JP4371936B2 - 回転電機のコイル - Google Patents

Description

本発明は、鉄心の周囲を覆う絶縁部材の巻回部に平角線を複数層に重ねて巻回した回転電機のコイルに関する。

かかる回転電機のコイルは、例えば下記特許文献１により公知である。この種のコイルの巻線は占積率を高めるべく矩形断面の平角線で構成されており、インシュレータの巻回部に螺旋状に巻回されている。
特開２００１−７８３７９号公報

ところで、インシュレータに平角線を螺旋状に巻回すると、捲き始めおよび捲き終わりに三角形の隙間が発生するため、占積率が低下したり２層目以降の巻回が不安定になったりする問題がある。そこで、インシュレータの４個の巻回面のうちの３個の巻回面において平角線を同一面内で水平に巻回し、残りの１個の巻回面において平角線を斜めに巻回して巻回軸方向に１ピッチ分移動させることが考えられる。

しかしながら、このような巻回方法を採用すると、平角線が前記１個の巻回面に入るときに水平状態から傾斜状態に折り曲げられ、平角線が前記１個の巻回面から出るときに傾斜状態から水平状態に折り曲げられることなる。この場合に丸線であれば何の問題も発生しないが、平角線を上述のように不自然に折り曲げると、折曲部で平角線がインシュレータの表面から浮き上がって整然とした巻回が崩れてしまう問題がある。

本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、鉄心の周囲を覆う絶縁部材の巻回部に平角線を巻回する際に、その平角線の浮き上がりを防止して整然とした巻回を可能にすることを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載された発明によれば、鉄心の周囲を覆う絶縁部材の巻回部に平角線を複数層に重ねて巻回した回転電機のコイルであって、絶縁部材の巻回部は巻回軸に直交する断面が概ね方形状であり、最内層の平角線は巻回部の４個の巻回面のうちの３個の巻回面上で巻回軸に直交する同一の平面内で巻回され、残りの１個の巻回面上で該平角線の高さに相当する１ピッチだけ巻回軸方向に前記平面から離れるように斜めに巻回されるものにおいて、前記１個の巻回面が他の２個の巻回面に連なる２個の角部のうち、一方の角部に巻回軸の一方向にテーパする第１傾斜面を形成するとともに、他方の角部に巻回軸の他方向にテーパする第２傾斜面を形成したことを特徴とする回転電機のコイルが提案される。

また請求項２に記載された発明によれば、請求項１の構成に加えて、前記第１、第２傾斜面が、巻回軸方向に１ピッチ毎に分割されていることを特徴とする回転電機のコイルが提案される。

また請求項３に記載された発明によれば、請求項１または請求項２の構成に加えて、前記第１、第２傾斜面を曲面で構成し、前記１個の巻回面および前記他の２個の巻回面に滑らかに接続したことを特徴とする回転電機のコイルが提案される。

尚、実施例のインシュレータ１３は本発明の絶縁部材に対応し、実施例の第１〜第４巻回面１７ａ〜１７ｄは本発明の巻回面に対応する。

請求項１の構成によれば、絶縁部材の巻回部に巻回される最内層の平角線は４個の巻回面のうちの３個の巻回面上で巻回軸に直交する同一の平面内で巻回され、残りの１個の巻回面上で該平角線の高さに相当する１ピッチだけ巻回軸方向に前記平面から離れるように斜めに巻回される。このとき、前記１個の巻回面が他の２個の巻回面に連なる２個の角部のうち、一方の角部に巻回軸の一方向にテーパする第１傾斜面を形成し、他方の角部に巻回軸の他方向にテーパする第２傾斜面を形成したので、前記２個の角部で平角線を折り曲げる際に該平角線を平面曲げして巻回部から浮き上がるのを防止し、整然とした巻回を可能として占積率を高めることができる。

請求項２の構成によれば、第１、第２傾斜面を巻回軸方向に１ピッチ毎に分割したので、巻回部の断面形状を正確な方形に近づけ、かつ径方向の異なる位置での巻回部の断面形状を同じにし、平角線を一層整然と巻回することが可能となる。

請求項３の構成によれば、第１、第２傾斜面を曲面で構成し、その両側の巻回面に滑らかに接続したので、第１、第２傾斜面で平角線を滑らかに折り曲げて急激な屈曲を防止し、巻回部からの浮き上がりを更に減少させることができる。

以下、本発明の実施の形態を、添付の図面に示した本発明の実施例に基づいて説明する。

図１〜図６は本発明の第１実施例を示すもので、図１はステータの部分正面図、図２は図１の２方向矢視図、図３はインシュレータの斜視図。図４は図３の４方向矢視図、図５は図４の５Ａ−５Ａ線、５Ｂ−５Ｂ線、５Ｃ−５Ｃ線断面図、図６は平角線の第１層の巻回状態を示す図である。

図１および図２に示すように、ハイブリッド車両の走行用駆動源として用いられる発電電動機の環状をなすステータ１０は、同一構造を有する複数個（実施例では２４個）のコイル１１…を円周方向に結合してなり、図１には２４個のコイル１１…のうちの５個が示される。各々のコイル１１は、多数の鋼板を積層した鉄心１２の外周を絶縁部材としての合成樹脂製のインシュレータ（ボビン）１３で覆い、そのインシュレータ１３に平角線１４を複数層に巻回してなる。鉄心１２の径方向の外端部は、その円周方向の両端部に凸部１２ａおよび凹部１２ｂを備えており、それらの凸部１２ａおよび凹部１２ｂが交互に嵌合することで円周方向に結合される。

図３〜図５に示すように、インシュレータ１３は鉄心１２の外周に嵌合可能なように割り面ｐで２分割されており、平角線１４を巻回すべく外側フランジ部１５および内側フランジ部１６間に形成された巻回部１７は、第１巻回面１７ａ、第２巻回面１７ｂ、第３巻回面１７ｃおよび第４巻回面１７ｄを有している。従って、巻回部１７の巻回軸Ａに直交する断面の形状（図５参照）は、概ね方形状となっている。内側フランジ部１６には平角線１４の巻き始め部分をガイドする切欠１６ａが形成され、外側フランジ部１５には平角線１４の巻き終わり部分をガイドする切欠１５ａが形成される。

外側フランジ部１５の切欠１５ａおよび内側フランジ部１６の切欠１６ａが臨む巻回部１７の第１巻回面１７ａが第４巻回面１７ｄに連なる部分には、ステータ１０の径方向内側から径方向外側に向かってテーパーする三角形状の第１傾斜面１７ｅが形成されるとともに、第１巻回面１７ａが第２巻回面１７ｂに連なる部分には、ステータ１０の径方向外側から径方向内側に向かってテーパーする三角形状の第２傾斜面１７ｆが形成される。

次に、インシュレータ１３に対する平角線１４の巻回工程を説明する。

先ずインシュレータ１３の内側フランジ部１６の切欠１６ａを通過させた平角線１４を、インシュレータ１３の巻回部１７の外周に沿って径方向内側から径方向外側に向かって外側フランジ部１５まで１４ターン巻回し（１層目）、次に平角線１４を外側フランジ部１５から内側フランジ部１６まで１２ターン巻回し（２層目）、次に平角線１４を内側フランジ部１６から外側フランジ部１５まで１２ターン巻回し（３層目）、次に平角線１４を外側フランジ部１５から内側フランジ部１６に向かって、その途中まで６ターン巻回し（４層目）、次に平角線１４を外側フランジ部１５まで５ターン巻回し（５層目）、最後に平角線１４を外側フランジ部１５に沿って１ターン巻回した後（６層目）、外側フランジ部１５の切欠１５ａを通過させる。

このように、平角線１４を使用したことにより、隣接する平角線１４間の空間が丸線を使用した場合に比べて減少し、コイル１１の占積率を高めることができる。またインシュレータ１３の径方向内側では平角線１４を３層に巻回し、径方向外側では平角線１４を６層に巻回することにより、巻き上がったコイル１１の外径が径方向外側ほど大きくなるようにし、隣接するコイル１１…間の間隙１８…（図１参照）を小さくして占積率を更に高めることができる。

ところで、図６に示すように、平角線１４がインシュレータ１３の巻回部１７に接触するように巻回される最内層の１層目は重要であり、この１層目において平角線１４が巻回部１７に密着せずに浮き上がると、２層目以降の巻回が乱れてコイル１１の形状が不安定になる可能性がある。巻回部１７の第１、第２傾斜面１７ｅ，１７ｆはこのために設けられたもので、１層目において平角線１４を巻回部１７に密着させる機能を有している。以下、第１、第２傾斜面１７ｅ，１７ｆの機能を説明する。

巻回部１７の第１巻回面１７ａ〜第４巻回面１７ｄのうち、第１巻回面１７ａを除く残りの３個の第２巻回面１７ｂ〜第４巻回面１７に巻回される平角線１４は、巻回軸Ａに直交する平面内に在る。つまり平角線１４は第２巻回面１７ｂ、第３巻回面１７ｃおよび第４巻回面１７に巻回される間、径方向に移動することなく巻回軸Ａに直交する同一の平面内で巻回される。以下、この状態を「水平に巻回される」という。そして第４巻回面１７ｄを出た平角線１４は、次の第１巻回面１７ａに巻回される間に、平角線１４の高さに相当する１ピッチＰ（図４参照）だけ径方向外側に移動する。従って、第１巻回面１７ａに巻回される平角線１４は、巻回軸Ａに直交する平面から外れて傾斜状態で巻回されることになる。以下、この状態を「斜めに巻回される」という。

仮に、巻回部１７が第１、第２傾斜面１７ｅ，１７ｆを備えていないとすると、第４巻回面１７ｄで水平に巻回された平角線１４が、第１巻回面１７ａで斜めに巻回される境目において、つまり第４巻回面１７ｄが第１巻回面１７ａに連なる角部において、平角線１４が不自然に曲げられて径方向外側部分で巻回部１７から浮き上がってしまい、整然とした巻回が阻害されてしまう問題がある。同様にして、第１巻回面１７ａで斜めに巻回された平角線１４が、第２巻回面１７ｂで水平に巻回される境目において、つまり第１巻回面１７ａが第２巻回面１７ｂに連なる角部において、平角線１４が不自然に曲げられて径方向内側部分で巻回部１７から浮き上がってしまい、整然とした巻回が阻害されてしまう問題がある。

このように、第１、第２傾斜面１７ｅ，１７ｆを持たない場合には、第１巻回面１７ａの入口および出口で平角線を平面曲げすることができないが、本実施例では第４巻回面１７ｄが第１巻回面１７ａに連なる角部に第１傾斜面１７ｅが形成されているため、第４巻回面１７ｄを水平に出た平角線１４を第１傾斜面１７ｅに沿って素直に折り曲げて第１巻回面１７ａに導くだけで、図４に示すように、第１巻回面１７ａ上の平角線１４を傾斜させることができる。そして平角線１４は第１傾斜面１７ｅに沿って平面曲げされるので、巻回部１７から浮き上がることなく整然とした巻回が可能となり、これにより平角線１４の占積率を高めることができる。

同様に、本実施例では第１巻回面１７ａが第２巻回面１７ｂに連なる角部に第２傾斜面１７ｆが形成されているため、第１巻回面１７ａを斜めに出た平角線１４を第２傾斜面１７ｆに沿って素直に折り曲げて第２巻回面１７ｂに導くだけで、第２巻回面１７ｂ上の平角線１４を水平に戻すことができる。そして平角線１４は第２傾斜面１７ｆに沿って平面曲げされるので、巻回部１７から浮き上がることなく整然とした巻回が可能となり、これにより平角線１４の占積率を高めることができる。

第１、第２傾斜面１７ｅ，１７ｆの傾斜角度は、第４巻回面１７ｄを出た平角線１４が第２巻回面１７ｂに入るときに、平角線１４の高さに相当する１ピッチＰだけ径方向外側に移動するように決定される。

図７〜図１２は本発明の第２実施例を示すもので、図７はインシュレータの斜視図、図８は図７の８方向矢視図、図９は図８の９−９線断面図、図１０は図８の１０方向拡大矢視図、図１１は図８の１１方向拡大矢視図、図１２は平角線の第１層の巻回状態を示す図である。

第１実施例はインシュレータ１３の巻回部１７がそれぞれ１個の第１、第２傾斜面１７ｅ，１７ｆを備えているが、第２実施例は平角線１４の各ターンに対応して一対の第１、第２傾斜面１７ｅ，１７ｆを備えている。

従って、図１２から明らかなように、平角線１４をインシュレータ１３の巻回部１７に巻回するとき、平角線１４は各ターン毎に一対の第１傾斜面１７ｅおよび第２傾斜面１７ｆに巻き付くことになり、全てのターンで平角線１４の巻回形状を同一にして一層整然とした巻回を可能にすることができる。

次に、図１３および図１４に基づいて本発明の第３実施例を説明する。

第３実施例は第２実施例の変形であって、第２実施例の第１、第２傾斜面１７ｅ，１７ｆが平坦な三角形で構成されているのに対し（図１０および図１１参照）、第３実施例の第１、第２傾斜面１７ｅ，１７ｆは角を丸めた部分円錐面で構成されており、第１傾斜面１７ｅは第１巻回面１７ａおよび第４巻回面１７ｄに滑らかに接続し、第２傾斜面１７ｆは第１巻回面１７ａおよび第２巻回面１７ｂに滑らかに接続する。

この第３実施例によれば、平角線１４を急激に折り曲げることなく滑らかに湾曲させるだけで巻回部１７に巻回することが可能となり、巻回部１７からの平角線１４の浮き上がりを一層確実に防止することが可能となる。

以上、本発明の実施例を説明したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。

例えば、実施例ではハイブリッド車両用の発電電動機のステータ１０のコイル１１を例示したが、本発明は任意の用途の回転電機のコイルに対して適用することができる。

また第１実施例において、第１、第２傾斜面１７ｅ，１７ｆの角を丸め、第１、第２および第４巻回面１７ａ，１７ｂ，１７ｄに滑らかに接続しても良い。

第１実施例に係るステータの部分正面図 図１の２方向矢視図 インシュレータの斜視図 図３の４方向矢視図 図４の５Ａ−５Ａ線、５Ｂ−５Ｂ線、５Ｃ−５Ｃ線断面図 平角線の第１層の巻回状態を示す図 第２実施例に係るインシュレータの斜視図 図７の８方向矢視図 図８の９−９線断面図 図８の１０方向拡大矢視図 図８の１１方向拡大矢視図 平角線の第１層の巻回状態を示す図 第３実施例に係る、前記図１０に対応する図 同じく前記図１１に対応する図

符号の説明

１２ 鉄心
１３ インシュレータ（絶縁部材）
１４ 平角線
１７ 巻回部
１７ａ 第１巻回面（巻回面）
１７ｂ 第２巻回面（巻回面）
１７ｃ 第３巻回面（巻回面）
１７ｄ 第４巻回面（巻回面）
１７ｅ 第１傾斜面
１７ｆ 第２傾斜面
Ａ 巻回軸

Claims (3)

1. 鉄心（１２）の周囲を覆う絶縁部材（１３）の巻回部（１７）に平角線（１４）を複数層に重ねて巻回した回転電機のコイルであって、
   絶縁部材（１３）の巻回部（１７）は巻回軸（Ａ）に直交する断面が概ね方形状であり、最内層の平角線（１４）は巻回部（１７）の４個の巻回面（１７ａ〜１７ｄ）のうちの３個の巻回面（１７ｂ〜１７ｄ）上で巻回軸（Ａ）に直交する同一の平面内で巻回され、残りの１個の巻回面（１７ａ）上で該平角線（１４）の高さに相当する１ピッチだけ巻回軸（Ａ）方向に前記平面から離れるように斜めに巻回されるものにおいて、
   前記１個の巻回面（１７ａ）が他の２個の巻回面（１７ｄ，１７ｂ）に連なる２個の角部のうち、一方の角部に巻回軸（Ａ）の一方向にテーパする第１傾斜面（１７ｅ）を形成するとともに、他方の角部に巻回軸（Ａ）の他方向にテーパする第２傾斜面（１７ｆ）を形成したことを特徴とする回転電機のコイル。
2. 前記第１、第２傾斜面（１７ｅ，１７ｆ）が、巻回軸（Ａ）方向に１ピッチ毎に分割されていることを特徴とする、請求項１に記載の回転電機のコイル。
3. 前記第１、第２傾斜面（１７ｅ，１７ｆ）を曲面で構成し、前記１個の巻回面（１７ａ）および前記他の２個の巻回面（１７ｄ，１７ｂ）に滑らかに接続したことを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の回転電機のコイル。
   

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