JP4688003B2 - 回転電機の固定子およびそれを用いた回転電機 - Google Patents
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Description
しかしながら、セグメント導体320が設置されているスロット302の間隔と、セグメント導体320の太さとがそれぞれ同じであれば、特許文献1および特許文献2において、コイルエンドでセグメント導体320が形成する三角形の底辺と底角の大きさは等しい。したがって、特許文献2のセグメント導体を採用してもコイルエンドの高さを低くすることには限界がある。
(第1実施形態)
本発明の第1実施形態による固定子を図3に示す。図3に示す固定子10は、例えば車両の電動機および発電機を兼ねる回転電機に使用される。固定子10は、内周側に回転子60(図6参照)を回転自在に収容する。回転子60は、永久磁石により周方向に交互に異なる磁極を固定子10の内周側と向き合う外周側に複数形成している。固定子コア12は、所定厚さの磁性鋼板を軸方向に積層して環状に形成されている。図1に示すように、固定子コア12には、軸方向に沿い周方向に隣接するスロット14、15を一組として固定子コア12の内周側の周方向に複数組のスロットが形成されている。固定子巻線20は三相巻線であり、周方向に隣接する一組のスロット14、15に各相の固定子巻線20が設置されている。そして、スロット14、15を一組として周方向に隣接する三組のスロット14、15に異なる相の固定子巻線20が設置されている。
(グループ1) (1−1)−(2−2)−(3−1)−(4−2)
(グループ2) (1−2)−(2−1)−(3−2)−(4−1)
(グループ3) (1−3)−(2−4)−(3−3)−(4−4)
(グループ4) (1−4)−(2−3)−(3−4)−(4−3)
(グループ5) (1−5)−(2−6)−(3−5)−(4−6)
(グループ6) (1−6)−(2−5)−(3−6)−(4−5)
(グループ7) (1−7)−(2−8)−(3−7)−(4−8)
(グループ8) (1−8)−(2−7)−(3−8)−(4−7)
・固定子巻線#1
(入力部)−(グループ1)−(グループ3)−(グループ8)−(グループ6)−(中性点)
・固定子巻線#2
(入力部)−(グループ5)−(グループ7)−(グループ4)−(グループ2)−(中性点)
また、第1実施形態では、コイルエンドの径方向の幅が小さくなりコイルエンドが径方向外側に張り出さないので、中性点52をコイルエンドの径方向外側に取り出すことができる。
本発明の第2実施形態を図9に示す。尚、第1実施形態と実質的に同一構成部分に同一符号を付す。
上記実施形態では、固定子巻線20の線材30、70は銅から形成される導体32からなる回転電機の固定子について説明した。これに対し、本実施形態の線材30、70はアルミニウムから形成する。アルミニウムは銅に比べて電気抵抗が大きい材料である。しかし、ターン部の突出箇所の間隔を線材が設置されているスロット同士の間隔より狭くすることで、固定子コアから突出している線材の形状が全体に小さくなり、固定子巻線全体の電気抵抗が小さくなる。このため、アルミニウムから線材30、70を形成しても固定子巻線全体の電気抵抗は従来の回転電機の固定子の固定子巻線と同程度にすることができる。導体32をアルミニウムから形成することにより、線材の加工が容易にできる。
本第4実施形態の回転電機401の構成を図10に示した。本実施形態の回転電機401は、略有底筒状の一対のハウジング部材410a,410bが開口部同士で接合されてなるハウジング410と、ハウジング410に軸受け510,511を介して回転自在に支持される回転軸420に固定された回転子402と、ハウジング410の内部で回転子402を包囲する位置でハウジング410に固定された固定子403と、を備えている。
スロット440a−2に収容された固定子巻線440aの次のスロット収容部443は、ターン部444II(上)を介して接続され、スロット440a−3の1番に収容される。このように、ターン部444II(上)は、スロット440a−2の2番とスロット440a−3の1番とを固定子コア430の上方側で接続する。
スロット440a−3に収容された固定子巻線440aの次のスロット収容部443は、ターン部444III(下)を介して接続され、スロット440a−4の2番に収容される。このように、ターン部444III(下)は、スロット440a−3の1番とスロット440a−4の2番とを固定子コア430の下方側で接続する。
スロット440b−2に収容された固定子巻線440bの次のスロット収容部443は、ターン部444III(上)を介して接続され、スロット440b−3の1番に収容される。このように、ターン部444III(上)は、スロット440b−2の2番とスロット440b−3の1番とを固定子コア430の上方側で接続する。
スロット440b−3に収容された固定子巻線440bの次のスロット収容部443は、ターン部444IV(下)を介して接続され、スロット440b−4の2番に収容される。このように、ターン部444IV(下)は、スロット440b−3の1番とスロット440b−4の2番とを固定子コア430の下方側で接続する。
スロット440a−2に収容された固定子巻線440aの次のスロット収容部443は、ターン部444II(上)を介して接続され、スロット440a−3の3番に収容される。このように、ターン部444II(上)は、スロット440a−2の4番とスロット440a−3の3番とを固定子コア430の上方側で接続する。
スロット440b−1の3番に接続された固定子巻線440bはターン部444II(下)を介して接続され、スロット440b−2の4番に収容される。このように、ターン部444II(下)は、スロット440b−1の3番とスロット440b−2の4番とを固定子コア430の下方側で接続する。
スロット440b−3に収容された固定子巻線440bの次のスロット収容部443は、ターン部444IV(下)を介して接続され、スロット440b−4の4番に収容される。このように、ターン部444IV(下)は、スロット440b−3の3番とスロット440b−4の2番とを固定子コア430の下方側で接続する。
そして、スロット440a−8,440b−8の4番目にスロット収容部443が収容された固定子巻線440a,440bの次のスロット収容部443は、スロット440a−1,440b−1の5番に収容される。このように、ターン部444VIII(上),444I(上)は、スロット440a−8,440b−8の4番とスロット440a−1,440b−1の5番とを固定子コア430の上方側で接続する。つまり、周方向で1周したら、径内方向に、接合体が巻回して1層分内径側にずれている。
スロット440a−2に収容された固定子巻線440aの次のスロット収容部443は、ターン部444II(上)を介して接続され、スロット440a−3の5番に収容される。このように、ターン部444II(上)は、スロット440a−2の6番とスロット440a−3の5番とを固定子コア430の上方側で接続する。
スロット440b−1の5番に接続された固定子巻線440bはターン部444II(下)を介して接続され、スロット440b−2の6番に収容される。このように、ターン部444II(下)は、スロット440b−1の5番とスロット440b−2の6番とを固定子コア430の下方側で接続する。
スロット440b−3に収容された固定子巻線440bの次のスロット収容部443は、ターン部444IV(下)を介して接続され、スロット440b−4の6番に収容される。このように、ターン部444IV(下)は、スロット440b−3の5番とスロット440b−4の6番とを固定子コア430の下方側で接続する。
このように、2本の固定子巻線440a,440bは、固定子コア430の上方側に位置するターン部444II(上)〜444VII(上)が隣接するスロット収容部443の5番と6番とを、下方側に位置するターン部444I(下)〜444VIII(下)が隣接するスロット収容部443の5番と6番とを接続する。この接続方法で周方向に1周して、スロット440a−1からスロット440a−8, スロット440b−1からスロット440b−8まで2本の固定子巻線440a,440bのスロット収容部443が設置される。スロット440a−8,440b−8では、6番目に固定子巻線440aのスロット収容部443が収容される。
スロット440a−1の7番に接続された固定子巻線440aはターン部444I(下)を介して接続され、スロット440a−2の8番に収容される。このように、ターン部444I(下)は、スロット440a−1の7番とスロット440a−2の8番とを固定子コア430の下方側で接続する。
スロット440a−3に収容された固定子巻線440aの次のスロット収容部443は、ターン部444III(下)を介して接続され、スロット440a−4の8番に収容される。このように、ターン部444III(下)は、スロット440a−3の7番とスロット440a−4の8番とを固定子コア430の下方側で接続する。
スロット440b−2に収容された固定子巻線440bの次のスロット収容部443は、ターン部444III(上)を介して接続され、スロット440b−3の7番に収容される。このように、ターン部444III(上)は、スロット440b−2の8番とスロット440b−3の7番とを固定子コア430の上方側で接続する。
このように、2本の固定子巻線440a,440bは、固定子コア430の上方側に位置するターン部444II(上)〜444VII(上)が隣接するスロット収容部443の7番と8番とを、下方側に位置するターン部444I(下)〜444VIII(下)が隣接するスロット収容部443の7番と8番とを接続する。この接続方法で周方向に1周して、スロット440a−1からスロット440a−8, スロット440b−1からスロット440b−8まで2本の固定子巻線440a,440bのスロット収容部443が設置される。スロット440a−8,440b−8では、8番目に固定子巻線440aのスロット収容部443が収容される。
さらに、本実施形態では、クランク部444Aと最上段部444Bとの間の距離が長く形成されており、ターン部が別のターン部と重なるときにターン部同士の干渉を防止できる。
上記実施形態では、電動機および発電機を兼ねている回転電機の固定子について説明した。これに対し、電動機または発電機のいずれかの専用の回転電機の固定子として上記実施形態の固定子を適用してもよい。
また上記実施形態では、ターン部の略中央部にクランク部を形成した。これに対し、スロットから突出するターン部の突出箇所に段部が形成されるのであれば、ターン部の略中央部にクランク部を形成しない形状でもよい。
また、上記実施形態では、固定子の内周側に回転子を設置し固定子が内周側で回転子と向き合う構成について説明した。これに対し、固定子の外周側に回転子を設置し固定子が外周側で回転子と向き合う構成を採用してもよい。
このように、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の実施形態に適用可能である。
、74:ターン部、76:クランク部、78:階段部、300:固定子コア、302:スロット、310:固定子巻線、320:セグメント導体、322:クランク形状部、330:ターン部、401:回転電機、402:回転子、403:固定子、404:コイル、410:ハウジング、420:回転軸、430:固定子コア、431:スロット、432:分割コア、440:巻線、441:導体、442:絶縁被覆、442a:内層、442b:外層、443:スロット収容部、444:ターン部、444A:クランク部、444B:最上段部、444C:第二段部、444D:第三段部、448:融着材。
Claims (20)
- 周方向に複数のスロットを有する固定子コアと、線材により形成され前記スロットに設置されている固定子巻線とを備える回転電機の固定子において、
前記固定子巻線は周方向の異なる前記スロットに設置されているスロット収容部と、前記スロットの外部で前記スロット収容部同士を接続しているターン部とを有し、
前記スロットから突出する前記ターン部の突出箇所に、前記固定子コアの端面に沿った段部が形成されていることを特徴とする回転電機の固定子。 - 前記ターン部の両端に、前記固定子コアの端面に沿った段部が形成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固定子。
- 前記ターン部の前記段部が前記固定子コアの端面に沿っている長さは、周方向に隣り合う前記スロットの間隔以下の長さであることを特徴とする請求項1または2に記載の回転電機の固定子。
- 前記ターン部は、前記固定子コアの端面に平行な複数の段部を前記固定子コアの軸方向における異なる位置に有する階段形状に形成されていることを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の回転電機の固定子。
- すべての前記段部の前記固定子コアの端面に平行な長さは、周方向に隣り合う前記スロットの間隔以下の長さであることを特徴とする請求項4に記載の回転電機の固定子。
- 前記固定子巻線の相数をk、周方向に交互に異なる複数の磁極を有する回転子の1極当たりの各相の前記スロットの数をnとすると、前記ターン部に形成されている階段形状の前記段部の数は(k×n)であることを特徴とする請求項4または5に記載の回転電機の固定子。
- 前記ターン部は、前記固定子コアから最も離れた位置にクランク形状を形成するクランク部を有することを特徴とする請求項1から6のいずれか一項に記載の回転電機の固定子。
- 前記クランク部は、前記固定子コアの端面に平行に形成されていることを特徴とする請求項7に記載の回転電機の固定子。
- 前記クランク部は、前記線材の幅分だけ前記固定子コアの径方向にずれていることを特徴とする請求項7または8に記載の回転電機の固定子。
- 前記ターン部は、周方向に隣接した別のターン部と軸方向に重なるように配置されていることを特徴とする請求項7から9のいずれか一項に記載の回転電機の固定子。
- 前記ターン部は、前記固定子コアの端面に平行な複数の段部を前記固定子コアの軸方向における異なる位置に有する階段形状に形成されており、前記クランク部と階段形状を形成する前記段部のうち前記固定子コアから軸方向に最も離れた位置にある最上段部との軸方向距離が、前記段部間の軸方向距離よりも長くなるように形成されたことを特徴とする請求項7から10のいずれか一項に記載の回転電機の固定子。
- 前記クランク部は、周方向に隣接した別のターン部の前記最上段部と軸方向に重なるように配置されていることを特徴とする請求項11に記載の回転電機の固定子。
- 前記ターン部の前記段部間の距離は、前記線材の高さであることを特徴とする請求項11または12に記載の回転電機の固定子。
- 前記線材は、断面形状が矩形状であることを特徴とする請求項1から13のいずれか一項に記載の回転電機の固定子。
- 前記線材は前記固定子コアの全周にわたって連続して形成されていることを特徴とする請求項1から14のいずれか一項に記載の回転電機の固定子。
- 前記線材は、導体及び、さらに前記導体の外周を覆う絶縁被覆を有し、前記絶縁被覆は100〜200μmの厚みであることを特徴とする請求項1から15のいずれか一項に記載の回転電機の固定子。
- 前記絶縁被覆は、内層と、当該内層の外周を覆い前記内層よりもガラス転移温度の低い外層とを有することを特徴とする請求項16に記載の回転電機の固定子。
- 前記線材は、さらに前記絶縁被覆の外周を覆う融着材を有することを特徴とする請求項16または17に記載の回転電機の固定子。
- 前記線材は導体を有し、前記導体はアルミニウムから形成されることを特徴とする請求項1から18のいずれか一項に記載の回転電機の固定子。
- 請求項1から19のいずれか一項に記載の回転電機の固定子と、
前記固定子の内周側または外周側に、周方向に交互に異なる磁極を形成している回転子とを備えたことを特徴とする回転電機。
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