JP5237048B2 - 回転電機、および固定子巻線 - Google Patents
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Description
なお、以下に記載する実施形態は上記発明が解決しようとする課題で説明の内容とは異なる課題を解決することができる。これらは製品生産の上で重要な課題であり、これらについて以下で説明する。
請求項2の発明による回転電機は、固定子鉄心に形成された複数のスロットに、複数のコイルを接続して成る固定子巻線を装着した固定子と、固定子の内側に回転可能に設けられた回転子とを備え、固定子巻線の互いに接続された2つのコイルは、スロットの先端側において固定子巻線のコイルエンド方向に引き出された先端側コイル端末を有する第1のコイルと、スロットの底側において固定子巻線のコイルエンド方向に引き出され、先端側コイル端末に接続される底側コイル端末を有する第2のコイルとから成り、先端側コイル端末および底側コイル端末のいずれか一方を、コイルエンドの巻線間の隙間を貫通させて他方のコイル端末側に引き出し、該引き出したコイル端末を他方のコイル端末と接続したコイル端末接続構造を備えることを特徴とする。
請求項4の発明による回転電機は、複数のスロットが形成された固定子鉄心と、スロットに保持された複数のコイルを接続して成る固定子巻線とを備えた固定子と、固定子鉄心に対向する面を有し、空隙を介して回転可能に保持された回転子とを有し、固定子鉄心と回転子とに空隙を介して互いに対向する面で磁束を授受する磁気回路が作られる回転電機であって、固定子巻線の互いに接続された2つのコイルは、その一方がスロットの先端側において固定子巻線のコイルエンド方向に引き出された先端側コイル端末を有し、2つのコイルの他方は、スロットの底側において固定子巻線のコイルエンド方向に引き出され、先端側コイル端末に接続される底側コイル端末を有し、先端側コイル端末および底側コイル端末のいずれか一方を、コイルエンドに沿って他方のコイル端子側へと這い回し、該他方のコイル端子に接続し、先端側コイル端末を他方のコイル端末側に這い回した場合には、先端側コイル端末と底側コイル端末との接続部を固定子鉄心の内周側に折り曲げ、底側コイル端末を他方のコイル端末側に這い回した場合には、先端側コイル端末と底側コイル端末との接続部を固定子鉄心の外周側に折り曲げることを特徴とする。
請求項5の発明による回転電機は、複数のスロットが形成された固定子鉄心と、スロットに保持された複数のコイルを接続して成る固定子巻線とを備えた固定子と、固定子鉄心に対向する面を有し、空隙を介して回転可能に保持された回転子とを有し、固定子鉄心と回転子とに空隙を介して互いに対向する面で磁束を授受する磁気回路が作られる回転電機であって、固定子巻線の互いに接続された2つのコイルは、その一方がスロットの先端側において固定子巻線のコイルエンド方向に引き出された先端側コイル端末を有し、2つのコイルの他方は、スロットの底側において固定子巻線のコイルエンド方向に引き出され、先端側コイル端末に接続される底側コイル端末を有し、先端側コイル端末および底側コイル端末のいずれか一方を、コイルエンドに沿って他方のコイル端子側へと這い回し、該他方のコイル端子に接続し、先端側コイル端末と底側コイル端末との接続部を、コイルエンドの周方向に折り曲げたことを特徴とする。
請求項6の発明による回転電機は、複数のスロットが形成された固定子鉄心と、スロットに保持された複数のコイルを接続して成る固定子巻線とを備えた固定子と、固定子鉄心に対向する面を有し、空隙を介して回転可能に保持された回転子とを有し、固定子鉄心と回転子とに空隙を介して互いに対向する面で磁束を授受する磁気回路が作られる回転電機であって、固定子巻線の互いに接続された2つのコイルは、その一方が前記スロットの先端側において固定子巻線のコイルエンド方向に引き出された先端側コイル端末を有し、2つのコイルの他方は、スロットの底側において固定子巻線のコイルエンド方向に引き出され、先端側コイル端末に接続される底側コイル端末を有し、先端側コイル端末および底側コイル端末のいずれか一方を、コイルエンドに沿って他方のコイル端子側へと這い回し、該他方のコイル端子に接続し、先端側コイル端末と底側コイル端末との接続部を、這い回したコイル端子に重なるように折り曲げたことを特徴とする。
請求項12の発明は、固定子鉄心のスロットに配置される複数のコイルを接続して構成される回転電機に用いられる固定子巻線であって、互いに接続された2つのコイルは、その一方がスロットの先端側においてコイルエンド方向に引き出される先端側コイル端末を有し、2つのコイルの他方は、スロットの底側においてコイルエンド方向に引き出されるように、先端側コイル端末に接続される底側コイル端末を有し、先端側コイル端末と底側コイル端末とが、コイルエンドの径方向外周側に折り曲げられ、先端側コイル端末が、コイルエンドに沿って底側コイル端子側へと這い回されて該底側コイル端子に接続され、先端側コイル端末と底側コイル端末との接続部の先端が、径方向外周側を向いていることを特徴とする。
以下で説明する実施の形態は、上記効果の他に以下で説明する課題を解決できると共に、以下で説明する効果を奏する。以下で説明の課題や効果は、製品を生産する上でたいへん重要な課題や効果である。発明者等が製品化に向けて深く検討した内容を実施の形態として記載しており、以下で説明する実施の形態は、上述の小型化に関する課題以外に、製品化の観点で重要な色々の課題の解決および効果を奏する。これらの解決しようとする課題や効果は次に説明する。
〔生産性の向上〕
以下の実施の形態は、図5に記載する如く、1回あるいは複数回巻回したコイルを使用する。該コイルはスロット内に挿入される第1と第2の2つの挿入部と該第1と第2の挿入部を繋ぐ第1と第2のコイルエンドを有している。図5〜図7で説明の如く、例えば第1の挿入部がスロットの奥側(底側)に配置されると、第2の挿入部はスロットの開口側(先端側)に位置するように配置される。前記第1の挿入部が位置するスロットの、開口側(先端側)には、他のコイルの第2の挿入部が配置される。また前記第2の挿入部が位置するスロットの、奥側(底側)には、さらに他のコイルの第1の挿入部が配置される。スロット内にこのような配置関係で、3相固定子巻線を構成するコイルが、固定子の全周に渡って配置される。
上記各コイルは連続した導線で形成されており、コイルを形成するための例えば第1の挿入部と第2の挿入部とを接続するための溶接工程が不要である。従って以下の実施の形態の構造は、生産性が向上する構造である。以下の実施の形態は固定子巻線全体における接続箇所が比較的少なく、生産性が向上する構造である。
さらに図5や図6に記載の如く、2個のコイルを近いスロットに配置する構造とすることで、上記2個のコイルを連続した導線で形成することが可能となる。このような構造とすることで、固定子全体での接続箇所を少なくでき、生産性が向上する。また接続箇所を少なくすることで、電気的な特性が向上し、さらに小型化が可能となる。
図5や図7〜図13に記載の如く、導体端末の接続部(図の符号211aや212a)が上記コイルを形成する第1や第2のコイルエンドの外側に位置しているので、接続作業が容易であり、生産性に優れている。さらに全体の構造が簡素化され、小型化に繋がると共に信頼性の向上に繋がる。
また上記導体端末の接続部は上記コイルを形成する第1や第2のコイルエンドの一方側にのみ位置する構造となっているので、生産性が向上する構造である。
〔性能向上〕
上記第1と第2の挿入部を有するコイルは1回あるいは複数回巻回して構成されている。上記巻回数をかえることで、スロット内の開口から奥に向かう方向(回転機の半径方向)に重ねられる導線の積層数を変えることができる。すなわち1回あるいは複数回巻回して構成されるコイルの第1の挿入部をスロットの奥側(底側)に配置し、第2の挿入部をスロットの開口側(先端側)に配置する構造としているので、特性に応じたコイルの巻回数を設定することにより、スロット内の導線の積層数を適切な数とすることができる。このような構造により、適した特性の回転電機を得ることがより容易となる。なお、背景技術の欄に記載した上述の特許文献1〜3には上記コイルの配置構造が開示されていない。
図5や図6に記載の如く、同一相あるいは同一相を構成するコイル部分(例えばU11あるいはU12、V11、V12の各々)を複数のコイルで構成し、上記複数のコイルを近接したスロットに配置することで、これら接近したコイルにおいて、各コイルの第1の挿入部はスロットの奥側(底側)に配置され第2の挿入部をスロットの開口側(先端側)に配置されているので、生産性の向上に加え性能的にも優れている。
〔小型化〕
小型化について発明が解決しようとする課題の欄等で上述したが、さらに次の観点が回転電機の小型化に大きく貢献している。
図5〜図7に記載の如く、1回あるいは複数回巻回したコイルが使用され、該コイルはスロット内に挿入される第1と第2の2つの挿入部と該第1と第2の2つの挿入部を繋ぐ第1と第2のコイルエンドを有していて、上記コイルは連続した導線で作られており、第1と第2の挿入部を溶接などで接続してコイルを構成する構造では無いのでコイル自身が小型となる。また固定子あるいは回転子全体も小型化となる。
コイルの第1の挿入部をスロットの奥側に配置し、第2の挿入部をスロットの開口側配置する構造としているので、断面が略長方形の導体を使用してコイルを形成することが可能であり、上記略長方形の導体断面の短辺方向に導体を積層することが可能となる。略長方形断面の導体を使用することによる性能が向上し、さらに短辺方向に導体を積層することで、すなわち略長方形断面の長辺側の導体面が互いに対向する方向に導体を積層することで、固定子の小型化に繋がる。これにより回転電機全体も小型となる。
図8は導体端末211,212の第1の接続構造を示す図である。図5(a)に示したコイルU11とコイルU12とは、図2から分かるように機械角で90°シフトしている。しかし、図5に示すように、コイルU11,U12を接続する場合には、コイルU11のコイル4131b側の導体端末212と、コイルU12のコイル4131a側の導体端末211とが接続される。図2に示すように、コイルU11のコイル4131b側の導体端末212は番号1のスロット411の先端側に配置され、コイルU12のコイル4131a側の導体端末211は番号43のスロット411の底端側に配置されている。そのため、接続されるべきコイルU11の導体端末211とコイルU12の導体端末211とは、機械角で45°ずれていることになる。
図9は、本実施の形態における第2の接続構造を説明する図である。まず、第1の接続構造の場合と同様に、図9(a)に示すように外周側の導体端末211をコイルエンド220に沿って渦巻状に這い回し、その接続部211aを内周側の導体端末212に対向させる。次に、図9(b)に示すように内周側の導体端末212をコイルエンド200に沿って径方向に這い回し、導体端末212の接続部分212aを導体端末211の接続部分211aに近接させる。その後、接続部211a,212a同士をTIG溶接等により接続する。ここまでの手順は、上述した第1の接続構造の場合と同様である。
図10は、本実施の形態における第3の接続構造を説明する図である。上述した第1および第2の接続構造では、導体端末211,212のいずれか一方を渦巻き状に這い回したが、第3の接続構造では、導体端末211,212の両方を渦巻き状に這い回すようにした。
図11は、本実施の形態における第4の接続構造を説明する図である。上述した第1〜3の接続構造では、コイルエンド220を跨ぐように導体端末211または212を這い回して、接続部211a,212aを接続するようにした。しかし、以下に述べる第4の接続構造では、導体端末211,212の一方をコイルエンド220を貫通して他方の側に引き出し、接続部211a,212aを接続するようにした。
図12は、本実施の形態における第5の接続構造を説明する図である。まず、図12(a)に示すように、外周側の導体端末211をコイルエンド220に沿って渦巻状に内周側まで這い回す。そして、導体端末211をコイルエンド220の内周側で180°折り返し、接続部211aを内周側の導体端末212の接続部212aに接続する。接続部211a,212aは、平角導体の短辺の面同士が対向するように配置され、TIG溶接等により接続される。なお、第4の接続構造の場合と同様に、コイルエンド220から一定距離離れるように接続部211a,212aを配置し、接続時の熱がコイルエンド被膜に影響を与えないようにする。
図13は、本実施の形態における第6の接続構造を説明する図である。まず、図13(a)に示すように、内周側の導体端末212をコイルエンド220に沿って導体端末211方向へ内径側から外形側へ渦巻状に這い回す。そして、接続部211a,212aの側面を接続する。その際、接続部211a,212aのコイルエンド220からの高さは、接続時の熱によりコイルエンド被膜が影響を受けない程度まで高くする。
巻線に用いる平角導体が太くなると、接続の際の導体端末211および導体端末212を自由自在に、特に、小さな曲率半径で曲げるのが難しくなる。例えば、図8に示した接続構造を採用しようとした場合、導体端末211を、導体端子212との間でコイルエンドに沿うように立体的に曲げるのが難しくなり、導体端末211,212の幅広の面同士を対面させるのが困難となる。また、導体端末211,212の幅広の面同士を対面させるように導体端末211を曲げると、曲げのスペースが大きくなり、かえってコイルエンドのスペースが大きくなってしまうことになる。
図16は、本実施の形態における第8の接続構造を説明する図である。第8の接続構造では、コイルエンド220に沿って渦巻状に這い回した導体端末211の端末接続部211aに切り欠き211cを形成した。端末接続部211a,212aの接続を行う場合、まず、図16(a)に示すように、外周側の導体端末211をコイルエンド220に沿って渦巻状に這い回す。
Claims (17)
- 複数のスロットが形成された固定子鉄心と、前記スロットに保持された複数のコイルを接続して成る固定子巻線とを備えた固定子と、
前記固定子鉄心に対向する面を有し、空隙を介して回転可能に保持された回転子とを有し、前記固定子鉄心と回転子とに前記空隙を介して互いに対向する面で磁束を授受する磁気回路が作られる回転電機であって、
前記固定子巻線の互いに接続された2つのコイルは、その一方が前記スロットの先端側において前記固定子巻線のコイルエンド方向に引き出された先端側コイル端末を有し、前記2つのコイルの他方は、前記スロットの底側において前記固定子巻線のコイルエンド方向に引き出され、前記先端側コイル端末に接続される底側コイル端末を有し、
前記先端側コイル端末を、前記コイルエンドに沿って底側コイル端子側へと這い回し、該底側コイル端子に接続し、
前記先端側コイル端末と前記底側コイル端末との接続部の先端が、径方向外周側を向いている回転電機。 - 固定子鉄心に形成された複数のスロットに、複数のコイルを接続して成る固定子巻線を装着した固定子と、
前記固定子の内側に回転可能に設けられた回転子とを備え、
前記固定子巻線の互いに接続された2つのコイルは、前記スロットの先端側において前記固定子巻線のコイルエンド方向に引き出された先端側コイル端末を有する第1のコイルと、前記スロットの底側において前記固定子巻線のコイルエンド方向に引き出され、前記先端側コイル端末に接続される底側コイル端末を有する第2のコイルとから成り、
前記先端側コイル端末および前記底側コイル端末のいずれか一方を、前記コイルエンドの巻線間の隙間を貫通させて他方のコイル端末側に引き出し、該引き出したコイル端末を他方のコイル端末と接続したコイル端末接続構造を備える回転電機。 - 請求項2に記載の回転電機において、
前記先端側コイル端末を他方のコイル端末側に引き出した場合には、前記先端側コイル端末と前記底側コイル端末との接続部を前記固定子鉄心の内周側に折り曲げ、
前記底側コイル端末を他方のコイル端末側に引き出した場合には、前記先端側コイル端末と前記底側コイル端末との接続部を前記固定子鉄心の外周側に折り曲げる回転電機。 - 複数のスロットが形成された固定子鉄心と、前記スロットに保持された複数のコイルを接続して成る固定子巻線とを備えた固定子と、
前記固定子鉄心に対向する面を有し、空隙を介して回転可能に保持された回転子とを有し、前記固定子鉄心と回転子とに前記空隙を介して互いに対向する面で磁束を授受する磁気回路が作られる回転電機であって、
前記固定子巻線の互いに接続された2つのコイルは、その一方が前記スロットの先端側において前記固定子巻線のコイルエンド方向に引き出された先端側コイル端末を有し、前記2つのコイルの他方は、前記スロットの底側において前記固定子巻線のコイルエンド方向に引き出され、前記先端側コイル端末に接続される底側コイル端末を有し、
前記先端側コイル端末および前記底側コイル端末のいずれか一方を、前記コイルエンドに沿って他方のコイル端子側へと這い回し、該他方のコイル端子に接続し、
前記先端側コイル端末を他方のコイル端末側に這い回した場合には、前記先端側コイル端末と前記底側コイル端末との接続部を前記固定子鉄心の内周側に折り曲げ、
前記底側コイル端末を他方のコイル端末側に這い回した場合には、前記先端側コイル端末と前記底側コイル端末との接続部を前記固定子鉄心の外周側に折り曲げる回転電機。 - 複数のスロットが形成された固定子鉄心と、前記スロットに保持された複数のコイルを接続して成る固定子巻線とを備えた固定子と、
前記固定子鉄心に対向する面を有し、空隙を介して回転可能に保持された回転子とを有し、前記固定子鉄心と回転子とに前記空隙を介して互いに対向する面で磁束を授受する磁気回路が作られる回転電機であって、
前記固定子巻線の互いに接続された2つのコイルは、その一方が前記スロットの先端側において前記固定子巻線のコイルエンド方向に引き出された先端側コイル端末を有し、前記2つのコイルの他方は、前記スロットの底側において前記固定子巻線のコイルエンド方向に引き出され、前記先端側コイル端末に接続される底側コイル端末を有し、
前記先端側コイル端末および前記底側コイル端末のいずれか一方を、前記コイルエンドに沿って他方のコイル端子側へと這い回し、該他方のコイル端子に接続し、
前記先端側コイル端末と前記底側コイル端末との接続部を、前記コイルエンドの周方向に折り曲げた回転電機。 - 複数のスロットが形成された固定子鉄心と、前記スロットに保持された複数のコイルを接続して成る固定子巻線とを備えた固定子と、
前記固定子鉄心に対向する面を有し、空隙を介して回転可能に保持された回転子とを有し、前記固定子鉄心と回転子とに前記空隙を介して互いに対向する面で磁束を授受する磁気回路が作られる回転電機であって、
前記固定子巻線の互いに接続された2つのコイルは、その一方が前記スロットの先端側において前記固定子巻線のコイルエンド方向に引き出された先端側コイル端末を有し、前記2つのコイルの他方は、前記スロットの底側において前記固定子巻線のコイルエンド方向に引き出され、前記先端側コイル端末に接続される底側コイル端末を有し、
前記先端側コイル端末および前記底側コイル端末のいずれか一方を、前記コイルエンドに沿って他方のコイル端子側へと這い回し、該他方のコイル端子に接続し、
前記先端側コイル端末と前記底側コイル端末との接続部を、前記這い回したコイル端子に重なるように折り曲げた回転電機。 - 請求項1に記載の回転電機において、
前記接続部が、前記コイルエンドより径方向外周側に配置されている回転電機。 - 請求項7に記載の回転電機において、
前記接続部が、前記コイルエンドから一定距離の位置に配置されている回転電機。 - 請求項8に記載の回転電機において、
前記コイルには、長辺と短辺とから成る矩形断面形状の導体が用いられ、
前記先端側コイル端末の長辺の面と前記底側コイル端末の長辺の面とが対向するように前記接続部が構成されている回転電機。 - 請求項8に記載の回転電機において、
前記コイルには、長辺と短辺とから成る矩形断面形状の導体が用いられ、
前記先端側コイル端末の短辺の面と前記底側コイル端末の短辺の面とが対向するように前記接続部が構成されている回転電機。 - 請求項9に記載の回転電機において、
前記先端側コイル端末と前記底側コイル端末とが軸方向に重なるように前記接続部が構成されている回転電機。 - 固定子鉄心のスロットに配置される複数のコイルを接続して構成される回転電機に用いられる固定子巻線であって、
互いに接続された2つのコイルは、その一方が前記スロットの先端側においてコイルエンド方向に引き出される先端側コイル端末を有し、前記2つのコイルの他方は、前記スロットの底側においてコイルエンド方向に引き出されるように、前記先端側コイル端末に接続される底側コイル端末を有し、
前記先端側コイル端末と前記底側コイル端末とが、前記コイルエンドの径方向外周側に折り曲げられ、
前記先端側コイル端末が、前記コイルエンドに沿って底側コイル端子側へと這い回されて該底側コイル端子に接続され、
前記先端側コイル端末と前記底側コイル端末との接続部の先端が、径方向外周側を向いている固定子巻線。 - 請求項12に記載の固定子巻線において、
前記接続部が、前記コイルエンドより径方向外周側に配置されている固定子巻線。 - 請求項13に記載の固定子巻線において、
前記接続部が、前記コイルエンドから一定距離の位置に配置されている固定子巻線。 - 請求項14に記載の固定子巻線において、
前記コイルには、長辺と短辺とから成る矩形断面形状の導体が用いられ、
前記先端側コイル端末の長辺の面と前記底側コイル端末の長辺の面とが対向するように前記接続部が構成されている固定子巻線。 - 請求項14に記載の固定子巻線において、
前記コイルには、長辺と短辺とから成る矩形断面形状の導体が用いられ、
前記先端側コイル端末の短辺の面と前記底側コイル端末の短辺の面とが対向するように前記接続部が構成されている固定子巻線。 - 請求項15に記載の固定子巻線において、
前記先端側コイル端末と前記底側コイル端末とが軸方向に重なるように前記接続部が構成されている固定子巻線。
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