JP5453913B2 - Rotating electric machine - Google Patents
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Description
本発明は、回転電機に関する。 The present invention relates to a rotating electrical machine.
回転電機において巻線体を構成するコイルとして、環状の固定子鉄心に形成された複数のスロットを跨いでその固定子鉄心に巻回された分布巻きのコイルがある(例えば、特許文献1参照)。 As a coil constituting a winding body in a rotating electrical machine, there is a distributed winding coil wound around the stator core across a plurality of slots formed in an annular stator core (see, for example, Patent Document 1). .
しかしながら、特許文献1のコイルでは、コイルエンドが回転電機の軸方向に沿って凸状となる山形状に形成されているために、回転電機の軸方向に沿ってコイルが長大化してしまい、回転電機の長大化を招くという問題がある。
However, in the coil of
そこで、本発明は、コイルが分布巻きされた回転電機が長大化するのを抑制することを目的とする。 Then, an object of this invention is to suppress that the rotary electric machine by which the coil was distributedly wound becomes long.
本発明にあっては、回転電機は、固定子鉄心のスロットに対して分布巻きされた複数のコイルを備え、前記コイルは、複数の前記スロット間に掛け渡されたコイルエンドに、捩り形成された捩り部を有し、前記周方向で異なる位置に配置されて互いに隣り合う前記コイル同士は、相互の前記捩り部同士が沿った状態で相互の前記コイルエンドが前記固定子鉄心の軸方向端面に沿って配設されていることを特徴とする。 In the present invention, the rotating electrical machine includes a plurality of coils that are distributedly wound around the slots of the stator core, and the coils are twisted at coil ends that are spanned between the plurality of slots. The coils arranged adjacent to each other at different positions in the circumferential direction are arranged in such a manner that the coil ends of the coils are aligned with each other and the end portions of the stator core are in the axial direction. It is characterized by being arranged along.
本発明によれば、捩り部同士が相互に沿った状態で相互のコイルエンドが固定子鉄心の軸方向端面に沿って配設されているので、コイルの長大化を抑制することができ、よって、コイルが分布巻きされた回転電機が長大化するのを抑制することができる。 According to the present invention, since the coil ends are arranged along the axial end surface of the stator core in a state where the twisted portions are along each other, the lengthening of the coil can be suppressed. It is possible to suppress the length of the rotating electrical machine in which the coils are distributedly wound.
本発明の一実施形態を図面を参照しながら説明する。 An embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1に示すように、回転電機1は、ケース3と、このケース3に収納された固定子5と、ケース3に収納された回転子7と、この回転子7に固定された回転軸9と、を備えて構成されている。本実施形態の回転電機1は、U相、V相、W相の三相回転電機である
回転子7は、中心部に回転軸9が配設された円筒状をなしている。回転子7は、その外周部に、周方向に等間隔に配置された図示しない複数の永久磁石を有している。回転軸9は、図示しない軸受けによってケース3に対して回転可能に支持されており、これにより回転子7が固定子5に対して回転可能となっている。そして、回転子7は、固定子5から与えられる回転磁束によって発生する永久磁石の反力により、回転軸9を中心に回転する。
As shown in FIG. 1, the rotating
固定子5は、図2及び図3示すように、回転子7の外周を囲繞する環状、具体的には円筒状に形成された固定子鉄心11と、この固定子鉄心11の内周部に取り付けられた環状の巻線体13とを有している。ここで、図2及び図3では、巻線体13の一部を示してある。
As shown in FIGS. 2 and 3, the
固定子鉄心11の内周部には、複数のスロット11aが周方向に沿って規定の間隔をあけて形成されているとともに、隣合うスロット11a間には歯部11bが形成されている。
A plurality of
巻線体13は、スロット11aに対して分布巻きされた複数のコイル15を有して構成されている。コイル15は、複数の相(U相、V相、W相)毎に複数個ずつ設けられており、同じ相のコイル15は、周方向で所定数(具体的には2つ)おきに配置されている。
The
各コイル15は、図4及び図5に示すように、整列巻きによって形成されているとともに、図2及び図3に示すように、固定子5の周方向で連続して配置された3つのスロット11aに亘って巻回されている。コイル15は、複数(本実施形態では3つ)のスロット11a間に掛け渡された一対のコイルエンド15a,15bを有している。そして、コイル15の一方のコイルエンド15aからは、引出線15cが延設されており、同じ相のコイル15同士が引出線15cを介して直列接続されている。
Each
コイル15は、捩り形成された複数の捩り部15dをコイルエンド15a,15bに有している。本実施形態では、一つのコイルエンド15a又は15bにおける捩り部15dの数は、2の整数倍であり、本実施形態では、2つである。即ち、本実施形態では、コイル15に、4つの捩り部15dが形成されており、これら4つの捩り部15dを区別する際には、第1ないし第4の捩り部15e,15f,15g,15hという。
The
第1ないし第4の捩り部15e,15f,15g,15hは、この順にコイル15の周方向に沿って形成されており、第1及び第2の捩り部15e,15fは、一方のコイルエンド15aに形成され、第3及び第4の捩り部15g,15hは、他方のコイルエンド15bに形成されている。また、各捩り部15dの捩り角度は、略180度であり、つまり、コイル15を構成する導線17の上下が捩り部15dにおいて反転している。コイルエンド15a,15bには、捩り部15dによって段差が形成されており、コイルエンド15a,15bにおける捩り部15d間に形成された中間部15iは、コイルエンド15a,15bの他の部分である固定子5周方向での両端部15jよりも、固定子鉄心11の軸方向端面11cに対して離間している。また、コイル15は、図4及び図5に示すように、一方のコイルエンド15aと他方のコイルエンド15bとで捩り部15dの捩り方向が逆となっている。詳細には、本実施形態では、一方(引出線15c側)のコイルエンド15aの第1及び第2の捩り部15e,15fは、コイル15の一方の側方から見て(図5(c))左回りに捩じられている一方、他方のコイルエンド15bの第3及び第4の捩り部15g,15hは、コイル15の一方の側方から見て(図5(c))右回りに捩じられている。
The first to
そして、コイル15同士は、図2及び図6に示すように、相互の捩り部15d同士が沿った状態で、相互のコイルエンド15a,15bが固定子鉄心11の軸方向端面11cに沿って配設されている。具体的には、コイル15同士は、それらの捩り部15d同士が相互に沿った状態で、相互に組み付けられており、複数のコイル15のコイルエンド15a(コイルエンド15b)は、固定子鉄心11の軸方向端面11cに積層状態で配置されている。このとき、ある一つのコイル15のコイルエンド15a,15bの中間部15iと固定子鉄心11の軸方向端面11cとの間に、該コイル15の両隣りのコイル15のコイルエンド15a,15bの固定子5周方向での端部15jが位置している。即ち、一つのコイル15とその隣のコイル15のコイルエンド15a(コイルエンド15b)同士の上下関係が捩り部15dを介して逆転するようになっている。
2 and 6, the coil ends 15 a and 15 b are arranged along the
また、コイルエンド15a,15bにおけるスロット11aを越える部分15mは、当該コイルエンド15a,15bを有するコイル15とは別であって当該スロット11aに挿入されたコイル15を越えて配置されている。一例として、図2のコイル15Bのコイルエンド15a,15bにおけるスロット11aAを越える部分15mは、当該コイルエンド15a,15bを有するコイル15Bとは別であってスロット11aAに挿入されたコイル15A,15Cを越えて配置されている。
Further, the
次に、巻線体13の製造方法を説明する。図7(a)に示すように、コイル15は、円環状の整列巻き素材19から形成されている。本実施形態では、整列巻き素材19は、図8に示すように、絶縁表面処理された断面正方形の銅線などの導線17が2行4列の配列となるように整列巻きされることで構成されており、整列巻き素材19は、径方向の幅aと径方向と直交する方向の幅bとの比が略1:2となっている。巻線体13の製造にあっては、まず、整列巻き素材19を複数の治具21に取り付ける(図7(b))。そして、所定の治具21を回転させることで捩り部15dを形成した後(図7(c))、整列巻き素材19を矩形状に成型する(図7(d))。これにより、コイル15が形成される。ここで、図7では、捩り部15dを模式的に×印で示してあるとともに、捩り部15dによる段差も省略してある。次に、コイル15を固定子鉄心11のスロット11aに挿入し、次に、このコイル15の隣の位置となるコイル15をスロット11aに挿入してこれらのコイル15の捩り部15d同士を沿わせた状態でそれらのコイル15同士を相互に組み付ける(図7(e))。この作業を固定子鉄心11の周方向に沿って順次行なうことで巻線体13が完成する。
Next, a method for manufacturing the winding
以上説明したように、本実施形態では、コイル15同士は、相互の捩り部15d同士が沿った状態で、相互のコイルエンド15a,15bが固定子鉄心11の軸方向端面11cに沿って配設されているので、コイルエンドが回転電機1の軸方向に沿って凸状となる山形状に形成されている場合に比べて、コイル15の長大化を抑制することができ、よって、コイル15が分布巻きされた回転電機1が長大化するのを抑制することができる。また、本実施形態によれば、コイルエンド15a,15bに溶接をする必要がないので、コイルエンド15a,15b部の小型化をより一層図ることができる。
As described above, in this embodiment, the
また、本実施形態では、コイル15は、整列巻きによって形成されているので、スロット11a中のコイル15の占有率を集中巻きと同等にすることができる。また、コイル15同士は、それらの捩り部15d同士が相互に沿った状態でそれらのコイルエンド15a(コイルエンド15b)同士が固定子鉄心11の軸方向端面11cに沿って配設されているので、固定子鉄心11のスロット11aを無用に塞ぐことを抑制することができる。ここで、図9に示す比較例では、巻線体113のコイル115のコイルエンド115a同士が固定子鉄心111の径方向にずれて配置されているので、固定子鉄心111のスロット111aを無用に塞いでしまい、スロット111a中のコイル115の占有率が低下してしまう。
In this embodiment, since the
また、本実施形態では、コイル15は、固定子5の周方向で連続して配置された3つのスロット11aに亘って巻回されており、また、一つのコイルエンド15a,15bにおける捩り部15dの数は、2であることにより、コイル15の大きさを分布巻きのコイル15として最小にすることができ、コイルエンド15a,15bの小型化効果をより大きくすることができる。
In the present embodiment, the
また、本実施形態では、捩り部15dの捩り角度は、180度である。ここで、捩り部15dの捩り角度が180度以外の場合には、コイルエンド15a,15bにおける導線17の上下が完全には反転しないため、捩り角度が180度からずれた分に応じてコイルエンド15a,15bが大きくなってしまうが、本実施形態では、上述の通り捩り部15dの捩り角度が180度であるので、コイルエンド15a,15bの小型化効果をより大きくすることができる。
In the present embodiment, the twist angle of the twisted
また、本実施形態では、コイル15は、円環状の整列巻き素材19から形成され、整列巻き素材19は、径方向の幅aと径方向と直交する方向の幅bとの比が略1:2であるので、したがって、2つのコイルエンド15a(又は15Bb)を組み合わせるとそれらを合わせた断面が略正方形となる。ここで、2つのコイルエンド15a(又は15Bb)を組み合わせた断面が長方形の場合、コイルエンド15a(又は15Bb)を組み合わせた部分の高さが高くなってしまったり、幅が広くなってしまうが、本実施形態では、2つのコイルエンド15a(又は15Bb)を組み合わせた断面が略正方形となるので、コイルエンド15a,15bの小型化効果をより大きくすることができる。
Moreover, in this embodiment, the
また、本実施形態では、コイル15は、一方のコイルエンド15aと他方のコイルエンド15bとで捩り部15dの捩り方向が逆である。ここで、捩り部15dの捩り方向によって、捩り部15dにおいて90度捩じられた部分である90度捩り部15k(図3(b))がスロット11aの奥側(固定子鉄心11の径方向で固定子鉄心11の中心に対して奥側)になるか、スロット11aの入口側(固定子鉄心11の径方向で固定子鉄心11の中心に対して手前側)になるかが決定する。コイル15をスロット11aに挿入する作業では、捩り部15dにおける90度捩り部15kがスロット11aの奥側となるコイル15を先にスロット11aに挿入し、その後、捩り部15dにおける90度捩り部15kがスロット11aの手前側となるコイル15を挿入して、それらのコイル15同士を組み付けることによりスムーズに行うことができる。これを実現するには、一方のコイルエンド15aと他方のコイルエンド15bとで捩り部15dの捩り方向が逆であることが必要である。本実施形態では、上述の通り、一方のコイルエンド15aと他方のコイルエンド15bとで捩り部15dの捩り方向が逆であることにより、コイル15の組み付け性の向上を図ることができる。
In the present embodiment, in the
次に、本実施形態の変形例を説明する。 Next, a modification of this embodiment will be described.
図10に示す第1の変形例の巻線体213は、捩り部15dの捩り方向が上記の巻線体13の捩り部15dと逆となっている。具体的には、第1及び第2の捩り部15e,15fは、コイル15の一方の側方から見て右回りに捩じられている一方、第3及び第4の捩り部15g,15hは、コイル15の一方の側方から見て左回りに捩じられている。この巻線体213のコイル15、上記の巻線体13のコイル15とは逆回りに固定子鉄心11に順次組み付けられる。この第1の変形の巻線体213によれば、上記の巻線体13と同様に、コイル15の種類が1種類で良いので、コイル15の管理が楽である。
In the winding
図11に示す第2の変形例の巻線体313は、第1のコイル15Dと、第2のコイル15Eとが交互に組み付けられて構成されている。第1のコイル15Dは、第1の捩り部15eと第2の捩り部15fとの捩り方向が逆であり、第3の捩り部15gと第4の捩り部15hとの捩り方向が逆であり、第1の捩り部15eと第3の捩り部15gとの捩り方向が同じであり、第2の捩り部15fと第4の捩り部15hとのねじり方向が同じである。一方、第2のコイル15Eも、第1の捩り部15eと第2の捩り部15fとの捩り方向が逆であり、第3の捩り部15gと第4の捩り部15hとの捩り方向が逆であり、第1の捩り部15eと第3の捩り部15gとの捩り方向が同じであり、第2の捩り部15fと第4の捩り部15hとのねじり方向が同じである。そして、第2のコイル15Eは、第1のコイル15Dとは異なり、第1の捩り部15eと第3の捩り部15gとの捩り方向は、コイル15の一方の側方から見て右回りに捩じられている一方、第2の捩り部15fと第4の捩り部15hとのねじり方向は、コイル15の一方の側方から見て左回りに捩じられている。かかる構造の巻線体313は、全ての第1のコイル15Dをスロット11aに挿入した後に、第2のコイル15Eをスロット11aに挿入して第1のコイル15Dと第2のコイル15Eとを相互に組み付けることで、相互のコイル15同士が連結される。よって、かかる第2の変形例の巻線体313によれば、その組み立てを比較的容易に行うことができる。
The winding
図12に示す第3の変形例の巻線体413は、コイル15の捩り部15dの捩り角度が90度である点が上記の巻線体13と異なる。かかる構成によれば、捩り部15dの捩り角が180度の場合に比べて、スロット11a中のコイル15の占有率は低下するものの、上記従来の分布巻きに対しては、小型化を図ることができる。また、この構成では、1スロット11aおきにスロット11aに余剰スペースがあるため、そのスペースを冷却用流体の通路に適用することが可能である。
The winding
なお、本発明は、上記実施形態に限ることなく本発明の要旨を逸脱しない範囲で他の実施形態を各種採用することができる。例えば、整列巻きの配列としては、2行4列の配列に限ることなく、他の配列であっても良い。 The present invention is not limited to the above embodiment, and various other embodiments can be adopted without departing from the gist of the present invention. For example, the arrangement of the aligned winding is not limited to the arrangement of 2 rows and 4 columns, but may be other arrangements.
1…回転電機
5…固定子
7…回転子
11…固定子鉄心
11a…スロット
11c…軸方向端面
15(15A,15B,15C),15D,15E…コイル
15a,15b…コイルエンド
15d(15e,15f,15g,15h)…捩り部
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記固定子に対して回転可能な回転子と、
を備える回転電機において、
前記コイルは、複数の前記スロット間に掛け渡されたコイルエンドに、捩り形成された捩り部を有し、
前記周方向で異なる位置に配置されて互いに隣り合う前記コイル同士は、相互の前記捩り部同士が沿った状態で相互の前記コイルエンドが前記固定子鉄心の軸方向端面に沿って配設されていることを特徴とする回転電機。 A stator having an annular stator core in which a plurality of slots are provided along a circumferential direction and a plurality of coils wound around the slots;
A rotor rotatable with respect to the stator;
In a rotating electrical machine comprising:
The coil has a twisted portion formed by twisting at a coil end spanned between the plurality of slots,
The coils that are arranged at different positions in the circumferential direction and are adjacent to each other are arranged such that the coil ends of the coils are arranged along the axial end surface of the stator core in a state in which the torsional portions are along each other. A rotating electric machine characterized by
一つの前記コイルエンドにおける前記捩り部の数は、2であることを特徴とする請求項1ないし4のいずれか一項に記載の回転電機。 The coil is wound over three slots arranged continuously in the circumferential direction of the stator,
5. The rotating electrical machine according to claim 1, wherein the number of the twisted portions in one coil end is two.
前記整列巻き素材は、円環状に形成された当該整列巻き素材の径方向の幅と径方向と直交する方向の幅との比が略1:2であることを特徴とする請求項1ないし6のいずれか一項に記載の回転電機。 The coil is formed from an annular aligned winding material,
The ratio of the width in the radial direction and the width in the direction perpendicular to the radial direction of the aligned wound material formed in an annular shape is approximately 1: 2, as described above. The rotating electrical machine according to any one of the above.
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