JP5482481B2 - ステータおよび回転電機 - Google Patents

Description

この発明は、ステータおよび回転電機に関し、より特定的には、導線が巻かれて構成されるステータおよびそれを用いた回転電機に関するものである。

従来、ステータの構造は、たとえば特開２００９−１１０６４号公報（特許文献１）、特開２００３−８８０２１号公報（特許文献２）、特開２０００−１９７２９４号公報（特許文献３）および特開２００９−１１１５１号公報（特許文献４）に開示されている。

特開２００９−１１０６４号公報 特開２００３−８８０２１号公報 特開２０００−１９７２９４号公報 特開２００９−１１１５１号公報

特許文献１では、ステータ巻線は、所定ピッチ離れたスロットに収容される１対のスロット収容部と、ステータコアの両端で１対のスロット収容部同士を接続するターン部とを有し、１対のスロット収容部は、ステータコアの端部で互いに近接する周方向に屈曲したクランク部にてターン部と接続され、複数の導体素線同士を互いに面接触させて積層するとともに、その外周に被覆樹脂層からなる絶縁被膜を設けたステータ巻線が開示されている。

特許文献２では、導体線は、スロットに収容されるスロット収容部が断面扁平に成形され、スロット収容部の端部同士を連結するコイルエンド部が断面ほぼ円形に成形され、スロット収容部は、径方向に少なくとも１列に配列されて複数層にスロット内に収納されている交流発電機のステータが開示されている。

特許文献３では、列変わり、層変わり部のあるコイルエンドでコイル線の断面形状を丸型にすることで平角のエッジ同士の押し合いが避けられ、被覆損傷を防止する集中巻きコイルが開示されている。

特許文献４では、周方向に交互に異なる複数の磁極を形成している回転子と対向する位置に配置される回転電機の固定子は、周方向に複数のスロットを有する固定子コアと、絶縁被膜によって覆われて断面形状がほぼ矩形状の線材により形成されてスロットに巻回された固定子巻線とを備え、線材は、周方向の異なるスロットに収容されたスロット収容部と、スロットの外部でスロット収容部同士を接続しているターン部とを有し、スロットから突出するターン部の突出箇所は、線材が跨って収容されている２つのスロットに向けた階段状に形成されており、階段形状の屈曲部位の内側に凹部を有することが開示されている。

従来の技術では、コイルエンド部において、平角線の稜線同士が接触して絶縁被覆が損傷しやすいという問題があった。

そこで、この発明は上述のような問題点を解決するためになされたものであり、絶縁膜の損傷を防止することが可能なステータおよび回転電機を提供することを目的とする。

この発明に従ったステータは、ステータコアの複数のスロットの各々に収容されてコイルを形成する複数のコイル部と、複数のコイル部を接続し、ステータコアの円周方向に延在しながら半径方向に屈曲するクランク部とを有する導線を備え、導線は絶縁膜で被覆されており、コイル部では導線の長手方向に直交する断面は矩形であり、クランク部では、他の導線と近接する部分において導線長手方向に直交する断面の角が切除されている。

このように構成されたステータでは、クランク部の断面では、他の導線と近接する部分において導線の角が切除されているためクランク部で導線の角が他の導線と接触するのを防止することができる。その結果、クランク部における絶縁膜の損傷を抑制することができる。

クランク部での導線の長手方向に直交する断面はＤ形状である。この場合、Ｄ形状とすることで、断面が丸い場合と比較して断面積を大きくすることができる。

好ましくは、ステータは、コイル内に挿入されるティースを有するステータコアをさらに備える。

好ましくは、ステータコアのスロットの半径方向に沿った断面では、スロット内に第１の位相の導線が嵌合し、スロット外に第２の位相の導線が位置している。

この発明に従った回転電機は、上述のいずれかのステータと、そのステータの内周側に位置するロータとを備える。

この発明に従えば、導線外周の絶縁膜の損傷を抑制することが可能なステータおよびそれを備えた回転電機を提供することができる。

この発明の実施の形態１に従ったステータを有する回転電機の断面図である。 図１中の矢印ＩＩで示す方向から見た、コイルエンドを含むステータの側面図である。 図２で示す回転電機を構成するステータのおよそ四分の一の部分を拡大して示す側面図である。 図１中の矢印ＩＶで示す方向から見た、ステータにおける導線の重なり部分の斜視図である。 図４中のＶ−Ｖ線に沿った、ステータの１つのコイル部内における断面図である。 図２中の矢印ＶＩで示す方向から見た、導線が屈曲するクランク部の斜視図である。 図６中のＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿ったクランク部における導線の配置を示す断面図である。 ステータに設けられる、回転電機を駆動させるための配線構造を示す図である。 図５中のＩＸ−ＩＸ線に沿った、１つのスロット部に嵌合する導線を示す断面図である。 この発明の実施の形態２における１つの局面に従った導線の配置を示す断面図である。 この発明の実施の形態２における別の局面に従った導線の配置を示す断面図である。 比較例に従ったステータにおける巻線構造を示す図である。

以下、この発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、以下の実施の形態では同一または相当する部分については同一の参照符号を付し、その説明については繰返さない。また、各実施の形態を組合せることも可能である。

（実施の形態１）
図１は、この発明の実施の形態１に従ったステータを有する回転電機の断面図である。図１を参照して、回転電機１００は、ロータ１４０と、ロータ１４０の外周に設けられたステータ１５０とを有する。ロータ１４０はシャフト１３０を中心として回転可能である。

ステータ１５０はロータ１４０の外周側に配置されており、円筒形状のステータコア１１０と、ステータコア１１０に巻かれたコイルにより構成されるコイルエンド１２０とを有する。円筒形状のステータコア１１０の内周側にロータ１４０が位置している。

図２は、図１中の矢印ＩＩで示す方向から見た、コイルエンドを含むステータの側面図である。図２を参照して、ステータコア１１０に円周方向に沿ってコイルが巻かれてコイルエンド１２０を形成している。コイルエンド１２０は導体としての導線１０によって構成されている。導線１０は、ステータコア１１０の表面を覆うように配置されている。そしてステータコア１１０の内周側にはシャフト１３０およびロータ１４０が位置している。ロータ１４０には永久磁石が埋込まれている。

図３は、図２で示す回転電機を構成するステータのおよそ四分の一の部分を拡大して示す側面図である。図３を参照して、導線１０は時計回りに延在するに従って外周側へ屈曲するように配置されている。

図４は、図１中の矢印ＩＶで示す方向から見た、ステータにおける導線の重なり部分の斜視図である。図４を参照して、導線１０は、コイル部１１と、複数のコイル部１１を接続するクランク部１２とを有する。コイル部１１は空洞部であるコイル１３を形成しており、このコイル１３にステータコアのティースが挿入される。導線１０はＵ相導線１０Ｕ、Ｖ相導線１０ＶおよびＷ相導線１０Ｗにより構成されている。すなわち、この回転電機は３相交流の回転電機である。コイル部１１はコイル１３を形成し、そしてコイル部１１間を接続する部分の一部分がクランク部１２である。クランク部１２は半径方向に屈曲して設けられている。スロット部であるコイル部１１では、同じ相の導線が積層されており、コイル部１１によって磁界を発生させる。

図５は、図４中のＶ−Ｖ線に沿った、ステータの１つのコイル部内における断面図である。図５を参照して、１つのコイル部１１には、同一の位相の導線が嵌め合わせられている。図５の例では、Ｕ相導線１０Ｕを構成する導線がコイル部１１に嵌め合わせられている。そして、コイル部１１上のクランク部１２では、Ｕ相導線１０Ｕ、Ｖ相導線１０ＶおよびＷ相導線１０Ｗを構成する各々の導線が配置されている。各々の導線１０はＤ形状に構成されている。なお、導線１０はＤ形状に限られず、導線１０の長手方向に直交する断面において、少なくとも１つの角部分が切除されていればよい。

Ｕ相導線１０Ｕのコイル、Ｖ相導線１０Ｖのコイル、Ｗ相導線１０Ｗのコイルがこの順で円周方向に配置されている。

図６は、図２中の矢印ＶＩで示す方向から見た、導線が屈曲するクランク部の斜視図である。図７は、図６中のＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿ったクランク部における導線の配置を示す断面図である。図６および図７を参照して、クランク部１２では、導線１０が千鳥状に配置されており、各々の角が切除されている。すなわち角張ったエッジ部１０Ｅと、角が落とされた円形部１０Ｒとを有し、円形部１０Ｒにおいて隣接する導線１０との間での絶縁を確保することが可能となっている。

つまりクランク部において長手方向に直交する断面においてＤ字状に導線１０を構成することで、稜線同士の接触を回避することが可能となっている。

図８は、ステータに設けられる、回転電機を駆動させるための配線構造を示す図である。図８を参照して、ステータコア１１０上に複数の配線１１５，１１６が設けられる。分割されたステータコア１１０の各々はティース１１１を有し、ティース１１１間がスロット１１２である。スロット１１２にはコイルが巻かれる。各々のコイルを接続するための配線１１５がステータコア１１０上に設けられている。そして動力線としての配線１１６が設けられ、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相に対応する配線１１６において、コイルが外部に接続される。

図９は、図５中のＩＸ−ＩＸ線に沿った、１つのスロット部に嵌合する導線を示す断面図である。図９で示すように、ステータコア１１０のスロット１１２には、長手方向に直交する断面がほぼ矩形状の平角線で構成される導線１０が嵌め合わせられている。スロット１１２内のコイル線としての導線１０の断面形状を、クランク部と同じにすると占積率が低下し、回転電機の小型化および高出力化を妨げる要因となるため、コイル部１１内で密に導線を配置するために図９で示すような形状を採用する。

すなわち、以上のようなこの発明に従ってステータ１５０は、ステータコア１１０の複数のスロット１１２の各々に収容されてコイル１３を形成する複数のコイル部１１と、複数のコイル部１１を接続し、ステータコア１１０の円周方向に延在しながら半径方向に屈曲するクランク部１２とを有する導線１０を備える。導線１０は絶縁膜１８で被覆されている。コイル部１１において導線１０の長手方向に直交する断面は矩形である。クランク部１２では、他の導線と近接する部分において導線１０の長手方向に直交する断面での角が切除されている。そしてクランク部１２での導線の長手方向に直交する断面形状はＤ形状である。コイル１３内に挿入されるティース１１１をステータコア１１０は有する。ステータコア１１０のスロットの半径方向に沿った図５で示す断面では、スロット内に第１の位相の導線としてのＵ相導線１０Ｕが嵌合し、スロット外に第２の位相の導線としてのＶ相導線１０Ｖが位置している。

すなわち、平角線の稜線同士が接触し、振動すると被膜が外れるという従来の問題に対し、実施の形態に従った発明では、導線の一部分を角を切除することで絶縁膜１８の剥がれを抑制している。

（実施の形態２）
図１０は、この発明の実施の形態２における１つの局面に従った導線の配置を示す断面図である。図１１は、この発明の実施の形態２における別の局面に従った導線の配置を示す断面図である。実施の形態２では、図１０および図１１で示すように、Ｄ形状以外の構成を採用している。具体的には、図１０では、角部分を面取りした構成を採用している。これに対し、図１１では、断面を円形状としている。

図１２は、比較例に従ったステータにおける巻線構造を示す図である。図１２では、すべての導線１０の断面が矩形である。そのため、最上部の導線とその下の導線との間に隙間１７を設けることで稜線同士の接触を避けている。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

この発明は、回転電機の分野で用いることができる。

１０ 導線、１０Ｕ Ｕ相導線、１０Ｖ Ｖ相導線、１０Ｗ Ｗ相導線、１１ コイル部、１２ クランク部、１３ コイル、１７ 隙間、１８ 絶縁膜、１００ 回転電機、１１０ ステータコア、１１１ ティース、１１２ スロット、１１５，１１６ 配線、１３０ シャフト、１４０ ロータ、１５０ ステータ。

Claims (4)

1. ステータコアの複数のスロットの各々に収容されてコイルを形成する複数のコイル部と、複数の前記コイル部を接続し、ステータコアの円周方向に延在しながら半径方向に屈曲するクランク部とを有する導線を備え、
   前記導線は絶縁膜で被覆されており、
   前記コイル部では前記導線の長手方向に直交する断面は矩形であり、
   前記クランク部では、他の導線と近接する部分において前記導線の長手方向に直交する断面の角が切除されており、
   前記クランク部において前記導線の長手方向に直交する断面形状はＤ形状である、ステータ。
2. 前記コイル内に挿入されるティースを有するステータコアをさらに備えた、請求項１に記載のステータ。
3. 前記ステータコアのスロットの半径方向に沿った断面では、スロット内に第一の位相の導線が嵌合し、スロット外に第二の位相の導線が位置している、請求項２に記載のステータ。
4. 請求項１から３のいずれか１項に記載のステータと、
   前記ステータの内周側に位置するロータとを備えた、回転電機。

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