JP5846081B2 - Stator coil structure of rotating electrical machine - Google Patents
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Description
本発明は、特定のスロット組間で巻線を巻回して構成される単位コイルと、二つの単位コイル間を繋ぐべく他のスロット間を渡る渡り線と、を備えた回転電機のステータコイル構造に関する。 The present invention relates to a stator coil structure of a rotating electrical machine comprising a unit coil configured by winding a winding between specific slot sets, and a crossover between other slots so as to connect the two unit coils. About.
回転電機のステータコイルは、通常、複数の単位コイルと、当該単位コイル間を繋ぐ渡り線と、を有している。各単位コイルは、特定の二つのスロット間、具体的には、集中巻の場合は、隣接する二つのスロット間、分布巻の場合は少なくとも3スロット離れた二つのスロット間で、巻線を巻回して構成される。特許文献1,2は、分布巻で構成された回転電機のステータコイル構造が開示されている。
A stator coil of a rotating electrical machine usually has a plurality of unit coils and a connecting wire connecting the unit coils. Each unit coil is wound between two specific slots, specifically, between two adjacent slots in the case of concentrated winding, or between two slots separated by at least three slots in the case of distributed winding. Configured by turning.
かかる単位コイル、および、渡り線のうち、ステータコアの端部から突出した部分が、いわゆるコイルエンドとなる。このコイルエンド部分において、単位コイルおよび渡り線は、スロットの端部から突出してステータ軸方向に延びた後、ステータ周方向(より正確にはステータ周方向に進むにつれステータ軸方向にも進む斜め方向)に屈曲して他のスロットへ向かう。 Of the unit coil and the connecting wire, a portion protruding from the end of the stator core is a so-called coil end. In this coil end portion, the unit coil and the jumper wire protrude from the end of the slot and extend in the stator axial direction, and then in the stator circumferential direction (more precisely, the oblique direction that advances in the stator axial direction as it advances in the stator circumferential direction) ) To the other slot.
ただし、渡り線は、スロット端部から突出した後、一度、径方向に屈曲し、その後、斜め方向に屈曲する。したがって、渡り線は、単位コイルに比べて、高い位置で斜め方向に屈曲する。 However, the jumper wire is once bent in the radial direction after protruding from the end of the slot, and then bent in the oblique direction. Therefore, the crossover is bent in an oblique direction at a higher position than the unit coil.
ここで、従来、この斜め方向への屈曲角度は、渡り線と単位コイルとで同じであることが多かった。一方、斜め方向に屈曲する位置は、渡り線のほうが高い。そのため、斜め方向に屈曲後、同じ距離だけ周方向に進んだとき、単位コイルに比べて、渡り線のほうが、高くなってしまっていた。そして、結果として、コイルエンド全体で、高さの不均一が生じていた。かかるコイルエンドの高さ不均一は、ステータコイルの製造工程で行うコイルエンドの形状を整える作業を困難にしたり、回転電機の駆動時にステータコイルに供給される冷媒の円滑な流れを妨げたりしていた。 Here, conventionally, the bending angle in the oblique direction is often the same between the crossover and the unit coil. On the other hand, the crossover position is higher at the position of bending in the oblique direction. For this reason, when the wire travels in the circumferential direction after bending in an oblique direction, the crossover wire is higher than the unit coil. As a result, the height of the entire coil end is uneven. Such uneven coil end height makes it difficult to adjust the shape of the coil end in the stator coil manufacturing process, or prevents the smooth flow of refrigerant supplied to the stator coil when the rotating electrical machine is driven. It was.
かかる問題を避けるために、単位コイルを、スロット端部から突出した後、ステータ軸方向に進む距離を長くして、斜め方向に屈曲する際のステータ軸方向位置を、渡り線および単位コイルで、同じにすることも考えられる。この場合、渡り線および単位コイルにおいても、屈曲位置の高さ、屈曲角度がともに同じであるため、渡り線および単位コイルの高さを揃えることができる。しかし、この場合、単位コイルのステータ軸方向に進む距離を長くした分だけ、余計に巻線が必要となり、材料費の増加を招く。 In order to avoid such a problem, after projecting the unit coil from the end of the slot, the distance traveled in the stator axial direction is lengthened, and the stator axial direction position when bending in the oblique direction is determined by the crossover and the unit coil. The same thing can be considered. In this case, since the height of the bending position and the bending angle are the same also in the connecting wire and the unit coil, the height of the connecting wire and the unit coil can be made uniform. However, in this case, an extra winding is required as much as the distance of the unit coil in the axial direction of the stator is increased, leading to an increase in material costs.
そこで、本発明では、巻線の使用量増加を抑制しつつ、コイルエンド高さを均一化できる回転電機のステータコイル構造を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a stator coil structure of a rotating electrical machine that can make the coil end height uniform while suppressing an increase in the amount of winding used.
本発明の回転電機のステータコイル構造は、特定スロット間で巻線を巻回して構成される単位コイルと、二つの単位コイル間を繋ぐべく他のスロット間を横断する渡り線と、を備えた回転電機のステータコイル構造であって、前記単位コイルは、前記スロットの端部から、ステータ軸方向および周方向に離れた位置にある前記単位コイルの頂部に向かうべく、第一の角度で屈曲し、前記渡り線は、スロットの端部からステータ軸方向に延びた後、ステータ軸方向および周方向に離れた位置にあるとともに前記単位コイルの頂部と同じ高さ位置にある前記渡り線の頂部に向かうべく、第二の角度で屈曲し、前記第一の角度は、前記第二の角度よりも大きい、ことを特徴とする。 A stator coil structure of a rotating electrical machine according to the present invention includes a unit coil configured by winding a winding between specific slots, and a crossover that crosses between other slots to connect two unit coils. In the stator coil structure of a rotating electrical machine, the unit coil is bent at a first angle so as to go from the end of the slot toward the top of the unit coil at a position away from the stator axial direction and the circumferential direction. The connecting wire extends from the end of the slot in the axial direction of the stator, and is at a position apart from the axial direction of the stator and in the circumferential direction and at the same height as the top of the unit coil. It is bent at a second angle to be directed, and the first angle is larger than the second angle.
好適な態様では、前記渡り線は、前記ステータ軸方向に延びてから、前記頂部に向かって屈曲するまでの間に、ステータ径方向にも屈曲する。他の好適な態様では、前記単位コイルが頂部に向かって屈曲するステータ軸方向位置は、前記渡り線が頂部に向かって屈曲するステータ軸方向位置よりも低い。 In a preferred aspect, the crossover wire also bends in the stator radial direction after extending in the stator axial direction until it is bent toward the top. In another preferred aspect, the stator axial position where the unit coil bends toward the top is lower than the stator axial position where the connecting wire bends toward the top.
本発明では、単位コイルの頂部を、渡り線の頂部と同じ高さとしているため、コイルエンドの高さを均一化できる。また、単位コイルを渡り線よりも大きい角度で頂部に向かって屈曲させているため、単位コイルがスロット端部から突出した後、軸方向に延びる距離を増やさなくても、渡り線の頂部と同じ高さの頂部に到達できる。結果として、本発明によれば、巻線の使用量増加を抑制しつつ、コイルエンド高さを均一化できる。 In this invention, since the top part of the unit coil is made the same height as the top part of the connecting wire, the height of the coil end can be made uniform. In addition, since the unit coil is bent toward the top at an angle larger than the crossover wire, the unit coil is the same as the top of the crossover wire without increasing the distance extending in the axial direction after protruding from the slot end. Can reach the top of the height. As a result, according to the present invention, the coil end height can be made uniform while suppressing an increase in the amount of winding used.
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図1は、本発明の実施形態である回転電機のステータ10の概略斜視図である。ステータ10は周知の通り、ステータコア12と当該ステータコア12に巻回されたステータコイル20とを備えている。3相モータの場合、ステータコイル20は、U相、V相、W相の3相設けられているが、図1では、見やすさのために、1相分のステータコイル20のみ図示している。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic perspective view of a
ステータコア12の内周には、複数のスロット14が周方向に並んでおり、一組のスロット14間に、ステータコイル20が巻回されている。ステータコイル20は、ステータ周方向にずれて配置された複数の単位コイルを、渡り線と呼ばれる巻線で接続して構成される。各単位コイルは、特定のスロット組間で巻線を巻回して構成される。このとき、隣接する二つのスロット間で巻線を巻回するのが集中巻であり、3スロット以上離れた二つのスロット間で巻線を巻回するのが分布巻である。本実施形態では、分布巻を採用している。また、本実施形態では、占有率向上のために、巻線として断面略矩形の平角線コイル、例えば、導体セグメントなどを用いている。ただし、当然ながら、平角線コイルに代えて、断面円形の丸線コイルを用いてもよい。
A plurality of
図2は、一つの単位コイル22の構成を示す図であり、ステータ10をステータ軸方向から見た際の概略図である。図2において、太実線は、ステータコア12の一端面においてスロット14間を横断する巻線を、一点鎖線は、ステータコア12の他端面においてスロット14間を横断する巻線をそれぞれ示している。また、以下の説明では、単位コイル22を構成する巻線のうち、スロット14内を進む巻線部分を「スロット内巻線部」と呼び、アルファベットWに、左右を示すRまたはLと、径方向位置を示す数字を付与した符号を用いる。また、スロット14間を横断する巻線部分を「横断巻線部」と呼び、アルファベットWに、巻回順番を示す数字を付与した符号を用いる。
FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration of one
単位コイル22を構成する巻線は、左右一方のスロット14内を軸方向に進んでステータコア12の端面から突出した後、周方向に進んで他方のスロット14内に入るという流れを繰り返す。このとき、スロット14内での径方向位置が、巻回が進むにつれ、内周側にずれていく。
The windings constituting the
例えば、図2の例では、図面右側のスロット(以下、「右スロット14R」という)の最外周位置において、巻線は、紙面手前側から奥側に進んで、スロット内巻線部WR1を構成し、ステータコア12の他端面から突出する。この他端面に突出した巻線は、続いて、周方向左側に進んで、横断巻線部W1を構成し、図面左側のスロット(以下「左スロット14L」という)の最外周位置に到達する。巻線は、最外周位置において、左スロット14L内を紙面奥側から手前側に進んで、スロット内巻線部WL1を構成し、ステータコア12の一端面から突出する。その後、巻線は、周方向右側かつ径方向内周側に進んで、横断巻線部W2を構成し、右スロット14Rのうち、最外周に位置するスロット内巻線部WR1よりも内周側位置に到達する。右スロット14Rに到達した巻線は、右スロット14R内を紙面手前側から奥側に進んで、スロット内巻線部WR2を構成する。そして、以降も、右から左に進む横断巻線部、左スロット14L内を進むスロット内巻線部、左から右に進む横断巻線部、右スロット14R内を進むスロット内巻線部が繰り返し構成されるように巻線が巻回されていく。そして、最終的に、巻線が、左スロット14Lの一端面から突出するまで巻回されれば、単位コイル22が完成となる。
For example, in the example of FIG. 2, at the outermost peripheral position of the right slot (hereinafter referred to as “
なお、この単位コイル22を構成する巻線は、連続した一本の巻線から構成されてもよいし、複数の導体(例えば、1巻回分の長さに成形された導体セグメントなど)を一本に繋がるように連結して構成されてもよい。
The winding constituting the
一つのステータコイル20は、周方向にずれて配置された複数の単位コイル22を渡り線24と呼ばれる巻線で接続することで構成される。渡り線24は、単位コイル22の最外周端または最内周端である巻き始めまたは巻き終わりに接続され、スロット14間を横断する。単位コイル22の最外周端に接続された渡り線24は、他の単位コイル22の最外周端に接続され、単位コイル22の最内周端に接続された渡り線24は、他の単位コイル22の最内周端に接続される。換言すれば、渡り線24は、始点と終点とで、そのステータ径方向位置がずれないようになっている。そのため、渡り線24を、その始点と終点を結ぶ直線形状とすると、他の渡り線24との干渉が生じる。
One
かかる干渉を避けるため、渡り線24の一部は、ステータ径方向にオフセットされる。例えば、最外周に位置する渡り線24は、スロット14の端部から突出してステータ軸方向に進んだ後、外周側に屈曲する。外周側に屈曲した渡り線24は、その後、周方向に屈曲して、周方向に一定距離進んだ後、今度は内周側に屈曲する。この内周側への屈曲により、渡り線24は、元の径方向位置に戻る。そして、渡り線24は、再度、周方向に進み、他の単位コイル22に接続する。
In order to avoid such interference, a part of the
一方、単位コイル22を構成する巻線は、既述したように、巻回するにつれ、その径方向位置がずれていく。そのため、単位コイル22のうちスロット間を横断する横断巻線部においては、一時的な径方向へのオフセット、ひいては、径方向への屈曲は不要となる。つまり、渡り線24も単位コイル22(横断巻線部)では、スロット間を横断する際の屈曲の回数が異なっている。
On the other hand, as described above, the winding constituting the
従来は、こうした屈曲の回数の違いに起因して、コイルエンドの高さが不均一になっていた。これについて、図6、図7を参照して説明する。図6は、従来技術における単位コイル22および渡り線24のイメージ図であり、ステータ10を内周面側から見た際の概略図である。また、図7は、コイルエンド50の形状を示す図であり、ステータ10の径方向断面の概略図である。なお、ステータ10を内周から見た際には、図6に図示した状態よりも多数の巻線が見えるはずであるが、ここでは、一つのスロット14から突出する渡り線24と、他のスロット14から突出する単位コイル22を構成する二本の巻線のみを図示する。
Conventionally, the height of the coil end has become uneven due to the difference in the number of bendings. This will be described with reference to FIGS. FIG. 6 is an image view of the
渡り線24および単位コイル22は、いずれも、スロット14の端部から突出した後、ステータ軸方向に進む。その後、それぞれ、屈曲位置30,32で、頂部26,28に向かって屈曲する。この頂部26,28は、スロット14間を横断する巻線のうち、ステータ軸方向高さが最も高くなる部位であり、スロット14からの突出位置からみて、ステータ軸方向および周方向にずれた位置にある。したがって、渡り線24および単位コイル22は、ステータ軸方向に進んだ後、頂部26,28に向かうべく、周方向かつステータ軸方向(図中の斜め上方向)に屈曲する。
The
ただし、既述した通り、渡り線24は、他の巻線との干渉を避けるために、スロット14端部からステータ軸方向に突出した後、頂部に向かって屈曲するまでの間に、径方向にも屈曲する。ある程度の厚みを有する巻線からなる渡り線24を、直角に屈曲させることは難しいため、径方向への屈曲は、ある程度の角度をもって行われる。その結果、渡り線24は、この径方向に屈曲し始めてから屈曲終わるまでの間に、ステータ軸方向にも進むことになる。図6において、符号Tで示した範囲は、径方向への屈曲が行われている範囲を示している。
However, as described above, in order to avoid interference with other windings, the
このように、渡り線24は、少なくとも径方向の屈曲に要する距離Tだけ余分にステータ軸方向にも進み、その後、屈曲位置32において、頂部28に向かって屈曲する。したがって、渡り線24は、単位コイル22の屈曲位置30よりも、距離T以上高い屈曲位置32で、頂部28に向かって屈曲することになる。ここで、以下では、単位コイル22が頂部26に向かうべく屈曲するときの角度を「第一の角度α」、渡り線24が頂部28に向かうべく屈曲するときの角度を「第二の角度β」と呼ぶ。この第一、第二屈曲角度α,βは、従来、同じであった(α=β)。そのため、屈曲後に進む周方向距離が同じであっても、ステータ軸方向位置は、渡り線24のほうが、単位コイル22よりも高くなっていた。そして、結果として、コイルエンド50全体でみると、図7に示すように、その最内周および最外周のみが高くなる凹凸のある形状となっていた。
As described above, the connecting
ここで、ステータコイル20の製造工程において、コイルエンド50は、所望の形状に応じて作られた冶具を用いて圧力をかけるなどして、所望の形状に整えられる。図7に示すように、凹凸のあるステータコイル20の場合、冶具の形状が複雑になったり、形状を整える作業が難しくなったりするという問題があった。また、回転電機を駆動する際は、通常、放熱のために、コイルエンド50に向かって冷媒を吐出するが、コイルエンド50の高さが不均一だと、冷媒がコイルエンド50全体に円滑に流れず、冷却効率が低下する恐れもあった。
Here, in the manufacturing process of the
そこで、かかる問題を解決するために、図4に示すように、単位コイル22において、ステータ軸方向に進む距離を伸ばし、渡り線24および単位コイル22で頂部26,28の高さを揃えることが考えられる。しかし、この場合、単位コイル22を軸方向に余分に伸ばした分だけ余分に巻線(銅)が増加するという新たな問題が生じる。
Therefore, in order to solve such a problem, as shown in FIG. 4, in the
また、別の方法として、図5に示すように、単位コイル22を、頂部26に向かって屈曲させた後、当該単位コイル22の高さが、渡り線24の頂部28と同じ高さに到達するまで、単位コイル22を斜め上方向に延ばし続けることも考えられる。かかる形態によれば、巻線量の増加を抑えつつ、頂部26,28の高さを揃えることができる。しかし、この場合、頂部26に到達するまでに進む周方向距離が長くなるため、単位コイル22が横断するスロット間距離との関係上、当該形態を適用できない場合が多い。
As another method, as shown in FIG. 5, after the
そこで、本実施形態では、図3に示すように、頂部26,28に向かう際の屈曲角度α,βを、渡り線24および単位コイル22とで変えて(α≠β)、頂部26,28の高さを揃えた。すなわち、本実施形態において、単位コイル22は、スロット14端部から突出して、僅かにステータ軸方向に進んだ後、屈曲位置30で、頂部26に向かって屈曲する。このとき単位コイル22の屈曲角度、すなわち第一の角度αを、渡り線24の屈曲角度β、すなわち第二の角度βよりも大きくしている(α>β)。別の言い方をすれば、単位コイル22は、渡り線24よりも急峻な角度で、屈曲位置から頂部に向かう。そのため、周方向に進む距離が、単位コイル22および渡り線24で同じであっても、軸方向に進む距離は、単位コイル22のほうが渡り線24よりも長くなる。その結果、単位コイル22の屈曲位置30に比べて渡り線24の屈曲位置32のほうが高くても、単位コイル22および渡り線24で、最終的に到達する頂部26,28の高さを揃えることができる。そして、結果としてコイルエンドの高さを均一化でき、ステータコイル20の製造工程の簡易化、冷却効率の向上などを図ることができる。
Therefore, in the present embodiment, as shown in FIG. 3, the bending angles α and β toward the
また、本実施形態において、単位コイルは、従来(図6の形態)と同じ低い位置にある屈曲位置30から頂部26まで、斜め方向に一直線に進む。そのため、従来(図6の形態)での屈曲位置30から軸方向に進んでから頂部26に向かって斜め方向に進む図4の形態に比して、本実施形態は、使用する巻線量も低減できる。そして、結果として、ステータコイル20の製造コストも低減できる。
Further, in the present embodiment, the unit coil advances in a straight line in an oblique direction from the bending
なお、本実施形態では、3スロット以上離れた二つのスロット14間で巻線を巻回する分布巻を例に挙げて説明したが、本実施形態の技術は、隣接する二つのスロット14間で巻線を巻回する集中巻に応用してもよい。
In the present embodiment, the distributed winding in which the winding is wound between two
10 ステータ、12 ステータコア、14 スロット、20 ステータコイル、22 単位コイル、24 渡り線、26,28 頂部、30,32 屈曲位置、50 コイルエンド。 10 stators, 12 stator cores, 14 slots, 20 stator coils, 22 unit coils, 24 crossovers, 26, 28 tops, 30, 32 bent positions, 50 coil ends.
Claims (3)
前記単位コイルは、前記スロットの端部から、ステータ軸方向および周方向に離れた位置にある前記単位コイルの頂部に向かうべく、第一の角度で屈曲し、
前記渡り線は、スロットの端部からステータ軸方向に延びた後、ステータ軸方向および周方向に離れた位置にあるとともに前記単位コイルの頂部と同じ高さ位置にある前記渡り線の頂部に向かうべく、第二の角度で屈曲し、
前記第一の角度は、前記第二の角度よりも大きい、
ことを特徴とする回転電機のステータコイル構造。 A stator coil structure of a rotating electrical machine comprising a unit coil configured by winding a winding between specific slots, and a jumper crossing between other slots to connect the two unit coils,
The unit coil is bent at a first angle so as to go from the end of the slot toward the top of the unit coil at a position apart in the stator axial direction and the circumferential direction,
The crossover wire extends from the end of the slot in the stator axial direction, and is located at a position apart from the stator axial direction and the circumferential direction and at the same height as the top of the unit coil. Bend at a second angle,
The first angle is greater than the second angle;
A stator coil structure for a rotating electrical machine.
前記渡り線は、前記ステータ軸方向に延びてから、前記頂部に向かって屈曲するまでの間に、ステータ径方向にも屈曲する、ことを特徴とする回転電機のステータコイル構造。 A stator coil structure for a rotating electrical machine according to claim 1,
The crossover wire is also bent in the stator radial direction after extending in the stator axial direction until it is bent toward the top portion.
前記単位コイルが頂部に向かって屈曲するステータ軸方向位置は、前記渡り線が頂部に向かって屈曲するステータ軸方向位置よりも低い、ことを特徴とする回転電機のステータコイル構造。 A stator coil structure for a rotating electrical machine according to claim 1 or 2,
A stator coil structure for a rotating electrical machine, wherein a position in the stator axial direction where the unit coil is bent toward the top is lower than a position in the stator axial direction where the connecting wire is bent toward the top.
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