JP5969790B2 - 回転電機 - Google Patents

Description

本発明は、ステータのスロットに収納され回転磁界を発生させる導電部材を有し、電動機又は発電機として動作する回転電機に関する。

従来から、円環状に形成されたステータと、該ステータの中心部に回転自在に挿入されるロータとを有し、前記ステータのスロットに巻回された複数のコイルによって回転磁界を発生させ、前記ロータを回転させる回転電機が知られている。例えば、このような回転電機を高電圧で用いる場合には、複数のコイル間の電位差が大きくなるため、それに伴って、絶縁補償を行う必要がある。一般的に、上述したコイル間の電位差を抑えるために、同一のスロットに同相のコイルを配置して絶縁補償を行ったり、前記スロットに異相のコイルを配置する場合には、特許文献１及び２に開示されているように、前記コイルの間に絶縁部材を追加することで電位差の大きな異相のコイル間の絶縁補償を行っている。

また、特許文献３には、コイルの表面を覆う絶縁被膜層を厚くすることで、電位差に対する絶縁補償を行っている回転電機が開示されている。

実開昭６３−１４６４４３号公報 特開２００９−１９５００４号公報 特開２０１０−１８３８３９号公報

しかしながら、上述した特許文献１〜３の従来技術においては、例えば、回転電機を高電圧化させる場合に、さらなる追加の絶縁部材が必要であったり、コイルの絶縁被膜層をさらに厚くする必要が生じる。その結果、絶縁部材が増加することでスロットを大きく形成する必要があり、一方、前記コイルの絶縁被膜層が厚くなることで、同一本数のコイルをスロットに配置しようとした場合にも、前記スロットを大きく形成する必要があるため、スロットを有するステータが大型化し、それに伴って、回転電機の大型化を招くこととなる。

また、スロット内における絶縁部材の数量や厚さを増加させることで、相対的にコイルの断面積が減少し、前記コイルの発熱量が多くなるという問題が生じる。さらに、一般的に、上述したような絶縁部材は熱を通しにくいため、コイルで発生した熱を効率的に逃がすことが難しいという問題がある。

本発明は、前記の課題を考慮してなされたものであり、装置を大型化させることなく、異なる相のコイルが同一のスロット内に配置された場合におけるコイル間の絶縁補償レベルを低下させることが可能な回転電機を提供することを目的とする。

前記の目的を達成するために、本発明は、複数のスロットを有したステータと、前記スロット内に異なる相のコイルが配置される回転電機であって、
前記異なる相のコイルは、複数のコイルのうちで最も中点側に位置する第１のコイルと、
前記中点とは反対側に位置する第２のコイルと、
をそれぞれ備え、
前記スロット内において、前記第１のコイル同士が隣接するように配置されることを特徴とする。

本発明によれば、異なる相のコイルがステータのスロットに配置される回転電機において、前記異なる相のコイルが、複数のコイルのうちで最も中点側に位置する第１のコイルと、前記中点とは反対側に位置する第２のコイルとからそれぞれ構成され、前記スロット内において、一方の異なる相のコイルにおける第１のコイルと、他方の異なる相のコイルにおける第１のコイルとが隣接するように配置される。

従って、中点側に設けられ電圧の低い第１のコイル同士を隣接配置することで、電圧の高い第２のコイル同士を隣接配置した場合と比較し、両者の間の電位差を小さくすることができるため、異なる相のコイル間における絶縁補償レベルを低下させることができる。その結果、従来技術に係る回転電機のように、絶縁を行う絶縁部材の厚さが必要以上に厚くなったり、新たな別の絶縁部材を追加したり、さらには、コイルの絶縁被膜を厚くする必要がないため、スロットにおけるコイルの断面積を相対的に増加させることができ、それに伴って、回転電機の小型化を図ることができると共に、コイルで発生した熱を効率的に放熱させることができる。

また、スロットは、異なる相のコイルが配置される第１スロットと、
同一の相のコイルが配置される第２スロットと、
を備え、
前記第２スロットには、前記第２のコイルを配置するとよい。

これにより、中点とは反対側に位置し電圧の高い第２のコイルを、同一の相が配置される第２スロットに配置することで、電位差の大きくなる第２のコイル同士を絶縁することなく同一のスロットに配置することができると共に、異なる相であり電位差の小さな第１のコイル同士を、第２スロットとは別の第１スロットに隣接して配置することが可能となる。

さらに、スロット内に異なる相のコイルと同一の相のコイルとをそれぞれ複数備え、前記異なる相のコイル及び前記同一の相のコイルを、隣接するコイル同士の電位差が小さくなるように順に配置するとよい。これにより、スロット内に複数設けられたコイルは、互いに隣接したコイル同士の電位差が順に小さくなるように配置されているため、隣接配置されたコイル同士の電位差を抑制することができると共に、該コイルに対してさらに隣接した別のコイル同士の電位差も抑制することができるため、前記複数のコイル間の電位差をそれぞれ抑制することで絶縁補償のレベルを低下させることができる。

さらにまた、スロット内に異なる相のコイルと同一の相のコイルとをそれぞれ複数備え、前記異なる相のコイル及び前記同一の相のコイルを、隣接するコイル同士の電位差が、前記異なる相のコイルと前記同一の相のコイルとの境界から離間する方向に向かって順に大きくなるように配置するとよい。これにより、スロット内に複数設けられたコイルは、互いに隣接したコイル同士の電位差が、隣接部位から互いに離間する方向に向かって順に大きくなるため、隣接配置されたコイル同士の電位差を抑制することができると共に、隣接部位から離間し該コイルに対してさらに隣接した別のコイル同士の電位差も抑制することができるため、前記複数のコイル間の電位差をそれぞれ抑制することで絶縁補償のレベルを低下させることができる。

またさらに、第１のコイル同士の間に絶縁部材を設けることにより、電位差が小さいため、前記絶縁部材による絶縁補償のレベルを抑えることが可能となる。

本発明によれば、以下の効果が得られる。

すなわち、異なる相のコイルがステータのスロットに配置される回転電機において、前記異なる相のコイルが、複数のコイルのうちで最も中点側に位置する第１のコイルと、前記中点とは反対側に位置する第２のコイルとからそれぞれ構成され、前記スロット内において、一方の異なる相のコイルにおける第１のコイルと、他方の異なる相のコイルにおける第１のコイルとが隣接するように配置することにより、前記第１のコイル間における電位差を小さくすることができる。その結果、異なる相のコイル間における絶縁補償のレベルを低下させることができ、従来技術に係る回転電機のように、絶縁を行う絶縁部材の厚さが必要以上に厚くなったり、新たな別の絶縁部材を追加したり、さらには、コイルの絶縁被膜を厚くする必要がないため、スロットにおけるコイルの断面積を相対的に増加させ、回転電機の小型化を図ることが可能となる。

本発明の実施の形態に係る回転電機を構成する導電体の回路図である。 回転電機を構成するステータのスロットに対する導電体のＵ相コイル、Ｖ相コイル、Ｗ相コイルの配置を示す模式図である。 図２の導電体の配置を変更した変形例を示す模式図である。

本発明に係る回転電機について好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照しながら以下詳細に説明する。

この回転電機１０は、例えば、３相交流ブラシレス式モータであり、円環状のステータ１２（図２参照）のスロット１４に複数の導電体１６が装着される。

導電体１６は、図１に示されるように、Ｕ相コイル１８、Ｖ相コイル２０、Ｗ相コイル２２が互いにＹ字結線されて形成される。

Ｕ相コイル１８は、図示しない電力源から電力の供給されるＵ相端子２４が接続され、該Ｕ相端子２４の接続される一端部から他端部に向かって第１〜第３コイルＵ１、Ｕ２、Ｕ３が直列に接続されている。そして、Ｕ相コイル１８の他端部には中性点２６が接続される。

Ｖ相コイル２０は、図示しない電力源から電力の供給されるＶ相端子２８が接続され、該Ｖ相端子２８の接続される一端部から他端部に向かって第１〜第３コイルＶ１、Ｖ２、Ｖ３が直列に接続されている。一方、Ｖ相コイル２０の他端部には中性点２６が接続される。

Ｗ相コイル２２は、図示しない電力源から電力の供給されるＷ相端子３０が接続され、該Ｗ相端子３０の接続される一端部から他端部に向かって第１〜第３コイルＷ１、Ｗ２、Ｗ３が直列に接続され、前記Ｗ相コイル２２の他端部には中性点２６が接続される。

すなわち、Ｕ相コイル１８、Ｖ相コイル２０、Ｗ相コイル２２は、その他端部が中性点２６を介して互いに接続されると共に、電力の供給されるＵ相端子２４、Ｖ相端子２８、Ｗ相端子３０側に配置される第１コイルＵ１、Ｖ１、Ｗ１が最も電圧が高く、中性点２６側に向かって第２コイルＵ２、Ｖ２、Ｗ２、第３コイルＵ３、Ｖ３、Ｗ３の順番で電圧が段階的に小さくなる。換言すれば、Ｕ相コイル１８、Ｖ相コイル２０、Ｗ相コイル２２において、第３コイルＵ３、Ｖ３、Ｗ３が最も低電圧となる。

次に、ステータ１２の各スロットに対するＵ相コイル１８、Ｖ相コイル２０、Ｗ相コイル２２の配置について、図２を参照しながら説明する。なお、この図２は、ステータ１２の軸方向と直交する断面を直線状に展開した模式図である。また、各スロット１４（１４ａ〜１４ｅ）には、それぞれ８本のコイルが配置されるものとする。

先ず、第２スロット１４ｂには、Ｕ相コイル１８において最もＵ相端子２４となる第１コイルＵ１のみが配置される。すなわち、第２スロット１４ｂには、同一の相であるＵ相コイル１８の第１コイルのみが配置されている。この第１コイルＵ１は、第２スロット１４ｂに対して８本配置され、同相であるため該第１コイルＵ１の間に絶縁部材３２を設ける必要がない。

次に、第２スロット１４ｂに隣接する第１スロット１４ａには、Ｕ相コイル１８における第２及び第３コイルＵ２、Ｕ３と、Ｗ相コイル２２における第２及び第３コイルＷ２、Ｗ３とが配置される。なお、第１スロット１４ａにおける外周側（矢印Ａ方向）にＵ相コイル１８が配置され、前記第１スロット１４ａにおける内周側（矢印Ｂ方向）にＷ相コイル２２が配置される。

この第１スロット１４ａでは、その内部に配置されるＵ相コイル１８とＷ相コイル２２とが異相であるため、その第１スロット１４ａの長手方向（矢印Ａ、Ｂ方向）に沿った略中央部となる境界部位に絶縁部材３２が設けられる。絶縁部材３２は、例えば、セルロース系の電気絶縁材料で形成された絶縁紙から形成され、第１スロット１４ａの長手方向と直交するように配置される。

また、Ｕ相コイル１８とＷ相コイル２２とは、異相であるため、絶縁部材３２を挟んで配置される前記Ｕ相コイル１８と前記Ｗ相コイル２２との間の電位差が小さくなるように配置される。具体的には、Ｕ相コイル１８及びＷ相コイル２２では、それぞれ中性点２６に最も近い位置に配置された第３コイルＵ３、Ｗ３が絶縁部材３２に隣接するようにそれぞれ配置され、該第３コイルＵ３、Ｗ３と比較し、Ｕ相端子２４、Ｗ相端子３０側に形成され電圧の高い第２コイルＵ２、Ｗ２がそれぞれ前記第３コイルＵ３、Ｗ３に対して外周側（矢印Ａ方向）、内周側（矢印Ｂ方向）に配置される。

すなわち、最も電圧の低い第３コイルＵ３と第３コイルＷ３とを隣接するように配置することで、Ｕ相コイル１８とＷ相コイル２２との間の電位差を小さく抑えることができるため、その間に設けられる絶縁部材３２の絶縁補償を最小限のレベル（例えば、厚さ寸法）で対応することができる。

また、第３コイルＵ３の外周側（矢印Ａ方向）に、Ｕ相コイル１８において２番目に電圧の低い第２コイルＵ２を配置し、一方、第３コイルＷ３の内周側（矢印Ｂ方向）に、Ｗ相コイル２２において２番目に電圧の低い第２コイルＷ２を配置することで、絶縁部材３２を中心とし、且つ、該絶縁部材３２に対して略同一の離間距離で第２コイルＵ２、Ｗ２が配置される。そのため、第３コイルＵ３、Ｗ３のみならず、該第３コイルＵ３、Ｗ３に隣接配置された第２コイルＵ２、Ｗ２同士の電位差も抑制することができるため、前記第２コイルＵ２、Ｗ２の電位差に起因して絶縁部材３２の絶縁補償レベルを高める必要がなく、該絶縁補償レベルを抑制可能となる。

一方、第２スロット１４ｂに隣接する第３スロット１４ｃには、Ｕ相コイル１８における第２及び第３コイルＵ２、Ｕ３と、Ｖ相コイル２０における第２及び第３コイルＶ２、Ｖ３とが配置される。第３スロット１４ｃでは、その内部に配置されるＵ相コイル１８とＶ相コイル２０とが異相であるため、第１スロット１４ａと同様に、その第３スロット１４ｃの長手方向（矢印Ａ、Ｂ方向）に沿った略中央部に絶縁部材３２が設けられる。なお、絶縁部材３２は、第１スロット１４ａに設けられたものと同様のものが用いられる。

また、Ｕ相コイル１８とＶ相コイル２０とは、異相であるため、絶縁部材３２を挟んで配置される前記Ｕ相コイル１８と前記Ｖ相コイル２０との間の電位差が小さくなるように配置される。具体的には、Ｕ相コイル１８及びＶ相コイル２０では、それぞれ中性点２６に近い位置に配置された第３コイルＵ３、Ｖ３が絶縁部材３２に隣接するように配置され、該第３コイルＵ３、Ｖ３と比較し、Ｕ相端子２４、Ｖ相端子２８側に形成され電圧の高い第２コイルＵ２、Ｖ２がそれぞれ前記第３コイルＵ３、Ｖ３に対して内周側（矢印Ｂ方向）、外周側（矢印Ａ方向）に配置される。

すなわち、最も電圧の低い第３コイルＵ３と第３コイルＶ３とを隣接するように配置することで、Ｕ相コイル１８とＷ相コイル２２との間の電位差を小さく抑えることができるため、その間に設けられる絶縁部材３２の絶縁補償を最小限のレベル（例えば、厚さ寸法）として対応することが可能となる。

また、第３コイルＵ３の内周側（矢印Ｂ方向）に、Ｕ相コイル１８において２番目に電圧の低い第２コイルＵ２を配置し、一方、第３コイルＶ３の外周側（矢印Ａ方向）に、Ｖ相コイル２０において２番目に電圧の低い第２コイルＶ２を配置することで、絶縁部材３２を中心とし、且つ、該絶縁部材３２に対して略同一の離間距離で第２コイルＵ２、Ｖ２が配置されるため、前記第３コイルＵ３、Ｖ３のみならず、隣接配置された第２コイルＵ２、Ｖ２同士の電位差も抑制することができる。その結果、第２コイルＵ２、Ｖ２の電位差に起因して絶縁部材３２の絶縁補償レベルが高くなってしまうことが防止される。

なお、上述した実施の形態では、第１スロット１４ａにおけるＵ相コイル１８とＷ相コイル２２との配置、第３スロット１４ｃにおけるＵ相コイル１８とＶ相コイル２０との配置について説明したが、上述した配置関係に限定されるものではなく、Ｕ相コイル１８、Ｖ相コイル２０、Ｗ相コイル２２のうちのいずれか２相を、同一のスロット１４に異相として配置する際に、中性点２６側に設けられた第３コイルＵ３、Ｖ３、Ｗ３同士を最も絶縁部材３２側とし、電圧が高くなる第２コイルＵ２、Ｖ２、Ｗ２、第１コイルＵ１、Ｖ１、Ｗ１の順番で、前記絶縁部材３２から離間するように順番に配置すればよい。

なお、第３スロット１４ｃに隣接した第Ｎスロット１４ｄには、Ｖ相コイル２０において最もＶ相端子２８となる第１コイルＶ１のみが配置される。すなわち、第Ｎスロット１４ｄには、同一の相であるＶ相コイル２０の第１コイルＶ１のみが配置されている。さらに隣接する第Ｎ＋１スロット１４ｅには、その外周側（矢印Ａ方向）にＷ相コイル２２の第２及び第３コイルＷ２、Ｗ３が配置され、内周側（矢印Ｂ方向）にＶ相コイル２０の第２及び第３コイルＶ２、Ｖ３が配置される。この場合も、絶縁部材３２を挟んで第３コイルＶ３、Ｗ３同士が隣接するように配置されている。

以上のように、本実施の形態では、３相のＵ相コイル１８、Ｖ相コイル２０、Ｗ相コイル２２からなる導電体１６を有した回転電機１０において、ステータ１２のスロット１４に異相のコイルを配置する際、絶縁部材３２を挟んで一方のコイルと他方のコイルとを配置すると共に、前記コイルにおける中性点２６に最も近い第３コイルＵ３、Ｖ３、Ｗ３を前記絶縁部材３２に隣接するように配置する。これにより、最も電圧の低い第３コイルＵ３、Ｖ３、Ｗ３を絶縁部材３２を挟んで隣接して配置することで、異相となるＵ相コイル１８、Ｖ相コイル２０、Ｗ相コイル２２の間の電位差を抑制できるため、前記絶縁部材３２に要求される絶縁補償レベルを最小限とすることができる。

そのため、従来技術に係る回転電機のように、絶縁部材の厚さが必要以上に厚くなったり、新たな別の絶縁部材を追加したり、さらには、コイルの絶縁被膜を厚くする必要が生じることがないため、絶縁部材３２及び導電体１６の小型化に伴って、スロット１４における導電体１６の断面積を相対的に増加させることができる。その結果、導電体１６をより効率的にスロット１４に配置でき、それに伴って、回転電機１０の小型化を図ることができると共に、前記導電体１６で発生した熱を効率的に放熱させることができる。

また、Ｕ相コイル１８、Ｖ相コイル２０、Ｗ相コイル２２において、最も電圧の高い第１コイルＵ１、Ｖ１、Ｗ１は、異相となるコイルと組み合わせることなく、同相のコイルのみで同一のスロット１４（第２スロット１４ｂ、第Ｎスロット１４ｄ）に配置するとよい。これにより、同相であるためスロット１４内に絶縁部材３２を設ける必要がなく、異相となる別のコイルを前記スロット１４とは別のスロットへと配置することが可能となる。

すなわち、同一のスロット１４に対して、電圧が高く、且つ、異相となる第１コイルＵ１、Ｖ１、Ｗ１同士を配置した場合に懸念させる電位差の増加が防止され、それに伴って、絶縁補償のレベルを高くする必要がないため、例えば、絶縁部材３２の厚さや数量の増加を防止することが可能となる。

また、図３に示す変形例に係る回転電機５０では、Ｕ相コイル１８における第１〜第３コイルＵ１、Ｕ２、Ｕ３と、Ｖ相コイル２０における第１〜第３コイルＶ１、Ｖ２、Ｖ３をそれぞれ同一のスロット５２に配置している。この場合、Ｕ相コイル１８とＶ相コイル２０とが異相であるため、その境界部位に絶縁部材３２が設けられると共に、前記絶縁部材３２を挟んで、最も中性点２６側であり電圧の低い第３コイルＵ３、Ｖ３が隣接するように設けられ、第１コイルＵ１が最も内周側（矢印Ｂ方向）、第１コイルＶ１が最も外周側（矢印Ａ方向）となるようにそれぞれ配置される。

これにより、最も電圧の高い第１コイルＶ１を、絶縁部材３２から最も離れたスロット５２の外周側（矢印Ａ方向）、第１コイルＵ１を内周側（矢印Ｂ方向）に配置しているため、前記絶縁部材３２の絶縁補償に影響を及ぼすことがなく、該絶縁補償のレベルを高めずに絶縁することが可能となる。

なお、本発明に係る回転電機は、上述の実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。

１０、５０…回転電機 １２…ステータ
１４、５２…スロット １４ａ…第１スロット
１４ｂ…第２スロット １４ｃ…第３スロット
１４ｄ…第Ｎスロット １４ｅ…第Ｎ＋１スロット
１６…導電体 １８…Ｕ相コイル
２０…Ｖ相コイル ２２…Ｗ相コイル
２４…Ｕ相端子 ２６…中性点
２８…Ｖ相端子 ３０…Ｗ相端子
３２…絶縁部材

Claims (5)

1. 複数のスロットを有したステータと、前記スロット内に異なる相のコイルが配置される回転電機であって、
   前記異なる相のコイルは、複数のコイルのうちで最も中点側に位置する第１のコイルと、
   前記中点とは反対側に位置する第２のコイルと、
   をそれぞれ備え、
   前記スロット内において、前記第１のコイル同士が隣接するように配置されることを特徴とする回転電機。
2. 請求項１記載の回転電機において、
   前記スロットは、前記異なる相のコイルが配置される第１スロットと、
   同一の相のコイルが配置される第２スロットと、
   を備え、
   前記第２スロットには、前記第２のコイルが配置されることを特徴とする回転電機。
3. 請求項１又は２記載の回転電機において、
   前記スロット内に前記異なる相のコイルと前記同一の相のコイルとをそれぞれ複数備え、前記異なる相のコイル及び前記同一の相のコイルは、隣接するコイル同士の電位差が小さくなるように順に配置されることを特徴とする回転電機。
4. 請求項１又は２記載の回転電機において、
   前記スロット内に前記異なる相のコイルと前記同一の相のコイルとをそれぞれ複数備え、前記異なる相のコイル及び前記同一の相のコイルは、隣接するコイル同士の電位差が、前記異なる相のコイルと前記同一の相のコイルとの境界から離間する方向に向かって順に大きくなるように配置されることを特徴とする回転電機。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の回転電機において、
   前記第１のコイル同士の間には、絶縁部材が設けられることを特徴とする回転電機。

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