JP6005554B2 - 回転電機 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、複数相のコイルを有しそのコイルに中性点端子を備えた構成の回転電機に関する。

近年、電気自動車（ＥＶ車）やハイブリット電気自動車（ＨＥＶ）が普及しているが、その主或いは補助駆動源は電動機であり、この電動機は、例えばＨＥＶ車の場合、エンジン、トランスミッション、駆動軸と共に車体の前後方向（車体の軸方向）に直列に配列される。電気自動車（ＥＶ車、ＨＥＶ車）用電動機は高トルク、高出力が要求されるため勢い全長が長くなる。一方、自動車には多種多様の膨大な部品が組み込まれ、個々の部品の小型化が全長の短縮に累積的に影響を与えるため、各部品メーカにとって部品の僅かな小型化であってもこれを達成するのが至上の課題となっており、電気自動車用電動機にも小型化、とりわけ軸方向長さの短縮化が強く求められている。
電気自動車用電動機の固定子巻線は、多くの場合分布巻きとなっており、そのコイルが固定子鉄心のスロットに収められたコイル辺とそのスロットから軸方向に延出されてはみ出たコイルエンドとからなり、このうち、トルクの発生に寄与するのはコイル辺であり、コイルエンドは何ら寄与せず無駄な空間を占有するだけである。

特開２００６−１８７１４６号公報

従来より電気自動車用電動機の固定子巻線は、三相のＹ結線構成であることが多く、各相の巻線から１本ずつ導出された３本の中性点リード線の先端（中性点）を１個の銅製スリーブなどにより一括して共通接続した中性点端子を有し、この中性点端子が絶縁された状態でコイルエンドの突出端面（軸方向端面）に重ね置かれた配置が採用されている。このような構成では、中性点端子が電動機の軸方向長さの拡大要因となってしまうことから、特許文献１にも開示されているように、各社その回避に種々工夫を凝らしているところである。

そこで、この実施形態でも中性点端子が軸方向長さの拡大要因になることを回避できる回転電機とその製造方法を提供することを目的とする。

この実施形態の回転電機は、内周囲に軸方向に延びる多数のスロットを有する固定子鉄心と前記スロットに所定スロットピッチを隔ててコイル辺がスロット絶縁部材を介して納められた複数相の環状コイルと有する固定子を備える。前記環状コイルの前記スロットから突出された部分であるコイルエンドは、前記スロットから所定の絶縁距離だけ軸方向に延出された軸方向延出形状部と、この軸方向延出形状部から前記軸方向の直交方向に拡がるように形成された直交方向延出形状部とを有するように形成される。これにより、前記直交方向延出形状部と前記固定子鉄心の軸方向端面との間に所定の絶縁空間が確保され、この確保された前記絶縁空間に、前記環状コイルの各相から導出された中性点リード線の先端を複数相分接続して形成される中性点端子を、これを絶縁する絶縁被覆部材と共に配置する。

この実施形態の回転電機の一部を示す概略的斜視図。 中性点端子配置前の状態で示す図１相当図。 固定子鉄心に環状コイルを納める途中の段階を示す固定子の概略的斜視図。 環状コイルを示す平面図。 環状コイルを形成する束線の一部を示す平面図。 中性点端子の斜視図。 スロット絶縁部材の斜視図。 （ａ）は型治具の平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ―Ａ線に沿う断面図。

この実施形態の回転電機は、電気自動車用電動機として使用される通常のブラシレスモータと同様に、巻線型の固定子１と図示を省略した永久磁石型回転子とからなる。固定子１は通常のものと同様に、内周に軸方向に延びる多数のスロット２を円周方向に間欠的配列に形成した円筒状固定子鉄心３と、この固定子鉄心３に巻装された複数相例えば三相分の固定子巻線４とからなる。この固定子巻線４は、環状コイル５を極数と同数個直列に連続させた状態に予め機械巻きにより形成し、その環状コイル５を一極に対応する所定ピッチ隔てた一対のスロット２に収めること（図３）を全極全相に行って構成する。この図３は、コイル挿入工程の途中段階を示す。

ここで、環状コイル５は、図５に示すように、数十本のエナメル銅線６を集束して一本の束線７となしこれを環状に機械巻きして形成してあり、前記スロット２にはスロット絶縁紙（スロット絶縁物）８を介してそのコイル辺５ａ部分を挿入により収める。この挿入によってスロット２から軸方向に延出されて固定子鉄心３の軸方向端面３ａから突出された部分がコイルエンド５ｂとなる。前記スロット絶縁紙８は、図７に示すように両端に折り返し形状にされたコイルエンド絶縁部８ａを有し、このコイルエンド絶縁部８ａがスロット２から軸方向に突出する。このとき、その折り返し形状がコイル挿入時にストッパの役割をなす。

こうして環状コイル５をスロット２に一相全極分挿入した後に、図３に示すようにコイルエンド５ｂを木ハンマーなどにより叩いて径方向外側に押し拡げ、その後、次相の環状コイル５を前述のようにスロット２に全極分挿入し、同様にコイルエンド５ｂを径方向外側に押し拡げ、この作業を繰り返えす。この作業において先工程のコイルエンド５ｂと次工程のコイルエンド５ｂとの間に相間絶縁紙９（図１及び図２に最外周面まで延出された部分を示す。）を介在させる。この作業に関連して、各相の直列に連続した環状コイル５のうち、第１極の環状コイル５の巻き始端から束状リード線が口出しリード線５ｃとして延出され、最終極の巻終端から束状リード線が修正点リード線５ｄとして延出される。

各相の環状コイル５から延出された３本の中性点リード線５ｄの先端部を図６に示すように１個の中性点端子１０をなす銅製金属スリーブに一括して挿入し、このスリーブを加熱下で加圧変形させる。これにより、３本の中性点リード線５ｄの先端を共通接続した部分は、加熱によりエナメル被服が燃焼除去され電気的に共通に接続されたスター結線の中性点になる。この中性点端子１０、すなわち金属スリーブは、最終的にスリーブ状の絶縁被覆部材１１により被覆され絶縁処理される。この後にコイルエンド成形工程が実行され、コイルエンド５ｂが最小の軸方向寸法及び径方向厚みを有する形態に成形される。この成形後に互いに軸方向に重なった異相コイルエンドの外周をしばり糸１２より縛る。

これにより、コイルエンド５ｂの形状は、図２に示すように、コイルエンド５ｂが前記スロット２から前記スロット絶縁紙８のコイルエンド絶縁部８ａと共に所定の絶縁距離Ｌ１相当軸方向に延出され、その後径方向外側に拡がるように成形された形態を持ち、コイルエンド５ｂと前記固定子鉄心３の軸方向端面３ａとの間に所定の絶縁空間１３が確保される。これを更に具体的の述べると、前記コイルエンド５ｂは、前記絶縁距離Ｌ１相当軸方向に延出された軸方向延出形状部（Ｌ１距離部分）と、この部分から軸方向の直交方向に前記絶縁距離Ｌ２相当延出された直交軸方向延出部（Ｌ２距離部分）とを有する形状になる。結果として、コイルエンド５ｂは固定子鉄心３の軸方向端面３ａに対して庇状に対向する形態になり、この形態で前記距離Ｌ１、Ｌ２がコイルエンド５ｂの固定子鉄心３に対して所要の絶縁距離を満たす。

この絶縁空間１３に絶縁被覆部材１１により被覆された状態の前記中性点端定子１０を挿入して前記固定子鉄心３の軸方向端面３ａに接した状態に配置し、しばり糸によりこの位置に固定する。
この庇状の絶縁空間１３を確実に確保するために、この実施形態では前述のコイルエンドの成形工程で図８に示すようなカフサと称する型治具１４をコイルエンド５ｂと固定子鉄心３の軸方向端面３ａとの間でコイルエンド５ｂの根元部分に差し込み、その状態で成形のための加圧を実行し、成形完了後に型治具１４を抜き去る。この型治具１４の形状は、隣り合うスロット２から延出したコイルエンド５ｂの根本間に侵入される歯１５（図８）を円周方向に間欠的に形成した櫛歯状をなし、その厚さＬ３が図８（ｂ）に示すように歯先に向かうに従い薄くなるテーパー形状になっており、コイルエンド５ｂ間に侵入し易くしている。このようなコイルエンドの成形後は、最終工程としてワニス絶縁処理工程に移行される。

この実施形態では、スロット２の深さが３０ｍｍ、スロット幅が平均７．４ｍｍの固定子を例にしており、この場合の絶縁空間１３の大きさは、距離Ｌ１が６ｍｍ、Ｌ２が２５ｍｍ位であった。また、中性点端子１０の大きさは１４×１７ｍｍ、厚み５ｍｍ程度であった。

この絶縁空間１３は、通常、固定子鉄心３に対するコイルエンドの絶縁確保のため従来から不可避的に形成さており、絶縁以外に利用されないいわゆるデットスペースであった。この実施形態ではこのデットスペースに中性点端子１０を収容させる構成とするところに特徴を有し、この結果、中性点端子１０のための専用の配置スペースをコイルエンド５ｂの軸方向端面に余分に確保するという従来の構成に比べ、絶縁被覆を含めた中性点端子１０の厚み相当の寸法分、電動機の軸方向長さが短縮される。しかも、中性点端子１０の配置スペースの確保のためとして、鉄心の一部を切削するなどの機械加工や新たな部品の設置などの工数増加を招くことがなく、経済的に有利である。

上記実施形態は一例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１は固定子、２はスロット、３は固定子鉄心、４は固定子巻線、５は環状コイル、５ａはコイル辺、５ｂはコイルエンド、５ｄは中性点リード線、８はスロット絶縁物、１０は中性点端子、１１は絶縁被覆部材、１３は絶縁空間、１４は型治具、Ｌ１は絶縁距離（軸方向延出形状部）、Ｌ２は絶縁距離（直交方向延出形状部）である。

Claims (2)

1. 内周囲に軸方向に延びる多数のスロットを有する固定子鉄心と前記スロットに所定スロットピッチを隔ててコイル辺がスロット絶縁部材を介して納められた複数相の環状コイルと有する固定子を備えた回転電機であって、
   前記環状コイルの前記スロットから突出された部分であるコイルエンドが、前記スロットから所定の絶縁距離だけ軸方向に延出された軸方向延出形状部と、この軸方向延出形状部から前記軸方向の直交方向に拡がるように形成された直交方向延出形状部とを有することにより、前記直交方向延出形状部と前記固定子鉄心の軸方向端面との間に所定の絶縁空間が確保されており、
   前記環状コイルの各相から導出された中性点リード線の先端を複数相分接続して形成される中性点端子をこれを絶縁する絶縁被覆部材と共に、前記絶縁空間に配置したこと、を特徴とする回転電機。
2. 内周囲に軸方向に延びる多数のスロットを有する固定子鉄心と前記スロットに、所定スロットピッチを隔てて環状コイルのコイル辺をスロット絶縁部材を介して納める工程と、
   前記環状コイルの前記スロットから突出された部分であるコイルエンドを、前記スロットから所定の絶縁距離だけ軸方向に延出された軸方向延出形状部と、この軸方向延出形状部から前記軸方向の直交方向に拡がるように形成された直交方向延出形状部とを有するように形成し、前記直交方向延出形状部と前記固定子鉄心の軸方向端面との間に所定の絶縁空間を確保する工程と、
   前記環状コイルの各相から導出された中性点リード線の先端を複数相分接続して形成される中性点端子をこれを絶縁する絶縁被覆部材と共に前記絶縁空間に配置する工程と、を具備することを特徴とする回転電機の製造方法。
   

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