JP6113247B1 - 回転電機の固定子 - Google Patents
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Abstract
【課題】この発明は、固定子巻線の各接続部の溶接方向を径方向として生産性を高めるとともに、固定子巻線の各接続部の軸方向の高さ位置を低くして、軸方向寸法の増大を抑えた回転電機の固定子を得る。【解決手段】巻線体は、スロット内の最内径位置から固定子鉄心の軸方向の一側に延び出す第1端末線と、上記スロット内の最外径位置から上記固定子鉄心の軸方向の一側に延び出す第2端末線と、を有し、上記第1端末線は、それぞれ、上記固定子巻線のコイルエンド上を径方向外方に引き出され、上記第2端末線は、それぞれ、上記固定子巻線のコイルエンド上を径方向外方に引き出された上記第1端末線の端部より上記固定子鉄心側の位置で、径方向外方に引き出されており、相内接続用第2端末線の端部が、接続対象の相内接続用第1端末線の端部に、軸方向に重なり、かつ接した状態で、接続されている。【選択図】図1
Description
この発明は、例えば電動機や発電機などの回転電機の固定子に関し、特に固定子巻線の結線構造に関するものである。
特許文献1による従来の回転電機の固定子では、導体線を固定子鉄心に巻回して作製された巻線体のそれぞれは、導体線の両端末線が内径側と外径側とから固定子鉄心の軸方向の同一方向に突出するように構成されている。相巻線を構成する巻線体の端末線は、それぞれ、略直角に曲げられて固定子鉄心の外径側に延ばされている。そして、固定子鉄心の外径側に延ばされた巻線体の内径側の端末線の端部が、固定子鉄心の外径側に延ばされた接続対象の巻線体の外径側の端末線の端部と軸方向に重ね合わされ、溶接により接続されて、相巻線を構成している。相巻線の両端末線は、直角に曲げられることなく、軸方向に延ばされており、板又は棒形状の導体である、中性点用および給電用のバスバーに接続され、固定子巻線を構成している。
特許文献1では、相巻線を構成する巻線体の端末線同士の溶接は、径方向外方からの溶接となり、相巻線の端末線とバスバーとを接続する交流結線部の溶接は、軸方向外方からの溶接となるので、溶接方向が異なる。したがって、相巻線を構成する巻線体の端末線同士の溶接と、交流結線部の溶接と、を異なる行程で行う必要があり、生産性が低下するという課題があった。また、相巻線を構成する巻線体の端末線同士の溶接と、交流結線部の溶接と、を同じ設備で行う場合、溶接箇所毎に、固定子鉄心を傾けるなどの煩雑な工程が必要となり、さらなる生産性の低下をもたらす。
また、特許文献1では、複数のバスバーを絶縁性樹脂で一体化したバスバーモジュールが、固定子鉄心に巻回された巻線体の軸方向外方に配置されている。そして、相巻線の両端末線が、相巻線を構成する巻線体の、略直角に曲げられて外径側に延ばされた端末線を超えて、軸方向外方に延ばされ、接続対象のバスバーに溶接により接続されている。そこで、バスバーモジュールが固定子鉄心に巻回された巻線体から軸方向外方に突出してしまい、固定子の軸方向寸法が増大し、回転電機の大型化をもたらすという課題があった。
この発明は、上記課題を解決するためになされたもので、固定子巻線の各接続部の溶接方向を径方向として生産性を高めるとともに、固定子巻線の各接続部の軸方向の高さ位置を低くして、軸方向寸法の増大を抑えた回転電機の固定子を得ることを目的とする。
この発明の回転電機の固定子は、スロットが周方向に配列された円環状の固定子鉄心と、上記固定子鉄心に装着された固定子巻線と、を備えている。上記固定子巻線は、絶縁被覆された、かつ接続部のない連続した導体線により構成された分布巻きの巻線体を上記固定子鉄心に1スロットピッチで周方向に上記スロットの総数と同数装着して構成され、上記巻線体は、上記スロット内の最内径位置から上記固定子鉄心の軸方向の一側に延び出す上記導体線の第1端末線と、上記スロット内の最外径位置から上記固定子鉄心の軸方向の一側に延び出す上記導体線の第2端末線と、を有し、上記第1端末線の全ては、上記固定子巻線のコイルエンド上を径方向外方に引き出され、上記第2端末線の全ては、上記固定子巻線のコイルエンド上を径方向外方に引き出された上記第1端末線の端部より上記固定子鉄心側の位置で、径方向外方に引き出されており、上記第2端末線のなかの相内接続部を構成する相内接続用第2端末線の端部が、接続対象の上記第1端末線のなかの相内接続部を構成する相内接続用第1端末線の端部に、軸方向に重なり、かつ接した状態で、接続されている。毎極毎相あたりのスロット数がm(但し、mは2以上の自然数)であり、上記第2端末線のなかの同相接続部を構成する同相接続用第2端末線の端部が、接続対象の上記第1端末線のなかの同相接続部を構成する同相接続用第1端末線の端部に、軸方向に重なり、かつ接した状態で、接合され、上記第2端末線のなかの交流結線部を構成する交流結線用第2端末線と給電端子を構成する給電端子用第2端末線の全てが、上記固定子巻線のコイルエンド上を径方向外方に引き出された上記第1端末線の端部から上記固定子鉄心側に離間した位置で、径方向外方に引き出されており、上記交流結線用第2端末線の端部と、上記第1端末線のなかの交流結線部を構成する交流結線用第1端末線の端部とが、上記導体線とは別の部材である結線部材により、接続されている。
この発明によれば、第1端末線は、それぞれ、固定子巻線のコイルエンド上を径方向外方に引き出され、第2端末線は、それぞれ、固定子巻線のコイルエンド上を径方向外方に引き出された第1端末線の端部より固定子鉄心側の位置で、径方向外方に引き出されている。そこで、固定子巻線における第1端末線と第2端末線の端部同士の接続部は、コイルエンド上を径方向外方に引き出された第1端末線の端部を超えて軸方向外方に突き出すことがなく、固定子の軸方向寸法の増大が抑えられる。
相内接続用第2端末線の端部が、接続対象の相内接続用第1端末線の端部に、軸方向に重なり、かつ接した状態で、接続されている。そこで、径方向からの溶接により、相内接続用第1端末線と相内接続用第2端末線の端部同士を接続することが可能となる。
また、相内接続用第2端末線を除く第2端末線の端部、およびそれられの接続対象の第1端末線の端部は、径方向外方に引き出されている。そこで、径方向からの溶接により、第1端末線と第2端末線の端部同士を接続することが可能となる。仮に、導体線とは別の部材を用いて第1端末線と第2端末線の端部同士を接続する場合においても、径方向からの溶接により、それらの接続部を接続することが可能となる。
したがって、固定子巻線の各接続部の溶接方向を径方向とすることができ、生産性が高められる。
また、相内接続用第2端末線を除く第2端末線の端部、およびそれられの接続対象の第1端末線の端部は、径方向外方に引き出されている。そこで、径方向からの溶接により、第1端末線と第2端末線の端部同士を接続することが可能となる。仮に、導体線とは別の部材を用いて第1端末線と第2端末線の端部同士を接続する場合においても、径方向からの溶接により、それらの接続部を接続することが可能となる。
したがって、固定子巻線の各接続部の溶接方向を径方向とすることができ、生産性が高められる。
以下、本発明による回転電機の固定子の好適な実施の形態につき図面を用いて説明する。
実施の形態1.
図1はこの発明の実施の形態1に係る回転電機の固定子を示す斜視図、図2はこの実施の形態1に係る回転電機の固定子における固定子鉄心を構成する鉄心ブロックを示す斜視図、図3はこの実施の形態1に係る回転電機の固定子における固定子巻線を構成する巻線体を示す斜視図、図4はこの実施の形態1に係る回転電機の固定子における固定子巻線を構成する巻線体を示す正面図、図5はこの実施の形態1に係る回転電機の固定子における固定子巻線を構成する巻線体を第2コイルエンド側から見た端面図、図6はこの実施の形態1に係る回転電機の固定子における固定子巻線を構成する3つの巻線体が1つのスロットを共有して固定子鉄心に装着されている状態を第2コイルエンド側から見た要部端面図、図7はこの実施の形態1に係る回転電機の固定子において固定子鉄心に装着された巻線体を径方向外方から見た展開図、図8はこの実施の形態1に係る回転電機の固定子における固定子巻線を構成する巻線アッセンブリを示す斜視図、図9はこの実施の形態1に係る回転電機の固定子における巻線体の接合状態を説明する要部断面図、図10はこの実施の形態1に係る回転電機の固定子における巻線アッセンブリを固定子鉄心に装着した状態を示す側面図、図11はこの実施の形態1に係る回転電機の固定子における結線部材を示す斜視図、図12はこの発明の実施の形態1に係る回転電機の固定子を示す側面図、図13はこの実施の形態1に係る回転電機の固定子における固定子巻線の結線図である。
図1はこの発明の実施の形態1に係る回転電機の固定子を示す斜視図、図2はこの実施の形態1に係る回転電機の固定子における固定子鉄心を構成する鉄心ブロックを示す斜視図、図3はこの実施の形態1に係る回転電機の固定子における固定子巻線を構成する巻線体を示す斜視図、図4はこの実施の形態1に係る回転電機の固定子における固定子巻線を構成する巻線体を示す正面図、図5はこの実施の形態1に係る回転電機の固定子における固定子巻線を構成する巻線体を第2コイルエンド側から見た端面図、図6はこの実施の形態1に係る回転電機の固定子における固定子巻線を構成する3つの巻線体が1つのスロットを共有して固定子鉄心に装着されている状態を第2コイルエンド側から見た要部端面図、図7はこの実施の形態1に係る回転電機の固定子において固定子鉄心に装着された巻線体を径方向外方から見た展開図、図8はこの実施の形態1に係る回転電機の固定子における固定子巻線を構成する巻線アッセンブリを示す斜視図、図9はこの実施の形態1に係る回転電機の固定子における巻線体の接合状態を説明する要部断面図、図10はこの実施の形態1に係る回転電機の固定子における巻線アッセンブリを固定子鉄心に装着した状態を示す側面図、図11はこの実施の形態1に係る回転電機の固定子における結線部材を示す斜視図、図12はこの発明の実施の形態1に係る回転電機の固定子を示す側面図、図13はこの実施の形態1に係る回転電機の固定子における固定子巻線の結線図である。
図1において、固定子1は、電動機や発電機などの回転電機の固定子であり、円環状の固定子鉄心3と、固定子鉄心3に装着された固定子巻線6と、固定子巻線6を結線する結線部材20と、を備えている。ここで、説明の便宜上、固定子鉄心3のスロット数を48個、固定子巻線6を三相交流巻線とする。また、スロット5は、毎極毎相当たり2個の割合で固定子鉄心3に形成されているものとする。
鉄心ブロック4は、円環状の固定子鉄心3を周方向に24等分割したもので、図2に示されるように、ケイ素鋼板を積層一体化して作製され、断面円弧形のコアバック部4aと、それぞれコアバック部4aの内周壁面から径方向内方に突出され、周方向に離間する2本のティース4bと、を備えている。そして、固定子鉄心3は、ティース4bを径方向内方に向けて、コアバック部4aの周方向の側面同士を突き合わせて、周方向に円環状に配列した24個の鉄心ブロック4を、円筒状のフレーム2に焼きばめ、圧入などにより一体化して、作製される。コアバック部4aとティース4bにより構成されるスロット5が、内周側に開口するように、周方向に等角ピッチで配列されている。
固定子巻線6は、固定子鉄心3に周方向に1スロットピッチで配設された48個の巻線体10を備えている。
巻線体10は、例えば、エナメル樹脂で絶縁被覆された、かつ接続部のない連続した平角銅線からなる導体線9をエッジワイズ巻きに巻いて作製された分布巻きの巻線である。具体的には、巻線体10は、図3から図5に示されるように、第1直線部10a、第1コイルエンド部10e、第2直線部10b、第2コイルエンド部10f、第3直線部10c、第3コイルエンド部10gおよび第4直線部10dからなるδ状のコイルパターンを導体線9の長方形断面の短辺の長さ方向に2つ配列し、第4直線部10dと第1直線部10aとを連結線11で連結して構成される。そして、連結線11がコイルエンド部を構成し、導体線9の巻き始め端部が第1端末線10hを構成し、巻き終わり端部が第2端末線10iを構成する。
このように構成された巻線体10では、第1直線部10aおよび第3直線部10cが、長方形断面の長辺の長さ方向を周方向に向け、長方形断面の短辺の長さ方向に隙間dをあけて1列に4本配列されている。また、第2直線部10bが、第1直線部10aおよび第3直線部10cの列から周方向一側に6スロット角度間隔離れて、長方形断面の長辺の長さ方向を周方向に向け、長方形断面の短辺の長さ方向に隙間3dをあけて2本配列される。また、第4直線部10dが、第1直線部10aおよび第3直線部10cの列から周方向他側に6スロット角度間隔離れて、長方形断面の長辺の長さ方向を周方向に向け、長方形断面の短辺の長さ方向に隙間3dをあけて2本配列される。なお、6スロット角度間隔とは、連続する6つのティース4bの両側のスロット5のスロット中心間の間隔であり、1磁極ピッチに相当する。また、dは導体線9の長方形断面の短辺の長さである。
図6は、それぞれ、3つの巻線体10が、1つのスロット5を共用して固定子鉄心3に装着されている状態を示している。図7は、固定子鉄心に装着された巻線体10を径方向外方から見た状態を示している。図6中、周方向に6スロット角度間隔で並ぶ5つのスロット5を周方向の並び順に第1スロット51、第2スロット52、第3スロット53、第4スロット54、第5スロット55とする。
図6および図7において、1つの巻線体10に着目すれば、第2スロット52のスロット開口側から第1層(最内径位置)の第1直線部10aから軸方向他端側に延び出た第1コイルエンド部10eは、傾斜角度θで周方向に第1スロット51側に延び、頭頂部で径方向外方に距離dだけレーンチェンジ(以下、シフト)され、その後逆向きの傾斜角度θで周方向に第1スロット51側に延び、第1スロット51のスロット開口側から第2層の第2直線部10bに連結されている。ついで、第1スロット51のスロット開口側から第2層の第2直線部10bから軸方向一端側に延び出た第2コイルエンド部10fは、傾斜角度θで周方向に第2スロット52側に延び、頭頂部で径方向外方に距離dだけシフトされ、その後逆向きの傾斜角度θで周方向に第2スロット52側に延び、第2スロット52のスロット開口側から第3層の第3直線部10cに連結されている。
ついで、第2スロット52のスロット開口側から第3層の第3直線部10cから軸方向他端側に延び出た第3コイルエンド部10gは、傾斜角度θで周方向に第3スロット53側に延び、頭頂部で径方向外方に距離dだけシフトされ、その後逆向きの傾斜角度θで周方向に第3スロット53側に延び、第3スロット53のスロット開口側から第4層の第4直線部10dに連結されている。
ついで、第3スロット53のスロット開口側から第4層の第4直線部10dから軸方向一端側に延び出た連結線11は、傾斜角度θで周方向に第2スロット52側に延び、頭頂部で径方向外方に距離dだけシフトされ、その後逆向きの傾斜角度θで周方向に第2スロット52側に延び、第2スロット52のスロット開口側から第5層の第1直線部10aに連結されている。第2スロット52のスロット開口側から第5層の第1直線部10aから軸方向他端側に延び出た第1コイルエンド部10eは、傾斜角度θで周方向に第1スロット51側に延び、頭頂部で径方向外方に距離dだけシフトされ、その後逆向きの傾斜角度θで周方向に第1スロット51側に延び、第1スロット51のスロット開口側から第6層の第2直線部10bに連結されている。
ついで、第1スロット51のスロット開口側から第6層の第2直線部10bから軸方向一端側に延び出た第2コイルエンド部10fは、傾斜角度θで周方向に第2スロット52側に延び、頭頂部で径方向外方に距離dだけシフトされ、その後逆向きの傾斜角度θで周方向に第2スロット52側に延び、第2スロット52のスロット開口側から第7層の第3直線部10cに連結されている。ついで、第2スロット52のスロット開口側から第7層の第3直線部10cから軸方向他端側に延び出た第3コイルエンド部10gは、傾斜角度θで周方向に第3スロット53側に延び、頭頂部で径方向外方に距離dだけシフトされ、その後逆向きの傾斜角度θで周方向に第3スロット53側に延び、第3スロット53のスロット開口側から第8層(最外径位置)の第4直線部10dに連結されている。
そこで、第2スロット52の第1層の第1直線部10aと第1スロット51の第2層の第2直線部10bとが、第1コイルエンド部10eにより連結され、第1スロット51の第2層の第2直線部10bと第2スロット52の第3層の第3直線部10cとが、第2コイルエンド部10fにより連結され、第2スロット52の第3層の第3直線部10cと第3スロット53の第4層の第4直線部10dとが、第3コイルエンド部10gにより連結され、δ状のコイルパターンを構成する。
さらに、第2スロット52の第5層の第1直線部10aと第1スロット51の第6層の第2直線部10bとが、第1コイルエンド部10eにより連結され、第1スロット51の第6層の第2直線部10bと第2スロット52の第7層の第3直線部10cとが、第2コイルエンド部10fにより連結され、第2スロット52の第7層の第3直線部10cと第3スロット53の第8層の第4直線部10dとが、第3コイルエンド部10gにより連結され、δ状のコイルパターンを構成する。
このように、巻線体10は、周方向に6スロット角度間隔で並ぶ第1スロット51、第2スロット52および第3スロット53に、導体線9を、第2スロット52、第1スロット51、第2スロット52、第3スロット53の順に、かつ第1スロット51、第2スロット52および第3スロット53への軸方向からの挿入方向を交互に変えて挿入して形成されたδ状のコイルパターンを、径方向に2回繰り返して巻き回して構成されている。
巻線体10は、2つのδ状のコイルパターンを連結線11で連結して、径方向に2層に配列されて、構成される。つまり、巻線体10は、2つのδ状のコイルパターンが一続きとなるように導体線9を巻いて作製される。
また、1つの巻線体10が、同様に、周方向に6スロット角度間隔で並ぶ第2スロット52、第3スロット53および第4スロット54に装着される。この巻線体10は、導体線9を、第3スロット53、第2スロット52、第3スロット53、第4スロット54の順に、かつ第2スロット52、第3スロット53および第4スロット54への軸方向からの挿入方向を交互に変えて挿入して形成されたδ状のコイルパターンを、径方向に2回繰り返して巻き回して構成されている。
また、1つの巻線体10が、同様に、周方向に6スロット角度間隔で並ぶ第3スロット53、第4スロット54および第5スロット55に装着される。この巻線体10は、導体線9を、第4スロット54、第3スロット53、第4スロット54、第5スロット55の順に、かつ第3スロット53、第4スロット54および第5スロット55への軸方向からの挿入方向を交互に変えて挿入して形成されたδ状のコイルパターンを、径方向に2回繰り返して巻き回して構成されている。
このように、3つの巻線体10は、第3スロット53を共用して、固定子鉄心3に装着されている。そして、8本の第1から第4直線部10a,10b,10c,10dが、導体線9の長方形断面の長辺の長さ方向を周方向に向けて、径方向に1列に並んで、第3スロット53内に収納されている。
このように構成された巻線体10は、1スロットピッチで同心状に48個配列して、図8に示される巻線アッセンブリ7が作製される。そして、巻線アッセンブリ7の軸方向他端側には、第1コイルエンド部10eを1スロットピッチで周方向に配列した第1コイルエンド部10eの層と、第3コイルエンド部10gを1スロットピッチで周方向に配列した第3コイルエンド部10gの層とが径方向に交互に4層に配列されて、第1コイルエンド6aを構成している。また、巻線アッセンブリ7の軸方向一端側には、第2コイルエンド部10fを1スロットピッチで周方向に配列した第2コイルエンド部10fの層と、連結線11を1スロットピッチで周方向に配列した連結線11の層とが径方向に交互に3層に配列して、第2コイルエンド6bを構成している。なお、絶縁紙19が、第1および第2コイルエンド6a,6b内に配設され、巻線体10間の電気絶縁性を確保している。
そして、第1端末線10hの端部が、それぞれ、第2コイルエンド6bの内径側から軸方向外方に延び出て、1スロットピッチで周方向に配列され、第2端末線10iの端部が、それぞれ、第2コイルエンド6bの外径側から、第1端末線10hと同じ軸方向外方に延び出て、1スロットピッチで周方向に配列されている。
ここで、巻線体10の第1および第2端末線10h,10iの形状について図3から図6を用いて説明する。2番目のスロット52の第1層の第1直線部10aから第2コイルエンド6b側に延び出た第1端末線10hは、傾斜角度θで周方向に1番目のスロット51側に延び、頭頂部(1番目のスロット51と2番目のスロット52の中間位置)で曲げられて軸方向外方に延び出るように成形される。また、3番目のスロット53の第8層の第4直線部10dから第2コイルエンド6b側に延び出た第2端末線10iは、傾斜角度θで周方向に4番目のスロット54側に延び、頭頂部(3番目のスロット53と4番目のスロット54の中間位置)で曲げられて軸方向外方に延び出るように成形される。
そこで、第1直線部10aが2番目のスロット52に収納される巻線体10の第2端末線10iの軸方向外方に突出する端部の周方向の位置が、第1直線部10aが4番目のスロット54に収納される巻線体10の第1端末線10hの軸方向外方に突出する端部の周方向位置に略一致する。つまり、2磁極ピッチ離れた一方の巻線体10の第2端末線10iの軸方向外方に突出する端部の周方向の位置が、他方の巻線体10の第1端末線10hの軸方向外方に突出する端部の周方向の位置に略一致する。
つぎに、巻線アッセンブリ7の結線方法について、便宜上、固定子鉄心3に周方向に配設された48個のスロット5に周方向の並び順に1番、2番・・・48番のスロット番号を付して説明する。
まず、スロット番号(1+6n)番(ただし、nは0以上、7以下の自然数)のスロット群には、8個の巻線体10が装着されている。そして、それぞれ、8個の巻線体10中の2磁極ピッチで配列されている4つの巻線体10を直列に接続して、小コイル群U11,U12が構成される。
ついで、スロット番号(2+6n)番のスロット群には、8個の巻線体10が装着されている。そして、それぞれ、8個の巻線体10中の2磁極ピッチで配列されている4つの巻線体10を直列に接続して、小コイル群U21,U22が構成される。
ついで、スロット番号(2+6n)番のスロット群には、8個の巻線体10が装着されている。そして、それぞれ、8個の巻線体10中の2磁極ピッチで配列されている4つの巻線体10を直列に接続して、小コイル群U21,U22が構成される。
スロット番号(3+6n)番のスロット群には、8個の巻線体10が装着されている。そして、それぞれ、8個の巻線体10中の2磁極ピッチで配列されている4つの巻線体10を直列に接続して、小コイル群V11,V12が構成される。
ついで、スロット番号(4+6n)番のスロット群には、8個の巻線体10が装着されている。そして、それぞれ、8個の巻線体10中の2磁極ピッチで配列されている4つの巻線体10を直列に接続して、小コイル群V21,V22が構成される。
ついで、スロット番号(4+6n)番のスロット群には、8個の巻線体10が装着されている。そして、それぞれ、8個の巻線体10中の2磁極ピッチで配列されている4つの巻線体10を直列に接続して、小コイル群V21,V22が構成される。
スロット番号(5+6n)番のスロット群には、8個の巻線体10が装着されている。そして、それぞれ、8個の巻線体10中の2磁極ピッチで配列されている4つの巻線体10を直列に接続して、小コイル群W11,W12が構成される。
ついで、スロット番号(6+6n)番のスロット群には、8個の巻線体10が装着されている。そして、それぞれ、8個の巻線体10中の2磁極ピッチで配列されている4つの巻線体10を直列に接続して、小コイル群W21,W22が構成される。
ついで、スロット番号(6+6n)番のスロット群には、8個の巻線体10が装着されている。そして、それぞれ、8個の巻線体10中の2磁極ピッチで配列されている4つの巻線体10を直列に接続して、小コイル群W21,W22が構成される。
つぎに、第1端末線10hと第2端末線10iとの接続について説明する。
まず、第1端末線10hは、スロット5から出て、傾斜角度θで周方向一側に延び、その後曲げられて軸方向外方に延び、第2コイルエンド6bの頂部を超えると曲げられて第2コイルエンド6b上を通って径方向外方に延び出ている。そして、全ての第1端末線10hは、同一形状に曲げ成形され、それらの第2コイルエンド6b上を通って径方向外方に延びる部位が、巻線アッセンブリ7の軸方向と直交する同一平面上に位置している。
まず、第1端末線10hは、スロット5から出て、傾斜角度θで周方向一側に延び、その後曲げられて軸方向外方に延び、第2コイルエンド6bの頂部を超えると曲げられて第2コイルエンド6b上を通って径方向外方に延び出ている。そして、全ての第1端末線10hは、同一形状に曲げ成形され、それらの第2コイルエンド6b上を通って径方向外方に延びる部位が、巻線アッセンブリ7の軸方向と直交する同一平面上に位置している。
一方、第2端末線10iは、スロット5から出て、傾斜角度θで周方向他側に延び、その後曲げられて軸方向外方に延び、第2コイルエンド6bの頂部に至ると曲げられて径方向外方に延び出ている。小コイル群U11,U12,U21,U22,V11,V12,V21,V22,W11,W12,W21,W22を構成する巻線体10を直列に接続するための第2端末線10iは、全て、同一形状に曲げ成形され、それらの径方向外方に延びる端部が、接続対象の第1端末線10hの径方向外方に延びる端部の固定子鉄心3側を向く面に接して、第1端末線10hの端部と略軸方向に重なっている。
そこで、略軸方向に重なっている第1および第2端末線10h,10iの端部を、径方向外方からTIG溶接することにより、接続する。これにより、それぞれ、4つの巻線体10を直列に接続してなる小コイル群U11,U12,U21,U22,V11,V12,V21,V22,W11,W12,W21,W22が作製される。
なお、小コイル群U11,U12,U21,U22,V11,V12,V21,V22,W11,W12,W21,W22を構成するための第1および第2端末線10h,10iの端部同士の接続部は、同一スロット群に収納されている同相の巻線体10間の接続部であり、相内接続部となる。そして、相内接続部を構成する第1および第2端末線10h,10iの端部が、それぞれ、相内接続用第1端末線の端部および相内接続用第2端末線の端部となる。
また、小コイル群U11,U22を直列に接続するための第2端末線10i、小コイル群U21,U12を直列に接続するための第2端末線10i、小コイル群V11,V22を直列に接続するための第2端末線10i、小コイル群V21,V12を直列に接続するための第2端末線10i、小コイル群W11,W22を直列に接続するための第2端末線10i、および小コイル群W21,W12を直列に接続するための第2端末線10iは、図10に示されるように、それぞれ、1スロットピッチ分オフセットされるようにクランク状に曲げ成形され、それらの径方向外方に延びる端部が、接続対象の第1端末線10hの径方向外方に延びる端部の固定子鉄心3側を向く面に接して、第1端末線10hの端部と略軸方向に重なっている。
そこで、略軸方向に重なっている第1および第2端末線10h,10iの端部を、径方向外方からTIG溶接することにより、接続する。これにより、電気角で30°ずれた小コイル群U11,U22を直列に接続してなるU1相巻線が作製される。また、電気角で30°ずれた小コイル群V11,V22を直列に接続してなるV1相巻線が作製される。また、電気角で30°ずれた小コイル群W11,W22を直列に接続してなるW1相巻線が作製される。さらに、電気角で30°ずれた小コイル群U21,U12を直列に接続してなるU2相巻線が作製される。また、電気角で30°ずれた小コイル群V21,V12を直列に接続してなるV2相巻線が作製される。また、電気角で30°ずれた小コイル群W21,W12を直列に接続してなるW2相巻線が作製される。
なお、U1相、V1相、W1相、U2相、V2相およびW2相巻線を構成するための第1および第2端末線10h,10iの端部同士の接続部は、異なるスロット群に収納されている同相の巻線体10間の接続部であり、同相接続部16となる。そして、同相接続部16を構成する第1および第2端末線10h,10iの端部が、それぞれ、同相接続用第1端末線の端部および同相接続用第2端末線の端部となる。
また、U1相、V1相、W1相、U2相、V2相およびW2相巻線の一端を構成する第2端末線10iは、図10に示されるように、他の第2端末線10iより固定子鉄心3に近い位置で曲げられて、径方向外方に延び出ている。これにより、当該第2端末線10iの径方向外方に延び出ている部位は、第1端末線10hの径方向外方に延び出ている部位に対して、軸方向に離間している。
なお、U1相巻線、V1相巻線、W1相巻線、U2相巻線、V2相巻線およびW2相巻線の両端を構成する第1および第2端末線10h,10iは、中性点結線用端子および給電端子であり、同相接続部16を構成する第1および第2端末線10h,10iとともに、周方向の略2磁極ピッチの範囲に集中的に配設されている。また、中性点結線用端子同士の接続部は、交流結線部17となる。そして、交流結線部17を構成する第1および第2端末線10h,10iの端部が、それぞれ、交流結線用第1端末線の端部および交流結線用第2端末線の端部となる。また、そして、給電端子を構成する第1および第2端末線10h,10iの端部が、それぞれ、給電端子用第1端末線の端部および給電端子用第2端末線の端部となる。
結線部材20は、例えば、銅板をプレス成形して作製され、図11に示されるように、帯状のベース20aと、それぞれ、ベース20aから幅方向に延び出て、その後直角に曲げられて、ベース20aの幅方向両側に、ベース20aの長さ方向に離間して3本ずつ設けられたターミナル20bと、を備える。ここで、ターミナル20bは、U1相巻線、V1相巻線、W1相巻線、U2相巻線、V2相巻線およびW2相巻線の両端を構成する第1および第2端末線10h,10i、すなわち交流結線用第1端末線および交流結線用第2端末線の径方向外方に延び出る端部に対応するように、ベース20aに設けられている。
結線部材20は、軸方向に離間する交流結線用第1端末線および交流結線用第2端末線の径方向外方に延び出ている端部間に、ベース20aを円弧状に曲げて、ターミナル20bが径方向外方に延び出るように配置される。そして、ターミナル20bの径方向外方に延び出る端部が、接続対象の交流結線用第1端末線および交流結線用第2端末線の径方向外方に延び出る端部に接して略軸方向に重なるように、結線部材20を位置決めされる。そこで、略軸方向に重なっている交流結線用第1端末線の端部とターミナル20bの端部、および交流結線用第2端末線の端部とターミナル20bの端部を、径方向外方からTIG溶接することにより、接続する。これにより、図13に示されるように、U1相巻線、V1相巻線およびW1相巻線がY結線された第1の三相交流巻線6Aと、U2相巻線、V2相巻線およびW2相巻線がY結線された第2の三相交流巻線6Bと、が作製される。
このように、固定子巻線6は、第1の三相交流巻線6Aと第2の三相交流巻線6Bとにより構成される。そして、図示していないが、6本の給電端子U1out、V1out、W1out、U2out、V2out、W2outがインバータ回路を介して外部電源に接続され、回転電機が電動機として動作する。
この実施の形態1によれば、固定子巻線6は、それぞれ、絶縁被覆された、かつ接続部のない連続した導体線9を巻回して作製された分布巻きの巻線体10を固定子鉄心3に1スロットピッチで周方向にスロット5の総数と同数装着して構成されている。巻線体10は、導体線9の巻き始め端部である第1端末線10hがスロット5内の最内径位置から固定子鉄心3の軸方向の一側に延び出し、導体線9の巻き終わり端部である第2端末線10iがスロット5内の最外径位置から固定子鉄心3の軸方向の一側に延び出すように構成されている。第1端末線10hは、それぞれ、第2コイルエンド6b上を通って径方向外方に引き出されている。また、第2端末線10iは、それぞれ、固定子巻線6の第2コイルエンド6b上を径方向外方に引き出された第1端末線10hの端部より固定子鉄心3側の位置で、径方向外方に引き出されている。そして、第2端末線10iのなかの相内接続用第2端末線の端部が、接続対象の第1端末線10hのなかの相内接続用第1端末線の端部に、軸方向に重なり、かつ接した状態で、接続されている。
また、巻線体10の第1および第2端末線10h,10iの端部が径方向外方に引き出されているので、同相接続部16、および交流結線部17の溶接方向を径方向とすることができる。
したがって、固定子巻線6における各接続部は、径方向から溶接するようにできるので、生産性が向上される。また、固定子巻線6における各接続部は、径方向外方に引き出されている第1端末線10hの端部を超えて、軸方向外方に突出することはなく、固定子1の軸方向寸法の増大が抑えられる。これにより、固定子1の搭載性が向上し、回転電機の小型化が図られる。
したがって、固定子巻線6における各接続部は、径方向から溶接するようにできるので、生産性が向上される。また、固定子巻線6における各接続部は、径方向外方に引き出されている第1端末線10hの端部を超えて、軸方向外方に突出することはなく、固定子1の軸方向寸法の増大が抑えられる。これにより、固定子1の搭載性が向上し、回転電機の小型化が図られる。
第1端末線10hが、第2コイルエンド6b上の、固定子鉄心3の軸方向と直交する平面上を通って径方向外方に引き出されているので、第1端末線10hの端部の全てにおいて、軸方向における溶接位置が同じとなり、製造工程の簡略化が図られ,低コスト化が図られる。
第1端末線10hの全てが同一形状に曲げ成形され、第2端末線10iのなかの相内接続用第2端末線の全てが同一形状に曲げ成形されている。そこで、相内接続される巻線体10の全てが同一形状となり、巻線体10の種類が少なくなるので、低コスト化が図られる。
第2端末線10iのなかの同相接続用第2端末線が、直接、接続対象の第1端末線10hのなかの同相接続用第1端末線に接続されているので、導体線9とは別の部材で、同相接続用第1端末線と同相接続用第2端末線とを接続する必要がない。そこで、部品点数を削減でき、低コスト化が図られる。
第2端末線10iのなかの交流結線用第2端末線と給電端子用第2端末線が、同一形状に曲げ成形されている。そこで、交流結線される巻線体10と給電端子を有する巻線体10の全てが同一形状となり、巻線体10の種類が少なくなるので、低コスト化が図られる。
交流結線用第2端末線と給電端子用第2端末線の端部が、第1端末線10hのなかの交流結線用第1端末線と給電端子用第1端末線の端部に対して、固定子鉄心3側に離間している。そして、交流結線用第1端末線の端部と交流結線用第2端末線の端部とを接続する結線部材20が、交流結線用および給電端子用第2端末線の端部と、交流結線用および給電端子用第1端末線の端部との間のスペースに配設されているので、省スペース化が図られ、回転電機の小型化が図られる。
結線部材20は、帯状のベース20aと、それぞれ、ベース20aから幅方向に延び出て、その後直角に曲げられて、ベース20aの幅方向両側に、ベース20aの長さ方向に離間して3本ずつ設けられたターミナル20bと、を備える。そして、結線部材20は、交流結線用および給電端子用第2端末線の端部と、交流結線用および給電端子用第1端末線の端部との間のスペースに、ベース20aを円弧状に曲げて、ターミナル20bが径方向外方に延び出るように配置される。さらに、ターミナル20bは、接続対象の交流結線用第1端末線の端部に、軸方向に重なって、かつ接した状態に配設される。また、ターミナル20bは、接続対象の交流結線用第2端末線の端部に、軸方向に重なって、かつ接した状態に配設される。そこで、ターミナル20bと交流結線用第1端末線の端部とを溶接する方向が径方向となり、ターミナル20bと交流結線用第2端末線の端部とを溶接する方向が径方向となるので、生産性を向上させることができる。
実施の形態2.
図14はこの発明の実施の形態2に係る回転電機の固定子を示す斜視図、図15はこの実施の形態2に係る回転電機の固定子における巻線アッセンブリを固定子鉄心に装着した状態を示す側面図、図16はこの実施の形態2に係る回転電機の固定子における交流結線前の状態を示す側面図、図17はこの発明の実施の形態2に係る回転電機の固定子を示す側面図である。
図14はこの発明の実施の形態2に係る回転電機の固定子を示す斜視図、図15はこの実施の形態2に係る回転電機の固定子における巻線アッセンブリを固定子鉄心に装着した状態を示す側面図、図16はこの実施の形態2に係る回転電機の固定子における交流結線前の状態を示す側面図、図17はこの発明の実施の形態2に係る回転電機の固定子を示す側面図である。
図14および図17において、固定子1Aは、円環状の固定子鉄心3と、固定子鉄心3に装着された固定子巻線6Aと、固定子巻線6Aを結線する渡り導体21、第1結線部材22Aおよび第2結線部材22Bと、を備えている。
巻線アッセンブリ7Aは、図15に示されるように、巻線体10を、1スロットピッチで同心状に48個配列して、構成されている。そして、第2端末線10iのなかの同相接続用第2端末線、交流結線用第2端末線、および給電端子用第2端末線は、同一形状に曲げ成形され、それぞれ、スロット5から出て、傾斜角度θで周方向他側に延び、その後曲げられて軸方向外方に延び、第1端末線10hの端部から固定子鉄心3側に離間した位置で曲げられて径方向外方に延び出ている。
渡り導体21は、例えば、銅板をプレス成形して作製され、図16に示されるように、帯状のベース21aと、それぞれ、ベース21aから長さ方向の両端から延び出て、その後直角に曲げられた一対のターミナル21bと、を備える。渡り導体21は、軸方向に離間する同相接続用第1端末線の端部と同相接続用第2端末線の端部との間のスペースに配設される。そして、一方のターミナル21bの径方向外方に延び出る端部が、同相接続用第1端末線の端部の固定子鉄心3側を向く面に接して、かつ略軸方向に重なるように、配置される。他方のターミナル21bの径方向外方に延び出る端部が、同相接続用第2端末線の端部の固定子鉄心3と反対側を向く面に接して、かつ略軸方向に重なるように、配置される。そこで、略軸方向に重なっている同相接続用第1端末線の端部と一方のターミナル21bの端部、および同相接続用第2端末線の端部と他方のターミナル21bの端部を、径方向外方からTIG溶接することにより、接続する。
これにより、U1相巻線、V1相巻線、W1相巻線、U2相巻線、V2相巻線、およびW2相巻線が作製される。
第1結線部材22は、例えば、銅板をプレス成形して作製され、図17に示されるように、帯状のベース22aと、それぞれ、ベース22aから幅方向一側に延び出て、その後直角に曲げられて、ベース22aの長さ方向に離間して設けられた3本のターミナル22bと、を備える。第2結線部材23は、例えば、銅板をプレス成形して作製され、図17に示されるように、帯状のベース23aと、それぞれ、ベース23aから幅方向一側に延び出て、その後直角に曲げられて、ベース23aの長さ方向に離間して設けられた3本のターミナル23bと、を備える。
第1結線部材22が、図17に示されるように、軸方向に離間する交流結線用第1端末線と交流結線用第2端末線の端部間のスペースに、ベース22aを円弧状に曲げて、ターミナル22bが径方向外方に延び出るように配置される。そして、ターミナル22bの径方向外方に延び出る端部が、接続対象の交流結線用第1端末線の端部の固定子鉄心3側を向く面に接して、かつ略軸方向に重なるように、配置される。そこで、略軸方向に重なっている交流結線用第1端末線の端部とターミナル22bの端部とを、径方向外方からTIG溶接することにより、接続する。
さらに、第2結線部材23が、図17に示されるように、軸方向に離間する交流結線用第2端末線の端部と固定子鉄心3との間のスペースに、ベース23aを円弧状に曲げて、ターミナル23bが径方向外方に延び出るように配置される。ターミナル23bの径方向外方に延び出る端部が、接続対象の交流結線用第2端末線の端部の固定子鉄心3側を向く面に接して、かつ略軸方向に重なるように、配置される。そこで、略軸方向に重なっている交流結線用第2端末線の端部とターミナル23bの端部とを、径方向外方からTIG溶接することにより、接続する。
これにより、U1相巻線、V1相巻線およびW1相巻線がY結線された第1の三相交流巻線と、U2相巻線、V2相巻線およびW2相巻線がY結線された第2の三相交流巻線と、からなる固定子巻線6Aが作製される。
したがって、実施の形態2においても、上記実施の形態1と同様の効果が得られる。
この実施の形態2によれば、同相接続用第2端末線、交流結線用第2端末線、および給電端子用第2端末線が、全て、同一形状に曲げ成形されている。そこで、同相接続される巻線体10、交流結線される巻線体10、および給電端子を有する巻線体10の全てが同一形状となり、巻線体10の種類がさらに少なくなるので、低コスト化が図られる。
この実施の形態2によれば、同相接続用第2端末線、交流結線用第2端末線、および給電端子用第2端末線が、全て、同一形状に曲げ成形されている。そこで、同相接続される巻線体10、交流結線される巻線体10、および給電端子を有する巻線体10の全てが同一形状となり、巻線体10の種類がさらに少なくなるので、低コスト化が図られる。
なお、上記各実施の形態では、巻線体が矩形断面の導体線を用いて作製されているが、巻線体を構成する導体線の断面は矩形に限定されず、例えば円形断面の導体線を用いてもよい。
また、上記各実施の形態では、第1の三相交流巻線がU1相巻線、V1相巻線およびW1相巻線をY結線して構成され、第2の三相交流巻線がU2相巻線、V2相巻線およびW2相巻線をY結線して構成されているが、第1の三相交流巻線がU1相巻線、V1相巻線およびW1相巻線をΔ結線して構成され、第2の三相交流巻線がU2相巻線、V2相巻線およびW2相巻線をΔ結線して構成されてもよい。この場合、U1相巻線、V1相巻線、W1相巻線、U2相巻線、V2相巻線およびW2相巻線の両端を構成する第1および第2端末線が、Δ結線用端子および給電端子であり、Δ結線用端子の端部同士の接続部が、交流結線部となる。
また、上記各実施の形態では、U1相巻線、V1相巻線、W1相巻線、U2相巻線、V2相巻線およびW2相巻線がそれぞれ小コイル群を直列に接続して構成されているが、U1相巻線、V1相巻線、W1相巻線、U2相巻線、V2相巻線およびW2相巻線がそれぞれ小コイル群を並列に接続して構成されてもよい。
また、上記各実施の形態では、48個のスロットが設けられている固定子鉄心を用いたが、スロットの総数は48個に限定されない。また、スロット数が毎極毎相当たり2の割合で形成されているものとしているが、毎極毎相当たりのスロット数は2に限定されず、1でもよく、3以上でもよい。そして、上記各実施の形態では、毎極毎相当たりのスロット数が2で、巻線体の直線部が挿入されるスロットの間隔が6スロット角度間隔(1磁極ピッチ)であったが、毎極毎相当たりのスロット数が1の場合には、巻線体の直線部が挿入されるスロットの間隔は、3スロット角度間隔(1磁極ピッチ)となる。また、毎極毎相当たりのスロット数が1の場合には、相内接続部と交流結線部はあるが、同相接続部はない。
また、上記各実施の形態では、巻線体が全節巻きの巻線で構成されているが、巻線体は短節巻きや長節巻きの巻線で構成されてもよい。
また、上記各実施の形態では、径方向に配列された2つのδ字のコイルパターンが一続きに形成された巻線体を用いているが、巻線体は、1つのδ字のコイルパターンにより形成されてもよいし、径方向に配列された3つ以上のδ字のコイルパターンを一続きに形成してもよい。
また、上記各実施の形態では、径方向に配列された2つのδ字のコイルパターンが一続きに形成された巻線体を用いているが、分布巻きの巻線体が固定子鉄心に1スロットピッチでスロット数と同数配設され、各巻線体の第1端末線が第2コイルエンドの内径側から軸方向外方に突出し、第2端末線が第2コイルエンドの外径側から軸方向外方に突出していれば、巻線体は径方向に配列された2つのδ字のコイルパターンが一続きに形成された巻線体に限定されない。例えば、導体線を螺旋状に複数回巻き回した、いわゆる亀甲形のコイルパターンに形成された巻線体を用いてもよい。
1,1A 固定子、3 固定子鉄心、6,6A 固定子巻線、6a 第1コイルエンド、6b 第2コイルエンド、9 導体線、10 巻線体、10h 第1端末線、10i 第2端末線、16 同相接続部、17 交流結線部、20 結線部材、21 渡り導体、22 第1結線部材、23 第2結線部材。
Claims (5)
- スロットが周方向に配列された円環状の固定子鉄心と、上記固定子鉄心に装着された固定子巻線と、を備えた回転電機の固定子において、
上記固定子巻線は、絶縁被覆された、かつ接続部のない連続した導体線により構成された分布巻きの巻線体を上記固定子鉄心に1スロットピッチで周方向に上記スロットの総数と同数装着して構成され、
上記巻線体は、上記スロット内の最内径位置から上記固定子鉄心の軸方向の一側に延び出す上記導体線の第1端末線と、上記スロット内の最外径位置から上記固定子鉄心の軸方向の一側に延び出す上記導体線の第2端末線と、を有し、
上記第1端末線の全ては、上記固定子巻線のコイルエンド上を径方向外方に引き出され、
上記第2端末線の全ては、上記固定子巻線のコイルエンド上を径方向外方に引き出された上記第1端末線の端部より上記固定子鉄心側の位置で、径方向外方に引き出されており、
上記第2端末線のなかの相内接続部を構成する相内接続用第2端末線の端部が、接続対象の上記第1端末線のなかの相内接続部を構成する相内接続用第1端末線の端部に、軸方向に重なり、かつ接した状態で、接続され、
毎極毎相あたりのスロット数がm(但し、mは2以上の自然数)であり、
上記第2端末線のなかの同相接続部を構成する同相接続用第2端末線の端部が、接続対象の上記第1端末線のなかの同相接続部を構成する同相接続用第1端末線の端部に、軸方向に重なり、かつ接した状態で、接合され、
上記第2端末線のなかの交流結線部を構成する交流結線用第2端末線と給電端子を構成する給電端子用第2端末線の全てが、上記固定子巻線のコイルエンド上を径方向外方に引き出された上記第1端末線の端部から上記固定子鉄心側に離間した位置で、径方向外方に引き出されており、
上記交流結線用第2端末線の端部と、上記第1端末線のなかの交流結線部を構成する交流結線用第1端末線の端部とが、上記導体線とは別の部材である結線部材により、接続されている回転電機の固定子。 - スロットが周方向に配列された円環状の固定子鉄心と、上記固定子鉄心に装着された固定子巻線と、を備えた回転電機の固定子において、
上記固定子巻線は、絶縁被覆された、かつ接続部のない連続した導体線により構成された分布巻きの巻線体を上記固定子鉄心に1スロットピッチで周方向に上記スロットの総数と同数装着して構成され、
上記巻線体は、上記スロット内の最内径位置から上記固定子鉄心の軸方向の一側に延び出す上記導体線の第1端末線と、上記スロット内の最外径位置から上記固定子鉄心の軸方向の一側に延び出す上記導体線の第2端末線と、を有し、
上記第1端末線の全ては、上記固定子巻線のコイルエンド上を径方向外方に引き出され、
上記第2端末線の全ては、上記固定子巻線のコイルエンド上を径方向外方に引き出された上記第1端末線の端部より上記固定子鉄心側の位置で、径方向外方に引き出されており、
上記第2端末線のなかの相内接続部を構成する相内接続用第2端末線の端部が、接続対象の上記第1端末線のなかの相内接続部を構成する相内接続用第1端末線の端部に、軸方向に重なり、かつ接した状態で、接続され、
毎極毎相あたりのスロット数がm(但し、mは2以上の自然数)であり、
上記第2端末線のなかの同相接続部を構成する同相接続用第2端末線の全てが、記固定子巻線のコイルエンド上を径方向外方に引き出された上記第1端末線の端部から上記固定子鉄心側に離間した位置で、径方向外方に引き出されており、
上記同相接続用第2端末線の端部が、それぞれ、接続対象の上記第1端末線のなかの同相接続部を構成する同相接続用第1端末線の端部に、上記導体線とは別の部材である渡り導体より、接続され、
上記渡り導体は、軸方向において、接続される上記同相接続用第2端末線の端部と上記同相接続用第1端末線の端部との間の配設されている回転電機の固定子。 - 上記第2端末線のなかの交流結線部を構成する交流結線用第2端末線の端部と、接続対象の上記第1端末線のなかの交流結線部を構成する交流結線用第1端末線の端部とが、上記導体線とは別の部材である結線部材により、接続されている請求項2記載の回転電機の固定子。
- 上記結線部材は、単一部材であり、軸方向において、接続される上記交流結線用第2端末線の端部と上記交流結線用第1端末線の端部との間に配設されている請求項1又は請求項3記載の回転電機の固定子。
- 上記結線部材は、軸方向において、上記交流結線用第2端末線の端部と上記交流結線用第1端末線の端部との間に配設され、上記交流結線用第1端末線の端部を接続する第1結線部材と、上記交流結線用第2端末線の端部と上記固定子鉄心との間に配設され、上記交流結線用第2端末線の端部を接続する第2結線部材と、を備える請求項1又は請求項3記載の回転電機の固定子。
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