JP6457090B2 - 回転電気機械用ワイヤアセンブリ、及び当該ワイヤアセンブリを得るための対応する方法 - Google Patents

回転電気機械用ワイヤアセンブリ、及び当該ワイヤアセンブリを得るための対応する方法 Download PDF

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Description

本発明は、回転電気機械用ワイヤアセンブリ、及び当該ワイヤアセンブリを得るための対応する方法に関する。本発明は、例えばオルタネータ又は電動機からなる回転電気機械とともに使用され得る。
回転電気機械は、ステータとシャフトに設けられたロータとを備えている。回転電気機械は、ステータを支持するケースを備えている。ロータのシャフトは、例えばボールベアリングによってケースに回転連結されている。
ロータは、平坦な金属プレートの積層体により形成されたコアを備えている。文献EP0803962号に記載されるように、ロータは、例えば永久磁石により形成された複数のポールを備え、これらはロータの磁性体において実現されたキャビティ内に配置されている。或いは、いわゆる突極構造において、ポールは、ロータのアームに捲回されたコイルにより形成されている。
更に、ステータは、平坦な金属プレートの積層体とステータ巻線とにより構成されたコアを備えている。ステータ巻線は複数の位相コイルを備えている。このような位相コイルは、各位相コイルが位相に関連付けられたコアのスロットに配設されたコンダクタからなるタイプであって、全体としてコアの軸に対して同軸の螺旋を形成している。したがって、巻線は、径方向に重ねられた位相コイルの一連のターン部からなる。各位相コイルは、ステータの各側に交互に配置されたエンドループ部を備えている。これらのエンドループ部は、ステータのスロット内部に配置された直線部同士の連結を確立する。
電気機械の性能を向上させるために、磁束の流れ断面を最適化しつつコアのスロットを最大限に充填することが好適である。この目的のために、文献US6459187号は、コンダクタの同一層に配置された複数の連続する直線部分を有する位相コイルを備えた直列ステータ巻線の実現を教示している。しかしながら、ワイヤの数が多いため(各位相につき少なくとも2つのワイヤ、すなわち六位相巻線では合計12個のワイヤ)、異なる位相コイルにおいてそれらの間における結合を実施することは困難である。
本発明は、複数の位相コイルを備えた回転電気機械用ワイヤアセンブリであって、各位相コイルは、ステータの一連の専用スロットに挿入されており、各位相コイルは、入力部を有する第1部分と、出力部を有する第2部分とを備え、前記第1部分及び前記第2部分は分布波巻を構成しており、各位相コイルは、各位相コイルが単一のワイヤから構成されるように、前記第1部分と前記第2部分とを連結するUターン部を備える、ワイヤアセンブリ、を提供することにより、既存の機械の欠点を克服することを目的とする。
各位相コイルに対するワイヤの数を一本のみに限定することにより、本発明は位相コイル同士の結合を容易にする。
特定の実施形態によれば、各位相コイルの前記ワイヤは、前記ステータの前記スロット内に挿入される複数の直線部と、前記直線部同士を連結する複数のエンドループ部と、を備え、前記エンドループ部(26)は、コンダクタの同一の層に配置された複数の連続する直線部を連結する。
特定の実施形態によれば、各位相コイルの前記第1部分及び第2部分において、所与の直線部が、当該所与の直線部の2つの対向する側に配置された2つの隣接する直線部に連結されている。
特定の実施形態によれば、前記Uターン部において、前記直線部が、同一の側に配置された2つの直線部にエンドループ部を介して連結されている。
特定の実施形態によれば、前記Uターン部において、前記直線部は傾斜部を備えている。
特定の実施形態によれば、前記傾斜部は、前記ワイヤアセンブリの厚さ方向に傾斜している。
特定の実施形態によれば、前記ワイヤアセンブリの長さは、前記ステータの外周のN倍に等しく、Nは少なくとも2に等しい。
特定の実施形態によれば、位相コイルの前記第1部分と前記第2部分との間に横断方向オフセット部が存在する。
本発明は、また、
‐ワイヤを、各位相コイル用の線形支持体の一連のスロットの内部に取り付ける取付工程と、
‐各位相コイルは、入力部を有する第1部分と出力部を有する第2部分とを備え、前記第1部分及び前記第2部分は分布波巻を構成し、
‐前記位相コイルの前記ワイヤをプレスする工程と、を備え、
前記取付工程は、最後のスロットを前記位相コイルに対して反転させて、前記最後のスロットの前のスロットの内部に配置された直線部を他の直線部に重ね合せることによりUターン部を形成する工程を備えていることを特徴とするワイヤアセンブリを形成するための方法、に関する。
特定の実施形態によれば、前記最後のスロットの内部に配置された前記直線部は、前記取付工程の前に傾斜部を有するように予め形成されている。
特定の実施形態によれば、前記ワイヤをプレスする工程は、前記位相コイル毎に、又は全ての前記位相コイルに対して同時に、これらの前記線形支持体上への組付け後に、実施される。
本発明の他の態様は、詳細な説明と添付図面を検討することにより明らかになるであろう。
図1は、本発明に従って位相コイルが配設されたステータ内部の部分斜視図である。 図2は、図1に示すステータコアの平面図である。 図3aは、位相コイルのワイヤを形成するための本発明による形成ツールの動作の異なるシーケンスを示す図である。 図3bは、位相コイルのワイヤを形成するための本発明による形成ツールの動作の異なるシーケンスを示す図である。 図3cは、位相コイルのワイヤを形成するための本発明による形成ツールの動作の異なるシーケンスを示す図である。 図4は、本発明による形成ツールの治具の雄型及び対応する雌型の第1実施形態を示す図である。 図5aは、本発明による形成ツールの治具の雄型及び対応する雌型の第2実施形態を示す図である。 図5bは、図5aの実施形態の雄型及び雌型を構成する分割された部品を示す図である。 図6は、位相コイルの取付工程を実施する線形支持体の斜視図である。 図7は、位相コイルを図6の線形支持体に取り付ける個々の工程を示す図である。 図8は、位相コイルを形成するワイヤの線形展開図であって、ワイヤの2つの部分の互いに対する位置を示す図である。 図9は、六位相ステータの全ての位相コイルに対するワイヤの線形展開図である。 図10aは、単一のワイヤから構成される位相コイルの斜視図である。 図10bは、単一のワイヤから構成される位相コイルの側面図である。 図10cは、単一のワイヤから構成される位相コイルの平面図である。 図11は、ワイヤを線形支持体から円筒形支持体に移送する工程を実施する装置を示す図である。 図12は、ワイヤを特定の傾斜ガイドによって移送する様子を示す、図11に示す装置の詳細な図である。 図13aは、位相コイルを円筒形支持体からステータコアに移送する工程を実施する装置の側面図である。 図13bは、位相コイルを円筒形支持体からステータコアに移送する工程を実施する装置の側面図である。 図14aは、初期位置にある抽出ブレードを有する図13a及び図13bに示す装置のより詳細な図である。 図14bは、位相コイルがステータのコアに移送された後の最終位置にある抽出ブレードを有する図13a及び図13bに示す装置のより詳細な図である。
以下の説明において、同一、類似及び同様の要素には同一の参照符号が付される。
図1は、複数の位相コイルP1−P6が組み付けられたコア11を主に備えた、電気回転機械用のステータ10の部分図である。同図において、位相コイルP1のみが示されている。更に、コア11は、類似した6個の位相コイルP1−P6を受容可能であるように構成されている。
回転機械は、例えば、オルタネータ又はスターター‐オルタネータである。この機械は、好適には、自動車において使用されることが意図されている。スターター‐オルタネータは、一方においてオルタネータとして機能する発電機として、他方において特に自動車の燃焼機関を始動する電動機として可逆的な態様で動作可能な回転機械であることに注目されたい。
図2から理解されるように、コア11は、軸Xを有する環状円筒形状であり、平坦な金属プレートの軸方向積層体からなる。
コア11は、内側円筒形状面13と外側円筒形上面14とにより径方向に画定されているとともに、軸方向下端15における径方向面により、及び軸方向上端16における径方向面により軸方向に画定されている。
コア11は、コア11の軸方向下端15と軸方向上端16のそれぞれの径方向面に軸方向に開口している軸方向スロット18を備えている。スロット18は、コア11の内側円筒形状面13にも径方向に開口している。スロット18は全て同一である。スロット18は、コア11の軸Xの周囲に角度を以て規則的な態様で分散配置されている。各スロット18は、2つの連続する歯19により画成されている。好適には、コア11は、位相コイルがスロットの内部に容易に取り付けられるように、歯足を備えていない。
スロット18が延在していない、コア11の全周外側環状部分22はヨークと呼ばれる。
ステータ10を形成するために、複数の位相コイルP1−P6をコア11に取り付ける。本発明を、6個の位相コイルP1−P6を備えるステータ10を参照しつつ説明する。スロット18の個数は、36、48、60、72、84、又は96に等しい。本実施形態において、ステータ10は96個のスロットを備えている。しかしながら、本発明は、異なる個数の位相コイルを備えたステータ、特に3個の位相コイルを備えたステータにも適用可能である。この場合、ステータコア11は、例えば、36個、48個又は72個のスロットを備えている。
各位相コイルP1−P6は、電気ワイヤ23により形成された波形ターン部を備えており、これらは以下により詳細に説明するように径方向に集積されている。ワイヤ23は、好適には、スロット18のファイリングを最大にするように矩形断面を有している。図1は、位相コイルP1の2個のターン部のみを示しているが、各位相コイルP1−P6はより多くのターン部を備え得ることを理解されたい。
各位相コイルP1−P6は、一連の直線部25を備えており、これらは関連する一連のスロット18に受容されている。また、各位相コイルP1−P6は、全体として横断方向の配向を有するエンドループ部26を備えている。エンドループ部26は、位相コイルの連続する直線部25同士を接続しつつ、軸方向上端16の面の上方と軸方向下端15の面の下方とに交互に延在している。
一連のスロットにおけるスロット18は、位相コイルP1−P6の直線部25を受容している。一連の各スロット18は、6個の位相コイルP1−P6のうちの一個に関連付けられている。一連のスロットにおける2つの連続するスロット18は、隣接するスロット18であって、各スロットは他の5個の位相コイルのうちの1つに関連付けられた他の一連のスロットに対応しているスロット18によって分離されている。
したがって、本実施形態における場合の六位相ステータ10について、5個の隣接するスロット18が一連のスロットにおける2つのスロット18同士の間でフリーな状態とされている。換言すれば、所与の位相コイルのワイヤが6個の隣接するスロット18のうちの或るスロットに挿入されている。したがって、N個の位相コイルを備えたステータ10について、位相コイルのターン部の直線部が、N個の隣接するスロットのうちのあるスロットに受容されている。
続く図面は、ステータ10を構築するための方法を実施するための装置を示す。図3a‐3cに示す第1工程において、ワイヤ23が、上側治具32と下側治具33とを備えた形成ツール31を使用して形成される。各治具32、33は、二者択一的に配置された複数の雄型34及び雌型35を備えている。或る1つの治具32、33の雄型34は、別の治具32、33の雌型35と協働してエンドループ部26を形成する。
雄型34は、エンドループ部26を形成する先端部において湾曲しており、直線領域を有していない。これに対応して、雌型35はエンドループ部26を形成する先端部において湾曲しており、直線領域を有していない。
図4及び5aから理解されるように、各雄型34は2つの部品38に分割されており、各雌型35は2つの部品38に分割されている。雌型35及び雄型34の部品38は、全て同一の形状部40を有している。形状部40は屈曲点Oを備えており、曲率がこの屈曲点Oにおいて変化する。
図4の実施形態において、形状部40は、湾曲部の間に延在する直線領域41を備えている。図5aの実施形態において、形状部40は、より大きい半径R1とより小さい半径R2とを備えており、直線領域を有していない。大径R1と小径R2との比率は、好適には1.2より大きい。図5bの点線は、仮想の直線に対応している。
各雄型34又は雌型35において、2つの部品38は鉛直軸A1に対して対称的に配置されている。また、雄型34及び雌型35を備えた各対に対して、1つの型34、35の2つの部品38が、他の型34、35の2つの部品38に対して水平軸A2を中心として回転配置されている。換言すれば、雄型34及び雌型35は、別個の型34、35を得るように一体に組み合わされた同一の部品38によって構築され得る。
上側治具32及び/又は下側治具33の部品38は、互いに対して直線的に摺動可能である。図3aに示す実施形態において、下側治具33の部品38は、可動でない上側治具32の方向に移動(変位)している。図3bに示す実施形態において、上側治具32の部品38は、可動でない下側治具33の方向に直線的に摺動可能である。図3cに示す実施形態において、上側治具32及び下側治具33の部品38は、互いの方向において二者択一的に変位されている。
雄型34及び雌型35は、ツール31の作動後において、ワイヤ23の幅に実質的に等しい距離を置いて互いに離間している。
形成ツール31は、正弦曲線形状を有するワイヤ23を得ることを可能にする。ワイヤ23は、以下で説明するように位相コイルP1−P6のうちの1つを形成するように使用される。ワイヤ23は、完全に円形であって直線領域を有さないエンドループ部26を備えている。上記プロセスにおいて雄型34及び/又は雌型35の分割された部品38のみが連続的に移動するという事実により、治具32、33をワイヤ23にダメージを与えることなく取り外すことが容易になる。
ステータ10を構築するための方法は、位相コイルP1−P6の線形展開図に対応するワイヤアセンブリ44を形成するように、ワイヤを線形支持体45に取り付ける工程を備えている。
図6から理解されるように、線形支持体45の上面46は、横断方向スロット48を備えている。横断方向スロット48は、側面51、52に横断方向に開口しているとともに、線形支持体45に沿って一定のピッチで長手方向に分散配置されている。これらのスロット48は、ステータコア11のスロットに対応しているとともに、2つの隣接する歯54によりそれぞれ画成されている。
図7に示すように、位相コイルP1−P6は、線形支持体45に連続的に取り付けられる。これは、第1セットのスロット48に関連付けられた第1位相コイルP1が線形支持体45に取り付けられるということを意味する。第1位相コイルP1がスロット48に取り付けられた後、第2位相コイルP2が取り付けられ、6個のコイル位相P1−P6が線形支持体45に取り付けられるまで以下同様にコイルが取り付けられる。好適には、本方法は、位相コイル毎に、(これは、本方法が、各位相コイルP1−P6が線形支持体45に取り付けられた後にプレス工程を有するということを意味している)、又は全ての位相コイルP1−P6に対して同時に、これらの線形支持体45への組付後に、各位相コイルのワイヤ23をプレスする工程を備えている。
図8及び10から理解されるように、各位相コイルP1−P6は、入力I1−I6(各位相コイルにつき1個)を有する第1部分61と、出力O1−O2(各位相コイルにつき1個)を有する第2部分62とを備えている。入力I1−I6及び出力O1−O6は、ワイヤアセンブリ44の同一の側に配置されている。第1部分61及び第2部分62は、分布波巻を構成する。
より正確には、各部分61、62それ自体が正弦曲線形状を全体として有し、線形支持体45の下側面51の下方に延在する下方エンドループ部26と、関連するスロット48に受容された直線部25と、線形支持体45の上側面52の上方に延在する上方に延在する上方エンドループ部26と、を連続して備えている。
本発明の分布波巻において、位相コイルP1−P6に関連付けられた2個の隣接するスロット48について、第1部分61は、上述のように2つの隣接するスロット48に受容された直線部25同士を接続するとともに、線形支持体45(又はステータコア11の取り付け後はコア11)の軸方向上側面の軸方向上方に配設されたエンドループ部26を備え、第2部分62は、上述のように2つの隣接するスロット48に受容された直線部25同士を接続するとともに、(又はステータコア11の取り付け後はコア11)の下側面の軸方向下方に配設されたエンドループ部26を備えている。
更に、各位相コイルP1−P6は、第1部分61と第2部分62とを連結するUターン部63を備えており、これにより、各位相コイルP1−P6は単一のワイヤ23から構成されている。
図8又は9に明瞭に示されるように、位相コイルP1−P6の各部分61、62について、エンドループ部26は、コンダクタの同一層L1−L2に配置された連続する直線部25を連結している。実際に、スロット48の底部に配置された位相コイルP1−P6の第1部分61の直線部25は、第1層L1を画成している。第1部分61の直線部25の上部に配置された位相コイルP1−P6の第2部分62の直線部25は、第2層L2を画成している。したがって、線形支持体45のワイヤアセンブリ44は、コンダクタの2つの層L1、L2を備えている。
図8及び10aから理解されるように、各位相コイルP1−P6の第1部分61及び第2部分62において、各直線部25は、エンドループ部26を介して、当該直線部の2つの対向する側に、すなわち所与の直線部25の右側と左側とに配置された2個の隣接する直線部25に連結されている。
Uターン部63において、直線部25は、同一の側に配置された2つの直線部25にエンドループ部26を介して連結されている。実際に、図8において、(左側に位置している)Uターン部63に属する直線部25は、Uターンの直線部25の右側に位置する2つの直線部25に2つの異なるエンドループ部26を介して連結されている様子が示されている。
Uターン部63は、最後のスロット48(図7において一連のスロット48における右側のスロット48)を各位相コイルP1−P6に対して反転させて、当該最後のスロット48の前のスロット48の内部に配置された直線部25を他の直線部25に重ね合せることにより形成される。
図10a及び10bに示すように、Uターン部63において、直線部25は、傾斜部64を備えている。傾斜部64は、ワイヤアセンブリ44の厚さ方向において傾斜している。直線部25は、ワイヤの線形支持体45への取り付けの前に傾斜部64を有するように事前に形成される。
ワイヤアセンブリ44の長さは、ステータの外周のN倍に等しい。Nは少なくとも2に等しい。したがって、以下で説明するように、N=3であれば、ワイヤアセンブリ44をステータコア11に巻き付けた後、ステータは3*2=6層を備えている。
好適には、図10cから理解されるように、各位相コイルの第1部分61と第2部分62との間には横断方向オフセット部が存在する。このため、第1部分61のエンドループセグメント26の端部と第2部分62のエンドループセグメント26の対応する端部との間の長さAは、ワイヤアセンブリの長手方向に沿って変化する。長さAは、大きい値と小さい値を交互に取る。
図11及び12から理解されるように、ステータ巻線のターン部を形成するように、ワイヤアセンブリ44は、線形支持体45から環状支持体68に移送される。この目的のために、環状支持体68は、横断方向軸Yを中心として回転可能なように取り付けられている。環状支持体68を線形支持体45に対して移動させつつ、2個のガイド71が線形支持体45の対応する長手方向溝72(図6参照)と協働する。各ガイド71は、勾配形状の上面を備えている。上面の傾斜は、直線部の線形支持体45のスロット48から環状支持体68の対応するスロット75への移送を目的として、直線部25が次第に上部へ引き上げられるように各上面がコイル位相P1−P6の直線部25の下方に位置し得るように決定されている。
次いで、本方法は、位相コイルP1−P6を環状支持体68からステータコア11へと移送する工程を実施する。この目的のために、図13a及び13bから理解されるように、コア11が環状支持体68に同軸的に受容されるようにコア11を環状支持体68の周囲に配置する。
環状支持体68の外径は、コア11の内径に実質的に等しい。装置は、環状支持体68の各スロット75がステータコア11の対応するスロット18に径方向に開口するようにステータコア11を環状支持体68に対して割当てる手段も備え得る。
装置は、複数の径方向挿入ブレード76を備えている。各ブレード76は、環状支持体68及びコア11の主軸Yに対して径方向平面に延在している。より正確には、図14aに示すように、移送行程の初期において、各ブレード76は径方向に配置されており、これにより、各ブレード76の外径端部の縁部は、環状支持体68内部のコンダクタの内層の周囲に径方向に配置されている。
移送行程の実施中、挿入ブレード76は環状支持体68の主軸Yに対して径方向に引かれ、これにより各ブレード76は環状支持体68の外部へと径方向に移動する。こうして、直線部25はコア11のスロット18に入り込み、そしてステータ巻線の直線部25を形成する。ブレード76の移動は、機械的システムにより矢印F2に従ってブレード76に適用される径方向力に変換された矢印F1(図13b参照)に従う軸方向力を適用することにより実現される。
位相コイルP1−P6のコア11のスロットへの挿入前に、連続タイプの絶縁体79をコア11のスロット18の内部に配置してもよい。2つの連続するスロット間に延在する絶縁体79の一部を、切断ツール(図示せず)によりワイヤの挿入後に除去してもよい。
本明細書で説明した方法や本方法を実施するためのツールの形状は好適な実施形態を構成するものであるが、本発明はこの方法やツールの形状に厳密に限定されるものではなく、添付の請求項に規定される本発明の範囲を逸脱することなく変更が可能であることを理解されたい。

Claims (10)

  1. 複数の位相コイル(P1−P6)を備えた回転電気機械用ワイヤアセンブリ(44)であって、
    各位相コイル(P1−P6)は、ステータ(10)の一連の専用スロット(18)に挿入されており、
    前記各位相コイル(P1−P6)は、入力部(I1−I6)を有する第1部分(61)と、出力部(O1−O6)を有する第2部分(62)とを備え、前記第1部分(61)及び前記第2部分(62)は分布波巻を構成しており、
    前記各位相コイル(P1−P6)は、前記各位相コイル(P1−P6)が単一のワイヤ(23)から構成されるように、前記第1部分(61)と前記第2部分(62)とを連結するUターン部(63)を備え、
    前記各位相コイル(P1−P6)の前記ワイヤ(23)は、
    前記ステータ(10)の前記スロット(18)内に挿入される複数の直線部(25)と、
    前記直線部(25)同士を連結する複数のエンドループ部(26)と、を備え、
    全ての前記エンドループ部(26)は、コンダクタの同一の層(L1、L2)に配置された複数の連続する直線部(25)を連結する、ワイヤアセンブリ(44)。
  2. 各位相コイル(P1−P6)の前記第1部分(61)及び第2部分(62)において、所与の直線部(25)が、当該所与の直線部(25)の2つの対向する側に配置された2つの隣接する直線部(25)に連結されている、請求項1に記載のワイヤアセンブリ。
  3. 前記Uターン部(63)において、直線部(25)が、同一の側に配置された2つの直線部(25)にエンドループ部(26)を介して連結されている、請求項1又は2に記載のワイヤアセンブリ。
  4. 前記Uターン部(63)において、前記直線部(25)は傾斜部(64)を備えている、請求項1乃至のいずれかに記載のワイヤアセンブリ。
  5. 前記傾斜部(64)は、前記ワイヤアセンブリ(44)の厚さ方向に傾斜している、請求項に記載のワイヤアセンブリ。
  6. 前記ワイヤアセンブリ(44)の長さは、前記ステータ(10)の外周のN倍に等しく、Nは少なくとも2に等しい、請求項1乃至のいずれかに記載のワイヤアセンブリ。
  7. 位相コイル(P1−P6)の前記第1部分(61)と前記第2部分(62)との間に横断方向オフセット部が存在する、請求項1乃至のいずれかに記載のワイヤアセンブリ。
  8. ‐ワイヤ(23)を、各位相コイル(P1−P6)用の線形支持体(45)の一連のスロット(48)の内部に取り付ける取付工程と、
    ‐各位相コイル(P1−P6)は、入力部(I1−I6)を有する第1部分(61)と出力部(O1−O6)を有する第2部分(62)とを備え、前記第1部分(61)及び前記第2部分(62)は分布波巻を構成し、
    ‐前記位相コイル(P1−P6)の前記ワイヤ(23)をプレスする工程と、を備え、
    前記取付工程は、最後のスロット(48)を前記位相コイル(P1−P6)に対して反転させて、前記最後のスロットの前のスロットの内部に配置された直線部(25)を他の直線部(25)に重ね合せることによりUターン部(63)を形成する工程を備えている、ワイヤアセンブリ(44)を形成するための方法。
  9. 前記最後のスロット(48)の内部に配置された前記直線部(25)は、前記取付工程の前に傾斜部(64)を有するように予め形成されている、請求項に記載の方法。
  10. 前記ワイヤ(23)をプレスする工程は、前記位相コイル(P1−P6)毎に、又は全ての前記位相コイル(P1−P6)に対して同時に、これらの前記線形支持体(45)上への組付け後に、実施される、請求項又はに記載の方法。
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