JP6625665B2 - 固定子および回転電機 - Google Patents

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Description

本発明は、固定子および回転電機に関する。
固定子コイル(ステータ巻線)の固定子コアから露出するコイルエンドにおいて、複数のコイルの隣接配置される相間近接部には、コイル絶縁部材が装着されている、回転電機が知られている(特許文献1参照)。
日本国特開2011−72071号公報
特許文献1に記載のコイル絶縁部材には、コイルに沿ってスリットが設けられているので、コイル絶縁部材がコイルから脱落するおそれがある。その結果、コイルエンドにおいて、隣接するコイル間で短絡が発生するおそれがある。
本発明の第1の態様によると、固定子は、複数のスロットを有する固定子鉄心、複数のセグメント導体が接続されてなる固定子コイル、および絶縁性を有する絶縁部材を備えた固定子であって、前記セグメント導体は、前記スロットの内側に配置されるスロット部と、前記スロットの外側で前記スロット部から傾斜する傾斜部を有し、前記絶縁部材は、前記固定子鉄心に装着され、前記スロット部の側方に配置される第1絶縁部と、前記第1絶縁部から軸方向に延在し、前記固定子鉄心の径方向に沿って複数設けられ、コイルエンドにおいて隣接する前記セグメント導体間を絶縁する第2絶縁部とを有し、前記第2絶縁部の端部には、複数の絶縁紙が重ねられてなり、前記複数の絶縁紙の厚みに応じて隣接する前記セグメント導体の傾斜部の間隔を保持するスペーサとして機能する多層部が設けられている
本発明の第2の態様によると、固定子は、複数のスロットを有する固定子鉄心、複数のセグメント導体が接続されてなる固定子コイル、および絶縁性を有する絶縁部材を備えた固定子であって、前記セグメント導体は、前記スロットの内側に配置されるスロット部と、前記スロットの外側で前記スロット部から傾斜する傾斜部を有し、前記絶縁部材は、前記固定子鉄心に装着され、前記スロット部の側方に配置される第1絶縁部と、前記第1絶縁部から軸方向に延在し、前記固定子鉄心の径方向に沿って複数設けられ、コイルエンドにおいて隣接する前記セグメント導体間を絶縁する第2絶縁部とを有し、前記第2絶縁部には、前記セグメント導体における前記固定子鉄心側の面を前記傾斜部の傾斜に沿って覆う覆い部と、前記覆い部から立ち上がり、前記セグメント導体における側面の一部を覆う鍔部と、が設けられている。
本発明の第3の態様によると、固定子は、複数のスロットを有する固定子鉄心、複数のセグメント導体が接続されてなる固定子コイル、および絶縁性を有する絶縁部材を備えた固定子であって、前記セグメント導体は、前記スロットの内側に配置されるスロット部と、前記スロットの外側で前記スロット部から傾斜する傾斜部を有し、前記絶縁部材は、前記固定子鉄心の端部に配置して装着されるエンドプレートと、前記エンドプレートから軸方向に沿って突出し、前記固定子鉄心の径方向に沿って複数設けられ、前記セグメント導体の傾斜部を支持する突出部とを有する。
本発明によれば、コイルエンドにおいて、隣接するコイル間を絶縁する絶縁部材が脱落することに起因したコイル間の短絡を防止できる。
本実施の形態に係る回転電機の全体構成を示す模式図。 固定子の斜視図。 固定子鉄心の斜視図。 回転電機を含む回転電機システムの一例を示すブロック図。 (a)は第1巻線ユニットを示す図、(b)は第2巻線ユニットを示す図、(c)はセグメント導体を示す図、(d)はハーフコイルを示す図。 (a)は第1の実施の形態に係るスロットライナーの斜視図、(b)は第1の実施の形態の変形例に係るスロットライナーの斜視図。 (a)〜(c)は、セグメント導体を固定子鉄心に装着する工程を説明するための模式図であり、(d)は、スロットに装着された固定子コイルを示す平面断面模式図。 (a)は図2に図示される回転電機において固定子コイルを省略した図、(b)は(a)のB部の拡大図。 一のスロットに配置される4本のセグメント導体を示す斜視図。 (a)は屈曲コイルエンドの拡大図であり、(b)は溶接コイルエンドの拡大図。 第2の実施の形態に係る回転電機に用いられるスロットライナーを示す図。 第3の実施の形態に係る回転電機に用いられるスロットライナーを示す図。 第4の実施の形態に係る回転電機に用いられるスロットライナーを示す図。 (a)は第5の実施の形態に係る回転電機に用いられる固定子を示す斜視図、(b)はエンドプレートが装着された固定子鉄心を示す斜視図。 第5の実施の形態に係る固定子の溶接コイルエンドの拡大図、および、屈曲コイルエンドの拡大図。 (a)は変形例に係るスロットライナーの斜視図、(b)は変形例に係るスロットライナーがスロットに装着された状態を示す平面断面模式図、(c)は別の変形例に係るスロットライナーがスロットに装着された状態を示す平面断面模式図。
−第1の実施の形態−
本実施の形態に係る回転電機は、自動車の駆動源となる主機駆動用の発電電動機や、電動パワーステアリングやエアコンコンプレッサなどを駆動する補機駆動用の電動機などに適用できる。以下、電動パワーステアリングを駆動する補機駆動用の電動機として構成される回転電機を例に説明する。
図1は、本実施の形態に係る回転電機100の全体構成を示す模式図である。図1では、回転電機100の一部分を断面とすることで、回転電機100の内部を示している。回転電機100は、図1に示すように、ケース10の内部に配設される。回転電機100は、円筒状のハウジング112と、ハウジング112に固定される固定子鉄心132を有する固定子130と、固定子鉄心132の内周側において、固定子鉄心132に対して隙間を介して回転可能に配置される回転子150と、を備えている。回転子150は、回転子鉄心152と、回転子鉄心152に形成された磁石挿入孔に保持されている永久磁石154と、を有している。
回転電機100は、たとえば、永久磁石内蔵型の三相同期モータである。回転電機100は、固定子鉄心132に巻回される固定子コイル138に三相交流電流が供給されることで、回転子150を回転させる電動機として作動する。つまり、回転電機100は、電気エネルギーに基づいて回転トルクを発生する。
ハウジング112に固定された固定子130は、ハウジング112に設けられたフランジ115がボルト12によりケース10に締結されることで、ケース10内に固定保持されている。回転子150は、ケース10の軸受け14A,14Bにより支承されるシャフト118に固定されており、固定子鉄心132の内側において回転可能に保持されている。回転電機100の駆動力は、シャフト118に取り付けられるプーリ(不図示)を介して、不図示の電動パワーステアリングシステムの駆動機構に伝達される。
図2は固定子130の斜視図であり、図3は固定子鉄心132の斜視図である。図3は、固定子コイル138が装着される前の状態の固定子鉄心132を示している。図2に示すように、固定子130は、円筒状の固定子鉄心132と、この固定子鉄心132に装着される固定子コイル138と、を有している。固定子鉄心132は、固定子鉄心132の中心軸方向(以下、単に軸方向と記す)に平行な複数のスロット420が、固定子鉄心132の周方向に沿って等間隔で形成されている。
スロット420には、固定子コイル138の一部を構成するセグメント導体28の脚部281(図7参照)が収容される。図7(d)に示すように、各スロット420の内周側は開口とされ、この開口の周方向の幅は、固定子コイル138が装着される各スロット420のコイル装着部とほぼ同等もしくは、コイル装着部よりも若干小さい。
スロット420間にはティース430が形成されており、それぞれのティース430は環状のコアバック440と一体となっている。つまり、固定子鉄心132は、各ティース430とコアバック440とが一体成形された一体型コアとされている。ティース430は、固定子コイル138によって発生した回転磁界を回転子150に導き、回転子150に回転トルクを発生させる働きをする。
図2に示す固定子鉄心132は、厚さ0.05〜1.0mm程度の電磁鋼板を打ち抜き加工またはエッチング加工により成形し、成形された円環形状の電磁鋼板を複数枚積層してなる。固定子鉄心132は、ハウジング112(図1参照)の内側に焼嵌めにより嵌合固定される。
図4は、回転電機100を含む回転電機システムの一例を示すブロック図である。回転電機システムは、回転電機100と、回転電機100を駆動する駆動部200とを備える。回転電機100の固定子コイル138は、2系統の3相巻線を備えており、以下では、一方の3相巻線を第1巻線ユニット51と呼び、他方の3相巻線を第2巻線ユニット52と呼ぶ。また、第1巻線ユニット51により構成される回路を第1回路、第2巻線ユニット52により構成される回路を第2回路と呼ぶ。第1巻線ユニット51は、U1相巻線と、V1相巻線と、W1相巻線とを含む。第2巻線ユニット52は、U2相巻線と、V2相巻線と、W2相巻線とを含む。U1相巻線、V1相巻線、W1相巻線、U2相巻線、V2相巻線、およびW2相巻線は、それぞれ複数のセグメント導体28(図7参照)が接続されてなる波巻きのコイルである。
回転電機100には、回転子150の磁極位置を検出し、検出信号を駆動部200のコントロールユニット33に出力する磁極センサ3が設けられている。第1巻線ユニット51には電力変換装置である第1インバータ31から電流が供給され、第2巻線ユニット52には電力変換装置である第2インバータ32から電流が供給される。第1インバータ31および第2インバータ32は、コントロールユニット33からの駆動指令に基づいて、第1巻線ユニット51および第2巻線ユニット52に電流を供給する。
コントロールユニット33は、磁極センサ3から入力された検出情報や、ステアリングシャフトに取り付けられたトルクセンサ(不図示)の検出値などに基づいて、回転電機100の目標トルクを算出する。コントロールユニット33は、回転電機100の電流値が目標トルクに相当する電流値となるように第1インバータ31および第2インバータ32を制御する。
第1巻線ユニット51および第2巻線ユニット52の3相巻線はそれぞれY結線(スター結線)で接続されており、それぞれの中性点は電気的に絶縁されている。第1巻線ユニット51と第2巻線ユニット52とは電気的に切り離されるとともに、それぞれ独立した第1インバータ31および第2インバータ32により並列駆動される。
本実施の形態では、2系統の巻線ユニットによる擬似並列回路が構成されている。このため、第1回路および第2回路のいずれか一方に不具合が生じた場合、他方の正常な回路を用いて回転電機100を制御し、回転電機100の運転を終了させるシステムを構築できる。
図2に示すように、本実施の形態では、第1巻線ユニット51および第2巻線ユニット52は、分布巻きで固定子鉄心132に装着されている。分布巻きとは、複数のスロット420を跨いで離間した2つのスロット420に相巻線が収容されるように、相巻線が固定子鉄心132に巻かれる巻線方式である。
図7(d)に示すように、固定子コイル138は、各スロット420内で固定子コイル138の長方形断面が固定子鉄心132の周方向について短く、固定子鉄心132の径方向について長い形状とされた平角線が使用されている。この平角線は、外周が絶縁被膜で覆われている。各スロット420には、4本のセグメント導体28が、固定子鉄心132の径方向に沿って配設されている。丸線ではなく平角線を用いることで、スロット420内に収容されるセグメント導体28の占積率を大きくできるため、回転電機100の高出力化を図ることができる。
図5(a)は第1巻線ユニット51を示す図であり、図5(b)は第2巻線ユニット52を示す図である。第1巻線ユニット51と第2巻線ユニット52とは、機械的に45度ずれて配置される。図5(c)はセグメント導体(ヘアピンコイル)28を示す図であり、図5(d)はハーフコイル28Hを示す図である。固定子コイル138は、上述したように、略U字形状の複数のセグメント導体28とハーフコイル28Hが接続されてなる。6系統(U1,U2,V1,V2,W1,W2)のコイルは、スロット420によって相互に適正な間隔をもって配列される。ハーフコイル28Hは、一端部が入出力用の交流端子288として構成されている。
図5(a)に示すように、6系統(U1,U2,V1,V2,W1,W2)の相巻線は、2スロットずつ、固定子鉄心132の周方向に沿って、順番に配置されている。つまり、図5(a)に示すように、反時計回りにU1,U1,V1,V1,W1,W1の順に相巻線が配置され、さらに、図5(b)に示すように、反時計回りにU2,U2,V2,V2,W2,W2の順に相巻線が配置される。コイルエンドにおいて、第1巻線ユニット51と第2巻線ユニット52とが周方向で重なる部分は、近接して配置される。たとえば、図5(a)において破線で示す領域Xのコイルエンドの軸方向内側側面(固定子鉄心132の端面に対向する固定子鉄心132側の側面)と、図5(b)において破線で示す領域Yのコイルエンドの軸方向外側側面とは近接して配置される。
ところで、セグメント導体28やハーフコイル28Hを精度よく成形したとしても、組立時の変形や、軸方向の組立位置のばらつきなどにより、異なる相のコイルエンド同士が接触し、絶縁被膜が破損して短絡するおそれがある。そこで、本実施の形態では、コイルエンドにおける第1巻線ユニット51と第2巻線ユニット52との近接部、ならびに、第1巻線ユニット51における相間近接部、および、第2巻線ユニット52における相間近接部を含む、すべての近接部に絶縁性を有する突出片302を介在させ、コイル間の絶縁耐圧を向上させている。突出片302の詳細については、後述する。
図5(c)に示すように、セグメント導体28は、直線状に延在する一対の脚部281と、一対の脚部281同士を接続する頭頂部282とを有する略U字形状に形成されている。頭頂部282は、一対の傾斜部283と、一対の傾斜部283同士を連結する屈曲部284とを有している。頭頂部282の両端部と一対の脚部281との間は、導体が屈曲された屈曲部285とされている。つまり、頭頂部282と脚部281とは屈曲部285により連結されている。傾斜部283は、軸方向に平行な脚部281から所定の角度で傾斜している。
セグメント導体28同士を接続して各相巻線を形成する場合、図7(a)に示すように、セグメント導体28の一対の脚部281を、固定子鉄心132の軸方向一方の側から異なるスロット420にそれぞれ挿入する。その後、図7(b)に示すように、固定子鉄心132の軸方向他方の側に突出した脚部281を、接続すべきセグメント導体方向に折り曲げて、図7(c)に示すように、脚部281の溶接端部280eを他方のセグメント導体28の溶接端部280eに溶接する。
固定子鉄心132の軸方向他方の側から突出する部分、すなわち脚部281のうちスロット420の内側に配置されるスロット部を除く部分を以下では接続部289と記す。接続部289には、一対の脚部281の端部がそれぞれ互いに離隔するように周方向外側に折り曲げられてなる屈曲部286が形成され、屈曲部286から傾斜部287が延在している。傾斜部287は、傾斜部283と同様、軸方向に平行な脚部281(スロットに配置される部分)から所定の角度で傾斜している。一対の傾斜部287は、それぞれ端部が軸方向に平行となるように屈曲され、先端が溶接される溶接端部280eとして形成されている。溶接端部280eの絶縁被膜は、溶接前に除去される。
各セグメント導体28が溶接端部280eで溶接され、固定子コイル138として固定子鉄心132に装着されると、各セグメント導体28の一対の脚部281の直線部分は、スロット420の内側に配置される。
図2に示すように、固定子鉄心132の軸方向一方の外側に突出する頭頂部282の集合は、固定子鉄心132から露出するコイルエンド(以下、屈曲コイルエンド61と記す)を構成している。固定子鉄心132の軸方向他方の外側に突出する接続部289の集合は、固定子鉄心132から露出するコイルエンド(以下、溶接コイルエンド62と記す)を構成している。なお、図示するように、コイルエンドは、固定子鉄心132の周方向に重なるようにして配置されるため、回転電機100の軸方向長さを短くすることができる。
なお、図5(d)に示すように、ハーフコイル28Hは、単一の脚部281と、脚部281の一端の屈曲部285を介して延在する傾斜部283と、傾斜部283の端部から脚部281と平行となるように屈曲して延在する交流端子288と、を有している。ハーフコイル28Hは、脚部281が、スロット420に挿入された後、スロット420から突出した部分を折り曲げ、セグメント導体28に溶接される。固定子130は、この交流端子288を介して電力変換装置(第1インバータ31および第2インバータ32)に接続されることで、交流電力が供給されるようになっている。
図7(d)に示すように、固定子コイル138は、スロットライナー300で絶縁されつつスロット420内に挿入されている。つまり、固定子コイル138のセグメント導体28の脚部281は、スロット420の内側において、外周がスロットライナー300で覆われている。
図6(a)は、第1の実施の形態に係るスロットライナー300の斜視図である。スロットライナー300は、たとえば耐熱ポリアミド等の耐熱性および絶縁性を有する絶縁紙(絶縁フィルム)からなり、厚さは0.1〜0.5mm程である。スロットライナー300は、スロット420の内側に配置される本体部301と、スロット420の外側に配置される複数の突出片302と、を備えている。なお、本体部301の長さは、スロット420の長さよりも僅かに長く、端部がわずかに固定子鉄心132から露出している(図2参照)。複数の突出片302は、絶縁紙に対して打ち抜き加工を施すことで形成される。複数の突出片302は、スロット420から外側に突出する部分を分割してなる分割片ともいえる。各突出片302は、周方向一方および他方のそれぞれに個別に曲げることができるので、後述するように、異なる方向に交互に傾斜させることができる(図8参照)。
本体部301は、略矩形状の絶縁紙を折り曲げ成形することで略矩形筒状を呈している。本体部301は、平面断面において矩形の長辺を構成する一対の長辺部311と、平面断面において矩形の短辺を構成する一対の短辺部312とを備えている。一対の短辺部312のうちの一方には、略矩形状の絶縁紙の両端部が位置している。絶縁紙の両端部は、図6(a)に示すように、成形後、短辺部312において、軸方向に延在する切り込み部(スリット)313を構成する。
本体部301は、図7(d)に示すように、脚部281の側方、すなわち、セグメント導体28の側面とスロット420の内面との間に配設されて、セグメント導体28とスロット420とを絶縁する。
図6(a)に示すように、各突出片302は、長辺部311の端部から長手方向に延在している。スロットライナー300がスロット420に装着された状態では、一対の長辺部311の一方側の突出片302と、一対の長辺部311の他方側の突出片302とは周方向で対向する位置には配置されていない(図8参照)。本体部301の両端のそれぞれにおいて、固定子鉄心132の径方向に沿って設けられる4つの突出片302は、一対の長辺部311の一方側と他方側とに交互に設けられている。突出片302の幅寸法(径方向の長さ寸法)は、セグメント導体28の幅寸法(径方向の長さ寸法)と同等か、それ以上とすることが好ましい。突出片302は、コイルエンド140において、周方向に隣接するセグメント導体28の相互間を絶縁する。
本実施の形態に係る固定子130の製造方法について説明する。本実施の形態に係る固定子の製造方法は、準備工程と、コイル装着工程である導体挿入工程および溶接工程とを含む。
−準備工程−
準備工程では、固定子鉄心132(図3参照)ならびにセグメント導体28およびハーフコイル28H(図5(c)および図5(d)参照)を準備する。図3に示すように、固定子鉄心132の各スロット420には、スロットライナー300を装着しておく。各スロット420にスロットライナー300が装着されると、スロットライナー300の両端部が固定子鉄心132の両端部から突出する。突出片302は、スロット420の外側に設けられているので、周方向に屈曲自在とされている。図5(c)および図5(d)に示すように、セグメント導体28およびハーフコイル28Hは、予め曲げ加工され、溶接端部280eの絶縁被膜がグラインダや金型等で除去されている。
−導体挿入工程−
図7(a)〜図7(c)は、セグメント導体28を固定子鉄心132に装着する工程を説明するための模式図であり、図7(d)は、スロット420に装着された固定子コイル138を示す平面断面模式図である。導体挿入工程では、図7(a)に示すように、セグメント導体28の溶接端部280eが固定子鉄心132の他端面(図示下側の端面)から突出するように、セグメント導体28を固定子鉄心132の一端面(図示上側の端面)からスロット420に挿入する。
セグメント導体28をスロット420に挿入した後、スロット420から引き出された各脚部281を、図7(b)に示すように、4列の配置を維持しつつ接続すべきセグメント導体28の方向に折り曲げる。さらに端部側を図示下方へと折り曲げ、図7(c)に示すように、セグメント導体28の溶接端部280e同士が隣接するように、位置合わせを行う。図7(d)に示すように、各スロット420には、4つの導体(脚部281)が径方向に並んで配置され、導体とスロット420の内面との間には、スロットライナー300の本体部301が配置される。
図8(a)は図2に図示される回転電機100において固定子コイル138を省略した図であり、図8(b)は図8(a)のB部の拡大図である。図9は、一のスロット420に配置される4本のセグメント導体28を示す斜視図である。図10(a)は屈曲コイルエンド61の拡大図であり、図10(b)は溶接コイルエンド62の拡大図である。
セグメント導体28が挿入されると、図10(b)に示すように、傾斜部283と突出片302とが接触し、傾斜部283により突出片302が折り曲げられる。また、固定子鉄心132の他端面から突出している直線状の脚部281を折り曲げる際、図8(a)および図8(b)、図10(a)に示すように、傾斜部283と突出片302とが接触し、傾斜部283により突出片302が折り曲げられる。
図9に示すように、一のスロット420に径方向に配置される4本の脚部281は、固定子鉄心132の一端面側および他端面側のそれぞれにおいて、径方向に交互に屈曲方向が変わるように配置されている。このため、図8に示すように、セグメント導体28の傾斜部283,287により折り曲げられる突出片302の方向についても、径方向に交互に屈曲方向が変わっている。つまり、一のスロット420において、径方向に沿って配列される複数の突出片302は、周方向一方側および周方向他方側に向かって交互に傾斜している。
説明の便宜上、一のスロット420に配設されるスロットライナー300およびセグメント導体28を代表して、突出片302とセグメント導体28の傾斜部287の配置関係について説明する。図10に図示するように、一のスロット420に配置されるスロットライナー300およびセグメント導体28を第1スロットライナー300Aおよび第1セグメント導体28Aと記す。一のスロット420の周方向一方側で隣接するスロット420に配置されるセグメント導体28を第2セグメント導体28Bと記す。また、一のスロット420の周方向他方側で隣接するスロット420に配置されるセグメント導体28を第3セグメント導体28Cと記す。
図10(a)に示すように、溶接コイルエンド62において、第1セグメント導体28Aの傾斜部287の軸方向外側側面と、第2セグメント導体28Bの傾斜部287の軸方向内側側面との間には、第1スロットライナー300の突出片302が配置されている。同様に、図10(b)に示すように、屈曲コイルエンド61において、第1セグメント導体28Aの傾斜部283の軸方向外側側面と、第3セグメント導体28Cの傾斜部283の軸方向内側側面との間には、第1スロットライナー300の突出片302が配置されている。なお、本明細書において、傾斜部283,287の軸方向内側側面とは、固定子鉄心132の端面に対向する固定子鉄心132側の側面のことをいう。これにより、固定子鉄心132の両端部から突出し、固定子鉄心132から露出しているセグメント導体28の傾斜部間の絶縁耐圧が向上されている。
−溶接工程−
溶接工程では、セグメント導体28の溶接端部280e同士をTIG溶接法やプラズマ溶接法などにより溶接する。溶接端部280eには溶接により接合された部分である溶接部(接合部)が形成される。複数のセグメント導体28を接合することで、固定子コイル138を固定子鉄心132に装着し、固定子130が作製される。
固定子コイル138が固定子鉄心132に装着されると、固定子コイル138により、スロットライナー300がスロット420から抜け出ることが防止される。このように、固定子鉄心132に装着されるスロットライナー300と一体的に突出片302を設けることで、コイルエンドにおいて隣接するコイル間を絶縁する絶縁部(突出片302)が脱落することに起因したコイル間の短絡を防止できる。
上述した実施の形態によれば、次の作用効果が得られる。
(1)本実施の形態に係る回転電機100は、複数のスロット420を有する固定子鉄心132、複数のセグメント導体28が接続されてなる固定子コイル138、および絶縁性を有するスロットライナー300を有する固定子130と、固定子鉄心132に対して隙間を介して回転可能に配置された回転子150と、を備えている。セグメント導体28は、スロット420の内側に配置される脚部281(スロット部)と、スロット420の外側で脚部281(スロット部)から傾斜する傾斜部283,287を有している。スロットライナー300は、固定子鉄心132に装着され、脚部281(スロット部)の側方に配置される本体部301と、本体部301から固定子鉄心132の軸方向に延在し、固定子鉄心132の径方向に沿って複数設けられる突出片302とを有し、この突出片302により、コイルエンドにおいて隣接するセグメント導体28間を絶縁している。
突出片302が、スロット420に装着される本体部301から延在しており、本体部301と一体となっている。これにより、コイルエンドにおいて、隣接するコイル間(セグメント導体間)を絶縁する突出片302(絶縁部)が脱落することに起因したコイル間の短絡を防止できる。
(2)突出片302は、一のセグメント導体28の傾斜部283,287と、一のセグメント導体28に隣接する他のセグメント導体28の傾斜部283,287との間に配置されている。隣接する傾斜部283,287間に、スペーサとしての機能を有する突出片302が介在しているので、隣接する傾斜部283,287が接触し、絶縁被膜が剥離することに起因した短絡を防止することができる。
(3)径方向に沿って複数設けられる突出片302は、周方向一方および他方に向かって交互に傾斜している。突出片302をセグメント導体28の傾斜部283,287に沿うように配置させることができるので、突出片302の長さを調整することで、傾斜部283,287を覆う領域を任意に設定できる。
(4)スロット420の内側に配置され、スロット420とセグメント導体28とを絶縁するスロットライナー300の本体部301と一体的に、スロット420の外側のコイルエンドにおいて、隣接するセグメント導体28間を絶縁する突出片302を設けるようにした。これにより、スロットライナー300とは別に、固定子鉄心132に装着され、かつ、コイルエンドの隣接するコイル間を絶縁する脱落防止機能を有する絶縁部材を設ける必要がない。つまり、スロットライナー300とは別の絶縁部材を設ける場合に比べて、部品点数の低減を図ることができる。
(5)セグメント導体28をスロット420に挿入する際に、屈曲コイルエンド61を構成する傾斜部283によりスロット420から軸方向に突出した突出片302を屈曲させることで、傾斜部283間に突出片302を容易に配置することができる。また、セグメント導体28をスロット420に挿入した後、導体(脚部281)を折り曲げる際に、溶接コイルエンド62を構成する傾斜部287によりスロット420から軸方向に突出した突出片302を屈曲させることで、傾斜部287間に突出片302を容易に配置することができる。すなわち、本実施の形態によれば、固定子鉄心132への固定子コイル138の組立性を損なうことなくコイルエンドのコイル間に絶縁紙を配置することができる。
−第1の実施の形態の変形例−
上述した実施の形態では、スロットライナー300の両端のそれぞれにおいて、一対の長辺部311から2本ずつ突出片302が突出している例(図6(a)参照)について説明したが、本発明はこれに限定されない。図6(b)に示すように、スロットライナー300Xの一端において、一対の長辺部311のうちの一方にのみ突出片を設け、スロットライナー300Xの他端において、一対の長辺部311のうちの他方にのみ突出片を設けてもよい。本変形例では、2種類の突出片、すなわち長辺部311からの突出長さの長い第1突出片302Lと、第1突出片302Lよりも突出長さの短い第2突出片302Sとが設けられている。
第1突出片302Lは、当該スロットライナー300が配置されるスロット420に挿入される脚部281から延在する傾斜部283,287により折り曲げられ、この傾斜部283,287の軸方向内側側面と、隣接する傾斜部283,287の軸方向外側側面との間に配置される突出片である。
これに対し、第2突出片302Sは、上述した実施の形態と同様に、当該スロットライナー300が配置されるスロット420に隣接する他のスロット420に挿入される脚部281から延在する傾斜部283,287により折り曲げられる突出片である。第2突出片302Sは、当該スロットライナー300が配置されるスロット420に挿入される脚部281から延在する傾斜部283,287の軸方向外側側面と、隣接する傾斜部283,287の軸方向内側側面との間に配置される。
第1突出片302Lの突出長さを長く設定することで、当該スロットライナー300が配置されるスロット420に隣接する他のスロット420に挿入される脚部281から延在する傾斜部283,287の外側側面を覆うための所定の長さを確保することができる。このような変形例によれば、上述した実施の形態と同様の作用効果を奏する。なお、本変形例に対し、上述した実施の形態では、一のスロット420に配置されるスロットライナー300の突出片302の全てを、同じスロット420に配置されるセグメント導体28の傾斜部283,287の外側側面を覆うように配置させることで、突出片302の突出長さを短くできる。また、上述した実施の形態では、全ての突出片302の長さを揃えることができるので、絶縁紙の打ち抜き加工性もよい。
−第2の実施の形態−
図11を参照して、第2の実施の形態に係る回転電機について説明する。図11は、第2の実施の形態に係る回転電機に用いられるスロットライナー400を示す図である。図11(a)はスロットライナー400の一端部を拡大して示す斜視図であり、図11(b)は図10(a)と同様の図であり、溶接コイルエンド62の拡大図である。図中、第1の実施の形態と同一もしくは相当部分には同一符号を付し、説明を省略する。以下、第1の実施の形態との相違点について詳しく説明する。なお、溶接コイルエンド62側と、屈曲コイルエンド61側の構成は略同様であるので、溶接コイルエンド62側の構成を代表して説明し、屈曲コイルエンド61側の説明は省略する。
第1の実施の形態では、隣接するセグメント導体28の傾斜部287間に一枚の突出片302が配置されていた。これに対して、第2の実施の形態では、隣接するセグメント導体28の傾斜部287間に2枚の突出片(第1突出片402Lおよび第2突出片402S)が配置されている。
図11(a)に示すように、第2の実施の形態に係るスロットライナー400は、各セグメント導体28を周方向両側から挟むように、突出長さの長い第1突出片402Lと、突出長さの短い第2突出片402Sとが周方向に対向して設けられている。
図11(b)には、周方向に隣接する2本のセグメント導体28と、この隣接する2本のセグメント導体28間に配置される2枚の突出片(第1突出片402Lおよび第2突出片402S)を示す模式図(矩形枠参照)も記している。図11(b)に示すように、隣接するセグメント導体28間には、2枚の突出片402L,402Sが重ねられた状態で配置されている。
第2の実施の形態では、一のスロット420に配置される第1セグメント導体28Aの傾斜部287と、一のスロット420に隣接する他のスロット420に配置される第2セグメント導体28Bの傾斜部287との間には、一のスロット420に配置されるスロットライナー400の第2突出片402Sと、他のスロット420に配置されるスロットライナー400の第1突出片402Lとが重ねられた状態で配置されている。
他のスロット420から突出する第1突出片402Lは、他のスロット420から一のスロット420に向けて傾斜する。このため、第1突出片402Lは、一のスロット420の第1セグメント導体28Aの傾斜部287の根元部分を覆うために、図示するように突出長さを長くする必要がある。本実施の形態では、第1突出片402Lを第2突出片402Sよりも長く形成したので、他のスロット420から突出する第1突出片402Lを、隣接する一のスロット420から突出するセグメント導体28の傾斜部287の根元部分の必要領域を覆うことができる。
このような第2の実施の形態によれば、第1の実施の形態と同様の作用効果に加え、隣接するセグメント導体28間のスペーサとしての厚みが増し、より確実に隣接するセグメント導体28間を絶縁することができる。
−第3の実施の形態−
図12を参照して、第3の実施の形態に係る回転電機について説明する。図12は、第3の実施の形態に係る回転電機に用いられるスロットライナー500を示す図である。図12(a)はスロットライナー500の一端部を拡大して示す斜視図であり、図12(b)は図10(a)と同様の図であり、溶接コイルエンド62の拡大図である。図中、第1の実施の形態と同一もしくは相当部分には同一符号を付し、説明を省略する。以下、第1の実施の形態との相違点について詳しく説明する。なお、溶接コイルエンド62側と、屈曲コイルエンド61側の構成は略同様であるので、溶接コイルエンド62側の構成を代表して説明し、屈曲コイルエンド61側の説明は省略する。
第3の実施の形態では、突出片502の先端部が折り曲げられてなる折込部521が設けられている。折込部521は、2枚の絶縁紙が重ねられてなる多層部(重なり部)として構成されている。このような第3の実施の形態によれば、第1の実施の形態と同様の作用効果に加え、隣接するセグメント導体28間のスペーサとしての厚みが増し、より確実に隣接するセグメント導体28間を絶縁することができる。
−第3の実施の形態の変形例−
第3の実施の形態では、2枚の絶縁紙が重ねられてなる多層構造の折込部521を形成する例について説明したが、本発明はこれに限定されない。たとえば、3枚以上の絶縁紙が重ねられてなる多層構造の折込部521を形成してもよい。
−第4の実施の形態−
図13を参照して、第4の実施の形態に係る回転電機について説明する。図13は、第4の実施の形態に係る回転電機に用いられるスロットライナー600を示す図である。図13(a)はスロットライナー600の一端部を拡大して示す斜視図であり、図13(b)は図10(a)と同様の図であり、溶接コイルエンド62の拡大図である。図13(c)は、一のセグメント導体28の傾斜部287と突出片602を示す概略斜視図である。図中、第1の実施の形態と同一もしくは相当部分には同一符号を付し、説明を省略する。以下、第1の実施の形態との相違点について詳しく説明する。
第4の実施の形態では、突出片602の先端部に、矩形状の覆い部621と、この覆い部621の両側縁部から立ち上がる一対の鍔部622とが設けられている。覆い部621は、当該スロットライナー600が配置されるスロット420に隣接するスロット420に挿入された脚部281から延在する傾斜部287の軸方向内側側面を覆う部分である。鍔部622は、セグメント導体28の径方向外側側面および径方向内側側面の一部を覆う部分である。
鍔部622は、セグメント導体28をスロット420へ挿入した後にセグメント導体28を折り曲げる工程において、傾斜部287が突出片602を折り曲げる際に突出片602の折り曲げ方向を規制する機能を有している。
なお、屈曲コイルエンド61側の構成も溶接コイルエンド62側の構成と略同様である。屈曲コイルエンド61側に配置される突出片602の鍔部622は、セグメント導体28をスロット420に挿入する工程において、傾斜部283が突出片602を折り曲げる際に突出片602の折り曲げ方向を規制する機能を有している。
このような第4の実施の形態によれば、第1の実施の形態と同様の作用効果に加え、次の作用効果を奏する。
(6)突出片602に、セグメント導体28における固定子鉄心132側の面(軸方向内側側面)を覆う覆い部621と、覆い部621から立ち上がり、セグメント導体28における側面(径方向外側側面および径方向内側側面)の一部を覆う鍔部622とが設けられている。これにより、意図しない方向に突出片602が折り曲げられることを防止できる。したがって、より確実にコイルエンドにおける隣接コイル間の絶縁を行うことができる。
−第5の実施の形態−
図14および図15を参照して、第5の実施の形態に係る回転電機について説明する。図14(a)は第5の実施の形態に係る回転電機に用いられる固定子130Eを示す斜視図であり、図14(b)はエンドプレート700が装着された固定子鉄心132を示す斜視図である。
図14に示すように、第5の実施の形態に係る固定子130Eは、固定子鉄心132の軸方向両端面を挟むように一対のエンドプレート700が設けられている。エンドプレート700は、たとえばポリブチレンテレフタレート(PBT)やポリフェニレンサルファイド(PPS)などの絶縁性樹脂を射出成形することで略円環形状に形成される。エンドプレート700は円環状の本体部701と、本体部701から軸方向に突出する複数の突出部702とを備えている。エンドプレート700の本体部701には、固定子鉄心132の各スロット420に対応する位置に、スロット420よりも僅かに大きい開口部(固定子鉄心132の径方向に延在する溝)が設けられている。各開口部には、セグメント導体28が挿通され、セグメント導体28の脚部281の側方を覆っている。各開口部は、矩形状であり、固定子鉄心132の径方向に延在する一対の長辺縁部のそれぞれには、軸方向に沿って突出する突出部702が設けられている。
図15(a)は図10(a)と同様の図であり、溶接コイルエンド62の拡大図である。図15(b)は図10(b)と同様の図であり、屈曲コイルエンド61の拡大図である。図15に示すように、固定子コイル138が固定子鉄心132に装着されると、各突出部702は、セグメント導体28の傾斜部283,287の根元部分を固定子鉄心132側から支持する。各突出部702の厚さや突出長さは、軸方向に延在する突出部702が折れ曲がったり、撓んだりしない程度の剛性が確保されるように、設定されている。各突出部702は、スロットライナー(図15において不図示)よりも剛性が高い。
一対のエンドプレート700は、それぞれ固定子コイル138の傾斜部283,287により固定子鉄心132に向けて押し付けられることで、固定子鉄心132に装着固定されている。なお、一対のエンドプレート700のうちの一方(屈曲コイルエンド61側)は、セグメント導体28を挿入する際、傾斜部283が当接することで、スロット420に対するセグメント導体28の位置決めができる。つまり、屈曲コイルエンド61側のエンドプレートは、セグメント導体28の挿入時の位置決め部材としての機能を有している。
また、エンドプレート700を備えていない固定子では、セグメント導体28をスロット420に挿入した後の曲げ加工の際、傾斜部287が金属製の固定子鉄心132のスロット420の開口縁部(エッジ)に接触し、セグメント導体28の絶縁被膜が損傷するおそれがある。これに対して、本実施の形態では、セグメント導体28をスロット420に挿入した後の曲げ加工の際、傾斜部287が樹脂製のエンドプレート700の開口縁部に接触することになるので、セグメント導体28の絶縁被膜が損傷することを防止できる。
さらに、エンドプレート700を備えていない固定子では、回転電機100に振動が作用した際、スロット420の開口縁部とセグメント導体28とが接触することに起因して、セグメント導体28の絶縁被膜が損傷するおそれがある。これに対して、本実施の形態では、回転電機100に振動が作用した場合に、固定子鉄心132のスロット420の開口縁部とセグメント導体28とが接触することがない。このため、回転電機100に振動が作用した際にもセグメント導体28の絶縁被膜の損傷を防止することができる。
第5の実施の形態では、突出部702によりセグメント導体28の傾斜部283,287を支持するようにした。これにより、セグメント導体28の傾斜部283,287を支持しない場合に比べて、隣接する傾斜部283,287間の軸方向のずれを防止することができるので、より確実に空間ギャップを確保することができる。
また、図15に示すように、一のスロット420に挿入されるセグメント導体28を、一のスロット420に隣接する他のスロット420に対応するエンドプレート700の開口部に設けられた突出部702により支持するようにした。これにより、傾斜部283,287の根元部から離れた位置で、傾斜部283,287を支持することができる。その結果、一のスロット420に挿入されるセグメント導体28を、同じ一のスロット420に対応するエンドプレート700の開口部に設けられた突出部702により支持する場合に比べて、振動等に起因する傾斜部283,287の撓みを効果的に抑制することができる。
なお、突出部702を軸方向に直線状に形成する場合に限定されることもない。軸方向に突出する直線部と、直線部の先端から屈曲して、傾斜部283,287に沿うように傾斜させた傾斜部とにより支持構造体である突出部を構成してもよい。
次のような変形も本発明の範囲内であり、変形例の一つ、もしくは複数を上述の実施形態と組み合わせることも可能である。
(変形例1)
第1〜第4の実施の形態では、略矩形筒形状に形成されたスロットライナーを例に説明したが、本発明はこれに限定されない。図16(a)は、変形例に係るスロットライナー800の斜視図であり、図16(b)は、変形例に係るスロットライナー800がスロット420に装着された状態を示す平面断面模式図である。図16(b)において、スロット420およびセグメント導体28の脚部281は、二点鎖線にて示している。
上述した実施の形態では、一のスロット420に、同相の導体が配置される例について説明したが、一のスロット420に、異相の導体が配置される場合もある。本変形例では、2種類の相巻線を構成する導体が一のスロット420に配置されている。この場合、図16(b)に示すように、スロットライナー800の本体部801の断面形状を略B字形状となるように折り曲げ成形し、同相の2本の導体毎にスロットライナー800で覆うようにする。
図16(c)は、別の変形例に係るスロットライナー800がスロット420に装着された状態を示す平面断面模式図である。図16(c)に示すように、一のスロット420に2つのスロットライナー800を配置してもよい。高電圧では、対地間・異相間の他に同相間も絶縁強化を図る場合がある。このような場合、図16(c)に示すように、スロットライナー800の本体部801の断面形状を略B字形状となるように折り曲げ成形し、導体1本毎にスロットライナー800の本体部801で覆う構造とすることが好ましい。また、一のスロット420内に異相の導体が1本ずつ隣接する場合にも図16(c)に示す略B字形状のスロットライナー800を用いることが好ましい。
(変形例2)
上述した実施の形態では、固定子コイル138に平角線を用いる例について説明したが、本発明はこれに限定されない。丸線により波巻き状の固定子コイル138を形成してもよい。
(変形例3)
第5の実施の形態では、エンドプレート700の突出部702を第1〜第4の実施の形態で説明した突出片と同様の柔軟性を備えるようにしてもよい。突出部702を折り曲げ可能な薄さの突出片として形成し、突出長さを長くすることでコイルエンドにおける傾斜部283,287間に突出片を配置してもよい。
上記では、種々の実施の形態および変形例を説明したが、本発明はこれらの内容に限定されるものではない。本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の態様も本発明の範囲内に含まれる。
次の優先権基礎出願の開示内容は引用文としてここに組み込まれる。
日本国特許出願2015年第249370号(2015年12月22日出願)
3 磁極センサ、10 ケース、12 ボルト、28 セグメント導体、31 第1インバータ、32 第2インバータ、33 コントロールユニット、51 第1巻線ユニット、52 第2巻線ユニット、61 屈曲コイルエンド、62 溶接コイルエンド、100 回転電機、112 ハウジング、115 フランジ、118 シャフト、130 固定子、130E 固定子、132 固定子鉄心、138 固定子コイル、140 コイルエンド、150 回転子、152 回転子鉄心、154 永久磁石、200 駆動部、280e 溶接端部、281 脚部、282 頭頂部、283 傾斜部、284 屈曲部、285 屈曲部、286 屈曲部、287 傾斜部、288 交流端子、289 接続部、300 スロットライナー、301 本体部、302 突出片、302L 第1突出片、302S 第2突出片、311 長辺部、312 短辺部、400 スロットライナー、402L 第1突出片、402S 第2突出片、420 スロット、430 ティース、440 コアバック、500 スロットライナー、502 突出片、521 折込部、600 スロットライナー、602 突出片、621 覆い部、622 鍔部、700 エンドプレート、701 本体部、702 突出部、800 スロットライナー、801 本体部

Claims (7)

  1. 複数のスロットを有する固定子鉄心、複数のセグメント導体が接続されてなる固定子コイル、および絶縁性を有する絶縁部材を備えた固定子であって、
    前記セグメント導体は、前記スロットの内側に配置されるスロット部と、前記スロットの外側で前記スロット部から傾斜する傾斜部を有し、
    前記絶縁部材は、前記固定子鉄心に装着され、前記スロット部の側方に配置される第1絶縁部と、前記第1絶縁部から軸方向に延在し、前記固定子鉄心の径方向に沿って複数設けられ、コイルエンドにおいて隣接する前記セグメント導体間を絶縁する第2絶縁部とを有し、
    前記第2絶縁部の端部には、複数の絶縁紙が重ねられてなり、前記複数の絶縁紙の厚みに応じて隣接する前記セグメント導体の傾斜部の間隔を保持するスペーサとして機能する多層部が設けられている、固定子。
  2. 複数のスロットを有する固定子鉄心、複数のセグメント導体が接続されてなる固定子コイル、および絶縁性を有する絶縁部材を備えた固定子であって、
    前記セグメント導体は、前記スロットの内側に配置されるスロット部と、前記スロットの外側で前記スロット部から傾斜する傾斜部を有し、
    前記絶縁部材は、前記固定子鉄心に装着され、前記スロット部の側方に配置される第1絶縁部と、前記第1絶縁部から軸方向に延在し、前記固定子鉄心の径方向に沿って複数設けられ、コイルエンドにおいて隣接する前記セグメント導体間を絶縁する第2絶縁部とを有し、
    前記第2絶縁部には、前記セグメント導体における前記固定子鉄心側の面を前記傾斜部の傾斜に沿って覆う覆い部と、前記覆い部から立ち上がり、前記セグメント導体における側面の一部を覆う鍔部と、が設けられている、固定子。
  3. 請求項1または2に記載の固定子において、
    前記第2絶縁部は、一のセグメント導体の傾斜部と、前記一のセグメント導体に隣接する他のセグメント導体の傾斜部との間に配置されている、固定子。
  4. 請求項に記載の固定子において、
    前記径方向に沿って複数設けられる第2絶縁部は、周方向一方および他方に向かって交互に傾斜している、固定子。
  5. 請求項1から請求項までのいずれか一項に記載の固定子において、
    前記絶縁部材は、前記スロットと前記セグメント導体とを絶縁するスロットライナーであり、
    前記第1絶縁部は、前記スロットの内側に配置され、
    前記第2絶縁部は、前記スロットの外側に配置されている、固定子。
  6. 複数のスロットを有する固定子鉄心、複数のセグメント導体が接続されてなる固定子コイル、および絶縁性を有する絶縁部材を備えた固定子であって、
    前記セグメント導体は、前記スロットの内側に配置されるスロット部と、前記スロットの外側で前記スロット部から傾斜する傾斜部を有し、
    前記絶縁部材は、前記固定子鉄心の端部に配置して装着されるエンドプレートと、前記エンドプレートから軸方向に沿って突出し、前記固定子鉄心の径方向に沿って複数設けられ、前記セグメント導体の傾斜部を支持する突出部とを有する、固定子。
  7. 請求項1から請求項6までのいずれか一項に記載の固定子と、
    前記固定子鉄心に対して隙間を介して回転可能に配置された回転子と、を備える回転電機。
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