JP6642320B2 - コイルエンド押さえ具 - Google Patents

Description

本発明は、回転電機のステータのコイルエンド全周にわたって設けられるコイルエンド押さえ具に関する。

電気エネルギを回転の運動エネルギに変換する電動機、回転の運動エネルギを電気エネルギに変換する発電機、さらに電動機と発電機どちらにも機能する電気機器が知られている。以下において、これらの電気機器を回転電機と記す。

回転電機は、同軸に配置されて相対的に回転する二つの部材を有する。通常は、一方が固定され、他方が回転する。固定された部材（ステータ）にコイルを配置し、このコイルに電力を供給することにより回転する磁界を形成する。この磁界との相互作用により他方の部材（ロータ）が回転する。ステータは、概略円筒形状を有するステータコアと、ステータコアに巻装されるコイルを含む。ステータコアは、円筒形状のヨーク部と、ヨーク部から円筒内側に向けて延び、周方向に配列されたティースを有する。コイルは、ティースに巻装される。コイルは、ステータコアの円筒軸線方向において、ステータコア端面から出た部分を有する。この部分はコイルエンドと呼ばれている。

コイルエンドには様々な力が働き、この力によってコイルエンドが動く。例えば、車両に搭載された回転電機においては車両の走行に伴う振動による力が働き、コイルエンドも振動する。また、コイルに流れる電流と、回転電機に生じる磁界との相互作用によりコイルに力が作用し、これがコイルエンドを振動させる。コイルエンドの動きを押さえるための押さえ具が必要な場合がある。

下記特許文献１には、コイルエンド（コイルエンド部２３）の全周を覆う一体形の樹脂製のカバー部材（２５）が示されている。コイルエンド（２３）がカバー部材（２５）により覆われているので、コイルエンド（２３）の動きが押さえられ、その位置がずれることはない。なお、（ ）内の符号は、下記特許文献１で用いられたものであり、本願の実施形態で用いられる符号とは関連しない。

特開２０１１−９７７８０号公報

コイルは、導線が巻回されて形成されるため形状にばらつきが生じやすい。そのため、一体形の押さえ具またはカバーをコイルエンドに取付ようとすると、形が合わない場合がある。このとき、コイルの導線を曲げて押さえ具等に形を合わせると、押さえ具等に導線からの反力が掛かる。また、コイルに流れる電流と磁界の相互作用によりコイルエンドが振動すると、これが押さえ具等に力を掛ける。これらの力に対応するため押さえ具等には十分な強度が必要とされ、そのため押さえ具が大きく、また重くなる場合があった。

本発明は、小形、軽量なコイルエンドの押さえ具を提供することを目的とする。

本発明のコイルエンド押さえ具は、コイルエンドの内周面に当接する内側部分と、コイルエンドの外周面に当接し、内側部分と協働してコイルエンドを径方向において挟む外側部分と、内側部分と外側部分を接続する接続部分と、を有する。コイルエンド押さえ具は、周方向において複数のセグメントに分割され、各セグメントは、相ごとに少なくとも１つの３相のコイルのコイルエンドに対応している。

コイルエンド押さえ具を分割することにより、コイルエンドの形状が歪んでいた場合であっても、コイルエンド押さえ具に無理な力が掛かることを抑えることができる。１つのセグメントが３相のコイルに対応することで、３相のコイルにより生じる力を打ち消し合わせ、セグメントに掛かる力を小さくすることができる。

コイルエンド押さえ具に掛かる力が小さくなることで、コイルエンド押さえ具を小形、軽量なものとすることができる。

コイルエンド押さえ具を装着していない状態のステータを示す斜視図である。 コイルエンド押さえ具を装着した状態のステータを示す斜視図である。 押さえ具セグメントの単体を示す図である。 ステータの切断端面を示す図である。

以下、本発明の実施形態を図面に従って説明する。図１および図２は、回転電機のステータ１０の概略構成を示す斜視図である。図１は、コイルエンド押さえ具１２が未装着の状態を示し、図２では、コイルエンド押さえ具１２が装着された状態を示す。ステータ１０は、概略円筒または円環形状（以下、単に円筒形状と記す。）のステータコア１４とステータコア１４に装着されたコイル１６を含む。ステータ１０の円筒の内側にロータ（図示省略）が配置される。ロータには、永久磁石が配置され、ステータ１０により形成された回転磁界と、永久磁石の形成する磁界が相互作用してロータが回転する。ステータコア１４は、円筒形状のヨーク部１８と、ヨーク部１８の円筒内壁面から半径方向内側に延びるティース２０を含む。ティース２０は、ヨーク部１８の内周面に周方向に間隔をあけて配列される。隣接するティース２０の間の空間はスロットと呼ばれる。この実施形態のステータ１０は、ティース２０の数が１５個である。

このステータ１０のコイル１６は、導線が１個のティース２０に対して集中的に巻き付けられて形成される、所謂集中巻きの構成を有する。コイル１６の数はティース２０の数と同数である。導線は、ステータコア１４の一方の端面において、１個のティース２０の一方側のスロットから出て、他方側のスロットに入り、スロット内を延び、更に他方の端面において他方側のスロットから出て一方側のスロットに入る。導線は、これを繰り返して当該ティース２０に巻回される。１個のティース２０に巻かれた導線の端は、同相の別のコイルに延び、そこで導線同士が溶接される。三相集中巻きの回転電機の場合、３個ごとに同相のコイルが存在するので、２個置いて３個目のコイル同士が接続される。コイル間を接続する導線は渡り線２２と呼ばれる。コイル１６のスロットから出ている部分、つまりステータコア１４の円筒軸線方向における端面より突出している部分は、コイルエンド２４と呼ばれる。コイルエンド２４は、全体として略円環形状を有し、ステータコア１４の端面の外側に隣接して位置する。

コイルエンド２４に対してコイルエンド押さえ具１２が装着されている。コイルエンド押さえ具１２は、全体としてコイルエンド２４に対応した円環形状であり、周方向に複数に分割されている。分割された個々の部分を押さえ具セグメント２６と記す。この実施形態では、コイルエンド押さえ具１２は、５個の押さえ具セグメント２６に分割され、１つの押さえ具セグメント２６は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のそれぞれ１個のコイルに対応して設けられている。また、この実施形態では、コイルエンド押さえ具１２は、ステータコア１４の両端のコイルエンド２４双方に対して設けられている。また、必要に応じて一方のコイルエンド２４のみにコイルエンド押さえ具１２を設けるようにしてもよい。

図３は、押さえ具セグメント２６を単独で示す図であり、コイルエンド２４が配置される側からみた状態が示されている。図４はコイルエンド押さえ具１２が装着された状態のステータ１０の、円筒軸線を含む面で切断した端面図である。押さえ具セグメント２６は、コイルエンド２４の内周面に当接する内側部分２８と、コイルエンド２４の外周面に当接する外側部分３０と、内側部分２８と外側部分３０を接続する接続部分３２を含む。内側部分２８、外側部分３０および接続部分３２は、コの字形に形成されており、コの字形で囲まれた部分にコイルエンド２４が位置し、内側部分２８と外側部分３０が径方向においてコイルエンド２４を挟んでいる。

内側部分２８は、周方向に連続した壁として形成することができる。また、隣接する押さえ具セグメント２６間において、両方の押さえ具セグメント２６の内側部分２８が隙間なく接続するようにもできる。外側部分３０は、対応する３個のコイル１６に対応して３個の部分に分け形成することができ、分けられた個々の部分３０ａ，３０ｂ，３０ｃは間隔をあけて配置されている。コイルエンド押さえ具１２がコイルエンド２４に装着されたとき、外側部分３０、ステータコア１４の端面、および接続部分３２の縁とで開口３４が形成される。接続部分３２には、対応する３個のコイル１６の間に対向する部分に開口３６が設けられている。また、渡り線２２が設けられたコイルエンドに対しては、渡り線２２を挟むように位置する１対の挟持片３８が３個のコイル１６に対応して３箇所に設けられてる。

コイルエンド押さえ具１２とコイルエンド２４を接着剤、例えばワニスにより接着し固定することもできる。押さえ具セグメント２６のそれぞれにおいて内側部分２８が連続していることで、接着剤をコイルエンド２４内に保持する一助となる。また、隣接する押さえ具セグメント２６の内側部分２８同士が隙間なく連なることで、更に接着剤の保持が確実となる。また、外側部分の開口３４および接続部分の開口３６を設けたことにより、コイルエンド２４への接着剤の供給が容易に、また確実に行われる。

コイルエンド押さえ具１２により、コイルエンド２４の移動、またはコイルエンド２４を構成する個々の導線の移動、特に径方向内側への移動を抑えることができる。コイルエンド押さえ具１２を構成する押さえ具セグメント２６は、隣接する押さえ具セグメント２６同士が互いに支え合って、径方向内側への移動が阻止され、これによりコイルエンド２４および導線の移動が抑えられる。

コイル１６は、コイル自身に流れる電流とロータの形成する磁界の相互作用により力を受ける。三相のコイル１６に作用する力は位相がずれているため、一部が打ち消し合って、押さえ具セグメント２６が三相のコイル１６から受ける力の合計を小さくしている。これにより、押さえ具セグメント２６の動きが抑えられる。

コイルエンド押さえ具１２が複数の押さえ具セグメント２６に分割されていることにより、コイルエンド押さえ具を小形、軽量にすることができる。コイルエンド２４は、導線の集合体であり、ステータコア１４に巻装された状態においてその形状が必ずしも一定とならない。コイルエンド押さえ具１２が全周にわたって一体に形成されたものであると、一定でないコイルエンド２４の形状のために歪みが生じ、応力集中が生じる場合がある。この歪みによって一体形のコイルエンド押さえ具が壊れないようにするためには、コイルエンド押さえ具の各部を厚くする必要があり、重くなり、また外形が大きくなる可能性がある。コイルエンド押さえ具を分割することで、コイルエンド２４の形状の歪みがコイルエンド押さえ具１２を歪ませないようにすること、または歪みが生じたとしても小さくすることができる。

回転電機を、その回転軸線を横にして配置する場合、押さえ具セグメント２６の内側部分２８が連続した壁として形成されることにより、ステータ１０の内側に流出する冷却液の量を抑えることができる。コイルエンド２４の上方から掛けられた冷却液は、壁状の内側部分２８を伝って、コイルエンド２４に沿って流れる。このため、ロータ等の回転部分に掛かる冷却液の量が抑えられ、回転部分の抵抗が低減される。また、コイルエンド２４を冷却液で十分浸すことができコイルエンド２４の冷却性が向上する。また、外側部分の開口３４および接続部分の開口３６を設けたことにより、コイルエンド２４への冷却液の供給が容易に、また確実に行われる。

上述の実施形態では、１個の押さえ具セグメント２６は、３相のコイル１６ごとに１個ずつ、計３個のコイル１６に対応して設けられているが、押さえ具セグメントが対応するコイル１６の数はこれに限らない。例えば、相ごとに２個、計６個のコイルに対応するように設けられてもよい。また１つのコイルエンド押さえ具に、対応するコイルの個数が異なる押さえ具セグメントが属していてもよい。上述の実施形態と同様に１５個のコイルを備えたステータにおいて、６個のコイルに対応する２個の押さえ具セグメントと、３個のコイルに対応する１個の押さえ具セグメントからコイルエンド押さえ具を形成してもよい。また、コイルに流れる電流と周囲の磁界によるコイルエンドの動きが小さい場合には、３相のコイルとは関連させずに、１個の押さえ具セグメントに対応するコイルを１個、２個、４個など、３の倍数でない数とすることもできる。

１０ ステータ、１２ コイルエンド押さえ具、１４ ステータコア、１６ コイル
１８ ヨーク部、２０ ティース、２２ 渡り線、２４ コイルエンド、２６ 押さえ具セグメント、２８ 内側部分、３０ 外側部分、３２ 接続部分、３４ 開口、３６ 開口、３８ 挟持片。

Claims (1)

1. 回転電機のステータのコイルエンド全周にわたって設けられるコイルエンド押さえ具であって、
   コイルエンドの内周面に当接する内側部分と、
   コイルエンドの外周面に当接し、内側部分と協働してコイルエンドを径方向において挟む外側部分と、
   内側部分と外側部分を接続する接続部分と、
   を有し、
   コイルエンド押さえ具は、周方向において複数のセグメントに分割され、各セグメントは、相ごとに少なくとも１つの３相のコイルのコイルエンドに対応している、
   コイルエンド押さえ具。

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