JP7208057B2 - Rotating electric machine and vehicle - Google Patents
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Description
本発明は、回転電機および車両に関する。 The present invention relates to rotating electric machines and vehicles.
高電圧機器向けの回転電機では、固定子コイルが固定子コアのスロットに収納されており、コイルとコアとの電気絶縁は、一般にマイカテープと樹脂から成るコイル絶縁層によって担われる。コイル絶縁層を上記のような構成とする理由は、課電による部分放電の抑制と、熱劣化時における絶縁性能の冗長性確保である。 In a rotating electric machine for high-voltage equipment, stator coils are housed in slots of a stator core, and electrical insulation between the coil and the core is generally provided by a coil insulation layer made of mica tape and resin. The reason why the coil insulation layer is configured as described above is to suppress partial discharge due to electrical charging and to ensure redundancy in insulation performance during thermal deterioration.
振動や騒音、損失の低減を図る目的で、巻線方式としては一般に分布巻が採用されている。分布巻では固定子が作り出す回転磁界の空間分布を正弦波に近づけることが可能なため、集中巻と比較して上記目的を達成しやすい。また、固定子コイルの軸方向端部(以下、コイルエンドと呼称)を規則的に整列する目的で、2層重ね巻と呼ばれる構成が採用されている。2層重ね巻では、コイルは1スロットあたり2層に分かれて配置され、特許文献1記載のように、1層ごとに前述の絶縁層を設けている。
Distributed winding is generally adopted as a winding method for the purpose of reducing vibration, noise, and loss. Distributed winding makes it possible to make the spatial distribution of the rotating magnetic field produced by the stator closer to a sine wave, so that the above object can be achieved more easily than concentrated winding. In addition, a configuration called two-layer lap winding is employed for the purpose of regularly aligning axial ends (hereinafter referred to as coil ends) of the stator coil. In the two-layer lap winding, the coil is divided into two layers per slot, and the insulating layer is provided for each layer as described in
コイルの製作方法は、導体をレーストラック状に複数回巻き回した後に成形する方法が一般的である。成形したコイルにマイカテープを巻き付けてコイル1層分とする。絶縁層を構成する樹脂の充填方式は2つあり、1つはコイル成形時に樹脂を硬化させ、その後にスロットに格納するプリプレグ方式で、もう1つはコイルをスロットに収納した後に樹脂を含浸硬化する全含浸方式である。いずれの方式においても、コイルは固定子コアの内周側からスロットに1層ずつ格納されるため、オープンスロットと呼ばれるスロット形状となる。また、コイルの脱落防止を目的にスロット開口部には楔が挿入される。 A coil is generally manufactured by winding a conductor a plurality of times in a racetrack shape and then forming the conductor. A mica tape is wound around the molded coil to form one coil layer. There are two methods of filling the resin that constitutes the insulating layer. One is the prepreg method, in which the resin is cured when the coil is molded and then stored in the slot. It is a total impregnation method that In either method, the coils are housed in the slots layer by layer from the inner circumference side of the stator core, resulting in a slot shape called an open slot. A wedge is inserted into the slot opening for the purpose of preventing the coil from falling off.
上述した製造方法では、コイル1層分が複数の導体を積み重ねて構成されるため、導体の積層高さが増大し、コイルエンド部においてコイル同士が干渉する。これを回避するためには、スロット間を渡るコイルの折れ曲り部をコイルエンド軸方向に逃がす構成が必要となる。しかしながら、この構成によって回転電機の軸方向サイズが増加するため、回転電機の大型化、重量増加およびコスト増加を招く課題があった。また、オープンスロット形状となるため、スロット高調波と呼ばれる高調波成分が回転磁界の空間分布に重畳され、振動や騒音、損失のさらなる低減を困難とする課題があった。 In the manufacturing method described above, since one layer of the coil is formed by stacking a plurality of conductors, the stacking height of the conductors increases, and the coils interfere with each other at the coil end portions. In order to avoid this, it is necessary to provide a configuration in which the bent portion of the coil extending between the slots is relieved in the axial direction of the coil end. However, this configuration increases the size of the rotating electrical machine in the axial direction, which causes a problem of increasing the size, weight, and cost of the rotating electrical machine. In addition, due to the open slot shape, harmonic components called slot harmonics are superimposed on the spatial distribution of the rotating magnetic field, making it difficult to further reduce vibration, noise, and loss.
この課題解決を図る従来技術として、特許文献2記載のように固定子スロット内て゛嵌合構造を形成し、当該部て゛コイル導体を接合する方法か゛ある
As a conventional technique for solving this problem, there is a method of forming a "fitting structure" in a stator slot and joining a "coil conductor" in the slot as described in
しかしながら、特許文献2に記載の技術では、嵌合作業性と長期信頼性のトレート゛オフを解決できない。具体的に、固定子コイル導体を全数に渡って嵌合する作業を考えると、嵌合部のクリアランスを大きくして嵌めやすくすることが望ましいが、これでは組立後に嵌合部が抜けやすくなるほか、接触抵抗のバラつきが大きくなるためモータの信頼性を確保できない。一方で、嵌合部のクリアランスを小さくすると、嵌合が困難となり電気導通を確保できないケースがあるほか、嵌合方向に力を加える必要が生じるので、嵌合部の変形が発生して電気導通を確保できなくなるなど、いずれにしても信頼性の確保が困難となる。また、嵌めやすく抜けにくくなるような公差管理を仮に実現できたとしても、これに要する生産管理コストが甚大となるため製品価格の高騰を招く。さらに、樹脂を含浸する工程において嵌合部のクリアランスに樹脂が入り込み、電気導通を確保できなくなる課題がある。
However, the technique described in
本発明の目的は、上記事情に鑑み、小型・軽量・低コストで信頼性の高い回転電機および車両を提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above circumstances, an object of the present invention is to provide a compact, lightweight, low-cost, highly reliable rotary electric machine and a vehicle.
本発明の回転電機は、上記目的を達成するために、複数のコイルが巻回された固定子と、前記固定子に対して所定のギャップを空けて回転自由に設けられた回転子とを備える回転電機において、前記固定子の内部に設けられ、前記コイルの一部を収納するスロットと、前記スロットの内壁に設けられた絶縁層と、前記絶縁層と前記コイルとの間に設けられた加熱膨張性シートとを有し、前記コイルは、第1の導体および第2の導体を有し、前記第1の導体および前記第2の導体は、それぞれ、少なくとも2つの導体を、長手方向の端部をずらしてL字型の段差を有するように組み合わされた物であり、
前記第1の導体および前記第2の導体は、前記第1の導体のL字型の前記段差と前記第2の導体のL字型の前記段差を埋めるように接続されて前記加熱膨張性シートの内部に収納されていると共に、前記第1の導体と前記第2の導体の前記接続部には導電性メッキが被覆されており、
前記コイルを加熱することで前記加熱膨張性シートを膨らませ、前記第1の導体と前記第2の導体に被覆された導電性メッキ部が互いに接触する方向に圧力が発生することで互いに密着、前記第1の導体および前記第2の導体が電気的に導通することを特徴とする。
In order to achieve the above object, a rotating electrical machine of the present invention includes a stator wound with a plurality of coils, and a rotor freely rotatable with a predetermined gap from the stator. In a rotating electric machine, a slot provided inside the stator to accommodate a part of the coil, an insulating layer provided on an inner wall of the slot, and a heater provided between the insulating layer and the coil and an inflatable sheet, the coil having a first conductor and a second conductor, the first conductor and the second conductor each having at least two conductors at longitudinal ends. It is a thing that is combined to have an L-shaped step by shifting the parts,
The first conductor and the second conductor are connected so as to fill the L-shaped step of the first conductor and the L-shaped step of the second conductor, and the heat expandable sheet and the connection portion between the first conductor and the second conductor is coated with conductive plating,
By heating the coil, the heat-expandable sheet is expanded, and pressure is generated in a direction in which the conductive plated portions coated on the first conductor and the second conductor are brought into contact with each other. The first conductor and the second conductor are electrically connected .
本発明のより具体的な構成は、特許請求の範囲に記載される。 More specific configurations of the invention are described in the claims.
本発明によれば小型・軽量・低コストで信頼性の高い回転電機および車両を提供できる。上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。 According to the present invention, it is possible to provide a rotating electric machine and a vehicle that are compact, lightweight, low-cost, and highly reliable. Problems, configurations, and effects other than those described above will be clarified by the following description of the embodiments.
以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する。以下の説明では、同一の構成要素には同一の記号を付してある。それらの名称および機能は同じであり、重複説明は避ける。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description, the same symbols are attached to the same components. Their names and functions are the same, and duplicate explanations are avoided.
本発明では、「コイル」の定義を、「亀甲巻の1巻」、または「波巻の1サイクル」とする。したがって、例えばコイルが4回巻き回された構成においては、4巻のコイルと表現する。図11Aはコイル1巻の一例を示す模式図であり、図11Bはコイル1巻の他の例を示す模式図である。「コイルか゛固定子コアの内部に接続部を有する構成」の定義を、図11Aまたは11Bの構成とする。また、1巻のコイルが複数の導体で構成される場合は、特に断りのない限り複数導体をまとめて「コイル導体」と呼ぶ。 In the present invention, the term "coil" is defined as "one turn of tortoiseshell winding" or "one cycle of wave winding". Therefore, for example, a configuration in which a coil is wound four times is expressed as a four-turn coil. FIG. 11A is a schematic diagram showing an example of one coil, and FIG. 11B is a schematic diagram showing another example of one coil. 11A or 11B is used as the definition of "a configuration having a connection part inside the coil or the stator core". In addition, when one coil is composed of a plurality of conductors, the plurality of conductors are collectively referred to as a "coil conductor" unless otherwise specified.
また、亀甲巻においては2層巻を想定し、1層あたりのコイルを「コイル1層分」と表現する。一方で波巻においては、2巻のコイルで1層を構成するため、これを「コイル1層分」と表現する。したがって、例えば1スロットに8巻のコイル導体が格納されている場合、亀甲巻では4巻のコイル導体がコイル1層分となり、1スロットあたりコイル2層分で構成される。波巻においては2巻のコイル導体がコイル1層分となり、1スロットあたりコイル4層分で構成される。 Moreover, in the tortoiseshell winding, two-layer winding is assumed, and the coil per layer is expressed as "one coil layer". On the other hand, in wave winding, since one layer is composed of two coils, this is expressed as "one coil layer". Therefore, for example, when a coil conductor of eight turns is stored in one slot, the coil conductor of four turns corresponds to one coil layer in the tortoise shell winding, and one slot is composed of two coil layers. In wave winding, two coil conductors form one coil layer, and one slot is composed of four coil layers.
また、以下の説明では一般産業、鉄道、建機、自動車向けなどの高電圧電動機、および風力発電機などの高電圧発電機に代表される回転電機を対象としているが、本発明の効果はこれに限定されるものではなく、回転電機全般に適用可能である。 In the following description, high-voltage electric motors for general industry, railroads, construction machinery, automobiles, etc., and rotary electric machines typified by high-voltage generators such as wind power generators are targeted, but the effects of the present invention are not limited to these. It is not limited to , and can be applied to rotating electric machines in general.
回転機は誘導機、永久磁石同期機、巻線型同期機、シンクロナスリラクタンス回転機および自己始動型同期機でもよい。また、以下の説明では内転型の回転電機を対象としているが、外転型の回転電機でもよい。コイル導体の材質は銅でも良いしアルミでもよいし、その他の導電材料でもよい。 The rotating machine may be an induction machine, a permanent magnet synchronous machine, a wound synchronous machine, a synchronous reluctance rotating machine and a self-starting synchronous machine. Further, although the following description deals with an internal rotation type rotating electrical machine, it may be an external rotation type rotating electrical machine. The material of the coil conductor may be copper, aluminum, or other conductive material.
以下、図1~6を用いて、本発明の第1の実施例について説明する。図1は実施例1の回転電機の半断面図である。図1は、本発明の実施例1による回転電機1の軸方向に沿った断面図であり、回転電機1の径方向の半分を示している。図1に示すように、回転電機1は、固定子2と、回転子3と、固定子2と回転子3との外側に設置されたフレーム(ハウジング11と、カバー21と、エンドブラケット9)を備える。
A first embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. FIG. 1 is a half cross-sectional view of the rotary electric machine of Example 1. FIG.
固定子2は、固定子鉄心4と、固定子鉄心4に巻回された多相の固定子巻線(固定子コイル)5を備える。固定子鉄心4は、図示していないが、環状のヨーク鉄心から径方向に突出した複数のティース鉄心を備える。
The
回転子3は、回転子鉄心7と、押さえ板15と、シャフト8と、軸方向の両端部に設けられた軸受10を備え、固定子2の径方向の内側に固定子2と対向して設けられる。回転子3と固定子2との間には、空隙が設けられる。回転子鉄心7は、導体からなる回転子導体棒13を収容した複数の回転子スロット6を備える。回転子導体棒13は、回転子3の両軸端部でエンドリング14と接続する。押さえ板15は、回転子鉄心7を軸方向の両端部で軸方向に押圧して固定する。シャフト8は、回転電機1の回転軸であり、軸受10により回転可能に支持されている。
The rotor 3 includes a
軸受10の周囲には、グリースポケット23が設けられている。グリースポケット23は、潤滑剤保持部で、軸受10に供給される潤滑剤であるグリースが充填されており、軸受10にグリースを供給可能な構造(例えば、熱で温められたグリースが流れて軸受10に供給される構造)を備える。本実施例では、グリースポケット23は
、軸受10に対して軸方向の片側(機内側)に設けられている。
A
フレームは、ハウジング11と、カバー21と、エンドブラケット9を備える。ハウジング11は、その内周面で固定子鉄心4を保持する。カバー21は、ハウジング11の軸方向の一端部に固定されており、軸方向の一端部の軸受10を支持する。エンドブラケット9は、ハウジング11の軸方向の他端部に固定されており、軸方向の他端部の軸受10を支持する。
The frame comprises
回転電機1は、軸受10に対して軸方向の機外側に、軸受10を冷却するための冷却風を発生させるファン20を備える。フレームは、図示しないが、ファン20が発生させた冷却風が通過する通気孔を備える。
The rotating
続いて、固定子コイル5について説明する。図5Aは実施例1のコイルの組立て状態を表す模式図でああり、図5Bは図5Aのコイルを拡大する模式図である。図5Aおよび図5Bに示すように、コイル201の一部が、固定子100のスロット102の内部に収納されている。各スロット間には、ティース103が配置されている。
Next, the
ここで、本実施例を詳述する前に、従来技術の固定子コイルの全体構成と課題について、図9、図10Aおよび図10Bを用いて説明する。図9は従来の回転電機を構成するコイルの断面図であり、図10Aは従来のコイルの組立て状態を表す説明図であり、図10Bは図10Aのコイルを取り出した図である。 Here, before describing this embodiment in detail, the overall configuration and problems of the conventional stator coil will be described with reference to FIGS. 9, 10A and 10B. FIG. 9 is a cross-sectional view of a coil that constitutes a conventional rotating electric machine, FIG. 10A is an explanatory diagram showing an assembled state of the conventional coil, and FIG. 10B is a view of the coil of FIG. 10A taken out.
図10Aにおいて、固定子500は周方向に複数のスロット502を有しており、オープンスロット形状を有している。スロット502の内部には、コイル1層分600が1スロットにつき2つ格納されており、亀甲巻コイルを用いた分布巻・2層重ね巻の構造となっている。固定子500の内側には、図示しないが、ギャップを介して、周方向に回転自由に設けられた内転型回転子が配置される。
In FIG. 10A,
図10Aに示すように、2層重ね巻では、コイルエンドが規則的に整列される。コイル1層分の製作方法は、導体をレーストラック状に複数回巻き回した後に、図10Bのように成形する方法が一般的である。この方法では、コイル1層分が複数の導体を積み重ねて構成されるため、導体の積層高さが増大し、コイルエンド部においてコイル同士が干渉する。これを回避するためには、図10Aおよび図10Bの「E」で示す部分のように、スロット間を渡るコイルの折れ曲り部を、コイルエンド軸方向に逃がす構成が必要となる。しかしながら、この構成によって回転電機の軸方向サイズが増加するため、回転電機の大型化、重量増加およびコスト増加を招く課題があった。 As shown in FIG. 10A, coil ends are regularly aligned in two-layer lap winding. A general method for manufacturing one layer of a coil is to form the conductor as shown in FIG. 10B after winding the conductor a plurality of times in a racetrack shape. In this method, since one layer of the coil is formed by stacking a plurality of conductors, the stacking height of the conductors increases and the coils interfere with each other at the coil end portions. In order to avoid this, it is necessary to provide a configuration in which the bent portion of the coil extending between the slots is relieved in the axial direction of the coil end, as indicated by "E" in FIGS. 10A and 10B. However, this configuration increases the size of the rotating electrical machine in the axial direction, which causes a problem of increasing the size, weight, and cost of the rotating electrical machine.
図9は従来の回転電機を構成するコイルの断面図である。ここでは、1スロットに8巻のコイル導体601、611、621、631、641、651、661、671が挿入されている。1巻のコイル導体は、交流銅損を低減する目的で2段の扁平角線で構成しており、例えばコイル導体601は601aと601bを並列接続して1巻を構成する。 FIG. 9 is a sectional view of a coil that constitutes a conventional rotary electric machine. Here, eight coil conductors 601, 611, 621, 631, 641, 651, 661, 671 are inserted in one slot. A coil conductor of one turn is composed of two stages of flat rectangular wires for the purpose of reducing AC copper loss.
導体601aと601bとの間の絶縁を確保するために、それぞれの導体はエポキシ樹脂等の絶縁皮膜でコーティングされる。コイル導体601、611、621、631が亀甲巻コイル1層分を構成し、底コイル600aとして配置される。同様に、コイル導体641、651、661、671が亀甲巻コイル1層分を構成し、上コイル600bとして配置される。
In order to ensure insulation between
コイル1層分には、マイカ等から成る絶縁層506aおよび506bがそれぞれ巻き付けられている。また、コイルの脱落防止を目的にスロット開口部502aに楔505が挿入される。さらに、絶縁樹脂507がプリプレグ方式または全含浸方式にて充填される。この構成においては、スロット開口部502aがオープンスロット形状となるため、スロット高調波と呼ばれる高調波成分が回転磁界の空間分布に重畳され、振動や騒音、損失の低減を困難とする課題がある。また、楔505を挿入する作業が必要となるため、製造コストの増大を招く課題がある。
Insulating
なお、異なる従来技術の形態として、固定子スロット内で嵌合構造を形成し、当該部でコイル導体を接合する方法があるが、嵌合作業性と長期信頼性のトレードオフを解決できない欠点があった。本発明はこれらの課題を解決するものであり、その具体的な解決手段と原理について図2および3を用いて説明する。 As a different form of the prior art, there is a method of forming a fitting structure in the stator slot and joining the coil conductors at that part, but there is a drawback that the trade-off between fitting workability and long-term reliability cannot be resolved. there were. The present invention solves these problems, and the specific means and principle for solving the problems will be described with reference to FIGS. 2 and 3. FIG.
図2は実施例1のコイルの断面図である。図2において、従来技術と異なる主な点は、コイル導体201、211、221、231、241、251、261、271がそれぞれ軸方向中央で分割され、軸方向奥行側に対となるコイル導体202、212、222、232、242、252、262、272を有する点と、各コイル導体が加熱膨張性シート401、411、421、431、441、451、461、471で覆われる点と、スロット開口部がオープンスロット形状ではなく半閉スロット形状で構成される点と、1巻のコイル導体が亀甲巻ではなく波巻で構成される点である。
FIG. 2 is a cross-sectional view of the coil of Example 1. FIG. 2, the main difference from the prior art is that the
図3は実施例1のコイル導体の接続方法を説明する模式図である。図3は、図2に示した1巻のコイル導体201を例に採り、このスロット内部における構成にフォーカスしたものであり、図3(b)と図2は同一の状態を示す。図3(a)に示すように、1巻のコイル導体201と202は、軸方向中央で上下に分割されている。すなわち、コイル導体は、第1の導体201と第2の導体202で構成されている。そして、第1の導体201と第2の導体202は、少なくとも2つの導体が、長手方向の端部をずらして段差(L字型の段差)を有するように組み合わされた物となっている。図3(a)では、上半分の導体(第1の導体)は導体201aと導体201bで、下半分の導体(第2の層体)は導体202aと導体202bで構成されている。
FIG. 3 is a schematic diagram illustrating a method of connecting coil conductors according to the first embodiment. FIG. 3 focuses on the configuration inside the slot, taking the one-
図3に示すように、第1の導体201と第2の導体202のそれぞれの段差を埋めるように接続し、加熱膨張性シート401の内部に収納されている。導体202は加熱膨張性シート401で覆われており、導体202と加熱膨張性シート401を組み合わせた状態で固定子スロットにセットしておき、そこに導体201を上から挿入する。絶縁層106a,106bは、コイルのスロットに収納された部分を囲む環状構造を有している。絶縁層106aおよび106bとしては、マイカテープを用いることができる。従来、マイカテープはコイル表面に巻きつけて使うのが一般的であるが、本実施例では複数のコイルを、予め用意した箱型の絶縁層106a,106bで囲んでいる。この構成により、マイカテープを巻きつける作業が無くなるので製作工程を圧縮できる。
As shown in FIG. 3, the
導体201と導体202との接続部は、導電性の部材(例えば、導電性メッキ)で表面処理がされており、図3(b)に示すように、導体201aの導電性メッキ部301aは、導体201bの導電性メッキ部301bと対向し、かつ、導体202aの導電性メッキ部302aと対向する。さらに、導体202aの導電性メッキ部302aは、導体202bの導電性メッキ部302bとも対向する。なお、表面処理は、導電性メッキではなく、ナノ粒子結合や導電性ペーストなどを用いてもよい。
The connecting portion between the
この状態で固定子コイルを加熱すると、加熱膨張性シート401が膨らむため、図3(c)に示すように導体201aと導体201bの導電性メッキ部とが互いに接触する(密着する)方向に圧力が発生し、同様に導体201aと導体202a、導体202aと導体202bの導電性メッキ部が互いに密着する。結果として、それぞれの導電性メッキ部が径方向に面接触する状態が形成され、元々バラバラだった導体201a、201b、202a、202bの電気的導通が確保される。
When the stator coil is heated in this state, the heat-
固定子コイルの組立時においては、コイル導体を全スロットに挿入した後に一括して加熱することで、全スロットにおいて前述と同様の効果を得ることができる。さらにその後の工程として、絶縁樹脂107を全含浸方式にて充填することで、熱劣化時における絶縁性能の冗長性も確保される。
When assembling the stator coil, the same effect as described above can be obtained in all the slots by collectively heating the coil conductors after inserting them into all the slots. Furthermore, as a subsequent step, the insulating
この方法であれば、固定子スロットにコイル導体を挿入する段階においては、加熱性膨張シートが膨張する前なので、十分な嵌合クリアランスを確保することができ、コイルの挿入、接続作業を極めて容易に実施できる。また、コイル導体の接続部は、2つのコイル導体の端部をずらして組み合わせているだけなので、1つのコイル導体の端部に機械加工等で嵌合構造を設ける場合よりも、非常に簡単なプロセスで嵌合構造を作製することができる。接続部は導電性メッキ処理を施すのみで良いので、高精度な公差管理は一切必要なく、製作コストを大幅に抑制することが可能となる。また、コイル挿入後の引き曲げや溶接などの後工程が不要なほか、嵌合方向に力を加える必要が無いのでコイルの変形を招くこともなく、製品信頼性を大幅に向上することができる。 With this method, when the coil conductor is inserted into the stator slot, before the heatable expansion sheet expands, a sufficient fitting clearance can be secured, and the insertion and connection of the coil can be performed very easily. can be implemented in In addition, since the connection portion of the coil conductor is simply combined by shifting the ends of the two coil conductors, it is much simpler than the case where the end of one coil conductor is provided with a fitting structure by machining or the like. A mating structure can be made in the process. Since it is only necessary to apply conductive plating to the connecting portion, there is no need for highly accurate tolerance control, and the manufacturing cost can be greatly reduced. In addition, there is no need for post-processing such as bending or welding after inserting the coil, and since there is no need to apply force in the fitting direction, deformation of the coil will not occur, and product reliability can be greatly improved. .
また、加熱膨張性シートの膨張圧力によって、スロット内部で対向するコイル導体同士が押しつけられるように加圧され、接続部の面接触が安定的に維持されるため、長期的な電磁振動を考慮しても接続部が抜けることはなく、高い信頼性を確保できる。さらに、スロット開口部102aが半閉スロット形状となるため、スロット高調波成分を低減でき、振動や騒音、損失のさらなる低減が可能となる。
In addition, due to the expansion pressure of the heat-expandable sheet, the coil conductors facing each other inside the slot are pressed against each other, and the surface contact of the connecting part is stably maintained. The connection will not come off even if the connection is made, ensuring high reliability. Furthermore, since the
なお、図示した態様では、コイル導体201、202等が加熱膨張性シート401で覆われているが、コイル導体の導電性メッキ部同士が押しつけられるように加圧される位置に加熱膨張性シート401が設けられればよく、加熱膨張性シート401がコイル201、202の全周を覆っていなくてもよい。
In the illustrated embodiment, the
加熱膨張性を備えたシートは、シートの基材として、加熱により接着性を発揮する樹脂(例えば、エポキシ樹脂)の内部に、液化炭酸ガスなどが封入された膨張フィラーを混入し、シート化したものや、発泡ウレタンをシート化したものを用いることができる。シートの形態は、コイル1巻ごとに膨張圧力を与えられる構成であれば、図2、図3の形態に限定されるものではなく、スロット形状に合わせたボビンで構成し、コイル導体ごとに仕切りを設けるなどしても良い。また、図2に示した絶縁層106a、106bを組合わせて構成してもよい。
A heat-expandable sheet is made by mixing an expanding filler containing liquefied carbon dioxide gas or the like into a resin (e.g., epoxy resin) that exhibits adhesiveness when heated as the base material of the sheet. or a sheet of urethane foam can be used. The form of the sheet is not limited to the forms shown in FIGS. 2 and 3 as long as it is configured to apply an expansion pressure to each coil winding. may be set. Alternatively, the insulating
図4は本発明の実施例1のコイルの組立て方法を説明する模式図である。図4(a)に示すように、絶縁層106aと106bを予め設置し、そこに入れ子となるように加熱膨張性シート401、402…、441、451…をセットして、絶縁層と加熱膨張性シートを一体として構成する。これをスロット102に挿入した後、コイル導体201を上から挿入し、同様にコイル導体202(図4では図示していない)を下から挿入しても良い。
FIG. 4 is a schematic diagram for explaining the method of assembling the coil of Example 1 of the present invention. As shown in FIG. 4(a), insulating
図4(b)は、コア101へ絶縁層106a,106bを組み付け後の状態を示す。絶縁層106a,106bは、スロット102の軸方向の端面よりも、軸方向外側に突出していることが望ましい。これは、スロット102の軸方向端面がエッジとなりコイルの絶縁皮膜を損傷する恐れがあるためである。言い換えると、絶縁層106a,106bをエッジ保護のために活用することができる。また、図3(b)に示すスロット内の導体の接続部であるメッキ部301a,301bに塵埃や水分が混入すると、絶縁不良や導通不良を招く恐れがあるため、スロット102の軸方向端面部は、導体201とスロット102の間隙および導体201と加熱膨張性シートとの間隙を埋めるようにシールされることが望ましい。このような構成とすることで、長期信頼性を一層向上させることができる。
FIG. 4(b) shows the state after the insulating
さらに、コイル導体201のうちコイルエンドとなる部分には、保護テープ108を巻き回すことで長期信頼性を向上することができる。また、保護テープ108によって、上述したスロット102の軸方向端面エッジによるコイル絶縁皮膜損傷を防止することができる。保護テープ108の材質は絶縁層106の材質と同一にしても良いし、その他の材質でも良い。
Furthermore, long-term reliability can be improved by winding a
また、保護テープ108の厚みは、加熱膨張性シート401の加熱後の厚みよりも小さくすることが望ましい。このような構成とすることで、加熱膨張性シート401の加熱後において、絶縁層106と保護テープ108との間にはクリアランスが生じるので、後工程として絶縁樹脂107を充填する際に、絶縁樹脂107がこのクリアランスを埋めるように充填される。これによって、前述したコイル導体の接続部301への異物混入が防止できるため、長期信頼性を向上することができる。なお、コイル導体201はエポキシ樹脂等の絶縁皮膜でコーティングされているので、図4(b)の構成を採用する場合には、保護テープ108は必ずしも必要では無い。
Moreover, it is desirable that the thickness of the
導電性メッキ部は、導体の絶縁皮膜を剥離してメッキ処理する工程が簡素であるが、接続部の電気導通と、それ以外の部分の電気絶縁が確保できるのあれば、この工程に限定されるものではない。また、導電性メッキ部の膜厚を絶縁皮膜厚よりも大きくすることで、導体側面から導通面を僅かに突出させ、導通面を確実に面接触させることができる。なお、コイルを構成する金属を、導通面において導体側面から僅かに突出させる加工(例えば、突出させる方向と垂直に加圧する加工)をしてもよい。 The conductive plating part is simply a process of peeling off the insulating film of the conductor and plating it, but if it is possible to secure the electrical continuity of the connection part and the electrical insulation of the other parts, it is limited to this process. not something. Further, by setting the film thickness of the conductive plated portion to be larger than the insulating film thickness, the conductive surface can be made to protrude slightly from the side surface of the conductor, and the conductive surface can be reliably brought into surface contact. It should be noted that the metal forming the coil may be processed to slightly protrude from the side surface of the conductor on the conducting surface (for example, pressurized perpendicularly to the projecting direction).
導体201と導体202の接続部における段差形状は、図3に示すように扁平導体201aと201bを重ねてL字形の段差をつける方法でも良いが、導体201、202それぞれの接続部をL字形に加工しても良い。
As for the shape of the step at the connecting portion of the
以上のような手順を採用することで、従来技術と比較して、コイル格納作業を簡易にすることができる。また、接続作業の前段階において、接着剤を用いて導体201aと導体201bを少なくとも一箇所固定して一体構成にすることで、挿入作業を簡易にすることができる。また、固定子スロット内の絶縁層は従来技術と同様に構成できるため、高い信頼性を確保できる。また、半閉スロット形状にできるため、スロット高調波成分を低減でき、振動や騒音、損失のさらなる低減が可能となる。
By adopting the procedure as described above, the coil storage work can be simplified as compared with the conventional technique. Moreover, in the stage prior to the connection work, the insertion work can be simplified by fixing the
さらに、本発明の構成を採用することで、図10Aおよび図10Bの「E」で示したようなコイルエンド軸方向に逃がす構成が不要となるため、図5Bに示すように、コイルエンド部「E」の軸方向長さを短縮できる。図6は実施例1のコイルと従来のコイルのコイルエンド長さを比較する側面図である。上述した実施例1の構成によって、図6に示すように、従来技術のコイルエンド長さL1に対して、本発明のコイルエンド長さL2は大幅に低減されるため、回転電機の小型化、重量低減およびコスト低減が可能となる。以上、本発明により小型・軽量・低コストで信頼性の高い回転電機を提供できる原理を説明した。 Furthermore, by adopting the configuration of the present invention, it is not necessary to provide a configuration in which the coil ends are relieved in the axial direction as shown by "E" in FIGS. 10A and 10B. E" can be shortened in the axial direction. FIG. 6 is a side view comparing the coil end lengths of the coil of Example 1 and a conventional coil. With the configuration of the first embodiment described above, as shown in FIG. 6, the coil end length L2 of the present invention is significantly reduced compared to the coil end length L1 of the prior art. Weight reduction and cost reduction are possible. The principle that the present invention can provide a compact, lightweight, low-cost, and highly reliable electric rotating machine has been described above.
図7は実施例2の回転電機を構成するコイル導体の接続方法を説明する模式図である。図7を用いて、本発明の実施例2について説明する。実施例1と異なる点は、1巻のコイル導体201と202が軸方向中央で上下に分割され、上半分は扁平な3つの導体201a,201b,導体201cで構成され、下半分は同様に扁平な3つの導体202a,202b,202cで構成されている点である。
FIG. 7 is a schematic diagram illustrating a method of connecting coil conductors forming the rotating electric machine of the second embodiment.
導体201bと導体201a,導体201cとの端面をずらして導体201を構成し、導体202bと導体202a,導体202cとの端面をずらして導体202を構成している。このように、3つ以上の導体を組み合わせてコイル導体を構成してもよい。このような構成とすることで、1巻のコイルを、より扁平な導体で構成できるので、交流銅損をさらに低減することが可能となり、高効率な回転電機を得ることができる。
The
図8は本発明の実施例3の車両の模式図である。図8は、本発明の回転電機を鉄道車両に用いた回転機駆動システムの構成図である。鉄道車両71の駆動装置は、架線72から集電装置を介して電力が供給され、電力変換装置75を経由して交流電力が回転電機76に供給されることで回転電機76を駆動する。回転電機76は、鉄道車両71の車軸74と連結されており、回転電機76により鉄道車両の走行が制御される。電気的なグランドはレール73を介して接続されている。ここで、架線72の電圧は直流および交流のどちらでもよい。
FIG. 8 is a schematic diagram of a vehicle according to Embodiment 3 of the present invention. FIG. 8 is a configuration diagram of a rotary machine drive system using the rotary electric machine of the present invention in a railway vehicle. The drive device of the
本実施例によれば、本発明の回転電機を鉄道車両71に搭載することで、鉄道車両71の回転機駆動システムを高効率に運転することが可能となる。また、同様の効果は、自動車や建機などの車両においても得ることができる。
According to this embodiment, by mounting the rotary electric machine of the present invention on the
鉄道や自動車、建機などの車両が備える回転機駆動システムは、1つのインバータ装置と1つの回転電機76とを組合せて駆動される1C1Mの構成である。あるいは鉄道や自動車、建機などの車両が備える回転機駆動システムは、1つのインバータ装置と少なくとも2つの回転電機76とを組合せて駆動される1CiM(i=2、3、4…)の構成である。そして、鉄道や自動車、建機などの車両が備える回転機駆動システムは、少なくとも2群以上のインバータ装置と回転電機76との組合せで構成される。
A rotary machine drive system provided in vehicles such as railways, automobiles, and construction machines has a 1C1M configuration driven by combining one inverter device and one rotary
以上、説明したように、本発明によれば小型・軽量・低コストで信頼性の高い回転電機を提供できることが実証された。 As described above, according to the present invention, it has been demonstrated that a compact, lightweight, low-cost, and highly reliable rotating electric machine can be provided.
なお、本発明は上述の実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限り、本発明の技術思想の範囲内で考えられるその他の形態についても、本発明の範囲内に含まれる。例えば、上述の実施例で例示した構成および処理は、実装形態や処理効率に応じて適宜統合または分離させてもよい。また、例えば、上述の実施例および変形例は、矛盾しない範囲で、その一部または全部を組合せてもよい。 It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and other forms conceivable within the scope of the technical concept of the present invention are also included within the scope of the present invention as long as they do not deviate from the gist of the present invention. be For example, the configurations and processes exemplified in the above embodiments may be appropriately integrated or separated depending on the implementation form and processing efficiency. Also, for example, the embodiments and modifications described above may be combined in whole or in part within a non-contradictory range.
1,50,76…回転電機、2…固定子、3…回転子、4…固定子鉄心、5…固定子巻線、6…回転子スロット、7…回転子鉄心、8…シャフト、9…エンドブラケット、10…軸受、11…ハウジング、12…シールド材、13…回転子導体棒、14…エンドリング、15…押さえ板、20…ファン、21…カバー、23…グリースポケット、71…鉄道車両、72…架線、73…レール、74…車軸、75…電力変換装置、100,500…固定子、101,501…固定子コア、102,502…スロット、102a,502a…スロット開口部、103,503…ティース、104,504…ギャップ、105,505…楔、106a、106b,506a,506b…絶縁層、107,507…絶縁樹脂、108…保護テープ、200,600…固定子コイル1層分、200a,600a…底コイル、200b,600b…上コイル、201、201a,201b,201c,202a,202b,202c,211a,211b,212a212b,221a,221b,222a,222b,231a,231b,232a,232b,241a,241b,242a,242b,251a,251b,252a,252b,261a,261b,262a,262b,271a,271b,272a,272b,601a,601b,611a,611b,621a,621b,631a,631b,641a,641b,651a、651b,661a,661b,671a,671b…コイル導体、301a,301b,301c,301d,302a,302b,302c,302d…導電性メッキ、401,402,411,421,431,441,451,461,471…加熱膨張性シート。
DESCRIPTION OF
Claims (10)
前記固定子の内部に設けられ、前記コイルの一部を収納するスロットと、
前記スロットの内壁に設けられた絶縁層と、
前記絶縁層と前記コイルとの間に設けられた加熱膨張性シートとを有し、
前記コイルは、第1の導体および第2の導体を有し、
前記第1の導体および前記第2の導体は、それぞれ、少なくとも2つの導体を、長手方向の端部をずらしてL字型の段差を有するように組み合わされた物であり、
前記第1の導体および前記第2の導体は、前記第1の導体のL字型の前記段差と前記第2の導体のL字型の前記段差を埋めるように接続されて前記加熱膨張性シートの内部に収納されていると共に、前記第1の導体と前記第2の導体の前記接続部には導電性メッキが被覆されており、
前記コイルを加熱することで前記加熱膨張性シートを膨らませ、前記第1の導体と前記第2の導体に被覆された導電性メッキ部が互いに接触する方向に圧力が発生することで互いに密着し、前記第1の導体および前記第2の導体が電気的に導通することを特徴とする回転電機。 A rotating electric machine comprising a stator wound with a plurality of coils and a rotor freely rotatable with a predetermined gap from the stator,
a slot that is provided inside the stator and accommodates a part of the coil;
an insulating layer provided on the inner wall of the slot;
a heat-expandable sheet provided between the insulating layer and the coil;
the coil has a first conductor and a second conductor;
each of the first conductor and the second conductor is a combination of at least two conductors with their ends shifted in the longitudinal direction to form an L-shaped step;
The first conductor and the second conductor are connected so as to fill the L-shaped step of the first conductor and the L-shaped step of the second conductor, and the heat expandable sheet and the connection portion between the first conductor and the second conductor is coated with conductive plating,
By heating the coil, the heat-expandable sheet is expanded, and pressure is generated in a direction in which the conductive plated portions coated on the first conductor and the second conductor are brought into contact with each other, so that they are in close contact with each other, A rotating electric machine , wherein the first conductor and the second conductor are electrically connected .
前記絶縁層は、前記コイルの前記スロットに収納された部分を囲む環状構造を有することを特徴とする回転電機。 In the rotary electric machine according to claim 1 ,
A rotary electric machine, wherein the insulating layer has a ring-shaped structure surrounding a portion of the coil that is housed in the slot.
前記絶縁層は、マイカテープであることを特徴とする回転電機。 In the rotary electric machine according to claim 2 ,
A rotating electric machine, wherein the insulating layer is a mica tape.
前記コイルの前記接続部以外の部分が絶縁皮膜で覆われていることを特徴とする回転電機。 In the rotary electric machine according to claim 1 ,
A rotary electric machine, wherein a portion of the coil other than the connecting portion is covered with an insulating film.
前記接続部は、前記絶縁皮膜で覆われた部分より突出していることを特徴とする回転電機。 In the rotary electric machine according to claim 4 ,
The rotary electric machine, wherein the connecting portion protrudes from the portion covered with the insulating film.
前記絶縁層は、前記スロットの軸方向端面より外側に突出していることを特徴とする回転電機。 In the rotary electric machine according to claim 1 ,
The rotating electrical machine, wherein the insulating layer protrudes outward from an axial end surface of the slot.
前記絶縁層は、前記加熱膨張性シートの軸方向端面より外側に突出していることを特徴とする回転電機。 In the rotary electric machine according to claim 1 ,
A rotary electric machine, wherein the insulating layer protrudes outward from an axial end surface of the heat-expandable sheet.
前記コイルは、前記スロットの軸方向端面より外側に突出している部分が保護テープで覆われていることを特徴とする回転電機。 In the rotary electric machine according to claim 1 ,
A rotary electric machine, wherein a portion of the coil protruding outward from an axial end face of the slot is covered with a protective tape.
前記保護テープの厚さは、前記加熱膨張性シートの加熱後の厚さよりも小さいことを特徴とする回転電機。 In the rotary electric machine according to claim 8 ,
A rotary electric machine, wherein the thickness of the protective tape is smaller than the thickness of the heat-expandable sheet after heating.
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