JPWO2008044703A1 - Stator for rotating electrical machine, method for manufacturing the stator, and method for manufacturing the rotating electrical machine - Google Patents
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Abstract
この発明は、所定のスロット断面積を確保し、断面積の異なる導体の種類を低減して、部品点数を削減でき、かつ生産工程を簡略化できる回転電機の固定子を得る。この発明では、スロット２４は、それぞれ断面矩形に形成された第１および第２スロット部２４ａ，２４ｂを径方向に連設して、その周方向幅が径方向外方にステップ状に広くなる２段の形状に形成されている。第１および第２スロット部２４ａ，２４ｂには、２本の連続導体線３１Ａ，３１Ｂのスロット収納部が径方向に１列に並んで収納され、連続導体線３１Ａ，３１Ｂのスロット収納部の周方向幅はスロット収納部が収納される第１および第２スロット部２４ａ，２４ｂの周方向幅に対応し、連続導体線３１Ａ，３１Ｂのスロット収納部の径方向長さはスロット収納部が収納される第１および第２スロット部２４ａ，２４ｂの径方向長さを収納されているスロット収納部の本数で除した長さに対応している。The present invention provides a stator for a rotating electrical machine that can secure a predetermined slot cross-sectional area, reduce the types of conductors having different cross-sectional areas, reduce the number of parts, and simplify the production process. In the present invention, the slot 24 includes first and second slot portions 24a, 24b each having a rectangular cross section, which are continuously provided in the radial direction, and the circumferential width thereof increases stepwise outward in the radial direction. It is formed in a step shape. In the first and second slot portions 24a and 24b, the slot accommodating portions of the two continuous conductor wires 31A and 31B are accommodated in a line in the radial direction, and the circumferences of the slot accommodating portions of the continuous conductor wires 31A and 31B are accommodated. The width in the direction corresponds to the circumferential width of the first and second slot portions 24a and 24b in which the slot accommodating portions are accommodated, and the radial length of the slot accommodating portions of the continuous conductor wires 31A and 31B is accommodated in the slot accommodating portions. This corresponds to a length obtained by dividing the radial lengths of the first and second slot portions 24a and 24b by the number of slot storage portions stored therein.
Description
この発明は、車両用交流発電機などの回転電機の固定子に関し、特に固定子鉄心のスロット形状に関するものである。 The present invention relates to a stator of a rotating electrical machine such as a vehicular AC generator, and more particularly to a slot shape of a stator core.
車両用回転電機の一種である車両用交流発電機は、エンジンの回転トルクがクランク軸からベルトを介してプーリに伝達されて駆動される。そして、近年、車両の装置の電動化に伴い、発電機の出力向上、高効率化が望まれている。この出力向上および高効率化には、損失の大きい固定子巻線の抵抗を低減することが必要となる。
固定子巻線の抵抗を低減させるには、固定子巻線の素線を納めるスロットの断面積を拡大することが必要となる。そして、スロットの断面積を拡大する手立ては、径方向のスロット深さを拡大すること、もしくは周方向のスロットの幅を拡大することである。A vehicular AC generator, which is a type of vehicular rotating electrical machine, is driven by transmitting rotational torque of an engine from a crankshaft to a pulley via a belt. In recent years, with the electrification of vehicle devices, improvement in the output of the generator and higher efficiency are desired. In order to improve the output and increase the efficiency, it is necessary to reduce the resistance of the stator winding having a large loss.
In order to reduce the resistance of the stator winding, it is necessary to increase the cross-sectional area of the slot that accommodates the strand of the stator winding. A means for increasing the cross-sectional area of the slot is to increase the slot depth in the radial direction or to increase the width of the slot in the circumferential direction.
しかし、スロットの幅を拡大することは、磁気回路であるティースの幅を狭くすることになる。そして、ティースの幅が狭くなると、ティースを通過する磁束密度が上がり、磁気飽和により発電量が低下してしまう。
一方、スロットの幅を一定（平行スロット形状）としてスロットの深さを深くすると、スロットはその深さ方向を径方向に一致させて周方向に配列されているので、ティースの幅が径方向外方に徐々に広くなる扇形となる。そのため、ティースの内周付近では磁束密度が高く、ティースの外周に行くほど磁束密度が低くなり、磁束密度のアンバランスを生じ、磁束密度設計を最適化できない。However, enlarging the width of the slot reduces the width of the teeth that are magnetic circuits. And if the width | variety of a tooth | gear becomes narrow, the magnetic flux density which passes a tooth | gear will rise and the electric power generation amount will fall by magnetic saturation.
On the other hand, if the slot width is constant (parallel slot shape) and the slot depth is increased, the slots are arranged in the circumferential direction with the depth direction aligned with the radial direction. It becomes a fan shape that gradually widens. For this reason, the magnetic flux density is high in the vicinity of the inner periphery of the teeth, and the magnetic flux density decreases as it goes to the outer periphery of the teeth, resulting in an imbalance of the magnetic flux density, and the magnetic flux density design cannot be optimized.
このことから、ティースの幅を一定（平行ティース形状）としてスロットの深さを深くすることが有効となる。この場合、スロットの幅が径方向外方に徐々に広くなる扇形となる。
こうすることは、産業機のように、百〜数百Ｖの回転電機では、さしたる障害とはならない。つまり、産業機では、電流自体がそれほど大きくなく、巻き数が多いことから、素線自体が細く、これを束ねてコイルとしている。そこで、スロットの形状が変化しても、束状の素線がスロット形状にならって適当に配置され、スロットの断面積に対する素線の占める割合である占積率を大きくできる。For this reason, it is effective to make the width of the teeth constant (parallel tooth shape) and to increase the depth of the slot. In this case, the slot has a sector shape in which the width of the slot gradually increases outward in the radial direction.
This is not a significant obstacle in a rotating electric machine of one hundred to several hundred volts like an industrial machine. That is, in the industrial machine, the current itself is not so large and the number of windings is large, so that the strands themselves are thin and bundled to form a coil. Therefore, even if the shape of the slot changes, the bundle-like strands are appropriately arranged following the slot shape, and the space factor, which is the ratio of the strands to the cross-sectional area of the slot, can be increased.
しかし、車両用交流発電機では、平行ティース形状とすることは大きな不具合を生じる。つまり、車両用交流発電機では、１２〜１４Ｖという低電圧で１００Ａを超える大電流を流すので、素線はφ１〜２ｍｍと太くなる。また、スロットの幅も、素線の太さと同程度となる。さらに、最良生産を前提とするため、産業機のように素線の束という設計が成立しない。そこで、太い連続線からなる素線をスロットに巻装し難くなり、占積率を大きくできない。 However, in the vehicle AC generator, the parallel teeth shape causes a serious problem. That is, in the vehicle alternator, since a large current exceeding 100 A flows at a low voltage of 12 to 14 V, the strands are as thick as φ1 to 2 mm. The width of the slot is about the same as the thickness of the wire. Furthermore, since it is premised on the best production, the design of a bundle of strands as in the industrial machine is not realized. Therefore, it becomes difficult to wind a wire consisting of a thick continuous line around the slot, and the space factor cannot be increased.
このような状況を鑑み、素線としてＵ字状の導体セグメントを用い、導体セグメントを平行ティース形状とする扇状の断面形状のスロット内に径方向に１列に収納していた。この従来の車両用交流発電機では、１列に並んだ導体セグメント全体の断面形状をスロットの扇状の断面形状に適合するように、各導体セグメントを異なる断面形状に形成して、占積率を大きくしていた（例えば、特許文献１参照）。 In view of such a situation, U-shaped conductor segments are used as the strands, and the conductor segments are housed in a row in a radial direction in a fan-shaped cross-sectional slot having parallel teeth. In this conventional vehicle alternator, each conductor segment is formed in a different cross-sectional shape so that the cross-sectional shape of the entire conductor segment arranged in a row matches the fan-shaped cross-sectional shape of the slot, and the space factor is increased. It was enlarged (for example, refer to Patent Document 1).
このように、従来の車両用交流発電機の固定子では、スロット内の径方向位置に応じた断面形状の異なる導体セグメントを用意する必要があった。また、この種の車両用交流発電機の固定子では、通常、４〜８本の導体の一部であるスロット収納部をスロット内に径方向に１列に配列していた。
そこで、従来の車両用交流発電機の固定子では、例えば、８ターンの巻線を作製する場合には、８種類の断面形状の異なる導体セグメントが必要となり、部品点数が増加するとともに、生産工程が複雑なものとなるという課題があった。Thus, in the conventional stator for a vehicle alternator, it is necessary to prepare conductor segments having different cross-sectional shapes corresponding to the radial positions in the slots. Further, in this type of vehicle alternator stator, slot accommodating portions, which are usually part of 4 to 8 conductors, are arranged in a row in the radial direction in the slot.
Therefore, in a conventional stator for an automotive alternator, for example, when an eight-turn winding is produced, eight types of conductor segments having different cross-sectional shapes are required, which increases the number of parts and the production process. There is a problem that becomes complicated.
この発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、周方向幅が径方向外方にステップ状に大きくなるように矩形断面のスロット部を連設して所定のスロット断面積を確保し、スロット部毎に対応する断面形状のスロット収納部を収納させて断面積の異なる導体の種類を低減して、部品点数を削減でき、かつ生産工程を簡略化できる回転電機の固定子を得ることを目的とする。 The present invention has been made to solve such a problem, and a rectangular slot section is continuously provided so that the circumferential width is increased stepwise outward in the radial direction. The stator of a rotating electrical machine that can reduce the number of parts and can simplify the production process by securing a slot and storing a slot storage portion having a cross-sectional shape corresponding to each slot portion to reduce the types of conductors having different cross-sectional areas. The purpose is to obtain.
この発明による回転電機の固定子は、スロットが開口を内周側に向けて周方向所定ピッチで配列された円筒状の固定子鉄心と、複数本の導体が導体の一部であるスロット収納部を上記スロット内に収納して上記固定子鉄心に巻装された複数の巻線からなる固定子巻線と、を備えている。上記スロットは、それぞれ断面矩形に形成された複数のスロット部を径方向に連設して、それぞれの上記スロット部の周方向幅が径方向外方にステップ状に広くなる複数段を有する形状に形成され、それぞれの上記スロット部には、上記スロット収納部が径方向に１列に並んで偶数本収納されている。上記スロット収納部の周方向幅は、上記スロット収納が収納される上記スロット部の周方向幅に対応し、上記スロット収納部の径方向長さは、上記スロット収納部が収納される上記スロット部の径方向長さを上記スロット部に収納されている上記スロット収納部の本数で除した長さに対応している。 A stator of a rotating electrical machine according to the present invention includes a cylindrical stator core in which slots are arranged at a predetermined pitch in the circumferential direction with openings facing the inner peripheral side, and a slot housing portion in which a plurality of conductors are part of the conductor. And a stator winding composed of a plurality of windings wound around the stator core. The slot has a shape having a plurality of steps in which a plurality of slot portions each having a rectangular cross section are continuously provided in the radial direction, and the circumferential width of each slot portion is increased stepwise outward in the radial direction. In each of the slot portions, an even number of the slot storage portions are stored in a line in the radial direction. The circumferential width of the slot accommodating portion corresponds to the circumferential width of the slot accommodating the slot accommodating, and the radial length of the slot accommodating portion is the slot accommodating the slot accommodating portion. Corresponds to a length obtained by dividing the length in the radial direction by the number of the slot accommodating portions accommodated in the slot portion.
この発明によれば、スロットの周方向幅が径方向外方にステップ状に広くなる複数段を有する形状に形成されているので、周方向幅が径方向に関して一定な平行スロット形状のスロットに比べて、大きなスロット断面積を確保することができる。また、スロット収納部の周方向幅はスロット収納部が収納されるスロット部の周方向幅に対応し、かつスロット収納部の径方向長さはスロット収納部が収納されるスロット部の径方向長さをスロット部に収納されているスロット収納部の本数で除した長さに対応しているので、大きな占積率を確保しつつ、断面積の異なる導体の種類がスロット部の段数と同数ですみ、部品点数を削減でき、生産工程が簡略化される。 According to the present invention, since the circumferential width of the slot is formed in a shape having a plurality of steps that increase stepwise outward in the radial direction, the circumferential width is constant compared to the parallel slot shape slot in the radial direction. Thus, a large slot cross-sectional area can be secured. In addition, the circumferential width of the slot accommodating portion corresponds to the circumferential width of the slot accommodating the slot accommodating portion, and the radial length of the slot accommodating portion is the radial length of the slot accommodating the slot accommodating portion. Corresponds to the length divided by the number of slot storage parts stored in the slot part, so the number of conductors with different cross-sectional areas is the same as the number of stages in the slot part while ensuring a large space factor. Therefore, the number of parts can be reduced and the production process is simplified.
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係る固定子が実装された車両用交流発電機を模式的に示す断面図、図２はこの発明の実施の形態１に係る車両用交流発電機の固定子を示す斜視図、図３はこの発明の実施の形態１に係る車両用交流発電機の固定子の構成を説明する要部拡大断面図、図４はこの発明の実施の形態１に係る車両用交流発電機の固定子鉄心の構成を説明する要部拡大断面図である。なお、図２では、説明の便宜上、導線の接合部を省略している。
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing an automotive alternator on which a stator according to
図１乃至図４において、車両用交流発電機１は、それぞれ略椀形状のアルミ製のフロントブラケット２とリヤブラケット３とからなるケース４と、シャフト５をケース４に軸受を介して支持されて、ケース４内に回転自在に配設された回転子６と、ケース４のフロント側に延出するシャフト５の端部に固着されたプーリ９と、回転子６の軸方向の両端面に固定されたファン１０と、回転子６に対して一定の空隙を有して、回転子６の外周を囲繞してケース４に固定された固定子２０と、シャフト５のリヤ側に固定され、回転子６に電流を供給する一対のスリップリング１１と、各スリップリング１１に摺動するようにケース４内に配設された一対のブラシ１２と、を備えている。さらに、固定子２０で生じた交流を直流に整流する整流器１３、固定子２０で生じた交流電圧の大きさを調整する電圧調整器１４などがケース４内に配設されている。
1 to 4, an
回転子６は、励磁電流が流されて磁束を発生する界磁コイル７と、界磁コイル７を覆うように設けられ、その磁束によって磁極が形成されるポールコア８と、シャフト５と、を備えている。そして、ポールコア８はその軸心位置に貫装されたシャフト５に固着されている。
The
固定子２０は、円筒状の固定子鉄心２１と、固定子鉄心２１に巻装され、回転子６の回転に伴い、界磁コイル７からの磁束の変化で交流が生じる固定子巻線２５と、を備えている。
固定子鉄心２１は、円環状のコアバック２２と、コアバック２２の内周側に周方向に所定ピッチで配列されて、それぞれコアバック２２の内周側から一体に径方向内方に延出された複数のティース２３と、コアバック２２と隣り合うティース２３とで構成される内周側に開口する複数のスロット２４と、を備えている。The
The
また、各ティース２３は、内周側周方向幅ｘ1と外周側周方向幅ｘ2とを有する扇形状をなす内周側の第１ティース部２３ａと、内周側周方向幅ｘ3と外周側周方向幅ｘ4とを有する扇形状をなし、第１ティース部２３ａから外周側に連設された第２ティース部２３ａとからなる２段の形状に形成されている。そこで、各スロット２４は、周方向幅ａを有する平行スロット形状をなす内周側の第１スロット部２４ａと、周方向幅ｂを有する平行スロット形状をなし、第１スロット部２４ａから外周側に連設された第２スロット部２４ｂとからなる２段の形状に形成されている。Moreover, each
各スロット２４には、固定子巻線２５を構成する４本の導体としての連続導体線３１Ａ，３１Ｂが径方向に１列に並んで収納されている。そして、第１スロット部２４ａには、２本の矩形断面に形成された第１連続導体線３１Ａの一部であるスロット収納部３２ａが収納され、第２スロット部２４ｂには、２本の矩形断面に形成された第２連続導体線３１Ｂの一部であるスロット収納部３２ｂが収納されている。
In each
ここで、スロット数をｎｓ、第１スロット部２４ａの内周辺および外周辺の半径をｒ1，ｒ2、第２スロット部２４ｂの外周辺の半径をｒ3とすると、第１ティース部２３ａおよび第２ティース部２３ｂの各寸法ｘ1，ｘ2，ｘ3，ｘ4は、下記の式で表される。
ｘ1＝（２πｒ1／ｎｓ）−ａ
ｘ2＝（２πｒ2／ｎｓ）−ａ
ｘ3＝（２πｒ2／ｎｓ）−ｂ
ｘ4＝（２πｒ3／ｎｓ）−ｂ
なお、寸法ｘ1，ｘ2，ｘ3，ｘ4の大小関係は、ｘ1＝ｘ3、ｘ4＞ｘ3、および、ｘ2＞ｘ1としている。Here, when the number of slots is ns, the radii of the inner periphery and the outer periphery of the
x 1 = (2πr 1 / ns) −a
x 2 = (2πr 2 / ns) −a
x 3 = (2πr 2 / ns) −b
x 4 = (2πr 3 / ns) −b
In addition, the magnitude relationship of the dimensions x 1 , x 2 , x 3 , and x 4 is x 1 = x 3 , x 4 > x 3 , and x 2 > x 1 .
一般的に、周方向の幅が径方向外方に徐々に広くなる扇形となるティースの場合、ティースの内周付近では磁束密度が高く、ティースの外周に行くほど磁束密度が低くなる。言い換えれば、ティースを通過する磁束量は、ティースの内周側の周方向幅によって決定される。そこで、所望の発電量が得られるようにティースの内周側の周方向幅を決定することになる。このティースの内周側の周方向幅はｘ1となる。この時、スロットは平行スロット形状となる。
一方、周方向の幅が径方向に関して常に一定の平行ティースの場合、ティースの磁束密度は径方向に関して一定となる。そこで、この平行ティースの周方向幅はｘ1となる。この時、スロットは扇状スロット形状となる。Generally, in the case of a tooth having a sector shape in which the circumferential width gradually increases outward in the radial direction, the magnetic flux density is high near the inner periphery of the tooth, and the magnetic flux density is decreased toward the outer periphery of the tooth. In other words, the amount of magnetic flux passing through the teeth is determined by the circumferential width on the inner peripheral side of the teeth. Therefore, the circumferential width on the inner peripheral side of the teeth is determined so that a desired power generation amount can be obtained. The circumferential width of the inner circumferential side of the tooth becomes x 1. At this time, the slot has a parallel slot shape.
On the other hand, in the case of parallel teeth in which the circumferential width is always constant in the radial direction, the magnetic flux density of the teeth is constant in the radial direction. Therefore, the circumferential width of the parallel teeth becomes x 1. At this time, the slot has a fan-shaped slot shape.
本ティース２３では、寸法ｘ1，ｘ2，ｘ3，ｘ4の大小関係を、ｘ1＝ｘ3、ｘ4＞ｘ3、および、ｘ2＞ｘ1としている。そこで、本ティース２３は、磁束密度の径方向位置でのアンバランスが最小に抑制され、上述の平行スロット形状を構成するティースおよび扇状スロット形状を構成するティースと同等の磁束量を通過させることができる。また、スロット２４のスロット断面積は、平行スロット形状のスロット断面積より大きくでき、扇状スロット形状のスロット断面積に近づけるができる。In the
また、スロット２４が断面矩形の第１および第２スロット部２４ａ，２４ｂから構成されているので、収納される第１および第２連続導体線３１Ａ，３１Ｂのスロット収納部３２ａ，３２ｂを第１および第２スロット部２４ａ，２４ｂの断面形状に適合する矩形断面に形成しやすい。つまり、スロット収納部３２ａの周方向幅を第１スロット部２４ａの周方向幅に対応させ、径方向長さを第１スロット部２４ａの径方向長さを収納本数（ここでは２）で除した長さに対応させるようにスロット収納部３２ａの断面形状を形成する。同様に、スロット収納部３２ｂの周方向幅を第２スロット部２４ｂの周方向幅に対応させ、径方向長さを第２スロット部２４ｂの径方向長さを収納本数（ここでは２）で除した長さに対応させるようにスロット収納部３２ｂの断面形状を形成する。そこで、スロット２４と第１および第２連続導体線３１Ａ，３１Ｂのスロット収納部３２ａ，３２ｂとの間の無駄なスペースが低減され、占積率を高めることができる。
Further, since the
また、第１スロット部２４ａには、同一断面形状の２本の第１連続導体線３１Ａのスロット収納部３２ａが収納され、第２スロット部２４ｂには、同一断面形状の２本の第２連続導体線３１Ｂのスロット部３２ｂが収納されている。そこで、２種類の第１および第２連続導体線３１Ａ，３１Ｂを用いて４ターンの固定子巻線２５を作製できるので、部品点数を削減でき、生産工程を簡略化することができる。
The
このように、この実施の形態１によれば、太い第１および第２連続導体線３１Ａ，３１Ｂを用いても、生産性を犠牲とすることなく、スロット２４の断面積を拡大することができる。そこで、固定子巻線２５で生じる銅損が少なくなり、高効率な車両用交流発電機が実現され、車両の燃費改善に貢献できる。
また、回転子６に固着されたファン１０の回転により固定子巻線２５を冷却している。そして、固定子巻線２５で生じる銅損を低減できるので、固定子巻線２５を冷却するための風量を少なくでき、小さなサイズのファン１０を用いることができる。その結果、ファン１０による騒音も低減できる。Thus, according to the first embodiment, the cross-sectional area of the
In addition, the stator winding 25 is cooled by the rotation of the
また、この車両用交流発電機は、ベルトを介してプーリ９に伝達されたエンジンの回転トルクにより駆動されるので、ベルトのバラツキに起因して大きな騒音が発生し、あるいはベルト寿命が短くなる。そこで、ベルトのバラツキから起こる騒音やベルト寿命の問題を解決するために、回転子６の径を小さくして、回転子６の慣性モーメントを下げることが望まれる。しかし、回転子６の径を小さくすると、界磁コイル７のターン数が少なくなり、必要な界磁起磁力が得られなくなる。この実施の形態１によれば、スロット２４が第１および第２スロット部２４ａ，２４ｂからなる２段の形状に構成されているので、回転子６の径を小さくした分、固定子鉄心２１の内径を小さくして、鉄心磁束密度の径方向位置でのアンバランスを最小に抑制しつつ、スロット２４の断面積を大きくすることができる。そこで、回転子６の径を小さくしても、第１および第２連続導体線３１Ａ，３１Ｂの断面積を大きくでき、固定子巻線２５の巻線抵抗を低減できるので、回転子６の径を小さくすることに起因する出力の低下を抑えて、低騒音、かつ長ベルト寿命の車両用交流発電機を実現できる。
In addition, since this vehicular AC generator is driven by the rotational torque of the engine transmitted to the pulley 9 via the belt, a large noise is generated due to belt variations or the belt life is shortened. Therefore, in order to solve the problem of noise and belt life caused by belt variations, it is desired to reduce the inertia moment of the
ついで、スロット２４の段位置の設定方法について説明する。つまり、第１スロット部２４ａと第２スロット部２４ｂとの境界線の径方向位置を変えることで、スロット断面積を調整することができる。
Next, a method for setting the step position of the
まず、スロット断面積Ｓは式（１）で表される。
Ｓ＝ａ（ｒ2−ｒ1）＋ｂ（ｒ3−ｒ2） ・・・（式１）
段位置を規定するパラメータｋは、スロット２４のスロット深さ（径方向長さ）に対する第１スロット部２４ａのスロット深さ（径方向長さ）の割合であり、次式で表される。
ｋ＝（ｒ2−ｒ1）／（ｒ3−ｒ1） （０＜ｋ＜１）
ｒ2は上式から次式で表される。
ｒ2＝ｒ1＋ｋ（ｒ3−ｒ1）
第１スロット部２４ａの周方向幅ａと第２スロット部２４ｂの周方向幅ｂとの関係は、次式で表される。
ｂ＝ｍ・ａ （但し、ｍ＞１）First, the slot cross-sectional area S is expressed by equation (1).
S = a (r 2 −r 1 ) + b (r 3 −r 2 ) (Formula 1)
The parameter k that defines the step position is the ratio of the slot depth (radial length) of the
k = (r 2 −r 1 ) / (r 3 −r 1 ) (0 <k <1)
r 2 is expressed by the following equation from the above equation.
r 2 = r 1 + k (r 3 −r 1 )
The relationship between the circumferential width a of the
b = m · a (where m> 1)
ここで、ｘ1＝ｘ3の制約から、式（２）が導かれる。
（２πｒ1／ｎｓ）−ａ＝（２πｒ2／ｎｓ）−ｂ
ｂ＝（２π／ｎｓ）（ｒ2−ｒ1）＋ａ ・・・（式２）Here, Expression (2) is derived from the constraint of x 1 = x 3 .
(2πr 1 / ns) −a = (2πr 2 / ns) −b
b = (2π / ns) (r 2 −r 1 ) + a (Expression 2)
式２に、ｂ、ｒ2を代入すると、式（３）が導かれる。
ｍａ＝（２π／ｎｓ）｛ｒ1＋（ｒ3−ｒ1）ｋ−ｒ1｝＋ａ
＝（２π／ｎｓ）ｋ（ｒ3−ｒ1）＋ａ ・・・（式３）
式（１）にｂ、ｒ2を代入すると、式（４）が導かれる。
Ｓ＝ａ（ｒ3−ｒ1）（ｋ＋ｍ−ｍｋ） ・・・（式４）
式（４）からｍを消去すると、式（５）が導かれる。
Ｓ＝（ｒ3−ｒ1）｛ａｋ＋（２π／ｎｓ）ｋ（ｒ3−ｒ1）＋ａ−（２π／ｎｓ）ｋ（ｒ3−ｒ1）ｋ−ａｋ｝
＝（ｒ3−ｒ1）[−（２π／ｎｓ）（ｒ3−ｒ1）｛ｋ−（１／２）｝2＋ａ＋（π／ｎｓ）（ｒ3−ｒ1）／２] ・・・（式５）Substituting b and r 2 into Equation 2 yields Equation (3).
ma = (2π / ns) {r 1 + (r 3 −r 1 ) k−r 1 } + a
= (2π / ns) k (r 3 −r 1 ) + a (Formula 3)
Substituting b and r 2 into equation (1) leads to equation (4).
S = a (r 3 −r 1 ) (k + m−mk) (Formula 4)
Erasing m from equation (4) leads to equation (5).
S = (r 3 −r 1 ) {ak + (2π / ns) k (r 3 −r 1 ) + a− (2π / ns) k (r 3 −r 1 ) k−ak}
= (R 3 −r 1 ) [− (2π / ns) (r 3 −r 1 ) {k− (1/2)} 2 + a + (π / ns) (r 3 −r 1 ) / 2] (Formula 5)
ここで、式５で表されるスロット断面積Ｓと周方向幅をａとする段のない平行スロット形状のスロット断面積Ｓ0との面積比（Ｓ／Ｓ0）とｋとの関係を図５に示す。
図５から、式５で表されるスロット断面積Ｓは、ｋ＝０．５の時を最大値とする上に凸のカーブとなる。そして、ｋが０．２より大きく、かつ０．８未満の範囲であれば、スロット断面積Ｓを、周方向幅をａとする段のない平行スロット形状のスロット断面積Ｓ0に対して、１０％以上拡大することができる。つまり、ｋを０．２より大きく、０．８未満に設定することが望ましい。Here, the relationship between the area ratio (S / S 0 ) between the slot cross-sectional area S expressed by
From FIG. 5, the slot cross-sectional area S represented by
つぎに、固定子２０の製造方法について説明する。
まず、図６に示される第１および第２巻線組立体３０Ａ，３０Ｂを用意する。
図６の（ａ）に示される第１巻線組立体３０Ａは、例えば、１２本の連続導体線３１Ａを巻線成形装置（図示せず）に同時に連続して供給して作製される。そして、１２本の連続導体線３１Ａは、巻線成形装置により、１スロットピッチで配列された状態で一括して折り曲げ成形される。この第１巻線組立体３０Ａは、図６の（ａ）中紙面と直交する方向に隣接する直線状のスロット収納部３２ａの対が、１スロットピッチでスロット数分配列されており、６スロット離れたスロット収納部３２ａの端部同士がターン部３３ａで連結されて構成されている。そして、１２本の連続導体線３１Ａの端部３１ａが、第１巻線組立体３０Ａの両側両端に６本ずつ延出されている。ここで、連続導体線３１Ａは、絶縁被覆された銅線からなり、第１スロット部２４ａの周方向幅とほぼ等しい長さの辺と、第１スロット部２４ａの径方向長さを２で除した長さとほぼ等しい長さの辺とからなる断面矩形に作製されている。Next, a method for manufacturing the
First, first and second winding
The first winding
図６の（ｂ）に示される第２巻線組立体３０Ｂは、同様に、１２本の連続導体線３１Ｂを巻線成形装置に同時に連続して供給して作製される。そして、１２本の連続導体線３１Ｂは、巻線成形装置により、１スロットピッチで配列された状態で一括して折り曲げ成形される。この第２巻線組立体３０Ｂは、図６の（ｂ）中紙面と直交する方向に隣接する直線状のスロット収納部３２ｂの対が、１スロットピッチでスロット数分配列されており、６スロット離れたスロット収納部３２ｂの端部同士がターン部３３ｂで連結されて構成されている。そして、１２本の連続導体線３１Ｂの端部３１ｂが、第２巻線組立体３０Ｂの両側両端に６本ずつ延出されている。また、折り曲げ成形時に、所定の時点で該当する連続導体線３１Ｂの供給量を多くして、後工程で曲げ成形される導体端部３４を第２巻線組立体３０Ｂのターン部３３ｂから延出させている。ここで、連続導体線３１Ｂは、絶縁被覆された銅線からなり、第２スロット部２４ｂの周方向幅とほぼ等しい長さの辺と、第２スロット部２４ｂの径方向長さを２で除した長さとほぼ等しい長さの辺とからなる断面矩形に作製されている。
Similarly, the second winding
ついで、磁性鋼板をプレス成形して、ティース部、スロット部およびコアバック部を有する帯状の磁性板を作製する。そして、ティース部、スロット部およびコアバック部を重ねて所定枚の磁性板を積層・一体化して、直方体の積層鉄心３５を作製する。この積層鉄心３５は、図７の（ａ）に示されるように、コアバック３５ａ、コアバック３５ａの長さ方向に所定のピッチで配列され、それぞれコアバック３５ａから一側に延出するティース３５ｂ、コアバック３５ａと隣り合うティース３５ｂとで構成されるスロット３５ｃを有する。
Next, the magnetic steel plate is press-molded to produce a belt-like magnetic plate having a teeth portion, a slot portion, and a core back portion. Then, the teeth portion, the slot portion, and the core back portion are overlapped, and a predetermined number of magnetic plates are laminated and integrated to produce a rectangular parallelepiped laminated
ついで、図７の（ｂ）に示されるように、第１および第２巻線組立体３０Ａ，３０Ｂを積層し、積層鉄心３５をコアバック３５ａ側に曲げてスロット３５ｃの開口を拡張し、スロット収納部３２ａ，３２ｂを各スロット３５ｃ内に挿入する。その後、図７の（ｃ）に示されるように、積層鉄心３５をコアバック３５ａ側に曲げるのを止め、第１および第２巻線組立体３０Ａ，３０Ｂが積層鉄心３５に装着される。
Next, as shown in FIG. 7B, the first and second winding
ついで、積層鉄心３５を円筒状に曲げ、曲げられた積層鉄心３５の両端面を突き合わせ、その突き合わせ部を溶接して、円筒状の固定子鉄心２１を作製する。これにより、第１巻線組立体３０Ａは、各スロット２４の第１スロット部２４ａに巻装され、第２巻線組立体３０Ｂは、各スロット２４の第２スロット部２４ｂに巻装されている。そして、各スロット２４には、４本のスロット収納部３２ａ，３２ｂが径方向に１列に並んで収納されている。その後、連続導体線３１Ａ，３１Ｂの端部３１ａ，３１ｂ同士を接合し、さらに導体端部３４を用いて各巻線を結線し、所望の３相交流巻線からなる固定子巻線２５を作製し、図２に示される固定子２０を得る。
Next, the
なお、第１スロット部２４ａに巻装されている連続導体線３１Ａで構成される各巻線は、固定子鉄心２１の端面側のスロット外で折り返されて、６スロット毎の第１スロット部２４ａ内でスロット深さ方向に内層と外層とを交互にとるように巻装されている。同様に、第２スロット部２４ｂに巻装されている連続導体線３１Ｂで構成される各巻線は、固定子鉄心２１の端面側のスロット外で折り返されて、６スロット毎の第２スロット部２４ｂ内でスロット深さ方向に内層と外層とを交互にとるように巻装されている。
In addition, each coil | winding comprised by the
このように、固定子巻線２５が連続導体線３１Ａ，３１Ｂを用いて作製されているので、Ｕ字状の導体セグメントを用いる場合に比べて、接合箇所が著しく低減され、固定子２０の生産性を向上させることができる。
また、所定本数の連続導体線３１Ａ，３１Ｂを用いて第１および第２巻線組立体３０Ａ，３０Ｂを作製し、第１および第２巻線組立体３０Ａ，３０Ｂを重ねて直方体の積層鉄心３５に装着するようにしているので、太い連続導体線３１Ａ，３１Ｂを簡易にスロット２４に巻装することができる。
また、第１および第２巻線組立体３０Ａ，３０Ｂを直方体の積層鉄心３５に装着する際に、積層鉄心３５をコアバック３５ａ側に曲げて、スロット３５ｃの開口を拡張しているので、第１および第２巻線組立体３０Ａ，３０Ｂを積層鉄心３５に簡易に装着できると共に、装着時における連続導体線３１Ａ，３１Ｂの絶縁被膜の損傷の発生が抑制される。As described above, since the stator winding 25 is manufactured using the
Further, the first and second winding
Further, when the first and second winding
なお、上記実施の形態１では、スロット数が毎極毎相当たりの２の割合で形成されている固定子鉄心について説明しているが、スロット数は毎極毎相当たりの２の割合で形成されている固定子鉄心に限定されるものではなく、例えばスロット数は毎極毎相当たりの１の割合で形成されている固定子鉄心であってもよい。この場合、第１および第２巻線組立体３０Ａ，３０Ｂは、それぞれ６本の連続導体線３１Ａ，３１Ｂを用いて作製される。
In the first embodiment, the stator core is described in which the number of slots is formed at a rate of 2 per phase per pole, but the number of slots is formed at a rate of 2 per phase per pole. For example, the number of slots may be a stator core formed at a ratio of 1 per pole per phase. In this case, the first and second winding
また、上記実施の形態１では、固定子巻線の各相巻線が４ターンの巻線で構成されるものとして説明しているが、固定子巻線の各相巻線は４ターンの巻線に限定されるものではなく、例えば各相巻線が８ターンの巻線で構成されてもよい。この場合、２つの第２巻線組立体３０Ｂを重ねて各スロット２４の第２スロット部２４ｂに収納し、２つの第１巻線組立体３０Ａを重ねて各スロット２４の第１スロット部２４ａに収納すればよい。あるいは、３つの第２巻線組立体３０Ｂを重ねて各スロット２４の第２スロット部２４ｂに収納し、１つの第１巻線組立体３０Ａを重ねて各スロット２４の第１スロット部２４ａに収納してもよい。このように、２種類の連続導体線３１Ａ，３１Ｂを用いて８ターンの固定子巻線を作製できる。
In the first embodiment, each phase winding of the stator winding is described as being composed of 4 turns. However, each phase winding of the stator winding is 4 turns. For example, each phase winding may be composed of an 8-turn winding. In this case, the two second winding
このように、本願の第１および第２スロット部２４ａ，２４ｂ、即ち各段のスロット部には、偶数本の連続導体線のスロット収納部が１列に並んで収納される。また、各段のスロット部に収納されるスロット収納部の本数は、必ずしも同じである必要はない。
As described above, the first and
また、上記実施の形態１では、予め断面矩形に作製された第１および第２連続導体線３１Ａ，３１Ｂを用いるものとしているが、連続導体線の断面は矩形断面に限定されず、例えば断面円形でもよい。この場合、第１スロット部２４ａの断面積を収納本数で除して得られた断面積を有する断面円形の連続導体線を用いて第１巻線組立体を作製し、プレス治具などを用いてそのスロット収納部を矩形断面に成形すればよい。同様に、第２スロット部２４ｂの断面積を収納本数で除して得られた断面積を有する断面円形の連続導体線を用いて第２巻線組立体を作製し、プレス治具などを用いてそのスロット収納部を矩形断面に成形すればよい。
In the first embodiment, the first and second
実施の形態２．
この実施の形態２では、図８に示されるように、固定子巻線２５Ａの３相交流巻線をΔＹ混合結線で構成している。そして、第１スロット部２４ａに収納されている第１連続導体線３１Ａで構成される巻線３６をΔ結線し、第１スロット部２４ａより断面積の大きい第２スロット部２４ｂに収納されている第２連続導体線３１Ｂで構成される巻線３７をＹ結線している。
なお、他の構成は上記実施の形態１と同様に構成されている。
In the second embodiment, as shown in FIG. 8, the three-phase AC winding of the stator winding 25A is configured by ΔY mixed connection. The winding 36 composed of the first
Other configurations are the same as those in the first embodiment.
ΔＹ混合結線では、Ｙ結線部には、Δ結線部に流れる電流値の√３倍の電流値（ピーク値）が流れる。この実施の形態２では、第１および第２スロット部２４ａ，２４ｂに収納される導体の本数が等しく、かつ第２スロット部２４ｂのスロット断面積を第１スロット部２４ａのスロット断面積より大きくしている。そして、スロット断面積の大きい第２スロット部２４ｂに収納されている第２連続導体線３１Ｂで構成される巻線３７をＹ結線しているので、大電流が流れるＹ結線部を構成する第２連続導体線３１Ｂの抵抗が小さくなり、Ｙ結線部における発熱量の増大が抑制される。また、第２連続導体線３１Ｂの表面積が大きくなるので、Ｙ結線部における発熱が第２連続導体線３１Ｂのターン部３３ｂから冷却風に効果的に放熱され、Ｙ結線部での過度の温度上昇が抑制される。
In the ΔY mixed connection, a current value (peak value) that is √3 times the current value flowing in the Δ connection portion flows in the Y connection portion. In the second embodiment, the number of conductors accommodated in the first and
ここで、理想的には、Δ結線部のターン数：Ｙ結線部のターン数＝√３：１として、Δ結線部に流れる電流値とＹ結線部に流れる電流値とを均衡化することが望ましい。しかし、ターン数は整数であることから、ターン数により両者に流れる電流値を均衡化することはできない。
そこで、実施の形態２において、第１スロット部２４ａの断面積：第２スロット部２４ｂの断面積＝１：√３を満足するようにｋを設定し、第１スロット部２４ａに収納されている第１連続導体線３１Ａで構成される巻線３６をΔ結線し、第２スロット部２４ｂに収納されている第２連続導体線３１Ｂで構成される巻線３７をＹ結線してもよい。この場合、Δ結線部に流れる電流値とＹ結線部に流れる電流値とを均衡化することができる。Here, ideally, the number of turns of the Δ connection portion: the number of turns of the Y connection portion = √3: 1 is set, and the current value flowing through the Δ connection portion and the current value flowing through the Y connection portion may be balanced. desirable. However, since the number of turns is an integer, the current value flowing through both cannot be balanced by the number of turns.
Therefore, in the second embodiment, k is set so as to satisfy the cross-sectional area of the
なお、上記実施の形態２では、第２スロット部２４ｂの断面積を第１スロット部２４ａの断面積より大きくし、第２スロット部２４ｂに収納されている第２連続導体線３１Ｂで構成される巻線３７をＹ結線しているが、第１スロット部２４ａの断面積を第２スロット部２４ｂの断面積より大きくし、第１スロット部２４ａに収納されている第１連続導体線３１Ａで構成される巻線３６をＹ結線してもよい。
さらに、第１スロット部２４ａの断面積：第２スロット部２４ｂの断面積＝√３：１を満足するようにｋを設定し、第１スロット部２４ａに収納されている第１連続導体線３１Ａで構成される巻線３６をＹ結線し、第２スロット部２４ｂに収納されている第２連続導体線３１Ｂで構成される巻線３７をΔ結線してもよい。In the second embodiment, the cross-sectional area of the
Further, k is set so as to satisfy the cross-sectional area of the
なお、上記実施の形態２では、２つのスロット部に収納されている導体線のスロット収納部の本数が等しい時、スロット断面積の大きいスロット部に収納されている導体線で構成される巻線をＹ結線し、スロット断面積の小さいスロット部に収納されている導体線で構成される巻線をΔ結線するものとしている。これにより、Ｙ結線される巻線の抵抗値はΔ結線される巻線の抵抗値より小さくなる。
しかし、この発明では、２つのスロット部に収納されているスロット収納部の本数が必ずしも同じである必要はない。つまり、一方のスロット部に収納されている導体線のスロット収納部の本数が他方のスロット部に収納されている導体線のスロット収納部の本数以下で、かつ一方のスロット部に収納されているスロット収納部の導体断面積が他方のスロット部に収納されているスロット収納部の導体断面積より大きい場合に、一方のスロット部に収納されている導体線で構成される巻線をＹ結線し、他方のスロット部に収納されている導体線で構成される巻線をΔ結線すればよい。この場合においても、Ｙ結線される巻線の抵抗値はΔ結線される巻線の抵抗値より小さくなり、Ｙ結線部における発熱量の増大が抑制される。In the second embodiment, when the number of the slot accommodating portions of the conductor wires accommodated in the two slot portions is equal, the winding composed of the conductor wires accommodated in the slot portion having a large slot cross-sectional area Are Y-connected, and a winding composed of a conductor wire housed in a slot portion having a small slot cross-sectional area is Δ-connected. As a result, the resistance value of the Y-connected winding is smaller than the resistance value of the Δ-connected winding.
However, in the present invention, the number of slot accommodating portions accommodated in the two slot portions is not necessarily the same. In other words, the number of the conductor housings accommodated in one slot is less than or equal to the number of the conductor housings accommodated in the other slot, and is accommodated in one slot. When the conductor cross-sectional area of the slot housing part is larger than the conductor cross-sectional area of the slot housing part housed in the other slot part, the winding composed of the conductor wire housed in one slot part is Y-connected. The winding formed of the conductor wire stored in the other slot portion may be Δ-connected. Even in this case, the resistance value of the Y-connected winding is smaller than the resistance value of the Δ-connected winding, and an increase in the amount of heat generated in the Y-connected portion is suppressed.
実施の形態３．
上記実施の形態１では、スロット２４が第１および第２スロット部２４ａ，２４ｂからなる２段の形状に形成されているものとしているが、この実施の形態３では、図９に示されるように、ティース２６がそれぞれ扇状の第１、第２および第３ティース部２６ａ，２６ｂ，２６ｃから３段の形状に形成され、スロット２７がそれぞれ矩形断面の第１、第２および第３スロット部２７ａ，２７ｂ，２７ｃを径方向に連設し、周方向幅が径方向外方にステップ状に大きくなる３段の形状に形成されている。そして、第１、第２および第３スロット部２７ａ，２７ｂ，２７ｃには、断面積の異なる導体としての連続導体線４０，４１，４２のスロット収納部４０ａ，４１ａ，４２ａが２本ずつ収納されている。
なお、他の構成は上記実施の形態１と同様に構成されている。
In the first embodiment, the
Other configurations are the same as those in the first embodiment.
この実施の形態３においても、スロット２７がそれぞれ矩形断面の第１、第２および第３スロット部２７ａ，２７ｂ，２７ｃからなる３段の形状に形成されているので、２段の形状のスロットに比べて、スロット断面積を、より扇状のスロット形状のスロット断面積に近づけることができる。
また、第１、第２および第３スロット部２７ａ，２７ｂ，２７ｃには、断面積の異なる連続導体線４０，４１，４２のスロット収納部４０ａ，４１ａ，４２ａが２本ずつ収納されているので、６ターンの固定子巻線を３種類の連続導体線４０，４１，４２を用いて構成でき、部品点数を削減でき、生産工程を簡略化することができる。Also in the third embodiment, since the
In addition, since the first, second and
なお、上記実施の形態３では、スロットを３段の形状に形成するものとしているが、スロットを４段以上の形状に形成しても良い。 In the third embodiment, the slot is formed in a three-stage shape, but the slot may be formed in a four-stage or more shape.
また、上記各実施の形態では、連続導体線を用いて固定子巻線を作製するものとしているが、連続導体線に代えてＵ字状の導体セグメントを用いて固定子巻線を作製してもよい。この場合、導体セグメントを円筒状の固定子鉄心の一端側から所定スロット数離れた各スロット対に差し込み、固定子鉄心の他端側に延出する導体セグメントの開放端同士を接合して、所定スロット数毎の各段のスロット部内でスロット深さ方向に内層と外層とを交互にとるように巻装された複数の巻線からなる固定子巻線が作製される。このように作製された固定子巻線においても、各段のスロット部には、偶数本の導体セグメントが収納され、使用する導体セグメントの種類はスロット部の段数と同数となり、部品点数を削減できる。また、接合箇所が多く、接合作業性が低下する反面、直方体の積層鉄心に巻線組立体を装着し、その積層鉄心を円筒状に曲げる工程が不要となる。 Further, in each of the above embodiments, the stator winding is manufactured using the continuous conductor wire, but the stator winding is manufactured using the U-shaped conductor segment instead of the continuous conductor wire. Also good. In this case, the conductor segment is inserted into each slot pair separated by a predetermined number of slots from one end side of the cylindrical stator core, and the open ends of the conductor segments extending to the other end side of the stator core are joined to each other. A stator winding composed of a plurality of windings wound so as to alternately take the inner layer and the outer layer in the slot depth direction in the slot portion of each stage for each number of slots is produced. Even in the stator winding manufactured in this way, an even number of conductor segments are accommodated in the slot portions of each stage, and the number of types of conductor segments to be used is the same as the number of stages of the slot portions, so that the number of parts can be reduced. . In addition, there are many joints, and the joining workability is reduced. On the other hand, a step of attaching the winding assembly to a rectangular parallelepiped laminated iron core and bending the laminated iron core into a cylindrical shape becomes unnecessary.
また、上記各実施の形態では、車両用交流発電機の固定子に適用するものとして説明しているが、この発明は、車両用交流発電機に限らず、車両用電動機や車両用発電電動機などの回転電機の固定子に適用しても、同様の効果を奏する。 Moreover, although each said embodiment demonstrated as what applies to the stator of a vehicle AC generator, this invention is not restricted to a vehicle AC generator, a vehicle motor, a vehicle generator motor, etc. Even when applied to the stator of a rotating electric machine, the same effect is obtained.
この発明は、車両用交流発電機などの回転電機の固定子およびその固定子の製造方法並びに回転電機の製造方法に関し、特に固定子鉄心のスロット形状に関するものである。 The present invention relates to a stator of a rotating electric machine such as an AC generator for a vehicle, a method of manufacturing the stator, and a method of manufacturing the rotating electric machine , and more particularly to a slot shape of a stator core.
車両用回転電機の一種である車両用交流発電機は、エンジンの回転トルクがクランク軸からベルトを介してプーリに伝達されて駆動される。そして、近年、車両の装置の電動化に伴い、発電機の出力向上、高効率化が望まれている。この出力向上および高効率化には、損失の大きい固定子巻線の抵抗を低減することが必要となる。
固定子巻線の抵抗を低減させるには、固定子巻線の素線を納めるスロットの断面積を拡大することが必要となる。そして、スロットの断面積を拡大する手立ては、径方向のスロット深さを拡大すること、もしくは周方向のスロットの幅を拡大することである。
A vehicular AC generator, which is a type of vehicular rotating electrical machine, is driven by transmitting rotational torque of an engine from a crankshaft to a pulley via a belt. In recent years, with the electrification of vehicle devices, improvement in the output of the generator and higher efficiency are desired. In order to improve the output and increase the efficiency, it is necessary to reduce the resistance of the stator winding having a large loss.
In order to reduce the resistance of the stator winding, it is necessary to increase the cross-sectional area of the slot that accommodates the strand of the stator winding. A means for increasing the cross-sectional area of the slot is to increase the slot depth in the radial direction or to increase the width of the slot in the circumferential direction.
しかし、スロットの幅を拡大することは、磁気回路であるティースの幅を狭くすることになる。そして、ティースの幅が狭くなると、ティースを通過する磁束密度が上がり、磁気飽和により発電量が低下してしまう。
一方、スロットの幅を一定（平行スロット形状）としてスロットの深さを深くすると、スロットはその深さ方向を径方向に一致させて周方向に配列されているので、ティースの幅が径方向外方に徐々に広くなる扇形となる。そのため、ティースの内周付近では磁束密度が高く、ティースの外周に行くほど磁束密度が低くなり、磁束密度のアンバランスを生じ、磁束密度設計を最適化できない。
However, enlarging the width of the slot reduces the width of the teeth that are magnetic circuits. And if the width | variety of a tooth | gear becomes narrow, the magnetic flux density which passes a tooth | gear will rise and the electric power generation amount will fall by magnetic saturation.
On the other hand, if the slot width is constant (parallel slot shape) and the slot depth is increased, the slots are arranged in the circumferential direction with the depth direction aligned with the radial direction. It becomes a fan shape that gradually widens. For this reason, the magnetic flux density is high in the vicinity of the inner periphery of the teeth, and the magnetic flux density decreases as it goes to the outer periphery of the teeth, resulting in an imbalance of the magnetic flux density, and the magnetic flux density design cannot be optimized.
このことから、ティースの幅を一定（平行ティース形状）としてスロットの深さを深くすることが有効となる。この場合、スロットの幅が径方向外方に徐々に広くなる扇形となる。
こうすることは、産業機のように、百〜数百Ｖの回転電機では、さしたる障害とはならない。つまり、産業機では、電流自体がそれほど大きくなく、巻き数が多いことから、素線自体が細く、これを束ねてコイルとしている。そこで、スロットの形状が変化しても、束状の素線がスロット形状にならって適当に配置され、スロットの断面積に対する素線の占める割合である占積率を大きくできる。
For this reason, it is effective to make the width of the teeth constant (parallel tooth shape) and to increase the depth of the slot. In this case, the slot has a sector shape in which the width of the slot gradually increases outward in the radial direction.
This is not a significant obstacle in a rotating electric machine of one hundred to several hundred volts like an industrial machine. That is, in the industrial machine, the current itself is not so large and the number of windings is large, so that the strands themselves are thin and bundled to form a coil. Therefore, even if the shape of the slot changes, the bundle-like strands are appropriately arranged following the slot shape, and the space factor, which is the ratio of the strands to the cross-sectional area of the slot, can be increased.
しかし、車両用交流発電機では、平行ティース形状とすることは大きな不具合を生じる。つまり、車両用交流発電機では、１２〜１４Ｖという低電圧で１００Ａを超える大電流を流すので、素線はφ１〜２ｍｍと太くなる。また、スロットの幅も、素線の太さと同程度となる。さらに、大量生産を前提とするため、産業機のように素線の束という設計が成立しない。そこで、太い連続線からなる素線をスロットに巻装し難くなり、占積率を大きくできない。 However, in the vehicle AC generator, the parallel teeth shape causes a serious problem. That is, in the vehicle alternator, since a large current exceeding 100 A flows at a low voltage of 12 to 14 V, the strands are as thick as φ1 to 2 mm. The width of the slot is about the same as the thickness of the wire. Furthermore, since it is premised on mass production, the design of a bundle of strands cannot be established like an industrial machine. Therefore, it becomes difficult to wind a wire consisting of a thick continuous line around the slot, and the space factor cannot be increased.
このような状況を鑑み、素線としてＵ字状の導体セグメントを用い、導体セグメントを平行ティース形状とする扇状の断面形状のスロット内に径方向に１列に収納していた。この従来の車両用交流発電機では、１列に並んだ導体セグメント全体の断面形状をスロットの扇状の断面形状に適合するように、各導体セグメントを異なる断面形状に形成して、占積率を大きくしていた（例えば、特許文献１参照）。 In view of such a situation, U-shaped conductor segments are used as the strands, and the conductor segments are housed in a row in a radial direction in a fan-shaped cross-sectional slot having parallel teeth. In this conventional vehicle alternator, each conductor segment is formed in a different cross-sectional shape so that the cross-sectional shape of the entire conductor segment arranged in a row matches the fan-shaped cross-sectional shape of the slot, and the space factor is increased. It was enlarged (for example, refer to Patent Document 1).
このように、従来の車両用交流発電機の固定子では、スロット内の径方向位置に応じた断面形状の異なる導体セグメントを用意する必要があった。また、この種の車両用交流発電機の固定子では、通常、４〜８本の導体の一部であるスロット収納部をスロット内に径方向に１列に配列していた。
そこで、従来の車両用交流発電機の固定子では、例えば、８ターンの巻線を作製する場合には、８種類の断面形状の異なる導体セグメントが必要となり、部品点数が増加するとともに、生産工程が複雑なものとなるという課題があった。
Thus, in the conventional stator for a vehicle alternator, it is necessary to prepare conductor segments having different cross-sectional shapes corresponding to the radial positions in the slots. Further, in this type of vehicle alternator stator, slot accommodating portions, which are usually part of 4 to 8 conductors, are arranged in a row in the radial direction in the slot.
Therefore, in a conventional stator for an automotive alternator, for example, when an eight-turn winding is produced, eight types of conductor segments having different cross-sectional shapes are required, which increases the number of parts and the production process. There is a problem that becomes complicated.
この発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、周方向幅が径方向外方にステップ状に大きくなるように矩形断面のスロット部を連設して所定のスロット断面積を確保し、スロット部毎に対応する断面形状のスロット収納部を収納させて断面積の異なる導体の種類を低減して、部品点数を削減でき、かつ生産工程を簡略化できる回転電機の固定子およびその固定子の製造方法並びに回転電機の製造方法を得ることを目的とする。 The present invention has been made to solve such a problem, and a rectangular slot section is continuously provided so that the circumferential width is increased stepwise outward in the radial direction. The stator of a rotating electrical machine that can reduce the number of parts and can simplify the production process by securing a slot and storing a slot storage portion having a cross-sectional shape corresponding to each slot portion to reduce the types of conductors having different cross-sectional areas. Another object of the present invention is to obtain a method for manufacturing the stator and a method for manufacturing the rotating electrical machine .
この発明による回転電機の固定子は、スロットが開口を内周側に向けて周方向所定ピッチで配列された円筒状の固定子鉄心と、複数本の導体が導体の一部であるスロット収納部を上記スロット内に収納して上記固定子鉄心に巻装された複数の巻線からなる固定子巻線と、を備えている。上記スロットは、それぞれ断面矩形に形成された複数のスロット部を径方向に連設して、それぞれの上記スロット部の周方向幅が径方向外方にステップ状に広くなる複数段を有する形状に形成され、それぞれの上記スロット部には、上記スロット収納部が径方向に１列に並んで偶数本収納されている。上記スロット収納部の周方向幅は、上記スロット収納が収納される上記スロット部の周方向幅に対応し、上記スロット収納部の径方向長さは、上記スロット収納部が収納される上記スロット部の径方向長さを上記スロット部に収納されている上記スロット収納部の本数で除した長さに対応している。さらに、上記スロットは、内周側の第１スロット部と外周側の第２スロット部とからなる２段形状に形成されており、上記スロットの径方向長さに対する上記第１スロット部の径方向長さの割合ｋが、０．２＜ｋ＜０．８を満足している。 A stator of a rotating electrical machine according to the present invention includes a cylindrical stator core in which slots are arranged at a predetermined pitch in the circumferential direction with openings facing the inner peripheral side, and a slot housing portion in which a plurality of conductors are part of the conductor. And a stator winding composed of a plurality of windings wound around the stator core. The slot has a shape having a plurality of steps in which a plurality of slot portions each having a rectangular cross section are continuously provided in the radial direction, and the circumferential width of each slot portion is increased stepwise outward in the radial direction. In each of the slot portions, an even number of the slot storage portions are stored in a line in the radial direction. The circumferential width of the slot accommodating portion corresponds to the circumferential width of the slot accommodating the slot accommodating, and the radial length of the slot accommodating portion is the slot accommodating the slot accommodating portion. Corresponds to a length obtained by dividing the length in the radial direction by the number of the slot accommodating portions accommodated in the slot portion. Further, the slot is formed in a two-stage shape including a first slot portion on the inner peripheral side and a second slot portion on the outer peripheral side, and the radial direction of the first slot portion with respect to the radial length of the slot The length ratio k satisfies 0.2 <k <0.8.
この発明によれば、スロットの周方向幅が径方向外方にステップ状に広くなる複数段を有する形状に形成されているので、周方向幅が径方向に関して一定な平行スロット形状のスロットに比べて、大きなスロット断面積を確保することができる。また、スロット収納部の周方向幅はスロット収納部が収納されるスロット部の周方向幅に対応し、かつスロット収納部の径方向長さはスロット収納部が収納されるスロット部の径方向長さをスロット部に収納されているスロット収納部の本数で除した長さに対応しているので、大きな占積率を確保しつつ、断面積の異なる導体の種類がスロット部の段数と同数ですみ、部品点数を削減でき、生産工程が簡略化される。 According to the present invention, since the circumferential width of the slot is formed in a shape having a plurality of steps that increase stepwise outward in the radial direction, the circumferential width is constant compared to the parallel slot shape slot in the radial direction. Thus, a large slot cross-sectional area can be secured. In addition, the circumferential width of the slot accommodating portion corresponds to the circumferential width of the slot accommodating the slot accommodating portion, and the radial length of the slot accommodating portion is the radial length of the slot accommodating the slot accommodating portion. Corresponds to the length divided by the number of slot storage parts stored in the slot part, so the number of conductors with different cross-sectional areas is the same as the number of stages in the slot part while ensuring a large space factor. Therefore, the number of parts can be reduced and the production process is simplified.
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係る固定子が実装された車両用交流発電機を模式的に示す断面図、図２はこの発明の実施の形態１に係る車両用交流発電機の固定子を示す斜視図、図３はこの発明の実施の形態１に係る車両用交流発電機の固定子の構成を説明する要部拡大断面図、図４はこの発明の実施の形態１に係る車両用交流発電機の固定子鉄心の構成を説明する要部拡大断面図である。なお、図２では、説明の便宜上、導線の接合部を省略している。
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing an automotive alternator on which a stator according to
図１乃至図４において、車両用交流発電機１は、それぞれ略椀形状のアルミ製のフロントブラケット２とリヤブラケット３とからなるケース４と、シャフト５をケース４に軸受を介して支持されて、ケース４内に回転自在に配設された回転子６と、ケース４のフロント側に延出するシャフト５の端部に固着されたプーリ９と、回転子６の軸方向の両端面に固定されたファン１０と、回転子６に対して一定の空隙を有して、回転子６の外周を囲繞してケース４に固定された固定子２０と、シャフト５のリヤ側に固定され、回転子６に電流を供給する一対のスリップリング１１と、各スリップリング１１に摺動するようにケース４内に配設された一対のブラシ１２と、を備えている。さらに、固定子２０で生じた交流を直流に整流する整流器１３、固定子２０で生じた交流電圧の大きさを調整する電圧調整器１４などがケース４内に配設されている。
1 to 4, an
回転子６は、励磁電流が流されて磁束を発生する界磁コイル７と、界磁コイル７を覆うように設けられ、その磁束によって磁極が形成されるポールコア８と、シャフト５と、を備えている。そして、ポールコア８はその軸心位置に貫装されたシャフト５に固着されている。
The
固定子２０は、円筒状の固定子鉄心２１と、固定子鉄心２１に巻装され、回転子６の回転に伴い、界磁コイル７からの磁束の変化で交流が生じる固定子巻線２５と、を備えている。
固定子鉄心２１は、円環状のコアバック２２と、コアバック２２の内周側に周方向に所定ピッチで配列されて、それぞれコアバック２２の内周側から一体に径方向内方に延出された複数のティース２３と、コアバック２２と隣り合うティース２３とで構成される内周側に開口する複数のスロット２４と、を備えている。
The
The
また、各ティース２３は、内周側周方向幅ｘ１と外周側周方向幅ｘ２とを有する扇形状をなす内周側の第１ティース部２３ａと、内周側周方向幅ｘ３と外周側周方向幅ｘ４とを有する扇形状をなし、第１ティース部２３ａから外周側に連設された第２ティース部２３ｂとからなる２段の形状に形成されている。そこで、各スロット２４は、周方向幅ａを有する平行スロット形状をなす内周側の第１スロット部２４ａと、周方向幅ｂを有する平行スロット形状をなし、第１スロット部２４ａから外周側に連設された第２スロット部２４ｂとからなる２段の形状に形成されている。
Moreover, each
各スロット２４には、固定子巻線２５を構成する４本の導体としての連続導体線３１Ａ，３１Ｂが径方向に１列に並んで収納されている。そして、第１スロット部２４ａには、２本の矩形断面に形成された第１連続導体線３１Ａの一部であるスロット収納部３２ａが収納され、第２スロット部２４ｂには、２本の矩形断面に形成された第２連続導体線３１Ｂの一部であるスロット収納部３２ｂが収納されている。
In each
ここで、スロット数をｎｓ、第１スロット部２４ａの内周辺および外周辺の半径をｒ１，ｒ２、第２スロット部２４ｂの外周辺の半径をｒ３とすると、第１ティース部２３ａおよび第２ティース部２３ｂの各寸法ｘ１，ｘ２，ｘ３，ｘ４は、下記の式で表される。
ｘ１＝（２πｒ１／ｎｓ）−ａ
ｘ２＝（２πｒ２／ｎｓ）−ａ
ｘ３＝（２πｒ２／ｎｓ）−ｂ
ｘ４＝（２πｒ３／ｎｓ）−ｂ
なお、寸法ｘ１，ｘ２，ｘ３，ｘ４の大小関係は、ｘ１＝ｘ３、ｘ４＞ｘ３、および、ｘ２＞ｘ１としている。
Here, assuming that the number of slots is ns, the radii of the inner periphery and the outer periphery of the
x 1 = (2πr 1 / ns) −a
x 2 = (2πr 2 / ns) -a
x 3 = (2πr 2 / ns) −b
x 4 = (2πr 3 / ns) −b
Incidentally, the magnitude relationship of the dimensions x 1, x 2, x 3 , x 4 is, x 1 = x 3, x 4> x 3, and is set to x 2> x 1.
一般的に、周方向の幅が径方向外方に徐々に広くなる扇形となるティースの場合、ティースの内周付近では磁束密度が高く、ティースの外周に行くほど磁束密度が低くなる。言い換えれば、ティースを通過する磁束量は、ティースの内周側の周方向幅によって決定される。そこで、所望の発電量が得られるようにティースの内周側の周方向幅を決定することになる。このティースの内周側の周方向幅はｘ１となる。この時、スロットは平行スロット形状となる。
一方、周方向の幅が径方向に関して常に一定の平行ティースの場合、ティースの磁束密度は径方向に関して一定となる。そこで、この平行ティースの周方向幅はｘ１となる。この時、スロットは扇状スロット形状となる。
Generally, in the case of a tooth having a sector shape in which the circumferential width gradually increases outward in the radial direction, the magnetic flux density is high near the inner periphery of the tooth, and the magnetic flux density is decreased toward the outer periphery of the tooth. In other words, the amount of magnetic flux passing through the teeth is determined by the circumferential width on the inner peripheral side of the teeth. Therefore, the circumferential width on the inner peripheral side of the teeth is determined so that a desired power generation amount can be obtained. The circumferential width of the inner circumferential side of the tooth becomes x 1. At this time, the slot has a parallel slot shape.
On the other hand, in the case of parallel teeth in which the circumferential width is always constant in the radial direction, the magnetic flux density of the teeth is constant in the radial direction. Therefore, the circumferential width of the parallel teeth becomes x 1. At this time, the slot has a fan-shaped slot shape.
本ティース２３では、寸法ｘ１，ｘ２，ｘ３，ｘ４の大小関係を、ｘ１＝ｘ３、ｘ４＞ｘ３、および、ｘ２＞ｘ１としている。そこで、本ティース２３は、磁束密度の径方向位置でのアンバランスが最小に抑制され、上述の平行スロット形状を構成するティースおよび扇状スロット形状を構成するティースと同等の磁束量を通過させることができる。また、スロット２４のスロット断面積は、平行スロット形状のスロット断面積より大きくでき、扇状スロット形状のスロット断面積に近づけるができる。
In the
また、スロット２４が断面矩形の第１および第２スロット部２４ａ，２４ｂから構成されているので、収納される第１および第２連続導体線３１Ａ，３１Ｂのスロット収納部３２ａ，３２ｂを第１および第２スロット部２４ａ，２４ｂの断面形状に適合する矩形断面に形成しやすい。つまり、スロット収納部３２ａの周方向幅を第１スロット部２４ａの周方向幅に対応させ、径方向長さを第１スロット部２４ａの径方向長さを収納本数（ここでは２）で除した長さに対応させるようにスロット収納部３２ａの断面形状を形成する。同様に、スロット収納部３２ｂの周方向幅を第２スロット部２４ｂの周方向幅に対応させ、径方向長さを第２スロット部２４ｂの径方向長さを収納本数（ここでは２）で除した長さに対応させるようにスロット収納部３２ｂの断面形状を形成する。そこで、スロット２４と第１および第２連続導体線３１Ａ，３１Ｂのスロット収納部３２ａ，３２ｂとの間の無駄なスペースが低減され、占積率を高めることができる。
Further, since the
また、第１スロット部２４ａには、同一断面形状の２本の第１連続導体線３１Ａのスロット収納部３２ａが収納され、第２スロット部２４ｂには、同一断面形状の２本の第２連続導体線３１Ｂのスロット部３２ｂが収納されている。そこで、２種類の第１および第２連続導体線３１Ａ，３１Ｂを用いて４ターンの固定子巻線２５を作製できるので、部品点数を削減でき、生産工程を簡略化することができる。
The
このように、この実施の形態１によれば、太い第１および第２連続導体線３１Ａ，３１Ｂを用いても、生産性を犠牲とすることなく、スロット２４の断面積を拡大することができる。そこで、固定子巻線２５で生じる銅損が少なくなり、高効率な車両用交流発電機が実現され、車両の燃費改善に貢献できる。
また、回転子６に固着されたファン１０の回転により固定子巻線２５を冷却している。そして、固定子巻線２５で生じる銅損を低減できるので、固定子巻線２５を冷却するための風量を少なくでき、小さなサイズのファン１０を用いることができる。その結果、ファン１０による騒音も低減できる。
Thus, according to the first embodiment, the cross-sectional area of the
In addition, the stator winding 25 is cooled by the rotation of the
また、この車両用交流発電機は、ベルトを介してプーリ９に伝達されたエンジンの回転トルクにより駆動されるので、ベルトのバラツキに起因して大きな騒音が発生し、あるいはベルト寿命が短くなる。そこで、ベルトのバラツキから起こる騒音やベルト寿命の問題を解決するために、回転子６の径を小さくして、回転子６の慣性モーメントを下げることが望まれる。しかし、回転子６の径を小さくすると、界磁コイル７のターン数が少なくなり、必要な界磁起磁力が得られなくなる。この実施の形態１によれば、スロット２４が第１および第２スロット部２４ａ，２４ｂからなる２段の形状に構成されているので、回転子６の径を小さくした分、固定子鉄心２１の内径を小さくして、鉄心磁束密度の径方向位置でのアンバランスを最小に抑制しつつ、スロット２４の断面積を大きくすることができる。そこで、回転子６の径を小さくしても、第１および第２連続導体線３１Ａ，３１Ｂの断面積を大きくでき、固定子巻線２５の巻線抵抗を低減できるので、回転子６の径を小さくすることに起因する出力の低下を抑えて、低騒音、かつ長ベルト寿命の車両用交流発電機を実現できる。
In addition, since this vehicular AC generator is driven by the rotational torque of the engine transmitted to the pulley 9 via the belt, a large noise is generated due to belt variations or the belt life is shortened. Therefore, in order to solve the problem of noise and belt life caused by belt variations, it is desired to reduce the inertia moment of the
ついで、スロット２４の段位置の設定方法について説明する。つまり、第１スロット部２４ａと第２スロット部２４ｂとの境界線の径方向位置を変えることで、スロット断面積を調整することができる。
Next, a method for setting the step position of the
まず、スロット断面積Ｓは式（１）で表される。
Ｓ＝ａ（ｒ２−ｒ１）＋ｂ（ｒ３−ｒ２） ・・・（式１）
段位置を規定するパラメータｋは、スロット２４のスロット深さ（径方向長さ）に対する第１スロット部２４ａのスロット深さ（径方向長さ）の割合であり、次式で表される。
ｋ＝（ｒ２−ｒ１）／（ｒ３−ｒ１） （０＜ｋ＜１）
ｒ２は上式から次式で表される。
ｒ２＝ｒ１＋ｋ（ｒ３−ｒ１）
第１スロット部２４ａの周方向幅ａと第２スロット部２４ｂの周方向幅ｂとの関係は、次式で表される。
ｂ＝ｍ・ａ （但し、ｍ＞１）
First, the slot cross-sectional area S is expressed by equation (1).
S = a (r 2 −r 1 ) + b (r 3 −r 2 ) (Formula 1)
The parameter k that defines the step position is the ratio of the slot depth (radial length) of the
k = (r 2 −r 1 ) / (r 3 −r 1 ) (0 <k <1)
r 2 is expressed by the following equation from the above equation.
r 2 = r 1 + k (r 3 −r 1 )
The relationship between the circumferential width a of the
b = m · a (where m> 1)
ここで、ｘ１＝ｘ３の制約から、式（２）が導かれる。
（２πｒ１／ｎｓ）−ａ＝（２πｒ２／ｎｓ）−ｂ
ｂ＝（２π／ｎｓ）（ｒ２−ｒ１）＋ａ ・・・（式２）
Here, Expression (2) is derived from the constraint of x 1 = x 3 .
(2πr 1 / ns) −a = (2πr 2 / ns) −b
b = (2π / ns) ( r 2 -r 1) + a ··· ( Equation 2)
式２に、ｂ、ｒ２を代入すると、式（３）が導かれる。
ｍａ＝（２π／ｎｓ）｛ｒ１＋（ｒ３−ｒ１）ｋ−ｒ１｝＋ａ
＝（２π／ｎｓ）ｋ（ｒ３−ｒ１）＋ａ ・・・（式３）
式（１）にｂ、ｒ２を代入すると、式（４）が導かれる。
Ｓ＝ａ（ｒ３−ｒ１）（ｋ＋ｍ−ｍｋ） ・・・（式４）
式（４）からｍを消去すると、式（５）が導かれる。
Ｓ＝（ｒ３−ｒ１）｛ａｋ＋（２π／ｎｓ）ｋ（ｒ３−ｒ１）＋ａ−（２π／ｎｓ）ｋ（ｒ３−ｒ１）ｋ−ａｋ｝
＝（ｒ３−ｒ１）[−（２π／ｎｓ）（ｒ３−ｒ１）｛ｋ−（１／２）｝２＋ａ＋（π／ｎｓ）（ｒ３−ｒ１）／２] ・・・（式５）
Substituting b and r 2 into Equation 2 leads to Equation (3).
ma = (2π / ns) {r 1 + (r 3 −r 1 ) k−r 1 } + a
= (2π / ns) k (r 3 −r 1 ) + a (Formula 3)
Substituting b and r 2 into equation (1) leads to equation (4).
S = a (r 3 −r 1 ) (k + m−mk) (Formula 4)
Erasing m from equation (4) leads to equation (5).
S = (r 3 −r 1 ) {ak + (2π / ns) k (r 3 −r 1 ) + a− (2π / ns) k (r 3 −r 1 ) k−ak}
= (R 3 −r 1 ) [− (2π / ns) (r 3 −r 1 ) {k− (1/2)} 2 + a + (π / ns) (r 3 −r 1 ) / 2] (Formula 5)
ここで、式５で表されるスロット断面積Ｓと周方向幅をａとする段のない平行スロット形状のスロット断面積Ｓ０との面積比（Ｓ／Ｓ０）とｋとの関係を図５に示す。
図５から、式５で表されるスロット断面積Ｓは、ｋ＝０．５の時を最大値とする上に凸のカーブとなる。そして、ｋが０．２より大きく、かつ０．８未満の範囲であれば、スロット断面積Ｓを、周方向幅をａとする段のない平行スロット形状のスロット断面積Ｓ０に対して、１０％以上拡大することができる。つまり、ｋを０．２より大きく、０．８未満に設定することが望ましい。
Here, the relationship between the area ratio (S / S 0 ) between the slot cross-sectional area S represented by
From FIG. 5, the slot cross-sectional area S represented by
つぎに、固定子２０の製造方法について説明する。
まず、図６に示される第１および第２巻線組立体３０Ａ，３０Ｂを用意する。
図６の（ａ）に示される第１巻線組立体３０Ａは、例えば、１２本の連続導体線３１Ａを巻線成形装置（図示せず）に同時に連続して供給して作製される。そして、１２本の連続導体線３１Ａは、巻線成形装置により、１スロットピッチで配列された状態で一括して折り曲げ成形される。この第１巻線組立体３０Ａは、図６の（ａ）中紙面と直交する方向に隣接する直線状のスロット収納部３２ａの対が、１スロットピッチでスロット数分配列されており、６スロット離れたスロット収納部３２ａの端部同士がターン部３３ａで連結されて構成されている。そして、１２本の連続導体線３１Ａの端部３１ａが、第１巻線組立体３０Ａの両側両端に６本ずつ延出されている。ここで、連続導体線３１Ａは、絶縁被覆された銅線からなり、第１スロット部２４ａの周方向幅とほぼ等しい長さの辺と、第１スロット部２４ａの径方向長さを２で除した長さとほぼ等しい長さの辺とからなる断面矩形に作製されている。
Next, a method for manufacturing the
First, first and second winding
The first winding
図６の（ｂ）に示される第２巻線組立体３０Ｂは、同様に、１２本の連続導体線３１Ｂを巻線成形装置に同時に連続して供給して作製される。そして、１２本の連続導体線３１Ｂは、巻線成形装置により、１スロットピッチで配列された状態で一括して折り曲げ成形される。この第２巻線組立体３０Ｂは、図６の（ｂ）中紙面と直交する方向に隣接する直線状のスロット収納部３２ｂの対が、１スロットピッチでスロット数分配列されており、６スロット離れたスロット収納部３２ｂの端部同士がターン部３３ｂで連結されて構成されている。そして、１２本の連続導体線３１Ｂの端部３１ｂが、第２巻線組立体３０Ｂの両側両端に６本ずつ延出されている。また、折り曲げ成形時に、所定の時点で該当する連続導体線３１Ｂの供給量を多くして、後工程で曲げ成形される導体端部３４を第２巻線組立体３０Ｂのターン部３３ｂから延出させている。ここで、連続導体線３１Ｂは、絶縁被覆された銅線からなり、第２スロット部２４ｂの周方向幅とほぼ等しい長さの辺と、第２スロット部２４ｂの径方向長さを２で除した長さとほぼ等しい長さの辺とからなる断面矩形に作製されている。
Similarly, the second winding
ついで、磁性鋼板をプレス成形して、ティース部、スロット部およびコアバック部を有する帯状の磁性板を作製する。そして、ティース部、スロット部およびコアバック部を重ねて所定枚の磁性板を積層・一体化して、直方体の積層鉄心３５を作製する。この積層鉄心３５は、図７の（ａ）に示されるように、コアバック３５ａ、コアバック３５ａの長さ方向に所定のピッチで配列され、それぞれコアバック３５ａから一側に延出するティース３５ｂ、コアバック３５ａと隣り合うティース３５ｂとで構成されるスロット３５ｃを有する。
Next, the magnetic steel plate is press-molded to produce a belt-like magnetic plate having a teeth portion, a slot portion, and a core back portion. Then, the teeth portion, the slot portion, and the core back portion are overlapped, and a predetermined number of magnetic plates are laminated and integrated to produce a rectangular parallelepiped laminated
ついで、図７の（ｂ）に示されるように、第１および第２巻線組立体３０Ａ，３０Ｂを積層し、積層鉄心３５をコアバック３５ａ側に曲げてスロット３５ｃの開口を拡張し、スロット収納部３２ａ，３２ｂを各スロット３５ｃ内に挿入する。その後、図７の（ｃ）に示されるように、積層鉄心３５をコアバック３５ａ側に曲げるのを止め、第１および第２巻線組立体３０Ａ，３０Ｂが積層鉄心３５に装着される。
Next, as shown in FIG. 7B, the first and second winding
ついで、積層鉄心３５を円筒状に曲げ、曲げられた積層鉄心３５の両端面を突き合わせ、その突き合わせ部を溶接して、円筒状の固定子鉄心２１を作製する。これにより、第１巻線組立体３０Ａは、各スロット２４の第１スロット部２４ａに巻装され、第２巻線組立体３０Ｂは、各スロット２４の第２スロット部２４ｂに巻装されている。そして、各スロット２４には、４本のスロット収納部３２ａ，３２ｂが径方向に１列に並んで収納されている。その後、連続導体線３１Ａ，３１Ｂの端部３１ａ，３１ｂ同士を接合し、さらに導体端部３４を用いて各巻線を結線し、所望の３相交流巻線からなる固定子巻線２５を作製し、図２に示される固定子２０を得る。
Next, the
なお、第１スロット部２４ａに巻装されている連続導体線３１Ａで構成される各巻線は、固定子鉄心２１の端面側のスロット外で折り返されて、６スロット毎の第１スロット部２４ａ内でスロット深さ方向に内層と外層とを交互にとるように巻装されている。同様に、第２スロット部２４ｂに巻装されている連続導体線３１Ｂで構成される各巻線は、固定子鉄心２１の端面側のスロット外で折り返されて、６スロット毎の第２スロット部２４ｂ内でスロット深さ方向に内層と外層とを交互にとるように巻装されている。
In addition, each coil | winding comprised by the
このように、固定子巻線２５が連続導体線３１Ａ，３１Ｂを用いて作製されているので、Ｕ字状の導体セグメントを用いる場合に比べて、接合箇所が著しく低減され、固定子２０の生産性を向上させることができる。
また、所定本数の連続導体線３１Ａ，３１Ｂを用いて第１および第２巻線組立体３０Ａ，３０Ｂを作製し、第１および第２巻線組立体３０Ａ，３０Ｂを重ねて直方体の積層鉄心３５に装着するようにしているので、太い連続導体線３１Ａ，３１Ｂを簡易にスロット２４に巻装することができる。
また、第１および第２巻線組立体３０Ａ，３０Ｂを直方体の積層鉄心３５に装着する際に、積層鉄心３５をコアバック３５ａ側に曲げて、スロット３５ｃの開口を拡張しているので、第１および第２巻線組立体３０Ａ，３０Ｂを積層鉄心３５に簡易に装着できると共に、装着時における連続導体線３１Ａ，３１Ｂの絶縁被膜の損傷の発生が抑制される。
As described above, since the stator winding 25 is manufactured using the
Further, the first and second winding
Further, when the first and second winding
なお、上記実施の形態１では、スロット数が毎極毎相当たりの２の割合で形成されている固定子鉄心について説明しているが、スロット数は毎極毎相当たりの２の割合で形成されている固定子鉄心に限定されるものではなく、例えばスロット数は毎極毎相当たりの１の割合で形成されている固定子鉄心であってもよい。この場合、第１および第２巻線組立体３０Ａ，３０Ｂは、それぞれ６本の連続導体線３１Ａ，３１Ｂを用いて作製される。
In the first embodiment, the stator core is described in which the number of slots is formed at a rate of 2 per phase per pole, but the number of slots is formed at a rate of 2 per phase per pole. For example, the number of slots may be a stator core formed at a ratio of 1 per pole per phase. In this case, the first and second winding
また、上記実施の形態１では、固定子巻線の各相巻線が４ターンの巻線で構成されるものとして説明しているが、固定子巻線の各相巻線は４ターンの巻線に限定されるものではなく、例えば各相巻線が８ターンの巻線で構成されてもよい。この場合、２つの第２巻線組立体３０Ｂを重ねて各スロット２４の第２スロット部２４ｂに収納し、２つの第１巻線組立体３０Ａを重ねて各スロット２４の第１スロット部２４ａに収納すればよい。あるいは、３つの第２巻線組立体３０Ｂを重ねて各スロット２４の第２スロット部２４ｂに収納し、１つの第１巻線組立体３０Ａを重ねて各スロット２４の第１スロット部２４ａに収納してもよい。このように、２種類の連続導体線３１Ａ，３１Ｂを用いて８ターンの固定子巻線を作製できる。
In the first embodiment, each phase winding of the stator winding is described as being composed of 4 turns. However, each phase winding of the stator winding is 4 turns. For example, each phase winding may be composed of an 8-turn winding. In this case, the two second winding
このように、本願の第１および第２スロット部２４ａ，２４ｂ、即ち各段のスロット部には、偶数本の連続導体線のスロット収納部が１列に並んで収納される。また、各段のスロット部に収納されるスロット収納部の本数は、必ずしも同じである必要はない。
As described above, the first and
また、上記実施の形態１では、予め断面矩形に作製された第１および第２連続導体線３１Ａ，３１Ｂを用いるものとしているが、連続導体線の断面は矩形断面に限定されず、例えば断面円形でもよい。この場合、第１スロット部２４ａの断面積を収納本数で除して得られた断面積を有する断面円形の連続導体線を用いて第１巻線組立体を作製し、プレス治具などを用いてそのスロット収納部を矩形断面に成形すればよい。同様に、第２スロット部２４ｂの断面積を収納本数で除して得られた断面積を有する断面円形の連続導体線を用いて第２巻線組立体を作製し、プレス治具などを用いてそのスロット収納部を矩形断面に成形すればよい。
In the first embodiment, the first and second
実施の形態２．
この実施の形態２では、図８に示されるように、固定子巻線２５Ａの３相交流巻線をΔＹ混合結線で構成している。そして、第１スロット部２４ａに収納されている第１連続導体線３１Ａで構成される巻線３６をΔ結線し、第１スロット部２４ａより断面積の大きい第２スロット部２４ｂに収納されている第２連続導体線３１Ｂで構成される巻線３７をＹ結線している。
なお、他の構成は上記実施の形態１と同様に構成されている。
In the second embodiment, as shown in FIG. 8, the three-phase AC winding of the stator winding 25A is configured by ΔY mixed connection. The winding 36 composed of the first
Other configurations are the same as those in the first embodiment.
ΔＹ混合結線では、Ｙ結線部には、Δ結線部に流れる電流値の√３倍の電流値（ピーク値）が流れる。この実施の形態２では、第１および第２スロット部２４ａ，２４ｂに収納される導体の本数が等しく、かつ第２スロット部２４ｂのスロット断面積を第１スロット部２４ａのスロット断面積より大きくしている。そして、スロット断面積の大きい第２スロット部２４ｂに収納されている第２連続導体線３１Ｂで構成される巻線３７をＹ結線しているので、大電流が流れるＹ結線部を構成する第２連続導体線３１Ｂの抵抗が小さくなり、Ｙ結線部における発熱量の増大が抑制される。また、第２連続導体線３１Ｂの表面積が大きくなるので、Ｙ結線部における発熱が第２連続導体線３１Ｂのターン部３３ｂから冷却風に効果的に放熱され、Ｙ結線部での過度の温度上昇が抑制される。
In the ΔY mixed connection, a current value (peak value) that is √3 times the current value flowing in the Δ connection portion flows in the Y connection portion. In the second embodiment, the number of conductors accommodated in the first and
ここで、理想的には、Δ結線部のターン数：Ｙ結線部のターン数＝√３：１として、Δ結線部に流れる電流値とＹ結線部に流れる電流値とを均衡化することが望ましい。しかし、ターン数は整数であることから、ターン数により両者に流れる電流値を均衡化することはできない。
そこで、実施の形態２において、第１スロット部２４ａの断面積：第２スロット部２４ｂの断面積＝１：√３を満足するようにｋを設定し、第１スロット部２４ａに収納されている第１連続導体線３１Ａで構成される巻線３６をΔ結線し、第２スロット部２４ｂに収納されている第２連続導体線３１Ｂで構成される巻線３７をＹ結線してもよい。この場合、Δ結線部に流れる電流値とＹ結線部に流れる電流値とを均衡化することができる。
Here, ideally, the number of turns of the Δ connection portion: the number of turns of the Y connection portion = √3: 1 is set, and the current value flowing through the Δ connection portion and the current value flowing through the Y connection portion may be balanced. desirable. However, since the number of turns is an integer, the current value flowing through both cannot be balanced by the number of turns.
Therefore, in the second embodiment, k is set so as to satisfy the cross-sectional area of the
なお、上記実施の形態２では、第２スロット部２４ｂの断面積を第１スロット部２４ａの断面積より大きくし、第２スロット部２４ｂに収納されている第２連続導体線３１Ｂで構成される巻線３７をＹ結線しているが、第１スロット部２４ａの断面積を第２スロット部２４ｂの断面積より大きくし、第１スロット部２４ａに収納されている第１連続導体線３１Ａで構成される巻線３６をＹ結線してもよい。
さらに、第１スロット部２４ａの断面積：第２スロット部２４ｂの断面積＝√３：１を満足するようにｋを設定し、第１スロット部２４ａに収納されている第１連続導体線３１Ａで構成される巻線３６をＹ結線し、第２スロット部２４ｂに収納されている第２連続導体線３１Ｂで構成される巻線３７をΔ結線してもよい。
In the second embodiment, the cross-sectional area of the
Further, k is set so as to satisfy the cross-sectional area of the
なお、上記実施の形態２では、２つのスロット部に収納されている導体線のスロット収納部の本数が等しい時、スロット断面積の大きいスロット部に収納されている導体線で構成される巻線をＹ結線し、スロット断面積の小さいスロット部に収納されている導体線で構成される巻線をΔ結線するものとしている。これにより、Ｙ結線される巻線の抵抗値はΔ結線される巻線の抵抗値より小さくなる。
しかし、この発明では、２つのスロット部に収納されているスロット収納部の本数が必ずしも同じである必要はない。つまり、一方のスロット部に収納されている導体線のスロット収納部の本数が他方のスロット部に収納されている導体線のスロット収納部の本数以下で、かつ一方のスロット部に収納されているスロット収納部の導体断面積が他方のスロット部に収納されているスロット収納部の導体断面積より大きい場合に、一方のスロット部に収納されている導体線で構成される巻線をＹ結線し、他方のスロット部に収納されている導体線で構成される巻線をΔ結線すればよい。この場合においても、Ｙ結線される巻線の抵抗値はΔ結線される巻線の抵抗値より小さくなり、Ｙ結線部における発熱量の増大が抑制される。
In the second embodiment, when the number of the slot accommodating portions of the conductor wires accommodated in the two slot portions is equal, the winding composed of the conductor wires accommodated in the slot portion having a large slot cross-sectional area Are Y-connected, and a winding composed of a conductor wire housed in a slot portion having a small slot cross-sectional area is Δ-connected. As a result, the resistance value of the Y-connected winding is smaller than the resistance value of the Δ-connected winding.
However, in the present invention, the number of slot accommodating portions accommodated in the two slot portions is not necessarily the same. In other words, the number of the conductor housings accommodated in one slot is less than or equal to the number of the conductor housings accommodated in the other slot, and is accommodated in one slot. When the conductor cross-sectional area of the slot housing part is larger than the conductor cross-sectional area of the slot housing part housed in the other slot part, the winding composed of the conductor wire housed in one slot part is Y-connected. The winding formed of the conductor wire stored in the other slot portion may be Δ-connected. Even in this case, the resistance value of the Y-connected winding is smaller than the resistance value of the Δ-connected winding, and an increase in the amount of heat generated in the Y-connected portion is suppressed.
実施の形態３．
上記実施の形態１では、スロット２４が第１および第２スロット部２４ａ，２４ｂからなる２段の形状に形成されているものとしているが、この実施の形態３では、図９に示されるように、ティース２６がそれぞれ扇状の第１、第２および第３ティース部２６ａ，２６ｂ，２６ｃから３段の形状に形成され、スロット２７がそれぞれ矩形断面の第１、第２および第３スロット部２７ａ，２７ｂ，２７ｃを径方向に連設し、周方向幅が径方向外方にステップ状に大きくなる３段の形状に形成されている。そして、第１、第２および第３スロット部２７ａ，２７ｂ，２７ｃには、断面積の異なる導体としての連続導体線４０，４１，４２のスロット収納部４０ａ，４１ａ，４２ａが２本ずつ収納されている。
なお、他の構成は上記実施の形態１と同様に構成されている。
In the first embodiment, the
Other configurations are the same as those in the first embodiment.
この実施の形態３においても、スロット２７がそれぞれ矩形断面の第１、第２および第３スロット部２７ａ，２７ｂ，２７ｃからなる３段の形状に形成されているので、２段の形状のスロットに比べて、スロット断面積を、より扇状のスロット形状のスロット断面積に近づけることができる。
また、第１、第２および第３スロット部２７ａ，２７ｂ，２７ｃには、断面積の異なる連続導体線４０，４１，４２のスロット収納部４０ａ，４１ａ，４２ａが２本ずつ収納されているので、６ターンの固定子巻線を３種類の連続導体線４０，４１，４２を用いて構成でき、部品点数を削減でき、生産工程を簡略化することができる。
Also in the third embodiment, since the
In addition, since the first, second and
なお、上記実施の形態３では、スロットを３段の形状に形成するものとしているが、スロットを４段以上の形状に形成しても良い。 In the third embodiment, the slot is formed in a three-stage shape, but the slot may be formed in a four-stage or more shape.
また、上記各実施の形態では、連続導体線を用いて固定子巻線を作製するものとしているが、連続導体線に代えてＵ字状の導体セグメントを用いて固定子巻線を作製してもよい。この場合、導体セグメントを円筒状の固定子鉄心の一端側から所定スロット数離れた各スロット対に差し込み、固定子鉄心の他端側に延出する導体セグメントの開放端同士を接合して、所定スロット数毎の各段のスロット部内でスロット深さ方向に内層と外層とを交互にとるように巻装された複数の巻線からなる固定子巻線が作製される。このように作製された固定子巻線においても、各段のスロット部には、偶数本の導体セグメントが収納され、使用する導体セグメントの種類はスロット部の段数と同数となり、部品点数を削減できる。また、接合箇所が多く、接合作業性が低下する反面、直方体の積層鉄心に巻線組立体を装着し、その積層鉄心を円筒状に曲げる工程が不要となる。 Further, in each of the above embodiments, the stator winding is manufactured using the continuous conductor wire, but the stator winding is manufactured using the U-shaped conductor segment instead of the continuous conductor wire. Also good. In this case, the conductor segment is inserted into each slot pair separated by a predetermined number of slots from one end side of the cylindrical stator core, and the open ends of the conductor segments extending to the other end side of the stator core are joined to each other. A stator winding composed of a plurality of windings wound so as to alternately take the inner layer and the outer layer in the slot depth direction in the slot portion of each stage for each number of slots is produced. Even in the stator winding manufactured in this way, an even number of conductor segments are accommodated in the slot portions of each stage, and the number of types of conductor segments to be used is the same as the number of stages of the slot portions, so that the number of parts can be reduced. . In addition, there are many joints, and the joining workability is reduced. On the other hand, a step of attaching the winding assembly to a rectangular parallelepiped laminated iron core and bending the laminated iron core into a cylindrical shape becomes unnecessary.
また、上記各実施の形態では、車両用交流発電機の固定子に適用するものとして説明しているが、この発明は、車両用交流発電機に限らず、車両用電動機や車両用発電電動機などの回転電機の固定子に適用しても、同様の効果を奏する。 Moreover, although each said embodiment demonstrated as what applies to the stator of a vehicle AC generator, this invention is not restricted to a vehicle AC generator, a vehicle motor, a vehicle generator motor, etc. Even when applied to the stator of a rotating electric machine, the same effect is obtained.
Claims (4)
上記スロットは、それぞれ断面矩形に形成された複数のスロット部を径方向に連設して、それぞれの上記スロット部の周方向幅が径方向外方にステップ状に広くなる複数段を有する形状に形成され、
それぞれの上記スロット部には、上記スロット収納部が径方向に１列に並んで偶数本収納され、
上記スロット収納部の周方向幅は、上記スロット収納部が収納される上記スロット部の周方向幅に対応し、上記スロット収納部の径方向長さは、上記スロット収納部が収納される上記スロット部の径方向長さを上記スロット部に収納されている上記スロット収納部の本数で除した長さに対応していることを特徴とする回転電機の固定子。A cylindrical stator core in which slots are arranged at a predetermined pitch in the circumferential direction with the openings facing the inner periphery, and a slot housing portion in which a plurality of conductors are part of the conductor are housed in the slot and fixed. In a stator of a rotating electrical machine comprising a stator winding composed of a plurality of windings wound around a core of the core,
The slot has a shape having a plurality of steps in which a plurality of slot portions each having a rectangular cross section are continuously provided in the radial direction, and the circumferential width of each slot portion is increased stepwise outward in the radial direction. Formed,
Each of the slot portions stores an even number of the slot storage portions arranged in a line in the radial direction,
The circumferential width of the slot accommodating portion corresponds to the circumferential width of the slot portion in which the slot accommodating portion is accommodated, and the radial length of the slot accommodating portion is the slot in which the slot accommodating portion is accommodated. A stator for a rotating electrical machine, characterized by corresponding to a length obtained by dividing the radial length of the portion by the number of the slot accommodating portions accommodated in the slot portion.
上記スロットの径方向長さに対する上記第１スロット部の径方向長さの割合ｋが、０．２＜ｋ＜０．８を満足していることを特徴とする請求項１記載の回転電機の固定子。The slot is formed in a two-stage shape including a first slot portion on the inner peripheral side and a second slot portion on the outer peripheral side,
2. The rotating electrical machine according to claim 1, wherein a ratio k of a radial length of the first slot portion to a radial length of the slot satisfies 0.2 <k <0.8. stator.
上記一方のスロット部に収納されている上記スロット収納部の本数が上記他方のスロット部に収納されている上記スロット収納部の本数以下であり、かつ上記一方のスロット部に収納されている上記スロット収納部の導体断面積が上記他方のスロット部に収納されている上記スロット収納部の導体断面積より大きいことを特徴とする請求項２記載の回転電機の固定子。The stator winding includes a three-phase AC winding constituted by ΔY mixed connection of the plurality of windings and is housed in one of the first and second slot portions. Is Y-connected, and the winding housed in the other slot portion of the first and second slot portions is Δ-connected,
The number of the slot accommodating portions accommodated in the one slot portion is equal to or less than the number of the slot accommodating portions accommodated in the other slot portion, and the slot accommodated in the one slot portion. The stator of a rotating electrical machine according to claim 2, wherein a conductor cross-sectional area of the housing portion is larger than a conductor cross-sectional area of the slot housing portion housed in the other slot portion.
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