JPWO2015083470A1 - 回転電機 - Google Patents
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Abstract
生産性と絶縁性とを両立した回転電機を提供する。複数のスロット２を備える鉄心１と、スロットに配置された複数のセグメント導体６とを備える回転電機２００において、鉄心はスロットの少なくとも一方の開口部に配置されたコイルガイド３を備え、コイルガイドは、スロットとセグメント導体との間に位置するスロット挿入部４１と、セグメント導体間に位置する少なくとも一つの仕切り部４２とを備え、スロット挿入部と仕切り部とがスロットにセグメント導体と共に配置されているように回転電機を構成する。
Description
本発明は回転電機に関するものである。
回転電機では、固定子巻線に交流電力を供給することで回転磁界を発生させ、この回転磁界により回転子を回転させる。また、回転子に加わる機械エネルギーを電気エネルギーに変換してコイルから交流電力を出力することもできる。このように、回転電機は、電動機または発電機として作動する。このような回転電機の電気絶縁を確保する方法として、例えば特許文献１がある。特許文献１には、固定子鉄心端面にコイルガイドを設置し、電気導体を捻る際に固定子鉄心と電気導体の電気絶縁を確保する手法が開示されている。
特許文献１に開示されているような従来のコイルガイドでは、電気導体を固定子鉄心に挿入する場合、電気導体が固定子鉄心の内壁と接触し、電気導体が傷つき電気導体の絶縁被膜が破損する場合があり、固定子鉄心と電気導体との間で十分な電気絶縁が確保できない虞がある。
そこで本発明は、生産性と絶縁性とを両立した回転電機を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、例えば請求の範囲に記載の構成を採用する。本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、複数のスロットを備える鉄心と、前記スロットに配置された複数のセグメント導体とを備える回転電機において、前記鉄心は前記スロットの少なくとも一方の開口部に配置されたコイルガイドを備え、前記コイルガイドは、前記スロットと前記セグメント導体との間に位置するスロット挿入部と、前記セグメント導体間に位置する少なくとも一つの仕切り部とを備え、前記スロット挿入部と前記仕切り部とが前記スロットに前記セグメント導体と共に配置されていることを特徴とする。
本発明によれば、生産性と絶縁性とを両立した回転電機を提供することができる。
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。
以下、図面を参照して本発明を実施するための形態について説明する。
本実施形態に係る回転電機は、自動車の走行に使用するのが好適な回転電機である。ここで、回転電機を使用するいわゆる電気自動車には、エンジンと回転電機の両方を備えるハイブリッドタイプの電気自動車（ＨＥＶ）と、エンジンを用いないで回転電機のみで走行する純粋な電気自動車（ＥＶ）とがあるが、以下に説明する回転電機は両方のタイプに利用できるので、ここでは代表してハイブリッドタイプの自動車に用いられる回転電機に基づいて説明する。
また、以下の説明において、「軸方向」は回転電機の回転軸に沿った方向を指す。周方向は回転電機の回転方向に沿った方向を指す。「径方向」は回転電機の回転軸を中心としたときの動径方向（半径方向）を指す。「内周側」は径方向内側（内径側）を指し、「外周側」はその逆方向、すなわち径方向外側（外径側）を指す。
図１４は本発明の実施形態に係る回転電機２００の全体構成を示す断面図である。この回転電機２００は、永久磁石内蔵型の三相同期モータである。回転電機２００は、図１に示す絶縁被膜付接続線１０，１１，１２に三相交流電流が供給されることで、回転子２１０を回転させる電動機として作動する。また、回転電機２００は、エンジンによって駆動されると、発電機として作動して三相交流の発電電力を出力する。つまり、回転電機２００は、電気エネルギーに基づいて回転トルクを発生する電動機としての機能と、機械エネルギーに基づいて発電を行う発電機としての機能の両方を有しており、自動車の走行状態によって上記機能を選択的に利用することができる。
図１は本発明の実施形態に係る回転電機の固定子１００の全体構成を示す斜視図である。図１の回転電機の固定子１００は、主に固定子鉄心１と絶縁被膜付コイル６、絶縁被膜付接続線１０，１１，１２とコイルガイド３から構成されている。絶縁被膜付コイル６は、例えばＵ字状に成形されたセグメント導体である。
図２は、固定子鉄心１の斜視図である。固定子鉄心１は、０．０５〜１．０ｍｍ程度の電磁鋼板を複数積層して形成される。電磁鋼板は、打ち抜き加工またはエッチング加工により成形される。積層された電磁鋼板は溶接により固定され、固定子鉄心１が形成される。
図３は、固定子鉄心１の斜視図とコイルガイド３ａとコイルガイド３ｂの斜視図で、コイルガイド３ａとコイルガイド３ｂを固定子鉄心１に組付ける前の状態の斜視図である。コイルガイド３ａ，３ｂは樹脂材や非導電性金属などの絶縁材で構成されている。また、コイルガイド３ａ，３ｂは軸方向一端に鍔部４３を備えている。本実施例では、コイルガイド３ａおよびコイルガイド３ｂを、固定子鉄心１のすべてのスロット２に組み付けている。コイルガイド３ａおよびコイルガイド３ｂの周方向の大きさは、周方向に一体（円状）となるようにすることも、スロット２と同数まで分割した形状となるようにすることもできる。
図４は、コイルガイド３の斜視図とその断面図を示す。コイルガイド３は開口部５、軸方向一端に設けられた鉄心挿入部４１、軸方向他端に設けられた鍔部４３を有している。開口部５には、絶縁被膜付コイル６や絶縁被膜付接続線１０，１１，１２が挿入される。スロット挿入部４１は、コイルガイド３を固定子鉄心１に組み付ける場合に固定子鉄心１のスロット２に挿入される部位である。鍔部４３は、スロットの周囲に位置する固定子鉄心の側面部（軸方向端部）を覆う部位である。
コイルガイド３の開口部５の数や形状は様々に変えられる。例えば、図４（ａ）、図４（ｂ）に示すように、開口部５を、１スロットあたり１つの開口部を持つように構成できる。この場合、開口部５の形状はスロット２と同様の形状とすることができる。また、図４（ｃ）、図４（ｄ）、図４（ｅ）、図４（ｆ）に示すように、開口部５を仕切り部４２により径方向に分けても良い。この場合、図４（ｃ）、図４（ｄ）に示すように、絶縁被膜付コイル６や絶縁被膜付接続線１０，１１，１２が挿入される数だけ複数個の開口部５を設けてもよいし、図４（ｅ）、図４（ｆ）に示すように１つの開口部５に複数の絶縁被膜付コイル６や絶縁被膜付接続線１０，１１，１２が挿入される（図４（ｅ）、図４（ｆ）の例では１スロットあたり開口部５が２つとなる）ように構成してもよい。
なお、開口部５には後述するコイル逃げ１５ａ，１５ｂが設けられている。コイル逃げ１５ａ，１５ｂは、後述する絶縁被膜付コイル６や絶縁被膜付接続線１０，１１，１２の捻り部１３を周方向に捻る際、少なくとも捻り部１３が捻られる方向に設けられる。例えば、図４（ａ）、図４（ｂ）の例では周方向両側に、図４（ｃ）、図４（ｄ）、図４（ｅ）、図４（ｆ）の例では周方向一方側（捻り部１３が捻られる側）に設けられている。
なお、図４（ａ）、図４（ｂ）に示すような捻り部１３を周方向両側に設ける構成は、図４（ｃ）、図４（ｄ）、図４（ｅ）、図４（ｆ）に示すような仕切り部４２を設ける場合でも可能である。
また、図４（ｃ）、図４（ｄ）、図４（ｅ）、図４（ｆ）に示すような捻り部１３を周方向一方側に設ける構成は、周方向一方側を向くコイル逃げ１５ａ，１５ｂと、周方向他方側を向くコイル逃げ１５ａ，１５ｂとが、径方向に交互に位置するように設けられている構成であると言うこともできる。図示はしないが、このような構成は図４（ａ）、図４（ｂ）に示す仕切り部４２を設けない例でも可能である。
図５は、固定子鉄心１にコイルガイド３を組み付けた斜視図である。コイルガイド３のスロット挿入部４１を固定子鉄心１のスロット２に挿入する。また、挿入されたコイルガイド３は、自重では固定子鉄心１のスロット２より抜けない程度の力でスロット２の内壁を押圧している。ただし、必ずしもコイルガイド３がスロット２の内壁を押圧するように構成しなければならないわけではなく、コイルガイド３と固定子鉄心１との接触を維持する他の方法（例えば接着材の塗布など）を採用しても良い。
図６は、固定子鉄心１にコイルガイド３ａとコイルガイド３ｂを組み付けた側面図である。図６に示すように、コイルガイド３ａとコイルガイド３ｂは、固定子鉄心１の両端面に組み付けられる。
図７は、コイルガイド３ａ，３ｂを組み付けた固定子鉄心１に絶縁被膜付コイル６や絶縁被膜付接続線１０，１１，１２を組み付ける前の状態の斜視図である。絶縁被膜付コイル６や絶縁被膜付接続線１０，１１，１２を、軸方向からコイルガイド３ａの開口部５に挿入する。
図８は、コイルガイド３ａ，３ｂを組み付けた固定子鉄心１に絶縁被膜付コイル６や絶縁被膜付接続線１０，１１，１２を挿入した斜視図である。挿入工程では、絶縁被膜付コイル６や絶縁被膜付接続線１０，１１，１２の先端をコイルガイド３ｂの開口部５から出す。絶縁被膜付コイル６や絶縁被膜付接続線１０，１１，１２のうち、コイルガイド３ｂの開口部５から突出した部位を捻り部１３と称する。
図９（ａ）は、固定子鉄心１のスロット２と絶縁被膜付コイル６や絶縁被膜付接続線１０，１１，１２を挿入した後、捻り部１３を捻る際にコイルガイド３に荷重が加わらないようにするための、外径捻りガイド５２と内径捻りガイド６１を取り付けた斜視図である。図９（ｂ）は、図９（ａ）の断面の拡大図である。外径捻りガイド先端部５２と内径捻りガイド６２は、絶縁被膜付コイル６や絶縁被膜付接続線１０，１１，１２を挟み込むように設けられ、捻り部１３を捻る際にコイルガイド３に荷重が加わらないようにしている。
図１０（ａ）は、固定子鉄心１のスロット２と絶縁被膜付コイル６や絶縁被膜付接続線１０，１１，１２を挿入した断面図、図１０（ｂ）は、捻り部１３を捻った後の断面図である。コイルガイド３ａには、絶縁被膜付コイル６や絶縁被膜付接続線１０，１１，１２を挿入したときに、コイルガイド３ａに大きな荷重が掛かり、コイルガイド３ａが破損、損傷を受けないようコイル逃げ１５ａを設けている。コイル逃げ１５ａは、絶縁被膜付コイル６や絶縁被膜付接続線１０，１１，１２により荷重が加わらないよう、周方向にＲ面、または傾斜面を備えている。また、コイルガイド３ｂにも同様にコイル逃げ１５ｂが設けられている。
図１１は、捻り部１３を溶接等により接合した後の斜視図である。接続部は相互に適正な間隔をもって配列される。接続方法はアーク溶接のＴＩＧ溶接やプラズマ溶接などで銅線の母材を溶融して接続する。
図１２は、捻り部１３を接合した後、図１３に示す絶縁材製充填材３１を塗布する様子の斜視図である。絶縁材製充填材３１を塗布するための構成は、絶縁材製充填材３１を塗布するディスペンサ２０と固定子鉄心１の内径側に必要以上の絶縁材製充填材３１が付着しないようにするプレート２１、固定子鉄心１を固定し回転させる回転具（図示せず）からなる。絶縁材製充填材３１の塗布位置は、スロット２と、絶縁被膜付コイル６や絶縁被膜付接続線１０，１１，１２との隙間３０である。この隙間３０に固定子鉄心１の内径側からディスペンサ２０により絶縁材製充填材３１を塗布していく。また、絶縁材製充填材３１の塗布時は、固定子鉄心１を回転させ、プレート２１により固定子鉄心１の内側に絶縁材製充填材３１が必要以上に付着しない（例えば０．０５ｍｍ以下になる）ようにする。また、絶縁材製充填材３１を隙間３０に効率よく塗布するため、ディスペンサ２０を移動させて塗布してもよい。以上に述べたような、縁材製充填材３１の塗布時において、コイルガイド３は固定子鉄心１のスロット２より絶縁材製充填材３１が漏れないようにする機能も有している。
図１３は、絶縁材製充填材３１塗布前後の固定子鉄心１の断面図である。図１３（ａ）は、絶縁材製充填材３１塗布前の状態、図１３（ｂ）は、絶縁材製充填材３１塗布後の状態を示す。絶縁材製充填材３１は、図１３（ａ）のに示す、スロット２と絶縁被膜付コイル６や絶縁被膜付接続線１０，１１，１２との隙間３０に絶縁材製充填材３１を塗布する。絶縁材製充填材３１塗布後は、隙間３０に絶縁材製充填材３１が充填され、固定子鉄心１と絶縁被膜付コイル６や絶縁被膜付接続線１０，１１，１２とを固定することができる。
従来、この隙間３０には、例えば耐熱ポリアミド紙とナイロンエポキシ樹脂から構成される絶縁紙（図示せず）が組み込まれていたが、本実施例によればスロット２と絶縁被膜付コイル６や絶縁被膜付接続線１０，１１，１２との隙間３０を絶縁材製充填材３１により絶縁することで、絶縁紙を完全に無くすことができる。
絶縁紙を設ける場合も、固定子鉄心と絶縁被膜付コイルの固着、電気的絶縁、電気導体の放熱性向上などを目的としてワニスを塗布するが、ワニスを固定子鉄心に挿入した絶縁紙全てに浸透させることは困難で、固着、絶縁性、放熱性の面で課題があった。本発明によれば絶縁紙を廃止できるため、絶縁紙を用いる従来技術と比較して、本実施例は固着、放熱性、絶縁性の面で優位である。また、絶縁紙そのものや、絶縁紙を設置する設備などが不要となるため、製品価格を抑えられ、製造工法も簡易化できる。
以上の実施例では回転電機の固定子を例に説明したが、本発明はスロットにセグメント導体を挿入するものであれば回転子にも適用可能である。
なお、以上の説明はあくまでも一例であり、発明を解釈する際、上記実施の形態の記載事項と請求の範囲の記載事項の対応関係に何ら限定も拘束もされない。本発明は、誘
導モータ等の回転電機の固定子にも同様に適用することができる。また、車両駆動用回転電機以外にも適用できる。
導モータ等の回転電機の固定子にも同様に適用することができる。また、車両駆動用回転電機以外にも適用できる。
１：固定子鉄心
２：スロット
３：コイルガイド
５：開口部
６：絶縁被膜付コイル
１０：絶縁被膜付接続線
１１：絶縁被膜付接続線
１２：絶縁被膜付接続線
１３：捻り部
１５：コイル逃げ
２０：ディスペンサ
２１：プレート
３０：隙間
３１：絶縁材製充填材
４１：スロット挿入部
４２：仕切り部
５１：外径捻りガイド
５２：外径捻りガイド先端部
６１：内径捻りガイド
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６：絶縁被膜付コイル
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１３：捻り部
１５：コイル逃げ
２０：ディスペンサ
２１：プレート
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５１：外径捻りガイド
５２：外径捻りガイド先端部
６１：内径捻りガイド
６２：内径捻りガイド先端部
Claims (10)
- 複数のスロットを備える鉄心と、
前記スロットに配置された複数のセグメント導体とを備える回転電機において、
前記鉄心は前記スロットの少なくとも一方の開口部に配置されたコイルガイドを備え、 前記コイルガイドは、前記スロットと前記セグメント導体との間に位置するスロット挿入部と、前記セグメント導体間に位置する少なくとも一つの仕切り部とを備え、
前記スロット挿入部と前記仕切り部とが前記スロットに前記セグメント導体と共に配置されている回転電機。 - 請求項１に記載の回転電機において、
前記セグメント導体と前記スロットとの間に絶縁材製充填材が充填された回転電機。 - 請求項２に記載の回転電機において、
前記スロットの両端に設けられた２つの前記コイルガイドが、スロット内で対向する端部間に絶縁材製充填材溜まり用の空間を形成することを特徴とする回転電機。 - 請求項１に記載の回転電機において、
前記コイルガイドの開口部の軸方向端部に、Ｒ面又は傾斜面を有するコイル逃げが周方向に設けられた回転電機。 - 請求項４に記載の回転電機において、
前記コイル逃げが、径方向に交互に位置するように設けられている回転電機。 - 請求項１に記載の回転電機において、
前記コイルガイドは軸方向一端に鍔部を備え、当該鍔部は前記スロットの周囲に位置する前記鉄心の側面部を覆っている回転電機。 - 請求項１に記載の回転電機において、
前記コイルガイドが、周方向に２つ以上設けられている回転電機。 - 請求項１に記載の回転電機において、
前記コイルガイドが絶縁材で構成された回転電機。 - 請求項１乃至８のいずれか一項に記載の回転電機において、
前記鉄心は固定子である回転電機。 - 請求項１乃至８のいずれか一項に記載の回転電機において、
前記鉄心は回転子である回転電機。
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