KR20110125233A

KR20110125233A - 전기 기계에 있어서의 스테이터

Info

Publication number: KR20110125233A
Application number: KR1020117020859A
Authority: KR
Inventors: 히로시 가와노; 히로히토 하야시; 사토루 바바
Original assignee: 가부시키가이샤 도요다 지도숏키
Priority date: 2009-04-09
Filing date: 2010-03-30
Publication date: 2011-11-18
Also published as: US8704420B2; JP5446406B2; US20120001513A1; KR101237250B1; WO2010116928A1; JP2010246343A; CN102369651B; EP2418757A1; CN102369651A; EP2418757A4

Abstract

전기 기계에 있어서의 스테이터가 개시된다. 당해 스테이터는, 스테이터 코어와, 소정의 형상으로 성형된 제1 및 제2열의 코일을 구비한다. 상기 제1 계열의 코일의 각각은, 상기 스테이터 코어의 양 단면(兩端面)으로부터 각각 돌출되는 한 쌍의 제1 코일 엔드를 구비한다. 각 제1 코일 엔드는 스테이터의 지름 방향 외측으로 연장되는 한 쌍의 굴곡부와 당해 굴곡부끼리를 접속하는 브리지부를 구비한다. 각 제2 코일 엔드는 한 쌍의 기립부와 당해 기립부끼리를 접속하는 브리지부를 구비한다. 상기 제1 계열의 코일의 브리지부는, 상기 제2 계열의 코일의 브리지부보다도, 스테이터의 지름 방향 외측에 배치된다. 상기 제2 계열의 각 코일의 브리지부는, 상기 제1 계열의 서로 이웃하는 2개의 코일의 굴곡부에 걸치고 있다. 상기 제1 계열의 코일 및 제2 계열의 코일은, 동일 계열 중에 U상(相), V상 및, W상의 코일 중 적어도 2상의 코일이 혼재하도록 배치된다. 제1 계열에 있어서의 각 상의 코일은 제2 계열에 있어서의 동일한 상의 코일과 접속된다.

Description

전기 기계에 있어서의 스테이터{STATOR FOR ELECTRIC MACHINE}

본 발명은, 소정의 형상으로 성형된 제1 계열의 코일과 소정의 형상으로 성형된 제2 계열의 코일을 갖는 전기 기계에 있어서의 스테이터에 관한 것이다.

U상(相), V상, W상의 코일을 각각 분포감기(distributed winding)로 스테이터 코어의 티스(teeth)에 감아 장착한 전기 기계로서는, 예를 들면, 특허문헌 1의 전동기를 들 수 있다. 특허문헌 1의 전동기에 있어서는, 각 상(相)의 코일을 슬롯에 끼워 넣을 때, 상이한 상의 코일의 코일 엔드(coil end)끼리가 간섭하는 것을 피하기 위해, 각 코일 엔드가 소정의 형상으로 미리 성형되어 있다. 코일 엔드를 소정의 형상으로 미리 성형해 둠으로써, 인서터를 이용하여 코일을 슬롯에 끼워 넣을 때에 코일의 손상이 방지됨과 함께, 코일의 점적률(占積率)이 향상되고, 나아가서는, 슬롯에 코일을 끼워 넣은 후에 코일 엔드를 성형할 필요가 없어진다.

그리고, 특허문헌 1의 전동기에 있어서, U상 코일이 슬롯에 끼워 넣어진 상태에서는, 그 후에 V상 코일 및 W상 코일이 각각 끼워 넣어지는 슬롯을 스테이터의 축 방향으로부터 들여다 볼 수 있도록, U상 코일의 코일 엔드가 성형되어 있다. 즉, U상 코일의 코일 엔드는, 그 브리지 부분이, V상 코일 및 W상 코일이 각각 끼워 넣어지는 슬롯보다도 스테이터 코어(stator core)의 지름 방향 외측을 원호 형상으로 연장되도록 성형되어 있다. 또한, V상 코일의 코일 엔드는, 스테이터 코어의 단면(端面)으로부터 축 방향으로 약간 떨어진 위치로부터 스테이터 코어의 지름 방향 외측을 향하여 기울도록 성형되어 있다. V상 코일을 슬롯에 끼워 넣은 상태에서는 V상 코일은 U상 코일 상에 배치되도록 되어 있다. 또한, W상 코일의 코일 엔드는, U상 코일 및 V상 코일이 배치된 부분 이외의 영역 내에 수용되는 형상으로 성형되고, W상 코일의 코일 엔드의 브리지 부분은 V상 코일의 코일 엔드의 브리지 부분보다 스테이터 코어의 지름 방향 내측에 배치되도록 성형되어 있다.

일본공개특허공보 평10-271733호

특허문헌 1에 개시된 전동기에 있어서는, 3상(U상, V상, W상)의 코일의 코일 엔드가 서로 간섭하는 것을 피하기 위해, 각 상의 코일의 코일 엔드 각각을 다른 형상으로 성형하고 있다. 이 때문에, 각 상의 코일의 코일 엔드의 형상은 매우 복잡하다. 이 때문에, 특허문헌 1의 전동기에 있어서는, 각 상의 코일 각각을 별개의 감기틀(spool)을 사용하여 제조할 필요가 있고, 또한, 코일 엔드끼리의 간섭을 방지하기 위해 코일 엔드 각각의 구부림 각도(bending angle) 등을 정확하게 설정하지 않으면 안 되어, 스테이터의 제조 비용이 매우 커진다.

본 발명의 목적은, 3상의 코일의 코일 엔드끼리의 간섭을 피할 수 있음과 함께 분포감기의 스테이터의 제조 비용을 억제할 수 있는 전기 기계에 있어서의 스테이터를 제공하는 것에 있다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 실시형태에서는, 전기 기계에 있어서의 스테이터가 제공된다. 당해 스테이터는, 스테이터 코어와, 복수의 티스와, 제1 계열의 코일과, 제2 계열의 코일을 구비한다. 복수의 티스는, 상기 스테이터 코어로부터 제1 방향으로 연장된다. 복수의 티스는, 인접하는 티스끼리의 사이에 슬롯을 형성하도록 배열된다. 제1 계열의 코일은, 상기 슬롯에 끼워 넣게 된다. 제1 계열의 코일은 소정의 형상으로 성형되어 있다. 제2 계열의 코일은, 상기 슬롯에 끼워 넣어진다. 제2 계열의 코일이 소정의 형상으로 성형되어 있다. 상기 제1 계열의 코일의 각각은, 상기 슬롯에 각각 삽입되는 한 쌍의 삽입부와 상기 스테이터 코어의 양(兩) 단면으로부터 각각 돌출되는 한 쌍의 제1 코일 엔드를 구비한다. 각 제1 코일 엔드는 상기 한 쌍의 삽입부의 단부로부터 상기 제1 방향과는 반대의 제2 방향으로 연장되는 한 쌍의 굴곡부와 당해 굴곡부끼리를 접속하는 브리지부를 구비한다. 상기 제2 계열의 코일의 각각은, 상기 슬롯에 각각 삽입되는 한 쌍의 삽입부와 상기 스테이터 코어의 양 단면으로부터 각각 돌출되는 제2 코일 엔드를 구비한다. 각 제2 코일 엔드는 상기 한 쌍의 삽입부의 단부로부터 연장되는 한 쌍의 기립부(upright portion)와 당해 기립부끼리를 접속하는 브리지부를 구비한다. 상기 제1 계열의 코일의 브리지부는, 상기 제2 계열의 코일의 브리지부보다도, 상기 제2 방향의 측에 배치되어 있다. 상기 제2 계열의 각 코일의 브리지부는, 상기 제1 계열의 서로 이웃하는 2개의 코일의 굴곡부에 걸치고 있다. 상기 제1 계열의 코일 및 제2 계열의 코일은, 동일 계열 중에 U상, V상 및, W상의 코일 중 적어도 2상의 코일이 혼재하도록 배치되어 있다. 제1 계열에 있어서의 각 상의 코일은 제2 계열에 있어서의 동일한 상의 코일과 접속되어 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 형태의 스테이터를 나타내는 사시도이다.
도 2는 도 1의 스테이터를 나타내는 평면도이다.
도 3(a)는 스테이터 코어를 나타내는 사시도이고, (b)는 분할 티스를 나타내는 사시도이다.
도 4(a)는 아우터 코일을 나타내는 사시도이고, (b)는 이너 코일을 나타내는 사시도이다.
도 5(a)는 스테이터 코어에 아우터 코일을 부착한 상태를 나타내는 사시도이고, (b)는 아우터 코일끼리의 사이에 분할 티스를 장착한 상태를 나타내는 사시도이다.
도 6(a)는 이너 코일을 부착한 상태를 나타내는 사시도이고, (b)는 이너 코일끼리의 사이에 분할 티스를 장착한 상태를 나타내는 사시도이다.
도 7은 아우터 코일 및 이너 코일의 배선도이다.
도 8은 다른 예의 스테이터를 나타내는 모식도(schematic diagram)이다.

(발명을 실시하기 위한 형태)

이하, 본 발명의 전기 기계의 스테이터를 구체화한 일 실시 형태를 도 1∼도 7에 따라 설명한다.

도 2에 나타내는 바와 같이, 전기 기계로서의 회전 전기 기계(M)는, 스테이터(10)와, 이 스테이터(10)의 내측에 회전 가능하게 설치된 가동자(可動子)로서의 로우터(15)를 구비한다. 도 1 및 도 2에 나타내는 바와 같이, 스테이터(10)는, 환상의 스테이터 코어(11)와, 스테이터 코어(11)의 지름 방향 내측에 있어서 주(周)방향을 따라서 배열된 복수의 고정 티스(12) 및 복수의 분할 티스(13)와, 슬롯(14)에 조입된 제1 계열의 코일로서의 U상, V상 및 W상의 아우터 코일(30U, 30V, 30W) 및 제2 계열의 코일로서의 U상, V상 및 W상의 이너 코일(40U, 40V, 40W)을 구비한다. 본 실시 형태에서는, 고정 티스(12)의 개수 및 분할 티스(13)의 개수는 각각 12개이고, 슬롯(14)의 개수는 24개이다. 슬롯(14)은, 스테이터 코어(11)의 주방향을 따라서 등(等)피치로 배열되어 있다.

스테이터 코어(11)는, 자성체(강판)제(製)의 복수매의 코어판을 축 방향으로 적층해 구성되어 있다. 도 2 및 도 3(a)에 나타내는 바와 같이, 스테이터 코어(11)의 내주면에는, 복수의 고정 티스(12)가 일체 성형되어 있다. 고정 티스(12)는, 스테이터 코어(11)의 지름 방향 내측을 향하는 방향, 즉 스테이터 코어(11)의 내주면으로부터 스테이터 코어(11)의 중심축(P)을 향하는 제1 방향으로 연장되도록 형성되어 있다. 또한, 고정 티스(12)는, 스테이터 코어(11)의 축 방향 전체에 걸쳐 연장되도록 형성되어 있다.

스테이터 코어(11)의 내주면에 있어서, 스테이터 코어(11)의 주방향으로 서로 이웃하는 고정 티스(12)끼리의 중간 위치에는, 걸음 볼록부(engaging projection; 11a)가 스테이터 코어(11)의 축 방향 전체에 걸쳐 연장되도록 형성되어 있다. 걸음 볼록부(11a)는 스테이터 코어(11)의 내주면으로부터 스테이터 코어(11)의 중심축(P)(중앙부)을 향함에 따라 서서히 폭이 커지는 테이퍼 형상으로 형성되어 있다.

도 1 및 도 2에 나타내는 바와 같이, 스테이터 코어(11)의 지름 방향 내측에 있어서, 스테이터 코어(11)의 주방향으로 서로 이웃하는 고정 티스(12)의 사이에는, 분할 티스(13)가 장착되어 있다. 도 3(b)에 나타내는 바와 같이, 이 분할 티스(13)는, 직사각형 판 형상을 이룸과 함께, 그 길이 방향 치수(스테이터 코어(11)의 축 방향을 따른 치수)가, 스테이터 코어(11)의 축 방향 치수와 동일하다. 분할 티스(13)의 기단면(基端面)에는, 걸음 오목부(engaging recess;13c)가 분할 티스(13)의 길이 방향 전체에 걸쳐 연장되도록 형성되어 있다. 이 걸음 오목부(13c)는, 분할 티스(13)의 기단면으로부터 선단면(先端面)을 향함에 따라 서서히 확폭되는 테이퍼 형상으로 형성되어 있다.

그리고, 도 1 및 도 2에 나타내는 바와 같이, 분할 티스(13)의 걸음 오목부(13c)에, 스테이터 코어(11)의 걸음 볼록부(11a)를 끼워 맞춤시킴으로써, 분할 티스(13)가 스테이터 코어(11)에 장착되어 있다. 이 장착 상태에서는, 걸음 오목부(13c)에 대한 걸음 볼록부(11a)의 걸림에 의해, 분할 티스(13)가 스테이터 코어(11)의 지름 방향 내측을 향하여 이동하는 것이 방지되어 있다. 또한, 스테이터 코어(11)에 분할 티스(13)가 장착됨으로써, 스테이터 코어(11)의 주방향으로 서로 이웃하는 고정 티스(12)와 분할 티스(13)와의 사이에는 평면에서 보았을 때 직사각형 형상의 슬롯(14)이 구획(define)되어 있다.

U상, V상 및 W상의 아우터 코일(30U, 30V, 30W)은, 고정 티스(12)에 대하여 분포감기에 의해 감아 장착되어 있다. U상, V상 및 W상의 아우터 코일(30U, 30V, 30W)은, 각각 2개씩 있다. 그리고, 아우터 코일(30U, 30V, 30W)은 모두, 스테이터 코어(11)의 중심축(P)을 중심으로 하는 1개의 원주 상에 위치하도록 배치되어 있다. 아우터 코일(30U, 30V, 30W) 각각은, 2개의 슬롯(14)에 걸치는 상태이고, 그리고 1개의 분할 티스(13)를 사이에 끼운 2개의 고정 티스(12)에 걸치도록, 2개의 고정 티스(12)에 부착되어 있다. 또한, 동(同) 슬롯(14) 내에는 상이한 상의 코일이 삽입되는 일은 없다.

한 쌍의 아우터 코일(30U)은, 서로 180도의 각도 간격을 두고 배치되며, 합계 4개의 슬롯(14)에 삽입되어 있다. 한쪽의 아우터 코일(30U)이 삽입된 슬롯(14)과 다른 한쪽의 아우터 코일(30U)이 삽입된 슬롯(14)과의 사이에는 8개의 슬롯(14)이 존재한다. 아우터 코일(30V) 및 아우터 코일(30W) 각각 대해서도 상기한 아우터 코일(30U)과 동일한 배치로 되어 있다. 또한, 아우터 코일(30U, 30V, 30W) 각각은, 단면(斷面)이 장방형의 균일한 폭의 코일선(평각선)으로 이루어짐과 함께 절연 피복되어 있다. 도 4(a)에 나타내는 바와 같이, 아우터 코일(30U, 30V, 30W)(도 4(a)에서는 아우터 코일(30U)만을 도시) 각각은, 슬롯(14) 내에 삽입되는 한 쌍의 삽입부(37)와, 스테이터 코어(11)의 축 방향의 양 단면으로부터 돌출되는 한 쌍의 코일 엔드(31)(제1 코일 엔드)를 가진다.

도 1 및 도 2에 나타내는 바와 같이, 각 아우터 코일(30U, 30V, 30W)의 각 코일 엔드(31)(이하, 아우터 코일 엔드(31)로 기재함)는, 양 삽입부(37)로부터 스테이터 코어(11)의 지름 방향 외측(제1 방향과 반대의 제2 방향)을 향하여 연장되도록 굴곡된 한 쌍의 굴곡부(31a)를 구비한다. 또한, 각 아우터 코일 엔드(31)는, 한 쌍의 굴곡부(31a)의 선단끼리를 접속하도록 스테이터 코어(11)의 주방향을 따라서 연장되는 아우터 브리지부(31b)를 구비한다. 각 아우터 코일 엔드(31)는, 한 쌍의 굴곡부(31a)와 아우터 브리지부(31b)에 의해 평면에서 보았을 때 채널 형상으로 형성되어 있다. 그리고, 아우터 코일(30U, 30V, 30W)에 있어서, 그 각 아우터 브리지부(31b)는 스테이터 코어(11)의 주방향을 따라서 연장되도록 소정의 형상으로 성형되어 있다. 또한, 아우터 브리지부(31b)는, 스테이터 코어(11)의 내주면(슬롯(14)의 저부(底部)에 상당)보다도 스테이터 코어(11)의 지름 방향 외측에 배치되어 있다. 또한, 삽입부(37)를 슬롯(14)에 끼워 넣은 상태일 때, 스테이터 코어(11)의 축 방향의 양 단면으로부터 외측으로 돌출되는 부위가 아우터 코일 엔드(31)이다. 도 4(a)에 나타내는 바와 같이, 각 삽입부(37)에는 합성 수지제의 절연 시트(32)가 감아 장착되어 있다.

제2 계열의 코일로서의 U상, V상 및 W상의 이너 코일(inner coil; 40U, 40V, 40W)은, 고정 티스(12)에 대하여 분포감기에 의해 감겨져 있다. 이너 코일(40U, 40V, 40W)은, 각각 2개씩 있다. 그리고, 이너 코일(40U, 40V, 40W)은 모두, 스테이터 코어(11)의 중심축(P)을 중심으로 하는 1개의 원주 상에 위치하도록 배치되어 있다. 이너 코일(40U, 40V, 40W) 각각은, 2개의 슬롯(14)에 걸치는 상태로서, 그리고 1개의 분할 티스(13)를 사이에 끼운 2개의 고정 티스(12)에 걸치도록, 2개의 고정 티스(12)에 부착되어 있다. 또한, 동일 슬롯(14) 내에는 상이한 상의 코일이 삽입되는 일은 없다.

한 쌍의 이너 코일(40U)은, 서로 180도의 각도 간격을 두고 배치되며, 합계 4개의 슬롯(14)에 삽입되어 있다. 이너 코일(40V) 및 이너 코일(40W) 각각에 대해서도 상기한 이너 코일(40U)과 동일한 배치로 되어 있다. 또한, 이너 코일(40U, 40V, 40W) 각각은, 단면이 장방형의 균일한 폭의 코일선(평각선)으로 이루어짐과 함께 절연 피복되어 있다. 도 4(b)에 나타내는 바와 같이, 이너 코일(40U, 40V, 40W)(도 4(b)에서는 이너 코일(40U)만 도시) 각각은, 슬롯(14) 내에 삽입되는 한 쌍의 삽입부(47)와, 스테이터 코어(11)의 축 방향의 양 단면으로부터 돌출되는 한 쌍의 코일 엔드(41)(제2 코일 엔드)을 가진다.

도 1 및 도 2에 나타내는 바와 같이, 각 이너 코일(40U, 40V, 40W)의 각 코일 엔드(41)(이하, 이너 코일 엔드(41)로 기재함)은, 양 삽입부(47)로부터 스테이터 코어(11)의 축 방향을 따라서 연장되는 한 쌍의 기립부(41a)를 구비한다. 또한, 이너 코일 엔드(41)는, 한 쌍의 기립부(41a)의 선단끼리를 접속하도록 스테이터 코어(11)의 주방향을 따라서 연장되는 이너 브리지부(41b)를 구비한다. 각 이너 코일 엔드(41)는, 한 쌍의 기립부(41a)와 이너 브리지부(41b)에 의해 정면에서 보았을 때 채널 형상(channel shape)으로 형성되어 있다. 도 4(b)에 나타내는 바와 같이, 각 삽입부(47)에는 합성 수지제의 절연 시트(32)가 감아 장착되어 있다.

그리고, 슬롯(14)에 아우터 코일(30U, 30V, 30W)과, 이너 코일(40U, 40V, 40W)이 끼워 넣어진 상태에서는, 아우터 브리지부(31b)는, 스테이터 코어(11)의 지름 방향에 있어서 이너 브리지부(41b)보다도 외측에 배치되어 있다. 바꾸어 말하면, 아우터 브리지부(31b)는, 이너 브리지부(41b)에 대하여 로우터(15)와 반대측에 배치되어 있다. 아우터 브리지부(31b)는, 스테이터 코어(11)의 중심축(P)을 중심으로 하는 1개의 제1 원주 상에 배치되고, 이너 브리지부(41b)는, 상기 제1 원주보다도 지름 방향 내측에 있는 1개의 제2 원주 상에 배치된다. 아우터 및 이너 코일의 삽입부(37, 47)는, 상기 제2 원주 상에 배치된다. 이너 브리지부(41b) 각각은, 스테이터 코어(11)의 주방향으로 서로 이웃하는 2개의 아우터 코일(30U)의 굴곡부(31a)에 걸치고 있다. 이너 코일(40U, 40V, 40W)이 슬롯(14)에 끼워 넣어진 상태에서는, 각 이너 코일 엔드(41)의 한 쌍의 기립부(41a)의 사이이며, 동 각 기립부(41a)와 서로 이웃하는 티스는 고정 티스(12)이다. 또한, 각 아우터 브리지부(31b) 및 당해 아우터 브리지부(31b)와 주방향으로 부분적으로 오버랩되는 이너 브리지부(41b)의 양쪽이 걸치는 티스는, 고정 티스(12)이다. 또한 아우터 코일(30U, 30V, 30W)은, 이너 코일(40U, 40V, 40W)보다 먼저 스테이터 코어(11)에 끼워 넣어진다.

다음으로, 스테이터(10)의 제조 방법에 대해서 설명한다.

우선, 분할 티스(13)가 스테이터 코어(11)로부터 떼어내진 상태에 있어서, 도 5(a)에 나타내는 바와 같이, 1개의 걸음 볼록부(11a)를 사이에 끼운 2개의(쌍을 이룸) 고정 티스(12)에 대하여, 각 아우터 코일(30U, 30V, 30W)을 부착한다. 즉, 각 아우터 코일(30U, 30V, 30W)을 스테이터 코어(11)의 지름 방향 외측으로 이동시킨다. 각 아우터 코일(30U, 30V, 30W)의 내측에 한 쌍의 고정 티스(12)가 배치되도록, 각 아우터 코일(30U, 30V, 30W)을 동일한 쌍의 고정 티스(12)에 부착한다. 그리고, U상, V상, W상 각각 2개씩의 아우터 코일(30U, 30V, 30W)을, 스테이터 코어(11)의 주방향을 따라서 U상, V상, W상의 순서로 동일 원주 상에 배치되도록 고정 티스(12)(스테이터 코어(11))에 부착한다.

이 부착 상태에 있어서, 주방향으로 서로 이웃하는 U상의 아우터 코일(30U)과 V상의 아우터 코일(30V)과의 사이, 주방향으로 서로 이웃하는 V상의 아우터 코일(30V)과 W상의 아우터 코일(30W)과의 사이, 주방향으로 서로 이웃하는 W상의 아우터 코일(30W)과 U상의 아우터 코일(30U)과의 사이 각각에는, 분할 티스(13)를 삽입 가능하게 하는 간극(gap)이 형성된다.

다음으로, 도 5(b)에 나타내는 바와 같이, 스테이터 코어(11)의 주방향으로 서로 이웃하는 2개의 아우터 코일(30U, 30V, 30W)끼리의 사이의 간극에, 분할 티스(13)를 삽입하고, 스테이터 코어(11)에 분할 티스(13)를 장착한다. 분할 티스(13)를 스테이터 코어(11)의 축 방향을 따라서 이동시키면서 스테이터 코어(11)의 걸음 볼록부(11a)에 분할 티스(13)의 걸음 오목부(13c)를 끼워맞춤으로써, 스테이터 코어(11)에 대한 분할 티스(13)의 장착이 행해진다.

그러면, 스테이터 코어(11)의 주방향에 있어서 서로 이웃하는 고정 티스(12)와 분할 티스(13)와의 사이에 슬롯(14)이 구획된다. 구획된 슬롯(14)에는 아우터 코일(30U, 30V, 30W)의 삽입부(37)가 삽입되어 있다.

스테이터 코어(11)에 아우터 코일(30U, 30V, 30W)이 부착된 상태에 있어서, 아우터 코일 엔드(31)의 굴곡부(31a)는, 스테이터 코어(11)의 지름 방향 외측을 향하여 삽입부(37)(슬롯(14))로부터 연장되어 있다. 이 때문에, 주방향으로 서로 이웃하는 아우터 코일 엔드(31)의 굴곡부(31a)끼리의 사이에 간극이 형성되어, 당해 간극에 있어서 걸음 볼록부(11a)가 스테이터 코어(11)의 축 방향으로 개방된 상태로 되어 있다. 즉, 스테이터 코어(11)의 축 방향에 따른 걸음 볼록부(11a)의 연장선상에, 굴곡부(31a)는 존재하지 않는다. 따라서, 한 쌍의 고정 티스(12)의 사이에 존재하는 2개의 굴곡부(31a)끼리의 사이에, 분할 티스(13)를 스테이터 코어(11)의 축 방향을 따라서 이동시키면서 삽입하는 것이 가능해진다.

다음으로, 도 6(a)에 나타내는 바와 같이, 1개의 분할 티스(13)를 사이에 끼운 2개의(쌍을 이룸) 고정 티스(12)에 대하여 각 이너 코일(40U, 40V, 40W)을 부착한다. 즉, 이너 브리지부(41b) 및 아우터 브리지부(31b)의 양쪽이 걸치는 고정 티스(12)에 대하여 이너 코일(40U, 40V, 40W)을 부착한다.

각 이너 코일(40U, 40V, 40W)을, 스테이터 코어(11)의 내측 공간으로부터 스테이터 코어(11)의 지름 방향 외측을 향하여 이동시켜, 각 이너 코일(40U, 40V, 40W)의 내측에 한 쌍의 고정 티스(12)(및 동 한 쌍의 고정 티스(12) 간의 1개의 분할 티스(13))가 배치되도록, 이너 코일(40U, 40V, 40W)을 상기 한 쌍의 고정 티스(12)에 부착한다. 아우터 브리지부(31b)는 스테이터 코어(11)의 내주면(슬롯(14)의 저부에 상당)보다도 지름 방향 외측에 배치되며, 상기 브리지부(31b)의 양단의 한 쌍의 굴곡부(31a)끼리의 사이에 간극이 형성되어 있다. 이 때문에, 아우터 브리지부(31b)가 이너 코일(40U, 40V, 40W)의 부착의 방해가 되는 일이 없다. 이렇게 하여 부착된 각 이너 코일(40U, 40V, 40W)에서는, 삽입부(37)가 고정 티스(12) 간의 간극에 수용됨과 함께, 이너 브리지부(41b)가, 스테이터 코어(11)의 주방향으로 서로 이웃하는 2개의 굴곡부(31a)에 걸치고, 그리고 아우터 브리지부(31b)보다도 지름 방향 내측에 배치된다.

그리고, U상, V상, W상 각각 2개씩의 이너 코일(40U, 40V, 40W)을, U상, V상, W상의 순서로 동일 원주 상(동일 계열 중)에 배치되도록 고정 티스(12)에 부착한다. 이 부착 상태에 있어서, 주방향으로 서로 이웃하는 U상의 이너 코일(40U)과 V상의 이너 코일(40V)과의 사이, 주방향으로 서로 이웃하는 V상의 이너 코일(40V)과 W상의 이너 코일(40W)과의 사이, 주방향으로 서로 이웃하는 W상의 이너 코일(40W)과 U상의 이너 코일(40U)과의 사이 각각에는, 분할 티스(13)를 삽입 가능하게 하는 간극이 형성된다.

다음으로, 도 6(b)에 나타내는 바와 같이, 스테이터 코어(11)의 주방향으로 서로 이웃하는 2개의 이너 코일(40U, 40V, 40W)끼리의 사이의 간극에 분할 티스(13)를 삽입하고, 스테이터 코어(11)에 분할 티스(13)를 장착한다. 아우터 브리지부(31b)는, 스테이터 코어(11)의 내주면보다 스테이터 코어(11)의 지름 방향 외측에 배치됨과 함께, 걸음 볼록부(11a)보다도 스테이터 코어(11)의 지름 방향 외측에 배치되어 있다. 또한, 주방향으로 서로 이웃하는 고정 티스(12) 간에 배치된 2개의 굴곡부(31a)끼리의 사이에는, 스테이터 코어(11)의 축 방향으로 개방된 간극이 형성되어 있다. 그 때문에, 아우터 브리지부(31b)나 굴곡부(31a)의 존재가 분할 티스(13)의 삽입을 방해하지 않는다.

분할 티스(13)와 고정 티스(12)로 이너 코일(40U, 40V, 40W)의 삽입부(47)를 사이에 끼워넣도록, 분할 티스(13)를 스테이터 코어(11)에 장착한다. 분할 티스(13)를 스테이터 코어(11)의 축 방향을 따라서 이동시키면서 스테이터 코어(11)의 걸음 볼록부(11a)에 분할 티스(13)의 걸음 오목부(13c)를 끼워 맞춤으로써, 분할 티스(13)의 스테이터 코어(11)로의 장착이 행해진다.

스테이터 코어(11)에 분할 티스(13)가 장착되면, 주방향으로 서로 이웃하는 고정 티스(12)와 분할 티스(13)와의 사이에 슬롯(14)이 구획된다. 슬롯(14)에는 이너 코일(40U, 40V, 40W)의 삽입부(47)가 삽입되어 있다.

도 7은, 상기 방법에 의해 제조된 스테이터(10)에 있어서의 아우터 코일(30U, 30V, 30W) 및 이너 코일(40U, 40V, 40W)의 배선도를 나타낸다. 인버터(50)의 U상의 단자(51)에 접속되는, 한 쌍의 아우터 코일(30U)의 U상 삽입부(도 7만 37U로 나타냄)는, U상의 슬롯(도 7만 14Uo로 나타냄)의 군에 통해져 있다. 인버터(50)의 V상의 단자(52)에 접속되는, 한 쌍의 아우터 코일(30V)의 V상 삽입부(도 7만 37V로 나타냄)는, V상의 슬롯(도 7만 14Vo로 나타냄)의 군에 통해져 있다. 인버터(50)의 W상의 단자(53)에 접속되는, 한 쌍의 아우터 코일(30W)의 W상 삽입부(도 7만 37W로 나타냄)는, W상의 슬롯(도 7만 14Wo로 나타냄)의 군에 통해져 있다.

인버터(50)의 U상의 단자(51)에 접속되는, 한 쌍의 이너 코일(40U)의 U상 삽입부(도 7만 47U로 나타냄)는, U상의 슬롯(도 7만 14Ui로 나타냄)의 군에 통해져 있다. 인버터(50)의 V상의 단자(52)에 접속되는, 한 쌍의 이너 코일(40V)의 V상 삽입부(도 7만 47V로 나타냄)는, V상의 슬롯(도 7만 14Vi로 나타냄)의 군에 통해져 있다. 인버터(50)의 W상의 단자(53)에 접속되는, 한 쌍의 이너 코일(40W)의 W상 삽입부(도 7만 47W로 나타냄)는, W상의 슬롯(도 7만 14Wi로 나타냄)의 군에 통해져 있다.

그리고, U상의 아우터 코일(30U)과 U상의 이너 코일(40U)이 직렬로 접속되어 있다. U상의 코일로서는 제1 계열의 아우터 코일(30U)과 제2 계열의 이너 코일(40U)이 동일한 개수(2개)씩 이용되고 있다. 또한, V상의 아우터 코일(30V)과 V상의 이너 코일(40V)이 직렬로 접속되어 있다. V상의 코일로서는 제1 계열의 아우터 코일(30V)과 제2 계열의 이너 코일(40V)이 동일한 개수(2개)씩 이용되고 있다. 또한, W상의 아우터 코일(30W)과 W상의 이너 코일(40W)이 직렬로 접속되어 있다. W상의 코일로서는 제1 계열의 아우터 코일(30W)과 제2 계열의 이너 코일(40W)이 동일한 개수(2개)씩 이용되고 있다.

또한, 부호 N1는, 아우터 코일(30U, 30V, 30W) 및 이너 코일(40U, 40V, 40W)의 코일선(33, 34, 43)의 종단을 결선(結線)한 중성점(中性點)이고, 부호 N2는, 아우터 코일(30U, 30V, 30W) 및 이너 코일(40U, 40V, 40W)의 코일선(35, 36, 44)의 종단을 결선한 중성점이다. 그리고, 회전 전기 기계(M)는, 8극(極) 3상 24 슬롯의 회전 전기 기계이다. 로터(15)는, 인버터(50)를 개재한 아우터 코일(30U, 30V, 30W) 및 이너 코일(40U, 40V, 40W)로의 통전(通電)에 의해 회전한다.

상기 실시 형태는, 이하의 이점을 가진다.

(1) 미리 성형된 U상, V상, W상 각각의 아우터 코일(30U, 30V, 30W)이 이용됨과 함께, 미리 성형된 U상, V상, W상 각각의 이너 코일(40U, 40V, 40W)이 이용되고 있다. 아우터 코일(30U, 30V, 30W)은, 그 각 아우터 브리지부(31b)가 이너 코일(40U, 40V, 40W)의 이너 브리지부(41b)보다도 지름 방향 외측에 배치되도록 미리 성형되어 있다. 이 때문에, 아우터 코일(30U, 30V, 30W)이 고정 티스(12)에 부착된 후, 이너 코일(40U, 40V, 40W)을 고정 티스(12)에 부착했을 때, 코일 엔드(31, 41)끼리가 간섭하는 일이 없다. 따라서, 3상의 코일을 구비하면서도, 아우터 코일(30U, 30V, 30W)과 이너 코일(40U, 40V, 40W)이라는 2종류의 코일을 성형할 뿐만 아니라, 3상의 코일 각각이 다른 형상으로 성형되어 있는 경우에 비해, 코일의 성형에 필요로 하는 작업 및, 지그(jig)를 줄여 스테이터(10)의 제조 비용을 억제할 수 있다.

(2) U상, V상, W상의 아우터 코일(30U, 30V, 30W)은, 그들의 아우터 브리지부(31b)(아우터 코일 엔드(31))가 스테이터 코어(11)의 중심축(P)을 중심으로 한 1개의 원주 상에 배치되고, 아우터 코일(30U, 30V, 30W)은, 동일 계열 중에 배치되어 있다. 또한, U상, V상, W상의 이너 코일(40U, 40V, 40W)은, 그들의 이너 브리지부(41b)(이너 코일 엔드(41))가 스테이터 코어(11)의 중심축(P)을 중심으로 한 1개의 원주 상(相)에 배치되고, 이너 코일(40U, 40V, 40W)은, 동일 계열 중에 배치되어 있다. 따라서, 3개의 상의 코일의 코일 엔드가 서로 상이한 원주 상에 배치되는 경우와 비교하여, 아우터 코일 엔드(31) 및 이너 코일 엔드(41)를 소형화할 수 있다.

(3) 코일 엔드로서는, 아우터 코일 엔드(31) 및 이너 코일 엔드(41)의 2종류만이 존재한다. 따라서, 3상의 코일의 코일 엔드가 서로 간섭하지 않도록 다른 형상으로 성형되는 경우에 비해, 아우터 코일 엔드(31) 및 이너 코일 엔드(41)의 스테이터 코어(11)의 단면으로부터의 돌출 길이를 억제할 수 있다.

(4) U상의 아우터 코일(30U)과 U상의 이너 코일(40U)끼리, V상의 아우터 코일(30V)과 V상의 이너 코일(40V)끼리 및, W상의 아우터 코일(30W)과 W상의 이너 코일(40U)끼리는 각각 직렬로 접속되어 있다. 또한, 아우터 코일(30U, 30V, 30W)은 각각 2개씩 사용되고, 이너 코일(40U, 40V, 40W)은 각각 2개씩 사용되고 있다. 이 때문에, 각 상(相)마다의 코일 길이를 동일하게 하여, 상이한 상(相) 간에서의 코일의 임피던스의 불균형을 억제할 수 있다. 그 결과, 전류 언밸런스를 일으키기 어렵게 할 수 있어, 전력 집중에 의한 토크 저하, 손실 증가, 진동 증가 등의 문제점의 발생을 방지할 수 있다.

(5) 아우터 코일(30U, 30V, 30W)은, U상, V상 및 W상에서 모두 동일 형상으로 형성되고, 이너 코일(40U, 40V, 40W)도, U상, V상 및 W상에서 모두 동일 형상으로 형성되어 있다. 이 때문에, 동일 원주 상(동일 계열 중)에 배치된 아우터 코일(30U, 30V, 30W)의 아우터 코일 엔드(31)는 모두 동일 형상이 되고, 동일 원주 상(동일 계열 중)에 배치된 이너 코일(40U, 40V, 40W)도 모두 동일 형상이 된다. 따라서, 각 상마다의 코일 길이를 동일하게 하여, 상이한 상 간에서의 코일의 임피던스의 불균형을 억제할 수 있다. 그 결과, 전류 언밸런스를 일으키기 어렵게 할 수 있어, 전력 집중에 의한 토크 저하, 손실 증가, 진동 증가 등의 문제점의 발생을 방지할 수 있다.

(6) 스테이터(10)는, 스테이터 코어(11)에 일체 성형된 고정 티스(12)와, 스테이터 코어(11)에 대하여 착탈 가능한 분할 티스(13)를 구비하고 있다. 아우터 코일(30U, 30V, 30W)을 고정 티스(12)에 부착한 후에 일부의 분할 티스(13)를 스테이터 코어(11)에 장착하여 슬롯(14)을 구획함과 함께, 이너 코일(40U, 40V, 40W)을 고정 티스(12)에 부착한 후, 나머지의 분할 티스(13)를 스테이터 코어(11)에 장착하여 슬롯(14)이 구획된다. 따라서, 분포감기의 스테이터(10)의 제조시라도, 아우터 코일(30U, 30V, 30W) 및 이너 코일(40U, 40V, 40W)을 슬롯(14)에 조입할 때에 변형시킬 필요가 없어, 코일선이 손상을 받거나 하는 것을 방지할 수 있어, 스테이터(10)의 제조에 수반하는 회전 전기 기계(M)의 성능 저하를 방지할 수 있다.

(7) 모든 티스 중 절반이 고정 티스(12)이다. 따라서, 예를 들면, 모든 티스를 분할 티스(13)로 하는 경우와 비교하면, 스테이터 코어(11)에 모든 티스를 장착하는데 필요로 하는 시간을 단축하여, 부품점수를 줄여 스테이터(10)의 제조 비용을 억제할 수 있다. 또한, 모든 티스를 분할 티스(13)로 하는 경우와 비교하면, 분할 티스(13)와 스테이터 코어(11)와의 끼워맞춤부의 갭에 의한 철손(iron loss)의 증가를 적게할 수 있음과 함께, 스테이터 코어(11)의 주방향으로 서로 이웃하는 티스 간의 갭의 불균형을 억제할 수 있어, 그 결과로서, 토크 리플(torque ripple)의 증대를 방지할 수 있다. 덧붙여, 모든 티스를 분할 티스(13)로 하는 경우는, 모든 분할 티스(13)를 스테이터 코어(11)에 장착할 때에 발생하는 소성(塑性) 변형량이 커지지만, 본 실시 형태에서는, 모든 티스 중 반만이 분할 티스(13)이기 때문에, 분할 티스(13)를 부착할 때의 소성 변형량을 줄여 전자기(電磁氣) 특성의 열화를 억제할 수 있다.

또한, 상기 실시 형태는 이하와 같이 변경해도 좋다.

제1 계열의 아우터 코일(30U, 30V, 30W)은, 그 아우터 브리지부(31b)가 이너 브리지부(41b)보다도 지름 방향 외측(상기 고정 티스(12)의 돌설(突設) 방향과 반대 방향의 측)에 배치되는 형상이면 반드시 동일 형상이 아니라도 좋다. 예를 들면, 상이한 상 간에서 코일선의 길이 등이 상이해도 좋다. 또한, 제2 계열의 각 상의 이너 코일(40U, 40V, 40W)은, 이너 브리지부(41b)가 굴곡부(31a)에 걸치는 형상이면 반드시 동일 형상이 아니라도 좋으며, 예를 들면, 상이한 상 간에서 코일선의 길이 등이 상이해도 좋다. 이 경우, 아우터 코일(30U, 30V, 30W)의 삽입부(37)의 형상만을 달리한 상관(相關)으로 상이한 것이 바람직하고, 이너 코일(40U, 40V, 40W)의 삽입부(47)의 형상만을 달리한 상관으로 상이한 것이 바람직하다.

제1 계열의 코일은 적어도 2상(U상과 V상, V상과 W상, 또는 W상과 U상)의 코일이 혼재하도록 배치됨과 함께, 제2 계열의 코일은 적어도 2상(V상과 W상, W상과 U상, 또는 U상과 V상)의 코일이 혼재하도록 배치되어 있어도 좋다.

극수와 슬롯수와의 조합은, 「극수×상수(3)＝슬롯수」이면 적절히 변경해도 좋다. 예를 들면, 극수가 “6”이면, 상수가“3”이기 때문에, 슬롯수가 18이 된다. 또는, 「극수×상수(3)×1 계열 내의 코일의 형상의 수＝슬롯수」이면 적절히 변경해도 좋다. 예를 들면, 도 8에 나타내는 바와 같이, 극수가 “8”, 상수가“3”의 경우이고, 제1 계열 및 제2 계열의 각 계열에서 각각 2종류의 코일이 있는 경우, 슬롯수는 “48”이 된다. 도 8에 있어서, 제1 계열의 코일은, 제1 아우터 코일(301U, 301V, 301W)과, 스테이터 코어(11)의 지름 방향에 있어서 제1 아우터 코일(301U, 301V, 301W)보다 내측에 배치된 제2 아우터 코일(302U, 302V, 302W)로 이루어진다. 또한, 제2 계열의 코일은, 제1 이너 코일(401U, 401V, 401W)과, 스테이터 코어(11)의 지름 방향에 있어서 제1 이너 코일(401U, 401V, 401W)보다 내측에 배치된 제2 이너 코일(402U, 402V, 402W)로 이루어진다.

모든 티스가 고정 티스(12)라도 좋고, 모든 티스가 분할 티스(13)라도 좋다.

전기 기계로서, 리니어 모터와 같은 직선형의 전기 기계의 스테이터를 본원 발명과 같이 구성해도 좋다. 또한, 직선형의 전기 기계에 있어서, 아우터 코일(제1 계열의 코일)이란, 이너 코일(제2 계열의 코일)보다도 먼저 스테이터 코어에 부착됨과 함께 그 브리지부가 이너 코일의 브리지부보다도 티스의 돌설 방향과 반대 방향의 측에 배치되는 코일을 가리키고, 이너 코일이란 아우터 코일의 후에 스테이터 코어에 부착되어 그 브리지부가 아우터 코일의 브리지부보다도 티스의 돌설 방향의 측에 배치되는 코일을 가리킨다.

M : 전기 기계로서의 회전 전기 기계,
10 : 스테이터
11 : 스테이터 코어
12 : 티스로서의 고정 티스
13 : 티스로서의 분할 티스
14 : 슬롯
30U, 30V, 30W, 301U, 301V, 301W, 302U, 302V, 302W : 제1 계열의 코일로서의 아우터 코일
31 : 제1 계열의 코일 엔드로서의 아우터 코일 엔드
31a : 굴곡부
31b : 아우터 브리지부
37 : 아우터 코일의 삽입부
40U, 40V, 40W, 401U, 401V, 401W, 402U, 402V, 402W : 제2 계열의 코일로서의 이너 코일
41 : 제2 계열의 코일 엔드로서의 이너 코일 엔드
41a : 기립부
41b : 이너 브리지부
47 : 이너 코일의 삽입부

Claims

전기 기계에 있어서의 스테이터에 있어서, 당해 스테이터는,
스테이터 코어와,
상기 스테이터 코어로부터 제1 방향으로 연장되는 복수의 티스(teeth)로서, 인접하는 티스끼리의 사이에 슬롯을 형성하도록 배열되는 상기 복수의 티스와,
상기 슬롯에 끼워넣어지는, 소정의 형상으로 성형된 제1 계열의 코일과,
상기 슬롯에 끼워넣어지는, 소정의 형상으로 성형된 제2 계열의 코일을 구비하고,
상기 제1 계열의 코일의 각각은, 상기 슬롯에 각각 삽입되는 한 쌍의 삽입부와 상기 스테이터 코어의 양 단면(兩端面)으로부터 각각 돌출되는 한 쌍의 제1 코일 엔드를 구비하며, 각 제1 코일 엔드는 상기 한 쌍의 삽입부의 단부(端部)로부터 상기 제1 방향과는 반대의 제2 방향으로 연장되는 한 쌍의 굴곡부와 당해 굴곡부끼리를 접속하는 브리지부를 구비하고,
상기 제2 계열의 코일의 각각은, 상기 슬롯에 각각 삽입되는 한 쌍의 삽입부와 상기 스테이터 코어의 양 단면으로부터 각각 돌출되는 제2 코일 엔드를 구비하며, 각 제2 코일 엔드는 상기 한 쌍의 삽입부의 단부로부터 연장되는 한 쌍의 기립부(upright portion)와 당해 기립부끼리를 접속하는 브리지부를 구비하고,
상기 제1 계열의 코일의 브리지부는, 상기 제2 계열의 코일의 브리지부보다도, 상기 제2 방향의 측에 배치되고, 상기 제2 계열의 각 코일의 브리지부는, 상기 제1 계열의 서로 이웃하는 2개의 코일의 굴곡부에 걸치고 있고,
상기 제1 계열의 코일 및 제2 계열의 코일은, 동일 계열 중에 U상(相), V상 및, W상의 코일 중 적어도 2상의 코일이 혼재하도록 배치되며, 제1 계열에 있어서의 각 상의 코일은 제2 계열에 있어서의 동일한 상의 코일과 접속되는 전기 기계에 있어서의 스테이터.
제1항에 있어서,
상기 제1 계열에 있어서의 각 상의 코일은 제2 계열에 있어서의 동일한 상의 코일과 직렬로 접속되고,
상기 제1 계열에 있어서의 각 상의 코일의 수는, 상기 제2 계열에 있어서의 동일한 상의 코일의 수와 동일한 스테이터.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제1 계열의 코일은 모두 동일한 형상을 이루고, 상기 제2 계열의 코일은 모두 동일한 형상을 이루는 스테이터.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 티스는, 상기 스테이터 코어에 대하여 일체 성형된 고정 티스와, 상기 스테이터 코어에 대하여 장착 가능한 분할 티스를 포함하는 스테이터.
제4항에 있어서,
모든 티스 중 절반의 티스는, 상기 고정 티스인 스테이터.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 계열의 코일의 브리지부는, 상기 슬롯보다도, 상기 제2 방향의 측에 배치되는 스테이터.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 스테이터 코어는 원통 형상을 이루고, 상기 티스는 상기 스테이터 코어의 주(周)방향을 따라서 배열됨과 함께 상기 스테이터 코어의 내주면으로부터 상기 제1 방향을 향하여 연장되어 있고,
상기 제1 계열의 코일의 브리지부는, 상기 슬롯보다도 상기 스테이터 코어의 상기 제2 방향의 측에 배치되는 스테이터.
제7항에 있어서,
상기 제1 계열의 코일의 브리지부는, 상기 스테이터 코어의 중심축을 중심으로 하는 1개의 제1 원주 상에 배치되고, 상기 제2 계열의 코일의 브리지부는, 상기 제1 원주보다도 상기 제1 방향에 있는 1개의 제2 원주 상에 배치되는 스테이터.
제8항에 있어서,
상기 제1 계열의 코일의 삽입부 및 상기 제2 계열의 코일의 삽입부는, 상기 제2 원주 상에 배치되는 스테이터.