WO2015068266A1 - 回転電機の固定子、及び回転電機 - Google Patents

Abstract

　１つの分割コアの複数のティース部の外側の側面は、隣接する分割コアのティース部の側面と対向して隣接する分割コアの間に跨る第２のスロットを形成し、１つの分割コアの複数のティース部により第１のスロットを形成し、第１のスロットの幅寸法と第２のスロットの幅寸法とは均等になるように構成され、第１のスロットは第１の絶縁部材を介してコイル導体収納空間が形成され、第２のスロットは第２の絶縁部材を介してコイル導体収納空間が形成され、第１の絶縁部材の厚み寸法と第２の絶縁部材の厚み寸法とは異なるように構成され、第１のスロットのコイル導体収納空間の幅寸法と第２のスロットに於けるコイル導体収納空間の幅寸法とは、第１の絶縁部材の厚み寸法と第２の絶縁部材の厚み寸法との差に基づいて調整されて同一となるように構成される。

Description

回転電機の固定子、及び回転電機

　この発明は、複数個の分割コアを周方向に連結して構成した環状の固定子コアを有する回転電機の固定子、及びその固定子を備えた回転電機に関するものである。

　周知のように、自動車等の車両に搭載される回転電機、特に電動機及び発電機として使用される回転電機は、小型で且つ高出力であることが求められる。従来、軸方向に延びる複数個のティース部とこれ等のティース部により区画された複数個のスロット部とを内周部に備えた環状の固定子コアと、この固定子コアの前述のスロットに挿入されたコイル導体を含む三相等の多相固定子コイルと、を備えた回転電機の固定子が存在する。この従来の回転電機の固定子の場合、スロット部の内部へのコイル導体の挿入は、例えば、固定子コアの内径より小さい外径の治具に固定子コイルのコイル導体を環状にセットし、治具に装着したままのコイル導体を固定子コアの内部空間内に挿入して後、治具の外径を拡張することによりコイル導体を各スロット部の内部に挿入するようにしている。

　このような従来の回転電機固定子の場合、コイル導体をスロットに挿入する際に、コイル導体のスロット部への挿入がスムースに行えるように、スロット部の幅寸法をコイル導体の幅寸法より大きくする必要があり、スロット部に挿入されたコイル導体の占積率が低下するという課題があった。又、スロット部の幅寸法とコイル導体の幅寸法との差を小さくすると、スロット部へのコイル導体の挿入がスムースに行なえず、場合によってはコイル導体の絶縁被膜がティース部のエッジにより損傷を受ける恐れがあった。

　そこで、従来、特許文献１に開示されているように。複数個の分割コアを固定子の周方向に結合して環状の固定子コアを構成するようにした回転電機の固定子、及びその固定子を備えた回転電機が提案されている。特許文献１に開示された回転電機の固定子は、分割コアが周方向に全周に亘って配置され、深さ方向が径方向に一致する複数のスロットを周方向に区画する複数のティースを備えた固定子コアと、前記スロットにコイル導体部が挿入された固定子コイルと、を備えている。

　特許文献１に開示された従来の回転電機の固定子に於いて、一つの分割コアは、固定子コアの外周面の一部を構成するコアバック部と、固定子コアの内周部の一部を構成し前記コアバック部から固定子コアの中心方向に突出する２本のティース部を備えている。一つの分割コアに設けられた２本のティース部は、固定子コアの周方向に所定の間隔を介して対向して配置されており、この対向する２本のティース部により１つのスロットが区画されている。以下の説明では、この対向する２本のティース部により区画されたスロットを第１のスロットと称する。

　又、複数の分割コアにより固定子コアを構成したとき、隣接する２つの分割コアのうちの一方の分割コアのティース部と前記隣接する２つの分割コアのうちの他方の分割コアのティース部とが互いに対向して、前記隣接する２つの分割コア間に跨る１つのスロットが区画される。以下の説明では、この隣接する２つの分割コア間に跨って区画されたスロットを第２のスロットと称する。前記第２のスロットの幅寸法は、前記第１のスロットの幅寸法よりも小さくなるように設定されるのが望ましいとされる。

　前述の特許文献１に開示された従来の回転電機の固定子に於いては、固定子コイルを予め円環状に形成しておき、分割コアの２本のティース部により固定子コイルのコイル導体を挟み込むように２本のティース部をコイル導体間に挿入することで、１つの分割コアに区画された第１のスロット内にコイル導体を挿入する。又、このとき、隣接する２つの分割コア間にコイル導体が挿入されるが、この時点では隣接する分割コア間に跨る前述の第２のスロットが未だ区画されておらず、従って、隣接する分割コア間へのコイル導体の挿入は容易となる。このようにして円環状に構成された固定子コイルのコイル導体間に複数の分割コアの各ティース部を挿入した後、各分割コアを一体に固定して円環状の固定子コアを形成する。複数の分割コアが円環状に相互に固定された状態で、前述の第２のスロットが隣接する分割コアのティース部により区画される。

　以上のように構成される特許文献１に開示された従来の回転電機の固定子、及びその固定子を備えた回転電機によれば、第２のスロットの幅寸法が第１のスロットの幅寸法より小さく形成することにより、第２のスロットに於けるコイル導体の占積率を高くすることができ、固定子全体としてのスロットのコイル導体の占積率を高めることができ、小型高出力の回転電機を得ることができる。更に、隣接する分割コア間に跨る第２のスロットが区画されるまでに隣接する分割コア間にコイル導体が挿入されるので、第２のスロットの幅寸法が第１のスロットの幅寸法より小さく形成されていても、コイル導体の挿入時に、ティース部によりコイル導体の絶縁被膜等へ損傷を与える恐れも少ないという利点がある。

特開２００９－２１３３０９号公報

　前述の特許文献１に開示された回転電機の固定子は、隣接する分割コア間に跨って区画される第２のスロットの幅寸法は、１つの分割コアに区画された第１のスロットの幅寸法以下であるため、第１のスロットに於けるコイル導体の占積率と第２のスロットに於けるコイル導体の占積率が異なることになり、複数の分割コアを周方向に連結して形成した固定子に磁気的アンバランスが生じるという課題があった。

　この発明は、従来の回転電機の固定子に於ける前述のような課題を解決するためになされたもので、固定子のスロットの幅寸法が均一で占積率が高く、磁気的アンバランスが生じることのない回転電機の固定子、及びその固定子を備えた回転電機を提供することを目的としている。

　この発明による回転電機の固定子は、
　円環状に構成された固定子コアと、前記固定子コアの内周部に形成されたスロットにコイル導体が収納される固定子コイルと、を備えた回転電機の固定子であって、
　前記固定子コアは、複数の分割コアを前記固定子コアの周方向に結合して構成され、
　前記分割コアは、前記固定子コアの外周面部の一部分を構成する外周面を備えたコアバック部と、前記コアバック部から前記固定子コアの径方向内側に突出し前記周方向に所定の間隔を介して配置された複数のティース部と、前記複数のティース部により区画された第１のスロットとを備え、
　前記複数の分割コアが前記周方向に結合されて前記固定子コアが構成されたとき、前記分割コアの前記ティース部に於ける前記周方向の外側に位置する側面は、隣接する分割コアのティース部に於ける前記周方向の外側に位置する側面と対向して前記隣接する分割コアの間に跨る第２のスロットを形成するように構成され、
　前記第１のスロットの幅寸法と前記第２のスロットの幅寸法とは同一となるように構成され、
　前記固定子コアの内周部に形成された前記スロットは、前記第１のスロットと前記第２のスロットにより構成され、
　前記第１のスロットは、第１の絶縁部材を介して前記コイル導体を収納し、
　前記第２のスロットは、前記第１の絶縁部材の厚さ寸法より大きい厚さ寸法を有する第２の絶縁部材を介して前記コイル導体を収納する、
ことを特徴とする。

　又、この発明による回転電機は、
　円環状に構成された固定子コアと、前記固定子コアの内周部に形成されたスロットにコイル導体が収納される固定子コイルと、を備えた固定子を備えた回転電機であって、
　前記固定子コアは、複数の分割コアを前記固定子コアの周方向に結合して構成され、
　前記分割コアは、前記固定子コアの外周面部の一部分を構成する外周面を備えたコアバック部と、前記コアバック部から前記固定子コアの径方向内側に突出し前記周方向に所定の間隔を介して配置された複数のティース部と、前記複数のティース部により区画された第１のスロットとを備え、
　前記複数の分割コアが前記周方向に結合されて前記固定子コアが構成されたとき、前記分割コアの前記ティース部に於ける前記周方向の外側に位置する側面は、隣接する分割コアのティース部に於ける前記周方向の外側に位置する側面と対向して前記隣接する分割コアの間に跨る第２のスロットを形成するように構成され、
　前記第１のスロットの幅寸法と前記第２のスロットの幅寸法とは同一となるように構成され、
　前記固定子コアの内周部に形成された前記スロットは、前記第１のスロットと前記第２のスロットにより構成され、
　前記第１のスロットは、第１の絶縁部材を介して前記コイル導体を収納し、
　前記第２のスロットは、前記第１の絶縁部材の厚さ寸法より大きい厚さ寸法を有する第２の絶縁部材を介して前記コイル導体を収納する、
ことを特徴とする。

　この発明による回転電機の回転子、及びその回転子を備えた回転電機によれば、固定子のスロットの幅寸法が均一となり、占積率を高めることができ、磁気的アンバランスを解消することができる。

この発明の実施の形態１による回転電機の固定子に於ける固定子コアを示す横断面図である。 この発明の実施の形態１による回転電機の固定子を示す部分横断面図である。 この発明の実施の形態１による回転電機の固定子に於ける分割コアの変形例を示す部分横断面図である。 この発明の実施の形態１による回転電機の固定子に於ける分割コアを説明する斜視図である。 この発明の実施の形態１による回転電機の固定子に於ける固定子コイルの結線図である。 この発明の実施の形態１による回転電機の固定子に於ける一相分の固定子コイルを示す説明図である。 この発明の実施の形態１による回転電機の固定子に於ける一相分の固定子コイルの変形例を示す説明図である。 この発明の実施の形態１による回転電機の固定子に於ける固定子コアの一部分を示す拡大横断面図である。

実施の形態１．
　図１は、この発明の実施の形態１による回転電機の固定子に於ける固定子コアを示す横断面図、図２は、この発明の実施の形態１による回転電機の固定子を示す部分横断面図、図４は、この発明の実施の形態１による回転電機の固定子に於ける分割コアを説明する斜視図である。図１に於いて、円環状の固定子コア０１は、同一形状の２４個の分割コア０２を固定子コア０１の周方向に円環状に結合して構成されている。個々の分割コア０２は全て同一の形状に形成されている。

　分割コア０２は、図２及び図４に良く示されているように、固定子コア０１の外周面部の一部分を構成する外周面を備えたコアバック部０２１と、このコアバック部０２１から固定子コア０１の径方向内側に突出し、固定子コア０１の周方向に所定の間隔を介して配置された２本のティース部０２２と、この２本のティース部０２２により区画された第１のスロット０２ａとを備えている。つまり、分割コア０２には、２本のティース部０２２に区画され、固定子コア０１の完成状態のスロット形状と同一である第１のスロット０２ａが形成される。

　又、複数の分割コア０２が固定子コア０１の周方向に結合されて固定子コア０１が構成されたとき、個々の分割コア０２のティース部０２２に於ける周方向の外側に位置する側面は、隣接する分割コア０２のティース部０２２の周方向の外側に位置する側面と対向して隣接する分割コアの間に跨る第２のスロット０２ｂを形成するように構成されている。

　具体的には、分割コア０２の周方向の両端部に第１のスロット０２ａの幅寸法の約１／２の寸法の突出部が構成されており、複数の分割コア０２を周方向に結合させたとき、分割コア０２の周方向の両端部に形成された前述の突出部が隣接する分割コア０２の周方向の突出部と当接することで、分割コア０２の１本のティース部０２２が隣接する分割コア０２の１本のティース部０２２に対して第１のスロット０２ａと同一の幅寸法で対向することとなり、その結果、これ等の２本のティース部０２２により第１のスロット０２ａと同一の幅寸法を有する第２のスロット部０２ｂが形成される。その結果、固定子コア０１は、その内周部に、第１のスロット０２ａと第２のスロット０２ｂにより構成されたスロットを備えることになる。

　固定子０１の第１のスロット０２ａには第１の絶縁部材０３が挿入され、第２のスロット０２ｂには第２の絶縁部材０４が挿入される。第１の絶縁部材０３は両面テープ等により第１のスロット０２ａの内壁に接着され、第２の絶縁部材０４は両面テープ等により第２のスロット０２ｂに接着される。第２の絶縁部材０４の厚さ寸法は、第１の絶縁部材０３の厚さ寸法よりも大きく形成されている。

　固定子の組立は、予め所定の相配置となるように成形され円環状に配置された固定子コイルのコイル導体０５の外周部側から、複数の分割コア０２を円環状の固定子コイルの径方向に挿入し、その後、各分割コア０２のコアバック部０２１を周方向に一体に結合し、円環状の固定子が形成される。

　尚、分割コアの形状は、図１、図２及び図４に示す分割コアの形状に限られるものではない。図３は、この発明の実施の形態１による回転電機の固定子に於ける分割コアの変形例を示す部分横断面図である。分割コア０２は、図３に示すようにコアバック部側から異なる形状の２本のティース部０２３、０２４を突出させるようにしても良い。即ち、１本のティース部０２４は、その一方の側面がコアバック部の端部の側面と直線的につながり、他方の側面が他の１本のティース部０２３の側面と所定のスロット幅寸法の間隔を介して対向するように形成されている。又、ティース部０２３の他方の側面は、コアバック部の端部から上記所定のスロット幅寸法だけコアバック部の端部から内側に位置するように形成されている。従って、図３に示すように、この変形例に於ける分割コア０２は、両端が非対称な形状となる。この分割コア０２を、円環状に組み合わせることにより、均一な幅寸法を有するスロットを形成することができる。

　次に、固定子コイルの結線について、４８スロット、８極、三相の回転電機を用いて説明する。図５は、この発明の実施の形態１による回転電機の固定子に於ける固定子コイルの結線図である。図５において、毎極毎相スロット数が２であり、Ｕ相の場合はコイル群Ｕ１０１、Ｕ２０１が直列に接続され、コイル群Ｕ１０２、Ｕ２０２が直列に接続され、これらの直列に接続されたコイル群が並列に接続されている。ここで、１周に渡ってスロット内に挿入されるコイルの内、半数のコイルを第１のコイル群とする。よって、各スロット内には２つのコイル群が挿入されることになる。

　図６は、この発明の実施の形態１による回転電機の固定子に於ける一相分の固定子コイルを示す説明図である。図６に示すように、給電部ｃに、Ｕ相のコイル群Ｕ１０１、Ｕ１０２が接続され、中性点ｄにコイル群Ｕ２０１、Ｕ２０２が接続されている。Ｖ相、Ｗ相も同様に結線されている。

　図７は、この発明の実施の形態１による回転電機の固定子に於ける一相分の固定子コイルの変形例を示す説明図である。図７に示すように、給電部ｃ、コイル群Ｕ１０１、Ｕ１０２、Ｕ２０１、Ｕ２０２、中性点ｄの順序でもよく、又、コイル群Ｕ１０１とＵ１０２の順序が入れ替わってもよい。コイル群Ｕ２０１、Ｕ２０２の順序も同様に順序が入れ替わってもよい。図８のように、固定子０１のスロット０２ｂには、コイル群Ｕ１０１、Ｕ１０２が挿入される。スロット０２ａには、コイル群Ｕ２０１、Ｕ２０２が挿入される。

　図８は、この発明の実施の形態１による回転電機の固定子に於ける固定子コアの一部分を示す拡大横断面図である。図８に於いて、第１のスロット０２ａに中性点ｄに近いコイル群Ｕ２０１、Ｕ２０２を挿入し、第２のスロット０２ｂに給電部ｃに近いコイル群Ｕ１０１、Ｕ１０２を挿入する。このため、スロット内のコイル間電位差を小さくすることができ、更に、コイル群Ｕ２０１、２０２の絶縁皮膜を薄くすることができる。又、コイル群Ｕ２０１、Ｕ２０２とコア０１との電位差を小さくできるため、スロット毎に対地絶縁を薄くすることができる。Ｕ相以外の他の相についても同様である。

　以上述べたように、第２のスロット０２ｂに挿入される第２の絶縁部材０４の厚さ寸法が、第１のスロット０２ａに挿入される第１の絶縁部材０３の厚さ寸法よりも大きいため、第１及び第２のスロット０２ａ、０２ｂの幅を均等にすることができるため、占積率を高くすることができ、磁気的アンバランスを解消することができる。

　第１及び第２のスロット０２ａ、０２ｂの幅が均等の場合、固定子コア０１のコイル導体０５への組付作業性は、第２のスロット０２ｂは分割コア０２の連続するスロット部で形成されるため、コイル０５への挿入前に広がっているスロット幅が、挿入が進むと共にスロット幅が狭くなっていくので、挿入しやすい。しかし、一つの分割コア０２間に区画された第１のスロット０２ａの幅を広げることはできず、第１のスロット０２ａの幅寸法は、占積率を高くするためにもコイル幅の寸法とほぼ同等が望ましく、分割コア０２のコイル０５への組付性が悪いという課題があったが、一つの分割コア間に区画された第１のスロット０２ａに挿入される第１の絶縁部材０３の厚みが薄いため、分割コア０２をコイル導体０５へ挿入しやすくすることができる。又、第１の絶縁部材０３の厚みは第２の絶縁部材０４のおよそ半分にすることができるため、分割コア０２のコイル導体０５への組付作業性を向上させることができる。

　尚、この発明は、その発明の範囲内に於いて、実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

　この発明は、回転電機の分野、とりわけ車両に搭載される回転電機の分野に利用することができ、ひいては自動車産業等の分野に利用することができる。

０１　固定子コア、０２　分割コア、０２ａ　第１のスロット、
０２ｂ　第２のスロット、０２２、０２３、０２４　ティース部、
０３　第１の絶縁部材、０４　第２の絶縁部材、
０５　コイル導体、ｃ　給電部、ｄ　中性点、
Ｕ１０１、Ｕ１０２、Ｕ２０１、Ｕ２０２　コイル群

Claims (4)

1. 　円環状に構成された固定子コアと、前記固定子コアの内周部に形成されたスロットにコイル導体が収納される固定子コイルと、を備えた回転電機の固定子であって、
   　前記固定子コアは、複数の分割コアを前記固定子コアの周方向に結合して構成され、
   　前記分割コアは、前記固定子コアの外周面部の一部分を構成する外周面を備えたコアバック部と、前記コアバック部から前記固定子コアの径方向内側に突出し前記周方向に所定の間隔を介して配置された複数のティース部と、前記複数のティース部により区画された第１のスロットとを備え、
   　前記複数の分割コアが前記周方向に結合されて前記固定子コアが構成されたとき、前記分割コアの前記ティース部に於ける前記周方向の外側に位置する側面は、隣接する分割コアのティース部に於ける前記周方向の外側に位置する側面と対向して前記隣接する分割コアの間に跨る第２のスロットを形成するように構成され、
   　前記第１のスロットの幅寸法と前記第２のスロットの幅寸法とは同一となるように構成され、
   　前記固定子コアの内周部に形成された前記スロットは、前記第１のスロットと前記第２のスロットにより構成され、
   　前記第１のスロットは、第１の絶縁部材を介して前記コイル導体を収納し、
   　前記第２のスロットは、前記第１の絶縁部材の厚さ寸法より大きい厚さ寸法を有する第２の絶縁部材を介して前記コイル導体を収納する、
   ことを特徴とする回転電機の固定子。
2. 　前記固定子コアは、毎極毎相のスロット数が２以上となるように構成され、
   　前記固定子コイルは、給電部に近いコイル導体が前記第２のスロットに収納され、中性点に近いコイル導体が前記第１のスロットに収納される、
   ことを特徴とする請求項１に記載の回転電機の固定子。
3. 　前記第１の絶縁部材の厚み寸法は、前記第２の絶縁部材の厚み寸法の約半分に形成されている、
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の回転電機の固定子。
4. 　請求項１乃至３のうちの何れか一項に記載の回転電機の固定子を備えている、
   ことを特徴とする回転電機。

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