WO2017047247A1 - 回転電機 - Google Patents

Abstract

固定子コアのスロットにコイル導体を挿入する組付け作業の効率を向上する。 回転子５０と、固定子３０と、を備え、固定子３０は、周方向に離間して配列され、半径方向に所定の深さに形成された複数のスロット１が形成された固定子コア３２と、各スロット１内に挿入されるコイル導体５を有する固定子巻線３６と、を有し、固定子コア３２の各スロット１内に、コイル導体５が挿入される空間に向けて、複数の突起７が形成されている。

Description

回転電機

　本発明は、回転電機に関する。

　車両駆動用として用いられる回転電機は、通常の回転電機に比べ、特に、小型化、高出力化が要求される。回転電機の固定子においては、コイルに断面積の太いセグメントコイル導体を用いることで、固定子コアのスロットにおける導体占積率を向上させ、小型化、高出力化を図ることができる。固定子コアのスロット内には、内周側および外周側に複数のセグメントコイル導体が挿入され、また、内外周方向に隣り合うセグメントコイル導体の間、および各セグメントコイル導体と固定子コアとの間にスロット絶縁紙が挿入される。スロット絶縁紙は、絶縁性を確保する十分な形状および面積を有する必要がある。また、導体占積率を大きくするために、できる限りその厚さを薄くすることが好ましい。

　固定子コアのスロット内に挿入されるスロット絶縁紙として、各セグメントコイル導体の外周を覆い、隣接するセグメントコイル導体間に重なり部を設けた、略Ｂの字形状に形成されたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。この構造では、固定子コアの各スロット内に、事前に、略Ｂの字形状にしたスロット絶縁紙を挿入する。そこに、セグメントコイル導体を挿入する（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１２－１４７６７４号公報

　特許文献１に記載された回転電機は、スロット絶縁紙によりセグメントコイル導体の位置を保持する構造である。このように、スロット絶縁紙のみによりセグメントコイル導体を保持する構造では、スロット絶縁紙を剛性が大きい、すなわち、厚さが厚く、取り扱いが難しい部材とする必要がある。このため、組付け作業に時間がかかり、組付け効率が低くなる。

　本発明の回転電機は、回転軸に軸支された回転子と、前記回転子の周面に微小隙間を介して配置された固定子と、を備える。前記固定子は、周方向に離間して配列され、半径方向に所定の深さに形成された複数のスロットが形成された固定子コアと、前記各スロット内に挿入されるコイル導体を有する固定子巻線と、を有する。前記固定子コアの前記各スロット内に、前記コイル導体が挿入される空間に向けて、複数の突起が形成されている。

　本発明によれば、スロット内に設けた複数の突起によりコイル導体を保持することが可能となり、組付け作業の効率が向上する。

本発明による回転電機の一実施の形態の内部構造を示す断面図。 図１に図示された回転電機の固定子コアを、軸方向における中間位置で、軸方向に垂直な面で切断した、１つのスロットの内部を拡大した断面図。 本発明の実施形態２を示し、固定子コアを、軸方向における中間位置で、軸方向に垂直な面で切断した、１つのスロットの内部を拡大した断面図。 本発明の実施形態３を示し、固定子コアの一部を、その一端面側から観た拡大斜視図。

－実施形態１－
　以下、図面を参照して、本発明の回転電機を説明する。図１は、本発明による回転電機の一実施の形態の内部構造を示す断面図である。回転電機１００は、ハイブリッド自動車や電気自動車等の車両用の電動機または電動機/発電機として用いられる。回転電機１００は、軸方向の両端が開口された円筒状のハウジング４１と、ハウジング４１の一方の開口を塞ぐカバー部材４２と、ハウジング４１の他方の開口を塞ぐ底部材４３を有する。ハウジング４１の内面には、固定子３０が焼嵌め等により固定されている。図示はしないが、ハウジング４１と固定子３０との間には、冷却水の流路が形成されている。固定子３０は、周方向に複数のスロット１（図２参照）が配列された固定子コア３２、およびコイル導体５（図２参照）を有する固定子巻線３６を備えている。各スロット１は、固定子コア３２の軸方向の一端面３２ａから他端面３２ｂに貫通して形成されている。固定子コア３２は、電磁鋼板を積層して構成された積層鋼板からなる。固定子巻線３６には、例えば、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の３相交流電流が流れ、回転電機１００は、電動機または発電機として作動する。

　固定子コア３２の内周には、固定子コア３２と微小間隙を介して回転子５０が配置されている。回転子５０は、永久磁石式またはインダクション式のいずれでもよい。回転子５０は、ハウジング４１の中心に配置されたシャフト３３に軸支されており、シャフト３３と一体に回転する。

　シャフト３３の一端側は軸受け５２により回転可能に支持されている。軸受け５２は、ベアリングホルダであるカバー部材４２により支持されている。シャフト３３の他端側は、軸受け５３により回転可能に支持されている。軸受け５３は、ベアリングホルダである底部材４３により支持されている。

　図２は、図１に図示された回転電機の固定子コアを、軸方向における中間位置で、軸方向に垂直な面で切断した、１つのスロットの内部を拡大した断面図である。　固定子コア３２の内周側には、複数のスロット１が、周方向に離間して配列されている。各スロット１は、固定子コア３２の内周面から外周側に向けて所定の深さに形成されている。スロット１は、固定子コア３２の内周面に垂直な方向に延在され、固定子コア３２の周方向に離間して配置された一対の側面１ａを有する断面矩形形状を有する。スロット１の内周側には、外部に開放された開口部１ｂが形成されている。スロット１の開口部１ｂの反対側には、底面１ｃが設けられている。スロット１の断面形状は、固定子コア３２の内周側から外周側に向かう長さ、換言すれば、開口部１ｂから底面１ｃまでの長さの方が、固定子コア３２の周方向の長さ、換言すれば、一対の側面１ａ間の長さより大きい断面形状となっている。　なお、開口部１ｂから一対の側面１ａに連なる面は傾斜されており、この傾斜面を仕分け面１ｄとする。

　スロット１内には、複数（図２では６個）のコイル導体５が挿入されている。コイル導体５は、平角線と言われる断面形状が略矩形の部材である。コイル導体５の矩形形状は、固定子コア３２の周方向の長さが径方向の長さよりも大きい矩形形状である。図示はしないが、各コイル導体５は、固定子コア３２の一端面３２ａの外方からスロット１内に挿入され、スロット１内を軸方向に貫通して、固定子コア３２の他端面３２ｂの外方に導出されている。同一のスロット１内には、異相のコイル導体５が挿入される。スロット１の側面１ａには、それぞれ、複数（図２では５個）の突起７が、スロット１の内方に突出して形成されている。突起７は、ほぼ断面二等辺三角形または正三角形状を有する。この断面形状は、図示の形状に限定されない。突起７は、スロット１の一対の側面１ａ間の中心面ｃ－ｃに対して対称に配置されている。つまり、スロット１内には、固定子コア３２の周方向に離間して対峙する５対の突起７が形成されており、スロット１の内部は、この５対の突起７により、開口部１ｂから底面１ｃまでの空間がほぼ６等分に仕切られている。これにより、６つの仕切り領域８がスロット１内に形成される。

　コイル導体５は、それぞれ、スロット１内に形成された６つの仕切り領域８内に、１つずつ挿入されている。周方向に対向する一対の突起７の頂部７ａ間の距離は、コイル導体５の、固定子コア３２の周方向の長さより小さくなるように設定されている。
　各コイル導体５と、スロット１の内面、すなわち、一対の側面１ａ、底面１ｃ、開口部１ｂと各側面１ａとの間の仕分け面１ｄとの間には、スロット絶縁紙３が介在されている。スロット絶縁紙３は、突起７を含む各側面１ａ、底面１ｃおよび仕分け面１ｄを被覆している。従って、各コイル導体５は、固定子コア３２とは、スロット絶縁紙３により絶縁されている。また、各スロット１内挿入されたコイル導体５間には空隙９が形成される。これにより、スロット１内において、コイル導体５間には、空間絶縁距離が確保されている。つまり、突起７は、固定子コア３２の半径方向でコイル導体５の間を所定距離保つように、コイル導体５間の空隙９に向かって突出し、スロット１内で隣り合うコイル導体５の位置決めを行う。

　スロット絶縁紙３は、絶縁シート部材により形成された板材、つまり、スロット絶縁シートである。厚さは、例えば、０．１ｍｍ～０．５ｍｍである。スロット絶縁紙３は、図２に図示されるように、スロット１内で隣り合うコイル導体５の間を絶縁するための仕切り部や重なり部を有していない。このため、スロット絶縁紙３の構造が簡素となる。各コイル導体５は、スロット絶縁紙３で被覆された突起７により位置決めされ、隣り合うコイル導体５の間に絶縁空間９が確保される。これにより、スロット絶縁紙３には、内外周方向に隣り合って挿入されたコイル導体５間の絶縁空間距離を確保するための剛性をもたせる必要が無くなり、絶縁性のみを考慮した厚さとすることが可能となる。このため、スロット絶縁紙３の厚さを薄くすることができる。このように、スロット絶縁紙３は、仕切り部や重なり部を有しておらず、また、その厚さを薄くすることができるので、コストを低減することができる。また、スロット絶縁紙３を薄くすることにより、コイル導体５の占積率が向上する。

　図２に図示されように、スロット１内にスロット絶縁紙３および複数のコイル導体５を挿入する手順を、以下に示す。
　スロット絶縁紙３は、スロット１内に挿入する前に、図２に図示されるような環状の断面を有する筒状に形成される。つまり、スロット絶縁紙３は、スロット１の内面に沿ってほぼ断面Ｕ字形状に形成され、さらに、最も内周側のコイル導体５とスロット１の開口部１ｂとの間に一端部３ａと他端部３ｂとを有している。スロット絶縁紙３は、一端部３ａと他端部３ｂとの先端が重ねられて、その断面形状がほぼ環状とされる。スロット絶縁紙３は、この環状断面を固定子コア３２の一端面３２ａから他端面３２ｂまで延在した筒状の部材である。この筒状に形成されたスロット絶縁紙３を、図２に図示されるように、スロット１内に挿入する。そして、スロット１内に形成された各仕切り領域８内に、コイル導体５を挿入する。このような簡単な手順で、図２に示すように、スロット１内にスロット絶縁紙３および複数のコイル導体５を挿入する作業を完了することができる。

　上記実施形態１によれば、下記の効果を奏する。
（１）固定子コア３２の各スロット１内に、コイル導体５が挿入される空間に向けて突出する複数の突起７を、スロット１の長手方向に互いに離間して形成し、突起７が形成されたスロット１の内面をスロット絶縁紙３により被覆した。周方向に対向する一対の突起７で仕切られた仕切り領域８のそれぞれもスロット絶縁紙３で覆われる。この仕切り領域８内に各コイル導体５を挿入する。これにより、コイル導体５間に空隙９が形成され、コイル導体５同士が空隙９により絶縁される。従って、コイル導体５同士を絶縁するために、スロット絶縁紙を、仕切り部や重なり部を有するＢ字形状とする従来の構造に比し、スロット絶縁紙３およびコイル導体５のスロット１内への挿入が容易となり、作業性が向上する。また、スロット絶縁紙３の形状が簡素となり、面積を小さくすることができるので、コストを低減することができる。

（２）固定子コア３２の各スロット１内に、コイル導体５が挿入される空間に向けて複数の突起７を形成した。このため、突起７により、各コイル導体５の位置決めをすることが可能となる。これにより、突起７を備えておらず、スロット絶縁紙のみで位置決めを行う従来の構造に比し、作業性が向上し、かつ、コイル導体５の位置決めの精度が向上する。また、突起７を備えておらず、スロット絶縁紙のみで位置決めを行う従来の構造では、負荷によって変形が生じるのを抑制できるように、スロット絶縁紙を、所定以上の剛性、すなわち、厚さを有する部材にする必要があった。これに対し、上記実施形態１の構造では、絶縁性のみを考慮すればよいので、スロット絶縁紙３の厚さを薄くすることが可能となり、これによっても、コストを低減することができる。

（３）固定子コア３２の各スロット１内に、コイル導体５が挿入される空間に向けて複数の突起７を形成し、突起７をスロット絶縁紙３により被覆する構造としたので、上述したように、スロット絶縁紙３の厚さを薄くすることが可能となった。これに伴い、コイル導体５の占積率を向上することができ、小型化が可能となる。

（４）実施形態１のスロット絶縁紙３には、仕切り部や重なり部が形成されていない。仕切り部や重なり部は大きな曲げ角度となるので、スロット絶縁紙は裂け易くなる。実施形態１のスロット絶縁紙３は、従来に比し、強度を向上し、品質を向上することができる。

　なお、上記実施形態１では、スロット１内に、コイル導体５およびスロット絶縁紙３を挿入した構造として例示した。しかし、スロット絶縁紙３を用いずに、コイル導体５の表面にエナメル皮膜等の絶縁被膜を形成するようにしてもよい。このような構造においてもスロット１内の突起７によりコイル導体５間の絶縁距離を確保しつつ、スロット１内にスロット絶縁紙３を挿入する作業を削減することができ、スロット１内にコイル導体５を挿入する組付け作業が一層、効率的となる。

－実施形態２－
　図３は、本発明の実施形態２を示し、固定子コアを、軸方向における中間位置で、軸方向に垂直な面で切断した、１つのスロットの内部を拡大した断面図である。
　実施形態２では、内外周方向に隣り合って挿入されたコイル導体５の間に、空間絶縁距離を確保するための空隙９が設けられていない。
　各コイル導体５は、その表面に絶縁被膜が形成されている。コイル導体５同士は、コイル導体５の表面に絶縁被膜を施すことにより絶縁性を確保することが可能である。このため、実施形態２では、内外周方向に隣り合って挿入されたコイル導体５同士を、絶縁被膜を介在して積層し、コイル導体５の間に空隙９が形成されない構造としたものである。各コイル導体５と、固定子コア３２とは、実施形態１と同様に、スロット絶縁紙３により絶縁されている。
　実施形態２においても実施形態１と同様な効果を奏する。
　特に、実施形態２では、スロット１内に隣り合って挿入されたコイル導体５の間に、空間絶縁距離を確保するための空隙９が設けられていないので、コイル導体５の占積率を一層大きくすることができる。このため、回転電機１００の小型化に有利である。

－実施形態３－
　図４は、本発明の実施形態３を示し、固定子コアの一部を、その一端面側から観た拡大斜視図である。
　実施形態３では、スロット絶縁紙３を固定子コア３２の一端面３２ａから突出させ、この突出部分１５の端部１６に固定子コア３２が配置された側とは反対側に折り曲げられた折り返し部１１が形成されている。
　実施形態１においては、スロット絶縁紙３は、全体がスロット１内に収容されており、コイル導体５をスロット１内に挿入する際、スロット絶縁紙３は、コイル導体５に引きずられて固定子コア３２の軸方向に位置ずれを起こし易い。
　これに対し、実施形態３では、スロット絶縁紙３を固定子コア３２の一端面３２ａから突出させ、この突出部分１５の端部１６に固定子コア３２が配置された側とは反対側に折り曲げられた折り返し部１１が形成されている。このため、コイル導体５をスロット１内に挿入する際、固定子コア３２の軸方向への位置ずれを抑制することができる。
　なお、仕切り部や重なり部を有するＢ字形状の従来のスロット絶縁紙では、スロット絶縁紙の端部を折り曲げることは困難である。本発明の実施形態では、スロット１内に設けた突起７により、コイル導体５を相互に離間した状態で保持することができる。これにより、スロット絶縁紙３を、スロット１の周面に沿うほぼ矩形の単純な形状にすることが可能となり、スロット絶縁紙３の突出部分１５の端部１６に折り返し部１１を形成することができる。

　実施形態３における他の構造は、実施形態１と同様である。よって、実施形態３においても、実施形態１と同様な効果を奏する。

　上記実施形態１～３におけるコイル導体５として、セグメントコイル導体を用いることができる。セグメントコイル導体は、一対の直線状導体の一端側が連結され、他端側が解放されたＵ字形状またはＶ字形状とされた部材である。セグメントコイル導体の各直線状導体は、固定子コア３２の一端面３２ａ側から所定数のスロット１おきに別々に挿入され、固定子コア３２の他端面３２ｂ側から外方に突出した他端部が、他のセグメントコイル導体に接合される。これにより、各相の固定子巻線３６を形成するものである。

　上記実施形態では、コイル導体５は、平角線と言われる断面形状が略矩形の部材として例示した。しかし、コイル導体５は、丸線型としてもよい。

　上記実施形態では、スロット１内に、６個のコイル導体５が挿入される構造として例示したが、本発明は、スロット１内に挿入されるコイル導体５の数が、２個以上の回転電機１００に適用することができる。

　突起７の形状は、断面三角形状に限られるものではない。矩形断面、円弧状断面等、任意な形状とすることができる。

　また、本発明を、アウタロータに適用することもできる。

　上記では、種々の実施の形態および変形例を説明したが、本発明はこれらの内容に限定されるものではない。本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の態様も本発明の範囲内に含まれる。

　　１　　　スロット
　　１ａ　　側面
　　３　　　スロット絶縁紙（絶縁部材、スロット絶縁シート）
　　３ａ　　一端部
　　３ｂ　　他端部（端部）
　　５　　　コイル導体（セグメントコイル導体）
　　７　　　突起
　　９　　　空隙
　１１　　　折り返し部
　１５　　　突出部分
　３０　　　固定子
　３２　　　固定子コア
　３２ａ　　一端面
　３２ｂ　　他端面
　３３　　　シャフト（回転軸）
　３６　　　固定子巻線
　５０　　　回転子
１００　　　回転電機

Claims (6)

1. 　回転軸に軸支された回転子と、
   　前記回転子の周面に微小隙間を介して配置された固定子と、を備え、
   　前記固定子は、周方向に離間して配列され、半径方向に所定の深さに形成された複数のスロットが形成された固定子コアと、前記各スロット内に挿入されるコイル導体を有する固定子巻線と、を有し、
   　前記固定子コアの前記各スロット内に、前記コイル導体が挿入される空間に向けて、複数の突起が形成されている回転電機。
2. 　請求項１に記載された回転電機であって、
   　前記コイル導体は、複数のセグメントコイル導体により構成される回転電機。
3. 　請求項１または２に記載された回転電機であって、
   　前記複数の突起は、前記各スロット内で隣り合うように前記コイル導体が挿入される複数の仕切り領域を形成し、前記複数の仕切り領域の突起は、各仕切り領域に挿入されたコイル導体間の距離が所定以上となるように前記コイル導体間に突出して形成されている回転電機。
4. 　請求項１乃至３のいずれか一項に記載の回転電機であって、
   　さらに、前記コイル導体と前記突起との間に配置される絶縁部材を備える回転電機。
5. 　請求項４に記載された回転電機であって、
   　前記各スロットは、前記固定子コアの周面に垂直な方向に延在された一対の側面を有し、前記突起は、前記一対の側面のそれぞれに設けられ、前記絶縁部材は、前記各突起と共に前記各側面を覆って配置されたスロット絶縁シートである回転電機。
6. 　請求項５に記載された回転電機であって、
   　前記スロット絶縁シートは、前記固定子コアの軸方向の一端面から外部に突出する突出部分を有し、前記突出部分は、前記固定子コアが配置された側とは反対側に折り曲げられた端部を有する回転電機。

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