WO2018168108A1 - 回転電機 - Google Patents

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WO2018168108A1
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terminal
segment
stator
terminal coil
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田中 雄一郎
松延 豊
宏 濱野
孝 石上
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日立オートモティブシステムズ株式会社
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K3/00Details of windings
    • H02K3/04Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors

Definitions

  • the present invention relates to a rotating electrical machine.
  • Patent Document 1 discloses a stator for a rotating electrical machine that can reduce the manufacturing cost and reduce the volume of the coil end portion to reduce the size.
  • the stator 1 of the rotating electrical machine includes any one of a cylindrical stator core 10 having a plurality of slots 11 formed on an inner peripheral surface, a plurality of coil segments 21 accommodated in the slots 11, and an end surface of the stator core 10.
  • Coil end plates 25, 26, 27, and at least one of the plurality of first coil end plates 22, 23, 24 is formed such that the plate portion 24a is longer than the other plate portions 22a, 23a, and The plate portion 24a has a stepped portion 24a1 formed by bending.
  • Patent Document 1 attempts to reduce the coil end size by electrically connecting the coil segment and the coil end plate. However, since the coil end plates are stacked one layer at a time, it is difficult to reduce the coil end dimensions when the stator coils are multilayered.
  • a rotating electrical machine includes a stator having a stator core having a plurality of slots, and a plurality of segment coils respectively accommodated in the slots of the stator core, wherein the stator is A terminal coil portion disposed on the side of the coil end of the segment coil, the terminal coil portion having the same number of layers in the axial direction as the number of radial layers of the segment coil in the coil end, and The terminal coil is formed by a plurality of terminal coils having a plurality of layers in the radial direction.
  • the rotating electrical machine according to the present embodiment can be applied to a generator motor for driving a main machine that is a driving source of an automobile, an electric motor for driving an auxiliary machine that drives an electric power steering, an air conditioner compressor, and the like.
  • a rotating electrical machine configured as an auxiliary motor for driving an electric power steering will be described as an example.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing an overall configuration of a rotating electrical machine 10 according to an embodiment of the present invention.
  • the rotating electrical machine 10 is disposed inside the case 20 as shown in FIG.
  • the rotating electrical machine 10 includes a cylindrical housing 112, a stator 100 that is fixed to the housing 112 and having the stator core 2, and a rotor that is disposed on the inner peripheral side of the stator core 2 so as to be rotatable with respect to the stator core 2 through a gap.
  • the rotor 150 has a rotor core 152 and permanent magnets 154 held in magnet insertion holes formed in the rotor core 152.
  • Rotating electrical machine 10 is, for example, a permanent magnet built-in type three-phase synchronous motor.
  • the rotating electrical machine 10 operates as an electric motor that rotates the rotor 150 by supplying a three-phase alternating current to the stator coil 120 wound around the stator core 2. That is, the rotating electrical machine 10 generates rotational torque based on electrical energy.
  • the stator 100 fixed to the housing 112 is fixedly held in the case 20 by a flange 115 provided in the housing 112 being fastened to the case 20 by a bolt 22.
  • the rotor 150 is fixed to the shaft 118 supported by the bearings 24 ⁇ / b> A and 24 ⁇ / b> B of the case 20, and is rotatably held inside the stator core 2.
  • the driving force of the rotating electrical machine 10 is transmitted to a driving mechanism of an electric power steering system (not shown) via a pulley (not shown) attached to the shaft 118.
  • FIG. 2 is a perspective view of the stator 100 in the rotating electrical machine 10 according to an embodiment of the present invention.
  • the stator 100 includes a connection board 1, a cylindrical stator core 2 formed by laminating silicon steel plates, and a conductor that is insulated and coated with an enamel film or the like, and a plurality of slots that the stator core 2 has.
  • a connection board 1 has a plurality of first terminal coils 4 and second terminal coils 5 made of a conductor that is insulated and coated with an enamel film or the like, and is connected to the segment coil 3.
  • the four-layer segment coil 3 is referred to as a first layer, a second layer, a third layer, and a fourth layer in order from the inner diameter side (the rotor 150 side).
  • the first terminal coil 4 connects the segment coil 3 of the first layer of each slot and the segment coil 3 of the second layer of another slot, respectively.
  • the second terminal coil 5 connects the segment coil 3 of the third layer of each slot and the segment coil 3 of the fourth layer of another slot, respectively.
  • stator coil 120 the plurality of segment coils 3 housed in the slots of the stator core 2 are respectively connected to the first terminal coil 4 or the second terminal coil 5, thereby forming a stator coil 120 (see FIG. 1) by distributed winding.
  • stator coil 120 is a four-layer winding coil was demonstrated here, even if it is another number of layers, the number of terminal coils connected with the segment coil 3 is changed according to the number of layers. Thus, it is possible to form the stator coil 120 in the same manner.
  • FIG. 3 is a perspective view for explaining an exploded state of the stator 100.
  • connection board 1 is a perspective view, a side view, and a front view, respectively, for explaining a see-through state of the connection board 1 in the stator 100.
  • the see-through state of the connection board 1 the illustration of the portion excluding the first terminal coil 4 and the second terminal coil 5 of the connection board 1 is omitted, so that the first terminal coil 4 and the first terminal in the stator 100 are omitted.
  • the arrangement of the two-terminal coil 5 is shown in an easy-to-understand manner.
  • the second terminal coil 5 is disposed in the axial upper layer of the first terminal coil 4 at the axial end of the stator 100.
  • the increased number of terminal coils is increased according to the number of layers as described above by further increasing the number of segment coils 3 accommodated in the slots of the stator core 2 as described above, the increased number of terminal coils are increased. It can be handled by further stacking in the axial direction.
  • the first terminal coil 4 includes outer diameter side leg portions 4 c and 4 e that are opened on both sides starting from a folded portion 4 d formed at the center, and outer diameter side leg portions. 4c and 4e, and straight ends 4b and 4f, respectively, and connecting end portions 4a and 4g that are bent in the same direction from the straight portions 4b and 4f, respectively.
  • the outer-diameter side open leg portions 4c, 4e of the first terminal coil 4 are used.
  • the straight portions 4 b and 4 f are directions in which the direction from the outer diameter side open leg portions 4 c and 4 e toward the connection end portions 4 a and 4 g toward the inner diameter side from the outer diameter side of the stator 100 at the side of the slot of the stator core 2.
  • the stator 100 is arranged in a direction along the radial direction.
  • the connection end portions 4a and 4g are arranged so as to be bent in the same direction along the circumferential direction of the stator 100 from the straight portions 4b and 4f, and are connected to the segment coils 3, respectively.
  • the folded portion 4d in the folded portion 4d, the first terminal coil 4 is bent in the axial direction in order to enable the transition from the first layer to the second layer. That is, the folded portion 4d has a function of absorbing a deviation of one conductor of another terminal coil at the time of transition from the first layer to the second layer and preventing interference between the terminal coils.
  • the terminal coils do not interfere with each other, there is no problem even if they are displaced by one conductor or more.
  • the second terminal coil 5 includes outer-diameter-side spread legs 5 c and 5 e that are opened on both sides starting from a folded-back portion 5 d formed in the center, and outer-diameter-side spread legs.
  • the linear portions 5b and 5f are respectively bent from 5c and 5e, and the connecting end portions 5a and 5g are bent in the same direction from the straight portions 5b and 5f.
  • the lengths of the straight portions 5b and 5f are shorter than the straight portions 4b and 4c of the first terminal coil 4 shown in FIGS. 7 and 8, respectively, by two conductors.
  • the arrangement is the same as each part of the first terminal coil 4.
  • FIG. 11 is a perspective view for explaining the segment coil 3.
  • the segment coil 3 is formed by being bent into a U shape, and connection end portions 3 a and 3 b to the terminal coil are formed at both ends thereof.
  • the connection ends 3a and 3b have notches and have an L-shaped structure.
  • the connection end 3 a and the connection end 3 b are connected to the first terminal coil 4 or the second terminal coil 5, so that the axial position of the connection end 3 a and the connection end 3 b corresponds to one conductor when housed in the slot of the stator core 2. It is formed so as to shift only. It goes without saying that there is no problem even if the connection end 3a and the connection end 3b are shifted by one conductor or more in accordance with the folded shape of the terminal coil.
  • FIG. 12 is a perspective view illustrating a state in which the first terminal coil 4 and the segment coil 3 are connected. Both ends of the first terminal coil 4, that is, connection end portions 4 a and 4 g (see FIG. 7) are connected to the segment coil 3 across a plurality of slots, specifically six slots, in the circumferential direction of the stator core 2. Yes.
  • the first terminal coil 4 in this way, when connecting the segment coil 3 of the first layer and the segment coil 3 of the second layer in the stator core 2, it is possible to shift by 6 slots in the circumferential direction. That is, when the segment coil 3 of the first layer and the segment coil 3 of the second layer are connected via the first terminal coil 4, there are four slots between the two slots in which the segment coils 3 are respectively housed. Will exist.
  • the number of slots straddling when the first terminal coil 4 is connected to the segment coil 3 is not limited to six and can be any number of slots.
  • the first terminal coil 4 may connect the number of slots spanned by the first terminal coil 4, that is, the segment coils 3 of adjacent slots.
  • connection end part 3a, 3b of the segment coil 3 is L-shaped as demonstrated in FIG. 11, the connection end part formed in the both ends of the 1st terminal coil 4 in FIG. 4a and 4g can be positioned in the circumferential direction and the axial direction, respectively, and assembly is facilitated.
  • FIG. 13 is a perspective view illustrating a state in which the second terminal coil 5 and the segment coil 3 are connected.
  • both ends of the second terminal coil 5, that is, the connection ends 5 a and 5 g have a plurality of slots, specifically six slots, in the circumferential direction of the stator core 2.
  • the segment coil 3 is connected across the bridge.
  • connection end portions 3a and 3b of the segment coil 3 are L-shaped, the connection end portions 5a and 5g formed at both ends of the second terminal coil 5 are positioned in the circumferential direction and the axial direction, respectively. And can be easily assembled.
  • FIG. 14 is a perspective view illustrating a state in which the first terminal coil 4 and the segment coil 3 and the second terminal coil 5 and the segment coil 3 are connected to each other.
  • the second terminal coil 5 is arranged on the upper layer in the axial direction of the first terminal coil 4 so as to be stacked. Therefore, the straight portions of these terminal coils, that is, the straight portions 4b and 4f (see FIG. 7) of the first terminal coil 4 and the straight portions 5b and 5f (see FIG. 9) of the second terminal coil 5 are the stator core 2.
  • the connection end portions of these terminal coils that is, the connection end portions 4a, 4g (see FIG. 7) of the first terminal coil 4 and the connection end portions 5a, 5g (see FIG. 9) of the second terminal coil 5, Both are bent in the same direction in the circumferential direction of the stator core 2 and connected to the segment coils 3 respectively.
  • a certain gap G is secured between the corresponding terminal coils in the adjacent slots of the stator core 2 by the arrangement state and connection state of the first terminal coil 4, the second terminal coil 5, and the segment coil 3 described above. can do. That is, the connection end portions 4a and 4g (see FIG. 7) of the first terminal coil 4 and the connection end portions 5a and 5g (see FIG. 9) of the second terminal coil 5 stacked corresponding to an arbitrary slot, The connection ends 4a and 4g of the first terminal coil 4 and the connection ends 5a and 5g of the second terminal coil 5 stacked corresponding to the slots adjacent to the slots are separated by at least a certain gap G or more. Yes.
  • connection ends 3a and 3b of the segment coil 3 and the connection ends 4a and 4g of the first terminal coil 4 or the connection ends 5a and 5g of the second terminal coil 5 are clamped with a welding jig, Can be connected by welding.
  • connection end portions are arranged in a stepped manner in the radial direction, it is easy to bring the welding torch closer.
  • FIG. 15 is a schematic cross-sectional view illustrating a connection state of coil ends in the rotating electrical machine according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 15 shows a connection state of the first terminal coil 4 and the second terminal coil 5 and the segment coil 3.
  • the coil ends of the four-layer segment coils 3 housed in the slots of the stator core 2 protrude from the stator core 2 at different heights in the axial direction.
  • the first terminal coil 4 and the second terminal coil 5 are arranged on the side portions (outer diameter side) of these coil ends.
  • connection end portions 4a, 4b and connection end portions 5a, 5b) of the first terminal coil 4 and the second terminal coil 5 are laminated at different positions in the axial direction of the stator core 2, that is, the vertical direction in the figure.
  • each segment coil 3 is connected.
  • the first terminal coil 4 and the second terminal coil 5 are arranged on the side of the coil end of the segment coil 3, and the number of radial layers of the segment coil 3 at the coil end, the first terminal coil 4 and the second terminal coil It can be seen that the number of axial layers of the terminal coil 5 is the same.
  • FIG. 16 is a schematic cross-sectional view illustrating a connection state of coil ends in a rotating electrical machine according to the second embodiment of the present invention.
  • the segment coil 3 is a linear conductor piece, and the two connection boards 1 described with reference to FIGS. 2 and 3 are used, and the first terminal coil 4 and the second terminal coil 2 are connected to both ends of the linear segment coil 3.
  • the state which connected the terminal coil 5 is shown. Accordingly, the stator coil 120 by distributed winding can be formed without using the U-shaped segment coil 3 shown in FIG.
  • FIG. 17 is a schematic cross-sectional view illustrating a connection state of coil ends in a rotating electrical machine according to the third embodiment of the present invention.
  • the second terminal coil 5 is disposed on the outer diameter side of the coil end of the segment coil 3
  • the first terminal coil 4 is disposed on the inner diameter side, and each is connected to the segment coil 3. .
  • the coil end dimension can be further reduced.
  • the first terminal coil 4 and the second terminal coil 5 can be arranged on the outer diameter side or the inner diameter side of the coil end of the segment coil 3 or both in the radial direction of the stator core 2.
  • FIG. 18 is a schematic cross-sectional view illustrating a connection state of coil ends before molding in a rotating electrical machine according to the fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 18 shows a state where the first terminal coil 4 and the second terminal coil 5 are fixed by the holding member 6.
  • the holding member 6 is configured of a member that can hold the first terminal coil 4 and the second terminal coil 5 in a certain positional relationship, such as resin, and has sufficient strength.
  • the holding member 6, the first terminal coil 4, and the second terminal coil 5 form the connection board 1 of the present embodiment.
  • FIG. 19 is a schematic cross-sectional view illustrating a connection state of coil ends after molding in a rotating electrical machine according to the fourth embodiment of the present invention.
  • the connection board 1 shown in FIG. 18 is arranged at the coil end of the segment coil 3, the segment coil 3 is connected to the first terminal coil 4 and the second terminal coil 5, and the periphery of the connection portion is arranged.
  • the state fixed with the mold member 7 is shown.
  • the mold member 7 is formed of a member that can be molded in close contact with a connecting portion between the segment coil 3, the first terminal coil 4, and the second terminal coil 5, such as resin, and has sufficient strength. As a result, it is possible to fix the entire coil end and ensure insulation of the connection portion.
  • the rotating electrical machine 10 includes a stator 100 including a stator core 2 having a plurality of slots, and a plurality of segment coils 3 respectively housed in the slots of the stator core 2.
  • the stator 100 has a terminal coil portion arranged on the side of the coil end of the segment coil 3 in the radial direction.
  • the terminal coil portion has a plurality of terminal coils having the same number of layers in the axial direction as the number of layers in the radial direction of the segment coil 3 at the coil end and a plurality of layers in the radial direction, that is, the first terminal coil 4 and It is formed by the second terminal coil 5. Since it did in this way, size reduction of a coil end when a stator coil is multilayered is possible.
  • the terminal coil portion formed by the first terminal coil 4 and the second terminal coil 5 is arranged on the outer diameter side or the inner diameter side of the coil end of the segment coil 3 in the radial direction, or both, and the coil
  • the total number of layers in the radial direction of the segment coil 3 at the end is the same as the number of layers in the axial direction. Since it did in this way, it is possible to suppress that a coil end dimension increases by a terminal coil part, connecting the segment coils 3 multilayered by a terminal coil part, respectively.
  • connection end portions 4a and 4g of the first terminal coil 4 and the connection end portions 5a and 5g of the second terminal coil 5 are bent in the same direction in the circumferential direction to be segment coil 3 Connected with. Since it did in this way, it is possible to improve workability
  • Both ends of the terminal coil portion that is, the connection end portions 4a and 4g of the first terminal coil 4 and the connection end portions 5a and 5g of the second terminal coil 5 straddle one or more slots in the circumferential direction.
  • the segment coil 3 is connected. Since it did in this way, it is possible to form the stator coil 120 by distributed winding using the terminal coil part and the segment coil 3.

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Abstract

回転電機は、複数のスロットを有するステータコアと、前記ステータコアの前記スロットにそれぞれ収納される複数のセグメントコイルとを備えたステータを有し、前記ステータは、径方向において、前記セグメントコイルのコイルエンドの側部に配置されたターミナルコイル部を有し、前記ターミナルコイル部は、前記コイルエンドにおける前記セグメントコイルの径方向の層数と軸方向において同じ層数であって、かつ、径方向において複数層となる複数のターミナルコイルによって形成される。

Description

回転電機
 本発明は、回転電機に関する。
 本技術分野の背景技術として、下記特許文献1がある。特許文献1には、製造コストを低減するとともに、コイルエンド部分の容積を低減して小型化を図ることができる回転電機のステータが開示されている。具体的には、回転電機のステータ1は、内周面に複数のスロット11が形成された筒状のステータコア10と、スロット11に収容される複数のコイルセグメント21と、ステータコア10の端面のいずれか一方においてコイルセグメント21と電気的に接続される複数の第1コイルエンドプレート22,23,24と、ステータコア10の端面のいずれか他方においてコイルセグメント21と電気的に接続される複数の第2コイルエンドプレート25,26,27と、を備え、複数の第1コイルエンドプレート22,23,24のうちの少なくとも1つが、プレート部24aが他のプレート部22a,23aよりも長く形成され、かつ、プレート部24aが折り曲げられて形成された段付部24a1を有している。
日本国特許第5875886号
 特許文献1は、コイルセグメントとコイルエンドプレートを電気的に接続することで、コイルエンド寸法の小型化を図っている。しかし、コイルエンドプレートを1層毎に積み重ねる構造であるため、ステータコイルを多層化した場合、コイルエンド寸法の小型化は困難である。
 本発明による回転電機は、複数のスロットを有するステータコアと、前記ステータコアの前記スロットにそれぞれ収納される複数のセグメントコイルとを備えたステータを有するものであって、前記ステータは、径方向において、前記セグメントコイルのコイルエンドの側部に配置されたターミナルコイル部を有し、前記ターミナルコイル部は、前記コイルエンドにおける前記セグメントコイルの径方向の層数と軸方向において同じ層数であって、かつ、径方向において複数層となる複数のターミナルコイルによって形成される。
 本発明によれば、ステータコイルを多層化した場合のコイルエンド寸法の小型化が可能である。
本発明の一実施形態に係る回転電機の全体構成を示す模式図である。 本発明の一実施形態に係る回転電機におけるステータの斜視図である。 同ステータの分解状態を説明する斜視図である。 同ステータにおける結線盤の透視状態を説明する斜視図である。 同ステータにおける結線盤の透視状態を説明する側面図である。 同ステータにおける結線盤の透視状態を説明する正面図である。 第1ターミナルコイルを説明する正面図である。 第1ターミナルコイルを説明する側面図である。 第2ターミナルコイルを説明する正面図である。 第2ターミナルコイルを説明する側面図である。 セグメントコイルを説明する斜視図である。 第1ターミナルコイルとセグメントコイルを接続した状態を説明する斜視図である。 第2ターミナルコイルとセグメントコイルを接続した状態を説明する斜視図である。 第1ターミナルコイルとセグメントコイル、および第2ターミナルコイルとセグメントコイルをそれぞれ接続した状態を説明する斜視図である。 本発明の第1の実施形態に係る回転電機におけるコイルエンドの接続状態を説明する断面概略図である。 本発明の第2の実施形態に係る回転電機におけるコイルエンドの接続状態を説明する断面概略図である。 本発明の第3の実施形態に係る回転電機におけるコイルエンドの接続状態を説明する断面概略図である。 本発明の第4の実施形態に係る回転電機におけるモールド前のコイルエンドの接続状態を説明する断面概略図である。 本発明の第4の実施形態に係る回転電機におけるモールド後のコイルエンドの接続状態を説明する断面概略図である。
 以下、本発明の実施形態について、図面を用いて説明する。
(第1の実施形態)
 本実施の形態に係る回転電機は、自動車の駆動源となる主機駆動用の発電電動機や、電動パワーステアリングやエアコンコンプレッサなどを駆動する補機駆動用の電動機などに適用できる。以下、電動パワーステアリングを駆動する補機駆動用の電動機として構成される回転電機を例に説明する。
 図1は、本発明の一実施形態に係る回転電機10の全体構成を示す模式図である。図1では、回転電機10の一部分を断面とすることで、回転電機10の内部を示している。回転電機10は、図1に示すように、ケース20の内部に配設される。回転電機10は、円筒状のハウジング112と、ハウジング112に固定されてステータコア2を有するステータ100と、ステータコア2の内周側において、ステータコア2に対して隙間を介して回転可能に配置されるロータ150と、を備えている。ロータ150は、ロータコア152と、ロータコア152に形成された磁石挿入孔に保持されている永久磁石154と、を有している。
 回転電機10は、たとえば、永久磁石内蔵型の三相同期モータである。回転電機10は、ステータコア2に巻回されるステータコイル120に三相交流電流が供給されることで、ロータ150を回転させる電動機として作動する。つまり、回転電機10は、電気エネルギーに基づいて回転トルクを発生する。
 ハウジング112に固定されたステータ100は、ハウジング112に設けられたフランジ115がボルト22によりケース20に締結されることで、ケース20内に固定保持されている。ロータ150は、ケース20の軸受け24A,24Bにより支承されるシャフト118に固定されており、ステータコア2の内側において回転可能に保持されている。回転電機10の駆動力は、シャフト118に取り付けられるプーリ(不図示)を介して、不図示の電動パワーステアリングシステムの駆動機構に伝達される。
 図2は、本発明の一実施形態に係る回転電機10におけるステータ100の斜視図である。図2に示すように、ステータ100は、結線盤1と、珪素鋼板を積層して形成した円筒状のステータコア2と、エナメル皮膜等で絶縁被覆された導体からなり、ステータコア2が有する複数のスロットにそれぞれ収納された複数のセグメントコイル3とを備える。結線盤1は、エナメル皮膜等で絶縁被覆された導体からなる複数の第1ターミナルコイル4および第2ターミナルコイル5を有しており、セグメントコイル3と接続される。
 図2のステータ100において、ステータコア2の各スロットには、セグメントコイル3が4層分重ねて収納されている。以下では、この4層のセグメントコイル3を内径側(ロータ150側)から順に、第1レイヤー、第2レイヤー、第3レイヤー、第4レイヤーと称する。第1ターミナルコイル4は、各スロットの第1レイヤーのセグメントコイル3と、別のスロットの第2レイヤーのセグメントコイル3とをそれぞれ接続している。第2ターミナルコイル5は、各スロットの第3レイヤーのセグメントコイル3と、別のスロットの第4レイヤーのセグメントコイル3とをそれぞれ接続している。こうしてステータコア2の各スロットにそれぞれ収納された複数のセグメントコイル3が第1ターミナルコイル4または第2ターミナルコイル5とそれぞれ接続されることで、分布巻きによるステータコイル120(図1参照)が形成される。なお、ここではステータコイル120が4層巻きコイルである場合の例を説明したが、他の層数であっても、セグメントコイル3と接続されるターミナルコイルの数を層数に応じて変化させることで、同様にステータコイル120を形成することが可能である。
 図3は、ステータ100の分解状態を説明する斜視図である。ステータコア2が有する複数のスロットに4層のセグメントコイル3をそれぞれ挿入し、さらに結線盤1を軸方向でセグメントコイル3に対向させて配置した状態で、双方を電気的に接続することにより、ステータ100が構成される。
 図4、図5、図6はそれぞれ、ステータ100における結線盤1の透視状態を説明する斜視図、側面図、正面図である。これらの図では、結線盤1の透視状態として、結線盤1の第1ターミナルコイル4および第2ターミナルコイル5を除いた部分の図示を省略することで、ステータ100における第1ターミナルコイル4および第2ターミナルコイル5の配置を分かりやすく示している。図3、図4、図5に示すように、ステータ100の軸方向の端部では、第1ターミナルコイル4の軸方向上層に、第2ターミナルコイル5が配置されている。なお、ステータコア2の各スロットに収納されるセグメントコイル3をさらに多層化することで、前述のようにその層数に応じてターミナルコイルの数がこれより増加した場合は、増加分のターミナルコイルを軸方向にさらに積み重ねることで対応可能である。
 図7、図8はそれぞれ、第1ターミナルコイル4を説明する正面図、側面図である。図7に示すように、第1ターミナルコイル4は、中央部に形成された折り返し部4dを起点として両側にそれぞれ開脚された外径側開脚部4c、4eと、外径側開脚部4c、4eからそれぞれ折り曲げられた直線部4b、4fと、直線部4b、4fから同じ向きにそれぞれ折り曲げられた接続端部4a、4gとを有している。
 第1ターミナルコイル4がステータコア2のスロットに収納された第1レイヤーおよび第2レイヤーのセグメントコイル3に接続されると、この状態において、第1ターミナルコイル4の外径側開脚部4c、4eは、これらのセグメントコイル3よりもステータ100の外径側に、周方向に沿って開脚した状態で配置される。また、直線部4b、4fは、ステータコア2のスロットの側部において、外径側開脚部4c、4eから接続端部4a、4gへ向かう方向がステータ100の外径側から内径側に向かう方向となるように、ステータ100の径方向に沿った向きで配置される。接続端部4a、4gは、直線部4b、4fからステータ100の円周方向に沿って同じ向きに曲げられた状態となるように配置され、セグメントコイル3にそれぞれ接続される。
 ここで図8に示すように、折り返し部4dでは、第1レイヤーから第2レイヤーへの移行を可能にするため、第1ターミナルコイル4が軸方向に折り曲げられている。すなわち、折り返し部4dは、第1レイヤーから第2レイヤーへの移行時に他のターミナルコイルの導体1本分のずれを吸収し、ターミナルコイル同士の干渉を防止する機能を有する。ただし、ターミナルコイル同士が干渉しない条件であれば、導体1本分以上ずれていても問題ないことはもちろんである。
 図9、図10はそれぞれ、第2ターミナルコイル5を説明する正面図、側面図である。図9に示すように、第2ターミナルコイル5は、中央部に形成された折り返し部5dを起点として両側にそれぞれ開脚された外径側開脚部5c、5eと、外径側開脚部5c、5eからそれぞれ折り曲げられた直線部5b、5fと、直線部5b、5fから同じ向きにそれぞれ折り曲げられた接続端部5a、5gとを有している。図9に示すように、直線部5b、5fの長さは、図7、図8に示した第1ターミナルコイル4の直線部4b、4cよりも、それぞれ導体2本分だけ短い。これ以外の点では、第2ターミナルコイル5における各部の構造や、第2ターミナルコイル5がステータコア2のスロットに収納された第3レイヤーおよび第4レイヤーのセグメントコイル3に接続されたときの各部の配置は、第1ターミナルコイル4の各部とそれぞれ同様である。
 図11は、セグメントコイル3を説明する斜視図である。図11に示すように、セグメントコイル3は、U字形状に折り曲げて形成され、その両端にターミナルコイルとの接続端部3a、3bが形成される。接続端部3a、3bには切り欠きがあり、L字形状の構造を有する。ここで、接続端部3aと接続端部3bは、第1ターミナルコイル4または第2ターミナルコイル5と接続するために、ステータコア2のスロットに収納されたときに軸方向の位置が導体1本分だけずれるように形成されている。なお、ターミナルコイルの折り返し形状に合わせて、接続端部3aと接続端部3bが導体1本分以上ずれていても問題ないことはもちろんである。
 図12は、第1ターミナルコイル4とセグメントコイル3を接続した状態を説明する斜視図である。第1ターミナルコイル4の両端すなわち接続端部4a、4g(図7参照)は、ステータコア2の円周方向に複数のスロット、具体的には6つのスロットを跨いで、セグメントコイル3と接続されている。こうして第1ターミナルコイル4を用いることにより、ステータコア2において第1レイヤーのセグメントコイル3と第2レイヤーのセグメントコイル3を接続する際に、周方向に6スロット分の移行が可能となる。すなわち、第1ターミナルコイル4を介して第1レイヤーのセグメントコイル3と第2レイヤーのセグメントコイル3を接続すると、これらのセグメントコイル3がそれぞれ収納された2つのスロットの間には、4つのスロットが存在することになる。なお、第1ターミナルコイル4がセグメントコイル3と接続される際に跨ぐスロット数は6つに限らず、任意のスロット数とすることができる。第1ターミナルコイル4が跨ぐスロット数を1つ、すなわち隣接するスロットのセグメントコイル3同士を第1ターミナルコイル4が接続してもよい。
 また、図11で説明したように、セグメントコイル3の各接続端部3a、3bがL字形状となっていることから、図12において、第1ターミナルコイル4の両端に形成された接続端部4a、4gを周方向と軸方向にそれぞれ位置決めすることが可能であり、組み立てが容易となる。
 図13は、第2ターミナルコイル5とセグメントコイル3を接続した状態を説明する斜視図である。図12で説明したのと同様に、第2ターミナルコイル5の両端すなわち接続端部5a、5g(図9参照)は、ステータコア2の円周方向に複数のスロット、具体的には6つのスロットを跨いで、セグメントコイル3と接続されている。こうして第2ターミナルコイル5を用いることにより、ステータコア2において第3レイヤーのセグメントコイル3と第4レイヤーのセグメントコイル3を接続する際に、周方向に6スロット分の移行が可能となる。なお、第1ターミナルコイル4と同様に、第2ターミナルコイル5がセグメントコイル3と接続される際に跨ぐスロット数は6つに限らず、任意のスロット数とすることができる。また、セグメントコイル3の各接続端部3a、3bがL字形状となっていることから、第2ターミナルコイル5の両端に形成された接続端部5a、5gを周方向と軸方向にそれぞれ位置決めすることが可能であり、組み立てが容易となる。
 図14は、第1ターミナルコイル4とセグメントコイル3、および第2ターミナルコイル5とセグメントコイル3をそれぞれ接続した状態を説明する斜視図である。図14に示すように、第1ターミナルコイル4の軸方向上層に、積み重ねるように第2ターミナルコイル5が配置される。このため、これらのターミナルコイルの各直線部、すなわち第1ターミナルコイル4の直線部4b、4f(図7参照)および第2ターミナルコイル5の直線部5b、5f(図9参照)が、ステータコア2の軸方向に積み重なって配置される。また、これらのターミナルコイルの各接続端部、すなわち第1ターミナルコイル4の接続端部4a、4g(図7参照)および第2ターミナルコイル5の接続端部5a、5g(図9参照)は、いずれもステータコア2の円周方向に同じ向きに曲げられてセグメントコイル3とそれぞれ接続されている。
 以上説明した第1ターミナルコイル4、第2ターミナルコイル5およびセグメントコイル3の配置状態および接続状態により、ステータコア2の互いに隣接するスロット間で対応するターミナルコイル同士の間に、一定の隙間Gを確保することができる。すなわち、任意のスロットに対応して積層された第1ターミナルコイル4の接続端部4a、4g(図7参照)および第2ターミナルコイル5の接続端部5a、5g(図9参照)と、当該スロットに隣接したスロットに対応して積層された第1ターミナルコイル4の接続端部4a、4gおよび第2ターミナルコイル5の接続端部5a、5gとの間は、少なくとも一定の隙間G以上離れている。これにより、セグメントコイル3の接続端部3a、3bと、第1ターミナルコイル4の接続端部4a、4gまたは第2ターミナルコイル5の接続端部5a、5gとを溶接治具でクランプし、これらを溶接で接続することが可能となる。また、これらの接続端部が径方向に階段状に複数層をなして配置されているため、溶接のトーチを近づけることが容易となる。
 図15は、本発明の第1の実施形態に係る回転電機におけるコイルエンドの接続状態を説明する断面概略図である。図15では、第1ターミナルコイル4および第2ターミナルコイル5とセグメントコイル3との接続状態を示している。図15に示すように、ステータコア2のスロットに収納された4層のセグメントコイル3の各コイルエンドは、ステータコア2から軸方向にそれぞれ異なる高さで突出しており、ステータコア2の径方向すなわち図の左右方向において、これらのコイルエンドの側部(外径側)に第1ターミナルコイル4および第2ターミナルコイル5が配置されている。また、第1ターミナルコイル4および第2ターミナルコイル5の各端部(接続端部4a、4bおよび接続端部5a、5b)は、ステータコア2の軸方向すなわち図の上下方向において、異なる位置に積層された状態で、セグメントコイル3にそれぞれ接続されている。これらにより、セグメントコイル3のコイルエンドの側部に第1ターミナルコイル4および第2ターミナルコイル5が配置され、コイルエンドにおけるセグメントコイル3の径方向の層数と、第1ターミナルコイル4および第2ターミナルコイル5の軸方向の層数とが、同じであることが分かる。
(第2の実施形態)
 次に本発明の第2の実施形態について説明する。本実施形態では、セグメントコイル3の両端にコイルエンドを設けて第1ターミナルコイル4および第2ターミナルコイル5をそれぞれ接続した場合の例を説明する。
 図16は、本発明の第2の実施形態に係る回転電機におけるコイルエンドの接続状態を説明する断面概略図である。図16では、セグメントコイル3を直線状の導体片とし、図2、3で説明した結線盤1を2個使用して、この直線状のセグメントコイル3の両端に第1ターミナルコイル4および第2ターミナルコイル5を接続した状態を示している。これにより、図11で示したU字形状のセグメントコイル3を使用しなくても、分布巻きによるステータコイル120を形成することが可能である。
(第3の実施形態)
 次に本発明の第3の実施形態について説明する。本実施形態では、第1ターミナルコイル4をコイルエンドの内径側に配置した場合の例を説明する。
 図17は、本発明の第3の実施形態に係る回転電機におけるコイルエンドの接続状態を説明する断面概略図である。図17では、セグメントコイル3のコイルエンドの外径側に第2ターミナルコイル5を配置し、内径側に第1ターミナルコイル4を配置して、それぞれをセグメントコイル3と接続した状態を示している。このように、コイルエンドの内径側にもターミナルコイルを配置することで、コイルエンド寸法をさらに小型化することが可能である。なお、第1ターミナルコイル4だけでなく、第2ターミナルコイル5もコイルエンドの内径側に配置することで、全てのターミナルコイルを内径側に配置するようにしてもよい。すなわち、第1ターミナルコイル4および第2ターミナルコイル5は、ステータコア2の径方向において、セグメントコイル3のコイルエンドの外径側または内径側、もしくはその両方に配置することが可能である。
(第4の実施形態)
 次に本発明の第4の実施形態について説明する。本実施形態では、ターミナルコイルとセグメントコイル3を接続した後、コイルエンドを樹脂等でモールドした場合の例を説明する。
 図18は、本発明の第4の実施形態に係る回転電機におけるモールド前のコイルエンドの接続状態を説明する断面概略図である。図18では、第1ターミナルコイル4および第2ターミナルコイル5を保持部材6で固定した状態を示している。保持部材6は、たとえば樹脂など、第1ターミナルコイル4および第2ターミナルコイル5を一定の位置関係で保持することが可能であり、かつ十分な強度を有する部材で構成される。この保持部材6と第1ターミナルコイル4および第2ターミナルコイル5とにより、本実施形態の結線盤1が形成される。
 図19は、本発明の第4の実施形態に係る回転電機におけるモールド後のコイルエンドの接続状態を説明する断面概略図である。図19では、図18に示した結線盤1をセグメントコイル3のコイルエンドに配置して、セグメントコイル3と第1ターミナルコイル4および第2ターミナルコイル5とを接続し、その接続部分の周囲をモールド部材7で固定した状態を示している。モールド部材7は、たとえば樹脂など、セグメントコイル3と第1ターミナルコイル4および第2ターミナルコイル5との接続部分に密着して成形可能であり、かつ十分な強度を有する部材で構成される。これにより、コイルエンド全体を固定すると共に、接続部分の絶縁を確保することが可能である。
 以上説明した本発明の実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
(1)回転電機10は、複数のスロットを有するステータコア2と、ステータコア2のスロットにそれぞれ収納される複数のセグメントコイル3とを備えたステータ100を有する。ステータ100は、径方向において、セグメントコイル3のコイルエンドの側部に配置されたターミナルコイル部を有する。このターミナルコイル部は、コイルエンドにおけるセグメントコイル3の径方向の層数と軸方向において同じ層数であって、かつ、径方向において複数層となる複数のターミナルコイル、すなわち第1ターミナルコイル4および第2ターミナルコイル5によって形成される。このようにしたので、ステータコイルを多層化した場合のコイルエンド寸法の小型化が可能である。
(2)第1ターミナルコイル4および第2ターミナルコイル5で形成されたターミナルコイル部は、径方向においてセグメントコイル3のコイルエンドの外径側または内径側、もしくはその両方に配置されており、コイルエンドにおけるセグメントコイル3の径方向の合計層数と軸方向において同じ層数である。このようにしたので、多層化されたセグメントコイル3をターミナルコイル部でそれぞれ接続しつつ、ターミナルコイル部によってコイルエンド寸法が増大するのを抑止することが可能である。
(3)ターミナルコイル部の両端、すなわち第1ターミナルコイル4の接続端部4a、4gおよび第2ターミナルコイル5の接続端部5a、5gは、円周方向に同じ向きで曲げられてセグメントコイル3と接続されている。このようにしたので、ターミナルコイル部とセグメントコイル3を接続する際の作業性を向上することが可能である。
(4)ターミナルコイル部の両端、すなわち第1ターミナルコイル4の接続端部4a、4gおよび第2ターミナルコイル5の接続端部5a、5gは、円周方向に1つまたは複数のスロットを跨いでセグメントコイル3と接続されている。このようにしたので、ターミナルコイル部とセグメントコイル3を用いて、分布巻きによるステータコイル120を形成することが可能である。
 なお、以上説明した各実施形態や各種変形例はあくまで一例であり、発明の特徴が損なわれない限り、本発明はこれらの内容に限定されるものではない。また、上記では種々の実施形態や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。
 次の優先権基礎出願の開示内容は引用文としてここに組み込まれる。
 日本国特許出願2017年第048995号(2017年3月14日出願)
  1  結線盤
  2  ステータコア
  3  セグメントコイル
  4  第1ターミナルコイル
  5  第2ターミナルコイル
  6  保持部材
  7 モールド部材
 10 回転電機
100 ステータ
120 ステータコイル
150 ロータ
152 ロータコア

Claims (4)

  1.  複数のスロットを有するステータコアと、前記ステータコアの前記スロットにそれぞれ収納される複数のセグメントコイルとを備えたステータを有する回転電機であって、
     前記ステータは、径方向において、前記セグメントコイルのコイルエンドの側部に配置されたターミナルコイル部を有し、
     前記ターミナルコイル部は、前記コイルエンドにおける前記セグメントコイルの径方向の層数と軸方向において同じ層数であって、かつ、径方向において複数層となる複数のターミナルコイルによって形成される回転電機。
  2.  請求項1に記載の回転電機において、
     前記ターミナルコイル部は、径方向において、前記セグメントコイルのコイルエンドの外径側または内径側、もしくはその両方に配置され、
     前記ターミナルコイル部は、前記コイルエンドにおける前記セグメントコイルの径方向の合計層数と軸方向において同じ層数である回転電機。
  3.  請求項1または2に記載の回転電機において、
     前記ターミナルコイル部の両端は、円周方向に同じ向きで曲げられて前記セグメントコイルと接続されている回転電機。
  4.  請求項1から請求項3までのいずれか一項に記載の回転電機において、
     前記ターミナルコイル部の両端は、円周方向に1つまたは複数の前記スロットを跨いで前記セグメントコイルと接続されている回転電機。
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