WO2020174926A1 - 回転電機および車両 - Google Patents

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WO2020174926A1
WO2020174926A1 PCT/JP2020/001592 JP2020001592W WO2020174926A1 WO 2020174926 A1 WO2020174926 A1 WO 2020174926A1 JP 2020001592 W JP2020001592 W JP 2020001592W WO 2020174926 A1 WO2020174926 A1 WO 2020174926A1
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conductor
coil
electric machine
rotating electric
slot
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暁史 高橋
師岡　寿至
賢二 池田
新太郎 武田
孝仁 村木
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株式会社日立インダストリアルプロダクツ
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K3/00—Details of windings
    • H02K3/04—Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K3/00—Details of windings
    • H02K3/32—Windings characterised by the shape, form or construction of the insulation
    • H02K3/34—Windings characterised by the shape, form or construction of the insulation between conductors or between conductor and core, e.g. slot insulation
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K3/00—Details of windings
    • H02K3/46—Fastening of windings on the stator or rotor structure
    • H02K3/48—Fastening of windings on the stator or rotor structure in slots

Definitions

  • the present invention relates to a rotating electric machine and a vehicle.
  • a stator coil is housed in a slot of a stator core, and the coil and the core are electrically insulated by a coil insulation layer made of mica tape and resin. Be carried.
  • the reason why the coil insulation layer is configured as described above is to suppress partial discharge due to voltage application and to ensure redundancy of insulation performance during thermal deterioration.
  • a coil is generally manufactured by winding a conductor in a race track a plurality of times and then forming the conductor. Wrap mica tape around the formed coil to make one layer of coil.
  • one coil layer is formed by stacking a plurality of conductors. ⁇ 2020/174926 2 ⁇ (: 170? 2020 /001592
  • the stack height of the conductors increases, and the coils cross each other at the coil end.
  • this configuration increases the axial size of the rotating electric machine, which causes the problems of increasing the size of the rotating electric machine, increasing the weight, and increasing the cost.
  • harmonic components called slot harmonics are superimposed on the spatial distribution of the rotating magnetic field, making it difficult to further reduce vibration, noise, and loss.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Laid-Open No. 2 0 1 7 _ 1 6 3 7 2 7
  • Patent Document 2 Japanese Patent Laid-Open No. 20 15 _ 0 2 3 7 7 1 Summary of Invention
  • Patent Document 2 cannot solve the trade-off between fitting workability and long-term reliability. Specifically, considering the work of fitting all the stator coil conductors, it is desirable to increase the clearance of the fitting part to make it easier to fit, but this makes it easier to remove the fitting part after assembly. In addition, the reliability of the motor cannot be ensured due to the large variation in contact resistance. On the other hand, if the clearance of the mating part is made small, there are cases where mating becomes difficult and electrical continuity cannot be secured.In addition, it is necessary to apply force in the mating direction, which causes deformation of the mating part. In any case, it becomes difficult to ensure reliability, such as the inability to secure electrical continuity.
  • an object of the present invention is to provide a small-sized, lightweight, low-cost, highly reliable rotating electric machine and a vehicle.
  • One aspect of the present invention for achieving the above object is a stator having a plurality of coils wound around it, and a rotor provided with a predetermined gap with respect to the stator so as to be freely rotatable.
  • a rotating electrical machine equipped with, a slot provided inside the stator to accommodate a part of the coil, an insulating layer provided on the inner wall of the slot, and a heating provided between the insulating layer and the coil.
  • An inflatable sheet, the coil has a first conductor and a second conductor, and the first conductor and the second conductor each have at least two conductors at their longitudinal ends. The first conductor and the second conductor are connected to each other inside the slot so as to fill the step. To do.
  • FIG. 1 Half-sectional view of a rotating electric machine according to a first embodiment.
  • FIG. 3 Schematic diagram illustrating the method of connecting the coil conductors of Example 1.
  • FIG. 4 Schematic diagram illustrating the method of assembling the coil of Example 1.
  • FIG. 58 Schematic diagram showing the assembled state of the coil of Example 1.
  • FIG.58 Schematic diagram of the coil in Fig.58.
  • FIG. 6 Side view comparing the coil end lengths of the coil of Example 1 and the conventional coil
  • FIG. 7 Schematic diagram illustrating the method of connecting the coil conductors constituting the rotating electric machine of Example
  • FIG. 8 Example 3 vehicle schematic diagram
  • FIG. 11 Schematic diagram showing an example of one coil.
  • FIG. 118 Schematic diagram showing another example of one coil
  • the definition of "coil” is defined as “one winding of a turtle shell” or “one cycle of a wave winding". Therefore, for example, in a configuration in which a coil is wound four times, it is expressed as a four-turn coil.
  • FIG. 118 is a schematic diagram showing an example of one coil winding
  • FIG. 11 M is a schematic diagram showing another example of one coil winding.
  • the definition of “a structure in which the coil has a connection part inside the stator core” is defined as the structure shown in Fig. 11 18 or 11 1. Also, when a coil of one turn is composed of multiple conductors, the multiple conductors are collectively referred to as a “coil conductor” unless otherwise specified.
  • one layer it is expressed as "one layer”.
  • one slot contains eight coil conductors
  • the four-coil coil conductor in the hexagonal coil is one coil layer
  • each slot is composed of two coil layers.
  • two turns of coil conductor correspond to one coil layer
  • one slot consists of four coil layers.
  • a rotating electric machine represented by a high-voltage generator such as a general industry, a railway, a construction machine, and an automobile, and a high-voltage generator such as a wind generator is targeted.
  • the effect of the present invention is not limited to this, and can be applied to rotary electric machines in general.
  • the rotary machine may be an induction machine, a permanent magnet synchronous machine, a line-type synchronous machine, a synchronous reluctance rotary machine, and a self-starting synchronous machine. Also, in the explanation below, the inversion type ⁇ 2020/174926 5 ⁇ (: 170? 2020/001592
  • the material of the coil conductor may be copper, aluminum, or any other conductive material.
  • FIG. 1 is a half cross-sectional view of the rotating electric machine according to the first embodiment.
  • 1 is a sectional view taken along the axial direction of a rotary electric machine 1 according to a first embodiment of the present invention, showing a half of the rotary electric machine 1 in the radial direction.
  • the rotating electric machine 1 includes a stator 2, a rotor 3, and a frame (housing 11 and cover 21 and an end plastic) installed outside the stator 2 and the rotor 3. To 9).
  • the stator 2 includes a stator core 4 and a multi-phase stator winding (stator coil) 5 wound around the stator core 4.
  • the stator core 4 includes a plurality of tooth cores that radially protrude from an annular yoke core.
  • the rotor 3 includes a rotor core 7, a pressing plate 15, a shaft 8, and bearings 10 provided at both ends in the axial direction, and the stator is provided inside the stator 2 in the radial direction. It is provided opposite to 2. A gap is provided between the rotor 3 and the stator 2.
  • the rotor core 7 is provided with a plurality of rotor slots 6 containing rotor conductor rods 13 made of conductors.
  • the rotor conductor rod 13 is connected to the end rings 14 at both shaft ends of the rotor 3.
  • the pressing plate 15 fixes the rotor core 7 by axially pressing the rotor core 7 at both ends in the axial direction.
  • the shaft 8 is the rotating shaft of the rotating electric machine 1, and is rotatably supported by the bearing 10.
  • a grease pocket 23 is provided around the bearing 10.
  • the grease pocket 23, which is a lubricant holding portion, is filled with grease that is the lubricant to be supplied to the bearing 10, and the structure capable of supplying grease to the bearing 10 (for example, being heated by heat).
  • the frame comprises a housing 11, a cover 21 and an end bracket 9.
  • the housing 11 holds the stator core 4 on its inner peripheral surface.
  • Cover 2 ⁇ 2020/174926 6 ⁇ (: 170? 2020/001592
  • the end bracket 9 is fixed to the other axial end of the housing 11 and supports the bearing 10 at the other axial end.
  • the rotating electric machine 1 is provided with a fan 20 that is provided outside the bearing 10 in the axial direction to generate cooling air for cooling the bearing 10.
  • the frame has ventilation holes through which the cooling air generated by the fan 20 passes.
  • FIG. 58 is a schematic diagram showing the assembled state of the coil of Example 1
  • FIG. 5 is an enlarged schematic diagram of the coil of FIG.
  • a part of the coil 20 1 is housed inside the slot 10 2 of the stator 100. Teeth 1 0 3 are placed between each slot.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view of a coil that constitutes a conventional rotary electric machine
  • FIG. 108 is an explanatory view showing an assembled state of a conventional coil
  • FIG. 10M shows the coil shown in FIG. It is a figure.
  • the stator 500 has a plurality of slots 502 in the circumferential direction, and has an open loop shape. Inside the slot 502, two coils for one layer of 6000 are stored per slot, and the structure is a distributed winding/two-layer lap winding using a hexagonal coil. Inside the stator 500, although not shown, an inner rotation type rotor, which is provided rotatably in the circumferential direction via a gap, is arranged.
  • Fig. 108 in the two-layer lap winding, the coil ends are regularly arranged.
  • a typical method for manufacturing one coil layer is to wind a conductor into a racetrack multiple times and then mold it as shown in Fig. 10.
  • one layer of the coil is constructed by stacking multiple conductors, so the stack height of the conductors increases, and the coils interfere with each other at the coil end.
  • the part indicated by "Min" in Fig. 108 and Fig. 10 ⁇ 2020/174926 7 ⁇ (: 170? 2020/001592
  • Fig. 9 is a cross-sectional view of a coil constituting a conventional rotating electric machine.
  • the coil conductor of one turn is composed of two stages of flat rectangular wire for the purpose of reducing AC copper loss.
  • the coil conductor 601 is one turn by connecting 601 3 and 601 swirls in parallel.
  • each conductor is coated with an insulating film such as an epoxy resin.
  • I I, 62 1, 63 1 compose one layer of the tortoise shell coil and are arranged as the bottom coil 6003.
  • the coil conductors 64 1, 65 1, 66 1, 67 1 compose one layer of the tortoise shell coil and are arranged as the upper coil 600 ⁇ .
  • Insulating layers 5063 and 506 made of mica or the like are wound around one coil.
  • a wedge 505 is inserted into the slot opening 5023 for the purpose of preventing the coil from falling off.
  • the insulating resin 507 is filled by the prepreg method or the total impregnation method.
  • slot opening 5023 has an open slot shape
  • harmonic components called slot harmonics are superimposed on the spatial distribution of the rotating magnetic field, making it difficult to reduce vibration, noise, and loss. There are challenges. Further, since the work of inserting the wedge 505 is required, there is a problem that the manufacturing cost is increased.
  • Fig. 2 is a cross-sectional view of the coil of the first embodiment.
  • the main difference from the conventional technology is the coil conductor 201, 2 1, 1, 22 1, 23 1, 24 1, 25 1 ⁇ 2020/174926 8 ⁇ (: 170? 2020/001592
  • 26 1, 27 1 are respectively divided in the axial center, and are paired on the axial depth side with coil conductors 202, 2 1 2, 222, 232, 242, 252, 262,
  • each coil conductor is covered by the heat-expandable sheets 401, 4 1 1, 4 2 1, 43 1, 44 1, 45 1, 46 1, 47 1, and the slot opening is open.
  • the coil conductor is composed of a semi-closed slot shape instead of the slot shape, and that one coil conductor is composed of a wave winding instead of the hexagonal plate.
  • Fig. 3 is a schematic diagram illustrating a method for connecting the coil conductors of the first embodiment.
  • Fig. 3 shows the one-turn coil conductor 201 shown in Fig. 2 as an example and focuses on the structure inside this slot.
  • Fig. 3 (slung) and Fig. 2 show the same state. ..
  • the coil conductors 201 and 202 of one turn are vertically divided at the center in the axial direction. That is, the coil conductor is composed of the first conductor 201 and the second conductor 202. Then, the first conductor 201 and the second conductor 202 are a combination of at least two conductors having a step (!_-shaped step) with their longitudinal ends displaced. ..
  • the upper half conductor (first conductor) is composed of conductors 201 3 and 201 s
  • the lower half conductor (second layer body) is composed of conductors 202 3 and 202 s. ing.
  • the first conductor 201 and the second conductor 202 are connected so as to fill in the respective steps and are housed inside the heat-expandable sheet 401.
  • the conductor 202 is covered with the heat-expandable sheet 401, and the conductor 202 and the heat-expandable sheet 401 are combined and set in the stator slot, and the conductor 201 is kneaded from above.
  • the insulating layer 1063, 106 has an annular structure that surrounds the portion of the coil housed in the slot. Mica tape can be used as the insulating layers 1063 and 106.
  • the microphone tape is generally used by being wound around the coil surface, but in this embodiment, a plurality of coils are prepared in advance as a box-shaped insulating layer 106. 1 06 It is surrounded by a bowl. With this configuration, the work of winding mica tape is eliminated, so the manufacturing process can be compressed.
  • a connecting portion between the conductor 201 and the conductor 202 is formed of a conductive member (for example, a conductive member). ⁇ 2020/174926 9 boxes (: 170? 2020/001592
  • the surface of the conductor 2 0 1 3 is plated with the conductive plating 3 0 1 8 as shown in Fig. 3 ( ⁇ ). and opposed and faces the conductor 2 0 2 3 conductive plating unit 3 0 2 3. Further, the conductive plated portion 3002 of the conductor 2023 also faces the conductive plated portion 3002 of the conductor 202. Note that the surface treatment may use nanoparticle bonding, conductive paste, or the like, instead of conductive plating.
  • the same effect as described above can be obtained in all the slots. Further, as a subsequent process, the insulating resin 107 is filled by the full impregnation method, so that the redundancy of the insulating performance at the time of thermal deterioration is also secured.
  • the expansion pressure of the heat-expandable sheet pressurizes the coil conductors that face each other inside the slot, so that the surface contact of the connection portion is stably maintained, so that long-term Even if electromagnetic vibration is taken into consideration, the connection part does not come off, and high reliability can be secured.
  • the slot opening 1023 has a semi-closed slot shape, slot harmonic components can be reduced, further reducing vibration, noise, and loss.
  • the coil conductors 201, 202, etc. are covered with the heat-expandable sheet 401, but the conductive plated portions of the coil conductors are pressed against each other. It suffices that the heat-expandable sheet 4 0 1 be provided at the position where the heat is applied, and the heat-expandable sheet 4 0 1 need not cover the entire circumference of the coils 20 1 and 20 2.
  • the heat-expandable sheet is formed by mixing an expansion filler, in which a liquefied carbon dioxide gas is sealed, inside a resin (for example, an epoxy resin) that exhibits adhesiveness when heated as a base material of the sheet
  • a resin for example, an epoxy resin
  • the form of the sheet is not limited to the form shown in Fig. 2 and Fig. 3 as long as the expansion pressure can be applied to each coil winding. You may set up a partition on it. Alternatively, the insulating layers 1068 and 1060 shown in FIG. 2 may be combined with each other.
  • Fig. 4 is a schematic diagram for explaining the method of assembling the coil of the first embodiment of the present invention.
  • insulating layers 10 6 8 and 10 6 are installed in advance, and the heat-expandable sheets 40 1, 40 2, and 4 4 1, 4 4 4 5 1 is set, and the insulating layer and the heat-expandable sheet are integrally configured. After this is put into slot 102, coil conductor 2 0 1 is inserted from above, and coil conductor 2 0 2 (not shown in Fig. 4) is also inserted from below. Is also good.
  • Fig. 4 shows a state after the insulating layers 1 0 6 3 and 1 0 6 have been assembled to the core 10 1. It is desirable that the insulating layers 1 06 3 and 10 6 project outward in the axial direction from the end surface of the slot 10 2 in the axial direction. This is a slot 1 0 2 ⁇ 2020/174926 1 1 ⁇ (: 170? 2020/001592
  • the insulating layers 10 6 8 and 10 6 can be used for edge protection.
  • the plated part 3 0 1 which is the connection part of the conductor in the slot shown in Fig. 3 (10). If dust or water gets into the bowl, it may cause insulation failure or conduction failure.Therefore, the axial end face of the slot 10 2 should have a gap between the conductor 2 0 1 and the slot 10 2 and the conductor. It is desirable to seal so as to fill the gap between 201 and the heat-expandable sheet. With such a configuration, long-term reliability can be further improved.
  • the protective tape 108 can prevent the coil insulating film from being damaged by the axial end face edge of the slot 10 2 described above.
  • the material of the protective tape 108 may be the same as the material of the insulating layer 106, or may be another material.
  • the thickness of the protective tape 108 is preferably smaller than the thickness of the heat-expandable sheet 40 1 after heating. With such a configuration, after heating the heat-expandable sheet 401, a clearance is generated between the insulating layer 106 and the protective tape 108, so that the insulating resin 110 can be used as a subsequent step. When 7 is filled, insulating resin 107 is filled so as to fill this clearance. As a result, it is possible to prevent foreign matter from entering the above-described coil conductor connecting portion 301, and thus improve long-term reliability. Since the coil conductor 201 is coated with an insulating film such as epoxy resin, the protective tape 108 is not always necessary when the configuration of Fig. 4(b) is adopted.
  • the process of peeling off the insulating film of the conductor and performing the plating process is simple, but if the electrical continuity of the connection part and the electrical insulation of other parts can be secured, this process It is not limited to. Further, by making the thickness of the conductive plated portion larger than the thickness of the insulating film, the conductive surface can be slightly projected from the side surface of the conductor, and the conductive surface can be surely brought into surface contact. It should be noted that the metal forming the coil is slightly protruded from the side surface of the conductor on the conductive surface (for example, ⁇ 2020/174926 12 boxes (: 170? 2020/001592
  • the step shape at the connecting portion between the conductor 20 1 and the conductor 2 0 2 is obtained by stacking the flat conductors 2 0 1 3 and 2 0 1! -Although it is possible to make a step of a letter shape, the connection part of each of the conductors 20 1 and 20 2 may be processed into a !_ shape.
  • the coil storing operation can be simplified as compared with the conventional technique.
  • the connecting operation by integrally constructed by fixing at least one point of the conductor 2 0 1 3 and the conductor 2 0 1 spoon with an adhesive, it is possible to simplify the ⁇ work.
  • the insulating layer in the stator slot can be configured in the same manner as in the conventional technology, high reliability can be secured.
  • slot harmonic components can be reduced, and vibration, noise, and loss can be further reduced.
  • FIG. 6 is a side view comparing the coil end lengths of the coil of Example 1 and the conventional coil.
  • the coil end length !_ 1 of the prior art is different from the coil end length !_ 1 of the present invention.
  • -2 is significantly reduced, which enables downsizing, weight reduction and cost reduction of rotating electrical machines.
  • the principle by which the present invention can provide a small, lightweight, low cost, highly reliable rotating electric machine has been described above.
  • FIG. 7 is a schematic diagram for explaining a method of connecting the coil conductors constituting the rotary electric machine of the second embodiment.
  • Second Embodiment A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The difference from Example 1 is that one coil conductor 2 0 1 and 2 0 2 are divided into upper and lower parts at the axial center, and the upper half is three flat conductors 2 0 1 3, 2 0 1 6 and conductor 2. The lower half is also flat. It is composed of 2 0 2 6 and 2 0 2 0.
  • FIG. 8 is a schematic diagram of a vehicle of Example 3 of the present invention.
  • FIG. 8 is a configuration diagram of a rotating machine drive system using the rotating machine of the present invention in a railway vehicle. Electric power is supplied to the drive unit of the railway vehicle 7 1 from the overhead line 7 2 via the current collector, and AC power is supplied to the rotary electric machine 7 6 via the power converter 7 5 to rotate the rotary electric machine 7 6 To drive.
  • the rotating electric machine 7 6 is connected to the axle 74 of the railway vehicle 71, and the traveling of the railway vehicle is controlled by the rotating electric machine 7 6.
  • the electrical ground is connected via rail 73.
  • the voltage of the overhead line 72 may be either direct current or alternating current.
  • the rotating electric machine of the present invention by mounting the rotating electric machine of the present invention on the railway vehicle 71, it becomes possible to operate the rotating machine drive system of the railway vehicle 71 with high efficiency. Also, the same effect can be obtained in vehicles such as automobiles and construction machines.
  • a rotating machine drive system provided in a vehicle such as a railroad, an automobile, or a construction machine has a configuration of 1 (3 1 IV!) driven by combining one inverter device and one rotating electric machine 7 6.
  • the rotating machine drive system of vehicles such as railways, automobiles, and construction machines is composed of a combination of at least two groups of inverter devices and rotating electric machines.
  • the present invention can provide a rotating electric machine that is compact, lightweight, low cost, and highly reliable.
  • the present invention is not limited to the above-mentioned embodiments, and the gist of the present invention is ⁇ 2020/174926 14 ⁇ (: 170? 2020 /001592
  • stator windings 6 rotor slots, 7 rotor cores, 8 shafts, 9 end brackets, 10 bearings, 1 1 housings, 1 2 shield materials,

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Insulation, Fastening Of Motor, Generator Windings (AREA)
  • Windings For Motors And Generators (AREA)

Abstract

小型・軽量・低コストで信頼性の高い回転電機および車両を提供する。　本発明の回転電機は、複数のコイルが巻回された固定子と、固定子に対して所定のギャップを空けて回転自由に設けられた回転子とを備える回転電機において、固定子の内部に設けられ、コイルの一部を収納するスロットと、スロットの内壁に設けられた絶縁層と、絶縁層とコイルとの間に設けられた加熱膨張性シート（４０１）とを有し、コイルは、第１の導体および第２の導体を有し、第１の導体および第２の導体は、それぞれ、少なくとも２つの導体（２０１ａ，２０１ｂ，２０２ａ，２０２ｂ）を、長手方向の端部をずらして段差を有するように組み合わされた物であり、段差を埋めるように、第１の導体の段差と第２の導体の段差がスロットの内部で接続されていることを特徴とする。

Description

\¥02020/174926 1 卩（：17 2020/001592
明 細 書
発明の名称 ： 回転電機および車両
技術分野
[0001 ] 本発明は、 回転電機および車両に関する。
背景技術
[0002] 高電圧機器向けの回転電機では、 固定子コイルが固定子コアのスロッ トに 収納されており、 コイルとコアとの電気絶縁は、 一般にマイカテープと樹脂 から成るコイル絶縁層によつて担われる。 コイル絶縁層を上記のような構成 とする理由は、 課電による部分放電の抑制と、 熱劣化時における絶縁性能の 冗長性確保である。
[0003] 振動や騒音、 損失の低減を図る目的で、 巻線方式としては一般に分布巻が 採用されている。 分布巻では固定子が作り出す回転磁界の空間分布を正弦波 に近づけることが可能なため、 集中巻と比較して上記目的を達成しやすい。 また、 固定子コイルの軸方向端部 （以下、 コイルエンドと呼称） を規則的に 整列する目的で、 2層重ね巻と呼ばれる構成が採用されている。 2層重ね巻 では、 コイルは 1スロッ トあたり 2層に分かれて配置され、 特許文献 1記載 のように、 1層ごとに前述の絶縁層を設けている。
[0004] コイルの製作方法は、 導体をレーストラック状に複数回巻き回した後に成 形する方法が一般的である。 成形したコイルにマイカテープを巻き付けてコ イル 1層分とする。 絶縁層を構成する樹脂の充填方式は 2つあり、 1つはコ イル成形時に樹脂を硬化させ、 その後にスロッ トに格納するプリプレグ方式 で、 もう 1つはコイルをスロッ トに収納した後に樹脂を含浸硬化する全含浸 方式である。 いずれの方式においても、 コイルは固定子コアの内周側からス ロッ トに 1層ずつ格納されるため、 才ープンスロッ トと呼ばれるスロッ ト形 状となる。 また、 コイルの脱落防止を目的にスロッ ト開口部には楔が揷入さ れる。
[0005] 上述した製造方法では、 コイル 1層分が複数の導体を積み重ねて構成され 〇 2020/174926 2 卩（：170? 2020 /001592
るため、 導体の積層高さが増大し、 コイルエンド部においてコイル同士が干 渉する。 これを回避するためには、 スロッ ト間を渡るコイルの折れ曲り部を コイルエンド軸方向に逃がす構成が必要となる。 しかしながら、 この構成に よって回転電機の軸方向サイズが増加するため、 回転電機の大型化、 重量増 加およびコスト増加を招く課題があった。 また、 才ープンスロッ ト形状とな るため、 スロッ ト高調波と呼ばれる高調波成分が回転磁界の空間分布に重畳 され、 振動や騒音、 損失のさらなる低減を困難とする課題があった。
[0006] この課題解決を図る従来技術として、 特許文献 2記載のように固定子スロ ッ ト内で嵌合構造を形成し、 当該部でコイル導体を接合する方法がある 先行技術文献
特許文献
[0007] 特許文献 1 :特開 2 0 1 7 _ 1 6 3 7 2 7号公報
特許文献 2 :特開 2 0 1 5 _ 0 2 3 7 7 1号公報 発明の概要
発明が解決しようとする課題
[0008] しかしながら、 特許文献 2に記載の技術では、 嵌合作業性と長期信頼性の トレードオフを解決できない。 具体的に、 固定子コイル導体を全数に渡って 嵌合する作業を考えると、 嵌合部のクリアランスを大きく して嵌めやすくす ることが望ましいが、 これでは組立後に嵌合部が抜けやすくなるほか、 接触 抵抗のバラつきが大きくなるためモータの信頼性を確保できない。 一方で、 嵌合部のクリアランスを小さくすると、 嵌合が困難となり電気導通を確保で きないケースがあるほか、 嵌合方向に力を加える必要が生じるので、 嵌合部 の変形が発生して電気導通を確保できなくなるなど、 いずれにしても信頼性 の確保が困難となる。 また、 嵌めやすく抜けにくくなるような公差管理を仮 に実現できたとしても、 これに要する生産管理コストが甚大となるため製品 価格の高騰を招く。 さらに、 樹脂を含浸する工程において嵌合部のクリアラ ンスに樹脂が入り込み、 電気導通を確保できなくなる課題がある。 〇 2020/174926 3 卩（：170? 2020 /001592
［0009］ 本発明の目的は、 上記事情に鑑み、 小型 ·軽量 ·低コストで信頼性の高い 回転電機および車両を提供することにある。
課題を解決するための手段
［0010］ 上記目的を達成するための本発明の一態様は、 複数のコイルが巻回された 固定子と、 固定子に対して所定のギャップを空けて回転自由に設けられた回 転子とを備える回転電機において、 固定子の内部に設けられ、 コイルの一部 を収納するスロッ トと、 スロッ トの内壁に設けられた絶縁層と、 絶縁層とコ イルとの間に設けられた加熱膨張性シートとを有し、 コイルは、 第 1の導体 および第 2の導体を有し、 第 1の導体および第 2の導体は、 それぞれ、 少な くとも 2つの導体を、 長手方向の端部をずらして段差を有するように組み合 わされた物であり、 段差を埋めるように、 第 1の導体の段差と第 2の導体の 段差がスロッ トの内部で接続されていることを特徴とする。
［001 1］ 本発明のより具体的な構成は、 特許請求の範囲に記載される。
発明の効果
［0012］ 本発明によれば小型 ·軽量 ·低コストで信頼性の高い回転電機および車両 を提供できる。 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。
図面の簡単な説明
［0013］ ［図 1］実施例 1の回転電機の半断面図
［図 2］実施例 1のコイルの断面図
［図 3］実施例 1のコイル導体の接続方法を説明する模式図
［図 4］実施例 1のコイルの組立て方法を説明する模式図
［図 5八］実施例 1のコイルの組立て状態を表す模式図
［図 58］図 5八のコイルを拡大する模式図
［図 6］実施例 1のコイルと従来のコイルのコイルエンド長さを比較する側面図 ［図 7］実施例 2の回転電機を構成するコイル導体の接続方法を説明する模式図 ［図 8］実施例 3の車両の模式図
［図 9］従来の回転電機を構成するコイルの断面図 〇 2020/174926 4 卩（：170? 2020 /001592
［図 10八］従来のコイルの組立て状態を表す模式図
［図 108］図 1 0八のコイルを取り出した図
［図 1 1八］コイル 1巻の一例を示す模式図
［図 1 18］コイル 1巻の他の例を示す模式図
発明を実施するための形態
［0014］ 以下、 本発明の実施例について図面を参照して説明する。 以下の説明では 、 同一の構成要素には同一の記号を付してある。 それらの名称および機能は 同じであり、 重複説明は避ける。
［0015］ 本発明では、 「コイル」 の定義を、 「亀甲巻の 1巻」 、 または 「波巻の 1 サイクル」 とする。 したがって、 例えばコイルが 4回巻き回された構成にお いては、 4巻のコイルと表現する。 図 1 1 八はコイル 1巻の一例を示す模式 図であり、 図 1 1 巳はコイル 1巻の他の例を示す模式図である。 「コイルが 固定子コアの内部に接続部を有する構成」 の定義を、 図 1 1 八または 1 1 巳 の構成とする。 また、 1巻のコイルが複数の導体で構成される場合は、 特に 断りのない限り複数導体をまとめて 「コイル導体」 と呼ぶ。
［0016］ また、 亀甲巻においては 2層巻を想定し、 1層あたりのコイルを 「コイル
1層分」 と表現する。 一方で波巻においては、 2巻のコイルで 1層を構成す るため、 これを 「コイル 1層分」 と表現する。 したがって、 例えば 1スロッ 卜に 8巻のコイル導体が格納されている場合、 亀甲巻では 4巻のコイル導体 がコイル 1層分となり、 1スロッ トあたりコイル 2層分で構成される。 波卷 においては 2巻のコイル導体がコイル 1層分となり、 1スロッ トあたりコイ ル 4層分で構成される。
［0017］ また、 以下の説明では一般産業、 鉄道、 建機、 自動車向けなどの高電圧電 動機、 および風力発電機などの高電圧発電機に代表される回転電機を対象と しているが、 本発明の効果はこれに限定されるものではなく、 回転電機全般 に適用可能である。
［0018］ 回転機は誘導機、 永久磁石同期機、 卷線型同期機、 シンクロナスリラクタ ンス回転機および自己始動型同期機でもよい。 また、 以下の説明では内転型 〇 2020/174926 5 卩（：170? 2020 /001592
の回転電機を対象としているが、 外転型の回転電機でもよい。 コイル導体の 材質は銅でも良いしアルミでもよいし、 その他の導電材料でもよい。
実施例 1
[0019] 以下、 図 1〜 6を用いて、 本発明の第 1の実施例について説明する。 図 1 は実施例 1の回転電機の半断面図である。 図 1は、 本発明の実施例 1 による 回転電機 1の軸方向に沿った断面図であり、 回転電機 1の径方向の半分を示 している。 図 1 に示すように、 回転電機 1は、 固定子 2と、 回転子 3と、 固 定子 2と回転子 3との外側に設置されたフレーム （ハウジング 1 1 と、 カバ - 2 1 と、 エンドプラケッ ト 9） を備える。
[0020] 固定子 2は、 固定子鉄心 4と、 固定子鉄心 4に巻回された多相の固定子巻 線 （固定子コイル） 5を備える。 固定子鉄心 4は、 図示していないが、 環状 のヨーク鉄心から径方向に突出した複数のティース鉄心を備える。
[0021 ] 回転子 3は、 回転子鉄心 7と、 押さえ板 1 5と、 シャフト 8と、 軸方向の 両端部に設けられた軸受 1 〇を備え、 固定子 2の径方向の内側に固定子 2と 対向して設けられる。 回転子 3と固定子 2との間には、 空隙が設けられる。 回転子鉄心 7は、 導体からなる回転子導体棒 1 3を収容した複数の回転子ス ロッ ト 6を備える。 回転子導体棒 1 3は、 回転子 3の両軸端部でエンドリン グ 1 4と接続する。 押さえ板 1 5は、 回転子鉄心 7を軸方向の両端部で軸方 向に押圧して固定する。 シャフト 8は、 回転電機 1の回転軸であり、 軸受 1 0により回転可能に支持されている。
[0022] 軸受 1 0の周囲には、 グリースポケッ ト 2 3が設けられている。 グリース ポケッ ト 2 3は、 潤滑剤保持部で、 軸受 1 0に供給される潤滑剤であるグリ —スが充填されており、 軸受 1 〇にグリースを供給可能な構造 （例えば、 熱 で温められたグリースが流れて軸受 1 〇に供給される構造） を備える。 本実 施例では、 グリースポケッ ト 2 3は
、 軸受 1 〇に対して軸方向の片側 （機内側） に設けられている。
[0023] フレームは、 ハウジング 1 1 と、 カバー 2 1 と、 エンドブラケッ ト 9を備 える。 ハウジング 1 1は、 その内周面で固定子鉄心 4を保持する。 カバー 2 〇 2020/174926 6 卩（：170? 2020 /001592
1は、 ハウジング 1 1の軸方向の一端部に固定されており、 軸方向の一端部 の軸受 1 〇を支持する。 エンドブラケッ ト 9は、 ハウジング 1 1の軸方向の 他端部に固定されており、 軸方向の他端部の軸受 1 〇を支持する。
[0024] 回転電機 1は、 軸受 1 〇に対して軸方向の機外側に、 軸受 1 〇を冷却する ための冷却風を発生させるファン 2 0を備える。 フレームは、 図示しないが 、 ファン 2 0が発生させた冷却風が通過する通気孔を備える。
[0025] 続いて、 固定子コイル 5について説明する。 図 5八は実施例 1のコイルの 組立て状態を表す模式図であり、 図 5巳は図 5八のコイルを拡大する模式図 である。 図 5八および図 5巳に示すように、 コイル 2 0 1の一部が、 固定子 1 0 0のスロッ ト 1 0 2の内部に収納されている。 各スロッ ト間には、 テイ —ス 1 0 3が配置されている。
[0026] ここで、 本実施例を詳述する前に、 従来技術の固定子コイルの全体構成と 課題について、 図 9、 図 1 〇八および図 1 0巳を用いて説明する。 図 9は従 来の回転電機を構成するコイルの断面図であり、 図 1 0八は従来のコイルの 組立て状態を表す説明図であり、 図 1 0巳は図 1 0八のコイルを取り出した 図である。
[0027] 図 1 0八において、 固定子 5 0 0は周方向に複数のスロッ ト 5 0 2を有し ており、 才ープンスロッ ト形状を有している。 スロッ ト 5 0 2の内部には、 コイル 1層分 6 0 0が 1スロッ トにつき 2つ格納されており、 亀甲卷コイル を用いた分布巻 · 2層重ね巻の構造となっている。 固定子 5 0 0の内側には 、 図示しないが、 ギャップを介して、 周方向に回転自由に設けられた内転型 回転子が配置される。
[0028] 図 1 0八に示すように、 2層重ね巻では、 コイルエンドが規則的に整列さ れる。 コイル 1層分の製作方法は、 導体をレーストラック状に複数回巻き回 した後に、 図 1 〇巳のように成形する方法が一般的である。 この方法では、 コイル 1層分が複数の導体を積み重ねて構成されるため、 導体の積層高さが 増大し、 コイルエンド部においてコイル同士が干渉する。 これを回避するた めには、 図 1 〇八および図 1 〇巳の 「巳」 で示す部分のように、 スロッ ト間 〇 2020/174926 7 卩（：170? 2020 /001592
を渡るコイルの折れ曲り部を、 コイルエンド軸方向に逃がす構成が必要とな る。 しかしながら、 この構成によって回転電機の軸方向サイズが増加するた め、 回転電機の大型化、 重量増加およびコスト増加を招く課題があった。
[0029] 図 9は従来の回転電機を構成するコイルの断面図である。 ここでは、 1ス ロッ トに 8巻のコイル導体 601、 6 1 1、 62 1、 63 1、 64 1、 65
I、 66 1、 67 1が揷入されている。 1巻のコイル導体は、 交流銅損を低 減する目的で 2段の扁平角線で構成しており、 例えばコイル導体 601は 6 01 3と 601 匕を並列接続して 1巻を構成する。
[0030] 導体 601 3と 601 匕との間の絶縁を確保するために、 それぞれの導体 はエポキシ樹脂等の絶縁皮膜でコーティングされる。 コイル導体 601、 6
I I、 62 1、 63 1が亀甲巻コイル 1層分を構成し、 底コイル 6003と して配置される。 同様に、 コイル導体 64 1、 65 1、 66 1、 67 1が亀 甲巻コイル 1層分を構成し、 上コイル 600匕として配置される。
[0031] コイル 1層分には、 マイカ等から成る絶縁層 5063および 506匕がそ れぞれ巻き付けられている。 また、 コイルの脱落防止を目的にスロッ ト開口 部 5023に楔 505が揷入される。 さらに、 絶縁樹脂 507がプリプレグ 方式または全含浸方式にて充填される。
この構成においては、 スロッ ト開口部 5023が才ープンスロッ ト形状とな るため、 スロッ ト高調波と呼ばれる高調波成分が回転磁界の空間分布に重畳 され、 振動や騒音、 損失の低減を困難とする課題がある。 また、 楔 505を 挿入する作業が必要となるため、 製造コストの増大を招く課題がある。
[0032] なお、 異なる従来技術の形態として、 固定子スロッ ト内で嵌合構造を形成 し、 当該部でコイル導体を接合する方法があるが、 嵌合作業性と長期信頼性 のトレードオフを解決できない欠点があった。 本発明はこれらの課題を解決 するものであり、 その具体的な解決手段と原理について図 2および 3を用い て説明する。
[0033] 図 2は実施例 1のコイルの断面図である。 図 2において、 従来技術と異な る主な点は、 コイル導体 201、 2 1 1、 22 1、 23 1、 24 1、 25 1 〇 2020/174926 8 卩（：170? 2020 /001592
、 26 1、 27 1がそれぞれ軸方向中央で分割され、 軸方向奥行側に対とな るコイル導体 202、 2 1 2、 222、 232、 242、 252、 262、
272を有する点と、 各コイル導体が加熱膨張性シート 401、 4 1 1 , 4 2 1、 43 1、 44 1、 45 1、 46 1、 47 1で覆われる点と、 スロッ ト 開口部がオープンスロッ ト形状ではなく半閉スロッ ト形状で構成される点と 、 1巻のコイル導体が亀甲卷ではなく波巻で構成される点である。
[0034] 図 3は実施例 1のコイル導体の接続方法を説明する模式図である。 図 3は 、 図 2に示した 1巻のコイル導体 201 を例に採り、 このスロッ ト内部にお ける構成にフォーカスしたものであり、 図 3 （匕） と図 2は同一の状態を示 す。 図 3 （3） に示すように、 1巻のコイル導体 201 と 202は、 軸方向 中央で上下に分割されている。 すなわち、 コイル導体は、 第 1の導体 201 と第 2の導体 202で構成されている。 そして、 第 1の導体 201 と第 2の 導体 202は、 少なくとも 2つの導体が、 長手方向の端部をずらして段差 （ !_字型の段差） を有するように組み合わされた物となっている。 図 3 （a） では、 上半分の導体 （第 1の導体） は導体 201 3と導体 201 匕で、 下半 分の導体 （第 2の層体） は導体 2023と導体 202匕で構成されている。
[0035] 図 3に示すように、 第 1の導体 201 と第 2の導体 202のそれぞれの段 差を埋めるように接続し、 加熱膨張性シート 401の内部に収納されている 。 導体 202は加熱膨張性シート 401で覆われており、 導体 202と加熱 膨張性シート 401 を組み合わせた状態で固定子スロッ トにセッ トしておき 、 そこに導体 201 を上から揷入する。 絶縁層 1 063, 1 06匕は、 コイ ルのスロッ トに収納された部分を囲む環状構造を有している。 絶縁層 1 06 3および 1 06匕としては、 マイカテープを用いることができる。 従来、 マ イカテープはコイル表面に巻きつけて使うのが一般的であるが、 本実施例で は複数のコイルを、 予め用意した箱型の絶縁層 1 〇 6
Figure imgf000010_0001
1 06匕で囲んで いる。 この構成により、 マイカテープを巻きつける作業が無くなるので製作 工程を圧縮できる。
[0036] 導体 201 と導体 202との接続部は、 導電性の部材 （例えば、 導電性メ 〇 2020/174926 9 卩（：170? 2020 /001592
ッキ） で表面処理がされており、 図 3 （匕） に示すように、 導体 2 0 1 3の 導電性メッキ部 3 0 1 8は、 導体 2 0 1 の導電性メッキ部 3 0 1 13と対向 し、 かつ、 導体 2 0 2 3の導電性メッキ部 3 0 2 3と対向する。 さらに、 導 体 2 0 2 3の導電性メッキ部 3 0 2 3は、 導体 2 0 2匕の導電性メッキ部 3 0 2匕とも対向する。 なお、 表面処理は、 導電性メッキではなく、 ナノ粒子 結合や導電性ぺーストなどを用いてもよい。
[0037] この状態で固定子コイルを加熱すると、 加熱膨張性シート 4 0 1が膨らむ ため、 図 3 （〇） に示すように導体 2 0 1 3と導体 2 0 1 匕の導電性メッキ 部とが互いに接触する （密着する） 方向に圧力が発生し、 同様に導体 2 0 1 3と導体 2 0 2 3、 導体 2 0 2 3と導体 2 0 2匕の導電性メッキ部が互いに 密着する。 結果として、 それぞれの導電性メッキ部が径方向に面接触する状 態が形成され、 元々バラバラだった導体
Figure imgf000011_0001
2 0 1 13、 2 0 2 3、 2 0 2匕の電気的導通が確保される。
[0038] 固定子コイルの組立時においては、 コイル導体を全スロッ トに揷入した後 に一括して加熱することで、 全スロッ トにおいて前述と同様の効果を得るこ とができる。 さらにその後の工程として、 絶縁樹脂 1 0 7を全含浸方式にて 充填することで、 熱劣化時における絶縁性能の冗長性も確保される。
[0039] この方法であれば、 固定子スロッ トにコイル導体を揷入する段階において は、 加熱性膨張シートが膨張する前なので、 十分な嵌合クリアランスを確保 することができ、 コイルの揷入、 接続作業を極めて容易に実施できる。 また 、 コイル導体の接続部は、 2つのコイル導体の端部をずらして組み合わせて いるだけなので、 1つのコイル導体の端部に機械加工等で嵌合構造を設ける 場合よりも、 非常に簡単なプロセスで嵌合構造を作製することができる。 接 続部は導電性メッキ処理を施すのみで良いので、 高精度な公差管理は一切必 要なく、 製作コストを大幅に抑制することが可能となる。 また、 コイル揷入 後の引き曲げや溶接などの後工程が不要なほか、 嵌合方向に力を加える必要 が無いのでコイルの変形を招くこともなく、 製品信頼性を大幅に向上するこ とができる。 〇 2020/174926 10 卩（：170? 2020 /001592
[0040] また、 加熱膨張性シートの膨張圧力によって、 スロッ ト内部で対向するコ イル導体同士が押しつけられるように加圧され、 接続部の面接触が安定的に 維持されるため、 長期的な電磁振動を考慮しても接続部が抜けることはなく 、 高い信頼性を確保できる。 さらに、 スロッ ト開口部 1 0 2 3が半閉スロッ 卜形状となるため、 スロッ ト高調波成分を低減でき、 振動や騒音、 損失のさ らなる低減が可能となる。
[0041 ] なお、 図示した態様では、 コイル導体 2 0 1、 2 0 2等が加熱膨張性シー 卜 4 0 1で覆われているが、 コイル導体の導電性メッキ部同士が押しつけら れるように加圧される位置に加熱膨張性シート 4 0 1が設けられればよく、 加熱膨張性シート 4 0 1がコイル 2 0 1、 2 0 2の全周を覆っていなくても よい。
[0042] 加熱膨張性を備えたシートは、 シートの基材として、 加熱により接着性を 発揮する樹脂 （例えば、 エポキシ樹脂） の内部に、 液化炭酸ガスなどが封入 された膨張フイラーを混入し、 シート化したものや、 発泡ウレタンをシート 化したものを用いることができる。 シートの形態は、 コイル 1巻ごとに膨張 圧力を与えられる構成であれば、 図 2、 図 3の形態に限定されるものではな く、 スロッ ト形状に合わせたボビンで構成し、 コイル導体ごとに仕切りを設 けるなどしても良い。 また、 図 2に示した絶縁層 1 0 6 8、 1 0 6 を糸且合 せて構成してもよい。
[0043] 図 4は本発明の実施例 1のコイルの組立て方法を説明する模式図である。
図 4 （a） に示すように、 絶縁層 1 0 6 8と 1 0 6 匕を予め設置し、 そこに 入れ子となるように加熱膨張性シート 4 0 1、 4 0 2 、 4 4 1、 4 5 1 をセッ トして、 絶縁層と加熱膨張性シートを一体として構成する。 これをス ロッ ト 1 0 2に揷入した後、 コイル導体 2 0 1 を上から揷入し、 同様にコイ ル導体 2 0 2 （図 4では図示していない） を下から揷入しても良い。
[0044] 図 4 （匕） は、 コア 1 0 1 へ絶縁層 1 0 6 3 , 1 0 6 匕を組み付け後の状 態を示す。 絶縁層 1 0 6 3 , 1 0 6 は、 スロッ ト 1 0 2の軸方向の端面よ りも、 軸方向外側に突出していることが望ましい。 これは、 スロッ ト 1 0 2 〇 2020/174926 1 1 卩（：170? 2020 /001592
の軸方向端面がエッジとなりコイルの絶縁皮膜を損傷する恐れがあるためで ある。 言い換えると、 絶縁層 1 0 6 8 , 1 0 6 をエッジ保護のために活用 することができる。 また、 図 3 （1〇） に示すスロッ ト内の導体の接続部であ るメッキ部 3 0 1
Figure imgf000013_0001
3 0 1 匕に塵埃や水分が混入すると、 絶縁不良や導通 不良を招く恐れがあるため、 スロッ ト 1 0 2の軸方向端面部は、 導体 2 0 1 とスロッ ト 1 0 2の間隙および導体 2 0 1 と加熱膨張性シートとの間隙を埋 めるようにシールされることが望ましい。 このような構成とすることで、 長 期信頼性を一層向上させることができる。
[0045] さらに、 コイル導体 2 0 1のうちコイルエンドとなる部分には、 保護テー プ 1 0 8を巻き回すことで長期信頼性を向上することができる。 また、 保護 テープ 1 0 8によって、 上述したスロッ ト 1 0 2の軸方向端面エッジによる コイル絶縁皮膜損傷を防止することができる。 保護テープ 1 0 8の材質は絶 縁層 1 0 6の材質と同一にしても良いし、 その他の材質でも良い。
[0046] また、 保護テープ 1 0 8の厚みは、 加熱膨張性シート 4 0 1の加熱後の厚 みよりも小さくすることが望ましい。 このような構成とすることで、 加熱膨 張性シート 4 0 1の加熱後において、 絶縁層 1 0 6と保護テープ 1 0 8との 間にはクリアランスが生じるので、 後工程として絶縁樹脂 1 0 7を充填する 際に、 絶縁樹脂 1 0 7がこのクリアランスを埋めるように充填される。 これ によって、 前述したコイル導体の接続部 3 0 1への異物混入が防止できるた め、 長期信頼性を向上することができる。 なお、 コイル導体 2 0 1はエポキ シ樹脂等の絶縁皮膜でコーティングされているので、 図 4 （b） の構成を採 用する場合には、 保護テープ 1 〇 8は必ずしも必要では無い。
[0047] 導電性メッキ部は、 導体の絶縁皮膜を剥離してメッキ処理する工程が簡素 であるが、 接続部の電気導通と、 それ以外の部分の電気絶縁が確保できるの あれば、 この工程に限定されるものではない。 また、 導電性メッキ部の膜厚 を絶縁皮膜厚よりも大きくすることで、 導体側面から導通面を僅かに突出さ せ、 導通面を確実に面接触させることができる。 なお、 コイルを構成する金 属を、 導通面において導体側面から僅かに突出させる加工 （例えば、 突出さ 〇 2020/174926 12 卩（：170? 2020 /001592
せる方向と垂直に加圧する加工） をしてもよい。
[0048] 導体 2 0 1 と導体 2 0 2の接続部における段差形状は、 図 3に示すように 扁平導体 2 0 1 3と 2 0 1 匕を重ねて！-字形の段差をつける方法でも良いが 、 導体 2 0 1、 2 0 2それぞれの接続部を !_字形に加工しても良い。
[0049] 以上のような手順を採用することで、 従来技術と比較して、 コイル格納作 業を簡易にすることができる。 また、 接続作業の前段階において、 接着剤を 用いて導体 2 0 1 3と導体 2 0 1 匕を少なくとも一箇所固定して一体構成に することで、 揷入作業を簡易にすることができる。 また、 固定子スロッ ト内 の絶縁層は従来技術と同様に構成できるため、 高い信頼性を確保できる。 ま た、 半閉スロッ ト形状にできるため、 スロッ ト高調波成分を低減でき、 振動 や騒音、 損失のさらなる低減が可能となる。
[0050] さらに、 本発明の構成を採用することで、 図 1 〇八および図 1 〇巳の 「巳 」 で示したようなコイルエンド軸方向に逃がす構成が不要となるため、 図 5 巳に示すように、 コイルエンド部 「巳」 の軸方向長さを短縮できる。 図 6は 実施例 1のコイルと従来のコイルのコイルエンド長さを比較する側面図であ る。 上述した実施例 1の構成によって、 図 6に示すように、 従来技術のコイ ルエンド長さ !_ 1 に対して、 本発明のコイルエンド長さ！- 2は大幅に低減さ れるため、 回転電機の小型化、 重量低減およびコスト低減が可能となる。 以 上、 本発明により小型 ·軽量 ·低コストで信頼性の高い回転電機を提供でき る原理を説明した。
実施例 2
[0051 ] 図 7は実施例 2の回転電機を構成するコイル導体の接続方法を説明する模 式図である。 図 7を用いて、 本発明の実施例 2について説明する。 実施例 1 と異なる点は、 1巻のコイル導体 2 0 1 と 2 0 2が軸方向中央で上下に分割 され、 上半分は扁平な 3つの導体 2 0 1 3 , 2 0 1 6 , 導体 2 0 1 〇で構成 され、 下半分は同様に扁平な
Figure imgf000014_0001
2 0 2 6 , 2 0 2〇で構 成されている点である。
[0052] 導体 2 0 1 匕と導体
Figure imgf000014_0002
導体 2 0 1 〇との端面をずらして導体 2 0 〇 2020/174926 13 卩（：170? 2020 /001592
1 を構成し、 導体 2 0 2匕と導体 2 0 2 3 , 導体 2 0 2〇との端面をずらし て導体 2 0 2を構成している。 このように、 3つ以上の導体を組み合わせて コイル導体を構成してもよい。 このような構成とすることで、 1巻のコイル を、 より扁平な導体で構成できるので、 交流銅損をさらに低減することが可 能となり、 高効率な回転電機を得ることができる。
実施例 3
[0053] 図 8は本発明の実施例 3の車両の模式図である。 図 8は、 本発明の回転電 機を鉄道車両に用いた回転機駆動システムの構成図である。 鉄道車両 7 1の 駆動装置は、 架線 7 2から集電装置を介して電力が供給され、 電力変換装置 7 5を経由して交流電力が回転電機 7 6に供給されることで回転電機 7 6を 駆動する。 回転電機 7 6は、 鉄道車両 7 1の車軸 7 4と連結されており、 回 転電機 7 6により鉄道車両の走行が制御される。 電気的なグランドはレール 7 3を介して接続されている。 ここで、 架線 7 2の電圧は直流および交流の どちらでもよい。
[0054] 本実施例によれば、 本発明の回転電機を鉄道車両 7 1 に搭載することで、 鉄道車両 7 1の回転機駆動システムを高効率に運転することが可能となる。 また、 同様の効果は、 自動車や建機などの車両においても得ることができる
[0055] 鉄道や自動車、 建機などの車両が備える回転機駆動システムは、 1つのイ ンバータ装置と 1つの回転電機 7 6とを組合せて駆動される 1 （3 1 IV!の構成 である。 あるいは鉄道や自動車、 建機などの車両が備える回転機駆動システ ムは、 1つのインバータ装置と少なくとも 2つの回転電機 7 6とを組合せて 駆動される 1 〇 丨 1\/1 （丨 = 2、 3、 4 ） の構成である。 そして、 鉄道や自 動車、 建機などの車両が備える回転機駆動システムは、 少なくとも 2群以上 のインバータ装置と回転電機 7 6との組合せで構成される。
[0056] 以上、 説明したように、 本発明によれば小型 ·軽量 ·低コストで信頼性の 高い回転電機を提供できることが実証された。
[0057] なお、 本発明は上述の実施例に限定されるものではなく、 本発明の趣旨を 〇 2020/174926 14 卩（：170? 2020 /001592
逸脱しない限り、 本発明の技術思想の範囲内で考えられるその他の形態につ いても、 本発明の範囲内に含まれる。 例えば、 上述の実施例で例示した構成 および処理は、 実装形態や処理効率に応じて適宜統合または分離させてもよ い。 また、 例えば、 上述の実施例および変形例は、 矛盾しない範囲で、 その 一部または全部を組合せてもよい。
符号の説明
[0058] 1 , 50, 76 回転電機、 2 固定子、 3 回転子、 4 固定子鉄心、
5 固定子卷線、 6 回転子スロッ ト、 7 回転子鉄心、 8 シャフト、 9 エンドブラケッ ト、 1 〇 軸受、 1 1 ハウジング、 1 2 シールド材、
1 3 回転子導体棒、 1 4 エンドリング、 1 5 押さえ板、 20 ファン 、 2 1 カバー、 23 グリースポケッ ト、 7 1 鉄道車両、 72 架線、
73 レール、 74 車軸、 75 電力変換装置、 1 00, 500 固定子 、 1 01 , 501 固定子コア、 1 02, 502 スロッ ト、
Figure imgf000016_0001
5 023 スロッ ト開口咅1 1 03, 503 ティース、 1 04, 504 ギ ャップ、 1 05, 505 楔、 1 063、 1 06匕， 5063, 506 ·· 絶縁層、 1 07, 507 絶縁樹脂、 1 08 保護テープ、 200, 600 固定子コイル 1層分、
Figure imgf000016_0002
6003 底コイル、 20013, 600 匕 上コイル、 201、 201 3, 201 13, 201 〇, 2023, 202 匕， 202〇 , 2 1 1 3, 2 1 1 13, 2 1 232 1 21^, 22 1 3, 22 1 匕， 2223, 22213, 23 1 3, 23 1 6, 2323, 232匕， 24 1 3, 24 1 13, 2423, 24213, 25 1 3, 25 1 6, 2523, 2 5213, 26 1 3, 26 1 13, 2623, 2626, 27 1 3, 27 1 6,
2723, 27213, 601 3, 601 6, 6 1 1 3, 6 1 1 6, 62 1 3 , 62 1 13, 63 1 3, 63 1 13, 64 1 3, 64 1 6, 65 1 3, 65 1 匕， 66 1 3, 66 1 13, 67 1 3, 67 1 ··コイル導体、 301 3, 3 01 6, 301 〇, 301 ， 3023, 3026, 302〇 , 302 導電性メッキ、 401 , 402, 4 1 1 , 42 1 , 43 1 , 44 1 , 45 1 , 46 1 , 47 1 加熱膨張性シート。

Claims

〇 2020/174926 15 卩（：170? 2020 /001592 請求の範囲
[請求項 1 ] 複数のコイルが巻回された固定子と、 前記固定子に対して所定のギ ヤップを空けて回転自由に設けられた回転子とを備える回転電機にお いて、
前記固定子の内部に設けられ、 前記コイルの一部を収納するスロッ 卜と、
前記スロッ トの内壁に設けられた絶縁層と、
前記絶縁層と前記コイルとの間に設けられた加熱膨張性シートとを 有し、
前記コイルは、 第 1の導体および第 2の導体を有し、
前記第 1の導体および前記第 2の導体は、 それぞれ、 少なくとも 2 つの導体を、 長手方向の端部をずらして段差を有するように組み合わ された物であり、
前記段差を埋めるように、 前記第 1の導体の前記段差と前記第 2の 導体の前記段差が前記スロッ トの内部で接続されていることを特徴と する回転電機。
[請求項 2] 請求項 1 に記載の回転電機において、 前記加熱膨張性シートが、 前 記第 1の導体の前記段差と前記第 2の導体の前記段差とが接続された 接続部を、 前記第 1の導体と前記第 2の導体とを接触させる方向に加 圧可能な構成を有することを特徴とする回転電機。
[請求項 3] 請求項 2に記載の回転電機において、 前記第 1の導体と前記第 2の 導体の前記接続部は、 導電性メッキで被覆されていることを特徴とす る回転電機。
[請求項 4] 請求項 1ないし 3のいずれか 1項に記載の回転電機において、 前記 絶縁層は、 前記コイルの前記スロッ トに収納された部分を囲む環状構 造を有することを特徴とする回転電機。
[請求項 5] 請求項 4に記載の回転電機において、 前記絶縁層は、 マイカテープ であることを特徴とする回転電機。 〇 2020/174926 16 卩（：170? 2020 /001592
[請求項 6] 請求項 2に記載の回転電機において、 前記コイルの前記接続部以外 の部分が絶縁皮膜で覆われることを特徴とする回転電機。
[請求項 7] 請求項 6に記載の回転電機において、 前記接続部は、 前記絶縁皮膜 で覆われた部分より突出していることを特徴とする回転電機。
[請求項 8] 請求項 1から 3のいずれか 1項に記載の回転電機において、 前記絶 縁層は、 前記スロッ トの軸方向端面より外側に突出していることを特 徴とする回転電機。
[請求項 9] 請求項 1から 3のいずれか 1項に記載の回転電機において、 前記絶 縁層は、 前記加熱膨張性シートの軸方向端面より外側に突出している ことを特徴とする回転電機。
[請求項 10] 請求項 1から 3のいずれか 1項に記載の回転電機において、 前記コ イルは、 前記スロッ トの軸方向端面より外側に突出している部分が保 護テープで覆われていることを特徴とする回転電機。
[請求項 1 1 ] 請求項 1 〇に記載の回転電機において、 前記保護テープの厚さは、 前記加熱膨張性シートの加熱後の厚さよりも小さいことを特徴とする 回転電機。
[請求項 12] 請求項 1〜 1 1のいずれか 1項に記載の回転電機を駆動システムと して備えた車両。
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