WO2023139724A1 - 回転電機 - Google Patents

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章人 戸谷
明 鳥羽
啓輔 立野
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日立Astemo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
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/64Electric machine technologies in electromobility

Definitions

  • the present invention relates to rotating electric machines.
  • the coil In the process of inserting the coil into the stator core in the production process of a rotating electric machine, the coil is inserted into the stator core by pressing the coil directly toward the stator core using an insertion jig.
  • the coils of the long leg and the coils of the small leg are inserted in positions overlapping each other in the axial direction, all the coils cannot be directly pushed from a certain direction. For this reason, a coil that has not been completely inserted is adjusted by pushing it from an oblique direction or the like, but this adjustment may cause a defect when the coil is inserted.
  • Patent Document 1 discloses a configuration in which the top portions 63A and 63B of the coil turn portions 62A and 62B do not overlap and are radially displaced.
  • a rotating electric machine includes a stator core provided with a plurality of slots, and a plurality of stator coils aligned in the radial direction of the stator core and arranged in the plurality of slots, respectively.
  • the stator coil has two straight portions axially penetrating the stator core in different layers in different slots, and a turn portion connecting the two straight portions.
  • the stator coil includes a first stator coil and a second stator coil that overlap each other in the axial direction; the first stator coil and the second stator coil are located at different positions in the circumferential direction; the bent portion of the first stator coil is formed in the inclined portion of the first stator coil; The bent portion is formed at the top portion of the second stator coil, and the turn portion of the second stator coil is positioned closer to the stator core than the turn portion of the first stator coil in the axial direction.
  • the present invention it is possible to provide a coil for a rotating electrical machine in which the height of the coil end is suppressed and the defect rate during assembly is improved.
  • FIG. 4 is an explanatory diagram of an insertion coil and a pressing jig according to one embodiment of the present invention.
  • a stator 100 provided in a rotating electric machine has a stator coil 1 and a stator core 2 on the outer periphery of a rotor (not shown).
  • a plurality of stator coils 1 are inserted and arranged radially in a plurality of slots (not shown) of the stator core 2 .
  • FIG. 2 A stator coil 1A conventionally inserted into a stator will be described.
  • the large stator coil 1c and the small stator coil 1d are arranged so as to overlap each other.
  • the large stator coil 1c and the small stator coil 1d each have a bent portion 8 that is bent in the radial direction at the top portion 6, which is the portion farthest from the stator core 2, in a later-described turn portion that is not inserted into the stator core 2.
  • the bent portion axis 8a that is the axis of the bent portion 8 overlaps.
  • the coils that could not be pushed by the insertion jig in the past were pushed from an oblique direction instead of the axial direction for adjustment to suppress variations in the height of the coils.
  • the slot liner (not shown) wound around each stator coil 1A may be dragged by the slot wall surface of the stator core 2, causing the position of the slot liner to be displaced or broken.
  • FIG. 3 A configuration of the stator coil 1 according to one embodiment of the present invention will be described.
  • the vertical direction on the paper surface is the axial direction
  • the vertical direction on the paper surface is the radial direction.
  • the stator coil 1 of the present invention has straight portions 5 and turn portions 4 .
  • the turn portion 4 connects two straight portions 5 and has a top portion 6 and an inclined portion 7 .
  • the straight portion 5 is a portion that is inserted into the stator core 2 and penetrates through different layers of the slot.
  • the top 6 is the farthest position from the stator core in the axial direction.
  • Two inclined portions 7 connect the top portion 6 and the straight portion 5 .
  • the large stator coil 1a has an inclined portion 7 longer than that of the small stator coil 1b.
  • the turn portions 4 of the short stator coil 1b are positioned closer to the stator core than the turn portions 4 of the large stator coil 1a.
  • the bent portions 8 of the large stator coil 1a and the small stator coil 1b do not overlap when viewed from the coil insertion direction (axial direction) and are at different positions (see FIG. 3(b)). That is, since the position of the bent portion 8 of the broad stator coil 1a is displaced from the top portion 6 in the circumferential direction, the top portion 6 and the bent portion 8 of the short stator coil 1b are exposed when viewed from the axial direction.
  • the large-legged stator coil 1a and the small-legged stator coil 1b are pushed in the direction of the arrow 3c by the insertion jig 3, they can be reliably pushed by the large-leg U-shaped coil pushing reference 3a and the small-leg U-shaped coil pushing reference 3b of the insertion jig 3, so that the respective stator coils 1a and 1b can be reliably inserted into the stator core 2, and defects in the production process can be reduced.
  • FIG. 4(a) is a separated view so that it can be seen that the positions of the bent portions 8 shown in FIG. As shown in FIG. 4( a ), the bent portion of the stator coil 1 a and the stator coil 1 b of the short leg are misaligned in the axial direction. Further, the bent portion 8 of the forked stator coil 1a is formed not at the top portion 6 but at the inclined portion 7 on the outer diameter side.
  • the bent portion 8 is provided on the inclined portion 7 on the outer diameter side of the inclined portion 7 in the large stator coil 1a. Since the exposed area is large, even if there is an error due to design variation for each stator coil 1, the tolerance can be absorbed, and the insertion jig can reliably push the small stator coil 1b. However, if it is possible to form an exposed area large enough to be reliably pushed by the insertion jig, the bent portion 8 may be provided in the inclined portion 7 on the inner diameter side of the forked stator coil 1a.
  • stator coils 1a and 1b are directly and uniformly pushed by the insertion jig, so that there is no variation in the height after insertion, and defects such as slot liner breakage can be reduced, and production defects can be reduced.
  • the axial position of the top portion 6 is the same as that of the stator coils 1c and 1d in the conventional stator coil 1A shown in FIG. 2, it can contribute to miniaturization of the rotary electric machine.
  • by reliably inserting the stator coils 1a and 1b it is possible to eliminate variation in twisted portions of the coils (ends of the coils).
  • the rotary electric machine of the present invention includes a stator core 2 provided with a plurality of slots, and a plurality of stator coils 1 aligned in the radial direction of the stator core 2 and arranged in the plurality of slots.
  • the stator coil 1 has two straight portions 5 extending axially through the stator core 2 in different layers in different slots, and a turn portion 4 connecting the two straight portions 5 .
  • the turn portion 4 has a top portion 6 that is farthest from the stator core 2 in the axial direction, two inclined portions 7 that connect the top portion 6 and the straight portion 5, and a bent portion 8 that bends outward in the radial direction.
  • the stator coil 1 includes a first stator coil 1a and a second stator coil 1b that overlap each other in the axial direction.
  • the first stator coil 1a and the second stator coil 1b have respective bending portions 8 at different positions in the circumferential direction.
  • the turn portions 4 of the second stator coil 1b are positioned closer to the stator core 2 than the turn portions 4 of the first stator coil 1a in the axial direction.
  • the first stator coil 1a has a longer inclined portion than the second stator coil 1b.
  • the bent portion 8 of the first stator coil 1a is arranged at the inclined portion 7 on the radially outer side of the first stator coil 1a. By doing so, it is possible to form a large exposed area through which the insertion jig 3 can reliably push the small stator coil 1b.
  • the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications and other configurations can be combined without departing from the scope of the invention. Moreover, the present invention is not limited to those having all the configurations described in the above embodiments, and includes those having some of the configurations omitted.

Abstract

回転電機は、ステータコアと、ステータコイルと、を備え、前記ステータコイルは、2つの直線部と、2つの直線部を接続するターン部とを有し、前記ターン部は、頂部と、前記頂部と前記直線部とを接続する傾斜部と、前記径方向外側に屈曲する屈曲部と、を有し、第1・第2ステータコイルは、それぞれの前記屈曲部が周方向で異なる位置にあり、前記第1ステータコイルの前記屈曲部は、前記第1ステータコイルの前記傾斜部に形成され、前記第2ステータコイルの前記屈曲部は、前記第2ステータコイルの前記頂部に形成され、前記第2ステータコイルのターン部は、前記第1ステータコイルのターン部よりも前記ステータコアに近い。

Description

回転電機
 本発明は、回転電機に関する。
 回転電機の生産工程において、ステータコアにコイルを挿入する工程では、挿入治具を用いてコイルを直接ステータコアに向かって押すことで、コイルがステータコアに挿入される。しかしながら、大股のコイルと小股のコイルは軸方向で重なる位置で挿入される構造であるため、一定方向からすべてのコイルに対して直接押すことができない。そのため、完全に挿入できていないコイルに対しては、斜め方向等から押すことで調節を図るが、この調節によりコイル挿入時に不良が発生する可能性がある。
 本願発明の背景技術として、下記の特許文献1では、コイルのターン部62A,62Bにおいて、頭頂部63A,63Bが重ならず、径方向に位置ずれしている構成が開示されている。
特開2021-22998号公報
 従来技術の構成では、コイルのターン部が径方向に位置ずれしている構成であっても、コイル同士が重ならない露出部分の面積が設計事項によりバラツキがある場合に、コイル挿入時に挿入治具によって確実に押せないという課題が生じる。これを鑑みて、本発明では、コイルエンドの高さを抑え、組立時の不良率を改善した回転電機のコイルを提供することが目的である。
 本発明の回転電機は、複数のスロットが設けられたステータコアと、前記ステータコアの径方向に並んで前記複数のスロットにそれぞれ配列される複数のステータコイルと、を備えた回転電機であって、前記ステータコイルは、互いに異なる前記スロットにおいて互いに異なる層で前記ステータコアの軸方向にそれぞれ貫通する2つの直線部と、2つの前記直線部を接続するターン部とを有し、前記ターン部は、前記軸方向において前記ステータコアから最も遠い位置である頂部と、前記頂部と前記直線部とを接続する2つの傾斜部と、前記径方向において外側に屈曲する屈曲部と、を有し、前記ステータコイルは、前記軸方向で互いに重なる第1ステータコイルと第2ステータコイルを含み、前記第1ステータコイルと前記第2ステータコイルとは、それぞれの前記屈曲部が周方向で異なる位置にあり、前記第1ステータコイルの前記屈曲部は、前記第1ステータコイルの前記傾斜部に形成され、前記第2ステータコイルの前記屈曲部は、前記第2ステータコイルの前記頂部に形成され、前記第2ステータコイルのターン部は、前記軸方向において前記第1ステータコイルのターン部よりも前記ステータコアに近い位置である。
 本発明によれば、コイルエンドの高さを抑え、組立時の不良率を改善した回転電機のコイルを提供できる。
回転電機が備えるステータの全体構造を表す断面図。 従来の挿入コイルとステータコアとの位置関係を示す図。 本発明の一実施形態に係る、挿入コイルと押し治具の説明図。 本発明の一実施形態に係る、挿入コイルとステータコアとの位置関係を示す図。
(本発明の一実施形態と全体構成)
 以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下の記載および図面は、本発明を説明するための例示であって、説明の明確化のため、適宜、省略および簡略化がなされている。本発明は、他の種々の形態でも実施する事が可能である。特に限定しない限り、各構成要素は単数でも複数でも構わない。
 図面において示す各構成要素の位置、大きさ、形状、範囲などは、発明の理解を容易にするため、実際の位置、大きさ、形状、範囲などを表していない場合がある。このため、本発明は、必ずしも、図面に開示された位置、大きさ、形状、範囲などに限定されない。
(図1)
 回転電機に備わるステータ100は、ロータ(図示なし)の外周にステータコイル1とステータコア2を有している。ステータコア2が有する複数のスロット(図示なし)には、径方向に並んで複数のステータコイル1が挿入されそれぞれ配列されている。
(図2)
 従来ステータに挿入されてきたステータコイル1Aについて説明する。ステータコイル1Aがステータコア2へ挿入される場合、大股ステータコイル1cと小股ステータコイル1dが重なって配置される。大股ステータコイル1cと小股ステータコイル1dとは、それぞれステータコア2に挿入されない後述のターン部において、ステータコア2から最も離れた部分である頂部6に径方向に屈曲された屈曲部8を有しているが、径方向から見たときにこの屈曲部8の軸である屈曲部軸8aが重なっている。
 このような構成であるため、ステータコア2に挿入する際は小股ステータコイル1dが大股ステータコイル1cに重なってしまうため、図2(b)に示すように、一定方向(図2(a)では紙面上から下への方向、図2(b)では紙面手前から奥への方向)から見えなくなってしまう。よって、コイルを押してステータコア2に挿入させる挿入治具によって小股ステータコイル1dが押されづらい状態になってしまう。そのため、挿入後にコイルの高さがばらつき、生産工程において不良が起こる課題が生じていた。
 例えば、この不良を解決するために、頂部6をさらに高くすることで、周方向のスペースに余裕を持たせて、全てのステータコイル1Aが確実に押せるように構成する方法があるが、もともと軸方向に高い大股U字ステータコイル1aにこの構成を適用すると、回転電機全体の大型化につながってしまう。
 また、上記のような頂部6を高くしないで解決する方法として、従来では挿入治具により押せなかったコイルについては、調節のため、軸方向ではなく斜め方向等から押してコイルの高さのばらつきを抑えていた。しかし、そのように調整を図ると、例えば、それぞれのステータコイル1Aに巻かれているスロットライナ(図示なし)がステータコア2のスロット壁面に引きずられ、スロットライナの位置がずれたり、破れたりしてしまう可能性があり、不良を起こす要因になっていた。
(図3)
 本発明の一実施形態に係るステータコイル1の構成について説明する。なお、図3(a)において紙面上下方向は軸方向であり、図3(b)において紙面上下方向は径方向である。
 本発明のステータコイル1は、直線部5と、ターン部4を有している。ターン部4は、2つの直線部5を接続しており、頂部6と傾斜部7とを有している。直線部5は、ステータコア2に挿入されスロットの異なる層にそれぞれ貫通する部分である。頂部6は、軸方向においてステータコアから最も遠い位置である。2つの傾斜部7は、頂部6と直線部5とを接続している。
 ステータコイル1である大股ステータコイル1aと小股ステータコイル1bは、重なってステータコア2に挿入される。大股ステータコイル1aは傾斜部7が小股ステータコイル1bよりも長く形成されている。小股ステータコイル1bのターン部4は、大股ステータコイル1aのターン部4よりも、ステータコアに近い位置である。
 大股ステータコイル1aと小股ステータコイル1bは、それぞれに設けられている屈曲部8がコイル挿入方向(軸方向)から見たときに重ならず異なる位置にある(図3(b)参照)。つまり、大股ステータコイル1aの屈曲部8の位置が頂部6から周方向にずれていることで、小股ステータコイル1bの頂部6と屈曲部8が軸方向から見て露出されている。
 よって、大股ステータコイル1aと小股ステータコイル1bは、挿入治具3によって矢印3cの方向に押される際に、挿入治具3が有している大股U字コイル押し基準3aと小股U字コイル押し基準3bとによって確実に押されることができるため、ステータコア2へそれぞれのステータコイル1a,1bを確実に挿入することができ、生産工程での不良を低減することができる。
(図4)
 図4(a)は図3(b)に示す屈曲部8の位置が、大股ステータコイル1aと小股ステータコイル1bとで異なることがわかるように、分離した図である。図4(a)に示すように、大股ステータコイル1aと小股ステータコイル1bとは、屈曲部の軸8aが軸方向でずれている。また、大股ステータコイル1aの屈曲部8は、頂部6ではなく外径側の傾斜部7の位置に形成されている。
 図4(b)に示すように、ステータコア2へ大股ステータコイル1aと小股ステータコイル1bとを挿入すると、大股ステータコイル1aの屈曲部8の周方向へのずれによって露出している小股ステータコイル1bの頂部6および屈曲部8は、挿入治具3が直接確実に押せるような露出面積の大きさになる。
 なお、大股ステータコイル1aにおいて、傾斜部7のうち外径側の傾斜部7側に屈曲部8をとる理由は、内径側の傾斜部7に屈曲部8を形成するよりも、挿入治具が確実に小股ステータコイル1bを押せる露出面積が大きいためである。この露出面積が大きいことで、ステータコイル1毎に設計ばらつきの誤差があったとしてもその公差を吸収して、確実に挿入治具が小股ステータコイル1bを押すことができる。ただし、挿入治具が確実に押せる露出面積の大きさが形成できるのであれば、大股ステータコイル1aにおいて内径側の傾斜部7に屈曲部8を設けてもよい。
 このようにしたことで、挿入治具によってそれぞれのステータコイル1a,1bが直接かつ均一に押されるため、挿入後の高さのばらつきがなくなり、スロットライナ破れなどの不良も低減でき、生産不良を低減することができる。また、頂部6の軸方向の位置は図2に示した従来のステータコイル1Aにおけるステータコイル1c、1dとそれぞれ変わらないため、回転電機の小型化に貢献できる。また、確実なステータコイル1a,1bの挿入により、コイルの捻り箇所(コイルの端部)のばらつきを解消できる。
 以上説明した本発明の一実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
(1)本発明の回転電機は、複数のスロットが設けられたステータコア2と、ステータコア2の径方向に並んで複数のスロットにそれぞれ配列される複数のステータコイル1と、を備えている。ステータコイル1は、互いに異なるスロットにおいて互いに異なる層でステータコア2の軸方向にそれぞれ貫通する2つの直線部5と、2つの直線部5を接続するターン部4とを有している。ターン部4は、軸方向においてステータコア2から最も遠い位置である頂部6と、頂部6と直線部5とを接続する2つの傾斜部7と、径方向において外側に屈曲する屈曲部8と、を有している。ステータコイル1は、軸方向で互いに重なる第1ステータコイル1aと第2ステータコイル1bを含み、第1ステータコイル1aと第2ステータコイル1bとは、それぞれの屈曲部8が周方向で異なる位置にあり、第1ステータコイル1aの屈曲部8は、第1ステータコイル1aの傾斜部7に形成され、第2ステータコイル1bの屈曲部8は、第2ステータコイル1bの頂部6に形成されている。第2ステータコイル1bのターン部4は、軸方向において第1ステータコイル1aのターン部4よりもステータコア2に近い位置である。このようにしたことで、コイルエンドの高さを抑え、組立時の不良率を改善した回転電機のコイル1を提供できる。
(2)第1ステータコイル1aは、第2ステータコイル1bよりも傾斜部が長い。このようにしたことで、軸方向にコイルを重ねつつ、本発明の屈曲部8の構成を実現できる。
(3)第1ステータコイル1aの屈曲部8は、第1ステータコイル1aにおいて径方向外側の傾斜部7に配置される。このようにしたことで、挿入治具3が確実に小股ステータコイル1bを押せる露出面積を大きく形成できる。
 なお、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で様々な変形や他の構成を組み合わせることができる。また本発明は、上記の実施形態で説明した全ての構成を備えるものに限定されず、その構成の一部を削除したものも含まれる。
1 ステータコイル
 1a 大股ステータコイル
 1b 小股ステータコイル
 1c 従来の大股ステータコイル
 1d 従来の小股ステータコイル
2 ステータコア
3 挿入治具
 3a 大股U字コイル押し基準
 3b 小股U字コイル押し基準
 3c 挿入治具が押す方向
4 ターン部
5 直線部
6 頂部
7 傾斜部
8 屈曲部
 8a 屈曲部軸
100 ステータ

Claims (3)

  1.  複数のスロットが設けられたステータコアと、前記ステータコアの径方向に並んで前記複数のスロットにそれぞれ配列される複数のステータコイルと、を備えた回転電機であって、
     前記ステータコイルは、互いに異なる前記スロットにおいて互いに異なる層で前記ステータコアの軸方向にそれぞれ貫通する2つの直線部と、2つの前記直線部を接続するターン部とを有し、
     前記ターン部は、前記軸方向において前記ステータコアから最も遠い位置である頂部と、前記頂部と前記直線部とを接続する2つの傾斜部と、前記径方向において外側に屈曲する屈曲部と、を有し、
     前記ステータコイルは、前記軸方向で互いに重なる第1ステータコイルと第2ステータコイルを含み、
     前記第1ステータコイルと前記第2ステータコイルとは、それぞれの前記屈曲部が周方向で異なる位置にあり、
     前記第1ステータコイルの前記屈曲部は、前記第1ステータコイルの前記傾斜部に形成され、
     前記第2ステータコイルの前記屈曲部は、前記第2ステータコイルの前記頂部に形成され、
     前記第2ステータコイルのターン部は、前記軸方向において前記第1ステータコイルのターン部よりも前記ステータコアに近い位置である
     回転電機。
  2.  請求項1に記載の回転電機であって、
     前記第1ステータコイルは、前記第2ステータコイルよりも前記傾斜部が長い
     回転電機。
  3.  請求項1に記載の回転電機であって、
     前記第1ステータコイルの前記屈曲部は、前記第1ステータコイルにおいて径方向外側の前記傾斜部に配置される
     回転電機。
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