JP2014087101A - Stator of dynamo-electric machine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、回転電機の固定子に係り、特に、絶縁被膜を有するコイルが巻回される回転電機の固定子に関する。 The present invention relates to a stator of a rotating electric machine, and more particularly to a stator of a rotating electric machine around which a coil having an insulating coating is wound.
回転電機の固定子は、ステータコアのスロットを通って絶縁被膜を有するコイルが巻回され、ステータコアの軸方向に突き出たコイルの部分はコイルエンドと呼ばれる。 In a stator of a rotating electric machine, a coil having an insulating coating is wound through a slot of a stator core, and a portion of the coil protruding in the axial direction of the stator core is called a coil end.
例えば、特許文献1には、回転電機のステータコイルにおいて、コイルエンド部分の絶縁層とスロット部分の絶縁層の間で、絶縁層の厚さまたは絶縁材料が異なるものが開示されている。 For example, Patent Document 1 discloses a stator coil of a rotating electrical machine in which the insulating layer has a different thickness or insulating material between the insulating layer in the coil end portion and the insulating layer in the slot portion.
また、特許文献2には、回転電機に用いられる絶縁被膜導線に関し、部分放電開始電圧(PDIV)が(絶縁被膜の厚さt/絶縁被膜の誘電率ε)の0.46乗に比例することが述べられている。 Further, in Patent Document 2, regarding an insulating film conductor used in a rotating electrical machine, a partial discharge start voltage (PDIV) is proportional to the 0.46th power of (thickness t of insulating film / dielectric constant ε of insulating film). Is stated.
回転電機の固定子のコイルは、コイルエンドでは異相コイルが隣接し、スロット内では同相コイルが隣接する。異相コイル間の電圧差の方が同相コイル間の電圧差より大きいので、絶縁性を考えると、コイルの絶縁被膜は、コイルエンドにおける絶縁性を確保する厚さが必要である。 The stator coil of the rotating electrical machine has a different-phase coil adjacent to the coil end and an in-phase coil adjacent to the slot. Since the voltage difference between the different-phase coils is larger than the voltage difference between the in-phase coils, considering the insulation, the coil insulation film needs to have a thickness that ensures the insulation at the coil end.
コイルの絶縁被膜の厚さをスロット内とコイルエンドとで同じとすると、スロット内では過剰に厚い絶縁被膜となり、スロット内のコイルの占積率を低下させ、回転電機の銅損等が増加する。 If the thickness of the coil insulation film is the same in the slot and in the coil end, the insulation film becomes excessively thick in the slot, reducing the space factor of the coil in the slot and increasing the copper loss of the rotating electrical machine. .
本発明の目的は、コイルの絶縁被膜の厚さを適切に設定した回転電機の固定子を提供することである。他の目的は、コイルエンドとスロット内における絶縁性能を確保しながら、スロット内のコイルの占積率を向上できる回転電機の固定子を提供することである。以下の手段は、上記目的の少なくとも1つに貢献する。 The objective of this invention is providing the stator of the rotary electric machine which set the thickness of the insulating film of the coil appropriately. Another object is to provide a stator of a rotating electrical machine that can improve the space factor of the coil in the slot while ensuring the insulation performance in the coil end and the slot. The following means contribute to at least one of the above objects.
本発明に係る回転電機の固定子は、ステータコアの周方向に沿って複数配置されるスロットと、スロット内壁に沿って配置されるスロット絶縁体と、スロットに挿入されて巻回されるコイルであって、コイル導体とコイル導体を被覆するコイル絶縁被膜とを有するコイルと、を備え、コイル絶縁被膜は、スロット絶縁体の誘電率と異なる誘電率と、スロット絶縁体の厚さと異なる厚さとを有することを特徴とする。 A stator of a rotating electrical machine according to the present invention includes a plurality of slots arranged along a circumferential direction of a stator core, a slot insulator arranged along an inner wall of the slot, and a coil inserted into the slot and wound. And a coil having a coil conductor and a coil insulation film covering the coil conductor, the coil insulation film having a dielectric constant different from that of the slot insulator and a thickness different from the thickness of the slot insulator. It is characterized by that.
また、本発明に係る回転電機の固定子において、コイル絶縁被膜は、誘電率がスロット絶縁体の誘電率よりも大きく、厚さがスロット絶縁体よりも薄いことが好ましい。 In the stator of the rotating electrical machine according to the present invention, the coil insulating film preferably has a dielectric constant larger than that of the slot insulator and thinner than that of the slot insulator.
また、本発明に係る回転電機の固定子において、コイル絶縁被膜は、誘電率がスロット絶縁体の誘電率よりも小さく、厚さがスロット絶縁体よりも厚いことが好ましい。 In the stator of the rotating electric machine according to the present invention, the coil insulating film preferably has a dielectric constant smaller than that of the slot insulator and thicker than that of the slot insulator.
また、本発明に係る回転電機の固定子において、コイルエンドのコイル絶縁被膜よりもスロット内のコイル絶縁被膜が薄いことが好ましい。 In the stator of the rotating electrical machine according to the present invention, it is preferable that the coil insulating film in the slot is thinner than the coil insulating film at the coil end.
上記構成により、回転電機の固定子は、コイル絶縁被膜の誘電率とスロット絶縁体の誘電率の大小に応じて、コイル絶縁被膜の厚さとスロット絶縁体の厚さを異なるものとする。このように、誘電率を考慮して、コイル絶縁被膜の厚さとスロット絶縁体の厚さを適切に変更でき、これによって、絶縁性能を確保するようにコイルの絶縁被膜の厚さを適切な厚さに設定できる。 With the above configuration, the stator of the rotating electrical machine is configured such that the thickness of the coil insulating film and the thickness of the slot insulator differ depending on the dielectric constant of the coil insulating film and the dielectric constant of the slot insulator. As described above, the thickness of the coil insulating film and the thickness of the slot insulator can be appropriately changed in consideration of the dielectric constant, and thereby the thickness of the coil insulating film can be changed to an appropriate thickness so as to ensure the insulation performance. Can be set.
特許文献2に示されるように、部分放電開始電圧(PDIV)は(絶縁被膜の厚さt/絶縁被膜の誘電率ε)の0.46乗に比例する。例として誘電率が2倍になると絶縁性能は0.72倍になる。したがって、総絶縁厚さ=(コイル絶縁被膜厚さ+スロット絶縁体厚さ)は、同じ絶縁性能の場合、誘電率が小さい材料を多く用いた方が薄くできる。総絶縁厚さが薄くなれば、スロット内のコイルの占積率が向上する。 As shown in Patent Document 2, the partial discharge start voltage (PDIV) is proportional to 0.46 of (thickness t of insulating film / dielectric constant ε of insulating film). For example, when the dielectric constant is doubled, the insulation performance is 0.72 times. Therefore, the total insulation thickness = (coil insulation film thickness + slot insulator thickness) can be reduced by using more materials having a low dielectric constant in the case of the same insulation performance. If the total insulation thickness is reduced, the space factor of the coil in the slot is improved.
上記構成によれば、回転電機の固定子において、コイル絶縁被膜の誘電率がスロット絶縁体の誘電率より大きいときは、コイル絶縁被膜の方をスロット絶縁体よりも薄くする。逆に、コイル絶縁被膜の誘電率がスロット絶縁体の誘電率より小さいときは、コイル絶縁被膜の方をスロット絶縁体よりも厚くする。このようにすることで、総絶縁厚さ=(コイル絶縁被膜厚さ+スロット絶縁体厚さ)を小さくでき、スロット内のコイルの占積率を向上できる。 According to the above configuration, in the stator of the rotating electrical machine, when the dielectric constant of the coil insulating film is larger than the dielectric constant of the slot insulator, the coil insulating film is made thinner than the slot insulator. On the contrary, when the dielectric constant of the coil insulating film is smaller than the dielectric constant of the slot insulator, the coil insulating film is made thicker than the slot insulator. By doing in this way, total insulation thickness = (coil insulation film thickness + slot insulator thickness) can be made small, and the space factor of the coil in a slot can be improved.
また、上記構成によれば、コイル絶縁被膜の誘電率がスロット絶縁体の誘電率より大きいときは、コイルエンドのコイル絶縁被膜よりもスロット内のコイル絶縁被膜を薄くする。スロット内においては、コイルの絶縁被膜の誘電率が大きいので、コイルの絶縁被膜をスロット絶縁体より薄くしても絶縁性能を確保できる。コイルエンドではスロット絶縁体がないので、スロット内よりもコイルの絶縁被膜を厚くする。このようにすることで、コイルエンドもスロット内も絶縁性能を確保しながら、スロット内のコイルの占積率を向上できる。 Further, according to the above configuration, when the dielectric constant of the coil insulating film is larger than the dielectric constant of the slot insulator, the coil insulating film in the slot is made thinner than the coil insulating film at the coil end. Since the dielectric constant of the insulating film of the coil is large in the slot, the insulating performance can be ensured even if the insulating film of the coil is thinner than the slot insulator. Since there is no slot insulator at the coil end, the coil insulation film is made thicker than in the slot. By doing in this way, the space factor of the coil in a slot can be improved, ensuring insulation performance in a coil end and a slot.
以下に図面を用いて本発明に係る実施の形態につき、詳細に説明する。以下では、回転電機として、三相同期型を述べるが、これは説明のための例示であって、コイルが巻回される回転電機であればよい。以下では、導体セグメントコイルでコイルを形成するものとして述べるが、これは説明のための例示であって、導体線をスロットに通してティースに巻回する巻線コイルであってもよい。コイルの断面形状を矩形として述べるが、矩形形状には角部が適当に丸みを有するものも含む。また、矩形形状は説明のための例示であって、断面が円形形状、楕円形状等であってもよい。 Embodiments according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. In the following, a three-phase synchronous type will be described as a rotating electrical machine, but this is an example for explanation, and any rotating electrical machine around which a coil is wound may be used. In the following description, it is assumed that the coil is formed by a conductor segment coil. However, this is an illustrative example, and a winding coil in which a conductor wire is wound around a tooth through a slot may be used. Although the cross-sectional shape of the coil is described as a rectangle, the rectangular shape includes one having corners appropriately rounded. Further, the rectangular shape is an example for explanation, and the cross section may be a circular shape, an elliptical shape, or the like.
以下で述べるステータコアのスロットの数、1つのスロットに配置されるコイルの数等は説明のための例示であって、回転電機の固定子の仕様に応じ、適宜変更が可能である。 The number of stator core slots described below, the number of coils arranged in one slot, and the like are illustrative examples, and can be appropriately changed according to the specifications of the stator of the rotating electrical machine.
以下では、全ての図面において一または対応する要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。 Hereinafter, in all the drawings, one or the corresponding element is denoted by the same reference numeral, and redundant description is omitted.
図1は、回転電機の固定子10を示す図である。回転電機は、三相同期型回転電機である。以下では、特に断らない限り、回転電機の固定子10を、単に固定子10と呼ぶことにする。図1(a)は、固定子10のステータコア12にコイル20が巻回される様子を示す斜視図、(b)は、コイル20のスロット内とコイルエンドにおける絶縁被膜と、スロットの内壁に設けられるスロット絶縁体を示す断面図である。(b)には、ステータコア12の周方向と軸方向を示した。
FIG. 1 is a view showing a
固定子10は、図示されていない回転子と組み合わせて回転電機を構成し、コイルに通電することで回転子と電磁作用的に協働して回転子を回転させ、回転子の回転軸にトルクを出力させる。
The
固定子10は、ステータコア12と、ステータコア12の周方向に沿って配置される複数のティース14と、隣接するティース14の間の空間であるスロット16と、スロット16を通って巻回されるコイル20を備える。
The
ステータコア12は、内周側に複数のティース14が配置される円環状の磁性体部材である。かかるステータコア12は、所定の形状の電磁鋼板を複数枚積層して形成される。
The
コイル20は、導体セグメントコイルを用いて形成される。導体セグメントコイルは、断面が矩形形状の導体をU字状に曲げたもので、表面は絶縁被膜が設けられる。導体の材料としては高導電性の金属を用いることができる。高導電性の金属としては銅等を用いることができる。絶縁被膜としては、ポリアミドイミドのエナメル被覆が用いられる。絶縁被膜の厚さは、固定子10の絶縁仕様等で定められる。厚さの一例を挙げると、約30〜50μmである。絶縁被膜に用いられるエナメル被覆としては、ポリエステルイミド、ポリイミド、ポリエステル、ホルマール等を用いてもよい。
The
導体セグメントコイルを用いてコイルを形成するには次のように行われる。導体セグメントコイルの2つの脚部の先端部を、ステータコア12の周方向に沿って所定のスロット間隔で離れた2つのスロット16に、ステータコア12の軸方向の一方側から挿入する。図1では、U相、V相、W相の三相にあわせ、6つのスロット間隔だけ離れた2つのスロット16が用いられる。この2つのスロット16に導体セグメントコイルの2つの脚部の先端がステータコア12の軸方向の一方側から挿入される。図1では、スタータコア12の軸方向の一方側は、紙面に沿って上側である。
Forming a coil using a conductor segment coil is performed as follows. The leading ends of the two leg portions of the conductor segment coil are inserted from two axial sides of the
ステータコア12の軸方向の一方側からスロット16に挿入された2つの脚部の先端部は、ステータコア12の軸方向の他方側で突き出る。突き出た先端部は、ステータコア12の軸方向の他方側で曲げられ、同様にスロット16に挿入された他の導体セグメントコイルの先端部と溶接等で接続される。他の導体セグメントコイルの先端部との接続は、固定子10の巻線仕様に応じて行われる。このようにして、複数の導体セグメントコイルがステータコア12に組付けられ、互いに接続されて、コイル20を形成する。
The tip portions of the two leg portions inserted into the
複数の導体セグメントコイルがステータコア12に組付けられてコイル20を形成した状態は、ステータコア12の軸方向の一方側に複数のU字状の部分が配列され、他方側に曲げられて接続された複数の先端部が配列される。巻線コイルがステータコア12の軸方向に突き出した部分は、コイルエンドと呼ばれる。複数のU字状の部分が配列された部分が、ステータコア12の軸方向の一方側に突き出した一方側コイルエンドで、複数の曲げられた先端部が配列された部分が、ステータコア12の軸方向の他方側に突き出した他方側コイルエンドである。
In the state in which a plurality of conductor segment coils are assembled to the
図1では、コイル20がスロット内部分とコイルエンド部分とを区別している。スロット内部分は、スロット内の導体22とスロット内絶縁被膜30で構成され、コイルエンド部分は、コイルエンドの導体24とコイルエンド絶縁被膜32で構成される。
In FIG. 1, the
図1で示されるスロット絶縁体34は、ティース14の内壁面に沿って設けられる絶縁体である。スロット絶縁体34は、絶縁紙、プラスチックシート等が用いられる。コイル20の絶縁被膜と同様の材質の絶縁体を用いることもできる。
The
図2は、図1のA−A線の断面図で、コイル20のスロット内部分の断面図である。スロット内絶縁被膜30の厚さは、ステータコア12の周方向に沿った厚さがt1で、ステータコア12の径方向に沿った厚さがt2である。ステータコア12の周方向と径方向は図2に示した。
FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. The thickness of the
図3は、図1のB−B線の断面図で、コイル20のコイルエンド部分の断面図である。コイルエンド絶縁被膜32の厚さは、ステータコア12の周方向に沿った厚さがt3で、ステータコア12の径方向に沿った厚さがt4である。
FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line BB in FIG. 1 and is a cross-sectional view of a coil end portion of the
従来技術では、コイル20において、スロット内の導体22とコイルエンド導体24の断面形状は同じである。また、コイル絶縁被膜の厚さもコイル20の全体に渡って同じで、t1=t2=t3=t4である。以下では、コイル絶縁被膜の厚さを変更することで、スロット16内のコイル占積率を向上できることを説明する。
In the prior art, in the
スロット16内について、スロット内絶縁被膜30は、誘電率がスロット絶縁体34の誘電率と異なり、厚さt1,t2が、スロット絶縁体34の厚さt5(図4参照)と異なる。このように、スロット内絶縁被膜30とスロット絶縁体34の間で誘電率と厚さを異ならせているのは、特許文献2で述べられているように、部分放電開始電圧(PDIV)は(絶縁被膜の厚さt/絶縁被膜の誘電率ε)の0.46乗に比例することを利用して、スロット16内のコイル20の占積率を向上させるためである。
Regarding the inside of the
上記の式の計算例として、厚さtを同じで誘電率εが2倍になると絶縁性能は0.72倍になる。誘電率εを同じとして厚さtを1/2にすると絶縁性能は1.44倍になる。誘電率εを2倍、厚さtを1/2にすると絶縁性能は約2倍になり、誘電率εを1/2、厚さtを2倍にすると絶縁性能は約1/2になる。したがって、総絶縁厚さ=(コイル絶縁被膜厚さ+スロット絶縁体厚さ)は、同じ絶縁性能の場合、誘電率εが小さい材料を多く用いた方が薄くできる。総絶縁厚さが薄くなれば、スロット内のコイルの占積率が向上する。 As a calculation example of the above formula, when the thickness t is the same and the dielectric constant ε is doubled, the insulation performance is 0.72 times. When the dielectric constant ε is the same and the thickness t is halved, the insulation performance is 1.44 times. When the dielectric constant ε is doubled and the thickness t is halved, the insulation performance is about twice, and when the dielectric constant ε is ½ and the thickness t is doubled, the insulation performance is about ½. . Therefore, the total insulation thickness = (coil insulation film thickness + slot insulator thickness) can be reduced by using more materials having a small dielectric constant ε for the same insulation performance. If the total insulation thickness is reduced, the space factor of the coil in the slot is improved.
すなわち、スロット内絶縁被膜30の誘電率がスロット絶縁体34の誘電率よりも大きい場合は、スロット内絶縁被膜30の厚さt1,t2をスロット絶縁体34の厚さt5よりも薄くする。図4は、スロット内絶縁被膜30の誘電率がスロット絶縁体34の誘電率よりも大きい場合の1つのスロット16における断面図である。ここで、スロット絶縁体34の厚さt5よりも、スロット内絶縁被膜30の厚さt1,t2が薄く示されている。t1,t2は同じ厚さとしてよいが、図4でスロット16の最も外径側で、他のコイル20と隣接せずスロット絶縁体34と対向するスロット内絶縁被膜30の厚さt2は、t1よりも薄くしてもよい。この部分に印加される電圧は、コイル20の導体22とティース14の間の電圧で、隣接するコイル20の間の同相間の電圧より低いからである。
That is, when the dielectric constant of the in-
逆に、スロット内絶縁被膜30の誘電率がスロット絶縁体34の誘電率よりも小さい場合は、スロット絶縁体34の厚さt5をスロット内絶縁被膜30の厚さt1,t2よりも薄くする。換言すれば、この場合は、スロット内絶縁被膜30の厚さt1,t2をスロット絶縁体34の厚さt5よりも厚くする。
Conversely, when the dielectric constant of the in-
このようにすることで、スロット16における絶縁性能を同じとして、総絶縁厚さ=(コイル絶縁被膜厚さ+スロット絶縁体厚さ)を小さくできる。これによって、スロット16内の絶縁性能を確保しながら、スロット16内のコイル20の占積率が向上する。
By doing in this way, the insulation performance in the
スロット16内のコイル20は、同相巻線が隣接するが、コイルエンドのコイル20は、異相巻線が隣接するので、スロット16内の絶縁性能よりも高い絶縁性能が要求される。コイルエンドではスロット絶縁体34がないので、コイルエンド絶縁被膜32の厚さt3,t4の厚さを、スロット内絶縁被膜30の厚さt1,t2より厚くする。t3,t4は同じ厚さとしてよい。これによって、コイルエンドにおける絶縁性能も確保しながら、スロット16内のコイル20の占積率を向上させることができる。
The
設定の手順の1つの例を示すと、コイルエンドにおける絶縁性能を満たすように、コイルエンド絶縁被膜32の誘電率と厚さt3,t4を決める。次に、スロット16内における絶縁性能を満たすように、スロット内絶縁被膜30の厚さt1,t2を決める。誘電率は同じとする。スロット16内における絶縁性能の要求は、コイルエンドにおける絶縁性能の要求よりも緩やかであるので、t1,t2はt3,t4よりも薄くできる。これにより、スロット16内のコイル20の占積率が向上する。
As an example of the setting procedure, the dielectric constant and the thicknesses t 3 and t 4 of the coil
このときに、スロット絶縁体34の誘電率を、スロット内絶縁被膜30の誘電率と異なるものにする。そして、スロット16内における絶縁性能を満たすように、総絶縁厚さ=(コイル絶縁被膜厚さ+スロット絶縁体厚さ)を算出しなおす。例えば、スロット絶縁体34の誘電率を、スロット内絶縁被膜30の誘電率よりも小さく設定すると、スロット絶縁体34の厚さt5をスロット内絶縁被膜30の厚さt1,t2より厚くし、スロット内絶縁被膜30の厚さt1,t2をさらに薄くして、総絶縁厚さを小さくできる。スロット絶縁体34の誘電率を、スロット内絶縁被膜30の誘電率よりも大きくしても、スロット絶縁体34の厚さt5をスロット内絶縁被膜30の厚さt1,t2より薄くし、スロット内絶縁被膜30の厚さt1,t2を厚くすることで、総絶縁厚さを小さくできる。
At this time, the dielectric constant of the
これにより、スロット16内のコイル20の占積率がさらに向上し、ステータコア12の全体も小型化する。
As a result, the space factor of the
10 回転電機の固定子、12 ステータコア、14 ティース、16 スロット、20 コイル、22,24 導体、30 (コイルの)スロット内絶縁被膜、32 (コイルの)コイルエンド絶縁被膜、34 スロット絶縁体。
DESCRIPTION OF
Claims (4)
スロット内壁に沿って配置されるスロット絶縁体と、
スロットに挿入されて巻回されるコイルであって、コイル導体とコイル導体を被覆するコイル絶縁被膜とを有するコイルと、
を備え、
コイル絶縁被膜は、スロット絶縁体の誘電率と異なる誘電率、及びスロット絶縁体の厚さと異なる厚さを有することを特徴とする回転電機の固定子。 A plurality of slots arranged along the circumferential direction of the stator core;
A slot insulator disposed along the slot inner wall;
A coil inserted into a slot and wound, the coil having a coil conductor and a coil insulation coating covering the coil conductor;
With
The coil insulating film has a dielectric constant different from that of the slot insulator and a thickness different from the thickness of the slot insulator.
コイル絶縁被膜は、
誘電率がスロット絶縁体の誘電率よりも大きく、厚さがスロット絶縁体よりも薄いことを特徴とする回転電機の固定子。 In the stator of the rotating electrical machine according to claim 1,
Coil insulation coating
A stator for a rotating electrical machine, wherein a dielectric constant is larger than a dielectric constant of a slot insulator and a thickness thereof is thinner than that of a slot insulator.
コイル絶縁被膜は、
誘電率がスロット絶縁体の誘電率よりも小さく、厚さがスロット絶縁体よりも厚いことを特徴とする回転電機の固定子。 In the stator of the rotating electrical machine according to claim 1,
Coil insulation coating
A stator for a rotating electrical machine, wherein a dielectric constant is smaller than a dielectric constant of a slot insulator and a thickness thereof is larger than that of the slot insulator.
コイルエンドのコイル絶縁被膜よりもスロット内のコイル絶縁被膜が薄いことを特徴とする回転電機の固定子。 The stator of the rotating electrical machine according to claim 2,
A stator for a rotating electric machine, wherein a coil insulating film in a slot is thinner than a coil insulating film at a coil end.
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