JP2021097523A - Rotary electric machine - Google Patents
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Abstract
Description
本願は、回転電機、特にその固定子に関するものである。 The present application relates to a rotary electric machine, particularly a stator thereof.
近年、電動機、発電機などの回転電機においては、小型高出力化が求められている。この種の回転電機を小型化するため、有効な磁束を発生しないコイルエンドを小型化することが望ましく、このような観点から、導体線を固定子鉄心のティースのそれぞれに巻回した集中巻の固定子巻線が用いられている。
一方で、トルク脈動が抑えられ、高出力化が可能な分布巻構造の固定子巻線を用いた固定子が要望されている。この固定子巻線は、導体線を2スロット以上離れたスロットに巻回して構成された巻線を分布巻の巻線とする。つまり、分布巻の巻線は、1のスロットから延出した導体線が連続する2つ以上のティースをまたいで他のスロットに入るようにして構成されている。
In recent years, rotating electric machines such as electric motors and generators are required to be compact and have high output. In order to miniaturize this type of rotary electric machine, it is desirable to miniaturize the coil end that does not generate effective magnetic flux. From this point of view, the conductor wire is wound around each of the teeth of the stator core. Stator windings are used.
On the other hand, there is a demand for a stator using a stator winding having a distributed winding structure in which torque pulsation is suppressed and output can be increased. In this stator winding, a winding formed by winding a conductor wire in slots separated by two or more slots is used as a distributed winding winding. That is, the winding of the distributed winding is configured such that the conductor wire extending from one slot straddles two or more consecutive teeth and enters another slot.
このような状況に鑑み、従来の回転電機では、矩形の導体線を複数回巻き回してコイル状に形成された巻線コイル、いわゆる亀甲形コイルを所定スロット数離れたスロットの各対に収納して、分布巻の固定子巻線を形成していた(例えば、特許文献1、特許文献2参照)。
In view of such a situation, in the conventional rotary electric machine, a winding coil formed in a coil shape by winding a rectangular conductor wire a plurality of times, a so-called turtle-shaped coil, is housed in each pair of slots separated by a predetermined number of slots. Therefore, a stator winding of a distributed winding was formed (see, for example,
しかしながら、従来の回転電機の固定子では、次のような課題を有している。
すなわち、固定子巻線を形成する亀甲形コイルは、そのコイルエンドの束を頭頂部で曲げてクランク形状に成形しているため、それぞれの亀甲形コイルの径方向に隣り合うコイルエンドの頭頂部は互いに接し、あるいは極めて近接することになる。したがって、径方向に隙間無く並んだコイルエンドの頭頂部の列が周方向に配列され、流路方向を径方向とする冷媒流路が頭頂部の列間に形成されることになるが、コイルエンド頭頂部の列は、周方向に1スロットピッチで配列されるため、流路幅が狭くなり、放熱面積が少なく、巻線の冷却性能が十分に得られないという課題があった。
However, the stator of a conventional rotary electric machine has the following problems.
That is, since the hexagonal coil forming the stator winding is formed into a crank shape by bending the bundle of the coil ends at the crown, the crowns of the coil ends adjacent to each other in the radial direction of each hexagonal coil are formed. Will be in contact with each other or very close to each other. Therefore, the rows of the crowns of the coil ends arranged without gaps in the radial direction are arranged in the circumferential direction, and the refrigerant flow paths having the flow direction in the radial direction are formed between the rows of the crowns. Since the rows at the top of the end are arranged at a pitch of 1 slot in the circumferential direction, there is a problem that the flow path width is narrow, the heat dissipation area is small, and the cooling performance of the winding cannot be sufficiently obtained.
本願に開示される回転電機は、複数のスロットが周方向に配列された円環状の固定子鉄心および絶縁被覆された導電体を用いて形成され、上記固定子鉄心に装着された固定子巻線を有する固定子と、前記固定子に対向して回転可能に支持された回転子とを備えた回転電機であって、前記固定子巻線は、前記固定子鉄心のスロットに挿通されるスロット挿通部とそれぞれのスロット挿通部を電気的に接続するコイルエンド部とからなるコイル単体を複数組み合わせて形成されるとともに、前記コイルエンド部の頂部における前記導電体を凹ませた凹部を設けたことを特徴とするものである。 The rotary electric machine disclosed in the present application is formed by using an annular stator core in which a plurality of slots are arranged in the circumferential direction and an insulating coated conductor, and is mounted on the stator core. It is a rotary electric machine including a stator having a stator and a rotor rotatably supported facing the stator, and the stator winding is a slot insertion inserted into a slot of the stator core. It is formed by combining a plurality of coil units consisting of a portion and a coil end portion that electrically connects each slot insertion portion, and a recess in which the conductor is recessed is provided at the top of the coil end portion. It is a feature.
本願に開示される回転電機によれば、固定子巻線を構成するコイル単体におけるコイルエンド部の頂部の表面積を増大することによって、強制対流、自然対流、および輻射によって周囲環境に放出する熱を増加させることができ、回転電機を効率よく冷却することができる。 According to the rotary electric machine disclosed in the present application, the heat released to the surrounding environment by forced convection, natural convection, and radiation is increased by increasing the surface area of the top of the coil end portion in the coil alone constituting the stator winding. It can be increased and the rotary electric machine can be cooled efficiently.
実施の形態1.
以下、本願における実施の形態について図面を用いて説明する。なお、各図において、同一または相当する部分については、同一符号を付して説明する。
図1は、実施の形態1に関わる回転電機の基本的な構成を示す断面図で、図において、回転電機100は、有底円筒状のハウジング1と、ハウジング1の開口部を塞口するブラケット2と、ハウジング1に焼き嵌めもしくは圧入などの固定手段によって固定された固定子3と、ハウジング1の底部およびブラケット2にベアリング4を介して回転可能に支持された回転軸5と、回転軸5に固着されて固定子3の内周側に回転可能に配設された回転子6を備えている。
Hereinafter, embodiments of the present application will be described with reference to the drawings. In each figure, the same or corresponding parts will be described with the same reference numerals.
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a basic configuration of a rotary electric machine according to the first embodiment. In the figure, the rotary
ここで、回転子6は、軸心位置に挿通された回転軸5に固着された回転子鉄心61と、回転子鉄心61の外周面側に埋設されて周方向に予め定められたピッチで配列され、磁極を構成する永久磁石62と、軸方向両端に設けられた回転子ファン63とを備えた永久磁石型回転子を示しているが、絶縁しない回転子導体を回転子鉄心のスロットに収納して両側を短絡環で短絡したかご形回転子、または絶縁した導体線を回転子鉄心のスロットに装着した巻線形回転子を用いてもよい。なお、軸方向両端に設けられた回転子ファン63は、回転子6の回転に伴い、ハウジング1およびブラケット2からなる筐体内の気体を撹拌し、固定子3に向けて径方向に気体を流すものである。
Here, the rotors 6 are arranged with the
次に、固定子3の構成について図2から図4を参照して具体的に説明する。なお、以下の説明においては、回転軸5の長さ方向(図1における上下方向)を軸方向、回転軸5に直交する方向(図1における左右方向)を径方向、回転軸5を中心として回転する方向を周方向と定義する。
固定子3は、図2に示すように、固定子鉄心31と、固定子鉄心31に装着された固定子巻線32とを備え、固定子巻線32を構成する複数の分割型固定子コイル33を固定子鉄心31に周期的に設けられた複数のスロットに挿入して形成されている。
Next, the configuration of the
As shown in FIG. 2, the
図3(A)、(B)は、それぞれ分割型の固定子コイル33単体を示す平面図および要部拡大図で、固定子コイル33単体は、絶縁被覆された断面が矩形の導電体を用いて亀甲形状に巻き回し、固定子鉄心31のスロットに挿通されるスロット挿通部33aとスロット挿通部33aの両端にスロット挿通部33aを電気的に接続するコイルエンド部33bとを形成して構成されている。
また、コイルエンド部33bにおける回転電機の軸方向両端の頂部には、断面矩形の導電体の表面を凹ませた円弧状の凹部33cが設けられている。なお、図3(B)において、元々の導電体の稜線を点線で示している。
この凹部33cは、固定子コイル33を巻く前の導電体の相当する位置に予め形成しておいても良く、固定子コイル33を形成した後に頂部を機械加工することにより形成してもよい。あるいは、固定子3を形成した状態で、軸方向からプレス成型によって形成してもよい。
また、プレスの成型圧を下げるために、図4に示すようにコイルエンド部33bの頂部の一部に曲率が変化する円弧状の凹部33cを形成してもよい。
3 (A) and 3 (B) are a plan view and an enlarged view of a main part of the
Further, at the tops of both ends of the rotary electric machine in the axial direction of the
The
Further, in order to reduce the molding pressure of the press, as shown in FIG. 4, an arcuate
このようにコイルエンド部33bの頂部に凹部33cを形成することによって、固定子コイル33におけるコイルエンド部33bの頂部の表面積を増大することができ、この結果、強制対流、自然対流、及び輻射によって周囲環境に放出する熱を増加させることが可能となり、回転電機を効率よく冷却することができる。
また、凹部33cの凹みによって乱流を発生させることができ、更なる冷却効果も期待することができる。
特に、実施の形態1のように両端に頂部を持つ亀甲形状の固定子コイルの場合、回転電機の両端に凹部33cが位置することになるため、よりよい冷却効果を得ることができる。
By forming the
Further, a turbulent flow can be generated by the recess of the
In particular, in the case of a hexagonal stator coil having tops at both ends as in the first embodiment, recesses 33c are located at both ends of the rotary electric machine, so that a better cooling effect can be obtained.
実施の形態2.
図5は、実施の形態2に関わる回転電機の固定子コイル33の要部を示す平面図である。
上述の実施の形態1においては、固定子コイル33を断面が矩形の導電体を用いた場合として説明しているが、図5に示すように断面が円形の導電体を用いて亀甲状の固定子コイル33を形成し、亀甲形状頂部の両端に凹部33cを形成してもよく、実施の形態1における効果に加えて、円形である導電体用いた場合、凹部33cの加工が容易となる利点がある。
FIG. 5 is a plan view showing a main part of the
In the above-described first embodiment, the
実施の形態3.
図6は、実施の形態3に関わる回転電機の固定子コイルを示す平面図および要部拡大図である。
図において、固定子コイル33は、導電体全体に凹部33cを成形した後に、亀甲形状に巻き回して導電体の外周全体に凹部33c、33d有する形に形成されている。
図7は、このような固定子コイル33のスロット挿通部33aを固定子鉄心31のスロット31aに挿入して固定子3を組立てた状態を軸方向に垂直な平面で切断した断面で示している。すなわち、コイル頂部からコイルエンド部33b、スロット挿通部33aを含む全体に連通した凹部33c、33dが形成されることになる。
FIG. 6 is a plan view and an enlarged view of a main part showing the stator coil of the rotary electric machine according to the third embodiment.
In the figure, the
FIG. 7 shows a state in which the
したがって、固定子3に液体の冷媒を接触させて冷却する構造の回転電機100の場合、冷媒が凹部33c、33dを伝い、固定子鉄心31のスロット内に効率的に供給されることになり、この結果、回転電機の冷却性能を一層向上させることができる。
Therefore, in the case of the rotary
なお、本開示には、例示的な実施の形態が記載されているが、実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は、特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。
従って、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも1つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合が含まれるものとする。
Although exemplary embodiments are described in the present disclosure, the various features, aspects, and functions described in the embodiments are not limited to the application of a particular embodiment. , Alone, or in various combinations.
Therefore, innumerable variations not illustrated are envisioned within the scope of the techniques disclosed herein. For example, it is assumed that at least one component is modified, added or omitted.
1:ハウジング、 2:ブラケット、 3:固定子、 4:ベアリング、 5:回転軸、
6:回転子、 31:固定子鉄心、 31a:スロット、 32:固定子巻線、
33:固定子コイル、 33a:スロット挿通部、 33b:コイルエンド部、
33c,33d:凹部、 100:回転電機
1: Housing, 2: Bracket, 3: Stator, 4: Bearing, 5: Rotating shaft,
6: Rotor, 31: Stator core, 31a: Slot, 32: Stator winding,
33: Stator coil, 33a: Slot insertion part, 33b: Coil end part,
33c, 33d: concave, 100: rotary electric machine
Claims (5)
前記固定子巻線は、前記固定子鉄心のスロットに挿通されるスロット挿通部とそれぞれのスロット挿通部を電気的に接続するコイルエンド部とからなるコイル単体を複数組み合わせて形成されるとともに、前記コイルエンド部の頂部において前記導電体を凹ませた凹部を設けたことを特徴とする回転電機。 An annular stator core in which a plurality of slots are arranged in the circumferential direction, and a stator having a stator winding formed by using an insulating coated conductor and mounted on the stator core, and the fixing thereof. It is a rotary electric machine equipped with a rotor that is rotatably supported facing the child.
The stator winding is formed by combining a plurality of coil units including a slot insertion portion inserted into the slot of the stator core and a coil end portion for electrically connecting each slot insertion portion, and described above. A rotary electric machine characterized in that a recess in which the conductor is recessed is provided at the top of a coil end portion.
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