JP2021100336A - 回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の単位コイルを相毎に接続して分布巻タイプの固定子コイルを構成した場合、小型化のために複数の接続部の間の径方向及び周方向の距離を縮小することによって、組立ての作業性が悪化するという問題があった。【解決手段】単位コイルは、１本の導線を巻回して形成され、前記スロットに収納されるスロット収納部と前記スロット収納部から延び出ているコイルエンド部とを有し、前記コイルエンド部に同相同士の前記単位コイルが接続された第１の接続部と第２の接続部とを備え、複数の前記単位コイルが前記固定子鉄心の前記スロットに取付けられ、前記固定子鉄心の周方向にずらせて配置され、前記コイルエンド部において、複数の相の前記第１の接続部が前記固定子コイルの周方向に予め定められた間隔で配置され、複数の相の前記第２の接続部は、前記第１の接続部よりも前記固定子コイルの外周寄りに配置することによって作業空間を確保するようにした。【選択図】図１

Description

本願は、回転電機に関するものである。

電動機あるいは発電機等に使用される回転電機は、小型で高出力さらに高効率化が求められている。特に、車載用モータにおいては、車両の駆動源として大出力であると共に、車載されるために小型であることが望ましい。車載用モータの大出力化のために、略矩形断面のコイルを用いた分布巻が採用されている。分布巻とは、複数のスロットを跨いで複数の単位コイルが巻かれ、コイルエンドで、異相または同相の単位コイル同士が重なり合うように配置される構成である。この分布巻の固定子は、固定子内周の回転磁界を正弦波に近づけることができ、高出力で低騒音の回転電機を実現できる。さらに高出力化のために、コイルに矩形断面の線を使用して、固定子スロット内のコイルが占有する断面積を大きくすることが行われている。

さらに、小型化のために、特許文献１には、複数の単位コイルの接続位置について提案されている。すなわち、従来の単位コイルの接続は、スロット収納部から延出している端末線を固定子の外径側で接続して配置しているため、接近して配置される接続部が、異相のコイルである場合には、接続部間の電位差が大きくなるため、接続部間の距離を、十分な絶縁が維持できる程度に確保する必要がある。そうすると、固定子の周長が大きくなり、固定子のサイズが大型化するという問題があった。この問題に対して、異相の単位コイルの配置において、接続部を固定子の内径側と外径側の交互に配置することによって、固定子の周方向と径方向で絶縁距離を確保するというものである。これによって、固定子の周長を小さくでき、固定子のサイズが小型になる。

特開２０１１−１８２５７９号公報

特許文献１の構造では、接続部間の絶縁に必要な距離を周方向と径方向の両方によって確保するものであるが、周方向の距離が縮小できる反面、径方向の距離を拡大する必要があるため、十分にサイズの小型化ができず、かつ交互に接続部を配置したことにより、端末線接合などの組立治具の挿入性が悪くなり、組立の作業性が悪化してしまう問題がある。

本願は、固定子の更なる組立の作業性の向上が可能になる回転電機を提供することを目的とする。

本願の回転電機は、固定子が、内壁の周方向に配置された複数のティースと複数のスロットを有する固定子鉄心、および複数の単位コイルによって構成された固定子コイルを備え、前記単位コイルは、１本の導線を巻回して形成され、前記スロットに収納されるスロット収納部と前記スロット収納部から延び出ているコイルエンド部とを有し、前記コイルエンド部に同相同士の前記単位コイルが接続された第１の接続部と第２の接続部とを備え、複数の前記単位コイルが前記固定子鉄心の前記スロットに取付けられ、前記固定子鉄心の周方向にずらせて配置され、前記コイルエンド部において、複数の相の前記第１の接続部が前記固定子コイルの周方向に予め定められた間隔で配置され、複数の相の前記第２の接続部は、前記第１の接続部よりも前記固定子コイルの外周寄りに配置されていることを特徴とするものである。

本願に開示される回転電機によれば、固定子コイルに使用される単位コイルの接続部を径方向にずらして配置することで、周方向のみの配置に比べ接続部間の間隔を広げることができるため、端末線接合などの組立治具の挿入が容易になり組立の作業性が向上する。

本願の実施の形態１の固定子の斜視図である。 本願の実施の形態１の固定子の上面図である。 本願の実施の形態１の固定子の上面図に相の配置を示した図である。 本願の実施の形態１の固定子の断面図である。 本願の実施の形態２の固定子の断面図である。 本願の実施の形態３の固定子の断面図である。 本願の実施の形態４の固定子の断面図である。 本願の実施の形態５の固定子の断面図である。 本願の実施の形態１の固定子の拡大図である。 本願の実施の形態６の固定子の拡大図である。

実施の形態１
図１に、実施の形態１による回転電機の固定子１を斜視図によって示す。この固定子１は、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相の３相構成の回転電機に使用される。固定子１は、固定子鉄心２と、固定子鉄心２に設けられた分布巻タイプの固定子コイル３とを備えている。固定子鉄心２は、薄い電磁鋼板を積層し、ばらばらにならないようにかしめまたは接着、溶接などにより組み立てられる。固定子鉄心２は、一体あるいは分割鉄心で円環状に構成されている。固定子鉄心２は、複数のスロットを形成するティース部を有し、ティース部の側面には絶縁部材が組み付けられ、絶縁被膜で覆われた固定子コイル３が絶縁部材を介してスロットに装着されている。

固定子コイル３は、複数の単位コイル４によって構成されている。単位コイル４は、スロット収納部５と、スロット収納部５から延び出ているコイルエンド部６とを有し、コイルエンド部６に巻始めの端末線７と巻終わりの端末線７とを備えている。この単位コイル４を複数、周方向（図中の矢印Ａに示す方向）にずらして配置して、スロット収納部５をスロットに装着することで円環状に配置され、固定子鉄心２の複数のスロットに組み付けられて接続されている。

この実施の形態１では、固定子コイル３は、Ｕ相を構成するＵ相コイルと、Ｖ相を構成するＶ相コイルと、Ｗ相を構成するＷ相コイルとを備えている。各相のコイルは、それぞれ複数の単位コイル４によって構成されている。各相コイルを構成する単位コイル４は、他の異なる相コイルが組み付けられる異相用スロットを跨いで、同芯巻きされるかたちで固定子鉄心２の複数のスロットに組み付けられている。

コイルエンド部６の上部から延出した端末線７の先端は、絶縁被膜が剥がされ、導体部が露出しており、２つ以上の端末線を重ね合わせた状態でＴｉｇ溶接あるいはレーザー溶接などで、電気的に接合される接続部を有している。接続部は、溶接時に端末線を掴むためのチャック治具を径方向から挿入できるように所定の間隔を開けて円環状に配置されている。

図１に示すように、固定子１において、それぞれの単位コイル４に設けられる第１の接続部８と第２の接続部９の両方は、固定子鉄心２の軸線方向（図中矢印Ｂに示す方向）における上端面の上に配置されている。複数の単位コイル４のうち、ある相のコイル（例えば「Ｕ相コイル」）を構成する隣り合う単位コイル４同士の第２の接続部９が、固定子鉄心２の外周寄りの位置にて互いに接続される。同じくある相のコイル（例えば「Ｕ相コイル」）を構成している隣り合う単位コイル４同士の第１の接続部８が、固定子鉄心２の内周寄り位置にて互いに接続されている。この関係を図２に示す。図中、丸印で囲っている部分が第１の接続部８と第２の接続部９である。第２の接続部９は、第１の接続部８よりも径方向（図中矢印Ｃに示す方向）の外周よりに配置されており、径方向にずらすことで接続部間の間隔を更に広げることができるため、端末線接合などの組立性の向上につながる。もしくは、径方向にずらして間隔を広げた分、周方向の間隔を小さくすることで、接続部間の周長が小さくなり、固定子の小型化ができる。

第２の接続部９を第１の接続部８に対して固定子１の径方向に並べて配置することで、接続部の周方向の間隔を広げることができ、組み立て作業の際にチャック治具の径方向からの挿入を１回で済ませることができるため、更なる組立性の向上につながる。もしくは、周方向の間隔を小さくすることで、接続部間の周長が小さくなり、更なる固定子の小型化ができる。

図３に回転電機の固定子１の上面図に３相の配置関係を示す。この図３に示すように、第１の接続部８は、この図の上側から見て反時計回りにＵ相、Ｕ相、Ｖ相、Ｖ相、Ｗ相、Ｗ相の順に配置されている。第２の接続部９は、同様にこの図の上側から見て時計回りにＵ相、Ｖ相、Ｗ相の順に配置されている。

第１の接続部８と第２の接続部９の位置関係は、最も近接する第１の接続部８と第２の接続部９が同相になるように配置している。すなわち、第２の接続部９がＵ相の場合、最も近い第１の接続部８が同相のＵ相にしており、第２の接続部９がＶ相の場合、最も近い第１の接続部８がＶ相になっており、第２の接続部９がＷ相の場合、最も近接する第１の接続部８がＷ相になっている。このように配置することで、接続部間の電位差を小さくし、必要な絶縁距離を小さくすることができる。この構成により、絶縁性能を維持したまま、第１の接続部と第２の接続部の径方向の間隔を小さくすることができるため、固定子の外径サイズの小型化ができる。

この実施の形態１の固定子１によれば、同相のコイルを構成する隣り合う単位コイル４同士の第１の接続部８と、第２の接続部９とが、固定子鉄心２の内周寄り位置と外周寄り位置に分かれて配置される。このため、複数の接続部（第１の接続部８と第２の接続部９）について、隣り合う接続部同士の間隔を比較的広くとることができ、接続作業を行う際には、他の接続部との干渉のおそれが少なくなり、接続作業の効率化を図ることができる。

実施の形態２
実施の形態１における単位コイル４の第１の接続部８および第２の接続部９の形状は、図４に断面図を示すように、付け根から先端まで固定子１の軸方向に延びた直線形状となっている。なお、図４は、図２に示しているＸ−Ｙの線による断面図であって、Ｘが固定子１の外周側を示し、Ｙが内周側を示している。この後の図も、同様の関係にある。この図４の関係に対して、この実施の形態２では、図５に示すように、第２の接続部９の先端形状が、固定子１の径方向の内側に向けて折り曲げられている形状となっている。

この実施の形態２によれば、第１の接続部８と第２の接続部９とは同相の単位コイル４が選定されていて、第２の接続部９を下部のコイルエンド部６を基点に跨ぐように曲げることで、第１の接続部８と第２の接続部９との先端部の間隔を小さくすることができる。このため、作業空間を広くすることができ、第２の接続部９の先端部分が内側に向けて折り曲げられていることから、固定子１の外径サイズの小型化ができる。

実施の形態３
実施の形態１に対して、実施の形態３では、第１の接続部８と第２の接続部９の位置関係を取り換えたものである。すなわち、図６に示すように、第２の接続部９が、第１の接続部８よりも固定子１の径方向の内周側に配置されており、第１の接続部８の先端形状が固定子１の径方向の内側に向けて折り曲げられている。

この実施の形態３は、実施の形態２と同様に、折り曲げられている第１の接続部８と第２の接続部９は同相の単位コイル４が選定されていて、第１の接続部８を下部のコイルエンド部６を基点に跨ぐように曲げることで、第２の接続部９と第１の接続部８との先端部の間隔を小さくすることができる。このため、作業空間を広くすることができ、第１の接続部８の先端部分が内側に向けて折り曲げられていることから、固定子１の外径サイズの小型化ができる。

実施の形態４
実施の形態１に対して、実施の形態４では、図８に示すように、第１の接続部８が固定子１の径方向の外側に向けて折り曲げられている。この場合、第１の接続部８が固定子１の内周側であって、第２の接続部９が固定子１の外周側に配置されている。
この実施の形態４においては、第１の接続部８と第２の接続部９とは同相になるように選択されて接続されており、第１の接続部８を下部のコイルエンド部６を基点に跨ぐように曲げることで、固定子１の内径サイズを拡大できるため、固定子１の内径側のスペースが広がり、例えば、レゾルバなどの部品の配置が容易になる。

実施の形態５
実施の形態１に対して、実施の形態５では、図８に示すように、第２の接続部９が、第１の接続部８よりも固定子１の径方向の内周側に配置されており、第２の接続部９が固定子１の径方向の外側に向けて折り曲げられている。この実施の形態５においては、第１の接続部８と第２の接続部９とは同相になるように選択されて接続されており、第２の接続部９を下部のコイルエンド部６を基点に跨ぐように曲げることで、固定子１の内径サイズを拡大できるため、固定子１の内径側のスペースが広がり、例えば、レゾルバなどの部品の配置が容易になる。

この実施の形態５においては、第１の接続部８と第２の接続部９とは同相になるように接続されており、第２の接続部を下部のコイルエンド部を基点に跨ぐように曲げることで、固定子の内径サイズを拡大できるため、固定子の内径側のスペースが広がり、レゾルバなどの部品の配置が容易になる。

実施の形態６
実施の形態１に対して、実施の形態６では、第２の接続部９に対する第１の接続部８の間隔が、異相よりも同相の方が小さくなっている。すなわち、実施の形態１においては、図９に示すように、第１の接続部８および第２の接続部９の配置が、それぞれ予め定めた等間隔に配置している。

これに対して、実施の形態６においては、図１０に示すように、同相の場合には、異相の場合に比較して狭い間隔としている。例えば、第２の接続部９がＶ相の場合、隣接する３つの第１の接続部８の内、２つのＶ相が第２の接続部９と間隔が小さく、１つのＵ相と間隔が大きくなっている。同相の接続部間の電位差は異相に比べて小さく、必要な絶縁距離を小さくすることができる。この構成により、第1の接続部８を等間隔で配置するよりも、周方向の間隔を小さくすることができるため、接続部間の周長が小さくなり、絶縁性能を維持したまま固定子の小型化ができる。

各実施の形態において説明しているように、単位コイル４のコイルエンドにおける第１の接続部８と第２の接続部９の間隔を広く設定することができ、組み立て作業の効率を向上させることができる。

本願は、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、１つ、または複数の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、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。

１ 固定子、２ 固定子鉄心、３ 固定子コイル、４ 単位コイル、５ スロット収納部、６ コイルエンド部、７ 端末線、８ 第１の接続部、９ 第２の接続部

Claims (8)

1. 固定子が、内壁の周方向に配置された複数のティースと複数のスロットを有する固定子鉄心、および複数の単位コイルによって構成された固定子コイルを備え、
   前記単位コイルは、１本の導線を巻回して形成され、前記スロットに収納されるスロット収納部と前記スロット収納部から延び出ているコイルエンド部とを有し、前記コイルエンド部に同相同士の前記単位コイルが接続された第１の接続部と第２の接続部とを備え、複数の前記単位コイルが前記固定子鉄心の前記スロットに取付けられ、前記固定子鉄心の周方向にずらせて配置され、前記コイルエンド部において、複数の相の前記第１の接続部が前記固定子コイルの周方向に予め定められた間隔で配置され、複数の相の前記第２の接続部が前記第１の接続部よりも前記固定子コイルの外周寄りに配置されていることを特徴とする回転電機。
2. 前記第２の接続部に隣接する複数の前記第１の接続部の内、少なくとも１つ以上が前記第２の接続部と同相であることを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
3. 前記第１の接続部と前記第２の接続部が前記固定子の径方向に並んで配置されていることを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
4. 前記第２の接続部の先端部が前記固定子の径方向の内側に向けて折り曲げられていることを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
5. 前記第１の接続部と前記第２の接続部の配置が入れ替えられ、前記第２の接続部が前記固定子の径方向の内周側に配置され、前記第１の接続部の先端部が前記固定子の径方向の内側に向けて折り曲げられていることを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
6. 前記第１の接続部の先端部が固定子の径方向の外側に向けて折り曲げられていることを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
7. 前記第１の接続部と前記第２の接続部の配置が入れ替えられ、前記第２の接続部が前記固定子の径方向の内周側に配置され、前記第２の接続部の先端部が前記固定子の径方向の外側に向けて折り曲げられていることを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
8. 前記第２の接続部と同相の前記第１の接続部との間隔が、前記第２の接続部と異相の前記第１の接続部との間隔よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の回転電機。

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