JP3586201B2 - 回転電機の固定子 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転電機の固定子に係り、特に、同期機に用いるに好適な回転電機の固定子に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来の回転電機の固定子としては、固定子の一つのティース(歯部)にコイルを巻線する集中巻式の固定子が知られている。コイルの巻線方法としては、例えば、特開平11−178259号公報に示されるように、固定子コアをティースコア部とコアバック部に分割し、分割したティースコア部にボビンを装着することにより巻線した後、ボビンの装着されたティースコア部とコアバック部を結合して組み立てるものが知られている。
【0003】
また、従来は、固定子の電気的絶縁強化のために、コイル挿入が終了して所定の接続が終了した後に、ポリエステル系やエポキシ系ワニスを固定子に含浸して加熱乾燥するワニス絶縁処理を行っていた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の方式では、分割したティースコアにボビン等の絶縁部材を装着し、巻線機の回転軸に直接装填、または、フライヤ式ノズルにて、巻線するため、特に太線や平角線の様に、巻きテンションが過大となるコイルでは、絶縁部材のボビンが破損したり、積層締結されたティースコアが変形し、コイルに損傷を与え、コイルの絶縁性能を低下させるという問題があった。一方、ボビン破損防止を目的に、ボビンの肉厚を増加させると、ボビンの熱伝達が低下するため、高温のコイルの冷却が阻害される問題があった。
【0005】
また、ワニス絶縁処理は、ワニスに含まれる溶剤あるいはエポキシ系ワニスの揮発物が人体へ悪影響を与える問題や長時間120〜150℃加熱乾燥するための電力エネルギー消費の問題があり、一方では固定子製作リードタイムが短縮せず短期間で回転電機を完成させるうえで隘路工程となっていた。
【0006】
本発明の目的は、コイルの絶縁性能や冷却性が向上するとともに、ワニス処理をしなくても十分な電機絶縁性と機械的接着強度を有する回転電機の固定子を提供することにある。
【0007】
(1)上記目的を達成するために、本発明は、固定子鉄心と、この固定子鉄心の複数の歯部のそれぞれにコイルが巻回されるように、前記歯部を挟んで隣接するスロット間に前記コイルを絶縁部材を介して装着することにより構成された固定子コイルとを有する回転電機の固定子において、前記コイルは、電気絶縁性を有する熱可塑性樹脂をエナメル導線の外周に焼き付けた自己融着線が用いられてなるものであって、U字型に成形した複数のU字コイルが積層されて形成されたU字積層固定子コイルであり、前記U字積層固定子コイルは、前記複数の歯部のそれぞれに巻回されるように、前記歯部を挟んで隣接する前記スロット間に、前記固定子鉄心の軸方向から挿入されて装着されたものであって、前記U字コイルのスロット挿入側端部の一方が、積層する他の前記U字コイルのスロット挿入側端部の他方に接続されることにより、前記歯部に連続して所定数巻回された前記コイルとして構成されており、前記スロットには、前記自己融着線の前記熱可塑性樹脂と前記絶縁部材によってスロット内絶縁が形成されており、前記U字積層固定子コイルと前記絶縁部材は、前記自己融着線の前記熱可塑性樹脂によって前記スロット内に固着されているものである。
かかる構成により、平角線や太線のような巻きテンションが過大となるコイルを用いた場合でも、絶縁部材のボビンが破損したり、積層締結されたティースコアが変形したり、コイルに損傷を与えることがなく、コイルの絶縁性能を向上させることができ、また、ボビン破損防止のために、ボビンの肉厚を増加させる必要もないため、ボビンの熱伝達が低下することもなく、高温のコイルの冷却性も向上し得るものとなる。さらに、自己融着線を用いることにより、ワニス処理を不要にし得るものとなる。
【0008】
(2)上記目的を達成するために、本発明は、固定子鉄心と、この固定子鉄心の歯部に巻回するように固定子鉄心のスロットに装着された固定子コイルを有する回転電機の固定子において、上記固定子コイルは、エナメル導線の外周に熱可塑性樹脂を焼き付けた自己融着線からなり、上記固定子コイルは、予めU字型に成形したU字コイルを積層するようにして、上記固定子歯部を挟んで隣接するスロットに挿入し、このU字コイルの端部を、隣接するU字コイルの端部に接続するようにして、所定巻回数を得るものであり、上記固定子コイルを構成するU字コイルは、短コイルと、この短コイルよりU字形状の直線部が長い長コイルと、U字形状の2つの直線部の内、一方の直線部の長さが長コイルと等しく、他方の直線部の長さが長コイルよりも長い端面用コイルとから構成され、n個の長コイルと、n+1個の短コイルを交互に積層し、さらに、長コイルと短コイルの積層されたものの両端面に端面用コイルを積層し、長コイルの端部及び端面用コイルの短い側の端部を隣接する短コイルの端部側に折り曲げた後、接続することにより、上記固定子歯部に対して所定数巻回された固定子コイルを得るようにしたものである。
かかる構成により、平角線や太線のような巻きテンションが過大となるコイルを用いた場合でも、絶縁部材のボビンが破損したり、積層締結されたティースコアが変形したり、コイルに損傷を与えることがなく、コイルの絶縁性能を向上させることができ、また、ボビン破損防止のために、ボビンの肉厚を増加させる必要もないため、ボビンの熱伝達が低下することもなく、高温のコイルの冷却性も向上し得るものとなる。さらに、自己融着線を用いることにより、ワニス処理を不要にし得るものとなる。また、端部の接続部は、互いに干渉せず、接続部の短絡を容易に防止し得るものとなる。
【0009】
(3)上記(1)または(2)において、好ましくは、U字コイルは、U字側の部分を屈曲成形し、直線部分が段違いに形成したものである。
かかる構成により、端部の折り曲げを容易になし得るものとなる。
【0010】
(4)上記(1)または(2)において、好ましくは、上記固定子コイルは、積層されたU字コイルを固定して形成するようにしたものである。
【0011】
(5)上記(1)または(2)において、好ましくは、上記固定子鉄心歯部は、外周側の幅が内周側の幅よりも広く構成され、上記固定子コイルは、この固定子鉄心歯部の幅に対応した幅を有するようにしたものである。
かかる構成により、歯部の磁束密度が低下して、鉄損を減少し得るものとなる。
【0012】
(6)上記(1)または(2)において、好ましくは、上記固定子鉄心のスロットは、軸方向にスキューしており、上記積層されたU字コイルは、このスキューしたスロットにならって挿入するようにしたものである。
かかる構成により、コキングトルクを解消し得るものとなる。
【0013】
(7)上記(6)において、好ましくは、上記積層されたU字コイルは、予め、スキューしたスロットにあわせてスキューして形成するようにしたものである。
(8)また、上記目的を達成するために、本発明は、固定子を有し、前記固定子は、固定子鉄心と、この固定子鉄心の複数の歯部のそれぞれにコイルが巻回されるように、前記歯部を挟んで隣接するスロット間に前記コイルを絶縁部材を介して装着することにより構成された固定子コイルとを備えている回転電機において、前記コイルは、電気絶縁性を有する熱可塑性樹脂をエナメル導線の外周に焼き付けた自己融着線が用いられてなるものであって、U字型に成形した複数のU字コイルが積層されて形成されたU字積層固定子コイルであり、前記U字積層固定子コイルは、前記複数の歯部のそれぞれに巻回されるように、前記歯部を挟んで隣接する前記スロット間に、前記固定子鉄心の軸方向から挿入されて装着されたものであって、前記U字コイルのスロット挿入側端部の一方が、積層する他の前記U字コイルのスロット挿入側端部の他方に接続されることにより、前記歯部に連続して所定数巻回された前記コイルとして構成されており、前記スロットには、前記自己融着線の前記熱可塑性樹脂と前記絶縁部材によってスロット内絶縁が形成されており、前記U字積層固定子コイルと前記絶縁部材は、前記自己融着線の前記熱可塑性樹脂によって前記スロット内に固着されているものである。
(9)さらに、上記目的を達成するために、本発明は、固定子鉄心の複数の歯部のそれぞれにコイルが巻回されるように、前記歯部を挟んで隣接するスロット間に前記コイルを絶縁部材を介して装着し、前記固定子鉄心に固定子コイルが組み込まれた固定子を得る回転電機の固定子の製造方法において、電気絶縁性を有する熱可塑性樹脂がエナメル導線の外周に焼き付けられた自己融着線をU字型に成形して複数のU字コイルを形成し、複数の前記U字コイルを積層して複数のU字積層固定子コイルを形成し、前記歯部を挟んで隣接するスロット間に前記U字積層固定子コイルを前記固定子鉄心の軸方向から挿入し、前記U字コイルのスロット挿入側端部の一方を、積層する他の前記U字コイルのスロット挿入側端部の他方に溶接によって接続することにより、前記複数の歯部のそれぞれに前記U字積層固定子コイルが連続して所定数巻回されるようにし、前記溶接時には、前記溶接の熱によって前記自己融着線の前記熱可塑性樹脂を軟化させて溶け出させ、前記熱可塑性樹脂と前記絶縁部材からなるスロット内絶縁を前記スロット内に形成すると共に、前記U字積層固定子コイルと前記絶縁部材とを前記スロット内に固着するものである。
(10)上記(9)において、好ましくは、前記U字コイルは、短コイルと、この短コイルよりU字形状の直線部が長い長コイルと、U字形状の2つの直線部の内、一方の直線部の長さが前記長コイルと等しく、他方の直線部の長さが前記長コイルよりも長い端面用コイルとを含み、前記U字積層固定子コイルは、n個の前記長コイルと、n+1個の前記短コイルとを交互に積層し、さらに、前記長コイルと前記短コイルの積層されたものの両端面に前記端面用コイルを積層することによって得られており、前記長コイルのスロット挿入側端部の両方及び前記端面用コイルのスロット挿入側端部の短い側を、前記短コイルの端部側に折り曲げて前記溶接によって接続することにより、前記複数の歯部のそれぞれに前記U字積層固定子コイルが連続して所定数巻回されるようにしたものである。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下、図1〜図13を用いて、本発明の第1の実施形態による回転電機の固定子の構成及び製造方法について説明する。
最初に、図1を用いて、本実施形態による固定子の全体構成について説明する。
図1は、本発明の第1の実施形態による回転電機の固定子の全体構成を示す正面図である。
【0015】
固定子10は、固定子鉄心20と、コイル40と、接続環50とから構成されている。コイル40は、図2及び図4を用いて後述するように、U字形状の平角線を積層したものであり、固定子鉄心20に設けられたスロット22の中に、図示の右側から挿入されている。また、固定子コイル40は、図5を用いて後述するように、通常のエナメル電線の外周(言い換えると上層)に電気絶縁性を有する熱可塑性樹脂を焼付けた自己融着エナメル電線を用いている。コイル40の反U字側端部は、折り曲げた上で、隣り合う平角線同士を接続することにより、所定の巻回数の巻線状となっている。また、巻線形状となったコイル40の2つの端部は、接続環50によって接続され、3相(U相,V相,W相)をY結線されている。
【0016】
次に、図2に用いて、本実施形態による固定子10の組み付け状態について説明する。
図2は、本発明の第1の実施形態による回転電機の固定子の組み付け状態を示す鳥瞰図である。
【0017】
固定子鉄心20は、円環状のコアバック部から内周方向に延びる複数の歯部24を有している。隣接する歯部24の間に、スロット22が形成されている。固定子鉄心20は、コアバック部と歯部が一体的に打ち抜き成形された薄板部材を積層して形成されている。
【0018】
固定子コイル40は、直線状の平角線をU字形状になるように予め成形して、固定子鉄心20に設けられた複数スロット22の径方向に複数本積層するように、固定子歯部24を挟んで隣接するスロットに直線二辺を挿入される。固定子コイル40がスロット22に挿入された後、コイル40の挿入側の端部(反U字側端部)が交互に折り曲げられ、隣り合う平角線同士を接続することにより、所定の巻回数の巻線状となる。さらに、全コイルを所定の接続回路に構成するために、例えば3相(U相,V相,W相)をY結線として中性点になる渡り線の接続も予め完了させた接続環50を積層したコイル40の巻回両端部に接続して、固定子コイルが所望の接続になるようにして、固定子10を構成する。
【0019】
次に、図3〜図11用いて、本実施形態による固定子の詳細構成について説明する。
最初に、図3〜図5を用いて、本実施形態による固定子に用いる固定子コイルの成形工程について説明する。
図3〜図5は、本発明の第1の実施形態による固定子に用いる固定子コイルの成形工程を示す工程図である。
【0020】
図4に示すように、固定子コイルは、絶縁被覆を施された平角線40Zを用いて製造する。線材状の平角線を所定の長さに切断し、さらに、その切断時に、両端部を斜めに切断している。両端部を斜めに切断するのは、コイル状にするために、両端部を接続(例えば、TIG溶接)する際に、その接続が容易で、確実にするためにである。
【0021】
次に、図4に示すように、成形治具を用いて、U字形の固定子コイル40Yに成形する。
【0022】
更に、図5に示すように、図4に示した固定子コイル40Yの両端部の絶縁被覆40Bを剥離して、固定子コイル40を成形する。ここで、本実施形態で用いる固定子コイル40は、上述したように、通常のエナメル電線の外周(言い換えると上層)に電気絶縁性を有する熱可塑性樹脂を焼付けた自己融着エナメル電線である。熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリサルフォン等のフェノキシ樹脂を用いることができる。そこで、絶縁被膜40Bとは、エナメル樹脂及びその外層の熱可塑性樹脂のことであり、これらの樹脂層を剥離して、コイル40の両端部においては、導線40Aを露出させている。絶縁被覆の剥離は、接続時の接合品質を安定させるためのものである。
【0023】
次に、図6を用いて、本実施形態による固定子に用いる固定子コイルの形状について説明する。
図6は、本発明の第1の実施形態による固定子に用いる固定子コイルの形状を示す平面図である。
【0024】
本実施形態においては、図3〜図5の工程により、図6(A)〜(C)に示すように、3種類の固定子コイル40S,40L,40Eを成形する。図6(A)に示す短コイル40Sは、全長がL1のコイルである。全長L1は、固定子コアの全長よりも僅かに長いものである。
【0025】
図6(B)に示す長コイル40Lは、全長がL2のコイルである。長コイル40Lの全長L2は、短コイル40Sの全長L1より数mm程度長いものである。長コイル40Lの端部は、図10用いて後述するように、短コイル40Sの端部と接触するように、斜めに曲げられる。例えば、コイル40を挿入する固定歯部の幅が10mmとして、曲げる角度が45°の場合、(L2−L1)は、4mm程度である。
【0026】
図6(C)に示す両端用コイル40Eは、U字形のコイルの一方の側の長さが、L2であり、他方の側の長さがL3である。長さL3の方の直線部の端部は、接続環50と接続するために用いられる。(L3−L2)は、数mm程度である。
【0027】
次に、図7を用いて、本実施形態による固定子に用いる積層固定子コイルについて説明する。
図7は、本発明の第1の実施形態による固定子に用いる積層固定子コイルを示す斜視図である。
【0028】
本実施形態では、所定巻回数を形成するため、図7で示すように、複数の固定子コイル40S,40L,40Eを積層して、積層固定子コイル40Iを形成している。積層固定子コイル40Iは、2個の両端用固定子コイル40Eと、n個の長コイル40Lと、(n+1)個の短コイル40Sを積層して形成される。n個の長コイル40Lと、(n+1)個の短コイル40Sを交互に積層すると、短コイル40Sが長コイル40Lより1個多いため、両側に短コイル40Sが位置する。さらに、その両側に、両端用コイル40Eを積層することにより、積層固定子コイル40Iが積層形成される。なお、各コイルの端部は斜めに切断されているものであるが、図示は省略している。
【0029】
3種類のコイル40S,40L,40Eを積層した上で、スロットに挿入されるコイル部分のみ、絶縁物にて外装して、固定する。これによって、積層固定された積層コイル40Iは、一体的に取り扱うことができるため、固定子スロットへの挿入が容易となる。なお、積層状態で固定することなく、固定子スロットに挿入してもよく、また、3種類の固定子コイル40S,40L,40Eを、1個ずつ、固定子スロットに挿入しながら、固定子スロット内で積層状態にしてもよいものである。
【0030】
次に、図8〜図11を用いて、本実施形態による固定子に用いる巻線固定子コイルの成形方法について説明する。
図8及び図9は、本発明の第1の実施形態による固定子に用いる巻線固定子コイルの成形方法を示す図であり、それぞれ、本発明の第1の実施形態による固定子に用いる巻線固定子コイルの成形時の状態を示す部分拡大側面図である。
【0031】
図8及び図9は、固定子コア20の固定子歯部24を挟んで、積層固定子コイル40Iが挿入された状態を、固定子コイル40Iの反U字側端部見た状態を示している。なお、ここでは、説明の都合上、積層固定子コイル40Iは、2個の両端用固定子コイル40E1,40E2と、1個の長コイル40L1と、2個の短コイル40S1,40S2を積層して形成されているものとする。また、図8及び図9に示す状態では、各固定子コイル40E1,40E2,40L1,40S1,40S2の間には、隙間があるように図示しているが、実際には、各コイル40E1,40E2,40L1,40S1,40S2は接触して積層されているものであるが、説明がわかりやすいように、各コイル間に隙間があるように図示している。
【0032】
図示するように、長コイル40L1は、2個の短コイル40S1,40S2に挟まれて積層され、さらに、両側には、両端用固定子コイル40E1,40E2が積層される。ここで、短コイル40S1の反U字側端部を、それぞれ、端部40S1−1,40S1−2とする。また、短コイル40S2の反U字側端部を、それぞれ、端部40S2−1,40S2−2とする。また、長コイル40L1の反U字側端部を、それぞれ、端部40L1−1,40L1−2とする。さらに、両端用コイル40E1の反U字側端部は、図6(C)に示すように、長い側の端部と短い側の端部があるが、長い側の端部を端部40E1−Lとし、短い側の端部を端部40E1−Sとする。また、両端用コイル40E2の反U字側端部の内、長い側の端部を端部40E2−Lとし、短い側の端部を端部40E2−Sとする。
【0033】
図6(A),(B)において説明したように、長コイル40Lは、短コイル40Sよりも長いので、図9に示すように、長コイル40L1の一方の端部40L1−1を短コイル40S1の一方の端部40S1−2の方に折り曲げ、互いに接触するようにする。また、長コイル40L1の他方の端部40L1−2を短コイル40S2の一方の端部40S2−1の方に折り曲げ、互いに接触するようにする。
【0034】
また、図6(B),(C)に示したように、両端用コイル40E1の短い方の端部側の長さは、長コイル40L1の長さL2と等しいので、両端用コイル40E1の短い方の端部40E1−Sを短コイル40S1の他方の端部40S1−1の方に折り曲げ、互いに接触するようにする。また、両端用コイル40E2の短い方の端部40E2−Sを短コイル40S2の他方の端部40S2−2の方に折り曲げ、互いに接触するようにする。
【0035】
そして、端部40L1−1と端部40S1−2,端部40L1−2と端部40S2−1,端部40E1−Sと端部40S1−1,端部40E2−Sと端部40S2−2とを、溶接等によって接続固定する。
【0036】
次に、図10及び図11を用いて、本実施形態による固定子に用いる巻線固定子コイルの形状について説明する。
図10は、本発明の第1の実施形態による固定子に用いる巻線固定子コイルの形状を示す図であり、図9のA矢視断面図である。図11は、本発明の第1の実施形態による固定子に用いる巻線固定子コイルの形状を示す斜視図である。なお、図1〜図9と同一符号は、同一部分を示している。
【0037】
図10は、固定子10をスロット22部で軸方向に切断した状態を示している。図10に示すように、固定子コイル40は、絶縁物30を介して、固定子歯部24を挟むように隣接するスロット22Aと22Bに挿入し、固定子コイル40の反U字側端部を交互に折り曲げ接続することにより、一巻閉回路コイルを構成している。
【0038】
両端用コイル40E2の短い方の端部40E2−Sは、短コイル40S2の他方の端部40S2−2の方に折り曲げ、互いに接触させた後、溶接固定される。長コイル40L1の他方の端部40L1−2を短コイル40S2の一方の端部40S2−1の方に折り曲げ、互いに接触させた後、溶接固定される。短コイル40S及び長コイル40Lは、上述したように、通常のエナメル電線の外周(言い換えると上層)に電気絶縁性を有する熱可塑性樹脂を焼付けた自己融着エナメル電線を用いている。自己融着エナメル電線は、軟化点まで加熱すると、熱可塑性樹脂が軟化し溶け出して周辺にある複数コイルや絶縁物を固着させる機能がある。そこで、コイルをスロットに挿入した後、たとえば,TIG溶接により接続部を接合すると、溶接時の熱によって、コイル40L,40Sが加熱され、熱可塑性樹脂の軟化温度以上に達すると軟化融解し、周辺コイルやスロット内にある絶縁物が一体になって固着する。したがって、ワニス処理をしなくとも充分な電気絶縁性と機械的接着強度を有する固定子が得ることができる。
【0039】
両端用コイル40E1,40E2の長い方の端部40E1−L,40E2−Lは溶接部分よりも長く、突出した状態となっている。これらの端部は、巻回コイルの巻始め、巻終わりに相当し、後述するように、接続環60と接続するために用いられる。
【0040】
図11では、積層固定子コイル40Iは、2個の両端用固定子コイル40E1,40E2と、4個の長コイル40Lと、5個の短コイル40Sを積層して、13個のコイルを積層し、端部を溶接接続して、巻回数が13のコイルを形成した状態を示している。なお、両端用コイル40E1,40E2の長い方の端部40E1−L,40E2−Lも、折り曲げているが、これは、接続環との接続を容易にするためであり、接続環の形状によっては、図10に示したままのように、端部40E1−L,40E2−Lの折り曲げを不要とすることもできる。
【0041】
図9に示したように、溶接固定する箇所、例えば、端部40L1−1と端部40S1−2,端部40E2−Sと端部40S2−1との間には、端部40L1−2を折り曲げるようにしているため、各コイルが接触しているとしても、溶接固定する部分の間には、コイル1個分の隙間が形成される。従って、溶接部同士が接触して短絡することを容易に防止することができ、絶縁性を向上することができる。すなわち、積層したコイル40の反U字側開口端では、折り曲げるコイル同士が干渉しないようにコイル1本分ずれるように成形している。
【0042】
次に、図12を用いて、本実施形態による固定子に用いる接続環の構成について説明する。
図12は、本発明の第1の実施形態による固定子に用いる接続環の構成を示す平面図である。
【0043】
ここで、接続環50は、3相のY結線で構成したもので説明する。接続環50には、渡り線52が取り付けられている。渡り線52の両端部には、開口52A,52Bが設けられている。そして、開口52には、3スロットおきに、積層コイル40の両端部40E1−L,40E2−Lと交互に接続することで、U相,V相,W相が形成される。また、中性線54は、渡り線52にて、積層コイルの巻き終わりに相当する端部を接続することで形成される。なお、渡り線52及び中性線54は、耐熱樹脂にインサート成形し、一体成形された接続環50を構成する。この接続環50を、固定子コイル40に接続して、固定子10を所望の接続に構成する。
【0044】
ここで、図13を用いて、本実施形態による固定子における固定子コイルと接続環の接続状態について説明する。
図13は、本発明の第1の実施形態による固定子における固定子コイルと接続環の接続状態を示す図であり、図10と同一方向から図示している。図10と同一符号は、同一部分を示している。
【0045】
図8〜図10に示したようにして巻回コイルが形成されると、両端用コイル40E1,40E2の長い方の端部40E1−L,40E2−Lは、巻回コイルの巻始め、巻終わりに相当するので、これらの端部は、図12に示した接続環50の渡り線52の両端の開口52A,52Bに挿入され、接続固定される。
【0046】
以上説明したように、本実施形態によれば、固定子コイルは、予めU字型に成形したU字コイルを積層するようにして、固定子歯部を挟んで隣接するスロットに挿入し、このU字コイルの端部を、隣接するU字コイルの端部に接続するようにして、所定巻回数を得るという構成にしているので、平角線や太線のような巻きテンションが過大となるコイルを用いた場合でも、絶縁部材のボビンが破損したり、積層締結されたティースコアが変形したり、コイルに損傷を与えることがなく、コイルの絶縁性能を向上させることができる。また、ボビン破損防止のために、ボビンの肉厚を増加させる必要もないため、ボビンの熱伝達が低下することもなく、高温のコイルの冷却性も向上することができる。
また、固定子コイルとして自己融着エナメル電線を用いることにより、ワニス処理をしなくても十分な電機絶縁性と機械的接着強度を得ることができる。
【0047】
次に、図14〜図18を用いて、本発明の第2の実施形態による回転電機の固定子の構成について説明する。
最初に、図14及び図15を用いて、本実施形態による固定子に用いる固定子コイルの構成について説明する。
図14及び図15は、本発明の第2の実施形態による回転電機の固定子に用いる固定子コイルの構成を示す平面図及び側面図である。図14(A)は、本実施形態による屈曲成形加工前の固定子コイルの側面図を示し、図14(B)は、本実施形態による固定子コイルの平面図を示している。図15(A)は、本実施形態による屈曲成形加工後の固定子コイルの側面図を示し、図15(B)は、本実施形態による固定子コイルの平面図を示している。
【0048】
図14(B)に示すように、本実施形態による屈曲成形加工前の固定子コイル40Xは、U字形状をしている。なお、詳細な図示は省略しているが、図5に示した固定子コイル40と同様に、固定子コイル40Xの両端部は、斜めに切断されており、さらに、両端部の絶縁被覆は剥離されているものである。
【0049】
次に、図14に示した固定子コイル40Xに対して、屈曲成形加工を施して、図15に示すような形状の固定子コイル40Wとする。固定子コイル40Wは、特に、図15(A)に示すように、屈曲部40W1が形成されている。屈曲部40W1は、U字形の固定子コイル40WのU字側の中央部に設けられている。従って、固定コイル40Wの2つの直線部40W2,40W3は、段違いの平行状態となっている。
【0050】
次に、図16を用いて、本実施形態による回転電機の固定子の構成について説明する。
図16は、本発明の第2の実施形態による回転電機の固定子に用いるの構成を要部背面図である。
【0051】
図示するように、図15に示した屈曲成形加工された固定子コイル40Wは、複数個が積層されて、固定子コア20の固定子歯部24を挟み込みように、固定子スロット部に挿入される。
【0052】
次に、図17及び図18を用いて、本実施形態による回転電機の固定子の構成について説明する。
図17及び図18は、本発明の第2の実施形態による固定子に用いる巻線固定子コイルの成形方法を示す図であり、それぞれ、本発明の第2の実施形態による固定子に用いる巻線固定子コイルの成形時の状態を示す部分拡大側面図である。
【0053】
図17及び図18は、固定子コア20の固定子歯部24を挟んで、積層固定子コイル40I’が挿入された状態を、固定子コイル40I’の反U字側端部見た状態を示している。積層固定子コイル40I’は、図15に示した屈曲成形された固定子コイル40Wを積層したものである。そして、図16に図示するものを、紙面を裏側から見た場合の模式的な状態を示している。
【0054】
なお、ここでは、説明の都合上、積層固定子コイル40I’は、2個の両端用固定子コイル40E’1,40E’2と、1個の長コイル40L’1と、2個の短コイル40S’1,40S’2を積層して形成されているものとする。また、図17及び図18に示す状態では、各固定子コイル40E’1,40E’2,40L’1,40S’1,40S’2の間には、隙間があるように図示しているが、実際には、各コイル40E’1,40E’2,40L’1,40S’1,40S’2は接触して積層されているものであるが、説明がわかりやすいように、各コイル間に隙間があるように図示している。
【0055】
図示するように、長コイル40L’1は、2個の短コイル40S’1,40S’2に挟まれて積層され、さらに、両側には、両端用固定子コイル40E’1,40E’2が積層される。ここで、短コイル40S’1の反U字側端部を、それぞれ、端部40S’1−1,40S’1−2とする。また、短コイル40S’2の反U字側端部を、それぞれ、端部40S’2−1,40S’2−2とする。また、長コイル40L’1の反U字側端部を、それぞれ、端部40L’1−1,40L’1−2とする。さらに、両端用コイル40E’1の反U字側端部は、図6(C)に示したものと同様に、長い側の端部と短い側の端部があるが、長い側の端部を端部40E’1−Lとし、短い側の端部を端部40E’1−Sとする。また、両端用コイル40E’2の反U字側端部の内、長い側の端部を端部40E’2−Lとし、短い側の端部を端部40E’2−Sとする。
【0056】
図6(A),(B)において説明したものと同様に、長コイル40L’は、短コイル40S’よりも長いので、図18に示すように、長コイル40L’1の一方の端部40L’1−1を短コイル40S’1の一方の端部40S’1−2の方に折り曲げ、互いに接触するようにする。また、長コイル40L’1の他方の端部40L’1−2を短コイル40S’2の一方の端部40S’2−1の方に折り曲げ、互いに接触するようにする。
【0057】
また、図6(B),(C)に示したものと同様に、両端用コイル40E’1の短い方の端部側の長さは、長コイル40L’1の長さL2と等しいので、両端用コイル40E’1の短い方の端部40E’1−Sを短コイル40S’1の他方の端部40S’1−1の方に折り曲げ、互いに接触するようにする。また、両端用コイル40E’2の短い方の端部40E’2−Sを短コイル40S’2の他方の端部40S’2−2の方に折り曲げ、互いに接触するようにする。
【0058】
そして、端部40L’1−1と端部40S’1−2,端部40L’1−2と端部40S’2−1,端部40E’1−Sと端部40S’1−1,端部40E’2−Sと端部40S’2−2とを、溶接等によって接続固定する。
【0059】
本実施形態においては、図8及び図9に示した例と異なり、積層固定子コイル40I’を構成する固定子コイル40Wは、屈曲成形加工したものである。しかも、屈曲の程度を、固定子コイル40Wの厚み分とすることにより、例えば、端部40E’1−Sを直角方向に折り曲げることによって、端部40S’1−1と接触することができる。即ち、図9に示したように、端部40E1−Sを隣り合う固定子コイルの方向に斜めに折り曲げる必要が無く、折り曲げ加工を容易に行うことができるものである。
【0060】
以上説明したように、本実施形態によれば、コイルの絶縁性能を向上させることができるとともに、高温のコイルの冷却性も向上することができる。また、巻線コイル形成時の折り曲げ加工の作業性を向上することができる。
また、固定子コイルとして自己融着エナメル電線を用いることにより、ワニス処理をしなくても十分な電機絶縁性と機械的接着強度を得ることができる。
【0061】
次に、図19を用いて、本発明の第3の実施形態による回転電機の固定子の構成について説明する。
図19は、本発明の第3の実施形態による回転電機の固定子の構成を示す要部正面図である。
【0062】
本実施形態においては、固定子鉄心20の固定子鉄心歯部24は、コア中心部側(内周側)の幅をW1とし、コア外周側の幅をW2とすると、幅W2>幅W1としている。すなわち、固定子鉄心歯部24は、外径に近い部位を広く、内径に近い部位を狭くなるように形成している。
【0063】
固定子鉄心歯部24を挟むようにして、固定子スロットには積層された固定子コイル40I”が挿入される。固定子コイル40I”は、図5若しくは図15に示したようなU字状に成形されたコイルを積層したものである。固定子鉄心歯部24の幅は内径側と外径側が異なっているので、この幅に併せて、U字形状のコイルの直線部分の間の幅も異なるように成形している。
【0064】
本実施形態によれば、コイルの絶縁性能を向上させることができるとともに、高温のコイルの冷却性も向上することができる。また、歯部の歯幅が幅W1で一定のものと比較すると、歯部の幅が平均すると広がることになり、磁束密度が低下して、鉄損を減少することができる。
また、固定子コイルとして自己融着エナメル電線を用いることにより、ワニス処理をしなくても十分な電機絶縁性と機械的接着強度を得ることができる。
【0065】
次に、図20を用いて、本発明の第4の実施形態による回転電機の固定子の構成について説明する。
図20は、本発明の第4の実施形態による回転電機の固定子の構成を示す鳥瞰図である。
【0066】
固定子10’は、固定子鉄心20’と、コイル40と、接続環50とから構成されている。コイル40は、図2及び図4を用いて説明したように、U字形状の平角線を積層したものであり、固定子鉄心20’に設けられたスロット22’の中に、図示の右側から挿入されている。
【0067】
固定子鉄心20’は、円環状のコアバック部から内周方向に延びる複数の歯部24’を有している。隣接する歯部24’の間に、スロット22’が形成されている。ここで、スロット22’は、図2に示したスロット22とは形状が異なっている。即ち、図2に示したスロット22は、固定子鉄心20の軸方向と平行に形成されている。それに対して、スロット22’は、軸方向にスキューした形状,即ち、軸方向に捻った形状となっている。固定子鉄心20’は、コアバック部と歯部が一体的に打ち抜き成形された薄板部材を積層して形成されている。スキューした形状のスロット22’は、薄板部材を積層する際、僅かずつ、円周方向に角度をずらして積層することにより、形成することができる。積層したコイル40’をスロット22’に挿入することにより、コイル40’もスロット22’のスキューにならって、捻られて挿入される。なお、予めスロットスキューに適応した形状にスキュー成形した積層コイルをスロット軸方向より挿入することで、スキューした固定子を形成するようにしてもよいものである。
【0068】
コイル40の反U字側端部は、折り曲げた上で、隣り合う平角線同士を接続することにより、所定の巻回数の巻線状となっている。また、巻線形状となったコイル40の2つの端部は、接続環50によって接続され、3相(U相,V相,W相)をY結線されている。
【0069】
本実施形態によれば、コイルの絶縁性能を向上させることができるとともに、高温のコイルの冷却性も向上することができる。また、同期機の問題であるコキングトルクを解消することもできる。
また、固定子コイルとして自己融着エナメル電線を用いることにより、ワニス処理をしなくても十分な電機絶縁性と機械的接着強度を得ることができる。
【0070】
【発明の効果】
本発明によれば、回転電機の固定子コイルの絶縁性能や冷却性が向上するとともに、ワニス処理をしなくても十分な電機絶縁性と機械的接着強度を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態による回転電機の固定子の全体構成を示す正面図である。
【図2】図2は、本発明の第1の実施形態による回転電機の固定子の組み付け状態を示す鳥瞰図である。
【図3】本発明の第1の実施形態による固定子に用いる固定子コイルの成形工程を示す工程図である。
【図4】本発明の第1の実施形態による固定子に用いる固定子コイルの成形工程を示す工程図である。
【図5】本発明の第1の実施形態による固定子に用いる固定子コイルの成形工程を示す工程図である。
【図6】本発明の第1の実施形態による固定子に用いる固定子コイルの形状を示す平面図である。
【図7】本発明の第1の実施形態による固定子に用いる積層固定子コイルを示す斜視図である。
【図8】本発明の第1の実施形態による固定子に用いる巻線固定子コイルの成形方法を示す図である。
【図9】本発明の第1の実施形態による固定子に用いる巻線固定子コイルの成形方法を示す図である。
【図10】本発明の第1の実施形態による固定子に用いる巻線固定子コイルの形状を示す図である。
【図11】図11は、本発明の第1の実施形態による固定子に用いる巻線固定子コイルの形状を示す斜視図である。
【図12】本発明の第1の実施形態による固定子に用いる接続環の構成を示す平面図である。
【図13】本発明の第1の実施形態による固定子における固定子コイルと接続環の接続状態を示す図である。
【図14】本発明の第2の実施形態による回転電機の固定子に用いる固定子コイルの構成を示す平面図及び側面図である。
【図15】本発明の第2の実施形態による回転電機の固定子に用いる固定子コイルの構成を示す平面図及び側面図である。
【図16】本発明の第2の実施形態による回転電機の固定子に用いるの構成を要部背面図である。
【図17】本発明の第2の実施形態による固定子に用いる巻線固定子コイルの成形方法を示す図である。
【図18】本発明の第2の実施形態による固定子に用いる巻線固定子コイルの成形方法を示す図である。
【図19】本発明の第3の実施形態による回転電機の固定子の構成を示す要部正面図である。
【図20】本発明の第4の実施形態による回転電機の固定子の構成を示す鳥瞰図である。
【符号の説明】
10…固定子
20…固定子鉄心
22…スロット
24…固定子鉄心歯部
30…スロット絶縁物
40…固定子コイル
50…接続環
52…渡り線
54…中性線渡り部
Claims (10)
- 固定子鉄心と、
この固定子鉄心の複数の歯部のそれぞれにコイルが巻回されるように、前記歯部を挟んで隣接するスロット間に前記コイルを絶縁部材を介して装着することにより構成された固定子コイルと
を有する回転電機の固定子において、
前記コイルは、
電気絶縁性を有する熱可塑性樹脂をエナメル導線の外周に焼き付けた自己融着線が用いられてなるものであって、
U字型に成形した複数のU字コイルが積層されて形成されたU字積層固定子コイルであり、
前記U字積層固定子コイルは、
前記複数の歯部のそれぞれに巻回されるように、前記歯部を挟んで隣接する前記スロット間に、前記固定子鉄心の軸方向から挿入されて装着されたものであって、
前記U字コイルのスロット挿入側端部の一方が、積層する他の前記U字コイルのスロット挿入側端部の他方に接続されることにより、前記歯部に連続して所定数巻回された前記コイルとして構成されており、
前記スロットには、前記自己融着線の前記熱可塑性樹脂と前記絶縁部材によってスロット内絶縁が形成されており、
前記U字積層固定子コイルと前記絶縁部材は、前記自己融着線の前記熱可塑性樹脂によって前記スロット内に固着されている
ことを特徴とする回転電機の固定子。 - 固定子鉄心と、この固定子鉄心の歯部に巻回するように固定子鉄心のスロットに装着された固定子コイルを有する回転電機の固定子において、
上記固定子コイルは、エナメル導線の外周に熱可塑性樹脂を焼き付けた自己融着線からなり、
上記固定子コイルは、予めU字型に成形したU字コイルを積層するようにして、上記固定子歯部を挟んで隣接するスロットに挿入し、このU字コイルの端部を、隣接するU字コイルの端部に接続するようにして、所定巻回数を得るものであり、
上記固定子コイルを構成するU字コイルは、短コイルと、この短コイルよりU字形状の直線部が長い長コイルと、U字形状の2つの直線部の内、一方の直線部の長さが長コイルと等しく、他方の直線部の長さが長コイルよりも長い端面用コイルとから構成され、
n個の長コイルと、n+1個の短コイルを交互に積層し、さらに、長コイルと短コイルの積層されたものの両端面に端面用コイルを積層し、
長コイルの端部及び端面用コイルの短い側の端部を隣接する短コイルの端部側に折り曲げて接続することにより、上記固定子歯部に対して所定数巻回された固定子コイルを得ることを特徴とする回転電機の固定子。 - 請求項1または請求項2記載の回転電機の固定子において、
U字コイルは、U字側の部分を屈曲成形し、直線部分が段違いに形成されていることを特徴とする回転電機の固定子。 - 請求項1または請求項2記載の回転電機の固定子において、
上記固定子コイルは、積層されたU字コイルを固定して形成されていることを特徴とする回転電機の固定子。 - 請求項1または請求項2記載の回転電機の固定子において、
上記固定子鉄心歯部は、外周側の幅が内周側の幅よりも広く構成され、
上記固定子コイルは、この固定子鉄心歯部の幅に対応した幅を有することを特徴とする回転電機の固定子。 - 請求項1または請求項2記載の回転電機の固定子において、
上記固定子鉄心のスロットは、軸方向にスキューしており、
上記積層されたU字コイルは、このスキューしたスロットにならって挿入されることを特徴とする回転電機の固定子。 - 請求項6記載の回転電機の固定子において、
上記積層されたU字コイルは、予め、スキューしたスロットにあわせてスキューして形成されていることを特徴とする回転電機の固定子。 - 固定子を有し、
前記固定子は、
固定子鉄心と、
この固定子鉄心の複数の歯部のそれぞれにコイルが巻回されるように、前記歯部を挟んで隣接するスロット間に前記コイルを絶縁部材を介して装着することにより構成された固定子コイルと
を備えている
回転電機において、
前記コイルは、
電気絶縁性を有する熱可塑性樹脂をエナメル導線の外周に焼き付けた自己融着線が用いられてなるものであって、
U字型に成形した複数のU字コイルが積層されて形成されたU字積層固定子コイルであり、
前記U字積層固定子コイルは、
前記複数の歯部のそれぞれに巻回されるように、前記歯部を挟んで隣接する前記スロット間に、前記固定子鉄心の軸方向から挿入されて装着されたものであって、
前記U字コイルのスロット挿入側端部の一方が、積層する他の前記U字コイルのスロット挿入側端部の他方に接続されることにより、前記歯部に連続して所定数巻回された前記コイルとして構成されており、
前記スロットには、前記自己融着線の前記熱可塑性樹脂と前記絶縁部材によってスロット内絶縁が形成されており、
前記U字積層固定子コイルと前記絶縁部材は、前記自己融着線の前記熱可塑性樹脂によって前記スロット内に固着されている
ことを特徴とする回転電機。 - 固定子鉄心の複数の歯部のそれぞれにコイルが巻回されるように、前記歯部を挟んで隣接するスロット間に前記コイルを絶縁部材を介して装着し、前記固定子鉄心に固定子コイルが組み込まれた固定子を得る回転電機の固定子の製造方法において、
電気絶縁性を有する熱可塑性樹脂がエナメル導線の外周に焼き付けられた自己融着線をU字型に成形して複数のU字コイルを形成し、
複数の前記U字コイルを積層して複数のU字積層固定子コイルを形成し、
前記歯部を挟んで隣接するスロット間に前記U字積層固定子コイルを前記固定子鉄心の軸方向から挿入し、
前記U字コイルのスロット挿入側端部の一方を、積層する他の前記U字コイルのスロット挿入側端部の他方に溶接によって接続することにより、前記複数の歯部のそれぞれに前記U字積層固定子コイルが連続して所定数巻回されるようにし、
前記溶接時には、前記溶接の熱によって前記自己融着線の前記熱可塑性樹脂を軟化させて溶け出させ、前記熱可塑性樹脂と前記絶縁部材からなるスロット内絶縁を前記スロット 内に形成すると共に、前記U字積層固定子コイルと前記絶縁部材とを前記スロット内に固着する
ことを特徴とする回転電機の固定子の製造方法。 - 請求項9記載の回転電機の固定子の製造方法において、
前記U字コイルは、
短コイルと、
この短コイルよりU字形状の直線部が長い長コイルと、
U字形状の2つの直線部の内、一方の直線部の長さが前記長コイルと等しく、他方の直線部の長さが前記長コイルよりも長い端面用コイルと
を含み、
前記U字積層固定子コイルは、
n個の前記長コイルと、n+1個の前記短コイルとを交互に積層し、
さらに、前記長コイルと前記短コイルの積層されたものの両端面に前記端面用コイルを積層する
ことによって得られており、
前記長コイルのスロット挿入側端部の両方及び前記端面用コイルのスロット挿入側端部の短い側を、前記短コイルの端部側に折り曲げて前記溶接によって接続することにより、前記複数の歯部のそれぞれに前記U字積層固定子コイルが連続して所定数巻回されるようにした
ことを特徴とする回転電機の固定子の製造方法。
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