JP5233385B2 - Rotating electric machine stator and rotating electric machine - Google Patents
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Description
本発明は、回転電機の固定子およびその固定子を用いた回転電機に関する。 The present invention relates to a stator of a rotating electrical machine and a rotating electrical machine using the stator.
近年、電動機および発電機として使用される回転電機には、周方向に複数のスロットを有する固定子コアと、線材により形成されスロットに設置されている固定子巻線と、を備えた固定子と、固定子の内周側又は外周側に周方向に異なる磁極を形成している回転子を備えた回転電機がある。そして、たとえば、特許文献1に示されているように、固定子コアは、複数の分割コアを周方向に沿って配設して形成される。 In recent years, in a rotating electrical machine used as an electric motor and a generator, a stator including a stator core having a plurality of slots in the circumferential direction, and a stator winding formed of a wire material and installed in the slots, There is a rotating electrical machine including a rotor in which different magnetic poles are formed in the circumferential direction on the inner peripheral side or the outer peripheral side of the stator. For example, as shown in Patent Document 1, the stator core is formed by arranging a plurality of divided cores along the circumferential direction.
このような分割コアにおいては、一般に、回転子との対向面の寸法精度を高くし、分割コア同士の当接面には公差を許容している。分割コア同士の当接面では公差が許容されたことで、分割コアを周方向に配設して固定子コアを形成したときに、分割コアの当接面間に公差に起因するすき間が形成されるという問題があった。分割コアの間にすき間が生じると、分割コア間に磁路が形成されなくなり、回転電機の特性が低下していた。
本発明は上記実状に鑑みてなされたものであり、固定子コアに磁路が形成されなくなることが抑えられた回転電機の固定子を提供することを課題とする。 This invention is made | formed in view of the said actual condition, and makes it a subject to provide the stator of the rotary electric machine by which it was suppressed that a magnetic path is no longer formed in a stator core.
上記課題を解決するために本発明者等は分割コア部間に磁路を形成することに関して検討を重ねた結果本発明をなすに至った。 In order to solve the above-mentioned problems, the present inventors have made studies on the formation of a magnetic path between the divided core portions, and as a result, made the present invention.
請求項1に記載の本発明の回転電機の固定子は、分割コア部が周方向の全周にわたって配設されてなり、深さ方向が径方向に一致する複数のスロットを周方向に沿って区画した固定子コアと、スロットに組み付けられた固定子巻線と、を備えた回転電機の固定子であって、分割コア部は、コアバック部と、コアバック部から径方向に突出してスロットを区画するティース部と、を持ち、周方向に隣接した二つの分割コア部のコアバックの間に、二つの分割コア部のそれぞれと磁気的に当接した透磁部を有し、透磁部が、一方のコアバック部の内径側端部近傍と他方のコアバック部の外径側端部近傍とを直線状に接続する形状であることを特徴とする。 In the stator of the rotating electrical machine according to the first aspect of the present invention, the split core portion is disposed over the entire circumference, and a plurality of slots whose depth direction coincides with the radial direction are arranged along the circumferential direction. A stator of a rotating electrical machine including a partitioned stator core and a stator winding assembled to a slot, wherein the split core portion projects from the core back portion and the core back portion in the radial direction. the has a tooth portion for partitioning, between the core back of the two divided core members adjacent in the circumferential direction have respective and magnetically abutting permeable magnet portion of the two divided core members, permeability The portion has a shape in which the vicinity of the inner diameter side end portion of one core back portion and the vicinity of the outer diameter side end portion of the other core back portion are linearly connected .
本発明の回転電機の固定子では、周方向に沿って配置された分割コア部のコアバック部間に、二つのコアバックを磁気的に接続する透磁部を有している。この透磁部が、二つの分割コア部間を通る磁路を形成する。そして、分割コア部間の磁路が形成されないことによる不具合の発生が抑えられる。この結果、本発明の回転電機の固定子は、回転電機として駆動したときに特性の低下が抑えられる。 In the stator of the rotating electrical machine of the present invention, there is a magnetically permeable portion that magnetically connects the two core backs between the core back portions of the divided core portions arranged along the circumferential direction. This magnetic permeability part forms a magnetic path passing between the two divided core parts. And generation | occurrence | production of the malfunction by the magnetic path between division | segmentation core parts not being formed is suppressed. As a result, the stator of the rotating electrical machine of the present invention can be prevented from degrading characteristics when driven as a rotating electrical machine.
請求項2に記載の本発明の回転電機の固定子は、請求項1において、透磁部が、その磁気特性が分割コア部の磁気特性以上であることを特徴とする。このような構成となることで、透磁部を磁気が透過するときに、磁気量が減少すること(磁気損失を生じること)が抑えられ、回転電機として駆動したときに特性の低下が抑えられる。 According to a second aspect of the present invention, the stator of the rotating electrical machine according to the first aspect of the present invention is characterized in that, in the first aspect, the magnetic permeability part has a magnetic characteristic equal to or higher than that of the split core part. With such a configuration, when magnetism is transmitted through the magnetically permeable portion, it is possible to suppress a decrease in the amount of magnetism (causing magnetic loss), and it is possible to suppress deterioration in characteristics when driven as a rotating electrical machine. .
請求項3に記載の本発明の回転電機の固定子は、請求項1〜2のいずれか1項において、透磁部は、周方向に隣接した二つの分割コア部のそれぞれと一体に形成されていることを特徴とする。このような構成となることで、分割コア部の数を減らすことができ、組み付け作業性が向上する。好ましくは、全ての分割コア部が透磁部と一体に形成された構成である。 A stator for a rotating electrical machine according to a third aspect of the present invention is the stator according to any one of the first to second aspects, wherein the magnetically permeable portion is formed integrally with each of the two divided core portions adjacent in the circumferential direction. It is characterized by. With such a configuration, the number of divided core portions can be reduced, and assembling workability is improved. Preferably, all the divided core parts are formed integrally with the magnetically permeable part.
請求項4に記載の本発明の回転電機の固定子は、請求項1〜2のいずれか1項において、透磁部は、周方向に隣接した二つの分割コア部の一方と一体に形成されていることを特徴とする。このような構成となることで、分割コア部の形成を簡単に行うことができる。 A stator for a rotating electrical machine according to a fourth aspect of the present invention is the stator according to any one of the first to second aspects, wherein the magnetically permeable portion is integrally formed with one of the two divided core portions adjacent in the circumferential direction. It is characterized by. With this configuration, the split core portion can be easily formed.
請求項5に記載の本発明の回転電機の固定子は、請求項1〜4のいずれか1項において、固定子巻線は、複数の各相巻線が、固定子コアの周方向で波状をなすように巻回されてなることを特徴とする。このような構成となることで、固定子巻線の製造コストが低減すると共に、電気的接続箇所に腐食等が発生することを低減できる。 A stator of a rotating electrical machine according to a fifth aspect of the present invention is the stator according to any one of the first to fourth aspects, wherein the stator winding has a plurality of phase windings that are wavy in the circumferential direction of the stator core. It is wound so as to form With such a configuration, the manufacturing cost of the stator windings can be reduced, and the occurrence of corrosion or the like at the electrical connection locations can be reduced.
請求項6に記載の本発明の回転電機の固定子は、請求項1〜5のいずれか1項において、透磁部は、一対の分割コア部のコアバック部が圧接していることを特徴とする。このような構成となることで、透磁部とコアバックとの間にすき間が生じることが抑えられる。透磁部は、二つのコアバックに圧縮されたことが好ましい。 A stator of a rotating electrical machine according to a sixth aspect of the present invention is the stator according to any one of the first to fifth aspects, wherein the magnetically permeable portion is in pressure contact with the core back portion of the pair of split core portions. And With such a configuration, it is possible to suppress a gap from being generated between the magnetically permeable portion and the core back. The magnetically permeable portion is preferably compressed into two core backs.
請求項6に記載の本発明の回転電機の固定子は、請求項1〜6のいずれか1項において、分割コア部は、一枚のまたは積層した二枚以上の金属板よりなることを特徴とする。すなわち、従来の分割コア部と同様にして形成することができる。 A stator of a rotating electrical machine according to a sixth aspect of the present invention is the stator according to any one of the first to sixth aspects, wherein the divided core portion is composed of one or two or more stacked metal plates. And That is, it can be formed in the same manner as a conventional split core portion.
また、請求項8に記載の本発明の回転電機は、請求項1〜7のいずれか1項に記載の回転電機の固定子の内周側又は外周側に、周方向に異なる磁極を形成している回転子を備えたことを特徴とする。 According to an eighth aspect of the present invention, the rotating electrical machine according to the present invention has different magnetic poles in the circumferential direction on the inner peripheral side or the outer peripheral side of the stator of the rotating electric machine according to any one of the first to seventh aspects. It is characterized by having a rotor.
本発明の回転電機は、上記した回転電機の固定子を用いてなるものである。そして、上記の固定子が固定子巻線の冷却性に優れたものであることから、本発明の回転電機も、固定子巻線の過熱による特性の低下が抑えられたものとなっている。 The rotating electrical machine of the present invention uses the above-described rotating electrical machine stator. Since the stator described above is excellent in the cooling performance of the stator winding, the rotating electrical machine of the present invention is also suppressed in deterioration of characteristics due to overheating of the stator winding.
以下に本発明の回転電機の固定子および回転電機を、実施の形態を用いてより具体的に説明する。 Hereinafter, the stator of a rotating electrical machine and the rotating electrical machine of the present invention will be described more specifically with reference to embodiments.
(第一参考実施形態)
本参考実施形態の回転電機の構成を図1に示した。本参考実施形態の回転電機1は、略有底筒状の一対のハウジング部材100,101とが開口部同士で接合されてなるハウジング10と、ハウジング10に軸受け110,111を介して回転自在に支承される回転軸20に固定された回転子2と、ハウジング10の内部で回転子2を包囲する位置でハウジング10に固定された固定子3と、を備えている。
( First reference embodiment )
The configuration of the rotating electrical machine of this reference embodiment is shown in FIG. The rotating electrical machine 1 according to the present embodiment includes a
回転子2は、永久磁石により周方向に交互に異なる磁極を、固定子3の内周側と向き合う外周側に複数形成している。回転子2の磁極の数は、回転電機により異なるため限定されるものではない。
The
固定子3は、図2に示したように、固定子コア30と、複数の各相巻線から形成される三相の固定子巻線4と、を備えた構成を有している。なお、固定子3において、固定子コア30と固定子巻線4の間に、両者の電気絶縁性を確保するための絶縁紙を配してもよい。
As shown in FIG. 2, the
固定子コア30は、図3に示したように、内周に複数のスロット31が形成された円環状を有している。複数のスロット31は、その深さ方向が径方向と一致するように形成されている。固定子コア30に形成されたスロット31の数は、特に限定されるものではない。
As shown in FIG. 3, the
固定子コア30は、図4に部分拡大図で示したように、径方向にのびるティース部32と、ティース部32の径方向外方でティース部32を保持・固定する略円筒状のコアバック部33と、一対のコアバック部33の間に配された透磁部34と、から構成される。ティース部32とコアバック部33とが分割コア部を構成する。本参考実施形態では、分割コア部を接続する透磁部34が周方向の全周にわたって形成されている。
As shown in a partially enlarged view in FIG. 4, the
本参考実施形態の固定子コア30は、厚さ0.3mmの電磁鋼板を積層して形成されているが、一体の金属で形成してもよい。なお、本参考実施形態では、積層された金属薄板の間には、絶縁薄膜が配置されている。ここで、金属薄板および絶縁薄膜の材質や厚さについては従来公知の材質や厚さとすることができる。
The
ティース部32は、周方向に隣り合った別のティース部32との間にスロット31を区画する。ティース部32は、その先端面(径方向内方側の先端面)が、回転電機1の固定子コア30を形成したときに、回転子2に対して所定のギャップを隔てた円弧上に位置するように形成されている。
The
コアバック部33は、二つのティース部32を径方向内方に突出させた、内周面及び外周面が円弧状をなす略平行四辺形の形状を有する部材である。つまり、コアバック部33の隣接する別のコアバック部33との対向面(周方向での端面)は、径方向に対して傾斜している。
The
透磁部34は、周方向に隣り合った二つのコアバック部33の対向面間に、略U字が幅方向で圧縮された状態で設けられている。この透磁部34は、周方向に隣り合った二つのコアバック部33のそれぞれと一体に形成されている。本参考実施形態では、透磁部34の略U字が径方向外方に向かって凸となっているが、径方向内方にむかって凸となる形態でも良い。
The
なお、本参考実施形態において、ティース部32の先端(径方向内方の先端面)を所定の円弧上に配したときに、周方向で隣り合った二つのコアバック部33の対向面部間には、すき間が形成されるように形成されている。
In addition, in this reference embodiment , when the front-end | tip (radially inner front-end | tip surface) of the
固定子巻線4は、複数の巻線40を所定の巻回方法で巻回してなる。固定子巻線4を構成する巻線40は、図5(A)に示したように、銅またはアルミニウム製の導体41と、導体41の外周を覆い導体41を絶縁する内層420及び外層421からなる絶縁皮膜42とから形成されている。内層420および外層421を合わせた絶縁皮膜42の厚みは、100μm〜200μmの間に設定されている。このように、内層420および外層421からなる絶縁皮膜42の厚みが厚いので、巻線40同士を絶縁するために巻線40同士の間に絶縁紙等を挟み込んで絶縁する必要がなくなっているが、線材同士を絶縁するために絶縁紙を配してもよい。
The stator winding 4 is formed by winding a plurality of
外層421は絶縁材、内層420は外層よりもガラス転移温度の高い熱可塑性樹脂またはポリアミドイミド等の絶縁材で形成されている。これにより、回転電機に発生する熱により外層421は内層420よりも早く軟化するので、同じスロット31に設置されている巻線40同士が外層421同士で熱接着する。その結果、同じスロット31に設置されている複数の巻線40が一体化し巻線40同士が剛体化するので、スロット31内の線巻線40の機械的強度が向上する。また、過剰な振動が発生しても、内層420と導体41の接着箇所よりも内層420と外層421との接着箇所が先に剥離するので、内層420と導体41との接着を維持し絶縁を確保できる。
The
さらに、固定子巻線4の巻線40は、図5(B)に示したように、内層420および外層421からなる絶縁皮膜42の外周をエポキシ樹脂等からなる融着材48で被覆してもよい。これにより、回転電機に発生する熱により融着材48は絶縁皮膜42よりも早く溶融するので、同じスロット31に設置されている複数の巻線40同士が融着材48同士により熱接着する。その結果、同じスロット31に設置されている複数の巻線40が一体化し巻線40同士が鋼体化することで、スロット31の巻線40の機械的強度が向上する。
Further, as shown in FIG. 5B, the winding 40 of the stator winding 4 is formed by covering the outer periphery of the insulating
固定子巻線4を構成する巻線40の絶縁皮膜42には、ポリフェニレンサルファイド(PPS)よりなる皮膜を用いても良い。
A coating made of polyphenylene sulfide (PPS) may be used for the insulating
固定子巻線4は、図6に示したように、それぞれ二本の三相巻線(U1,U2,V1,V2,W1,W2)により形成されている。 The stator winding 4 is formed by two three-phase windings (U1, U2, V1, V2, W1, W2) as shown in FIG.
固定子巻線4は、図7に示したように、複数の巻線40を所定の形状に巻回してなる。固定子巻線4を構成する巻線40は、固定子コア30の内周側で周方向にそって波巻きされた形状で成形されている。そして、固定子コア30に形成されたスロット31に収容される直線状のスロット収容部44と、隣り合ったスロット収容部44同士を接続するターン部45と、を備えている。スロット収容部44は、所定のスロット数(本参考実施形態では3相×2個=6個)ごとのスロット31に収容されている。ターン部45は、固定子コア30の軸方向の端面から突出して形成されている。
As shown in FIG. 7, the stator winding 4 is formed by winding a plurality of
そして、固定子巻線4は、複数の巻線40を一方の端部が固定子コア30の軸方向の端面から突出した状態で、周方向に沿って波状に巻装した状態で形成されている。固定子巻線4の1相は、周方向に沿って波状に巻装された2本の巻線40を他方の端部同士で接合した構成を有している。1相をなす2本の巻線40は、同一スロット31に収容される二つのスロット収容部44を有する。同一のスロット31に収容される二つのスロット収容部44は、周方向で隣り合ったスロット31の深さ方向での位置が交互に位置するように設置されている。そして、2本の巻線40は、2本の巻線40の巻装される方向が反転するスロット収容部44よりなる折り返し部46に接合部が形成された構成を有している。
And the stator winding | coil 4 is formed in the state which wound the wave form along the circumferential direction in the state which one end part protruded from the end surface of the axial direction of the
固定子巻線4は、図8に展開図で示したように、互いに巻装方向が異なる二つの巻線部40a,40bをもつ成形体を各相(U1,U2,V1,V2,W1,W2)ごとに、6組用いて形成されている。二つの巻線部40a,40bのそれぞれは、中性点側の端部および相端子側の端部とは反対の端部側が、スロット収容部44(折り返し部46)を介して接続されている。各相の巻線40の結線方法は同様である。
As shown in a developed view in FIG. 8, the stator winding 4 is formed by forming a molded body having two winding
固定子巻線4は、図8に展開図を示した成形体を形成し、この成形体を折り返し部46が軸心側に位置するように所定の巻き数(たとえば、4回)に巻回して製造される。製造された固定子巻線4は、図7に示したように、各相の巻線40のスロット収容部44が径方向に並んだ状態で形成されている。このとき、径方向に並んだスロット収容部44は、固定子巻線4の周方向で小間隔を隔てた状態で位置している。
The stator winding 4 forms a molded body whose development is shown in FIG. 8, and the molded body is wound at a predetermined number of turns (for example, 4 times) so that the folded
本参考実施形態の回転電機1の固定子3の製造方法を以下に示す。
A method for manufacturing the
まず、電磁鋼板の積層体よりなり、ティース部32、コアバック部33および透磁部34を備え、ティース部32の先端部が所定の円弧(固定子コア30を形成したときの先端部が位置する円弧)よりも拡径した円弧上に位置する成形体を形成する。この成形体は、コアバック部33および透磁部34が全周にわたって形成されている。また、透磁部34は、略U字が開いた状態となっている。図9に成形体の一部を示した。
First, it is made of a laminated body of electromagnetic steel plates, and includes a
また、巻線40を用いて固定子巻線4を形成(成形)する。 Further, the stator winding 4 is formed (molded) using the winding 40.
成形体を、固定子巻線4と略同心となる位置に配置する。そして、成形体を縮径していく。この縮径は成形体の軸方向の両端部を規制治具で規制した状態で、円筒状の縮径治具を外挿することで行うことができる。円筒状の縮径治具は、内径が徐々に縮径するように形成された筒状を有している。この縮径治具は、拡径した端部側から縮径した端部側に向かって軸方向に移動する。これにより、成形体の軸方向の端部が、縮径治具の内周面に当接し、スライドするに従って縮径治具の内径が徐々に縮径していることから、縮径治具により成形体の外周面の当接部が径方向内方に押圧され移動する。そして、所定の位置まで縮径治具をスライドさせて、成形体を縮径する。 The molded body is disposed at a position substantially concentric with the stator winding 4. Then, the molded body is reduced in diameter. This diameter reduction can be performed by extrapolating a cylindrical diameter reduction jig in a state where both ends in the axial direction of the molded body are regulated by a regulation jig. The cylindrical diameter reducing jig has a cylindrical shape formed so that the inner diameter gradually decreases. The diameter-reducing jig moves in the axial direction from the enlarged end side toward the reduced end side. As a result, the end of the molded body in the axial direction comes into contact with the inner peripheral surface of the diameter reducing jig, and the inner diameter of the diameter reducing jig gradually decreases as it slides. The contact portion of the outer peripheral surface of the molded body is pressed and moved inward in the radial direction. Then, the diameter reduction jig is slid to a predetermined position to reduce the diameter of the formed body.
縮径治具により成形体が縮径すると、ティース部32が固定子巻線4のスロット収容部44の間のすき間に挿入される。そして、この状態で、ティース部32の先端が所定の円弧上に位置するまで成形体を縮径して、固定子コア30が製造される。この成形体の縮径時に、略U字状が開いた状態の透磁部34は、コアバック部33巻の距離が近接するにつれて、周方向に圧縮され、最後には、二つのコアバック部33の間で両者に圧接される。このとき、透磁部34は略U字状の内周面も密着する。
When the diameter of the formed body is reduced by the diameter reducing jig, the
本参考実施形態の固定子コア30は、本来ならすき間が形成されている二つのコアバック部33の間に圧接された状態で配された透磁部34により、二つのコアバック部33にわたる磁路が形成されている。つまり、磁路が形成されないことによる不具合の発生が抑えられている。この結果、本参考実施形態の回転電機1は、駆動したときに特性の低下が抑えられている。
The
さらに、本参考実施形態においては、コアバック部33がその間にすき間が存在する形状であっても、二つのコアバック33をまたいだ磁路を形成できる。つまり、コアバック部33には、高い寸法精度が要求されなくなっている。このことから、固定子コア30を安価に製造することができ、回転電子1の固定子3及び回転電機を安価に製造することができる。
Furthermore, in this reference embodiment , even if the core back
(第一実施形態)
本実施形態は、透磁部34の形状が異なること以外は、第一参考実施形態と同様な構成である。
( First embodiment )
The present embodiment has the same configuration as the first reference embodiment except that the shape of the magnetically
本実施形態の透磁部34は、図10に示したように、一方のコアバック部33の内径側端部(ここで、端部とは近傍を含む)と、他方のコアバック部33の外径側端部(ここで、端部とは近傍を含む)を直線状に接続する形状を有している。
As shown in FIG. 10, the magnetically
本実施形態においても、透磁部34が二つのコアバック部33の間の磁路を形成しており、第一参考実施形態と同様な効果を発揮する。
Also in this embodiment, the
(第二参考実施形態)
本参考実施形態は、透磁部34の形状が異なること以外は、第一参考実施形態と同様な構成である。
( Second reference embodiment )
This reference embodiment has the same configuration as that of the first reference embodiment except that the shape of the magnetically
本参考実施形態の透磁部34は、図11に示したように、一方のコアバック部33に略U字状をなすように形成されている。
As shown in FIG. 11, the magnetically
本参考実施形態では、コアバック部33が透磁部に接続されていないが、固定子コア30を形成したときには、第一実施形態のときと同様に、透磁部34が二つのコアバック部33に圧接されて磁路を形成している。
In this reference embodiment , the core back
すなわち、本参考実施形態においても、透磁部34が二つのコアバック部33の間の磁路を形成しており、第一参考実施形態と同様な効果を発揮する。
That is, also in this reference embodiment , the
(変形形態)
上記の各形態では、二つのコアバック部33の間にすき間が形成されていたが、二つのコアバック部33の対向面の一部が当接可能に形成されていてもよい。このとき、コアバック部33同士の当接部は、ティース部32に近接した位置であることが好ましい。
(Deformation)
In each of the above embodiments, a gap is formed between the two core back
1:回転電機 10:ハウジング
110,111:軸受け
2:回転子 20:回転軸
3:固定子 30:固定子コア
31:スロット 32:ティース部
33:コアバック部 34:透磁部
4:固定子巻線 40:各相巻線
41:導体 42:絶縁皮膜
44:スロット収容部
45:ターン部 46:折り返し部
1: rotating electric machine 10:
Claims (8)
該スロットに組み付けられた固定子巻線と、
を備えた回転電機の固定子であって、
該分割コア部は、コアバック部と、該コアバック部から径方向に突出して該スロットを区画するティース部と、を持ち、
周方向に隣接した二つの該分割コア部の該コアバックの間に、二つの該分割コア部のそれぞれと磁気的に当接した透磁部を有し、
該透磁部が、一方のコアバック部の内径側端部と他方のコアバック部の外径側端部とを直線状に接続する形状であることを特徴とする回転電機の固定子。 A stator core in which the divided core portion is disposed over the entire circumference in the circumferential direction, and a plurality of slots whose depth direction coincides with the radial direction is partitioned along the circumferential direction;
A stator winding assembled to the slot;
A stator of a rotating electric machine with
The divided core portion has a core back portion and a teeth portion that protrudes in a radial direction from the core back portion and partitions the slot,
Between the core backs of the two divided core portions adjacent to each other in the circumferential direction, a magnetically permeable portion that is in magnetic contact with each of the two divided core portions ,
The stator of a rotating electrical machine, wherein the magnetically permeable portion has a shape that linearly connects an inner diameter side end portion of one core back portion and an outer diameter side end portion of the other core back portion .
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