WO2019138693A1 - 回転電機の固定子および回転電機 - Google Patents
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- H02K3/34—Windings characterised by the shape, form or construction of the insulation between conductors or between conductor and core, e.g. slot insulation
Definitions
- the present invention relates to a stator of a rotating electrical machine and a rotating electrical machine.
- Electric rotating machines closely connected to industry and life are the basic devices that support modern society.
- the motor as a power source is required to be smaller and lighter in view of securing a mounting space and improving fuel consumption by reducing the weight.
- the drive motor tends to rotate at high speed, and the inverter that controls the rotation number is required to increase the frequency of the drive voltage fundamental wave.
- IGBTs have been used as inverter elements, but practical applications of next-generation inverters that operate at higher speeds and use low-loss silicon carbide (SiC) and gallium nitride (GaN) as elements are progressing .
- an enameled insulation coated wire is used for a stator coil of a motor for a hybrid car or an electric car, and the insulation protection against the voltage sharing is carried by the enameled insulation layer of the coil. Therefore, it is conceivable to thicken the enamel insulating coating layer so as to withstand the increased sharing voltage against the increase of the surge sharing voltage by the next-generation inverter.
- Patent Document 1 discloses a technique in which the insulation thickness of the upper coil having a high load ratio of the surge voltage is made thicker than the insulation thickness of the lower coil to secure the insulation strength against the surge voltage.
- An object of the present invention is to provide a stator of a rotating electrical machine and a rotating electrical machine in which the above-mentioned problems are solved and insulation between coils in the motor stator is prevented from breakdown due to increase in surge sharing voltage. is there.
- the present invention is characterized in that the rotor, the stator, the plurality of slots provided in the stator core of the stator, and the slots of the plurality of slots are provided.
- a rotating electrical machine comprising: a plurality of segmented coils; and a first insulating member disposed between the stator core and the plurality of segmented coils, wherein the plurality disposed in the respective slots
- a second insulating member is disposed between the segment coils, and the second insulating members are disposed to have different numbers depending on the respective slots.
- a stator for a rotating electrical machine and a rotating electrical machine that can ensure high reliability by suppressing dielectric breakdown between coils in a motor stator due to an increase in surge sharing voltage.
- FIG. 1 is a cross-sectional view of a rotating electrical machine according to an embodiment of the present invention cut along a rotation axis direction. It is an appearance perspective view of a stator core concerning one example of the present invention. It is an appearance perspective view of a stator concerning one example of the present invention.
- FIG. 7 is a diagram showing one segment coil according to an embodiment of the present invention. It is a figure which shows the state which integrated the segment coil which concerns on one Example of this invention in a stator core. It is a VV cross-sectional view in FIG. 4A. It is a figure which shows the structure which interposed the 2nd insulation member between the in-phase segment coils based on one Example of this invention.
- FIG. 1 is a cross-sectional view of a rotating electrical machine according to an embodiment of the present invention cut along the rotation axis direction.
- a rotating electrical machine 100 is configured of a housing 110, a stator 120, a stator core 121, a stator coil 122, and a rotor 130.
- a stator 120 is fixed to the inner circumferential side of the housing 110.
- a rotor 130 is rotatably supported on the inner peripheral side of the stator 120.
- the housing 110 is formed in a cylindrical shape by pressing or the like.
- a liquid cooling jacket 112 is fixed to the outer peripheral side of the housing 110.
- the inner peripheral wall of the liquid cooling jacket 112 and the outer peripheral wall of the housing 110 constitute a refrigerant passage 113 of liquid refrigerant such as oil, and the refrigerant passage 113 is formed so as to prevent liquid leakage.
- the liquid cooling jacket 112 accommodates bearings 114 and 115 for rotatably supporting the rotation shaft 131 of the rotor 130.
- the liquid refrigerant accumulated in the refrigerant storage space 116 passes through the refrigerant passage 113 and flows out from the refrigerant outlets 117 and 118 toward the stator 120 to cool the stator 120.
- the rotor 130 is configured of a rotor core 132 configured by laminating electromagnetic steel sheets, a permanent magnet 133 embedded in the rotor core 132, and a rotating shaft 131.
- the rotor 130 of this embodiment has a surface magnet type rotor using a general permanent magnet or an embedded magnet type structure.
- FIG. 2 is an external perspective view of a stator core according to an embodiment of the present invention.
- the stator core 121 is formed such that a plurality of slots 123 parallel to the axial direction of the stator core 121 are equally spaced in the circumferential direction.
- the number of slots 123 is 72.
- the stator coil 122 is incorporated in the slot 123.
- a plurality of teeth 124 are formed between the slots 123.
- the shape of the slot 123 is a substantially rectangular shape having a constant width, and in the present embodiment, the width and the parallel part depth are respectively about 4.2 mm and 11.5 mm.
- the stator core 121 is formed by punching an electromagnetic steel plate equivalent to 35A300 of Japanese Industrial Standard JIS C 2552 by punching, laminating a plurality of annular magnetic steel plates formed, and welding and fixing them.
- the welding portion 125 formed by TIG welding, laser welding or the like is provided in parallel with the axial direction of the stator core 121 at the outer peripheral portion of the cylindrical stator core 121.
- the dimensions of the stator core 121 are an outer diameter of 245 mm, an inner diameter of 200 mm, and a core area thickness of 94 mm.
- FIG. 3 is an external perspective view of a stator according to an embodiment of the present invention.
- the stator 120 has a stator coil 122 formed by a segment winding method and a cylindrical stator core 121 on which the stator coil 122 is mounted.
- the stator coil 122 is wound in a distributed winding manner and connected in a star connection configuration.
- the distributed winding is a winding method in which the phase winding is wound around the stator core 121 such that the phase winding is accommodated in two slots 123 spaced apart across a plurality of slots 123 described later.
- the distributed winding is adopted as the winding method, the magnetic flux distribution formed is closer to a sine wave as compared with the concentrated winding, and has a feature of easily generating reluctance torque.
- the stator coil 122 constitutes a three-phase star-connected phase coil, which may be round or square in cross section, but the cross section inside the slot 123 is used as effectively as possible. Since a structure in which the space in the slot is reduced tends to lead to an improvement in efficiency, it is preferable in terms of the improvement in efficiency that the cross section has a rectangular shape.
- the rectangular shape of the cross section of the stator coil 122 may have a shape in which the circumferential direction of the stator core 121 is short and the radial direction is long, and conversely, the circumferential direction is long and the radial direction is short. It may be
- FIG. 4A is a diagram showing one segment coil according to an embodiment of the present invention.
- FIG. 4B is a view showing a state in which a segment coil according to an embodiment of the present invention is incorporated in a stator core.
- FIG. 5 is a sectional view taken along the line V--V in FIG. 4A.
- a linear coil is formed into a substantially U-shaped segment coil 200 having an apex 201 as a turning point and having oblique portions 202 on both sides thereof.
- a substantially rectangular sectional shape in which a copper conductor 301 having a width of 3.3 mm and a height of 2.4 mm is covered with a polyimide insulating layer 302 having a thickness of 0.1 mm.
- a flat wire with The segment coil 200 has a shape in which the rectangular cross section of the segment coil 200 in each slot 123 is long in the circumferential direction of the stator core 121 and short in the radial direction of the stator core 121.
- a plurality of segment coils 200 are used to form a stator coil.
- the segment coil 200 is inserted into the slot 123 from the direction of the rotational axis of the stator core 121 via an insulating member (not shown), as shown in FIG. 4B.
- the linear portion 203 of the segment coil 200 is accommodated in the slot 123, and the portion protruding from the end face of the stator core 121 is bent toward the other segment coil 200 to be connected, and the welding side inclined portion 204 is formed. .
- the end 205 of the welding-side inclined portion is bent.
- the bent ends 205 of the segment coil 200 are welded and electrically connected.
- each slot 123 of a plurality of slots four (several) segment coils 200 are incorporated in each slot 123 of a plurality of slots, and the stator coil 122 is a three-phase coil (U1, U2, V1, V2, W1, W2). Each coil was connected by 2Y connection. The number of turns of each phase coil is 48 turns. Attach the input terminals 126 (U), 127 (V), and 128 (W) of the stator coil 122 of each of the three UVW phases to the stator coil 122 (see FIG. 3), and finally, the slot 123 with epoxy varnish.
- the segment coil 200, the first insulating member 210, and the second insulating member 211 disposed inside are fixed.
- FIG. 6A is a view showing a configuration in which the second insulating member is interposed between the in-phase segment coils according to an embodiment of the present invention.
- FIG. 6B is a diagram illustrating a configuration in which the second insulating member is not interposed between the in-phase segment coils according to an embodiment of the present invention.
- a substantially O-shaped first insulating member 210 is disposed between the segment coil 200 and the teeth 124 (the stator core 121), and the segment coil 200 and the stator core 121. And are isolated.
- a second insulating member 211a is disposed between the different phase coils in the slot 123, that is, between the U-phase segment coil 200b and the V-phase segment coil 200c, and the segment coil between different phases is isolated.
- the second insulating member 211b is disposed between the adjacent in-phase (U-phase) segment coils 200a and 200b.
- the second insulating member 211b is not disposed in all the slots 123, and as shown in FIG. 6B, there are slots 123 in which the second insulating member 211b is not disposed. That is, in the stator 120 of the present embodiment, the slot 123 in which the second insulating member 211b is disposed and the slot 123 in which the second insulating member 211b is not disposed are mixed.
- the second insulating members 211 disposed in the slots 123 are disposed in different numbers by the slots 123.
- the second insulating member 211b is disposed between different phases of the plurality of segment coils disposed in the respective slots and between the same phases of some of the plurality of segment coils.
- the arrangement of the second insulating members 211 is different in this embodiment.
- the slot 123 in which the second insulating member 211 b is disposed is disposed unevenly at the voltage input end (motor voltage input end).
- the coils from the motor voltage input end to the three turns and the adjacent in-phase (U-phase) segment coils 200a and 200b are used.
- the second insulating member 211b may be provided only at the motor voltage input terminal.
- the second insulating member 211 b may not be disposed in the other slots 123. This takes into consideration that the surge sharing voltage is applied only to the turn near the voltage input terminal.
- the second insulating member 211b is disposed in the predetermined slot 123 in order to suppress the increase in cost.
- FIG. 7 is a comparative example showing the relationship between the segment coil and the insulating member.
- the insulating member 220 is disposed in the slot 123 in a generally B-shape.
- the in-phases of the segment coils 200a and 200b and the segment coils 200c and 200d are in contact with each other, and an insulating member 220 is disposed between the segment coil 200 and the teeth 124 (the stator core 121). Further, the end of the insulating member 220 is disposed so as to overlap between the U-phase segment coil 200 b and the V-phase segment coil 200 c.
- the shared voltage between turns in the segment coil tends to increase.
- a surge voltage is applied between the segment coils 200a and 200b located in the turn on the motor voltage input end side.
- the second insulating member 211b is disposed between the segment coils 200a and 200b in order to prevent the dielectric breakdown.
- an insulating member is used as the first insulating member 210.
- the insulating member is a three-layer laminated paper in which a 0.2 mm thick aramid paper-polyethylene naphthalate (PEN) -aramid paper is adhesively laminated.
- the first insulating member 210 may be tapered so that the thickness on the insertion side is reduced.
- an adhesive aramid tape having a width of 3.4 mm and a thickness of 0.19 mm was attached to the linear portion 203 of the segment coil 200 before the segment coil 200 was inserted into the slot.
- FIG. 8 is a schematic view of a surge simulation voltage waveform according to an embodiment of the present invention.
- an inverter / surge simulation voltage having a schematic waveform shown in FIG. 8 is applied by the test power supply to the input terminal 126 (see FIG. 3) of the U-phase coil, It was verified whether there would be a difference in behavior. At this time, the V-phase coil and the stator core 121 were at ground potential, and the W-phase coil was open.
- the surge voltage peak Vp in FIG. 8 is 1.5 kVp
- the surge voltage rise time tr is 50 ns
- the pulse width tw is 120 ns
- the pulse frequency f is 10 kHz.
- an aramid tape in which aramid fibers having a glass transition temperature exceeding 200 ° C. and sufficient heat resistance are formed into a tape shape is used as the second insulating member. This is because in the motor for hybrid vehicles and electric vehicles, the temperature rise of the stator can not be avoided, and the heat resistance of the insulating member is considered. If the heat resistance of the insulating member is low, insulation breakdown during operation may occur due to the heat and mechanical deterioration of the insulating member due to the temperature rise of the motor. In order to prevent this, it is necessary to use a resin having a glass transition temperature of 50 ° C. or higher.
- coated was used as a 2nd insulation member in a present Example
- the molded body of may be inserted and mounted.
- an air gap of a predetermined width is provided between a turn requiring insulation strengthening after insertion (after placement) of the segment coil 200 and an adjacent turn using the air gap provided for inserting the segment coil 200, and the air gap
- a second insulating member can be provided, for example, by injecting and thermosetting a thermosetting resin.
- the second insulating member was used as the second insulating member.
- the shared voltage is known to decrease with distance from the voltage input, and the second insulating member can be graded according to the shared voltage level.
- two layers of insulating members may be used, and in the second and subsequent turns, the second insulating member may be used as one layer.
- the thickness of the second insulating member disposed in the first turn is made thicker than the thickness of the second insulating member disposed in the second and subsequent turns.
- the second insulating member is arranged from the first turn to the third turn, the thickness of the second insulating member arranged in the first turn is the second insulating member arranged in the second turn and the third tongue Make it thicker than the thickness of
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Abstract
サージ分担電圧増大によるモータ固定子のコイル内ターン間絶縁破壊を抑制し、高信頼性を確保した回転電機の固定子を提供する。 固定子コア121と、固定子コア121に設けられた複数のスロット123と、複数のスロット123のそれぞれのスロット123に配置された3相の複数のセグメントコイル200と、固定子コア121と複数のセグメントコイル200との間に配置された第1の絶縁部材210とを備えた回転電機の固定子であって、それぞれのスロット123に配置された複数のセグメントコイル200b、200cの異相同士の間、複数のセグメントコイル200のうち一部のセグメントコイル200a、200bの同相同士の間には第2の絶縁部材211を配置した。
Description
本発明は、回転電機の固定子および回転電機に関する。
産業や生活に密着した回転電機は現代の社会を支える基盤機器である。特に地球環境保護の観点から普及しつつあるハイブリッド自動車や電気自動車においては、搭載スペースの確保および軽量化による燃費向上の観点から、動力源のモータには小型・軽量化が要求される。
それに対応する手段として、駆動モータは高速回転化の傾向にあり、回転数を制御するインバータは駆動電圧基本波の高周波化が求められている。インバータ素子として、従来はIGBTが用いられていたが、より高速動作し、かつ低損失なシリコンカーバイド(SiC)、ガリウムナイトライド(GaN)を素子として用いる次世代インバータの実用化が進展している。
一方、インバータ駆動モータでは、インバータのスイッチングによりサージ電圧が入力端に発生する。駆動インバータの高速スイッチングにより、サージ電圧が増大し、これに伴いモータ固定子のコイル内分担電圧が増大する。従来、インバータの分担電圧レベルでは問題とならなかった分担電圧印加によるターン間絶縁破壊の顕在化が予想され、インバータ・スイッチング高速化に対応した高信頼性絶縁システム設計が必要となる。
ハイブリッド自動車や電気自動車用モータの固定子コイルには、一般にエナメル絶縁被覆線が用いられ、分担電圧に対する絶縁保護は、コイルのエナメル絶縁層が担っている。従って、次世代インバータによるサージ分担電圧増大に対しては、増大する分担電圧に耐えうるようにエナメル絶縁被覆層を厚くすることが考えられる。
コイルの絶縁厚を増大させる技術として、例えば特許文献1が提案されている。特許文献1では、サージ電圧の負担率が高い上段コイルの絶縁厚を下段コイルの絶縁厚よりも厚くし、サージ電圧に対する絶縁強度を確保するようにした技術が開示されている。
しかしながら、特許文献1に記載のように、コイル絶縁厚の増大は、コイルに占める導体割合を減少させ、コイル電流密度の低下によりモータ出力が低下するといった課題があった。
また、コイル絶縁厚の増大によるコイル電流密度の低下は、モータ稼動時にコイル温度が上昇し、絶縁システムの熱劣化が加速してモータが故障するといった課題があった。
本発明の目的は、前記課題を解決し、サージ分担電圧増大によるモータ固定子のコイル内ターン間絶縁破壊を抑制し、高信頼性を確保した回転電機の固定子および回転電機を提供することにある。
前記目的を達成するために本発明の特徴とするところは、回転子と、固定子と、前記固定子の固定子コアに設けられた複数のスロットと、前記複数のスロットのそれぞれのスロットに配置された複数のセグメントコイルと、前記固定子コアと前記複数のセグメントコイルとの間に配置された第1の絶縁部材とを備えた回転電機であって、前記それぞれのスロットに配置された前記複数のセグメントコイル同士の間には第2の絶縁部材が配置され、前記第2の絶縁部材は、前記それぞれのスロットによって異なる枚数となるように配置したことにある。
本発明によれば、サージ分担電圧増大によるモータ固定子のコイル内ターン間絶縁破壊を抑制し、高信頼性を確保した回転電機の固定子および回転電機を提供することができる。
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。本発明は以下の実施例に限定されることなく、本発明の技術的な概念の中で種々の変形例や応用例もその範囲に含むものである。
本発明の実施例について、図1乃至図7を用いて説明する。図1は本発明の一実施例に係る回転電機を回転軸方向に沿って切断した断面図である。図1において、回転電機100は、ハウジング110と、固定子120と、固定子コア121と、固定子コイル122と、回転子130とから構成される。
ハウジング110の内周側には、固定子120が固定されている。固定子120の内周側には、回転子130が回転可能に支持されている。ハウジング110は、プレス加工等によって円筒状に成形されている。
ハウジング110の外周側には、液冷ジャケット112が固定されている。液冷ジャケット112の内周壁とハウジング110の外周壁とで、油などの液状冷媒の冷媒通路113が構成され、この冷媒通路113は液漏れしないように形成されている。液冷ジャケット112は、回転子130の回転軸131を回転可能に支持する軸受114、115が収納されている。
直接液体冷却の場合、冷媒は冷媒貯蔵空間116に溜まった液体が冷媒通路113を通り、冷媒出口117、118から固定子120へ向けて流出し、固定子120を冷却する。
回転子130は、電磁鋼板を積層して構成された回転子コア132と、この回転子コア132に埋設された永久磁石133と、回転軸131とで構成されている。本実施例の回転子130は、一般的な永久磁石を用いた表面磁石型回転子や埋め込み磁石型の構造が用いられている。
次に固定子コアの構成について図2を用いて説明する。図2は本発明の一実施例に係る固定子コアの外観斜視図である。
図2において、固定子コア121は、固定子コア121の軸方向に平行な複数のスロット123が周方向に等間隔となるように形成されている。本実施例においては、スロット123の数は72個とした。スロット123に固定子コイル122が組み込まれる。スロット123間に複数のティース124が形成される。スロット123の形状は、幅一定の略矩形形状であり、本実施例ではその幅、平行部深さは、それぞれ約4.2mm、11.5mmとした。
固定子コア121は、日本工業規格JIS C 2552の35A300相当の電磁鋼板を打ち抜き加工により成形し、成形された円環形状の電磁鋼板を複数枚積層し、溶接固定して形成される。TIG溶接やレーザー溶接などにより形成される溶接部125は、円筒状の固定子コア121の外周部において、固定子コア121の軸方向に平行に設けられている。本実施例では固定子コア121の寸法は、外径245mm、内径200mm、コア積厚94mmとした。
次に固定子の構成について図3を用いて説明する。図3は本発明の一実施例に係る固定子の外観斜視図である。
固定子120は、セグメント巻線方式により形成された固定子コイル122と、この固定子コイル122が装着される円筒状の固定子コア121を有している。固定子コイル122は分布巻の方式で巻かれ、スター結線の構成で接続されている。分布巻とは、後述する複数のスロット123を跨いで離間した二つのスロット123に相巻線が収納されるように、相巻線が固定子コア121に巻かれる巻線方式である。本実施例では、巻線方式として分布巻を採用しているので、形成される磁束分布は集中巻きに比べて正弦波に近く、リラクタンストルクを発生しやすい特徴を有している。そのため、この回転電機100は、弱め界磁制御やリラクタンストルクを活用する制御の制御性が向上し、低回転速度から高回転速度までの広い回転速度範囲に亘って利用が可能であり、ハイブリッド自動車や電気自動車に適した優れたモータ特性を得ることができる。
固定子コイル122は三相のスター接続された相コイルを構成しており、断面が丸形状であっても、四角形状であってもよいが、スロット123の内部の断面をできるだけ有効に利用し、スロット内の空間が少なくなるような構造とすることが効率の向上につながる傾向にあるため、断面が四角形状の方が効率向上の点で望ましい。なお、固定子コイル122の断面の四角形状は、固定子コア121の周方向が短く、径方向が長い形状をしていてもよいし、逆に周方向が長く、径方向に短い形状をしていてもよい。
次に図4及び図5を用いて、固定子コイルの構成について説明する。図4Aは本発明の一実施例に係る1つのセグメントコイルを示す図である。図4Bは本発明の一実施例に係るセグメントコイルを固定子コアに組み込んだ状態を示す図である。図5は図4AにおけるV-V断面図である。
図4Aに示すように、本実施例では直線状のコイルを、頂点201を折り返し点とし、その両側に斜行部202を有する略U字形状のセグメントコイル200に成型する。本実施例のセグメントコイル200では、図5に示すように、幅3.3mm、高さ2.4mmの銅導体301に厚さ0.1mmのポリイミド絶縁層302が被覆された略矩形の断面形状を有する平角線とした。セグメントコイル200は、各スロット123内でセグメントコイル200の長方形断面が固定子コア121の周方向について長く、固定子コア121の径方向について短い形状としている。本実施例では複数のセグメントコイル200を用いて固定子コイルを形成している。
セグメントコイル200は、図4Bに示すように、固定子コア121の回転軸方向から絶縁部材(図示せず)を介してスロット123に挿入される。スロット123にはセグメントコイル200の直線部203が収納され、固定子コア121の端面から突出した部分が、接続される他のセグメントコイル200へ向かって曲げられ、溶接側傾斜部204が形成される。さらに溶接側傾斜部の端部205が曲げられる。セグメントコイル200の曲げられた端部205同士が溶接され、電気的に接続される。
本実施例では、複数のスロットのそれぞれのスロット123に4本(複数)のセグメントコイル200を組み込み、固定子コイル122を、3相のコイル(U1、U2、V1、V2、W1、W2)で構成し、各々のコイルを2Y結線で接続した。各相コイルのターン数は、48ターンとなる。固定子コイル122には、UVW三相それぞれの固定子コイル122の入力端子126(U)、127(V)、128(W)を取り付け(図3参照)、最後にエポキシ系のワニスによりスロット123内に配置されたセグメントコイル200、第1の絶縁部材210、第2の絶縁部材211を固着させた。
次に図6を用いて、スロット内の構成について説明する。図6Aは、本発明の一実施例に係る同相セグメントコイル間に第2の絶縁部材を介在させた構成を示す図である。図6Bは、本発明の一実施例に係る同相セグメントコイル間に第2の絶縁部材を介在させない構成を示す図である。
図6A及び図6Bに示すように、セグメントコイル200とティース124(固定子コア121)との間には、概略O字形の第1の絶縁部材210が配置され、セグメントコイル200と固定子コア121とが絶縁されている。
スロット123には、3相(U相、V相、W相)のセグメントコイルのうち、U相の2つのセグメントコイル200(200a、200b)と、V相の2つのセグメントコイル200(200c、200d)が配置されている。U相の2つのセグメントコイル200(200a、200b)はスロット123の開口部側に位置しており、このU相側が、分担電圧が高い入力端近傍ターンとなる。
スロット123内の異相コイル間、すなわちU相のセグメントコイル200bとV相のセグメントコイル200cとの間には、第2の絶縁部材211aが配置され、異相間のセグメントコイルが絶縁されている。
さらに本実施例では、図6Aに示すように隣接する同相(U相)のセグメントコイル200a、200bとの間に、第2の絶縁部材211bを配置した。ただし、第2の絶縁部材211bは、全てのスロット123に配置されるものではなく、図6Bに示すように、第2の絶縁部材211bを配置しないスロット123が存在する。すなわち、本実施例の固定子120では、第2の絶縁部材211bが配置されているスロット123と第2の絶縁部材211bが配置されないスロット123とが混在している。固定子120のスロット123全体で見ると、スロット123内に配置された第2の絶縁部材211は、スロット123によって枚数が異なるように配置されている。換言すると、それぞれのスロットに配置された複数のセグメントコイルの異相同士の間、及び複数のセグメントコイルのうち一部の同相同士の間には第2の絶縁部材211bを配置している。このように本実施例では第2の絶縁部材211の配置形態が異なっている。
第2の絶縁部材211bが配置されているスロット123は、電圧入力端(モータ電圧入力端)に偏在させて配置している。本実施例においては一例として、モータ電圧入力端から3ターンまでのコイルと隣接する同相(U相)のセグメントコイル200a、200bとの間としている。電圧によっては、第2の絶縁部材211bはモータ電圧入力端のみに設けるようにしても良い。それ以外のスロット123には、第2の絶縁部材211bは配置しなくても良い。これは、サージ分担電圧は、電圧入力端近傍のターンにのみ印加することを考慮したものである。また、必要以上に第2の絶縁部材211bを配置するとコストが増加するため、本実施例では、コスト増加を抑制するために所定のスロット123に第2の絶縁部材211bを配置している。
図7に比較例を示す。図7はセグメントコイルと絶縁部材との関係を示す比較例である。図6において、絶縁部材220は概略B字形をしてスロット123に配置されている。セグメントコイル200aと200b、セグメントコイル200cと200dの同相同士は接触しており、セグメントコイル200とティース124(固定子コア121)との間には、絶縁部材220が配置されている。また、U相のセグメントコイル200bとV相のセグメントコイル200cとの間には絶縁部材220の端部が重なるように配置されている。
近年、インバータにおけるスイッチングの高速化に伴い、セグメントコイル内ターン間の分担電圧が増大する傾向にある。このような状況において、図7に示す構成を固定子120の全てのスロット123に配置した場合、モータ電圧入力端側のターンに位置するセグメントコイル200aと200bとの間でサージ電圧が印加されることにより絶縁破壊が生じる。この絶縁破壊を防止するために本実施例では、セグメントコイル200a、200bとの間に、第2の絶縁部材211bを配置した。
本実施例では、第1の絶縁部材210として、厚さ0.2mmのアラミド紙-ポリエチレンナフタレート(PEN)-アラミド紙が接着積層された3層ラミネート紙を予め成型した絶縁部材を用いた。第1の絶縁部材210にはスロット123への挿入を容易にするため、挿入する側の厚さが薄くなるようにテーパを形成すると良い。また、第2の絶縁部材としては、セグメントコイル200をスロット内に挿入する前に、幅3.4mm、厚さ0.19mmの粘着アラミドテープをセグメントコイル200の直線部203に貼り付け形成した。
次にインバータ・サージ模擬電圧を試験電源により印加した検証について、図8を用いて説明する。図8は本発明の一実施例に係るサージ模擬電圧波形の模式図である。
前述した本実施例の固定子120について、U相コイルの入力端子126(図3参照)に図8に示す概略波形のインバータ・サージ模擬電圧を試験電源により印加し、分担電圧の作用による絶縁破壊挙動に差異が生じるかを検証した。この時、V相コイル、固定子コア121は接地電位とし、W相コイルはオープンとした。
サージ模擬電圧は、図8におけるサージ電圧ピークVpを1.5kVp、サージ電圧立ち上がり時間trを50ns、パルス幅twを120ns、パルス周波数fを10kHzとした。その結果、図7に示す比較例の構成では、約3時間でU相コイルの電圧入力端に最も近いターンと隣接する同相コイル内のターン間で絶縁破壊を起こした。それに対し、第2の絶縁部材で絶縁強化された本実施例の構成においては、10時間連続課電しても絶縁破壊が起こらなかった。
本実施例では、第2の絶縁部材としてガラス転移温度が200℃を超え十分な耐熱性を有するアラミド繊維をテープ状にしたアラミドテープを用いた。これは、ハイブリッド自動車や電気自動車用モータでは、固定子の温度上昇が避けられず、絶縁部材の耐熱性を考慮したことによる。絶縁部材の耐熱性が低い場合は、モータの温度上昇による絶縁部材の熱、機械的劣化により稼働中の絶縁破壊が起きかねない。これを防ぐには、ガラス転移温度が50℃以上の樹脂を用いることが必要となる。
また、本実施例では、第2の絶縁部材として接着剤が塗布された成形体(テープ状体)を用いたが、セグメントコイルの挿入後に、第2の絶縁部材として接着剤が塗布されないテープ状の成形体を挿入、装着しても良い。この他にセグメントコイル200挿入のために設けられるスロット内空隙を利用し、セグメントコイル200の挿入後(配置後)に絶縁強化が必要なターンと隣接ターン間に所定幅の空隙を設け、その空隙の中に、例えば熱硬化性樹脂を注入し熱硬化させて第2の絶縁部材を設けることが可能である。
加えて、本実施例では、第2の絶縁部材として単葉のアラミドテープを用いた。分担電圧は、電圧入力端から離れるに従い低下することが知られており、分担電圧レベルに応じて第2の絶縁部材をグレーディングすることもできる。例えば、分担電圧レベルの高い電圧入力端に隣接する第1ターンには、2層の絶縁部材、第2ターン以降は、第2の絶縁部材を1層としても良い。換言すれば、第1ターンに配置する第2の絶縁部材の厚さを第2ターン以降に配置する第2の絶縁部材の厚さよりも厚くする。第1ターンから第3ターンまで、第2の絶縁部材を配置した場合は、第1ターンに配置する第2の絶縁部材の厚さを第2ターン、第3タンに配置する第2の絶縁部材の厚さよりも厚くする。
以上説明したように本実施例によれば、サージ分担電圧増大によるモータ固定子のコイル内ターン間絶縁破壊を抑制し、高信頼性を確保した回転電機を提供することができる。
なお、本発明は、上述した実施例に限定するものではなく、様々な変形例が含まれる。上述した実施例は本発明を分かり易く説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定するものではない。
100 回転電機
110 ハウジング
112 液冷ジャケット
113 冷媒通路
114 軸受
115 軸受
116 冷媒貯蔵空間
117 冷媒出口
118 冷媒出口
120 固定子
121 固定子コア
122 固定子コイル
123 スロット
124 ティース
125 溶接部
126 入力端子
130 本実施例の回転子
130 回転子
131 回転軸
132 回転子コア
133 永久磁石
200 セグメントコイル
200a セグメントコイル
200b セグメントコイル
200c セグメントコイル
200d セグメントコイル
201 頂点
202 斜行部
203 直線部
204 溶接側傾斜部
205 端部
210 第1絶縁部材
211 第2絶縁部材
211a 第2絶縁部材
211b 第2絶縁部材
220 絶縁部材
301 銅導体
302 ポリイミド絶縁層
110 ハウジング
112 液冷ジャケット
113 冷媒通路
114 軸受
115 軸受
116 冷媒貯蔵空間
117 冷媒出口
118 冷媒出口
120 固定子
121 固定子コア
122 固定子コイル
123 スロット
124 ティース
125 溶接部
126 入力端子
130 本実施例の回転子
130 回転子
131 回転軸
132 回転子コア
133 永久磁石
200 セグメントコイル
200a セグメントコイル
200b セグメントコイル
200c セグメントコイル
200d セグメントコイル
201 頂点
202 斜行部
203 直線部
204 溶接側傾斜部
205 端部
210 第1絶縁部材
211 第2絶縁部材
211a 第2絶縁部材
211b 第2絶縁部材
220 絶縁部材
301 銅導体
302 ポリイミド絶縁層
Claims (17)
- 固定子コアと、前記固定子コアに設けられた複数のスロットと、前記複数のスロットのそれぞれのスロットに配置された複数のセグメントコイルと、前記固定子コアと前記複数のセグメントコイルとの間に配置された第1の絶縁部材とを備えた回転電機の固定子であって、
前記それぞれのスロットに配置された前記複数のセグメントコイル同士の間には第2の絶縁部材が配置され、
前記第2の絶縁部材は、前記それぞれのスロットによって異なる枚数となるように配置したことを特徴とする回転電機の固定子。 - 固定子コアと、前記固定子コアに設けられた複数のスロットと、前記複数のスロットのそれぞれのスロットに配置された3相の複数のセグメントコイルと、前記固定子コアと前記複数のセグメントコイルとの間に配置された第1の絶縁部材とを備えた回転電機の固定子であって、
前記それぞれのスロットに配置された前記複数のセグメントコイルの異相同士の間、及び前記複数のセグメントコイルのうち一部の同相同士の間には第2の絶縁部材を配置したことを特徴とする回転電機の固定子。 - 請求項2において、
同相同士の間に配置される前記第2の絶縁部材は、電圧入力端側に偏在させて配置したことを特徴とする回転電機の固定子。 - 請求項3において、
前記第2の絶縁部材は、電圧入力端のみに配置したことを特徴とする回転電機の固定子。 - 請求項3において、
前記第2の絶縁部材は、電圧入力端である第1ターン、第2ターン及び第3ターンに配置したことを特徴とする回転電機の固定子。 - 請求項5において、
前記第2の絶縁部材の厚さは、前記第2ターン及び前記第3ターンよりも前記第1ターンを厚くしたことを特徴とする回転電機の固定子。 - 請求項1又は2において、
前記セグメントコイルは、断面形状が平角線であることを特徴とする回転電機の固定子。 - 請求項7において、
前記セグメントコイルは、銅導体にポリイミド絶縁層を被覆して構成されたことを特徴とする回転電機の固定子。 - 請求項1又は2において、
前記セグメントコイル、前記第1の絶縁部材、及び前記第2の絶縁部材はエポキシ系のワニスにより前記スロット内に固着されたことを特徴とする回転電機の固定子。 - 請求項1又は2において、
前記第2の絶縁部材は、ガラス転移温度が50℃以上の樹脂であることを特徴とする回転電機の固定子。 - 請求項1又は2において、
前記第2の絶縁部材は、アラミド繊維としたことを特徴とする回転電機の固定子。 - 請求項11において、
前記アラミド繊維はテープ状にしたことを特徴とする回転電機の固定子。 - 請求項2において、
前記第2の絶縁部材は、テープ状アラミド繊維とし、前記複数のセグメントコイルを前記スロットに配置する前に、前記複数のセグメントコイルの異相同士の間、及び前記複数のセグメントコイルのうち一部の同相同士の間のセグメントコイルに貼り付けて形成したことを特徴とする回転電機の固定子。 - 請求項1又は2において、
前記第2の絶縁部材は、前記複数のセグメントコイルを前記スロットに配置後、熱硬化性樹脂を注入して形成したことを特徴とする回転電機の固定子。 - 請求項1又は2において、
前記第1の絶縁部材は、アラミド紙-ポリエチレンナフタレート-アラミド紙を接着積層された3層ラミネート紙であることを特徴とする回転電機の固定子。 - 請求項15において、
前記第1の絶縁部材は、前記スロットへ挿入する側の厚さが薄くなるようにテーパを形成したことを特徴とする回転電機の固定子。 - 回転子と固定子とを備えた回転電機であって、
前記固定子は、請求項1又は2であることを特徴とする回転電機。
Applications Claiming Priority (2)
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JP2018-001704 | 2018-01-10 | ||
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PCT/JP2018/042606 WO2019138693A1 (ja) | 2018-01-10 | 2018-11-19 | 回転電機の固定子および回転電機 |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2021024606A1 (ja) * | 2019-08-02 | 2021-02-11 | 株式会社デンソー | ステータ及びモータ |
Citations (5)
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JP2006296129A (ja) * | 2005-04-13 | 2006-10-26 | Hitachi Ltd | 電機子巻線 |
JP2010527869A (ja) * | 2007-05-22 | 2010-08-19 | ティッセンクルップ・エレベーター・アーゲー | エレベータ駆動装置の電気駆動部 |
JP2013162562A (ja) * | 2012-02-02 | 2013-08-19 | Honda Motor Co Ltd | 回転電機及びその製造方法 |
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-
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- 2018-01-10 JP JP2018001704A patent/JP7085845B2/ja active Active
- 2018-11-19 WO PCT/JP2018/042606 patent/WO2019138693A1/ja active Application Filing
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JP2019122183A (ja) | 2019-07-22 |
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