JP2010268575A - 回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】コイルが分布巻きされた回転電機が長大化するのを抑制する。
【解決手段】回転電機１は、固定子鉄心１１のスロット１１ａに対して分布巻きされた複数のコイル１５を備える。コイル１５は、複数のスロット１１ａ間に掛け渡されたコイルエンド１５ａ，１５ｂに、捩り形成された捩り部１５ｄを有する。コイル１５同士は、相互の捩り部１５ｄ同士が沿った状態で、相互のコイルエンド１５ｄが固定子鉄心１１の軸方向端面１１ｃに沿って配設されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、回転電機に関する。

回転電機において巻線体を構成するコイルとして、環状の固定子鉄心に形成された複数のスロットを跨いでその固定子鉄心に巻回された分布巻きのコイルがある（例えば、特許文献１参照）。

特許第４２００６１１号公報

しかしながら、特許文献１のコイルでは、コイルエンドが回転電機の軸方向に沿って凸状となる山形状に形成されているために、回転電機の軸方向に沿ってコイルが長大化してしまい、回転電機の長大化を招くという問題がある。

そこで、本発明は、コイルが分布巻きされた回転電機が長大化するのを抑制することを目的とする。

本発明にあっては、回転電機は、固定子鉄心のスロットに対して分布巻きされた複数のコイルを備え、前記コイルは、複数の前記スロット間に掛け渡されたコイルエンドに、捩り形成された捩り部を有し、前記コイル同士は、相互の前記捩り部同士が沿った状態で相互の前記コイルエンドが前記固定子鉄心の軸方向端面に沿って配設されていることを特徴とする。

本発明によれば、捩り部同士が相互に沿った状態で相互のコイルエンドが固定子鉄心の軸方向端面に沿って配設されているので、コイルの長大化を抑制することができ、よって、コイルが分布巻きされた回転電機が長大化するのを抑制することができる。

本発明の一実施形態にかかる回転電機を示す構成図である。 本発明の一実施形態にかかる固定子の一部を示す斜視図である。 本発明の一実施形態にかかる固定子の一部を軸方向一端部側から見て示す模式図である。 本発明の一実施形態にかかる巻線体を示す斜視図である。 本発明の一実施形態にかかる巻線体を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は側面図である。 本発明の一実施形態にかかる巻線体の捩り構造を説明するための説明図である。 本発明の一実施形態にかかる巻線体の製造工程を示す工程図である。 本発明の一実施形態にかかる整列巻き素材を示す断面図である。 本発明の一実施形態にかかる比較例の固定子の一部を軸方向一端部側から見て示す模式図である。 本発明の一実施形態の第１の変形例にかかる固定子の一部を内周側から見て示す模式図である。 本発明の一実施形態の第２の変形例にかかる固定子の一部を内周側から見て示す模式図である。 本発明の一実施形態の第３の変形例にかかる固定子の一部を軸方向一端部側から見て示す模式図である。

本発明の一実施形態を図面を参照しながら説明する。

図１に示すように、回転電機１は、ケース３と、このケース３に収納された固定子５と、ケース３に収納された回転子７と、この回転子７に固定された回転軸９と、を備えて構成されている。本実施形態の回転電機１は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の三相回転電機である
回転子７は、中心部に回転軸９が配設された円筒状をなしている。回転子７は、その外周部に、周方向に等間隔に配置された図示しない複数の永久磁石を有している。回転軸９は、図示しない軸受けによってケース３に対して回転可能に支持されており、これにより回転子７が固定子５に対して回転可能となっている。そして、回転子７は、固定子５から与えられる回転磁束によって発生する永久磁石の反力により、回転軸９を中心に回転する。

固定子５は、図２及び図３示すように、回転子７の外周を囲繞する環状、具体的には円筒状に形成された固定子鉄心１１と、この固定子鉄心１１の内周部に取り付けられた環状の巻線体１３とを有している。ここで、図２及び図３では、巻線体１３の一部を示してある。

固定子鉄心１１の内周部には、複数のスロット１１ａが周方向に沿って規定の間隔をあけて形成されているとともに、隣合うスロット１１ａ間には歯部１１ｂが形成されている。

巻線体１３は、スロット１１ａに対して分布巻きされた複数のコイル１５を有して構成されている。コイル１５は、複数の相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）毎に複数個ずつ設けられており、同じ相のコイル１５は、周方向で所定数（具体的には２つ）おきに配置されている。

各コイル１５は、図４及び図５に示すように、整列巻きによって形成されているとともに、図２及び図３に示すように、固定子５の周方向で連続して配置された３つのスロット１１ａに亘って巻回されている。コイル１５は、複数（本実施形態では３つ）のスロット１１ａ間に掛け渡された一対のコイルエンド１５ａ，１５ｂを有している。そして、コイル１５の一方のコイルエンド１５ａからは、引出線１５ｃが延設されており、同じ相のコイル１５同士が引出線１５ｃを介して直列接続されている。

コイル１５は、捩り形成された複数の捩り部１５ｄをコイルエンド１５ａ，１５ｂに有している。本実施形態では、一つのコイルエンド１５ａ又は１５ｂにおける捩り部１５ｄの数は、２の整数倍であり、本実施形態では、２つである。即ち、本実施形態では、コイル１５に、４つの捩り部１５ｄが形成されており、これら４つの捩り部１５ｄを区別する際には、第１ないし第４の捩り部１５ｅ，１５ｆ，１５ｇ，１５ｈという。

第１ないし第４の捩り部１５ｅ，１５ｆ，１５ｇ，１５ｈは、この順にコイル１５の周方向に沿って形成されており、第１及び第２の捩り部１５ｅ，１５ｆは、一方のコイルエンド１５ａに形成され、第３及び第４の捩り部１５ｇ，１５ｈは、他方のコイルエンド１５ｂに形成されている。また、各捩り部１５ｄの捩り角度は、略１８０度であり、つまり、コイル１５を構成する導線１７の上下が捩り部１５ｄにおいて反転している。コイルエンド１５ａ，１５ｂには、捩り部１５ｄによって段差が形成されており、コイルエンド１５ａ，１５ｂにおける捩り部１５ｄ間に形成された中間部１５ｉは、コイルエンド１５ａ，１５ｂの他の部分である固定子５周方向での両端部１５ｊよりも、固定子鉄心１１の軸方向端面１１ｃに対して離間している。また、コイル１５は、図４及び図５に示すように、一方のコイルエンド１５ａと他方のコイルエンド１５ｂとで捩り部１５ｄの捩り方向が逆となっている。詳細には、本実施形態では、一方（引出線１５ｃ側）のコイルエンド１５ａの第１及び第２の捩り部１５ｅ，１５ｆは、コイル１５の一方の側方から見て（図５（ｃ））左回りに捩じられている一方、他方のコイルエンド１５ｂの第３及び第４の捩り部１５ｇ，１５ｈは、コイル１５の一方の側方から見て（図５（ｃ））右回りに捩じられている。

そして、コイル１５同士は、図２及び図６に示すように、相互の捩り部１５ｄ同士が沿った状態で、相互のコイルエンド１５ａ，１５ｂが固定子鉄心１１の軸方向端面１１ｃに沿って配設されている。具体的には、コイル１５同士は、それらの捩り部１５ｄ同士が相互に沿った状態で、相互に組み付けられており、複数のコイル１５のコイルエンド１５ａ（コイルエンド１５ｂ）は、固定子鉄心１１の軸方向端面１１ｃに積層状態で配置されている。このとき、ある一つのコイル１５のコイルエンド１５ａ，１５ｂの中間部１５ｉと固定子鉄心１１の軸方向端面１１ｃとの間に、該コイル１５の両隣りのコイル１５のコイルエンド１５ａ，１５ｂの固定子５周方向での端部１５ｊが位置している。即ち、一つのコイル１５とその隣のコイル１５のコイルエンド１５ａ（コイルエンド１５ｂ）同士の上下関係が捩り部１５ｄを介して逆転するようになっている。

また、コイルエンド１５ａ，１５ｂにおけるスロット１１ａを越える部分１５ｍは、当該コイルエンド１５ａ，１５ｂを有するコイル１５とは別であって当該スロット１１ａに挿入されたコイル１５を越えて配置されている。一例として、図２のコイル１５Ｂのコイルエンド１５ａ，１５ｂにおけるスロット１１ａＡを越える部分１５ｍは、当該コイルエンド１５ａ，１５ｂを有するコイル１５Ｂとは別であってスロット１１ａＡに挿入されたコイル１５Ａ，１５Ｃを越えて配置されている。

次に、巻線体１３の製造方法を説明する。図７（ａ）に示すように、コイル１５は、円環状の整列巻き素材１９から形成されている。本実施形態では、整列巻き素材１９は、図８に示すように、絶縁表面処理された断面正方形の銅線などの導線１７が２行４列の配列となるように整列巻きされることで構成されており、整列巻き素材１９は、径方向の幅ａと径方向と直交する方向の幅ｂとの比が略１：２となっている。巻線体１３の製造にあっては、まず、整列巻き素材１９を複数の治具２１に取り付ける（図７（ｂ））。そして、所定の治具２１を回転させることで捩り部１５ｄを形成した後（図７（ｃ））、整列巻き素材１９を矩形状に成型する（図７（ｄ））。これにより、コイル１５が形成される。ここで、図７では、捩り部１５ｄを模式的に×印で示してあるとともに、捩り部１５ｄによる段差も省略してある。次に、コイル１５を固定子鉄心１１のスロット１１ａに挿入し、次に、このコイル１５の隣の位置となるコイル１５をスロット１１ａに挿入してこれらのコイル１５の捩り部１５ｄ同士を沿わせた状態でそれらのコイル１５同士を相互に組み付ける（図７（ｅ））。この作業を固定子鉄心１１の周方向に沿って順次行なうことで巻線体１３が完成する。

以上説明したように、本実施形態では、コイル１５同士は、相互の捩り部１５ｄ同士が沿った状態で、相互のコイルエンド１５ａ，１５ｂが固定子鉄心１１の軸方向端面１１ｃに沿って配設されているので、コイルエンドが回転電機１の軸方向に沿って凸状となる山形状に形成されている場合に比べて、コイル１５の長大化を抑制することができ、よって、コイル１５が分布巻きされた回転電機１が長大化するのを抑制することができる。また、本実施形態によれば、コイルエンド１５ａ，１５ｂに溶接をする必要がないので、コイルエンド１５ａ，１５ｂ部の小型化をより一層図ることができる。

また、本実施形態では、コイル１５は、整列巻きによって形成されているので、スロット１１ａ中のコイル１５の占有率を集中巻きと同等にすることができる。また、コイル１５同士は、それらの捩り部１５ｄ同士が相互に沿った状態でそれらのコイルエンド１５ａ（コイルエンド１５ｂ）同士が固定子鉄心１１の軸方向端面１１ｃに沿って配設されているので、固定子鉄心１１のスロット１１ａを無用に塞ぐことを抑制することができる。ここで、図９に示す比較例では、巻線体１１３のコイル１１５のコイルエンド１１５ａ同士が固定子鉄心１１１の径方向にずれて配置されているので、固定子鉄心１１１のスロット１１１ａを無用に塞いでしまい、スロット１１１ａ中のコイル１１５の占有率が低下してしまう。

また、本実施形態では、コイル１５は、固定子５の周方向で連続して配置された３つのスロット１１ａに亘って巻回されており、また、一つのコイルエンド１５ａ，１５ｂにおける捩り部１５ｄの数は、２であることにより、コイル１５の大きさを分布巻きのコイル１５として最小にすることができ、コイルエンド１５ａ，１５ｂの小型化効果をより大きくすることができる。

また、本実施形態では、捩り部１５ｄの捩り角度は、１８０度である。ここで、捩り部１５ｄの捩り角度が１８０度以外の場合には、コイルエンド１５ａ，１５ｂにおける導線１７の上下が完全には反転しないため、捩り角度が１８０度からずれた分に応じてコイルエンド１５ａ，１５ｂが大きくなってしまうが、本実施形態では、上述の通り捩り部１５ｄの捩り角度が１８０度であるので、コイルエンド１５ａ，１５ｂの小型化効果をより大きくすることができる。

また、本実施形態では、コイル１５は、円環状の整列巻き素材１９から形成され、整列巻き素材１９は、径方向の幅ａと径方向と直交する方向の幅ｂとの比が略１：２であるので、したがって、２つのコイルエンド１５ａ（又は１５Ｂｂ）を組み合わせるとそれらを合わせた断面が略正方形となる。ここで、２つのコイルエンド１５ａ（又は１５Ｂｂ）を組み合わせた断面が長方形の場合、コイルエンド１５ａ（又は１５Ｂｂ）を組み合わせた部分の高さが高くなってしまったり、幅が広くなってしまうが、本実施形態では、２つのコイルエンド１５ａ（又は１５Ｂｂ）を組み合わせた断面が略正方形となるので、コイルエンド１５ａ，１５ｂの小型化効果をより大きくすることができる。

また、本実施形態では、コイル１５は、一方のコイルエンド１５ａと他方のコイルエンド１５ｂとで捩り部１５ｄの捩り方向が逆である。ここで、捩り部１５ｄの捩り方向によって、捩り部１５ｄにおいて９０度捩じられた部分である９０度捩り部１５ｋ（図３（ｂ））がスロット１１ａの奥側（固定子鉄心１１の径方向で固定子鉄心１１の中心に対して奥側）になるか、スロット１１ａの入口側（固定子鉄心１１の径方向で固定子鉄心１１の中心に対して手前側）になるかが決定する。コイル１５をスロット１１ａに挿入する作業では、捩り部１５ｄにおける９０度捩り部１５ｋがスロット１１ａの奥側となるコイル１５を先にスロット１１ａに挿入し、その後、捩り部１５ｄにおける９０度捩り部１５ｋがスロット１１ａの手前側となるコイル１５を挿入して、それらのコイル１５同士を組み付けることによりスムーズに行うことができる。これを実現するには、一方のコイルエンド１５ａと他方のコイルエンド１５ｂとで捩り部１５ｄの捩り方向が逆であることが必要である。本実施形態では、上述の通り、一方のコイルエンド１５ａと他方のコイルエンド１５ｂとで捩り部１５ｄの捩り方向が逆であることにより、コイル１５の組み付け性の向上を図ることができる。

次に、本実施形態の変形例を説明する。

図１０に示す第１の変形例の巻線体２１３は、捩り部１５ｄの捩り方向が上記の巻線体１３の捩り部１５ｄと逆となっている。具体的には、第１及び第２の捩り部１５ｅ，１５ｆは、コイル１５の一方の側方から見て右回りに捩じられている一方、第３及び第４の捩り部１５ｇ，１５ｈは、コイル１５の一方の側方から見て左回りに捩じられている。この巻線体２１３のコイル１５、上記の巻線体１３のコイル１５とは逆回りに固定子鉄心１１に順次組み付けられる。この第１の変形の巻線体２１３によれば、上記の巻線体１３と同様に、コイル１５の種類が１種類で良いので、コイル１５の管理が楽である。

図１１に示す第２の変形例の巻線体３１３は、第１のコイル１５Ｄと、第２のコイル１５Ｅとが交互に組み付けられて構成されている。第１のコイル１５Ｄは、第１の捩り部１５ｅと第２の捩り部１５ｆとの捩り方向が逆であり、第３の捩り部１５ｇと第４の捩り部１５ｈとの捩り方向が逆であり、第１の捩り部１５ｅと第３の捩り部１５ｇとの捩り方向が同じであり、第２の捩り部１５ｆと第４の捩り部１５ｈとのねじり方向が同じである。一方、第２のコイル１５Ｅも、第１の捩り部１５ｅと第２の捩り部１５ｆとの捩り方向が逆であり、第３の捩り部１５ｇと第４の捩り部１５ｈとの捩り方向が逆であり、第１の捩り部１５ｅと第３の捩り部１５ｇとの捩り方向が同じであり、第２の捩り部１５ｆと第４の捩り部１５ｈとのねじり方向が同じである。そして、第２のコイル１５Ｅは、第１のコイル１５Ｄとは異なり、第１の捩り部１５ｅと第３の捩り部１５ｇとの捩り方向は、コイル１５の一方の側方から見て右回りに捩じられている一方、第２の捩り部１５ｆと第４の捩り部１５ｈとのねじり方向は、コイル１５の一方の側方から見て左回りに捩じられている。かかる構造の巻線体３１３は、全ての第１のコイル１５Ｄをスロット１１ａに挿入した後に、第２のコイル１５Ｅをスロット１１ａに挿入して第１のコイル１５Ｄと第２のコイル１５Ｅとを相互に組み付けることで、相互のコイル１５同士が連結される。よって、かかる第２の変形例の巻線体３１３によれば、その組み立てを比較的容易に行うことができる。

図１２に示す第３の変形例の巻線体４１３は、コイル１５の捩り部１５ｄの捩り角度が９０度である点が上記の巻線体１３と異なる。かかる構成によれば、捩り部１５ｄの捩り角が１８０度の場合に比べて、スロット１１ａ中のコイル１５の占有率は低下するものの、上記従来の分布巻きに対しては、小型化を図ることができる。また、この構成では、１スロット１１ａおきにスロット１１ａに余剰スペースがあるため、そのスペースを冷却用流体の通路に適用することが可能である。

なお、本発明は、上記実施形態に限ることなく本発明の要旨を逸脱しない範囲で他の実施形態を各種採用することができる。例えば、整列巻きの配列としては、２行４列の配列に限ることなく、他の配列であっても良い。

１…回転電機
５…固定子
７…回転子
１１…固定子鉄心
１１ａ…スロット
１１ｃ…軸方向端面
１５（１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ），１５Ｄ，１５Ｅ…コイル
１５ａ，１５ｂ…コイルエンド
１５ｄ（１５ｅ，１５ｆ，１５ｇ，１５ｈ）…捩り部

Claims (8)

1. 複数のスロットが周方向に沿って設けられた環状の固定子鉄心及び前記スロットに対して分布巻きされた複数のコイルを有する固定子と、
   前記固定子に対して回転可能な回転子と、
   を備える回転電機において、
   前記コイルは、複数の前記スロット間に掛け渡されたコイルエンドに、捩り形成された捩り部を有し、
   前記コイル同士は、相互の前記捩り部同士が沿った状態で相互の前記コイルエンドが前記固定子鉄心の軸方向端面に沿って配設されていることを特徴とする回転電機。
2. 前記コイルエンドにおける前記スロットを越える部分は、当該コイルエンドを有する前記コイルとは別であって当該スロットに挿入された前記コイルを越えて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。
3. 前記コイルは、整列巻きによって形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の回転電機。
4. 一つの前記コイルエンドにおける前記捩り部の数は、２の整数倍であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載の回転電機。
5. 前記コイルは、前記固定子の周方向で連続して配置された３つの前記スロットに亘って巻回されており、
   一つの前記コイルエンドにおける前記捩り部の数は、２であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一項に記載の回転電機。
6. 前記捩り部の捩り角度は、１８０度であることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一項に記載の回転電機。
7. 前記コイルは、円環状の整列巻き素材から形成され、
   前記整列巻き素材は、径方向の幅と径方向と直交する方向の幅との比が略１：２であることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか一項に記載の回転電機。
8. 前記コイルは、一方の前記コイルエンドと他方の前記コイルエンドとで前記捩り部の捩り方向が逆であることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか一項に記載の回転電機。

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