JP2014014215A

JP2014014215A - 回転電機の固定子

Info

Publication number: JP2014014215A
Application number: JP2012150099A
Authority: JP
Inventors: Shinji Wakamatsu; 慎司若松
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2012-07-04
Filing date: 2012-07-04
Publication date: 2014-01-23
Anticipated expiration: 2032-07-04
Also published as: JP5910363B2

Abstract

【課題】回転電機の固定子において、回転電機の固定子の組立姿勢を不揃いにすることなく占積率を向上させることである。
【解決手段】回転電機１０のステータ３０は、環状のヨーク部４２と、ヨーク部４２の内周側から径方向に突出して形成された複数のティース部４４とを有するステータコア４０と、複数のティース部４４の各々に巻装されたステータコイル５０と、を備え、各ティース部４４は、ティース部４４の外径側に形成された幅広部４５と、幅広部４５よりもティース部４４の内径側に形成され且つ幅広部４５よりも幅が狭く形成された幅狭部４６とを有しており、ステータコイル５０は、幅広部４５に巻装された外径側コイル５５と、幅狭部４６に巻装された内径側コイル５６と、外径側コイル５５と内径側コイル５６とを接続するように予め設けられた変形部５７とを有する単一のコイル線から成る。
【選択図】図３

Description

本発明は、回転電機の固定子、特にステータコア及びステータコイルの改良された構造に関する。

従来から、ステータコアに巻装されたステータコイルを有するステータと、ロータとを備える回転電機が知られている。例えば、特許文献１には、ステータとロータとからなる回転電機が開示されている。この回転電機のステータは、複数のスロットを有するステータコアと、スロットに挿入され、平板導体から成るステータコイルとを含む。

特開２００５−１６０１４３号公報

ところで、回転電機の固定子では、隣り合うティースの間の空間であるスロットの断面積に対し、ティースに巻装されるステータコイルの総断面積の割合を示す占積率を大きくしてトルク特性を向上させることが望まれる。特に、回転電機の設置対象が、例えば車両である場合には、限られたスペースに設置する必要があるため、回転電機を小型化することが望まれる。

本発明の目的は、回転電機の固定子の組立姿勢を不揃いにすることなく占積率を向上させることである。

本発明に係る回転電機の固定子は、環状のヨーク部と、前記ヨーク部の内周側から径方向に突出して形成された複数のティース部とを有するステータコアと、前記複数のティース部の各々に巻装されたステータコイルと、を備え、前記各ティース部は、前記ティース部の外径側に形成された幅広部と、前記幅広部よりも前記ティース部の内径側に形成され且つ前記幅広部よりも幅が狭く形成された幅狭部とを有しており、前記ステータコイルは、前記幅広部に巻装された外径側コイルと、前記幅狭部に巻装された内径側コイルと、前記外径側コイルと前記内径側コイルとを接続するように予め設けられた変形部とを有する単一のコイル線から成る。

本発明によれば、ティース部の各々が、幅狭部よりも幅の広い幅広部を外径側に有しているため、ティース部が幅広部を有さずにティース部全体の幅が幅狭部の幅と同じである場合に比べて、ティース部の外径側の空間が幅広部によって狭くなっている。これによりスロットの有効断面積が小さくなるため、ステータコイルの占積率を向上させることができる。また、本発明によれば、幅広部に巻装される外径側コイルと幅狭部に巻装される内径側コイルとを接続する変形部をステータ軸方向に突出しないように変形させることができる。これにより、ステータコイル同士を接続してステータコイルを形成するためのバスバーの配置を最適なものとすることができるため、回転電機の組立姿勢を整え、実装時に小型化を実現することができる。

本発明に係る回転電機の固定子の実施の形態において、回転電機の構成の概略を示す図である。図１の一点鎖線Ａ部の拡大図である。本発明に係る回転電機の固定子の実施の形態において、回転電機のステータコアの一部とステータコイルとの分解斜視図である。本発明に係る回転電機の固定子の実施の形態において、ステータコイルをティース部に巻装する様子を示す模式図である。本発明に係る回転電機の固定子の実施の形態において、回転電機のステータコアの一部とステータコイルとの分解斜視図である。本発明に係る回転電機の固定子の他の実施の形態において、ステータコイルをティース部に巻装する様子を示す模式図である。

以下に、本発明に係る回転電機の固定子の実施の形態について添付図面を参照しながら詳細に説明する。また、この説明において、具体的な形状、材料、数値、方向等は、本発明の理解を容易にするための例示であって、用途、目的、仕様等にあわせて適宜変更することができる。

図１は、回転電機１０の構成の概略を示す図である。図２は、図１の一点鎖線Ａ部の拡大図である。図３は、ステータ３０のステータコア４０の一部とステータコイル群４９を構成するステータコイル５０との分解斜視図である。回転電機１０は、回転軸１２に取り付けられたロータ２０と、内周面がロータ２０の外周面に対向するよう配置されたステータ３０と、を備える。

ロータ２０は、無方向性電磁鋼板を打ち抜き加工することで環状に形成されたロータ部材を複数積層して構成されたロータコア２２と、ロータコア２２の外周面近傍を軸方向に貫通する複数の矩形の貫通孔に嵌挿された複数の永久磁石２４とを備える回転子である。

ステータ３０は、無方向性電磁鋼板を打ち抜き加工することで環状に形成されたステータ部材を複数積層して構成されたステータコア４０と、ステータコア４０に巻装されたステータコイル群４９とを備える固定子である。ステータコイル群４９は、複数のステータコイル５０をバスバー（不図示）で接続することで形成される。なお、図１及び図２では、見易さを考慮して、ステータコア４０の軸方向に直交する断面でのステータコイル５０を示している。

ステータコア４０は、環状のヨーク部４２と、ヨーク部４２の内周側に形成された複数のティース部４４とを有する。ティース部４４は、ヨーク部４２から径方向内側（内周側）に突出する形状を有している。

複数のティース部４４は、各々が、ヨーク部４２側すなわちティース部４４の外径側に形成された幅広部４５と、幅広部４５よりもティース部４４の内径側に形成され且つ幅広部４５よりも幅が狭く形成された幅狭部４６とを有する。ここで、「幅」とは、ステータコア４０の周方向の長さを意味する。

幅広部４５は、ティース部４４の外径側から中間部までに亘って幅が同じ長さＷ１となるように形成されている。幅狭部４６は、ティース部４４の中間部から内径側までに亘って幅が同じ長さＷ２（＜Ｗ１）となるように形成されている。また、幅広部４５及び幅狭部４６は、ステータコア４０の径方向に沿った長さがそれぞれ同じ長さｄになるように形成されている。幅広部４５には、幅狭部４６との境界に、ステータコア４０の径方向に垂直な段差面４５ａ，４５ｂが形成されている。

ステータコア４０の隣り合うティース部４４の間の空間として、スロット４８が形成されている。スロット４８の幅は、図１及び図２に示されるように、ヨーク部４２側から中間部に向かって狭くなり、中間部で再び最大幅となって、中間部からロータ２０側に向かって狭くなっている。

ステータコイル５０は、複数のティース部４４の各々に巻装されるものであり、幅広部４５に巻装された外径側コイル５５と、幅狭部４６に巻装された内径側コイル５６と、外径側コイル５５と内径側コイル５６とを接続するように予め設けられた変形部５７とを有している。この外径側コイル５５、内径側コイル５６及び変形部５７は、単一のコイル線として一体形成されており、断面が同じ面積及び同じ形状の平角線からなる。外径側コイル５５、内径側コイル５６及び変形部５７を構成する平角線は、例えば銅等の導電性の高い金属からなり、周囲には絶縁被覆が施されている。また、外径側コイル５５及び内径側コイル５６は、ティース部４４に取り付けられる前に予め巻回されたカセットコイルとして形成されている。

外径側コイル５５は、ティース部４４の外径側から中間部までに亘って幅方向に沿った内径が同じｒ１となり、幅方向に沿った外径が同じＲ１となるように形成されている。内径側コイル５６は、ティース部４４の中間部から内径側までに亘って幅方向に沿った内径が同じｒ２（＜ｒ１）となり、幅方向に沿った外径が同じＲ２（＜Ｒ１）となるように形成されている。

上述したように外径側コイル５５と内径側コイル５６とは同じ平角線を用いている。また、外径側コイル５５を幅広部４５に嵌入するためのわずかな隙間が形成されるよう、長さｒ１は幅広部４５の幅である長さＷ１と比べてわずかに大きくなっている。同様に、内径側コイル５６を幅狭部４６に嵌入するためのわずかな隙間が形成されるよう、長さｒ２は幅狭部４６の幅である長さＷ２と比べてわずかに大きくなっている。長さＲ１は、外径側コイル５５を取り付けるティース部４４の両隣のティース部４４間の最小距離である長さＬ以下であるため、外径側コイル５５をティース部４４に嵌入することができる。

外径側コイル５５及び内径側コイル５６のステータコア４０の径方向に沿った長さは、いずれも幅広部４５及び幅狭部４６とほぼ同じになるように形成されており、外径側コイル５５と内径側コイル５６とはステータコア４０の径方向に沿って隣接している。

外径側コイル５５及び内径側コイル５６について、隣接する外径側コイル５５間及び隣接する内径側コイル５６間の最小距離は、それぞれ、長さａ１，ａ２となるように構成されている。この長さａ１，ａ２は、隣接する外径側コイル５５間及び隣接する内径側コイル５６間の絶縁の確保が可能な範囲で、必要最小限の距離となるように定められている。

図３に示されるように、ティース部４４に取り付けられる前の変形部５７のステータコア４０の径方向に沿った長さＤは、幅狭部４６の径方向の長さｄよりも長い。すなわち、外径側コイル５５を幅広部４５に嵌入する作業中、内径側コイル５６は、嵌入先である幅狭部４６との相対位置を全く考慮することなく、変形部５７の長さで許可される自由な位置をとり得る。これによって、外径側コイル５５を幅広部４５に嵌入する際、内径側コイル５６は自由な位置に置かれ、嵌入作業がやり易いという利点がある。

上述したように、回転電機１０のステータ３０では、ステータコア４０のティース部４４の各々が、幅狭部４６よりも幅の広い幅広部４５を幅狭部４６のヨーク部４２側（ティース部４４の外径側）に有している。そのため、ティース部４４が幅広部４５を有さずにティース部４４全体の幅が幅狭部４６の幅と同じ長さＷ２である場合に比べて、スロット４８のうちティース部４４の外径側の空間が幅広部４５によって狭くなっている。これによりスロット４８における有効断面積が小さくなるため、スロット４８におけるステータコイル５０の占める総断面積が同じであっても、ステータコイル５０の占積率を向上させることができる。

続いて、回転電機１０のステータ３０におけるステータコア４０にステータコイル５０を取り付ける際の手順について図４を用いて説明する。図４（ａ）は、外径側コイル５５を幅広部４５に嵌入している様子を示す模式図である。図４（ｂ）は、外径側コイル５５を幅広部４５に嵌入した後に、内径側コイル５６を幅狭部４６に嵌入している様子を示す模式図である。なお、図４（ａ）（ｂ）では、見易さを考慮して、ステータコア４０を仮想線で示し、外径側コイル５５及び内径側コイル５６をステータコア４０の軸方向に直交する断面図で示し、変形部５７をステータコア４０の軸方向に直交する平面図で示している。

ステータコア４０にステータコイル５０を嵌入する際には、まず、図４（ａ）に示されるように、内径側コイル５６をティース部４４に全く嵌入しない状態で自由として、外径側コイル５５を幅広部４５に嵌入する。これを全ての外径側コイル５５に対して行う。その後、図４（ｂ）に示されるように、変形部５７が軸方向に突出しないように径方向に曲げながら内径側コイル５６を幅狭部４６に嵌入する。これを全ての内径側コイル５６に対して行う。このように、全ての外径側コイル５５を幅広部４５に嵌入するまで内径側コイル５６を幅狭部４６に嵌入しないため、外径側コイル５５を嵌入する際に内径側コイル５６の存在が嵌入の邪魔となることはない。

上述したように、ステータ３０において、外径側コイル５５と内径側コイル５６とは変形部５７によって予め電気的に接続されている。ここで、外径側コイル５５と内径側コイル５６とを仮に溶接した場合は軸方向に溶接点が突出するため、当該溶接点がステータコイル５０同士を接続するバスバーの配置の邪魔となるが、本実施形態では、変形部５７が軸方向に突出しないように径方向に曲げられているため、変形部５７がバスバーの配置の邪魔とはならない。これにより、バスバーの配置を最適に行うことができるため、ステータ３０を小型化することができる。したがって、本実施形態によれば、組立姿勢を整え、ステータ３０を小型化させつつ占積率を向上させることができる。また、上記のように変形部５７がバスバーの配置の邪魔とならないため、ステータ３０の結線作業を容易にすることができる。

次に、本実施形態の変形例であるステータ３１について説明する。図５は、ステータ３１のステータコア４０の一部とステータコイル５４との分解斜視図である。図３の実施形態との相違点は、内径側コイル５８と変形部５９であるため、その相違点を中心に説明する。

図５に示されるように、ティース部４４に取り付けられる前の内径側コイル５８は、外径側コイル５５とほぼ直交する位置関係であり、かつ、軸方向に沿った高さが外径側コイル５５よりも高い位置関係となるように配置される。すなわち、外径側コイル５５を幅広部４５に嵌入する際、内径側コイル５８は嵌入先である幅狭部４６に接触することの無い退避位置におり、外径側コイル５５の嵌入作業の邪魔にならないという利点がある。また、変形部５９は、前述した実施形態の変形部５７と同様の材料で構成されており、内径側コイル５８を幅狭部４６に嵌入するとき、軸方向に突出しないように変形可能である。

続いて、ステータコア４０にステータコイル５４を取り付ける際の手順について図６を用いて説明する。図６（ａ）は、外径側コイル５５を幅広部４５に嵌入している様子を示す模式図である。図６（ｂ）は、外径側コイル５５を幅広部４５に嵌入した後に、内径側コイル５８を幅狭部４６に嵌入している様子を示す模式図である。

ステータコア４０にステータコイル５４を取り付ける際には、まず、図６（ａ）に示されるように、内径側コイル５８をティース部４４から自由な状態で、外径側コイル５５を幅広部４５に嵌入する。これを全ての外径側コイル５５に対して行う。その後、図６（ｂ）に示されるように、内径側コイル５８が外径側コイル５５とステータコア４０の径方向に沿って隣接するように、かつ、変形部５９が軸方向に突出しないように変形部５９を捻り変形させながら、内径側コイル５８を幅狭部４６に嵌入する。これを全ての内径側コイル５８に対して行う。このように、全ての外径側コイル５５を幅広部４５に嵌入するまで内径側コイル５８を幅狭部４６に対応させないため、外径側コイル５５を嵌入する際に内径側コイル５８の存在が嵌入の邪魔となることはない。

上記のように、ステータ３１では、外径側コイル５５と内径側コイル５８とは変形部５９によって一体に接続されている。また、変形部５９が軸方向に突出しないように捻られているため、変形部５９がステータコイル５４同士を接続するバスバーの配置の邪魔とはならない。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１０回転電機、１２回転軸、２０ロータ、２２ロータコア、２４永久磁石、３０，３１ステータ、４０ステータコア、４２ヨーク部、４４ティース部、４５幅広部、４５ａ，４５ｂ段差面、４６幅狭部、４８スロット、４９ステータコイル群、５０，５４ステータコイル、５５外径側コイル、５６，５８内径側コイル、５７，５９変形部。

Claims

環状のヨーク部と、前記ヨーク部の内周側から径方向に突出して形成された複数のティース部とを有するステータコアと、
前記複数のティース部の各々に巻装されたステータコイルと、
を備え、
前記各ティース部は、前記ティース部の外径側に形成された幅広部と、前記幅広部よりも前記ティース部の内径側に形成され且つ前記幅広部よりも幅が狭く形成された幅狭部とを有しており、
前記ステータコイルは、前記幅広部に巻装された外径側コイルと、前記幅狭部に巻装された内径側コイルと、前記外径側コイルと前記内径側コイルとを接続するように予め設けられた変形部とを有する単一のコイル線から成る、回転電機の固定子。