JP2010239691A - 回転電機の固定子及び回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】回転電機の固定子巻線と固定子コアとが相対変移することが抑えられた回転電機の固定子及び回転電機を提供すること。
【解決手段】本発明の回転電機の固定子は、固定子コア３０と、固定子巻線４と、を備えた回転電機１の固定子３であって、固定子コア３０は、軸方向の端面から、固定子巻線４のターン部４５方向に突出した、固定子巻線４と固定子コア３０の変移を規制する突起部３２２，３２３を有することを特徴とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、固定子コアと固定子巻線との位置のズレを規制する回転電機の固定子及び回転電機に関する。

近年、電動機及び発電機として使用される回転電機において、小型高出力及び品質の向上が求められている。
例えば、車両に搭載される回転電機においては、車両のエンジンルームで回転電機を搭載するためのスペースが小さくなってきている一方で、車両負荷の増大による発電出力の向上が求められている。また、信頼性の向上も求められている。
特許文献１及び２には、固定子コアと固定子巻線との間に絶縁スペーサ（固定部材）を設置している回転電機が開示されている。

近年は、回転電機の固定子コアに、複数の分割コアを周方向に配列したものが用いられている。この分割コアを用いてなる固定子コアにおいては、少なくとも分割コアの周方向の当接部（当接面）を挟んだ周方向の両側に、この絶縁スペーサを挿入している。この絶縁スペーサの具体的な例としては、図１５に示したように、固定子巻線を挟み込む略コ字状の絶縁スペーサをあげることができる。

そして、固定子コアは、多数の分割コアを組み合わせて形成しており、一つの回転電機の固定子を形成するためには多数の絶縁スペーサが要求されている。この結果、絶縁スペーサの数や組付けに起因するコストが高くなるという問題があった。具体的には、図１５に示した場合には、分割コアの周方向の当接部（当接面）をまたいだ状態で絶縁スペーサが組み付けられる。このため、絶縁スペーサの数が、分割コアの周方向の当接部の数と同じ数となっていた。

さらに、従来の絶縁スペーサは、固定子コア及び固定子巻線の間に挿入してあるのみであり、両者のいずれにも支持されていない。このため、回転電機の使用時に振動や熱・機械ストレス等により絶縁スペーサがズレたり脱落する可能性がある。絶縁スペーサが脱落すると、固定子巻線と固定子コアとの接触が起こり固定子巻線を構成する固定子巻線の絶縁性能の低下や振動等のストレスが加わることにより巻線が損傷し、回転電機の信頼性が低下するおそれがある。

特開２０００−１６６１５８号公報 特開２００６−３３９１８号公報

本発明は上記実状に鑑みてなされたものであり、回転電機の固定子巻線と固定子コアとが相対変移することが抑えられた回転電機の固定子及び回転電機を提供することを課題とする。

上記課題を解決するために本発明者は検討を重ねた結果、固定子コアの固定子巻線に対向した端面に、突起をもうけることで上記課題を解決できることを見出した。

すなわち、請求項１に記載の本発明の回転電機の固定子は、周方向に交互に異なる複数の磁極を形成している回転子と内周側または外周側で向き合う、深さ方向が径方向に一致するスロットを周方向に複数有する固定子コアと、周方向の異なるスロットに収容されるスロット収容部と、スロットの外部でスロット収容部同士を接続しているターン部と、を有する複数の導線を該固定子コアに巻回してなる固定子巻線と、を備えた回転電機の固定子であって、固定子コアは、軸方向の端面から、固定子巻線のターン部方向に突出した、固定子巻線と固定子コアの変移を規制する突起部を有することを特徴とする。

本発明の回転電機の固定子は、固定子コア自身に固定子巻線と固定子コアの変移を規制する突起部を有することで、従来の絶縁スペーサの脱落といった不具合が発生しなくなっている。この結果、本発明の回転電機の固定子を用いた回転電機に振動や熱・機械ストレス等が付与されても、固定子巻線の損傷が抑えられ、回転電機の性能の低下が抑えられる。さらに、固定子コア自身に突起部が形成されているため、部品点数の減少及び組み付けに要するコストを低減することができる。

請求項２に記載の本発明の回転電機の固定子は、固定子コアは複数の板状部材が積層されてなり、少なくとも軸方向の端面を形成する板状部材に、突起部が形成されていることを特徴とする。請求項２に記載の本発明の回転電機の固定子は、少なくとも軸方向の端面を形成する板状部材に突起部が形成されていることで、突起部を備えた固定子コアを簡単に形成することができる。ここで、突起部が形成される軸方向の端面を形成する板状部材は、固定子コアを形成する金属と同じ材質であっても異なる材質であっても、いずれでもよい。

請求項３に記載の本発明の回転電機の固定子は、固定子コアが、複数の金属板が積層されてなることを特徴とする。請求項３に記載の本発明の回転電機の固定子において、固定子コアが複数の金属板が積層されてなることで、従来公知の金属板が積層されてなる固定子コアと同様に形成することができる。

請求項４に記載の本発明の回転電機の固定子は、突起部は、径方向に沿ってのびる突条よりなることを特徴とする。請求項４に記載の本発明の回転電機の固定子は、突起部が径方向に伸びる突条よりなることで、突条が径方向にわたって介在して固定子巻線と固定子コアの変移を規制することができる。

請求項５に記載の本発明の回転電機の固定子は、突起部が、径方向に沿って引き起こされた立設体よりなることを特徴とする。請求項５に記載の本発明の回転電機の固定子は、突起部が立設体よりなることで、固定子巻線と固定子コアの変移を規制することができる。

請求項６に記載の本発明の回転電機の固定子は、固定子コアが、周方向に配列した複数の分割コアよりなることを特徴とする。請求項６に記載の本発明の回転電機の固定子は、複数の分割コアにより形成された固定子コアを備えた固定子においても、固定子巻線と固定子コアの変移を規制することができる。

請求項７に記載の本発明の回転電機の固定子は、固定子コアのうち、突起部を設けた固定子コアの板厚が、突起部のない固定子コアの板厚より厚い固定子コアよりなることを特徴とする。請求項７に記載の本発明の回転電機の固定子は、突起部を設けた固定子コアの板厚が、突起部のない固定子コアの板厚よりも厚いことで、突起部がより突出することとなり、突起部が固定子巻線と固定子コアの変移を規制することができる。ここで、突起部を設けた固定子コアの板厚とは、突起部が形成される板状部材の板厚や、固定子コアが分割コアよりなるときの突起部が形成された分割コアの厚さを示す。

請求項８に記載の本発明の回転電機は、請求項１〜７のいずれかに記載の固定子コアを用いてなることを特徴とする。請求項７に記載の回転電機は、上記の請求項１〜７の効果を持つ固定子を用いてなるため、回転電機に振動や熱・機械ストレス等が付与されても、固定子巻線の損傷が抑えられ、回転電機の性能の低下が抑えられる。さらに、固定子コア自身に突起部が形成されているため、部品点数の減少及び組み付けに要するコストを低減することができる。

第一実施形態の回転電機の構成を示した断面図である。 第一実施形態の回転電機の固定子を示した図である。 第一実施形態の回転電機の固定子コアの構成を示した図である。 第一実施形態の回転電機の固定子コアを構成する分割コアを示した図である。 第一実施形態の回転電機の分割コアの端面を構成する鋼板を示した図である。 第一実施形態の回転電機の分割コアの端面を構成する鋼板の断面図である。 第一実施形態の回転電機の固定子巻線を構成する各相巻線の構成を示す断面図である。 第一実施形態の回転電機の固定子巻線の結線を示した図である。 第一実施形態の回転電機の巻線集積体を示した図である。 第一実施形態の回転電機の巻線集積体を巻回した巻回体を示した図である。 第二実施形態の回転電機の分割コアの端面を構成する鋼板を示した図である。 第二実施形態の回転電機の分割コアの端面を構成する鋼板の断面図である。 第三実施形態の回転電機の分割コアの端面を構成する鋼板を示した図である。 第三実施形態の回転電機の分割コアの端面を構成する鋼板の断面図である。 従来の固定部材を示した図である。

以下に本発明の回転電機の固定子及び回転電機を、実施の形態を用いてより具体的に説明する。

（第一実施形態）
本実施形態の回転電機の構成を図１に示した。本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。

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。本実施形態においては、８極（Ｎ極：４、Ｓ極：４）の回転子が用いられている。
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、固定子コア３０と固定子巻線４との間に配された絶縁紙５と、を備えた構成を有している。

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、回転子２の磁極数に対し、固定子巻線４の一相あたり２個の割合で形成されている。すなわち、８×３×２＝４８個のスロット３１が形成されている。

固定子コア３０は、図４に示した分割コア３２を２４個、周方向に配設して形成されている。分割コア３２は、ひとつのスロット３１を区画するとともに、周方向で隣接する分割コア３２との間でひとつのスロットを区画する形状（径方向内方に伸びるティース部３２０と、ティース部３２０が形成されるバックコア部３２１）に形成されている。

固定子コア３０（を構成する分割コア３２）は、０．３ｍｍの厚さの電磁鋼板４１０枚を積層させて形成されている。なお、積層された電磁鋼板の間には、絶縁薄膜が配置されている。なお、固定子コア３０は、この電磁鋼板の積層体からだけでなく、従来公知の金属薄板及び絶縁薄膜を用いて形成してもよい。

固定子コア３０（を構成する分割コア３２）は、その表面から突出した突条３２２（請求項１の突起部に相当）が形成されている。突条３２２は、ティース部３２０にそってのびる形状に形成されている。また、突条３２２は、図５〜６に示したように、周方向及び径方向での断面が略かまぼこ状をなすように形成されている。なお、図５は鋼板３２Ａを、図６（Ａ）は図５中のＩ−Ｉ線での断面を、図６（Ｂ）は図５中のＩＩ−ＩＩ線での断面を、それぞれ示した。突条３２２は、固定子コア３０（を構成する分割コア３２）を構成する鋼板のうち、厚さ方向の両端面側に位置する鋼板３２Ａを曲成して形成されている。

固定子３は、図４に示したように、固定子コア３０の端面に突条３２２を備えており、固定子３を形成したときに、突条３２２が固定子コア３０と固定子巻線４（のターン部４５）との間に介在する。これにより、固定子コア３０と固定子巻線４との変移が規制される。ここで、図４においては、一方の端面側のみに突条３２２が確認できるが、他方の端面側にも同様な突条が形成されている。

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７（Ａ）に示したように、銅製の導体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及び外層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及び外層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あるいは固定子コア３０との間に絶縁紙を配してもよい。

外層４２１はナイロン等の絶縁材、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。

さらに、固定子巻線４の巻線４０は、図７（Ｂ）に示したように、内層４２０及び外層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４３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４３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４３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同士が剛体化することで、スロット３１の巻線４０の機械的強度が向上する。

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よい。
固定子巻線４は、図８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。

そして、固定子巻線４は、所定の波形形状に成形した１２本の巻線４０を所定の状態に積み重ねて帯状に形成した巻線集積体４６（図９）を渦巻き状に巻き付けることにより円筒状に形成されている（図１０）。なお、本実施形態では、巻線集積体４６が６周巻き付けられている。

固定子巻線４は、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。

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て形成されている。固定子巻線４の巻線４０は、径方向外方から径方向内方に向かって巻装されている。最内周面側で巻線４０の端部が固定子巻線４の端面から突出している。
なお、固定子巻線４の巻線４０の巻回方法は、特に限定されるものではなく、固定子巻線４の１相は、周方向に沿って波状でありかつ異なる巻装方向に巻装された２本の巻線を巻装方向が反転する折り返し部で接続された構成としてもよい。

本実施形態は、固定子コア３０の端面に形成された突条３２２が、固定子巻線４と固定子コア３０の間に介在することとなり、固定子巻線４と固定子コア３０の変移を規制される。そして、本実施形態では、固定子コア３０自身に突条３２２が形成されており、従来の絶縁スペーサの脱落といった不具合が発生しなくなっている。この結果、本実施形態の回転電機の固定子３を用いた回転電機１に振動や熱・機械ストレス等が付与されても、固定子巻線４の損傷が抑えられ、回転電機１の性能の低下が抑えられる。さらに、固定子コア３０自身に突条３２２が形成されているため、部品点数の減少及び組み付けに要するコストを低減することができる。

さらに、本実施形態においては、図示されない装置により、回転電機１内の固定子３の固定子コア３０の端面から突出した固定子巻線４のターン部４５にＡＴＦ等の冷媒をかけて固定子３の冷却を行うことができる。本実施形態では、固定子巻線４のターン部４５から固定子コア３０の端面に流れた冷媒が、突条３２２にそって径方向内方に流れることとなる。これにより、固定子巻線４のターン部４５の厚さ方向の内部が、冷媒により冷却される。すなわち、本実施形態は、冷却性能にも優れたものとなっている。

（第二実施形態）
本実施形態は、突条３２２に替えて、立設体３２３が形成された以外は、第一実施形態と同様な固定部材である。
立設体３２３は、図１１〜１２に示したように、固定子コア３０（を構成する分割コア３２）を構成する鋼板のうち、厚さ方向の両端面側に位置する鋼板３２Ａのティース部３２０に、略コ字状の切れ目を入れ、引き起こして形成される。なお、図１１は鋼板３２Ａを、図１２（Ａ）は図１１中のＩＩＩ−ＩＩＩ線での断面を、図１２（Ｂ）は図１１中のＩＶ−ＩＶ線での断面を、それぞれ示した。
本実施形態においても、立設体３２３が第一実施形態の突条３２２と同様に機能するため、第一実施形態と同様な効果を発揮できる。

（第三実施形態）
本実施形態は、突条３２２に替えて、立設体３２４が形成された以外は、第一実施形態と同様な固定部材である。
立設体３２３は、図１３〜１４に示したように、固定子コア３０（を構成する分割コア３２）を構成する鋼板のうち、厚さ方向の両端面側に位置する鋼板３２Ａのティース部３２０に、径方向に平行に伸びる二本の切れ目を入れ、挟まれた部分を盛り上げて形成される。なお、図１３は鋼板３２Ａを、図１４（Ａ）は図１３中のＶ−Ｖ線での断面を、図１４（Ｂ）は図１３中のＶＩ−ＶＩ線での断面を、それぞれ示した。
本実施形態においても、立設体３２４が第一実施形態の突条３２２と同様に機能するため、第一実施形態と同様な効果を発揮できる。

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：分割コア
３２０：ティース部
４：固定子巻線 ４０：巻線
４１：導体 ４２：絶縁皮膜
４３：融着材 ４４：スロット収容部

Claims (8)

1. 周方向に交互に異なる複数の磁極を形成している回転子と内周側または外周側で向き合う、深さ方向が径方向に一致するスロットを周方向に複数有する固定子コアと、
   周方向の異なる該スロットに収容されるスロット収容部と、該スロットの外部で該スロット収容部同士を接続しているターン部と、を有する複数の導線を該固定子コアに巻回してなる固定子巻線と、
   を備えた回転電機の固定子であって、
   該固定子コアは、軸方向の端面から、該固定子巻線の該ターン部方向に突出した、該固定子巻線と該固定子コアの変移を規制する突起部を有することを特徴とする回転電機の固定子。
2. 前記固定子コアは複数の板状部材が積層されてなり、
   少なくとも軸方向の端面を形成する該板状部材に、前記突起部が形成されている請求項１記載の回転電機の固定子。
3. 前記固定子コアは、複数の金属板が積層されてなる請求項１〜２のいずれかに記載の回転電機の固定子。
4. 前記突起部は、径方向に沿ってのびる突条よりなる請求項１〜３のいずれかに記載の回転電機の固定子。
5. 前記突起部は、径方向に沿って引き起こされた立設体よりなる請求項１〜３のいずれかに記載の回転電機の固定子。
6. 前記固定子コアは、周方向に配列した複数の分割コアよりなる請求項１〜５のいずれかに記載の回転電機の固定子。
7. 前記固定子コアのうち、前記突起部を設けた固定子コアの板厚が、前記突起部のない固定子コアの板厚より厚い固定子コアよりなる請求項１〜６のいずれかに記載の回転電機の固定子。
8. 請求項１〜７のいずれかに記載の固定子コアを用いてなることを特徴とする回転電機。

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