JP2013005652A - 回転電機及び集中巻コイル - Google Patents

Abstract

【課題】回転電機及びその集中巻コイルにおいて、平角線を用いて占積率の向上を図りながら、絶縁性能を確保することである。
【解決手段】回転電機１０は、隣接するティース１８で区画されるスロットを複数有するステータコア１２と、断面が矩形形状の導線２４，３４に一様厚さの絶縁皮膜２６，３６を被覆する平角線２２，３２を用いてステータコア１２の各ティース１８に巻回される集中巻コイル２０，３０とを備え、平角線２２，３２の断面形状は、同一スロットに配置される他の集中巻コイルと対向する側の隅部を切り欠いた切り欠き隅部２８，３８を有する。ティースは、ステータコアの周方向に沿って測ったティース幅が、ティース先端側の方がステータコアの根元側よりも小さいテーパティースであってもよい。
【選択図】図１

Description

本発明は、回転電機及び集中巻コイルに係り、特に、平角線を用いる集中巻コイルが巻回されるステータコアを有する回転電機と、それに用いられる集中巻コイルに関する。

回転電機の固定子にはコイルが巻回される。具体的には、固定子に複数のスロットが設けられ、隣接するスロットの間のティースと呼ばれる突出部に導線が巻回される。限られたスロットの間に多くの導線を巻回することで、コイルの占積率が向上し、小型の回転電機となる。ここで、コイル導線として、断面形状が円形の丸線よりも、断面形状が矩形の平角線の方が占積率の向上が図りやすい。

例えば、特許文献１には、製作が容易な集中巻線式ステータとして、複数の集中巻線部を同一の平角線で連続成形することが述べられている。このようにして成形された複数の集中巻線部を、各相分の数だけ製作し、これをステータの周方向にずらして並べることで、多相ステータを得ることができる。

特許文献２には、集中巻き型ステータを有する車両用回転電機において、周方向の幅が径方向に沿って同じ寸法のティースの根元側から先端側に向かって平角線を一層巻き、先端側のところで折り返して、その一層の上にティースの先端側から根元側に向かってもう一層巻く二層巻の集中巻きコイルが述べられている。ここでは、先端側の折り返しのところで、コイルエンドが突き出さないように、二層目の巻線をティースの根元側に対し押し下げ、押し上げることが開示されている。

特許文献３には、モータ用コイルのスロット内占積率を向上させるために四角錐の頭部を切除した形状のコイルを用いることが述べられている。このような異形コイルは、螺旋コイルを軸方向にプレスして成形し、内径側のコイルは厚さが大きく幅が狭く、外径側のコイルは厚さが薄く幅が大きくなるようにする。このようにして成形したコイルは、内径側で磁界の変化を大きく受け、コイル厚さが厚いこともあって、渦電流損が大きくなることを指摘している。ここでは、１つの巻線を、薄い絶縁層で覆われた薄い帯状の導体部を積層して渦電流を抑制し最外周を厚い絶縁層で覆う構成が開示されている。

特許文献４には、角部が絶縁皮膜から露出することのない絶縁平角電線として、長方形断面の平角導体を径大きな皮剥きダイスあるいは丸線用伸線ダイスの内径に押し付けて、角部角度が１２０度以上を有する多角形形状とすることが開示されている。

特許文献５には、電気機器巻線において、基導体を６縦列して第１の導体群を形成し、同様に、基導体を６縦列して第２の導体群を形成し、各基導体において、他の導体群と向かい合う対向面の絶縁層を他の部位よりも厚くすることが述べられている。このようにするには、静電流動法で導体の全部位に付着させた粉体樹脂を、導体の撚回によって特定部位に集散させて焼付処理することが開示されている。

特許文献６には、特許文献２には、コイル用の平角線において、ティース側の側面にのみ自己融着層を設けることで、絶縁性を確保しながら、占積率を向上させることが述べられている。

特開２０１０−１６９７０号公報 特開２００６−２０４９０号公報 特開２００６−１５８０２４号公報 特開２００４−１３４１１３号公報 特開昭６０−２３４４３９号公報 特開２００９−２２５５０７号公報

平角線を用いることで、丸線等に比較して集中巻コイルとしての占積率の向上を図ることができるが、平角線の場合、隅部が突き出すので、隣接する集中巻コイルの間で、対向する平角線の間の間隔が狭くなる。その場合、その狭い間隔のところで絶縁性能が低下する。

本発明の目的は、平角線を用いて占積率の向上を図りながら、絶縁性能を確保できる回転電機及び集中巻コイルを提供することである。

本発明に係る回転電機は、隣接するティースで区画されるスロットを複数有するステータコアと、断面が矩形形状の導線に一様厚さの絶縁皮膜を被覆する平角線を用いてステータコアの各ティースに巻回される集中巻コイルと、を備え、平角線は、同一スロットに配置される他の集中巻コイルと対向する側の隅部を切り欠いた断面形状を有することを特徴とする。

また、本発明に係る回転電機において、ティースは、ステータコアの周方向に沿って測ったティース幅が、ティース先端側の方がステータコアの根元側よりも小さいテーパティースであることが好ましい。

また、本発明に係る集中巻コイルは、断面が矩形形状の導線に一様厚さの絶縁皮膜を被覆する平角線を巻回する集中巻コイルであって、矩形形状の４つの隅部のうち、１つの隅部を切り欠いた切り欠き隅部を有する断面形状の平角線を用い、切り欠き隅部が巻回の外周側に来るように巻回されたことを特徴とする。

また、本発明に係る集中巻コイルにおいて、巻回の差し渡し幅が、巻回の軸方向に沿って大きい幅から小さい幅に変化するテーパティース巻回用のコイルであることが好ましい。

上記構成により、回転電機は、断面が矩形形状の導線に一様厚さの絶縁皮膜を被覆する平角線を用い、平角線は、同一スロットに配置される他の集中巻コイルと対向する側の隅部を切り欠いた断面形状を有する。これによって、隣接する集中巻コイルの間で、対向する平角線の間の間隔が狭くなることを抑制できるので、占積率の向上を図りながら、絶縁性能を確保できる。

また、回転電機において、ティースがテーパティースであっても、隣接する集中巻コイルの間で、対向する平角線の間の間隔が狭くなることを抑制できる。これによって、テーパティースを用いることによって、さらに占積率の向上を図ることができ、併せて、絶縁性能を確保できる。

また、集中巻コイルは、断面が矩形形状の導線に一様厚さの絶縁皮膜を被覆する平角線の４つの隅部のうち、１つの隅部を切り欠いた切り欠き隅部を有する断面形状の平角線を用い、切り欠き隅部が巻回の外周側に来るように巻回される。これにより、回転電機の同一スロットに配置される他の集中巻コイルとの間で、対向する平角線の間の間隔が狭くなることが抑制できる。

また、集中巻コイルがテーパティース巻回用のコイルであっても、隣接する集中巻コイルの間で、対向する平角線の間の間隔が狭くなることを抑制できる。

本発明に係る実施の形態の回転電機において、同一スロットに配置される集中巻コイルの間の関係を示す図である。 本発明に係る実施の形態の回転電機において、整列巻の集中巻コイルの場合について、同一スロットに配置される集中巻コイルの間の関係を示す図である。 比較のために、図２と同じステータコアに、従来技術の平角線を用いた集中巻コイルを配置した場合を示す図である。 本発明に係る実施の形態の回転電機において、テーパ状巻の集中巻コイルの場合について、同一スロットに配置される集中巻コイルの間の関係を示す図である。 比較のために、図２と同じステータコアに、従来技術の平角線を用いた集中巻コイルを配置した場合を示す図である。

以下に図面を用いて本発明に係る実施の形態につき詳細に説明する。以下では、回転電機として、車両に搭載される回転電機を説明するが、車両搭載以外に用いられるものでもよい。以下で説明するティースの形状、スロットの形状、集中巻コイルの巻き数、平角線の矩形形状等は、説明のための例示であって、回転電機、集中巻コイルの仕様に応じ、適宜変更が可能である。

以下では、全ての図面において同様の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、本文中の説明においては、必要に応じそれ以前に述べた符号を用いるものとする。

図１は、車両搭載用の回転電機１０のうち、固定子について示す図である。ここでは、固定子を構成するステータコア１２と、ステータコア１２のティース１８に巻回されるコイルがステータコア１２の軸方向両端に突き出るコイルエンド１４，１６が図示されている。

ティース１８は、ステータコア１２にコイル巻線を巻回するために設けられる突出部である。実際には、隣接するティースによって区画されるスロット４０（図２参照）がステータコア１２の周方向に複数設けられ、１つのティース１８の両側のスロット４０に導線が通されて、そのティース１８に導線が巻回されてコイルとなる。したがって、１つのスロット４０には、隣接する２つのコイルが配置されることになる。

図１には、Ａの部分として、隣接するティース１８にそれぞれ巻回された２つの集中巻コイル２０，３０が抜き出されて示されている。集中巻コイル２０，３０は、断面が矩形形状の導線に一様厚さの絶縁皮膜を被覆する平角線を用いてステータコア１２の各ティース１８に巻回されるコイルである。

ステータコア１２は、図１に示されるように円環状の部材であるので、ティース１８はその円環状において、放射状に形成される。そこで、２つの集中巻コイル２０，３０も、平行配置ではなく、放射状に配置される。すなわち、隣接する２つの集中巻コイル２０，３０の巻線間の距離は、ティース１８の根元側と、先端側とで異なり、図１に示されるように、ティース１８の先端側で狭くなる。対向して配置される巻線間の距離が狭くなると、集中巻コイル２０，３０の絶縁性能が低下する。

図１には、Ｂの部分として、集中巻コイル２０，３０のティース１８の先端側における巻線について、平角線２２，３２の断面図が示されている。集中巻コイル２０，３０に用いられる平角線２２，３２は同じものであるので、最初に平角線２２について説明する。平角線２２は、断面が矩形形状の導線２４に、一様厚さの絶縁皮膜２６が被覆された絶縁皮膜付き導線である。ここで、平角線２２の断面形状は、矩形形状の４つの隅部のうち、１つの隅部を切り欠いた切り欠き隅部２８を有する。平角線２２は、一様厚さの絶縁皮膜を有するので、導線２４の断面形状が切り欠き隅部を有することになる。

集中巻コイル２０は、切り欠き隅部２８が巻回の外周側に来るように巻回される。これによって、同一スロットに配置されるもう１つの集中巻コイル３０と対向する側に、切り欠き隅部２８が来る。

集中巻コイル３０の平角線３２も、同様に、断面が矩形形状の導線３４に、一様厚さの絶縁皮膜３６が被覆された絶縁皮膜付き導線である。ここで、平角線３２の断面形状は、矩形形状の４つの隅部のうち、１つの隅部を切り欠いた切り欠き隅部３８を有する。そして、集中巻コイル３０も、切り欠き隅部３８が巻回の外周側に来るように巻回される。これによって、同一スロットに配置される先ほどの集中巻コイル２０と対向する側に、切り欠き隅部３８が来る。

このように、回転電機１０においては、矩形形状の４つの隅部のうち、１つの隅部を切り欠いた切り欠き隅部を有する断面形状の平角線２２，３２を用い、切り欠き隅部２８，３８が巻回の外周側に来るように巻回された集中巻コイル２０，３０が配置される。換言すれば、平角線２２，３２は、同一スロットに配置される他の集中巻コイルと対向する側の隅部を切り欠いた断面形状を有している。これによって、集中巻コイル２０，３０の間の対向する距離が広くなるので、絶縁性能を確保できる。

図２は、ステータコア１２の周方向に沿って測ったティース幅が、ティース先端側とステータコア１２の根元側とでほぼ同じである一般的なティース１８に整列巻によって巻回された集中巻コイル２０，３０のスロット４０における様子を説明する図である。ここでは、回転電機１０のステータコア１２の１つのスロット４０が示されている。スロット４０は、集中巻コイル２０，３０の巻線が通される穴で、隣接するティース１８によって区画された空間である。集中巻コイル２０は、円環状の巻きについて図面でいえば右半分の巻きが示され、集中巻コイル３０も円環状の巻きについて図面でいえば左半分の巻きが示されている。

図１で説明したように、集中巻コイル２０の平角線２２は、導線２４の周囲に一様厚さの絶縁皮膜２６が被覆されている。そして、平角線２２の断面形状は、矩形形状の４つの隅部のうち、１つの隅部を切り欠いた切り欠き隅部２８を有する。同様に、集中巻コイル３０の平角線３２は、導線３４の周囲に一様厚さの絶縁皮膜３６が被覆されている。そして、平角線３２の断面形状は、矩形形状の４つの隅部のうち、１つの隅部を切り欠いた切り欠き隅部３８を有する。

図２には、集中巻コイル２０と集中巻コイル３０の間で、互いに対向する平角線２２，３２の間の間隔がＳ２で示されている。このＳ２は、切り欠き隅部２８，３８によって広げられているが、そのことは、図３と比較することでよく分かる。

図３は、図２と同じステータコア１２において、切り欠き隅部を有しない一般的な矩形形状の断面を有する平角線５２，６２を用いて、ティース１８に集中巻コイル５０，６０を巻回したときの様子を示す図である。集中巻コイル５０，６０に用いられる平角線５２，６２は、導線５４，６４の周りに、図２の平角線２２，３２の絶縁皮膜２６，３６と同じ厚さの絶縁皮膜５６，６６が被覆される。平角線５２，６２の断面形状は、切り欠き隅部を有しないことを除いて、図２で説明した平角線２２，３２と同じ長さの長辺と短辺を有する。

図３には、集中巻コイル５０と集中巻コイル６０の間で、互いに対向する平角線５２，６２の間の間隔がＳ１で示されている。図２と比較して、切り欠き隅部２８，３８が設けられない分だけ、Ｓ１はＳ２より短い間隔となっている。換言すれば、図２の構成では、切り欠き隅部２８，３８が設けられた分だけ、Ｓ２はＳ１より広げられている。これにより、同じスロット４０の中で、対向する平角線２２，３２の間の絶縁性能が、図３で示される従来技術の場合よりも向上する。

図４は、ステータコア１３の周方向に沿って測ったティース幅が、ティース先端側の方がステータコア１３の根元側よりも小さく、根元側から先端側に向かって先細りとなるテーパ状のティース７２にテーパ状巻によって巻回された集中巻コイル８０，９０のスロット７０における様子を説明する図である。ステータコア１３はテーパ状のティース７２を有するので、スロット７０は、ステータコア１３の周方向に沿って測ったスロット幅が、ティース先端側とステータコア１３の根元側とでほぼ同じである。これを集中巻コイル８０，９０の観点から見ると、集中巻コイル８０，９０は、テーパティース巻回用のコイルであって、巻回の差し渡し幅が、巻回の軸方向に沿って大きい幅から小さい幅に変化する。

集中巻コイル８０，９０に用いられる平角線８２，９２は、図１、図２で説明した平角線２２，３２と同じものである。すなわち、平角線８２，９２は、それぞれ、導線８４，９４の周囲に一様厚さの絶縁皮膜８６，９６が被覆されている。そして、平角線８２，９２の断面形状は、それぞれ、矩形形状の４つの隅部のうち、１つの隅部を切り欠いた切り欠き隅部８８，９８を有する。

図４には、集中巻コイル８０と集中巻コイル９０の間で、互いに対向する平角線８２，９２の間の間隔がＳ４で示されている。このＳ４は、切り欠き隅部８８，９８によって広げられているが、そのことは、図５と比較することでよく分かる。

図５は、図４と同じステータコア１３において、切り欠き隅部を有しない一般的な矩形形状の断面を有する平角線１０２，１１２を用いて、ティース７２に集中巻コイル１００，１１０を巻回したときの様子を示す図である。集中巻コイル１００，１１０に用いられる平角線１０２，１１２は、図３で説明した平角線５２，６２と同じものである。すなわち、平角線１０２，１１２は、それぞれ、導線１０４，１１４の周囲に一様厚さの絶縁皮膜１０６，１１６が被覆されている。そして、平角線１０２，１１２の断面形状は、切り欠き隅部を有しないことを除いて、図４で説明した平角線８２，９２と同じ長さの長辺と短辺を有する。

図５には、集中巻コイル１００と集中巻コイル１１０の間で、互いに対向する平角線１０２，１１２の間の間隔がＳ３で示されている。図４と比較して、切り欠き隅部８８，９８が設けられない分だけ、Ｓ３はＳ４より短い間隔となっている。換言すれば、図４の構成では、切り欠き隅部８８，９８が設けられた分だけ、Ｓ４はＳ３より広げられている。これにより、同じスロット７０の中で、対向する平角線８２，９２の間の絶縁性能が、図５で示される従来技術の場合よりも向上する。

本発明に係る回転電機及び集中巻コイルは、平角線を用いる回転電機及びそれに用いられる集中巻コイルに利用できる。

１０ 回転電機、１２，１３ ステータコア、１４，１６ コイルエンド、１８，７２ ティース、２０，３０，５０，６０，８０，９０，１００，１１０ 集中巻コイル、２２，３２，５２，６２，８２，９２，１０２，１１２ 平角線、２４，３４，５４，６４，８４，９４，１０４，１１４ 導線、２６，３６，５６，６６，８６，９６，１０６，１１６ 絶縁皮膜、２８，３８，８８，９８ 切り欠き隅部、４０，７０ スロット。

Claims (4)

1. 隣接するティースで区画されるスロットを複数有するステータコアと、
   断面が矩形形状の導線に一様厚さの絶縁皮膜を被覆する平角線を用いてステータコアの各ティースに巻回される集中巻コイルと、
   を備え、
   平角線は、
   同一スロットに配置される他の集中巻コイルと対向する側の隅部を切り欠いた断面形状を有することを特徴とする回転電機。
2. 請求項１に記載の回転電機において、
   ティースは、
   ステータコアの周方向に沿って測ったティース幅が、ティース先端側の方がステータコアの根元側よりも小さいテーパティースであることを特徴とする回転電機。
3. 断面が矩形形状の導線に一様厚さの絶縁皮膜を被覆する平角線を巻回する集中巻コイルであって、
   矩形形状の４つの隅部のうち、１つの隅部を切り欠いた切り欠き隅部を有する断面形状の平角線を用い、切り欠き隅部が巻回の外周側に来るように巻回されたことを特徴とする集中巻コイル。
4. 請求項３に記載の集中巻コイルにおいて、
   巻回の差し渡し幅が、巻回の軸方向に沿って大きい幅から小さい幅に変化するテーパティース巻回用のコイルであることを特徴とする集中巻コイル。

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