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JP2020089119A - 回転電機のステータ - Google Patents

回転電機のステータ Download PDF

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雅志 松本
葉月 川村
Hazuki Kawamura
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Abstract

【課題】回転電機のステータにおいて、導体セグメントの端部を連結するカップリング部材の発熱を抑制する。【解決手段】複数のスロット１８を有するステータコア１１と、ステータコイル２０と、を有する回転電機のステータ１０であって、ステータコイル２０は、スロット１８に挿入される下導体セグメント３１と、嵌合凹部５２が形成され、スロット１８の中で上導体セグメント４１の先端４５が嵌合凹部５２に圧入されて各導体セグメント３１，４１を連結する複数のカップリング部材５０と、カップリング部材５０の外周面とスロット１８の内面との間に配置された複数の放熱シート５５とを有する。【選択図】図４

Description

本発明は、回転電機のステータの構造、特に、ステータコアのスロット内で導体セグメントの端部を連結したステータコイルを有するステータの構造に関する。
回転電機のステータは、一般的に、ステータコアに、ステータコイルを巻回してなる。ステータコイルとしては、複数のセグメントコイルを連結して成るものが知られている。このようなステータコイルを製造する際には、例えば、略Ｕ字状の導体セグメントを、ステータコアのスロットに挿入し、導体セグメントのうち、ステータコアの軸方向端面から突出する部分を、周方向に倒して屈曲させる。そして、この屈曲した導体セグメントの端部を、同様の屈曲された他の導体セグメント端部に溶接して接合する。
しかしながら、こうした技術では、導体セグメントをステータコアに組み付けた後に、当該導体セグメントの屈曲や溶接、溶接部分の絶縁処理などが必要であり、製造工程が煩雑であった。
そこで、導体セグメントを予め屈曲成形してからステータコアに組み付けることが提案されている。特許文献１には、予めＵ字形に成形した第１導体セグメントと、第２導体セグメントとを準備し、この第１導体セグメントの先端と、第２導体セグメントの先端とを突き合わせて接合することで、分布巻き構造の多相の周方向展開コイルを作製し、この周方向展開コイルをステータコアのスロットに順次挿入してステータを製造することが提案されている。
特開２００９−１９４９９９号公報
特許文献１では、第１導体セグメントの先端と第２導体セグメントの先端とを、直接、接合するために、圧接や超音波接合といった接合法を採用している。しかし、こうした接合法は、大型の設備が必要であり、製造工程を煩雑化していた。
そこで、第１導体セグメントの先端と第２導体セグメントの先端とを直接接合せずに、第１、第２導体セグメントを各スロットに挿入し、各先端をカップリング部材に圧入して連結する構造が検討されている。
この構造の場合、各導体セグメントを流れる電流は、各導体セグメントとカップリング部材との接触部を流れる。このため、各先端とカップリング部材との接触抵抗によりカップリング部材が局所的に発熱してしまう場合がある。
一方、スロットに挿入するために導体セグメント、カップリング部材の外寸法は、スロットの内寸法よりも小さくなっているので、カップリング部材の外面とスロットの内面との間には僅かな隙間がある。このため、カップリング部材が発熱した場合に熱をステータコアに逃がすことが難しいという問題があった。
そこで、本発明は、回転電機のステータにおいて、導体セグメントの端部を連結するカップリング部材の発熱を抑制することを目的とする。
本発明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、前記ステータコアに巻回されるステータコイルと、を有する回転電機のステータであって、前記ステータコイルは、各前記スロットに挿入される複数の導体セグメントと、嵌合凹部が形成され、各前記スロットの中で各前記導体セグメントの各端部が前記嵌合凹部に圧入されて前記導体セグメントを連結する複数のカップリング部材と、各前記カップリング部材の外周面と各前記スロットの内面との間にそれぞれ配置された複数の放熱シートと、を有すること、を特徴とする。
各導体セグメントの端部をカップリング部材の嵌合凹部に圧入する際のカップリング部材の拡径によりカップリング部材の外面とスロットの内面とが放熱シートを挟んで密着する。これにより、カップリング部材の熱を放熱シートからステータコアに逃がしてカップリング部材の発熱を抑制することができる。
本発明の回転電機のステータにおいて前記カップリング部材は、一端が一方の前記導体セグメントの端部に取り付けられて、一方の前記導体セグメントの端部と共に前記スロットに挿入され、他端に前記嵌合凹部が形成され、前記スロットの中で他方の前記導体セグメントの端部が前記嵌合凹部に圧入されてもよいし、前記放熱シートは、前記カップリング部材の前記嵌合凹部が形成されている部分の外周面に取り付けられてもよい。
これにより、簡便な方法で放熱シートをカップリング部材の外周面とスロットの内面との間に配置することができる。
本発明の回転電機のステータにおいて、前記カップリング部材は、両端に前記嵌合凹部が形成されており、前記スロットの中で一方の前記導体セグメントの端部と他方の前記導体セグメントの端部とが両端の前記嵌合凹部にそれぞれ圧入されて一方の前記導体セグメントと他の前記導体セグメントとを連結することとしてもよい。
これにより、カップリング部材の拡径部分が大きくなるので、放熱シートがステータコアの内面に密着する領域が大きくなり、より効果的に熱をステータに逃がすことができる。
本発明は、回転電機のステータにおいて、導体セグメントの端部を連結するカップリング部材の発熱を抑制することができる。
ステータコアのスロットに導体セグメントを挿入する工程を示す斜視図である。 上導体セグメントの斜視図である。 端部にカップリング部材が取り付けられた下導体セグメントの斜視図である。 下導体セグメントの端部に取り付けられたカップリング部材の嵌合凹部に上導体セグメントの端部を圧入する工程を示す断面図である。
以下、図面を参照しながら実施形態の回転電機のステータ１０について説明する。図１に示すように、ステータ１０は、ステータコア１１と、ステータコイル２０とで構成される。
ステータコア１１は、略円環状のヨーク１４と、ヨーク１４の内周面から径方向内側に突出する複数のティース１６とで構成される。周方向に隣接するティース１６間には、ステータコイル２０の一部が収容される空間であるスロット１８が形成されている。ステータコア１１は、例えば、複数の電磁鋼板（例えばケイ素鋼板）を厚み方向に積層して作成される積層鋼板であってもよいし、絶縁被覆された磁性粒子をプレス成形してなる圧粉磁芯であってもよい。
ステータコイル２０は、ステータコア１１の上端面１２の側からスロット１８に挿入される上導体セグメント４０の先端４５と、ステータコア１１の下端面１３の側からスロット１８に挿入される下導体セグメント３０の先端３５とを、カップリング部材５０を介してスロット１８の中で連結して、ステータコア１１のティース１６に巻回するように構成したものである。ステータコイル２０の結線態様および巻回態様は、回転電機の仕様に応じて、適宜、選択されればよく、分布巻で巻回されてもよいし、集中巻で巻回されてもよい。
図１に示すように、上導体セグメント４０は、略Ｕ字状に成形された複数の上導体セグメント４１で構成されている。
図２に示すように、上導体セグメント４１は、銅などの導電性材料からなる平角線の表面を絶縁被覆して、略Ｕ字状に曲げ成形したものである。上導体セグメント４１は、互いに平行な長脚部４３と、長脚部４３よりも短い短脚部４４と、各脚部４３、４４を接続する山形の接続部４２とで構成される。長脚部４３、短脚部４４の外形寸法は、スロット１８に挿入する際にスロット１８の内面との間に僅かな隙間ができるように、スロット１８の内寸法より僅かに小さくなっている。また、長脚部４３、短脚部４４の各端部の各先端４５は絶縁被覆が剥離され、カップリング部材５０に圧入されるように外形寸法が他の部分よりも小さくなっている。
図３に示すように、下導体セグメント３０は、上導体セグメント４１と同様、略Ｕ形に折り曲げ成形され、長脚部３３と短脚部３４と接続部３２とを含む複数の下導体セグメント３１で構成される。
上導体セグメント４１と同様、長脚部３３、短脚部３４の外形寸法はスロット１８の内寸法より僅かに小さくなっている。また、長脚部３３、短脚部３４の各端部の各先端３５は、絶縁被覆が剥離され外形寸法が他の部分よりも小さくなっている。各先端３５には、カップリング部材５０が取り付けられている。そして、カップリング部材５０の上半部分の外周面には放熱シート５５が取り付けられている。
上導体セグメント４１の長脚部４３と短脚部４４とは上側からスロット１８に挿入されて下側からスロット１８に挿入される下導体セグメント３１の短脚部３４、長脚部３３とカップリング部材５０を介して接続される。また、各接続部４２，３２は、ステータコア１１の上端面１２、下端面１３より突出してコイルエンドを形成する。したがって、長脚部３３，４３と短脚部３４，４４の長さは、合計がスロット１８の軸方向長さと略同様となるような長さとなっている。また、長脚部３３，４３の長さは短脚部３４，４４の長さよりもカップリング部材５０の長さ分だけ長くなっている。
図４に示すように、カップリング部材５０は銅などの導電性材料の四角筒状部材で、一端に下導体セグメント３１の先端３５が取り付けられる取付凹部５１が形成され、他端に上導体セグメント４１の先端４５が圧入される嵌合凹部５２とが形成されている。嵌合凹部５２の内径寸法は、上導体セグメント４１の先端４５の外形寸法よりもわずかに小さくなっている。また、嵌合凹部５２の形成されている上半部分の外周面には放熱シート５５が取り付けられている。カップリング部材５０の放熱シート５５の外表面の外寸法は、スロット１８に挿入できるように、スロット１８の内寸法よりも僅かに小さく、下導体セグメント３１の外形寸法と略同一となっている。取付凹部５１に下導体セグメント３１の先端３５を差し込んでカップリング部材５０を下導体セグメント３１に取り付けると、カップリング部材５０の放熱シート５５の外表面と下導体セグメント３１の各脚部３３，３４の外表面とは略同一面となる。
ステータコイル２０を組み立てる際には、先端３５にカップリング部材５０が取り付けられた一方の導体セグメントである下導体セグメント３１をステータコア１１の下端面１３の側からスロット１８に挿入する。下導体セグメント３１の各脚部３３，３４とカップリング部材５０の放熱シート５５の外表面の外寸法はスロット１８の内寸法よりも僅かに小さいので、下導体セグメント３１をスロット１８に挿入した状態では、各脚部３３，３４と放熱シート５５の各外周面とスロット１８の内面との間には、僅かな隙間があいている。
次に、図４の白抜き矢印のようにステータコア１１の上端面１２の側から他方の導体セグメントである上導体セグメント４１を挿入する。上導体セグメント４１の各脚部４３，４４の外寸法はスロット１８の内寸法よりも僅かに小さいので、各脚部４３，４４の外周面とスロット１８の内面との間にも僅かな隙間があいている。
次に、上導体セグメント４１の先端４５をカップリング部材５０の嵌合凹部５２に圧入する。嵌合凹部５２の内径寸法は、上導体セグメント４１の先端４５の外形寸法よりもわずかに小さくなっている。このため、先端４５を嵌合凹部５２の中に圧入すると、嵌合凹部５２が拡径して外形寸法が大きくなり、外面に取り付けられた放熱シート５５がスロット１８の内面に密着する。これにより、カップリング部材５０の外面とスロット１８の内面とが放熱シート５５を挟んで密着する。また、上導体セグメント４１と下導体セグメント３１とがカップリング部材５０により電気的に連結される。
このように、カップリング部材５０の外面とスロット１８の内面とが放熱シート５５を挟んで密着しているので、カップリング部材５０と上導体セグメント４１との接触抵抗によってカップリング部材５０が発熱しても熱が放熱シート５５を介してステータコア１１に逃げる。これにより、カップリング部材５０の発熱を抑制することができる。また、外面に放熱シート５５が取り付けられたカップリング部材５０を下導体セグメント３１の先端３５に取り付けるので、下導体セグメント３１をスロット１８に挿入することで簡便に放熱シート５５をカップリング部材５０の外周面とスロット１８の内面との間に配置することができる。
以上説明した実施形態では、下導体セグメント３１の先端３５にカップリング部材５０を取り付けてスロット１８に挿入することとして説明したが、これに限らず、上導体セグメント４１の先端４５にカップリング部材５０を取り付けてスロット１８に挿入し、スロット１８の中で下導体セグメント３１の先端３５を嵌合凹部５２に圧入してもよい。
また、カップリング部材５０の両端に嵌合凹部５２を形成し、カップリング部材５０の外周面全体に放熱シート５５を取り付けておき、カップリング部材５０をスロット１８の所定の位置、例えば、ステータコア１１の上端面１２或いは下端面１３の近傍に配置し、上導体セグメント４１、下導体セグメント３１の各先端４５，３５をそれぞれカップリング部材５０の嵌合凹部５２に圧入してもよい。
この場合、カップリング部材５０の拡径する範囲が大きくなり、放熱シート５５を挟んでスロット１８の内面に密着する面積が増え、より効果的に熱をステータコア１１に逃がすことができる。
また、スロット１８の内面に放熱シート５５を配置しておき、カップリング部材５０が取り付けられた下導体セグメント３１のカップリング部材５０の位置が放熱シート５５の位置となるように下導体セグメント３１をスロット１８の中に挿入し、上導体セグメント４１をスロット１８に挿入して先端４５を嵌合凹部５２に圧入する様にしてもよい。
１０ ステータ、１１ ステータコア、１２ 上端面、１３ 下端面、１４ ヨーク、１６ ティース、１８ スロット、２０ ステータコイル、３０，３１ 下導体セグメント３２，４２ 接続部、３３，４３ 長脚部、３４，４４ 短脚部、３５，４５ 先端、４０，４１ 上導体セグメント、５０ カップリング部材、５１ 取付凹部、５２ 嵌合凹部、５５ 放熱シート。

Claims (4)

  1. 複数のスロットを有するステータコアと、前記ステータコアに巻回されるステータコイルと、を有する回転電機のステータであって、
    前記ステータコイルは、
    各前記スロットに挿入される複数の導体セグメントと、
    嵌合凹部が形成され、各前記スロットの中で各前記導体セグメントの各端部が前記嵌合凹部に圧入されて前記導体セグメントを連結する複数のカップリング部材と、
    各前記カップリング部材の外周面と各前記スロットの内面との間にそれぞれ配置された複数の放熱シートと、を有すること、
    を特徴とする回転電機のステータ。
  2. 請求項１に記載の回転電機のステータであって、
    前記カップリング部材は、一端が一方の前記導体セグメントの端部に取り付けられて、一方の前記導体セグメントの端部と共に前記スロットに挿入され、他端に前記嵌合凹部が形成され、前記スロットの中で他方の前記導体セグメントの端部が前記嵌合凹部に圧入されること、
    を特徴とする回転電機のステータ。
  3. 請求項２に記載の回転電機のステータであって、
    前記放熱シートは、前記カップリング部材の前記嵌合凹部が形成されている部分の外周面に取り付けられていること、
    を特徴とする回転電機のステータ。
  4. 請求項１に記載の回転電機のステータであって、
    前記カップリング部材は、両端に前記嵌合凹部が形成されており、前記スロットの中で一方の前記導体セグメントの端部と他方の前記導体セグメントの端部とが両端の前記嵌合凹部にそれぞれ圧入されて一方の前記導体セグメントと他の前記導体セグメントとを連結すること、
    を特徴とする回転電機のステータ。
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