WO2019073724A1

WO2019073724A1 - 回転電機の固定子

Info

Publication number: WO2019073724A1
Application number: PCT/JP2018/033127
Authority: WO
Inventors: 知紘福田; 山崎　慎司
Original assignee: 日立オートモティブシステムズ株式会社
Priority date: 2017-10-11
Filing date: 2018-09-07
Publication date: 2019-04-18
Also published as: JP6979464B2; JPWO2019073724A1; US11271447B2; US20200358329A1; CN111164860B; CN111164860A

Abstract

本課題は、沿面絶縁距離を確保し、絶縁信頼性を高めることである。　筒体で形成され、筒体の内周側に、複数のセグメントコイルを収納するための収納空間が、筒体の軸方向に沿って形成されると共に、収納空間が筒体の内周側に互いに間隔を保って複数個形成される固定子鉄心と、環状の部材として構成され、複数のセグメントコイルを支持する複数のコイル支持部材と、を備え、各コイル支持部材は、各収納空間に連なる開口であって、セグメントコイルを挿入するための複数の貫通孔を有し、且つ固定子鉄心の軸方向両端部に分かれて配置されて、固定子鉄心の軸方向端部の内周側を覆う。

Description

回転電機の固定子

　本発明は、モータや発電機等の回転電機の固定子に関する。

　本技術分野の背景技術として、国際公開第２０１５／０８３４７０号（特許文献１）がある。この公報には、「生産性と絶縁性とを両立した回転電機を提供する。」と記載されている（要約参照）。

国際公開第２０１５／０８３４７０号

　特許文献１記載の技術を用いることで、コイル挿入の際、絶縁紙抜けや破れによる絶縁信頼性の低下や、コイル捻り成形後のコイル高さが安定しないことは解決出来る。しかし、沿面絶縁距離を確保することについては、十分配慮されていないので、絶縁信頼性を高めることが課題となる。

　本発明は、沿面絶縁距離を確保し、絶縁信頼性を高めることができる回転電機の固定子を提供することにある。

　上記課題を解決するために、本発明は、筒体で形成され、前記筒体の内周側に、複数のセグメントコイルを収納するための収納空間が、前記筒体の軸方向に沿って形成されると共に、前記収納空間が前記筒体の内周側に互いに間隔を保って複数個形成される固定子鉄心と、環状の部材として構成され、前記複数のセグメントコイルを支持する複数のコイル支持部材と、を備え、前記各コイル支持部材は、前記各収納空間に連なる開口であって、前記セグメントコイルを挿入するための複数の貫通孔を有し、且つ前記固定子鉄心の軸方向両端部に分かれて配置されて、前記固定子鉄心の軸方向端部の内周側を覆うことを特徴とする。

　本発明によれば、沿面絶縁距離を確保し、絶縁信頼性を高めることができる。上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施の形態の説明により明らかにされる。

本発明の実施例１における回転電機の固定子を単体で示す斜視図である。実施例１における固定子コアの要部断面図である。実施例１における固定子コアにコイル支持部材を組み付ける前の状態を示す斜視図である。実施例１における固定子コアにコイル支持部材を組み付けた後の状態を示す図であって、（ａ）は、上面図であり、（ｂ）は、（ａ）におけるＡ－Ａ線に沿う断面図である。実施例１における固定子コアのスロット領域を説明するための概念図である。実施例１における分割型コイル支持部材の要部斜視図であって、（ａ）は、上面図であり、（ｂ）は、下面図である。実施例２における分割型コイル支持部材の斜視図であって、（ａ）は、上面図であり、（ｂ）は、下面図である。実施例３における分割型コイル支持部材の分解斜視図ある。

　以下、本発明の実施例を説明する。
　以下の説明では、回転電機の一例として、ハイブリッド電気自動車用の回転電機を用いる。また、以下の説明において、「軸方向」は回転電機の回転軸に沿った方向を指す。周方向は回転電機の回転方向に沿った方向を指す。「径方向」は回転電機の回転軸を中心としたときの動径方向（半径方向）を指す。「内周側」は径方向内側（内径側）を指し、「外周側」はその逆方向、すなわち径方向外側（外径側）を指す。

　まず、実施例の概要を説明する。
　ここで説明する実施例は、回転電機の固定子の絶縁部材構成に関するものである。回転電機は、大きく分けて、円筒状をなす固定子と、この固定子の内周側に所定の間隙を隔てて配置された回転子とにより構成される。

　固定子は、回転方向に極性が交互に異なるように配置された複数の磁極を有するものであって、円筒状をなす固定子コアと、この固定子コアに巻かれた複数本の固定子コイルと、を有している。上記固定子コアには、固定子コイルを収容するため、軸方向に貫通するとともに周方向に配列された複数のスロットが形成されている。各固定子コイルは、各スロット内を軸方向に延在しつつ、スロットの軸方向一端より引き出された引出し線部によって、複数の磁極に対応するように、所定の周方向ピッチで離間する複数のスロットに跨って延在している。

　以下、図１～８を参照して、本発明の実施例１について説明する。
　図１は、本発明の実施例１における回転電機の固定子を単体で示す斜視図である。図２は、本発明の実施例１における固定子コアの要部断面図（水平断面図）であって、各スロット１０３の内部を示す断面対応図である。

　図１及び図２に示すように、回転電機の固定子１００は、複数のスロット１０３が内周側に形成された固定子コア（固定子鉄心とも呼ぶ）１０１と、この固定子コア１０１に巻かれるＵ相、Ｖ相、及びＷ相に対応した３本の固定子巻線（セグメントコイルとも呼ぶ）１０２と、各固定子巻線１０２を支持するコイル支持部材２０１と、を有している。固定子コア１０１は、円筒状の筒体で形成され、この筒体の内周側に、複数のスロット１０３が形成されている。各スロット１０３は、固定子コア（筒体）１０１の内周側に、各固定子巻線１０２を収納するために収納空間として、固定子コア１０１の軸方向に沿って貫通形成されるとともに、所定の周方向ピッチで周方向に等間隔おきに配列（形成）されている。各スロット１０３の内周側には、固定子コア１０１の軸方向に沿って延びるスリット１０４が開口形成されている。

　本実施例における各固定子巻線１０２は、絶縁被膜を有するコイル導体１０５で構成され、後述するように、スロット１０３に挿入・保持される多数のコイル導体１０５を有している。そして、同一のスロット１０３内で隣り合うコイル導体１０５同士が、固定子コア１０１の軸方向一端側（図１の下端側）に設けられた溶接部１０６で互いに溶接される。これにより、複数のコイル導体１０５が溶接部１０６で電気的に接続された長尺な固定子巻線１０２が構成される。これらのコイル導体１０５は、被接合部側（固定子コア１０１の軸方向下方側）の一部が、スロット１０３の軸方向外側に出されており、そのうち、被接合部側に配置されるコイル導体１０５の全周の絶縁被膜が剥離されている。

　この際、本実施例では、後述するように、コイル支持部材２０１が、固定子コア１０１の軸方向端部に配置（搭載）され、その後、固定子巻線１０２（コイル導体１０５）が、コイル支持部材２０１を介して固定子コア１０１に巻き付けられるので、被接合部側（固定子コア１０１の軸方向下方側）の一部が、スロット１０３の軸方向外側に出されても、固定子コア１０１と固定子巻線１０２（コイル導体１０５）間の沿面絶縁距離を確保することができる。

　図３は、実施例１における固定子コアにコイル支持部材を組み付ける前の状態を示す斜視図である。図３に、固定子コア１０１と、固定子巻線１０２を支持（保持）するためのコイル支持部材２０１との位置関係を示す。円筒状をなす固定子コア１０１の軸方向両端部には、固定子巻線１０２を支持（保持）するための複数のコイル支持部材２０１が分かれて配置される。各コイル支持部材２０１は、全体として円環状（リング状）に形成された部材であって、固定子コア１０１の軸方向端部のうち少なくとも内周側の各スロット１０３を覆う大きさの部材で構成されている。各コイル支持部材２０１のうち、固定子コア１０１の軸方向端部との対向面の内周側には、固定子コア１０１との位置決めのために、スロット１０３内に挿入される突起部２０２が、複数個、周方向に沿って等間隔（１スロット分の間隔を空けて）で形成されている。また、各コイル支持部材２０１には、各スロット１０３に連なる開口であって、固定子巻線１０２（コイル導体１０５）を挿入するための貫通孔（穴）２０３が、複数個、周方向に沿って等間隔で形成されている。

　なお、本実施例における各コイル支持部材２０１は、円環状（リング状）に形成された部材を周方向に複数個、例えば、４個に分割し、分割された各円弧状の部材を、互いに結合し、全体として、円環状（リング状）の部材として構成されているが、円環状に一体成型された部材を用いることもできる。分割された各円弧状の部材を用いた場合、円環状に一体成型された部材を用いたものよりも、固定子コア１０１とコイル支持部材２０１との位置精度を低くして設計することができる。一方、円環状に一体成型された部材を用いた場合、各コイル支持部材２０１の各貫通孔２０３が固定子コア１０１の各スロット１０３に重なるように、位置決め精度を高く設計する必要がある。また、各コイル支持部材２０１に用いる材料は、ＰＰＳ樹脂で構成しているが、ＰＥＴやＰＥＥＫ、非導電性の金属で構成しても良い。

　図４は、実施例１における固定子コアにコイル支持部材を組み付けた後の状態を示す図であって、（ａ）は、上面図であり、（ｂ）は、（ａ）におけるＡ－Ａ線に沿う断面図である。なお、（ｂ）は、コイル支持部材２０１の形状が分かりやすくなるように、コイル導体１０５は軸方向で切断した状態を示している。図４において、各コイル支持部材２０１の上面には、各貫通孔（穴）２０３の縁に複数の凹部２０３Ａ、２０３Ｂが、コイル曲げ方向Ｘ、Ｙ（周方向）に倣うように形成されている。通常、コイル導体１０５を捻じる際には、スロット１０３内で隣接するコイル導体１０５を互い違いに異なる方向に曲げるため、各凹部２０３Ａと各凹部２０３Ｂが径方向において互い違いになるように形成されている。例えば、貫通孔（穴）２０３の縁のうち、コイル曲げ方向Ｘのコイル導体１０５の挿入領域に対応した縁には、凹部２０３Ａが形成され、コイル曲げ方向Ｙのコイル導体１０５の挿入領域に対応した縁には、凹部２０３Ｂが形成される。

　この際、各凹部２０３Ａ、２０３Ｂは、コイル導体１０５を保持するための面取り形状で形成されており、貫通孔（穴）２０３の縁から、その厚さが、周方向に沿って漸次変化するテーパ状のテーパ部、例えば、貫通孔（穴）２０３の縁から、その凹みが、周方向に沿って漸次浅くなるテーパ部或いは面取り形状部（溝部）として形成されている。これにより、コイル導体１０５をコイル曲げ方向Ｘ又はコイル曲げ方向Ｙに曲げる際に、コイル導体１０５を傷つけることなく折り曲げることができる。なお、各凹部２０３Ａ、２０３Ｂの代わりに、各貫通孔（穴）２０３の縁にテーパ状の部材（周方向に沿って漸次その厚さが厚くなるテーパ状の部材）を配置することもできる。また、各貫通孔（穴）２０３の縁を単に面取り加工するだけでも良い。また、各凹部２０３Ａ、２０３Ｂを、各貫通孔（穴）２０３の縁の両側に、周方向（径方向と交差する方向）に沿って形成することもできる。

　図５は、実施例１における固定子コアのスロット領域を説明するための概念図であって、コイル支持部材に構成される突起部が配置される固定子コアのスロット領域を示す。図５において、固定子コア１０１に設けられたスロット１０３の、固定子コア１０１の表面における大きさ（面積）は、コイル導体１０５の幅Ｗ１より大きく形成され、指定の数のコイル導体１０５、例えば、４本のコイル導体１０５を収納可能な大きさの第１空間Ｓ１と、第１空間Ｓ１と連通する第２空間Ｓ２とに分けることができる。この際、第２空間Ｓ２は、４本のコイル導体１０５がスロット１０３に挿入された後のデッドスペース（隙間）であって、コイル支持部材２０１の突起部２０２が挿入される空間となる。第２空間Ｓ２にコイル支持部材２０１の突起部２０２が挿入されることで、固定子コア１０１におけるコイル支持部材２０１の位置決めが可能になると共に、コイル支持部材２０１が固定子コア１０１の表面から動くのを防止することが可能になる。この構成により、固定子コア１０１のスロット１０３におけるコイル導体１０５の占める割合である占積率を低下させることなく、固定子コア１０１とコイル支持部材２０１との位置決め精度を確保することができる。また、スロット１０３は、第１空間Ｓ１が、コイル導体１０５の幅Ｗ１より大きく形成されているので、コイル導体１０５として、指定の太さのものを用いることができる。

　図６は、実施例１における分割型コイル支持部材の要部斜視図であって、（ａ）は、上面図であり、（ｂ）は、下面図である。分割型コイル支持部材２０１Ａは、円環状（リング状）に形成されたコイル支持部材２０１を周方向に、４分割して得られた、円弧状の部材として構成される。分割型コイル支持部材２０１Ａを、周方向に４個組み合わせることで、円環状のコイル支持部材２０１が構成される。分割型コイル支持部材２０１Ａには、各スロット１０３に連なる開口であって、固定子巻線１０２（コイル導体１０５）を挿入するための貫通孔（穴）２０３が、複数個、周方向に沿って等間隔で形成されている。また、分割型コイル支持部材２０１Ａの下面（固定子コア１０１の軸方向端部との対向面）には、固定子コア１０１との位置決めのために、スロット１０３の第２空間Ｓ２内に挿入される突起部２０２が、複数個、周方向に沿って等間隔（１スロット分の間隔を空けて）で形成されている。実施例１における突起部２０２は、１スロット分の間隔を空けて配置される構成であるが、全てのスロット１０３に対応する部位に突起部２０２を設けても良い。分割型コイル支持部材２０１Ａの外周側上面には、コイル導体１０５を捻り成形する際にかかる応力を緩和するための環状のリブ２０４が、周方向に沿って形成されている。

　本実施例によれば、固定子コア１０１と固定子巻線１０２（コイル導体１０５）間の沿面絶縁距離を確保することができると共に、コイル導体１０５を傷つけることなく折り曲げることができ、絶縁信頼性を高めることができる。また、固定子コア１０１とコイル支持部材２０１との位置決め精度を高めることができる。さらに、複数の突起部２０２が、周方向に沿って１スロット分の間隔を空けて形成されているので、スロット１０３の第２空間Ｓ２内に突起部２０２を挿入して、コイル支持部材２０１と固定子コア１０１とを組み付ける際に、両者の位置決が、全ての貫通孔（穴）２０３の縁に突起部２０２を形成したものよりも容易となる。

　図７は、実施例２における分割型コイル支持部材の斜視図であって、（ａ）は、上面図であり、（ｂ）は、下面図である。実施例２は、分割型コイル支持部材２０１Ａの代わりに、分割型コイル支持部材２０１Ｂを用いたものであり、他の構成は、実施例１と同様であり、それらの説明は省略する。

　分割型コイル支持部材２０１Ｂは、円環状（リング状）に形成されたコイル支持部材２０１を周方向に、４分割して得られた、円弧状の部材として構成される。分割型コイル支持部材２０１Ｂを、周方向に４個組み合わせることで、円環状のコイル支持部材２０１が構成される。分割型コイル支持部材２０１Ｂには、各スロット１０３に連なる開口であって、固定子巻線１０２（コイル導体１０５）を挿入するための貫通孔（穴）２０３が、複数個、周方向に沿って等間隔で形成されている。また、分割型コイル支持部材２０１Ｂの下面（固定子コア１０１の軸方向端部との対向面）には、固定子コア１０１との位置決めのために、スロット１０３の第２空間Ｓ２内に挿入される突起部２０２が、１個形成されている。即ち、単一の貫通孔（穴）２０３の縁にのみ突起部２０２が形成されている。

　本実施例によれば、単一の貫通孔（穴）２０３の縁にのみ突起部２０２が形成されているので、スロット１０３の第２空間Ｓ２内に突起部２０２を挿入して、コイル支持部材２０１と固定子コア１０１とを組み付ける際に、両者の位置決が、実施例１よりも容易となる。

　図８は、実施例３における分割型コイル支持部材の分解斜視図ある。実施例３は、分割型コイル支持部材２０１Ａの代わりに、分割型コイル支持部材２０１Ｃ、Ｄを組み合わせて用いたものであり、他の構成は、実施例１と同様であり、それらの説明は省略する。

　分割型コイル支持部材２０１Ｃ、Ｄは、円環状（リング状）に形成されたコイル支持部材２０１を周方向に、４分割して得られた、円弧状の部材を、径方向において２分割して得られた部材として構成される。分割型コイル支持部材２０１Ｃと分割型コイル支持部材Ｄとを組み合わせ、組み合わされた分割型コイル支持部材２０１Ｃと分割型コイル支持部材Ｄを、周方向に４個組み合わせることで、円環状のコイル支持部材２０１が構成される。

　分割型コイル支持部材２０１Ｃは、固定子コア１０１の外周側（外径側）に配置される部材であって、分割型コイル支持部材２０１Ｃの内周側（内径側）には、各スロット１０３に連なる開口であって、固定子巻線１０２（コイル導体１０５）を挿入するための切欠き２０３Ｃが、複数個、周方向に沿って等間隔で形成されている。各切欠き２０３Ｃの縁には、複数の凹部２０３Ａ、２０３Ｂが形成されている。分割型コイル支持部材２０１Ｄは、固定子コア１０１の内周側（内径側）に配置される部材であって、分割型コイル支持部材２０１Ｄの外周側には、各スロット１０３に連なる開口であって、固定子巻線１０２（コイル導体１０５）を挿入するための切欠き２０３Ｄが、複数個、周方向に沿って等間隔で形成されている。分割型コイル支持部材２０１Ｄの下面（固定子コア１０１の軸方向端部との対向面）には、固定子コア１０１との位置決めのために、スロット１０３の第２空間Ｓ２内に挿入される突起部２０２が、複数個、周方向に沿って等間隔（１スロット分の間隔を空けて）で形成されている。

　この際、スロット１０３を、スリット１０４を有するセミクローズスロットとして形成する代わりに、スリット１０４を有しないオープンスロット（スロット幅が均一のスロット）として形成することで、コイル導体１０５を径方向（横方向）からオープンスロットに挿入することが可能になる。なお、分割型コイル支持部材２０１Ｃと分割型コイル支持部材Ｄとを組み合わせることで、各切欠き２０３Ｃと各切欠き２０３Ｄが、それぞれ貫通孔（穴）２０３として機能する。

　本実施例によれば、コイル支持部材２０１が、その径方向において、外径側に配置される分割型コイル支持部材２０１Ｃと内径側に配置される分割型コイル支持部材２０１Ｄに２分割されるので、波巻、連続巻といった巻線方法にも適用することが可能となる。

　なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

　１００　固定子、１０１　固定子コア、１０２　固定子巻線、１０３　スロット、１０４　スリット、１０５　コイル導体、１０６　溶接部、２０１　コイル支持部材、２０１Ａ、２０１Ｂ、２０１Ｃ、２０１Ｄ　分割型コイル支持部材、２０２　突起部、２０３　貫通孔、２０３Ａ、２０３Ｂ　凹部、２０３Ｃ、２０３Ｄ　切欠き、２０４　リブ

Claims

　筒体で形成され、前記筒体の内周側に、複数のセグメントコイルを収納するための収納空間が、前記筒体の軸方向に沿って形成されると共に、前記収納空間が前記筒体の内周側に互いに間隔を保って複数個形成される固定子鉄心と、
　環状の部材として構成され、前記複数のセグメントコイルを支持する複数のコイル支持部材と、を備え、
　前記各コイル支持部材は、
　前記各収納空間に連なる開口であって、前記セグメントコイルを挿入するための複数の貫通孔を有し、且つ前記固定子鉄心の軸方向両端部に分かれて配置されて、前記固定子鉄心の軸方向端部の内周側を覆うことを特徴とする回転電機の固定子。
　前記各収納空間は、
　前記セグメントコイルを指定の数のセグメントコイルを挿入可能な大きさの第１空間と、前記第１空間と連通する空間であって、前記指定の数のセグメントコイルが前記第１空間に挿入された後の間隙となる第２空間とから構成され、
　前記各コイル支持部材は、
　前記固定子鉄心の軸方向端部との対向面に、前記第２空間のうちいずれかの第２空間に挿入可能な突起部を有することを特徴とする請求項１に記載の回転電機の固定子。
　前記各コイル支持部材における前記各貫通孔の縁には、前記各コイル支持部材の周方向沿って漸次厚さが変化するテーパ部が形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の回転電機の固定子。
　前記各コイル支持部材には、前記突起部が、前記第２空間のうち一部の第２空間に対応して形成されていることを特徴とする請求項２に記載の回転電機の固定子。
　前記各コイル支持部材の外周側上面には、環状のリブが周方向に沿って形成されていることを特徴とする請求項１～４のうちいずれか１項に記載の回転電機の固定子。
　前記各コイル支持部材は、
　その径方向において複数個に分割可能に構成されていることを特徴とする請求項１～４のうちいずれか１項に記載の回転電機の固定子。
　前記各コイル支持部材は、
　その周方向に沿って複数個に分割可能に構成され、前記分割された各分割型コイル支持部材には、前記突起部が、前記第２空間のうち一部の第２空間に対応して形成されていることを特徴とする請求項２に記載の回転電機の固定子。