JP2015109718A - 回転電機のコイル - Google Patents

Abstract

【課題】回転電機のコイルにおいて、接合部を小さくしながら接合強度を確保できるようにし、回転電機のコイルコイルエンドの高さを低くして、回転電機の小型化を可能にすることである。
【解決手段】回転電機のコイル１０は、コイルエンドにおいて接合されながら巻回されるコイル１０であって、互いに向かい合って接合されるコイルの先端部４０，４２は、２つの先端部４０，４２を向かい合わせる曲げ成形によって生じるスプリングバック力４４，４６を互いに受止めるように噛みあう切欠き部２４，２６を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、回転電機のコイルに係り、特に、回転電機のコイルエンドにおいて接合されながら巻回されるコイルに関する。

回転電機において、複数の導体セグメントを用い、その端部同士を予め定めた巻線方法で接合してコイル巻線を形成することが行われる。端部同士を溶接等で接合する場合、溶接入熱量を低減するために、端部の先端形状を細くすることがよい。

特許文献１は、導体セグメントの端部の先端形状を細くして接合を行うと、成形や回転電機となったときの振動等のストレスで断面積の小さくなった先端形状の根元に応力集中が生じることを指摘している。そこで先端形状を２段階で細くすることが開示されている。

特開２０１２−１１０５７５号公報

向かい合う導線の先端部を小さくして接合すると、接合の入熱量を少なくできるが、所定の接合強度を得ることが難しい。所定の接合強度を確保しようとすると、例えば接合部の長さが長くなって回転電機におけるコイルエンド部の高さが高くなり、回転電機が大型化する。

本発明の目的は、接合部を小さくしながら接合強度を確保できる回転電機のコイルを提供することである。

本発明に係る回転電機のコイルは、回転電機のコイルエンドにおいて接合されながら巻回されるコイルであって、互いに向かい合って接合されるコイルの先端部は、２つの先端部を向かい合わせる曲げ成形によって生じるスプリングバック力を互いに受止めるように噛みあう切欠き部を有することを特徴とする。

上記構成の回転電機のコイルは、曲げ成形によって生じるスプリングバック力を互いに受止めるように噛みあう切欠き部を有する先端部で接合されるので、スプリングバック力によって外れにくくなる。これによって接合部の大きさを小さくしても十分な接合強度を確保できる。また、回転電機のコイルエンド部の高さを低くすることができる。

本発明に係る実施の形態における回転電機のコイルを示す図である。（ａ）はコイルとなる導体セグメントを示す図、（ｂ）はコイルを示す図、（ｃ）は、接合される先端部の拡大図である。 本発明に係る実施の形態における回転電機のコイルを形成する手順を示す図で、（ａ）は、２つの導体セグメントの初期状態を示す図、（ｂ）は、導体セグメントの先端部に切欠きを設ける手順を示す図、（ｃ）と（ｄ）は、曲げ成形によって先端部が移動する様子を示す図であり、（ｅ）は、曲げ成形による曲げを元に戻そうとするスプリングバック力が生じる様子を示す図である。

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、導体セグメントを接合して形成されるコイルの巻回対象が回転電機ステータであるとして述べるが、コイルの巻回対象は回転電機ロータであってもよい。以下では、回転電機の巻回方法として分布巻を述べるが、これは説明のための例示であって、２つの先端部を接合する巻回方法であれば、分布巻以外でも構わない。以下で述べる寸法、形状、材質等は説明のための例示であって、回転電機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。

図１は、回転電機のコイルエンドにおいて接合されながら巻回される回転電機のコイル１０を示す図で、（ａ）は、回転電機のコイル１０となる導体セグメントが回転電機のステータ６のスロット８，９へ挿入される様子を示す図、（ｂ）は、挿入された複数の導体セグメント１２，１４，１６，１８が曲げ成形される様子を示す図、（ｃ）は、曲げ成形された２つの導体セグメント１２，１４が向かい合って接合される先端部を示す図である。以下では、回転電機のコイル１０を単にコイル１０と呼ぶ。

コイル１０は、三相同期型回転電機のステータに分布巻型で巻回される巻線コイルである。コイル１０は、回転電機のコイルエンドにおいて、複数の導体セグメント１２，１４，１６，１８を所定のコイル巻回方法で順次接合して形成される。

図１（ａ）は導体セグメントを示す図である。導体セグメント１２，１４，１６，１８は同じものであるので、ここでは、導体セグメント１２について説明する。導体セグメント１２は、１本の絶縁皮膜付き導体線を略Ｕ字形に成形されたものである。略Ｕ字形とは、真直ぐに延びた２つの脚部と、２つの脚部を所定の脚部間隔となるように離しながら連結している折り曲げ部を有する形状である。

かかる導体セグメント１２に用いられる絶縁皮膜付きの導体線としては、断面が矩形形状の平角線を用いる。平角線を用いることで、スロット８，９内のコイル占積率の向上を図ることができる。平角線に代えて、断面が円形、楕円形のものを用いてもよい。絶縁皮膜付き導線は、素線２０の外周に絶縁皮膜２２を被覆したものである（図１（ｃ）参照）。素線２０としては、銅線、銅錫合金線、銀メッキ銅錫合金線等を用いることができる。絶縁皮膜２２としては、ポリアミドイミドのエナメル皮膜が用いられる。これに代えて、ポリエステルイミド、ポリイミド、ポリエステル、ホルマール等を用いてもよい。

導体セグメント１２は、回転電機の固定子であるステータ６の内周側の周方向に沿って複数設けられるスロットの中で、分布巻型の巻線方法で定められる所定のスロット間隔だけ離れた２つのスロット８，９に２つの脚部の先端部が挿入される。スロット８，９に挿入された導体セグメント１２の脚部の先端部は、ステータ６の軸方向の端部側に突き出す。ステータ６の軸方向を図１（ａ）に示した。

図１（ａ）の例では、三相のＵ相、Ｖ相、Ｗ相に対応して、６スロット間隔だけ離れて同じ相となる２つのスロット８，９が示される。導体セグメント１２の所定の脚部間隔は、この所定のスロット間隔に合わされて設定される。

ここでは、コイル１０の巻数＝４として、４本の導体セグメント１２，１４，１６，１８がスロット８，９に挿入される。巻数＝４は例示であって、これ以外の巻数でもよい。

図１（ｂ）に示されるように、スロット８，９に挿入された４本の導体セグメント１２，１４，１６，１８はそれぞれ曲げ成形され、２つの先端部同士が互いに向かい合わされる。すなわち、導体セグメント１２の他方の先端部４０と導体セグメント１４の一方の先端部４２が向かい合わされる。この２つの先端部４０，４２が互いに接合される。２つの先端部４０，４２は、導体セグメント１２，１４の絶縁皮膜２２が除去されて素線２０が露出している。素線２０が露出した先端部４０，４２の接合は、回転電機のステータ６の軸方向の端部において、適当な接合手段を用いて行われる。接合手段としては、溶接が用いられる。

同様に、導体セグメント１４の他方の先端部と導体セグメント１６の一方の先端部が向かい合わされ、接合が行われる。また、導体セグメント１６の他方の先端部と導体セグメント１８の一方の先端部が向かい合わされ、接合が行われる。なお、導体セグメント１２の一方の先端部は、図示されていない渡り線としてステータ６の軸方向の端部で周方向に沿って延伸され、三相巻線で同じ相において隣接する別の巻回箇所のスロットに挿入される導体セグメントの他方の先端部となる。同様に導体セグメント１８の他方の先端部は、図示されていない渡り線としてステータ６の軸方向の先端で周方向に沿って延伸され、三相巻線で同じ相において隣接する他の巻回箇所のスロットに挿入される導体セグメントの一方の先端部となる。

このようにして、複数の導体セグメント１２，１４，１６，１８を用い、三相巻線の所定のコイル巻回方法に従って、回転電機のステータ６の軸方向の端部の周方向に沿って順次接合が行われて、コイル１０が形成される。ステータ６の軸方向の端部には、複数の導体セグメント１２，１４，１６，１８の接合が行われて、回転電機のコイルエンドを形成する。したがって、コイルエンドの高さは、導体セグメント１２，１４，１６，１８における先端部の長さが長くなるほど高くなる。

図１（ｃ）は、図１（ｂ）のＡ部の拡大図である。ここに示されるように、互いに向かい合って接合される２つの導体セグメント１２，１４の先端部４０，４２には、互いに噛みあう切欠き部２４，２６が設けられる。切欠き部２４，２６は、２つの先端部４０，４２をそれぞれ向かい合わせように行われた曲げ成形によって生じるスプリングバック力４４，４６を互いに受止めるように噛みあわされる。２つの先端部４０，４２の接合は、切欠き部２４，２６が噛みあった状態で行わる。したがって、接合が行われる接合部を小さくしてもスプリングバック力４４，４６によって接合部が外れにくくなるので、十分な接合強度を確保できる。これによって、回転電機のコイルエンド部の高さを低くすることができる。

図２は、２つの導体セグメント１２，１４について、切欠き部２４，２６の形成と、曲げ成形と、切欠き部２４，２６の噛み合わせを行わせ、スプリングバック力４４，４６を生じさせる手順を示す図である。これらの図は、導体セグメント１２，１４の先端部側から見た断面図である。

図２（ａ）は、２つの導体セグメント１２，１４の初期状態である。導体セグメント１２，１４は、素線２０の周囲に絶縁皮膜２２が被覆された平角線である。（ａ）には、平角線の長辺である幅方向の寸法Ｗと短辺である厚さ方向の寸法ｔを示した。

図２（ｂ）は、導体セグメント１２，１４の先端部側において絶縁皮膜２２を除去し素線２０を露出させて、切欠き部２４，２６を形成した状態の先端部２８，３０を示す図である。切欠き部２４，２６は、先端部２８，３０において切欠き部２４，２６を切り欠く前のそれぞれの断面の矩形形状の４隅の１つに設けられ、切欠き部２４，２６を切り欠く前の長辺側を合わせたときに互いに噛みあう形状を有する。図２（ｂ）の例では、矩形断面の大きさの４半分の大きさの矩形形状を切り欠いた切欠き部２４，２６が示される。

切欠き部２４，２６の形状は、互いに噛みあわせたときに余分な隙間が生じない形状であれば、矩形形状でなくてもよい。例えば、互いに噛みあう窪み部分や凹凸部分を有する形状であってもよい。

図２（ｃ），（ｄ）は、切欠き部２４，２６が設けられた先端部２８，３０を互いに噛み合わせるために行われる曲げ成形の手順を示す図である。図２（ｃ）は、（ｂ）における先端部２８，３０の位置を矢印で示す方向に曲げ成形し、先端部３２，３４の位置とする中間工程である。図２（ｄ）は、（ｃ）における先端部３２，３４の位置を矢印で示す方向にさらに曲げ成形し、切欠き部２６，２が互いに噛みあう先端部４０，４２の位置とする工程である。図２（ｃ），（ｄ）に示されるように、曲げ成形の方向は、導体セグメント１２，１４の矩形断面における厚さ方向である。つまり、導体セグメント１２，１４の短辺側を曲げるように曲げ成形が行われる。

図２（ｅ）は、図２（ｄ）の切欠き部２６，２８における噛み合わせによって先端部４０，４２に発生するスプリングバック力４４，４６の押付方向を示す図である。スプリングバック力４４，４６は、図２（ｄ）で行われた曲げ成形を元へ戻そうとする方向に生じる。つまり、図２（ｄ）の矢印の方向と逆側の方向に生じる。したがって、切欠き部２４，２６は、２つの先端部４０，４２を向かい合わせる曲げ成形によって生じるスプリングバック力４４，４６を互いに受止めるように噛みあわされる。

なお、図２（ｃ），（ｄ）では、２つの導体セグメント１２，１４が曲げやすい方向である矩形断面の厚さ方向に曲げるものとした。つまり、２つの導体セグメント１２，１４の短辺側を曲げる。曲げ成形の方向は、切欠き部２４，２６を噛み合わせたときに、曲げ成形によって生じるスプリングバック力４４，４６を切欠き部２４，２６が互いに受止めるような方向であれば、これ以外の方向に曲げても構わない。

このように、上記構成によれば、回転電機のコイルの先端部４０，４２は、曲げ成形によって生じるスプリングバック力４４，４６を互いに受止めるように噛みあう切欠き部２４，２６で接合される。これによって、接合部を小さくしてもスプリングバック力４４，４６によって外れにくくなるので、十分な接合強度を確保できる。また、回転電機のコイルエンド部の高さを低くすることができる。

６ ステータ、８，９ スロット、１０ （回転電機の）コイル、１２，１４，１６，１８ 導体セグメント、２０ 素線、２２ 絶縁皮膜、２４，２６ 切欠き部、２８，３０，３２，３４，４０，４２ 先端部、４４，４６ スプリングバック力。

Claims (1)

1. 回転電機のコイルエンドにおいて接合されながら巻回されるコイルであって、
   互いに向かい合って接合されるコイルの先端部は、２つの先端部を向かい合わせる曲げ成形によって生じるスプリングバック力を互いに受止めるように噛みあう切欠き部を有することを特徴とする回転電機のコイル。

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