JP5874438B2 - 回転電機の分布巻固定子、および回転電機の分布巻固定子の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は回転電機の分布巻固定子、および回転電機の分布巻固定子の製造方法に関するものである。

従来、複数のコイルを用いた回転電機の分布巻固定子において、コイル間を溶接によって結線するものが特許文献１に開示されている。

特開２００８−１０４２９３号公報

特許文献１のように溶接によって結線を行うと時間が掛かり、生産性が良くない、といった問題点がある。

本発明はこのような問題点を解決するために発明されたもので、溶接箇所を少なくし、生産性を向上することを目的とする。

本発明のある態様に係る回転電機の分布巻固定子は、複数の巻線によって１つのコイルを構成する回転電機の分布巻固定子である。巻線は、スロットに挿入される挿入部と、異なるスロットに挿入された挿入部の間に設けたクランク部とを備える。コイルは、複数の巻線のクランク部同士が回転電機の軸方向および回転電機の径方向で交差し、挿入部同士が径方向に重なり、複数の巻線は、１本の導線から連続して形成される。

この態様によると、複数の巻線が、１本の導線から連続して形成されることで、複数の巻線間での溶接をなくし、溶接箇所を少なくすることができ、生産性を向上することができる。

本実施形態の回転電機の分布巻固定子を示す斜視図である。 本実施形態の回転電機の分布巻固定子を回転軸方向から見た図である。 コイルを示す図である。 コイルの展開図である。

本発明の実施形態の構成について図１、２を用いて説明する。

図１は本実施形態の回転電機の分布巻固定子１を示す斜視図である。図２は回転電機の分布巻固定子１を回転軸方向から見た図である。図１、図２はコイル３の一部を省略している。

分布巻固定子１は、固定子コア２と、コイル３とを備える。

固定子コア２は、略円筒状であり、内周側壁にはコイル３を配置するスロット４が周方向に複数形成される。

コイル３について図３、図４を用いて説明する。図３はコイル３の概略形状を示す図である。図４はコイル３の展開図であり、図３の形状となるように組む前の状態を示す図である。

コイル３は、第１巻線５と第２巻線６とを回転電機の径方向重ねることで形成される。第１巻線５および第２巻線６は、１本の連続する導線から形成される。導線は、断面形状が略矩形形状となる角線である。導線としては、例えばエナメル樹脂などで被膜された銅線が用いられる。

第１巻線５は、導線を治具に巻き付けて形成され、導線の巻始めと巻終わりとが第１巻線５の外側となるα巻方式で巻かれている。第１巻線５は、径方向に２層となるように巻かれている。第１巻線５は、直線状であり、異なるスロット４に挿入される２つの挿入部７と、２つの挿入部７の間に設けられ、径方向および軸方向に湾曲する２つのクランク部８とが形成される。

２つの挿入部７のうち、一方の挿入部７は、もう一方の挿入部７よりも回転電機の軸方向における長さが短い。以下において、挿入部７のうち軸方向の長さが長い挿入部７ａを第１挿入部７ａとし、軸方向の長さが短い挿入部７ｂを第２挿入部７ｂとして説明する。

第２巻線６は、第１巻線５と同様に、２つの挿入部１０と、２つのクランク部１１とが形成される。以下において、２つの挿入部１０のうち軸方向の長さが長い挿入部１０ａを第１挿入部１０ａとし、軸方向の長さが短い挿入部１０ｂを第２挿入部１０ｂとして説明する。

第１巻線５のクランク部８は、図２に示すように径方向に湾曲している。クランク部８は、径方向において、第１挿入部７ａと第２挿入部７ｂとの間に、第２巻線６の第２挿入部１０ｂを挿入できるように湾曲している。そのためクランク部８は、径方向における第１挿入部７ａ、第２挿入部７ｂの距離が導線の太さと第２巻線６における径方向の層数との積となるように湾曲している。本実施形態では、第２巻線６は径方向に２層となっているので、第１挿入部７ａと第２挿入部７ｂとの距離は導線２本分の長さである。

また、クランク部８は、図４に示すように軸方向に湾曲している。クランク部８は、第２挿入部７ｂを第２巻線６の第１挿入部１０ａに径方向に重ねることができるように湾曲している。つまり、軸方向において外側に位置する第２挿入部７ｂの導線間の距離が、軸方向において内側に位置する第２巻線６の第１挿入部１０ａの導線間の距離よりも短くなるように湾曲している。

第１巻線５は、クランク部８から２本の引き出し線が延びており、このうち一方の引き出し線は、第２巻線６の巻始め線となる。つまり第１巻線５の一方の引き出し線、および第２巻線６の巻始め線は、第１巻線５と第２巻線６とを接続する導線となる。以下において、この導線を接続線９として説明する。接続線９は、第１巻線５においては径方向外側に位置し、第２巻線６の一方の引き出し線となる接続線９は、第２巻線６においては径方向内側に位置する。つまり、接続線９は、第１巻線５と第２巻線６とで径方向に隣接する第１巻線５の層と、第２巻線６の層との間に設けられる。

第２巻線６のクランク部１１も、第１巻線５のクランク部８と同様に径方向、および軸方向に湾曲している。

コイル３は、第１巻線５の第１挿入部７ａと第２巻線６の第２挿入部１０ｂとが径方向に重なり、第１巻線５の第２挿入部７ｂと第２巻線６の第１挿入部１０ａとが径方向に重なるように、第１巻線５と第２巻線６とを組み合わせて構成される。コイル３は、図３に示すように第１巻線５の第１挿入部７ａが第２巻線６の第２挿入部１０ｂよりも径方向外側に位置し、第１巻線５の第２挿入部７ｂが第２巻線６の第１挿入部１０ａよりも径方向外側に位置する。

次にコイル３の製造方法について説明する。

１本の巻線からα巻きにより、順次第１巻線５、第２巻線６を作成する。なお、巻方向は、コイル３として第１巻線５と第２巻線６とを組み合わせた場合に、同じ方向に電流が流れるようになればよい。

次にプレス成型によって、第１巻線５、および第２巻線６の各クランク部８、１１を径方向、および軸方向に湾曲させる。なお、この湾曲工程は、１回のプレス成型で行っても良く、複数回のプレス成型に分けて行っても良い。湾曲工程が終了すると、第１巻線５および第２巻線６は、図４に示す形状となる。

次に、接続線９側を中心に第２巻線６を回転し、第２巻線６の第２挿入部１０ｂを、第１巻線５の第２挿入部７ｂ側から第１巻線５に挿入し、第２巻線６の第２挿入部１０ｂと、第１巻線５の第１挿入部７ａとを径方向に重ね、第２巻線６の第１挿入部１０ａと、第１巻線５の第２挿入部７ｂとを径方向に重ねて図３に示すコイル３を形成する。

ここでは、接続線９によって第１巻線５と第２巻線６とが接続しているので、第１巻線５と第２巻線６とを別途溶接などによって接続することなく、コイル３を形成することができる。

このようにして形成されたコイル３は、第１挿入部７ａ、１０ａのいずれか一方が最も径方向外側に位置するようにスロット４に挿入され、もう一方の第１挿入部７ａ、１０ａは、径方向で２つ先のスロット４に挿入される。これにより、スロット４の内側に第２挿入部７ｂ、１０ｂが配置され、第２挿入部７ｂ、１０ｂには、隣接するスロット４に挿入されたコイル３の一部を軸方向に重ねることができ、分布巻固定子１を小型にし、回転電機の体積増加を抑制することができる。

本発明の実施形態の効果について説明する。

第１巻線５と第２巻線６とを組み合わせて１つのコイル３を形成する場合に、第１巻線５と第２巻線６とを１本の導線によって連続して形成することで、第１巻線５と第２巻線６と接続するための溶接を省略することができ、溶接箇所を少なくし、生産性を向上することができる。

また、溶接によって第１巻線と第２巻線とを連結すると溶接箇所における巻線抵抗が大きくなり、回転電機で熱損失が発生する。本実施形態では、１本の導線によって第１巻線５と第２巻線６とを連続して形成することで、回転電機の熱損失を低減することができる。

回転電機の軸方向に位置する第１巻線５のクランク部８と第２巻線６のクランク部１１との間に第１巻線５と第２巻線６とを接続する接続線９を設けることで、コイル３をスロット４に挿入した後に、回転電機の軸方向に生じる空き空間に接続線９を収容することができ、回転電機の体積増加を抑制することができる。

第１巻線５と第２巻線６とで径方向に隣接する層の間に接続線９を設けることで、接続線９の長さを短くすることができ、接続線９をねじらずに第１巻線５と第２巻線６とを組み合わせることができる。

第１巻線５および第２巻線６をα巻によって巻くことで、スロット４における巻線占積率を高くすることができる。

本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その技術的思想の範囲内でなしうるさまざまな変更、改良が含まれることは言うまでもない。

本実施形態では、１つのコイル３を１本の導線によって形成したが、同相の電流が流れるコイルを１本の導線によって構成してもよい。これによって、コイル間を溶接などによって接続する必要がなく、生産性を向上することができる。

クランク部８、１１において径方向に湾曲する長さ、およびクランク部８、１１において軸方向に湾曲する長さには回転電機の使用温度、回転速度などに基づいて余裕代を設けてもよく、上記する長さに限定されるものではない。

また、コイル３を第１巻線５と第２巻線６を組み合わせて構成しているが、これに限られることはなく、複数の巻線を組み合わせてコイル３を構成してもよい。また、第１巻線５、第２巻線６のいずれか一方、または両方を１層、または複数の層としてもよい。

１ 分布巻固定子
２ 固定子コア
３ コイル
４ スロット
５ 第１巻線（巻線）
６ 第２巻線（巻線）
７ａ、１０ａ 第１挿入部（挿入部）
７ｂ、１０ｂ 第２挿入部（挿入部）
８ クランク部
９ 接続線（接続部）

Claims (6)

1. 複数の巻線によって１つのコイルを形成する回転電機の分布巻固定子であって、
   前記巻線は、
   前記分布巻固定子のスロットに挿入される挿入部と、
   異なる前記スロットに挿入された挿入部の間に設けたクランク部とを備え、
   前記コイルは、前記複数の巻線の前記クランク部同士が前記回転電機の軸方向および前記回転電機の径方向で交差し、前記挿入部同士が径方向に重なり、
   前記複数の巻線は、１本の導線から連続して形成されることを特徴とする回転電機の分布巻固定子。
2. 前記径方向で隣接する前記複数の巻線の前記クランク部の間に前記複数の巻線を接続する接続部を備えることを特徴とする請求項１に記載の回転電機の分布巻固定子。
3. 前記巻線は、前記径方向に複数の層となるように巻かれ、
   前記接続部は、前記径方向で隣接する前記複数の巻線の層の間に形成されることを特徴とする請求項２に記載の回転電機の分布巻固定子。
4. 前記巻線はα巻きであることを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載の回転電機の分布巻固定子。
5. 同相の電流が流れるコイルは、１本の導線から連続して形成されることを特徴とする請求項１から４のいずれか一つに記載の回転電機の分布巻固定子。
6. 複数の巻線によって１つのコイルを形成する回転電機の分布巻固定子の製造方法であって、
   １本の導線から複数の巻線を連続して作製し、
   前記複数の巻線を、前記分布巻固定子の異なるスロットに挿入される挿入部の間に設けたクランク部同士が軸方向および径方向に交差し、前記挿入部同士が径方向に重なるように組み合わせることを特徴とする回転電機の分布巻固定子の製造方法。