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公開番号2020171168
公報種別公開特許公報(A)
公開日20201015
出願番号2019072186
出願日20190404
発明の名称回転電機の固定子
出願人日立オートモティブシステムズ株式会社
代理人特許業務法人藤央特許事務所
主分類H02K 3/12 20060101AFI20200918BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】絶縁性能の劣化を抑制し、接続信頼性を向上させる。
【解決手段】回転電機の固定子であって、複数のセグメント導体と、前記複数のセグメント導体が配置されるスロット部が形成される固定子コアとを備え、前記複数のセグメント導体は、端部に設けられた接触面によって前記スロット部内で接続されており、一つの前記スロット部に配置される複数のセグメント導体のうち、少なくとも一つのセグメント導体には、前記固定子の周方向と垂直な面に前記接触面が形成され、他のセグメント導体には、前記固定子の径方向と垂直な面に前記接触面が形成される。
【選択図】図4
特許請求の範囲【請求項1】
回転電機の固定子であって、
複数のセグメント導体と、
前記複数のセグメント導体が配置されるスロット部が形成される固定子コアとを備え、
前記複数のセグメント導体は、端部に設けられた接触面によって前記スロット部内で接続されており、
一つの前記スロット部に配置される複数のセグメント導体のうち、少なくとも一つのセグメント導体には、前記固定子の周方向と垂直な面に前記接触面が形成され、他のセグメント導体には、前記固定子の径方向と垂直な面に前記接触面が形成されることを特徴とする回転電機の固定子。
続きを表示(約 890 文字)【請求項2】
請求項1に記載の回転電機の固定子であって、
前記一つのスロット部において、前記固定子の周方向と垂直な面に前記接触面が形成されるセグメント導体と、前記固定子の径方向と垂直な面に前記接触面が形成されるセグメント導体とが、径方向に交互に配置されることを特徴とする回転電機の固定子。
【請求項3】
請求項1に記載の回転電機の固定子であって、
前記複数のセグメント導体の各々は、各端部が異なるスロット部に挿入される形状に成形されており、
一の前記端部は、前記固定子の周方向と垂直な面に形成される接触面を有し、
他の前記端部は、前記固定子の径方向と垂直な面に形成される接触面を有することを特徴とする回転電機の固定子。
【請求項4】
請求項1に記載の回転電機の固定子であって、
前記一つのスロット部に配置されるセグメント導体の数が8本であり、
当該一つのスロット部内に配置されるセグメント導体のうち、1本は前記固定子の周方向と垂直な面に前記接触面が形成され、他の7本は前記固定子の径方向と垂直な面に前記接触面が形成されることを特徴とする回転電機の固定子。
【請求項5】
請求項1に記載の回転電機の固定子であって、
前記一つのスロット部に配置されるセグメント導体の数が6本であり、
当該一つのスロット部内に配置されるセグメント導体のうち、1本は前記固定子の周方向と垂直な面に前記接触面が形成され、他の5本は前記固定子の径方向と垂直な面に前記接触面が形成されることを特徴とする回転電機の固定子。
【請求項6】
請求項1に記載の回転電機の固定子であって、
前記一つのスロット部に配置されるセグメント導体の数が4本であり、
当該一つのスロット部内に配置されるセグメント導体のうち、1本は前記固定子の周方向と垂直な面に前記接触面が形成され、他の3本は前記固定子の径方向と垂直な面に前記接触面が形成されることを特徴とする回転電機の固定子。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本発明は、回転電機の固定子に関する。
続きを表示(約 6,800 文字)【背景技術】
【0002】
産業機械の動力源や、自動車の駆動用として用いられる回転電機は、高効率化が求められている。近年の自動車駆動用の回転電機などでは、平角電線を用いたセグメント導体が固定子巻線として使用されている。セグメント導体が、固定子スロットに回転電機の径方向に積み重なるように配置されることで、固定子スロットの断面積に対する導体の比率(占積率)が高まる。その結果、回転電機の抵抗値が小さくなり、抵抗値に依存する銅損が低減する。しかし、固定子巻線同士を溶接などによって接続する際に、コイルエンド部分の線長が大きくなり、抵抗値の増加や、固定子巻線を含めた回転電機の軸方向長さが大きくなるなどの課題がある。
【0003】
これらの課題に対して、本技術分野の背景技術として、特許文献1(特開2016−187245号公報)がある。特許文献1には、セグメント導体挿入方式の固定子巻線を凸凹形状とし、スロット内で接合する回転電機が記載されている。
【0004】
このようなスロット内でセグメント導体を接続する回転電機の固定子について図1から図3を用いて説明する。以下の説明において、セグメント導体131、132の側面のうち、固定子の径方向と垂直な(すなわち、周方向の座標軸と軸方向の座標軸とで定義される面に沿って延在する)面を第1面、固定子の周方向と垂直な(すなわち、径方向の座標軸と軸方向の座標軸とで定義される面に沿って延在する)面を第2面とする。
【0005】
図1は、従来例に係る回転電機の固定子の断面図である。回転電機の固定子10は、固定子スロット12が設けられた固定子コア11及び固定子巻線13によって構成される。固定子スロット12の内部には、固定子巻線13が配置される。固定子スロット12の内壁と固定子巻線13との間には、絶縁紙15が配置される。固定子巻線13は、断面が角型の線材で形成されており、複数の固定子スロット12に波巻で巻装される。固定子巻線13は、固定子コア11の一方の端部から軸方向に挿入される第1セグメント導体131と、他方の端部から軸方向に挿入される第2セグメント導体132と、で構成される。
【0006】
図2は、固定子スロット12内で接続される第1セグメント導体131と第2セグメント導体132とを示す図である。
【0007】
図2に示す第1セグメント導体131と第2セグメント導体132とは、両導体が接続される接触面21、22を径方向と垂直な第1面と平行に設けており、接触面の端部である凸凹の加工面を周方向と垂直な第2面に設けている。
【0008】
図3は、従来例に係るセグメント導体131、132の接続部に生じるに誤差の累積を示す図である。図3において、加工されたセグメント導体131、132には誤差が存在し、接触面同士を確実に接触させるため導体が小さくなるマイナス側の誤差が生じないように管理されている。このため、接触面の端面である凸凹を周方向と垂直な第2面に設ける場合、径方向に誤差による変形量が累積し、絶縁紙15を損傷し、絶縁性能が劣化し、接続信頼性が低下する可能性がある。
【0009】
一方、第1セグメント導体131及び第2セグメント導体132を90度回転して、セグメント導体131、132の接触面を周方向と垂直な第2面と平行に設ける場合、径方向の誤差による変形量の累積を抑制できるが、コイルと同じ数の変形部が生じるので、絶縁紙等の絶縁部材が損傷する可能性がある箇所が多くなり、絶縁性能が劣化し、接続信頼性が低下する可能性が高まる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0010】
特開2016−187245号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0011】
本発明の課題は、スロット内でのセグメント導体の絶縁性能の劣化を抑制し、接続信頼性を向上させることである。
【課題を解決するための手段】
【0012】
本願において開示される発明の代表的な一例を示せば以下の通りである。すなわち、回転電機の固定子であって、複数のセグメント導体と、前記複数のセグメント導体が配置されるスロット部が形成される固定子コアとを備え、前記複数のセグメント導体は、端部に設けられた接触面によって前記スロット部内で接続されており、前記複数のセグメント導体の少なくとも一つは、前記固定子の周方向と垂直な面に前記接触面が形成され、他の前記複数のセグメント導体は、前記固定子の径方向と垂直な面に前記接触面が形成されることを特徴とする。
【発明の効果】
【0013】
本発明の一態様によれば、スロット内でのセグメント導体の絶縁性能の劣化を抑制し、接続信頼性を向上できる。前述した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施例の説明によって明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【0014】
従来例に係る回転電機の固定子の断面図である。
従来例に係るセグメント導体の接触面を示す図である。
従来例に係るセグメント導体の接続部に生じるに誤差の累積を示す図である。
本発明の実施例1に係る固定子巻線の嵌合部の形状を示す図である。
本発明の実施例2に係る固定子巻線の嵌合部の形状を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0015】
<実施例1>
まず、本発明の実施例の回転電機の固定子10の基本的な構造について、従来例を示す図1を用いて説明する。前述と同様に、実施例の説明において、セグメント導体131、132の側面のうち、固定子の径方向と垂直な(すなわち、周方向の座標軸と軸方向の座標軸とで定義される面に沿って延在する)面を第1面、固定子の周方向と垂直な(すなわち、径方向の座標軸と軸方向の座標軸とで定義される面に沿って延在する)面を第2面とする。
【0016】
図1は、従来例にかかる回転電機の固定子10の断面図であるが、本実施例では、一つの固定子スロット12に配置される第1セグメント導体131と第2セグメント導体132とのうち、少なくとも一組(例えば、上下に三つ並んだセグメント導体の中間の一組)において、第1セグメント導体131と第2セグメント導体132とを接続する接触面の向きが90度回転した位置に設けられる点が図示した従来例と異なるが、固定子10の基本的な構造は同じである。
【0017】
図では、固定子10の径方向内側に配置される回転子の記載を省略したが、回転子の形式は、永久磁石を有する永久磁石電動機、界磁巻線を有する同期電動機、かご形導体を有する誘導電動機、回転子コアだけで形成されるリラクタンスモータ等でもよい。また、回転子から磁界を発生させるための構成部品やその形状については限定されない。
【0018】
回転電機の固定子10は、回転電機の固定子10は、固定子スロット12が設けられた固定子コア11及び固定子巻線13によって構成される。固定子スロット12の内部には、固定子巻線13が配置される。固定子スロット12の内壁と固定子巻線13との間には、絶縁紙15が配置される。なお、固定子巻線13の被覆の絶縁耐力が十分であれば、絶縁紙15を設けなくてもよい。また、絶縁紙15を配置する場合でも、固定子巻線13の全ての間に絶縁紙15を配置する必要はなく、必要な箇所(例えば異相間で)固定子巻線13の絶縁性を担保できれば絶縁紙15の配置は特に限定されない。また、絶縁紙15の材質も、紙に限らず、合成樹脂でもよい。
【0019】
固定子巻線13は、断面が角型の線材(例えば、断面において二つの辺が対向している平角線)で形成されており、各端部が複数の固定子スロット12に挿入され、波巻で巻装されている。固定子巻線13は、固定子コア11の一方の端部から軸方向に挿入される第1セグメント導体131と、他方の端部から軸方向に挿入される第2セグメント導体132と、で構成される。各セグメント導体は、U字状に曲げて成形されており、各端部が異なる固定子スロット12に挿入される。
【0020】
本実施例のセグメント導体のうち、一部は、第1セグメント導体131と第2セグメント導体132とが接続される接触面を周方向と垂直な第2面と平行に(接触面の端面である凸凹の加工面を径方向と垂直な第1面に)設けており、他のセグメント導体は接触面を径方向と垂直な第1面と平行に(接触面の端面である凸凹の加工面を周方向と垂直な第2面に)設けている。
【0021】
なお、図では、第1セグメント導体131の接続面を凸形状で形成し、第2セグメント導体132を凹形状で形成する例を示したが、第1セグメント導体131及び第2セグメント導体132の両方に段差形状を形成し、当該段差部分で露出した導体が互いに接触するように第1セグメント導体131と第2セグメント導体132とを配置してもよい。
【0022】
また、固定子巻線13を構成するセグメント導体は、一端部には、前記固定子の径方向と垂直な第1面と平行に接触面が形成され、他端部には、前記固定子の周方向と垂直な第2面と平行に接触面が形成されるとよい。このようにすると、固定子コア11に固定子巻線13を巻装するために複数種類のセグメント導体を準備する必要がなく、固定子10の組立時に使用するセグメント導体の種類を削減でき、セグメント導体の取り付けミスを低減できる。
【0023】
図4は、本発明の実施例1に係る固定子巻線13の接続部を示す図である。実施例1では、径方向と垂直な第1面に凸凹の加工面を設けた(周方向と垂直な第2面と平行に接触面を設けた)固定子巻線13aと、周方向と垂直な第2面に凸凹の加工面を設けた(径方向と垂直な第1面と平行に接触面を設けた)固定子巻線13bとが混在して、径方向に交互に配置されている。図4に示すように、一つのスロット内コイル数が8本である場合、固定子巻線13aと固定子巻線13bとを交互に4本ずつ配置するとよい。
【0024】
なお、本実施例のセグメント導体の配置は、固定子巻線13aと固定子巻線13bとの割合が半分でなくてもよく、固定子巻線13aと固定子巻線13bとの配置が交互でなくてもよい。
【0025】
このように、本発明の実施例1では、第1セグメント導体131と第2セグメント導体132とが接続される接触面の方向を周方向と径方向で交互に設けたので、周方向と径方向に誤差を分散して、径方向での誤差の累積を抑制でき、スロット内でのセグメント導体の接続信頼性を向上できる。
【0026】
<実施例2>
図5は、本発明の実施例2に係る固定子巻線13の接続部を示す図である。以下の実施例2の説明において、実施例1と異なる箇所を主に説明し、実施例1と同じ機能を有する構成には同じ符号を付し、それらの説明は省略する。
【0027】
実施例2では、前述した実施例1と同様に、径方向と垂直な第1面に凸凹の加工面を設けた(周方向と垂直な第2面と平行に接触面を設けた)固定子巻線13aと、周方向と垂直な第2面に凸凹の加工面を設けた(径方向と垂直な第1面と平行に接触面を設けた)固定子巻線13bとが混在して配置されている。特に、図5に示すように、一つの固定子スロット12に配置されるコイル数が8本の場合、1本の固定子巻線13aと7本の固定子巻線13bとを配置する。
【0028】
実施例1(図4)のように、固定子巻線13aと固定子巻線13bとを4本ずつ配置する場合と比較し、径方向に累積される誤差は大きくなるが、全てを固定子巻線13bで構成した従来例(図3)より径方向に累積される誤差を低減できる。すなわち、本発明の実施例では、固定子10の周方向と垂直な第2面と平行に接触面が形成される固定子巻線13aが少なくとも一つ設けられ、他の固定子巻線13bには固定子10の径方向と垂直な第1面と平行に接触面が形成されるので、径方向での誤差の累積を抑制でき、固定子スロット12内での絶縁性能の劣化を抑制し、セグメント導体の接続信頼性を向上できる効果を奏する。
【0029】
なお、図4、図5を用いて、スロット内コイル数が8本の場合について説明したが、スロット内のコイル本数は8本以外、例えば4本や6本でも本発明の効果を得ることができる。例えば、一つの固定子スロット12に配置されるコイル数が6本の場合、1本以上の固定子巻線13aと5本以下の固定子巻線13bとを配置するとよい。また、一つの固定子スロット12に配置されるコイル数が4本の場合、1本以上の固定子巻線13aと3本以下の固定子巻線13bとを配置するとよい。
【0030】
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、固定子巻線13は、波巻以外に重ね巻や分布巻、同芯巻などでもよい。また、一つのセグメント導体に複数の接続面が設けられてもよい。前述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ない。例えば、中性線接続部や端子接続部のみに本発明が用いられてもよい。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。
【0031】
以上に説明したように、本発明の実施例によると、一つのスロット部(固定子スロット12)に配置される複数のセグメント導体のうち、少なくとも一つの固定子巻線13aには、固定子10の周方向と垂直な面(第2面と平行な面)に接触面が形成され、他の固定子巻線13bには、固定子10の径方向と垂直な面(第1面と平行な面)と平行に接触面が形成されるので、径方向での誤差の累積を抑制でき、固定子スロット12内での絶縁性能の劣化を抑制し、セグメント導体の接続信頼性を向上できる。
【0032】
また、一つのスロット部12において、固定子10の周方向と垂直な第2面と平行に接触面が形成される固定子巻線13aと、固定子10の径方向と垂直な第1面と平行に接触面が形成される固定子巻線13bとが、径方向に交互に配置されるので、周方向と径方向に誤差を分散して、径方向での誤差の累積を抑制でき、スロット内でのセグメント導体の接続信頼性を向上できる。
【0033】
また、複数のセグメント導体の各々は、各端部が異なるスロット部12に挿入される形状に成形されており、一の端部は、固定子10の周方向と垂直な第2面と平行に形成される接触面を有し、他の端部は、固定子10の径方向と垂直な第1面と平行に形成される接触面を有するので、固定子コア11に固定子巻線13を巻装するために複数種類のセグメント導体を準備する必要がなく、固定子10の組立時に使用するセグメント導体の種類を削減でき、セグメント導体の取り付けミスを低減できる。
【0034】
なお、本発明は前述した実施例に限定されるものではなく、添付した特許請求の範囲の趣旨内における様々な変形例及び同等の構成が含まれる。例えば、前述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本発明は限定されない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えてもよい。また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えてもよい。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をしてもよい。
【符号の説明】
【0035】
1…回転電機、10…固定子、11…固定子コア、12…固定子スロット、13…固定子巻線、13a…径方向と垂直な第1面に凸凹の加工を設けた固定子巻線、13b…周方向と垂直な第2面に凸凹の加工面を設けた固定子巻線、15…絶縁紙、21…第1セグメント導体の接触面、22…第2セグメント導体の接触面、131…第1セグメント導体、132…第2セグメント導体

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