(57)【要約】【課題】  回転電機の固定子ティースの有効磁路を減少させずにコイルの脱落を防止し、より効率の高い回転電機およびその製造方法を提供する。【解決手段】  ティース４１４の間に形成され、コイル４１３を径方向から挿入可能に構成された複数のスロット４１１を有する固定子４と、固定子４の内側にギャップを介して回転可能に設けられた回転子５とを有する回転電機であって、固定子４のティース４１４に、隣接するスロット４１１の開口部を狭める突起４１４Ａを設ける。【選択図】図１
2009213208.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ティースの間に形成され、固定子コイルを径方向から挿入可能に構成された複数のスロットを有する固定子と、前記固定子の内側にギャップを介して回転可能に設けられた回転子とを有する回転電機であって、
前記固定子の前記ティースには、前記ティースに隣接する前記スロットの開口部を狭める突起が設けられている回転電機。
【請求項２】
請求項１記載の回転電機であって、
前記固定子の前記ティースには、その軸方向一部に、前記ティースに隣接する前記スロットの開口部を狭める突起が設けられているとともに、軸方向の他の部分は、隣接する前記スロットの開口部が前記コイルを径方向に挿入することが可能なように形成されている回転電機。
【請求項３】
請求項１記載の回転電機であって、
前記突起は、前記固定子のコア材の一部を変形して形成された回転電機。
【請求項４】
請求項１記載の回転電機であって、
前記突起は、前記開口部を前記回転子方向から加締めることによって形成された回転電機。
【請求項５】
請求項１記載の回転電機であって、
前記ティースは、前記回転子側の周方向幅が反回転子側の周方向幅よりも小さい回転電機。
【請求項６】
請求項１記載の回転電機であって、
前記突起は、前記固定子コイルをスロット内に保持する機能を有する回転電機。
【請求項７】
請求項１記載の回転電機であって、
前記ティースは、その周方向面がフラットである回転電機。
【請求項８】
請求項１記載の回転電機であって、
前記突起は前記スロットの軸方向の中央部および端部に３箇所形成されている回転電機。
【請求項９】
請求項１記載の回転電機であって、
前記固定子は、同一寸法の方で打ち抜かれた鋼板が積層されて形成されている回転電機。
【請求項１０】
請求項１記載の回転電機であって、
前記鋼板の厚さは０.０５mm以上１.０mm以下である回転電機。
【請求項１１】
請求項１記載の回転電機であって、
前記固定子コイルは平角電線である回転電機。
【請求項１２】
請求項１記載の回転電機であって、
前記固定子コイルは分布巻きによって前記固定子に巻装されている回転電機。
【請求項１３】
請求項１記載の回転電機であって、
前記固定子コイルは重ね巻きによって前記固定子に巻装されている回転電機。
【請求項１４】
請求項１記載の回転電機であって、
前記固定子コイルは波巻きによって前記固定子に巻装されている回転電機。
【請求項１５】
請求項１記載の回転電機であって、
前記固定子コイルは同心巻きによって前記固定子に巻装されている回転電機。
【請求項１６】
ティースの間に形成され、固定子コイルを径方向から挿入可能に構成された複数のスロットを有する固定子と、前記固定子の内側にギャップを介して回転可能に設けられた回転子とを有する回転電機の製造方法であって、
前記スロットに前記固定子コイルを径方向から挿入するステップと、
当該ティースの軸方向一部に、隣接する前記スロットの開口部を狭める突起を加締めによって形成するステップと、
を有する回転電機の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転電機およびその製造方法に係る。
【背景技術】
【０００２】
回転電機の固定子スロットに収められたコイルが回転子側に脱落することを防止する技術として、ティースに軸方向の２つの溝を設け、この溝の周方向におけるコイル側の指状部を、コイル挿入後にコイル側に曲げることによってコイル係止部を設けるものが知られている（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−３０８７８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記技術は、指状部を形成するための溝により、コア先端部の磁路断面が縮小し、過励磁が生じ易くなるという問題がある。例えば小形かつ多極の回転電機の場合、コア先端部の周方向長さが非常に小さいため、磁束密度が非常に大きい場合などは、この溝により磁束の漏れが生じ易くなる。
【０００５】
本発明は、ティースの有効磁路を減少させずにコイルの脱落を防止し、より効率の高い回転電機およびその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、ティースの間に形成され、固定子コイルを径方向から挿入可能に構成された複数のスロットを有する固定子と、固定子の内側にギャップを介して回転可能に設けられた回転子とを有する回転電機であって、固定子のティースに、隣接するスロットの開口部を狭める突起を設けるものである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、より効率の高い回転電機を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明の実施形態を述べる。ここではその一例として、特に平角電線で分布巻を使用したものについて述べ、コアティース内の磁路を極部的に狭めることなく一様に確保し、かつ、固定子コイルのギャップ面への落下を防止した構造に関して述べる。
【０００９】
ここで述べる回転電機は、自動車の駆動用モータのように、比較的小型であるにもかかわらず比較的大きな出力が得られ、また生産性の向上に寄与する構造を備えている。固定子巻線の導体として断面が円形の導体のみならず、断面が略矩形形状の導体を使用でき、スロット内の占積率を向上できることから、回転電機の効率が向上する。従来の回転電機では、導体断面が略矩形形状の導体を使用すると固定子のスロットに導体を挿入後に電気接続すべき箇所が多く、生産性の観点で課題があった。以下の実施形態では、表面が絶縁された導体を連続巻したコイルをスロットに挿入できるので、電気接続箇所が少なく生産性が向上する。
【００１０】
また以下の実施形態では、コイルが有する複数の周回部の各周回部を構成する一方の側をスロットの奥側に挿入し、次に各周回部の他方の側と各一方の側との距離を所定の距離に調整し、各他方の側をスロットの入口側に挿入することで、連続巻きしたコイルを効率良くスロットに挿入でき、生産性が向上する。
【００１１】
以下の実施の形態では、連続巻コイルの重ね巻きされた部分は連続した線からなり、重ね巻きされた部分のコイルを構成する一方の側が一のスロットに挿入され、コイルを構成する他方の側が所定間隔離れた他のスロットに挿入されるように配置され、一のスロットでは径方向における内側に、他のスロットでは径方向における外側に配置され、コイルエンドにおいてスロットの内側から外側にあるいは外側から内側に移るように巻回される構造となっている。このような配置とすることにより、連続巻コイルは規則的に配置され、コイルのターン数を増やすことができ、コイルのターン数の増加に対する電気的接続点の増加を抑えることが可能である。またコイルのターン数を増やしても回転機の形状の大型化を抑えることができる。
【００１２】
以下の実施形態では、各スロットには回転軸に対する径方向に複数で周方向にはコイルを構成する導体を一列に配置する構造としている。このような構造により、連続して巻かれたコイルをスロットに挿入する工程が比較的簡単となり、生産性が向上する。また周方向に隣接するスロットに同相で同方向の電流を流すようにコイルが配置されているので、生産性の向上に繋がる構造の回転電機を提供できる。また隣接するスロットに配置された同相の巻線を直列接続し、この直列接続された巻線を単位巻線とする固定子コイルを電気接続することで、固定子巻線が作られており、電気的特性のバランスを取り易くできる効果がある。
【００１３】
以下の実施形態で説明の固定子巻線は、永久磁石型回転機にもまた誘導型回転電機にも使用可能である。誘導型回転電機として使用される場合の一例として以下の実施の形態では、誘導型回転電機は８極である。誘導型回転電機の極数を６極以上、特に８極や１０極とすることで、固定子鉄心のコアバックの磁路の径方向厚さを薄くすることができる。また回転子に関しても同様に６極以上、特に８極や１０極とすることで、回転子ヨークの磁路の径方向厚さを薄くできる。誘導電動機の場合、固定子の極数を多くすると回転子のかご型導体との関係で効率が低下することとなり、自動車の駆動系に使用する回転電機としては６極から１０極が良く、その中で８極から１０極がよりすぐれており、８極が非常に良い。自動車の駆動系に使用する回転電機とは停止中のエンジンを始動する、あるいはエンジンと共に車両を走行するためのトルクを発生する、あるいは単独のトルクで車両を走行する回転電機のことである。
【００１４】
以下、一例としてハイブリット自動車に用いられる電動機に基づいて説明する。本実施例のハイブリット自動車用電動機は、車輪を駆動する駆動用のモータの機能と、発電を行う発電機の機能の両方を有しており、自動車の走行状態によって、夫々の機能を切り替えるようにしている。
【００１５】
図１は、誘導型回転電機の側面断面図である。図２は、回転子の断面を斜視図にしたものである。図３は、本実施例の誘導型回転電機に関する各部品の展開斜視図である。
【００１６】
誘導型回転電機は、軸方向の一端側が開口した有底筒状のハウジング１と、このハウジング１の開口端を封止するカバー２を有している。ハウジング１の内側には水路形成部材２２が設けられ、水路形成部材２２の一端はハウジング１とカバー２とに挟まれて固定されており、水路２４が固定子４とハウジング１との間に形成される。冷却水の取入口３２から冷却水が水路２４に取り入れられ、冷却水は水路２４から排出口３４に排出されて回転電機を冷却する。ハウジング１とカバー２は、複数本、例えば６本のボルト３によって締結されている。
【００１７】
ハウジング１の内周には水路形成部材２２が設けられているが、この水路形成部材２２の内側には、固定子４が焼き嵌め等で固定されている。この固定子４は、周方向等間隔に、図６に記載の如く、複数のスロット４１１が設けられた固定子鉄心４１２と、各スロット４１１内に巻回された３相の固定子巻線４０とによって構成されている。この実施例では８極４８スロットで、固定子巻線４０はスター結線にて結線されており、それぞれの相は、図４に示す如く、一対の固定子コイル４１３が並列に接続された２Ｙ結線となっている。
【００１８】
また、固定子鉄心４１２の内周には、固定子鉄心４１２と対向するように微小な隙間を介して回転可能に回転子５が配置されている。回転子５はシャフト６に固定されており、シャフト６と一体に回転する。シャフト６はその両サイドにおいて、ハウジング１およびカバー２にそれぞれ設けられた軸受として作用するボールベアリング７ａ，７ｂによって回転自在に支持されている。これらのベアリング７ａ，７ｂの内、カバー２側のベアリング７ａは、図３に示す略四角形状の固定板８によって固定されており、ハウジング１の底部側のベアリング７ｂは、ハウジング１の底部に設けられた凹部に固定されている。このため、固定子４に対して回転子５が相対回転するようになっており、シャフト６のカバー２側端にスリーブ９及びスペーサ１０を介してナット１１によって取り付けられたプーリー１２によってシャフト６の回転力が外部に出力される、もしくは、プーリー１２からの回転力がシャフト６に入力される。尚、スリーブ９の外周及びプーリー１２の内周は、若干、円錐形状となっているため、ナット１１による締め込み力によってプーリー１２とシャフト６が強固に一体化され、一体的に回転できるようになっている。
【００１９】
回転子５は、回転軸方向に延びる導体バー５１１を等間隔で周方向に全周に渡って有しており、回転軸方向両端にて各導体バー５１１を短絡させるよう一対の短絡環５１２が連結されたかご型回転子である。導体バー５１１は磁性体からなる回転子鉄心５１３に埋め込まれている。なお、図２は回転子鉄心５１３と導体バー５１１との関係を明示するために回転軸に垂直な面で断面した断面構造を示しており、プーリー１２側の短絡環５１２とシャフト６が見えていない。
【００２０】
回転子鉄心５１３は、厚さ０.０５〜１mm程度の電磁鋼板を打ち抜き加工またはエッチング加工により成形し、成形された電磁鋼板を積層して構成された積層鋼板からなる。図２及び図３に示すように内周側には、軽量化の為に略扇形の空洞部５１４が周方向等間隔に設けられている。また、外周側には、夫々の導体バー５１１が配置される複数の空間が設けられている。回転子鉄心５１３は、固定子側に導体バー５１１を有しており、導体バー５１１の内側に磁気回路を作るための回転子ヨーク５３０を有している。
【００２１】
本実施の形態では固定子は８極の固定子巻線を有しており、極数が２極や４極の誘導電動機に比べ、回転子ヨーク５３０に形成される磁気回路の径方向の厚さを薄くできる。８極より極数を増やす方が前記厚さを薄くできるが、１２極以上では出力および効率が低下する問題がある。従ってエンジン始動機能も含め車両走行用の回転電機は６極から１０極、特に８極あるいは１０極が良好である。
【００２２】
回転子５の夫々の導体バー５１１及び短絡環５１２は、アルミによって構成されており、回転子鉄心５１３にダイキャストによって一体となるように成形している。尚、回転子鉄心の両端に配置された短絡環５１２は、回転子鉄心５１３から軸方向両端に突出するように設けられる。
【００２３】
また、ハウジング１の底部側には、検出ロータ１３２が設けられ、回転速度や回転子位置を検出するための回転センサ１３は前記検出ロータ１３２の歯を検出することで回転子５の位置や回転子５の回転速度を検知するための電気信号を出力する。また、検知器としてレゾルバでも良しとする。
【００２４】
次に本実施例における誘導電動機の作動について図１乃至図６を用いて説明する。図４は、電気接続を説明するためのシステム図である。図５は、固定子巻線４０により発生する回転磁界の状態を示す図である。図６は、導体バーを有する回転子５の回転速度が固定子鉄心で発生する回転磁界の回転速度より遅い場合の磁束の様子を示す図である。
【００２５】
まず、車輪およびエンジンを駆動する駆動用のモータとして機能する回転電機の力行運転について説明する。図４は電気接続を説明するためのシステムであり、例えば１００Ｖ乃至６００Ｖの電圧に対応した高電圧用の二次電池６１２とインバータ装置６２０の直流端子が電気的に接続されている。またインバータ装置６２０の交流端子は固定子巻線４０と電気的に接続されている。後述する如く、固定子巻線４０の各相は並列接続された固定子コイル４１３をそれぞれ有している。
【００２６】
力行運転では、二次電池６１２からインバータ装置６２０に直流電力が供給され、固定子鉄心４１２に巻回された３相の固定子巻線４０の各固定子コイル４１３にインバータ装置から交流電力が供給される。この交流電力により、固定子鉄心４１２に交流電力の周波数に基づく回転速度の回転磁界が発生し、図５に記載の如く前記回転磁界により回転子５を磁路とする磁束を生じる。図５は固定子巻線４０により発生する回転磁界の状態を示す。固定子巻線４０の巻回構造は例えば以下の実施の形態で説明する如く８極の分布巻である。図５は回転子の影響を取り除いた状態であり、仮想的に導体バーを有していない一般の鉄心を配置した場合のシミュレーション結果である。固定子鉄心４１２のスロットの外周側にコアバック４３０が設けられ、上記回転磁界の磁気回路を形成している。本シミュレーションでは固定子巻線４０が８極と極数が多いため、コアバック４３０における磁気回路の径方向の厚みを薄くできる。また回転子５側における磁気回路の径方向の厚みも薄くなっている。図５に示す回転磁界が固定子巻線４０に供給される交流周波数に基づいて回転する。
【００２７】
図４で、前記インバータ装置は、回転電機に要求されるトルクを発生するに必要な交流電流を発生し、固定子巻線４０に供給する。回転磁界の回転速度に対し回転子５の回転速度が遅い状態では、導体バー５１１が固定子鉄心４１２に生じた回転磁界と鎖交し、フレミングの右手の法則により導体バー５１１には電流が流れる。更に、導体バー５１１に電流が流れることでフレミングの左手の法則により、回転子５に回転トルクが生じて回転子５が回転する。尚、回転子５の回転速度と固定子４の回転磁界の回転速度との差が上記トルクの大きさに影響するので、速度差すなわちすべりを適切に制御することが必要である。このため回転子５の回転速度を回転センサ１３の出力に基づいて検出してインバータの切り替え周波数を制御して、固定子４に供給する交流電流の周波数を制御する。
【００２８】
図６は、導体バー５１１を有する回転子５の回転速度が固定子鉄心４１２で発生する回転磁界の回転速度より遅い場合の磁束の様子を示すシミュレーション結果である。回転子５の回転方向は反時計方向である。スロット４１１に配置された固定子巻線４０による磁束はコアバック４３０および回転子鉄心５１３の回転子ヨーク５３０を含む磁気回路を通る。回転子鉄心５１３の磁束は固定子鉄心４１２の磁束より回転子の回転方向において遅れ側にシフトしている。固定子巻線の極数が８極と多いので回転子の回転ヨーク５３０の磁束は導体バー５１１側が密なのに比べ回転軸側が粗である。
【００２９】
次に、回転電機が発電を行う発電機として動作している場合について説明する。発電機として動作する場合は、プーリー１２から入力される回転力によって回転する回転子５の回転速度が、固定子鉄心４１２に生じている回転磁界の回転速度より速い場合である。回転子５の回転速度が回転磁界の回転速度を上回ると、導体バー５１１が回転磁界に対して鎖交するので回転子５に制動力が作用する。この作用により、固定子巻線４０に電力が誘起され、発電が行われる。図４で、インバータ装置６２０が発生する交流電力の周波数を低くし、固定子鉄心４１２に生じている回転磁界の回転速度を回転子５の回転速度より遅くするとインバータ装置６２０から二次電池６１２に直流電力が供給される。回転電機の発生する電力は上記回転磁界の回転速度と回転子５の回転側との差に基づくので、インバータ装置の動作を制御することで発電電力を制御できる。回転電機の損失や無効電力などを無視すると、回転電機の回転磁界を回転子５の回転速度より速くすると二次電池６１２からインバータ装置６２０を介して回転電機に電力が供給され、回転電機はモータとして機能し、回転電機の回転磁界を回転子５の回転速度と同じにすると二次電池６１２と回転電機間の電力の送受は無くなり、回転電機の回転磁界を回転子５の回転速度より遅くすると回転電機から二次電池６１２にインバータ装置６２０を介して電力が供給される。しかし、実際は回転電機の損失や無効電力などを無視できないので、回転電機の回転磁界が回転子５の回転速度よりやや遅い状態で二次電池６１２から回転電機への電力の供給が無くなる。
【００３０】
次に図４および図７乃至図１１を用いて、固定子４の詳細について説明する。図７は、固定子４の斜視図である。図８は、固定子コイル４０を構成している、連続した１本の絶縁被覆導体で作られた固定子コイル４１３の斜視図である。図９は、１相分の固定子コイル４１３の斜視図である。図１０は、固定子の正面図である。図１１は、固定子の側面図である。
【００３１】
図７に示す固定子４は、周方向に等間隔に４８個のスロット４１１が形成された固定子鉄心４１２と、スロット４１１に巻回された固定子巻線４０を構成する複数個の固定子コイル４１３とを有している。固定子鉄心４１２は、例えば厚さ０.０５〜１mm程度の電磁鋼板を打ち抜き加工またはエッチング加工により成形し、成形された電磁鋼板を積層して構成された積層鋼板からなり、周方向に等間隔の放射状に配置された複数のスロット４１１が形成されている。この実施例ではスロットの数は４８個である。これらのスロット４１１間にはティース４１４が設けられており、夫々のティース４１４は環状のコアバック４３０と一体化されている。つまり、各ティース４１４とコアバック４３０が一体成形されている。また、スロット４１１の内周側は開口しており、この開口部分から固定子巻線４０を構成する固定子コイル４１３が挿入される。スロットの前記開口の周方向の幅は、上記コイルが装着される位置でのスロットの幅、すなわち各スロットのコイル装着部の幅とほぼ同等もしくは、スロットのコイル装着部よりも若干大きな幅となるように形成されている。各スロットはオープンスロットに成形されており、各スロットに挿入されたコイルがスロットの出口側すなわち固定子の内周側へ移動するのを阻止するために各ティース４１４の先端側には保持部材４１６が装着されるようになっている。尚、この保持部材４１６は、樹脂等の非磁性体、もしくは非磁性金属材で作られ、ティース４１４の先端側の周方向両側面に軸方向に延びるように形成された保持溝４１７内に軸方向から装着されるようになっている。
【００３２】
次に図８及び図９に基づいて、固定子巻線４０を構成する固定子コイル４１３について説明する。本実施例の場合には３相の固定子巻線４０を有しているが、まずはそのうちの１相について説明する。尚、本実施例の固定子コイル４１３は、平角線と呼ばれる断面形状が略四角形状で外周が絶縁被膜で覆われた導体を使用しており、巻回された状態での前記導体の断面の四角形状は、固定子鉄心４１２の周方向が長く、径方向が短くなっている。また、上述のとおり、固定子コイル４１３の導体の表面は絶縁のための被覆が施されている。
【００３３】
図８を説明する前に図４により、固定子巻線４０の結線を説明する。この実施例で固定子巻線４０は、固定子巻線４０を構成する各相の巻線が並列接続された２個の固定子コイル４１３で構成される方式で、２個のスター結線を有している。２個のスター結線をＹ１結線とＹ２結線とすると、Ｙ１結線はＵ相巻線Ｙ１ＵとＶ相巻線Ｙ１ＶとＷ相巻線Ｙ１Ｗとを有している。またＹ２結線はＵ相巻線Ｙ２ＵとＶ相巻線Ｙ２ＶとＷ相巻線Ｙ２Ｗとを有している。Ｙ１結線とＹ２結線は並列接続されており、それぞれの中性点も接続されている。
【００３４】
コイルＹ１Ｕは直列接続されたコイルＵ１１とコイルＵ１２とコイルＵ１３とコイルＵ１４から構成されている。またコイルＹ２Ｕは直列接続されたコイルＵ２１とコイルＵ２２とコイルＵ２３とコイルＵ２４から構成されている。コイルＹ１Ｖは直列接続されたコイルＶ１１とコイルＶ１２とコイルＶ１３とコイルＶ１４から構成されている。コイルＹ２Ｖは直列接続されたコイルＶ２１とコイルＶ２２とコイルＶ２３とコイルＶ２４から構成されている。コイルＹ１Ｗは直列接続されたコイルＷ１１とコイルＷ１２とコイルＷ１３とコイルＷ１４から構成され、コイルＹ２Ｗは直列接続されたコイルＷ２１とコイルＷ２２とコイルＷ２３とコイルＷ２４から構成されている。図４に記載のとおり、コイルＵ１１からコイルＷ２４はそれぞれ二組のコイルをさらに有している。例えばコイルＵ１１はコイル２とコイル１の直列接続で構成されている。ここでコイル２とコイル１の数字はコイルが挿入されている回転子側のスロット番号を示している。すなわちコイルＵ１１はスロット番号２のコイルとスロット番号１のコイルの直列接続である。同様にコイルＵ１２はスロット番号３８のコイルとスロット番号３７のコイルの直列接続である。以下同様に図４のコイル番号は挿入されている回転子側スロットの番号を表している。最後のコイルＷ２４はスロット番号１１のコイルとスロット番号１２のコイルの直列接続である。ここで注目すべきは各直列コイルが隣同士のスロットに挿入されていることである。以下で説明のとおり、このようにすることで、製造が容易となり、更にトルク脈動を低減できる効果がある。上記各コイルの巻回状態は後で詳述する。
【００３５】
上記コイルＹ１ＵとＹ１ＶとＹ１ＷとＹ２ＵとＹ２ＶとＹ２Ｗとはそれぞれ同様の構造であるので、コイルＹ１Ｕを代表例として図８で説明する。
【００３６】
固定子コイル４１３の構造をコイルＹ１Ｕに代表して記載すると、コイルＹ１ＵはコイルＵ１１とコイルＵ１２とコイルＵ１３とコイルＵ１４の直列接続により構成されている。上記各コイルは等間隔に配置されているので、各コイルは機械角で９０°の間隔で配置されている。コイルＵ１１は２つのコイル４１３１ａと４１３１ｂを有しており、コイル４１３１ａはスロット２の回転子側とスロット７の底側を周回する構造をしている。スロット２とスロット７を対として複数回、本実施例では３回、周回する構造をしている。これらの周回は連続した導線で行われるので、周回するコイルＵ１１では接続作業の必要が無い。
【００３７】
前記コイルＵ１１を構成するコイル４１３１ｂはスロット１の回転子側とスロット６の底側を３回周回する構造をしている。これらのコイル４１３１ａと４１３１ｂはそれぞれ２つのスロット間を周回する構造をしており、それぞれのコイルにおける一方のスロットではこれらのコイルは回転子側に配置され、他のスロットではスロットの底側に配置されている。コイル４１３１ａと４１３１ｂはコイル間接続線４１３４により直列に接続されている。この直列接続の部分も連続した導線で構成されており、特別な接続作業は不要である。２つのスロットを周回するこれらの周回部分であるコイル４１３１は、固定子鉄心４１２に装着された状態では、略亀甲形状となっており、コイルエンドにおいて一方のスロット４１１の回転子側である内周側と他方のスロットの底側である外周側を跨ぐように巻回されている。一方のスロットであるスロット２やスロット１と他のスロットであるスロット７やスロット６の間隔は固定子のスロット数と極数とに基づいて定まる重ね巻き方式で巻回されている。
【００３８】
上述のとおり、周回構造を成すコイル４１３１ａ，４１３１ｂは連続した導体で作られており接続作業を必要とする箇所を減らすことが可能である。更に以下の方法によれば２つのコイル４１３１ａや４１３１ｂはこれらを繋ぐコイル間接続線４１３４も連続した導体で作ることが可能である。このため本実施例では固定子コイル４１３のターン数が増加しているが接続作業を必要とする接続箇所の増加は抑えられている。
【００３９】
また、周回部分である２つのコイル４１３１ａ，４１３１ｂで組を成し、この組を単位として周方向に離れた複数箇所、本実施例では９０°の間隔で４箇所、に等間隔で配置されており、周回部分４１３１ａ，４１３１ｂの組における渦巻き部の内周側から延びるコイルと他の周回部分４１３１ａ，４１３１ｂの組における外周側から延びるコイルとがコイルエンドの各頂部同士を接続する構造で、渡り線４１３２で接続されている。尚、本実施例では周回部分の組４１３１ａ，４１３１ｂにおける渦巻き部の内周側から延びるコイルと他の周回部分の組４１３１ａ，４１３１ｂにおける渦巻き部の外周側から伸びるコイルとが連続するように巻回されているので隣り合うように成形された４対の周回部分の組は１本の連続した導体からなるコイルによって成形されている。また、この渡り線４１３２の部分は、固定子４の軸方向一端側だけに設けられており、固定子鉄心４１２の外周側から固定子鉄心４１２の内周側に横断するように収束している。
【００４０】
図８に示した１本のコイルは、固定子巻線の１相分の半分であり、１相を構成する固定子巻線は、図９に示すように図８で説明した巻線Ｙ１Ｕと同じ構造を持つ巻線Ｙ２Ｕを周方向に巻線Ｙ１Ｕに対して機械角で４５°ずらした配置となる。同じように成形されたコイル成形体の周回部分４１３１ａ，４１３１ｂの組が機械角で４５°シフトして配置される。コイルＵ１１を構成するコイル４１３１ａはスロット２の回転子側に配置され、コイルＵ１１を構成するコイル４１３１ｂはスロット１の回転子側に配置される。上記機械角で４５°シフトした配置となるコイルＵ２１を構成するコイル４１３１ａはスロット４４の回転子側とスロット１の底側を周回する構造となる。またコイルＵ２１を構成するコイル４１３１ｂはスロット４３の回転子側とスロット４８の底側を周回する構造となる。
【００４１】
図９のように成形されたコイル成形体である固定子コイル４１３を周方向に１５°と３０°ずらしたかたちで配置することで３相分のコイル成形体である固定子コイル４１３が形成される。このように、本実施例では、３相分の固定子コイル４１３を固定子鉄心４１２に、接続作業を要する接続点数が少なくなる構造で巻回することができる。また、図１０に示すように夫々のコイル成形体における渡り線４１３２の部分は、固定子鉄心４１２の外周側と内周側を跨ぐように配置されているので全体としては、渡り線４１３２が略渦巻き状に構成されることになる。スター接続の中性点となる箇所については、渡り線４１３２が連続したコイルではなく、各コイルの端末と別に設けた渡り線とをＴＩＧ溶接等で接続する必要がある。尚、この中性点となる渡り線についても固定子鉄心４１２の外周側と内周側を跨ぐように配置している。このような構造をとることで、固定子コイル４１３が規則的な構造で配置され、空間を効率よく利用することとなり、結果として回転電機の小型化が可能となる。
【００４２】
コイルＵ１１を基準とするとコイルＶ１１は機械角で１５°シフトしている。従って欄４４４に示す「Ｖ２」のコイルＶ２１は、コイルＵ１１の基準位置に対して機械角で１５°シフトした位置のコイルＶ１１を基準とし、コイルＶ１１の位置から機械角で４５°シフトした位置にある。以下Ｖ相のコイルは全てコイルＶ１１を基準とするので、Ｕ相のコイルに対して１５°シフトしている。同様にコイルＷ１１はコイルＵ１１の位置から機械角で３０°シフトしているので、Ｗ相のコイルは全てＵ相のコイルに対して３０°シフトしている。
【００４３】
また、図１１に示すように、これらの渡り線４１３２の部分は、固定子４の軸方向一端側の略同一平面上に位置するようになっていることからコイルエンドを短くすることができる。上述の通り、本実施例では回転方向において、コイルエンドの外側に渡り線が配置されており、全体として整然とした配置となっており、回転電機全体が小型化となる。また電気的な絶縁等の点でも信頼性が確保できる。特に最近自動車駆動用の回転電機は使用電圧が高く、１００Ｖを超えるものが多くあり、場合によっては４００Ｖあるいは６００Ｖの電圧がかかることがあり、固定子コイルの線間の信頼性が重要である。
【００４４】
更に上記実施例では、複数回巻回されたコイル４１３１ａと同じく複数回巻回されたコイル４１３１ｂとをコイル間接続線４１３４で接続している。このコイル間接続線４１３４の外側に渡り線が配置されており、全体として整然とした配置となっている。上述と同様にこれにより回転電機全体が小型化となる。また電気的な絶縁等の点でも信頼性が確保できる。
【００４５】
図１２に基づいて、回転電機の固定子スロット形状の実施例について説明する。この回転電機のティースは、回転子側の周方向幅が反回転子側の周方向幅よりも小さく、先端にいくほど細くなっている。
【００４６】
固定子コイルをスロット内に挿入した後にギャップ面からコアティース４１４に加締めを加え、スロット開口部に突起４１４Ａを得る。すなわち、固定子のコア材の一部を変形して突起を形成する。尚、加締めの具体的な方法は、一般的に知られている加締め方法を適用可能なのでここでは説明は省略する。
【００４７】
この突起４１４Ａは、固定子コイル４１３をスロット４１１から脱落するのを防止する働きを持つ。この突起４１４Ａの周方向長さはスロット４１１の周方向に対向する壁面と固定子コイルの隙間に依存するが、０.５mm程度である。平角電線の重ね巻・波巻きの場合、固定子コイル４１３は、コイル片の２直線部片側がスロット内ギャップ側、もう片側がスロット底側コイルに挿入されるので、コイル間同士で固定されギャップ面に落下することは一般的には考えられない。しかし、回転電機を車両に搭載後の振動や経年劣化等でコイルがギャップ面に落下する恐れがあるので、これを抑えるための力なので０.５mm程度の突起４１４Ａで十分である。
【００４８】
突起４１４Ａは積厚方向全長でも良いが、生産性を考慮し図１３に示す積厚中心部付近とコア端付近の数点のみを施しても良い。
【００４９】
図１３において、スロット内根元幅からスロット開口部にかけて、ティース４１４の幅Ｗは一様で極部的に狭くなる箇所が無いため部分的な過励磁が生じることがなく、ティース内で一様な磁束分布が得られる。またスロット高さｈを低減できるためスロット内漏れ磁束も低減でき、回転電機の性能向上につながる。
【００５０】
このように、ティース４１４には、ティース４１４に隣接するスロット４１１の開口部を狭める突起が設けられている。図１３に示すように、その軸方向一部に、スロット４１１の開口部を狭める突起が設けられているとともに、軸方向の他の部分は、隣接するスロット４１１の開口部がコイルを径方向に挿入することが可能なように形成されている。すなわち、開口部の軸方向一部に突起が設けられ、軸方向の他の部分の開口部は固定子コイル４１３が挿入可能な幅を有したままとすることが好ましい。図１３には、軸方向に３箇所設けた例を示している。この３箇所の突起は、軸方向両端と中央部でそれぞれコイルを保持することにより、よりバランスの良いコイル保持機能を有するが、突起を形成する箇所の数はこれに限られない。また、突起が形成されていないティース部分は、より多くの有効磁路を確保する。加締めによって、磁路が狭くなるようなことがないからである。この固定子は、同一寸法の型で打ち抜かれた鋼板が積層されて形成されている。
【００５１】
上述の実施例は、あらゆる用途の回転電機に適用可能である。ここで回転電機は、電動機，発電機を含む。固定子コイルとしては、例えば平角電線の分布巻にも適用可能である。特に重ね巻は極数・スロット数に関係無く、短節巻が適応できるため幅広く使用されており、本実施形態を適用するに好適である。
【００５２】
一例として、平角線をギャップ面から挿入するべく、スロットが全開口構造になっているものの場合、スロットに固定子コイルを挿入後にギャップ面への落下するおそれがあるため、それを防止するべく、楔を取り付ける。この楔を取り付けるためにスロット幅よりも更に周方向に広い溝を設け、固定子コイルをスロットに挿入後に積厚方向に楔をその溝へ挿入している。大形電動機の場合は楔を挿入するための溝を設けても全体のコアティース幅が十分広いので問題無いが、車両用回転機の様に小形電動機の場合、コアティース幅が極度に狭くなっている。すなわち、小形電動機の場合、コアティース面で過励磁が生じ、漏れ磁束の増大による電動機性能に悪影響を及ぼしている。大形電動機は電動機寸法制約が少ないため十分なコイルエンド長さが確保出来ることや、極数・スロット数に関係なく、短節巻が採用出来るという理由から、平角線重ね巻が好適である。
【００５３】
一方、車両用電動機では寸法制約が厳しく、コイルエンド長を極力短くする必要性から丸線を採用していたが、銅がスロットに占める割合である占積率の向上を目的に平角線の使用が普及しており、車両用電動機でも重ね巻を採用可能である。反面、固定子コイルをギャップ面から挿入するため、ギャップ面スロットを全開口し更に周方向に広い溝を設けて、固定子コイル挿入後に積厚方向に楔をその溝へ挿入することで構造が複雑になる。前述の楔取り付け溝のためにコアティース幅が極度に狭くなり、この部位で過励磁が生じ、漏れ磁束の増大による電動機性能に悪影響を及ぼすという問題があった。また、楔取り付けにより、スロット高さが増加し、スロット底部から固定子コア外径までのコアバック寸法が少なくなり、ここでも漏れ磁束が増大する問題がある。
【００５４】
ティースの溝により指状部を形成するものは、その溝によりコア先端部の磁路断面が縮小し、過励磁が生じ易くなるという問題がある。例えば車両用電動機のような小形かつ多極機の場合、コア先端部の周方向長さが非常に小さく、例えば２〜３mm程度しかない場合がある。このような構造で、磁束密度が２.０Ｔ超の磁場がコア先端部に流れている場合、この溝により磁束の漏れが生じ易くなる。また指状部の有無で積層コアが２種類必要になり部品点数やコア抜型費用が増となる。
【００５５】
上記実施例のように、ギャップ面の楔を廃止したことにより、楔を取り付ける溝が不要になるので、コアティース面の幅が一様になり極部的な過励磁が無くなり、漏れ磁束による性能低下が防げる。
【００５６】
更に、従来は楔が取り付けられた部位を電線で占めることが出来るので占積率の向上や、熱的に有利になるので高出力化が可能。また電線で占める代わりにスロット高さを低く、浅溝スロットにすることでスロット漏れ磁束を減らすことができ、性能が向上する。
【００５７】
また、上記の楔を廃止したことにより、部品点数を削減でき原価低減が得られる。
【００５８】
さらに、カシメを設けることで、固定子コイル落下防止を図れるだけでなく、カシメ前後でコア先端部の合計磁路断面は不変なので磁束密度は不変である。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】電動機の側面断面図である。
【図２】回転子の断面を斜視図にしたものである。
【図３】電動機における各部品の斜視図である。
【図４】電気接続を説明するためのシステム図である。
【図５】固定子巻線により発生する回転磁界の状態を示す図である。
【図６】回転子の回転速度が固定子鉄心で発生する回転磁界の回転速度より遅い場合の磁束の様子を示す図である。
【図７】固定子の斜視図である。
【図８】固定子巻線を構成するための連続した１本分のコイルの斜視図である。
【図９】１相分のコイルの斜視図である。
【図１０】固定子の正面図である。
【図１１】固定子の側面図である。
【図１２】固定子スロット形状を示す。
【図１３】固定子コア積層を含めた全体形状を示す。
【符号の説明】
【００６０】
４  固定子
４１１  スロット
４１２  固定子鉄心
４１３  コイル
４１４  ティース
４１４Ａ  突起
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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