特許 6608900 回転電機の固定子及び回転電機

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6608900

(24)【登録日】2019年11月1日

(45)【発行日】2019年11月20日

(54)【発明の名称】回転電機の固定子及び回転電機

(51)【国際特許分類】

   H02K 3/50 20060101AFI20191111BHJP

   H02K 3/18 20060101ALI20191111BHJP

【ＦＩ】

   H02K3/50 Z

   H02K3/18 J

【請求項の数】5

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2017-221542(P2017-221542)

(22)【出願日】2017年11月17日

(65)【公開番号】特開2019-92357(P2019-92357A)

(43)【公開日】2019年6月13日

【審査請求日】2019年2月15日

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】390008235

【氏名又は名称】ファナック株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100106002

【弁理士】

【氏名又は名称】正林 真之

(74)【代理人】

【識別番号】100165157

【弁理士】

【氏名又は名称】芝 哲央

(74)【代理人】

【識別番号】100160794

【弁理士】

【氏名又は名称】星野 寛明

(72)【発明者】

【氏名】早樋 大輔

(72)【発明者】

【氏名】日▲高▼ 直哉

【審査官】 服部 俊樹

(56)【参考文献】

【文献】 実開昭５３−１４８１０２（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 実開昭５６−１３３２４５（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開２００６−１８７１４６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−１６５３９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０９−００９５４５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｋ ３／５０

Ｈ０２Ｋ ３／１８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

軸線方向に沿って延びるスロットを周方向に間隔をおいて複数有する固定子コアと、
前記スロットを通って分布巻きされた巻線によって形成される複数のコイルと、
前記コイルに接続される複数の動力線と、を有する電動機の固定子であって、
前記コイルは、前記固定子コアの端面から軸線方向の外側に突出するコイルエンドを有し、
複数の前記コイルは、周方向に隣接しており、
前記コイルと前記動力線との接続部は、前記コイルエンドの外周側の根元部に隣接して配置され、
前記動力線は、前記接続部から前記コイルエンドの外周側の根元部に隣接して前記コイルエンドの外周に沿って延びていると共に、前記コイルエンドの最も外周側において周方向に隣接する相コイルと相コイルとの間に配置される隙間に対応する位置から軸線方向に立ち上げられ、前記隙間に挟まれる形態で、軸線方向の外側に向けて延びている、回転電機の固定子。

【請求項2】

前記コイルエンドと前記動力線とは、紐状部材で一体に緊締されている、請求項１に記載の回転電機の固定子。

【請求項3】

前記固定子は、２極又は４極である、請求項１又は２に記載の回転電機の固定子。

【請求項4】

前記回転電機は、可動部に使用される回転電機である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の回転電機の固定子。

【請求項5】

請求項１〜４のいずれか１項に記載の回転電機の固定子と、
前記固定子の内側に回転可能に設けられた回転子と、を備える回転電機。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、回転電機の固定子及び回転電機に関する。

【背景技術】

【0002】

電動機や発電機等の回転電機に使用される固定子は、固定子コアのスロットに巻回された巻線により構成される複数のコイルを備える。コイルは、巻線を分布巻きすることによって形成されており、固定子コアの端面から軸線方向の外側に突出するコイルエンドを有する。また、各コイルは、コイルエンドの外部において動力線に接続される。

【0003】

このような固定子が設けられた回転電機が、例えば可動部に使用されるビルトインモータ等のように、可動する回転電機である場合、回転電機の移動によって動力線が引っ張られ、各コイルと動力線との接続部に負荷が掛かる虞がある。このため、従来の固定子は、動力線が引っ張られたときに接続部に負荷を掛けないようにするため、動力線をコイルエンドの上部に周方向に沿って配置し、紐状部材を用いて動力線とコイルエンドとを一体に緊締している。

【0004】

ところが、従来の固定子は、動力線をコイルエンドの上部に周方向に沿って配置させているため、軸線方向に大型化する問題があった。即ち、動力線は、高電圧に耐えるように大きな径を有しており、しかも、コイルの相数に応じて複数設けられている。その動力線の全てがコイルエンドの上部に沿って配置されることで、コイルエンドが軸線方向の外側に大きく突出した形となり、固定子の小型化を妨げていた。

【0005】

なお、特許文献１は、コイルの端部の引き回し方法を工夫することにより、固定子を軸線方向に小型化する技術を開示している。しかし、この技術は、動力線によってコイルエンドが軸線方向の外側に大きく突出する上記の問題を解決するものではない。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２０１５−１１１９７５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、コイルエンドに沿って動力線を配置させても、軸線方向の小型化を図ることのできる回転電機の固定子及び電動機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】

【0008】

（１） 本発明に係る回転電機の固定子は、軸線方向に沿って延びるスロット（例えば、後述のスロット２１）を周方向（例えば、後述の周方向Ｄ２）に間隔をおいて複数有する固定子コア（例えば、後述の固定子コア２）と、前記スロットを通って分布巻きされた巻線（例えば、後述の巻線３０）によって形成される複数のコイル（例えば、後述のコイル３）と、前記コイルに接続される複数の動力線（例えば、後述の動力線５）と、を有する回転電機（例えば、後述の電動機１０）の固定子（例えば、後述の固定子１）であって、前記コイルは、前記固定子コアの端面（例えば、後述の端面２３）から軸線方向（例えば、後述の軸線方向Ｄ１）の外側に突出するコイルエンド（例えば、後述のコイルエンド４）を有し、複数の前記コイルは、周方向に隣接しており、前記コイルと前記動力線との接続部（例えば、後述の接続部６）は、前記コイルエンドの外周側の根元部（例えば、後述の根元部４２）に隣接して配置され、前記動力線は、前記接続部から前記コイルエンドの外周側の根元部に隣接して前記コイルエンドの外周に沿って延びていると共に、周方向に隣接する前記コイルの間から、軸線方向の外側に向けて延びている。

【0009】

（２） （１）に記載の回転電機の固定子において、前記コイルエンドと前記動力線とは、紐状部材（例えば、後述の紐状部材７）で一体に緊締されていてもよい。

【0010】

（３） （１）又は（２）に記載の回転電機の固定子において、前記固定子は、２極又は４極であってもよい。

【0011】

（４） （１）〜（３）のいずれかに記載の回転電機の固定子において、前記回転電機は、可動部に使用される回転電機であってもよい。

【0012】

（５） 本発明に係る回転電機は、（１）〜（４）のいずれかに記載の回転電機の固定子と、前記固定子の内側に回転可能に設けられた回転子（例えば、後述の回転子１２）と、を備える。

【発明の効果】

【0013】

本発明によれば、コイルエンドに沿って動力線を配置させても、軸線方向の小型化を図ることのできる回転電機の固定子及び回転電機を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本発明の回転電機の固定子の一実施形態の一部分を示す斜視図である。

【図2】図１に示す固定子のコイルエンドの根元部付近を軸線方向と垂直な方向に切断した状態を模式的に示す断面図である。

【図3】図１に示す回転電機の固定子における固定子コアを示す平面図である。

【図4】図１に示す回転電機の固定子の一部分を模式的に示す断面図である。

【図5】図１に示す回転電機の固定子の一部分を模式的に示す断面図である。

【図6】本発明の他の実施形態に係る固定子のコイルエンドの根元部付近を軸線方向と垂直な方向に切断した状態を模式的に示す断面図である。

【図7】本発明の回転電機の一実施形態としての電動機の概略構成を示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。
図１は、本発明の回転電機の固定子の一実施形態の一部分を示す斜視図である。図２は、図１に示す固定子のコイルエンドの根元部付近を軸線方向と垂直な方向に切断した状態を模式的に示す断面図である。図３は、図１に示す回転電機の固定子における固定子コアを示す平面図である。
固定子１は、電動機や発電機等の回転電機において、回転子（図７参照。図１、図２では不図示）と共に使用される。図１及び図２に示すように、固定子１は、固定子コア２と、複数のコイル３と、を有している。

【0016】

固定子コア２は、複数の電磁鋼板を軸線方向Ｄ１に積層することによって構成されている。固定子コア２の内面側には、図３に示すように、軸線方向Ｄ１に沿って延びるスロット２１が周方向Ｄ２に間隔をおいて複数形成されている。隣接するスロット２１の間は、径方向Ｄ３の内側（図４における内径方向Ｄ３２）に突出するティース２２を形成している。本実施形態では、３６個のスロット２１を有する固定子コア２を示しているが、固定子コア２のスロット数は３６個に制限されない。

【0017】

本実施形態の固定子１は、３相２極の固定子を例示している。コイル３は、巻線３０を、スロット２１を通って分布巻きすることによって形成されている。図２に示すように、コイル３は、最も内周側（径方向Ｄ３の内側）に配置される２つのＵ相小コイル３Ｕと、その径方向Ｄ３の外側に配置される２つのＶ相小コイル３Ｖと、最も外周側に配置される２つのＷ相大コイル３Ｗとで構成されている。２つのＵ相小コイル３Ｕは、最も内周側で周方向Ｄ２に隣接している。また、２つのＶ相小コイル３Ｖは、Ｕ相小コイル３Ｕの径方向Ｄ３の外側で周方向Ｄ２に隣接している。更に、２つのＷ相大コイル３Ｗは、最も外周側で周方向Ｄ２に隣接している。

【0018】

Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各コイル３は、固定子コア２の軸線方向Ｄ１の外側で折り返されることにより、固定子コア２の端面２３から軸線方向Ｄ１の外側に突出するコイルエンド４をそれぞれ有している。なお、分布巻きされたコイル３のコイルエンド４は、複数のスロット２１に亘って巻回される巻線３０の集合体であるが、図１及び図２では、本発明の理解を容易にするため、コイルエンド４は簡略化して図示されている。

【0019】

図４に示すように、コイルエンド４は、軸線方向Ｄ１の外側から押し潰すように力が掛けられることにより、径方向Ｄ３の外側（「外径方向Ｄ３１」ともいう）に向けて拡げられている。このため、コイルエンド４の先端部４１（固定子コア２に対して軸線方向Ｄ１の外側）の方が、コイルエンド４の根元部４２（固定子コア２側。軸線方向Ｄ１の内側）よりも径方向Ｄ３の外側に膨らんでいる。このコイルエンド４において、最も外周側に配置される２つのＷ相大コイル３Ｗ，３Ｗの間には、それぞれ１つ分のティース２２の幅に相当する周方向Ｄ２の隙間Ｓが形成されている。即ち、２つのＷ相大コイル３Ｗ、３Ｗは、１８０度の周角度をあけて配置される２つの隙間Ｓ、Ｓを境にして、周方向Ｄ２に分かれるようにスロット２１に巻回されている。

【0020】

各コイル３の一方端部と他方端部、即ち、各コイル３の一方の引出し線３１の端部と、他方の引出し線３１の端部は、それぞれ動力線５に接続されている。詳細には、Ｕ相小コイル３Ｕの一方の引出し線３１ｕは、コイルエンド４の外に引き出され、例えば圧着端子からなる接続部６によって、動力線５ｕに接続されている。Ｕ相小コイル３Ｕの他方の引出し線３１ｘは、コイルエンド４の外に引き出され、接続部６によって、動力線５ｘに接続されている。

【0021】

また、Ｖ相小コイル３Ｖの一方の引出し線３１ｖは、コイルエンド４の外に引き出され、接続部６によって、動力線５ｖに接続されている。Ｖ相小コイル３Ｖの他方の引出し線３１ｙは、コイルエンド４の外に引き出され、接続部６によって、動力線５ｙに接続されている。

【0022】

更に、Ｗ相大コイル３Ｗの一方の引出し線３１ｗは、コイルエンド４の外に引き出され、接続部６によって、動力線５ｗに接続されている。また、Ｗ相大コイル３Ｗの他方の引出し線３１ｚは、コイルエンド４の外に引き出され、接続部６によって、動力線５ｚに接続されている。

【0023】

それぞれの接続部６は、コイルエンド４の外周側の根元部４２に隣接して配置されている。ここで、接続部６がコイルエンド４の外周側の根元部４２に「隣接」するとは、接続部６が、コイルエンド４の外周側の根元部４２において、固定子コア２の端面２３の径方向Ｄ３の幅内に収まっていることを意味する。即ち、接続部６は、固定子コア２よりも径方向Ｄ３の外側にはみ出していない。接続部６は、固定子コア２の端面２３の径方向Ｄ３の幅内に収まっていれば、コイルエンド４の外周側の根元部４２に接触していてもよいし、接触していなくてもよい。接続部６は、固定子コア２の端面２３に可及的に近接して配置されている。

【0024】

動力線５ｕ、５ｖ、５ｗ、５ｘ、５ｙ、５ｚは、それぞれの接続部６から、コイルエンド４の外周側の根元部４２に隣接してコイルエンド４の外周に沿って延びていると共に、最も外周側に配置される２つのＷ相大コイル３Ｗの間に形成される隙間Ｓから、軸線方向Ｄ１の外側に向けて延びている。本実施形態では、３本の動力線５ｕ、５ｖ、５ｚが、一方の隙間Ｓ（図２における右側の隙間Ｓ）において屈曲し、軸線方向の外側に向けて立ち上がり、残りの３本の動力線５ｗ、５ｘ、５ｙが、他方の隙間Ｓ（図２における左側の隙間Ｓ）において屈曲し、軸線方向の外側に向けて立ち上がっている。

【0025】

このように、全ての動力線５は、コイルエンド４の外周側の根元部４２に隣接して配置され、コイルエンド４の上面には配置されない。このため、図４に示すように、従来のように動力線がコイルエンド４の上面に配置される場合（これを図４において動力線５０で示す）の固定子１のコイルエンド長Ｈ２に比べて、この固定子１のコイルエンド長Ｈ１（固定子コア２の端面２３からの軸線方向Ｄ１の外側への突出高さ）は、コイルエンド４の上面の動力線５０の高さＨ０の分だけ短縮される。その結果、固定子１の軸線方向Ｄ１の長さは短くなり、固定子１は小型化される。

【0026】

また、図４に示すように、コイルエンド４の外周に沿って延びる動力線５は、コイルエンド４の外周側の根元部４２と、固定子コア２の端面２３との間に形成されるデッドスペースＤＳ内に収容される。通常、固定子コア２の径方向Ｄ３の外側には、回転電機のハウジング（図示せず）が配置されるが、動力線５はデッドスペースＤＳ内に収容されることで、コイルエンド４の径方向Ｄ３の外側に大きくはみ出す虞はないため、コイルエンド４の外周に沿って延びる動力線５とハウジングとの干渉は抑制される。

【0027】

更に、軸線方向Ｄ１の外側に向けて立ち上がった動力線５も、固定子コア２の径方向Ｄ３の外側に大きくはみ出す虞はない。即ち、コイルエンド４の先端部４１は、根元部４２に比べて径方向Ｄ３の外側に膨らんでいるため、動力線５は、コイルエンド４の外周側の根元部４２から立ち上がる場合、コイルエンド４の先端部４１を迂回するために、コイルエンド４の径方向Ｄ３の外側に傾倒しながら立ち上がる必要がある。しかし、動力線５の立ち上がる位置は、最も外周側に配置される２つのＷ相大コイル３Ｗの間の隙間Ｓに対応する位置であるため、図５に示すように、動力線５は、コイルエンド４の外周側の根元部４２に隣接する位置から、この隙間Ｓに挟まれる形態で立ち上がることができる。このため、立ち上がった動力線５のはみ出しは抑制され、ハウジングとの干渉も抑制される。

【0028】

この固定子１において、コイルエンド４と動力線５とは、図１に示すように、例えば縛り紐等の紐状部材７で一体に緊締されている。このため、この固定子１が組み込まれる回転電機が、例えば可動部に使用される回転電機である場合、回転電機の移動によって動力線５に引っ張り力が作用しても、動力線５と引出し線３１との接続部６に負荷が掛かる虞はなく、引っ張り耐性は従来と同様に確保される。

【0029】

以上説明した実施形態では、３相２極の固定子１を例示したが、固定子１は２極に制限されず、４極以上でもよい。しかし、極数が多くなると、動力線５の本数が増加する等、全ての動力線５をコイルエンドの外周側の根元部４２に沿って配置させることが困難になるため、固定子１の極数は、２極又は４極であることが望ましい。

【0030】

図６は、３６スロット４極の固定子１の一例を示しており、図２と同様に、固定子１のコイルエンド４の根元部４２付近を軸線方向と垂直な方向に切断した状態を模式的に示す断面図である。図２と同一符号の部位は同一構成の部位を示している。この４極用の固定子１では、最も外周側で周方向Ｄ２に隣接している４つのＷ相大コイル３Ｗの間に、４つの周方向Ｄ２の隙間Ｓが形成される。このため、動力線５（図６において図示せず）を、これら４つの隙間Ｓのうちのいずれか１つ以上から立ち上がるように配置することにより、上記同様の効果を奏することができる。

【0031】

なお、図１、図２に示した固定子１において、動力線５は、コイルエンド４の外周側を約１／４周して、隙間Ｓにおいて立ち上がるように形成されているが、これに制限されない。動力線５は、コイルエンド４の外周側を１／４周以上して、隙間Ｓにおいて立ち上がるように形成されてもよい。

【0032】

次に、本発明の回転電機について説明する。図７は、回転電機の一実施形態としての電動機の概略構成を示す断面図である。
この電動機１０は、ハウジング１１の内側に、上述した固定子１が組み込まれている。固定子１の動力線５は、一方のコイルエンド４（図７における右側のコイルエンド４）から、軸線方向Ｄ１の外側に向けて延びている。固定子１の内側に、回転子１２が配置されている。回転子１２は、軸線方向Ｄ１に延びる回転軸１３に支持され、この回転軸１３を中心に回転可能に設けられている。固定子１の動力線５は、電動機１０の外部に設置された電源（図示せず）に接続される。これにより電源から固定子１の各コイル３に作動用電力が供給され、回転軸１３を中心にして回転子１２が回転駆動する。

【0033】

固定子１は、上記の通り、軸線方向Ｄ１の長さが短く、小型化されているため、電動機１０の軸線方向Ｄ１の長さも小型化が可能である。また、固定子１の動力線５とコイルエンド４とは、図１、図２に示したように、紐状部材７によって一体に緊締されているため、この電動機１０が可動部に使用された際、電動機１０の移動によって動力線５に引っ張り力が作用しても、動力線５と引出し線との接続部６（図７において図示せず）に負荷が掛かる虞はない。

【符号の説明】

【0034】

１ 固定子
２ 固定子コア
２１ スロット
２３ 固定子コアの端面
３ コイル
３０ 巻線
４ コイルエンド
４２ 根元部
５ 動力線
６ 接続部
７ 紐状部材
１０ 電動機（回転電機）
１２ 回転子

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】