特許 6806194 回転機の巻線構造

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】6806194

(24)【登録日】2020年12月8日

(45)【発行日】2021年1月6日

(54)【発明の名称】回転機の巻線構造

(51)【国際特許分類】

   H02K 3/04 20060101AFI20201221BHJP

   H02K 3/28 20060101ALI20201221BHJP

【ＦＩ】

   H02K3/04 E

   H02K3/28 N

【請求項の数】4

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2019-137345(P2019-137345)

(22)【出願日】2019年7月26日

【審査請求日】2020年4月27日

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000006105

【氏名又は名称】株式会社明電舎

(74)【代理人】

【識別番号】100086232

【弁理士】

【氏名又は名称】小林 博通

(74)【代理人】

【識別番号】100092613

【弁理士】

【氏名又は名称】富岡 潔

(74)【代理人】

【識別番号】100104938

【弁理士】

【氏名又は名称】鵜澤 英久

(74)【代理人】

【識別番号】100210240

【弁理士】

【氏名又は名称】太田 友幸

(72)【発明者】

【氏名】木戸 悠太

【審査官】 若林 治男

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１６−１５２７５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１５−１３９２４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１５−０８４６３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１７−０３４８６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１６−０６３５８８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｋ ３／０４

Ｈ０２Ｋ ３／２８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

回転機の固定子コアの周方向に配列された複数のスロットに巻装され、それぞれ電気的位相の異なる三相の相巻線を備えた回転機の固定子巻線の構造であって、
前記各相巻線は、導体を絶縁被膜で被覆して構成され、前記各スロットに収容されるスロット収容部と、前記固定子コアの周方向の異なる前記スロットに収容されたスロット収容部同士をそれぞれ外部で接続するターン部と、を備え、
前記ターン部は、延伸方向の長さの相違する長ピッチターン部と短ピッチターン部とを備え、
前記各ピッチターン部の一箇所を前記固定子コアの端面から最も離間する方向に折曲した略逆Ｖ字状の頭頂部を備え、
前記周方向に隣接する同相の両ピッチターン部の頭頂部を除く部分は、前記固定子コアの軸方向に沿って重なっている一方、
前記周方向に隣接する同相の両ピッチターン部の頭頂部は、前記固定子コアの径方向に位置ずれしている
ことを特徴とする回転機の巻線構造。

【請求項2】

前記両ピッチターン部の頭頂部は、前記径方向の相反する方向に折曲されていることを特徴とする請求項１記載の回転機の巻線構造。

【請求項3】

前記各ピッチターン部の縦断面は、縦長の長方形状に形成され、
前記両頭頂部の上下面を構成する前記縦断面の短辺部が重なっていないことを特徴とする請求項１または２記載の回転機の巻線構造。

【請求項4】

前記各ピッチターン部の頭頂部は、前記一箇所をそれぞれ径方向の反対側に折曲して形成されている
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の回転機の巻線構造。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、車両などに搭載されて電動機や発電機として使用される回転機の巻線構造に関する。

【背景技術】

【0002】

車両などに搭載される回転機は、ハウジング内に回転可能に配置された回転子（ロータ）と、ハウジング内で回転子の径方向に対向配置された固定子（ステータ）とを備えている。

【0003】

固定子は、円環状の固定子コアと、固定子コアの周方向に配列された複数のスロットに巻装された固定子巻線とを備えている。この固定子巻線は、それぞれ電気的位相の異なる三相（Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相）の相巻線を備えている。この相巻線の構造の一例として特許文献１が公知となっている。

【0004】

図７に基づき説明すれば、特許文献１の相巻線には大小の導体セグメント５０Ａ，５０Ｂが採用されている。この導体セグメント５０Ａ，５０Ｂは、逆Ｕ字状のヘアピン形状に形成され、一対の直線部５１Ａ,５１Ｂと直線部５１Ａ,５１Ｂ間のターン部５２Ａ,５２Ｂとを備え、前記スロットに直線部５１Ａ,５１Ｂが挿入収容される。

【0005】

ターン部５２Ａ,５２Ｂの略中央には、突出状に折曲形成された頭頂部５３Ａ,５３Ｂが形成されている。また、両ターン部５２Ａ,５２Ｂにより固定子巻線の軸方向の一端部にリング状のコイルエンドが形成される。このコイルエンド部では、前記周方向に隣接するターン部５２Ａ,５２Ｂの頭頂部５３Ａ,５３Ｂ同士が軸方向に重なり合っている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特許第６３９４９７１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

スロット挿入時に導体セグメント５０Ａ,５０Ｂは、固定子コアの軸方向に沿って二段に重ねられ、下段の頭頂部５３Ｂが上段の頭頂部５３Ａと重ねられて隠れた状態のまま押圧され、頭頂部５３Ｂに圧力が加えられる。

【0008】

このとき導体セグメント５０Ａ,５０Ｂは、導体を絶縁被膜で覆った角線により構成されている。ところが、スロット挿入時の圧力により頭頂部５３Ａに頭頂部５３Ｂが押圧されるため、絶縁被膜が押し広げられて損傷し、その絶縁性が確保できないおそれがある。また、頭頂部５３Ａ,５３Ｂ同士が重なっていると、それぞれの空気に触れる表面積が減少し、固定子巻線の放熱性が悪化するおそれもある。

【0009】

本発明は、このような従来の問題を解決するためになされ、回転機の固定子コアに巻装される固定子巻線の損傷および放熱性悪化を抑えることを解決課題としている。

【課題を解決するための手段】

【0010】

（１）本発明は、回転機の固定子コアの周方向に配列された複数のスロットに巻装され、それぞれ電気的位相の異なる三相の相巻線を備えた回転機の固定子巻線の構造であって、
前記各相巻線は、導体を絶縁被膜で被覆して構成され、前記各スロットに収容されるスロット収容部と、前記固定子コアの周方向の異なる前記スロットに収容されたスロット収容部同士をそれぞれ外部で接続するターン部と、を備え、
前記ターン部は、延伸方向の長さの相違する長ピッチターン部と短ピッチターン部とを備え、
前記両ピッチターン部は、前記固定子コアの端面から最も離間する位置に頭頂部が形成され、
前記周方向に隣接する同相の両ピッチターン部の頭頂部を除く部分は、前記固定子コアの軸方向に沿って重なっている一方、
前記周方向に隣接する同相の両ピッチターン部の頭頂部は、前記固定子コアの径方向に位置ずれしていることを特徴する。

【0011】

（２）本発明の一態様において、
前記両ピッチターン部の頭頂部は、前記径方向の相反する方向に折曲されていることを特徴とする。

【0012】

（３）本発明の他の態様において、
前記各ピッチターン部の縦断面は、縦長の長方形状に形成され、
前記両頭頂部の上下面を構成する前記縦断面の短辺部が重なっていないことを特徴とする。

【0013】

（４）本発明のさらに他の態様において、
前記各頭頂部は、それぞれの前記ターン部の一箇所を前記端面から離間する方向に折曲することで形成されていることを特徴とする。

【0014】

（５）本発明のさらに他の態様において、
前記各ピッチターン部の頭頂部は、前記一箇所をそれぞれ径方向の反対側に折曲して形成されていることを特徴とする。

【発明の効果】

【0015】

本発明によれば、回転機の固定子コアに巻装される固定子巻線の損傷および放熱性悪化を抑えることができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】本発明の実施形態に係る巻線構造を適用した回転機の一例を示す縦断面図。

【図2】（ａ）は固定子の斜視図、（ｂ）は固定子の一端部を示す上面図。

【図3】（ａ）は固定子の相巻線の部分断面図、（ｂ）はスロットに収容される導体セグメントの配置位置を示す固定子コアの周方向に展開した模式説明図。

【図4】（ａ）は大小の導体セグメントを示す斜視図、（ｂ）は同正面図、（ｃ）は同上面図、（ｄ）は同縦断面図。

【図5】各導体セグメントの拡大縦断面図。

【図6】固定子巻線の結線図。

【図7】特許文献１に係る大小の導体セグメントの斜視図。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、本発明の実施形態に係る回転機の巻線構造を説明する。本実施形態の巻線構造は、主に平角線を用いた分布巻きの回転機の巻線形状に関する。まず、図１に基づき本実施形態の巻線構造の適用可能な回転機の一例を説明する。

【0018】

この回転機１は、車両などに搭載されて電動機や発電機として使用され、有底筒状のハウジング部材１０ａ，１０ｂの開口部同士を接合させたハウジング１０と、ハウジング１０に軸受１１を介して回転自在に支承されて複数の磁極を有する回転軸１３と、回転軸１３に固定された回転子（ロータ）１４と、回転子１４に対向配置されてハウジング１０に固定された固定子２０とを備えている。

【0019】

固定子２０は、図２および図３に示すように、円筒状に形成された固定子コア（固定子鉄心）３０と、固定子コア３０の周方向Ｒに配列された複数のスロット３１と、スロット３１に巻装されてそれぞれ電気的位相の異なる三相（Ｕ相・Ｖ相・Ｗ相）の相巻線からなる固定子巻線４０とを備えている。

【0020】

固定子コア３０は、円環状の複数の電磁鋼板を軸方向（図２中のＬ方向）に積層して一体形成されている。この固定子コア３０は、円環状のバックコア３３と、バックコア３３から径方向（同Ｗ方向）の内方に突出して周方向（同Ｒ方向）に所定距離を隔てて配列された複数のティース３４を備え、隣接するティース３４間にスロット３１が形成されている。このスロット３１の個数は、回転子１４の磁極数（８磁極）に対し、固定子巻線４０の一相あたり２個の割合で形成され、スロット倍数が「２」に設定されている。すなわち、「８×３×２＝４８」となり、スロット数は４８個となされ、４８個のスロット３１が周方向Ｒに順番に繰り返し２個づつ配置されている。ここではＵ相のスロットをＵ１，Ｕ２と呼び、Ｖ相のスロットをＶ１，Ｖ２と呼び、Ｗ相のスロットをＷ１，Ｗ２と呼ぶ。

【0021】

≪構成例≫
つぎに前記巻線構造の適用された固定子巻線４０について説明する。この固定子巻線４０を構成する相巻線は、スロット３１に挿入収容されるスロット収容部６１Ｃ（図３参照）と、周方向Ｒに配置された異なるスロット３１に挿入収容されたスロット収容部６１Ｃ同士をスロット３１外部で接続するターン部６２Ａ，６２Ｂ（図２参照）とを備えている。この固定子巻線４０は、複数の略Ｕ字形状（略ヘアピン形状）に形成された大小の導体セグメント６０を固定子コア３０の軸方向Ｌの一端側からそれぞれスロット３１に挿入し、同他端側に延出した一対の開放端部を互いに反対側に捻った後、該開放端部同士を溶接などの手段で接合することで所定のパターンで電気的に接続されている。

【0022】

ここでは基本となる大小の導体セグメント６０として、図４に示す導体セグメント６０Ａ，６０Ｂが採用されている。この導体セグメント６０Ａ,６０Ｂは、二層構造の絶縁被膜が施された角線からなり、図５に示すように、縦断面が縦長長方形状に形成され、縦長長方形状の導体６８と、導体６８の外面を被覆する絶縁被膜６９とを備えている。この絶縁被膜６９は、内層６９ａおよび外層６９ｂの二重絶縁被膜となっている。

【0023】

また、導体セグメント６０Ａ，６０Ｂは、図４（ａ）（ｂ）に示すように、それぞれ互いに平行な一対の直線部６１Ａ，６１Ｂと、それぞれ直線部６１Ａ,６１Ｂの一端同士を連結する前述のターン部６２Ａ，６２Ｂとを備え、スロット３１に挿入収容された直線部６１Ａ,６１Ｂによりスロット収容部６１Ｃが構成されている。この導体セグメント６０Ａと導体セグメント６０Ｂとは、ターン部６２Ａ,６２Ｂの延伸方向長さが相違している。

【0024】

例えば導体セグメント６０Ａのターン部６２Ａは７スロットピッチの長さに形成され、導体セグメント６０Ｂのターン部６２Ｂは５スロットピッチの長さに形成されている。この導体セグメント６０Ａのターン部６２を「長ピッチターン部６２Ａ」と呼び、導体セグメント６０Ｂのターン部６２を「短ピッチターン部６２Ｂ」と呼ぶことができる。

【0025】

両ピッチターン部６２Ａ，６２Ｂは、共に各直線部６１Ａ,６１Ｂのそれぞれの一端に折曲された立ち上がり部６６Ａ,６６Ｂから昇り勾配に形成された斜行部６５Ａ,６５Ｂと、それぞれの斜行部６５Ａ,６５Ｂ間の一箇所を上方向（固定子コア３０の軸方向Ｌの端面３０ａから離間する方向）に折曲形成した頭頂部６３Ａ,６３Ｂとを備えている。

【0026】

この頭頂部６３Ａ,６３Ｂは、固定子コア３０の径方向Ｗの相反する方向に折曲されている。すなわち、頭頂部６３Ａが図４（ｃ）中のＰ方向に折曲されている一方、頭頂部６３Ｂが同Ｑ方向に折曲され、固定子コア３０の軸方向Ｌに沿って重なり合わないようなっている。

【0027】

≪挿入収容方法≫
以下、導体セグメント６０Ａ,６０Ｂのスロット３１への挿入収容方法を説明する。図３中のＵ１，Ｕ２は、三相の相巻線中のＵ相巻線が収容されるＵ相スロットを示し、導体セグメント６０Ａは一方の直線部６１ＡがＵ相スロットＵ１の内周側の１層目に挿入され、他方の直線部６１ＡがＵ相スロットＵ１から周方向Ｒに７スロットピッチ離れたＵ相スロットＵ２の内周側から２層目に挿入される。

【0028】

また、導体セグメント６０Ｂは、一方の直線部６１ＢがＵ相スロットＵ２の内周側の１層目に挿入され、他方の直線部６１ＢがＵ相スロットＵ２から周方向Ｒに５スロットピッチ離れたＵ相スロットＵ１の内周側から２層目に挿入される。

【0029】

この作業をＶ相スロットＶ１，Ｖ２およびＷ相スロットＷ１，Ｗ２にも同様に行う。すなわち、導体セグメント６０Ａ,６０Ｂは、周方向Ｒに隣接して２個ずつ繰り返し配置されたＶ相スロットＶ１，Ｖ２およびＷ相スロットＷ１，Ｗ２の１層目と２層目とに順番に挿入される。このとき導体セグメント６０Ａ,６０Ｂは、各相スロットＵ，Ｖ，Ｗの１層目・２層目に周方向Ｒに１周するように挿入される。

【0030】

その後、導体セグメント６０Ａ,６０Ｂは、Ｕ相スロットＵ１，Ｕ２・Ｖ相スロットＶ１，Ｖ２・Ｗ相スロットＷ１，Ｗ２の３層目と４層目について同様に周方向Ｒに１周するように挿入される。この作業は、Ｕ相スロットＵ１，Ｕ２・Ｖ相スロットＶ１，Ｖ２・Ｗ相スロットＷ１，Ｗ２の５層目と６層目にも行われ、これにより全相スロットＵ，Ｖ，Ｗ内に合計６本の直線部６１Ａ,６１Ｂが径方向Ｗに１列に整列した状態で収容される。

【0031】

そして、各スロット３１から固定子コア３０の他端側に延出した一対の直線部６１Ａ,６１Ｂの開放端部を、他端部側の端面３０ｂに対して斜行するように互いに周方向Ｒ反対側に捻ることで略半磁極ピッチ分の長さの捻り部（図示省略）が形成され、該捻り部の先端同士を溶接などで溶接して所定パターンで電気的に接続される。

【0032】

すなわち、導体セグメント６０群が直列に接続され、スロット３１の内周側から「Ｎ（Ｎ＝１以上の自然数）」層目に収容されたスロット収容部６１Ｃと、他のスロット３１の内周側から「Ｎ＋１」層目に収容されたスロット収容部６１同士が電気的に接続される。

【0033】

これにより図６に示すように、固定子コア３０のスロット３１に沿って周方向Ｒに波巻きに巻装された３本の相巻線４１Ｕ，４１Ｖ，４１Ｗを備えた固定子巻線４０が形成される。このとき各層の１周目と２周目・３周目と４週目・５周目と６周目などは図示省略の異形セグメントにより接続される。したがって、それぞれ４本の並列巻線Ｕ１〜Ｕ４，Ｖ１〜Ｖ４，Ｗ１〜Ｗ４が並列接続された相巻線４１Ｕ，４１Ｖ，４１Ｗの巻線端を星型に結線された固定子巻線４０が形成される。

【0034】

このような作業の結果、固定子コア３０に巻装された固定子巻線４０の軸方向Ｌの一端部側では、端面３０ａからスロット３１の外部に複数のターン部６２Ａ,６２Ｂが突出し、リング状のコイルエンド４５（図１および図２参照）が形成される。また、固定子巻線４０の軸方向Ｌの他端部側では、端面３０ｂからスロット３１の外部に複数の前記捻り部および端末接合部が突出し、リング状のコイルエンド４６が形成される。

【0035】

このときコイルエンド４５の周方向Ｒに隣接する同相の相巻線のターン部６２Ａ,６２Ｂについてみれば、固定子コア３１の周方向Ｒ全域で長ピッチターン部６２Ａの内周側に短ピッチターン部６２Ｂが配置され、斜行部６５Ａ,６５Ｂ同士が前記軸方向Ｌに沿って二段に重なり、斜行部６５Ｂが斜行部６５Ａの下側に隠蔽される。

【0036】

ただし、頭頂部６３Ａ,６３Ｂ同士は、固定子コア３０の径方向の相反するＰ，Ｑ方向に折曲されているため、同軸方向Ｌに沿って重ならない。したがって、図４（ｃ）に示すように、頭頂部６３Ａの下側に頭頂部６３Ｂが隠れることがなく、両頭頂部６３Ａ，６３Ｂが位置ずれした状態で現れる。これによりＵ相巻線４１Ｕ，Ｖ相巻線４１Ｖ,Ｗ相巻線４１Ｗのそれぞれの頭頂部６３Ａ,６３Ｂ同士の衝突が回避される。このような本実施形態の巻線構造によれば、次の効果が得られる。

【0037】

（１）すなわち、スロット挿入時に導体セグメント６０Ａ,６０Ｂは、軸方向Ｌに沿って二段に重ねた状態で頭頂部６３Ａが押圧される。このとき頭頂部６３Ａ,６３Ｂは、径方向の相反するＰ，Ｑ方向に折曲されているため、両頭頂部６３Ａ，６３Ｂが位置ずれした状態となる。

【0038】

したがって、図４（ｄ）に示すように、頭頂部６３Ａの絶縁被膜６９の下面６３ａと頭頂部６３Ｂの絶縁被膜６９の上面６３ｂとが重なることがなく、該両面６３ａ，６３ｂが離間する。

【0039】

その結果、スロット挿入時に頭頂部６３Ａが押圧されても、頭頂部６３Ａの下面６３ａが頭頂部６３Ｂの上面６３ｂに衝突することが無く、頭頂部６３Ａ,６３Ｂの絶縁被膜６９の損傷が回避される。これにより固定子巻線４０の損傷および絶縁被膜６９の絶縁性悪化が防止され、この点で製品の歩留まりが向上し、生産性を高めることができる。

【0040】

（２）特許文献１の巻線構造によれば、ターン部５２Ａ,５２Ｂの二カ所を上方に折曲することで頭頂部５３Ａ,５３Ｂが形成されている。これに対して本実施形態の巻線構造は、ターン部６２Ａ,６２Ｂの一箇所を上方に折曲することで頭頂部５３Ａ,５３Ｂが形成されている。

【0041】

この構成によれば、頭頂部６３Ａ,６３Ｂの折曲角度が特許文献１の頭頂部５３Ａ,５３Ｂと比較して鋭角的となり、折曲時に絶縁被膜６９が大きく伸ばされるおそれがある。

【0042】

この状況下、スロット挿入時に頭頂部６３Ｂが頭頂部６３Ａに押圧されると絶縁被膜６９に損傷が生じやすく、絶縁被膜６９保護の必要性が特に高い。この点につき、本実施形態の巻線構造は、前述のように頭頂部６３Ａ，６３Ｂ間の当たりを回避し、絶縁被膜６９の損傷回避を図っている。

【0043】

（３）前述のように頭頂部６３Ａ,６３Ｂ同士は、軸方向Ｌに沿って重なることがなく、位置ずれが生じている。これにより空気中と接触する固定子巻線４０の表面積が増加して放熱性が向上する。この点で回転機１の効率性の向上に貢献できる。

【0044】

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、各請求項に記載された範囲内で変形して実施することができる。例えばターン部５２Ａ,５２Ｂの二カ所を折曲して頭頂部６３Ａ,６３Ｂを構成してもよい。この場合にも頭頂部６３Ａ,６３Ｂを径方向の相反するＰ，Ｑ方向に折曲すれば、同軸方向Ｌに沿って重なることが無く、絶縁被膜６９保護および放熱性向上の効果を得られる。

【符号の説明】

【0045】

１…回転機
３０…固定子コア
３１…スロット
４０…固定子巻線
６１Ｃ…スロット収容部
６２Ａ，６２Ｂ…ターン部
６３Ａ，６３Ｂ…頭頂部
６８…導体
６９…絶縁被膜
６３ａ…下面
６３ｂ…上面

【要約】      （修正有）

【課題】回転機の固定子コアに巻装される固定子巻線の損傷・放熱性悪化の抑制を図る。
【解決手段】回転機の固定子巻線は三相の相巻線を備える。この相巻線は、導体を絶縁被膜で被覆して構成され、スロットに収容されるスロット収容部と、周方向の異なるスロットに収容されたスロット収容部同士をそれぞれ外部で接続するターン部６２Ａ，ターン部６２Ｂとを備えている。ターン部６２Ａ，６２Ｂは、固定子コアの端面から最離間の位置に頭頂部６３Ａ，６３Ｂが形成され、その両サイドに斜行部６５Ａ,６５Ｂが形成されている。周方向に隣接する同相のターン部６２Ａ，６２Ｂは、斜行部６５Ａ,６５Ｂが軸方向に沿って重なっている一方、頭頂部６３Ａ,６３Ｂが径方向に位置ずれしている。
【選択図】図４

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】