JP2017131046A - コイル及びこれを用いた回転電機の固定子 - Google Patents

Abstract

【課題】コイルの軸方向寸法を、平角導線の１つ分の軸方向寸法だけ低減する。【解決手段】コイル１１０は、第１及び第２のコイルサイド１１１，１１２と、第１及び第２のコイルエンド１１３，１１４と、リード線Ｌ１１１，Ｌ１１２を有している。コイルエンド１１３は、コイルサイド１１１，１１２に対して略直角に折り曲げ成形されている。コイルエンド１１３では、平角導線の長手方向に延びつつ軸方向に折れ曲がる折り曲げ部１１３ｄを連結部１１３ｃに形成することにより、立ち上がり部１１３ａと立ち上がり部１１３ｂの高さ寸法を等しくしている。【選択図】図１

Description

本発明は、コイル及びこれを用いた回転電機の固定子に関し、軸方向寸法を低減するように工夫したものである。

回転電機（電動機や発電機）は、固定子と、この固定子内に配置された回転子とで構成されている。固定子は、円筒状の固定子鉄心と、この固定子鉄心の内周面に形成されたスロットに組み込まれたコイルを有している。コイルとしては、例えば、３相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の各相コイル（Ｕ相コイル、Ｖ相コイル、Ｗ相コイル）が予め成形され、成形された各相コイルが、周方向に沿い所定ピッチ離れて、スロットに組み込まれている。そして、相ごとに、渡り線によりコイル同士が接続されて、各相巻線（Ｕ相巻線、Ｖ相巻線、Ｗ相巻線）が構成されている。
成形されたコイルとしては、例えば、断面形状が矩形の平角導線を、所定の形状に巻回し、曲げ加工したものが使用される。

なお、スロットに組み込まれるコイルのうち、スロット内に入る部分を「コイルサイド（コイル辺）」、スロット外にある部分を「コイルエンド」と呼ぶ。
また本願の明細書及び特許請求の範囲においては、固定子鉄心の軸心方向を「軸方向」、固定子鉄心の半径方向を「径方向」、固定子鉄心の円周方向を「周方向」として説明をする。つまり、コイルにおいて方向を表す場合には、コイルが固定子鉄心に取り付けられていなくても、コイルが固定子鉄心に取り付けられている状態を基準にして、コイルにおける方向を示す。

平角導線を成形したコイルを、固定子鉄心のスロットに組み込んで成る固定子においては、ある相のコイルと他の相のコイルとが、スロット外のコイルエンドの部分で干渉しないように、各相コイルは、相ごとに、コイルエンドの形状を異ならせている。
コイルエンドの形状としては、例えば、コイルエンドがコイルサイドに対して外周側に折れ曲がって径方向外側にシフトしていたり、コイルエンドがコイルサイドに対して内周側に折れ曲がって径方向内側にシフトしていたり、ある相のコイルのコイルエンドが、他の相のコイルのコイルエンドに対して、固定子鉄心の端面からの軸方向の距離（コイルエンドの軸方向高さ）を異ならせていたりする形状になっている（例えば特許文献１，２参照）。

ここで平角導線を成形した従来のコイルの一例を、図４を参照して説明する。このコイル１０は、外周面に絶縁被覆をもつ断面形状が矩形（長方形）の平角導線を、７ターン巻回したものを、曲げ加工して構成したものである。このコイル１０は、一対のコイルサイド１１，１２と、１対のコイルエンド１３，１４を有している。

コイルサイド１１,１２では、スロットの深さ方向（径方向）に、平角導線が積み重ねられている。

コイルエンド１３は、コイルサイド１１,１２に近い部分である立ち上がり部１３ａ，１３ｂと、立ち上がり部１３ａ，１３ｂの間をつなぐ連結部１３ｃを有している。コイルエンド１４は、コイルサイド１１,１２に近い部分である立ち上がり部１４ａ，１４ｂと、立ち上がり部１４ａ，１４ｂの間をつなぐ連結部１４ｃを有している。

コイルエンド１３の立ち上がり部１３ａ，１３ｂは、コイルサイド１１，１２に対して外周側に略直角に折れ曲がって径方向外側に伸びている。連結部１３ｃは、立ち上がり部１３ａ，１３ｂの間において略周方向に沿い伸びている。つまり、コイルサイド１１，１２と立ち上がり部１３ａ，１３ｂとで成す角度θは略直角になっている。
コイルエンド１４の立ち上がり部１４ａ，１４ｂは、コイルサイド１１，１２に対して外周側に略直角に折れ曲がって径方向外側に伸びている。連結部１４ｃは、立ち上がり部１４ａ，１４ｂ間において略周方向に沿い伸びている。
このようにコイルエンド１３，１４は、立ち上がり部１３ａ，１３ｂ，１４ａ，１４ｂが、コイルサイド１１，１２に対して略直角に折れ曲がっているため、コイルエンド１３，１４では、軸方向に、平角導線が積み重ねられている。

更にコイル１０は、平角導線の巻き始め部分であるリード線Ｌ１１と、巻き終わり部分であるリード線Ｌ１２を有している。
リード線Ｌ１１は、軸方向に関して立ち上がり部１３ａのうちコイルサイド１１から離れた側（図４では上側）において、立ち上がり部１３ａに対して一旦折れ曲がってから、軸方向に沿い伸びている。リード線Ｌ１２は、軸方向に関して立ち上がり部１３ｂのうちコイルサイド１２に近い側（図４では下側）において、立ち上がり部１３ｂに対して一旦折れ曲がってから、軸方向に沿い伸びた形状になっている。

特開２０１０−１３６５３７号公報 特開平１０−２７１７３３号公報

各産業分野においては、回転電機（電動機、発電機）の小型化が求められている。特に自動車に搭載される回転電機では、車体やエンジンルームの寸法制約が厳しく、回転電機の軸方向寸法を少しであっても短縮することが強く要求されている。

前述したように、固定子に備えた、平角導線によるコイルでは、コイルエンドの形状を、相ごとに異ならせている。特に、コイルエンドがコイルサイドに対して折れ曲がった形状のコイルでは、コイルエンドを含むコイルの軸方向寸法（ひいては固定子及び回転電機の軸方向寸法）を短くすることができる。

このように、コイルエンドがコイルサイドに対して折れ曲がった形状のコイルは、折れ曲がった分だけ、軸方向寸法が短くなる。
しかし、図４のＶ−Ｖ断面である図５に示すように、コイルエンド１３の軸方向長さαは、平角導線の断面の一辺（短辺）の長さβの８倍になっている。つまり、平角導線のターン数は７であるのに、コイルエンド１３の軸方向長さαは、平角導線の断面の一辺（短辺）の長さβの７倍ではなく８倍になっており（α＝８×βになっており）、それだけコイルの軸方向長さが長くなっている。

本発明は、上記従来技術に鑑み、平角導線をＮターン巻回した後に折り曲げ加工されて、コイルエンドがコイルサイドに対して折れ曲がり、コイルエンドにおいて軸方向に平角導線が積み重ねられているコイルにおいて、コイルエンドの軸方向長さを、平角導線の断面の一辺（短辺）の長さのＮ＋１倍ではなくＮ倍にして、コイルひいては回転電機の軸方向長さを短くすることができる、コイル及びこれを用いた回転電機の固定子を提供することを目的とする。

上記課題を解決する本発明のコイルは、
回転電機の固定子鉄心に組み込まれるコイルであって、
導線を複数ターン巻回した状態で形成されており、
第１のコイルサイドと、第２のコイルサイドと、前記第１のコイルサイド及び前記第２のコイルサイドの一端側をつなぐ第１のコイルエンドと、前記第１のコイルサイド及び前記第２のコイルサイドの他端側をつなぐ第２のコイルエンドを有し、
前記第１のコイルエンドは、前記第１のコイルサイドに対して折れ曲がった第１の立ち上がり部と、前記第２のコイルサイドに対して折れ曲がった第２の立ち上がり部と、前記第１の立ち上がり部と前記第２の立ち上がり部とをつなぐ連結部を有すると共に、前記導体が軸方向に積み重ねられて形成されており、
軸方向に関して前記第１の立ち上がり部のうち前記第１のコイルサイドと反対側において、前記第１の立ち上がり部から伸びた、前記導線の巻き始め部分である第１のリード線と、軸方向に関して前記第２の立ち上がり部のうち前記第２のコイルサイド側において、前記第２の立ち上がり部から伸びた、前記導線の巻き終わり部分である第２のリード線を有している前記コイルにおいて、
前記第１のコイルエンドの前記連結部は、前記導線の長手方向の途中の位置で、前記導線の長手方向に延びつつ軸方向に折れ曲がる折れ曲がり部を有し、
前記第１のコイルエンドの前記連結部のうち前記導体の長手方向に関して前記折れ曲がり部よりも前記第１のリード線側の部分が、前記第１のコイルエンドの前記連結部のうち前記導体の長手方向に関して前記折れ曲がり部よりも前記第２のリード線側の部分に対して、前記第１のコイルエンドの前記連結部を構成する前記導線の１つ分の軸方向寸法だけ、前記第１のコイルサイド側に軸方向にずれている、ことを特徴とする。

また本発明のコイルは、
前記導体は、断面形状が矩形になっている平角導線であることを特徴とする。

また本発明の回転電機の固定子は、
内周面にスロットが形成された固定子鉄心と、
前記スロットに取り付けられた上記のいずれかのコイルと、を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、コイルの軸方向寸法を、コイル１つにつき導体１本分の厚さ分だけ短くすることができ、コイルやこのコイルを回転電機の固定子の軸方向寸法を低減することができる。

本発明の実施例１に係るコイルを示す斜視図。 図１のII−II断面図。 実施例１に係るコイルを備えた固定子を示す部分斜視図。 従来技術に係るコイルを示す斜視図。 図４のV−V断面図

以下、本発明に係るコイル及びこれを用いた回転電機の固定子を、実施例に基づき詳細に説明する。

〔実施例１〕
図１は本発明の実施例に係るコイル１１０を示す。このコイル１１０は、外周面に絶縁被覆をもつ断面形状が矩形（長方形）の平角導線を、７ターン巻回した（７回、巻き回した）ものを、曲げ加工して構成したものである。このコイル１１０は、一対の（第１，第２の）コイルサイド１１１，１１２と、一対の（第１，第２の）コイルエンド１１３，１１４を有している。
第１のコイルエンド１１３は、第１のコイルサイド１１１と第２のコイルサイド１１２の軸方向の一端側をつないでいる。第２のコイルエンド１１４は、第１のコイルサイド１１１と第２のコイルサイド１１２の軸方向の他端側をつないでいる。

コイルサイド１１１,１１２では、スロットの深さ方向（径方向）に、平角導線が積み重ねられている。

コイルエンド１１３は、コイルサイド１１１の一端側に近い部分である立ち上がり部１１３ａと、コイルサイド１１２の一端側に近い部分である立ち上がり部１１３ｂと、立ち上がり部１１３ａ，１１３ｂの間をつなぐ連結部１１３ｃを有している。
コイルエンド１１４は、コイルサイド１１１の他端側に近い部分である立ち上がり部１１４ａと、コイルサイド１１２の他端側に近い部分である立ち上がり部１１４ｂと、立ち上がり部１１４ａ，１１４ｂの間をつなぐ連結部１１４ｃを有している。

コイルエンド１１３の立ち上がり部１１３ａ，１１３ｂは、コイルサイド１１１，１１２に対して外周側に略直角に折れ曲がって径方向外側に伸びている。連結部１１３ｃは、立ち上がり部１１３ａ，１１３ｂの間において略周方向に沿い伸びている。つまり、コイルサイド１１１，１１２と立ち上がり部１１３ａ，１１３ｂとで成す角度θは略直角になっている。略直角の角度θとは、９０°から１１０°の角度であることを意味する。なお、本明細書の他の部分において用いている「略直角」も、上記の角度範囲であることを意味する。

コイルエンド１１４の立ち上がり部１１４ａ，１１４ｂは、コイルサイド１１１，１１２に対して外周側に略直角に折れ曲がって径方向外側に伸びている。連結部１１４ｃは、立ち上がり部１１４ａ，１１４ｂ間において略周方向に沿い伸びている。

このようにコイルエンド１１３，１１４は、立ち上がり部１１３ａ，１１３ｂ，１１４ａ，１１４ｂが、コイルサイド１１１，１１２に対して略直角に折れ曲がっているため、コイルエンド１１３，１１４では、軸方向に、平角導線が積み重ねられている。

更にコイル１１０は、平角導線の巻き始め部分であるリード線Ｌ１１１と、巻き終わり部分であるリード線Ｌ１１２を有している。
リード線Ｌ１１１は、軸方向に関して立ち上がり部１１３ａのうちコイルサイド１１１から離れた側（コイルサイド１１１とは反対側、図１では上側）において、立ち上がり部１１３ａに対して一旦折れ曲がってから、軸方向に沿い伸びている。リード線Ｌ１１２は、軸方向に関して立ち上がり部１１３ｂのうちコイルサイド１１２に近い側（コイルサイド１１２側、図１では下側）において、立ち上がり部１１３ｂに対して一旦折れ曲がってから、軸方向に沿い伸びた形状になっている。

ここまで説明した構成は、図４に示す従来のコイル１０と同様である。

このコイル１１０では、リード線Ｌ１１１,Ｌ１１２が引き出されている側のコイルエンド１１３に工夫をしており、その詳細を図１及び図１のII−II断面である図２を参照して説明する。

図１及び図２に示すように、コイルエンド１１３のうち周方向（平角導線の長手方向）に伸びる連結部１１３ｃでは、周方向（平角導線の長手方向）の途中の位置（この例では略中央位置）において、周方向（平角導線の長手方向）に延びつつ軸方向に折れ曲がる折れ曲がり部１１３ｄを有している。
しかも、「連結部１１３ｃのうち、周方向（平角導線の長手方向）に関して折れ曲がり部１１３ｄよりもリード線Ｌ１１１が引き出されている側（コイルサイド１１１側）の部分」が、「連結部１１３ｃのうち、周方向（平角導線の長手方向）に関して折れ曲がり部１１３ｄよりもリード線Ｌ１１２が引き出されている側（コイルサイド１１２側）の部分」に対して、軸方向に関して、平角導線の断面の一辺（短辺）の長さβだけ、コイルサイド１１１,１１１２側にずれている。換言すると、平角導線が軸方向に沿い積層されている連結部１１３ｃにおいて、平角導線の１つ分の積層厚さ（β）だけ（連結部１１３ｃを構成する平角導線の１つ分の軸方向の寸法だけ）、軸方向に関して、コイルサイド１１１，１１２側にずれている。

コイルエンド１１３の連結部１１３ｃの形状を上記のようにしたので、コイルエンド１１３の軸方向長さαは、平角導線の断面の一辺（短辺）の長さβの７倍になっている。つまり、平角導線のターン数が７である場合には、コイルエンド１１３の軸方向長さαは、平角導線の断面の一辺（短辺）の長さβの８倍ではなく７倍になっている（α＝７×βになっている）。
つまり図５に示す従来技術に比べて、コイルエンド１１３の軸方向寸法は、平角導線の断面の一辺（短辺）の長さβ（平角導線の１つ分の積層厚さ）分だけ短くなっている。

このようにコイルエンド１１３の軸方向寸法を、平角導線の断面の一辺（短辺）の長さβ（平角導線の１つ分の積層厚さ）分だけ短くすることができるので、コイル１１０ひいてはこのコイルを備えた固定子や回転電機の軸方向寸法を短縮することができる。

〔実施例２〕
次に本発明に係るコイルを備えた固定子Ｓの一例を示す。この例では、固定子Ｓの固定子鉄心ＳＣのスロットに、１つの第１相（例えばＵ相）のコイルＣ１と、１つの第２相（例えばＶ相）のコイルＣ２と、１つの第３相（Ｗ相）のコイルＣ３を取り付けた状態を示している。

各コイルＣ１，Ｃ２，Ｃ３は、それぞれ、平角導線を７ターン巻回したものを曲げ加工して形成したものである。このうちコイルＣ１，Ｃ３では、第１のコイルエンド（図３に示す部分のコイルエンド）において、実施例１で示したのと同様に、折れ曲がり部を有している。

このため、軸方向寸法は、折れ曲がり部を有していない従来のものに比べて、コイルＣ１において平角導線の１つ分の積層厚さ分の寸法だけ短くなり、コイルＣ２において平角導線の１つ分の積層厚さの分の寸法だけ短くなる。つまりコイルＣ１，Ｃ２のコイルエンドの軸方向の長さαは、平角導線の断面の一辺（短辺）の長さβ（平角導線の１つ分の積層厚さ）の７倍になっている。このため、コイル全体としては、平角導線の２つ分の積層厚さの分の寸法だけ短くなる。
この結果、固定子Ｓ及びこの固定子Ｓを含む回転電機の軸方向寸法を短縮することができる。

本発明は、各種の回転電機（電動機、発電機）やこの回転電機の固定子に備えるコイルに利用することができる。

１０，１１０ コイル
１１，１２，１１１，１１２ コイルサイド
１３，１４，１１３，１１４ コイルエンド
１３ａ，１３ｂ，１４ａ，１４ｂ，１１３ａ，１１３ｂ，１１４ａ，１１４ｂ 立ち上がり部
１３ｃ，１４ｃ，１１３ｃ，１１４ｃ 連結部
１１３ｄ 折れ曲がり部
Ｌ１１，Ｌ１２，Ｌ１１１，Ｌ１１２ リード線
Ｓ 固定子
ＳＣ 固定子鉄心
Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３ コイル

Claims (3)

1. 回転電機の固定子鉄心に組み込まれるコイルであって、
   導線を複数ターン巻回した状態で形成されており、
   第１のコイルサイドと、第２のコイルサイドと、前記第１のコイルサイド及び前記第２のコイルサイドの一端側をつなぐ第１のコイルエンドと、前記第１のコイルサイド及び前記第２のコイルサイドの他端側をつなぐ第２のコイルエンドを有し、
   前記第１のコイルエンドは、前記第１のコイルサイドに対して折れ曲がった第１の立ち上がり部と、前記第２のコイルサイドに対して折れ曲がった第２の立ち上がり部と、前記第１の立ち上がり部と前記第２の立ち上がり部とをつなぐ連結部を有すると共に、前記導体が軸方向に積み重ねられて形成されており、
   軸方向に関して前記第１の立ち上がり部のうち前記第１のコイルサイドと反対側において、前記第１の立ち上がり部から伸びた、前記導線の巻き始め部分である第１のリード線と、軸方向に関して前記第２の立ち上がり部のうち前記第２のコイルサイド側において、前記第２の立ち上がり部から伸びた、前記導線の巻き終わり部分である第２のリード線を有している前記コイルにおいて、
   前記第１のコイルエンドの前記連結部は、前記導線の長手方向の途中の位置で、前記導線の長手方向に延びつつ軸方向に折れ曲がる折れ曲がり部を有し、
   前記第１のコイルエンドの前記連結部のうち前記導体の長手方向に関して前記折れ曲がり部よりも前記第１のリード線側の部分が、前記第１のコイルエンドの前記連結部のうち前記導体の長手方向に関して前記折れ曲がり部よりも前記第２のリード線側の部分に対して、前記第１のコイルエンドの前記連結部を構成する前記導線の１つ分の軸方向寸法だけ、前記第１のコイルサイド側に軸方向にずれている、
   ことを特徴とするコイル。
2. 請求項１において、
   前記導体は、断面形状が矩形になっている平角導線であることを特徴とするコイル。
3. 内周面にスロットが形成された固定子鉄心と、
   前記スロットに取り付けられた請求項１または請求項２のコイルと、
   を備えたことを特徴とする回転電機の固定子。

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