JP2004194367A - 回転電機及び配線用部材 - Google Patents

Abstract

【課題】大型で大電流を必要とする回転電機の場合、導体を一体モールドした配線処理部材を製作すると、型の製作や設計変更が困難となると共に、部品の搬送や組立性が悪くなる。
【解決手段】回転電機を、導体からなり巻回されたコイルと、コイルに電気的に接続される導体５を支持する支持部が配置された絶縁体からなる複数の配線用ブロック１と、複数の配線用ブロックが連結された配線用部材２と、磁性体からなる固定子コアと、固定子コアとギャップを介して回転可能に支持された回転子とを備えたものとする。
【効果】部品の製作が容易となる。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転電機（電動機及び発電機）の固定子の端末配線構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の回転電機の固定子の端末配線構造の例としては、特開平７−２４５８９７号公報（以下、特許文献１という）に記載のものがある。
【０００３】
一方、これよりも高電圧のかかる大型の回転電機では、特開平６−２２５４９１号公報（以下、特許文献２という）に記載のような方法が主流である。特許文献２に記載のものは、固定子コアには複数の磁極歯に跨って分布して巻線が施されている。回路に流れる電流が大きいため、プリント配線基板では必要な導体断面積を確保することができない。このため、コイルから引き出した口出し線接続用の電線，中性点接続用の電線に絶縁チューブを挿入し、コイルエンドの上面を引き回して直接端部を接続している。接続部には更に太い径の絶縁チューブを外側に挿入し、異相間の絶縁を確保している。そして、最後にコイルエンド上にそれらの端末配線を配置し、レーシング糸を用いて上面に固定している。
【０００４】
しかし、このような端末構造は、自動化が困難であり、非常に生産性が悪い。この為、近年では、特開２００１−１０３７００号公報（以下、特許文献３という）のように断面積の大きな導体（プレスによる打ち抜き部品や電線）を樹脂モールドし、内部に回路を形成したリング状の配線処理部材を固定子コアの端部に配置する方法も見受けられる。配線処理部材の内部では、埋め込んだ導体によって電気回路が形成され、これと繋がった複数のコイル接続部や入力線の接続部が配線処理部材の外部に突出した構造となっている。
【０００５】
【特許文献１】
特開平７−２４５８９７号公報
【特許文献２】
特開平６−２２５４９１号公報
【特許文献３】
特開２００１−１０３７００号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１に挙げたプリント配線基板による端末配線構造は、数百Ｗ以下の小型の回転電機を対象としたものであり、これよりも大型の回転電機には用いることができない。これは、流れる電流が大きいため、プリント回路の印刷ではこれに必要な導体断面積が確保できないからである（例えば、数ｋＷのモータで、最大電流が数百Ａｒｍｓ、必要導体断面積が８ｍｍ^２ 程度となる例がある）。
【０００７】
この為、大型の回転電機は、特許文献２のように手作業による端末配線処理が広く用いられている。作業性の悪さを改善する為、近年では、特許文献３のように、断面積の大きな導体のリングや電線を樹脂モールドし、接続部分のみ表に突出させたリング状の端末配線部材が一部用いられているが、このような導体埋め込みタイプのリング状の部品は、大トルク化や薄型化に対応して回転電機が大型化（大直径化）すると、次のような課題が生じる。
（１）部品が大きくなり、搬送や他部品との組立が困難になる。
（２）型が大きい為、品種切り替えや設計の変更が困難になる。
（３）導体と樹脂の熱膨張率の違いから、繰り返しの発熱，冷却によって樹脂部分が破壊する。
【０００８】
本発明では、大電流の流れる大型の回転電機に対して、製品の生産性と信頼性を向上させる端末配線構造を提供するものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の一つの特徴は、回転電機を、導体からなり巻回されたコイルと、コイルに電気的に接続される導体を支持する支持部が配置された絶縁体からなる複数の配線用ブロックと、複数の配線用ブロックが連結された配線用部材と、磁性体からなる固定子コアと、固定子コアとギャップを介して回転可能に支持された回転子とを備えたものとすることにある。
【００１０】
また、本発明の他の特徴は、回転電機を、導体からなり巻回されたコイルと、コイルに電気的に接続される導体を支持する支持部が配置された絶縁体からなる略リング状の配線用部材と、磁性体からなる固定子コアと、固定子コアとギャップを介して回転可能に支持された回転子とを備え、支持部は前記導体を支持する鉤状部を有するものとしたことにある。
【００１１】
また、本発明の他の特徴は、配線用部材を、導体を支持する絶縁体からなる支持部を有する略円弧形状の複数の配線用ブロックからなり、複数の配線用ブロックの端部にはそれぞれの配線用ブロックを連結するための連結部を備えるものとしたことにある。
【００１２】
なお、本発明のその他の特徴は、本願特許請求の範囲に記載の通りである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
比較例１の回転電機の固定子の端末配線構造を図７に示す。図７は３相の同期電動機の固定子の一例を示すものである。固定子コア１５には各磁極歯に集中して巻線した１２個のコイル（基板２０の下に隠れている）が組み込まれている。各コイルから出た合計２４本の端末線１８は所定の長さに切断し、先端の被覆を回転式のカッター等を用いてはく離する。そして、端末配線を回路配線パターン１９としてプリントした基板２０をコイルエンドの上に位置決め配置し、各端末線１８を基板上で折り曲げて配線パターン１９に半田付けしている。図７の端末配線構造は、主として数百Ｗ以下の小型の回転電機に適している。固定子コア１５の内側にはギャップを介して略円柱形状の回転子が回転軸により回転可能に支持されている。回転子は、発電機であれば略円柱形状の磁性体にティースが設けられ、ティースに界磁コイルが巻かれたものが主流である。界磁コイルには電流が流され、回転子が回転することにより固定子コアに回転磁界が発生し、固定子コアに巻かれたコイルに交流電圧が誘起される。また、電動機であれば、回転子にかご型の導体を有するものや、永久磁石が配置されたもの等があり、固定子コアに巻かれたコイルに交流電流が流されることにより固定子コアと回転子の間のギャップ中に回転磁界が発生し、回転子に電磁力が発生する。
【００１４】
図８に比較例２の回転機の構造を示す。高電圧のかかる大型の回転電機では、図８のような方法が適している。図８は３相の誘導電動機の固定子の一例を示すものである。固定子コア１５には複数の磁極歯に跨って分布して巻線が施されている。回路に流れる電流が大きいため、プリント配線基板では必要な導体断面積を確保することができない。このため、コイルから引き出した口出し線接続用の電線２１，中性点接続用の電線２２に絶縁チューブを挿入し、コイルエンド２３の上面を引き回して直接端部を接続している。接続部２４には更に太い径の絶縁チューブを外側に挿入し、異相間の絶縁を確保している。そして、最後にコイルエンド２３上にそれらの端末配線を配置し、レーシング糸２５を用いて上面に固定している。
【００１５】
図９に比較例３の配線用部材を示す。比較例２のような端末構造は、自動化が困難であり、非常に生産性が悪い。この為、近年では、図９のように断面積の大きな導体（プレスによる打ち抜き部品や電線）を樹脂モールドし、内部に回路を形成したリング状の配線用部材２６を固定子コアの端部に配置する方法も見受けられる。配線用部材の内部では、埋め込んだ導体によって電気回路が形成され、これと繋がった複数のコイル接続部２７や入力線の接続部２８が配線用部材の外部に突出した構造となっている。コイル端末と接続部の接続はヒュージングや端子を用いたかしめ等が用いられている。まず、図１，図２を用いて本発明の実施形態１を説明する。図１のように、樹脂（例えばＬＣＰやＰＰＳ）の成形品で円弧形状のブロック１を形成し、これを複数個組み合わせてリング状の配線処理部材２を構成する。例えば、ブロック１の軸方向端面に導体を挿入して固定する複数の溝３を設け、溝の中に鉤形の突起４を成形しておけば、溝に挿入するだけで導体５を固定することができる。導体５は、プレス成形により接続部分を一体で成形したもの、もしくは電線に別部品の端子を溶接したものを用い、接続部６を溝の外側に出し、これらとコイルの端末（図示せず）を接続して電気回路を形成する。あるいは、図２のようにブロック１の軸方向端面上に導体を固定する複数の門形突起７を設け、これに被覆の付いた導体８を挿入，固定するか、被覆のない導体を挿入，固定した後に全体を絶縁塗装（例えば粉体塗装による絶縁）することもできる。いずれの構造においても、配線処理部材を小さなブロックに分割することで、部品の搬送や組立てが容易となる。また、機種が多い場合など、機種変更による型交換の段取が簡単に行えると共に、設計変更や新規設計を低価格で迅速に行うことができる。ブロック１の端部に設けられた窪み２９は、ブロック１の逆側の端部に設けられた突起部（図示せず）とかみ合う形状であり、ブロック同士の位置合わせに用いられる。
【００１６】
次に図３を用いて本発明の実施形態２を説明する。実施形態２では、配線処理部材のブロック１の軸方向端面に円弧状の溝３を同心円状に設け、この溝内に電気回路を構成するための導体５を挿入する。また、各ブロックの周方向の両端部に溝のなす隔壁を壁面に並行に分割した一対の勘合部９と１０を設ける。隣接するブロックの勘合部９と１０を合わせることで、ブロック同士を周方向に結合し、リング状の配線処理部材２を構成する。導体５には、プレスにより接続部分を一体で成形したもの、もしくは電線に別部品の端子を溶接したものを用い、溝内に設けた鉤形の突起４でブロック１と固定する。そして、配線処理部材２の溝の外側に出た接続部６とコイルの端末（図示せず）を接続する。ここで、一対の勘合部９と１０により各ブロックは連結されるが、周方向に若干移動することができる。これにより、内部に挿入した導体５が発熱した時、導体と樹脂の膨張率の違いによる変形量のズレを勘合部で吸収し、樹脂部分に応力が加わって破損するのを防ぐことができる。また、本実施例の雄型と雌型の勘合部の構造は、配線処理部材２を単純に分割する場合と比較して、隣接する異相の導体間の沿面距離（絶縁物の表面に沿った導体間の距離）を長くすることができ、絶縁性能を確保することができる。これにより、被覆のない導体を使用することができ、材料費の削減ができると共に、コイル端末との接続時に被覆除去作業が不要となる。
【００１７】
次に図４と図５を用いて本発明の実施形態３を説明する。実施形態３では、実施形態２のブロック１の内周面に雌型の勘合部１１，固定子コイルのボビン１２の外周面に雄型の勘合部１３を設け、リング状に組立てた配線処理部材を固定子コア１５の端面に軸方向から組み付ける。ボビン１２は固定子コア１５に固定されている。勘合部を円周方向に若干広げ、リング状の配線処理部材の内径を僅かに押し広げることで、雄型勘合部１３を雌型の勘合部１１内に容易に挿入することができる。挿入後、ブロック間の勘合部を円周方向に完全に勘合させることで、配線処理部材がボビン１２により固定子コア１５の軸方向に固定される。或いは、配線処理部材側には勘合部を設けず、図５のように固定子コイルのボビン１２の外周面に鉤状の突起１４を設け、固定子コア１５の軸方向からリング状に組立てた配線処理部材２を組み付け、配線処理部材２の端面に前記鉤状突起１４を弾性変形により引っ掛けることで両者を固定しても良い。
【００１８】
ブロック１には、軸方向に雌型の勘合部３０を、ボビン１２には雄型の勘合部３１を設け、勘合部３０と勘合部３１をかみ合わせることにより２を固定子コア１５にボビン１２を介して周方向に固定することができる。
【００１９】
次に図６を用いて本発明の実施形態４を説明する。実施形態４では、実施形態３の配線処理部材において、例えば熱伝導率の高いＡｌなどで作成した複数個のＬ形の部材１６を、配線処理部材のブロック１に埋め込んで一体成形する。部材１６がボビン１２のコイルエンド外周面と固定子コア１５の端面に接触するようにする。これにより、固定子コイル１７で発生した熱がコイルエンド→コイルエンドボビン１２→Ｌ形部材１６→固定子コア１５の経路で伝わるため、回転電機の固定子コアから発熱を外部に逃がすことができる。
【００２０】
【発明の効果】
回転電機に対して、配線処理部材を複数のブロックに分割し、導体を固定子の軸方向から組み付ける構造にすることにより、部品の大型化が避けられ、搬送や組立てが容易となる。また、成形型が小さくなり、機種切り替えによる型の交換や設計の変更が容易となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１の配線処理部材。
【図２】本発明の実施形態１の配線処理部材の変形例。
【図３】本発明の実施形態２の配線処理部材。
【図４】本発明の実施形態３の配線処理部材。
【図５】本発明の実施形態３の配線処理部材の変形例。
【図６】本発明の実施形態４の配線処理部材。
【図７】端末配線処理にプリント配線基板を用いた比較例１の回転電機。
【図８】コイルから出た電線をコイルエンド上で引き回して接続した比較例２の回転電機。
【図９】端末配線処理に一体モールドした配線リングを用いた比較例３の回転電機。
【符号の説明】
１…配線処理部材のブロック、２…リング状に組立てた配線処理部材、３…導体の挿入溝、４…鉤状突起、５…導体、６…接続部、７…門形突起、８…被覆付き導体、９…ブロック周方向右側端面の勘合部、１０…ブロック周方向左側端面の勘合部、１１…ブロック内周面に設けた雌型勘合部、１２…コイルボビン、１３…コイルエンドのボビン外周面に設けた雄型勘合部、１４…ボビン外周面に設けた鉤状突起、１５…固定子コア、１６…高熱伝導率の部材、１７…固定子コイル、１８…コイルの端末線、１９…プリント配線、２０…プリント配線基板、２１…口出し線接続用の電線、２２…中性点接続用の電線、２３…コイルエンド、２４…接続部、２５…レーシング糸、２６…一体リング状配線処理部材、２７…コイル端末接続部、２８…入力線接続部。

Claims (12)

1. 磁性体からなる固定子コアと、
   導体からなり前記固定子コアまたはボビンに巻回されたコイルと、
   前記コイルまたは前記コイルに電気的に接続される導体を支持する支持部が配置された絶縁体からなる複数の配線用ブロックと、
   前記複数の配線用ブロックが連結された配線用部材と、
   前記固定子コアとギャップを介して回転可能に支持された回転子とを備えることを特徴とする回転電機。
2. 磁性体からなる固定子コアと、
   導体からなり前記固定子コアまたは前記ボビンに巻回されたコイルと、
   前記コイルに電気的に接続される導体を支持する支持部が配置された絶縁体からなる略リング状の配線用部材と、
   前記固定子コアとギャップを介して回転可能に支持された回転子とを備え、
   前記導体を支持する支持部は溝形状であることを特徴とする回転電機。
3. 請求項２において、前記導体を支持する支持部は鉤状部を有することを特徴とする回転電機。
4. 導体を支持する絶縁体からなる支持部を有する略円弧形状の複数の配線用ブロックからなり、
   前記複数の配線用ブロックの端部にはそれぞれの配線用ブロックを連結するための連結部を備えることを特徴とする配線用部材。
5. 請求項１において、前記配線用ブロックの端部にはそれぞれの配線用ブロックを連結させるための勘合部が配置されていることを特徴とする配線用部材。
6. 導体からなり巻回されたコイルと、
   前記コイルに電気的に接続される導体を支持する支持部が配置された絶縁体からなる略リング状の配線用部材と、
   磁性体からなる固定子コアと、
   前記固定子コアとギャップを介して回転可能に支持された回転子とを備え、
   前記配線用ブロックに配置された支持部は門形状であることを特徴とする回転電機。
7. 請求項１において、前記コイルは前記ボビンに巻回され、
   前記ボビンには凹部または凸部が設けられ、
   前記配線用部材には凹部または凸部が設けられ、
   前記ボビンに設けられた凸部または凹部と前記配線用部材に設けられた凸部または凹部が勘合されることを特徴とする回転電機。
8. 請求項１において、前記コイルはボビンに巻回され、
   前記ボビンの外周面には突起部が設けられ、
   前記配線用部材は前記ボビンに設けられた突起部により支持されることを特徴とする回転電機。
9. 請求項１において、前記コイルはボビンに巻回され、
   前記ボビンと配線用部材との間に前記配線用部材よりも熱伝導率の高い部材が配置されたことを特徴とする回転電機。
10. 請求項１において、前記コイルはボビンに巻回され、
    前記ボビンと前記固定子コアとの間に前記配線用部材よりも熱伝導率の高い部材が配置されたことを特徴とする回転電機。
11. 請求項９において、前記配線部材よりも熱伝導率の高い部材はアルミニウムを含むことを特徴とする回転電機。
12. 請求項１０において、前記配線部材よりも熱伝導率の高い部材はアルミニウムを含むことを特徴とする回転電機。

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