JP4005532B2 - 回転電機のコイル端末回路構造 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、電動機や発電機等の回転電機のコイルの巻線端部同士を結線するコイル端末回路構造に関する。
【0002】
【従来の技術】
モータ等の電気機械のステータにおけるコイル巻線の結線構造が特許文献1に記載されている。この特許文献1に記載されたコイル巻線の結線構造は、各相で同一形状の相別導電部材を1つずつ用い、電気絶縁状態で軸方向に積層し固定したものである。
【0003】
しかしながら、特許文献1の結線構造では、積層した各層の相別導電部材が全て同一形状であるため、コイル数が多くなった場合に、直列と並列のコイルを各種組合わせた多種類の結線パターンに適用することができない。
【0004】
また、相別導電部材と巻線端末の位置が各層ごとに軸方向にずれるため、結線の位置決めや半田等の接合作業がしにくい。
【0005】
【特許文献1】
特開平6−233483号公報
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記従来技術を考慮したものであって、直列及び並列を含む多種類のコイル結線パターンに対し適用可能で、コイル巻線端部の位置決めや接合作業が容易にできる回転電機のコイル端末回路構造の提供を目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、本発明では、ロータ外周のステータに円周方向に複数のコイルを円環状に並べて形成し、各コイルの巻線端部同士をステータの軸方向端部で結線する3相回転電機のコイル端末回路構造において、相ごとにコイルの巻線端部同士を結線する相別端末部材を軸方向に積層して3層構造とし、前記相別端末部材は、同心円の二重の円弧に沿った複数の結線パターン片からなることを特徴とする回転電機のコイル端末回路構造を提供する。
【0008】
この構成によれば、直列及び並列接続を含む多種類のコイル結線パターンに対し、3相の相別端末部材を軸方向に積層して各層ごとに結線を簡素化できる。
【0009】
本発明ではさらに、ロータ外周のステータに円周方向に複数のコイルを円環状に並べて形成し、各コイルの巻線端部同士をステータの軸方向端部で結線する3相回転電機のコイル端末回路構造において、3層の前記相別端末部材が軸方向の同じ位置で前記巻線端部と接合されたことを特徴とする回転電機のコイル端末回路構造を提供する。
【0010】
この構成によれば、3層の相別端末部材とコイル巻線端部との結線位置が同じ軸方向の位置に揃えられるため、接合作業が容易にできる。
【0011】
好ましい構成例では、前記相別端末部材は、各巻線端部に対応して軸に直角に放射方向外側に突出する端子片を有し、各端子片の端部に巻線端部を挟む溝が形成されたことを特徴としている。
【0012】
この構成によれば、コイル巻線端部が相別端末部材の溝、例えばV溝に挟まれるため結線部の位置決めが容易にできる。
【0013】
好ましい構成例では、前記端子片を軸と平行に折り曲げ、前記巻線端部を軸に直角に放射方向外側に突出させた状態で、前記3層の相別端子部材をステータ端部に組み付けることにより、前記溝を巻線端部に圧接させたことを特徴としている。
【0014】
この構成によれば、コイル巻線端部を回転軸に対し直角に放射方向外側に折り曲げて突出させ、このコイル巻線端部に対し直角方向から相別端末部材の端子片を押付けてその溝内にコイル巻線端部を係入させるため、位置決めが容易にできるとともに、端子片と巻線端部とを圧接した状態で確実に接合できる。
【0015】
本発明ではさらに、ロータ外周のステータに円周方向に複数のコイルを円環状に並べて形成し、各コイルの巻線端部同士をステータの軸方向端部で結線する3相回転電機のコイル端末回路構造において、相ごとにコイルの巻線端部同士を結線する相別端末部材を、帯状材を円形又は円弧状に曲げることにより形成し、3相の相別端末部材を半径方向に重ねて配置したことを特徴とする回転電機のコイル端末回路構造を提供する。
【0016】
この構成によれば、軸方向の寸法を短縮してコイル巻線端部を結線することができる。
【0017】
【発明の実施の形態】
図1は、本発明に係る同期電動機の断面図である。
この実施形態の電動機1は、3相のブラシレス型電動機であり、ロータ2と、ステータ3と、磁極位置検出器4と、図では上側に配置した上カバー5と、下カバー6とにより構成される。
【0018】
ロータ2は、電動機1の回転軸であるロータ軸7と、このロータ軸7にセレーション7a(又はローレット加工)により固定されたロータコア8と、このロータコア8の外側面に装着された複数のマグネット9とにより構成される。ロータコア8は円筒形状であり、その外周側面の円周に沿って複数のマグネット9が取付けられる。ロータコア8は、薄板の積層体又は金属ブロックである。
【0019】
ステータ3は、薄板の積層体からなるステータヨーク14と、上下のインシュレータ13と、インシュレータ13を介してステータヨーク14に巻回されたコイル40とにより構成される。ステータヨーク14は、ロータコア8の外周を囲むリング状であり、円周に沿って複数(例えば12個、16個あるいは18個)の磁極歯(不図示)が内周に向けて円環状に並べてマグネット9に対向するように突出して一体に形成される。各磁極歯間にスロット(不図示)が形成され、各スロットに円環状インシュレータ13の下面側にスロット数に応じて一体成形された挿入片が上下方向から挿入され、インシュレータ13がステータヨーク14に固定保持される。上下のインシュレータ13を介してコイル巻線(不図示)が各磁極歯の両側のスロットを通して上下に巻き回されて複数のコイル40が円環状に並べて形成される。
【0020】
各コイル40ごとに2つある巻線端部41は、ロータ軸7と直角に放射方向外側に折り曲げられて、上側のインシュレータ13の外壁の切欠き(図2参照)通してその外側に突出する。
【0021】
ステータ3の上端部上側に端末回路ユニット10が装着される。端末回路ユニット10は、3相U,V,Wの各相に対応した相別端末部材39を軸方向に積層して3層構造としたものである。これら3層の相別端末部材39は樹脂材料によりインサートモールド成型されて一体化される。
【0022】
各相別端末部材39は、各相のコイルの巻始め及び巻終りの巻線端部に結線するための複数の端子片12を外周側に放射状に突出して有する。各端子片12の端部は直角に屈曲して軸と平行に形成される。この端子片12の屈曲端部が各コイル40の巻線端部41と係合して接合される。この場合、巻線端部41の軸方向の位置は、全てのコイル40とも同じ位置である。この巻線端部41の位置に揃うように、3層の相別端末部材39の端子片12の屈曲端部の位置が同じ位置に揃えられる。3層の相別端末部材39は、それぞれU,V,W各相の外部取出し端子11に接続される。
【0023】
端末回路ユニット10とステータ3は、モールド樹脂15により一体形成される。上カバー5は、樹脂モールド15の上端部に固定される。下カバー6は、樹脂モールド15の下端部に磁極位置検出器4のホルダ24とともに固定される。ロータ軸7は、上端部がベアリング18を介して上カバー5に支持され、下端部がベアリング23を介してホルダ24に支持される。
【0024】
図2は、相別端末部材と巻線端部の接合部の正面図である。
図示したように、インシュレータ13に切欠き43が形成され、この切欠き43を通して巻線端部41がインシュレータ13の外周側に取り出される。相別端末部材39の端子片12の端部にV溝42が形成される。端末回路ユニット10をステータ3に取付けることにより、端子片12が巻線端部41側に押圧され、V溝42内に巻線端部41が挟み込まれて圧接する。
【0025】
なお、巻線端部を挟む溝はV字状の溝に限らず、U字状その他の切り欠き形状であって、巻線端部の絶縁被覆を切り欠きのエッジで傷付けて導通を確保できる形状であればよい。
【0026】
この圧接した状態で、ヒュージング又はタングステンによるTIG溶接を行って各端子片12と巻線端部41を接合する。この場合、巻線端部41をV溝42内に圧接させるため、位置決めが容易にできるとともに圧接状態で位置が確実に固定保持されるため、接合の信頼性が高まる。また、接合位置が軸方向で同一位置に揃えられるため、ヒュージング等の接合作業が容易にできる。
【0027】
図3〜図10に本発明の実施形態に係る端末回路構造を示す。これらの実施形態は、18個のコイルを有する電動機における36本のコイル巻線端子に対する端末回路構造を示す。
【0028】
図3は、3層に重ねた状態の本発明の実施形態の結線図であり、図4は、図3実施形態の各層ごとの相別端末部材の結線図である。この実施形態は、2コイルシリーズ3パラ接続の結線を示し、3相U,V,Wの各相が2個の直列コイルの組を3組並列に接続したものである。これにより、図15又は図16に示す2コイルシリーズ3パラ接続のコイル結線構造ができる。
【0029】
図3に示すように、1〜36の番号を付した36本の端子片が放射状に突出する。これらの端子片1〜36は、3層の相別端末部材により点線で示すように結線される。すなわち、端子片1〜36は、図4(A)(B)(C)に示すように、3層の各層でそれぞれ結線される。各層とも、相別端末部材は、二重の同心円の円弧を構成する複数のパターン片からなり、各パターン片に巻線端部同士を接続すべき端子片1〜36が選択されて放射状に突出して形成されている。
【0030】
図5は、3層に重ねた状態の本発明の別の実施形態の結線図であり、図6は、図5実施形態の各層ごとの相別端末部材の結線図である。この実施形態は、3コイルシリーズ2パラ接続の結線を示し、3相U,V,Wの各相が3個の直列コイルの組を2組並列に接続したものである。これにより、図13又は図14に示す3コイルシリーズ2パラ接続のコイル結線構造ができる。
【0031】
図5に示すように、1〜36の番号を付した36本の端子片が放射状に突出する。これらの端子片1〜36は、3層の相別端末部材により点線で示すように結線される。すなわち、端子片1〜36は、図6(A)(B)(C)に示すように、3層の各層でそれぞれ結線される。各層とも、相別端末部材は、二重の同心円の円弧を構成する複数のパターン片からなり、各パターン片に巻線端部同士を接続すべき端子片1〜36が選択されて放射状に突出して形成されている。
【0032】
図7は、3層に重ねた状態の本発明の別の実施形態の結線図であり、図8は、図7実施形態の各層ごとの相別端末部材の結線図である。この実施形態は、6パラ接続の結線を示し、3相U,V,Wの各相が6個のコイルを並列に接続したものである。これにより、図17又は図18に示す6パラ接続のコイル結線構造ができる。
【0033】
図7に示すように、1〜36の番号を付した36本の端子片が放射状に突出する。これらの端子片1〜36は、3層の相別端末部材により点線で示すように結線される。すなわち、端子片1〜36は、図8(A)(B)(C)に示すように、3層の各層でそれぞれ結線される。(C)に示す層の相別端末部材は、二重の同心円の円弧を構成する複数のパターン片からなり、各パターン片に巻線端部同士を接続すべき端子片1〜36が選択されて放射状に突出して形成されている。
【0034】
図9は、3層に重ねた状態の本発明の別の実施形態の結線図であり、図10は、図9実施形態の各層ごとの相別端末部材の結線図である。この実施形態は、6コイルシリーズ接続の結線を示し、3相U,V,Wの各相が6個のコイルを直列に接続したものである。これにより、図11又は図12に示す6コイルシリーズ接続のコイル結線構造ができる。
【0035】
図9に示すように、1〜36の番号を付した36本の端子片が放射状に突出する。これらの端子片1〜36は、3層の相別端末部材により点線で示すように結線される。すなわち、端子片1〜36は、図10(A)(B)(C)に示すように、3層の各層でそれぞれ結線される。各層の相別端末部材は、同径の円の円弧を構成する複数のパターン片からなり、各パターン片に巻線端部同士を接続すべき端子片1〜36が選択されて放射状に突出して形成されている。
【0036】
図11〜図18は、3相電動機のコイルの結線例を示す。これらは、18個のコイルからなるステータにおける結線例である。
【0037】
図11は、6コイルシリーズ接続のY結線の回路図である。図12は、6コイルシリーズ接続のΔ結線の回路図である。図13は、3コイルシリーズ2パラ接続のY結線の回路図である。図14は、3コイルシリーズ2パラ接続のΔ結線の回路図である。図15は、2コイルシリーズ3パラ接続のY結線の回路図である。図16は、2コイルシリーズ3パラ接続のΔ結線の回路図である。図17は、6パラ接続のY結線の回路図である。図18は、6パラ接続のΔ結線の回路図である。
【0038】
図から分かるように、Y結線の場合には、U,V,W各相の6個のコイルの組同士を共通に接続する共通点(回路図の中心位置)Cが存在する。この共通点Cを含むパターン片は、前述の3層の端末回路ユニットの相別端末部材のうちいずれか1層に形成してもよいし、又は別の層として形成してもよい。この共通点Cのパターン片を別の層とする場合、ステータの3層の端末回路ユニット取付側の端部と反対側の端部に取付けてもよい。
【0039】
前述の図3〜図10と同様の相別端末部材によりこれらの図11〜図18の回路が形成可能である。
【0040】
図19は、本発明の別の実施形態の端末回路構造の構成説明図であり、図20は、図19の端末回路構造をステータと組合わせた状態の側面図である。
【0041】
この実施形態は、端末回路ユニット10内に積層された3層構造の相別端末部材(不図示)の各端子片12の端部に、軸方向から見てV字形状の接続片44を形成したものである。ステータ3側のコイル40の巻線端部41は、各端子片12の接続片44に挟まれてヒュージング等で接合される。この場合、巻線端部41をV字接続片44内に挟んだ後V字接続片44をかしめて巻線端部41を固定保持することが望ましい。
【0042】
図21〜図31は、本発明の別の構成の実施形態を示す。
図21は本発明に係る端末回路ユニットをステータに取付けた状態の上面図とB−B視の側面図であり、図22はC−C視の側面図と下面図である。
【0043】
この実施形態は、後述のように帯状の板材を円弧状に巻いて各相の相別端末部材39a〜39cを形成し、これらを同心円状に半径方向に重ねて3相U,V,Wの端末回路ユニット10を形成したものである。各相別端末部材39a〜39cは、複数の端子片45を有し、各端子片45にコイル40の巻線端部41が接合される。
【0044】
図23は、半径方向に積層した相別端子部材39a,39b,39c及び共通端子部材39dの全体上面図である。
【0045】
図24は、図23の相別端子部材39aの上面図であり、図25は、その展開図である。
【0046】
図示したように、相別端子部材39aは、帯状の板材を円弧状に巻いたものであり、端子片45及び外部接続端子11が同じ板材から一体形成される。外部接続端子11は、図25(A)に示すように、最初から帯材と直角方向に切り起こした形状であってもよいし、あるいは(B)に示すように、帯材端部を直角に折り曲げて形成してもよい。(B)のように折り曲げ形成することにより、板材を効率よく使用できる。
【0047】
図26は、図23の相別端子部材39bの上面図であり、図27は、その展開図である。
【0048】
図示したように、相別端子部材39bは、帯状の板材を円弧状(略半円状)に巻いたものであり、端子片45及び外部接続端子11が同じ板材から一体形成される。外部接続端子11は、図27に示すように、帯材端部を直角に折り曲げて形成する。
【0049】
図28は、図23の相別端子部材39cの上面図であり、図29は、その展開図である。
【0050】
図示したように、相別端子部材39cは、帯状の板材を円弧状に巻いたものであり、端子片45及び外部接続端子11が同じ板材から一体形成される。外部接続端子11は、図29に示すように、最初から帯材と直角方向に切り起こした形状であってもよいし、あるいは図27で説明したように、帯材端部を直角に折り曲げて形成してもよい。
【0051】
図30は、図23の共通端子部材39dの上面図であり、図31は、その展開図である。
【0052】
図示したように、共通端子部材39dは、帯状の板材を円弧状に巻いたものであり、端子片45が同じ板材から一体形成される。
【0053】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、直列及び並列接続を含む多種類のコイル結線パターンに対し、3相の相別端末部材を軸方向に積層して各層ごとに結線を簡素化できる。
【0054】
また、3層の前記相別端末部材が軸方向の同じ位置で前記巻線端部と接合された構成によれば、3層の相別端末部材とコイル巻線端部との結線位置が同じ軸方向の位置に揃えられるため、接合作業が容易にできる。
【0055】
また、前記相別端末部材は、各巻線端部に対応して軸に直角に放射方向外側に突出する端子片を有し、各端子片の端部に巻線端部を挟むV溝が形成された構成によれば、コイル巻線端部が相別端末部材のV溝に挟まれるため結線部の位置決めが容易にできる。
【0056】
さらに、前記端子片を軸と平行に折り曲げ、前記巻線端部を軸に直角に放射方向外側に突出させた状態で、前記3層の相別端子部材をステータ端部に組み付けることにより、前記V溝を巻線端部に圧接させた構成によれば、コイル巻線端部を回転軸に対し直角に放射方向外側に折り曲げて突出させ、このコイル巻線端部に対し直角方向から相別端末部材の端子片を押付けてそのV溝内にコイル巻線端部を係入させるため、位置決めが容易にできるとともに、端子片と巻線端部とを圧接した状態で確実に接合できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施形態に係る電動機の断面図。
【図2】 本発明に係る相別端子部材と巻線端部の接合部の正面図。
【図3】 3層に重ねた状態の本発明の実施形態の結線図。
【図4】 図3の実施形態の各層ごとの結線図。
【図5】 3層に重ねた状態の本発明の別の実施形態の結線図。
【図6】 図5の実施形態の各層ごとの結線図。
【図7】 3層に重ねた状態の本発明の別の実施形態の結線図。
【図8】 図7の実施形態の各層ごとの結線図。
【図9】 3層に重ねた状態の本発明の別の実施形態の結線図。
【図10】 図9の実施形態の各層ごとの結線図。
【図11】 6コイルシリーズ接続のY結線の回路図。
【図12】 6コイルシリーズ接続のΔ結線の回路図。
【図13】 3コイルシリーズ2パラ接続のY結線の回路図。
【図14】 3コイルシリーズ2パラ接続のΔ結線の回路図。
【図15】 2コイルシリーズ3パラ接続のY結線の回路図。
【図16】 2コイルシリーズ3パラ接続のΔ結線の回路図。
【図17】 6パラ接続のY結線の回路図。
【図18】 6パラ接続のΔ結線の回路図。
【図19】 本発明の別の実施形態の端末回路構造の構成説明図。
【図20】 図19の端末回路構造をステータと組合わせた状態の側面図。
【図21】 本発明の実施形態に係る端末回路ユニットをステータに取付けた状態の上面図と側面図。
【図22】 本発明の実施形態に係る端末回路ユニットをステータに取付けた状態の側面図と下面図。
【図23】 半径方向に積層した相別端子部材の全体上面図。
【図24】 図23の1つの相の相別端子部材の上面図。
【図25】 図24の相別端子部材の展開図。
【図26】 図24の相別端子部材と別の相の相別端子部材の上面図。
【図27】 図26の相別端子部材の展開図。
【図28】 図24の相別端子部材とさらに別の相の相別端子部材の上面図。
【図29】 図28の相別端子部材の展開図。
【図30】 図23の共通端子部材の上面図。
【図31】 図30の共通端子部材の展開図。
【符号の説明】
1:電動機、2:ロータ、3:ステータ、4:磁極位置検出器、
5:上カバー、6:下カバー、7:ロータ軸、7a:セレーション、
8:ロータコア、9:マグネット、10:端末回路ユニット、
11:外部接続端子、12:端子片、13:インシュレータ、
14:ステータヨーク、15:モールド樹脂、16:インサートナット、
17:ボルト、18:ベアリング、19:回転磁極部材、20:固定磁極部材、
21:コイル、22:ナット、23:ベアリング、24:ホルダ、
25:ボルト、26:ボルト、27:取付孔、29:キャップ、
39,39a〜39c:相別端子部材、40:コイル、41:巻線端部、
42:V溝、43:切欠き、44:V字接続片、45:端子片。
Claims (2)
- ロータ外周のステータに円周方向に複数のコイルを円環状に並べて形成し、各コイルの巻線端部同士をステータの軸方向端部で結線する3相回転電機のコイル端末回路構造において、
相ごとにコイルの巻線端部同士を結線する相別端末部材を軸方向に積層して3層構造とし、
前記相別端末部材は、同心円の二重の円弧に沿った複数の結線パターン片からなり、
3層の前記相別端末部材が軸方向の同じ位置で前記巻線端部と接合され、
前記相別端子部材は、各巻線端部に対応して軸に直角に放射方向外側に突出する端子片を有し、各端子片の端部に巻線端部を挟む溝が形成され、
前記端子片を軸と平行に折り曲げ、
前記巻線端部を軸に直角に放射方向外側に突出させた状態で、前記3層の相別端末部材をステータ端部に組み付けることにより、前記溝を巻線端部に圧接させ、
前記3層の相別端末部材は樹脂材料によりインサートモールド成型されて一体化され、
前記巻線端部は、前記コイルに備わるインシュレータに形成された切欠き内に保持された状態で、前記溝に圧接されることを特徴とする回転電機のコイル端末回路構造。 - ロータ外周のステータに円周方向に複数のコイルを円環状に並べて形成し、各コイルの巻線端部同士をステータの軸方向端部で結線する3相回転電機のコイル端末回路構造において、
相ごとにコイルの巻線端部同士を結線する相別端末部材を、帯状材を円形又は円弧状に曲げることにより形成し、
3相の相別端末部材を半径方向に重ねて配置し、
前記相別端末部材に巻線端部を挟む端子片が略矩形形状に前記帯状部材と同一平面上に一体形成され、
前記巻線端部は軸方向に突出し、前記端子片を折り曲げて前記巻線端部と接続することを特徴とする回転電機のコイル端末回路構造。
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