JP6232449B2

JP6232449B2 - 回転電機

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Inventors: 馬場　雄一郎; 雄一郎馬場
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Publication date: 2017-11-15
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Description

本発明は、回転電機に関する。

本技術分野の背景技術として、バスバー一体型のインシュレータの成形時にも、特殊な金型等を用いることなく、低コストで製造することのできる電動機のステータが知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１には、「結線部材の電源側端部が、電源接続用端子台から径方向に突出するピン形状に形成されていることを特徴とする電動機のステータ」が記載されている。

また、モータの径方向への拡大を抑制して車両への搭載性を改善することのできる集中巻モータ用の集中配電部材が知られている（例えば、特許文献２参照）。特許文献２には、「コイル接続部は、バスバーのバスバー本体の一部からモータの回転軸の軸方向と平行且つ同一方向に延在する部位を持つコイル接続端子と、巻き線と接続される部位をＵ字形状とし、そのＵ字形状をなす開口を回転軸に向けるようにしてコイル接続端子の先端に一体的に設けられたフックと、からなる」ことが記載されている。

特開２００５−３４１６４０号公報特許第４９２４５９５号公報

特許文献１に開示されるような技術では、結線部材の電源接続用端子台から径方向に突出するピン形状を形成する。そのため、複雑な成形加工が必要になる可能性があり、結線部材のコストアップが懸念される。また、ステータコイルをピン形状部分に挿入する必要があるため、結線部分の構成が複雑で作業性に懸念がある。

一方、特許文献２に開示されるような技術では、Ｕ字形状をなす開口をコイル接続端子の先端に一体的に設ける。そのため、複雑な成形加工な必要になる可能性があり、バスバーのコストアップが懸念される。また、コイル端子部は、バスバー本体の上端から真っ直ぐ上方に延びる起立部と、この起立部の先端から直角に折れ曲がって円環状をなすバスバーの中心へと水平に延びる水平部と、その水平部の先端から直角に折れ曲がって立ち上がる垂直部を有している。この垂直部にＵ字形状の接続部を配置しているが、この垂直部はステータコイルと向きを合わせるように軸方向に延在された部位である。そのため、モータの軸方向長さが拡大し、車両への搭載性の悪化が懸念される。

本発明の目的は、ステータコイルと接続する導電性部材（バスバー、結線部材）の端子部の構造が簡易で、かつ、回転電機のステータＡＳＳＹの軸方向長さを抑えることができる回転電機を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は、複数のティース部を有する円筒状のステータコアと、前記ティース部の周りに巻回されるステータコイルと、軸方向に延在する端子部を有する円筒状の導電性部材と、を備え、前記ステータコイルの端部は、前記端子部と交差するように接する回転電機であって、前記端子部及び前記円筒状の導電性部材は、円筒面を共有し、前記ステータコイルの端部は、前記ステータコアの径方向に沿って外側へ伸び、前記端子部の周方向の端面と接するようにしたものである。

本発明によれば、ステータコイルと接続する導電性部材の端子部の構造が簡易で、かつ、回転電機のステータＡＳＳＹの軸方向長さを抑えることができる。上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

本発明の第１の実施形態による回転電機のステータＡＳＳＹの構成を示す斜視図である。本発明の第１の実施形態による回転電機のステータＡＳＳＹの一部を切断した断面図である。本発明の第１の実施形態による回転電機のステータＡＳＳＹに形成される三相交流回路を示す図である。本発明の第１の実施形態による回転電機のステータＡＳＳＹに用いる導電性部材の共通の形状を示す図である。本発明の第１の実施形態による回転電機のステータＡＳＳＹに用いるステータコイルと導電性部材の接続部の構成を示す図である図５に示す接続部の拡大図である。本発明の第１の実施形態による回転電機のステータＡＳＳＹに用いるステータコイルと導電性部材の端子部とを接続するアーク溶接を説明するための図である。図７Ａに示す状態でアーク溶接を行った後のステータコイルの端部と導電性部材の端子部の接続形状を示す図である。本発明の第２の実施形態による回転電機のステータＡＳＳＹに用いる導電性部材の端子部の構成を示す斜視図である。本発明の第２の実施形態による回転電機のステータＡＳＳＹに用いるステータコイルと導電性部材の端子部とを接続するアーク溶接を説明するための図である。本発明の第２の実施形態による回転電機のステータＡＳＳＹの全体鳥瞰図である。本発明の第２の実施形態による回転電機のステータＡＳＳＹに用いる導電性部材の端子部を正面から見た図である。本発明の第３の実施形態による回転電機のステータＡＳＳＹに用いる導電性部材の端子部の構成を示す斜視図である。本発明の実施形態の変形例による回転電機のステータＡＳＳＹの一部を切断した断面図である。図１３に示す変形例による回転電機のステータＡＳＳＹに形成される三相交流回路を示す図である。

以下、図面を用いて、本発明の第１〜第３の実施形態による回転電機の構成及び作用を説明する。なお、各図において、同一部分には同一符号を付すものとする。

（第１の実施形態）
最初に、図１〜図２を用いて、回転電機のステータＡＳＳＹ１の構成を説明する。図１は、本発明の第１の実施形態による回転電機のステータＡＳＳＹ１の構成を示す斜視図である。図２は、本発明の第１の実施形態による回転電機のステータＡＳＳＹ１の一部（１ａ）を切断した断面図である。

ステータＡＳＳＹ１は、ステータコア１０と、ボビン３と、導電性部材（集配電部材）４１、４２、４３、４４と、コネクションリング５などから構成されている。

ステータコア１０は、回転電機の磁気回路を構成する。ボビン３には、ステータコイル２が集中巻で巻装される。導電性部材（集配電部材）４１、４２、４３、４４には、ステータコイル２が接続され電気回路が構成される。コネクションリング５は、絶縁材で環状に構成され、導電性部材４１〜４４が配置される。ステータコア１０は、円環状に打ち抜き加工またはエッチング加工により成形された、厚さ０．０５〜１．０ｍｍ程度の電磁鋼板を複数枚積層して構成される。これにより、ステータコア１０の形状は、円筒状となる。

図２に示すように、ステータコア１０は、微小な空隙を介して対面するロータ（不図示）と磁気回路を構成するヨーク部１１と、複数のティース部１２から成り、ティース部１２とティース部１２の間にはステータコイル２が配置されるスロット部１３が存在する。

ティース部１２には、ボビン３が装着され、ボビン３の周囲にはステータコイル２が集中巻で巻装される。ボビン３は、絶縁部材にて構成されており、ステータコイル２とステータコア１０間の絶縁、及び、ステータコイル２の熱をティース部１２に伝熱する効果を果たしている。なお、ステータコイル２は、ボビン３を介して、ティース部１２の周りに巻回される。

集中巻きされたステータコイル２のスロットからスロットにまたがる部分は、コイルエンド部１４である。銅の使用量低減のため、コイルエンド部は短く、高さが低いことが望まれる。

ステータコイル２の端部１５は、巻始め、巻終りともにコイルエンド部１４から回転電機の径方向外側へ延伸している。

ステータコア１０の軸方向側面部で、ステータコイル２のコイルエンド部１４に隣接する部分には、三相交流のＵ相を構成する導電性部材４１と、Ｖ相を構成する導電性部材４２と、Ｗ相を構成する導電性部材４３と、三相Ｙ結線を構成するための中性線導電性部材４４と、これらが収められたコネクションリング５が配置されている。図２に示すように、コネクションリング５は、櫛歯形状をしており、Ｕ相導電性部材４１、Ｖ相導電性部材４２、Ｗ相導電性部材４３、中性線導電性部材４４を絶縁している。

図１に示すように、Ｕ相導電性部材４１、Ｖ相導電性部材４２、Ｗ相導電性部材４３は、外部電源（不図示）と接続する端子部４５を有している。端子部４５は、電力変換装置に接続される。本ステータＡＳＳＹ１を組み込んだ回転電機が電動機として動作する場合には外部から端子部４５を介して回転電機の導電性部材４１〜４４に電力が供給される。一方、発電機として動作する場合には端子部４５を介して回転電機の導電性部材４１〜４４から外部に電力が供給される。

次に、図３を用いて、回転電機のステータＡＳＳＹ１に形成される三相交流回路について説明する。図３は、本発明の第１の実施形態による回転電機のステータＡＳＳＹに形成される三相交流回路を示す図である。

図３に示すように、Ｕ相導電性部材４１、Ｖ相導電性部材４２、Ｗ相導電性部材４３、中性線導電性部材４４と各ティース部１２に巻回されたステータコイル２によって、三相交流回路が形成される。

次に、図４を用いて、導電性部材４１〜４４の構成を説明する。図４は、本発明の第１の実施形態による回転電機のステータＡＳＳＹ１に用いる導電性部材４１、４２、４３、４４の共通の形状を示す図である。

Ｕ相導電性部材４１、Ｖ相導電性部材４２、Ｗ相導電性部材４３、中性線導電性部材４４は、それぞれステータコイル２と接続する端子部４６を有している。導電性部材の端子部４６は、略円筒状の導電性部材の一部がステータＡＳＳＹ１の軸方向に延伸される形状で構成される。導電性部材４１〜４４は、例えば、長方形の金属板を打ち抜いた後、円環状に曲げて形成される。

次に、図５〜図６を用いて、ステータコイル２と導電性部材４１〜４４の接続部の構成を説明する。図５は、本発明の第１の実施形態による回転電機のステータＡＳＳＹ１に用いるステータコイル２と導電性部材４１〜４４の接続部の構成を示す図である。図６は、図５に示す接続部の拡大図である。

２つのステータコイル２の端部１５は、隣接する導電性部材４１〜４４の端子部４６とステータＡＳＳＹ１の半径方向（９ｂ）の位置をそれぞれ合わせる。ステータコイル２は、曲げ加工や型成形によって、コイルエンド部１４からステータＡＳＳＹ１の半径方向（９ｂ）に配置される。

ステータＡＳＳＹ１の半径方向（図５中の破線軸９ｂ）に配置されたステータコイル２の端部１５は、導電性部材４１〜４４のステータＡＳＳＹ１の軸方向上において、ステータＡＳＳＹ１の軸方向（図５中の破線軸９ａ）に延長（延在）された導電性部材の端子部４６と略交差状に接する。

ステータコイル２がｕ相ステータコイルであれば、ステータコイル２の端部１５のうちの１つがＵ相導電性部材４１の端子部４６と、他方の端部が中性線導電性部材４４の端子部４６と、略交差状に接する。

ステータコイル２がｖ相ステータコイルであれば、ステータコイル２の端部１５のうちの１つがＶ相導電性部材４２の端子部４６と、他方の端部が中性線導電性部材４４の端子部４６と、略交差状に接する。

ステータコイル２がｗ相ステータコイルであれば、ステータコイル２の端部１５のうちの１つがＷ相導電性部材４３の端子部４６と、他方の端部が中性線導電性部材４４の端子部４６と、略交差状に接する。

詳細には、図６に示すように、ステータコイル２の端部１５は、端子部４６の周方向の端面４６Ｗと接する。ステータコイル２の端部１５は導電性部材４１〜４４の径方向（ステータコア１０の径方向）に沿って伸びている。

導電性部材４１〜４４の端子部４６と略交差状に接するステータコイル２の端部は、接合においてより信頼性の高い母材どうしが結合することを目的として、ステータコイル２の表面の絶縁体であるエナメル皮膜がはく離されている（１５ｂ）。

ここで、エナメル皮膜がはく離された部分１５ｂと導電性部材４１〜４４の端子部４６の体積差は所定の域値以下であることが望ましい。所定の閾値は、剥離された部分１５と端子部４６とが溶接時にバランスよく溶融するように定められる。

ステータコイル２の端部１５と導電性部材４１〜４４の端子部４６は、略交差状に接している部位にて、例えば、溶接などの工法で接続される。本実施形態では、ステータコイル２と導電性部材４１〜４４の接続部をコイルエンド部１４上ではなく、導電性部材４１〜４４上に配置しているので、接続の際に、コイルエンド部１４に火花等が飛散してステータコイル２の絶縁被膜を損傷する懸念がない。

なお、ステータコイル２の端部１５は、ステータコイル２のスプリングバック力によって端子部４６に押し付けられるようにしてもよい。

次に、図７を用いて、ステータコイル２と導電性部材４１〜４４の端子部４６とを接続するアーク溶接を説明する。図７Ａは、本発明の第１の実施形態による回転電機のステータＡＳＳＹ１に用いるステータコイル２と導電性部材４１〜４４の端子部４６とを接続するアーク溶接を説明するための図である。図７Ｂは、図７Ａに示す状態でアーク溶接を行った後のステータコイル２の端部１５と導電性部材４１〜４４の端子部４６の接続形状を示す図である。

図７Ａに示すように、チャック８１、８２がステータコイル２の端部１５と導電性部材４１〜４４の端子部４６をはさみ込み、両部材を密着させる。アーク電源（不図示）は、電極８０とチャック８１に接続されている。

ステータコイル２の端部１５と導電性部材４１〜４４の端子部４６の接続は、ガスノズル８３から不活性ガスが排出され、アーク電源に接続された電極８０から導電性部材４１〜４４の端子部４６に向けてアークが飛び、導電性部材４１〜４４の端子部４６とステータコイル２の端部１５が溶融することで達成される。換言すれば、端子部４６は、ステータコイル２の端部１５に固定する溶融部４６ａを有する。

アーク溶接の事例では、図７Ｂに示すように、導電性部材４１〜４４が溶融（４６ａ）することで、ステータコイル２と導電性部材４１〜４４が接続されるだけでなく、溶融によって導電性部材４１〜４４の端子部４６の高さが低くなりステータＡＳＳＹ１の軸方向長さが短くなる効果がある。なお、接続方法は、アーク溶接以外にも、抵抗溶接やろう付けなどの方法を用いても構わない。

以上説明したように、本実施形態によれば、ステータコイル２と接続する導電性部材４１〜４４の端子部４６の構造が簡易で、かつ、回転電機のステータＡＳＳＹ１の軸方向長さを抑えることができる。

（第２の実施形態）
次に、図８〜図９を用いて、本発明の第２の実施形態による回転電機のステータＡＳＳＹ１の構成を説明する。図８は、本発明の第２の実施形態による回転電機のステータＡＳＳＹ１に用いる導電性部材４１〜４４の端子部４６の構成を示す斜視図である。また、図９は、本発明の第２の実施形態による回転電機のステータＡＳＳＹ１に用いるステータコイル２と導電性部材４１〜４４の端子部４６とを接続するアーク溶接を説明するための図である。

本実施形態では、図８に示すように、導電性部材４１〜４４の端子部４６は、凹部４７を有する。これにより、図９に示すように、ステータコイル２の端部１５と導電性部材４１〜４４の端子部４６をクランプする際に、導電性部材４１〜４４とチャック８１でステータコイル２が包み込まれる。換言すれば、ステータコイル２の端部１５は凹部４７に嵌合する。凹部４７は、周方向に開口している。

そのため、導電性部材４１〜４４に対するステータコイル２の位置が安定する。すなわち、ステータコイル２の端部１５の位置決めが容易である。したがって、接続の作業性が向上するとともに、接続の信頼性も高まる。

ここで、ステータコイル２の端部１５と導電性部材４１〜４４の端子部４６をチャック８１、８２でクランプする際に、導電性部材４１〜４４の端子部４６の凹部４７がステータコイル２の幅よりも深いと、チャックがステータコイル２を保持できなくなりステータコイル２の位置は不安定になる。そのため、導電性部材４１〜４４の端子部４６の凹部４７はステータコイル２の幅よりも浅い必要がある。

次に、図１０〜図１１を用いて、本発明の第２の実施形態による回転電機のステータＡＳＳＹ１に用いる導電性部材４１〜４４の端子部４６の作用効果について説明する。図１０は、本発明の第２の実施形態による回転電機のステータＡＳＳＹ１の全体鳥瞰図である。図１１は、本発明の第２の実施形態による回転電機のステータＡＳＳＹ１に用いる導電性部材４１〜４４の端子部４６を正面から見た図である。

図１１に示すように、ステータＡＳＳＹ１の上の全てのステータコイル２の端部１５と導電性部材４１〜４４の端子部４６が略交差状に接している部位において、導電性部材４１〜４４の端子部４６に対するステータコイル２の端部１５の位置が同じ向きに揃っている。

詳細には、ステータコイル２の端部１５は、ティース部１２が延伸する方向と逆方向（図１１の紙面奥から手前に向かう方向）に向きが揃っている。また、ステータコイル２の端部１５は、ステータＡＳＳＹ１（ステータコア１０）の軸方向の位置ＰＡが同じである。

なお、ステータコイル２のコイルエンド部１４は、導電性部材４１〜４４の軸方向において、端子部４６の先端と根本の間に位置する。

本実施形態の例では、図１０及び図１１に示すように、ステータコイル２の端部１５が導電性部材４１〜４４の端子部４６に対して反時計回り方向ＡＲに位置している。すなわち、図１１に示すように、すべての前記凹部は、開口方向が同じである。

接続対象物であるステーコイル２の端部１５と導電性部材４１〜４４の端子部４６の位置関係がステータＡＳＳＹ１上で全て同一にすることで、接続作業中に接続条件を変えたり、チャックに接続された電極の位置を変えたりする必要がなくなる。そのため、接続の作業性が良い。

図１１に示すように、ステータコイル２の２つの端部１５のステータＡＳＳＹ１の軸方向高さをほぼ同一に揃え、導電性部材４１〜４４の端子部４６の高さを揃えると、略交差状となる部位の高さが揃う。それにより、接続作業中に接続条件を変えたり、電極の位置を変えたりする必要がなくなる。そのため、接続の作業性が良い。

以上説明したように、本実施形態によれば、ステータコイル２と接続する導電性部材４１〜４４の端子部４６の構造が簡易で、かつ、回転電機のステータＡＳＳＹ１の軸方向長さを抑えることができる。また、ステータコイル２の端部１５と端子部４６との接続の作業性が良くなる。

（第３の実施形態）
次に、図１２を用いて、導電性部材４１〜４４の端子部４６の構成を説明する。図１２は、本発明の第３の実施形態による回転電機のステータＡＳＳＹ１に用いる導電性部材４１〜４４の端子部４６の構成を示す斜視図である。

本実施形態では、図１２に示すように、コイルエンド部１４とコネクションリング５の間に位置するボビン３の一部に、凹部（３ａ）が設けられている。すなわち、ボビン３は、ステータコイル２の端部１５を導電性部材４１〜４４の端子部４６へ誘導する凹部３ａを有する。なお、ボビン３の一部にステータコイル２が係合する突起を設けてもよい。

ボビン３の凹部（３ａ）は導電性部材４１〜４４に対するステータコイル２の位置決めガイドとなり、ステータコイル２と導電性部材４１〜４４を略交差状に接する作業性が良くなる。

以上説明したように、本実施形態によれば、ステータコイル２と接続する導電性部材４１〜４４の端子部４６の構造が簡易で、かつ、回転電機のステータＡＳＳＹ１の軸方向長さを抑えることができる。ステータコイル２の端部１５と端子部４６との接続の作業性が良くなる。

（変形例）
次に、図１３〜図１４を用いて、本発明の実施形態の変形例による回転電機のステータＡＳＳＹ１の構成を説明する。図１３は、本発明の実施形態の変形例による回転電機のステータＡＳＳＹ１の一部（１ｂ）を切断した断面図である。図１４は、図１３に示す変形例による回転電機のステータＡＳＳＹ１に形成される三相交流回路を示す図である。

第１〜第３の実施形態では、三相Ｙ結線の回転電機のステータの構造を例としたが、導電性部材の数は結線方法や交流の相数に応じて変化するので、三相Ｙ結線に限定するものではない。

本変形例では、三相Ｙ結線の代わりに三相Δ結線としている。図１３に示すように、円筒状の導電性部材は、Ｕ相導電性部材４１、Ｖ相導電性部材４２、Ｗ相導電性部材４３で構成される。

ｕ相ステータコイルの端部１５ｕのうちの１つがＵ相導電性部材４１の端子部４６と、他方の端部がＶ相導電性部材４２の端子部４６と、略交差状に接する。ｖ相ステータコイルの端部１５ｖのうちの１つがＶ相導電性部材４１の端子部４６と、他方の端部がＷ相導電性部材４２の端子部４６と、略交差状に接する。ｗ相テータコイルの端部１５ｗのうちの１つがＷ相導電性部材４１の端子部４６と、他方の端部がＵ相導電性部材４２の端子部４６と、略交差状に接する。導電性部材の端子部と各ステータコイルの端部を接続すると、図１４に示す三相交流回路が形成される。

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。上記した実施例は本発明を分かりやすく説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることも可能であり、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることも可能である。

上記実施例では、ステータコイルに偏平コイルを例示したが、偏平コイルに限定されず、例えば丸線コイルを用いても構わない。

上記実施例では、ステータＡＳＳＹの外径側からＵ相導電性部材、Ｖ相導電性部材、Ｗ相導電性部材、中性線導電性部材が配置したが、これは一例であり、導電性部材の配置は本実施例に限定されるものではない。

１…ステータＡＳＳＹ
１ａ…ステータＡＳＳＹの断面
２…ステータコイル
３…ボビン
３ａ…ボビンに設けられたステータコイルのガイド
５…コネクションリング
１０…ステータコア
１１…ステータコアのヨーク部
１２…ステータコアのティース部
１３…スロット（空間）
１４…コイルエンド部
１５…ステータコイルの端部
１５ｂ…ステータコイルの端部のエナメル皮膜をはく離した部位
１５ｕ…ｕ相ステータコイルの端部
１５ｖ…ｖ相ステータコイルの端部
１５ｗ…ｗ相ステータコイルの端部
４１…Ｕ相導電性部材
４２…Ｖ相導電性部材
４３…Ｗ相導電性部材
４４…中性線導電性部材（中性線）
４５…外部電源との接続端子
４６…導電性部材の端子部（ステータコイルとの接続端子部）
４６ａ…導電性部材の端子部の溶融部
４７…導電性部材の端子部の凹部
８０…アーク溶接の電極
８１…アーク溶接の電極が接続されたチャック
８２…チャック
８３…不活性ガスノズル

Claims

複数のティース部を有する円筒状のステータコアと、
前記ティース部の周りに巻回されるステータコイルと、
軸方向に延在する端子部を有する円筒状の導電性部材と、を備え、
前記ステータコイルの端部は、前記端子部と交差するように接する回転電機であって、
前記端子部及び前記円筒状の導電性部材は、
円筒面を共有し、
前記ステータコイルの端部は、
前記ステータコアの径方向に沿って外側へ伸び、
前記端子部の周方向の端面と接する
ことを特徴とする回転電機。
請求項１に記載の回転電機であって、
前記端子部は、
前記ステータコイルの端部に固定する溶融部を有する
ことを特徴とする回転電機。
請求項１に記載の回転電機であって、
すべての前記端子部に対して、ステータコイル端部は、
径方向の同じ向きに揃っている
ことを特徴とする回転電機。
請求項１に記載の回転電機であって、
前記端子部は、
前記ステータコイルの端部が嵌合し、周方向に開口する凹部を有する
ことを特徴とする回転電機。
請求項４に記載の回転電機であって、
前記端子部は複数あり、
すべての前記凹部は、開口方向が同じである
ことを特徴とする回転電機。
請求項５に記載の回転電機であって、
すべての前記凹部は、前記ステータコアの軸方向の位置が同じである
ことを特徴とする回転電機。
請求項１に記載の回転電機であって、
前記ティース部に装着され、前記ステータコイルを巻回するボビンをさらに備え、
前記ボビンは、
前記ステータコイルの端部を前記導電性部材の端子部へ誘導する凹部を有する
ことを特徴とする回転電機。
請求項１に記載の回転電機であって、
前記ステータコイルの端部は、
前記ステータコイルのスプリングバック力によって前記端子部に押し付けられる
ことを特徴とする回転電機。
請求項１に記載の回転電機であって、
前記ステータコイルのコイルエンド部は、
前記導電性部材の軸方向において、前記端子部の先端と根本の間に位置する
ことを特徴とする回転電機。