JP6238554B2 - 回転電機の固定子および回転電機 - Google Patents

Description

この発明は、低コストかつ中性点における接続品質を維持することができる回転電機の固定子および回転電機に関するものである。

従来の回転電機の固定子は、内周部に沿って複数の磁極歯を有する固定子鉄心と、この固定子鉄心の各磁極歯に絶縁部材であるインシュレータを介して直接巻回される巻線とから構成される固定子において、中性点の接続を目的として、専用の接続端子が使用されているものである（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１２−１５２０２３号公報

従来の回転電機の固定子および回転電機は、接続に機械的圧力を用いる端子を使用しているため、常温で応力緩和が発生するアルミ線の接続には適用できず、高価な銅線で巻線を構成する必要があるという問題点があった。
そして、アルミ線にも適用可能な接続方法としては、はんだ・ヒュージング・冷間圧接などが挙げられる。しかしながら、端子による接続と比較して、これらの接続方法は接続部の品質管理が難しく、特に３本の線を接続する必要がある中性点では不良が発生しやすいという問題点があった。

この発明は上記のような課題を解決するためになされたものであり、低コストにてかつ中性点における接続品質を維持することができる回転電機の固定子および回転電機を提供することを目的とする。

この発明の回転電機の固定子は、
複数の磁極歯を有する固定子鉄心と、
上記磁極歯毎に絶縁部材を介して巻回された各巻線とを備えた回転電機の固定子において、
上記各巻線は、複数相の各相を構成する所定の巻線同士が渡り線を介して接続され、
上記渡り線を介して接続された各相の巻線は、相毎に中性点の接続側に中性点側渡り線をそれぞれ有し、
当該各中性点側渡り線は、それぞれが常温で応力緩和を発生せず、かつ、導電性を有する部材にて形成され、
上記各相の巻線は、それぞれの上記中性点側渡り線を接続することによって上記中性点を形成し、
上記中性点側渡り線を除きアルミ材のみで形成されているものである。

また、この発明の回転電機は、
上記回転電機の固定子と、上記固定子と組み合わせることによりトルクを発生する回転子とを備えたものである。

この発明の回転電機の固定子および回転電機は、上記のように構成されているため、
低コストにてかつ中性点における接続品質を維持することができる。

この発明の実施の形態１の回転電機の固定子の構成を示す図である。 図１に示した回転電機の固定子のインシュレータの構成を示す斜視図である。 図１に示した回転電機の固定子の構成を示す正面図である。 この発明の実施の形態２の回転電機の固定子の構成を示す図である。

実施の形態１．
以下、本発明の実施の形態について説明する。図１はこの発明の実施の形態１における回転電機の固定子の構成を示す平面図、図２は図１に示した回転電機の固定子のインシュレータの構成を示す斜視図、図３は図１に示した回転電機の固定子の構成を示す正面図である。図において、回転電機の環状の固定子１は、中心方向に等間隔にてそれぞれ突出する９個の磁極歯１４を有する固定子鉄心２と、固定子鉄心２の各磁極歯１４に絶縁部材であるインシュレータ３をそれぞれ介して直接巻回される、ｕ相、ｖ相、ｗ相の３相の各巻線４とから構成される。

各巻線４は、中性点８の接続側に中性点側渡り線９ａ、９ｂ、９ｃをそれぞれ有し、各中性点側渡り線９ａ、９ｂ、９ｃは、常温で応力緩和を発生せず、かつ、導電性を有する部材、ここでは銅材にて形成されている。そして、各巻線４の各中性点側渡り線９ａ、９ｂ、９ｃ以外の箇所は、アルミ材にて形成されている。各中性点側渡り線９ａ、９ｂ、９ｃは、絶縁のためスリーブ１０ａ、１０ｂ、１０ｃがそれぞれ被覆されている。但し、異相の巻線４と接触する恐れがない場合は、このスリーブを取り外すことも可能である（例えば、図１の場合であれば、スリーブ１０ｃが省略可能である）。そして、中性点８は、中性点側渡り線９ａ、９ｂ、９ｃが圧着端子１１にて圧着され、接続され構成されている。また、各巻線ｕ３、ｖ３、ｗ３の巻線端末６ｆ、６ｇ、６ｈと、各中性点側渡り線９ａ、９ｂ、９ｃとは、それぞれアルミ材と銅材とにて形成されているため、冷間圧接部７ｂ、７ｃ、７ｄを介してそれぞれ接続されている。

固定子鉄心２は、磁極歯１４毎に分割された分割鉄心１５により構成される分割型の固定子鉄心である。各分割鉄心１５は、複数枚の磁性板材等を積層してなり、周方向に伸びる継鉄部１６と、継鉄部１６の中央部分から中心方向に突出する磁極歯１４とをそれぞれ備えている。このような分割鉄心１５を９個環状に配置し、隣接する分割鉄心１５の継鉄部１６同士を連結部１７により回動自在に連結することで、固定子鉄心２が構成されている。尚、ここでは便宜上、磁極歯１４の数を９個の例にて示しているが、それ以外の数であってもよい。また、固定子鉄心２は連結部１７において回動自在に形成された例を示しているが、固定子鉄心の構造は回動自在に形成されていない構造でもよく、例えば、継鉄部１６が分割されていない固定子鉄心、または、継鉄部１６が分割されかつ連結部１７を有していない固定子鉄心、または、連結部１７が回動自在ではなく薄肉で接続された固定子鉄心等、様々な構造の固定子鉄心に対して本発明は適用可能である。

インシュレータ３は、一対で構成され、例えばプラスチック樹脂成形により作成される。そして、インシュレータ３は、固定子鉄心２の磁極歯１４の積層方向の上下両側から磁極歯１４を覆うようにそれぞれ装着されている。図２において、この一対のインシュレータ３のうち一方側（上側）のインシュレータ３について説明する。インシュレータ３は、磁極歯１４の固定子１の軸方向端面と側面の一部とを覆う巻回部１８を有し、巻線４は巻回部１８上に巻回される。

また、巻回部１８の両端には、磁極歯１４に巻回された巻線４の巻線崩れを防止するための巻壁が設けられており、磁極歯１４の根元側（径方向外側）に位置する巻壁を第１巻壁部１９、磁極歯１４の先端側（径方向内側）に位置する巻壁を第２巻壁部２０とする。第１巻壁部１９の背面（径方向外側面）には、巻回部１８と各磁極歯１４に巻回された巻線４同士を繋ぐ渡り線２１を収納するための、少なくとも巻線４の直径よりも広く、互いに交わらない３つの背面溝１２ａ、１２ｂ、１２ｃがそれぞれ設けられている。ここでは、上側から１段目の背面溝１２ａ、２段目の背面溝１２ｂ、３段目の背面溝１２ｃとしている。図２において省略されている下側のインシュレータ３（上側のインシュレータ３と対になる部分）の構成は、基本的に上側のインシュレータ３と同様である。但し、下側には渡り線２１が配置されないため、背面溝を設ける必要はない。

巻線４は、インシュレータ３を介して各磁極歯１４にそれぞれ巻回されている。ここでは、巻線４は、各磁極歯１４の径方向外側から巻始められ、１層目、２層目、・・・、ｎ層目と順に巻回された後、径方向外側の所定位置で巻き終わるように巻かれている。このため、巻線４の巻始めと巻き終わりとの巻線端末は各磁極歯１４の径方向外側からそれぞれ突出している。また、巻線４は、３相の各相３個ずつ、合計９個のｕ相の巻線ｕ１、ｕ２、ｕ３、ｖ相の巻線ｖ１、ｖ２、ｖ３、ｗ相の巻線ｗ１、ｗ２、ｗ３が、回転方向にｕ相、ｖ相、ｗ相の順で繰り返しそれぞれ配置されている。そして、各巻線ｕ１〜ｗ３はアルミ線で構成されている。

そして、固定子１においては、巻線ｕ１と巻線ｕ２と間は、渡り線２１が存在する。この渡り線２１は、巻線ｕ１の巻線端末６ａと、巻線ｕ２の巻線端末６ｂとが冷間圧接によって接続されることで構成されている。他の巻線間も巻線ｕ１と巻線ｕ２と同様の構成で渡り線が構成されている。そしてこれら渡り線２１はインシュレータ３の背面溝１２ａ〜１２ｃに収納される。

ここで、渡り線２１をインシュレータ３の背面溝１２ａ〜１２ｃに収納する方法について図３に基づいて説明する。渡り線２１は背面溝１２ａ〜１２ｃに階段状に配置されている。具体的には、例えば巻線ｕ１と巻線ｕ２と間の渡り線２１の場合、巻線ｖ１が巻回されているインシュレータ３の背面溝１２ａ、巻線ｗ１が巻回されているインシュレータ３の背面溝１２ｂ、巻線ｕ２が巻回されているインシュレータ３の背面溝１２ｃに順次収納されていく。このように、背面溝１２ａ〜１２ｃに収納することにより、渡り線２１同士が互いに接触することはなく、各相間の絶縁性を確保することができる。また、各相ｕ１、ｖ１、ｗ１の巻線端末６ｃ、６ｄ、６ｅは外部の電源に接続される。

そして、回転電機は、上記に示した回転電機の固定子と、固定子と組み合わせることによりトルクを発生する回転子とを備える。このことは、以下の実施の形態においても同様であるため、その説明は適宜省略する。

上記のように構成された実施の形態１の回転電機の固定子および回転電機は、大量の材料が必要となる巻線の部分は低コストで形成することができるアルミ材にて形成し、中性点側の巻線端末の中性点側渡り線には、結線品質に優れた材質、すなわち、常温で応力緩和を発生せずかつ導電性を有する部材を使用する。このため、コスト削減と同時に結線品質の向上とを両立することができる。

また、中性点側渡り線を銅材で構成することにより、巻線を安価なアルミ材を使用することによるコスト削減の効果を得つつ、中性点において既存の接続方法を流用することが可能となり、中性点における接続品質をさらに向上することができる。

尚、上記実施の形態１においては、各巻線の中性点側渡り線以外の箇所を全てアルミ材にて形成する例を示したが、これに限られることはなく、各巻線のうち少なくとも１つが、中性点側渡り線以外の箇所がアルミ材にて形成されていれば、コスト削減と同時に結線品質の向上ができる。

また、固定子は巻線間の接続方法として冷間圧接を、中性点での接続方法として圧着端子を用いているが、本発明はこれらの接続方法に限定されるものではなく、接続する線のうち少なくとも１本以上がアルミ線の箇所ならば、ヒュージングやはんだ、冷間圧接等が適用可能である。また、接続する線の全てが銅線ならば、ヒュージングやはんだ、冷間圧接に加え、圧着端子のような応力を用いる接続端子による接続が可能である。

実施の形態２．
図４は本発明の実施の形態２における回転電機の固定子の構成を示す平面図である。上記実施の形態１では、中性点８における接続には、中性点側渡り線９ａ、９ｂ、９ｃと、スリーブ１０ａ、１０ｂ、１０ｃと、圧着端子１１とを用いて構成する例を示したが、これに限られることはなく、これらの箇所を、図４に示すように１つの部品、中性点８から各相の中性点側渡り線９ａ、９ｂ、９ｃが３本に分離された中性点端子１３にて構成してもよい。このとき、中性点端子１３の材質は、常温で応力緩和を発生せずかつ導電性を有する部材であれば何れでもよい。例えば、板金部品で使用されるような鋼材にて構成する。

上記のように構成された実施の形態２の回転電機の固定子によれば、上記実施の形態１と同様の効果を奏するとともに、部品点数を減らすと同時に、組立工数を削減することができるため、直材費と加工費との両方を削減することができる。また、この中性点端子の部材を銅材にて形成するようにすれば、巻線端末と中性点端子の接続に追加部材が不要な冷間圧接を適用することができるため、さらに直材費を低減することができる。

尚、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

１ 固定子、２ 固定子鉄心、３ インシュレータ、４ 巻線、
６ａ〜６ｈ 巻線端末、７ａ〜７ｄ 冷間圧接部、８ 中性点、
９ａ〜９ｃ 中性点側渡り線、１０ａ〜１０ｃ スリーブ、１１ 圧着端子、
１２ａ〜１２ｃ 背面溝、１３ 中性点端子、１４ 磁極歯、１５ 分割鉄心、
１６ 継鉄部、１７ 連結部、１８ 巻回部、１９ 第１巻壁部、２０ 第２巻壁部、
２１ 渡り線。

Claims (5)

1. 複数の磁極歯を有する固定子鉄心と、
   上記磁極歯毎に絶縁部材を介して巻回された各巻線とを備えた回転電機の固定子において、
   上記各巻線は、複数相の各相を構成する所定の巻線同士が渡り線を介して接続され、
   上記渡り線を介して接続された各相の巻線は、相毎に中性点の接続側に中性点側渡り線をそれぞれ有し、
   当該各中性点側渡り線は、それぞれが常温で応力緩和を発生せず、かつ、導電性を有する部材にて形成され、
   上記各相の巻線は、それぞれの上記中性点側渡り線を接続することによって上記中性点を形成し、
   上記中性点側渡り線を除きアルミ材のみで形成されている回転電機の固定子。
2. 上記各中性点側渡り線は、銅材にて形成されている請求項１に記載の回転電機の固定子。
3. 上記各中性点側渡り線は、上記中性点から上記各相に分離され形成された１つの部品にて構成される請求項１または請求項２に記載の回転電機の固定子。
4. 上記各巻線の上記各中性点側渡り線部分以外の箇所は、全てアルミ材にて形成されている請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の回転電機の固定子。
5. 請求項１から請求項４のいずれか１項の回転電機の固定子と、上記固定子と組み合わせることによりトルクを発生する回転子とを備えた回転電機。

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