JP7107663B2 - 回転電機のステータ - Google Patents

Description

本発明は、回転電機のステータに関する。

従来、回転電機のステータとしては、特許文献１に記載されているものがある。このステータは、ステータコアと、ステータコイルを備える。ステータコアは、環状のヨーク、及びヨークの周方向に互いに間隔をおいた状態でヨークから径方向の内側に突出する複数のティースを有し、ステータコイルは、複数のティースに巻回される３相のコイルを有する。各コイルの一端部には、径方向延在部と、軸方向延在部を含む引出線が設けられる。径方向延在部は、径方向内方から径方向外方に径方向に延在する。また、軸方向延在部は、径方向延在部の径方向の外側端部に接続され、ステータコアの軸方向に延在する。軸方向延在部は、導体素線が絶縁被膜で被膜された被膜部と、その被膜部よりも先端側に設けられて導体素線が露出する素線露出部を有する。素線露出部には、動力線の一端部が電気的に接続され、動力線の他端部には、外部電気回路を電気的に接続するための端子が設けられる。

特開２０１６－３６２０３号公報

軸方向延在部の被膜部は、素線露出部と径方向に広がる環状の段部を介してつながり、外径が素線露出部の外径よりも大きい。したがって、被膜部が素線露出部よりも径方向外方側に突出しているため、素線露出部に電気的に接続される動力線の一端部が、径方向外方側に突出している被膜部に干渉し易く、被膜部から力を受け易い。よって、動力線の一端部が、被膜部からの力で傾き易く、動力線の他端部に設けられる端子を高精度に位置決めしにくい。

そこで、本発明の目的は、動力線の端子の位置精度を高くし易い回転電機のステータを提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明の回転電機のステータは、環状のヨーク、及び前記ヨークの周方向に互いに間隔をおいた状態で前記ヨークから径方向の内側に突出する複数のティースを含むステータコアと、前記複数のティースに巻回されると共に、複数相のコイルを含むステータコイルと、を備え、前記各コイルの一端部には、端側に行くに従って前記径方向の外方側に移動するように前記ステータコアの軸方向に対して鋭角傾斜する鋭角傾斜部を含む引出線が設けられ、前記鋭角傾斜部には、導体素線が絶縁被膜で被膜された被膜部と、その被膜部よりも前記端側に配置されて前記導体素線が露出する素線露出部が設けられ、前記各コイルの前記素線露出部に一端部が電気的に接続され、他端部に端子が設けられる動力線を更に備え、前記鋭角傾斜部が、前記径方向の内方から外方へ延在する径方向延在部における前記径方向の外方側の端部から前記軸方向に対して鋭角傾斜する方向に延在し、前記動力線の前記端子が、前記軸方向に直交する平面に略平行に広がっており、複数相の前記動力線は、動力線締結部材で締結されていなくて、前記複数相の動力線の夫々が前記動力線締結部材から力を受けることがなく、前記動力線が前記被膜部に接触していない。

本発明に係る回転電機のステータによれば、コイルの引出線が、端側に行くに従って径方向の外方側に移動するように軸方向に対して鋭角傾斜する鋭角傾斜部を有し、鋭角傾斜部が、導体素線が絶縁被膜で被膜された被膜部と、被膜部よりも端側に設けられて導体素線が露出する素線露出部を含む。したがって、素線露出部が端側に行くに従って径方向の外方側に移動するため、素線露出部の端側が被膜部よりも径方向の外方側に突出し易くなる。よって、素線露出部に電気的に接続される動力線の一端部が鋭角傾斜部の被膜部に干渉しにくくなって、動力線の一端部を被膜部に無関係に素線露出部に精度良く接合できる。その結果、動力線の組み付け性が向上し、動力線の他端部側の端子を精度高く位置決めできる。更には、動力線を正確な位置に矯正する際に動力線が被覆部から受ける力に起因して溶接部に生じる応力も低減でき、溶接品質も向上させることができる。

本発明の一実施形態に係る回転電機のステータの一部斜視図である。 上記ステータのＵ相の引出線とＵ相の動力線の接合部周辺の模式図である。 従来構成のステータにおける図２に対応する模式図である。

以下に、本発明に係る実施の形態について添付図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下において複数の実施形態や変形例などが含まれる場合、それらの特徴部分を適宜に組み合わせて新たな実施形態を構築することは当初から想定されている。また、以下の図面および実施例の説明で、Ｒ方向は、回転電機のステータ１の径方向を示し、θ方向は、ステータ１の周方向を示し、Ｚ方向は、ステータ１の高さ方向（軸方向）を示す。Ｒ方向、θ方向、及びＺ方向は、互いに直交する。

図１は、本発明の一実施形態に係る回転電機のステータ１の一部斜視図である。なお、図１では、θ方向に関してステータコア２１及びコイル２２Ｕ，２２Ｖ，２２Ｗの構成の図示を一部省略しているが、図示を省略している残りの部分の構成は、図示している部分と同様の構成である。

ステータ１は、ステータコア２１と、ステータコア２１に巻装された三相のコイル２２Ｕ，２２Ｖ，２２Ｗを含むステータコイル２５と、三相のコイル２２Ｕ，２２Ｖ，２２Ｗにそれぞれ電気的に接続された三相の動力線４２Ｕ，４２Ｖ，４２Ｗと、三相の動力線４２Ｕ，４２Ｖ，４２Ｗ同士を機械的に締結する動力線締結部材４４を備える。ステータコア２１は、環状の磁性体部品であり、例えば、複数の珪素鋼鈑（電磁鋼鈑）が積層されて構成される。また、三相のコイル２２Ｕ，２２Ｖ，２２Ｗの夫々は、セグメントコイルであり、略Ｕ字状の導体セグメントを溶接により接合することで構成される。

ステータコア２１は、θ方向に沿って延びる円環状のヨーク２３と、ヨーク２３の内周面よりＲ方向内側へ突出する複数のティース２４を含む。複数のティース２４はθ方向に互いに間隔をおいて（等間隔で）配置される。θ方向に隣接するティース２４間にスロットが形成され、コイル２２Ｕ，２２Ｖ，２２Ｗはスロットを通ってティース２４に分布巻きで巻装される。各コイル２２Ｕ，２２Ｖ，２２Ｗの一端部には引出線３２Ｕ，３２Ｖ，３２Ｗが設けられる。引出線３２Ｕ，３２Ｖ，３２Ｗは、Ｒ方向の内方から外方へ延在する径方向延在部３６Ｕ，３６Ｖ，３６Ｗと、径方向延在部３６Ｕ，３６Ｖ，３６ＷのＲ方向外方側端部につながって、端側に行くに従ってＲ方向外方側に移動するようにＺ方向に対して鋭角傾斜する鋭角傾斜部３７Ｕ，３７Ｖ，３７Ｗを含む。鋭角傾斜部３７Ｕ，３７Ｖ，３７Ｗは、Ｒ方向とＺ方向で画定されるＲＺ平面上に位置してもよく、ＲＺ平面に対して鋭角に傾斜する平面上に位置してもよい。鋭角傾斜部３７Ｕ，３７Ｖ，３７Ｗには、導体素線が絶縁被膜で被膜された被膜部３８Ｕ，３８Ｖ，３８Ｗと、その被膜部３８Ｕ，３８Ｖ，３８Ｗよりも端側に配置されて導体素線が露出する素線露出部３９Ｕ，３９Ｖ，３９Ｗが設けられる。素線露出部３９Ｕ，３９Ｖ，３９Ｗは、各動力線４２Ｕ，４２Ｖ，４２Ｗの一端部５２Ｕ，５２Ｖ，５２Ｗがそれぞれ電気的に接続される接続端子として機能する。コイル２２Ｕ，２２Ｖ，２２Ｗの素線露出部３９Ｕ，３９Ｖ，３９Ｗは、θ方向に互いに間隔をおいて配置され、θ方向の一方側から他方側へ、素線露出部３９Ｕ、素線露出部３９Ｖ、素線露出部３９Ｗの順に並んで配置される。

動力線４２Ｕの一端部５２Ｕはコイル２２Ｕの素線露出部３９Ｕと溶接により接合され、動力線４２Ｖの一端部５２Ｖはコイル２２Ｖの素線露出部３９Ｖと溶接により接合され、動力線４２Ｗの一端部５２Ｗはコイル２２Ｗの素線露出部３９Ｗと溶接により接合される。溶接は、例えば、ＴＩＧ（Tungsten Inert Gas）溶接やレーザ溶接で好適に実行できる。各動力線４２Ｕ，４２Ｖ，４２Ｗの他端部には、インバータ等の外部電気回路が電気的に接続される端子６２Ｕ，６２Ｖ，６２Ｗがそれぞれ設けられる。各動力線４２Ｕ，４２Ｖ，４２Ｗは、一端部５２Ｕ，５２Ｖ，５２Ｗと端子６２Ｕ，６２Ｖ，６２Ｗ以外は、導体が絶縁被膜で覆われる。

動力線締結部材４４はステータコア２１の外周側に配置される。動力線締結部材４４には、３つの動力線挿入穴が形成され、三相の動力線４２Ｕ，４２Ｖ，４２Ｗは、一端部５２Ｕ，５２Ｖ，５２Ｗと他端部の端子６２Ｕ，６２Ｖ，６２Ｗ間の中間部が３つの動力線挿入穴に挿入された状態で動力線締結部材４４に固定される。これにより、三相の動力線４２Ｕ，４２Ｖ，４２Ｗ同士が機械的に締結される。動力線締結部材４４としては、例えば樹脂等の絶縁材料を用いることができる。

詳述しないが、回転電機は、図示しないロータを備える。ロータは、ステータ１の内周側には、ステータ１に対して間隔をおいて配設される。ステータ１とロータの中心は一致する。ロータは、回転軸の周囲に固定される環状の磁性体部品であり、例えば、複数の円環状の珪素鋼鈑（電磁鋼鈑）が積層されて構成される。ロータには、複数の永久磁石が周方向に互いに間隔をおいた状態で埋め込まれる。

回転電機は、モータ及びジェネレータのいずれか一方として機能してもよいが、モータジェネレータとして機能する場合には、次に示すように動作する。先ず、回転電機をモータとして使用する場合には、例えば、バッテリからの直流電流がインバータを介して三相交流電流に変換された後、三相交流電流が、各相の動力線４２Ｕ，４２Ｖ，４２Ｗを介して三相のコイル２２Ｕ，２２Ｖ，２２Ｗに供給される。係る三相のコイル２２Ｕ，２２Ｖ，２２Ｗに対する三相交流電流の供給によって、ティース２４が磁化されて磁極となり、磁極の位置がステータ１のθ方向に沿って移動する回転磁界が生じる。そして、ロータがその回転磁界に基づいて回動し、回転動力が生成される。

他方、回転電機をジェネレータとして使用し、電力を回生する際には、ロータが、外部からの動力によって回動すると、ロータに埋め込まれた永久磁石がロータ中心軸の回りを回転する。すると、三相のコイル２２Ｕ，２２Ｖ，２２Ｗに電磁誘導の法則に基づく誘導起電力が誘起され、交流の誘導電流が三相のコイル２２Ｕ，２２Ｖ，２２Ｗを流れる。係る誘導電流に基づく三相のコイル２２Ｕ，２２Ｖ，２２Ｗからの交流電力が、インバータで直流電力に変換された後、バッテリに供給される。

次に、図２及び図３を用いて、従来構成のステータ１０１に対する本実施形態のステータ１の優位性について説明する。なお、本発明では、引出線と動力線の接合部周辺構造において従来構造との比較において優位性が存在するが、それは、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のいずれでも同一である。よって、Ｕ相の引出線３２ＵとＵ相の動力線４２Ｕの接合部周辺構造の従来構造との比較における優位性について説明し、Ｖ相やＷ相においてＵ相に対応する接合部周辺構造の優位性については説明を省略する。図２は、ステータ１のＵ相の引出線３２ＵとＵ相の動力線４２Ｕの接合部周辺の模式図であり、図３は、従来構成のステータ１０１における図２に対応する模式図である。なお、図２及び図３において、参照番号２１,１２１は、電磁鋼鈑が積層されて構成されたステータコアである。ステータコア２１,１２１の説明は省略する。

図３に示すように、従来構造のステータ１０１では、Ｕ相のコイル１２２Ｕの一端部に設けられる引出線１３２Ｕが、径方向延在部１３６Ｕと、軸方向延在部１３７Ｕを含む。径方向延在部１３６Ｕは、Ｒ方向内方からＲ方向外方に径方向に延在し、軸方向延在部１３７Ｕは、径方向延在部１３６ＵのＲ方向の外側端部に接続され、Ｚ方向に延在する。軸方向延在部１３７Ｕは、導体素線が絶縁被膜で被膜された被膜部１３８Ｕと、被膜部１３８Ｕよりも先端側に設けられて導体素線が露出する素線露出部１３９Ｕを有する。素線露出部１３９Ｕには、動力線１４２Ｕの一端部が電気的に接続され、動力線１４２Ｕの他端部には、外部電気回路を電気的に接続するための端子１６２Ｕが設けられる。

図３に示すように、従来構造のステータ１０１では、軸方向延在部１３７ＵがＺ方向に平行に延在するため、軸方向延在部１３７Ｕの被膜部１３８Ｕと素線露出部１３９Ｕは、Ｒ方向に広がる環状の段部１４０Ｕを介して連なり、被膜部１３８Ｕの外径が素線露出部１３９Ｕの外径よりも大きい。したがって、被膜部１３８Ｕが素線露出部１３９ＵよりもＲ方向外方側に突出しているため、素線露出部１３９Ｕに電気的に接続される動力線１４２Ｕの一端部が、Ｒ方向外方側に突出する被膜部１３８Ｕに干渉し易く、被膜部１３８Ｕに乗り上げ易い。よって、動力線１４２Ｕが、動力線１４２Ｕの一端部の上記乗り上げに起因して傾き、その結果、動力線１４２Ｕの他端部に設けられる端子１６２Ｕが、Ｒ方向に対して傾斜する方向に浮き上がる端子浮きが発生して、端子１６２Ｕを高精度に位置決めしにくい。

これに対し、図２に示すように、本実施形態のステータ１によれば、Ｕ相のコイルの引出線３２Ｕが、端側に行くに従ってＲ方向外方側に移動するようにＺ方向に対してα（０°＜α＜９０°）傾斜する鋭角傾斜部３７Ｕを有し、鋭角傾斜部３７Ｕが、導体素線が絶縁被膜で被膜された被膜部３８Ｕと、被膜部３８Ｕよりも端側に設けられて導体素線が露出する素線露出部３９Ｕを含む。したがって、素線露出部３９Ｕが端側に行くに従ってＲ方向外方側に移動するため、素線露出部３９Ｕの端側が被膜部３８ＵよりもＲ方向外方側に突出し易くなる。よって、素線露出部３９Ｕに電気的に接続される動力線４２Ｕの一端部５２Ｕが被膜部３８Ｕに干渉しにくくなって、動力線４２Ｕの一端部５２Ｕを被膜部３８Ｕに無関係に素線露出部３９Ｕに精度良く接合し易い。その結果、動力線４２Ｕの他端部側の端子６２ＵがＲ方向に対して傾斜する方向に浮き上がりにくく、動力線４２Ｕの組み付け性が向上し、動力線４２Ｕの端子６２Ｕを精度高く位置決めできる。更には、動力線４２Ｕを正確な位置に矯正する際に動力線４２Ｕが被覆部３８Ｕから受ける力に起因して溶接部８３Ｕに生じる応力も低減でき、溶接品質を向上させることもできる。

なお、上記αは、鋭角であって、０°＜α＜９０°であれば如何なる角度でもよい。しかし、αの好ましい角度は、仕様によって異なり、例えば、αが、１°以上、２°以上、３°以上、４°以上、５°以上、７.５°以上、１０°以上、１２.５°以上、１５°以上、２０°以上、又は３０°以上であれば好ましい場合がある。また、αが、例えば、６０°以下、４５°以下、３０°以下、１５°、又は１２.５°以下であれば好ましい場合がある。

また、本発明は、上記実施形態およびその変形例に限定されるものではなく、本願の特許請求の範囲に記載された事項およびその均等な範囲において種々の改良や変更が可能である。

例えば、上記実施形態では、動力線４２Ｕの他端部側の端子６２ＵがＲ方向に対して傾斜する方向に浮き上がりにくく、動力線４２Ｕの端子６２Ｕを精度高く位置決めできる。よって、動力線４２Ｕ，４２Ｖ，４２Ｗを正確に位置決めするための動力線締結部材４４を省略してもよく、この場合、部品点数を低減でき、製造コストを低減できる。

また、ステータコア２１が、複数の珪素鋼鈑（電磁鋼鈑）が積層されて構成される場合について説明したが、ステータコアは、樹脂バインダと磁性材粉末を加圧成形することにより構成されてもよい。また、三相のコイル２２Ｕ，２２Ｖ，２２Ｗの夫々が、セグメントコイルであり、略Ｕ字状の導体セグメントを溶接により接合することで構成される場合について説明したが、三相のコイルは、セグメントコイル以外のコイルであってもよい。また、ステータコイルは、集中巻きで複数のティースに巻回されてもよい。このように、本発明の技術的思想は、構造が違う如何なる回転電機のステータに適用されてもよい。要は、環状のヨーク、及びθ方向に互いに間隔をおいた状態でヨークからＲ方向内側に突出する複数のティースを含むステータコアと、複数のティースに巻回されると共に、複数相のコイルを含むステータコイルと、を備え、各コイルの一端部には、端側に行くに従ってＲ方向外方側に移動するようにＺ方向に対して鋭角傾斜する鋭角傾斜部を含む引出線が設けられ、鋭角傾斜部には、導体素線が絶縁被膜で被膜された被膜部と、その被膜部よりも端側に配置されて導体素線が露出する素線露出部が設けられ、各コイルの素線露出部に一端部が電気的に接続され、他端部に端子が設けられる動力線を備えるステータであれば、上記実施形態と異なる如何なる構成が採用されてもよい。

１ ステータ、 ２１ ステータコア、 ２２Ｕ Ｕ相のコイル、 ２２Ｖ Ｖ相のコイル 、 ２２Ｗ Ｗ相のコイル、 ２３ ヨーク、 ２４ ティース、 ２５ ステータコイル、 ３２Ｕ，３２Ｖ，３２Ｗ 引出線、 ３７Ｕ，３７Ｖ，３７Ｗ 鋭角傾斜部、 ３８Ｕ，３８Ｖ，３８Ｗ 被膜部、 ３９Ｕ，３９Ｖ，３９Ｗ 素線露出部、 ４２Ｕ，４２Ｖ，４２Ｗ 動力線、 ５２Ｕ，５２Ｖ，５２Ｗ 動力線の一端部、 ６２Ｕ，６２Ｖ，６２Ｗ 動力線の端子、 Ｒ方向 ステータの径方向、 θ方向 ステータの周方向、 Ｚ方向 ステータの高さ方向（軸方向）。

Claims (1)

1. 環状のヨーク、及び前記ヨークの周方向に互いに間隔をおいた状態で前記ヨークから径方向の内側に突出する複数のティースを含むステータコアと、
   前記複数のティースに巻回されると共に、複数相のコイルを含むステータコイルと、を備え、
   前記各コイルの一端部には、端側に行くに従って前記径方向の外方側に移動するように前記ステータコアの軸方向に対して鋭角傾斜する鋭角傾斜部を含む引出線が設けられ、
   前記鋭角傾斜部には、導体素線が絶縁被膜で被膜された被膜部と、その被膜部よりも前記端側に配置されて前記導体素線が露出する素線露出部が設けられ、
   前記各コイルの前記素線露出部に一端部が電気的に接続され、他端部に端子が設けられる動力線を更に備え、
   前記鋭角傾斜部が、前記径方向の内方から外方へ延在する径方向延在部における前記径方向の外方側の端部から前記軸方向に対して鋭角傾斜する方向に延在し、
   前記動力線の前記端子が、前記軸方向に直交する平面に略平行に広がっており、
   複数相の前記動力線は、動力線締結部材で締結されていなくて、前記複数相の動力線の夫々が前記動力線締結部材から力を受けることがなく、
   前記動力線が前記被膜部に接触していない、回転電機のステータ。

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