JP2000156961A - 回転電気機器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 固定子に電機子巻線を有する回転電気機器に
おいて、固定子の電機子巻線の端末を電源接続線に接続
するための配線処理を単純かつ簡単にし、組立性を良く
し、鉄心のスロット数が増えても端末処理の困難性が高
まるのを防ぎ、端末処理部分が嵩張らず全体の小型化を
可能にする。 【解決手段】 電気導体は銅の厚板や太線としてその電
流通路の断面積を十分に大きく確保するのがよく、例え
ば電機子巻線の断面積と同等もしくはこれより大とする
のが望ましい。電気導体には絶縁基板の外周縁に臨んで
開いた切込みを設け、電機巻線の端末をこれらの切込み
に係止させるようにすれば、端末処理は一層容易にな
る。電機子巻線接続用配線板を、固定子の鉄心に保持さ
れた巻線用ガイド部材に保持することは固定子と同心に
保持するために好ましいことであるが、固定子を収容す
るケースの内面に保持してもよい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、固定子に電機子
巻線を有するブラシレスＤＣモータやフラマグや発電機
などの回転電気機器に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ブラシレスＤＣモータや、フライホイー
ルマグネト（フラマグ）や、発電機などの回転電気機器
において、固定子に電機子巻線を有するものは多く知ら
れている。この種の回転電気機器では固定子の巻線が鉄
心の両側に突出するが、従来は各巻線の端末をそれぞれ
手作業で外部の電源接続線に個別に接続しはんだ付けし
ていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら固定子の
両端には巻線が突出した部分（コイルエンドという）が
でき、ここにさらに各巻線の端末を電源接続線に手作業
で接続すると各巻線の端末の配線が繁雑になり、端末処
理が面倒で組立性も悪いという問題があった。特に鉄心
の極数（スロット数）が増えると、この端末処理が著し
く複雑で困難性が高くなると共に、端末処理の部分が嵩
張って全体が大型化するという問題もあった。

【０００４】一方電動車両などの移動体の動力用とし
て、ブラシレスＤＣモータを用いることが近年検討され
ている。このモータは永久磁石付きの回転子（ロータ）
を用いるが、近年高性能な永久磁石が次々と開発される
に伴って、小型・高出力化が可能になったためである。
しかし移動体は動力源として通常バッテリを用いるた
め、低電圧・大電流で駆動する必要がある。

【０００５】このため固定子の電機子巻線に供給する電
流も大きくなり、これに伴って、電機子巻線の線径も大
きくする必要が生じる。そこで従来は太径の導線を鉄心
に巻き付けていたが、導線が太くなると曲げにくくなる
ためその端末処理の困難性は一層大きくなり、端末処理
部分の嵩張りが大きくなり、一層大型化する。

【０００６】本発明はこのような事情に鑑みなされたも
のであり、固定子の電機子巻線の端末を電源接続線に接
続するための配線処理を単純かつ簡単にし、組立性を良
くし、鉄心のスロット数が増えても端末処理の困難性が
高まることがなく、端末処理部分が嵩張らず全体を小型
化するのに適する回転電気機器を提供することを目的と
する。

【０００７】

【発明の構成】本発明によればこの目的は、固定子に電
機子巻線を有する回転電気機器において、環状の絶縁基
板に大電流用の電気導体が固定された電機子巻線接続用
配線板を前記固定子の一側に備え、前記電機子巻線の端
末が前記電気導体を介して電源接続線に接続されている
ことを特徴とする回転電気機器、により達成される。

【０００８】電気導体は銅の厚板や太線としてその電流
通路の断面積を十分に大きく確保するのがよく、例えば
電機子巻線の断面積と同等もしくはこれより大とするの
が望ましい。この電気導体は接着剤で絶縁基板に接着固
定するのが作業が簡単になり望ましいが、接着に代えあ
るいは接着と共にリベットやビスなどを用いてもよい。
電気導体には絶縁基板の外周縁に臨んで開いた切込みを
設け、電機巻線の端末をこれらの切込みに係止させるよ
うにすれば、端末処理は一層容易になる。

【０００９】電機子巻線接続用配線板を、固定子の鉄心
に保持された巻線用ガイド部材に保持することは固定子
と同心に保持するために好ましいことであるが、固定子
を収容するケースの内面に保持してもよい。

【００１０】電機子巻線は三相交流で励磁する場合に
は、スター結線として、各巻線の中性点側の端末を接続
する環状の電気導体を絶縁基板の一側面に固定し、各巻
線の非中性点側の端末を接続するための３つの電気導体
を絶縁基板の他側面に固定することが可能であり、この
場合は絶縁基板の両面を有効利用して簡潔な配線構成が
可能になる。

【００１１】絶縁基板は電気導体を固定した面を絶縁コ
ーティングしておくのが望ましい。また電機子巻線には
１本の太径のエナメル線を用いることは可能であるが、
複数の細径のエナメル線を撚って互いに接着した撚り線
とすれば、この撚り線が柔軟性に富むので巻線を嵩張る
ことなく高密度に巻いて小型化に適すると共に、その端
末処理の作業性も向上して組立性が一層向上する。

【００１２】

【実施態様】図１は本発明に係るブラシレスＤＣモータ
の一実施態様を示す側断面図、図２は固定子およびホー
ル素子の配置を示す右側面図、図３は回転子の側断面
図、図４は同じく右側面視図、図５は図３におけるＶ−
Ｖ線断面図、図６は回転子の分解斜視図、図７は環状シ
ートの構造を示す断面図である。また図８は電機子巻線
接続用配線板の右側面図、図９は同じく左側面図、図１
０は電機子巻線の結線図である。

【００１３】図１，２において符号１０はインナーロー
タ型のブラシレスＤＣモータであり、３相交流同期型電
動機である。このモータ１０はケース本体１２の内面に
嵌め込まれ固定された固定子１４と、ケース本体１２お
よびケース蓋１６とに軸受１８，２０によって回転自在
に保持された回転子２２とを持つ。なお回転子２２の一
端はケース本体１２を貫通して突出し、この突出端がモ
ータ出力取出用の歯車２４となっている。

【００１４】固定子１４は図２に示すように内径方向に
向って突出する９個の界磁鉄心２６を持ち、各鉄心２６
には電機子巻線２８（図１参照）が巻付けられている。
すなわちこの界磁鉄心２６は、一定形状に打ち抜いた軟
鉄板を積み重ね一体化した鉄板積層体３０で形成され、
この積層体３０の両端に樹脂製の巻線用ガイド部材とし
てのプレート３２，３４を重ね、各プレート３２，３４
に形成した爪を各鉄心２６に嵌め合わせたうえで、各鉄
心２６に電機子巻線２８を巻付けたものである。

【００１５】電機子巻線２８に用いる電線としては、１
本の銅線を絶縁材で被覆した太径のエナメル線であって
もよいが、複数本（例えば７本）の細径のエナメル線を
撚って１本にまとめた撚り線が好適である。このような
撚り線は柔軟であるのでこれを用いることにより電機子
巻線２８を嵩張ることなく鉄心に沿わせて曲げることが
可能になり、巻線２８の両端から外側（回転子の長手方
向）に突出するコイルエンド２８Ａ（図１参照）を小さ
くすることが可能になる。また巻線２８の端末処理を容
易にすることができる。９個の電機子巻線２８は３つの
組に分けられて後記配線板６４を介して各組に３相交流
の各Ｕ，Ｖ，Ｗ相電流を流すことによって固定子１４の
中心部に回転磁界を形成する。

【００１６】回転子２２は図３〜６に示すように、回転
軸３６とこの回転軸３６に嵌合され接着固定されたヨー
ク３８と、このヨーク３８の外周面に接着固定された８
個の永久磁石４０とを持つ。ヨーク３８は軟鉄板を型抜
きし積層したものであり、前記固定子１４の鉄板積層体
３０を型抜きした際に残る材料を利用して作ることがで
きる。なお永久磁石４０としてはネオジウム系のものが
最適である。この永久磁石４０は無着磁の状態でヨーク
３８に接着固定され、固着後に半径方向に着磁する。

【００１７】回転子２２の一端面、すなわちヨーク３８
の一端面には磁極位置検出用の磁石保持リング４２が固
定されている。この磁石保持リング４２は樹脂製の環状
部材４４と、薄板状の環状シート４６とを接着したもの
であり、電機子巻線２８のコイルエンド２８Ａの内径側
に入るようにその外径が決められている。この実施態様
ではこの磁石保持リング４２の外径は回転子２２の外径
よりも僅かに小さい。環状部材４４は、環状シート４６
と反対側に端面がヨーク３８にまた内周面が回転軸３６
に接着固定される。

【００１８】環状シート４６は、図７に示すようにポリ
エステル樹脂製の基板４８と、この基板４８の一方の面
に周方向に等間隔に形成した９個の凹部５０に充填した
薄板状磁石５２と、この薄板状磁石５２を覆う透明アク
リル樹脂製の保護膜５４と、基板４８の他方の面に塗布
されたアクリル系接着樹脂層５６と、この接着樹脂層５
６に接着され剥離可能な保護フィルム５８とを持つ。こ
の保護フィルム５８を剥がすことによって環状シート４
６を環状部材４４に接着するものである。

【００１９】ここに用いる薄板状磁石５２は、粉末状あ
るいは微粒子状の磁石をアクリル系樹脂などに混入して
ペースト状としたもの（ペースト状磁石）を固形化させ
て作ることができる。ここに用いる磁石としては、例え
ばＮｄ−Ｆｅ−Ｂ（ネオジウム−鉄−ボロン）などの稀
土類パウダー磁石が適する。この磁石５２は、固形化し
た後にその厚さ方向（回転軸３６の長手方向）に着磁さ
れる。

【００２０】環状シート４６は保護フィルム５８を接着
した状態で製造者より供給され、モータ１０の組立時に
保護フィルム５８を剥がして環状部材４４に接着して用
いることができる。この時回転子２２の永久磁石４０と
環状シート４６の薄板状磁石５２との間の吸引力・反発
力を利用して、自動的に回転方向の位置決めを行うこと
ができる。

【００２１】具体的なやり方としては、例えば回転子２
２の回転軸３６を垂直に立て、環状シート４６を接着し
た環状部材４４を回転子２２の上面に載せれば、磁石４
０の軸方向の端面から上方へ向う（または下方へ向う）
磁束と薄板状磁石５２の垂直方向（回転軸３６と平行方
向）の磁束との相互作用により、環状シート４６が所定
の周方向の角度位置で永久磁石４０に吸引され環状部材
４４はその位置に保持される。この状態で位置決めの目
印を付け、環状部材４４に接着剤を塗布してヨーク３８
および回転軸３６に固定すればよい。

【００２２】また別のやり方としては、環状部材４４を
予め回転子２２に接着した後、環状シート４６を保護フ
ィルム５８を付けた状態で前記したように位置決めし、
目印を付けてから保護フィルム５８を剥がして環状部材
４４に接着してもよい。さらに環状シート４６に可撓性
を持たせる一方、保護フィルム５８を複数部分に分割し
て剥離可能にしておけば、次のようにして接着できる。
すなわち前記と同様に位置決めし、指先で環状シート４
８の周縁付近の一部を押さえて、位置ずれを防ぎつつ、
反対側を環状部材４４から浮き上げるようにして保護フ
ィルム５８の一部を剥離し接着する。そしてこの接着し
た部分を指先で押さえて非接着部分を環状部材４４から
浮き上がらせて残りの保護フィルム５８を剥離すればよ
い。

【００２３】このように回転子２２に固定した環状部材
４４および環状シート４６からなる磁石保持リング４２
は、図１に示すように電機子巻線２８のコイルエンド２
８Ａの内径側に収まる。環状シート４６の薄板状磁石５
２には、回転子２２の回転角度位置を検出するための磁
気センサとしての３個のホール素子６０が回転軸３６の
長手方向に対向している。図１，２において符号６２は
これらのホール素子６０を保持するための環状のセンサ
保持板である。

【００２４】このセンサ保持板６２は、前記固定子１４
のプレート３４に嵌合固定した環状の配線板６４に３本
のビス６６によって固定される。なおビス６６の係合孔
６８（図２）は円周方向に長い長孔とされ、センサ保持
板６２の回転方向の固定位置を調整可能にしている。各
ホール素子６０は表面実装型のものであり、センサ保持
板６２に形成したプリント配線回路（図示せず）に表面
実装されてコネクタ７０に接続され、このコネクタ７０
を介して外部の制御装置（図示せず）に接続される。

【００２５】次に配線板６４を図１，８，９に基づいて
説明する。この配線板６４は環状の絶縁基板７２と、こ
の基板７２の一方の面に接着固定された環状の電気導体
７４と、他方の面に接着された３個の電気導体７６，７
８，８０とを持つ。基板７２はガラス布や紙などの基材
にフェノール樹脂などの熱硬化性樹脂を含浸させ硬化さ
せたものである。

【００２６】環状の電気導体７４は図９に示すように、
基板７２の左側（図１で固定子１４側）の面に基板７２
と同心に接着により固定されている。この電気導体７４
には基板７２の外周に臨んで開く３つの切込み７４Ａが
等間隔（１２０°間隔）に形成されている。すなわち３
つの切込み７４Ａは、図８に示すように基板７２に形成
した切込みに重なるように形成され切込み７４Ａの内縁
が基板７２の切込みの内縁より内側に位置する。

【００２７】３つの電気導体７６，７８，８０は図８に
示すように、基板７２の右側（図１で固定子１４の反対
側）の面に接着固定されている。３つの電気導体７６，
７８，８０にはそれぞれ１つずつの切込み７６Ａ、７８
Ａ、８０Ａが形成され、これらの切込み７６Ａ、７８
Ａ、８０Ａは前記環状の電機導体７４に設けた３つの切
込み７４Ａの間から基板７２の外周に臨む。すなわち３
つの切込み７４Ａの間隔（１２０°）の中間に各切込み
７６Ａ、７８Ａ、８０Ａは位置する。これらの切込み７
６Ａ、７８Ａ、８０Ａは前記切込み７４Ａと同様に、基
板７２に形成した切込みに重なるように形成され、それ
らの内縁が基板７２の切込みの内縁より僅かに内側に位
置する。

【００２８】３つの電気導体７６，７８，８０は図８に
示すように、電気導体７４の１つの切込み７４Ａ（図８
の下部）と電気導体８０の切込み８０Ａとの間から外周
に臨むように延びている。そして切込み７４Ａと８０Ａ
との間で、基板７２および電気導体７６，７８，８０を
貫通する３本の電源接続線８２がこれらの電気導体７
６，７８，８０にそれぞれ接続されている。

【００２９】ここに用いられる電気導体７４，７６，７
８，８０は十分な厚さを有する銅板を型抜き形成したも
のであり、これらの電流の流路断面積は十分に大きく確
保されて電気抵抗が電機子巻線２８の大電流を導くのに
適するように設定されている。配線板６４の両面は絶縁
層でコーティングされている。また基板７２の内周側に
は電気導体７４，７６，７８，８０に接触しない位置に
３個のナット８４がカシメにより固定されている。これ
らのナット８４には前記センサ保持板６２を固定するた
めのビス６６が螺入される。

【００３０】この配線板６４には９個の電機子巻線２８
が３つの組に２８Ａ、２８Ｂ、２８Ｃに分けられ、各巻
線２８の組２８Ａ、２８Ｂ、２８Ｃは図１０に示すよう
にスター型に結線される。すなわち各組２８Ａ、２８
Ｂ、２８Ｃの中性点側が環状の電気導体７４に接続さ
れ、非中性点側が３個の電気導体７６，７８，８０にそ
れぞれ接続されている。

【００３１】ここに各組２８Ａ、２８Ｂ、２８Ｃの中性
点側の端末は、配線板６４の外周とケース本体１２の内
壁面との間を通してケース本体１２のケース蓋１６を取
外した時に現れる開口側に導き出され、環状の電気導体
７４の３つの切込み７４Ａにそれぞれ嵌め込まれて仮止
めされる。同様に各組２８Ａ、２８Ｂ、２８Ｃの非中性
点側の端末は配線板６４の外周とケース本体１２の内壁
面との間を通して外へ導き出され、それぞれ切込み７６
Ａ、７８Ａ、８０Ａに嵌め込まれて仮止めされる。

【００３２】そして全ての切込み７４Ａ、７６Ａ、７８
Ａ、８０Ａにそれぞれ各巻線２８の組２８Ａ、２８Ｂ、
２８Ｃの端末がはんだ付けされ、余って不用となった巻
線２８の端末が切り除かれる。なおこのはんだ付けの際
に加わる熱により巻線２８の撚り線を被覆するエナメル
は除去され、はんだ付けは能率良く行うことができる。

【００３３】この実施態様によれば、磁石保持リング４
２は図１に示すように電機子巻線２８のコイルエンド２
８Ａの内側に収まっている。また環状シート４６に保持
した薄板状磁石５２にはその厚さ方向すなわち回転軸３
６と平行に着磁したから、ホール素子６０は図７に示す
ようにこの磁石５２に回転軸３６と平行な方向に隣接し
対向するように配設して磁石５２の磁束７４がホール素
子６０を通り易くすることができる。このためホール素
子６０が電機子巻線２８のコイルエンド２８Ａと干渉せ
ず、センサ保持板６２をコイルエンド２８Ａに接近させ
ることができる。この結果モータ１０の小型化、特に回
転軸方向の寸法を小さくすることが可能になる。

【００３４】この実施態様では配線板６４の電気導体７
４，７６，７８，８０を銅の厚板を型抜き形成して用い
たが、厚板にはアルミニウムなど導電性の良い他の材料
を用いてもよい。また厚板に代えて太径のエナメル被覆
導線などの導線を用いてもよい。なお電気導体７４，７
６，７８，８０は、リベットやビスなどであるいはこれ
らと接着剤を併用して基板７２に固定してもよい。また
巻線２８はスター結線として中性点側をつなぐ電気導体
７４と他の電気導体７６，７８，８０とを基板７２の異
なる面に分けて接着したから、全ての切込み７４Ａ、７
６Ａ、７８Ａ、８０Ａを全て基板７２の外周に配置する
ことが可能になった。

【００３５】このため切込み７４Ａ、７６Ａ、７８Ａ、
８０Ａに嵌め込めば電気的接続が確実に行われはんだ付
けする作業がし易くなる。またこれらのはんだ付けした
各巻線の端末は、ホール素子を保持するセンサ保持板６
２と干渉せずにこのセンサ保持板６２の径方向の外側に
位置させることができ、モータ１０の小型化が図れる。
なお配線板６４は前記実施態様では巻線用ガイド部板と
してのプレート３２に係止させたが、ケース本体１２の
内壁面に係止させてその回転方向の位置決めもできるよ
うにしてもよい。

【００３６】この実施態様はこの発明をブラシレスＤＣ
モータの固定子に適用したものであるが、この発明は固
定子巻線を有する回転電気機器に適用可能であって、所
期の効果が得られるものである。例えば永久磁石式の回
転子を持ったフライホイールマグネト（フラマグ）など
の発電機、ブラシ付きの直流モータや発電機などにも適
用でき、本発明はこのようなものを包含する。

【００３７】

【発明の効果】請求項１の発明は以上のように、環状の
絶縁基板に大電流用の電気導体を固定した電機子巻線接
続用の配線板を固定子の一側に設け、電機子巻線の端末
をこれら電気導体を介して電源接続線に接続したもので
あるから、電機子巻線の端末処理を単純かつ簡単にし、
モータの組立性を良くすることができる。このため鉄心
の極数（スロット数）が増えても巻線の端末処理の困難
性が高まることがなく、端末処理部分が嵩張らずモータ
の小型化が図れる。

【００３８】ここに少なくとも一部の電気導体には、基
板の外周縁に臨んで開く切込みを形成しておけば、巻線
の端末をこの切込みに係止させて接続することができ、
配線の作業性が良い（請求項２）。配線板は電機子巻線
を巻付ける巻線用ガイド部材に保持することができ、こ
の場合には配線板を簡単な構造で固定子に接近させて保
持できることになり、構成の簡素化と小型化とが一層図
れる（請求項３）。

【００３９】電機子巻線は三相交流駆動としてスター結
線とすれば、各巻線の中性点側を基板の一方の面に接着
した環状の電気導体に接続し他方の面に各巻線の非中性
点側を接続する３つの電気導体を接着することにより、
基板の両面を利用して各電気導体を交差させることなく
配置することができ、合理的な配置が可能になる（請求
項４）。

【００４０】基板は少なくとも電気導体を接着した面を
絶縁層でコーティングしておけば、万一導電性のゴミや
水滴が浸入して付着することがあっても常に正確な動作
をさせることが可能である（請求項５）。さらにここに
用いる巻線用の線は、複数本のエナメル線を撚って１本
とした撚り線が好適である。この撚り線はしなやかで曲
げ易いため、固定子のコイルエンドが嵩張らず、巻線の
端末を配線板に接続する際の作業性が向上するからであ
る（請求項６）。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す側断面図

【図２】固定子およびホール素子の配置を示す右側面図

【図３】回転子の側断面図

【図４】同じく右側面図

【図５】図３におけるＶ−Ｖ線断面図

【図６】回転子の分解斜視図

【図７】環状シートの断面図

【図８】配線板の右側面図

【図９】同じく左側面図

【図１０】電機子巻線の結線図

【符号の説明】

１０ ブラシレスＤＣモータ １４ 固定子 ２８ 電機子巻線 ２８Ａ コイルエンド ３２ 巻線用ガイド部材としてのプレート ３６ 回転軸 ３８ ヨーク ４０ 永久磁石 ６２ センサ保持板 ６４ 電機子巻線接続用の配線板 ７２ 絶縁基板 ７４ 環状の電気導体 ７６、７８、８０ 電気導体 ８２ 電源接続線 ７４Ａ、７６Ａ、７８Ａ、８０Ａ 切込み

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5H019 AA07 AA10 BB01 BB05 BB15 BB19 BB22 CC03 CC09 DD01 EE01 EE09 EE14 FF00 FF01 GG00 5H604 AA08 BB01 BB07 BB14 BB17 CC01 CC05 CC16 DA06 DA14 DB02 DB14 DB15 PB01 PC01 QB04 QB14

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 固定子に電機子巻線を有する回転電気機
   器において、環状の絶縁基板に大電流用の電気導体が固
   定された電機子巻線接続用配線板を前記固定子の一側に
   備え、前記電機子巻線の端末が前記電気導体を介して電
   源接続線に接続されていることを特徴とする回転電気機
   器。
2. 【請求項２】 前記電気導体には前記絶縁基板の外周縁
   に臨む切込みが形成され、前記電機子巻線の端末は前記
   切込みに係止されている請求項１の回転電気機器。
3. 【請求項３】 前記電機子巻線は固定子の鉄心に保持し
   た巻線用ガイド部材に巻付けられ、前記電機子巻線接続
   用配線板は前記巻線用ガイド部材に保持されている請求
   項１または２の回転電気機器。
4. 【請求項４】 前記電機子巻線は三相交流用にスター型
   に結線され、各巻線の中性点側の端末を接続するための
   環状の電気導体が前記絶縁基板の一側面に固定され、各
   巻線の非中性点側の端末を接続するための３つの電気導
   体が前記絶縁基板の他側面に固定されている請求項１〜
   ３のいずれかの回転電気機器。
5. 【請求項５】 絶縁基板の前記電気導体を固定した面は
   絶縁層でコーティングされている請求項前１〜４のいず
   れかの回転電気機器。
6. 【請求項６】 電機子巻線には複数本のエナメル線を撚
   って１本にまとめた撚り線が使われている請求項１〜５
   のいずれかの回転電気機器。