JP2005253266A - 電動機巻線の結線構造 - Google Patents

Abstract

【課題】電動機内のレイアウトを制約することなく且つ電動機の重量を増やさずに中性点を分散させる電動機巻線の結線構造及び複数のコイルを備えるアウターコア或いはインナーコアの発熱を抑えて電動機の磁気的な性能を維持したまま中性点を分散させる電動機巻線の結線構造を提供する。
【解決手段】アウターコア２と、アウターコア２の内側に配置されたインナーコア３と、アウターコア２の外側に配置されたハウジング５とを備えた電動機において、アウターコア２又はインナーコア３が回転磁界を発生させる複数のコイル１ｕ、１ｖ、１ｗを備え、複数のコイル１ｕ、１ｖ、１ｗの巻線一端６はハウジング５にそれぞれ直接接続されている。
【選択図】図１

Description

本発明は電動機巻線の結線構造に関し、特に、中性点を形成するコイルの巻線一端の結線構造に関する。

図７及び図８に示すように、従来から、回転磁界を発生させるための複数のコイル５１ｕ、５１ｖ、５１ｗを備えたステータ５２と、ステータ５２の内側に配置され、複数の永久磁石５４を備えたロータ５３とを有するモータなどの電動機が知られている（特許文献１乃至４など参照）。これらの電動機は３相交流電動機であり、各相のコイル５１ｕ、５１ｖ、５１ｗは星型結線されている。各相のコイル５１ｕ、５１ｖ、５１ｗの巻線一端を中性点として１つにまとめて１箇所で結線してしまうと中性点が高熱になってしまい、電動機の性能が低下してしまう。そこで、特許文献１乃至４に開示された電動機は、以下に述べる方法により巻線一端（中性点）を分散して結線している。

即ち、図７に示すように、特許文献１乃至３に開示された電動機において、中性点を形成するコイル５１ｕ、５１ｖ、５１ｗの巻線一端はステータ５２の外周に配置された中性点用導体５７にそれぞれ接続されている。また、図８に示すように、特許文献４に開示された電動機において、上記巻線一端はステータ５２にそれぞれ接続されている。
特開２０００−１９７３１１号公報 特開２００３−０７９０７９号公報 特開２００２−１７１７０８号公報 特開平０８−０１９１９６号公報

特許文献１乃至３に開示された図７の電動機では、ステータ５２やハウジングとは別に設けられた中性点用導体５７を用いて中性点の結線を行い、中性点近傍での抜熱性及び結線作業性の向上を図っているため、（１）電動機内に中性点用導体５７を入れるスペースが必要となる上、更に中性点用導体５７を絶縁部５８にて絶縁しなければならないため、レイアウトに制約が生じる。（２）また、中性点用導体５７自体は磁気回路上意味を持たないので、そのまま電動機の重量増になる。

また、特許文献４に開示された図８の電動機では、中性点をステータ５２の磁性材に直接接続することで、中性点の結線作業性の向上を図っているため、（３）ステータ５２も発熱するため、高温になる中性点によって熱的に不利である。（４）また、ステータ５２に穴があくと磁気的な性能が悪化してしまうため、ボルト締結で中性点を結線すると電動機の性能が低下してしまう。そうだからといって、ハンダによる結線はボルト締結による結線に比べ作業性が悪い。

本発明の特徴は、アウターコアと、アウターコアの内側に配置されたインナーコアと、アウターコアの外側に配置されたハウジングとを備えた電動機において、アウターコア又はインナーコアが回転磁界を発生させる複数のコイルを備え、複数のコイルの巻線一端はハウジングにそれぞれ直接接続されている電動機巻線の結線構造であることを要旨とする。

本発明によれば、複数のコイルの巻線一端をハウジングに接続することで、電動機内のレイアウトを制約することなく、且つ電動機の重量を増やさずに中性点を分散させる電動機巻線の結線構造を提供することが出来る。

また、複数のコイルを備えるアウターコア或いはインナーコアの発熱を抑えて電動機の磁気的な性能を維持したまま中性点を分散させる電動機巻線の結線構造を提供することが出来る。

更に、ハウジングが水路を有する場合はハウジングの抜熱性が更に高まるため、複数のコイルの巻線一端をハウジングに接続することで中性点近傍の温度を低減することが可能となり、電動機の連続出力限界を向上させる電動機巻線の結線構造を提供することができる。

以下図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。図面の記載において同一あるいは類似の部分には同一あるいは類似な符号を付している。

（電動機の構造）
図１に示すように、本発明の実施の形態に係わる電動機の一例としての３相交流電動機は、複数のコイル１ｕ、１ｖ、１ｗを備えた中空円筒状のアウターコア（以後、「ステータ２」という）と、ステータ２の内側に配置された複数の永久磁石４を備えたインナーコア（以後、「ロータ３」という）と、ステータ２の外側に配置されたハウジング５とを有する。

複数のコイル１ｕ、１ｖ、１ｗは、Ｕ相コイル１ｕ、Ｖ相コイル１ｖ、Ｗ相コイル１ｗから成り、各相のコイル１ｕ、１ｖ、１ｗは星型結線されている。各相のコイル１ｕ、１ｖ、１ｗの巻線一端は中性点としてハウジング５にそれぞれ直接接続されている。以後、中性点を形成する各相のコイル１ｕ、１ｖ、１ｗの巻線一端を「中性線６」と呼ぶ。複数のコイル１ｕ、１ｖ、１ｗの巻線他端は、それぞれＵ相電力線、Ｖ相電力線、Ｗ相電力線に接続されている。中性線６のハウジング５への接続方法は、ハンダによる方法、及び後述するボルト締結、溶接などを用いることが出来る。

複数のコイル１ｕ、１ｖ、１ｗにＵ相電力、Ｖ相電力、Ｗ相電力がそれぞれ供給され、複数のコイル１ｕ、１ｖ、１ｗは回転磁界を発生する。複数の永久磁石４はこの回転磁界の作用によって回転トルクを発生し、ロータ３はステータ２に対して回転する。

なお、図２に示すように、中性線６が直接接続されたハウジング５は接地されていることが望ましい。

図３に示すように、図１の３相交流電動機の回路構成は、インバータの部分と、モータ（コイル）の部分とから成り、インバータの部分では、電源７に対して、６つのインバータInv₁〜Inv₆が２つづつ並列に接続されている。モータ（コイル）の部分では、Ｕ相コイル１ｕ、Ｖ相コイル１ｖ、Ｗ相コイル１ｗの中性線６が１つにまとめられて中性点を構成し、中性点はハウジング５を介して接地電位に接続されている。また、Ｕ相コイル１ｕの巻線他端がインバータInv₁とインバータInv₄の間にＵ相電力線を介して接続され、Ｖ相コイル１ｖの巻線他端がインバータInv₂とインバータInv₅の間にＶ相電力線を介して接続され、Ｗ相コイル１ｗの巻線他端がインバータInv₃とインバータInv₆の間にＷ相電力線を介して接続されている。

以上説明したように、実施の形態に係わる３相交流電動機によれば、中性線６をハウジング５に直接接続することにより、中性線６をハウジング５の各部に分散して接続することができるので、中性線端子の集中が防げ、電動機の発熱が抑えられる。また、ハウジング５は抜熱性が高く、ハウジング５が水路を有する場合はさらに抜熱性が高まるため、中性線６をハウジング５に接続することで中性点近傍の温度を低減することが可能となり、電動機の連続出力限界を向上させることができる。

また、中性線６が接続されたハウジング５を接地することにより、ハウジング５の電位が０となるため、ハウジング５を絶縁する必要がなくなり、漏電、感電の危険性が少なくなる。

（電動機巻線の結線構造）
中性線６のハウジング５への接続方法は、ハンダによる方法に限られず、以下に示す様々な方法を用いることができる。

図４に示すように、中性線６の接続端子（中性線端子）９は、ボルト８の締結によりハウジング５にそれぞれ接続されていても構わない。具体的には、中性線端子９は導線１０とその外周を被覆するエナメル１１とからなり、中性線端子９の先端部分のエナメル１１が剥がされて導線１０が露出し、露出した導線１０がボルト８の締結により直接ハウジング５に固着され、電気的接続が実現されている。図４では、１つの中性線端子９を１つのボルト８で固着した場合を示している。

また、図５に示すように、複数（図５では例えば６つ）の中性線端子９ａ〜９ｆをハウジング５に対して並べて配置し、各中性線端子９ａ〜９ｆを図４と同様にしてその先端部分のエナメル１１ａ〜１１ｆを剥がして導線１０ａ〜１０ｆを露出させ、露出した複数の導線１０ａ〜１０ｆの上から座金１２を当てて座金１２をボルト８ａ、８ｂで締結しても構わない。なお、「座金１２」は、複数の接続部位（例えば、導線１０ａ〜１０ｆ）を同時に被接続部位（例えば、ハウジング５）に押し当てて接続する機能を有する。座金１２により導線１０ａ〜１０ｆはハウジング５に固着され、電気的接続が実現される。即ち、コイル１ｕ、１ｖ、１ｗの巻線一端（中性線６）は、ボルト締結によりハウジング５に接続された座金１２により、同時にハウジング５に押し当てられハウジング５に接続されていても構わない。

更に、図６に示すように、複数（図６では例えば６つ）の中性線端子９ａ〜９ｆをハウジング５に対して並べて配置し、各中性線端子９ａ〜９ｆを図４と同様にしてその先端部分のエナメル１１ａ〜１１ｆを剥がして導線１０ａ〜１０ｆを露出させ、露出した複数の導線１０ａ〜１０ｆの上から座金１２を当てて座金１２を溶接１３ａ、１３ｂでハウジング５に接合しても構わない。座金１２により導線１０ａ〜１０ｆはハウジング５に固着され、電気的接続が実現される。即ち、コイル１ｕ、１ｖ、１ｗの巻線一端（中性線６）は、座金１２を溶接１３ａ、１３ｂでハウジング５に接合することにより、溶接１３ａ、１３ｂの際の熱により中性線６の端子表面を被覆しているエナメル１１ａ〜１１ｆを溶かして接続されていても構わない。

以上説明したように、実施の形態に係わる電動機巻線の結線構造によれば、図４のようにボルト８の締結により中性線６をハウジング５に接合することにより、ハンダによる締結に比べ、結線作業性が向上する。

また、図５のように座金１２により複数の中性線端子９ａ〜９ｆが同時にハウジング５に押し当てられ、複数の中性線端子９ａ〜９ｆをハウジング５に接合することにより、複数の中性線端子９ａ〜９ｆを同時に結線できるので、結線の工数が低減できる。

更に、図６のように座金１２を溶接１３ａ、１３ｂでハウジング５と接合することにより、溶接１３ａ、１３ｂの際の熱で中性線端子９ａ〜９ｆのエナメル１１ａ〜１１ｆを溶かし、中性線端子９ａ〜９ｆを接合させることにより、中性線端子９ａ〜９ｆのエナメル１１ａ〜１１ｆを剥ぐ必要がなくなるため、結線の工数が低減できる。溶け出したエナメル１１ａ〜１１ｆ等が冷えて固まることで中性線端子９ａ〜９ｆが抜けにくくなり、短絡の危険性が減少する。

（その他の実施の形態）
上記のように、本発明は、１つの実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。

例えば実施の形態においては、ステータ２が複数のコイル１ｕ、１ｖ、１ｗを備え、ロータ３が複数の永久磁石４を備えた場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。ロータ３が複数のコイル１ｕ、１ｖ、１ｗを備え、ステータ２が複数の永久磁石４を備えていても構わない。

このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を包含するということを理解すべきである。したがって、本発明はこの開示から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ限定されるものである。

本発明の実施の形態に係わる電動機の一例としての３相交流電動機を示す平面図である。 図１に示した３相交流電動機においてハウジングを接地した場合を示す平面図である。 図１に示した３相交流電動機の回路構成を示す回路図である。 図１に示した３相交流電動機におけるコイルの巻線一端の結線構造の一例を示す平面図である。 図１に示した３相交流電動機におけるコイルの巻線一端の結線構造の他の例を示す平面図である。 図１に示した３相交流電動機におけるコイルの巻線一端の結線構造の更に他の例を示す平面図である。 従来技術に係わる電動機巻線の結線構造の一例を示す平面図である。 従来技術に係わる電動機巻線の結線構造の他の例を示す平面図である。

符号の説明

１ｕ…Ｕ相コイル
１ｖ…Ｖ相コイル
１ｗ…Ｗ相コイル
２…アウターコアの一例としてのステータ
３…インナーコアの一例としてのロータ
４…永久磁石
５…ハウジング
６…巻線一端（中性線）
７…電源
８、８ａ、８ｂ…ボルト
９、９ａ〜９ｆ…中性線端子
１０、１０ａ〜１０ｆ…導線
１１、１１ａ〜１１ｆ…エナメル
１２…座金
１３ａ、１３ｂ…溶接
５１ｕ、５１ｖ、５１ｗ…コイル
５２…ステータ
５３…ロータ
５４…永久磁石
５７…中性点用導体
５８…絶縁部

Claims (5)

1. アウターコアと、前記アウターコアの内側に配置されたインナーコアと、前記アウターコアの外側に配置されたハウジングとを備えた電動機において、前記アウターコア又は前記インナーコアが回転磁界を発生させる複数のコイルを備え、前記複数のコイルの巻線一端は前記ハウジングにそれぞれ直接接続されていることを特徴とする電動機巻線の結線構造。
2. 前記ハウジングは接地されていることを特徴とする請求項１記載の電動機巻線の結線構造。
3. 前記巻線一端はボルト締結により前記ハウジングにそれぞれ接続されていることを特徴とする請求項１又は２記載の電動機巻線の結線構造。
4. 複数の前記巻線一端は、前記ボルト締結により前記ハウジングに接続された座金により同時に前記ハウジングに押し当てられ前記ハウジングに接続されていることを特徴とする請求項３記載の電動機巻線の結線構造。
5. 前記巻線一端は、複数の接続部位を同時に被接続部位に接続する機能を有する座金を溶接で前記ハウジングに接合することにより、前記溶接の際の熱により前記巻線一端の端子表面を被覆しているエナメルを溶かして接続されていることを特徴とする請求項１又は２記載の電動機巻線の結線構造。