JP2016181944A - 集配電リング及び電動機 - Google Patents

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Abstract

【課題】バスリングと巻線との接続強度を高めることが可能な集配電リング及び電動機を提供する。【解決手段】集配電リング4は、第1乃至第3のバスリング41〜43及び中性相バスリング44を備え、第1のバスリング41は、径方向外方に突出し、U相の巻線32Uの第1の引き出し線321Uに接続される複数の接続部41aと、複数の接続部41aを周方向に連結する複数の円弧部41bとを有している。接続部41aは、径方向の外側に向かって延出された一対の延出部411aと、一対の延出部411aの先端同士の間で、径方向と直交するように形成された中央部411bとを有し、中央部411bの第1の引き出し線321Uと対向する面には、第1の引き出し線321Uと接触する平坦状の接触面411cが形成されている。【選択図】図2

Description

本発明は、複数相の巻線に対して集配電を行う集配電リング、及びその集配電リングを備えた電動機に関する。
従来、複数のコア部材にそれぞれ巻き回された複数相の巻線と、複数相の巻線に電流を集配電する集配電リングとを有する電動機が知られている(例えば、特許文献1参照)。
特許文献1に記載の集配電リングは、複数相の巻線の各相にそれぞれ対応した複数の環状のバスリングを備えている。各バスリングは、金属導体と、金属導体を被膜する絶縁性のシースとからなり、金属導体を屈曲して形成される複数の接続部を有している。
それぞれの接続部は、径方向内方に延出する一対の延出部と、一対の延出部の間を連結する連結部とを有し、一対の延出部と連結部とが全体としてU字状をなしている。一対の延出部の間には、巻線の一部である引き出し線が挿通され、この引き出し線が一対の延出部に熱加締めされることにより、接続部と引き出し線とが溶け合って接合され、バスリングと巻線とが電気的に接続される。
特開2013−220005号公報
上記のように構成された集配電リングを備えた電動機が例えば車両の駆動源として用いられる場合には、高い耐振動性が要求される。このため、引き出し線とバスリングの接続部とは、接続強度を確保するため、広い面積で接合されることが望ましい。
特許文献1に記載のものでは、バスリングの接続部における引き出し線との対向面に突起が形成され、この突起が熱加締めよって引き出し線と接合される。この構成によれば、熱加締め時における電流が狭い部分に集中的に流れるので、溶着が容易であるという利点がある反面、接合面積を大きくする上では制約が生じていた。
そこで、本発明は、バスリングと巻線との接続強度を高めることが可能な集配電リング及び電動機を提供することを目的とする。
本発明は、上記課題を解決することを目的として、断面円形状の導電部材を環状に形成した複数のバスリングを備え、複数相の巻線に対して集配電を行う集配電リングであって、前記バスリングは、前記巻線が接続される複数の接続部と、前記複数の接続部の間に介在する複数の円弧状の円弧部とを有し、前記接続部における前記巻線との接続面が平面状に形成された、集配電リングを提供する。
また、本発明は、上記課題を解決することを目的として、前記集配電リングと、前記複数相の巻線が軟磁性体からなる複数のコア部材部材に巻き回されたステータと、前記複数相の巻線への通電により発生する磁力によって前記ステータに対して回転するロータと、を備えた電動機を提供する。
本発明に係る集配電リング及び電動機によれば、バスリングと巻線との接続強度を高めることが可能となる。
本実施の形態に係る電動機の構成例の概略について説明する模式図である。 集配電リングを示す斜視図である。 集配電リングの構成例を示し、(a)は平面図であり、(b)は正面図である。 バスリングの接続部の拡大斜視図である。 接続部の構成例を示し、(a)が平面図であり、(b)が正面図であり、(c)が(b)のA−A線断面図である。
[実施の形態]
本発明の集配電リング及び電動機の実施の形態について、図1乃至図5を参照して説明する。
図1は、本発明の実施の形態に係る電動機1の構成例の概略について説明する模式図である。
この電動機1は、例えば電気自動車等の車両の駆動源として用いられ、回転子であるロータ2と、固定子であるステータ3と、第1乃至第3のバスリング41〜43及び中性相バスリング44を有する集配電リング4とを備えている。
ロータ2は、図略の軸受によってステータ3と同軸上で回転可能に支持されたシャフト21と、シャフト21の外周面に固定されてN極及びS極が周方向に沿って交互に着磁された円筒状の磁石22とを有している。
ステータ3は、環状に配置された軟磁性体からなる複数のコア部材31と、コア部材31の外周囲に巻き回された巻線32とを有している。
本実施の形態では、24個のコア部材31が、図1に示すシャフト21の回転軸線Oを中心として環状に配置されている。これら24個のコア部材31は、8個のU相のコア部材31U、8個のV相のコア部材31V、及び8個のW相のコア部材31Wから構成され、図1に示すロータ2の回転方向Rに沿って、U相のコア部材31Uの隣にV相のコア部材31Vが、V相のコア部材31Vの隣にW相のコア部材31Wが、またW相のコア部材31Wの隣にU相のコア部材31Uが、それぞれ配置されている。なお、本実施の形態では、複数(24個)のコア部材31が環状に配置されているものを用いているが、他の形態として、これら複数のコア部材31が一体となった環状体を用いることも可能である。
U相のコア部材31Uには、巻線32としてU相の巻線32Uが巻き回され、U相の巻線32Uに対して第1のバスリング41により集配電(集電及び配電)が行われる。V相のコア部材31Vには、巻線32としてV相の巻線32Vが巻き回され、V相の巻線32Vに対して第2のバスリング42により集配電が行われる。W相のコア部材31Wには、巻線32としてW相の巻線32Wが巻き回され、W相の巻線32Wに対して第3のバスリング43により集配電が行われる。
U相の巻線32Uの一端は第1の引き出し線321Uとして、またU相の巻線32Uの他端は第2の引き出し線322Uとして、それぞれ構成されている。同様に、V相の巻線32Vの一端は第1の引き出し線321Vとして、他端は第2の引き出し線322Vとして、それぞれ構成されている。また同様に、W相の巻線32Wの一端は第1の引き出し線321Wとして、他端は第2の引き出し線322Wとして、それぞれ構成されている。
集配電リング4は、第1乃至第3のバスリング41〜43及び中性相バスリング44が複数の保持部材5に保持されている。第1のバスリング41には、U相の巻線32Uの第1の引き出し線321Uが電気的に接続されている。第2のバスリング42には、V相の巻線32Vの第1の引き出し線321Vが電気的に接続されている。第3のバスリング43には、W相の巻線32Wの第1の引き出し線321Wが電気的に接続されている。
中性相バスリング44には、U相の巻線32Uの第2の引き出し線322U、V相の巻線32Vの第2の引き出し線322V、及びW相の巻線32Wの第2の引き出し線322Wが電気的に接続されている。
第1乃至第3のバスリング41〜43には、それぞれ給電部410,420,430が形成され、この給電部410,420,430を介して図略のインバータから120°ずつ位相がずれた正弦波状の駆動電流が供給される。この駆動電流によってステータ3に回転磁界が形成され、磁石22がこの回転磁界による吸引力及び反発力により回転力を受けてシャフト21をその回転軸線Oを中心として回転させる。すなわち、ロータ2は、U相の巻線32U、V相の巻線32V、及びW相の巻線32Wへの通電により発生する磁力によってステータ3に対して回転する。
図2は、集配電リング4を示す斜視図である。なお、以下の説明では、シャフト21の回転軸線Oに対して平行な方向を単に軸方向という。図2では、一部の第1及び第2の引き出し線321U,321V,321W,322U,322V,322Wを二点鎖線で示している。
図2に示すように、第1乃至第3のバスリング41〜43及び中性相バスリング44は、軸方向に並んで配置され、モールド樹脂からなる複数の保持部材5によって相互に固定されている。
第1のバスリング41は、軸方向に引き出されたU相の巻線32Uの第1の引き出し線321Uに接続される複数(本実施の形態では4個)の接続部41aと、複数の接続部41aの間に介在する複数(本実施の形態では4個)の円弧部41bとを有している。第1のバスリング41において、複数の接続部41aは、複数の円弧部41bから径方向に突出して形成されている。
同様に、第2のバスリング42は、軸方向に引き出されたV相の巻線32Vの第1の引き出し線321Vに接続される複数(本実施の形態では4個)の接続部42aと、複数の接続部42aの間に介在する複数(本実施の形態では4個)の円弧部42bとを有している。第2のバスリング42において、複数の接続部42aは、複数の円弧部42bから径方向に突出して形成されている。
また、同様に、第3のバスリング43は、軸方向に引き出されたU相の巻線32Wの第1の引き出し線321Wに接続される複数(本実施の形態では4個)の接続部43aと、複数の接続部43aの間に介在する複数(本実施の形態では4個)の円弧部43bとを有している。第3のバスリング43において、複数の接続部43aは、複数の円弧部43bから径方向に突出して形成されている。
中性相バスリング44は、軸方向に引き出されたU相、V相、及びW相の巻線32U,32V,32Wの第2の引き出し線322U,322V,322Wにそれぞれ接続される複数(本実施の形態では12個)の接続部44aと、複数の接続部44aの間に介在する複数(本実施の形態では12個)の円弧部44bとを有している。中性相バスリング44において、複数の接続部44aは、複数の円弧部44bから径方向に突出して形成されている。
本実施の形態では、第1のバスリング41における複数の接続部41aが複数の円弧部41bから径方向の外方に突出して形成され、第2のバスリング42における複数の接続部42aが複数の円弧部42bから径方向の外方に突出して形成され、かつ第3のバスリング43における複数の接続部43aが複数の円弧部43bから径方向の外方に突出して形成されている。また、中性相バスリング44も、第1乃至第3のバスリング41〜43と同様に、複数の接続部44aが複数の円弧部44bから径方向の外方に突出して形成されている。
第1乃至第のバスリング41〜43及び中性相バスリング44は、銅等の良導電性の金属からなる断面円形状の中心導体400aを樹脂からなる絶縁体400bで被覆した線状の導電部材を環状に形成してなる。このため、第1乃至第のバスリング41〜43及び中性相バスリング44の複数の円弧部41b,42b,43b,44bでは、中心導体400aが断面円形状である。一方、第1乃至第3のバスリング41〜43及び中性相バスリング44における接続部41a,42a,43a,44aでは、中心導体400aの一部が塑性変形により平坦面に加工されている。
第1乃至第3のバスリング41〜43及び中性相バスリング44の接続部41a,42a,43a,44aは、絶縁体400bが除去され、単線である中心導体400aが露出した部分に形成されている。これらの接続部41a,42a,43a,44aの構成の詳細については後述する。
第1のバスリング41の給電部410は、径方向内方に延在した一対の延在部410aと、一対の延在部410aの先端部から軸方向に立ち上がって形成された一対の立ち上り部410bと、一対の立ち上り部410bの絶縁体400bから露出した中心導体400aに圧着又は加締めにより接続された給電端子410cとを有している。
同様に、第2のバスリング42の給電部420は、径方向内方に延在した一対の延在部420aと、一対の延在部420aの先端部から軸方向に立ち上がって形成された一対の立ち上り部420bと、一対の立ち上り部420bの中心導体400aに接続された給電端子420cとを有している。
また、同様に、第3のバスリング43の給電部430は、径方向内方に延在した一対の延在部430aと、一対の延在部430aの先端部から軸方向に立ち上がって形成された一対の立ち上り部430bと、一対の立ち上り部430bの中心導体400aに接続された給電端子430cとを有している。
図3は、集配電リング4の構成例を示し、(a)は平面図であり、(b)は側面図である。図3では、図2と同様に、一部の第1及び第2の引き出し線321U,321V,321W,322U,322V,322Wを二点鎖線で示している。
図3(a)に示すように、第1のバスリング41の複数の接続部41a、第2のバスリング42の接続部42a、第3のバスリング43の接続部43a、及び中性相バスリング44の接続部44aは、第1乃至第3のバスリング41〜43及び中性相バスリング44を軸方向に並べて配置したときに、軸方向に重ならず、かつ周方向の間隔がそれぞれ等しくなるように設定されている。なお、「間隔がそれぞれ等しくなるように設定されている」とは、完全に等しくなくてもよく、例えば、0.1mm〜2.0mm程度ずれていてもよい。
また、第1のバスリング41の接続部41aは、周方向に隣り合う2つの接続部44aの間の位置に配置されている。同様に、第2のバスリング42の接続部42aは、周方向に隣り合う2つの接続部44aの間の位置に配置されている。また同様に、第3のバスリング43の接続部43aは、周方向に隣り合う2つの接続部44aの間の位置に配置されている。
第1のバスリング41の給電部410における一対の立ち上がり部410bは、第1のバスリング41の径方向の内側に配置されている。同様に、第2のバスリング42の給電部420における一対の立ち上がり部420bは、第2のバスリング42の径方向の内側に配置されている。また同様に、第3のバスリング43の給電部430における一対の立ち上がり部430bは、第1のバスリング43の径方向の内側に配置されている。
図3(b)に示すように、巻線32(32U/32V/32W)における第1及び第2の引き出し線321U,321V,321W,322U,322V,322Wは、その引き出し方向P(図3(b)に二点鎖線で示す)が第1のバスリング41を含む平面としての仮想面S(図3(b)に一点鎖線で示す)に直交する。すなわち、巻線32(32U/32V/32W)における第1及び第2の引き出し線321U,321V,321W,322U,322V,322Wは、第1のバスリング41を含む平面に垂直な方向に引き出されている。
次に、図1及び図2において示した第1乃至第3のバスリング41〜43の接続部41a,42a,43a及び中性相バスリング44の接続部44aの構成について説明する。ただし、これらの接続部41a,42a,43a,44aはその形状がそれぞれ同様であるので、このうち第1のバスリング41の接続部41aを例にとって、図4及び図5を参照して説明する。
図4は、第1のバスリング41の接続部41aを拡大して示す斜視図である。この接続部41aは、円弧部41bから第1のバスリング41の径方向の外側に向かって延出された一対の延出部411aと、一対の延出部411aの先端同士の間で、径方向と直交するように形成された中央部411bとを有して構成されている。中央部411bは、溶接によって第1の引き出し線321Uと接合される。この溶接は、具体的にはTIG(Tungsten Inert Gas)溶接や熱加締め、あるいはハンダ付けによって行うことができる。
中央部411bの第1の引き出し線321Uと対向する面には、溶接時に第1の引き出し線321Uと接触する平面状の接触面411cが形成されている。接触面411cは、第1のバスリング41の径方向外方を指向している。すなわち、接触面411cの法線は、第1のバスリング41の径方向外方を向く。なお、本実施の形態では、第1の引き出し線321Uは、軸方向に沿って見た形状が矩形状であるが、これに限定するものではなく、例えば円形であってもよい。
接触面411cは、例えば一対の平板状の金型の間に断面円形状の中心導体400aを挟み、この一対の金型によって中心導体400aを第1のバスリング41の径方向に加圧するプレス加工により平坦状に形成される。すなわち、接触面411cは、断面円形状の導電部材である中心導体400aの一部を塑性変形して形成される。
図5(a)に示すように、中央部411bは、円弧部411bよりも第1のバスリング41の径方向の外側に位置している。ここで、中央部411bの長さL(一対の延出部411aの先端の間の距離)は、第1の引き出し線321Uの対向面321aの幅Wと同一寸法か、あるいは幅Wよりも大きい(L≧W)。
また、図5(b)に示すように、接続部41aは、第1のバスリング41を含む仮想面S上に形成され、一対の延出部411a及び中央部411bは、その軸方向における位置が同じである。
またさらに、図5(c)に示すように、接触面411cは、第1のバスリング41の周方向に沿って見た断面が略矩形状であり、第1のバスリング41を含む仮想面Sに対して垂直に形成されている。
第1の引き出し線321Uは、その引き出し方向が仮想面Sと垂直となるように引き出されており、引き出し線321Uの接続部41aと向かい合う対向面321aが接触面411cと面接触する。なお、接続部41aと第1の引き出し線321Uとの接続は、例えば接触面411cと第1の引き出し線321Uの対向面321aとをティグ溶接等の溶接手段によって接続される。
(実施の形態の作用及び効果)
以上説明した本実施の形態によれば、以下のような作用及び効果が得られる。
(1)接続部41aは、第1の引き出し線321Uに接続される接触面411cが平面状であるので、仮に接触面411cが曲面である場合に比較して、第1の引き出し線321Uとの接合面積が増大する。これにより、第1のバスリング41と巻線32Uとの接続強度を高めることが可能となる。第2及び第3のバスリング42,43ならびに中性相バスリング44についても同様である。
(2)第1乃至第3のバスリング41〜43及び中性相バスリング44の接続部41a,42a,43a,44aは、円弧部41b,42b,43b,44bから径方向に突出して形成されているので、接続部41a,42a,43a,44aに接続される第1及び第2の引き出し線321U,321V,321W,322U,322V,322Wと円弧部41b,42b,43b,44bとの干渉を避けることができ、接続部41a,42a,43a,44aと第1及び第2の引き出し線321U,321V,321W,322U,322V,322Wとの接続を容易に行うことが可能となる。
(3)また、本実施の形態では、接続部41a,42a,43a,44aが円弧部41b,42b,43b,44bから径方向の外方に突出し、第1及び第2の引き出し線321U,321V,321W,322U,322V,322Wとの接触面が平面状であるので、溶接作業のためのスペースを十分に確保することができ、これらの接続がより容易となる。
(実施の形態のまとめ)
次に、以上説明した実施の形態から把握される技術思想について、実施の形態における符号等を援用して記載する。ただし、以下の記載における各符号等は、特許請求の範囲における構成要素を実施の形態に具体的に示した部材等に限定するものではない。
[1]断面円形状の導電部材を環状に形成した複数のバスリング(41〜44)を備え、複数相の巻線(32U,32V,32W)に対して集配電を行う集配電リング(4)であって、前記バスリング(41〜43)は、前記巻線(32U,32V,32W)が接続される複数の接続部(41a,42a,43a,44a)と、前記複数の接続部(41a,42a,43a,44a)の間に介在する複数の円弧状の円弧部(41b,42b,43b,44b)とを有し、前記接続部(41a,42a,43a,44a)における前記巻線(32U,32V,32W)との接触面(411c)が平面状に形成された、集配電リング(4)。
[2]前記接続部(41a,42a,43a,44a)は、前記複数の円弧部(41b,42b,43b,44b)から前記バスリング(41〜44)の径方向に突出して形成された、[1]に記載の集配電リング(4)。
[3]前記接続部(41a,42a,43a,44a)は、前記複数の円弧部(41b,42b,43b,44b)から前記径方向の外方に突出して形成され、前記接触面(411c)は、前記バスリングの径方向外方を指向している、[2]に記載の集配電リング。。
[4]前記接触面(411c)は、前記断面円形状の導電部材の一部を塑性変形して形成された、[1]乃至[3]の何れか1に記載の集配電リング(4)。
[5][1]乃至[4]の何れか1に記載の集配電リング(4)と、前記複数相の巻線(32U,32V,32W)が軟磁性体からなる複数のコア部材(31)に巻き回されたステータ(3)と、前記複数相の巻線(32U,32V,32W)への通電により発生する磁力によって前記ステータ(3)に対して回転するロータ(2)と、を備えた電動機(1)。
以上、本発明の実施の形態を説明したが、上記に記載した実施の形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施の形態の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない点に留意すべきである。
本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変形して実施することが可能である。例えば、上記実施の形態では、第1乃至第3のバスリング41〜43は、円弧部41b,42b,43b,44bにおいて中心導体400aが絶縁体400bで被覆されていたが、これに限らず、絶縁体400bで被覆されていない単線導体であってもよい。
また、上記実施の形態では、第1乃至第3のバスリング41〜43及び中性相バスリング44の複数の接続部41a,42a,43a,44aは、円弧部41b,42b,43b,44bの径方向外方に突出していたが、これに限らず、複数の接続部41a,42a,43a,44aすべてが円弧部41b,42b,43b,44bの径方向内方に突出していてもよい。
1…電動機
2…ロータ
3…ステータ
31…コア部材
32…巻線
321U,321V,321W…第1の引き出し線
322U,322V,322W…第2の引き出し線
32U,32V,32W…U相,V相,W相の巻線
4…集配電リング
41〜43…第1乃至第3のバスリング
411c…接触面
41a,42a,43a,44a…接続部
41b,42b,43b,44b…円弧部
44…中性相バスリング

Claims (5)

  1. 断面円形状の導電部材を環状に形成した複数のバスリングを備え、複数相の巻線に対して集配電を行う集配電リングであって、
    前記バスリングは、前記巻線が接続される複数の接続部と、前記複数の接続部の間に介在する複数の円弧状の円弧部とを有し、
    前記接続部における前記巻線との接触面が平面状に形成された、
    集配電リング。
  2. 前記接続部は、前記複数の円弧部から前記バスリングの径方向に突出して形成された、
    請求項1に記載の集配電リング。
  3. 前記接続部は、前記複数の円弧部から前記径方向の外方に突出して形成され、
    前記接触面は、前記バスリングの径方向外方を指向している、
    請求項2に記載の集配電リング。
  4. 前記接触面は、前記断面円形状の導電部材の一部を塑性変形して形成された、
    請求項1乃至3の何れか1項に記載の集配電リング。
  5. 請求項1乃至4の何れか1項に記載の集配電リングと、
    前記複数相の巻線が軟磁性体からなる複数のコア部材部材に巻き回されたステータと、
    前記複数相の巻線への通電により発生する磁力によって前記ステータに対して回転するロータと、
    を備えた電動機。
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