JP2018117463A - 回転電機のステータ - Google Patents

Abstract

【課題】コイル端子及び接続端子の屈曲部の塑性変形や破断を抑制するとともに、コイル端子及び接続端子の屈曲部における放熱性を向上することである。【解決手段】ステータコイルから引き出されたコイル端子１５Ｕは、ケーブル２１Ｕと接続する部分に屈曲部１５Ｕｃを有し、屈曲部１５Ｕｃに、屈曲方向に延びるスリット１５Ｕｄ，１５Ｕｄが設けられている。【選択図】図２

Description

本発明は、回転電機のステータに関し、特に、ステータコイルから引き出されたコイル端子と、ステータコイルに給電する外部電源に接続された接続端子と、コイル端子と接続端子とを接続する動力線とを備えた回転電機のステータに関する。

回転電機のコイルには、ステータコイルから引き出されたコイル端子を備えている。コイル端子には、外部電源から電力が供給される。コイル端子の構造の一例が特許文献１に記載されている。

特許文献１には、ステータコアに固定されたブラケットホルダユニットに、金属製の平板部材のコイル端子がインサートモールドされた構成が記載されており、このコイル端子の根元近傍の両側部には切欠部が対向して形成されている。そして、コイル端子を外部電源の端子台にネジ止め固定する際、ネジの軸力がコイル端子に加わり、コイル端子には、それに対する応力が作用するが、この応力は切欠部に集中して作用するので、ネジ締め付け時にブラケットホルダユニットに生じる応力を緩和することができる。

また、回転電機のコイル端子の構造として、特許文献１に記載の構造の他にも、外部電源とコイルとを接続する動力線を用いる構造が知られている。この動力線の一端は、ステータコアに巻回されたコイルから引き出されるコイル端子に溶接され、動力線の他端は、モータケースに取り付けられた外部電源の端子台にボルトで締結される接続端子にかしめ固定されている。

特開２００８−０７９４６９号公報

上述の動力線を用いた構造の場合、コイル端子及び接続端子の配置位置や、動力線の配索状況によって、コイル端子及び接続端子は屈曲されることが多い。一方、動力線には、回転電機の駆動による振動が作用して、振動することがある。この振動による応力は、コイル端子や接続端子の屈曲部に集中して作用する。すなわち、回転電機の駆動による振動による応力はコイル端子や接続端子の屈曲部に応力集中する。このため、コイル端子や接続端子の屈曲部が、塑性変形する可能性や破断する可能性がある。

そこで、コイル端子や接続端子の屈曲部に切り欠き等を形成して、コイル端子や接続端子の屈曲部を弾性変形可能とする構成が考えられる。この構成によれば、屈曲部に応力集中しても屈曲部が弾性変形することによって、塑性変形や破断を抑制することができる。

しかし、この構成ではコイル端子及び接続端子の通電断面積が減少するので、通電による抵抗熱（ジュール熱）が増大し、回転電機における温度制限に制約を受ける可能性がある。

そこで、本発明では、コイル端子及び接続端子の屈曲部の塑性変形や破断を抑制するとともに、コイル端子及び接続端子の屈曲部における放熱性を向上することを目的とする。

本発明の回転電機のステータは、ステータコアと、前記ステータコアに巻き付けられたステータコイルと、前記ステータコイルから引き出されたコイル端子と、前記ステータコイルに給電する外部電源に接続された接続端子と、前記コイル端子と前記接続端子とを接続する動力線とを備えた回転電機のステータにおいて、前記コイル端子及び前記接続端子の少なくとも一方は、前記動力線と接続する部分に屈曲部を有し、前記屈曲部に、屈曲方向に延びる少なくとも一つのスリットが設けられていることを特徴とする。

本発明によれば、コイル端子及び接続端子の屈曲部の塑性変形や破断を抑制することができるとともに、コイル端子及び接続端子の屈曲部における放熱性を向上することができる。

動力線、コイル端子及び接続端子の接続部を示す回転電機の部分平面図である。 動力線の一端とコイル端子との接続部の拡大斜視図である。 図２のＡ−Ａ断面図である。 動力線の他端と接続端子との接続部の拡大斜視図である。 図４のＢ−Ｂ断面図である。

本発明に係る回転電機は、ハイブリッド自動車や電気自動車に搭載される三相のモータジェネレータ１０として使用されるが、自動車以外の用途に使用される回転電機にも適用することができる。

図１においてモータジェネレータ１０を説明する。モータジェネレータ１０は、図示しないモータケース内に、円筒状のステータ１１と、ステータ１１の中心に配置されたロータ１２とを備えている。ステータ１１は、複数の電磁鋼板を積層して形成されたステータコア１３と、ステータコア１３に巻回されたＵ相、Ｖ相、Ｗ相に対応する巻線コイル１４とを有する。

巻線コイル１４のコイルエンドには、巻線コイル１４のＵ相、Ｖ相、Ｗ相に対応するコイル端子１５Ｕ，１５Ｖ，１５Ｗがそれぞれ設けられている。コイル端子１５Ｕ，１５Ｖ，１５Ｗは、端面及び断面が矩形状の角型であって、巻線コイル１４の外縁部分からステータ１１の径方向に引き出されており、さらに、ステータ１１の軸方向に沿って屈曲されて上方に引き出されている（図２参照）。

コイル端子１５Ｕ，１５Ｖ，１５Ｗには、各コイル端子１５Ｕ，１５Ｖ，１５Ｗにそれぞれ対応する動力線アセンブリ２０Ｕ，２０Ｖ，２０Ｗがそれぞれ溶接されている。なお、巻線コイル１４に代えてセグメントコイルとしてもよい。

動力線アセンブリ２０Ｕ，２０Ｖ，２０Ｗは、巻線コイル１４の各相に電力を供給するものであり、各コイル端子１５Ｕ，１５Ｖ，１５Ｗと、図示しないインバータ（外部電源）に接続され、絶縁端子台３０に設けられた接続端子２４Ｕ，２４Ｖ，２４Ｗとを電気的に接続する。動力線アセンブリ２０Ｕ，２０Ｖ，２０Ｗは、その構成が同じであるので、以下、動力線アセンブリ２０Ｕについて説明する。

図２、４に示すように、動力線アセンブリ２０Ｕは、１本の動力線としてのケーブル２１Ｕと、ケーブル２１Ｕの一端２１Ｕａがコイル端子１５Ｕに溶接された溶接部２３Ｕと、絶縁端子台３０に締結固定される接続端子２４Ｕと、ケーブル２１Ｕの他端２１Ｕｂが接続端子２４Ｕにかしめ固定されたかしめ固定部２４Ｕｂとを備えている。

まず、コイル端子１５Ｕの構成について図２、３を参照して説明する。図２に示すように、ケーブル２１Ｕは、端面及び断面が円形状の絶縁被覆された丸型ケーブルである。なお、ケーブル２１Ｕの断面は円形状に限らず角形状であってもよい。

コイル端子１５Ｕは、巻線コイル１４の外縁部分からステータ１１の径方向に引き出された基部１５Ｕａと、この基部１５Ｕａの先端からステータ１１の軸方向に沿って上方に向かって略直角に屈曲された先端部１５Ｕｂとを備えている。

基部１５Ｕａと先端部１５Ｕｂとが略直角に屈曲する屈曲部１５Ｕｃには、屈曲方向に沿って延びる２つのスリット１５Ｕｄ，１５Ｕｄが設けられている。２つのスリット１５Ｕｄ，１５Ｕｄは、互いに平行して形成されており、屈曲部１５Ｕｃを貫通している。また、スリット１５Ｕｄ，１５Ｕｄは、屈曲部１５Ｕｃの屈曲点から、コイル端子１５Ｕの基部１５Ｕａと先端部１５Ｕｂとに向かってそれぞれ延在している。

図３に示すように、コイル端子１５Ｕの屈曲部１５Ｕｃにおける通電部（導体部）と、スリット１５Ｕｄ，１５Ｕｄとの各断面積は同じである。すなわち、図３における通電部の断面積ＤＳ１，ＤＳ２，ＤＳ３の合計断面積と、スリット１５Ｕｄ，１５Ｕｄの断面積ＳＳ１，ＳＳ２の合計断面積とは同じ面積に設定されている。なお、スリット１５Ｕｄ，１５Ｕｄとの幅、長さの設定については後述する。

次に、接続端子２４Ｕの構成について図４、５を参照して説明する。図４に示すように、接続端子２４Ｕは、図示しないモータケース内に配置された絶縁端子台３０（図１参照）に締結される図示しないボルトが通されるボルト孔部２４Ｕａと、ケーブル２１Ｕの他端２１Ｕｂがかしめ固定されるかしめ固定部２４Ｕｂとを備えている。ボルト孔部２４Ｕａとかしめ固定部２４Ｕｂとは略直角に屈曲されている。

かしめ固定部２４Ｕｂは、ケーブル２１Ｕの他端２１Ｕｂを挟み込む挟持部２４Ｕｂ１を備えている。この挟持部２４Ｕｂ１にケーブル２１Ｕの他端２１Ｕｂを挿入して、挟持部２４Ｕｂ１をかしめることによって、ケーブル２１Ｕの他端２１Ｕｂをかしめ固定部２４Ｕｂに固定している。

ボルト孔部２４Ｕａとかしめ固定部２４Ｕｂとの屈曲部２４Ｕｃには、屈曲方向に沿って延びる３つのスリット２４Ｕｄ，２４Ｕｄ，２４Ｕｄが設けられている。３つのスリット２４Ｕｄ，２４Ｕｄ，２４Ｕｄは、互いに平行して形成されており、屈曲部２４Ｕｃを貫通している。また、スリット２４Ｕｄ，２４Ｕｄ，２４Ｕｄは、屈曲部２４Ｕｃの屈曲点からボルト孔部２４Ｕａとかしめ固定部２４Ｕｂとに向かってそれぞれ延在している。

図５に示すように、接続端子２４Ｕの屈曲部２４Ｕｃにおける通電部（導体部）と、スリット２４Ｕｄ，２４Ｕｄ，２４Ｕｄとの各断面積は同じである。すなわち、図５における通電部の断面積ＤＳ４，ＤＳ５，ＤＳ６，ＤＳ７の合計断面積と、スリット２４Ｕｄ，２４Ｕｄ，２４Ｕｄの断面積ＳＳ３，ＳＳ４，ＳＳ５の合計断面積とは同じ面積に設定されている。なお、スリット２４Ｕｄ，２４Ｕｄ，２４Ｕｄの幅、長さの設定については後述する。

次に、モータジェネレータ１０の駆動による振動のコイル端子１５Ｕ及び接続端子２４Ｕへの作用について説明する。モータジェネレータ１０の振動によりケーブル２１Ｕが振動して、この振動がコイル端子１５Ｕや接続端子２４Ｕに伝達する。

コイル端子１５Ｕの屈曲部１５Ｕｃは、屈曲によってその他の部分よりも剛性が低いので、コイル端子１５Ｕに伝達した振動は、屈曲部１５Ｕｃに作用する。すなわち、屈曲部１５Ｕｃに応力集中する。しかし、屈曲部１５Ｕｃに応力集中しても、屈曲部１５Ｕｃにスリット１５Ｕｄ，１５Ｕｄが形成されていることによって、屈曲部１５Ｕｃが弾性変形するので、コイル端子１５Ｕの屈曲部１５Ｕｃの塑性変形や破断が抑制される。

また、接続端子２４Ｕの屈曲部２４Ｕｃも同様に、屈曲によってその他の部分よりも剛性が低いので、接続端子２４Ｕに伝達した振動は、屈曲部２４Ｕｃに応力集中する。しかし、屈曲部２４Ｕｃに応力集中しても、屈曲部２４Ｕｃにスリット２４Ｕｄ，２４Ｕｄ，２４Ｕｄが形成されていることによって、屈曲部２４Ｕｃが弾性変形するので、接続端子２４Ｕの屈曲部２４Ｕｃの塑性変形や破断が抑制される。

なお、コイル端子１５Ｕ及び接続端子２４Ｕの屈曲部１５Ｕｃ，２４Ｕｃに形成されたたスリット１５Ｕｄ，１５Ｕｄ，２４Ｕｄ，２４Ｕｄ，２４Ｕｄにより、屈曲部１５Ｕｃ，２４Ｕｃの通電断面積が減少するので、通電時の屈曲部１５Ｕｃ，２４Ｕｃにおけるジュール熱が増大する。しかし、屈曲方向に沿って延びるスリット１５Ｕｄ，１５Ｕｄ，２４Ｕｄ，２４Ｕｄ，２４Ｕｄにより、屈曲部１５Ｕｃ，２４Ｕｃの表面積が増大しているので、屈曲部１５Ｕｃ，２４Ｕｃの放熱性を向上することができる。このため、屈曲部１５Ｕｃ，２４Ｕｃにおけるジュール熱が増大しても、この熱を放熱することができ、屈曲部１５Ｕｃ，２４Ｕｃにおける温度上昇を抑制することができる。

ここで、スリット１５Ｕｄ，１５Ｕｄ，２４Ｕｄ，２４Ｕｄ，２４Ｕｄの数、幅、長さの設定について説明する。上述の説明から明らかなように、スリット１５Ｕｄ，１５Ｕｄ，２４Ｕｄ，２４Ｕｄ，２４Ｕｄには、屈曲部１５Ｕｃ，２４Ｕｃを弾性変形させる機能と、屈曲部１５Ｕｃ，２４Ｕｃを放熱する機能とが求められる。

このため、コイル端子１５Ｕ及び接続端子２４Ｕの屈曲部１５Ｕｃ，２４Ｕｃには、少なくとも１つのスリットを形成する必要があるが、そのスリットの数、幅、長さについては、屈曲部１５Ｕｃ，２４Ｕｃに作用する応力と、通電時のジュール熱とに基づいて設定することが好ましい。例えば、コイル端子１５Ｕ及び接続端子２４Ｕの屈曲部１５Ｕｃ，２４Ｕｃの幅、厚さと、屈曲部１５Ｕｃ，２４Ｕｃに作用する応力と、通電によるジュール熱との各関係を、シミュレーションや実験等に基づいて評価して、屈曲部１５Ｕｃ，２４Ｕｃにおける応力の緩和、温度上昇の抑制が得られるように、スリットの数、幅、長さを設定することが好ましい。

例えば、弾性変形しやすくするため、かつ、放熱性を向上するために、スリット開口面積を調整してもよいし、スリット数を調整してもよいし、あるいは、スリット長さを調整してもよい。また、スリット１５Ｕｄ，１５Ｕｄは、屈曲部１５Ｕｃの屈曲点からコイル端子１５Ｕの基部１５Ｕａと先端部１５Ｕｂとに向かって延出していると説明したが、いずれか一方に延びるスリットとしてもよい。スリット２４Ｕｄ，２４Ｕｄ，２４Ｕｄについても同様に、屈曲部２４Ｕｃの屈曲点から接続端子２４Ｕのボルト孔部２４Ｕａと、かしめ固定部２４Ｕｂに向かって延出していると説明したが、いずれか一方に延びるスリットとしてもよい。さらに、上述の説明では、通電部断面積とスリット断面積とを等しく設定したが、いずれか一方の断面積を他方の断面積よりも大きくしてもよい。

また、上述の実施形態では、コイル端子１５Ｕと接続端子２４Ｕとの両方にスリットを形成した構成について説明したが、必要に応じていずれか一方にスリットを形成してもよい。

このように、コイル端子１５Ｕと接続端子２４Ｕの屈曲部１５Ｕｃ、２４Ｕｃにスリット１５Ｕｄ，１５Ｕｄ，２４Ｕｄ，２４Ｕｄ，２４Ｕｄを設けることにより、屈曲部１５Ｕｃ、２４Ｕｃが弾性変形可能になると同時に、屈曲部１５Ｕｃ、２４Ｕｃの表面積を増大することができる。このため、屈曲部１５Ｕｃ、２４Ｕｃに応力集中しても、屈曲部１５Ｕｃ、２４Ｕｃの塑性変形や破断を抑制することができる。また、通電により屈曲部１５Ｕｃ、２４Ｕｃにおいてジュール熱が増大しても、屈曲部１５Ｕｃ、２４Ｕｃの放熱性を向上することができ、温度上昇を抑制することができる。

また、コイル端子１５Ｕの屈曲部１５Ｕｃにおける通電部（導体部）と、スリット１５Ｕｄ，１５Ｕｄとの各断面積を同じ断面積に設定しているので、屈曲部１５Ｕｃにおいては、単位長さあたりの抵抗が同じになり、局所的なジュール熱の発生を抑制することができる。また、接続端子２４Ｕの屈曲部２４Ｕｃにおける通電部（導体部）と、スリット２４Ｕｄ，２４Ｕｄ，２４Ｕｄとの各断面積も同じ断面積に設定しているので、屈曲部２４Ｕｃにおいても、単位長さあたりの抵抗が同じになり、局所的なジュール熱の発生を抑制することができる。

１０ モータジェネレータ、１１ ステータ、１２ ロータ、１３ ステータコア、１４ 巻線コイル、１５Ｕ，１５Ｖ，１５Ｗ コイル端子、１５Ｕａ 基部、１５Ｕｂ 先端部、１５Ｕｃ，２４Ｕｃ 屈曲部、１５Ｕｄ，２４Ｕｄ スリット、２０Ｕ，２０Ｖ，２０Ｗ 動力線アセンブリ、２１Ｕ ケーブル、２１Ｕａ 一端、２１Ｕｂ 他端、２３Ｕ 溶接部、２４Ｕ，２４Ｖ，２４Ｗ 接続端子、２４Ｕａ ボルト孔部、２４Ｕｂ かしめ固定部、２４Ｕｂ１ 挟持部、３０ 絶縁端子台。

Claims (1)

1. ステータコアと、前記ステータコアに巻き付けられたステータコイルと、前記ステータコイルから引き出されたコイル端子と、前記ステータコイルに給電する外部電源に接続された接続端子と、前記コイル端子と前記接続端子とを接続する動力線とを備えた回転電機のステータにおいて、
   前記コイル端子及び前記接続端子の少なくとも一方は、前記動力線と接続する部分に屈曲部を有し、
   前記屈曲部に、屈曲方向に延びる少なくとも一つのスリットが設けられていることを特徴とする回転電機のステータ。

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