JP2018191493A - 回転電機 - Google Patents

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Abstract

【課題】この発明は、固定子の外径が異なる場合にも、一つのコネクティングボードで接続することが可能な回転電機を提供するものである。【解決手段】モータ部と、インバータアセンブリと、モータ部のリヤブラケットとインバータアセンブリとの間に配設され、ステータコイルの口出しリード線と接続され複数の突起部を有する第1ターミナル、第1ターミナルより外周側に位置してインバータアセンブリのケースのターミナルと接続される第2ターミナルを有する接続ターミナルがインサート成形されたコネクティングボードとを備え、コネクティングボードにモータ部の径方向に形成されステータコイルの口出しリード線が挿入される径方向に延在する挿入穴を設け、接続ターミナルの第1ターミナルは前記挿入穴と平行に配置されモータ部の径方向に延伸させて設けられたものである。【選択図】図1

Description

この発明は、例えばモータ部とインバータアセンブリとが連結された制御装置一体型の回転電機に関するものである。
従来の回転電機においては、オルタネータなどではステータコイルのコイルエンドと電力変換器であるインバータアセンブリの外周がほぼ一致していたため、ステータコイルのコイルエンドからの口出しリード線を直接電力変換器であるインバータアセンブリに接続することが可能だったが、モータ部とインバータアセンブリとが連結された制御装置一体型の回転電機ではインバータアセンブリ部がステータコイルのコイルエンド径よりも外周側にはみ出すため、直接接続することが困難であった。
このような課題を改善した従来の回転電機としては、例えば特許第5449498号公報に示すものがある。ステータコイルの口出しリード線と接続する第1ターミナルと第1ターミナルより外周側に位置してインバータアセンブリのケースのターミナルと接続される第2ターミナルとを有するターミナルがインサート成形されているコネクティングボードを備え、ステータコイル口出し線とインバータのパワーモジュールを接続するものである。
このような構成とすることにより、モータ部とインバータアセンブリとが連結された制御装置一体型の回転電機において、ステータコイルのコイルエンドと電力変換器であるインバータアセンブリとの接続を可能としている。
従来の他の回転電機としては、例えばWO2013/054401号公報に示すものがある。図17は従来の回転電機における固定子を示す斜視図、図18は従来の回転電機におけるステータコイルの口出しリード線を示す正面図である。このような従来の構造では2組の3相交流ステータコイルの電力出力用の口出しリード線6本×2組をコネクティングボードに接続する前に溶接等で1つに接続し6本の電力出力用の口出しリード線として接続している。そして、ステータコイルのコイルアセンブリは例えば内層60a、中層60b、外層60cの3層で構成されている。
すなわち、内周側口出しリード線61a1はコイルアセンブリの外層60cから伸長されてコネクティングボードに接続されるが、外周側口出しリード線61a2は内周側口出しリード線61a1の途中に溶接部Pにて溶着されて接続されている。
特許第5449498号公報 国際公開第2013/054401号
上述した従来の回転電機において、モータ部とインバータアセンブリとが連結された制御装置一体型の回転電機においては、ステータコイルのコイルエンドと電力変換器であるインバータアセンブリとの接続が可能となる。しかしながら、モータ部の固定子の外径が異なる場合には、モータ部の固定子の外径に合せてコネクティングボードを設計して製作する必要があるという問題点があった。
また、従来の構造ではコイルアセンブリの外層60cから電力出力用の口出しリード線61a1をコネクティングボード側に出している。このような構造では、2組の口出しリード線を束ねる際に最内層の口出しリード線が外周側のコイルと干渉することが生じ絶縁耐力が低下する恐れがあるという問題点があった。
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、その目的は、モータ部の固定子の外径が異なる場合にも、一つのコネクティングボードで接続することが可能な回転電機を提供するものである。
この発明に係わる回転電機は、界磁コイルと界磁コアからなる回転子、前記回転子の回りに配置されステータコイルとステータコアからなる固定子、一体に結合され前記回転子および前記固定子を支持するフロントブラケットとリヤブラケットからなるブラケットから構成されるモータ部と、前記リヤブラケットに取り付けられるとともに、前記固定子の前記ステータコイルへ通電するためのスイッチング素子を有するパワーモジュール、前記回転子の前記界磁コイルへ通電するためのスイッチング素子を有する界磁モジュール、前記スイッチング素子の制御を行う制御回路を有する制御モジュール、前記パワーモジュール、前記界磁モジュール、前記制御モジュールの端子と接続されるターミナルを有するケースから構成されるインバータアセンブリと、前記リヤブラケットと前記インバータアセンブリとの間に配設され、前記ステータコイルの口出しリード線と接続され複数の突起部を有する第1ターミナル、前記第1ターミナルより外周側に位置して前記インバータアセンブリの前記ケースの前記ターミナルと接続される第2ターミナルを有する接続ターミナルがインサート成形されたコネクティングボードとを備え、前記コネクティングボードに前記モータ部の径方向に形成され前記ステータコイルの口出しリード線が挿入される径方向に延在する挿入穴を設け、前記接続ターミナルの前記第1ターミナルは前記挿入穴と平行に配置され前記モータ部の径方向に延伸させて設けられたものである。
この発明に係わる回転電機によれば、コネクティングボードにモータ部の径方向に延在して形成されステータコイルの口出しリード線が挿入される径方向の挿入穴を設け、ターミナルの第1ターミナルをモータ部の径方向に延伸させることにより、モータ部の固定子の外径が異なる場合にも、一つのコネクティングボードで接接続することが可能な回転電機を得ることができる。
この発明の実施の形態1に係わる回転電機を示す断面図である。 この発明の実施の形態1に係わる回転電機におけるインバータアセンブリが装着される前の状態を示す断面図である。 この発明の実施の形態1に係わる回転電機におけるインバータアセンブリを示す正面図である。 この発明の実施の形態1に係わる回転電機におけるリヤブラケットにコネクティングボードが取り付けられた状態を示す正面図である。 この発明の実施の形態1に係わる回転電機を示す図4のA−A線における断面図である。 この発明の実施の形態1に係わる回転電機を示す図4のB−B線における断面図である。 この発明の実施の形態1に係わる回転電機を示す図4のC−C線における断面図である。 この発明の実施の形態1に係わる回転電機の特徴を示す説明図である。 この発明の実施の形態2に係わる回転電機におけるリヤブラケットにコネクティングボードが取り付けられた状態を示す正面図である。 この発明の実施の形態2に係わる回転電機を示す図9のD−D線における断面図である。 この発明の実施の形態2に係わる回転電機を示す図9のE部の拡大図である。 この発明の実施の形態3に係わる回転電機におけるリヤブラケットにコネクティングボードが取り付けられた状態を示す正面図である。 この発明の実施の形態3に係わる回転電機を示す図12のF−F線における断面図である。 この発明の実施の形態3に係わる回転電機を示す図12H部の拡大図である。 この発明の実施の形態4に係わる回転電機の特徴を示す断面図である。 この発明の実施の形態5に係わる回転電機における固定子を示す斜視図である。 従来の回転電機における固定子を示す斜視図である。 従来の回転電機におけるステータコイルの口出しリード線を示す正面図である。
実施の形態1.
以下、この発明の実施の形態1を図1〜図8に基づいて説明するが、各図において、同一、または相当部材、部位については同一符号を付して説明する。図1はこの発明の実施の形態1に係わる回転電機を示す断面図である。図2はこの発明の実施の形態1に係わる回転電機におけるインバータアセンブリが装着される前の状態を示す断面図である。図3はこの発明の実施の形態1に係わる回転電機におけるインバータアセンブリを示す正面図である。図4はこの発明の実施の形態1に係わる回転電機におけるリヤブラケットにコネ
クティングボードが取り付けられた状態を示す正面図である。図5はこの発明の実施の形態1に係わる回転電機を示す図4のA−A線における断面図である。図6はこの発明の実
施の形態1に係わる回転電機を示す図4のB−B線における断面図である。図7はこの発
明の実施の形態1に係わる回転電機を示す図4のC−C線における断面図である。図8は
この発明の実施の形態1に係わる回転電機の特徴を示す説明図である。
これら各図において、回転電機1は、界磁コイル2aが界磁コア2bに巻着された回転子2と、三相のステータコイル3aがステータコア3bに巻着された固定子3と、回転子2および固定子3を収容する一体に連結されたフロントブラケット4とリヤブラケット5とからなるブラケットと、回転子2の回転状態を検出する磁極位置検出センサー6と、固定子3のステータコイル3aへ通電するためのスイッチング素子を有するパワーモジュール9と、回転子2の界磁コイル2aへ通電するためのスイッチング素子を有する界磁モジュール10と、各スイッチング素子の制御を行う制御回路を有する制御モジュール17とからなるインバータアセンブリ30などから構成されている。
そして、回転電機1は、大きな構成部品としてモータ部40とインバータアセンブリ30で構成される。まず、モータ部40について説明する。回転子2は、両端部がそれぞれフロント側軸受7とリヤ側軸受8を介してフロントブラケット4とリヤブラケット5に回転自在に支持された回転軸11を備えている。回転軸11の一端部は、フロントブラケット4より突出して、その先端部に図示しない内燃機関と双方向にトルクを授受するためのプーリ12が取り付けられており、ベルト(図示せず)を介して内燃機関と接続されている。
回転子2の界磁コイル2aに界磁電流を供給するためのスリップリング13を持ち、スリップリング13はリヤブラケット5よりリヤ側に突き出ている。界磁コイル2aに通電するためのスリップリング13を摺設するブラシ16がブラシホルダ16aに保持されて設けられている。回転子2の界磁コア2bの端面には冷却風を発生させるためのフロント側ファン20とリヤ側ファン21が取り付けられている。
磁極位置検出センサー6は、リヤブラケット5の外側でスリップリング13とリヤ側軸受8の間に回転軸11と同軸的に配置されて、回転軸11すなわち回転子2の磁極位置を検出する。磁極位置検出センサー6は、センサーステータ6aとセンサーロータ6bとにより構成され、センサーステータ6aの内側に鉄心のみのセンサーロータ6bが回転自在に設けられている。
次にインバータアセンブリ30について説明する。インバータアセンブリ30は、駆動時の電機子電流の供給及び発電時の電機子電流の整流を行うためのスイッチング素子を周辺回路とともにまとめたパワーモジュール9と、界磁電流を制御するためのスイッチング素子を周辺回路とともにまとめた界磁モジュール10と、パワーモジュール9と界磁モジュール10が搭載された冷却用ヒートシンク31と、各モジュールの電力系の端子と接続されるターミナル14aを備えたケース14と、パワーモジュール9と界磁モジュール10を制御するための制御回路が構成された制御モジュール17で構成される。磁極位置検出センサー6のセンサーステータ6aはヒートシンク31に装着され、信号配線は制御モジュール17に接続される。
パワーモジュール9や界磁モジュール10はスイッチング素子等を配線用のリードフレームに搭載し、全体を樹脂成形した構造としている。インバータアセンブリ30の組立後、リヤブラケット5のリヤ側にインバータアセンブリ30が装着される。インバータアセンブリ30の中央の回転軸11が通る空間に、ブラシホルダ16aが配置され、インバータアセンブリ30をモータ部40に固定される。その後保護用カバー15が搭載される。
次に、ステータコイル3aの口出しリード線3a1とインバータアセンブリ30のパワーモジュール9の電気的な接続構成について説明する。リヤブラケット5とインバータアセンブリ30との間に、ステータコイル3aの口出しリード線3a1と接続され複数の突起部を有する第1ターミナル51aとその第1ターミナル51aより外周側に位置してインバータアセンブリ30のケース14のターミナル14aと接続される第2ターミナル51bとを有する接続ターミナル51がインサート成形されたコネクティングボード50が配設されている。なお、ケース14のターミナル14aはパワーモジュール9の端子9aと例えば溶接により接続されている。
コネクティングボード50はリヤブラケット5のリヤ側にネジ25で固定される。ステータコイル3aの口出しリード線3a1はリヤブラケット5を軸方向に貫通して、コネクティングボード50にインサート成形された接続ターミナル51の第1ターミナル51aと例えば溶接により接続される。
その後、インバータアセンブリ30がリヤブラケット5に組み付けられ、コネクティングボード50にインサート成形された接続ターミナル51の第1ターミナル51aより外周側に位置する第2ターミナル51bと、インバータアセンブリ30のケース14にインサート成形されたターミナル14aとが例えばネジ22およびナット23によって固定され電気的に接続される。ケース14にインサート成形されたターミナル14aとパワーモジュール9の端子9aは例えば溶接等で接続される。インバータアセンブリ30のマイナス端子14bはヒートシンク31にネジ24で固定され電気的に接続される。
また、コネクティングボード50には、モータ部40の固定子3の異なる外径寸法に対応できるようにステータコイル3aの口出しリード線3a1が挿入される挿入穴50aがモータ部40の径方向に延在して形成されている。この実施の形態1としては、ステータコイル3aの口出しリード線3a1が挿入される径方向の挿入穴50aとして、例えばスリット状の長穴50a1がモータ部40の径方向に連続して形成されている。
ステータコイル3aの口出しリード線3a1と接合される接続ターミナル51の第1ターミナル51aもコネクティングボード50に形成された挿入穴50aとして例えばスリット状の長穴50a1と平行に設けられている。すなわち、接続ターミナル51の第1ターミナル51aはモータ部40の径方向に延伸して設けられ、スリット状の長穴50a1に対応して平行に配置されている。また、第1ターミナル51aの突起部は例えば3個設けた場合を示し、最も外側の突起部51a1、中央側の突起部51a2、最も内側の突起部51a3で構成されている。
以上のように、この実施の形態1によれば、コネクティングボード50にモータ部40の径方向に延在する挿入穴50aとしてスリット状の長穴50a1を設けたことにより、モータ部40の固定子3の外径寸法が異なったとしても、径方向に延在するスリット状の長穴50a1の範囲内において一つのコネクティングボード50で対応することができる。すなわち、図8に示すように、異なるモータ部40a,40bにコネクティングボード50を組み付ける場合も同一のコネクティングボード50を使用することができ、部品を共用化できるため、生産コストの低減を図ることができる。
なお、リヤブラケット5とインバータアセンブリ30との間に、ステータコイル3aの口出しリード線3a1と接続される第1ターミナル51aとその第1ターミナル51aより外周側に位置してインバータアセンブリ30のケース14にインサート成形されたターミナル14aと接続される第2ターミナル51bとを有する接続ターミナル51がインサート成形されたコネクティングボード50を配設したことにより、インバータアセンブリ30の外周部がステータコイル3aのコイルエンド径よりも外周側にはみ出た場合でも直接接続することが可能となった。また、ステータコイル3aはコネクティングボード50を介して接合されることにより、耐振性が向上され、コイル断線に対して信頼性が向上できる。また、コネクティングボード50にインサート成形された接続ターミナル51の第1ターミナル51aより外周側に位置する第2ターミナル51bと、インバータアセンブリ30のケース14にインサート成形されたターミナル14aとが例えばネジ22およびナット23によって固定され電気的に接続されているので、組立・分解が容易にできる。
実施の形態2.
この発明の実施の形態2を図9〜図11に基づいて説明するが、各図において、同一、または相当部材、部位については同一符号を付して説明する。図9はこの発明の実施の形態2に係わる回転電機におけるリヤブラケットにコネクティングボードが取り付けられた状態を示す正面図である。図10はこの発明の実施の形態2に係わる回転電機を示す図9のD−D線における断面図である。図11はこの発明の実施の形態2に係わる回転電機を示す図9のE部の拡大図である。
上述した実施の形態1においては、コネクティングボード50に設けられたステータコイル3aの口出しリード線3a1が挿入される径方向の挿入穴50aとして、例えばスリット状の長穴50a1がモータ部40の径方向に連続して形成された場合について述べたが、この実施の形態2においては、連続する長穴50a1ではなく、モータ部40の径方向に複数に分割し直線上に並んで設けられた分割穴50a2としたものである。
ステータコイル3aの口出しリード線3a1と接合される接続ターミナル51の第1タ
ーミナル51aもコネクティングボード50に形成された例えば分割穴50a2と平行に設けられている。分割穴50a2は例えば3個設けられ、接続ターミナル51の第1ターミナル51aの突起部51a1、突起部51a2、突起部51a3に対応している。すなわち、分割穴50a2の数と突起部の数は同じ数として構成している。
以上のように、この実施の形態2によれば、コネクティングボード50に設けられたステータコイル3aの口出しリード線3a1が挿入される径方向の挿入穴50aとして、モータ部40の径方向に複数に分割し直線上に並んで設けられた分割穴50a2としたことにより、ステータコイル3aの口出しリード線3a1の立ち上がり位置が容易に決まり、溶接等の接合の作業性が向上する。
また、コネクティングボード50に設けられたステータコイル3aの口出しリード線3a1が挿入される例えば3個の分割穴50a2の横に接続ターミナル51の第1ターミナル51aの突起部51a1、突起部51a2、突起部51a3を配置しており、分割穴50a2に対向する部分の第1ターミナル51aが突起部となっている。これにより、例えばTIG溶接する場合、溶接が容易となり更に溶接の作業性が向上する。
実施の形態3.
この発明の実施の形態3を図12〜図14に基づいて説明するが、各図において、同一、または相当部材、部位については同一符号を付して説明する。図12はこの発明の実施の形態3に係わる回転電機におけるリヤブラケットにコネクティングボードが取り付けられた状態を示す正面図である。図13はこの発明の実施の形態3に係わる回転電機を示す図12のF−F線における断面図である。図14はこの発明の実施の形態3に係わる回転電機を示す図12H部の拡大図である。
この実施の形態3においては、上述した実施の形態1におけるモータ部40の径方向に延在するスリット状の長穴50a1に、径方向に部分的に凸部50bを設けている。この実施の形態3においては例えば等間隔に2つの凸部50bを設けた3つの穴空間を設けた場合を示している。すなわち、凸部50bの数は接続ターミナル51の第1ターミナル51aの突起部の数より一つ少ない構成としている。
長穴50a1に凸部50bを設けて形成された3つの穴空間の幅をステータコイル3aの口出しリード線3a1の線径より小さくすることでも、ステータコイル3aの口出しリード線3a1の立ち上がり位置を容易に決めることができ、上述した実施の形態2と同様の効果を奏する。
実施の形態4.
この発明の実施の形態4を図15に基づいて説明する 図15はこの発明の実施の形態4に係わる回転電機の特徴を示す断面図である。
この実施の形態4においては、例えば上述した実施の形態3の構成のものに対して適用した場合を示している。図15に示すように、接続ターミナル51の第1ターミナル51aは複数の突起部51a1,51a2,51a3を有しており、第1ターミナル51aの高さが、例えばモータ部40の径方向の最も外側の突起部51a1が最も低く、外側の突起部51a1より内周側に位置する中央側の突起部51a2が外側の突起部51a1よりも高く、中央側の突起部51a2より内周側に位置する最も内側の突起部51a3が中央側の突起部51a2よりも高くなっている。すなわち、接続ターミナル51の第1ターミナル51aの高さはモータ部40の径方向の中心方向に向かうにつれて高くなるように構成している。
この実施の形態4によれば、外周部から溶接用トーチ41をアクセスする場合、接続ターミナル51の第1ターミナル51aが溶接用トーチ41と干渉することがないので、溶接の作業性を更に向上させることができる。
この実施の形態4は上述した実施の形態3の構成のものに対して適用した場合について述べたが、これに限定されるものではなく、上述した実施の形態1あるいは実施の形態2にも適用することができ、同様の効果を奏する。
実施の形態5.
この発明の実施の形態5を図16に基づいて説明する 図16はこの発明の実施の形態5に係わる回転電機における固定子を示す斜視図である。
この実施の形態5では、2組の3相交流ステータコイルの内、内層からステータコイル3aの内周側口出しリード線3a11を伸長させてコネクティングボード50の径方向の挿入穴50aに挿通させ、外層からステータコイル3aの外周側口出しリード3a12を伸長させてコネクティングボード50の径方向の挿入穴50aに挿通させる構造としている。
この実施の形態5における構造では、ステータコイル3aの内周側口出しリード線3a11、外周側口出しリード3a12をコネクティングボード50に接続する前に一つに束ねるのではなく、それぞれの内周側口出しリード線3a11、外周側口出しリード3a12を直接コネクティングボード50に接続する構造としている。上述したようにコネクティングボード50は径方向にスリット状の挿入穴50aを設けており、挿入穴50aに内周側口出しリード線3a11、外周側口出しリード3a12を挿通できるとともに接続ターミナルも複数の口出し線を接続できるような構造となっているので、内周側口出しリード線3a11、外周側口出しリード3a12の結線が可能である。
なお、この発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。
この発明は、モータ部の固定子の外径が異なる場合にも、一つのコネクティングボードで接続することが可能な回転電機の実現に好適である。
1 回転電機、2 回転子、2a 界磁コイル、2b 界磁コア、3 固定子、3a ステータコイル、3a1 口出しリード線、3a11 内周側口出しリード線、3a12
外周側口出しリード線、3b ステータコア、4 フロントブラケット、5 リヤブラケット、9 パワーモジュール、10 界磁モジュール、14 ケース、14a ターミナル、17 制御モジュール、22 ねじ、30 インバータアセンブリ、31 ヒートシンク、40 モータ部、50 コネクティングボード、50a 挿入穴、50a1 長穴、50a2 分割穴、50b 凸部、51 接続ターミナル、51a
第1ターミナル、51a1 外側、51a2 中央側、51a3 内側、51b 第2ターミナル

Claims (6)

  1. 界磁コイルと界磁コアからなる回転子、前記回転子の回りに配置されステータコイルとステータコアからなる固定子、一体に結合され前記回転子および前記固定子を支持するフロントブラケットとリヤブラケットからなるブラケットから構成されるモータ部と、
    前記リヤブラケットに取り付けられるとともに、前記固定子の前記ステータコイルへ通電するためのスイッチング素子を有するパワーモジュール、前記回転子の前記界磁コイルへ通電するためのスイッチング素子を有する界磁モジュール、前記スイッチング素子の制御を行う制御回路を有する制御モジュール、前記パワーモジュール、前記界磁モジュール、前記制御モジュールの端子と接続されるターミナルを有するケースから構成されるインバータアセンブリと、
    前記リヤブラケットと前記インバータアセンブリとの間に配設され、前記ステータコイルの口出しリード線と接続され複数の突起部を有する第1ターミナル、前記第1ターミナルより外周側に位置して前記インバータアセンブリの前記ケースの前記ターミナルと接続される第2ターミナルとを有する接続ターミナルがインサート成形されたコネクティングボードとを備え、
    前記コネクティングボードに前記モータ部の径方向に形成され前記ステータコイルの口出しリード線が挿入される径方向に延在する挿入穴を設け、前記接続ターミナルの前記第1ターミナルは前記挿入穴と平行に配置され前記モータ部の径方向に延伸させて設けられたことを特徴とする回転電機。
  2. 前記挿入穴は、前記モータ部の径方向に延在する長穴であることを特徴とする請求項1に記載の回転電機。
  3. 前記挿入穴は、前記モータ部の径方向に複数に分割し直線上に並んで設けられた分割穴であり、前記分割穴の数と前記突起部の数が同じであることを特徴とする請求項1に記載の回転電機。
  4. 前記長穴の径方向に部分的に凸部を設け、前記凸部を設けた穴空間の幅を前記ステータコイルの前記口出しリード線の線径より小さく構成し、前記凸部の数は前記接続ターミナルの前記第1ターミナルの前記突起部の数より一つ少ないことを特徴とする請求項2に記載の回転電機。
  5. 前記接続ターミナルの前記第1ターミナルの前記突起部が前記モータ部の径方向中心に向かうにつれて高く構成したことを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の回転電機。
  6. 前記ステータコイルの前記口出しリード線は、内周側口出しリード線と外周側口出しリード線とにより構成され、前記内周側口出しリード線と前記外周側口出しリード線はそれぞれ伸長されて前記コネクティングボードの前記挿入穴に挿通されることを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の回転電機。
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