JP2023009426A - 回転機械 - Google Patents

Abstract

【課題】回転機械の小型化を図ること。【解決手段】回転機械１は、回転軸３１と一体に形成され回転軸３１と共に回転するロータ３と、ロータ３の外周に設けられ巻線２２ａを巻回して形成されるコイル２２を周方向に複数配列するステータ２と、巻線２２ａの端部に接合されるバスバーの接合部４１とを備え、バスバーの接合部４１は、回転軸３１の軸方向へ引き出された巻線２２ａの端部に対し軸方向へ折り曲げられて巻線２２ａに接合されて構成されている。【選択図】図３

Description

本発明は、回転機械に関する。

従来、回転機械として、例えば、特開２０１９－１７０１３７号公報に記載されるように、ステータのコイルをバスバーに接合するモータが知られている。バスバーは、コイルを外部機器と電気的に接合する部品として機能する。このバスバーは、コイルの巻線と接合される接合部と外部機器と接合される端子部を有している。

特開２０１９－１７０１３７号公報

上述したモータは、その用途によって小型化を図ることが求められる場合がある。ところが、バスバーの構造によって小型化が難しいという問題がある。すなわち、図５に示すように、ステータ１０１を軸方向から見た場合、コイルの巻線１０２が軸方向に引き出され、周方向に所定の間隔で配置される。各巻線１０２には、バスバー端子１０３が接合されている。バスバー端子１０３は、巻線１０２を挟み込むように周方向へ折り曲げられ、ヒュージング、抵抗溶接などにより加圧されて巻線１０２と接合される。このとき、図６に示すように、巻線１０２を挟むようにバスバー端子１０３を両側から加圧すると、バスバー端子１０３が周方向へ延びるように変形し、隣接するバスバー端子１０３の距離Ｌ１が狭まることとなる。このため、バスバー端子１０３同士の接触を避けるために、距離Ｌ１を十分な長さに設定する必要がある。従って、ステータ１０１を小径化してモータを小型化することが困難となる。

そこで、小型化が図れる回転機械の開発が望まれている。

本開示の一態様に係る回転機械は、回転軸と共に回転するロータと、ロータの外周に設けられ、巻線を巻回して形成されるコイルを周方向に複数配列するステータと、巻線の端部に接合されるバスバーとを備え、バスバーは、ステータの軸方向の端面から突出する巻線の端部に対し端部の延伸方向へ折り曲げられて接合されている。この回転機械によれば、バスバーが巻線の端部の延伸方向へ折り曲げられて巻線に接合されている。これにより、バスバーと巻線の接合時にバスバーがステータの周方向へ延びて変形することが抑制される。このため、隣り合うバスバーの接合部同士の距離を狭く設定することができ、ステータの小径化を図ることができる。従って、回転機械の小型化を図ることができる。

また、本開示の一態様に係る回転機械において、巻線の端部は、ステータの端面から軸方向へ延伸していてもよい。

また、本開示の一態様に係る回転機械において、バスバーは、巻線の端部を覆うように配置され、巻線を径方向に挟んで設けられていてもよい。

本開示に係る発明によれば、回転機械の小型化を図ることができる。

本開示の実施形態に係る回転機械のステータの構成概要を示す図である。 図１の回転機械のステータを側方から見た図である。 図１の回転機械のバスバーの接合部の説明図である。 図１の回転機械のバスバーの接合部の説明図である。 従来技術の説明図である。 従来技術の説明図である。

以下、本開示の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、図面の説明において同一要素には同一符号を付し、重複する説明は省略する。

図１は、本開示の実施形態に係る回転機械のステータの構成概要図であり、軸方向からステータを見た図である。図２は、ステータを側方から見た図である。

図１に示すように、本実施形態に係る回転機械１は、ステータ２及びロータ３を備えて構成される。回転機械１は、例えば電動機であり、電気エネルギの供給によりロータ３を回転させて機械的エネルギを発生させる。ロータ３は、回転軸３１と一体に形成され、回転軸３１と共に回転軸線Ａを中心に回転する。ステータ２は、回転軸線Ａを中心に回転する磁界を発生させ、ロータ３を回転させる。ステータ２は、図示しないハウジングに収容されており、ハウジングに対して回転及び移動しないように固定されている。回転軸３１は、ハウジングに設けられるベアリングなどにより軸受けされ、回転軸線Ａを中心に回転可能に取り付けられている。

ステータ２は、筒状を呈し、内側にロータ３を配置させロータ３の外周を覆うように設けられている。ステータ２は、周方向に配列される複数のコイル２２を有している。コイル２２は、図示しないコアに巻線２２ａを巻回して形成されている。巻線２２ａは、金属製の導線であり、コイル２２から軸方向へ向けて引き出されている。引き出された巻線２２ａの端部には、バスバーの接合部４１がそれぞれ接合されている。接合部４１は、バスバーを巻線２２ａと接合するための金属製の端子である。図１及び図２において、バスバーの接合部４１のみ図示しており、バスバー全体の図示は省略している。例えば、一つのバスバーにおいて、複数の接合部４１が形成され、複数の巻線２２ａと接合される。バスバーは、接合部４１を通じてコイル２２と接合され、スター結線（Ｙ結線）やデルタ結線（三角結線）などの三相交流回路の一部を構成する。バスバーは、結線の態様によって異なる形状に形成される。

なお、本実施形態では、ステータ２の軸方向の端面から巻線２２ａの端部が引き出され軸方向に沿って延伸している。つまり、コイル２２から引き出された巻線２２ａの端部が軸方向に向けて延在している。しかし、これによらず、巻線２２ａの端部は、ほぼ軸方向に延在していてもよい。例えば、巻線２２ａの端部は、周方向又は径方向に傾いて延在していてもよい。また、巻線２２ａの端部は、終端が折り畳まれていてもよい。例えば、巻線２２ａの端部の終端を１８０度折り返してもよく、その折り返した部分にバスバーの接合部４１が接合されていてもよい。

図３及び図４は、バスバーの接合部の説明図である。図３は図１のIII-IIIにおいて接合部を側方から見た図であり、図４は複数の接合部を軸方向から見た図である。

図３に示すように、バスバーの接合部４１は、巻線２２ａの端部に対し巻線２２ａの延伸方向へ折り曲げて接合されている。ここでは、巻線２２ａが軸方向へ延在しており、接合部４１は軸方向へ折り曲げて接合されている。軸方向とは、ロータ３の回転軸線Ａと平行な方向である。図３では、上下方向が軸方向となっている。接合部４１は、バスバーの本体部から延びており、例えば長尺な平板状に形成される。接合部４１は、巻線２２ａと平行に配置され、巻線２２ａの延伸方向に折り曲げて折り返すことによりフック形状とされる。そして、接合部４１は、曲折部４１ａで巻線２２ａの端部を覆い、巻線２２ａを径方向に挟み込んで設けられている。曲折部４１ａは、接合部４１において折り曲げられた部分である。接合部４１は、曲折部４１ａでＵ字状又は１８０度に折り返されている。また、バスバーは、曲折部４１ａの両側へ延びる部位が、巻線２２ａの端部の延伸方向を向いている。

本開示では、ステータ２の軸方向の端面から、巻線２２ａの端部が突出している。そして、突出した巻線２２ａの端部が周方向へ沿って配列されている。また、巻線２２ａの端部には、バスバーの接合部４１が取り付けられている。これらの配列された巻線２２ａの端部及び接合部４１については、絶縁性を担保するため、互いにある程度離間して配置されている。つまり、隣り合う巻線２２ａの端部及び接合部４１の間をある程度離隔することで、絶縁距離を確保している。

接合部４１と巻線２２ａの接合は、例えばヒュージング又は抵抗溶接によって行われる。例えば、接合部４１は、巻線２２ａの端部を覆うように巻線２２ａを挟み込んで配置される。このとき、接合部４１は、巻線２２ａをステータ２の径方向に挟み込んだ状態とされる。図３では、左右方向が径方向となっている。そして、巻線２２ａ及び接合部４１は、図示しない二つの電極によって径方向から挟まれるように加圧される。そして、巻線２２ａ及び接合部４１は、電極間の通電によって加熱される。これにより、熱カシメによって巻線２２ａと接合部４１が接合される。

この接合により、巻線２２ａ及び接合部４１は変形する。すなわち、巻線２２ａ及び接合部４１は径方向に押し潰され、接合部４１の曲折部４１ａが軸方向へ延出する。しかしながら、接合時の変形により、接合部４１が周方向へほとんど延び出ることはない。このため、巻線２２ａと接合部４１との接合時において、接合部４１の変形により、接合部４１が隣接する接合部４１へ接近することが抑制される。つまり、図４に示すように、隣接する接合部４１と接合部４１との距離Ｌは、巻線２２ａと接合部４１との接合時における接合部４１の変形によって狭まることが抑制される。従って、接合部４１と接合部４１との間の距離Ｌを小さく設定しても絶縁距離を確保することができ、ステータ２の小径化を図ることができる。これにより、回転機械１の小型化を図ることができる。

なお、ステータ２及び回転機械１が長軸化するおそれもあるが、径方向と軸方向のどちらのサイズ制約が強いかは適用する製品によって異なる。本実施形態に係る回転機械１においては、径方向のサイズ制約の強い場合に有益である。

以上説明したように、本実施形態に係る回転機械１によれば、バスバーが巻線２２ａの端部の延伸方向へ折り曲げられて巻線２２ａに接合されている。これにより、バスバーの接合部４１と巻線２２ａの接合時に接合部４１がステータ２の周方向へ変形することが抑制される。このため、隣り合う接合部４１同士の距離Ｌを狭く設定しても変形により接触することが避けられる。従って、ステータ２の小径化を図ることができ、回転機械１の小型化を図ることができる。

これに対し、バスバーの接合部４１を巻線２２ａの端部に対し巻線２２ａと交差する方向に折り曲げて巻線２２ａに接合する場合、ステータ２の小径化が難しく、回転機械１の小型化を図ることが困難となる。すなわち、巻線２２ａと接合部４１の接合時に接合部４１が周方向へ延び出すように変形し、接合部４１同士の間を狭く設定することができないからである（図６参照）。つまり、隣り合うバスバーとの絶縁距離を確保するため、バスバー同士の間をある程度離隔する必要があるからである。また、バスバーの接合部４１を巻線２２ａの端部に対し径方向へ折り曲げて巻線２２ａに接合する場合も、ステータ２の小径化が難しく、回転機械１の小型化を図ることが困難となる。この場合、巻線２２ａと接合部４１の接合時に接合部４１が径方向へ延び出すように変形し、ステータ２を径方向へ大きくせざるを得ないからである。そこで、本実施形態に係る回転機械１では、バスバーの接合部４１を巻線２２ａの延伸方向へ折り曲げて巻線２２ａに接合している。これにより、隣り合う接合部４１同士の距離Ｌを狭く設定することができ、ステータ２の小径化及び回転機械１の小型化を図ることができるのである。

さらに言えば、巻線２２ａの端部の延伸方向と交差するようにバスバーを接合する場合、バスバーが周方向へ延伸することになる。この場合、周方向に隣り合う巻線２２ａの端部及びバスバーの距離を確保するためには、本実施形態と比べて、巻線２２ａの端部及びバスバーを広い領域に分散させる必要がある。これに対し、本実施形態に係る回転機械１では、熱カシメの実施の有無によらずステータ２の小径化に寄与することができる。

また、本実施形態に係る回転機械１によれば、バスバーの接合部４１が軸方向へ折り曲げて巻線２２ａに接合されているため、接合部４１周辺において径方向及び周方向の接合スペースが広がることとなる。従って、電極などの接合ツールを軸方向から接合位置までアクセスしやすくなり、接合作業がしやすくなる。

なお、以上のように本開示の実施形態に係る回転機械１について説明したが、本開示の回転機械は、上述したものに限られるものではない。本開示の回転機械は、特許請求の範囲の記載の要旨を逸脱しない範囲で様々な変形態様で実施することができる。

例えば、上述した実施形態に係る回転機械１では、ステータ２が六つのコイル２２と十二個の巻線２２ａの端部を有するものであったが、コイル２２と巻線２２ａの端部がそれ以外の個数であるステータを用いてもよい。

また、上述した実施形態に係る回転機械１では、電動機に適用する場合について説明したが、回転機械１は、ステータ及びロータを有する発電機、モータジェネレータなど電動機以外の回転機械に適用してもよい。

１ 回転機械
２ ステータ
３ ロータ
２２ コイル
２２ａ 巻線
３１ 回転軸
４１ 接合部（バスバー）
４１ａ 曲折部
Ａ 回転軸線
Ｌ 距離

Claims (3)

1. 回転軸と共に回転するロータと、
   前記ロータの外周に設けられ、巻線を巻回して形成されるコイルを周方向に複数配列するステータと、
   前記巻線の端部に接合されるバスバーと、を備え、
   前記バスバーは、前記ステータの軸方向の端面から突出する前記巻線の端部に対し前記端部の延伸方向へ折り曲げられて接合されている、
   回転機械。
2. 前記巻線の端部は、前記ステータの端面から軸方向へ延伸している、
   請求項１に記載の回転機械。
3. 前記バスバーは、前記巻線の端部を覆うように配置され、前記巻線を径方向に挟んで設けられる、
   請求項１又は２記載の回転機械。

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