JP4331231B2 - ステータおよび回転電機 - Google Patents

Description

本発明は、ステータおよび回転電機に関し、特に、複数のステータコイルと該複数のステータコイルを接続するバスバーとを有するステータおよび該ステータを含む回転電機に関する。

複数のステータコイルと該複数のステータコイルを接続するバスバーとを有するステータが従来から知られている。

たとえば、特開２００５−１３７１７４号公報（特許文献１）には、ステータコイルに対して軸方向に突出した渡り部材を用いてティース毎に巻着されたコイルが接続されるステータ構造において、一方のコイルの外周側端部と他方のコイルの内周側端部とを接続することが記載されている。

また、特開２００５−５１９９９号公報（特許文献２）および特開２００６−３３３６８５号公報（特許文献３）には、ステータコイルに対して径方向外方に設けられたバスバーによって複数のコイルを接続することが記載されている。
特開２００５−１３７１７４号公報 特開２００５−５１９９９号公報 特開２００６−３３３６８５号公報

特許文献１のステータでは、複数のステータコイルを接続するための渡り線がステータコイルに対して軸方向に突出しているため、ステータの軸方向の体格が大きくなる。

また、特許文献２，３のステータでは、バスバーの形状が各相ごとに異なるため、部品点数が増大する。

本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、体格が大型化することが抑制され、かつ、部品点数が低減されたステータおよび該ステータを含む回転電機を提供することにある。

本発明に係るステータは、１つの局面では、複数のティース部を有する円環状のステータコアと、複数のティース部にそれぞれ巻回された複数のステータコイルと、ステータコイルに対してステータコアの径方向外方に設けられ、複数のステータコイルを電気的に接続するバスバーとを備え、バスバーは、その両端部においてステータコイルと電気的に接続され、ステータコイルは、ティース部に巻回される部分と、ティース部に対してステータコアの径方向外方に設けられ、バスバーに接続される端子部と、ティース部に巻回される部分を跨ぐように形成され、ティース部に巻回される部分と端子部とを接続する部分とを含み、バスバーの一端とステータコアの円環の中心との距離と、バスバーの他端とステータコアの円環の中心との距離とが異なる。

本発明に係るステータは、他の局面では、複数のティース部を有する円環状のステータコアと、複数のティース部にそれぞれ巻回された複数の第１相ステータコイルと、複数のティース部にそれぞれ巻回され、第１相ステータコイルと異なる位相の電流が流れる複数の第２相ステータコイルと、第１相ステータコイルに対してステータコアの径方向外方に設けられ、複数の第１相ステータコイルを電気的に接続する第１バスバーと、第２相ステータコイルに対してステータコアの径方向外方に設けられ、複数の第２相ステータコイルを電気的に接続する第２バスバーとを備え、第１バスバーは、その両端部において第１相ステータコイルと電気的に接続され、第２バスバーは、その両端部において第２相ステータコイルと電気的に接続され、第１相ステータコイルは、ティース部に巻回される第１部分と、ティース部に対してステータコアの径方向外方に設けられ、第１バスバーに接続される第１端子部と、ティース部に巻回される部分を跨ぐように形成され、ティース部に巻回される第１部分と第１端子部とを接続する第２部分とを含み、第２相ステータコイルは、ティース部に巻回される第３部分と、ティース部に対してステータコアの径方向外方に設けられ、第２バスバーに接続される第２端子部と、ティース部に巻回される第３部分を跨ぐように形成され、ティース部に巻回される第３部分と第２端子部とを接続する第４部分とを含み、第１バスバーの端部とステータコアの円環の中心との距離と、第２バスバーの端部とステータコアの円環の中心との距離とが等しい。
本発明に係るステータは、さらに他の局面では、複数のティース部を有する円環状のステータコアと、複数のティース部にそれぞれ巻回された複数の第１相ステータコイルと、複数のティース部にそれぞれ巻回され、第１相ステータコイルと異なる位相の電流が流れる複数の第２相ステータコイルと、第１相ステータコイルに対してステータコアの径方向外方に設けられ、複数の第１相ステータコイルを電気的に接続する第１バスバーと、第２相ステータコイルに対してステータコアの径方向外方に設けられ、複数の第２相ステータコイルを電気的に接続する第２バスバーとを備え、第１バスバーは、その両端部において第１相ステータコイルと電気的に接続され、第２バスバーは、その両端部において第２相ステータコイルと電気的に接続され、第１バスバーおよび第２バスバーは、ステータコアの同じ側の軸方向端面上に設けられ、第１バスバーの端部とステータコアの円環の中心との距離と、第２バスバーの端部とステータコアの円環の中心との距離とが等しい。

本発明に係るステータは、さらに他の局面では、複数のティース部を有する円環状のステータコアと、複数のティース部にそれぞれ巻回された複数のステータコイルと、ステータコイルに対してステータコアの径方向外方に設けられ、複数のステータコイルを電気的に接続する複数のバスバーとを備え、ステータコイルは、ティース部に巻回される部分と、ティース部に対してステータコアの径方向外方に設けられ、バスバーに接続される端子部と、ティース部に巻回される部分を跨ぐように形成され、ティース部に巻回される部分と端子部とを接続する部分とを含み、複数のバスバーがステータコアの軸方向端面上で風車状に並ぶように配置される。

上記構成によれば、いずれの局面においても、ステータの体格が大型化することを抑制するとともに、該ステータの部品点数を低減することができる。

上記ステータにおいて、好ましくは、ティース部の径方向外方に設けられ、複数のバスバー（または第１，第２バスバー）が収納されるバスバー収容体をさらに備え、複数のバスバー（または第１，第２バスバー）は、バスバー収容体から上方に突出した部分において複数のステータコイル（または第１相，第２相ステータコイル）と電気的に接続される。
上記ステータは、好ましくは、ステータコアとステータコイル（または第１相，第２相ステータコイル）との間に介装されたインシュレータをさらに備える。
上記ステータにおいて、好ましくは、バスバー（または第１，第２バスバー）の表面が絶縁被覆されている。これにより、バスバーの絶縁の確保が容易になり、絶縁のための別部品が不要となる。

本発明に係る回転電機は、上述したステータを備える。これにより、ステータの体格の大型化が抑制された回転電機が提供される。

本発明によれば、ステータの体格が大型化することを抑制するとともに、該ステータの部品点数を低減することができる。

以下に、本発明の実施の形態について説明する。なお、同一または相当する部分に同一の参照符号を付し、その説明を繰返さない場合がある。

なお、以下に説明する実施の形態において、個数、量などに言及する場合、特に記載がある場合を除き、本発明の範囲は必ずしもその個数、量などに限定されない。また、以下の実施の形態において、各々の構成要素は、特に記載がある場合を除き、本発明にとって必ずしも必須のものではない。また、以下に複数の実施の形態が存在する場合、特に記載がある場合を除き、各々の実施の形態の構成を適宜組合わせることは、当初から予定されている。

図１は、本発明の１つの実施の形態に係るステータを有する回転電機を示した図である。図１を参照して、回転電機１は、ステータ１００と、ロータ２００とを含んで構成される。ステータ１００は、ステータコア１１０と、ステータコイル１２０と、バスバー１３０とを含む。

ステータコア１１０は、たとえば、電磁鋼板などの磁性体を積層することによって構成される。ステータコア１１０は、複数のティース部１１１と、複数のティース部１１１間に形成されるスロット部とを有する。

ステータコイル１２０は、ステータコア１１０のスロット部に嵌り合うように、ティース部１１１に巻回される。ステータコイル１２０は、Ｕ相コイル１２０Ｕと、Ｖ相コイル１２０Ｖと、Ｗ相コイル１３０Ｗとにより構成される。Ｕ相コイル１２０Ｕ、Ｖ相コイル１２０ＶおよびＷ相コイル１２０Ｗは、この順でステータ１００の周方向に等間隔で繰り返し並ぶように配列される。図１の例では、Ｕ相コイル１２０Ｕ、Ｖ相コイル１２０ＶおよびＷ相コイル１２０Ｗがそれぞれ６つずつ設けられている。Ｕ相コイル１２０Ｕ、Ｖ相コイル１２０ＶおよびＷ相コイル１２０Ｗには、互いに１２０°ずつ位相がずれた交流電流が流される。すなわち、回転電機１は、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相を有する３相モータジェネレータである。

図１に示すように、各々のティース部１１１に、１つずつステータコイル１２０が巻回される。すなわち、本実施の形態に係るステータ１００には、１つのティース部１１１に１つのステータコイル１２０が巻着される「集中巻」の巻線構造が適用されている。

バスバー１３０は、Ｕ相バスバー１３０Ｕと、Ｖ相バスバー１３０Ｖと、Ｗ相バスバー１３０Ｗとにより構成される。Ｕ相コイル１２０Ｕは、Ｕ相バスバー１３０Ｕにより電気的に直列接続され、Ｖ相コイル１２０Ｖは、Ｖ相バスバー１３０Ｖにより電気的に直列接続され、Ｗ相コイル１２０Ｗは、Ｗ相バスバー１３０Ｗにより電気的に直列接続される。

図１に示されるように、Ｕ相バスバー１３０Ｕ、Ｖ相バスバー１３０ＶおよびＷ相バスバー１３０Ｗは、ステータコア１１０の軸方向端面上で風車状に並ぶように配置されている。より具体的には、各々のバスバー１３０は、ステータ１００の径方向および接線方向に交差する斜め方向に延在するように設けられている。すなわち、各々のバスバー１３０は、その一端と他端とで、ステータコア１１０の円環の中心Ｏからの距離が異なるように配置されている。なお、バスバー１３０の絶縁の確保を容易にするために、バスバー１３０の表面は絶縁被覆されている。

図２は、図１におけるII−II断面図である。図２を参照して、バスバー１３０（図２ではＵ相バスバー１３０Ｕ）は、絶縁性の樹脂からなるバスバー収容体１４０に嵌合されている。また、ステータコア１１０とステータコイル１２０（図２ではＵ相コイル１２０Ｕ）との間には、樹脂成形品であるインシュレータ１５０が介装される。

ステータコア１１０にステータコイル１２０を巻着する際は、まず、インシュレータ１５０にステータコイル１２０を巻回する。これにより、図３に示すように、端子部１２１を有するカセットコイルが形成される。図３に示されるカセットコイルをステータコア１１０のティース部１１１に嵌合させることにより、ステータコイル１２０がステータコア１１０に組付けられる。

図４は、バスバー１３０およびバスバー収容体１４０の断面図（図２とは異なる部分の断面図）であり、図５は、図４に示す構造を矢印Ｖの方向から見た状態を示す図である。図４に示される断面では、バスバー収容体１４０内に３つのバスバー１３０（Ｕ相バスバー１３０Ｕ、Ｖ相バスバー１３０ＶおよびＷ相バスバー１３０Ｗ）が収納されている。図４，図５に示されるように、Ｕ相バスバー１３０Ｕにバスバー収容体１４０から上方に突出して端子部１３１が形成されている。

バスバー１３０の両端部に設けられた端子部１３１とステータコイル１２０の端子部１２１とが、たとえばボルトなどの締結部材により締結される。これにより、複数のステータコイル１２０が電気的に接続される。

上記のように、バスバー１３０をステータコイル１２０に対して径方向外方に配置することで、バスバー１３０により複数のステータコイル１２０を電気的に接続する際に、バスバー１３０をステータコイル１２０に対して軸方向に突出させる必要が無くなるため、ステータ１００の体格が軸方向に大型化することを抑制することができる。

図６は、図１に示されるバスバー１３０の配置を詳細に示した図である。図６を参照して、Ｕ相バスバー１３０Ｕ、Ｖ相バスバー１３０ＶおよびＷ相バスバー１３０Ｗの一端部は、ステータコア１１０の円環の中心Ｏを中心とする同一円周上（図６中のＣ１ライン上）に位置し、Ｕ相バスバー１３０Ｕ、Ｖ相バスバー１３０ＶおよびＷ相バスバー１３０Ｗの他端部は、ステータコア１１０の円環の中心Ｏを中心とする同一円周上（図６中のＣ２ライン上）に位置している。このようにすることで、Ｕ相バスバー１３０Ｕ、Ｖ相バスバー１３０ＶおよびＷ相バスバー１３０Ｗの形状を同じにすることができるので、ステータ１００の部品点数を低減することができる。

本実施の形態に係るステータ１００によれば、ステータ１００の体格が大型化することを抑制するとともに、ステータ１００の部品点数を低減することができる。

上述した内容について要約すると、以下の様になる。すなわち、本実施の形態に係るステータ１００は、複数のティース部１１１を有する円環状のステータコア１１０と、複数のティース部１１１にそれぞれ巻回された複数の「ステータコイル」としてのＵ相コイル１２０Ｕ（第１相ステータコイル）、Ｖ相コイル１２０Ｖ（第２相ステータコイル）およびＷ相コイル１２０Ｗ（第３相ステータコイル）と、Ｕ相コイル１２０Ｕ、Ｖ相コイル１２０ＶおよびＷ相コイル１２０Ｗに対してステータコア１１０の径方向外方に設けられ、複数のＵ相コイル１２０Ｕ、Ｖ相コイル１２０ＶおよびＷ相コイル１２０Ｗをそれぞれ電気的に接続するＵ相バスバー１３０Ｕ（第１バスバー）、Ｖ相バスバー１３０Ｖ（第２バスバー）およびＷ相バスバー１３０Ｗ（第３バスバー）とを備える。Ｕ相コイル１２０Ｕ、Ｖ相コイル１２０ＶおよびＷ相コイル１２０Ｗには、互いに異なる位相の交流電流が流れる。

ここで、Ｕ相バスバー１３０Ｕの一端とステータコア１１０の円環の中心Ｏとの距離と、Ｕ相バスバー１３０Ｕの他端とステータコア１１０の円環の中心Ｏとの距離とが異なり、Ｖ相バスバー１３０Ｖの一端とステータコア１１０の円環の中心Ｏとの距離と、Ｖ相バスバー１３０Ｖの他端とステータコア１１０の円環の中心Ｏとの距離とが異なり、Ｗ相バスバー１３０Ｗの一端とステータコア１１０の円環の中心Ｏとの距離と、Ｗ相バスバー１３０Ｗの他端とステータコア１１０の円環の中心Ｏとの距離とが異なる。

また、Ｕ相バスバー１３０Ｕの端部とステータコア１１０の円環の中心Ｏとの距離と、Ｖ相バスバー１３０Ｖの端部とステータコア１１０の円環の中心Ｏとの距離とが等しく、Ｖ相バスバー１３０Ｖの端部とステータコア１１０の円環の中心Ｏとの距離と、Ｗ相バスバー１３０Ｗの端部とステータコア１１０の円環の中心Ｏとの距離とが等しく、Ｗ相バスバー１３０Ｗの端部とステータコア１１０の円環の中心Ｏとの距離と、Ｕ相バスバー１３０Ｕの端部とステータコア１１０の円環の中心Ｏとの距離とが等しい。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明の１つの実施の形態に係るステータを有する回転電機を示した図である。 図１におけるII−II断面図である。 図２に示されるインシュレータおよびコイルの斜視図である。 図２に示されるバスバーおよびバスバー収容体の他の部分における断面図である。 図４に示す構造を矢印Ｖの方向から見た状態を示す図である。 図１に示されるバスバーの配置を詳細に示した図である。

符号の説明

１ 回転電機、１００ ステータ、１１０ ステータコア、１１１ ティース部、１２０ ステータコイル、１２０Ｕ Ｕ相コイル、１２０Ｖ Ｖ相コイル、１２０Ｗ Ｗ相コイル、１２１，１３１ 端子部、１３０ バスバー、１３０Ｕ Ｕ相バスバー、１３０Ｖ Ｖ相バスバー、１３０Ｗ Ｗ相バスバー、１４０ バスバー収容体、１５０ インシュレータ、２００ ロータ。

Claims (11)

1. 複数のティース部を有する円環状のステータコアと、
   複数の前記ティース部にそれぞれ巻回された複数のステータコイルと、
   前記ステータコイルに対して前記ステータコアの径方向外方に設けられ、複数の前記ステータコイルを電気的に接続するバスバーとを備え、
   前記バスバーは、その両端部において前記ステータコイルと電気的に接続され、
   前記ステータコイルは、前記ティース部に巻回される部分と、前記ティース部に対して前記ステータコアの径方向外方に設けられ、前記バスバーに接続される端子部と、前記ティース部に巻回される部分を跨ぐように形成され、前記ティース部に巻回される部分と前記端子部とを接続する部分とを含み、
   前記バスバーの一端と前記ステータコアの円環の中心との距離と、前記バスバーの他端と前記ステータコアの円環の中心との距離とが異なる、ステータ。
2. 複数のティース部を有する円環状のステータコアと、
   複数の前記ティース部にそれぞれ巻回された複数の第１相ステータコイルと、
   複数の前記ティース部にそれぞれ巻回され、前記第１相ステータコイルと異なる位相の電流が流れる複数の第２相ステータコイルと、
   前記第１相ステータコイルに対して前記ステータコアの径方向外方に設けられ、複数の前記第１相ステータコイルを電気的に接続する第１バスバーと、
   前記第２相ステータコイルに対して前記ステータコアの径方向外方に設けられ、複数の前記第２相ステータコイルを電気的に接続する第２バスバーとを備え、
   前記第１バスバーは、その両端部において前記第１相ステータコイルと電気的に接続され、
   前記第２バスバーは、その両端部において前記第２相ステータコイルと電気的に接続され、
   前記第１相ステータコイルは、前記ティース部に巻回される第１部分と、前記ティース部に対して前記ステータコアの径方向外方に設けられ、前記第１バスバーに接続される第１端子部と、前記ティース部に巻回される部分を跨ぐように形成され、前記ティース部に巻回される第１部分と前記第１端子部とを接続する第２部分とを含み、
   前記第２相ステータコイルは、前記ティース部に巻回される第３部分と、前記ティース部に対して前記ステータコアの径方向外方に設けられ、前記第２バスバーに接続される第２端子部と、前記ティース部に巻回される第３部分を跨ぐように形成され、前記ティース部に巻回される第３部分と前記第２端子部とを接続する第４部分とを含み、
   前記第１バスバーの端部と前記ステータコアの円環の中心との距離と、前記第２バスバーの端部と前記ステータコアの円環の中心との距離とが等しい、ステータ。
3. 複数のティース部を有する円環状のステータコアと、
   複数の前記ティース部にそれぞれ巻回された複数の第１相ステータコイルと、
   複数の前記ティース部にそれぞれ巻回され、前記第１相ステータコイルと異なる位相の電流が流れる複数の第２相ステータコイルと、
   前記第１相ステータコイルに対して前記ステータコアの径方向外方に設けられ、複数の前記第１相ステータコイルを電気的に接続する第１バスバーと、
   前記第２相ステータコイルに対して前記ステータコアの径方向外方に設けられ、複数の前記第２相ステータコイルを電気的に接続する第２バスバーとを備え、
   前記第１バスバーは、その両端部において前記第１相ステータコイルと電気的に接続され、
   前記第２バスバーは、その両端部において前記第２相ステータコイルと電気的に接続され、
   前記第１バスバーおよび前記第２バスバーは、前記ステータコアの同じ側の軸方向端面上に設けられ、
   前記第１バスバーの端部と前記ステータコアの円環の中心との距離と、前記第２バスバーの端部と前記ステータコアの円環の中心との距離とが等しい、ステータ。
4. 複数のティース部を有する円環状のステータコアと、
   複数の前記ティース部にそれぞれ巻回された複数のステータコイルと、
   前記ステータコイルに対して前記ステータコアの径方向外方に設けられ、複数の前記ステータコイルを電気的に接続する複数のバスバーとを備え、
   前記ステータコイルは、前記ティース部に巻回される部分と、前記ティース部に対して前記ステータコアの径方向外方に設けられ、前記バスバーに接続される端子部と、前記ティース部に巻回される部分を跨ぐように形成され、前記ティース部に巻回される部分と前記端子部とを接続する部分とを含み、
   複数の前記バスバーが前記ステータコアの軸方向端面上で風車状に並ぶように配置される、ステータ。
5. 前記ティース部の径方向外方に設けられ、前記複数のバスバーが収納されるバスバー収容体をさらに備え、
   前記複数のバスバーは、前記バスバー収容体から上方に突出した部分において前記複数のステータコイルと電気的に接続される、請求項１または請求項４に記載のステータ。
6. 前記ティース部の径方向外方に設けられ、前記複数のバスバーが収納されるバスバー収容体をさらに備え、
   前記第１バスバーは、前記バスバー収容体から上方に突出した部分において前記第１相ステータコイルと電気的に接続され、
   前記第２バスバーは、前記バスバー収容体から上方に突出した部分において前記第２相ステータコイルと電気的に接続される、請求項２または請求項３に記載のステータ。
7. 前記ステータコアと前記ステータコイルとの間に介装されたインシュレータをさらに備えた、請求項１、請求項４および請求項５のいずれか１つに記載のステータ。
8. 前記ステータコアと前記第１相ステータコイルおよび前記第２相ステータコイルとの間にそれぞれ介装されたインシュレータをさらに備えた、請求項２、請求項３および請求項６のいずれか１つに記載のステータ。
9. 前記バスバーの表面が絶縁被覆された、請求項１、請求項４、請求項５および請求項７のいずれか１つに記載のステータ。
10. 前記第１バスバーおよび前記第２バスバーの表面が絶縁被覆された、請求項２、請求項３、請求項６および請求項８のいずれか１つに記載のステータ。
11. 請求項１から請求項１０のいずれか１つに記載のステータを備えた、回転電機。

Images