JP5016969B2 - 回転電機の配電部品 - Google Patents

Description

本発明は、回転電機の配電部品に係り、特に、回転電機の固定子コイルの結線に利用される結線リングを用いた回転電機の配電部品に関する。

従来の回転電機の配電部品として、固定子コイルの端末を結線リングに形成した貫通孔に挿入、固定するものが知られている（例えば、特開２００５−８６９８５号公報参照）
また、従来の回転電機の配電部品として、リング状のリードフレームに内側に向け突出して曲げ加工し、コイルとの接続端子部を形成し、Ｕ，Ｖ，Ｗ相が中心軸方向で重なる様に配置され、部分的固定手段により一体化したものが知られている（例えば、特許３７０１６３９号公報参照）。

特開２００５−８６９８５号公報 特許３７０１６３９号公報

しかしながら、特許文献１記載のものでは、貫通孔を形成する個所をプレス加工により潰し、軸方向に面する平面部を形成してから、貫通孔を形成している。そのため、平面部を形成することで、結線部が横方向（固定子の径方向）に拡がってしまい、隣り合う他の相の結線リングとの絶縁距離が確保できないという問題がある。

また、貫通孔の周りが平面であるため、コイル端末を挿入しづらい点やコイル端末を結線リングに溶接する際、溶融させるコイル端末に比べ、貫通孔周りの溶融部分の体積が大きく、熱バランスがとれず、溶接が困難となる問題がある。

また、特許文献２記載のものでは、Ｕ，Ｖ，Ｗ相が軸方向に重なるため、結線リングが軸方向に３本以上重なり、固定子端面の軸方向スペースが拡大、回転電機の軸方向寸法が大きくなるという問題がある。また、固定子コイル端末との接続に結線パーツ１３や１１３が必要となり、部品点数が多く、部品コストや製造コスト増加の原因となる。

本発明の目的は、隣り合う各相の結線リング間の絶縁距離を確保でき、溶接も容易であり、軸方向寸法も小型化でき、部品数を増加させることなく、低コストで、生産性のある配電部品を提供することにある。

本発明によれば、隣り合う各相の結線リング間の絶縁距離を確保でき、溶接も容易であり、軸方向寸法も小型化でき、部品数を増加させることなく、低コストで、生産性も向上する。

（１）上記目的を達成するために、本発明は、同一相の固定子コイルを結線する結線リングを有する回転電機の配電部品であって、前記結線リングは、少なくとも一本の線状導体からリング状に一体成形され、前記結線リングは、前期固定子コイルの巻線端を挿入する孔と、前記固定子コイルの巻線端を接続するための前記孔方向に形成された突起部とが前記線状導体に一体成形された端子部を備え、前記突起部の中には、前記挿入孔と連通した貫通孔が形成され、該貫通孔には、前記挿入孔を経て、前記固定子コイルの巻線端が挿入され、前記突起部と前記固定子コイルの巻線端とが接合部により接合されるようにしたものである。
かかる構成により、端子部の孔と突起部は、塑性加工により一体成形できるので、プレス加工により、平面部を形成することが無いため、結線部が横方向に拡がることが無く、隣り合う他の相の結線リングとの間に十分な絶縁距離が確保でき、相間のショートや部分放電による絶縁不良の発生を防止でき、絶縁品質を向上できる。また、孔方向の突起部（挿入孔を除く）は、孔に挿入した固定子コイルの巻線端とほぼ同様の体積に成形することができ、熱バランスが同程度になり、固定子コイル巻線端との溶接を容易で確実なものにできる。

（２）上記（１）において、好ましくは、前記結線リングは、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相，中性点毎に、ドーナッツ状の絶縁部品上に、ほぼ同一平面に、同芯状に配置し、前記固定子コイルの巻線端と接続したものである。
かかる構成により、結線リング１本分の高さで構成でき、固定子端面の軸方向スペースを抑えることが可能であり、回転電機の軸方向寸法を低減できる。また、固定子コイルの巻線端の延長線に前記結線リングの接続用端子部を配置することが可能であり、接続用端子部の孔に前記固定子コイルの巻線端を挿入、溶接することで、他の結線部品を用いずに配電部品を構成でき、部品点数を削減し、部品コスト及び製造コストを低減できる。

（３）上記（２）において、好ましくは、前記結線リングは、絶縁材で被覆された線状導体からなり、前記線状導体の端子部は、前記絶縁材を除去した後、前記巻線端の前記挿入孔と孔方向に形成された前記突起部とを成形し、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相，中性点の各線状導体の端子部は、周方向の異なる位置に隣り合わないように、配置しているものである。
かかる構成により、結線リングの端子部以外は、絶縁材で被覆されており、また、端子部も隣合うこと無く配置されているので、隣り合う結線リング間の絶縁距離が十分確保でき、相間のショートや部分放電による絶縁不良の発生を防止できる。

（４）上記（３）において、好ましくは、前記配電部品は、前記固定子コイルの巻回部の固定子軸方向の端面上に配置しているものである。
かかる構成により、固定子コイルの巻線端末の延長部に結線リングの端子部を配置でき、結線用に新たな部品を増やすこと無く、配電部品を構成できる。

（５）上記（１）において、好ましくは、前記貫通孔の直径は、前記挿入孔の直径よりも小さいものである。

以下、図１〜図６を用いて、本発明の一実施形態による回転電機の配電部品の構成について説明する。
最初に、図１を用いて、本実施形態による回転電機の配電部品を用いる回転電機の構成について説明する。
図１は、本発明の一実施形態による回転電機の配電部品を用いる回転電機の構成を示す要部断面の斜視図である。

回転電機１は、ハイブリット車両に用いられるものである。図示の回転電機１は、薄型のものであり、エンジンとトランスミッションの間に配置される。回転電機１の回転子６は、シャフト７に嵌合され、クラッチ等の切換装置を介し、エンジンのクランクシャフト及びトランスミッションに連結される。固定子４は、ハウジング３に固定されている。ハウジング３は、エンジンまたはトランスミッションケースに固定される。回転子６は、固定子４に対して回転可能とされている。

回転電機１は、電力の供給を受け、エンジンを補助駆動したり、回転電機１のみでトランスミッションを介し、車両を駆動する。また、回転電機１は、車両減速時には、車両の運動エネルギーの１部を電力に回生できる。

本例では、回転電機１は、三相交流型で、固定子４に設けられた複数の固定子コイル５がＵ相，Ｖ相，Ｗ相，中性点に対応するように配電部品１０によってスター結線されている。配電部品１０には、各相に対応する電力供給端子部１１が設けられ、この電力供給端子部１１において、バッテリーより、インバータを介して、各相の電力が、各相の端子部１１に供給される。

次に、図２を用いて、本実施形態による回転電機の配電部品である結線リングと固定子コイルの接続部の構成について説明する。
図２は、本発明の一実施形態による回転電機の配電部品である結線リングと固定子コイルの接続部の構成を示す分解斜視図である。

固定子４は、周方向に沿って配置される複数の固定子コア８を備えている。固定子コア８には、径方向内側に向かって突出したティース部１２が形成されている。このティース部１２に絶縁材のボビン９を介して、絶縁被覆された導線（エナメル線）が巻回され、１個の固定子コイル５が形成される。複数の固定子コイル５が円周方向に配置されている。周方向に配置された固定子コア８は、ハウジング３に圧入または、焼き嵌めすることで、円形の固定子４を形成している。

固定子コイル５の端末は、ボビン９の鍔部分に絡げられた後、回転電機１の軸方向に立上げ、配列される。ここで、コイル端末部の絶縁被覆は、コイルの巻回始め、及び巻回終りにおいて剥離されている。また、固定子の軸方向端面に位置する固定子コイル巻回部の上面には、この巻回部を覆う様に配電部品１０が設けられている。配電部品１０に設けられた結線リング１３Ｕ，１３Ｖ，１３Ｗと固定子コイル５の一方の端末線２０ａが、同一相毎に結線されて、電力供給端子部１１Ｕ，１１Ｖ，１１Ｗから、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の励磁電流が固定子コイル５に供給される。また、固定子コイル５の他方の端末線２０ｂは、全周に渡り、中性点用結線リング１３Ｎに接続され、スター結線の中性点を構成する。配電部品１０は、絶縁部材１５に設けられた固定用突起部１４がボビン１１と嵌合することで、固定子４に固定される。

次に、図３を用いて、本実施形態による回転電機の配電部品である結線リングの構成について説明する。
図３は、本発明の一実施形態による回転電機の配電部品である結線リングの構成を示す分解斜視図である。

配電部品１０は、各相に対応した結線リング１３Ｕ，１３Ｖ，１３Ｗと、スター結線の中性点を構成する結線リング１３Ｎと、これらの結線リングを収容する絶縁部材１５より構成される。ここで、結線リング１３Ｕ，１３Ｖ，１３Ｗは、円環状で、回転電機の軸方向に突出する複数の端子部１６（この例では、各結線リングに８箇所）と、径方向外側に形成される３相の電力供給端子１１Ｕ，１１Ｖ，１１Ｗとを有している。

結線リング１３Ｕ，１３Ｖ，１３Ｗは、単線導体（線状導体）が絶縁材で被覆された絶縁電線から成り、端子部１６及び電力供給端子１１Ｕ，１１Ｖ，１１Ｗとの結線部の絶縁被覆を除去してから、丸め成形し、円環状にする。次に、両端末部を径方向外側に曲げ成形し、電力供給端子１１Ｕ，１１Ｖ，１１Ｗを加締め固定し、はんだ付けやロー付け，ＴＩＧ溶接にて接続している。次に、端子部１６には、固定子コイル端末２０ａ，２０ｂを挿入する孔２２，２３（図６）と、コイル端末２０ａ，２０ｂと接合・接続する孔方向への突起部２１（図６）とが成形される。なお、孔２２，２３（図６）と、突起部２１（図６）の詳細構成については、図６を用いて後述する。

一方、結線リング１３Ｎは、同様に円環状で、回転電機１の軸方向に突出する複数の端子部１６（この例では、中性点用結線リングに２４箇所）を有する。また、結線リング１３Ｕ，１３Ｖ，１３Ｗと同様の方法で、結線部の絶縁被覆を除去してから、丸め成形し、円環状にする。中性点は、固定子コイル５の一方の端末を共通に接続するのみであり、円環状のままである。次に、結線リング１３Ｕ，１３Ｖ，１３Ｗ、１３Ｎは、ドーナッツ状の絶縁部材１５に、同芯状平面に配置される。この例では、絶縁部材１５に各結線リングに対応した溝が形成されており、内径側より結線リング１３Ｎ，１３Ｗ，１３Ｕ，１３Ｖの順に溝部に設置され、配電部品１０として、一体化される。また、各結線リングの端子部１６は、隣合わない様に、円周方向でずらして配置されている。

次に、図４を用いて、本実施形態による回転電機に用いる固定子コイルの巻回後の単体の形状について説明する。
図４は、本発明の一実施形態による回転電機に用いる固定子コイルの巻回後の単体の形状を示す斜視図である。

図４は、固定子コイル５の巻回後の単体の外観形状を示している。巻始め及び巻き終りの端末線２０ａ，２０ｂは、先端の絶縁皮膜を剥離した状態である。端末線２０ａ，２０ｂは、ボビン９の鍔部に絡げ後、曲げ成形し、固定子４の軸方向に立上る。

一方の巻始め側端末線２０ｂは、中性点として、結線リング１３Ｎ（図３）の端子部１６の直下に立上げ、他方の巻終り側端末線２０ａは、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の結線となる各結線リング１３Ｕ，１３Ｖ，１３Ｗ（図３）の端子部１６の直下に立ち上げられる。なお、図において、符号８は固定子コアであり、符号９はボビンであり、符号１２はティース部である。

次に、図５を用いて、本実施形態による回転電機の配電部品である結線リングへの固定子の組み付け状態について説明する。
図５は、本発明の一実施形態による回転電機の配電部品である結線リングへの固定子の組み付け状態を示す断面斜視図である。

配電部品１０において、絶縁部材１５には、固定子コイル５の端末線２０ａ，２０ｂを挿入する孔１７が設けられている。コイルの端末線２０ａ，２０ｂは、絶縁部材１５の孔１７に挿入され、さらに、各結線リング１３Ｙ，１３Ｖ，１３Ｗの端子部１６と接続される。端子部１６の突起部２１には、図３にて説明したように、孔２２，２３（図３）が形成されており、コイルの端末線２０ａ，２０ｂは、この孔２２，２３（図３）に挿入された後、はんだ付けやロー付け，ＴＩＧ溶接にて接続される。

本例では、絶縁部材１５には、結線リング１３Ｎに対し、２４個、結線リング１３Ｕ、１３Ｖ、１３Ｗに対し、各８個の孔が設けられている。

また、絶縁部材１５の溝部１８には、結線リングの端子部１６に対応する部分に、端子部１６の接合時の熱影響を避けるための逃げ１９が設けられている。なお、図において、符号８は固定子コアであり、符号９はボビンであり、符号１２はティース部である。

各結線リングの端子部１６の突起部２１の先端には、結線リングの孔２２に挿入した前記固定子コイル５の端末線２２ａ，２２ｂが覗いている。また、配電部品１０は、固定子コイル５の巻回部端面の上部に配置されている。この様に、円環状に形成された配電部品１０は、固定子４に取り付けられると伴に、配電部品１０に設けられた結線リングの各相及び中性点に対応する端子部１６の挿入孔２２に、固定子コイル５の端末線２０ａ，２０ｂを挿入し、端子部１６の突起部２１と前記端末線２０ａ，２０ｂをはんだ付けやロー付け、ＴＩＧ溶接等で直接接合することで、同一相毎及び中性点が結線されている。

次に、図６を用いて、本実施形態による回転電機の配電部品における結線リングの端子部１６の構成について説明する。
図６は、本発明の一実施形態による回転電機の配電部品における結線リングの端子部の構成を示す断面斜視図である。

結線リング１３Ｕ，１３Ｖ，１３Ｗの端子部１６には、塑性加工により、回転電機１の軸方向に孔２２が成形されている。孔２２の成形と同時に突起部２１が成形され、突起部２１のほぼ中心に固定子コイル５の端末線２０ａ，２０ｂを挿入する貫通孔２３が成形されている。塑性加工により、孔２２と同時に突起部２１を成形することで、孔２２の空間と突起部２１の体積をほぼ同等とすることができ、突起部２１の成形も容易となる。また、塑性加工により、孔２２と同時に突起部２１を成形することで、突起部２１の貫通孔２３の空間を除いた体積は、貫通孔２３に挿入される固定子コイル端末線２０ａ，２０ｂの先端の体積とほぼ同等とすることができ、溶融時の熱バランスにより、ＴＩＧ溶接による接合が安定する。また、固定子コイル５の端末線２０ａ，２０ｂを貫通孔２３に挿入後、突起部２１の外周より加締めることで、端末線２０ａ，２０ｂが突起部２１に固定される。

次に、突起部２１とコイル端末線２０ａ，２０ｂとの接合部２４を含む端子部１６の絶縁皮膜除去部分に絶縁樹脂を塗布・乾燥させる。これにより、各結線リング間の絶縁品質が更に向上する。

なお、本例では、結線リングとして加工される線状導体を絶縁皮膜のあるエナメル線等としたが、回転電機１への印加電圧が比較的低い場合は、絶縁部材１５に形成した溝により、結線リング間の沿面距離が確保されるので、結線リングの材料として、絶縁皮膜の無い、裸導線でも適用可能である。

以上説明したように、本実施形態によれば、回転電機１の各相及び中性点を結線する結線リング１３Ｕ，１３Ｖ，１３Ｗ，１３Ｎは、固定子コイルと軸方向に成形した突起部２１を接続しているので、結線部が横方向に拡がることが無く、結線リング間の絶縁距離を確保できるので、絶縁信頼性が向上する。

また、結線リングは、固定子軸方向に対し、ほぼ同一平面に同芯状に配置されるので、軸方向の重なりが無く、回転電機の軸方向に対し、配電部品をコンパクトにできる。

さらに、各相の固定子コイル端末と接続する端子部１６を周方向に隣り合わない様、配置しているので、絶縁距離が大きくなり、絶縁品質が向上する。

また、配電部品１０を固定子４の軸方向端面に配置し、各固定子コイル端末と結線リングを直接、接合、接続できるので、配電部品１０の部品数を大幅に低減でき、低コスト、高生産性の配電部品を提供できる。

また、さらに、突起部２１と固定子コイル端末線２０ａ、２０ｂを加締め固定してから接合しているので、安定した溶接が可能となり、接合部の信頼性が向上する。

また、絶縁部材１５に溝を形成しているので、結線リング間の絶縁距離、特に沿面距離は、大幅に確保され、結線リングの絶縁皮膜を廃止でき、配電部品１０のコストを低減できる。

本発明の一実施形態による回転電機の配電部品を用いる回転電機の構成を示す要部断面の斜視図である。 本発明の一実施形態による回転電機の配電部品である結線リングと固定子コイルの接続部の構成を示す分解斜視図である。 本発明の一実施形態による回転電機の配電部品である結線リングの構成を示す分解斜視図である。 本発明の一実施形態による回転電機に用いる固定子コイルの巻回後の単体の形状を示す斜視図である。 本発明の一実施形態による回転電機の配電部品である結線リングへの固定子の組み付け状態を示す断面斜視図である。 本発明の一実施形態による回転電機の配電部品における結線リングの端子部の構成を示す断面斜視図である。

符号の説明

１…回転電機
３…ハウジング
４…固定子
５…固定子コイル
６…回転子
７…シャフト
８…固定子コア
９…ボビン
１０…配電部品
１１，１１Ｕ，１１Ｖ，１１Ｗ…電力供給端子部
１２…ティース部
１３Ｕ，１３Ｖ，１３Ｗ，１３Ｎ…結線リング
１４…固定用突起部
１５…絶縁部材
１６…端子部
１７…孔
１８…溝部
１９…逃げ部
２０ａ，２０ｂ…端末線
２１…突起部
２２…孔
２３…貫通孔
２４…接合部

Claims (5)

1. 同一相の固定子コイルを結線する結線リングを有する回転電機の配電部品であって、
   前記結線リングは、少なくとも一本の線状導体からリング状に一体成形され、
   前記結線リングは、前記固定子コイルの巻線端を挿入する挿入孔と、前記固定子コイルの巻線端を接続するための前記孔方向に形成された突起部とが前記線状導体に一体成形された端子部を備え、
   前記突起部の中には、前記挿入孔と連通した貫通孔が形成され、
   該貫通孔には、前記挿入孔を経て、前記固定子コイルの巻線端が挿入され、
   前記突起部と前記固定子コイルの巻線端とが接合部により接合されることを特徴とする回転電機の配電部品。
2. 請求項１記載の回転電機の配電部品において、
   前記結線リングは、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相，中性点毎に、ドーナッツ状の絶縁部品上に、ほぼ同一平面に、同芯状に配置し、前記固定子コイルの巻線端と接続したことを特徴とする回転電機の配電部品。
3. 請求項２記載の回転電機の配電部品において、
   前記結線リングは、絶縁材で被覆された線状導体からなり、
   前記線状導体の端子部は、前記絶縁材を除去した後、前記巻線端の前記挿入孔と孔方向に形成された前記突起部とを成形し、
   Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相，中性点の各線状導体の端子部は、周方向の異なる位置に隣り合わないように、配置していることを特徴とする回転電機の配電部品。
4. 請求項３記載の回転電機の配電部品において、
   前記配電部品は、前記固定子コイルの巻回部の固定子軸方向の端面上に配置していることを特徴とする回転電機の配電部品。
5. 請求項１記載の回転電機の配電部品において、
   前記貫通孔の直径は、前記挿入孔の直径よりも小さいことを特徴とする回転電機の配電部品。

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