JP5734794B2 - ステータおよびこのステータを備える回転電機 - Google Patents

Description

本発明はステータおよびこのステータを備える回転電機に関し、特に、ステータのコイルと端子との接続構造の改良に関する。

回転電機は、ロータと、ロータの周囲に配置されたステータとを有する。ステータは、コイルを有し、このコイルに電流が流れることにより回転磁界が発生する。この回転磁界とロータとの間に働く電磁的作用により、ロータが回転する。

下記特許文献１には、ステータコアと、このステータコアに巻き付けられたコイルと、コイルから引き出された引出線とを有するステータが記載されている。このようなステータにおいては、高強度のエポキシ樹脂などのワニスをコイルに含浸させて、コイルの機械的強度を上昇させるとともに、絶縁性を確保している。

下記特許文献２には、固定子コアと、複数の各相巻線から形成される三相の固定子巻線とを備えた固定子が記載されている。巻線の端部は、固定子コアの軸方向の端面から突出し、周方向に沿って波状に巻装した状態で形成されている。

上述の特許文献１及び２に記載されるようなステータにおいては、コイルの引出線が、銅などの導体である動力線を介して外部回路の接続端子に接続される例がある。このようなステータを組み立てる場合、コイルと接続端子との相対的な位置が決定する前に、動力線の一端とコイルの引出線の先端とが溶接により固定される。そして、位置が決定した接続端子に対して、動力線の他端が位置合わせされ、ボルト等を介して固定される。この固定時のおける動力線の位置合わせにより、引出線が引っ張られる、あるいは圧縮されるので、この引出線に応力が発生する。引出線における応力の発生により、引出線の基端に位置するコイルと、ワニスに固着されるコイルの皮膜、例えば熱可塑性樹脂とが剥れてしまい、絶縁不良が生じてしまう可能性がある。

特開２００４−３５０３８１号公報 特開２０１０−１１６２３号公報

上述のように、コイルの引出線と動力線を直接溶接すると、その引出線に応力が発生してコイルの絶縁不良が生じてしまうという問題がある。そこで、引出線と動力線とを、応力吸収可能な中間バスバーを介して接続する方法が考えられる。この構成により、動力線の位置合わせにより生じる力を中間バスバーで吸収し、引出線への伝達を抑制することができる。

しかしながら、引出線と中間バスバーを溶接する際に用いられる、引出線と中間バスバーとを固定する溶接治具が、溶接後に離脱されると、引出線に残留応力が発生してしまい、その結果、上述のような絶縁不良になってしまう可能性がある。

本発明の目的は、ステータの組み立て工程においてコイルの引出線に発生する応力を抑制して、コイルの絶縁性を確保することができるステータおよびこのステータを備える回転電機を提供することにある。

本発明は、ステータコアと、ステータコアに巻き付けられた三相コイルと、各相のコイルからそれぞれ引き出される引出線と、各相の引出線と、各相に対応する外部回路の接続端子との間にそれぞれ設けられる動力線と、を有するステータにおいて、同相の引出線と動力線は、ステータの軸方向に向かって開口する断面Ｕ字状の応力吸収可能な中間バスバーを介して電気的にそれぞれ接続され、当該中間バスバーは、そのＵ字状の各先端が引出線及び動力線の各先端にそれぞれ溶接されることによって支持され、引出線と中間バスバーの接続部において、引出線と中間バスバーとが、この中間バスバーをインサートした樹脂部材で囲われることを特徴とする。

また、上記ステータを備える回転電機であることが好適である。

本発明のステータおよびこのステータを備える回転電機によれば、ステータの組み立て工程においてコイルの引出線に発生する応力を抑制して、コイルの絶縁性を確保することができる。

本実施形態に係る回転電機の構成を示す図である。 図１のＡ−Ａ線による回転電機の断面図である。 軸方向から見たステータ端部の部分詳細図である。 図３のＢ−Ｂ線によるステータの断面図である。

以下、本発明に係るステータおよびこのステータを備える回転電機の実施形態について、図１，２を用いて説明する。図１は、本実施形態に係る回転電機の構成を示す図であり、図２は、図１のＡ−Ａ線によるステータの断面図である。

本実施形態の回転電機１０は、三相交流式の回転電機であり、例えば車両の原動機として用いられる。回転電機１０は、ロータ１２と、ステータ１４と、これらを収容するケース（図示せず）とを有する。ケースの内周面にステータ１４が配置され、このステータ１４の内周にロータ１２が回転可能に配置される。

ロータ１２は、回転シャフト１６と同心の円筒状の磁性体であり、例えば電磁鋼板を軸方向に積層して構成される。ロータ１２には、図１に示されるように、永久磁石１８が周方向に８個配置される。なお、永久磁石１８の数は一例である。本実施形態においては、永久磁石１８は、ロータ１２に軸方向に延びて形成された孔内に埋め込まれる。しかし、これに限定されず、永久磁石１８は、ロータ１２の外周に配置されてもよい。回転シャフト１６は、ケースに配置される軸受（図示せず）により回転可能に支持される。また、本実施形態においては、ロータ１２が電磁鋼板を積層して構成される場合について説明したが、この構成に限定されず、ロータ１２が圧粉磁心から成形されるものであってもよい。

ステータ１４は、ロータ１２の周囲に僅かな隙間を空けて配置される。ステータ１４は、中空の円筒形状をしたステータコア２０と、ステータコア２０を周囲から取り囲み、ステータコア２０を固定する筒体２２とを有する。

ステータコア２０は磁性体であり、例えば電磁鋼板を軸方向に積層して形成される。具体的には、ステータコア２０は、薄板状の電磁鋼板をプレスで打ち抜いて、打ち抜かれた電磁鋼板を軸方向に所定の枚数積層して、積層された複数の電磁鋼板を加圧カシメ等の処理を施して結合され形成される。なお、本実施形態においては、ステータコア２０が電磁鋼板を積層して構成される場合について説明したが、この構成に限定されず、ステータコア２０が圧粉磁心から成形されるものであってもよい。

ステータコア２０は、環状のヨーク２０ａと、このヨーク２０ａの内周から径方向内側に向けて突出し、円周方向に所定の間隔をおいて配置されたティース２４とを有する。ティース２４の間の、溝状の空間であるスロット２６には、銅などの導体が通される。この導体が、スロット２６を通しつつ、ティース２４に巻きつけられることでコイル２８（図２に示す）を形成する。コイル２８を形成する導体の表面には、絶縁性を考慮して、熱可塑性樹脂、例えばポリフェニレンサルファイド樹脂（ＰＰＳ）が皮膜される。

コイル２８には、導体が、あるスロット２６から他のスロット２６に橋渡しされる、いわゆるコイルエンド２８ａと呼ばれる部分がある。コイルエンド２８ａは、図２に示されるように軸３０方向におけるステータコア２０の端部から突出して位置する。コイルエンド２８ａ側からコイル２８内部に向けてワニスを浸透及び充填させることで、コイル２８の機械的強度と絶縁性を確保する。

筒体２２は、略円筒形の形状であり、この形状の内径がステータコア２０の外径より小さくなるように、すなわち締め代を考慮して形成される。筒体２２は、焼き嵌めまたは圧入より、ステータコア２０を締め付けて固定する。筒体２２には、図２に示されるように、軸３０方向における端部に、径方向外側に延びるフランジ部３２が形成される。このフランジ部３２は、ボルト等の締結部材を介してケースに固定される。

このように構成される回転電機１０においては、コイル２８への通電により、ステータ１４に回転磁界が発生し、この回転磁界に吸引される力が永久磁石１８を有するロータ１２に発生して、ロータ１２が回転する。

次に、本実施形態におけるステータ１４のコイル２８と接続端子３４との接続構造について、図３，４を用いて説明する。図３は、軸３０方向から見たステータ１４端部の部分詳細図である、図４は、図３のＢ−Ｂ線によるステータ１４の断面図である。

ステータ１４は、外部回路の接続端子３４と、コイル２８から引き出される引出線３６と、接続端子３４と引出線３６との間に設けられる動力線３８とを有する。引出線３６と動力線３８は、応力吸収可能な中間バスバー４０を介して電気的に接続される。引出線３６，動力線３８および中間バスバー４０はそれぞれ導体である。

接続端子３４は、バッテリなどの電源に接続される外部回路とコイル２８とを接続する端子である。接続端子３４はケースに設けられる。接続端子３４は、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相からなる３個の端子で構成される。

引出線３６は、図４に示されるように、径方向外側のコイルエンド２８ａから引き出される。引出線３６は、これの基端がコイルエンド２８ａに対してワニスで固着され、先端３６ａが軸３０方向外側に延びて形成される。引出線３６は、上述の接続端子３４に対応するように、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相からなる３本の導体を含む。

動力線３８は、図３に示されるように、ボルトなどの固定部材を介して接続端子３４に固定可能な固定金具３８ａを有する。動力線３８も、上述の接続端子３４に対応するように、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相からなる３本の導体を含む。

中間バスバー４０は、応力吸収可能なように導体を折り曲げて形成される。具体的には、図４に示されるように、中間バスバー４０は、断面Ｕ字状に形成される。このような形状により、弾性変形が可能になる。中間バスバー４０の一方の先端４０ａは、引出線３６の先端３６ａに対して溶接により接続される。一方、中間バスバー４０の他方の先端４０ｂは、動力線３８の端部に対して溶接により接続される。中間バスバー４０も、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相からなる３本の導体を含む。

このように引出線３６と動力線３８との間に、応力吸収可能な中間バスバー４０が電気的に接続されることにより、ステータ１４の組み立て工程において引出線３６に発生する応力を抑制して、コイル２８の絶縁性を確保することができる。

具体的には、ステータ１４を組み立てる場合、コイル２８と接続端子３４との相対的な位置が決定する前に、引出線３６と中間バスバー４０と動力線３８とが溶接によりそれぞれ接続される。そして、ケースにステータ１４が固定され、ステータ１４と接続端子３４との相対的な位置が決定した後に、動力線３８の固定金具３８ａがボルト等を介して接続端子３４に固定される。この固定時における動力線３８の固定金具３８ａと接続端子３４の位置合わせにより、動力線３８本体が引っ張られる、あるいは圧縮されるので、この動力線３８に応力が発生する。ステータ１４においては、この動力線３８における応力が中間バスバー４０の弾性変形により吸収されるので、引出線３６に発生する応力が抑制される。

そして、本実施形態のステータ１４は、各相の中間バスバー４０をインサートして一体化した樹脂部材４２を有する。樹脂部材４２は、絶縁性であり、熱可塑性の樹脂、例えば芳香族ナイロン（ＰＡ６Ｔ）である。樹脂部材４２は、中間バスバー４０をインサートして樹脂モールド成形により形成される。

樹脂部材４２には、インサートされた中間バスバー４０の先端４０ａが貫通して突出する開口が形成され、その開口は、引出線３６の先端３６ａが貫通して嵌り合う大きさである。よって、中間バスバー４０と引出線３６の接続部４４は、組み立て時において、図３，４に示されるように、この周囲を樹脂部材４２によって囲まれた状態になる。接続部４４とは、引出線３６と中間バスバー４０とが接触する部分のことである。つまり、樹脂部材４２は、引出線３６と中間バスバー４０の接続部４４の周囲を囲うように形成される。この構成により、引出線３６と中間バスバー４０の接続部４４は、ステータ１４の径方向または周方向への移動が防止される。

このように、引出線３６と中間バスバー４０の接続部４４が樹脂部材４２により囲われることにより、その接続部４４が固定されるので、溶接の際に、引出線３６と中間バスバー４０とを固定するための溶接治具が不要になる。また、引出線３６の先端３６ａと中間バスバー４０の先端４０ａとを溶接した後であっても、樹脂部材４２により接続部４４の固定が保持されているので、スプリングバックは発生せず、引出線３６に発生する残留応力を抑制することができる。

また、図３に示されるように、３本の中間バスバー４０が樹脂部材４２によって一体化されている。この構成により、引出線３６に発生する応力をさらに抑制することができる。つまり、ステータ１４の組み立て工程において、少なくとも１本の動力線３８に発生した応力は、その動力線３８に接続される中間バスバー４０で吸収されて低減される。そして、吸収されない応力は、その中間バスバー４０から樹脂部材４２を介して他の中間バスバー４０に伝達され、そこで吸収される。つまり、樹脂部材４２は、動力線３８に発生した応力を分散させて、３本の中間バスバー４０で吸収することができる。また、樹脂部材４２が熱可塑性の樹脂を含むので、この樹脂により動力線３８の応力を吸収することもできる。よって、従来技術のような引出線３６の基端の皮膜と、引出線３６本体である導体との剥離が抑制され、その結果、コイル２８の絶縁性を確保することができる。

本実施形態においては、接続端子３４，引出線３６，動力線３８，中間バスバー４０がＵ相，Ｖ相，Ｗ相に対応する数を有する場合について説明したが、本発明はこの構成に限定されず、さらに中性点の端子または導体を含むこともできる。

本実施形態においては、中間バスバー４０が断面Ｕ字状に形成される場合について説明したが、本発明はこの構成に限定されない。中間バスバー４０が応力吸収可能な形状であれば、その他の形状、例えば断面Ｓ字状に形成されてもよい。

１０ 回転電機、１４ ステータ、２０ ステータコア、２８ コイル、２８ａ コイルエンド、３４ 接続端子、３６ 引出線、３８ 動力線、４０ 中間バスバー、４２ 樹脂部材、４４ 接続部。

Claims (2)

1. ステータコアと、
   ステータコアに巻き付けられた三相コイルと、
   各相のコイルからそれぞれ引き出される引出線と、
   各相の引出線と、各相に対応する外部回路の接続端子との間にそれぞれ設けられる動力線と、
   を有するステータにおいて、
   同相の引出線と動力線は、ステータの軸方向に向かって開口する断面Ｕ字状の応力吸収可能な中間バスバーを介して電気的にそれぞれ接続され、当該中間バスバーは、そのＵ字状の各先端が引出線及び動力線の各先端にそれぞれ溶接されることによって支持され、
   引出線と中間バスバーの接続部において、引出線と中間バスバーとが、この中間バスバーをインサートした樹脂部材で囲われる、
   ことを特徴とするステータ。
2. 請求項１に記載のステータを備える回転電機。

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