JP5968125B2 - 電動機の固定子 - Google Patents
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Description
ところで、巻線等の線材を接続する工法の一つとして、接続する線材を突き合わせ、突き合わせた面を強く圧縮することにより圧接する冷間圧接工法がある。
例えば、上記特許文献1において、巻線の接続を冷間圧接により行うこととすれば、接続自体に圧接端子等の部品は不要となる。しかし、冷間圧接を採用した場合、接続部は線材の絶縁被膜が破れる等により内部の金属が露出することがあるため、接続部の絶縁性を確保するために、絶縁部材等の部品が別途必要となる。
このため、各磁極歯に巻回された同相の巻線間の接続と、接続部分の絶縁性の確保とを、部品点数を増加させることなく簡単に行うことができる。
図1はこの発明の実施の形態1における電動機の固定子の構成を示す平面図である。
図1に示すように、本実施の形態1では、電動機として回転電機を採用している。回転電機の固定子1は、環状の固定子鉄心2に設けられた複数の磁極歯21にインシュレータ3を介して巻線4が巻回されることにより構成されている。図示はしていないが、固定子1の内側には回転軸に固定されて回転駆動する回転子が配置され、回転電機を構成している。以下、固定子1の各構成について詳しく説明する。なお、以下の説明において環状の固定子1の中心軸の方向を軸方向と呼ぶこととする。
また、第1巻壁部32の背面(径方向外側面)には、各磁極歯21に巻回された同相の巻線4同士を繋ぐ同相間渡り線40を収納するための背面溝323a〜323cが、周方向に3本伸びている。ここでは、上側から1段目の背面溝323a、2段目の背面溝323b、3段目の背面溝323cとしている。
なお、図2では上側のインシュレータ3と対になる下側のインシュレータ3を省略している。下側のインシュレータ3は上側のインシュレータ3と基本的には同様の構成であるが、同相間渡り線40等が配置されないため、背面溝や、からげピン、収納キャビティ等を設ける必要はない。本実施の形態1では、下側のインシュレータ3は、巻回部、および第1、第2巻壁部により構成されている。
具体的には、巻線u1の巻終わり端末u1bと巻線u2の巻始め端末u2aとが冷間圧接により接続され、その接続部5a(5)は、U1相の磁極歯21に装着されたインシュレータ3の収納キャビティ320内に収納されている。巻線u1の巻終わり端末u1bと巻線u2の巻始め端末u2aとが接続されることにより形成された同相間渡り線40uは、V1相、W1相の磁極歯21に装着されたインシュレータ3の背面側を通り、径方向外側からU2相の磁極歯21に渡っている。
なお、冷間圧接とは、接続する線材を突き合わせ、突き合わせた面を強く圧縮することにより圧接するものである。従って、図3に示すように、突き合わせ部分である接続部5の周囲にはバリ50が発生し、バリ50を含む接続部5は線材の径より大きくなるのが通常である。本実施の形態1では、バリ50を含む接続部5はインシュレータ3の収納キャビティ320内の周方向ほぼ中央部に位置するよう収納される。
なお、巻線u1の巻始め端末u1a、巻線v1の巻始め端末v1a、巻線w1の巻始め端末w1aはそれぞれ図示しない電源に接続されている。
図4は、U1相の磁極歯21から順に巻線4を巻回し、V1相、W1相まで巻回が終了した状態を示す。上述の通り、まずU1相の磁極歯21の径方向外側から巻線u1(巻線4)が巻回され、最後は径方向外側で巻終わり、からげピン322にからげられて、所定の位置で切断されている。巻線u1の巻始め端末u1a、巻終わり端末u1bは図に示す通りである。同様にしてV1相、W1相の磁極歯21にも巻線v1、w1が巻回されている。
収納キャビティ320内に収納された同相間渡り線40uは、V1相の磁極歯21に装着されたインシュレータ3の背面側に設けられた1段目の背面溝323a、W1相の磁極歯21に装着されたインシュレータ3の背面側に設けられた2段目の背面溝323bを通り、最後にU2相の磁極歯21に装着されたインシュレータ3の背面側に設けられた3段目の背面溝323cを経由して(図8参照)、U2相の磁極歯21まで引き回される。
この時、固定子鉄心2を背面側から見ると図8のようになっており、U1相からU2相への同相間渡り線40u、V1相からV2相への同相間渡り線40v、W1相からW2相への同相間渡り線40wは、各インシュレータ3の背面溝323a〜323cを階段状に通っていることがわかる。これにより、同相間渡り線40u〜40wの配置位置が決定され、互いに交差したり接触することがないため、異相間の導通発生を防止し、絶縁性を向上させることができる。
最後に、巻線u1の巻始め端末u1a、巻線v1の巻始め端末v1a、巻線w1の巻始め端末w1aをそれぞれ図示しない電源に接続する。
まず、冷間圧接による接続は線材同士を押付けて金属の新生面(酸化していない純金属面)における金属結合を利用した接続方法であるのに対し、圧着端子による接続は機械的圧力による接続方法である。従って、冷間圧接では、接続のために圧着端子のような部品が必要なく、冷間圧接を採用することにより部品点数を減少させることができる。
また、例えば、巻線4としてアルミニウム線を使用する場合、アルミニウムは経時的にクリープ(応力緩和)が生じる金属であるため、仮に圧着端子で接続しても押さえられたアルミニウム線が経時的に変形し、圧着端子の応力が抜けてしまう場合がある。しかし、冷間圧接は機械的圧力に頼らない接続方法であるため、アルミニウム線の接続も確実に行うことができる。すなわち、接続を冷間圧接で行うことにより、巻線の線材としてアルミニウム線を採用することができ、その接続部において確実に接続を行うことができる。
なお、本実施の形態1において、中性点渡り線6u〜6wは圧着端子7により接続される構成である。このため、中性点渡り線6u〜6wの材質としては、応力緩和が生じない金属、例えば銅等を使用することが望ましい。
図10はこの発明の実施の形態2における回転電機の固定子1Aの構成を示す平面図であり、中性点9を形成する前の状態を示している。
上記実施の形態1では、各磁極歯21に巻線4を巻回する度に所定位置で一旦巻線4を切断し、各磁極歯21に巻回される同相の巻線間を全て冷間圧接により接続していたが、この発明の実施の形態2では、一部の同相の巻線間を線材を切断することなく連続して巻回している。以下説明において、上記実施の形態1と同様の構成については同一符号を付して説明を省略する。
なお、巻線u2と巻線u3間、巻線v2と巻線v3間、巻線w2と巻線w3間については、上記実施の形態1と同様、各巻線の端末同士が冷間圧接により接続されて繋がっている。
なお、3個以上の磁極歯に巻線を連続して巻回すると、異相の巻線が交差し接触する箇所が発生するため、連続して巻線を巻回する磁極歯の数は2個までとする。これにより、異相の巻線間の接触を抑制しつつ、同相の巻線間を繋ぐための接続箇所を減少させることができる。
この発明の実施の形態3では、固定子鉄心2への巻線4の巻回手順が上記実施の形態1の巻回手順と一部異なっており、固定子鉄心2を構成する全ての磁極歯21にそれぞれ巻線4を巻回した後、各巻線4の端末同士を冷間圧接により接続している。
図12は、この発明の実施の形態4における固定子1Cに装着されるインシュレータ3cの構成を示す斜視図である。本実施の形態4のインシュレータ3cは上記実施の形態1のインシュレータ3と収納キャビティの形状が異なっている。具体的には本実施の形態4の収納キャビティ320cの周方向の幅が実施の形態1に比べて小さい寸法となっている。これに伴い、収納キャビティ320cの周方向両側に設けられた拘束溝321cの長さが、実施の形態1の拘束溝321に比べて長くなっている。なお、インシュレータ3cの収納キャビティ320c、拘束溝321c以外の構成については上記実施の形態1と同様であり、上記実施の形態1と同様の構成については同一符号を付して説明を省略する。
インシュレータ3cの収納キャビティ320cの大きさが冷間圧接による接続部5の大きさと略同じ寸法に設定されているため、接続部5は収納キャビティ320c内に嵌め込まれて収納され、接続部5が収納キャビティ320c内で移動することを防止できる。
図13は、この発明の実施の形態5における固定子1Dの構成を示す平面図である。本実施の形態5の固定子1Dは、上記実施の形態1の固定子1のインシュレータ3における収納キャビティ320内に樹脂材料10(図中、網掛けで示す)が充填されたものである。その他の構成については上記実施の形態1と同様であり、同一符号を付し説明を省略する。
樹脂材料10としては、例えばUV硬化性樹脂や熱硬化性樹脂等を採用でき、冷間圧接による接続部5をインシュレータ3の収納キャビティ320内に収納した後、収納キャビティ320内に樹脂材料10を流し込み硬化させる。
図14は、この発明の実施の形態6における固定子1Eに装着されるインシュレータ3eの構成を示す斜視図である。上記実施の形態5の固定子1Dでは、インシュレータ3の収納キャビティ320内に樹脂材料10を充填することにより接続部5の絶縁性等を向上させていたが、本実施の形態6では、インシュレータ3eが収納キャビティ320を覆う蓋11を備えることにより接続部の絶縁性等を向上させる。
蓋11は、例えばインシュレータ本体(上記実施の形態1で説明したインシュレータ3を指す)と同じ材質等で形成し、冷間圧接による接続部5をインシュレータ3の収納キャビティ320内に収納した後、収納キャビティ320を覆うように配置される。
図15は、この発明の実施の形態7における固定子1Fに装着されるインシュレータ3fの構成を示す斜視図である。本実施の形態7のインシュレータ3fは上記実施の形態1のインシュレータ3と収納キャビティの配置位置が異なっている。その他の構成については上記実施の形態1と同様であり、同一符号を付し説明を省略する。
図に示すように、本実施の形態7のインシュレータ3fは、上記実施の形態1のインシュレータ3と同様、巻回部31、第1巻壁部32、第2巻壁部33を備えている。そして、巻線4の接続部5を収納するための収納キャビティ320fは、第1巻壁部32の背面(固定子の径方向外側に位置する面)に設けられている。収納キャビティ320fの周方向両側には、上記実施の形態1と同様、拘束溝321fが設けられ、からげピン322は収納キャビティ320fに隣接して設けられている。また、収納キャビティ320fの軸方向下側には、上記実施の形態1と同様、背面溝323a〜323cが設けられている。
3,3c,3e,3f インシュレータ、4 巻線、
5,5a,5u,5v,5w 接続部、6u,6v,6w 中性点渡り線、
7 圧着端子、8u,8v,8w スリーブ、9 中性点、10 樹脂材料、11 蓋、
20 分割鉄心、21 磁極歯、22 継鉄部、23 連結部、31 巻回部、
32 第1巻壁部、33 第2巻壁部、40,40u,40v,40w 同相間渡り線、
41u,41v,41w 同相間渡り線、50 バリ、
320,320c,320f 収納キャビティ、321,321c,321f 拘束溝、
322 からげピン、323a〜323c 背面溝。
Claims (8)
- 複数の磁極歯を有する固定子鉄心と、上記各磁極歯に装着される巻線巻回用のインシュレータと、上記各磁極歯に上記インシュレータを介して巻回される複数相の巻線とを備えた電動機の固定子であって、
上記各磁極歯に巻回された同相の巻線間を接続した接続部と、上記接続部におけるバリが上記インシュレータに設けられた収納キャビティ内に収納されていることを特徴とする電動機の固定子。 - 上記収納キャビティの大きさは、上記接続部の大きさと略同じ寸法に設定され、上記接続部が上記収納キャビティ内に嵌め込まれて収納されていることを特徴とする請求項1に記載の電動機の固定子。
- 上記接続部が収納された上記インシュレータの収納キャビティには、樹脂材料が充填されていることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の電動機の固定子。
- 上記インシュレータは、上記収納キャビティを覆う蓋を備えたことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の電動機の固定子。
- 上記インシュレータは、上記磁極歯の端面を覆う巻回部と、上記巻回部の両端に設けられ上記磁極歯に巻回された巻線の巻崩れを防止する第1、第2巻壁部とを備え、上記収納キャビティは、上記磁極歯の根本側に位置する上記第1巻壁部に設けられたことを特徴とする請求項1ないし請求項4のいずれか1項に記載の電動機の固定子。
- 上記収納キャビティは、上記第1巻壁部の背面に設けられたことを特徴とする請求項5に記載の電動機の固定子。
- 上記インシュレータの第1巻壁部の背面に複数の背面溝を備え、上記各磁極歯に巻回された同相の巻線間を繋ぐ同相間渡り線は、各相の同相間渡り線毎に異なる上記背面溝に配置されることを特徴とする請求項5または請求項6に記載の電動機の固定子。
- 上記各磁極歯に巻回された同相の巻線間を繋ぐ同相間渡り線は、
上記接続部を含んで形成されるものと、
2個の上記磁極歯に連続して巻線が巻回されることにより形成されるものと、
を含むことを特徴とする請求項1ないし請求項7のいずれか1項に記載の電動機の固定子。
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