JP6745230B2 - 回転電機のステータ - Google Patents

Description

本発明は、回転電機のステータに関する。

特許文献１には、ハウジングに保持された円環状のステータコアと、ステータコアの内周側に形成された各ティースに銅線が巻装されて環状に配置された複数のコイルとを備える、３相交流モータのステータが記載されている。

特開２０１５−１００２６７号公報

特許文献１に記載のステータは、互いに周方向にずれて配置され、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各相に対応するコイルを電気的に接続する３つのバスバーと、各相コイルの中性点を電気的に接続する中性点用バスバーと、これら全てのバスバーを環状溝に収容するバスバーベースとを備えている。当該ステータでは、各相コイルの中性点が中性点用バスバーにより接続され、中性点用バスバーはステータの周方向に沿って円弧状に設けられるため、構造が複雑となり組み付けに工数を要する。また、専用部品として中性点用バスバーが必要であるため、その分、コストが増大する。

本発明の目的は、中性相を有した構造が簡単な回転電機のステータを提供することである。

上記の目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、
周方向に沿って配置された複数のティース（例えば、後述の実施形態でのティース３３）を有するステータコア（例えば、後述の実施形態でのステータコア３１）と、
前記ティースに巻回される３相の各相コイル（例えば、後述の実施形態でのコイル４０）と、を備えた、回転電機のステータ（例えば、後述の実施形態でのステータ１０）であって、
径方向において前記回転電機のロータが配置される側とは反対側に、前記ステータコアを保持する保持部材（例えば、後述の実施形態でのステータホルダ２０）を備え、
前記保持部材は、通電可能な材料によって構成され、
前記各相コイルの中性点に接続される前記各相コイルの終端（例えば、後述の実施形態での終端部４１ｂｅ）が前記ステータコアのいずれかの位置に接し、前記保持部材と電気的に接続する終端接続部を備える。

また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、
前記保持部材は、前記ステータコアを前記径方向における外周側で保持し、
前記終端接続部は、前記ステータコアの外周面（例えば、後述の実施形態での外周面３５）に凸状に形成される。

また、請求項３に記載の発明では、請求項２に記載の発明において、
前記保持部材の内周面（例えば、後述の実施形態での内周面２１）には、前記終端接続部の形状に対応した凹部（例えば、後述の実施形態での凹部２５，２７）が形成され、
前記保持部材が前記ステータコアを保持した状態で、前記終端接続部は前記凹部と嵌合する。

また、請求項４に記載の発明は、請求項２又は３に記載の発明において、
前記終端接続部は、前記ステータコアの外周面に位置付けされた前記各相コイルの終端（例えば、後述の実施形態での終端部４１ｂｅ）と、前記終端を前記外周面に固定する半田（例えば、後述の実施形態での半田部３６）と、を有する。

また、請求項５に記載の発明では、請求項２又は３に記載の発明において、
前記終端接続部は、前記ステータコアの外周面に軸方向に配置された、絶縁被膜が剥離された前記各相コイルの終端（例えば、後述の実施形態での終端部４１ｂｅ）である。

また、請求項６に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、
前記終端接続部は、前記ステータコアのヨーク（例えば、後述の実施形態でのヨーク３２）の軸方向外側面（例えば、後述の実施形態での軸方向外側面３７）に位置付けされた前記各相コイルの終端（例えば、後述の実施形態での終端部４１ｂｅ）と、前記終端を前記ヨークに固定する半田（例えば、後述の実施形態での半田部３８）と、を有する。

また、請求項７に記載の発明では、請求項１から６のいずれかに記載の発明において、
前記保持部材は、絶縁部（例えば、後述の実施形態でのスペーサ１３）を介して、前記回転電機を収容するハウジング（例えば、後述の実施形態でのハウジング１２）に支持される。

請求項１の発明によれば、各相コイルの終端がステータコアのいずれかの位置に接し、終端接続部において保持部材と電気的に接続すると、通電可能な材料によって構成された保持部材自体が中性相として機能する。このため、中性点用バスバーなどの専用部品を用いることなく、簡単な構造によって各相コイルの中性点を中性相に接続できる。また、中性点用バスバー等による電流戻り経路を設ける必要がないため銅損失を抑制できると共に、コスト削減が可能となり、ステータの小型化もできる。

請求項２の発明によれば、保持部材はステータコアを径方向における外周側で保持し、終端接続部はステータコアの外周面に凸状に形成されるので、ステータコアを保持部材に圧入すると終端接続部は変形して、各相コイルの中性点は、変形した終端接続部を介して保持部材に確実に電気的に接続される。

請求項３の発明によれば、保持部材の内周面には、終端接続部の形状に対応した凹部が形成され、ステータコアを保持部材に圧入すると、終端接続部は凹部に嵌合するため、各相コイルの中性点は、終端接続部を介して保持部材に確実に電気的に接続される。

請求項４の発明によれば、各相コイルの終端は半田を介して保持部材に電気的に接続されるため、ステータコアを保持部材に圧入する際の各相コイルの断線リスクを低減できる。

請求項５の発明によれば、半田付けの必要もない簡単な構造によって各相コイルの中性点を中性相に接続できる。

請求項６の発明によれば、保持部材の内周面に加工の必要もない簡単な構造によって各相コイルの中性点を中性相に接続できる。

請求項７の発明によれば、ステータコアが圧入された保持部材は、絶縁部を介して、回転電機を収容するハウジングに支持されるため、中性相としても機能する保持部材とハウジングは電気的に絶縁される。

一実施形態に係る回転電機のステータの側面図である。 第１実施形態のステータの要部分解斜視図である。 スペーサを介してハウジングに取り付けられたステータの側面図である。 第２実施形態のステータの要部分解斜視図である。 第３実施形態のステータの要部分解斜視図である。

以下、本発明の各実施形態について、図面を参照して説明する。

（第１実施形態）
図１は、一実施形態に係る回転電機のステータの側面図である。図１に示すステータ１０は、その内部に設けられる図示しないロータと組み合わされて回転電機を構成する。

ステータ１０は、いわゆる３相Ｙ結線の突極巻のステータであり、図１に示すように、円環状の保持部材であるステータホルダ２０と、ステータホルダ２０の内周面２１に沿って環状に配置された複数（図１では１８個）のステータ片３０と、ステータホルダ２０に設けられた３相の入力端子Ｕ，Ｖ，Ｗとを備える。

ステータホルダ２０は、導電可能な鋼材によって構成され、ステータ１０の軸方向に延びる円環部２２と、円環部２２の軸方向端部から外周側に延びるフランジ部２３とを有する。円環部２２の内周面２１には、後述するように、各ステータ片３０に対応して複数（図１では１８個）の凹部２５が軸方向に形成されている（図２参照）。フランジ部２３には、複数のボルト孔２６が設けられており、ボルト孔２６に挿通したボルト１１によりステータ１０が回転電機のハウジング１２に固定される（図３参照）。

ステータホルダ２０は、環状に配置された複数のステータ片３０が、円環部２２の内周面２１に圧入されることで複数のステータ片３０を径方向外側から保持する。

図２は、ステータ１０の要部分解斜視図である。図２に示すように、ステータ１０の各ステータ片３０は、ステータ１０の周方向に沿って延在するヨーク３２と、ヨーク３２から径方向内側に向かって延在するティース３３とを有し、略Ｔ字状に形成されたステータコア３１、及びステータコア３１のティース３３に巻装された巻線４１によって形成されるコイル４０を含む。なお、巻線４１は、銅製の芯線に絶縁被膜された構成を有する。

ステータコア３１は、略Ｔ字状にプレス加工された複数の電磁鋼板３４が積層して構成される。なお、巻線４１をティース３３に巻装する際、ティース３３には、ステータコア３１と巻線４１とを電気的に絶縁するインシュレータ（図示せず）が介装されていても良い。

本実施形態では、コイル４０は、それぞれ６つずつのＵ相コイル、Ｖ相コイル及びＷ相コイルから構成される。図１に示すように、複数のステータ片３０を環状に配置することにより、Ｕ相（Ｕ１相〜Ｕ６相）、Ｖ相（Ｖ１相〜Ｖ６相）、及びＷ相（Ｗ１相〜Ｗ６相）の各コイル４０が、時計回りに、Ｕ１、Ｖ１、Ｗ１、Ｕ２、…、Ｕ６、Ｖ６、Ｗ６の順番に並ぶように配置される。

ステータコア３１のティース３３に巻装されて各相コイルを構成する巻線４１の一端４１ａは、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相ごとに纏められて、図１に示した各相の入力端子Ｕ，Ｖ，Ｗに接続される。本実施形態では、Ｕ１相〜Ｕ６相、Ｖ１相〜Ｖ６相及びＷ１相〜Ｗ６相の各相６本の巻線４１が、各相ごとに纏められて、入力端子Ｕ，Ｖ，Ｗに接続される。

また、各相コイルを構成する巻線４１の他端４１ｂでは、絶縁被膜が剥離された終端部４１ｂｅがステータコア３１の外周面３５に半田付けされる。その結果、巻線４１の終端部４１ｂｅを半田付けした外周面３５上には、凸状の半田部３６が形成される。

このように構成された複数のステータ片３０は、環状に配置されてステータホルダ２０の円環部２２の内周面２１に圧入される。このとき、複数のステータ片３０は、各半田部３６が、ステータホルダ２０の円環部２２の内周面２１に形成された凹部２５と位置合わせされた状態で圧入される。凹部２５の大きさを半田部３６の大きさよりわずかに小さくしておくことで、半田部３６が変形しながら凹部２５に圧入される。その結果、巻線４１の終端部４１ｂｅは、通電可能なステータホルダ２０に半田部３６を介して電気的に接続される。

本実施形態では、Ｙ結線されたＵ相、Ｖ相及びＷ相の各相コイルを構成する巻線４１の終端部４１ｂｅが、各ステータ片３０の外周面３５において半田部３６を介してステータホルダ２０に電気的に接続されるため、ステータホルダ２０は中性相となる。ステータホルダ２０は多層鋼板で構成されるため、銅製の芯線を有する巻線４１と比較して、単位面積当たりの電気抵抗率は高い。しかし、断面積は、巻線４１よりもステータホルダ２０の方が圧倒的に大きいため、通電経路としての長さあたりの電気抵抗はステータホルダ２０の方が大幅に低い。

中性相としても機能するステータホルダ２０に複数のステータ片３０が圧入されたステータ１０のハウジング１２への固定は、図３に示すように、ステータホルダ２０のフランジ部２３とハウジング１２との間に樹脂製のスペーサ１３を介在させた状態で、ボルト孔２６にボルト１１を挿通してステータホルダ２０を支持することで行われる。中性相であるステータホルダ２０の電位は、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相の各電位が完全にバランスされている場合には０ボルトであるが、実際の各相電位は完全にはバランスされないため、ステータホルダ２０には多少の電位が発生する。しかし、本実施形態では、スペーサ１３は絶縁性の高い樹脂によって形成されているため、ステータホルダ２０とハウジング１２は電気的に絶縁される。

以上説明したように、本実施形態によれば、各相コイルを構成する巻線４１の終端部４１ｂｅをステータコア３１の外周面３５に半田付けして形成された半田部３６は、複数のステータ片３０がステータホルダ２０の円環部２２の内周面２１に圧入される際、内周面２１に形成された凹部２５に圧入される。その結果、巻線４１の終端部４１ｂｅは、半田部３６を介してステータホルダ２０に電気的に接続される。Ｙ結線されたＵ相、Ｖ相及びＷ相の各相コイルを構成する巻線４１の終端部４１ｂｅがステータホルダ２０に電気的に接続されると、通電可能なステータホルダ２０自体が中性相として機能する。このため、中性点用バスバー等の専用部品を用いることなく、簡単な構造によって各相コイルの中性点を中性相に接続できる。また、中性点用バスバー等による電流戻り経路を設ける必要がないため銅損失を抑制できると共に、コスト削減が可能となり、ステータの小型化もできる。

また、ステータホルダ２０は複数のステータ片３０を径方向における外周側で保持し、半田部３６はステータコア３１の外周面３５に凸状に形成されるので、複数のステータ片３０をステータホルダ２０に圧入すると半田部３６は変形して、巻線４１の終端部４１ｂｅは、変形した半田部３６を介してステータホルダ２０に確実に電気的に接続される。

また、ステータホルダ２０の内周面２１には、半田部３６の形状に対応した凹部２５が形成され、複数のステータ片３０をステータホルダ２０に圧入すると、半田部３６は凹部２５に嵌合するため、巻線４１の終端部４１ｂｅは、半田部３６を介してステータホルダ２０に確実に電気的に接続される。

また、巻線４１の終端部４１ｂｅは、半田部３６を介してステータホルダ２０に電気的に接続されるため、複数のステータ片３０をステータホルダ２０に圧入する際の巻線４１の断線リスクを低減できる。

また、複数のステータ片３０が圧入されたステータホルダ２０は、絶縁性の高い樹脂によって形成されたスペーサ１３を介して、回転電機を収容するハウジング１２に支持されるため、中性相としても機能するステータホルダ２０とハウジング１２は電気的に絶縁される。

（第２実施形態）
図４は、第２実施形態のステータの要部分解斜視図である。第２実施形態のステータが第１実施形態のステータ１０と異なる点は、巻線４１の他端４１ｂにおける終端部４１ｂｅとステータホルダ２０との接続構造が異なることである。この点以外は第１実施形態と同様であり、図４において、図２と共通する構成要素には同一符号又は相当符号を付して説明を簡略化又は省略する。

図４に示すように、本実施形態のステータでは、第１実施形態のステータ片３０と同様に、ステータコア３１のティース３３に巻装されて各相コイルを構成する巻線４１の一端４１ａは、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相ごとに纏められて、図１に示した各相の入力端子Ｕ，Ｖ，Ｗに接続される。本実施形態でも、Ｕ１相〜Ｕ６相、Ｖ１相〜Ｖ６相及びＷ１相〜Ｗ６相の各相６本の巻線４１が、各相ごとに纏められて、入力端子Ｕ，Ｖ，Ｗに接続される。

また、各相コイルを構成する巻線４１の他端４１ｂでは、絶縁被膜が剥離された終端部４１ｂｅがステータコア３１の外周面３５に軸方向に配置されて仮止めされる。

ステータホルダ２０は、第１実施形態と同様に、円環部２２とフランジ部２３とを有し、円環部２２の内周面２１には、各ステータ片３０に対応して複数の凹部２７が軸方向に形成されている。各凹部２７の大きさは、絶縁被膜が剥離された巻線４１の終端部４１ｂｅの太さよりもわずかに小さい。

本実施形態でも、複数のステータ片３０が環状に配置されてステータホルダ２０の円環部２２の内周面２１に圧入される。このとき、複数のステータ片３０は、各巻線４１の終端部４１ｂｅがステータホルダ２０の凹部２７に嵌合しながら圧入される。その結果、巻線４１の終端部４１ｂｅは、通電可能なステータホルダ２０に電気的に接続される。このように、Ｙ結線されたＵ相、Ｖ相及びＷ相の各相コイルを構成する巻線４１の終端部４１ｂｅがステータホルダ２０に電気的に接続されるため、ステータホルダ２０は中性相となる。

以上説明したように、本実施形態によれば、各相コイルを構成する巻線４１の終端部４１ｂｅをステータコア３１の外周面３５に軸方向に配置して仮止めした状態で、複数のステータ片３０をステータホルダ２０の円環部２２の内周面２１に圧入すると、内周面２１に形成された凹部２７に巻線４１の終端部４１ｂｅが嵌合する。その結果、巻線４１の終端部４１ｂｅは、ステータホルダ２０に電気的に接続される。Ｙ結線されたＵ相、Ｖ相及びＷ相の各相コイルを構成する巻線４１の終端部４１ｂｅがステータホルダ２０に電気的に接続されると、通電可能なステータホルダ２０自体が中性相として機能する。このように、半田付けの必要もない簡単な構造によって、各相コイルの中性点を中性相に接続できる。

（第３実施形態）
図５は、第３実施形態のステータの要部分解斜視図である。第３実施形態のステータが第１実施形態のステータ１０と異なる点は、巻線４１の他端４１ｂにおける終端部４１ｂｅとステータホルダ２０との接続構造が異なることである。この点以外は第１実施形態と同様であり、図５において、図２と共通する構成要素には同一符号又は相当符号を付して説明を簡略化又は省略する。

図５に示すように、本実施形態のステータでは、第１実施形態のステータ片３０と同様に、ステータコア３１のティース３３に巻装されて各相コイルを構成する巻線４１の一端４１ａは、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相ごとに纏められて、図１に示した各相の入力端子Ｕ，Ｖ，Ｗに接続される。本実施形態でも、Ｕ１相〜Ｕ６相、Ｖ１相〜Ｖ６相及びＷ１相〜Ｗ６相の各相６本の巻線４１が、各相ごとに纏められて、入力端子Ｕ，Ｖ，Ｗに接続される。

また、各相コイルを構成する巻線４１の他端４１ｂでは、絶縁被膜が剥離された終端部４１ｂｅがステータコア３１のヨーク３２の軸方向外側面３７に半田付けされる。その結果、巻線４１の終端部４１ｂｅを半田付けした外周面３５上には、凸状の半田部３８が形成される。なお、半田部３８が設けられたステータコア３１は、複数の電磁鋼板３４が積層して構成される。このため、半田部３８によって固定された巻線４１の終端部４１ｂｅは、ステータコア３１と導通した状態になる。

ステータホルダ２０は、第１実施形態と同様に、円環部２２とフランジ部２３とを有するが、円環部２２の内周面２１に凹部は形成されない。

本実施形態でも、複数のステータ片３０が環状に配置されてステータホルダ２０の円環部２２の内周面２１に圧入される。複数のステータ片３０がステータホルダ２０に圧入されると、各ステータコア３１の外周面３５がステータホルダ２０の円環部２２の内周面２１に当接するため、ステータコア３１とステータホルダ２０は導通した状態になる。その結果、巻線４１の終端部４１ｂｅは、通電可能なステータホルダ２０に半田部３８及びステータコア３１を介して電気的に接続される。このように、Ｙ結線されたＵ相、Ｖ相及びＷ相の各相コイルを構成する巻線４１の終端部４１ｂｅがステータホルダ２０に電気的に接続されるため、ステータホルダ２０は中性相となる。

以上説明したように、本実施形態によれば、各相コイルを構成する巻線４１の終端部４１ｂｅをステータコア３１のヨーク３２の軸方向外側面３７に半田付けして、各巻線４１の中性点がステータコア３１に導通した状態で、複数のステータ片３０をステータホルダ２０の円環部２２の内周面２１に圧入する。その結果、巻線４１の終端部４１ｂｅは、半田部３８及びステータコア３１を介してステータホルダ２０に電気的に接続される。Ｙ結線されたＵ相、Ｖ相及びＷ相の各相コイルを構成する巻線４１の終端部４１ｂｅがステータホルダ２０に電気的に接続されると、通電可能なステータホルダ２０自体が中性相として機能する。このように、ステータホルダ２０の内周面２１に加工の必要の必要もない簡単な構造によって、各相コイルの中性点を中性相に接続できる。

本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。

１０ ステータ
１２ ハウジング
１３ スペーサ
２０ ステータホルダ
２１ ステータホルダの内周面
２５，２７ 凹部
３０ ステータ片
３１ ステータコア
３２ ヨーク
３３ ティース
３５ ステータコアの外周面
３６，３８ 半田部
３７ ステータコアの軸方向外側面
４０ コイル
４１ 巻線
４１ａ 巻線の一端
４１ｂ 巻線の他端
４１ｂｅ 終端部
Ｕ，Ｖ，Ｗ 入力端子

Claims (7)

1. 周方向に沿って配置された複数のティースを有するステータコアと、
   前記ティースに巻回される３相の各相コイルと、を備えた、回転電機のステータであって、
   径方向において前記回転電機のロータが配置される側とは反対側に、前記ステータコアを保持する保持部材を備え、
   前記保持部材は、通電可能な材料によって構成され、
   前記各相コイルの中性点に接続される前記各相コイルの終端が前記ステータコアのいずれかの位置に接し、前記保持部材と電気的に接続する終端接続部を備える、回転電機のステータ。
2. 請求項１に記載の回転電機のステータであって、
   前記保持部材は、前記ステータコアを前記径方向における外周側で保持し、
   前記終端接続部は、前記ステータコアの外周面に凸状に形成される、回転電機のステータ。
3. 請求項２に記載の回転電機のステータであって、
   前記保持部材の内周面には、前記終端接続部の形状に対応した凹部が形成され、
   前記保持部材が前記ステータコアを保持した状態で、前記終端接続部は前記凹部と嵌合する、回転電機のステータ。
4. 請求項２又は３に記載の回転電機のステータであって、
   前記終端接続部は、前記ステータコアの外周面に位置付けされた前記各相コイルの終端と、前記終端を前記外周面に固定する半田と、を有する、回転電機のステータ。
5. 請求項２又は３に記載の回転電機のステータであって、
   前記終端接続部は、前記ステータコアの外周面に軸方向に配置された、絶縁被膜が剥離された前記各相コイルの終端である、回転電機のステータ。
6. 請求項１に記載の回転電機のステータであって、
   前記終端接続部は、前記ステータコアのヨークの軸方向外側面に位置付けされた前記各相コイルの終端と、前記終端を前記ヨークに固定する半田と、を有する、回転電機のステータ。
7. 請求項１から６のいずれか１項に記載の回転電機のステータであって、
   前記保持部材は、絶縁部を介して、前記回転電機を収容するハウジングに支持される、回転電機のステータ。

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