JPWO2015097753A1 - 回転電機 - Google Patents

Abstract

この発明では、コイル結線用の導電部材やコイル端末の接着作業を不要として、低コスト化および生産性の向上を図ることができる回転電機を得る。この発明の回転電機は、回転子７と、回転子７を囲繞するように配設された円環状の固定子鉄心１２、および固定子鉄心１２に巻回されて複数の集中巻コイル１４ａを有する固定子１１と、溝２１ａが一面に周方向に延びるように形成された環状のホルダ部２１を有し、ホルダ部２１の他面を固定子１１に向けて固定子の軸方向の一端に配設されたホルダ２０と、ホルダ２０に保持された複数の接続端子２５と、を備え、複数の集中巻コイル１４ａのコイル端末２６が、それぞれ、集中巻コイル１４ａから延び出て溝２１ａ内を周方向に引き回されて、接続対象の接続端子２５に接続されている。

Description

この発明は、例えば、自動車やトラックなどに搭載される電動機、発電機などの回転電機に関し、特に固定子巻線を構成するコイルの結線構造に関するものである。

第１の従来の回転電機では、帯状導電部を有し、この帯状導電部と一体でかつこの帯状導電部の側端部から長手方向に略平行に延出された腕部を、帯状導電部の板厚方向に屈曲してなる導電部材と、この導電部材を保持するホルダと、巻回された複数のコイルと、を備え、腕部にコイルを接続していた（例えば、特許文献１参照）。

また、第２の従来の回転電機では、固定子巻線から引き出された引出線は、固定子巻線のコイルエンド部から固定子鉄心の軸方向に引き出された軸方向延在部と、軸方向延在部からコイルエンド部に沿って這い回された周方向延在部と、周方向延在部から径方向外側に延びた径方向延在部と、を有し、周方向延在部を樹脂部材によってコイルエンド部に接着、固定していた（例えば、特許文献２参照）。

特許第３６１３２６２号公報 特許第４５８１４７９号公報

第１の従来の回転電機では、コイル結線用の導電部材が新たに必要となり、低コスト化が図れないという課題があった。
一方、第２の従来の回転電機では、導電部材などの部材が不要となるが、樹脂部材を用いて引出線の周方向延在部をコイルエンド部に接着、固定する作業が必要となり、生産性が低下するという課題があった。

この発明は、上記課題を解決するためになされたもので、コイル結線用の導電部材やコイル端末の接着作業を不要として、低コスト化を図るとともに、生産性を向上させることができる回転電機を得ることを目的とする。

この発明の回転電機は、回転子と、上記回転子を囲繞するように配設された円環状の固定子鉄心、および上記固定子鉄心に巻回された複数のコイルを有する固定子と、溝が一面に周方向に延びるように形成された環状のホルダ部を有し、該ホルダ部の他面を上記固定子に向けて上記固定子の軸方向の一端に配設された絶縁部材と、上記絶縁部材に保持された複数の接続端子と、を備えている。そして、上記複数のコイルのコイル端末が、それぞれ、上記コイルから延び出て上記溝内を周方向に引き回されて、上記複数の接続端子のなかの接続対象の接続端子に接続されている。

この発明によれば、コイル端末が、コイルから延び出て、ホルダ部に形成された溝内を周方向に引き回されて、接続対象の接続端子に接続されているので、コイル端末の周方向に引き回される部分がホルダ部に保持される。そこで、コイル結線用の導電部材をホルダ部の溝内に保持させる必要がなく、コイル端末の周方向に引き回される部分をコイルエンドに接着、固定する煩雑な作業が不要となり、低コスト化が図られるとともに、生産性が向上される。

この発明の実施の形態１に係る制御装置一体型電動機を示す縦断面図である。 この発明の実施の形態１に係る制御装置一体型電動機を示す端面図である。 この発明の実施の形態１に係る制御装置一体型電動機のハウジングを取り外した状態を示す端面図である。 この発明の実施の形態１に係る制御装置一体型電動機におけるコイルアッセンブリを示す斜視図である。 この発明の実施の形態１に係る制御装置一体型電動機におけるコイルアッセンブリを示す端面図である。 この発明の実施の形態１に係る制御装置一体型電動機におけるホルダを示す斜視図である。 この発明の実施の形態１に係る制御装置一体型電動機におけるホルダを示す平面図である。 この発明の実施の形態１に係る制御装置一体型電動機におけるホルダを示す断面図である。 この発明の実施の形態１に係る制御装置一体型電動機におけるホルダを示す要部平面図である。 この発明の実施の形態１に係る制御装置一体型電動機における接続端子を示す斜視図である。 この発明の実施の形態１に係る制御装置一体型電動機における固定子巻線の結線図である。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係る制御装置一体型電動機を示す縦断面図、図２はこの発明の実施の形態１に係る制御装置一体型電動機を示す端面図、図３はこの発明の実施の形態１に係る制御装置一体型電動機のハウジングを取り外した状態を示す端面図、図４はこの発明の実施の形態１に係る制御装置一体型電動機におけるコイルアッセンブリを示す斜視図、図５はこの発明の実施の形態１に係る制御装置一体型電動機におけるコイルアッセンブリを示す端面図、図６はこの発明の実施の形態１に係る制御装置一体型電動機におけるホルダを示す斜視図、図７はこの発明の実施の形態１に係る制御装置一体型電動機におけるホルダを示す平面図、図８はこの発明の実施の形態１に係る制御装置一体型電動機におけるホルダを示す断面図、図９はこの発明の実施の形態１に係る制御装置一体型電動機におけるホルダを示す要部平面図、図１０はこの発明の実施の形態１に係る制御装置一体型電動機における接続端子を示す斜視図、図１１はこの発明の実施の形態１に係る制御装置一体型電動機における固定子巻線の結線図である。

図１から図３において、回転電機としての制御装置一体型電動機１は、例えば、アルミニウムで作製されたハウジング２と、例えば、鉄板を絞り加工により有底円筒状に作製されたフレーム３と、ハウジング２とフレーム３との間に配設された樹脂製の隔壁４と、を備えている。そして、制御装置収納空間が、ハウジング２と隔壁４との間に形成され、モータ部収納空間がフレーム３と隔壁４との間に形成される。

制御装置一体型電動機１は、シャフト８に固着されてモータ収納空間内に回転可能に配設された回転子７と、フレーム３に保持されて回転子７を囲繞し、かつ回転子７と同軸にモータ収納空間内に配設された固定子１１と、制御装置収納空間内に配設された制御基板１７と、回転子７の回転角度を検出するレゾルバ１８と、シャフト８のハウジング２からの突出部に固着され、電動パワーステアリング装置（図示せず）に連結されるボス部１９と、をさらに備えている。制御基板１７には、直流−交流電力変換部（図示せず）を駆動制御して、外部からの直流電力を交流電力に変換して固定子巻線１４に供給する制御回路が実装されている。

回転子７は、隔壁４を貫通して、ハウジング２の軸心位置に保持されたハウジング側軸受５およびフレーム３の底部の軸心位置に保持されたフレーム側軸受６に支持されるシャフト８と、シャフト８に固着されて、モータ収納空間内に回転可能に配設された回転子鉄心９と、回転子鉄心９の外周面に周方向に等角ピッチで配列されて、接着固定された永久磁石１０と、を備えている。永久磁石１０は、Ｎ極とＳ極とが周方向に交互に並ぶように配設されている。さらに、保護管（図示せず）が、永久磁石１０が配設された回転子鉄心９の外周面に被覆されている。

固定子１１は、円環状の固定子鉄心１２と、固定子鉄心１２に装着された固定子巻線１４と、を備える。

固定子鉄心１２は、図４および図５に示されるように、円弧形のコアバック部１３ａと、コアバック部１３ａの内周壁面から径方向内方に突出するティース部１３ｂとを有する鉄心ブロック１３を備える。鉄心ブロック１３は、略Ｔ字状に打ち抜かれた磁性鋼板片を積層、一体化して作製される。

インシュレータ１５は、例えば、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）樹脂などの絶縁性樹脂を用いた樹脂成型体である。そして、係止部としての係止穴１５ｂがインシュレータ１５の外周側に突出するフランジ部１５ａに形成されている。

コイルアッセンブリ１６は、図４および図５に示されるように、インシュレータ１５を鉄心ブロック１３のティース部１３ｂの軸方向両端面上に配置し、例えば、エナメル樹脂で被覆された、かつ接続部のない連続した銅線からなる導体線を、ティース部１３ｂとティース部１３ｂの軸方向両端面に配置されたインシュレータ１５の周りを多数回巻回して、作製される。なお、導体線を、ティース部１３ｂとティース部１３ｂの軸方向両端面に配置されたインシュレータ１５の周りを多数回巻回して、集中巻コイル１４ａが作製される。図４および図５には、便宜上、１つのコイルアッセンブリ１６のみを示しているが、実際には、１本の導体線を１つの鉄心ブロック１３に巻き回して集中巻コイル１４ａを作製した後、引き続いてもう１つの鉄心ブロック１３に巻き回して集中巻コイル１４ａを作製している。これにより、２つのコイルアセンブリ１６の集中巻コイル１４ａが渡り線で一続きに構成される。そこで、図示していないが、集中巻コイル１４ａの巻き始めおよび巻き終わりであるコイル端末２６が各集中巻コイル１４ａから１本ずつティース部１３ｂの軸方向の一側に引き出されている。

絶縁部材としてのホルダ２０は、図６から図９に示されるように、例えば、ナイロンなどの絶縁性樹脂を用いた樹脂成型体であり、リング状のホルダ部２１と、それぞれ、ホルダ部２１から径方向外方に突出し、その後径方向一側に延びるように形成されて、周方向に９０°の角度ピッチで４つ配設された脚部２２と、それぞれ、ホルダ部２１から径方向外方に突出するように形成されて、周方向に９０°の角度ピッチで３つ配設された端子保持部２３と、を有する。そして、コイル端末保持用の円状の溝２１ａが、ホルダ部２１の一面に、同心状に２つ形成されている。コイル端末挿通用の切り欠き２１ｂが、２つの溝２１ａ間、および外側の溝２１ａとホルダ部２１の径方向外側との間を径方向に連通するように形成されている。さらに、固定用爪２２ａが、脚部２２のそれぞれの突出端に形成されている。さらにまた、端子保持穴２３ａが、端子保持部２３のそれぞれに形成されている。

接続端子２５は、図１０に示されるように、銅などの良導電性金属板を屈曲成形して作製され、集中巻コイル１４ａのコイル端末２６が接合される第１端子部２５ａと、直流−交流電力変換部からの出力端子（図示せず）が接合される第２端子部２５ｂと、端子保持部２３の端子保持穴２３ａに挿入して接続端子２５を端子保持部２３に保持させる第３端子部２５ｃと、を備える。

このように構成された制御装置一体型電動機１を組み立てるには、まず、１２個のコイルアッセンブリ１６を、鉄心ブロック１３のコアバック部１３ａの周方向の側面同士を突き合わせて、周方向に環状に配列して、フレーム３の円筒部に圧入、固着して、あるいは焼き嵌めにより円筒部内に挿入、固着して、固定子１１をフレーム３に装着する。

なお、固定子鉄心１２が、コアバック部１３ａの周方向の側面同士を突き合わせて円環状に配列された１２個の鉄心ブロック１３により構成される。また、固定子巻線１４が、鉄心ブロック１３のティース部１３ｂに巻回された１２本の集中巻コイル１４ａにより構成される。そして、集中巻コイル１４ａの固定子鉄心１２から軸方向外方に突出する部分が、固定子巻線１４のコイルエンドを構成する。

ここで、環状に配列された１２個のコイルアッセンブリ１６において、周方向の配列順に、１番目と２番目のコイルアッセンブリ１６の集中巻コイル１４ａが一続きに構成され、３番目と４番目のコイルアッセンブリ１６の集中巻コイル１４ａが一続きに構成され、５番目と６番目のコイルアッセンブリ１６の集中巻コイル１４ａが一続きに構成され、７番目と８番目のコイルアッセンブリ１６の集中巻コイル１４ａが一続きに構成され、９番目と１０番目のコイルアッセンブリ１６の集中巻コイル１４ａが一続きに構成され、１１番目と１２番目のコイルアッセンブリ１６の集中巻コイル１４ａが一続きに構成されているものとする。

ついで、図３に示されるように、脚部２２の固定用爪２２ａを、フレーム３の開口側からインシュレータ１５の係止穴１５ｂに嵌着させて、フレーム３に挿入、固着された固定子１１にホルダ２０を装着する。これにより、ホルダ２０は、ホルダ部２１が固定子巻線１４のコイルエンドの内径側の領域と軸方向に重なって、固定子１１のフレーム３の開口側に配設される。

ついで、集中巻コイル１４ａから軸方向に引き出されたコイル端末２６のそれぞれを、切り欠き２１ｂから溝２１ａ内に引き込み、溝２１ａに沿って周方向に接続対象の接続端子２５の近傍まで引き回す。そこで、コイル端末２６を溝２１ａから引き出して接続対象の接続端子２５の第１端子部２５ａに溶接などにより接合する。例えば、１番目、６番目、８番目および１１番目のコイルアッセンブリ１６に装着された集中巻コイル１４ａのコイル端子２６が１つの接続端子２５に接続される。２番目、４番目、７番目および９番目のコイルアッセンブリ１６に装着された集中巻コイル１４ａのコイル端子２６が他の１つの接続端子２５に接続される。３番目、５番目、１０番目及び１２番目のコイルアッセンブリ１６に装着された集中巻コイル１４ａのコイル端子２６が残る１つの接続端子２５に接続される。これにより、図１１に示されるように、それぞれ、４本の集中巻コイル１４ａを２直列２並列接続して構成されたＵ相コイル、Ｖ相コイルおよびＷ相コイルをΔ結線してなる固定子巻線１４が得られる。

ついで、シャフト８の一端をフレーム側軸受６に嵌め込んで、回転子７をフレーム３に固定された固定子１１内に組み込む。また、制御基板１７、直流−交流電力変換部などをハウジング２に取り付ける。そして、直流−交流電力変換部の出力端子（図示せず）を接続端子２５の第２端子部２５ｂに接続し、シャフト８の他端を、隔壁４を貫通させてハウジング側軸受５に嵌め込み、フレーム３をハウジング２に締着固定する。これにより、隔壁４がハウジング２とフレーム３とに挟持されて配設される。さらに、ボス部１９がシャフト８のハウジング２からの突出端に固着され、制御装置一体型電動機１の組立が完了する。

このように構成された制御装置一体型電動機１では、直流電力が外部電源より直流−交流電力変換部に供給される。制御基板１７に実装された制御回路が、直流−交流電力変換部を制御して、直流電力が交流電力に変換されて、接続端子２５を介して固定子巻線１４に供給される。そして、回転子７の永久磁石１０との電磁作用によって、回転子７が回転する。その回転力が、シャフト８およびボス部１９を介して図示しない電動パワーステアリング装置に伝達され、電動パワーステアリング装置が駆動される。

この実施の形態１によれば、集中巻コイル１４ａのコイル端末２６が、集中巻コイル１４ａから延び出て溝２１ａ内を周方向に引き回されて、接続対象の接続端子２５の第１端子部２５ａに接続されている。このコイル端末２６は、エナメル樹脂で被覆された、かつ接続部のない連続した銅線からなる導体線、すなわち集中巻コイル１４ａの一部である。そこで、特許文献１のように、集中巻コイル１４ａとは別部材である導電部材をホルダ部２１の溝２１ａ内に配設する必要がなく、低コスト化が図られる。また、コイル端末２６の周方向に引き回される部分が、溝２１ａ内に収納、保持されている。そこで、特許文献２のように、コイル端末２６の周方向に引き回される部分をコイルエンドに接着、固定する必要がなく、生産性が高められる。

切り欠き２１ｂが溝２１ａとホルダ部２１の外部とを径方向に連通するようにホルダ部２１に形成され、集中巻コイル１４ａから延び出たコイル端末２６が、切り欠き２１ｂを通って溝２１ａ内に引き入れられている。そこで、コイル端末２６の溝２１ａ内への引き込みが容易となり、コイル端末２６の周方向の引き回し作業性が向上される。

突出端に固定用爪２２ａを備えた脚部２２がホルダ部２１に形成され、係止穴１５ｂがインシュレータ１５に形成され、固定用爪２２ａと係止穴１５ｂのスナップフィット結合により、ホルダ２０が固定子１１に装着されている。そこで、脚部２２を係止穴１５ｂに押し入れるだけで、ホルダ２０を固定子１１に装着できるので、組立性が向上される。

なお、上記実施の形態１では、本発明を電動機に適用した場合について説明しているが、本発明は、発電機や発電電動機などの回転電機に適用しても、同様の効果を奏する。
また、上記実施の形態１では、固定子巻線が集中巻コイルをΔ結線して構成されているが、固定子巻線は集中巻コイルをＹ結線して構成されてもよい。
また、上記実施の形態１では、固定用爪をインシュレータに形成された係止穴に嵌着しているが、係止部は係止穴に限定されず、係止溝でもよい。

この発明の回転電機は、回転子と、上記回転子を囲繞するように配設された円環状の固定子鉄心、および上記固定子鉄心に巻回された複数のコイルを有する固定子と、溝が一面に周方向に延びるように形成された環状のホルダ部および該ホルダ部から径方向外方に突出する端子保持部を有し、該ホルダ部の他面を上記固定子に向けて上記固定子の軸方向の一端に配設された絶縁部材と、上記絶縁部材に保持された複数の接続端子と、を備えている。そして、上記複数のコイルのコイル端末が、それぞれ、上記コイルから延び出て上記溝内を周方向に引き回されて、上記複数の接続端子のなかの接続対象の接続端子に接続され、上記複数の接続端子のそれぞれは、上記コイル端末が接続される第１端子部と、電力変換部に接続される第２端子部と、上記第１端子部と逆方向に延び出ている第３端子部と、を備え、上記第３端子部が上記端子保持部の端子挿入穴に該端子保持部の一面側から挿入されている状態で上記絶縁部材に保持されている。

Claims (3)

1. 回転子と、
   上記回転子を囲繞するように配設された円環状の固定子鉄心、および上記固定子鉄心に巻回された複数のコイルを有する固定子と、
   溝が一面に周方向に延びるように形成された環状のホルダ部を有し、該ホルダ部の他面を上記固定子に向けて上記固定子の軸方向の一端に配設された絶縁部材と、
   上記絶縁部材に保持された複数の接続端子と、を備え、
   上記複数のコイルのコイル端末が、それぞれ、上記コイルから延び出て上記溝内を周方向に引き回されて、上記複数の接続端子のなかの接続対象の接続端子に接続されていることを特徴とする回転電機。
2. 切り欠きが上記溝と上記ホルダ部の外部とを径方向に連通するように上記ホルダ部に形成され、上記コイルから延び出た上記コイル端末が、上記切り欠きを通って上記溝内に引き入れられていることを特徴とする請求項１記載の回転電機。
3. 上記固定子鉄心が、ティース部が円弧状のコアバック部の内周壁面から径方向内方に突出する鉄心ブロックを、上記コアバック部の周方向の側面同士を突き合わせて円環状に配列して構成され、
   上記コイルが、導体線を、上記ティース部と上記鉄心ブロックの軸方向の両端面に配置されたインシュレータの周りに巻き回して構成され、
   係止部が上記鉄心ブロックの軸方向一端面に配置された上記インシュレータに形成され、
   上記絶縁部材は、上記ホルダ部から軸方向他側に突出し、突出端に固定用爪を備えた脚部を有し、上記固定用爪を上記係止部に嵌着させて、上記固定子の軸方向の一端に配設されていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の回転電機。

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