JPWO2020035939A1

JPWO2020035939A1 - 回転電機

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Publication number: JPWO2020035939A1
Application number: JP2020537342A
Authority: JP
Inventors: 山本　孝; 孝山本; 啓君島; 俊宏松永; 藤本　憲悟; 憲悟藤本
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2018-08-17
Filing date: 2018-08-17
Publication date: 2021-05-13
Anticipated expiration: 2038-08-17
Also published as: EP3840188A4; EP3840188B1; WO2020035939A1; JP7109550B2; US11936265B2; US20210281137A1; EP3840188A1; CN112544029A

Abstract

回転電機（１００）は、固定子（２）と同軸上に配置された環状のコイル接続体（６）を備えている。コイル接続体（６）は、ホルダ（７）に設けられた溝（８）の内部に、ターミナル（９）の軸方向の移動を規制する張り出し部（８５）と、径方向の移動を規制する位置決め突起部（８６）とを有している。位置決め突起部（８６）は、ターミナル（９）の一部が張り出し部（８５）と軸方向に重なるようにターミナル（９）を位置決めしている。このような構成によれば、ターミナル（９）がターミナル保持部（８７）から溝開口部（８１）の方向へ移動すると、張り出し部（８５）の側面（８５ｂ）に当接するため、ターミナル（９）の浮き上がり及び抜けを防止することができる。

Description

本願は、コイル接続体を備えた回転電機に関するものである。

回転電機のコイル接続体として、樹脂製の絶縁部材であるホルダに同心状に設けられた複数の溝に、円弧状の導電部材が配置されたものが用いられている。ホルダの溝の所定位置に配置された導電部材は、固定子のティースに巻線されたコイルの端末と接続され、所定の結線がなされる。従来のコイル接続体は、溝の内部に一旦挿入された導電部材が、運搬時の衝撃または組立時の外部荷重等により浮き上がり、導電部材とコイルの端末を接続する後工程における生産性の悪化、及び導電部材相互間の絶縁性の低下等の原因となっていた。特に、円弧部の周方向の長さ寸法が小さい導電部材は、ホルダとの嵌合部が短く、抜け易いという課題があった。

一方、導電部材の抜けを防ぐために溝と導電部材との寸法公差を厳しく設定した場合、導電部材または溝が変形していると導電部材を嵌め込むことが困難となり、組立性が低下するという課題があった。このような課題を解決するため、特許文献１では、溝を導電部材よりも幅広とし、溝の内部に導電部材と接触する突起を設けることにより、導電部材の溝内での移動、及び溝からの脱落を抑制している。

特開２００５−３０４２７８号公報

しかしながら、特許文献１のように、溝の内部に設けた突起によって導電部材との接触を確保し、導電部材の浮き上がりを防止する方法では、ホルダの変形等により溝の幅寸法が設計値よりも小さくなっている場合、導電部材をホルダへ圧入する組み付け作業時の荷重が増加し、組立性が悪くなるという課題があった。また、ホルダの変形等により溝の幅寸法が設計値よりも大きくなっている場合、突起と導電部材の接触を確保できず、導電部材の浮き上がりを抑制できないという課題があった。

本願は、上記のような課題を解決するための技術を開示するものであり、コイル接続体のホルダに保持された導電部材の浮き上がり及び抜けを抑制し、組立性及び絶縁性の高い回転電機を提供することを目的とする。

本願に開示される回転電機は、固定子と同軸上に配置された環状のコイル接続体を備えた回転電機であって、コイル接続体は、同心状に設けられた複数の溝を有する樹脂製の絶縁ホルダと、溝の内部に保持され固定子のティースに巻線されたコイルの端末と接続される導電部材とを有し、各々の溝は、一方の側壁の導電部材よりも溝開口部の側に配置され導電部材の軸方向の移動を規制する張り出し部と、他方の側壁の導電部材と径方向に対向する位置に配置され導電部材の径方向の移動を規制する位置決め突起部とを有するものである。

本願に開示される回転電機によれば、コイル接続体の絶縁ホルダに設けられた溝の内部に、導電部材の軸方向の移動を規制する張り出し部と、径方向の移動を規制する位置決め突起部とを有することにより、簡単な構造で導電部材の浮き上がり及び抜けを抑制することができ、組立性及び絶縁性の向上が図られる。
本願の上記以外の目的、特徴、観点及び効果は、図面を参照する以下の詳細な説明から、さらに明らかになるであろう。

実施の形態１による回転電機を示す断面図である。実施の形態１による回転電機のコイル接続体を示す上面図である。実施の形態１によるコイル接続体を示す部分断面図である。実施の形態１によるコイル接続体のホルダを示す部分断面図である。実施の形態２によるコイル接続体を示す部分断面図である。実施の形態２による別のコイル接続体を示す部分断面図である。実施の形態２によるさらに別のコイル接続体を示す部分断面図である。実施の形態３によるコイル接続体における張り出し部及び位置決め突起部の配置例を示す上面図である。実施の形態３によるコイル接続体における張り出し部及び位置決め突起部の別の配置例を示す上面図である。実施の形態３によるコイル接続体における張り出し部及び位置決め突起部のさらに別の配置例を示す上面図である。実施の形態４によるコイル接続体におけるホルダを示す上面図である。実施の形態４によるコイル接続体を示す部分断面図である。

実施の形態１．
以下に、実施の形態１による回転電機について、図面に基づいて説明する。図１は、実施の形態１による回転電機を示す断面図、図２は、実施の形態１による回転電機のコイル接続体を示す上面図、図３は、図２中、Ａ−Ａで示す部分の断面図である。また、図４は、実施の形態１によるコイル接続体のホルダを示す部分断面図である。各図において、同一、相当部分には、同一符号を付している。なお、図中、矢印Ｚは回転電機の軸方向を示し、矢印Ｒは回転電機の径方向を示している。

実施の形態１による回転電機１００は、電動パワーステアリング駆動用モータ等に用いられるものであり、図１に示すように、フレーム１の内周に固定子２が圧入、固定されている。固定子２の内周側には、回転子３が回転可能に配設されている。回転子３は、軸心位置に挿通された回転軸４に固定されており、永久磁石を有している。ただし、回転子３は、永久磁石型回転子に限定されるものではなく、かご形回転子、または巻線形回転子等であってもよい。

固定子２は、電磁鋼板を積層した複数の分割鉄心が環状に配列された固定子鉄心を有している。分割鉄心は、円弧状のコアバック部と、コアバック部の内周壁面から径方向内側に突出するティースを有している。各々の分割鉄心に絶縁部材であるボビンが配設され、ボビンを介してティースにＵ相、Ｖ相、及びＷ相いずれかのコイル５が巻回される。コイル５の端末は、固定子２と同軸上に配置された環状のコイル接続体６によって所定の結線がなされる。

図２に示すように、コイル接続体６は、樹脂製の絶縁ホルダ（以下、ホルダ７）と、コイル５の端末と接続される導電部材である給電用ターミナル（以下、ターミナル９）を有している。ホルダ７は、同心状に配置された複数の溝８を有している。ターミナル９は、ホルダ７の溝８に保持される円弧部９１と、円弧部９１の上方に配設されるフック部９２を有している。ターミナル９は、ホルダ７の溝８内部の所定位置に保持され、分割鉄心のティースに巻線されたコイル５の端末と接続される。

コイル接続体６のホルダ７に形成された溝８の内部構造と、ターミナル９との位置関係について、図３及び図４を用いて詳細に説明する。図中、Ｈは軸方向の寸法、Ｗは径方向の寸法を示している。なお、図３及び図４に示すホルダ７は、同心状に配置された３つの溝８を有しており、各々の溝８の内部の断面形状は同じであるため、図中、符号を一部省略している。

図４に示すように、ホルダ７の溝８は、軸方向端部に位置する溝開口部８１と底部８２、及び径方向に対向する側壁８３、８４を有している。各々の溝８は、一方の側壁（ここでは内周側の側壁８３）のターミナル９よりも溝開口部８１の側に配置された張り出し部８５と、他方の側壁（ここでは外周側の側壁８４）のターミナル９と径方向に対向する位置に配置された位置決め突起部８６とを有している。なお、実施の形態１では、張り出し部８５を内周側の側壁８３に設け、位置決め突起部８６を外周側の側壁８４に設けたが、これらは逆であってもよい。

ターミナル９の所定位置であるターミナル保持部８７は、図４に示す一点鎖線と、張り出し部８５の側面８５ｂと、一方の側壁８３と、底部８２と、位置決め突起部８６の頂部８６ａとによって囲まれた空間である。ターミナル保持部８７に保持されたターミナル９は、張り出し部８５によって軸方向の移動を規制され、位置決め突起部８６によって径方向の移動を規制されている。すなわち、張り出し部８５は、ターミナル９の浮き上がり及び抜けを防止し、位置決め突起部８６は、ターミナル９の一部が張り出し部８５と軸方向に重なるように、ターミナル９を位置決めしている。

図３及び図４に示すように、ターミナル９の幅寸法をＷ１、ターミナル９の高さ寸法をＨ１、溝開口部８１の幅寸法をＷ２、底部８２の幅寸法をＷ３、張り出し部８５の頂部８５ａと位置決め突起部８６の頂部８６ａの間隔をＷ４、側壁８３と側壁８４の間隔をＷ５とする。また、溝８の底部８２から張り出し部８５の側面８５ｂまでの高さ寸法をＨ２、溝開口部８１から位置決め突起部８６までの高さ寸法をＨ３とする。

溝開口部８１の幅寸法Ｗ２は、ターミナル９が挿入可能なように、ターミナル９の幅寸法Ｗ１よりも大きく設定される（Ｗ２＞Ｗ１）。また、底部８２の幅寸法Ｗ３は、ターミナル９を保持できるように、ターミナル９の幅寸法Ｗ１よりも大きく設定される（Ｗ３＞Ｗ１）。同様に、底部８２から張り出し部８５の側面８５ｂまでの高さ寸法Ｈ２は、ターミナル９を保持できるように、ターミナル９の高さ寸法Ｈ１よりも大きく設定される（Ｈ２>Ｈ１）。ただし、Ｗ２、Ｗ３、及びＨ２が大きくなるほど装置が大型化するため、ターミナル９の挿入と保持が可能な範囲で、より小さく設定されることが望ましい。

また、溝開口部８１から位置決め突起部８６までの高さ寸法Ｈ３は、ターミナル９をターミナル保持部８７に挿入可能であり、ターミナル９の絶縁性を確保することが可能な高さに設定される。Ｈ３が大きくなると装置が大型化するが、Ｈ３が小さくなるとターミナル９の絶縁性の確保が難しくなる。このため、Ｈ３は、絶縁性の確保が可能な範囲で、より小さく設定されることが望ましい。

また、実施の形態１では、張り出し部８５及び位置決め突起部８６は、いずれも軸方向の断面形状が矩形である。この場合、張り出し部８５及び位置決め突起部８６の各々の頂部８５ａ、８６ａの間隔Ｗ４は、ターミナル９の幅寸法Ｗ１よりも小さく設定される（Ｗ４＜Ｗ１）。これにより、ターミナル９がターミナル保持部８７から溝開口部８１の方向へ移動すると、張り出し部８５の側面８５ｂに当接するため、ターミナル９の浮き上がり及び抜けを防止することができる。

なお、張り出し部８５及び位置決め突起部８６の断面形状は、矩形に限定されるものではない。張り出し部８５及び位置決め突起部８６の断面形状が矩形以外の場合（図５参照）、張り出し部８５及び位置決め突起部８６各々の径方向に最も突出している箇所の間隔Ｗ４´は、ターミナル９の幅寸法Ｗ１よりも小さく設定される（Ｗ４´＜Ｗ１）。

また、張り出し部８５及び位置決め突起部８６は、溝８の全周に亘って設けられていてもよいし、部分的に設けられていてもよい。張り出し部８５及び位置決め突起部８６が部分的に設けられている場合、それらが設けられていない部分では、溝開口部の径方向の寸法はＷ５（Ｗ５＞Ｗ２）となり、組み付け作業におけるターミナル９の挿入が容易となる。

実施の形態１によるコイル接続体の比較例として、先行技術によるコイル接続体では、溝の内部に設けた突起によってホルダとターミナルの接触を確保し、ターミナルの浮き上がり及び抜けを防止している。このような構成では、溝の幅寸法が設計値よりも小さくなると、組み付け作業時の荷重を増加する必要があり組立性が悪くなり、溝の幅寸法が設計値よりも大きくなると、ホルダとターミナルの接触を確保することができない。このため、ホルダに高い寸法精度が要求される。

これに対し、実施の形態１によるコイル接続体６では、ターミナル９が溝開口部８１の方向へ移動した時に、張り出し部８５の側面８５ｂに当接すればよい。すなわち、ターミナル保持部８７に保持されたターミナル９は、張り出し部８５及び位置決め突起部８６と常時接触している必要はない。このため、溝８とターミナル９との寸法公差を厳しく設定する必要がない。また、ホルダ７に高い寸法精度が要求されず、製造が容易である。さらに、組み付け作業の際に大きな荷重を必要とせず、組立性がよい。

実施の形態１による回転電機１００によれば、コイル接続体６のホルダ７に設けられた溝８の内部に、ターミナル９の軸方向の移動を規制する張り出し部８５と、径方向の移動を規制する位置決め突起部８６とを有することにより、簡単な構造でターミナル９の浮き上がり及び抜けを抑制することができ、ターミナル９相互間の絶縁性の向上が図られる。

また、ターミナル９のホルダ７への組み付けを挿入で行うことができるため、組み付け設備が簡易なものとなり設備費が抑制される。さらに、ターミナル９の浮き上がりが抑制されるため、ターミナル９とコイル５の端末を接続する後工程の生産性が向上する。これらのことから、実施の形態１によれば、組立性及び絶縁性の高い回転電機１００が得られる。

実施の形態２．
実施の形態２では、コイル接続体のホルダまたはターミナルの変形例について説明する。図５から図７は、実施の形態２によるコイル接続体を示す部分断面図である。図５から図７に示すホルダ７Ａ、７Ｂ、７は、同心状に配置された３つの溝８を有しており、各々の溝８の内部の断面形状は同じであるため、図中、符号を一部省略している。また、実施の形態２による回転電機の全体構成は、上記実施の形態１と同様であるので、ここでは説明を省略する。

図５に示すホルダ７Ａは、一方の側壁８３に設けられた張り出し部８５に、溝開口部８１の幅寸法Ｗ２を拡げるための傾斜部８５ｃを有している。また、他方の側壁８４に、溝開口部８１の幅寸法Ｗ２を拡げるための傾斜部８４ａを有している。このような構成により、ホルダ７Ａの溝８と隣接する溝８の間の仕切り部は、先端が細くなったテーパ形状となっている。さらに、位置決め突起部８６の溝開口部８１の側の角部に、傾斜部８６ｂを有している。

また、図６に示すホルダ７Ｂは、一方の側壁８３に設けられた張り出し部８５に、溝開口部８１の幅寸法Ｗ２を拡げるための曲面部８５ｄを有している。また、他方の側壁８４に、溝開口部８１の幅寸法Ｗ２を拡げるための曲面部８４ｂを有している。さらに、位置決め突起部８６の溝開口部８１の側の角部に、曲面部８６ｃを有している。

このように、側壁８４に傾斜部８４ａまたは曲面部８４ｂを設けると共に、張り出し部８５の溝開口部８１側に傾斜部８５ｃまたは曲面部８５ｄを設け、溝開口部８１の幅寸法Ｗ２を拡げることにより、ターミナル９の組み付けが容易となる。なお、図５及び図６に示す例では、側壁８４及び張り出し部８５の両方に傾斜部または曲面部を設けたが、いずれか一方に設けてもよい。

また、図７に示すターミナル９は、溝８の底部８２及び位置決め突起部８６に対向する角部に傾斜部９ａを有している。なお、傾斜部９ａの代わりに曲面部を設けてもよい。このような構成によっても、ターミナル９の組み付けが容易となる。また、図５（または図６）に示すホルダ７Ａ（７Ｂ）に、図７のターミナル９を組み合わせた構成であってもよく、ターミナル９の組み付けがさらに容易となる。実施の形態２によれば、上記実施の形態１と同様の効果に加え、ターミナル９のホルダ７への組み付けが容易となり、組立性がさらに向上する。

実施の形態３.
実施の形態３では、コイル接続体のホルダにおける張り出し部及び位置決め突起部の配置例について説明する。図８から図１０は、実施の形態３によるコイル接続体における張り出し部及び位置決め突起部の配置例を示す上面図である。なお、図９及び図１０では、最内周の溝８にのみ張り出し部８５及び位置決め突起部８６を示しているが、他の溝８についても同様である。また、実施の形態３による回転電機の全体構成は、上記実施の形態１と同様であるので、ここでは説明を省略する。

図８に示す配置例では、張り出し部８５及び位置決め突起部８６が溝８の全周に亘って設けられている。このように構成されたホルダ７は、ターミナル９の浮き上がりを確実に抑制することができ、高い保持性が得られる。一方、組み付け作業時にターミナル９との接触面積が大きくなる。

図９及び図１０に示す配置例では、張り出し部８５及び位置決め突起部８６は、ホルダ７Ｃ、７Ｄの溝８の周方向に間隔を置いて部分的に設けられている。図９に示すホルダ７Ｃは、張り出し部８５と位置決め突起部８６が径方向に重なるように配置され、図１０に示すホルダ７Ｄは、張り出し部８５と位置決め突起部８６が径方向に重ならないように交互に配置されている。

このように、張り出し部８５及び位置決め突起部８６は、溝８の全周に亘って配置することにより高い保持性が得られるが、周方向に間隔を置いた間引き配置（図９）、または交互配置（図１０）であってもよい。張り出し部８５及び位置決め突起部８６を部分的に配置したホルダ７Ｃ、７Ｄの場合、全周に配置したホルダ７に比べてターミナル９との接触面積が小さくなり、組立性が向上する。

一般的に、１つのホルダの溝８の内部には、複数個のターミナル９が組み付けられる。その際、ターミナル９の円弧部９１が配設される区間の少なくとも１箇所に、張り出し部８５と位置決め突起部８６が配置されている必要がある。ただし、張り出し部８５の周方向の長さ寸法が小さい場合、ターミナル９の保持性が低いため、張り出し部８５から離れた箇所でターミナル９が浮く可能性がある。このため、周方向の長さ寸法が小さい張り出し部８５は、ターミナル９が配設される区間の両端付近に１個ずつ配置されることが望ましい。

なお、張り出し部８５及び位置決め突起部８６の配置は、図８から図１０に示す例に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。また、張り出し部８５と位置決め突起部８６の周方向の長さ寸法、及び径方向の幅寸法は同一である必要はなく、間引きの間隔も等ピッチとする必要はない。実施の形態３によれば、上記実施の形態１と同様の効果に加え、張り出し部８５及び位置決め突起部８６を部分的に配置することにより組立性が向上し、ターミナル９の浮き上がり及び抜けを効率的に抑制することができる。

実施の形態４.
実施の形態４では、コイル接続体のホルダの変形例について説明する。図１１は、実施の形態４によるコイル接続体におけるホルダを示す上面図、図１２は、実施の形態４によるコイル接続体を示す部分断面図である。なお、実施の形態４による回転電機の全体構成は、上記実施の形態１と同様であるので、ここでは説明を省略する。

一般に、樹脂製のホルダの製造工程では、溝形状等を形成する上金型と、裏面を形成する下金型による１軸の上下稼動で成形加工が行われる。このような成形加工では、アンダーカットとなる張り出し部８５は成形が困難であり、特殊な加工工程が必要である。そこで、実施の形態４によるホルダ７Ｅは、張り出し部８５と対向する溝８の底部８２に貫通穴７１を有することにより、張り出し部８５を容易に成形可能としている。

実施の形態４において、ホルダ７Ｅの成形加工で用いられる下金型は、貫通穴７１を通過し張り出し部８５まで届く金型部品（例えばピン）を備えている。ホルダ７Ｅの成形加工時には、下金型のピンを貫通穴７１の位置から溝８の内部に伸ばし、張り出し部８５の側面８５ｂの位置で固定した状態で樹脂を硬化させる。これにより、張り出し部８５と貫通穴７１を有するホルダ７Ｅが成形される。なお、貫通穴７１の大きさは、ホルダ７Ｅの剛性確保の観点から極力小さい方がよく、張り出し部８５の大きさと同程度とすることが望ましい。

実施の形態４によれば、上記実施の形態１と同様の効果に加え、特殊な加工工程を必要とせず、従来の成形加工のみで張り出し部８５を形成することができるため、製造工程の簡略化が図られる。なお、張り出し部８５を有するホルダの製造方法は、実施の形態４による方法に限定されるものではない。その他の方法として、成形金型の稼働方向を上下稼動と周方向の２軸稼動とする、あるいは３Ｄプリンターにより成形することによっても、張り出し部８５を有するホルダを製造することができる。

本開示は、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、１つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。従って、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。

１フレーム、２固定子、３回転子、４回転軸、５コイル、６コイル接続体、７、７Ａ、７Ｂ、７Ｃ、７Ｄ、７Ｅホルダ、８溝、９ターミナル、９ａ傾斜部、７１貫通穴、８１溝開口部、８２底部、８３側壁、８４側壁、８４ａ傾斜部、８４ｂ曲面部、８５張り出し部、８５ａ頂部、８５ｂ側面、８５ｃ傾斜部、８５ｄ曲面部、８６位置決め突起部、８６ａ頂部、８６ｂ傾斜部、８６ｃ曲面部、８７ターミナル保持部、９１円弧部、９２フック部、１００回転電機

Claims

固定子と同軸上に配置された環状のコイル接続体を備えた回転電機であって、
前記コイル接続体は、同心状に設けられた複数の溝を有する樹脂製の絶縁ホルダと、前記溝の内部に保持され前記固定子のティースに巻線されたコイルの端末と接続された導電部材とを有し、
各々の前記溝は、一方の側壁の前記導電部材よりも溝開口部の側に配置され前記導電部材の軸方向の移動を規制する張り出し部と、他方の側壁の前記導電部材と径方向に対向する位置に配置され前記導電部材の径方向の移動を規制する位置決め突起部とを有することを特徴とする回転電機。
前記位置決め突起部は、前記導電部材の一部が前記張り出し部と軸方向に重なるように前記導電部材を位置決めしていることを特徴とする請求項１記載の回転電機。
前記溝開口部の径方向の幅寸法は、前記導電部材の径方向の幅寸法よりも大きいことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の回転電機。
前記張り出し部及び前記位置決め突起部各々の径方向に最も突出している箇所の間隔は、前記導電部材の径方向の幅寸法よりも小さいことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の回転電機。
前記張り出し部及び前記位置決め突起部は、前記溝の全周に亘って設けられていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の回転電機。
前記張り出し部及び前記位置決め突起部は、前記溝の周方向に間隔を置いて部分的に設けられると共に、径方向に重なるように配置されていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の回転電機。
前記張り出し部及び前記位置決め突起部は、前記溝の周方向に間隔を置いて部分的に設けられると共に、径方向に重ならないように配置されていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の回転電機。
前記他方の側壁は、前記溝開口部の幅を拡げるための傾斜部または曲面部を有することを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の回転電機。
前記張り出し部は、前記溝開口部の幅を拡げるための傾斜部または曲面部を有することを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の回転電機。
前記位置決め突起部は、前記溝開口部の側の角部に、傾斜部または曲面部を有することを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の回転電機。
前記導電部材は、前記溝の底部及び前記位置決め突起部に対向する角部に、傾斜部または曲面部を有することを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載の回転電機。
前記溝は、前記張り出し部と対向する底部に、貫通穴を有することを特徴とする請求項１から請求項１１のいずれか一項に記載の回転電機。