JP2016171641A - 多極三相式回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】多数の電機子巻線の各々の端を、密集することなくステータに配置できること。
【解決手段】ステータ２０に多数の電機子巻線２５を有した多極三相式回転電機１０である。該多数の電機子巻線の各々の一端２５ｗ，２５ｖ，２５ｕは、三相に分けて結線される外部結線端である。該多数の電機子巻線の各々の他端２５ｃは、全てを１つにまとめて結線される中性端である。該多数の外部結線端は、該ステータのなかの、軸方向の片側に位置している。該多数の中性端は、該ステータに対し、該外部結線端とは反対側に位置している。
【選択図】図５

Description

本発明は、多数の電機子巻線が並列結線された、多極三相式回転電機の改良技術に関する。

一般的な多極三相式回転電機は、ステータに多数の電機子巻線を有した構成であり、例えば電動モータや発電機がある。このような多極三相式回転電機は、特許文献１から知られている。

特許文献１で知られている技術は、三相のアウタロータ型多極発電機であり、２４個の電機子巻線の８個ずつを直列接続することによって、３つの巻線群としたものである。これらの巻線群によって三相巻線が構成される。各巻線群の両端は、接続端子にヒュージング（熱カシメ）されている。このような構成では、６個の接続端子があればよいので、該接続端子の密集化を回避できる。

ところで、多極三相式回転電機のなかには、全ての電機子巻線の各々の一端が、１つにまとめて結線された、いわゆる並列結線方式を採用したものがある。多数の電機子巻線の各々の一端は、三相に分けて結線される外部結線端である。多数の電機子巻線の各々の他端は、全てを１つにまとめて結線される中性端である。該並列結線方式を採用した場合には、接続端子の個数は、電機子巻線の個数の２倍必要である。このため、接続端子の密集化の課題がある。

該並列結線方式を採用した、一般的な多極三相式回転電機の並列結線構造には、例えば次のものがある。第１の並列結線構造は、バスリングに、多数の端子（バスリング端子）を形成し、該各バスリング端子に多数の電機子巻線の各端をヒュージングする、バスリング構造である。第２の並列結線構造は、多数の電機子巻線の各端を、それぞれ端子にハンダ付けする構造である。

しかしながら、該バスリング構造では、多数のバスリング端子が密集してしまい、配置ピッチが小さくならざるを得ない。バスリング端子の配置ピッチが小さい場合には、多数の電機子巻線の各端とバスリング端子とのヒュージング（熱カシメ）が困難になる。これでは、多数の電機子巻線を有したステータの、自動生産を行うことができない。

また、各バスリング端子間の電気的な絶縁距離を十分に確保するには、該各バスリング端子の配置ピッチを確保する必要がある。該各バスリング端子間の配置ピッチを十分に確保するには、バスリングの径を大きくしなければならない。特に、出力電圧が高い多極の発電用オルタネータの場合には、ステータの大きさに比べて、バスリングが大きくなり過ぎる。このように、回転電機が大型になってしまう。

特開２００９−１１８６５３号公報

本発明は、多数の電機子巻線の各々の端を、密集することなくステータに配置できる技術を、提供することを課題とする。

本発明によれば、ステータに多数の電機子巻線を有し、該多数の電機子巻線の各々の一端は、三相に分けて結線される外部結線端であり、前記多数の電機子巻線の各々の他端は、全てを１つにまとめて結線される中性端である、多極三相式回転電機において、前記多数の外部結線端は、前記ステータのなかの、軸方向の片側に位置し、前記多数の中性端は、前記ステータに対し、前記外部結線端とは反対側に位置していることを特徴とする多極三相式回転電機が提供される。

本発明では、多数の電機子巻線を有するステータに対し、多数の外部結線端と多数の中性端とは、互いに反対側に位置している。つまり、多数の外部結線端と多数の中性端は、分散して配置されている。その分、多数の電機子巻線の各々の端を、密集することなくステータに配置できる。多数の電機子巻線の各々の端を結線するための端子の、配置ピッチは大きくなる。このため、該各端子間の電気的な絶縁距離を、容易に且つ十分に確保することができる。

例えば、多数の電機子巻線の各端子を結線するための、バスリングの径を大きくすることなく、バスリング端子のピッチを十分に確保することができる。このため、多数の電機子巻線の各端とバスリング端子とのヒュージング（熱カシメ）を、容易に行うことができる。多数の電機子巻線を有したステータの、自動生産を行うことができる。しかも、バスリングの径を抑制することによって、回転電機の小型化を図ることができる。さらには、バスリングの径を抑制しつつ電機子巻線の個数を増す、つまり多数の電機子巻線を有したステータに対応することができる。

本発明に係る多極三相式回転電機の断面図である。 図１に示されるステータをケースの開口側から見た側面図である。 図２の３−３矢視線に沿った断面図である。 図２に示されるステータをケースの底面側から見た側面図である。 図２に示される多数の突極と該突極に巻かれた電機子巻線の展開図である。

本発明を実施するための形態を添付図に基づいて以下に説明する。

図１に示されるように、多極三相式回転電機１０は、ステータ２０に多数の電機子巻線２５を有した構成である。該多極三相式回転電機１０は、電気エネルギーを機械的エネルギーに変換する電動モータや、機械的エネルギーを電気エネルギーに変換する発電機として構成される。該発電機は、例えばエンジンによって駆動される。以下、該多極三相式回転電機１０の一例として、電動モータを例示して説明する。

該多極三相式回転電機１０は、アウタロータ型直流ブラシレス式回転電機の構成である。該多極三相式回転電機１０のことを、以下、単に「回転電機１０」と略称する。該回転電機１０は、多極（例えば２１極）の構成であり、ケース１１とリッド１２とステータ２０とロータ３０と回転軸４０とを含む。該ステータ２０と該ロータ３０は、ケース１１と該ケース１１の開口を塞ぐリッド１２とによって囲まれた収納空間１３に収納されている。

図１〜図４に示されるように、該ステータ２０は、多数（例えば２１個）の電機子巻線２５を有した、インナステータである。多数（例えば２１個）の電機子巻線２５は、ステータ２０の外周方向に等ピッチに配列されている。該ステータ２０は、ステータコア２１（固定子鉄心２１）と、多数の電機子巻線２５とを含む。該ステータコア２１は、複数枚の電磁鋼板が板厚方向（軸方向）に積層されることによって構成される。該ステータコア２１は、円環状のコア基部２２と、該コア基部２２の外周面から径外方へ放射状に突出した多数の突極２３（ティース２３）とからなる。

該多数の突極２３は、該コア基部２２の外周方向に等ピッチに配列している。該各突極２３には、それぞれ筒状のボビン２４が嵌め込まれている。該各ボビン２４には、それぞれ電機子巻線２５が巻かれている。この結果、各電機子巻線２５は、該各突極２３の周囲に巻かれる。このような構成のステータ２０は、ケース１１に複数のボルト２６によって固定されている。

図１に示されるように、該ロータ３０は、ステータ２０の周方向の全面を囲むように、略カップ状（縁付き円盤状）に形成されたアウタロータであって、回転軸４０に結合されている。該回転軸４０は、ケース１１に軸受４１によって回転自在に支持されている。

該ロータ３０は、多数（例えば２１個）の永久磁石３３を周方向に等ピッチに配列したことを特徴とする。該ロータ３０は、環状円板のロータ基部３１と、該ロータ基部３１の外周面から回転軸４０に沿って延びる円環部３２とからなる、一体成型品である。該ロータ基部３１は、ステータ２０の一方の側面２０ａに隣接している。該円環部３２は、ステータ２０の周方向の全面を囲んでいる。

該円環部３２の内周面には、多数の永久磁石３３が周方向に等ピッチに配列され且つ固定されている。該円環部３２は、透磁可能なヨークの役割を果たす。なお、該ヨークは、該円環部３２の内周面に嵌め込まれる別部材によって、構成してもよい。

該多数の永久磁石３３は、円環部３２の周方向に隣り合う磁極が、互いに異極となるように配列されている。該多数の永久磁石３３は、ステータ２０の径方向外側に、所定の小さい空隙Ｇａ（エアギャップＧａ）を有して配列される。つまり、該多数の永久磁石３３は、ステータ２０の多数の突極２３の外周面に対してエアギャップＧａを有する。

図５は、多数の突極２３と、該突極２３に巻かれた多数の電機子巻線２５とを、ステータ２０の周方向に展開した展開図である。図５に示されるように、該多数（例えば２１個）の電機子巻線２５は、多数の突極２３に個別に巻かれている。２１個の突極２３にそれぞれ巻かれた各電機子巻線２５は、三相（Ｕ，Ｖ，Ｗ）を１組として、合計７組に配列されている。

ここで、２１個の突極２３を識別するために、三相（Ｕ，Ｖ，Ｗ）を１組として、合計７組に符号を付した。該２１個の突極２３は、ステータ２０の周方向に、Ｗ１，Ｖ１，Ｕ１，Ｗ２，Ｖ２，Ｕ２，Ｗ３，Ｖ３，Ｕ３，Ｗ４，Ｖ４，Ｕ４，Ｗ５，Ｖ５，Ｕ５，Ｗ６，Ｖ６，Ｕ６，Ｗ７，Ｖ７，Ｕ７の順に配列されている。

７個の突極Ｗ１，Ｗ２，・・・Ｗ７に巻かれたＷ相の各電機子巻線２５の一端２５ｗは、第１バスリング５１に形成されている７個の端子５１ａ（第１バスリング端子５１ａ）に、個別にヒュージング、つまり熱カシメ等によって固着されている。

７個の突極Ｖ１，Ｖ２，・・・Ｖ７に巻かれたＶ相の各電機子巻線２５の一端２５ｖは、第２バスリング５２に形成されている７個の端子５２ａ（第２バスリング端子５２ａ）に、個別にヒュージング等によって固着されている。

７個の突極Ｕ１，Ｕ２，・・・Ｕ７に巻かれたＵ相の各電機子巻線２５の一端２５ｕは、第３バスリング５３に形成されている７個の端子５３ａ（第３バスリング端子５３ａ）に、個別にヒュージング等によって固着されている。

このように、多数の電機子巻線２５の各々の一端２５ｗ，２５ｖ，２５ｕは、三相に分けて結線される外部結線端である。以下、該各々の一端２５ｗ，２５ｖ，２５ｕのことを、「外部結線端２５ｗ，２５ｖ，２５ｕ」という。該第１バスリング端子５１ａと、該第２バスリング端子５２ａと、該第３バスリング端子５３ａとは、ステータ２０の周方向へ互いに位相がずれている。該第１、第２及び第３バスリング５１，５２，５３は、三相に分けて外部に接続されるものであり、それぞれ外部端子５１ｂ，５２ｂ，５３ｂを有する。

全ての電機子巻線２５の他端２５ｃは、第４バスリング５４に形成されている２１個の端子５４ａ（第４バスリング端子５４ａ）に、個別にヒュージング等によって固着されている。つまり、多数の電機子巻線２５の各々の他端２５ｃは、全てを１つにまとめて結線される中性端である、以下、該各々の他端２５ｃのことを「中性端２５ｃ」という。

４個のバスリング５１〜５４は、回転軸４０（図１参照）を中心とした環状に形成されている。４個のバスリング５１〜５４の大きさは、実質的に（基本的に）同一である。

図３及び図５に示されるように、多数の外部結線端２５ｗ，２５ｖ，２５ｕは、ステータ２０のなかの、軸方向の片側、つまり一方の側面２０ａ（図３参照）に位置している。多数の中性端２５ｃは、ステータ２０に対し、外部結線端２５ｗ，２５ｖ，２５ｕとは反対側、つまり他方の側面２０ｂ（図３参照）に位置している。

図１に示されるように、該一方の側面２０ａは、リッド１２側を向いている。該他方の側面２０ｂは、ケース１１の底面１１ａ側を向いている。

図２〜図４に示されるように、第１、第２及び第３バスリング５１，５２，５３は、回転軸４０の軸方向に一定の間隔を有して配列されるとともに、ステータ２０の一方の側面２０ａに一体に設けられている。該第１、第２及び第３バスリング５１，５２，５３の各外部接続端子５１ｂ，５２ｂ，５３ｂは、他方の側面２０ｂへ向かってステータ２０を軸方向に貫通している。該各外部接続端子５１ｂ，５２ｂ，５３ｂは、ケース１１（図１参照）に設けられているバスバーによって、外部配線に接続可能である。第４バスリング５４は、ステータ２０の他方の側面２０ｂに一体に設けられている。

このように該多極三相式回転電機１０は、図５に示されるように、全ての電機子巻線２５の各々の中性端２５ｃが、第４バスリング５４によって１つにまとめて結線された、いわゆる並列結線方式を採用している。該並列結線方式を採用した場合には、バスリング端子５１ａ，５２ａ，５３ａ，５４ａの総個数は、電機子巻線２５の個数の２倍必要である。全てのバスリング５１〜５４がステータ２０の片面に配置されると、バスリング端子５１ａ，５２ａ，５３ａ，５４ａは密集する。

これに対し、本発明では、ステータ２０に対して、第４バスリング５４が第１、第２及び第３バスリング５１，５２，５３とは反対側に位置している。このため、第１、第２及び第３バスリング端子５１ａ，５２ａ，５３ａと第４バスリング端子５４ａとは、分散配置される。その分、該第１、第２及び第３バスリング端子５１ａ，５２ａ，５３ａ同士の間隔を広げることができる。

以上の説明をまとめると、次のとおりである。図５に示されるように、多数の電機子巻線２５を有するステータ２０に対し、多数の外部結線端２５ｗ，２５ｖ，２５ｕと多数の中性端２５ｃとは、互いに反対側に位置している。つまり、多数の外部結線端２５ｗ，２５ｖ，２５ｕと多数の中性端２５ｃとは、分散して配置されている。その分、多数の電機子巻線２５の各々の端２５ｗ，２５ｖ，２５ｕ，２５ｃを、密集することなくステータ２０に配置できる。多数の電機子巻線２５の各々の端２５ｗ，２５ｖ，２５ｕ，２５ｃを結線するための端子５１ａ，５２ａ，５３ａ，５４ａの、配置ピッチは大きくなる。このため、該各端子５１ａ，５２ａ，５３ａ，５４ａ間の電気的な絶縁距離を、容易に且つ十分に確保することができる。

例えば、多数の電機子巻線２５の各端子２５ｗ，２５ｖ，２５ｕ，２５ｃを結線するための、各バスリング５１〜５４の径を大きくすることなく、各バスリング端子５１ａ，５２ａ，５３ａ，５４ａのピッチを十分に確保することができる。このため、多数の電機子巻線２５の各端２５ｗ，２５ｖ，２５ｕ，２５ｃと各バスリング端子５１ａ，５２ａ，５３ａ，５４ａとのヒュージングを、容易に行うことができる。多数の電機子巻線２５を有したステータ２０の、自動生産を行うことができる。しかも、各バスリング５１〜５４の径を抑制することによって、回転電機１０の小型化を図ることができる。さらには、各バスリング５１〜５４の径を抑制しつつ電機子巻線２５の個数を増す、つまり多数の電機子巻線２５を有したステータ２０に対応することができる。

本発明の多極三相式回転電機１０は、小型モータに採用するのに好適である。

１０ 多極三相式回転電機
２０ ステータ
２５ 電機子巻線
２５ｗ Ｗ相の電機子巻線の一端（外部結線端）
２５ｖ Ｖ相の電機子巻線の一端（外部結線端）
２５ｕ Ｕ相の電機子巻線の一端（外部結線端）
２５ｃ 電機子巻線の他端（中性端）

本発明によれば、ステータに多数の電機子巻線を有し、該多数の電機子巻線の各々の一端は、三相に分けて結線される外部結線端であり、前記多数の電機子巻線の各々の他端は、全てを１つにまとめて結線される中性端である、アウタロータ型の多極三相式回転電機において、前記多数の外部結線端は、前記ステータのなかの、軸方向の片側に位置するとともに、三相に分けてバスリングにそれぞれ接続され、前記各バスリングは、前記軸方向に前記ステータを貫通して、前記外部結線端とは反対側に至る外部接続端子を有し、前記多数の中性端は、前記ステータに対し、前記外部結線端とは反対側に位置するとともに、他のバスリングに接続されていることを特徴とする多極三相式回転電機が提供される。

Claims (1)

1. ステータに多数の電機子巻線を有し、該多数の電機子巻線の各々の一端は、三相に分けて結線される外部結線端であり、前記多数の電機子巻線の各々の他端は、全てを１つにまとめて結線される中性端である、多極三相式回転電機において、
   前記多数の外部結線端は、前記ステータのなかの、軸方向の片側に位置し、
   前記多数の中性端は、前記ステータに対し、前記外部結線端とは反対側に位置していることを特徴とする多極三相式回転電機。

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