JP4295319B2 - 回路支持体を有する回転電機 - Google Patents

Description

本発明は、固定子及び回転子を備え、固定子は各々複数のコイルからなる少なくとも１組の巻線を備え、更に固定子の両端面にコイル端部を備え、各コイルの始端及び終端が固定子の一端面に存在する回転電機に関する。

回転電機は、少なくとも固定子内に回転電機の少なくとも端面領域で渡り接続される巻線を備えている。その場合、巻線の各コイルの巻線端は手作業による溶接又は半田付けによって渡り接続が実現される。溶接部又は半田付け部上には絶縁管が被せられる。次に、絶縁された接続部はケーブルバインダで隣接部に固定される。

巻線の一部、特にコイル端部の固定方式は独国特許第１５８８９８６号明細書で公知である。ここには回転電機の巻線導体の保持装置が開示され、該装置は巻線導体の共同保持をフィンガを備えた部品によって保証し、該フィンガで接続導体を保持する。

更に独国特許第２３５２９４６号明細書により、両側に固定子鉄心から突出する界磁巻線のコイル端部が、各々極めて局限的に取り囲み、プレス工程の際に配置される塊状のモールド部分を備えた誘導機用の固定子が公知である。塊状のモールド部分は絶縁用の格子組み構造からなり、該構造にその周囲に分布するポケットが設けられ、該ポケットは半田付けや溶接、又はピンチスリーブにより互いに結合される電線の接続部を受容する。

この公知の装置では、コイル端部又は巻線ヘッドが固定されるのであるが、例えば案内又はコイル端部の確実な渡り接続を保証できないという欠点がある。

従って本発明の課題は、巻線端の誤った渡り接続を容易に回避し、特に渡り接続の組立工程と回転電機の全組立を簡易化できる回転電機を提供することである。

この課題を解決すべく、本発明の回転電機は固定子と回転子を備え、固定子は各々複数のコイルからなる少なくとも１組の巻線を備え、更に固定子の両端面にコイル端部を備え、各コイルの始端及び終端は固定子の一端面に存在して回路支持体によって固定され、かつ巻線のコイル同志の、所要の渡り接続が行われるように接続される。

更に上記課題を解決すべく、固定子と回転子を有する本発明の回転電機の製造方法は、
固定子及び／又は回転子の成層鉄心を構成する工程と、
固定子及び／又は回転子のスロットに巻線を挿入する工程と、
各巻線電線の始端及び終端を接続する工程と、
本発明による回路支持体によって巻線を渡り接続する工程と
を含む。

支持体装置とも呼び、固定子の端面に存在する本発明による回路支持体を用いることで、巻線電線の渡り接続、即ち各コイルの始端及び終端の渡り接続を相当に簡略化できる。その場合、渡り接続すべき巻線電線は回路支持体の所定の対応する開口又は切欠きを通して、電気的な渡り接続が行われるべき領域内に突出する。印刷された導電路又は渡り接続に対応する配線ダクトによる巻線電線の間違った渡り接続を回避できる。

この回路支持体は、特に巻線が複数の歯コイルから構成される場合に適し、それにより回転電機全体の組立を大幅に簡略化できる。その際、歯コイルは、２分割形固定子では予め作られた成層鉄心に外側から、又、各歯に放射方向内側から装入され、そこに機械的な又は材料特性を利用した接続部を介して各歯に固定される。

歯コイルは、歯コイルの簡単な前もっての製造を可能とし、それにより回転電機全体の組立を一層簡単にする支持体に配置するとよい。

それに続いて、回路支持体を固定子の予め考慮される端面に軸方向に位置決めし、その際巻線電線、即ち各コイルの始端と終端を回路支持体の切欠き又は開口内に導き、そこに例えば切込形クランプを介して固定し、場合によっては接続も行う。その際ここではプリント配線板として構成する回路支持体に予め形成した導電路により即座に渡り接続を実現できる。導電路の最大許容電流は最も狭小な場所の抵抗で定まる。導電路を可能な限り広く選定し、もって電流の通流性を高めるのみならず、周囲への放熱を改善し、一層の高負荷を可能にするとよい。大きな導電路を経てコイルの損失熱も良好に放出できる。

プリント配線板の固定は、成層鉄心又は歯コイルの少なくとも数個の支持体に対し行える。これは係止部材、フック又はケーブルバインダで行う。場合により、樹脂含浸により付加的な固定を図ることもできる。

他の実施態様では、配線ダクトの内部で半田付け又は溶接による巻線電線の手作業による渡り接続を行える。

更に他の実施態様では、歯コイルの支持体が本来の巻線電線用の接続可能性の他に回路支持体用としての機能を備え得る。巻線電線の始端は、例えば導電性の切込形クランプに装着される。歯コイルが巻き付けられる。巻線電線の終端が支持体の他の切込形クランプに装着される。該切込形クランプは、例えば支持体の端面の接点フィンガに導電的に接続される。固定子への支持体の組立により、簡単かつ容易に歯コイルの渡り接続を行うために、全接点ピンが回路支持体の軸方向を指し示し、回路支持体は予め考慮された対向接点のみを備えればよいことになる。

回路支持体は、歯コイルの少なくとも数個の支持体にスナップ結合するか、支持体が存在しないなら、歯コイルに直接取り付けるとよい。同様に回路支持体を固定子鉄心に固定してもよい。その場合の固定は、係止鼻状部又は類似の結合手段で行える。

かくして回路支持体は、通電部の固定、接続及び通電のために必要な複数の機能部品を備える。

回路支持体を一体に構成するとよい。即ち、全機能部品と回路支持体を、特別にモールドした一体のプラスチックモールド部品として構成する。

回路支持体は、必要に応じ所要の部品を、例えば通電部品の固定、接続及び通電に用いるスナップ結合方式で装着する１つの基本構造体のみから構成できる。これら機能部品は特に切込形クランプをスナップ接触できる金属導電路、差込み装着可能な配線ダクト、温度センサ等々であり得る。

巻線が高価な回路の場合は、複数の回路支持体を軸方向に前後して配置する。それにより、複雑な変形回路例でも巻線の間違いの無い渡り接続を保証できる。

それに対する代替例では、公知のモールド技術で上下に配置される複数の接点装置を設ける。その際、接点装置は巻線電線用の自由接点面又は接点ピンを備えれば足りる。かくして機械的にも、電気的にも３次元構造の渡り接続が得られる。この回路支持体は、例えばＭＩＤ（モールド形内部結線済み装置）で実現できる。その際樹脂体への導電路の印刷によりモールド部分又はフォイルへの機械的及び電気的な機能の直接結合を達成できる。

このような回路支持体は、打ち抜きや曲げ加工の可能な電気導体、導電路構造、プラグ部品及び接点の射出成形品を含むリードフレーム技術によって作成できる。

回路支持体は、スナップ接触又は係止が可能な蓋を備えるとよい。該蓋は、一つには気中放電距離及び沿面放電距離の拡大、即ち耐電圧強度の向上に寄与し、一定の渡り接続電線の押え付にも役立つ。その際、蓋が回路支持体の配線ダクト内に突出して電線又は巻線電線の接続部を押え付けるフィンを備えるとよい。この結果沿面放電距離が回路支持体のフィンを介して拡大し、隣接相間の放電を回避できる。蓋のフィンの深さは回転電機の端子電圧（相間電圧）により定まる。係止又はスナップ機構により蓋の曲がりを防止し、各フィンの位置を保証できる。

大きな衝撃荷重が加わったり、大きな温度変動が生じたりした時も蓋の係止鼻状部が破損するのを防止すべく、蓋を回路支持体と一緒にモールドするとよい。

更に蓋及び／又は回路支持体は、回転電機の相導体と容器又は中間フランジとの間の放電を防ぎ、かつ回転子及びブレーキに対する電気絶縁を確保すべく回転仕切壁を備える。蓋の回転する仕切壁は更に絶縁された給電線Ｕ、Ｖ、Ｗの導出用の開口を備える。

次に本発明の好ましい実施態様を、図面を参照して更に詳細に説明する。

図１はサーボモータ、トルクモータ又は発電機等で代表される回転電機１を示す。回転電機１は巻線２を備え、該装置２は、巻線コイルを鉄心の歯に巻装してなる歯コイル２で構成されている。しかし、本発明による回路支持体は他の巻線、例えば短節巻き巻線や２層巻線等にも適用可能である。

歯コイル２は、好ましくは支持体３上に設けられる。そのため歯コイル２及び支持体３をユニットとして予め製作でき、固定子２１のスロット３５を形成する歯３３にユニットを装着するだけですむ。その場合、固定子は図１８及び１９に示す如く、軸方向に２分割するとよい。こうすると、支持体３をその歯コイル２と共に各々の歯３３に位置決め可能になる。次に、固定子２１を形成すべく、支持体３及び歯コイル２を装着した星形鉄心３２をヨーク３０の対応する貫通孔３１内に挿入する。その際、特にあり継ぎ又は類似のかみ合わせ継ぎ方法を用いるとよい。

固定子２１の鉄心は成層鉄心６として構成しているが、焼結材料で形成してもよい。

固定子２１は一体に作れる。その場合、歯コイル２を装着した支持体３を固定子孔３４からスロット３５に装着する。そして支持体３を、係止用として形成した歯３３の、図示しない凹所に係止する。

支持体３は、場合により回路支持体７が軸方向に係止されるように形成される。この係止により機械的固定の他に電気的接続も達成される。

図２は回路支持体７を斜視図で示す。回路支持体７は、外周と内周とに各々案内片８を備え、それによって回路支持体７は少なくとも数個の支持体３又は固定子２１の成層鉄心に自動的に案内され又は固定される。その際、案内片８は特に係止鼻状部４として構成され、又はそれに対応する対向係止部が支持体３に設けられる。プリント配線板として構成された図２の回路支持体７には、周方向に分布して、電気的に互いに分離された３組の導電路１０が形成される。図３に原理的に示すこれら導電路１０は、歯コイル２の終端と始端を形成する電線２３同志の接触と渡り接続の手段として使用できる。

その場合、導電路１０は、化学的方法、ＭＩＤ法又はリードフレーム法で作られる。この結果、歯コイル２の各巻線電線２３の手作業による接続が不要になる。回路支持体７は歯コイル２の端面に配置される。回路支持体７、特にプリント配線板の切欠き１１は電線２３の始端と終端の挿入を可能にする。プリント配線板の上面側から下面側への電気的移行部又は選択的に備えられる中間層への移行部は、好ましくは溶接の際に切欠き１１の側面メタライジングによって行われる。回路支持体７は、支持体３にケーブルバインダ又は係止鼻状部４により取り付け得る。かくして強い衝撃が加わった時でも軸方向への回路支持体７の位置ずれを回避できる。係止鼻状部４の角度に応じた曲げ具合により、正しい位置への装着を保証できる。それにより放射方向の位置ずれも回避できる。回路支持体７は樹脂含浸によって付加的に固定できる。

回路支持体７のフィン９は、給電線Ｕ、Ｖ、Ｗの相間沿面放電距離の増大に役立つ。巻線電線２３は歯コイル２の巻線空間から切欠き１１を経て各導電路１０又は配線ダクト１４に導かれ、そこで例えばプラグ接触部又は溶接接続部を介して接続される。

図３は回路支持体７の平面図を示す。ここには特に導電路１０の配置状態、並びに切欠き１１及びフィン９の位置関係を強調して示している。導電路１０の幅は、十分な冷却を保証すべく、できるだけ大きく形成する。

図４は、固定子２１の端面部に装着される回路支持体７の外周部及び内周部に形成された案内片８を示す。ここでは特に回路支持体７の内側の、特に高温部に単数又は複数の温度センサ１７を取り付けている。

図５は回路支持体７の他の面を示し、回路支持体７は回転電機１の端面に装着されてそこに固定されている。

その場合、特に図６に示すように、係止鼻状部４が歯コイル２の巻線電線２３に係合する。歯コイル２の電線２３は切欠き１１を通して各導電路１０に導かれる。

図７は回路支持体の他の実施例を示す。ここでは、歯コイル２の電線は、特に切込形クランプ１２を介して各相の歯コイル２相互間の固定及び接続を行うべく、切欠き１１を経て、予め作られ割り当てられた配線ダクト１４内に突出する。

切込形クランプ１２は予め回路支持体７と一体に製作できる。しかし切込形クランプ１２をスナップ式結合部で係止させ又は差込式結合部を経て回路支持体７に取り付け得る。

図８は、図７の回路支持体７の詳細を斜視図で示す。

図９は、蓋又は保護蓋として機能する蓋２０を示す。蓋２０は案内片８により支持体３にスナップ式に装着される。蓋２０は、好ましくは図示しないフィンを備え、該フィンは好ましくは回路支持体７の配線ダクト１４内に突出し、それに対し巻線電線２３又はそれらの電線の接続部を押し付ける。その結果、隣接相間の放電を防止すべく、沿面放電距離が回路支持体７のフィン９により拡大される。蓋２０のフィンの深さは回転電機１の相間電圧に応じ定まる。切欠き１６内には、蓋２０を回路支持体７に付加的に固定し、又は給電線Ｕ、Ｖ、Ｗの張力軽減のために用いるケーブルバインダを備え得る。回路支持体７は、容器又は回転子への放電距離を拡大するためにも、蓋２０をも取り囲む仕切り壁２４を備えている。この壁２４は、場合によっては切欠き１１のみで分断される。

図１０は切込形クランプ１２の拡大図を示す。切込形クランプ１２はリベット１３を介して回路支持体７に位置決めされる。切込形クランプ１２は、巻線電線２３の固定が電線の断面積に応じたスリット１８を介して行われるように構成される。

図１１は、回転電機１の一部を切り開いた部分詳細側面図である。この回転電機１は、回路支持体７及び回転電機１の軸方向に組み込まれたブレーキ２２を備える。給電線及び電力をブレーキ２２の可動部に確実に案内すべく、回路支持体７に、ブレーキ２２の可動部を介して軸方向に延び、危険を防止するケーブル案内ダクト１５を設けるとよい。好適には、ケーブル案内ダクト１５の取付けのため、回路支持体７にスナップ結合部を設ける。ケーブル案内ダクト１５の軸方向長さにわたり外周方向に延びるスリットが、給電線及びケーブルの挿入を容易にする。

図１２は、蓋２０を持つ回路支持体７を備えた回転電機１を斜視図で示す。ケーブル案内ダクト１５は回路支持体７に設けられ、給電線とケーブルを回転電機１の可動部、例えば図示しないブレーキ２２の可動部に導く。それは特に電力ケーブル、センサリード線又はセンサの制御線である。該電線は必須ではないが、回路支持体７から引き出される。

図１３は、切欠き１１を経て巻線電線２３並びに歯コイル２の始端及び終端を導き、配線ダクト１４内で渡り接続する回路支持体７を備えた回転電機１の他の実施例を示す。

図１４と１５は、回路支持体７に更に機能素子、例えば変換器２５又は制御ユニット２６を配置した実施例の側面図及び平面図を示す。機能素子は、回路支持体７にその軸方向に装着され、そこに差込接点又は半田付け接合で電気的に接続される。導線の案内は、好適にはケーブル案内ダクト１５を介して行われる。

回路支持体７にも冷却フィンを設け得る。該フィンは、回路支持体７と一体に結合するか、差込み型に構成し、充分な熱放出を達成すべく、特に導電路１０に設けるとよい。

特に好ましくは、回転電機１を、歯コイル２が支持体３に装着され、巻線電線２３の始端及び終端の接続が図１６及び１７に示す如くその固定部２７と接点２９により接点支持体２８を介して行えるよう構成する。接点支持体２８は、各巻線電線２３の固定部２７として使用されるスリット又はドーム状の輪郭形状を持っている。今や歯コイル２の端面部に軸方向に間隔をおいて位置する接点２９には、図２０に示す如く、本発明による回路支持体７を特にプリント配線板として構成し、装着できる。電気的接続又は電気的接触は溶接、半田付け、クランプ又は撚り合わせにより行える。プリント配線板には、図１４及び１５に原理的に示す如く、上述の接続様式により他の機能素子を接続できる。

上述の個々の部品に少なくとも局所的に樹脂を含浸することで、回転電機１にそれら部品を付加的に固定し、絶縁できる。

回転電機１には他の追加的な部品、例えばブレーキ２２、変換器、制御部品等をモジュールとして装着し、もって回転電機の簡単な組立を自動化することもできる。

巻線を有する回転電機の斜視図である。 回路支持体の一方の面側から見た斜視図である。 回路支持体の平面図である。 回路支持体の他方の面側から見た斜視図である。 回転電機に装着された回路支持体の端面図である。 回転電機に装着された回路支持体の斜視図である。 回路支持体の他の実施例を示す平面図である。 図７の回路支持体の詳細を示す斜視図である。 蓋の斜視図である。 切込形クランプの斜視図である。 回転電機の一部を切り開いた部分詳細側面図である。 ケーブル導入孔を有する回路支持体の斜視図である。 回転電機に装着された回路支持体の他の実施例を示す側面図である。 回路支持体に取り付けられる機能素子の側面図である。 図１４の機能素子の平面図である。 接点装置を有する歯コイルの分解斜視図である。 図１６の装置の組立状態を示す斜視図である。 ２分割型固定子の鉄心部の斜視図である。 ２分割型固定子のヨーク部の斜視図である。 組立状態の固定子の端面図である。

符号の説明

１ 回転電機、２ 歯コイル、３、２８ 支持体、４ 係止鼻状部、５ 固定子孔、６ 成層鉄心、７ 回路支持体、８ 案内片、９ フィン、１０ 導電路、１１、１６ 切欠き、１２ 切込形クランプ、１３ リベット、１４ 配線ダクト、１５ ケーブル案内ダクト、１７ 温度センサ、１８ スリット、２０ 蓋、２１ 固定子、２２ ブレーキ、２３ 巻線電線、２４ 仕切り壁、２５ 変換器、２６ 制御ユニット、２７ 固定部、２９ 接点、３０ ヨーク、３１ 貫通孔、３２ 星形鉄心、３３ 歯、３４ 固定子孔、３５ スロット

Claims (23)

1. 固定子（２１）及び回転子を備え、前記固定子（２１）は各々複数のコイルからなる少なくとも１組の巻線を備え、前記各コイル（２）の始端及び終端は少なくとも１つの回路支持体（７）によって前記固定子（２１）の端面に固定され、かつコイル同志の所要の渡り接続が行われるように接続されている回転電機であって、
   前記回路支持体（７）は係止鼻状部（４）を有し、該係止鼻状部（４）により前記コイル（２）の支持体（３）又は固定子の成層鉄心（６）に固定されており、
   前記複数のコイル（２）の巻線電線（２３）が巻線空間から切欠き（１１、１６）を経て前記回路支持体（７）の配線ダクト（１４）に導かれてそこで渡り接続されており、更に
   前記回路支持体（７）がフィンを有する蓋（２０）を備える
   ことを特徴とする回転電機。
2. 前記巻線が、各々固定子（２１）の歯を取り囲む複数の歯コイル（２）からなることを特徴とする請求項１記載の回転電機。
3. 前記複数の歯コイル（２）が、各歯に位置決めされる支持体（３）に各々配置されたことを特徴とする請求項１又は２記載の回転電機。
4. 前記回路支持体（７）が、少なくとも数個の支持体（３）、又は少なくとも数個の歯コイル（２）、又は前記固定子（２１）の成層鉄心に対し位置決め可能であることを特徴とする請求項１から３の１つに記載の回転電機。
5. 前記回路支持体（７）が、通電部の固定、接続、通電のために役立つ複数の機能素子を備えることを特徴とする請求項４記載の回転電機。
6. 前記回路支持体（７）が一体に構成されたことを特徴とする請求項１又は５記載の回転電機。
7. 前記回路支持体（７）が複数分割形に構成され、複数の機能素子が装着可能であることを特徴とする請求項１又は５記載の回転電機。
8. 前記回路支持体（７）が１つ又は複数の平面での渡り接続可能性を持つことを特徴とする請求項１から７の１つに記載の回転電機。
9. 前記回路支持体（７）が１つ又は複数の温度センサ（１７）を備えることを特徴とする請求項１から８の１つに記載の回転電機。
10. 前記回路支持体（７）がプラスチックからなる射出成形部として構成されたことを特徴とする請求項１から９の１つに記載の回転電機。
11. 前記回路支持体（７）が、ＭＩＤ技術又はリードフレーム技術で作られたことを特徴とする請求項１から１０の１つに記載の回転電機。
12. 前記回路支持体（７）が、プリント配線板又は複数配線ダクト（１４）付き支持体として構成されたことを特徴とする請求項１から１１の１つに記載の回転電機。
13. 前記プリント配線板の導電路又は支持体の配線ダクト（１４）の相互間に、電気絶縁用フィン（９）が設けられたことを特徴とする請求項１から１２の１つに記載の回転電機。
14. 前記蓋（２０）が巻線電線（２３）を電気絶縁し固定する手段（８）を備えることを特徴とする請求項１から１３の１つに記載の回転電機。
15. 前記蓋（２０）が給電線（Ｕ、Ｖ、Ｗ）の張力軽減手段を備えることを特徴とする請求項１から１４の１つに記載の回転電機（１）。
16. 製造プロセス中に前記回路支持体（７）の配線ダクト（１４）の形状によって複数の回路変形態様が実現可能なことを特徴とする請求項１から１５の１つに記載の回転電機。
17. 前記歯コイル（２）用の支持体（３）が、歯コイル（２）の巻線電線（２３）の始端及び終端の接続を可能とする少なくとも１つの接点支持体（２８）を備えることを特徴とする請求項１から１６の１つに記載の回転電機。
18. 前記接点支持体（２８）が支持体（３）に取付け可能であることを特徴とする請求項１７記載の回転電機。
19. 固定子（２１）及び／又は回転子の成層鉄心（６）を構成する工程と、
    前記固定子（２１）及び／又は回転子のスロット（３５）に巻線を挿入する工程と、
    各巻線電線（２３）の始端及び終端を接続する工程と、
    請求項１から１８の１つに記載の回路支持体（７）で前記巻線を渡り接続する工程と
    を含む固定子（２１）及び回転子を有する回転電機の製造方法。
20. 複数の歯コイル（２）を、予め各支持体（３）に巻装することを特徴とする請求項１９記載の方法。
21. 前記歯コイル（２）の電線の始端及び終端を、支持体（３）に固定した接点支持体（２８）により接続することを特徴とする請求項２０記載の方法。
22. 各歯コイル（２）の接点（２９）を、前記回路支持体（７）を介して渡り接続することを特徴とする請求項２１記載の方法。
23. 前記歯コイル（２）を、固定子孔から、又は２分割形固定子（２１）において放射方向外周側から、スロットへの位置決めすることを特徴とする請求項１９記載の方法。

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