JP6103558B1 - 回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】巻線の接続工程を容易にすることができる回転電機の提供。【解決手段】コイル部では、二組の三相巻線群に属する複数の巻線が、周方向に交互に並ぶように巻装されており、一方の組に属する巻線と、他方の組に属する巻線とは、周方向に交互に並んでおり、各々の巻線は、隣接する巻線とは相が異なっており、第一の三相巻線群には、第一のバスバーユニットが接続されており、第二の三相巻線群には、第二のバスバーユニットが接続されており、第一のバスバーユニットと第二のバスバーユニットとは、ステータコアの軸方向でいう反対側に配置されている。【選択図】図４

Description

本発明は、回転電機に関するものである。

従来より、１つのモータに２つの三相巻線が設けられている、二重三相モータがある（例えば特許文献１参照）。この二重三相モータでは、巻線の接続を軸方向の片側で行っている。

特開２０１３−２３６４５５号公報

二重三相モータでは、合計で６つの相（Ｕ１、Ｖ１、Ｗ１、Ｕ２、Ｖ２、Ｗ２）の巻線がある。溶接などによって電気的に接続するとき、接続するべき端子どうしの位置を確保する治具等が、巻線や各相を電気的に接続するための導体部品と干渉しやすくなるため、精密な作業が求められるという問題がある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、巻線の接続工程を容易にすることができる、回転電機を提供することを目的とする。

上述した目的を達成するため、本発明は、回転可能に設けられたロータと、前記ロータの径方向外側に配置されたステータとを備え、前記ステータは、ステータコアと、前記ステータコアに巻装されるコイル部とを有し、前記ステータコアは、ヨーク部と、前記ヨーク部から径方向内側に突出しながら前記ロータと一定の空隙を保って設けられた複数のティース部とを有し、前記コイル部は、第一の三相巻線群と第二の三相巻線群の二組の三相巻線群からなる、回転電機であって、前記コイル部では、前記二組の三相巻線群に属する複数の巻線が、周方向に交互に並ぶように巻装されており、一方の組に属する巻線と、他方の組に属する巻線とは、周方向に交互に並んでおり、各々の巻線は、隣接する巻線とは相が異なっており、前記第一の三相巻線群には、第一のバスバーユニットが接続されており、前記第二の三相巻線群には、第二のバスバーユニットが接続されており、前記第一のバスバーユニットと前記第二のバスバーユニットとは、前記ステータコアの軸方向でいう反対側に配置されている。

本発明によれば、巻線の接続工程を容易にすることができる。

本発明の実施の形態１の回転電機の適用例を示す図である。 回転軸の延びる方向の一方側からみて回転電機の構造を示す図である。 回転軸の延びる方向の他方側からみて回転電機の構造を示す図である。 図２のＩＶ−ＩＶ線からみた回転電機の構造を示す図である。 本発明の実施の形態２に関する、図２と同態様の図である。 本実施の形態２に関する、図３と同態様の図である。

以下、本発明の実施の形態について添付図面に基づいて説明する。なお、図中、同一符号は同一又は対応部分を示すものとする。

実施の形態１．
図１は、本実施の形態１の回転電機の適用例を示す図である。回転電機１は、第一の三相巻線群１１と、第二の三相巻線群２１とを含んでいる。第一の三相巻線群１１は、電流センサ３を介して、第一のインバータ５ａに接続されている。第二の三相巻線群２１は、同様な電流センサ３を介して、第二のインバータ５ｂに接続されている。電流センサ３は、制御回路７に接続されている。さらに、制御回路７には、回転電機１の回転状態を検出する回転センサ９が接続されている。

次に、図２〜図４をもとに、本実施の形態１の回転電機の詳細について説明する。図２は、回転軸の延びる方向の一方側からみて回転電機の構造を示す図である。図３は、回転軸の延びる方向の他方側からみて回転電機の構造を示す図である。図４は、図２のＩＶ−ＩＶ線からみた回転電機の構造を示す図である。また、図４は、回転軸が紙面上下方向を指しており、且つ、回転軸が紙面に沿うような向きからみて回転電機の構造を示す図である。

回転電機１は、回転可能に設けられたロータ３１と、ロータ３１の径方向外側に配置されたステータ３３とを有する。ロータ３１は、ロータコア３１ａと、複数のマグネット３１ｂとを有している。複数のマグネット３１ｂは、等角度間隔で、周方向に埋め込まれている。

ステータ３３は、円環状のステータコア３５と、ステータコア３５に巻装されるコイル部３７とを有する。ステータコア３５は、円環状のヨーク部３９と、複数のティース部４１とを備える。各ティース部４１は、ヨーク部３９から径方向内側に突出する。ティース部４１の先端は、ロータ３１と一定の空隙を保っている。

ロータの磁極数と、ティースの数との関係は２：３である。図示の一例では、ロータの磁極数は８、ステータのティース数１２、である。

コイル部３７は、集中巻の態様ですなわちティース部のそれぞれに集中して巻装され、それぞれ独立の三相交流回路によって通電される第一の三相巻線群および第二の三相巻線群の二組の三相巻線群からなる。

コイル部３７では、二組の三相巻群に属する複数の巻線が、周方向に交互に並ぶように巻装されている。一方の組に属する巻線と、他方の組に属する巻線とは、周方向に交互に並ぶ。各々の巻線は、隣接する巻線とは相が異なっている。

回転電機１は、二組の独立した三相交流回路によって通電される二組の三相巻線群Ｕ１、Ｖ１、Ｗ１、Ｕ２、Ｖ２、Ｗ２を有する。第一の三相巻線群をＵ１、Ｖ１、Ｗ１、第二の三相巻線群をＵ２、Ｖ２、Ｗ２とすると、Ｕ１、Ｖ２、Ｗ１、Ｕ２、Ｖ１、Ｗ２の順番を二回繰り返して巻装されており、一方の組の巻線同士が隣り合うことがなく、かつ隣接するティースには、それぞれ違う相が巻装されている。

本実施の形態１では、二組の三相巻線群は、それぞれスター結線で接続されており、同じ相の巻線同士は並列接続されている。ステータは巻線を電気的に接続するための導電部材を有している。本実施の形態１の接続方法では、導電部材は、
Ｕ１相どうしを接続しインバータからの給電端子に接続する導電部材ＣＵ１と、
Ｖ１相どうしを接続しインバータからの給電端子に接続する導電部材ＣＶ１と、
Ｗ１相どうしを接続しインバータからの給電端子に接続する導電部材ＣＷ１と、
第一の三相巻線群の中性点を接続する導電部材Ｎ１と、
Ｕ２相どうしを接続しインバータからの給電端子に接続する導電部材ＣＵ２と、
Ｖ２相どうしを接続しインバータからの給電端子に接続する導電部材ＣＶ２と、
Ｗ２相どうしを接続しインバータからの給電端子に接続する導電部材ＣＷ２と、
第二の三相巻線群の中性点を接続する導電部材Ｎ２と、
の８個が用意されている。

これらの導電部材はそれぞれ、他相を接続する導電部材および他相の巻線や、ステータコア等の周辺の導体から絶縁する必要がある。

導電部材ＣＵ１、ＣＶ１、ＣＷ１と、導電部材ＣＵ２、ＣＶ２、ＣＷ２とは、それぞれ、バスバー部Ｃ４と、接続端子部Ｃ５と、給電端子部Ｃ６とを有する。バスバー部Ｃ４は、ステータコアとの同心円に沿って環状または弧状（Ｃ状）に延びる。接続端子部Ｃ５は、バスバー部Ｃ４から径方向内側に延びてコイル端末線４３と接続する。給電端子部Ｃ６は、バスバー部Ｃ４から径方向外側に延びてインバータ側の対象と接続する。

導電部材Ｎ１、Ｎ２はそれぞれ、ステータコアとの同心円に沿って環状または弧状（Ｃ状）に延びる胴部と、胴部から径方向内側に延びてコイル端末線４３と接続する接続端子部とを有する。

それぞれの導電部材と巻線は、溶接やカシメなどで接続される。

本実施の形態では、絶縁部材からなる第一の樹脂ホルダ４５に導電部材ＣＵ１、ＣＶ１、ＣＷ１および導電部材Ｎ１が保持された第一のバスバーユニット１３と、絶縁部材からなる第二の樹脂ホルダ４７に導電部材ＣＵ２、ＣＶ２、ＣＷ２および導電部材Ｎ２が保持された第二のバスバーユニット２３とを介して、各相の巻線が、対応するインバータに接続されている。

第一のバスバーユニット１３は、ステータコア３５の軸方向の一方側に配置されており、第二のバスバーユニット２３は、ステータコア３５の軸方向の他方側に、すなわち、第一のバスバーユニット１３が設置されている側との反対側に、設置されている。言い換えると、回転軸方向でいう第一のバスバーユニット１３と第二のバスバーユニット２３との間に、ステータコア３５が挟まれており、さらに別の言い方をすると、第一のバスバーユニット１３と第二のバスバーユニット２３とは、ステータコア３５を挟んで、ステータコア３５の相互に反対側に配置されている。図示例では、第一のバスバーユニット１３は、ステータコア３５の軸方向の一方側として、図４の紙面上側に配置されており、第二のバスバーユニット２３は、ステータコア３５の軸方向の他方側として、図４の紙面下側に配置されている。

第一のバスバーユニット１３と第二のバスバーユニット２３とは、ステータコア３５の両側の端面付近にそれぞれ設置されている。つまり、第一のバスバーユニット１３と第二のバスバーユニット２３とはそれぞれ、ステータコア３５の対応する端面と向き合って設けられている。第一のバスバーユニット１３と第二のバスバーユニット２３のそれぞれの径方向位置は、巻線よりも外側に位置している。

ステータ３３は、コイル部３７とステータコア３５とを絶縁するインシュレータ４９を備える。第一のバスバーユニット１３および第二のバスバーユニット２３は、それぞれ、対応するインシュレータ４９に支持されている。すなわち、第一の樹脂ホルダ４５および第二の樹脂ホルダ４７が、対応するインシュレータ４９に固定されている。インシュレータ４９は、ステータコア３５の軸方向端面の両側に設けられている。インシュレータ４９は、ティース部の軸方向端面に沿う胴部５１と、胴部５１の径方向外径側に位置する第一の壁部５３と、胴部５１の径方向内径側に位置する第二の壁部５５とを有している。

それぞれの三相巻線群を構成する各巻線は、胴部５１、第一の壁部５３および第二の壁部５５によって形成される凹部を通って、ステータコアと絶縁されながら巻装される。この実施の形態では、ステータコア側面とコイル部とは、絶縁紙５７を介すことによって絶縁されている。なお、インシュレータは、ステータコア側面とコイル部とを絶縁する部分を含めて一体化した構成であるボビンを用いることもできる。

第一のバスバーユニット１３および第二のバスバーユニット２３に関し、樹脂ホルダに収容された部分であるバスバー部は、軸方向で巻線とほぼ同じ位置にある。つまり、バスバー部は、軸方向の位置として、巻線の軸方向に占める範囲内に位置している。これにより、軸方向の位置に関しコイル部の占める範囲を外れた位置にバスバーユニットを設置するよりも、軸方向寸法を抑えることができる。また、バスバーユニットを二つに分けることによって、ステータの軸方向両端にある、コイル部の外径側のスペースを両方利用することができるため、モータ体格を抑えることができる。

以上のように、本実施の形態１では、導電部材（Ｕ１、Ｖ１、Ｗ１、Ｕ２、Ｖ２、Ｗ２）によってそれぞれの相とインバータとの接続を行い、絶縁部材である樹脂ホルダによって導電部材を保有しながら他相の導電部材、巻線や周辺の導体と絶縁する構成となっている。ステータは、二組の三相巻線群に対して同相の巻線を電気的に接続するバスバー部を、絶縁物によって他相のバスバー部、巻線および周囲の導体と絶縁しながら組み合わせたバスバーユニットを有する。バスバーユニットは、各組の三相巻線群でそれぞれ一つずつ設けられ、二つのバスバーユニットは、ステータコアの軸方向で逆向きの端面側にそれぞれ設けられる。

すなわち、第一の三相巻線群と第二の三相巻線群はそれぞれの導電部材への接続が、ステータの軸方向で逆側の面で行われるため、ステータの軸方向片側の面では、巻線と導電部材の接続は、一つ置きのティースについて行われる。このように一つ置きのティースに対して接続端子とコイル端末線の接続が行われるため、接続端子どうしの距離の確保が容易であり、接続端子とコイル端末線を接続するときに、接続用の治具や、位置を確保するための治具を配置するスペースの確保がしやすく、巻線の接続工程を容易にすることができる。特に、二重三相モータでは、合計で６つの相（Ｕ１、Ｖ１、Ｗ１、Ｕ２、Ｖ２、Ｗ２）の巻線があるため、ステータコアのティース数が多い場合、接続部を設ける空間が狭くなり、相間での絶縁を保つためのレイアウトが複雑になる問題がある。さらに、巻線同士の電気的接続のため、接続するべき端子どうしの位置を確保する治具や、溶接やカシメ等の接続を行う治具を用いて作業する場合、他の端子にその冶具が振れてしまうと、端子の位置関係が変化して、相ごとの絶縁性が劣化する問題がある。このような問題に対しても、本実施の形態１の回転電機であれば、レイアウトの複雑化を避け、且つ、治具が用いやすいという利点が得られている。

また、この実施の形態では、バスバーユニットの保有および絶縁に樹脂ホルダを利用している。このような樹脂ホルダを成形加工する場合、樹脂ホルダの大きさがすべての導電部材を保有する場合に比較して小さくなるため、バスバーユニットのサイズをおさえられ樹脂の成形が容易になる、つまり、その成形加工が容易になるという効果もある。

また、図２および図３に示されるように、第一のバスバーユニット１３と第二のバスバーユニット２３を、ステータ３３の軸方向の両側で類似した位置・態様に設置することが可能である。このため、樹脂ホルダのような絶縁部材を構成する部品、および、導体部品を構成する部品を、共用することが可能となり、部品価格を抑えて安価にモータを製作することができる。

また、バスバーユニットは、導電部材の外側に樹脂部材を位置させるようにしてインサート成形で効率よく製作することが可能であるが、この場合、全ての導電部材を一つのバスバーユニットにする場合に比較して、インサートする部品点数を抑えることができ、製作が更に容易になるという利点が得られる。

また、バスバーユニットは、その内径側で、インシュレータに固定されるので、回転電機の径方向寸法を抑えることにもつながる。

実施の形態２．
次に、図５および図６を参照しながら、本発明の実施の形態２について説明する。なお、本実施の形態２は、以下に説明する部分を除いては、上述した実施の形態１と同様であるものとする。図５および図６はそれぞれ、本実施の形態２に関する、図２および図３と同態様の図である。

本実施の形態２では、端的に述べると、二組の三相巻線群のバスバーユニットのそれぞれに関し、一方の組のバスバーユニットは、他方の組の三相巻線群の巻線が巻装されているティース部に配置されたインシュレータに固定されており、当該他方の組のバスバーユニットは、当該一方の組の三相巻線群の巻線が巻装されているティース部に配置されたインシュレータに固定されている。すなわち、二つのバスバーユニットはそれぞれ、そのバスバーユニットのバスバーとの接続が行われていないコイルが巻装されているティース部に配置されたインシュレータに固定されている。

図５の例を説明すると、Ｕ１相のバスバーユニットの樹脂ホルダには固定部５９が設けられており、この固定部５９は、Ｕ１相の導電部材との接続が行われていないＶ２相の巻線が巻装されているティース部に配置されたインシュレータに固定されている。

固定部５９は、樹脂ホルダに内径側に突出した凸部であり、この凸部が、インシュレータに接続、固定される。固定方法には、ピン溶着、熱カシメ、接着等が考えられる。

この実施の形態では、バスバーユニットの固定がステータコア外径よりも内側で行われるため、ステータを固定する筐体等に固定する場合に比較して、ステータの径方向寸法を抑制することができる。

また、ステータを固定する筐体等の形状がステータ軸方向の両側で異なる場合にも、第一のバスバーユニットと第二のバスバーユニットに対して同じ方法で固定することが可能であり、固定作業が容易になり、部品の種類数を抑えて安価にモータを製作することができる。

また、この実施の形態では、例えば、第一のバスバーユニットを固定するインシュレータは、第二の三相巻線群を巻装しているティースに設置されたものである。同様に、第二のバスバーユニットを固定するインシュレータは第一の三相巻線群を巻装しているティースに設置される。このため、バスバーユニットの固定と、コイル端末線との接続は交互のティースに対して行われるため、バスバーユニットの固定部分と接続部の距離が遠くなり、接続作業、固定作業のときに必要な冶具と各部品との干渉がしにくくなり、各々の作業が容易になるという効果がある。

以上、好ましい実施の形態を参照して本発明の内容を具体的に説明したが、本発明の基本的技術思想及び教示に基づいて、当業者であれば、種々の改変態様を採り得ることは自明である。

例えば、本発明は、デルタ結線で実施することが考えられる。また、本発明は、同相の巻線を直列で接続して実施することも考えられる。

１ 回転電機、１１ 第一の三相巻線群、１３ 第一のバスバーユニット、２１ 第二の三相巻線群、２３ 第二のバスバーユニット、３１ ロータ、３３ ステータ、３５ ステータコア、３７ コイル部、３９ ヨーク部、４１ ティース部、５１ 胴部、５３ 第一の壁部、５５ 第二の壁部。

Claims (3)

1. 回転可能に設けられたロータと、
   前記ロータの径方向外側に配置されたステータとを備え、
   前記ステータは、ステータコアと、前記ステータコアに巻装されるコイル部とを有し、 前記ステータコアは、ヨーク部と、前記ヨーク部から径方向内側に突出しながら前記ロータと一定の空隙を保って設けられた複数のティース部とを有し、
   前記コイル部は、第一の三相巻線群と第二の三相巻線群の二組の三相巻線群からなる、回転電機であって、
   前記コイル部では、前記二組の三相巻群に属する複数の巻線が、周方向に交互に並ぶように巻装されており、一方の組に属する巻線と、他方の組に属する巻線とは、周方向に交互に並んでおり、
   前記第一の三相巻線群には、第一のバスバーユニットが接続されており、前記第二の三相巻線群には、第二のバスバーユニットが接続されており、
   前記第一のバスバーユニットと前記第二のバスバーユニットとは、前記ステータコアの軸方向でいう反対側に配置されており、
   前記ステータは、前記コイル部と前記ステータコアとを絶縁するインシュレータを備え、
   前記第一のバスバーユニットおよび前記第二のバスバーユニットは、それぞれ、対応する前記インシュレータに支持されており、
   前記二組の三相巻線群の前記バスバーユニットのそれぞれにおいて、一方の組の各相の導電部材は、他方の組の三相巻線群の巻線が巻装されている前記ティース部に配置された前記インシュレータに固定されており、当該他方の組の各相の導電部材は、当該一方の組の三相巻線群の巻線が巻装されている前記ティース部に配置された前記インシュレータに固定されている、
   回転電機。
2. 前記第一のバスバーユニットおよび前記第二のバスバーユニットは、前記ステータコアの対応する端面と向き合って設けられており、前記コイル部よりも径方向外側に配置されている、
   請求項１の回転電機。
3. 前記インシュレータは、前記ティース部の軸方向端面に沿う胴部と、前記胴部の径方向外径側に位置する第一の壁部と、前記胴部の径方向内径側に位置する第二の壁部とを有しており、
   それぞれの前記三相巻線群を構成する各巻線は、前記胴部、前記第一の壁部および前記第二の壁部によって形成される凹部を通って、前記ステータコアと絶縁されながら巻装されている、
   請求項１または２の回転電機。

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