JP6949088B2 - 回転電機 - Google Patents

Description

本願は、回転電機に関するものである。

搭載スペースに制限のある自動車用の回転電機および発電機において、小型、高出力が求められている。小型化、高出力化するに当たり、各巻線に大きな電流を分配する手法として特許文献１のように断面矩形の結線板を円環状に配置し、各巻線と接続する手法が用いられている。

このような結線板を固定子に固定する手法として、特許文献１では、結線板に返しを構成し、インシュレーター（ボビン相当）に嵌合させる手法がとられている。また、特許文献２では、結線板をインサートモールドし、固定している。

特開２００８−３１２２７６号公報 特開２０１０−１４１９５３号公報

しかしながら、車載用のように高い振動が発生する回転電機においては、特許文献１のような構造では、振動に耐えられず、結線板が脱落することがある。また、特許文献２のようなインサートモールドは、製造コストが高くつくといった課題があった。

本願は、上記に鑑みてなされたものであって、高い振動があっても結線板が脱落することのない強固な固定を実現するとともに、製造コストが安価となる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、鉄心の端部に設けられ容器状の溝部を有するボビンと、
前記ボビンに導体線を巻回したコイルと、回転軸の周りに配置された複数の前記コイルに電流を分配すると共に、前記容器状の溝部に溜められた接着剤内に埋没して突出部が固着された結線板と、を備え、前記結線板は、円環状の形態を有し、前記突出部が複数の前記コイルに対応して設けられており、前記容器状の溝部は、周方向に設けられ前記結線板を径方向両側から支える支持壁と、前記支持壁の周方向両端に設けられた隔壁とで形成されているものである。

本願によれば、導体線を巻回されることによってコイルと一体になったボビンに容器状の溝部を有し、その中の接着剤内に結線板の突出部が固着されているので、回転軸の周方向に配置された複数のコイルに対応して結線板を固定することができる。

また、ボビンの容器状の溝部に接着剤を使用するだけなので、回転電機の回転軸の周方向全体に接着剤を使用することがなく、製造コストを少なくすることが可能である。

本願の実施の形態１に係る回転電機の断面を示す模式図である。 本願の実施の形態１に係る回転電機の電機子全体を示す斜視図である。 本願の実施の形態１に係る回転電機のコイルを示す斜視図である。 本願の実施の形態１に係る回転電機のボビンを示す図であり、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は平面図、（Ｃ）は側面図である。 本願の実施の形態１に係る回転電機の結線板を示す斜視図と部分拡大図である。 本願の実施の形態１に係る回転電機の電機子の製造過程を説明するための斜視図である。 本願の実施の形態１に係る回転電機の電機子の製造過程を説明するための斜視図である。 本願の実施の形態１に係る回転電機の電機子の製造過程を説明するための模式図である。 本願の実施の形態１に係る回転電機の電機子の製造過程を説明するための斜視図である。 本願の実施の形態１に係る回転電機の結線板の固定方法を示す模式図である。 本願の実施の形態１に係る回転電機の結線板を示す模式図である。 本願の実施の形態２に係る回転電機の結線板を示す模式図であり、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）から（Ｅ）は突出部の構造を示す部分拡大図である。 本願の実施の形態３に係る回転電機の結線板を示す模式図である。 本願の実施の形態３に係る回転電機の結線板の固定方法を示す模式図である。

実施の形態１．
図１は、本願の実施の形態１に係る回転電機の断面を示した模式図である。図１において、回転電機１００は、有底円筒状のフレーム２１１およびフレーム２１１の開口部を塞口する端板２１２からなるハウジング２１０と、フレーム２１１の円筒部に内嵌状態に固定された電機子３００、フレーム２１１の底部および端板２１２にベアリング２０１を介して回転可能に支持され、電機子３００の内周側に配設された回転子４００とを備えている。

電機子３００は、磁束を発生する複数のコイル３１０と、複数のコイル３１０に電流を分配する結線板３２０、磁束を流す鉄心３３０で構成されており、コイル３１０と鉄心３３０はボビン３１１で電気的に絶縁されている。

回転子４００は、例えば永久磁石型回転子であって、回転軸４０１にその軸心位置が挿着された円筒状の回転子鉄心４０２と、この回転子鉄心４０２の外周面側に埋設されて周方向に所定のピッチで配列されて磁極を構成する永久磁石４０３とを備えている。なお、回転子４００は、このような永久磁石型回転子に限定されず、いわゆるかご形回転子、巻線形回転子などを用いてもよい。

図２は実施の形態１に係る回転電機の電機子３００の全体を示す斜視図である。鉄心３３０の両端にボビン３１１を挟んでコイル３１０を形成したものを、回転軸４０１の周方向に、等ピッチに放射状に複数配置したものである。

図３にコイル３１０の斜視図を示す。図３に示すように、ティース３３１とティース３３１を周方向に外径側で連結するヨーク３３２を備え、複数の鋼板を積層して構成された鉄心３３０と、鉄心３３０の両端に絶縁材からなるボビン３１１を挿入し、絶縁被膜の付いた導体線を巻回したコイル３１０を有している。この導体線は銅線であっても、アルミ線であっても良い。鉄心３３０はヨーク３３２で周方向にティース３３１と同数個に分割されている。実施の形態１では、周方向に分割した鉄心を用いているが、すべての鉄心３３０がヨーク３３２で連結された一体の鉄心であってもよいし、ヨーク３３２を薄肉で連結し、直線状に展開できる鉄心であってもよい。

１つのティース３３１は図３に示すように、コイル３１０と鉄心３３０を電気的に隔離するポリフェニレンサルファイド樹脂またはメタ系アラミド繊維からなるシート状のスロットセル３１３を当て、鉄心３３０の両端にボビン３１１を挿入することで固定して絶縁組立を行う。スロットセル３１３の固定は、鉄心３３０の側面に両面テープを付けることで固定しても良い。

ボビン３１１は図４に示すように、コイル３１０が巻回される胴部３１５と巻線を所定の位置に配置するための壁部３１６を備える。壁部３１６のヨーク３３２側には、結線板３２０を支えるようにクシ歯状の支持壁３１７ａを設けたホルダ部３１７と、ホルダ部３１７の下部には結線板３２０を固定する接着剤を溜めるための容器状の溝部３１８がある。この溝部３１８はホルダ部３１７の支持壁３１７ａとの間に回転軸４０１の周方向に設けられ、その周方向の両端に隔壁３１７ｂを設けることによって容器状に形成される。なお、実施の形態１では、ホルダ部３１７がヨーク３３２側に配置されているが、車両への搭載性を考慮して、回転子４００側に配置してもよい。

図５に実施の形態１の結線板３２０の全体図とその一部の拡大図を示す。結線板３２０は帯状の導材をプレスで打ち抜き加工して形成される。結線板３２０はコイル３１０と接合する給電部３２１と電力が供給される給電部（図示せず）と、ボビン３１１と結合する突出部３２３とで構成される。突出部３２３には、結線板３２０の長手方向の両側に張り出した抜け防止部３２４を設けている。

電機子３００の製造工程について図６から図９を用いて説明する。図６にコイル３１０を有する鉄心３３０を円環状に並べた状態を示す。鉄心３３０はフレーム２１１に圧入され図７のように一体化される。ここで、一体化するには鉄心３３０同士を溶接する、または、接着するなどの方法を用いればよい。

鉄心３３０を一体化した後に図８のようにボビン３１１の容器状の溝部３１８にノズル５０１を用いて接着剤５００を注入する。その後に、図９に示すように結線板３２０を丸め、突出部３２３を溝部３１８に溜められた接着剤５００に浸かる位置まで挿入する。この時の溝部３１８と突出部３２３、接着剤５００の状態を図１０に示す。

図１０を見てわかるように、結線板３２０の突出部３２３は容器状に形成された溝部３１８に溜められた接着剤５００で容器状の溝部３１８に固着される。それによって結線板３２０は一体化された鉄心３３０に固定される。容器状の溝部３１８に挿入された結線板の突出部３２３が接着剤内に埋没するように固着されているので、回転軸の周方向に配置された複数のコイルに対応して結線板を固定することができ、車載用のように高い振動があっても結線板が脱落することのない強固な固定を実現できる。

図９において結線板３２０を固着するための突出部３２３は複数のコイル３１０のうち少なくとも１ヵ所に対応して設ければよいが、複数のコイル３１０に対応して突出部３２３を複数設け、複数ヵ所で固着すれば、より強固な固着強度が得られる。また、接着に要する接着剤５００は、固着を必要とする突出部３２３に対応した容器状の溝部３１８に注入するだけでよく、無用な接着剤５００の使用を抑え、製造コストを節約できる。

さらに、図１０に示す突出部３２３に設けた抜け防止部３２４により、接着面積が増大し、結線板３２０とボビン３１１を強固に固定できる。この時、図１０のように接着剤５００の液面が、抜け防止部３２４の頂部を覆うように構成していると、なお良い。このようにすることで、結線板３２０が抜ける方向に接着剤５００が回り込み、アンカー効果を期待することができる。図１０では抜け防止部３２４が回転軸４０１の周方向に設けた凹部によって突出された例を示したが、図１１のように周方向に凸部が突出された構造でも同様な効果を得られる。

その後、結線板３２０とコイル３１０を接続することで電機子３００を得る。接着剤５００は加熱硬化するタイプでも、常温硬化の物でもよいが、加熱硬化の場合は、結線板３２０とコイル３１０の接合時に導体の酸化が影響することが多いため、結線板３２０とコイル３１０の接合後に加熱硬化炉に入れることが望ましい。

実施の形態２.
実施の形態２では実施形態１で示した結線板３２０の抜け防止部３２４とは異なる構造の例を示す。図１２（Ａ）では実施の形態２の抜け防止部３２４は回転軸４０１の径方向に突出部３２３の面から凸部が突き出した構造となっている。この抜け防止部３２４は結線板３２０の打ち抜き時のプレスで同時に構成してもよいし、打ち抜き後、電機子に組み立てる前に構成してもよい。また、図では抜け防止部３２４を一つの突出部３２３の中で１カ所に構成しているが、複数構成してもよいし、凹部に窪ましてもよい。トタン板の様に波状に構成してもよい。

このような構成とすることで、ボビン３１１の溝部３１８に挿入するときに、径方向のガタを吸収し、結線板３２０の位置を安定して固定することができる。このような径方向のガタを吸収する抜け防止部３２４の構造として、図１２（Ｂ）に示すように突出部３２３から径方向に突き出た切欠きを設けたり、図１２（Ｃ）に示すように突出部３２３の先端を折り曲げるように加工したりしてもよい。

また、図１２（Ｄ）のように突出部３２３を台形状に打抜いたり、図１２（Ｅ）のように突出部３２３に穴を設けたりすることでも、抜け防止部３２４による接着強度の強化を図ることができる。

実施の形態３．
図１３に実施の形態３に係る結線板３２０の突出部３２３を示す。実施の形態３の構造では、抜け防止部３２４を結線板３２０の突出部３２３の先端に凹部を設けたものである。この凹部は電機子に組み立てるときの挿入方向に構成される。

また、ボビン３１１の溝部３１８に、回転軸４０１の軸方向に凸部３１９を設けており、図１４に示すように抜け防止部３２４の凹部と嵌合するよう構成している。ボビン３１１は樹脂の射出成型で製造されることが多く、アンダーカットになるため挿入方向に垂直な凸部が成形しやすい。

このように突出部３２３の凹部の抜け防止部３２４とボビン３１１の溝部に設けられた凸部３１９が嵌合するように挿入されるので、接着面積を増やすことができ、固定力を高めることができる。また、結線板３２０の挿入時に回転軸４０１の周方向への取り付け位置精度を向上することも可能である。

本願は、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。

１００ 回転電機、２０１ ベアリング、２１０ ハウジング、２１１ フレーム、２１２ 端板、３００ 電機子、３１０ コイル、３１１ ボビン、３１３ スロットセル、３１５ 胴部、３１６ 壁部、３１７ ホルダ部、３１７ａ 支持壁、３１７ｂ 隔壁、３１８ 溝部、３１９ 凸部、３２０ 結線板、３２１ 給電部、３２３ 突出部、３２４ 抜け防止部、３３０ 鉄心、３３１ ティース、３３２ ヨーク、４００ 回転子、４０１ 回転軸、４０２ 回転子鉄心、４０３ 永久磁石、５００ 接着剤、５０１ ノズル

Claims (5)

1. 鉄心の端部に設けられ容器状の溝部を有するボビンと、
   前記ボビンに導体線を巻回したコイルと、
   回転軸の周りに配置された複数の前記コイルに電流を分配すると共に、
   前記容器状の溝部に溜められた接着剤内に埋没して突出部が固着された結線板と、
   を備え、
   前記結線板は、円環状の形態を有し、前記突出部が複数の前記コイルに対応して設けられており、
   前記容器状の溝部は、周方向に設けられ前記結線板を径方向両側から支える支持壁と、前記支持壁の周方向両端に設けられた隔壁とで形成されている回転電機。
2. 前記結線板の前記突出部には抜け防止部が設けられた請求項１に記載の回転電機。
3. 前記結線板の前記抜け防止部は前記回転軸の周方向の凸部または凹部により形成された請求項２に記載の回転電機。
4. 前記結線板の前記抜け防止部は前記回転軸の径方向の凸部または凹部により形成された請求項２に記載の回転電機。
5. 前記結線板の前記突出部は前記回転軸の軸方向に凹部を有し、前記溝部は前記凹部に嵌合されるように前記軸方向に凸部を有する請求項１に記載の回転電機。

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