(57)【要約】  回転電機において、各コイルは、コイル本体から引き出されているコイル端末を有している。複数のバスバには、コイル端末が接続されている。バスバの径をＤ、コイル線の断面径をｄ、コイル線のヤング率をＥ、バスバの材料の線膨張係数をα１、ステータコアの材料の線膨張係数をα２、室温と使用環境温度との想定温度差をΔＴとしたとき、少なくとも１つのコイル端末のコイル本体側の端部からバスバとの接続部までの長さＬが、  Ｌ≧（（３πｄＥＤ（α１−α２）ΔＴ／１０）1/2）／１０  を満たしている。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属材料製のフレーム、
前記フレームに固定されており、かつ複数のティースを有している円筒状のステータコア、
前記ステータコアの端面に設けられている絶縁材料からなる複数のインシュレータ、
前記インシュレータを介して前記ティースの周りに設けられているコイル本体と、前記コイル本体から引き出されているコイル端末とをそれぞれ有しており、コイル線からなる複数のコイル、
前記ステータコアの周方向に沿って設けられており、かつ前記コイル端末が接続されている導電性材料製の複数のバスバ、
前記コイル端末よりも前記ステータコアの径方向外側に配置されており、前記複数のバスバを保持するホルダ
を備え、
前記バスバの径をＤ、前記コイル線の断面径をｄ、前記コイル線のヤング率をＥ、前記バスバの材料の線膨張係数をα１、前記ステータコアの材料の線膨張係数をα２、室温と使用環境温度との想定温度差をΔＴとしたとき、少なくとも１つの前記コイル端末の前記コイル本体側の端部から前記バスバとの接続部までの長さＬが、
Ｌ≧（（３πｄＥＤ（α１−α２）ΔＴ／１０）1/2）／１０
を満たしている回転電機。
【請求項２】
前記コイルの密度をρ、近傍に設置されるエンジンの想定最高回転数をＲ、前記エンジンの気筒数をａ、前記エンジンに共振したときに現れると想定される振動モードの次数をｎとしたとき、前記少なくとも１つの前記コイル端末の前記コイル本体側の端部から前記バスバとの接続部までの長さＬが、
（５．３×１０7ｄ （（Ｅ／ρ）1/2）／Ｒａｎπ）1/2≧Ｌ
を満たしている請求項１記載の回転電機。
【請求項３】
１３．６≦Ｌ／ｄ1/2≦２９．４
を満たしている請求項２記載の回転電機。
【請求項４】
前記バスバの径Ｄが２９０〜３１６ｍｍであり、前記コイル線の断面径ｄが１．７〜２．０ｍｍである請求項２記載の回転電機。
【請求項５】
金属材料製のフレーム、
前記フレームに固定されており、かつ複数のティースを有している円筒状のステータコア、
前記ステータコアの端面に設けられている絶縁材料からなる複数のインシュレータ、
前記インシュレータを介して前記ティースの周りに設けられているコイル本体と、前記コイル本体から引き出されているコイル端末とをそれぞれ有しており、コイル線からなる複数のコイル、
前記ステータコアの周方向に沿って設けられており、かつ前記コイル端末が接続されている導電性材料製の複数のバスバ、
前記コイル端末よりも前記ステータコアの径方向外側に配置されており、前記複数のバスバを保持するホルダ
を備え、
少なくとも１つの前記コイル端末は、
前記コイル本体側の端部から前記ステータコアの径方向外側へ向けて設けられている引き出し部と、
前記ステータコアの周方向に沿って設けられている第１の直線部と、
前記引き出し部と前記第１の直線部との間に設けられている第１の曲げ部と、
前記ステータコアの軸方向に沿って設けられている第２の直線部と、
前記第１の直線部と前記第２の直線部との間に設けられている第２の曲げ部と
を有している回転電機。
【請求項６】
前記少なくとも１つの前記コイル端末は、
前記第１の曲げ部と前記引き出し部との間に設けられており、第１の曲げ部と逆向きに曲げられている第３の曲げ部と、
前記第３の曲げ部と前記第１の曲げ部との間で前記ステータコアの周方向に沿って設けられている第３の直線部と
をさらに有している請求項５記載の回転電機。
【請求項７】
前記第１の直線部の長さが３ｍｍ以上、５ｍｍ以下であり、
前記第２の直線部の長さが１０ｍｍ以上、１５ｍｍ以下である請求項５又は請求項６に記載の回転電機。
【請求項８】
前記第１の直線部は、前記インシュレータと前記ホルダとの間に配置されている請求項５から請求項７までのいずれか１項に記載の回転電機。
【請求項９】
前記コイル端末は、第１及び第２のコイル端末を含み、
全ての前記コイルにおける前記第１のコイル端末が、前記ステータコアの軸方向の同じ側に配置されており、
全ての前記コイルにおける前記第２のコイル端末が、前記ステータコアの軸方向の前記第１のコイル端末とは反対側に配置されている請求項１から請求項８までのいずれか１項に記載の回転電機。
【請求項１０】
前記コイル端末は、第１及び第２のコイル端末を含み、
全ての前記コイルにおける前記第１及び第２のコイル端末が、前記ステータコアの軸方向の同じ側に配置されている請求項１から請求項８までのいずれか１項に記載の回転電機。
【請求項１１】
前記コイル端末は、第１及び第２のコイル端末を含み、
各前記コイルにおける前記第１及び第２のコイル端末が、前記ステータコアの軸方向の同じ側に配置されており、
隣り合う前記コイルにおける前記第１及び第２のコイル端末が、前記ステータコアの軸方向の反対側に配置されている請求項１から請求項８までのいずれか１項に記載の回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ステータに設けられた複数のコイルのコイル端末が複数のバスバに接続されている回転電機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、車載用の回転電機は、エンジンの近傍に取り付けられるため、温度環境が厳しく、高出力とするためには、発熱体であるコイル及びバスバの熱変形による発生応力を緩和することが課題となる。これに対して、従来の回転電機では、コイル端末がバスバ部に直線的に結合されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第５０１６９６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に示された従来の回転電機では、コイル端末がバスバ部に直線的に結合されているため、コイルとバスバとの接合部に応力が発生しやすい。【０００５】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、温度上昇によりコイル端末とバスバとの接続部に発生する応力を抑えることができる回転電機を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係る回転電機は、金属材料製のフレーム、フレームに固定されており、かつ複数のティースを有している円筒状のステータコア、ステータコアの端面に設けられている絶縁材料からなる複数のインシュレータ、インシュレータを介してティースの周りに設けられているコイル本体と、コイル本体から引き出されているコイル端末とをそれぞれ有しており、コイル線からなる複数のコイル、ステータコアの周方向に沿って設けられており、かつコイル端末が接続されている導電性材料製の複数のバスバ、コイル端末よりもステータコアの径方向外側に配置されており、複数のバスバを保持するホルダを備え、バスバの径をＤ、コイル線の断面径をｄ、コイル線のヤング率をＥ、バスバの材料の線膨張係数をα１、ステータコアの材料の線膨張係数をα２、室温と使用環境温度との想定温度差をΔＴとしたとき、熱変形によりコイルに発生する応力が０．２％耐力である２５０ＭＰａ以下となるとなるように、少なくとも１つのコイル端末のコイル本体側の端部からバスバとの接続部までの長さＬが、
Ｌ≧（（３πｄＥＤ（α１−α２）ΔＴ／１０）1/2）／１０
を満たしている。
また、この発明に係る回転電機は、金属材料製のフレーム、フレームに固定されており、かつ複数のティースを有している円筒状のステータコア、ステータコアの端面に設けられている絶縁材料からなる複数のインシュレータ、インシュレータを介してティースの周りに設けられているコイル本体と、コイル本体から引き出されているコイル端末とをそれぞれ有しており、コイル線からなる複数のコイル、ステータコアの周方向に沿って設けられており、かつコイル端末が接続されている導電性材料製の複数のバスバ、コイル端末よりもステータコアの径方向外側に配置されており、複数のバスバを保持するホルダを備え、少なくとも１つのコイル端末は、コイル本体側の端部からステータコアの径方向外側へ向けて設けられている引き出し部と、ステータコアの周方向に沿って設けられている第１の直線部と、引き出し部と第１の直線部との間に設けられている第１の曲げ部と、ステータコアの軸方向に沿って設けられている第２の直線部と、第１の直線部と第２の直線部との間に設けられている第２の曲げ部とを有している。
【発明の効果】
【０００７】
この発明の回転電機は、温度上昇によりコイル端末とバスバとの接続部に発生する応力を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】この発明の実施の形態１による回転電機のステータの要部断面図である。
【図２】図１のステータの一部を径方向内側から外側へ向けて見た正面図である。
【図３】図１のステータの一部を軸方向に沿って見た平面図である。
【図４】図１のバスバの１本を軸方向に沿って見た平面図である。
【図５】図１の第１のコイル端末を単純化したモデルを示す説明図である。
【図６】コイル端末長さと発生応力及び共振周波数との関係の一例を示すグラフである。
【図７】この発明の実施の形態２による回転電機のステータの一部を径方向内側から外側へ向けて見た正面図である。
【図８】図７のステータの一部を軸方向に沿って見た平面図である。
【図９】図７の第１及び第２のコイル端末の形状を示す斜視図である。
【図１０】この発明の実施の形態３による回転電機の第１及び第２のコイル端末の形状を示す斜視図である。
【図１１】この発明の実施の形態４による回転電機のステータの一部を軸方向に沿って見た平面図である。
【図１２】この発明の実施の形態５による回転電機のステータの一部を径方向内側から外側へ向けて見た正面図である。
【図１３】この発明の実施の形態６による回転電機のステータの一部を径方向内側から外側へ向けて見た正面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、この発明を実施するための形態について、図面を参照して説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による回転電機のステータの要部断面図であり、図１のＺ軸方向がステータの軸方向、Ｙ軸方向がステータの径方向である。図２は図１のステータの一部を径方向内側から外側へ向けて見た正面図、図３は図１のステータの一部を軸方向に沿って見た平面図である。実施の形態１では、回転電機として、車載用のモータを示している。
【００１０】
鉄製の円筒状のステータコア１は、金属材料製、例えば鉄製の円筒状のフレーム２の内側に固定され保持されている。フレーム２の軸方向の両端部には、径方向外側へ突出したフランジ部２ａが設けられている。
【００１１】
ステータコア１には、径方向内側に突出した複数のティース１ａが設けられている。ティース１ａは、ステータコア１の周方向に互いに等間隔をおいて設けられている。ステータコア１の軸方向の両端面には、絶縁材料からなる複数のインシュレータ３が設けられている。
【００１２】
ステータコア１には、それぞれコイル線からなる複数のコイル４が設けられている。各コイル４は、インシュレータ３を介して対応するティース１ａの周りに設けられているコイル本体５と、コイル本体５から引き出されている第１及び第２のコイル端末６，７とを有している。
【００１３】
第１のコイル端末６は、コイル本体５の巻き始め及び巻き終わりのいずれか一方から引き出されている。第２のコイル端末７は、コイル本体５の巻き始め及び巻き終わりの他方から引き出されている。
【００１４】
全てのコイル４における第１のコイル端末６は、ステータコア１の軸方向の同じ側に配置されている。また、全てのコイル４における第２のコイル端末７は、ステータコア１の軸方向の第１のコイル端末６とは反対側に配置されている。
【００１５】
フレーム２の軸方向両端面には、電気絶縁材料からなるホルダ８が固定されている。ホルダ８は、第１及び第２のコイル端末６，７よりもステータコア１の径方向外側に配置されている。
【００１６】
ホルダ８には、導電性材料、例えば銅からなりコイル４を給電部に接続する複数のバスバ９が保持されている。バスバ９には、対応するコイル端末６，７が接続されている。各コイル端末６，７は、例えば溶接により、即ち溶接部を介して、対応する相のバスバ９に接続されている。また、バスバ９は、ホルダ８に一体に固定又は収容されている。さらに、バスバ９は、ステータコア１の周方向に沿って設けられている。
【００１７】
ここで、ステータコア１の軸方向に沿って見たときのバスバ９の径をＤ（図４参照）、コイル４を構成するコイル線の断面径をｄ、コイル線のヤング率をＥ、バスバ９の材料の線膨張係数をα１、ステータコア１の材料の線膨張係数をα２、室温と使用環境温度との想定温度差をΔＴとする。このとき、熱変形によりコイルに発生する応力が０．２％耐力である２５０ＭＰａ以下となるとなるように、各コイル端末６，７のコイル本体５側の端部からバスバ９との接続部までの長さＬ（Ｌとｄの関係は図５を参照）が次式を満たしている。
Ｌ≧（（３πｄＥＤ（α１−α２）ΔＴ／１０）1/2）／１０  ・・・式１
【００１８】
各コイル端末６，７のコイル本体５側の端部は、より詳細には、各コイル端末６，７のコイル本体５に対する最終拘束点である。また、バスバ９の径Ｄは、２９０ｍｍ以上、３１６ｍｍ以下となっている。さらに、コイル線の断面径ｄは、１．７ｍｍ以上、２．０ｍｍ以下となっている。
【００１９】
室温と使用環境温度との想定温度差ΔＴが発生したときに、線膨張係数差により略円環状のバスバ９とステータコア１とに発生する変位差によって強制変位する場合、一般的に梁に発生する応力は、
３πｄＥＤ（α１−α２）ΔＴ／（４Ｌ2）
とあらわされる。そして、本実施の形態は、梁に発生する応力が２５０ＭＰａ以下となるようなＬであることを特徴とする。
【００２０】
例えば、バスバ９の材料が銅であり、ステータコア１の材料が鉄であり、コイル線の断面径ｄ：φ２ｍｍ、バスバ９の径Ｄ：３１６ｍｍの回転電機である場合、ΔＴ：１００℃、Ｅ：１２２６００、α１：１．７×１０-5、α２：１．２×１０-5とすると、コイル端末６，７の長さＬは１９．２ｍｍ以上である。
【００２１】
また、回転電機がエンジンの近傍に設置される場合、コイル４の密度をρ、近傍に設置されるエンジンの想定最高回転数をＲ、エンジンの気筒数をａ、エンジンに共振したときに現れると想定される振動モードの次数をｎとする。このとき、上記のＬが次式を満たしている。
（５．２８×１０7ｄ （（Ｅ／ρ）1/2）／Ｒａｎπ）1/2≧Ｌ  ・・・式２
【００２２】
一般的に。梁に発生する共振周波数ｆは、
３．５２／２π（（１０12×Ｅｄ2）／（１６ρＬ4））1/2
で求められる。また、一般的に、エンジンから発生する振動周波数は、
Ｒ×（１／６０）×ａ×（１／２）×ｎ
で求められる。そして、本実施の形態は、梁に発生する共振周波数がエンジンから発生する振動周波数以上となるようなＬとしたことを特徴とする。
【００２３】
例えば、Ｒ：６０００ｒｐｍ、ａ：６、ｎ：２、ｄ：φ２ｍｍ、Ｅ：１２２６００、ρ：８８８０とすると、コイル端末６，７の長さＬは４１．６ｍｍ以下である。
【００２４】
式１、式２より、Ｌは、
（５．２８×１０7ｄ（（Ｅ／ρ）1/2）／Ｒａｎπ）1/2≧Ｌ≧（（３πｄＥＤ（α１−α２）ΔＴ／１０）1/2）／１０
の範囲を取る。
【００２５】
この式より、Ｌとｄは、
（５．２８×１０7（（Ｅ／ρ）1/2）／Ｒａｎπ）1/2≧Ｌ／ｄ1/2≧（（３πＥＤ（α１−α２）ΔＴ／１０）1/2）／１０
の範囲となる。
【００２６】
例えば、Ｅ：１２２６００、ρ：：８８８０、α１：１．７×１０-5、α２：１．２×１０-5、ΔＴ：１００、Ｄ：３１６、Ｒ：６０００、ｎ：２、ａ：６としたとき、
１３．６≦Ｌ／ｄ1/2≦２９．４
を満足する。
【００２７】
このような回転電機では、コイル端末６，７の長さＬが上記の式１を満たすように設定されているので、温度上昇時にステータコア１とバスバ９との線膨張係数差によりコイル端末６，７に生じる応力を抑えることができる。例えば、上記の計算例であれば、発生応力を銅の０．２％耐力以下に抑えることができる。これにより、劣悪な熱環境下における温度上昇によりコイル端末６，７とバスバ９との接続部に発生する応力を抑えることができる。
【００２８】
また、コイル端末６，７の長さＬが上記の式２を満たすように設定されているので、コイル端末６，７の共振点を、エンジンから影響を受ける主要振動よりも高く保つことができ、十分な耐振性を確保することができる。
【００２９】
図６はコイル端末長さと発生応力及び共振周波数との関係の一例を示すグラフである。実施の形態１では、コイル端末６，７の長さＬが図５のＬ１以上Ｌ２以下に設定されている。Ｌ１は、梁に発生する応力が２５０ＭＰａに等しいときのＬである。Ｌ２は、梁に発生する共振周波数ｆが、エンジンから発生する振動周波数に等しいときのＬである。これにより、コイル端末６，７の発生応力を抑えつつ、十分な耐振性を確保することができる。
【００３０】
例えば、４８Ｖシステムに適用するために、回転電機全体の径を大きくするとともに、コイル線の断面径を大きくした場合、コイル剛性が高くなるとともに、熱変形による変位量が大きくなる。これに対して、実施の形態１の構成によれば、回転電機径が大きく、コイル線が太い場合でも、コイル端末６，７とバスバ９との接続部に発生する応力を十分に抑えることができる。
【００３１】
さらにまた、全ての第１のコイル端末６がステータコア１の軸方向の同じ側に配置されており、全ての第２のコイル端末７がステータコア１の軸方向の第１のコイル端末６とは反対側に配置されているので、バスバ９との接続時のツール干渉物が無くなり、作業性が向上する。また、第１の曲げ部１３及び第１の直線部１２のスペースを十分に確保できる。
【００３２】
実施の形態２．
次に、図７はこの発明の実施の形態２による回転電機のステータの一部を径方向内側から外側へ向けて見た正面図、図８は図７のステータの一部を軸方向に沿って見た平面図、図９は図７の第１及び第２のコイル端末６，７の形状を示す斜視図である。各コイル端末６，７は、引き出し部１１、第１の直線部１２、第１の曲げ部１３、第２の直線部１４、及び第２の曲げ部１５を有している。
【００３３】
引き出し部１１は、コイル本体５側の端部からステータコア１の径方向外側へ向けて設けられている。第１の直線部１２は、ステータコア１の周方向に沿って設けられている。第１の曲げ部１３は  引き出し部１１と第１の直線部１２との間に設けられている。
【００３４】
第２の直線部１４は、ステータコア１の軸方向に沿って設けられている。第２の曲げ部１５は、第１の直線部１２と第２の直線部１４との間に設けられている。
【００３５】
また、第１の直線部１２の長さは、３ｍｍ以上、５ｍｍ以下である。さらに、第２の直線部１４の長さは、１０ｍｍ以上、１５ｍｍ以下である。他の構成は、実施の形態１と同様である。
【００３６】
このような回転電機では、各コイル端末６，７に、引き出し部１１、第１の直線部１２、第１の曲げ部１３、第２の直線部１４、及び第２の曲げ部１５を設けたので、各コイル端末６，７がステータコア１の径方向及び周方向に引き回されるかたちとなっている。これにより、コイル端末６，７の柔軟性を多方向に確保でき、熱変形によりコイル端末６，７とバスバ９との接続部に生じる応力を抑えることができる。
【００３７】
即ち、各コイル端末６，７が軸方向へ拡大されるのを防ぎつつ、第１の直線部１２及び第１の曲げ部１３において、接続部に生じる応力を緩和することができる。
【００３８】
また、バスバ９の径Ｄを３１６ｍｍ以下とし、コイル線の断面径ｄを１．８ｍｍ以上、２．０ｍｍ以下とし、第１の直線部１２の長さを３ｍｍ以上、５ｍｍ以下とし、第２の直線部１４の長さを１０ｍｍ以上、１５ｍｍ以下としたので、コイル端末６，７とバスバ９との接続部に発生する応力を緩和しつつ、コイル端末６，７の固有値、即ちエンジンの振動に対する共振周波数を高く保つことができる。
【００３９】
実施の形態３．
次に、図１０はこの発明の実施の形態３による回転電機の第１及び第２のコイル端末６，７の形状を示す斜視図である。実施の形態２の各コイル端末６，７は、第３の曲げ部１６、及び第３の直線部１７をさらに有している。
【００４０】
第３の曲げ部１６は、第１の曲げ部１３と引き出し部１１との間に設けられており、第１の曲げ部１３と逆向きに曲げられている。第３の直線部１７は、第３の曲げ部１６と第１の曲げ部１３との間でステータコア１の周方向に沿って設けられている。他の構成は、実施の形態２と同様である。
【００４１】
このような回転電機では、第３の曲げ部１６及び第３の直線部１７が追加されているので、各コイル端末６，７をより柔軟にすることができ、コイル端末６，７とバスバ９との接続部に生じる応力をさらに抑えることができる。
【００４２】
実施の形態４．
次に、図１１はこの発明の実施の形態４による回転電機のステータの一部を軸方向に沿って見た平面図である。実施の形態４では、第１の直線部１２が、インシュレータ３とホルダ８との間に配置されている。即ち、第１の直線部１２の少なくとも一部が、インシュレータ３とホルダ８との間に形成されている溝内に入り込んでいる。他の構成は、実施の形態２又は３と同様である。
【００４３】
このような回転電機では、いずれも絶縁材料からなるインシュレータ３とホルダ８との間に第１の直線部１２が配置されているので、周囲部品との絶縁性をより確実に確保しつつ、コイル端末６，７がステータコア１の軸方向及び径方向へ拡大するのを防ぐことができる。
【００４４】
実施の形態５．
次に、図１２はこの発明の実施の形態５による回転電機のステータの一部を径方向内側から外側へ向けて見た正面図である。実施の形態５では、全てのコイル４における第１及び第２のコイル端末６，７が、ステータコア１の軸方向の同じ側に配置されている。他の構成は、実施の形態１、２、３又は４と同様である。
【００４５】
このような回転電機では、全てのコイル４における第１及び第２のコイル端末６，７が、ステータコア１の軸方向の同じ側に配置されているので、回転電機全体の軸方向サイズを小さくできる。
【００４６】
実施の形態６．
次に、図１３はこの発明の実施の形態６による回転電機のステータの一部を径方向内側から外側へ向けて見た正面図である。実施の形態６では、各コイル４における第１及び第２のコイル端末６，７が、ステータコア１の軸方向の同じ側に配置されている。また、隣り合うコイル４における第１及び第２のコイル端末６，７が、ステータコア１の軸方向の反対側に配置されている。他の構成は、実施の形態１、２、３又は４と同様である。
【００４７】
このような回転電機では、隣りのコイル４の第１及び第２のコイル端末６，７がステータコア１の軸方向の反対側に配置されていることになるため、バスバ９との接続時のツール干渉物が無くなり、作業性が向上する。また、第１の曲げ部１３及び第１の直線部１２のスペースを十分に確保できる。
【００４８】
なお、この発明は、一部のコイル端末に適用することもでき、少なくとも１つのコイル端末に適用すれば、そのコイル端末において効果を得ることができる。
また、直線部１２，１４，１７は、完全な直線でなくてもよい。
さらに、この発明は、車載用のモータ以外の回転電機にも適用できる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【国際調査報告】
2017212574.tif 000016
2017212574.tif 000017
2017212574.tif 000018
2017212574.tif 000019