(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
円環状に配列された複数の固定子巻線と、
前記固定子巻線のコイル端末を、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相、及びこれらの中性点として３相Ｙ結線する４つの導体と、
前記導体を保持する結線板とを備えた回転電機の固定子であって、
前記コイル端末が前記導体に設けられた孔に挿通され、接続されており、
前記導体は、開口部を有した略Ｃ字状に成形され、前記固定子巻線上に配設された前記結線板上に同心円状に配設固定され、内側に配設された前記導体の一端が外側に配設された前記導体の開口部を通って外周に導出され、
前記結線板上の前記導体の前記略Ｃ字状の開口部が層状樹脂で覆われ、前記開口部を通って外周に導出される前記導体の一端と同一平面内に位置する前記略Ｃ字状の導体の他端との間が前記層状樹脂で封止されている回転電機の固定子。
【請求項２】
請求項１に記載の回転電機の固定子であって、
前記結線板には隣接する導体間に壁が設けられており、
前記壁が前記導体の全周にわたり連続して形成されている回転電機の固定子。
【請求項３】
請求項１または２に記載の回転電機の固定子であって、
前記導体が、前記結線板上で前記層状樹脂に覆われている回転電機の固定子。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載の回転電機の固定子であって、
前記結線板が、前記固定子巻線の配列に沿った略円環形状であり、前記導体の外周導出部に該当する部位に外周側に凸部が形成されている回転電機の固定子。
【請求項５】
請求項３又は４に記載の回転電機の固定子であって、
前記導体の外周導出部に外部機器と接続するための端子板が接合されており、
前記端子板と導体の接合部は、前記結線板と前記層状樹脂に挟まれている回転電機の固定子。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかに記載の回転電機の固定子と、
回転子とを備えた回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固定子巻線のコイル端末を、導体を介して結線した構造を有する回転電機の固定子、及びこれを備えた回転電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
回転電機の固定子巻線の形態には、磁極歯毎に素線を集中して巻回してコイルを形成する集中巻と、複数のスロットを跨いで素線を巻回し、コイルエンドで異相、又は同相のコイル同士が重なり合う分布巻とがある。集中巻は、分布巻と比較してコイルエンドを小さくでき、回転電機の小型化、高効率化に有効である。一方、分布巻は、固定子内周の回転磁界分布を正弦波に近づけることができ、集中巻よりも高出力で騒音を小さくすることができる。
【０００３】
特許文献１には、集中巻のコイル端末を、帯状部材を折り曲げて成形されたバスバーに接合することで結線部を構成する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−３１２２７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の技術は、帯状部材を多方向に折り曲げてバスバーを成形しているため、バスバーの材料歩留まりが低く、生産性に課題がある。また、バスバーが立体的に交差するため、交差しているバスバー間に絶縁物を配設する為には複雑な作業が必要になる。絶縁物を配設しないで絶縁するために絶縁距離を設けると結線部が大型化する。さらにバスバー間の干渉を避けながら結線部を組立しなければならず、作業性に課題がある。
【０００６】
そこで本発明は、作業性・絶縁性能の向上と小型化とを両立した回転電機の固定子、及びこれを備えた回転電機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。
【０００８】
本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、円環状に配列された複数の固定子巻線と、前記固定子巻線のコイル端末を、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相、及びこれらの中性点として３相Ｙ結線する４つの導体と、前記導体を保持する結線板とを備えた回転電機の固定子であって、前記コイル端末が前記導体に設けられた孔に挿通され、接続されており、前記導体は、開口部を有した略Ｃ字状に成形され、前記固定子巻線上に配設された前記結線板上に同心円状に配設固定され、内側に配設された前記導体の一端が外側に配設された前記導体の開口部を通って外周に導出され、前記結線板上の前記導体の前記略Ｃ字状の開口部が層状樹脂で覆われ、前記開口部を通って外周に導出される前記導体の一端と同一平面内に位置する前記略Ｃ字状の導体の他端との間が前記層状樹脂で封止されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、作業性・絶縁性能の向上と小型化とを両立した回転電機の固定子、及びこれを備えた回転電機を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施例１を示す回転電機の斜視図。
【図２】集中巻コイルの斜視図。
【図３】実施例１のコイル端末と導体との接続部の斜視部分断面図。
【図４】コイルエンド結線部の構造を示す分解図。
【図５】実施例２を示す回転電機の斜視部分断面図。
【図６】実施例３を示す回転電機の斜視部分断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を用いて本発明の実施例を説明する。
【００１２】
以下の説明では、電動自動車に使用される回転電機を例として用いる。この回転電機は、車両の車輪を駆動するモータの機能と、回生を利用して発電を行う発電機の機能を有しており、車両の走行状況に応じてそれらの機能を切り替えて使用される。
【実施例１】
【００１３】
図１は、本発明の実施例１を示す回転電機の固定子の斜視図である。
【００１４】
回転電機は、固定子１００と図示していない回転子とを同軸状に備え、車両側のトランスミッションケース等に固定されている。回転子は固定子の内周側に回転可能に保持され、固定子１００と回転子間に発生する駆動力を外部へ伝達する。固定子１００は円筒形状のハウジング９内に集中巻固定子８を配置して形成され、前記ハウジング９外周の凸部に設けられた貫通穴９１にボルト等の締結部材を用いて車両側トランスミッションケースに固定されている。
【００１５】
集中巻固定子８は、複数の集中巻コイル７が環状に組まれて構成されている。図２は集中巻コイル７の斜視図である。集中巻コイル７は、電磁鋼板を積層したコア５と、コア５の側面外周を覆うように配設されたボビン６と、ボビン６の凹部に絶縁被膜導線１が巻回された固定子巻線とを備える。コア５は、電磁鋼板を回転電機１００（図１）の軸方向に積層して形成され、磁束の変化によって発生する渦電流損を低減している。ボビン６は、固定子の径方向に直交する４面を覆うように、四角形状に貫通した絶縁物である。また、四角形状のボビン６の各辺は、凹部状に形成されている。コア５の継鉄部５１は、コア５同士を連結して円筒状の集中巻固定子８を構成するためのものである。巻き始めコイル端末１０１及び巻き終わりコイル端末１０２が回転電機の軸方向に延伸されている。
【００１６】
図３はコイル端末と導体との接続部の斜視部分断面図である。回転電機の軸方向の固定子端面に円環状の結線板２が配置され、コイルエンドが形成されている。結線板２には貫通孔２０が複数開孔され、各貫通孔２０にコイル端末１０が挿通している。本実施例では、集中巻コイル７の個数は、２４個であり、Ｕ相、Ｖ相、及びＷ相のコイルが８回繰り返して、配置されている。したがって、コイル端末１０の総数は４８本である。２４本の巻き始めコイル端末１０１は、結線板２の内周側に配置され、この２４本の巻き始めコイル端末１０１を互いに結線して中性点が形成される。一方の巻き終わりコイル端末１０２の２４本は、８本ずつ３つの相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）に分割され、結線板２の外周側の径方向に各相ずらした位置に配置され、同相の巻き終わりコイル端末１０２は同一半径の位置に引き出されている。Ｕ相コイル８本、Ｖ相コイル８本、Ｗ相コイル８本をそれぞれ結線し、三相の集中巻固定子８が形成される。
【００１７】
絶縁被膜導線１のコイル端末１０１、１０２は、結線板２と４つの導体３（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相、中性点）の何れかとの双方に挿通されている。結線板２の表面に配置された導体３には接続孔が開孔され、接続孔にはコイル端末１０が挿通し、コイル端末１０の端部が導体３の上面から突出している。この後、ＴＩＧ溶接によりコイル端末１０の端部、及び接続孔の周辺を溶融させてコイル端末１０と導体３とを接合する。
【００１８】
結線板２には壁２１が設けられ、それぞれの導体の位置決めを行うと共に、導体３相互間の相間絶縁を確保している。壁２１は導体３と同等の高さで、導体３の内周、外周、導出部に沿って連続して成形されている。さらに、液状の絶縁体の樹脂を結線板２と導体３上に滴下後、硬化させることで層状樹脂４を成形している。導体３は結線板２と壁２１に下部と側面を囲まれ、上部を層状樹脂４で封止することで固定・絶縁されている。この構造により、結線板２と層状樹脂４を挟んで絶縁被膜導線１と導体３との相間絶縁が保たれている。
【００１９】
図４はコイルエンド結線部の構造を示す分解図である。ここで、４つの導体３は、固定子の軸方向端部（コイルエンド部）に配置できるように、径が互いに異なる略Ｃ字形状であり、同一平面上に同心円状に配列されている。最内周側に中性点となる導体３が配置されている。中性点の外周に外側から順にＵ相、Ｖ相、Ｗ相となる導体３が配置されている。内周側に配置された導体３（Ｖ相、Ｗ相）の一方端は外周側に配置された導体３（Ｕ相、Ｖ相）のＣ字形状の開口部を通り外部に導出され、導出部３１を形成する。導出部３１は溶接やろう付けにより接合された端子板３３を介して回転電機に電力を供給するインバータと接続されている。結線板２は導体３の導出部３１に該当する部位に外周側に凸部２２が形成されている。導出部３１と端子板３３の接合部３２は凸部２２上に配設されている。層状樹脂４は結線板２の凸部２２にも成形されており、導体３と端子板３３の接合部も層状樹脂４で封止されている。
【００２０】
以上説明したように、本実施例によれば、コイル端末１０を貫通孔２０と接続孔との双方に挿通し、コイル端末１０と導体３とを溶接あるいはろう付けなどで接合することで、導体３の変形を最小限に抑えて整列させることができるため、集中巻固定子８のコイルエンドの寸法が小さくなる。
【００２１】
巻き終わりコイル端末１０２の各引き出し位置の半径をＵ相、Ｖ相、Ｗ相、中性点毎に統一し、導体３を径が互いに異なる略Ｃ字形状にして同心円状に配設することで、集中巻固定子８の径方向の幅を有効に利用して導体３を配置することができる。さらに内周側に配置されている導体３の一方端を、外周側に配設されている導体３のＣ字形状の開口部から外部に導出することで、複数の導体３を同一平面上に配置し、導体３の回転電機の軸方向の変形が不要になるので、コイルエンドを短くすることができる。さらに導体３の成形方向が限定されることで成形工程が簡略化され、製造コストを低減させることができる。
【００２２】
結線板２に導体３と同等の高さの壁２１を設け、絶縁体の液状樹脂を滴下・硬化させて成形された層状樹脂４で封止することで、導体３を固定するとともに相互間の絶縁を高めることができる。壁２１は導体３の内周、外周、導出部３１に沿って連続して成形されているため、導体３の固定位置精度が向上する。さらに、壁２１により絶縁距離が長くなり、隣接する導体３間の電気的短絡を防止できる。また、導体３の回転電機の軸方向の変形がないため、全域にわたり導体３と壁２１は同等の高さになる。このため、液状樹脂を滴下した際に樹脂が滴下位置にとどまることができるため、滴下作業が容易になり、層状樹脂４の厚みを平準化することができるため、絶縁の信頼性が確保される。
【００２３】
導体３と端子板３３は溶接あるいはろう付けにより接合されており、接合時の熱影響により導体３の強度が低下する。接合部３２を結線板２と層状樹脂４で封止することにより、振動等の外力による応力を抑え、信頼性を向上できる。
【００２４】
これらにより、モータ特性をそのままに小型化を図ることができ、信頼性を向上することができる。
【実施例２】
【００２５】
実施例１は、導体３０の断面形状が円形となっているが、断面形状を角形とすることで、壁２１と導体３０によって形成される面の凹凸が低減する。図５は、本実施例２の回転電機の固定子の斜視部分断面図である。
【００２６】
導体３０が角形になることで、壁２１と導体３０によって形成される面の凹部体積が減り、凹部に流れ落ちる液状樹脂を低減させ、層状樹脂４を成形するための樹脂量を低減させることができる。
【００２７】
さらに導体３０の断面形状を角形にすることで、同じ断面積とした場合に円形よりも導体３０を低くできるため、固定子の軸方向長さを低減できる。
【実施例３】
【００２８】
実施例１及び実施例２は、層状樹脂を形成するために液状樹脂を滴下・硬化させていたが、樹脂製カバー４１を結線板２上に固定することで、液状樹脂の硬化工程を廃止し、作業を簡略化できる。図６は、本実施例３の回転電機の固定子の斜視部分断面図である。
【００２９】
樹脂製カバー４１の外周及び内周には結線板２の外周部及び内周部下面と嵌合する凸部が設けられ、微小な弾性変形を伴い嵌め合うことで結線板２と樹脂製カバー４１が固定される。樹脂製カバー４１は導体３と弾性変形を伴い接触しており、弾性力により導体３が固定される。導体３が同一平面上に配設されているため、樹脂製カバー４１は平坦形状となり、結線板２との隙間を最小限に抑えて異物が混入する可能性を低くすることができる。
【００３０】
また、本実施例では集中巻コイル７の断面積を円形にしているが、角形でもよい。角形にすることで集中巻コイル７を高密度で巻回できるため、回転電機の効率が向上する。
【００３１】
以上説明した如く、本発明によれば、固定子巻線を多相接続する複数の導体を貫通するように固定子巻線が接合され、Ｃ字状の開口部に外部と接続する導出部が配設されるため、各導体は回転電機の軸方向へ変形が不要となり、導体間の交差を廃止できる。交差を廃止することで導体間の絶縁が容易になり、作業性・絶縁性能を向上できる。さらに、固定子の径方向幅と軸方向幅を最小限にとどめ、固定子、及び回転電機を小型化できる。
【００３２】
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
【符号の説明】
【００３３】
１  絶縁被膜導線
２  結線板
３  導体
４  層状樹脂
５  コア
６  ボビン
７  集中巻コイル（固定子巻線）
８  集中巻固定子
９  ハウジング
１０  コイル端末
２０  貫通孔
２１  壁
２２  凸部
３０  矩形状導体
３１  導体導出部
３２  導体接合部
３３  端子板
４１  樹脂製カバー
５１  継鉄部
９１  貫通穴
１００  回転電機
１０１  巻き始めコイル端末
１０２  巻き終わりコイル端末
【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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