(57)【要約】【課題】  交流回転電機における中性点の占有スペースを抑制することである。【解決手段】  交流回転電機のＵ相、Ｖ相およびＷ相の各々において複数本並列接続されたコイル巻線は、その中性点ノード６１ｕｎ、６２ｕｎ，６１ｖｎ，６２ｖｎ，６１ｗｎ，６２ｗｎを一体的に結合させることで、中性点６０における電気的接続を確保される。同一相に属するコイル巻線の中性点ノードの少なくとも一部は、各相に対応して設けられた絶縁スリーブ１０１〜１０３へ共通に挿入され、かつ、中性点ノードのうちの絶縁スリーブに挿入されない部分は、同一相に対応する複数のコイル巻線の巻回部位に近接して配策される。【選択図】        図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数相の交流回転電機であって、
前記複数相の各々において、各相端子と中性点との間に並列接続される複数のコイル巻線と、
前記複数のコイル巻線が巻回される固定子鉄心と、
前記複数相の各々に対応して設けられる絶縁スリーブとを備え、
前記複数のコイル巻線の前記中性点側のノード部分は、前記固定子鉄心への前記コイル巻線の巻回部位に接して配策され、
前記絶縁スリーブには、対応の同一相に属する前記複数のコイル巻線の前記中性点側のノード部分の少なくとも一部が共通に挿入され、
前記複数のコイル巻線の前記中性点側のノード部分のうちの、前記絶縁スリーブに挿入されない部分は、前記同一相に対応する前記複数のコイル巻線の巻回部位に近接して配策される、交流回転電機。
【請求項２】
前記各相端子は、複数のスイッチング素子で構成された複数相のインバータ装置の対応相の出力と接続される、請求項１に記載の交流回転電機。
【請求項３】
前記交流回転電機は自動車に搭載される、請求項１に記載の交流回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、交流回転電機に関し、より特定的には、各相において並列接続された複数のコイル巻線を備える複数相の交流回転電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
固定子および回転子からなる複数相の交流電動機（交流回転電機）では、中性点において各相のコイル巻線（固定子巻線）を電気的に結合する必要がある。
【０００３】
たとえば、特許文献１には、電気絶縁性を有する粘着製テープにて固定子鉄心の内周側から外周側にかけてコイルエンドの固定子巻線を連続的に全体を囲むように覆ったことで整形時等の断線を保護し、中性点の電気的結合を確保する構成が開示されている。
【特許文献１】特開平６−２４５４２３号公報
【特許文献２】特開２００２−１７１７０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一般的には、上記のような電気的結合を確保するために、コイルエンド同士は、圧接によるかしめ加工等によって一体化されるので、当該結合部位の体格が増大して、限られたスペースに交流電動機を据置く必要がある際に支障を来す恐れがある。
【０００５】
特に、高速スイッチングを伴うインバータによって駆動される交流電動機では、スイッチング動作に起因するサージが発生して、固定子巻線に高いサージ電圧が印加される。このため、交流電動機の各相で複数の固定子巻線を並列接続することによって、各固定子巻線でのサージ電圧を緩和しようとする構成が試みられている。
【０００６】
また、高電圧印加に伴って中性点と他の部位との間の絶縁を強化するために、絶縁被膜を有する各固定子巻線の中性点相当部分を、さらに絶縁スリーブに挿入する構成も採用されている。
【０００７】
しかしながら、このような構成では、サージ電圧緩和のため各相での固定子巻線の並列接続配線数を増加させると、それに伴って絶縁スリーブ本数も増加してしまう。このため、中性点では、これらの絶縁スリーブが重なり合う部位が必然的に生じるため、その占有スペースが増大してしまう。この結果、自動車等の配置制約が厳しい適用では、その配置に問題を生ずる可能性もある。
【０００８】
この発明は、このような問題点を解決するためのものであって、この発明の目的は、交流回転電機、特にインバータによって駆動される交流回転電機における中性点の占有スペースを抑制することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明による交流回転電機は、複数相の交流回転電機であって、複数のコイル巻線と、固定子鉄心と、絶縁スリーブとを備える。複数のコイル巻線は、複数相の各々において、各相端子と中性点との間に並列接続される。固定子鉄心には、複数のコイル巻線が巻回される。絶縁スリーブは、複数相の各々に対応して設けられる。複数のコイル巻線の中性点側のノード部分は、固定子鉄心への複数のコイル巻線の巻回部位に接して配策され、絶縁スリーブには、対応の同一相に属する複数のコイル巻線の中性点側のノード部分の少なくとも一部が共通に挿入され、複数のコイル巻線の中性点側のノード部分のうちの、絶縁スリーブに挿入されない部分は、同一相に対応する複数の巻線の巻回部位に近接して配策される。
【００１０】
好ましくは、各相端子は、複数のスイッチング素子で構成された複数相のインバータ装置の対応相の出力と接続される。
【００１１】
また好ましくは、交流回転電機は自動車に搭載される。
【発明の効果】
【００１２】
この発明による複数相の交流回転電機は、各コイル巻線でのサージ電圧の緩和のために各相ごとに複数のコイル巻線を並列接続するとともに、同一相に属するコイル巻線の中性点側のノード部分の少なくとも一部は、各相に対応して設けられた絶縁スリーブへ共通に挿入され、かつ、中性点側のノード部分のうちの絶縁スリーブに挿入されない部分は、同一相に対応する複数のコイル巻線の巻回部位に近接して配策される。
【００１３】
位相の異なる交流電圧が印加される異相のコイル巻線間と比較して、同相のコイル巻線間では、印加電圧が同相であることから多大な電圧差は生じ難いため、各コイル巻線の中性点側のノードについて、絶縁スリーブに他の同相コイル巻線と共通に挿入された部分および、絶縁スリーブに挿入されていない部分の両方についても、各コイル巻線に設けられた絶縁被膜のみで絶縁性を確保することができる。
【００１４】
したがって、絶縁スリーブ数の削減および必要なスリーブ長を削減できるので、中性点の占有スペースを抑制して、交流電動機の配置制約を緩和することができる。
【００１５】
特に、サージの発生し易いインバータ装置によって回転駆動される交流回転電機において、サージ電圧の緩和のため各相におけるコイル巻線の並列接続本数を増やした場合にも、これに伴って中性点の占有スペースが著しく増大するのを抑制できる。
【００１６】
また、制約スペース制約の大きい自動車に搭載する場合に、中性点の占有スペースを抑制することにより、その配置を柔軟なものとすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下において、この発明の実施の形態について図面を参照して、詳細に説明する。なお、同一または相当部分には同一符号を付して、その説明は原則として繰返さないものとする。
【００１８】
図１は、この発明に従う交流回転電機の構成および電力供給形態を説明する電気回路図である。図１には、三相の交流電動機５０が、複数相の交流回転電機の代表例として示される。
【００１９】
この発明による交流電動機５０は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相からなる三相モータであり、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相にそれぞれ対応する各相端子５５ｕ，５５ｖ，５５ｗを備える。各相端子５５ｕ，５５ｖ，５５ｗは、インバータ装置２０の出力端子２５ｕ，２５ｖ，２５ｗとそれぞれ電気的に接続される。
【００２０】
交流電動機５０は、コイル巻線６１ｕ，６１ｖ，６１ｗ，６２ｕ，６２ｖ，６２ｗをさらに有する。コイル巻線６１ｕおよび６２ｕは、Ｕ相端子５５ｕおよび中性点６０との間に並列に接続される。コイル巻線６１ｕおよび６２ｕの中性点６０と接続される中性点ノードは符号６１ｕｎおよび６２ｕｎでそれぞれ示される。
【００２１】
同様に、コイル巻線６１ｖおよび６２ｖは、Ｖ相端子５５ｖおよび中性点６０との間に並列に接続される。コイル巻線６１ｖおよび６２ｖの中性点ノード６１ｖｎおよび６２ｖｎは、中性点６０と接続される。また、コイル巻線６１ｗおよび６２ｗは、Ｗ相端子５５ｗおよび中性点６０との間に並列に接続される。コイル巻線６１ｗおよび６２ｗの中性点ノード６１ｗｎおよび６２ｗｎは、中性点６０と接続される。
【００２２】
インバータ装置２０は、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６およびダイオードＤ１〜Ｄ６から構成される。スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２はＵ相アームを構成し、バッテリ１０からの電源ライン１１およびアースライン１２の間に直列に接続される。同様に、スイッチング素子Ｑ３，Ｑ４はＶ相アームを構成し、電源ライン１１およびアースライン１２の間に直列に接続される。さらに、スイッチング素子Ｑ５，Ｑ６はＷ相アームを構成し、電源ライン１１およびアースライン１２の間に直列に接続される。
【００２３】
スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６としては、たとえばＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）が適用される。ダイオードＤ１〜Ｄ６は、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６にそれぞれ対応して設けられる逆並列ダイオードである。
【００２４】
出力端子２５ｕは、スイッチング素子Ｑ１およびＱ２の接続ノードと電気的に接続され、出力端子２５ｖは、スイッチング素子Ｑ３およびＱ４の接続ノードと電気的に接続され、出力端子２５ｗは、スイッチング素子Ｑ５およびＱ６の接続ノードと電気的に接続される。
【００２５】
インバータ装置２０は、電源ライン１１およびアースライン１２の間にバッテリ１０から供給される直流入力電圧を三相交流電圧に変換して出力端子２５ｕ，２５ｖ，２５ｗに生成する。交流電動機５０は、インバータ装置２０から供給される三相交流電圧によって回転駆動される。
【００２６】
図２は、交流電動機５０の外形を説明する概略図である。
【００２７】
図２を参照して、交流電動機５０は、回転軸５１の周りを回転可能に形成された回転子７０と、回転子７０の外周に設けられた固定子８０とを有する。固定子８０は、円環状の磁性鋼板を積層して構成された固定子鉄心８５と、固定子鉄心８５の周りに巻回されたコイル巻線９０とから構成される。コイル巻線９０は、図１に示されたコイル巻線６１ｕ〜６１ｗ，６２ｕ〜６２ｗを総括的に示すものである。これらのコイル巻線は、図１に示した中性点６０に相当するノードで互いに電気的に結合される。これらの中性点ノードは、固定子鉄心８５に巻回されたコイル巻線９０に対して、コイル軸方向に沿って接して配策される。
【００２８】
したがって、中性点６０の結合ノードの占有スペースが大きくなれば、固定子部分のモータ軸方向に沿ったサイズが大きくなってしまい、その配置に制約が生じる。
【００２９】
図３は、比較例として示される中性点構造を説明する図である。図３は、図２におけるＸ方向から見た平面図に相当する。
【００３０】
図３を参照して、コイル巻線の中性点ノード６１ｕｎ〜６１ｗｎ，６２ｕｎ〜６２ｗｎは、中性点６０で圧接等のかしめ加工によって一体化されて、電気的な結合が確保される。この際に、中性点ノード６１ｕｎ〜６１ｗｎ，６２ｕｎ〜６２ｗｎは、各々が絶縁被膜で覆われているのに加えて、絶縁部材で形成された絶縁スリーブ１０１〜１０６にそれぞれ挿入されることにより、他のコイル巻線との間の絶縁性を強化される。
【００３１】
しかしながら、図３に示した中性点構造では、各コイル巻線に対応して絶縁スリーブが１つずつ設けられるため、コイル巻線が一体的に収容される中性点６０の近傍で、複数の絶縁スリーブ１０１〜１０６が重なり合う配置とならざるを得ず、モータ軸方向（紙面の鉛直方向）に関して占有スペースの増大を招いてしまう。
【００３２】
図４は、この発明の実施の形態に従う中性点構造を示す図である。図４について、図２におけるＸ方向から見た平面図に相当する。
【００３３】
図４を参照して、この発明の実施の形態では、中性点６０において一体的にかしめ加工されるコイル巻線の中性点ノード６１ｕｎ〜６１ｗｎ，６２ｕｎ〜６２ｗｎは、各相毎に共通のスリーブ内に挿入される。図３では、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相にそれぞれ対応して絶縁スリーブ１０１〜１０３が設けられる。
【００３４】
絶縁スリーブ１０１の内部には中性点ノード６１ｕｎおよび６２ｕｎの少なくとも一部が共通に挿入されている。さらに、中性点ノード６１ｕｎおよび６２ｕｎのうちの、絶縁スリーブ１０１に挿入されない部位については、その下部領域に同相であるＵ相コイル巻線（図示せず）が巻回される領域に合せて、その上部に配策されている。
【００３５】
同様に、絶縁スリーブ１０２の内部には中性点ノード６１ｖｎおよび６２ｖｎの少なくとも一部が共通に挿入され、絶縁スリーブ１０２に挿入されない部位については、同相のＶ相コイル巻線（図示せず）が巻回される領域の上部に配策されている。さらに、絶縁スリーブ１０３の内部には中性点ノード６１ｗｎおよび６２ｗｎの少なくとも一部が共通に挿入され、絶縁スリーブ１０３に挿入されない部位については、同相のＶ相コイル巻線（図示せず）が巻回される領域の上部に配策されている。
【００３６】
このような構成とすることにより、中性点６０でモータ軸方向に重なる絶縁スリーブの本数が削減されるので、占有スペースの増大は抑制される。
【００３７】
なお、異なる相のコイル巻線には位相の異なる交流電圧が印加されるため、これらのコイル巻線間の電圧差は大きくなりやすい一方で、同相のコイル巻線間では、印加電圧が同相であることから多大な電圧差は生じ難い。このため、上述のような中性点ノードの配策とすることにより、絶縁スリーブに挿入されていない部分についても、各コイル巻線に設けられた絶縁被膜のみで絶縁性を確保することができる。
【００３８】
このように、この発明による固定子の中性点構造によれば、絶縁スリーブ数の削減および必要なスリーブ長を削減できるので、中性点の占有スペースを抑制して、交流電動機の配置制約を緩和することができる。
【００３９】
同様の中性点構造は、各相でのコイル巻線数を増加させた場合にも同様に適用できる。
【００４０】
図５は、各相当り４本のコイル巻線が並列接続された交流電動機５０♯の固定子の構成を示す電気回路である。
【００４１】
図５を参照して、交流電動機５０♯は、コイル巻線６１ｕ〜６１ｗ、６２ｕ〜６２ｗ、
６３ｕ〜６３ｗおよび６４ｕ〜６４ｗを有する。４本のコイル巻線６１ｕ〜６４ｕは、Ｕ相端子５５ｕおよび中性点６０との間に並列に接続される。コイル巻線６１ｕ〜６４ｕの中性点６０と接続される中性点ノードは符号６１ｕｎ〜６４ｕｎでそれぞれ示される。
【００４２】
同様に、４本のコイル巻線６１ｖ〜６４ｖは、Ｖ相端子５５ｖおよび中性点６０との間に並列に接続される。コイル巻線６１ｖ〜６４ｖの中性点ノード６１ｖｎ〜６４ｖｎは、中性点６０と接続される。また、コイル巻線６１ｗ〜６４ｗは、Ｗ相端子５５ｗおよび中性点６０との間に並列に接続される。コイル巻線６１ｗ〜６４ｗの中性点ノード６１ｗｎ〜６４ｗｎは、中性点６０と接続される。
【００４３】
図６は、図５に示した交流電動機５０♯の中性点６０付近のレイアウト配置を説明する図である。
【００４４】
図６を参照して、各相において４本ずつ並列接合されたコイル巻線につき、コイル巻線６１ｕ〜６１ｗ，６２ｕ〜６２ｗの配置については、図３に示したのと同様に、各相毎に設けられた絶縁スリーブ１０１〜１０３を用いて実行されるので詳細な説明は繰返さない。
【００４５】
さらに、追加して設けられたコイル巻線６３ｕ〜６３ｗおよび６４ｕ〜６４ｗに対して、絶縁スリーブ１１０〜１１２がさらに設けられる。絶縁スリーブ１１０は、Ｕ相に対して設けられ、対応のコイル巻線６３ｕおよび６４ｕの中性点ノード６３ｕｎおよび６４ｕｎが共通に挿入される。さらに、中性点ノード６３ｕｎおよび６４ｕｎのうちの、絶縁スリーブ１１０に挿入されない部位については、その下部領域に同相であるＵ相コイル巻線（図示せず）が巻回される領域に合せて、その上部に配策されている。
【００４６】
同様に、Ｖ相に対応する絶縁スリーブ１１１の内部には中性点ノード６３ｖｎおよび６４ｖｎの少なくとも一部が共通に挿入され、絶縁スリーブ１１１に挿入されない部位については、同相のＶ相コイル巻線（図示せず）が巻回される領域の上部に配策されている。
【００４７】
さらに、Ｗ相に対応する絶縁スリーブ１１２の内部には中性点ノード６３ｗｎおよび６４ｗｎの少なくとも一部が共通に挿入され、絶縁スリーブ１１２に挿入されない部位については、同相のＶ相コイル巻線（図示せず）が巻回される領域の上部に配策されている。
【００４８】
このような構造とすることにより、各相毎に並列接続されるコイル巻線に関わらず、各相コイル巻線の中性点ノードについて、他の相のコイル巻線との間で絶縁強化が必要となる部位については共通の絶縁スリーブに挿入し、かつ、絶縁スリーブへの非挿入部位については、同相のコイル巻線が巻回される領域の上部に配策される構造とすることにより、中性点で必要な絶縁性を確保するともに、中性点の占有スペースを縮小できる。この結果、交流回転電機のレイアウト制約を緩和できる。
【００４９】
なお、この発明による交流回転電機は、フロア下領域などの狭いスペースへの配置を余儀なくされる、自動車等の車両への搭載に好適である。
【００５０】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】この発明に従う交流回転電機の構成および電力供給形態を説明する電気回路図である。
【図２】図１に示された交流電動機の外形を説明する概略図である。
【図３】比較例として示される中性点構造を説明する図である。
【図４】図１に示した交流回転電機のこの発明の実施の形態に従う中性点構造を示す図である。
【図５】各相のコイル巻線数を増やした交流回転電機の固定子構成を示す電気回路図である。
【図６】図５に示した交流回転電機のこの発明の実施の形態に従う中性点構造を示す図である。
【符号の説明】
【００５２】
２０  インバータ装置、２５ｕ，２５ｖ，２５ｗ  出力端子（インバータ装置）、５０，５０♯  交流電動機、５５ｕ，５５ｖ，５５ｗ  各相端子（交流電動機）、６０  中性点、６１ｕ，６１ｖ，６１ｗ，６２ｕ，６２ｖ，６２ｗ，６３ｕ，６３ｖ，６３ｗ，６４ｕ，６４ｖ，６４ｗ，９０  コイル巻線、６１ｕｎ，６１ｖｎ，６１ｗｎ，６２ｕｎ，６２ｖｎ，６２ｗｎ，６３ｕｎ，６３ｖｎ，６３ｗｎ，６４ｕｎ，６４ｖｎ，６４ｗｎ  中性点ノード、７０  回転子、８０  固定子、８５  固定子鉄心、１０１〜１０３，１１０〜１１２  絶縁スリーブ、Ｑ１〜Ｑ６  スイッチング素子
【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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