(57)【要約】【課題】接合処理時の位置決め精度の向上および固定子の生産性の向上を図る。【解決手段】固定子１０は、複数のティース４０とスロット５０とを有する固定子鉄心２０と、ティース４０の各々に予め定められた巻数で巻着されるコイル６０と、ティース４０の各々に巻着されるコイル６０の端部間を接続するバスバー７０，８０とを含む。コイル６０は、ティース４０の各々に巻着されるコイル６０の両端部６２，６４が回転電機の回転軸周りについて同一円周上に位置するように形成される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転電機の固定子であって、
複数のティースとスロットとを有する固定子鉄心と、
前記ティースの各々に予め定められた巻数で巻着されるコイルと、
前記ティースの各々に巻着されるコイルの端部間を接続する接続部材とを含み、
前記コイルは、前記ティースの各々に巻着されるコイルの両端部が前記回転電機の回転軸周りについて同一円周上に位置するように形成される、回転電機の固定子。
【請求項２】
前記コイルは、前記コイルの端部と接続部材との接合箇所が前記同一円周上に位置するように形成される、請求項１に記載の回転電機の固定子。
【請求項３】
前記ティースに巻着されるコイルの両端部は、前記固定子鉄心の前記回転軸方向のいずれか一方側に設けられる、請求項１または２に記載の回転電機の固定子。
【請求項４】
前記接続部材は、予め定められた個数だけ離隔したティース毎に巻着されるコイルの端部間を接続する複数の接続部材であって、
前記複数の接続部材は、保持部材により一体的でかつ輪状に保持され、
前記複数の接続部材は、前記コイルの端部よりも径方向外側であって、前記固定子鉄心の外周端よりも径方向内側に設けられる、請求項１〜３のいずれか１つに記載の回転電機の固定子。
【請求項５】
前記コイルは、前記スロットに挿入された金属平板が径方向に積層するようにして前記ティースに巻回されて形成され、
積層された金属平板のうち径方向について最も内側に位置する前記金属平板の端部は、前記ティースを挟んで隣接する積層された金属平板のうち径方向について最も外側に位置する前記金属平板の端部と同一円周上となる位置まで径方向外側に向けて延出して形成される、請求項１〜４のいずれか１つに記載の回転電機の固定子。
【請求項６】
前記回転電機は、集中巻きモータである、請求項１〜５のいずれか１つに記載の回転電機の固定子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転電機の固定子に関し、特に、固定子の生産性の向上および小型化を図る技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、固定子と回転子とからなる回転電機、たとえば、同期モータにおいては、中空円筒形状の固定子鉄心の内周側に回転軸と平行な方向に設けられる複数のティースに、コイルが巻着される。複数のティースに巻着される、同一相のコイル間がバスバーにより接続されることにより、全体で三相交流巻線が構成される。また、コイルとバスバーとの接続には、たとえば、レーザ溶接やＴＩＧ（Tungsten Inert Gas arc）等により行なわれている。
【０００３】
このような回転電機の固定子として、たとえば、特開２００５−１３７１７４号公報（特許文献１）は、接合点の増加に伴う製造コストのアップを低減する固定子の製造方法を開示する。この固定子の製造方法は、固定子と回転子とからなる回転電機における固定子を製造する方法である。固定子は、回転電機の回転軸に平行な方向に設けられた複数のスロットとスロット間に形成されるティースとを有する固定子鉄心と、金属導体を複数枚積層したコイルとを含む。コイルは、金属導体の積層方向から見て、スロットに挿入されティースに巻着可能な開放端部を有する矩形形状の薄板である。製造方法は、回転軸に平行な方向に沿って、コイルをスロットに挿入して、コイルをティースに巻着させるステップと、コイルの積層方向に隣接する２つの金属導体におけるティースを跨いで互いに対向する位置にある２つの開放端部、および２つの開放端部をティースを跨いで閉じる方向に接続する接続部材の少なくとも一方に導電性の接着剤を塗布するステップと、開放端部と接続部材の両端部とがそれぞれ接触するように接続部材に荷重を付与するステップと、荷重を付与した状態で、接着剤を硬化させるステップとを含む。
【０００４】
上述した公報に開示された固定子の製造方法によると、複数の接合箇所への接合処理を一度に行なうことができる。そのため、製造時間の短縮、製造コストの低減が図れる。
【特許文献１】特開２００５−１３７１７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、異なるティースに巻着されるコイル間を接続するバスバーの端部の接合処理時において接合設備（たとえば、溶接用のトーチなど）と接合箇所とを相対的移動させて位置決めする場合には、複数方向に接合設備または固定子を移動させる必要があるため、精度高く位置決めできないという問題がある。接合箇所の位置決めの精度が悪化すると、十分な接合強度を確保できない場合がある。
【０００６】
上述した公報に開示された固定子の製造方法においては、上述したような問題について何ら考慮されていないため、このような問題を解決することができない。
【０００７】
本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであって、その目的は、接合処理時の位置決め精度の向上および固定子の生産性の向上を図る回転電機の固定子を提供することである。本発明のさらなる目的は、小型化を図る回転電機の固定子を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
第１の発明に係る回転電機の固定子は、複数のティースとスロットとを有する固定子鉄心と、ティースの各々に予め定められた巻数で巻着されるコイルと、ティースの各々に巻着されるコイルの端部間を接続する接続部材とを含む。コイルは、ティースの各々に巻着されるコイルの両端部が回転電機の回転軸周りについて同一円周上に位置するように形成される。
【０００９】
第１の発明によると、コイルの両端部は、同一円周上となる位置であるため、コイルの端部間を接続する接続部材をコイルの端部よりも径方向外側に組み付ける場合に、固定子鉄心のティースにコイルを組み付けた後に、接続部材を組み付けることが可能となる。さらに、接合設備による接続部材との接合箇所を回転軸周りの方向のみで位置決めすることができるため、精度高く位置決めをすることができる。そのため、十分な接合強度を確保することができる。さらに、回転軸周りの方向のみで位置決めをすることができるため、接合設備の簡素化が図れる。そのため、固定子の製造コストの低減が図れる。したがって、接合処理時の位置決め精度の向上および固定子の生産性の向上を図る回転電機の固定子を提供することができる。
【００１０】
第２の発明に係る回転電機の固定子においては、第１の発明の構成に加えて、コイルは、コイルの端部と接続部材との接合箇所が同一円周上に位置するように形成される。
【００１１】
第２の発明によると、コイルの端部と接続部材との接合箇所が同一円周上に位置するため、接合設備と接合箇所とを回転軸周りの方向のみで位置決めすることができる。そのため、精度高く位置決めをすることができるため、十分な接合強度を確保することができる。
【００１２】
第３の発明に係る回転電機の固定子においては、第１または２の発明の構成に加えて、ティースに巻着されるコイルの両端部は、固定子鉄心の回転軸方向のいずれか一方側に設けられる。
【００１３】
第３の発明によると、コイルの両端部が固定子鉄心の回転軸方向のいずれか一方側に設けることにより、接続部材との接合箇所を回転軸方向のいずれか一方側に設けることができる。そのため、接合設備の簡素化が図れ、固定子の製造コストの低減が図れる。
【００１４】
第４の発明に係る回転電機の固定子においては、第１〜３のいずれかの発明の構成に加えて、接続部材は、予め定められた個数だけ離隔したティース毎に巻着されるコイルの端部間を接続する複数の接続部材である。複数の接続部材は、保持部材により一体的でかつ輪状に保持される。複数の接続部材は、コイルの端部よりも径方向外側であって、固定子鉄心の外周端よりも径方向内側に設けられる。
【００１５】
第４の発明によると、一体的でかつ輪状に保持される複数の接続部材は、コイルの端部よりも径方向外側であって、固定子鉄心の外周端よりも径方向内側に設けられる。これにより、コイルを固定子鉄心のティースに組み付けた後に、一体的に保持される複数の接続部材を軸方向から組み付けることができる。また、一体的に保持される複数の接続部材は、固定子鉄心の外周端よりも径方向内側に設けられるため、回転電機が径方向外側に体格が拡大することを抑制することができる。さらに、接続部材は、同一円周上に設けられるコイルの端部よりも径方向外側に設けられるため、一体的に保持された接続部材を固定子鉄心に組み付けた後にコイルをティースに巻着することもできる。そのため、生産工程の自由度が向上する。また、コイルの端部よりも径方向外側に接続部材が設けられるため、軸方向の突出を抑制して固定子の体格を小型化することができる。したがって、小型化を図る回転電気の固定子を提供することができる。
【００１６】
第５の発明に係る回転電機の固定子においては、第１〜４のいずれかの発明の構成に加えて、コイルは、スロットに挿入された金属平板が径方向に積層するようにしてティースに巻回されて形成される。積層された金属平板のうち径方向について最も内側に位置する金属平板の端部は、ティースを挟んで隣接する積層された金属平板のうち径方向について最も外側に位置する金属平板の端部と同一円周上となる位置まで径方向外側に向けて延出して形成される。
【００１７】
第５の発明によると、コイルと接続部材との接合箇所を同一円周上とすることができるため、接合設備と接合箇所とを回転軸周りの方向のみで位置決めすることができる。そのため、精度高く接合箇所の位置決めすることができる。また、コイルを固定子鉄心のティースに巻着した後に、接続部材を組み付けることができる。
【００１８】
第６の発明に係る回転電機の固定子においては、第１〜５のいずれかの発明の構成に加えて、回転電機は、集中巻きモータである。
【００１９】
第６の発明によると、集中巻きモータに本発明を適用することにより、固定子の接合処理時の位置決め精度の向上および生産性の向上が図れる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがってそれらについての詳細な説明は繰返さない。
【００２１】
図１に示すように、本実施の形態において回転電機は、固定子１０と回転子（図示せず）とを含む。固定子１０は、固定子鉄心２０と、複数のコイル６０と、バスバー（図示せず）とを含む。
【００２２】
固定子鉄心２０は、円環状のヨーク３０と、ヨーク３０の内周面において円周方向に沿って等間隔に形成される複数のティース４０とを含む。ティース４０は、軸中心に対向し、かつ、軸方向に沿って形成される突起部である。各ティース４０の間には、隣接する２つのティース４０によりスロット５０が形成される。ティース４０には、コイル６０が巻回されるため、スロット５０はコイル６０によって占有される。ティース４０に巻回されたコイル６０に流される電流を制御することによって、固定子１０に回転磁界が発生する。発生した回転磁界により回転子に回転力が生じる。
【００２３】
複数のコイル６０は、複数のティース４０に対応して設けられる。各コイル６０は、幅方向に曲げ加工されて巻回される導体の金属平板から成り、対応するティース４０に集中的に巻回される。本実施の形態において回転電機は、集中巻きモータである。
【００２４】
また、コイル６０は、スロット５０に挿入された金属平板が径方向に積層するようにティース４０に巻着される。ティース４０に巻着されるコイル６０の一方端であるコイル端部６２は、スロット５０内の径方向について最も内側の金属平板が、ティース４０を挟んで隣接するスロット５０内の径方向について最も外側の、コイル６０の他方端であるコイル端部６４と同一円周上となる位置まで径方向外側に向けて延出して形成される。
【００２５】
ここで、「同一円周上となる位置」とは、コイル端部６２とバスバーの端部との接合箇所およびコイル端部６４とバスバーの端部との接合箇所がいずれも同一円周上となる位置である。コイル端部６２とバスバーの端部およびコイル端部６４とバスバーの端部との接合箇所は、十分な接合強度が確保される位置であって、予め定められた位置である。
【００２６】
なお、本実施の形態において、コイル端部６２とコイル端部６４とは、固定子鉄心２０の回転軸方向のいずれか一方側に設けられる。さらに、コイル端部６２およびコイル端部６４のバスバーの端部との接合箇所は、軸方向について固定子鉄心２０の端面から軸方向に同程度の高さに位置するとして説明するが特にこれに限定されるものではなく、異なる高さとしてもよい。
【００２７】
コイル６０を構成する金属平板の表面には、隣接する金属平板間の絶縁を確保するためにエナメル加工が施されている。そして、複数のコイル６０は、固定子１０の円周方向にＵ相、Ｖ相、Ｗ相の順に繰り返し配設され、同相のコイルは、後述するバスバーによって電気的に接続される。金属平板からなるコイル６０は、丸線を巻回して構成されるコイルに比べて占積率を高めることができ、放熱性にも優れる。
【００２８】
なお、コイル６０とティース４０との間は、絶縁部材を介在させて絶縁性を確保するようにしてもよい。たとえば、コイル６０とティース４０との間には、絶縁紙や比較的容易に屈撓可能な樹脂を介在させるようにしてもよい。樹脂は、たとえば、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）樹脂やＬＣＰ（液晶ポリマー）樹脂などである。
【００２９】
バスバーは、予め定められた個数だけ離隔したティースに巻着されるコイルの端部間を接続する接続部材である。本実施の形態において、回転電機は三相交流同期回転電機である。すなわち、バスバーは、コイル端部６４と３ティース分だけ離隔したティース４０に巻着されたコイル６０のコイル端部６２とを接続する。このようにして、バスバーは、３ティース毎に巻着された同一相のコイル６０間を接続する。
【００３０】
図２に示すように、コイル端部６２は、バスバー７０の一方端であるバスバー端部７２に接続される。また、コイル端部６４は、バスバー８０の一方端であるバスバー端部８４に接続される。
【００３１】
図３に図２のＡ−Ａ断面を示す。図３に示すように、コイル端部６２は、スロット５０内の径方向について最も内側の金属平板の端部を、ティース４０を挟んで隣接するスロット５０内の径方向について最も外側のコイル端部６４と同一円周上となる位置まで径方向外側に向けて延出して形成される。コイル端部６２は、金属平板の幅の広い方の面が軸中心側に面するように形成される。
【００３２】
また、コイル端部６２は、コイル端部６４と同一円周上となる位置で、軸方向かつ固定子鉄心２０（あるいはコイル６０のコイルエンド）から離隔する方向に金属平板が折り曲げられて形成される。
【００３３】
バスバー端部７２は、バスバー７０が固定子鉄心２０に組み付けられたときに金属平板の幅の広い方の面が軸中心側に面するように折り曲げられて形成される。また、バスバー７０がコイル６０に組み付けられた状態においては、コイル端部６２とバスバー端部７２とが当接した状態となる。
【００３４】
図４に図２のＢ−Ｂ断面を示す。図４に示すように、コイル端部６４は、スロット５０内の金属平板の端部を軸方向に固定子鉄心２０から延出して形成される。そのため、コイル端部６４は、金属平板の幅の広い方の面が軸中心側に面する。
【００３５】
バスバー端部８４は、バスバー８０が固定子鉄心２０に組み付けられたときに金属平板の幅の広い方の面が軸中心側に面するように折り曲げられて形成される。また、バスバー８０がコイル６０に組み付けられた状態においては、コイル端部６４とバスバー端部８４とが当接した状態となる。
【００３６】
バスバー８０は、バスバー端部８４から径方向外側に延出されて形成される部材８８と、部材８８から他方端であるバスバー端部８２に向けて板状に延出される部材８６とから構成される。バスバー端部８２は、ティース４０から３ティース分だけ離隔した位置のティース４０に巻着されたコイルのコイル端部６２に接続される。
【００３７】
なお、バスバー７０，８０およびその他のバスバーは、いずれも金属平板が予め定められた形状に折り曲げられて形成されるものであって、いずれも略同一の形状を有する。
【００３８】
このようにコイル６０のコイル端部６２，６４に異なるバスバー７０，８０のバスバー端部７２，８４とが接続されることにより、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相のうち同一相に対応する複数のコイル群がそれぞれ直列的に連結されて、全体で三相交流巻線が構成される。Ｕ相、Ｖ相およびＷ相の各相に対応するコイル群の両端部には、端子（図示せず）がそれぞれ設けられ、各端子にはパワーケーブル（図示せず）が接続される。
【００３９】
図５に示すように、複数のコイル６０間を接続するバスバーは、輪状に形成される保持部材９０により一体的に保持される。保持部材９０には、バスバーの形状に対応した複数の溝が周方向に沿って複数個形成され、形成された溝に複数のバスバーが挿入される。挿入された複数のバスバーは、隣接するバスバーから回転軸を中心として予め定められた角度だけ移動した位置に保持され、全体として輪状に保持される。
【００４０】
なお、複数のバスバーの保持部材９０による保持方法としては、上述の方法に特に限定されるものではない。たとえば、樹脂により複数のバスバーを予め定められた位置で保持するように一体成形するようにしてもよい。
【００４１】
図５の破線枠の拡大図である図６に示すように、保持部材９０によりバスバー７０，８０が保持されることにより、バスバー端部７４とバスバー端部８２との位置関係が保持される。保持部材９０を固定子鉄心２０に組み付けることにより、バスバー端部７２は、コイル端部６２と当接し、バスバー端部８４は、コイル端部６４と当接した状態となる。
【００４２】
図７に示すように、保持部材９０を軸方向から視た場合、バスバー７０，８０の端部７２，７４，８２，８４および他のバスバーの端部は、保持部材９０の軸中心とコイル６０が巻着された固定子鉄心２０の軸中心とを合致させると、コイル６０の両端部よりも径方向外側に位置することとなる。このとき、保持部材９０および保持部材９０により保持される複数のバスバーは、固定子鉄心２０のコアヨーク３０の外周端よりも径方向内側に設けられる。
【００４３】
コイル端部６２とバスバー端部７２およびコイル端部６４とバスバー端部８４とは、当接した状態で接合設備による接合処理が行なわれる。接合処理は、たとえば、レーザ溶接やＴＩＧ等による接合処理であって、接合設備は、たとえば、レーザ溶接により接合処理を行なう場合には、溶接用のトーチである。
【００４４】
本実施の形態において、コイルとバスバーとの接合箇所は、同一円周上に位置するため、接合設備と接合箇所との位置決めの際には、接合設備あるいは接合箇所を周方向にのみ回転移動させることにより行なわれる。位置決め後には、接合設備と接合箇所との軸方向の距離が縮小するように接合設備あるいは固定子１０が移動される。そして、接合設備が接合箇所と当接した状態で接合処理が実施されることにより、コイルとバスバーとの接合が行なわれる。また、接合処理は、コイルとバスバーと接合箇所すべてにおいて実施される。
【００４５】
以上のような構造を有する固定子１０の作用について説明する。固定子鉄心２０の複数のティース４０に対して螺旋形状に巻回されたコイル６０が軸中心側から組み付けられると複数のティースに巻着されるコイル６０の両端部は、固定子１０の回転軸周りについて同一円周上に位置することとなる。
【００４６】
固定子鉄心２０の複数のティース４０にコイル６０を組み付けた後に、固定子鉄心２０と保持部材９０との軸中心を合致させつつ、保持部材９０を固定子鉄心２０の軸方向から組み付けることによりバスバーとコイルの端部とが当接した状態となる。
【００４７】
保持部材９０の組み付け後、バスバーの端部とコイルの端部との接合箇所は、全て同一円周上となる。そのため、固定子を固定した上で接合設備を回転軸周りに移動させるかあるいは接合設備を固定した上で固定子を回転軸周りに移動させることにより、接合設備と接合箇所とを位置決めした上で接合処理が実施される。回転軸周りの位置決めと接合処理とを繰返すことにより全ての接合箇所に対して接合処理が実施される。
【００４８】
以上のようにして、本実施の形態に係る回転電機の固定子によると、固定子鉄心に形成されるティースに螺旋形状に巻回されたコイルを組み付けた後に、バスバーを組み付けることが可能となる。さらに、接合設備によるバスバーとの接合箇所を回転軸周りの方向のみで位置決めすることができるため、精度高く接合箇所の位置決めをすることができる。そのため、十分な接合強度を確保することができる。さらに、回転軸周りの方向のみで位置決めをすることができるため、接合設備の簡素化が図れる。そのため、固定子の製造コストの低減が図れる。したがって、接合処理時の位置決め精度の向上および固定子の生産性の向上を図る回転電機の固定子を提供することができる。
【００４９】
コイルの両端部が固定子鉄心の回転軸方向のいずれか一方側に設けることにより、接続部材との接合箇所を回転軸方向のいずれか一方側に設けることができる。そのため、接合設備の簡素化が図れ、固定子の製造コストの低減が図れる。
【００５０】
さらに、一体的でかつ輪状に保持される複数のバスバーは、コイルの端部よりも径方向外側であって、固定子鉄心の外周端よりも径方向内側に設けられる。これにより、コイルを固定子鉄心のティースに組み付けた後に、一体的に保持される複数のバスバーを軸方向から組み付けることができる。また、一体的に保持される複数のバスバーは、固定子鉄心の外周端よりも径方向内側に設けられるため、回転電機が径方向外側に体格が拡大することを抑制することができる。
【００５１】
さらに、バスバーは、同一円周上に設けられるコイルの端部よりも径方向外側に設けられるため、一体的に保持された接続部材を固定子鉄心に組み付けた後にコイルをティースに巻着することもできる。そのため、生産工程の自由度が向上する。
【００５２】
また、コイルの端部よりも径方向外側にバスバーが設けられるため、軸方向について小型化することができる。したがって、小型化を図る回転電機の固定子を提供することができる。
【００５３】
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】
【００５４】
【図１】本実施の形態に係る回転電機の固定子を軸方向から視た図である。
【図２】コイルの端部にバスバーが組み付けられた状態を示す図である。
【図３】図２のＡ−Ａ断面を示す断面図である。
【図４】図２のＢ−Ｂ断面を示す断面図である。
【図５】バスバーおよび保持部材の斜視図である。
【図６】図５の破線枠の拡大図である。
【図７】バスバーおよび保持部材を軸方向から視た図である。
【符号の説明】
【００５５】
１０  固定子、２０  固定子鉄心、３０  コアヨーク、４０  ティース、５０  スロット、６０  コイル、６２，６４  コイル端部、７０，８０  バスバー、７２，８２，８４
バスバー端部、９０  保持部材。
【図１】
2009106008.tif 000003
【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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