(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【発明を実施するための形態】
【0012】
[実施の形態]
本発明の集配電リング及び電動機の実施の形態について、
図1乃至
図8を参照して説明する。
【0013】
(電動機1の構成)
図1は、本発明の実施の形態に係る電動機1の構成例の概略について説明する模式図である。
【0014】
この電動機1は、回転子であるロータ2と、固定子であるステータ3と、ステータ3に保持された第1乃至第3のバスリング61〜63を有する集配電リング6と、中性相バスリング44とを備えている。
【0015】
ロータ2は、図略の軸受によってステータ3と同軸上で回転可能に支持されたシャフト21と、シャフト21の外周面に固定されてN極及びS極が周方向に沿って交互に着磁された円筒状の磁石22とを有している。
【0016】
ステータ3は、環状に配置された複数のコア31と、コア31の外周囲に巻き回された巻線32と、後述するインシュレータ33A(
図2に示す)とを有している。
【0017】
本実施の形態では、24個のコア31が、
図1に示すシャフト21の回転軸線Oを中心として環状に配置されている。これら24個のコア31は、8個のU相のコア31U、8個のV相のコア31V、及び8個のW相のコア31Wから構成され、
図1に示すロータ2の回転方向Rに沿って、U相のコア31Uの隣にV相のコア31Vが、V相のコア31Vの隣にW相のコア31Wが、W相のコア31Wの隣にU相のコア31Uが、それぞれ配置されている。なお、本実施の形態では、複数(24個)のコア31が環状に配置されているものを用いているが、他の形態として、これら複数のコア31が一体となった環状体を用いることも可能である。
【0018】
U相のコア31Uには、巻線32としてU相の巻線32Uが巻き回され、U相の巻線32Uに対して第1のバスリング61により集配電(集電及び配電)が行われる。V相のコア31Vには、巻線32としてV相の巻線32Vが巻き回され、V相の巻線32Vに対して第2のバスリング62により集配電が行われる。W相のコア31Wには、巻線32としてW相の巻線32Wが巻き回され、W相の巻線32Wに対して第3のバスリング63により集配電が行われる。
【0019】
U相の巻線32Uの両端部のうち、一方の端部321Uは第1のバスリング61に電気的に接続され、他方の端部322Uは中性相バスリング44に電気的に接続されている。V相の巻線32Vの両端部のうち、一方の端部321Vは第2のバスリング62に電気的に接続され、他方の端部322Vは中性相バスリング44に電気的に接続されている。また、W相の巻線32Wの両端部のうち、一方の端部321Wは第3のバスリング63に電気的に接続され、他方の端部322Wは中性相バスリング44に電気的に接続されている。
【0020】
したがって、中性相バスリング44には、U相の巻線32Uの他方の端部322U、V相の巻線32Vの他方の端部322V、及びW相の巻線32Wの他方の端部322Wが電気的に接続されている。
【0021】
第1乃至第3のバスリング61〜63には、それぞれ給電端子610,620,630が接続され、この給電端子610,620,630を介して図略のインバータから120°ずつ位相がずれた正弦波状の駆動電流が供給される。この駆動電流によってステータ3に回転磁界が形成され、磁石22がこの回転磁界による吸引力及び反発力により回転力を受けてシャフト21をその回転軸線Oを中心として回転させる。
【0022】
図2は、集配電リング6が装着されたステータ3の斜視図である。
図3は、集配電リング6及びステータ3をその中心軸方向から見た平面図である。
【0023】
ステータ3は、複数の電磁鋼板310を積層してなるコア31にインシュレータ33Aを装着し、インシュレータ33Aを介してコア31の外側に巻線32を巻き回した複数のコア組立体30からなる。本実施の形態では、24個のコア組立体30が環状に配置されて、ステータ3が構成されている。
【0024】
インシュレータ33Aは、第1乃至第3のバスリング61〜63を保持する保持部330を有している。保持部330は、巻線32(U相の巻線32U,V相の巻線32V,W相の巻線32W)の外周側に設けられている。
【0025】
第1乃至第3のバスリング61〜63は、ステータ3の軸方向に並んで配置され、複数の固定部材60によって一括して固定された状態で保持部330に保持されている。このとき、U相の巻線32Uの一方の端部321U,V相の巻線32Vの一方の端部321V,W相の巻線32Wの一方の端部321Wは、
図3に示すように、第1乃至第3のバスリング61〜63にそれぞれ形成された複数の接続部61a,62a,63aに挿通された状態となる。なお、複数の接続部61a,62a,63aのより詳細な構成については後述する。
【0026】
(インシュレータ33Aの構成)
次に、インシュレータ33Aについてより具体的に説明する。なお、複数のコア組立体30のうちU相の巻線32Uが巻き回されたコア組立体30を構成するインシュレータ33Aを例にとって、以下説明する。
【0027】
図4は、インシュレータ33Aの構成例を示す斜視図である。なお、
図4では、U相の巻線32U及びコア31を破線で示している。
【0028】
インシュレータ33Aは、樹脂等の絶縁体からなり、コア31とU相の巻線32Uとの間に介在する絶縁部336と、絶縁部336をステータ3の径方向に挟んで対向する第1の壁部331及び第2の壁部332と、第1の壁部331からステータ3の内周側に向かって張り出し、ステータ3の軸方向に対して直交する内鍔部334と、第2の壁部332からステータ3の外周側に向かって張り出し、ステータ3の軸方向に対して直交する外鍔部335と、外鍔部335の端部から第2の壁部332に対向するように立設された第3の壁部333とを一体に有している。
【0029】
第1の壁部331、第2の壁部332、及び第3の壁部333は、ステータ3の内周側から外周側に向かって第1の壁部331、第2の壁部332、第3の壁部333の順に形成されている。
【0030】
第2の壁部332Aには、U相の巻線32Uの一方の端部321Uを挿通させる挿通部332bが形成されている。挿通部332bは、第2の壁部332Aの軸方向の端部から外鍔部335に向かって切り欠かれて形成されている。U相の巻線32Uの一方の端部321Uは、挿通部332aからステータ3の径方向外側に向けて引き出されている。複数のインシュレータ33Aが環状に配置された状態では、各インシュレータ33Aの挿通部332bは、周方向における間隔が等しくなっている。
【0031】
第1の壁部331には、U相の巻線32Uの他方の端部322Uを挿通させる挿通部331bが形成されている。挿通部331aは、第1の壁部331の軸方向の端部から内鍔部334に向かって切り欠かれて形成されている。U相の巻線32Uの他方の端部322Uは、挿通部331bからステータ3の径方向内側に向けて引き出されている。
【0032】
ここで、
図3を参照すると、U相の巻線32Uの一方の端部321Uは、周方向におけるV相の巻線32V側に位置し、他方の端部322Uは、周方向におけるW相の巻線32W側に位置している。V相の巻線32Vの一方の端部321Vは、周方向におけるW相の巻線32W側に位置し、他方の端部322Vは、周方向におけるU相の巻線32U側に位置している。W相の巻線32Wの一方の端部321Wは、周方向におけるU相の巻線32U側に位置し、他方の端部322Wは、周方向におけるV相の巻線32V側に位置している。
【0033】
集配電リング6を保持する保持部330は、第2の壁部332の一部、第3の壁部333、及び第2の壁部332の一部と第3の壁部333との間を連結する外鍔部335によって構成されている。外鍔部335は、保持部330の底部として機能する。
【0034】
また、第3の壁部333には、第1乃至第3のバスリング61〜63を固定する固定部材60が嵌合される嵌合凹部333aが形成されている。複数のインシュレータ33Aが環状に配置された状態では、各インシュレータ33Aの嵌合凹部333aは、周方向における間隔が等しくなっている。
【0035】
(集配電リング6の構成)
次に、本実施の形態に係る集配電リング6の構成について、
図5及び
図6を参照して説明する。
【0036】
図5は、集配電リング6を示す斜視図である。
図6は、集配電リング6の構成例を示し、
図6(a)は
図5のD−D線断面図、
図6(b)は
図5のE−E線断面図、
図6(c)は
図5のF−F線断面図である。なお、
図6では、各巻線の一方の端部(321U,321V,321W)を二点鎖線で示している。
【0037】
本実施の形態に係る集配電リング6は、第1乃至第3のバスリング61〜63と、第1乃至第3のバスリング61〜63を一括して固定するための複数の固定部材60とを備えている。
【0038】
第1乃至第3のバスリング61〜63は、実施の形態に係る第1乃至第3のバスリング61〜63と同様に、銅等の良導電性の金属からなる中心導体600aを樹脂からなる絶縁体600bで被覆した線状の導電部材を屈曲して形成されている。
【0039】
第1のバスリング61は、径方向内方に突出し、かつ軸方向に延びてU相の巻線32Uの一方の端部321Uに接続される複数(本実施の形態では8個)の接続部61aと、複数の接続部61aを周方向に連結する複数(本実施の形態では8個)の円弧状の連結部61bとを有している。また、第1のバスリング61の両端部では、絶縁体600bから中心導体600aが露出し、この露出した中心導体600aに給電端子610が圧着又は加締めにより接続されている。
【0040】
接続部61aは、
図6(a)に示すように、連結部61bから径方向内側に向かって延在する一対の延在部613と、一対の延在部613の端部から軸方向に延びる一対の軸部611b,611c(
図6(a)では軸部611cのみ示す)と、一対の軸部611b,611cの間に形成された湾曲部611aとを一体に有している。
【0041】
一対の軸部611b,611cは、接続部61aにおけるU相の巻線32Uの一方の端部321Uとの接続位置61cと連結部61bとの間に設けられている。
【0042】
U相の巻線32Uの一方の端部321Uは、一対の軸部611b,611cの延伸方向(第1乃至第3のバスリング61〜63の軸方向)に対して交差するように一対の軸部611b,611cの間に挿入される。本実施の形態では、U相の巻線32Uの一方の端部321Uは、一対の軸部611b,611cの延伸方向に対して直交しているが、傾斜していてもよい。
【0043】
したがって、第1のバスリング61(集配電リング6)をステータ3(
図2及び
図3参照)に装着すると、U相の巻線32Uの一方の端部321Uは、接続部61aに挿通された状態となる。
【0044】
第2のバスリング62は、径方向内方に突出し、かつ軸方向に延びてV相の巻線32Vの一方の端部321Vに接続される複数(本実施の形態では8個)の接続部62aと、複数の接続部62aを周方向に連結する複数(本実施の形態では8個)の円弧状の連結部62bとを有している。また、第2のバスリング62の両端部では、絶縁体600bから中心導体600aが露出し、この露出した中心導体600aに給電端子620が圧着又は加締めにより接続されている。
【0045】
接続部62aは、
図6(b)に示すように、連結部62bから径方向内側に向かって延在する一対の延在部623と、一対の延在部623の端部から軸方向に延びる一対の軸部621b,621c(
図6(b)では軸部621cのみ示す)と、一対の軸部621b,621cの間に形成された湾曲部621aとを一体に有している。
【0046】
一対の軸部621b,621cは、接続部62aにおけるV相の巻線32Vの一方の端部321Vとの接続位置62cと連結部62bとの間に設けられている。
【0047】
V相の巻線32Vの一方の端部321Vは、一対の軸部621b,621cの延伸方向(第1乃至第3のバスリング61〜63の軸方向)に対して交差するように一対の軸部621b,621cの間に挿入される。本実施の形態では、V相の巻線32Vの一方の端部321Vは、一対の軸部611b,611cの延伸方向に対して直交しているが、傾斜していてもよい。
【0048】
したがって、第2のバスリング62(集配電リング6)をステータ3(
図2及び
図3参照)に装着すると、V相の巻線32Vの一方の端部321Vは、接続部62aに挿通された状態となる。
【0049】
第3のバスリング63は、径方向内方に突出し、かつ軸方向に延びてW相の巻線32Wの一方の端部321Wに接続される複数(本実施の形態では8個)の接続部63aと、複数の接続部63aを周方向に連結する複数(本実施の形態では8個)の円弧状の連結部63bとを有している。また、第3のバスリング63の両端部では、絶縁体600bから中心導体600aが露出し、この露出した中心導体600aに給電端子630が圧着又は加締めにより接続されている。
【0050】
接続部63aは、
図6(c)に示すように、連結部63bから径方向内側に向かって延在する一対の延在部633と、一対の延在部633の端部から軸方向に延びる一対の軸部631b,631c(
図6(c)では軸部631cのみ示す)と、一対の軸部631b,631cの間に形成された湾曲部631aとを一体に有している。
【0051】
一対の軸部631b,631cは、接続部63aにおけるW相の巻線32Wの一方の端部321Wとの接続位置と連結部63bとの間に設けられている。
【0052】
W相の巻線32Wの一方の端部321Wは、一対の軸部631b,631cの延伸方向(第1乃至第3のバスリング61〜63の軸方向)に対して交差するように一対の軸部631b,631cの間に挿入される。本実施の形態では、W相の巻線32Wの一方の端部321Wは、一対の軸部631b,631cの延伸方向に対して直交しているが、傾斜していてもよい。
【0053】
したがって、第3のバスリング63(集配電リング6)をステータ3(
図2及び
図3参照)に装着すると、W相の巻線32Wの一方の端部321Wは、接続部63aに挿通された状態となる。
【0054】
第1のバスリング61の一対の軸部611b,611cの軸方向の長さH
1、第2のバスリング62の一対の軸部621b,621cの軸方向の長さH
2、及び第3のバスリング63の一対の軸部631b,631cの軸方向の長さH
3は、それぞれ異なっている。
【0055】
本実施の形態では、一対の軸部611b,611cの軸方向の長さH
1、第2のバスリング62の一対の軸部621b,621cの軸方向の長さH
2、第3のバスリング63の一対の軸部631b,631cの軸方向の長さH
3の順に長くなるように設定されている(H
3>H
2>H
1>0)。
【0056】
第1のバスリング61の接続部61a、第2のバスリング62の接続部62a、及び第3のバスリング63の接続部63aは、第1乃至第3のバスリング61〜63を軸方向に並べて配置したときに周方向の間隔がそれぞれ等しくなるように設定されている。なお、「間隔がそれぞれ等しくなるように設定されている」とは、完全に等しくなくてもよく、例えば、0.1mm〜2.0mm程度ずれていてもよい。
【0057】
換言すれば、第1のバスリング61の複数の接続部61aにおけるU相の巻線32Uの一方の端部321Uとの接続位置61cと、第2のバスリング62の複数の接続部62aにおけるV相の巻線32Vの一方の端部321Wとの接続位置62cと、第3のバスリング63の複数の接続部63aにおけるW相の巻線32Wの一方の端部321Wとの接続位置63cが均等化するように、U相の巻線32Uの一方の端部321Uとの接続位置61cと複数の連結部61bとの軸方向における距離、V相の巻線32Vの一方の端部321Wとの接続位置62cと複数の連結部62bとの軸方向における距離、及びW相の巻線32Wの一方の端部321Wとの接続位置63cと複数の連結部63bとの軸方向における距離が、第1乃至第3のバスリング61〜63のそれぞれで異なっている。
【0058】
ここで、「均等化」とは、巻線32との接続位置61c,62c,63cの間の軸方向の間隔が狭くなることをいう。
【0059】
(第1乃至第3のバスリング61〜63と巻線32との接続方法)
次に、第1のバスリング61とU相の巻線32U、第2のバスリング62とV相の巻線32V、及び第3のバスリング63とW相の巻線32Wとの接続方法について、
図7及び
図8を参照して説明する。
【0060】
第1乃至第3のバスリング61〜63とU相の巻線32U、V相の巻線32V、及びW相の巻線32Wとは、各巻線32の一方の端部321U,321V,321Wが挿通された状態の接続部61a,62a,63aを加締めることによって電気的に接続される。
【0061】
第1のバスリング61とU相の巻線32Uの一方の端部321U、第2のバスリング62とV相の巻線32Vの一方の端部321V、及び第3のバスリング63とW相の巻線32Wの一方の端部321Wとの接続方法は、それぞれ同様であるため、第3のバスリング63とW相の巻線32Wの一方の端部321Wとの接続方法を例にとって以下説明する。
【0062】
図7は、実施の形態に係る第3のバスリング63の接続部63aとW相の巻線32Wの一方の端部321Wとの接続方法を示す説明図である。
図8(a)は、接続前における第3のバスリング63の接続部63a及びW相の巻線32Wの一方の端部321Wを示し、(b)は、接続後における第3のバスリング63の接続部63a及びW相の巻線32Wの一方の端部321Wを示す断面図である。
【0063】
本実施の形態においても、実施の形態と同様に、接続部63aとW相の巻線32Wの一方の端部321Wとの接続は、熱加締め(ヒュージング)によって行われる。接続部63aは、その表面に、錫メッキが施されている。
【0064】
より具体的には、
図7に示すように、正電極501を接続部63aの側面631fに接触させると共に、負電極502を接続部63aの側面631gに接触させ、一対の軸部631b,631cを正電極501及び負電極502によってW相の巻線32Wの一方の端部321Wに押し付けながら、正電極501と負電極502との間に直流電圧を印加する。
【0065】
すると、正電極501から軸部631b、W相の巻線32Wの一方の端部321W、軸部631cを介して負電極502に直流電流が流れ、そのジュール熱によってまずメッキされた錫が溶融し、続いてW相の巻線32Wの一方の端部321Wの近傍における一対の軸部631b,631cがそれぞれ溶融する。これにより、第3のバスリング63の接続部63aとW相の巻線32Wの一方の端部321Wとが電気的に接続される。
【0066】
なお、このとき、一対の軸部631b,631cの間の距離が狭くなるが、少なくとも延在部633側における軸部631b,631cは、直接的に溶着しない。同様に、接続部63aを挟んで隣り合う一対の延在部633についても、直接的に溶着しない。すなわち、延在部633側における軸部631b,631cの間、及び接続部63aを挟んで隣り合う一対の延在部633の間には、それぞれ隙間が空いている。
【0067】
熱加締めの作業を行う際、第1乃至第3のバスリング61〜63において、接続部61a,62a,63aと各巻線32の一方の端部(321U,321V,321W)との接続位置61c,62c,63cが均等化されているため、正電極501及び負電極502を各接続位置61c,62c,63cに合わせて移動させる必要がない。
【0068】
(実施の形態の作用及び効果)
以上説明した実施の形態によれば、以下のような作用及び効果が得られる。
【0069】
(1)接続部61a,62a,63aにおける各巻線32の一方の端部(321U,321V,321W)との接続位置61c,62c,63cと連結部61b,62b,63bとの軸方向における距離が、第1乃至第3のバスリング61〜63のそれぞれで異なることにより、接続部61a,62a,63aにおける各巻線32の一方の端部(321U,321V,321W)との接続位置61c,62c,63cを均等化することができる。
【0070】
(2)第1乃至第3のバスリング61〜63において、接続部61a,62a,63aにおける各巻線32U,32V,32Wの一方の端部321U,321V,321Wとの接続位置61c,62c,63cを均等化することにより、接続部61a,62a,63aと各巻線32U,32V,32Wの一方の端部321U,321V,321Wとを熱加締めする際、正電極501及び負電極502を各接続位置に合わせて移動させる必要がなくなり、作業の効率化が図れる。
【0071】
(3)第1のバスリング61の接続位置61c、第2のバスリング62の接続位置62c、及び第3のバスリング63の接続位置63cは、各巻線32の一方の端部(321U,321V,321W)における軸方向の位置が均等化するように設定されると共に、第1のバスリング61の接続部61a、第2のバスリング62の接続部62a、及び第3のバスリング63の接続部63aは、第1乃至第3のバスリング61〜63を軸方向に並べて配置したときに周方向の間隔がそれぞれ等しくなるように設定されているので、環状に配置された複数のインシュレータ33AAにおける各挿通部332bは、インシュレータ33AAごとに周方向における形成位置を変更する必要がなく、各インシュレータ33AAの形状を同一にすることができる。これにより、インシュレータ33AAを成形するための金型を複数用意する必要がなく、インシュレータ33AAの製造コストの低減につながる。
【0072】
(実施の形態のまとめ)
次に、以上説明した実施の形態から把握される技術思想について、実施の形態における符号等を援用して記載する。ただし、以下の記載における各符号等は、特許請求の範囲における構成要素を実施の形態に具体的に示した部材等に限定するものではない。
【0073】
[1]コア(31)に巻き回された巻線(32)に対して集配電を行う環状の第1乃至第3のバスリング(61〜63)を備え、第1乃至第3のバスリング(61〜63)は、軸方向に並んで配置され、線状の導電部材を屈曲することにより、巻線(32)に接続される複数の接続部(61a,62a,63a)と、複数の接続部(61a,62a,63a)を周方向に連結する複数の連結部(61b,62b,63b)とが形成され、複数の接続部(61a,62a,63a)のそれぞれにおける巻線(32)との接続位置(61c,62c,63c)が軸方向で均等化するように、巻線(32)との接続位置(61c,62c,63c)と複数の連結部(61b,62b,63b)との軸方向における距離が第1乃至第3のバスリング(61〜63)のそれぞれで異なっている集配電リング(6)。
【0074】
[2]複数の接続部(61a,62a,63a)は、軸方向に延びる一対の軸部(631b,631c)を巻線(32)との接続位置(61c,62c,63c)と連結部(61b,62b,63b)との間に有し、一対の軸部(631b,631c)は、その軸方向の長さが第1乃至第3のバスリング(61〜63)でそれぞれ異なっている[1]に記載の集配電リング(6)。
【0075】
[3][1]又は[2]に記載の集配電リング(6)と、複数のコア(31)及び複数相の巻線(32)を含んで構成されたステータ(3)とを備えた電動機(1)。
【0076】
[4]第1乃至第3のバスリング(61〜63)と巻線(32)とは、巻線(32)が複数の接続部(61a,62a,63a)のそれぞれに挿通された状態で熱加締めされることにより電気的に接続されている、[3]に記載の電動機(1)。
【0077】
以上、本発明の実施の形態を説明したが、上記に記載した実施の形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施の形態の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない点に留意すべきである。
【0078】
本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変形して実施することが可能である。例えば、上記実施の形態では、第1乃至第3のバスリング61〜63は、中心導体600aが絶縁体600bで被覆されていたが、これに限らず、絶縁体600bで被覆されていない単線導体でもよい。
【0079】
また、上記実施の形態では、第1乃至第3のバスリング61〜63の複数の接続部61a,62a,63aは、連結部61b,62b,63bの径方向内方に突出していたが、これに限らず、複数の接続部61a,62a,63aすべてが連結部61b,62b,63bの径方向外方に突出していてもよい。
【0080】
また、上記実施の形態では、第1乃至第3のバスリング61〜63は複数の固定部材60によって一括して固定された状態でステータ3に保持されていたが、これに限らず、ステータ3側に第1乃至第3のバスリング61〜63を固定するための固定部材が設けられていてもよい。