(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【発明を実施するための形態】
【0011】
以下、図面を用いて、本発明の第1〜第3の実施形態による回転電機の構成及び作用を説明する。なお、各図において、同一部分には同一符号を付すものとする。
【0012】
(第1の実施形態)
最初に、
図1〜
図2を用いて、回転電機のステータASSY1の構成を説明する。
図1は、本発明の第1の実施形態による回転電機のステータASSY1の構成を示す斜視図である。
図2は、本発明の第1の実施形態による回転電機のステータASSY1の一部(1a)を切断した断面図である。
【0013】
ステータASSY1は、ステータコア10と、ボビン3と、導電性部材(集配電部材)41、42、43、44と、コネクションリング5などから構成されている。
【0014】
ステータコア10は、回転電機の磁気回路を構成する。ボビン3には、ステータコイル2が集中巻で巻装される。導電性部材(集配電部材)41、42、43、44には、ステータコイル2が接続され電気回路が構成される。コネクションリング5は、絶縁材で環状に構成され、導電性部材41〜44が配置される。ステータコア10は、円環状に打ち抜き加工またはエッチング加工により成形された、厚さ0.05〜1.0mm程度の電磁鋼板を複数枚積層して構成される。これにより、ステータコア10の形状は、円筒状となる。
【0015】
図2に示すように、ステータコア10は、微小な空隙を介して対面するロータ(不図示)と磁気回路を構成するヨーク部11と、複数のティース部12から成り、ティース部12とティース部12の間にはステータコイル2が配置されるスロット部13が存在する。
【0016】
ティース部12には、ボビン3が装着され、ボビン3の周囲にはステータコイル2が集中巻で巻装される。ボビン3は、絶縁部材にて構成されており、ステータコイル2とステータコア10間の絶縁、及び、ステータコイル2の熱をティース部12に伝熱する効果を果たしている。なお、ステータコイル2は、ボビン3を介して、ティース部12の周りに巻回される。
【0017】
集中巻きされたステータコイル2のスロットからスロットにまたがる部分は、コイルエンド部14である。銅の使用量低減のため、コイルエンド部は短く、高さが低いことが望まれる。
【0018】
ステータコイル2の端部15は、巻始め、巻終りともにコイルエンド部14から回転電機の径方向外側へ延伸している。
【0019】
ステータコア10の軸方向側面部で、ステータコイル2のコイルエンド部14に隣接する部分には、三相交流のU相を構成する導電性部材41と、V相を構成する導電性部材42と、W相を構成する導電性部材43と、三相Y結線を構成するための中性線導電性部材44と、これらが収められたコネクションリング5が配置されている。
図2に示すように、コネクションリング5は、櫛歯形状をしており、U相導電性部材41、V相導電性部材42、W相導電性部材43、中性線導電性部材44を絶縁している。
【0020】
図1に示すように、U相導電性部材41、V相導電性部材42、W相導電性部材43は、外部電源(不図示)と接続する端子部45を有している。端子部45は、電力変換装置に接続される。本ステータASSY1を組み込んだ回転電機が電動機として動作する場合には外部から端子部45を介して回転電機の導電性部材41〜44に電力が供給される。一方、発電機として動作する場合には端子部45を介して回転電機の導電性部材41〜44から外部に電力が供給される。
【0021】
次に、
図3を用いて、回転電機のステータASSY1に形成される三相交流回路について説明する。
図3は、本発明の第1の実施形態による回転電機のステータASSYに形成される三相交流回路を示す図である。
【0022】
図3に示すように、U相導電性部材41、V相導電性部材42、W相導電性部材43、中性線導電性部材44と各ティース部12に巻回されたステータコイル2によって、三相交流回路が形成される。
【0023】
次に、
図4を用いて、導電性部材41〜44の構成を説明する。
図4は、本発明の第1の実施形態による回転電機のステータASSY1に用いる導電性部材41、42、43、44の共通の形状を示す図である。
【0024】
U相導電性部材41、V相導電性部材42、W相導電性部材43、中性線導電性部材44は、それぞれステータコイル2と接続する端子部46を有している。導電性部材の端子部46は、略円筒状の導電性部材の一部がステータASSY1の軸方向に延伸される形状で構成される。導電性部材41〜44は、例えば、長方形の金属板を打ち抜いた後、円環状に曲げて形成される。
【0025】
次に、
図5〜
図6を用いて、ステータコイル2と導電性部材41〜44の接続部の構成を説明する。
図5は、本発明の第1の実施形態による回転電機のステータASSY1に用いるステータコイル2と導電性部材41〜44の接続部の構成を示す図である。
図6は、
図5に示す接続部の拡大図である。
【0026】
2つのステータコイル2の端部15は、隣接する導電性部材41〜44の端子部46とステータASSY1の半径方向(9b)の位置をそれぞれ合わせる。ステータコイル2は、曲げ加工や型成形によって、コイルエンド部14からステータASSY1の半径方向(9b)に配置される。
【0027】
ステータASSY1の半径方向(
図5中の破線軸9b)に配置されたステータコイル2の端部15は、導電性部材41〜44のステータASSY1の軸方向上において、ステータASSY1の軸方向(
図5中の破線軸9a)に延長(延在)された導電性部材の端子部46と略交差状に接する。
【0028】
ステータコイル2がu相ステータコイルであれば、ステータコイル2の端部15のうちの1つがU相導電性部材41の端子部46と、他方の端部が中性線導電性部材44の端子部46と、略交差状に接する。
【0029】
ステータコイル2がv相ステータコイルであれば、ステータコイル2の端部15のうちの1つがV相導電性部材42の端子部46と、他方の端部が中性線導電性部材44の端子部46と、略交差状に接する。
【0030】
ステータコイル2がw相ステータコイルであれば、ステータコイル2の端部15のうちの1つがW相導電性部材43の端子部46と、他方の端部が中性線導電性部材44の端子部46と、略交差状に接する。
【0031】
詳細には、
図6に示すように、ステータコイル2の端部15は、端子部46の周方向の端面46Wと接する。ステータコイル2の端部15は導電性部材41〜44の径方向(ステータコア10の径方向)に沿って伸びている。
【0032】
導電性部材41〜44の端子部46と略交差状に接するステータコイル2の端部は、接合においてより信頼性の高い母材どうしが結合することを目的として、ステータコイル2の表面の絶縁体であるエナメル皮膜がはく離されている(15b)。
【0033】
ここで、エナメル皮膜がはく離された部分15bと導電性部材41〜44の端子部46の体積差は所定の域値以下であることが望ましい。所定の閾値は、剥離された部分15と端子部46とが溶接時にバランスよく溶融するように定められる。
【0034】
ステータコイル2の端部15と導電性部材41〜44の端子部46は、略交差状に接している部位にて、例えば、溶接などの工法で接続される。本実施形態では、ステータコイル2と導電性部材41〜44の接続部をコイルエンド部14上ではなく、導電性部材41〜44上に配置しているので、接続の際に、コイルエンド部14に火花等が飛散してステータコイル2の絶縁被膜を損傷する懸念がない。
【0035】
なお、ステータコイル2の端部15は、ステータコイル2のスプリングバック力によって端子部46に押し付けられるようにしてもよい。
【0036】
次に、
図7を用いて、ステータコイル2と導電性部材41〜44の端子部46とを接続するアーク溶接を説明する。
図7Aは、本発明の第1の実施形態による回転電機のステータASSY1に用いるステータコイル2と導電性部材41〜44の端子部46とを接続するアーク溶接を説明するための図である。
図7Bは、
図7Aに示す状態でアーク溶接を行った後のステータコイル2の端部15と導電性部材41〜44の端子部46の接続形状を示す図である。
【0037】
図7Aに示すように、チャック81、82がステータコイル2の端部15と導電性部材41〜44の端子部46をはさみ込み、両部材を密着させる。アーク電源(不図示)は、電極80とチャック81に接続されている。
【0038】
ステータコイル2の端部15と導電性部材41〜44の端子部46の接続は、ガスノズル83から不活性ガスが排出され、アーク電源に接続された電極80から導電性部材41〜44の端子部46に向けてアークが飛び、導電性部材41〜44の端子部46とステータコイル2の端部15が溶融することで達成される。換言すれば、端子部46は、ステータコイル2の端部15に固定する溶融部46aを有する。
【0039】
アーク溶接の事例では、
図7Bに示すように、導電性部材41〜44が溶融(46a)することで、ステータコイル2と導電性部材41〜44が接続されるだけでなく、溶融によって導電性部材41〜44の端子部46の高さが低くなりステータASSY1の軸方向長さが短くなる効果がある。なお、接続方法は、アーク溶接以外にも、抵抗溶接やろう付けなどの方法を用いても構わない。
【0040】
以上説明したように、本実施形態によれば、ステータコイル2と接続する導電性部材41〜44の端子部46の構造が簡易で、かつ、回転電機のステータASSY1の軸方向長さを抑えることができる。
【0041】
(第2の実施形態)
次に、
図8〜
図9を用いて、本発明の第2の実施形態による回転電機のステータASSY1の構成を説明する。
図8は、本発明の第2の実施形態による回転電機のステータASSY1に用いる導電性部材41〜44の端子部46の構成を示す斜視図である。また、
図9は、本発明の第2の実施形態による回転電機のステータASSY1に用いるステータコイル2と導電性部材41〜44の端子部46とを接続するアーク溶接を説明するための図である。
【0042】
本実施形態では、
図8に示すように、導電性部材41〜44の端子部46は、凹部47を有する。これにより、
図9に示すように、ステータコイル2の端部15と導電性部材41〜44の端子部46をクランプする際に、導電性部材41〜44とチャック81でステータコイル2が包み込まれる。換言すれば、ステータコイル2の端部15は凹部47に嵌合する。凹部47は、周方向に開口している。
【0043】
そのため、導電性部材41〜44に対するステータコイル2の位置が安定する。すなわち、ステータコイル2の端部15の位置決めが容易である。したがって、接続の作業性が向上するとともに、接続の信頼性も高まる。
【0044】
ここで、ステータコイル2の端部15と導電性部材41〜44の端子部46をチャック81、82でクランプする際に、導電性部材41〜44の端子部46の凹部47がステータコイル2の幅よりも深いと、チャックがステータコイル2を保持できなくなりステータコイル2の位置は不安定になる。そのため、導電性部材41〜44の端子部46の凹部47はステータコイル2の幅よりも浅い必要がある。
【0045】
次に、
図10〜
図11を用いて、本発明の第2の実施形態による回転電機のステータASSY1に用いる導電性部材41〜44の端子部46の作用効果について説明する。
図10は、本発明の第2の実施形態による回転電機のステータASSY1の全体鳥瞰図である。
図11は、本発明の第2の実施形態による回転電機のステータASSY1に用いる導電性部材41〜44の端子部46を正面から見た図である。
【0046】
図11に示すように、ステータASSY1の上の全てのステータコイル2の端部15と導電性部材41〜44の端子部46が略交差状に接している部位において、導電性部材41〜44の端子部46に対するステータコイル2の端部15の位置が同じ向きに揃っている。
【0047】
詳細には、ステータコイル2の端部15は、ティース部12が延伸する方向と逆方向(
図11の紙面奥から手前に向かう方向)に向きが揃っている。また、ステータコイル2の端部15は、ステータASSY1(ステータコア10)の軸方向の位置PAが同じである。
【0048】
なお、ステータコイル2のコイルエンド部14は、導電性部材41〜44の軸方向において、端子部46の先端と根本の間に位置する。
【0049】
本実施形態の例では、
図10及び
図11に示すように、ステータコイル2の端部15が導電性部材41〜44の端子部46に対して反時計回り方向ARに位置している。すなわち、
図11に示すように、すべての前記凹部は、開口方向が同じである。
【0050】
接続対象物であるステーコイル2の端部15と導電性部材41〜44の端子部46の位置関係がステータASSY1上で全て同一にすることで、接続作業中に接続条件を変えたり、チャックに接続された電極の位置を変えたりする必要がなくなる。そのため、接続の作業性が良い。
【0051】
図11に示すように、ステータコイル2の2つの端部15のステータASSY1の軸方向高さをほぼ同一に揃え、導電性部材41〜44の端子部46の高さを揃えると、略交差状となる部位の高さが揃う。それにより、接続作業中に接続条件を変えたり、電極の位置を変えたりする必要がなくなる。そのため、接続の作業性が良い。
【0052】
以上説明したように、本実施形態によれば、ステータコイル2と接続する導電性部材41〜44の端子部46の構造が簡易で、かつ、回転電機のステータASSY1の軸方向長さを抑えることができる。また、ステータコイル2の端部15と端子部46との接続の作業性が良くなる。
【0053】
(第3の実施形態)
次に、
図12を用いて、導電性部材41〜44の端子部46の構成を説明する。
図12は、本発明の第3の実施形態による回転電機のステータASSY1に用いる導電性部材41〜44の端子部46の構成を示す斜視図である。
【0054】
本実施形態では、
図12に示すように、コイルエンド部14とコネクションリング5の間に位置するボビン3の一部に、凹部(3a)が設けられている。すなわち、ボビン3は、ステータコイル2の端部15を導電性部材41〜44の端子部46へ誘導する凹部3aを有する。なお、ボビン3の一部にステータコイル2が係合する突起を設けてもよい。
【0055】
ボビン3の凹部(3a)は導電性部材41〜44に対するステータコイル2の位置決めガイドとなり、ステータコイル2と導電性部材41〜44を略交差状に接する作業性が良くなる。
【0056】
以上説明したように、本実施形態によれば、ステータコイル2と接続する導電性部材41〜44の端子部46の構造が簡易で、かつ、回転電機のステータASSY1の軸方向長さを抑えることができる。ステータコイル2の端部15と端子部46との接続の作業性が良くなる。
【0057】
(変形例)
次に、
図13〜
図14を用いて、本発明の実施形態の変形例による回転電機のステータASSY1の構成を説明する。
図13は、本発明の実施形態の変形例による回転電機のステータASSY1の一部(1b)を切断した断面図である。
図14は、
図13に示す変形例による回転電機のステータASSY1に形成される三相交流回路を示す図である。
【0058】
第1〜第3の実施形態では、三相Y結線の回転電機のステータの構造を例としたが、導電性部材の数は結線方法や交流の相数に応じて変化するので、三相Y結線に限定するものではない。
【0059】
本変形例では、三相Y結線の代わりに三相Δ結線としている。
図13に示すように、円筒状の導電性部材は、U相導電性部材41、V相導電性部材42、W相導電性部材43で構成される。
【0060】
u相ステータコイルの端部15uのうちの1つがU相導電性部材41の端子部46と、他方の端部がV相導電性部材42の端子部46と、略交差状に接する。v相ステータコイルの端部15vのうちの1つがV相導電性部材41の端子部46と、他方の端部がW相導電性部材42の端子部46と、略交差状に接する。w相テータコイルの端部15wのうちの1つがW相導電性部材41の端子部46と、他方の端部がU相導電性部材42の端子部46と、略交差状に接する。導電性部材の端子部と各ステータコイルの端部を接続すると、
図14に示す三相交流回路が形成される。
【0061】
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。上記した実施例は本発明を分かりやすく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も可能であり、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・置換をすることも可能である。
【0062】
上記実施例では、ステータコイルに偏平コイルを例示したが、偏平コイルに限定されず、例えば丸線コイルを用いても構わない。
【0063】
上記実施例では、ステータASSYの外径側からU相導電性部材、V相導電性部材、W相導電性部材、中性線導電性部材が配置したが、これは一例であり、導電性部材の配置は本実施例に限定されるものではない。