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JP2017055486A - 回転電機ステータの動力線結合構造 - Google Patents

回転電機ステータの動力線結合構造 Download PDF

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JP2017055486A JP2015175727A JP2015175727A JP2017055486A JP 2017055486 A JP2017055486 A JP 2017055486A JP 2015175727 A JP2015175727 A JP 2015175727A JP 2015175727 A JP2015175727 A JP 2015175727A JP 2017055486 A JP2017055486 A JP 2017055486A
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洋輔 黒野
Yosuke Kurono
洋輔 黒野
康祥 牧戸
Yasuyoshi Makido
康祥 牧戸
友章 古橋
Tomoaki Furuhashi
友章 古橋
進洋 新美
Yukihiro Niimi
進洋 新美
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Abstract

【課題】基本的に断面形状が円形である複数の動力線を樹脂部材で結合する、回転電機ステータの動力線結合構造において、樹脂部材内での動力線の回転を抑制することである。【解決手段】動力線結合構造30は、回転電機ステータの複数相のステータコイルに一端部が接続された複数の動力線32wと、複数の動力線32wの中間部が嵌合固定される複数の固定孔41を有し、複数の動力線32wの中間部を結合する樹脂部材40とを含む。複数の動力線32wのそれぞれにおいて、樹脂部材40の外側に位置する部分の断面形状は円形であり、樹脂部材40の内部に配置される部分は、断面形状が非円形である回転抑制部35を有する。各固定孔41において、回転抑制部35が内側に固定される部分の断面形状は、回転抑制部35の外形に合致する非円形である。【選択図】図3A

Description

本発明は、回転電機ステータの複数相のステータコイルのそれぞれに一端部が接続された複数の動力線と、複数の動力線の中間部を結合する樹脂部材とを備える回転電機ステータの動力線結合構造に関する。
モータまたは発電機である回転電機は、ステータとロータとを含んでいる。ステータの複数相のステータコイルには、複数の動力線が接続される。そして、各動力線の端子が、ケースに固定された端子台に接続される。端子台は、電源側に接続された電力線と、動力線とを電気的に接続する。
特許文献1には、ステータコイルから3つのコイル端子が引き出され、各コイル端子に3本の動力線の一端が接続され、各動力線の他端の端子が端子台に接続される構成が記載されている。この構成では、樹脂製の固定部材の3つの固定孔に、3本の動力線が嵌合固定される。この構成では、3本の動力線の中間部の相対的な位置関係が固定されるので、各動力線の位置決めの手間が低減される可能性がある。
特開2014−128095号公報
特許文献1に記載された構成において、基本的に断面形状が円形である動力線を用いる場合がある。このような動力線を用いる場合には、動力線を所望の方向に曲げやすいので、組み付けの作業性が向上する。しかしながら、この場合には、固定部材の円形の固定孔に断面形状が円形の動力線が嵌合された状態で、動力線に大きな力が加わった場合に、固定孔の内側で動力線が回転するおそれがある。これにより、動力線の他端の端子の位置決め精度が低下して位置決めの手間が増大するおそれがある。また、動力線を接続したステータの搬送時において、固定部材に揺れが生じた場合には、固定孔の内側で動力線が回転して動力線の位置ずれが生じる可能性もある。
本発明の目的は、基本的に断面形状が円形である複数の動力線を樹脂部材で結合する、回転電機ステータの動力線結合構造において、樹脂部材内での動力線の回転を抑制することである。
本発明に係る回転電機ステータの動力線結合構造は、回転電機ステータの複数相のステータコイルのそれぞれに一端部が接続された複数の動力線と、前記複数の動力線の中間部が嵌合固定される複数の固定孔を有し、前記複数の動力線の中間部を結合する樹脂部材とを備える。前記複数の動力線のそれぞれにおいて、前記樹脂部材の外側に位置する部分の断面形状は円形であり、前記固定孔の内部に配置される部分は、断面形状が非円形である回転抑制部を有する。前記複数の固定孔のそれぞれにおいて、前記回転抑制部が内側に固定される部分の断面形状は、前記回転抑制部の外形に合致する非円形である。
本発明に係る回転電機ステータの動力線結合構造によれば、基本的に断面形状が円形である複数の動力線を樹脂部材で結合する構成において、樹脂部材内での動力線の回転を抑制できる。
本発明に係る実施形態の動力線結合構造を含む回転電機ステータの斜視図である。 図1のA部拡大図である。 図2のB部の拡大斜視図である。 図3Aから樹脂部材を取り除いて示す図である。 図3AのC−C断面図である。 本発明に係る実施形態の動力線結合構造の別例を含む回転電機ステータの周方向一部を示す斜視図である。 図5に示す回転電機ステータを別の方向から見た斜視図である。 図6のD−D断面図である。 図7のE部拡大図である。
以下、図面を用いて本発明の実施形態を説明する。以下で説明する形状、材質、及び個数は、説明のための例示であって、回転電機ステータの仕様に応じて適宜変更することができる。以下では、すべての図面において同等の要素には同一の符号を付して説明する。なお、回転電機ステータは、回転軸に固定されたロータと組み合わせて回転電機を構成する。回転電機は、モータまたは発電機、またはモータ及び発電機の両方の機能を有するモータジェネレータとして用いられる。
図1は、実施形態の動力線結合構造30を含む回転電機ステータ10の斜視図である。図2は、図1のA部拡大図である。以下では回転電機ステータ10は、単にステータ10という。
ステータ10は、ステータコア12と、3相ステータコイル20と、動力線結合構造30とを有する。動力線結合構造30は、3本の動力線としてのU相動力線32u、V相動力線32v、及びW相動力線32wと、樹脂部材40とを含んで構成される。
3相ステータコイル20は、U相ステータコイル20u、V相ステータコイル20v、及びW相ステータコイル20wを有する。各相のステータコイル20u、20v、20wの一端には動力線32u、32v、32wが電気的に接続される。3本の動力線32u、32v、32wの中間部は、樹脂部材40によって結合される。
具体的には、ステータコア12は、円環状のヨーク13と、ヨーク13の内周面の周方向複数位置から径方向内側に突出する複数のティース14とを有する。ステータコア12において、隣り合うティース14の間には、スロット12aが形成される。ステータコア12は、例えば複数の電磁鋼板の積層体によって形成される。ステータコア12は、樹脂バインダと磁性材粉末とを加圧成形することにより形成されてもよい。ここで、「周方向」とはステータ10の中心軸Oを中心とする円周方向をいう。なお、「径方向」とはステータ10の中心軸Oに対し直交する放射方向をいい、「軸方向」とはステータ10の軸方向をいう。ステータコア12は、図示しない回転電機ケースの内側に固定される。
U,V,W相のステータコイル20u、20v、20wは、各相で複数の単位コイル線21u、21v、21wを電気的に直列に接続することにより形成される。各単位コイル線21u、21v、21wは、断面矩形の平角線の導体線により形成される。各単位コイル線21u、21v、21wは、1つのティース14の周りに集中巻きで巻回されたコイル部22u、22v、22wと、渡り線23u、23v、23wとを有する。渡り線23u、23v、23wは、コイル部22u、22v、22wの一端からステータコア12の軸方向一端側(図1の上側)に引き出されて、同じ相の別の単位コイル線のコイル部の他端に接続される。U,V,W相のコイル部22u、22v、22wは、ステータコア12の周方向の一方向(図1の反時計方向)に、U,V,W相の順で1つずつ配置される。
図1の右下に配置されるステータコア12の周方向一部の径方向外端部付近では、各相のステータコイル20u、20v、20wの一端部が、軸方向の一端側(図1の上側)に引き出されて、コイル端子24u、24v、24wを形成する。各相のコイル端子24u、24v、24wには、後述のように動力線32u、32v、32wの一端部33u、33v、33w(図2)がそれぞれ接続される。
図2に示すように、各相のコイル端子24u、24v、24wは、ステータ10の周方向に離れて配置され、周方向の一方向において、W相コイル端子24w、U相コイル端子24u、V相コイル端子24vの順に配置される。一方、3相のステータコイル20u、20v、20wの図示しない他端は、巻き残り部分またはバスバー(図示せず)によって接続されて、中性点を形成する。これにより3相のステータコイル20u、20v、20wは、Y字結線される。なお、3相のステータコイルは、デルタ結線で接続されてもよい。
U相動力線32uの一端部33uは、U相ステータコイル20uのコイル端子24uに溶接により接続される。V相動力線32vの一端部33vは、V相ステータコイル20vのコイル端子24vに溶接により接続される。W相動力線32wの一端部33wは、W相ステータコイル20wのコイル端子24wに溶接により接続される。図1、図2では3本の動力線32u、32v、32wを分かりやすくするために、U相動力線32uを砂地部分で示し、V相動力線32vを斜格子部分で示し、W相動力線32wを無地としている。
各動力線32u、32v、32wは、断面円形の丸線であるエナメル線により形成されることによって、各動力線32u、32v、32wにおいて、後述する樹脂部材40の外側に位置する部分の断面形状を円形としている。動力線32u、32v、32wの芯線は銅線である。一方、各動力線32u、32v、32wにおいて、樹脂部材40の内部に位置する部分の一部には、エナメル線を潰す等によって、後述する回転抑制部35(図3A、図3B、図4)が形成される。
U相動力線32uの他端にはU相の接続端子34uが設けられ、V相動力線32vの他端にはV相の接続端子34vが設けられ、W相動力線32wの他端にはW相の接続端子34wが設けられる。各動力線32u、32v、32wは、一端部33u、33v、33wと他端部の接続端子34u、34v、34wとを除いて、導体素線が絶縁皮膜により覆われている。各接続端子34u、34v、34wは、例えば無酸素銅から形成され、表面にスズめっきが施されている。動力線32u、32v、32wの導体素線に接続端子34u、34v、34wを接続する場合には、抵抗溶接で導体素線の一部を溶かした状態で接続端子34u、34v、34wに圧着させる。
回転電機の使用時には、回転電機ケース(図示せず)に固定された端子台(図示せず)に各接続端子34u、34v、34wが接続される。端子台には、3相の電力線(図示せず)が接続され、その3相の電力線を3相の動力線32u、32v、32wに電気的に接続する。3相の電力線は、回転電機ケースの外側において、図示しない直流電源に接続されたインバータの3相の端子に接続される。インバータは、直流電源からの直流電流を交流電流に変換して、ステータ10の各相の接続端子34u、34v、34wを通じて3相ステータコイル20に3相交流電流を供給する。
樹脂部材40は、ステータコア12のヨーク13の軸方向外側に配置される。各動力線32u、32v、32wの接続端子34u、34v、34wの位置決め作業を行いやすくする面から、好ましくは、樹脂部材40はステータコア12に固定せず、ステータコア12から浮いた状態で配置する。樹脂部材40は、ステータコア12の外周面より外径側に配置されてもよい。
樹脂部材40は、内部を貫通する3つの固定孔41を有する。3つの動力線32u、32v、32wのそれぞれの中間部は、3つの動力線32u、32v、32wで異なる固定孔41の内側に嵌合固定される。樹脂部材40は、例えば引張強度が比較的高いナイロン樹脂により形成される。図3Aは、図2のB部の拡大斜視図である。図3Bは、図3Aから樹脂部材40を取り除いて示す図である。図4は、図3AのC−C断面図である。
各動力線32u、32v、32wにおいて、樹脂部材40の外側に位置する部分の断面形状は円形であり、樹脂部材40の固定孔41の内部に配置される部分は、断面形状が非円形である回転抑制部35を有する。具体的には、図3A、図3B、図4に示すように、W相動力線32wは、基本的に円形の断面形状を有するが、樹脂部材40の固定孔41の内側に配置される部分の少なくとも一部は、断面形状が非円形である回転抑制部35を有する。図3A、図3Bでは、W相動力線32wのうち、樹脂部材40の固定孔41の内側に配置される部分を砂地で示している。
図4に示すように、W相動力線32wにおいて、樹脂部材40の固定孔41の内側に配置される部分は、長手方向中間部に形成された回転抑制部35を有する。回転抑制部35は、円柱部分の両側が平行な2つの平面部36で潰れて、かつ、各平面部36から直交して外側に突部37が突出する形状である。突部37は、直方体状であり、平面部36の長手方向(図4の上下方向)中間部から外側に突出する。図4に示すように、回転抑制部35において、W相動力線32wの長手方向に対し直交する平面についての断面形状は、長円形の短手方向(図4の左右方向)両側から突部が突出する形状である。これにより、W相動力線32wにおいて、固定孔41の内部に配置される部分の断面形状は非円形となっている。
また、各固定孔41において、回転抑制部35が内側に固定される部分の断面形状は、回転抑制部35の外形に合致する非円形である。図2に戻ってU相動力線32u及びV相動力線32vにおいて、樹脂部材40の別の2つの固定孔41に固定される部分にもW相動力線32wの回転抑制部35と同様に断面形状が非円形である回転抑制部(図示せず)が形成される。また、U相動力線32u及びV相動力線32vが内側に配置される各固定孔41において、回転抑制部が内側に固定される部分の断面形状は、回転抑制部の外形に合致する非円形である。これにより動力線結合構造30が形成される。
動力線結合構造30を形成する場合には、例えば、断面円形のエナメル線の中間部を、上記の回転抑制部35の形状に応じて治具(図示せず)で両側から潰して、各平面部36を形成し、さらに各突部37を形成する。そして、3本の動力線32u、32v、32wの回転抑制部35を含む部分を樹脂成形用の金型の内部に配置し、その状態で金型内に溶融樹脂を注入し固化させることによって、樹脂部材40を形成する。これによって、固定孔41は、回転抑制部35を含めて動力線32u、32v、32wの外形と合致する形状を有し、その固定孔41の内側に動力線32u、32v、32wが固定される。
上記の動力線結合構造30は、基本的に断面形状が円形である複数の動力線32u、32v、32wを樹脂部材40で結合する構成である。また、この動力線結合構造30によれば、動力線32u、32v、32wに外部から力が加わった場合でも、回転抑制部35と固定孔41との断面非円形の嵌合構造により、樹脂部材40内での動力線32u、32v、32wの回転を抑制できる。これにより、動力線32u、32v、32wの端部に設けた接続端子34u、34v、34wの位置決め精度を向上させて、位置決めの手間を低減することができる。このため、3本の動力線32u、32v、32wの中間部の相対的な位置関係を樹脂部材40でより安定して維持することができるので、3つの接続端子34u、34v、34wを端子台にネジ結合する作業を行いやすくなる。例えば、コイル端子24u、24v、24wに動力線32u、32v、32wの一端を溶接により接続する場合において、治具により動力線32u、32v、32wが引っ張られても樹脂部材40内で動力線32u、32v、32wが回転することを抑制できる。このため、その後に接続端子34u、34v、34wを別の部材である端子台に接続する場合に、接続端子34u、34v、34wの位置決め精度が向上する。これによって、図示しない矯正治具を用いて接続端子34u、34v、34wの位置を大きく調整する必要がなくなり、動力線32u、32v、32w及び樹脂部材40に発生する応力を低減できる。さらに、樹脂部材40内での動力線32u、32v、32wの回転を抑制できるので、動力線結合構造30を含むステータの搬送時に動力線32u、32v、32wの位置ずれを抑制できる。
なお、回転抑制部35の形状は、図3、図4に示した例に限定するものではなく、例えば円柱部の両側を潰して平行な2つの平面部を形成しただけの形状としてもよい。一方、樹脂部材40の成形後の温度変化によって、固定孔41が広がった場合でも、動力線32u、32v、32wの回転を抑制できるようにする面から、回転抑制部35は、図4のように平面部36から突部37が突出する形状とすることが好ましい。
図5は、実施形態の動力線結合構造60の別例を含むステータ10の周方向一部を示す斜視図である。図6は、ステータ10を別の方向から見た斜視図である。図7は、図6のD−D断面図であり、図8は、図7のE部拡大図である。
図5、図6に示す別例の構成では、3相ステータコイル50を形成するU、V、W相のステータコイル50u、50v、50wが、それぞれ複数の導体セグメントを接合してなる複数の単位コイルを直列に接続することによって形成される。各単位コイルは、ステータコア12において、複数のティース14を挟んで配置される2つのスロット12aに挿入するように、複数のティース14に巻回される。そして、3相のステータコイル50u、50v、50wが、ステータコア12の複数のティース14に分布巻きで巻回される。
また、各相のステータコイル50u、50v、50wの一端がステータ10の径方向外側に伸びた後、ステータ10の軸方向に略直角に曲げられることによって、3相のコイル端子52u、52v、52wが形成されている。3相のステータコイル50u、50v、50wの図示しない他端部は、バスバー(図示せず)に接続されて、中性点を形成する。これによって、3相のステータコイル50u、50v、50wがY結線で接続される。
U,V,W相の動力線62u、62v、62wの一端部63u、63v、63wは、図1から図4の構成と同様に、各相ステータコイル50u、50v、50wのコイル端子52u、52v、52wに溶接により接続される。各動力線62u、62v、62wの他端には、接続端子64u、64v、64wが設けられる。
3本の動力線62u、62v、62wの中間部は、樹脂部材70で結合される。樹脂部材70は、平面視が長円形のブロック状に形成される。3本の動力線62u、62v、62wは、樹脂部材70が有する3つの固定孔71のそれぞれの内側に嵌合固定される。3つの固定孔71は、樹脂部材70において、図5、図6の上下方向に沿って並んで貫通するように形成される。
また、樹脂部材70のうち、固定孔71が開口しない外周面には、複数の凹部72が形成されている。各凹部72は樹脂部材70の軽量化のために形成されるものであり、省略されてもよい。
このような樹脂部材70は、ステータコア12の外径側において、ステータコア12から浮いた状態で配置される。
また、各動力線62u、62v、62wにおいて、樹脂部材70の外側に位置する部分の断面形状は円形である。一方、各動力線62u、62v、62wにおいて、樹脂部材70の固定孔71の内部に配置される部分は、断面形状が非円形である回転抑制部65(図7、図8)を有する。
具体的には、図7、図8に示すように、各動力線62u、62v、62wの回転抑制部65は、各動力線62u、62v、62wの中間部に形成される。回転抑制部65は、円柱部分の横方向(図7、図8の左右方向)の両側が平行な平面部66で潰れて、かつ、2つの平面部66の間の2つの曲面の頂部に内側に窪んだ凹部67を有する形状である。これによって、回転抑制部65の断面形状は、長円形の長手方向(図7、図8の上下方向)両端に凹部が形成された非円形形状を有する。また、各固定孔71において、回転抑制部65が内側に固定される部分の断面形状は、回転抑制部65の外形に合致する非円形である。
このように複数の動力線62u、62v、62wが樹脂部材70で結合されることにより動力線結合構造60が形成される。動力線結合構造60の形成時には、例えば、断面円形の動力線62u、62v、62wの中間部を、上記の回転抑制部65の形状に応じて治具(図示せず)で両側から潰して、各平面部66を形成し、かつ各凹部67を形成する。そして、3本の動力線62u、62v、62wの回転抑制部65を含む部分を樹脂成形用の金型の内部に配置し、その状態で金型内に溶融樹脂を注入し固化させることによって、樹脂部材70を形成する。
上記の図5から図8の構成によれば、図1から図4の構成と同様に、樹脂部材70内での動力線62u、62v、62wの回転を抑制できる。さらに、動力線62u、62v、62wの回転抑制部65が横方向(図7、図8の左右方向)の突部37(図3、図4参照)を有しない。これにより、各動力線62u、62v、62wの断面形状において、長手方向に対し直交する方向である横方向の長さLaを小さくできる。このため、隣り合う動力線62u、62v、62wの間隔を小さくできるので、樹脂部材70の横方向の全長も小さくできる。また、上記の突部37がない分、樹脂部材70の表面から動力線62u、62v、62wまでの距離を大きくできるので、絶縁距離を確保しやすい。その他の構成及び作用は、図1から図4の構成と同様である。
なお、図1に示した3相ステータコイル20を有する構成において、複数の動力線を固定するために図5から図8で示した樹脂部材70を用いてもよい。これとは逆に、図5、図6に示した3相ステータコイル50を有する構成において、複数の動力線の固定のために、図1から図4で示した樹脂部材40を用いてもよい。
また、動力線の回転抑制部と、固定孔において回転抑制部が内側に固定される部分との断面形状は、図4、図7、図8に示した形状に限定するものではなく、四角形、六角形などの多角形の非円形としてもよい。
10 回転電機ステータ(ステータ)、12 ステータコア、12a スロット、13 ヨーク、14 ティース、20 3相ステータコイル、20u U相ステータコイル、20v V相ステータコイル、20w W相ステータコイル、21u U相単位コイル線、21v V相単位コイル線、21w W相単位コイル線、22u,22v,22w コイル部、23u,23v,23w 渡り線、24u,24v,24w コイル端子、30 動力線結合構造、32u U相動力線、32v V相動力線、32w W相動力線、33u,33v,33w 一端部、34u,34v,34w 接続端子、35 回転抑制部、36 平面部、37 突部、40 樹脂部材、41 固定孔、50 3相ステータコイル、50u U相ステータコイル、50v V相ステータコイル、50w W相ステータコイル、52u,52v,52w コイル端子、60 動力線結合構造、62u,62v,62w 動力線、63u,63v,63w 一端部、64u,64v,64w 接続端子、65 回転抑制部、66 平面部、67 凹部、70 樹脂部材、71 固定孔、72 凹部。

Claims (1)

  1. 回転電機ステータの複数相のステータコイルのそれぞれに一端部が接続された複数の動力線と、
    前記複数の動力線の中間部が嵌合固定される複数の固定孔を有し、前記複数の動力線の中間部を結合する樹脂部材とを備え、
    前記複数の動力線のそれぞれにおいて、前記樹脂部材の外側に位置する部分の断面形状は円形であり、前記固定孔の内部に配置される部分は、断面形状が非円形である回転抑制部を有し、
    前記複数の固定孔のそれぞれにおいて、前記回転抑制部が内側に固定される部分の断面形状は、前記回転抑制部の外形に合致する非円形である、回転電機ステータの動力線結合構造。
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