JP6640912B2

JP6640912B2 - 電動機の電機子

Info

Publication number: JP6640912B2
Application number: JP2018095864A
Authority: JP
Inventors: 佳明橘田; 宏紀立木
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2018-05-18
Filing date: 2018-05-18
Publication date: 2020-02-05
Anticipated expiration: 2038-05-18
Also published as: US20190356190A1; US10903709B2; CN110504777B; JP2019201507A; CN110504777A

Description

本願は、電動機の電機子に関し、特に、電機子鉄心の外側に配設される複数のバスバー相互間と、前記電機子鉄心に巻回されるコイルを絶縁保持する絶縁ホルダを有する電動機の電機子構造に関するものである。

例えば三相ブラシレスモータ及び三相リニアモータ等の三相交流モータにおいては、積層鋼板で構成された電機子鉄心を複数個並設された電機子と、この電機子と対向配置され同じく積層鋼板で構成される可動子（回転子）とから構成されている。そして、前記電機子鉄心は、電機子鉄心のティース部外周に巻回されたコイルと、前記電機子鉄心の外側に円環状に積層される複数のバスバーを支えると共に、このバスバー間を絶縁保持する絶縁ホルダとから構成される。

前記複数のバスバー間を堅固に絶縁保持する方法として、従来、前記複数の径方向に積層されたバスバーを保持すると共に、バスバー相互間に基部から軸方向片側に突出する円環状隔壁部を有し、バスバー相互間の空間距離（最短距離）より沿面距離（露出面に沿った距離）が大きくなるように構成される絶縁ホルダを設けるもの（特許文献１を参照）、及び、複数の環状裸導体を同心状に絶縁保持する保持部材を設け、この保持部材を、前記環状裸導体がそれぞれ挿通する本体部と、前記本体部の側面から前記環状裸導体に沿って突出した突起挿通孔により前記環状裸導体を覆う筒状突起とで構成し、前記本体部と前記筒状突起とを樹脂により一体成形したもの（特許文献２を参照）がある。

特開２０１０−６３２７３号公報特許第５９９８５２５号公報特許第５８３７１８２号公報

しかしながら、前記特許文献１、２のものは、いずれの絶縁ホルダもバスバー相互間の絶縁を、バスバー相互間の空間距離（最短距離）より沿面距離（露出面に沿った距離）が大きくなるように構成しているために、バスバー相互間の絶縁は主として距離で稼ぐ方法で設計されている。このため、取扱い電圧に応じてそれ相当の距離を確保する必要があり、高電圧を扱う電動機においては大型化する問題が避けられなかった。

この問題に対処するために特許文献３のように、バスバー相互間に絶縁シートを連続的に介在させ、これら絶縁シート、バスバー、およびホルダ相互間を絶縁性接着剤で固着したものがある。しかし、これらのものは絶縁シートの貼り付け工程が増え、貼り付けたシートのしわ、傾きの管理に多大な負担を要していた。

本願は前記のような課題を解決するためになされたもので、絶縁ホルダを新規な構造とすることにより、バスバー相互間の絶縁を空間距離及び沿面距離等の距離で確保する必要がなく、高電圧を扱う電動機にあっても、非常にコンパクトに構成でき、しかも組立工程及び管理が簡単で安価な電動機を提供することを目的とする。

本願に開示される電動機の電機子は、複数の鋼板を軸方向に積層して構成され周方向に一定間隔で並設された電機子鉄心と、前記電機子鉄心に巻回されるそれぞれのコイルを絶縁保持する絶縁ホルダと、前記電機子鉄心の外側に積層配置され、前記電機子鉄心に巻回されたそれぞれのコイルの端子と電気的に接続される複数のバスバーとを有する電動機の電機子において、
前記絶縁ホルダは、前記コイルの巻枠として作用するボビン部と、前記バスバー相互間を絶縁支持するバスバー支持部とから構成され、前記バスバー支持部は前記バスバー相互間に介在して各バスバーを電気的に隔離するバスバー壁を有しており、前記バスバー壁には、バスバーの積層方向に段部が構成され、前記段部はバスバーとバスバー壁の間にバスバーの長手方向と鉄心の積層方向に跨る隙間部が形成されるものであり、前記バスバーを前記バスバー壁に装填した状態で、前記バスバー壁の上記隙間部に外部から嵌合する絶縁壁を有し、前記バスバーを前記絶縁壁と前記バスバー壁とにより密着状に固定する絶縁キャップを備えたことを特徴とするものである。

本願によれば、バスバーに絶縁皮膜が施されていなくとも、また、高電圧を扱う電動機にあっても、空間距離、沿面距離を確保し、且つ小型な構造の電動機の電機子構造を得ることができる。

実施の形態１に係る電動機の電機子構造を示す斜視図である。実施の形態１に係る電動機の分割した電機子鉄心の一部斜視図である。実施の形態１に係る電機子に使用される絶縁ホルダを示す側面図である。実施の形態１に係る電機子に使用される絶縁ホルダを示す平面図である。実施の形態１に係る電機子の組立段階を示す斜視図である。実施の形態１に係る電機子の他の組立段階を示す斜視図である。実施の形態１に係る電機子の絶縁キャップを示す斜視図である。実施の形態１に係る電機子の絶縁キャップを収納した状態でのティース部断面図である。実施の形態１に係る電機子の組立完了後の状態を示す側面図である。図８のＡ−Ａ線断面図である。図９のＢ−Ｂ線断面図である。実施の形態２に係る電機子の絶縁キャップを示す斜視図である。実施の形態２に係る電機子の組立状態を示す斜視図である。

実施の形態１．
以下、本願の実施の形態１に係る電動機の電機子について図１から図１０を用いて説明する。各図において、同一または相当部分には同一符号を付している。
図１は実施の形態１に係る三相ブラシレスモータの電機子（固定子）１を示す斜視図である。全体として円環状に構成されており、その内周側には、所定の間隔を置いて回転子が配置される（図示していない）。
前記電機子１は、複数の鋼板を積層して構成され、周方向に等ピッチに放射状に並設された複数の電機子鉄心１０からなっており、各個の電機子鉄心１０は、この内周側に突出したティース２とティース２を外径側で連結するヨーク３とからなっている。

電機子鉄心１０のティース２には、図２に示す各絶縁被膜付き導体線を巻回したコイル１７と、コイル１７から導出されたコイル端末１６と、図３Ａ、図３Ｂに詳しく説明される絶縁ホルダ２０とが配置されている。この絶縁ホルダ２０は前記コイル１７の巻枠となるボビン部１８と、バスバーと鉄心との間及び前記バスバー相互間を絶縁支持するバスバー支持部１９とから構成されている。前記ボビン部１８とバスバー支持部１９は図では一体に構成されたものを示しているが、別体で構成されても良い。

バスバー３０は、図４に示すように、円環状に成形された導電帯であり、多相（三相）構成となっている。図４はバスバー３０をバスバー支持部１９に軸方向（紙面下方）に装填される前の状態を示している。
バスバー支持部１９は、図３から分かるように、バスバー溝２２を隔てて並立するバスバー壁２１を有し、前記バスバー溝２２のそれぞれに別のバスバー３０を装填することによって各バスバー３０を互いに電気的に隔離する。前記バスバー壁２１の一部には、バスバー壁２１からバスバー３０をオフセットさせるために、バスバーの積層方向（図３Ａの紙面左右方向）に段部２３が形成され、上記段部２３の残余部、すなわち、バスバー３０とバスバー壁２１の間にバスバーの長手方向（図３Ａの紙面と直交する方向）と鉄心の積層方向（図３Ａの紙面上下方向）に跨る隙間部２４が形成される。更に上記バスバー溝２２には、鉄心とバスバーの空間距離Ｘを確保するためのオフセット部２５と、鉄心とバスバーの沿面距離を確保する凸部２６とが存在している。

次に本願の電機子１の組立方法を示す。
まず、図２に示した分割した電機子鉄心１０を図１のように円環状に並べる。円環状に並べた鉄心同士は溶接で接合しても良いし、フレームで圧入するまで治具で支えていても良い。
ついで上で説明したバスバー３０を図４に示すように絶縁ホルダ２０のバスバー溝２２（図３Ａ参照）に軸方向上側から挿入する。その後、図５のように、バスバー３０の上に絶縁キャップ４０を組立てる。
絶縁キャップ４０の構造を図６に示す。絶縁キャップ４０はバスバー３０の長手方向に分割されており、分割面は絶縁ホルダ２０のバスバー壁２１がある箇所に設けている。絶縁キャップ４０には、対応する絶縁ホルダ２０のバスバー溝２２に嵌装され、バスバー溝２２内の隙間部を補完するように構成された絶縁壁４１と、バスバー３０とコイル１７とを接合するためのバスバー穴４２と、バスバー３０の端末同士の沿面距離を確保するための突起部４３が存在する。
最後にコイル端末１６を外径側に倒して、バスバー３０と接続し、電機子１を完成させる。

図７は絶縁ホルダ２０にバスバー３０を装填した後、絶縁キャップ４０を装填した状態におけるティース部断面図を示しており、図８は電機子１の側面図、図９は図８のＡ−Ａ線断面図、図１０は図９のＢ−Ｂ線断面図を示している。
図７から理解されるように、バスバー３０の鉄心積層方向（紙面左右方向）の端面は絶縁ホルダ２０のバスバー壁２１と絶縁キャップ４０の絶縁壁４１により、また、バスバー３０の積層方向（紙面上下方向）の端面は絶縁キャップ４０の基部によりそれぞれ密着状に固定されている。これにより各バスバー３０は互いに電気的に隔離した状態で沿面距離を稼いでいる。また絶縁ホルダ２０のオフセット部２５により電機子鉄心１０とバスバー３０の空間距離を確保し、ボビン部１８の凸部２６で上記鉄心１０とバスバー３０との沿面距離を確保している。
このような構成とすることで、バスバー３０に絶縁皮膜が施されていなくても、空間距離、沿面距離を確保し、かつ小型な構造とすることができる。
実施の形態１では、円筒状の回転機の構造であるが、直線状のリニアモータにも適用することができる。

実施の形態２．
本願の実施の形態２に係る電動機の電機子について図１１から図１２を用いて説明する。各図において、同一または相当部分には同一符号を付している。実施の形態２は絶縁キャップ４０の変形例を示している。図１１に示す実施の形態２の絶縁キャップ４０は、一円の円環状に形成され、等間隔で絶縁壁４１が設けられている。また、外形側にはフランジ４４があり、取付用穴４５が設けられている。
組立は図１２に示すように、図１１で示した絶縁キャップ４０を、その上下を反転させた状態で、実施の形態１の図５と同様に、円環状に並んだバスバーに電機子１の軸方向から、絶縁壁４１が絶縁ホルダ２０のバスバー溝２２間の隙間部（図示していない）を補完するように挿入されるのは実施の形態１と同様である。絶縁キャップ４０の固定は電機子に設けたフレーム５０のフランジにねじ止めすることとなる。
この実施の形態２のものは、絶縁キャップ４０を円環状に一体構成とすることにより、部品数が減り、より生産性の高い構造となる。

本願は、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、一つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。
従って、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。

１電機子、２ティース、３ヨーク、１０電機子鉄心、１６コイル端末、１７コイル、１８ボビン部、１９バスバー支持部、２０絶縁ホルダ、
２１バスバー壁、２２バスバー溝、２３段部、２５オフセット部、
２６凸部、３０バスバー、４０絶縁キャップ、４１絶縁壁、４２バスバー穴、４３突起部、４４フランジ、４５取付用穴、５０フレーム

Claims

複数の鋼板を軸方向に積層して構成され周方向に一定間隔で並設された電機子鉄心と、前記電機子鉄心に巻回されるそれぞれのコイルを絶縁保持する絶縁ホルダと、前記電機子鉄心の外側に積層配置され、前記電機子鉄心に巻回されたそれぞれのコイルの端子と電気的に接続される複数のバスバーとを有する電動機の電機子において、
前記絶縁ホルダは、前記コイルの巻枠として作用するボビン部と、前記バスバー相互間を絶縁支持するバスバー支持部とから構成され、前記バスバー支持部は前記バスバー相互間に介在して各バスバーを電気的に隔離するバスバー壁を有しており、前記バスバー壁には、バスバーの積層方向に段部が構成され、前記段部はバスバーとバスバー壁の間にバスバーの長手方向と鉄心の積層方向に跨る隙間部が形成されるものであり、前記バスバーを前記バスバー壁に装填した状態で、前記バスバー壁の前記隙間部に外部から嵌合する絶縁壁を有し、前記バスバーを前記絶縁壁と前記バスバー壁とにより密着状に固定する絶縁キャップを備えたことを特徴とする電動機の電機子。
前記バスバーの外周は前記絶縁ホルダのバスバー壁と前記絶縁キャップによりそれぞれ密着状に封かんされていることを特徴とする請求項１に記載の電動機の電機子。
前記絶縁キャップは、前記バスバーの長手方向に分割されており、分割面は前記絶縁ホルダのバスバー壁がある箇所で構成されていることを特徴とする請求項２に記載の電動機の電機子。
前記絶縁キャップには、前記バスバーと前記コイルとを接合するためのバスバー穴が設けられていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の電動機の電機子。
前記絶縁キャップに複数個設けられたバスバー穴の間に突起を設けることを特徴とする請求項４に記載の電動機の電機子。
前記絶縁キャップは円環状に形成され、その上に等間隔で絶縁壁が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の電動機の電機子。