JP5111887B2 - 回転電機の固定子 - Google Patents

Description

この発明は、例えば同期電動機及び誘導電動機等の電動機又は発電機に用いられる回転電機の固定子に関するものである。

従来の回転電機の固定子では、ティース部に絶縁ボビンが取り付けられており、その絶縁ボビンには、コイルを形成するコイル導体が巻き付けられている。このコイル導体は、電源に電気的に接続された接続導体と、接続導体に電気的に接続された枝線とを介して、電力を供給されている。この枝線とコイル導体の端部とが、固定子コアの径方向外側（固定子コアの外周）に引き出されて、互いに接続されている。また、枝線とコイル導体の端部との接続箇所、及び接続導体は、絶縁ボビンの上面に取り付けられた導体固定機構（端子間接続導体下支え及び端子間接続導体上支え）によって固定されている。ここで、接続導体からの枝線の引き出し箇所がコイルの相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）毎に固定子コアの周方向で異なっており、その引き出し箇所に対応する形状の導体固定機構が絶縁ボビンに取り付けられる（例えば、特許文献１参照）。

特開２００５−１３０５８０号公報

上記のような従来の回転電機の固定子では、相毎に異なる形状の導体固定機構が絶縁ボビンに取り付けられるため、組立時にコイルの相に対応していない形状の導体固定機構が絶縁ボビンに取り付けられてしまうことがある。この場合に、修正作業が必要となり、組立時の作業効率が低下していた。また、複数種類の形状の導体固定機構を用いているため、それらの製造（成形）に用いられる金型も複数種類必要であり、それらの管理にも手間がかかり、生産コストが高くなっていた。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、組立時の作業効率を向上させることができるとともに、生産コストを低減させることができる回転電機の固定子を得ることを目的とする。

この発明に係る回転電機の固定子は、ヨーク部と、周方向に互いに間隔をおいて配置され、かつヨーク部から径方向へ向けて突出する複数のティース部とを有する環状の固定子コア、各ティース部に設けられ、複数相のコイルを形成する複数のコイル導体、互いに隣り合うティース部同士の間を渡すように、固定子コアの周方向に沿って環状に設けられ、かつ固定子コアの径方向に互いに間隔をおいて並べられ、各ティース部の位置に対応するように設けられた複数の接続箇所で、各コイル導体の端部と電気的に相毎に接続され、互いに同相のコイル導体同士の配電用電路を形成する接続導体、及び各ティース部に設けられ、各接続導体を固定する複数の導体固定機構を備え、導体固定機構は、固定子コアの径方向に互いに間隔をおいて並べられ、かつティース部の幅方向に互いに間隔をおいて配置され、接続導体と係合している複数の導体係合部と、ティース部の幅方向で互いに隣り合う導体係合部同士の間毎に設けられ、接続箇所と係合可能な複数の接続箇所係合部とを有しているものである。

この発明の回転電機の固定子は、導体固定機構によって各接続導体が固定されており、ティース部の幅方向で互いに隣り合う導体係合部同士の間毎に接続箇所係合部が設けられているので、導体固定機構の形状が全ての相で統一され、組立時の作業効率を向上させることができるとともに、管理の手間が軽減され、生産コストを低減させることができる。

以下、この発明を実施するための最良の形態について、図面を参照して説明する。
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１による永久磁石同期電動機を示す上面図である。図２は、図１の線ＩＩの領域を拡大して示す上面図である。図３は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面図である。図４は、図２のＩＶ−ＩＶ線に沿う断面図である。図５は、図２の線Ｖの領域を分解して示す斜視図である。
図において、永久磁石同期電動機（永久磁石モータ）は、環状の固定子１と、その固定子１の内周に回転可能に設けられた回転子２とを有している。回転子２の外周面には、複数の永久磁石３が固着されている。固定子１は、環状の固定子コア４と複数のコイルとを有している。固定子コア４は、複数枚の磁性板が積層されて形成された複数のコア部材４ａによって構成されている。複数のコア部材４ａは、環を成すように互いに連結されている。

また、コア部材４ａは、ヨーク部４ｂと、ヨーク部４ｂから固定子コア４の径方向内側へ向けて突出するティース部４ｃとを有している。ティース部４ｃには、筒状の絶縁ボビン５が挿入されて取り付けられている。絶縁ボビン５の側面には、コイルを形成するコイル導体（固定子巻線）６が巻き付けられている。１本のコイル導体６は、互いに隣り合う一対の絶縁ボビン５の側面に巻き付けられており、２つのコイルを形成している。また、コイル導体６の一端部は、一対の絶縁ボビン５のうちの一方から引き出され、巻線始端部６ａを構成している。さらに、コイル導体６の他端部は、一対の絶縁ボビン５のうちの他方から引き出され、巻線終端部６ｂを構成している。絶縁ボビン５の長さ方向（固定子コア４の径方向）両端部には、係合爪溝としての固定部材取付用爪溝（爪孔）５ａが設けられている。

また、絶縁ボビン５の上面には、下側導体固定部材７が設けられている。下側導体固定部材７は、絶縁ボビン５の長さ方向（固定子コア４の径方向）両端の上面を架け渡すように配置されている。また、下側導体固定部材７の上面には、水平方向に対して平行な平面部７ａと、長さ方向に互いに間隔をおいて幅方向中央に配置され接続箇所固定部としての複数の接続保持部材係合長溝７ｂとが設けられている。さらに、下側導体固定部材７の下面には、係合爪部としての一対の固定部材取付用爪部７ｃが下側導体固定部材７の長さ方向に互いに間隔をおいて設けられている。固定部材取付用爪部７ｃは、下方へ向けて配置されている。また、固定部材取付用爪部７ｃは、固定部材取付用爪溝５ａと係合しており、固定部材取付用爪部７ｃと固定部材取付用爪溝５ａとが係合していることにより、下側導体固定部材７が絶縁ボビン５の両端部の上面に固定されている。さらに、固定部材取付用爪部７ｃの長さ寸法と固定部材取付用爪溝５ａの深さ寸法とは、互いに同等の寸法となっている。

さらにまた、下側導体固定部材７の長さ方向両端面の角部には、上下連結用爪溝７ｄが設けられている。また、下側導体固定部材７の平面部７ａには、接続導体としての複数（３本）の各相導体８〜１０及び共通導体１１とが固定子コア４の径方向に互いに間隔をおいて載置されている。各導体８〜１１は、互いに隣り合う上記ティース部同士の間を渡すように、固定子コア４の周方向に沿って環状に配置されている。各導体８〜１１は、電源供給部１２を介して、固定子コア４の外部の電源装置（図示せず）に接続されている。各相導体８〜１０は、電力をコイルの相毎（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）に供給するための導体であり、共通導体１１は、コイルの電気的中性線を構成するための導体である。即ち、各導体８〜１１は、互いに同相のコイル導体６同士の配電用電路を形成している。各相導体８〜１０には、それぞれ各コイルの巻線始端部６ａが相毎に電気的に接続されている。共通導体１１には、各巻線終端部６ｂが電気的に接続されている。

各相導体８〜１０及び各巻線始端部６ａの接続箇所、並びに共通導体１１及び各巻線終端部６ｂの接続箇所は、それぞれ各ティース部４ｃに対応する位置（各ティース部４ｃの直上の位置）に設けられている。また、各相導体８〜１０及び各巻線始端部６ａの接続箇所、並びに共通導体１１及び各巻線終端部６ｂの接続箇所には、それぞれ接続保持部材としての圧着スリーブ１３が取り付けられている。圧着スリーブ１３は、各接続箇所を覆って、圧着されている（かしめ潰されている）。圧着スリーブ１３は、接続保持部材係合長溝７ｂに配置され、かつ接続保持部材係合長溝７ｂに挿入され、接続保持部材係合長溝７ｂと係合している。即ち、圧着スリーブ１３は、接続保持部材係合長溝７ｂと係合することによって、固定されている。

各下側導体固定部材７の上部には、上側導体固定部材１４が設けられている。上側導体固定部材１４の形状は、中空部を有し下面が開放されたボックス状である。ここで、下側導体固定部材７及び上側導体固定部材１４は、樹脂によって成形されており、導体固定機構１５を構成している。上側導体固定部材１４の上面は、長さ方向中央から長さ方向中央部両端へ向けて下方に傾斜している。また、上側導体固定部材１４の長さ方向両端面の角部には、上下連結用爪部１４ａが設けられている。上下連結用爪部１４ａは、上下連結用爪溝７ｄと係合しており、上下連結用爪部１４ａ及び上下連結用爪溝７ｄが互いに係合していることにより、上側導体固定部材１４及び下側導体固定部材７が互いに上下に連結している。

上側導体固定部材１４の幅方向両端面には、各導体８〜１１と係合可能な導体係合部としての複数（８つ）の導体係合溝１４ｂが設けられている。複数の導体係合溝１４ｂのうちの半数は、上側導体固定部材１４の幅方向一端面側（図２における左側の面）で、上側導体固定部材１４の長さ方向に互いに間隔をおいて並べられている。複数の導体係合溝１４ｂのうちの残りの半数は、上側導体固定部材１４の幅方向他端面側（図２における右側の面）で、上側導体固定部材１４の長さ方向に互いに間隔をおいて並べられている。即ち、複数のうちの半数の導体係合溝１４ｂと、その残りの導体係合溝１４ｂとは、互いにティース部４ｃの幅方向に間隔おいて配置されている。ここで、上側導体固定部材１４及び下側導体固定部材７が互いに連結しているときに、接続保持部材係合長溝７ｂは、ティース部４ｃの幅方向で互いに隣り合う導体係合溝１４ｂ同士の間に配置されている。

上側導体固定部材１４の幅方向一端面に配置された各相導体８〜１０用の導体係合溝１４ｂは、巻線始端部６ａと係合するための複数の切り欠け溝部１４ｃを有している。また、上側導体固定部材１４の幅方向他端面配置された共通導体１１用の導体係合溝１４ｂは、巻線終端部６ｂと係合するための切り欠け溝部（図示せず）を有している。即ち、各導体固定機構１５は、いずれも同一形状となっており、互いに同一の形状の複数の導体固定機構１５によって、各導体８〜１１と圧着スリーブ１３とが固定されている。また、各導体８〜１１は、各導体係合溝１４ｂと係合することによって固定されて、整列されている。各導体係合溝１４ｂによって各導体８〜１１が２箇所で固定されていることにより、各導体８〜１１の電磁振動が抑制されている。

上記のような回転電機の固定子では、導体固定機構１５によって各導体８〜１１が固定されており、ティース部４ｃの幅方向で互いに隣り合う導体係合溝１４ｂ同士の間毎に、各導体８〜１１とコイル導体６との接続箇所に圧着された圧着スリーブ１３と係合可能な接続保持部材係合長溝７ｂが設けられているので、導体固定機構１５の形状が全ての相で統一され、組立時の作業効率を向上させることができるとともに、管理の手間が軽減され、生産コストを低減させることができる。

また、複数の導体係合溝１４ｂと各導体８〜１１とが互いに係合することによって、各導体８〜１１が平面部７ａ上に整列されているので、各導体８〜１１同士の干渉・接触（ショート）を防ぐことができ、固定子としての品質を安定させることができる。

ここで、従来の回転電機の固定子では、絶縁ボビンと導体保持樹脂成形品との係合箇所が１箇所のみであり、不安定な状態で導体保持樹脂成形品が絶縁ボビンに固定されていたため、外力が導体保持樹脂成形品に作用すると、その力が１箇所に集中してしまい、導体保持樹脂成形品又は絶縁ボビンが破損しやすくなっていた。これに対して、上記のような回転電機の固定子では、下側導体固定部材７及び絶縁ボビン５の複数箇所に、それぞれ固定部材取付用爪部７ｃ及び固定部材取付用爪溝５ａが設けられているので、従来の回転電機の固定子よりも強固に導体固定機構１５を絶縁ボビン５に固定することができ、衝撃や電磁振動に対する導体固定機構１５の固定強度を強化することができる。これとともに、固定部材取付用爪部７ｃの長さ寸法と固定部材取付用爪溝５ａの深さ寸法とが互いに同等の寸法となっているので、固定後の下側導体固定部材７の揺動（がた）を抑えることができる。

また、従来の回転電機の固定子では、絶縁ボビンの導線巻付箇所に導体保持樹脂成形品の一部が嵌め込まれるような構造であった。このため、導体保持樹脂成形品における固定子コアの径方向の接続スペースが狭くなっていた。これとともに、コイル導体の引き出し箇所と絶縁ボビンとが互いに干渉してしまうため、組立時の作業効率が低下していた。これに対して、上記のような回転電機の固定子では、絶縁ボビン５の固定子コア４径方向の両端の上面を架け渡すように下側導体固定部材７が配置されており、下側導体固定部材７の平面部７ａに各導体８〜１１が載置されるので、絶縁ボビン５のヨーク部４ｂ側の端部と、巻線始端部６ａ及び巻線終端部６ｂとの干渉を軽減させることができるとともに、固定子コア４の径方向への接続スペースを広くすることができ、組立時の作業効率を向上させることができる。

さらに、一般的に、固定子の製造時に各導体・部材の組立が終了すると、各導体同士の絶縁強化及び機械的強度強化等のために液体の絶縁ワニスが固定子コアの巻線箇所及び接続箇所に塗布（付着）されて固定される。そして、従来の回転電機の固定子では、導体固定用の樹脂成形品（導体保持樹脂成形品）の上面に凹凸があり、この凹部に絶縁ワニスが溜まりやすくなっていた。このため、凹部に溜まったまま絶縁ワニスが固化すると、その絶縁ワニスの厚みによって固定子全体の高さが高くなってしまうことがあった。また、絶縁ワニスが凹部に溜まる分、絶縁ワニスの使用量が増加していた。これに対して、上記のような回転電機の固定子では、固定子コア４が水平に置かれたときに、上側導体固定部材１４の上面が固定子コア４の径方向下側へ向けて傾斜しており、固定子コア４に絶縁ワニスを塗布した際に、絶縁ワニスが上側導体固定部材１４の上面から下方へ流れるので、上側導体固定部材１４の高さ寸法を最小限に抑えることができる。これとともに、上側導体固定部材１４の上面に絶縁ワニスが溜まらないので、絶縁ワニスの使用量を低減させることができる。

実施の形態２．
なお、実施の形態１では、上側導体固定部材１４の上面が固定子コア４の径方向下側へ向けて傾斜していたが、図６に示すように、上側導体固定部材１４の上面が水平であり、その上面に複数の貫通孔１４ｄが設けられていてもよい。この場合であっても、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。

また、実施の形態１，２では、永久磁石同期電動機について説明したが、この発明は、例えば誘導電動機等の電動機にも適用できる。

さらに、実施の形態１，２では、電動機の固定子について説明したが、この発明は。発電機の固定子にも適用できる。

さらにまた、実施の形態１，２では、下側導体固定部材７及び上側導体固定部材１４が樹脂によって成形されていたが、樹脂に限るものではなく、他の絶縁体、又は絶縁加工が施された部材を用いてもよい。

また、実施の形態１，２では、導体係合部として導体係合溝１４ｂを用いたが、導体係合部は、溝に限るものではなく、導体と係合可能であれば他の形状であってもよい。これと同様に、実施の形態１，２では、接続箇所配置部として接続保持部材係合長溝７ｂを用いたが、接続箇所配置部は、長溝に限るものではなく、各導体同士の接続箇所を配置可能な領域を形成するものであればよい。

この発明の実施の形態１による永久磁石同期電動機を示す上面図である。 図１のＩＩ線を拡大して示す上面図である。 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面図である。 図２のＩＶ−ＩＶ線に沿う断面図である。 図２の一部を分解して示す斜視図である。 この発明の実施の形態２による永久磁石同期電動機の一部を拡大して示す上面図である。

符号の説明

４ 固定子コア、４ｃ ティース部、４ｂ ヨーク部、５ 絶縁ボビン、５ａ 固定部材取付用爪溝（係合爪溝）、６ コイル導体、６ａ 巻線始端部、６ｂ 巻線終端部、７ 下側導体固定部材、７ａ 平面部、７ｂ 接続保持部材係合長溝（接続箇所係合部）、７ｃ 固定部材取付用爪部（係合爪部）、８〜１０ 各相導体（接続導体）、１１ 共通導体（接続導体）、１３ 圧着スリーブ（接続保持部材）、１４ 上側導体固定部材、１４ｂ 導体係合溝（導体係合部）、１４ｄ 貫通孔、１５ 導体固定機構。

Claims (7)

1. ヨーク部と、周方向に互いに間隔をおいて配置され、かつ上記ヨーク部から径方向へ向けて突出する複数のティース部とを有する環状の固定子コア、
   上記各ティース部に設けられ、複数相のコイルを形成する複数のコイル導体、
   互いに隣り合う上記ティース部同士の間を渡すように、上記固定子コアの周方向に沿って環状に設けられ、かつ上記固定子コアの径方向に互いに間隔をおいて並べられ、上記各ティース部の位置に対応するように設けられた複数の接続箇所で、上記各コイル導体の端部と電気的に相毎に接続され、互いに同相の上記コイル導体同士の配電用電路を形成する接続導体、及び
   上記各ティース部に設けられ、上記各接続導体を固定する複数の導体固定機構
   を備え、
   上記導体固定機構は、上記固定子コアの径方向に互いに間隔をおいて並べられ、かつ上記ティース部の幅方向に互いに間隔をおいて配置され、上記接続導体と係合している複数の導体係合部と、上記ティース部の幅方向で互いに隣り合う上記導体係合部同士の間毎に設けられ、上記接続箇所と係合可能な複数の接続箇所係合部とを有していることを特徴とする回転電機の固定子。
2. 上記各ティース部に取り付けられた筒状の複数の絶縁ボビン
   をさらに備え、
   上記コイル導体は、上記絶縁ボビンを介して上記ティース部に巻き付けられており、
   上記導体固定機構には、複数の係合爪部が設けられており、
   上記絶縁ボビンには、それぞれ上記係合爪部と係合可能な複数の係合爪溝が設けられており、
   上記導体固定機構は、上記係合爪部及び上記係合爪溝が互いに係合することによって、上記絶縁ボビンに固定されていることを特徴とする請求項１記載の回転電機の固定子。
3. 上記導体固定機構は、上記絶縁ボビンの上記固定子コア径方向の両端の上面を架け渡すように配置されていることを特徴とする請求項２記載の回転電機の固定子。
4. 上記導体同士の接続箇所に取り付けられ、上記導体同士の電気的接続状態を保持する接続保持部材
   をさらに備え、
   上記導体固定機構は、互いに上下に連結される上側導体固定部材及び下側導体固定部材によって構成されており、
   上記上側導体固定部材は、上記ティース部の突出方向に沿い互いに対向する一対の側面部を有しており、
   上記導体係合部は、上記上側導体固定部材の一対の側面部の下端に互いに間隔をおいて設けられた導体係合溝であり、
   上記接続箇所係合部は、上記下側導体固定部材の上面に設けられ、上記接続保持部材と係合可能な接続保持部材係合長溝であることを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の回転電機の固定子。
5. 上記下側導体固定部材の上面は、上記上側導体固定部材の上記一対の側面部の下端面と当接可能であり上記各導体が載置される平面部を有していることを特徴とする請求項４記載の回転電機の固定子。
6. 上記導体固定機構の上面は、上記固定子コアが水平に置かれたときに、上記固定子コアの径方向下側へ向けて傾斜していることを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の回転電機の固定子。
7. 上記導体固定機構の内部は、中空状になっており、
   上記導体固定機構の上面には、外部から内部へ貫通する複数の貫通孔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５までのいずれか１項に記載の回転電機の固定子。

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