JP2013219890A - 三相交流モータ - Google Patents

Abstract

【課題】モータの小型化や低コスト化のニーズを満たしながら、多数の渡り線を十分絶縁距離を確保して納まりよく配置できる三相交流モータを提供することを目的とする。
【解決手段】固定子鉄心２の内周側に設けられている複数のティース部に、絶縁性のコイルボビン８を介してＵ，Ｖ，Ｗ相の固定子巻線３，４，５がそれぞれ集中巻きされている固定子１を備えた三相交流モータにおいて、各相固定子巻線３，４，５が、１スター型の直列巻線構造とされているとともに、各相固定子巻線３，４，５の各コイル間を繋ぐ渡り線１０ないし１５の全部または一部が、固定子１の回転子１７を挿入する一端側とは反対側のコイルエンド部２Ｂの内周側に、渡り線保持部１６を介して配置されている。
【選択図】図５

Description

本発明は、車両用空調装置の電動圧縮機等を駆動するモータに適用して好適な三相交流モータに関するものである。

電気自動車やハイブリッド車等に搭載される車両用空調装置にあっては、インバータが一体に組み込まれた電動圧縮機が用いられている。かかる電動圧縮機では、圧縮機駆動用のモータとして、インバータを介して変換された三相交流電力が印加される三相交流モータが用いられている。このようなインバータ一体型電動圧縮機は、エンジンルーム内に搭載されることから、極力小型化されることが求められており、従って、モータについても同様に小型化が強く求められている。

この三相交流モータでは、集中巻き（直巻きとも云う。）モータが用いられるが、その固定子において、固定子鉄心の内周側に設けられている複数のティース部に、樹脂材等からなる絶縁性のコイルボビンを介して巻装されるＵ，Ｖ，Ｗ相の各相固定子巻線の渡り線やその先端をスター結線した中性点をコイルボビンの外周側に配設している場合があった。このため、このモータでは、固定子自体の外形が大きくなる傾向があった。

一方、特許文献１には、渡り線または端末線を処理する突起部を有する配線処理部材を固定子のコイルエンド部に載置し、その配線処理部材上に突起部等を介して渡り線または端末線を固定配置したモータおよびその固定子が開示されている。

特開２００３−１５８８４５号公報

しかしながら、上記の如く、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の各相固定子巻線の渡り線およびその先端を結線した中性点を、絶縁性ボビンの外周側に配設したものでは、固定子自体の外形が大きくなる傾向があることから、モータの小型化に対するニーズには十分対応し切れていなかった。また、特許文献１に示すように、コイルエンド部に配線処理部材を載置する構成とした場合、軸方向の長さが長くなるため、同様の課題を有していた。特に、固定子巻線を簡素化、低コスト化するため、１スター型の直列巻線構造とすると、３スター型等、多スター型の巻線方式に比べて、渡り線の数が多く、総渡り線長が長くなることから、その処理が課題となっていた。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、モータの小型化や低コスト化のニーズを満たしながら、多数の渡り線を十分絶縁距離を確保して納まりよく配置することができる三相交流モータを提供することを目的とする。

上記した課題を解決するために、本発明の三相交流モータは、以下の手段を採用する。
すなわち、本発明にかかる三相交流モータは、固定子鉄心の内周側に設けられている複数のティース部に、絶縁性のコイルボビンを介してＵ，Ｖ，Ｗ相の固定子巻線がそれぞれ集中巻きされている固定子を備えた三相交流モータにおいて、前記各相固定子巻線が、１スター型の直列巻線構造とされているとともに、前記各相固定子巻線の各コイル間を繋ぐ渡り線の全部または一部が、前記固定子の回転子を挿入する一端側とは反対側のコイルエンド部の内周側に、渡り線保持部を介して配置されていることを特徴とする。

三相交流モータでは、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の各相固定子巻線を１スター型の直列巻線構造とすることによって、巻線の接続点を減少し、接続工数を低減することができるが、３相分の渡り線を如何に配置するかが問題となる。渡り線は、通常、固定子のコイルエンド部において、コイルボビンの外周に配置しているが、渡り線の数が多く、かつ長くなると、コイルエンド部の外径または高さの増大を招き、小型化に反してしまうとともに、モータハウジングとの距離が近くなり、絶縁距離を確保することが難しくなる等の問題が生じる。
本発明によれば、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の各相固定子巻線が、１スター型の直列巻線構造とされているとともに、各相固定子巻線の各コイル間を繋ぐ渡り線の全部または一部が、固定子の回転子を挿入する一端側とは反対側のコイルエンド部の内周側に、渡り線保持部を介して配置されているため、各相固定子巻線を１スター型直列巻線構造とすることで巻線の接続点を減少し、接続工数の低減を図りながら、回転子の組み込みに影響を及ぼすことのない固定子の反対側コイルエンド部の内周側スペースを利用することにより、そのスペースに渡り線の全部または一部を配置することができる。従って、モータの小型化や接続工数の低減によるコスト削減効果、更には組立て性を維持しながら、多数の渡り線を十分絶縁距離を確保して納まりよく配置することができる。

さらに、本発明の三相交流モータは、上記の三相交流モータにおいて、前記渡り線は、前記固定子の両端側のコイルエンド部に対して分割して配置され、その一部が前記固定子の前記反対側のコイルエンド部の内周側に、前記渡り線保持部を介して配置されるとともに、他の一部が前記固定子の前記一端側のコイルエンド部および／または前記反対側のコイルエンド部の前記コイルボビンの外周側に配置されていることを特徴とする。

本発明によれば、渡り線が、固定子の両端側のコイルエンド部に対して分割して配置され、その一部が固定子の反対側のコイルエンド部の内周側に、渡り線保持部を介して配置されるとともに、他の一部が固定子の一端側のコイルエンド部および／または反対側のコイルエンド部のコイルボビンの外周側に配置されているため、渡り線の数が多く、その全てを固定子の反対側のコイルエンド部の内周側スペースに、渡り線保持部を介して配置することができない場合でも、その一部を一端側コイルエンド部および／または反対側のコイルエンド部のコイルボビンの外周側に配置することによって、一端側のコイルエンド部の外径または高さを増大することなく、全ての渡り線を固定子の両端側コイルエンド部に配置することができる。従って、コイル数が多く、渡り線の数が多くなるモータの場合であっても、渡り線を分割配置することによって対応することが可能となる。

さらに、本発明の三相交流モータは、上述のいずれかの三相交流モータにおいて、前記渡り線保持部は、前記固定子の前記反対側のコイルエンド部に配設される絶縁性の前記コイルボビンと一体成形されていることを特徴とする。

本発明によれば、渡り線保持部が、固定子の反対側のコイルエンド部に配設される絶縁性のコイルボビンと一体成形されているため、渡り線の前部または一部を、固定子の反対側のコイルエンド部の内周側に、渡り線保持部を介して配置する構成としても、部品数を増加させずに固定子を構成することができる。従って、組み立て工数やそれによるコスト上昇を抑制することができる。

さらに、本発明の三相交流モータは、上述のいずれかの三相交流モータにおいて、前記渡り線保持部は、コの字断面形状とされ、その開口部が前記固定子の回転軸線方向の外方側または内方側に向って開口されていることを特徴とする。

本発明によれば、渡り線保持部が、コの字断面形状とされ、その開口部が固定子の回転軸線方向の外方側または内方側に向って開口されているため、渡り線をコの字断面形状の渡り線保持部の凹部内に収容配置することができ、更にその開口部が外方側に向って開口されている場合は、固定子巻線を巻線する際の作業性を確保しつつ、また、開口部が内方側に向って開口されている場合は、絶縁性をより高くしつつ、渡り線を渡り線保持部の凹部内に収容配置することができる。従って、いずれも場合においても、渡り線を固定子の反対側のコイルエンド部の内周側スペースに、渡り線保持部を介して納まりよく配置することができる。

本発明によると、各相固定子巻線を１スター型直列巻線構造とすることで巻線の接続点を減少し、接続工数の低減を図りながら、回転子の組み込みに影響を及ぼすことのない固定子の反対側コイルエンド部の内周側スペースを利用することにより、そのスペースに渡り線の全部または一部を配置することができるため、モータの小型化や接続工数の低減によるコスト削減効果、更には組立て性を維持しながら、多数の渡り線を十分絶縁距離を確保して納まりよく配置することができる。

本発明の一実施形態に係る三相交流モータの固定子の側面視図である。 図１に示す固定子の平面視図である。 図１に示す固定子の各相固定子巻線の結線状態の模式図である。 図１に示す固定子の固定子鉄心の平面視図である。 図１に示す三相交流モータの縦断面相当図である。

以下に、本発明の一実施形態について、図１ないし図５を参照して説明する。
図１には、本発明の一実施形態に係る三相交流モータの固定子の側面視図が示され、図２には、その平面視図が示されている。また、図３には、各相固定子巻線の結線状態の模式図、図４には、固定子鉄心の平面視図、図５には、三相交流モータの縦断面相当図が示されている。
モータを構成する固定子１は、円筒状に形成された固定子鉄心２に対して、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の各相固定子巻線３，４，５が巻装されることにより構成されるものである。

固定子鉄心２は、電磁鋼板等を打抜き成形した環状の板材を所定枚数積層し、それをカシメ、溶接等により一体的に結合して構成されるものである。該固定子鉄心２の内周面側には、図４に示されるように、円周上に等間隔で複数箇所（本実施形態では、９箇所）に巻線スペースとなるスロット６が設けられ、各スロット６間の９箇所にそれぞれティース部７が形成されている。

この固定子鉄心２の９箇所のティース部７には、公知の如く、樹脂材等からなる絶縁性のコイルボビン８を介してＵ，Ｖ，Ｗ相の各相固定子巻線３，４，５が巻装されるようになっている。各相の固定子巻線３，４，５は、９箇所のティース部７に対し、コイルボビン８を介してＵ相のコイルＵ１，Ｕ２，Ｕ３、Ｖ相のコイルＶ１，Ｖ２，Ｖ３、Ｗ相のコイルＷ１，Ｗ２，Ｗ３を形成するように集中巻き（直巻きとも云う。）される。これらの固定子巻線３，４，５およびその各コイルＵ１ないしＷ３は、各相固定子巻線３，４，５の先端３Ａ，４Ａ，５Ａが中性点９でスター結線されることにより、図３に示す如く、１スター型の直列巻線構造とされている。

各相固定子巻線３，４，５の各コイルＵ１ないしＷ３は、図２に示されるように、固定子鉄心２に設けられているスロット６を、各相固定子巻線３，４，５をティース部７に集中巻きし、コイルＵ１ないしＷ３を形成する際の巻線スペースとして、ティース部７に巻装される。これにより、絶縁性のコイルボビン８に対して、各相固定子巻線３，４，５がモータ軸方向に向って徐々に巻線高さが高くなるように巻装され、その結果、固定子鉄心２の両端側に各々コイルエンド部２Ａ，２Ｂが形成されるようになっている。

一方、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の各相固定子巻線３，４，５を固定子鉄心２の複数のティース部７に絶縁性コイルボビン８を介して巻装し、各々コイルＵ１ないしＷ３を形成するには、図２に示されるように、各相固定子巻線３，４，５の各コイルＵ１，Ｕ２，Ｕ３間、コイルＶ１，Ｖ２，Ｖ３間、およびコイルＷ１，Ｗ２，Ｗ３間をそれぞれ接続するための渡り線１０，１１，１２，１３，１４，１５が必要であり、この渡り線１０ないし１５およびその巻線先端３Ａ，４Ａ，５Ａをコイルエンド部２Ａ，２Ｂに配置しなければならない。

本実施形態では、上記渡り線１０ないし１５、すなわち各々のコイルＵ１とＵ２、Ｕ２とＵ３間を接続する渡り線１０，１１、コイルＶ１とＶ２、Ｖ２とＶ３間を接続する渡り線１２，１３、コイルＷ１とＷ２、Ｗ２とＷ３間を接続する渡り線１４，１５の中、渡り線１０ないし１３を、固定子２に対して回転子１７を挿入して組み込む一端側のコイルエンド部２Ａにおいて、絶縁性のコイルボビン８の外周側に配置し、他の渡り線１４，１５を反対側のコイルエンド部２Ｂの内周側に、渡り線保持部１６を介して配置した構成としている。

なお、回転子１７は、図５に示されるように、固定子２の内筒内に、その一端側から挿入して組み込まなければならない。従って、固定子２の一端側、ここではコイルエンド部２Ａ側の内周に渡り線等を配置することは、回転子１７の組み込みを妨げることになることから不可である。

渡り線１０ないし１５は、固定子２のコイルエンド部２Ｂ側の内周に、スペース的に余裕がある場合には、渡り線１０ないし１５の全部を、渡り線保持部１６を介して配置してもよく、本実施形態のように、回転子１７の端部にバランスウェイト１８が設けられていることにより、スペース的にあまり余裕がない場合は、図５に示されるように、その一部を配置するように、コイルエンド部２Ａの外周側と、コイルエンド部２Ｂの内周側とに分割して配置すればよい。なお、渡り線１０ないし１５を分割配置する際の比率は、それぞれのスペースを考慮して設定すればよい。

渡り線保持部１６は、コの字断面形状とされており、コイルエンド部２Ｂ側に設けられる樹脂材製のコイルボビン８の内径側鍔部８Ａに一体成形されている。この渡り線保持部１６は、コの字断面の開口部１６Ａが、図５に示されるように、固定子２の回転軸線方向の外方側に向って開口されるか、もしくは内方側に向って開口されるかのいずれかとされており、いずれの場合も、その凹部内に渡り線、ここでは渡り線１４，１５が配置されるようになっている。

なお、本実施形態においては、渡り線保持部１６を、図２に示されているように、渡り線１４，１５が渡る範囲に設置されるコイルボビン８に対してのみ設けている。この渡り線保持部１６は、渡り線が配置される範囲に対応して設置すればよく、例えば、全部の渡り線をコイルエンド部２Ｂの内周側に配置する場合は、全てのコイルボビン８の内径側鍔部８Ａに対して渡り線保持部１６が一体成形されることになる。

以上に説明の構成により、本実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
インバータ側のＵ，Ｖ，Ｗ端子に接続されるＵ，Ｖ，Ｗ線は、モータの固定子１側において、その固定子鉄心２のティース部７に対して、それぞれ絶縁性のコイルボビン８を介してコイルＵ１，Ｕ２，Ｕ３、コイルＶ１，Ｖ２，Ｖ３およびコイルＷ１，Ｗ２，Ｗ３が形成されるように集中巻きされる。この際、各コイルＵ１ないしＷ３の渡り線１０ないし１５は、コイルエンド部２Ａ側のコイルボビン８の外周側と、コイルエンド部２Ｂ側のコイルボビン８の内周側とに分割して配置される。

これにより、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の固定子巻線３，４，５に１スター型の直列巻線構造を採用することで、渡り線１０ないし１５の数が多くなって、その総渡り線長が長くなったとしても、コイルエンド部２Ａの外径や高さを増加することなく、それらの渡り線１０ないし１５を配置することが可能となる。つまり、三相交流モータにおいては、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の各相固定子巻線３，４，５を１スター型の直列巻線構造とすることにより、巻線の接続点を減少（例えば、９スロット固定子の場合、３Ｙ結線から３直列の１Ｙ結線に変更することで、接続点を６点から４点に減少できる）し、その接続工数を低減することができる。

しかし、１スター型の直列巻線構造の採用により増加する３相分の渡り線１０ないし１５を如何に配置するかが課題となっていた。渡り線１０ないし１５は、一般に固定子２のコイルエンド部２Ａにおいて、コイルボビン８の外周側に配置しているが、渡り線１０ないし１５の数が多く、長さが長くなると、コイルエンド部２Ａの外径または高さの増大を招き、小型化を犠牲にする必要に迫られるとともに、モータハウジングとの距離が近くなることから、絶縁距離を確保することが難しくなる等の問題が生じる。

然るに、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の固定子巻線３，４，５の各々のコイルＵ１，Ｕ２，Ｕ３、コイルＶ１，Ｖ２，Ｖ３およびコイルＷ１，Ｗ２，Ｗ３間を繋ぐ渡り線１０ないし１５の全部または一部を、固定子２の回転子１７を挿入する一端側とは反対側のコイルエンド部２Ｂの内周側に、渡り線保持部１６を介して配置した構成とすることによって、各相固定子巻線３，４，５を１スター型直列巻線構造とすることで巻線の接続点を減少し、その接続工数を低減しながら、回転子１７の組み込みに影響を及ぼすことのない固定子２の反対側コイルエンド部２Ｂの内周側スペースを利用し、そのスペースに渡り線１０ないし１５の全部または一部を配置することができる。

従って、モータの小型化や接続工数の低減によるコスト削減効果、更には組立て性を維持しつつ、数が多く、かつ長さが長くなった渡り線１０ないし１５を、十分に絶縁距離を確保して納まりよく配置することが可能となる。

また、回転子１７の端部にバランスウェイト１８が設けられており、コイルエンド部２Ｂの内周側に十分にスペースを確保できない場合は、渡り線１０ないし１５を固定子２の両端側のコイルエンド部２Ａ，２Ｂに対して分割して配置すればよい。つまり、多数の渡り線１０ないし１５の中、例えば一部の渡り線１４，１５を固定子２の反対側のコイルエンド部２Ａの内周側に、渡り線保持部１６を介して配置し、他の一部の渡り線１０ないし１３を固定子２の一端側のコイルエンド部２Ａのコイルボビン８の外周側に配置することができる。

このため、渡り線１０ないし１５の数が多く、その全てを固定子２の反対側のコイルエンド部２Ｂの内周側スペースに、渡り線保持部１６を介して配置することができない場合でも、その一部を固定子２の一端側コイルエンド部２Ａのコイルボビン８の外周側に配置することにより、一端側コイルエンド部２Ａの外径または高さを増大することなく、全ての渡り線１０ないし１５を固定子の両端側コイルエンド部２Ａ，２Ｂに分割して配置することができる。従って、コイル数が多く、渡り線１０ないし１５の数が更に多くなるモータの場合であっても、渡り線１０ないし１５を分割配置することによって対応することが可能となる。

さらに、本実施形態では、渡り線保持部１６が、固定子２の反対側のコイルエンド部２Ｂに設けられる絶縁性のコイルボビン８の内径側鍔部８Ａに対して一体成形された構成とされている。このため、渡り線１０ないし１５の前部または一部を、固定子２の反対側のコイルエンド部２Ｂの内周側に、渡り線保持部１６を介して配置する構成としても、部品数を増加させずに固定子２を構成することができる。従って、組み立て工数やそれによるコスト上昇を抑制することができる。

また、上記渡り線保持部１６は、コの字断面形状とされ、その開口部１６Ａが固定子２の回転軸線方向の外方側または内方側に向って開口されている。このため、渡り線１０ないし１５をコの字断面形状の渡り線保持部１６の凹部内に収容配置することができ、更にその開口部１６Ａが外方側に向って開口されている場合には、固定子巻線３，４，５を巻線する際の作業性を確保しつつ、また、開口部１６Ａが内方側に向って開口されている場合には、絶縁性をより高くしつつ、渡り線１０ないし１５を渡り線保持部１６の凹部内に収容配置することができる。従って、いずれも場合においても、渡り線１０ないし１５を固定子２の反対側のコイルエンド部２Ｂの内周側スペースに、渡り線保持部１６を介して納まりよく配置することができる。

なお、本発明は、上記実施形態にかかる発明に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において、適宜変形が可能である。例えば、上記実施形態では、固定子鉄心２に対してスロット６を円周上に等間隔で９箇所に設けた９スロット固定子１の例について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、６スロット、１２スロットあるいはそれ以上のものにも同様に適用できることはもちろんである。

また、上記実施形態では、渡り線１０ないし１５を、コイルエンド部２Ｂの内周側とコイルエンド部２Ａの外周側とに分割して配置した例について説明したが、渡り線の数が多い場合は、コイルエンド部２Ｂの内周側以外に配置される渡り線については、コイルエンド部２Ａの外周側に限らず、コイルエンド部２Ｂの外周側（図５のコイルエンド部２Ｂ外周の破線○を参照）またはその両方に分割して配置してもよく、この場合も同様の効果を得ることができる。

１ 固定子
２ 固定子鉄心
２Ａ 一端側のコイルエンド部
２Ｂ 反対側のコイルエンド部
３，４，５ 各相固定子巻線（Ｕ，Ｖ，Ｗ相の固定子巻線）
７ ティース部
８ コイルボビン
１０〜１５ 渡り線
１６ 渡り線保持部
１６Ａ 開口部
１７ 回転子
Ｕ１，Ｕ２，Ｕ３ コイル
Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３ コイル
Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３ コイル

Claims (4)

1. 固定子鉄心の内周側に設けられている複数のティース部に、絶縁性のコイルボビンを介してＵ，Ｖ，Ｗ相の固定子巻線がそれぞれ集中巻きされている固定子を備えた三相交流モータにおいて、
   前記各相固定子巻線が、１スター型の直列巻線構造とされているとともに、
   前記各相固定子巻線の各コイル間を繋ぐ渡り線の全部または一部が、前記固定子の回転子を挿入する一端側とは反対側のコイルエンド部の内周側に、渡り線保持部を介して配置されていることを特徴とする三相交流モータ。
2. 前記渡り線は、前記固定子の両端側のコイルエンド部に対して分割して配置され、その一部が前記固定子の前記反対側のコイルエンド部の内周側に、前記渡り線保持部を介して配置されるとともに、他の一部が前記固定子の前記一端側のコイルエンド部および／または前記反対側のコイルエンド部の前記コイルボビンの外周側に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の三相交流モータ。
3. 前記渡り線保持部は、前記固定子の前記反対側のコイルエンド部に配設される絶縁性の前記コイルボビンと一体成形されていることを特徴とする請求項１または２に記載の三相交流モータ。
4. 前記渡り線保持部は、コの字断面形状とされ、その開口部が前記固定子の回転軸線方向の外方側または内方側に向って開口されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の三相交流モータ。
   

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