JP2023038743A

JP2023038743A - 回転電機

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Publication number: JP2023038743A
Application number: JP2021145617A
Authority: JP
Inventors: 明小澤; Akira Ozawa
Original assignee: Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Current assignee: Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Priority date: 2021-09-07
Filing date: 2021-09-07
Publication date: 2023-03-17
Anticipated expiration: 2041-09-07
Also published as: JP7449905B2

Abstract

【課題】回転電機において導電部材を支持する支持部の剛性を向上させる。
【解決手段】回転電機は、固定子と、導電部材４１と、支持部５０と、を備える。固定子は、固定子鉄心と、複数のコイルと、を有する。導電部材４１は、複数のコイルを電気的に接続している。支持部５０は、第１部材５１と、第２部材５２と、縛り部材５３と、を有する。第１部材５１と第２部材５２との少なくとも一方には、第２面５１ｂおよび第３面５２ａと離間して径方向および軸方向と交差する方向に第１部材５１または第２部材５２を貫通した開口部５２ｄが設けられている。縛り部材５３は、開口部５２ｄに入れられた状態で、径方向の厚さが第１面５１ａと第４面５２ｂとの間の厚さよりも薄い第１部材５１と第２部材５２との重なり部５０ａを縛っている。
【選択図】図３

Description

本発明は、回転電機に関する。

従来、回転電機には、複数のコイルを有した固定子と、複数のコイルを電気的に接続した導電部材と、導電部材を支持する支持部と、を備える構成のものがある。

特開２０１０－２２０４２１号公報

この種の回転電機では、導電部材を支持する支持部の剛性を向上させることができれば有益である。

そこで、本発明の課題の一つは、回転電機において導電部材を支持する支持部の剛性を向上させることである。

本発明の実施形態の回転電機は、中心軸回りに回転する回転子と、前記中心軸回りの筒状であり前記回転子に対して前記中心軸の径方向の外側に配置された固定子鉄心と、前記中心軸の周方向に並べられ前記固定子鉄心に固定された複数のコイルと、を有した固定子と、前記固定子に対して前記中心軸の軸方向に離間し、複数の前記コイルを電気的に接続した導電部材と、前記導電部材を支持した支持部と、を備え、前記支持部は、前記径方向の外側を向いた第１面と、前記第１面の反対側の第２面と、を有し、前記固定子鉄心に固定された第１部材と、前記第２面に重ねられた第３面と、前記第３面の反対側の第４面と、を有し、前記導電部材を支持した、絶縁性の第２部材と、前記第１部材と前記第２部材とを縛った縛り部材と、を備え、前記第１部材と前記第２部材との少なくとも一方には、前記第２面および前記第３面と離間して前記径方向および前記軸方向と交差する方向に前記第１部材または前記第２部材を貫通した開口部が設けられ、前記縛り部材は、前記開口部に入れられた状態で、前記径方向の厚さが前記第１面と前記第４面との間の厚さよりも薄い前記第１部材と前記第２部材との重なり部を縛っている。

本発明の実施形態の回転電機によれば、回転電機において導電部材を支持する支持部の剛性を向上させることができる。

図１は、実施形態の回転電機の構成の例示的な断面図である。図２は、実施形態の回転電機における導電部材および支持部の例示的な斜視図である。図３は、実施形態の回転電機における導電部材および支持部の一部の例示的な断面図である。図４は、図３のIV-IV断面図である。図５は、実施形態の変形例の回転電機における導電部材および支持部の一部の例示的な断面図であって、図４に対応する断面を示す図である。

以下に添付図面を参照して、実施形態について詳細に説明する。なお、この実施形態により本発明が限定されるものではない。

また、図面は模式的なものであり、各要素の寸法の関係、各要素の比率などは、現実と異なる場合がある。また、図面の相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。

＜実施形態＞
図１は、実施形態の回転電機１の構成の例示的な断面図である。

図１に示されるように、回転電機１は、筐体１０と、回転子２０と、固定子３０と、複数の導電部材４１と、複数の支持部５０と、を備える。回転子２０が、筐体１０および固定子３０に対して中心軸Ａｘ１回りに回転する。以後、特に言及しない限り、軸方向、径方向、および周方向は、中心軸Ａｘ１の軸方向、径方向、および周方向、すなわち回転子２０の軸方向、径方向、および周方向である。回転電機１は、例えば、３相出力インバータによって駆動される。

筐体１０は、箱型に形成されている。筐体１０は、回転子２０の一部と、固定子３０と、を収容している。筐体１０は、フレームとも称される。

固定子３０は、固定子鉄心３１と、複数のコイル３２と、を有する。固定子鉄心３１は、中心軸Ａｘ１回りの円筒状に形成されている。固定子３０は、回転子２０に対して中心軸Ａｘ１の径方向の外側に配置されている。固定子鉄心３１は、筐体１０に固定されている。

複数のコイル３２は、中心軸Ａｘ１の周方向に並べられ固定子鉄心３１に固定されている。各コイル３２は、固定子鉄心３１の内周部に設けられたスロット（不図示）内に入れられて固定子鉄心３１に固定されている。コイル３２は、軸方向に延びる。コイル３２は、素線が巻回された構成である。コイル３２は、二つのコイルエンドを有する。二つのコイルエンドは、素線の両端部である。

回転子２０は、シャフト２１と、回転子鉄心２２と、を有する。

シャフト２１は、中心軸Ａｘ１回りに回転可能に、二つの軸受２３を介して筐体１０に支持されている。二つの軸受２３は、軸方向に間隔を空けて設けられている。軸受２３は、例えば、すべり軸受やころがり軸受等である。ここで、中心軸Ａｘ１は、例えばシャフト２１の中心軸（中心線）である。

シャフト２１の軸方向の両端部は、筐体１０から筐体１０の外部に突出している。シャフト２１の軸方向の一方の端部には、結合部（不図示）が設けられている。結合部は、結合対象（不図示）と結合される。

回転子鉄心２２は、シャフト２１のうち二つの軸受２３の間の部分に固定されている。詳細には、回転子鉄心２２は、固定子３０の固定子鉄心３１の内側に位置している。すなわち、回転子２０は、固定子３０の内側に位置している。回転子鉄心２２は、シャフト２１と一体に回転する。

複数の導電部材４１は、固定子３０に対して中心軸Ａｘ１の軸方向に離間した位置で、軸方向に間隔を空けて並べられている。導電部材４１は、複数のコイル３２を電気的に接続している。詳細には、複数のコイル３２が、デルタ結線やスター結線の形態で接続されるように、複数の導電部材４１に複数のコイル３２が電気的に接続されている。導電部材４１には、コイル３２のコイルエンドが電気的に接続されている。導電部材４１は、導電性材料によって構成されている。例えば、導電部材４１は、鉄等の金属によって構成されている。導電部材４１は、サーキットリングとも称される。

図２は、実施形態の回転電機１における導電部材４１および支持部５０の例示的な斜視図である。

図２に示されるように、導電部材４１は、中心軸Ａｘ１回りの円環状であって、軸方向を厚さ方向とする板状に構成されている。導電部材４１には、複数の接続部４２と、一つの接続部４３と、が固定されている。接続部４２には、コイル３２のコイルエンドが接続されている。接続部４３は、３相出力インバータに接続されている。なお、導電部材４１は、円環状に限定されない。例えば、導電部材４１は、Ｃ字状であってもよい。

図１および図２に示されるように、複数の支持部５０は、周方向に間隔を空けて並べられている。複数の支持部５０は、固定子鉄心３１に固定されるとともに、複数の導電部材４１を支持している。

図３は、実施形態の回転電機１における導電部材４１および支持部５０の一部の例示的な断面図である。図４は、図３のIV-IV断面図である。

図３および図４に示されるように、支持部５０は、第１部材５１と、第２部材５２と、縛り部材５３と、を有する。

第１部材５１は、固定子鉄心３１に固定されている。すなわち、第１部材５１は、固定子鉄心３１に対して位置決めされている。なお、第１部材５１は、固定子鉄心３１に直接固定されていてもよいし、筐体１０を介して固定子鉄心３１に固定されていてもよい。第１部材５１は、例えば、鉄等の金属材料によって構成されている。

第１部材５１は、第１面５１ａと、第２面５１ｂと、を有する。第１面５１ａは、径方向の外側を向いている。第２面５１ｂは、第１面５１ａの反対側の面である。すなわち、第２面５１ｂは、第１面５１ａに対して径方向の内側に位置している。第２面５１ｂは、径方向の内側を向いている。

第２部材５２は、第１部材５１に対して径方向の内側に位置して、第１部材５１に重ねられている。第２部材５２は、複数の導電部材４１を支持している。第２部材５２は、絶縁材料によって構成されて絶縁性を有する。例えば、第２部材５２は、絶縁性の合成樹脂材料によって構成されている。第２部材５２は、複数の導電部材４１の間を絶縁するとともに、複数の導電部材４１と第１部材５１との間を絶縁している。第２部材５２は、絶縁部材や詰め部材とも称される。

第２部材５２は、第３面５２ａと、第４面５２ｂと、を有する。第３面５２ａは、径方向の外側を向き、第１部材５１の第２面５１ｂに重ねられている。第４面５２ｂは、第３面５２ａの反対側の面である。すなわち、第４面５２ｂは、第３面５２ａに対して径方向の内側に位置している。第４面５２ｂは、径方向の内側を向いている。

第２部材５２には、複数の溝５２ｃが形成されている。複数の溝５２ｃは、軸方向に間隔を空けて並べられている。溝５２ｃは、第４面５２ｂに開口するとともに第４面５２ｂから径方向外側に向かう凹状である。溝５２ｃは、径方向および軸方向と交差する方向（周方向）に第２部材５２を貫通している。各溝５２ｃには、導電部材４１の外周部を含む部分が嵌められている。導電部材４１は、溝５２ｃに嵌められた外周部を含む部分が第２部材５２に固定されている。

第２部材５２には、複数の開口部５２ｄが形成されている。複数の開口部５２ｄは、軸方向に間隔を空けて並べられている。開口部５２ｄは、一例として、第４面５２ｂに開口するとともに第４面５２ｂから径方向外側に向かう凹状の溝である。開口部５２ｄは、径方向および軸方向と交差（例えば直交）する方向に第２部材５２を貫通している。上記の径方向および軸方向と交差する方向は、例えば、第１部材５１および第２部材５２の幅方向（図４における左右方向）である。なお、上記の径方向および軸方向と交差する方向は、周方向であってもよい。開口部５２ｄは、第２面５１ｂおよび第３面５２ａと離間している。開口部５２ｄは、軸方向に並んだ二つの導電部材４１の間に設けられている。なお、開口部５２ｄは、溝に限定されない。例えば、開口部５２ｄは、径方向および軸方向と交差する方向に第２部材５２を貫通した孔（貫通孔）であってもよい。

縛り部材５３は、第１部材５１と第２部材５２とを縛っている。縛り部材５３は、例えば、テープ等の帯状の部材であり、第１部材５１と第２部材５２とを縛った状態では筒状にされている。このとき、例えば、縛り部材５３は、第１部材５１と第２部材５２とに１回または複数回巻かれた状態であり、縛り部材５３の一部が他部に接着や溶着等によって固定されている。なお、図３および図４では、便宜上、縛り部材５３は、両端部の図示が省略されている。詳細には、縛り部材５３は、開口部５２ｄに入れられた状態で、第１部材５１と第２部材５２との所定の重なり部５０ａを縛っている。所定の重なり部５０ａは、第１部材５１と第２部材５２とから構成される重なり体（積層部材）のうち、開口部５２ｄと径方向に並ぶとともに、径方向の厚さが第１面５１ａと第４面５２ｂとの間の厚さよりも薄い箇所である。縛り部材５３は、絶縁性材料によって構成されて、絶縁性を有する。縛り部材５３は、固縛部材とも称される。

以上のように、本実施形態では、回転電機１は、回転子２０と、固定子３０と、導電部材４１と、支持部５０と、を備える。回転子２０は、中心軸Ａｘ１回りに回転する。固定子３０は、固定子鉄心３１と、複数のコイル３２と、を有する。固定子鉄心３１は、中心軸Ａｘ１回りの筒状であり回転子２０に対して中心軸Ａｘ１の径方向の外側に配置されている。複数のコイル３２は、中心軸Ａｘ１の周方向に並べられ固定子鉄心３１に固定されている。導電部材４１は、固定子３０に対して中心軸Ａｘ１の軸方向に離間し、複数のコイル３２を電気的に接続している。支持部５０は、導電部材４１を支持している。支持部５０は、第１部材５１と、第２部材５２と、縛り部材５３と、を有する。第１部材５１は、径方向の外側を向いた第１面５１ａと、第１面５１ａの反対側の第２面５１ｂと、を有し、固定子鉄心３１に固定されている。第２部材５２は、第２面５１ｂに重ねられた第３面５２ａと、第３面５２ａの反対側の第４面５２ｂと、を有し、導電部材４１を支持している。第２部材５２は、絶縁性である。縛り部材５３は、第１部材５１と第２部材５２とを縛っている。第１部材５１と第２部材５２との少なくとも一方（一例として、第２部材５２）には、第２面５１ｂおよび第３面５２ａと離間して径方向および軸方向と交差する方向に第１部材５１または第２部材５２（一例として、第２部材５２）を貫通した開口部５２ｄが設けられている。縛り部材５３は、開口部５２ｄに入れられた状態で、径方向の厚さが第１面５１ａと第４面５２ｂとの間の厚さよりも薄い第１部材５１と第２部材５２との重なり部５０ａを縛っている。

このような構成によれば、縛り部材５３が、開口部５２ｄに入れられた状態で、径方向の厚さが第１面５１ａと第４面５２ｂとの間の厚さよりも薄い第１部材５１と第２部材５２との重なり部５０ａを縛っているので、開口部５２ｄが設けられていない構成に比べて、縛り部材５３の長さを短くすることができる。よって、縛り部材５３の剛性を高くすることができ、ひいては支持部５０の剛性を向上させることができる。また、縛り部材５３の剛性を高くすることができるので、縛り部材５３の第１部材５１と第２部材５２とを縛る力（固縛力）を向上させることができる。また、上記構成によれば、第１部材５１と第２部材５２との少なくとも一方（一例として、第２部材５２）に開口部５２ｄが設けられているので、開口部５２ｄが設けられていない構成に比べて、支持部５０を軽量化することができる。よって、支持部５０および導電部材４１からなる組立体の固有振動数を上げることがきるので、当該組立体の共振の発生を抑制することができる。

また、開口部５２ｄは、少なくとも第２部材５２に設けられている。

このような構成によれば、少なくとも第２部材５２を軽量化することができる。

また、開口部５２ｄは、溝である。

このような構成によれば、開口部５２ｄが貫通孔である構成に比べて、開口部５２ｄに縛り部材５３を入れる作業がし易い。

＜変形例＞
図５は、実施形態の変形例の回転電機１における導電部材４１および支持部５０の一部の例示的な断面図であって、図４に対応する断面を示す図である。

図５に示されるように、本変形例では、第２部材５２の他に第１部材５１にも複数の開口部５１ｃが設けられている。なお、図５では、複数の開口部５１ｃのうちの一つだけが示されている。複数の開口部５１ｃは、軸方向に間隔を空けて並べられている。複数の開口部５１ｃと複数の開口部５２ｄとは、径方向に並べられている。開口部５１ｃは、一例として、径方向および軸方向と交差（例えば直交）する方向に第１部材５１を貫通した孔（貫通孔）である。上記の径方向および軸方向と交差する方向は、例えば、第１部材５１および第２部材５２の幅方向（図５における左右方向）である。なお、上記の径方向および軸方向と交差する方向は、周方向であってもよい。開口部５１ｃは、第２面５１ｂおよび第３面５２ａと離間している。開口部５２ｄは、軸方向に並んだ二つの導電部材４１の間に設けられている。なお、開口部５２ｄは、第１面５１ａに開口するとともに第１面５１ａから径方向内側に向かう凹状の溝であってもよい。また、本変形例では、第２部材５２の開口部５２ｄも貫通孔である。第１部材５１の開口部５１ｃと、第２部材５２の開口部５２ｄとは、一方が第１開口部と称され、他方が第２開口部と称されうる。

縛り部材５３は、第１部材５１の開口部５１ｃと第２部材５２の開口部５２ｄとに入れられた状態で、径方向の厚さが第１面５１ａと第４面５２ｂとの間の厚さよりも薄い第１部材５１と第２部材５２との重なり部５０ａを縛っている。

以上のように、本変形例では、第１部材５１と第２部材５２との両方に開口部５１ｃ，５２ｄが設けられて、縛り部材５３が、第１部材５１の開口部５１ｃと第２部材５２の開口部５２ｄとに入れられた状態で、第１部材５１と第２部材５２との重なり部５０ａを縛っている。

このような構成によれば、縛り部材５３の長さをより一層短くすることができる。よって、縛り部材５３の剛性をより一層高くすることができ、ひいては支持部５０の剛性をより一層向上させることができる。また、縛り部材５３の剛性をより一層高くすることができるので、縛り部材５３の第１部材５１と第２部材５２とを縛る力（固縛力）をより一層向上させることができる。また、上記構成によれば、第１部材５１と第２部材５２との両方に開口部５２ｄが設けられているので、支持部５０をより一層軽量化することができる。よって、支持部５０および導電部材４１からなる組立体の固有振動数をより一層上げることがきるので、当該組立体の共振の発生をより一層抑制することができる。

なお、上記変形例の別例として、開口部５１ｃと開口部５２ｄのうち開口部５１ｃだけが設けられていてもよい。すなわち、開口部５２ｄが設けられていなくてもよい。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１…回転電機、２０…回転子、３０…固定子、３１…固定子鉄心、３２…コイル、４１…導電部材、５０…支持部、５０ａ…重なり部、５１…第１部材、５１ａ…第１面、５１ｂ…第２面、５１ｃ，５２ｄ…開口部、５２…第２部材、５２ａ…第３面、５２ｂ…第４面、５３…縛り部材、Ａｘ１…中心軸。

Claims

中心軸回りに回転する回転子と、
前記中心軸回りの筒状であり前記回転子に対して前記中心軸の径方向の外側に配置された固定子鉄心と、前記中心軸の周方向に並べられ前記固定子鉄心に固定された複数のコイルと、を有した固定子と、
前記固定子に対して前記中心軸の軸方向に離間し、複数の前記コイルを電気的に接続した導電部材と、
前記導電部材を支持した支持部と、
を備え、
前記支持部は、
前記径方向の外側を向いた第１面と、前記第１面の反対側の第２面と、を有し、前記固定子鉄心に固定された第１部材と、
前記第２面に重ねられた第３面と、前記第３面の反対側の第４面と、を有し、前記導電部材を支持した、絶縁性の第２部材と、
前記第１部材と前記第２部材とを縛った縛り部材と、
を備え、
前記第１部材と前記第２部材との少なくとも一方には、前記第２面および前記第３面と離間して前記径方向および前記軸方向と交差する方向に前記第１部材または前記第２部材を貫通した開口部が設けられ、
前記縛り部材は、前記開口部に入れられた状態で、前記径方向の厚さが前記第１面と前記第４面との間の厚さよりも薄い前記第１部材と前記第２部材との重なり部を縛った、回転電機。
前記開口部は、少なくとも前記第２部材に設けられた、請求項１に記載の回転電機。
前記開口部は、溝である、請求項１または２に記載の回転電機。
前記開口部は、孔である、請求項１または２に記載の回転電機。