JP5004110B2 - アウターロータ型突極集中巻き電動機 - Google Patents

Description

本発明は、アウターロータ型突極集中巻き電動機に関し、特に、ハイブリッド自動車や電気自動車などに搭載されるアウターロータ型突極集中巻き電動機に関する。

従来のアウターロータ型突極集中巻き電動機のステータとしては、隣接するティースの間のスロットの底付近から鋼板の積層方向外側に起立する爪を最外層の鋼板に形成し、渡り線をこの爪の外周側に通して、渡り線がステータの内径側に移動してステータの取付け座面に入るのを防止して、組立性の向上を図ったものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００２‐３１５２５０号公報

従来、アウターロータ型突極集中巻き電動機のステータとしては、上記特許文献１に記載のステータのように、外周部に周方向突起が形成されるティースに巻線を巻回したものが一般的である。また、周方向突起の無いステータコアのティースに、巻線が巻回されたインシュレータをステータコアの径方向外方から挿入するステータが知られている。後者のステータにおいては、同相異極のコイル同士を接続している渡り部のスプリングバックによって、インシュレータがステータの径方向外方に押し出される傾向があり、インシュレータとロータが接触する可能性があった。

本発明は、前述した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、インシュレータがステータのティースから抜け出すことを防止して、インシュレータとロータとの接触を確実に防止することができるアウターロータ型突極集中巻き電動機を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、
径方向外方に延設される複数のティース（例えば、後述の実施形態におけるティース１１ｂ）を有するステータコア（例えば、後述の実施形態におけるステータコア１１）と、
巻線（例えば、後述の実施形態における束線１５）を巻回することで形成され、前記巻線が環状に巻回されながら積層される巻回部（例えば、後述の実施形態における巻回部２０）と、前記巻回部の前記巻線のステータ外径側端部である第１巻き端（例えば、後述の実施形態における第１巻き端２１）と、前記巻回部の前記巻線のステータ内径側端部である第２巻き端（例えば、後述の実施形態における第２巻き端２２）と、を有するコイル（例えば、後述の実施形態におけるコイル１４）と、
前記コイルを保持するインシュレータ（例えば、後述の実施形態におけるインシュレータ１３）と、を有し、
前記コイルの前記第１巻き端と、異なる前記コイルの前記第２巻き端とが渡り部（例えば、後述の実施形態における渡り部１５Ｔ）によって接続される複数の前記インシュレータが、前記ティースに挿入されて円環状に連結されてなる突極集中巻きステータ（例えば、後述の実施形態における突極集中巻きステータ１０）と、
ロータホルダ（例えば、後述の実施形態における支持部材５）と、前記ロータホルダの内周面に固定されるロータヨーク（例えば、後述の実施形態におけるロータヨーク６）と、を有するロータ（例えば、後述の実施形態におけるロータ４）と、を備え、
前記突極集中巻きステータと前記ロータとが、径方向隙間を介して対向配置されるアウターロータ型突極集中巻き電動機（例えば、後述の実施形態におけるアウターロータ型突極集中巻き電動機１）であって、
前記インシュレータは、
前記巻線が巻回される胴部（例えば、後述の実施形態における胴部３０）と、
前記胴部の径方向外周側に設けられる外周側鍔部（例えば、後述の実施形態における外周側鍔部３１）と、
前記胴部の径方向内周側に設けられる内周側鍔部（例えば、後述の実施形態における内周側鍔部３２）と、
前記外周側鍔部の軸方向一端部から径方向外方に延設される外側隔壁（例えば、後述の実施形態における外側隔壁３３）と、
前記外側隔壁に設けられ、前記第１巻き端側の前記渡り部を保持する第１渡り部保持部（例えば、後述の実施形態における第１渡り部保持部４１）と、
前記内周側鍔部に設けられ、前記第２巻き端側の前記渡り部を保持する第２渡り部保持部（例えば、後述の実施形態における第２渡り部保持部４２）と、
前記外側隔壁の周方向一端側に設けられ、周方向外方に向かって凸形状に形成される係合部（例えば、後述の実施形態における係合部３３ａ）と、
前記外側隔壁の周方向他端側に設けられ、周方向内方に向かって凹形状に形成される被係合部（例えば、後述の実施形態における被係合部３３ｂ）と、を備え、
前記複数のインシュレータを前記複数のティースにそれぞれ挿入した際に、互いに隣接する前記インシュレータの前記係合部と前記被係合部が相互に係合することを特徴とする。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の構成に加えて、
前記第１渡り部保持部で保持される前記渡り部は、前記第２渡り部保持部で保持される前記渡り部よりも強く屈曲することを特徴とする。

請求項３に係る発明は、請求項１に記載の構成に加えて、前記係合部は、前記外側隔壁の前記第１渡り部保持部が設けられる側の周方向端面に設けられることを特徴とする。

請求項４に係る発明は、請求項１に記載の構成に加えて、
前記第１渡り部保持部は、前記ステータの外径側で頂点部（例えば、後述の実施形態における頂点部Ｐ）を有する山なり形状に形成されて、前記第１巻き端側の渡り部を保持する絡げ部（例えば、後述の実施形態における第１絡げ部５１）を更に備え、
前記絡げ部が前記係合部に延設されることを特徴とする。

請求項１の発明によれば、複数のインシュレータを複数のティースにそれぞれ挿入した際に、互いに隣接するインシュレータの係合部と被係合部が相互に係合するため、スプリングバック力に抗してインシュレータを径方向内方に拘束することができる。これにより、インシュレータがティースから抜け出すのを防止することができるので、インシュレータとロータとの接触を確実に防止することができる。

請求項２の発明によれば、第１渡り部保持部で保持される渡り部が、第２渡り部保持部で保持される渡り部よりも強く屈曲するため、渡り部の形状がより強固に保持され、渡り部の張力に耐えることができる。

請求項３の発明によれば、係合部が、外側隔壁の第１渡り部保持部が設けられる側の周方向端面に設けられるため、係合部の強度を高めることができる。

請求項４の発明によれば、絡げ部が係合部に延設されるため、渡り部の形状がより保持され易くなり、渡り部の張力に更に耐えることができる。これにより、インシュレータ同士を更に強固に固定することができる。

本発明に係るアウターロータ型突極集中巻き電動機の一実施形態を説明する要部縦断面図である。 図１に示すステータの正面図である。 図２に示すステータコアの正面図である。 図２に示す分割コアの正面図である。 インシュレータの斜視図である。 インシュレータの正面図である。 図６におけるＡ−Ａ線断面図である。 図６におけるＢ−Ｂ線断面図である。 分割コアがステータコアのティースにそれぞれ装着される状態を示す拡大正面図である。 分割コアがステータコアのティースにそれぞれ装着されて、隣り合うインシュレータの係合部と被係合部が互いに係合した状態を示す拡大正面図である。 インシュレータの変形例を説明する分割コアの正面図である。

以下、本発明に係るアウターロータ型突極集中巻き電動機の一実施形態について、添付の図面に基づいて詳細に説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。

図１は本発明のアウターロータ型突極集中巻き電動機の縦断面図である。図１に示すように、本実施形態の電動機は、３相８極のアウターロータ型電動機１であり、モータハウジング２にボルト３により固定されるステータ１０と、ステータ１０の外周側に僅かな径方向隙間を介して配置される円環状のロータ４と、を備える。

ロータ４は、電磁鋼板が積層されてなるロータコア６ａに磁石６ｂが埋め込まれた円環状のロータヨーク６が、縁付円盤状のロータホルダである支持部材５の縁部内周面５ａに固定されており、モータハウジング２に内嵌する玉軸受７，７によって回転自在に支持される回転軸８に一体回転可能に固定されている。ロータ４は、ステータ１０に発生させる回転磁界によって回転駆動される。支持部材５の基部５ｂとステータ１０との間には、回転軸８の回転速度を検出するレゾルバ９が配設されている。

ステータ１０は、図２及び図３に示すように、ステータコア１１と、環状に連結される２４個の分割コア１２と、を備える。ステータコア１１は、複数の電磁鋼板がステータ軸方向に積層されて構成され、円環状の支持部１１ａから径方向外側に向かって放射状に突出形成され、ステータ周方向に並ぶ２４個のティース１１ｂを有する。

ステータコア１１の支持部１１ａの内周面には、ボルト穴１１ｄを有する６個の凸部１１ｃが円周方向に略等間隔に形成されており、このボルト穴１１ｄに挿通されるボルト３によりステータ１０がモータハウジング２に締結される。

分割コア１２は、図４に示すように、ステータコア１１のティース１１ｂにそれぞれ挿入され、絶縁特性を有する合成樹脂などから成形されるインシュレータ１３と、インシュレータ１３に２本の巻線１５ａ，１５ａが束になっている束線１５を巻回することにより形成されるコイル１４と、を備える。これにより、ステータコア１１の各ティース１１ｂの周囲に束線１５が突極集中巻きによって巻回される。

コイル１４は、図２に示すように、それぞれ８個ずつのＵ相コイル１４ｕ、Ｖ相コイル１４ｖ、及びＷ相コイル１４ｗの３相のコイルからなり、Ｕ相コイル１４ｕ、Ｖ相コイル１４ｖ、及びＷ相コイル１４ｗが、ステータ円周方向にこの順でステータコア１１の各ティース１１ｂに配置されている。即ち、同相のコイル１４（例えば、Ｕ相コイル１４ｕ）同士は、他相のコイル１４（例えば、Ｖ相コイル１４ｖ及びＷ相コイル１４ｗ）を跨いで配索され、同相のコイル１４と同一の束線１５からなる渡り部１５Ｔにより接続されている。

また、図２に示すように、各相８個ずつのコイル１４（Ｕ相、Ｖ相、及びＷ相コイル１４ｕ，１４ｖ，１４ｗ）は、１つのコイル群１６（Ｕ相、Ｖ相、及びＷ相コイル群１６ｕ，１６ｖ，１６ｗ）をそれぞれ構成し、各コイル群１６（Ｕ相、Ｖ相、及びＷ相コイル群１６ｕ，１６ｖ，１６ｗ）に属する８個のコイル１４（Ｕ相、Ｖ相、及びＷ相コイル１４ｕ，１４ｖ，１４ｗ）は、同一の束線１５（Ｕ相、Ｖ相、及びＷ相束線１５ｕ，１５ｖ，１５ｗ）によって連続して巻回されている。

また、Ｕ相コイル群１６ｕのＵ相束線１５ｕの一端部はＵ相接続端子１７ｕに接続され、Ｖ相コイル群１６ｖのＶ相束線１５ｖの一端部はＶ相接続端子１７ｖに接続され、Ｗ相コイル群１６ｗのＷ相束線１５ｗの一端部はＷ相接続端子１７ｗに接続されている。また、各コイル群１６ｕ，１６ｖ，１６ｗの束線１５ｕ，１５ｖ，１５ｗの他端部は、中点端子１８に接続されている。

コイル１４は、図４に示すように、束線１５がインシュレータ１３に環状に巻回されながら積層される巻回部２０と、巻回部２０の束線１５のステータ外径側端部である第１巻き端２１と、巻回部２０の束線１５のステータ内径側端部である第２巻き端２２と、を有する。また、巻回部２０は、ステータ径方向を積層方向とし、束線１５の各巻線１５ａが後述するインシュレータ１３の胴部３０に沿って巻回されながら積層されてなる。また、上記渡り部１５Ｔは、コイル１４の第１巻き端２１と、同相の異なるコイル１４の第２巻き端２２とを接続する。

インシュレータ１３は、図４〜図８に示すように、束線１５が巻回される胴部３０と、この胴部３０の径方向両端部に設けられる外周側鍔部３１及び内周側鍔部３２と、外周側鍔部３１の軸方向一端部から径方向外方に延設される外側隔壁３３と、外側隔壁３３から軸方向外方に向けて突設され、第１巻き端２１側の渡り部１５Ｔを保持する第１渡り部保持部４１と、内周側鍔部３２の軸方向一端部から軸方向外方に向けて延設され、第２巻き端２２側の渡り部１５Ｔを保持する第２渡り部保持部４２と、を備える。

胴部３０は、ステータ軸方向において対向する壁３４，３５及びステータ周方向において対向する壁３６，３７によって、ステータ径方向に貫通する角穴３０ａを有して断面矩形の筒状に形成される。角穴３０ａの大きさは、ステータコア１１のティース１１ｂより僅かに大きく、ティース１１ｂが挿通可能である。壁３６，３７には、束線１５を巻回する際に、束線１５の２本の巻線１５ａ，１５ａの位置決めをするための複数の凹溝３８が、ステータ軸方向に沿って形成されている。

また、図４〜図６に示すように、外側隔壁３３の第１渡り部保持部４１が形成される側の周方向端部（図６における左端部）には、周方向外方に向かって突出する凸形状の係合部３３ａが形成されている。また、外側隔壁３３の第１渡り部保持部４１から離間する側の周方向端部（図６において右端部）には、隣接するインシュレータ１３の係合部３３ａと係合する周方向内方に向かって凹形状の被係合部３３ｂが形成されている。また、被係合部３３ｂの形状は、係合部３３ａと係合可能なように、係合部３３ａと略同じ形状に形成されている。

第１渡り部保持部４１は、コイル１４の巻回方向と同方向に、ステータ内径側からステータ外径側へ束線１５を誘導し、ステータ外径側で頂点部Ｐを有する山なり形状の傾斜面５１ａを有し、渡り部１５Ｔの、ステータ外径側部位を保持する第１絡げ部５１と、第１絡げ部５１とステータ周方向に対向して配置され、第１絡げ部５１の傾斜面５１ａと平行に形成される傾斜面５２ａを有し、第１渡り部保持部４１に保持される渡り部１５Ｔの、ステータ内径側部位を保持する第２絡げ部５２と、傾斜面５１ａ，５２ａ間に形成され、束線１５を保持する保持溝５５と、を有する。

第２渡り部保持部４２は、コイル１４の巻回方向と同方向に、ステータ内径側からステータ外径側へ束線１５を誘導する傾斜面５３ａを有し、渡り部１５Ｔを保持する第３絡げ部５３と、第３絡げ部５３とステータ周方向に対向して配置され、第３絡げ部５３の傾斜面５３ａと平行に形成される傾斜面５４ａを有し、第２渡り部保持部４２に保持される渡り部１５Ｔの、ステータ内径側部位を保持する第４絡げ部５４と、傾斜面５３ａ，５４ａ間に形成され、束線１５を保持する保持溝５６と、を有する。

そして、このように構成された２４個の分割コア１２（インシュレータ１３）を、図９に示すように、ステータコア１１の２４個のティース１１ｂにそれぞれ挿入させることによって、図１０に示すように、互いに隣接するインシュレータ１３の係合部３３ａと被係合部３３ｂが相互に係合する。換言すれば、インシュレータ１３の係合部３３ａが、周方向一方側に隣接する（図１０における左隣り）インシュレータ１３の被係合部３３ｂに係合すると共に、そのインシュレータ１３の被係合部３３ｂに、周方向他方側に隣接する（図１０における右隣り）インシュレータ１３の係合部３３ａが係合する。このため、インシュレータ１３が隣接する他のインシュレータ１３により径方向内方に向けて拘束されるので、インシュレータ１３の径方向外方への抜け出しが防止される。

また、本実施形態では、円環状に配置した２４個の分割コア１２（インシュレータ１３）を径方向外方からステータコア１１の２４個のティース１１ｂにそれぞれ挿入させるため、渡り部１５Ｔに周方向長さが短くなる分の余りが生じるが、この渡り部１５Ｔの余りは、図１０に示すように、渡り部１５Ｔを略Ｓ字状に折り曲げることにより吸収され、渡り部１５Ｔに張力が付与される。これにより、渡り部１５Ｔの張力が第１絡げ部５１を介してインシュレータ１３に径方向内方に向かう力として作用するので、インシュレータ１３の径方向外方への抜け出しが更に防止される。

また、本実施形態では、渡り部１５Ｔが、頂点部Ｐを有する山なり形状の第１絡げ部５１に保持されているので、第１渡り部保持部４１で保持される渡り部１５Ｔは、第２渡り部保持部４２で保持される渡り部１５Ｔよりも強く屈曲している。これにより、渡り部１５Ｔの屈曲した形状がより強固に保持されるので、インシュレータ１３の径方向外方への抜け出しが更に防止される。

以上説明したように、本実施形態に係るアウターロータ型突極集中巻き電動機１によれば、複数のインシュレータ１３を複数のティース１１ｂにそれぞれ挿入した際に、互いに隣接するインシュレータ１３の係合部３３ａと被係合部３３ｂが相互に係合するため、スプリングバック力に抗してインシュレータ１３を径方向内方に拘束することができる。これにより、インシュレータ１３がティース１１ｂから抜け出すのを防止することができるので、インシュレータ１３とロータ４との接触を確実に防止することができる。

また、本実施形態に係るアウターロータ型突極集中巻き電動機１によれば、第１渡り部保持部４１で保持される渡り部１５Ｔが、第２渡り部保持部４２で保持される渡り部１５Ｔよりも強く屈曲するため、渡り部１５Ｔの屈曲した形状がより強固に保持され、渡り部１５Ｔの張力に耐えることができる。

また、本実施形態に係るアウターロータ型突極集中巻き電動機１によれば、係合部３３ａが、外側隔壁３３の第１渡り部保持部４１が設けられる側の周方向端面に設けられるため、係合部３３ａの強度を高めることができる。

なお、本実施形態の変形例として、図１１に示すように、絡げ部５１の周方向外端部が係合部３３ａに延設されていてもよい。本変形例によれば、渡り部１５Ｔの形状がより保持され易くなり、渡り部１５Ｔの張力に更に耐えることができる。これにより、インシュレータ１３同士を更に強固に固定することができる。

なお、本発明は上記実施形態に例示したものに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更することができる。
例えば、上記実施形態では、外側隔壁３３の周方向一端部に係合部３３ａが形成され、周方向他端部に被係合部３３ｂが形成されているが、これに限定されず、外側隔壁３３の周方向一端部に被係合部３３ｂが形成され、周方向他端部に係合部３３ａが形成されていてもよい。
また、上記実施形態では、コイル及び渡り部は、２本の巻線が束になっている束線により形成されているが、これに限定されず、１本の巻線又は３本以上の巻線が束になっている束線により形成されていてもよい。

１ アウターロータ型電動機（アウターロータ型突極集中巻き電動機）
４ ロータ
５ 支持部材（ロータホルダ）
６ ロータヨーク
１０ ステータ（突極集中巻きステータ）
１１ ステータコア
１１ｂ ティース
１２ 分割コア
１３ インシュレータ
１４ コイル
１５ 束線
１５ａ 巻線
１５Ｔ 渡り部
２０ 巻回部
２１ 第１巻き端
２２ 第２巻き端
３０ 胴部
３１ 外周側鍔部
３２ 内周側鍔部
３３ 外側隔壁
３３ａ 係合部
３３ｂ 被係合部
４１ 第１渡り部保持部
４２ 第２渡り部保持部
５１ 第１絡げ部
Ｐ 頂点部

Claims (4)

1. 径方向外方に延設される複数のティースを有するステータコアと、
   巻線を巻回することで形成され、前記巻線が環状に巻回されながら積層される巻回部と、前記巻回部の前記巻線のステータ外径側端部である第１巻き端と、前記巻回部の前記巻線のステータ内径側端部である第２巻き端と、を有するコイルと、
   前記コイルを保持するインシュレータと、を有し、
   前記コイルの前記第１巻き端と、異なる前記コイルの前記第２巻き端とが渡り部によって接続される複数の前記インシュレータが、前記ティースに挿入されて円環状に連結されてなる突極集中巻きステータと、
   ロータホルダと、前記ロータホルダの内周面に固定されるロータヨークと、を有するロータと、を備え、
   前記突極集中巻きステータと前記ロータとが、径方向隙間を介して対向配置されるアウターロータ型突極集中巻き電動機であって、
   前記インシュレータは、
   前記巻線が巻回される胴部と、
   前記胴部の径方向外周側に設けられる外周側鍔部と、
   前記胴部の径方向内周側に設けられる内周側鍔部と、
   前記外周側鍔部の軸方向一端部から径方向外方に延設される外側隔壁と、
   前記外側隔壁に設けられ、前記第１巻き端側の前記渡り部を保持する第１渡り部保持部と、
   前記内周側鍔部に設けられ、前記第２巻き端側の前記渡り部を保持する第２渡り部保持部と、
   前記外側隔壁の周方向一端側に設けられ、周方向外方に向かって凸形状に形成される係合部と、
   前記外側隔壁の周方向他端側に設けられ、周方向内方に向かって凹形状に形成される被係合部と、を備え、
   前記複数のインシュレータを前記複数のティースにそれぞれ挿入した際に、互いに隣接する前記インシュレータの前記係合部と前記被係合部が相互に係合することを特徴とするアウターロータ型突極集中巻き電動機。
2. 前記第１渡り部保持部で保持される前記渡り部は、前記第２渡り部保持部で保持される前記渡り部よりも強く屈曲することを特徴とする請求項１に記載のアウターロータ型突極集中巻き電動機。
3. 前記係合部は、前記外側隔壁の前記第１渡り部保持部が設けられる側の周方向端面に設けられることを特徴とする請求項１に記載のアウターロータ型突極集中巻き電動機。
4. 前記第１渡り部保持部は、前記ステータの外径側で頂点部を有する山なり形状に形成されて、前記第１巻き端側の渡り部を保持する絡げ部を更に備え、
   前記絡げ部が前記係合部に延設されることを特徴とする請求項１に記載のアウターロータ型突極集中巻き電動機。

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