JP5163913B2

JP5163913B2 - アウターロータ型電動機

Info

Publication number: JP5163913B2
Application number: JP2010173795A
Authority: JP
Inventors: 忠伸高橋; 健太郎福井
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2010-08-02
Filing date: 2010-08-02
Publication date: 2013-03-13
Anticipated expiration: 2030-08-02
Also published as: US8441164B2; US20120025662A1; JP2012034540A

Description

本発明は、アウターロータ型電動機に関し、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電動機に関する。

従来のアウターロータ型電動機のステータとしては、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知られている（例えば、特許文献１参照）。このティースの周方向突起は、回転時における磁束の変化を緩やかにして、コギングトルクやトルクリプルの発生を低減して、ロータの回転を滑らかにする効果がある。

特開２００２‐３１５２５０号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載のステータでは、外周部に周方向突起が形成されるティースに直接巻線が巻回されるため、コイルの占積率を高めることが困難であった。このため、周方向突起のないティースに、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ことにより、コイルの占積率を高めるようにしたステータがある。しかし、後者のステータにおいては、ティースに周方向突起がないため、急激な磁束の変化が生じて、コギングトルクやトルクリプルが発生し、ロータの滑らかな回転が阻害される可能性があった。

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、コイルの占積率を高めることができると共に、回転時におけるコギングトルクやトルクリプルの発生を低減して、ロータの回転を滑らかにすることができるアウターロータ型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る巻回部（例えば、後述の実施形態における巻回部２０）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、
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ステータ（例えば、後述の実施形態におけるステータ１０）と、
ロータホルダ（例えば、後述の実施形態におけるロータホルダ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、を備え、
前記胴部と前記外周側鍔部との接合部の前記ティースの周方向側面（例えば、後述の実施形態における周方向側面１１ｆ）と対向する２つの軸方向稜線部（例えば、後述の実施形態における軸方向稜線部３９）の少なくとも一方に、前記ロータと対向するロータ対向面（例えば、後述の実施形態におけるロータ対向面６１）、及び前記ティースの前記周方向側面に当接するティース当接面（例えば、後述の実施形態におけるティース当接面６２）を有する補助ティース部（例えば、後述の実施形態における補助ティース部６０）が設けられ、
前記軸方向稜線部は、前記外周側鍔部の外周面から前記胴部の内面へ向かって前記外周側鍔部の外周面から内周側へ窪むように設けられており、
前記補助ティース部は、前記ロータ対向面のステータ周方向外端部と前記ティース当接面のステータ径方向内端部とを結ぶ傾斜面（例えば、後述の実施形態における傾斜面６３）を有して、略三角柱状に形成され、
前記傾斜面は、前記インシュレータの前記軸方向稜線部に面接触するとともに前記ティース当接面に対して鋭角を成しており、
前記ティース当接面は、前記インシュレータの前記胴部と面一に形成されるとともに前記ティースの前記周方向側面に面接触しており、
前記傾斜面には、該傾斜面に対して直交する方向に突出する突起（例えば、後述の実施形態における突起部６４）が設けられており、前記突起が前記インシュレータの前記軸方向稜線部に嵌合していることを特徴とする。

請求項１の発明によれば、コイルの占積率を高めることができると共に、回転時における磁束の変化を緩やかにして、コギングトルクやトルクリプルの発生を低減することができ、ロータの回転を滑らかにすることができる。

また、補助ティース部を略三角柱状に形成することにより、コギングトルクやトルクリプルの低減に対する寄与率が低い補助ティース部の無駄な部分を削減することができ、性能を低化させることなく、補助ティース部の材料を削減することができ、製造コストを削減することができる。また、補助ティース部の傾斜面に対して直交する方向に突出する突起がインシュレータの軸方向稜線部に嵌合するため、補助ティース部とインシュレータとの結合力を高めることができる。これにより、補助ティース部にロータからの磁力による吸引力などの径方向外方に向かう力が作用したとしても、補助ティース部のインシュレータからの脱落を防止することができる。

本発明に係るアウターロータ型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。図７におけるＣ‐Ｃ線断面図である。インシュレータにステータコアのティースが挿入された状態を示す断面図である。図１０の補助ティース部の周辺の拡大断面図である。

以下、本発明に係るアウターロータ型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。

本実施形態のアウターロータ型電動機１は、３相８極対のアウターロータ型突極集中巻き電動機であり、図１に示すように、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。ロータホルダ５の基部５ｂとステータ１０との間には、回転軸８の磁極位置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。このティース１１ｂは、径方向外方から分割コア１２を挿入可能とするため、周方向突起がなく、略長方形状に形成されている。また、ティース１１ｂの径方向外端面１１ｅは、ロータヨーク６と僅かな径方向隙間を介して配置されるように、ロータヨーク６の内周面に沿う円弧形状に形成されている。

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。

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２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。

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、壁３６，３７は、ティース１１ｂの周方向側面１１ｆと対向している。

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。

また、図９〜図１１に示すように、胴部３０の壁３６，３７の内面と外周側鍔部３１の外周面３１ａとの接合部である２つの軸方向稜線部３９には、補助ティース部６０がそれぞれ設けられている。この補助ティース部６０は、その一部がインシュレータ１３に埋め込まれてインサート成形され、軸方向稜線部３９に固定されている。

補助ティース部６０は、ステータコア１１と同様に、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、図１０及び図１１に示すように、ロータ４のロータヨーク６と僅かな隙間を介して対向するロータ対向面６１と、ティース１１ｂの周方向側面１１ｆに当接するティース当接面６２と、ロータ対向面６１のステータ周方向外端部とティース当接面６２のステータ径方向内端部とを結ぶ傾斜面６３と、を備え、略三角柱状に形成されている。また、傾斜面６３には、インシュレータ１３と嵌合する２つの突起部（嵌合部）６４が突設されている。なお、補助ティース部６０は、電磁鋼板以外にも、鉄などの磁性材料の粉体を圧縮形成したものであってもよい。

補助ティース部６０のロータ対向面６１及びティース当接面６２は、インシュレータ１３の樹脂で覆われることなく、インシュレータ１３から露出している。

ロータ対向面６１は、ティース１１ｂの径方向外端面１１ｅに沿う円弧形状に形成され、インシュレータ１３の胴部３０より、ステータ径方向外方に突出している。また、ロータ対向面６１の胴部３０からの突出量は、補助ティース部６０がロータヨーク６と干渉しない範囲内で、ロータヨーク６との隙間が最小隙間となるように設定されている。

ティース当接面６２は、図１１に示すように、角穴３０ａにティース１１ｂが挿入されたとき、ティース当接面６２とティース１１ｂの周方向側面１１ｆとが、実質的に隙間がないように当接することが好ましい。これにより、磁束の流れを良好にすることが可能となる。

このように構成されたアウターロータ型電動機１では、図１０及び図１１に示すように、インシュレータ１３がステータコア１１のティース１１ｂに挿入されることにより、補助ティース部６０の円弧形状のロータ対向面６１が、ティース１１ｂの円弧形状の径方向外端面１１ｅの延長線上に配置されると共に、補助ティース部６０のティース当接面６２が、ティース１１ｂの周方向側面１１ｆと当接する。これにより、ティース１１ｂの径方向外端の周方向両端部に、回転時の磁束の変化を緩やかにする周方向突起となる補助ティース部６０がそれぞれ配置される。

以上説明したように、本実施形態のアウターロータ型電動機１によれば、ティース１１ｂの周方向側面１１ｆと対向するインシュレータ１３の２つの軸方向稜線部３９に、ロータ４と対向するロータ対向面６１、及びティース１１ｂの周方向側面１１ｆに当接するティース当接面６２を有する補助ティース部６０がそれぞれ設けられるため、回転時における磁束の変化を緩やかにして、コギングトルクやトルクリプルの発生を低減することができ、ロータ４の回転を滑らかにすることができる。また、コイル１４を有するインシュレータ１３をステータコア１１のティース１１ｂに挿入することが可能なため、コイル１４の占積率を高めることができる。また、電動機１を構成する他の要素はそのままで、補助ティース部６０の形状を変えるだけでモータ特性を容易に変更することが可能となる。

また、本実施形態のアウターロータ型電動機１によれば、補助ティース部６０が、ロータ対向面６１とティース当接面６２とを結ぶ傾斜面６３を有する略三角柱状に形成されるため、コギングトルクやトルクリプルの低減に対する寄与率が低い補助ティース部６０の無駄な部分を削減することができる。これにより、性能を低化させることなく、補助ティース部６０の材料を削減することができ、製造コストを削減することができる。

また、本実施形態のアウターロータ型電動機１によれば、ロータ対向面６１が、ティース１１ｂの径方向外端面１１ｅに沿う円弧形状に形成されるため、ロータ４とステータ１０間の隙間を均一にすることができる。これにより、駆動・回生効率を高めることができると共に、磁束の流れを滑らかにして、安定した回転を得ることができる。

また、本実施形態のアウターロータ型電動機１によれば、ロータ対向面６１が、インシュレータ１３の胴部３０よりステータ径方向外方に突出するため、補助ティース部６０をロータ４により接近させることができる。これにより、駆動・回生効率を高めることができ、コギングトルクやトルクリプルの発生を更に低減することができる。

また、本実施形態のアウターロータ型電動機１によれば、補助ティース部６０の傾斜面６３に、インシュレータ１３と嵌合する２つの突起部６４が設けられるため、補助ティース部６０とインシュレータ１３との結合力を高めることができる。これにより、補助ティース部６０にロータ４からの磁力による吸引力などの径方向外方に向かう力が作用したとしても、補助ティース部６０のインシュレータ１３からの脱落を防止することができる。

また、本実施形態のアウターロータ型電動機１によれば、ロータ対向面６１及びティース当接面６２は、インシュレータ１３の樹脂で覆われることなく、インシュレータ１３から露出するため、ロータ対向面６１とロータ４間の隙間、及びティース当接面６２とティース１１ｂ間の隙間を最小寸法にすることができる。これにより、駆動・回生効率を高めることができ、コギングトルクやトルクリプルの発生を更に低減することができる。

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、本実施形態では、アウターロータ型電動機のステータに本発明を適用した場合を例示したが、これに限定されず、インナーロータ型電動機のステータに本発明を適用してもよい。
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
４ロータ
５ロータホルダ
６ロータヨーク
１０ステータ
１１ステータコア
１１ｂティース
１１ｅ径方向外端面
１１ｆ周方向側面
１３インシュレータ
１４コイル
１５束線
１５ａ巻線
２０巻回部
３０胴部
３１外周側鍔部
３９軸方向稜線部
６０補助ティース部
６１ロータ対向面
６２ティース当接面
６３傾斜面
６４突起部（嵌合部）

Claims

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る巻回部を有するコイルと、
前記コイルを保持するインシュレータと、を有し、
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、を備え、
前記胴部と前記外周側鍔部との接合部の前記ティースの周方向側面と対向する２つの軸方向稜線部の少なくとも一方に、前記ロータと対向するロータ対向面、及び前記ティースの前記周方向側面に当接するティース当接面を有する補助ティース部が設けられ、
前記軸方向稜線部は、前記外周側鍔部の外周面から前記胴部の内面へ向かって前記外周側鍔部の外周面から内周側へ窪むように設けられており、
前記補助ティース部は、前記ロータ対向面のステータ周方向外端部と前記ティース当接面のステータ径方向内端部とを結ぶ傾斜面を有して、略三角柱状に形成され、
前記傾斜面は、前記インシュレータの前記軸方向稜線部に面接触するとともに前記ティース当接面に対して鋭角を成しており、
前記ティース当接面は、前記インシュレータの前記胴部と面一に形成されるとともに前記ティースの前記周方向側面に面接触しており、
前記傾斜面には、該傾斜面に対して直交する方向に突出する突起が設けられており、前記突起が前記インシュレータの前記軸方向稜線部に嵌合していることを特徴とするアウターロータ型電動機。