JP6331950B2

JP6331950B2 - ステータ

Info

Publication number: JP6331950B2
Application number: JP2014209873A
Authority: JP
Inventors: 神谷　直樹; 直樹神谷; 晃裕大野
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd; Aisin Corp
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 2014-10-14
Filing date: 2014-10-14
Publication date: 2018-05-30
Anticipated expiration: 2034-10-14
Also published as: WO2016059944A1; JP2016082643A; US20170257001A1; DE112015002671T5; CN106663981A

Description

本発明は、回転電機のステータに関し、詳しくはステータコアに巻回されるコイル素線の端部処理に関する。

従来のステータとして、ステータコアと、ステータコアに巻回されるコイル素線とを備え、コイル素線の端部が端子部材を介して電気供給用又はアース用のバスバーと接続されたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１に記載のステータは、コイル素線の端部を金型の孔に挿入した状態で、ステータコアとコイル素線とをインサート成形している。このとき、金型の孔とコイル素線の端部との隙間から注入樹脂が漏れないように、金型側に所定のシール構造を設けると記載されている（［００７９］段落）。次いで、バスバーに固定された端子部材にコイル素線の端部を接触させることで、バスバーとコイル素線とが電気接続される。

特開２０１１−２０５８７５号公報

しかしながら、従来のステータは、コイル素線の端部の位置を調節しながら金型の孔部に挿入する必要があるので、組付けが煩雑である。また、金型に設けたシール構造が邪魔になって、コイル素線を金型の孔に挿入し難い。一方、シール構造を省略した場合は、コイル素線の端子部材と接続される部位まで注入樹脂が漏れ出してバリが発生し、端子部材とコイル素線との電気接続が阻害されるおそれがある。

また、従来のステータは、端子部材を介してコイル素線とバスバーとを接続しているので、部品点数の増加や、これら部品間の接触抵抗が増えて電気特性の悪化を招いてしまう。

そこで、本発明の目的は、電気特性に優れるステータを合理的に構成する点にある。

本発明に係るステータの特徴構成は、ロータの回転軸芯を中心とする環状のコア部と、当該コア部から径方向に突出する複数のティース部とを有するステータコアと、前記ティース部に巻回されるコイル素線と、前記コイル素線の端部が挿入される孔部が前記回転軸芯に沿って貫通形成され、前記ステータコアに前記回転軸芯に沿って重ねられる樹脂製のプレートと、前記ステータコア、前記コイル素線および前記プレートを埋設する樹脂部とを備え、前記コイル素線の端部が前記樹脂部から露出した状態で、電気供給用又はアース用のバスバーと直接接続され、前記プレートは、第一プレートと、当該第一プレート上に配置される第二プレートとを備え、前記第一プレートには、当該第一プレートの前記孔部と接続されると共に前記コイル素線を収容する第一溝部が形成され、前記第二プレートの前記孔部は、前記第一溝部と連通している点にある。

上述したように、ステータコアを金型にセットする際、コイル素線の端部の形状姿勢を修正しながら、金型の孔部に該端部を位置合わせする必要があり煩雑である。一方、本構成では、ステータコアに重ねられる回転軸芯に沿ったプレートの孔部に、コイル素線の端部を挿入して保持することが可能となるので、該端部を金型の孔部に挿入する際、コイル素線の形状姿勢を安定させることができる。よって、金型の孔部に対するコイル素線の挿入が円滑なものとなり、製造効率が向上する。

また、本構成によれば、コイル素線の端部を樹脂部から露出させた状態で、バスバーと直接接続されるので、端子部材を介してコイル素線とバスバーとを接続する場合に比べ、端子部材の分だけ部品点数を減少させつつコンパクト化を図ることができる。しかも、端子部材とコイル素線との接触部や端子部材とバスバーとの接触部が省略されるので、接触抵抗を減少させて電気特性を向上することができる。

このように、回転軸芯に沿ってステータコア，コイル，プレートの順番で配置して、プレートの回転軸芯に沿った孔部にコイル素線の端部を収容することで、電気特性に優れるステータを合理的に構成することができる。

また、本構成のように、プレートを２部材で構成し、第一プレートの第一溝部と第一プレートおよび第二プレートの夫々の孔部とを連通させれば、第一プレートの孔部と第二プレートの孔部とを回転軸芯方向から見てオフセットさせることが可能となる。このため、第一プレートの孔部に入り込んだ樹脂が、第一溝部を経由して第二プレートの孔部まで到達し難い。

つまり、第一プレートの孔部から流出した樹脂は第一溝部で樹脂圧が低下するので、第二プレートの孔部から樹脂が噴出し難く、コイル素線の端部が挿入される金型の孔部まで注入樹脂が漏れ出し難い。よって、コイル素線の端部にバリが発生して電気特性が低下するといった不都合を解消することができる。

他の特徴構成は、前記第二プレートには、前記第一溝部に対向して前記コイル素線を収容する第二溝部を形成してある点にある。

本構成のように、第二プレートにも第二溝部を形成すれば、第一溝部から露出するコイル素線に第二溝部を嵌めながら第二プレートを第一プレート上に配置することができるので、装着が容易である。

他の特徴構成は、前記第二プレートは、前記第一溝部に挿入される凸部を有し、当該凸部に前記コイル素線を収容する第二溝部を形成してある点にある。

本構成のように第二プレートに凸部を形成して第一プレートの第一溝部に挿入すれば、第一プレートに対する第二プレートの位置固定が容易である。しかも、コイル素線が収容される第二溝部を位置固定部となる凸部に形成しているので、別途位置固定部を設ける必要がなく合理的である。

ウォータポンプの断面図である。ステータコアの断面図である。ステータコアおよびプレートの分解斜視図である。ステータの成形例を示す断面図である。ステータの部分斜視図である。別実施形態１におけるプレートの部分斜視図である。別実施形態１におけるステータの成形例を示す断面図である。別実施形態２におけるプレートの部分斜視図である。別実施形態３におけるプレートの部分斜視図である。

以下に、本実施形態に係るステータについて、図面に基づいて説明する。本実施形態では、ステータの一例として、冷却水を循環させる車両用のウォータポンプＰに用いられる電動モータＭのステータ４として説明する。ただし、以下の実施形態に限定されることなく、その要旨を逸脱しない範囲内で種々の変形が可能である。

図１に示すように、ウォータポンプＰは、樹脂製のケーシング１と、ケーシング１に固定された支持シャフト２と、支持シャフト２に外嵌する状態で回転自在である筒状のロータ３と、ロータ３の外側に配置される筒状のステータ４と、ロータ３の一端に固定されるインペラ５とを備えている。このインペラ５をポンプハウジング６に収容することにより、例えば、インバータに冷却水を循環させたり、エンジンとラジエータとの間で冷却水を循環させたりするウォータポンプＰが構成される。

このウォータポンプＰに用いられる電動モータＭは、回転軸芯Ｘ周りに回転するロータ３と、ロータ３に対して磁束を発生させるステータ４とを備えた３相ブラシレスモータで構成されている。なお、この電動モータＭは、ロータ３を回転させることにより発電機として機能させることも可能である。

ロータ３は、複数の磁性鋼板を積層して形成されるロータコア３１と、ロータコア３１に埋設された複数の永久磁石３１ａとを備え、ロータコア３１と永久磁石３１ａとが樹脂によりインサート成形され、一体化されている。永久磁石３１ａは、６極で構成され、６極３相９スロットルの電動モータＭとしている。なお、永久磁石３１ａは６極に限定されず、２極以上の偶数極で構成しても良い。

図３に示すように、ステータ４は、筒状のステータコアＳと、ステータコアＳを覆う樹脂製のインシュレータ４４と、インシュレータ４４の外面に巻回されるコイルＣと、ステータコアＳを保持する筒状のコアケース７と、を備えている。

図２に示すように、ステータコアＳは、回転軸芯Ｘを中心とする環状領域に形成されるコア部４１と、コア部４１から径内方向に突出する複数のティース部４２と、複数のティース部４２の突出端において回転軸芯Ｘを中心として周方向に配置されるフランジ部４３とで構成される。このステータコアＳは、磁性鋼板を積層してコア部材を形成し、複数のコア部材を環状に組み合わせて構成される分割コアである。これら分割コアは、各分割面を当接させた状態で、コアケース７を外嵌することで保持される。

各ティース部４２は、回転軸芯Ｘを中心とする放射状（径方向）に延出し、周方向に沿って等間隔に９箇所形成されている。本実施形態では、コア部４１の外周面を９角形で構成し、このコア部４１の外周に沿って嵌められるコアケース７の内周面も、９角形で構成している。なお、コア部４１の外周面やコアケース７の内周面は、多角形状に限定されず、例えば円形状に構成しても良い。

図３に示すように、ステータ４は、ステータコアＳに樹脂製のインシュレータ４４を外嵌した状態で、ティース部４２にコイル素線４５を巻き付けてコイルＣが形成される。詳細は後述するが、コイルＣが巻かれた状態のステータ４は、樹脂でインサート成形される。インシュレータ４４は、ステータコアＳとコイルＣとの絶縁のために設けられ、少なくともティース部４２の外面とコア部４１およびフランジ部４３の内面とを覆っている。また、コイル素線４５は、断面形状が円形となる銅線の表面にポリウレタン等の樹脂を被覆している。なお、ステータコアＳとコイルＣとの絶縁が適切に図られる場合は、コイル素線４５をティース部４２に直接巻き付けても良い。

本実施形態では、図４に示すように、ステータ４は、ステータコアＳのうち、回転軸芯Ｘ方向におけるコイル素線４５の端部４５Ａとは反対側の注入口Ｅから樹脂を注入して形成される樹脂部４６を備えている。この樹脂部４６を形成するための金型Ｋには、コイル素線４５の端部４５Ａが挿入される孔部Ｋａが設けられている。この孔部Ｋａにコイル素線４５の端部４５Ａを位置合わせしながら挿入する必要があり、組付けが煩雑である。

そこで、本実施形態におけるステータ４は、図３に示すように、コイル素線４５の端部４５Ａが挿入される孔部８１が回転軸芯Ｘに沿って貫通形成され、ステータコアＳに回転軸芯Ｘに沿って重ねられる樹脂製のプレート８を備えている。このプレート８は、回転軸芯Ｘ方向視において多角形の一体環状や半割状に形成され、コアケース７の内周面と、フランジ部４３を覆うインシュレータ４４の外周面とに当接して位置決めされる。なお、プレート８の位置決め形態は特に限定されず、例えば、コアケース７の内周面の代わりに、コア部４１を覆うインシュレータ４４を回転軸芯Ｘ方向に突出させて形成し、このインシュレータ４４の内周面にプレート８を当接させても良い。また、プレート８の形状は特に限定されず、インシュレータ４４やコアケース７の形状に応じて適宜設定される。

上述したように、プレート８には、コイル素線４５の端部４５Ａが挿入される孔部８１が、回転軸芯Ｘに沿って貫通形成されている。このため、図４に示すように、コイル素線４５の端部４５Ａの形状姿勢を安定させた状態で、端部４５Ａを金型Ｋの孔部Ｋａに円滑に挿入することができる。次いで、注入口Ｅから樹脂を注入すれば、ステータコアＳ、コイル素線４５およびプレート８が樹脂部４６に埋設された状態で、インサート成形される。

図５に示すように、インサート成形されたステータ４は、コイル素線４５の端部４５Ａが、樹脂部４６から露出した状態で、基板（不図示）に内蔵された電気供給用又はアース用のバスバーＢと直接接続されている。なお、コイル素線４５の端部４５ＡとバスバーＢとは、ヒュージング（熱カシメ）やスポット溶接などを施すことで電気的に接続される。

つまり、本実施形態におけるステータ４は、コイル素線４５とバスバーＢとを電気接続するための端子部材を省略している。一方、端子部材を省略すれば、コイル素線４５の端部４５Ａを金型Ｋの孔部Ｋａに挿入するのが煩雑化するが、上述したように、プレート８を備えることで組付けを簡便化することができる。しかも、端子部材とコイル素線４５との接触部や端子部材とバスバーＢとの接触部が省略されるので、接触抵抗を減少させて電気特性を向上することができる。

以下、別実施形態について説明する。基本構成は、上述した実施形態と同様であるため、異なる構成についてのみ図面を用いて説明する。なお、図面の理解を容易にするため、上述した実施形態と同じ部材名称及び符号を用いて説明する。

［別実施形態１］
図６に示すように、本実施形態におけるプレート８は、第一プレート８ａと、第一プレート８ａ上に配置される第二プレート８ｂとの２部材で構成される。第一プレート８ａは、コイル素線４５の端部４５Ａが挿入される孔部８１ａと、この孔部８１ａと接続され、コイル素線４５を収容する第一溝部８２ａとを備えている。また、第二プレート８ｂは、コイル素線４５の端部４５Ａが挿入される孔部８１ｂが、第一溝部８２ａと連通している。つまり、第一プレート８ａの孔部８１ａと第二プレート８ｂの孔部８１ｂとは、回転軸芯Ｘ方向視において、オフセットされて配置されている。

図７に示すように、ステータコアＳの回転軸芯Ｘ方向におけるコイル素線４５の端部４５Ａとは反対側の注入口Ｅから注入された樹脂の一部は、第一プレート８ａの孔部８１ａに流入する。この孔部８１ａから流出した樹脂は、第一プレート８ａの第一溝部８２ａに流入することになるが、樹脂の流動方向が回転軸芯Ｘに沿った方向から、回転軸芯Ｘに垂直な方向へと変化する。このため、樹脂圧が低下して第二プレート８ｂの孔部８１ｂまで到達し難くなる。

その結果、第二プレート８ｂの孔部８１ｂから注入樹脂が噴出するのが防止されるので、金型Ｋの孔部Ｋａに樹脂が漏れ出して、コイル素線４５の端部４５Ａにバリが発生するといった不都合が解消される。よって、ステータ４の樹脂部４６から露出するコイル素線４５の端部４５ＡをバスバーＢに直接接続しても、電気特性が低下しない。

なお、コイル素線４５の端部４５Ａは、オフセットされた第二プレート８ｂの孔部８１ｂから引き出されるので、バスバーＢとの接続位置に応じて第一溝部８２ａの配置を決定すれば良い。つまり、プレート８を２部材で構成することで、コイル素線４５の端部４５Ａの引き出し位置の設定自由度が高まる。

［別実施形態２］
本実施形態では、別実施形態１と比べて第二プレート８ｂの形状が異なっている。図８に示すように、第二プレート８ｂは、第一プレート８ａの第一溝部８２ａに対向してコイル素線４５を収容する第二溝部８２ｂが形成されている。つまり、コイル素線４５は、第一溝部８２ａと第二溝部８２ｂとに挟まれて収容され、第一プレート８ａの孔部８１ａと第二プレート８ｂの孔部８１ｂとは、第一溝部８２ａおよび第二溝部８２ｂと連通している。

これによって、別実施形態１の作用効果に加えて、第一溝部８２ａから露出するコイル素線４５に対して第二溝部８２ｂを嵌めることで、第一プレート８ａに対する第二プレート８ｂの位置決めが行われるので、装着が容易である。

［別実施形態３］
本実施形態では、別実施形態１，２と比べて第二プレート８ｂの形状が異なっている。図９に示すように、第二プレート８ｂは、第一プレート８ａの第一溝部８２ａに挿入される凸部８３を有し、凸部８３にコイル素線４５を収容する第二溝部８３ａを形成している。つまり、凸部８３には、コイル素線４５を挟む一対の側壁８３ｂが形成され、この両側壁８３ｂの間に第二溝部８３ａを設けている。

本実施形態では、別実施形態１，２の作用効果に加えて、第一溝部８２ａを有する凸部８３を、コイル素線４５の収容空間である第一溝部８２ａに挿入するだけで、双方の位置固定が完了する。よって、第一プレート８ａや第二プレート８ｂに、別途位置固定のための突起などを設ける必要がなく効率的である。

［その他の実施形態］
（１）上述した実施形態では、プレート８を一体環状又は半環状に形成したが、分割されたステータコアＳごとに、プレート８を独立して形成しても良い。この場合、コイル素線４５の端部４５Ａの引き出し範囲に応じてプレート８の大きさが決定されるので、プレート８の材料を節約することができる。（２）上述した実施形態のステータコアＳを分割コアとして説明したが、コア部４１が一体化された一体コアで構成しても良い。この場合、コアケース７を省略して、コア部４１を覆うインシュレータ４４を回転軸芯Ｘ方向に突出させて形成し、このインシュレータ４４の内周面にプレート８を当接させても良い。（３）上述した実施形態における電動モータＭは、ロータ３をステータ４の内側に配置するインナーロータ形式としたが、ロータ３をステータ４の外側に配置するアウターロータ形式としても良い。アウターロータ形式の場合、ステータ４は、回転軸芯Ｘを中心とする環状のコア部４１と、コア部４１から径外方向突出する複数のティース部４２とを有することとなる。このアウターロータ形式の電動モータＭでも、ステータコアＳに回転軸芯Ｘに沿って重ねられるプレート８を設けることで、上述した作用効果が期待できる。（４）上述した実施形態における電動モータＭが用いられる機器は、エンジンの冷却水を循環させるウォータポンプＰに限定されず、エンジンオイルを循環させるポンプでも良いし、車両以外の用途に使用される機器であっても良い。また、電動モータＭの駆動方式は、交番磁界を発生させる３相ブラシレスモータに限定されず、ブラシ付きモータを使用しても良い。

本発明のステータは、車両用ウォータポンプなど様々な機器に用いられる電動モータに利用可能である。

３ロータ
４ステータ
４１コア部
４２ティース部
４３フランジ部
４５コイル素線
４５Ａ端部
４６樹脂部
８プレート
８１孔部
８ａ第一プレート
８１ａ孔部
８２ａ第一溝部
８ｂ第二プレート
８１ｂ孔部
８２ｂ第二溝部
８３凸部
８３ａ第二溝部
Ｂバスバー
Ｓステータコア
Ｘ回転軸芯

Claims

ロータの回転軸芯を中心とする環状のコア部と、当該コア部から径方向に突出する複数のティース部とを有するステータコアと、
前記ティース部に巻回されるコイル素線と、
前記コイル素線の端部が挿入される孔部が前記回転軸芯に沿って貫通形成され、前記ステータコアに前記回転軸芯に沿って重ねられる樹脂製のプレートと、
前記ステータコア、前記コイル素線および前記プレートを埋設する樹脂部とを備え、
前記コイル素線の端部が前記樹脂部から露出した状態で、電気供給用又はアース用のバスバーと直接接続され、
前記プレートは、第一プレートと、当該第一プレート上に配置される第二プレートとを備え、
前記第一プレートには、当該第一プレートの前記孔部と接続されると共に前記コイル素線を収容する第一溝部が形成され、
前記第二プレートの前記孔部は、前記第一溝部と連通しているステータ。
前記第二プレートには、前記第一溝部に対向して前記コイル素線を収容する第二溝部を形成してある請求項１に記載のステータ。
前記第二プレートは、前記第一溝部に挿入される凸部を有し、当該凸部に前記コイル素線を収容する第二溝部を形成してある請求項１に記載のステータ。