JP7188348B2 - スロットレス回転電機 - Google Patents

Description

本発明は、スロットレス回転電機に関するものである。

従来、スロットレス回転電機のステータとしては、例えば、軸方向に延びる軸方向コイル部と１対の軸方向コイル部同士を周方向に連結するコイルエンド部とを有する複数のコイルを備え、コイルエンド部にて連結された軸方向コイル部同士の周方向の間に他の相の軸方向コイル部が配置されたものがある（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１４－１２１１０２号公報

しかしながら、上記したスロットレス回転電機では、軸方向コイル部同士の周方向の間にステータコアのティースが配置されないことから、例えば、径方向に配置されるステータコアに対して接着剤等のみでコイルを固定したとしてもコイルが周方向にずれてしまうことを長期的に安定して防止できない虞があった。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、コイルの周方向のずれを安定して防止できるスロットレス回転電機を提供することにある。

上記課題を解決するスロットレス回転電機（１１）は、軸方向に延びる軸方向コイル部（２１ａ，２２ａ）と一対の前記軸方向コイル部同士を周方向に連結するコイルエンド部（２１ｂ，２１ｃ，２２ｂ，２２ｃ）とを有するコイル（２０～２２）を備え、前記コイルエンド部にて連結された前記軸方向コイル部同士の周方向の間には他の相のコイルにおける前記軸方向コイル部が配置されたステータ（１５）と、前記ステータを軸方向から覆うエンドハウジング（１３）とを備えたスロットレス回転電機であって、前記エンドハウジングには、前記コイルエンド部と周方向に当接して前記コイルの周方向の移動を規制する周方向規制部（１３ａ）が設けられる。

同構成によれば、エンドハウジングには、コイルエンド部と周方向に当接してコイルの周方向の移動を規制する周方向規制部が設けられるため、例えば、接着剤のみで固定した場合等に比べて、コイルの周方向のずれを安定して防止することができる。

一実施形態におけるスロットレス回転電機の断面図。 一実施形態におけるステータの一部斜視図。 一実施形態におけるスロットレス回転電機の一部拡大断面図。 一実施形態のコイルエンド部と周方向規制部を説明するための断面図。 別例におけるコイルの斜視図。

以下、回転電機の一実施形態を図１～図４に従って説明する。
図１に示すように、スロットレス回転電機１１は、筒状のモータハウジング１２と、該モータハウジング１２の一方の開口を閉塞する第１エンドハウジング１３と、モータハウジング１２の他方の開口を閉塞する第２エンドハウジング１４とを備える。モータハウジング１２や第１エンドハウジング１３や第２エンドハウジング１４は、アルミ系やステンレス系の金属製である。また、スロットレス回転電機１１は、モータハウジング１２の内周面に沿って配置された略円筒状のステータ１５を備える。

また、スロットレス回転電機１１は、ステータ１５の内側で第１エンドハウジング１３及び第２エンドハウジング１４に軸受１６を介して回転可能に支持されたロータ１７を備える。

ロータ１７は、軸受１６に支持された回転軸１７ａと、該回転軸１７ａに外嵌されて固定されたロータコア１７ｂと、該ロータコア１７ｂの外周面に固定された永久磁石１７ｃとを備える。

図１及び図２に示すように、ステータ１５は、磁気回路の一部として機能する円筒状のステータコア１８と、ステータコア１８の内周面に沿って配置された複数のコイル２０とを備える。コイル２０は、導体にエナメル被覆が施されてなる平角線が環状に多数回、巻回されてなるものであり、その環状を切断する断面には平角線の断面が略隙間無く並設されるものである。なお、図１～図４では、平角線同士の境目の図示は省略している。また、コイル２０における平角線の両端部は駆動回路に接続されることになるが、図１～図４では、平角線の両端部及び駆動回路の図示を省略している。

図２に示すように、本実施形態のコイル２０は、２種類の異なる形状に折り曲げられた第１コイル２１と第２コイル２２とを含む。第１コイル２１及び第２コイル２２は、それぞれ軸方向に延びる一対の軸方向コイル部２１ａ，２２ａと、一対の軸方向コイル部２１ａ，２２ａ同士を周方向に連結するコイルエンド部２１ｂ，２１ｃ，２２ｂ，２２ｃとを有する。

第１コイル２１における軸方向一方側のコイルエンド部２１ｂは、外側コイルエンド部を構成するものであり、軸方向コイル部２１ａから径方向外側に屈曲されて延びる外延部２１ｄと、該外延部２１ｄの先端から軸方向一方側に屈曲されて延びる軸方向延部２１ｅと、周方向に延びて軸方向延部２１ｅ同士を連結する第１一方連結部２１ｆとを有する。また、第１コイル２１における軸方向他方側のコイルエンド部２１ｃは、軸方向コイル部２１ａから径方向内側に屈曲されて延びる内延部２１ｇと、周方向に延びて内延部２１ｇ同士を連結する第１他方連結部２１ｈとを有する。

また、第２コイル２２における軸方向一方側のコイルエンド部２２ｂは、内側コイルエンド部を構成するものであり、軸方向コイル部２２ａから屈曲されずに、周方向に延びて軸方向コイル部２２ａ同士を連結する第２一方連結部２２ｄを有する。また、第２コイル２２における軸方向他方側のコイルエンド部２２ｃは、軸方向コイル部２１ａから径方向内側に屈曲されて延びる内延部２２ｅと、周方向に延びて内延部２２ｅ同士を連結する第２他方連結部２２ｆとを有する。

そして、ステータ１５は、コイルエンド部２１ｂ，２１ｃ，２２ｂ，２２ｃにて連結された軸方向コイル部２１ａ，２２ａ同士の周方向の間に他の相のコイル２０における軸方向コイル部２１ａ，２２ａが配置されている。詳しくは、まず第１コイル２１と第２コイル２２とは、周方向に半分重なりつつ交互に配置されている。また、周方向に並ぶ第１コイル２１と第２コイル２２とは、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相を繰り返すように割り振られている。すなわち、例えば、基準となる第１コイル２１がＵ相とされ、その周方向一方に半分重なって配置された第２コイル２２がＶ相とされ、その周方向一方に半分重なって配置された第１コイル２１がＷ相とされ、その周方向一方に半分重なって配置された第２コイル２２がＵ相とされ、その周方向一方に半分重なって配置された第１コイル２１がＶ相とされ、その周方向一方に半分重なって配置された第２コイル２２がＷ相とされ、これを繰り返すように、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相が割り振られている。そして、例えば、Ｕ相の第１コイル２１における一対の軸方向コイル部２１ａ同士の周方向の間には、Ｖ相の第２コイル２２における１つの軸方向コイル部２２ａと、Ｗ相の第２コイル２２における１つの軸方向コイル部２２ａとが配置されている。また、例えば、Ｖ相の第２コイル２２における一対の軸方向コイル部２２ａ同士の周方向の間には、Ｕ相の第１コイル２１における１つの軸方向コイル部２１ａと、Ｗ相の第１コイル２１における１つの軸方向コイル部２１ａとが配置されている。また、例えば、Ｗ相の第１コイル２１における一対の軸方向コイル部２１ａ同士の周方向の間には、Ｖ相の第２コイル２２における１つの軸方向コイル部２２ａと、Ｕ相の第２コイル２２における１つの軸方向コイル部２２ａとが配置されている。

そして、図１～図３に示すように、第１コイル２１における軸方向一方側のコイルエンド部２１ｂは、径方向外側に配置される外側コイルエンド部とされ、第２コイル２２における軸方向一方側のコイルエンド部２２ｂは、径方向内側に配置される内側コイルエンド部とされている。すなわち、第１コイル２１における軸方向一方側のコイルエンド部２１ｂは、径方向外側に屈曲されて延びる外延部２１ｄを有することで、第１一方連結部２１ｆが第２他方連結部２２ｆよりも径方向外側に配置されている。

また、図１及び図２に示すように、第１コイル２１における軸方向他方側のコイルエンド部２１ｃと第２コイル２２における軸方向他方側のコイルエンド部２２ｃとは軸方向に並んで配置されている。

ここで、図４に示すように、第１エンドハウジング１３には、軸方向一方側のコイルエンド部２１ｂ，２２ｂと周方向に当接してコイル２０の周方向の移動を規制する周方向規制部１３ａが設けられている。

詳しくは、まず、コイルエンド部２１ｂ，２２ｂの軸方向端部における周方向両端部には、面取り部３１が形成されている。本実施形態の面取り部３１は、湾曲したＲ形状に形成されている。そして、第１エンドハウジング１３には、前記面取り部３１と周方向に面接触する形状に軸方向に突出する周方向規制部１３ａが設けられている。周方向規制部１３ａは、周方向に隣り合って対向する面取り部３１の間に介在されてそれら両方の面取り部３１と周方向に当接するように設定されている。

また、図１及び図３に示すように、第１エンドハウジング１３及び第２エンドハウジング１４には、コイルエンド部２１ｂ，２１ｃ，２２ｂ，２２ｃと径方向に当接してコイル２０の径方向の移動を規制する径方向規制部１３ｂ，１４ａが設けられている。

また、図１及び図３に示すように、第１エンドハウジング１３には、前記内側コイルエンド部としてのコイルエンド部２２ｂと前記外側コイルエンド部としてのコイルエンド部２１ｂの径方向の間に介在される介在部１３ｃが設けられている。介在部１３ｃは、前記内側コイルエンド部としてのコイルエンド部２２ｂの径方向外側に当接するとともに前記外側コイルエンド部としてのコイルエンド部２１ｂの径方向内側に当接することで前記径方向規制部１３ｂの一部を兼ねている。

また、第１エンドハウジング１３及び第２エンドハウジング１４は、コイルエンド部２１ｂ，２１ｃ，２２ｂ，２２ｃと軸方向に当接するように設定されている。言い換えると、第１エンドハウジング１３には、コイルエンド部２１ｂ，２２ｂと軸方向、径方向及び周方向に当接しつつ該コイルエンド部２１ｂ，２２ｂを収容する収容部１３ｄが形成されている。また、第２エンドハウジング１４には、コイルエンド部２１ｃ，２２ｃと軸方向、径方向に当接しつつ該コイルエンド部２１ｃ，２２ｃを収容する収容部１４ｂが形成されている。

次に、上記のように構成されたスロットレス回転電機１１の作用について説明する。
ステータ１５のコイル２０に駆動回路から３相駆動電流が供給されると、ステータ１５にて回転磁界が発生されてロータ１７が回転駆動される。このような回転駆動時や振動を受けた際でも、周方向規制部１３ａがコイル２０のコイルエンド部２１ｂ，２２ｂと周方向に当接することでコイル２０の周方向の移動が規制される。

次に、上記実施形態の効果を以下に記載する。
（１）第１エンドハウジング１３には、軸方向一方側のコイルエンド部２１ｂ，２２ｂと周方向に当接してコイル２０の周方向の移動を規制する周方向規制部１３ａが設けられるため、例えば、コイル２０をステータコア１８に対して接着剤のみで固定した場合等に比べて、コイル２０の周方向のずれを長期的に安定して防止することができる。

（２）第１エンドハウジング１３及び第２エンドハウジング１４には、コイルエンド部２１ｂ，２１ｃ，２２ｂ，２２ｃと径方向に当接してコイル２０の径方向の移動を規制する径方向規制部１３ｂ，１４ａが設けられる。よって、例えば、コイル２０をステータコア１８に接着剤のみで固定した場合等に比べて、コイル２０の径方向のずれを長期的に安定して防止することができる。

（３）第１エンドハウジング１３には、前記内側コイルエンド部としてのコイルエンド部２２ｂと前記外側コイルエンド部としてのコイルエンド部２１ｂの径方向の間に介在される介在部１３ｃが設けられるため、異なる相のコイル２０の絶縁性を確保することができる。すなわち、内側コイルエンド部と外側コイルエンド部とが径方向に接触して、例えばエナメル被覆が損傷してしまうといったことが抑えられ、ひいてはそれらが電気的に接続されてしまうことが防止される。

（４）介在部１３ｃは、前記内側コイルエンド部としてのコイルエンド部２２ｂの径方向外側に当接するとともに前記外側コイルエンド部としてのコイルエンド部２１ｂの径方向内側に当接することで前記径方向規制部１３ｂの一部を兼ねている。よって、介在部１３ｃによって、コイル２０の径方向のずれを長期的に安定して防止することができるとともに、異なる相のコイル２０の絶縁性を確保することができる。

（５）第１エンドハウジング１３及び第２エンドハウジング１４は、金属製であるため、コイルエンド部２１ｂ，２１ｃ，２２ｂ，２２ｃからの放熱性が良好となる。
上記実施形態は以下のように変更して実施することができる。また、本実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。

・上記実施形態では、コイル２０は、平角線が環状に多数回、巻回されてなるものであって、２種類の異なる形状に折り曲げられた第１コイル２１と第２コイル２２とを含んだものとしたが、他のコイルとしてもよい。すなわち、軸方向に延びる軸方向コイル部と一対の軸方向コイル部同士を周方向に連結するコイルエンド部とを有するコイルであって、コイルエンド部にて連結された軸方向コイル部同士の周方向の間に他の相のコイルにおける軸方向コイル部が配置されるスロットレス回転電機用のコイルであれば変更してもよい。

例えば、図５に示すように、軸方向に延びる軸方向コイル部４１と一対の軸方向コイル部４１同士を周方向に連結するコイルエンド部４２とを有するコイル４３であって、コイルエンド部４２にて連結された軸方向コイル部４１同士の周方向の間に他の相のコイル４３における軸方向コイル部４１が配置された波巻きで分布巻のものに具体化してもよい。すなわち、このようなコイル４３を備えたスロットレス回転電機において、エンドハウジングに、コイルエンド部４２と周方向に当接してコイル４３の周方向の移動を規制する周方向規制部を設けて実施してもよい。

また、上記実施形態のコイルエンド部２１ｂ，２１ｃ，２２ｂ，２２ｃの形状は変更してもよい。例えば、軸方向他方側におけるコイルエンド部２１ｃ，２２ｃの形状を、軸方向一方側のコイルエンド部２１ｂ，２２ｂの形状と同じとしてもよい。

・上記実施形態では、第１エンドハウジング１３及び第２エンドハウジング１４には、コイルエンド部２１ｂ，２１ｃ，２２ｂ，２２ｃと径方向に当接してコイル２０の径方向の移動を規制する径方向規制部１３ｂ，１４ａが設けられるとしたが、これに限定されず、例えば、径方向規制部１３ｂ，１４ａが設けられていない構成としてもよい。

・上記実施形態では、第１エンドハウジング１３には、内側コイルエンド部としてのコイルエンド部２２ｂと外側コイルエンド部としてのコイルエンド部２１ｂの径方向の間に介在される介在部１３ｃが設けられるとしたが、これに限定されず、例えば、介在部１３ｃが設けられていない構成としてもよい。

また、介在部１３ｃは、コイルエンド部２１ｂ，２２ｂと径方向に当接することで径方向規制部１３ｂの一部を兼ねているとしたが、これに限定されず、例えば、コイルエンド部２１ｂ，２２ｂと径方向に当接しないように設定してもよい。

・上記実施形態では、第１エンドハウジング１３及び第２エンドハウジング１４は、金属製であるとしたが、これに限定されず、例えば、樹脂製等としてもよい。
・上記実施形態では、第１エンドハウジング１３及び第２エンドハウジング１４がモータハウジング１２と別体であるとしたが、これに限定されず、第１エンドハウジング１３及び第２エンドハウジング１４のいずれか一方がモータハウジング１２と一体の構成としてもよい。

・上記実施形態では、第１エンドハウジング１３に周方向規制部１３ａが設けられるとしたが、これに限定されず、周方向規制部は、第２エンドハウジング１４のみに設けてもよいし、第１エンドハウジング１３及び第２エンドハウジング１４に設けてもよい。

・上記実施形態では、コイルエンド部２１ｂ，２２ｂに面取り部３１が形成され、周方向規制部１３ａは面取り部３１と周方向に当接するとしたが、これに限定されず、例えば、面取り部３１が形成されておらず、周方向規制部は、コイルエンド部の周方向の端面と周方向に真っ直ぐ当接する構成としてもよい。

・上記実施形態では、特に言及していないが、コイル２０は、ステータコア１８に対して接着剤で固定されていてもよい。
・上記実施形態では、特に言及していないが、コイルエンド部２１ｂ，２１ｃ，２２ｂ，２２ｃと、第１エンドハウジング１３及び第２エンドハウジング１４との間には、絶縁紙や絶縁カバー等を介在させてもよい。

１１…スロットレス回転電機、１３…第１エンドハウジング（エンドハウジング）、１３ａ…周方向規制部、１３ｂ…径方向規制部、１３ｃ…介在部、１５…ステータ、２０…コイル、２１…第１コイル（コイル）、２２…第２コイル（コイル）、２１ａ，２２ａ…軸方向コイル部、２１ｂ，２１ｃ，２２ｂ，２２ｃ…コイルエンド部。

Claims (5)

1. 軸方向に延びる軸方向コイル部（２１ａ，２２ａ）と一対の前記軸方向コイル部同士を周方向に連結するコイルエンド部（２１ｂ，２１ｃ，２２ｂ，２２ｃ）とを有するコイル（２０～２２）を備え、前記コイルエンド部にて連結された前記軸方向コイル部同士の周方向の間には他の相のコイルにおける前記軸方向コイル部が配置されたステータ（１５）と、
   前記ステータを軸方向から覆うエンドハウジング（１３）と
   を備えたスロットレス回転電機であって、
   前記エンドハウジングには、前記コイルエンド部と周方向に当接して前記コイルの周方向の移動を規制する周方向規制部（１３ａ）が設けられたスロットレス回転電機。
2. 前記エンドハウジングには、前記コイルエンド部と径方向に当接して前記コイルの径方向の移動を規制する径方向規制部（１３ｂ）が設けられた請求項１に記載のスロットレス回転電機。
3. 前記コイルエンド部は、径方向内側に配置される内側コイルエンド部（２２ｂ）と、前記内側コイルエンド部の径方向外側に配置される外側コイルエンド部（２１ｂ）とを含み、
   前記エンドハウジングには、前記内側コイルエンド部と前記外側コイルエンド部との径方向の間に介在される介在部（１３ｃ）が設けられた請求項１又は請求項２に記載のスロットレス回転電機。
4. 前記介在部は、前記内側コイルエンド部の径方向外側に当接するとともに前記外側コイルエンド部の径方向内側に当接することで前記径方向規制部を兼ねる請求項２に従属する請求項３に記載のスロットレス回転電機。
5. 前記エンドハウジングは、金属製である請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のスロットレス回転電機。

Images