JP7347352B2

JP7347352B2 - ステータ

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Publication number: JP7347352B2
Application number: JP2020120471A
Authority: JP
Inventors: 孝則牧野
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2020-07-14
Filing date: 2020-07-14
Publication date: 2023-09-20
Anticipated expiration: 2040-07-14
Also published as: WO2022014460A1; JP2022017750A

Description

本発明は、インナーロータ型回転電機のステータに関する。

従来、特許文献１に開示されているようなインナーロータ型回転電機のステータにおいて、低コスト化のために巻線をノズル巻きで製造する場合、ステータコア最外径よりも外側に配置された治具に電線の端部を巻き付けてから巻回作業を行う。そのため、接点用のコイルターミナルはステータ外周部に配置され、コイルターミナルと巻線との接続点はステータコア最外径よりも外側の位置となる。

特許第６５２０７３９号公報

巻線をノズル巻きで製造する場合、コイルターミナルがステータコアから径方向外側に突き出すように設けられるため、ステータの径方向体格が大きくなる。したがって、低コスト化と小型化の両立が困難であった。

本発明は、上述の点に鑑みてなされたものであり、その目的は、安価で小型なステータを提供することである。

本発明は、インナーロータ型回転電機（３０）のステータ（３１）であって、複数のティース（５６）を有するステータコア（３２）と、ティースの周りに巻かれてなるコイル（７１）を有する複数の巻線（３３）と、巻線の一端部（７２）もしくは他端部（７３）、または、一端部および他端部の両方を保持する複数の巻線保持部（８３）と、巻線に接続された巻線接続部（８４）を有する複数のコイルターミナル（８１）とを備える。巻線は、２つ以上のティースに渡って設けられた１本の電線からなり、当該巻線の一端部から他端部までの間に２つ以上のコイルを有する。巻線保持部は、巻線接続部とは別の位置に設けられており、巻線の材料となる電線を絡げることで少なくとも巻線を形成し始めてから巻線と巻線接続部とを接続するまでの間、電線を保持可能である。回転電機の回転軸心に直交する方向を径方向と定義すると、巻線保持部および巻線接続部は、コイルよりも径方向内側に配置されている。

これによりステータの内周部に位置する巻線保持部および巻線接続部を用いて、巻線の巻き始めから巻き終わりまでの間に２つ以上のティースに連続して巻回するノズル巻きを実施できる。そのため、低コストで製造可能なノズル巻きを採用しつつ、コイルターミナルが径方向外側に突き出すように設けられるのを回避できる。したがって、安価で小型なステータを得ることができる。

第１実施形態のモータを備える回転式アクチュエータが適用されたシフトバイワイヤシステムを説明する模式図。図１の回転式アクチュエータの断面図。図２のステータおよび制御基板を矢印ＩＩＩ方向から見た図。図２のステータの要部拡大図。図４のステータを矢印Ｖ方向から見た図。図３の巻線およびコイルターミナルを模式的に示す図。図２のステータ、モータターミナルおよびセンサターミナルを矢印ＶＩＩ方向から見た図。第２実施形態のステータを軸方向から見た図であって、第１実施形態の図３に対応する図。図８の巻線およびコイルターミナルを模式的に示す図。

以下、ステータの複数の実施形態を図面に基づき説明する。実施形態同士で実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。

［第１実施形態］
図１に示すように、第１実施形態のインナーロータ型回転電機としてのモータ３０は、回転式アクチュエータ（以下、アクチュエータ）１０に備えられる。アクチュエータ１０は、車両用変速機１１のケース１２の外壁に固定され、シフトバイワイヤシステム１３の動力源として用いられる。シフトバイワイヤシステム１３は、制御装置１５がシフト操作装置１４からの指令信号に応じてアクチュエータ１０を制御することにより、変速機１１のシフトレンジ切替機構１６を作動させてシフトレンジを切り替える。

（アクチュエータ）
先ず、アクチュエータ１０の全体構成について図２を参照して説明する。アクチュエータ１０は、ハウジング２０、モータ３０および減速機４０を備える。

ハウジング２０は、カップ状のフロントハウジング２１およびリアハウジング２２を有する。フロントハウジング２１およびリアハウジング２２は、開口部同士が組み合わされてボルト２３により互いに締結されている。フロントハウジング２１には、有底筒状の金属プレート２４がインサートされている。リアハウジング２２は、フロントハウジング２１とは反対側に突き出す筒状突出部２８を有する。リアハウジング２２の外壁にはブラケット２９が固定されている。アクチュエータ１０は、ブラケット２９を用いて変速機１１のケース１２（図１参照）に固定される。

モータ３０は、ステータ３１およびロータ３４を有する。ステータ３１は、金属プレート２４に例えば圧入等により固定されたステータコア３２と、ステータコア３２に設けられた巻線３３とを有する。ロータ３４は、モータ側軸受３５および減速機側軸受３６により回転軸心ＡＸ１まわりに回転可能に支持された回転軸３７と、回転軸３７の外側に嵌合して固定されたロータコア３８とを有する。モータ側軸受３５は、金属プレート２４に設けられている。減速機側軸受３６は、後述の出力部材４４に設けられている。

減速機４０は、偏心軸４１、リングギア４２、偏心ギア４３、出力部材４４および伝達機構４５を備える。偏心軸４１は、回転軸心ＡＸ１に対して偏心する偏心軸心ＡＸ２上に設けられ、回転軸３７と一体に形成されている。リングギア４２は、回転軸心ＡＸ１と同軸上に設けられ、リアハウジング２２に固定されている。偏心ギア４３は、リングギア４２の内歯部４６と噛み合う外歯部４７を有し、偏心軸４１に設けられた軸受４８により遊星運動可能に支持されている。遊星運動とは、偏心軸心ＡＸ２まわりに自転しつつ回転軸心ＡＸ１まわりに公転する運動のことである。遊星運動時の偏心ギア４３の自転速度は、回転軸３７の回転速度に対して変速させられる。

出力部材４４は、回転軸心ＡＸ１と同軸上に設けられ、リアハウジング２２に設けられた軸受４９により回転可能に支持されている。伝達機構４５は、偏心ギア４３に形成された係合突起５１と、出力部材４４に形成され、係合突起５１が挿入された係合孔５２とから構成され、偏心ギア４３の偏心軸心ＡＸ２まわりの回転を出力部材４４に伝達する。

アクチュエータ１０では、巻線３３の通電相が切り替えられることにより回転磁界が発生し、この回転磁界により生じる磁気的吸引力または反発力を受けてロータ３４が回転する。ロータ３４と共に偏心軸４１が回転軸心ＡＸ１まわりに回転すると偏心ギア４３が遊星運動し、ロータ３４の回転に対して減速させられた偏心ギア４３の回転が出力部材４４から出力される。

（ステータ）
次に、ステータ３１およびその配線について図２～図７を参照して説明する。以下の説明において、回転軸心ＡＸ１に平行な方向のことを単に「軸方向」と記載し、回転軸心ＡＸ１まわりの方向のことを単に「周方向」と記載し、回転軸心ＡＸ１に直交する方向のことを単に「径方向」と記載する。また、アクチュエータ１０の構成要素に対して外側の部分のことを「外部」と記載する。

図２および図３に示すように、ステータ３１は、ステータコア３２と、複数の巻線３３と、ステータコア３２と巻線３３との間に介在するインシュレータ６１と、巻線３３に接続された複数のコイルターミナル８１とを備える。

ステータコア３２は、軸方向に積層された複数枚の金属板から構成されている。ステータコア３２は、フロントハウジング２１の筒部２５の内壁に固定された環状のヨーク５５と、ヨーク５５から径方向内側に突き出すように形成された複数のティース５６とを有する。

図３～図５に示すように、インシュレータ６１は、ヨーク５５の軸方向両端および径方向内側の内壁に設けられたヨーク絶縁部６２と、ティース５６の周りの部分（すなわちティース５６の先端面以外の部分）に設けられたティース絶縁部６３と、ティース絶縁部６３のうちティース先端側から軸方向および周方向に突き出すように設けられたフランジ部６４とを有し、ステータコア３２に組み付けられている。

図３および図６に示すように、複数の巻線３３は、Ｕ相巻線３３ｕ１、３３ｕ２、Ｖ相巻線３３ｖ１、３３ｖ２、およびＷ相巻線３３ｗ１、３３ｗ２を含む。Ｕ相巻線３３ｕ１、Ｖ相巻線３３ｖ１およびＷ相巻線３３ｗ１により第１系統目の巻線組が構成され、また、Ｕ相巻線３３ｕ２、Ｖ相巻線３３ｖ２およびＷ相巻線３３ｗ２により第２系統目の巻線組が構成されている。巻線３３は２系統設けられることで冗長化されている。以下、各巻線を区別しない場合、単に「巻線３３」と記載する。

巻線３３は、ティース５６の周り、すなわちインシュレータ６１のティース絶縁部６３に巻かれてなるコイル７１を有する。１つの巻線３３は、１本の電線からなり、その一端部７２から他端部７３までの間に２つのコイル７１を有する。各コイル７１間には渡り線７４が設けられている。つまり、１つの巻線３３が２つのティース５６に渡って設けられている。

Ｕ相巻線３３ｕ１はコイル７１ｕ１、７１ｕ４を有し、Ｕ相巻線３３ｕ２はコイル７１ｕ２、７１ｕ３を有する。Ｖ相巻線３３ｖ１はコイル７１ｖ１、７１ｖ４を有し、Ｖ相巻線３３ｖ２はコイル７１ｖ２、７１ｖ３を有する。Ｗ相巻線３３ｗ１はコイル７１ｗ１、７１ｗ４を有し、Ｗ相巻線３３ｗ２はコイル７１ｗ２、７１ｗ３を有する。第１実施形態では、ティース５６が１２個設けられており、ティース５６毎に１つのコイル７１が設けられている。１つの巻線３３が１相分のコイル７１を持っている。

図２～図４に示すように、ヨーク絶縁部６２は、フロントハウジング２１の底部２６側に突き出す突起状の係止部６５を有する。係止部６５は、渡り線７４を係止している。第１実施形態では、係止部６５はインシュレータ６１に一体に設けられている。

図２および図３に示すように、アクチュエータ１０は、ロータコア３８に設けられた磁石５７と、ロータ３４の回転位置を検出する素子であって、磁石５７の磁気を検出する磁気センサ５８と、磁気センサ５８を実装した制御基板５９とを備える。

図２に示すように、フロントハウジング２１は、樹脂製の本体部を構成する底部２６、筒部２５およびコネクタ部２７を有する。コネクタ部２７は、筒部２５の外側に形成されている。コネクタ部２７には、外部コネクタ１７が着脱可能に接続される。外部コネクタ１７は、電源端子１８および信号端子１９を保持している。

図２、図４、図５および図７に示すように、フロントハウジング２１は、コイルターミナル８１に接続され、外部の電源端子１８に直接接続可能な外部接続ターミナルとしての複数のモータターミナル９１と、制御基板５９に接続され、外部の信号端子１９に接続可能な複数のセンサターミナル９５とを有する。モータターミナル９１およびセンサターミナル９５は、フロントハウジング２１の本体部にインサートされており、底部２６から筒部２５を通ってコネクタ部２７まで延びている。第１実施形態では、モータターミナル９１およびセンサターミナル９５は、一次成形体９９に保持された状態でフロントハウジング２１にインサートされる。

図２～図５に示すように、フランジ部６４のうちフロントハウジング２１の底部２６側には、コイルターミナル８１を保持するターミナル保持部６７が設けられている。第１実施形態では、ターミナル保持部６７はインシュレータ６１に一体に設けられている。

コイルターミナル８１は、ターミナル保持部６７に保持された被保持部８２と、巻線３３の一端部７２または他端部７３を保持する巻線保持部８３と、巻線３３に電気的に接続された巻線接続部８４と、モータターミナル９１に当接して電気的に接続された当接部８５とを有する。第１実施形態では、巻線保持部８３はコイルターミナル８１に一体に設けられている。

ティース５６毎に１つのコイルターミナル８１が設けられている。１２個のコイルターミナル８１のうち、６個のコイルターミナル８１には一端部７２が接続され、他の６個のコイルターミナル８１には他端部７３が接続されている。

コイルターミナル８１は、巻線３３の両端部にそれぞれ設けられており、巻線１相あたり２つ設けられている。巻線３３の巻始め部分である一端部７２は、巻線保持部８３から巻線接続部８４を通ってティース５６まで延びている。巻線３３の巻終わり部分である他端部７３は、ティース５６から巻線接続部８４を通って巻線保持部８３まで延びている。

モータターミナル９１は、軸方向に垂直な方向に延びつつコイルターミナル８１の当接部８５に軸方向に当接された被当接部９２を有する。コイルターミナル８１は、バスバー等の結線部品を介すことなくモータターミナル９１に直接結合している。第１実施形態では、当接部８５と被当接部９２とは溶接により結合されている。以下、当接部８５と被当接部９２との結合部のことを、適宜「溶接部」と記載する。

巻線保持部８３および巻線接続部８４はコイル７１よりも径方向内側に配置されており、溶接部はステータコア３２のティース先端よりも径方向内側に配置されている。具体的には、図４および図５に示すように、巻線保持部８３および巻線接続部８４は、被保持部８２から軸方向において底部２６側に延びるように形成されている。当接部８５は、巻線保持部８３の先端から径方向内側に延びるように形成されている。第１実施形態では、巻線保持部８３と巻線接続部８４は、被保持部８２からそれぞれ分岐して設けられている。

巻線３３はノズル巻きで製造されている。具体的には、電線を巻線保持部８３に絡げて巻線接続部８４に通した後、１つ目のティース絶縁部６３に巻き付ける。続いて、１つ目のティース絶縁部６３から引き出した電線を係止部６５に係止させた後、２つ目のティース絶縁部６３に巻き付ける。最後、２つ目のティース絶縁部６３から引き出した電線を最初のものとは別の巻線接続部８４に通した後、巻線保持部８３に絡げる。巻線接続部８４と巻線３３は、例えばヒュージング等により接続される。

上述のように複数のスロット間を跨いで巻回作業が行われる。ステータ３１の外周部に配置された係止部６５と、内周部に配置された巻線保持部８３および巻線接続部８４とを用いる場合、ティース絶縁部６３への電線の巻き層数を奇数にすることで、完全整列巻きが実現する。巻線３３の一層目と三層目は径方向内側から外側に向かって巻き付けられ、二層目は径方向外側から内側に向かって巻き付けられる。

（効果）
以上説明したように第１実施形態では、ステータ３１は、複数のティース５６を有するステータコア３２と、ティース５６の周りに巻かれてなるコイル７１を有する複数の巻線３３と、巻線３３の一端部７２または他端部７３を保持する複数の巻線保持部８３と、巻線３３に接続された巻線接続部８４を有する複数のコイルターミナル８１とを備える。巻線３３は、一端部７２から他端部７３までの間に２つ以上のコイル７１を有する。巻線保持部８３および巻線接続部８４は、コイル７１よりも径方向内側に配置されている。

これによりステータ３１の内周部に位置する巻線保持部８３および巻線接続部８４を用いて、巻線３３の巻き始めから巻き終わりまでの間に２つ以上のティース５６に連続して巻回するノズル巻きを実施できる。そのため、低コストで製造可能なノズル巻きを採用しつつ、コイルターミナル８１が径方向外側に突き出すように設けられるのを回避できる。したがって、安価で小型なステータ３１を得ることができる。

また、第１実施形態では、一端部７２は巻線保持部８３から巻線接続部８４を通ってティース５６まで延びている。他端部７３はティース５６から巻線接続部８４を通って巻線保持部８３まで延びている。そのため、巻線３３の巻回工程において電線を巻線接続部８４に通すことにより、巻線接続部８４と巻線３３との接続工程において巻線３３の操作が不要になり、圧着だけを行えば良いので、接続工程を簡素化できる。

また、第１実施形態では、巻線保持部８３はコイルターミナル８１に一体に設けられている。これにより巻線保持部８３の強度確保が容易になる。

［第２実施形態］
第２実施形態では、図８および図９に示すように、巻線３３は一端部７２から他端部７３までの間に４つのコイル７１を有する。Ｕ相巻線３３ｕはコイル７１ｕ１１、７１ｕ１２、７１ｕ２１、７１ｕ２２を有し、Ｖ相巻線３３ｖはコイル７１ｖ１１、７１ｖ１２、７１ｖ２１、７１ｖ２２を有し、Ｗ相巻線３３ｗはコイル７１ｗ１１、７１ｗ１２、７１ｗ２１、７１ｗ２２を有する。Ｕ相巻線３３ｕにおいて、一端部７２から中間部７４ｃまでのコイル７１ｕ１１、７１ｕ１２と、中間部７４ｃから他端部７３までの７１ｕ２１、７１ｕ２２とが並列に配置されている。Ｖ相巻線３３ｖおよびＷ相巻線３３ｗにおいても同様に、第１コイル郡と第２コイル郡とが並列に配置されている。

複数のコイルターミナルは、一端部７２および他端部７３に接続された第１巻線接続部８４１を有する第１コイルターミナル８１１と、１つの巻線３３に含まれる２つのコイル７１間の中間部７４ｃに接続された第２巻線接続部８４２を有する第２コイルターミナル８１２とを含む。第１コイルターミナル８１１および第２コイルターミナル８１２の形状は、第１実施形態におけるコイルターミナル８１の形状と同様である。第１コイルターミナル８１１の第１巻線接続部８４１および第２コイルターミナル８１２の第２巻線接続部８４２は、コイル７１よりも径方向内側に配置されている。１つの巻線３３に含まれる一端部７２および他端部７３は、同一の第１巻線接続部８４１に接続されている。

巻線３３はノズル巻きで製造されている。具体的には、電線を第１巻線保持部８３１に絡げて第１巻線接続部８４１に通した後、１つ目のティース絶縁部６３に巻き付ける。続いて、１つ目のティース絶縁部６３から引き出した電線を係止部６５に係止させた後、２つ目のティース絶縁部６３に巻き付ける。続いて、２つ目のティース絶縁部６３から引き出した電線を第２巻線接続部８４２に通し、係止部６５に係止させた後、３つ目のティース絶縁部６３に巻き付ける。続いて、３つ目のティース絶縁部６３から引き出した電線を係止部６５に係止させた後、４つ目のティース絶縁部６３に巻き付ける。最後、４つ目のティース絶縁部６３から引き出した電線を最初の第１巻線接続部８４１に通した後、最初の第１巻線保持部８３１に絡げる。第１巻線接続部８４１と一端部７２および他端部７３は、例えばヒュージング等により接続される。第２巻線接続部８４２と中間部７４ｃも同様に、例えばヒュージング等により接続される。

（効果）
第２実施形態のステータ３１によれば、第１コイルターミナル８１１と第２コイルターミナル８１２との間において、１つの巻線３３の一端部７２から中間部７４ｃまでのコイル７１と、中間部７４ｃから他端部７３までのコイル７１とが並列に配置される。そのため、巻線を直列に巻回する場合と同様に、巻線３３の巻き始めから巻き終わりまでの間に２つ以上のティース５６に連続して巻回するノズル巻きを実施しつつ、その途中で巻線３３を第２コイルターミナル８１２に通すことで、並列回路を構築できる。また、従来のように直列に巻回された２つの巻線の両端にコイルターミナルを設ける形態に対して、２つのコイルターミナルを１つの第２コイルターミナル８１２に置き代えることができるとともに、巻線３３の端末処理の回数を少なくできる。そのため、部品点数および製造工数を低減できる。

また、第２実施形態では、１つの巻線３３に含まれる一端部７２および他端部７３は、同一の第１巻線接続部８４１に接続されている。これにより中間部７４ｃ側のみならず、端部側においても２つのコイルターミナルを１つの第１コイルターミナル８１１に置き代えることができるとともに、巻線３３の端末処理の回数を少なくできる。そのため、部品点数および製造工数をさらに低減できる。

また、第２実施形態では、第１巻線接続部８４１および第２巻線接続部８４２は、コイル７１よりも径方向内側に配置されている。そのため、第１実施形態と同様に、ステータ３１の内周部に位置する巻線接続部８４１、８４２を用いて、巻線３３の巻き始めから巻き終わりまでの間に２つ以上のティース５６に連続して巻回するノズル巻きを実施できる。そのため、低コストで製造可能なノズル巻きを採用しつつ、コイルターミナル８１１、８１２が径方向外側に突き出すように設けられるのを回避できる。したがって、安価で小型なステータ３１を得ることができる。

［他の実施形態］
他の実施形態では、巻線保持部は、コイルターミナルの一部に限らず、例えばインシュレータまたはその他の部材の一部であってもよい。また、巻線保持部の延出方向は、軸方向に限らず、径方向、周方向、またはそれ以外の方向であってもよい。

他の実施形態では、コイルターミナルとモータターミナルとの接合は、溶接に限らず、圧接またははんだ等の他の方法で行われてもよい。他の実施形態では、フロントハウジングのコネクタ部は２つ以上に分かれていてもよい。

他の実施形態では、ティースの数は、１２個に限らず、それ以外の数であってもよい。他の実施形態では、巻線相数は、３相に限らず、それ以外の相数であってもよい。他の実施形態では、ステータは、モータに限らず、発電機に適用されてもよい。

本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の形態で実施可能である。

３０モータ（インナーロータ型回転電機）、３１ステータ、３２ステータコア、
３３巻線、５６ティース、７１コイル、７２一端部、７３他端部、
８１コイルターミナル、８３巻線保持部、８４巻線接続部、ＡＸ１回転軸心。

Claims

インナーロータ型回転電機（３０）のステータ（３１）であって、
複数のティース（５６）を有するステータコア（３２）と、
前記ティースの周りに巻かれてなるコイル（７１）を有する複数の巻線（３３）と、
前記巻線の一端部（７２）もしくは他端部（７３）、または、前記一端部および前記他端部の両方を保持する複数の巻線保持部（８３）と、
前記巻線に接続された巻線接続部（８４）を有する複数のコイルターミナル（８１）と、
を備え、
前記巻線は、２つ以上の前記ティースに渡って設けられた１本の電線からなり、前記一端部から前記他端部までの間に２つ以上の前記コイルを有し、
前記巻線保持部は、前記巻線接続部とは別の位置に設けられており、前記巻線の材料となる電線を絡げることで少なくとも前記巻線を形成し始めてから前記巻線と前記巻線接続部とを接続するまでの間、前記電線を保持可能であり、
前記回転電機の回転軸心（ＡＸ１）に直交する方向を径方向と定義すると、
前記巻線保持部および前記巻線接続部は、前記コイルよりも径方向内側に配置されている、ステータ。
前記一端部は、前記巻線保持部から前記巻線接続部を通って前記ティースまで延び、
前記他端部は、前記ティースから前記巻線接続部を通って前記巻線保持部まで延びている、請求項１に記載のステータ。
前記巻線保持部は前記コイルターミナルに一体に設けられている、請求項１または２に記載のステータ。