JPWO2015093157A1 - Rotating electric machine - Google Patents
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Abstract
車載用に用いられる集中巻で構成される回転電機(100)であって、ステータコア(2)の外径側の磁気回路幅(2d)を構成する外径側と内径側の形状が円弧状で幅寸法が均一に構成され、ステータコア(2)の内径側と嵌合するボビン(3)のフランジ(3a)に形成されるステータ嵌合面(3b)の形状が円弧状で構成されるボビン(3)において、ボビン(3)の軸方向に構成される巻線部表面(3d)にボビン(3)のフランジ端面(3h)から内径側を基点に外径側に向かって次第に高さが低くなるようなテーパ面(3e)を設けた事を特徴とする車載用回転電機(100)のボビン(3)及び巻線構造である。A rotating electrical machine (100) configured by concentrated winding used for in-vehicle use, wherein the outer diameter side and the inner diameter side of the magnetic circuit width (2d) on the outer diameter side of the stator core (2) are arc-shaped. A bobbin having a uniform width dimension and a stator fitting surface (3b) formed on the flange (3a) of the bobbin (3) fitted to the inner diameter side of the stator core (2) having an arc shape. 3) In the winding part surface (3d) configured in the axial direction of the bobbin (3), the height gradually decreases from the flange end surface (3h) of the bobbin (3) toward the outer diameter side starting from the inner diameter side. The bobbin (3) and winding structure of the on-vehicle rotating electrical machine (100) are provided with such a tapered surface (3e).
Description
本発明は、回転電機に用いる固定子にコイル巻線を集中巻するボビン構造及び、巻線構造に関するものである。 The present invention relates to a bobbin structure in which coil windings are concentratedly wound on a stator used in a rotating electric machine, and a winding structure.
従来の技術として、以下の3件の文献がある。特許文献1はボビンの軸方向端面の巻線部に1巻目のコイルを落とし込む溝を形成し、溝にコイルを巻線する事によってできたボビンの軸方向端面との段差を利用して巻線を誘導する構造が開示されている。また、特許文献2にはボビンのフランジ部両端面に設けた面取り部とボビンの軸方向端面にボビン外径側に向かって次第に高さが低くなるような傾斜部を設けて巻線を誘導する構造が開示されている。特許文献3においてはボビンの軸方向端面に段差部を設け、段差部に巻かれたコイルで巻線を誘導する構造が開示されている。
There are the following three documents as conventional techniques. In
これらの特許文献1、2、3に記載のものは、コイルとボビンの接触部にRが無く、巻線テンションがボビンのフランジ部及び溝、段差などによりできたエッジ部に負荷がかかる構造となり、巻線テンションでボビンが破損する事が考えられる。また、固定子の外径側フランジ部の磁気回路幅についての記載は無く、固定子の外径側フランジ部の外径、内径が供に円弧状ではない(磁気回路幅が均一ではない)固定子構造を取っており、固定子の巻線エリアに無駄が発生する構造となっている。更に、巻線位置を固定するための構造が無いため、巻崩れやすく、整列巻が困難になる事が考えられる。また、特許文献2に記載のものは、ボビンのフランジ部端面に設けた面取り部をガイドで直接コイルを誘導しているためボビンのフランジ部に直接巻線テンションがかかり、ボビンが破損しやすい構造となっている。さらにボビンのフランジ部端面に設けた面取り部のエッジ部でコイルを誘導する際にコイル被覆を損傷してしまう事が考えられる。
These
そこで、本発明では固定子の外径側フランジ部の磁気回路幅を決める外径と内径形状を円弧状で構成し磁気回路幅を均一にして、巻線エリアに無駄が発生しない固定子構造とする事で、固定子の外径側フランジ部内径側と嵌合するボビンの形状もそれに習うように円弧状で構成して巻線エリアに無駄が発生しない構造とし、磁気回路、巻線エリアを最適に有効活用できる構造とした。 Accordingly, in the present invention, the outer diameter and inner diameter shape that determine the magnetic circuit width of the outer diameter side flange portion of the stator are formed in an arc shape so that the magnetic circuit width is uniform, and a stator structure that does not cause waste in the winding area and By doing so, the shape of the bobbin that fits to the inner diameter side of the outer flange side of the stator is configured in an arc shape so as to follow it, so that the winding area is not wasted, and the magnetic circuit and winding area are A structure that can be used effectively and optimally.
更に、巻線時のコイル軌道に合せてボビンの軸方向端面にボビンの外径側に向かって次第に高さが低くなるような傾斜部を設け、傾斜部を利用してコイルを巻線テンションで誘導し巻線エリアの最外径側に自動で寄せる構造として、巻線機のノズル軌道外の部分にも巻線可能な構造とした。コイルが誘導される傾斜部は誘導時のコイル被覆破損を防止するために、Rで構成される滑らかな傾斜構造とした。 In addition, an inclined part that gradually decreases in height toward the outer diameter side of the bobbin is provided on the axial end surface of the bobbin in accordance with the coil track during winding, and the coil is wound with winding tension by using the inclined part. As a structure that guides and automatically moves to the outermost diameter side of the winding area, it is possible to wind the part outside the nozzle track of the winding machine. The inclined part where the coil is induced has a smooth inclined structure composed of R in order to prevent the coil coating from being damaged during induction.
また、傾斜部で最外径側に誘導したコイルが当るボビンのフランジ部の付け根部分にコイルの半径以上のRを設けてコイルを保持すると供に、巻線テンションがボビンフランジ部に与える負荷を軽減できる構造とした。また、巻崩れしない整列巻線を実現するために、ボビンに巻線位置を固定するための突起を設ける構造とした。 Also, at the base of the flange part of the bobbin where the coil guided to the outermost diameter side in the inclined part hits, the load that the winding tension gives to the bobbin flange part is provided in addition to holding the coil with R greater than the coil radius. The structure can be reduced. Further, in order to realize an aligned winding that does not collapse, a structure is provided in which a protrusion for fixing the winding position is provided on the bobbin.
本発明によれば、固定子の外径側フランジ部の外径と内径を円弧状で構成し磁気回路幅を均一にする事でモータ特性の悪化を防止する事ができると供に、巻線エリアを最大限有効に活用する事ができる。それに伴い固定子の外径側フランジ部内径側と嵌合するボビンの形状もそれに習うように円弧状で構成する事で巻線エリアに無駄が発生しない効果が得られる。 According to the present invention, the outer diameter and the inner diameter of the outer diameter side flange portion of the stator are formed in an arc shape, and the magnetic circuit width can be made uniform to prevent the deterioration of the motor characteristics. The area can be used to the maximum extent possible. Accordingly, the bobbin shape fitted to the inner diameter side of the outer diameter side flange portion of the stator is also formed in an arc shape so as to learn from it, so that an effect of not generating waste in the winding area can be obtained.
更に、ボビンにおいて、巻線時のコイル軌道がボビン側面から入った際の最外径側よりもコイル1〜2個分内径側の部分から、外径側に向かってボビンの軸方向端面に次第に高さが低くなる傾斜部を設ける事で、傾斜部を利用しコイルを巻線テンションで誘導し巻線エリアの最外径側に自動で寄せられる効果を得る事ができ、巻線の高占積率化、モータ性能を向上させることができる。 Furthermore, in the bobbin, the coil track at the time of winding gradually enters the end surface in the axial direction of the bobbin from the portion on the inner diameter side by one or two coils from the outermost diameter side when entering from the side surface of the bobbin toward the outer diameter side. By providing an inclined part with a lower height, the coil can be guided by winding tension using the inclined part and the effect of being automatically brought to the outermost diameter side of the winding area can be obtained. It is possible to improve the volume factor and the motor performance.
更に、コイルが誘導されるボビンの傾斜部は半楕円状のR面で滑らかに構成する事で、コイル誘導時のコイル被覆破損を防止する効果を得る事ができる。 Furthermore, the slanted portion of the bobbin through which the coil is guided is smoothly configured with a semi-elliptical R surface, so that the effect of preventing the coil coating from being damaged during coil induction can be obtained.
また、ボビンの傾斜部で最外径側に誘導したコイルが当る、ボビンのフランジ部の付け根部分にコイルの半径以上のRを設ける事で、1巻目のコイルを保持する効果及び巻線テンションでボビンのフランジ部分に与える負荷を軽減できる効果を得る事ができる。 In addition, the effect of holding the coil of the first winding and winding tension by providing an R greater than the radius of the coil at the base of the flange part of the bobbin where the coil guided to the outermost diameter side hits the inclined part of the bobbin With this, the effect of reducing the load applied to the flange portion of the bobbin can be obtained.
更に、ボビンの側面に巻線位置を固定するための突起を設ける事で、巻崩れしない整列巻線が可能になる効果を得る事ができる。 Furthermore, by providing a protrusion for fixing the winding position on the side surface of the bobbin, it is possible to obtain an effect that enables an aligned winding that does not collapse.
本発明にかかる実施例は、車載用回転電機のコイルの巻線を行うためのステータコア構造及びボビン構造、コイルの巻線構造において、ステータコアの外径側の磁気回路幅を構成する外径側と内径側の形状を円弧状に構成する事で、幅寸法が均一で巻線エリアに無駄なスペースを発生させない磁気回路幅を得られる効果が期待できる。 An embodiment according to the present invention includes a stator core structure and a bobbin structure for winding a coil of an in-vehicle rotating electrical machine, and a coil winding structure, and an outer diameter side constituting a magnetic circuit width on the outer diameter side of the stator core; By configuring the inner diameter side in an arc shape, it is possible to expect an effect of obtaining a magnetic circuit width that is uniform in width and does not generate a useless space in the winding area.
更に、ボビンのステータ嵌合面も円弧状に構成する事で、巻線エリア2eを最大限有効活用する事ができ、巻線の高占積率化とモータ性能の向上による低コスト化を実現可能な効果が得られる。
Furthermore, the bobbin stator mating surface is also formed in an arc shape, so that the
また、ボビンの巻線部表面にフランジ端面からコイルの直径1〜2個分内径側に位置する部分を基点として、ボビンのフランジに向かい次第に高さが低くなるテーパ面を設ける事で巻線機のノズル軌道外の部分にコイルを巻線テンションを利用して、自動で巻線をする事が可能になり、巻線の高占積率化を実現できる。 In addition, a winding machine is provided by providing a taper surface on the surface of the winding portion of the bobbin that gradually decreases in height toward the bobbin flange, starting from the portion located on the inner diameter side of the coil diameter by one or two from the flange end surface. It is possible to automatically wind the coil outside the nozzle track by using the winding tension, and to realize a high space factor of the winding.
更に、ボビンの巻線部表面を∩(弧)状のRで構成すると供に、テーパー面に半楕円状のRを設ける事で、コイルの被覆破損を軽減させた滑らかなコイル誘導及び巻線を可能にし、フランジの付け根部分には凹曲面が形成できるように、コイルの半径以上のRを設け、巻線テンションによるフランジ部の負荷を軽減させながら1巻目のコイル保持が可能な構造を設けている。 In addition, the coil surface of the bobbin is composed of ∩ (arc) -shaped R, and the coil surface breakage is reduced by providing a semi-elliptical R on the tapered surface. In order to be able to form a concave curved surface at the base of the flange, an R that is greater than the radius of the coil is provided, and a structure that can hold the first coil while reducing the load on the flange due to winding tension. Provided.
更にボビンの側面に爪部を設ける事で、巻崩れの無い、高占積率、整列巻線を行う事を可能としている。 Furthermore, by providing a claw portion on the side surface of the bobbin, it is possible to perform a high space factor and aligned winding with no collapse.
本発明の実施例について図1〜図6を用いて詳細に説明する。 Embodiments of the present invention will be described in detail with reference to FIGS.
本発明の一実施例である、電動パワーステアリング用モータを用いてボビン構造及びコイル巻線の製造方法について説明していく。図1は電動パワーステアリングモータである車載用電動機100の軸方向断面図を示したものである。先ず、全体の構成について説明する。ハウジング1の内周側には分割されたステータコア2が、溶接または溶接レスでリング形状を保持し圧入または焼嵌めされている。このステータコア2にはボビン3が取り付けられ、その外周部にコイル4が巻かれている。コイル4の口出し線はバスバーモールド14に設けられたバスバーターミナル15に接続され、バスバーターミナル15の端面は、別のバスバーモールド16に設けられたバスバーターミナル17の端面と溶接により接続される。ステータコア2の内周側には、シャフト5、磁石7、磁石カバー8から構成される回転子(ロータコア6)が設けられており、回転子はFベアリング9及びRベアリング10により支持され、Fベアリング9はハウジング1に、Rベアリング10はカバーモータ13にそれぞれ固定される。カバーモータ13は貫通穴が設けられバスバーターミナル15が通っており、ねじ18によりバスバーモールド16と接続される。更に、バスバーターミナル17は各相の接続を3相出力できるように配線され、UVWの3相出力となっている。この3相出力端子19にインバータから電力を給電することでモータは回転する。
A bobbin structure and a coil winding manufacturing method using an electric power steering motor according to an embodiment of the present invention will be described. FIG. 1 shows an axial sectional view of an in-vehicle
モータの回転を支える軸受け構造の設定は、シャフト5のギア側にFベアリング9内輪を圧入し、外輪をハウジング1とトメワ12で軸方向に固定している。シャフト5のインバータ側にはRベアリング10内輪を圧入し、カバーモータ13の端面を利用した反力で、予圧ばね11の予圧がRベアリング10の外輪を押し出し、インバータ側に常に予圧が掛かっている構造としている。モータ組付け後には、シャフト5の先端からインバータ側に向かって常時予圧が発生しており、Fベアリング9とRベアリング10の内外輪の隙間を最小限にする事ができる。そのため、ベアリング回転時の異音を極力抑える構造している。
In the setting of the bearing structure that supports the rotation of the motor, the inner ring of the F bearing 9 is press-fitted to the gear side of the
次に、図2を用いてハウジング1内部の構成について説明する。最外周にはステータコア2が配置されている。ステータコア2はT型の分割コアで構成されており、2つのティースに1つのコイル4が集中的に巻かれる2連続巻線構造となっている。各ステータコア2はコアバック外周部で溶接または、溶接レスでハウジング1の内径に嵌合される事で円環状に連結される。コイル口出し線4aは、先の図1で述べた通り、バスバーモールド14に設けられたバスバーターミナル15に加締められた後、コイル口出し線4aとバスバーターミナル15を溶接する事により、電気的接続を行う。
Next, the internal structure of the
図3(a)を用いて固定子の構成及び磁気回路の構成について説明する。ステータコア2の外径側の磁気回路幅2dは外周側と内周側を円弧状で構成する事で均一な磁気回路幅2dを得る事が可能となり、磁気回路入口2aから磁気回路出口2bに向かってスムーズな磁気回路流れ2cを可能にしてモータ特性の悪化を防止すると供に、最適な磁気回路幅を得る事が可能となる。更に、巻線エリア2eにおいては磁気回路幅2dを最適化した事からステータコア2の形状に無駄な部分を発生する事が無くなるため、巻線エリア2eを広く取る事ができ、巻線の高占積率化及びモータ特性の向上と磁気回路の積厚を少なくする事ができ、結果モータのコストダウンを得る事が可能となる。
The configuration of the stator and the configuration of the magnetic circuit will be described with reference to FIG. The
図3(b)を用いて従来の固定子の構成及び磁気回路の構成について説明する。ステータコア2の外径側の磁気回路幅2dは外周側は円弧状で構成され、内周側は直線で構成されている事で、均一な磁気回路幅2dを得られていないため、磁気回路出口2b付近の磁気回路幅2dは狭く、ステータコア2の中心付近の磁気回路幅2dは広くなるため、磁気回路入口2aから磁気回路出口2bに向かってスムーズな磁気回路流れ2cを得る事ができなくなり、モータ特性の悪化と供に、巻線エリア2eにおいても、ステータコア2の形状に無駄な部分が発生し、巻線エリア2eが狭くなるため、巻線の占積率を低下させてしまい、モータ特性が低下するため、コストアップする要因となる。
The configuration of the conventional stator and the configuration of the magnetic circuit will be described with reference to FIG. The
図4(a)を用いてボビン3の構成について説明する。先に述べたステータコア2の磁気回路幅2dを決定させるための内径側の形状を円弧状に設定した事により、ボビン3のフランジ3aに形成されるステータ嵌合面3bもそれに合わせて円弧状で構成する事により、高占積率を可能とした構造を得る事が可能となる。
The configuration of the
図4(b)にボビン3の正面図、図4(c)にボビン3の断面図を示す。ボビン3の巻線部表面3dの外径側には、フランジ3aがあり、その両端部にフランジ端面3hが構成されている。フランジ端面3hはコイル4を巻線する巻線機の最外径側ノズル軌道3gの位置となり、巻線機のノズルが平行に移動しながらコイル4が巻線されるため、最外径側ノズル軌道3gからコイル4の幅1〜2個分ボビン3の内径側に位置する所からフランジ3a側に向かってR面で構成されたテーパ面3eを設ける事で、コイル被覆を損傷させる事無く、巻線テンションを利用して自動でコイル4がボビン3のテーパ面を滑り、巻線機のノズル軌道外の部分に巻線を行う事が可能となる。結果コイル4の占積率を向上させる事が可能となり、更に、ボビン3のフランジ3aの付け根部分とテーパ面3eが接続される部分にコイル4の半径以上の凹曲面3fを設ける事で、1巻目のコイル4を保持する効果及び巻線テンションでボビン3のフランジ3aに与える負荷を軽減できる効果を得る事ができる。更に、ボビン3の側面に巻線位置を固定するための爪部3cを設ける事で、巻崩れしない整列巻線が可能になる効果を得る事ができると供に、ボビン3の巻線部表面3dをRで形成し∩(弧)状のRとすることで、コイル4とボビン3の接触面が増加し、巻線の際にコイル4に発生する応力が減少して、コイル4の被覆破損を防止する。更に、ボビン3端面の∩(弧)状のRを形成したことにより、コイル巻線時のテンションを大きくすること無く、ボビン3とコイル4の密着性を保った巻線ができる効果を得る事ができる。
FIG. 4B shows a front view of the
図5(a)と図5(b)にステータコア2とボビン3を組付けた状態を示す。組立てはステータコア2の軸方向からボビン3が2個反転されるように挿入され、ボビン3の巻線部表面3dと凹曲面3f、爪部3cにコイル4を引っ掛けながら集中巻きされる巻線構成となっている。
FIG. 5A and FIG. 5B show a state where the
図6に巻線後の状態を示す。先に述べたように、ボビン3のテーパ面3eにコイル4を滑らせて巻線機のノズル軌道外の部分から巻線を行いボビン3の爪部3cにコイル4を引っ掛けながら巻線を行う事により、巻崩れの無い、高占積率巻線を得る事が可能となる。
FIG. 6 shows a state after winding. As described above, the coil 4 is slid on the
以上述べたように、ステータコア2の磁気回路幅2dを円弧状で構成する事により、磁気回路幅2dの無駄なスペースを無くし、ステータコア2とボビン3の嵌合面3bも円弧状で構成する事で、巻線スペース2eを最大限有効に活用する事が可能となる。更に、ボビン3にテーパ面3e、凹曲面3f、Rで構成された巻線部表面3d、爪部3cを設ける事で、コイル4の被覆の損傷を抑制しながら、ボビン3のフランジ3aへの負荷を軽減し、巻線機のノズル軌道外の部分から巻崩れの無い、高占積率、整列巻線を行う事が可能となる。
As described above, by forming the
本発明は、電動パワーステアリングモータに用いられるブラシレスモータや各種発電機等の車載用回転電機の磁気回路構造及びボビン構造、コイル巻線の構造として利用することができる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be used as a magnetic circuit structure, bobbin structure, and coil winding structure of an in-vehicle rotating electrical machine such as a brushless motor and various generators used for an electric power steering motor.
100…車載用電動機、1…ハウジング、2…ステータコア、3…ボビン、4…コイル、…、5…シャフト、6…ロータコア、7…磁石、8…磁石カバー、9…Fベアリング、10…Rベアリング、11…予圧ばね、12…トメワ、13…カバーモータ、14…バスバーモールド、15…バスバーターミナル、16…バスバーモールド、17…バスバーターミナル、18…ねじ、19…3相出力端子、4a…コイル口出し線、2a…磁気回路入り口、2b…磁気回路出口、2c…磁気回路流れ、2d…磁気回路幅、2e…巻線エリア、3a…フランジ、3b…ステータ嵌合面、3c…爪部、3d…巻線部表面、3e…テーパ面、3f…凹曲面、3g…最外径側ノズル軌道、3h…フランジ端面
DESCRIPTION OF
Claims (8)
回転電機。The bobbin according to claim 1, wherein the surface of the winding part is formed of a bowl-shaped R 2.
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