JP2003299289A - モータの電機子構造 - Google Patents
モータの電機子構造Info
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Abstract
がら、コイルの曲げ半径を従来技術と同じにしてもより
多くの磁路を確保することができるモータの電機子構造
を提供すること。 【解決手段】 コイル42が巻かれたステータピース積
層体41を円周上に複数配列することで構成されたステ
ータ4を有する多層モータMのステータ構造において、
ステータピース積層体41の両端部に、コイル42が巻
かれる部分のピース幅W2を中心部用ステータピース4
0'より狭くした端部用ステータピース40"を積層する
ことで凸型コア端部40gを形成し、かつ、ステータピ
ース積層体41の両端部に設けられるコイルエンド絶縁
部品を、凸型コア端部40gに嵌合する凹部50aをス
テータ接触面に有する鞍型絶縁部品50とした。
Description
積層鋼板コアを円周上に複数配列することで構成された
固定電機子(ステータ)や回転電機子(ロータ)を有す
るモータの電機子構造の技術分野に属する。
えば、特開2001−112221号公報に記載のもの
が知られている。
層して積層鋼板コアを作り、この積層鋼板コアの両端部
にコイルエンド絶縁部品を設け、さらに、コイルが巻か
れる積層鋼板コアの側面に薄型絶縁物を設け、これにコ
イルを巻いたものを円周上に複数配列することで構成さ
れた固定電機子を有するモータが記載されている。
モータの電機子構造にあっては、積層鋼板コアが同じ形
の鋼板コアを積層したものであるため、その両端部に設
けられるコイルエンド絶縁部品の位置規制が十分でない
ばかりか、積層鋼板コアの容積に応じて発生する磁路も
十分に確保することができないという問題点があった。
れるコイルエンド絶縁部品は、コイルの曲げ半径を確保
しなければならないし、コイルとの絶縁も確保しなけれ
ばならないため、コイルの曲げ半径を大きくした上で、
積層鋼板コアとの絶縁距離を十分に取ると、必然的に大
きな形状となってしまう傾向がある。
もので、コイルエンド絶縁部品の位置規制を確保しなが
ら、コイルの曲げ半径を従来技術と同じにしてもより多
くの磁路を確保することができるモータの電機子構造を
提供することを目的とする。
め、本発明では、コイルが巻かれた積層鋼板コアを円周
上に複数配列することで構成された電機子を有するモー
タの電機子構造において、積層鋼板コアの両端部に、コ
イルが巻かれる部分のコア幅を狭くした端部用コアピー
スを積層することで凸型コア端部を形成し、かつ、積層
鋼板コアの両端部に設けられるコイルエンド絶縁部品
を、凸型コア端部に嵌合する凹部をコア接触面に有する
鞍型絶縁部品とした。
アの両端部に設けられるコイルエンド絶縁部品を、凸型
コア端部に嵌合する凹部をコア接触面に有する鞍型絶縁
部品としたため、コイルエンド絶縁部品の位置規制を確
保することができる。
が巻かれる部分のコア幅を狭くした端部用コアピースを
積層することで凸型コア端部を形成したため、凸型コア
端部の分がコア容積の増大分となり、コイルの曲げ半径
を従来技術と同じにしてもより多くの磁路を確保するこ
とができる。
造を実現する実施の形態を、請求項1,2,3,4に係
る発明に対応する第1実施例と、請求項5に係る発明に
対応する第2実施例と、請求項6に係る発明に対応する
第3実施例と基づいて説明する。
る。第1実施例では、コイルが巻かれた固定電機子であ
るステータとインナーロータとアウターロータを有する
多層構造による同期モータのステータ構造を例にとる。
図1は第1実施例のステータ構造が適用された多層モー
タMを示す縦断側面図、図2は第1実施例のステータ構
造が適用された多層モータMを示す一部縦断正面図であ
る。
に接続されたインナーロータ2と、該インナーロータ2
の外周に配置され、モータハウジング3に固定されたス
テータ4と、該ステータ4の外周に配置され、アウター
ロータ軸5に接続されたアウターロータ6と、を有する
三層モータ構造とされている。
ンナーロータ中空軸1の段差軸端部に対して圧入により
固定されている。このインナーロータ2には、図2に示
すように、ロータベース20に対し磁束形成を考慮した
配置によるインナーロータマグネット21(永久磁石)
が軸方向に12本埋設されている。
ース40(コアピース)とステータピース積層体41
(積層板コア)とコイル42と冷却水路43とインナー
側ボルト・ナット44とアウター側ボルト・ナット45
と非磁性体樹脂層46とを有して構成されている。そし
て、ステータ4の正面側端部が、正面側エンドプレート
7とステータ固定ケース8とを介してモータハウジング
3に固定されている。なお、前記コイル42に対して
は、給電接続端子9と給電リング10と給電コネクタ1
1とコイル給電構造12を介して、外部から複合電流が
印加される。
ウターロータ固定ケース13に対して圧入固定されてい
る。そして、アウターロータ固定ケース13の背面側端
部には連結ケース部14が固定され、この連結ケース部
14にアウターロータ軸5がスプライン結合されてい
る。このアウターロータ6には、図2に示すように、ロ
ータベース60に対し磁束形成を考慮した配置によるア
ウターロータマグネット61(永久磁石)が、両端位置
に空間を介して軸方向に12本埋設されている。
ーロータ6をモータハウジング3に支持する一対のアウ
ターロータ軸受、82はインナーロータ2をモータハウ
ジング3に支持するインナーロータ軸受、83はアウタ
ーロータ6の回転を許容しながらステータ4を支持する
ステータ軸受、84はインナーロータ中空軸1とアウタ
ーロータ軸5との間に介装される相対回転軸受である。
また、85はインナーロータ2の回転位置を検出するイ
ンナーロータレゾルバ、86はアウターロータ6の回転
位置を検出するアウターロータレゾルバである、次に、
ステータ4の構成を説明する。図3は第1実施例のステ
ータを端面側から視た図、図4は第1実施例のステータ
を示す縦断面図、図5は第1実施例のステータ積層体を
示す分解斜視図、図6は第1実施例のステータ積層体を
構成するステータピースを示す図、図7は第1実施例の
ステータ積層体を示す軸方向断面図である。
40が軸方向に積層されたステータピース積層体41の
外周に平型銅線によるコイル42が巻かれ、このコイル
42が巻かれたステータピース積層体41を円周上に配
列する。次に、ステータピース積層体41の軸方向両端
位置に、ステータピース40との位置決めをしながら正
面側ブラケット47と背面側ブラケット48を設置す
る。次に、両ブラケット47,48の外側に正面側エン
ドプレート7と背面側エンドプレート15を配置し、イ
ンナー側ボルト・ナット44を挿通すると共に、アウタ
ー側ボルト・ナット45を挿通して、ナットを回しなが
ら締め上げる。
ー側ボルト・ナット44とアウター側ボルト・ナット4
5により締め上げることで発生する摩擦力により、ステ
ータピース積層体41を複数のステータピース40が軸
方向に積層された状態で支持する。
できあがったら、ステータ形状に合致する凹型を有する
型枠内に入れ、冷却水路43をパイプ等により確保しな
がら、高耐熱性で高強度の溶融樹脂を流し込み、コイル
42やインナー側ボルト・ナット44やアウター側ボル
ト・ナット45等の周り部分に充填することで、非磁性
体樹脂層46を有するステータ形状に成形される。
置の円周上にそれぞれ配列したインナー側ボルト・ナッ
ト44(18本)とアウター側ボルト・ナット45(1
8本)は、図3に示すように、コイル42が巻かれたス
テータピース積層体41の間の位置に配置され、各ボル
ト軸がモータ軸方向に貫通する。
であるステータピース40は、図4及び図5に示すよう
に、中心部に積層される中心部用ステータピース40'
(中心部用コアピース)と、両端部に積層される端部用
ステータピース40"(端部用コアピース)とにより構
成されている。
6(ロ)に示すように、ステータ外周側のインナーロー
タヨーク部40'aと、ステータ内周側のアウターロー
タヨーク部40'bと、両ヨーク部40'a,40'bを
連結するコイル巻き付け部40'cと、を有する構成と
される。そして、コイル巻き付け部40'cはピース幅
がW1に設定される。
(ハ)に示すように、ステータ外周側のインナーロータ
ヨーク部40"aと、ステータ内周側のアウターロータ
ヨーク部40"bと、両ヨーク部40"a,40"bを連
結するコイル巻き付け部40"cと、を有する構成とさ
れる。そして、コイル巻き付け部40"cのピース幅W2
は、中心部用ステータピース40'のコイル巻き付け部
40'cのピース幅W1より狭い幅に設定される。
端部用ステータピース40"を重ね合わせると、図6
(イ)に示すように、コイル巻き付け部分の両側に段差
面40f,40fが形成され、この段差面40f,40
fから端面までに積層される端部用ステータピース4
0"により凸型コア端部40gが形成される。
は、上下のヨーク位置に位置決めピン穴40"d,40"
e(位置決め用穴)が開穴される。このピン穴40"
d,40"eには、両ブラケット47,48を貫通する
共に、正面側エンドプレート7及び背面側エンドプレー
ト15に固定された位置決めピン49,49が挿通され
る。
部に設けられるコイルエンド絶縁部品を、図5に示すよ
うに、前記凸型コア端部40gに嵌合する凹部50aを
ステータピース接触面に有する鞍型絶縁部品50として
いる。
イル42が巻かれる中心部用ステータピース40'の両
側面に設けられる薄型絶縁物51,51を、図7に示す
ように、ステータピース積層体41のの両端部において
端部用ステータピース40"との段差面40f,40f
に折り込み、かつ、薄型絶縁物51の折り込み部51
a,51aを前記鞍型絶縁部品50により挟持してい
る。
テータの多層モータMを採用したことで、図2に示すよ
うに、アウターロータ磁力線とインナーロータ磁力線と
の2つの磁力線が作られ、コイル42及び図外のインバ
ータを2つのインナーロータ2とアウターロータ6に対
し共用できる。そして、インナーロータ2に対する電流
とアウターロータ6に対する電流を重ね合わせた複合電
流を1つのコイル42に印加することにより、2つのロ
ータ2,6をそれぞれ独立に制御することができる。つ
まり、外観的には、1つの多層モータMであるが、モー
タ機能とジェネレータ機能の異種または同種の機能を組
み合わせものとして使える。
モータと、ロータとステータを持つジェネレータの2つ
のものを設ける場合に比べて大幅にコンパクトになり、
スペース・コスト・重量の面で有利であると共に、コイ
ル共用化により電流による損失(銅損,スイッチングロ
ス)を低減することができる。
ネレータ)の使い方に限らず、(モータ+モータ)や
(ジェネレータ+ジェネレータ)の使い方も可能である
というように、高い選択自由度を持ち、例えば、ハイブ
リッド車の駆動源に採用した場合、これら多数の選択肢
の中から車両状態に応じて最も効果的或いは効率的な組
み合わせを選択することができる。
ータの電機子構造では、図8に示すように、ステータピ
ース積層体が同じ形のステータピースを積層したもので
あるため、その両端部に設けられるコイルエンド絶縁部
品とは、互いに平面による接触となり、コイルエンド絶
縁部品の位置規制が十分でない。
は、ステータピース積層体41の両端部に中心部用ステ
ータピース40'よりコイル巻き付け部幅が狭い端部用
ステータピース40"を積層し、ステータピース積層体
41の両端部に設けられるコイルエンド絶縁部品を、端
部用ステータピース40"を積層した凸型コア端部40
gに嵌合する凹部50aをステータピース接触面に有す
る鞍型絶縁部品50とした。
型コア端部40gに鞍型絶縁部品50の凹部50aを互
いに嵌合させることで、鞍型絶縁部品50の位置を規制
することができる。
て、磁路を多く確保するためには、ステータ積層体の容
積を大きく確保すること、また、ステータ積層体に巻き
付けるコイルの占有率を高めることが必要である。
すように、ステータピース積層体が同じ形のステータピ
ースを積層したものであるため、ステータピース積層体
の容積に応じて発生する磁路を十分に確保することがで
きない。
ステータピースの積層数を増す案が考えられるが、第1
実施例のように、コイルとして占有率を高めるために平
型銅線コイルを使用すると、数段積み上げて巻く場合、
上の段に上がるときにコイルの曲げがきつくなるという
問題がある。
に設けられるコイルエンド絶縁部品は、コイルの曲げ半
径を確保しなければならないし、コイルとの絶縁も確保
しなければならないため、コイルの曲げ半径を大きくし
た上で、ステータピースとの絶縁距離を十分に取ると、
必然的に大きな形状となってしまう傾向がある。
は、ステータピース積層体41の両端部に、コイル巻き
付け部40"cのピース幅をW2(<W1)とする端部用ス
テータピース40"を重ね合わせたため、図7と図8の
対比から明らかなように、積層した端部用ステータピー
ス40"がコイルエンド絶縁部品の内部に食い込むこと
になり、積層した端部用ステータピース40"の追加に
よるステータピース積層体41の容積拡大により、コイ
ルの曲げ半径を図8の場合と同じにしてもより多くの磁
路を確保することができる。
機子構造では、図8に示すように、ステータピース積層
体が同じ形のステータピースを積層し、そのコイル巻き
付け部の両側面には、平面上に薄型絶縁物を介装しただ
けものであるため、コイルの巻き付け作業時に薄型絶縁
物の固定が不安定であり、例えば、薄型絶縁物がずれて
コイルとの絶縁性を損なうことがある。また、コイルエ
ンド絶縁部品と薄型絶縁物とが接するコイルの巻き付け
部分において、隙間が発生するおそれがあるし、絶縁の
ための距離が十分に確保できず、十分な絶縁性を確保す
ることができない。出来ない薄型絶縁物性制ステータピ
ース積層体の容積に応じて発生する磁路を十分に確保す
ることができない。
は、ステータピース積層体41のコイル42が巻かれる
中心部用ステータピース40'の両側面に設けられる薄
型絶縁物51,51を、図7に示すように、ステータピ
ース積層体41のの両端部において端部用ステータピー
ス40"との段差面40f,40fに折り込み、かつ、
薄型絶縁物51の折り込み部51a,51aを鞍型絶縁
部品50により挟持したため、薄型絶縁物51の高い固
定性を達成することができると共に、コイル42とステ
ータピース積層体41との距離が確実に確保されること
で、高い絶縁性を達成することができる。
積層したステータピース積層体を組み立てる際には、ス
テータピース積層体の位置決め要素が必要である。
すように、ステータピース積層体が同じ形のステータピ
ースを積層して構成されているため、板厚方向に位置決
めピン用穴が貫通して形成されることになる。このた
め、有効磁路が貫通する位置決めピン用穴のにより低減
してしまう。
は、形状を端部にて2段階に変えたステータピース積層
体41を形成する場合、ステータピース積層体41の両
端部に積層される端部用ステータピース40"のみに位
置決めピン穴40"d,40"eを開穴することで、中心
部に積層される中心部用ステータピース40'は位置決
めピン穴のない形状が実現できる。このことにより、端
部用ステータピース40"に位置決めピン穴40"d,4
0"eを開穴することで、位置決め機能を達成しながら
も、中心部用ステータピース40'は位置決めピン穴の
ない形状とすることで、貫通する位置決めピン用穴を設
けた図8の例に比べ、有効磁路を多く確保することがで
きる。
は、下記に列挙する効果を得ることができる。
積層体41を円周上に複数配列することで構成されたス
テータ4を有する多層モータMのステータ構造におい
て、ステータピース積層体41の両端部に、コイル42
が巻かれる部分のピース幅W2を中心部用ステータピース
40'より狭くした端部用ステータピース40"を積層す
ることで凸型コア端部40gを形成し、かつ、ステータ
ピース積層体41の両端部に設けられるコイルエンド絶
縁部品を、凸型コア端部40gに嵌合する凹部50aを
ステータ接触面に有する鞍型絶縁部品50としたため、
コイルエンド絶縁部品の位置規制を確保しながら、コイ
ルの曲げ半径を従来技術と同じにしてもより多くの磁路
を確保することができる。
2が巻かれる中心部用ステータピース40'の両側面に
設けられる薄型絶縁物51,51を、ステータピース積
層体41のの両端部において端部用ステータピース4
0"との段差面40f,40fに折り込み、かつ、薄型
絶縁物51の折り込み部51a,51aを前記鞍型絶縁
部品50により挟持したため、薄型絶縁物51の高い固
定性を達成することができると共に、コイル42とステ
ータピース積層体41との距離の確保により高い絶縁性
を達成することができる。
部に積層した端部用ステータピース40"のみに、ステ
ータピース積層体41の位置決めピン穴40"d,40"
eを開穴したため、位置決め機能を達成しながらも、中
心部用ステータピース40'は位置決めピン穴のない形
状とすることで、有効磁路を多く確保することができ
る。
4にコイル42を巻き、ロータ2,6にマグネット2
1,61を使用し、ステータ4の磁界を回転させること
によってロータ2,6を回転させる多層の同期モータと
したため、ステータ4の軸方向の長さが短いコンパクト
な形状でありながら、高トルク性能の多層モータMを提
供することができる。
ステータ構造は、図9に示すように、鞍型絶縁部品50
のコイル導入部に、コイル導入溝50bを設けた例であ
る。このコイル導入溝50bは、鞍型絶縁部品50の端
部に鍔を設け、この鍔にその幅を平角銅線のコイル42
の幅相当に設定すると共に、コイル42の巻き付け方向
に案内する円弧面を有する溝を形成することで構成され
る。
を巻き付ける際、鞍型絶縁部品50のコイル導入溝50
bに平角銅線のコイル42の端部を挟み込み、鞍型絶縁
部品50の曲面に沿わせてコイル42を巻き始める。つ
まり、コイル42の動きが定まらないコイル導入部での
コイル巻き始め作業を、コイル導入溝50bによりコイ
ル42の動きを規制しながら簡単に行うことができる。
効果は、第1実施例と同様であるので、図示並びに説明
を省略する。
は、第1実施例効果に加え、下記の効果を得ることがで
きる。
コイル導入溝50bを設けたため、コイル導入部でのコ
イル巻き始め作業を、コイル導入溝50bによりコイル
42の動きを規制しながら簡単に行うことができる。
ステータ構造は、図10に示すように、鞍型絶縁部品5
0の端部位置に、コイル42の巻き付け時に上の段に乗
り上げる際の乗り上げ案内部50cを設けた例である。
この乗り上げ案内部50cは、その幅を平角銅線のコイ
ル42の幅相当に設定した突起に、コイル42の巻き方
向を変える傾斜案内面を形成することで構成される。
に平角銅線のコイル42を巻き付けた後、2段目の段に
移行するとき、乗り上げ案内部50cに沿ってスムーズ
にコイル42が2段目に乗り上げる。つまり、平角銅線
のコイル42のコイル同士が接触することなく、乗り上
げ案内部50cに沿ってスムーズにコイル42を上の段
に乗り上げ案内することができる。
効果は、第1実施例と同様であるので、図示並びに説明
を省略する。
は、第1実施例効果に加え、下記の効果を得ることがで
きる。
ル42の巻き付け時に上の段に乗り上げる際の乗り上げ
案内部50cを設けたため、平角銅線のコイル42のコ
イル同士が接触することなく、乗り上げ案内部50cに
沿ってスムーズにコイル42を上の段に乗り上げ案内す
ることができる。
実施例〜第3実施例に基づき説明してきたが、具体的な
構成については、この第1実施例〜第3実施例に限られ
るものではなく、特許請求の範囲の各請求項に係る発明
の要旨を逸脱しない限り、設計の変更や追加等は許容さ
れる。
ステータを有する多層モータ(同期モータ)への適用例
を示したが、回転電機子を有するモータにも適用するこ
とができる。
導入溝50bを設けた例、第3実施例では鞍型絶縁部品
50に乗り上げ案内部50cを設けた例を示したが、凹
部50aとコイル導入溝50bと乗り上げ案内部50c
を設けた鞍型絶縁部品50としても良い。
ータMを示す縦断側面図である。
ータMを示す一部縦断正面図である。
る。
である。
タピースを示す図である。
図である。
る。
導入溝を有する鞍型絶縁部品を示す一部斜視図である。
上げ案内部を有する鞍型絶縁部品を示す一部斜視図であ
る。
ス) 40'a インナーロータヨーク部 40'b アウターロータヨーク部 40'c コイル巻き付け部 40" 端部用ステータピース(端部用コアピース) 40"a インナーロータヨーク部 40"b アウターロータヨーク部 40"c コイル巻き付け部 40"d 位置決めピン穴 40"e 位置決めピン穴 40f 段差面 40g 凸型コア端部 41 ステータピース積層体(積層板コア) 42 コイル 43 冷却水路 44 インナー側ボルト・ナット 45 アウター側ボルト・ナット 46 非磁性体樹脂層 47 正面側ブラケット 48 背面側ブラケット 49 位置決めピン 50 鞍型絶縁部品(コイルエンド絶縁部品) 50a 凹部 50b コイル導入溝 50c 乗り上げ案内部 51 薄型絶縁物 51a 折り込み部 5 アウターロータ軸 6 アウターロータ 61 アウターロータマグネット(永久磁石)
Claims (6)
- 【請求項1】 コイルが巻かれた積層鋼板コアを円周上
に複数配列することで構成された電機子を有するモータ
の電機子構造において、 前記積層鋼板コアの両端部に、コイルが巻かれる部分の
コア幅を狭くした端部用コアピースを積層することで凸
型コア端部を形成し、 かつ、前記積層鋼板コアの両端部に設けられるコイルエ
ンド絶縁部品を、前記凸型コア端部に嵌合する凹部をコ
ア接触面に有する鞍型絶縁部品としたことを特徴とする
モータの電機子構造。 - 【請求項2】 請求項1に記載されたモータの電機子構
造において、 前記積層鋼板コアのコイルが巻かれる中心部用コアピー
スの側面に設けられる薄型絶縁物を、積層鋼板コアの両
端部において端部用コアピースとの段差面に折り込み、
かつ、薄型絶縁物の折り込み部を前記鞍型絶縁部品によ
り挟持したことを特徴とするモータの電機子構造。 - 【請求項3】 請求項1または請求項2の何れかに記載
されたモータの電機子構造において、 前記積層鋼板コアのうち両端部に積層した端部用コアピ
ースのみに、積層鋼板コアの位置決め用穴を設けたこと
を特徴とするモータの電機子構造。 - 【請求項4】 請求項1ないし請求項3の何れかに記載
されたモータの電機子構造において、 前記モータは、固定電機子であるステータ側にコイルを
巻き、ロータ側に永久磁石を使用し、ステータ側の磁界
を回転させることによってロータを回転させる同期モー
タであることを特徴とするモータの電機子構造。 - 【請求項5】 請求項1ないし請求項4の何れかに記載
されたモータの電機子構造において、 前記鞍型絶縁部品のコイル導入部に、コイル導入溝を設
けたことを特徴とするモータの電機子構造。 - 【請求項6】 請求項1ないし請求項5の何れかに記載
されたモータの電機子構造において、 前記鞍型絶縁部品の端部位置に、コイルの巻き付け時に
上の段に乗り上げる際の乗り上げ案内部を設けたことを
特徴とするモータの電機子構造。
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Cited By (14)
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