JP2008283731A - 回転電機の電機子 - Google Patents

Abstract

【課題】 環状巻線の占積率を阻害せずに巻線がばらけるのを有効に防止可能なモータ等の回転電機の電機子を提供することである。
【解決手段】 円周方向に複数のティースを有するステータリングと、少なくともロータの回転軸方向若しくは径方向に積層するように巻回され、ステータリングのティースを縫うようにステータリングに取り付けられた環状巻線から構成されるステータであって、環状巻線をばらけないように保持する複数の巻線保持部材を備えている。ステータリングは環状巻線を保持する複数の巻線保持部材が当接する部分にそれぞれ溝を有しており、これらの溝中に巻線保持部材の一部が挿入されている。
【選択図】図４

Description

本発明は、一般的に電動機（モータ）及び発電機（ジェネレータ）等の回転電機の電機子に関し、特にモータのステータ構造に関する。

ハイブリッド車両用モータ、又は電気自動車用モータとして、ロータに永久磁石を使用した永久磁石式交流同期モータ又はブラシレスＤＣモータが良く使用されている。この種のモータとして、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相からなる３相の各相毎のステータコアにそれぞれ巻線コイル（巻線）が集中巻きにより巻装されたステータを備え、このステータにより永久磁石からなるロータを３相駆動する永久磁石式３相同期モータが例えば特開平１１−２９９１３７号公報により知られている。

また、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相からなる３相の各相毎の巻線コイルが周方向で隣り合うティース（クローポール）間を縫うようにして周回させられることで巻線コイルが波状に巻装されたステータを備え、このステータによりロータを３Ｕ相駆動する永久磁石式３相同期モータが、例えば特開２００２−１６５３９６号公報で知られている。

ところで、上記従来技術に係る３相同期モータにおいては、３相の各相毎の巻線コイルが必要であることから、ステータの構成に要する部品の部品点数の増大を抑制することが困難であり、各相毎の巻線コイルを巻装する作業に煩雑な手間を要するという問題が生じる。

しかも、波巻により巻線コイルが巻装されるステータにおいては、隣り合うティース間での巻線占積率を向上させることは困難であり、更に、コイルエンドの高さを低減してモータの軸線方向の寸法を低減し、車両等での搭載性を向上させることが困難であるという問題が生じる。

このような問題を解決するために、本出願人は、３相のステータリングと２相の環状巻線（環状巻線コイル）とを、軸線に平行な方向に沿って順次積み重ねるようにして交互に配置させ、しかもそれぞれの環状巻線に複数の蛇行部を形成して、ステータが発生する磁束を増大させるようにしたモータのステータを特開２００６−２８０１８８号公報で提案した。
特開平１１−２９９１３７号公報 特開２００２−１６５３９６号公報 特開２００６−２８０１８８号公報

上述した特許文献３に係る永久磁石式３相同期モータまたはクローポールモータのステータには、環状の蛇行巻線コイルが使用されている。しかし、このような環状巻線を上型ユニットと下型ユニットとからなるコイル成形機で成形すると、蛇行部を有する環状巻線を成形する際に環状巻線が弾性力によりばらけてしまうという問題がある。

この環状巻線のばらけを防止する方法として、テープにより巻線を拘束する方法が考えられるが、テープの拘束力が弱く、成形中にテープが破損したり、生産性が低く現実的でないという問題がある。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、環状巻線の占積率を阻害せずに巻線がばらけるのを有効に防止可能なモータ等の回転電機の電機子を提供することである。

請求項１記載の発明によると、円周方向に複数のティースを有する電機子コアと、少なくともロータの回転軸方向若しくは径方向に積層するように巻回され、前記電機子コアのティースを縫うように前記電機子コアに取り付けられた環状巻線から構成される回転電機の電機子において、前記環状巻線をばらけないように保持する複数の巻線保持部材を備え、前記電機子コアは前記環状巻線を保持する前記複数の巻線保持部材が当接する部分にそれぞれ溝を有しており、該溝に前記巻線保持部材の一部が挿入されていることを特徴とする電機子が提供される。

なお、本明細書及び特許請求の範囲で、「回転電機」という用語は電動機（モータ）及び発電機（ジェネレータ）を含むものと定義する。また、「電機子」という用語は、主電流が流れる巻線を持ち、磁束が回転することにより巻線に起電力が誘起されるものと定義する。電機子には回転型（ロータ）と静止型（ステータ）がある。

請求項２記載の発明によると、請求項１記載の発明において、前記電機子コアは、それぞれ円周方向に等間隔で配置された複数のティースを有する少なくとも第１及び第２電機子コアを含んでおり、前記環状巻線は、それぞれロータの回転軸方向に屈曲する複数の蛇行部を有する第１及び第２環状巻線を含んでおり、前記第１及び第２電機子コアは円周方向に沿って各々のティースが交互に配置されるように互いに固定され、前記第１及び第２環状巻線は各々の前記蛇行部が互いの対向方向に突出して円周方向に沿って交互に配置され、前記第１及び第２電機子コアの各ティースを円周方向に縫うように前記第１及び第２電機子コアに装着されていることを特徴とする電機子が提供される。

請求項３記載の発明によると、請求項１記載の発明において、前記巻線保持部材は、ロータの回転軸に直交する前記環状巻線の平坦部分に装着されていることを特徴とする電機子が提供される。

請求項４記載の発明によると、請求項１又は３記載の発明において、前記巻線保持部材は、前記電機子コアのティース先端より電機子コア側に収まる大きさであることを特徴とする電機子が提供される。

請求項５記載の発明によると、請求項１，３，４記載の発明において、前記巻線保持部材はロック部を備え、該ロック部が前記電機子コアの径方向内側となるように前記環状巻線に取り付けられていることを特徴とする電機子が提供される。

請求項１記載の発明によると、電機子に環状巻線を組み付けるときに電機子と巻線保持部材は干渉しないので、組み立てが容易である。また、巻線保持部材で環状巻線を保持するので、環状巻線がばらけるのを防止できるとともに環状巻線の絶縁皮膜の傷つきを防止できる。更に、溝中に巻線保持部材を挿入するので電機子がその径方向に増大するのを防止できるため、環状巻線の占積率の低下防止を期待できる。

請求項２記載の発明によると、複数の電機子コアと複数の環状巻線を有する電機子を提供することができ、請求項１と同様な効果を上げることができる。

請求項３記載の発明によると、巻線保持部材がロータの回転軸に直交する環状巻線の平坦部分に装着されているため、環状巻線を成形機で成形する際に巻線保持部材が変形を受けることがなく、成形後にも巻線保持部材で環状巻線を一体的に保持することができる。

請求項４記載の発明によると、巻線保持部材が電機子コアのティース先端より電機子コア側に収まる大きさを有しているため、巻線保持部材を装着したために電機子がその径方向に増大するのを防止でき、環状巻線の占積率が阻害されるのを防止することができる。

請求項５記載の発明によると、ロック部が電機子コアの径方向内側となるように巻線保持部材が環状巻線に取り付けられているため、ワンタッチで巻線保持部材を環状巻線に取付可能であると共に、電機子コアに形成する溝を比較的浅くすることができる。

以下、本発明の望ましい実施形態を図面を参照して詳細に説明する。図１は本発明実施形態に係る環状ステータの分解斜視図、図２は組み立てられたステータの斜視図を示している。

この環状ステータ２は、例えばエンジンとともに車両の駆動源としてハイブリッド車両に搭載される永久磁石式交流同期モータ（ブラシレスＤＣモータ又はクローポール型モータともいう）を構成し、例えば、エンジンとクローポール型モータとトランスミッションとを直列に連結した構造のパラレルハイブリッド車両では、少なくともエンジン又はクローポール型モータのいずれか一方の駆動力は、トランスミッションを介して車両の駆動輪に伝達されるようになっている。

また、車両の減速時に駆動輪側からクローポール型モータに駆動力が伝達されると、クローポール型モータは発電機として機能して所謂回生制動力を発生し、車体の運動エネルギーを電気エネルギー（回生エネルギー）として回収する。更に、エンジンの出力がクローポール型モータに伝達された場合にも、クローポール型モータは発電機として機能して発電エネルギーを発生する。

図１に示すように、環状ステータ２は、Ｕ相ステータリング（ティースリング）４と、Ｖ相ステータリング（ティースリング）６と、Ｗ相ステータリング（ティースリング）８と、Ｕ相環状巻線２２と、Ｗ相環状巻線２６とから構成されている。

Ｕ相ステータリング４は、円周方向に等間隔で離間された複数個（本実施形態では１０個）のＵ相ティース（Ｕ相クローポール）１０と、円周方向に離間された複数個の結合部１２を有している。各Ｕ相ティース１０は軸方向一方側（図１で右側）に突出している。

Ｖ相ステータリング６は円周方向に等間隔で離間された複数（本実施形態では１０個）のＶ相ティース１４と、円周方向に離間された複数個の結合部１６を有している。各Ｖ相ティース１４は軸方向両側に突出している。

Ｗ相ステータリング８は円周方向に等間隔で離間された複数（本実施形態では１０個）のＷ相ティース１８と、円周方向に離間された複数の結合部２０を有している。各Ｗ相ティース１８は軸方向他方側（図１で左側）に突出している。即ち、Ｕ相ティース１０とＷ相ティース１８は互いに近づく方向に突出している。

ここで注意すべきは、Ｕ相ティース１０、Ｖ相ティース１４及びＷ相ティース１８は、各結合部１２，１６，２０でＵ相ステータリング４、Ｖ相ステータリング６及びＷ相ステータリング８を積層結合したとき、互いに重ならないように相対的にずれた位置に配置されている。

Ｕ相環状巻線２２は導線を環状に巻いて構成され、ステータ２の軸方向に蛇行する複数（本実施形態では１０個）の蛇行部２４を有している。同様に、Ｗ相環状巻線２６もステータ２の軸方向に蛇行する複数（本実施形態では１０個）の蛇行部２８を有している。

各ステータリング４，６，８の結合部１２，１６，２０を揃え、Ｕ相環状巻線２２及びＷ相環状巻線２６を周方向の所定の位置に配置して、各ステータリング４，６，８をボルト止め固定すると、図２に示すような環状ステータ２が完成する。

Ｕ相環状巻線２２は後で詳細に説明する複数の巻線保持部材３０でばらけないように保持されている。同様に、Ｗ相環状巻線２６も複数の巻線保持部材３０でばらけないように保持されている。

Ｕ相ステータリング４の内周には、Ｕ相環状巻線２２を保持する巻線保持部材３０が部分的に挿入される複数の溝３２が形成されている。同様に、Ｗ相ステータリング８の内周には、Ｗ相環状巻線２６を保持する巻線保持部材３０が部分的に挿入される複数の溝３４が形成されている。

図１及び図２を観察すると明らかなように、各ティース１０，１４，１８は円周方向に所定順序（Ｕ相ティース１０，Ｗ相ティース１８，Ｖ相ティース１４，Ｕ相ティース１０，…）で配置され、周方向で隣り合うティース１０，１４間にＵ相環状巻線２２の蛇行部２４が配置され、周方向で隣り合うティース１４，１８間にＷ相環状巻線２６の蛇行部２８が配置される。

即ち、Ｕ相蛇行部２４には一つのＵ相ティース１０が配置され、Ｗ相蛇行部２８には一つのＷ相ティース１８が配置され、周方向で隣り合うＵ相蛇行部２４とＷ相蛇行部２８との間には一つのＶ相ティース１４が配置されている。

Ｕ相環状巻線２２の蛇行部２４とＷ相環状巻線２６の蛇行部２８は互いに異なる方向に向かい突出するように設けられ、Ｕ相環状巻線２２とＷ相環状巻線２６とは、電気角で２４０°の位相差を有するようにして周方向に沿って相対的にずれた位置に配置されている。

これにより、周方向で隣り合う各ティース１０，１４間又は１４，１８間を縫うようにして配置される２相の環状巻線２２，２６は所謂電気角で１２０°以下の短節巻きを成すように形成されている。

次に、図３乃至図５を参照して、本発明実施形態の要部について詳細に説明する。図３に示したように、Ｕ相環状巻線２２は複数の蛇行部２４と、ステータ２の軸方向（ロータの回転軸方向）に直交する複数の平坦部２５を有している。Ｗ相環状巻線２６も複数の蛇行部２８と、ステータ２の軸方向（ロータの回転軸方向）に直交する複数の平坦部を有している。

図４に示すように、Ｕ相環状巻線２２の平坦部２５に巻線保持部材３０が装着される。巻線保持部材３０は、例えば樹脂製バンドから形成され、Ｕ相環状巻線２２の平坦部２５の全周を縛るように保持して、Ｕ相環状巻線２２がばらけるのを防止する。

図５の拡大図に最も良く示されているように、巻線保持部材３０は、ロック部３６がＵ相ステータリング４の径方向内側となるようにＵ相環状巻線２２に取り付けられる。ロック部３６は、係合突起３８と係合穴４０から構成され、係合突起３８が係合穴４０に係合することにより、巻線保持部材３０がＵ相環状巻線２２を一体的に保持した状態でロックされる。

Ｕ相ステータリング４の内周には巻線保持部材３０の一部が挿入される溝３２が形成されている。図４及び図５を観察すると明らかなように、巻線保持部材３０は、Ｕ相環状巻線２２の平坦部２５に取り付けられ、その一部はＵ相ステータリング４の溝３２中に挿入された状態で、Ｕ相ティース１０の先端よりＵ相ステータリング４側に収まる大きさを有している。すなわち、Ｕ相環状巻線２２はＵ相ティース１０より径方向内側には突出していない。

以上の説明は、Ｕ相ステータリング４にＵ相環状巻線２２を取り付ける構造について説明したが、Ｗ相ステータリング８にＷ相環状巻線２６を装着する構造についても、上述した説明と同様であるので、重複を避けるためその説明を省略する。

ここで注意すべきは、巻線保持部材３０は蛇行部２４を成形する前の環状巻線に装着され、環状巻線成形機で蛇行部２４を成形中及び成形後にもＵ相環状巻線２２に装着され、Ｕ相環状巻線２２をばらけないように保持しているという点である。

蛇行部を成形するための環状巻線成形機については、本出願人は特願２００６−２０４５１０号で提案した。この先願に係る巻線成形機は、上型ユニットと下型ユニットとから構成され、環状巻線の成形の進行に合わせて径方向にコイル径を縮小させる機構を有している。

成形中にも巻線保持部材３０で環状巻線をしっかりとばらけないように保持するためには、巻線保持部材３０をロータの回転軸に直交するＵ相環状巻線２２の平坦部２５に装着するのが望ましい。

上述した本実施形態によると、ステータリングに環状巻線を組み付けるときにステータリングと巻線保持部材は干渉しないので、組み立てが容易である。また、巻線保持部材で環状巻線を保持するので、環状巻線がばらけるのを効果的に防止できるとともに、ステータ組み立て時の環状巻線の絶縁皮膜の傷つきを防止できる。更に、溝中に巻線保持部材の一部を挿入するので、ステータがその径方向に増大するのを防止でき、環状巻線の占積率の低下防止を期待できる。

巻線保持部材がロータの回転軸に直交する環状巻線の平坦部に装着されているため、環状巻線を成形機で成形する際に巻線保持部材が変形を受けることがなく、成形後にも巻線保持部材で環状巻線を一体的に保持することができる。

また、図６を参照すると明らかなように、巻線保持部材３０がステータリング４のティース１０先端よりステータリング側に収まる大きさを有しているため、巻線保持部材を装着したためにステータリングがその径方向に増大するのを防止でき、環状巻線の占積率が阻害されるのを防止することができる。

更に、ロック部がステータリングの径方向内側となるように樹脂製バンドが環状巻線に取り付けられているため、ワンタッチで樹脂製バンドを環状巻線に取付可能であると共に、ステータリングに形成する溝を比較的浅くすることができる。

以上説明した実施形態では、環状巻線がステータに取り付けられる例について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、環状巻線がロータに装着されるタイプのものであっても良い。

さらに、モータに限定されるものでもなく、ジェネレータにも適用可能であるため、本発明は一般的に回転機械の電機子を対象とするものである。

本発明実施形態に係る蛇行環状巻線を有するステータの分解斜視図である。 組み立てられたステータの斜視図である。 Ｕ相環状巻線の拡大図である。 本発明実施形態の要部を示す斜視図である。 図４の拡大斜視図である。 本発明実施形態の要部をステータの軸方向から見た図である。

符号の説明

２ ステータ
４ Ｕ相ステータリング
６ Ｖ相ステータリング
８ Ｗ相ステータリング
１０ Ｕ相ティース（Ｕ相クローポール）
１４ Ｖ相ティース（Ｖ相クローポール）
１８ Ｗ相ティース（Ｗ相クローポール）
２２ Ｕ相環状巻線
２４，２８ 蛇行部
２５ 平坦部
２６ Ｗ相環状巻線
３０ 巻線保持部材
３２，３４ 溝
３６ ロック部

Claims (5)

1. 円周方向に複数のティースを有する電機子コアと、少なくともロータの回転軸方向若しくは径方向に積層するように巻回され、前記電機子コアのティースを縫うように前記電機子コアに取り付けられた環状巻線から構成される回転電機の電機子において、
   前記環状巻線をばらけないように保持する複数の巻線保持部材を備え、
   前記電機子コアは前記環状巻線を保持する前記複数の巻線保持部材が当接する部分にそれぞれ溝を有しており、
   該溝に前記巻線保持部材の一部が挿入されていることを特徴とする電機子。
2. 前記電機子コアは、それぞれ円周方向に等間隔で配置された複数のティースを有する少なくとも第１及び第２電機子コアを含んでおり、
   前記環状巻線は、それぞれロータの回転軸方向に屈曲する複数の蛇行部を有する第１及び第２環状巻線を含んでおり、
   前記第１及び第２電機子コアは円周方向に沿って各々のティースが交互に配置されるように互いに固定され、
   前記第１及び第２環状巻線は各々の前記蛇行部が互いの対向方向に突出して円周方向に沿って交互に配置され、前記第１及び第２電機子コアの各ティースを円周方向に縫うように前記第１及び第２電機子コアに装着されていることを特徴とする請求項１記載の電機子。
3. 前記巻線保持部材は、ロータの回転軸に直交する前記環状巻線の平坦部分に装着されていることを特徴とする請求項１記載の電機子。
4. 前記巻線保持部材は、前記電機子コアのティース先端より電機子コア側に収まる大きさであることを特徴とする請求項１または３記載の電機子。
5. 前記巻線保持部材はロック部を備え、該ロック部が前記電機子コアの径方向内側となるように前記環状巻線に取り付けられていることを特徴とする請求項１，３，又は４記載の電機子。

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