JP2010200400A - ステータ、バスバーユニット、モータ、及びパワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】小型化や材料コストの抑制が可能となるステータ等を提供する。
【解決手段】ステータ１は、リング形状をしたリング部と、該リング部の内側からその中心に向かって突出する１２個の要素ティース部で構成されるティース部と、を有するコアと、要素ティース部のそれぞれに形成された１２個のコイル４からなるコイル群と、を含む。コアは、それぞれが１個の要素ティース部を有する１２個の要素コアを連結することによって形成され、コイル群は、一本の導電線で連なる２個のコイル４からなる６個のコイル対で構成され、コアをその軸方向に見て相領域２７と中性領域２８とに２等分したとき、６個のコイル対のそれぞれにおける、一方のコイル４が相領域２７に配置され、他方のコイル４が中性領域２８に配置されている。
【選択図】図４

Description

本発明は、ステータ、バスバーユニット、モータ、及びパワーステアリング装置に関する。

モータの基本的な構成である極数（ロータの磁極数）やスロット数（ステータ側の磁極数に相当）はモータの仕様等によって様々である。通常、これら極数やスロット数の組み合わせごとに、モータ性能を効率よく引き出せるように各コイルの配列や巻回方向が設計されている。

例えば、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相からなる３相のコイル群により回転磁界を形成する１４極・１２スロットのブラシレスモータが知られている（特開２００６−５０６９０号公報）。このブラシレスモータのステータは、各相のコイルがそれぞれ４個の分割コアで構成されていて、各相のコイル群が所定配列になるよう各分割コアをリング状に並べて固定されている。

これら各相のコイル群は、各分割コア間に渡り線を形成しながら同一方向に導電線を連続的に巻回して形成されている。各相の４個のコイルは、その中間の渡り線を中性点としたスター結線が行われ、直列に連なる２個のコイル（分割群）が並列に接続されている。そうすることで、各相のコイル群を同一巻回方向で巻線しても分割群同士が互いに異極となるため、作業性やコイルの占積率が向上するとしている。

そして、これら各コイル群から導出される導電線の結線は、一般にモータに備えられたバスバーユニットを利用して行われることが多い。
特開２００６−５０６９０号公報

このバスバーユニットの構成は、ステータの構成やモータの仕様等によって決定されるが極力小さくて簡素な構造であるのが好ましい。

本発明の目的は、バスバーユニットを小さく簡素な構造にすることができ、小型化や材料コストの抑制が可能となるステータ等を提供することにある。

本発明における例示のステータは、リング形状をしたリング部と、該リング部の内側からその中心に向かって突出する１２個の要素ティース部で構成されるティース部と、を有するコアと、前記要素ティース部のそれぞれに形成された１２個のコイルからなるコイル群と、を含み、前記コアは、それぞれが１個の前記要素ティース部を有する１２個の要素コアを連結することによって形成され、前記コイル群は、一本の導電線で連なる２個の前記コイルからなる６個のコイル対で構成され、前記コアをその軸方向に見て相領域と中性領域とに２等分したとき、前記６個のコイル対のそれぞれにおける、一方の前記コイルが前記相領域に配置され、他方の前記コイルが前記中性領域に配置されている。

そうすることで、詳細は後述するが、例えばバスバーユニットを用いてスター結線する場合に、中性領域のコイル対から導出される導電線を中性点に接続し、相領域のコイル対から導出される導電線を各相の接点に接続することができる。すなわち、ステータの各コイル群から導出される導電線の位置がそれぞれ区分けされて集約されているので、ステータとバスバーユニットとの間の結線が簡素化される。結線が簡素化される分、バスバーユニットやモータを小さく簡素な構造にすることができる。

バスバーユニットとしては、例えば、複数のバスバーと、前記複数のバスバーが配設される絶縁性のホルダと、を含み、前記ホルダがリング状のバスバー支持部を有し、前記バスバーが、略半円状の第１のバスバーと、劣弧状の少なくとも第２〜第４のバスバーと、を含み、前記バスバー支持部をその軸方向に見て相側領域と中性側領域とに２等分したとき、前記第１のバスバーが前記中性側領域に配設され、前記少なくとも第２〜第４のバスバーが重なるように前記相側領域に配設されているものが好ましい。

このようなバスバーユニットであれば、バスバーユニットの厚みを薄くでき、また、バスバーのサイズを小さくできる。

例えば、これらステータやバスバーユニットを含むモータであれば、モータの小型化が実現でき、また、このモータを含むパワーステアリング装置であれば、省スペース化が実現できる。

本発明によれば、モータ等の小型化や材料コストの抑制が可能となる。

図１は、パワーステアリング装置を示す概略図である。 図２は、モータの構成を示す概略断面図である。 図３は、ステータを示す概略斜視図である。 図４は、コイルの配列を説明するための模式図である。 図５は、コイル対を説明するための図である。 図６は、ステータの配線図である。 図７は、バスバーユニットの概略斜視図である。 図８は、バスバーを示す概略斜視図である。 図９は、図７の部分断面図である。（ａ）はＸ−Ｘ線断面図を、（ｂ）はＹ−Ｙ線断面図を示している。 図１０は、ステータとバスバーとの結線を説明するための模式図である。 図１１は、従来のバスバーユニットの部分断面図である。図９の（ａ）の図に相当する。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の説明は本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物あるいはその用途を制限することを意図するものではない。

（パワーステアリング装置）
図１に、電動式パワーステアリング装置１００を示す。このパワーステアリング装置１００は、自動車等の車両のハンドル（ステアリングホイール）操作の補助に利用される。パワーステアリング装置１００は、ステアリング機構２００に接続されるシャフト部１０１を介してハンドルに加えられる力を検出するトルクセンサ１０２や、このトルクセンサ１０２からの出力に基づいて必要なアシスト力を算出する制御ユニット１０３、この制御ユニット１０３からの出力に基づいて回転力を発生させるモータ５０、減速しながらモータ５０の回転力をステアリング機構２００に伝える減速機構１０４などを備えている。

このパワーステアリング装置１００が搭載された車両では、ハンドルに加えられる力に基づいてパワーステアリング装置１００のモータ５０が駆動され、そのモータ５０の回転力によってハンドルの回転が補助されるため、小さい力でハンドル操作ができる。

（モータ）
図２に、モータ５０の概略断面図を示す。このモータ５０は所謂８ポール１２スロットに設定されたインナーロータ型のモータである。モータ５０には、シャフト５１やロータ５２、ステータ１、バスバーユニット３０（図７等に示す）、モータハウジング５などが備えられている。

具体的には、モータハウジング５に図３に示すような略円筒状のステータ１が組みつけられ、そのステータ１の内周面と僅かな隙間を隔てて略円筒状のロータ５２の外周面が対向している。ロータ５２はモータハウジング５に回転自在に支持されたシャフト５１の周りに固定されている。ロータ５２の外周には８個のマグネット５４，・・・，５４が設けられている（８ポール）。これらマグネット５４は、Ｎ極とＳ極とが周方向に等間隔で交互に位置している。

（ステータ）
ステータ１は、コア２やインシュレータ３、コイル４などで構成されている。コア２は、鋼板の積層体であり、リング形状をしたリング部２１と、このリング部２１の内側からその中心に向かって突出する１２個の要素ティース部２２ａ，・・・，２２ａで構成されるティース部２２とを有している。各要素ティース部２２ａには、絶縁性のインシュレータ３を介して導電線が巻き付けられ、所謂集中巻によってコイル４が形成されている。つまり、ティース部２２には１２個のコイル４，・・・，４からなるコイル群が形成されていて、互いに隣り合う要素ティース部２２ａと要素ティース部２２ａとの間の１２個の空間（スロット）６，・・・，６に導電線が詰め込まれるように配設されている（１２スロット）。

コア２は、１２個の要素コア２ａ，・・・，２ａを連結することによって形成されている。各要素コア２ａは、軸方向に細長く延びて略Ｔ字状断面を有する外観形状をしており、それぞれが１個の要素ティース部２２ａを有している（図５参照）。これら要素ティース部２２ａの２個ごとに導電線が巻き付けられて合計６個のコイル対４０，・・・，４０が形成されている。具体的には、未連結の２個の要素コア２ａ，２ａに対し、その各要素ティース部２２ａ，２２ａに１本の導電線を連続的に巻き付けて２個のコイル４，４が連なる１個のコイル対４０が形成される。

図４に示すように、各コイル対４０における２個のコイル４，４の巻回方向は、要素ティース部２２ａの先端側から見て同じ方向に設定されている。なお、本実施形態では時計回りに設定されているが、反時計回りであってもよい。

コイル対４０は、導電線の巻き付け方向の異なる２種のコイル対４０ａ，４０ｂで構成されている。例えば、図４の左側に示すコイル対４０ａのように、２個のコイル４，４のうち、左側のコイル４から巻き始められて右側のコイル４で巻き終わる第１〜第３のコイル対４１，４２，４３と、同図の右側に示すコイル対４０ｂのように、右側のコイル４から巻き始められて左側のコイル４で巻き終わる第４〜第６のコイル対４４，４５，４６と、で構成されている。

具体的には、第１〜第３のコイル対４１，４２，４３は、それぞれ、その左側のコイル４１ｂ，４２ｂ，４３ｂから巻き始められて右側のコイル４１ａ，４２ａ，４３ａで巻き終わっている。第４〜第６のコイル対４４，４５，４６は、それぞれ、その右側のコイル４４ｂ，４５ｂ，４６ｂから巻き始められて左側のコイル４４ａ，４５ａ，４６ａで巻き終わっている。なお、同図中の白丸は巻き始め端を示し、黒丸は巻き終わり端を示している。

このような導電線の巻き付け方向の異なる２種のコイル対４０ａ，４０ｂは、例えば、図５に示すような方法で簡単に形成することができる。すなわち、いずれか一方のコイル対４０ａ（４０ｂ）は、他方のコイル対４０ｂ（４０ａ）と同じ方向に巻き付けたコイル対４０をその渡り線４７の部分で逆向きに折り曲げて、各要素コア２ａを左右入れ替えればよい。したがって、通常は、いずれか１方のコイル対４０ａ（４０ｂ）を形成しておき、各要素コア２ａを連結するときに必要な分だけ適宜折り曲げて他方のコイル対４０ｂ（４０ａ）を形成すればよいため、作業性に優れる。

これら各コイル対４０は、パワーステアリング装置１００に適したモータ性能が発揮できるように、予め設計されたモータ構成となる所定配列に組み付けられている。

例えば、図４に示したように、コア２をその軸方向に見て２等分する仮想の第１区画線２３で第１領域２４と第２領域２５とに区画したとき、第１〜第３のコイル対４１，４２，４３は第１領域２４に配置され、第４〜第６コイル対４４，４５，４６は第２領域２５に配置されている。

そして、例えば、第１のコイル対４１の２個のコイル４１ａ，４１ｂの間に、第２のコイル対４２と第３のコイル対４３のコイル４２ａ，４３ａがそれぞれ１個ずつ位置するように、あるコイル対４０が有する２個のコイル４，４の間に他のコイル対４０が有するコイル４がそれぞれ１個ずつ位置するように配置されている。

また、各コイル対４０の巻き付け方向は、第１領域２４と第２領域２５とで第１区画線２３に対して左右対称状になるように設定されている。

具体的には、第１領域２４では、コイル４１ａ，コイル４２ａ，コイル４３ａ，コイル４１ｂ，コイル４２ｂ，コイル４３ｂがこの順に反時計回りに配列されている。第２領域２５では、コイル４４ａ，コイル４５ａ，コイル４６ａ，コイル４４ｂ，コイル４５ｂ，コイル４６ｂがこの順に時計回りに配列されている。

このように配列することで、図６に示すような、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相に対応したスター結線ができるようになる。その際、コア２をその軸方向に見て上述した第１区画線２３に直交する第２区画線２６で２等分する相領域２７と中性領域２８とに区画したとき、第１〜第６のコイル対４１，・・・，４６のそれぞれにおける、一方のコイル４１ａ，・・・，４６ａが相領域２７に配置され、他方のコイル４１ｂ，・・・，４６ｂが中性領域２８に配置されているので、その中性領域２８から導出される導電線は全て中性点（Ｎ）に接続できるようになる。

そうすることで、次に説明するように、ステータ１とバスバーユニット３０との接続が簡素化され、作業性に優れる。また、バスバーユニット３０やバスバー３２のサイズを比較的小さくすることができ、部材コストを抑制できる。

（バスバーユニット）
図７に示すように、バスバーユニット３０は、複数のバスバー３２やホルダ３１などで構成されている。ホルダ３１は、例えば繊維を含むポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）などの絶縁性の樹脂による射出成形品である。ホルダ３１には、リング状のバスバー支持部３１ａと、バスバー支持部３１ａと一体に設けられるコネクタ部３１ｂと、モータハウジング５に取り付けるための複数の支持脚部３１ｃ，・・・，３１ｃとが備えられている。

バスバー３２は、銅等の導電性に優れた金属板のプレス加工品である。各バスバー３２は所謂インサート成形によってホルダ３１と一体に形成されている。図８に示すように、本実施形態のバスバー３２には、周方向に帯状に延びて、略半円状の第１のバスバー３２ａと、それぞれ長さの異なる劣弧状の第２〜第４のバスバー３２ｂ，３２ｃ，３２ｄとが含まれている。各バスバー３２の外周縁には、複数の接続端子３３，３３，・・・が突出形成されている。これら接続端子３３，３３，・・・にはステータ１から導出される導電線が接続される。第２〜第４のバスバー３２ｂ，３２ｃ，３２ｄのそれぞれの一端には、略直交状に立ち上がる第２〜第４のコネクタ端子３４ｂ，３４ｃ，３４ｄが一体に設けられている。第２〜第４のコネクタ端子３４ｂ，３４ｃ，３４ｄは、それぞれホルダ３１のコネクタ部３１ｂからその先端部が突出している。

各バスバー３２は互いに接触しないようバスバー支持部３１ａに埋設されている。具体的には、例えば、バスバー支持部３１ａをその軸方向に見て相側領域３７と中性側領域３６とに等分線３５で２等分したとき、第１のバスバー３２ａは中性側領域３６に配設され、第２〜第４のバスバー３２ｂ，３２ｃ，３２ｄは相側領域３７に配設されている。図９の（ａ）に示すように、相側領域３７では、第２〜第４のバスバー３２ｂ，３２ｃ，３２ｄのそれぞれが間に樹脂層を介して重なるように配設されている。一方、図９の（ｂ）に示すように、中性側領域３６には第１のバスバー３２ａだけが配設されている。

図１０に示すように、バスバーユニット３０はステータ１と接続される。すなわち、ステータ１の中性領域２８に対応してバスバーユニット３０の中性側領域３６が配置され、ステータ１の相領域２７に対応してバスバーユニット３０の相側領域３７が配置される。そして、ステータ１の中性領域２８から導出される導電線、具体的には、コイル４１ｂ，コイル４２ｂ，コイル４３ｂ，コイル４４ｂ，コイル４５ｂ，コイル４６ｂから導出される導電線が第１のバスバー３２ａの各接続端子３３，・・・，３３に接続される。

ステータ１の相領域２７から導出される導電線は、第２〜第４のバスバー３２ｂ，３２ｃ，３２ｄの所定の接続端子３３，・・・，３３に接続される。具体的には、第２のバスバー３２ｂの各接続端子３３，３３には、コイル４３ａとコイル４４ａから導出される導電線が接続される。第３のバスバー３２ｃの各接続端子３３，３３には、コイル４２ａとコイル４５ａから導出される導電線が接続される。第４のバスバー３２ｄの各接続端子３３，３３には、コイル４１ａとコイル４６ａから導出される導電線が接続される。そうすることで、第１のバスバー３２ａによって中性点（Ｎ）が形成され、第２〜第４のバスバー３２ｂ，３２ｃ，３２ｄによって各接点（Ｕ，Ｖ，Ｗ）が形成されて、図６のスター結線が形成される。

図１１に、従来のバスバーユニットの一例を示す。中性点に接続される導電線がステータの全周に広く分布している場合、一般に、導電線の這い回しを避けるために中性点用のバスバーは円環状や優弧状に形成されることが多い。ところがそうすると、同図のバスバーユニットのように４個のバスバー３２０ａ，３２０ｂ，３２０ｃ，３２０ｄが重なってバスバー支持部３１０ａの厚みが大きくなる。それに対し、中性点用の第１のバスバー３２ａを略半円状に形成し、各相の接点用の第２〜第４のバスバー３２ｂ，３２ｃ，３２ｄを劣弧状に形成して、それぞれバスバーユニット３０の中性側領域３６と相側領域３７とに配設することで、バスバー支持部の厚みを小さくでき、バスバーユニット３０を小型化できる。ステータ１との結線作業も容易になり作業性も向上する。

１ ステータ
２ コア
２ａ 要素コア
４ コイル
２１ リング部
２２ ティース部
２２ａ 要素ティース部
２７ 相領域
２８ 中性領域
４０ コイル対

Claims (10)

1. リング形状をしたリング部と、該リング部の内側からその中心に向かって突出する１２個の要素ティース部で構成されるティース部と、を有するコアと、
   前記要素ティース部のそれぞれに形成された１２個のコイルからなるコイル群と、
   を含み、
   前記コアは、それぞれが１個の前記要素ティース部を有する１２個の要素コアを連結することによって形成され、
   前記コイル群は、一本の導電線で連なる２個の前記コイルからなる６個のコイル対で構成され、
   前記コアをその軸方向に見て相領域と中性領域とに２等分したとき、前記６個のコイル対のそれぞれにおける、一方の前記コイルが前記相領域に配置され、他方の前記コイルが前記中性領域に配置されているステータ。
2. 請求項１に記載のステータにおいて、
   前記各コイル対における前記２個のコイルの巻回方向は、前記要素ティース部の先端側から見て同じ方向に設定され、
   前記各コイル対が、
   前記２個のコイルのうち、一方の前記コイルから巻き始められて他方の前記コイルで巻き終わる第１〜第３のコイル対と、
   前記２個のコイルのうち、他方の前記コイルから巻き始められて一方の前記コイルで巻き終わる第４〜第６のコイル対と、
   で構成され、
   前記コアをその軸方向に見て２等分する第１区画線で第１領域と第２領域とに区画したとき、前記第１〜第３のコイル対は前記第１領域に配置され、前記第４〜第６コイル対は前記第２領域に配置され、
   前記コアをその軸方向に見て前記第１区画線に直交する第２区画線で２等分する前記相領域と前記中性領域とに区画したとき、前記第１〜第６のコイル対のそれぞれにおける、一方の前記コイルが前記相領域に配置され、他方の前記コイルが前記中性領域に配置されているステータ。
3. 請求項１または請求項２に記載のステータにおいて、
   前記各コイル対はそれぞれスター結線され、
   前記中性領域から導出される導電線の全てが中性点に接続されているステータ。
4. 複数のバスバーと、
   前記複数のバスバーが配設される絶縁性のホルダと、
   を含み、
   前記ホルダがリング状のバスバー支持部を有し、
   前記バスバーが、
   略半円状の第１のバスバーと、
   劣弧状の少なくとも第２〜第４のバスバーと、
   を含み、
   前記バスバー支持部をその軸方向に見て相側領域と中性側領域とに２等分したとき、前記第１のバスバーが前記中性側領域に配設され、前記少なくとも第２〜第４のバスバーが重なるように前記相側領域に配設されているバスバーユニット。
5. 請求項４に記載のバスバーユニットにおいて、
   前記第１のバスバーが中性点に接続されるスター結線用のバスバーユニット。
6. 請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載のステータを含むモータ。
7. 請求項６に記載のモータにおいて、
   更に、磁極数が８個に設定されたロータを含むモータ。
8. 請求項４または請求項５に記載のバスバーユニットを含むモータ。
9. 請求項３に記載のステータを含むモータにおいて、
   請求項５に記載のバスバーユニットを含むモータ。
10. 請求項６〜請求項９のいずれか１つに記載のモータを含むパワーステアリング装置。

Images