JP2012105372A - 外転型の電動機 - Google Patents

Abstract

【課題】インシュレータがステータのティースから抜け出すことを防止して、インシュレータとロータとの接触を確実に防止することができる外転型の電動機を提供する。
【解決手段】外転型の電動機１は、周方向に所定の間隔で配置され放射状に突出する複数のティース１１ｂを有するステータコア１１と、各ティース１１ｂに配置される複数のインシュレータ１２と、インシュレータ１２の外周に巻線を巻回することで形成される複数のコイル１３と、を有するステータ１０と、ステータ１０の径方向外側に配置される円環状のロータ６と、を備える。各インシュレータ１２には、ステータコア１１の径方向内側に延出する延出部３８が形成され、延出部３８が、ステータコア１１と係合する鉤状爪部３８ａを有する。
【選択図】図７

Description

本発明は、外転型の電動機に関し、特に、ハイブリッド自動車や電気自動車に搭載することが可能な外転型の電動機に関する。

従来の外転型の電動機に用いられるステータとしては、隣接するティースの間のスロットの底付近から鋼板の積層方向外側に起立する爪を最外層の鋼板に形成し、渡り線をこの爪の外周側に通して、渡り線がステータの内径側に移動してステータの取付け座面に入るのを防止して、組立性の向上を図ったものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

しかしながら、特許文献１に記載のステータは、外周部に周方向突起が形成されたティースに巻線が巻回されているため、ティースと巻線との電気絶縁が十分ではなかった。そこで、周方向突起の無いステータコアのティースに、巻線が巻回された樹脂製のインシュレータをステータコアの径方向外側から挿入するステータを利用することが考えられる。

特開２００２−３１５２５０号公報

しかし、インシュレータを用いたステータにおいては、同相のコイル同士を接続している渡り部のスプリングバックによって、インシュレータがステータの径方向外側に押し出される傾向があり、インシュレータとロータが接触する可能性があった。

本発明は、前述した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、インシュレータがステータのティースから抜け出すことを防止して、インシュレータとロータとの接触を確実に防止することができる外転型の電動機を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、周方向に所定の間隔で配置され放射状に突出する複数のティース（例えば、後述の実施形態におけるティース１１ｂ）を有するステータコア（例えば、後述の実施形態におけるステータコア１１）と、各ティースに配置される複数のインシュレータ（例えば、後述の実施形態におけるインシュレータ１２）と、前記インシュレータの外周に巻線を巻回することで形成される複数のコイル（例えば、後述の実施形態におけるコイル１３）と、を有するステータ（例えば、後述の実施形態におけるステータ１０）と、前記ステータの径方向外側に配置される円環状のロータ（例えば、後述の実施形態におけるロータ６）と、を備える外転型の電動機であって、各インシュレータには、前記ステータコアの径方向内側に延出する延出部（例えば、後述の実施形態における延出部３８）が形成され、前記延出部が、前記ステータコアと係合する鉤状爪部（例えば、後述の実施形態における鉤状爪部３８ａ）を有することを特徴とする。

請求項２に係る発明は、請求項１の構成に加えて、前記ステータコアが円環状の内周壁（例えば、後述の実施形態における内周壁１１ｄ）を有し、前記延出部が前記ステータコアの軸方向面に沿って延出し、前記鉤状爪部が、前記ステータコアの前記内周壁と係合することを特徴とする。

請求項３に係る発明は、請求項２の構成に加えて、前記鉤状爪部が前記延出部の周方向両端部に形成され、前記延出部の周方向両端部の間に切り欠き部（例えば、後述の実施形態における切り欠き部３８ｂ）が形成されることを特徴とする。

請求項４に係る発明は、請求項１の構成に加えて、前記延出部が前記ティースの周方向面に沿って延出し、前記鉤状爪部が、前記ステータコアの隣り合うティース間に形成された凹部（例えば、後述の実施形態における凹部１１ｅ）と係合することを特徴とする。

請求項１の発明によれば、インシュレータの延出部に形成された鉤状爪部がステータコアと係合するので、インシュレータがステータのティースから抜け出すことを防止して、インシュレータとロータとの接触を確実に防止することができる。

請求項２の発明によれば、ステータコアの軸方向面に沿って延出する延出部に形成された鉤状爪部がステータコアの内周壁と係合するので、簡易な構造によりインシュレータをステータコアに固定することができる。

請求項３の発明によれば、延出部の周方向両端部の間に切り欠き部が形成されることにより、ステータ固定用のボルトのための空間が残るので、全て同形状のインシュレータを用いることができ、製造が容易になる。

請求項４の発明によれば、ティースの周方向面に沿って延出する延出部に形成された鉤状爪部が、ステータコアの隣り合うティース間に形成された凹部と係合するので、簡易な構造によりインシュレータをステータコアに固定することができる。また、全て同形状のインシュレータを用いることができ、製造が容易になる。

本発明の第１実施形態に係る電動機の縦断面図である。 図１におけるステータの正面図である。 図２におけるステータコアの正面図である。 （ａ）は図１におけるインシュレータの斜視図であり、（ｂ）は同じインシュレータの別方向から見た斜視図である。 （ａ）はインシュレータに巻線が巻回された第１のコイルの斜視図であり、（ｂ）はインシュレータに巻線が巻回された第２のコイルの斜視図である。 コイル巻線の接合部を示す拡大斜視図である。 図４のインシュレータのステータコアへの固定状態を示す要部斜視図である。 変形例に係るインシュレータの斜視図である。 本発明の第２実施形態に係る電動機のステータの正面図である。 図９におけるステータコアの正面図である。 図９におけるインシュレータの斜視図である。 図１１におけるインシュレータのステータコアへの固定状態を示す要部断面図である。

以下、本発明の実施の形態を、添付図面に基づいて説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。

（第１実施形態）
まず、本発明の第１実施形態に係る外転型の電動機について、図１〜７を参照して説明する。図１に示すように、本実施形態の電動機は、３相８極対の外転型電動機１であり、軸心Ｏを中心として、モータハウジング２にボルト３により固定されたステータ１０と、ステータ１０の径方向外側に僅かな隙間を介して配置される円環状のロータ６と、を備える。

ロータ６は、電磁鋼板が積層されてなるロータコア６ａに磁石６ｂが埋め込まれてなり、略円環形状を有する。ロータ６は、縁付円盤状のアーム部材５の縁部内周面５ａに固定されており、モータハウジング２に内嵌する玉軸受７、７によって回転自在に支持された回転軸８に一体回転可能に固定されている。ロータ６は、ステータ１０に発生させる回転磁界によって回転駆動される。回転軸８とステータ１０の間には、回転軸８の磁極位置を検出するレゾルバ９が配設されている。

ステータ１０は、図２、３に示すように、ステータコア１１と、複数（本実施形態では２４個）のコイル１３（１３ｕ、１３ｖ、１３ｗ）と、を備える。ステータコア１１は、複数の電磁鋼板がステータ１０の軸方向、即ち、図３において紙面と垂直方向に積層されて構成される。ステータコア１１は、円環部１１ａから径方向外側に向かって放射状に突出形成される周方向に並ぶ複数（２４個）のティース１１ｂを有し、全体として略円環形状を有する。ステータコア１１の円環部１１ａは内周壁１１ｄを有し、円環部１１ａの軸方向面内周側から内周壁１１ｄには、軸方向に開通したボルト穴１７をそれぞれ有する複数（本実施形態では６個）の凸部１１ｃが形成されている。このボルト穴１７に挿通されるボルト３によりステータ１０がモータハウジング２に固定される（図１参照）。

コイル１３は、所定本数の導線からなる巻線（本実施形態では、２本の導線からなる束線（パラ巻線）であり、以下束線と呼ぶ。）１４を、絶縁特性を有する合成樹脂などで形成されたインシュレータ１２を介してステータコア１１のそれぞれのティース１１ｂの周囲に突極集中巻きによって巻回することで形成される。

コイル１３は、それぞれ８個ずつのＵ相、Ｖ相及びＷ相の３相のコイルからなり、Ｕ相コイル１３ｕ、Ｖ相コイル１３ｖ、及びＷ相コイル１３ｗが、時計方向にこの順で配置されてティース１１ｂに巻回されている。即ち、他相のコイル１３（例えば、Ｖ相コイル１３ｖ、及びＷ相コイル１３ｗ）を挟んで配置される同相のコイル１３（例えば、Ｕ相コイル１３ｕ）同士は、他相のコイル１３を跨いで配索される渡り部１４Ｔにより接続されている。

図４（ａ）（ｂ）に示すように、インシュレータ１２は、束線１４が巻回される胴部２４と、該胴部２４の径方向両端部に設けられた外周側鍔部２５及び内周側鍔部２６と、を有する。胴部２４は、ステータ１０の軸方向に向いて対向する壁２０，２１及びステータ１０の周方向に向いて対向する壁２２、２３によって、径方向に貫通する角穴２４ａを有して断面矩形の筒状に形成される。角穴２４ａの大きさは、ステータコア１１のティース１１ｂより僅かに大きく、ティース１１ｂが挿通可能である。壁２２、２３には、束線１４を巻回する際、束線１４を位置決めするための複数の凹溝２７が、角穴２４ａの軸芯に対して直交する方向に設けられている。

外周側鍔部２５の壁２０側の端部には、周方向に離間して一対の略Ｕ字型の溝２８、２９が形成されている。また、内周側鍔部２６の軸方向一端側部分（壁２０側）は、軸方向から見て、周方向中間部から周方向両端面に向かって徐々に肉厚に形成されている。内周側鍔部２６の周方向両端面と径方向外側面との隅部には、軸方向一端側に突出する略三角柱状の内側巻線支持部３１、３２が設けられている。また、内周側鍔部２６の軸方向一端側部分には、周方向中間部から周方向両端面に向かうにつれて径方向内側に傾斜する傾斜面３３、３４が形成されている。これらの傾斜面３３、３４は、内側巻線支持部３１、３２の径方向内向き傾斜面３1ａ、３２ａと対向して、溝部３５、３６を形成する。

さらに、内周側鍔部２６の軸方向一端側部分と壁２０との境界部分には、壁２０に対して傾斜した案内部３７が形成されている。この案内部３７によって、周方向他端面側（図４において右側端面）から周方向一端面側（図４において左側端面）へと壁２０に沿って最初に巻回される束線１４が案内される。また、案内部３７には、溝部３５から胴部２４へ向かう束線１４を軸方向に案内する段部３７ａが形成される。

また、内周側鍔部２６の径方向内側面には、角穴２４ａの周方向長さに亘って、壁２０、２１を延長するように径方向内側へと延出する一対の延出部３８、３８が形成されている。各延出部３８の周方向中間部には、略半円形の切り欠き部３８ｂが形成されている。各延出部３８の周方向両端部の径方向内側には、それぞれ軸方向中間部側へと屈曲する鉤状爪部３８ａが形成されている。

コイル１３は、インシュレータ１２の胴部２４の周囲に束線１４が複数回に亘って巻回されて形成される。なお、本実施形態ではインシュレータ１２への巻き方が異なる２種類のコイル１３を有する。コイル１３は、図５（ａ）及び（ｂ）に示すように、インシュレータ１２の胴部２４に巻回されたコイル１３の第１巻き端４１が、胴部２４の径方向外側寄りに位置し、第２巻き端４２が胴部２４の径方向内側から異相となるコイル１３を跨いで径方向外側に延びる。第１のコイル１３は、図５（ａ）に示すように、第１巻き端４１が、図中左側の溝２９に挿入され、その端部４１ａが外周側鍔部２５から径方向外方に僅かに突出するようにその長さが設定される。また、第１のコイル１３は、第２巻き端４２が、径方向内向き傾斜面３３に軸方向に並ぶようにして溝部３５を斜め右下方に通過し内側巻線支持部３１に係止される。この内側巻線支持部３１から先は、図２に示すように径方向外側に延びてその端部４２ａが周方向に隣り合う同相のコイル１３の第１巻き端４１の端部４１ａに接合されるため、異相となるコイル１３を跨ぐ渡り部１４Ｔ分に加えて端部４２ａが外周側鍔部２５から径方向外方に僅かに突出するようにその長さが設定される。

また、図５（ｂ）に示すように、第２のコイル１３は、第１巻き端４１が、図中右側の溝２８に挿入され、その端部４１ａが外周側鍔部２５から径方向外方に僅かに突出するようにその長さが設定される。また、第２のコイル１３は、第２巻き端４２が、内側巻線支持部３２に巻き掛けられて径方向内向き傾斜面３４に軸方向に並ぶようにして溝部３６を斜め左下方に延びる。この内側巻線支持部３２から先は、図２に示すように径方向外側に延びてその端部４２ａが周方向に隣り合う同相のコイル１３の第１巻き端４１の端部４１ａに接合されるため、異相となるコイル１３を跨ぐ渡り部１４Ｔ分に加えて端部４２ａが外周側鍔部２５から径方向外方に僅かに突出するようにその長さが設定される。

図２に戻り、各相８個ずつのコイル１３（Ｕ相、Ｖ相及びＷ相コイル１３ｕ、１３ｖ、１３ｗ）は、それぞれステータコア１１の半周分に相当する４個ずつ、２つのコイル群１８（１８ｕ、１８ｖ、１８ｗ）に分けられている。即ち、ステータ１０に対して左方向回りに形成されるコイル群１８（図２中、境界線Ｐの左側に位置するコイル群）のコイル１３は、第１のコイル１３から構成され、ステータ１０に対して右回りに形成されるコイル群１８（図２中、境界線Ｐの右側に位置するコイル群）のコイル１３は、第２のコイル１３から構成されている。

但し、図２に示す実施形態においては、ステータ１０に対して右回りに形成されるコイル群１８の第２のコイル１３の内、後述する中性点に接続される３個のコイル１３（１３ｕ、１３ｖ、１３ｗ）は、中性点との接続を容易にするため、第１巻き端４１が、溝２９に挿入されてその端部４１ａが上方に導出している。仮にこの３個のコイル１３を第３のコイル１３と称する。なお、ステータ１０に対して右回りに形成されるコイル群１８の全てのコイル１３を、第２のコイル１３で構成するようにしてもよい。この場合、中性点との接続が僅かに異なる。

図２において、境界線Ｐの両側に最も近接して配置された同相の一対のコイル１３から導出される束線１４、具体的には、ステータ１０に対して左回りに形成されるＵ相コイル群１８ｕの第１のＵ相コイル１３ｕ、及びステータ１０に対して右回りに形成されるＵ相コイル群１８ｕの第２のＵ相コイル１３ｕの、それぞれの第２巻き端４２の端部４２ａが、Ｕ相接続端子１５ｕに接続されている。

同様に、境界線Ｐの両側に最も近接して配置された一対のＶ相コイル１３ｖの第２巻き端４２の端部４２ａがＶ相接続端子１５ｖに接続され、一対のＷ相コイル１３ｗの第２巻き端４２の端部４２ａがＷ相接続端子１５ｗに接続されている。

また、左方向回りに形成されるコイル群１８と右方向回りに形成されるコイル群１８とが出会う位置、即ち、各相の接続端子１５（Ｕ相、Ｖ相及びＷ相接続端子１５ｕ、１５ｖ、１５ｗ）の反対側で、境界線Ｐを挟んで両側に配置された各相一対、６個のコイル１３の第１巻き端４１の端部４１ａは、隣り合うコイル１３の端部４１ａ同士が、それぞれ接続線４０によって接続されて、中性点を構成する。

更に、左方向回りに形成されるコイル群１８の各第１のコイル１３の第２巻き端４２は、隣り合うコイル１３の溝部３６に挿入されて係止され、その端部４２ａが、周方向に隣り合う同相コイルの外周側鍔部２５の径方向外側に延びる第１巻き端４１の端部４１ａに接合されている。

また、右方向回りに形成されるコイル群１８のコイル１３も同様に、各第２のコイル１３の第２巻き端４２は、インシュレータ１２の溝部３６を通って隣り合うコイル１３の溝部３５に挿入されて係止され、その端部４２ａが、周方向に隣り合う同相コイルの外周側鍔部２５の径方向外側に延びる第１巻き端４１の端部４１ａに接合されている。図６も参照して、第１巻き端４１の端部４１ａと第２巻き端４２の端部４２ａの接合部１４ａは、絶縁材５０によって覆われてインシュレータ１２に固定されている。なお、接合処理は、超音波溶接装置により超音波を印加すること等により行われ、絶縁処理は、絶縁材５０である粉末ワニスを固化させて接合部１４ａを覆い、インシュレータ１２の外周側鍔部２５に固定することで行われる。

各コイル１３をステータコア１１に固定する際には、インシュレータ１２に束線１４を巻回して独立したコイル１３を作成した後で、各ティース１１ｂにコイル１３を径方向外側から装着する。装着時、ティース１１ｂをインシュレータ１２の角穴２４ａに挿入する際には、各延出部３８および各鉤状爪部３８ａが、ティース１１ｂの軸方向面に沿うようにそれぞれ軸方向外向きに弾性変形する。鉤状爪部３８ａがステータコア１１の内周壁１１ｄに到達した時点で、延出部３８および鉤状爪部３８ａが弾性変形から解放され、鉤状爪部３８ａがステータコア１１の内周壁１１ｄと係合する（図７参照。尚、図７においては、図の簡略化のために束線１４等は省略されている）。各延出部３８には切り欠き部３８ｂが形成されているので、全て同形状のインシュレータ１２を用いてもボルト穴１７を塞ぐことなく、複数のコイル１３をステータコア１１に装着することができる（図２参照）。このように、インシュレータ１２の鉤状爪部３８ａがステータコア１１の内周壁１１ｄと係合することにより、各コイル１３が周方向両端部および軸方向両端部においてステータコア１１に確実に固定される。

上記したように、本実施形態の電動機１によれば、各インシュレータ１２には、ステータコア１０の径方向内側に延出する延出部３８が形成され、延出部３８が、ステータコア１２と係合する鉤状爪部３８ａを有するので、インシュレータ１２がステータ１１のティース１１ｂから抜け出すことを防止して、インシュレータ１２とロータ６との接触を確実に防止することができる。

また、延出部３８がステータコア１２の軸方向面に沿って延出し、ステータコア１２が円環状の内周壁１２ｄを有し、鉤状爪部３８ａが、ステータコア１２の内周壁１２ｄと係合するので、簡易な構造によりインシュレータ１２をステータコア１１に固定することができる。

また、鉤状爪部３８ａが延出部３８の周方向両端部に形成され、延出部３８の周方向両端部の間に切り欠き部３８ｂが形成されるので、ステータ１０をモータハウジング２に固定するためのボルト１７のための空間が残るので、全て同形状のインシュレータ１２を用いることができ、製造が容易になる。

尚、インシュレータに形成される延在部および鉤状爪部は、前述した実施形態の形状に限定されない。例えば、図８に示すインシュレータ１２´のように、切り欠き部３８ｂが設けられず、延出部３８´の周方向長さに亘って鉤状爪部３８ａ´が形成されてもよい。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態に係る外転型の電動機について、図９〜１２を参照して説明する。なお、第２実施形態の電動機は、インシュレータとステータコアの構造およびこれらの係合方法において、第１実施形態の電動機と異なる。このため、第１実施形態と同一又は同等部分には同一符号又は相当符号を付して説明を簡略化又は省略する。

図９に示すように、第２実施形態に係る電動機のステータ１０Ａは、円環部１１ａから径方向外側に向かって放射状に突出形成された複数（２４個）のティース１１ｂを有するステータコア１１Ａと、それぞれのティース１１ｂの周囲にインシュレータ１２Ａを介して形成された複数のコイル１３と、を備える。

図１０に示すように、ステータコア１１Ａの円環部１１ａの外周面には、複数の凹部１１ｅが形成されている。これらの凹部１１ｅは、円環部１１ａと各ティース１１ｂとの境界部分に沿って、軸方向長さに亘って平行に形成されている。凹部１１ｅは、円環部１１ａの外周面から、ティース１１ｂの径方向内側に回り込むような形状に形成される。

図１１に示すように、インシュレータ１２Ａの内周側鍔部２６の径方向内側面には、角穴２４ａの軸方向長さに亘って、壁２２、２３を延長するように径方向内側へと延出する一対の延出部３９、３９が形成されている。各延出部３９には、角穴２４ａ側へ突出する鉤状爪部３９ａが形成されている。これらの延出部３９をステータコア１１Ａに形成された凹部１１ｅにそれぞれ挿入し、各鉤状爪部３９ａをティース１１ｂの径方向内側で凹部１１ｅに係合させることにより、各コイル１３（インシュレータ１２Ａ）がステータコア１０Ａに固定される（図１２参照）。このように、インシュレータ１２Ａの鉤状爪部３９ａがステータコア１１Ａの凹部１１ｅと係合することにより、各コイル１３が周方向両端部において軸方向長さに亘りステータコア１１Ａに確実に固定される。

上記したように、本実施形態の電動機によれば、延出部３９がティース１１ｂの周方向面に沿って延出し、鉤状爪部３９ａが、ステータコア１１Ａの隣り合うティース１１ｂ間に形成された凹部１１ｄと係合するので、簡易な構造によりインシュレータ１２をステータコア１１に固定することができる。また、全て同形状のインシュレータ１２を用いることができ、製造が容易になる。

尚、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良等が可能である。

１ 電動機
１０、１０Ａ ステータ
１１、１１Ａ ステータコア
１１ａ 円環部
１１ｂ ティース
１１ｄ 内周壁
１１ｅ 凹部
１２、１２´、１２Ａ インシュレータ
１３ コイル
３８、３８´ 延出部
３８ａ、３８ａ´ 鉤状爪部
３８ｂ 切り欠き部
３９ 延出部
３９ａ 鉤状爪部

Claims (4)

1. 周方向に所定の間隔で配置され放射状に突出する複数のティースを有するステータコアと、各ティースに配置される複数のインシュレータと、前記インシュレータの外周に巻線を巻回することで形成される複数のコイルと、を有するステータと、
   前記ステータの径方向外側に配置される円環状のロータと、を備える外転型の電動機であって、
   各インシュレータには、前記ステータコアの径方向内側に延出する延出部が形成され、
   前記延出部が、前記ステータコアと係合する鉤状爪部を有することを特徴とする外転型の電動機。
2. 前記ステータコアが円環状の内周壁を有し、
   前記延出部が前記ステータコアの軸方向面に沿って延出し、
   前記鉤状爪部が、前記ステータコアの前記内周壁と係合することを特徴とする請求項１に記載の外転型の電動機。
3. 前記鉤状爪部が前記延出部の周方向両端部に形成され、
   前記延出部の周方向両端部の間に切り欠き部が形成されることを特徴とする請求項２に記載の外転型の電動機。
4. 前記延出部が前記ティースの周方向面に沿って延出し、
   前記鉤状爪部が、前記ステータコアの隣り合うティース間に形成された凹部と係合することを特徴とする請求項１に記載の外転型の電動機。

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