JP2015162921A

JP2015162921A - モータ

Info

Publication number: JP2015162921A
Application number: JP2014035194A
Authority: JP
Inventors: 清隆古賀; Kiyotaka Koga
Original assignee: Aisin AW Co Ltd
Current assignee: Aisin AW Co Ltd
Priority date: 2014-02-26
Filing date: 2014-02-26
Publication date: 2015-09-07

Abstract

【課題】比較的高い剛性のコイルを良好な組み付け性で径方向に組み付け可能なモータの提供。
【解決手段】モータは、ステータコアと、二層巻の態様で各所定の２つの前記スロットに径方向にそれぞれ組み付けられる複数のコイルであって、それぞれ、対応する前記所定の２つの前記スロットの一方に挿入される第１スロット挿入部と、他方に挿入される第２スロット挿入部を含み、自由状態で前記第１スロット挿入部と前記第２スロット挿入部との間の間隔が変化しない剛性を持つ複数のコイルとを含み、スロットのそれぞれは、径方向に連続する第１スロット部及び第２スロット部を含み、第１スロット部は、前記所定の２つの前記スロットへの前記コイルの組み付け時における軸方向視での前記第１スロット挿入部と前記第２スロット挿入部との間の間隔の変化量が低減するように、前記第２スロット部に対して周方向にオフセットして形成される。
【選択図】図３

Description

本開示は、モータに関する。

従来から、閉ループの形態の導体カセットコイルを用いたモータが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開2012‐249344号公報

しかしながら、上記の特許文献１に記載の構成では、導体カセットコイルは、ステータコアに軸方向に装着可能であるので、コイルエンドが大型化するという問題がある。

他方、導体カセットコイルは、剛性があるので、ステータコアに径方向に組み付けようとすると、導体カセットコイルのピッチを変化させる（導体カセットコイルを変形させる）必要があり、組み付け性が悪いという問題がある。

そこで、本開示は、比較的高い剛性のコイルを良好な組み付け性で径方向に組み付け可能なモータの提供を目的とする。

本開示の一局面によれば、複数のスロットが周方向に等間隔に形成されるステータコアと、
二層巻の態様で各所定の２つの前記スロットに径方向にそれぞれ組み付けられる複数のコイルであって、それぞれ、対応する前記所定の２つの前記スロットの一方に挿入される第１スロット挿入部と、他方に挿入される第２スロット挿入部を含み、自由状態で前記第１スロット挿入部と前記第２スロット挿入部との間の間隔が変化しない剛性を持つ複数のコイルとを含み、
前記ステータコアは、前記所定の２つの前記スロットの少なくとも１つの組に対して、前記所定の２つの前記スロット間において周方向に分離せず、
前記スロットのそれぞれは、径方向に連続する第１スロット部及び第２スロット部を含み、
前記第１スロット部は、前記所定の２つの前記スロットへの前記コイルの組み付け時における軸方向視での前記第１スロット挿入部と前記第２スロット挿入部との間の間隔の変化量が低減するように、前記第２スロット部に対して周方向にオフセットして形成される、モータが提供される。

本開示によれば、比較的高い剛性のコイルを良好な組み付け性で径方向に組み付け可能なモータが得られる。

一例によるモータ１の構成を示す斜視図である。コイル３０を形成する１つの閉ループコイル３２の一例を示す図である。ステータコア２０の一例を部分的に示す平面図である。ステータコア２０への閉ループコイル３２の組み付け（挿入）時の状態を模式的に示す図（その１）である。ステータコア２０への閉ループコイル３２の組み付け（挿入）時の状態を模式的に示す図（その２）である。比較例を示す図である。分割コアの構成のステータコア２０Ａの一例を示す平面図である。アウタロータ型のモータ用のステータコア２０Ｂの一例を部分的に示す平面図である。

以下、添付図面を参照しながら各実施例について詳細に説明する。

図１は、一例によるモータ１の構成を示す斜視図である。図２は、コイル３０を形成する１つの閉ループコイル３２の一例を示す図である。尚、図１においては、ロータの図示は省略されている。

以下では、径方向、周方向及び軸方向は、モータ１の回転軸を基準とし、回転軸を中心として内径側及び外径側を定義する。例えば、内径側とは、回転軸の径方向で回転軸に近い側を指す。

モータ１は、ステータ６を含む。ステータ６は、インナロータ型の任意のモータで使用されてもよい。例えば、ステータ６は、ハイブリッド車又は電気自動車で使用される走行用モータで使用されてもよい。走行用モータは、例えば永久磁石モータであってもよいし、電磁石と永久磁石とを併用するハイブリッド型のモータであってもよい。走行用モータは、例えば３相ブラシレスモータである。

ステータ６は、ステータコア２０と、コイル３０とを含む。

ステータコア２０は、例えば積層鋼板から形成される。ステータコア２０は、複数の分割コアから形成されてもよい。ステータコア２０は、内径側にティース２２を含む。ティース２２は、周方向に等間隔で複数個形成され、周方向で隣接するティース２２間にスロット２３（図３参照）が画成される。

コイル３０は、ステータコア２０のスロット２３に設けられる。コイル３０は、分布巻でステータコア２０に装着される。尚、分布巻とは、コイル３０の各相が複数のスロット２３に分散して装着される形態である。また、コイル３０は、二層巻の形態でステータコア２０に装着される。即ち、コイル３０は、分布巻の二層巻となる。二層巻とは、コイル３０の２つのコイル辺が同一のスロット２３に装着される形態である。

コイル３０は、複数の閉ループコイル３２をステータコア２０に組み付けることにより形成される。閉ループコイル３２は、いわゆるカセットコイルであり、図２に示すように、閉ループの形態を持つ。閉ループコイル３２は、図２に示すように、軸方向に延在する第１スロット挿入部（第１コイル辺）３２１と、軸方向に延在する第２スロット挿入部（第２コイル辺）３２２と、コイルエンド部３２３と、引出部３２４とを含む。第１スロット挿入部３２１、第２スロット挿入部３２２及びコイルエンド部３２３が閉ループを形成する。尚、図２に示す例では、閉ループコイル３２のターン数は、４であるが、２以上の任意である。図２に示す例では、各ターンの閉ループは、径方向に互いに重なり合い、略同心に形成される。

閉ループコイル３２は、自由状態で、形状（図２に示す例では、図示の閉ループの形態）を維持できるような剛性を有する。尚、自由状態とは、ステータコア２０に組み付けられる前の状態であって、重力とそれに釣り合う力以外の外力が加わらない状態である。従って、閉ループコイル３２は、自由状態で、例えば第１スロット挿入部３２１と第２スロット挿入部３２２との位置関係は変化しない（即ち形状が崩れない）。閉ループコイル３２の形状は、特に第１スロット挿入部３２１と第２スロット挿入部３２２が組み付け状態で変形状態にならないように設計される。

各閉ループコイル３２は、それぞれ、所定の２つのスロット２３に装着される。所定の２つのスロット２３は、閉ループコイル３２毎に異なる組合せである。尚、１つのスロット２３には、所定の２つの閉ループコイル３２の一方の第１スロット挿入部３２１と他方の第２スロット挿入部３２２が挿入されることになる。尚、各閉ループコイル３２は、ステータコア２０への装着後に同相同士が溶接等により接合され、各相の動力端子（図示せず）に接続される。

図３は、ステータコア２０の一例を軸方向視で示す平面図である。尚、図３においては、ステータコア２０の一部のみが示されている。また、図３には、ステータコア２０の中心Ｏ（モータ１の回転軸）が示されている。

複数のスロット２３は、全て同一の形状である。複数のスロット２３は、内径側が開口する。複数のスロット２３のそれぞれは、第１スロット部２３１と、第２スロット部２３２とを含む。第１スロット部２３１は、外径側に形成され、第２スロット部２３２は、内径側に形成される。第１スロット部２３１及び第２スロット部２３２は、径方向に連続する。第１スロット部２３１及び第２スロット部２３２は、図３に示すように、互いに対して周方向にオフセットして形成される。

ここでは、一例として、複数のスロット２３のうち、２つのスロット２３Ａ，２３Ｂに注目して、第１スロット部２３１及び第２スロット部２３２の特徴的な構成を詳説する。尚、スロット２３Ａ，２３Ｂは、ある１つの閉ループコイル３２が装着される１つの組を形成する。即ち、ある１つの閉ループコイル３２の第１スロット挿入部３２１は、スロット２３Ａの第１スロット部２３１に内径側から挿入され、当該閉ループコイル３２の第２スロット挿入部３２２は、スロット２３Ｂの第２スロット部２３２に内径側から挿入される。

スロット２３Ａの第１スロット部２３１は、図３にラインＬ１にて示すように、所定方向に直線状に延在する。所定方向は、図３にラインＬ１にて示すように、中心Ｏに向かう方向ではなく、中心Ｏよりもスロット２３Ｂ側に向かう方向である。

スロット２３Ｂの第２スロット部２３２は、図３にラインＬ２にて示すように、円弧状に延在する。この際、円弧状の曲率中心は、スロット２３Ａ側に設定される。図３に示す例では、ラインＬ２は、スロット２３Ａの第１スロット部２３１内の外径側のポイントＰを中心とした半径Ｒの円弧である。第１スロット部２３１内の外径側のポイントＰは、例えば第１スロット部２３１内に挿入される第１スロット挿入部３２１の１ターン部分であって、最も外径側に位置する１ターン部分の中心に対応する。

このように、図３に示す例では、スロット２３Ａの第１スロット部２３１は、中心Ｏよりもスロット２３Ｂ側に向かう方向に内径方向に延在し、且つ、スロット２３Ｂの第２スロット部２３２は、スロット２３Ａ側の曲率中心を持つ円弧状に延在する。このような構成を実現するのに伴って、第１スロット部２３１及び第２スロット部２３２の周方向のオフセットが生じる。

図４及び図５は、ステータコア２０への閉ループコイル３２の組み付け（挿入）時の状態を模式的に示す図である。ここでは、一例として、複数のスロット２３のうち、２つのスロット２３Ａ，２３Ｂに、ある１つの閉ループコイル３２Ａが組み付けられる場合を代表して説明する。尚、他の閉ループコイル３２の組み付け態様についても実質的に同様である。

図４（Ａ）は、ある１つの閉ループコイル３２Ａの組み付け前の状態を示す。尚、この状態では、スロット２３Ｂの第１スロット挿入部３２１には、他の閉ループコイル３２の第１スロット挿入部３２１が既に挿入されている。

閉ループコイル３２Ａの組み付けは、まず、図４（Ｂ）に示すように、第１スロット挿入部３２１をスロット２３Ａの第１スロット部２３１へと外径方向に挿入することにより開始される。閉ループコイル３２Ａの第１スロット挿入部３２１がスロット２３Ａの第１スロット部２３１へ挿入されると、閉ループコイル３２Ａの第２スロット挿入部３２２は、図４（Ｂ）に示すように、スロット２３Ｂの第２スロット部２３２の入り口に径方向に対向する位置に来る。これは、上述したスロット２３Ａの第１スロット部２３１及びスロット２３Ｂの第２スロット部２３２の特徴的な構成に起因する。即ち、特徴的な構成として、上述の如く、スロット２３Ａの第１スロット部２３１は、中心Ｏよりもスロット２３Ｂ側に向かう方向に内径方向に延在し、且つ、スロット２３Ｂの第２スロット部２３２は、スロット２３Ａ側の曲率中心を持つ円弧状に延在する。これにより、閉ループコイル３２Ａの第２スロット挿入部３２２の挿入開始時（閉ループコイル３２Ａの第１スロット挿入部３２１の挿入完了状態）において、スロット２３Ｂの第２スロット部２３２の入り口に径方向に対向する位置に、第２スロット挿入部３２２を至らせることができる。換言すると、閉ループコイル３２Ａの第２スロット挿入部３２２の挿入開始時においてかかる関係が実現されるように、スロット２３Ａの第１スロット部２３１及びスロット２３Ｂの第２スロット部２３２が構成されている。

次いで、図４（Ｃ）に示すように、閉ループコイル３２Ａの第２スロット挿入部３２２のスロット２３Ｂへの組み付けが開始される。具体的には、第２スロット挿入部３２２の１ターン目（最も外径側から１ターン目とする）は、図４（Ｃ）に矢印Ｑ１にて示すように、スロット２３Ｂの第２スロット部２３２の外径側端部（第１スロット部２３１との境界位置）まで挿入される。この挿入前後において、閉ループコイル３２Ａの第１スロット挿入部３２１の１ターン目と第２スロット挿入部３２２の１ターン目との間の距離Ｌｐ１は、実質的に変化しない。これは、上述したスロット２３Ａの第１スロット部２３１及びスロット２３Ｂの第２スロット部２３２の特徴的な構成に起因する。即ち、上述の如く、スロット２３Ｂの第２スロット部２３２は、図３にラインＬ２にて示したように、第１スロット挿入部３２１の１ターン目を中心とした円弧状に延在する。従って、第２スロット部２３２内のどの位置に第２スロット挿入部３２２の１ターン目が位置しても、閉ループコイル３２Ａの第１スロット挿入部３２１の１ターン目と第２スロット挿入部３２２の１ターン目との間の距離Ｌｐ１は、実質的に変化しない。これにより、第２スロット挿入部３２２の１ターン目の第２スロット部２３２への挿入時の閉ループコイル３２Ａの変形（ピッチの変化による変形）を抑制することができる。

次いで、図５（Ａ）に矢印Ｑ２にて示すように、第２スロット挿入部３２２の２ターン目は、スロット２３Ｂの第２スロット部２３２内に第２スロット挿入部３２２の１ターン目の内径側表面まで挿入される。この挿入前後において、閉ループコイル３２Ａの第１スロット挿入部３２１の２ターン目と第２スロット挿入部３２２の２ターン目との間の距離Ｌｐ２は、実質的に変化しない（例えば、変化量は０．２ｍｍ以下）。これは、同様に、上述したスロット２３Ａの第１スロット部２３１及びスロット２３Ｂの第２スロット部２３２の特徴的な構成に起因する。

次いで、図５（Ｂ）に矢印Ｑ３にて示すように、第２スロット挿入部３２２の３ターン目は、スロット２３Ｂの第２スロット部２３２内に第２スロット挿入部３２２の２ターン目の内径側表面まで挿入される。この挿入前後において、閉ループコイル３２Ａの第１スロット挿入部３２１の３ターン目と第２スロット挿入部３２２の３ターン目との間の距離Ｌｐ３は、実質的に変化しない（例えば、変化量は０．３ｍｍ以下）。これは、同様に、上述したスロット２３Ａの第１スロット部２３１及びスロット２３Ｂの第２スロット部２３２の特徴的な構成に起因する。

次いで、図５（Ｃ）に矢印Ｑ４にて示すように、第２スロット挿入部３２２の４ターン目は、スロット２３Ｂの第２スロット部２３２内に第２スロット挿入部３２２の３ターン目の内径側表面まで挿入される。この挿入前後において、閉ループコイル３２Ａの第１スロット挿入部３２１の４ターン目と第２スロット挿入部３２２の４ターン目との間の距離Ｌｐ４は、実質的に変化しない（例えば、変化量は０．３ｍｍ以下）。これは、同様に、上述したスロット２３Ａの第１スロット部２３１及びスロット２３Ｂの第２スロット部２３２の特徴的な構成に起因する。

尚、図４及び図５に示す例では、第２スロット挿入部３２２は、１ターンずつ組み込まれているが、４ターン分を同時に組み込む方法であってもよい。

図６は、比較例を示す図である。この比較例では、ステータコアの各スロットは、中心Ｏに向かう方向に内径方向に延在する。閉ループコイル３２’は、第１スロット挿入部３２１’及び第２スロット挿入部３２２’が組み付け状態で変形しないような形状を有する。この場合、図６に示すように、閉ループコイル３２’の第２スロット挿入部３２２’の挿入開始時（閉ループコイル３２’の第１スロット挿入部３２１’の挿入完了状態）において、スロットの入り口に径方向に対向する位置に、第２スロット挿入部３２２’が来ない。このため、第２スロット挿入部３２２’の組み付け（挿入）には第２スロット挿入部３２２’の比較的大きい変形（矢印Ｑ５参照）が伴うことになる。

これに対して、本実施例によれば、上述の如く、閉ループコイル３２Ａの第２スロット挿入部３２２の組み付け（挿入）開始時に、第２スロット挿入部３２２がスロット２３Ｂの第２スロット部２３２の入り口に径方向に対向する位置に来るので、第２スロット挿入部３２２の組み付け時の変形を抑制することができる。また、第２スロット挿入部３２２の組み付け中も、閉ループコイル３２Ａの第１スロット挿入部３２１と第２スロット挿入部３２２との間の間隔（ピッチ）が実質的に変化しないので、第２スロット挿入部３２２の組み付け時の変形を抑制することができる。従って、本実施例によれば、閉ループコイル３２の径方向の組み付けを可能としつつ、閉ループコイル３２の組み付け性を高めることができる。

尚、上述した実施例では、ステータコア２０は、周方向で分割されない構成であるが、例えば図７に示すように、分割コアの構成であってよい。但し、分割コアの構成は、鉄損が大きく、締結リング（焼嵌めリング）が必要になる点で不利である。

図７は、分割コアの構成のステータコア２０Ａの一例を示す平面図である。図７に示すステータコア２０Ａは、３分割タイプであるが、分割数は任意である。但し、各閉ループコイル３２の全てが、異なる２つの分割コアに組み付けられるような分割態様の場合は、ステータコア２０Ａのスロット構成が図６に示すような構成であっても、閉ループコイル３２の組み付け時の変形は実質的に発生しない。従って、上述したスロット２３Ａの第１スロット部２３１及びスロット２３Ｂの第２スロット部２３２の特徴的な構成は、少なくとも１つの閉ループコイル３２が、分割されていない２つのスロットに組み込まれる必要がある分割態様の構成に対して好適となる。

尚、図７に示す例では、第１スロット部２３１Ａ及び第２スロット部２３２Ａは、図４に示した第１スロット部２３１及び第２スロット部２３２に対して左右対称に構成されているが、このような差異は本質的でなく、上述した実施例と同様の効果を得ることができる。

また、上述した実施例では、ステータコア２０は、インナーロータ型のモータ１用の構成であるが、アウタロータ型のモータにおいても、同様の考え方を適用することができる。

図８は、アウタロータ型のモータ用のステータコア２０Ｂの一例を示す平面図である。図８では、ステータコア２０Ｂの一部が示されていると共に、ある１つの閉ループコイル３２Ｂの第１スロット挿入部３２１Ｂ及び第２スロット挿入部３２２Ｂが概略的に示されている。尚、閉ループコイル３２Ｂは、図２に示した閉ループコイル３２に対して形状の詳細が異なる以外は同一である。

第１スロット挿入部３２１Ｂ及び第２スロット挿入部３２２Ｂは、図３に示した第１スロット挿入部３２１及び第２スロット挿入部３２２と実質的に同様に形成される。即ち、スロット２３０Ａの第１スロット部２３１Ｂは、中心Ｏよりもスロット２３０Ｂ側に向かう方向に内径方向に延在し、且つ、スロット２３０Ｂの第２スロット部２３２Ｂは、スロット２３０Ａ側の曲率中心を持つ円弧状に延在する。

図８に示したステータコア２０Ｂによっても、上述した実施例と同様の効果を得ることができる。即ち、第２スロット挿入部３２２Ｂの組み付け時の変形を抑制することができるので、閉ループコイル３２Ｂの径方向の組み付けを可能としつつ、閉ループコイル３２Ｂの組み付け性を高めることができる。

以上、各実施例について詳述したが、特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された範囲内において、種々の変形及び変更が可能である。また、前述した実施例の構成要素を全部又は複数を組み合わせることも可能である。

例えば、上述した実施例では、４ターンの閉ループコイル３２（閉ループコイル３２Ｂについても同様、以下同じ）が使用されているが、閉ループコイル３２は、１ターンであってよい。この場合、閉ループコイル３２は、閉ループの形態とならず、Ｕ字状の形態となる。この場合も、第１スロット挿入部３２１及び第２スロット挿入部３２２の組み付け時の変形を抑制し、組み付け性を高めることができる。

また、上述した実施例では、第２スロット部２３２（第２スロット部２３２Ｂについても同様、以下同じ）は、第１スロット部２３１に挿入された第１スロット挿入部３２１の１ターン目の中心を中心とした円弧状に延在するが、第１スロット部２３１内の任意のポイントを中心とした円弧状に延在してもよい。例えば、第２スロット部２３２は、第１スロット部２３１に挿入された第１スロット挿入部３２１の２ターン目の中心を中心とした円弧状に延在してもよい。また、第２スロット部２３２は、必ずしも完全な円弧の形態である必要はなく、実質的に同様の方向を向く限り、複数の半径で規定される円弧状であってもよいし、直線状であってもよい。

また、上述した実施例では、第１スロット部２３１（第１スロット部２３１Ｂについても同様、以下同じ）は、直線状であるが、実質的に同様の方向を向く限り、円弧状であってもよい。

１モータ
６ステータ
２０，２０Ａ，２０Ｂステータコア
２２ティース
２３，２３Ａ，２３Ｂ，２３０Ａ，２３０Ｂスロット
２３１，２３１Ａ，２３１Ｂ第１スロット部
２３２，２３２Ａ，２３２Ｂ第１スロット部
３０コイル
３２閉ループコイル
３２１，３２１Ｂ第１スロット挿入部
３２２，３２２Ｂ第２スロット挿入部

Claims

複数のスロットが周方向に等間隔に形成されるステータコアと、
二層巻の態様で各所定の２つの前記スロットに径方向にそれぞれ組み付けられる複数のコイルであって、それぞれ、対応する前記所定の２つの前記スロットの一方に挿入される第１スロット挿入部と、他方に挿入される第２スロット挿入部を含み、自由状態で前記第１スロット挿入部と前記第２スロット挿入部との間の間隔が変化しない剛性を持つ複数のコイルとを含み、
前記ステータコアは、前記所定の２つの前記スロットの少なくとも１つの組に対して、前記所定の２つの前記スロット間において周方向に分離せず、
前記スロットのそれぞれは、径方向に連続する第１スロット部及び第２スロット部を含み、
前記第１スロット部は、前記所定の２つの前記スロットへの前記コイルの組み付け時における軸方向視での前記第１スロット挿入部と前記第２スロット挿入部との間の間隔の変化量が低減するように、前記第２スロット部に対して周方向にオフセットして形成される、モータ。
前記ステータコアの複数のスロットは、内径側に開口し、
前記第１スロット部は、前記第２スロット部よりも外径側に位置し、
軸方向視で、前記所定の２つの前記スロットのうちの一方のスロットの第１スロット部から、他方のスロットの前記第２スロット部の内径側の入り口までの第１距離と、前記第１スロット部から、前記第２スロット部の外径側の端部まで第２距離とが、略同一である、請求項１に記載のモータ。
前記ステータコアの複数のスロットは、内径側に開口し、
前記第１スロット部は、前記第２スロット部よりも外径側に位置し、
軸方向視で、前記所定の２つの前記スロットのうちの一方のスロットの第１スロット部は、前記ステータコアの中心軸よりも他方のスロットの前記第２スロット部側に向かう方向に内径方向に延在し、前記他方のスロットの前記第２スロット部は、前記一方のスロット側に曲率中心を有する円弧状の形態を有する、請求項１又は２に記載のモータ。
前記ステータコアの複数のスロットは、外径側に開口し、
前記第１スロット部は、前記第２スロット部よりも内径側に位置し、
軸方向視で、前記所定の２つの前記スロットのうちの一方のスロットの第１スロット部から、他方のスロットの前記第２スロット部の外径側の入り口までの第１距離と、前記第１スロット部から、前記第２スロット部の内径側の端部まで第２距離とが、略同一である、請求項１に記載のモータ。
前記ステータコアの複数のスロットは、外径側に開口し、
前記第１スロット部は、前記第２スロット部よりも内径側に位置し、
軸方向視で、前記所定の２つの前記スロットのうちの一方のスロットの第１スロット部は、前記ステータコアの中心軸よりも他方のスロットの前記第２スロット部側に向かう方向に内径方向に延在し、前記他方のスロットの前記第２スロット部は、前記一方のスロット側に曲率中心を有する円弧状の形態を有する、請求項１又は４に記載のモータ。
前記複数のコイルのそれぞれは、閉ループ形態のカセットコイルである、請求項１〜５のうちのいずれか１項に記載のモータ。