JP2021072652A - スロットレス回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】コイルの径方向のずれを安定して防止できるスロットレス回転電機を提供すること。【解決手段】スロットレス回転電機は、軸方向に延びる軸方向コイル部２１ａ，２２ａと一対の軸方向コイル部２１ａ，２２ａ同士を周方向に連結するコイルエンド部２１ｂ，２２ｂとを有するコイル２０を備え、コイルエンド部２１ｂ，２２ｂにて連結された軸方向コイル部２１ａ，２２ａ同士の周方向の間には他の相のコイル２０における軸方向コイル部２１ａ，２２ａが配置されたステータ１５と、ステータ１５の径方向外側に設けられたモータハウジング１２とを備える。スロットレス回転電機は、モータハウジング１２に挿入された状態で固定されてコイルエンド部２１ｂの径方向の移動を規制する規制部材３１を備える。【選択図】図２

Description

本発明は、スロットレス回転電機に関するものである。

従来、スロットレス回転電機のステータとしては、例えば、軸方向に延びる軸方向コイル部と１対の軸方向コイル部同士を周方向に連結するコイルエンド部とを有する複数のコイルを備え、コイルエンド部にて連結された軸方向コイル部同士の周方向の間に他の相の軸方向コイル部が配置されたものがある（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１４−１２１１０２号公報

しかしながら、上記したスロットレス回転電機では、軸方向コイル部同士の周方向の間にステータコアのティースが配置されないことから、ティースの先端から周方向に延びる周方向延設部にコイルが係合することもない。よって、例えば、径方向に配置されるステータコアに対して接着剤等のみでコイルを固定したとしても、接着剤が剥がれることなどにより、コイルの径方向のずれを長期的に安定して防止できない虞があった。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、コイルの径方向のずれを安定して防止できるスロットレス回転電機を提供することにある。

上記課題を解決するスロットレス回転電機（１１）は、軸方向に延びる軸方向コイル部（２１ａ，２２ａ）と一対の前記軸方向コイル部同士を周方向に連結するコイルエンド部（２１ｂ，２２ｂ）とを有するコイル（２０〜２２）を備え、前記コイルエンド部にて連結された前記軸方向コイル部同士の周方向の間には他の相のコイルにおける前記軸方向コイル部が配置されたステータ（１５）と、前記ステータの径方向外側に設けられた壁部（１２）とを備えたスロットレス回転電機であって、前記壁部に挿入された状態で固定されて前記コイルエンド部の径方向の移動を規制する規制部材（３１，３３）を備える。

同構成によれば、ステータの径方向外側に設けられた壁部に挿入された状態で固定されてコイルエンド部の径方向の移動を規制する規制部材を備えるため、コイルの径方向のずれを安定して防止することができる。

一実施形態におけるスロットレス回転電機の断面図。 一実施形態におけるスロットレス回転電機の一部分解斜視図。 一実施形態におけるスロットレス回転電機の一部拡大断面図。 一実施形態におけるスロットレス回転電機の一部拡大断面図。 別例におけるスロットレス回転電機の一部を軸方向から見た模式図。 別例におけるスロットレス回転電機の一部を径方向内側からみた模式図。

以下、回転電機の一実施形態を図１〜図４に従って説明する。
図１に示すように、スロットレス回転電機１１は、筒状のモータハウジング１２と、該モータハウジング１２の一方の開口を閉塞する第１エンドハウジング１３と、モータハウジング１２の他方の開口を閉塞する第２エンドハウジング１４とを備える。モータハウジング１２と第１エンドハウジング１３と第２エンドハウジング１４とは、スロットレス回転電機１１のハウジングＨを構成し、それぞれアルミ系の金属材料よりなる。また、スロットレス回転電機１１は、モータハウジング１２の内周面に沿って保持された略円筒状のステータ１５を備え、モータハウジング１２はステータ１５の径方向外側に設けられた壁部を構成している。

また、スロットレス回転電機１１は、ステータ１５の内側で第１エンドハウジング１３及び第２エンドハウジング１４に軸受１６を介して回転可能に支持されたロータ１７を備える。

ロータ１７は、軸受１６に支持された回転軸１７ａと、該回転軸１７ａに外嵌されて固定されたロータコア１７ｂと、該ロータコア１７ｂの外周面に固定された永久磁石１７ｃとを備える。

図１及び図２に示すように、ステータ１５は、磁気回路の一部として機能する円筒状のステータコア１８と、ステータコア１８の内周面に沿って配置された複数のコイル２０とを備える。

図３に示すように、コイル２０は、導体にエナメル被覆が施されてなる平角線Ｄ１が環状に多数回、巻回されてなるものであり、その環状を切断する断面には平角線Ｄ１の断面が略隙間無く並設されるものである。なお、図１〜図４では、平角線Ｄ１同士の境目の図示は省略し、図３及び図４の一部でのみ平角線Ｄ１同士の境目の分かる断面を図示している。また、コイル２０における平角線Ｄ１の両端部は駆動回路に接続されることになるが、図１〜図４では、平角線の両端部及び駆動回路の図示を省略している。

図２に示すように、本実施形態のコイル２０は、２種類の異なる形状に折り曲げられた第１コイル２１と第２コイル２２とを含む。第１コイル２１及び第２コイル２２は、それぞれ軸方向に延びる一対の軸方向コイル部２１ａ，２２ａと、一対の軸方向コイル部２１ａ，２２ａ同士を周方向に連結するコイルエンド部２１ｂ，２２ｂとを有する。

第１コイル２１における軸方向一方側のコイルエンド部２１ｂは、外側コイルエンド部を構成するものであり、軸方向コイル部２１ａから径方向外側に屈曲されて延びる外延部２１ｄと、該外延部２１ｄの先端から軸方向一方側に屈曲されて延びる軸方向延部２１ｅと、周方向に延びて軸方向延部２１ｅ同士を連結する第１連結部２１ｆとを有する。また、第１コイル２１における軸方向他方側のコイルエンド部２１ｂは、軸方向一方側のコイルエンド部２１ｂと同様に、軸方向コイル部２１ａから径方向外側に屈曲されて延びる外延部２１ｄと、該外延部２１ｄの先端から軸方向他方側に屈曲されて延びる軸方向延部２１ｅと、周方向に延びて軸方向延部２１ｅ同士を連結する第１連結部２１ｆとを有する。

また、第２コイル２２における軸方向一方側のコイルエンド部２２ｂは、内側コイルエンド部を構成するものであり、軸方向コイル部２２ａから屈曲されずに、周方向に延びて軸方向コイル部２２ａ同士を連結する第２連結部２２ｄを有する。また、第２コイル２２における軸方向他方側のコイルエンド部２２ｂは、軸方向一方側のコイルエンド部２２ｂと同様に、軸方向コイル部２２ａから屈曲されずに、周方向に延びて軸方向コイル部２２ａ同士を連結する第２連結部２２ｄを有する。

そして、ステータ１５は、コイルエンド部２１ｂ，２２ｂにて連結された軸方向コイル部２１ａ，２２ａ同士の周方向の間に他の相のコイル２０における軸方向コイル部２１ａ，２２ａが配置されている。詳しくは、まず第１コイル２１と第２コイル２２とは、周方向に半分重なりつつ交互に配置されている。また、周方向に並ぶ第１コイル２１と第２コイル２２とは、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相を繰り返すように割り振られている。すなわち、例えば、基準となる第１コイル２１がＵ相とされ、その周方向一方に半分重なって配置された第２コイル２２がＶ相とされ、その周方向一方に半分重なって配置された第１コイル２１がＷ相とされ、その周方向一方に半分重なって配置された第２コイル２２がＵ相とされ、その周方向一方に半分重なって配置された第１コイル２１がＶ相とされ、その周方向一方に半分重なって配置された第２コイル２２がＷ相とされ、これを繰り返すように、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相が割り振られている。そして、例えば、Ｕ相の第１コイル２１における一対の軸方向コイル部２１ａ同士の周方向の間には、Ｖ相の第２コイル２２における１つの軸方向コイル部２２ａと、Ｗ相の第２コイル２２における１つの軸方向コイル部２２ａとが配置されている。また、例えば、Ｖ相の第２コイル２２における一対の軸方向コイル部２２ａ同士の周方向の間には、Ｕ相の第１コイル２１における１つの軸方向コイル部２１ａと、Ｗ相の第１コイル２１における１つの軸方向コイル部２１ａとが配置されている。また、例えば、Ｗ相の第１コイル２１における一対の軸方向コイル部２１ａ同士の周方向の間には、Ｖ相の第２コイル２２における１つの軸方向コイル部２２ａと、Ｕ相の第２コイル２２における１つの軸方向コイル部２２ａとが配置されている。

そして、図２〜図４に示すように、第１コイル２１におけるコイルエンド部２１ｂは、径方向外側に配置される外側コイルエンド部とされ、第２コイル２２におけるコイルエンド部２２ｂは、径方向内側に配置される内側コイルエンド部とされている。すなわち、第１コイル２１におけるコイルエンド部２１ｂは、径方向外側に屈曲されて延びる外延部２１ｄを有することで、第１連結部２１ｆが第２連結部２２ｄよりも径方向外側に配置されている。

ここで、図２〜図４に示すように、スロットレス回転電機１１は、モータハウジング１２に設けられた挿入穴１２ａに挿入された状態で固定されてコイルエンド部２１ｂの径方向の移動を規制する規制部材３１を備える。本実施形態の規制部材３１は、内部がアルミ系やステンレス系等の非磁性材料よりなり、表面が樹脂材等の絶縁性材料よりなる。規制部材３１は、径方向に延びる径方向延設部３１ａと、該径方向延設部３１ａの径方向内側端部から軸方向に延びる介在部３１ｂとを有する。径方向延設部３１ａは、外側コイルエンド部としてのコイルエンド部２１ｂの第１コイル２１を径方向に貫通して径方向外側端部がモータハウジング１２の挿入穴１２ａに挿入された状態とされる。なお、本実施形態では径方向延設部３１ａは、挿入穴１２ａに圧入固定される。また、介在部３１ｂは、内側コイルエンド部としてのコイルエンド部２２ｂと外側コイルエンド部としてのコイルエンド部２１ｂとの径方向の間に介在される。また、スロットレス回転電機１１は、介在部３１ｂに内側コイルエンド部としてのコイルエンド部２２ｂを連結する連結部材３２を備える。連結部材３２は、介在部３１ｂと外側コイルエンド部としてのコイルエンド部２１ｂの径方向の間に配置される径方向外側配置部３２ａと、内側コイルエンド部としてのコイルエンド部２２ｂの径方向内側に配置される径方向内側配置部３２ｂと、軸方向外側で径方向外側配置部３２ａと径方向内側配置部３２ｂとを連結する連結部３２ｃとを有する。連結部材３２は環状に形成され、介在部３１ｂとコイルエンド部２２ｂに対して軸方向から組み付けられる。また、連結部材３２は、モータハウジング１２に組み付けられる第１エンドハウジング１３及び第２エンドハウジング１４と軸方向に当接することで軸方向の移動が規制されている。上記構成により、規制部材３１は、連結部材３２の径方向外側配置部３２ａを介して間接的にコイルエンド部２１ｂの径方向内側への移動を規制している。また、この状態で、コイルエンド部２１ｂは、その径方向外側の端面がモータハウジング１２と径方向に当接するように設定されている。

次に、上記のように構成されたスロットレス回転電機１１の作用について説明する。
ステータ１５のコイル２０に駆動回路から３相駆動電流が供給されると、ステータ１５にて回転磁界が発生されてロータ１７が回転駆動される。このような回転駆動時や振動を受けた際でも、規制部材３１及び連結部材３２によりコイル２０の径方向の移動が規制される。

次に、上記実施形態の効果を以下に記載する。
（１）モータハウジング１２の挿入穴１２ａに挿入された状態で固定されて外側コイルエンド部であるコイルエンド部２１ｂの径方向の移動を規制する規制部材３１を備える。よって、例えば、第１コイル２１をステータコア１８に対して接着剤のみで固定した場合等に比べて、第１コイル２１の径方向のずれを長期的に安定して防止することができる。また、規制部材３１の介在部３１ｂに内側コイルエンド部としてのコイルエンド部２２ｂを連結する連結部材３２を備えるため、第２コイル２２の径方向のずれを長期的に安定して防止することができる。

（２）規制部材３１は、表面が絶縁性材料よりなり、コイルエンド部２１ｂ，２２ｂの径方向の間に介在される介在部３１ｂを有するため、異なる相のコイル２０の絶縁性を確保することができる。すなわち、内側コイルエンド部としてのコイルエンド部２２ｂと外側コイルエンド部としてのコイルエンド部２１ｂとが径方向に接触して、例えばエナメル被覆が損傷してしまうといったことが抑えられ、ひいてはそれらが電気的に接続されてしまうことが防止される。

（３）規制部材３１は、内部が非磁性材料よりなり、コイルエンド部２１ｂ，２２ｂの径方向の間に介在される介在部３１ｂを有するため、トルクリップルを低減することができる。

（４）モータハウジング１２は、ステータコア１８よりも高放熱材料であるアルミ系の金属材料よりなり、コイルエンド部２１ｂと径方向に当接するため、コイルエンド部２１ｂからの放熱性が良好となる。

上記実施形態は以下のように変更して実施することができる。また、本実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
・上記実施形態の規制部材３１は、壁部に挿入された状態で固定されてコイルエンド部の径方向の移動を規制することができれば、他の構成に変更してもよい。

例えば、図５及び図６に示す規制部材３３としてもよい。この例の規制部材３３は、第２コイル２２の内側の四隅の部位を径方向に貫通して径方向外側端部が壁部としてのモータハウジング１２の挿入穴１２ｂに挿入された状態とされて固定される径方向延設部３３ａを有する。また、規制部材３３は、径方向延設部３３ａの径方向内側端部から径方向の直交方向に延びて内側コイルエンド部としてのコイルエンド部２２ｂを含む第２コイル２２の径方向内側と径方向に当接する係止部３３ｂとを有する。なお、この例の係止部３３ｂは、第１コイル２１における軸方向コイル部２１ａの軸方向端部とも径方向に当接して、その径方向の移動を規制している。このようにしても、コイル２０の径方向のずれを長期的に安定して防止することができる。

・上記実施形態では、規制部材３１の径方向延設部３１ａは、挿入穴１２ａに圧入固定されるとしたが、モータハウジング１２に挿入された状態で固定されれば他の固定構造に変更してもよい。例えば、モータハウジング１２に形成された雌ネジに螺合されて固定される構造、すなわちねじ止め構造としてもよいし、モータハウジング１２に形成された貫通孔を貫通してかしめられる構造、すなわちリベット構造としてもよい。

・上記実施形態では、規制部材３１は、連結部材３２の径方向外側配置部３２ａを介して間接的にコイルエンド部２１ｂの径方向内側への移動を規制する構成としたが、これに限定されず、例えば、直接コイルエンド部２１ｂと当接して径方向の移動を規制する構成としてもよい。なお、この場合、連結部材３２の構成を変更する必要があり、内側コイルエンド部としてのコイルエンド部２２ｂの径方向の移動を規制する他の構造を設けることが好ましい。

・上記実施形態では、規制部材３１は、内部がアルミ系やステンレス系等の非磁性材料よりなり、表面が樹脂材等の絶縁性材料よりなるとしたが、これに限定されず、他の構成としてもよい。例えば、規制部材３１の全体を非磁性材料より構成してもよいし、規制部材３１の全体を絶縁性材料より構成としてもよい。また、上記実施形態では特に言及していないが、連結部材３２についても、内部がアルミ系やステンレス系等の非磁性材料よりなり、表面が樹脂材等の絶縁性材料よりなるものとしてもよい。

・上記実施形態では、モータハウジング１２や第１エンドハウジング１３や第２エンドハウジング１４は、アルミ系の金属材料よりなるとしたが、これに限定されず、例えば、少なくとも１つをステンレス系の金属材料よりなるものとする等、他の材料よりなるものとしてもよい。

・上記実施形態では、壁部をモータハウジング１２としたが、これに限定されず、同様の位置に存在する他の部材を壁部として実施してもよい。
・上記実施形態では、コイル２０は、２種類の異なる形状に折り曲げられた第１コイル２１と第２コイル２２とを含んだものとしたが、他のコイルとしてもよい。すなわち、軸方向に延びる軸方向コイル部と一対の軸方向コイル部同士を周方向に連結するコイルエンド部とを有するコイルであって、コイルエンド部にて連結された軸方向コイル部同士の周方向の間に他の相のコイルにおける軸方向コイル部が配置されるスロットレス回転電機用のコイルであれば変更してもよい。例えば、波巻きで分布巻のコイルのものに具体化してもよい。

また、上記実施形態のコイルエンド部２１ｂ，２２ｂの形状は変更してもよい。例えば、軸方向他方側におけるコイルエンド部２１ｂ，２２ｂの形状を、軸方向一方側のコイルエンド部２１ｂ，２２ｂの形状と異ならせてもよい。

・上記実施形態では、第１エンドハウジング１３及び第２エンドハウジング１４がモータハウジング１２と別体であるとしたが、これに限定されず、第１エンドハウジング１３及び第２エンドハウジング１４のいずれか一方がモータハウジング１２と一体の構成としてもよい。

・上記実施形態では、特に言及していないが、コイル２０は、ステータコア１８に対して接着剤で固定されていてもよい。

１１…スロットレス回転電機、１２…モータハウジング（壁部）、１５…ステータ、１８…ステータコア、２０…コイル、２１…第１コイル（コイル）、２２…第２コイル（コイル）、２１ａ，２２ａ…軸方向コイル部、２１ｂ，２２ｂ…コイルエンド部、３１，３３…規制部材、３１ａ…径方向延設部、３１ｂ…介在部、３２…連結部材、３２ａ…径方向外側配置部、３２ｂ…径方向内側配置部、３２ｃ…連結部。

Claims (5)

1. 軸方向に延びる軸方向コイル部（２１ａ，２２ａ）と一対の前記軸方向コイル部同士を周方向に連結するコイルエンド部（２１ｂ，２２ｂ）とを有するコイル（２０〜２２）を備え、前記コイルエンド部にて連結された前記軸方向コイル部同士の周方向の間には他の相のコイルにおける前記軸方向コイル部が配置されたステータ（１５）と、
   前記ステータの径方向外側に設けられた壁部（１２）と
   を備えたスロットレス回転電機であって、
   前記壁部に挿入された状態で固定されて前記コイルエンド部の径方向の移動を規制する規制部材（３１，３３）を備えたスロットレス回転電機。
2. 前記コイルエンド部は、径方向内側に配置される内側コイルエンド部（２２ｂ）と、前記内側コイルエンド部の径方向外側に配置される外側コイルエンド部（２１ｂ）とを含み、
   前記規制部材（３１）は、少なくとも表面が絶縁性材料よりなり、前記内側コイルエンド部と前記外側コイルエンド部との径方向の間に介在される介在部（３１ｂ）を有する請求項１に記載のスロットレス回転電機。
3. 前記コイルエンド部は、径方向内側に配置される内側コイルエンド部（２２ｂ）と、前記内側コイルエンド部の径方向外側に配置される外側コイルエンド部（２１ｂ）とを含み、
   前記規制部材（３１）は、非磁性材料を含み、前記内側コイルエンド部と前記外側コイルエンド部との径方向の間に介在される介在部（３１ｂ）を有する請求項１又は請求項２に記載のスロットレス回転電機。
4. 前記ステータは、前記軸方向コイル部の径方向外側に配置されたステータコア（１８）を有し、
   前記壁部は、前記ステータコアの径方向外側に配置されたモータハウジング（１２）であり、
   前記モータハウジングは、前記ステータコアよりも高放熱材料よりなり、前記コイルエンド部と径方向に当接する請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のスロットレス回転電機。
5. 前記コイルエンド部は、径方向内側に配置される内側コイルエンド部（２２ｂ）と、前記内側コイルエンド部の径方向外側に配置される外側コイルエンド部（２１ｂ）とを含み、
   前記規制部材（３１）は、前記外側コイルエンド部の前記コイル（２１）を径方向に貫通して径方向外側端部が前記壁部に挿入された状態とされる径方向延設部（３１ａ）と、該径方向延設部の径方向内側端部から軸方向に延びて前記内側コイルエンド部と前記外側コイルエンド部との径方向の間に介在される介在部（３１ｂ）とを有するものであり、
   前記介在部と前記外側コイルエンド部との径方向の間に配置される径方向外側配置部（３２ａ）と、前記内側コイルエンド部の径方向内側に配置される径方向内側配置部（３２ｂ）と、前記径方向外側配置部と前記径方向内側配置部とを連結する連結部（３２ｃ）とを有する連結部材（３２）を備えた請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のスロットレス回転電機。

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