JP2021087252A

JP2021087252A - スロットレス回転電機

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Publication number: JP2021087252A
Application number: JP2019213137A
Authority: JP
Inventors: 鈴木　工; Takumi Suzuki; 工鈴木
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2019-11-26
Filing date: 2019-11-26
Publication date: 2021-06-03
Anticipated expiration: 2039-11-26
Also published as: JP7264021B2

Abstract

【課題】コイル端末と結線部材との接続部への応力を低減可能とした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１１は、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２１ｃ，２２ｃとを有するコイル２０を備え、コイルエンド部２１ｃ，２２ｃにて連結された軸方向コイル部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が配置されたステータと、コイルエンド部２１ｃ，２２ｃから延びるコイル端末３１が接続されるターミナル部材３２と、ステータ及びターミナル部材３２を収容保持するハウジングＨとを備える。そして、コイルエンド部２１ｃ，２２ｃとターミナル部材３２とは、共にハウジングＨにおける軸方向端部を構成する第２エンドハウジング１４に支持される。【選択図】図３

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、上記したようなスロットレス回転電機では、コイルがティースに巻回されないことからコイルエンド部が振動し易くなる。そして、上記したスロットレス回転電機では、コイルエンド部はハウジングの内周面に支持され、コイルエンド部から延びたコイル端末が接続される結線部材としての回路基板はハウジングの軸方向端部に支持されているため、コイルエンド部と結線部材とが相対移動し易く、コイル端末と結線部材との接続部の応力が大きくなるという虞がある。なお、このことは接続部の接続不良を生じさせる原因となる。

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、コイル端末と結線部材との接続部への応力を低減可能とした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，４１）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，２１ｃ，２２ｂ，２２ｃ，４２）とを有するコイル（２０〜２２，４３）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、前記コイルエンド部から延びるコイル端末（３１）が接続される結線部材（３２）と、前記ステータ及び前記結線部材を収容保持するハウジング（Ｈ）とを備えたスロットレス回転電機であって、前記コイルエンド部（２１ｃ，２２ｃ）と前記結線部材とは、共に前記ハウジングにおける軸方向端部を構成するエンドプレート（１４）に支持される。

同構成によれば、コイルエンド部と結線部材とは、共にハウジングにおける軸方向端部を構成するエンドプレートに支持されるため、例えば、それらが異なる部位に支持された場合のような相対移動が抑えられる。よって、コイルエンド部から延びるコイル端末と結線部材との接続部への応力を低減することができる。

一実施形態における回転電機の断面図。一実施形態におけるステータの一部斜視図。一実施形態における回転電機の一部拡大断面図。別例におけるコイルの斜視図。

以下、スロットレス回転電機の一実施形態を図１〜図３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、それぞれアルミ系やステンレス系の金属材料よりなる。なお、本実施形態では、ハウジングＨにおける軸方向端部を構成するエンドプレートは、第２エンドハウジング１４が構成している。また、スロットレス回転電機１１は、モータハウジング１２の内周面に沿って配置された略円筒状のステータ１５を備える。

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。コイル２０は、導体にエナメル被覆が施されてなる平角線が環状に多数回、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の断面が略隙間無く並設されるものである。なお、図１〜図３では、平角線同士の境目の図示は省略している。

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，２１ｃ，２２ｂ，２２ｃ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１一方連結部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２１ｃは、軸方向コイル部２１ａから径方向内側に屈曲されて延びる内延部２１ｇと、周方向に延びて内延部２１ｇ同士を連結する第１他方連結部２１ｈ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２一方連結部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２２ｃは、軸方向コイル部２１ａから径方向内側に屈曲されて延びる内延部２２ｅと、周方向に延びて内延部２２ｅ同士を連結する第２他方連結部２２ｆとを有する。

そして、ステータ１５は、コイルエンド部２１ｂ，２１ｃ，２２ｂ，２２ｃ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１及び図２に示すように、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、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における軸方向一方側のコイルエンド部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における軸方向一方側のコイルエンド部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１一方連結部２１ｆが第２他方連結部２２ｆよりも径方向外側に配置されている。

また、図１及び図２に示すように、第１コイル２１における軸方向他方側のコイルエンド部２１ｃと第２コイル２２における軸方向他方側のコイルエンド部２２ｃとは軸方向に並んで配置されている。

そして、図３に示すように、軸方向他方側のコイルエンド部２１ｃ，２２ｃから延びるコイル端末３１は、結線部材としてのターミナル部材３２に接続されている。なお、コイル端末３１は、コイル２０を構成する平角線の両端部であり、図３では、その内の１つのみを図示している。

ターミナル部材３２は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相、及び中性点とそれぞれ対応した環状又は略環状の４つのターミナル３３を有し、それら４つのターミナル３３が絶縁されつつ軸方向に並設されるように絶縁樹脂３４によりモールドされてなる。なお、Ｕ相、Ｖ相、及びＷ相と対応した３つのターミナル３３は、図示しない配線を介して駆動回路と接続されることになる。

そして、コイルエンド部２１ｃ，２２ｃとターミナル部材３２とは、共にハウジングＨにおける第２エンドハウジング１４に支持されている。
詳しくは、コイルエンド部２１ｃ，２２ｃは、絶縁部材としての絶縁キャップ３５を介して第２エンドハウジング１４に支持されている。絶縁キャップ３５は、コイルエンド部２１ｃ，２２ｃの軸方向両面、周方向両面及び径方向内側面を覆うように形成され、コイルエンド部２１ｃ，２２ｃに径方向内側から嵌着されている。また、絶縁キャップ３５の径方向内側には、軸方向に貫通する固定孔３５ａが形成されている。そして、コイルエンド部２１ｃ，２２ｃは、第２エンドハウジング１４の軸方向端面１４ａ上に絶縁キャップ３５を介して軸方向に積層され、固定孔３５ａに圧入されつつ前記軸方向端面１４ａに凹設された圧入凹部１４ｂに圧入される圧入ピン３６によって第２エンドハウジング１４に固定されている。

また、ターミナル部材３２は、第２エンドハウジング１４の軸方向端面１４ａ上に接着剤や図示しないネジ等によって固定されている。なお、コイルエンド部２１ｃ，２２ｃが支持される軸方向端面１４ａとターミナル部材３２が支持される軸方向端面１４ａとは、同一平面とされている。すなわち、コイルエンド部２１ｃ，２２ｃとターミナル部材３２とは、共に第２エンドハウジング１４の軸方向端面１４ａであって同一平面に支持されている。ターミナル部材３２は、コイルエンド部２１ｂ，２２ｂの径方向内側に一定の距離を置いて配置されている。そして、コイルエンド部２１ｃ，２２ｃから径方向内側に延びるコイル端末３１は、ターミナル３３から径方向外側に延びる接続端子３３ａと電気的及び機械的に接続されている。

また、本実施形態の第２エンドハウジング１４は、全体の薄肉化を図りつつ剛性を高くするためのリブ１４ｃを有する。リブ１４ｃは、第２エンドハウジング１４において、コイルエンド部２１ｃ，２２ｃ及びターミナル部材３２を支持した面の裏側の面から立設されている。

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に駆動回路からターミナル部材３２を介して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外部から振動を受けた際でも、コイルエンド部２１ｃ，２２ｃとターミナル部材３２とは共に第２エンドハウジング１４に支持されているため相対移動が抑えられてコイル端末３１の接続部３７に応力が掛かることが抑えられる。

次に、上記実施形態の効果を以下に記載する。
（１）コイルエンド部２１ｃ，２２ｃとターミナル部材３２とは共にハウジングＨにおける軸方向端部を構成する第２エンドハウジング１４に支持されるため、例えば、それらが異なる部位に支持された場合のような相対移動、すなわち互いが近づいたり離れたりする相対的な振動等が抑えられる。よって、コイルエンド部２１ｃ，２２ｃから延びるコイル端末３１とターミナル部材３２の接続端子３３ａとの接続部３７への応力を低減することができる。また、コイルエンド部２１ｃ，２２ｃの軸方向にターミナル部材３２が配置される場合に比べて、スロットレス回転電機１１の軸方向の小型化を図ることができる。また、コイルエンド部２１ｃ，２２ｃが第２エンドハウジング１４と軸方向に当接していない場合に比べて、コイルエンド部２１ｃ，２２ｃからの放熱性がより良好となる。

（２）コイルエンド部２１ｃ，２２ｃとターミナル部材３２とは、共に第２エンドハウジング１４の軸方向端面１４ａであって同一平面に支持されるため、軸方向にずれた面に支持された場合よりもより相対移動が抑えられ、接続部３７への応力をより低減することができる。すなわち、ずれた面では振動する際の周波数が異なるといったことが生じて、コイルエンド部２１ｃ，２２ｃとターミナル部材３２との相対移動が大きくなる虞があるが、それが抑えられて接続部３７への応力をより低減することができる。

（３）コイルエンド部２１ｃ，２２ｃは、第２エンドハウジング１４に固定されるため、例えば、単に当接されて支持されただけの場合に比べて、コイルエンド部２１ｃ，２２ｃの振動を抑制することができる。

（４）コイルエンド部２１ｃ，２２ｃは、絶縁キャップ３５を介して第２エンドハウジング１４に支持されるため、コイルエンド部２１ｃ，２２ｃと第２エンドハウジング１４との絶縁性が確保される。すなわち、コイルエンド部２１ｃ，２２ｃが第２エンドハウジング１４に直接接触する構成とすると、例えば、コイルエンド部２１ｃ，２２ｃの表面のエナメル被覆が摩擦等で剥がれて電気的に接続される虞があるがそれを抑えることができる。

（５）コイルエンド部２１ｃ，２２ｃは、径方向内側に屈曲されて延びる内延部２１ｇ，２２ｅを有しており、径方向に屈曲されるため、例えば、屈曲されていない場合に比べて、第２エンドハウジング１４に支持される面積を大きくすることができる。よって、例えば、コイルエンド部２１ｃ，２２ｃの振動をより抑制することができる。また、例えば、コイルエンド部２１ｃ，２２ｃからの放熱性がより良好となる。

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。
・上記実施形態では、コイル２０は、平角線が環状に多数回、巻回されてなるものであって、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、図４に示すように、軸方向に延びる軸方向コイル部４１と一対の軸方向コイル部４１同士を周方向に連結するコイルエンド部４２とを有するコイル４３であって、コイルエンド部４２にて連結された軸方向コイル部４１同士の周方向の間に他の相のコイル４３における軸方向コイル部４１が配置された波巻きで分布巻のものに具体化してもよい。すなわち、このようなコイル４３を備えたスロットレス回転電機において、コイルエンド部４２と上記実施形態のターミナル部材３２等の結線部材とを共にハウジングにおける軸方向端部を構成するエンドプレートに支持させて実施してもよい。

・上記実施形態では、コイルエンド部２１ｃ，２２ｃとターミナル部材３２とは、共に第２エンドハウジング１４の軸方向端面１４ａであって同一平面に支持されるとしたが、これに限定されず、第２エンドハウジング１４のずれた軸方向端面に支持させてもよい。

・上記実施形態では、コイルエンド部２１ｃ，２２ｃは、圧入ピン３６によって第２エンドハウジング１４に固定されるとしたが、これに限定されず、例えば、第２エンドハウジング１４に単に当接されて支持されただけの構成としてもよい。また、コイルエンド部２１ｃ，２２ｃを、接着剤やネジ等、圧入ピン３６以外の構成で第２エンドハウジング１４に固定してもよい。

・上記実施形態では、コイルエンド部２１ｃ，２２ｃは、絶縁キャップ３５を介して第２エンドハウジング１４に支持されるとしたが、これに限定されず、第２エンドハウジング１４に直接接触する構成としてもよい。なお、この場合、第２エンドハウジング１４を絶縁性材料で構成することが好ましい。また、絶縁キャップ３５は絶縁紙等の他の絶縁部材に変更してもよい。

・上記実施形態では、軸方向他方側におけるコイルエンド部２１ｃ，２２ｃは、径方向内側に屈曲されて延びる内延部２１ｇ，２２ｅを有しており、径方向に屈曲されるとしたが、これに限定されず、例えば、軸方向一方側のコイルエンド部２１ｂ，２２ｂの形状と同じとしてもよい。

・上記実施形態では、コイル端末３１が接続される結線部材は、ターミナル部材３２であるとしたが、これに限定されず、例えば駆動回路が実装された回路基板等、他の結線部材に変更してもよい。

・上記実施形態では、インナーロータ型のスロットレス回転電機１１に具体化したが、これに限定されず、アウターロータ型のスロットレス回転電機に具体化してもよい。
・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。

１１…スロットレス回転電機、１４…第２エンドハウジング（エンドプレート）、１５…ステータ、２０，４３…コイル、２１…第１コイル（コイル）、２２…第２コイル（コイル）、２１ａ，２２ａ，４１…軸方向コイル部、２１ｂ，２１ｃ，２２ｂ，２２ｃ，４２…コイルエンド部、３１…コイル端末、３２…ターミナル部材（結線部材）、３５…絶縁キャップ（絶縁部材）、Ｈ…ハウジング。

Claims

軸方向に延びる軸方向コイル部（２１ａ，２２ａ，４１）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，２１ｃ，２２ｂ，２２ｃ，４２）とを有するコイル（２０〜２２，４３）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、
前記コイルエンド部から延びるコイル端末（３１）が接続される結線部材（３２）と、
前記ステータ及び前記結線部材を収容保持するハウジング（Ｈ）と
を備えたスロットレス回転電機であって、
前記コイルエンド部（２１ｃ，２２ｃ）と前記結線部材とは、共に前記ハウジングにおける軸方向端部を構成するエンドプレート（１４）に支持されたスロットレス回転電機。
前記コイルエンド部と前記結線部材とは、共に前記エンドプレートの同一平面に支持された請求項１に記載のスロットレス回転電機。
前記コイルエンド部は、前記エンドプレートに固定された請求項１又は請求項２に記載のスロットレス回転電機。
前記コイルエンド部は、絶縁部材（３５）を介して前記エンドプレートに支持された請求項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。
前記コイルエンド部は、径方向に屈曲された請求項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。