JP2021522768A - ステータ - Google Patents

Abstract

ステータ（１）は複数のセグメント（２０）がそれぞれの折り畳みジョイント（３０）の手段によって互いに連結される積層スタック（１０）を備え、少なくとも１つの折り畳みジョイント（３０）は積層スタック（１０）の最大半径（Ｒ２）に対応する仮想円周（２７）の半径方向内側に配置される。ステータ（１）は複数の絶縁体（４０）をさらに備え、少なくとも１つの絶縁体（４０）は積層スタック（１０）から軸方向に外側に延びる端部（４８、４９）を備え、端部（４８、４９）の外周と積層スタック（１０）の外周との間に半径方向の空間が設けられる。
【選択図】図１

Description

本発明はステータに関し、積層スタックと同様に、特にブラシレスＤＣモータのステータの一部を形成する積層スタックに関する。本発明はまた、このようなステータを有する電動モータに関する。

ブラシレスＤＣモータにおいて、ステータは、複数の巻線が設けられた積層スタックによって製造されてもよい。モータの一部を形成する場合、積層スタックは円筒形状を呈する。

しかしながら、ステータは積層スタックを直線状に配置することによって製造することができ、それによって、巻線が積層スタックに巻かれて配置される。積層スタックはその後、折り畳まれて円筒形状を形成し、その端部が一緒に溶接される。

ステータの性能は、積層スタックに対する巻線の配置に依存する。そのため、モータの特性を最適化するために巻線の位置決めには細心の注意が必要である。しかし、モータの小型化、特に特定のモータに対する小型化を、モータの性能を低下させずに行うことも重要である。

本発明の目的は上述の欠点を軽減し、改良された積層スタック及び改良されたステータを提供することである。特に、本発明の目的は、より空間効率のよい電気モータを提供することである。

第１の態様によれば、ステータが提供される。ステータはそれぞれの折り曲げジョイント（ｆｏｌｄｉｎｇｊｏｉｎｔ、折り曲げ継手）によって互いに接続される複数のセグメントを有する積層スタックを備え、少なくとも１つの折り曲げジョイントは積層スタックの最大半径に対応する仮想円周の半径方向内側に配置される。ステータは複数の絶縁体をさらに備え、少なくとも１つの絶縁体は積層スタックから軸方向に延びる端部を備え、前記端部の外周と前記積層スタックの外周との間に半径方向の空間が設けられている。

第２の態様によれば、ステータが提供される。ステータは折り曲げジョイントの手段によって互いに接続される複数のセグメントを有する積層スタックを備え、少なくとも１つの折り曲げジョイントは内面の半径（Ｒｌ）と外面の半径（Ｒ２）との間に延びる特定の厚さを有するセグメントの部分に配置される。各折り曲げジョイントは、（Ｒ１＋０，３^＊（Ｒ２^＊Ｒ１））と（Ｒ１＋０，９^＊（Ｒ２^＊Ｒ１））との間の半径方向位置（Ｒ３）に配置される。ステータは複数の絶縁体をさらに備え、少なくとも１つの絶縁体は積層スタックから軸方向に延びる端部を備え、前記端部の外周と前記積層スタックの外周との間に半径方向の空間が設けられている。

一実施形態によると、各折り曲げジョイントは、（Ｒｌ＋０，５^＊（Ｒ２−Ｒｌ））と（Ｒｌ＋０，７^＊（Ｒ２−Ｒｌ））との間の半径方向位置に配置される。

折り曲げジョイントを縮小した半径で配置することにより、実際には、後述するように、絶縁体端部上に配置された相巻線（ｐｈａｓｅｗｉｎｄｉｎｇ）の張力が増大する。

以下ではいくつかの好ましい実施形態を簡単に説明するが、これらの実施形態は第１および第２の態様に等しく適用可能である。

ステータは複数の巻線をさらに備えることができ、少なくとも１つの相巻線は、前記後端部の外周と前記積層スタックの外周との間の半径方向空間に配置される。相巻線が積層スタックの外周の内側に放射状に配置されるので、電気モータの小型化が可能である。

ステータはリードフレームをさらに備えることができ、前記リードフレームの円筒壁は、前記後端部の外周と前記積層スタックの外周との間の半径方向空間内に配置することができる。

リードフレームの円筒壁は、前記少なくとも１つの相巻線の外側に放射状に配置されることが好ましい。これは、よりコンパクトなステータ、およびその結果としてよりコンパクトなモータを実現可能にする。

ステータは、ステータの前端部に配置されたフロントカバーを更に備えることができる。前記前面カバーの半径方向のシールは、前記前端部の外周と前記積層スタックの外周との間の半径方向の空間に配置されることが好ましい。これは、モータハウジングへの効率的でコンパクトなシールを提供する。

少なくとも１つの絶縁体は、後部絶縁体部材と前部絶縁体部材とによって形成されている。これにより、絶縁体の製造だけでなく、巻線の積層スタックへの取り付けが容易になる。

少なくとも１つの（好ましくは各々の）折り曲げジョイントの半径方向位置は、後端部の外周の半径と、特に後端部の軸方向端部で一致する。

第３の態様によれば、電気モータが提供される。モータは、第１または第２の態様のいずれかに係るステータを備える。

さらなる態様によれば、ステータ用の積層スタックが提供される。積層スタックは折り曲げジョイントによって互いに接続された複数のセグメントを含み、折り曲げジョイントは、積層スタックの最大半径に対応する仮想円周の半径方向内側に配置される。

さらに別の態様によれば、ステータのための積層スタックが提供される。積層スタックは折り曲げジョイントによって互いに接続される複数のセグメントを含み、各折り曲げジョイントは内面の半径と外面の半径との間に延在する特定の厚さを有するセグメントの一部分に配置され、各折り曲げジョイントは（Ｒ１＋０，３^＊（Ｒ２^＊Ｒ１））と（Ｒ１＋０，９^＊（Ｒ２^＊Ｒ１））との間の半径方向位置に配置される。

各折り曲げジョイントは、（Ｒ１＋０，５^＊（Ｒ２^＊Ｒ１））と（Ｒ１＋０，７^＊（Ｒ２^＊Ｒ１））との間の半径方向位置に配置することができる。

本発明は、添付の図面を参照して以下にさらに詳細に説明される。

一実施形態によるステータの等角図である。 リードフレームおよびロータを含む、図１のステータの分解等角図である。 図１および図２に示すステータの分解図である。 一実施形態による積層スタックの等角図である。 図４に示す積層スタックの側面図である。 図５に示す積層スタックのセグメントの拡大図である。 図１に示すステータの側面図である。 図１に示すステータを含むモータの部品の断面図である。

図１には、ステータ１が示されている。ステータ１はブラシレスＤＣモータの一部を形成するものであり、円筒状に形成された積層スタック１０を備える。複数の絶縁体４０が積層スタック１０の内周に分布され、各絶縁体４０はコイルまたは巻線５０を支持する。図示の例では、９つの絶縁体４０があり、その結果、９つの巻線５０がある。

図２にステータ１の取付けを示す。ロータ・ハウジング６０は、ステータ１の内側、すなわちインシュレータ４０及び各コイル５０の半径方向内側に配置される。ステータ１の背面側にはリードフレーム７０が設けられている。リードフレーム７０は軸方向の端部片をモータに形成し、巻線５０を外部電源（図示せず）に接続することを可能にするために、複数の金属構造体および電気部品７２を備えている。

ステータ１の詳細を図３にさらに詳細に示す。特に、各絶縁体４０は、前部絶縁体部材４２と後部絶縁体部材４４とによって形成される。前部絶縁体部材４２は前面側から積層スタック１０内に押し込まれ、一方、後部絶縁体部材４４は後面側から積層スタック１０内に押し込まれる。図３から分かるように、各前部絶縁体部材４２は前端部４８から延びる２つの脚部４６ａ、４６ｂを有し、一方、各後部絶縁体部材４４は、後端部４９から延びる２つの脚部４７ａ、４７ｂを有する。各脚部４６ａ〜ｂ、４７ａ〜ｂは、巻線５０を収容するためにＶ字形である。各絶縁体部材４２，４４について、脚部４６ａ〜ｂ，４７ａ〜ｂは、Ｖ字形状が互いに対向するそれぞれの開口部を有するように対向している。このことは、各々の巻線５０が、２つの整列した絶縁体部材４２、４４の第１の脚部４６ａ、４７ａに巻かれ、かつ、２つの隣り合う整列した絶縁体部材４２、４４の第２の脚部４６ｂ、４７ｂに巻かれるということを意味する。

図３にさらに示されるように、相巻線５０は、後部絶縁体部材４４の後端部４９の外周に沿って互いに平行に位置するように延びる多数の相巻線５２ａ〜ｄで終端する。

積層スタック１０は図４に示すように、互いに積層された複数の直線状の金属シート積層体１０ａによって形成される。積層体１０ａの数はモータ性能および他の設計基準に依存するが、車両および自動車用途に適したモータ用の積層体１０ａの典型的な数は１０〜１００の範囲、例えば２０〜８０の範囲、好ましくは４０〜６０の範囲にある。

各積層体１０ａはそれによって積層スタック１０全体に、複数の連続したＴ字形セグメント２０の線形アレイを形成する。各々のセグメント２０は図５に示すように、折り曲げジョイント３０の手段によって隣接するセグメント２０に接続されている。各Ｔ字形セグメント２０に対して、ステム又はティー（ｔｅｅ）２２はヨーク２４から半径方向内方（積層スタック１０が円筒形状に折り畳まれている場合の半径方向を基準とする）に突出し、絶縁体部材４２、４４を積層スタック１０に取り付けるために使用される。

製造中、積層スタック１０は、図４及び５に示されるように直線状に形成される。絶縁体４０および巻線５０はアセンブリ全体が円筒形状に折り畳まれる前に、直線状の積層スタックに取り付けられる。これらの図において、積層スタック１０は、絶縁体４０およびそれぞれの巻線５０の組み立て前の製造ステップで示されている。

積層スタック１０のセグメント２０は、図６にさらに詳細に示されている。セグメント２０は、半径方向外面２５と、ヨーク２４の半径方向厚さによって規定される半径方向内面２６とを有する。内面２６と外面２５とは折り曲げジョイント３０で接続し（ｍｅｅｔ）、折り曲げジョイント３０では内面２６と外面２５との間の半径方向距離が最小である。

コイル／巻線５０の巻き作業を改善するために、折り曲げジョイント３０は円筒形状に組み立てられたときに、積層スタック１０の最大半径に対応する仮想円周２７の半径方向内側に配置されるべきである。

このことは、積層スタック１０の２つの隣接するセグメント２０間の折り曲げジョイント３０が外面２５における窪み２８および内面２６における円周方向に整列した窪み２９として、好ましくは積層スタック１０の全幅にわたって軸方向に形成されることである。外側窪み２８はＵ字形であり、内側窪み２９はキーホールとして形成されている。

折り曲げジョイント３０は好ましくは内面２６の半径Ｒ１と外面２５の半径Ｒ２（仮想円周２７ではなく）との間に延在する特定の厚さを有するセグメント２０の部分に配置され、折り曲げジョイント３０は好ましくは（Ｒ１＋０，３^＊（Ｒ２^＊Ｒ１））と（Ｒ１＋０，９^＊（Ｒ２^＊Ｒ１））との間、より好ましくは（Ｒ１＋０，５^＊（Ｒ２^＊Ｒ１））と（Ｒ１＋０，７^＊（Ｒ２^＊Ｒ１））との間の半径方向位置Ｒ３に配置される。

折り曲げジョイント３０を仮想円周２７の半径方向内側に配置することにより、ステータ１全体がその円筒形状に折り畳まれる際に相巻線５２ａ〜ｄの張力が増加することになる。
既に説明したように、相巻線５０は、後部絶縁体部材４４の後端部４９の外周に沿って互いに平行に位置するように延びる多数の相巻線５２ａ〜ｄで終端する。折り曲げジョイント３０および相巻線５２ａ〜ｄを同じ（または本質的に同じ）半径に配置することによって、相巻線５２ａ〜ｂに最小のたるみが存在することになり、それによって、相巻線５２ａ〜ｄの位置が固定されるときのモータ全体の堅牢性が向上する。

ステータ１の側面図を図７に示す。図から明らかなように、積層スタック１０は円筒形状に折り畳まれている。その結果、隣接するヨーク２４が内側窪み２９の領域で接続する（ｍｅｅｔ）ように、内側窪み２９が圧縮されている。あるいは、隣接するヨーク２４が少なくとも互いに非常に接近して配置される。絶縁体４０の外周には、特に後部絶縁体部材４４の後端部４９の外周が半径Ｒ４の位置に配置されている。半径Ｒ４は、後部絶縁体部材４４の軸方向端部で測定されることが好ましい。なお、後端部４９は本質的に平面であるため、半径Ｒ４は一定ではない。しかしながら、半径Ｒ２（これは一定であり、特に仮想円周２７の半径を示す場合）は半径Ｒ４より常に大きく、好ましくは、半径Ｒ２と半径Ｒ４との差が１〜２ｍｍとなるように、常に１ｍｍよりも大きくなければならない。半径Ｒ２と半径Ｒ４との差は、一部の実施形態ではワイヤ直径に依存し得る。０，９ｍｍのワイヤ直径の場合、半径Ｒ２と半径Ｒ４との差は１，１７ｍｍと２，２５ｍｍの間、すなわち、ワイヤ直径の１．３倍と２．５倍の間であり得る。

後端部４９の外周と積層スタック１０の外周との間に設けられる半径方向の空間は図８に示すように、相巻線５２ａ〜ｄを収容するために用いられることが好ましい。図８は、上述したステータ１を含む電気モータ１００の部品を示す。しかしながら、本発明者は驚くべきことに、リードフレーム７０を接続するために同じ半径方向空間を使用することもできることを認識した。図８（ならびに図２）では、リードフレーム７０が円形リードフレーム７０の外周からステータ１に向かって延びる円筒状の側壁７４を備えている様子が分かる。これらの円筒状側壁７４は１つまたは複数のリード７２も備えており、側壁７４が後端部４９の外周と積層スタック１０の外周との間の半径方向の空間に適合するように、絶縁体４０上に挿入される。

さらに、前側、すなわち前端部４８の外周と積層スタック１０の外周との間にも同様の半径方向の空間が設けられている。この半径方向空間は相巻線５２ａ〜ｄを収容するために使用されないが、代わりに、円筒状ハウジング８２と前部モータカバー８４との間に半径方向シール８０を可能にするように構成される。

縮小された半径Ｒ３における折り曲げジョイント３０の位置と、端部４８、４９の外周と積層スタック１０の外周との間に設けられた半径方向の空間との組み合わせは、それによって、リードフレーム７０のステータ１への極めて空間的に効率的な接続を可能にするだけでなく、前部モータカバー８４とモータハウジング８２との間に半径方向のシールを非常に空間的に効率的に取り付けることを可能にするという点において非常に有利である。

Claims (11)

1. それぞれの折り曲げジョイント（３０）の手段によって互いに接続された複数のセグメント（２０）を有する積層スタック（１０）を含み、少なくとも１つの折り曲げジョイント（３０）が、積層スタック（１０）の最大半径（Ｒ２）に対応する仮想円周（２７）の半径方向内側に配置され、ステータ（１）が複数の絶縁体（４０）をさらに含み、少なくとも１つの絶縁体（４０）が前記積層スタック（１０）から軸方向に延在する端部（４８、４９）を含み、前記端部（４８、４９）の外周と前記積層スタック（１０）の外周との間に半径方向空間が設けられる、ステータ（１）。
2. 折り曲げジョイント（３０）の手段によって互いに接続された複数のセグメント（２０）を有する積層スタック（１０）を含み、少なくとも１つの折り曲げジョイント（３０）が内面（２６）の半径（Ｒ１）と外面（２５）の半径（Ｒ２）との間に延在する特定の厚さを有する前記セグメント（２０）の部分に配置され、各折り曲げジョイント（３０）が（Ｒ１＋０，３^＊（Ｒ２^＊Ｒ１））と（Ｒ１＋０，９^＊（Ｒ２^＊Ｒ１））との間の半径方向位置（Ｒ３）に配置され、ステータ（１）が複数の絶縁体（４０）をさらに含み、少なくとも１つの絶縁体（４０）が前記積層スタック（１０）から軸方向に延在する端部（４８，４９）を含み、前記端部（４８，４９）の外周と前記積層スタック（１０）の外周との間に半径方向空間が設けられる、ステータ（１）。
3. それぞれの折り曲げジョイント（３０）が、（Ｒ１＋０，５^＊（Ｒ２^＊Ｒ１））と（Ｒ１＋０，７^＊（Ｒ２^＊Ｒ１））との間の半径方向位置（Ｒ３）に配置されていることを特徴とする請求項２に記載のステータ（１）。
4. 後端部（４８）の外周と前記積層スタック（１０）の外周との間の半径方向空間に少なくとも１つの相巻線（５２ａ〜ｄ）が配置されている、複数の巻線（５０）をさらに備える、請求項１〜３のいずれかに記載のステータ（１）。
5. リードフレーム（７０）をさらに備え、前記リードフレーム（７０）の円筒壁（７４）が、後端部（４８）の外周と前記積層スタック（１０）の外周との間の半径方向空間に配置される、請求項１〜４のいずれかに記載のステータ（１）。
6. リードフレーム（７０）の円筒壁（７４）は、前記少なくとも１つの相巻線（５２ａ〜ｄ）の半径方向外側に配置される、請求項４又は５に記載のステータ（１）。
7. 前記ステータ（１）の前端部に配置されたフロントカバー（８４）をさらに備える、請求項１〜６のいずれか１に記載のステータ（１）。
8. 前記フロントカバー（８４）の半径方向シール（８０）は、前記前端部（４９）の外周と前記積層スタック（１０）の外周との間の前記半径方向空間に配置されていることを特徴とする請求項７に記載のステータ（１）。
9. 前記少なくとも１つの絶縁体（４０）は、前部絶縁体部材（４２）と後部絶縁体部材（４４）とによって形成される、請求項１〜８のいずれかに記載のステータ（１）。
10. 少なくとも１つの折り曲げジョイント（３０）の半径方向位置は、後端部（４８）の外周の半径（Ｒ４）と一致する、請求項１〜９のいずれかに記載のステータ（１）。
11. 請求項１〜１０のいずれかに記載のステータ（１）を備える、電動モータ（１００）。

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