JP2022049714A - 回転電機のステータ構造 - Google Patents

Abstract

【課題】ステータの上空での口出し線および中性線などの移動によるコイル同士の接触を抑制し、信頼性を向上可能な回転電機のステータ構造を実現する。【解決手段】角線から丸線への移行部２７をコイルエンド２８の外側に配置する。剛性が高い角線又は角線から丸線に移行する状態のコイルがコイルエンド２８内に確実に配置される構成とし、コイル間どうしの距離が狭く余裕がないコイルエンド２８内は加工硬化によって硬度が高く剛性が大きくなっている角線部２５または移行部２７とする。そのため、ステータの上方空間を通過して配回している口出し線および中性線が移動することによって振られても、コイルエンド２８内のコイルの動き量が少なくなり、コイルエンド２８内におけるコイル同士の接触を抑制することができ、コイル同士の短絡を防止することができる。【選択図】図５Ａ

Description

本発明は、回転電機のステータの構造に関する。

本技術分野の背景技術として、特許文献１及び特許文献２がある。

これらの公報には、ステータスロットは略矩形状となっているため、これと整合させるために、ステータスロット内に挿入するコイル断面も矩形状となるように形成されている。

つまり、上記公報には、丸線コイルを平角線に成形し、ステータスロット内に挿入し、ステータスロットの外部では、丸線コイルとなるように、平角線から丸線となる移行部が形成されたモータが示されている。

特開２００３－２５９８４号公報

特開平４－２４４７５２号公報

上記特許文献１及び２に記載された技術においては、丸線と角線の移行部はスロット外のコイルエンド部内に設けられる構成となっている。

このため、コイルをインバータ制御部と繋ぐための口出し線および中性線などを、ステータの上空（上方空間）で配回（配線するための移動）しを行う場合、移行部内における剛性が角線より低い丸線に近い形状又は丸線のコイルは、容易に振動可能（移動可能）であり、振動による影響によってコイルエンド内の隣のコイル同士が接触する可能性がある。最悪の場合には被覆がはがれてショートすることが考えられる。

今後、回転電機はさらなる小型化が図られているが、小型化により、コイルの密集度が高くなり、口出し線および中性線の移動又は振動により隣のコイル同士が接触する可能性がさらに高くなることが考えられる。

本発明の目的は、ステータの上空での口出し線および中性線の移動によるコイルエンド内におけるコイル同士の接触を抑制し、信頼性を向上可能な回転電機のステータ構造を実現することである。

上記目的を達成するため、本発明は次のように構成される。

ステータと、複数のコイルとを備える回転電機のステータ構造であって、前記複数のコイルのうちのいずれかは、断面が、互に対向する２つの辺を少なくとも有する角線部と、断面が円形である丸線部と、前記角線部と前記丸線部の間に形成され、角線から丸腺に移行する移行部と、を有し、前記角線部は、前記ステータのスロット内に配置されてコイルエンド部を形成し、前記移行部は、その一部又は全てが前記コイルエンド部の外側に配置される。

ステータの上空での口出し線および中性線の移動によるコイルエンド内におけるコイル同士の接触を抑制し、信頼性を向上可能な回転電機のステータ構造を実現することができる。

本発明が適用される一例としての電動パワーステアリング装置に用いられる回転電機組立体を示す概略斜視図である。 ステータとインバータ制御部を示した概略断面図である。 セグメントコイルを示す図である。 口出し線および中性線を示す図である。 ステータを示す概略構成図である。 移行部の下辺がコイルエンドの上面と同等の位置に配置する場合を示す図である。 移行部の一部がコイルエンドの外側に配置する場合を示す図である。 移行部の全てがコイルエンドの外側に配置する場合を示す図である。 実施例２におけるステータコアを軸方向の上面からみた図である。

以下、本発明の実施形態について、添付図面を用いて説明する。

（実施例１）
図１は、本発明が適用される一例としての電動パワーステアリング装置に用いられる回転電機組立体１０を示す概略斜視図である。

図１において、回転電機組立体１０は回転電機１１と、この回転電機を駆動制御するインバータ制御部１２により構成されている。回転電機１０は、電動パワーステアリング用モータ（ＥＰＳモータ)である。

インバータ制御部１２は、筺体内部にインバータ回路を構成する電力用半導体素子、この電力用半導体素子を駆動する駆動回路、この駆動回路を制御する制御回路等が内蔵されている。

回転電機１１にインバータ制御部１２は固定され、両者が一体化された回転電機組立体１０はパワーステアリング装置（図示せず）に通しボルト等で一体化されるものである。

図１では図示していないが、回転電機１１の内部には回転可能なロータとロータに回転力を発生させるステータが設けられている。

ロータは、一般的な永久磁石を用いた表面磁石型ロータや埋め込み磁石型の構造が用いられている。

一方、ステータは一体コアでセグメントコイルを挿入した波巻構造で構成されている。

図２は、ステータ３０とインバータ制御部１２を示した概略断面図である。

図２において、ステータ３０は、セグメントコイル以外にもインバータ制御部接続用の口出し線と、各相の他端同士を接続する中性線とを備えている。

配回しを行う（接続のために移動すること）コイルが角線であった場合、そのコイルを曲げ易い方向と曲げ難い方向とがあり、任意の場所へ、配回しを行うことが困難である。

しかし、配回しを行うコイルを丸線とすることでどの方向にも容易に曲げることができるため、任意の場所までを自由な配回しが可能となる。

また、電気接続する際も方向性のある角線よりも方向性がない丸線形状である方が、容易に接続することができる。

そのため、口出し線２１および中性線２２の配回し部は、丸線形状によって構成されている。丸線部２６については後述する。

図３Ａはセグメントコイルを示す図であり、図３Ｂは、口出し線および中性線を示す図である。

図３Ａにおいて、セグメントコイル２０は、プレスまたはローラ等によって丸線を圧縮し、断面において２つの辺を対向するように設けた角線部２５の形状となるように成形したものである。よって、角線部２５の剛性は丸線部２６より高い。また、移行部２７は、角線部２５と丸線部２６の間に形成され、角線から丸線に移行する部分であるが、丸線への移行が終了するまでの移行部２７の領域は、丸線より剛性が高い。

セグメントコイル２０は、ステータ３０のスロットに挿入されるスロット挿入部２４を両端に有し、それらを繋ぐ１つ以上の屈曲点を設けたヘアピン部２３で略Ｕ字型形状に形成される。

図３Ｂにおいて、口出し線２１および中性線２２は、ステータのスロットに挿入されるスロット挿入部２４を片側に有し、もう一方側は電気的接続用の加工されていない丸線部２６で構成される。

スロット挿入部２４は、プレスまたは、ローラ等によって丸線２６を、断面において２つの辺が対向するように略角形とした角線部２５の形状となるように成形したものである。

丸線部２６と角線部２５との間には、移行部２７が設けられている。この移行部２７は、断面において、角線部２５から丸線部２６へ向かう方向にそって先に示した角線部２５のプレスまたは、ローラによって成形された２つの対向する辺の互いの距離が大きくなっている。この断面形状の変化により、角線から丸線に移行する。角線から丸線への断面形状の変化が急激だとコイルの傷・被覆割れ等が発生する可能性が高くなるため、断面形状の変化はできるだけ滑らかのほうが良い。

図４は、先に述べたステータ３０を示す概略構成図である。

図４において、ステータ３０の片側からセグメントコイル２０と口出し線２１および中性線２２を軸方向に挿入し、反対側に飛び出した部分のコイルを周方向に曲げて、ＴＩＧ溶接等によって波巻が成り立つように接続したものである。

このとき、コイルを挿入する側（図４の上方側）のステータ３０の端面とセグメントコイル２０のヘアピン部２３先端との間にコイルエンド（コイルエンド部）２８を形成する。

そして、コイルの口出し線２１は移行部２７から屈曲部３１及び屈曲部３２を介してインバータ制御部１２に接続される。屈曲部３１及び屈曲部３２は、すべてのコイルに形成されている必要は無く、複数のコイルの少なくともいずれか１つに形成されていればよい。また、屈曲部を２つ以上形成することも可能である。

図５Ａ、図５Ｂ及び図５Ｃは、図３に示した移行部２７の拡大図を示す。

図５Ａは、移行部２７の下辺がコイルエンド２８の上面と同等の位置に配置する場合を示す図である。

図５Ｂは、移行部２７の一部がコイルエンド２８の外側に配置する場合を示す図である。

図５Ｃは、移行部２７の全て及び角線部２５の一部がコイルエンド２８の外側に配置する場合を示す図である。

移行部２７は、断面において角線２５の形状から丸線２６に向かう方向にそって２つの対向する辺の間の距離が大きくなっている。つまり、断面が少なくとも互いに対向する２つの辺を有する角線から丸線に移行する方向に沿って、２つの辺の間の距離が大きくなり丸線に移行する。

なお、断面が少なくとも互いに対向する２つの辺を有する角線とは、四角形に限らず、互いに対向する２つの辺以外の辺を有する五角形以上の多角形を含むという意味である。

角線から丸線への断面形状の変化はできるだけ滑らかのほうが良い。

図５Ａ、図５Ｂ、図５Ｃに示したいずれの例においても、移行部２７の一部又は全部が、コイルエンド２８の外側に配置されている。図５Ａに示すように、移行部２７の全てがコイルエンド２８の外側にあり、かつ、コイルエンド２８にできるだけ近い位置であることが望ましいが、図５Ｂに示すように、移行部２７の一部がコイルエンド２８内に配置されてもよい。

つまり、丸線部２６がコイルエンド２８内に無いように、移行部２７の一部がコイルエンド２８内に配置されてもよい。また、移行部２７の一部がコイルエンド２８の外側に配置され、その他の部分がコイルエンド２８内に配置されてもよい。

また、図５Ｃに示す例のように、移行部２７の全てがコイルエンド２８の外側に配置されていてもよいが、角線部２５もコイルエンド２８の外側に配置される。角線部２５は、丸線部２６より剛性が高く、配線のために曲げる必要がある場合、丸線と比較して曲げ方向が制限される。

よって、図５Ｃに示した例は、角線部２５の曲げ方向が比較的に曲げやすい方向に予め定められている場合に、適用することが好ましい。

また、図５Ｃに示した例において、移行部２７はインバータ制御１２の近辺に位置するように角線部２５を延長することも可能である。

以上に述べたように、本発明の実施例１においては、角線から丸線への移行部２７の少なくとも一部をコイルエンド２８の外側に配置することで、剛性が高い角線又は角線から丸線に移行する状態のコイルがコイルエンド２８内に確実に配置する構成とすることができ、コイル間どうしの距離が狭く余裕がないコイルエンド２８内は、加工硬化によって硬度が高く剛性が大きくなっている角線部２５または移行部２７となる。

そのため、ステータ３０の上方空間を通過して配回している口出し線２１および中性線２２が移動することによって振られても、コイルエンド２８内のコイルの動き量が少なくなり、コイルエンド２８内におけるコイル同士の接触を抑制することができ、コイル同士の短絡を防止することができる。

つまり、本発明の実施例１によれば、ステータ３０の上空での口出し線２１および中性線２２の移動によるコイルエンド２８内におけるコイル同士の接触を抑制し、信頼性を向上可能な回転電機のステータ構造を実現することができる。

（実施例２）
次に、本発明の実施例２について説明する。

図６は、実施例２におけるステータコアを軸方向の上面からみた図である。

実施例１においては、口出し線２１は、ステータ３０の上空ではあるが、ステータ３０の上面より外側にてインバータ制御部１２に接続され、中性線２２は、口出し線２１と同様に、ステータ３０の上空ではあるが、ステータ３０の上面より外側にて各相の他端どうしで接続される。この接続方法は、従来技術における接続方法と同様である。

従来技術においては、口出し線２１又は中性線２２をステータ３０の上空であって、ステータ３０の上面の内側を通過させようとすると、本発明のようにはコイルエンド２８にてコイルが固定されていないため、コイルエンド２８内のコイルがフリーに近い状態となってしまい、振動による影響を強く受けやすくなる。よって、従来技術においては、口出し線２１又は中性線２２をステータ３０の上空であって、ステータ３０の上面の内側を通過させることが困難である。

そこで、実施例２においては、実施例１と同様に、角線から丸線への移行部２７の少なくとも一部をコイルエンド２８の外側に配置する構成し、それに加えて、口出し線２１及び中性線２２をステータ３０の上空であって、ステータ３０の上面の内側を通過させ、口出し線２１はインバータ制御部１２（所定の部位）に直線形状の状態で接続され、中性線２２は、各相の他端どうしで直線形状の状態で接続される構成となっている。

口出し線２１及び中性線２２をステータ３０の上空であって、ステータ３０の上面の内側を通過させ、適切な部位に接続する構成となっているので、任意の場所までは最短距離（直線形状）となるように配回しが行われている。

また、口出し線２１が電気接続される箇所は任意の場所であるが、図６に示すように、インバータ制御部１２の構造上６本のコイルが一箇所に集まるように構成されている。

任意の場所までが最短距離となることで、コイルの使用量を削減することができるため、「抵抗値が小さくなることでの高効率化」、「材料費が下がることでの低コスト化」という効果を得ることができる。

本発明の実施例２によれば、実施例１と同様な効果を得ることができる他、「抵抗値が小さくなることでの高効率化」及び「材料費が下がることでの低コスト化」という効果を得ることができる。

なお、移行部２７の丸線への移行終端部における丸線の直径は、好ましくは、角線部２５における一辺の寸法の１．５～２．０倍である。

また、複数のコイルの口出し線２１又は中性線２２のうちの少なくとも一つが、ステータ３０の上空であって、ステータ３０の上面の内側を通過させ、適切な部位（所定の部位）に接続する構成であれば、実施例２に包含される。

また、上述した実施例１及び２において、複数のコイルの一部について、移行部２７の少なくとも一部をコイルエンド２８の外側に配置する構成とし、他のコイルは、移行部２７をコイルエンド２８内に配置する構成とすることも、本発明の実施形態に包含される。

また、上述した例は、電動パワーステアリング用モータの例を示したが、その他の回転電機にも本発明は適用可能である。例えば、工作機械の電動モータ等にも適用可能である。

１０・・・回転電機組立体、１１・・・回転電機、１２・・・インバータ制御部、２０・・・セグメントコイル、２１・・・口出し線、２２・・・中性線、２３・・・ヘアピン部、２４・・・スロット挿入部、２５・・・角線部、２６・・・丸線部、２７・・・移行部、２８・・・コイルエンド、３０・・・ステータ、３１、３２・・・屈曲部

Claims (8)

1. ステータと、複数のコイルとを備える回転電機のステータ構造であって、
   前記複数のコイルのうちのいずれかは、
   断面が、互に対向する２つの辺を少なくとも有する角線部と、
   断面が円形である丸線部と、
   前記角線部と前記丸線部の間に形成され、角線から丸腺に移行する移行部と、を有し、
   前記角線部は、前記ステータのスロット内に配置されてコイルエンド部を形成し、
   前記移行部は、その一部又は全てが前記コイルエンド部の外側に配置されることを特徴とする回転電機のステータ構造。
2. 請求項１に記載の回転電機のステータ構造において、
   前記移行部は、断面が少なくとも互いに対向する２つの辺を有する角線から前記丸線に移行する方向に沿って、前記２つの辺の間の距離が大きくなり丸線に移行することを特徴とする回転電機のステータ構造。
3. 請求項２に記載の回転電機のステータ構造において、
   前記丸線部は、前記コイルエンド部の外側に配置され、前記複数のコイルの少なくとも１つのコイルが、前記ステータの上面の内側を通過し、所定の部位に接続されることを特徴とする回転電機のステータ構造。
4. 請求項２に記載の回転電機のステータ構造において、
   前記丸線部のうち少なくともいずれか１つのコイルは、１つ以上の屈曲部が形成されることを特徴とする回転電機のステータ構造。
5. 請求項３に記載の回転電機のステータ構造において、
   前記複数のコイルの少なくとも１つのコイルは、前記ステータの上面の内側を直線形状で通過し、所定の部位に接続されることを特徴とする回転電機のステータ構造。
6. 請求項１に記載の回転電機のステータ構造において、
   前記移行部の下辺が前記コイルエンド部の上面と同等の位置に配置されることを特徴とする回転電機のステータ構造。
7. 請求項１に記載の回転電機のステータ構造において、
   前記移行部は、その全てが前記コイルエンド部の外側に配置されるとともに、前記角線部の一部が前記コイルエンド部の外側に配置されることを特徴とする回転電機のステータ構造。
8. 請求項１乃至７のうちのいずれか一項に記載の回転電機のステータ構造において、
   前記回転電機は、電動パワーステアリング装置用回転電機であることを特徴とする回転電機のステータ構造。

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