JP2023095475A - 回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】コギングトルク性能を低下させることなく巻線の断線および異音の発生を抑制することができる回転電機を提供する。【解決手段】回転電機１０は、ステータコア２２と、ステータコア２２のティース５２に嵌められた筒状のボビン５３と、ボビン５３に巻かれた巻線２３とを備える。ステータコア２２は、環状のバックヨーク５１、および、バックヨーク５１から径方向内側に突き出す一定幅のティース５２を有する。回転電機１０は非磁性リング６４をさらに備える。非磁性リング６４は、バックヨーク５１と同心に配置された環状部材であり、ボビン５３の径方向内側への移動を規制するように当該ボビン５３の径方向内側の内端部６３を支持する。【選択図】図５

Description

本発明は、回転電機に関する。

筒状のボビンに電線を巻いて巻線を形成し、そのボビンをステータコアのティースに挿入して作られたステータが知られている。特許文献１に開示されたステータは、ボビンが挿入された分割コアを周方向に並べ、それらの分割コアに外周リングおよび内周リングを圧入して作られる。内周リングは、磁性部と非磁性部とが周方向に交互に配置されるように一体成形されている。

特開２０１２－６０８５９号公報

ティースに挿入されたボビンが径方向に移動すると、巻線が断線したり異音が発生したりするおそれがある。特許文献１では、内周リングがボビンの径方向内側への移動を規制する。しかし、内周リングの磁性部はステータの磁極を構成するため、内周リングの部品精度および組付け精度が低いとコギングトルク性能が低下する。

本発明は上述の点に鑑みてなされたものであり、その目的は、コギングトルク性能を低下させることなく巻線の断線および異音の発生を抑制することができる回転電機を提供することである。

本発明の回転電機は、ステータコア（２２）と、ステータコアのティース（５２）に嵌められた筒状のボビン（５３）と、ボビンに巻かれた巻線（２３）とを備える。ステータコアは、環状のバックヨーク（５１）、および、バックヨークから径方向内側に突き出す一定幅または先細りのティースを有する。回転電機は、非磁性リング（６４）をさらに備える。非磁性リングは、バックヨークと同心に配置された環状部材であり、ボビンの径方向内側への移動を規制するように当該ボビンの径方向内側の内端部（６３）を支持する。

非磁性リングによりボビンの径方向内側への移動が規制されるため、ボビンの移動に起因した巻線の断線および異音の発生を抑制することができる。また、ボビンを支持するリングが非磁性であるため、非磁性リングの部品精度や組付け精度が低くてもコギングトルク性能に影響しない。

第１実施形態の回転電機の縦断面図。 図１のＩＩ－ＩＩ線断面図。 図１のステータおよび非磁性リングを制御ユニット側から見たときの図であって、ボビンの径方向内側の一部を断面で示す図。 図１のＩＶ部拡大図。 図３のＶ部拡大図。 第２実施形態のステータおよび非磁性リングを制御ユニット側から見たときの図であって、第１実施形態の図３に対応する図。 図６のＶＩＩ部拡大図。

以下、複数の実施形態を図面に基づき説明する。実施形態同士で実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。

［第１実施形態］
図１および図２に示すように回転電機１０は、モータ２０と制御ユニット４０とが一体に設けられた機電一体型である。制御ユニット４０は、外部から入力される情報や制御ユニット４０内部で検出したモータ電流等の情報に基づき、モータ２０が所望のトルクを発生するように制御を行う。モータ２０のトルクは、回転軸２６の出力端から外部に出力される。

以下、モータ２０の回転軸心Ｏに平行な方向を軸方向と記載する。また、回転軸心Ｏに直交する方向のことを径方向と記載する。また、回転軸心Ｏまわりの方向を周方向と記載する。

制御ユニット４０は、モータ２０に対して軸方向の一方に配置されており、基板４１、カバー４２、およびコネクタ４３等を備える。基板４１には、モータ２０の回転角を検出する回転角センサ４４、スイッチング動作してモータ２０の通電状態を切り替えるモータ駆動素子４５、および、各種情報に基づき演算を行ってモータ駆動素子４５等に制御信号を送る制御回路４６等が実装されている。

カバー４２は、基板４１を覆うように設けられ、ハウジング３１に例えば接着等により固定されている。コネクタ４３は、制御ユニット４０を外部につなぐためのものであり、カバー４２の開口部４７を通じて外部まで延び出している。

モータ２０は、三相ブラシレスモータであって、ステータ２１と、ロータ２５と、それらを収容したハウジング３１とを備える。ステータ２１は、ハウジング３１に固定されたステータコア２２と、ステータコア２２に組み付けられた巻線２３とを有する。巻線２３は、リード線２４により制御ユニット４０に接続されている。ロータ２５は、リア軸受３５およびフロント軸受３６により支持されている回転軸２６と、回転軸２６に固定されたロータコア２７とを有する。回転軸２６の一端部には永久磁石２８が設けられている。

ハウジング３１は、筒状のモータケース３２と、モータケース３２の一端に設けられたリアフレームエンド３３と、モータケース３２の他端に設けられたフロントフレームエンド３４とを有する。リアフレームエンド３３とフロントフレームエンド３４は、図示しないボルトにより互いに締結されている。

図１～図３に示すようにステータコア２２は、環状のバックヨーク５１と、バックヨーク５１から径方向内側に突き出す複数のティース５２とを有する。ティース５２の周方向の幅は一定である。ステータコア２２は、磁性材料の薄板が軸方向に積層されてなる積層体であり、周方向に非分割となっている一体コアである。ティース５２には、筒状に形成されたインシュレータとしての樹脂製のボビン５３が嵌められている。

ボビン５３は、ティース５２が挿入された筒部６１と、ボビン５３の径方向外側に形成されたフランジ状の外端部６２と、ボビン５３の径方向内側に形成されたフランジ状の内端部６３とを有する。巻線２３は、外端部６２と内端部６３との間で電線が筒部６１に巻き付けられてから、ボビン５３と共にティース５２に組み付けられる。

回転電機１０は、非磁性リング６４をさらに備える。非磁性リング６４は、バックヨーク５１と同心、すなわち回転軸心Ｏ上に配置された環状部材である。非磁性リング６４は、周方向に並ぶ複数の内端部６３に対して径方向内側に隣接して設けられており、ボビン５３の径方向内側への移動を規制するように内端部６３を支持する。

非磁性リング６４は、例えばステンレス鋼などの非磁性金属からなり、径方向の厚みが薄肉となるように形成されている。非磁性リング６４は、ボビン５３の軸方向の両側に１つずつ配置されている。ボビン５３および非磁性リング６４は共にティース５２の径方向内側の先端面６５よりも径方向外側に配置されている。

内端部６３は、軸方向のティース５２側で径方向外側へ凹む凹部６６と、軸方向においてティース５２とは反対側に形成された爪部６７とを有する。非磁性リング６４は、爪部６７の傾斜面６８に案内されながら軸方向へ押圧されることで、径方向へ撓みながら爪部６７を乗り越えて凹部６６に嵌まり、ボビン５３に組み付けられる。爪部６７は、非磁性リング６４の抜け止め部となる。凹部６６の底面６９は、非磁性リング６４に沿った円弧状に形成されている。底面６９は、非磁性リング６４がボビン５３を支えるときの支持面となっている。

（効果）
以上説明したように、第１実施形態では、回転電機１０は非磁性リング６４を備える。非磁性リング６４は、バックヨーク５１と同心に配置された環状部材であり、ボビン５３の径方向内側への移動を規制するように当該ボビン５３の径方向内側の内端部６３を支持する。非磁性リング６４によりボビン５３の径方向内側への移動が規制されるため、ボビン５３の移動に起因した巻線２３の断線および異音の発生を抑制することができる。また、ボビン５３を支持するリングが非磁性であるため、非磁性リング６４の部品精度や組付け精度が低くてもコギングトルク性能に影響しない。

また第１実施形態では、非磁性リング６４はボビン５３の軸方向両側に配置されている。これによりボビン５３を軸方向の偏りなくバランス良く支持することができる。

また第１実施形態では、ステータコア２２は、バックヨーク５１が周方向に非分割となっている一体コアである。これにより、バックヨーク５１が周方向に分割された分割コアの場合の課題である、各分割コアを一体化するときの組付け精度の低さに伴うモータ性能低下を改善することができる。

また第１実施形態では、非磁性リング６４は、ティース５２の径方向内側の先端面６５よりも径方向外側に配置されている。これによりステータ２１の磁気回路の設計自由度が向上する。つまり、ステータ２１とロータ２５との間に非磁性リング６４を配置してエアギャップが拡がることに伴う磁気特性の低下を回避することができる。

［第２実施形態］
図６および図７に示すように、第２実施形態では、内端部６３は、ボビン５３の径方向内側への移動を規制するように、周方向で隣り合う他の内端部６３に接触している。具体的には、内端部６３の周方向両側に位置する周方向端面７１は、径方向に沿う平面となっており、周方向で隣り合う他の内端部６３の周方向端面７１に面接触している。これによりボビン５３が径方向内側へ移動しようとするときの荷重を他のボビン５３が受け止め、非磁性リング６４にかかる荷重が低減する。そのため、非磁性リング６４の剛性を下げることができ、非磁性リング６４の設計自由度が上がる。

［他の実施形態］
他の実施形態では、非磁性リングは、例えばＣ字状のように周方向の一部が切欠かれた形状であってもよい。要するに非磁性リングは全てのボビンを支持できればよい。

他の実施形態では、非磁性リングは軸方向の片側だけに設けられてもよい。それでもボビンの径方向内側への移動を規制できればよい。

他の実施形態では、ステータコアが分割コアであってもよい。

本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の形態で実施可能である。

１０ 回転電機、２２ ステータコア、２３ 巻線、５１ バックヨーク、
５２ ティース、５３ ボビン、６４ 非磁性リング。

Claims (5)

1. 環状のバックヨーク（５１）、および、前記バックヨークから径方向内側に突き出す一定幅または先細りのティース（５２）、を有するステータコア（２２）と、
   前記ティースに嵌められた筒状のボビン（５３）と、
   前記ボビンに巻かれた巻線（２３）と、
   前記バックヨークと同心に配置された環状部材であり、前記ボビンの径方向内側への移動を規制するように当該ボビンの径方向内側の内端部（６３）を支持する非磁性リング（６４）と、
   を備える回転電機。
2. 前記非磁性リングは前記ボビンの軸方向両側に配置されている、請求項１に記載の回転電機。
3. 前記ステータコアは、前記バックヨークが非分割となっている一体コアである、請求項１または２に記載の回転電機。
4. 前記非磁性リングは、前記ティースの径方向内側の先端面（６５）よりも径方向外側に配置されている、請求項１～３のいずれか一項に記載の回転電機。
5. 前記内端部は、前記ボビンの径方向内側への移動を規制するように、周方向で隣り合う他の前記内端部に接触している、請求項１～４のいずれか一項に記載の回転電機。

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