JP5105143B2

JP5105143B2 - モータ

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Publication number: JP5105143B2
Application number: JP2006334199A
Authority: JP
Inventors: 義雄藤居; 陽介山田; 秀明鈴木
Original assignee: Nidec Corp
Current assignee: Nidec America Corp
Priority date: 2006-12-12
Filing date: 2006-12-12
Publication date: 2012-12-19
Anticipated expiration: 2026-12-12
Also published as: JP2008148480A

Description

本発明は、電動式のモータに関する。

近年、省エネルギーや排気ガス問題の改善等の環境負荷低減を目的とした車両の開発が盛んに行われている。このような車両に搭載される環境負荷を低減する機構の１つとして、車両が停止している際にエンジンを自動的に停止することにより、エンジンから排出される二酸化炭素の量を減らすアイドリングストップが知られている。

ここで、車両の冷暖房装置において、コンプレッサがエンジンにより駆動される場合、アイドリングストップによりエンジンが停止されることにより冷暖房装置も停止してしまう。そこで、冷暖房装置のコンプレッサを電動式とし、当該コンプレッサを車載バッテリーにより駆動することにより、エンジンの停止中であっても冷暖房装置を駆動することが可能となる。このような車載の電動コンプレッサには高い信頼性が求められるため、電機子の内側に配置されたロータコアに永久磁石が埋め込まれたＩＰＭ（interior permanent magnet（埋込磁石））モータ等が当該コンプレッサとして利用されることが好ましい。また、車内スペースの確保や燃費の改善、排気ガスの削減等の観点から、当該モータは小型かつ大出力であることが求められている。

自動車に搭載される電動コンプレッサは車載バッテリにより駆動されるため、低電圧で大きな出力を実現する必要がある。このため、電機子のコイルに流れる電流は必然的に大きなものとなり、コイルを形成する導線の電気抵抗が大きいと導線における発熱量が過大になってしまう。

導線の電気抵抗を小さくする場合、導線の断面積を大きくすることが考えられるが、導線の断面積を大きくすると、導線を収容するステータコアのスロットも大きくなるため、ステータコアの径が大きくなってモータが大型化してしまう。逆に、ステータコアの径を増加させることなく導線の断面積およびステータコアのスロットを大きくすると、スロット間のティースの周方向の幅が小さくなってしまい、ティースを通る磁束量が減少してモータの最大出力が低下してしまう。そこで、モータの大型化および出力低下を抑制しつつ当該モータを大電流に対応可能とする様々な技術が提案されている。

例えば、特許文献１では、断面形状が矩形の導線を屈曲させてＵ字型とし、電機子の各スロットにＵ字型導線の脚部部分を２本ずつ挿入した上で、これらの導線を直列に接続して電機子のコイルを形成する技術が開示されている。当該電機子では、導線の断面形状が矩形とされることにより、断面形状が円形とされる場合に比べて、所定の断面積を有するスロットに面積効率良く導線を配置することができる（すなわち、導線と導線との間、および、導線とスロット内側面との間の隙間を小さくして占積率を向上しつつ導線を配置することができる）。これにより、モータの大型化および出力低下を抑制しつつ断面積が大きく大電流に対応可能なコイルを有する電機子が形成される。

また、特許文献２の電機子では、ステータコアの各スロット内において、断面形状が矩形の４本の導線が、電機子の中心軸を中心とする径方向に配置される。当該電機子では、スロットの周方向の幅が中心軸から離れるにしたがって大きくなっており、４本の導線の幅を、スロット幅に合わせて、中心軸から離れるにしたがって大きくし、当該４本の導線の径方向の厚さを、中心軸から離れるにしたがって小さくすることにより、スロットの径方向の長さが縮小されてステータコアの径が小さくされる。

一方、特許文献３の直流モータの電機子では、コンミテータに接続されるかんざし状に屈曲させたコイル導体の一方側が丸線形状とされ、他方側が丸線形状を有する部位と同一断面積を有する平角線形状される。一のコイル導体の平角線形状を有する部位は、当該コイル導体の丸線形状を有する部位とは異なるスロットに収容される。ステータコアの各スロットには、一のコイル導体の平角線形状を有する部位、および、他のコイル導体の丸線形状を有する部位の２本が収容されており、平角線形状を有する部位は、長辺が径方向に延在するとともに短辺が周方向に延在する状態で、丸線形状を有する部位の中心軸側に配置される。
特許第３４７４６６０号公報特開２００４−１５９４６０号公報特許第２７６００９８号公報

ところで、特許文献１および特許文献２のモータでは、断面形状が矩形の導線のみがスロットに収容されるため、スロットの内側面のコーナー部が略円弧状である場合には、導線を当該内側面に沿わせることができず、占積率が低下してしまう。また、断面形状が矩形の導線は、一般的に、断面形状が円形の導線に比べて曲げ加工が施しにくいため、電機子におけるコイルの形成が複雑化してしまう。一方、特許文献３のコイル導体は、１本の丸線形状の導線のおよそ半分の長さの部位を整形して平角線形状とすることにより形成される。このため、コイルの形成が複雑化してモータの製造コストが増大してしまう。

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、モータの電機子において、ティースの幅を縮小することなくコイルの設計の自由度を向上することを目的としており、これにより、コイルの電気抵抗の低減、および、ティースの磁気抵抗の低減のバランスを容易に図ることを目的としている。

請求項１に記載の発明は、電動式のモータであって、電機子を有するステータ部と、前記ステータ部に取り付けられた軸受機構と、前記電機子との間で所定の中心軸を中心とするトルクを発生する界磁用磁石を有するとともに、前記軸受機構を介して前記中心軸を中心に前記ステータ部に対して回転可能に支持されるロータ部とを備え、前記電機子が、前記中心軸を中心として放射状に配置された複数のティースを有するステータコアと、前記複数のティース間の各スロットにおいて前記中心軸に平行に伸びる部位を含む複数の導線の端部を、複数の導電性の端子を介して前記中心軸を中心とする周方向に接続することにより前記複数のティース上に形成されたコイルとを備え、前記複数の導線が、前記各スロットの径方向内側に配置される導線と、前記各スロットの径方向外側に配置される導線と、を備え、前記各スロットの径方向内側に配置される導線の断面積は、前記各スロットの径方向外側に配置される導線の断面積よりも小さい。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のモータであって、前記各スロットの径方向内側に配置される導線と前記各スロットの径方向外側に配置される導線とが交互に接続されている。

請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載のモータであって、前記複数の導線が、前記各スロットに収容される部位の断面形状が矩形である複数の角形導線と、前記各スロットに収容される部位の断面形状が円形である複数の丸形導線とを備える。

請求項４に記載の発明は、請求項３に記載のモータであって、前記各スロットの内側面が、前記丸形導線の外側面に沿う湾曲部を備える。

請求項５に記載の発明は、請求項３または４に記載のモータであって、各角形導線が、２つのスロットにそれぞれ収容される前記中心軸に平行に伸びる２つの第１直線部と、前記２つの第１直線部の一方の端部の間において屈曲しつつ前記２つの第１直線部を一体的に接続する第１屈曲部とを備え、各丸形導線が、２つのスロットにそれぞれ収容される前記中心軸に平行に伸びる２つの第２直線部と、前記２つの第２直線部の一方の端部の間において屈曲しつつ前記２つの第２直線部を一体的に接続する第２屈曲部とを備える。

請求項８に記載の発明は、請求項１ないし５のいずれかに記載のモータであって、前記各スロットの断面積が、径方向外側に向かうにつれて、段階的に拡大する。

本発明では、ティースの幅を縮小することなくコイルの設計の自由度を向上することができる。請求項２および６では、モータの製造を容易とすることができる。請求項３の発明では、ステータコアの外径を小さくすることができる。請求項４の発明では、ティースの幅を大きくすることができる。請求項５の発明では、導線の断面積の均一性を向上しつつコイルの平均断面積を大きくすることができる。請求項７の発明では、コイル全体における発熱量の分布の均一性を向上することができる。

図１は、本発明の第１の実施の形態に係る電動式のモータ１の外観を示す平面図であり、図２は、モータ１を示す縦断面図である。図２では、図１に示すモータ１の中心軸Ｊ１を含む面における断面を示しており、また、当該断面よりも手前側および奥側の構成の一部も併せて示している。モータ１は、いわゆるアイドリングストップ（すなわち、車両が停止している際にエンジンを自動的に停止する機構）が搭載された車両等において、冷暖房装置のコンプレッサとして利用される３相交流モータであり、図１および図２に示すように、中心軸Ｊ１方向の長さが外径の約２倍である縦長のモータである。

図２に示すように、モータ１はインナーロータ型のモータであり、固定組立体であるステータ部２、回転組立体であるロータ部３、ステータ部２に取り付けられるとともにロータ部３を中心軸Ｊ１を中心にステータ部２に対して回転可能に支持する軸受機構４、ロータ部３のステータ部２に対する角度位置を検出する装置であるレゾルバ部５、および、これらの構成を内部に収容する略有底円筒状のハウジング６を備える。以下の説明では、便宜上、中心軸Ｊ１に沿ってレゾルバ部５側を上側、ステータ部２およびロータ部３側を下側として説明するが、中心軸Ｊ１は必ずしも重力方向と一致する必要はない。

ステータ部２は、ハウジング６の内周面に取り付けられる電機子２１を備え、電機子２１は、薄板状の珪素鋼板が積層されて形成されたステータコア２１１を備える。図３は、ステータコア２１１を示す平面図である。図３に示すように、ステータコア２１１は、中心軸Ｊ１を中心として放射状に配置された複数（本実施の形態では、２４本）のティース２１１１、および、複数のティース２１１１の中心軸Ｊ１と反対側の端部を一体的に保持する略円環状のコアバック２１１２を備える。

図４は、電機子２１のステータコア２１１、および、ステータコア２１１に取り付けられる複数（本実施の形態では、４８本）の導線２１２を示す斜視図である。図４に示すように、複数の導線２１２は、複数のティース２１１１間の複数（本実施の形態では、２４個）のスロット２１１３において中心軸Ｊ１に平行に伸びる部位を有する。複数の導線２１２は、図５．Ａおよび図５．Ｂに示す角形導線２１２ａおよび丸形導線２１２ｂをそれぞれ複数有する。以下の説明では、角形導線２１２ａと丸形導線２１２ｂとを区別する必要がない場合には、角形導線２１２ａおよび丸形導線２１２ｂをまとめて導線２１２と呼ぶ。

図５．Ａに示すように、角形導線２１２ａは、断面形状が矩形のＵ字型導線（すなわち、Ｕ字型の平角線）であり、図５．Ｂに示すように、丸形導線２１２ｂは、断面形状が円形のＵ字型導線（すなわち、Ｕ字型の丸線）である。本実施の形態では、丸形導線２１２ｂの直径は３．１６ｍｍ以上３．２４ｍｍ以下とされる。また、本実施の形態では、角形導線２１２ａの断面積は１２．３ｍｍ^２以上とされ、丸形導線２１２ｂの断面積よりも大きくされる。

図５．Ａおよび図５．Ｂに示すように、角形導線２１２ａおよび丸形導線２１２ｂはそれぞれ、ステータコア２１１の２つの異なるスロット２１１３（図４参照）にそれぞれ収容されるとともに中心軸Ｊ１に平行に伸びる２本の直線部２１２１、および、２本の直線部２１２１の中心軸Ｊ１方向における下側（すなわち、図２に示すハウジング６の底部側）の端部の間において屈曲しつつ２本の直線部２１２１の当該端部をステータコア２１１の下側にて一体的に接続する屈曲部２１２２を備える。角形導線２１２ａおよび丸形導線２１２ｂはそれぞれ、直線状の導線を中央部近傍にて屈曲することによりＵ字型に成形される。複数の導線２１２の両端部２１２３（すなわち、２本の直線部２１２１の屈曲部２１２２側とは反対側の端部）は、図４に示すように、ステータコア２１１の上側（すなわち、ハウジング６の底部とは反対側の開口側）において、ステータコア２１１の各スロット２１１３から上向きに突出する。

図６．Ａは、ステータコア２１１および導線２１２（すなわち、角形導線２１２ａおよび丸形導線２１２ｂ）を示す断面図である。図６．Ａでは、図示の都合上、ステータコア２１１および導線２１２の断面を平行斜線を付すことなく示している。図６．Ａに示すように、電機子２１では、ステータコア２１１の各スロット２１１３において、２本の角形導線２１２ａの直線部２１２１（図５．Ａ参照）と２本の丸形導線２１２ｂの直線部２１２１（図５．Ｂ参照）とが中心軸Ｊ１を中心とする径方向に配列されており、丸形導線２１２ｂは角形導線２１２ａの中心軸Ｊ１側に配置されている。

図６．Ｂは、図６．Ａに示すステータコア２１１および導線２１２の一部を拡大して示す図である。図６．Ｂに示すように、角形導線２１２ａのスロット２１１３に収容される部位の断面は、中心軸Ｊ１（図６．Ａ参照）を中心とする径方向に（略）平行な２つの短辺２１２４、および、２つの短辺２１２４に略垂直な（すなわち、中心軸Ｊ１を中心とする周方向に（略）平行な）２つの長辺２１２５を備える。また、各スロット２１１３の中心軸Ｊ１側の端部近傍では、スロット２１１３の内側面（すなわち、当該スロット２１１３を挟む２つのティース２１１１の側面）が、最も中心軸Ｊ１側に配置された丸形導線２１２ｂのスロット２１１３に収容される部位の外側面に沿うように湾曲している。換言すれば、各スロット２１１３の内側面は、上記丸形導線２１２ｂの外側面に沿う湾曲部２１１４を備える。

図２に示すように、電機子２１は、中心軸Ｊ１方向においてステータコア２１１の上側に配置されて複数のＵ字型の導線２１２の端部２１２３（図４参照）と接続されるバスバーユニット２１３をさらに備え、バスバーユニット２１３は、中心軸Ｊ１を中心とする略円環状であって中心軸Ｊ１方向に積層された６枚の端子台であるバスバープレート２１３１を備える。以下の説明では、６枚のバスバープレート２１３１をそれぞれ区別して呼ぶ場合には、バスバーユニット２１３における下側（すなわち、ステータコア２１１側）に配置されるものから順に、バスバープレート２１３１ａ〜２１３１ｆと呼ぶ。

図７．Ａないし図７．Ｆは、バスバープレート２１３１ａ〜２１３１ｆを示す平面図である。図７．Ａないし図７．Ｆに示すように、各バスバープレート２１３１（すなわち、バスバープレート２１３１ａ〜２１３１ｆ）は、中心軸Ｊ１方向に関して同じ位置にて周方向に配列された複数の導電体の端子であるバスバー２１３２、および、中心軸Ｊ１を中心とする略円環状であって当該複数のバスバー２１３２が一体的に固定される絶縁体（本実施の形態では、樹脂）の端子保持部であるバスバーホルダ２１３３を備える。各バスバープレート２１３１では、複数のバスバー２１３２が、バスバーホルダ２１３３の外周縁よりも内側にてバスバーホルダ２１３３に固定される。

図２に示すバスバーユニット２１３では、６枚のバスバーホルダ２１３３にそれぞれ保持されたバスバー群が、中心軸Ｊ１方向において互いに異なる位置に配置され、複数の導線２１２の一部にそれぞれ接続される。電機子２１では、６枚のバスバープレート２１３１の複数のバスバー２１３２（図７．Ａないし図７．Ｆ参照）により、複数の導線２１２の端部２１２３（図４参照）がステータコア２１１の上側において周方向に直列に接続されることにより、ステータコア２１１の複数のティース２１１１（図３参照）上に（複数の）コイル２１４が形成される。換言すれば、コイル２１４は、複数のバスバー２１３２、および、複数のバスバー２１３２を介して接続された複数の導線２１２を備える。

電機子２１では、図４に示す複数のティース２１１１のうち、連続する３本のティース２１１１に１ターンを巻回する分布巻きにより各コイル２１４（図２参照）が形成されており、１本の導線２１２の２本の直線部２１２１（図５．Ａおよび図５．Ｂ参照）が挿入される２つのスロット２１１３の間には、他の導線２１２の直線部２１２１が挿入される他の２つのスロット２１１３が挟まれる。本実施の形態では、各コイル２１４のターン数は２とされ、それぞれ１本の角形導線２１２ａおよび丸形導線２１２ｂ（図５．Ａおよび図５．Ｂ参照）が接続されることにより形成される。電機子２１では、複数の角形導線２１２ａおよび複数の丸形導線２１２ｂが交互に接続されてコイル２１４が形成されており、コイル２１４はバスバーユニット２１３（図２参照）を介して外部電源と接続される。

図７．Ａないし図７．Ｆに示すバスバープレート２１３１ａ〜２１３１ｆの外径（すなわち、各バスバープレートに外接する仮想円の直径）はそれぞれ、ステータコア２１１（図３参照）の外径よりも小さいため、複数のバスバー２１３２、および、各バスバー２１３２の導線との接合部２１３２ａは、ステータコア２１１の外周縁よりも内側（すなわち、中心軸Ｊ１側）に配置される。したがって、複数の導線２１２と複数のバスバー２１３２の接合部２１３２ａとは、ステータコア２１１の外周縁よりも中心軸Ｊ１側において接合される。本実施の形態では、バスバープレート２１３１ａ〜２１３１ｆの複数のバスバー２１３２と導線２１２との接合はＴＩＧ溶接により行われる。

図２に示すロータ部３は、中心軸Ｊ１を中心とするシャフト３１、シャフト３１の周囲に圧入等により取り付けられた略円筒状のロータコア３２、ロータコア３２に保持されてそれぞれが中心軸Ｊ１に平行に伸びる薄板状の永久磁石である複数の界磁用磁石３３、および、ロータコア３２の中心軸Ｊ１方向の両端面を覆う略円板状のロータカバー３４を備える。ロータコア３２は、薄板状の磁性体の鋼板（すなわち、電磁鋼板）が中心軸Ｊ１方向に積層されて形成されており、その外周面は電機子２１と対向する。また、ロータカバー３４は、非磁性体（例えば、樹脂やアルミニウム）により形成されており、ボルト等によりロータコア３２に固定されて界磁用磁石３３の中心軸Ｊ１方向の移動を規制する。モータ１では、中心軸Ｊ１を中心とする環状の電機子２１の中心軸Ｊ１側に界磁用磁石３３が配置されており、電機子２１と界磁用磁石３３との間で中心軸Ｊ１を中心とする回転力（トルク）を発生する。

図８．Ａは、ロータコア３２および界磁用磁石３３を示す平面図である。図８．Ａに示すように、ロータコア３２には、中心軸Ｊ１に平行であってロータコア３２を貫通する複数（本実施の形態では、１６個）の磁石保持穴３２１が形成されており、当該複数の磁石保持穴３２１のそれぞれに薄板状の界磁用磁石３３が挿入されることにより、複数の界磁用磁石３３が、ロータコア３２の外周面よりも中心軸Ｊ１側において中心軸Ｊ１を中心とする円周上に配置される。本実施の形態では、１個の磁石保持穴３２１に挿入される界磁用磁石３３が中心軸Ｊ１方向に４分割されている。以下の説明では、１個の磁石保持穴３２１に挿入される４分割された界磁用磁石３３をまとめて１個の界磁用磁石３３として取り扱う。１６個の界磁用磁石３３は、それぞれの主面をロータコア３２の外周面側（すなわち、図２に示す電機子２１側）に向けて配列される。

ロータ部３では、ロータコア３２の外周面に向けて開いたＶ字状に配置される隣接する２つの界磁用磁石３３において、電機子２１に対向する磁極の極性が等しくされ（以下、「同極配置」と呼ぶ。）、当該２つの界磁用磁石３３により１つのポールが形成される。換言すれば、複数の界磁用磁石３３において、電機子２１に対向する磁極の極性が、中心軸Ｊ１を中心とする周方向において２個ずつ変更される。本実施の形態では、ロータ部３のポール数は８とされる。

ロータコア３２では、電機子２１に対向する磁極の極性が互いに異なる（以下、「異極配置」と呼ぶ。）とともに隣接する１対の界磁用磁石３３（以下、「界磁用磁石対」という。）の間の部位３２２（すなわち、中心軸Ｊ１に向けて開いたＶ字状に配置される隣接する界磁用磁石対の中心軸Ｊ１から遠い側の端部の間の部位）に、当該界磁用磁石対が挿入される２つの磁石保持穴３２１から独立した穴部３２３が形成される。中心軸Ｊ１に平行に伸びる穴部３２３は、異極配置された複数の界磁用磁石対の間（すなわち、ロータ部３のポール間）に１つずつ形成されるため、本実施の形態では、８個の穴部３２３が、中心軸Ｊ１を中心とする円周上に等ピッチにて配列される。８個の穴部３２３の形状は全て等しく、また、隣接する２つの磁石保持穴３２１に対する相対位置も等しい。

モータ１のロータコア３２では、異極配置された界磁用磁石３３間の部位３２２に穴部３２３が形成されることにより、当該部位３２２における磁気抵抗が増大する。これにより、異極配置された界磁用磁石３３間における磁気短絡（いわゆる、磁束漏れ）が抑制され、モータ１の効率が向上される。このように、モータ１では、ロータコア３２の穴部３２３が形成された部位３２２が、いわゆるフラックスバリアの役割を果たす。以下の説明では、部位３２２を「フラックスバリア部３２２」といい、穴部３２３を「フラックスバリア穴３２３」という。

図８．Ｂは、ロータコア３２の１つのフラックスバリア穴３２３近傍を拡大して示す図である。図８．Ｂに示すように、フラックスバリア穴３２３は、異極配置された界磁用磁石対の間のフラックスバリア部３２２において、周方向両側の２つの界磁用磁石３３の最近接部を結ぶ面３３３（すなわち、２つの界磁用磁石３３の中心軸Ｊ１（図８．Ａ参照）側の主面３３１の互いに対向するエッジを結ぶ面３３３であり、図８．Ｂ中に二点鎖線にて示す。）と、ロータコア３２の外周面との間に形成され、ロータコア３２を中心軸Ｊ１方向に貫通する。フラックスバリア穴３２３の断面形状は略三角形であり、中心軸Ｊ１方向において一定である。

磁石保持穴３２１のフラックスバリア穴３２３側の端部では、当該磁石保持穴３２１に保持される界磁用磁石３３の側面３３２から、隣接するフラックスバリア穴３２３に向かって広がる隙間３２４が設けられる。また、磁石保持穴３２１のフラックスバリア穴３２３とは反対側の端部（すなわち、同極配置される隣接する２つの界磁用磁石３３の互いに対向する側の端部）では、磁石保持穴３２１の内側面と当該磁石保持穴３２１に保持される界磁用磁石３３の側面３３２との間に隙間３２５が設けられる。

隙間３２４および隙間３２５はそれぞれ、界磁用磁石３３の主面３３１に略垂直な２つの側面３３２のおよそ半分と対向する。また、界磁用磁石３３の各側面３３２の残り半分は磁石保持穴３２１の内側面と当接しており、これにより、磁石保持穴３２１内における界磁用磁石３３の周方向の動きが規制される。

各フラックスバリア穴３２３の略三角形状の断面は、ロータコア３２の外周面に略平行な辺、および、各フラックスバリア穴３２３に隣接する２つの界磁用磁石３３の互いに対向する側面３３２に略平行な２辺を有する。各フラックスバリア穴３２３とロータコア３２の外周面との間の最短距離Ｄ１、および、各フラックスバリア穴３２３に隣接する２つの磁石保持穴３２１と各フラックスバリア穴３２３との間のそれぞれの最短距離Ｄ２，Ｄ３は等しくされる。

軸受機構４は、図２に示すように、ロータ部３のロータコア３２の上側および下側においてシャフト３１に取り付けられる上部ベアリング４１および下部ベアリング４２、並びに、上部ベアリング４１が収容されるとともにハウジング６に固定されるベアリングホルダ４３を備える。下部ベアリング４２は、ハウジング６の底部中央に設けられた円筒状の側壁を有する収容部の内部に収容される。

次に、モータ１の製造の流れについて説明する。図９は、モータ１の製造の流れを示す図である。また、図１０．Ａないし図１０．Ｃは、製造途上のモータ１を示す正面図であり、図１１．Ａおよび図１１．Ｂは、製造途上のモータ１を示す平面図である。

モータ１が製造される際には、まず、図３に示すステータコア２１１の中心軸Ｊ１方向の両側から、樹脂等の絶縁体により形成されたインシュレータが挿入されてステータコア２１１に装着されることにより、複数のティース２１１１の側面および上下面、並びに、コアバック２１１２の上下面が絶縁体により被覆される。続いて、ステータコア２１１の複数のスロット２１１３に、複数の導線２１２のそれぞれの２本の直線部２１２１（図５．Ａおよび図５．Ｂ参照）がステータコア２１１の下側から挿入され、図４に示すように各導線２１２の端部２１２３がステータコア２１１の上側に突出した状態とされる（ステップＳ１１）。各導線２１２の両端部２１２３では、導線２１２の表面を被覆する厚さ数μｍの絶縁体（例えば、ポリイミドアミド）の膜が予め除去されて側面に導電部が露出しており、当該両端部２１２３は、導電体であるバスバー２１３２の接合部２１３２ａ（図７．Ａないし図７．Ｆ参照）と接合される接合部とされる。

導線２１２の挿入が終了すると、図７．Ａに示すバスバープレート２１３１ａが、図１０．Ａに示すように、ステータコア２１１の上側（すなわち、複数の導線２１２の端部２１２３側）に配置され（ステップＳ１２）、図１１．Ａに示すように、バスバープレート２１３１ａの複数のバスバー２１３２の接合部２１３２ａに、複数の導線２１２の一部（すなわち、バスバープレート２１３１ａと接合される導線群）の端部２１２３（図１０．Ａ参照）がそれぞれ嵌合される。そして、バスバー２１３２の接合部２１３２ａと導線２１２の端部２１２３との各組み合わせに対してＴＩＧ溶接が行われ、バスバープレート２１３１ａの複数のバスバー２１３２と複数の導線２１２の一部とが接合される（ステップＳ１３）。

次に、図７．Ｂに示すバスバープレート２１３１ｂが、図１０．Ｂに示すように、ステータコア２１１上に配置されたバスバープレート２１３１ａ上に重ねられ（ステップＳ１４）、図１１．Ｂに示すように、バスバープレート２１３１ｂの複数のバスバー２１３２の接合部２１３２ａに、複数の導線２１２の一部（すなわち、バスバープレート２１３１ｂと接合される導線群）がそれぞれ嵌合される。バスバープレート２１３１ｂの複数のバスバー２１３２は、バスバープレート２１３１ａの複数のバスバー２１３２のステータコア２１１とは反対側において、バスバープレート２１３１ａの複数のバスバー２１３２の一部と中心軸Ｊ１方向に関して重なるように配置される。

ここで、バスバープレート２１３１ａおよびバスバープレート２１３１ａの複数のバスバー２１３２を第１端子台および第１端子と捉え、バスバープレート２１３１ｂおよびバスバープレート２１３１ｂの複数のバスバー２１３２を第２端子台および第２端子と捉えた場合、モータ１では、第２端子台が第１端子台上に重ねられ、複数の第２端子が、中心軸Ｊ１方向に関して複数の第１端子の一部と重なっている。

バスバープレート２１３１ｂでは、バスバープレート２１３１ａの接合と同様に、バスバー２１３２の接合部２１３２ａと導線２１２の端部２１２３との各組み合わせに対してＴＩＧ溶接が行われ、バスバープレート２１３１ｂの複数のバスバー２１３２と複数の導線２１２の一部とが接合される（ステップＳ１５）。

以下、同様に、全てのバスバープレート２１３１が導線２１２と接合されるまで（ステップＳ１６）、次のバスバープレート２１３１を接合済みのバスバープレート２１３１上に重ねて当該バスバープレート２１３１のバスバー２１３２と複数の導線２１２の一部とをＴＩＧ溶接により接合する工程が繰り返され（ステップＳ１４〜Ｓ１６）、図１０．Ｃに示すように、バスバーユニット２１３（すなわち、ステータコア２１１上に積層された６枚のバスバープレート２１３１）を有する電機子２１が形成される。バスバーユニット２１３では、各バスバープレート２１３１の複数のバスバー２１３２（図７．Ａないし図７．Ｆ参照）が、他のバスバープレート２１３１の複数のバスバー２１３２の一部と中心軸Ｊ１方向において重なる。

全ての（本実施の形態では、６枚の）バスバープレート２１３１が導線２１２と接合されて電機子２１の製造が終了すると、加熱されたハウジング６（図２参照）に対して、電機子２１が複数の導線２１２の屈曲部２１２２側から挿入され、焼き嵌めにより電機子２１がハウジング６の内部に固定される（ステップＳ１７）。続いて、略円環板状のコイルカバーがハウジング６の内部に取り付けられ、電機子２１のバスバーユニット２１３の上側が覆われる。

次に、図２に示すロータ部３、並びに、ロータ部３のシャフト３１に取り付けられた上部ベアリング４１および下部ベアリング４２が、ハウジング６内部の電機子２１の内側（すなわち、中心軸Ｊ１側）に挿入される（ステップＳ１８）。ロータ部３の組み立て、並びに、シャフト３１への上部ベアリング４１および下部ベアリング４２の取り付けは、上述の電機子２１の組み立て（ステップＳ１１〜Ｓ１６）とは独立して、電機子２１の組み立てよりも前または後に、あるいは、電機子２１の組み立てと並行して行われる。

ロータ部３が電機子２１の内側に挿入されると、ベアリングホルダ４３が電機子２１の上側（すなわち、ハウジング６の開口側）においてハウジング６に固定され（ステップＳ１９）、その後、ベアリングホルダ４３の上側においてレゾルバ部５がハウジング６に固定されることにより、モータ１の製造が終了する（ステップＳ２０）。

以上に説明したように、モータ１の電機子２１では、ステータコア２１１の各スロット２１１３に、断面形状が矩形である角形導線２１２ａの直線部２１２１、および、断面形状が円形である丸形導線２１２ｂの直線部２１２１が収容される。このため、スロット２１１３の形状に合わせて導線２１２をスロット２１１３内において様々に配置することができる。これにより、スロット２１１３の幅（すなわち、隣接する２本のティース２１１１の互いに対向する側面間の距離）を拡大することなく、換言すれば、ティース２１１１の幅を縮小することなく、コイル２１４の設計の自由度を向上することができる。その結果、コイル２１４の電気抵抗の低減、および、ティース２１１１の磁気抵抗の低減のバランスを容易に図ることができる。

車両の冷暖房装置のコンプレッサとして利用されるモータでは、低電圧かつ大出力が要求されることにより、電機子のコイルを形成する導線の断面積が大きくなり、コイルの設計に様々な制約が課される。本実施の形態に係るモータ１は、上述のように、ティース２１１１の幅を縮小することなくコイル２１４の設計の自由度を向上することができるため、車両の冷暖房装置のコンプレッサとして特に好ましく利用することができる。また、車両の冷暖房装置のコンプレッサとしては、安全性を向上し、熱減磁を小さくするという観点から、電機子の内側に配置されたロータコアに永久磁石が埋め込まれたＩＰＭ（interior permanent magnet（埋込磁石））モータが利用されており、モータ１の構造は、このようなＩＰＭモータに好ましく適用される。

ステータコア２１１の各スロット２１１３では、径方向外側（すなわち、中心軸Ｊ１から遠い側）のスロット２１１３の幅が、径方向内側のスロット２１１３の幅よりも大きくなっているため、スロット２１１３の径方向外側の領域には、断面積が比較的大きい導線２１２が配置される。電機子２１では、断面積が大きいものが比較的入手しやすい角形導線２１２ａを丸形導線２１２ｂよりも径方向外側に配列することにより、モータの製造を容易とすることができるとともにモータの製造に係るコストを低減することができる。

電機子２１では、また、角形導線２１２ａのスロット２１１３に収容される部位の断面が、径方向に略平行な短辺２１２４と周方向に略平行な長辺２１２５とを有する略矩形状とされることにより、角形導線の断面が略正方形状とされる場合等に比べて、スロット２１１３の径方向の大きさを小さくすることができる。これにより、ステータコア２１１の外径を小さくすることができ、モータ１の外径を小型化することができる。さらには、スロット２１１３の内側面が、最も中心軸Ｊ１側に配置された丸形導線２１２ｂの外側面に沿うように湾曲していることにより、当該丸形導線２１２ｂの近傍においてティース２１１１の幅を大きくすることができ、ティース２１１１の磁気抵抗を低減することができる。

モータ１では、複数の角形導線２１２ａと、角形導線２１２ａよりも断面積が小さい複数の丸形導線２１２ｂとが交互に接続されているため、コイル２１４全体において、導線２１２の断面積の分布を均一化することができる。その結果、丸形導線２１２ｂにて発生した角形導線２１２ａよりも高温の熱を隣接する角形導線２１２ａへと逃がすことができ、コイル２１４全体における発熱量の分布の均一性を向上することができる。

また、モータ１では、２本の直線部２１２１を有するＵ字型の導線２１２を用いてコイル２１４を形成することにより、直線状の（すなわち、Ｉ字型の）導線を用いてコイルを形成する場合に比べて、バスバー２１３２と導線２１２との接合回数を低減することができ、また、バスバー２１３２との接合前の導線２１２をスロット２１１３内に挿入した状態で容易に保持することができる。その結果、電機子２１およびモータ１の製造を容易とすることができる。

次に、本発明の第２の実施の形態に係るモータについて説明する。図１２は、第２の実施の形態に係るモータの電機子２１ａの一部を示す断面図である。図１２では、電機子２１ａのステータコア２１１および複数の導線（すなわち、角形導線２１２ａおよび丸形導線２１２ｂ）の断面を、図示の都合上、平行斜線を付すことなく示している。

図１２に示すように、電機子２１ａでは、ステータコア２１１の各スロット２１１３において、２本の角形導線２１２ａの直線部２１２１（図５．Ａ参照）と２本の丸形導線２１２ｂの直線部２１２１（図５．Ｂ参照）とが中心軸Ｊ１を中心とする径方向に配列されており、角形導線２１２ａは丸形導線２１２ｂの中心軸Ｊ１側に配置されている。第２の実施の形態に係るモータのその他の構成は図１ないし図８．Ｂと同様であり、以下の説明において同符号を付す。また、当該モータの製造の流れも、第１の実施の形態と同様である。

電機子２１ａでは、角形導線２１２ａのスロット２１１３に収容される部位の断面が、中心軸Ｊ１を中心とする径方向に略平行な２つの長辺２１２５、および、２つの長辺２１２５に略垂直な（すなわち、中心軸Ｊ１を中心とする径方向に略平行な）２つの短辺２１２４を備える。本実施の形態では、角形導線２１２ａの断面積が、丸形導線２１２ｂの断面積以下とされる。

電機子２１ａでは、第１の実施の形態と同様に、ステータコア２１１の各スロット２１１３に、断面形状が矩形である角形導線２１２ａの直線部２１２１、および、断面形状が円形である丸形導線２１２ｂの直線部２１２１が収容される。このため、スロット２１１３の形状に合わせて導線をスロット２１１３内において様々に配置することができ、これにより、ティース２１１１の幅を縮小することなく、コイル２１４（図２参照）の設計の自由度を向上することができる。その結果、コイル２１４の電気抵抗の低減、および、ティース２１１１の磁気抵抗の低減のバランスを容易に図ることができる。

電機子２１ａでは、特に、幅が小さくなるスロット２１１３の径方向内側（すなわち、中心軸Ｊ１側）の領域に、丸形導線２１２ｂに比べてスペース効率が良い角形導線２１２ａを配置することにより、スロット２１１３の径方向内側の領域に配置される導線の断面積と径方向外側の領域に配置される導線の断面積との差を小さくする（または、両断面積を等しくする）ことができる。その結果、導線の断面積の均一性を向上しつつコイル２１４の平均断面積を大きくすることができ、モータの性能を向上することができる。

以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。

第１の実施の形態に係るモータ１の電機子２１では、角形導線２１２ａの断面積は、必ずしも丸形導線２１２ｂの断面積よりも大きくされる必要はなく、例えば、角形導線２１２ａおよび丸形導線２１２ｂの断面積が等しくされてもよい。また、第２の実施の形態に係る電機子２１ａでは、角形導線２１２ａの断面積が丸形導線２１２ｂの断面積よりも大きくされてもよい。

角形導線２１２ａでは、ステータコア２１１の各スロット２１１３に収容される部位である直線部２１２１の断面形状が矩形であれば、屈曲部２１２２の断面形状は、必ずしも矩形とされる必要はない。また、丸形導線２１２ｂでも同様に、各スロット２１１３に収容される部位である直線部２１２１の断面形状が円形であれば、屈曲部２１２２の断面形状は、必ずしも円形とされる必要はない。ただし、角形導線２１２ａおよび丸形導線２１２ｂにおいて、直線部２１２１および屈曲部２１２２の断面形状を同一とすることにより、各導線の製造を簡素化することができる。

上記実施の形態に係る電機子では、コイル２１４は必ずしも分布巻きとされる必要はなく、必ずしも角形導線２１２ａおよび丸形導線２１２ｂが交互に接続される必要もない。また、導線２１２をＵ字型にするための屈曲部２１２２の形成が困難である場合等、直線状の角形導線および直線状の丸形導線をステータコア２１１の上下にて接続することによりコイルが形成されてもよい。

上記実施の形態に係るモータは、必ずしも界磁用磁石３３が電機子の内側に配置されたインナーロータ型である必要はなく、界磁用磁石３３が電機子の外側に配置されたアウターロータ型であってもよい。また、モータは、車両の冷暖房装置のコンプレッサ以外に、いわゆるハイブリッドカー（すなわち、ガソリンエンジンやディーゼルエンジン等の内燃機関と電動式モータの双方により駆動される車両）や電気自動車等の車両の駆動源として利用されてもよく、その他、様々な装置やその駆動源として利用されてよい。

第１の実施の形態に係るモータの平面図である。モータの縦断面図である。ステータコアの平面図である。ステータコアおよび導線の斜視図である。角形導線の斜視図である。丸角形導線の斜視図である。ステータコアおよび導線の断面図である。１つのスロットを拡大して示す図である。バスバープレートの平面図である。バスバープレートの平面図である。バスバープレートの平面図である。バスバープレートの平面図である。バスバープレートの平面図である。バスバープレートの平面図である。ロータコアおよび界磁用磁石の平面図である。フラックスバリア穴近傍を拡大して示す図である。モータの製造の流れを示す図である。製造途上のモータを示す正面図である。製造途上のモータを示す正面図である。製造途上のモータを示す正面図である。製造途上のモータを示す平面図である。製造途上のモータを示す平面図である。第２の実施の形態に係るモータの電機子の一部を示す断面図である。

符号の説明

１モータ
２ステータ部
３ロータ部
４軸受機構
２１，２１ａ電機子
３３界磁用磁石
２１１ステータコア
２１２導線
２１２ａ角形導線
２１２ｂ丸形導線
２１４コイル
２１１１ティース
２１１３スロット
２１１４湾曲部
２１２１直線部
２１２２屈曲部
２１２３端部
２１２４短辺
２１２５長辺
２１３２バスバー
Ｊ１中心軸

Claims

電動式のモータであって、
電機子を有するステータ部と、
前記ステータ部に取り付けられた軸受機構と、
前記電機子との間で所定の中心軸を中心とするトルクを発生する界磁用磁石を有するとともに、前記軸受機構を介して前記中心軸を中心に前記ステータ部に対して回転可能に支持されるロータ部と、
を備え、
前記電機子が、
前記中心軸を中心として放射状に配置された複数のティースを有するステータコアと、
前記複数のティース間の各スロットにおいて前記中心軸に平行に伸びる部位を含む複数の導線の端部を、複数の導電性の端子を介して前記中心軸を中心とする周方向に接続することにより前記複数のティース上に形成されたコイルと、
を備え、
前記複数の導線が、
前記各スロットの径方向内側に配置される導線と、
前記各スロットの径方向外側に配置される導線と、
を備え、
前記各スロットの径方向内側に配置される導線の断面積は、前記各スロットの径方向外側に配置される導線の断面積よりも小さいことを特徴とするモータ。
請求項１に記載のモータであって、
前記各スロットの径方向内側に配置される導線と前記各スロットの径方向外側に配置される導線とが交互に接続されていることを特徴とするモータ
請求項１または２に記載のモータであって、
前記複数の導線が、
前記各スロットに収容される部位の断面形状が矩形である複数の角形導線と、
前記各スロットに収容される部位の断面形状が円形である複数の丸形導線と、
を備えることを特徴とするモータ。
請求項３に記載のモータであって、
前記各スロットの内側面が、前記丸形導線の外側面に沿う湾曲部を備えることを特徴とするモータ。
請求項３または４に記載のモータであって、
各角形導線が、
２つのスロットにそれぞれ収容される前記中心軸に平行に伸びる２つの第１直線部と、
前記２つの第１直線部の一方の端部の間において屈曲しつつ前記２つの第１直線部を一体的に接続する第１屈曲部と、
を備え、
各丸形導線が、
２つのスロットにそれぞれ収容される前記中心軸に平行に伸びる２つの第２直線部と、
前記２つの第２直線部の一方の端部の間において屈曲しつつ前記２つの第２直線部を一体的に接続する第２屈曲部と、を備えることを特徴とするモータ。
請求項１ないし５のいずれかに記載のモータであって、
前記各スロットの断面積が、径方向外側に向かうにつれて、段階的に拡大することを特徴とするモータ。