JP5105144B2 - モータおよび電機子の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、電動式のモータ、および、当該モータの電機子の製造方法に関する。

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高効率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、比較的低電圧の車載バッテリにより大きな出力を実現することが要求されるため、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る。そこで、このようなモータでは、コイルからの発熱量が過大になることを防止するために、断面積が大きく電気抵抗が小さい平角線（すなわち、断面形状が矩形の導線）がコイルの形成に用いられる。しかしながら、平角線をステータコアのティースに巻回することは困難であるため、例えば、特許文献１の電動機では、平角線を屈曲させて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挿入した上で、これらの導線の端部を複数の接続用導体により直列に接続してコイルを形成する技術が開示されている。

一方、特許文献２の３相電動機では、リング状のコイルがステータコアとは別に形成され、コイルのエンド部（ステータコアの端面から突出するコイルの屈曲部）が予め整形された上で、ステータコアのスロット開口（中心軸側の開口）からコイルが挿入されてティースに装着される。これにより、各相のコイルのエンド部が他の相のコイルのエンド部と干渉することが防止され、電動機の小型化が図られている。
特許第３４７４６６０号公報 特許第３５１４９３９号公報

ところで、特許文献１では、ステータコアの端面におけるコイルエンド部の配置について開示されていないが、このようなモータの電機子では、１つのスロットに複数の導線が収容される場合には、各導線のコイルエンド部がステータコアの端面上において重なり合うため、コイルエンド部を単に中心軸方向に重ねるのみでは電動機の中心軸方向の長さが大きくなってしまう。

特許文献２の電動機では、予め巻回されたコイルをスロット開口から挿入するため、挿入時にコイルが伸びてコイルエンド部が中心軸方向に膨らんでしまう。このため、電動機の小型化に限界がある。また、挿入時にコイルの形状が崩れてスロット内におけるコイルの占積率が低下してしまったり、挿入時のティースとの摩擦等によりコイル表面の絶縁膜が損傷してしまう恐れがある。さらには、コイル挿入用の装置が必要となり電機子の製造が複雑化してしまう。

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、モータの小型化を実現することを主な目的としている。

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、Ｕ字型の複数の導線のそれぞれの前記中心軸に平行に伸びる２つの直線部を２つのスロットに挿入し、前記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、２つの直線部の端部とは反対側において前記２つの直線部を一体的に接続するとともに前記２つの直線部よりも前記中心軸を中心とする径方向の外側または内側に位置するコイルエンド部を備える複数の変形導線を含み、前記複数の変形導線が、コイルエンド部が２つの直線部よりも前記径方向の外側に位置する第１導線と、コイルエンド部が２つの直線部よりも前記径方向の内側に位置するとともに前記第１導線よりも前記径方向の内側に位置する第２導線と、を含み、前記第２導線の断面積は、前記第１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、前記第１導線と前記第２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、前記複数の変形導線が、前記２つの直線部の断面形状が矩形である角形導線である。

請求項４に記載の発明は、請求項２に記載のモータであって、前記第１導線が、前記２つの直線部の断面形状が矩形である角形導線であり、前記第２導線が、前記２つの直線部の断面形状が円形である丸形導線であり、各スロットにおいて、前記第２導線が前記第１導線よりも前記径方向の内側に配置される。

請求項５に記載の発明は、請求項４に記載のモータであって、前記界磁用磁石が、前記中心軸を中心とする環状の前記電機子の前記中心軸側に配置される。

請求項６に記載の発明は、請求項４または５に記載のモータであって、前記各スロットにおいて、４本以上の導線の直線部が前記径方向に配列される。

請求項７に記載の発明は、請求項４ないし６のいずれかに記載のモータであって、前記第１導線のコイルエンド部において、前記２つの直線部の互いに対向する側面が、前記ステータコアの前記中心軸に垂直な端面に連続的に対向する面にて接続されている。

請求項８に記載の発明は、電動式のモータの電機子の製造方法であって、ａ）それぞれが２つの平行な直線部、および、前記２つの直線部の一方の端部の間において前記２つの直線部を一体的に接続するとともに前記２つの直線部の中心線を含む面から外れて位置するコイルエンド部を有するＵ字型の複数の第１導線および複数の第２導線を準備する工程と、ｂ）各第１導線の２つの直線部を、所定の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の２つのスロットに挿入し、前記各第１導線のコイルエンド部を前記２つの直線部よりも前記中心軸を中心とする径方向の外側に位置させる工程と、ｃ）各第２導線の２つの直線部を前記ステータコアの２つのスロットに挿入して前記各第２導線を前記各第１導線よりも前記径方向の内側に配置し、前記各第２導線のコイルエンド部を前記２つの直線部よりも前記径方向の内側に位置させる工程と、ｄ）前記複数の第１導線および前記複数の第２導線のそれぞれの前記２つの直線部の他方の端部を、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コイルを形成する工程とを備える。

請求項９に記載の発明は、請求項８に記載の電機子の製造方法であって、前記ａ）工程において、前記複数の第１導線および前記複数の第２導線のそれぞれの前記２つの直線部および前記コイルエンド部が、直線状の導線部材に対してプレス加工を行うことにより形成される。

本発明では、モータの小型化を実現することができる。請求項７の発明では、第１導線を容易に形成することができる。請求項９の発明では、第１導線および第２導線を容易に形成することができる。

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に示す第１導線である角形導線２１２ａ、および、図５．Ｂに示す第２導線である丸形導線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、断面形状が矩形である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、断面形状が円形である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、２本の直線部２１２１の上側の端部２１２３とは反対側の端部の間）において２本の直線部２１２１を一体的に接続するコイルエンド部２１２２を備える。コイルエンド部２１２２は、互いに平行な２本の直線部２１２１の中心線を含む面２１２１ａ（図５．Ａおよび図５．Ｂ中に二点鎖線にて示す。）から外れて位置する。また、角形導線２１２ａでは、２本の直線部２１２１の互いに対向する側面２１２６が、コイルエンド部２１２２の上面２１２７により接続されている。

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に取り付けられるよりも前に、予め、直線状の導線部材に対してプレス加工を行うことにより形成される。具体的には、直線状の導線部材をプレス加工により中央部近傍にてＵ字型に屈曲させることにより、屈曲部（すなわち、コイルエンド部２１２２）および２本の直線部２１２１が形成され、さらに、コイルエンド部２１２２を、プレス加工により、２本の直線部２１２１の中心線を含む面２１２１ａに略垂直な方向に、直線部２１２１に対して相対的に変形させることにより角形導線２１２ａおよび丸形導線２１２ｂが形成される。すなわち、角形導線２１２ａおよび丸形導線２１２ｂは、コイルエンド部２１２２を直線部２１２１に対して変形させた変形導線であるといえる。なお、本実施の形態に係るモータ１の複数の丸形導線２１２ｂには、図５．Ｂに示すものよりもコイルエンド部２１２２の変形の程度が小さいものが含まれている。

複数の導線２１２の両端部２１２３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。また、角形導線２１２ａのコイルエンド部２１２２の上面２１２７は、ステータコア２１１の中心軸Ｊ１に垂直な一の端面である下面２１１５に連続的に対向する。換言すれば、角形導線２１２ａのコイルエンド部２１２２では、上面２１２７のおよそ全体がステータコア２１１の下面２１１５に対向する。

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１３においても同様）。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（すなわち、角形導線２１２ａよりも径方向の内側）に位置する。

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性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）を介して、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８は、電機子２１の底面図である。図８に示すように、電機子２１では、角形導線２１２ａのコイルエンド部２１２２が、当該角形導線２１２ａの２本の直線部２１２１よりも中心軸Ｊ１を中心とする径方向の外側に位置し、丸形導線２１２ｂのコイルエンド部２１２２が、当該丸形導線２１２ｂの２本の直線部２１２１よりも径方向の内側に位置する。また、径方向に関して、角形導線２１２ａのコイルエンド部２１２２と丸形導線２１２ｂのコイルエンド部２１２２との間に比較的大きな間隙が設けられ、ステータコア２１１の各ティース２１１１の底面の一部が当該間隙から露出している。

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９．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９．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９．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９．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９．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９．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。

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１０．Ａおよび図１０．Ｂは、モータ１の製造の流れを示す図である。また、図１１．Ａないし図１１．Ｃは、製造途上のモータ１を示す正面図であり、図１２．Ａおよび図１２．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、断面形状が矩形の直線状の導線部材が複数準備され、当該複数の導線部材に対してプレス加工が行われることにより複数のＵ字型の角形導線２１２ａが形成される。また、断面形状が円形の直線状の導線部材が複数準備され、当該複数の導線部材に対してプレス加工が行われることにより複数のＵ字型の丸形導線２１２ｂが形成される（ステップＳ１１）。

複数の角形導線２１２ａおよび丸形導線２１２ｂが準備されると、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、複数の角形導線２１２ａのそれぞれの２本の直線部２１２１（図５．Ａ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、各角形導線２１２ａ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。このとき、各角形導線２１２ａのコイルエンド部２１２２は、図８に示すように、２本の直線部２１２１よりも径方向の外側に位置する（ステップＳ１２）。

次に、ステータコア２１１の複数のスロット２１１３に、複数の丸形導線２１２ｂのそれぞれの２本の直線部２１２１（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、各丸形導線２１２ｂ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。このとき、各丸形導線２１２ｂのコイルエンド部２１２２は、図８に示すように、２本の直線部２１２１よりも径方向の内側に位置する（ステップＳ１３）。なお、モータ１の製造では、ステータコア２１１への角形導線２１２ａの挿入（ステップＳ１２）および丸形導線２１２ｂの挿入（ステップＳ１３）が並行して行われてもよく、丸形導線２１２ｂの挿入（ステップＳ１３）が角形導線２１２ａの挿入（ステップＳ１２）よりも前に行われてもよい。

各導線２１２（すなわち、角形導線２１２ａおよび丸形導線２１２ｂ）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１１．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Ｓ１４）、図１２．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１１．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Ｓ１５）。

次に、図７．Ｂに示すバスバープレート２１３１ｂが、図１１．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Ｓ１６）、図１２．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Ｓ１７）。

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Ｓ１８）、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る（ステップＳ１６〜Ｓ１８）。これにより、図１１．Ｃに示すように、複数の導線２１２（すなわち、角形導線２１２ａおよび丸形導線２１２ｂ）がバスバーユニット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）により周方向に接続されて形成されたコイル２１４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のコイルエンド部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Ｓ１９）。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Ｓ２０）。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〜Ｓ１８）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Ｓ２１）、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Ｓ２２）。

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のスロット２１１３に直線部２１２１を挿入した状態で取り付けられる複数のＵ字型の導線２１２のうち、径方向の外側に配置される導線２１２のコイルエンド部２１２２が、当該導線２１２の２本の直線部２１２１よりも径方向の外側に位置し、径方向の内側に配置される導線２１２のコイルエンド部２１２２が、当該導線２１２の２本の直線部２１２１よりも径方向の内側に位置する。

これにより、導線２１２のコイルエンド部２１２２を、後続の他の導線２１２の挿入位置（すなわち、一の導線２１２の２本の直線部２１２１の間に位置する２つのスロット２１１３の開口のうち、当該導線２１２よりも後から取り付けられる他の導線２１２の直線部２１２１が挿入される部分）を避けて効率良く配置することができ、後続の導線２１２をステータコア２１１に取り付ける際に、当該導線２１２のコイルエンド部２１２２をステータコア２１１の下面２１１５（図１１．Ｃ参照）に近接させることができる。

その結果、コイル２１４のステータコア２１１からの突出高さ（すなわち、複数の導線２１２のコイルエンド部２１２２のうち、中心軸Ｊ１方向に関してステータコア２１１の下面２１１５から最も離れているものとステータコア２１１の下面２１１５との間の距離）を小さくすることができ、電機子２１およびモータ１の小型化を実現することができる。また、コイルエンド部２１２２の長さを短くすることができるため、コイル２１４の電気抵抗を低減させてモータ効率を向上することもできる。

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、小型化および高効率化が要求されている。本実施の形態に係る電機子２１の構造によれば、上述のように、モータ１の小型化および高効率化を実現することができるため、モータ１は、車両の冷暖房装置のコンプレッサとして利用されることが特に好ましい。

また、コイル２１４の突出高さを小さくすることができる電機子２１の構造は、各スロットに多く（例えば、４本以上）の導線が収容されてコイルの突出高さが大きくなりやすいモータに特に適している。

電機子２１では、ステータコア２１１の下側（すなわち、コイルエンド部２１２２側）において、径方向の内側に配置されたコイルエンド部２１２２と外側に配置されたコイルエンド部２１２２との間に間隙が設けられる。これにより、モータ１の駆動時にコイル２１４に発生する熱を当該間隙から効率良く逃がすことができ、モータ１の温度上昇を抑制することができる。

モータ１では、径方向の内側に配置される導線２１２を、角形導線２１２ａよりも断面積が小さい丸形導線２１２ｂとすることにより、コイルエンド部２１２２の集合（以下、単に「コイルエンド」という。）の中心軸Ｊ１側の部位を小型化することができ、コイルエンドの内側のスペースを大きくすることができる。通常、電機子の内側にロータコアを有するインナーロータ型のモータでは、シャフトに固定されるギア等のモータ以外の部品がロータコアの近傍に取り付けられる。本実施の形態に係るモータ１では、コイルエンドの内側のスペースを大きくしてギア等の部品の配置および取付作業を容易とし、モータ１の周囲の設計の自由度を向上することができるため、電機子２１の構造は、インナーロータ型のモータに特に適しているといえる。

電機子２１では、角形導線２１２ａの２本の直線部２１２１の互いに対向する側面２１２６がコイルエンド部２１２２の上面２１２７により接続されており、当該上面２１２７がステータコア２１１の下面２１１５に連続的に対向する。このように、角形導線２１２ａがコイルエンド部２１２２において捻られていない形状とされるため、電機子２１の製造において、角形導線２１２ａを容易に形成することができる。また、本実施の形態に係る電機子２１の製造では、角形導線２１２ａおよび丸形導線２１２ｂをプレス加工により容易に形成することができる。

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１３は、第２の実施の形態に係るモータの電機子２１ａを示す断面図である。図１３に示すように、電機子２１ａでは、複数の導線２１２の断面形状が矩形とされる。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９．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、各導線２１２の２本の直線部２１２１およびコイルエンド部２１２２（図５．Ａ参照）の断面形状が矩形とされる。導線２１２は、コイルエンド部２１２２が２本の直線部２１２１の中心線を含む面２１２１ａ（図５．Ａ参照）から外れて位置するＵ字型の変形導線である。

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の複数のスロット２１１３において径方向の外側に配置される導線２１２のコイルエンド部２１２２が、当該導線２１２の２本の直線部２１２１よりも径方向の外側に位置し、径方向の内側に配置される導線２１２のコイルエンド部２１２２が、当該導線２１２の２本の直線部２１２１よりも径方向の内側に位置する。これにより、コイルエンド部２１２２を効率良く配置することができ、電機子２１ａおよびモータの小型化を実現することができる。電機子２１ａの構造は、丸形導線に比べてコイルエンド部が大型化しやすい角形導線によりコイル２１４（図２参照）が形成されているモータに特に適している。

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。

例えば、第１の実施の形態に係るモータ１の角形導線２１２ａでは、直線部２１２１の断面形状が矩形であれば、コイルエンド部２１２２の断面形状は、必ずしも矩形とされる必要はない（第２の実施の形態に係るモータの導線２１２においても同様）。また、丸形導線２１２ｂでも同様に、直線部２１２１の断面形状が円形であれば、コイルエンド部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およびコイルエンド部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。

モータ１の電機子２１では、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はない。また、各スロット２１１３において、２本の丸形導線２１２ｂの直線部２１２１が、２本の角形導線２１２ａの直線部２１２１よりも径方向において外側に配置されてもよい。

上記実施の形態に係る電機子では、各スロット２１１３に挿入される導線２１２の直線部２１２１の本数は４本には限定されず、３本以下または５本以上とされてもよい。また、コイル２１４は必ずしも分布巻きとされる必要はなく、集中巻きとされてもよい。

当該電機子では、コイルエンド部２１２２が変形された変形導線の全てにおいて、コイルエンド部２１２２を２本の直線部２１２１よりも径方向の外側に位置させてもよい。あるいは、複数の変形導線の全てのコイルエンド部２１２２を、２本の直線部２１２１よりも径方向の内側に位置させてもよい。このような構造とすることによっても、コイルエンド部２１２２を効率良く配置することができ、電機子およびモータの小型化を実現することができるとともに、コイルエンド部２１２２の長さを短くしてモータ効率を向上することもできる。また、モータの駆動時にコイルエンド部２１２２側から効率良く放熱することができ、モータの温度上昇を抑制することができる。

ただし、モータの更なる小型化、モータ効率の更なる向上、および、コイルエンド部２１２２側からの放熱効率の更なる向上の観点からは、径方向の外側に位置する導線２１２のコイルエンド部２１２２を直線部２１２１よりも外側に配置し、内側に位置する導線２１２のコイルエンド部２１２２を直線部２１２１よりも内側に配置することが好ましい。

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。 電機子の底面図である。 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。 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
２１１５ 下面
２１２１ 直線部
２１２１ａ 面
２１２２ コイルエンド部
２１２３ 端部
２１２６ 側面
２１２７ 上面
２１３２ バスバー
Ｊ１ 中心軸
Ｓ１１〜Ｓ２２ ステップ

Claims (9)

1. 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、
   Ｕ字型の複数の導線のそれぞれの前記中心軸に平行に伸びる２つの直線部を２つのスロットに挿入し、前記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、２つの直線部の端部とは反対側において前記２つの直線部を一体的に接続するとともに前記２つの直線部よりも前記中心軸を中心とする径方向の外側または内側に位置するコイルエンド部を備える複数の変形導線を含み、
   前記複数の変形導線が、
   コイルエンド部が２つの直線部よりも前記径方向の外側に位置する第１導線と、
   コイルエンド部が２つの直線部よりも前記径方向の内側に位置するとともに前記第１導線よりも前記径方向の内側に位置する第２導線と、
   を含み、前記第２導線の断面積は、前記第１導線の断面積よりも小さいことを特徴とするモータ。
2. 請求項１に記載のモータであって、
   前記第１導線と前記第２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。
3. 請求項１または２に記載のモータであって、
   前記複数の変形導線が、前記２つの直線部の断面形状が矩形である角形導線であることを特徴とするモータ。
4. 請求項２に記載のモータであって、
   前記第１導線が、前記２つの直線部の断面形状が矩形である角形導線であり、
   前記第２導線が、前記２つの直線部の断面形状が円形である丸形導線であり、
   各スロットにおいて、前記第２導線が前記第１導線よりも前記径方向の内側に配置されることを特徴とするモータ。
5. 請求項４に記載のモータであって、
   前記界磁用磁石が、前記中心軸を中心とする環状の前記電機子の前記中心軸側に配置されることを特徴とするモータ。
6. 請求項４または５に記載のモータであって、
   前記各スロットにおいて、４本以上の導線の直線部が前記径方向に配列されることを特徴とするモータ。
7. 請求項４ないし６のいずれかに記載のモータであって、
   前記第１導線のコイルエンド部において、前記２つの直線部の互いに対向する側面が、前記ステータコアの前記中心軸に垂直な端面に連続的に対向する面にて接続されていることを特徴とするモータ。
8. 電動式のモータの電機子の製造方法であって、
   ａ）それぞれが２つの平行な直線部、および、前記２つの直線部の一方の端部の間において前記２つの直線部を一体的に接続するとともに前記２つの直線部の中心線を含む面から外れて位置するコイルエンド部を有するＵ字型の複数の第１導線および複数の第２導線を準備する工程と、
   ｂ）各第１導線の２つの直線部を、所定の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の２つのスロットに挿入し、前記各第１導線のコイルエンド部を前記２つの直線部よりも前記中心軸を中心とする径方向の外側に位置させる工程と、
   ｃ）各第２導線の２つの直線部を前記ステータコアの２つのスロットに挿入して前記各第２導線を前記各第１導線よりも前記径方向の内側に配置し、前記各第２導線のコイルエンド部を前記２つの直線部よりも前記径方向の内側に位置させる工程と、
   ｄ）前記複数の第１導線および前記複数の第２導線のそれぞれの前記２つの直線部の他方の端部を、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コイルを形成する工程と、
   を備えることを特徴とする電機子の製造方法。
9. 請求項８に記載の電機子の製造方法であって、
   前記ａ）工程において、前記複数の第１導線および前記複数の第２導線のそれぞれの前記２つの直線部および前記コイルエンド部が、直線状の導線部材に対してプレス加工を行うことにより形成されることを特徴とする電機子の製造方法。

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