JP5563315B2 - 電機子及びブラシレスモータ - Google Patents

Description

本発明は、電機子及びブラシレスモータに関するものである。

従来、ブラシレスモータの電機子としてのステータは、径方向に延びるティース部と、ティース部の軸方向両端面及び周方向両端面を被覆するティース被覆部を有するインシュレータと、インシュレータのティース被覆部に巻回された複数層からなるコイルとを備えている（例えば、特許文献１参照）。コイルは、ティース被覆部と接触する第１層目から引き出し線が引き出されており、その引き出し線は、電源供給用の電源側端子に接続されるようになっている。

特開２００５−２６９８７５号公報

ところで、上記のような電機子では、引き出し線はコイルの第１層目から引き出されているため、引き出し線の根本部分は第１層目及び第２層目のコイル線と接触している。このため、コイル側の振動によって引き出し線には、第１層目及び第２層目のコイル線からの引張、圧縮、曲げ等の大きな力が掛かり、引き出し線が損傷してしまう虞があった。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、コイルの第１層目から引き出された引き出し線の損傷を抑制することができる電機子及びブラシレスモータを提供することにある。

上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、径方向に延びるティース部と、前記ティース部の軸方向両端面及び周方向両端面を被覆するティース被覆部を有するインシュレータと、前記インシュレータのティース被覆部に巻回された複数層からなるコイルとを備え、前記コイルにおいて前記ティース被覆部と接触する第１層目から引き出された引き出し線が電源側端子に接続される電機子であって、前記インシュレータには、前記ティース被覆部の周方向一側面からのみ周方向に突出し、前記引き出し線の根本部分を前記コイルの第１層目よりも上層側に案内するための突出案内部が形成され、前記コイルは、前記突出案内部から前記ティース被覆部に巻回され、該コイルの第１層目のコイル線及び該コイルの第２層目以降のコイル線が前記ティース被覆部の周方向一側面において前記引き出し線の根本部分と接触しないように巻回されたことを特徴とする。

この発明では、引き出し線の根本部分が突出案内部によりコイルの第１層目よりも上層側に案内されるとともに、第２層目以降のコイル線と接触しないように構成される。これにより、引き出し線の根本部分が第１層目及び第２層目以降のコイル線と接触しないように構成されるため、コイル側の振動によって生じるコイル線と引き出し線との接触が抑制される。このため、コイル線との接触により該引き出し線が受ける引張、圧縮、曲げ等の力を抑制でき、その結果、引き出し線の損傷を抑制することができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の電機子において、前記突出案内部は、前記ティース被覆部の周方向一側部おいて巻き始めのコイル線と当接する部分を前記ティース被覆部の他の部分よりも肉厚とした形状をなすことを特徴とする。

この発明では、ティース被覆部の巻き始めのコイル線と当接する部分を肉厚とすることで、引き出し線の根本部分が第１層目及び第２層目以降のコイル線と接触しないように構成することが可能となる。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の電機子において、前記突出案内部から前記ティース被覆部における軸方向の反引き出し部側の端面にかけての角部の曲率半径が、前記突出案内部以外の前記ティース被覆部の周方向側部から該ティース被覆部の軸方向端面にかけての角部の曲率半径よりも大きく設定されたことを特徴とする。

この発明では、コイル線をティース被覆部に巻き始める際の最初のカーブ部分は、コイルの引き出し線が電源側端子と接続されるために、コイル線の他のカーブ部分に比べコイル側の振動にて大きな応力が掛かり易い箇所であるが、そのコイル線の最初のカーブ部分の曲率半径がコイル線の他のカーブ部分の曲率半径よりも大きくなるため、コイル線の最初のカーブ部分に掛かる応力を抑えることが可能となる。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の電機子において、前記突出案内部には、前記コイル線を保持するための保持凹部が形成されたことを特徴とする。

この発明では、突出案内部の保持凹部により巻き始めのコイル線が保持されるため、突出案内部からのコイル線の脱落を抑制することが可能となる。
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の電機子において、前記インシュレータには、前記保持凹部と周方向に対向し該保持凹部に保持された前記コイル線と周方向に係合する第１係合部と、前記保持凹部に保持された前記コイル線と径方向に係合する第２係合部とが形成されたことを特徴とする。

この発明では、第１及び第２係合部によって突出案内部からのコイル線の脱落をより抑制することが可能となる。
請求項６に記載の発明は、請求項１〜５のいずれか１項に記載の電機子を備えたことを特徴とするブラシレスモータである。

この発明では、電機子のコイルの第１層目から引き出された引き出し線の損傷が抑制されたブラシレスモータを提供することができる。

従って、上記記載の発明によれば、コイルの第１層目から引き出された引き出し線の損傷を抑制することができる。

本実施形態のブラシレスモータの断面図である。 本実施形態のステータを示す平面図である。 （ａ）は、突出案内部を説明するための平面図であり、（ｂ）は、同図（ａ）におけるＡ−Ａ断面図である。

以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図１に示す本実施形態のブラシレスモータ１は、例えば車両用エンジンのバルブタイミング可変装置に用いられるものである。ブラシレスモータ１のハウジング２は略有底円筒状に形成され、そのハウジング２内には、円環状のステータ３（電機子）と、該ステータ３の内側に配置されたロータ４とが設けられている。そして、そのハウジング２の開口部を塞ぐようにエンドフレーム５が設けられている。

ステータ３は、ハウジング２の内周面に圧入固定されている。底部２ａとエンドフレーム５とにより挟持されている。ステータ３の内側において回転可能に支持されたロータ４は、円板状のコアシートを複数枚積層してなるロータコア１０を備え、そのロータコア１０の外周面にはマグネット１１が固定されている。ロータコア１０の中央部には、貫通孔１０ａが設けられ、その貫通孔１０ａに回転軸１２が嵌入されている。これにより、ロータコア１０と回転軸１２とは、一体回転可能に固定されるようになっている。尚、ロータコア１０は、回転軸１２に直接固定されているが、ロータコア１０と回転軸１２との間に係合部材を介在させて固定してもよい。

回転軸１２は、ハウジング２及びエンドフレーム５にそれぞれ設けられた軸受１３，１４によって回転可能に支持されている。詳しくは、エンドフレーム５の中央部分には軸受収容部５ａが設けられており、その軸受収容部５ａの内周面に弾性部材（図示略）を介して軸受１４の外輪が固定され、軸受１４の内輪は回転軸１２に固定されている。尚、回転軸１２の基端部は、エンドフレーム５と直接当接しないように構成されている。また、軸受１４の外輪とエンドフレーム５の軸受収容部５ａとの間に弾性部材を介在させることにより、ロータ４からエンドフレーム５への振動の伝達が抑制されるようになっている。

また、ハウジング２の底部２ａの中央部分にも軸受収容部２ｂが設けられており、その軸受収容部２ｂの内周面に軸受１３の外輪が固定され、軸受１３の内輪は回転軸１２に固定されている。この軸受１３によって回転軸１２の軸方向中間部が回転可能に支持されている。尚、軸受収容部２ｂにおいて軸受１３の外部側には、その軸受収容部２ｂと回転軸１２との隙間をシールするオイルシール１６が設けられている。

ロータ４におけるロータコア１０よりもエンドフレーム５側には、リング状のセンサマグネット１７が該ロータ４と一体回転可能に設けられている。センサマグネット１７は、ロータ４の回転位置を検出するために設けられるものであり、該センサマグネット１７にはＮ極とＳ極が所定角度毎に交互に設けられている。

図２及び図３（ａ）（ｂ）に示すように、ステータ３は、複数（本実施形態では１２個）のティース部２０を有するステータコア２１と、ステータコア２１に装着されたインシュレータ２２と、各ティース部２０にインシュレータ２２を介して巻回されたコイル２３とを備えている。

ステータコア２１は、ステータ３の外周円筒部３ａに対応する円環状のベース部２４（図３（ａ）参照）を有している。各ティース部２０は、ベース部２４の周方向等間隔の位置から径方向の内周側に延びており、各ティース部２０の先端部（内周側端部）は、その周方向幅が拡がる形状をなしている。尚、ステータコア２１は、板状のコアシートが軸方向に複数枚積層されて構成されている。また、ティース部２０は、断面矩形状をなしている（図３（ｂ）参照）。

インシュレータ２２は、図３（ａ）（ｂ）に示すように、ステータコア２１のベース部２４を被覆するベース被覆部３１と、ベース被覆部３１から径方向に延出されてティース部２０を被覆するティース被覆部３２とを有している。ベース被覆部３１は、図１に示すように、軸方向両側に延出されている。

ティース被覆部３２は、図３（ｂ）に示すように、ティース部２０の軸方向両端面をそれぞれ被覆する上部３２ａ及び下部３２ｂと、ティース部２０の周方向両端面をそれぞれ被覆する第１側部３２ｃ及び第２側部３２ｄとを有している。また、ティース被覆部３２は、ティース部２０の先端面を被覆しておらず、そのティース部２０の先端面はティース被覆部３２から露出されてロータ４と径方向に対向するようになっている（図１参照）。尚、インシュレータ２２は、図３（ｂ）に示すように、軸方向の中央部分で分割されている。

各ティース部２０には、インシュレータ２２のティース被覆部３２の上からコイル２３が巻回されている。コイル２３は、そのコイル軸が径方向を向くように巻回されるとともに、複数層（本実施形態では２層）で構成されている。

インシュレータ２２のティース被覆部３２の第１及び第２側部３２ｃ，３２ｄにはそれぞれ、軸方向に沿って延びるとともに径方向に並ぶ複数のガイド溝３３が形成されている。ガイド溝３３は、コイル２３の第１層目（第１層コイル線４１）の整列状態を保持させるためのものである。つまり、ガイド溝３３に保持された第１層コイル線４１は、径方向に並んで整列されるようになっている。また、コイル２３の第２層目（第２層コイル線４２）は、第１層コイル線４１上に巻回されるとともに、第１層コイル線４１における径方向に隣り合う線材間に形成される窪み部分にてガイドされて整列状態を保持されるようになっている。

ここで、コイル２３は、図２に示すように、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の３相に分類されてなり、周方向等間隔のティース部２０に巻回された４つのコイル２３が同相となっている。そして、各相の４つのコイル２３は、断面円状の一本の導線（コイル線）で構成されている。Ｕ相のコイル２３は、始めにティース部２０ａから巻回され、その後、ティース部２０ａにおける巻き終わりのコイル線が反時計回りに２つおきのティース部２０に順次巻回される。そして、巻き終わりのティース部２０ｅからはコイル線の端部２３ｅが引き出されるとともに、その端部２３ｅはインシュレータ２２のベース被覆部３１に設けられた中性点ターミナル３４に電気的に接続されるようになっている。

Ｖ相及びＷ相のコイル２３においても同様に巻回されている。Ｖ相のコイル２３の巻き始めは、Ｕ相のコイル２３の巻き始めのティース部２０ａの反時計回り側の隣のティース部２０ｂであり、Ｗ相のコイル２３の巻き始めはまたその隣のティース部２０ｃとなっている。各相の巻き始め及び巻き終わりのコイル２３は、それぞれ周方向に３つ並ぶように構成されている。また、Ｕ相・Ｖ相・Ｗ相のコイル２３の巻き終わりの端部２３ｅは、それぞれ中性点ターミナル３４に電気的に接続されている。そして、各相の巻き始めのコイル２３からは、コイル線の端部（引き出し線２３ｓ）が引き出されている。

ここで、各相のコイル２３の巻き始めのティース部２０ａ〜２０ｃについての構成を図３（ａ）（ｂ）に従って説明する。ティース部２０ａ〜２０ｃを被覆するティース被覆部３２の第１側部３２ｃには、突出案内部３５が形成されている。突出案内部３５は、径方向外側端部に形成されている。突出案内部３５は、第１側部３２ｃにおいて巻き始めのコイル線２３ａと当接する部分をティース被覆部３２の他の部分よりも肉厚にした形状をなしている（図３（ｂ）参照）。即ち、突出案内部３５は、ティース被覆部３２の第１側部３２ｃ側の側面から周方向に突出するように構成されている（図３（ａ）参照）。

そして、ティース部２０ａ〜２０ｃのティース被覆部３２にコイル２３を巻回する際には、コイル線を突出案内部３５から巻回し始め、そこから径方向内側に順に第１層コイル線４１を巻回するようになっている。即ち、巻き始めのコイル線２３ａは、突出案内部３５により第１層コイル線４１よりも上層側（本実施形態では第２層コイル線４２と同位置）に位置するようになっている。これにより、ティース被覆部３２の上部３２ａ側に引き出されたコイル２３の引き出し線２３ｓの根本部分２３ｂ（巻き始めのコイル線２３ａがインシュレータ２２（突出案内部３５）に最初に接する部分ならびにその近傍部分）も第１層コイル線４１よりも上層側に案内されるようになっている。そして、第１層コイル線４１上に巻回された第２層コイル線４２は、引き出し線２３ｓの根本部分２３ｂ及び巻き始めのコイル線２３ａ（少なくとも巻き始めのコイル線２３ａの巻き始め側の半周部に相当するティース被覆部３２の側部３２ｃ及び下部３２ｂと接する部分のコイル線２３ａ）と接触しないように構成されている。これにより、コイル２３側の振動によって生じる第１層及び第２層コイル線４１，４２と引き出し線２３ｓとの接触が抑制されるため、第１層及び第２層コイル線４１，４２との接触により該引き出し線２３ｓが受ける引張、圧縮、曲げ等の力を抑制でき、その結果、引き出し線２３ｓの損傷が抑制されるようになっている。

突出案内部３５からティース被覆部３２の下部３２ｂにかけての角部３２ｅの曲率半径は、ティース被覆部３２の突出案内部３５以外の第１及び第２側部３２ｃ，３２ｄから上部３２ａ及び下部３２ｂにかけての角部３２ｆよりも大きく設定されている。また、突出案内部３５の突出先端には、巻き始めのコイル線２３ａを保持するための弧状の保持凹部３５ａが形成され、これにより、突出案内部３５からの巻き始めのコイル線２３ａの脱落が抑制されるようになっている。また、インシュレータ２２には、保持凹部３５ａと周方向に対向し該保持凹部３５ａに保持された巻き始めのコイル線２３ａと周方向に係合する係合部３６（第１係合部）が形成されている。また、保持凹部３５ａに保持された巻き始めのコイル線２３ａは、インシュレータ２２のベース被覆部３１（第２係合部）と径方向に係合している。

エンドフレーム５におけるステータ３及びロータ４と対向する面とは反対側の面には、ブラシレスモータ１を駆動するための制御回路部材５０が設けられ、その制御回路部材５０を覆うようにエンドフレーム５にはモータカバー５３が装着されている。モータカバー５３内において、エンドフレーム５に制御回路部材５０のコネクタ部５１が固定され、そのコネクタ部５１には電源側端子としての複数の接続端子５２（図１においては１つのみ図示）が設けられている。尚、このコネクタ部５１には、図示しない外部電源コネクタが接続可能となっている。各接続端子５２は、コネクタ部５１からモータカバー５３内に導出され、ステータ３側からの各相の引き出し線２３ｓと電気的に接続されている。

上記したブラシレスモータ１では、各相に対応する駆動電流が制御回路部材５０から接続端子５２及び引き出し線２３ｓを介して各相のコイル２３に供給されると、ステータ３に回転磁界が生じ、その回転磁界によってロータ４が回転するようになっている。

次に、本実施形態の特徴的な作用効果を記載する。
（１）インシュレータ２２には、ティース被覆部３２の第１側部３２ｃから周方向に突出し、引き出し線２３ｓの根本部分２３ｂをコイル２３の第１層コイル線４１よりも上層側に案内するための突出案内部３５が形成される。そして、コイル２３は、突出案内部３５からティース被覆部３２に巻回され、該コイル２３の第２層コイル線４２が引き出し線２３ｓの根本部分２３ｂと接触しないように巻回される。従って、引き出し線２３ｓの根本部分２３ｂは、突出案内部３５によりコイル２３の第１層目よりも上層側に案内されるとともに、第２層コイル線４２と接触しないように構成される。これにより、コイル２３側の振動によって生じるコイル線と引き出し線２３ｓとの接触が抑制される。このため、コイル線４１，４２との接触により該引き出し線２３ｓが受ける引張、圧縮、曲げ等の力を抑制でき、その結果、引き出し線２３ｓの損傷を抑制することができる。

（２）突出案内部３５は、第１側部３２ｃ（周方向一側部）において巻き始めのコイル線２３ａと当接する部分をティース被覆部３２の他の部分よりも肉厚にした形状をなす。このように、ティース被覆部３２の巻き始めのコイル線２３ａと当接する部分を肉厚とすることで、引き出し線２３ｓの根本部分２３ｂが第１層及び第２層コイル線４１，４２と接触しないように構成することが可能となる。

（３）突出案内部３５からティース被覆部３２における軸方向の反引き出し部側の端面（下部３２ｂ）にかけての角部３２ｅの曲率半径が、ティース被覆部３２における突出案内部３５以外の第１及び第２側部３２ｃ，３２ｄから上部３２ａ及び下部３２ｂにかけての角部３２ｆよりも大きく設定される。コイル２３をティース被覆部３２に巻き始める際の最初のカーブ部分（角部３２ｅ）は、コイル２３の引き出し線２３ｓが接続端子５２と接続されるために、コイル線の他のカーブ部分（角部３２ｆ）に比べコイル２３側の振動にて大きな応力が掛かり易い箇所であるが、そのコイル線の最初のカーブ部分の曲率半径が他のカーブ部分の曲率半径よりも大きくなるため、コイル線の最初のカーブ部分に掛かる応力を抑えることが可能となる。

（４）突出案内部３５には、巻き始めのコイル線２３ａを保持するための保持凹部３５ａが形成される。これにより、突出案内部３５からのコイル線２３ａの脱落を抑制することが可能となる。

（５）インシュレータ２２には、保持凹部３５ａと周方向に対向し該保持凹部３５ａに保持されたコイル線２３ａと周方向に係合する係合部３６（第１係合部）と、そのコイル線２３ａと径方向に係合するベース被覆部３１（第２係合部）とが形成される。このため、係合部３６及びベース被覆部３１によって突出案内部３５からのコイル線２３ａの脱落をより抑制することが可能となる。

尚、本発明の実施形態は、以下のように変更してもよい。
・上記実施形態では、インシュレータ２２は軸方向の中央部分で分割されたが、これに特に限定されるものではなく、構成に応じて適宜変更してもよい。

・上記実施形態では、ティース部２０及びコイル２３の数を１２個としたが、これに特に限定されるものではなく、その数は構成に応じて適宜してもよい。
・上記実施形態では、コイル２３は２層で構成されたが、これに特に限定されるものではなく、３層以上としてもよい。３層以上の場合には、引き出し線２３ｓの根本部分２３ｂの位置がコイルの最上層と同位置又は最上層よりも上層側となるように突出案内部３５を突出させるのが望ましい。この構成によれば、引き出し線２３ｓの根本部分２３ｂを突出案内部３５にて第１層目及び第２層目以降のコイル線に接触させないように構成しつつも、コイルの占績率の低下を抑制することが可能となる。

・上記実施形態では、突出案内部３５は、第１側部３２ｃにおいて巻き始めのコイル線２３ａと当接する部分をティース被覆部３２の他の部分よりも肉厚にした形状をなしたが、これに特に限定されるものではなく、例えば、巻き始めのコイル線２３ａの全体ではなく引き出し線２３ｓの根本部分２３ｂのみを案内する形状としてもよい。

・上記実施形態では、ティース被覆部３２において角部３２ｅの曲率半径が角部３２ｆよりも大きく設定されたが、これに特に限定されるものではなく、例えば、同じ曲率半径としてもよい。

・上記実施形態では、本発明をブラシレスモータ１に適用したが、これ以外に例えば、直流モータに適用してもよい。

１…ブラシレスモータ、３…ステータ（電機子）、２０，２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｅ…ティース部、２２…インシュレータ、２３…コイル、２３ａ…巻き始めのコイル線、２３ｂ…根本部分、２３ｓ…引き出し線、３１…ベース被覆部（第２係合部）、３２…ティース被覆部、３２ｅ，３２ｆ…角部、３５…突出案内部、３５ａ…保持凹部、３６…係合部（第１係合部）、４１…第１層コイル線、４２…第２層コイル線、５２…電源側端子としての接続端子。

Claims (6)

1. 径方向に延びるティース部と、
   前記ティース部の軸方向両端面及び周方向両端面を被覆するティース被覆部を有するインシュレータと、
   前記インシュレータのティース被覆部に巻回された複数層からなるコイルと
   を備え、前記コイルにおいて前記ティース被覆部と接触する第１層目から引き出された引き出し線が電源側端子に接続される電機子であって、
   前記インシュレータには、前記ティース被覆部の周方向一側面からのみ周方向に突出し、前記引き出し線の根本部分を前記コイルの第１層目よりも上層側に案内するための突出案内部が形成され、
   前記コイルは、前記突出案内部から前記ティース被覆部に巻回され、該コイルの第１層目のコイル線及び該コイルの第２層目以降のコイル線が前記ティース被覆部の周方向一側面において前記引き出し線の根本部分と接触しないように巻回されたことを特徴とする電機子。
2. 請求項１に記載の電機子において、
   前記突出案内部は、前記ティース被覆部の周方向一側部おいて巻き始めのコイル線と当接する部分を前記ティース被覆部の他の部分よりも肉厚とした形状をなすことを特徴とする電機子。
3. 請求項２に記載の電機子において、
   前記突出案内部から前記ティース被覆部における軸方向の反引き出し部側の端面にかけての角部の曲率半径が、前記突出案内部以外の前記ティース被覆部の周方向側部から該ティース被覆部の軸方向端面にかけての角部の曲率半径よりも大きく設定されたことを特徴とする電機子。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の電機子において、
   前記突出案内部には、前記コイル線を保持するための保持凹部が形成されたことを特徴とする電機子。
5. 請求項４に記載の電機子において、
   前記インシュレータには、前記保持凹部と周方向に対向し該保持凹部に保持された前記コイル線と周方向に係合する第１係合部と、前記保持凹部に保持された前記コイル線と径方向に係合する第２係合部とが形成されたことを特徴とする電機子。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の電機子を備えたことを特徴とするブラシレスモータ。

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