JP5583192B2 - 回転電機の固定子 - Google Patents

Description

この発明は、回転電機の固定子、例えば車両のハンドルの操舵力をアシストする電動パワ−ステアリング用電動モータ装置の固定子に関するものである。

従来の電動パワ−ステアリング用電動モ−タ装置の固定子としては、１０極、１２スロット（以下１０Ｐ１２Ｓと記す）のΔ結線で、同じ相内に並列回路と直列回路が混在している構造において、一方のコイルの端部は３つの接続導体に接続され、各単位相コイルを構成する２つの単位コイルの他方の端部相互間は絶縁被覆電線からなる渡り導体を通して接続されているものが知られている（例えば特許文献１参照）。

特開２００６−１９７６７４号公報

上記電動パワ−ステアリング用電動モ−タ装置の固定子では、接続導体にコイル端末を接続する際の回転角度方向の位置決めが形成されていないため、角度ずれを起こした場合、正常な結線ができない。また、固定子鉄心の外径側には切欠きが設けられており、この切欠きを使う方法もあるが、特許文献１では切欠きが９０°ピッチとなっているため、９０°ずれた状態で結線されると正常な結線にならない。また、コイル巻線用ボビンに位置決めを設ける方法もあるが、同一の固定子に異なる形状のボビンを使うこととなり、この部材の誤組付けや部品点数が増加する欠点があった。

この発明は、かかる問題点を解決することを課題とするものであって、コイル端末を導電部材と接続する際の位置決め手段を固定子鉄心外径に設けることにより、誤組付けを防止し、且つ、巻線時間の短縮、寸法精度の向上、及び、部品点数を削減する回転電機の固定子を提供することを目的としている。

本発明に係る回転電機の固定子は、回転子の外周に設けられた回転電機の固定子であって、前記固定子は、２ｎ個（ただし、ｎは１以上の整数）の磁極が連結された磁極ユニットを２個以上組み合わせて構成された環状の固定子鉄心と、前記各磁極に巻回されたコイルと、前記コイルの端末を電気的に接続する導電部材とを備え、前記コイルの端末と前記導電部材の接続部とは同一円周上で、且つ、等ピッチに配置されており、前記コイルに対し、前記導電部材の接続部により、同じ相内に並列回路と直列回路が混在するΔ結線となるように前記固定子を回転し角度位置を決め、前記コイルと前記導電部を接続する構造において、前記固定子鉄心の、前記各磁極の外周に位置決め手段である切欠きが設けられており、前記切欠きの内、ある切欠きは前記磁極ユニットの配列ピッチに等しい角度位置で同じ形状を有し、且つ、前記切欠きの形状は残りの切欠きの形状と異なっているものである。

この発明に係る回転電機の固定子によれば、コイル端末を結線する際に、固定子鉄心外周の、例えば切欠きを角度位置決め手段として使うことにより、コイル端末の誤組付けを確実に防止することができる。また、固定子鉄心の磁極は２個以上連結されているため、隣り合う磁極の距離が短くなり、巻線時間が短縮され、且つ、固定子鉄心の磁極は２ユニット以上に分割されているため、全て連結されている磁極と比較して寸法が短くなり精度が向上する。更に、連結する磁極を多くすれば、部品点数が削減され、費用削減に繋がる
。更にまた、各磁極ユニットは同じ形状を有しているため、量産にも適し、組立ても容易である。

この発明の実施の形態１に係る回転電機を示す断面図である。 この発明の実施の形態１の回転電機における磁極ユニットを示す平面図である。 この発明の実施の形態１の回転電機における固定子鉄心および接続部材の構成を示す平面図である。 この発明の実施の形態１の回転電機における１０Ｐ１２Ｓの３相デルタ結線の電気回路図である。 この発明の実施の形態１の回転電機における磁極と環状導電部材の関係を示す概念図である。 この発明の実施の形態２に係る回転電機の磁極ユニットを示す平面図である。 この発明の実施の形態２の回転電機における固定子鉄心および接続部材の構成を示す平面図である。

以下、この発明の各実施の形態について図に基いて説明するが、各図において、同一または相当する部材、部位については同一符号を付して説明する。

実施の形態１．
図１は回転電機（モ−タ）１の全体構成を示し、回転子２と固定子３がフレーム４に内蔵されている。回転子２は、１０個の永久磁石（詳細は図示せず）が規則正しく配置され、回転可能に２つの軸受５および６で支持されている。詳細は後述するが、固定子３は、固定子鉄心を構成する磁極にボビン９を介して巻回されたコイルを備え、各コイル端末１２は、ボビン９に取り付けられた絶縁性環状部材１１によって支持されている接続部材４０に接続され、さらに接続部材４０はリード線１４に接続されている。

図２は固定子３を構成する固定子鉄心８の一部を取り出した図であり、円環状に配置される以前の、平面状に展開された磁極の一部を示したものである。ここでは、連結した２個の磁極１０により構成される単位を磁極ユニットと呼び、符号２０で示す。本実施の形態１に示す例では、固定子鉄心８は、１２個の磁極１０、すなわち６個の磁極ユニット２０で構成されている。
なお、一般的には、１磁極ユニットは２ｎ個（ただし、ｎは１以上の整数）の磁極で構成される。

図２は各磁極１０にコイル７を施した状態の１磁極ユニット２０を示している。磁極ユニット２０は、電磁鋼板を多数積層した磁極１０と、各磁極１０に装着された絶縁性樹脂からなるコイル巻線用のボビン９と、このボビン９に所定の巻き方によって巻回されたコイル７で構成されている。各ボビン９には、コイル７で塞がれない基部に位置決め孔９１が形成されている。図２に示す２つの磁極１０は連結されて１磁極ユニット２０を構成しており、この同形の磁極ユニット２０を６個組み合わせて１２個の磁極１０を有する固定子鉄心８が形成される。固定子鉄心８の各磁極ユニット２０の外周には、例えば形状の異なる２種類の切欠き、つまり方形の切欠き３０（ａ）と三角形の切欠き３０（ｂ）が設けられており、この切欠きが固定子の角度位置決め手段となる。なお、切欠きの形状は方形や三角形に限るものではないし、また、切欠きは１磁極ユニットに少なくとも１箇所あればよいから、残りは省略可能である。

図３は図２に示す磁極ユニット２０を６個環状に組み合わせた固定子鉄心８と接続部材４０とを組み合わせた固定子を示している。接続部材４０は第１の環状導電部材４０（ａ）、第２の環状導電部材４０（ｂ）、および第３の環状導電部材４０（ｃ）を総称したものである。接続部材４０、つまり環状導電部材４０（ａ）、４０（ｂ）、および４０（ｃ）は、絶縁性環状部材１１に取付けられ、固定子鉄心８に対してモータ軸方向に固定子鉄心８に並設されている。絶縁性環状部材１１とボビン９との結合は、絶縁性環状部材１１に１２０°ピッチで設けられた位置決め腕１７をボビン９の位置決め孔９１に嵌め込むことにより行われる。

次に、コイル７と接続部材４０との接続について説明する。コイル７のコイル端末１２は、ボビン９から回転軸方向（図２および図３の紙面に垂直方向）に延出される。一方、環状導電部材４０（ａ）、４０（ｂ）、４０（ｃ）に形成されている接続部１３は、固定子の径方向に外側に向かって延出され、その端末がＵ字型に曲げられている。接続部１３は、コイル端末１２と交差する箇所において、コイル端末１２をＵ字部で囲むように接続される。コイル端末１２と接続部１３とは同一円周上、且つ、等ピッチに配置されているが、接続の際、どのコイル端末１２とどの接続部１３を接続するかという円周方向の角度位置決めをしなければ正しい回路接続が行えない。

更に、接続部材４０は、図１のリード線１４へ接続されているが、リ−ド線１４は図示しないスイッチング素子を通じてコイル７に電流を供給することで磁界を発生し、回転子２を回転させる。図１の回転電機１は、ブラシレスモ−タ構造を示している。

上述した回転電機における、コイル端末１２の結線について図４および図５を用いて説明する。図４は１０Ｐ１２Ｓの３相デルタ結線の電気回路図、図５は接続部材４０、即ち各環状導電部材４０（ａ）、４０（ｂ）、４０（ｃ）の接続の概念図であり、各磁極の巻線コイルは図示を省略している。３相はそれぞれをＵ相、Ｖ相、Ｗ相とし、各相コイルも同様にＵ相コイルＵ１、Ｕ２、Ｖ相コイルＶ１、Ｖ２、Ｗ相コイルＷ１、Ｗ２とし、これらに付した＋および−は巻き方が逆であることを示している。Ｕ１〜Ｗ２は、コイル７に相当する。

本実施の形態１における回転電機は、図４に示すように、１０Ｐ１２Ｓで、且つ、同じ相内に並列回路と直列回路が混在している構造からなり、これら磁極ユニット２０を６個組み合わせることにより固定子を構成している。ここでは、磁極ユニット２０（ａ）をコイルＵ１＋、Ｕ１−、磁極ユニット２０（ｂ）をコイルＶ１−、Ｖ１＋、磁極ユニット２０（ｃ）をコイルＷ１＋、Ｗ１−、磁極ユニット２０（ｄ）をコイルＵ２−、Ｕ２＋、磁極ユニット２０（ｅ）をコイルＶ２＋、Ｖ２−、磁極ユニット２０（ｆ）をコイルＷ２−、Ｗ２＋で構成している。各磁極ユニットの、隣接するコイルは、導電部材を介することなく直接コイル同士で接続され、同一相内の直列回路を構成する。

図４の回路結線を実現するには、図５の概念図に示すように、環状導電部材４０（ａ）によりコイルＵ１＋、コイルＷ２−、コイルＵ２＋、およびコイルＷ１−を接続しなければならない。また、環状導電部材４０（ｂ）によりコイルＶ１＋、コイルＵ１−、コイルＵ２−、およびコイルＶ２＋を接続しなければならない。同様に、環状導電部材４０（ｃ）によりコイルＷ１＋、コイルＶ１−、コイルＷ２＋、およびコイルＶ２−を接続しなければならない。

各相のコイルのコイル端末１２と、環状導電部材４０（ａ）、４０（ｂ）、４０（ｃ）の接続部１３との接続は、絶縁性環状部材１１に取付けられた環状導電部材４０（ａ）、４０（ｂ）、４０（ｃ）に対して、固定子鉄心８を回転しながら角度位置決めを行い、図４に示す回路接続になる位置で固定子鉄心８の回転を止めて接続が行なわれる。このとき、正しい接続位置を確保しなければならない。電気的な接続後の環状導電部材４０（ａ）、４０（ｂ）、４０（ｃ）と固定子鉄心８との機械的な固定は、絶縁性環状部材１１の位置
決め腕１７をボビン９の位置決め孔９１にはめ込むことで行なわれる。

上記のような適切な電気的接続を保証するための、コイル端末１２と環状導電部材４０（ａ）、４０（ｂ）、４０（ｃ）の接続部１３との円周方向の角度位置決めについて説明する。磁極ユニット２０に設けられた位置決め手段である切欠き３０（ａ）と３０（ｂ）とは形状が異なっており、且つ、図３に示すような固定子として完成した時、同じ切欠き形状は６０°ピッチで配置される。これらのいずれか、例えば、本実施の形態１の例では、切欠き３０（ａ）に位置決め用の治具１５の突起１６を当て嵌めることで固定子の回転方向の角度位置決めを行うことができる。この際、切欠き３０（ａ）は６０°ピッチで配置されているため、どの切欠き３０（ａ）を突起１６に当て嵌めても、６０°ピッチでのみ接続部材４０の接続部１３とコイル端末１２とが接続されるため、誤組付けされることは無い。尚、位置決めの際には、切欠き３０（ａ）だけでなく、同時に切欠き３０（ｂ）にも治具を当て嵌めるようにしてもよい。

上記構成において、１２本のコイル端末１２は、各環状導電部材４０（ａ）、４０（ｂ）、４０（ｃ）と接続され、各相内の並列回路を含むΔ結線を構成する。この際、固定子鉄心８の磁極１０は、２個連結されているため、隣り合う磁極の距離が短くなり、巻線時間が短縮され、且つ、固定子鉄心８の磁極１０は、６つの磁極ユニットに分割されているため、全て連結されている磁極と比較して寸法が短くなるため精度が向上する。

また、本実施例では、切欠きは各磁極に対して１個設けているが、２個以上設けても同様の効果が得られる。

実施の形態２．
本実施の形態２は、磁極ユニットを構成する磁極の数が実施の形態１と異なる。図６は、磁極ユニット２１の各磁極にコイル７を巻線した状態を示しており、図示以外は実施の形態１と同じ構造となっている。この実施の形態２では、４個の磁極１０が連結されて１磁極ユニット２１を構成している。固定子鉄心８は、この磁極ユニット２１を３個組み合わせ１２個の磁極１０を有する構造となっている。固定子鉄心８の磁極ユニット２１の外周には２種類の切欠き３１（ａ）と３１（ｂ）が設けられており、磁極１０の一方の端部の切欠き３１（ａ）と残りの切欠きと３１（ｂ）は異なる形状となっている。尚、切欠き３１（ｂ）は省略することもできる。

図７はモ−タ軸方向に接続部材４０が並設された固定子の構成を示している。磁極ユニット２１は２つの異なる相のコイルで構成されており、磁極ユニット２１を３個組み合わせることにより固定子を構成している。ここでは、第１の磁極ユニット２１をコイルＵ１＋、Ｕ１−、Ｖ１−、Ｖ１＋、第２の磁極ユニット２１をコイルＷ１＋、Ｗ１−、Ｕ２−、Ｕ２＋、第３の磁極ユニット２１をコイルＶ２＋、Ｖ２−、Ｗ２−、Ｗ２＋で構成する。各磁極ユニットの端部とその隣りのコイルはお互いに逆方向に巻線されており、これらは導電部材を介することなく直接コイル同士で接続され、同一相内の直列回路を構成する。一方、１２本のコイル端末１２は各環状導電部材４０（ａ）、４０（ｂ）、４０（ｃ）と接続され、各相内の並列回路を含むΔ結線を構成する。この際、固定子鉄心８の磁極１０は４個連結されているため、部品点数が削減され費用削減に繋がる。

次にコイル端末１２と導電部材の接続部１３との円周方向の角度位置決めについて説明する。角度位置決め手段である磁極ユニット２１の切欠き３１（ａ）と３１（ｂ）は形状が異なっており、且つ、固定子に形成された時に、切欠き３１（ａ）は１２０°ピッチで
配置される。切欠き３１（ａ）に位置決め用の治具１５の突起１６を当て嵌めることで位置決めを行うことができるが、この際、切欠き３１（ａ）は１２０°ピッチで配置されているため、誤組付けされることがないという効果は実施の形態１と同じである。

上記は、１磁極ユニットを４個の連結した磁極で構成したものであるが、６つの磁極を連結して１磁極ユニットを構成し、この磁極ユニットを２個組み合わせ１２個の磁極を有する構造とすると、更なる部品点数の削減に繋がる。

尚、実施例では１０極１２スロットの３相デルタ結線について説明しているが、１４極１２スロットの３相デルタ結線においても、同様の効果が得られる。

以上、この発明を実施の形態により説明したが、この発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形または省略することが可能である。

１ 回転電機（モータ）、２ 回転子、３ 固定子、４ フレーム、７ コイル、
８ 固定子鉄心、９ ボビン、１０ 磁極、１１ 絶縁性環状部材、１２ コイル端末、１３ 導電部材の接続部、１５ 位置決め用の治具、１６ 位置決め用の突起、
１７ 位置決め腕、２０ 磁極ユニット、
２０（ａ） 磁極ユニットＵ１＋，Ｕ１−、２０（ｂ） 磁極ユニットＶ１−，Ｖ１＋、２０（ｃ） 磁極ユニットＷ１＋，Ｗ１−、２０（ｄ） 磁極ユニットＵ２−，Ｕ２＋、２０（ｅ） 磁極ユニットＶ２＋，Ｖ２−、２０（ｆ） 磁極ユニットＷ２−，Ｗ２＋、２１ 磁極ユニット、
２１（ａ） 磁極ユニットＵ１＋，Ｕ１−、Ｖ１−，Ｖ１＋
２１（ｂ） 磁極ユニット Ｗ１＋，Ｗ１−，Ｕ２−，Ｕ２＋、
２１（ｃ） 磁極ユニット Ｖ２＋，Ｖ２−，Ｗ２−，Ｗ２＋
３０（ａ） 切欠き、３０（ｂ） 切欠き、３１（ａ） 切欠き、３１（ｂ） 切欠き、４０ 接続部材、４０（ａ） 第１の環状導電部材、４０（ｂ） 第２の環状導電部材、４０（ｃ） 第３の環状導電部材、９１ 位置決め孔。

Claims (5)

1. 回転子の外周に設けられた回転電機の固定子であって、前記固定子は、２ｎ個（ただし、ｎは１以上の整数）の磁極が連結された磁極ユニットを２個以上組み合わせて構成された環状の固定子鉄心と、前記各磁極に巻回されたコイルと、前記コイルの端末を電気的に接続する導電部材とを備え、前記コイルの端末と前記導電部材の接続部とは同一円周上で、且つ、等ピッチに配置されており、前記コイルに対し、前記導電部材の接続部により、同じ相内に並列回路と直列回路が混在するΔ結線となるように前記固定子を回転して角度位置を決め、前記コイルと前記導電部を接続する構造において、前記固定子鉄心の、前記各磁極の外周に位置決め手段である切欠きが設けられており、前記切欠きの内、ある切欠きは前記磁極ユニットの配列ピッチに等しい角度位置で同じ形状を有し、且つ、前記切欠きの形状は残りの切欠きの形状と異なっていることを特徴とする回転電機の固定子。
2. 前記切欠きは、前記磁極の一つに対して、２個以上設けられていることを特徴とする請求項１に記載の回転電機の固定子。
3. 前記固定子鉄心の磁極ユニット数をＭ、前記磁極の配置ピッチをθとすると、θ＝３６０°／Ｍとなることを特徴とする請求項１または２に記載の回転電機の固定子。
4. 前記回転子の極数は１０極、前記固定子の前記磁極数は１２スロットであることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の回転電機の固定子。
5. 前記回転子の極数は１４極、前記固定子の前記磁極数は１２スロットであることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の回転電機の固定子。