JP5877035B2 - 平角線の巻線構造 - Google Patents
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Description
したがって、占積率を向上させるために、丸線から平角線に成形する際にむやみに断面形状を変化させるわけにはいかず、検討の余地があった。
請求項1に係る発明は、周方向に複数に分割されたコア本体と、分割された前記コア本体から径方向内側に延出して形成されたティース部と、該ティース部の径方向内側の先端から周方向に延出して形成された鍔部とを備え、前記ティース部と分割された前記コア本体と前記鍔部とに囲まれて形成されるスロットに平角線を多層に巻装されてコイルが形成される平角線の巻線構造であって、前記平角線の断面形状における厚さ寸法に対する幅寸法の比である扁平率を前記コイルの内層から外層に進むにしたがって大きくするとともに、前記コイルの各層毎の前記スロットの幅寸法に応じて、スロットと平角線との間に隙間が生じるのを抑制するように前記各層の前記平角線の扁平率が設定され、前記スロットに巻装された前記コイルの少なくとも一部の層では、径方向最内側を除く平角線の扁平率が同一に設定されるとともに、径方向最内側に巻装された平角線の扁平率と、同一層に巻装された前記径方向最内側を除く平角線の扁平率とを異ならせ、前記コイルが前記スロットのコイル収容部内に収められていることを特徴とする平角線の巻線構造である。
また、コイルの各層毎のスロットの幅寸法に応じて、スロットと平角線との間に隙間が生じるのを抑制するように前記各層の平角線の扁平率が設定されているので、占積率を向上させることができる。
さらに、分割されたコア本体において、少なくとも一部の層で、径方向最内側に巻装された平角線の扁平率と、同一層にて前記平角線にその径方向外側にて隣接して巻装された平角線の扁平率とを異ならせることにより、占積率をさらに向上させることができる。さらに、コイルをスロットのコイル収容部内に収めることができるので、分割されたコア本体を連結したときに、隣接するコイル同士が干渉しない範囲で占積率を向上させることができる。
図1に示すように、ブラシレスモータ1は、ハウジング2に圧入された固定子3と、固定子3に対して回転自在に設けられた回転子4とを有し、例えば、電動パワーステアリング(EPS;Electric Power Steering)の電動機として用いられるものである。
ハウジング2は、有底筒形状を有し、筒状部分の内周に固定子3が圧入されている。ハウジング2のエンド部(底部)2Aは、中央部に軸受け5を圧入してある。この軸受け5には、回転子4の回転軸6が回転自在に支持されている。ハウジング2の開口部は、ブラケット7で閉鎖されている。
回転子4は、回転軸6に磁石13と、位置検出用のレゾルバ14のレゾルバ回転子14Aとを順番に配置してある。磁石13は、周方向に磁極が順番に変わるように着磁されている。
ティース部33の径方向内側の端部の外面には、2条の凹部35がティース部33と同じスキュー角度で形成されており、2条の凹部35によって一つの積層鉄心片30に対して三つのティースが形成されている。一方、鍔部34においてスロット60に面する部分は、スロット60の開口部に向かって徐々に広がるように斜壁部(スロット内側壁部)34Aが形成されている。これにより、スロット60は、スロット底部33Aからスロット60開口側に向けて徐々にその開口幅が広がるように構成されている。
なお、「平角線12」と記載する場合には、平角線12a,12b,12c,12dを総称するものとする。
なお、この実施形態では1層目の平角線12aの断面形状は略正方形となっている。
この理由は次の通りである。4層目の平角線12の扁平率を全て平角線12bの扁平率と同じにして巻回すると、径方向最内側に巻装される平角線12bの一部が、スロット60のコイル収容部61内に収まらなくなり、コイル収容部61から突出してしまうことがある。このようにコイル収容部61からコイル8の一部が突出していると、積層鉄心片30を環状に連結して固定子鉄心10とするときに、隣接するスロット60に巻装されたコイル8同士が干渉してしまい、固定子鉄心10を組み立てられなくなる。
そこで、4層目においては径方向最内側に巻回される平角線12cの扁平率を調整し、平角線12bの扁平率よりも大きくすることで、4層目の径方向最内側に巻装された平角線12cがコイル収容部61内に収容されるようにするとともに、コイル収容部61内のデッドスペースを詰めるよう極力隙間が生じないようにした。
4層目と5層目において径方向最内側に巻装される平角線12c,12dの扁平率を上述のように設定することにより、隣接するスロット60に巻装されたコイル8同士が干渉しない範囲で占積率を向上させることができる。
後述するように、平角線12は、丸線からなる丸素線71をローラ73で押し潰しながら形成していく。この丸素線71は、銅線材の周りをエナメル被覆して構成されているため、丸素線11を押し潰して変形させていくときにエナメル被膜がストレスを受け、平角線12の可撓性が低下する場合がある。ここで、丸素線11から平角線12に成形する場合に、成形後の平角線12の扁平率が大きいほどエナメル被膜自体の変形量が大きくなって受けるストレスも大きくなり、成形後の平角線12の扁平率が小さいほどエナメル被膜自体の変形量も少なく受けるストレスも小さくなる。
つまり、平角線12の扁平率をコイル8の内層から外層に進むにしたがって大きくすることにより、平角線12の可撓性を低下させることがないコイル8を形成することができる。
なお、平角線12の扁平率を変化させる部位(つまり、断面形状を変化させる部位)は、特に限定されるものではないが、扁平率を変化させる部位をスロット60内ではなく、積層鉄心片30の両端部30A,30Aに装着されたインシュレータ40上とするのが好ましい。このようにすると、より正確に平角線12をスロット60内で隙間なく整列させることができ、より占積率を高めることができる。
図7、図8に示すように、平角線成形装置70は、断面円形の丸素線71を巻装した巻線リール72と、平角線を形成するための平角線成形ローラ73を備えている。巻線リール72は、回転自在に支持されている。平角線成形ローラ73は、第一ローラ74、第二ローラ75及び第三ローラ76の三つのローラ74,74,76で構成されている。
このように、2層目以降の平角線12は、丸素線71を横方向に1回、上下方向に2回押し潰すことによって、扁平率が決定されるようになっている。
ここで、各ローラ74、75、76による丸素線71の押し潰し量(変形量)により、丸素線71のエナメル皮膜の受けるストレスも変化し、特に扁平率の大きな成形を行う場合、エナメル被覆の受けるストレスも大きなものとなる。
このように平角線12を巻回していく場合には、1層目の径方向最内側に巻回される平角線12aの成形から2層目の径方向最内側に巻回される平角線12bの成形に移行するときに、平角線12bの扁平率に対応するように第三ローラ76のローラ76A,76B間を狭める。
さらに、5層目の径方向最外側に巻回される平角線12bの成形から5層目の径方向最内側に巻回される平角線12dの成形に移行するときに、平角線12dの扁平率に対応するように第三ローラ76のローラ76A,76B間を狭める。
そのため、積層鉄心片30のティース部33に平角線12を巻回するときに、平角線12を、固定子鉄心10(積層鉄心片30)の径方向に対して直交する方向からスロット60に挿入することができないので、図9、図10に示すようにガイド50を用いて、平角線12をスロット60内に案内しながら巻回する。
まず、図9を参照して、1層目の平角線12aを巻回する場合について説明する。
1層目の平角線12aをティース部33に巻回するときには、初めに、図9(A)に示すように、アーム51のガイド面52とコア本体31のスロット対向面(スロット外側壁部)36との隙間が、平角線12aがガイド面52に沿ってほぼ隙間なく摺動可能な大きさとなるようにするとともに、1層目の径方向最外側の平角線12aを絶縁部材11に接触させて巻回したときに、アーム51の先端部53がこの平角線12aの側面の一部を径方向内側から受けるように、ガイド50を位置させる。
図9(B)は、1層目における2周目の平角線12aの巻回途中の状態を模式的に示した図であり、図9(C)は、1層目における3周目の平角線12aの巻回途中の状態を模式的に示した図である。
なお、ガイド50の動きは、平角線12を径方向外側から径方向内側に向かって移動しながら巻回していく奇数層(1層目と3層目と5層目)では、上述した1層目におけるガイド50の動きと同様となる。
2層目の平角線12bは、前述したように、径方向最内側から径方向外側に向かって巻回していくので、2層目における1周目の平角線12bを巻回するときには、図10(A)に示すように、アーム51の先端部53が積層鉄心片30の鍔部34にほぼ当接するように配置するとともに、先端部53におけるガイド面52が鍔部34の斜壁部34Aとほぼ面一となるように、ガイド50を位置させる。
このようにガイド50位置させた状態で、2層目における1周目の平角線12bの巻回を開始し、積層鉄心片30を回転させながら1層目の平角線12aの上に巻回していく。平角線12aはガイド面52と絶縁部材11によりガイドされて巻装される。図10(A)は、2層目における1周目の平角線12bの巻回途中の状態を模式的に示した図である。
このようにガイド50位置させた状態から、2層目における2周目の平角線12bの巻回を開始し、ガイド50を積層鉄心片30と共に回転させながら1層目の平角線12aの上に巻回していき、積層鉄心片30が1回転する間に、ガイド50を径方向外側に平角線12bの幅寸法分だけ移動させる。図10(B)は、2層目における2周目の平角線12aの巻回途中の状態を模式的に示した図である。
なお、ガイド50の動きは、平角線12を径方向内側から径方向外側に向かって移動しながら巻回していく偶数層(2層目と4層目)では、上述した2層目におけるガイド50の動きと同様となる。
このように、ガイド50を用いることにより、スロット60内に平角線12を案内して、巻回していくことができる。
しかしながら、偶数層において平角線12を巻回する場合には、図10に示すように、巻回中の平角線12は、既に同一層に巻回されている平角線12の径方向内側の壁部によって径方向内側への移動は規制されるが、巻回中の平角線12の径方向外側は空間が広がっており、移動を規制するガイド部材が存在しないため、巻回中の平角線12が滑って径方向外側へ移動する虞がある。
もし仮に、巻回中の平角線12が径方向に移動してしまうと、それ以降の平角線12の巻回に悪影響を及ぼし、平角線12を隙間なく整列させることが困難になり、占積率が低下する虞もある。
なお、絶縁部材11の厚さは変化させずに均一とし、磁気特性に影響しない範囲で積層鉄心片30のティース部33の幅を径方向外側よりも径方向内側を小さくすることで、スロット60の底部間の寸法を、径方向外側よりも径方向内側が小さくなるようにすることも可能である。
つまり、平角線12の扁平率をコイル8の内層から外層に進むにしたがって大きくすることにより、平角線12の可撓性を低下させることがない絶縁性能を維持したコイル8を形成することができる。
そして、この平角線の巻線構造を採用したブラシレスモータ1の固定子鉄心10において、平角線12の可撓性を低下させることなく、コイル8の占積率を向上させることができるので、ブラシレスモータ1の出力密度を向上させることができ、小型、低コスト化を図ることができる。
例えば、上述の実施形態では、平角線12の巻線層の数を5層としたが、これに限るものではなく、4層以下であってもよいし、6層以上であってもよい。また、各層における平角線12の巻回数も前述した実施形態のものに限るものではない。要するに、スロット60の形状、大きさに応じて層数も巻回数も適宜設定されるものである。
さらに、上述の実施形態では、コア本体31(ティース部33)が固定子鉄心10の長さ方向(ブラシレスモータの軸線)に対して捩れつつ傾斜するように所定のスキュー角を有している場合について説明したが、コア本体31(ティース部33)がスキュー角を有さないものであっても、この実施形態における平角線12の巻線構造を適用することができる。
3 固定子
4 回転子
8 コイル
10 固定子鉄心
11 絶縁部材
12,12a,12b,12c,12d 平角線
30 積層鉄心片
31 コア本体
33 ティース部
34 鍔部
60 スロット
71 丸素線
Claims (6)
- 周方向に複数に分割されたコア本体と、分割された前記コア本体から径方向内側に延出して形成されたティース部と、該ティース部の径方向内側の先端から周方向に延出して形成された鍔部とを備え、前記ティース部と分割された前記コア本体と前記鍔部とに囲まれて形成されるスロットに平角線を多層に巻装されてコイルが形成される平角線の巻線構造であって、
前記平角線の断面形状における厚さ寸法に対する幅寸法の比である扁平率を前記コイルの内層から外層に進むにしたがって大きくするとともに、
前記コイルの各層毎の前記スロットの幅寸法に応じて、スロットと平角線との間に隙間が生じるのを抑制するように前記各層の前記平角線の扁平率が設定され、
前記スロットに巻装された前記コイルの少なくとも一部の層では、径方向最内側を除く平角線の扁平率が同一に設定されるとともに、
径方向最内側に巻装された平角線の扁平率と、同一層に巻装された前記径方向最内側を除く平角線の扁平率とを異ならせ、
前記コイルが前記スロットのコイル収容部内に収められていることを特徴とする平角線の巻線構造。 - 前記一部の層は、前記径方向最内側に巻装される前記平角線の一部が前記コイル収容部から突出している層であることを特徴とする請求項1に記載の平角線の巻線構造。
- 前記径方向最内側に巻装された平角線の扁平率は、前記隣接して巻装された平角線の扁平率よりも大きく設定されていることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の平角線の巻線構造。
- 前記コイルの始端および終端は丸線とされていることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の平角線の巻線構造。
- 前記分割されたコア本体には、前記ティース部を挟んで一対の前記スロットが設けられ、前記ティース部には、前記コイルと前記コア本体との間を絶縁するための絶縁部材が取り付けられており、該絶縁部材における一対の前記スロット底部間の寸法は、前記ティース部の径方向外側よりも径方向内側が小さくなるように設定されていることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の平角線の巻線構造。
- ブラシレスモータの固定子鉄心におけるコイルの形成に適用されたことを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の平角線の巻線構造。
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