JP6118152B2 - ステータ、電動モータ、及びステータの製造方法 - Google Patents

ステータ、電動モータ、及びステータの製造方法 Download PDF

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Description

この発明は、テータ、電動モータ、及びステータの製造方法に関するものである。
例えば、インナーロータ型のブラシレスモータは、モータハウジング(モータケース)に内嵌固定されたステータと、モータハウジングの径方向中央に配置されステータに対して回転自在に支持されたロータとを有している。ロータの外周面には、複数の永久磁石が配設されている。ステータは、略円筒状のステータコアと、このステータコアから径方向内側に突設された複数のティース部とを備えている。
各ティース部には、絶縁材である樹脂製のインシュレータが装着され、このインシュレータを介してコイルが巻装されている。コイルは、例えばU相、V相、W相の3相で構成されている。そして、各相のコイルに順に外部電源からの電力を供給することにより、ステータコアに所定の磁束が形成される。この磁束と永久磁石との間に吸引力や反発力が生じ、ロータが回転する。
ところで、各相のコイルへの給電手段として、小型化や組み付け性の向上化を図るために、ユニット化されたバスバーユニットを用いる場合がある。バスバーユニットは、略円環状に形成された樹脂モールド体に、金属製の複数のバスバーを互いに絶縁された状態で埋設したものが知られている。例えば、コイルをスター結線方式にて結線する場合にあっては、樹脂モールド体に、各相のコイルに給電を行うための複数のバスバーと、中性点(コモン)を成すバスバーとが埋設されている。
ここで、複数のバスバーや、これらを埋設する樹脂モールド体を用いると、モータの製造工程として樹脂成形工程も必要となるため、製造コストが嵩み、モータ全体が高価なものになってしまう。このため、バスバー等の部品点数を削減し、モータ全体のコストを低減させるために、コイルが巻装されるインシュレータの径方向外側に、コイルが配索可能な複数の溝を形成し、この溝にコイルを収容しながら各相のコイルの結線を行う技術も知られている(例えば、特許文献1参照)。
特開2011−205817号公報
しかしながら、上述の従来技術にあっては、コイルが巻装されるインシュレータの径方向外側にコイルを引き出すので、ステータ全体として大径化しやすく、この結果電動モータが大型化してしまうという課題がある。
また、コイルを径方向外側に引き出してインシュレータの溝に配索すると共に、この溝を確認するためにインシュレータを径方向外側から視認しなければならず、コイルの配索作業性が悪いという課題がある。
さらに、同相のコイル同士の絶縁性を確保した接続が煩雑になるという課題がある。
そこで、この発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、製造コストを低減しつつ、小型化を図ると共に、コイルの配索作業性を向上できるテータ、電動モータ、及びステータの製造方法を提供するものである。
上記の課題を解決するために、本発明に係るステータは、複数相のコイルが巻装される複数のティース部を有するステータコアと、前記ステータコアに装着され、前記ティース部と前記コイルとの間を絶縁するインシュレータと、前記ステータコアに巻装された前記複数相のコイルを結線するための結線部材と、を備え、前記結線部材は、前記インシュレータの軸方向端部に配置され、環状に形成されたホルダ部を有し、前記ホルダ部は、軸方向で前記インシュレータとは反対側に向かうに従って徐々に段差により縮径するように、複数の段差部を有し、各段差部の外周面には、この外周面全体に亘って径方向外側が開口された溝部が形成されており、各段差部がそれぞれ異相となるように、且つ同じ段差部が同相となるように、前記溝部に前記コイルが配索されていると共に、前記溝部の軸方向両端に形成される2つの壁部のうち、少なくとも一方には、各段差部に対応するように、切込み深さの異なる切込み溝が複数形成されていることを特徴とする。
このように構成することで、従来のように複数のバスバーや、これらを埋設する樹脂モールド体が必要なくなるので、製造コストを低減できる。
また、ホルダ部に形成されている段差部を利用して各相のコイルをそれぞれ別々に引き回すので、コイルを径方向外側に引き出す必要がなく、結線部材が大径化してしまうことを防止できる。さらに、各段差部は、軸方向でインシュレータとは反対側に向かうに従って徐々に段差により縮径しているので、ホルダ部を軸方向上側からみても径方向外側からみてもコイルの配索状態を容易に視認することができる。このため、コイルの配索作業性を向上できる。
さらに、各段差部に配索されたコイルがずれてしまうことを確実に防止できる。また、異相のコイル同士が接触してしまうことを確実に防止できる。
さらに、異相のコイル同士が接触してしまうことを確実に防止しつつ、各段差部にそれぞれ対応する相のコイルを導きやすくなる。
本発明に係るステータは、前記ホルダ部とは別体で前記複数相のコイルと外部電源とを電気的に接続する複数の外部引出端子を設け、各相のコイルの端末部が、それぞれ対応する前記複数の外部引出端子に集結して接続されていることを特徴とする。
このように構成することで、各相のコイルの端末部を各々外部に引き出す必要がなくなると共に、外部電源に各相のコイルをまとめて接続することができる。このため、コイルの配索作業性をさらに向上させることができる。
本発明に係るステータは、前記複数の外部引出端子は、前記ホルダ部とは別体の端子ホルダにより一体化されていることを特徴とする。
このように構成することで、外部引出端子を一体化させることができる。また、この一体化されたものがホルダ部とは別体になっているので、外部引出端子のレイアウト性を向上させることができる。
本発明に係るステータは、軸方向で隣接する各段差部の半径の差は、少なくとも前記コイルの直径よりも大きくなるように設定されていることを特徴とする。
このように構成することで、異相のコイル間の絶縁性を確実に確保できる。また、ホルダ部への各相のコイルの配索状態をさらに容易に視認することができる。
本発明に係るステータは、前記2つの壁部のうちの一方には、前記コイルの端末部を軸方向に沿って引き出す引出溝が形成されており、各相のコイルは、前記引出溝を介して同一方向に引き出されていることを特徴とする。
このように構成することで、ホルダ部から引き出すコイルの端末部の位置決めを容易に行うことができる。
本発明に係るステータは、前記ホルダ部の内周面に、各相のコイルの一端同士を接続可能な接続部が設けられていることを特徴とする。
このように構成することで、ホルダ部のデッドスペースを有効活用してコイルの一端同士を接続することができる。このため、結線部材を小型化できる。
本発明に係るステータは、前記接続部に、略環状の中性点バスバーを設け、この中性点バスバーに各相のコイルの一端が接続されていることを特徴とする。
このように構成することで、各相のコイルの一端同士を容易に接続することができると共に、コイルの嵩張りを抑えることができ、さらに、結線部材を小型化できる。
本発明に係るステータは、記インシュレータ上に、前記ホルダ部が周方向に位置決め可能に係合するように載置されていることを特徴とする。
このように構成することで、製造コストを低減しつつ、小型化を図ると共に、コイルの配索作業性を向上できるステータとすることが可能になる。また、インシュレータに対するホルダ部の位置決めを行うことができるので、ホルダ部へのコイルの配索作業性を向上できる。
本発明に係るステータは、前記コイルの端末部は、前記ティース部の径方向内側端から引き出されていることを特徴とする。
このように構成することで、ステータから引き出されたコイルの径方向への拡がりを抑えることができ、ステータを小型化できる。
本発明に係る電動モータは、ステータと、前記ステータに対して回転自在に設けられたロータと、これらステータとロータとを収納するモータハウジングと、を備えたことを特徴とする。
このように構成することで、製造コストを低減しつつ、小型化を図ると共に、コイルの配索作業性を向上できる電動モータとすることが可能となる。
本発明に係る電動モータは、前記結線部材上に、前記ロータの回転角度を検出するレゾルバを設け、前記ホルダ部の一部に、前記レゾルバの端子部を受け入れ可能な凹部を形成し、この凹部を避けるように、前記コイルが配索されていることを特徴とする。
このように構成することで、レゾルバと結線部材の占有面積を省スペース化することができるので、電動モータを小型化できる。
本発明に係るステータの製造方法は、複数相のコイルが巻装される複数のティース部を有するステータコアと、前記複数相のコイルを結線するための結線部材とを備え、前記結線部材は、前記ステータコアの軸方向端部に配置され環状に形成されたホルダ部を有し、前記ホルダ部は、軸方向で前記ステータコアとは反対側に向かうに従って段差により縮径するように、複数の段差部を有しているステータの製造方法であって、前記複数のティース部に、それぞれ前記コイルを巻装すると共に、前記コイルの端末部を所定長さで切断するコイル巻装工程と、前記ステータコアの軸方向一端に、前記ホルダ部を載置するホルダ部セット工程と、前記ホルダ部の各段差部に、それぞれ対応する相のコイルを各段差部のうち、最小径の段差部から順に配索し、同相のコイルの端末部の一端を集約して集約部を形成するコイル配索工程と、前記ホルダ部に配索された前記コイルの余長分を切断するカット工程と、前記複数相のコイルと外部電源とを電気的に接続する複数の外部引出端子と、それぞれ前記外部引出端子に対応する前記集約部とを電気的に接続する接続工程と、を有することを特徴とする。
このような製造方法とすることで、製造コストを低減しつつ、小型化を図ると共に、コイルの配索作業性を向上できるステータとすることが可能になる。
また、ホルダ部にコイルを効率よく配索することができる。
本発明によれば、従来のように複数のバスバーや、これらを埋設する樹脂モールド体が必要なくなるので、製造コストを低減できる。
また、ホルダ部に形成されている段差部を利用して各相のコイルをそれぞれ別々に引き回すので、コイルを径方向外側に引き出す必要がなく、結線部材が大径化してしまうことを防止できる。さらに、各段差部は、軸方向でステータコアとは反対側に向かうに従って徐々に段差により縮径しているので、ホルダ部を軸方向上側からみても径方向外側からみてもコイルの配索状態を容易に視認することができる。このため、コイルの配索作業性を向上できる。
本発明の実施形態におけるブラシレスモータの構成を示す縦断面図である。 本発明の実施形態におけるブラシレスモータのブラケットを取り外した状態の上面図である。 本発明の実施形態における結線部材の分解斜視図である。 本発明の実施形態における結線部材の斜視図である。 本発明の実施形態におけるステータの製造方法を示す説明図であって、(a)〜(d)は、各工程を示す。
(ブラシレスモータ)
次に、この発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図1は、ブラシレスモータ1の構成を示す縦断面図、図2は、ブラシレスモータ1のブラケット6を取り外した状態の上面図である。
図1、図2に示すように、ブラシレスモータ1は、例えば、電動パワーステアリング(EPS;Electric Power Steering)装置に用いられるものであって、有底筒状のモータハウジング2に圧入や接着等の固定手段にて固定されたステータ3と、ステータ3に対して回転自在に設けられたロータ4と、ステータ3のコイル14の結線を行うための結線部材21と、ロータ4の回転角度を検出するためのレゾルバ18と、を備え、モータハウジング2の開口部5に、これを閉塞するブラケット6が不図示のボルトによって締結固定されている。
モータハウジング2の周壁7の内周面には、ステータ3が固定されている。モータハウジング2のエンド部(底部)8には、径方向中央に、軸方向外側に向かって突出するボス部9が形成され、ここに軸受10が圧入固定されている。この軸受10に、ロータ4の回転軸11の一端(図1における下端)が回転自在に支持されている。
ステータ3は、略円筒状のステータコア12を有している。ステータコア12は、プレス加工によって略環状に打ち抜いた金属板(電磁鋼板)をロータ4の軸方向に複数枚積層したり、軟磁性粉を加圧成形したりして形成されたものである。ステータコア12には、コイル14を巻装するためのティース部15が径方向内向きに放射状に複数(例えば、本実施形態では9個)形成されている。各ティース部15には、絶縁材であるインシュレータ16がそれぞれ装着され、このインシュレータ16上にコイル14が集中巻方式にて巻装されている。尚、コイル14は、U相、V相、W相の3相で構成されている。
ロータ4は、回転軸11に外嵌固定されているロータコア90を有している。ロータコア90も、プレス加工によって略環状に打ち抜いた金属板(電磁鋼板)をロータ4の軸方向に複数枚積層して形成されている。ロータコア90は、ステータ3に対応する箇所に配置されている。ロータコア90は、軸方向に積層された略円板状の3つのコア91で構成されている。
各コア91の径方向略中央には、回転軸11を圧入するための圧入孔92がそれぞれ形成されている。各コア91の外周面には、瓦状に形成された複数の永久磁石17が周方向に磁極が順番に変わるように配置されている。これら永久磁石17は、各コア91の周囲に配置されたマグネットホルダ93によって周方向の位置決めが行われるようになっている。尚、図示はしないが、ロータコア90における、各永久磁石17の外周側には、マグネットカバーが装着されて、各永久磁石17はロータコア90の外面に露出しないようになっている。
マグネットホルダ93は、コア91と同様に軸方向に積層された3つのホルダ94,95,96で構成されている。これらホルダ94,95,96はそれぞれ円板状に形成されており、各円板部から軸方向に複数のアーム部が立設されており、円板部(ベース部)94a,95a,96aがそれぞれ分割コア91の上面側、つまり、モータハウジング2のエンド部8側とは反対側に位置するように配置されている。すなわち、3つのホルダ94,95,96のうち、モータハウジング2のエンド部8側から1段目のホルダ94と2段目のホルダ95は、隣接するコア91,91の間にベース部94a,95aが介在した状態になっている。また、各永久磁石17は、隣接するアーム部間に位置決め固定されている。
このような構成のもと、各コア91は、それぞれ回転方向に少しずつずれた状態で積層されている。このため、各段に設けられている永久磁石17は、互いに同じ磁極が軸方向に捩れたスキュー角を有した状態になっている。
また、回転軸11には、ロータコア90よりも他端側(図1における上側)に、レゾルバ18の一方を構成するレゾルバロータ19が外嵌固定されている。さらに、回転軸11のレゾルバロータ19よりも他端側は、ブラケット6に設けられた軸受34に回転自在に支持されている。
ブラケット6は、金属板にプレス加工を施して略円板状に形成されたものであって、径方向略中央に、軸受ハウジング32が一体成形されている。軸受ハウジング32は、軸方向外側に向かって突出する有底筒状に形成されたものであって、軸受34が内嵌固定されている。また、軸受ハウジング32のエンド部(底部)32aには、回転軸11を挿通するための挿通孔33が形成されており、この挿通孔33を介して回転軸11の他端が軸方向外側に向かって突出している。回転軸11の他端には、例えば電動パワーステアリング装置を構成する減速機が連結される。
また、ブラケット6のモータハウジング2側(内面側)には、外周側にハウジングインロー部28が一体成形されている。ハウジングインロー部28は、ブラケット6の一部をモータハウジング2側からみて略円環状となるように突出させて形成されたものである。そして、ハウジングインロー部28の外周面28aに、モータハウジング2の周壁7の内周面が外嵌されるようになっている。
さらに、ブラケット6のモータハウジング2側には、径方向略中央のレゾルバロータ19に対応する位置に、レゾルバホルダ35が設けられている。レゾルバホルダ35は、金属板にプレス加工を施して略有底筒状に形成されたものであって、その開口部35aがブラケット6に係合して閉塞されるように取り付けられている。
また、レゾルバホルダ35のエンド部(底壁)35bには、大部分に開口部35cが形成されており、回転軸11及びレゾルバロータ19が挿通可能になっている。さらに、レゾルバホルダ35の周壁35dの内周面には、レゾルバ18の他方を構成するレゾルバステータ20が内嵌固定されている。
レゾルバステータ20は、磁性材料からなるプレートを積層して構成された略円環状のコア40を有している。このコア40には、径方向内側に向かって突出する複数のティース部(不図示)が放射状に等間隔で設けられている。これらティース部41に、絶縁材であるインシュレータ42を装着した上からコイル(不図示)が巻装されている。インシュレータ42は、平面視略円環状に形成されたインシュレータ本体44と、このインシュレータ本体44から径方向外側に向かって延出する平面視略矩形の端子ホルダ部45とが一体成形されたものである。
尚、レゾルバホルダ35の周壁35dには、端子ホルダ部45に対応する部位に切り欠き部36が形成されている。レゾルバステータ20は、レゾルバホルダ35の切り欠き部36に端子ホルダ部45が嵌り込むことによって回転方向への変位が規制されるようになっている。
このような構成のもと、回転軸11の回転に伴ってレゾルバロータ19が回転すると、このレゾルバロータ19による磁束が変化する。この磁束の変化をレゾルバステータ20が検出することにより、回転軸11の回転角度が検出できる。
(結線部材)
図3は、結線部材21の分解斜視図、図4は、結線部材21の斜視図である。
図3、図4に示すように、ステータ3のインシュレータ16の軸方向端部には、結線部材21が載置されている。結線部材21は、樹脂により略円環状に形成されたホルダ部22を有している。ホルダ部22の外周面には、軸方向でステータコア12とは反対側(図3、図4における上側)に向かうに従って徐々に段差により縮径するように、3つの段差部23a,23b,23cが形成されている。
すなわち、ホルダ部22は、直径が最大となる下段差部23aと、直径が最小となる上段差部23cと、これら下段差部23aと上段差部23cとの間に配置され、その直径が下段差部23aの直径と上段差部23cの直径との間の大きさとなるように設定された中段差部23bとを有している。
中段差部23b及び上段差部23cには、レゾルバステータ20の端子ホルダ部45(図2参照)に対応する部位に、この端子ホルダ部45を受け入れ可能な切欠き凹部56が形成されている。モータハウジング2内に、レゾルバ18及び結線部材21をセットした状態では、ホルダ部22上にレゾルバ18が位置し、ホルダ部22の切欠き凹部56に端子ホルダ部45が載置された状態になる。
また、ホルダ部22には、下段差部23aの下部周縁に、全周に亘って径方向外側に突出する第1鍔部24aが一体成形されている。さらに、ホルダ部22には、下段差部23aと中段差部23bとの間の周縁に、全周に亘って径方向外側に突出する第2鍔部24bが一体成形されている。また、ホルダ部22には、中段差部23bと上段差部23cとの間の周縁に、全周に亘って径方向外側に突出する第3鍔部24cが一体成形されている。さらに、ホルダ部22には、上段差部23cの上部周縁に、全周に亘って径方向外側に突出する第4鍔部24dが一体成形されている。
各鍔部24a〜24dの直径も、3つの段差部23a〜23cの各直径に対応するように、軸方向でステータコア12とは反対側に向かうに従って徐々に縮径するように形成されている。
これら鍔部24a〜24dと、各段差部23a〜23cの外周面とにより、ホルダ部22には、径方向外側が開口された3つの溝部25a〜25cが形成された状態になる。
すなわち、第1鍔部24aと、下段差部23aの外周面と、第2鍔部24bとにより、断面コの字状の第1溝部25aが形成される。また、第2鍔部24bと、中段差部23bの外周面と、第3鍔部24cとにより、断面コの字状の第2溝部25bが形成される。さらに、第3鍔部24cと、上段差部23cの外周面と、第4鍔部24dとにより、断面コの字状の第3溝部25cが形成される。
そして、各溝部25a〜25cには、それぞれステータ3から引き出されるコイル14の端末部が配索される。ここで、本実施形態のステータ3は、コイル14が集中巻方式にて巻装されているティース部15が9個設けられているので、ホルダ部22に引き出されるコイル14の端末部の本数は、合計18本となる。また、本実施形態のコイル14は、いわゆるスター結線方式により結線されている。
すなわち、各コイル14の2つの端末部14a,14bのうち、一方の端末部14aは9本存在し、それぞれ各相の電源に電気的に接続される。また、他方の端末部14bも9本存在し、それぞれ中性点となる。尚、以下の説明では、一方の端末部14aを電源側端末部14aといい、他方の端末部14bを中性点側端末部14bという。
そして、電源側端末部14aが各溝部25a〜25cにそれぞれ配索される一方、中性点側端末部14bがホルダ部22の内周面22a側に引き出されている。
ここで、各溝部25a〜25cには、同一相のコイル14の端末部のみが配索されるようになっている。すなわち、例えば、第1溝部25aには、U相のコイル14の電源側端末部14aが3本配索され、第2溝部25bには、V相のコイル14の電源側端末部14aが3本配索され、第3溝部25cには、W相のコイル14の電源側端末部14aが3本配索されている。
また、各鍔部24a〜24dには、各電源側端末部14aが引き出される箇所に対応するように、切込み溝26a〜26cが形成されている。また、各切込み溝26a〜26cは、周方向に等間隔(本実施形態においては40度間隔)で配置されている。さらに、各切込み溝26a〜26cは、径方向外側から対応する電源側端末部14aが配索される溝部25a〜25cの外周面に至るまで形成されており、それぞれ切込み深さが異なっている。
より具体的には、第1溝部25aに配索される電源側端末部14aが挿通される第1切込み溝26aは、第1鍔部24aのみに3か所形成されている。また、第1切込み溝26aは、対応する相(例えば、U相)のコイル14が巻装されている位置に対応するように、周方向に等間隔(本実施形態においては120度間隔)に配置されている。さらに、第1切込み溝26aの切込み深さは、第1鍔部24aの外周縁から下段差部23aの外周面に至る間に設定されている。
また、第2溝部25bに配索される電源側端末部14aが挿通される第2切込み溝26bは、第1鍔部24a及び第2鍔部24bにそれぞれ3か所形成されている。また、第2切込み溝26bは、対応する相(例えば、V相)のコイル14が巻装されている位置に対応するように、周方向に等間隔(本実施形態においては120度間隔)に配置されている。さらに、第2切込み溝26bの切込み深さは、それぞれの外周縁から中段差部23bの外周面に至る間に設定されている。
また、第3溝部25cに配索される電源側端末部14aが挿通される第3切込み溝26cは、第1鍔部24a、第2鍔部24b、及び第3鍔部24cにそれぞれ3か所形成されている。また、第3切込み溝26cは、対応する相(例えば、W相)のコイル14が巻装されている位置に対応するように、周方向に等間隔(本実施形態においては120度間隔)に配置されている。さらに、第3切込み溝26cの切込み深さは、それぞれの外周縁から上段差部23cの外周面に至る間に設定されている。
すなわち、各切込み溝26a〜26cの切込み深さは、各段差部23a〜23cに対応するように、第1切込み溝26a、第2切込み溝26b、及び第3切込み溝26cの順に深くなるように設定されている。
このような構成のもと、各相のコイル14の電源側端末部14aは、それぞれ対応する切込み溝26a〜26cに通されると共に、その向きを変えて各溝部25a〜25cに導かれる。ここで、各相のコイル14の電源側端末部14aは、中段差部23b及び上段差部23cに形成されている切欠き凹部56を避けるように配索されている。
また、下段差部23aの半径をE1とし、中段差部23bの半径をE2とし、上段差部23cの半径をE3とし、コイル14の線径をΦ1としたとき、各半径E1〜E3、及び線径Φ1は、
E1−E2>Φ1・・・(1)
E2−E3>Φ1・・・(2)
を満たすように設定されている。このため、各切込み溝26a〜26cを通る電源側端末部14aと、この電源側端末部14aを横切るように各溝部25a〜25cに配索される電源側端末部14aとが接触してしまうことを防止できる。
さらに、各溝部25a〜25cを構成する各鍔部24a〜24dのうち、ステータコア12とは反対側に位置する鍔部24b〜24dには、引出溝27a〜27cが形成されている。これら引出溝27a〜27cは、各溝部25aに配索されている各相の電源側端末部14aをまとめて集約部30a〜30cを形成し、これら集約部30a〜30cをホルダ部22の軸方向外側に引き出すための溝である。
すなわち、図2に詳示するように、第2鍔部24bには、第1溝部25aに配索されている電源側端末部14aを引き出すための第1引出溝27aが形成されている。また、第3鍔部24cには、第2溝部25bに配索されている電源側端末部14aを引き出すための第2引出溝27bが形成されている。さらに、第4鍔部24dには、第3溝部25cに配索されている電源側端末部14aを引き出すための第3引出溝27cが形成されている。
これら引出溝27a〜27cは、後述する外部引出端子61a〜61cに対応するように、ホルダ部22の一側に、等間隔(本実施形態においては40度間隔)に並んで形成されている。すなわち、軸方向からみると、第3引出溝27cを挟んで両側に、それぞれ第1引出溝27aと第2引出溝27bとが配置された状態になっている。
一方、ホルダ部22の内周面22aには、下段差部23aに対応する位置に、全周に亘って径方向内側に突出する略円環状の接続部51が一体成形されている。この接続部51には、軸方向に沿って深くなるように略円環状の溝52が形成されており、この溝52に、略円環状の中性点バスバー53が圧入固定されている。この中性点バスバー53は、平板材から型抜き成形された棒状のものを環状に丸めて成形されたものである。
また、接続部51には、中性点側端末部14bが引き出される箇所に対応するように、切込み部54が形成されている。切込み部54は、周方向に等間隔(本実施形態においては40度間隔)で配置されている。この切込み部54に、各コイル14の中性点側端末部14bが挿通されている。
一方、中性点バスバー53には、切込み部54に対応する位置に接続凸部55が形成されている。接続凸部55は、中性点バスバー53を型抜き成形する際に突出形成される。接続部51に中性点バスバー53を取り付けると、接続部51から接続凸部55が突出する状態になる。そして、この突出した接続凸部55と各コイル14の中性点側端末部14bとが溶接等により電気的に接続されるようになっている。
また、ホルダ部22の各引出溝27a〜27cから軸方向外側に向かって引き出されている電源側端末部14aは、それぞれ対応する外部引出端子61a〜61cに電気的に接続されている。
外部引出端子61a〜61cは、第1外部引出端子61a、第2外部引出端子61b、及び第3外部引出端子61cの3つからなり、それぞれ銅などの高い導電性を有する金属板により形成されている。そして、第1外部引出端子61aに、第1溝部25aに配索されている電源側端末部14aが電気的に接続されている。また、第2外部引出端子61bに、第2溝部25bに配索されている電源側端末部14aが電気的に接続されている。さらに、第3外部引出端子61cに、第3溝部25cに配索されている電源側端末部14aが電気的に接続されている。
外部引出端子61a〜61cは、それぞれ径方向に沿って帯状に延出する端子本体62a〜62cを有している。これら端子本体62a〜62cは、ホルダ部22の各引出溝27a〜27cに対応するように、周方向に並んで配置されている。すなわち、第3外部引出端子61cの端子本体62cを挟んで両側に、それぞれ第1外部引出端子61aの端子本体62aと、第2外部引出端子61bの端子本体62bとが配置されている。
また、第3外部引出端子61cの端子本体62cの基端には、第3引出溝27cから引き出された電源側端末部14aが挿通される略長円リング状のコイル接続部63cが一体成形されている。また、第1外部引出端子61aの端子本体62aの基端には、第3外部引出端子61cから離間する方向に向かって延出するアーム部64aが一体成形されている。このアーム部64aは、周方向に沿って湾曲形成されている。そして、アーム部64aの先端に、第1引出溝27aから引き出された電源側端末部14aが挿通される略長円リング状のコイル接続部63aが一体成形されている。
さらに、第2外部引出端子61bの端子本体62bの基端には、第3外部引出端子61cから離間する方向に向かって延出するアーム部64bが一体成形されている。このアーム部64bは、周方向に沿って湾曲形成されている。そして、アーム部64bの先端に、第2引出溝27bから引き出された電源側端末部14aが挿通される略長円リング状のコイル接続部63bが一体成形されている。
このように、各コイル接続部63a〜63cは、ホルダ部22の各引出溝27a〜27cに対応するように、周方向に所定の間隔をあけて並んで配置されている。また、各コイル接続部63a〜63cは、それぞれ対応する電源側端末部14aをまとめて集約部30a〜30cを形成した後、これら集約部30a〜30cが挿通されるようになっている。
各集約部30a〜30cが挿通された各コイル接続部63a〜63cは、不図示の治具等を用いて加締められる。このように、各コイル接続部63a〜63cと、対応する電源側端末部14aとを固定した後、さらに溶接等により、各コイル接続部63a〜63cと、対応する電源側端末部14aとを電気的に確実に接続するようになっている。
このように構成された3つの外部引出端子61a〜61cは、樹脂により形成された端子ホルダ65により予め一体化されている。
端子ホルダ65は、3つの端子本体62a〜62cを保持するホルダ本体66を有している。ホルダ本体66は、ホルダ部22の周方向に長くなるように、平面視略長方形状に形成されている。ホルダ本体66の長手方向両端には、それぞれ第1外部引出端子61aのアーム部64aと、第2外部引出端子61bのアーム部64bとに対応するように、第1アーム保持部67aと、第2アーム保持部67bとが延出形成されている。
また、ホルダ本体66には、それぞれ3つの端子本体62a〜62cが嵌る第1凹部66a、第2凹部66b及び第3凹部66cが、それぞれホルダ本体66の長手方向に沿って並んで形成されている。さらに、第1アーム保持部67aには、第1外部引出端子61aのアーム部64aが嵌る第1凹部68aが形成されている。そして、第2アーム保持部67bには、第2外部引出端子61bのアーム部64bが嵌る第2凹部68bが形成されている。
第3凹部66cは、ホルダ本体66の短手方向全体に亘って形成されている。また、第3凹部66cは、ホルダ本体66の長手方向中央に形成されている。そして、第3外部引出端子61cは、端子ホルダ65に取り付けた状態で、その先端と、コイル接続部63cとがそれぞれホルダ本体66の短手方向両端から突出した状態になっている。
また、ホルダ本体66の第1凹部66aと、第1アーム保持部67aの第1凹部68aとが連通形成されている。そして、第1外部引出端子61aは、端子ホルダ65に取り付けた状態で、その先端がホルダ本体66の短手方向一端から突出した状態になっていると共に、コイル接続部63aが第1アーム保持部67aの先端から突出した状態になっている。
さらに、ホルダ本体66の第2凹部66bと、第2アーム保持部67bの第2凹部68bとが連通形成されている。そして、第2外部引出端子61bは、端子ホルダ65に取り付けた状態で、その先端がホルダ本体66の短手方向一端から突出した状態になっていると共に、コイル接続部63bが第2アーム保持部67bの先端から突出した状態になっている。
ここで、ホルダ本体66の肉厚T1は、端子ホルダ65に各外部引出端子61a〜61cを取り付けた状態で、ホルダ本体66と端子本体62a〜62cとが面一とならない厚さに設定されている。
図1に示すように、このように構成された各外部引出端子61a〜61cの端子本体62a〜62cの先端、及びホルダ本体66の一部は、モータハウジング2に形成された切欠き部2aを介してモータハウジング2の外部に突出している。そして、各端子本体62a〜62cは、不図示の外部電源から延びるコネクタに接続され、外部電源の電力が各外部引出端子61a〜61cに供給されるようになっている。
ここで、ホルダ本体66の肉厚T1は、端子ホルダ65に各外部引出端子61a〜61cを取り付けた状態で、ホルダ本体66と端子本体62a〜62cとが面一とならない厚さに設定されているので、各外部引出端子61a〜61cとモータハウジング2とが接触して短絡してしまうことを確実に防止できる。
(ステータの製造方法)
次に、図5に基づいて、ステータ3の製造方法について説明する。
図5は、ステータ3の製造方法を示す説明図であって、(a)〜(d)は、各工程を示す。
まず、図5(a)に示すように、ステータコア12の各ティース部15に、インシュレータ16の上からコイル14を集中巻方式にて巻装する。そして、各コイル14の電源側端末部14aと中性点側端末部14bとを、それぞれ軸方向で同一方向に長めに引き出す。この後、各電源側端末部14aを、ホルダ部22の所定の溝部25a〜25cに配索可能な所定の長さに切断すると共に、各中性点側端末部14bを、ホルダ部22に設けられている中性点バスバー53に接続可能な所定の長さに切断する(コイル巻装工程)。
尚、図5(a)では、各ティース部15の径方向外側から電源側端末部14aが引き出されている一方、各ティース部15の径方向内側から中性点側端末部14bが引き出されているように図示されている。しかしながら、電源側端末部14a及び中性点側端末部14bの両者14a,14bとも各ティース部15の径方向内側から引き出すことが望ましい。これについての詳細は後述する。
次に、図5(b)に示すように、電源側端末部14a及び中性点側端末部14bを引き出した側のインシュレータ16上に、ホルダ部22を載置する(ホルダ部セット工程)。
このとき、ホルダ部22に形成されている各切込み溝26a〜26cと、対応する電源側端末部14aの引出し位置とを合わせる。
尚、図3、図4に示すように、例えば、インシュレータ16のホルダ部22が載置される端面に、ホルダ部22の位置決め用の凹部16aを形成すると共に、ホルダ部22の凹部16aに対応する位置に、凹部16aと嵌合可能な凸部81(図4における二点鎖線参照)を一体成形し、これら凹部16aと凸部81を嵌合させることにより、インシュレータ16に対するホルダ部22の位置決めを行うように構成してもよい。
次に、図5(c)に示すように、各切込み溝26a〜26cに、対応する各コイル14の電源側端末部14aを通し、その向きを変えてそれぞれの溝部25a〜25cに電源側端末部14aを配索する。このとき、最も直径の小さい上段差部23cに形成されている第3溝部25cから、第2溝部25b、第1溝部25aの順に電源側端末部14aを配索していく。このよう直径の小さい段差部から順に電源側端末部14aを配索するということは、最も内側に位置する電源側端末部14aから配索するということであり、その後に外側に配索される電源側端末部14aとの干渉を防止できる。このため、電源側端末部14aの配索作業をスムーズに、且つ効率よく行うことが可能になる。
この後、それぞれ対応する引出溝27a〜27cから電源側端末部14aをまとめて引き出し、集約部30a〜30cを形成する(コイル配索工程)。
また、ホルダ部22の各切込み部54に各コイル14の中性点側端末部14bを挿通し、この中性点側端末部14bと中性点バスバー53の接続凸部55とを重ね合わせる。
この後、電源側端末部14a及び中性点側端末部14bの余長分を切断する(カット工程)。
ここで、ホルダ部22の各段差部23a〜23cが、軸方向でステータコア12とは反対側(図3、図4における上側)に向かうに従って徐々に段差により縮径するように形成されている。このため、コイル配索工程において、ホルダ部22を軸方向上側(図5(c)における上側)からみても径方向外側からみてもコイル14の配索状態を容易に視認することができる。
また、各コイル14の電源側端末部14a及び中性点側端末部14bの両者14a,14bとも各ティース部15の径方向内側から引き出した場合、コイル配索工程において、各切込み溝26a〜26cを通る電源側端末部14aが径方向外側に拡がることを防止できる。このため、確実に各段差部23a〜23cの外周面に沿わせることができる。
次に、図5(d)に示すように、各集約部30a〜30cを、対応する外部引出端子61a〜61cのコイル接続部63a〜63cに挿入し、このコイル接続部63a〜62cを不図示の治具等を用いて加締める。この後、溶接等により各コイル接続部63a〜63cと、対応する電源側端末部14aとを電気的に接続する(接続工程)。
また、中性点側端末部14bと、中性点バスバー53の接続凸部55とを溶接等により電気的に接続する。これにより、いわゆるスター結線方式によりコイル14が結線され、ステータ3の製造が完了する。
(効果)
したがって、上述の実施形態によれば、コイル14の相に対応するように、3つの段差部23a〜23cが形成されたホルダ部22を設け、各段差部23a〜23cに、それぞれ対応する相のコイル14の電源側端末部14aを配索するように構成したので、従来のように、複数のバスバーや、これらを埋設する樹脂モールド体を無くすことができる。このため、ステータ3全体の製造コストを低減できる。
また、ホルダ部22に形成されている段差部23a〜23cを利用して各相のコイル14の電源側端末部14aをそれぞれ別々に引き回すので、従来のように、電源側端末部14aをコイルが巻装されるインシュレータ16の径方向外側に引き回す必要がなく、結線部材21が大径化してしまうことを防止できる。
さらに、ホルダ部22の各段差部23a〜23cが、軸方向でステータコア12とは反対側に向かうに従って徐々に段差により縮径するように形成されている。このため、ホルダ部22へのコイル14の配索状態を、ホルダ部22の周囲から容易に視認することができる。このため、コイル14の配索作業性を向上できる。
そして、ホルダ部22とは別体で外部引出端子61a〜61cを設け、これら外部引出端子61a〜61cのコイル接続部63a〜63cと、各相の電源側端末部14aで形成される集約部30a〜30cとを接続している。このため、各コイル14の電源側端末部14aを、各々モータハウジング2の外部に引き出す必要がなくなると共に、不図示の外部電源に各相のコイル14をまとめて接続することができる。このため、コイル14の配索作業性をさらに向上させることができる。
また、各外部引出端子61a〜61cは、端子ホルダ65により一体化されているので、外部引出端子61a〜61cがそれぞれ別々に設けられている場合と比較して外部引出端子61a〜61cの組み付け性を向上できる。これに加え、端子ホルダ65とホルダ部22とが別体なので、各外部引出端子61a〜61cのレイアウト性を向上できる。
さらに、ホルダ部22の下段差部23aの半径をE1とし、中段差部23bの半径をE2とし、上段差部23cの半径をE3とし、コイル14の線径をΦ1としたとき、各半径E1〜E3、及び線径Φ1は、式(1),(2),(3)を満たすように設定されている。このため、各切込み溝26a〜26cを通る電源側端末部14aと、この電源側端末部14aを横切るように各溝部25a〜25cに配索される電源側端末部14aとが接触してしまうことを防止できる。また、ホルダ部22への各相のコイル14の配索状態をさらに容易に視認することが可能になる。
さらに、ホルダ部22に、第1鍔部24a〜第4鍔部24dを形成し、これら鍔部24a〜24dと、各段差部23a〜23cの外周面とにより、径方向外側が開口された3つの溝部25a〜25cを形成している。そして、これら3つの溝部25a〜25cに、それぞれ電源側端末部14aを配索するように構成している。このため、各段差部23a〜23cに配索された各相の電源側端末部14aがずれてしまうことを確実に防止できる。また、異相のコイル14同士が接触してしまうことを確実に防止できる。
また、各鍔部24a〜24dに、それぞれ切込み深さの異なる切込み溝26a〜26cを形成し、これら切込み溝26a〜26cを通って、各溝部25a〜25cに電源側端末部14aを導くように構成している。このため、異相のコイル14同士が接触してしまうことを確実に防止しつつ、各溝部25a〜25cに、それぞれ対応する相の電源側端末部14aを導きやすくすることができる。
さらに、各溝部25a〜25cを構成する各鍔部24a〜24dのうち、ステータコア12とは反対側に位置する鍔部24b〜24dに引出溝27a〜27cを形成し、これら引出溝27a〜27cを介して各電源側端末部14aを、同一方向に引き出すように構成している。このため、各電源側端末部14aを引き出す位置決め作業を容易に行うことができる。
また、ホルダ部22の内周面22aに略円環状の接続部51を一体成形し、この接続部51に略円環状の中性点バスバー53を設けている。このため、ホルダ部22のデッドスペースを有効活用して各中性点側端末部14b同士を接続することができるので、結線部材21全体を小型化できる。また、各中性点側端末部14b同士を、中性点バスバー53を利用して容易に接続することができる。さらに、中性点側端末部14bを無駄に配索する必要が無くなり、中性点側端末部14bの嵩張りを抑えることができるので、さらに結線部材21全体を小型化できる。
また、インシュレータ16のホルダ部22が載置される端面に、ホルダ部22の位置決め用の凹部16aを形成すると共に、ホルダ部22の凹部16aに対応する位置に、凹部16aと嵌合可能な凸部81を一体成形することにより、インシュレータ16に対するホルダ部22の位置決めを容易に行うことが可能になる。
さらに、電源側端末部14a及び中性点側端末部14bの両者14a,14bとも各ティース部15の径方向内側から引き出した場合、コイル配索工程において、各切込み溝26a〜26cを通る電源側端末部14aが径方向外側に拡がることを防止できる。このため、確実に各段差部23a〜23cの外周面に沿わせることができる。この結果、結線部材21全体を小型化できる。
また、ホルダ部22の中段差部23b及び上段差部23cに、レゾルバステータ20の端子ホルダ部45を受け入れ可能な切欠き凹部56を形成している。さらに、各相のコイル14の電源側端末部14aは、切欠き凹部56を避けるように配索されている。そして、モータハウジング2内にレゾルバ18及び結線部材21をセットした状態では、ホルダ部22の切欠き凹部56に端子ホルダ部45が載置された状態になる。このため、モータハウジング2内でのレゾルバ18と結線部材21の占有面積を省スペース化することができるので、ブラシレスモータ1を小型化できる。
また、コイル配索工程において、最も直径の小さい上段差部23cに形成されている第3溝部25cから、第2溝部25b、第1溝部25aの順に電源側端末部14aを配索している。このような配索手順とすることで、最も内側に位置する電源側端末部14aから配索することになり、電源側端末部14aの配索作業をスムーズに、且つ効率よく行うことが可能になる。
尚、本発明は上述の実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述の実施形態に種々の変更を加えたものを含む。
例えば、上述の実施形態では、ブラシレスモータ1は、電動パワーステアリング装置に用いられるものである場合について説明した。しかしながら、これに限られるものではなく、様々な電装品にブラシレスモータ1を適用することが可能である。
また、上述の実施形態では、コイル14がU相、V相、W相の3相で構成され、スター結線方式により結線されている場合について説明した。しかしながら、これに限られるものではなく、いわゆるデルタ結線方式により結線することも可能である。デルタ結線方式により結線する場合、ホルダ部22の形状も若干変更する必要がある。すなわち、ホルダ部22が段差部23a〜23cを有している点は変更ないが、中性点バスバー53が設けられた接続部51が不要になる。この分、デルタ結線用の接続スペースを設けることが必要になる。
さらに、スター結線方式を採用しない場合、コイル14がU相、V相、W相の3相で構成されている場合に限られない。例えば、コイル14を5相構造にする等、複数相で構成することが可能である。このような場合、ホルダ部22の段差部の個数は、コイル14の相数に応じて変更する必要がある。
すなわち、上述の実施形態では、コイル14がU相、V相、W相の3相で構成され、それぞれ相毎にホルダ部22に配索できるように、ホルダ部22に3つの段差部23a〜23cが形成されている場合について説明した。しかしながらこれに限られるものではなく、コイル14の相数に応じてホルダ部22の段差部の個数を変更してよい。
また、上述の実施形態では、中性点バスバー53に接続凸部55を一体形成し、この接続凸部55にコイル14の中性点側端末部14bを電気的に接続するように構成した場合について説明した。しかしながら、これに限られるものではなく、中性点バスバー53と中性点側端末部14bとが電気的に接続可能な構成であればよい。
さらに、上述の実施形態では、ホルダ部22と端子ホルダ65とが別体に構成されている場合について説明した。しかしながら、これに限られるものではなく、ホルダ部22と端子ホルダ65とを一体成形してもよい。
1 ブラシレスモータ
2 モータハウジング
3 ステータ
4 ロータ
12 ステータコア
14 コイル
14a 電源側端末部(端末部)
14b 中性点側端末部(コイルの一端)
15 ティース部
16 インシュレータ
16a 凹部
18 レゾルバ
21 結線部材
22 ホルダ部
23a 下段差部(段差部)
23b 中段差部(段差部)
23c 上段差部(段差部)
24a 第1鍔部(壁部)
24b 第2鍔部(壁部)
24c 第3鍔部(壁部)
25a 第1溝部(溝部)
25b 第2溝部(溝部)
25c 第3溝部(溝部)
26a 第1切込み溝(切込み溝)
26b 第2切込み溝(切込み溝)
26c 第3切込み溝(切込み溝)
27a 第1引出溝(引出溝)
27b 第2引出溝(引出溝)
27c 第3引出溝(引出溝)
51 接続部
53 中性点バスバー
56 切欠き凹部
61a 第1外部引出端子(外部引出端子)
61b 第2外部引出端子(外部引出端子)
61c 第3外部引出端子(外部引出端子)
65 端子ホルダ
81 凸部

Claims (12)

  1. 複数相のコイルが巻装される複数のティース部を有するステータコアと、
    前記ステータコアに装着され、前記ティース部と前記コイルとの間を絶縁するインシュレータと、
    前記ステータコアに巻装された前記複数相のコイルを結線するための結線部材と、を備え、
    前記結線部材は、前記インシュレータの軸方向端部に配置され、環状に形成されたホルダ部を有し、
    前記ホルダ部は、軸方向で前記インシュレータとは反対側に向かうに従って徐々に段差により縮径するように、複数の段差部を有し、
    各段差部の外周面には、この外周面全体に亘って径方向外側が開口された溝部が形成されており、
    各段差部がそれぞれ異相となるように、且つ同じ段差部が同相となるように、前記溝部に前記コイルが配索されていると共に、
    前記溝部の軸方向両端に形成される2つの壁部のうち、少なくとも一方には、各段差部に対応するように、切込み深さの異なる切込み溝が複数形成されていることを特徴とするステータ
  2. 前記ホルダ部とは別体で前記複数相のコイルと外部電源とを電気的に接続する複数の外部引出端子を設け、各相のコイルの端末部が、それぞれ対応する前記複数の外部引出端子に集結して接続されていることを特徴とする請求項1に記載のステータ
  3. 前記複数の外部引出端子は、前記ホルダ部とは別体の端子ホルダにより一体化されていることを特徴とする求項2に記載のステータ
  4. 軸方向で隣接する各段差部の半径の差は、少なくとも前記コイルの直径よりも大き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〜請求項3の何れか1項に記載のステータ
  5. 前記2つの壁部のうちの一方には、前記コイルの端末部を軸方向に沿って引き出す引出溝が形成されており、
    各相のコイルは、前記引出溝を介して同一方向に引き出されていることを特徴とする請求項1〜請求項4の何れか1項に記載のステータ
  6. 前記ホルダ部の内周面に、各相のコイルの一端同士を接続可能な接続部が設けられていることを特徴とする請求項1〜請求項の何れか1項に記載のステータ
  7. 前記接続部に、略環状の中性点バスバーを設け、この中性点バスバーに各相のコイルの一端が接続されていることを特徴とする請求項に記載のステータ
  8. 記インシュレータ上に、前記ホルダ部が周方向に位置決め可能に係合するように載置されていることを特徴とする請求項1〜請求項7の何れか1項に記載のステータ。
  9. 前記コイルの端末部は、前記ティース部の径方向内側端から引き出されていることを特徴とする請求項に記載のステータ。
  10. 請求項1〜請求項9の何れか1項に記載のステータと、
    前記ステータに対して回転自在に設けられたロータと、
    これらステータとロータとを収納するモータハウジングと、を備えたことを特徴とする電動モータ。
  11. 前記結線部材上に、前記ロータの回転角度を検出するレゾルバを設け、
    前記ホルダ部の一部に、前記レゾルバの端子部を受け入れ可能な凹部を形成し、
    この凹部を避けるように、前記コイルが配索されていることを特徴とする請求項10に記載の電動モータ。
  12. 複数相のコイルが巻装される複数のティース部を有するステータコアと、
    前記複数相のコイルを結線するための結線部材とを備え、
    前記結線部材は、前記ステータコアの軸方向端部に配置され環状に形成されたホルダ部を有し、
    前記ホルダ部は、軸方向で前記ステータコアとは反対側に向かうに従って段差により縮径するように、複数の段差部を有しているステータの製造方法であって、
    前記複数のティース部に、それぞれ前記コイルを巻装すると共に、前記コイルの端末部を所定長さで切断するコイル巻装工程と、
    前記ステータコアの軸方向一端に、前記ホルダ部を載置するホルダ部セット工程と、
    前記ホルダ部の各段差部に、それぞれ対応する相のコイルを各段差部のうち、最小径の段差部から順に配索し、同相のコイルの端末部の一端を集約して集約部を形成するコイル配索工程と、
    前記ホルダ部に配索された前記コイルの余長分を切断するカット工程と、
    前記複数相のコイルと外部電源とを電気的に接続する複数の外部引出端子と、それぞれ前記外部引出端子に対応する前記集約部とを電気的に接続する接続工程と、を有することを特徴とするステータの製造方法。
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