JP6557590B2 - 回転電機の固定子、及びこれを備えた回転電機 - Google Patents

Description

本発明は、車載用回転電機に用いる相内短絡及び相間短絡防止構造に関するものである。

背景技術として、以下の文献がある。

特許文献１はスロット内をステータ積厚方向に縦断するコイルテンションが掛かりきらないコイル可動部に絶縁対策がされていない構造が開示されている。

また、特許文献２では連続巻をする際のスロットを横断するコイル渡り線部に絶縁対策がされていなく、別部材により隣り合うスロット巻線との絶縁を確保している構造が開示されている。

特開２０１１−３５９７９号公報 特開２０００−３３３３９９号公報

特許文献１に記載のものは、スロット内をステータ積厚方向に縦断するコイルテンションが掛かりきらないコイル可動部に絶縁対策がされていないため、振動などでコイルが動いてしまい、隣り合うティース巻線と干渉し、相内及び相間短絡が起きてしまう事が考えられる。

また、特許文献２に記載のものは、連続巻をする際のスロットを周方向に横断するコイル渡り線部に絶縁対策が無く、渡り線が通るティース巻線と干渉し、相内及び相間短絡が起きてしまう事が考えられる。

また、隣り合うティースコイル間の絶縁を確保する別部材が固定されておらず、振動などでコンタミが発生する要因となる事が考えられる。

そこで本発明は、コイル絶縁を向上させ、相内短絡及び相間短絡を低減可能な車載用回転電機を提供する。

上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。

本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、ティースとティースにより形成されるスロットとを有するステータコアと、絶縁被膜を有し、一対のティースに連続して巻装されたコイルと、を有する車載用回転電機のステータであって、当該コイルは、口出し線部と、一対のティース間に位置する渡り線部と、スロット内においてステータの積厚方向に延在するコイル遊動部と、を有し、コイルには、絶縁被膜の外周を覆う絶縁物が配置され、絶縁物は、口出し線部に配置される第１絶縁物と、コイル遊動部及び渡り線部に配置される第２絶縁部と、により構成されることを特徴とする。

本発明によれば、コイル絶縁を向上させ、相内短絡及び相間短絡を低減可能な車載用回転電機を提供することができる。

上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施例の説明により明らかにされる。

機電一体型電動パワーステアリングモータの側面図。 機電一体型電動パワーステアリングモータの断面図。 （ａ）は口出し線側の円環ティース配置及びコイルフォーミング構造の平面図、（ｂ）はプーリ側の円環ティース配置及び連続巻の渡り線構造の平面図。 （ａ）は巻線Ａの半円環組立状態を示す詳細図、（ｂ）巻線Ｂの半円環組立状態を示す詳細図。 （ａ）は巻線Ａの斜視図、（ｂ）は巻線Ｂの斜視図。

本発明の実施例について図面を用いて説明する。

本発明の一実施例である、機電一体型電動パワーステアリングモータを用いて、連続巻線の渡り線絶縁構造及び、コイルフォーミングの絶縁構造、スロット内の絶縁構造や、回転電機の軸受け構造について説明していく。

図１は、モータとＥＣＵが機電一体で構成される電動パワーステアリングモータユニットのモータ部のみを示したものである。

モータ１００はハウジング２の中のモータ構成部品が納められており、電動パワーステアリングシステムのギア駆動にはモータ１００に設けたプーリ１とベルトを介して動力の伝達機構が構成されている（図示せず）。

また、図示していないがＥＣＵが図１の右側に接続されるが、モータとＥＣＵの電力供給はモータ側に設けたＵ相、Ｖ相、Ｗ相の三相ターミナル２０ｕ，２０ｖ，２０ｗとＥＣＵ側が電気的に接続される構造となっている。

また、モータ側にはモータの磁極位置を検出するための磁極センサ３が設けられている。

この磁極センサ３に対応するように、ＥＣＵ側には、このセンサの検出部が設けられている。

図２は、図１に示したモータの断面図を示したものである。

構成について説明する。

モータの中心部にはシャフト６が配置され、その先端部にはプーリ１が配置されている。

シャフト６の中心部にはＦロータコア１２とＲロータコア１３が設けられている。

それぞれのロータコアにはＦ磁石１２ｍとＲ磁石１３ｍが取り付けられ、その外周部を磁石カバーで覆われている。

このロータ部は、ハウジング２に対して、Ｆベアリング７で支持され、Ｒベアリング８はベアリングケース９を介して支持されている。

ベアリングケース９はハウジング２に対してベベル型トメワ１０で、ハウジング２に固定されている。

また、ハウジング２の内部ではステータコア４にコイル５が巻装されており、コイルは三相巻線を構成している。

このコイル５の出力端はベアリングケース９に固定されたバスバーモールド１４の端子に電気的に接続され、最終的には三相ターミナルに電気的に繋がっている。

磁極センサ３は先にも述べたように、ＥＣＵ側のシャフト端部に設けられており、ＥＣＵ側に設けられた検出素子によりロータの磁極位置を検出できるようになっている。

図３（ａ）にバスバーモールド１４側から、プーリ１側に向かう方向の視点で見たときの、コイル口出し線５ａ側の円環ティース配置及びコイルフォーミング５ｂの構造を示す。

先ず構成について説明する。

ステータコア４にコイル５が二連続巻されたものが、円環組立境界面１５を境に巻線Ａ、巻線Ｂで分けられ、半円が巻線Ａの組合せ１６、もう半円が巻線Ｂの組合せ１７で構成されている。

巻線Ａは、ティースＸ−Ｘ´，Ｙ−Ｙ´，Ｚ−Ｚ´となる二連続巻を３セット行っており、周方向で２つ先のティースと連続巻され、半円状に円環組立されている。

巻線Ｂは、ティースＬ−Ｌ´，Ｍ−Ｍ´，Ｎ−Ｎ´となり、巻線Ａの巻方向とは逆となる二連続巻を３セット行い、周方向で２つ先のティースと連続巻され、半円状に円環組立されている。

先に述べたように、巻線Ａの半円状に円環組立されたものと、巻線Ｂの半円状に円環組立された物同士を組合せ、円環状に巻線されたステータコア４を構成する。

また、口出し線５ａをコイルフォーミング５ｂする際に、コイルフォーミング５ｂが重ならないよう、１層で平面配置し、コイルフォーミング５ｂの長さ、形状をほぼ同じ構成としている。

そのため、ＵＶＷのモータ三相抵抗値を均一化する事ができ、トルク変動が起きにくい結線構造としている。

更に、コイルフォーミング５ｂの長さ、形状を、周方向で、ほぼ同じ構成としているため、組立工法を簡略化する事が可能であり、コイルフォーミング５ｂを１層で平面配置としている事から、コイル５のモータ軸方向への重複箇所が無くなるため、モータ軸方向の小型化も可能な構造としている。

図３（ｂ）にプーリ１側から、バスバーモールド１４側に向かう方向の視点で見たときの、プーリ１側の円環ティース配置及び連続巻の渡り線５ｃ構造を示す。

構成については、先に述べた図３（ａ）同様で、巻線Ａの半円状に円環組立されたものと、巻線Ｂの半円状に円環組立された物同士を組合せ、円環状に巻線されたステータコア４を構成している。

また、渡り線５ｃの配置においても、渡り線５ｃが重ならないよう、１層で平面配置し渡り線５ｃの長さ、形状をほぼ同じ構成としている。

そのため、先に述べたように、ＵＶＷのモータ三相抵抗値を均一化する事ができ、トルク変動が起きにくい結線構造としている。

更に、渡り線５ｃの長さ、形状を、周方向で、ほぼ同じ構成としているため、組立工法を簡略化する事が可能であり、渡り線５ｃを１層で平面配置としている事から、コイル５のモータ軸方向への重複箇所が無くなるため、モータ軸方向の小型化も可能な構造としている。

図４（ａ）に巻線Ａを半円状に円環組立した状態の構造を示す。

半円状に円環組立される構成については、先に述べた図３（ａ）の構成と同様となるため、詳細な説明は省略するが、二連続巻のティースＸ−Ｘ´，Ｙ−Ｙ´，Ｚ−Ｚ´のＸ，Ｙ，Ｚ側からＸ´，Ｙ´，Ｚ´側に向かって伸びる渡り線５ｃのコイル遊動部分に絶縁テープ１８を貼付け、コイル被膜を覆う事で、縦断するスロット内のコイル絶縁及びスロットを横断する渡り線５ｃのコイル絶縁を確保する構造としている。

また、ティースＸ´，Ｙ´，Ｚ´側の連続巻最終ターン５ｄのコイル遊動部分を絶縁チューブ１９でコイルを覆う事で、スロット内及びコイルフォーミング５ｂの絶縁を確保する構造とする事ができ、振動などによる外部衝撃でもコンタミの発生を抑制可能な、コイル５同士の接触による相内及び相間短絡を防止できる絶縁構造を得る事が可能となる。

また、渡り線５ｃ、コイルフォーミング５ｂのコイルテンションが掛かりきらないコイル遊動部分に絶縁テープ１８、絶縁チューブ１９、ワニスなどの絶縁体いずれかを使用してコイル被膜の外部に絶縁処理を行っても、同様の効果を得る事ができる。

更に、渡り５ｃ、コイルフォーミング５ｂの曲げにも対応可能な一体の絶縁体でコイル被膜の外部を覆う事で、絶縁信頼性を更に向上させる事が可能な効果がある。

図４（ｂ）に巻線Ｂを半円状に円環組立した状態の構造を示す。

半円状に円環組立される構成については、先に述べた図４（ａ）と同様の部材を用いた、巻線方向が逆の対称形状となる構成で、ティースＬ−Ｌ´、Ｍ−Ｍ´、Ｎ−Ｎ´に巻線Ａの巻方向とは逆となる二連続巻を行い、３セットを半円状に円環組立する構成となる。

コイル絶縁の方法、絶縁効果についても、先に述べた図４（ａ）同様となる。

図５（ａ）に巻線Ａの斜視図を示す。

構成については、先に述べたように、ステータコア４にコイル５が二連続巻線されている。

巻線の構成は１つ目のティースＸ，Ｙ，Ｚの巻始め５ｅとなる、外径右側の口出し線５ａ方向から、反口出し線側に向かって、ティースを右田転方向で囲うように巻装され、１つ目のティースＸ，Ｙ，Ｚの外径右側で１つ目のティースの巻線が完了される。

そのままコイル５を切断せず、２つ目のティースに巻線を行うため、コイル５の反口出し線側に設けた、渡り線５ｃを介して、２つ目のティースＸ´，Ｙ´，Ｚ´の外径左側の反口出し線側方向から、口出し線５ａ側に向かって、ティースを右回転方向で囲うように巻装され、２つ目のティースＸ´，Ｙ´，Ｚ´の外径左側の口出し線５ａ側で巻線が完了する。

このような集中巻構造とした場合において、１つ目のティースＸ，Ｙ，Ｚの外径右側の口出し線５ａ側から、２つ目のティースＸ´，Ｙ´，Ｚ´の外径左側の反口出し線側に、コイルテンションが掛かりきらない、渡り線５ｃのコイル遊動部が発生する。

また、巻終りのコイル５となる２つ目のティースＸ´，Ｙ´，Ｚ´の外径左側の反口出し線側から口出し線５ａ側に向かって伸びる最終ターンのコイル５ｆにもコイルテンションが掛かりきらないコイル遊動部が発生する。

この渡り線５ｃのコイル遊動部と最終ターンのコイル５ｆの遊動部に、巻線中もしくは、巻線後に絶縁テープ１８、絶縁チューブ１９、ワニスなどの絶縁体いずれかを使用してコイル被膜の外部に絶縁処理を行う事で、振動などによる外部衝撃でもコンタミの発生を抑制可能な、コイル５同士の接触による相内及び相間短絡を防止できる絶縁構造を得る事ができ、コイル被膜絶縁破壊時のコイル５同士の接触により起きる、モータの急激なトルク変動を防止できる効果がある。

また、二連続巻の時点で、あらかじめコイルテンションが掛かりきらない、渡り線５ｃ、最終ターンのコイル５ｆに発生する、コイル遊動部分のコイル被膜の外部に、絶縁材を貼付け、又は覆っておくなどして、絶縁を確保しておく事で、円環組立時のコイル被膜破損要因を抑制可能な組立工法を得る事が可能である。

更に、渡り線５ｃ、コイルフォーミング５ｂの曲げにも対応可能な一体の絶縁体で、コイル被膜の外部を覆っておく事で、絶縁信頼性を更に向上させる事が可能な効果がある。

図５（ｂ）に巻線Ｂの斜視図を示す。

巻線Ｂの構成については、先に述べた図５（ａ）と同様の部材を用いた、巻線方向が逆の対称形状となる構成で、１つ目のティースＬ，Ｍ，Ｎの巻始め５ｇとなる外径左側の口出し線５ａ方向から、反口出し線側に向かって、ティースを左回転方向で囲うように巻装されていく構成となる。

コイル絶縁の方法、効果については、先に述べた図５（ａ）と同様となる。

本発明は、電動パワーステアリングモータに用いられるブラシレスモータや各種発電機等の車載用回転電機の相内短絡及び相間短絡防止構造として利用することができる。

以上説明したごとく、本発明によれば、スロット内をステータ積厚方向に縦断するコイルテンションが掛かりきらないコイル可動部と、連続巻をする際のスロットを周方向に横断するコイル渡り線部と、口出し線側のスロットを周方向に横断する、コイルテンションが掛かりきらないコイル遊動部分に絶縁テープもしくは絶縁チューブなどの絶縁材をコイル被膜の外部に貼付け、又は覆う事で、振動などの外部衝撃によるコンタミ発生が抑制可能な、コイル同士の接触による相内短絡及び相間短絡妨止構造とする事が可能であり、コイルフォーミング部にも対応可能な一体の絶縁体でコイル被膜を覆う事で、コイル被膜破壊に対する絶縁信頼性を更に向上させる事が可能であり、相内及び相間短絡を防止する事で、モータの急激なトルク変動を防止できる効果がある。

また、連続巻を行ったステータコアのコイル渡り線部が、数個のティースをまたいで、円環組立されるティース配置や、口出し線側のコイルフォーミングが数個のティースをまたぐように円環組立される際には、あらかじめステータコア連続巻の際に、コイルテンションが掛かりきらない、コイルの遊動部分のコイル被膜の外部に、絶縁材を貼付け、又は覆っておく事で、円環組立時のコイル被膜破損要因を抑制可能な組立工法とする事が可能である。

１００…モータ
１…プーリ
２…ハウジング
３…磁極センサ
４…ステータコア
５…コイル
５ａ…口出し線
５ｂ…コイルフォーミング
５ｃ…渡り線
５ｄ…連続巻最終ターン
５ｅ…ティースＸ，Ｙ，Ｚの巻始め
５ｆ…最終ターンのコイル
５ｇ…ティースＬ，Ｍ，Ｎの巻始め
６…シャフト
７…Ｆベアリング
８…Ｒベアリング
９…ベアリングケース
１０…ベベル型トメワ
１２…Ｆロータコア
１２ｍ…Ｆ磁石
１３…Ｒロータコア
１３ｍ…Ｒ磁石
１４…バスバーモールド
１５…円環組立境界面
１６…巻線Ａの組合せ
１７…巻線Ｂの組合せ
１８…絶縁テープ
１９…絶縁チューブ
２０ｕ，２０ｖ，２０ｗ…三相ターミナル
Ａ，Ｂ…巻線
Ｘ，Ｙ，Ｚ，Ｌ，Ｍ，Ｎ…ティース
Ｘ´，Ｙ´，Ｚ´，Ｌ´，Ｍ´，Ｎ´…ティース

Claims (9)

1. ティースと前記ティースにより形成されるスロットとを有するステータコアと、
   絶縁被膜を有し、一対の前記ティースに連続して巻装されたコイルと、
   を有する車載用回転電機のステータであって、
   前記コイルは、口出し線部と、前記一対のティース間に位置する渡り線部と、前記スロット内において前記ステータの積厚方向に延在するコイル遊動部と、を有し、
   前記コイルには、前記絶縁被膜の外周を覆う絶縁物が配置され、
   前記絶縁物は、前記口出し線部に配置される第１絶縁物と、
   前記コイル遊動部及び前記渡り線部に配置される第２絶縁部と、により構成される
   車載用回転電機のステータ。
2. 請求項１に記載の車載用回転電機のステータであって、
   前記一対のティースは、前記コイル遊動部を有するコイルが巻装される第１ティースと、前記口出し線部を有するコイルが巻装される第２ティースと、により構成される車載用回転電機のステータ。
3. 請求項１又は２に記載の車載用回転電機のステータであって、
   前記コイル遊動部は、前記渡り線部と隣接する車載用回転電機のステータ。
4. 請求項１乃至３のいずれかに記載の車載用回転電機のステータであって、
   前記第２絶縁物は、前記コイル遊動部と前記渡り線部とを覆う部分が一体に形成される車載用回転電機のステータ。
5. 請求項１乃至４のいずれかに記載の車載用回転電機のステータであって、
   前記コイルが所定の方向に巻装されたティースＡと、前記コイルが前記ティースＡと反対方向に巻装されたティースＢとが、前記回転電機の回転軸を挟むように設けられる車載用回転電機のステータ。
6. 請求項１乃至５のいずれかに記載の車載用回転電機のステータであって、
   前記渡り線部は、複数設けられ、互いに重ならないように配置される車載用回転電機のステータ。
7. 請求項１乃至６のいずれかに記載の車載用回転電機であって、
   前記絶縁物は、絶縁テープ、絶縁チューブ、又はワニスである車載用回転電機のステータ。
8. 請求項１乃至７のいずれかに記載の車載用回転電機のステータであって、
   前記第１絶縁物と前記第２絶縁物は、互いに異なる材料で構成される車載用回転電機のステータ。
9. 請求項１乃至８のいずれかに記載の車載用回転電機のステータと、
   前記ステータの内周側に所定の空隙を介して回転自由に支持されたロータと、を備える車載用回転電機。

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