JP6626514B2 - 回転電機 - Google Patents

Description

本発明は、回転電機に関する。

自動車に搭載される回転電機は、出力性能が求められる他、搭載用の空間が限られるために小型化も求められる。三相ブラシレスモータの場合、複数のコイルが巻回されたステータを外側ステータとし、外周にマグネットが配置されたロータを内側ロータとしたインナーロータ型が用いられる。このステータには、コイルを高密度に巻回して出力性能を向上させるため、また、コイルを効率よく巻回するために、ステータコアを複数個に分割化した分割コアが採用されている。

分割コアを採用した場合、各ティース部に巻かれた、巻き始め部分と巻き終わり部分を結ぶ為に渡り線の部分を電気接続しなければならない。電気接続箇所が多いと製造に多大な労力や部品が必要となる。電気接続箇所を少なくするため、連続巻きが採用されている。

例えば、特許文献１には、複数個の分割コアに同一方向に連続巻きを施す技術が開示されている。

また、特許文献２には、隣接する分割コアのバックヨーク部同士を連結し、２個の隣接する分割コアを１組として連続巻きを施す技術が開示されている。

特開２００６−５０６９０号公報 特開２０１０−２４６３５２号公報

特許文献１および特許文献２に開示される技術では、同一方向に連続巻きを施すため、コイル端末の電気接続出来る箇所が限られてしまう。さらに、コイル端末が分散配置されるため、コイルをスター結線にて電気接続する場合、中性点を１箇所に束ねる際にコイル端末の長さもが不均一になり、均等にするためには追加の部品が必要となる。連続巻きを実施しない場合においても、各ティース部に巻かれた、巻き始め部分と巻き終わり部分とを結ぶ部品を追加する必要がある。

そこで、本発明は、コイル端末の這い回し部の長さを均一とし、コイル端末部を小型化した回転電機を提供することを目的とする。

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、ロータとステータとを有し、前記ステータはコイルが巻回されたティースを有する回転電機であって、前記コイルは、第一コイル組と第二コイル組とからなり、前記第一コイル組と前記第二コイル組との各々は、２つの前記ティースに連続して巻回され、第一コイル端末と、這い回し部が形成された第二コイル端末とを有し、各々の前記第一コイル端末は、他のいずれかのコイル組の前記第二コイル端末と直接接続され、各々の前記第一コイル端末と前記第二コイル端末とは同じコイルエンド上に配置され、各々の前記第二コイル端末は、他のいずれのコイル端末とも軸方向に交差しないように配置され、前記第一コイル組および前記第二コイル組における前記這い回し部の形状が同一であることを特徴とする。

本発明によれば、コイル端末の這い回し部の長さの均一化によりコイル端末部の抵抗を均一化し、コイル端末の這い回し部の均等配置によりコイル端末部を小型化した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。

本発明の実施例に係る回転電機の断面図。 本発明の第一の実施例に係るコイル組を示す模式図。 本発明の第一の実施例に係るＵ相のコイル組の配置を示す模式図。 本発明の第一の実施例に係るＶ相のコイル組の配置を示す模式図。 本発明の第一の実施例に係るＷ相のコイル組の配置を示す模式図。 本発明の第一の実施例に係るコイル端末配置を示す模式図。 本発明の第二の実施例に係るコイル組を示す模式図。 本発明の第二の実施例に係るＵ相のコイル組の配置を示す模式図。 本発明の第二の実施例に係るＶ相のコイル組の配置を示す模式図。 本発明の第二の実施例に係るＷ相のコイル組の配置を示す模式図。 本発明の第二の実施例に係るコイル端末配置を示す模式図。

以下、図面を用いて本発明の実施例を説明する。

なお、以下の説明では、回転電機の一例として、自動車のＥＰＳ（電動パワーステアリング）用モータを用いる。また、以下の説明において、「軸方向」は回転電機の回転軸に沿った方向を指す。周方向は回転電機の回転方向に沿った方向を指す。「径方向」は回転電機の回転軸を中心としたときの動径方向（半径方向）を指す。「内周側」は径方向内側（内径側）を指し、「外周側」はその逆方向、すなわち径方向外側（外径側）を指す。

図１は回転電機１００の断面図である。回転電機１００は、ロータがステータの内周側に配置されるインナーロータ型の、１０極−１２スロット（回転子の磁極数が１０、ステータのスロット数が１２）のブラシレスモータである。ロータは、シャフト４にロータコア５が固定され、磁石６がロータコア５の外周側に配置されている。更に、磁石６の外周側には、磁石６の飛散防止のために磁石カバー７が配置される。ステータは、複数の分割コアからなるステータコア１に絶縁のためのボビン２を装着し、コイル３を巻回する構成となっている。

本発明は、ロータの磁極数が４ｎまたは８ｎ、ステータのスロット数が１２ｎの場合、あるいは、ロータの磁極数が１０ｎまたは１４ｎ、ステータスロット数が１２ｎの場合（ただし、ｎは１以上の整数）に適用可能である。

まず、図２−５、図１０を用いて、ロータ磁極数が４ｎまたは８ｎ、ステータのスロット数が１２ｎ（ただし、ｎは１以上の整数）の場合について、８極−１２スロットのブラシレスモータを例に説明する。

図２に、第一コイル組３ａと第二コイル組３ｂとを示す。第一コイル組３ａ、第二コイル組３ｂは各々、２つの分割コアにコイル３を連続巻きした、２連巻きのコイル組である。第一コイル組３ａは２つの分割コアの周方向外側においてコイル３の巻き始めと巻き終わりとが行われる。図では、巻き始めを第一コイル端末３ａ１、巻き終わりを第二コイル端末３ａ２として示している。第二コイル組３ｂは、２つの分割コアの周方向内側においてコイル３の巻き始めと巻き終わりとが行われる。図では、巻き始めを第一コイル端末３ｂ１、巻き終わりを第二コイル端末３ｂ２として示している。また、第一コイル組３ａと第二コイル組３ｂとでは、分割コアに対するコイル３の巻回方向が逆になっている。図２では示していないが、巻き終わりの第一コイル組３ａの第二コイル端末３ａ２、第二コイル組３ｂの第二コイル端末３ｂ２には、這い回し部が形成されている。

図３−５に、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相でのそれぞれの第一コイル組３ａ、第二コイル組３ｂの配置を示す。図６は、図３−５のＵＶＷ各相のコイル端末の配置を統合させた状態である。図３−６の各々において、左側の図は回転電機１００のコイルエンドを軸方向一方側から見た場合、右側の図は軸方向他方側から見た場合を示している。右側の図に示すコイルエンドには、第一コイル組３ａと第二コイル組３ｂとのコイル端末が位置している。

回転電機１００全体では、第一コイル組３ａと第二コイル組３ｂとは、それぞれ３ｎ個設けられる。ステータのスロット数が１２（すなわち、ｎ＝１）の場合、第一コイル組３ａと第二コイル組３ｂとは、それぞれ３個設けられる。

Ｕ，Ｖ，Ｗの各相において、第一コイル組３ａの一方のコイルは、他方のコイルが巻回されたティースから数えて３つ目のティースに巻回される。第二コイル組３ｂも同様である。また、第一コイル組３ａと第二コイル組３ｂとは、軸中心（ステータコア１を軸方向に見たときの中心）を基準に、対角に配置される。

図３を例に説明する。図３の左側に示される図において、ティース（すなわち分割コア）を、紙面の上側のものから順に時計回りに１番目、２番目、…、１２番目とする。第一コイル組３ａは、９番目と１２番目のティースに巻回される。第二コイル組３ｂは、３番目と６番目のティースに巻回される。同様に、図４では、第一コイル組３ａは１０番目と１番目のティースに、第二コイル組３ｂは、４番目と７番目のティースに巻回される。図５では、第一コイル組３ａは１１番目と２番目のティースに、第二コイル組３ｂは、５番目と８番目のティースに巻回される。

図３−５に示すＵ，Ｖ，Ｗの各相のいずれにおいても、図３−５の各々の右側の図に示すように、第一コイル組３ａの巻き初めの第一コイル端末３ａ１は、第二コイル組３ｂの巻き終わりの、這い回し部（右側の図の網掛け部分）が形成された第二コイル端末３ｂ２と直接接続される。また、第二コイル組３ｂの巻き初めの第一コイル端末３ｂ１は、第一コイル組３ａの巻き終わりの、這い回し部（右側の図の網掛け部分）が形成された第二コイル端末３ａ２と直接接続される。

図６に示すように、第一コイル組３ａ、第二コイル組３ｂのそれぞれにおいて、巻き終わりのコイル端末の這い回し部の形状を同一としている。これにより、這い回し部を簡易に成形する事が可能となる。また、這い回し部を交差させる必要が無くなることから、這い回し部を平面状に配置することが可能となり、結果として軸方向のサイズ（コイルエンド高さ）の短縮が可能となる。

さらに、第一コイル組３ａと第二コイル組３ｂの巻回方向を逆にしたことで、出力端子と中性点端子とを、軸中心を基準に対角に集めて配置することが可能となり、出力端子を設けるのに必要な領域を小型化することが可能となる。

次に、ロータの磁極数が１０ｎまたは１４ｎ、ステータのスロット数が１２ｎ（ただし、ｎは１以上の整数）の場合について、１０極−１２スロットのブラシレスモータを例に説明する。

図７に、本実施例の第一コイル組３ａと第二コイル組３ｂとを示す。第一コイル組３ａ、第二コイル組３ｂは各々、２つの分割コアにコイル３を連続巻きした、２連巻きのコイル組である。第一コイル組３ａと第二コイル組３ｂとは、どちらも、巻き始めは２つの分割コアの周方向外側において行われ、巻き終わりは分割コアの周方向内側において行われる。図では、第一コイル組３ａの巻き始めを第一コイル端末３ａ１、巻き終わりを第二コイル端末３ａ２、第二コイル組３ｂの巻き始めを第一コイル端末３ｂ１、巻き終わりを第二コイル端末３ｂ２として示している。また、第一コイル組３ａと第二コイル組３ｂとでは、分割コアに対するコイル３の巻回方向が逆になっている。

図８−１０に、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相でのそれぞれの第一コイル組３ａ、第二コイル組３ｂの配置を示す。図１１は、図８−１０のＵＶＷ各相のコイル端末の配置を統合させた状態である。図８−１１の各々は、第一コイル組３ａと第二コイル組３ｂとのコイル端末が位置するコイルエンドの側から見た状態である。

回転電機１００全体において、第一コイル組３ａの個数と第二コイル組３ｂの個数との比率は、第一コイル組３ａ：第二コイル組３ｂ＝４ｎ：２ｎ（ｎは１以上の整数）となる。すなわち、回転電機１００は、第二コイル端末３ａ２に這い回し部が形成された第一のコイル組を４ｎ個有し、第二コイル端末３ｂ２に這い回し部が形成された第二のコイル組を２ｎ個有する。

第一コイル組３ａの一方のコイルは、他方のコイルが巻回されたティースに隣接するティースに巻回される。第二コイル組３ｂも同様である。また、第一コイル組３ａと第二コイル組３ｂとは、隣接して配置される。

第一コイル組３ａの第一コイル端末３ａ１は、他の第一コイル組３ａの這い回し部が形成された第二コイル端末３ａ２と直接接続される。第二コイル組３ｂの第一コイル端末３ｂ１は、他の第二コイル組３ｂの這い回し部が形成された第二コイル端末３ｂ２と直接接続され、すべての第二コイル組３ｂが電気的に同相となる。４ｎ個の第一コイル組のコイル組の這い回し部を同一形状とし、２ｎ個の第二コイル組のコイル組の這い回し部を同一形状とする。これにより、這い回し部を交差させる必要が無くなることから、這い回し部を平面状に配置をすることが可能となり、結果として軸方向のサイズ（コイルエンド高さ）の短縮が可能となる。

さらに、第一コイル組３ａと第二コイル組３ｂの巻回方向を逆にし、第一コイル組３ａ：第二コイル組３ｂ＝４ｎ：２ｎの組み合わせにした事で、出力端子と中性点端子とを、軸中心を基準に対角に集めて配置することが可能となり、出力端子を設けるのに必要な領域を小型化することが可能となる。

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

１００…回転電機
１…ステータコア
２…ボビン
３…コイル
３ａ…第一コイル組
３ｂ…第二コイル組
３ａ１，３ｂ１…第一コイル端末
３ａ２，３ｂ２…第二コイル端末
４…シャフト
５…ロータコア
６…磁石
７…磁石カバー

Claims (2)

1. ロータとステータとを有し、
   前記ステータはコイルが巻回されたティースを有する回転電機であって、
   前記コイルは、第一コイル組と第二コイル組とからなり、
   前記第一コイル組と前記第二コイル組との各々は、２つの前記ティースに連続して巻回され、第一コイル端末と、前記ロータの回転方向に前記ティースの幅よりも長く這い回される這い回し部が形成された第二コイル端末とを有し、
   各々の前記第一コイル端末は、他のいずれかのコイル組の前記第二コイル端末の前記這い回し部と直接接続され、
   各々の前記第一コイル端末と前記第二コイル端末とは同じコイルエンド上に配置され、
   各々の前記第二コイル端末は、他のいずれのコイル端末とも軸方向に交差しないように配置され、
   前記第一コイル組および前記第二コイル組における前記這い回し部の形状が同一であることを特徴とする回転電機。
2. 請求項１記載の回転電機であって、
   前記ロータの磁極数が４ｎまたは８ｎ、前記ステータのスロット数が１２ｎ（ただし、ｎは１以上の整数）であり、
   前記第一コイル組を３ｎ個有し、前記第二コイル組を３ｎ個有し、
   前記第一コイル組と前記第二コイルとの各々は、一方のコイルが、他方のコイルが巻回されたティースから数えて３つ目のティースに巻回され、
   前記第一コイル組は、当該第一コイル組の周方向外側に前記第一コイル端末と前記第二コイル端末とが配置され、
   前記第二コイル組は、当該第二コイル組の周方向内側に前記第一コイル端末と前記第二コイル端末とが配置され、
   前記第一コイル組の前記第一コイル端末と、前記第二コイル組の前記第二コイル端末とが直接接続され、
   前記第一コイル組の前記第二コイル端末と、前記第二コイル組の前記第一コイル端末とが直接接続されたことを特徴とする回転電機。

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