JP7246224B2 - 回転電機 - Google Patents

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本願は、回転電機に関するものである。
従来、回転電機のコイルの端末線をリード線と結線する場合、マグメイト(登録商標)を用いる場合がある(例えば、特許文献1参照)。
特許登録第5460271号公報
従来の回転電機の結線のように、マグメイト(登録商標)など圧着端子を用いる場合、または、他の要因により、端末線の導入溝の底部がコイルの軸方向の下端より軸方向において離れた箇所に形成される場合、端末線を当該導入溝に挿入して巻線すると、端末線がコイルの巻線領域にはみ出す可能性があり、コイルの形成において、端末線とコイルとが接触し、コイルの形成を妨げられるという問題点があった。
本願は、上記のような課題を解決するための技術を開示するものであり、端末線がコイルの形成を妨げることを抑制する回転電機を提供することを目的とする。
本願に開示される回転電機は、
ロータと、前記ロータの外周側に環状に設けられたステータとを備えた回転電機において、
前記ステータは、コアと、前記コアにインシュレータを介して導線を巻線して形成されたコイルとを有し、
前記インシュレータは、
前記コアの軸方向の一端に前記コイルが設置される巻線部と、
前記巻線部の径方向の外側の周方向に延在して形成された外壁部とを有し、
前記外壁部は、前記導線の端末線を径方向の外側から前記巻線部に導く導入溝を有し、
前記導入溝は、径方向の外側から内側において、前記巻線部の軸方向の位置より軸方向において前記コアから離れた位置に形成された底部と、前記底部から連続して前記巻線部に至る傾斜部とを有し、
前記傾斜部は、当該傾斜部と、前記コイルの軸方向に積層された2層目以上の前記導線の中心との距離が、前記導線の半径に前記導線の直径を加算した距離以上にて形成されるものである。
本願に開示される回転電機によれば、端末線がコイルの巻線を妨げることを抑制する。
実施の形態1の回転電機の構成を示す図である。 図1に示した回転電機の分割コアユニットの中間体の構成を示す分解斜視図である。 図1に示した回転電機の分割コアユニットの平面図である。 図3に示した分割コアユニットの巻線中のA-A線の断面を示す断面図である。 図3に示した分割コアユニットの巻線中のA-A線の断面の他の例を示す断面図である。 実施の形態2の回転電機の分割コアユニットの巻線前の構成を示す平面図である。 実施の形態3の回転電機のステータの構成を示す図である。 図7に示した回転電機のステータの矢印Bの方向から見た状態を示す底面図である。 実施の形態4の回転電機のステータの分割コアユニットの巻線前の構成を示す平面図である。 図9に示した回転電機のステータの分割コアユニットの巻線前の構成を示す側面図である。 図10の回転電機のステータの分割コアユニットの巻線前の構成を示した断面図である。
以下の説明において、回転電機としての各方向を、それぞれ周方向Z、軸方向Y、径方向X、径方向Xの外側X1、径方向Xの内側X2として示す。よって、他の部分においても、これらの方向を基準として各方向を示し、また、構成される前の状態においてもこれら方向を基準として各方向を示して説明する。また、特に断りなく軸方向Yにおいて「上」、「下」と示す際は、基準となる場所において、軸方向Yに垂直な面を想定し、その面を境界として回転電機の中心点が含まれる側を「下」、その反対を「上」とする。
実施の形態1.
図1は実施の形態1の回転電機の構成を示す平面図である。図2は図1に示した回転電機の分割コアユニットの中間体の構成を示す分解斜視図である。図3は図1に示した回転電機の分割コアユニットの平面図である。図4は図3に示した分割コアユニットの巻線中のA-A線の断面を示す断面図である。図5は図3に示した分割コアユニットの巻線中のA-A線の断面の他の例を示す断面図である。
図1において、回転電機100は、フレーム1とロータ2とステータ3とを有する。フレーム1は、中空の円筒形状である。フレーム1の内周面にステータ3の外周面が嵌合される。ステータ3の内周面とロータ2の外周面とが対向するように配置される。ロータ2の外周面には複数の磁石21が設置される。ロータ2は、図示しない軸受によりステータ3に対して回転可能に支持される。ステータ3は、12個の分割コアユニット30が環状に配置されて構成される。尚、分割コアユニット30の数は、12個に限られるものではない。
図1および図2に示すように、分割コアユニット30は、分割コア31とコイル5とインシュレータ4とを有する。分割コア31は、軸方向Yと同一方向に鋼板を積層して形成される。インシュレータ4は、分割コア31とコイル5とを電気的に絶縁する。
図2に示すように分割コア31は、外周が円弧状のヨーク部32と、ヨーク部32から径方向Xの内側X2に突出するティース部33と、ティース部33の径方向Xの内側X2の先端34から周方向Zの両側にそれぞれ張り出したシュー部35とを有する。インシュレータ4は、軸方向Yの一端に設置される第一インシュレータ部41と、軸方向Yの他端に設置される第二インシュレータ部42と、分割コア31のティース部33の周方向Zの両端のそれぞれに、軸方向Yに延在して形成される第三インシュレータ部43および第四インシュレータ部44とを備える。
例えば、第一インシュレータ部41および第二インシュレータ部42は樹脂成形体にて形成され、第三インシュレータ部43および第四インシュレータ部44は絶縁シートにて形成される場合が考えられる。そして、これらインシュレータ部41~44が分割コア31に設置された状態で、導線50が巻線されコイル5が形成される。
図2および図4に示すように、第一インシュレータ部41は、巻線部410と、内壁部411と、外壁部412とを備える。巻線部410は分割コア31の軸方向Yの一端においてコイル5が設置される。内壁部411は、巻線部410の径方向Xの内側X2の周方向Zに延在して形成される。外壁部412は、巻線部410の径方向Xの外側X1の周方向Zに延在して形成される。内壁部411および外壁部412はそれぞれ巻線部410に連接して形成される。
内壁部411および外壁部412は巻線部410に設置されるコイル5が、径方向Xの内側X2および外側X1にそれぞれ崩れることを防止する。ここで、巻線部410の軸方向Yの位置H0とすると、内壁部411の軸方向Yの長さHDおよび外壁部412の軸方向Yの長さHCは、巻線部410の軸方向Yの位置H0より分割コア31から軸方向Yにおいて離れる側すなわち軸方向Yの上の位置まで延在して形成される。
また、内壁部411の長さHDおよび外壁部412の長さHCは、一般的に、内壁部411の長さHDよりも外壁部412の長さHCの方が長く形成される場合が多いが、これに限定するものではない。すなわち、例えば、内壁部411の長さHDと外壁部412の長さHCとを等しい長さに形成してもよく、また、内壁部411の長さHDを外壁部412の長さHCよりも長く形成してもよい。
外壁部412は、導線50の端末線51(図4においては点線にて配置される位置を示す。)を径方向Xの外側X1から巻線部410に導く導入溝6と、導入溝6の軸方向Yの上に例えばマグメイト(登録商標)にて形成される圧着端子8(図4においては点線にて配置される位置を示す。)を挿入するためのキャビティ65とを有する。尚、圧着端子8は様々な形状が存在するため、その配置位置のみを図示している。図4に示すように、導入溝6は、径方向Xの外側X1から内側X2において、巻線部410の軸方向Yの位置H0より軸方向Yにおいて分割コア31から離れた位置、すなわち、軸方向Yの上側に形成された底部61と、底部61から連続して巻線部410に至る傾斜部62とを有する。
傾斜部62は、傾斜部62と、コイル5の軸方向Yに積層された2層目以上の導線50の中心Q2、Q3との距離Lが、導線50の半径D/2に導線50の直径Dを加算した距離以上にて形成される。導入溝6の底部61には、軸方向Yに切欠き部63を有し、底部61に設置された端末線51、および後述する端末線52は、切欠き部63にキャビティ65を介して挿入される圧着端子8にて挟持される。このように、キャビティ65は圧着端子8を挿入するためのガイドとして機能している。
次に、導入溝6の底部61の軸方向Yの位置HBについて図4を用いて説明する。まず、図4において、巻線部410の軸方向Yの位置H0を基準とする。コイル5の軸方向Yの1層目の軸方向の位置がHAであり、この長さHAは、導線50の直径Dに相当する。そして、導入溝6の底部61の軸方向Yの位置HBは、この巻線部410の軸方向Yの位置H0より軸方向Yの上方であり、さらには、コイル5の軸方向Yの1層目の軸方向の位置HAより軸方向Yの上方である。これにより、切欠き部63の軸方向Yの長さを、圧着端子8の装着に対して確保することが容易となり、圧着端子8の設置が容易にかつ確実にできる。
さらには、導入溝6の底部61の軸方向Yの位置HBは、コイル5の軸方向Yの最大積層の位置より、軸方向Yにおいて分割コア31から離れた位置に形成される。これにより、導入溝6は、コイル5を巻線する導線50の巻終となる他端の端末線52((図4においては点線にて配置される位置を示す。)を、巻線部410から径方向Xの外側X1に導くことができる。
すなわち、導入溝6の底部61の軸方向Yの位置HBは、コイル5の軸方向Yの最大積層の位置より、軸方向Yにおいて分割コア31から離れた位置に形成されているため、コイル5の巻終となる他端の端末線52を不要に屈曲させることなく導入溝6に挿入できる。
ここで、外壁部412の傾斜部62の径方向Xの距離Wについて説明する。一般的に、コイル5を密に巻線するには、図4に示す俵状に導線50を積み重ねてコイル5を形成することが有効である。この場合、コイル5の軸方向Yの3層目の外壁部412に隣接する導線50が傾斜部62と一番近い導線50となる。そして、コイル5の3層目の導線50の中心Q3と傾斜部62との距離L[mm]は下記の(式1)で表される。
Figure 0007246224000001
距離Lが導線50の半径D/2に導線50の直径Dを加算した距離以上であれば端末線51と、コイル5とが接触しないことから、端末線51とコイル5とが接触しない最小の距離Wである最小距離Wminは、以下の(式2)にて求められる。
Figure 0007246224000002
上記のように構成された実施の形態1の傾斜部62の径方向Xの距離Wは、端末線51とコイル5を構成する導線50との接触を回避するために、最小距離Wminを下限値とした設定(W≧Wmin)として構成される。すなわち、端末線51が導入溝6に挿入された状態から、傾斜部62を通って巻線部410へと導入され、コイル5が巻線された際に、端末線51と、コイル5のうち端末線51と最も接近して配置される3層目のコイル5の導線50は、傾斜部62がコイル5の導線50の半径D/2と導線50の直径Dとを加算した距離以上離れて形成されるので、端末線51とコイル5との接触が回避できる。
上記実施の形態1においては、導入溝6の傾斜部62を平面にて形成する例を示したが、これに限られることはなく、例えば図5に示すように、導入溝6の傾斜部64を曲面にて形成することも可能である。尚、傾斜部64と、コイル5の2層目以上の導線50の中心Q2、Q3との距離との関係は、上記示した場合と同様に設定される。
上記のように構成された実施の形態1の回転電機によれば、
ロータと、前記ロータの外周側に環状に設けられたステータとを備えた回転電機において、
前記ステータは、コアと、前記コアにインシュレータを介して導線を巻線して形成されたコイルとを有し、
前記インシュレータは、
前記コアの軸方向の一端に前記コイルが設置される巻線部と、
前記巻線部の径方向の外側の周方向に延在して形成された外壁部とを有し、
前記外壁部は、前記導線の端末線を径方向の外側から前記巻線部に導く導入溝を有し、
前記導入溝は、径方向の外側から内側において、前記巻線部の軸方向の位置より軸方向において前記コアから離れた位置に形成された底部と、前記底部から連続して前記巻線部に至る傾斜部とを有し、
前記傾斜部は、当該傾斜部と、前記コイルの軸方向に積層された2層目以上の前記導線の中心との距離が、前記導線の半径に前記導線の直径を加算した距離以上にて形成されたので、
端末線が巻線部より軸方向においてコアより離れた位置に形成された導入溝の底部に導入されて巻線されても、導入溝の傾斜部により端末線がコイルの巻線を妨げることを抑制できる。したがって、巻線部に巻線される導線と端末線の接触を要因とする巻乱れを回避できる。すなわち、高精度の整列巻を実現できるため、モータ効率が向上する。
また、コイルと端末線とが接触しないため、巻線速度を高速化でき、生産性が向上する。
また、前記導入溝の前記底部の軸方向の位置は、
前記コイルの巻回される1層目の軸方向の位置より、軸方向において前記コアから離れた位置に形成されたので、
外壁部において圧着端子などを設置しやすくなる。
また、前記導入溝の前記底部の軸方向の位置は、
前記コイルの軸方向の最大積層の位置より、軸方向において前記コアから離れた位置まで形成され、
前記導入溝は、前記導線の他端の端末線を前記巻線部から径方向の外側に導くので、
他端の端末線を導入溝に挿入することができ、一端の端末線と他端の端末線とを係合する箇所を導入溝にて共用化でき、省スペース化をはかれるので、回転電機を小型化できる。
また、前記外壁部の前記導入溝の前記底部は、軸方向に切欠き部を有し、
前記底部に設置された前記端末線は、前記切欠き部に挿入される圧着端子にて挟持されるので、
圧着端子を容易に設置できる。
実施の形態2.
図6は実施の形態2の回転電機の分割コアユニットの巻線前の構成を示す平面図である。図において、上記実施の形態1と同様の部分は同一符号を付して説明を省略する。導入溝6の底部61の周方向Zの位置R1が、巻線部410の周方向Zの端部413より内側の位置に形成される。さらに、導入溝6の傾斜部62の周方向Zの端部621の位置は、巻線部410の周方向Zの端部413より外側の位置に形成される。
このように導入溝6を形成すれば、端末線51を導入溝6に挿入してコイル5を巻線すると、端末線51が導入溝6の端部621に押し付けられて巻線される。よって、コイル5のうち2層目の位置に導線50を巻線するときに、導線50の巻線張力によって1層目のコイル5が所定の位置から動くことがない。このため、2層目のコイル5を所定の位置に巻線することができ、巻乱れをさらに抑制できる。また、傾斜部62の端部621により、傾斜部62の周方向Zの幅が大きくなるため、特に、複数種の直径Dの導線50に対して適用できる。
上記のように構成された実施の形態2の回転電機によれば、上記実施の形態1と同様の効果を奏するのはもちろんのこと、
前記導入溝の前記底部の周方向の位置は、
前記巻線部の周方向の端部より内側の位置に形成され、
前記導入溝の前記傾斜部の周方向の端部の位置は、
前記巻線部の周方向の端部より外側の位置に形成されたので、
導入溝の傾斜部の周方向の端部に導線が沿って巻線されコイルが形成されるため、高精度な整列巻を実現でき、モータ効率および生産性がさらに向上する。特に、複数種の直径の導線に対して適用可能となる。
実施の形態3.
図7は実施の形態3の回転電機のステータの構成を示す図である。図8は図7に示した回転電機のステータの矢印Bの方向から見た状態を示す底面図である。図において、上記各実施の形態と同様の部分は同一符号を付して説明を省略する。本実施の形態3においては、周方向Zにおいて隣接する2つの分割コア31に導線50が連続して巻線し、複数の分割コア31のコイル5をつなぐ導線50から渡り線53が形成される場合について説明する。
第一インシュレータ部41には分割コア31の端末線51が配置される導入溝6が形成されるため、ここでは、軸方向Yにおいて反対側の他端のインシュレータ4の第二インシュレータ部42に渡り線53を配置する(図8参照)。
2つの分割コア31を連続して巻線することで、結線箇所を減らして、一端の端末線51および他端の端末線52をそれぞれの第一インシュレータ部41の導入溝6にて共通化して配置でき、圧着端子を削減できる。また、上記実施の形態1の場合と同様に、導入溝6の底部61の軸方向Yの位置は、コイル5の軸方向Yの最大積層の位置より、軸方向Yにおいて分割コア31から離れた位置まで形成されるため(図4参照)、他端の端末線52を不要に屈曲させることなく導入溝6に挿入できる。
分割コアユニット30の渡り線53はインシュレータ4の第二インシュレータ部42に配置されるため、第一インシュレータ部41に形成されるキャビティ65を径方向Xの外側X1に配置する必要がない。よって、インシュレータ4の第一インシュレータ部41側において渡り線53の配置スペースが省略され、回転電機100の小型化および高出力化のための導線50の直径Dを太線化したコイル5の連続での巻線を両立できる。
このように、コイル5の導線50の直径Dを大きくしつつ、これに伴い大型化する圧着端子を使用しても、分割コアユニット30の径方向Xの大きさを抑制できるため、より回転電機100の小型高出力化ができる。尚、本実施の形態3では、2つの分割コア31に連続で巻線する例を示したが、これに限られることはなく、連続で巻線される分割コア31の数は3つ以上の分割コア31が連続で巻線されてもよい。
上記のように構成された実施の形態3の回転電機によれば、上記各実施の形態と同様の効果を奏するのはもちろんのこと、
周方向において複数の前記コアに前記導線が連続して巻線され、当該複数の前記コアをつなぐ前記導線から形成される渡り線は、前記コアの前記端末線が配置される軸方向の一端と軸方向において反対側の他端の前記インシュレータに配置されたので、
軸方向の導入溝と軸方向において反対側の他端のインシュレータにて、渡り線を配置するため、導入溝側のインシュレータの渡り線に対するスペースが省略でき、回転電機が小型化および高出力化ができる。
実施の形態4.
図9は実施の形態4の回転電機のステータの分割コアユニットの巻線前の構成を示す平面図である。図10は図9に示した回転電機のステータの分割コアユニットの巻線前の構成を示す側面図である。図11は図10の回転電機のステータの分割コアユニットの巻線前の構成を示した断面図である。図において、上記各実施の形態と同様の部分は同一符号を付して説明を省略する。第一インシュレータ部41は、外壁部412の導入溝6を形成する径方向Xの外側X1の一対の側壁部71、72(図10参照)において、一方の側壁部72の軸方向Yの長さHEが、他方の側壁部71の軸方向Yの長さHFよりも短く形成される。
上記のように構成された実施の形態4の回転電機100のステータ3を構成する分割コアユニット30の巻線方法について説明する。まず、端末線51となる導線50を巻線ノズルから引き出し、把持冶具9で導線50を、キャビティ65の上面より上の位置R2(図11参照)で把持する。次に、側壁部72と端末線51とが干渉しない位置R4、図11の角度θの位置まで把持冶具9を軸方向Yにおいて分割コア31側に移動させ、端末線51を傾斜部62に沿わせる。次に、端末線51を導入溝6に挿入する位置R3となるように把持冶具9を周方向Zに移動させる。
このとき、端末線51は、導入溝6の径方向Xに全長に渡って挿入されているわけではなく、導入溝6の一部分に挿入された状態となる。さらに、端末線51を側壁部71に当接するように把持冶具9を周方向Zに移動しながら、把持冶具9を軸方向Yにおいて分割コア31側にさらに移動させて端末線51を導入溝6に挿入する。次に、巻線ノズルを分割コア31の周囲を周回させて、巻線部410にコイル5を巻線する。
よって、側壁部72の長さHEが側壁部71の長さHFより短いため、端末線51を導入溝6に挿入する位置まで、把持冶具9を十分に軸方向Yにおいて分割コア31側へ移動できる。そして、端末線51を側壁部71に引っかけて屈曲させて導入溝6に挿入できるため、端末線51の位置決め精度を向上できる。また、端末線51を傾斜部62の斜面に沿って屈曲できるので、端末線51がコイル5の巻線領域にはみ出すことがなく、端末線51がコイル5を構成する導線50と接触して巻線を妨げるのを抑制できる。
上記のように構成された実施の形態4の回転電機によれば、上記各実施の形態と同様の効果を奏するのはもちろんのこと、
前記外壁部の前記導入溝を形成する径方向の外側の一対の側壁部は、いずれか一方の前記側壁部の軸方向の長さが他方の前記側壁部の軸方向の長さよりも短く形成されるので、より高精度なコイルの整列巻を実現でき、モータ効率を向上できる。
尚、上記各実施の形態では、周方向に分割して形成される分割コアユニットの例を示したが、これに限られることはなく、例えば、ジョイントラップコアなど、周方向に連結されたコアであっても同様に形成することができる。
本開示は、様々な例示的な実施の形態および実施例が記載されているが、1つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、および機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。
したがって、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも1つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも1つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。
1 フレーム、100 回転電機、2 ロータ、3 ステータ、
30 分割コアユニット、31 分割コア、32 ヨーク部、33 ティース部、
34 先端、35 シュー部、4 インシュレータ、41 第一インシュレータ部、
410 巻線部、411 内壁部、412 外壁部、413 端部、
42 第二インシュレータ部、43 第三インシュレータ部、
44 第四インシュレータ部、5 コイル、50 導線、51 端末線、52 端末線、53 渡り線、6 導入溝、61 底部、62 傾斜部、621 端部、
63 切欠き部、64 傾斜部、65 キャビティ、8 圧着端子、9 把持冶具、
θ 角度、D 直径、H0 位置、HA 位置、HB 位置、HC 長さ、HD 長さ、HE 長さ、HF 長さ、L 距離、Q2 中心、Q3 中心、R1 位置、
R2 位置、R3 位置、R4 位置、W 距離、X 径方向、X1 外側、
X2 内側、Y 軸方向、Z 周方向。

Claims (7)

  1. ロータと、前記ロータの外周側に環状に設けられたステータとを備えた回転電機において、
    前記ステータは、コアと、前記コアにインシュレータを介して導線を巻線して形成されたコイルとを有し、
    前記インシュレータは、
    前記コアの軸方向の一端に前記コイルが設置される巻線部と、
    前記巻線部の径方向の外側の周方向に延在して形成された外壁部とを有し、
    前記外壁部は、前記導線の端末線を径方向の外側から前記巻線部に導く導入溝を有し、
    前記導入溝は、径方向の外側から内側において、前記巻線部の軸方向の位置より軸方向において前記コアから離れた位置に形成された底部と、前記底部から連続して前記巻線部に至る傾斜部とを有し、
    前記傾斜部は、当該傾斜部と、前記コイルの軸方向に積層された2層目以上の前記導線の中心との距離が、前記導線の半径に前記導線の直径を加算した距離以上にて形成された回転電機。
  2. 前記導入溝の前記底部の軸方向の位置は、
    前記コイルの巻回される1層目の前記導線において、軸方向であって前記コアから離れる方向に前記巻線部から最も離れた位置より、軸方向において前記コアから離れた位置に形成された請求項1に記載の回転電機。
  3. 前記導入溝の前記底部の周方向の位置は、
    前記巻線部の周方向の端部より内側の位置に形成され、
    前記導入溝の前記傾斜部の周方向の端部の位置は、
    前記巻線部の周方向の端部より外側の位置に形成された請求項1または請求項2に記載の回転電機。
  4. 前記導入溝の前記底部の軸方向の位置は、
    前記コイルの軸方向の最大積層の軸方向の上端の位置より、軸方向において前記コアから離れた位置に形成され、
    前記導入溝は、前記導線の他端の端末線を前記巻線部から径方向の外側に導く請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の回転電機。
  5. 前記外壁部の前記導入溝を形成する径方向の外側の一対の側壁部は、いずれか一方の前記側壁部の軸方向の長さが他方の前記側壁部の軸方向の長さよりも短く形成された請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の回転電機。
  6. 周方向において複数の前記コアに前記導線が連続して巻線され、当該複数の前記コアをつなぐ前記導線から形成される渡り線は、前記コアの前記端末線が配置される軸方向の一端と軸方向において反対側の他端の前記インシュレータに配置された請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の回転電機。
  7. 前記外壁部の前記導入溝の前記底部は、軸方向に切欠き部を有し、
    前記底部に設置された前記端末線は、前記切欠き部に挿入される圧着端子にて挟持される請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の回転電機。
JP2019059671A 2019-03-27 2019-03-27 回転電機 Active JP7246224B2 (ja)

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