JP7255561B2

JP7255561B2 - 回転電機

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Publication number: JP7255561B2
Application number: JP2020120759A
Authority: JP
Inventors: 浩司堀田
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2020-07-14
Filing date: 2020-07-14
Publication date: 2023-04-11
Anticipated expiration: 2040-07-14
Also published as: CN115803994A; JP2022017913A; WO2022014465A1; US20230124334A1

Description

本発明は、回転電機に関する。

特許文献１に開示された回転電機では、ステータの外周部において軸方向へ突き出す突起部がインシュレータに設けられている。突起部の有底穴には、軸方向へ延びる接続金具の一端部が軸方向へ挿入されている。ベアリングホルダの接続開口部には、外部引出ピンのうち軸方向に延びるようにＵ字状に形成された基部が配置されている。接続金具の他端部は、外部引出ピンの基部に軸方向へ挿入されている。

特開２００７－６５９２号公報

巻線に接続されるコイルターミナルを、特許文献１に開示されたように軸方向に延びるＵ字状の基部に挿入するようにして外部接続用のターミナルに接続する場合、回転電機の軸方向体格が大きくなるという問題がある。また、コイルターミナルと外部接続用のターミナルとの良好な接続状態を得るための改善が望まれている。

本発明は、上述の点に鑑みてなされたものであり、その目的は、軸方向体格が小さく、またコイルターミナルと外部接続用のターミナルとの接続状態が良好な回転電機を提供することである。

本発明は、回転電機（３０）であって、複数のティース（５６）を有するステータコア（３２）と、ティースの周りに巻かれてなるコイル（７１）を有する複数の巻線（３３）と、巻線に接続された複数のコイルターミナル（８１）と、コイルターミナルに接続され、外部の電源端子（１８）に接続可能な複数の外部接続ターミナル（９１）と、ステータコアに取り付けられ、コイルターミナルを保持する複数のターミナル保持部（６７）とを備える。回転電機の回転軸心に平行な方向を軸方向と定義すると、外部接続ターミナルは、軸方向に垂直な方向に延びつつコイルターミナルの当接部に軸方向に当接された被当接部（９２）を有する。ターミナル保持部は、コイルターミナルを被当接部に接近および離間する方向へ相対移動可能に保持する。

このように軸方向に垂直な方向に延びる被当接部にコイルターミナルが軸方向に当接することで、従来のように軸方向に延びるＵ字状の基部にコイルターミナルが挿入される形態と比べて、ターミナル接続部分の軸方向スペースが小さくなる。そのため、回転電機の軸方向体格が小さくなる。また、コイルターミナルを被当接部に接続するとき、コイルターミナルが被当接部に確実に当接するようにコイルターミナルの位置を調整できる。そのためコイルターミナルと外部接続ターミナルとの良好な接続状態を得ることができる。

第１実施形態のモータを備える回転式アクチュエータが適用されたシフトバイワイヤシステムを説明する模式図。図１の回転式アクチュエータの断面図。図２のステータおよび制御基板を矢印ＩＩＩ方向から見た図。図２のステータの要部拡大図。図４のステータを矢印Ｖ方向から見た図。図３の巻線およびコイルターミナルを模式的に示す図。図２のステータ、モータターミナルおよびセンサターミナルを矢印ＶＩＩ方向から見た図。図５に対応する図であって、コイルターミナルとモータターミナルとの溶接前においてコイルターミナルがモータターミナルに対して最も離れた状態を示す図。第２実施形態のステータの要部拡大図であって、第１実施形態の図４に対応する図。

以下、回転電機としてのモータの複数の実施形態を図面に基づき説明する。実施形態同士で実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。

［第１実施形態］
図１に示すように、第１実施形態のインナーロータ型回転電機としてのモータ３０は、回転式アクチュエータ（以下、アクチュエータ）１０に備えられる。アクチュエータ１０は、車両用変速機１１のケース１２の外壁に固定され、シフトバイワイヤシステム１３の動力源として用いられる。シフトバイワイヤシステム１３は、制御装置１５がシフト操作装置１４からの指令信号に応じてアクチュエータ１０を制御することにより、変速機１１のシフトレンジ切替機構１６を作動させてシフトレンジを切り替える。

（アクチュエータ）
先ず、アクチュエータ１０の全体構成について図２を参照して説明する。アクチュエータ１０は、ハウジング２０、モータ３０および減速機４０を備える。

ハウジング２０は、カップ状のフロントハウジング２１およびリアハウジング２２を有する。フロントハウジング２１およびリアハウジング２２は、開口部同士が組み合わされてボルト２３により互いに締結されている。フロントハウジング２１には、有底筒状の金属プレート２４がインサートされている。リアハウジング２２は、フロントハウジング２１とは反対側に突き出す筒状突出部２８を有する。リアハウジング２２の外壁にはブラケット２９が固定されている。アクチュエータ１０は、ブラケット２９を用いて変速機１１のケース１２（図１参照）に固定される。

モータ３０は、ステータ３１およびロータ３４を有する。ステータ３１は、金属プレート２４に例えば圧入等により固定されたステータコア３２と、ステータコア３２に設けられた巻線３３とを有する。ロータ３４は、モータ側軸受３５および減速機側軸受３６により回転軸心ＡＸ１まわりに回転可能に支持された回転軸３７と、回転軸３７の外側に嵌合して固定されたロータコア３８とを有する。モータ側軸受３５は、金属プレート２４に設けられている。減速機側軸受３６は、後述の出力部材４４に設けられている。

減速機４０は、偏心軸４１、リングギア４２、偏心ギア４３、出力部材４４および伝達機構４５を備える。偏心軸４１は、回転軸心ＡＸ１に対して偏心する偏心軸心ＡＸ２上に設けられ、回転軸３７と一体に形成されている。リングギア４２は、回転軸心ＡＸ１と同軸上に設けられ、リアハウジング２２に固定されている。偏心ギア４３は、リングギア４２の内歯部４６と噛み合う外歯部４７を有し、偏心軸４１に設けられた軸受４８により遊星運動可能に支持されている。遊星運動とは、偏心軸心ＡＸ２まわりに自転しつつ回転軸心ＡＸ１まわりに公転する運動のことである。遊星運動時の偏心ギア４３の自転速度は、回転軸３７の回転速度に対して変速させられる。

出力部材４４は、回転軸心ＡＸ１と同軸上に設けられ、リアハウジング２２に設けられた軸受４９により回転可能に支持されている。伝達機構４５は、偏心ギア４３に形成された係合突起５１と、出力部材４４に形成され、係合突起５１が挿入された係合孔５２とから構成され、偏心ギア４３の偏心軸心ＡＸ２まわりの回転を出力部材４４に伝達する。

アクチュエータ１０では、巻線３３の通電相が切り替えられることにより回転磁界が発生し、この回転磁界により生じる磁気的吸引力または反発力を受けてロータ３４が回転する。ロータ３４と共に偏心軸４１が回転軸心ＡＸ１まわりに回転すると偏心ギア４３が遊星運動し、ロータ３４の回転に対して減速させられた偏心ギア４３の回転が出力部材４４から出力される。

（ステータ）
次に、ステータ３１およびその配線について図２～図７を参照して説明する。以下の説明において、回転軸心ＡＸ１に平行な方向のことを単に「軸方向」と記載し、回転軸心ＡＸ１まわりの方向のことを単に「周方向」と記載し、回転軸心ＡＸ１に直交する方向のことを単に「径方向」と記載する。また、アクチュエータ１０の構成要素に対して外側の部分のことを「外部」と記載する。

図２および図３に示すように、ステータ３１は、ステータコア３２と、複数の巻線３３と、ステータコア３２と巻線３３との間に介在するインシュレータ６１と、巻線３３に接続された複数のコイルターミナル８１とを備える。

ステータコア３２は、軸方向に積層された複数枚の金属板から構成されている。ステータコア３２は、フロントハウジング２１の筒部２５の内壁に固定された環状のヨーク５５と、ヨーク５５から径方向内側に突き出すように形成された複数のティース５６とを有する。

図３～図５に示すように、インシュレータ６１は、ヨーク５５の軸方向両端および径方向内側の内壁に設けられたヨーク絶縁部６２と、ティース５６の周りの部分（すなわちティース５６の先端面以外の部分）に設けられたティース絶縁部６３と、ティース絶縁部６３のうちティース先端側から軸方向および周方向に突き出すように設けられたフランジ部６４とを有し、ステータコア３２に組み付けられている。

図３および図６に示すように、複数の巻線３３は、Ｕ相巻線３３ｕ１、３３ｕ２、Ｖ相巻線３３ｖ１、３３ｖ２、およびＷ相巻線３３ｗ１、３３ｗ２を含む。Ｕ相巻線３３ｕ１、Ｖ相巻線３３ｖ１およびＷ相巻線３３ｗ１により第１系統目の巻線組が構成され、また、Ｕ相巻線３３ｕ２、Ｖ相巻線３３ｖ２およびＷ相巻線３３ｗ２により第２系統目の巻線組が構成されている。巻線３３は２系統設けられることで冗長化されている。以下、各巻線を区別しない場合、単に「巻線３３」と記載する。

巻線３３は、ティース５６の周り、すなわちインシュレータ６１のティース絶縁部６３に巻かれてなるコイル７１を有する。１つの巻線３３は、１本の電線からなり、その一端部７２から他端部７３までの間に２つのコイル７１を有する。各コイル７１間には渡り線７４が設けられている。つまり、１つの巻線３３が２つのティース５６に渡って設けられている。

Ｕ相巻線３３ｕ１はコイル７１ｕ１、７１ｕ４を有し、Ｕ相巻線３３ｕ２はコイル７１ｕ２、７１ｕ３を有する。Ｖ相巻線３３ｖ１はコイル７１ｖ１、７１ｖ４を有し、Ｖ相巻線３３ｖ２はコイル７１ｖ２、７１ｖ３を有する。Ｗ相巻線３３ｗ１はコイル７１ｗ１、７１ｗ４を有し、Ｗ相巻線３３ｗ２はコイル７１ｗ２、７１ｗ３を有する。第１実施形態では、ティース５６が１２個設けられており、ティース５６毎に１つのコイル７１が設けられている。１つの巻線３３が１相分のコイル７１を持っている。

図２～図４に示すように、ヨーク絶縁部６２は、フロントハウジング２１の底部２６側に突き出す突起状の係止部６５を有する。係止部６５は、渡り線７４を係止している。第１実施形態では、係止部６５はインシュレータ６１に一体に設けられている。

図２および図３に示すように、アクチュエータ１０は、ロータコア３８に設けられた磁石５７と、ロータ３４の回転位置を検出する素子であって、磁石５７の磁気を検出する磁気センサ５８と、磁気センサ５８を実装した制御基板５９とを備える。

図２に示すように、フロントハウジング２１は、樹脂製の本体部を構成する底部２６、筒部２５およびコネクタ部２７を有する。コネクタ部２７は、筒部２５の外側に形成されている。コネクタ部２７には、外部コネクタ１７が着脱可能に接続される。外部コネクタ１７は、電源端子１８および信号端子１９を保持している。

図２、図４、図５および図７に示すように、フロントハウジング２１は、コイルターミナル８１に接続され、外部の電源端子１８に直接接続可能な外部接続ターミナルとしての複数のモータターミナル９１と、制御基板５９に接続され、外部の信号端子１９に接続可能な複数のセンサターミナル９５とを有する。モータターミナル９１およびセンサターミナル９５は、フロントハウジング２１の本体部にインサートされており、底部２６から筒部２５を通ってコネクタ部２７まで延びている。第１実施形態では、モータターミナル９１およびセンサターミナル９５は、一次成形体９９に保持された状態でフロントハウジング２１にインサートされる。

図２～図５に示すように、フランジ部６４のうちフロントハウジング２１の底部２６側には、コイルターミナル８１を保持するターミナル保持部６７が設けられている。第１実施形態では、ターミナル保持部６７はインシュレータ６１に一体に設けられている。

コイルターミナル８１は、ターミナル保持部６７に保持された被保持部８２と、巻線３３の一端部７２または他端部７３を保持する巻線保持部８３と、巻線３３に電気的に接続された巻線接続部８４と、モータターミナル９１に当接して電気的に接続された当接部８５とを有する。第１実施形態では、巻線保持部８３はコイルターミナル８１に一体に設けられている。

ターミナル保持部６７は、コイルターミナル８１を被当接部８２に接近および離間する方向へ相対移動可能に保持する。具体的には、ターミナル保持部６７の嵌合孔６８を有しており、コイルターミナル８１の被保持部８２は、嵌合孔６８に中間ばめ又は隙間ばめで嵌合している。第１実施形態では、嵌合孔６８は軸方向へ貫通しており、被保持部８２は軸方向へ延びるように形成されている。例えば外力等がコイルターミナル８１に作用して、被保持部８２が嵌合孔６８の内壁に対して摺動することで、コイルターミナル８１がターミナル保持部６７に対して軸方向へ相対移動する。そして上記外力が無くなると被保持部８２が嵌合孔６８の内壁との摩擦力によりコイルターミナル８１の移動が止まり、コイルターミナル８１がターミナル保持部６７に保持される。

ティース５６毎に１つのコイルターミナル８１が設けられている。１２個のコイルターミナル８１のうち、６個のコイルターミナル８１には一端部７２が接続され、他の６個のコイルターミナル８１には他端部７３が接続されている。

コイルターミナル８１は、巻線３３の両端部にそれぞれ設けられており、巻線１相あたり２つ設けられている。巻線３３の巻始め部分である一端部７２は、巻線保持部８３から巻線接続部８４を通ってティース５６まで延びている。巻線３３の巻終わり部分である他端部７３は、ティース５６から巻線接続部８４を通って巻線保持部８３まで延びている。

モータターミナル９１は、軸方向に垂直な方向に延びつつコイルターミナル８１の当接部８５に軸方向に当接された被当接部９２を有する。コイルターミナル８１は、バスバー等の結線部品を介すことなくモータターミナル９１に直接結合している。第１実施形態では、当接部８５と被当接部９２との当接箇所Ｐは、ステータコア３２よりも径方向内側に配置されている。そして、当接部８５と被当接部９２とは溶接により結合されている。以下、当接部８５と被当接部９２との結合部のことを、適宜「溶接部」と記載する。

巻線保持部８３および巻線接続部８４はコイル７１よりも径方向内側に配置されており、溶接部はステータコア３２のティース先端よりも径方向内側に配置されている。具体的には、図４および図５に示すように、巻線保持部８３および巻線接続部８４は、被保持部８２から軸方向において底部２６側に延びるように形成されている。当接部８５は、巻線保持部８３の先端から径方向内側に延びるように形成されている。第１実施形態では、巻線保持部８３と巻線接続部８４は、被保持部８２からそれぞれ分岐して設けられている。

巻線３３はノズル巻きで製造されている。具体的には、電線を巻線保持部８３に絡げて巻線接続部８４に通した後、１つ目のティース絶縁部６３に巻き付ける。続いて、１つ目のティース絶縁部６３から引き出した電線を係止部６５に係止させた後、２つ目のティース絶縁部６３に巻き付ける。最後、２つ目のティース絶縁部６３から引き出した電線を最初のものとは別の巻線接続部８４に通した後、巻線保持部８３に絡げる。巻線接続部８４と巻線３３は、例えばヒュージング等により接続される。

上述のように複数のスロット間を跨いで巻回作業が行われる。ステータ３１の外周部に配置された係止部６５と、内周部に配置された巻線保持部８３および巻線接続部８４とを用いる場合、ティース絶縁部６３への電線の巻き層数を奇数にすることで、完全整列巻きが実現する。巻線３３の一層目と三層目は径方向内側から外側に向かって巻き付けられ、二層目は径方向外側から内側に向かって巻き付けられる。

ステータ３１をフロントハウジング２１に組み付ける手順は次のとおりである。先ず、ステータコア３２を金属プレート２４の筒部に例えば圧入により固定する。上記固定直後において、巻線３３のうちコイル７１から巻線接続部８４までの弛み部７５は、コイルターミナル８１が図８に示すように被当接部９２に対して最も離れた位置から、図５に示すように被当接部９２に当接する位置までの可動範囲Ｓ内でターミナル保持部６７に保持されている限り、弛みをもっている。図８に示す状態において、当接部８５と被当接部９２との間には隙間がある。続いて、当接部８５が被当接部９２に当接するまでコイルターミナル８１を移動させる。最後に、当接部８５と被当接部９２とを溶接する。

（効果）
以上説明したように第１実施形態では、モータ３０は、複数のティース５６を有するステータコア３２と、ティース５６の周りに巻かれてなるコイル７１を有する複数の巻線３３と、巻線３３に接続された複数のコイルターミナル８１と、コイルターミナル８１に接続され、外部の電源端子１８に接続可能な複数のモータターミナル９１と、ステータコア３２に取り付けられ、コイルターミナル８１を保持する複数のターミナル保持部６７とを備える。モータターミナル９１は、軸方向に垂直な方向に延びつつコイルターミナル８１の当接部８５に軸方向に当接された被当接部９２を有する。ターミナル保持部６７は、コイルターミナル８１を被当接部９２に接近および離間する方向へ相対移動可能に保持する。

このように軸方向に垂直な方向に延びる被当接部９２にコイルターミナル８１が軸方向に当接することで、従来のように軸方向に延びるＵ字状の基部にコイルターミナルが挿入される形態と比べて、ターミナル接続部分の軸方向スペースが小さくなる。そのため、モータ３０の軸方向体格が小さくなる。また、コイルターミナル８１を被当接部９２に接続するとき、コイルターミナル８１が被当接部９２に確実に当接するようにコイルターミナル８１の位置を調整できる。そのためコイルターミナル８１とモータターミナル９１との良好な接続状態を得ることができる。

また、第１実施形態では、当接部８５と被当接部９２との当接箇所Ｐは、コイル７１よりも径方向内側に配置されている。これにより、ステータ３１をフロントハウジング２１に組み付ける際、ステータコア３２の径方向内側のスペースを利用してコイルターミナル８１とモータターミナル９１とを溶接できる。そのため、溶接のための特別な開口を設ける必要がない。上記特別な開口を例えばフロントハウジング２１の底面側に設ける場合、軸方向サイズが大きくなるとともに、気密性確保のために当該開口を塞ぐための部材が必要になる。第１実施形態では、上記軸方向サイズアップがなく、また開口閉塞部材が不要である。

また、第１実施形態では、巻線接続部８４は、コイル７１よりも径方向内側に配置されている。そのため、ステータ３１の内周部に位置する巻線接続部８４を用いて、巻線３３の巻き始めから巻き終わりまでの間に２つ以上のティース５６に連続して巻回するノズル巻きを実施できる。そのため、低コストで製造可能なノズル巻きを採用しつつ、コイルターミナル８１が径方向外側に突き出すように設けられるのを回避できる。したがって、安価で小型なステータ３１を得ることができる。

また、第１実施形態では、一端部７２は巻線保持部８３から巻線接続部８４を通ってティース５６まで延びている。他端部７３はティース５６から巻線接続部８４を通って巻線保持部８３まで延びている。そのため、巻線３３の巻回工程において電線を巻線接続部８４に通すことにより、巻線接続部８４と巻線３３との接続工程において巻線３３の操作が不要になり、圧着だけを行えば良いので、接続工程を簡素化できる。

また、第１実施形態では、ターミナル保持部８３は、インシュレータ６１に一体に設けられている。コイルターミナル８１は、ターミナル保持部６７の嵌合孔６８に中間ばめ又は隙間ばめで嵌合している。これによりターミナル保持部６７は、簡易な構成により、コイルターミナル８１を被当接部９２に接近および離間する方向へ相対移動可能に保持することができる。

また、第１実施形態では、巻線３３のうちコイル７１から巻線接続部８４までの弛み部７５は、コイルターミナル８１が被当接部９２に対して最も離れた位置から、被当接部９２に当接する位置までの可動範囲Ｓ内でターミナル保持部６７に保持されている限り、弛みをもっている。これにより、コイルターミナル８１とモータターミナル９１との接続時にコイルターミナル８１が軸方向に変位しても、当該変位を弛み部７５の弛みが吸収して巻線３３に応力が生じない。そのため巻線３３の断線を回避できる。

［第２実施形態］
第２実施形態では、図９に示すように当接部８５が被当接部９２に当接する面は凸曲面８６になっている。凸曲面８６は、例えば被当接部９２側に突き出すように形成された半球状の突起の表面からなる。このような凸曲面８６をもつことで当接部８５と被当接部９２との当接状態が点接触になり、部材の製造ばらつき等に起因する溶接面の傾きが生じた場合であっても、当接条件を一定にすることができる。

［他の実施形態］
他の実施形態では、ターミナル保持部の嵌合孔は非貫通でもよい。また、ターミナル保持部は、孔に限らず、例えば切欠き又は爪等によりコイルターミナルを移動可能に保持してもよい。また、ターミナル保持部は、インシュレータとは別の部材から構成されてもよい。

他の実施形態では、巻線保持部の延出方向は、軸方向に限らず、径方向、周方向、またはそれ以外の方向であってもよい。また、巻線保持部は、コイルターミナルのうち被保持部から巻線接続部までの部分から分岐した箇所に限らず、被保持部から巻線接続部までの間に設けられてもよい。また、巻線保持部は、コイルターミナルの一部に限らず、例えばインシュレータまたはその他の部材の一部であってもよい。

他の実施形態では、コイルターミナルとモータターミナルとの接合は、溶接に限らず、圧接またははんだ等の他の方法で行われてもよい。他の実施形態では、フロントハウジングのコネクタ部は２つ以上に分かれていてもよい。

他の実施形態では、１つの巻線で並列回路を構成してもよい。すなわち、巻線の一端部および他端部が第１コイルターミナルに接続され、巻線に含まれる２つのコイル間の中間部が第２コイルターミナルに接続されることで、１つの巻線に含まれる第１コイル群と第２コイル群とが並列に配置されてもよい。

他の実施形態では、ティースの数は、１２個に限らず、それ以外の数であってもよい。他の実施形態では、巻線相数は、３相に限らず、それ以外の相数であってもよい。他の実施形態では、ステータは、モータに限らず、発電機に適用されてもよい。

本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の形態で実施可能である。

１８電源端子、３０モータ（回転電機）、３２ステータコア、３３巻線、
５６ティース、６７ターミナル保持部、７１コイル、８１コイルターミナル、
９１モータターミナル（外部接続ターミナル）、９２被当接部。

Claims

回転電機（３０）であって、
複数のティース（５６）を有するステータコア（３２）と、
前記ティースの周りに巻かれてなるコイル（７１）を有する複数の巻線（３３）と、
前記巻線に接続された複数のコイルターミナル（８１）と、
前記コイルターミナルに接続され、外部の電源端子（１８）に接続可能な複数の外部接続ターミナル（９１）と、
前記ステータコアに取り付けられ、前記コイルターミナルを保持する複数のターミナル保持部（６７）と、
を備え、
前記回転電機の回転軸心に平行な方向を軸方向と定義すると、
前記外部接続ターミナルは、軸方向に垂直な方向に延びつつ前記コイルターミナルの当接部に軸方向に当接された被当接部（９２）を有し、
前記ターミナル保持部は、前記コイルターミナルを前記被当接部に接近および離間する方向へ相対移動可能に保持する、回転電機。
前記回転軸心に直交する方向を径方向と定義すると、
前記当接部と前記被当接部との当接箇所（Ｐ）は、前記ステータコアよりも径方向内側に配置されている、請求項１に記載の回転電機。
前記回転電機は、前記ステータコアと前記巻線との間に介在するインシュレータ（６１）をさらに備え、
前記ターミナル保持部は、前記インシュレータに一体に設けられ、
前記コイルターミナルは、前記ターミナル保持部の嵌合孔（６８）に中間ばめ又は隙間ばめで嵌合している、請求項１または２に記載の回転電機。
前記当接部および前記被当接部の一方が他方に当接する面は凸曲面（８６）である、請求項１または２に記載の回転電機。
前記コイルターミナルは、前記巻線に接続された巻線接続部（８４）を有し、
前記巻線のうち前記コイルから前記巻線接続部までの弛み部（７５）は、前記コイルターミナルが前記被当接部に対して最も離れた位置から前記被当接部に当接する位置までの可動範囲（Ｓ）内で前記ターミナル保持部に保持されている限り、弛みをもっている、請求項１～４のいずれか一項に記載の回転電機。