JP2008148478A

JP2008148478A - モータ

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Publication number: JP2008148478A
Application number: JP2006334197A
Authority: JP
Inventors: Yoshio Fujii; 義雄藤居; Hideaki Suzuki; 秀明鈴木
Original assignee: Nidec Corp
Current assignee: Nidec Corp
Priority date: 2006-12-12
Filing date: 2006-12-12
Publication date: 2008-06-26
Anticipated expiration: 2026-12-12
Also published as: US20080136283A1; US7646127B2; JP4936117B2

Abstract

【課題】モータの弱め磁束制御を効率良く行って最大回転数を大きくする。
【解決手段】モータの電機子では、各コイル２１４の第１ターン２１４１が、隣接する３本のティース２１１１の周囲に形成され、第２ターン２１４２が、当該３本のティース２１１１のうち、端に位置するものを中央として隣接する３本のティース２１１１の周囲に形成されることにより、複数のコイル２１４のそれぞれが、ステータコアの隣接する４本のティース２１１１上に分布するように形成される。これにより、弱め磁束制御による総磁束の低減の程度をロータコアの角度位置に関わらず均等化し、弱め磁束制御を効率良く行うことができる。その結果、モータの最大回転数を大きくすることができる。
【選択図】図８．Ｂ

Description

本発明は、電動式のモータに関する。

近年、省エネルギーや排気ガス問題の改善等の環境負荷低減を目的とした車両の開発が盛んに行われている。このような車両に搭載される環境負荷を低減する機構の１つとして、車両が停止している際にエンジンを自動的に停止することにより、エンジンから排出される二酸化炭素の量を減らすアイドリングストップが知られている。

ここで、車両の冷暖房装置において、コンプレッサがエンジンにより駆動される場合、アイドリングストップによりエンジンが停止されることにより冷暖房装置も停止してしまう。そこで、冷暖房装置のコンプレッサを電動式とし、当該コンプレッサを車載バッテリーにより駆動することにより、エンジンの停止中であっても冷暖房装置を駆動することが可能となる。このような車載の電動コンプレッサには高い信頼性が求められるため、電機子の内側に配置されたロータコアに永久磁石が埋め込まれたＩＰＭ（interior permanent magnet（埋込磁石））モータ等が当該コンプレッサとして利用されることが好ましい。

モータでは、回転数が大きくなるに従ってコイルに誘起される電圧が高くなり（すなわち、逆起電力が大きくなり）、当該電圧が駆動電源の電圧と等しくなると、回転数の増加が停止し、このときの回転数が最大回転数となる。自動車に搭載される電動コンプレッサは、比較的低電圧の車載バッテリにより駆動される一方で、広い回転数領域において使用可能とされることが求められる。そこで、モータの最大回転数を大きくするための技術が提案されている。

例えば、特許文献１では、３相モータの各相の励磁電流を進角させることにより、ステータとロータとの間の磁界を弱めて総磁束を減少させ、逆起電力を低減することにより最大回転数を大きくする技術が開示されている。このような励磁電流の制御方法は「弱め磁束制御（または、弱め磁界制御）」と呼ばれる。
国際公開第２００４／１０５６２号パンフレット

ところで、特許文献１のモータのように、電機子の各コイルが複数のティースの周囲に設けられている場合（すなわち、コイルが分布巻きである場合）、ロータコアの角度位置により、弱め磁束制御による総磁束の低減の程度が異なる。具体的には、ロータコアの１つのポール全体が、電機子の１つのコイルに対向している場合には総磁束の低減の程度が大きくなり、１つのポールの一部のみが当該コイルと対向している場合には、総磁束の低減の程度が小さくなる。

このように、ロータコアの角度位置により総磁束の低減の程度が異なる場合、総磁束の低減の程度が小さくなる角度位置での逆起電力（すなわち、総磁束があまり小さくならない角度位置にて得られる逆起電力の最大値）の影響により、最大回転数の増大に限界があった。

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、弱め磁束制御を効率良く行って最大回転数を大きくすることを目的としている。

請求項１に記載の発明は、電動式のモータであって、電機子を有するステータ部と、前記ステータ部に取り付けられた軸受機構と、前記電機子との間で所定の中心軸を中心とするトルクを発生する界磁用磁石を有するとともに、前記軸受機構を介して前記中心軸を中心に前記ステータ部に対して回転可能に支持されるロータ部と、前記電機子に供給される３相の励磁電流に対して弱め磁束制御を行う制御部とを備え、前記電機子が、前記中心軸を中心として放射状に配置された複数のティースを有するステータコアと、前記複数のティース上に分布巻きにて形成された複数のコイルとを備え、前記複数のコイルのそれぞれが、隣接する３本のティースの周囲に形成される第１ターン群と、前記３本のティースのうちの端に位置するものを中央として隣接する３本のティースの周囲に形成される前記第１ターンと同じターン数の第２ターン群とを備える。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のモータであって、前記複数のコイルのそれぞれにおいて、前記第１ターン群および前記第２ターン群のそれぞれのターン数が１である。

請求項３に記載の発明は、請求項１に記載のモータであって、前記複数のコイルのそれぞれにおいて、前記第１ターン群および前記第２ターン群のそれぞれのターン数が２である。

本発明では、弱め磁束制御を効率良く行うことができる。

図１は、本発明の一の実施の形態に係る電動式のモータ１の外観を示す平面図であり、図２は、モータ１を示す縦断面図である。図２では、図１に示すモータ１の中心軸Ｊ１を含む面における断面を示しており、また、当該断面よりも手前側および奥側の構成の一部も併せて示している。モータ１は、いわゆるアイドリングストップ（すなわち、車両が停止している際にエンジンを自動的に停止する機構）が搭載された車両等において、冷暖房装置のコンプレッサとして利用される３相交流モータであり、図１および図２に示すように、中心軸Ｊ１方向の長さが外径の約２倍である縦長のモータである。

図２に示すように、モータ１はインナーロータ型のモータであり、固定組立体であるステータ部２、回転組立体であるロータ部３、ステータ部２に取り付けられるとともにロータ部３を中心軸Ｊ１を中心にステータ部２に対して回転可能に支持する軸受機構４、ロータ部３のステータ部２に対する角度位置を検出する装置であるレゾルバ部５、これらの構成を内部に収容する略有底円筒状のハウジング６、および、制御部７を備える。以下の説明では、便宜上、中心軸Ｊ１に沿ってレゾルバ部５側を上側、ステータ部２およびロータ部３側を下側として説明するが、中心軸Ｊ１は必ずしも重力方向と一致する必要はない。

ステータ部２は、ハウジング６の内周面に取り付けられる電機子２１を備え、電機子２１は、薄板状の珪素鋼板が積層されて形成されたステータコア２１１を備える。図３は、ステータコア２１１を示す平面図である。図３に示すように、ステータコア２１１は、中心軸Ｊ１を中心として放射状に配置された複数（本実施の形態では、２４本）のティース２１１１、および、複数のティース２１１１の中心軸Ｊ１と反対側の端部を一体的に保持する略円環状のコアバック２１１２を備える。

図４は、電機子２１のステータコア２１１、および、ステータコア２１１に取り付けられる複数（本実施の形態では、４８本）の導線２１２を示す斜視図である。図４に示すように、複数の導線２１２は、複数のティース２１１１間の複数（本実施の形態では、２４個）のスロット２１１３において中心軸Ｊ１に平行に伸びる部位を有する。複数の導線２１２は、図５．Ａおよび図５．Ｂに示す角形導線２１２ａおよび丸形導線２１２ｂをそれぞれ複数有する。以下の説明では、角形導線２１２ａと丸形導線２１２ｂとを区別する必要がない場合には、角形導線２１２ａおよび丸形導線２１２ｂをまとめて導線２１２と呼ぶ。

図５．Ａに示すように、角形導線２１２ａは、断面形状が矩形のＵ字型導線（すなわち、Ｕ字型の平角線）であり、図５．Ｂに示すように、丸形導線２１２ｂは、断面形状が円形のＵ字型導線（すなわち、Ｕ字型の丸線）である。本実施の形態では、丸形導線２１２ｂの直径は３．１６ｍｍ以上３．２４ｍｍ以下とされる。また、本実施の形態では、角形導線２１２ａの断面積は１２．３ｍｍ^２以上とされ、丸形導線２１２ｂの断面積よりも大きくされる。

図５．Ａおよび図５．Ｂに示すように、角形導線２１２ａおよび丸形導線２１２ｂはそれぞれ、ステータコア２１１の２つの異なるスロット２１１３（図４参照）にそれぞれ収容されるとともに中心軸Ｊ１に平行に伸びる２本の直線部２１２１、および、２本の直線部２１２１の中心軸Ｊ１方向における下側（すなわち、図２に示すハウジング６の底部側）の端部の間において屈曲しつつ２本の直線部２１２１の当該端部をステータコア２１１の下側にて一体的に接続する屈曲部２１２２を備える。角形導線２１２ａおよび丸形導線２１２ｂはそれぞれ、直線状の導線を中央部近傍にて屈曲することによりＵ字型に成形される。複数の導線２１２の両端部２１２３（すなわち、２本の直線部２１２１の屈曲部２１２２側とは反対側の端部）は、図４に示すように、ステータコア２１１の上側（すなわち、ハウジング６の底部とは反対側の開口側）において、ステータコア２１１の各スロット２１１３から上向きに突出する。

図６．Ａは、ステータコア２１１および導線２１２（すなわち、角形導線２１２ａおよび丸形導線２１２ｂ）を示す断面図である。図６．Ａでは、図示の都合上、ステータコア２１１および導線２１２の断面を平行斜線を付すことなく示している。図６．Ａに示すように、電機子２１では、ステータコア２１１の各スロット２１１３において、２本の角形導線２１２ａの直線部２１２１（図５．Ａ参照）と２本の丸形導線２１２ｂの直線部２１２１（図５．Ｂ参照）とが中心軸Ｊ１を中心とする径方向に配列されており、丸形導線２１２ｂは角形導線２１２ａの中心軸Ｊ１側に配置されている。

図６．Ｂは、図６．Ａに示すステータコア２１１および導線２１２の一部を拡大して示す図である。図６．Ｂに示すように、角形導線２１２ａのスロット２１１３に収容される部位の断面は、中心軸Ｊ１（図６．Ａ参照）を中心とする径方向に（略）平行な２つの短辺２１２４、および、２つの短辺２１２４に略垂直な（すなわち、中心軸Ｊ１を中心とする周方向に（略）平行な）２つの長辺２１２５を備える。また、各スロット２１１３の中心軸Ｊ１側の端部近傍では、スロット２１１３の内側面（すなわち、当該スロット２１１３を挟む２つのティース２１１１の側面）が、最も中心軸Ｊ１側に配置された丸形導線２１２ｂのスロット２１１３に収容される部位の外側面に沿うように湾曲している。換言すれば、各スロット２１１３の内側面は、上記丸形導線２１２ｂの外側面に沿う湾曲部２１１４を備える。

図２に示すように、電機子２１は、中心軸Ｊ１方向においてステータコア２１１の上側に配置されて複数のＵ字型の導線２１２の端部２１２３（図４参照）と接続されるバスバーユニット２１３をさらに備え、バスバーユニット２１３は、中心軸Ｊ１を中心とする略円環状であって中心軸Ｊ１方向に積層された６枚の端子台であるバスバープレート２１３１を備える。以下の説明では、６枚のバスバープレート２１３１をそれぞれ区別して呼ぶ場合には、バスバーユニット２１３における下側（すなわち、ステータコア２１１側）に配置されるものから順に、バスバープレート２１３１ａ〜２１３１ｆと呼ぶ。

図７．Ａないし図７．Ｆは、バスバープレート２１３１ａ〜２１３１ｆを示す平面図である。図７．Ａないし図７．Ｆに示すように、各バスバープレート２１３１（すなわち、バスバープレート２１３１ａ〜２１３１ｆ）は、中心軸Ｊ１方向に関して同じ位置にて周方向に配列された複数の導電体の端子であるバスバー２１３２、および、中心軸Ｊ１を中心とする略円環状であって当該複数のバスバー２１３２が一体的に固定される絶縁体（本実施の形態では、樹脂）の端子保持部であるバスバーホルダ２１３３を備える。各バスバープレート２１３１では、複数のバスバー２１３２が、バスバーホルダ２１３３の外周縁よりも内側にてバスバーホルダ２１３３に固定される。

図２に示すバスバーユニット２１３では、６枚のバスバーホルダ２１３３にそれぞれ保持されたバスバー群が、中心軸Ｊ１方向において互いに異なる位置に配置され、複数の導線２１２の一部にそれぞれ接続される。電機子２１では、６枚のバスバープレート２１３１の複数のバスバー２１３２（図７．Ａないし図７．Ｆ参照）により、複数の導線２１２の端部２１２３（図４参照）がステータコア２１１の上側において周方向に直列に接続されることにより、ステータコア２１１の複数のティース２１１１（図３参照）上に複数のコイル２１４が形成される。換言すれば、複数のコイル２１４は、複数のバスバー２１３２、および、複数のバスバー２１３２を介して接続された複数の導線２１２を備える。

図７．Ａないし図７．Ｆに示すバスバープレート２１３１ａ〜２１３１ｆの外径（すなわち、各バスバープレートに外接する仮想円の直径）はそれぞれ、ステータコア２１１（図３参照）の外径よりも小さいため、複数のバスバー２１３２、および、各バスバー２１３２の導線との接合部２１３２ａは、ステータコア２１１の外周縁よりも内側（すなわち、中心軸Ｊ１側）に配置される。したがって、複数の導線２１２と複数のバスバー２１３２の接合部２１３２ａとは、ステータコア２１１の外周縁よりも中心軸Ｊ１側において接合される。本実施の形態では、バスバープレート２１３１ａ〜２１３１ｆの複数のバスバー２１３２と導線２１２との接合はＴＩＧ溶接により行われる。

電機子２１では、図４に示す複数のティース２１１１のうち、連続する３本のティース２１１１に各ターンを巻回する分布巻きにより各コイル２１４（図２参照）が形成されており、１本の導線２１２の２本の直線部２１２１（図５．Ａおよび図５．Ｂ参照）が挿入される２つのスロット２１１３の間には、他の導線２１２の直線部２１２１が挿入される他の２つのスロット２１１３が挟まれる。本実施の形態では、各コイル２１４のターン数は２とされ、それぞれ１本の角形導線２１２ａおよび丸形導線２１２ｂ（図５．Ａおよび図５．Ｂ参照）が接続されることにより形成されている。各コイル２１４はバスバーユニット２１３（図２参照）を介して外部電源と接続される。

モータ１では、制御部７により、電機子２１の複数のコイル２１４に供給される３相の励磁電流に対して弱め磁束制御が行われる。弱め磁束制御とは、モータ１の３相の励磁電流を進角させる（すなわち、励磁電流の位相をずらすことにより、ロータコア３２の回転に同期して回転する電機子２１の磁界のロータコア３２に対する相対的な角度位置を、最もトルク効率が良い位置からずらす（進める））ことにより、ステータ部２とロータ部３との間の磁界を弱めて総磁束を減少させ、ステータ部２に誘起される電圧（すなわち、逆起電力）を低減することにより最大回転数を大きくする制御である。

次に、コイル２１４の構成について説明する。図８．Ａは、複数のコイル２１４の構成を模式的に示す図であり、図８．Ｂは、図８．Ａの一部を拡大して示す図である。図８．Ａでは、３つの図形群が描かれており、上側からそれぞれ、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のコイル２１４の構成を示す。図８．Ａ中の「１〜２４」の番号が付された矩形は、ステータコア２１１の２４個のスロット２１１３を表し、当該矩形中の「ａ〜ｄ」の符号は、各スロット２１１３における導線２１２の位置を表す。符号「ａ」は、スロット２１１３の中心軸Ｊ１から最も遠い位置を示し、符号「ｄ」は、スロット２１１３の中心軸Ｊ１に最も近い位置を示す。

隣接する矩形の間の境界（すなわち、各矩形の短辺）は、隣接するスロット２１１３に挿まれるティース２１１１を表す。また、スロット２１１３の上側の複数の破線は、それぞれバスバー２１３２を表し、スロット２１１３の下側の複数の実線は、それぞれ導線２１２を表す。

図８．Ｂに示すように、番号「１」が付されているスロット２１１３（以下、「第１スロット２１１３」という。他のスロット２１１３においても同様。）の位置「ｃ」に一方の直線部２１２１が配置されている丸形導線２１２ｂでは、もう一方の直線部２１２１は、第４スロット２１１３の位置「ｄ」に配置され、バスバー２１３２を介して、第２スロット２１１３の位置「ａ」に配置されている角形導線２１２ａの一方の直線部２１２１に接続される。当該角形導線２１２ａの他方の直線部２１２１は、第５スロット２１１３の位置「ｂ」に配置される。これにより、ターン数が２の１つのコイル２１４が、隣接する４本のティース２１１１上に分布するように形成される。以下の説明では、丸形導線２１２ｂにより形成されるコイル２１４のターンを「第１ターン２１４１」と呼び、角形導線２１２ａにより形成されるターンを「第２ターン２１４２」という。コイル２１４は、第１ターン２１４１および第２ターン２１４２を１つずつ備える。

第１ターン２１４１は、第１スロット２１１３と第４スロット２１１３との間に位置する隣接する３本のティース２１１１の周囲に形成され、第２ターン２１４２は、第２スロット２１１３と第５スロット２１１３との間に位置する隣接する３本のティース２１１１の周囲に形成される。換言すれば、第２ターン２１４２は、第１ターン２１４１が周囲に形成された３本のティースのうち、端に位置するもの（すなわち、第３スロット２１１３と第４スロット２１１３との間に位置するティース２１１１）を中央として隣接する３本のティース２１１１（すなわち、第２スロット２１１３と第５スロット２１１３との間に位置するティース２１１１）の周囲に形成される。

電機子２１では、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の複数のコイル２１４のそれぞれが、上記と同様に、隣接する４本のティース２１１１上に形成される。また、各コイル２１４の第１ターン２１４１が、４本のティース２１１１のうち、一方の端のティース２１１１を含む隣接する３本のティース２１１１の周囲に形成され、第２ターン２１４２が、他方の端のティース２１１１を含む隣接する３本のティース２１１１の周囲に形成される。

次に、ロータ部３および軸受機構４について説明する。図２に示すロータ部３は、中心軸Ｊ１を中心とするシャフト３１、シャフト３１の周囲に圧入等により取り付けられた略円筒状のロータコア３２、ロータコア３２に保持されてそれぞれが中心軸Ｊ１に平行に伸びる薄板状の永久磁石である複数の界磁用磁石３３、および、ロータコア３２の中心軸Ｊ１方向の両端面を覆う略円板状のロータカバー３４を備える。ロータコア３２は、薄板状の磁性体の鋼板（すなわち、電磁鋼板）が中心軸Ｊ１方向に積層されて形成されており、その外周面は電機子２１と対向する。また、ロータカバー３４は、非磁性体（例えば、樹脂やアルミニウム）により形成されており、ボルト等によりロータコア３２に固定されて界磁用磁石３３の中心軸Ｊ１方向の移動を規制する。モータ１では、中心軸Ｊ１を中心とする環状の電機子２１の中心軸Ｊ１側に界磁用磁石３３が配置されており、電機子２１と界磁用磁石３３との間で中心軸Ｊ１を中心とする回転力（トルク）を発生する。

図９．Ａは、ロータコア３２および界磁用磁石３３を示す平面図である。図９．Ａに示すように、ロータコア３２には、中心軸Ｊ１に平行であってロータコア３２を貫通する複数（本実施の形態では、１６個）の磁石保持穴３２１が形成されており、当該複数の磁石保持穴３２１のそれぞれに薄板状の界磁用磁石３３が挿入されることにより、複数の界磁用磁石３３が、ロータコア３２の外周面よりも中心軸Ｊ１側において中心軸Ｊ１を中心とする円周上に配置される。本実施の形態では、１個の磁石保持穴３２１に挿入される界磁用磁石３３が中心軸Ｊ１方向に４分割されている。以下の説明では、１個の磁石保持穴３２１に挿入される４分割された界磁用磁石３３をまとめて１個の界磁用磁石３３として取り扱う。１６個の界磁用磁石３３は、それぞれの主面をロータコア３２の外周面側（すなわち、図２に示す電機子２１側）に向けて配列される。

ロータ部３では、ロータコア３２の外周面に向けて開いたＶ字状に配置される隣接する２つの界磁用磁石３３において、電機子２１に対向する磁極の極性が等しくされ（以下、「同極配置」と呼ぶ。）、当該２つの界磁用磁石３３により１つのポールが形成される。換言すれば、複数の界磁用磁石３３において、電機子２１に対向する磁極の極性が、中心軸Ｊ１を中心とする周方向において２個ずつ変更される。本実施の形態では、ロータ部３のポール数は８とされる。

ロータコア３２では、電機子２１に対向する磁極の極性が互いに異なる（以下、「異極配置」と呼ぶ。）とともに隣接する１対の界磁用磁石３３（以下、「界磁用磁石対」という。）の間の部位３２２（すなわち、中心軸Ｊ１に向けて開いたＶ字状に配置される隣接する界磁用磁石対の中心軸Ｊ１から遠い側の端部の間の部位）に、当該界磁用磁石対が挿入される２つの磁石保持穴３２１から独立した穴部３２３が形成される。中心軸Ｊ１に平行に伸びる穴部３２３は、異極配置された複数の界磁用磁石対の間（すなわち、ロータ部３のポール間）に１つずつ形成されるため、本実施の形態では、８個の穴部３２３が、中心軸Ｊ１を中心とする円周上に等ピッチにて配列される。８個の穴部３２３の形状は全て等しく、また、隣接する２つの磁石保持穴３２１に対する相対位置も等しい。

モータ１のロータコア３２では、異極配置された界磁用磁石３３間の部位３２２に穴部３２３が形成されることにより、当該部位３２２における磁気抵抗が増大する。これにより、異極配置された界磁用磁石３３間における磁気短絡（いわゆる、磁束漏れ）が抑制され、モータ１の効率が向上される。このように、モータ１では、ロータコア３２の穴部３２３が形成された部位３２２が、いわゆるフラックスバリアの役割を果たす。以下の説明では、部位３２２を「フラックスバリア部３２２」といい、穴部３２３を「フラックスバリア穴３２３」という。

図９．Ｂは、ロータコア３２の１つのフラックスバリア穴３２３近傍を拡大して示す図である。図９．Ｂに示すように、フラックスバリア穴３２３は、異極配置された界磁用磁石対の間のフラックスバリア部３２２において、周方向両側の２つの界磁用磁石３３の最近接部を結ぶ面３３３（すなわち、２つの界磁用磁石３３の中心軸Ｊ１（図９．Ａ参照）側の主面３３１の互いに対向するエッジを結ぶ面３３３であり、図９．Ｂ中に二点鎖線にて示す。）と、ロータコア３２の外周面との間に形成され、ロータコア３２を中心軸Ｊ１方向に貫通する。フラックスバリア穴３２３の断面形状は略三角形であり、中心軸Ｊ１方向において一定である。

磁石保持穴３２１のフラックスバリア穴３２３側の端部では、当該磁石保持穴３２１に保持される界磁用磁石３３の側面３３２から、隣接するフラックスバリア穴３２３に向かって広がる隙間３２４が設けられる。また、磁石保持穴３２１のフラックスバリア穴３２３とは反対側の端部（すなわち、同極配置される隣接する２つの界磁用磁石３３の互いに対向する側の端部）では、磁石保持穴３２１の内側面と当該磁石保持穴３２１に保持される界磁用磁石３３の側面３３２との間に隙間３２５が設けられる。

隙間３２４および隙間３２５はそれぞれ、界磁用磁石３３の主面３３１に略垂直な２つの側面３３２のおよそ半分と対向する。また、界磁用磁石３３の各側面３３２の残り半分は磁石保持穴３２１の内側面と当接しており、これにより、磁石保持穴３２１内における界磁用磁石３３の周方向の動きが規制される。

各フラックスバリア穴３２３の略三角形状の断面は、ロータコア３２の外周面に略平行な辺、および、各フラックスバリア穴３２３に隣接する２つの界磁用磁石３３の互いに対向する側面３３２に略平行な２辺を有する。各フラックスバリア穴３２３とロータコア３２の外周面との間の最短距離Ｄ１、および、各フラックスバリア穴３２３に隣接する２つの磁石保持穴３２１と各フラックスバリア穴３２３との間のそれぞれの最短距離Ｄ２，Ｄ３は等しくされる。

軸受機構４は、図２に示すように、ロータ部３のロータコア３２の上側および下側においてシャフト３１に取り付けられる上部ベアリング４１および下部ベアリング４２、並びに、上部ベアリング４１が収容されるとともにハウジング６に固定されるベアリングホルダ４３を備える。下部ベアリング４２は、ハウジング６の底部中央に設けられた円筒状の側壁を有する収容部の内部に収容される。

次に、モータ１の製造の流れについて説明する。図１０は、モータ１の製造の流れを示す図である。また、図１１．Ａないし図１１．Ｃは、製造途上のモータ１を示す正面図であり、図１２．Ａおよび図１２．Ｂは、製造途上のモータ１を示す平面図である。

モータ１が製造される際には、まず、図３に示すステータコア２１１の中心軸Ｊ１方向の両側から、樹脂等の絶縁体により形成されたインシュレータが挿入されてステータコア２１１に装着されることにより、複数のティース２１１１の側面および上下面、並びに、コアバック２１１２の上下面が絶縁体により被覆される。続いて、ステータコア２１１の複数のスロット２１１３に、複数の導線２１２のそれぞれの２本の直線部２１２１（図５．Ａおよび図５．Ｂ参照）がステータコア２１１の下側から挿入され、図４に示すように各導線２１２の端部２１２３がステータコア２１１の上側に突出した状態とされる（ステップＳ１１）。各導線２１２の両端部２１２３では、導線２１２の表面を被覆する厚さ数μｍの絶縁体（例えば、ポリイミドアミド）の膜が予め除去されて側面に導電部が露出しており、当該両端部２１２３は、導電体であるバスバー２１３２の接合部２１３２ａ（図７．Ａないし図７．Ｆ参照）と接合される接合部とされる。

導線２１２の挿入が終了すると、図７．Ａに示すバスバープレート２１３１ａが、図１１．Ａに示すように、ステータコア２１１の上側（すなわち、複数の導線２１２の端部２１２３側）に配置され（ステップＳ１２）、図１２．Ａに示すように、バスバープレート２１３１ａの複数のバスバー２１３２の接合部２１３２ａに、複数の導線２１２の一部（すなわち、バスバープレート２１３１ａと接合される導線群）の端部２１２３（図１１．Ａ参照）がそれぞれ嵌合される。そして、バスバー２１３２の接合部２１３２ａと導線２１２の端部２１２３との各組み合わせに対してＴＩＧ溶接が行われ、バスバープレート２１３１ａの複数のバスバー２１３２と複数の導線２１２の一部とが接合される（ステップＳ１３）。

次に、図７．Ｂに示すバスバープレート２１３１ｂが、図１１．Ｂに示すように、ステータコア２１１上に配置されたバスバープレート２１３１ａ上に重ねられ（ステップＳ１４）、図１２．Ｂに示すように、バスバープレート２１３１ｂの複数のバスバー２１３２の接合部２１３２ａに、複数の導線２１２の一部（すなわち、バスバープレート２１３１ｂと接合される導線群）がそれぞれ嵌合される。バスバープレート２１３１ｂの複数のバスバー２１３２は、バスバープレート２１３１ａの複数のバスバー２１３２のステータコア２１１とは反対側において、バスバープレート２１３１ａの複数のバスバー２１３２の一部と中心軸Ｊ１方向に関して重なるように配置される。

ここで、バスバープレート２１３１ａおよびバスバープレート２１３１ａの複数のバスバー２１３２を第１端子台および第１端子と捉え、バスバープレート２１３１ｂおよびバスバープレート２１３１ｂの複数のバスバー２１３２を第２端子台および第２端子と捉えた場合、モータ１では、第２端子台が第１端子台上に重ねられ、複数の第２端子が、中心軸Ｊ１方向に関して複数の第１端子の一部と重なっている。

バスバープレート２１３１ｂでは、バスバープレート２１３１ａの接合と同様に、バスバー２１３２の接合部２１３２ａと導線２１２の端部２１２３との各組み合わせに対してＴＩＧ溶接が行われ、バスバープレート２１３１ｂの複数のバスバー２１３２と複数の導線２１２の一部とが接合される（ステップＳ１５）。

以下、同様に、全てのバスバープレート２１３１が導線２１２と接合されるまで（ステップＳ１６）、次のバスバープレート２１３１を接合済みのバスバープレート２１３１上に重ねて当該バスバープレート２１３１のバスバー２１３２と複数の導線２１２の一部とをＴＩＧ溶接により接合する工程が繰り返され（ステップＳ１４〜Ｓ１６）、図１１．Ｃに示すように、バスバーユニット２１３（すなわち、ステータコア２１１上に積層された６枚のバスバープレート２１３１）を有する電機子２１が形成される。バスバーユニット２１３では、各バスバープレート２１３１の複数のバスバー２１３２（図７．Ａないし図７．Ｆ参照）が、他のバスバープレート２１３１の複数のバスバー２１３２の一部と中心軸Ｊ１方向において重なる。

全ての（本実施の形態では、６枚の）バスバープレート２１３１が導線２１２と接合されて電機子２１の製造が終了すると、加熱されたハウジング６（図２参照）に対して、電機子２１が複数の導線２１２の屈曲部２１２２側から挿入され、焼き嵌めにより電機子２１がハウジング６の内部に固定される（ステップＳ１７）。続いて、略円環板状のコイルカバーがハウジング６の内部に取り付けられ、電機子２１のバスバーユニット２１３の上側が覆われる。

次に、図２に示すロータ部３、並びに、ロータ部３のシャフト３１に取り付けられた上部ベアリング４１および下部ベアリング４２が、ハウジング６内部の電機子２１の内側（すなわち、中心軸Ｊ１側）に挿入される（ステップＳ１８）。ロータ部３の組み立て、並びに、シャフト３１への上部ベアリング４１および下部ベアリング４２の取り付けは、上述の電機子２１の組み立て（ステップＳ１１〜Ｓ１６）とは独立して、電機子２１の組み立てよりも前または後に、あるいは、電機子２１の組み立てと並行して行われる。

ロータ部３が電機子２１の内側に挿入されると、ベアリングホルダ４３が電機子２１の上側（すなわち、ハウジング６の開口側）においてハウジング６に固定され（ステップＳ１９）、その後、ベアリングホルダ４３の上側においてレゾルバ部５がハウジング６に固定されることにより、モータ１の製造が終了する（ステップＳ２０）。

以上に説明したように、モータ１の電機子２１では、各コイル２１４の第１ターン２１４１が、隣接する３本のティース２１１１の周囲に形成され、第２ターン２１４２が、第１ターン２１４１が形成された３本のティースのうちの２本のティース２１１１、および、残りの１本のティース２１１１とは反対側にて当該２本のティース２１１１に隣接する１本のティース２１１１の周囲に形成されることにより、複数のコイル２１４のそれぞれが、ステータコア２１１の隣接する４本のティース２１１１上に形成される。

ところで、通常の３相モータでは、電機子においてコイルが分布巻きにて形成される場合、各コイルは、隣接する３本のティースの周囲に形成される。当該３相モータにおいて弱め磁束制御が行われると、ロータコアの１つのポール全体が電機子の１つのコイル（すなわち、電機子の１つの磁極）に対向している場合には、総磁束の低減の程度が大きくなって逆起電力も大きく低減され、１つのポールの一部のみが当該コイルと対向している場合には、総磁束の低減の程度が小さくなるため、逆起電力の低減の程度も小さくなる。

これに対し、本実施の形態に係るモータ１では、２つのターンの位置をずらして各コイル２１４が４本のティース２１１１上に分布するように形成されるため、３本のティースの周囲にコイルが形成される比較例のモータと比べて、１つのコイル２１４の幅（すなわち、電機子２１の１つの磁極が存在する角度）を大きくすることができ、ロータ部３の回転中に、ロータコア３２の１つのポール全体が電機子２１の１つの磁極に対向する時間を長くすることができる。その結果、弱め磁束制御による総磁束の低減の程度をロータコア３２の角度位置に関わらず均等化し（すなわち、ロータコア３２の角度位置による総磁束の低減の程度の差を小さくし）、逆起電力の最大値を小さくすることができる。

図１３．Ａは、モータ１における逆起電力を示す図であり、図１３．Ｂは、各コイルが隣接する３本のティースの周囲に形成された比較例のモータにおける逆起電力を示す図である。図１３．Ａおよび図１３．Ｂでは、横軸および縦軸がそれぞれ時間および逆起電力を示し、両グラフは１周期分の逆起電力の変化を示す。当該逆起電力は、シミュレーションにより求められた値である。図１３．Ａおよび図１３．Ｂに示すように、本実施の形態に係るモータ１を比較例のモータと比較すると、逆起電力の変化が小さくなって均等化されおり（すなわち、変化が滑らかとなっており）、逆起電力の最大値は約２５％小さくなっている。

モータの最大回転数は、総磁束の低減の程度が小さくなる角度位置での逆起電力（すなわち、逆起電力の最大値）に影響されるため、上述のように、逆起電力の最大値が小さくなると、モータの最大回転数は大きくなる。モータ１では、各コイル２１４を４本のティース２１１１上に分布するように形成することにより、弱め磁束制御を効率良く行うことができ、その結果、モータ１の最大回転数を大きくすることができる。

モータ１の電機子２１の他の好ましい例では、４本のティース２１１１上に分布するように形成された各コイル２１４のターン数が４とされ、各コイル２１４が、（３本のティース２１１１をそれぞれ跨ぐ）第１ターン２１４１および第２ターン２１４２を２つずつ備える。換言すれば、複数のコイル２１４のそれぞれにおいて、第１ターン群および第２ターン群のそれぞれのターン数が２である。この場合も、上記と同様に、弱め磁束制御を効率良く行うことができ、その結果、モータ１の最大回転数を大きくすることができる。

車両の冷暖房装置のコンプレッサとして利用されるモータでは、広い回転数領域において効率良く使用できることが求められる。本実施の形態に係るモータ１は、上述のように、効率の良い弱め磁束制御により最大回転数を大きくすることができるため、車両の冷暖房装置のコンプレッサとして特に好ましく利用することができる。

また、車両の冷暖房装置のコンプレッサとして利用されるモータは、比較的低電圧の車載バッテリにより駆動される一方で大出力が要求されるため、コイルを形成する導線の断面積が大きくなり、各コイルのターン数が少なくなる。モータ１は、このようなターン数が少ない（例えば、ターン数が２または４である）コイルを有するモータに特に適している。

以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。

例えば、各コイル２１４のターン数は、必ずしも２または４には限定されない。換言すれば、複数のコイル２１４のそれぞれにおける第１ターン群および第２ターン群のそれぞれのターン数は１または２には限定されず、３以上とされてもよい。ただし、各コイル２１４の第１ターン２１４１群と第２ターン２１４２群とは同じターン数とされる必要があるため、各コイル２１４のターン数は偶数とされる。

電機子２１では、必ずしも角形導線２１２ａおよび丸形導線２１２ｂが交互に接続される必要はない。電機子２１のコイル２１４を形成する複数の導線２１２は、必ずしも角形導線２１２ａおよび丸形導線２１２ｂの双方を有する必要はなく、角形導線２１２ａのみ、または、丸形導線２１２ｂのみがバスバー２１３２により接続されてコイル２１４が形成されてもよい。また、導線２１２をＵ字型にするための屈曲部２１２２の形成が困難である場合等、直線状の角形導線および直線状の丸形導線をステータコア２１１の上下にて接続することによりコイルが形成されてもよい。

上記実施の形態に係るモータは、必ずしも界磁用磁石３３が電機子２１の内側に配置されたインナーロータ型である必要はなく、界磁用磁石３３が電機子２１の外側に配置されたアウターロータ型であってもよい。また、モータは、車両の冷暖房装置のコンプレッサ以外に、いわゆるハイブリッドカー（すなわち、ガソリンエンジンやディーゼルエンジン等の内燃機関と電動式モータの双方により駆動される車両）や電気自動車等の車両の駆動源として利用されてもよく、その他、様々な装置やその駆動源として利用されてよい。

モータの平面図である。モータの縦断面図である。ステータコアの平面図である。ステータコアおよび導線の斜視図である。角形導線の斜視図である。丸角形導線の斜視図である。ステータコアおよび導線の断面図である。１つのスロットを拡大して示す図である。バスバープレートの平面図である。バスバープレートの平面図である。バスバープレートの平面図である。バスバープレートの平面図である。バスバープレートの平面図である。バスバープレートの平面図である。コイルの構成を模式的に示す図である。コイルの構成を模式的に示す図である。ロータコアおよび界磁用磁石の平面図である。フラックスバリア穴近傍を拡大して示す図である。モータの製造の流れを示す図である。製造途上のモータを示す正面図である。製造途上のモータを示す正面図である。製造途上のモータを示す正面図である。製造途上のモータを示す平面図である。製造途上のモータを示す平面図である。逆起電力を示す図である。比較例のモータの逆起電力を示す図である。

符号の説明

１モータ
２ステータ部
３ロータ部
４軸受機構
７制御部
２１電機子
３３界磁用磁石
２１１ステータコア
２１４コイル
２１１１ティース
２１４１第１ターン
２１４２第２ターン
Ｊ１中心軸

Claims

電動式のモータであって、
電機子を有するステータ部と、
前記ステータ部に取り付けられた軸受機構と、
前記電機子との間で所定の中心軸を中心とするトルクを発生する界磁用磁石を有するとともに、前記軸受機構を介して前記中心軸を中心に前記ステータ部に対して回転可能に支持されるロータ部と、
前記電機子に供給される３相の励磁電流に対して弱め磁束制御を行う制御部と、
を備え、
前記電機子が、
前記中心軸を中心として放射状に配置された複数のティースを有するステータコアと、
前記複数のティース上に分布巻きにて形成された複数のコイルと、
を備え、
前記複数のコイルのそれぞれが、
隣接する３本のティースの周囲に形成される第１ターン群と、
前記３本のティースのうちの端に位置するものを中央として隣接する３本のティースの周囲に形成される前記第１ターンと同じターン数の第２ターン群と、
を備えることを特徴とするモータ。
請求項１に記載のモータであって、
前記複数のコイルのそれぞれにおいて、前記第１ターン群および前記第２ターン群のそれぞれのターン数が１であることを特徴とするモータ。
請求項１に記載のモータであって、
前記複数のコイルのそれぞれにおいて、前記第１ターン群および前記第２ターン群のそれぞれのターン数が２であることを特徴とするモータ。