JP2012019574A - 電動機の突極集中巻きステータ - Google Patents

Abstract

【課題】渡り部の複数の巻線間のフレッティングを防止することができ、巻線の被覆が剥がれるのを防止することができる電動機の突極集中巻きステータを提供する。
【解決手段】第１巻き端２１側の渡り部１５Ｔを保持する第１渡り部保持部４１は、第１絡げ部５１と第２絡げ部５２とを有し、第２巻き端２２側の渡り部１５Ｔを保持する第２渡り部保持部４２は、第３絡げ部５３と第４絡げ部５４とを有し、第１〜第４絡げ部５１〜５４におけるコイル当接部位は、少なくとも束線１５の複数の巻線１５ａを前後方向に並列配置可能な幅を有し、コイル当接部位の少なくとも一部には、束線１５の各巻線１５ａを分離して保持する溝部６１，６２，６５，６６が設けられ、第２絡げ部５２と第１巻き端２１との間、及び第３絡げ部５３と第２巻き端２２との間には、束線１５の複数の巻線１５ａの並列方向が積層方向から前後方向へとねじれるねじれ部２３が設けられる。
【選択図】図４

Description

本発明は、電気自動車に搭載される電動機の突極集中巻きステータに関する。

従来の電動機や発電機等のステータとしては、固定子鉄心の磁極ティースの軸方向両端側をそれぞれ覆うように装着された一対の絶縁部材を備え、複数の巻線の一端側を、絶縁部材のいずれか一方の背面を磁極ティースの長手方向に沿って根元側へ延在させると共に、磁極ティースの幅方向に一列に配置して固定し、各巻線の他端側を、磁極ティースの長手方向に順次位置をずらして幅方向に折曲させ、両絶縁部材を巻芯にして各巻線を一緒に所定の層数フラット状に巻回すると共に、各巻線を電気的に並列接続して形成される複数の固定子コイルを備えたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００４−８０９０２号公報

ところで、上記特許文献１に記載のステータでは、複数のコイル間をそれぞれ接続する渡り部が複数の巻線で構成されているため、渡り部の複数の巻線間に振動によるフレッティングが発生してしまい、巻線の被覆が剥がれる可能性があった。

本発明は、前述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、渡り部の複数の巻線間のフレッティングを防止することができ、巻線の被覆が剥がれるのを防止することができる電動機の突極集中巻きステータを提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、
ステータコア（例えば、後述の実施形態におけるステータコア１１）と、
少なくとも２本以上の巻線（例えば、後述の実施形態における巻線１５ａ）が束になっている束線（例えば、後述の実施形態における束線１５）と、
前記束線を巻回することで形成され、前記束線が環状に巻回されながら積層される巻回部（例えば、後述の実施形態における巻回部２０）と、前記巻回部の前記束線のステータ外径側端部である第１巻き端（例えば、後述の実施形態における第１巻き端２１）と、前記巻回部の前記束線のステータ内径側端部である第２巻き端（例えば、後述の実施形態における第２巻き端２２）と、を有するコイル（例えば、後述の実施形態におけるコイル１４）と、
前記コイルを保持するインシュレータ（例えば、後述の実施形態におけるインシュレータ１３）と、を用いて形成される分割コア（例えば、後述の実施形態における分割コア１２）が、複数環状に連結されてなる電動機（例えば、後述の実施形態におけるアウターロータ型電動機１）の突極集中巻きステータ（例えば、後述の実施形態におけるステータ１０）であって、
前記コイルの前記第１巻き端と、異なる前記コイルの前記第２巻き端とを接続する渡り部（例えば、後述の実施形態における渡り部１５Ｔ）を更に有し、
前記巻回部は、ステータ径方向を積層方向とし、前記束線を構成する前記各巻線が、前記インシュレータの胴部（例えば、後述の実施形態における胴部３０）に沿って巻回されながら積層されてなり、
前記インシュレータは、
前記第１巻き端側の前記渡り部を保持する第１渡り部保持部（例えば、後述の実施形態における第１渡り部保持部４１）と、
前記第２巻き端側の前記渡り部を保持する第２渡り部保持部（例えば、後述の実施形態における第２渡り部保持部４２）と、を有し、
前記第１渡り部保持部は、
前記コイルの巻回方向と同方向に、ステータ内径側からステータ外径側へ誘導し、ステータ外径側で頂点部（例えば、後述の実施形態における頂点部Ｐ）を有する山なり形状の傾斜面（例えば、後述の実施形態における傾斜面５１ａ）を有し、前記渡り部の、ステータ外径側部位を保持する第１絡げ部（例えば、後述の実施形態における第１絡げ部５１）と、
前記第１絡げ部と対向して配置され、前記第１渡り部保持部に保持される前記渡り部の、ステータ内径側部位を保持する第２絡げ部（例えば、後述の実施形態における第２絡げ部５２）と、を有し、
前記第２渡り部保持部は、
前記コイルの巻回方向と同方向に、ステータ内径側からステータ外径側へ誘導する傾斜面（例えば、後述の実施形態における傾斜面５３ａ）を有し、前記渡り部を保持する第３絡げ部（例えば、後述の実施形態における第３絡げ部５３）と、
前記第３絡げ部と対向して配置され、前記第２渡り部保持部に保持される前記渡り部の、ステータ内径側部位を保持する第４絡げ部（例えば、後述の実施形態における第４絡げ部５４）と、を有し、
前記第１〜第４絡げ部における、前記コイルが当接するコイル当接部位は、ステータ軸方向を前後方向とした場合に、少なくとも前記束線を構成する前記複数の巻線を前後方向に並列配置可能な幅を有し、
前記コイル当接部位の少なくとも一部には、前記束線の前記各巻線を分離して保持する溝部（例えば、後述の実施形態における溝部６１，６２，６５，６６，７１，７２，７５，７６）が設けられ、
前記第２絡げ部の前記溝部と前記第１巻き端との間、及び前記第３絡げ部の前記溝部と第２巻き端との間には、前記束線の前記複数の巻線の並列方向が前記積層方向から前記前後方向へとねじれるねじれ部（例えば、後述の実施形態におけるねじれ部２３）が設けられることを特徴とする電動機の突極集中巻きステータ。

請求項１の発明によれば、コイル当接部位の少なくとも一部に、束線の各巻線を分離して保持する溝部が設けられるため、渡り部の複数の巻線間のフレッティングを防止することができ、巻線の被覆が剥がれるのを防止することができる。また、強いテンションで束線が引っ張られた場合にも、溝部に巻線が保持されているので、巻線が絡げ部から滑落するのを防止することができる。さらに、第２絡げ部の溝部と第１巻き端との間、及び第３絡げ部の溝部と第２巻き端との間に、束線の複数の巻線の並列方向が積層方向から前後方向へとねじれるねじれ部が設けられるため、束線の複数の巻線のねじれを収束することができる。

本発明に係る突極集中巻きステータの一実施形態が採用されるアウターロータ型電動機の要部縦断面図である。 図１に示すステータの正面図である。 図２に示すステータコアの正面図である。 図２に示す分割コアの正面図である。 インシュレータの斜視図である。 インシュレータの正面図である。 図６におけるＡ−Ａ線断面図である。 図６におけるＢ−Ｂ線断面図である。 図４におけるＣ−Ｃ線断面図である。 図４におけるＤ−Ｄ線断面図である。 突極集中巻きステータの第１変形例の分割コアの正面図である。 図１１におけるＥ−Ｅ線断面図である。 図１１におけるＦ−Ｆ線断面図である。 突極集中巻きステータの第２変形例の分割コアの正面図である。 図１４におけるＧ−Ｇ線断面図である。 図１４におけるＨ−Ｈ線断面図である。 図１４におけるＪ−Ｊ線断面図である。 図１４におけるＫ−Ｋ線断面図である。

以下、本発明に係る電動機の突極集中巻きステータの一実施形態について、添付の図面に基づいて詳細に説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。

図１は本発明のステータが適用されるアウターロータ型電動機の縦断面図である。図１に示すように、本実施形態の電動機は、３相８極のアウターロータ型電動機１であり、モータハウジング２にボルト３により固定されるステータ１０と、ステータ１０の外周側に僅かな隙間を介して配置される円環状のロータ４と、を備える。

ロータ４は、電磁鋼板が積層されてなるロータコア６ａに磁石６ｂが埋め込まれた円環状のロータヨーク６が、縁付円盤状の支持部材５の縁部内周面５ａに固定されており、モータハウジング２に内嵌する玉軸受７，７によって回転自在に支持される回転軸８に一体回転可能に固定されている。ロータ４は、ステータ１０に発生させる回転磁界によって回転駆動される。支持部材５の基部５ｂとステータ１０との間には、回転軸８の回転速度を検出するレゾルバ９が配設されている。

ステータ１０は、図２及び図３に示すように、ステータコア１１と、環状に連結される２４個の分割コア１２と、を備える。ステータコア１１は、複数の電磁鋼板がステータ軸方向に積層されて構成され、円環状の支持部１１ａから径方向外側に向かって放射状に突出形成され、ステータ周方向に並ぶ２４個のティース１１ｂを有する。

ステータコア１１の支持部１１ａの内周面には、ボルト穴１１ｄを有する６個の凸部１１ｃが円周方向に略等間隔に形成されており、このボルト穴１１ｄに挿通されるボルト３によりステータ１０がモータハウジング２に締結される。

分割コア１２は、図４に示すように、ステータコア１１のティース１１ｂにそれぞれ挿入され、絶縁特性を有する合成樹脂などから成形されるインシュレータ１３と、インシュレータ１３に２本の巻線１５ａ，１５ａが束になっている束線１５を巻回することにより形成されるコイル１４と、を備える。これにより、ステータコア１１の各ティース１１ｂの周囲に束線１５が突極集中巻きによって巻回される。

コイル１４は、図２に示すように、それぞれ８個ずつのＵ相コイル１４ｕ、Ｖ相コイル１４ｖ、及びＷ相コイル１４ｗの３相のコイルからなり、Ｕ相コイル１４ｕ、Ｖ相コイル１４ｖ、及びＷ相コイル１４ｗが、ステータ円周方向にこの順でステータコア１１の各ティース１１ｂに配置されている。即ち、同相のコイル１４（例えば、Ｕ相コイル１４ｕ）同士は、他相のコイル１４（例えば、Ｖ相コイル１４ｖ及びＷ相コイル１４ｗ）を跨いで配索され、同相のコイル１４と同一の束線１５からなる渡り部１５Ｔにより接続されている。

また、図２に示すように、各相８個ずつのコイル１４（Ｕ相、Ｖ相、及びＷ相コイル１４ｕ，１４ｖ，１４ｗ）は、１つのコイル群１６（Ｕ相、Ｖ相、及びＷ相コイル群１６ｕ，１６ｖ，１６ｗ）をそれぞれ構成し、各コイル群１６（Ｕ相、Ｖ相、及びＷ相コイル群１６ｕ，１６ｖ，１６ｗ）に属する８個のコイル１４（Ｕ相、Ｖ相、及びＷ相コイル１４ｕ，１４ｖ，１４ｗ）は、同一の束線１５（Ｕ相、Ｖ相、及びＷ相束線１５ｕ，１５ｖ，１５ｗ）によって連続して巻回されている。

また、Ｕ相コイル群１６ｕのＵ相束線１５ｕの一端部はＵ相接続端子１７ｕに接続され、Ｖ相コイル群１６ｖのＶ相束線１５ｖの一端部はＶ相接続端子１７ｖに接続され、Ｗ相コイル群１６ｗのＷ相束線１５ｗの一端部はＷ相接続端子１７ｗに接続されている。また、各コイル群１６ｕ，１６ｖ，１６ｗの束線１５ｕ，１５ｖ，１５ｗの他端部は、中点端子１８に接続されている。

コイル１４は、図４に示すように、束線１５がインシュレータ１３に環状に巻回されながら積層される巻回部２０と、巻回部２０の束線１５のステータ外径側端部である第１巻き端２１と、巻回部２０の束線１５のステータ内径側端部である第２巻き端２２と、を有する。また、巻回部２０は、ステータ径方向を積層方向とし、束線１５の各巻線１５ａが後述するインシュレータ１３の胴部３０に沿って巻回されながら積層されてなる。また、上記渡り部１５Ｔは、コイル１４の第１巻き端２１と、同相の異なるコイル１４の第２巻き端２２とを接続する。

インシュレータ１３は、図４〜図８に示すように、束線１５が巻回される胴部３０と、この胴部３０の径方向両端部に設けられる外周側鍔部３１及び内周側鍔部３２と、外周側鍔部３１の軸方向一端部から径方向外方に延設される外側隔壁３３と、外側隔壁３３から軸方向外方に向けて突設され、第１巻き端２１側の渡り部１５Ｔを保持する第１渡り部保持部４１と、内周側鍔部３２の軸方向一端部から軸方向外方に向けて延設され、第２巻き端２２側の渡り部１５Ｔを保持する第２渡り部保持部４２と、を備える。

胴部３０は、ステータ軸方向において対向する壁３４，３５及びステータ周方向において対向する壁３６，３７によって、ステータ径方向に貫通する角穴３０ａを有して断面矩形の筒状に形成される。角穴３０ａの大きさは、ステータコア１１のティース１１ｂより僅かに大きく、ティース１１ｂが挿通可能である。壁３６，３７には、束線１５を巻回する際に、束線１５の２本の巻線１５ａ，１５ａの位置決めをするための複数の凹溝３８が、ステータ軸方向に沿って形成されている。

第１渡り部保持部４１は、コイル１４の巻回方向と同方向に、ステータ内径側からステータ外径側へ束線１５を誘導し、ステータ外径側で頂点部Ｐを有する山なり形状の傾斜面５１ａを有し、渡り部１５Ｔの、ステータ外径側部位を保持する第１絡げ部５１と、第１絡げ部５１とステータ周方向に対向して配置され、第１絡げ部５１の傾斜面５１ａと平行に形成される傾斜面５２ａを有し、第１渡り部保持部４１に保持される渡り部１５Ｔの、ステータ内径側部位を保持する第２絡げ部５２と、傾斜面５１ａ，５２ａ間に形成され、束線１５の２本の巻線１５ａ，１５ａをステータ軸方向に並列させて保持する保持溝５５と、を有する。また、第１絡げ部５１及び第２絡げ部５２は、ステータ軸方向を前後方向とした場合に、束線１５の２本の巻線１５ａ，１５ａを前後方向に並列配置可能な幅を有する。

第２渡り部保持部４２は、コイル１４の巻回方向と同方向に、ステータ内径側からステータ外径側へ束線１５を誘導する傾斜面５３ａを有し、渡り部１５Ｔを保持する第３絡げ部５３と、第３絡げ部５３とステータ周方向に対向して配置され、第３絡げ部５３の傾斜面５３ａと平行に形成される傾斜面５４ａを有し、第２渡り部保持部４２に保持される渡り部１５Ｔの、ステータ内径側部位を保持する第４絡げ部５４と、傾斜面５３ａ，５４ａ間に形成され、束線１５の２本の巻線１５ａ，１５ａをステータ軸方向に並列させて保持する保持溝５６と、を有する。また、第３絡げ部５３及び第４絡げ部５４は、束線１５の２本の巻線１５ａ，１５ａをステータ軸方向に並列可能な幅を有する。

そして、図４及び図９に示すように、第１絡げ部５１の径方向外端部には、第１渡り部保持部４１に保持される渡り部１５Ｔの２本の巻線１５ａ，１５ａをステータ軸方向に分離して保持する溝部６１，６２が形成されている。そして、溝部６１は、インシュレータ１３の外側隔壁３３と第１絡げ部５１の径方向外端部の軸方向中間部に立設される中間壁６３と間に形成され、溝部６２は、中間壁６３と第１絡げ部５１の径方向外端部の軸方向外端部に立設される端部壁６４との間に形成される。

また、図４及び図１０に示すように、第４絡げ部５４の径方向内端部には、第２渡り部保持部４２に保持される渡り部１５Ｔの２本の巻線１５ａ，１５ａをステータ軸方向に分離して保持する溝部６５，６６が形成されている。そして、溝部６５は、インシュレータ１３の内周側鍔部３２の一部と第４絡げ部５４の径方向内端部の軸方向中間部に立設される中間壁６７との間に形成され、溝部６６は、中間壁６７と第４絡げ部５４の径方向内端部の軸方向外端部に立設される端部壁６８との間に形成される。

また、図４に示すように、第２絡げ部５２とコイル１４の第１巻き端２１との間、及び第３絡げ部５３とコイル１４の第２巻き端２２との間には、束線１５の２本の巻線１５ａ，１５ａの並列方向が上記積層方向から上記前後方向へとねじれるねじれ部２３設けられている。

以上説明したように、本実施形態のステータ１０によれば、第１絡げ部５１に、第１渡り部保持部４１に保持される渡り部１５Ｔの２本の巻線１５ａ，１５ａをステータ軸方向に分離して保持する溝部６１，６２が形成されると共に、第４絡げ部５４に、第２渡り部保持部４２に保持される渡り部１５Ｔの２本の巻線１５ａ，１５ａをステータ軸方向に分離して保持する溝部６５，６６が形成されるため、渡り部１５Ｔの２本の巻線１５ａ，１５ａ間のフレッティングを防止することができ、巻線１５ａの被覆が剥がれるのを防止することができる。また、強いテンションで束線１５が引っ張られた場合にも、溝部６１，６２，６５，６６に巻線１５ａが保持されているので、巻線１５ａが絡げ部５１，５４から滑落するのを防止することができる。

また、本実施形態のステータ１０によれば、第２絡げ部５２と第１巻き端２１との間、及び第３絡げ部５３と第２巻き端２２との間に、束線１５の２本の巻線１５ａ，１５ａの並列方向が積層方向から前後方向へとねじれるねじれ部２３が設けられるため、束線１５の２本の巻線１５ａ，１５ａのねじれを収束することができる。

なお、本実施形態の第１変形例として、図１１〜図１３に示すように、第１絡げ部５１及び第４絡げ部５４の端部壁６４，６８を削除してもよい。本変形例によれば、インシュレータ１３を成形する金型を簡素化することができると共に、樹脂材料を減らすことができるので、製造コストを低減することができる。

また、本実施形態の第２変形例として、図１４〜図１６に示すように、第１絡げ部５１と同様に、第２絡げ部５２にも、第１渡り部保持部４１に保持される渡り部１５Ｔの２本の巻線１５ａ，１５ａをステータ軸方向に分離して保持する溝部７１，７２が形成されていてもよい。そして、溝部７１は、インシュレータ１３の外側隔壁３３と第２絡げ部５２の軸方向中間部に立設される中間壁７３と間に形成され、溝部７２は、中間壁７３と第２絡げ部５２の軸方向外端部に立設される端部壁７４との間に形成される。

また、図１４、図１７、及び図１８に示すように、第４絡げ部５４と同様に、第３絡げ部５３にも、第２渡り部保持部４２に保持される渡り部１５Ｔの２本の巻線１５ａ，１５ａをステータ軸方向に分離して保持する溝部７５，７６が形成されていてもよい。そして、溝部７５は、インシュレータ１３の内周側鍔部３２の一部と第３絡げ部５３の軸方向中間部に立設される中間壁７７との間に形成され、溝部７６は、中間壁７７と第３絡げ部５３の軸方向外端部に立設される端部壁７８との間に形成される。

本変形例によれば、第１絡げ部５１及び第２絡げ部５２に、第１渡り部保持部４１に保持される渡り部１５Ｔの２本の巻線１５ａ，１５ａをステータ軸方向に分離して保持する溝部６１，６２及び溝部７１，７２がそれぞれ形成されると共に、第３絡げ部５３及び第４絡げ部５４に、第２渡り部保持部４２に保持される渡り部１５Ｔの２本の巻線１５ａ，１５ａをステータ軸方向に分離して保持する溝部６５，６６及び溝部７５，７６がそれぞれ形成されるため、渡り部１５Ｔの２本の巻線１５ａ，１５ａ間のフレッティングを更に防止することができ、巻線１５ａの被覆が剥がれるのを更に防止することができる。

なお、本発明は上記実施形態に例示したものに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更することができる。
例えば、上記実施形態では、第１絡げ部及び第４絡げ部、又は、第１〜第４絡げ部に、束線の２本の巻線を分離して保持する溝部が形成されているが、第２絡げ部及び第４絡げ部のみに溝部が形成されていてもよい。

１ アウターロータ型電動機
１０ ステータ（突極集中巻きステータ）
１１ ステータコア
１２ 分割コア
１３ インシュレータ
１４ コイル
１５ 束線
１５ａ 巻線
１５Ｔ 渡り部
２０ 巻回部
２１ 第１巻き端
２２ 第２巻き端
２３ ねじれ部
３０ 胴部
４１ 第１渡り部保持部
４２ 第２渡り部保持部
５１ 第１絡げ部
５１ａ 傾斜面
５２ 第２絡げ部
５３ 第３絡げ部
５３ａ 傾斜面
５４ 第４絡げ部
６１ 溝部
６２ 溝部
６５ 溝部
６６ 溝部
７１ 溝部
７２ 溝部
７５ 溝部
７６ 溝部
Ｐ 頂点部

Claims (1)

1. ステータコアと、
   少なくとも２本以上の巻線が束になっている束線と、
   前記束線を巻回することで形成され、前記束線が環状に巻回されながら積層される巻回部と、前記巻回部の前記束線のステータ外径側端部である第１巻き端と、前記巻回部の前記束線のステータ内径側端部である第２巻き端と、を有するコイルと、
   前記コイルを保持するインシュレータと、を用いて形成される分割コアが、複数環状に連結されてなる電動機の突極集中巻きステータであって、
   前記コイルの前記第１巻き端と、異なる前記コイルの前記第２巻き端とを接続する渡り部を更に有し、
   前記巻回部は、ステータ径方向を積層方向とし、前記束線を構成する前記各巻線が、前記インシュレータの胴部に沿って巻回されながら積層されてなり、
   前記インシュレータは、
   前記第１巻き端側の前記渡り部を保持する第１渡り部保持部と、
   前記第２巻き端側の前記渡り部を保持する第２渡り部保持部と、を有し、
   前記第１渡り部保持部は、
   前記コイルの巻回方向と同方向に、ステータ内径側からステータ外径側へ誘導し、ステータ外径側で頂点部を有する山なり形状の傾斜面を有し、前記渡り部の、ステータ外径側部位を保持する第１絡げ部と、
   前記第１絡げ部と対向して配置され、前記第１渡り部保持部に保持される前記渡り部の、ステータ内径側部位を保持する第２絡げ部と、を有し、
   前記第２渡り部保持部は、
   前記コイルの巻回方向と同方向に、ステータ内径側からステータ外径側へ誘導する傾斜面を有し、前記渡り部を保持する第３絡げ部と、
   前記第３絡げ部と対向して配置され、前記第２渡り部保持部に保持される前記渡り部の、ステータ内径側部位を保持する第４絡げ部と、を有し、
   前記第１〜第４絡げ部における、前記コイルが当接するコイル当接部位は、ステータ軸方向を前後方向とした場合に、少なくとも前記束線を構成する前記複数の巻線を前後方向に並列配置可能な幅を有し、
   前記コイル当接部位の少なくとも一部には、前記束線の前記各巻線を分離して保持する溝部が設けられ、
   前記第２絡げ部の前記溝部と前記第１巻き端との間、及び前記第３絡げ部の前記溝部と第２巻き端との間には、前記束線の前記複数の巻線の並列方向が前記積層方向から前記前後方向へとねじれるねじれ部が設けられることを特徴とする電動機の突極集中巻きステータ。

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