JP7740082B2

JP7740082B2 - 電動機

Info

Publication number: JP7740082B2
Application number: JP2022045458A
Authority: JP
Inventors: 希幸鈴木; 芳之中根
Original assignee: Toyota Industries Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 2022-03-22
Filing date: 2022-03-22
Publication date: 2025-09-17
Anticipated expiration: 2042-03-22
Also published as: DE102023106593A1; JP2023139760A; US20230307977A1; CN116800000A; US12328050B2

Description

本発明は、電動機に関する。

特許文献１には、回転軸に固定されるとともに回転軸と一体に回転するロータと、ロータの外側に配置されたステータとを備える電動機が開示されている。ステータは、ステータコアと、コイルと、スロット絶縁部材とを有している。ステータコアは、回転軸の軸方向に延びる円筒形状のヨークと、ヨークの内周面からロータに向かって延びる複数のティースとを有している。コイルは、ティース絶縁部材を間に挟んで複数のティースの各々に巻回されている。スロット絶縁部材は、ヨークの周方向に隣り合うティースによって区画されるスロット内において、ヨークの周方向に隣り合うコイルの間に配置されている。

特開平１１－１３６８９７号公報

しかしながら、例えば、回転軸の軸長を短くするためにコイルを成形する場合、ヨークの軸方向の両側からコイルエンドを圧縮する際に、コイルがヨークの周方向におけるティースの両端面から離れることがある。ティースの両端面から離れたコイルにおけるロータと対向する部分には、ロータの磁束の影響により渦電流が流れるため、渦電流損が生じる。

上記問題点を解決するための電動機は、回転軸に固定され、前記回転軸と一体に回転するロータと、前記ロータの外側に配置されたステータと、を備え、前記ステータは、前記回転軸の軸方向に延びる円筒形状のヨーク、及び前記ヨークの内周面から前記ロータに向かって延びる複数のティースを有するステータコアと、ティース絶縁部材を間に挟んで前記複数のティースの各々に巻回されるコイルと、前記ヨークの周方向に隣り合う前記ティースによって区画されるスロット内において、前記ヨークの周方向に隣り合う前記コイルの間に配置されたスロット絶縁部材と、を有する電動機であって、前記スロット絶縁部材は、前記ヨークの周方向に隣り合う前記コイルを当該コイルが巻回された前記ティースに押圧する楔状スペーサとして、前記ロータから前記ヨークに向けて幅狭となる形状を有する本体部と、前記スロット内において隣り合う前記コイルに向けて前記本体部から突出する突出部と、を有し、前記コイルは、前記スロット内において、前記突出部と前記ティースとによって挟持されるコイル主部と、前記スロット外において、前記コイル主部よりも幅広に成形され、前記本体部に当接するコイルエンドと、前記コイル主部と前記コイルエンドとを繋ぐコイル屈曲部と、を有することを要旨とする。

コイルエンドは、コイル主部よりも幅広である。このため、コイルエンドの幅がコイル主部の幅以下である場合と比較して、ヨークの軸方向におけるコイルエンドの寸法は短くなる。よって、回転軸の軸長を短くすることができる。また、スロット絶縁部材の突出部は、コイル主部をティースに向けて押圧する。これにより、コイルエンドをヨークの軸方向の両側から圧縮する際、コイルは、ヨークの周方向におけるティースの両端面から離れにくくなるため、ロータと対向しにくくなる。したがって、コイルに渦電流が流れにくくなる。よって、回転軸の軸長を短くできるとともに、渦電流損の発生を抑制できる。

上記電動機において、前記本体部の前記突出部が突出する側面部は、前記ヨークの軸方向において前記突出部から離れるにつれて漸次幅が小さくなるテーパ形状の端部を有していてもよい。
スロット絶縁部材は、ヨークの軸方向の一方から、ヨークの周方向に隣り合うコイルの間に挿入される。このとき、本体部の端部がテーパ形状であることにより、コイルの間へのスロット絶縁部材の挿入作業をスムーズに行うことができる。

上記電動機において、前記突出部は、前記ヨークの軸方向において前記コイルエンドに近付くにつれて前記本体部からの突出量が漸次小さくなるテーパ形状の端面を有していてもよい。

スロット絶縁部材は、ヨークの軸方向の一方から、ヨークの周方向に隣り合うコイルの間に挿入される。このとき、突出部の端面がテーパ形状であることにより、コイルの間へのスロット絶縁部材の挿入作業をスムーズに行うことができる。

本発明によれば、回転軸の軸長を短くできるとともに、渦電流損の発生を抑制できる。

電動機の平面図である。ステータの部分平面図である。図２における３－３線断面図である。スロット絶縁部材の斜視図である。スロット絶縁部材の斜視図である。

以下、電動機を具体化した一実施形態を図１～図５にしたがって説明する。
図１に示すように、電動機１０は、回転軸１１と、ロータ１２と、ステータ１３とを備えている。

＜ロータ＞
ロータ１２は、円筒形状のロータコア２１と、複数の永久磁石２２とを有している。ロータコア２１は、ロータコア２１を軸方向に貫通する複数の磁石収容孔２１ａを有している。複数の磁石収容孔２１ａは、ロータコア２１の周方向に並んでいる。永久磁石２２は、磁石収容孔２１ａに収容されている。本実施形態のロータ１２は、永久磁石２２がロータコア２１の内部に埋め込まれているＩＰＭ（Interior Permanent Magnet）型のロータである。

ロータコア２１の内側には、回転軸１１が挿通されている。ロータ１２は、回転軸１１に固定されている。ロータ１２は、回転軸１１と一体に回転する。
＜ステータ＞
ステータ１３は、ロータ１２の外側に配置されている。ステータ１３は、ステータコア３０と、コイル４０と、ティース絶縁部材５０と、スロット絶縁部材６０とを有している。

ステータコア３０は、回転軸１１の軸方向に延びる円筒形状のヨーク３１と、ヨーク３１の内周面からロータ１２に向かって延びる複数のティース３２とを有している。複数のティース３２は、ヨーク３１の周方向において間隔を空けて配置されている。ヨーク３１の周方向に隣り合うティース３２によって区画される空間をスロット３３という。ティース３２は、延出部３２ａと鍔部３２ｂとを有している。延出部３２ａは、ヨーク３１の径方向に沿って延びている部分である。鍔部３２ｂは、ヨーク３１の径方向における延出部３２ａの両端部のうち、ロータ１２に近い方の端部からヨーク３１の周方向に延びている部分である。

図２及び図３に示すように、コイル４０は、複数のティース３２の各々に巻回されている。詳しくは、コイル４０は、ティース３２の延出部３２ａに巻回されている。ティース絶縁部材５０は、ティース３２とコイル４０との間に配置されている。ティース絶縁部材５０は、ヨーク３１の軸方向におけるティース３２の両端面と、ヨーク３１の周方向におけるティース３２の両端面とを覆っている。したがって、コイル４０は、ティース絶縁部材５０を間に挟んでティース３２に巻回されている。なお、実際には、コイル４０は、ティース３２に対して複数層に巻回されるが、図３では、コイル４０を１層で図示している。

コイル４０は、コイル主部４１と、コイルエンド４２と、コイル屈曲部４３とを有している。コイル主部４１は、スロット３３内に位置する部分である。言い換えると、コイル主部４１は、ヨーク３１の軸方向におけるティース３２の両端面の間に位置している。コイルエンド４２は、スロット３３外に位置する部分である。言い換えると、コイルエンド４２は、ヨーク３１の軸方向においてティース３２の両側に位置している。コイルエンド４２の幅Ｗ４２は、コイル主部４１の幅Ｗ４１よりも大きい。すなわち、コイルエンド４２は、コイル主部４１よりも幅広である。コイル屈曲部４３は、コイル主部４１とコイルエンド４２とを繋ぐ部分である。

スロット絶縁部材６０は、ヨーク３１の周方向に隣り合うコイル４０の間に配置されている。スロット絶縁部材６０は、ヨーク３１の周方向に隣り合うコイル４０を当該コイル４０が巻回されたティース３２に押圧する楔状スペーサである。スロット絶縁部材６０は、本体部６１と２つの突出部６２とを有している。

本体部６１は、ヨーク３１の軸方向に延びる第１側面６１ａと第２側面６１ｂと第３側面６１ｃとを有している。第１側面６１ａは、ヨーク３１の周方向においてスロット絶縁部材６０の両側に位置するコイル４０のうちの一方と対向するとともに、第２側面６１ｂは、ヨーク３１の周方向においてスロット絶縁部材６０の両側に位置するコイル４０のうちの他方と対向している。第３側面６１ｃは、ロータ１２と対向している。第１側面６１ａと第２側面６１ｂとは、ヨーク３１の径方向においてヨーク３１に向かうにつれて互いに近付くように、ヨーク３１の径方向に対して傾斜している。したがって、本体部６１は、ヨーク３１の軸方向から見たとき、ロータ１２からヨーク３１に向けて幅狭となる形状を有している。

突出部６２は、スロット３３内において、ヨーク３１の周方向に隣り合うコイル４０に向けて本体部６１から突出している。詳しくは、２つの突出部６２のうち、一方の突出部６２は、本体部６１の第１側面６１ａから突出しているとともに、他方の突出部６２は、本体部６１の第２側面６１ｂから突出している。本実施形態の突出部６２は、ヨーク３１の軸方向に延びる略三角柱状である。ヨーク３１の軸方向における突出部６２の寸法は、ヨーク３１の軸方向におけるティース３２の寸法とほぼ同じである。

図４及び図５に示すように、本体部６１は、第１端部６１１及び第２端部６１２を有している。第１端部６１１及び第２端部６１２はそれぞれ、ヨーク３１の軸方向における本体部６１の端部である。第２端部６１２は、ヨーク３１の軸方向において第１端部６１１の反対に位置している。本実施形態の第１端部６１１は、三角形状の平坦面である。本実施形態の第２端部６１２は、ヨーク３１の軸方向において突出部６２から離れるにつれて漸次幅が小さくなるテーパ形状である。

詳しくは、第１側面６１ａ、第２側面６１ｂ、及び第３側面６１ｃは、第２端部６１２においてテーパ形状になっている。第１側面６１ａの一対の長辺のうち、第２側面６１ｂと繋がる一方の長辺の長さは、第３側面６１ｃと繋がる他方の長辺の長さよりも長い。第２側面６１ｂの一対の長辺のうち、第１側面６１ａと繋がる一方の長辺の長さは、第３側面６１ｃと繋がる他方の長辺の長さよりも長い。第３側面６１ｃの一対の長辺は、第２端部６１２において、突出部６２から離れるにつれて互いに近付くように延びている。本体部６１は、第２端部６１２において、第１側面６１ａと第３側面６１ｃとを接続する三角形状の第１接続面６１ｄと、第２側面６１ｂと第３側面６１ｃとを接続する三角形状の第２接続面６１ｅとを有している。第１接続面６１ｄと第２接続面６１ｅとは、突出部６２から離れるにつれて互いに近付くように、ヨーク３１の軸方向に対して傾斜している。

突出部６２は、第１端面６２１及び第２端面６２２を有している。第１端面６２１及び第２端面６２２はそれぞれ、ヨーク３１の軸方向における突出部６２の端面である。第２端面６２２は、ヨーク３１の軸方向において第１端面６２１の反対に位置している。第１端面６２１及び第２端面６２２はそれぞれ、ヨーク３１の軸方向においてコイルエンド４２に近付くにつれて、本体部６１からの突出量が漸次小さくなるテーパ形状である。

上述したように、スロット絶縁部材６０は、ヨーク３１の周方向に隣り合う２つのコイル４０の間に配置されている。詳しくは、本体部６１における突出部６２が形成されていない部分は、スロット３３外において、ヨーク３１の周方向に隣り合うコイルエンド４２の間に配置されている。コイルエンド４２は、本体部６１に当接している。本体部６１における突出部６２が形成されている部分、及び突出部６２は、スロット３３内において、ヨーク３１の周方向に隣り合うコイル主部４１の間に配置されている。コイル主部４１は、スロット３３内において、突出部６２とティース３２とによって挟持されている。スロット絶縁部材６０は、ヨーク３１の周方向においてスロット絶縁部材６０の両側に位置するコイル４０のスプリングバックによって、コイル４０の間から抜け落ちないようになっている。

［本実施形態の作用］
本実施形態の作用についてステータ１３の製造方法とともに説明する。
まず、コイル４０は、ティース絶縁部材５０を間に挟んだ状態でティース３２に巻回される。このとき、コイルエンド４２の幅は、コイル主部４１の幅Ｗ４１とほぼ同じである。

次に、ヨーク３１の周方向に隣り合うコイル４０の間にスロット絶縁部材６０が挿入される。スロット絶縁部材６０は、ヨーク３１の軸方向の一方から、ヨーク３１の周方向に隣り合うコイル４０の間に挿入される。スロット絶縁部材６０は、第２端部６１２からコイル４０の間に挿入される。スロット絶縁部材６０がコイル４０の間に挿入された状態において、コイル主部４１は、突出部６２とティース３２とによって挟持される。突出部６２は、ヨーク３１の周方向に隣り合うコイル４０をティース３２に向けて押圧する。

そして、コイル４０の成形作業として、コイルエンド４２は、ヨーク３１の軸方向の両側から圧縮される。すると、コイルエンド４２は、ヨーク３１の軸方向における寸法が小さくなるように潰される分、幅が広くなるように成形される。その結果、コイルエンド４２の幅Ｗ４２は、コイル主部４１の幅Ｗ４１よりも大きくなる。また、コイルエンド４２は、スロット絶縁部材６０の本体部６１に当接する。突出部６２がコイル４０をティース３２に向けて押圧しているため、コイルエンド４２をヨーク３１の軸方向の両側から圧縮する際、コイル４０は、ヨーク３１の周方向におけるティース３２の両端面から離れにくくなる。これにより、コイル４０は、ロータ１２と対向しにくくなるため、コイル４０に渦電流が流れにくくなる。

［本実施形態の効果］
本実施形態の効果を説明する。
（１）スロット絶縁部材６０は、ヨーク３１の周方向に隣り合うコイル４０を当該コイル４０が巻回されたティース３２に押圧する楔状スペーサである。スロット絶縁部材６０は、ロータ１２からヨーク３１に向けて幅狭となる形状を有する本体部６１と、スロット３３内において隣り合うコイル４０に向けて本体部６１から突出する突出部６２とを有している。コイル４０は、スロット３３内において、突出部６２とティース３２とによって挟持されるコイル主部４１と、スロット３３外において、コイル主部４１よりも幅広に成形されるとともに本体部６１に当接するコイルエンド４２とを有している。

コイルエンド４２がコイル主部４１よりも幅広であるため、コイルエンド４２の幅Ｗ４２がコイル主部４１の幅Ｗ４１以下である場合と比較して、ヨーク３１の軸方向におけるコイルエンド４２の寸法は短くなる。よって、回転軸１１の軸長を短くすることができる。また、スロット絶縁部材６０の突出部６２は、コイル主部４１をティース３２に向けて押圧する。これにより、コイルエンド４２をヨーク３１の軸方向の両側から圧縮する際、コイル４０は、ヨーク３１の周方向におけるティース３２の両端面から離れにくくなるため、ロータ１２と対向しにくくなる。したがって、コイル４０に渦電流が流れにくくなる。よって、回転軸１１の軸長を短くできるとともに、渦電流損の発生を抑制できる。

（２）スロット絶縁部材６０の本体部６１は、ヨーク３１の軸方向において突出部６２から離れるにつれて漸次幅が小さくなるテーパ形状の第２端部６１２を有している。スロット絶縁部材６０は、ヨーク３１の軸方向の一方から、ヨーク３１の周方向に隣り合うコイル４０の間に挿入される。このため、本体部６１の第２端部６１２からスロット絶縁部材６０をコイル４０の間に挿入することによって、コイル４０の間へのスロット絶縁部材６０の挿入作業をスムーズに行うことができる。

（３）突出部６２は、ヨーク３１の軸方向においてコイルエンド４２に近付くにつれて本体部６１からの突出量が漸次小さくなるテーパ形状の第１端面６２１及び第２端面６２２を有している。このため、コイル４０の間へのスロット絶縁部材６０の挿入作業をスムーズに行うことができる。

（４）コイル４０がヨーク３１の周方向におけるティース３２の両端面から離れにくくなることによって、コイル４０の熱をティース絶縁部材５０を介してティース３２に逃がすことができる。よって、コイル４０がティース３２から離れることによるコイル４０の放熱性の低下を抑制できる。

（５）ヨーク３１の軸方向における突出部６２の寸法がティース３２の寸法よりも長い場合、コイルエンド４２をヨーク３１の軸方向の両側から圧縮する際、コイルエンド４２が突出部６２に干渉することがある。コイルエンド４２が突出部６２に干渉すると、コイルエンド４２を幅広に成形しにくくなる。これに対し、本実施形態では、ヨーク３１の軸方向における突出部６２の寸法はティース３２の寸法と同じである。このため、コイルエンド４２をヨーク３１の軸方向の両側から圧縮する際に、コイルエンド４２は突出部６２に干渉しないため、コイルエンド４２を幅広に成形しやすい。

（６）ヨーク３１の軸方向における突出部６２の寸法がティース３２の寸法よりも短い場合、ヨーク３１の軸方向におけるコイル主部４１の一部は、突出部６２によってティース３２に向けて押圧されない。これに対し、本実施形態では、ヨーク３１の軸方向における突出部６２の寸法はティース３２の寸法と同じである。このため、突出部６２は、ヨーク３１の軸方向におけるコイル主部４１の全体をティース３２に向けて押圧することができる。よって、ヨーク３１の軸方向におけるコイル主部４１全体がティース３２から離れにくくなる。

［変更例］
なお、上記各実施形態は、以下のように変更して実施できる。上記各実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施できる。

○ 本体部６１の第１端部６１１も、第２端部６１２と同様、ヨーク３１の軸方向において突出部６２から離れるにつれて漸次幅が小さくなるテーパ形状であってもよい。この場合、第１端部６１１及び第２端部６１２のどちらからスロット絶縁部材６０をコイル４０の間に挿入しても、コイル４０の間へのスロット絶縁部材６０の挿入作業スムーズにことができる。

○ ヨーク３１の軸方向における突出部６２の寸法は、ヨーク３１の軸方向におけるティース３２の寸法より短くてもよいし長くてもよい。
○ 突出部６２の第２端面６２２だけが、ヨーク３１の軸方向においてコイルエンド４２に近付くにつれて本体部６１からの突出量が漸次小さくなるテーパ形状になっていてもよい。

○ 突出部６２の形状は、三角柱状に限定されない。例えば、突出部６２の形状は、ヨーク３１の軸方向に沿って延びる半円柱状でもよい。
○ ティース絶縁部材５０の構成は、ティース３２とコイル４０との間に配置されるのであれば適宜変更されてもよい。

○ ロータ１２の構成は、適宜変更されてもよい。例えば、ロータ１２は、ロータコア２１の外周面に永久磁石２２が配置されたＳＰＭ（Surface Permanent Magnet）型のロータであってもよい。

１０…電動機、１１…回転軸、１２…ロータ、１３…ステータ、３０…ステータコア、３１…ヨーク、３２…ティース、３３…スロット、４０…コイル、４１…コイル主部、４２…コイルエンド、４３…コイル屈曲部、５０…ティース絶縁部材、６０…スロット絶縁部材、６１…本体部、６２…突出部、６１２…端部としての第２端部、６２１…端面としての第１端面、６２２…端面としての第２端面。

Claims

回転軸に固定され、前記回転軸と一体に回転するロータと、前記ロータの外側に配置されたステータと、を備え、
前記ステータは、
前記回転軸の軸方向に延びる円筒形状のヨーク、及び前記ヨークの内周面から前記ロータに向かって延びる複数のティースを有するステータコアと、
ティース絶縁部材を間に挟んで前記複数のティースの各々に巻回されるコイルと、
前記ヨークの周方向に隣り合う前記ティースによって区画されるスロット内において、前記ヨークの周方向に隣り合う前記コイルの間に配置されたスロット絶縁部材と、
を有する電動機であって、
前記スロット絶縁部材は、前記ヨークの周方向に隣り合う前記コイルを当該コイルが巻回された前記ティースに押圧する楔状スペーサとして、前記ロータから前記ヨークに向けて幅狭となる形状を有する本体部と、前記スロット内において隣り合う前記コイルに向けて前記本体部から突出する突出部と、を有し、
前記コイルは、前記スロット内において、前記突出部と前記ティースとによって挟持されるコイル主部と、前記スロット外において、前記コイル主部よりも幅広に成形され、前記本体部に当接するコイルエンドと、前記コイル主部と前記コイルエンドとを繋ぐコイル屈曲部と、を有することを特徴とする電動機。
前記本体部の前記突出部が突出する側面部は、前記ヨークの軸方向において前記突出部から離れるにつれて漸次幅が小さくなるテーパ形状の端部を有する請求項１に記載の電動機。
前記突出部は、前記ヨークの軸方向において前記コイルエンドに近付くにつれて前記本体部からの突出量が漸次小さくなるテーパ形状の端面を有する請求項１又は請求項２に記載の電動機。