(57)【要約】【課題】ステータコアに設けるコイルの巻き崩れを防止し、コイルの占積率を高めることができる電動モータを提供する。【解決手段】第１インシュレータ３１ａの外径側壁２６は、内径側に傾斜した当接部位３４，３５を備えており、この内面の頂点がコイル９の外径側端部との間にガイド溝１４のピッチの１／２の隙間を有している。内径側壁２７は、外径側に水平な当接部位３６を備えており、この当接面がコイル９の内径側端部とほぼ同一の高さになるように形成されている。コイル９の１段目は、巻き始めのコイル線１３が当接部位３４と接し、最終列のコイル線１３が当接部位３６と接して巻回される。４段目は、巻き終りのコイル線１３が当接部位３５と接して巻回される。また、第１インシュレータ３１ａの端部において、コイル線１３が係合する係合部１５は、平面状に形成されている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
円弧状のヨーク部と前記ヨーク部から径方向内側に突出するティース部とを有して、回転軸線回りに環状に配置される複数のステータコアと、
前記各ステータコアを覆うインシュレータと、
前記各ステータコアの前記ティース部に前記インシュレータ上から多層に導線を巻回することにより設けられたコイルと、を備えてハウジング内に固定されたステータと、
前記ステータの前記ティース部の先端部で形成される内周面と対向しながら回転中心回りに回転可能に前記ハウジングに支承されたロータと、を備え、
前記インシュレータは、側面外周に回転軸線方向に形成され前記導線の直径にほぼ等しいピッチで平行に配列されて前記コイルをガイドするガイド溝と、
回転軸線方向の両端部において、外径側および内径側に一体形成され、前記導線の積層方向に突出し巻回方向に沿って設けられるとともに、前記導線の巻き付け位置を規制し前記コイルに当接する突出部と、を有し、
前記インシュレータの少なくとも一端部において、前記コイルと径方向に対向する前記突出部の内面は、外径側面が前記コイルの外径側端部との間に前記ピッチのほぼ１／２の隙間を有し、内径側面が前記コイルの内径側端部とほぼ同一になるように形成されていることを特徴とする電動モータ。
【請求項２】
請求項１に記載の電動モータにおいて、
前記インシュレータは、前記一端部において、周回ごとに傾斜して前記ピッチにて平行に巻回される前記導線が係合する係合部が平面状に形成されていることを特徴とする電動モータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動モータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、分割された複数のステータコアでステータを構成した電動モータが知られており、例えば、電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）に適用されている。この電動モータのステータは、複数のステータコアを環状に配置した構造であり、ステータコアのティースを覆う絶縁体であるインシュレータ、およびインシュレータにコイル線（導線）が巻回されて形成されたコイルを有する。このようなモータでは、コイル線の直径が大きくなるほど、モータの効率を向上させる必要があり、コイル線を隙間なく整列させて巻回してコイルの占積率を上げる方法が提案されている。例えば、特許文献１では、ステータコアのティースにコイル線をガイドするためのガイド溝を形成することにより、ティースの両側面における1段目（第１層）のコイル線の位置ずれを防止するようになっている。また、特許文献２では、インシュレータの両端近傍の側面にコイル線を回転軸線方向にガイドするガイド溝を設けることにより、コイル線を平行に巻回するとともに、インシュレータの両端において回転軸側および反対側に当接する突出部を設けることにより、コイル線の巻き崩れを抑制するようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−２９９１３２号公報
【特許文献２】特開２００４−７２９７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記のインシュレータに巻線用のガイド溝を設けた電動モータのステータにおいては、インシュレータの両端に一体形成された一端の突出部（側壁）は、巻き始めの導線が外径側の導線に干渉し外径側壁を押圧する。また、インシュレータの最内径側の導線が内径側の導線に干渉し内径側壁に乗り上げる。このため、インシュレータの側壁にかかる応力により割れ等が発生し、インシュレータが破損する可能性がある。さらに、インシュレータの軸線方向両端部のガイド溝がステータコアのティース部の突出方向に対して直角かつ互いに平行に形成されている場合には、一方の端面において、導線を周回ごとに内径方向にずらして傾斜させて配列するためにガイド溝の壁を乗り越えて巻回する必要がある。これにより、インシュレータの端面においてコイル線の巻き崩れが生じてコイル線を円滑に巻回できない場合がある。
【０００５】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、ステータコアに設けるコイルの巻き崩れを防止し、コイルの占積率を高めることができる電動モータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、請求項１の電動モータは、円弧状のヨーク部と前記ヨーク部から径方向内側に突出するティース部とを有して、回転軸線回りに環状に配置される複数のステータコアと、前記各ステータコアを覆うインシュレータと、前記各ステータコアの前記ティース部に前記インシュレータ上から多層に導線を巻回することにより設けられたコイルと、を備えてハウジング内に固定されたステータと、前記ステータの前記ティース部の先端部で形成される内周面と対向しながら回転中心回りに回転可能に前記ハウジングに支承されたロータと、を備え、前記インシュレータは、側面外周に回転軸線方向に形成され前記導線の直径にほぼ等しいピッチで平行に配列されて前記コイルをガイドするガイド溝と、回転軸線方向の両端部において、外径側および内径側に一体形成され、前記導線の積層方向に突出し巻回方向に沿って設けられるとともに、前記導線の巻き付け位置を規制し前記コイルに当接する突出部と、を有し、前記インシュレータの少なくとも一端部において、前記コイルと径方向に対向する前記突出部の内面は、外径側面が前記コイルの外径側端部との間に前記ピッチのほぼ１／２の隙間を有し、内径側面が前記コイルの内径側端部とほぼ同一になるように形成されていることを要旨とする。
【０００７】
上記構成によれば、電動モータのステータコアのティース部を覆うインシュレータの両端部において、一端部に形成される突起部の内面は、径方向に外径側面とコイル外径側端部との間に１／２ピッチの隙間を設けるように形成され、内径側面とコイル内径側端部とは径方向にほぼ同じ高さになるように形成されているので、外径側での巻き始めの導線の干渉、および内径側で導線が内径側突起部に乗り上げることが抑制される。その結果、インシュレータの突起部にかかる応力が減少し、インシュレータの破損を防止できる。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の電動モータにおいて、前記インシュレータは、前記一端部において、周回ごとに傾斜して前記ピッチにて平行に巻回される前記導線が係合する係合部が平面状に形成されていることを要旨とする。
【０００９】
上記構成によれば、電動モータのインシュレータの一端部において、導線を周回ごとに内径方向に傾斜させる導線との係合部を平面状に形成したので、導線の巻き崩れを抑制し整列して巻回できる。その結果、コイルの占積率が向上し、電動モータを小型化できる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、ステータコアに設けるコイルの巻き崩れを防止し、コイルの占積率を高めることができる電動モータを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施形態に係る電動モータの概略構成を示す縦断面図。
【図２】図１のステータの概略構成を示す平面図。
【図３】インシュレータを示す平面図。
【図４】インシュレータを示す側面図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
次に、本発明の実施形態の一例として、電動パワーステアリング装置に使用される電動モータについて、図に基づいて説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る電動モータの概略構成を示す縦断面図である。電動モータ（以下、ブラシレスモータという）１は、インナーロータ型のブラシレスモータである。図１に示すように、ブラシレスモータ１は、回転軸２に同行回転可能に連結された環状のロータ３と、ロータ３の周囲を取り囲む環状のステータ４と、ロータ３およびステータ４を収容する第１のハウジング１６と第２のハウジング１７とで構成される筒状のハウジング（以下、モータハウジングという）５とを備えている。例えば、コラムアシストタイプＥＰＳ用モータの場合、図1中、ブラシレスモータ１の軸線方向右側に図示しないウォーム減速機、左側に図示しないＥＣＵが配置されている。
【００１３】
ロータ３は、回転軸２に同軸的に連結された環状のロータコア６と、このロータコア６の外周に固定された複数枚の永久磁石７とを備えている。永久磁石７は、複数のセグメント磁極を有する多極磁石であり、永久磁石７の外周面の磁極は、Ｎ極およびＳ極が永久磁石７の周方向に交互に入れ替わっている。永久磁石７は、例えば１０極のセグメント磁極を有している。
【００１４】
ステータ４は、環状のステータコア８と、このステータコア８に巻回された複数のコイル９とを含む。ステータコア８は、電磁鋼板を打ち抜いて所定の形状に形成された複数枚の薄板がステータコア８の軸線方向に積層固定された積層体である。すなわち、ステータコア８は、鉄を含む材料により形成されている。電磁鋼板としては、例えば、表面に絶縁処理が施された珪素鋼板等を用いることができる。
【００１５】
図１を参照して、モータハウジング５は、一端が開放された筒状の第１のハウジング１６と、この第１のハウジング１６に嵌合された筒状の第２のハウジング１７とを含む。第１のハウジング１６および第２のハウジング１７は、それぞれ例えば、炭素鋼等の鉄、または、アルミニウムを含む材料によって形成されている。
【００１６】
第１のハウジング１６は、第１の筒状部１９と、この第1の筒状部１９の一端から第1の筒状部１９の径方向外方に突出する第１のフランジ部２０と、第１の筒状部１９の他端から第１の筒状部１９の径方向内方に延び回転軸２が挿通する第１の挿通孔２１ａが中心部に形成された環状部２２ａとを含む。環状部２２ａの内周部には、軸受３７が保持された軸受保持部２３が形成されている。
【００１７】
第１のハウジング１６の、第１の筒状部１９は、軸線方向に関してステータコア８よりも長くされている。第１の筒状部１９の内周には、焼嵌めまたは圧入によってステータコア８が固定されている。すなわち、第１のハウジング１６とステータコア８とは嵌合により接合されている。
【００１８】
第２のハウジング１７は、第１のハウジング１６の第１の筒状部１９の外周部に沿って連結された第２の筒状部２４と、第２の筒状部２４の後方端部から第２の筒状部２４の径方向内方に延び回転軸２が挿通する第２の挿通孔２１ｂが中心部に形成された第２の環状部２２ｂと、この第２の筒状部２４の外周面から第２の筒状部２４の径方向外方に突出する第２のフランジ部２５とを含む。第２のハウジング１７の環状部２２ｂのステータコア８側の中心部には、軸受３８が保持された軸受保持部２９が形成されている。また、環状部２２ｂの反対側には回転軸２に装着されたレゾルバ３２がロータ３の回転位置を検出する回転角センサとして配置されている。そして、回転軸２は、軸受保持部２３に保持された軸受３７と、軸受保持部２９に保持された軸受３８とを介して回転可能にモータハウジング５に保持されている。
【００１９】
第２のフランジ部２５は、第１のフランジ部２０に重なり合わされている。第１のフランジ部２０および第２のフランジ部２５は、固定手段としての図示しない複数（例えば、本実施形態では、３箇所）のボルトおよび第２のフランジ部２５に設けられたねじ部によって、締結固定されている。
【００２０】
これにより、第１のハウジング１６の一端および第２のハウジング１７の一端が固定され、第１のハウジング１６に対する第２のハウジング１７の回転が防止されている。すなわち、複数のボルトおよびナット、ならびに、第１のフランジ部２０および第２のフランジ部２５は、第１のハウジング１６に対する第２のハウジング１７の回転を防止する回転防止手段として機能している。
【００２１】
また、ブラシレスモータ１を制御するための図示しないＥＣＵが第２のハウジング１７の環状部２２ｂの後方端面（図1中、左側）に取り付けられ第２のフランジ部２５にねじ止め固定されている。各コイル９と接続されインシュレータ３１に絶縁支持されたブラシレスモータ１の各相の出力端子である金属製のバスバー３０は、ＥＣＵの基板に挿通され、基板上のインバータ回路部にねじ止めして接続されている。そして、上記構成により、ＥＣＵによって制御された駆動電流がブラシレスモータ１の各コイル９に供給される。これにより、コイル９に回転磁界が発生し、永久磁石７にトルクが生じてロータ３が回転駆動される。また、レゾルバ３２も同様に信号入出力端子であるリード線がＥＣＵの基板にハンダ付けにより接続されている。
【００２２】
ブラシレスモータ１は、第1の筒状部１９の軸線方向左端から第1の筒状部１９の径方向外方に突出する第３のフランジ部２８により、例えば、コラムアシストタイプの電動パワーステアリング装置において、図示しないウォーム減速機に取り付け固定され、回転軸２に取り付けられたトルクを伝達するボス３３を介してウォーム軸回転軸に結合されている。
【００２３】
次に、コイル９（図１参照）が設けられる前のステータ４の図を示す。図２は、図１のステータの概略構成を示す平面図である。ステータ４では、複数（本実施形態では、１２個）のステータコア８のティース部１１が、円筒状の外側部（ヨーク部）１０から回転軸中心Ｊ１に向って突出して設けられており、各ティース部１１の内側の先端部には、回転軸中心Ｊ１を中心として周方向において両側に広がる内端部（磁極部）１２が設けられる。各ティース部１１の軸線方向の長さは、ティース部１１の幅よりも大きく、また、周方向における各ティース部１１の両側面は、回転軸線方向に平行とされる。
【００２４】
図２に示すように、各ティース部１１は、インシュレータ３１により覆われている。また、ヨーク部１０の軸線方向端面の一部、磁極部１２の軸線方向端面のほぼ全体は、インシュレータ３１により覆われている。ヨーク部１０、ティース部１１および磁極部１２は、これらに対応する形状の珪素鋼板が軸線方向に複数枚積層されて形成されている。インシュレータ３１は、各ティース部１１およびその周辺部と、コイル９との電気的絶縁を図るために設けられ、ステータコア８の軸線方向両端に装着されている。インシュレータ３１は、樹脂材料（例えば、ガラス繊維強化ＰＰＳ）により形成されている。
【００２５】
各インシュレータ３１は、図２に示すように、ティース部１１の上端を覆うヨーク部１０において、コイル９を形成するコイル線１３の直径にほぼ等しいピッチにて平行に配列されてコイル線１３の巻き付け位置を規制する複数のガイド溝１４を備えている。複数のガイド溝１４は、回転軸２に平行であってティース部１１の回転軸中心Ｊ１に向って垂直な面に対して平行に設けられる。１つのガイド溝１４は、軸線方向にティース部１１の一方側の端面および両側面にわたって連続して形成されている。また、ティース部１１の図示しない反対側の端面および両側面にわたってもガイド溝１４が連続して形成されている。
【００２６】
次に、図３および図４は、図２中において最も上側に位置するインシュレータ３１近傍を拡大して示す図である。図３は、インシュレータを示す平面図、図４は、インシュレータを示す側面図である。インシュレータ３１は、ティース部１１の軸線方向における中央から一方側（図１中、左側）を覆う複数のガイド溝１４が設けられた樹脂成形品である第１インシュレータ３１ａおよび第１インシュレータ３１ａを反転して配置した他方側（図１中、右側）を覆う第２インシュレータ３１ｂからなり、分割された第１，２インシュレータ３１ａ，３１ｂが軸線方向両側からティース部１１に嵌め込まれて形成されている。ここで、第１インシュレータ３１ａは、コイル線１３の巻き始め、および巻き終り側のインシュレータである。
【００２７】
コイル９が形成される際には、図３に示す第１インシュレータ３１ａの端部において、1段目のコイル線１３が左側から右側へとガイド溝１４に沿って第１インシュレータ３１ａに巻き付けられる（図３中、一点鎖線にて示す）。ここで、各コイル線１３はガイド溝１４のピッチに等しく内径側にずれた傾きをもって平行に巻き付けられる。これにより、各コイル線１３は、第１インシュレータ３１ａの外周を1周する毎に１ピッチ分だけ内径方向に移動するように巻回される。続いて、２段目のコイル線１３が１段目のコイル線１３と交差して巻き付けられる。また、第１インシュレータ３１ａとは反対側の第２インシュレータ３１ｂの端部において、各コイル線１３はガイド溝１４に沿って水平方向に巻き付けられる。
【００２８】
図３、４に示すように、第１インシュレータ３１ａの端部には、複数のガイド溝１４上に軸線方向に積層されるコイル線１３が側方に崩れることを防止するための２つの側壁２６，２７が設けられている。以下、インシュレータ３１の外径側に設けられた側壁を外径側壁２６といい、内径側に設けられた側壁を内径側壁２７という。側壁２６，２７は、コイル線１３の積層方向である軸線方向に延びている。
【００２９】
図３に示すように、第１インシュレータ３１ａの外径側壁２６は、径方向内側に回転軸中心Ｊ１（図２参照）に向ってそれぞれ傾斜した当接部位３４，３５を備えており、この内面の当接部位３４，３５の頂点（先端部）がコイル９の外径側端部との間にガイド溝１４のピッチのほぼ１／２の隙間を有している。また、内径側壁２７は、径方向外側に回転軸中心Ｊ１方向に垂直な当接部位３６を備えており、この水平面がコイル９の内径側端部とほぼ同一の高さになるように形成されている。コイル９の１段目は、巻き始めのコイル線１３が当接部位３４と接し、最終列のコイル線１３が当接部位３６と接して巻回方向にガイドされる。また、４段目は、巻き終りのコイル線１３が当接部位３５と接してガイドされ取り出される。
【００３０】
さらに、図４に示すように、第１インシュレータ３１ａの端部において、コイル線１３は1周毎に内径方向に次の列に移って巻回され、コイル線１３が係合する係合部１５は、ガイド溝１４がない平面状に形成されている。１段目の各コイル線１３は、周回ごとに第１インシュレータ３１ａ端部の平面状の当接部１５に接して、ガイド溝１４のピッチにて傾斜して平行に配列され、隣接するコイル線１３と互いに接するように隙間なく巻回される（図４中、一点鎖線にて示す）。巻回方向に導かれたコイル線１３は、第１インシュレータ３１ａ側面に軸線方向と平行に設けられたガイド溝１４に沿って図４中右方向へ延びて巻回されている。
【００３１】
次に、上記のように構成された本実施形態であるブラシレスモータ１の作用および効果について説明する。
【００３２】
上記構成によれば、インシュレータ３１の軸線方向の一端部に形成される外径側壁２６および内径側壁２７において、コイル線１３の巻き始め、および巻き終り側である第１インシュレータ３１ａの外径側壁２６は、径方向内側に回転軸中心Ｊ１に向って傾斜した当接部位３４，３５を備えて、外径側内面の頂点とコイル９外径側との間に１／２ピッチの隙間が設けられている。また、内径側壁２７は、径方向外側に回転軸中心Ｊ１方向に垂直な当接部位３６を備えて、内径側内面とコイル９内径側とはほぼ同じ高さになるように形成されている。また、インシュレータ３１の一端部において、コイル線１３を周回ごとに内径方向に傾斜させるコイル線１３の係合部１５は、平面状に形成されている。
【００３３】
これにより、外径側での巻き始めのコイル線１３が１段目のコイル線１３に干渉、および内径側で最終列のコイル線１３が内径側壁２７に乗り上げることが抑制される。その結果、第１インシュレータ３１ａの外径側壁２６および内径側壁２７にかかる応力が減少し、インシュレータ３１ａの破損を防止できる。また、コイル線１３の巻き崩れを抑制し整列して巻回できる。その結果、コイ９ルの占積率が向上し、ブラシレスモータ１を小型化できるとともに、ブラシレスモータ１の性能向上につながる。
【００３４】
さらに、第１および第２インシュレータ３１ａ，３１ｂを共通化して製造することにより、あるいはインシュレータ３１の樹脂強度に影響を与えるガラスフィラー等の添加量を削減できることにより低価格の部材が選定可能になり、製造コストの低減を図ることができる。
【００３５】
以上のように、本実施形態によれば、ステータコアに設けるコイルの巻き崩れを防止し、コイルの占積率を高めることができるブラシレスモータを提供できる。
【００３６】
以上、本発明に係る実施形態について説明したが、本発明はさらに他の形態で実施することも可能である。
上記実施形態では、第１および第２インシュレータ３１ａ，３１ｂに同じ形状の部品を使用したが、これに限らず、第２インシュレータ３１ｂの端部に平行なガイド溝１４を設け、さらに、外径および内径側壁２６，２７の内面側は、水平に形成されていてもよい。
【００３７】
また、上記実施形態では、複数のティース部１１に装着されるインシュレータ３１は、分割形状を示したが、これに限らず、円環状に連結あるいは一体成形された第１インシュレータ３１ａと同じく連結あるいは一体成形された第２インシュレータ３１ｂとにより構成されていてもよい。また、インシュレータ３１は、ステータコア８に樹脂モールドすることにより形成されていてもよい。
【００３８】
上記実施形態では、ステータ４は、分割型コアとしたが、これに限らず、一体型コアであってもよい。また、ステータ４が設けられるブラシレスモータ１は、インナーロータ型に限定されず、アウターロータ型であってもよい。
【００３９】
また、上記実施形態では、ブラシレスモータ１を電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）のいわゆるコラムアシストタイプに適用した例を示したが、これに限らず、ピニオンアシストタイプやラックアシストタイプの電動パワーステアリング装置に適用してもよい。また、同様のブラシレスモータを用いた他の装置（例えば、電動オイルポンプ装置等）に適用してもよい。
【符号の説明】
【００４０】
１：ブラシレスモータ（電動モータ）、２：回転軸、３：ロータ、４：ステータ、
５：モータハウジング、６：ロータコア、７：永久磁石、８：ステータコア、
９：コイル、１０：ヨーク部、１１：ティース部、１２：磁極部（先端部）、
１３：コイル線（導線）、１４：ガイド溝、１５：係合部、１６：第１のハウジング、
１７：第２のハウジング、１９：第１の筒状部、２０，２５，２８：フランジ部、
２１ａ，２１ｂ：挿通孔、２２ａ，２２ｂ：環状部、２３，２９：軸受保持部、
２４：第２の筒状部、２６：外径側壁、２７：内径側壁、３０：バスバー、
３１：インシュレータ、３１ａ，３１ｂ：第１，第２インシュレータ、
３２：レゾルバ、３３：ボス、３４，３５，３６：当接部位、３７，３８：軸受、
Ｊ１：回転軸中心
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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