WO2008047594A1 - Electric motor stator, electric motor and electric pump unit - Google Patents

Description

明 細 書

電動モータのステータ、電動モータ、及び電動ポンプユニット

技術分野

[0001] 本発明は、ステータコアにインシュレータを介してコイルが巻回されてなるステータ、 このステータを有する電動モータ、及びこの電動モータと、該電動モータによって駆 動されるポンプ部とがユニット化されてなる電動ポンプユニットに関する。

背景技術

[0002] ブラシレスモータ等の電動モータにおいては、一般に、磁界を形成するためのマグ ネットを備えたロータ（回転子） 1S、コイル (巻線）を有するステータ（固定子）の内側で 回転する。このステータは、その径方向内方側に突出した複数のティース部 (磁極歯 )及び隣接するティース部間に形成されたスロット (鉄心溝)を有する円筒状のステー タコア（固定子鉄心）と、各ティース部の周囲に配されたコイルとを主体として構成さ れている。ここで、ステータコアには、コイルをステータコアから絶縁するための樹脂（ 絶縁体)製インシュレータが装着されて!/、る。

[0003] このような電動モータでは、小型化や回転力（応答性能）の向上を実現するため、ス テータにおいてコイルの占積率（巻線密度）の向上が強く求められており、各ティース 部の周囲にできるだけ多くのターン数のコイルを配する必要がある。

[0004] ところ力 各ティース部の周囲にインシュレータを介してコイルを多層に配設しょうと すれば、上層のコイルが下層のコイルを分割しょうとする力がより強く作用するように なる。即ち、この場合は、図 6 (a)に示すように、上層の巻線 13aが下層の巻線 13a, 13a間に割り込み、下層の巻線 13aをステータ Γの径方向内方及び外方に押し広げ る力がより顕著に作用するようになる。

[0005] このとき、図 6 (a)に示すように、ステータ Γの径方向外方側にはステータコア 2'の 環状部 2aが存在するので、径方向外方に向力、うコイル 13の巻きずれは、環状部 2a によって阻止され、径方向内方側に向けてコイル 13の巻きずれが生じるようになる（ コイル 13がステータコア 2'の中心部近傍で太巻きの形状となる）。この結果、巻線の 整列に乱れを生じるとともに、各スロット 12 (図 1参照）の内部にデッドスペース（コイル 13が存在しない空間）が形成され、コイル 13の占積率が低下することになる。このと き、巻線 13aが多層であればある程、上層の巻線 13aの下層の巻線 13aへの割り込 み量が大きくなり、それに伴ってステータ 1の径方向内方側へのコイル 13の巻きずれ も増加する。

[0006] 一方、前記した占積率の向上を図るベぐ 1つおきのティース部の根元部における コイルのターン数を増やして当該コイルを膨らませた形状とした技術が知られている（ 特開 2004— 104870号公報参照）。

[0007] この技術によれば、 1つおきのティース部の根元部におけるコイルのターン数を増 やしてコイルを膨らませた形状とするため、最初にコイル巻回用のノズル (ニードル） をスロット内に挿入して 1つおきのティース部にコイルを形成し、ティース部の根元部 側でノズルを多く巻き回してターン数を増やしてコイルを膨らませる。その後、ノズル をスロットから引き出して、隣のティース部に対し、スロット入口部（オープンスロット） 近傍でループ動作させ、巻線をコイルのテーパ部を滑らせることで、ノズルをスロット 奥部まで揷入することなくコイルを形成することができる。

[0008] 即ち、該技術によれば、スロット内部においてノズルの揷入に要するデッドスペース が不要となり、コイルの占積率が高められる。換言すれば、 1つおきのティース部の間 のティース部に対しては、スロット入口部で隣のコイルと干渉することなくコイルが巻回 でき、且つスロット内部をその奥部分を含めて有効にコイル形成領域として使用でき

、理論上はコイルの占積率を高めることを可能として!/、る。

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0009] しかしながら、上記技術によれば、 1つおきのティース部の間のティース部に対して は、スロット入口に向けて多くのターン数でコイルを巻回する必要がある。このため、 スロット入口近傍では必然的に多層構造となり、一般的な従来技術が内包する問題 点と同様に、ステータの径方向内方側では、コイルの巻回に伴う上層の巻線の下層 の巻線への割り込み量が大きくなる。そして、それに伴い径方向内方側へのコイルの 巻きずれ量も多くなつてしまう。このコイルの巻きずれ量は、占積率をさらに高めるベ くコイルをより強い力で巻回する場合にさらに増大する。また、 1つおきのティース部 の根元部におけるコイルのターン数を増やしてコイルを膨らませた形状とするため、 コイルの巻回方法が複雑化するとともに、従来技術のコイルの巻回方法がそのまま利 用できない不都合がある。

[0010] 本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、簡単 な構成によって、インシュレータを介してステータコアの周囲に巻回されるコイルの巻 きずれを効果的に防止し、可能な限りコイルの占積率が高められる電動モータのステ ータ、及び該ステータを有する電動モータ、及び該電動モータが使用されてなる電 動ポンプユニットを提供することにある。 課題を解決するための手段

[0011] 上記問題点を解決するために、本発明の第 1の形態は、径方向内方に突出した複 数のティース部を有する筒状のステータコアと、各ティース部の周囲に配されるコイル と、を備え、前記ステータコアの軸方向から、前記コイルをステータコアから絶縁する ベくインシュレータが装着されてなる電動モータのステータにおいて、前記コイルが 巻回される前記インシュレータ（ティース部）の角部の曲率半径 Rカ、前記ティース部 の根元部から先端部に向力、うに従って連続的に減小していること、を要旨とする。

[0012] 同構成によれば、コイルが巻回されるインシュレータの角部の曲率半径 R力 ティー ス部の根元部から先端部に向力、うに従って連続的に減小している（ティース部の先端 部から根元部に向力、うに従って連続的に増加している）。このため、ステータの径方 向外方側程、コイルが巻回されるインシュレータの周長が長くなり、インシュレータを 介してティース部にコイルを強い力で巻回できるようになる。この結果、ステータの径 方向内方側で上層の巻線の下層の巻線への割り込み量が大きくなつて増加するコィ ルの巻きずれが効果的に抑止され、ステータにおいて可能な限りコイルの占積率を 高めることができるようになる。

[0013] 本発明の第 2の形態は、第 1の形態の電動モータのステータにおいて、前記インシ ユレ一タの角部の曲率半径 Rは、各ティース部の根元部における値を 100%とすると 該ティース部の先端部の値が 28%以上 32%以下の範囲の特定値となるように連続 的に減小していること、を要旨とする。

[0014] 同構成によれば、インシュレータの角部の曲率半径 Rは、ティース部の根元部の値 を 100%とすると先端部の値が 28%以上 32%以下の範囲の特定値となるように連続 的に減小しているので、インシュレータの強度を確保しつつ、各ティース部において インシュレータの角部が連なって形成される一対の稜線をステータの径方向に沿つ て延びる互いに略平行な直線状することができる。

[0015] 本発明の第 3の形態は、第 1もしくは第 2の形態の電動モータのステータにおいて、 前記インシュレータの角部の曲率半径 Rが直線状に減小していること、を要旨とする

〇

同構成によれば、インシュレータの角部の曲率半径 Rが直線状に減小しているので 、インシュレータにお!/、てティース部を包囲する部分（インシュレータにお!/、てティー ス部とコイルとを絶縁している部分）の設計が容易となり、その製作も簡単化されるよう になる。

[0016] 本発明の第 4の形態は、第 1もしくは第 2の形態の電動モータのステータにおいて、 前記インシュレータの角部の曲率半径 Rが上に凸の曲線状に減小していること、を要 旨とする。

[0017] 同構成によれば、インシュレータの角部の曲率半径 Rが上に凸の曲線状に減小し て!/、るので、ステータの径方向外方及び内方にてコイルが巻回される周長の差分が さらに大きくなり、ステータの径方向外方側程、インシュレータを介してティース部にコ ィルがさらに強い力で巻回されるようになる。この結果、コイルの巻きずれをさらに効 果的に抑止できるようになる。

[0018] 本発明の第 5の形態は、電動モータのステータと、該ステ一タの各ティース部に包 囲されるように配置されたロータと、を備えた電動モータにおいて、前記電動モータ のステータが、第 1〜第 4の形態の電動モータのステータにより構成されていること、 を要旨とする。

[0019] 同構成によれば、電動モータのステータとして請求項 1〜4のいずれかに記載の電 動モータのステータを使用するので、当該ステータにおけるコイルの占積率が高めら れる。このため、当該電動モータのさらなる小型化や回転力（応答性能）の向上が実 現されるようになる。

[0020] 本発明の第 6の形態は、アウターロータと該アウターロータと嚙み合わされて回転可 能とされたインナーロータとを有して流体を吸引'吐出するポンプ部と、前記インナー ロータを軸支するロータを介して前記ポンプ部を駆動する電動モータと、を備えた電 動ポンプユニットにおいて、前記電動モータが、第 5の形態の電動モータにより構成 されていること、を要旨とする。

[0021] 同構成によれば、トロコイドポンプ等のポンプ部と電動モータとがユニット化されてな る電動ポンプユニットにおいて、電動モータとして請求項 5に記載の電動モータを使 用するので、当該電動モータのステータにおけるコイルの占積率が高められる。この ため、該電動モータのさらなる小型化や回転力（応答性能）の向上が実現され、電動 ポンプユニット全体としての小型化や高性能化を実現できる。このような効果は、特に 使用部品の小型化や高性能化が強く要望されている自動車用途として電動ポンプ ユニットを用いる場合に有用なものとなる。

発明の効果

[0022] 本発明の電動モータのステータによれば、簡単な構成によって、インシュレータを 介してステータコアの周囲に巻回されるコイルの巻きずれを効果的に防止し、可能な 限りコイルの占積率が高められるようになる。

図面の簡単な説明

[0023] [図 1]本発明の実施形態に係る電動ポンプのステータの全体構造を示す平面図。

[図 2]図 1における a領域の斜視組立図（コイルは図示省略)。

[図 3]図 1における a領域の拡大平面図。

[図 4] (a)は、図 1〜図 3における A— A断面図、（b)は、同図における B— B断面図、（ c)は、同図における C C断面図。

[図 5]インシュレータの角部の曲率半径 R力 同角部により形成される稜線に沿って 変化する傾向を示すグラフ図。

[図 6] (a)は、ステータのティース部（インシュレータの嵌合部）にお!/、てコイルの巻き ずれが生じた状態を示す模式図、（b)は、同巻きずれが抑制された状態を示す模式 図。

[図 7]自動車のトランスミッションの油圧源に用いられる電動ポンプユニットを示す軸 方向断面図。 発明を実施するための最良の形態

[0024] 以下、本発明を具体化した実施形態について図面に従って説明する。

本実施形態における電動モータのステータ 1は、所謂 3相構造のブラシレスモータ に使用される全体として円筒状 (筒状）の形態をなすものである。このステータ 1は、 図 1に示すように、その径方向内方に突出した 6個（複数）のティース部 11 ,…（図 2 参照）及びティース部 11 , 11間に形成された 6個（複数）のスロット 12,…を有する円 筒状 (筒状）のステータコア 10と、各ティース部 11の周囲に配される 6個（複数）のコィ ノレ 13,…とを備えている。このステータ 1では、各コイル 13は、周方向に対向する同 相（A相， B相， C相）のものについて、エナメル等の絶縁材料にて被覆された 1本の 巻線（リード線）によって形成されている。尚、図 1においては図示を省略したが、ステ ータ 1の中央部には、 6個のティース部 11 ,…に包囲されるように、 N, S極からなる円 柱状のロータ 6 (回転子、図 7参照）が配置され、電動モータが構成される。図 1にお いては、例えば、 A相を構成するコイル 13, 13は、一本の巻線 13aが、インシュレー タ 2で包囲されて!/、るティース部 11の周囲に巻かれることで形成されて!/、る。

[0025] 前記ステータ 1は、さらに、ステータコア 10の軸方向から、各コイル 13をステータコ ァ 10から絶縁するべく装着されて!/、る円筒状 (筒状）のインシュレータ 2を備えてレ、る 。詳しくは、このステータ 1は、図 2に示すように、その軸方向両端側（図 1の左右方向 )から、一対のインシュレータ 2, 2が嵌め込まれて各コイル 13力も絶縁されている（図 1にお!/、ては上側のインシュレータ 2のみ示す）。

[0026] 該インシユレ一タ 2は、自動車用途に用いられることを前提とし、ポリフエ二レンサル ファイド (PPS)等の耐熱性に優れた絶縁性の樹脂材料 (絶縁体）を用いて成形され ている。そして、各インシュレータ 2は、図 1及び図 2に示すように、ステータコア 10の 端面に配設される環状部 2aと、該環状部 2aからインシュレータ 2の径方向内方側に 突出し、ステータコア 10の 6個のティース部 11 , …に嵌合するように形成された 6個（ 複数）のそれぞれ断面略 U字形をなす嵌合部 2b,…とから構成されている。

[0027] ここで、各嵌合部 2bにおいては、図 2及び図 3に示すように、コイル 13が巻回される 部分に左右一対の直線状の稜線 20, 20が形成されている。この一対の稜線 20, 20 は、ステータ 1の径方向に沿って延びる互いに略平行な直線状とすることで、ステー タ 1の各スロット 12 (図 1参照）に収容される巻線 13aの量 (巻線密度）を高めることが できる。

[0028] そして、図 1〜図 4に示すように、前記インシュレータ 2 (嵌合部 2b)のコイル 13が巻 回される部分には、該コイル 13を構成する巻線 13aが約 90° で折り曲げられる角部 2c (稜線 20の断面における外方屈曲部）が形成されて!/、る。

[0029] 本実施形態のステータ 1は、前記角部 2cの曲率半径 Rが、嵌合部 2b (ティース部 1 1)の根元部 21から先端部 22に向力、うに従って連続的に減小している（次第に小さく なるように徐変とされている）ことに特徴を有する。詳細には、該角部 2cの曲率半径 R は、嵌合部 2bの根元部 21における値を 100%とすると先端部 22の値が 28%以上 3 2%以下の範囲の特定値となるように連続的に減小している。具体的には、本実施形 態においては、インシュレータ 2の嵌合部 2bの肉厚は 1. Omm程度である。そして、 図 4 (a) ,図 4 (b) ,及び図 4 (c)に示すように、コイル 13が巻回される嵌合部 2bの角 部 2cは、 A— A断面（嵌合部 2bの根元部断面）、 B— B断面（嵌合部 2bの長手方向 中央部断面）、及び C— C断面 (嵌合部 2bの先端部断面）において、各曲率半径 R が、それぞれ R= l . 0 (100%に相当）、 R=0. 65 (65%に相当）、及び R = 0. 3 (3 0%に相当）となるように形成されている。ここで、図 5を用いて上記したインシュレータ 2の角部 2cの曲率半径 Rの減小傾向を説明すると、同図に実線 Pで示すように、当該 曲率半径 Rは、嵌合部 2bの稜線 20の長さ方向に沿って直線状に減小している。

[0030] 本実施形態の電動モータのステータ 1によれば、以下の作用 ·効果が得られるよう になる。即ち、

(1)コイル 13が巻回されるインシュレータ 2 (嵌合部 2b)の角部 2cの曲率半径 R力 テ ィース部 11 (嵌合部 2b)の根元部 21から先端部 22に向力、うに従って連続的に減小 している。このため、ステータ 1の径方向外方側程、コイル 13が巻回されるインシユレ ータ 2 (嵌合部 2b)の周長が長くなり、インシュレータ 2の各嵌合部 2bを介してティー ス部 11にコイル 13を強い力で巻回できるようになる。この結果、図 6 (a)に示すように 、従来技術では、ステータ Γの径方向内方側程、上層の巻線 13aの下層の巻線 13a への割り込み量が大きくなることによって内方側へ向け増加していたコイル 13の巻き ずれが、本実施形態では、図 6 (b)に示すように効果的に抑止され、可能な限りコィ ル 13の占積率を高めることができるようになる。詳しくは、図 6 (a)に示す従来技術で は、コイル 13が巻回されるインシュレータ 2'の角部 2cの曲率半径 Rは、嵌合部 2b' の根元部 21から先端部 22に亘つて均一な大きさであった。このため、コイル 13が巻 回されるインシュレータ 2' (嵌合部 2b の周長が均一となり、ステータ Γの径方向外 方側においてインシュレータ 2'の周りにコイル 13を巻回する力を高めることができな かった。即ち、コイル 13は、インシュレータ 2'の各嵌合部 2b こおいてインシュレータ 2'の径方向に均等な強さで巻回されていたため、上層のコイル 13が下層のコイル 1 3を分割しょうとする力によって、ステータ Γの径方向外方へ向けてコイル 13の巻き ずれが生じていた。ところが、図 6 (b)に示す本実施形態では、上述したようにステー タ 1の径方向外方側程、コイル 13が巻回されるインシュレータ 2の周長が長くなり、各 嵌合部 2bを介してティース部 11にコイル 13を強い力で巻回できるようになるので、コ ィル 13の巻きずれが効果的に抑止されるようになる。この結果、ステータ 1において 可能な限りコイル 13の占積率を高めることができる。

(2)インシュレータ 2の角部 2cの曲率半径 Rは、各ティース部 11 (各嵌合部 2b)の根 元部 21における値を 100%とすると該ティース部 11の先端部 22の値が 28%以上 3 2%以下の範囲の特定値となるように連続的に減小している。このため、インシュレー タ 2の強度を確保しつつ、各嵌合部 2bの角部 2cが連なって形成される一対の稜線 2 0, 20を径方向に沿って延びる互いに略平行な直線状することができる。これにより、 ステータ 1の各スロット 12に収容される巻線の量 (巻線密度）を高めることができるとと もに、前述した構成により、ステータ 1の径方向外方側程、インシュレータ 2を介してテ ィース部 11にコイル 13を強い力で確実に巻回できるようになる。この結果、ステータ 1 の径方向内方側で上層の巻線 13aの下層の巻線 13aへの割り込み量が大きくなつて 増加するコイル 13の巻きずれが有効に抑制され、コイル 13の占積率を最大とするこ とができるようになる。

(3)インシュレータ 2の角部 2cの曲率半径 Rが直線状に減小しているので、インシュ レータ 2のティース部 11を包囲する部分（インシュレータ 2が各ティース部 11とコイル 13とを絶縁している部分）、即ち、インシュレータ 2の各嵌合部 2bの設計が容易となり 、その製作も簡単に行えるようになる。 [0031] 尚、本実施形態の電動モータのステータ 1は、図 7に示すような、自動車のアイドル ストップ時のトランスミッションの油圧源として使用される電動ポンプユニット 30に適用 すること力 Sできる。即ち、例えば、アウターロータ 3と該アウターロータ 3と嚙み合わされ て回転可能とされたインナーロータ 4とを有して流体を吸引'吐出するトロコイドポンプ 5 (ポンプ部）と、インナーロータ 4を軸支するロータ 6を介してトロコイドポンプ 5を駆動 する電動モータ 8と、を備えた電動ポンプユニット 30において、電動モータ 8を構成 するステータを、上述した電動モータのステータ 1により構成することができる。

[0032] 詳しくは、このような電動ポンプユニット 30では、図 7に示すように、トロコイドポンプ 5は、ポンプハウジング 70に収容され、トロコイド歯形を有するアウターロータ 3と該ァ ウタ一ロータ 3と嚙み合わされて回転可能とされたインナーロータ 4とを有し、オイル等 の流体を吸引'吐出するように構成されている。一方、電動モータ 8は、ポンプハウジ ング 70に連通一体化されたモータハウジング 80に収容され、インナーロータ 4を軸 支するとともにポンプハウジング 70を揷通するロータ 6を介してトロコイドポンプ 5を駆 動するように構成されている。そして、このロータ 6は、電動ポンプユニット 30内のポン プ側及びモータ側において、それぞれ転がり軸受 6a, 6bを介してポンプハウジング 7 0及びモータハウジング 80に対して回転自在に支持されている。尚、この電動ポンプ ユニット 30では、モータハウジング 80の外側端面 80a側から、電動モータ 8を制御す るための回路基板 9が図示しないねじを介して該モータハウジング 80に取り付けられ ている。そして、この回路基板 9は、該基板 9上のコイルやコンデンサ等の電子部品 9 aとともにコントローラ収容部 9bに収容され、それら各部材 9, 9a,及び 9bによって電 動ポンプユニット 30のコントローラ 100を構成している。

[0033] 本実施形態の電動モータのステータ 1を上述したような電動ポンプユニット 30に適 用すると、以下の作用 ·効果が得られるようになる。即ち、

(4)トロコイドポンプ 5と電動モータ 8とがユニット化されてなる電動ポンプユニット 30に ぉレ、て、電動モータ 8のステータ 1におけるコイル 13の占積率を高めることができる。 これにより、電動モータ 8のさらなる小型化や回転力（応答性能）の向上が実現され、 電動ポンプユニット全体としての小型化や高性能化を実現できる。このような効果は、 特に使用部品の小型化や高性能化が強く要望されている自動車用途として電動ポ ンプユニット 30を用いる場合に有用なものとなる。

[0034] 尚、上記実施形態は以下のように変形してもよい。

•上記実施形態では、インシュレータ 2の角部 2cの曲率半径 Rが直線状に減小して いた。しかし、これに限られず、該曲率半径 Rは、上に凸の曲線状に減小していても（ 図 5の仮想線 Q参照）、本発明の技術的思想に含まれる。

[0035] 同構成によれば、インシュレータ 2の角部 2cの曲率半径 Rが上に凸の曲線状に減 小しているので、ステータ 1の径方向外方及び内方において、コイル 13が巻回される インシュレータ 2 (嵌合部 2b)の周長の差分が拡大し、ステータ 1の径方向外方側程、 インシュレータ 2を介してティース部 11にコイル 13を強い力で巻回できるようになる。 この結果、ステータ 1の径方向内方側で上層の巻線 13aの下層の巻線 13aへの割り 込み量が大きくなつて増加するコイル 13の巻きずれが効果的に抑止され、ステータ 1 において可能な限りコイル 13の占積率を高めることができるようになる。

[0036] ·上記実施形態では、インシュレータ 2の角部 2cの曲率半径 Rは、その幅方向左右

(一対の稜線 20, 20)側にて対称に連続的に減小するように構成した。しかし、これ に限られず、幅方向において左右非対称であっても、上記実施形態と同等の作用効 果を奏する限り、本発明の技術的思想に含まれることは勿論である。

Claims

請求の範囲

[1] 電動モータのステータは、

径方向内方に突出した複数のティース部を有する筒状のステータコアと、 前記ステータコアの軸方向から前記ステータコアに装着されたインシュレータと、 前記インシュレータにより前記ステータコアから絶縁された状態で各ティース部に対 応する前記インシュレータの部位に巻回されるコイルと、

を備え、

前記コイルが巻回される前記インシュレータの角部の曲率半径 R力 前記ティース 部の根元部から先端部に向力、うに従って連続的に減少している。

[2] 請求項 1に記載の電動モータのステータにおレ、て、

前記インシュレータの角部の曲率半径 Rは、各ティース部の根元部における値を 1

00%とすると該ティース部の先端部の値が 28%以上 32%以下の範囲の特定値とな るように連続的に減小している。

[3] 請求項 1又は 2に記載の電動モータのステータにおいて、

前記インシュレータの角部の曲率半径 Rが直線状に減小している。

[4] 請求項 1又は 2に記載の電動モータのステータにおいて、

前記インシュレータの角部の曲率半径 Rが上に凸の曲線状に減小している。

[5] 電動モータは、

請求項 1〜請求項 4のいずれかに記載の電動モータのステータと、

該ステ一タの各ティース部に包囲されるように配置されたロータと、

を備； ^る。

[6] 電動ポンプユニットは、

アウターロータと該アウターロータと嚙み合わされて回転可能とされたインナーロー タとを有して流体を吸引'吐出するポンプ部と、

前記インナーロータを軸支するロータを介して前記ポンプ部を駆動する、請求項 5 に記載の電動モータと、

を備； ^る。