JP2017204960A - 回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】組立性を損なうことなくステータをハウジングに固定できる回転電機を提供すること。
【解決手段】ステータ１００は、ステータコア１２０に周方向に所定の間隔で配置された複数のステータティース１２２と、隣り合うステータティース１２２の間に、巻線１１１の両端部１１１Ａが径方向外方側に延伸するように巻かれた電機子コイル１１０とを有する。回転電機１は、ステータ１００を覆うように保持しハウジングに固定する保持部材１４０を備え、保持部材１４０は、周方向に所定の間隔で配置されステータティース１２２の側面部１２２ａの端部側が挿入される保持孔１４０Ｄと、巻線１１１の両端部１１１Ａが径方向外方側に引き出されるスリット１４０Ｈ、１４０Ｉとを有する。
【選択図】図１２

Description

本発明は、回転電機に関する。

永久磁石の磁束を利用してトルクを出力する回転電機では、永久磁石による有効磁束量を可変することができる回転電機が知られている。例えば、特許文献１には、電機子巻線が巻かれた固定子と、該固定子と空隙を介して回転可能に設けられた回転子を有する回転電機において、固定子が回転軸方向に第１回転子と第２回転子とに二分割され、それぞれに極性の異なる界磁用磁石が回転方向に交互に配置された構造が記載されている。

このような構造から、特許文献１に記載の回転電機は、トルクや回転数の変化に応じて第２回転子を動作させ、第１回転子の永久磁石の極性と第２回転子の永久磁石の極性との位置関係を可変することによって、永久磁石による有効磁束量を調整することができる。

特開２０１０−２４６１９６号公報

特許文献１に記載のように電機子巻線が固定子鉄心に巻回された回転電機にあっては、固定子をハウジングに固定して静止状態に保持する必要がある。そのため、電機子巻線を外側に引き出すことを可能にしつつ、組立性を損なうことなく固定子をハウジングに固定することが求められていた。

しかしながら、特許文献１に記載の回転電機は、組立性を損なうことなくステータをハウジングに固定することについて考慮されておらず、検討が求められていた。

本発明は、上述のような事情に鑑みてなされたもので、組立性を損なうことなくステータをハウジングに固定できる回転電機を提供することを目的とする。

本発明は、上記目的を達成するため、環状のステータコアを有するステータと、前記ステータの軸方向または径方向の少なくともいずれか一つの面側で前記ステータコアに対向するロータコアを有するロータと、を備える回転電機であって、前記ステータは、前記ステータコアに周方向に所定の間隔で配置された複数のティース部と、隣り合う前記ティース部の間に、巻線の両端部が径方向外方側に延伸するように巻かれた電機子コイルとを有し、前記ステータを覆うように保持しハウジングに固定する保持部材を備え、前記保持部材は、周方向に所定の間隔で配置され前記ティース部の端部側が挿入される保持孔と、前記巻線の両端部が径方向外方側に引き出されるスリットとを有することを特徴とする。

本発明によれば、組立性を損なうことなくステータをハウジングに固定できる回転電機を提供することができる。

図１は、本発明の一実施の形態に係る回転電機の斜視図である。 図２は、本発明の一実施の形態に係る回転電機の一部断面斜視図である。 図３は、本発明の一実施の形態に係る回転電機を示す一部断面斜視図であって、電機子コイル、誘導コイルおよび界磁コイルを省略した図である。 図４は、本発明の一実施の形態に係る回転電機における誘導コイルおよび界磁コイルと整流回路との結線図である。 図５は、本発明の一実施の形態に係る回転電機を示す一部断面斜視図であって、第１のロータティースが、永久磁石の磁極と反対の磁極に磁化された状態を示す図である。 図６は、本発明の一実施の形態に係る回転電機の斜視図であって、永久磁石の磁束と界磁コイルの磁束とが打ち消し合う状態を示す図である。 図７は、本発明の一実施の形態に係る回転電機のロータが高回転しているときのロータからステータに鎖交する磁束量を示す模式図である。 図８は、本発明の一実施の形態に係る回転電機の、ロータの回転速度に対するロータからステータに鎖交する磁束量を示すグラフである。 図９は、本発明の一実施の形態に係る回転電機の、ステータの斜視図である。 図１０は、本発明の一実施の形態に係る回転電機の、ステータのバスバーの構成を示す斜視図である。 図１１は、本発明の一実施の形態に係る回転電機の、ステータの一相分のバスバーの構成を示す斜視図である。 図１２は、本発明の一実施の形態に係る回転電機の、ステータを保持する保持部材の組付構造を示す斜視図である。 図１３は、本発明の一実施の形態に係る回転電機の、保持部材の内面側の構成を示す斜視図である。 図１４は、本発明の一実施の形態に係る回転電機の、保持部材によるステータの保持構造を示す斜視図である。 図１５は、本発明の一実施の形態に係る回転電機の、第１の保護部材の組付工程を示す斜視図である。 図１６は、本発明の一実施の形態に係る回転電機の、第２の保護部材の組付工程を示す斜視図である。 図１７は、本発明の一実施の形態に係る回転電機の、第３の保護部材の組付工程を示す斜視図である。 図１８は、本発明の一実施の形態に係る回転電機の、第１から第３の保護部材の組付完了状態を示す斜視図である。 図１９は、本発明の一実施の形態に係る回転電機の、第４の保護部材の組付工程を示す斜視図である。 図２０は、本発明の一実施の形態に係る回転電機の、第５の保護部材の組付工程を示す斜視図である。 図２１は、本発明の一実施の形態に係る回転電機の、第４と第５の保護部材の組付完了状態を示す斜視図である。 図２２は、本発明の一実施の形態に係る回転電機の、ステータをハウジングに固定した状態を示す斜視図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。図１から図２２は本発明の一実施の形態に係る回転電機を説明する図である。

図１及び図２に示すように、回転電機１は、通電により磁束を発生させるＷ相、Ｖ相、Ｕ相の三相の電機子コイル１１０を有するステータ１００と、ステータ１００で発生した磁束の通過により回転するロータ２００と、を備えている。

（ステータ）
ステータ１００は、高透磁率の磁性材料からなる環状のステータコア１２０と、このステータコア１２０に巻き回された電機子コイル１１０とを備えている。ステータ１００は、後述する保持部材を介してハウジングに磁気的に遮断された状態で固定されている。これにより、例えば漏れ磁束の発生等が抑制される。

図２、図３に示すように、ステータコア１２０は、円環状のステータヨーク１２１と、このステータヨーク１２１から軸方向の両側と径方向の内面側とに突出したステータティース１２２とを備えている。ステータティース１２２は、ステータヨーク１２１に周方向に所定の間隔で複数形成されている。周方向に隣り合うステータティース１２２の間には、溝状の空間であるスロット１２５が形成されている。

ここで、軸方向とは、ロータ２００の回転軸２０（図７参照）が延伸する方向を示す。径方向とは、ロータ２００の回転軸２０が延伸する方向と直交する方向であり、回転軸２０を中心として放射方向に示される。径方向の内方側とは、径方向においてロータ２００の回転軸２０に近い側を示し、径方向の外方側とは、径方向においてロータ２００の回転軸２０から遠い側を示す。周方向とは、ロータ２００の回転軸２０を中心とする円周方向を示す。

電機子コイル１１０は、ステータコア１２０の周方向において隣り合うステータティース１２２の間に形成されたスロット１２５にトロイダル巻されている。Ｗ相、Ｖ相、Ｕ相の各電機子コイル１１０は、集中巻によりスロット１２５に巻き回されている。トロイダル巻とは、ステータコア１２０の環の内側と外側を交互に通るよう周回させて、ステータコア１２０に電機子コイル１１０の巻線を巻き回す方法である。

電機子コイル１１０は、断面が長方形の平角線からなり、エッジワイズ巻によるトロイダル巻の状態で、スロット１２５に巻回されている。エッジワイズ巻とは、スロット１２５に対して、平角線の短辺を回転電機１の径方向の内側と外側に対向させて、平角線を縦に巻き回す方法である。

これにより、巻ピッチ方向に隣り合う平角線同士が長辺で面接触するため、電流に応じた断面積を維持したまま巻数を増加できる。このため、電機子コイル１１０の占積率を向上でき、ステータ１００の起磁力を増大できる。

ステータティース１２２は、ステータコア１２０の軸方向の一方側及び他方側の側面部１２２ａと、ステータコア１２０の径方向の内面部１２２ｂとを有している。ステータティース１２２の側面部１２２ａには、後述する第１のロータティース２１２が軸方向に対向するようになっている。ステータティース１２２の内面部１２２ｂには、後述する第２のロータティース２８２が径方向に対向するようになっている。

ステータ１００は、電機子コイル１１０に三相交流が供給されることで、周方向に回転する回転磁界を発生させる。ステータ１００で発生した磁束（以下、この磁束を「主磁束」という）は、ロータ２００に鎖交するようになっている。これにより、ステータ１００は、ロータ２００を回転させることができる。

具体的には、電機子コイル１１０は、ステータティース１２２の周方向における両隣に配置されており、この一対の電機子コイル１１０は、一方の電機子コイル１１０から発生する磁束と、他方の電機子コイル１１０から発生する磁束とで、磁束の方向が周方向において反対方向となるように、その巻方向及び通電方向が設定されている。

これにより、例えば一方の電機子コイル１１０がＶ＋相で、他方の電機子コイル１１０がＶ−相の場合、この一対の電機子コイル１１０から発生する磁束は、一対の電機子コイル１１０によって挟まれるステータティース１２２に向かい、ステータティース１２２においてぶつかり合うように発生する。そして、ステータティース１２２で発生した磁束は、ステータコア１２０の周方向と直交する側の方向に向きを変え、ステータティース１２２からロータ２００に向かう。

そして、ロータ２００に向かった磁束の一部は、後述する第１のロータコア２１０及び第２のロータコア２８０を通過した後、Ｗ＋相とＷ−相の一対の電機子コイル１１０によって挟まれたステータティース１２２に向かう。また、ロータ２００に向かった磁束の一部は、後述する第１のロータコア２１０及び第２のロータコア２８０を通過した後、Ｕ＋相とＵ−相の一対の電機子コイル１１０によって挟まれたステータティース１２２に向かう。

このように、ステータティース１２２とロータ２００とが対向する面では、電機子コイル１１０で発生した磁束の磁気回路が構成される。回転電機１は、ステータティース１２２とロータ２００とが対向する面をトルク発生面としてロータ２００を回転させる。

また、ステータ１００は、上述の通り、電機子コイル１１０がトロイダル巻で、かつ集中巻されている。このため、電機子コイル１１０に三相交流を供給した場合、ステータ１００には、ロータ２００の回転と同期して回転する回転磁界の他に、ロータ２００の回転と非同期の高調波回転磁界が発生する。この高調波回転磁界には、静止座標系における第２次空間高調波（同期回転座標系における第３次時間高調波）が含まれる。したがって、ステータ１００で発生する磁束には、高調波成分が重畳されていることとなる。

（ロータ）
図１、図２、図３に示すように、ロータ２００は、軸方向においてステータ１００を挟むようにして配置された一対のアキシャルギャップロータ２００Ａ、２００Ｂと、ステータコア１２０の径方向の内方側に配置されたラジアルギャップロータ２００Ｃとを含んで構成されている。

一対のアキシャルギャップロータ２００Ａ、２００Ｂとラジアルギャップロータ２００Ｃとは、互いに同期して回転するように回転軸２０（図７参照）に対して一体回転可能に固定されている。一対のアキシャルギャップロータ２００Ａ、２００Ｂとラジアルギャップロータ２００Ｃとは、一体化されていてもよい。

一対のアキシャルギャップロータ２００Ａ、２００Ｂのそれぞれは、高透磁率の磁性材料からなる環状の第１のロータコア２１０と、誘導コイル２１５と、界磁コイル２１６とを備えている。第１のロータコア２１０は、円環状の第１のロータヨーク２１１と、このロータヨーク２１１から軸方向のステータ１００側に向けて突出した第１のロータティース２１２とを備えている。第１のロータティース２１２は、第１のロータヨーク２１１の周方向に沿って所定の間隔をおいて複数形成されている。

第１のロータティース２１２は、ステータコア１２０の軸方向の両面側、すなわちステータコア１２０の軸方向の一方側及び他方側で、ステータティース１２２の側面部１２２ａに対向するようになっている。

第１のロータティース２１２には、誘導コイル２１５及び界磁コイル２１６が軸方向に層をなすようにして巻かれている。誘導コイル２１５及び界磁コイル２１６は、いずれも絶縁材料で被覆した巻線からなる。

誘導コイル２１５は、界磁コイル２１６よりもステータ１００側に配置されている。誘導コイル２１５は、ステータ１００側で発生した磁束に重畳された高調波成分に基づいて誘導電流を発生するようになっている。

具体的には、三相交流が電機子コイル１１０に供給されてステータ１００に回転磁界が発生すると、ステータ１００側で発生した高調波成分の磁束が誘導コイル２１５に鎖交する。これにより、誘導コイル２１５は、誘導電流を誘起させる。

界磁コイル２１６は、誘導コイル２１５よりも第１のロータコア２１０側に配置されている。界磁コイル２１６は、誘導コイル２１５で発生した誘導電流が整流されて供給されることにより磁界を発生させるようになっている。

これにより、第１のロータティース２１２を電磁石として機能させることができ、ステータティース１２２と第１のロータティース２１２とが対向する面をトルク発生面として機能させることができる。

ラジアルギャップロータ２００Ｃは、高透磁率の磁性材料からなり回転軸２０（図７参照）に対して一体回転可能に固定された第２のロータコア２８０と、永久磁石２８３とを有する。

第２のロータコア２８０は、環状の第２のロータヨーク２８１と、この第２のロータヨーク２８１から径方向の外方に向けて突出した第２のロータティース２８２とを備えている。第２のロータティース２８２は、第２のロータヨーク２８１の周方向に沿って所定の間隔をおいて複数形成されている。

第２のロータティース２８２は、ステータコア１２０の径方向の内面側においてステータティース１２２の内面部１２２ｂと対向するようになっている。第２のロータティース２８２には、永久磁石２８３が配置されている。

永久磁石２８３は、例えばネオジウム磁石（Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ磁石）で構成されており、第２のロータティース２８２に内包されている。

（整流回路）
また、回転電機１は、誘導コイル２１５で発生した誘導電流を整流して界磁コイル２１６に供給する整流回路３０を備えている。

図４に示すように、整流回路３０は、２つのダイオードＤ１、Ｄ２を整流素子として備え、これらダイオードＤ１、Ｄ２と２つの誘導コイル２１５、および２つの界磁コイル２１６を結線した閉回路として構成されている。整流回路３０は、ロータ２００の軸方向の一方側及び他方側の誘導コイル２１５及び界磁コイル２１６のそれぞれに対応するように、ロータ２００の軸方向の一方側及び他方側にそれぞれ設けられる。

整流回路３０における２つの誘導コイル２１５は、アキシャルギャップロータ２００Ａ、２００Ｂの周方向に隣り合う誘導コイル２１５である。２つの界磁コイル２１６は、アキシャルギャップロータ２００Ａ、２００Ｂの周方向に隣り合う界磁コイル２１６である。

ダイオードＤ１、Ｄ２は、アキシャルギャップロータ２００Ａ、２００Ｂに設けられている。

整流回路３０において、２つの誘導コイル２１５で発生した交流の誘導電流は、ダイオードＤ１、Ｄ２により直流に整流される。ダイオードＤ１、Ｄ２による整流後の直流は、直列接続されている２つの界磁コイル２１６に界磁電流として供給される。２つの界磁コイル２１６は、直流の界磁電流が供給されることにより誘導磁束を発生させる。

本実施形態では、直流の界磁電流により、２つの界磁コイル２１６が反対方向の誘導磁束を発生させるようになっている。具体的には、一方の界磁コイル２１６が巻回された第１のロータティース２１２はＮ極に磁化され、他方の界磁コイル２１６が巻回された第１のロータティース２１２はＳ極に磁化されるように、界磁コイル２１６の巻方向が設定されている。

また、図５に示すように、第１のロータティース２１２の磁極と、この第１のロータティース２１２と周方向で同位置にある永久磁石２８３の磁極とが反対の磁極に形成されるように、界磁コイル２１６の巻方向が設定されている。

（回転電機の作用）
次に、図６、図７及び図８を参照して、本実施の形態に係る回転電機１の作用について説明する。

本実施の形態に係る回転電機１は、以上説明したように、ロータ２００に永久磁石２８３を備え、その永久磁石２８３の磁束を利用してトルクを出力する永久磁石型同期モータである。

従来の永久磁石型同期モータでは、永久磁石の磁束が一定のため、ロータの回転速度が上昇するにつれて永久磁石の磁束によってステータの電機子コイルに生じる逆起電力が増加する。そして、ロータの回転速度がある回転速度に達すると、電機子コイルに生じた逆起電力が永久磁石型同期モータの電源電圧と等しくなる。これにより、永久磁石型同期モータにはそれ以上電流を流すことができなくなる。この結果、ロータの回転速度を上昇させることができなくなってしまう。

従来、こうした問題を解決するために、ステータの電機子コイルに永久磁石による磁束を打ち消す電流を流すことにより電機子コイルに生じる逆起電力を等価的に低減させる弱め界磁制御が行われていた。

しかしながら、この弱め界磁制御は、永久磁石の磁束を打ち消す方向の磁束を発生させるべく電流を流すことから、トルクに寄与しない磁束を発生させることになる。このため、出力に対して無駄なエネルギを消費しており、効率の低下を招いていた。

また、弱め界磁制御では、高調波磁束が生じるため、その高調波磁束に起因して永久磁石型同期モータの鉄損や電磁振動が増加するおそれがある。さらに、弱め界磁制御では、永久磁石の磁束に対して逆向きの磁束を発生させて永久磁石の磁束を抑え込むため、永久磁石の不可逆減磁が生じるおそれがある。このため、比較的保磁力の高い永久磁石を用いる必要があり、コストが増加してしまう。

また、永久磁石としてネオジウム磁石を用いた場合には、弱め界磁制御による外部磁場の変動により永久磁石に渦電流が生じ、永久磁石が発熱する。この発熱によって永久磁石の不可逆減磁が生じるおそれがある。したがって、耐熱性の高いレアアース等の材料を永久磁石に添加する必要がある。しかし、この場合には、添加されたレアアース等の材料が永久磁石にとって不純物となるため、永久磁石本来の性能を発揮させることができないおそれがある。

そこで、本実施の形態に係る回転電機１では、弱め界磁制御を行わずに、上述した界磁コイル２１６の作用によって、永久磁石２８３からステータ１００に鎖交する磁束量を調整可能な構成とした。これにより、本実施の形態に係る回転電機１は、上述したような弱め界磁制御による問題を解決することができる。

（ロータ低回転時）
本実施の形態に係る回転電機１においてロータ２００の回転速度が低いときは、ステータ１００に高調波成分の磁束が発生していないか、あるいは発生していても微量である。このため、界磁コイル２１６は、誘導磁束を発生してないか、あるいは発生していても微量である。

このため、第１のロータティース２１２は、Ｎ極またはＳ極の何れにも磁化されないか、磁化されても微量である。したがって、永久磁石２８３の磁束の全てがステータ１００に鎖交する。

このように、ロータ２００の回転速度が低いときは、ロータ２００の回転速度が高いときと比べて永久磁石２８３からステータ１００に鎖交する磁束の磁束量を増加させることができる。

（ロータ高回転時）
一方、本実施の形態に係る回転電機１においてロータ２００の回転速度が高いときは、ステータ１００に高調波成分の磁束が発生する。その高調波成分の磁束の磁束量は、ロータ２００の回転速度が上昇するにつれて増加する。

これにより、アキシャルギャップロータ２００Ａ、２００Ｂの誘導コイル２１５において誘導電流が誘起され、この誘起された誘導電流が整流回路３０によって整流されて直流電流として界磁コイル２１６に供給される。

直流電流が供給された界磁コイル２１６は、周方向における同じ位置に相当する永久磁石２８３の磁極とは反対の磁極となるよう、第１のロータティース２１２を磁化する方向に磁束を発生させる。すなわち、図５に示すように、第１のロータティース２１２の磁極と永久磁石２８３の磁極とは反対の磁極に形成される。

このため、図６に示すように、界磁コイル２１６による磁束の磁路（白抜きの矢印で示す）が、軸方向および径方向の両方で、永久磁石２８３による磁束の磁路（黒塗りの矢印で示す）とは逆方向に発生する。この逆向きの磁路は、ステータ１００のステータコア１２０において打ち消し合う。

したがって、図７に示すように、永久磁石２８３の磁束のうち、界磁コイル２１６の磁束によって打ち消されなかった磁束が、ステータ１００に鎖交する。また、永久磁石２８３の磁束の一部が、ステータコア１２０の軸方向の端部において、ギャップ（空隙）を通過して第１のロータティース２１２側に流れる。この結果、永久磁石２８３からステータ１００に鎖交する磁束の磁束量が抑えられる。

また、図８において、回転数Ｒ１より小さい領域では、第１のロータティース２１２に磁極が形成されず、径方向において永久磁石２８３の磁束がステータ１００に鎖交する。また、回転数Ｒ１より大きい領域では、第１のロータティース２１２の磁極が永久磁石２８３の磁極とは反対の磁極に形成されるので、径方向と軸方向において永久磁石２８３の磁束がステータ１００に鎖交し、永久磁石２８３からステータ１００に鎖交する磁束の磁束量が抑えられる。また、ロータ２００の回転数が高くなるに連れて、誘導コイル２１５に誘起される誘導電流が多くなり、永久磁石２８３からステータ１００に鎖交する磁束の磁束量が減少する。

したがって、ロータ２００の回転速度が高い場合であっても弱め界磁制御を不要とすることができる。このため、弱め界磁制御により生ずる高調波磁束に起因した鉄損や電磁振動を防止することができる。

さらに、弱め界磁制御を不要としたので、保磁力の高い永久磁石を用いる必要がなく、また耐熱性の高いレアアース等の材料を永久磁石に添加する必要もない。これにより、回転電機１のコストを低減させることができる。

このように、本実施の形態に係る回転電機１では、弱め界磁制御を行わずに永久磁石２８３からステータ１００に鎖交する磁束量を調整可能としたので、ロータ２００の回転速度が高いときであっても効率の低下を防止することができる。また、ロータ２００の回転速度が低いときには出力の向上を図ることができる。

（ステータの機械構造）
図９、図１０において、電機子コイル１１０の巻線１１１は、３相１２スロットの４並列で結線されている。電機子コイル１１０は、ステータティース１２２の間に、巻線１１１の両端部１１１Ａが径方向外方側に延伸するように巻かれている。ここで、ステータティース１２２は本発明におけるティース部を構成している。

ステータ１００の軸方向の他方側において、ステータコア１２０を挟んで対向する同相（Ｕ＋、Ｕ―）の２つの電機子コイル１１０の巻線１１１が、直列に結線されている。

回転電機１は、平角線からなる複数のバスバー１７１を備えている。

ステータ１００の軸方向の一方側において、各同相の巻線１１１が４並列となるように、バスバー１７１により結線されている。結線の方法としては、溶接、半田付け、カシメ、ヒュージング等を採用できる。

バスバー１７１は、相毎に電機子コイル１１０の巻線１１１の両端部１１１Ａを結線している。バスバー１７１は、平角線の短辺が周方向に沿うように配置されている。これにより、回転電機１が径方向に大型化するのを防止できる。

バスバー１７１は、Ｗ相用、Ｖ相用、Ｕ相用および中性点用の４種類が用意されている。これらのバスバー１７１のうち、中性点用のバスバー１７１は、残りのＷ相用、Ｖ相用、Ｕ相用のバスバー１７１よりも太く形成されている。

バスバー１７１は、ステータ１００の外周側において、ステータ１００の軸方向一端側の同一平面上に配置されている。また、バスバー１７１は、３相と中性点を含む４種類で異なる径の同心円となるように、予め曲げ加工により円弧状に成形されている。

具体的には、中性点用のバスバー１７１が最も外周側に配置されている。また、Ｗ相用、Ｖ相用、Ｕ相用のバスバー１７１は、中性点用のバスバー１７１の内周側に、相毎に異なる径の同心円となるように配置されている。

このように、予め成形したバスバー１７１を用いて電機子コイル１１０の巻線１１１を結線するようにしたことで、組立性を向上でき、回転電機１を小型化できる。また、各相のバスバー１７１が干渉することを防止できる。

また、相毎にバスバー１７１の円弧の径が異なるようにバスバー１７１を形成して配置したことで、バスバー１７１が互いに干渉するのを防止できる。これにより、バスバー１７１の絶縁性を向上させることができる。また、バスバー１７１同士が近接することを防止でき、放熱性を向上させることができる。

図１１において、Ｗ相、Ｖ相、Ｕ相のうちの１相分の３つのバスバー１７１は、周方向に９０度離れた同じ相の巻線１１１（図９、図１０参照）を結線している。

Ｗ相、Ｖ相、Ｕ相のバスバー１７１は、端部１７１Ａと、ステータ１００の外周形状に沿って円弧状に形成された本体部１７１Ｂとを有している。

また、バスバー１７１は、軸方向に延伸する曲状部１７１Ｃと、端部１７１Ａが径方向外方側に延伸している延伸部１７１Ｄとを有している。

曲状部１７１Ｃは、本体部１７１Ｂにおける端部１７１Ａ側に形成されており、周方向に沿って円弧状に湾曲しつつ軸方向の一方側に延伸している。

延伸部１７１Ｄは、本体部１７１Ｂから端部１７１Ａに渡って形成された部位であり、本体部１７１Ｂから径方向外方側に延伸している。これらの曲状部１７１Ｃおよび延伸部１７１Ｄは、全てのバスバー１７１に設けられている。全てのバスバー１７１の延伸部１７１Ｄは同一平面に配置されている。

すなわち、バスバー１７１は、曲状部１７１Ｃにおいて軸方向に曲げられている。これにより、バスバー１７１同士の高さを異ならせ、互いに干渉することを防止しつつ、その端部１７１Ａを外周部に取り出して結線できる。なお、１２スロット以外の構成であっても、バスバー１７１の曲げ角度を変えることで、バスバー１７１同士の干渉を避けて結線を行うことができる。

また、全てのバスバーの延伸部１７１Ｄを同一平面に配置できるため、同一平面上でバスバー１７１の結線作業を容易に行うことができ、回転電機１を軸方向に小型化できる。

図１２、図１３、図１４において、回転電機１は、非磁性金属からなる保持部材１４０を備えており、この保持部材１４０は、ステータ１００を覆うように保持している。

保持部材１４０は、軸方向の一方側の保持部材１４１と、軸方向の他方側の保持部材１４２とに、軸方向に２分割されている。保持部材１４０は、ステータ１００を覆うように保持した状態で、ハウジング５０に固定される（図２２参照）。したがって、保持部材１４０はステータ１００を保持してハウジング５０に固定している。

保持部材１４１および保持部材１４２は軸方向に概ね対称に形成されている。以下、保持部材１４１について詳細を説明し、保持部材１４１と保持部材１４２の差異については後述する。

保持部材１４１は、軸方向の一方側の平面部１４０Ａと、この平面部１４０Ａの外周部に連続する筒状の筒状部１４０Ｂと、筒状部１４０Ｂの軸方向の他方側の端部に連続して径方向外方側に延びるフランジ部１４０Ｃとを有する。

平面部１４０Ａには、ステータコア１２０のステータティース１２２の形状に型取られた保持孔１４０Ｄが形成されている。保持孔１４０Ｄには、ステータティース１２２が嵌め込まれるようになっている。したがって、保持部材１４０は、２つの保持部材１４１、１４２の保持孔１４０Ｄにより、矢印Ａおよび矢印Ｂで示すように、軸方向の両側からステータティース１２２を保持することができる。

筒状部１４０Ｂには、軸方向に延びるスリット１４０Ｈが形成されており、このスリット１４０Ｈは、筒状部１４０Ｂを径方向に貫通している。

フランジ部１４０Ｃには、径方向に延びるスリット１４０Ｉが形成されており、このスリット１４０Ｉは、フランジ部１４０Ｃを軸方向に貫通している。スリット１４０Ｈおよびスリット１４０Ｉは、周方向の同位置に配置されており、互いに連続している。

フランジ部１４０Ｃにスリット１４０Ｉを形成したことで、保持部材１４１をステータ１００に組み付ける際に、巻線１１１の端部１１１Ａを径方向に延伸させたまま、巻線１１１をスリット１４０Ｉに通過させることができる。

筒状部１４０Ｂにスリット１４０Ｈを形成したことで、保持部材１４１をステータ１００に組み付けた後は、巻線１１１の両端部１１１Ａを、保持部材１４１と干渉することなく、スリット１４０Ｈを介して径方向外方側に引き出すことができる。

保持部材１４１のステータ１００側の面には、爪部１４０Ｅ、１４０Ｆ、１４０Ｇが設けられており、この爪部１４０Ｅ、１４０Ｆ、１４０Ｇは、ステータティース１２２を保持している。

具体的には、爪部１４０Ｅ、１４０Ｇは、保持孔１４０Ｄの周方向の端部周辺において平面部１４０Ａから筒状部１４０Ｂに渡って形成されており、保持孔１４０Ｄに嵌め合わされたステータティース１２２を周方向の両側から保持している。

さらに、爪部１４０Ｅ、１４０Ｇは、軸方向の先端部でステータヨーク１２１に当接しており、ステータヨーク１２１を軸方向に保持している。

また、爪部１４０Ｆは、保持孔１４０Ｄの径方向内方側周辺における平面部１４０Ａに形成されており、保持孔１４０Ｄに嵌め合わされたステータティース１２２を径方向内方側から保持している。

さらに、爪部１４０Ｆは、軸方向の先端部でステータティース１２２の内面部に当接しており、ステータティース１２２を軸方向に保持している。

これらの爪部１４０Ｅ、１４０Ｆ、１４０Ｇは、ステータコア１２０と電機子コイル１１０に干渉しない空間に設けられている。すなわち、爪部１４０Ｅ、１４０Ｆ、１４０Ｇは、電機子コイル１１０が巻回されていないステータティース１２２の近傍に設けられている。保持部材１４１に爪部１４０Ｅ、１４０Ｆ、１４０Ｇを設けたことにより、ステータコア１２０と電機子コイル１１０に干渉しない空間を利用して、保持部材１４１によりステータコア１２０を保持することができる。

フランジ部１４０Ｃには凸部１４０Ｊと凹部１４０Ｋとが周方向に交互に形成されている。保持部材１４１と保持部材１４２とは、凸部１４０Ｊと凹部１４０Ｋを嵌め合わせることで周方向の相対回転が規制される。

フランジ部１４０Ｃの外周部には、複数のボルト挿通孔１４０Ｌが周方向に形成されており、このボルト挿通孔１４０Ｌは、フランジ部１４０Ｃを軸方向に貫通している。このボルト挿通孔１４０Ｌにボルト４２（図２２参照）を刺し通して、ハウジング５０のボルト締結孔５１Ｂに締結することで、保持部材１４０がハウジング５０に固定される。ボルト締結孔５１Ｂは、ハウジング５０の内部に設けられた台座部５１Ａに形成されている。

このように、保持部材１４０を、保持部材１４１と保持部材１４２とに軸方向に２分割し、この保持部材１４１、１４２で軸方向の両側から覆うようにステータコア１２０を保持したことで、組立性を損なうことなくステータコア１２０をハウジング５０に固定できる。

保持部材１４１、１４２にスリット１４０Ｈ、１４０Ｉを設けたことにより、電機子コイル１１０の巻線１１１の端部１１１Ａに干渉することなく、保持部材１４１、１４２によりステータコア１２０を軸方向の両側から保持することができる。

また、保持部材１４１、１４２の保持孔１４０Ｄの周辺に爪部１４０Ｅ、１４０Ｆ、１４０Ｇを設けたことにより、電機子コイル１１０の巻線１１１に干渉しない空間を利用してステータコア１２０を保持部材１４１、１４２により保持することができる。

また、爪部１４０Ｅ、１４０Ｆ、１４０Ｇによりステータコア１２０を径方向、周方向、および軸方向に精度良く位置決めできるため、ステータ１００の同心度およびギャップ長を容易に精度よく管理することができる。

保持部材１４１、１４２の平面部１４０Ａの軸線方向の外側の端面は、ステータティース１２２の側面部１２２ａの端面より軸方向の中心側にオフセットされている。すなわち、ステータティース１２２の側面部１２２ａの端面は、平面部１４０Ａよりもアキシャルギャップロータ２００Ａ、２００Ｂ側に突出している。これにより、渦電流の発生を抑制でき、性能を劣化させることなくステータコア１２０を保持部材１４１、１４２により保持することができる。さらに、この保持部材１４１、１４２の平面部１４０Ａにより電機子コイル１１０を軸方向に覆っていることで、電機子コイル１１０がアキシャルギャップロータ２００Ａ、２００Ｂ側に露出することを防止できる。これにより、電機子コイル１１０を保護でき、絶縁性を向上させることができる。

保持部材１４１、１４２のフランジ部１４０Ｃの外周部にボルト挿通孔１４０Ｌを設けたことで、ステータ１００を覆うよう保持した保持部材１４１、１４２を、ボルト４２によりハウジング５０に容易に固定することができる。このため、回転電機１の組立性を向上させることができる。また、ハウジング５０に対してステータコア１２０を軸方向に精度よく固定できるため、ステータティース１２２と第１のロータティース２１２との軸方向のギャップを容易に管理することができる。

図１５、図１６において、回転電機１は、樹脂からなる円環状の第１の保護部材１５１を備えており、この第１の保護部材１５１には、前述のバスバー１７１が収容される。第１の保護部材１５１の軸方向一方側の面には、同心円状の４つの溝１５１Ｂが形成されており、これらの溝１５１Ｂには、各相のバスバー１７１が収納される。４つの溝１５１Ｂは、３つの仕切り壁１５１Ａにより仕切られている。

第１の保護部材１５１の軸方向一方側の面には、この第１の保護部材１５１を径方向に貫通するスリット１５１Ｃが周方向に所定の間隔で複数設けられている。バスバー１７１の端部１７１Ａは、このスリット１５１Ｃを通して径方向外方側に引き出される。

この第１の保護部材１５１は、予めバスバー１７１を収容した状態で、軸方向の他方側に向かって保持部材１４１に組み付けられるようになっている。第１の保護部材１５１は、保持部材１４１の筒状部１４０Ｂの周囲に配置される。

第１の保護部材１５１を保持部材１４１に組み付ける際は、まず、電機子コイル１１０の巻線１１１の端部１１１Ａを周方向に予め折り曲げておいてから、第１の保護部材１５１を保持部材１４１のフランジ部１４１Ｃに接する位置に配置する。これにより、端部１１１Ａが第１の保護部材１５１に干渉することが防止される。その後、巻線１１１の端部１１１Ａは、径方向に延伸するように曲げ直される。

次いで、第１の保護部材１５１をフランジ部１４１Ｃから離れる方向に軸方向に移動することで、巻線１１１の端部１１１Ａが第１の保護部材１５１のスリット１５１Ｃに収められる。

図１６、図１７において、回転電機は、樹脂からなる円環状の第２の保護部材１５２を備えている。第２の保護部材１５２は、円弧状の２つの分割保護部材１５２Ａに等しく分割されている。

分割保護部材１５２Ａは、第１の保護部材１５１と保持部材１４１の間に、矢印Ｃで示すように径方向内方に向かって挿入される。これにより、２つの分割保護部材１５２Ａにより円環状の第２の保護部材１５２が形成される。第２の保護部材１５２は、第１の保護部材１５１を軸方向に位置決めするスペーサとして機能する。第２の保護部材１５２を第１の保護部材１５１と保持部材１４１の間に配置することで、電機子コイル１１０の巻線１１１の端部１１１Ａとバスバー１７１の端部１７１Ａとが軸方向に同じ位置に配置される。

図１７、図１８において、回転電機は、樹脂からなる円環状の第３の保護部材１５３を備えており、この第３の保護部材１５３は、第１の保護部材１５１および第２の保護部材１５２を覆うようになっている。

第３の保護部材１５３は、内筒部１５３Ａ、平面部１５３Ｂ、外筒部１５３Ｃを有しており、第２の保護部材１５２に向かって開口するコの字型（Ｕ字型）の断面形状に形成されている。

第３の保護部材１５３の外周部には着座部１５３Ｄが設けられている。着座部１５３Ｄは、外筒部１５３Ｃの軸方向の端部から径方向外方に延びるように形成されている。この着座部１５３Ｄには、軸方向に貫通するボルト挿通孔１５３Ｇが形成されている。着座部１５３Ｄは、保持部材１４１のボルト挿通孔１４０Ｌに一つおきに対応する位置に設けられている。

内筒部１５３Ａ、外筒部１５３Ｃには、スリット１５３Ｅ、１５３Ｆが周方向に所定の間隔で設けられている。スリット１５３Ｅは、電機子コイル１１０の巻線１１１の端部１１１Ａが通過する位置に配置されている。スリット１５３Ｆは、巻線１１１の端部１１１Ａおよびバスバー１７１の端部１７１Ａが通過する位置に配置されている。なお、前述の着座部１５３Ｄは、スリット１５３Ｆの設けられていない位置に配置されている。

第３の保護部材１５３は、矢印Ｂで示すように、第１の保護部材１５１、第２の保護部材１５２に対して軸方向に組付けられることで、第１の保護部材１５１、第２の保護部材１５２を軸方向および径方向から覆うようになっている。

具体的には、第３の保護部材１５３は、内筒部１５３Ａにより第１の保護部材１５１、第２の保護部材１５２を径方向内方側から覆い、外筒部１５３Ｃにより第１の保護部材１５１、第２の保護部材１５２を径方向外方側から覆い、平面部１５３Ｂにより第１の保護部材１５１、第２の保護部材１５２を軸方向に覆う。第３の保護部材１５３を組み付ける前に、第１の保護部材１５１の溝１５１Ｂに樹脂が封入されることで、バスバー１７１が固定されるようになっている。

第３の保護部材１５３の外周側に突出した巻線１１１の端部１１１Ａおよびバスバー１７１は、カシメ、溶接、半田付け、ヒュージング等によって結線される。

着座部１５３Ｄのボルト挿通孔１５３Ｇにボルト４２（図２２参照）を刺し通してハウジング５０のボルト締結孔５１Ｂに締結することで、第３の保護部材は、保持部材１４１、１４２とともにハウジング５０に固定される。

これらの第１の保護部材１５１、第２の保護部材１５２、第３の保護部材１５３は、巻線１１１の結線を保護する保護部品１５０Ａを構成している。言い換えると、保護部品１５０Ａは、第１の保護部材１５１、第２の保護部材１５２、第３の保護部材１５３とからなる３分割構造で構成されている。保護部品１５０Ａは、本発明における保護部品を構成している。

図１９、図２０、図２１において、回転電機１は、樹脂からなる複数の第４の保護部材１５４を備えており、この第４の保護部材１５４は、保持部材１４２の筒状部１４０Ｂの外周面に組み付けられる。

第４の保護部材１５４は、周方向の一方側の厚肉部１５４Ａと、周方向の他方側の薄肉部１５４Ｂとを備えており、薄肉部１５４Ｂは厚肉部１５４Ａより径方向に薄く形成されている。厚肉部１５４Ａおよび薄肉部１５４Ｂには、ボルト挿通孔１５４Ｅが径方向に貫通している。

第４の保護部材１５４は、厚肉部１５４Ａのボルト挿通孔１５４Ｅにボルト４１を挿し通して保持部材１４２の筒状部１４０Ｂの１４２Ｎに締結することで、矢印Ｄで示すように径方向の外方から保持部材１４２に固定される。

第４の保護部材１５４の軸方向の一端部には、２つのスリット１５４Ｄが形成されており、このスリット１５４Ｄを通して巻線１１１の端部１１１Ａが径方向外方に引き出される。

また、第４の保護部材１５４は巻線支持部１５４Ｃを備えており、この巻線支持部１５４Ｃは、厚肉部１５４Ａおよび薄肉部１５４Ｂの軸方向一端側の、２つのスリット１５４Ｄの間に設けられている。巻線支持部１５４Ｃは、薄肉部１５４Ｂよりも径方向に薄く形成されている。

スリット１５４Ｄを通して引き出された巻線１１１の端部１１１Ａは、ステータティース１２２を挟んで周方向に隣合う他の巻線１１１の端部１１１Ａに向かうように、巻線支持部１５４Ｃに沿って周方向に曲げられる。このとき、巻線支持部１５４Ｃは、巻線１１１の周方向に延びる部位を径方向内方から支持する。

その後、巻線１１１の端部１１１Ａは、周方向に隣合う他の巻線１１１の端部１１１Ａに沿うように径方向外方に曲げられる。これにより、２つの巻線１１１の端部１１１Ａ同士が同一部位で重ねられて結線部が形成される。

また、回転電機１は、樹脂からなる第５の保護部材１５５を備えており、この第５の保護部材１５５は、巻線１１１の周方向に延びる部位を軸方向一方側から覆う平面部１５５Ａと、巻線１１１の周方向に延びる部位を径方向外方側から覆う筒状部１５５Ｂとを有している。

筒状部１５５Ｂは、第４の保護部材１５４の厚肉部１５４Ａに対応する位置に切り欠き１５５Ｃを有している。また、筒状部１５５Ｂは、切り欠き１５５Ｃの底部にスリット１５５Ｅを有しており、このスリット１５５Ｅを通して巻線１１１の端部１１１Ａが径方向外方に引き出されるようになっている。

筒状部１５５Ｂにはボルト挿通孔１５５Ｄが形成されており、第５の保護部材１５５は、軸方向の一方側から第４の保護部材１５４に装着された後、このボルト挿通孔１５５Ｄにボルト４１を挿し通して保持部材１４２に締結することで固定される。

これらの第４の保護部材１５４、第５の保護部材１５５は、巻線１１１の結線を保護する保護部品１５０Ｂを構成している。言い換えると、保護部品１５０Ｂは、第４の保護部材１５４、第５の保護部材１５５とからなる２分割構造で構成されている。

このように、樹脂製の保護部品１５０Ａ、１５０Ｂによって電機子コイル１１０の結線部を保護しているため、結線作業を容易化でき、組付性、絶縁性を向上させることができる。また、結線部を保護する部材を保護部品１５０Ａ、１５０Ｂに２分割し、さらに保護部品１５０Ａ、１５０Ｂのそれぞれ分割構造としたことで、組立性を向上することができる。そして、結線部を外周方向から取り出すことができ、かつ、結線部におけるバスバー１７１および巻線１１１の重ね合わせ面が同一方向にできるため、結線作業を容易化できる。また、ステータ１００が大型化するのを防止できる。

また、第１の保護部材１５１の溝１５１Ｂに樹脂を封入することで、バスバー１７１を固定でき、放熱性、堅牢性を向上させることができる。また、第１の保護部材１５１には、バスバー１７１の形状に沿うように溝１５１Ｂを形成しているため、バスバー１７１を容易に溝１５１Ｂに配置することができる。また、第１の保護部材１５１には、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相、中性点用の４つのバスバー１７１に対応する４つの溝１５１Ｂが形成されているため、組立性を向上させることができる。

以上のように、本実施の形態の回転電機１は、ステータ１００を覆うように保持しハウジング５０に固定する保持部材１４０を備えており、この保持部材１４０は、周方向に所定の間隔で配置されステータティース１２２の側面部１２２ａ側が挿入される保持孔１４０Ｄと、巻線１１１の両端部１１１Ａが径方向外方側に引き出されるスリット１４０Ｈ、１４０Ｉとを有する。

これにより、保持部材１４０の保持孔１４０Ｄにステータティース１２２を嵌め込むことで、保持部材１４０によりステータティース１２２を保持することができ、ステータ１００をハウジング５０に固定できる。

保持部材１４１、１４２にスリット１４０Ｈ、１４０Ｉを設けたことにより、電機子コイル１１０の巻線１１１の端部１１１Ａに干渉することなく、保持部材１４０によりステータコア１２０を軸方向の両側から保持することができる。このため、組立性を損なうことがない。この結果、組立性を損なうことなくステータをハウジングに固定できる。

また、本実施の形態の回転電機１によれば、巻線１１１は三相に巻かれており、巻線１１１の両端部１１１Ａは、相毎にバスバー１７１によって結線されている。そして、バスバー１７１は、軸方向に延伸する曲状部１７１Ｃと端部１７１Ａが径方向外方側に延伸している延伸部１７１Ｄとを有する。

これにより、バスバー１７１を曲状部１７１Ｃにおいて軸方向に曲げたことで、バスバー１７１同士が互いに干渉することを防止しつつ、その端部１７１Ａを外周部に取り出して結線できる。また、全てのバスバーの延伸部１７１Ｄを同一平面に配置できるため、同一平面上でバスバー１７１の結線作業を容易に行うことができ、回転電機１を軸方向に小型化できる。

また、本実施の形態の回転電機１は、巻線１１１の結線を保護する保護部品１５０Ａを備え、この保護部品１５０Ａは、バスバー１７１を収容する溝１５１Ｂの設けられた第１の保護部材１５１と、この第１の保護部材１５１と保持部材１４０との間に取り付けられた第２の保護部材１５２と、第１の保護部材１５１と第２の保護部材１５２とを覆いバスバー１７１の端部が径方向外方側に引き出されるスリット１５３Ｆの設けられた第３の保護部材１５３とを有する。

これにより、保護部品１５０Ａによって電機子コイル１１０の結線部を保護しているため、結線作業を容易化でき、組付性、絶縁性を向上させることができる。また、保護部品１５０Ａを分割構造としたことで、組立性を向上することができる。

また、スリット１５３Ｆを通して結線部を外周方向から取り出すことができ、かつ、結線部におけるバスバー１７１および巻線１１１の重ね合わせ面が同一方向にできるため、結線作業を容易化できる。また、ステータ１００が大型化するのを防止できる。

なお、本実施の形態では、第１のロータティース２１２がステータコア１２０の軸方向の両面側に対向するように設けられているが、これに限らず、例えばステータコア１２０の軸方向の一方側の側面又は他方側の側面に対向するように設けられてもよい。すなわち、第１のロータティース２１２は、ステータコア１２０の軸方向の一方側の側面及び他方側の側面のうち、いずれか一方の側面側にのみ設ける構成であってもよい。この場合、軸方向の片側のアキシャルギャップロータ２００Ａ、２００Ｂのみを採用した分、回転電機１の体格を小さくすることができる。

また、本実施の形態では、ステータ１００の径方向内面側にラジアルギャップロータ２００Ｃを配置しているが、これに限らず、例えばステータ１００の径方向外面側にラジアルギャップロータ２００Ｃを配置してもよい。

本発明の実施の形態を開示したが、当業者によっては本発明の範囲を逸脱することなく変更が加えられうることは明白である。すべてのこのような修正及び等価物が次の請求項に含まれることが意図されている。

１ 回転電機
５０ ハウジング
１００ ステータ
１１０ 電機子コイル
１１１ 巻線
１１１Ａ 端部
１２０ ステータコア
１２２ ステータティース（ティース部）
１２２ａ 側面部（ティース部の端部側）
１４０ 保持部材
１４０Ｄ 保持孔
１４０Ｈ スリット
１４０Ｉ スリット
１４１ 保持部材
１４２ 保持部材
１５０Ａ 保護部品
１５１ 第１の保護部材
１５１Ｂ 溝
１５２ 第２の保護部材
１５３ 第３の保護部材
１５３Ｅ スリット
１５３Ｆ スリット
１７１ バスバー
１７１Ａ 端部
１７１Ｃ 曲状部
１７１Ｄ 延伸部
２００ ロータ
２００Ａ、２００Ｂ アキシャルギャップロータ（ロータ）
２００Ｃ ラジアルギャップロータ（ロータ）
２１０ 第１のロータコア（ロータコア）
２８０ 第２のロータコア（ロータコア）

Claims (3)

1. 環状のステータコアを有するステータと、
   前記ステータの軸方向または径方向の少なくともいずれか一つの面側で前記ステータコアに対向するロータコアを有するロータと、を備える回転電機であって、
   前記ステータは、
   前記ステータコアに周方向に所定の間隔で配置された複数のティース部と、
   隣り合う前記ティース部の間に、巻線の両端部が径方向外方側に延伸するように巻かれた電機子コイルとを有し、
   前記ステータを覆うように保持しハウジングに固定する保持部材を備え、
   前記保持部材は、周方向に所定の間隔で配置され前記ティース部の端部側が挿入される保持孔と、前記巻線の両端部が径方向外方側に引き出されるスリットとを有することを特徴とする回転電機。
2. 前記巻線は三相に巻かれており、
   前記巻線の両端部は、相毎にバスバーによって結線され、
   前記バスバーは、軸方向に延伸する曲状部と端部が径方向外方側に延伸している延伸部とを有することを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
3. 前記巻線の結線を保護する保護部品を備え、
   前記保護部品は、前記バスバーを収容する溝の設けられた第１の保護部材と、前記第１の保護部材と前記保持部材との間に取り付けられた第２の保護部材と、前記第１の保護部材と前記第２の保護部材とを覆い前記バスバーの端部が径方向外方側に引き出されるスリットの設けられた第３の保護部材とを有することを特徴とする請求項２に記載の回転電機。

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