JP2007336676A - 回転電機および車両 - Google Patents

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Abstract

【課題】モジュール化されたステータコイルと、ステータコアとを容易に固定することが可能となる、回転電機および該回転電機を備えた車両を提供する。
【解決手段】回転電機であるモータジェネレータ200は、ロータ250とステータ260とを備える。ステータ260は、ステータコア261と、ステータコイル6を内部に有する内側樹脂部品4と、ステータコア261に固定された外側樹脂部品5とを含む。内側樹脂部品4は、ボルト11を受入れる貫通孔4aと、コイル側バスバー9とを有する。外側樹脂部品5は、ナット10と、リード側バスバー8uとを有する。コイル側バスバー9の一部とリード側バスバー8uの一部とを重ね合せた状態で、ボルト11をナット10に螺着することにより内側樹脂部品4と外側樹脂部品5とを固定する。
【選択図】図4

Description

本発明は、回転電機および車両に関し、特に、回転電機のステータ(固定子)における複数の導体部間の接続構造および該回転電機を備えた車両に関する。
回転電機であるモータは、固定して動かない機械部分であるステータと、回転部分であるロータ(回転子)とを備える。ステータは、ステータコアと、該ステータコアに巻付けたステータコイルとを有する。このステータコイルに三相電流を流すことにより、その位相差のために生じる合成磁界が回転力となってロータが回転する。
上記のステータコイルは、たとえばモールド樹脂を用いてモジュール化され、このモジュール化したステータコイルがステータコアのスロットに装着される。このタイプのステータコイルは、たとえば特開2000−23431号公報や特開2004−248429号公報等に記載されている。
特開2000−23431号公報 特開2004−248429号公報
上記文献に記載のステータコイルはステータコアに固定されるが、モールド樹脂を用いてモジュール化されたステータコイルとステータコアとを固定するのは困難であり、特別な固定構造が必要となる。
そこで、本発明は、モジュール化されたステータコイルと、ステータコアとを容易に固定することが可能となる、回転電機および該回転電機を備えた車両を提供することを目的とする。
本発明に係る回転電機は、ロータ(回転子)とステータ(固定子)とを備える。ステータは、ステータコアと、該ステータコイルと一体に固定された第1絶縁体と、ステータコアに固定された第2絶縁体とを含む。そして、固定部材を用いて、第1絶縁体と第2絶縁体とを固定する。第1絶縁体は第1樹脂部を含み、第2絶縁体は第2樹脂部を含むものであってもよい。この場合、固定部材を用いて、第1樹脂部と第2樹脂部とを固定する。
上記第1樹脂部は、好ましくは、ステータコイルを第1樹脂部の外部に導出する第1導出部を有し、第2樹脂部は、好ましくは、内部にステータコイルと電気的に接続される接続導体部と、該接続導体部を第2樹脂部の外部に導出する第2導出部とを有する。この場合、上記固定部材を用いて、第1導出部と第2導出部とを固定するとともにステータコイルと接続導体部とを電気的に接続すればよい。
上記第1樹脂部は、第2樹脂部と重なるように突出する突出部(張出部)を有するものであってもよい。この場合、上記突出部に沿うように第1導出部を配置し、第1導出部と対向する位置に第2導出部を配置し、第1導出部と第2導出部とが当接するように固定部材により第1導出部と第2導出部とを固定すればよい。
上記固定部材としては、たとえばボルトとナットを挙げることができる。この場合、第1と第2樹脂部の一方に、ボルトの軸部を受入れる貫通孔を設け、第1と第2樹脂部の他方に、上記ボルトが螺着されるナットを設置すればよい。そして、ボルトをナットに螺着することで、第1樹脂部と第2樹脂部とを固定する。
本発明に係る車両は、上述の回転電機を備える。
本発明によれば、回転電機のステータが第1と第2絶縁体を有するので、固定部材を用いて、該第1と第2絶縁体を容易に固定することができる。このとき、第1絶縁体がステータコイルに一体に固定され、第2絶縁体がステータコアに固定されているので、第1と第2絶縁体を固定することにより、ステータコイルをステータコアに固定することができる。つまり、樹脂のような絶縁体を用いてモジュール化されたステータコイルと、ステータコアとを容易に固定することが可能となる。
以下、本発明の実施の形態について図1〜図8を用いて説明する。なお、下記の実施の形態では、本発明をハイブリッド車両に搭載されるモータジェネレータ(回転電機)に適用した例について図を用いて説明するが、ハイブリッド車両以外の各種車両(たとえば燃料電池車や電気自動車を含む電動車両)や、産業機器、空調機器、環境機器等の様々な機器に搭載される回転電機に対しても本発明は適用可能である。
また、下記の実施の形態において同一または相当する部分には同一の参照符号を付す。さらに、各実施の形態の各構成要素は、全てが必須のものであるとは限らず、一部の構成要素を省略可能な場合があることも当初から予定している。
ここで、まず図1と図2とを用いて、後述する各実施の形態に記載のモータジェネレータ(回転電機)を搭載可能なハイブリッド車両1の構成例について説明する。図1は、下記の各実施の形態におけるモータジェネレータを搭載可能なハイブリッド車両の構成例を示す概略図である。図2は、図1に示すモータジェネレータとその近傍の概略構成を示す図である。
なお、図1に示すハイブリッド車両1はFF(Front engine Front wheel drive)方式の車両であるが、下記の各実施の形態におけるモータジェネレータは、このFF方式のハイブリッド車両のみならずFR(Front engine Rear wheel drive)方式のハイブリッド車両にも適用可能である。FR方式の場合には、一般にエンジン等の配置や、前方のエンジンからプロペラシャフトを介して後輪に動力を伝達する点でFF方式の車両とは構成が若干異なるが、それ以外の基本的な構成は類似しており、またFR方式のハイブリッド車両の構成も周知であるので、本願明細書においては、FR方式のハイブリッド車両についての説明は省略する。
図1に示すように、ハイブリッド車両1は、エンジン100と、モータジェネレータ200と、PCU(Power Control Unit)300と、バッテリ400と、動力分割機構500と、ディファレンシャル機構600と、ドライブシャフト700と、前輪である駆動輪800L,800Rとを備える。
図1の例では、エンジン100と、モータジェネレータ200と、PCU300と、動力分割機構500は、エンジンルーム900内に配設される。PCU300は、カウルと前輪のサスペンションとの間の車両側部に設けられる。モータジェネレータ200とPCU300とは、ケーブル3Aにより接続される。PCU300とバッテリ400とは、ケーブル3Bにより接続される。また、エンジン100とモータジェネレータ200からなる動力出力装置は、動力分割機構500を介してディファレンシャル機構600に連結されている。ディファレンシャル機構600は、ドライブシャフト700を介して駆動輪800L,800Rに連結されている。
モータジェネレータ200は、3相交流同期電動発電機であって、PCU300から受ける交流電力によって駆動力を発生する。また、モータジェネレータ200は、ハイブリッド車両1の減速時等においては発電機としても使用され、その発電作用(回生発電)により交流電力を発電し、その発電した交流電力をPCU300へ出力する。
PCU300は、バッテリ400から受ける直流電圧を交流電圧に変換してモータジェネレータ200を駆動制御する。このPCU300は、モータジェネレータ200が発電した交流電圧を直流電圧に変換してバッテリ400を充電する。動力分割機構500は、たとえばプラネタリギヤ(図示せず)等の各種要素を組合せて構成される。
エンジン100および/またはモータジェネレータ200から出力された動力は、動力分割機構500からディファレンシャル機構600を介してドライブシャフト700に伝達される。そして、ドライブシャフト700に伝達された駆動力は、駆動輪800L,800Rに回転力として伝達されて、車両を走行させることができる。この場合、モータジェネレータ200は電動機として作動する。
他方、車両の減速時等においては、駆動輪800L,800Rあるいはエンジン100によってモータジェネレータ200が駆動される。この場合には、モータジェネレータ200が発電機として作動する。このモータジェネレータ200により発電された電力は、PCU300内のインバータを介してバッテリ400に蓄えられる。
次に、図2を用いて、モータジェネレータ200とその近傍の構成について少し詳しく説明する。
モータジェネレータ200は、上述のように電動機または発電機としての機能を有する回転電機であり、軸受230を介してハウジング210に回転可能に取付けられた回転軸240と、回転軸240に取付けられたロータ(回転子)250と、ステータ(固定子)260とを有する。
ステータ260はステータコア261を有し、ステータコア261にはステータコイル(コイル巻線)が巻回されている。この巻回されたステータコイルの端部であるコイルエンド262は、バスバー(接続導体部あるいは導出部)8を介してハウジング210に設けられた給電用端子台(コネクタ)220と電気的に接続される。給電用端子台220は、給電ケーブル3Aを介してPCU300と電気的に接続される。PCU300は、図1に示すように給電ケーブル3Bを介してバッテリ400と電気的に接続されるので、PCU300と給電ケーブル3A,3Bとを介してバッテリ400とコイル262とが電気的に接続されることとなる。
上記のモータジェネレータ200は、図2に示すように、減速機構270を介してディファレンシャル機構600と接続され、ディファレンシャル機構600は、ドライブシャフト受け部710を介してドライブシャフト700と接続される。よって、モータジェネレータ200から出力された動力は、減速機構270、ディファレンシャル機構600およびドライブシャフト受け部710を介してドライブシャフト700に伝達されることとなる。
(実施の形態1)
次に、図3〜図6を用いて、本発明の実施の形態1におけるモータジェネレータ(回転電機)200の構造例について説明する。図3は、本実施の形態1における、ステータコア261の構造例を示す平面図である。
図3に示すように、ステータコア261は、環状の形状を有し、たとえば電磁鋼板のような複数の板状磁性材料を積層してかしめることによって形成することができる。なお、ステータコア261を磁性材料からなる一体の部材で構成してもよい。
図3の例では、ステータコア261は、内周に、その径方向内方に突出する複数(図3の例では12個)のティース(凸部)261aと、ティース261a間に複数(図3の例では12個)のスロット(凹部:溝部)264と、ステータコア261を固定するための複数の固定用孔265とを有する。
ティース261aの各々には、ステータコイルが集中巻によって巻回される。本実施の形態1では、ステータコイルは、樹脂等の絶縁材料を用いてモジュール化(ユニット化)されているので、このモジュール化されたステータコイルモジュール(カセットコイル)をティース261aに装着することとなる。この場合、ステータコイルは、上記の絶縁材料を介して各ティース261aに巻回されることとなる。
上記のようにステータコイルモジュールをステータコア261のティース261aに装着することで、ティース261a間のスロット264は、ステータコイルモジュールの一部で実質的に充填されることとなる。このようにティース261aに巻回されたステータコイルに電流を流すことによって、流された電流の方向に応じた磁界が発生する。
図4は、本実施の形態1におけるモータジェネレータ(回転電機)200の部分断面図である。
図4に示すように、ステータ260は、ステータコア261と、ロータ250側に位置する内側樹脂部品(コイル構成部品:第1樹脂部)4のような内側絶縁体部品と、ステータ260の外周側に位置する外側樹脂部品(リード構成部品:第2樹脂部)5のような外側絶縁体部品とを有する。内側樹脂部品4は、固定部材により外側樹脂部品5と固定される。図4の例では、固定部材としてボルト11とナット10を例示している。なお、各樹脂部品は、典型的には、エポキシ樹脂のようにモールド成形可能な樹脂材料を用いて成形されるが、たとえばセラミックのような樹脂以外の絶縁材料を用いて内側部品や外側部品を作製してもよい。
内側樹脂部品4は、内部にステータコイル6と、外側樹脂部品5と重なるように突出する突出部(張出部)4aと、ボルト11を受入れ可能な貫通孔4bと、ステータコア261のティースを受入れ可能な貫通孔4cと、コイル側バスバー(接続導体部)9とを有する。
コイル側バスバー9は、ステータコイル6と電気的に接続され、ステータコイル6を内側樹脂部品4の外部に導出する。図4の例では、内側樹脂部品4の突出部4aに沿うようにコイル側バスバー9を延在させ、該コイル側バスバー9の一部を内側樹脂部品4の表面に露出させることで、ステータコイル6の導出部(第1導出部)を設けている。より詳しくは、コイル側バスバー9の一部を、内側樹脂部品4の突出部4aにおける外側樹脂部品5側の表面に沿って延在させ、突出部4aと外側樹脂部品5との間に配置する。また、コイル側バスバー9は、ボルト11を受入れ可能な貫通孔9aを有する。
図5に、内側樹脂部品4の構造例を示す。図5の例では、内側樹脂部品4は、略L形の側面形状を有しており、一方の端部から張出すように突出部4aが設けられる。この突出部4aには、複数(図5の例では2つ)の貫通孔4bが設けられる。また、内側樹脂部品4の長手方向(図5の上下方向)の中央部あるいはその近傍には、上述の貫通孔4cが設けられる。
他方、外側樹脂部品5は、ステータコア261に固定される。図4の例では、ステータコア261の径方向(図4の左右方向)における外側樹脂部品5の一方の端部(外側端部)近傍に設けた貫通孔5cにボルト12を挿着し、該ボルト12を用いて外側樹脂部品5をステータコア261に固定している。しかし、ボルト12以外の固定部材や固定手段を用いて外側樹脂部品5をステータコア261に固定してもよい。
また、図4の例では、ロータ250とステータ260とを収容可能なハウジング(筐体)210に達するように上記のボルト12をステータコア261の固定用孔265に挿通し、ボルト12を用いてステータコア261をハウジング210にも固定している。
外側樹脂部品5は、ステータコイル6と電気的に接続されるリード側バスバー(接続導体部)8u,8v,8wを内部に有する。各リード側バスバー8u,8v,8wは、図4に示すように互いに間隔をあけて外側樹脂部品5内に配設され、ステータコア261の周方向にずれた位置でそれぞれ外側樹脂部品5の外部に導出され、この導出部にボルト11を受入れ可能な貫通孔を有する。また、各リード側バスバー8u,8v,8wは、たとえば上述の給電用端子台220等のコネクタを介してPCU300と電気的に接続される。
図4の断面では、リード側バスバー8uが外側樹脂部品5の外部に導出されており、このリード側バスバー8uの導出部(第2導出部)にボルト11を受入れ可能な貫通孔8aを設けている。リード側バスバー8uの導出部は、図4に示すように、コイル側バスバー9の導出部と対向する位置に配置することが好ましい。
また、外側樹脂部品5は、ステータコア261の径方向(図4の左右方向)における他方の端部(内側端部)5a近傍に凹部5bを有する。この凹部5b内には上述のナット10が設置される。このナット10上に、上記のリード側バスバー8uの導出部を延在させる。
図6に、外側樹脂部品5の構造例を示す。図6の例では、外側樹脂部品5は、ステータコア261と同様の平面形状、つまり環状の平面形状を有しており、上面には段差部が設けられている。外側樹脂部品5の内側の端部5a近傍においてリード側バスバー8uの導出部が露出しており、この露出した導出部に上述の貫通孔8aを設ける。また、外側樹脂部品5の外周から外方に突出するように突出部5dを設け、この突出部5dに上述の貫通孔5cを設ける。
上記のような構造のステータ260を作製するには、たとえばステータコイル6とコイル側バスバー9とを接続した状態でインサート成形(モールド成形)を行なうことで内側樹脂部品4を作製し、同様にインサート成形により外側樹脂部品5を別途作製する。そして、内側樹脂部品4と組合せるように外側樹脂部品5をステータコア261に装着し、ボルト11,12を取付けるだけでよい。なお、インサート成形により内側樹脂部品4と外側樹脂部品5とをそれぞれ成形し、これらをステータコア261に装着するようにしてもよい。
上記のようにボルト11,12のような固定部材を取付けるだけで内側樹脂部品4と外側樹脂部品5とを固定することができるので、内側樹脂部品4と外側樹脂部品5とを容易に固定することができる。このとき、内側樹脂部品4がステータコイル6を内部に有しており、外側樹脂部品5がステータコア261に固定されているので、ステータコイル6を有するコイルモジュールを、ステータコア261に容易に固定することができる。
また、本実施の形態1の場合、ボルト11によりリード側バスバー8uとコイル側バスバー9をも同時に接続することができるので、ステータコイル6とリード側バスバー8uとの結線をも同時に行なえ、両者を電気的に接続することもできる。したがって、該結線工程のタクトタイムの短縮も図れる。
さらに、ボルト11のように締付可能な固定部材を使用することで、リード側バスバー8uとコイル側バスバー9の一方を他方に強く当接することができる。また、これらの上下に樹脂部を設けた場合には、リード側バスバー8uとコイル側バスバー9の接続部を補強することができ、接続部の信頼性をも向上することができる。
その上、内側樹脂部品4や外側樹脂部品5のような樹脂成形品を採用することで熱伝導性をも良好なものとすることができる。また、図4の例のように内側樹脂部品4と外側樹脂部品5の端面同士を当接することも熱伝導性向上に寄与し得る。よって、放熱特性をも良好なものとすることができる。
なお、上述の実施の形態1では、内側樹脂部品4にボルト11の軸部を受入れる貫通孔4aを設け、外側樹脂部品5にボルト11が螺着されるナット10を設置したが、ボルト11の軸部を受入れる貫通孔と、ナットとは、内側樹脂部品4と外側樹脂部品5のいずれに設置してもよい。また、ボルト11やナット10の取付位置も上記以外の任意の位置を選択可能である。
さらに、リード側バスバーとコイル側バスバーにボルト挿通用の貫通孔を設けず、内側樹脂部品4と外側樹脂部品5とを固定した際に、リード側バスバーとコイル側バスバーとを当接させるだけの構成も採用可能である。また、リード側バスバーとコイル側バスバーとの間に、たとえば両者よりも硬度の低い導電部材を挿入する等して、これらの間の実質的な接触面積を増大させ、接続抵抗を低減することも考えられる。
また、内側樹脂部品4と外側樹脂部品5の形状についても任意に変形可能である。たとえば内側樹脂部品4に凹部を設け、外側樹脂部品5に凸部を設け、内側樹脂部品4の凹部に外側樹脂部品5の凸部を嵌合する等して、両者を互いに係合あるいは連結するとともに両者の接触面積を増大させることも考えられる。
(実施の形態2)
次に、図7と図8を用いて、本発明の実施の形態2について説明する。
上述の実施の形態1では、内側樹脂部品4と外側樹脂部品5とを固定するための固定部材としてボルト11とナット10とを例示したが、これら以外の固定部材や固定手段を使用することも可能である。
たとえば図7および図8に示すように、コの字状のクランプ具14を採用することも可能である。図7および図8に示すように、クランプ具14は両端に挟持部(クランプ部)14aを有しており、この挟持部14aで、リード側バスバー8uとコイル側バスバー9とを、直接あるいは間接的に挟持することにより、リード側バスバー8uとコイル側バスバー9とを固定するとともに、内側樹脂部品4と外側樹脂部品5とを固定することもできる。
このとき、外側樹脂部品5の端部5a近傍に設けた凹部5bの深さを、クランプ具14の一端に設けた挟持部14aの厚みよりも深くし、凹部5bの幅(ステータコア261の径方向における幅:図7の左右方向の幅)を、クランプ具14の一端側の挟持部14aの幅よりも狭くすることにより、クランプ具14を容易に装着することができる。
図8に示すように、クランプ具14の挟持部14aと本体部14bとのなす角度θは、典型的には鋭角となるようにしておく。それにより、クランプ具14を各樹脂部品やバスバーに装着した際に、これらに対し力を作用させることができる。たとえば、図7の例では、内側樹脂部品4の突出部4aと、リード側バスバー8uと、コイル側バスバー9とが互いに強固に当接するような力を作用させることができる。
なお、クランプ具14の構成も、内側樹脂部品4と外側樹脂部品5とを固定することができるものであれば、図7や図8に示すものに限らず任意に選択可能である。また、図7の例では、内側樹脂部品4の突出部4aと、リード側バスバー8uと、コイル側バスバー9とを固定する場合について説明したが、内側樹脂部品4と外側樹脂部品5の少なくとも一方の一部とともにリード側バスバー8uとコイル側バスバー9とを固定するようにしてもよく、クランプ具14によってリード側バスバー8uとコイル側バスバー9とを直接固定するようにしてもよい。また、クランプ具14の材質としては、典型的には金属等が考えられるが、弾性変形可能な材料であれば金属以外の材料を採用可能である。
以上のように本発明の実施の形態について説明を行なったが、上述の各実施の形態の構成を適宜組合せることも当初から予定している。また、今回開示した実施の形態はすべての点での例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
本発明の各実施の形態におけるモータジェネレータを搭載可能なハイブリッド車両の構成例を示す概略図である。 図1に示すモータジェネレータとその近傍の概略構成を示す図である。 本発明の実施の形態1におけるステータコアの構造例を示す平面図である。 本発明の実施の形態1におけるモータジェネレータの一部を示す断面図である。 本発明の実施の形態1における内側樹脂部品の構造例を示す斜視図である。 本発明の実施の形態1における外側樹脂部品の一部の構造例を示す斜視図である。 本発明の実施の形態2におけるモータジェネレータの一部を示す断面図である。 本発明の実施の形態2におけるクランプ具の構造例を示す図である。
符号の説明
1 ハイブリッド車両、3,3A,3B ケーブル、4 内側樹脂部品、4a,5d 突出部、4b,4c,5c,8a,9a 貫通孔、5 外側樹脂部品、5a 端部、5b 凹部、6 ステータコイル、8,8u,8v,8w リード側バスバー、9 コイル側バスバー、10 ナット、11,12 ボルト、14 クランプ具、14a 挟持部、14b 本体部、100 エンジン、200 モータジェネレータ、210 ハウジング、220 給電用端子台、230 軸受、240 回転軸、250 ロータ、260 ステータ、261 ステータコア、262 コイルエンド、270 減速機構、300 PCU、400 バッテリ、500 動力分割機構、600 ディファレンシャル機構、700 ドライブシャフト、710 ドライブシャフト受け部、800L,800R 駆動輪、900 エンジンルーム。

Claims (6)

  1. ロータとステータとを備え、
    前記ステータは、ステータコアと、ステータコイルと一体に固定された第1絶縁体と、前記ステータコアに固定された第2絶縁体とを含み、
    固定部材を用いて、前記第1絶縁体と前記第2絶縁体とを固定した、回転電機。
  2. 前記第1絶縁体は第1樹脂部を含み、前記第2絶縁体は第2樹脂部を含み、
    前記固定部材を用いて、前記第1樹脂部と前記第2樹脂部とを固定した、請求項1に記載の回転電機。
  3. 前記第1樹脂部は、前記ステータコイルを前記第1樹脂部の外部に導出する第1導出部を有し、
    前記第2樹脂部は、内部に前記ステータコイルと電気的に接続される接続導体部と、該接続導体部を前記第2樹脂部の外部に導出する第2導出部とを有し、
    前記固定部材を用いて、前記第1導出部と前記第2導出部とを固定するとともに前記ステータコイルと前記接続導体部とを電気的に接続するようにした、請求項2に記載の回転電機。
  4. 前記第1樹脂部は、前記第2樹脂部と重なるように突出する突出部を有し、
    前記突出部に沿うように前記第1導出部を配置し、
    前記第1導出部と対向する位置に前記第2導出部を配置し、
    前記第1導出部と前記第2導出部とが当接するように、前記固定部材により前記第1導出部と前記第2導出部とを固定した、請求項3に記載の回転電機。
  5. 前記固定部材は、ボルトとナットを含み、
    前記第1と第2樹脂部の一方に、前記ボルトの軸部を受入れる貫通孔を設け、
    前記第1と第2樹脂部の他方に、前記ボルトが螺着される前記ナットを設置し、
    前記ボルトを前記ナットに螺着することで、前記第1樹脂部と前記第2樹脂部とを固定した、請求項2から請求項4のいずれかに記載の回転電機。
  6. 請求項1から請求項5のいずれかに記載の回転電機を備えた、車両。
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