JP2005269730A - 回転電機の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ステータの冷却効率を高くすることができる回転電機の製造方法を提供する。
【解決手段】樹脂成形時に、コイル２０２を巻回した複数の分割ステータコア２０１を樹脂成形型２０６によって固定し、隣り合う分割ステータコアの間に形成される空間であって各々のコイル巻回面２０２ａがテーパー面となる空間と同じ形状を有するくさび状の水路パイプ２０４を可動式に保持した状態で、樹脂２０３を樹脂成形型に注入して成形することにより、くさび状の水路パイプの受圧面積の違いによって水路パイプを隣り合うコイル間の空間に滑り込ませ、水路パイプとコイルとを密着させる。
【選択図】図４

Description

本発明は、円筒状のステータの内外に、それぞれ独立に制御可能なアウターロータおよびインナーロータを配置した複軸多層構造を有する回転電機であって、各々にコイルが集中巻きされ、円周状に配置された複数の分割ステータ分割ステータコアと、これら分割ステータ分割ステータコア間に配置された水路パイプから成り、分割ステータ分割ステータコアおよび水路パイプを樹脂でモールドして固定したステータ構造を有する回転電機の製造方法に関するものである。

従来、円筒状のステータを挟み、内外周にアウターロータ及びインナーロータが配置され、ステータに巻回された多相コイルに複合電流を流すことで、アウターロータとインナーロータを独立して回転制御可能な複軸多層構造を有する回転電機が知られている。この回転電機におけるステータの冷却構造の一例として、分割ステータコア間に配置された水路パイプによりステータを冷却する構造が知られている。

一方、複軸多層構造を有する回転電機ではないが、ステータとロータとからなる回転電機において、分割ステータコア間に設けた水路パイプを利用してステータを冷却する構造が知られている（例えば、特許文献１参照）。この例では、分割ステータコアのティース間にステータ軸方向に水路パイプが設けられ、ステータ軸方向に延びた水路パイプが一方の端部にて連通路によって連結され、水路パイプの位置が決まる。その後、樹脂成形することにより、水路パイプとティースに巻回されたコイルとの間には樹脂が充填される。

また、同じく複軸多層構造を有する回転電機ではないが、ステータとロータとからなる回転電機において、水路パイプ以外の手段でステータを冷却する構造も知られている（例えば、特許文献２参照）。この例では、樹脂成形時の応力および熱のうちの少なくとも一方により変形する絶縁部材を介してコイルと分割ステータコアのティースとが密着しており、コイルの熱を分割ステータコアを通じてハウジングケースへと放熱する。
特開平１０−３２７５５８号公報 特開２００２−５１４９１号公報

上述した特許文献１に記載の従来の冷却構造では、円周状に配置されたコイル間にステータ軸方向に延びた水路パイプが存在し、それらが一方の端部にて連通路によって連結され、水路パイプの位置が規制されているので、複数ある水路パイプをコイルに密着させることが難しかった。すなわち、水路パイプと着るとの間に、樹脂が充填される、または、空気層が生成される、という構成となっていたため、コイルから水路パイプまでの熱抵抗が増大し、冷却効率が悪化するという問題があった。また、上述した特許文献１に記載の従来の冷却構造では、コイルと分割ステータコアとの密着度を高め、コイルの熱を分割ステータコアを通じてハウジングケースへと放熱するという構成になっていたが、抜熱がケースからの放熱のみなので、高出力、高パワー密度のモータを冷却するには冷却能力が十分でないという問題があった。

さらに、複軸多層構造を有する回転電機において分割ステータコア間に配置された水路パイプによりステータを冷却する構造に、他の構造の回転電機の冷却構造（特許文献１、２に記載）を利用しようとしても、内外にロータが存在するため分割ステータコアを使用する必要があり、その結果、樹脂成形の際樹脂が分割ステータコアの外周側および内周側の両側から充填される複軸多層構造を有する回転電機では、それらの冷却方法をそのまま利用できない問題もあった。そのため、複軸多層構造を有する回転電機において、最適なステータ冷却構造の開発に対する要望が高くなってきた。

本発明の目的は上述した問題点を解消して、ステータの冷却効率を高くすることができる回転電機の製造方法を提供しようとするものである。

本発明の回転電機の製造方法は、円筒状のステータの内外に、それぞれ独立に制御可能なアウターロータおよびインナーロータを配置した複軸多層構造を有する回転電機であって、各々にコイルが集中巻きされ、円周状に配置された複数の分割ステータコアと、分割ステータコア間に配置された水路パイプから成り、分割ステータコアおよび水路パイプを樹脂でモールドして固定したステータ構造を有する回転電機の製造方法において、樹脂成形時に、コイルを巻回した複数の分割ステータコアを樹脂成形型によって固定し、隣り合う分割ステータコアの間に形成される空間であって各々のコイル巻回面がテーパー面となる空間と同じ形状を有するくさび状の水路パイプを可動式に保持した状態で、樹脂を樹脂成形型に注入して成形することにより、くさび状の水路パイプの受圧面積の違いによって水路パイプを隣り合うコイル間の空間に滑り込ませ、水路パイプとコイルとを密着させることを特徴とするものである。

本発明の回転電機の製造方法では、分割ステータコアは樹脂成形型によって固定されたまま、樹脂成形時の圧力と水路パイプ内外周の受圧面積の違いによって、水路パイプがステータ内側へと移動し、コイルと水路パイプとが密着することにより、熱抵抗を減らして冷却効率を上げることができる。また、ステータ内側に向かってコイル間の隙間が狭くなるようなコイル巻回面がテーパー面となる構造となっているので、水路パイプが樹脂成形時の圧力によってコイル間に入り込むことにより、くさび効果が発生しステータ周方向の応力によってステータ真円度を保ち、モータの電磁気的性能を向上させることができる。

なお、本発明の回転電機の製造方法の好適例では、水路パイプとコイルとの間に絶縁部材を設け、樹脂成形時に、水路パイプとコイルとを絶縁部材を介して密着させるよう構成することができる。このように構成すれば、上述した効果に加えて、絶縁部材が水路パイプとコイルとの間に介在しているので、水路パイプが移動する際にコイル表面を滑っても、コイルを傷付けることを防止できる。

また、本発明の回転電機の製造方法の好適例では、絶縁部材として、樹脂成形時の圧力および熱のうちの少なくとも一方により変形する絶縁部材を使用するよう構成することができる。このように構成すれば、上述した効果に加えて、水路パイプとコイル間に配置された絶縁部材が樹脂成形時の応力および熱の少なくとも一方で変形し、水路パイプとコイルとの間の隙間を埋め空気層の形成を抑えることができるので、モータの冷却効率を向上させることができる。

さらに、本発明の回転電機の製造方法の好適例では、水路パイプの内周側の端部に、コイル間の隙間より幅が広く、且つ、水路パイプ外周の幅よりも狭いリブを設け、コイル間の空間に水路パイプが位置するよう配置するとともに、分割ステータコアの内周側にリブが位置するよう配置するよう構成することができる。このように構成すれば、上述した効果に加えて、万が一樹脂成形時にステータ内周側から樹脂が充填されたとしても、水路パイプがステータ外周側へと押し出されることを防ぐことができる。

以下に、この発明の実施の形態を、図面に基づき詳細に説明する。
図１は本発明の対象となる回転電機の一例としての複軸多層モータが適用されたハイブリッド駆動ユニットの全体図である。なお、以下に説明する複軸多層モータはその基本的な構成を説明するためのものであり、本発明の特徴部分については、後に詳細に説明する。図１において、Ｅはエンジン、Ｍは複軸多層モータ、Ｇはラビニョウ型複合遊星歯車列、Ｄは駆動出力機構、１はモータカバー、２はモータケース、３はギヤハウジング、４はフロントカバーである。

前記エンジンＥは、ハイブリッド駆動ユニットの主動力源であり、エンジン出力軸５とラビニョウ型複合遊星歯車列Ｇの第２リングギヤR2とは、回転変動吸収ダンパー６及び多板クラッチ７を介して連結されている。

前記複軸多層モータＭは、外観的には１つのモータであるが２つのモータジェネレータ機能を有する副動力源である。この複軸多層モータＭは、前記モータケース２に固定され、コイルを巻いた固定電機子としてのステータＳと、前記ステータＳの内側に配置し、永久磁石を埋設したインナーロータIRと、前記ステータＳの外側に配置し、永久磁石を埋設したアウターロータORと、を同軸上に三層配置することで構成されている。前記インナーロータIRに固定の第１モータ中空軸８は、ラビニョウ型複合遊星歯車列Ｇの第１サンギヤS1に連結され、前記アウターロータORに固定の第２モータ軸９は、ラビニョウ型複合遊星歯車列Ｇの第２サンギヤS2に連結されている。

前記ラビニョウ型複合遊星歯車列Ｇは、二つのモータ回転数を制御することにより無段階に変速比を変える無段変速機能を有する遊星歯車機構である。このラビニョウ型複合遊星歯車列Ｇは、互いに噛み合う第１ピニオンP1と第２ピニオンP2を支持する共通キャリヤＣと、第１ピニオンP1に噛み合う第１サンギヤS1と、第２ピニオンP2に噛み合う第２サンギヤS2と、第１ピニオンP1に噛み合う第１リングギヤR1と、第２ピニオンP2に噛み合う第２リングギヤR2との５つの回転要素を有して構成されている。前記第１リングギヤR1とギヤハウジング３との間には多板ブレーキ１０が介装されている。前記共通キャリヤＣには、出力ギヤ１１が連結されている。

前記駆動出力機構Ｄは、出力ギヤ１１と、第１カウンターギヤ１２と、第２カウンターギヤ１３と、ドライブギヤ１４と、ディファレンシャル１５と、ドライブシャフト１６，１６により構成されている。そして、出力ギヤ１１からの出力回転及び出力トルクは、第１カウンターギヤ１２→第２カウンターギヤ１３→ドライブギヤ１４→ディファレンシャル１５を経過し、ドライブシャフト１６，１６から図外の駆動輪へ伝達される。

すなわち、ハイブリッド駆動ユニットは、前記第２リングギヤR2とエンジン出力軸５を連結し、前記第１サンギヤS1と第１モータ中空軸８とを連結し、前記第２サンギヤS2と第２モータ軸９とを連結し、前記共通キャリヤＣに出力ギヤ１１を連結することにより構成されている。

図２は、ラビニョオ型遊星歯車列と組み合わされて車両用ハイブリッド変速機を構成する、この発明の対象となる複軸多層モータの一例をより詳細に示す図である。この複軸多層モータに、この発明の回転電機の構造を適用することができる。図２に示す構成の複軸多層モータは、一個の円環状のステータ１０１と、その半径方向内方および外方にそれぞれ互いに同軸の所定回転軸線Ｏ上にて回転自在に配置したインナーロータ１０２およびアウターロータ１０３とよりなる三重構造とし、これらをハウジング１０４内に収納して構成する。

ここにおけるインナーロータ１０２およびアウターロータ１０３はそれぞれ、電磁鋼板などをプレス成形して造った板材のロータ軸線方向への積層になる積層コア１２４，１２５を具え、これら積層コア１２４，１２５に、ロータ軸線方向に貫通する永久磁石を円周方向等間隔に配置して設けた構成となす。インナーロータ１０２とアウターロータ１０３とでは、配置する磁極数を変えることで、両者の極対数を異ならせている。一例を示すと、磁石の個数自体はインナーロータ１０２とアウターロータ１０３で同一であり、１２個ずつであるが、インナーロータ１０２は２個の磁石で１極を成しているため、極対数としては３極対となり、アウターロータ１０３は１個の磁石で１極を成しているため、極対数としては６極対となる。

そしてハウジング１０４内へのインナーロータ１０２およびアウターロータ１０３の収納に当たっては、アウターロータ１０３は、積層コア１２５の外周にトルク伝達シェル１０５を駆動結合して具え、該トルク伝達シェル１０５の両端をそれぞれベアリング１０７，１０８によりハウジング１０４に回転自在に支持し、トルク伝達シェル１０５をベアリング１０７の側でアウターロータシャフト１０９に結合する。

インナーロータ１０２は積層コア１２４の中心に、内部に上記アウターロータシャフト１０９を回転自在に貫通した中空のインナーロータシャフト１１０を貫通して具え、これらインナーロータ１０２の積層コア１２４およびインナーロータシャフト１１０間を駆動結合する。そしてインナーロータシャフト１１０の中間部をベアリング１１２により、固定のステータブラケット１１３内に回転自在に支持し、一端部（図１では左端部）をベアリング１１４によりトルク伝達シェル１０５の対応端壁に回転自在に支持する。

ステータ１０１は、電磁鋼板をプレス成形して造ったＩ字状のステータ鋼板をステータ軸線方向に積層してなる多数のステータティースを具える。個々のステータティースには、アウターロータ側ヨークおよびインナーロータ側ヨーク間におけるティースの箇所において図２に示す如く電磁コイル１１７を巻線し、これらコイル巻線済のステータティースを同一円周方向等間隔に、つまり円形に配列してステータコアとなし、このステータコアをステータ軸線方向両側のブラケット１１３，１１８間に何らかの手段で挟持すると共に全体的に樹脂１２０でモールドすることにより一体化してステータ１０１を構成する。

なお、このモータの駆動に当たっては、回転センサ１４８および回転センサ１４７が検出するインナーロータ１０２およびアウターロータ１０３の回転位置、つまりこれらに上記のごとく設けられる永久磁石の位置に応じた両ロータ１０２，１０３用の位相の異なる駆動電流を複合して得られる複合電流をステータ１０１の電磁コイル１１７に供給し、これにより両ロータ１０２，１０３用の回転磁界をステータに個別に発生させることで、回転磁界に同期してロータ１０２，１０３を個別に回転駆動させることができる。

次に、上述した構成の複軸多層構造の回転電機において、ステータ１０１の冷却構造として好適に利用できる本発明の回転電機の製造方法について説明する。

図３は本発明の回転電機の製造方法を説明するための図である。図３に示す例では、図２に示す例におけるステータ１０１の横断面の一部を示している。なお、以下の説明においては、説明を簡単にするために、同じ部材であっても図２に示した符号とは異なる符号を付している。図３に示す例において、通常電磁鋼板をステータ軸線方向に積層してなる複数の分割ステータコア２０１を、同一円周方向で等間隔に配列して構成されている。各分割ステータコア２０１には、アウターロータ側ヨークおよびインナーロータ側ヨーク間において電磁コイル２０２が巻回されている。そして、これら電磁コイル２０２を巻回した分割ステータコア２０１をステータ軸線方向両側のブラケット（ここでは図示せず）間に何らかの手段で挟持するとともに、全体的に樹脂２０３でモールドすることにより一体化して、ステータ１０１を構成している。

図４（ａ）、（ｂ）は本発明の回転電機の製造方法の一例を説明するために水路周辺を拡大して示す図である。図４（ａ）、（ｂ）に示す例において、ステータ１０１は、コイル２０２が集中巻きされ円周状に配置された分割ステータコア２０１と、隣り合う分割ステータコア２０１の間に配置された、独立した水路パイプ２０４とから成っている。水路パイプ２０４の形状は、隣り合う分割ステータコア２０１の間に形成される空間であって各々のコイル２０２の巻回面２０２ａがテーパー面となる空間と同じ形状を有するくさび状の形状となっている。水路パイプ２０４には水を通すための水路２０５が設けてある。

図４（ａ）に示すように、樹脂成形時には、分割ステータコア２０１を樹脂成形型２０６に固定するとともに、水路パイプ２０４を隣り合う分割ステータコア２０１の間の空間に可動式に保持する。この状態で、分割ステータコア２０１の内側と外側から均等に樹脂２０３を流し込む。この時、水路パイプ２０４の横断面はくさび状となっているため、水路パイプ２０４の外周側と内周側とでは樹脂２０３の受圧面積が異なる。この受圧面積の違いによって、樹脂２０３の充填に伴い、水路パイプ２０４がステータ１０１の内側へと移動し、コイル２０２と密着する。この時、水路パイプ２０４がコイル２０２の表面となる巻回面２０２ａを滑るように移動するが、水路パイプ２０４とコイル２０２との間に、好ましい例として絶縁部材としての絶縁紙２０７を設けているため、コイル２０２の巻回面２０２ａの絶縁被膜を傷付けることを防止することができる。

以上のようにして、本発明の回転電機の製造方法に従ってステータ１０１を製造することで、コイル２０２と水路パイプ２０４とをより密着させることが可能となるため、熱抵抗を減らし冷却効率を向上させることができる。また、ステータ１０１の内側に向かってコイル２０２間の隙間が狭くなるような構造になっているので、水路パイプ２０４が樹脂成形時の圧力によってコイル２０２間に入り込む。そのため、くさび効果が発生し、ステータ１０１の周方向の応力によってステータ１０１の真円度を保つことができ、モータの電磁気的性能を向上させることができる。

図５は本発明の回転電機の製造方法の他の例を説明するための図である。図５に示す例では、コイル２０２と水路パイプ２０４との間に、絶縁紙２０７の代わりに、樹脂成形時の応力および熱の少なくとも一方で変形する良熱伝導性絶縁部材２０８を介在させている。そうすることにより、水路パイプ２０４がコイル２０２の巻回面２０２ａを滑る際に、コイル２０２の被膜の傷付けを防止するとの機能を失うこと無く、コイル２０２や水路パイプ２０４の巻回面２０２ａの凹凸により形成される空気層を良熱伝導性絶縁部材２０８によって埋めることができ、冷却効率をさらに向上させることができる。

ここで、両熱伝導性絶縁部材２０８としては、シリコーンを母材としたゴムやエラストマーを使用することができる。また、好ましくは熱伝導性向上のため、絶縁性能を損なわない程度に金属フィラーを添加することもできる。

図６は本発明の回転電機の製造方法のさらに他の例を説明するための図である。図６に示す例では、水路パイプ２０４の内周側に、コイル２０２の最内周部の隙間２０２ｉよりも幅の広い、且つ、水路パイプ２０４の外周側の幅２０４ｏよりも幅の狭いリブ２０９を設け、水路パイプ２０４のステータ１０１の外周側への移動を規制している。こうすることにより、万が一樹脂の充填が不均一だった場合にも、水路パイプ２０４がステータ１０１の外周側へと移動することを防止することができる。その後、樹脂が満たされれば受圧面積の違いにより水路パイプ２０４はステータ１０１の内周側へと移動し、コイル２０２に密着する。なお、リブ２０９の存在にあわせて、ステータ１０１の内周側のコイル２０２の側面にも絶縁紙２０７または良熱伝導性絶縁部材２０８を設け、この部分でのコイル２０２の絶縁被膜保護を行うことが好ましい。

上述した例では、樹脂成形型２０６へ分割ステータコア２０１の内側と外側から均等に樹脂２０３を流し込む例について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、樹脂成形側２０６へ１箇所から樹脂２０３を流し込む場合でも、樹脂２０３は分割ステータコア２０１の内側と外側に回り込むため、水路パイプ２０４の受圧面積の相違を利用する本発明の回転電機の製造方法を好適に適用することができる。

本発明の回転電機の製造方法は、内外にロータを有し、ロータ間にステータを有する３層構造の回転電機において、ステータの冷却効率を高くする用途に好適に使用することができる。

複軸多層モータが適用されたハイブリッド駆動ユニットを示す概略全体図である。 ラビニョオ型遊星歯車列と組み合わされて車両用ハイブリッド変速機を構成する、本発明の対象となる複軸多層モータを示す縦断側面図である。 本発明の回転電機の製造方法を説明するための図である。 （ａ）、（ｂ）は本発明の回転電機の製造方法の一例を説明するために水路周辺を拡大して示す図である。 本発明の回転電機の製造方法の他の例を説明するための図である。 本発明の回転電機の製造方法のさらに他の例を説明するための図である。

符号の説明

１０１ ステータ
１０２ インナーロータ
１０３ アウターロータ
２０１ 分割ステータコア
２０２ 電磁コイル
２０２ａ 巻回面
２０２ｉ 内周側の隙間
２０３ 樹脂
２０４ 水路パイプ
２０４ｏ 外周側の幅
２０５ 水路
２０６ 樹脂成形型
２０７ 絶縁紙
２０８ 良熱伝導性絶縁部材
２０９ リブ

Claims (4)

1. 円筒状のステータの内外に、それぞれ独立に制御可能なアウターロータおよびインナーロータを配置した複軸多層構造を有する回転電機であって、各々にコイルが集中巻きされ、円周状に配置された複数の分割ステータコアと、分割ステータコア間に配置された水路パイプから成り、分割ステータコアおよび水路パイプを樹脂でモールドして固定したステータ構造を有する回転電機の製造方法において、
   樹脂成形時に、コイルを巻回した複数の分割ステータコアを樹脂成形型によって固定し、隣り合う分割ステータコアの間に形成される空間であって各々のコイル巻回面がテーパー面となる空間と同じ形状を有するくさび状の水路パイプを可動式に保持した状態で、樹脂を樹脂成形型に注入して成形することにより、くさび状の水路パイプの受圧面積の違いによって水路パイプを隣り合うコイル間の空間に滑り込ませ、水路パイプとコイルとを密着させることを特徴とする回転電機の製造方法。
2. 前記水路パイプとコイルとの間に絶縁部材を設け、樹脂成形時に、水路パイプとコイルとを絶縁部材を介して密着させることを特徴とする請求項１に記載の回転電機の製造方法。
3. 前記絶縁部材として、樹脂成形時の圧力および熱のうちの少なくとも一方により変形する絶縁部材を使用することを特徴とする請求項２に記載の回転電機の製造方法。
4. 前記水路パイプの内周側の端部に、コイル間の隙間より幅が広く、且つ、水路パイプ外周の幅よりも狭いリブを設け、コイル間の空間に水路パイプが位置するよう配置するとともに、分割ステータコアの内周側にリブが位置するよう配置したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の回転電機の製造方法。

Images