JP2006340580A - 回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】 小型化された回転電機を提供する。
【解決手段】 回転電機は、リング状に配列される複数の集中巻コイルを備える。複数の集中巻コイルのうちの互いに隣接するコイルユニット３５，３６のコイルエンド間の隙間部分にはコイルユニット３６の巻線端部７６が通され、隙間部分から巻線端部７６が引出される。好ましくは、巻線端部７６とコイルユニット３５，３６のコイルの巻線巻回部との間には、絶縁部材８６が設けられる。巻線端部７６は、リング状配列の内周側から外周側に向けて引出され、中性点バスバーに結合される。したがって、コイルエンドから巻線端部７６が突出するのを避けることができ、モータの軸方向の寸法を小さくすることができる。
【選択図】 図３

Description

本発明は、回転電機に関し、特に回転電機のステータ部分のコイル巻線の配線構造に関する。

近年、燃費が改善された車両として燃料電池自動車やハイブリッド自動車が注目されている。ハイブリッド自動車は、ガソリンエンジン、トランスミッション、インバータ、電池、モータおよびそれらの制御装置から構成される。このような車両には、信頼性が高く効率が良く回転速度の可変な制御性の良いモータが求められる。

従来、このようなモータに用いられるコイルは大トルクが出力できる分布巻コイルが主流であったが、占積率の改善に伴い巻線容易で生産性が良い集中巻コイルも用いられるようになってきている。

モータのステータは、リング状であって、その内周面に内方に突出する複数のティースが周方向に一定の間隔をあけて設けられたステータコアを有している。ステータコアに設けられた各ティースにはコイルが巻回されている。このようなステータでは、組み立てが容易になるように、各ティースに巻回されるコイルを、予め導線を巻回してユニット化しておいて、ユニット化された各コイルを、各ティースにそれぞれ嵌合させることが行われている。
特開２００１−１０３７００号公報 特開平１１−２３４９６４号公報 特開２００３−９２８５８号公報

特開２００１−１０３７００号公報（特許文献１）に開示された技術では、ステータコアの端面上にはバスバーが設けられており、各コイルの巻終り端部がステータ内周側から外周側に向けてバスバーに設けられた端子部に挿入されている。

図１０は、集中巻コイルを配置したステータの一部を示した斜視図である。
図１０を参照して、三相のコイル５３４，５３５，５３６がステータの内周に向けて伸びるティース部に嵌め込まれている。

ステータの端面上でコイル５３４，５３５，５３６のステータ外周側にＵ，Ｖ，Ｗ相のバスバーおよび中性点のバスバーが設けられている。バスバーには巻線の巻き始め端部および巻き終り端部を接続するための端子部５４４，５４６，５５４，５５６が設けられている。

図１１は、従来のコイル巻終り端部の接続を説明するための模式図である。
図１１を参照して、特開２００１−１０３７００号公報（特許文献１）に開示された技術では、コイル５３６のステータコア５６０からはみ出たコイルエンド部高さｈ１よりも巻線の巻終り端部５７６および端子部５５６がさらに高さｈ２だけはみ出て配線されていた。

したがって、モータの軸長方向の寸法を小さくするためにはさらに改善の余地があった。特に、車両推進用モータを搭載するハイブリッド自動車は、エンジン、発電機およびモータを同軸上に配置する場合がある。このような場合には、モータの軸長方向の寸法をすこしでも小さくするほうが、搭載が容易になるので望ましい。

この発明の目的は、小型化された回転電機を提供することである。

この発明は、要約すると、回転電機であって、リング状に配列される複数の集中巻コイルを備える。複数の集中巻コイルのうちの互いに隣接する第１、第２のコイルのコイルエンド間の隙間部分には第１のコイルの巻線端部が通され、隙間部分から第１のコイルの巻線端部が引出される。

好ましくは、回転電機は、第１のコイルの巻線端部と第１、第２のコイルの巻線巻回部との間に設けられる絶縁部材をさらに備える。

好ましくは、回転電機は、複数の集中巻コイルがそれぞれ巻回される複数のティースを有するステータコアと、複数の集中巻コイルのリング状配列の外周に配置された中性点バスバーとをさらに備える。第１のコイルの巻線端部は、リング状配列の内周側から外周側に向けて引出され、中性点バスバーに結合される。

より好ましくは、回転電機は、第１、第２のコイルのコイルエンド間の隙間部分に第１のコイルの巻線端部と近接して配置された温度センサをさらに備える。

さらに好ましくは、温度センサは、第１のコイルエンド、第２のコイルのコイルエンドおよび第１のコイルの巻線端部に囲まれるように配置される。

この発明は他の局面においては、回転電機であって、リング状に配列される複数の集中巻コイルと、複数の集中巻コイルのうちの互いに隣接する第１、第２のコイルのコイルエンド間の隙間部分に配置される温度センサとを備える。温度センサは、回転軸に平行な断面において、中性点に接続される第１のコイルの巻線端部と第１のコイルのコイルエンド部と第２のコイルのコイルエンド部とに囲まれている。

好ましくは、回転電機は、断面において、第１のコイルの巻線端部と第１のコイルのコイルエンド部と第２のコイルのコイルエンド部に外接し、中央に温度センサを収容する孔を有する絶縁部材をさらに備える。

本発明によれば、コイルエンド間のスペースを有効に利用することができ、モータの軸方向の長さを短くすることができる。

以下、本発明について図面を参照しつつ詳しく説明する。なお、以下において同一または相当部分には同一の符号を付してその説明は繰返さない。

［実施の形態１］
図１は、本発明の実施の形態に係る回転電機の構造を示す図である。

図１を参照して、回転電機１の回転軸に垂直な断面を説明する。回転電機１は、回転軸であるシャフト４と、シャフト４に結合されるロータ３と、図示しないケースに固定されるステータ２とを含む。

ステータ２はたとえば電磁鋼板が積層されて形成されている。ステータ２には１２ヵ所のティース部５が設けられる。ステータ２のティース部５にはコイル１０が巻回されている。

ステータ２の内部の空洞にはロータ３が収容されている。ロータ３はたとえば電磁鋼板
が積層されて形成され、この電磁鋼板に設けられた８個の空洞に永久磁石７が配置されている。

コイル１０に三相交流が加えられることにより、コイル１０と永久磁石７との間に生ずる力によってロータ３はシャフト４の中心を回転軸として回転する。

なお、回転電機１はモータである場合を説明したが、ロータが外力によって回転されることによってステータのコイルに電気を発生させるジェネレータであってもよい。

図２は、図１におけるステータ２のより詳細な構成を示す平面図である。
図２を参照して、ステータ２は、複数の磁性鋼板を積層して構成されたリング状のステータコアと、このステータコアに取付けられた複数（本実施の形態では１２個）のコイルユニット３１〜４２とを含む。

ステータコアは、全周にわたって一定の幅のリング状をしたステータヨーク部と、このステータヨーク部１１の内周面に、それぞれが放射方向に沿って内方に突出するように、周方向に一定の間隔をあけて設けられた１２個の直方体状のティースとを含む。そして、ステータコアの１２個のティースには、コイルユニット３１〜４２がそれぞれ装着されている。

ステータコアのティースに装着される各コイルユニットは、ティースに嵌合される樹脂製のインシュレータと、このインシュレータにエナメルにて被覆された導線を巻回して構成されたコイルとを含む。

ステータコアにはボルトを貫通させるための孔６２，６４，６６が設けられ、ステータ２は図示しないモータケースにボルトで固定される。

ステータコアに隣接してコイルユニット３１〜４２のコイルエンド部外周側にＵ，Ｖ，Ｗ相の三相電流を与えるためのバスバーが設けられ、パワーケーブルを接続する端子２２，２４，２６がバスバーに結合されている。これらのバスバーには端子部４３，４４，４６が設けられ、コイルユニット３４，３５，３６の導線巻き始め端部が接続される。

三相電流を与えるためのバスバーと隣接してコイルユニット３４，３５，３６の導線巻き終り端部を結線するためのバスバーが配置され、このバスバーには端子部５２，５４，５６が設けられている。なお、バスバーは、隣接するバスバーとは絶縁樹脂の層によって絶縁されている。

図３は、導線巻き終り端部と中性点バスバーとの結線部分を拡大して示した斜視図である。

図４は、導線巻き終り端部と中性点バスバーとの結線部分を拡大して示した平面図である。

図３、図４を参照して、リング状に配列される複数の集中巻コイルから巻線端部が引出される状態を説明する。互いに隣接するコイルユニット３５，３６のコイルエンド間の隙間部分に、コイルユニット３６の巻線端部７６が通され、この巻線端部７６が外周側に引出されている。

同様に、互いに隣接するコイルユニット３４，３５のコイルエンド間の隙間部分に、コイルユニット３５の巻線端部７４が通され、この巻線端部７４が外周側に引出されている。

巻線端部７６とコイルユニット３５，３６の巻線巻回部との間には、絶縁部材８６が設けられる。巻線端部７４とコイルユニット３４，３５の巻線巻回部との間には、樋状の形状を有する絶縁部材８４が設けられる。絶縁部材としては、例えば、絶縁樹脂や絶縁紙等を用いることができる。

コイルユニット３４，３５，３６のリング状配列の外周には、中性点バスバー５０が配置される。巻線端部７４，７６は、コイルユニットのリング状配列の内周側から外周側に向けて引出され、中性点バスバー５０に設けられた端子部５４，５６にそれぞれ接続される。

図５は、導線巻き終り端部がコイルエンド間に隙間を通されている様子を説明するための部分断面図である。

図５に示すように、コイルを巻回していくと、ステータコア６０のティース部分の断面がたとえ四角形状であっても、巻回の外周部分になるとコイルユニット３５のコイルエンド部とコイルユニット３６のコイルエンド部との間には谷間となっている隙間部分ができてしまう。

したがって、この隙間部分を利用することによりコイルの巻き終り端部である巻線端部７６を外周側の中性点バスバーに向けて引出すことができる。

図６は、導線巻き終り端部を引出した部分の高さを説明するための図である。
図６に示すように、コイルエンド間の隙間に導線巻き終り端部である巻線端部７６を収め、中性点バスバーの端子部５６の高さも抑えることにより、ステータコア６０から突出する部分の高さをコイルエンド高さｈ以内に抑えることができる。

したがって、コイルエンド間のスペースを有効に利用することができ、モータの軸方向の長さを短くすることができる。

［実施の形態２］
永久磁石を用いるモータは、高温になると性能を十分発揮できなくなるので、モータの温度上昇をモニタしながらモータを駆動する電流に制限をかけるような制御が行なわれる。このため、モータの過負荷や相間の短絡を検出するために、モータ温度を検出する温度センサをモータに取付ける場合がある。このような温度センサを取付ける場合においても、スペースを有効活用してモータの軸方向の長さを短くすることが望ましい。

図７は、温度センサのステータへの取付け位置の検討例である。
図７に示すように、集中巻コイルを含む図２に示したようなステータに温度センサ１０８を取付ける場合には、実施の形態１のコイル巻き終り端部の例と同様にデッドスペースを有効利用して取付けるのが望ましい。

すなわち、コア１０６からはみ出している部分であるコイルエンド１０２とコイルエンド１０４の間の隙間部分に温度センサ１０８を取付けることが、モータ軸長を短くする上で有効である。

一方、温度センサ１０８をこのような隙間部分に取付けようとすると、コイルにセンサをくくりつけたり、接着したりする方法では作業性が悪く人手や時間がかかる。

また、図７に示すような位置に取付ければ、温度センサが隣接するコイルエンド１０２，１０４のコイルについては温度上昇を検知することができるが、温度センサに隣接していないコイルの温度上昇は熱伝導を待つ必要があり検出するのに時間がかかる。

図８は、実施の形態２に係る回転電機の温度センサ取付け部分を拡大して示した斜視図である。

図９は、ステータ内周側から温度センサ取付け部分を見た図である。
図８、図９を参照して、リング状に配列される複数の集中巻コイルのコイルユニットのうち、互いに隣接するＵ相コイルユニット３５とＶ相コイルユニット３６の境界部分について説明する。

Ｕ相コイルユニット３５とＶ相コイルユニット３６のコイルエンド間の隙間部分には、温度センサ１１４が配置される。温度センサ１１４は、図９に示される回転軸に平行な断面において、中性点に接続されるコイルの巻線端部１１６とＵ相コイルユニット３５のコイルエンド部とＶ相コイルユニット３６のコイルエンド部とに囲まれている。

Ｕ相コイルユニット３５とＶ相コイルユニット３６との間には絶縁部材１１２が配置される。図９に示される回転軸に平行な断面において、絶縁部材１１２は、Ｖ相コイルユニット３６の巻線端部１１６とＶ相コイルユニット３６のコイルエンド部とＵ相コイルユニット３５のコイルエンド部に外接し、中央に温度センサ１１４を収容する孔を有する。

モータへの取付け前に、温度センサ１１４は絶縁部材１１２に予め埋め込まれている。したがって、絶縁部材１１２を取付けることにより温度センサ１１４の取付けが同時に完了するので作業性が改善され生産性も向上する。なお、温度センサ１１４としては、例えばサーミスタを用いることができる。

より好ましくは、コイルエンド部の外周に配置されるバスバーとコイルエンド部とを絶縁する絶縁樹脂のリングと絶縁部材１１２とを一体化させておけば、絶縁樹脂のリングを取付けることで温度センサの取付けも同時に完了するので、より生産性を向上させることができる。このようにすれば、たとえば複数箇所に温度センサを取付ける場合でも１工程で取付けが完了するので好ましい。

また絶縁部材１１２の上部には、コイルユニット３６のコイル巻き終り端部である巻線端部１１６がコイルユニット３５，３６の上面から突出しない程度の凹みが設けられており、この凹みに巻線端部１１６が配置されている。

巻線端部１１６はステータの内周側から外周側に向けて引出され、中性点バスバーの端子部５６に結合される。

このような構成とすることにより、モータの軸方向に温度センサ１１４や巻線端部１１６が飛び出すことがないので、モータの軸方向の寸法を小さく抑えることができる。

また、温度センサ１１４は、Ｕ相コイルユニット３５およびＶ相コイルユニットだけでなく中性点に結合される巻線端部１１６にも近接している。したがって、中性点の温度上昇も検知することができる。このため、Ｗ相に短絡が生じた場合でもこれに伴い中性点に大電流が流れたことによる温度上昇を検知することができ、より確実な故障検知が可能となる。

なお、図８等において巻線端部１１６等の中性点に接続する巻線端部は、内周側から外周側に引出される例を示したが、例えば中性点バスバーをステータの内周側に配置するような場合には、巻線端部はステータの外周側から内周側に向けて引出されても良い。

今回開示された実施の形態はすべての点で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。本発明の範囲は上記した説明ではなくて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ことが意図される。

本発明の実施の形態に係る回転電機の構造を示す図である。 図１におけるステータ２のより詳細な構成を示す平面図である。 導線巻き終り端部と中性点バスバーとの結線部分を拡大して示した斜視図である。 導線巻き終り端部と中性点バスバーとの結線部分を拡大して示した平面図である。 導線巻き終り端部がコイルエンド間に隙間を通されている様子を説明するための部分断面図である。 導線巻き終り端部を引出した部分の高さを説明するための図である。 温度センサのステータへの取付け位置の検討例である。 実施の形態２に係る回転電機の温度センサ取付け部分を拡大して示した斜視図である。 ステータ内周側から温度センサ取付け部分を見た図である。 集中巻コイルを配置したステータの一部を示した斜視図である。 従来のコイル巻終り端部の接続を説明するための模式図である。

符号の説明

１ 回転電機、２ ステータ、３ ロータ、４ シャフト、５ ティース部、７ 永久磁石、１０，５３４，５３５，５３６ コイル、１１ ステータヨーク部、２２，２４，２６ 端子、３１〜４２ コイルユニット、４３，４４，４６，５２，５４，５６，５４４，５４６，５５４，５５６ 端子部、５０ 中性点バスバー、６０，５６０ ステータコア、６２，６４，６６ 孔、７４，７６，１１６ 巻線端部、８４，８６ 絶縁部材、１０２，１０４ コイルエンド、１０６ コア、１０８，１１４ 温度センサ、１１２ 絶縁部材。

Claims (7)

1. リング状に配列される複数の集中巻コイルを備え、
   前記複数の集中巻コイルのうちの互いに隣接する第１、第２のコイルのコイルエンド間の隙間部分には前記第１のコイルの巻線端部が通され、前記隙間部分から前記第１のコイルの巻線端部が引出される、回転電機。
2. 前記第１のコイルの巻線端部と前記第１、第２のコイルの巻線巻回部との間に設けられる絶縁部材をさらに備える、請求項１に記載の回転電機。
3. 前記複数の集中巻コイルがそれぞれ巻回される複数のティースを有するステータコアと、
   前記複数の集中巻コイルのリング状配列の外周に配置された中性点バスバーとをさらに備え、
   前記第１のコイルの巻線端部は、前記リング状配列の内周側から外周側に向けて引出され、前記中性点バスバーに結合される、請求項１に記載の回転電機。
4. 前記第１、第２のコイルのコイルエンド間の前記隙間部分に前記第１のコイルの巻線端部と近接して配置された温度センサをさらに備える、請求項３に記載の回転電機。
5. 前記温度センサは、前記第１のコイルエンド、第２のコイルのコイルエンドおよび前記第１のコイルの巻線端部に囲まれるように配置される、請求項４に記載の回転電機。
6. リング状に配列される複数の集中巻コイルと、
   前記複数の集中巻コイルのうちの互いに隣接する第１、第２のコイルのコイルエンド間の隙間部分に配置される温度センサとを備え、
   前記温度センサは、回転軸に平行な断面において、中性点に接続される前記第１のコイルの巻線端部と前記第１のコイルのコイルエンド部と前記第２のコイルのコイルエンド部とに囲まれている、回転電機。
7. 前記断面において、前記第１のコイルの前記巻線端部と前記第１のコイルのコイルエンド部と前記第２のコイルのコイルエンド部に外接し、中央に前記温度センサを収容する孔を有する絶縁部材をさらに備える、請求項６に記載の回転電機。

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