JP2005318726A - 電動機の固定子保持構造 - Google Patents

Abstract

【課題】 電動機の構造を変えることなく、且つ容易に実現可能な、固定子とケースとのずれを防止することができる電動機の固定子保持機構を提供する。
【解決手段】 電動機１の外装を形成するケース９と、前記ケース９内に配設され磁力を発生させる固定子２と、前記固定子２内に配設され前記固定子２の磁力により回転する回転子５と、一端を前記固定子２に接続させ電流を前記固定子２に送るリード線１１とを備える電動機１の固定子保持機構において、前記固定子２と前記ケース９内壁との間に配策された前記リード線１１を、少なくとも前記ケース９と直接的または間接的に固定された電線固定具２０により保持させた。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電動機の固定子保持構造に関し、詳細には、電動機のケースと固定子の位置ずれを防止する構造に関する。

従来、電動機におけるケースと固定子（ステータ）との位置ずれを防止する固定子保持構造としては、これらケースと固定子とをピンなどで機械的に保持する手法が知られている。この他、いわゆる焼きバメ法を施した後に追加工程としてピンを挿入する手法（例えば、固定子およびケースの双方に予めピン挿入用の半径方向の穴または軸方向の溝を設けておき、焼きバメを施した後に両方の穴または溝に合致するピンを選択して挿入する手法）や、ケースおよび固定子に凹凸を設ける手法などがある（例えば、特許文献１参照）。
特開平１１−３２４５４号公報（第３頁、第１図）

しかしながら、従来の電動機の固定子保持構造では、固定子およびケースにおける位置決めの観点から凹凸形状の加工精度が要求され、製造コストの増加へ繋がるおそれがある。また、ケースおよび電動機固定子の双方の材質関係によっては、熱膨張の際、電動機固定子がケースに対して円周方向にずれてしまう可能性もあった。

そのため、従来の電動機の構造をそのまま用いることが困難となり、固定子とケースとのずれを防止する構造の実現は容易ではなかった。

そこで、本発明はかかる従来の課題に鑑みてなされたものであり、電動機の構造を変えることなく、且つ容易に実現可能な、固定子とケースとのずれを防止することができる電動機の固定子保持構造を提供することを目的とする。

本発明の電動機の固定子保持構造は、電動機の外装を形成するケースと、前記ケース内に配設され磁力を発生させる固定子と、前記固定子の内側に配設され前記固定子の磁力により回転する回転子と、一端を前記固定子に接続させ電流を前記固定子に送るリード線とを備える。そして、この電動機の固定子保持構造では、前記固定子と前記ケース内壁との間に配策された前記リード線を、少なくとも前記ケースと直接的または間接的に固定された電線固定具により保持させる。

本発明によれば、固定子とケースとの間のコイルリード線を電線固定具で固定しているので、コイルリード線の固定部と固定子との接続部までの長さを短縮でき、取付初期状態でのコイルリード線のたわみ量や固定子が周方向に滑った際のコイルリード線の伸び量が少なくなるため、従来一般的に用いられているコイルリード線のテンションおよび固定子と端子台との間の距離を保持したままで、固定子の周方向の滑りを防止（または低減）できる。

しかも、この電線固定具は容易に設置することができる上に、加工精度の要求も必要なく、これに加えて、追加工程が発生する等の煩雑化に繋がる問題もない。

また、固定子の周方向の滑りを防止（または低減）できるので、コイルと回転検出器を構成するレゾルバ固定子の周回方向の位置関係、さらには固定子の位置に対する回転子の磁極位置が誤って認識され、制御上支障が発生する可能性を低減することができる。

かくして、本発明によれば、電動機の構造を変えることなく、且つ容易に、固定子とケースとのずれを防止可能な電動機の固定子保持構造を実現することができる。

以下、本発明に係る電動機の固定子保持構造の一実施の形態について、図面に基づいて詳細に説明する。なお、便宜上、本実施の形態に係わりがない箇所の説明については省略する。

〔第１の実施の形態〕
本実施の形態における電動機の固定子保持構造について、図１ないし図３を用いて説明する。図１は本発明にかかる電動機における円周方向の断面図、図２は図１におけるＡ−Ａ断面図、図３は図１の電動機における要部（すなわち、電線固定具２０）を拡大して示す部分的断面図である。

図１および図２に示すように、電動機１は本実施の形態の場合、交流電動機の同期方式とし、固定子２、回転子５、ケース９により大略構成されている。

固定子２は、磁束を発生するコイル３と、コイル３を保持して磁束が通る磁路を形成する固定子コア４とにより構成される。また、回転子５は、磁石を内蔵し磁路を形成する回転子コア６と、外部に回転力を伝達する出力軸７とにより構成される。

ケース９は、主として前部カバー１５と後部カバー１６とからなり、電動機１の外装を構成する。前部カバー１５は、出力軸７側に取り付けられ、後部カバー１６は、その反対側に取り付けられる。そして、これら前部カバー１５と後部カバー１６が突き合わされて、内部に回転子や固定子などを収納させるキャビティーを構成する。出力軸７は、前部カバー１５と後部カバー１６にそれぞれ設けられた軸受８によって回転自在に支持される。

出力軸７側の固定子２端部上方には、端子台１０が設置されている。この端子台１０は、上面を出力軸７側に向けケース９内面で結合されている端子台本体１０ａと、端子台本体１０ａ上面を覆う端子台カバー１０ｂとにより構成されている。

なお、固定子２と端子台１０との間の距離は、製造、組立および強電安全上の理由により決まっている。また、例えば樹脂製の端子台１０を図示しないボルトによりケース９に固定するためには、このボルトの雌ねじ穴深さ分だけケース９の肉厚を確保し、また端子台１０の形状は金属製のケース９との絶縁を確保するために、沿面距離（高圧が流れる端子１２とケース９との間の端子台１０表面距離）を必要量確保する必要がある。

コイルリード線１１は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各相毎に設けられ、一端はコイル３に、端子１２が接続された他端はナット１３により端子台カバー１０ｂ内であって端子台本体１０ａ上面で各相のケーブル１４と接続されている。なお、本実施の形態で用いたコイルリード線１１のテンションは、電動機１として一般的に用いられているテンションと同様とする。

ケーブル１４は、ケース９および端子台本体１０ａを貫通するように保持され、図示省略する制御器から電動機１へと出力される要求信号に応じ電流を通電している。なお、端子台１０はケーブル１４の揺動を防ぎ、端子１２間および端子１２とケース９との間を絶縁する機能を有している。

さらに、電動機１の後端部には、出力軸７の回転角度を検出する回転検出器である回転センサ（本実施の形態では、レゾルバとする）が設置されている。なお、電動機１の後端部には、レゾルバを覆うレゾルバカバー１７が、後部カバー１６に接続されている。レゾルバは、レゾルバ固定子１８と、レゾルバ回転子１９とにより構成されている。

レゾルバ固定子１８は、レゾルバカバー１７内部に設置され、コイル３、すなわち固定子２と相対位置を同じとしている。レゾルバ回転子１９は、出力軸７の端部に設置され、出力軸７、すなわち回転子５と同一周方向に同一回転数で回るようになっている。

これにより、レゾルバ固定子１８とレゾルバ回転子１９との相対位置関係を検出し、コイル３と回転子５内部の磁石の位置関係を検出する。

かかる構成に加えて、本実施の形態の電動機１の場合、出力軸７側の固定子２端部上方であって端子台１０端部下方には、各コイルリード線１１を保持する電線固定具２０が設置されている。

この電線固定具２０は、図３に示すように、上下二つの部材（上方電線固定具２０ａ、下方電線固定具２０ｂ）で構成されている。下方電線固定具２０ｂは、ケース９の円筒部から外側へ突出する矩形状部にボルト２１によって固定され、上方電線固定具２０ａは、この下方電線固定具２０ｂに対してボルト２１によって各コイルリード線１１を挟むように固定されている。この電線固定具２０が配置される位置は、固定子コア４と端子台１０との間とされる。なお、図３においては、端子１２の下部と下方電線固定具２０ｂとの取付についての図示は省略する。

そして、本発明では、図示しない制御器からケーブル１４を通じて、三本のコイルリード線１１を介して三相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）のコイル３に電流が送られる。この電流量は要求出力に応じて通電される。これにより、コイル３で磁束を発生させ、磁石と反発することで回転子５、すなわち出力軸７を回転させる。なお、回転子５にトルクＦａを発生させようとすると、固定子２にはトルク反力Ｆｂがかかるため、寸法公差の組合わせによってはトルク反力Ｆｂを受けきれずに固定子２がケース９から周方向において位置ずれを起こす可能性があった。

例えば、固定子２とケース９とが焼きバメ法のみで固定されていて、ケース９が固定子２よりも熱膨張率の大きい金属の組み合わせ（例えば固定子コア４がケイ素鋼板、ケース９がアルミニウム合金等）の場合、固定子２とケース９の温度状態によっては半径方向の膨張量の差によって締め代が減少し、回転子５を回転させる際のトルク反力Ｆｂを受けきれずに固定子２が滑る可能性があった。

さらに、このとき電動機１の回転を測定する回転センサ（図示省略する）にレゾルバを使用する場合、そのレゾルバ固定子１８は通常ケース９もしくはケース９に固定された部品に固定されているため、コイル３とレゾルバ固定子１８の周回方向の位置関係、さらには固定子２の位置に対する回転子５の磁極位置が誤って認識され、制御上支障がでる可能性があった。

しかしながら、本実施の形態では、上述したように、固定子２とケース９との間のコイルリード線１１を電線固定具２０で固定しているので、コイルリード線１１の固定部と固定子２との接続部までの長さを短縮でき、取付初期状態でのたわみ量や固定子２が周方向に滑った際のコイルリード線１１の伸び量が少なくなるため、従来一般的に用いられているコイルリード線１１のテンションおよび固定子２と端子台１０との間の距離を保持したままで、固定子２の周方向の滑りを防止（または低減）できる。

また、本実施の形態の電動機１では、電線固定具２０を容易に設置することができる上に、加工精度の要求も必要なく、これに加えて、追加工程が発生する等の煩雑化に繋がる問題もない。

さらに、固定子２の周方向の滑りを防止（または低減）できるので、コイル３とレゾルバ固定子１８の周回方向の位置関係、さらには固定子２の位置に対する回転子５の磁極位置が誤って認識され、制御上支障が発生する可能性を低減することができる。

かくして、本実施の形態によれば、電動機１の構造を変えることなく、且つ容易に、固定子２とケース９とのずれを防止可能な電動機１の固定子保持構造を実現することができる。

〔第２の実施の形態〕
次に、電線固定具として、固定子２に送られる電流量を測定する電流センサ（本実施の形態では、ホール素子を適用する）を用いる場合について、図４を用いて説明する。なお、上述した実施の形態と同様な箇所の説明は省略する。

図４に示すように、ホール素子を用いた電流センサ付電線固定具２２は上下二つの部材（上方電線固定具２２ａ、下方電線固定具２２ｂ）で構成されており、その長手方向一端はヒンジ部２２ｃを介して上下双方の電線固定具２２ａ、２２ｂを接続する構造となっている。この下方電線固定具２２ｂにおける長手方向のヒンジ２２ｃ側は、ボルト２１によってケース９に固定されている。一方、反対側、即ち開閉側は、上方電線固定具２２ａと下方電線固定具２２ｂとケース９とをボルト２１によって固定している。これにより、各コイルリード線１１は、電流センサ付電線固定具２２（つまり、ホール素子）により固定されることとなる。

このようにすることで、従来は図示省略する制御器に取付けていた電流センサを、電線固定具として機能させつつ、電動機内のデットスペースに配設することが可能になるため、システム全体における部品点数の削減およびコンパクト化を実現できる。

なお、本実施の形態では、電流センサ付電線固定具２２としてホール素子型を用いたが、勿論、本発明はこれに限定するものではない。

〔第３の実施の形態〕
続いて、本発明を燃料電池自動車に用いた場合について、図５を用いて説明する。なお、上述の実施の形態と同様な箇所の説明は省略する。

図５に示すように、電線固定具２３におけるコイルリード線１１（図３参照）との接触部分に、外部から媒体（本実施の形態では、気体とする）が流入可能なチューブ２５を設ける。このチューブ２５には、電動機１外に設置された圧縮機２６と配管２４を介して接続され、該圧縮機２６で圧縮された媒体が流入される。燃料電池は、一般的に空気と水素との化学反応により発電する。この燃料電池に空気や水素を供給する際、ある一定圧力に圧縮する。その圧縮された一方の気体（例えば、圧縮空気）を配管２４からチューブ２５へ導入する。

このようにすることで、電線固定具２３におけるコイルリード線１１（図３参照）との接触部分に前記チューブ２５を設けることで、圧縮気体が導入されるとチューブ２５によってコイルリード線１１を締結固定することとなる。したがって、固定子２とケース９との位置ずれを防止することができる。

なお、圧縮空気を導入するタイミングおよび締付力は、車両起動時において、電動機１の状態に合わせ変えることができる。例えば、固定子２と回転子５のトルクが大きい場合（例えば、車両発進時）のみ、または通常より締付力を大きくする場合などに圧縮空気を導入したり、電動機１の温度が規定温度以上となった場合のみに圧縮空気を送ることで、前記コイルリード線１１における固定部分の被覆材の磨耗や劣化をさらに低減することができる。上述のように、チューブ２５には、必要に応じ、気体を導入し、コイルリード線１１を締付するので、コイルリード線１１が電線固定具２３（チューブ２５）と常時直接触れない、すなわち、接触していることによる摩擦を低減することができるため、チューブ２５に気体が導入されていない状態（例えば、車両停止時）にはコイルリード線１１の固定部分にかかる負荷を低減することができ、固定部分におけるコイルリード線１１の被覆材の磨耗や劣化を低減することができる。

このとき、電動機１に発生するトルクを指令するトルク指令部（図示は省略する）を設け、このトルク指令部により所定値以上のトルクの発生を検知した場合、前記チューブ２５に媒体を流入させるようにしてもよい。すなわち、トルク指令部として、アクセル開度を用いてもよい。この所定値とは、各電動機１によって異なり、例えばケース９と固定子２の材料の関係から決定することができる。なお、本実施の形態では気体である圧縮空気をチューブ２５に導入したが、液体であってもよい。

以上、本発明における電動機の固定子保持機構について、上述した一実施の形態を例にとって説明したが、本発明はこれに限ることなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で各種実施形態を採用することができる。例えば、図６に示すように、電線固定具２０は、コイルリード線１１を端子台１０近傍からコイル３近傍まで覆うような形状としてもよい。また、電動機１の形状や、コイルリード線１１の本数なども、上述した各実施の形態に限定するものではない。

本発明の第１の実施の形態に係わる電動機の円周方向の断面を示す断面図である。 図１の電動機の軸方向の断面（すなわち、図１におけるＡ−Ａ断面）を示す断面図である。 図１の電動機における固定子保持構造（すなわち、電線固定具）を拡大して示す部分的断面図である。 本発明の第２の実施の形態に係わる固定子保持構造（すなわち、電線固定具）の一例である。 本発明の第３の実施の形態に係わる固定子保持構造（すなわち、電線固定具）の一例である。 本発明の他の実施の形態に係わる固定子保持構造（すなわち、電線固定具）の一例である。

符号の説明

１…電動機
２…固定子
３…コイル
４…固定子コア
５…回転子
６…回転子コア
７…出力軸
８…軸受
９…ケース
１０…端子台
１１…コイルリード線（リード線）
１２…端子
１３…ナット
１４…ケーブル
１５…前部カバー
１６…後部カバー
１７…レゾルバカバー
１８…レゾルバ固定子
１９…レゾルバ回転子
２０、２３…電線固定具
２１…ボルト
２２…電流センサ付電線固定具（電線固定具）
２４…配管
２５…チューブ
Ｆａ…トルク
Ｆｂ…トルク反力

Claims (6)

1. 電動機の外装を形成するケースと、
   前記ケース内に配設され磁力を発生させる固定子と、
   前記固定子の内側に配設され前記固定子の磁力により回転する回転子と、
   一端を前記固定子に接続させ電流を前記固定子に送るリード線とを備え、
   前記固定子と前記ケース内壁との間に配策された前記リード線を、少なくとも前記ケースと直接的または間接的に固定された電線固定具により保持させた
   ことを特徴とする電動機の固定子保持構造。
2. 請求項１に記載の電動機の固定子保持構造であって、
   一方を前記ケースに、他方を前記回転子に夫々固定し、前記ケースと前記回転子の相対位置関係により前記回転子の回転角度を検出する回転検出器を備える
   ことを特徴とする電動機の固定子保持構造。
3. 請求項１または請求項２に記載の電動機の固定子保持構造であって、
   前記電線固定具を、前記固定子に送られる電流量を測定する電流センサと兼用する
   ことを特徴とする電動機の固定子保持構造。
4. 請求項１または請求項２に記載の電動機の固定子保持構造であって、
   前記電動機外に媒体を圧縮する圧縮機を設置し、
   前記電線固定具に前記圧縮機で圧縮された媒体を流入可能なチューブを設け、
   前記リード線を前記媒体の圧力により締付固定する
   ことを特徴とする電動機の固定子保持構造。
5. 請求項４に記載の電動機の固定子保持構造であって、
   前記電動機に発生するトルクを指令するトルク指令部を設け、
   前記トルク指令部により所定値以上のトルクを検出した場合、前記電線固定具の前記チューブに前記媒体を流入する
   ことを特徴とする電動機の固定子保持構造。
6. 少なくとも請求項１から請求項５のいずれか１つに記載の電動機の固定子保持構造であって、
   前記固定子近傍に前記電線固定具を配置する
   ことを特徴とする電動機の固定子保持構造。

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