JP2006345601A - 回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】 振動や騒音の低減が十分に図られた回転電機を提供する。
【解決手段】 モータジェネレータ１１は、ケース２１と、ステータ３１と、カバー２４とを備える。ケース２１は、中心軸１０１に沿って延び、中心軸１０１が延びる方向の一方の側には開口部２２が形成されている。ステータ３１は、ケース２１内に固定されるステータコア３２と、ステータコア３２に巻回されるコイル３５とを有する。カバー２４は、開口部２２を塞ぐようにケース２１に取り付けられている。コイル３５は、カバー２４に対向する位置でステータコア３２から突出するコイルエンド３５ｍと、ステータコア３２に対してコイルエンド３５ｍとは反対側で、ステータコア３２から突出するコイルエンド３５ｎとを含む。コイルエンド３５ｍの重量は、コイルエンド３５ｎの重量よりも大きい。
【選択図】 図１

Description

この発明は、一般的には、回転電機に関し、より特定的には、ステータが固定されるハウジングに開口部が形成された回転電機に関する。

従来の回転電機に関して、たとえば、特開２００４−１５９５７号公報には、固定子の剛性を高めるとともに、高効率化を実現することを目的とした電動機が開示されている（特許文献１）。特許文献１に開示された電動機は、外殻に圧入された固定子を備える。固定子は、固定子鉄芯と、その固定子鉄芯のティースに絶縁材を介して巻回された巻線とを有する。巻線は、固定子鉄芯の両端面から突出するように設けられており、その両端面から突出した巻線の部分（コイルエンド）は、互いに等しい形状に形成されている。
特開２００４−１５９５７号公報

回転電機の振動や騒音を抑制することは重要である。しかしながら、上述の特許文献１に開示された回転電機では、外殻が局所的に剛性の低い部分を有する場合、その部分で振動を十分に抑えることができず、騒音が大きくなるという懸念が生じる。

そこでこの発明の目的は、上記の課題を解決することであり、振動や騒音の低減が十分に図られた回転電機を提供することである。

この発明に従った回転電機は、ハウジングと、ステータと、カバーとを備える。ハウジングは、所定の軸に沿って延び、所定の軸が延びる方向の一方の側に開口部が形成されている。ステータは、ハウジング内に固定されるステータコアと、ステータコアに巻回されるコイルとを有する。カバーは、開口部を塞ぐようにハウジングに取り付けられている。コイルは、カバーに対向する位置でステータコアから突出する第１のコイルエンドと、ステータコアに対して第１のコイルエンドとは反対側で、ステータコアから突出する第２のコイルエンドとを含む。第１のコイルエンドの重量は、第２のコイルエンドの重量よりも大きい。

このように構成された回転電機によれば、カバーに対向する位置に、相対的に大きい重量を有する第１のコイルエンドが配置されている。このため、コイルの重心位置は、ハウジングに開口部が形成されたために剛性が低下した所定の軸が延びる方向の一方の側にずれて形成される。これにより、その位置でコイルエンドをより積極的にマスダンパ（mass damper）として機能させ、回転電機で生じる振動や騒音を効果的に低減させることができる。

また好ましくは、所定の軸が延びる方向において、第１のコイルエンドの内縁とステータコアとの間の距離は、第２のコイルエンドの内縁とステータコアとの間の距離よりも大きい。

このように構成された回転電機によれば、インサータ方式（インサータと呼ばれる治具に、巻回した状態のコイルを予め設けておき、インサータをステータコアに対してステータコアの軸方向に移動させることによって、コイルをステータコアに装着する方法）を用いてコイルをステータコアに装着する際に、第１のコイルエンドの内縁とステータコアとの間の距離が、第２のコイルエンドの内縁とステータコアとの間の距離よりも大きくなる位置まで、インサータをステータコアに対して移動させる。これにより、容易かつ迅速に、第１のコイルエンドの重量を第２のコイルエンドの重量よりも大きく設定したステータコアを得ることができる。

以上説明したように、この発明に従えば、振動や騒音の低減が十分に図られた回転電機を提供することができる。

この発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、以下で参照する図面では、同一またはそれに相当する部材には、同じ番号が付されている。

（実施の形態１）
図１は、この発明の実施の形態１におけるモータジェネレータを備える駆動ユニットの概略を示す断面図である。図中に示す駆動ユニットは、ガソリンエンジンやディーゼルエンジン等の内燃機関と、充放電可能な２次電池とを動力源とするハイブリッド自動車に搭載されている。

図１を参照して、モータジェネレータ１１は、電動機もしくは発電機としての機能を有する回転電機であり、中心軸１０１に沿った筒形状を有するケース２１内に収容されている。ケース２１は、中心軸１０１が延びる方向の一方の側に開口部２２を有し、中心軸１０１が延びる方向の他方の側で塞がった形状に形成されている。ケース２１には、開口部２２を塞ぐようにカバー２４が取り付けられている。カバー２４は、たとえば、ボルトによってケース２１に締結されている。

モータジェネレータ１１は、軸受１２を介してケース２１に回転自在に設けられた回転軸１３と、回転軸１３に固定されたロータ２５と、ケース２１の内周に固定され、ロータ２５の周りに配置されたステータ３１と備える。ステータ３１は、開口部２２からケース２１内に挿入される。回転軸１３は、複数の歯車を含んで構成された減速機構１４に接続されている。減速機構１４は、モータジェネレータ１１に対して開口部２２の反対側に配置され、その位置でケース２１に固定されている。

図２は、図１中の矢印ＩＩに示す方向から見た駆動ユニットの端面図である。図中には、図１中のカバー２４が透視された状態が描かれている。図１および図２を参照して、ステータ３１は、ステータコア３２と、ステータコア３２に巻回されたコイル３５とから構成されている。ステータコア３２は、たとえば、中心軸１０１が延びる方向に積層された複数枚の磁性鋼板３２Ａから形成されており、コイル３５は、たとえば、絶縁被膜された銅線から形成されている。

ステータコア３２は、中心軸１０１に沿って延びる円筒形状を有する。ステータコア３２は、開口部２２が形成された中心軸１０１が延びる方向の一方の側においてカバー２４と向い合う端面３２ａと、中心軸１０１が延びる方向の他方の側において端面３２ａとは反対側に面する端面３２ｂとを有する。

コイル３５は、Ｕ相コイル、Ｖ相コイルおよびＷ相コイルからなり、これら各コイルに対応する端子２０Ｕ、端子２０Ｖおよび端子２０Ｗからなる端子２０を有する。コイル３５は、端子２０を介して、カバー２４に設けられた端子台１７に接続されている。端子台１７は、端子２０Ｕ、端子２０Ｖおよび端子２０Ｗにそれぞれ接続される端子台１７Ｕ、端子台１７Ｖおよび端子台１７Ｗからなる。端子台１７は、３相ケーブルである給電ケーブル１８を介して、外部電源１９に接続されている。このような構成により、コイル３５と外部電源１９とが電気的に接続されている。

モータジェネレータ１１から出力された動力は、減速機構１４からディファレンシャル機構１５を介してドライブシャフト受け部１６に伝達される。ドライブシャフト受け部１６に伝達された動力は、ドライブシャフトを介して図示しない車輪に回転力として伝達される。

一方、ハイブリッド自動車の回生制動時には、車輪は車体の慣性力により回転させられる。車輪からの回転力によりドライブシャフト受け部１６、ディファレンシャル機構１５および減速機構１４を介してモータジェネレータ１１が駆動される。このとき、モータジェネレータ１１が発電機として作動する。モータジェネレータ１１により発電された電力は、インバータを介してバッテリに蓄えられる。

図３は、図１中のモータジェネレータの巻線構造を示す図である。図３を参照して、図中には、いわゆる分布巻きによってステータコア３２に巻回されたコイル３５が示されている。コイル３５は、Ｕ相コイル３５Ｕ、Ｖ相コイル３５ＶおよびＷ相コイル３５Ｗからなる。

ステータコア３２は、中心軸１０１を中心に環状に延在するヨーク部３４と、ヨーク部３４の周方向に所定の間隔を隔てて配列され、ヨーク部３４の内周面から半径方向内側に突出する複数のティース部３３とから構成されている。互いに隣り合うティース部３３と、ヨーク部３４とに囲まれた空間には、スロット部３６が規定されている。スロット部３６は、図１中のロータ２５に向い合う位置で開口している。

Ｕ相コイル３５Ｕ、Ｖ相コイル３５ＶおよびＷ相コイル３５Ｗは、周方向に連続して並ぶ複数個のティース部３３の周りを周回するように、それぞれ複数箇所に設けられている。Ｕ相コイル３５Ｕ、Ｖ相コイル３５ＶおよびＷ相コイル３５Ｗは、その複数個のティース部３３の両側にあるスロット部３６と、端面３２ａおよび３２ｂ上を通るように巻回されている。Ｕ相コイル３５Ｕ、Ｖ相コイル３５ＶおよびＷ相コイル３５Ｗは、挙げた順に外周側から内周側に並んで巻回されている。Ｕ相コイル３５Ｕ、Ｖ相コイル３５ＶおよびＷ相コイル３５Ｗは、互いに周方向にずれた位置でティース部３３に巻回されている。

なお、本実施の形態では、コイル３５が分布巻きされている場合について説明したが、これに限定されず、本発明を、コイルが１つの磁極ごとにティース部に集中的に巻回される、いわゆる集中巻きの場合に適用しても良い。

図１および図３を参照して、コイル３５は、スロット部３６間で巻き渡される位置において端面３２ａから突出するコイルエンド３５ｍと、端面３２ｂから突出するコイルエンド３５ｎとを有する。コイル３５は、コイルエンド３５ｍの重量がコイルエンド３５ｎの重量よりも大きくなるように設けられている。コイルエンド３５ｍとコイルエンド３５ｎとの重量差は、２：１以上の差であることが好ましく、５：１以上の差であることがさらに好ましい。

図４は、図１中のステータを示す側面図である。図４を参照して、本実施の形態では、コイルエンド３５ｍの重量がコイルエンド３５ｎの重量よりも大きいため、ステータ３１の重心位置１１２が、中心軸１０１が延びる方向に沿ったステータコア３２の中心位置１１１よりも、端面３２ａ側にずれた位置に形成されている。つまり、重心位置１１２と端面３２ａとの間の距離は、重心位置１１２と端面３２ｂとの間の距離よりも小さくなる。

図５は、図１中のステータの巻線工程の様子を示す斜視図である。図５を参照して、分布巻きされたステータ３１は、たとえば、インサータ４１を用いたインサータ方式により製造される。インサータ４１は、王冠形状に形成されており、その形状の周方向に並んで軸方向に突出する複数の突出部４２を有する。

まず、突出部４２に、巻回した状態のコイル３５を引っ掛ける。そして、インサータ４１を、たとえば端面３２ｂ側からステータコア３２の中空部分に挿入し、ステータコア３２の軸方向に沿って端面３２ａに近づくように移動させていく。やがて、突出部４２に引っ掛けられたコイル３５は、スロット部３６に嵌り込む。その後、インサータ４１を反対方向に移動させ、ステータコア３２の中空部分から引き抜く。以上の工程を、Ｕ相コイル３５Ｕ、Ｖ相コイル３５ＶおよびＷ相コイル３５Ｗごとに行なうことによって、分布巻きされたステータ３１が得られる。

このインサータ方式による巻線工程で、インサータ４１を移動させる距離を適当に制御することによって、コイルエンド３５ｍの重量とコイルエンド３５ｎの重量とに差を設けることができる。より具体的には、インサータ４１を端面３２ａに向けて移動させる距離を、コイルエンド３５ｍの重量とコイルエンド３５ｎの重量とに差を設けない場合よりも大きく設定する。これにより、コイル３５の端面３２ａからの突出量が増大し、コイルエンド３５ｍの重量をコイルエンド３５ｎの重量よりも大きくすることができる。

図６は、図５に示す巻線工程で得られたステータコアを示す断面図である。図中には、図５中のＶＩ−ＶＩ線上に沿った断面位置が表わされている。図６を参照して、端面３２ａと、ティース部３３に対して最も内側を周回するコイル３５との間のステータコア３２の軸方向に沿った距離Ｈ１は、端面３２ｂと、ティース部３３に対して最も内側を周回するコイル３５との間のステータコア３２の軸方向に沿った距離Ｈ２よりも大きくなる。

なお、図６に示す状態から、コイルエンド３５ｍおよび３５ｎにステータコア３２の軸方向に押しつぶす等の加工が行なわれていても良い。また、コイルエンド３５ｍの重量とコイルエンド３５ｎの重量とに差を設ける方法は、上述の方法に限定されず、他の方法であっても良い。

このような構成により、相対的に大きい重量を有するコイルエンド３５ｍは、開口部２２が形成され、ケース２１の剛性が低下したカバー２４に対向する位置に配置される。これにより、コイルエンド３５ｍをマスダンパとしてより効果的に機能させることができ、たとえば、コイルエンド３５ｍの重量によって、ケース２１およびカバー２４の振動系の共振周波数を減少させることができる。これにより、その共振周波数を、図１中の駆動ユニットを稼動させた時に発生する振動数からずらすことができる。

この発明の実施の形態１における回転電機としてのモータジェネレータ１１は、ハウジングとしてのケース２１と、ステータ３１と、カバー２４とを備える。ケース２１は、所定の軸としての中心軸１０１に沿って延び、中心軸１０１が延びる方向の一方の側に開口部２２が形成されている。ステータ３１は、ケース２１内に固定されるステータコア３２と、ステータコア３２に巻回されるコイル３５とを有する。カバー２４は、開口部２２を塞ぐようにケース２１に取り付けられている。コイル３５は、カバー２４に対向する位置でステータコア３２から突出する第１のコイルエンドとしてのコイルエンド３５ｍと、ステータコア３２に対してコイルエンド３５ｍとは反対側で、ステータコア３２から突出する第２のコイルエンドとしてのコイルエンド３５ｎとを含む。コイルエンド３５ｍの重量は、コイルエンド３５ｎの重量よりも大きい。

このように構成された、この発明の実施の形態１におけるモータジェネレータ１１によれば、減速機構１４内の歯車のギヤノイズ等によって発生するケース２１およびカバー２４の振動を効果的に抑制することができる。本実施の形態では、モータジェネレータ１１の構成部品として元々、存在するコイル３５のコイルエンド３５ｍを、マスダンパとして積極的に利用している。このため、駆動ユニットの重量を増大させることがない。これにより、ハイブリッド自動車の燃費の低下を防止しつつ、駆動ユニットにおける振動や騒音を低減させることができる。

なお、本実施の形態では、本発明における回転電機を、内燃機関と２次電池とを動力源とするハイブリッド自動車のモータジェネレータに適用して説明を行なったが、これに限定されず、たとえば、燃料電池と２次電池とを動力源とする燃料電池ハイブリッド車（ＦＣＨＶ：Fuel Cell Hybrid Vehicle）や電気自動車（ＥＶ：Electric Vehicle）のモータに適用することも可能である。

（実施の形態２）
図７は、この発明の実施の形態２におけるモータジェネレータを備える駆動ユニットの概略を示す断面図である。本実施の形態におけるモータジェネレータは、実施の形態１におけるモータジェネレータと比較して、基本的には同様の構造を備える。以下、重複する構造については説明を繰り返さない。

図７を参照して、本実施の形態では、モータジェネレータ１１に隣接してモータジェネレータ５２が設けられている。モータジェネレータ５２に対してモータジェネレータ１１の反対側には、エンジン５１が設けられている。図示されていないが、モータジェネレータ５２とモータジェネレータ１１との間には、動力分割機構が配置されており、動力分割機構には、さらに減速機構およびディファレンシャルが接続されている。モータジェネレータ５２は、主に発電機として用いられる。エンジン５１の動力によりモータジェネレータ５２で発電された電力は、モータジェネレータ１１を駆動させたり、バッテリに蓄えられたりする。

この発明の実施の形態２におけるモータジェネレータによれば、所定の軸としての中心軸１０１が延びる方向におけるハウジングとしてのケース２１の他方の側には、エンジン５１が固定されている。

このように構成された、この発明の実施の形態２におけるモータジェネレータによれば、実施の形態１に記載の効果と同様の効果を得ることができる。また、ケース２１には、相対的に小さい重量を有するコイルエンド３５ｎが配置された側においてエンジン５１が固定されている。このため、エンジン５１の重量によって、中心軸１０１が延びる方向の他方の側におけるケース２１の振動を確実に抑えることができる。

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。

この発明の実施の形態１におけるモータジェネレータを備える駆動ユニットの概略を示す断面図である。 図１中の矢印ＩＩに示す方向から見た駆動ユニットの端面図である。 図１中のモータジェネレータの巻線構造を示す図である。 図１中のステータを示す側面図である。 図１中のステータの巻線工程の様子を示す斜視図である。 図５に示す巻線工程で得られたステータコアを示す断面図である。 この発明の実施の形態２におけるモータジェネレータを備える駆動ユニットの概略を示す断面図である。

符号の説明

１１ モータジェネレータ、２１ ケース、２２ 開口部、２４ カバー、３１ ステータ、３２ ステータコア、３５ コイル、３５ｍ，３５ｎ コイルエンド、１０１ 中心軸。

Claims (2)

1. 所定の軸に沿って延び、前記所定の軸が延びる方向の一方の側に開口部が形成されたハウジングと、
   前記ハウジング内に固定されるステータコアと、前記ステータコアに巻回されるコイルとを有するステータと、
   前記開口部を塞ぐように前記ハウジングに取り付けられるカバーとを備え、
   前記コイルは、前記カバーに対向する位置で前記ステータコアから突出する第１のコイルエンドと、前記ステータコアに対して前記第１のコイルエンドとは反対側で、前記ステータコアから突出する第２のコイルエンドとを含み、
   前記第１のコイルエンドの重量は、前記第２のコイルエンドの重量よりも大きい、回転電機。
2. 前記所定の軸が延びる方向において、前記第１のコイルエンドの内縁と前記ステータコアとの間の距離は、前記第２のコイルエンドの内縁と前記ステータコアとの間の距離よりも大きい、請求項１に記載の回転電機。

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