JP2007312560A - インシュレータおよび回転電機 - Google Patents
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Abstract
【課題】大きな張力でコイルを巻くことができるインシュレータと、該インシュレータを有する回転電機とを提供する。
【解決手段】インシュレータ140は、コイルが巻回された状態でステータティース110に装着することが可能なインシュレータ140であって、インシュレータ140の骨格をなす第1部材としての骨格体940と、インシュレータ140の外表面を形成し、絶縁性を有する第2部材としての被覆体950とを備え、骨格体940は被覆体950よりも剛性が高い。
【選択図】図4
【解決手段】インシュレータ140は、コイルが巻回された状態でステータティース110に装着することが可能なインシュレータ140であって、インシュレータ140の骨格をなす第1部材としての骨格体940と、インシュレータ140の外表面を形成し、絶縁性を有する第2部材としての被覆体950とを備え、骨格体940は被覆体950よりも剛性が高い。
【選択図】図4
Description
本発明は、インシュレータおよび回転電機に関し、特に、ステータコアとステータコイルとの間に設けられるインシュレータおよび該インシュレータを有する回転電機に関する。
従来、インシュレータに関する技術が、たとえば特開2004−48908号公報(特許文献1)、特開2002−51491号公報(特許文献2)および特開2005−51998号公報(特許文献3)に開示されている。
特開2004−48908号公報
特開2002−51491号公報
特開2005−51998号公報
従来の技術では、インシュレータの強度によりコイルの巻取りテンションに限界があるため、高密度でコイルを巻回することができず、モータの小型化が困難であるという問題があった。
本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、高密度でコイルを巻くことが可能なインシュレータおよびそれを備えた回転電機を提供することにある。
本発明に係るインシュレータは、コイルが巻回された状態でステータティースに装着することが可能なインシュレータであって、インシュレータの骨格をなす第1部材と、インシュレータの外表面を形成し、絶縁性を有する第2部材とを備え、第1部材は第2部材よりも剛性が高い。
このように構成されたインシュレータでは、高剛性の骨格を構成する第1部材が設けられているため、インシュレータの強度が大きくなる。そのため、コイルの巻き取りテンションを高くすることができ、回転電機を小型化することができる。
好ましくは、コイルはインシュレータ上で巻かれる。この場合、生産性が向上する。
好ましくは、複数本のコイルが同時に巻かれる。この場合、生産性が向上する。
好ましくは、複数本のコイルが同時に巻かれる。この場合、生産性が向上する。
好ましくは、第1部材は第2部材のコイル巻き取り部の内側のみに設けられる。
好ましくは、第2部材は耐熱性樹脂から構成される。
好ましくは、第2部材は耐熱性樹脂から構成される。
好ましくは、第2部材は熱可塑性樹脂から構成される。
好ましくは、第1部材は硬質樹脂から構成される。
好ましくは、第1部材は硬質樹脂から構成される。
好ましくは、第1部材は熱硬化性樹脂から構成される。
好ましくは、第1部材は金属から構成される。
好ましくは、第1部材は金属から構成される。
この発明に従った回転電機は、ステータティースと、ステータティースに嵌り合う上記のインシュレータと、インシュレータに巻かれるコイルとを備える。
本発明によれば、回転電機を小型化することができるインシュレータを提供できる。
以下に、本発明の実施の形態について説明する。なお、同一または相当する部分に同一の参照符号を付し、その説明を繰返さない場合がある。
なお、以下に説明する実施の形態において、個数、量などに言及する場合、特に記載がある場合を除き、本発明の範囲は必ずしもその個数、量などに限定されない。また、以下の実施の形態において、各々の構成要素は、特に記載がある場合を除き、本発明にとって必ずしも必須のものではない。また、以下に複数の実施の形態が存在する場合、特に記載がある場合を除き、各々の実施の形態の特徴部分を適宜組合わせることは、当初から予定されている。
図1は、本発明の1つの実施の形態に係る回転電機を含むハイブリッド車両(HV:hybrid vehicle)を示す図である。なお、本願明細書において、「電動車両」はハイブリッド車両に限定されず、たとえば燃料電池車や電気自動車も「電動車両」に含まれる。
図1を参照して、ハイブリッド車両は、ステータ10と、ロータ20と、シャフト30と、減速機構40と、ディファレンシャル機構50と、ドライブシャフト受け部60と、PCU(Power Control Unit)70と、充放電可能な二次電池であるバッテリ80とを含んで構成される。
ステータ10およびロータ20は、電動機または発電機としての機能を有する回転電機(モータジェネレータ)を構成する。ロータ20は、シャフト30に組付けられる。シャフト30は、軸受を介して駆動ユニットのハウジングに回転可能に支持される。
ステータ10はリング状のステータコアを有する。ステータコアは、鉄または鉄合金などの板状の磁性体を積層することにより構成される。ステータコアの内周面上には複数のステータティースおよび該ステータティース部間に形成される凹部としてのスロット部が形成されている。スロット部は、ステータコアの内周側に開口するように設けられる。
3つの巻線相であるU相、V相およびW相を含むステータコイルは、スロット部に嵌り合うようにティース部に巻き付けられる。U相、V相およびW相は、互いに円周上でずれるように巻き付けられる。ステータコイルは、給電ケーブルを介してPCU70に接続されている。PCU70は、給電ケーブルを介してバッテリ80と電気的に接続される。これにより、バッテリ80とステータコイルとが電気的に接続される。
ステータ10およびロータ20を含むモータジェネレータから出力された動力は、減速機構40からディファレンシャル機構50を介してドライブシャフト受け部60に伝達される。ドライブシャフト受け部60に伝達された駆動力は、ドライブシャフト(図示せず)を介して車輪(図示せず)に回転力として伝達されて、車両を走行させる。
一方、ハイブリッド車両の回生制動時には、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60、ディファレンシャル機構50および減速機構40を介してモータジェネレータが駆動される。このとき、モータジェネレータが発電機として作動する。モータジェネレータにより発電された電力は、PCU70内のインバータを介してバッテリ80に蓄えられる。
図2,図3は、ステータ10を示す斜視図(図2:モールド樹脂形成前、図3:モールド樹脂形成後)であり、図4は、図3におけるIV−IV断面図である。図2〜図4を参照して、ステータ10は、ステータティース110と、ステータコイルと、ステータコイルが接続されるバスバーと、バスバーが取付けられるステータ用端末モジュールと、モールド樹脂部120と、仕切板130と、インシュレータ140とを含んで構成される。
図2に示されるように、ステータコイルは、第1〜第4U相コイル11U〜14Uと、第1〜第4V相コイル11V〜14Vと、第1〜第4W相コイル11W〜14Wとを含む。
第1U相コイル11Uは、導線511Uをティースに巻くことで構成されており、導線511Uの一方端部が第1U相コイル用端子4111Uに接続され、導線511Uの他方端が第1U相コイル用端子1111Uに接続される。
第1V相コイル11Vはティースに導線511Vを巻くことによって構成される。導線511Vの一方端が第1V相コイル用端子1211Vに接続され、導線511Vの他方端が第1V相コイル用端子2111Vに接続される。
第1W相コイル11Wはティースに導線511Wを巻くことによって構成され、導線511Wの一方端が第1W相コイル用端子2211Wに接続され、導線511Wの他方端が第1W相コイル用端子3111Wに接続される。
第2U相コイル12Uはティースに導線512Uを巻くことによって構成される。導線512Uの一方端は第2U相コイル用端子3212Uに接続され、導線512Uの他方端は第2U相コイル用端子4112Uに接続される。
第2V相コイル12Vはティースに導線512Vを巻くことによって構成される。導線512Vの一方端は第2V相コイル用端子3212Vに接続され、導線512Vの他方端は第2V相コイル用端子1212Vに接続される。
第2W相コイル12Wはティースに導線512Wを巻くことによって構成される。導線512Wの一方端は第2W相コイル用端子3212Wに接続され、導線512Wの他方端は第2W相コイル用端子2112Wに接続される。
第3U相コイル13Uはティースに導線513Uを巻くことにより構成される。導線513Uの一方端は第3U相コイル用端子3313Uに接続され、導線513Uの他方端は第3U相コイル用端子1313Uに接続される。
第3V相コイル13Vはティースに導線513Vを巻くことによって構成される。導線513Vの一方端は第3V相コイル用端子3313Vに接続され、導線513Vの他方端は第3V相コイル用端子2313Vに接続される。
第3W相コイル13Wはティースに導線513Wを巻付けることによって構成される。導線513Wの一方端は第3W相コイル用端子3313Wに接続され、導線513Wの他方端は第3W相コイル用端子3413Wに接続される。
第4U相コイル14Uはティースに導線514Uを巻付けることにより構成される。導線514Uの一方端は第4U相コイル用端子1314Uに接続され、導線514Uの他方端は第4U相コイル用端子1114Uに接続される。
第4V相コイル14Vはティースに導線514Vを巻くことによって構成される。導線514Vの一方端は第4V相コイル用端子2314Vに接続され、導線514Vの他方端は第4V相コイル用端子2114Vに接続される。
第4W相コイル14Wはティースに導線514Wを巻付けることで構成される。導線514Wの一方端は第4W相コイル用端子3414Wに接続され、導線514Wの他方端は第4W相コイル用端子3114Wに接続される。
各々のコイル用の端子は、レール100から突出するように設けられている。当該端子は凹部を有し、該凹部が各々の導線を受入れることで導線と端子との接続が確保される。各々のコイルは、ステータティース110に組付けられる前にインシュレータ140に巻回されてカセットコイルとなる。複数のコイル間には仕切板130が設けられており、仕切板130が隣り合うコイルの絶縁を確保する。各々のコイルは、ステ−タティース110に嵌め合せられている。
図3,図4を参照して、ステータティース110上に設けられたレールおよびコイルが樹脂により構成されるモールド樹脂部120によりモールドされている。これにより、各々のコイルの位置決めが確実に行なわれるとともに、隣り合うコイル間の絶縁が確保される。なお、このような樹脂を用いたモールドに関しては、図3,図4で示すような成形体を形成するのに限られず、ワニスなどの絶縁樹脂をコイルの表面に塗布して各々のコイルの位置決めを確保する構成を採用してもよい。
インシュレータ140は、第1部材としての骨格体940と、骨格体940を取囲む第2部材としての被覆体950とを有する。骨格体940はインシュレータ140のフレームとして作用し、インシュレータ140のうちコイルが巻かれる部分を形作る。骨格体940は、たとえば金属などの導電体で構成されてもよい。また、熱硬化性樹脂または硬質樹脂などの材料で構成されていてもよい。インシュレータ140はステータティース110と導線514Vとを絶縁するものであるため、骨格体940を導電体で構成する場合には、骨格体940が導線514Vとステータティース110とを接続しないようにする。
図5は、骨格体の斜視図である。図5を参照して、骨格体940は角材941を複数繋ぎ合わせた構造であり、内部が空洞の直方体形状である。なお、骨格体940は図5で示すような直方体形状だけでなく、円柱形状なども採用することができる。骨格体940の外周にはコイルが巻かれる。
図6は、インシュレータの斜視図である。図6を参照して、インシュレータ140を構成する被覆体950がインシュレータ140の表面に露出している。インシュレータ140は、2つの鍔部141,142を有し、これらの鍔部141,142の間にコイルが巻かれる。開口部144は角型の空洞領域であり、この開口部144にステータティース110が挿入される。金属または硬質の樹脂で骨格体940を構成する。骨格体940の上から絶縁材をコーティングするか絶縁材の樹脂で成形することにより図6で示すインシュレータ140を構成する。骨付きのインシュレータ140の上にコイルを直接巻き、カセットコイルを構成する。インシュレータ140の外表面を構成する巻き取り部951にコイルが巻かれる
図7は、コイルが巻かれたカセットコイルの図である。図7を参照して、導線514Vがインシュレータ140に巻かれてカセットコイルを構成している。コイルを巻いた後にステータティースを開口部144に挿入する。
図7は、コイルが巻かれたカセットコイルの図である。図7を参照して、導線514Vがインシュレータ140に巻かれてカセットコイルを構成している。コイルを巻いた後にステータティースを開口部144に挿入する。
この発明では、骨格体940が強固で、インシュレータ140自体の変形を抑制することができる。また、変形がないために設備を簡略化したり、巻線タクトを挙げてコストを低減することができる。
さらにインシュレータ140の変形が小さいことから、自動化組付けにも対応可能で、安定した品質の製品を提供することができる。
図8は、ステータ10に取付けられる端末モジュールの斜視図である。図8を参照して、端末モジュールは、レール100を有する。レール100は正十二角形のリング状(環状)であり、所定の空間を取囲むように形成される。なお、レール100の形状は、12角形に限られず、他の多角形であってもよい。レール100内に配置されるカセットコイルの個数に応じてレール100の形状が決定される。
レール100には内周面105および外周面106が設けられ、内周面105および外周面106ともに平坦な面である。内周面105および外周面106はレール100の内周側および外周側に位置しており、レール100の周方向に沿って延びている。レール100には複数本の溝1001,1002,1003,1004が設けられている。
溝1001は最も内周側に位置している。そして、溝1001の外周側に溝1002が配置される。溝1002は溝1001に沿って、溝1001と平行に配置される。溝1003は溝1002の外側で、溝1002に沿って、溝1002と平行に配置されている。溝1004は溝1003の外側で、溝1003に沿って、溝1003と平行に配置されている。
溝1001から溝1004には複数のバスバーが嵌め合わされており、そのバスバーから矢印Aで示すアキシャル方向に延びるようにコイル用の端子が延びている。U相用電極としての第1U相コイル用端子1111U,4111Uはそれぞれ溝1001および溝1004に嵌め合わせられている。第1V相コイル用端子1211V,2111Vはそれぞれ溝1001および溝1002に嵌め合わせられている。第1W相コイル用端子2111W,3111Wはそれぞれ溝1002および溝1003に嵌め合わせられている。
第2U相コイル用端子3212U,4112Uはそれぞれ溝1003および溝1004に嵌め合わせられている。第2V相コイル用端子3212V,1212Vはそれぞれ溝1003および溝1001に嵌め合わせられている。第2W相コイル用端子3212W,2212Wはそれぞれ溝1003および溝1002に嵌め合わせられている。
第3U相コイル用端子3313U,1313Uは溝1003および溝1001に嵌め合わせられている。第3V相コイル用端子3313V,2313Vは溝1003および溝1002に嵌め合わせられている。第3W相コイル用端子3313W,3413Wは溝1003に嵌め合わせられている。
第4U相コイル用端子1314U,1114Uは溝1001に嵌め合わせられている。第4V相コイル用端子2314V,2114Vは溝1002に嵌め合わせられている。第4W相コイル用端子3414W,3114Wは溝1003に嵌め合わせられている。
なお、どの端子をどの溝に嵌め合わせるかについては特に制限されるものではなく、U相、V相およびW相コイルをそれぞれ接続して回転電機が駆動するような配置であれば特に制限されるものではない。
レール100にはコネクタ102が取付けられている。コネクタ102内に設けられた金属端子が各々のバスバーと接続されている。
図9は、ステータ10に取付けられる端末モジュールの分解斜視図である。図9を参照して、レール100に設けられた環状の溝1001,1002,1003,1004は、それぞれ途中で途切れた形状とされている。溝1001,1002,1003,1004にはバスバーを固定するためのリブ101が形成されている。リブ101は多角形のアキシャル方向(矢印Aで示す方向)に延びるように構成されている。図9の例では、多角形の1辺には少なくとも1つのリブ101が設けられているが、一部の辺にリブ101が設けられなくてもよい。また、すべてのリブ101が省略されてもよい。さらに、確実にバスバーを押圧する観点から、1辺に付き2個以上のリブ101が設けられてもよい。
バスバーは、第1バスバー11〜13と、第2バスバー21〜23と、第3バスバー31〜34と、第4バスバー41とを含む。
第1バスバー11,12,13は、溝1001に嵌め合わされる。第1バスバー11には、第1U相コイル用端子1111Uと、第4U相コイル用端子1114Uとが設けられる。また、第1バスバー11には、コネクタ用端子11Tが取付けられる。コネクタ用端子11Tから電力が供給され、この電力が第1バスバー11へ伝えられる。第1バスバー12には、第1V相コイル用端子1211Vと、第2V相コイル用端子1212Vとが設けられる。第1バスバー13には、第3U相コイル用端子1313Uと、第4U相コイル用端子1314Uとが設けられる。
第2バスバー21,22,23は、溝1002へ嵌め合わされる。第2バスバー21には、第1V相コイル用端子2111Vと、第4V相コイル用端子2114Vとが設けられる。また、第2バスバー21には、コネクタ用端子21Tが取付けられる。コネクタ用端子21Tから電力が供給され、この電力が第2バスバー21へ伝えられる。第2バスバー22には、第1W相コイル用端子2211Wと、第2W相コイル用端子2212Wとが設けられる。第2バスバー23には、第3V相コイル用端子2313Vと、第4V相コイル用端子2314Vが設けられる。
第3バスバー31,32,33,34は溝1003へ嵌め合わされる。第3バスバー31には、第4W相コイル用端子3114Wと、第1W相コイル用端子3111Wとが設けられる。また、第3バスバー31には、コネクタ用端子31Tが取付けられる。コネクタ用端子31Tから電力が供給され、この電力が第3バスバー31へ伝えられる。第3バスバー32には、第2U相コイル用端子3212Uと、第2V相コイル用端子3212Vと、第2W相コイル用端子3212Wとが設けられる。第3バスバー33には、第3U相コイル用端子3313Uと、第3V相コイル用端子3313Vと、第3W相コイル用端子3313Wとが設けられる。第3バスバー32,33はU相コイル、V相コイルおよびW相コイルを接続する中性点の役割を果たす。第3バスバー34には、第3W相コイル用端子3413Wと、第4W相コイル用端子3414Wとが設けられる。
第4バスバー41は溝1004に嵌め合わせられる。第4バスバー41には、第1U相コイル用端子4111Uと、第2U相コイル用端子4112Uとが設けられる。
図9ではスター結線の3相交流モータを示しているが、これに限られず、たとえばデルタ結線の3相コイルモータに本発明を適用してもよい。
ステータティース110を構成する各々の電磁鋼板どうしの固定方法として、溶接、カシメを用いることができる。
インシュレータ140は、コイルが巻回された状態でステータティース110に装着することが可能なインシュレータ140であって、インシュレータ140の骨格をなす第1部材としての骨格体940と、インシュレータ140の外表面を形成し、絶縁性を有する第2部材としての被覆体950とを備え、骨格体940は被覆体950よりも剛性が高い。U相、V相およびW相を構成するコイルはインシュレータ140上で巻かれる。この場合、生産性を向上できる。また、複数本のコイルが同時に巻かれる。骨格体940は被覆体950のコイル巻き取り部951の内側のみに設けられる。この場合、骨格体940の使用を最小限にすることができる。被覆体950は耐熱性樹脂から構成されてもよく、熱可塑性樹脂から構成されてもよい。耐熱性樹脂から構成した場合は、インシュレータ140の耐熱強度向上につながり、熱可塑性樹脂から構成した場合は成形性向上につながる。骨格体940は、被覆体950のような精度の高い成形性や絶縁性を必須とされないため、骨格体940の強度要求を満たすように硬質樹脂から構成されてもよく、熱硬化性樹脂から構成されてもよく、金属から構成されてもよい。
この発明に従った回転電機は、ステータティース110と、ステータティース110に嵌り合うインシュレータ140と、インシュレータ140に巻かれる第1〜第4U相コイル11U〜14U、第1〜第4V相コイル11V〜14V、第1〜第4W相コイル11W〜14Wとを備える。
以上、本発明の実施の形態について説明したが、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。
10 ステータ、11〜13 第1バスバー、21〜23 第2バスバー、31〜34 第3バスバー、41 第4バスバー、11U〜14U 第1〜第4U相コイル、11V〜14V 第1〜第4V相コイル、11W〜14W 第1〜第4W相コイル、11T,21T,31T コネクタ用端子、20 ロータ、30 シャフト、40 減速機構、50 ディファレンシャル機構、60 ドライブシャフト受け部、70 PCU、80 バッテリ、100 レール、101 リブ、102 コネクタ、105 内周面、106 外周面、110 ステータティース、120 モールド樹脂部、130 仕切り板、140 インシュレータ、144 開口、940 骨格体、950 被覆体。
Claims (10)
- コイルが巻回された状態でステータティースに装着することが可能なインシュレータであって、
前記インシュレータの骨格をなす第1部材と、
前記インシュレータの外表面を形成し、絶縁性を有する第2部材とを備え、
前記第1部材は前記第2部材よりも剛性が高い、インシュレータ。 - コイルは前記インシュレータ上で巻かれる、請求項1に記載のインシュレータ。
- 複数本の前記コイルが同時に巻かれる、請求項2に記載のインシュレータ。
- 前記第1部材は前記第2部材のコイル巻き取り部の内側のみに設けられる、請求項1から請求項3のいずれかに記載のインシュレータ。
- 前記第2部材は耐熱性樹脂から構成される、請求項1から請求項4のいずれかに記載のインシュレータ。
- 前記第2部材は熱可塑性樹脂から構成される、請求項1から請求項5のいずれかに記載のインシュレータ。
- 前記第1部材は硬質樹脂から構成される、請求項1から請求項6のいずれかに記載のインシュレータ。
- 前記第1部材は熱硬化性樹脂から構成される、請求項1から請求項7のいずれかに記載のインシュレータ。
- 前記第1部材は金属から構成される、請求項1から請求項7のいずれかに記載のインシュレータ。
- ステータティースと、
前記ステータティースに嵌り合う請求項1から請求項9のいずれか1項に記載のインシュレータと、
前記インシュレータに巻かれるコイルとを備えた、回転電機。
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