JP2009142079A

JP2009142079A - ステータコアの固定構造

Info

Publication number: JP2009142079A
Application number: JP2007316191A
Authority: JP
Inventors: Yoshiro Nakano; 芳郎中野; Shigenori Yoneda; 繁則米田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2007-12-06
Filing date: 2007-12-06
Publication date: 2009-06-25

Abstract

【課題】ステータコアとケース導通を確実に図ることができるステータコアの固定構造を提供する。
【解決手段】ステータコアの固定構造は、複数の鋼板を積層し溶接固定してなるステータコアの固定構造であって、溶接部１４１３とケース１５１との間に導通を図るためのボルト１５２、丸端子１４２３、導線１４２２が設けられている。
【選択図】図８

Description

この発明は、ステータコアの固定構造に関し、より特定的には、ステータコアとケースとの導通を図ることが可能なステータコアの固定構造に関するものである。

従来、ステータコアの固定構造は、たとえば特開平１０−８００８８号公報（特許文献１）、特開平６−１６５４１８号公報（特許文献２）、特開平１０−１４５９８９号公報（特許文献３）、特開平１１−２９９１４０号公報（特許文献４）に開示されている。
特開平１０−８００８８号公報特開平６−１６５４１８号公報特開平１０−１４５９８９号公報特開平１１−２９９１４０号公報

従来の構造では、積層した電磁鋼板を溶接固定し、ボルトによってケースに固定される。これでは、ステータで生じるノイズを効果的にアースに逃がすことができないという問題があった。

そこで、この発明は上述のような問題点を解決するためになされたものであり、ステータコアとケースを確実に導通させることが可能なステータコアの固定構造を提供することを目的とする。

この発明に従ったステータコアの固定構造は、複数の鋼板を積層し溶接固定してなるステータコアの固定構造であって、溶接部とケースの間の導通を図る手段を備える。

積層したステータコアを溶接で固定することにより、溶接部を会して全ての鋼板間の導通が取れるため、ステータコアの一部とケース間の導通を取る経路を構成すればケースとステータコア全体のアースが取れ、ステータコアからノイズを逃がすことができる。この時、ステータコアとケースの導通経路において、ケースと確実に接触するステータ固定ボルトを使用する。

以下、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、以下の実施の形態では同一または相当する部分については同一の参照符号を付し、その説明については繰り返さない。また、各実施の形態を組合せることも可能である。

（実施の形態１）
図１は、本発明の１つの実施の形態に係る発熱素子を含む駆動ユニットの構造の一例を概略的に示す図である。図１に示される例では、駆動ユニット１は、ハイブリッド車両に搭載される駆動ユニットであり、モータジェネレータ１００と、レゾルバ２００と、減速機構３００と、ディファレンシャル機構４００と、ドライブシャフト受け部５００と、ハウジング６００と、端子台７００とを含んで構成される。

モータジェネレータ１００は、電動機または発電機として機能を有する回転電機であり、軸受１２０を介してハウジング６００に回転可能に取付けられた回転シャフト１１０と、回転シャフト１１０に取付けられたロータ１３０と、ステータ１４０とを有する。

ロータ１３０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たロータコアと、該ロータコアに埋設された永久磁石とを有する。永久磁石は、たとえば、ロータコアの外周近傍にほぼ等間隔を隔てて配置される。

ステータ１４０は、リング状のステータコア１４１と、ステータコア１４１に巻回されるステータコイル１４２と、ステータコイル１４２に接続されるバスバー１４３とを有する。バスバー１４３は、ハウジング６００に設けられた端子台７００および給電ケーブル８００Ａを介してＰＣＵ（Power Control Unit）８００とに接続される。また、ＰＣＵ８００は、給電ケーブル９００Ａを介してバッテリ９００に接続される。これにより、バッテリ９００とステータコイル１４２とが電気的に接続される。

ステータコア１４１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１４１の内周面上には複数のティース部（図示せず）および該ティース部間に形成される凹部としてのスロット部（図示せず）が形成されている。スロット部は、ステータコア１４１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１４２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。ステータコイル１４２の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。バスバー１４３は、それぞれステータコイル１４２のＵ相、Ｖ相およびＷ相に対応するＵ相、Ｖ相およびＷ相を含む。

給電ケーブル８００Ａは、Ｕ相ケーブルと、Ｖ相ケーブルと、Ｗ相ケーブルとからなる３相ケーブルである。バスバー１４３のＵ相、Ｖ相およびＷ相がそれぞれ給電ケーブル８００ＡにおけるＵ相ケーブル、Ｖ相ケーブルおよびＷ相ケーブルに接続される。

モータジェネレータ１００から出力された動力は、減速機構３００からディファレンシャル機構４００を介してドライブシャフト受け部５００に伝達される。ドライブシャフト受け部５００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５００、ディファレンシャル機構４００および減速機構３００を介してモータジェネレータ１００が駆動される。このとき、モータジェネレータ１００が発電機として作用する。モータジェネレータ１００により発電された電力は、ＰＣＵ８００におけるインバータを介してバッテリ９００に蓄えられる。

レゾルバ２００は、レゾルバロータ２１０と、レゾルバステータ２２０とを有する。レゾルバロータ２１０は、モータジェネレータ１００の回転シャフト１１０に接続されている。また、レゾルバステータ２２０は、レゾルバステータコア２２１と、該コアに巻回されたレゾルバステータコイル２２２とを有する。上記レゾルバ２００によりモータジェネレータ１００のロータ１３０の回転角度が検出される。検出された回転角度は、コネクタ１０を介してＰＣＵ８００へ伝達される。ＰＣＵ８００は、検出されたロータ１３０の回転角度と、外部ＥＣＵ（Electrical Control Unit）からのトルク指令値とを用いてモータジェネレータ１００を駆動するための駆動信号を生成し、その生成した駆動信号をモータジェネレータ１００へ出力する。

図２は、ＰＣＵ８００の主要部の構成を示す回路図である。図２を参照して、ＰＣＵ８００は、コンバータ８１０と、インバータ８２０と、制御装置８３０と、コンデンサＣ１，Ｃ２と、電源ラインＰＬ１、ＰＬ３と、出力ライン８４０Ｕ，８４０Ｖ，８４０Ｗとを含む。コンバータ８１０は、バッテリ９００とインバータ８２０との間に接続され、インバータ８２０は、出力ライン８４０Ｕ，８４０Ｖ，８４０Ｗを介してモータジェネレータ１００と接続される。

コンバータ８１０に接続されるバッテリ９００は、たとえば、ニッケル水素やリチウムイオン等の２次電池である。

バッテリ９００は、発生した直流電圧をコンバータ８１０に供給し、また、コンバータ８１０から受ける直流電圧によって充電される。

コンバータ８１０は、パワートランジスタＱ１，Ｑ２と、ダイオードＤ１，Ｄ２と、リアクトルＬとからなる。パワートランジスタＱ１，Ｑ２は、電源ラインＰＬ２，ＰＬ３間に直列に接続され、制御装置８３０からの信号をベースに受ける。ダイオードＤ１，Ｄ２は、それぞれパワートランジスタＱ１，Ｑ２のエミッタ側からコレクタ側に電流を流すようにパワートランジスタＱ１，Ｑ２のコレクタ−エミッタ間にそれぞれ接続される。リアクトルＬは、バッテリ９００の正極と接続される電源ラインＰＬ１に一端が接続され、パワートランジスタＱ１，Ｑ２の接続点に他端が接続される。

このコンバータ８１０は、リアクトルＬを用いてバッテリ９００から受ける直流電圧を昇圧し、その昇圧した昇圧電圧を電源ラインＰＬ２に供給する。またコンバータ８１０は、インバータ８２０から受ける直流電圧を降圧してバッテリ９００を充電する。

インバータ８２０は、Ｕ相アーム８５０Ｕ、Ｖ相アーム８５０ＶおよびＷ相アーム８５０Ｗからなる。各相アームは、電源ラインＰＬ２，ＰＬ３間に並列に接続される。Ｕ相アーム８５０Ｕは、直列に接続されたパワートランジスタＱ３，Ｑ４からなり、Ｖ相アーム８５０Ｖは、直列に接続されたパワートランジスタＱ５，Ｑ６からなり、Ｗ相アーム８５０Ｗは、直列に接続されたパワートランジスタＱ７，Ｑ８からなる。ダイオードＤ３〜Ｄ８は、それぞれパワートランジスタＱ３〜Ｑ８のエミッタ側からコレクタ側へ電流を流すようにパワートランジスタＱ３〜Ｑ８のコレクタ−エミッタ間にそれぞれ接続される。そして、各相アームにおける各パワートランジスタの接続点は、出力ライン８４０Ｕ，８４０Ｖ，８４０Ｗを介してモータジェネレータ１００の各相コイルの反中性点側にそれぞれ接続されている。

このインバータ８２０は、制御装置８３０からの制御信号に基づいて、電源ラインＰＬ２から受ける直流電圧を交流電圧に変換してモータジェネレータ１００へ出力する。また、インバータ８２０は、モータジェネレータ１００によって発電された交流電圧を直流電圧に整流して電源ラインＰＬ２に供給する。

コンデンサＣ１は、電源ラインＰＬ１，ＰＬ３間に接続され、電源ラインＰＬ１の電圧レベルを平滑化する。また、コンデンサＣ２は、電源ラインＰＬ２，ＰＬ３間に接続され、電源ラインＰＬ２の電圧レベルを平滑化する。

レゾルバ２００は、モータジェネレータ１００の回転子の回転角度を検出して制御装置８３０へ出力する。ここで、制御装置８３０への出力は、配線１３，１４およびコネクタ１０を介して行なわれる。

制御装置８３０は、モータジェネレータ１００の回転子の回転角度を、モータトルク指令値、モータジェネレータ１００の各相電流値、およびインバータ８２０の入力電圧に基づいてモータジェネレータ１００の各相コイル電圧を演算し、その演算結果に基づいてパワートランジスタＱ３〜Ｑ８をオン／オフするＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号を生成してインバータ８２０へ出力する。

また、制御装置８３０は、上述したモータトルク指令値およびモータ回転数に基づいてインバータ８２０の入力電圧を最適にするためのパワートランジスタＱ１，Ｑ２のデューティ比を演算し、その演算結果に基づいてパワートランジスタＱ１，Ｑ２をオン／オフするＰＷＭ信号を生成してコンバータ８１０へ出力する。

さらに、制御装置８３０は、モータジェネレータ１００によって発電された交流電力を直流電力に変換してバッテリ９００を充電するため、コンバータ８１０およびインバータ８２０におけるパワートランジスタＱ１〜Ｑ８のスイッチング動作を制御する。

このＣＰＵ８００においては、コンバータ８１０は、制御装置８３０からの制御信号に基づいて、バッテリ８００から受ける直流電圧を昇圧して電源ラインＰＬ２に供給する。そして、インバータ８２０は、コンデンサＣ２によって平滑化された直流電圧を電源ラインＰＬ２から受け、その受けた直流電圧を交流電圧に変換してモータジェネレータ１００へ出力する。

また、インバータ８２０は、モータジェネレータ１００の回生動作によって発電された交流電圧を直流電圧に変換して電源ラインＰＬ２へ出力する。そして、コンバータ８１０は、コンデンサＣ２によって平滑化された直流電圧を電源ラインＰＬ２から受け、その受けた直流電圧を降圧してバッテリ９００を充電する。

図３は、この発明の実施の形態１に従ったステータコアの固定構造の斜視図である。図３を参照して、この発明に従ったモータジェネレータ１００のステータコア１４１は電磁鋼板を積層して形成されており、そのそれぞれの電磁鋼板を電気的に接続するための溶接部１４１３が外周に設けられている。なお、溶接部１４１３は外周ではなく内周側に設けられていてもよい。また、この実施の形態では溶接部１４１３が軸方向（スラスト方向）に平行に設けられているが、必ずしも軸方向と平行である必要はなく、螺旋状に溶接部１４１３が設けられていてもよい。溶接部１４１３は複数本設けられているが、少なくとも１本設けられればよい。

通常、ステータコア１４１の鋼板は表面に絶縁層が形成されているため、ステータコア１４１とケース１５１の導通を取るためには、ステータコア１４１を構成する全ての鋼板の加工面とケースの間の導通を取る経路が必要となる。

ステータコア１４１の外周には、外周に向かって突出する突出部１４１１が設けられる。耳形状の突出部１４１１に穴１４１２が設けられる。穴１４１２にボルトが挿入されて、このボルトによりステータコア１４１はアルミニウムなどの導電性のケースに収納される。

図４は、この発明の実施の形態１に従ったステータコアの別の斜視図である。図４を参照して、ステータコア１４１の内周面にはティース部１４１５が設けられている。複数のティース部１４１５は内周側に突出しており、隣り合うティース部１４１５の間に空間が生じている。この空間にコイルが巻かれる。この実施の形態ではボルト用の穴１４１２は３ヶ所設けられており、１つ以上の穴１４１２の精度を上げる。

図５は、図３中のＶ−Ｖ線に沿った断面図である。図５を参照して、ステータコア１４１がケース１５１に取付けられる場合には、ケース１５１の穴１５５にボルト１５２が挿入される。ボルト１５２はステータコア１４１の穴１４１２に挿入されている。精度を上げた穴１４１２に導電性のカラー１５３が圧入されている。ステータ固定用のボルト１５２をカラー１５３に通しつつケースに固定する。ステータコア１４１にはステータコイル１４２が巻かれており、これらがステータ１４０を構成している。ケースの座面１５６にステータコア１４１が密着している。

図６は、ノイズ伝播経路を示す図である。図６を参照して、インバータノイズは電源ケーブルを経由してモータジェネレータ１００へ伝わる。モータジェネレータ１００内でノイズはステータコイル１４２、ステータコア１４１、ロータ１３０、回転シャフト１１０、ギヤおよびドライブシャフトへ伝わる。このとき、本発明では、ステータコア１４１とケース１５１との間の接続が十分に行なわれるため、ステータコア１４１とケース１５１との間の電気抵抗を小さくでき、また、抵抗値が安定する。これによりステータコア１４１からケース１５１を経てボディアース側へノイズが流れる。これにより、ドライブシャフトからのラジオノイズの発生を抑制できる。

この発明に従ったステータコアの固定構造は、複数の鋼板を積層し溶接固定してなるステータコア１４１の固定構造であって、ステータコア１４１とケース１５１の間の導通を図る手段としてボルト１５２が用いられている。

（実施の形態２）
図７は、この発明の実施の形態２に従ったステータコアの固定構造の分解斜視図である。図７を参照して、この発明の実施の形態２に従った固定構造では、ピン１４２１、導線１４２２および丸端子１４２３によりボルト１５２とステータコア１４１との導通をより確実なものとしている。

すなわち、突出部１４１１の隣に別の突出部１４１８を設け、これに穴１４１９を構成する。なお、穴１４１９はステータコア１４１を貫通している必要はなく、貫通していない止まり穴であってもよい。もちろん、穴１４１９は貫通穴であってもよい。この穴１４１９にピン１４２１を圧入する。ピン１４２１には導線１４２２を介して丸端子１４２３が接続されており、丸端子１４２３はボルト１５２に接触する。すなわち、ステータコア１４１の溶接部、ピン１４２１、丸端子１４２３、ボルト１５２およびケースの座面１５６の経路で導通を確保することができる。これによりノイズの発生を抑制できる。すなわち、実施の形態２に従った固定構造では、ステータコアの導電部とボルト１５２とを接続する手段としてのピン１４２１、導線１４２２および丸端子１４２３を備えている。

なお、ピン１４２１、導線１４２２および丸端子１４２３の構成は必ずしもこのようなものに限られず、導線のみでボルト１５２とステータコア１４１とを接続してもよい。

（実施の形態３）
図８は、この発明の実施の形態３に従ったステータコアの固定構造の分解斜視図である。図８を参照して、溶接部１４１３と導線１４２２とをはんだ１５１０によりはんだ付けで固定する。導線１４２２の先端には丸端子１４２３が取付けられている。これにより、ボルト１５２から丸端子１４２３および導線１４２２を経由して溶接部１４１３との導通が図られる。なお、ステータコア１４１の端面（上面）１４１０は鋼板の絶縁面である。トランスアクスル用のケース１５１内にステータコア１４１が収納され、ケース１５１の座面１５６にステータコア１４１が接触する。

このように構成された実施の形態３に従ったステータコアの固定構造でも、実施の形態２に従ったステータコアの固定構造と同様の効果がある。

（実施の形態４）
図９は、この発明の実施の形態４に従ったステータコアの固定構造の分解斜視図である。図９を参照して、実施の形態４に従ったステータコアの固定構造では、ステータコア１４１の両端面に絶縁被膜のない面を使用している。すなわち、端面１４１０に絶縁被膜なしの鋼板を使用する。これにより、トランスアクスルのケースの座面１５６とステータコア１４１の下面を接触させ導通を確保している。なお、ケースの座面１５６との導通が図られれば、必ずしも両方の端面１４１０を絶縁被膜なしの鋼板とする必要はなく、いずれかの端面のみ絶縁被膜なしの鋼板としてもよい。このような絶縁被膜なしの鋼板としては、初めから絶縁被膜なしの鋼板を用意するか、または絶縁被膜を有する鋼板の一部分を研磨することで絶縁被膜を取除いてもよい。

このように構成された実施の形態４に従ったステータコアの固定構造でも実施の形態１に従ったステータコアの固定構造と同様の効果がある。

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。

本発明の１つの実施の形態に係る発熱素子を含む駆動ユニットの構造の一例を概略的に示す図である。ＰＣＵ８００の主要部の構成を示す回路図である。この発明の実施の形態１に従ったステータコアの固定構造の斜視図である。この発明の実施の形態１に従ったステータコアの別の斜視図である。図３中のＶ−Ｖ線に沿った断面図である。ノイズ伝播経路を示す図である。この発明の実施の形態２に従ったステータコアの固定構造の分解斜視図である。この発明の実施の形態３に従ったステータコアの固定構造の分解斜視図である。この発明の実施の形態４に従ったステータコアの固定構造の分解斜視図である。

符号の説明

１４０ステータ、１４１ステータコア、１４２コイル、１５１ケース、１５２ボルト、１５３カラー、１５５穴、１５６座面、１４１２穴。

Claims

複数の鋼板を積層し溶接固定してなるステータコアの固定構造であって、前記ステータコアとケースの間の導通を図る手段を備える、ステータコアの固定構造。
前記ステータコアと前記ケースの間の導通を図る手段として、前記ステータコアに複数構成されているステータ固定用ボルトの通し穴の少なくとも１つの穴精度を上げて、固定ボルトを挿入する際に導電性のカラーを穴に圧入し、前記固定ボルトと前記カラーを接触させる、請求項１に記載のステータコアの固定構造。
前記ステータコアと前記ケースとの導通を図る手段として、前記ステータコアにピン挿入穴を設け、前記ケースに組付ける際に前記ピン挿入穴にステータ固定ボルトまで導通を取る経路を持つピンを圧入し、固定ボルトにてケースに取り付ける、請求項１に記載のステータコアの固定構造。
前記ステータコアと前記ケースとの導通を図る手段として、前記ステータコアの固定ボルトから前記ステータコアの溶接部までの導通経路を設ける、請求項１に記載のステータコアの固定構造。
前記ステータコアと前記ケースとの導通を図る手段として、前記ステータコアの端面のうち、前記ケースに設置する複数箇所と固定ボルトと接触する複数箇所のうち少なくとも一箇所以上のステータコア表面に付いている絶縁被膜を削り取った状態で前記ケースに固定する、請求項１に記載のステータコアの固定構造。