JP2010268618A - コイルの巻回構造、ステータおよび回転電機ならびに車両 - Google Patents

Abstract

【課題】高い占積率を確保しながら渦電流損を低減することが可能なコイルの巻回構造、ならびに該巻回構造を含むステータ、回転電機および車両を提供する。
【解決手段】コイルの巻回構造は、ティース部２２１Ａと、扁平断面の巻線からなり、ティース部２２１Ａに巻回されるステータコイル２２２とを備え、ステータコイル２２２におけるティース部２２１Ａ上に位置する部分に、ステータコイル２２２がティース部２２１Ａの根元側に突出するようにステータコイル２２２を屈曲させた屈曲部２２２Ａが形成されている。
【選択図】図４

Description

本発明は、コイルの巻回構造、ステータおよび回転電機ならびに車両に関し、特に、扁平断面の巻線からなるコイルの巻回構造、ならびに該巻回構造を含むステータ、回転電機および車両に関する。

特開２００５−３０４２４４号公報（特許文献１）には、扁平断面の巻線からなるエッジワイズ型のコイルが開示されている。

特開２００６−６０８９４号公報（特許文献２）には、コイルが巻回されるティース部の先端に鍔部を設け、コイルの鍔部側の端面と鍔部との間に空隙を設けることが記載されている。

特開２００６−６０１５号公報（特許文献３）には、コイルが巻回されるティース部の先端に鍔部を設け、鍔部の一部をティース部本体を形成している材料の透磁率よりも高い透磁率を有する透磁性材料から構成することが記載されている。

特開２００５−３０４２４４号公報 特開２００６−６０８９４号公報 特開２００６−６０１５号公報

特許文献１に示されたような、扁平断面の巻線からなるエッジワイズ型コイルでは、丸線からなるコイルと比較して、占積率を高めることができるものの、渦電流損が発生しやすいという問題がある。

特許文献２，３に記載の構造は、エッジワイズ型のコイルにおける渦電流損の発生を抑制するという観点では、必ずしも十分なものではない。

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、高い占積率を確保しながら渦電流損を低減することが可能なコイルの巻回構造、ならびに該巻回構造を含むステータ、回転電機および車両を提供することにある。

本発明に係るコイルの巻回構造は、ティース部と、扁平断面の巻線からなり、ティース部に巻回されるコイルとを備え、コイルにおけるティース部上に位置する部分に、コイルがティース部の根元側に突出するようにコイルを屈曲させた屈曲部が形成されている。

上記構成によれば、ティース部の根元側に突出するようにコイルを屈曲させた屈曲部を該コイルにおけるティース部の幅方向中央部に位置する部分に形成することにより、高い占積率を確保しながら、ティース部の先端とコイルとを離間させて渦電流損を低減することができる。

１つの実施態様では、上記コイルの巻回構造は、１つのコイルが１つのティース部に対して巻回される集中巻構造を有する。

１つの実施態様では、上記コイルの巻回構造において、コイルの内周面はティース部の先端と離間し、コイルの外周面は内周面よりもティース部の先端側に突出する。

なお、上記『内周面』は、コイルにおけるティース部と対向する面を意味し、『外周面』は、上記『内周面』と反対側の面を意味する。

本発明に係るステータは、上述したコイルの巻回構造を含む。
本発明に係る回転電機は、上述したステータを含む。

本発明に係る車両は、上述した回転電機を含む駆動ユニットを備える。

本発明によれば、扁平断面の巻線からなるコイルにおいて、渦電流損の発生を抑制することができる。

本発明の１つの実施の形態に係るコイルの巻回構造を含む車両の駆動ユニットが適用されるハイブリッド車両の構成を示す概略図である。 本発明の１つの実施の形態に係るコイルの巻回構造を含む車両の駆動ユニットの構成を示す概略図である。 本発明の１つの実施の形態に係るコイルの巻回構造を含むステータの断面斜視図である。 本発明の１つの実施の形態に係るコイルの巻回構造を示す上面図である。 本発明の１つの実施の形態に係るコイルの巻回構造を示す上面断面図である。 比較例に係るコイルの巻回構造を示す上面図である。 比較例に係るコイルの巻回構造を示す上面断面図である。 本発明の１つの実施の形態に係るコイルの巻回構造を形成する過程を示す図（その１）である。 本発明の１つの実施の形態に係るコイルの巻回構造を形成する過程を示す図（その２）である。 図９に示すコイルを矢印Ｘの方向から見た状態を示す図である。

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。

図１は、本発明の１つの実施の形態に係るコイルの巻回構造を含む車両の駆動ユニットが適用されるハイブリッド車両の構成を示す概略図である。図１を参照して、本実施の形態に係るハイブリッド車両は、エンジン１と、駆動ユニット２と、ＰＣＵ３と、バッテリ４とを含んで構成される。駆動ユニット２は、ケーブル３Ａを介してＰＣＵ３と電気的に接続される。また、ＰＣＵ３は、ケーブル４Ａを介してバッテリ４と電気的に接続される。

内燃機関であるエンジン１は、ガソリンエンジンであってもよいし、ディーゼルエンジンであってもよい。駆動ユニット２は、エンジン１とともに車両を駆動する駆動力を発生させる。エンジン１および駆動ユニット２は、ともにハイブリッド車両のエンジンルーム内に設けられている。また、ＰＣＵ３は、駆動ユニット２の動作を制御する制御装置である。

図２は、駆動ユニット２の内部構造について説明するための模式図である。図２を参照して、駆動ユニット２は、モータジェネレータ１００，２００と、動力分割機構３００と、カウンタギヤ４００と、ディファレンシャルギヤ５００とを含んで構成される。

モータジェネレータ１００，２００は、電動機および発電機の少なくとも一方の機能を有する回転電機である。動力分割機構３００は、モータジェネレータ１００，２００の間に設けられる。カウンタギヤ４００は、動力分割機構３００とディファレンシャルギヤ５００との間に設けられる。そして、ディファレンシャルギヤ５００は、ドライブシャフト受け部を介してドライブシャフトと接続される。モータジェネレータ１００，２００、動力分割機構３００、カウンタギヤ４００およびディファレンシャルギヤ５００は、ケーシング内に収納される。

モータジェネレータ１００，２００は、ケーブル３Ａと電気的に接続される。ケーブル３Ａの他端は、図１に示すように、ＰＣＵ３に接続される。これにより、バッテリ４とモータジェネレータ１００，２００とが、ＰＣＵ３およびケーブル３Ａ，４Ａを介して電気的に接続される。

モータジェネレータ１００，２００は、それぞれ、ロータ１１０，２１０と、ステータ１２０，２２０とを含んで構成される。ステータ１２０，２２０は、ステータコア１２１，２２１と、ステータコア１２１，２２１に巻回されるステータコイル１２２，２２２とを含む。

動力分割機構３００は、プラネタリギヤ３１０，３２０を含んで構成される。プラネタリギヤ３１０，３２０は、それぞれ、サンギヤ３１１，３２１、ピニオンギヤ３１２，３２２、プラネタリキャリヤ３１３，３２３およびリングギヤ３１４，３２４を含んで構成される。

エンジン１のクランクシャフト１Ａと、モータジェネレータ１００のロータ１１０と、モータジェネレータ２００のロータ２１０とは、同じ軸を中心に回転する。

プラネタリギヤ３１０におけるサンギヤ３１１は、クランクシャフト１Ａに軸中心を貫通された中空のサンギヤ軸に結合される。リングギヤ３１４は、クランクシャフト１Ａと同軸上で回転可能に支持されている。ピニオンギヤ３１２は、サンギヤ３１１とリングギヤ３１４との間に配置され、サンギヤ３１１の外周を自転しながら公転する。プラネタリ
キャリヤ３１３は、クランクシャフト１Ａの端部に結合され、各ピニオンギヤ３１２の回転軸を支持する。

モータジェネレータ２００のロータ２２０は、減速機としてのプラネタリギヤ３２０を介して、プラネタリギヤ３１０のリングギヤ３１４と一体的に回転するリングギヤケースに結合されている。

プラネタリギヤ３２０は、回転要素の１つであるプラネタリキャリヤ３２３が車両駆動装置のケースに固定された構造により減速を行なう。すなわち、プラネタリギヤ３２０は、ロータ２１０のシャフトに結合されたサンギヤ３２１と、リングギヤ３１４と一体的に回転するリングギヤ３２４と、リングギヤ３２４およびサンギヤ３２１に噛み合い、サンギヤ３２１の回転をリングギヤ３２４に伝達するピニオンギヤ３２２とを含む。

車両の走行時において、エンジン１から出力された動力は、クランクシャフト１Ａに伝達され、動力分割機構３００により２経路に分割される。

上記２経路のうちの一方は、カウンタギヤ４００から、ディファレンシャルギヤ５００を介してドライブシャフトに伝達される経路である。ドライブシャフトに伝達された駆動力は、駆動輪に回転力として伝達されて、車両を走行させる。

もう一方は、モータジェネレータ１００を駆動させて発電する経路である。モータジェネレータ１００は、動力分割機構３００により分配されたエンジン１の動力により発電する。モータジェネレータ１００により発電された電力は、車両の走行状態や、バッテリ４の状態に応じて使い分けられる。たとえば、車両の通常走行時および急加速時においては、モータジェネレータ１００により発電された電力はそのままモータジェネレータ２００を駆動させる電力となる。一方、バッテリ４において定められた条件の下では、モータジェネレータ１００により発電された電力は、ＰＣＵ３内に設けられたインバータおよびコンバータを介してバッテリ４に蓄えられる。

モータジェネレータ２００は、バッテリ４に蓄えられた電力およびモータジェネレータ１００により発電された電力のうちの少なくとも一方の電力により駆動する。モータジェネレータ２００の駆動力は、カウンタギヤ４００からディファレンシャルギヤ５００を介してドライブシャフトに伝達される。このようにすることで、モータジェネレータ２００からの駆動力によりエンジン１の駆動力をアシストしたり、モータジェネレータ２００からの駆動力のみにより車両を走行させたりすることができる。

一方、車両の回生制動時には、駆動輪は車体の慣性力により回転させられる。駆動輪からの回転力によりドライブシャフト、ディファレンシャルギヤ５００およびカウンタギヤ４００を介してモータジェネレータ２００が駆動される。このとき、モータジェネレータ２００が発電機として作動する。このように、モータジェネレータ２００は、制動エネルギーを電力に変換する回生ブレーキとして作用する。モータジェネレータ２００により発電された電力は、ＰＣＵ３内に設けられたインバータを介してバッテリ４に蓄えられる。

図３は、ステータ２２０の断面斜視図である。図３を参照して、ステータ２２０は、ステータコア２２１およびステータコイル２２２の他、コイルエンドカバー２２３、内径側カバー２２４、およびリング２２５を含む。

コイルエンドカバー２２３は、ステータコイル２２２のコイルエンドを覆うように形成される。なお、コイルエンドとは、ステータコイル２２２のうち、ステータコア２２１の軸方向端面上に位置する部分を意味する。

内径側カバー２２４は、ステータコア２２１の内周面上、すなわち、ティース部２２１Ａの先端上に設けられる。リング２２５は、ステータコア２２１の外周面上に設けられる。リング２２５は、周方向に複数に分割して形成されたステータコア２２１を締結する締結リングとして機能する。

上述のように、コイルエンドカバー２２３により、ステータコイル２２２のコイルエンドが覆われている。したがって、コイルエンドカバー２２３内に（矢印ＤＲ２２３方向に）冷媒を流すことにより、ステータコイル２２２の冷却を促進することができる。上記冷媒としては、駆動ユニット２を構成するケーシング内を循環するオイルが供給される。

次に、図４を用いて、ステータコア２２１に巻回されるステータコイル２２２の構造について説明する。図４に示すように、ステータコア２２１には、径方向内方に向けて突出するティース部２２１Ａが設けられ、ティース部２２１Ａにステータコイル２２２が巻回される。本実施の形態に係るステータコイル２２２は、断面が扁平の略四角形形状を有する巻線からなるエッジワイズ型コイルである。扁平断面の巻線からなるエッジワイズコイルは、占積率が高くなるという利点を有するが、渦電流損が発生しやすいという課題がある。したがって、高い占積率を確保しながら、渦電流損の発生を抑制することが重要である。このようにすることで、モータジェネレータの動作効率を向上させることができる。

次に、図４〜図７を用いて、本実施の形態に係るコイルの巻回構造について説明する。なお、図４（上面図），図５（上面断面図）は、本実施の形態に係るコイルの巻回構造を示す図であり、図６（上面図），図７（上面断面図）は、比較例に係るコイルの巻回構造を示す図である。

図４〜図７を参照して、図６，図７に示す比較例に係るコイルの巻回構造においては、ステータコア２２１０のティース部２２１０Ａに巻回されるステータコイル２２２０が、ティース部２２１０Ａの先端にまで達するように巻回されるのに対し、図４，図５に示す本実施の形態に係るコイルの巻回構造においては、ステータコイル２２２の中央部に屈曲部２２２Ａを設けることにより、図６，図７に示す比較例と同じ巻数を確保しながらも、ティース部２２１Ａの先端とステータコイル２２２とを離間させている。屈曲部２２２Ａは、ステータコイル２２２をティース部２２１Ａの根元側に突出させるように形成されている。

上述のとおり、略長方形の断面の巻線から構成されたエッジワイズコイルでは、占積率を向上させることができるものの、渦電流は、部材の厚み（ここでは、長方形の長辺の長さ）の２乗に比例して大きくなるため、丸線から構成されるコイルと比較して、渦電流による損失が大きくなりやすいという傾向にある。渦電流は、ティース部の先端近傍において、特に発生しやすい。渦電流の発生を抑制するため、コイルの巻回数を減らしてティース部２２１Ａの先端とステータコイル２２２とを離間させることも考えられるが、そのようにした場合、コイルの占積率が低下し、エッジワイズ型コイルの利点が損なわれる。

本実施の形態に係るコイルの巻回構造においては、上述の屈曲部２２２Ａを設けることにより、渦電流が発生しやすいティース部２２１Ａの先端近傍とステータコイル２２２とを離間させることができるので、高い占積率を確保しながら、渦電流損を低減することができる。結果として、モータジェネレータの動作効率が向上する。

次に、図８〜図１０を用いて、本実施の形態に係るコイルの巻回構造を形成する過程について説明する。

まず、図８に示すように、平角線を巻回してコイルを形成する。次に、図９，図１０に示すように、巻回されたコイルをプレスして屈曲部２２２Ａを形成する。その後、屈曲部２２２Ａが形成されたステータコイル２２２をステータコア２２１のティース部２２１Ａに取り付ける。

なお、コイルの巻回構造の形成過程は、上述のものに限定されず、たとえば、屈曲部２２２Ａを形成する前のステータコイル２２２をステータコア２２１のティース部２２１Ａに取り付けた後に、ステータコイル２２２に屈曲部２２２Ａを形成するようにしてもよい。また、平角線を巻回した後にティース部２２１Ａに取り付ける代わりに、ティース部２２１Ａに平角線を巻回することによりコイルを形成してもよい。

上述した内容について要約すると、以下のようになる。すなわち、本実施の形態に係るコイルの巻回構造は、ティース部２２１Ａと、扁平断面の巻線からなり、ティース部２２１Ａに巻回されるステータコイル２２２とを備え、ステータコイル２２２におけるティース部２２１Ａ上（たとえば、ティース部２２１Ａの幅方向中央部）に位置する部分に、ステータコイル２２２がティース部２２１Ａの根元側に突出するようにステータコイル２２２を屈曲させた屈曲部２２２Ａが形成されている。

より具体的には、ステータコイル２２２の内周面２２２Ｂはティース部２２１Ａの先端と離間し、ステータコイルの外周面２２２Ｃは内周面２２２Ｂよりもティース部２２１Ａの先端側に突出している。

なお、本実施の形態では、１つのステータコイル２２２が１つのティース部２２１Ａに対して巻回される集中巻構造の例について説明したが、本発明の思想は、１つのステータコイル２２２を複数のティース部２２１Ａに亘って巻回する分布巻構造に対しても適用し得る。

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。

１ エンジン、１Ａ クランクシャフト、２ 駆動シャフト、３ ＰＣＵ、３Ａ，４Ａ ケーブル、４ バッテリ、１００，２００ モータジェネレータ、１１０，２１０ ロータ、１２０，２２０ ステータ、１２１，２２１，２２１０ ステータコア、２２１Ａ，２２１０Ａ ティース部、１２２，２２２，２２２０ ステータコイル、２２２Ａ 屈曲部、２２３ コイルエンドカバー、２２４ 内径側カバー、２２５ リング、３００ 動力分割機構、３１０，３２０ プラネタリギヤ、３１１，３２１ サンギヤ、３１２，３２２ ピニオンギヤ、３１３，３２３ プラネタリキャリヤ、３１４，３２４ リングギヤ、４００ カウンタギヤ、５００ ディファレンシャルギヤ。

Claims (6)

1. ティース部と、
   扁平断面の巻線からなり、前記ティース部に巻回されるコイルとを備え、
   前記コイルにおける前記ティース部上に位置する部分に、前記コイルが前記ティース部の根元側に突出するように前記コイルを屈曲させた屈曲部が形成された、コイルの巻回構造。
2. １つの前記コイルが１つの前記ティース部に対して巻回される集中巻構造を有する、請求項１に記載のコイルの巻回構造。
3. 前記コイルの内周面は前記ティース部の先端と離間し、前記コイルの外周面は前記内周面よりも前記ティース部の先端側に突出する、請求項１または請求項２に記載のコイルの巻回構造。
4. 請求項１から請求項３のいずれかに記載のコイルの巻回構造を含む、ステータ。
5. 請求項４に記載のステータを含む、回転電機。
6. 請求項５に記載の回転電機を含む駆動ユニットを備えた、車両。

Images