JP2012244839A - 回転電機のステータ - Google Patents

Abstract

【課題】外形寸法の大型化を防止して、設置対象に対する搭載性を改善した回転電機のステータを提供することである。
【解決手段】ステータ１０は、ティース部１５を含むステータコア１３と、コイル線１８をティース部１５に巻回して構成された複数のコイル１４と、コイル１４から引き出されたコイル線１８の両端と電気的に接続されるバスバーモジュール１２とを備え、バスバーモジュール１２は、コイル１４よりもステータコア１３の径方向内側に配置されている。バスバーモジュール１２は、ステータコア１３の内周に沿ったバスバーリング３０と、バスバーリング３０の軸方向一端から突出し、コイル線１８の両端とバスバーリング３０とを電気的に接続する端子金具３１とを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、回転電機のステータに関し、より詳しくは、バスバーモジュールを備えるステータに関する。

回転電機のステータにおいて、ステータコアのティース部に巻回された３相のコイル間の結線は、各コイルから引き出されたコイル線の両端と、バスバーモジュールとを電気的に接続することで形成される。バスバーモジュールは、例えば、環状に形成されたバスバーリングと、バスバーリングの軸方向一端から突出した端子金具とを有し、端子金具とコイル線とが接続される。

一般的に、バスバーモジュールは、コイルよりもステータコアの径方向外側のバックヨーク部上に配置される（例えば、特許文献１参照）。或いは、コイルエンド上にバスバーモジュールを配置したステータも知られている（例えば、特許文献２参照）。

特開２００９‐１００６２０号公報 特開２００８‐２７８７０３号公報

ところで、バスバーモジュールをバックヨーク部上に配置すると、例えば、バスバーモジュールがバックヨーク部に形成されたボルト孔を塞いでボルトの挿通に支障をきたす場合がある。そこで、当該形態のステータでは、バックヨーク部の径方向長さを長く設定したものが多い。このため、ステータが径方向に大型化するという問題がある。

一方、バスバーモジュールをコイルエンド上に配置すると、ステータが軸方向に大型化するという問題がある。

即ち、本発明の目的は、外形寸法の大型化を防止して、設置対象に対する搭載性を改善した回転電機のステータを提供することである。

本発明に係るステータは、ティース部を含むステータコアと、コイル線をティース部に巻回して構成されたコイルと、コイルから引き出されたコイル線の両端と電気的に接続されるバスバーモジュールとを備えた回転電機のステータにおいて、バスバーモジュールは、コイルよりもステータコアの径方向内側に配置されていることを特徴とする。

上記構成では、コイルよりもステータコアの径方向内側にバスバーモジュールが配置されているので、ステータの外形寸法が大型化することを防止できる。
例えば、コイルエンド上にバスバーモジュールを配置する場合と比べて、まず、ステータの軸方向長さを低減することができ、電動車両等の設置対象に対する搭載性が向上する。次に、コイルを固定するためにコイルエンドからモールド用樹脂やワニスが流されるが、上記構成では、コイルエンド上にバスバーモジュールが存在しないため、この流れを阻害せず、コイルの固定が容易になる。また、コイルエンドの放熱性が向上する。一方、バックヨーク部上にバスバーモジュールを配置する場合と比べて、例えば、バックヨーク部の径方向長さを短くすることができる。このため、ステータの直径を維持しながら、ロータ又はコイル部分を大型化して、回転電機のトルクを向上させることができる。

本発明に係るステータにおいて、バスバーモジュールは、ステータコアの内周に沿ったバスバーリングと、バスバーリングの軸方向一端から突出し、コイル線の両端とバスバーリングとを電気的に接続する端子金具とを有することが好ましい。

本発明に係るステータにおいて、ティース部には、コイルとの間にインシュレータが設けられ、バスバーモジュールは、少なくとも各コイル又は各インシュレータに当接して、ステータコアの径方向内側から少なくとも各コイル又は各インシュレータを押さえる構成とすることが好ましい。
例えば、ステータコアの内周に沿った環状を呈するように構成されたバスバーリングが、各インシュレータに当接するように配置される。或いは、各インシュレータに当接して径方向内側から押さえる支持部材をバスバーリングに取り付けてもよい。

上記構成によれば、バスバーモジュールを用いて、少なくとも各コイル又は各インシュレータをステータコアの径方向内側から支持することができる。一般的に、ステータコアには、インシュレータを固定するために、固定用の孔が形成されるが、上記構成では、当該固定用の孔を無くすことができる。これにより、磁束の流れが向上し、回転電機のトルクを向上させることが可能になる。

また、インシュレータは、ティース部の先端に所定のスペースをあけて設けられ、バスバーモジュールは、当該スペース上に載置されることが好ましい。
例えば、バスバーリングが絶縁部材を介してティース部先端の当該スペース上に配置される。なお、当該スペースは、例えば、平角線の渦電流損失を低減するために設けられる。つまり、バスバーモジュールは、ティース部先端の渦電流損低減用スペースを利用して取り付けることができ、バスバーモジュールの安定性を高めることができる。

本発明に係るステータによれば、外形寸法の大型化を防止して、電動車両等の設置対象に対する搭載性を改善することが可能である。

本発明の実施形態であるステータを示す斜視図である。 図１のステータにおいて、ステータ本体を抜き出して示す図である。 図１のステータにおいて、バスバーモジュールを抜き出して示す図である。 図１のＡ‐Ａ線断面を模式的に示す図である。 図４において、ワニスを用いてコイルを固定した様子を示す図である。 本発明の実施形態であるステータの変形例を示す図である。

図面を用いて、本発明に係る回転電機のステータの実施形態につき、以下詳細に説明する。以下では、ステータコア１３の各ティース部１５にコイル線１８を集中巻きした形態のステータ１０を例示するが、本発明の適用は当該形態に限定されない。また、ステータ１０は、ハイブリッド車両等の電動車両に搭載され、車両駆動用モータに適用されるものとして説明する。

なお、以下では、ステータ１０、ステータ本体１１、及びステータコア１３の軸方向・径方向とは、同じ方向を意味し、単に軸方向・径方向と称する場合がある。また、特に断らない限り、内側とは、径方向内側を意味し、外側とは、径方向外側を意味する。

図１に、ステータ１０の全体構成を示す。また、図２に、ステータ本体１１を抜き出して示し、図３に、バスバーモジュール１２を抜き出して示す。
図１〜図３に示すように、ステータ１０は、ステータ本体１１と、バスバーモジュール１２とを備える。ステータ本体１１は、ステータコア１３と、コイル線１８をステータコア１３に巻回して構成された複数のコイル１４とを有する。複数のコイル１４は、例えば、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の３相を含む。

バスバーモジュール１２は、各コイル１４から引き出されたコイル線１８の両端と電気的に接続される。バスバーモジュール１２は、ステータコア１３の内周に沿ったバスバーリング３０と、バスバーリング３０の軸方向一端から突出し、コイル線１８の両端とバスバーリング３０とを電気的に接続する複数の端子金具３１とを有する。端子金具３１は、ロータ５０（図４参照）が配置される側と反対側（軸方向一端側）から軸方向に沿って突出する。

ステータコア１３は、環状を呈し、複数のティース部１５と、各ティース部１５を連結するバックヨーク部１６とを含む。ステータコア１３は、例えば、モータケースにボルトを用いて固定される。バックヨーク部１６には、当該ボルトが挿入される複数のボルト孔１７が形成されている。なお、ステータコア１３は、複数の分割コアを環状に組み合わした形態であってもよい。

ティース部１５は、例えば、電磁鋼板の積層体から構成される。複数のティース部１５は、互いに所定間隔を隔てて同心円状に配置されている。バックヨーク部１６は、ステータコア１３のフレームであり、ティース部１５の外側に設けられている。つまり、バックヨーク部１６の内周面には、内側に向かって突出した複数のティース部１５が設けられている。バックヨーク部１６は、例えば、ティース部１５と連続した電磁鋼板の積層体から構成される。

コイル１４は、ティース部１５にコイル線１８を巻回することで構成される。本実施形態では、コイル１４とティース部１５との間にインシュレータ１９が設けられている。つまり、コイル線１８は、インシュレータ１９を介してティース部１５に巻回されている。インシュレータ１９は、例えば、ボビン型の絶縁部材であり、コイル線１８が巻回された状態でティース部１５に嵌め込まれる。

コイル線１８は、例えば、絶縁被膜を有する平角線である。コイル線１８の両端部分、即ちコイル１４の巻き始め部分及び巻き終わり部分が、コイル１４から引き出されて、バスバーモジュール１２の端子金具３１と電気的に接続される。本実施形態では、コイル線１８の両端部分が、コイル１４の外側から引き出され、コイルエンド上を通って内側に延びている。

インシュレータ１９は、ティース部１５の先端に所定のスペース２０をあけて設けられる。つまり、ティース部１５の先端には、コイル線１８が巻回されないスペース２０が形成される。スペース２０（例えば、径方向長さが数ｍｍ程度）を形成することにより、平角線の渦電流損失を低減することができる。

バスバーモジュール１２は、バスバーリング３０と、端子金具３１と、支持部３３とを有する。そして、バスバーモジュール１２は、コイル１４よりもステータコア１３の径方向内側に配置されている。バスバーモジュール１２は、径方向内側において、ロータ５０（図４参照）に接触しない位置で、ティース部１５の先端よりも内側に張り出している。つまり、バスバーモジュール１２は、ステータ本体１１の径方向内側にオーバーハングした状態で配置されている。

バスバーモジュール１２には、例えば、インバータ等を含む外部電源装置と接続するための端子部３２が設置される。端子部３２は、バスバーリング３０に接続される。図１に示す形態では、端子部３２は、コイル１４上を跨いでステータコア１３の径方向外側に引き出されている。

バスバーリング３０は、全体として環状を呈するように構成された導電性部材である。バスバーリング３０は、例えば、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相に対応する各結線を形成するために、各相に対応するコイル１４をそれぞれ接続する複数の導電性板状部材を含み、短絡を防止しながら当該板状部材を重ね合わせて環状とした形態である。本実施形態では、中性点結線用リングと、Ｕ相結線用リングと、Ｖ相結線用リングと、Ｗ相結線用リングとを有する。各リング間には、隣り合うリングとの短絡を防止するために、端子金具３１及び端子部３２が接続される部分を除き、絶縁部材が設けられている。

バスバーリング３０は、上記のように、ステータコア１３の内周に沿った環状を呈する。バスバーリング３０は、例えば、円環形状、又はコイル１４の数に対応した多角形状を呈する。バスバーリング３０の外接円の直径は、ティース部１５の先端を結んだ円の直径と同程度とすることができる。

中性点結線用リングは、端子金具３１を介して、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各コイル１４から引き出されたコイル線１８の中性点側端部と電気的に接続される。同様に、Ｕ相結線用リングは、Ｕ相のコイル１４から引き出されたコイル線１８の中性点側端部と反対の端部と、Ｖ相結線用リングは、Ｖ相のコイル１４から引き出されたコイル線１８の中性点側端部と反対の端部と、Ｗ相結線用リングは、Ｗ相のコイル１４から引き出されたコイル線１８の中性点側端部と反対の端部と、それぞれ電気的に接続される。なお、各リングの接続形態は、結線の形態に応じて適宜変更することができる。例えば、Ｕ相結線用リングにおいて、ダブルスター結線では、ある１つの導電性板状部材が、１つのＵ相コイル１４をとばしてＵ相コイル１４同士を接続する。

端子金具３１は、例えば、各結線用リングと一体的に構成され、各結線用リングと、対応する相の各コイル線１８の端部とを電気的に接続する導電性部材である。端子金具３１とコイル線１８との接続は、溶接やかしめ等によりなされる。平角線であるコイル線１８の剛性は高いので、コイル線１８と端子金具３１との接続により、バスバーモジュール１２を保持することができる。つまり、コイル線１８がバスバーモジュール１２の保持部材として機能する。

端子部３２は、バスバーリング３０のＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各結線用リングに接続され、外部電源装置から延びる導線との接続を行う部分である。端子部３２には、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相に対応する３つの接続部が設けられている。

ここで、図４及び図５をさらに参照する。
図４は、図１のＡ‐Ａ線断面を模式的に示す図、即ち、ステータコア１３の軸方向に沿った平面で、１つのコイル１４を径方向に切断した断面を示す。図５は、ワニスを用いてコイル１４を固定した状態を示す。

図４に示すように、バスバーモジュール１２は、その一部がティース部１５上に配置され、他の部分がティース部１５の先端よりも内側に張り出している。バスバーモジュール１２は、ロータ５０と接触しないように、ロータ５０の位置に対して軸方向にずれて配置される。但し、ステータ１０の軸方向への大型化を防止するため、例えば、バスバーモジュール１２の軸方向一端の位置と、コイルエンドの位置とが略一致するように、バスバーリング３０及び端子金具３１の軸方向長さが調整される。

バスバーモジュール１２は、ティース部１５の先端に設けられた渦電流損低減用スペースであるスペース２０上に載置される。本実施形態では、バスバーリング３０に取り付けられた支持部３３が、各ティース部１５のスペース２０に当接している。支持部３３は、例えば、バスバーリング３０と同じ環状を呈し、バスバーリング３０の軸方向他端、即ち端子金具３１が突出する側と反対側に取り付けられる。

バスバーモジュール１２は、少なくとも各コイル１４又は各インシュレータ１９に当接して、ステータコア１３の径方向内側から少なくとも各コイル１４又は各インシュレータ１９を押さえる。本実施形態では、支持部３３が、各インシュレータ１９の径方向内側に向いた内側面に当接して、ステータコア１３の径方向内側から各インシュレータ１９を押さえている。支持部３３がインシュレータ１９をステータコア１３の径方向内側から支持することで、インシュレータ１９を固定するための孔をティース部１５に形成することなく、インシュレータ１９及びそれに巻回されたコイル１４を安定に支持できる。これにより、磁束の流れが向上し、モータトルクを向上させることが可能になる。

支持部３３と各インシュレータ１９とが隙間なく接するように、支持部３３のサイズを調整することが好適である。支持部３３は、例えば、耐熱性に優れた樹脂部材であり、弾性変形可能なゴム部材を適用することができる。支持部３３の形状は、特に限定されず、例えば、径方向断面形状が、インシュレータ１９及びスペース２０に当接し、ロータ５０との接触を防止するために余分な部分をカットした台形形状が例示できる。支持部３３は、バスバーリング３０に嵌め込むことにより、或いは接着剤を用いて取り付けることができる。

図５に示すように、コイル１４は、樹脂被膜２１により固定することができる。樹脂被膜２１は、例えば、コイルエンドからワニスを注入して乾燥させることにより形成できる。樹脂被膜２１は、コイル１４の表面を覆うと共に、コイル線１８同士を結合する。また、樹脂被膜２１は、例えば、バスバーモジュール１２と、コイル１４、ティース部１５、インシュレータ１９等とを結合して、バスバーモジュール１２のガタツキ等を防止する。ステータ１０では、コイルエンド上にワニスの注入を阻害するものが存在しないため、ワニスの注入操作が容易であり、良好なコイル１４の固定を実現することができる。

以上のように、ステータ１０は、コイル１４よりもステータコア１３の径方向内側に配置されたバスバーモジュール１２を備える。そして、バスバーモジュール１２は、ステータコア１３の内周に沿ったバスバーリング３０と、バスバーリング３０の軸方向一端から突出し、コイル線１８の両端とバスバーリング３０とを電気的に接続する端子金具３１と、バスバーリング３０の軸方向他端に取り付けられ、各インシュレータ１９を径方向内側から押さえる支持部３３とを有する。また、バスバーモジュール１２は、ティース部１５の先端に設けられた渦電流低減用のスペース２０上に載置される。

このため、ステータ１０は、ステータコア１３の径方向内側において安定に取り付けられ、軸方向及び径方向に対して大型化することなく、電動車両に対する搭載性が向上する。ステータ１０によれば、例えば、バックヨーク部１６の径方向長さを短くして、ステータ１０の直径を維持しながらロータ５０を大型化し、モータトルクの向上を図ることができる。

また、ステータ１０は、バスバーモジュール１２が大型化した場合でも、外形寸法に与える影響が無い又は影響が少ない。例えば、大電流を流すモータの場合、電流密度低減のためダブルスター結線を採用することが好ましいが、この場合、シングルスター結線よりもバスバー配線が長くなりバスバーモジュール１２が大型化する。つまり、ステータ１０は、ダブルスター結線を採用する大電流モータに好適である。

また、ステータ１０は、コイルエンド上に放熱を阻害するものが存在しないため、コイル１４の放熱性が良好である。モータは、例えば、冷却オイルを用いて冷却されるが、ステータ１０によれば、コイル１４と冷却オイルとの熱伝導が良好であり、モータの冷却性能に優れる。

上記実施形態は、本発明の目的を損なわない範囲で設計変更することができる。

例えば、上記では、ワニスを用いてコイル１４を固定するものとして説明したが、樹脂モールドによりコイル１４を固定してもよい。この場合、図６に例示するように、バスバーモジュール１２を含むコイルエンド近傍の全体をモールド用樹脂２２で固定することができる。

また、上記では、支持部３３がインシュレータ１９に当接して径方向内側から押さえるものとして説明したが、支持部３３を有さず、バスバーリング３０がインシュレータ１９に当接する形態であってもよい。

１０ ステータ、１１ ステータ本体、１２ バスバーモジュール、１３ ステータコア、１４ コイル、１５ ティース部、１６ バックヨーク部、１７ ボルト孔、１８ コイル線、１９ インシュレータ、２０ スペース、２１ 樹脂被膜、２２ モールド用樹脂、３０ バスバーリング、３１ 端子金具、３２ 端子部、３３ 支持部、５０ ロータ。

Claims (4)

1. ティース部を含むステータコアと、
   コイル線をティース部に巻回して構成された複数のコイルと、
   コイルから引き出されたコイル線の両端と電気的に接続されるバスバーモジュールと、
   を備えた回転電機のステータにおいて、
   バスバーモジュールは、コイルよりもステータコアの径方向内側に配置されていることを特徴とする回転電機のステータ。
2. 請求項１に記載の回転電機のステータにおいて、
   バスバーモジュールは、
   ステータコアの内周に沿ったバスバーリングと、
   バスバーリングの軸方向一端から突出し、コイル線の両端とバスバーリングとを電気的に接続する端子金具と、
   を有する回転電機のステータ。
3. 請求項１又は２に記載の回転電機のステータにおいて、
   ティース部には、コイルとの間にインシュレータが設けられ、
   バスバーモジュールは、少なくとも各コイル又は各インシュレータに当接して、ステータコアの径方向内側から少なくとも各コイル又は各インシュレータを押さえることを特徴とする回転電機のステータ。
4. 請求項３に記載の回転電機のステータにおいて、
   インシュレータは、ティース部の先端に所定のスペースをあけて設けられ、
   バスバーモジュールは、当該スペース上に載置されることを特徴とする回転電機のステータ。

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