JP2012249404A - 回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】回転電機において、ステータとケースの間の締結に影響を与えずに、ステータを接地することである。
【解決手段】回転電機は、ロータとステータとケース４２を含んで構成され、ステータコア２３のコア取付部２４の外周壁と、ステータが固定され接地部材として働く金属製のケース４２の内周壁との間を電気的に接続する導電性ピン５０を備える。具体的には、ステータコア２３の外周側に突き出して設けられるコア取付部２４の外周壁は、ステータコア２３の軸方向に沿って延びるピン挿入切欠を有し、導電性ピン５０は、ピン挿入切欠とケース内周壁とで構成される挿入穴部３２に圧入される。ステータをケース４２に取り付けるためのボルト４４は、挿入穴部３２とは独立のボルト穴２８に挿入される。
【選択図】図３

Description

本発明は、回転電機に係り、特に、ステータコアとモータケースとを電気的に接続する回転電機に関する。

回転電機には、ステータのコイルに駆動信号が供給されるため、駆動信号に含まれるノイズがステータに伝播される。ステータがモータケースと電気的に接続されていて、モータケースが接地に接続されていれば、このノイズは接地に逃がされる。ステータが接地に接続されていないと、ステータに伝達されたノイズがロータおよびその出力軸を介して、回転電機の負荷側の装置等に伝播する。

例えば、特許文献１には、車両用電動機において、積層コアを構成する各層の上下面は絶縁皮膜が形成され、外周面と、貫通穴を開ける場合のその穴の内周面が露出していることが述べられ、従来は、外周面にレーザ溶接して、各層を電気的に導通させていることが述べられている。その場合でも、積層コアは接地していないので、ここでは、貫通穴に通すボルトと、スリーブが用いられることが開示される。スリーブは、周面に軸方向に沿ってスリットが設けられ、後端内周面にボルトと組み合わされるメネジが設けられ、ボルトのオネジをスリーブのメネジと組み合わせて締め付けると、スリーブが変形し、貫通穴の内周面に接触し、ボルトと積層コアが電気的に導通することが述べられている。

特許文献２には、ステータコアの固定構造として、ステータコアを構成する積層鋼板の外周に向かって突き出す耳部に設けられる穴に、導電性のカラーを圧入し、これにボルトを通して、ボルトとカラーと積層鋼板の電気的導通を取ることが述べられている。他の実施の形態として、耳部とは別の突出部を設け、そこに導電性ピンを挿入し、そのピンとボルトを導線と丸端子を用いて接続する方法、ステータコアの外周面の溶接部にはんだ付けで導線を取り付け、この導線が丸端子を介してボルトに接続される方法が述べられている。

特開２００９−１７７９１７号公報 特開２００９−１４２０７９号公報

平板面が絶縁被覆されるコア材を所定の形状に打ち抜き、これを積層してステータコアとして用いるときは、従来技術に述べられているように、コア材の打ち抜き端面等が露出する。この露出面を接地に接続すればステータを接地に接続することができる。従来技術では、積層されたコア材をモータケースに取り付けるために打ち抜かれた取付穴に挿入されるボルトを介してコア材を接地することが提案されている。

ところで、締結用ボルトは、積層される個々のコア材同士を相互に固定する機能と、積層されたコア材をモータケースに締め付け固定する機能を有するが、コア材を含めた各部材の製造ばらつき、締結力のばらつき等から、この機械的締結状態を管理するのは容易ではない。仮に、締結用ボルトが緩むと、ステータが脱落し、高電圧が漏電して、回転電機の動作を停止することになる。このように、締結用ボルトは、回転電機にとって、最も重要な締結部品であるので、これに接地接続機能も持たせるのは品質管理上から適切でない。

本発明の目的は、ステータとケースの間の締結に影響を与えずに、ステータを接地することを可能とする回転電機を提供することである。

本発明に係る回転電機は、出力軸を有するロータと、ロータの外周側に配置され、平板面が絶縁被覆されるコア材を所定の形状に成形して複数枚積層して構成されるステータコアを含むステータと、ステータコアの外周側に設けられるコア取付部を介してステータが固定されるケースと、コア取付部の外周壁とケース内周壁との間を電気的に接続する導電性ピンと、を備えることを特徴とする。

また、本発明に係る回転電機において、コア取付部は、ステータコアの外周側に突き出して設けられ、コア取付部の外周壁は、ステータコアの軸方向に沿って延びるピン挿入切欠を有し、導電性ピンは、ピン挿入切欠とケース内周壁とで構成される挿入穴部に挿入されることが好ましい。

また、本発明に係る回転電機において、回転電機は車両搭載用であり、ケースは、車両の車体と電気的に接続されることが好ましい。

上記構成によれば、回転電機は、ステータコアのコア取付部の外周壁と、ステータが固定されるケースの内周壁との間を電気的に接続する導電性ピンを備える。導電性ピンはステータコアをケースに取り付ける締結用ボルトとは独立であるので、ステータの締結に影響を与えずに、ステータを接地することが可能となる。

また、回転電機において、ステータコアの外周側に突き出して設けられるコア取付部の外周壁は、ステータコアの軸方向に沿って延びるピン挿入切欠を有し、導電性ピンは、ピン挿入切欠とケース内周壁とで構成される挿入穴部に挿入される。このように、コア取付部に切欠を設けるだけで、ステータを接地することができるので、ステータの締結に影響を与えない。

また、回転電機において、車両に搭載されるときにケースは、車両の車体と電気的に接続される。車両の車体の電位は、車両全体の電位の基準とされる。すなわち、車体の電位は、車両全体における接地電位と考えることができる。したがって、導電ピンを用いることで、ステータを車両全体の接地電位と同じにできる。

本発明に係る実施の形態の回転電機の正面図と断面図である。 本発明に係る実施の形態におけるコア材の形状と絶縁被覆および露出面を説明する図である。 本発明に係る実施の形態において、導電ピンの近傍を拡大した図である。 本発明に係る実施の形態における作用を説明する図である。

以下に図面を用いて本発明に係る実施の形態につき詳細に説明する。以下では、回転電機として、車両に搭載され高電圧大電力で動作する回転電機を説明するが、車両搭載以外に用いられるものでもよい。以下では、回転電機について電磁鋼板を積層したステータを用いるものとして説明するが、ロータの構成は特に限定がない。例えば、電磁鋼板を積層したロータを用いるものとしてもよい。また、コア材として電磁鋼板を説明するが、コア材に適したこれ以外の材質の薄板を用いてもよい。また、以下で説明する枚数、個数等は例示であって、回転電機の仕様に応じて適宜変更が可能である。

以下では、全ての図面において同様の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、本文中の説明においては、必要に応じそれ以前に述べた符号を用いるものとする。

図１は、車両搭載用の回転電機１０の構成を説明する図である。図１の右側の図は断面図で、左側の図が正面図である。回転電機１０は、出力軸１２を有するロータ１４と、ロータ１４の外周側に配置されるステータ２０と、ステータ２０を固定する金属製のケース４２を含んで構成される。ケース４２は、適当なアース線を用いて接地され、接地部材として働く。図１には、ＸＹＺ軸の方向が示されているが、出力軸１２の軸方向がＺ軸方向で、正面図はＸＹ平面で見た様子を示す図である。

ステータ２０は、回転電機１０の固定子で、複数のコア材２２を積層したステータコア２３と、ステータコア２３に巻回されるコイルを含んで構成される。図１の断面図では、ステータコア２３の軸方向の両端部に張り出したコイル部分がコイルエンド部４０として示されている。なお、正面図ではコイルエンド部４０の図示を省略したので、ステータコア２３の最も外側のコア材２２が示されている。

コア材２２は、平面部が絶縁被覆された電磁鋼板を所定の形状に成形したものである。成形はプレス加工等の打ち抜きで行うことができる。ステータコア２３は、コア材２２を複数個積層したものである。このようにステータコア２３を、１つの磁性体で構成せずに、複数の薄板であるコア材２２を積層して構成するのは、ステータコア２３の鉄損を抑制するためである。すなわち、ステータコア２３に磁束が流れるときに渦電流損失が生じるが、ステータコア２３を適当な厚さに分割することで、全体としての渦電流損失を低減できる。

その場合に、各コア材２２は渦電流の流れる平面が電気的に分離されることが必要であるので、各コア材２２の平面部が絶縁被覆される。各コア材２２の断面は絶縁被覆されなくてもよい。したがって、コア材２２がプレス加工によって成形されるとき、外形を形作る端部の断面は、絶縁被覆がない露出面のままで構わない。

図１の正面図に示されるように、コア材２２は、円環状の部分と、円環状部分から突き出したコア取付部２４を含む形状を有している。コア取付部２４は、図１の例では３つ設けられるが、勿論３つ以外の数であっても構わない。

１枚のコア材２２について、コア取付部２４の部分の形状とケース４２との位置関係を図２に示す。また、コア取付部２４の近傍について、図１のＡ−Ａ線に沿った断面図を図３に示す。

図２に示されるように、１枚のコア材２２のコア取付部２４には、ステータコア２３をケース４２に取り付けるためのボルト４４を挿入するボルト穴２８が設けられる。また、コア取付部２４の外周壁には、ピン挿入切欠２６が設けられる。ピン挿入切欠２６は、ステータコア２３がケース４２に取り付けられるときに、ピン挿入切欠２６とケース４２の内周壁との間で、導電性ピン５０を挿入できる挿入穴部３２が形成されるような形状とされる。

また、１枚のコア材２２の表裏の平面部のそれぞれには、絶縁被覆２５が設けられる。絶縁被覆２５は、塗装、コーティング等によって、電気的絶縁性のある皮膜を形成することで得られる。図２では、コア材２２の表側のみが示されているが、裏側にも同様に絶縁被覆２５が設けられる。絶縁被覆２５は、コア材２２の原材料である電磁鋼板帯材において既に設けられている。したがって、電磁鋼板帯材をコア材２２の形状に打ち抜くと、その打ち抜き形状の端面には絶縁被覆２５がないことになる。図２では、ボルト穴２８の穴内壁と、ピン挿入切欠２６の端面壁３０に絶縁被覆２５がないことが示されている。

図３は、図１において、コア材２２−コア取付部２４−挿入穴部３２−ケース４２についての断面の様子を示す図である。挿入穴部３２に挿入して設けられる導電性ピン５０は、ステータコア２３とケース４２との間の電気的接続を行うための部材である。挿入穴部３２において、ステータコア２３の側は、各コア材２２のピン挿入切欠２６の絶縁被覆２５がない端面壁で、ケース４２の側は、内周壁である。ケース４２は金属製であるが、絶縁処理等の表面処理が行われているときは、必要に応じて、金属面が露出するように適当な加工が行われる。

上記では、コア材２２にピン挿入切欠２６を設け、ケース４２の内周壁がそのままの形状を利用するものとして説明した。これに代えて、ピン挿入切欠をケース４２の内周壁側に設け、コア材２２のコア取付部２４の外周壁の形状をそのまま利用するものとしてもよい。

導電性ピン５０としては、外周部が少なくとも金属製で構成される丸ピンを用いることができる。挿入穴部３２への挿入は、圧入によって行われる。これによって、ステータコア２３とケース４２の間の電気的接続が導電性ピン５０によって行われる。導電性ピン５０は、コア取付部２４におけるボルト穴２８に挿入されるボルト４４とは独立に設けられる。これによって、ステータ２０のケース４２への締結に影響を及ぼすことなく、ステータコア２３とケース４２との電気的接続を行うことができる。

上記構成の作用について、回転電機１０を車両６０に搭載した場合を例として、図４を用いて説明する。図４は、車両６０における主要要素の配置図を示す図である。車両６０の車体６２は、アース線６８によってケース４２と接続される。また、回転電機１０の駆動を行うためのパワーコントロールユニット（Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ：ＰＣＵ）６４は、高圧ケーブル６６を介して、回転電機１０のステータ２０のコイルと接続される。

ケース４２の内部には、図１で説明した回転電機１０の他に、減速機構７０，７２が設けられる。減速機構７０，７２は、回転電機１０の出力軸１２からの出力を適当に減速して、所望の出力トルクと回転数として、ドライブシャフト７４に伝達する動力伝達機構である。ドライブシャフト７４には、車両の駆動輪７６，７８が接続される。

車両６０に搭載される回転電機１０の場合、昇圧コンバータやインバータを含むパワーコントロールユニット６４から高周波の電磁ノイズ８０が発生する。その電磁ノイズ８０は、高圧ケーブル６６を介して、ステータ２０のコイルからステータコア２３に伝播する。導電性ピン５０は、ステータコア２３とケース４２とを電気的に接続するので、この電磁ノイズ８０は、ステータコア２３からロータ１４側に向かわずに、ケース４２に伝播される。ケース４２はアース線６８によって車体６２に接続されているので、この電磁ノイズ８０は車体６２に伝播される。車体６２は、車両６０における基準電位を有し、車両６０における接地として働くので、電磁ノイズ８０は接地に吸収されて、他の構成要素に影響を与えない。

本発明に係る回転電機は、車両に搭載され駆動用モータ、発電機として利用される。

１０ 回転電機、１２ 出力軸、１４ ロータ、２０ ステータ、２２ コア材、２３ ステータコア、２４ コア取付部、２５ 絶縁被覆、２６ ピン挿入切欠、２８ ボルト穴、３０ 端面壁、３２ 挿入穴部、４０ コイルエンド部、４２ ケース、４４ ボルト、５０ 導電性ピン、６０ 車両、６２ 車体、６４ パワーコントロールユニット、６６ 高圧ケーブル、６８ アース線、７０，７２ 減速機構、７４ ドライブシャフト、７６，７８ 駆動輪、８０ 電磁ノイズ。

Claims (3)

1. 出力軸を有するロータと、
   ロータの外周側に配置され、平板面が絶縁被覆されるコア材を所定の形状に成形して複数枚積層して構成されるステータコアを含むステータと、
   ステータコアの外周側に設けられるコア取付部を介してステータが固定されるケースと、
   コア取付部の外周壁とケース内周壁との間を電気的に接続する導電性ピンと、
   を備えることを特徴とする回転電機。
2. 請求項１に記載の回転電機において、
   コア取付部は、ステータコアの外周側に突き出して設けられ、
   コア取付部の外周壁は、ステータコアの軸方向に沿って延びるピン挿入切欠を有し、
   導電性ピンは、ピン挿入切欠とケース内周壁とで構成される挿入穴部に挿入されることを特徴とする回転電機。
3. 請求項２に記載の回転電機において、
   回転電機は車両搭載用であり、
   ケースは、車両の車体と電気的に接続されることを特徴とする回転電機。

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