JP2016208757A - 車両用回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】追加部品を必要としない手法で、コイルの冷却効果を向上し、最大性能を高める。【解決手段】ロータと、ロータの外周面に対向して配置され、複数に分割されたコア（１２）を有するステータと、複数に分割されたコアの上下面に取付けられたインシュレータに巻回され、軸方向端面に突出して形成されたコイルエンドを有するコイルと、複数に分割されたコアによって形成されたそれぞれのスロット内において、隣り合うコイルの側面間に配置された絶縁紙（４）とを有し、コイルは、スロット内において、最外層部（３１）である側面が段違いに配置され、最外層部と絶縁紙との間に複数の隙間（３）が形成される。【選択図】図４

Description

本発明は、回転電機の最大性能を高めることが可能な車両用回転電機に関し、特に、回転電機のステータ巻線構造に関する。

エンジンと回転電機を搭載するハイブリッド車両においては、エンジンとトランスミッションの間に挟み込まれる薄型扁平型のブラシレスモータが多く採用されている。また、このようなブラシレスモータを採用する場合、回転電機は、既存車両への搭載性を考慮して、大径かつ軸長が短いものが好ましい。この結果、多くの場合、コイルエンドの短縮が図れる集中巻の回転電機が採用される。

集中巻の回転電機を採用した場合、コイルの全長が短縮されてコイル抵抗減による発熱の低減が可能となる。しかしながら、冷媒を用いて冷却を行う場合には、各コイル巻線内での温度分布が不均一になる場合がある。この場合、高温となる箇所の温度により、回転電機の最大出力が制限される。すなわち、冷却が不十分となることに起因して、回転電機の最大性能が制限される場合が生じる。

このような課題を解決するために、冷媒吐出機構を用いて、外部からの冷却油により、コイル全体を冷却する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。このような冷却手法を用いた場合には、コイル全体の温度分布を均一化できる。この結果、回転電機の最大出力を高めることができ、この冷却手法は、回転電機の性能を向上させる有効な手法といえる。

特開２０１０−５７２６１号公報

しかしながら、従来技術には、以下のような課題がある。
特許文献１による冷却手法は、冷却油吐出用のポンプを追加するなど、追加部品が必要となり、コストが増加してしまう問題があった。

また、特許文献１では、冷媒吐出機構を用いるために、相間に絶縁紙を配置せずに、空間絶縁にて絶縁距離を確保している。しかしながら、この場合には、スロット内の導体の占積率が低くなってしまい、コイルの最大線径が抑えられてしまう。このため、連続許容最大電流が制限され、結果的に、常に多くの冷媒を必要とする状態を継続しなければ、最大性能を維持できないという課題がある。

本発明は、前記のような課題を解決するためになされたものであり、追加部品を必要としない手法で、コイルの冷却効果を向上し、最大性能を高めることを可能とする車両用回転電機を得ることを目的とする。

本発明に係る車両用回転電機は、ロータと、ロータの外周面に対向して配置され、複数に分割されたコアを有するステータと、複数に分割されたコアの上下面に取付けられたインシュレータに巻回され、軸方向端面に突出して形成されたコイルエンドを有するコイルと、複数に分割されたコアによって形成されたそれぞれのスロット内において、隣り合うコイルの側面間に配置された絶縁紙とを有し、コイルは、スロット内において、最外層部である側面が段違いに配置され、最外層部と絶縁紙との間に複数の隙間が形成されるものである。

本発明によれば、コアが形成するスロット内において、コイルの最外層部が段違いに配置され、最外層部と絶縁紙との間に複数の隙間が形成され、コイル相間に流れる冷媒の量を増加させることのできる構成を備えている。この結果、追加部品を必要としない手法で、コイルの冷却効果を向上し、最大性能を高めることを可能とする車両用回転電機を得ることができる。

本発明の実施の形態１における回転電機の構成を示す断面図である。 本発明の実施の形態１に係る回転電機のステータの構造を示す斜視図である。 本発明の実施の形態１における回転電機のステータの巻線部の詳細を示す斜視図である。 本発明の実施の形態１に係る回転電機のステータの巻線部を示す断面図である。 本発明の実施の形態２に係る回転電機のステータの巻線部の詳細を示す斜視図である。 本発明の実施の形態２に係る回転電機のステータの巻線部の断面図である。

以下、本発明の車両用回転電機の好適な実施の形態につき、図面を用いて説明する。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１における回転電機の構成を示す断面図である。図１に示すように、本実施の形態１における回転電機は、ステータ１０とロータ２０とを備えている。そして、ロータ２０の外周側には、積層鋼板によって構成されているロータコア２２が配置され、その内部に永久磁石２３が配置されている。また、ロータコア２２は、内周部がロータボス部２４の外周に圧入されて固定されている。

一方、ステータ１０は、リング状のフレーム１１の内周に、同じく積層鋼板によって構成されているコア１２が圧入されて構成されている。コア１２の内周と、対向するロータコア２２の外周との間には、所定の隙間が設けられている。

さらに、ロータ２０は、ロータボス部２４の内周に配置された軸受２１によって、ハウジング１に対して回転可能となるように保持されている。

また、コア１２の端面には、配電部品２が配置されている。外部ハーネスより、この配電部品２を経由して、ステータ１０のコア１２に巻回されたコイルへの給電が行われ、回転磁界を発生させる。これにより、ロータ２０が駆動され、発生したトルクが伝達される構造となっている。

また、本実施の形態１における回転電機は、外部より流入した冷媒を、ロータ２０の駆動時の遠心力によって飛散させ、コイルの冷却を行う手法を採用している。

図２は、本発明の実施の形態１に係る回転電機のステータの構造を示す斜視図である。図２に示すように、本実施の形態１における回転電機のステータ１０は、複数のコア１２が整列された状態で形成されたスロットに、集中的に巻回されたコイルが格納されて構成される。また、ステータ１０は、コア１２の端面に突出して形成され、湾曲した形状を持つコイルエンド３０を有して構成されている。

コア１２上に配置された配電部品２に対して、コイルの端末線が接合されることによって、配電部品２の内部に構成されたバスバーとコイルとの電気的接続が行われる。ＵＶＷの各バスバーとの電気的接合を持つ端子台に内蔵され、バスバーから突出した給電端子部に対して、外部より通電することによって、コイルに回転磁界を発生させ、この結果、回転電機を駆動させることが可能になる。

図３は、本発明の実施の形態１における回転電機のステータの巻線部の詳細を示す斜視図である。コイルは、コア１２に装着されたインシュレータ１３に巻回され、軸方向両端にコイルエンド３０が形成される。隣り合う巻線部の間には、絶縁紙４が挟み込まれている。コイルの最終ターン部３２は、真直成形された後、インシュレータ１３の切欠き部１４に絡げ部３３を固定することで保持される。

図４は、本発明の実施の形態１に係る回転電機のステータの巻線部を示す断面図である。コア１２によって形成されるスロット内において、段違いに配置されたコイルのコイル断面３１の最外層と、相間に配置された絶縁紙４との間には、複数の隙間３が形成される。

このため、導体の占積率を低下させることなく、コイル相間に流れる冷媒の量を増加させることが可能となる。従って、このような冷却構造を備えることで、全体の温度上昇の抑制とともに、巻線間の温度分布の均一化を図ることができ、回転電機の連続運転性能を向上させることが可能になる。

以上のように、実施の形態１によれば、コアが形成するスロット内において、コイルの最外層部が段違いに配置され、最外層部と絶縁紙との間に複数の隙間が形成された回転電機のステータ巻線構造を備えている。この結果、コイル相間に流れる冷媒の量を増加させることのでき、追加部品を必要としない手法で、コイルの冷却効果を向上し、最大性能を高めることを可能とする車両用回転電機を実現できる。

実施の形態２．
本実施の形態２では、コイルの最終ターン部３２の配置を工夫することで、冷却効果を高める手法について説明する。

図５は、本発明の実施の形態２に係る回転電機のステータの巻線部の詳細を示す斜視図である。なお、図５においては、手前側の絶縁紙４がない状態を示している。また、図６は、本発明の実施の形態２に係る回転電機のステータの巻線部の断面図である。

本実施の形態２では、コイルの最終ターン部３２を成形する工程において、図５に示すように、直線部３４をスロットの中央部の方向に移動させるように配置している。この結果、図６に示すように、絶縁紙４の外周側の隅部は、コア分割面１５の延長線から、対向するコイル側に向かって突出することとなる。

このように、コイルの最終ターン部３２がスロットの中央部の方向に移動し、絶縁紙４を移動させることによって、スロット内の隙間３を、より大きくすることができる。この結果、相間の空間を拡大し、より多くの冷媒をコイル間に導くことによって、コイルの温度上昇を抑制することが可能となり、巻線間の温度分布の均一化を実現できる。

また、図５に示すように最終ターン部３２を成形した結果、ロータの軸方向に対して、斜めになるようにして真直された直線部３４を有することとなる。このように、直線部３４が斜めに成形されることによって、他のコイル群との隙間を拡大でき、冷媒の流入量を増やすことが可能になる。この結果、近傍のコイル温度上昇を抑制することができる。

なお、真直された最終ターン部３２は、コイルエンド３０の形状に沿って曲げられた後、インシュレータ１３の上面に構成された切欠き部１４に絡げ部３３を固定することで保持されている。このため、最終ターン部３２は、十分な固定力を保持した状態となり、振動印加時の耐久性をより高めることが可能になる。

以上のように、実施の形態２によれば、コイルの最終ターン部をロータの軸方向に対して斜めに配置し、より広い隙間がコイル間に形成された回転電機のステータ巻線構造を備えている。この結果、先の実施の形態１の効果に加え、コイルの温度上昇をより抑制することが可能となる。

さらに、ロータの軸方向に対して斜めに配置された最終ターン部を、インシュレータの上面に構成された切欠き部で保持固定できる構成を備えている。この結果、十分な固定力を保持した状態となり、振動印加時の耐久性を確保できる。

なお、上述した実施の形態１では、コイルの最終ターン部をロータの軸方向に対して斜めに配置することで、絶縁紙の外周側の隅部が、コアの分割面の延長線よりも他方のコイル側に突出して配置される場合を、図５、図６を用いて説明した。しかしながら、コイルの最終ターン部をロータの軸方向に対して斜めに配置することなしに、絶縁紙の外周側の隅部が、コアの分割面の延長線よりも他方のコイル側に突出して配置されるような巻線構造とすることによっても、コイルの冷却効果を向上し、最大性能を高めることが可能である。

１ ハウジング、２ 配電部品、３ 隙間、４ 絶縁紙、１０ ステータ、１１ フレーム、１２ コア、１３ インシュレータ、１４ 切欠き部、１５ コア分割面、２０ ロータ、２１ 軸受、２２ ロータコア、２３ 永久磁石、２４ ロータボス部、３０ コイルエンド、３１ コイル断面、３２ 最終ターン部、３３ 絡げ部、３４ 直線部。

本発明に係る車両用回転電機は、ロータと、ロータの外周面に対向して配置され、複数に分割されたコアを有するステータと、複数に分割されたコアの上下面に取付けられたインシュレータに巻回され、軸方向端面に突出して形成されたコイルエンドを有するコイルと、複数に分割されたコアによって形成されたそれぞれのスロット内において、隣り合うコイルの側面間に配置された絶縁紙とを有し、コイルは、スロット内において、最外層部である側面が段違いに配置され、最外層部と絶縁紙との間に複数の隙間が形成され、絶縁紙は、外周側の隅部が、隣り合うコイルの一方のコイルの最終ターン部と接触し、かつ、隣接するコアの分割面の延長線よりも他方のコイル側に突出して配置されているものである。

Claims (4)

1. ロータと、
   前記ロータの外周面に対向して配置され、複数に分割されたコアを有するステータと、
   複数に分割された前記コアの上下面に取付けられたインシュレータに巻回され、軸方向端面に突出して形成されたコイルエンドを有するコイルと、
   複数に分割された前記コアによって形成されたそれぞれのスロット内において、隣り合うコイルの側面間に配置された絶縁紙と
   を有し、
   前記コイルは、前記スロット内において、最外層部である側面が段違いに配置され、前記最外層部と前記絶縁紙との間に複数の隙間が形成される
   車両用回転電機。
2. 前記絶縁紙は、外周側の隅部が、
   前記隣り合うコイルの一方のコイルの最終ターン部と接触し、
   かつ、隣接するコアの分割面の延長線よりも他方のコイル側に突出して配置されている
   請求項１に記載の車両用回転電機。
3. 前記コイルは、最終ターン部が前記ロータの軸方向に対して斜めに配置され、最終ターン部と他のコイル群との間に隙間が形成される
   請求項２に記載の車両用回転電機。
4. 前記コイルは、前記インシュレータに形成された切欠き部に最終ターン部が固定されることで保持される
   請求項１から３のいずれか１項に記載の車両用回転電機。

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