JP2024071974A - 回転電機用ステータ - Google Patents

Abstract

【課題】 振動に起因して端子部に生じうる応力の低減を図る。【解決手段】 支持部材にボルト締結により固定支持されるステータコアと、ステータコアに巻装されるステータコイルと、ステータコアの軸方向一方側に配置され、ステータコイルを電源に電気的に接続するための端子部とを含み、ステータコアは、１つ以上の周方向位置に、ボルト締結用の軸方向孔を含む固定部を有し、端子部は、ステータコイルの端部に接合され、端子部とステータコイルの端部との間の接合部に係る周方向範囲は、一の固定部の周方向範囲に重なる、回転電機用ステータが開示される。【選択図】 図３

Description

本開示は、回転電機用ステータに関する。

ステータコイルを電源に電気的に接続するための端子部が、ステータコアの固定部の周方向位置を避けた周方向範囲に配置される技術が知られている。

特開２０２２－４７５９３号公報

ところで、ステータコアを支持部材（例えばケース）にボルト締結により固定する場合、ステータコアは、周方向で互いに離れた複数の周方向範囲だけで、支持部材に固定される。従って、ステータコアは、支持部材に固定されていない周方向範囲では、車両搭載状態で生じうる振動（例えば路面からの入力や車体の振動に伴う振動）により変位しやすくなる。この点、上記のような従来技術では、振動により変位しやすいステータコアの周方向範囲に、端子部が設けられるので、かかる変位に起因して端子部に有害な応力が発生しやすくなる。

そこで、１つの側面では、本開示は、振動に起因して端子部に生じうる応力の低減を図ることを目的とする。

１つの側面では、支持部材にボルト締結により固定支持されるステータコアと、
前記ステータコアに巻装されるステータコイルと、
前記ステータコアの軸方向一方側に配置され、前記ステータコイルを電源に電気的に接続するための端子部とを含み、
前記ステータコアは、１つ以上の周方向位置に、前記ボルト締結用の軸方向孔を含む固定部を有し、
前記端子部は、前記ステータコイルの端部に接合され、
前記端子部と前記ステータコイルの端部との間の接合部に係る周方向範囲は、一の前記固定部の周方向範囲に重なる、回転電機用ステータが提供される。

１つの側面では、本開示によれば、振動に起因して端子部に生じうる応力の低減を図ることが可能となる。

一実施例によるモータの断面構造を概略的に示す断面図である。 モータと電源との間の電気的な接続態様の一例を示す回路図である。 軸方向視によるステータの概略的な平面図である。 図１の矢印Ｖ４に沿ったビューでＸ２側のコイルエンドと、外部引き出し用端子部との関係を示す概略図である。 端子部の一部を通る縦断面図（回転軸Ｉを通る断面）である。 端子部の導体線とステータコイルの端部との間の接合部の説明図である。

以下、添付図面を参照しながら各実施例について詳細に説明する。なお、図面の寸法比率はあくまでも一例であり、これに限定されるものではなく、また、図面内の形状等は、説明の都合上、部分的に誇張している場合がある。

図１は、一実施例によるモータ１の断面構造を概略的に示す断面図である。図２は、モータ１と電源２との間の電気的な接続態様の一例を示す回路図である。図３は、軸方向視によるステータ２１の概略的な平面図である。図４は、図１の矢印Ｖ４に沿ったビューでＸ２側のコイルエンドと、外部引き出し用端子部との関係を示す概略図である。図５は、端子部７の一部を通る縦断面図（回転軸Ｉを通る断面）である。図６は、端子部７の導体線８１とステータコイル２２の端部２５０との間の接合部の説明図である。

なお、図３等では、見易さのために、複数存在する同一属性の部位には、一部のみしか参照符号が付されていない場合がある。

図１には、モータ１の回転軸Ｉが図示されている。以下の説明において、軸方向とは、モータ１の回転軸（回転中心）Ｉが延在する方向を指し、径方向とは、回転軸Ｉを中心とした径方向を指す。従って、径方向外側とは、回転軸Ｉから離れる側を指し、径方向内側とは、回転軸Ｉに向かう側を指す。また、周方向とは、回転軸Ｉまわりの回転方向に対応する。また、図１には、軸方向に沿ったＸ軸とともにＸ１側及びＸ２側が定義されている。

モータ１は、例えばハイブリッド車や電気自動車で使用される車両駆動用のモータであってよい。ただし、モータ１は、他の任意の用途に使用されるものであってもよい。

モータ１は、インナロータタイプであり、ステータ２１がロータ３０の径方向外側を囲繞するように設けられる。

ステータ２１は、ステータコア２１１と、ステータコイル２２とを備える。

ステータコア２１１は、例えば円環状の磁性体の積層鋼板の形態である。ただし、ステータコア２１１は、粉体を圧縮して形成されてもよい。

ステータコア２１１は、径方向外側がモータハウジング１０に固定される。すなわち、ステータコア２１１は、モータハウジング１０にボルト締結により固定支持される。図１には、ボルト締結に係るボルト９０が模試的に図示されている。なお、モータハウジング１０は、モータ１を収容しつつモータ１を支持する支持部材の形態である。モータハウジング１０は、複数のケース部材（ピース）により形成されてもよい。また、モータハウジング１０は、他の構成（例えばモータ１と車輪との間に配置されてよい各種動力伝達機構）をも収容するように形成されてもよい。

ステータコア２１１は、モータハウジング１０に固定される際の固定部２１１２を有する。固定部２１１２は、軸方向に視て、径方向外側に突出する形態である。すなわち、固定部２１１２は、ステータコア２１１の非固定部の外径（基本的に一定）よりも大きい外径を有する。固定部２１１２は、ボルト締結用の軸方向孔２１１４を含む。軸方向孔２１１４は、例えばステータコア２１１を軸方向に貫通する形態である。なお、以下の説明において、固定部２１１２の周方向範囲とは、ステータコア２１１の基本外径部分よりも外径が大きい範囲を指す。なお、一の固定部２１１２の周方向範囲内には、典型的には、１つの軸方向孔２１１４が形成される。

固定部２１１２は、一のステータコア２１１に対して１つだけ設けられてもよいが、好ましくは、２つ以上設けられる。２つ以上の固定部２１１２を設けることで、モータハウジング１０に対するステータコア２１１の固定強度を高めることができる。

他方、固定部２１１２の数が過大となると、その反面として、重量増加及び部品点数の増加（ボルト９０の本数の増加）を招く。また、ボルト締結に係る組み付け性の悪化も招く。

このような観点から、固定部２１１２は、好ましくは、一のステータコア２１１に対して４つ以下で設けられる。本実施例では、一例として、固定部２１１２は、等ピッチ（すなわち９０度ごと）に設けられ、合計４つである。なお、変形例では、固定部２１１２間の角度（ピッチ）は一定でなくてもよい。

また、固定部２１１２は、上述したように、ステータコア２１１の外形（外径）を局所的に増加させる形態であるので、モータハウジング１０を含む駆動装置の搭載スペースを効率的に確保できる態様で配置されることが望ましい。例えば、固定部２１１２が、搭載状態の上下方向で、天頂位置に対応する周方向位置Ｐ０に配置されると、その分だけ、上下方向の搭載スペースが大きくなりやすい。特に、天頂位置に対応する周方向位置Ｐ０の真上付近には、コイルエンドの冷却用の油路等が形成される場合があるため、かかる場合、油路の形成スペースが固定部２１１２により阻害されないことが望ましい。

このような観点から、各固定部２１１２は、好ましくは、天頂位置に対応する周方向位置Ｐ０に対してオフセットした周方向位置に配置される。これにより、固定部２１１２に起因した上下方向の搭載スペースの増加等の不都合を防止できる。本実施例では、４つの固定部２１１２のうちの上側の２つの固定部２１１２は、いずれも、それらの周方向範囲が、天頂位置に対応する周方向位置Ｐ０を含まず、天頂位置に対応する周方向位置Ｐ０に対して３０度以上オフセットされている。

ステータコア２１１の径方向内側には、ステータコイル２２が巻回される複数のスロット（図示せず）が形成される。

ステータコイル２２は、複数のスロット（図示せず）に挿入される複数のコイル片の端部同士を溶接等により接合して形成されてよい。なお、この場合、ステータコイル２２を形成するコイル片の形態は、任意であり、例えば、Ｕ字状のセグメントコイルの形態であってもよいし、二重巻き状のセグメントコイルの形態であってもよい。

ステータコイル２２は、図２に示すような３相のモータ１に対応して、各相のコイル部分を有する。なお、図２には、ステータコイル２２が模式的にハッチング領域で示されている。ステータコイル２２は、各相の端子７０（Ｕ）、７０（Ｖ）、７０（Ｗ）が、インバータ４及び平滑コンデンサＣ１を介して電源２に接続されてよい。なお、電源２は、いわゆるハイブリッド車や電気自動車に搭載される比較的高い定格電圧のバッテリ（例えばリチウムイオンバッテリ）であってよい。

本実施例では、一例として、ステータコイル２２の端子７０（Ｕ）、７０（Ｖ）、７０（Ｗ）は、ステータコイル２２の軸方向端部（いわゆるコイルエンド）から更に軸方向外側に直線状に突出する態様で配置される。図５には、端子７０（Ｕ）、７０（Ｖ）、７０（Ｗ）のうちの、任意の１つであってよい端子７０が模式的に示されている。ただし、変形例では、他の配置態様であってもよく、例えば、ステータコイル２２の端子７０（Ｕ）、７０（Ｖ）、７０（Ｗ）は、ステータコイル２２の軸方向端部から径方向外側に突出する態様で配置されてよい。

ステータコイル２２の端子７０（Ｕ）、７０（Ｖ）、７０（Ｗ）は、周方向の比較的狭い範囲に集約されてよい。例えば、端子７０（Ｕ）、７０（Ｖ）、７０（Ｗ）は、９０度以内の周方向範囲内に集約され、好ましくは、４５度以下以内の周方向範囲内に集約される。

ステータコイル２２の端子７０（Ｕ）、７０（Ｖ）、７０（Ｗ）は、図２に示すように、インバータ４に電気的に接続される。なお、図２では、各相のコイルは、概略的に図示されており、並列ではないが、並列で結線されてもよい（すなわち、いわゆる“２Ｙ”や“４Ｙ”等の結線構造を有してもよい）。図４には、インバータ４側からの端子部４Ａが模式的に示されている。端子部４Ａは、モータハウジング１０の外部から径方向内側に延在する態様で配置されてよい。なお、図４では、モータハウジング１０の内周面の外形が点線で模式的に示されるとともに、端子部４Ａが点線で模式的に示されている。端子部４Ａは、モータハウジング１０内に延在する３相のバスバー４０を有してよく、３相のバスバー４０は、対応する端子７０（Ｕ）、７０（Ｖ）、７０（Ｗ）に溶接やボルト締結等により接合されてよい。

なお、本実施例では、インバータ４は、モータハウジング１０から離れた位置に配置されてよく、この場合、インバータ４の配置自由度を高めることができる。また、このようなインバータ配置は、例えばインバータケースをモータハウジング１０の上方に一体的に形成する構造に比べて、モータハウジング１０の上方におけるスペースの利用可能性を高めることができる。

ロータ３０は、ステータ２１の径方向内側に配置される。

ロータ３０は、ロータコア３２と、ロータシャフト３４と、エンドプレート３５Ａ、３５Ｂと、永久磁石（図示せず）とを備える。

ロータコア３２は、ロータシャフト３４の径方向外側の表面に固定され、ロータシャフト３４と一体となって回転する。ロータコア３２は、軸孔３２０を有し、軸孔３２０にロータシャフト３４が嵌合される。ロータコア３２は、ロータシャフト３４に焼き嵌め、圧入、又はその類により固定されてよい。例えば、ロータコア３２は、ロータシャフト３４にキー結合やスプライン結合により結合されてもよい。ロータシャフト３４は、モータハウジング１０にベアリング１４ａ、１４ｂを介して回転可能に支持される。なお、ロータシャフト３４は、モータ１の回転軸Ｉを画成する。

ロータコア３２は、例えば円環状の磁性体の積層鋼板により形成される。ロータコア３２の内部には、永久磁石（図示せず）が埋め込まれる。なお、変形例では、ロータコア３２は、磁性粉末が圧縮して固められた圧粉体により形成されてもよい。

なお、図１には、特定の構造を有するモータ１が示されるが、モータ１の構造は、かかる特定の構造に限定されない。例えば、図１では、ロータシャフト３４は、中空であるが、中実であってもよい。

次に、本実施例における更なる特徴的な構成について説明する。

本実施例では、ステータコア２１１の軸方向一方側（本実施例ではＸ２側）に端子部７が配置される。端子部７は、ステータコイル２２を電源２に電気的に接続するために設けられる。また、本実施例では、端子部７は、更にステータコイル２２の中性点に係る電気的な接続部（すなわち３相のコイル部分の中性点側同士を接続する接続部）を含む。

端子部７は、上述した端子７０（Ｕ）、７０（Ｖ）、７０（Ｗ）を形成する複数の導体線８０、８１を含む。導体線８０、８１は、バスバーのような平板状の形態であってもよい。導体線８０は、図５に示すように、径方向内側でステータコイル２２の端部２４０に接合される。また、導体線８１は、図５に示すように、径方向外側でステータコイル２２の端部２５０に接合される（図６参照）。導体線８１と端部２５０との間の接合（導体線８０と端部２４０との間の接合も同様）は、例えば溶接等により実現されてよい。この場合、導体線８１と端部２５０との間の接合部４０２は、成形部６０により覆われてよい。成形部６０は、樹脂材料の射出成形により形成されてよく、端部２５０の被覆が除去された部分２２Ａ全体を覆うことで、被覆と同様の機能を果たす。導体線８０と端部２４０との間の接合部に係る成形部６０Ａも同様である。以下では、端子部７の接合部４０２とは、特に言及しない限り、導体線８１と端部２５０との間の接合部、及び、導体線８０と端部２４０との間の接合部の双方を含むものとする。なお、導体線８０、８１は、樹脂モールド等により一体化されてもよいが、樹脂カバー７５（図５参照）を利用して互いに対する必要な電気的絶縁が確保されてよい。

本実施例では、端子部７の接合部４０２に係る周方向の配置範囲（以下、単に「端子部７の周方向範囲」とも称する）は、一の固定部２１１２の周方向範囲に重なる。端子部７の周方向範囲は、周方向一端側が、最も周方向一端側に配置される接合部４０２で決まり、周方向他端側が、最も周方向他端側に配置される接合部４０２で決まる。本実施例では、端子部７の周方向範囲は、４つの固定部２１１２のうちの、上側の１つの固定部２１１２の周方向範囲に重なる。以下では、４つの固定部２１１２のうちの、端子部７の周方向範囲と周方向範囲が重なる１つの固定部２１１２を、他の固定部２１１２に対して区別する際は、「オーバラップ位置の固定部２１１２Ａ」とも称する。なお、端子部７の周方向範囲がオーバラップ位置の固定部２１１２Ａの周方向範囲に重なるとは、一方が他方に包含されている態様で、互いの一部同士が重なる態様、互いが完全に一致する態様のいずれをも含む概念である。

ところで、上記の“発明が解決しようとする課題”の欄で上述したように、ステータコア２１１は、モータハウジング１０に固定されていない周方向範囲では、車両搭載状態で生じうる振動により変位しやすくなる。特に、ステータコア２１１が積層鋼板の形態である場合、ブロック状の塊の場合とは異なり、固定部２１１２間の非支持区間において変位しやすくなる。

この点、本実施例によれば、振動により変位しやすいステータコア２１１の周方向範囲を避けて端子部７が設けられるので、かかる変位に起因して端子部７（特に接合部４０２）に発生しうる応力の低減を図ることができる。

具体的には、本実施例によれば、端子部７は、その周方向範囲がオーバラップ位置の固定部２１１２Ａに重なるように配置される。ステータコア２１１は、オーバラップ位置の固定部２１１２Ａの周方向範囲では局所的な振動（振幅）が比較的小さく抑えられる。従って、本実施例によれば、車両搭載状態において生じる各種振動時に端子部７（特に接合部４０２）に発生しうる応力の低減を図ることができる。特に、接合部４０２の際（きわ）やその近傍での応力集中を低減でき、接合部４０２の信頼性を高めることができる。

また、本実施例によれば、固定部２１１２の数の低減（及びそれに伴う重量や部品点数等の低減）を図りつつ、ステータコア２１１を積層鋼板により形成できる。具体的には、例えば固定部２１１２の数を４個以下に抑えつつ、積層鋼板により形成されたステータコア２１１の固定部２１１２の数が比較的少ない場合に生じやすい不都合を低減できる。なお、かかる不都合としては、上述したように、振動に起因したステータコア２１１における固定部２１１２間の領域での変位の増加、及びそれに伴う端子部７（特に接合部４０２）に生じうる応力の増加等を含む。

また、本実施例においては、端子７０（Ｕ）、７０（Ｖ）、７０（Ｗ）は、上述したように軸方向外側に直線状に延在するので、例えば径方向外側へと屈曲して延在するような構成に比べて、固定部２１１２Ａに対する締結作業の作業性を高めることができる。すなわち、端子が径方向外側へと屈曲して延在する場合、軸方向に視て、端子が固定部２１１２Ａの軸方向孔２１１４又はその周囲部に重なりやすい。この場合、固定部２１１２Ａの軸方向孔２１１４に係るボルト締結作業の作業性が問題となりうるが、本実施例によれば、かかる問題が生じることがない。ただし、変形例では、端子７０（Ｕ）、７０（Ｖ）、７０（Ｗ）は、径方向外側へと屈曲して延在するように形成されてもよい。

ここで、このような端子部７の振動低減効果は、端子部７の周方向範囲の端部に、オーバラップ位置の固定部２１１２Ａの中心（軸方向孔２１１４の中心）が位置する構成よりも、端子部７の周方向範囲の中心又はその近傍に、オーバラップ位置の固定部２１１２Ａの中心が位置する構成のほうが、顕著となりやすい。

従って、本実施例においては、端子部７の周方向範囲の中心又はその近傍に、オーバラップ位置の固定部２１１２Ａの中心が位置するように、端子部７及びオーバラップ位置の固定部２１１２Ａの周方向の位置関係が適合されてよい。この際、端子部７の周方向範囲の中心は、端子部７の配置の幾何的な中心（例えば、各接合部４０２のうちの、最も周方向一方側の位置と、最も周方向他方側の位置との間の中点位置）とされてもよい。あるいは、端子部７の周方向範囲の中心は、端子部７の重心位置に対応してもよい。端子部７の重心位置は、各接合部４０２の重心として算出されてもよい。

また、本実施例によれば、上述したように、オーバラップ位置の固定部２１１２Ａは、その周方向範囲が、天頂位置に対応する周方向位置Ｐ０を含まず、天頂位置に対応する周方向位置Ｐ０に対してオフセットされている。このため、端子部７は、その周方向範囲の全体が、天頂位置に対応する周方向位置Ｐ０を含まない態様で、天頂位置に対応する周方向位置Ｐ０に対してオフセットして配置できる。すなわち、端子部７の周方向範囲は、天頂位置よりも下側に位置する周方向位置からなることができる。これにより、図４に模式的に示すように、端子部７の周方向範囲内の端子７０（Ｕ）、７０（Ｖ）、７０（Ｗ）とともに、端子部４Ａを天頂位置に対応する周方向位置Ｐ０に対してオフセットして配置できるので、モータハウジング１０を含む駆動装置の上下方向の体格の低減を図りつつ、端子部４Ａの搭載スペースを容易に確保できる。

以上、各実施例について詳述したが、特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された範囲内において、種々の変形及び変更が可能である。また、前述した実施例の構成要素を全部又は複数を組み合わせることも可能である。

１０・・・モータハウジング（支持部材）、２１・・・ステータ（回転電機用ステータ）、２１１・・・ステータコア、２２・・・ステータコイル、７・・・端子部、７０（Ｕ）、７０（Ｖ）、７０（Ｗ）・・・端子（複数相の端子）、２１１２（２１１２Ａ）・・・固定部

Claims (6)

1. 支持部材にボルト締結により固定支持されるステータコアと、
   前記ステータコアに巻装されるステータコイルと、
   前記ステータコアの軸方向一方側に配置され、前記ステータコイルを電源に電気的に接続するための端子部とを含み、
   前記ステータコアは、１つ以上の周方向位置に、前記ボルト締結用の軸方向孔を含む固定部を有し、
   前記端子部は、前記ステータコイルの端部に接合され、
   前記端子部と前記ステータコイルの端部との間の接合部に係る周方向の配置範囲は、一の前記固定部の周方向範囲に重なる、回転電機用ステータ。
2. 前記接合部は、前記配置範囲において周方向に沿って複数並んで配置される、請求項１に記載の回転電機用ステータ。
3. 前記固定部は、その前記周方向範囲の一端から他端まで径方向外側に突出する形態であり、異なる４つ以下の周方向位置に設けられ、
   前記配置範囲は、４つ以下の前記固定部のうちの、１つの前記固定部の周方向範囲に重なる、請求項１に記載の回転電機用ステータ。
4. 前記固定部のそれぞれは、搭載状態の上下方向での天頂位置よりも下側に配置され、
   前記配置範囲は、前記天頂位置よりも下側に位置する周方向位置からなる、請求項３に記載の回転電機用ステータ。
5. 前記端子部は、前記配置範囲内で、周方向に並んで配置される複数相の端子を含み、
   前記複数相の端子は、前記軸方向一方側における前記ステータコイルの軸方向端部よりも軸方向外側に、軸方向に直線状に延在する、請求項２に記載の回転電機用ステータ。
6. 前記ステータコアは、積層鋼板の形態である、請求項１から５のうちのいずれか１項に記載の回転電機用ステータ。