JP3707468B2

JP3707468B2 - 回転電機の給電線構造

Info

Publication number: JP3707468B2
Application number: JP2002301808A
Authority: JP
Inventors: 稔有満; 周三三宅
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2002-10-16
Filing date: 2002-10-16
Publication date: 2005-10-19
Anticipated expiration: 2022-10-16
Also published as: JP2004140905A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、複合電流によって駆動される複数のロータを有する回転電機のステータを構成する複数の電機子コイルに、Ｎ個のバスバーを介して複合電流を供給するための給電線構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、コイルを有するステータと、ステータの半径方向外方に配置されたアウターロータと、ステータの半径方向内方に配置されたインナーロータと、ステータを固定支持するとともにアウターロータとインナーロータとを互いに同時に所定回転軸線上に回転自在に支持するハウジングとを備える同軸回転電機は、すでに開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
この従来の回転電機では、アウターロータとインナーロータへ各別に磁力線を与えて、アウターロータとインナーロータを各別に回転させるために、ステータを構成する複数の電機子コイルに複合電流を供給する必要がある。しかし、中心に回転軸を含む回転電機内部は、高温となるとともに配線を行う充分な空間的スペースがない。そのため、複数の電機子コイルの各部に給電線を直接接続することは、スペースの点及び温度の点で難しかった。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−１４１０３号公報（図２）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本出願人は、この従来の回転電機において、板状のバスバーを複数枚絶縁体を介して積層した給電線構造を、一例として提案している。この給電線構造は、絶縁性の材料で一体化することで、レイアウト空間を有効に利用でき、スペースの問題を解消できるとともに、バスバーの表面積を大きくできることから、複合電流のピーク時のバスバー発熱による温度上昇を抑えることができ、温度の問題も解消することができる。
【０００６】
しかしながら、近年になって、回転電機全体をさらにコンパクトに構成したいとの要望が高くなり、回転電機を構成する各部材をコンパクトにする必要性が高くなっていた。そのため、バスバーの積層体からなる給電線構造もさらにコンパクトにする必要性が高くなっていた。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明は、上記課題を有利に解決した回転電機の給電線構造を提供することを目的とするものであり、この発明の回転電機の給電線構造は、複合電流によって駆動される複数のロータを有する回転電機のステータを構成する複数の電機子コイルに、該複数の電機子コイルに各々対応した複数のバスバーを介して複合電流を供給するための給電線構造であって、Ｎ個のバスバーの有する複合電圧による相電圧をＶ１、Ｖ２‥‥ＶＮとしたとき、Ｎ個のなかで任意のバスバーＵｉ（相電圧Ｖｉ）を選び、次にバスバーＵｉに近接して配置すべきバスバーとして、バスバーＵｉに対する線間電圧が最も小さくなるバスバーＵｊを選択し、さらにバスバーＵｊに近接して配置すべきバスバーとして、バスバーＵｊに対する線間電圧が最も小さくなるバスバーＵｋを選択し、以下これをＮ個分繰り返してバスバーの積層順を決定し、その順にバスバーを絶縁性の材料を介して積層し一体化することを特徴とするものである。
【０００８】
【発明の効果】
この発明の回転電機の給電線構造にあっては、Ｎ個のバスバーの有する複合電圧による相電圧をＶ１、Ｖ２‥‥ＶＮとしたとき、Ｎ個のなかで任意のバスバーＵｉ（相電圧Ｖｉ）を選び、次にバスバーＵｉに近接して配置すべきバスバーとして、バスバーＵｉに対する線間電圧が最も小さくなるバスバーＵｊを選択し、さらにバスバーＵｊに近接して配置すべきバスバーとして、バスバーＵｊに対する線間電圧が最も小さくなるバスバーＵｋを選択し、以下これをＮ個分繰り返してバスバーの積層順を決定し、その順にバスバーを絶縁性の材料を介して積層し一体化することで、お互いに近接して設置するバスバー間の電位差を小さくすることにより、バスバー間の絶縁距離をより小さくする事が可能となり、コンパクト化を図ることができる。
【０００９】
なお、この発明の回転電機の給電線構造においては、前記一体化されたバスバーの周囲を導電性の金属で覆った構造にしてもよい。このように構成すれば、導電性の金属をグラウンドレベルに接続することで、内部の一体化されたバスバーに対し強固なシールド効果を発揮することができる。
【００１０】
また、この発明の回転電機の給電線構造においては、前記導電性の金属と前記回転電機のケースまたは支持部材とを電気的かつ機械的に接続した構造にしてもよい。このように構成すれば、強固なシールド効果に加えて、一体化されたバスバーの支持が可能となる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下に、この発明の実施の形態を、図面に基づき詳細に説明する。ここに、図１は、ラビニョオ型遊星歯車列と組み合わされて車両用ハイブリッド変速機を構成する、この発明の対象となる回転電機の一実施形態としての複合電流多層モータを示す。この複合電流多層モータに、この発明の回転電機の給電線構造を適用することができる。図１に示す構成の複合電流多層モータは、一個の円環状のステータ１と、その半径方向内方および外方にそれぞれ互いに同軸の所定回転軸線Ｃ上にて回転自在に配置したインナーロータ２およびアウターロータ３とよりなる三重構造とし、これらをハウジング４内に収納して構成する。
【００１２】
ここにおけるインナーロータ２およびアウターロータ３はそれぞれ、電磁鋼板などをプレス成形して造った板材のロータ軸線方向への積層になる積層コア２４，２５を具え、これら積層コア２４，２５に、ロータ軸線方向に貫通する永久磁石を円周方向等間隔に配置して設けた構成となす。
【００１３】
そしてハウジング４内へのインナーロータ２およびアウターロータ３の収納に当たっては、アウターロータ３は、積層コア２５の外周にトルク伝達シェル５を駆動結合して具え、該トルク伝達シェル５の両端をそれぞれベアリング７，８によりハウジング４に回転自在に支持し、トルク伝達シェル５をベアリング７の側でアウターロータシャフト９に結合する。
【００１４】
インナーロータ２は積層コア２４の中心に、内部に上記アウターロータシャフト９を回転自在に貫通した中空のインナーロータシャフト１０を貫通して具え、これらインナーロータ２の積層コア２４およびインナーロータシャフト１０間を駆動結合する。そしてインナーロータシャフト１０の中間部をベアリング１２により、固定のステータブラケット１３内に回転自在に支持し、一端部（図１では左端部）をベアリング１４によりトルク伝達シェル５の対応端壁に回転自在に支持する。
【００１５】
ステータ１は、電磁鋼板をプレス成形して造ったＩ字状のステータ鋼板をステータ軸線方向に積層してなる多数のステータピースを具える。個々のステータピースには、アウターロータ側ヨークおよびインナーロータ側ヨーク間におけるティースの箇所において図１に示す如く電磁コイル１７を巻線し、これらコイル巻線済のステータピースを同一円周方向等間隔に、つまり円形に配列してステータコアとなし、このステータコアをステータ軸線方向両側のブラケット１３，１８間にボルト１９で挟持すると共に全体的に樹脂２０でモールドすることにより一体化してステータ１を構成する。なお、樹脂２０内には隣り合うステータピース１６間において冷却液通路４１を軸線方向に形成し、上記したボルト１９はその冷却液通路４１の半径方向内方および外方にそれぞれ位置させる。ここで、各ボルト１９はそれに螺合したナット１９ａによって締め上げられる。このボルト・ナットによる締め上げ構造をリベットピンによる締め上げ構造としても良いことはいうまでもない。
【００１６】
なお、このモータの駆動に当たっては、回転センサ４８および回転センサ４７が検出するインナーロータ２およびアウターロータ３の回転位置、つまりこれらに上記のごとく設けられる永久磁石の位置に応じた両ロータ２，３用の駆動電流を複合して得られる複合電流をステータ１の電磁コイル１７に供給し、これにより両ロータ２，３用の回転磁界をステータに個別に発生させることで、回転磁界に同期してロータ２，３を個別に回転駆動させることができる。
【００１７】
複合電流をステータ１の電磁コイル１７に供給するために、本発明の回転電機の給電線構造では、バスバーを使用する。すなわち、ハウジング４の回転軸Ｃの周囲に設けた固定ボルト５８を利用したコネクタに対し、その外側に、ストライプ状のバスバーを複数枚絶縁体を介して積層したアウター給電線構造１０１を形成するとともに、その内側に、中心に回転軸の通過する円形の空間を有する円板状のバスバーを複数枚絶縁体を介して積層したインナー給電線構造１０２を形成する。そして、外部から、例えば３相で６種類の電流からなる複合電流を、アウター給電線構造１０１、給電線１０３、固定ボルト５８を利用したコネクタ、給電線１０４、インナー給電線構造１０２を介して、ステータ１を構成する各別に電磁コイル１７を巻線した多数のステータピースの各々に、供給するよう構成している。
【００１８】
図２はアウター給電線構造１０１を説明するために図１の右側面から見た状態を示す図である。図２に示す例では、３個のターミナル１１１を１組とし、２組で６個のターミナル１１１でアウター給電線構造１０１を構成している。そして、全部で６個のターミナル１１１を介して、３相で６種類の複合電流を供給している。各ターミナル１１１は、固定ボルト５８をカバーする保護カバー１１２とバスバーとしての給電線１０３から構成されている。３個のターミナル１１１から各別に延びる３個の給電線１０３は、アウター給電線構造１０１の本体部１１３において、図面に垂直な方向に３に絶縁体（図示せず）を介して積層されている。本体部１１３は、反時計回りに回転軸に対し２度屈曲した状態で延在している。また、本体部１１３は、ターミナル１１１を装着した端部とは反対側の端部で、外部ターミナル１１４を装着している。そして、外部ターミナル１１４に対し、ハウジング４の取付面１１５の外側で、複合電流を供給できるよう構成されている。
【００１９】
図３（ａ）、（ｂ）はそれぞれインナー給電線構造１０２を説明するための図であり、図３（ａ）はその正面図を示し、図３（ｂ）は図３（ａ）におけるＡ−Ａ線に沿った断面図を示している。図３（ａ）、（ｂ）に示す例では、中心に回転軸の通る円形の開口を有する円板状の６つのバスバー１２１を絶縁材料１２２を介して積層することで、インナー給電線構造１０２を構成している。各バスバー１２１には、３相で６種類の複合電流を各別に供給し、ステータ１の電磁コイル１７では、各バスバー１２１と図示しない中性点との間で６種類の複合電圧が得られる構造となっている。
【００２０】
本発明の回転電機の給電線構造における最大の特徴は、このアウター給電線構造１０１の本体部１１３におけるバスバーとしての給電線１０３の積層構造、及び、インナー給電線構造１０２におけるバスバー１２１の積層構造にある。すなわち、上述したアウター給電線構造１０１では各３個のバスバーの積層する順番の決定に、また、上述したインナー給電線構造１０２では６個のバスバーの積層する順番の決定に、本発明の特徴がある。以下、積層構造について説明する。
【００２１】
図４は本発明の回転電機の給電線構造で発生する複合電圧の一例の（擬似）フェーザ図である。図４では、６個のバスバーにＵ１、Ｕ２‥‥Ｕ６の複合電圧が発生した例を示している。最初にＵ１を選ぶとすれば、これと電位差の最も小さいのは、（擬似）フェーザ図からＵ２またはＵ６となる。ここではＵ２を選ぶこととする。次にＵ２と電位差が最も小さいのは、（擬似）フェーザ図からＵ３となる。次に、Ｕ３と電位差が最も小さいのはＵ４、Ｕ４と電位差が最も小さいのはＵ５、Ｕ５と電位差が最も小さいのはＵ６となる。以上のことから、本発明の給電線構造に従って、バスバーの積層順序をＵ１→Ｕ２→Ｕ３→Ｕ４→Ｕ５→Ｕ６の順に決定することができる。もちろん、Ｕ１の次にＵ６を選んだ場合は、同様の作用を、Ｕ１→Ｕ６→Ｕ５→Ｕ４→Ｕ３→Ｕ２→Ｕ１の順でも得ることができる。
【００２２】
図５は上述したようにバスバーの積層順が決定された本発明の回転電機の給電線構造の一例を示す図である。図５では、６個のバスバー１２１を絶縁材料１２２を介して一体化して回転電機の給電線構造を得ている。図５に示す例では、２個の隣り合うバスバー１２１を考えたとき、いずれの組においても２個の隣り合うバスバー１２１間の電位差は常に最小となるため、バスバー１２１間の各絶縁材料１２２からなる層の厚さを最も薄く設計することができる。その結果、６個のバスバー１２１を絶縁材料１２２を介して一体化した給電線構造の厚さを、設計し得る最小の厚さにすることができ、給電線構造のコンパクト化を図ることができる。
【００２３】
上述した本発明の給電線構造は、図２で説明したアウター給電線構造１０１にも、図３（ａ）、（ｂ）で説明したインナー給電線構造１０２にも、同様に適用することができる。そして、このようにアウター給電線構造１０１及びインナー給電線構造１０２をコンパクト化することができることにより、回転電機全体のコンパクト化の要望を達成することができる。
【００２４】
図６は本発明の回転電機の給電線構造の他の例の構成を示す図である。図６に示す例では、バスバーとなる３個の給電線１０３を絶縁材料１１６を介して一体化してアウター給電線構造１０１を構成する。そして、アウター給電線構造１０１の周囲を導電性の金属１３１で覆うとともに、導電性の金属１３１と回転電機のケース１３２とを、金属製の取付部材１３３をボルト１３４で電気的かつ機械的に固定している。このように構成することで、内部の一体化されたバスバーに対し強固なシールド効果を発揮できるとともに、一体化されたバスバーの支持が可能となる。
【００２５】
なお、図６に示す例では、導電性の金属１３１によるシールドに加えて、取付部材１３３とボルト１３４との支持も行っているが、導電性の金属１３１によるシールドのみでも、その金属１３１をグラウンドレベルに接続することで、シールド効果を得ることができる。また、一体化したバスバーをケース１３２に取り付けたが、その他の部材例えば回転電機の支持部材に取り付けることができることはいうまでもない。
【００２６】
以上、図示例に基づき説明したが、この発明は上述した例に限定されるものではない。例えば、上述した例では、バスバーが６個の例について説明したが、その数は６個に限定されないことは明らかである。
【図面の簡単な説明】
【図１】ラビニョオ型遊星歯車列と組み合わされて車両用ハイブリッド変速機を構成する、この発明の同軸回転電機の一実施形態としての複合電流多層モータを示す縦断側面図である。
【図２】アウター給電線構造を説明するために図１の右側面から見た状態を示す図である。
【図３】（ａ）、（ｂ）はそれぞれインナー給電線構造を説明するための図である。
【図４】本発明の回転電機の給電線構造で発生する複合電圧の一例の（擬似）フェーザ図である。
【図５】バスバーの積層順が決定された本発明の回転電機の給電線構造の一例を示す図である。
【図６】本発明の回転電機の給電線構造の他の例を示す図である。
【符号の説明】
１０１アウター給電線構造
１０２インナー給電線構造
１０３、１０４給電線
１１１ターミナル
１１２保護カバー
１１３本体部
１１４外部ターミナル
１１５取付面
１１６、１２２絶縁材料
１２１バスバー
１３１金属
１３２ケース
１３３取付部材
１３４ボルト

Claims

複合電流によって駆動される複数のロータを有する回転電機のステータを構成する複数の電機子コイルに、該複数の電機子コイルに各々対応した複数のバスバーを介して複合電流を供給するための給電線構造であって、Ｎ個のバスバーの有する複合電圧による相電圧をＶ１、Ｖ２‥‥ＶＮとしたとき、Ｎ個のなかで任意のバスバーＵｉ（相電圧Ｖｉ）を選び、次にバスバーＵｉに近接して配置すべきバスバーとして、バスバーＵｉに対する線間電圧が最も小さくなるバスバーＵｊを選択し、さらにバスバーＵｊに近接して配置すべきバスバーとして、バスバーＵｊに対する線間電圧が最も小さくなるバスバーＵｋを選択し、以下これをＮ個分繰り返してバスバーの積層順を決定し、その順にバスバーを絶縁性の材料を介して積層し一体化することを特徴とする回転電機の給電線構造。
前記一体化されたバスバーの周囲を導電性の金属で覆った構造を有する請求項１記載の回転電機の給電線構造。
前記導電性の金属と前記回転電機のケースまたは支持部材とを電気的かつ機械的に接続した構造を有する請求項２記載の回転電機の給電線構造。