JP4119353B2 - クローポール型モータの巻線引き出し構造 - Google Patents

Description

本発明は、円周方向に所定間隔で配置された複数のティースを環状のリターンパスの内周面から径方向内向きに突出させたステータリングを軸線方向に複数個積層し、隣接するステータリング間に形成された複数の環状スロットにそれぞれ巻線を収納したクローポール型モータのステータに関し、特にその巻線引き出し構造に関する。

下記特許文献１に記載されたクローポール型モータのステータは、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相の各相に対応して３個の単位ステータを備えており、各々の単位ステータは軸線方向に離間した２個のティースと、それらのティースを径方向外端で接続するリターンパスとを有して断面コ字状に形成されている。そして断面コ字状の単位ステータの内部に収納した環状の巻線に通電して独立した磁路を構成することで、その２個のティースの径方向内端にロータに対向するように突設した極性の異なる２種類の突起を磁化するようになっている。

ところで上記従来のものは、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相の３個の単位ステータを軸線方向に積み重ねてステータを構成しているが、各々の単位ステータが、その内部に巻線を収納する環状スロットを備え、かつ２個のティースおよび２種類の突起を備えているために軸線方向の厚さが厚くなり、それらの単位ステータを３個積み重ねたステータの軸線方向の寸法が大型化する問題があった。

そこで本出願人は、軸線方向に複数のティースを並置し、隣接するティース間に形成された環状スロットに巻線を収納し、各ティースの径方向内端に軸線方向に延びてロータの外周面に対向する突起を設けたクローポール型モータを、特願２００３−１５８８９８号により既に提案している。
特開平７−２２７０７５号公報

ところで、上記特願２００３−１５８８９８号で提案されたクローポール型モータは、軸線方向に隣接するティース間に形成された環状スロットに収納した巻線から延びる引出線を、ティースの外周部を環状に取り囲むリターンパスに形成した巻線引出口を通して外部に引き出す必要があるが、リターンパスは軸線方向に隣接するティース間を接続する磁路を構成する部材であるため、そこに巻線引出口を形成すると磁路の断面積が減少して磁束が流れ難くなり、モータ出力が低下する原因となる可能性がある。

本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、クローポール型モータの巻線を外部に引き出すための巻線引出口をステータリングのリターンパスに形成する際に、巻線引出口が磁束の流れをできるだけ阻害しないようにすることを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載された発明によれば、円周方向に所定間隔で配置された複数のティースを環状のリターンパスの内周面から径方向内向きに突出させたステータリングを軸線方向に複数個積層し、隣接するステータリング間に形成された複数の環状スロットにそれぞれ巻線を収納し、各巻線の両端から延びる引出線を前記各環状スロット毎にリターンパスに形成されて相互に円周方向にずれた巻線引出口から外部に引き出すクローポール型モータの巻線引き出し構造であって、前記巻線引出口は、リターンパスにおける環状スロットの径方向外側に臨む領域であって、環状スロットの軸線方向の両端を規定する２本の平行線と、円周方向に隣接するティースに挟まれた領域を規定する第１、第２の傾斜線とによって囲まれ、かつ前記領域の外側に存在する台形状の範囲の内側に形成されることを特徴とするクローポール型モータの巻線引き出し構造が提案される。

また請求項２に記載された発明によれば、請求項１の構成に加えて、前記巻線引出口は隣接するステータリングの合わせ面に開口することを特徴とするクローポール型モータの巻線引き出し構造が提案される。

尚、実施例のＵ相、Ｖ相およびＷ相のステータリング３１，３２，３３は本発明のステータリングに対応し、実施例のＵ相巻線３４、Ｖ相巻線３５Ａ，３５Ｂ，３５Ｃ，３５ＤおよびＷ相巻線３６は本発明の巻線に対応、実施例の第１巻線引出口４２および第２巻線引出口４３は本発明の巻線引出口に対応する。

請求項１の構成によれば、軸線方向に積層したステータリング間に形成した環状スロットに収納した巻線の引出線を外部に引き出すべく、ステータリングのリターンパスに形成した巻線引出口を、リターンパスにおける環状スロットの径方向外側に臨む領域であって、かつ円周方向に隣接するティースに挟まれた領域を外れた領域に形成したので、環状スロットからの引出線の引き出しを容易にしながら、隣接するティース間の磁束の流れが巻線引出口により阻害され難くしてモータの出力低下を最小限に抑えることができる。また各環状スロット毎に設けられた巻線引出口が相互に円周方向にずれているので、各巻線引出口から引き出した引出線を結線するスペースを容易に確保することができる。しかも環状スロットの軸線方向の両端を規定する２本の平行線と、円周方向に隣接するティースに挟まれた領域を規定する第１、第２の傾斜線とによって囲まれ、かつ前記領域の外側に存在する台形状の範囲の内側に巻線引出口が形成されるので、環状スロットの幅内から軸線方向にはみ出すことなく、かつリターンパスの磁束の流れを阻害することなく、巻線引出口の開口面積を最大限に拡大することができる。

請求項２の構成によれば、巻線引出口を隣接するステータリングの合わせ面に開口させたので、その巻線引出口の加工が容易になる。

以下、本発明の実施の形態を、添付の図面に示した本発明の実施例に基づいて説明する。

図１〜図９は本発明の一実施例を示すもので、図１はクローポール型モータを備えたハイブリッド車両のパワーユニットを示す図、図２は図１の２−２線拡大断面図、図３は図２の３−３線断面図（図６の３−３線断面図）、図４は図２の４−４線断面図（図６の４−４線断面図）、図５は図２の５−５線断面図（図６の５−５線断面図）、図６は図２の６−６線矢視図、図７はステータの一部破断斜視図、図８はステータの分解斜視図、図９は６個の巻線の結線図である、
図１に示すように、ハイブリッド車両のパワーユニットは、エンジンＥおよびトランスミッションＴ間に配置されたクローポール型のモータＭを備える。エンジンＥのシリンダブロック１１およびクランクケース１２の右側面にモータケース１３、トルクコンバータケース１４およびミッションケース１５が結合されており、シリンダブロック１１およびクランクケース１２間に支持されたクランクシャフト１６の軸端にモータＭのロータ１７が固定される。ロータ１７の外周に固定した複数の永久磁石１８…に環状のステータ１９が所定のエアギャップを介して対向しており、ステータ１９を支持するステータホルダ２０がシリンダブロック１１およびクランクケース１２とモータケース１３との割り面に挟まれて固定される。

トルクコンバータケース１４に収納されたトルクコンバータ２１は、タービンランナー２２とポンプインペラ２３とを備えており、タービンランナー２２に結合されてポンプインペラ２３を覆うサイドカバー２４がドライブプレート２５を介してモータＭのロータ１７に接続される。トルクコンバータ１４のポンプインペラ２３は、ミッションケース１５に支持されたメインシャフト２６の左端に結合される。

次に、図２〜図９を参照して三相交流で作動するモータＭのステータ１９の構造を説明する。

図８から明らかなように、ステータ１９は圧粉材で一体成形されたＵ相ステータリング３１、Ｖ相ステータリング３２およびＷ相ステータリング３３と、１個のＵ相巻線３４と、４個のＶ相巻線３５Ａ，３５Ｂ，３５Ｃ，３５Ｄと、１個のＷ相巻線３６とを備える。Ｕ相ステータリング３１、Ｖ相ステータリング３２およびＷ相ステータリング３３は軸線Ｌ方向に重ね合わされる。

図３、図７および図８から明らかなように、Ｕ相ステータリング３１は、環状に形成されたリターンパス３１ａと、このリターンパス３１ａの周方向等間隔位置から径方向内向きに延びる９個のティース３１ｂ…と、これらのティース３１ｂ…の径方向内端から更に径方向内向きに延びる９個の突起３１ｃ…とを備える。そして各々の突起３１ｃの径方向内端は、Ｌ字状に屈曲して径方向の高さが基端側から先端側に向かってテーパー状に減少しながら軸線Ｌ方向片側に延びている。ティース３１ｂは巻線３４，３５Ａ，３５Ｂ，３５Ｃ，３５Ｄ，３６の径方向の高さに対応する部分であり、それよりも径方向内側の部分は突起３１ｃとなる。

図４、図７および図８から明らかなように、Ｖ相ステータリング３２は、環状に形成されたリターンパス３２ａと、このリターンパス３２ａの周方向等間隔位置から径方向内向きに延びる９個のティース３２ｂ…と、これらのティース３２ｂ…の径方向内端から更に径方向内向きに延びる９個の突起３２ｃ…とを備える。そして各々の突起３２ｃの径方向内端は、Ｔ字状に屈曲して径方向の高さが基端側から先端側に向かってテーパー状に減少しながら軸線Ｌ方向両側に延びている。ティース３２ｂは巻線３４，３５Ａ，３５Ｂ，３５Ｃ，３５Ｄ，３６の径方向の高さに対応する部分であり、それよりも径方向内側の部分は突起３２ｃとなる。

図５、図７および図８から明らかなように、Ｗ相ステータリング３３はＶ相ステータリング３２に関してＵ相ステータリング３１と鏡面対称な部材であり、かつ裏返すことでＵ相ステータリング３１と互換可能な同一形状を有している。Ｗ相ステータリング３３の各部の符号は、Ｕ相ステータリング３１の各部の符号の「３１」を「３３」に変更したものである。

本実施例のモータＭは三相交流で作動するものであり、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相の突起３１ｃ…，３２ｃ…，３３ｃ…は電気角で３６０°／３＝１２０°ずつ周方向にずれて配置される。それに対してロータ１７の各永久磁石１８はＵ相、Ｖ相およびＷ相の突起３１ｃ…，３２ｃ…，３３ｃ…に対して共用されていて同一位相の磁束を発生する。これにより各相の突起３１ｃ…，３２ｃ…，３３ｃ…はロータ１７に均一なトルクを発生させることができる。

図７から明らかなように、ステータ１９の内周面に沿って順番に配置されるＵ相の９個の突起３１ｃ…、Ｖ相の９個の突起３２ｃ…およびＷ相の９個の突起３３ｃ…の軸線Ｌ方向の幅は、ロータ１７の永久磁石１８…の軸線Ｌ方向の幅に略等しくなっており、ステータ１９およびロータ１７間の鎖交磁束を最大限に増加させてロータ１７の出力トルクを増加させることができる。しかも各永久磁石１８はＵ相、Ｖ相およびＷ相の突起３１ｃ…，３２ｃ…，３３ｃ…に対して共用されるので、各相の突起３１ｃ…，３２ｃ…，３３ｃ…に対応して永久磁石１８…を軸線Ｌ方向に分割する必要をなくし、永久磁石１８…の個数を削減することができる。

図３、図７および図８から明らかなように、Ｕ相ステータリング３１のティース３１ｂ…とＶ相ステータリング３２のティース３２ｂ…との間に環状スロット３７が形成されており、この環状スロット３７に予め巻回されたＵ相巻線３４と２個のＶ相巻線３５Ａ，３５Ｂとが収納される。またＷ相ステータリング３３のティース３３ｂ…とＶ相ステータリング３２のティース３２ｂ…との間に環状スロット３８が形成されており、この環状スロット３８に予め巻回されたＷ相巻線３６と２個のＶ相巻線３５Ｃ，３５Ｄとが収納される。

即ち、実施例の３相のモータＭでは、環状スロット３７，３８の数は相数の３から１を減算した２個であり、一方の環状スロット３７には１相目（Ｕ相）および２相目（Ｖ相）の巻線３４，３５Ａ，３５Ｂが収納され、他方の環状スロット３８には２相目（Ｖ相）および３相目（Ｗ相）の巻線３５Ｃ，３５Ｄ，３６が収納されることになる。各々の巻線３４，３５Ａ，３５Ｂ，３５Ｃ，３５Ｄ，３６は長方形断面の平角線を導線とするもので、径方向に６層に巻回され、軸線Ｌ方向に１層に巻回される。

このように、Ｕ相ステータリング３１のティース３１ｂ…とＶ相ステータリング３２のティース３２ｂ…とでＵ相巻線３４および２個のＶ相巻線３５Ａ，３５Ｂを挟んで固定し、かつＷ相ステータリング３３のティース３３ｂ…とＶ相ステータリング３２のティース３２ｂ…とでＷ相巻線３６および２個のＶ相巻線３５Ｃ，３５Ｄとを挟んで固定したので、各巻線３４，３５Ａ，３５Ｂ，３５Ｃ，３５Ｄ，３６を固定するための特別の固定部材が不要になる。しかも各巻線３４，３５Ａ，３５Ｂ，３５Ｃ，３５Ｄ，３６は環状スロット３７，３８の内部に収納されて外部部品と干渉する虞がないため、外部部品の寸法管理が容易になる。

図９の結線図から明らかなように、環状スロット３７のＶ相巻線３５Ａと環状スロット３８のＶ相巻線３５Ｃとは直列に接続され、環状スロット３７のＶ相巻線３５Ｂと環状スロット３８のＶ相巻線３５Ｄとは直列に接続され、かつ直列に接続された２個のＶ相巻線３５Ａ，３５Ｃと、直列に接続された２個のＶ相巻線３５Ｂ，３５Ｄとは並列に接続される。環状スロット３７に収納されたＵ相巻線３４および２個のＶ相巻線３５Ａ，３５Ｂの起磁力の方向は逆になるように設定され、かつ環状スロット３８に収納されたＷ相巻線３６および２個のＶ相巻線３５Ｃ，３５Ｄの起磁力の方向は逆になるように設定され、更に環状スロット３７に収納された２個のＶ相巻線３５Ａ，３５Ｂの起磁力の方向と、環状スロット３８に収納された２個のＶ相巻線３５Ｃ，３５Ｄの起磁力の方向とは逆になるように設定される。つまり、軸線Ｌ方向に順次配列された４組の巻線「３４」、「３５Ａ，３５Ｂ」、「３５Ｃ，３５Ｄ」、「３６」の起磁力の方向は交互に反転するように設定される。

そしてスター結線されたＵ相巻線３４、Ｖ相巻線３５Ａ，３５Ｂ，３５Ｃ，３５ＤおよびＷ相巻線３６の端子４１Ｕ，４１Ｖ，４１Ｗに三相交流電流を供給することで、ステータ１９の内周面に順番に配置されたＵ相の突起３１ｃ…、Ｖ相の突起３２ｃ…およびＷ相の突起３３ｃ…に回転磁界を形成し、永久磁石１８…との間に発生する電磁力でロータ１７を回転駆動することができる。

図８および図９に示すように、Ｕ相巻線３４の両端に引出線ａ，ｂが突出し、Ｖ相巻線３５Ａの両端に引出線ｃ，ｄが突出し、Ｖ相巻線３５Ｂの両端に引出線ｅ，ｆが突出し、Ｖ相巻線３５Ｃの両端に引出線ｇ，ｈが突出し、Ｖ相巻線３５Ｄの両端に引出線ｉ，ｊが突出し、Ｗ相巻線３６の両端に引出線ｋ，ｍが突出する。

Ｕ相巻線３４の引出線ｂはＶ相ステータリング３２に形成した第１巻線引出口４２から引き出されて端子４１Ｕに結線され、Ｖ相巻線３５Ａ，３５Ｂの引出線ｄ，ｆは第１巻線引出口４２から引き出されて端子４１Ｖに結線され、Ｗ相巻線３６の引出線ｍはＶ相ステータリング３２に形成した第２巻線引出口４３から引き出されて端子４１Ｗに結線される。Ｕ相巻線３４の引出線ａは第１巻線引出口４２から引き出され、Ｖ相巻線３５Ｃ，３５Ｄの引出線ｇ，ｉは第２巻線引出口４３から引き出され、Ｗ相巻線３６の引出線ｋは第２巻線引出口４３から引き出され、それら４本の引出線ａ，ｇ，ｉ，ｋは中性点４４で結線される。

第１巻線引出口４２から引き出されたＶ相巻線３５Ａの引出線ｃと、第２巻線引出口４３から引き出されたＶ相巻線３５Ｃの引出線ｈとは、第１中継点４５で結線され、また第１巻線引出口４２から引き出されたＶ相巻線３５Ｂの引出線ｅと、第２巻線引出口４３から引き出されたＶ相巻線３５Ｄの引出線ｊとは、第２中継点４６で結線される。

このように、合計１２本の引出線ａ〜ｍは第１巻線引出口４２および第２巻線引出口４３からステータ１９の外部に引き出され、そこで端子４１Ｕ，４１Ｖ，４１Ｗに、あるいは相互に結線される。尚、ステータ１９の外周面はステータホルダ２０によって覆われているため、ステータホルダ２０にも第１巻線引出口４２および第２巻線引出口４３よりも若干大きい矩形状の第１巻線引出口４２′および第２巻線引出口４３′が形成される（図６参照）。

次に、図６に基づいて第１巻線引出口４２および第２巻線引出口４３の位置および形状について説明する。

第１巻線引出口４２および第２巻線引出口４３は、Ｖ相ステータリング３２のリターンパス３２ａの軸線Ｌ方向の両端部に形成される。より具体的には、第１巻線引出口４２はＶ相ステータリング３２のリターンパス３２ａがＵ相ステータリング３１のリターンパス３１ａに接する割り面に開口するように形成され、第２巻線引出口４３はＶ相ステータリング３２のリターンパス３２ａがＷ相ステータリング３３のリターンパス３３ａに接する割り面に開口するように形成される。このとき、第１巻線引出口４２および第２巻線引出口４３の軸線Ｌ方向両端を規定する平行線Ｅ１，Ｅ２は、環状スロット３７，３８の軸線Ｌ方向両端の縁に一致している。このように第１巻線引出口４２および第２巻線引出口４３をＶ相ステータリング３２のリターンパス３２ａの割り面に開口させたことにより、その加工が容易になる。

図６における平行な鎖線は、Ｕ相ステータリング３１のティース３１ｂ、Ｖ相ステータリング３２のティース３２ｂおよびＷ相ステータリング３３のティース３３ｂのうち、ステータ１９の円周方向に隣接するものに挟まれた領域の境界を示している。そして第１巻線引出口４２および第２巻線引出口４３の円周方向両端を規定する第１、第２の傾斜線Ｅ３，Ｅ４は前記平行な鎖線により区画される。つまり第１巻線引出口４２および第２巻線引出口４３の軸線Ｌ方向両端を規定する平行線Ｅ１，Ｅ２は、環状スロット３７，３８の軸線Ｌ方向両端の縁により区画され、かつ円周方向両端を規定する第１、第２の傾斜線Ｅ３，Ｅ４は、円周方向に隣接するティース３２ｂ，３３ｂ，３４ｂにより挟まれた領域の縁により区画される。その結果、第１巻線引出口４２および第２巻線引出口４３の形状は共に平行線Ｅ１，Ｅ２および第１、第２の傾斜線Ｅ３，Ｅ４に囲まれた台形状となる。

第１巻線引出口４２および第２巻線引出口４３の位置を上述のように設定したことにより、次のような作用効果を達成することができる。即ち、Ｕ相ステータリング３１、Ｖ相ステータリング３２およびＷ相ステータリング３３のティース３２ｂ，３３ｂ，３４ｂを接続するリターンパス３１ａ，３２ａ，３３ａを磁束が流れるとき、最も多くの磁束が流れるのは円周方向に隣接するティース３２ｂ，３３ｂ，３４ｂに挟まれた領域（平行な鎖線で囲まれた領域）であり、この領域を外れた位置に第１巻線引出口４２および第２巻線引出口４３を形成することで、第１巻線引出口４２および第２巻線引出口４３により磁束の流れが阻害されるのを最小限に抑えてモータＭの出力低下を防止することができる。

また第１巻線引出口４２および第２巻線引出口４３の軸線Ｌ方向の縁（つまり平行線Ｅ１，Ｅ２）を環状スロット３７，３８の軸線Ｌ方向両端の縁に一致させたことで、環状スロット３７，３８に収納されたＵ相巻線３４、Ｖ相巻線３５Ａ，３５Ｂ，３５Ｃ，３５ＤおよびＷ相巻線３６を外部に最短距離で容易に引き出すことができる。また第１巻線引出口４２および第２巻線引出口４３は円周方向にずれて配置されるため、それらから引き出された引出線ａ〜ｍを結線するスペースを容易に確保することができる。

以上、本発明の実施例を説明したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。

例えば、実施例では３相のクローポール型のモータＭを例示したが、本発明は４相以上のクローポール型のモータに対しても適用することができる。

また実施例では第１巻線引出口４２および第２巻線引出口４３の２個の巻線引出口を形成しているが、巻線引出口の個数は１個あるいは３個以上であっても良い。

また実施例では第１巻線引出口４２および第２巻線引出口４３の形状を最大限に大きい台形状としているが、その台形状の領域の内部に任意の大きさ、任意の形状、任意の個数の巻線引出口を形成して良い。

また実施例ではクローポール型のモータＭをハイブリッド車両の走行用モータとして使用しているが、その用途は任意である。

また実施例では各相のステータリング３１，３２，３３をそれぞれ一体成形しているが、必要に応じてリターンパス３１ａ，３２ａ，３３ａ、ティース３１ｂ…，３２ｂ…，３３ｂ…および突起３１ｃ…，３２ｃ…，３３ｃ…を分割して構成すれば、それらの設計自由度を高めることができる。

クローポール型モータを備えたハイブリッド車両のパワーユニットを示す図 図１の２−２線拡大断面図 図２の３−３線断面図（図６の３−３線断面図） 図２の４−４線断面図（図６の４−４線断面図） 図２の５−５線断面図（図６の５−５線断面図） 図２の６−６線矢視図 ステータの一部破断斜視図 ステータの分解斜視図 ６個の巻線の結線図

符号の説明

３１ Ｕ相ステータリング（ステータリング）
３１ａ リターンパス
３１ｂ ティース
３２ Ｖ相ステータリング（ステータリング）
３２ａ リターンパス
３２ｂ ティース
３３ Ｗ相ステータリング（ステータリング）
３３ａ リターンパス
３３ｂ ティース
３４ Ｕ相巻線（巻線）
３５Ａ Ｖ相巻線（巻線）
３５Ｂ Ｖ相巻線（巻線）
３５Ｃ Ｖ相巻線（巻線）
３５Ｄ Ｖ相巻線（巻線）
３６ Ｗ相巻線（巻線）
３７ 環状スロット
３８ 環状スロット
４２ 第１巻線引出口（巻線引出口）
４３ 第２巻線引出口（巻線引出口）
Ｅ１ 平行線
Ｅ２ 平行線
Ｅ３ 第１の傾斜線
Ｅ４ 第２の傾斜線
Ｌ 軸線

Claims (2)

1. 円周方向に所定間隔で配置された複数のティースを環状のリターンパスの内周面から径方向内向きに突出させたステータリングを軸線方向に複数個積層し、隣接するステータリング間に形成された複数の環状スロットにそれぞれ巻線を収納し、各巻線の両端から延びる引出線を前記各環状スロット毎にリターンパスに形成されて相互に円周方向にずれた巻線引出口から外部に引き出すクローポール型モータの巻線引き出し構造であって、
   前記巻線引出口は、リターンパスにおける環状スロットの径方向外側に臨む領域であって、環状スロットの軸線方向の両端を規定する２本の平行線と、円周方向に隣接するティースに挟まれた領域を規定する第１、第２の傾斜線とによって囲まれ、かつ前記領域の外側に存在する台形状の範囲の内側に形成されることを特徴とするクローポール型モータの巻線引き出し構造。
2. 前記巻線引出口は隣接するステータリングの合わせ面に開口することを特徴とする、請求項１に記載のクローポール型モータの巻線引き出し構造。

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