JP4464812B2 - モータのステータおよびモータのステータの巻線固定方法 - Google Patents

Description

本発明は、ステータリングに形成した環状スロットに環状の巻線を固定したモータのステータと、そのステータの巻線固定方法とに関する。

本出願人は、特願２００３−１５８８９８号で新規なクローポール型モータのステータを提案している。このステータは、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相ステータコアを軸線方向に積層し、それらの間に形成された２個の環状スロットの一方にＵ相巻線および第１Ｖ相巻線を配置するとともに、他方に第２Ｖ相巻線およびＷ相巻線を配置している。

ところで、ステータの環状スロットに巻線を配置する場合、従来は環状スロットの内面に絶縁材料で構成したインシュレータを設けることで、その内部に収納した巻線がステータに直接接触して短絡するのを防止していた。しかしながら、インシュレータとその内部に収納した巻線との間には若干の隙間が発生することが避けられず、この隙間によって巻線が振動してインシュレータと擦れ合い、絶縁破壊、断線、騒音といった不具合が発生する可能性があった。

本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、インシュレータを用いずに巻線をステータリングの環状スロットに確実に固定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、ステータリングに形成した環状スロットに環状の巻線を固定したモータのステータにおいて、巻線は巻回した導線の表面を絶縁層で被覆してなり、環状スロットの径と、巻回した導線の径と、絶縁層を含む巻線の径との関係を、環状スロットの径が絶縁層を含む巻線の径よりも小さく、かつ巻回した導線の径よりも大きくなるように設定し、巻線を環状スロットに圧入により固定したことを特徴とするモータのステータが提案される。

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、前記絶縁層を、巻線の表面を被覆する絶縁フィルムと、この絶縁フィルムの表面に含浸した合成樹脂層とで構成したことを特徴とするモータのステータが提案される。

また請求項３に記載された発明によれば、請求項１または請求項２の構成に加えて、平角線よりなる導線を、ガイド部材とそのガイド部材の両側に配置した一対のローラとを通過させることで、前記導線をエッジワイズに巻回することを特徴とするモータのステータが提案される。

また請求項４に記載された発明によれば、ステータリングに形成した環状スロットに環状の巻線を固定するモータのステータの巻線固定方法において、巻回した導線の表面を絶縁層で被覆して巻線を構成する工程と、巻線を、絶縁層を含む巻線の径よりも小さく、かつ巻回した導線の径よりも大きい径を有する環状スロットに圧入により固定する工程とを含むことを特徴とするモータのステータの巻線固定方法が提案される。

請求項１の構成によれば、ステータリングに形成した環状スロットの径と、巻回した導線の径と、絶縁層を含む巻線の径との関係を、環状スロットの径が絶縁層を含む巻線の径よりも小さく、かつ巻回した導線の径よりも大きくなるように設定したので、巻線を環状スロットに圧入して確実に固定し、振動による絶縁破壊、断線、騒音等の発生を防止することができる。また絶縁層の厚さの範囲内で巻線が環状スロットに圧入されるので、巻線の導線が傷つくのを防止することができ、しかも巻線を環状スロットに固定するための特別の固定部材やインシュレータが不要になるので部品点数が削減される。

また請求項２の構成によれば、巻線の表面を被覆する絶縁フィルムと、この絶縁フィルムの表面に含浸した合成樹脂層とで絶縁層を構成したので、絶縁性能および巻線の形状保持性能の高い絶縁層を簡単に構成することができる。

また請求項３の構成によれば、導線をガイド部材とそのガイド部材の両側に配置した一対のローラとを通過させることで、平角線よりなる導線をエッジワイズに巻回する加工を容易かつ精密に行うことができる。

また請求項４の構成によれば、巻回した導線の表面を絶縁層で被覆して巻線を構成し、この巻線をステータリングに形成した環状スロットに圧入により固定する際に、環状スロットは絶縁層を含む巻線の径よりも小さく、かつ巻回した導線の径よりも大きい径を有するので、絶縁層により巻線の導線が傷つくのを防止しながら、振動による巻線の絶縁破壊、断線、騒音等の発生を防止することができ、しかも巻線を環状スロットに固定するための特別の固定部材やインシュレータが不要になるので部品点数が削減される。

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４は図２の４−４線断面図、図５は図２の５−５線断面図、図６はステータの一部破断斜視図、図７はステータの分解斜視図、図８は導線の巻回装置を示す図、図９は環状スロットおよび巻線の寸法関係を示す図である。

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は複数本のボルト２０，２０でクランクケース１２に固定される。

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７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７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、２個の第１、第２Ｖ相巻線３５Ａ，３５Ｂ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、Ｕ相ステータリング３１の外側に重ねられた座板２７と共に、２本のノクピン２８，２８で位置決めされた状態で２本のボルト２０，２０で固定される。

図２、図３、図６および図７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Ｕ相ティース３１ｂ…と、これらのＵ相ティース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。Ｕ相ティース３１ｂは巻線３４，３５Ａ，３５Ｂ，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２、図４、図６および図７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Ｖ相ティース３２ｂ…と、これらのＶ相ティース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。Ｖ相ティース３２ｂは巻線３４，３５Ａ，３５Ｂ，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２、図５、図６および図７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６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６から明らかなように、Ｕ相ステータリング３１のＵ相ティース３１ｂ…とＶ相ステータリング３２のＶ相ティース３２ｂ…との間に第１環状スロット３７が形成されており、この第１環状スロット３７に予め巻回されたＵ相巻線３４と第１Ｖ相巻線３５Ａとが収納される。またＷ相ステータリング３３のＷ相ティース３３ｂ…とＶ相ステータリング３２のＶ相ティース３２ｂ…との間に第２環状スロット３８が形成されており、この第２環状スロット３８に予め巻回されたＷ相巻線３６と第２Ｖ相巻線３５Ｂとが収納される。

即ち、実施例の三相のモータ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、一方の第１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が収納され、他方の第２環状スロット３８には２相目（Ｖ相）および三相目（Ｗ相）の巻線３５Ｂ，３６が収納されることになる。各々の巻線３４，３５Ａ，３５Ｂ，３６は長方形断面の平角線を導線とするもので、径方向に１層に巻回され、軸線Ｌ方向に２層に巻回される。導線の巻回方向は、その長辺が径方向に沿うように湾曲させるエッジワイズ巻きである。第１環状スロット３７に収納されたＵ相およびＶ相の巻線３４，３５Ａは一体に形成され、第２環状スロット３８に収納されたＶ相およびＷの巻線３５Ｂ，３６は一体に形成される。

平角線をエッジワイズ巻きすると、内周部および外周部の歪みが大きくなって軸線Ｌ方向に波うってしまい、スムーズな巻回が難しくなる。図８には平角線よりなる導線２９をエッジワイズ巻きするための巻回装置が示される。巻回装置は図示せぬ駆動源で昇降するガイド部材４１と、ガイド部材４１を挟んで両側に配置されて図示せぬ駆動源で回転する一対の駆動ローラ４２，４３と、駆動ローラ４２，４３に導線２９を供給する一対のガイドローラ４４，４５とを備える。

ガイドローラ４４，４５に案内されて供給された導線２９は駆動ローラ４２、ガイド部材４１および駆動ローラ４３を通過する際にしごかれて湾曲する。このとき、導線２９は駆動ローラ４２，４３の外周に形成した溝４２ａ，４３ａと、ガイド部材４１の下面に形成した溝４１ａとに案内されるため、導線２９は歪むことなく正確な円形に加工される。ガイド部材４１の位置を下降させると導線２９の湾曲半径が減少し、ガイド部材４１の位置を上昇させると導線２９の湾曲半径が増加する。

そしてスター結線されたＵ相巻線３４、第１、第２Ｖ相巻線３５Ａ，３５ＢおよびＷ相巻線３６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。

このように、Ｕ相ステータリング３１のＵ相ティース３１ｂ…とＶ相ステータリング３２のＶ相ティース３２ｂ…とでＵ相巻線３４および第１Ｖ相巻線３５Ａを挟んで固定し、かつＷ相ステータリング３３のＷ相ティース３３ｂ…とＶ相ステータリング３２のＶ相ティース３２ｂ…とでＷ相巻線３６および第２Ｖ相巻線３５Ｂを挟んで固定したので、各巻線３４，３５Ａ，３５Ｂ，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，３６は第１、第２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３に拡大して示すように、第２環状スロット３８に収納された第２Ｖ相およびＷの合計４巻の巻線３５Ｂ，３６の表面は絶縁フィルム５１で被覆され、その表面が更に厚さ５６μｍ〜１２０μｍ程度の合成樹脂層５２で被覆される。合成樹脂層５２の素材はアルコール系の液体絶縁材であり、それを絶縁フィルム５１に含浸して真空脱泡した後に焼結して固化させる。この絶縁フィルム５１および合成樹脂層５２よりなる絶縁層５３で巻線３５Ｂ，３６を被覆したことにより、簡単な構造で導線２９のほぐれを防止するとともに導線２９の絶縁を図ることができる。

図９に示すように、絶縁層５３を含む巻線３４，３５Ａの径をφβ、第１環状スロット３７の径をφα、絶縁層５３を除く巻線３４，３５Ａの径をφγとしたとき、
φβ＞φα＞φγ
が成立するように設定される。従って、巻線３４，３５Ａを第１環状スロット３７に圧入すると、巻線３４，３５Ａを被覆する絶縁層５３の一部が圧縮されることで、絶縁層５３を含む巻線３４，３５Ａの径φβが第１環状スロット３７の径φαまで押し縮められ、巻線３４，３５Ａが第１環状スロット３７に締まり嵌めされる。このように、巻線３４，３５Ａを第１環状スロット３７に締まり嵌めすることにより、第１環状スロット３７の内部で巻線３４，３５Ａがガタついて絶縁が破壊されたり、断線が発生したり、騒音が発生したりするのを防止することができる。

尚、巻線３５Ｂ，３６の構造と、それらの第２環状スロット３８に対する寸法関係とは、上述した巻線３４，３５Ａおよび第１環状スロット３７のそれと同じである。

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。

また実施例のモータＭはステータ１９の内部にロータ１７を配置したインナーロータ型であるが、本発明はステータの外部にロータを配置したアウターロータ型のモータに対しても適用することができる。

また実施例では三相のモータＭを例示したが、本発明は四相以上のモータＭに対しても適用することができる。

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２の４−４線断面図 図２の５−５線断面図 ステータの一部破断斜視図 ステータの分解斜視図 導線の巻回装置を示す図 環状スロットおよび巻線の寸法関係を示す図

２９ 導線
３１ Ｕ相ステータリング（ステータリング）
３２ Ｖ相ステータリング（ステータリング）
３３ Ｗ相ステータリング（ステータリング）
３４ Ｕ相巻線（巻線）
３５Ａ 第１Ｖ相巻線（巻線）
３５Ｂ 第２Ｖ相巻線（巻線）
３６ Ｗ相巻線（巻線）
３７ 第１環状スロット（環状スロット）
３８ 第２環状スロット（環状スロット） ４１ ガイド部材
４２ 駆動ローラ（ローラ）
４３ 駆動ローラ（ローラ）
５１ 絶縁フィルム
５２ 合成樹脂層
５３ 絶縁層

Claims (4)

1. ステータリングに形成した環状スロットに環状の巻線を固定したモータのステータにおいて、
   巻線は巻回した導線の表面を絶縁層で被覆してなり、
   環状スロットの径と、巻回した導線の径と、絶縁層を含む巻線の径との関係を、環状スロットの径が絶縁層を含む巻線の径よりも小さく、かつ巻回した導線の径よりも大きくなるように設定し、
   巻線を環状スロットに圧入により固定したことを特徴とするモータのステータ。
2. 前記絶縁層を、巻線の表面を被覆する絶縁フィルムと、この絶縁フィルムの表面に含浸した合成樹脂層とで構成したことを特徴とする、請求項１に記載のモータのステータ。
3. 平角線よりなる導線を、ガイド部材とそのガイド部材の両側に配置した一対のローラとを通過させることで、前記導線をエッジワイズに巻回することを特徴とする、請求項１または請求項２に記載のモータのステータ。
4. ステータリングに形成した環状スロットに環状の巻線を固定するモータのステータの巻線固定方法において、
   巻回した導線の表面を絶縁層で被覆して巻線を構成する工程と、
   巻線を、絶縁層を含む巻線の径よりも小さく、かつ巻回した導線の径よりも大きい径を有する環状スロットに圧入により固定する工程と、
   を含むことを特徴とするモータのステータの巻線固定方法。

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