JP4700439B2

JP4700439B2 - 電動モータ

Info

Publication number: JP4700439B2
Application number: JP2005244106A
Authority: JP
Inventors: 武典橋本
Original assignee: Fuji Jukogyo KK
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 2005-08-25
Filing date: 2005-08-25
Publication date: 2011-06-15
Anticipated expiration: 2025-08-25
Also published as: JP2007060834A

Description

本発明は集中巻きのステータを有する電動モータに関し、特に車両の動力源として有用な電動モータに関する。

動力源として電動モータを有する車両には電気自動車(EV)とハイブリッド車両(HEV)とがあり、電気自動車は電動モータを駆動源とし、ハイブリッド車両は動力源としてエンジンと電動モータとを具備している。ハイブリッド車両には、エンジンを発電用の動力源とし電動モータを走行用の動力源とするシリーズ方式と、エンジンを走行用の主要な動力源とし電動モータを車両の発進時や加速時に補助的な動力源とするパラレル方式と、シリーズ方式とパラレル方式を組み合わせたシリーズ・パラレル方式とがある。シリーズ・パラレル方式は走行状態に応じて電動モータとエンジンの一方または双方により車両を駆動し、パラレル方式とは異なりモータ走行時にエンジンにより駆動される発電機を有している。

電動モータおよび発電機の機能を有するジェネレータモータは、モータケースに固定されるステータ（固定子）と、モータシャフトに取り付けられるロータとを有している。ステータのコイル巻線方式には、鉄心に形成された複数のティースに渡って巻線を行う分布巻きと、１つのティースに巻線を行う集中巻きとがあり、集中巻きはコイルエンド部を短くすることができるので、モータの軸方向長さを短くすることができるとともに銅損を低減することができ、さらに巻線の占有率を高めて巻線効率を向上させることが可能となるという利点を有している。

電動モータには、その発熱対策として、不飽和ポリエステルなどの樹脂材料によりモータのステータをモールドするようにしたものや、金属製のケースを成形金型代わりにしてモールドするようにしたものがあり、コイルと電磁鋼板により発生するステータからの発熱は樹脂を介してケースに伝達され、ケース外部の外気またはケースに設けられた冷却水路を通じて放熱される。一方、特許文献１にはティースと巻線との間に設けられたインシュレータに孔を形成し、その孔に高熱伝導性樹脂を設けるようにした電動モータが記載され、特許文献２には巻線とモータケースのブラケットとの間に高い熱伝導率を有する樹脂材を挟み込むようにした電動モータが記載されている。
特開２００１−１２８４０２号公報特開２００２−３６９４４９号公報

一般に樹脂材料の熱伝達係数は空気に比して大きいため、ケース内にステータを組み付けた状態でステータに樹脂材料を注入してモールド部を形成すると、電動モータの放熱性を高めることができるが、ケースとコイルの軸方向長さが長く、電磁鋼板の軸方向長さが長い場合、そして、コイル間の隙間や電磁鋼板に形成されてコイルが巻き付けられるスロットの隙間などでは樹脂の占める容積が大きくなって熱抵抗が大きくなるだけでなく、比較的高価な樹脂のモールド量が多くなるのでモータ製造コストを高めることになる。特に、集中巻きのステータは各々のティースに１つの相の巻線が巻き付けられるので、各々のティースの巻線相互間の隙間が比較的大きくなり、その部分に占める樹脂の量が多くなる。

本発明の目的は、集中巻きの電動モータにおける樹脂成形材料の注入量を少なくすることにより、モータ放熱性を向上し、モータ製造コストを低減することにある。

本発明の電動モータは、鉄心に形成された複数のティースのそれぞれにコイルが巻き付けられた集中巻きのステータを有する電動モータにおいて、前記ステータの外周面に嵌合する円筒部、および当該円筒部の一端部に一体に設けられ前記コイルのコイルエンド部に対向する端板部を備えるケースと、前記ケース内に前記ステータを組み付けた状態のもとで前記ステータに樹脂を注入して形成されるモールド部とを有し、前記コイルエンド部相互間に突出するとともに径方向に延設する放射状リブと、前記コイルエンド部の径方向外側に突出する外側リブと、前記コイルエンド部の径方向内側に突出する内側リブとを前記ケースに一体に設け、前記鉄心の端面に接触する接触面を前記リブのいずれかに形成することを特徴とする。

本発明の電動モータは、前記コイルエンド部相互間に突出するとともに径方向に延設する放射状リブと、当該放射状リブと一体に設けられ前記コイルエンド部の径方向外側に突出する外側リブと、前記放射状リブと一体に設けられ前記コイルエンド部の径方向内側に突出する内側リブとを前記ケースに形成することを特徴とする。

本発明の電動モータは、前記ステータに樹脂を注入する際に前記ステータ内に嵌合される金型と接触する接触面を前記リブに形成することを特徴とする。

本発明の電動モータは、前記ケースの開口端と前記コイルエンド部との間の隙間にスペーサを配置することを特徴とする。

本発明の電動モータは、前記ケースの開口端側における前記コイルエンド部の外周にコイル結線部を配置することを特徴とする。

本発明によれば、鉄心とこれに形成された複数のティースのそれぞれに巻き付けられたコイルとを有するステータを電動モータのケース内に組み付けることによりケースとコイルとの間に形成される隙間に突出するリブを設けたので、ケースとステータとを金型内に装着してこれらの間に形成される隙間に樹脂材料を注入して形成されるモールド部の容積を少なくして樹脂材料の使用量を低減することができる。これにより、低コストで電動モータを製造することができる。また、モールド部内にリブが入り込んでいるので、ステータからリブを介して外部に伝達される放熱量が増加し、電動モータの冷却性を向上させることができる。

リブの形状としては、コイルエンド部相互間に突出して径方向に延設するようにした形状、コイルエンド部の径方向の外側または内側の少なくともいずれか一方に突出させるようにした形状、およびコイルエンド部が入り込む凹部を有しコイルエンド部を囲む形状とすることができる。

本発明によれば、リブをステータの位置決めとしても使用することができ、さらには金型の位置決めとしても使用することができる。また、ケースの開口端部にスペーサを配置し、そのスペーサにより樹脂材料の注入量を低減するとともにモータの放熱性を高めることができる。さらに、ケースの開口端部側のコイルエンド部外側にコイル結線部を配置することにより、ステータの軸方向長さを短くすることができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明の一実施の形態である電動モータを示す縦断面図であり、図２は図１の横断面図であり、図３はステータの鉄心とコイルを示す正面図である。

この電動モータ１０のケース１１は、図１に示すように、円筒部１１ａとこの円筒部１１ａの一端部に一体となった端板部１１ｂとを有し、金属により形成され、円筒部１１ａの他端部である開口端部には金属製のカバー１２が取り付けられるようになっている。ケース１１内には全体的にほぼ円筒形状のステータ１３が取り付けられ、ケース１１の端板部１１ｂに装着される軸受１４ａと、カバー１２に装着される軸受１４ｂとに回転自在に支持されるモータシャフト１５にはロータ１６が設けられている。

ステータ１３は電磁鋼板を積層して形成されるコアつまり鉄心１７を有し、図２および図３に示されるように、鉄心１７は環状部１７ａとこの環状部１７ａから径方向内方に突出する複数のティース１７ｂとを有しており、図示する電動モータ１０の鉄心１７には１２個のティース１７ｂが設けられ、極数は１２極となっている。ただし、ティース１７ｂの数は１２個に限られない。各々のティース１７ｂには１つの相の巻線つまりコイル１８がインシュレータ１９を介して巻きつけられており、ステータ１３は集中巻きとなっている。このように鉄心１７と１２個のコイル１８とを有するステータ１３には、コイル１８相互間等により形成される隙間を充填するとともにステータ１３をケース１１に固定するために樹脂材料が注入され、樹脂材料によりモールド部２０が形成されている。図１に示すように、ケース１１の外側には円筒形状のスリーブ２１が嵌合され、ケース１１の円筒部１１ａとスリーブ２１との間には冷却媒体が流れる冷却通路が形成され、ケース１１は冷却媒体により冷却されるようになっている。

図３には、ステータ１３をその上半分が鉄心１７にコイル１８を巻き付けた状態で示され、下半分がコイル１８とインシュレータ１９とを取り除いた状態で示されており、モールド部２０はそれぞれ取り除かれた状態となっている。図３に示されように、樹脂材料を注入する前においては、コイル相互間には隙間２２が形成されており、それぞれの隙間２２はコイル１８のうち鉄心１７の両端面よりも突出したコイルエンド部１８ａ，１８ｂの相互間に連なっている。

図１および図２に示すように、ケース１１の端板部１１ｂにはコイルエンド部１８ａと端板部１１ｂとの間の隙間２２に突出するリブ２３が設けられており、リブ２３はそれぞれのコイルエンド部１８ａ相互間の部分を径方向に延びて延設している。

図４はコイル１８が巻きつけられた鉄心１７を有するステータ１３がケース１１内に組み付けられた状態のもとで、樹脂成形用の金型２４にケース１１を装着した状態を示す要部拡大断面図である。ステータ１３がケース１１内に組み付けられた状態では、鉄心１７の外周面はケース１１の円筒部１１ａの内周面に嵌合され、鉄心１７の一端面はケース１１の突き当て部１１ｃに突き当てられた状態となっており、鉄心１７の内周面は金型２４の外周面に嵌合し、金型２４の先端部はケース１１の端板部１１ｂに接触している。さらに、金型２４の基端部はケース１１の開口端部を閉塞し、コイルエンド部１８ｂを隙間２２を介して覆っている。

このようにステータ１３はケース１１を樹脂成形用の金型代わりとし、ケース１１と金型２４との間に形成される隙間２２に溶融状態の樹脂材料を注入することにより、図１および図２に示されるように、隙間２２に樹脂材料からなるモールド部２０が充填されたステータ１３が形成されるとともにモールド部２０によりステータ１３はケース１１に固定される。樹脂材料の熱伝達係数は空気よりも大きいので、隙間２２に樹脂材料を充填してモールド部２０を設けると、これを設けない場合よりも電動モータ１０の熱性能を高めることができる。ケース１１にはコイルエンド部１８ａと端板部１１ｂとの間の隙間２２に突出するリブ２３が設けられているので、樹脂注入時にはリブ２３の部分には樹脂材料が注入されない。したがって、ケース１１に対してステータ１３を少ない樹脂材料により一体にモールドすることができ、製造コストを低減することができる。さらに、ステータ１３からの発熱は、ケース１１と一体となった金属製のリブ２３がステータ１３に近接しているので、リブ２３を介して外部に伝達される放熱量が増加し、電動モータ１０の冷却性を向上させることができる。

図５（Ａ）〜図５（Ｄ）はそれぞれ本発明の他の実施の形態である電動モータ１０の一部を示す断面図である。図５（Ａ）に示す場合には、リブ２３がコイルエンド部１８ａの径方向内側に突出してケース１１に設けられており、このリブ２３は円周方向に環状になって連なっている。図５（Ｂ）に示す場合には、リブ２３がコイルエンド部１８ａの径方向外側に突出してケース１１に設けられており、このリブ２３は円周方向に環状になって連なっている。図５（Ａ），（Ｂ）に示す電動モータ１０においても、モールド部２０を形成するための樹脂材料の使用量をそれぞれのリブ２３の容積に対応した容積だけ低減することができるとともに、リブ２３を介して外部に伝達される放熱量を増加して、電動モータ１０の冷却性を向上させることができる。

図５（Ｃ）に示す場合には、リブ２３が図５（Ａ）に示す場合と同様にコイルエンド部１８ａの径方向内側に突出してケース１１に設けられるとともに、図５（Ａ）に示す場合と相違してステータ１３の鉄心１７の端面に接触する接触面２５がリブ２３に設けられており、電磁鋼板性の鉄心１７とリブ２３との直接接触によりステータ１３の放熱性をより高めることができる。図５（Ｄ）に示す場合には、図５（Ｃ）に示す場合と同様に鉄心１７の端面に接触する接触面２５がリブ２３に設けられるとともに、その接触面２５は、ステータ１３をケース１１に一体に樹脂材料によりモールド部２０を形成する際に金型２４に突き当てることにより、金型２４を用いた成形性をより向上させることができる。なお、リブ２３の接触面２５を金型２４のみに突き当てるようにし、リブ２３と鉄心１７とが直接接触しないようにしても良く、接触面２５をリブ２３に設ける場合には、少なくとも鉄心１７の端面と金型２４とのいずれか一方に接触するようにすれば良い。

図６（Ａ）は本発明のさらに他の実施の形態である電動モータ１０の一部を示す断面図であり、図６（Ｂ）は図６（Ａ）における６Ｂ−６Ｂ線に沿う断面図である。この電動モータ１０においては、ケース１１の端板部１１ｂにはそれぞれのコイルエンド部１８ａが入り込む凹部２６が形成されており、この凹部２６はコイルエンド部１８ａの相互間に突出して径方向に延設する放射状リブ２３ａと、それぞれの放射状リブ２３ａと一体となりコイルエンド部１８ａの径方向外側に突出する外側リブ２３ｂと、それぞれの放射状リブ２３ａと一体となりコイルエンド部１８ａの径方向内側に突出する内側リブ２３ｃとにより形成され、これらのリブ２３ａ〜２３ｃによりコイルエンド部１８ａは囲まれている。この場合にはそれぞれのリブ２３ａ〜２３ｃの先端は鉄心１７の端面から離れているが、いずれかのリブを、図５（Ｃ），（Ｄ）に示すように鉄心１７の端面に接触させるようにしても良く、内側リブ２３ｃの先端を金型２４に突き当てるようにしても良い。

図７（Ａ），（Ｂ）はそれぞれ本発明のさらに他の実施の形態である電動モータ１０の一部を示す断面図である。図７（Ａ）に示す場合には、ケース１１の端板部１１ｂには図６に示す場合と同様にそれぞれのコイルエンド部１８ａが入り込む凹部２６が形成されており、さらにケース１１の開口端とコイルエンド部１８ｂとの間の隙間にスペーサ２７が配置されている。この電動モータ１０のステータ１３をケース１１に一体に成形する場合には、ケース１１内にステータ１３としての鉄心１７を組み込むとともにスペーサ２７を組み込んだ状態のもとで、金型２４にケース１１を装着してステータ１３を一体にモールドする。図７（Ａ）に示すスペーサ２７は環状の仕切り壁２８を有するとともに、図６に示す場合と同様に仕切り壁２８にはコイルエンド部１８ｂが入り込む凹部２６ａが形成されており、凹部２６ａはそれぞれ仕切り壁２８に設けられた放射状リブ２９ａ，外側リブ２９ｂおよび内側リブ２９ｃとにより形成されている。この電動モータ１０においては、ケース１１の開口端側における樹脂材料の使用量をも低減することができる。ただし、仕切り壁２８に放射状リブ２９ａと外側リブ２９ｂと内側リブ２９ｃの全てを設けることなく、いずれかを設けるようにしても良い。

図７（Ｂ）に示す場合には、図５（Ｃ）に示す場合と同様にリブ２３には鉄心１７の端面に接触する接触面２５が設けられているが、図５（Ｃ）に示す場合と相違して、リブ２３の内部に向けてケース１１の外部に連通する凹部３０を形成し、ケース１１の厚みを除肉によって薄くし、ケース１１の軽量化を図っている。このように、リブ２３の内部に凹部３０を形成してケース１１の厚みを薄くする構造は、上述した他の実施の形態においても同様とすることができる。さらに、図７（Ｂ）に示す場合には、それぞれのコイル１８の結線部１８ｃがコイルエンド部１８ｂの外周に配置されている。従来の集中巻きのステータ１３にあっては結線部１８ｃをコイルエンド部１８ｂの端面に配置するようにしているが、このように、結線部１８ｃをコイルエンド部１８ｂの外周に配置することにより、コイル相互間の隙間２２を利用してコイル１８の全長を短くすることができるとともに樹脂材料の使用量を低減することができる。この場合にも、図７（Ａ）に示す場合と同様にスペーサ２７を配置するようにしても良い。

図８は本発明の他の実施の形態である電動モータを示す断面図であり、この電動モータ１０はパラレル方式のハイブリッド車両に搭載されており、このハイブリッド車両は、エンジン３１とトランスミッションケース３２との間に電動モータ１０が組み込まれ、エンジン３１と電動モータ１０とを動力源としてトランスミッションを介して図示しない駆動輪に駆動力が伝達される。電動モータ１０は制動力の回生を行う発電電動機つまりジェネレータモータとしての機能を有し、この車両はエンジン３１を駆動源の主体とし、エンジン３１の高負荷時等には電動モータ１０を駆動させることにより駆動力を補助することができるとともに制動時や降坂時には電動モータ１０により回生制動を行ってバッテリの充電を行うことができる。

電動モータ１０のケース１１はエンジン３１とトランスミッションケース３２との間に組み込まれており、ケース１１は上述した場合と同様に円筒部１１ａとこれと一体の端板部１１ｂとを有し、端板部１１ｂはエンジン側となっている。ケース１１内には電磁鋼板を積層してなる鉄心１７とこれのティース１７ｂに巻きつけられるコイル１８とを有するステータ１３が組み込まれており、ステータ１３は上述した場合と同様に集中巻きとなっている。

ケース１１には図６に示した電動モータ１０と同様に、コイルエンド部１８ａが入り込む凹部２６が形成されており、この凹部２６はコイルエンド部１８ａの相互間に突出して径方向に延設する放射状リブ２３ａと、それぞれの放射状リブ２３ａと一体となりコイルエンド部１８ａの径方向外側に突出する外側リブ２３ｂと、それぞれの放射状リブ２３ａと一体となりコイルエンド部１８ａの径方向内側に突出する内側リブ２３ｃとにより形成されている。この場合にはそれぞれのリブ２３ａ〜２３ｃの先端は鉄心１７の端面から離れているが、外側リブ２３ｂを図５（Ｃ），（Ｄ）に示すように鉄心１７の端面に接触させるようにしても良く、ステータ１３をカバー１１に一体にモールドする際に内側リブ２３ｃの先端を金型に突き当てるようにしても良い。

このモータのロータ１６はクランク軸３３に連結される中空軸３４に固定されており、ロータ１６はエンジンにより駆動される。トランスミッションケース３２内には、電動モータに隣接させてトルクコンバータ３５が組み込まれており、トルクコンバータ３５は連結プレート３６により中空軸３４に連結されるフロントカバー３７を有し、フロントカバー３７にはポンプインペラ３８が設けられたポンプシェル３９が取り付けられている。ポンプインペラ３８に対向して配置されるタービンランナ４１は、トルクコンバータ出力軸４２にスプライン結合されるボス部４３を有し、ボス部４３にはロックアップクラッチ４４が設けられており、ロックアップクラッチ４４とタービンランナ４１との間にはダンパ４５が組み込まれている。トルクコンバータ出力軸４２の外側に組み込まれるとともにトランスミッションケース３２に固定される中空支持軸４６にはワンウエイクラッチ４７を介してステータ４８が装着されている。

このように、電動モータ１０は電気自動車の駆動源として適用することができるとともに電動モータ１０とエンジン３１とを有するパラレル式のハイブリッド車両の駆動源としても使用することができる。なお、上述したそれぞれの実施の形態において、コイル１８相互間の隙間２２の軸方向全長に渡ってリブを設けるようにしても良い。

本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。たとえば、本発明の電動モータ１０はモータ走行時にエンジンにより駆動される発電機を搭載するようにしたシリーズ・パラレル式のハイブリット車両にも適用することができるとともに、車両駆動用の電動モータ以外の種々の電動モータとしても本発明を適用することができる。

本発明の一実施の形態である電動モータを示す縦断面図である。図１の横断面図である。ステータの鉄心とコイルを示す正面図である。ステータが組み込まれたケースを樹脂成形用の金型に装着した状態を示す要部拡大断面図である。（Ａ）〜（Ｄ）はそれぞれ本発明の他の実施の形態である電動モータの一部を示す断面図である。（Ａ）は本発明のさらに他の実施の形態である電動モータの一部を示す断面図であり、（Ｂ）は（Ａ）における６Ｂ−６Ｂ線に沿う断面図である。（Ａ），（Ｂ）はそれぞれ本発明のさらに他の実施の形態である電動モータの一部を示す断面図である。本発明の他の実施の形態である電動モータを示す断面図である。

符号の説明

１１ケース
１１ａ円筒部
１１ｂ端板部
１３ステータ
１６ロータ
１７鉄心
１７ａ環状部
１７ｂティース
１８コイル
１８ａ，１８ｂコイルエンド部
１８ｃ結線部
２０モールド部
２２隙間
２３リブ
２３ａ放射状リブ
２３ｂ外側リブ
２３ｃ内側リブ
２４金型
２７スペーサ

Claims

鉄心に形成された複数のティースのそれぞれにコイルが巻き付けられた集中巻きのステータを有する電動モータにおいて、
前記ステータの外周面に嵌合する円筒部、および当該円筒部の一端部に一体に設けられ前記コイルのコイルエンド部に対向する端板部を備えるケースと、
前記ケース内に前記ステータを組み付けた状態のもとで前記ステータに樹脂を注入して形成されるモールド部とを有し、
前記コイルエンド部相互間に突出するとともに径方向に延設する放射状リブと、
前記コイルエンド部の径方向外側に突出する外側リブと、
前記コイルエンド部の径方向内側に突出する内側リブとを前記ケースに一体に設け、
前記鉄心の端面に接触する接触面を前記リブのいずれかに形成することを特徴とする電動モータ。
請求項１記載の電動モータにおいて、前記コイルエンド部相互間に突出するとともに径方向に延設する放射状リブと、当該放射状リブと一体に設けられ前記コイルエンド部の径方向外側に突出する外側リブと、前記放射状リブと一体に設けられ前記コイルエンド部の径方向内側に突出する内側リブとを前記ケースに形成することを特徴とする電動モータ。
請求項１または２記載の電動モータにおいて、前記ステータに樹脂を注入する際に前記ステータ内に嵌合される金型と接触する接触面を前記リブに形成することを特徴とする電動モータ。
請求項１〜３のいずれか１項に記載の電動モータにおいて、前記ケースの開口端と前記コイルエンド部との間の隙間にスペーサを配置することを特徴とする電動モータ。
請求項１〜３のいずれか１項に記載の電動モータにおいて、前記ケースの開口端側における前記コイルエンド部の外周にコイル結線部を配置することを特徴とする電動モータ。