JP5332750B2 - 回転電機 - Google Patents

Description

本発明は、回転電機に関し、特に、永久磁石を用いた回転電機に関するものである。

従来、固定子コアに固定子巻線を捲きつけてなる固定子と、回転子コアに永久磁石を装着した回転子とを備えると共に、熱測定素子を固定子巻線によって固定子コアに当接固定し、熱測定素子を固定子コアと固定子巻線との間に配置した回転電機が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開平11-4562号公報

ところで、従来熱測定素子を配置していた固定子コアと固定子巻線との間は、発熱が多い部位であり、回転子の回転に依存する熱、つまり熱サイクルによって固定子巻線が膨張し、熱測定素子に作用する圧力に変動が生じていた。そのため、上記部位に磁束検出手段を配置した場合では、熱サイクル時の固定子巻線の膨張で磁束検出手段に作用する圧力に変動が生じて歪が発生し、測定精度を保障することが困難になるという問題があった。

本発明は、上記問題に着目してなされたもので、磁束検出手段への熱サイクル時の熱影響を低減し、測定精度を保障することができる回転電機を提供することを目的としている。

上記目的を達成するため、本発明では、固定子コアに固定子巻線を捲きつけた固定子と、回転子コアに永久磁石を装着した回転子とを備えた回転電機において、固定子コアと固定子巻線との間を流れる磁束を検出する磁束検出手段を、固定子のコイルエンド部に配置した。

よって、本発明の回転電機にあっては、熱サイクル時の温度変動の影響を低減して磁束検出手段に歪が発生することを防止できるようになるので、測定精度を保障することができる。

実施例１の回転電機の構成を示す概略平面図である。 (a)は実施例１の回転電機における回転子コアを構成する分割コアを示す平面図であり、(b)は図２(a)に示す分割コアを示す斜視図である。 図２に示す分割コアに固定子巻線を捲きつけた状態の説明図である。 図３示す分割コアを矢印Ｘ方向から見たときの説明図である。 固定子コアへ固定子巻線を捲きつけた状態を層ごとに示す説明図であり、(a)は０層目を示し、(b)は１層目を示し、(c)は２層目を示し、(d)は３層目を示し、(e)は４〜５層目を示す。 (a)は実施例１の回転電機における第一の変形例を示す説明図であり、(b)は図６(a)に示す分割コアを矢印Ｘ１方向から見たときの説明図である。 (a)は実施例２の回転電機を示す説明図であり、(b)は図７(a)に示す分割コアを矢印Ｘ２方向から見たときの説明図である。 (a)は実施例２の回転電機における第一の変形例を示す説明図であり、(b)は図８(a)に示す分割コアを矢印Ｘ３方向から見たときの説明図である。 実施例２の回転電機における第二の変形例を示す説明図である。

以下、本発明のハイブリッド車両の制御装置を実施するための形態を、図面に示す実施例１及び実施例２に基づいて説明する。

まず、構成を説明する。
図１は、実施例１の回転電機の構成を示す概略平面図である。

実施例１の回転電機１００は、円筒状のモータケース１０の内部に回転子（ロータ）２０と、固定子（ステータ）３０と、を備えている。

回転子２０は、回転子コア２１と、回転軸２２とを有している。この回転子２０は、モータケース１０の内部に回転自在に収納され、回転子コア２１には、永久磁石２３が埋設されて装着されている。また、回転軸２２は円筒状の回転子コア２１の中心軸上に貫通して配置される。なお、永久磁石２３は、回転子コア２１の表面に貼り付けられることで装着されてもよい。

固定子３０は、複数の分割コア４０と、分割コア４０にインシュレータ６０（図５(a)参照）を介して捲きつけられた固定子巻線（コイル）５０と、入力端子Ｕ、Ｖ、Ｗと、を有している。複数の分割コア４０は、モータケース１０の内部であって、回転子２０を取り囲むように円環状に連結して配置され、固定子コア３０ａを構成する。また、固定子巻線５０は断面が矩形状のエナメル線であり、分割コア４０の後述するティース部４２に捲きつけられ、円環状の固定子コア３０ａの外径側（以下、固定子外径側という）に両端部（第１引出線５１,第２引出線５２）が引き出されている。そして、第１引出線５１は円環状の入力線バスパー（図示せず）によって入力端子Ｕ、Ｖ、Ｗのいずれかに接続され、第２引出線５２は、隣接する分割コア４０の第２引出線５２に互いに直接的に接続されている。

このように構成された回転電機１００は、回転子２０が固定子３０に対して回転することによって、モータやジェネレータ等として機能する。

図２は、(a)は実施例１の回転電機における回転子コアを構成する分割コアを示す平面図であり、(b)は図２(a)に示す分割コアを示す斜視図である。図３は、図２に示す分割コアに固定子巻線を捲きつけた状態の説明図である。図４は、図２示す分割コアを矢印Ｘ方向から見たときの説明図である。

分割コア４０は、円弧状のバックヨーク部４１と、このバックヨーク部４１に基部が一体に設けられたティース部４２とを有する平面視ほぼＴ字状に打ち抜いた薄板電磁鋼板を積層して形成されている。積層した薄板電磁鋼板は、例えばダボカシメや溶接等によって崩れないように一体にされている。

バックヨーク部４１は、周方向の一端部端面及び上下方向の端面に開口する溝状の連結凹部（係合用溝部）４１ａと、周方向の他端部端面から突出且つ上下方向に延びるリブ状の連結凸部（係合用突部）４１ｂとを有している。そして、隣接する分割コア４０同士は、一方の分割コア４０の連結凸部４１ｂを、他方の分割コア４０の連結凹部４１ａに嵌合（係合）することで連結し、円環状の固定子コア３０ａを構成する。このとき、各分割コア４０のティース部４２は、固定子コア３０ａの中心、つまり回転子２０側に向かって突出している。

ティース部４２は、互いに反対側に位置する第１平面４２ａ及び第２平面４２ｂと、この第１,第２平面４２ａ,４２ｂの一端同士を連設する第３平面（上端面）４２ｃと、第１,第２平面４２ａ,４２ｂの他端同士を連接する第４平面（下端面）４２ｄから、縦断面形状が長方形状に形成されている。なお、第１,第２平面４２ａ,４２ｂは、分割コア４０の中心と平行に設けられている。また、第３,第４平面４２ｃ,４２ｄは、固定子コア３０ａの軸方向の端面に相当し、この第３,第４平面４２ｃ,４２ｄ上に重なる固定子巻線５０が、固定子巻線５０の一部が固定子コア３０ａの軸方向の端面から突出してなる固定子３０のコイルエンド部ＣＥ（図４参照）になる。

インシュレータ６０は、絶縁性を有しており、ティース部４２の第１〜第４平面４２ａ〜４２ｄのほぼ全周を覆う本体部６１と、本体部６１のバックヨーク部側端部からバックヨーク部４１に沿って延びる第１フランジ部６２と、この第１フランジ部６２の反対側に位置する第２フランジ部６３とを有している。なお、このインシュレータ６０は、通常複数（２〜３）に分割され、分割コア４０のティース部４２を挟み込んで装着される。

さらに、第１フランジ部６２には、固定子巻線５０の第１引出線５１を保持する巻線からげ部６４と、固定子巻線５０を通す切込部６５とが設けられている。

固定子巻線５０は、固定子コア３０ａ、すなわち分割コア４０に対して複数の層状に重なるように捲きつけられており、図５(a)〜(e)には、捲きつけ状態を各層ごとに順に示す。

図５(a)に示す０層目（固定子巻線捲きつけ前）では、ティース部４２に装着したインシュレータ６０の本体部６１が露出している。

図５(b)に示す１層目では、切込部６５を通った固定子巻線５０を、バックヨーク部４１側のＡ部から左巻き（図５(b)において）にＢ部まで捲きつけていく。

図５(c)に示す２層目では、Ｂ部で折り返した固定子巻線５０を、１層目に重ねながら右巻き（図５(c)において）にＣ部まで捲きつけていく。このとき、Ｂ´部（図５(b)参照）は、１層目から２層目に固定子巻線５０が乗り上げる巻線段差部になる。

図５(d)に示す３層目では、Ｃ部で折り返した固定子巻線５０を、２層目に重ねながら再び左巻き（図５(d)において）にＤ部まで捲きつけ、このＤ部で折り返してＥ部を介してＦ部まで右巻き（図５(d)において）に捲きつける。このとき、Ｃ´部は、２層目から３層目に固定子巻線５０が乗り上げる巻線段差部になる。

図５(e)に示す４層目では、Ｆ部で折り返した固定子巻線５０を、３層目に重ねながら右巻き（図５(e)において）にＧ部まで捲きつけていく。このとき、Ｆ´部は、３層目から４層目に固定子巻線５０が乗り上げる巻線段差部になる。

図５(e)に示す５層目では、Ｇ部で折り返した固定子巻線５０を、４層目に重ねながら左巻き（図５(e)において）にＨ部まで捲きつけ、バックヨーク部４１側に引き出してから巻線からげ部６４にて保持し、固定子巻線５０が崩れないようにする。このとき、Ｈ´部は、４層目から５層目に固定子巻線５０が乗り上げる巻線段差部になる。

そして、この実施例１の回転電機１００では、固定子３０のコイルエンド部ＣＥであって、熱サイクル時の熱の影響を受けない部位である、固定子巻線５０が下層（１層目）から上層（２層目）に乗り上げる巻線段差部Ｂ´部（図５(b)参照）に、磁束検出素子（磁束検出手段）７０を配置した。

磁束検出素子７０は、固定子コア３０ａと固定子巻線５０との間を流れる磁束を検出するホール素子を有しており、巻線段差部Ｂ´部に配置された磁束検出素子７０は、この巻線段差部Ｂ´部から捲きつけられる２層目の固定子巻線５０によって分割コア４０に固定される。

次に、作用を説明する。
実施例１の回転電機１００では、固定子巻線５０に電流が流れると、図４に矢印Ｙで示す方向に流れる磁気回路が発生する。この磁気回路の磁束を磁束検出素子７０によって検出する。

ここで、磁束検出素子７０は、固定子３０のコイルエンド部ＣＥに配置されている。そのため、熱サイクル時の磁束検出素子７０に与える温度変動の影響を低減し、この磁束検出素子７０に歪が発生することを防止できる。これにより、磁束検出素子７０の検出精度を保障することができる。

また、磁束検出素子７０をコイルエンド部ＣＥに配置したことで、固定子コア３０ａの周囲を流れる磁気回路の抵抗になったり、漏れ磁束を誘発したりする位置にこの磁束検出素子７０が位置しないため、測定誤差が小さくなって測定精度をさらに向上することができる。なお、測定精度の向上が見込まれるので、磁束検出素子７０の取り付け総数も少なくすることができる。つまり、全ての分割コア４０ごとに磁束検出素子７０を設ける必要がなくなる。

特に、実施例１の回転電機１００においては、図５(b)に示すように、磁束検出素子７０が、固定子巻線５０が下層（１層目）から上層（２層目）に乗り上げる巻線段差部Ｂ´部に配置されている。これにより、磁束検出素子７０を固定子巻線５０の捲回範囲内、いわゆるコイル内に設置することができ、省スペース化を図ることができる。

次に、効果を説明する。
実施例１の回転電機１００にあっては、下記に列挙する効果を得ることができる。

(1) 固定子コア３０ａに固定子巻線５０を捲きつけた固定子３０と、回転子コア２１に永久磁石（図示せず）を装着した回転子２０と、前記固定子コア３０ａと前記固定子巻線５０との間を流れる磁束を検出する磁束検出手段（磁束検出素子）７０とを備えた回転電機１００において、前記磁束検出手段７０は、前記固定子３０のコイルエンド部ＣＥに配置した構成とした。このため、熱サイクル時の熱影響を低減して磁束検出手段７０に歪が発生することを防止すると共に、漏れ磁束の少ない部位での磁束検出が可能となって、磁束検出手段７０での測定精度を保障することができる。

(2) 前記固定子巻線５０は、前記固定子コア３０ａに対して複数の層状に捲きつけられ、前記磁束検出手段７０は、前記固定子巻線５０が下層（１層目）から上層（２層目）に乗り上げる巻線段差部Ｂ´に配置した構成とした。このため、固定子巻線５０の捲回範囲内（コイル内）に磁束検出手段７０を配置可能になり、省スペース化を図ることができる。

図６(a)は実施例１の回転電機における第一の変形例を示す説明図であり、(b)は図６(a)に示す分割コアを矢印Ｘ１方向から見たときの説明図である。

実施例１の回転電機１００では、磁束検出素子７０を巻線段差部Ｂ´に配置したが、図６(a)に示すように、磁束検出素子７０を分割コア４０のバックヨーク部４１側に位置した巻線段差部Ｃ´に配置してもよい。磁束検出素子７０を設置することで、磁気回路が磁束検出素子７０に向かってしまい、磁束検出素子７０を配置した部位から磁束が漏れることが懸念されるが、バックヨーク部４１側に位置した巻線段差部Ｃ´に配置することによって、磁気回路の向きに大きな影響を与えることがなくなり、磁束の漏れを低減することができる。

さらに、この巻線段差部Ｃ´では、固定子巻線５０が２層目から３層目に乗り上げているため、この巻線段差部Ｃ´に配置された磁束検出素子７０と、固定子コア３０ａを構成する分割コア４０との間には、１層目及び２層目の固定子巻線５０が介在している。

これにより、回転子２０の永久磁石の磁石磁束から磁束検出素子７０への影響を低減することができ、さらに測定精度を向上することができる。

すなわち、以上説明した実施例１の第一の変形例では、上述の(1)〜(2)の効果に加え、下記(3),(4)の効果を得ることができる。

(3) 前記磁束検出手段（磁束検出素子）７０は、前記固定子コア３０ａのバックヨーク部４１側に位置した前記巻線段差部Ｃ´に配置した構成とした。このため、磁気回路の向きに大きな影響を与えず、磁束の漏れを低減することができる。

(4) 前記磁束検出手段７０と前記固定子コア３０ａとの間には、前記固定子巻線５０を少なくとも一層介在した構成とした。このため、回転子２０の永久磁石の磁石磁束からの影響を低減して、さらに測定精度を向上することができる

実施例２は、磁束検出手段をインシュレータに設けた例である。まず、構成を説明する。
図７(a)は実施例２の回転電機を示す説明図であり、(b)は図７(a)に示す分割コアを矢印Ｘ２方向から見たときの説明図である。

実施例２の回転電機では、磁束検出素子７０を、固定子コア３０ａのコイルエンド部ＣＥであって、インシュレータ６０の第２フランジ部６３に配置した。このとき、磁束検出素子７０は、例えば保持用の爪等によって第２フランジ部６３の固定子内側面６３ａに固定される。なお、固定子内側面６３ａは、第２フランジ部６３のうち回転子２０に面した面である。

他の構成は、実施例１と同様であるので、対応する構成に同一符号を付して説明を省略する。

次に作用を説明する。
このような実施例２の回転電機では、インシュレータ６０を介して固定子巻線５０を分割コア４０に捲きつける前に、予めインシュレータ６０に磁束検出素子７０を取り付けておくことができる。そのため、インシュレータ６０と磁束検出素子７０とをモジュール化することができ、部品点数の削減を図ることができる。さらに、磁束検出素子７０を、インシュレータ６０の第２フランジ部６３に配置したことで、この磁束検出素子７０から延びる信号線（図示せず）が取り出しやすくなり、作業性の向上を図ることができる。

また、図８(a)は実施例２の回転電機における第一の変形例を示す説明図であり、(b)は図８(a)に示す分割コアを矢印Ｘ３方向から見たときの説明図である。

磁束検出素子７０は、図８(a)に示すように、固定子コア３０ａのコイルエンド部ＣＥであって、インシュレータ６０の第１フランジ部６２、つまり固定子コア３０ａを構成する分割コア４０のバックヨーク部４１側のフランジ部に配置してもよい。

このように第１フランジ部６２に磁束検出素子７０を配置した場合では、磁束検出素子７０を第２フランジ部６３に配置した場合よりも、磁気回路の向きに与える影響を小さくでき、磁束の漏れを低減することができる。

次に、効果を説明する。
実施例２の回転電機にあっては、上述の(1)の効果に加え下記(5),(6)の効果を得ることができる。

(5) 前記固定子巻線５０は、絶縁性を有するインシュレータ６０を介して前記固定子コア３０ａに捲きつけられ、前記インシュレータ６０は、前記固定子コア３０ａのバックヨーク部４１側に第１フランジ部６２を備え、該第１フランジ部６２の反対側に第２フランジ部６３を備え、前記磁束検出手段（磁束検出素子）７０は、前記第１フランジ部６２又は前記第２フランジ部６３のいずれか一方に配置した構成とした。このため、インシュレータ６０と磁束検出手段７０とをモジュール化して、部品点数の低減を図ることができる。

(6) 前記磁束検出手段７０は、前記固定子コア３０ａのバックヨーク部４１側に第１フランジ部６２に配置した構成とした。このため、磁気回路の向きに与える影響を小さくでき、磁束の漏れを低減することができる。

そして、実施例２の回転電機では、インシュレータ６０の第１,第２フランジ部６２,６３のいずれかに磁束検出素子７０を配置しているが、図９に示す第二の変形例のように、第１フランジ部６２に設けられた巻線からげ部６４に磁束検出素子７０を配置してもよい。

この場合、回転子２０の永久磁石の磁石磁束から磁束検出素子７０への影響を低減することができ、さらに測定精度を向上することができる。

なお、固定子巻線５０の引き出し位置によっては、第２フランジ部６３に巻線からげ部を設ける場合もあり、このときには、第２フランジ部６３に設けた巻線からげ部に磁束検出素子７０を配置してもよい。

１００ 回転電機
３０ 固定子
３０ａ 固定子コア
４０ 分割コア
５０ 固定子巻線
２０ 回転子
２１ 回転子コア
２３ 永久磁石
６０ インシュレータ
６２ 第１フランジ部
６３ 第２フランジ部
６４ 巻線からげ部
７０ 磁束検出手段（磁束検出素子）
Ｂ´ 巻線段差部
ＣＥ コイルエンド部

Claims (7)

1. 固定子コアに固定子巻線を捲きつけた固定子と、回転子コアに永久磁石を装着した回転子と、前記固定子コアと前記固定子巻線との間の流れる磁束を検出する磁束検出手段とを備えた回転電機において、
   前記磁束検出手段は、前記固定子のコイルエンド部に配置したことを特徴とする回転電機。
2. 請求項１に記載された回転電機において、
   前記固定子巻線は、前記固定子コアに対して複数の層状に捲きつけられ、
   前記磁束検出手段は、前記固定子巻線が下層から上層に乗り上げる巻線段差部に配置したことを特徴とする回転電機。
3. 請求項２に記載された回転電機において、
   前記磁束検出手段は、前記固定子コアのバックヨーク部側に位置した前記巻線段差部に配置したことを特徴とする回転電機。
4. 請求項２又は請求項３に記載された回転電機において、
   前記磁束検出手段と前記固定子コアとの間には、前記固定子巻線を少なくとも一層介在したことを特徴とする回転電機。
5. 請求項１に記載された回転電機において、
   前記固定子巻線は、絶縁性を有するインシュレータを介して前記固定子コアに捲きつけられ、
   前記インシュレータは、前記固定子コアのバックヨーク部側に第１フランジ部を備え、該第１フランジ部の反対側に第２フランジ部を備え、
   前記磁束検出手段は、前記第１フランジ部又は前記第２フランジ部のいずれか一方に配置したことを特徴とする回転電機。
6. 請求項５に記載された回転電機において、
   前記磁束検出手段は、前記第１フランジ部に配置したことを特徴とする回転電機。
7. 請求項５又は６に記載された回転電機において、
   前記インシュレータは、前記第１フランジ部又は前記第２フランジ部に、前記固定子巻線を保持する巻線からげ部を設け、
   前記磁束検出手段は、前記巻線からげ部に配置したことを特徴とする回転電機。

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