JP6800239B2

JP6800239B2 - 回転電機

Info

Publication number: JP6800239B2
Application number: JP2018549714A
Authority: JP
Inventors: 佳明橘田; 健西川; 克毅桑原; 文貴戸塚; 穣井倉; 宏一尾島; 井上　正哉; 正哉井上
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2016-11-11
Filing date: 2016-11-11
Publication date: 2020-12-16
Anticipated expiration: 2036-11-11
Also published as: WO2018087882A1; CN109891714A; DE112016007433T5; JPWO2018087882A1; CN109891714B; US11165302B2; US20200212752A1

Description

この発明は、回転電機に関し、例えば、車両等に搭載された回転電機に関するものである。

従来、回転電機の外部接続端子台は、コイルへの給電部が回転電機の軸方向端部に位置するため、回転電機の軸方向外側に配置される場合が多い（例えば、特許文献１参照）。
また、組み付け性向上等の理由から、外部接続ケーブルを任意の向きで取り付けられるようにするため、ボルト締結向きを変換する別体構造の端子台が用いられている（例えば、特許文献２、３参照）。
これらの特徴を持った回転電機が、ＨＥＶ（Hybrid Electric Vehicle）向けの車両等で、動力伝達経路の間に挟み込まれる配置の構成が採用されている（例えば、特許文献４、５参照）。

回転電機を動力伝達経路の間に挟み込む位置に配置する際、以下の技術課題が挙げられる。まず第１に、（１）回転電機の軸方向両端にエンジンやトランスミッション等の構造物が配置されているため、軸方向のスペースが制限される、という課題がある。
さらに第２に、（２）回転電機の下方には地面があり、また特にＦＲ車においては、上方にキャビンの床等があり径方向のスペースも限られる、という課題がある。

特開２０１６−０１５８８５号公報特開２０１２−１７０１７２号公報特開２０１２−１１００８２号公報特開２０１１−１０９８３９号公報特許第４８７６５６８号公報

しかしながら、特許文献１に開示された従来の回転電機は、端子台が軸方向へ延びる構成のため、上述した（１）の問題が生じる。
また、特許文献２〜特許文献４に開示された従来の回転電機は、別体構造の組み付け方向変換端子台を配置するため、回転電機全体の径方向寸法が大きくなり、上述した（２）の問題が生じる。

また、特許文献５に開示された従来の回転電機においては、軸方向のスペースは小さいが、ケーブルの軸方向への突出により径方向のスペースに関する問題が生じる。
さらに、特許文献５のように、水冷モータの水路を変速機ケースとモータジェネレータケースの間で構成する場合は、モータ径方向を端子台の配置に使用するのは非常に困難である。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたものであり、軸方向および径方向への端子台の飛び出し量を最小限にすることによって、省スペースに適しかつ軽量な回転電機を得ることを目的とする。

この発明に係る回転電機は、ローター、前記ローターの外周面に対向して環状に配置された複数のコアと、前記複数のコアにそれぞれ巻回され、前記複数のコアの軸方向端面に突出して形成されたコイルエンドを有するコイルと、前記複数のコアの軸方向端面に形成され、前記複数のコアと前記コイルとを絶縁するインシュレータとを有するステータ、前記ステータの前記コイルエンドの外周側に配置され、前記複数のコアの各々の前記コイルに電流を分配するためのバスバー、前記バスバーの外周側に設置され、外部電源からの電流を前記ステータに引き込むための端子台、を備え、前記インシュレータは、前記バスバーが収納された溝部と前記端子台が収納された端子台収納部とを有しており、前記溝部と前記端子台収納部は、前記インシュレータと一体に形成された同一部品であり、前記端子台が収納された前記端子台収納部は、前記バスバーが収納された位置より外周側に設けられていることを特徴とするものである。

この発明の回転電機によれば、軸方向および径方向への端子台の飛び出し量を最小限にすることによって、省スペースに適しかつ軽量な回転電機を得ることができる。また、端子台の固定部材を廃して径方向の高さを最小限に抑えると共に部品点数の削減が可能となる。

この発明の実施の形態１による回転電機を車両に搭載した状態の断面模式図である。この発明の実施の形態１による回転電機に適用されるステータ側全体構造の側面図である。この発明の実施の形態１による回転電機に適用されるステータ側全体構造の断面図である。この発明の実施の形態１による回転電機に適用されるステータ側全体構造の断面図である。この発明の実施の形態１による回転電機に適用されるステータ側全体構造のインシュレータ周辺を示す分解斜視図である。この発明の実施の形態１による回転電機に適用されるステータ側全体構造の斜視図である。

以下、図面に基づいてこの発明の実施の形態１について説明する。
なお、各図面中において、同一符号は同一あるいは相当のものであることを示す。
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１による回転電機を車両に搭載した状態の断面模式図である。また、図２は、この発明の実施の形態１による回転電機に適用されるステータ側全体構造の側面図である。なお、図１において、ステータ側全体構造１４の部分は、図２のＡ−Ａ切断面を図示したものである。
図１に示すように、回転電機５０は、ローター４とステータ側全体構造１４とを備えている。ローター４は、複数の電磁鋼板を積層して成る回転子鉄心１と、回転子鉄心１の設けられた貫通穴に配置固定される磁石２と、回転子鉄心１の内周に嵌合固定され、外部の入出力軸と連結するローターボス３とを備えている。

また、回転電機５０のステータ側全体構造１４は、ローター４の外周側に配置され、複数の電磁鋼板を積層して成る固定子鉄心５と、固定子鉄心５の両端部に設けられた樹脂製のインシュレータ６と、固定子鉄心５のまわりに巻き回されたコイル７と、固定子鉄心５とコイル７との間に配置された絶縁紙（図示なし）とからなるステータ８とを備えている。
さらにまた、回転電機５０のステータ側全体構造１４は、円環状に形成されたステータ８を圧入固定し、外周部にウォータージャケット９と外部ニップルとの接続を行うステー１０が溶接固定され、ウォータージャケット９との間に冷却水路３１を構成するステータフレーム１１とを備えている。
また、回転電機５０のステータ側全体構造１４は、外部電源から電力を引き込む端子台１２と、端子台１２から受け取った電力をステータ８の各々の分割されたコア５ａに分配するバスバー１３とを備えている。分割されたコア５ａは、環状に配設されることで固定子鉄心５を構成している。
よって、回転電機５０のステータ側全体構造１４は、ステータ８、ステータフレーム１１、端子台１２、バスバー１３から構成されている。

また、図３は、この発明の実施の形態１による回転電機に適用されるステータ側全体構造の断面図である。具体的には、図３は、ステータ側全体構造１４において、端子台固定部である端子台収納部１９を有さないコア５ａの断面図である。
図３に示すように、インシュレータ６には、コイル７の巻線領域を規定する内周側壁１５と、外周側壁１６とが設けられている。固定子鉄心５の両端に設けられたインシュレータ６の少なくとも一方には、外周側壁１６のさらに径方向３３の外周側に、各相のバスバー１３を収納する溝部１７が設けられている。具体的には、３本のバスバー１３を収納するため、インシュレータ６には、少なくとも３カ所の溝部１７が設けられている。また、インシュレータ６には、各々のバスバー１３を絶縁するために、バスバー１３の仕切り壁１８が設けられている。

また、図４は、この発明の実施の形態１による回転電機に適用されるステータ側全体構造の断面図である。具体的には、図４は、ステータ側全体構造１４において、端子台固定部である端子台収納部１９を有するコア５ａの断面図である。端子台１２は、円環状に並べられたコア５ａの内、３つのコア５ａに対応するバスバー１３の外周側に設置されている。また、図４に示すように、端子台１２は、インシュレータ６の溝部１７の外周側に設けられた端子台収納部１９に配置される。
この時、端子台収納部１９を有するインシュレータ６は、端子台１２が配置されるステータ８の分割されたコア５ａのみに設けられる。

例えば、ステータ８は、コア５ａの総数として３６個のコア５ａを備えており、その３６個のコア５ａのうち３個のコア５ａに端子台１２を収納する端子台収納部１９を備えている。さらに端子台１２を保持する端子台収納部１９は、バスバー１３の外周側に配置されている。
また、端子台１２の設置位置は、回転電機５０の軸方向３２の端面から軸方向３２の中央に向けて延出して配置され、端子台１２に設けられた外部電源との締結部は、回転電機５０の径方向３３の外側から締結されるボルト２９がアクセスできる配置としている。

図１に示すように、回転電機５０は、モーターハウジング２０に格納され、ステータフレーム１１のフランジ部でモーターハウジング２０に締結固定される。モーターハウジング２０には、径方向３３から見て端子台１２が見えるように作業窓２１が設けられている。
回転電機５０は、車両の内燃機関２２と変速機２３との間に挟み込まれるように配置され、内燃機関２２の内燃機関出力軸２４と変速機２３の変速機入力軸２５は、ローターボス３を介して連結される。
また、インバーター２６が、回転電機５０の径方向３３の外側の位置でモーターハウジング２０に取り付けられる。また、インバーター側ＡＣバスバー２７が、導電性のスペーサー２８を介して回転電機５０の端子台１２にボルト２９を用いて径方向３３の外側の端子台ボルト締結向き３０より固定される。

図５は、この発明の実施の形態１による回転電機に適用されるステータ側全体構造のインシュレータ周辺を示す分解斜視図である。また、図６は、この発明の実施の形態１による回転電機に適用されるステータ側全体構造の斜視図である。図５に示すように、バスバー１３は、インシュレータ６に形成された溝部１７に保持され、端子台１２は、インシュレータ６に形成された端子台収納部１９に保持される。また、図６に示すように、ステータ側全体構造１４は、複数のコア５ａを備えている。複数のコア５ａにおいて、３個のコア５ａに対応して、端子台１２を設置する構造である端子台収納部１９が設けられている。端子台１２を保持する構造は、バスバー１３が収納された位置の外周側に配置されている。

この発明の実施の形態１における回転電機５０は、環状に配置された複数のコア５ａと、複数のコア５ａにそれぞれ巻き回されたコイル７と、複数のコア５ａそれぞれの軸方向３２の両端面に、コア５ａとコイル７との間を絶縁するインシュレータ６とを有するステータ８を備えている。
また、回転電機５０は、円筒形状を有するステータフレーム１１を備えている。ステータフレーム１１は、円環状に形成されたステータ８の外周側に嵌合する円筒部と、円筒部の一方端に回転電機５０を収納するモーターハウジング２０と締結してステータ８を片持ちで固定する固定部を有している。

さらにまた、ステータ８の内周側に回転自在に配置され、軸方向３２に貫通穴を有する回転子鉄心１と、回転子鉄心１の周方向に略等間隔に形成された収納穴に配された複数の磁石２（永久磁石）と回転子鉄心１を保持するローターボス３とを有するローター４を備えている。さらに、この発明の実施の形態１における回転電機５０は、コイル７に電流を分配する環状のバスバー１３が、ステータ８のコイルエンド７ａの外周側に配置されている。また、バスバー１３は、インシュレータ６から延出してインシュレータ６と一体で構成された溝部１７で保持されている。またさらに、インシュレータ６の内の複数のインシュレータ６には、バスバー１３とインバーター２６との間をボルト締結可能に接続する端子台１２を収納する端子台収納部１９を備えている。そして、そのボルト締結位置は、ステータフレーム１１の外周側で、かつ、ボルト締結向きは径方向３３の外側からとしたものである。

よって、この発明の実施の形態１における回転電機５０は、内燃機関２２と変速機２３との間に挟まれる限られたスペースの間に配置することが可能である。つまり、回転電機５０を動力伝達経路の間に挟み込む位置に配置することが可能となる。なぜなら、内燃機関２２と変速機２３との間に挟まれた回転電機５０は、軸方向３２の前後のスペースがなく、インバーター２６との接続はステータ８の外周領域で行われる。この発明の実施の形態１では、インシュレータ６にバスバー１３と端子台１２の保持機能を持たせ、インシュレータ６、バスバー１３、端子台１２の構成を一体化させたので、ステータ８の外周領域でインバーター２６との接続点を最低限の高さで構成することができる。
これにより、インシュレータ６に結線板バスバー保持部材の機能をもたせることができ、部品点数の削減、軽量化可能となる。また、そのうち３つのインシュレータ６にさらに端子台１２を保持する機能をもたせている。端子台１２もインシュレータ６と一体化することによって部品点数の削減ができる。

また、比較例としての他の冷却水路構成では、ステータフレーム外周と筐体との間にＯリング等でシールした水路がある。しかし、比較例としてのこの構成では、ステータフレーム外周の領域は水路以外の構成はできないという問題点があった。
一方、この発明の実施の形態１においては、冷却水路３１がステータフレーム１１と、ステータフレーム１１に溶接固定されたウォータージャケット９で構成されるため、ステータフレーム１１の外周側に端子台１２を配置することができる。つまり、この発明の実施の形態１においては、ウォータージャケット構造水路の外周側を使って端子台１２を配置できる。それゆえに、モータ構造体の軸方向の長さ３４の範囲内で端子台１２を構成できる。
また、この発明の実施の形態１においては、端子台１２の固定部である端子台収納部１９がインシュレータ６と一体化されているため、ステータフレーム１１やウォータージャケット９への端子台１２の固定部材が不要となる。

ステータフレーム１１への固定部材が必要ではないため、ステータフレーム１１の軸長方向において最大限にウォータージャケット９を配置できる。
また、ウォータージャケット９への固定部材を必要としないため、ウォータージャケット９上に端子台１２を置いた場合よりも端子台頂点で決まる回転電機５０の最大径を大きくすることなく、水路厚みを最大化でき、冷却性の向上と回転電機５０の小型、軽量化、部品点数の削減が可能となる。

さらにまた、この発明の実施の形態１に示すように、端子台１２の導体部材がインシュレータ６に保持され、端子台１２の導体部材は、バスバー１３とは別部材で構成することにより、バスバー１３、端子台１２の歩留まり向上させることができる。これにより、バスバー１３、端子台１２それぞれの位置精度を高めることができる。

この発明の実施の形態１による回転電機５０によれば、端子台１２をモータ構造体の軸方向長さ３４の範囲内に配置して端子台１２による軸方向３２の突出部をなくした構造としたものである。さらに、端子台１２のターミナルの固定を、コイル７のインシュレータ６と一体化させることによって、端子台１２の固定部材を廃して径方向３３の高さを最小限に抑えると共に部品点数の削減が可能となる。
さらに、端子台１２のボルト締結向きを径方向３３の外側に向けることによって、締結ツールアクセスも含めて端子台１２の構成をモータ構造体の軸方向長さ３４の範囲内に配置することが可能となる効果がある。
なお、この発明は、その発明の範囲内において、実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

１回転子鉄心、２磁石、３ローターボス、４ローター、５固定子鉄心、５ａコア、６インシュレータ、７コイル、７ａコイルエンド、８ステータ、９ウォータージャケット、１０ステー、１１ステータフレーム、１２端子台、１３バスバー、１４ステータ側全体構造、１５内周側壁、１６外周側壁、１７溝部、１８仕切り壁、１９端子台収納部、２０モーターハウジング、２１作業窓、２２内燃機関、２３変速機、２４内燃機関出力軸、２５変速機入力軸、２６インバーター、２７インバーター側ＡＣバスバー、２８スペーサー、２９ボルト、３０端子台ボルト締結向き、３１冷却水路、３２軸方向、３３径方向、３４モータ構造体の軸方向長さ、５０回転電機

Claims

ローター、
前記ローターの外周面に対向して環状に配置された複数のコアと、前記複数のコアにそれぞれ巻回され、前記複数のコアの軸方向端面に突出して形成されたコイルエンドを有するコイルと、前記複数のコアの軸方向端面に形成され、前記複数のコアと前記コイルとを絶縁するインシュレータとを有するステータ、
前記ステータの前記コイルエンドの外周側に配置され、前記複数のコアの各々の前記コイルに電流を分配するためのバスバー、
前記バスバーの外周側に設置され、外部電源からの電流を前記ステータに引き込むための端子台、を備え、
前記インシュレータは、前記バスバーが収納された溝部と前記端子台が収納された端子台収納部とを有しており、前記溝部と前記端子台収納部は、前記インシュレータと一体に形成された同一部品であり、
前記端子台が収納された前記端子台収納部は、前記バスバーが収納された位置より外周側に設けられていることを特徴とする回転電機。
円筒形状を有しており、前記ステータの外周側に嵌合された円筒部と、前記円筒部の一方端に設けられ、前記ステータを固定するための固定部とを有するステータフレームを備え、
前記端子台と前記外部電源は、ボルトにより固定されており、
前記ボルトの締結位置は、前記ステータフレームの外周側であり、前記ボルトは、径方向外側から締結されたことを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
前記ステータフレームの外周に溶接されたウォータージャケットを有しており、
前記ステータフレームと前記ウォータージャケットにより水路が構成されたことを特徴とする請求項２に記載の回転電機。
前記端子台は、前記ローターと前記ステータと前記ステータフレームとから構成されたモータ構造体の軸方向長さの範囲内に配置されたことを特徴とする請求項２または請求項３に記載の回転電機。
前記端子台は導体部材であり、前記バスバーとは別部材で構成されたことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の回転電機。
車両の内燃機関と変速機との間に挟まれた位置に設置されたことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の回転電機。