JP7351899B2 - 巻線形ロータタイプの同期電気機械のロータのためのワイヤ案内デバイス - Google Patents

Description

本発明は、巻線形ロータ同期電気機械の分野に関する。より詳細には、本発明は、電気機械ロータを軸方向に通って延在するシャフトの周りに分散されたロータの複数の極の周りでの導電性ワイヤの巻付けのためのガイドデバイスであって、シャフトに取り付けられ得るガイドヘッドを備える、ガイドデバイスに関する。

巻線形ロータタイプの同期電気機械のロータは、ロータの軸の周りで回転するように取り付けられるように構成されたロータシャフトと、ロータシャフトに同軸に取り付けられた一連のラミネーションであって、径方向に突出する複数の極を有する、一連のラミネーションと、各極に巻回されるように構成されている導電性ワイヤの巻線と、を有する。ロータの各極の周りで導電性ワイヤを案内するためのヘッドが、一連のラミネーションの両側に軸方向に配置され、各ガイドヘッドには、シャフトが通過するための中央オリフィスが設けられている。

本発明の応用分野は、電気またはハイブリッドタイプの自動車両で使用される電気機械の分野である。

特許文献ＦＲ２９８４０３４は、ラミネーションの積層体によって実現される極の周りに巻線のワイヤを固定するためのガイドデバイスを組み込む、電気牽引自動車両のための電気機械で特に使用される巻線形ロータを開示している。

高速ロータは、厳しい動作状態、および、特に径方向における高い応力負荷にさらされる。特に、ロータの巻線は、ロータの動作中に高遠心力にさらされるので、適切に保持されなければならない。巻線ワイヤのための２つのガイドヘッド（「コイルヘッドガイド」とも呼ばれる）もまた、ロータの回転中に遠心力による応力を強く受け、したがって、そのような条件下で機能するように適合されなければならない。さらに、各ガイドヘッドは、慣例的にクラウンに固着され、このクラウンは、ロータのボディから独立した部品であり、かつ、ガイドヘッドを径方向に保持するための手段を形成するようにガイドヘッドの外周に配置される。より具体的には、クラウンは、ガイドヘッドの外周の周りに環状の構造を有し、その輪郭は、軸方向に配向されかつガイドヘッドの外周上に位置する羽根と、軸に向かって径方向に配向されかつガイドヘッドの各極の径方向端面上に位置する羽根とを有する、Ｌ形状を有するものである。クラウンがガイドヘッドに固定されることを可能にするために、クラウンは、その径方向羽根にオリフィスを有し、前述のオリフィスは、通しボルトの通過を可能にするように構成されている。ガイドヘッドの極の径方向端面、および一連のラミネーションは、通しボルトがロータの反対側までクラウン、ガイドヘッド、および一連のラミネーションを軸方向に通過することができるように、対応するオリフィスを有し、ロータの反対側では、反対側のクラウンから現れる各通しボルトの自由端上に止めナットが螺合される。典型的には通しボルトの塑性限界までである十分なトルクでナットが締め付けられると、組立体はしっかりと保持されて、ロータが高遠心力にさらされたときに、組み立てられた状態を維持する。

しかし、ガイドヘッドを径方向に保持するためのこのクラウンのアレンジメントは、多数の部品、すなわちクラウン自体、通しボルトおよびナットを必要とし、結局は重量の増大をもたらすことになる。さらに、このアレンジメントは、多数の組立作業（通しボルトの通過、ナットを締める作業）を必要とするので、これらの作業の減少を目指すことが望ましい。

場合により、ロータを釣り合わせるために、クラウンの径方向羽根の外部側面にバランシングリングが固定されてもよく、このリングは、その周囲に沿って分散された空洞を備える。ロータを釣り合わせる作業は、周方向に分散された空洞のうちのいくつかにバランシング錘を挿入すること、または、リングに穴を開けることによりリングから材料を除去することにある。しかし、このバランシングデバイスは、バランシングリングにバランシング錘が取り付けられるという欠点を有する。これは、重量にとって不利益になるほどのリングの存在、および、このバランシングリングをクラウンに固定する作業を、結果的に必要とする。

金属製保持リングによりロータのラミネーションの積層体をロックすることもまた、知られた慣習であり、保持リングは、慣例的に、ラミネーションの積層体の両側でシャフトの周りに配置される。この配置は、特に事故が起きた際の衝撃からロータを保護することを可能にして、ラミネーションの積層体が、その初期位置に保持されることを確実にするが、ロータを軽量化すること、ロータの軸方向寸法を抑えること、およびロータ組立作業の数を減らすことの必要性と矛盾する。

これを踏まえ、本発明は、上記のプリアンブルに記載されたその包括的定義に別の方法で従うガイドデバイスを提案することによりこれらの欠点を改善することを目指すものであり、このガイドデバイスは、前述のガイドヘッドが、中央オリフィスが設けられたその内側部分から複数のレッグが径方向に延在している金属基礎構造体と、前述の中央オリフィスの内部円筒状表面から引っ込んだ形で前述の金属基礎構造体上にオーバモールドされたプラスチック構造体と、を備え、前述の金属基礎構造体の前述の中央オリフィスの前述の内部円筒状表面が、ロータのシャフトと直接接触して締まり嵌めによりロータのシャフトに取り付けられるように設計されるように前述のプラスチック構造体でオーバモールドされないことを、基本的に特徴とする。

このアレンジメントにより、単一の、特に剛体の部品で構成されるガイドヘッドが提供され、ロータのシャフトへの締まり嵌めによるガイドヘッドの金属部の取付けは、ガイドヘッドがシャフトに対して強固に保持されることを保証し、それにより、クラウンおよび関連する通しボルトによって保証されるこれまでの機能は、時代遅れのものとされ、クラウンおよび関連する通しボルトは、排除され得る。したがって、ロータ組立作業は、結果的に簡易化される。

さらに、本発明によるガイドヘッドはまた、ラミネーションの積層体の各側でロータのシャフトに取り付けられたときに、特に衝突が起きた際にロータが受ける軸方向荷重を効率的に吸収することを可能にする。したがって、本発明によるガイドヘッドはまた、保持リングによって現在果たされている役割、つまりラミネーションの積層体をシャフト上の所定の位置に保つ役割を果たし、その結果、保持リングも排除することができる。

有利には、前述の金属基礎構造体は、前述の内側部分の外側面から軸方向に突出する少なくとも１つの中実バランシング部を有し、径方向平面に延在するその少なくとも１つの表面は、アクセス可能であるように、前述のオーバモールドされたプラスチックが存在しない。特に、ロータバランシング作業が必要であることが判明した場合、この径方向表面は、金属基礎構造体の内側部分の外側面から突出する中実バランシング部から典型的には穴開けにより材料を除去することにより、ロータバランシングツールがアクセスできるようにすることができる。

前述の内側部分の外縁の近傍に位置しまたそれぞれが前述の金属基礎構造体の２つのそれぞれのレッグの間に延在する、複数の中実バランシング部が設けられることが、好ましい。

有利には、前述の径方向表面には、前述のオーバモールドされたプラスチック構造体にわたって周方向に分散された複数の開口空洞により、前述のオーバモールドされたプラスチック構造体が存在しない。

有利には、前述の金属基礎構造体は、打抜き加工または鋳造により、アルミニウムまたは合金鋼から一体に作製される。

本発明はまた、ロータの軸の周りで回転するように取り付けられるように構成されたロータシャフトと、ロータシャフトに同軸に取り付けられた一連のラミネーションであって、径方向に突出する複数の極および少なくとも１つの軸方向開口部を有する、一連のラミネーションと、各極に巻回されるように構成されている導電性ワイヤの巻線と、を有する、巻線形ロータタイプの同期電気機械のロータであって、前述の一連のラミネーションの両側でシャフトに取り付けられた上記のようなガイドデバイスを備えることを特徴とする、ロータに関する。

１つの実施形態によれば、バランシングプレートが、その外部円筒状表面がアクセス可能であるように、前述の一連のラミネーションと各ガイドヘッドとの間に挿入され得る。特に、ロータバランシング作業が必要であることが判明した場合、この外部円筒状表面は、バランシングプレートから典型的には穴開けにより材料を除去することにより、ロータバランシングツールがアクセスできるようにすることができる。

本発明はまた、上記のようなロータを組み立てるための方法に関し、前述の方法は、
前述の一連のラミネーションが締まり嵌めにより前述のロータシャフトに取り付けられるのと同時に、前述の一連のラミネーションの両側で前述のガイドヘッドのそれぞれを締まり嵌めによりロータシャフトに取り付けるステップと、
前述のガイドヘッドを用いて各極に導電性ワイヤを巻回するステップと、
を含む。

有利には、ガイドヘッドの金属基礎構造体が上記のような少なくとも１つの中実バランシング部を備える場合、方法は、前述の金属基礎構造体の前述の少なくとも１つの中実バランシング部から材料を除去することによりロータを釣り合わせるステップを含み得る。

有利には、上記のようなバランシングプレートを含むロータの実施形態によれば、方法は、前述のバランシングプレートから材料を除去することによりロータを釣り合わせるステップを含み得る。

本発明のさらなる具体的な特徴および利点は、添付の図面を参照しながら、非限定的な指標として与えられた本発明の特定の実施形態に関する以下の説明を読めば、明らかになるであろう。

本発明の１つの実施形態によるガイドヘッドの金属基礎構造体の斜視図を概略的に示す。 図１における実施形態によるオーバモールドされたガイドヘッドの部分断面斜視図を概略的に示す。 図２に示されたオーバモールドされたガイドヘッドの断面図を概略的に示す。 ロータのシャフトに取り付けられた本発明の１つの特定の実施形態によるオーバモールドされたガイドヘッドの斜視図を概略的に示す。 本発明の別の特定の実施形態によるオーバモールドされたガイドヘッドの部分断面斜視図を概略的に示す。 ロータに取り付けられた図５のガイドヘッドおよび１つの特定の実施形態によるバランシングプレートを含む本発明によるロータの分解組立図を概略的に示す。

図６は、電気機械のロータ１を概略的に示す。ロータ１は、ロータ１を軸方向に通って延在するシャフト２を備える。

一連のラミネーション３が、ロータシャフトに同軸に取り付けられる。この一連のラミネーション３は、ロータシャフトの軸に直角な径方向平面に延在する、ラミネーションの軸方向積層体によって形成される。この径方向平面では、一連のラミネーションのラミネーションはみな、同一の外形を有する。この一連のラミネーションは、突出する極３０を有し、これらの極３０は、周方向に規則正しく分散され、かつ、シャフトからロータの外周に向かって突出する。図を参照しながら説明される例示的な実施形態では、一連のラミネーションは、８つの突出する極３０を有する。しかし、本発明は、このタイプの構成に限定されるものではなく、複数の突出する極、好ましくは少なくとも３つの極を有する一連のラミネーションに適用される。

一連のラミネーション３は、締まり嵌めにより、ロータのシャフト２の円筒状外表面に取り付けられる。したがって、一連のラミネーション３は、ロータのシャフトの円筒状外表面に高温状態で取り付けられる。

各極３０は、ロータの外周に向かって径方向に延在するアーム３１で構成される。極２０の自由端３２は、アーム３１の両側で周方向に突出する折返し部（ｒｅｔｏｕｒ）で終端する。各極３０の突出する折返し部３２の機能は、各極３０の径方向アーム３１に巻回される導電性励磁巻線をロータの回転中に励磁巻線が受ける遠心力に逆らって径方向において保持することである。

したがって、各極３０は、励磁巻線を有する。そのうちの１つだけが図６に示されているガイドヘッド４が、各極３０の周りで励磁巻線を構成する導線を案内するために、一連のラミネーション３の両側でロータのシャフト２と同軸に取り付けられる。一連のラミネーション３の両側に配置される各ガイドヘッド４は、ロータのシャフトの軸に直角な径方向平面に延在するディスクの全体形状を有する。

図１から３は、そのようなガイドヘッドの構造をより詳細に示し、このガイドヘッドは、本発明によれば、図１に示されるような金属基礎構造体５で構成されるという具体的な特徴を有し、金属基礎構造体５は、図２および３に示されるように、プラスチック構造体６でオーバモールドされる。

言い換えれば、本発明によれば、金属基礎構造体５は、好ましくはアルミニウムまたは合金鋼で作られるガイドヘッド４の金属インサートを構成し、前述のガイドヘッド４は、ガイドヘッド４のプラスチック構造体６を形成する熱硬化性プラスチック材料などの高機械的強度のプラスチック材料を用いてこの金属インサート５をオーバモールドして少なくとも部分的に被覆することによって得られる。

図１に示されるように、金属インサート５は、インサートの内側部分５２から径方向に延在する複数の、例えば８つのレッグ５１を備え、前述の内側部分５２は、ガイドヘッドが取り付けられるように構成されているロータのシャフトへの同軸性の取付けのための中央オリフィス５３を備える。

金属インサート５の各レッグ５１は主要部分５１ａを有し、この主要部分５１ａは、内側部分５２の外側縁部５２ａから径方向に延在し、かつ、その対向端部において２つの肩５１ｂ、５１ｃにより外側縁部５２ａから区切られる。

図１から３に示されるような金属インサート５は、好ましくは金属シートを打抜き加工することによって得られる。

したがって、金属インサート５の各径方向レッグ５１は、プラスチック構造体６でオーバモールドされると、巻付けを可能にするためにロータ１のそれぞれの極３０の隣に位置決めされるように構成されたガイドヘッド４の径方向レッグを形成する。より具体的には、主要部分５１ａは、オーバモールドされるプラスチック構造体６で被覆されると、一連の導線を受け入れるように構成され、主要部分５１ａにオーバモールドされる前述のプラスチックは、ロータ１の一連のラミネーション２の各極３０の径方向アーム３１の隣に配置されるが、オーバモールドされるプラスチック構造体６で同様に被覆される２つの肩５１ｂ、５１ｃは、各極３０のアーム３１の両側で周方向に突出する折返し部３２の隣に配置されるように構成されている。したがって、各極の励磁巻線の導線は、２つの肩の間でガイドヘッドの対応するレッグの主要部分の周りに肩に平行な方向に巻かれる。

本発明によれば、金属インサート５上にオーバモールドされるプラスチック構造体６は、金属インサート５の中央オリフィス５３の内部円筒状表面５３ａに対して引っ込められることになっている。言い換えれば、この金属の内部円筒状表面５３ａは、プラスチック層６でオーバモールドされず、その結果、内部円筒状表面５３ａは、ガイドヘッドが締まり嵌めによりロータのシャフトに取り付けられるように、ロータのシャフトの外部円筒状表面２１に直接接触することができる。言い換えれば、２つの同心性の表面、すなわちロータのシャフトの外部円筒状表面２１とガイドヘッド４の内部円筒状表面５３ａは、それぞれ締まり嵌めによって継合される。

ガイドヘッド４は、有利には、一連のラミネーション３が締まり嵌めによりロータシャフトに取り付けられるのと同時に、締まり嵌めによりロータシャフトに固定される。次いで、ロータの極の周りにワイヤを巻き付ける作業が行われ得る。

したがって、ガイドヘッド４はまた、単純に締まり嵌めによりシャフトに取り付けられるので、ラミネーションの積層体のどちらかの側で保持リングとして機能する。具体的には、ガイドヘッド上の巻線の量は、ロータの極上の巻線の量と比較して、ささいなものである。ラミネーションの積層体は、巻線質量の慣性による分離の危険性がガイドヘッドよりも高く、そのため、締まり嵌めによるシャフトへの後者の取付けは、ラミネーションの積層体を慣性回転に対してロックするのに十分であろう。

プラスチック構造体でオーバモールドされる金属基礎構造または金属インサートで構成される、上記のような本発明によるガイドヘッドの設計は、ガイドヘッドのより優れた補剛を保証して、特にロータの動作中に及ぼされ得る高遠心力に関して破壊および亀裂の危険性に対するより大きな抵抗力を提供することを可能にする。

この設計はまた、クラウンおよび関連する通しボルトならびに保持リングなどの部品を排除することを可能にして、ロータの軽量化、およびロータ組立作業の数の減少をもたらす。

図２および３を参照すると、金属インサート５上にオーバモールドされるプラスチック構造体６は、その外側面上に、すなわちガイドヘッドがロータに取り付けられたときのガイドヘッドに対してロータのラミネーションの積層体とは反対の面上に、周方向に分散された空洞６０を備えることができ、この空洞６０は、径方向平面に延在する開口部６０ａを介してガイドヘッドの外側に向かって軸方向に開口している。各空洞６０は、ガイドヘッド４の２つの径方向レッグ間で周方向に延在することが好ましい。ガイドヘッド４のオーバモールドされたプラスチック構造体６におけるこれらの空洞６０は、起こり得るロータ釣り合わせ不良を改善するためにバランシング錘を受け入れるのに、より特に適している。

図４および５は、本発明によるガイドヘッドの特定の実施形態に関し、このガイドヘッドは、ロータの釣り合わせが必要であることが判明した場合に追加のバランシング錘をロータに加えることを必要とせずにロータ上での質量の分散を任意に修正することを可能にするように設計されている。

この目的のために、図４を参照すると、ガイドヘッドの金属インサートは、中実バランシング部５４を有するという点で適しており、この中実バランシング部５４は、金属インサートの内側部分の外側面から軸方向に突出し、かつ、径方向平面に延在する表面５４ａを有し、中実バランシング部５４のこの径方向表面５４ａは、アクセス可能とされ得るように、オーバモールドされたプラスチック構造体６が存在しない。したがって、この径方向表面５４ａは、ガイドヘッドの金属インサートの外側面から突出するこの中実バランシング部５４から例えば穴開けにより材料を除去することにより、ロータバランシングツールに軸方向におけるアクセスを提供することを可能とし、それにより、ロータの質量の分布を修正することが可能になる。

金属インサートの外側面とは、ロータの外側に向かって軸方向に配向される面、すなわちガイドヘッドがロータに取り付けられたときガイドヘッドに対してラミネーションの積層体から離れる方向に軸方向に配向される面であると理解されることが、留意されるべきである。

図４における特定の実施形態によれば、金属インサートの中実バランシング部５４は、外側面から突出する連続的なクラウンを形成し、その内部円筒状表面５４ｂは、金属インサートの中央オリフィスの近くに延在し、その外部円筒状表面５４ｃは、金属インサートの内側部分の外側縁部の近くに延在する。

中実バランシング部５４の径方向表面５４ａはまた、中実バランシング部５４の内部円筒状表面５４ｂと外部円筒状表面５４ｃとの間に延在する径方向溝５４ｄを備え、この径方向溝５４ｄは、巻線のための通路を提供すること、および、バランシング作業中にそれらを保護するように構成されている。

図５は、ガイドヘッド４の金属インサート５上に設けられたバランシング手段の変形実施形態を示す。この変形実施形態によれば、金属インサート５のバランシング手段は、複数の中実バランシング部５４’で構成され、これらの中実バランシング部５４’は、金属インサート５の内側部分５２の外側縁部５２ａの近くで外側面から軸方向に突出し、また、それぞれが、金属インサート５の２つのそれぞれのレッグ５１間に延在する。次いで、プラスチック構造体６の空洞６０が、これらの空洞６０の外側に向かう開口部６０ａによりこれらの中実バランシング部５４’のそれぞれの各径方向表面５４’ａにはオーバモールドされたプラスチック構造体６が存在しないように、この複数の突出する中実バランシング部５４’の周りにオーバモールドされる。径方向表面５４’ａは、空洞６０の開口部６０ａの平面に同一平面であるように配置される。

これに関連して、ガイドヘッドの金属インサートに一体化されたロータバランシング手段を説明する図４および５に示されたガイドヘッドの実施形態は、好ましくは鋳型造形によって得られる金属インサート５を製造する方法を適応させることを必要とする。

図６は、可能なロータバランシング作業を実現するためのさらに別の実施形態を説明する。この実施形態によれば、その形状がロータの極の外形に厳密に一致する、鋳造によって作製された金属バランシングプレート７が、一連のラミネーション３と一連のラミネーション３のどちらかの側に軸方向に配置された各ガイドヘッド４との間でシャフトに取り付けられる。このバランシングプレート７は、外部周辺円筒状表面７１を有し、この外部周辺円筒状表面７１は、ロータの質量の分布の修正が必要であることが判明した場合にこのバランシングプレートから例えば穴開けにより材料を除去することにより、ロータバランシングツールに径方向におけるアクセスを提供することができる。

Claims (9)

1. 電気機械のロータ（１）を軸方向に通って延在するシャフト（２）の周りに分散された前記ロータの複数の極（３０）の周りでの導電性ワイヤの巻付けのためのガイドデバイスであり、前記シャフト（２）に取り付けられ得るガイドヘッド（４）を備える、ガイドデバイスであって、前記ガイドヘッド（４）が、複数のレッグ（５１）が設けられた金属基礎構造体（５）であって、前記複数のレッグ（５１）は、中央オリフィス（５３）が設けられた前記金属基礎構造体（５）の内側部分（５２）から径方向に延在している、金属基礎構造体（５）と、前記中央オリフィス（５３）の内部円筒状表面（５３ａ）から引っ込んだ形で前記金属基礎構造体（５）上にオーバモールドされたプラスチック構造体（６）と、を備え、前記金属基礎構造体（５）の前記中央オリフィス（５３）の前記内部円筒状表面（５３ａ）が、前記ロータの前記シャフトと直接接触して締まり嵌めにより前記ロータの前記シャフトに取り付けられるように設計されるように、前記プラスチック構造体でオーバモールドされず、前記金属基礎構造体（５）が、前記内側部分（５２）の外側面から軸方向に突出する少なくとも１つの中実バランシング部（５４、５４’）を有し、前記少なくとも１つの中実バランシング部（５４、５４’）の径方向平面に延在する少なくとも１つの表面（５４ａ、５４’ａ）が、アクセス可能であるように、前記オーバモールドされたプラスチック構造体（６）が存在しないことを特徴とする、ガイドデバイス。
2. 前記金属基礎構造体（５）が、複数の中実バランシング部（５４’）を備え、前記複数の中実バランシング部（５４’）が、前記内側部分（５２）の外縁（５２ａ）の近傍に位置し、またそれぞれが前記金属基礎構造体（５）の２つのそれぞれのレッグ（５１）間に延在することを特徴とする、請求項１に記載のデバイス。
3. 前記オーバモールドされたプラスチック構造体（６）にわたって周方向に分散された複数の開口空洞（６０）により、径方向の前記表面（５４’ａ）には前記オーバモールドされたプラスチック構造体（６）が存在しないことを特徴とする、請求項２に記載のデバイス。
4. 前記金属基礎構造体（５）が、打抜き加工または鋳造により、アルミニウムまたは鋼の合金から一体に作製されることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載のデバイス。
5. ロータの軸の周りで回転するように取り付けられるように構成されたロータシャフト（２）と、前記ロータシャフト（２）に同軸に取り付けられた一連のラミネーション（３）であって、径方向に突出する複数の極（３０）および少なくとも１つの軸方向開口部を有する、一連のラミネーション（３）と、各極に巻回されるように構成されている導電性ワイヤの巻線と、を有する、巻線形ロータタイプの同期電気機械のロータ（１）であって、前記一連のラミネーション（３）の両側で前記シャフト（２）に取り付けられた請求項１から４のいずれか一項に記載のガイドデバイスを２つ備えることを特徴とする、ロータ（１）。
6. 前記一連のラミネーション（３）と各ガイドヘッド（４）との間に挿入されたバランシングプレート（７）を備えることにより、前記バランシングプレート（７）の外周円筒表面（７１）がアクセス可能であることを特徴とする、請求項５に記載のロータ。
7. 請求項５または６に記載のロータを組み立てるための方法であって、
   前記一連のラミネーション（３）が締まり嵌めにより前記ロータシャフト（２）に取り付けられるのと同時に、前記一連のラミネーションの両側で前記ガイドヘッド（４）のそれぞれを締まり嵌めにより前記ロータシャフト（２）に取り付けるステップと、
   前記ガイドヘッド（４）を用いて各極（３０）に導電性ワイヤを巻回するステップと、
   を含む、方法。
8. 前記金属基礎構造体（５）の前記少なくとも１つの中実バランシング部（５４、５４’）から材料を除去することにより前記ロータを釣り合わせるステップを含むことを特徴とする、請求項７に記載の方法。
9. 前記バランシングプレート（７）から材料を除去することにより前記ロータを釣り合わせるステップを含むことを特徴とする、請求項６に従属する請求項７に記載の方法。

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