WO2005027309A1

WO2005027309A1 - クローポール型モータのステータ

Info

Publication number: WO2005027309A1
Application number: PCT/JP2004/013502
Authority: WO
Inventors: Nobuyuki Imai; Shin Aoki; Hiroyuki Kikuchi; Masahiro Seki; Tadanobu Takahashi; Shigeru Tajima
Original assignee: Honda Motor Co., Ltd.
Priority date: 2003-09-16
Filing date: 2004-09-16
Publication date: 2005-03-24
Also published as: JP2005094876A; KR20060036121A; TW200516827A; KR100715715B1; CN100444500C; JP4041443B2; CN1853329A; EP1667310A1; MY137339A; CA2535716A1; US7466057B2; TWI275228B; CA2535716C; US20070138900A1

Abstract

　ｍを２以上の自然数とし（実施例ではｍ＝２）、２ｍ個のティース（３１ｂ～３４ｂ）および２ｍ−１個のスロット（４１，４２，４３）を軸線方向に交互に配置し、各スロット（４１，４２，４３）に収納された巻線（３６，３７，３８）のうちの互いにｍだけ離れたスロット（４１，４２，４３）の巻線（３６，３７，３８）を励磁方向が逆になるように直列接続し、各ティース（３１ｂ～３４ｂ）を通過する磁束の位相を各々３６０°／２ｍずつずらしたので、トルクに寄与しない巻線部分（渡り部分）を廃止し、かつ各相の磁路をリターンパス（３１ａ～３４ａ）を介して共用化することにより薄型で高出力のクローポール型モータを得ることができ、しかも波巻モータの磁気回路が構成されるので、突極集中巻モータに比べて出力トルクを増加させることができる。

Description

明細書

クローポーノレ型モータのステータ

技術分野

[0001] 本発明は、軸線方向に並置した複数のティース間に形成された複数のスロットに、軸線に直交する平面内で卷回された複数の卷線を収納したクローポール型モータのステータに関する。

背景技術

[0002] この種のクローポール型モータのステータは、下記特許文献 1により公知である。このものは、 U相、 V相および W相の各相に対応して 3個の単位ステータを備えており、各々の単位ステータは軸線方向に離間した 2個のティースと、それらのティースを径方向外端で接続するリターンパスとを有して断面コ字状に形成されてヽる。そして断面コ字状の単位ステータの内部に収納した環状の卷線に通電して独立した磁路を構成することで、その 2個のティースの径方向内端にロータに対向するように突設した極性の異なる 2種類の突起を磁ィ匕するようになって、る。

特許文献 1：日本特開平 7 - 227075号

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0003] ところで上記従来のものは、 U相、 V相および W相の 3個の単位ステータを軸線方向に積み重ねてステータを構成している力各々の単位ステータが、その内部に卷線を収納する環状のスロットを備え、かつ 2個のティースおよび 2種類の突起を備えているために軸線方向の厚さが厚くなり、それらの単位ステータを 3個積み重ねたステータの軸線方向の寸法が大型化する問題があった。しかも各相の単位ステータの磁路が独立しているため、それらの磁路を有効に利用できないという問題があった。

[0004] 特に、この種のモータをハイブリッド車両のエンジンとトランスミッションとの間に配置する場合、その厚さを極力薄くすることが望まれるが、上記従来のものはステータが厚くなるためにその要望に応えることが困難であった。

[0005] 本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、クローポール型モータの出力トルクを確保しながらステータの軸線方向の厚さを極力薄くすることを目的とする。

課題を解決するための手段

[0006] 上記目的を達成するために、本発明の第 1の特徴によれば、 mを 2以上の自然数として軸線方向に交互に配置された 2m個のティースおよび 2m— 1個のスロットと、各ティースを相互に接続するリターンノスと、各スロットに収納された卷線とを備え、互いに mだけ離れたスロットに収納された卷線は励磁方向が逆になるように直列接続され、各ティースを通過する磁束の位相は、 N=2mとして各々 360° ZNずつずれているクローポール型モータのステータが提案される。

[0007] また本発明の第 2の特徴によれば、 mを 2以上の自然数として軸線方向に交互に配置された 2m+ 1個のティースおよび 2m個のスロットと、各ティースを相互に接続するリターンパスと、各スロットに収納された卷線とを備え、互いに mだけ離れたスロットに収納された卷線は励磁方向が逆になるように直列接続され、各ティースを通過する磁束の位相は、 N= 2mとして各々 360° ZNずつずれており、 1番目のティースおよび 2m+ 1番目のティースを通過する磁束は同位相でその他のティースを通過する磁束の 2分の 1となるクローポール型モータのステータが提案される。

[0008] また本発明の第 3の特徴によれば、上記第 1または第 2の特徴に加えて、 Kを 2以上の自然数として N = 2Kmのとき、連続して配置された K個の卷線を直列接続したクロ一ポール型モータのステータが提案される。

[0009] また本発明の第 4の特徴によれば、上記第 1または第 2の特徴に加えて、前記各ティースは、 360° ZNずつ位相がずれた突起を有するクローポール型モータのステータが提案される。

[0010] また本発明の第 5の特徴によれば、上記第 4の特徴に加えて、前記突起は、ロータの外周面に沿って軸線方向に延びるクローポール型モータのステータが提案される

[0011] また本発明の第 6の特徴によれば、上記第 1または第 2の特徴に加えて、前記各ティースは、磁極の位相が 360° ZNずつずれたロータに対して、同一位相の突起を有するクローポール型モータのステータが提案される。

[0012] また本発明の第 7の特徴によれば、上記第 2の特徴に加えて、 1番目のティースおよび 2m+ l番目のティースは、ロータの外周面に沿って軸線方向に延びる同じ長さの突起を有するクローポール型モータのステータが提案される。

[0013] また本発明の第 8の特徴によれば、上記第 1または第 2の特徴にカ卩えて、前記ステータは冷却構造を備えるクローポール型モータのステータが提案される。

[0014] また本発明の第 9の特徴によれば、上記第 8の特徴に加えて、前記冷却構造は、ステータの内部および周辺部の少なくとも一方に設けられるクローポール型モータのステータが提案される。

[0015] また本発明の第 10の特徴によれば、上記第 9の特徴にカ卩えて、前記ステータの周辺部に設けられた冷却構造は、少なくとも一つの凹部、少なくとも一つの凸部あるいは複数の冷却フィン力もなるクローポール型モータのステータが提案される。

[0016] また本発明の第 11の特徴によれば、上記第 9の特徴にカ卩えて、前記ステータの内部に設けられた冷却構造は、少なくとも一つの冷却空間を持つクローポール型モータのステータが提案される。

[0017] また本発明の第 12の特徴によれば、上記第 11の特徴に加えて、前記冷却空間は

、ステータと該ステータのホルダとの協働により構成されるクローポール型モータのステータが提案される。

[0018] また本発明の第 13の特徴によれば、上記第 11の特徴に加えて、前記冷却空間は、ステータと、該ステータのホルダと、ステータおよびホルダに挟まれた補強リングとの協働により構成されるクローポール型モータのステータが提案される。

[0019] また本発明の第 14の特徴によれば、上記第 8の特徴に加えて、前記冷却構造は、冷却水および冷却風の少なくとも一方によりステータを冷却するクローポール型モータのステータが提案される。発明の効果

[0020] 第 1の特徴によれば、 2m個のティースおよび 2m— 1個のスロットを軸線方向に交互に配置し、各スロットに収納された卷線のうちの互いに mだけ離れたスロットの卷線を励磁方向が逆になるように直列接続し、各ティースを通過する磁束の位相を各々 36 0° ZNずつずらしたので、トルクに寄与しない卷線部分 (渡り部分)を廃止し、かつ各相の磁路をリターンノスを介して共用化することにより薄型で高出力のモータを得ることができ、し力も波卷モータの磁気回路が構成されるので、突極集中卷モータに比べて出力トルクを増加させることができる。

[0021] 第 2の特徴によれば、 2m+ l個のティースおよび 2m個のスロットを軸線方向に交互に配置し、各スロットに収納された卷線のうちの互いに mだけ離れたスロットの卷線を励磁方向が逆になるように直列接続し、各ティースを通過する磁束の位相を各々 3 60° ZNずつずらし、 1番目のティースおよび 2m+ l番目のティースを通過する磁束を同位相でその他のティースを通過する磁束の 2分の 1としたので、トルクに寄与しな、卷線部分 (渡り部分)を廃止し、かつ各相の磁路をリターンパスを介して共用化することにより薄型で高出力のモータを得ることができ、し力も波卷モータの磁気回路が構成されるので、突極集中卷モータに比べて出力トルクを増カロさせることができる。

[0022] 第 3の特徴によれば、 Kを 2以上の自然数として N = 2Kmのとき、連続して配置された K個の卷線を直列接続したので、分布巻の起磁力分布を実現してトルクリップルおよび鉄損を低減することができる。

[0023] 第 4の特徴によれば、各ティースが 360° ZNずつ位相がずれた突起を有するので、ロータの磁極の位相を揃えて構造を簡素化するとともに、突起とロータとのエアギヤップを小さくしてロータの出力トルクを増加させることができる。

[0024] 第 5の特徴によれば、突起がロータの外周面に沿って軸線方向に延びているので、ロータが発生する磁束を有効に利用して出力トルクを増加させることができる。

[0025] 第 6の特徴によれば、磁極の位相が 360° ZNずつずれたロータに対して、各ティースが同一位相の突起を有するので、ステータの突起の位相を揃えて構造を簡素化するするとともに、突起とロータとのエアギャップを小さくしてロータの出力トルクを増カロさせることができる。

[0026] 第 7の特徴によれば、 1番目のティースおよび 2m+ 1番目のティースがロータの外周面に沿って軸線方向に延びる同じ長さの突起を有するので、 1番目のティースおよび 2m+ 1番目のティースを通過する磁束の総和を、他のティースをそれぞれ通過する磁束と均一化することができる。

[0027] 第 8の特徴によれば、ステータが冷却構造を備えて、るので、モータの運転時にコィルの発熱による温度上昇を防止することができる。 [0028] 第 9の特徴によれば、ステータの内部および周辺部の少なくとも一方に冷却構造を設けたので、ステータを効果的に冷却することができる。

[0029] 第 10の特徴によれば、ステータの周辺部の冷却構造を凹部、凸部あるいは複数の冷却フィンで構成したので、冷媒とステータとの接触面積を増加させて冷却効果を高めることができる。

[0030] 第 11の特徴によれば、ステータの内部の冷却構造を冷却空間で構成したので、冷却空間に冷媒を流してステータの冷却効果を高めることができる。

[0031] 第 12の特徴によれば、ステータとホルダとの協働により冷却空間を構成したので、ステータの強度を損なうことなく大容積の冷却空間を形成することができる。

[0032] 第 13の特徴によれば、ステータと、ホルダと、ステータおよびホルダに挟まれた補強リングとの協働により冷却空間を構成したので、ステータの強度を損なうことなく大容積の冷却空間を形成することができるだけでなぐ補強リングでステータを効果的に補強することができる。

[0033] 第 14の特徴によれば、冷却水または冷却風でステータを冷却するので、特別な冷媒が不要になってコスダウンが可能である。

[0034] 本発明における上記、その他の目的、特徴および利点は、添付の図面に沿って以下に詳述する好適な実施例の説明から明らかとなろう。

図面の簡単な説明

[0035] [図 1]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である。（実施例 1)

[図 2]図 2は図 1の 2— 2線拡大断面図である。（実施例 1)

[図 3]図 3は図 2の 3— 3線断面図である。（実施例 1)

[図 4]図 4は図 2の 4 4線断面図である。（実施例 1)

[図 5]図 5は図 2の 5— 5線断面図である。（実施例 1)

[図 6]図 6は図 2の 6— 6線断面図である。（実施例 1)

[図 7]図 7はステータおよびロータの一部破断斜視図である。（実施例 1)

[図 8]図 8はステータおよびロータの分解斜視図である。（実施例 1)

[図 9]図 9は m相波卷クローポール型モータの等価回路図である。（実施例 1) [図 10]図 10は 2相クローポール型モータのステータおよびロータの一部破断斜視図である。（実施例 2)

[図 11]図 11はステータおよびロータの分解斜視図である。（実施例 2)

[図 12]図 12は図 10の 12-12線断面図である。（実施例 2)

[図 13A]図 13Aは本発明の第 3実施例の 2相クローポール型モータのステータおよびロータの模式図である。（実施例 3)

[図 13B]図 13Bは本発明の第 3実施例の 2相クローポール型モータのステータおよびロータの模式図である。（実施例 3)

[図 14]図 14は 2相クローポール型モータのステータおよびロータの一部破断斜視図である。（実施例 4)

[図 15]図 15はステータおよびロータの分解斜視図である。（実施例 4)、

[図 16]図 16は図 14の 16— 16線断面図である。（実施例 4)

[図 17]図 17は m相波卷クローポール型モータの等価回路図である。（実施例 4)

[図 18]図 18は 2相クローポール型モータのステータおよびロータの一部破断斜視図である。（実施例 5)

[図 19]図 19はステータおよびロータの分解斜視図である。（実施例 5)

[図 20]図 20は図 18の 20-20線断面図である。（実施例 5)

[図 21A]図 21Aは本発明の第 6実施例の 2相クローポール型モータのステータおよびロータの模式図である。（実施例 6)

[図 21B]図 21Bは本発明の第 6実施例の 2相クローポール型モータのステータおよびロータの模式図である。（実施例 6)

[図 22]図 22は短節集中卷 (突極集中卷)の卷線分布を示す図である。

[図 23A]図 23Aは短節集中卷 (突極集中卷)の卷線の起電力の説明図である。

[図 23B]図 23Bは短節集中卷 (突極集中卷)の卷線の起電力の説明図である。

[図 24]図 24は全節集中卷 (波卷)の卷線分布を示す図である。

[図 25A]図 25Aは全節集中卷 (波卷）の卷線の起電力の説明図である。

[図 25B]図 25Bは全節集中卷 (波卷）の卷線の起電力の説明図である。

[図 26A]図 26Aは集中巻の起磁力分布の説明図である。 [図 26B]図 26Bは分布巻の起磁力分布の説明図である。

[図 27A]図 27Aは m相波卷モータの等価回路図である。

[図 27B]図 27Bは m相波卷モータの等価回路図である。

[図 28A]図 28Aは冷媒通路の他の実施例を示す図である。

[図 28B]図 28Bは冷媒通路の他の実施例を示す図である。

[図 29A]図 29Aは冷媒通路の更に他の実施例を示す図である。

[図 29B]図 29Bは冷媒通路の更に他の実施例を示す図である。

[図 29C]図 29Cは冷媒通路の更に他の実施例を示す図である。

[図 29D]図 29Dは冷媒通路の更に他の実施例を示す図である。

[図 30A]図 30Aは冷却フィンを備えた実施例を示す図である。

[図 30B]図 30Bは冷却フィンを備えた実施例を示す図である。

[図 30C]図 30Cは冷却フィンを備えた実施例を示す図である。符号の説明

17 ロータ

31a リターンパス

31b ティース

31c

32a リターンパス

32b ティース

32c

33a リターンパス

33b ティース

33c

34a リターンパス

34b ティース

34c

35a リターンパス

35b ティース 35c

36

37

38

39

41 スロット

42 スロット

43 スロット

44 スロット

52 補強リング

F 冷却フィン

J 冷媒通路

L 軸

発明を実施するための最良の形態

[0037] 以下、本発明の第 1実施例を図 1一図 9、図 27Aおよび図 27Bに基づいて説明する。

実施例 1

[0038] 図 27Aは、従来の一般的な m相波卷モータの磁気回路を示すものである。 mは 2 以上の自然数であり、各相の卷線は m個ずれたスロットを励磁方向が逆方向になるように波状に通過している。この場合、 k相目（l≤k≤m)の卷線の鎖交磁束は、 φ ΐί— φ k+mで表される。

[0039] 図 9 (A)、 (B)は、上述した一般的な m相波卷モータを軸線方向に展開し、 2m個のティースと 2m— 1個のスロットとを設けた m相波卷クローポール型モータの磁気回路を示しており、この場合も各相の鎖交磁束は変化しないことが分かる。即ち、 k相目 (l≤k≤m— 1)の卷線の鎖交磁束は、 φ ΐί— φ 2πι— ( () k+m— φ 2πι) = k - k+m となり、図 27Αのものと一致する。また m相目以外の卷線はそれぞれ 2スロット分ずつ存在するのに対し、 m相目の卷線は 1スロット分だけしか存在しない。

[0040] 以上の構成をまとめると、 2m個のティースと 2m— 1個のスロットとを軸線方向に交互に配置し、相互に mだけ離れたスロットに収納された卷線を励磁方向が逆になるように直列接続し、かつ各ティースを通過するロータ磁束を 360° Z2mずつずらした構成により、図 27Aに示す一般的な m相波卷クローポール型モータと等価な磁気回路を構成することができる。尚、 N = 2'K'm (Kは 2以上の自然数)のとき、連続して配置された K個の卷線を直列接続した構造 (分布卷)としても、同様にして等価な磁気回路を構成することができる。

[0041] 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ヨン T間に配置された 2相波卷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の右側面にモータケース 13、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を支持するステータホルダ 2 0がシリンダブロック 11およびクランクケース 12とモータケース 13との割り面に挟まれて固定される。

[0042] 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。

[0043] 次に、図 2—図 8を参照して二相波卷クローポール型のモータ Mのステータ 19の構造を説明する。

[0044] 図 8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第 1ステータリング 31、第 2ステータリング 32、第 3ステータリング 33および第 4ステータリング 34と、 A+ 相卷線 36、 B+相卷線 37および A—相卷線 38とを備える。第 1ステータリング 31—第 4ステータリング 34は軸線 L方向に重ね合わされる。

[0045] 図 3、図 7および図 8から明らかなように、第 1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力径方向内向きに延びる 9個のティース 31b…と、これらのティース 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字状に屈曲してテーパーしながら軸線 L方向片側に延びている。ティース 31bは卷線 36, 37, 38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。

[0046] 図 4、図 7および図 8から明らかなように、第 2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力径方向内向きに延びる 9個のティース 32b' · ·と、これらのティース 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、非対称な T字状をなしてテーパーしながら軸線 L方向両側に延びている。ティース 32bは卷線 36, 37, 38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。

[0047] 図 5、図 7および図 8から明らかなように、第 3ステータリング 33は第 2ステータリング 32と鏡面対称な部材であり、かつ裏返すことで第 2ステータリング 32と互換可能な同一形状を有している。第 3ステータリング 33の各部の符号は、第 2ステータリング 32の各部の符号の「32」を「33」に変更したものである。

[0048] 図 6、図 7および図 8から明らかなように、第 4ステータリング 34は第 1ステータリング 31と鏡面対称な部材であり、かつ裏返すことで第 1ステータリング 31と互換可能な同一形状を有している。第 4ステータリング 34の各部の符号は、第 1ステータリング 31の各部の符号の「31」を「34」に変更したものである。

[0049] 本実施例のモータ Mは二相交流で作動するものであり、 A+相、 B+相、 A—相および B—ネ目の突起 31c- ", 32c- - -, 33c- - -, 34c- ··【ま電気角で 360° /4 = 90° 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 A+相、 B+相、 A—相および B—相の突起 31c" '， 32c- - -, 33c- - -, 34c…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- - -, 34 · · はロータ 17に均一な出力トルクを発生させることができる。

[0050] 図 3—図 7から明らかなように、 A+相の 9個の突起 31c" '、 B+相の 9個の突起 32c · · ·、 A"相の 9個の突起 33c…および B—相の 9個の突起 34c…がロータ 17に対向する面は略長方形の同一形状をなし、ステータ 19の内周面に沿って円周方向に順番に酉己置される。これらの突起 31c- ", 32c- --, 33c- --, 34c…の軸線 L方向の幅は、口ータ 17の永久磁石 18· ··の軸線 L方向の幅に略等しくなつているため、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の出力トルクを増カロさせることができる。し力も各永久磁石 18は A+相、 B+相、 A—相および B—相の突起 31c · ··, 32c- --, 33c- --, 34c…に対して共用されるので、各相の突起 31c- ", 32c- --, 3 3c-, 34c…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。

[0051] 第 1ステータリング 31のティース 31b…と第 2ステータリング 32のティース 32b…との間に環状のスロット 41が形成されており、このスロット 41に予め卷回された A+相卷線 36が収納される。また第 2ステータリング 32のティース 32b…と第 3ステータリング 33 のティース 33b…との間に環状のスロット 42が形成されており、このスロット 42に予め卷回された B+相卷線 37が収納される。また第 3ステータリング 33のティース 33b…と第 4ステータリング 34のティース 34b…との間に環状のスロット 43が形成されており、このスロット 43に予め卷回された A相卷線 38が収納される。

[0052] このように、第 1ステータリング 31—第 4ステータリング 34の間に形成された 3個のスロット 41, 42, 43に 3個の卷線 36, 37, 38を挟んで固定たので、各卷線 36, 37, 3 8を固定するための特別の固定部材が不要になる。し力も各卷線 36, 37, 38はスロット 41, 42, 43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。

[0053] 各々の卷線 36, 37, 38は長方形断面の平角線を導線とするもので、径方向に 4層に卷回され、軸線 L方向に 2層に卷回される。そして A+相卷線 36および B+相卷線 3 7の起磁力の方向は同方向になるように設定され、かつ A 相卷線 38の起磁力の方向は逆方向になるように設定される。

[0054] しかして、 A+相および A—相卷線 36, 38と、 B+相卷線 37とに 2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 A+相の突起 31c"'、 B+相の突起 32c"'、 A"相の突起 33c…および B 相の突起 34c…に回転磁界を形成し、永久磁石 18…との間に発生する磁力でロータ 17を回転駆動することができる。 [0055] 以上のように、 A+相卷線 36、 B+相卷線 37および A—相卷線 38が軸線 Lを円筒状に囲むように配置される出力トルクに寄与しな、卷線部分 (渡り部分)を廃止し、かつ各相の磁路を共用化することにより、第 1ステータリング 31—第 4ステータリング 34を有効に利用して小型で高出力のモータ Mを得ることができ、特にモータ Mの薄型化を図ることで、エンジン Eおよびトランスミッション T間の狭い空間に容易に配置することがでさる。

[0056] 次にモータ Mのステータ 19の冷却構造について説明する。

[0057] 本実施例の第 1一第 4ステータリング 31— 34は圧粉磁性材により構成される。即ち、へガネス社製の鉄系合金の磁性材粉末の表面を無機質材の皮膜で覆った圧粉材を金型で所定の形状にプレス成形し、それにサイジング処理を施して形状を整えた後に熱硬化処理することで第 1一第 4ステータリング 31— 34を製造する。このように、圧粉磁性材を用いることで、複雑な形状の第 1一第 4ステータリング 31— 34を容易に製造することができる。

[0058] ステータ 19の第 1一第 4ステータリング 31— 34の各々の外周部には、その圧粉成形時に中子を用いて環状の冷媒通路 J' ··が形成されており、これらの冷媒通路 J' · -に冷媒としの冷却水や冷却風を流通させることにより、 A+相卷線 36、 B+相卷線 37および A—相卷線 38の発熱による温度上昇を抑制している。ステータ 19の第 1一第 4ステータリング 31— 34の内部に冷媒通路 J…を設けたのでステータ 19の外形に影響がなぐステータホルダ 20によるステータ 19の保持に支障を来すことがない。またステータ 19の内部に直接冷媒通路 J…を設けたので、冷媒による冷却効果が充分に確保されるとともに冷媒の漏れが防止され、し力もステータ 19の保持方法の自由度を増加させることがでさる。

[0059] 次に、図 10—図 12に基づいて本発明の第 2実施例を説明する。

実施例 2

[0060] 第 1実施例のステータ 19の A+相、 B+相、 A—相および B—相のティース 31b"'， 32 b- --, 33b- --, 34b…は周方向に位相をずらして配置されており、それらのティース 31 b- --, 32b- --, 33b- --, 34b…の径方向内端力も軸線 L方向に延びる突起 31。··， 32 c- ", 33c- --, 34c…は、ステータ 19の軸線 L方向の厚さと同じ幅を有している。そしてロータ 17の永久磁石 18···の幅は突起 31c"-, 32c---, 33c---, 34c…の幅と同じであり、各々のネ目の突起 31c"-， 32c---, 33c---, 34c- ··【こ対して共有されて!ヽる。

[0061] それに対して第 2実施例のステータ 19の A+相、 B+相、 A—相および B—相のティース 31b"-， 32b---, 33b---, 34b…は同一位相に酉己置されており、ティース 31b"-， 3 2b---, 33b---, 34b…力、ら径方向内佃 Jに略同じ太さで延びる突起 31c-", 32c---, 3 3c---, 34c…も同一位相に配置されている。一方、ロータ 17の外周に配置される永久磁石 18…は各相の突起 31c"'， 32c---, 33c---, 34c…に対応して軸線 L方向に 4段に配置されており、かつ周方向に電気角で 360° /2m =90° ずつ位相をずらして配置される。 A+相、 B+相および A—相の卷線 36, 37, 38の構造は第 1実施例と同じである。

[0062] この第 2実施例によっても上述した第 1実施例と同様にステータ 19の軸線 L方向の厚さを薄くすることができるが、永久磁石 18···が 4段に分割される分だけ部品点数が増カロし、また各々のネ目の突起 31c"-, 32c---, 33c---, 34c…力 S永久磁石 18···に対向する面積が小さくなる分だけロータ 17の出力トルクが減少する。しかしながら、ステータ 19の突起 31c"-， 32c---, 33c---, 34c…の位ネ目を撤えること力 Sできるので、ステータ 19の構造を簡素化することができる。

[0063] 次に、図 13Aおよび図 13Bに基づいて本発明の第 3実施例を説明する。

実施例 3

[0064] 第 3実施例は上述した第 2実施例の変形であって、第 2実施例では各相の突起 31 c-", 32。··， 33。··， 34c…の位相を揃えて、各相の永久磁石 18···の位相を 360 ° Z2m=90° ずつずらしているのに対し、第 3実施例では各相の突起 31 ··， 32c ···, 33c---, 34c…の位相を 360° /2m=90° ずらして、各相の永久磁石 18···の位相を揃えたものである。この第 3実施例によっても第 2実施例と同様の作用効果を達成することができる。尚、永久磁石 18…を 4段に分割せず、第 1実施例のロータ 19 と同じ永久磁石 18…を採用すれば部品点数を削減することができる。

[0065] さて図 27Aに示す従来の一般的な m相波卷モータの磁気回路を、図 27Bに示すように円周方向に分割すると、その分割面に磁束 Φ0が発生する。図 27Bの分割した磁気回路を図 17(A)、（B)のように軸線方向に展開すると、 2m+l個のティースと 2 _m個のスロットとを有する _m相波卷クローポール型モータの磁気回路が得られ、そのノックヨーク部を磁束 φ 0が通過する。このとき、 k相目（l≤k≤m)の卷線の鎖交磁束は、

となり、図 27Αのものと一致する。

[0066] 以上の構成をまとめると、 2m + l個のティースと 2m個のスロットとを軸線方向に交互に配置し、相互に mだけ離れたスロットに収納された卷線を励磁方向が逆になるように直列接続し、かつ各ティースを通過するロータ磁束を 360° Z2mずつずらし、更に 1番目および 2m + 1番目のティースを通過する磁束を同位相でその他のティースを通過する磁束の 2分の 1とすることで、図 27Aに示す一般的な m相波卷モータと等価な磁気回路を構成することができる。尚、 N = 2 ' K ' m (Kは 2以上の自然数)のとき、連続して配置された K個の卷線を直列接続した構造 (分布卷）としても、同様にして等価な磁気回路を構成することができる。

[0067] 次に、図 14一図 17に基づいて、上記 m相波卷クローポール型モータを具体化した第 4実施例を説明する。

実施例 4

[0068] 第 1実施例一第 3実施例は軸線 L方向に積層された第 1ステータリング 31—第 4ステータリング 34の間に 3個のスロット 41 , 42, 43を備えていた力第 4実施例は軸線 L方向に積層された第 1ステータリング 31—第 5ステータリング 35の間に 4個のスロット 41 , 42, 43, 44を備えている。中央の第 3ステータリング 33は、環状のリターンパス 33aの径方向内側にティース 33bを介して連なる突起 33cの形状が軸線 L方向に対称であり、その両側に位置する第 2ステータリング 32および第 4ステータリング 34は相互に互換可能な鏡面対称な部材であって、軸線 L方向に非対称な突起 32c, 34cを備えている。

[0069] 第 2ステータリング 32および第 4ステータリング 34の両側に位置する第 1ステータリング 31および第 5ステータリング 35は相互に互換可能な鏡面対称な部材であって、軸線 L方向に非対称な突起 31c, 35cを備えている。両突起 31c, 35cはステータ 19 の円周方向の同じ位置にあり、相互に接近する方向に延びている。従って、第 1ステータリング 31および第 5ステータリング 35の突起 31c, 35cの軸線 L方向の幅は、第 2 ステータリング 32—第 4ステータリング 34の突起 32c— 34cの軸線 L方向の幅の約半分である。

[0070] 第 1ステータリング 31—第 5ステータリング 35の間には 4個のスロット 41, 42, 43, 4 4力 S形成されており、各々のスロット 41, 42, 43, 44に A+ネ目卷線 36、 B+ネ目卷線 37、 A"相卷線 38および B—相卷線 39がそれぞれ収納される。 A+相卷線 36および B+相卷線 37の起磁力の方向は相互に同方向であり、かつ A 相卷線 38および B—相卷線 39の起磁力の方向は相互に同方向であり、前記 A+相卷線 36および B+相卷線 37 の起磁力の方向とは逆方向になるように設定される。

[0071] そして A+相、 A—相卷線 36, 38と、 B+、 B"相卷線 37, 39とに 2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 A+相の突起 31c' 35c"-、 B+相の突起 32c"'、 A"相の突起 33c…および B 相の突起 34c…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。

[0072] このとき軸線 L方向両端の第 1ステータリング 31および第 5ステータリング 35のティース 3 lb, 35bを通過する磁束は、他の第 2ステータリング 32、第 3ステータリング 33 および第 4ステータリング 34のティース 32b, 33b, 34bを通過する磁束の半分になる力第 1ステータリング 31および第 5ステータリング 35のティース 31b, 35bは同位相に配置されていて実質的に一体に機能するため、各相間の磁束のアンバランスが発生することはない。

[0073] しかして、この第 4実施例によっても、 A+相卷線 36、 B+相卷線 37、 A"相卷線 38 および B—相卷線 39が軸線 Lを円筒状に囲むように配置されるので、出力トルクに寄与しない卷線部分 (渡り部分)を廃止し、かつ各相の磁路を共用化することにより、第 1ステータリング 31—第 5ステータリング 35を有効に利用して小型で高出力のモータ Mを得ることができ、特にモータ Mの薄型化を図ることで、エンジン Eおよびトランスミッシヨン T間の狭、空間に容易に配置することができる。

[0074] 次に、図 18—図 20に基づいて本発明の第 5実施例を説明する。

実施例 5

[0075] 第 4実施例のステータ 19の A+相、 B+相、 A—相および B—相のティース 31b". (35b · ··) , 32b- --, 33b- --, 34b…は周方向に位相をずらして配置されており、それらのティース 31b"-(35b"-)， 32b---, 33b---, 34b…の径方向内端力ら軸線 L方向に延びる突起 31c"-(35c"-)， 32c---, 33c---, 34c…は、ステータ 19の軸線 L方向の厚さと同じ幅を有している。そしてロータ 17の永久磁石 18…の幅は突起 31cr" (35 -) , 32c---, 33c---, 34c…の幅と同じであり、各々の相の突起 31c-"(35c-"), 32c--- , 33c---, 34c- ··【こ対して共有されて!ヽる。

[0076] それに対して第 5実施例のステータ 19の A+相、 B+相、 A—相および B—相のティース 31b"-(35b"-), 32b---, 33b---, 34b…は同一位相に酉己置されており、ティース 3 lb-"(35b---), 32b---, 33b---, 34b…力、ら径方向内側に延びる突起 31c---(35c--- ), 32c---, 33c---, 34c- ··も同一位ネ目【こ酉己置されて!ヽる。一方、ロータ 17の外周【こ酉己置される永久磁石 18···は各相の突起 31c"-(35c"-), 32c---, 33c---, 34c…に対応して軸線 L方向に 5段に配置されており、かつ周方向に電気角で 360° /2m=9 0° ずつ位相をずらして配置される。但し、軸線 L方向の両端の突起 31。··， 35c〜に対応する永久磁石 18…は、同一位相に配置される。 A+相、 B+相、 A—相および B ―相の卷線 36, 37, 38, 39の構造は第 4実施例と同じである。

[0077] この第 5実施例によっても上述した第 4実施例と同様にステータ 19の軸線 L方向の厚さを薄くすることができるが、永久磁石 18···が 5段に分割される分だけ部品点数が増カロし、また各々の相の突起 31c---(35c---)， 32c---, 33c---, 34c…力 S永久磁石 1 8…に対向する面積が小さくなる分だけロータ 17の出力トルクが減少する。しかしな力ら、ステータ 19の突起 31c"-(35c"-)， 32c---, 33c---, 34c…の位ネ目を摘えることができるので、ステータ 19の構造を簡素化することができる。

[0078] 次に、図 21Aおよび図 21Bに基づいて本発明の第 6実施例を説明する。

実施例 6

[0079] 第 6実施例は上述した第 5実施例の変形であって、第 5実施例では各相の突起 31 。··（35。··）， 32。··， 33c---, 34c…の位相を揃えて、各相の永久磁石 18···の位相を 360° /2m =90° ずつずらしているのに対し、第 6実施例では各相の突起 31 。··（35。··）， 32。··， 33c---, 34c…の位相を 360° /2m =90° ずらして、各相の永久磁石 18…の位相を揃えたものである。第 6実施例によっても第 5実施例と同様の作用効果を達成することができる。尚、永久磁石 18…を 5段に分割せず、第 4実施例のロータ 19と同じ永久磁石 18…を採用すれば部品点数を削減することができる

[0080] 以上説明した各実施例のクローポール型のモータ Mは、卷線 36, 37, 38, 39に波卷 (全節集中卷)を採用したことにより、突極集中卷 (短節集中卷）に比べてトルクを増加させることができる。以下、その理由を説明する。

[0081] 図 22に示す突極集中卷の卷線分布では、その卷線起磁力が図 23Aに示すように方向が 120° ずれた大きさが 1の二つのベクトルで表される。 aと bとは励磁方向が逆なので、図 23Bに示すように bに鎖交する磁束変化ベクトルは反対方向となり、その合成ベクトルである起電力の大きさは 3となる。

[0082] それに対して図 24に示す本実施例の波卷の卷線分布では、その卷線起磁力が図 25Aに示すように方向が 180° ずれた大きさが 1の二つのベクトルで表される。 aと b とは励磁方向が逆なので、図 25Bに示すように bに鎖交する磁束変化ベクトルは反対方向となり、その合成ベクトルである起電力の大きさは 2となる。

[0083] このように、卷線のピッチが 180° でない場合には、 180° である場合に比べて、同一卷線ターン数、同一磁束変化でも起電力が小さくなり、その割合はコイルピッチを β πとすると、

で与えられる。この係数 kpを短節卷係数と呼ぶ。

[0084] 短節卷係数 kpが最大値 1となるのはコイルピッチ |8 π = 180° の波巻の場合であるが、波卷を集中巻として採用すると図 26Αに示すように起磁力分布が矩形波状となるため、スロット数を増やして起磁力分布を正弦波に近づけることで、つまり図 26Β に示すように波卷を分布巻として採用することで、トルクリップルや高周波による鉄損を低減することができる。

[0085] この分布卷を採用すると起磁力分布は正弦波に近くなるが、基本波成分の大きさは、分布スロット数を q、分布ピッチを αとすると、

kd= sin (q a /2) / {qsin ( a /2) }

だけ小さくなる。この係数 kdを分布卷係数と呼ぶ。

[0086] 次に、図 28Aおよび図 28Bに基づいてステータ 19の冷媒通路 Jの他の実施例を説明する。

[0087] 図 28Aの実施例は、ステータ 19の第 1一第 4ステータリング 31— 34に跨がる共通の冷媒通路 Jを設けたもので、ステータ 19の合わせ面のシールを考慮する必要があるが、第 1一第 4ステータリング 31— 34に各々独立した複数の冷媒通路 J…を設ける場合に比べて、圧粉成形時に中子が不要になる分だけコストダウンが可能であり、し力も通路断面積の増加や冷媒を供給する配管の簡素化が可能になる。

[0088] 図 28Bに示す実施例は、ステータ 19の圧粉成形時に熱伝導率の高い銅製のパイプ 51…を埋め込むことで冷媒通路 J…を形成したもので、中子を用いて冷媒通路… を形成する場合に比べてコストダウンが可能である。

[0089] 次に、図 29A—図 29Dに基づいてステータ 19の冷媒通路 Jの更に他の実施例を説明する。

[0090] 図 29Aに示す実施例は、前記図 28Aに示す実施例の変形であって、ステータ 19 の外周面と、このステータ 19を保持する環状のステータホルダ 20の内周面との間に単一の冷媒通路 Jが形成される。この実施例によれば、ステータ 19とステータホルダ 2 0との合わせ面のシールを考慮する必要がある力冷媒通路 Jを形成するのに中子が不要になってコストダウンが可能である。

[0091] 図 29Bに示す実施例は、前記図 29Aに示す実施例の変形であって、冷媒通路 Jがステータ 19の外周面およびステータホルダ 20の内周面の両方に形成した凹部の協働によって構成される。この実施例は、ステータ 19の凹部およびステータホルダ 20 の凹部の協働によって冷媒通路 Jを構成するので、ステータ 19側の凹部を小さくして該ステータ 19の強度および磁路を確保しながら、冷媒通路 Jの通路断面積を確保することがでさる。

[0092] 図 29Cに示す実施例は、ステータ 19の外周面が単純な円筒面であり、軸方向両側の第 1、第 4ステータリング 31, 34の外周面に 2個の補強リング 52, 52を圧入し、更に補強リング 52, 52の外周面にステータホルダ 20を圧入したものである。この実施例によれば、ステータ 19およびステータホルダ 20の形状を最も単純ィ匕しながら、ステータ 19、補強リング 52, 52およびステータホルダ 20の協働によって大断面積の冷媒通路 Jを構成することができ、し力も補強リング 52, 52によってステータ 19を補強することができる。

[0093] 図 29Dに示す実施例は、前記図 29Aに示す実施例の変形であって、ステータ 19 の外周面の 2本の溝とステータホルダ 20の内周面との間に 2個の冷媒通路 J, Jが形成される。この実施例によっても、前記図 29Aの実施例と同様の作用効果を達成することがでさる。

[0094] 次に、図 30A—図 30Cに基づいてステータ 19を冷却フィン F…で冷却する実施例を説明する。

[0095] 図 30Aに示す実施例は、ステータ 19の外周面に環状をなす複数の冷却フィン F - を突設したものである。冷却フィン F' · ·と干渉するためにステータ 19の外周面を環状のステータホルダ 20で保持できな!/、ため、ステータ 19の両側面が板状のステータホノレダ 20, 20で保持される。

[0096] これらの冷却フィン F' · ·は第 1一第 4ステータリング 31— 34を圧粉成形する際に同時に形成されるため、別部材で形成した冷却フィンを後から固定する場合に比べて低コストであり、し力もステータ 19の本体部力も冷却フィン F…への熱伝達効率が良いために冷却効果が向上する。更に、冷却風を冷媒とするので、液体の冷媒を使用する場合に必要となるポンプ、配管、ラジェ一タ等を廃止できるだけでなぐ冷媒の漏れに対する配慮も不要になる。

[0097] 図 30Bに示す実施例は、ステータ 19の両側面を構成する第 1ステータリング 31および第 4ステータリング 34に環状をなす複数の冷却フィン F' · ·を突設したものである。この実施例によれば、ステータ 19の外周面に冷却フィン F…が存在しないので、そのステータ 19を環状のステータホルダ 20で保持することが可能となって保持構造が簡素化される。

[0098] 図 30Cに示す実施例は、ステータ 19の外周面および両側面に冷却フィン F…を突設したもので、冷却フィン F…の数を増カロさせて冷却効果を高めることができる。但し、この実施例は図 30Aあるいは図 30Bに示すステータホルダ 20, 20でステータ 19を保持することができないため、ステータ 19の円周方向の数力所で冷却フィン F…を切欠き、その位置でステータ 19を保持する必要がある。

[0099] 以上、本発明の実施例を説明した力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。

[0100] 例えば、実施例では 2相のクローポール型のモータ Mを例示したが、本発明は 3相以上のクローポール型のモータに対して適用することができる。

[0101] また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。

[0102] また実施例では各相のステータリング 31, 32, 33, 34, 35を圧粉材で構成している力その他の種々の材質を採用することができる。即ち、ステータリング 31, 32, 33 , 34, 35を無垢の磁性体、焼結材および圧粉材の何れかで構成すれば、それらを積層鋼板で構成する場合に比べて成形が容易になり、無垢の磁性体あるいは焼結材で構成すればコストを削減することができ、圧粉材で構成すれば磁束の損失を低減することができる。

[0103] また実施例では各相の第 1一第 5ステータリング 31 , 32, 33, 34, 35をそれぞれ一体成形してヽる力 ^s、必要に応じてリターンノス 31a, 32a, 33a, 34a, 35a,ティース 3 lb- - -, 32b- - -, 33b- - -, 34b- - -, 35b…および突起 31c- ", 32c- - -, 33。· ·， 34。· ·，

35c…を分割して構成すれば、それらの設計自由度を高めることができる。

[0104] また実施例では各相の卷線 36, 37, 38, 39の導線に長方形断面の平角線を採用しているが、正方形や正六角形等の正多角形断面あるいは円形断面の導線を採用することができる。長方形断面あるいは正多角形断面の導線を採用すれば卷線 36, 37, 38, 39の占積率を増加させることができ、円形断面の導線を採用すればコストダウンに寄与することができる。

[0105] また実施例ではステータ 19を冷却する冷媒として最も低コストな冷却水および冷却風を例示したが、他の任意の冷媒を使用することができる。

Claims

請求の範囲

[1] mを 2以上の自然数として軸線方向に交互に配置された 2m個のティースおよび 2 m— 1個のスロットと、各ティースを相互に接続するリターンパスと、各スロットに収納された卷線とを備え、互いに mだけ離れたスロットに収納された卷線は励磁方向が逆になるように直列接続され、各ティースを通過する磁束の位相は、 N = 2mとして各々 3 60° /Nずつずれているクローポール型モータのステータ。

[2] mを 2以上の自然数として軸線方向に交互に配置された 2m + 1個のティースおよび 2m個のスロットと、各ティースを相互に接続するリターンパスと、各スロットに収納された卷線とを備え、互いに mだけ離れたスロットに収納された卷線は励磁方向が逆になるように直列接続され、各ティースを通過する磁束の位相は、 N = 2mとして各々 3 60° ZNずつずれており、 1番目のティースおよび 2m+ l番目のティースを通過する磁束は同位相でその他のティースを通過する磁束の 2分の 1となるクローポール型モータのステータ。

[3] Kを 2以上の自然数として N = 2Kmのとき、連続して配置された K個の卷線を直列接続した、請求項 1または請求項 2に記載のクローポール型モータのステータ。

[4] 前記各ティースは、 360° ZNずつ位相がずれた突起を有する、請求項 1または請求項 2に記載のクローポール型モータのステータ。

[5] 前記突起は、ロータの外周面に沿って軸線方向に延びる、請求項 4に記載のクロ一ポーノレ型モータのステータ。

[6] 前記各ティースは、磁極の位相が 360° ZNずつずれたロータに対して、同一位相の突起を有する、請求項 1または請求項 2に記載のクローポール型モータのステータ。

[7] 1番目のティースおよび 2m+ 1番目のティースは、ロータの外周面に沿って軸線方向に延びる同じ長さの突起を有する、請求項 2に記載のクローポール型モータのステータ。

[8] 前記ステータは冷却構造を備える、請求項 1または請求項 2に記載のクローポール型モータのステータ。

[9] 前記冷却構造は、ステータの内部および周辺部の少なくとも一方に設けられる、請求項 8に記載のクローポール型モータのステータ。

[10] 前記ステータの周辺部に設けられた冷却構造は、少なくとも一つの凹部、少なくとも一つの凸部あるいは複数の冷却フィン力もなる、請求項 9に記載のクローポール型モータのステータ。

[11] 前記ステータの内部に設けられた冷却構造は、少なくとも一つの冷却空間を持つ、請求項 9に記載のクローポール型モータのステータ。

[12] 前記冷却空間は、ステータと該ステータのホルダとの協働により構成される、請求項

11に記載のクローポール型モータのステータ。

[13] 前記冷却空間は、ステータと、該ステータのホルダと、ステータおよびホルダに挟まれた補強リングとの協働により構成される、請求項 11に記載のクローポール型モータのステータ。

[14] 前記冷却構造は、冷却水および冷却風の少なくとも一方によりステータを冷却する、請求項 8に記載のクローポール型モータのステータ。