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技術 回転電機及び電機巻線

出願人 株式会社日立製作所
発明者 齋藤泰行安原隆小林秀光
出願日 2004年9月30日 (16年2ヶ月経過) 出願番号 2004-286571
公開日 2006年4月13日 (14年8ヶ月経過) 公開番号 2006-101654
状態 特許登録済
技術分野 電動機、発電機の巻線の絶縁、固着 電動機、発電機の巻線 永久磁石型同期機
主要キーワード アクチェタ 最大通電電流 低圧直流電源 排ガス排出量 薄板状導体 変位部分 永久磁石内蔵 積層寸法
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2006年4月13日)のものです。
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図面 (10)

課題

外形寸法が大きくなることを抑えながら内側寸法を大きくできる回転電機及び電機巻線を提供することにある。

解決手段

ステータコイル14は、平角コイルであるとともに、ステータコアの所定のスロットの入口から順次挿入されながら、複数のスロットに跨って、前記突極巻回される。ステータコイルは、スロットSに挿入される2つのスロット挿入部SC−S1,SC−S2と、スロットの端部の外側に位置する2つコイルエンド部SC−E1,SC−E2と、スロット挿入部と前記コイルエンド部の間に位置し、ひねりを加えられた4つの捻り部N1,N2,N3,N4とからなる。捻り部Nにおいて、第1のエンドコイル部における平角コイルの面に対して、第2のエンドコイル部における前記平角コイルの面が反対側の面になるようにひねりが加えられ、平角コイルの巻き始め部STと前角コイルの巻き終わり部ENが、同一面側に位置する。

概要

背景

従来の回転電機としては、例えば特許文献1に記載されているように、3相分布巻きステータコイルについて、そのコイルエンド部の形状を他の相のコイルエンド部と干渉しないような形状とすることにより、3相のコイルエンド部の干渉を防止して、回転電機の軸方向の長さを短くするものが知られている。この他関連する従来の技術としては、特許文献2乃至5などに記載されたものが知られている。

特開2002−51489号公報
特開平10−271733号公報
特開平9−215238号公報
特開2002−330216号公報
特開2002−345572号公報

概要

外形寸法が大きくなることを抑えながら内側寸法を大きくできる回転電機及び電機巻線を提供することにある。ステータコイル14は、平角コイルであるとともに、ステータコアの所定のスロットの入口から順次挿入されながら、複数のスロットに跨って、前記突極巻回される。ステータコイルは、スロットSに挿入される2つのスロット挿入部SC−S1,SC−S2と、スロットの端部の外側に位置する2つコイルエンド部SC−E1,SC−E2と、スロット挿入部と前記コイルエンド部の間に位置し、ひねりを加えられた4つの捻り部N1,N2,N3,N4とからなる。捻り部Nにおいて、第1のエンドコイル部における平角コイルの面に対して、第2のエンドコイル部における前記平角コイルの面が反対側の面になるようにひねりが加えられ、平角コイルの巻き始め部STと前角コイルの巻き終わり部ENが、同一面側に位置する。

目的

本発明の目的は、外形寸法が大きくなることを抑えながら内側寸法を大きくできる回転電機及び電機巻線を提供することにある。

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
5件

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請求項1

ステータコア突極に、3相ステータコイルがそれぞれ分布巻き巻回されたステータと、このステータと対向して回転可能に支持されるとともに、円周方向に複数個永久磁石が等間隔で配置されたロータとからなる回転電機であって、前記ステータコアのスロットの入口は、その奥よりも幅が狭く、前記ステータコイルは、平角コイルであるとともに、前記ステータコアの所定のスロットの入口から順次挿入されながら、複数のスロットに跨って、前記突極に巻回されるとともに、前記スロットに挿入される2つのスロット挿入部と、前記スロットの端部の外側に位置する2つコイルエンド部と、前記スロット挿入部と前記コイルエンド部の間に位置し、ひねりを加えられた4つの捻り部とからなり、前記捻り部において、複数ターン分のコイルを前記突極に巻回された状態において、第1のエンドコイル部における前記平角コイルの面に対して、第2のエンドコイル部における前記平角コイルの面が反対側の面になるようにひねりが加えられ、前記コイルエンド部において、前記平角コイルの巻き始め部と前記平角コイルの巻き終わり部が、同一面側に位置することを特徴とする回転電機。

請求項2

請求項1記載の回転電機において、前記ステータコイルは、複数枚の平角コイルを積層して層コイルを形成し、偶数個の層コイルを、2個のコイル挿入部におけるコイルの積層数が等しくなるように積層し、直列接続して形成することを特徴とする回転電機。

請求項3

請求項2記載の回転電機において、前記偶数個の層コイルは、スロット挿入部においては、回転電機の径方向に積層され、コイルエンド部においては、回転電機の軸方向に積層されることを特徴とする回転電機。

請求項4

ステータとロータからなる回転電機の前記ステータに用いられる電気巻線であって、前記電気巻線は、平角コイルであるとともに、前記ステータのステータコアの所定のスロットの入口から順次挿入されながら、複数のスロットに跨って、前記突極に巻回されるとともに、前記スロットに挿入される2つのスロット挿入部と、前記スロットの端部の外側に位置する2つコイルエンド部と、前記スロット挿入部と前記コイルエンド部の間に位置し、ひねりを加えられた4つの捻り部とからなり、前記捻り部において、複数ターン分のコイルを前記突極に巻回された状態において、第1のエンドコイル部における前記平角コイルの面に対して、第2のエンドコイル部における前記平角コイルの面が反対側の面になるようにひねりが加えられ、前記コイルエンド部において、前記平角コイルの巻き始め部と前記平角コイルの巻き終わり部が、同一面側に位置することを特徴とする電気巻線。

請求項5

回転電機において、ステータと、このステータの周面に空隙を介して対向配置されて回転可能に軸支されたロータとを有し、前記ステータは、ステータコアと、このステータコアに組み込まれたステータコイルとを備えており、前記ステータコアには、軸方向に連続した複数のスロットが周方向に形成されており、前記ステータコイルは、コイル導体を積層しながら連続的に巻回した複数の相コイルから構成されており、前記各相コイルは、軸方向に延びる2つのコイル辺部と、このコイル辺部の両端部から捻り部により変位させられて周方向に延びる2つのコイル端部とを備えており、前記2つのコイル辺部は、複数の前記スロットを跨いで離間した2つの前記スロットに収納されており、前記2つのコイル端部は、前記スロットから軸方向両方向に突出して前記ステータコアの軸方向両端面に配置されており、前記複数の相コイルのうち、第1相の複数の相コイルは、前記コイル端部における前記コイル導体の積層方向が軸方向となるように、前記コイル端部が前記ステータコアの軸方向両端面に配置されており、前記複数の相コイルのうち、第2相の複数の相コイルは、前記コイル端部における前記コイル導体の積層方向が軸方向から径方向に変化するように、かつ前記コイル端部が前記第1相の相コイルのコイル端部の外側を通って、周方向に隣接する前記第1相の相コイルの隣り合う前記捻り部を跨ぐように、前記コイル端部が前記ステータコアの軸方向両端面に配置されており、前記複数の相コイルのうち、第3相の複数の相コイルは、前記コイル端部における前記コイル導体の積層方向が径方向となるように、かつ前記コイル端部が前記第1相及び前記第2相の相コイルのコイル端部の外側を通って、周方向に隣接する前記第1相及び前記第2相の相コイルの隣り合う前記捻り部を跨ぐように、前記コイル端部が前記ステータコアの軸方向両端面に配置されていることを特徴とする回転電機。

請求項6

請求項5に記載の回転電機において、前記各相コイルは、前記コイル端部における前記コイル導体の積厚が前記コイル辺部における前記コイル導体の積厚よりも小さいことを特徴とする回転電機。

請求項7

請求項5に記載の回転電機において、前記各相コイルには、前記コイル端部の一方における前記コイル導体の面に対して、前記コイル端部の他方では、前記コイル導体の面が反対になって前記コイル導体が積層されるように、前記捻り部によって捻りが加えられていることを特徴とする回転電機。

請求項8

請求項5に記載の回転電機において、前記各相コイルには、前記コイル端部の一方における前記コイル導体の積層方向が上層から下層方向であるのに対して、前記コイル端部の他方では、前記コイル導体の積層方向が下層から上層方向となるように、前記捻り部によって捻りが加えられていることを特徴とする回転電機。

請求項9

請求項8に記載の回転電機において、前記各相コイルは、前記コイル端部の一方側に前記コイル導体の巻き始めが形成され、前記コイル端部の他方側に前記コイル導体の巻き終わりが形成されており、前記巻き始め及び前記巻き終わりは、前記コイル導体の積層によって形成された積層体の上層に位置することを特徴とする回転電機。

請求項10

内燃機関と共に車両の駆動力を発生する駆動源を構成すると共に、駆動源の駆動力を変速して車軸に伝達する変速機と内燃機関との間に配置された回転電機において、ステータと、このステータの周面に空隙を介して対向配置されて回転可能に軸支されたロータとを有し、前記ステータは、ステータコアと、このステータコアに組み込まれたステータコイルとを備えており、前記ステータコアには、軸方向に連続した複数のスロットが周方向に形成されており、前記ステータコイルは、コイル導体を積層しながら連続的に巻回した複数の相コイルから構成されており、前記各相コイルは、軸方向に延びる2つのコイル辺部と、このコイル辺部の両端部から捻り部により変位させられて周方向に延びる2つのコイル端部とを備えており、前記2つのコイル辺部は、複数の前記スロットを跨いで離間した2つの前記スロットに収納されており、前記2つのコイル端部は、前記スロットから軸方向両方向に突出して前記ステータコアの軸方向両端面に配置されており、前記複数の相コイルのうち、第1相の複数の相コイルは、前記コイル端部における前記コイル導体の積層方向が軸方向となるように、前記コイル端部が前記ステータコアの軸方向両端面に配置されており、前記複数の相コイルのうち、第2相の複数の相コイルは、前記コイル端部における前記コイル導体の積層方向が軸方向から径方向に変化するように、かつ前記コイル端部が前記第1相の相コイルのコイル端部の外側を通って、周方向に隣接する前記第1相の相コイルの隣り合う前記捻り部を跨ぐように、前記コイル端部が前記ステータコアの軸方向両端面に配置されており、前記複数の相コイルのうち、第3相の複数の相コイルは、前記コイル端部における前記コイル導体の積層方向が径方向となるように、かつ前記コイル端部が前記第1相及び前記第2相の相コイルのコイル端部の外側を通って、周方向に隣接する前記第1相及び前記第2相の相コイルの隣り合う前記捻り部を跨ぐように、前記コイル端部が前記ステータコアの軸方向両端面に配置されていることを特徴とする回転電機。

請求項11

請求項10に記載の回転電機において、前記各相コイルは、前記コイル端部における前記コイル導体の積厚が前記コイル辺部における前記コイル導体の積厚よりも小さいことを特徴とする回転電機。

請求項12

請求項10に記載の回転電機において、前記各相コイルには、前記コイル端部の一方における前記コイル導体の面に対して、前記コイル端部の他方では、前記コイル導体の面が反対になって前記コイル導体が積層されるように、前記捻り部によって捻りが加えられていることを特徴とする回転電機。

請求項13

請求項10に記載の回転電機において、前記各相コイルには、前記コイル端部の一方における前記コイル導体の積層方向が上層から下層方向であるのに対して、前記コイル端部の他方では、前記コイル導体の積層方向が下層から上層方向となるように、前記捻り部によって捻りが加えられていることを特徴とする回転電機。

請求項14

請求項13に記載の回転電機において、前記各相コイルは、前記コイル端部の一方側に前記コイル導体の巻き始めが形成され、前記コイル端部の他方側に前記コイル導体の巻き終わりが形成されており、前記巻き始め及び前記巻き終わりは、前記コイル導体の積層によって形成された積層体の上層に位置することを特徴とする回転電機。

請求項15

内燃機関と共に車両の駆動力を発生する駆動源を構成すると共に、駆動源の駆動力を変速して車軸に伝達する変速機と内燃機関との間に配置された回転電機において、ステータコアの突極に、3相のステータコイルがそれぞれ分布巻きで巻回されたステータと、このステータと対向して回転可能に支持されるとともに、円周方向に複数個の永久磁石が等間隔で配置されたロータとを有し、前記ステータコアのスロットの入口は、その奥よりも幅が狭く、前記ステータコイルは、平角コイルであるとともに、前記ステータコアの所定のスロットの入口から順次挿入されながら、複数のスロットに跨って、前記突極に巻回されるとともに、前記スロットに挿入される2つのスロット挿入部と、前記スロットの端部の外側に位置する2つコイルエンド部と、前記スロット挿入部と前記コイルエンド部の間に位置し、ひねりを加えられた4つの捻り部とからなり、前記捻り部において、複数ターン分のコイルを前記突極に巻回された状態において、第1のエンドコイル部における前記平角コイルの面に対して、第2のエンドコイル部における前記平角コイルの面が反対側の面になるようにひねりが加えられ、前記コイルエンド部において、前記平角コイルの巻き始め部と前記平角コイルの巻き終わり部が、同一面側に位置することを特徴とする回転電機。

請求項16

請求項15に記載の回転電機において、前記ステータコイルは、複数枚の平角コイルを積層して層コイルを形成し、偶数個の層コイルを、2個のコイル挿入部におけるコイルの積層数が等しくなるように積層し、直列接続して形成することを特徴とする回転電機。

請求項17

請求項16に記載の回転電機において、前記偶数個の層コイルは、スロット挿入部においては、回転電機の径方向に積層され、コイルエンド部においては、回転電機の軸方向に積層されることを特徴とする回転電機。

技術分野

0001

本発明は、回転電機及び電機巻線に関する。

背景技術

0002

従来の回転電機としては、例えば特許文献1に記載されているように、3相分布巻きステータコイルについて、そのコイルエンド部の形状を他の相のコイルエンド部と干渉しないような形状とすることにより、3相のコイルエンド部の干渉を防止して、回転電機の軸方向の長さを短くするものが知られている。この他関連する従来の技術としては、特許文献2乃至5などに記載されたものが知られている。

0003

特開2002−51489号公報
特開平10−271733号公報
特開平9−215238号公報
特開2002−330216号公報
特開2002−345572号公報

発明が解決しようとする課題

0004

従来のハイブリット自動車HEV)は、既存の内燃機関を用いた自動車ベースにして、モータ若しくは、モータ/ジェネレータを追加した構成が一般的である。内燃機関−変速機差動機構車輪からなる自動車の動力伝達系で、内燃機関に併設するようにモータを配置した構成や、内燃機関と変速機の間に直列的にモータを配置する構成がある。

0005

近年内燃機関とモータ、変速機の構成を更に小型化したいなどの要望があり、本願発明者らはモータの内側に他の装置を配置することで小型化を図ることを検討している。例えばモータの内側に変速機の一部を配置するようにしても、全体構造は小型になる。モータの内側に他の装置、例えば変速機の一部を配置すると、モータの外周が大きくなるという問題がある。

0006

本発明の目的は、外形寸法が大きくなることを抑えながら内側寸法を大きくできる回転電機及び電機巻線を提供することにある。

課題を解決するための手段

0007

本発明は、外形寸法が大きくなることを抑えながら内側寸法を大きくできる回転電機を提供する。

0008

また、本発明は、上記回転電機に用いられるのに好適な電機巻線を提供する。

0009

上記目的を達成するために、本発明は、ステータコア突極に、3相のステータコイルがそれぞれ分布巻きで巻回されたステータと、このステータと対向して回転可能に支持されるとともに、円周方向に複数個永久磁石が等間隔で配置されたロータとからなる回転電機であって、前記ステータコアのスロットの入口は、その奥よりも幅が狭く、前記ステータコイルは、平角コイルであるとともに、前記ステータコアの所定のスロットの入口から順次挿入されながら、複数のスロットに跨って、前記突極に巻回されるとともに、前記スロットに挿入される2つのスロット挿入部と、前記スロットの端部の外側に位置する2つコイルエンド部と、前記スロット挿入部と前記コイルエンド部の間に位置し、ひねりを加えられた4つの捻り部とからなり、前記捻り部において、複数ターン分のコイルを前記突極に巻回された状態において、第1のエンドコイル部における前記平角コイルの面に対して、第2のエンドコイル部における前記平角コイルの面が反対側の面になるようにひねりが加えられ、前記コイルエンド部において、前記平角コイルの巻き始め部と前記平角コイルの巻き終わり部が、同一面側に位置するようにしたものである。
かかる構成により、その内部を変速機の入力軸等を貫通させる構成としても、外形寸法がほとんど変わらない回転電機を得ることができる。

0010

また、上記目的を達成するために、本発明は、ステータとロータからなる回転電機の前記ステータに用いられるコイルであって、前記コイルは、平角コイルであるとともに、前記ステータのステータコアの所定のスロットの入口から順次挿入されながら、複数のスロットに跨って、前記突極に巻回されるとともに、前記スロットに挿入される2つのスロット挿入部と、前記スロットの端部の外側に位置する2つコイルエンド部と、前記スロット挿入部と前記コイルエンド部の間に位置し、ひねりを加えられた4つの捻り部とからなり、前記捻り部において、複数ターン分のコイルを前記突極に巻回された状態において、第1のエンドコイル部における前記平角コイルの面に対して、第2のエンドコイル部における前記平角コイルの面が反対側の面になるようにひねりが加えられ、前記コイルエンド部において、前記平角コイルの巻き始め部と前記平角コイルの巻き終わり部が、同一面側に位置するようにしたものである。

0011

さらに、上記目的を達成するために、本発明は、回転電機において、ステータと、このステータの周面に空隙を介して対向配置されて回転可能に軸支されたロータとを有し、前記ステータは、ステータコアと、このステータコアに組み込まれたステータコイルとを備えており、前記ステータコアには、軸方向に連続した複数のスロットが周方向に形成されており、前記ステータコイルは、コイル導体を積層しながら連続的に巻回した複数の相コイルから構成されており、前記各相コイルは、軸方向に延びる2つのコイル辺部と、このコイル辺部の両端部から捻り部により変位させられて周方向に延びる2つのコイル端部とを備えており、前記2つのコイル辺部は、複数の前記スロットを跨いで離間した2つの前記スロットに収納されており、前記2つのコイル端部は、前記スロットから軸方向両方向に突出して前記ステータコアの軸方向両端面に配置されており、前記複数の相コイルのうち、第1相の複数の相コイルは、前記コイル端部における前記コイル導体の積層方向が軸方向となるように、前記コイル端部が前記ステータコアの軸方向両端面に配置されており、 前記複数の相コイルのうち、第2相の複数の相コイルは、前記コイル端部における前記コイル導体の積層方向が軸方向から径方向に変化するように、かつ前記コイル端部が前記第1相の相コイルのコイル端部の外側を通って、周方向に隣接する前記第1相の相コイルの隣り合う前記捻り部を跨ぐように、前記コイル端部が前記ステータコアの軸方向両端面に配置されており、前記複数の相コイルのうち、第3相の複数の相コイルは、前記コイル端部における前記コイル導体の積層方向が径方向となるように、かつ前記コイル端部が前記第1相及び前記第2相の相コイルのコイル端部の外側を通って、周方向に隣接する前記第1相及び前記第2相の相コイルの隣り合う前記捻り部を跨ぐように、前記コイル端部が前記ステータコアの軸方向両端面に配置するようにしたものである。
かかる構成により、その内部を変速機の入力軸等を貫通させる構成としても、外形寸法がほとんど変わらない回転電機を得ることができる。

0012

さらに、上記目的を達成するために、本発明は、内燃機関と共に車両の駆動力を発生する駆動源を構成すると共に、駆動源の駆動力を変速して車軸に伝達する変速機と内燃機関との間に配置された回転電機において、ステータと、このステータの周面に空隙を介して対向配置されて回転可能に軸支されたロータとを有し、前記ステータは、ステータコアと、このステータコアに組み込まれたステータコイルとを備えており、前記ステータコアには、軸方向に連続した複数のスロットが周方向に形成されており、前記ステータコイルは、コイル導体を積層しながら連続的に巻回した複数の相コイルから構成されており、前記各相コイルは、軸方向に延びる2つのコイル辺部と、このコイル辺部の両端部から捻り部により変位させられて周方向に延びる2つのコイル端部とを備えており、前記2つのコイル辺部は、複数の前記スロットを跨いで離間した2つの前記スロットに収納されており、前記2つのコイル端部は、前記スロットから軸方向両方向に突出して前記ステータコアの軸方向両端面に配置されており、前記複数の相コイルのうち、第1相の複数の相コイルは、前記コイル端部における前記コイル導体の積層方向が軸方向となるように、前記コイル端部が前記ステータコアの軸方向両端面に配置されており、前記複数の相コイルのうち、第2相の複数の相コイルは、前記コイル端部における前記コイル導体の積層方向が軸方向から径方向に変化するように、かつ前記コイル端部が前記第1相の相コイルのコイル端部の外側を通って、周方向に隣接する前記第1相の相コイルの隣り合う前記捻り部を跨ぐように、前記コイル端部が前記ステータコアの軸方向両端面に配置されており、前記複数の相コイルのうち、第3相の複数の相コイルは、前記コイル端部における前記コイル導体の積層方向が径方向となるように、かつ前記コイル端部が前記第1相及び前記第2相の相コイルのコイル端部の外側を通って、周方向に隣接する前記第1相及び前記第2相の相コイルの隣り合う前記捻り部を跨ぐように、前記コイル端部が前記ステータコアの軸方向両端面に配置するようにしたものである。
かかる構成により、その内部を変速機の入力軸等を貫通させる構成としても、外形寸法がほとんど変わらない回転電機を得ることができる。

0013

また、さらに、上記目的を達成するために、本発明は、内燃機関と共に車両の駆動力を発生する駆動源を構成すると共に、駆動源の駆動力を変速して車軸に伝達する変速機と内燃機関との間に配置された回転電機において、ステータコアの突極に、3相のステータコイルがそれぞれ分布巻きで巻回されたステータと、このステータと対向して回転可能に支持されるとともに、円周方向に複数個の永久磁石が等間隔で配置されたロータとを有し、前記ステータコアのスロットの入口は、その奥よりも幅が狭く、前記ステータコイルは、平角コイルであるとともに、前記ステータコアの所定のスロットの入口から順次挿入されながら、複数のスロットに跨って、前記突極に巻回されるとともに、前記スロットに挿入される2つのスロット挿入部と、前記スロットの端部の外側に位置する2つコイルエンド部と、前記スロット挿入部と前記コイルエンド部の間に位置し、ひねりを加えられた4つの捻り部とからなり、前記捻り部において、複数ターン分のコイルを前記突極に巻回された状態において、第1のエンドコイル部における前記平角コイルの面に対して、第2のエンドコイル部における前記平角コイルの面が反対側の面になるようにひねりが加えられ、前記コイルエンド部において、前記平角コイルの巻き始め部と前記平角コイルの巻き終わり部が、同一面側に位置するようにしたものである。
かかる構成により、その内部を変速機の入力軸等を貫通させる構成としても、外形寸法がほとんど変わらない回転電機を得ることができる。

発明の効果

0014

本発明によれば、モータの内側に他の装置を配置できる空間を作ることができる。この空間を利用して他の装置の全部又は一部を配置することで、コンパクト化が可能となる。

発明を実施するための最良の形態

0015

以下、図1図7を用いて、本発明の一実施形態による回転電機の構成について説明する。最初に、図1及び図2を用いて、本実施形態による回転電機の構成について説明する。なお、本例では、永久磁石内蔵型のロータを有する8極48スロットの分布巻きの同期機を例にして説明する。

0016

図1は、本発明の一実施形態である回転電機の構成を示す分解斜視図である。図2は、本発明の一実施形態である回転電機の構成を示す断面図であり、図1に示す回転子の軸方向に直交する方向の断面形状を示している。なお、図1図2およびその他の図において、同一符号は同一の構成要素を示している。

0017

図1に示すように、本実施形態による回転電機は、ステータ10と、ステータ10の内周側に空隙を介して配置されかつ回転可能に支持されているロータ20から構成されている。ステータ10とロータ20は回転電機のハウジング内に保持されている。図1はハウジングの図示を省略している。

0018

ステータ10は、ステータコア12と、ステータコイル14とから構成されている。ステータコア12は、薄板鋼板プレス成形により所定の形状とした上で、積層したものである。ステータコア12の内周部には、ステータコア12の内周表面側が開口し、軸方向に連続した複数のスロットが形成されている。この実施の形態では48個のスロットが形成されている。ステータコイル14は分布巻きで、ステータコア12に巻回されている。ここで、分布巻きとは、コイルが、複数のスロットを跨いで離間した2つのスロットに収納されるように、ステータコア12に巻かれる巻線方式である。ステータコイル14は、U相ステータコイルUと、V相ステータコイルVと、W相ステータコイルWから構成されている。

0019

ステータコイル14は、コイル導体を積層しながら連続的に巻回したU相ステータコイルUと、V相ステータコイルVと、W相ステータコイルWから構成されている。各相コイルは、後述するように、軸方向に延びる2つのコイル辺部と、このコイル辺部の両端部から変位させられて周方向に延びる2つのコイル端部と、コイル辺部とコイル端部との変位部分を構成する捻り部を備えている。2つのコイル辺部は、複数のスロットを跨いで離間した2つのスロットに収納されている。2つのコイル端部は、スロットから軸方向両方向に突出してステータコア12の軸方向両端面に配置されている。

0020

U相ステータコイルUは、コイル端部におけるコイル導体の積層方向が軸方向となるように、コイル端部がステータコア12の軸方向両端面に配置されている。

0021

V相ステータコイルVは、コイル端部におけるコイル導体の積層方向が軸方向から径方向に変化するように、かつコイル端部がU相ステータコイルUのコイル端部の外側を通って、周方向に隣接するU相ステータコイルUの隣り合う捻り部を跨ぐように、コイル端部がステータコア12の軸方向両端面に配置されている。

0022

W相ステータコイルWは、コイル端部におけるコイル導体の積層方向が径方向となるように、かつコイル端部がU相ステータコイルU及びV相ステータコイルVのコイル端部の外側を通って、周方向に隣接するU相ステータコイルU及びV相ステータコイルVの隣り合う捻り部を跨ぐように、コイル端部がステータコア12の軸方向両端面に配置されている。

0023

ロータ20は、ロータコア22と、永久磁石24とから構成されている。ロータコア22は、薄板の鋼板をプレス成形により所定の形状とした上で、積層したものである。ロータコア22の外周部には、ロータ20の軸方向に貫通した複数の磁石挿入孔が周方向に等間隔で形成されている。この実施の形態では8個の磁石挿入孔が形成されている。永久磁石挿入孔のそれぞれには永久磁石24が挿入され、固定されている。

0024

次に、図2に示すように、ステータ10の内側に、ロータ20が回転可能に図示されていないハウジングに支持されている。ステータコイル14は、U相,V相,W相の3相で、各相毎に8個で、合計24個のステータコイルU1,U2,…,U8,V1,V2,…,V8,W1,W2,…,W8からなる。各ステータコイル,例えば、ステータコイルU1は、間に他のV相,W相コイルが入る4個のスロットを挟んで、すなわち、複数のステータコア12の突極を跨ぐように、互いに離間したスロット内に挿入され、ステータコア12の突極に巻回される。尚、ステータコア12の突極とは、周方向に隣接するスロット間に形成されたコア部分を示す。また、他のU相コイル,V相コイル,W相コイルも、他の相のコイルが入る4個スロットを挟んで、複数のステータコア12の突極を跨ぐように、互いに離間したスロット内に挿入されるようにステータコア12の突極に巻回される分布巻きとなっている。分布巻きの構成であるため、弱め界磁制御や、リラクタンストルク活用して、低回転速度だけでなく高回転速度までの広い回転数範囲について制御が可能となる。

0025

24個のステータコイルU1,U2,…,U8,V1,V2,…,V8,W1,W2,…,W8は、相毎に点線で示している結線リングによって接続されておいる。これにより、U相,V相,W相の各相コイルがY結線またはデルタ結線される。なお、結線リングは、薄板状導体からなるバスバーを用いて構成され、インバータ装置から供給される三相交流を前記相コイルに供給する。

0026

ロータ20のロータコア22に設けられた永久磁石挿入孔に、8個の永久磁石24がそれぞれ挿入されている。永久磁石24は、ロータコア22の周方向に等間隔で配置される。永久磁石24は、隣接する永久磁石の極性(N極,S極)が、ロータの周方向において互いに逆極性となるように、着磁されている。隣接する永久磁石の間のロータコア22の領域は、補助磁極として機能する。補助磁極は、永久磁石24の磁気回路バイパスして、ステータ10の起磁力によって直接磁束をステータ10の側に作用させ、リラクタンストルクを発生する領域である。回転電機の発生するトルクは、永久磁石24の磁束によって発生するトルクと、補助磁極に流れる磁束によって発生するリラクタンストルクとの合成トルクとして得ることができる。

0027

また、永久磁石24を挿入する永久磁石挿入孔には、永久磁石24の挿入位置の周方向の両端部に、磁気的な空隙部(スリット部)AG1,AG2が設けられている。空隙部は、空気が存在する空隙でもよいしワニスなどの充填材充填されていても良い。ワニスの透磁率は、ロータコア22を構成する珪素鋼板の透磁率よりも大きいため、空隙部を設けることによりロータ表面磁束密度急変緩和する(永久磁石の周方向端部と補助磁極との間における永久磁石の磁束密度部分布の傾きを緩やかにする)ことでコギングトルクを減少させることができる。さらに、磁気的な空隙の形成により、永久磁石のステータ側に存在する鉄心部分磁極片)と補助磁極との間の境界に形成されたブリッジ部の径方向の寸法を小さくすることができるので、漏洩磁束を低減することができる。

0028

図2に示すように、ロータ20の中心部(ロータコアの内周側と回転軸エンジンから変速機に延びる軸?)の外周側との間)には、大きな貫通穴(環状空間)が設けられている。この貫通穴(環状空間)の内部には、例えば、変速機の端部が配置されている。すなわち、本実施形態の回転電機は、変速機の外周側に位置するように(変速機の端部とオーバーラップするように)取り付けることができる。

0029

この実施の形態では、ロータ20の中心の貫通穴(環状空間)の内径(直径?)を、例えば、φ140mmにまで大きくすることができる。また、例えば、回転電機である電動機の出力を60kWとしたとき、従来の電動機の外径は、例えば、φ240mmである。なお、ステータの外周には円筒形状のフレームや、ステータの両端には、フロントブラケットリアブラケットなどの外装ケースが取り付けられるが、ここでは、ステータの外径を電動機の外径として説明する。従来の電動機にあっては、ロータの中心にはシャフトがあるのに対して、本実施形態の回転電機は、ロータの中心に貫通穴を有している。したがって、従来と同程度の出力を得ようとすると、回転電機の外径が大きくなる。

0030

それに対して、本実施形態では、ロータの外径を従来と同等のφ240mmとし、しかも、貫通穴の内径をφ140mmまで大きくすることができ、前記内径と前記外形との間に、ステータとロータを組み込む構成としている。そのためには、ステータ10の厚さ(回転電機の半径方向におけるステータ10の厚さ)や、ロータ20の厚さ(回転電機の半径方向におけるロータ10の厚さ)を薄くする必要がある。

0031

電動機としての出力トルクTは、永久磁石によって発生する磁束φMと、ステータコイル14によって発生する磁束φCに、通電電流Iを掛けた値となる(T=(φM+φC)×I))。永久磁石の大きさを従来と同程度とするならば、最大通電電流を従来と同程度するためには、ステータコイル14の断面積を従来と同程度とし、しかも、ステータコイル14から発生する起磁力を同程度とするには、例えば従来とほぼ同じ電流値でほぼ同じターン数とすることが考えられる。従来と同程度の電流を流せるようにするためには従来とほぼ同程度の断面積を有することが必要である。本実施形態ではステータコイル14の断面積を確保できしかも径方向の寸法を短くするため、ステータコイル14断面形状が矩形横幅が長く高さ方向の寸法が押さえられたひらべったい形状の平角導体を用いるとともに、ステータコイル14のスロット内にステータコイルの前記高さ方向が半径方向となるように積層する。

0032

図3を用いて、本実施形態による回転電機におけるステータコアのスロット内に挿入されるステータコイルの状態について説明する。図3は、本発明の一実施形態による回転電機におけるステータコアのスロット内に挿入されるステータコイルの状態を示す断面図で、図2に示すロータ12の軸方向に直交する方向の断面形状を示している。なお、図3と他図との同一符号は同一構成要素を示している。

0033

図3に示すように、ステータコア12に形成されたスロットSの内部には、断面形状が矩形の平角コアSCが、ステータコア12の半径方向(矢印R方向)に積層されている。本実施の形態では38枚の平角コイルが積層されて、ステータコイル14が形成されている。上述のようにステータコイルを流れる電流値を大きくするためには断面積を大きくすることが必要である。ステータコイルの断面積を確保しつつ、前記積層寸法を小さくするために、ステータコイルの断面形状を、高さ方向の寸法は短いが幅方向の寸法は長い、細長長方形の形状にしている。このようにステータコイルの断面積を細長の長方形とすることで、前記積層寸法を小さくできるだけでなく、細いスロットSの開口からの挿入が可能となる。スロットSにステータコイル14を装着後は、スロットSの入口側には、カバーCVを装着して、コイルがスロットSから飛び出すのを防止している。

0034

ここで、従来の同程度出力を有する回転電動機に用いられている断面形状が円形導体の直径を1.5mmとすると、本実施形態に用いるステータコイル14の平角導体の断面形状を、幅が3.5mmとし、厚さが0.5mmとすることで、両者の断面積を等しくすることができる。なお、平角導体の表面には厚さ約0.05mmでエナメル等の絶縁材を被覆して、平角コイルを形成している。平角コイルの幅(周方向幅)は例えば3.6mmであり、厚さ(高さ)寸法は0.6mmとなる。一方スロットSの奥部すなわち積層コイルを保持する部分の幅は、この平角コイルの幅よりも僅かに大きい4.0mmである。スロットSの内部には、従来と同程度の出力を有する回転電機を想定すると、ターン数38T(ターン)のコイルが用いられることとなる。本実施形態は平角コイルを38枚積層している。

0035

スロットSの開口の幅は、スロットSの奥部である積層コイルを保持する部分の幅よりも狭く、例えば、2.6mmである。平角コイルを38T分予め巻回して成形した成形コイルでは、スロットSの入口から挿入することができない。そこで、図示するように、スロットSの入口においては、平角コイルSCを1本づつステータコア12の半径方向に、平角コイルSCの長手方向が一致するようにして、スロットSの入口(開口部)からスロットSの内部に挿入しながら、38T分の平角コイルを複数の突極を跨ぐようにして巻回する。スロットSの幅広部(幅4.0mmを有する部分)の深さ(矢印R方向の深さ)は、平角コイルSCを38枚積層した時の厚み22.8mmよりも、僅かに深い23mmとしている。

0036

このように、コイルを形成する導体として丸導体から平角導体とすることにより、スロット内の空間に対するコイルの占める割合(占積率)を向上することができる。また断面積を細長の長方形としている。これにより、ステータコア12の厚み(回転電機の半径方向の厚み)を薄くすることができる。なお、通常の丸導体を用いる場合には、占積率は65%程度である、本実施形態の平角導体を用いることにより、占積率を85%まで向上できる。

0037

外径がφ240mmの従来の回転電動機と同程度の出力を得る場合、本実施形態の回転電機のステータ10の外径はφ240mmとして、ステータコア12の内径はφ180mmとすることができる。また、このとき、ステータ10の内周とロータ20の外周の間のギャップ長を1mmとすると、ロータ20の外径は178mmとし、ロータ20の内周側の貫通穴の内径をφ140mmとして、従来と外形寸法が同じで、同程度の出力が得られ、しかも、その中心部に貫通穴を有する回転電機を得ることができる。

0038

上記説明ではステータコイルの厚さ(高さ)方向の寸法を0.6mmとしたが、例えば1mmから0.4ミリの範囲が望ましい。

0039

また前記実施形態ではスロットの開口からコイルを挿入したが、ステータコアを分割し、ステータコイルを装着した後で分割したステータコアを組み合わせて一体化し、ステータを完成するようにしてもよい。

0040

次に、図4図7を用いて、本実施形態による回転電機に用いるステータコイルのコイル形状について説明する。最初に、図4を用いて、本実施形態による回転電機に用いるステータコイルの1ターン分のコイル形状について説明する。図4は前記1ターン分のコイル形状を示す斜視図である。

0041

1ターン分のコイルSCは、図示するように、略矩形状となる。1ターン分のコイルSCは、互いに略平行であるとともに、ステータコアのスロットに挿入される直線部である第1,第2のスロット挿入部SC−S1,SC−S2と、スロット挿入部SC−S1,SC−S2のそれぞれ両端に接続される第1,第2のコイルエンド部SC−E1,SC−E2とからなる。そして、第1,第2のスロット挿入部SC−S1,SC−S2と第1,第2のコイルエンド部SC−E1,SC−E2との間には、それぞれ捻り部N1,N2,N3,N4が設けられている。

0042

図示するコイルSCは、1本の平角コイルを曲げて形成される。なわち、図中の巻き始め部STから巻き始めるとすると、最初、第1エンドコイル部SC−E1が形成され、次に、平角コイルをって、捻り部N1を形成した上で、第1のスロット挿入部SC−S1が形成される。第1のスロット挿入部SC−S1は、図3に示したように、スロットSの入口の狭い部分を通過するように、平角コイルSCの長手方向がスロットSの半径方向Rと一致させるようにすることで、スロットSの内部に挿入される。第1のスロット挿入部SC−S1がスロットSを抜け出た位置で、平角コイルを捻って、捻り部N2を形成した上で、第2のコイルエンド部SC−E2が形成される。第1のスロット挿入部SC−S1が挿入されるスロットの位置から、4本分のスロットを跨ぐ位置まで第2のコイルエンド部SC−E2が延在した後、次のスロットの位置で、再び、平角コイルを捻って、捻り部N3を形成した上で、第2のスロット挿入部SC−S2が形成される。さらに、平角コイルを捻って、捻り部N4を形成した上で、次のコイルのターンのエンド部が形成される。

0043

平角コイルSCは、互いに対向する広い2面を有している。ここで、一方を表面、他方を裏面と称し、表面側と裏面側を区別するために、図2においては、裏面側と称される側に、斜線を施して図示している。すなわち、図示の状態では、第1のコイルエンド部SC−E1と、第1,第2のスロット挿入部SC−S1,SC−S2とは、ともに、手前側に、表面側が面している。一方、第1,第2のスロット挿入部SC−S1,SC−S2と第1,第2のコイルエンド部SC−E1,SC−E2との間に、それぞれ捻り部N1,N2,N3,N4を設けているため、第2のコイルエンド部SC−E2は手前側に裏面側が面している。すなわち、本実施形態では、コイルエンド部とスロット挿入部の間に捻り部を設け、結果的に、第1のコイルエンド部SC−E1と第2のコイルエンド部SC−E1は、それぞれ、別の平面が同じ方向に向くように成形している。

0044

捻り部N1は、第1のコイルエンド部SC−E1の延びる方向を直交方向(第1のスロット挿入部SC−S1の延びる方向)に変位させると共に、第1のスロット挿入部SC−S1におけるコイル導体の積層方向が、第1のコイルエンド部SC−E1におけるコイル導体の積層方向と同じになるように(上層から下層となるように)、さらには、第1のコイルエンド部SC−E1において手前側であったコイル導体の表面側が、第1のスロット挿入部SC−S1においても手前側となるように、コイル導体を変位させるものである。

0045

捻り部N2は、第1のコイル挿入部SC−S1の延びる方向を直交方向(第2のスロットエンド部SC−E2の延びる方向)に変位させると共に、第2のコイルエンド部SC−E2におけるコイル導体の積層方向が、第1のスロット挿入部SC−S1におけるコイル導体の積層方向とは異なるように(下層から上層となるように)、さらには、第1のスロット挿入部SC−S1において手前側であったコイル導体の表面側が、第2のコイルエンド部SC−E2においては後側となるように(コイル導体の裏面側が手前側となるように)、コイル導体を変位させるものである。

0046

捻り部N3は、第2のスロットエンド部SC−E2の延びる方向を直交方向(第2のコイル挿入部SC−S2の延びる方向)に変位させると共に、第2のコイル挿入部SC−S2におけるコイル導体の積層方向が、第2のスロットエンド部SC−E2におけるコイル導体の積層方向とは異なるように(上層から下層となるように)、さらには、第2のスロットエンド部SC−E2において手前側であったコイル導体の裏面側が、第2のコイル挿入部SC−S2においては後側となるように(コイル導体の表面側が手前側となるように)、コイル導体を変位させるものである。

0047

捻り部N4は、第2のスロット挿入部SC−S2の延びる方向を直交方向(第1のスロットエンド部SC−E1の延びる方向)に変位させると共に、第1のスロットエンド部SC−E1におけるコイル導体の積層方向が、第2のスロット挿入部SC−S2におけるコイル導体の積層方向と同じになるように(上層から下層となるように)、さらには、第2のスロット挿入部SC−S2において手前側であったコイル導体の表面側が、第1のスロットエンド部SC−E1においても手前側となるように、コイル導体を変位させるものである。

0048

このような面構成となるように捻りを加える理由については、図5を用いて後述する。

0049

次に、図5を用いて、本実施形態による回転電機に用いるステータコイルの1.5ターン分のコイル形状について説明する。図5は、本発明の一実施形態による回転電機に用いるステータコイルの1.5ターン分のコイル形状を示す斜視図である。

0050

図4の状態は、1ターン分のコイルを形成した状態であるが、さらに、継続して、第2ターン目の途中まで、第1のコイルエンド部SC−E1→捻り部N1→第1のスロット挿入部SC−S1→捻り部N2→第2のコイルエンド部SC−E2と形成し、第2のコイルエンド部SC−E2の端部を巻き終わり部ENとした状態を示している。

0051

前述したように、コイルエンド部とスロット挿入部の間に捻り部を設け、結果的に、第1のコイルエンド部SC−E1と第2のコイルエンド部SC−E1は、それぞれ、別の平面が同じ方向に向くように成形しているため、コイルの巻き始め部STと、巻き終わり部ENは、同じ面の側に存在させることができる。なお、ここで、スロット挿入部の層数は、図示の左側の第1スロット挿入部側が2層で、右側の第2スロット挿入部側が1層であり、この状態をここでは1.5ターンの層コイルと称することにする。

0052

なお、ここで、図示の矢印Rを回転電機の径方向(ステータコアのスロットの深さ方向)とすると、上側の第1のコイルエンド部側は、径方向の外周側(ステータコアのスロットの奥側)から順次積層されるのに対して、下側の第2のコイルエンド部側は、径方向の内周側(ステータコアのスロットの入口)から順次積層されることになる。

0053

次に、図6を用いて、本実施形態による回転電機に用いる巻回数が38Tのステータコイルのコイル形状について説明する。図6は、本発明の一実施形態による回転電機に用いる巻回数が38Tのステータコイルのコイル形状を示す斜視図である。

0054

例えば、38Tのターン数が必要な場合、図3にて説明したように、スロット挿入部を、スロットSの入口の狭い部分を通過するように、平角コイルSCの長手方向がスロットSの半径方向Rと一致させるようにしてスロットS内に挿入しながら、スロット挿入部とコイルエンド部の間に捻り部を設けながら成形する方法では、一度に、38Tのターン数を巻回することは困難である。

0055

そこで、本実施形態では、38Tを、9.5Tの層コイル4つに分解して、それぞれを同じ方法にて順次形成し、その後4個の層コイルの端部を接合することにより、38Tの巻回数を得るようにしている。

0056

すなわち、図6に示すように、9.5Tの4個の層コイルLC1,LC2,LC3,LC4を同じ方法にて順次形成する。このとき、9.5Tの層コイルを2つ接続する際に、一方の層コイルの一方のスロット挿入部が12層分あるときは、他方の層コイルの一方のスロット挿入部が13層分あるようにして、両者を接続することで、19Tのコイルを得ることができる。さらに、19Tの第1のコイルと19Tの第2のコイルの端部を接続すると、38Tのコイルを得ることができる。

0057

各層コイルLC1,LC2,LC3,LC4の端部の接続は、次のようにして行われる。すなわち、第1の層コイルLC1の巻き始め部LC1−STと、第2の層コイルLC2の巻き終わり部LC2−ENとを、バスバーのような板状の導体を重ねるようにし、この接続部CON1を用いてエージングにより接続する。また、第2の層コイルLC2の巻き始め部LC2−STと、第3の層コイルLC3の巻き終わり部LC3−ENとを、上記接続部CON1と同様にバスバーのような板状の導体を重ねるようにし、この接続部CON2を用いてエージングにより接続する。さらに、第3の層コイルLC3の巻き始め部LC3−STと、第4の層コイルLC4の巻き終わり部LC4−ENとを、上記と同様にバスバーのような接続部CON3を用いてエージングにより接続する。結果として、第1の層コイルLC1の巻き終わり部LC1−ENと、第4の層コイルLC4の巻き始め部LC4−STが、それぞれ、38Tを有する全体的なコイルの巻き始め部及び巻き終わり部として残り、この2点がコイルの1つの端部となる。この端部は、それぞれ、図2に示したように、結線リングで接続され、必要とするY字結線またはデルタ結線の3相分布巻きコイルを得ることができる。

0058

以上のように、図5にて説明したように、コイルエンド部とスロット挿入部との間に捻り部を設けて、コイルの巻き始めと巻き終わりを同一面側に位置するようにしたため、複数枚の平角コイルを積層して層コイルを形成した後、層コイル同士を接続するのも容易になるし、また、複数の層コイルを直列接続した3相の各相ステータコイル結線する作業も容易になる。

0059

ここで、図示した矢印Yが、回転電機の回転軸方向である。例えば、第1の層コイルLC1の上側のコイルエンド部LC1−E1の矢印Y方向の厚さは、層コイルを構成する導体コイルの幅に等しく、前述の例では、3.6mmとなっている。一方、矢印R方向を、回転電機の半径方向とすると、例えば、第1の層コイルLC1の右側のスロット挿入部LC1−S1の矢印R方向の厚さは、層コイルを構成する導体コイルを10層積層した時の厚さであるため、前述の例では、6.0mm(0.6mm×10層)となっている。図4にて説明したように、層コイルのコイルエンド部とスロット挿入部の間には、捻り部を設けているため、層コイルのコイルエンド部の矢印Y方向の厚さは、層コイルを構成する導体コイルの層数に限らず、導体コイルの幅にすることができる。4個の層コイルLC1,LC2,LC3,LC4を用いて、例えば、38ターンのコイルを形成するとき、このコイルのコイルエンド部の矢印Y方向の厚さは、層コイルを構成する導体コイルの幅の4個分、すなわち、前述の例では、14.4mmとすることができ、回転電機のコイルエンド長を短くすることができる。

0060

4個の層コイルLC1,LC2,LC3,LC4は、スロット挿入部においては、径方向(矢印R方向)に積層されるのに対して、コイルエンド部においては、軸方向(矢印Y方向)に積層される。

0061

次に、図7を用いて、本実施形態による回転電機に用いる3相コイルの形状について説明する。図7は、本発明の一実施形態による回転電機に用いる3相コイルの形状を示す斜視図である。

0062

本実施形態では、U相,V相,W相の3相コイルを用いているが、ステータコアのスロットには、一定の順序例えば、U相,V相,W相の順で挿入される。U相コイルを挿入した後、V相コイルを挿入する際に、コイルエンド部において、U相コイルエンド部が、V層コイルエンド部と干渉しないように、また、V相コイルエンド部とW相コイルエンド部とが干渉しないように、U相,V相,W相の3相コイルのコイル形状を異ならせている。

0063

図7は、U相コイルを形成する一つのU相の層コイルLC−Uと、V相コイルを形成する一つのV相の層コイルLC−Vと、W相コイルを形成する一つのW相の層コイルLC−Wとを示している。各層コイルLC−U,LC−V,LC−Wの周方向の長さは、それぞれ等しくしている。しかし、図示するように、コイルエンド部においては、U相の層コイルLC−Uのコイルエンド部は、スロット挿入部に対して、約90度折り曲げられている。また、V相の層コイルLC−Vのコイルエンド部は、スロット挿入部に対して、約45度折り曲げられている。また、W相の層コイルLC−Wのコイルエンド部は、スロット挿入部の延長公報に延在している。このような3相コイルの形状とすることにより、コイルエンド部において、U相コイルエンド部と、V層コイルエンド部と、W相コイルエンド部とが干渉しないようになっている。

0064

このように折り曲げられた各相のコイルをステータコアに組み込むと、図1に示すようなコイルエンド部が形成される。すなわちコイルエンド部は、各相コイルの最外部分によって円弧を描くように、コイルの積層方向が径方向から軸方向に変化している。W相のコイルのコイルエンド部は、ステータコア12の軸方向端面から最も軸方向に突出している(最も突出長さが長い)が、ステータコア12の内周表面からの径方向の高さが最も低い。逆にU相のコイルのコイルエンド部は、ステータコア12の軸方向端面から軸方向に突出する長さが最も短く、ステータコア12の内周表面からの径方向の高さが最も高い。v相のコイルのコイルエンド部は、ステータコア12の軸方向端面から軸方向に突出する長さがW相コイルよりは短く、U相コイルよりは長い。また、v相のコイルのコイルエンド部は、ステータコア12の内周表面からの径方向の高さがW相コイルよりは高く、U相コイルよりは低い。

0065

次に、図8を用いて、本実施形態による回転電機を用いたハイブリッド自動車システム構成について説明する。図8は、本発明の一実施形態による回転電機を用いたハイブリッド自動車のシステム構成図である。

0066

本実施例のハイブリッド自動車は、内燃機関であるエンジンENGを動力源としたエンジンパワートレインと、交流電動発電機M/Gを動力源としたエレクトリックパワートレインの両方の機能を備えている。交流電動発電機M/Gは、図1図7に詳述した回転電機であり、上述の構成を有している。上記エンジンENGは、変速機を介して自動車の車輪を駆動するが、さらにそのエネルギー電気エネルギーとして高圧バッテリに蓄えられ、交流電動発電機M/Gがモータとして動作する場合のエネルギーとして使用される。

0067

前記はモータとして作用して車両走行始動および低速時の車両走行に使用される。また車両走行時のエネルギーを回収するために交流電動発電機M/Gは減速運転では回生制動運転がなされ、発電期として作用する。図8のシステムでは、運転モードであるにもかかわらず、交差点信号待ちなどの停車状態でエンジンENGを自動的に停止させ、発車時に交流電動発電機M/Gのトルクで走行し、その後エンジンENGを自動的に始動する制御を行う。減速運転での車両走行エネルギーを交流電動発電機M/Gで回収することで自動車の燃費向上を図る。また交流電動発電機M/Gのモータとしてのトルクを使用して車両を走行することで、エンジンの排気ガス中の有害成分の多い運転状態はできるだけエンジンを使用しない方向の制御を行うことで、排ガス排出量の低減を図ることができる。

0068

車体のフロント部には前輪車軸FDSが回転可能に軸支されている。前輪車軸FDSの両端には前輪FRW,FLWが設けられている。前輪車軸FDSの中央部には、動力分配機構であるデファレンシャルギアDEFが設けられている。デファレンシャルギアDEFは、エンジンENGから変速機T/Mを介して伝達された回転駆動力を左右の前輪車軸FDSに分配している。変速機T/MはエンジンENGの回転駆動力を変速してデファレンシャルギアDEFに伝達している。エンジンENGは、燃料供給量を制御するインジェクタ空気供給量を制御するスロットル装置などのアクチェタエンジン制御装置ECUによって制御することにより制御される。変速機T/Mの変速動作は、変速機制御装置TCUによって制御される。

0069

交流電動発電機M/Gは、車体のフロント部分に設けられたエンジンルーム内にエンジンENGと共に配置される。交流電動発電機M/Gは、エンジンENGと変速機T/Mの間に配置され、ロータは、変速機T/Mの入力軸と機械的に連結されている。これにより、交流電動発電機M/GはエンジンENGに回転駆動力を伝達することができると共に、エンジンENGからの回転駆動力を受けることができる。

0070

回転電機である交流電動発電機M/Gの内側に空間が作られ、変速機T/Mの端部の一部が、交流電動発電機M/Gの内側設けられた前期空間に配置されている。図1で回転電機として説明したように、交流電動発電機M/Gのロータの内側には図8に示すように、交流電動発電機M/Gの軸とロータ内側との間に空間が形成され、この実施の形態では前記空間に変速機の一部が配置されている。なお、汚れ防止などのためロータの内側面に薄いカバーを設け、このカバーの内側に空間が設けられるようにしてもよい。このようにすることで上述のごとくごみなどの進入を防止できると共に、上記空間に配置されたものが高速回転するロータ面と接することによる事故を防止できる。

0071

交流電動発電機M/Gの軸と前記エンジンENGの軸との間にはクラッチが設けられ、交流電動発電機M/Gのみで車両走行している場合は前記クラッチを離し、エンジンを変速機から切り離す。また交流電動発電機M/Gのみでの走行中にエンジンを始動する場合は、前記クラッチを接続し、エンジンの回転を上げた状態で燃料および点火エネルギーを供給して完爆させる。

0072

交流電動発電機M/Gをモータとして動作させるエネルギーは、高圧バッテリHBAによって構成された例えば300V系(200V〜350V)の車載電源電気的に接続されている。前記車載電源からの直流はインバータ装置INVにより交流に変換され交流電動発電機M/Gに供給される。インバータ装置INVは、IGBTMOS−FETなどの半導体スイッチング素子からなるパワーモジュールPMと、パワーモジュールPMを構成する半導体スイッチング素子をオンオフ駆動する駆動装置DUと、駆動装置DUを制御して、交流電動発電機M/Gの回転を制御する回転電機の制御装置MCUとを備えている。

0073

高圧バッテリHBAの直流電圧がインバータ装置INVに供給され、インバータ装置INVによって三相交流電流に変換される。回転電機である交流電動発電機M/Gのステータコイルには、インバータ装置INVによって制御された三相交流電流が供給され、これによって回転磁場が生じ、ステータに対してロータが回転する。これにより、交流電動発電機M/Gはモータとして動作し、エンジンENGによる車両走行を助けるための駆動力を発生する。

0074

一方、回転電機である交流電動発電機M/Gはロータに永久磁石が設けられておりロータが車輪からの回転力あるいはエンジンENGからの回転駆動力によって回転すると、ステータコイルに電圧誘起する。これにより、交流電動発電機M/Gは発電機として動作し、高圧バッテリHBAを充電するための三相交流電力を発生する。三相交流電力は、インバータ装置INVによって直流電力に変換され、高圧バッテリHBAに充電される。なお、上記交流電動発電機M/Gの他に発電機を備え、エンジンや減速運転モードでの車輪からの回転トルクを上記他の発電機に伝えて発電してもよい。上記交流電動発電機M/Gは、モータ特性や小型化を重視して作られる場合、発電機としての機能は不十分となることが考えられ、この場合他に発電機を有することが望ましい。

0075

また、低圧バッテリLBAによって構成される例えば14v系車載電源を備えている。低圧車載電源には、図示省略したライトラジオ方向指示器などの車載されている機器に電流を供給するように、電気的にそれぞれ並列に接続されている。高圧バッテリHBAと低圧バッテリLBAの間には、DC/DCコンバータDCCが設けられ、低圧直流電源から昇圧して高圧バッテリー電力を供給したり、高圧バッテリHBAの出力を直流低圧に変換して、低圧バッテリLBAに供給したりする。高圧バッテリHBAと低圧バッテリLBAとの間の電力の送電は、バッテリ制御装置BCUによって制御される。

0076

また、変速機制御装置TCUと、エンジン制御装置ECUと、回転電機の制御装置MCUと、バッテリ制御装置BCUとは、車内通信網LNAを介して、総合制御装置GCUに制御されている。総合制御装置GCUは、変速機制御装置TCUと、エンジン制御装置ECUと、回転電機の制御装置MCUと、バッテリ制御装置BCUとを制御して、ハイブリッド自動車を統合制御する。

0077

次に、図9を用いて、本実施形態による回転電機を用いたハイブリッド自動車の回転電機の駆動システムの構成について説明する。図9は、本発明の一実施形態による回転電機を用いたハイブリッド自動車の回転電機の駆動システムのシステム構成図である。この実施形態はパワーMOSをスイッチング素子として使用しているが、IGBTなどの他のスイッチング素子を用いることは可能であり、例えばIGBTを使用した場合には並列接続されたダイオードが必要である。上述のとおり他の図と同一符号は、同一構成要素を示している。

0078

パワーモジュールPMは、U相上アームスイッチング素子MupとU相下アームスイッチング素子Munとの直列回路と、V相上アームスイッチング素子MvpとV相下アームスイッチング素子Mvnとの直列回路と、W相上アームスイッチング素子MwpとW相下アームスイッチング素子Mwnとの直列回路とが並列接続されており、高圧バッテリHBAから供給される直流電力を交流電力に変換して、回転電機のステータ10を構成するU相、V相、W相の3相のステータコイルに供給される。3相のステータコイルに流れる電流によって発生する起磁力により、ロータ20が回転駆動する。

0079

各相ステータコイルに供給される電流iu,iv,iwは、それぞれ、電流検出器Cu,Cv,Cwによって検出される。また、ロータ20の回転に伴って、ロータ20の磁極位置θが、磁極位置検出器MPCによって検出される。

0080

回転電機の制御装置MCUは、上位制御装置、例えばエンジン制御装置60や総合制御装置GCUからの指令信号、回転電機である交流電動発電機M/Gの相間電圧バッテリHBAの端子電圧などに関する各種検知信号フィードバック信号)に応じて、駆動装置DUの動作を制御するための指令信号を駆動装置DUに出力する。また、回転電機の制御装置MCUは、電流検出器Cu,Cv,Cwによって検出された電流iu,iv,iwを、磁極位置検出器MPCによって検出された磁極位置θによって、q−d座標軸の電流iq,idに変換し、電流iq,idが目標値となるように、駆動装置DUを制御する。

0081

以上説明したように、本実施形態によれば、ステータコアのスロットに対するステータコイルの占積率を向上することができるので、ステータの径方向の厚さを薄くすることができる。したがって、回転電機の内側に空間を作ることが可能となる。この空間に他の装置、例えば変速機の入力軸等を貫通させるための貫通穴を設け、変速機の一部を配置することができる。上述のようにステータコイルの部分の径方向の長さを短くできるので回転電機の外形寸法を要望の寸法に抑えることができる。外形寸法を従来の寸法とほとんど変えないで作ることができる。

0082

また、コイルエンド部とスロット挿入部との間に捻り部を設けて、コイルの巻き始めと巻き終わりを同一面側に位置するようにしたため、複数枚の平角コイルを積層して層コイルを形成した後、層コイル同士を接続するのも容易になるし、また、複数の層コイルを直列接続した3相の各相ステータコイルを結線する作業も容易になる。

図面の簡単な説明

0083

本発明の一実施形態による回転電機の全体構成を示す分解斜視図である。
本発明の一実施形態による回転電機の全体構成を示す断面図である。
本発明の一実施形態による回転電機におけるステータコアのスロット内に挿入されるステータコイルの状態を示す断面図である。
本発明の一実施形態による回転電機に用いるステータコイルの1ターン分のコイル形状を示す斜視図である。
本発明の一実施形態による回転電機に用いるステータコイルの1.5ターン分のコイル形状を示す斜視図である。
本発明の一実施形態による回転電機に用いる巻回数が38Tのステータコイルのコイル形状を示す斜視図である。
本発明の一実施形態による回転電機に用いる3相コイルの形状を示す斜視図である。
本発明の一実施形態による回転電機を用いたハイブリッド自動車のシステム構成図である。
本発明の一実施形態による回転電機を用いたハイブリッド自動車の電動機駆動システムのシステム構成図である。

符号の説明

0084

10…ステータ
20…ロータ
12…ステータコア
14…ステータコイル
22…ロータコア
24…永久磁石
SC…平角コイル
SC−S…スロット挿入部
SC−E…コイルエンド部
N…捻り部
ST…巻き始め部
EN…巻き終わり部

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