(57)【要約】【課題】高い占積率を確保しながら渦電流損を低減することが可能なコイルの巻回構造、ならびに該巻回構造を含むステータ、回転電機および車両を提供する。【解決手段】コイルの巻回構造は、ティース部２２１Ａと、扁平断面の巻線からなり、ティース部２２１Ａに複数回巻回されるステータコイル２２２と、ステータコイル２２２に対してティース部２２１Ａの先端側において該ティース部２２１Ａに当接するように設けられ、ステータコイル２２２よりも高透磁率でかつティース部２２１Ａよりも低透磁率のフラックスバリア２２６とを備える。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ティース部と、
扁平断面の巻線からなり、前記ティース部に複数回巻回されるコイルと、
前記コイルに対して前記ティース部の先端側において該ティース部に当接するように設けられ、前記コイルよりも高透磁率でかつ前記ティース部よりも低透磁率のフラックスバリアとを備えた、コイルの巻回構造。
【請求項２】
前記フラックスバリアは、前記ティース部の幅方向の両側に設けられる、請求項１に記載のコイルの巻回構造。
【請求項３】
前記ティース部は同一円周上に複数並んで形成され、
前記複数のティース部に亘って該ティース部の先端部上に設けられる樹脂部材をさらに備え、
前記フラックスバリアは、前記樹脂部材と一体に形成される、請求項１または請求項２に記載のコイルの巻回構造。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれかに記載のコイルの巻回構造を含む、ステータ。
【請求項５】
請求項４に記載のステータを含む、回転電機。
【請求項６】
請求項５に記載の回転電機を含む駆動ユニットを備えた、車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コイルの巻回構造、ステータおよび回転電機ならびに車両に関し、特に、扁平断面の巻線からなるコイルの巻回構造、ならびに該巻回構造を含むステータ、回転電機および車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
特開２００５−３０４２４４号公報（特許文献１）には、扁平断面の巻線からなるエッジワイズ型のコイルが開示されている。
【０００３】
特開２００６−６０１５号公報（特許文献２）には、コイルが巻回されるティース部の先端に鍔部を設け、鍔部の一部をティース部本体を形成している材料の透磁率よりも高い透磁率を有する透磁性材料から構成することが記載されている。
【０００４】
特開２００５−３２３４１６号公報（特許文献３）には、コイルエンドを囲んで液密的な環状空間を形成する冷却ジャケットを備え、上記環状空間内に冷媒を流動させるようにしたモータジェネレータの冷却構造が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−３０４２４４号公報
【特許文献２】特開２００６−６０１５号公報
【特許文献３】特開２００５−３２３４１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に示されたような、扁平断面の巻線からなるエッジワイズ型コイルでは、丸線からなるコイルと比較して、占積率を高めることができるものの、渦電流損が発生しやすいという問題がある。
【０００７】
特許文献２に記載の発明では、ティース本体部（１３）を形成している材料の透磁率よりも高い透磁率を有する高透磁性材料からなる領域（３０）をティース部（６）の先端に設けることにより、渦電流損の発生を抑止するとされている。
【０００８】
しかし、特許文献２の上記領域（３０）は、ティース部本体よりも高透磁率のものであり、ティース部より低透磁率である本発明のフラックス部バリアとは全く逆の性質を有するものである。
【０００９】
また、特許文献３は、エッジワイズ型のコイルにおける渦電流損の発生を抑制するための構成を何ら開示するものではない。
【００１０】
本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、高い占積率を確保しながら渦電流損を低減することが可能なコイルの巻回構造、ならびに該巻回構造を含むステータ、回転電機および車両を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係るコイルの巻回構造は、ティース部と、扁平断面の巻線からなり、ティース部に複数回巻回されるコイルと、コイルに対してティース部の先端側において該ティース部に当接するように設けられ、コイルよりも高透磁率でかつティース部よりも低透磁率のフラックスバリアとを備える。
【００１２】
上記構成によれば、コイルよりも高透磁率でかつティース部よりも低透磁率のフラックスバリアを備えることにより、コイルに向かう磁束をフラックスバリアで吸収し、その吸収した磁束をティース部に流すことができる。この結果、コイルに流れ込む磁束を低減することができるので、高い占積率を確保しながら渦電流損を低減することができる。
【００１３】
１つの実施態様では、上記コイルの巻回構造において、フラックスバリアは、ティース部の幅方向の両側に設けられる。
【００１４】
１つの実施態様では、上記コイルの巻回構造は、ティース部は同一円周上に複数並んで形成され、複数のティース部に亘って該ティース部の先端部上に設けられる樹脂部材をさらに備え、フラックスバリアは、樹脂部材と一体に形成される。
【００１５】
本発明に係るステータは、上述したコイルの巻回構造を含む。
本発明に係る回転電機は、上述したステータを含む。
【００１６】
本発明に係る車両は、上述した回転電機を含む駆動ユニットを備える。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、扁平断面の巻線からなるコイルにおいて、渦電流損の発生を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の１つの実施の形態に係るコイルの巻回構造を含む車両の駆動ユニットが適用されるハイブリッド車両の構成を示す概略図である。
【図２】本発明の１つの実施の形態に係るコイルの巻回構造を含む車両の駆動ユニットの構成を示す概略図である。
【図３】本発明の１つの実施の形態に係るコイルの巻回構造を含むステータの断面斜視図である。
【図４】本発明の１つの実施の形態に係るコイルの巻回構造を示す上面断面図である。
【図５】比較例に係るコイルの巻回構造を示す上面断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下に、本発明の実施の形態について説明する。なお、同一または相当する部分に同一の参照符号を付し、その説明を繰返さない場合がある。
【００２０】
なお、以下に説明する実施の形態において、個数、量などに言及する場合、特に記載がある場合を除き、本発明の範囲は必ずしもその個数、量などに限定されない。また、以下の実施の形態において、各々の構成要素は、特に記載がある場合を除き、本発明にとって必ずしも必須のものではない。
【００２１】
図１は、本発明の１つの実施の形態に係るコイルの巻回構造を含む車両の駆動ユニットが適用されるハイブリッド車両の構成を示す概略図である。図１を参照して、本実施の形態に係るハイブリッド車両は、エンジン１と、駆動ユニット２と、ＰＣＵ３と、バッテリ４とを含んで構成される。駆動ユニット２は、ケーブル３Ａを介してＰＣＵ３と電気的に接続される。また、ＰＣＵ３は、ケーブル４Ａを介してバッテリ４と電気的に接続される。
【００２２】
内燃機関であるエンジン１は、ガソリンエンジンであってもよいし、ディーゼルエンジンであってもよい。駆動ユニット２は、エンジン１とともに車両を駆動する駆動力を発生させる。エンジン１および駆動ユニット２は、ともにハイブリッド車両のエンジンルーム内に設けられている。また、ＰＣＵ３は、駆動ユニット２の動作を制御する制御装置である。
【００２３】
図２は、駆動ユニット２の内部構造について説明するための模式図である。図２を参照して、駆動ユニット２は、モータジェネレータ１００，２００と、動力分割機構３００と、カウンタギヤ４００と、ディファレンシャルギヤ５００とを含んで構成される。
【００２４】
モータジェネレータ１００，２００は、電動機および発電機の少なくとも一方の機能を有する回転電機である。動力分割機構３００は、モータジェネレータ１００，２００の間に設けられる。カウンタギヤ４００は、動力分割機構３００とディファレンシャルギヤ５００との間に設けられる。そして、ディファレンシャルギヤ５００は、ドライブシャフト受け部を介してドライブシャフトと接続される。モータジェネレータ１００，２００、動力分割機構３００、カウンタギヤ４００およびディファレンシャルギヤ５００は、ケーシング内に収納される。
【００２５】
モータジェネレータ１００，２００は、ケーブル３Ａと電気的に接続される。ケーブル３Ａの他端は、図１に示すように、ＰＣＵ３に接続される。これにより、バッテリ４とモータジェネレータ１００，２００とが、ＰＣＵ３およびケーブル３Ａ，４Ａを介して電気的に接続される。
【００２６】
モータジェネレータ１００，２００は、それぞれ、ロータ１１０，２１０と、ステータ１２０，２２０とを含んで構成される。ステータ１２０，２２０は、ステータコア１２１，２２１と、ステータコア１２１，２２１に巻回されるステータコイル１２２，２２２とを含む。
【００２７】
動力分割機構３００は、プラネタリギヤ３１０，３２０を含んで構成される。プラネタリギヤ３１０，３２０は、それぞれ、サンギヤ３１１，３２１、ピニオンギヤ３１２，３２２、プラネタリキャリヤ３１３，３２３およびリングギヤ３１４，３２４を含んで構成される。
【００２８】
エンジン１のクランクシャフト１Ａと、モータジェネレータ１００のロータ１１０と、モータジェネレータ２００のロータ２１０とは、同じ軸を中心に回転する。
【００２９】
プラネタリギヤ３１０におけるサンギヤ３１１は、クランクシャフト１Ａに軸中心を貫通された中空のサンギヤ軸に結合される。リングギヤ３１４は、クランクシャフト１Ａと同軸上で回転可能に支持されている。ピニオンギヤ３１２は、サンギヤ３１１とリングギヤ３１４との間に配置され、サンギヤ３１１の外周を自転しながら公転する。プラネタリ
キャリヤ３１３は、クランクシャフト１Ａの端部に結合され、各ピニオンギヤ３１２の回転軸を支持する。
【００３０】
モータジェネレータ２００のロータ２２０は、減速機としてのプラネタリギヤ３２０を介して、プラネタリギヤ３１０のリングギヤ３１４と一体的に回転するリングギヤケースに結合されている。
【００３１】
プラネタリギヤ３２０は、回転要素の１つであるプラネタリキャリヤ３２３が車両駆動装置のケースに固定された構造により減速を行なう。すなわち、プラネタリギヤ３２０は、ロータ２１０のシャフトに結合されたサンギヤ３２１と、リングギヤ３１４と一体的に回転するリングギヤ３２４と、リングギヤ３２４およびサンギヤ３２１に噛み合い、サンギヤ３２１の回転をリングギヤ３２４に伝達するピニオンギヤ３２２とを含む。
【００３２】
車両の走行時において、エンジン１から出力された動力は、クランクシャフト１Ａに伝達され、動力分割機構３００により２経路に分割される。
【００３３】
上記２経路のうちの一方は、カウンタギヤ４００から、ディファレンシャルギヤ５００を介してドライブシャフトに伝達される経路である。ドライブシャフトに伝達された駆動力は、駆動輪に回転力として伝達されて、車両を走行させる。
【００３４】
もう一方は、モータジェネレータ１００を駆動させて発電する経路である。モータジェネレータ１００は、動力分割機構３００により分配されたエンジン１の動力により発電する。モータジェネレータ１００により発電された電力は、車両の走行状態や、バッテリ４の状態に応じて使い分けられる。たとえば、車両の通常走行時および急加速時においては、モータジェネレータ１００により発電された電力はそのままモータジェネレータ２００を駆動させる電力となる。一方、バッテリ４において定められた条件の下では、モータジェネレータ１００により発電された電力は、ＰＣＵ３内に設けられたインバータおよびコンバータを介してバッテリ４に蓄えられる。
【００３５】
モータジェネレータ２００は、バッテリ４に蓄えられた電力およびモータジェネレータ１００により発電された電力のうちの少なくとも一方の電力により駆動する。モータジェネレータ２００の駆動力は、カウンタギヤ４００からディファレンシャルギヤ５００を介してドライブシャフトに伝達される。このようにすることで、モータジェネレータ２００からの駆動力によりエンジン１の駆動力をアシストしたり、モータジェネレータ２００からの駆動力のみにより車両を走行させたりすることができる。
【００３６】
一方、車両の回生制動時には、駆動輪は車体の慣性力により回転させられる。駆動輪からの回転力によりドライブシャフト、ディファレンシャルギヤ５００およびカウンタギヤ４００を介してモータジェネレータ２００が駆動される。このとき、モータジェネレータ２００が発電機として作動する。このように、モータジェネレータ２００は、制動エネルギーを電力に変換する回生ブレーキとして作用する。モータジェネレータ２００により発電された電力は、ＰＣＵ３内に設けられたインバータを介してバッテリ４に蓄えられる。
【００３７】
図３は、ステータ２２０の断面斜視図である。図３を参照して、ステータ２２０は、ステータコア２２１およびステータコイル２２２の他、コイルエンドカバー２２３、内径側カバー２２４、およびリング２２５を含む。
【００３８】
コイルエンドカバー２２３は、ステータコイル２２２のコイルエンドを覆うように形成される。なお、コイルエンドとは、ステータコイル２２２のうち、ステータコア２２１の軸方向端面上に位置する部分を意味する。
【００３９】
内径側カバー２２４は、ステータコア２２１の内周面上、すなわち、ティース部２２１Ａの先端上に設けられる。リング２２５は、ステータコア２２１の外周面上に設けられる。リング２２５は、周方向に複数に分割して形成されたステータコア２２１を締結する締結リングとして機能する。
【００４０】
上述のように、コイルエンドカバー２２３により、ステータコイル２２２のコイルエンドが覆われている。したがって、コイルエンドカバー２２３内に（矢印ＤＲ２２３方向に）冷媒を流すことにより、ステータコイル２２２の冷却を促進することができる。上記冷媒としては、駆動ユニット２を構成するケーシング内を循環するオイルが供給される。
【００４１】
次に、図４を用いて、ステータコア２２１に巻回されるステータコイル２２２の構造について説明する。図４に示すように、ステータコア２２１には、径方向内方に向けて突出するティース部２２１Ａが設けられ、ティース部２２１Ａにステータコイル２２２が巻回される。本実施の形態に係るステータコイル２２２は、断面が扁平の略四角形形状を有する巻線からなるエッジワイズ型コイルである。扁平断面の巻線からなるエッジワイズコイルは、占積率が高くなるという利点を有するが、渦電流損が発生しやすいという課題がある。したがって、高い占積率を確保しながら、渦電流損の発生を抑制することが重要である。このようにすることで、モータジェネレータの動作効率を向上させることができる。
【００４２】
次に、図４，図５を用いて、本実施の形態に係るコイルの巻回構造について説明する。なお、図４は、本実施の形態に係るコイルの巻回構造を示す上面断面図であり、図５は、比較例に係るコイルの巻回構造を示す上面断面図である。
【００４３】
図４，図５を参照して、図５に示す比較例に係るコイルの巻回構造においては、ステータコア２２１０のティース部２２１０Ａにステータコイル２２２０が巻回されているだけであるのに対し、図４に示す本実施の形態に係るコイルの巻回構造においては、ステータコイル２２２の前方側（径方向内方側）にフラックスバリア２２６を設けることにより、図５に示す比較例と同じ巻数を確保しながらも、ステータコイル２２２に磁束が流れ込むことを抑制している。より詳細に言えば、以下のとおりである。
【００４４】
フラックスバリア２２６は、ステータコイル２２２を構成する材料（たとえば銅）よりも高透磁率であり、かつ、ステータコア２２１を構成する材料（たとえば鉄）よりも低透磁率の材料からなるものである。このようなフラックスバリア２２６は、たとえば、圧粉磁心における鉄粉と樹脂との混合比率を調整することにより形成可能である。フラックスバリア２２６の透磁率がステータコイル２２２の透磁率よりも高いことにより、ステータコイル２２２に向かう磁束がフラックスバリア２２６に吸収される。そして、フラックスバリア２２６の透磁率がステータコア２２１の透磁率よりも低いことにより、フラックスバリア２２６に吸収された磁束がティース部２２１Ａに流れやすくなる。
【００４５】
図４に示すように、フラックスバリア２２６は、典型的には、ティース部２２１Ａの幅方向の両側に設けられるものである。また、フラックスバリア２２６は、典型的には、フラックスバリア用の部材を形成した後、内径側カバー２２４を製造する際に、上記部材をともに樹脂で固定することにより形成されるものであるが、フラックスバリア２２６と『樹脂部材』である内径側カバー２２４とを同じ樹脂材料で構成し、一体に形成してもよい。このようにすることで、フラックスバリア２２６を設置する工程を別途設ける必要がない。また、フラックスバリア２２６と内径側カバー２２４とを一体化することにより、フラックスバリア２２６とステータコイル２２２との間に容易に空隙を確保することができるという効果も期待できる。
【００４６】
ロータ２１０からステータ２２０に向かう磁束は、本来、ティース部２２１Ａに流れるべきものであるが、この一部がステータコイル２２２に流れ込むことにより、上述の渦電流損が発生する。渦電流は、部材の厚み（ここでは、長方形の長辺の長さ）の２乗に比例して大きくなるため、丸線から構成されるコイルと比較して、エッジワイズ型コイルでは、渦電流による損失が大きくなりやすいという傾向にある。
【００４７】
これに対し、本実施の形態に係るコイルの巻回構造では、上述のフラックスバリア２２６を備えることにより、ティース部２２１Ａに向かわずにステータコイル２２２に向かう磁束をフラックスバリア２２６にて吸収し、その吸収した磁束をティース部２２１Ａに円滑に流すことができる。この結果、薄電流損を抑制して、モータジェネレータの動作効率を向上させることができる。
【００４８】
上述した内容について要約すると、以下のようになる。すなわち、本実施の形態に係るコイルの巻回構造は、ティース部２２１Ａと、扁平断面の巻線からなり、ティース部２２１Ａに複数回巻回されるステータコイル２２２と、ステータコイル２２２に対してティース部２２１Ａの先端側において該ティース部２２１Ａに当接するように設けられ、ステータコイル２２２よりも高透磁率でかつティース部２２１Ａよりも低透磁率のフラックスバリア２２６とを備える。
【００４９】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００５０】
１  エンジン、１Ａ  クランクシャフト、２  駆動シャフト、３  ＰＣＵ、３Ａ，４Ａ  ケーブル、４  バッテリ、１００，２００  モータジェネレータ、１１０，２１０  ロータ、１２０，２２０  ステータ、１２１，２２１，２２１０  ステータコア、２２１Ａ，２２１０Ａ  ティース部、１２２，２２２，２２２０  ステータコイル、２２３  コイルエンドカバー、２２４  内径側カバー、２２５  リング、２２６  フラックスバリア、３００  動力分割機構、３１０，３２０  プラネタリギヤ、３１１，３２１  サンギヤ、３１２，３２２  ピニオンギヤ、３１３，３２３  プラネタリキャリヤ、３１４，３２４  リングギヤ、４００  カウンタギヤ、５００  ディファレンシャルギヤ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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