(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
環状のコイルカバー（４１，４２）に収納した環状のコイル（３４〜３６）を、該コイル（３４〜３６）の軸線（Ｌ）方向に交互に重ね合わされた複数のステータコア（３１〜３３）間に配置したステータの絶縁構造において、
前記コイルカバー（４１，４２）をその全周に亘り中空に形成して、その中空部に前記コイル（３４〜３６）を、該コイル（３４〜３６）全体が前記コイルカバー（４１，４２）で囲まれるように配置し、それらコイルカバー（４１，４２）とコイル（３４〜３６）との間には、そのコイルカバー（４１，４２）内面とコイル（３４〜３６）との間に間隙が形成されるように前記コイル（３４〜３６）を支持する絶縁材料製の支持手段（４１ｄ）を設け、該間隙に絶縁油（４３）を充填してこの絶縁油（４３）に前記コイル（３４〜３６）を浸漬したことを特徴とするステータの絶縁構造。
【請求項２】
前記複数のステータコア（３１〜３３）間に形成されて前記ステータコア（３１〜３３）の周方向に延びる環状スロット（３７，３８）の内部に、前記コイルカバー（４１，４２）を配置したことを特徴とする、請求項１に記載のステータの絶縁構造。
【請求項３】
前記コイルカバー（４１，４２）の内部に前記絶縁油（４３）が充填されない空間（４５）を残したことを特徴とする、請求項１または請求項２に記載のステータの絶縁構造。
【請求項４】
前記コイルカバー（４１，４２）の頂面に、前記コイル（３４〜３６）を引き出す貫通孔（４１ｆ）と前記絶縁油（４３）を充填するための充填孔（４１ｇ）とを形成したことを特徴とする、請求項１〜請求項３の何れか１項に記載のステータの絶縁構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、環状のコイルカバーに収納した環状のコイルを、該コイルの軸線方向に交互に重ね合わされた複数のステータコア間に配置したステータの絶縁構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
本出願人は、特願２００３−３０２０１７号で新規なクローポール型モータのステータを提案している。このステータは、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相ステータコアを軸線方向に積層し、それらの間に形成された２個の環状スロットの一方にＵ相コイルおよび第１Ｖ相コイルを配置するとともに、他方に第２Ｖ相コイルおよびＷ相コイルを配置している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
一般に、ステータコアにコイルを巻回する際に、コイルがステータコアに直接接触して短絡が発生しないように、ステータコアおよびコイル間に合成樹脂等の絶縁体で形成したインシュレータが配置されている。その際に、コイルをインシュレータに密着させて隙間が発生しないようにすると、通電時にコイルが発熱して熱膨張した体積増加分を吸収できないために、その荷重でインシュレータが損傷する可能性がある。これを回避するために、インシュレータとコイルとの間に熱膨張を吸収する間隙を形成すると、その間隙によってコイルが振動して断線や騒音が発生する問題があった。
【０００４】
本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、コイルの通電時の熱膨張を吸収し、かつコイルの振動を抑制しながら、コイルとステータコアとの間の絶縁性を確保することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するために、請求項１に記載された発明によれば、環状のコイルカバーに収納した環状のコイルを、該コイルの軸線方向に交互に重ね合わされた複数のステータコア間に配置したステータの絶縁構造において、前記コイルカバーをその全周に亘り中空に形成して、その中空部に前記コイルを、該コイル全体が前記コイルカバーで囲まれるように配置し、それらコイルカバーとコイルとの間には、そのコイルカバー内面とコイルとの間に間隙が形成されるように前記コイルを支持する絶縁材料製の支持手段を設け、該間隙に絶縁油を充填してこの絶縁油に前記コイルを浸漬したことを特徴とするステータの絶縁構造が提案される。
【０００６】
また請求項２に記載された発明によれば、請求項１の構成に加えて、前記複数のステータコア間に形成されて前記ステータコアの周方向に延びる環状スロットの内部に前記コイルを収納したコイルカバーを配置したことを特徴とするステータの絶縁構造が提案される。
【０００７】
また請求項３に記載された発明によれば、請求項１または請求項２の構成に加えて、前記コイルカバーの内部に前記絶縁油が充填されない空間を残したことを特徴とするステータの絶縁構造が提案される。
【０００８】
また請求項４に記載された発明によれば、請求項１〜請求項３の何れか１項の構成に加えて、前記コイルカバーの頂面に、前記コイルを引き出す貫通孔と前記絶縁油を充填するための充填孔とを形成したことを特徴とするステータの絶縁構造が提案される。
【０００９】
尚、実施例のＵ相、Ｖ相およびＷ相ステータコア３１，３２，３３は本発明のステータコアに対応し、実施例のＵ相、Ｖ相およびＷ相コイル３４，３５Ａ，３５Ｂ，３６は本発明のコイルに対応し、実施例のコイル支持部４１ｄは本発明の支持手段に対応する。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１の構成によれば、環状のコイルカバーに収納した環状のコイルを、該コイルの軸線方向に交互に重ね合わされた複数のステータコア間に配置したステータの絶縁構造において、コイルカバーをその全周に亘り中空に形成して、その中空部にコイルを、該コイル全体がコイルカバーで囲まれるように配置し、それらコイルカバーとコイルとの間には、コイルカバー内面とコイルとの間に間隙が形成されるようにコイルを支持する絶縁材料製の支持手段を設け、該間隙に絶縁油を充填してこの絶縁油にコイルを浸漬したので、いわゆるクローポール型モータのステータにおけるコイルおよびステータコア間の絶縁が可能になり、コイルおよびステータコア間に形成した間隙に充填した絶縁油によってコイルおよびステータコア間の絶縁性を確保し、かつ前記間隙によって通電時のコイルの熱膨張を吸収しながら、該絶縁油によってコイルカバー内でのコイルの振動を抑制して断線や騒音の発生を防止することができる。また絶縁油は合成樹脂製のインシュレータよりも熱電導率が高いのでコイルの熱引きが向上する。
【００１１】
また前記支持手段により、コイルカバー内でのコイルの振動を確実に抑制して断線や騒音の発生を防止することができる。
【００１２】
請求項２の構成によれば、複数のステータコア間に形成されステータコアの周方向に延びる環状スロットの内部に、コイルを収納したコイルカバーを配置したので、各コイルは環状スロット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。
【００１３】
請求項３の構成によれば、コイルカバーの内部に絶縁油が充填されない空間を残したので、通電時のコイルの熱膨張による体積増加を前記空間により吸収することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態を、添付の図面に示した本発明の実施例に基づいて説明する。
【００１５】
図１〜図１１は本発明の第１実施例を示すもので、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、図２は図１の２−２線拡大断面図、図３は図２の３−３線断面図、図４は図２の４−４線断面図、図５は図２の５−５線断面図、図６は図２の６−６線断面図、図７は図３の７部拡大図、図８は図３の８部拡大図、図９は図２の９部拡大図、図１０はステータの一部破断斜視図、図１０はステータの分解斜視図である。
【００１６】
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ョンＴ間に配置された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２０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。
【００１７】
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。
【００１８】
次に、図２〜図１１を参照して三相交流で作動するモータＭのステータ１９の構造を説明する。
【００１９】
図１１から明らかなように、ステータ１９は無垢の磁性体で一体成形されたＵ相ステータコア３１、Ｖ相ステータコア３２およびＷ相ステータコア３３と、１個のＵ相コイル３４と、２個のＶ相コイル３５Ａ，３５Ｂと、１個のＷ相コイル３６とを備える。Ｕ相ステータコア３１、Ｖ相ステータコア３２およびＷ相ステータコア３３は軸線Ｌ方向に重ね合わされる。Ｕ相コイル３４、Ｖ相コイル３５Ａ，３５ＢおよびＷ相コイル３６の各々は、同一形状を有する合成樹脂製の第１コイルカバー４１および第２コイルカバー４２の内部に収納される。
【００２０】
図３、図１０および図１１から明らかなように、Ｕ相ステータコア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から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個のポール３１ｃ…とを備える。そして各々のポール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はコイル３４，３５Ａ，３５Ｂ，３６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ポール３１ｃとなる。
【００２１】
図４、図１０および図１１から明らかなように、Ｖ相ステータコア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から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個のポール３２ｃ…とを備える。そして各々のポール３２ｃの径方向内端は、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はコイル３４，３５Ａ，３５Ｂ，３６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ポール３２ｃとなる。
【００２２】
図５、図１０および図１１から明らかなように、Ｗ相ステータコア３３はＶ相ステータコア３２に関してＵ相ステータコア３１と鏡面対称な部材であり、かつ裏返すことでＵ相ステータコア３１と互換可能な同一形状を有している。Ｗ相ステータコア３３の各部の符号は、Ｕ相ステータコア３１の各部の符号の「３１」を「３３」に変更したものである。
【００２３】
本実施例のモータＭは三相交流で作動するものであり、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相ポール３１ｃ…，３２ｃ…，３３ｃ…は電気角で３６０°／３＝１２０°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Ｕ相、Ｖ相およびＷ相ポール３１ｃ…，３２ｃ…，３３ｃ…に対して共用されていて同一位相の磁束を発生する。これにより各相のポール３１ｃ…，３２ｃ…，３３ｃ…はロータ１７に均一なトルクを発生させることができる。
【００２４】
図１０から明らかなように、Ｕ相の９個のポール３１ｃ…、Ｖ相の９個のポール３２ｃ…およびＷ相の９個のポール３３ｃ…は略長方形の同一形状をなし、ステータ１９の内周面に沿って順番に配置される。これらのポール３１ｃ…，３２ｃ…，３３ｃ…の軸線Ｌ方向の幅は、ロータ１７の永久磁石１８…の軸線Ｌ方向の幅に略等しくなっているため、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の出力トルクを増加させることができる。しかも各永久磁石１８はＵ相、Ｖ相およびＷ相ポール３１ｃ…，３２ｃ…，３３ｃ…に対して共用されるので、各相のポール３１ｃ…，３２ｃ…，３３ｃ…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。
【００２５】
図３ないし図８から明らかなように、Ｕ相ステータコア３１のティース３１ｂ…とＶ相ステータコア３２のティース３２ｂ…との間に環状スロット３７が形成されており、この環状スロット３７に予め巻回されたＵ相コイル３４と一方のＶ相コイル３５Ａとが、それぞれ第１、第２コイルカバー４１，４２に収納された状態で配置される。またＷ相ステータコア３３のティース３３ｂ…とＶ相ステータコア３２のティース３２ｂ…との間に環状スロット３８が形成されており、この環状スロット３８に予め巻回されたＷ相コイル３６と他方のＶ相コイル３５Ｂとが、それぞれ第１、第２コイルカバー４１，４２に収納された状態で配置される。
【００２６】
即ち、実施例の三相のモータＭでは、環状スロット３７，３８の数は相数の３から１を減算した２個であり、一方の環状スロット３７には１相目（Ｕ相）および２相目（Ｖ相）のコイル３４，３５Ａが収納され、他方の環状スロット３８には２相目（Ｖ相）および３相目（Ｗ相）のコイル３５Ｂ，３６が収納されることになる。
【００２７】
このように、Ｕ相ステータコア３１のティース３１ｂ…とＶ相ステータコア３２のティース３２ｂ…とでＵ相コイル３４および一方のＶ相コイル３５Ａを挟んで固定し、かつＷ相ステータコア３３のティース３３ｂ…とＶ相ステータコア３２のティース３２ｂ…とでＷ相コイル３６および他方のＶ相コイル３５Ｂを挟んで固定したので、各コイル３４，３５Ａ，３５Ｂ，３６を固定するための特別の固定部材が不要になる。しかも各コイル３４，３５Ａ，３５Ｂ，３６は環状スロット３７，３８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。
【００２８】
各々のコイル３４，３５Ａ，３５Ｂ，３６は長方形断面の平角線を導線とするもので、径方向に９層に巻回され、軸線Ｌ方向に２層に巻回される。そして一方の環状スロット３７に収納されたＵ相コイル３４および一方のＶ相コイル３５Ａの起磁力の方向は逆になるように設定され、かつ他方の環状スロット３８に収納されたＷ相コイル３６および他方のＶ相コイル３５Ｂの起磁力の方向は逆になるように設定され、更に、一方および他方の環状スロット３７，３８に収納された一方および他方のＶ相コイル３５Ａ，３５Ｂの起磁力の方向は逆になるように設定される。つまり、軸線Ｌ方向に順次配列された４個のコイル３４，３５Ａ，３５Ｂ，３６の起磁力の方向は交互に反転するように設定される。
【００２９】
そしてＵ相コイル３４、Ｖ相コイル３５Ａ，３５ＢおよびＷ相コイル３６をスター結線あるいはデルタ結線して三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Ｕ相のポール３１ｃ…、Ｖ相のポール３２ｃ…およびＷ相のポール３３ｃ…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。
【００３０】
ところで、各相のコイルをそれぞれ独立した結線とすると、コイルを双方向に励磁するために４個のスイッチング素子を組み合わせたＨブリッジ回路が必要となり、Ｎ相のコイルに対して合計４Ｎ個のスイッチング素子が必要になる。しかしながら、スター結線あるいはデルタ結線を採用することにより、一部の回路を共用して半分の２Ｎ個のスイッチング素子だけで済ますことができ、回路の簡素化が可能になる。
【００３１】
以上のように、軸線Ｌ方向に並置したＵ相、Ｖ相およびＷ相ティース３１ｂ…，３２ｂ…，３３ｂ…間に形成された２個の環状スロット３７，３８にＵ相、Ｖ相およびＷ相コイル３４，３５Ａ，３５Ｂ，３６を収納したので、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の三相に対して３個のティース３１ｂ…，３２ｂ…，３３ｂ…と２個の環状スロット３７，３８とを設ければ良く、６個のティースと３個の環状スロットとを必要とするものに比べて、ステータ１９の軸線Ｌ方向の厚さを薄くしてモータＭを薄型化し、エンジンＥおよびトランスミッションＴ間の狭い空間にモータＭを容易に配置することができる。
【００３２】
次に、図８〜図１０に基づいて第１コイルカバー４１および第２コイルカバー４２の構造を説明する。Ｕ相、Ｖ相およびＷ相コイル３４，３５Ａ，３５Ｂ，３６の第１、第２コイルカバー４１，４２は全て同一構造であるため、その代表としてＵ相コイル３４の第１、第２コイルカバー４１，４２の構造を説明する。
【００３３】
第１コイルカバー４１は、径方向外周壁４１ａ、径方向内周壁４１ｂおよび軸方向側壁４１ｃを備えた断面コ字状の環状部材であり、また第２コイルカバー４２は前記軸方向側壁４１ｃに対向する平坦な環状部材であり、第２コイルカバー４２は第１コイルカバー４１の開口部を閉塞するように結合され、コイルカバー全体としては全周に亘り中空に形成されて、内部にＵ相コイル３４を収納する断面四角形の環状空間を構成する。
【００３４】
第１コイルカバー４１の内周面に段状のコイル支持部４１ｄが一体に形成されており、このコイル支持部４１ｄにＵ相コイル３４の内周面が支持される。この状態で、Ｕ相コイル３４と第１、第コイルカバー４１，４２との間に間隙が形成されており、この間隙に電気を通さない絶縁油４３が充填される。
【００３５】
Ｕ相、Ｖ相およびＷ相ステータコア３１，３２，３３の円周方向の一か所に切欠３１ｄ，３２ｄ，３３ｄが形成されており、この切欠３１ｄ，３２ｄ，３３ｄに嵌合する凸部４１ｅ，４２ａが第１、第２コイルカバー４１，４２の円周方向の一か所に突設される。第１コイルカバー４１の凸部４１ｅの頂面にＵ相、Ｖ相およびＷ相コイル３４，３５Ａ，３５Ｂ，３６をステータ１９の外部に引き出す貫通孔４１ｆと、絶縁油４３を充填するための絶縁油充填孔４１ｇとが形成される。絶縁油充填孔４１ｇは、第１、第２コイルカバー４１，４２の内部に絶縁油を充填した後にシリコン等のシール部材４４で閉塞される。このとき、絶縁油は第１、第２コイルカバー４１，４２の内部を完全に満たしておらず、空気が溜まった空間４５が残される。
【００３６】
以上のように、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相コイル３４，３５Ａ，３５Ｂ，３６を各々第１、第２コイルカバー４１，４２の内部に収納し、第１、第２コイルカバー４１，４２と、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相コイル３４，３５Ａ，３５Ｂ，３６と間に形成した間隙に絶縁油４３を充填したので、絶縁油４３によってコイル３４，３５Ａ，３５Ｂ，３６およびステータコア３１，３２，３３間の絶縁性を確保することができる。また前記間隙によって通電時におけるＵ相、Ｖ相およびＷ相コイル３４，３５Ａ，３５Ｂ，３６の熱膨張を吸収しながら、絶縁油４３によって第１、第２コイルカバー４１，４２内でのＵ相、Ｖ相およびＷ相コイル３４，３５Ａ，３５Ｂ，３６の振動を抑制して断線や騒音の発生を防止することができ、しかも絶縁油４３は合成樹脂よりも熱電導率が高いのでＵ相、Ｖ相およびＷ相コイル３４，３５Ａ，３５Ｂ，３６の熱引きが向上する。
【００３７】
特に、第１コイルカバー４１の内面にＵ相、Ｖ相およびＷ相コイル３４，３５Ａ，３５Ｂ，３６を支持するコイル支持部４１ｄを設けたので、第１、第２コイルカバー４１，４２内でのＵ相、Ｖ相およびＷ相コイル３４，３５Ａ，３５Ｂ，３６の振動を一層確実に抑制して断線や騒音の発生を防止することができる。更に、通電時にＵ相、Ｖ相およびＷ相コイル３４，３５Ａ，３５Ｂ，３６が熱膨張して体積が増加しても、第１、第２コイルカバー４１，４２の内部に絶縁油４３が充填されない空間４５が形成されているので、前記体積の増加を空間４５内の空気を圧縮することで吸収し、絶縁油４３の漏れを防止することができる。
【００３８】
以上、本発明の実施例を説明したが、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。
【００３９】
例えば、実施例では第１、第２コイルカバー４１，４２を電気絶縁体である合成樹脂製としているが、絶縁油４３が絶縁機能を発揮するため、第１、第２コイルカバー４１，４２は必ずしも絶縁体である必要はない。但し、この場合にはＵ相、Ｖ相およびＷ相コイル３４，３５Ａ，３５Ｂ，３６を支持するコイル支持部４１ｄを、第１コイルカバー４１と別部材の絶縁体（例えばシリコン樹脂）で構成することが必要となる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】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
【図２】図１の２−２線拡大断面図
【図３】図２の３−３線断面図
【図４】図２の４−４線断面図
【図５】図２の５−５線断面図
【図６】図２の６−６線断面図
【図７】図３の７部拡大図
【図８】図６の８部拡大図
【図９】図２の９部拡大図
【図１０】ステータの一部破断斜視図
【図１１】ステータの分解斜視図
【符号の説明】
【００４１】
３１ Ｕ相ステータコア（ステータコア）
３２ Ｖ相ステータコア（ステータコア）
３３ Ｗ相ステータコア（ステータコア）
３４ Ｕ相コイル（コイル）
３５Ａ Ｖ相コイル（コイル）
３５Ｂ Ｖ相コイル（コイル）
３６ Ｗ相コイル（コイル）
３７，３８ 環状スロット
４１，４２ 第１，第２コイルカバー（コイルカバー）
４１ｄ コイル支持部（支持手段）
４１ｆ 貫通孔
４１ｇ 充填孔
４２ 第２コイルカバー（コイルカバー）
４３ 絶縁油
４５ 空間
Ｌ （コイルの）軸線
【図１】
0004446867.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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