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公開番号2020115710
公報種別公開特許公報(A)
公開日20200730
出願番号2019006056
出願日20190117
発明の名称回転電機
出願人本田技研工業株式会社
代理人特許業務法人航栄特許事務所
主分類H02K 1/18 20060101AFI20200703BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】絶縁部材が損傷し、コイルが短絡することを防止できる回転電機を提供する。
【解決手段】回転電機1は、ステータコア6及びステータコア6に取り付けられるコイル7を有するステータ5と、ケース9と、ステータ5をケース9に固定する締結部材8と、を備える。ケース9は、ステータコア6よりも線膨張係数が高い材料で形成されている。ステータコア6を構成する複数の電磁鋼板10のうち、ケース9と当接する第1電磁鋼板10Aの締結部40Aの外周縁42Aは、第1電磁鋼板10Aと隣接する第2電磁鋼板10Bの締結部40Bの外周縁42Bよりも径方向内側となるように形成される。
【選択図】図4
特許請求の範囲【請求項1】
複数のスロット部を有する略円環形状のステータコアと、前記ステータコアに取り付けられるコイルと、を有するステータと、
前記ステータコアよりも線膨張係数が高い材料で形成されたケースと、
前記ステータを前記ケースに固定する締結部材と、を備え、
前記コイルは、前記スロット部に挿入された複数のスロットコイル部を有し、
前記複数のスロットコイル部は、絶縁部材によって隣接する前記スロットコイル部と絶縁されており、
前記ステータコアは、積層された複数の電磁鋼板から構成され、径方向外側に突出し、前記締結部材が挿通する挿通孔が形成された締結部を有し、
前記ケースは、前記ステータコアと当接し、前記締結部材が締結される締結孔が形成された当接部を有し、
前記締結部材が、前記ステータコアの前記挿通孔を挿通し、前記ケースの前記締結孔に締結されることによって、前記ステータが前記ケースに固定された回転電機であって、
前記複数の電磁鋼板のうち、前記ケースと当接する第1電磁鋼板の前記締結部の外周縁は、前記第1電磁鋼板と隣接する第2電磁鋼板の前記締結部の外周縁よりも径方向内側となるように形成された、回転電機。
続きを表示(約 720 文字)【請求項2】
複数のスロット部を有する略円環形状のステータコアと、前記ステータコアに取り付けられるコイルと、を有するステータと、
前記ステータコアよりも線膨張係数が高い材料で形成されたケースと、
前記ステータを前記ケースに固定する締結部材と、を備え、
前記コイルは、前記スロット部に挿入された複数のスロットコイル部を有し、
前記複数のスロットコイル部は、絶縁部材によって隣接する前記スロットコイル部と絶縁されており、
前記ステータコアは、積層された複数の電磁鋼板から構成され、径方向外側に突出し、前記締結部材が挿通する挿通孔が形成された締結部を有し、
前記ケースは、前記ステータコアと当接し、前記締結部材が締結される締結孔が形成された当接部を有し、
前記締結部材が、前記ステータコアの前記挿通孔を挿通し、前記ケースの前記締結孔に締結されることによって、前記ステータが前記ケースに固定された回転電機であって、
前記ケースの前記当接部は、前記複数の電磁鋼板のうち、前記ケースと当接する第1電磁鋼板の前記締結部の外周縁、及び前記第1電磁鋼板と隣接する第2電磁鋼板の前記締結部の外周縁よりも径方向内側に形成された、回転電機。
【請求項3】
請求項1または2に記載の回転電機であって、
前記絶縁部材は、前記スロットコイル部と、隣接する前記スロットコイル部との間に介挿された絶縁紙である、回転電機。
【請求項4】
請求項1または2に記載の回転電機であって、
前記絶縁部材は、前記スロットコイル部の外周面に被膜された絶縁被膜である、回転電機。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本発明は、電動車両などに搭載される回転電機に関する。
続きを表示(約 8,700 文字)【背景技術】
【0002】
従来から、ハイブリッド自動車等の車両の動力源や発電源として回転電機が使用されている。回転電機は、ステータを備える。
【0003】
例えば、特許文献1の回転電機は、ステータコアとコイルとを有するステータを備える。ステータコアは、複数枚の環状のプレートが軸方向に積層されて環状に形成されている。コイルには、被膜や絶縁紙等の絶縁部が囲繞されている。ステータコアの取付部は、ケース(ステータ支持部材)に対して、例えばボルト等により固定される。
【0004】
複数のティースは、ヨーク部の内周縁に周方向に間隔をあけて設けられている。周方向で隣り合うティース間には、コイルが収容されるスロットが形成されている。ティースは、ティース本体と、鍔部とを有する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
特開2010−279232号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
しかしながら、この種の回転電機は、ティースの鍔部がコイルを囲繞する絶縁被膜や絶縁紙等の絶縁部材に対して径方向から接触して、絶縁部材が損傷し、短絡が生じるおそれがあった。これについて、図9を参照して説明する。
【0007】
図9(a)〜(d)に示すように、ステータコア106は、ボルトの軸力ARによって、ケース109の当接部190に固定されている。ステータコア106は、電磁鋼板110が軸方向に積層されて構成される。電磁鋼板110は、例えば表面が樹脂でコーティングされている。ケースの材料は、例えばアルミニウムである。ケース109は、電磁鋼板110よりも線膨張係数が大きい。
【0008】
始めに、図9(a)に示すように、電磁鋼板110の外周縁112は、ケース109の当接部190の端部193と径方向で同一面上に位置している。このとき、回転電機の温度は、常温(例えば、摂氏20度)である。
【0009】
次に、図9(b)に示すように、回転電機が高負荷状態になると、回転電機は、温度が上昇し、高温(例えば、摂氏150度)となる。すると、ステータコア106及びケース109は、ともに熱膨張するが、線膨張係数の大きいケース109の方が、ステータコア106よりも大きく膨張する。
【0010】
このとき、ケース109の当接部190と電磁鋼板110の摩擦係数は、電磁鋼板110同士の摩擦係数より大きいため、ケース109の当接部190と当接する電磁鋼板110Aは、ケース109の当接部190との摩擦力によって径方向外側に引っ張られる。この結果、ケース109の当接部190と当接する電磁鋼板110Aは、電磁鋼板110Aと隣接する電磁鋼板110Bの径方向外側に突出する。さらに、ボルトの軸力ARに起因してケース109の当接部190から電磁鋼板110Aに入力される荷重により、電磁鋼板110Aの外周縁112Aは、電磁鋼板110B側に反るように変形する。
【0011】
次に、図9(c)に示すように、回転電機が高負荷状態から低負荷状態または無負荷状態になると、回転電機は、温度が低下する。すると、ステータコア106及びケース109は、ともに収縮するが、線膨張係数の大きいケース109の当接部190の方が、ステータコアよりも収縮する。
【0012】
このとき、ケース109の当接部190と電磁鋼板110の摩擦係数は、電磁鋼板110同士の摩擦係数より大きいため、ケース109の当接部190と当接する電磁鋼板110Aは、ケース109の当接部190との摩擦力によって径方向内側に引っ張られる。しかし、電磁鋼板110Aの外周縁112Aは、電磁鋼板110B側に反っているため、電磁鋼板110Aの屈折部113Aが電磁鋼板110Bに引っ掛かる。
【0013】
この結果、図9(d)に示すように、常温に戻った場合でも、ケース109の当接部190と当接する電磁鋼板110Aは、外周縁112Aが電磁鋼板110Bの外周縁112Bと径方向で同一面となる位置までは戻らない。このため、電磁鋼板110Aのティースの鍔部は、電磁鋼板110Bのティースの鍔部より径方向外側に位置することとなる。これにより、電磁鋼板110Aのティースの鍔部がコイルを囲繞する絶縁被膜や絶縁紙等の絶縁部材に対して径方向から接触して、絶縁部材が損傷し、短絡が生じるおそれが生じる。
【0014】
本発明は、絶縁部材が損傷し、コイルが短絡することを防止できる回転電機を提供する。
【課題を解決するための手段】
【0015】
本発明は、
複数のスロット部を有する略円環形状のステータコアと、前記ステータコアに取り付けられるコイルと、を有するステータと、
前記ステータコアよりも線膨張係数が高い材料で形成されたケースと、
前記ステータを前記ケースに固定する締結部材と、を備え、
前記コイルは、前記スロット部に挿入された複数のスロットコイル部を有し、
前記複数のスロットコイル部は、絶縁部材によって隣接する前記スロットコイル部と絶縁されており、
前記ステータコアは、積層された複数の電磁鋼板から構成され、径方向外側に突出し、前記締結部材が挿通する挿通孔が形成された締結部を有し、
前記ケースは、前記ステータコアと当接し、前記締結部材が締結される締結孔が形成された当接部を有し、
前記締結部材が、前記ステータコアの前記挿通孔を挿通し、前記ケースの前記締結孔に締結されることによって、前記ステータが前記ケースに固定された回転電機であって、
前記複数の電磁鋼板のうち、前記ケースと当接する第1電磁鋼板の前記締結部の外周縁は、前記第1電磁鋼板と隣接する第2電磁鋼板の前記締結部の外周縁よりも径方向内側となるように形成される。
【0016】
また、本発明は、
複数のスロット部を有する略円環形状のステータコアと、前記ステータコアに取り付けられるコイルと、を有するステータと、
前記ステータコアよりも線膨張係数が高い材料で形成されたケースと、
前記ステータを前記ケースに固定する締結部材と、を備え、
前記コイルは、前記スロット部に挿入された複数のスロットコイル部を有し、
前記複数のスロットコイル部は、絶縁部材によって隣接する前記スロットコイル部と絶縁されており、
前記ステータコアは、積層された複数の電磁鋼板から構成され、径方向外側に突出し、前記締結部材が挿通する挿通孔が形成された締結部を有し、
前記ケースは、前記ステータコアと当接し、前記締結部材が締結される締結孔が形成された当接部を有し、
前記締結部材が、前記ステータコアの前記挿通孔を挿通し、前記ケースの前記締結孔に締結されることによって、前記ステータが前記ケースに固定された回転電機であって、
前記ケースの前記当接部は、前記複数の電磁鋼板のうち、前記ケースと当接する第1電磁鋼板の前記締結部の外周縁、及び前記第1電磁鋼板と隣接する第2電磁鋼板の前記締結部の外周縁よりも径方向内側に形成される。
【発明の効果】
【0017】
本発明によれば、回転電機が、温度上昇後、常温に戻る際、第1電磁鋼板は第2電磁鋼板に引っ掛かることなく元の位置に戻ることができるので、第1電磁鋼板によって絶縁部材が損傷し、コイルが短絡することを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【0018】
本発明の第1実施形態の回転電機をロータシャフトの軸線方向から見た図である。
ロータコアの形状を斜め上から見た要部拡大図である。
図1のA−A断面図である。
図3のエリアERの拡大図である。
第1電磁鋼板及び第2電磁鋼板の締結部の外周縁を説明する説明図である。
回転電機の温度変化による、ステータコア及びケースの動作を説明する説明図である。
第2実施形態の回転電機に係る構造を説明する説明図である。
第2実施形態における回転電機の温度変化による、ステータコア及びケースの動作を説明する説明図である。
課題を説明する説明図である。
【発明を実施するための形態】
【0019】
以下、本発明の回転電機の各実施形態を、添付図面に基づいて説明する。本発明の回転電機は、少なくとも発電用及び駆動用の回転電機を含む。
【0020】
[第1実施形態]
先ず、本発明の第1実施形態の回転電機1について図1〜図6を参照しながら説明する。添付図面では見易さのために、複数存在する同一属性の部位には、一部のみしか参照符号が付されていない場合がある。また、同一の形状、構造等である場合は図面を解りやすくするため、それぞれ同符号をつけている場合がある。
【0021】
<回転電機の構成>
図1に示すように、回転電機1は、ロータ3及びステータ5と、ケース9と、を備えている。
【0022】
ロータ3はロータシャフト2を有している。ロータシャフト2の中心には、中心軸Cがある。この中心軸Cはロータシャフト2と平行であり3次元空間に定義される直線である。図1は中心軸Cを軸方向から見た図であり中心軸Cが点に見えている状態である。
【0023】
本実施形態において、径方向外側という場合は、中心軸Cが点に見えている状態で、この点を中心として円を描いて点から円へ向かう方向をいう。また、径方向内側という場合は、中心軸Cが点に見えている状態で、この点を中心として円を描いて円から点へ向かう方向をいう。さらに、周方向というときは円に沿った方向をいう。
【0024】
ステータ5は、略円環形状のステータコア6と、ステータコア6に取り付けられるコイル7と、を有する。ステータ5は、締結部材8によってケース9に固定されている。締結部材8は、例えばボルトである。
【0025】
図2に示すように、ステータコア6は、複数の電磁鋼板10が軸方向に積層されて構成されている。電磁鋼板10は、表面が樹脂でコーティングされている。
【0026】
ステータコア6は、略円環形状のヨーク部20と、ヨーク部20の内周縁21から径方向内側に突出して形成され、周方向に環状に配置された複数のティース部30と、ヨーク部20の外周縁22から径方向外側に突出し、締結部材8が挿通する挿通孔41が形成された複数の締結部40と、を有する。本実施形態では、締結部40は、6個形成されている。
【0027】
ティース部30の先端には、周方向両側に突出する2つの鍔部31が形成されている。ティース部30間には、底壁面33、第1側壁面35、第2側壁面37によって囲まれたスロット部39が形成されている。スロット部39には、コイル7が収容される。
【0028】
図3及び図4に示すように、コイル7は、ステータコア6のスロット部39に径方向に積層して挿入された複数のスロットコイル部7Aを有し、複数のスロットコイル部7Aは、絶縁部材7Bによって隣接するスロットコイル部7Aと絶縁されている。なお、各スロットコイル部7Aの長手方向は、中心軸Cと略平行であり略等間隔に配置されている。
【0029】
絶縁部材7Bは、例えば絶縁紙である。これにより、スロットコイル部7Aの製造が容易となる。
【0030】
ケース9は、ステータコア6と当接し、締結部材8が締結される締結孔91が形成された当接部90を有する。ステータコア6は、締結部40がケース9の当接部90と軸方向で当接するように配置されている。締結部材8が、電磁鋼板10の締結部40に形成された挿通孔41を挿通し、ケース9の当接部90に形成された締結孔91に締結されることによって、ステータ5がケース9に固定されている。
【0031】
ケース9は、ステータコア6を構成する電磁鋼板10よりも線膨張係数が高い材料で形成されている。ケース9の材料は、例えばアルミニウムである。なお、線膨張係数とは温度上昇による物体の長さや体積が膨張する割合を温度当たりで示したものをいう。
【0032】
ステータコア6を構成する電磁鋼板10は、ケース9の当接部90と軸方向で当接する第1電磁鋼板10Aと、第1電磁鋼板10Aと隣接する第2電磁鋼板10Bと、を有する。第1電磁鋼板10Aと隣接する第2電磁鋼板10Bを含む電磁鋼板10は、全て同材料で形成されており、形状のみが異なる。本実施形態では、第1電磁鋼板10A以外の電磁鋼板10(第2電磁鋼板10Bを含む)は、同一形状となっている。
【0033】
図4及び図5に示すように、ケース9の当接部90と当接する第1電磁鋼板10Aの締結部40Aの外周縁42Aは、第1電磁鋼板10Aと隣接する第2電磁鋼板10Bの締結部40Bの外周縁42Bよりも径方向内側となるように形成されている。
【0034】
図6を参照して、回転電機1の温度変化によるステータコア6及びケース9の動作を詳しく説明する。
【0035】
図6(a)〜(d)に示すように、ステータコア6は、締結部材8の軸力ARによって、ケース9の当接部90に固定されている。締結部材8の軸力ARは、中心軸Cと平行な方向の力である。
【0036】
始めに、図6(a)に示すように、ケース9の当接部90と当接する第1電磁鋼板10Aの締結部40Aの外周縁42Aは、第1電磁鋼板10Aと隣接する第2電磁鋼板10Bの締結部40Bの外周縁42Bよりも径方向内側となるように形成されている。さらに、第1電磁鋼板10Aの締結部40Aの外周縁42Aは、ケース9の当接部90の端部93より径方向内側となるように形成されている。本実施形態では、第1電磁鋼板10A以外の電磁鋼板10(第2電磁鋼板10Bを含む)の締結部40の外周縁42と、ケース9の当接部90の端部93は径方向で同一の位置となっている。このとき、回転電機1の温度は、常温(例えば、摂氏20度)である。
【0037】
次に、図6(b)に示すように、回転電機1が高負荷状態になると、回転電機1は、温度が上昇し、高温(例えば、摂氏150度)となる。すると、ケース9及びステータコア6を構成する電磁鋼板10は、ともに熱膨張するが、線膨張係数の大きいケース9の当接部90の方が、電磁鋼板10よりも大きく膨張する。
【0038】
このとき、ケース9の当接部90と第1電磁鋼板10Aとの摩擦係数、すなわちアルミニウムと樹脂との摩擦係数は、第1電磁鋼板10Aと第2電磁鋼板10Bとの摩擦係数、すなわち樹脂と樹脂との摩擦係数より大きいため、第1電磁鋼板10Aは、ケース9の当接部90との摩擦力によって径方向外側に引っ張られる。しかし、第1電磁鋼板10Aの締結部40Aの外周縁42Aは、径方向外側へと変位するが、第2電磁鋼板10Bの外周縁42Bよりも径方向内側であるので、第2電磁鋼板10Bの外周縁42Bの径方向外側には突出しない。これにより、第1電磁鋼板10Aは、締結部材8の軸力ARによって、外周縁42Aが第2電磁鋼板10B側に反るような変形は生じない。
【0039】
ここで摩擦係数とは、互いに接触する二つの物体の接触面の滑りにくさを示す係数であり、摩擦係数が大きいほど互いに接触する二つの物体の接触面は滑りにくい。
【0040】
次に、図6(c)に示すように、回転電機1が高負荷状態から低負荷状態または無負荷状態になると、回転電機1は、温度が低下する。すると、ケース9及びステータコア6を構成する電磁鋼板10は、ともに収縮するが、線膨張係数の大きいケース9の当接部90の方が、電磁鋼板10よりも収縮する。
【0041】
このとき、ケース9の当接部90と第1電磁鋼板10Aとの摩擦係数は、第1電磁鋼板10Aと第2電磁鋼板10Bとの摩擦係数より大きいため、第1電磁鋼板10Aは、ケース9の当接部90との摩擦力によって径方向内側に引っ張られる。さらに、第1電磁鋼板10Aは、第2電磁鋼板10B側に反っていないので、第2電磁鋼板10Bに引っ掛かることなく、ケース9の当接部90との摩擦力によって径方向内側に引っ張られる。
【0042】
この結果、図6(d)に示すように、回転電機1の温度が低下し常温に戻ったとき、ケース9及びステータコア6を構成する電磁鋼板10は、ともに収縮し、第1電磁鋼板10Aは、第2電磁鋼板10Bに引っ掛かることなく、図6(a)と同じ位置に戻る。
【0043】
なお、図6(a)〜(d)の過程において、ケース9の当接部90と第1電磁鋼板10Aとの摩擦係数、すなわちアルミニウムと樹脂との摩擦係数は、第1電磁鋼板10Aと第2電磁鋼板10Bとの摩擦係数、すなわち樹脂と樹脂との摩擦係数より大きいため、ケース9の当接部90と第1電磁鋼板10Aとは、ほぼ滑りが生じない。
【0044】
このように、ケース9の当接部90と当接する第1電磁鋼板10Aの締結部40Aの外周縁42Aは、第1電磁鋼板10Aと隣接する第2電磁鋼板10Bの締結部40Bの外周縁42Bよりも径方向内側となるように形成されているので、回転電機1の温度上昇によって、ケース9がステータコア6よりも膨張し、第1電磁鋼板10Aがケース9の当接部90との摩擦力によって径方向外側に引っ張られた場合でも、第1電磁鋼板10Aの締結部40Aは、第2電磁鋼板10Bの締結部40Bの外周縁42Bよりも径方向外側に突出しない。
【0045】
したがって、第1電磁鋼板10Aの締結部40Aの外周縁42Aは、締結部材8の軸力ARによって第2電磁鋼板10B側に反るような変形は生じないので、回転電機1が温度上昇後に常温に戻る際、第1電磁鋼板10Aは第2電磁鋼板10Bに引っ掛かることなく元の位置に戻ることができる。これにより、回転電機1が温度上昇後に常温に戻った場合でも、第1電磁鋼板10Aが元の位置まで戻らないことに起因して、第1電磁鋼板10Aのティース部30の鍔部31によって絶縁部材7Bが損傷することを防止でき、コイル7が短絡することを防止できる。
【0046】
また、第1電磁鋼板10Aの締結部40Aより径方向内側の形状、すなわち第1電磁鋼板10Aのヨーク部20及びティース部30の形状は、他の電磁鋼板10(第2電磁鋼板10Bを含む)と同一形状である。したがって、回転電機1の駆動によって第1電磁鋼板10Aに生じる磁束は、他の電磁鋼板10(第2電磁鋼板10Bを含む)に生じる磁束と変わらないので、回転電機1の出力トルクの低下を防止できる。
【0047】
本実施形態では、絶縁部材7Bは絶縁紙であるとしたが、絶縁部材7Bは、スロットコイル部7Aの外周面に被膜された絶縁被膜であってもよい。これにより、複数のスロットコイル部7Aをスロット部39に挿入する作業を容易化できる。
【0048】
[第2実施形態]
続いて、本発明の第2実施形態の回転電機1Aについて図7及び図8を参照しながら説明する。なお、以下の説明において、第1実施形態の回転電機1と同一の構成要素については同一の符号を付して説明を省略又は簡略化する。第1実施形態の回転電機1のステータコア6を構成する電磁鋼板10は、ケース9の当接部90と当接するケース9の当接部90と軸方向で当接する第1電磁鋼板10Aのみ他の電磁鋼板10と異なる形状を有していたが、第2実施形態の回転電機1Aのステータコア6を構成する電磁鋼板10は、第1電磁鋼板10A及び第2電磁鋼板10Bを含む全ての電磁鋼板10が同一形状となっている。以下、第1実施形態の回転電機1と第2実施形態の回転電機1Aとの相違点について詳細に説明する。
【0049】
図7に示すように、第2実施形態の回転電機1Aのステータコア6を構成する電磁鋼板10による締結部40の外周縁42は、径方向で単一面を形成している。
【0050】
回転電機1Aのケース9は、ステータコア6と当接し、締結部材8が締結される締結孔91が形成された当接部90Aを有する。
(【0051】以降は省略されています)

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