JP5560348B2

JP5560348B2 - ステータ

Info

Publication number: JP5560348B2
Application number: JP2012546888A
Authority: JP
Inventors: 達也丁子; 通久河野; 一晃瀧澤
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2010-12-03
Filing date: 2011-11-29
Publication date: 2014-07-23
Anticipated expiration: 2031-11-29
Also published as: CN103229392B; WO2012073959A1; CN103229392A; JPWO2012073959A1; US9379589B2; US20130302152A1

Description

本発明は、電動機や発電機等の回転電機に用いられるステータに関するものである。
本願は、２０１０年１２月３日に、日本に出願された日本国特願２０１０−２７０７００号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

電動機等のステータとしては、円筒状のステータホルダをハウジングにボルト固定し、コイルが巻回された複数のステータ片を円環状に配列した環状ステータ群をステータホルダの内側に圧入して保持し、各ステータ片のコイルに給電するための配線部材を環状ステータ群に沿って設けたものが知られている。また、この種の電動機のステータホルダには、その軸線方向一端側にハウジングに固定されるフランジ部が設けられている。

特許文献１には、環状ステータ群をステータホルダの内側への圧入する際に、圧入をスムーズに実施できるように、軸線方向他端側、つまりフランジ部と反対側に導入部が設けられたステータホルダが開示されている。具体的に図１２、図１３によって説明すると、ステータホルダ１０３は周壁部１０４を備え、周壁部１０４の軸線方向一端側にフランジ部１１２を備えている。周壁部１０４は、小径筒部１３１、テーパ筒部１３２、大径筒部１３３、及びそれぞれの筒部をスムーズに接続する円弧面１３４ａ，１３４ｂとから構成されている。

導入部１０７は、周壁部１０４の大径筒部１３３、テーパ筒部１３２、及び円弧面１３４ａ，１３４ｂとから構成されている。つまり、テーパ筒部１３２においては、軸線方向他端側から軸線方向一端側に向かって、ステータホルダ１０３の周壁部１０４の内径が連続的に収縮するように形成されている。これにより、従来のステータは、ステータホルダ１０３に対して環状ステータ群を圧入する際、フランジ部１１２側からのみならず、その反対側の導入部１０７から環状ステータ群を圧入することを可能にしている。

日本国特開２００５−３１２１５１号公報

ところで、環状ステータ群を備えたステータにおいては、環状ステータ群の固有振動数が低く、電動機が低速で回転している際に環状ステータ群を構成するステータ片が振動しやすい構造となっている。これにより、電動機が低速で回転している場合において、ステータホルダに振動がより伝わり易い。しかしながら、上記従来のステータホルダ１０３は、導入部１０７付近の剛性が低いため、環状ステータ群の振動を抑制することができず、振動騒音が発生するという課題がある。

この発明は、このような事情を考慮してなされたもので、その目的は、ステータホルダの径方向の変形を抑制することによって振動騒音を抑えることができるステータを提供することにある。

この発明に係るステータでは、上記課題を解決するために以下の手段を採用した。
（１）本発明に係る一態様は、コイルが巻回された複数のステータ片と；周壁部において前記複数のステータ片を環状に配列して支持するステータホルダと；前記ステータホルダの外側に配置されてこのステータホルダを支持するハウジングと；を備え、前記ステータホルダが、その軸線方向一端側の縁からその径方向外側に連続的に張り出してかつ、前記ハウジングに対して固定されるフランジ部と、前記ステータホルダの前記周壁部外面に、このステータホルダの前記径方向の振動を規制する補強部と、を備える。

（２）上記（１）の態様において、前記補強部が、前記ステータホルダの前記周壁部の軸線方向他端側の縁から径方向外側に連続的に張り出した他のフランジ部でもよい。

（３）上記（１）の態様において、前記補強部が、前記周壁部の前記外周面と前記フランジ部とのコーナー部分に渡って設けられた複数の凸部であり、これら凸部が周方向に沿って互いに所定間隔を隔てて配設されてもよい。

（４）上記（３）の態様において、前記凸部が、前記フランジ部から徐々に突出高さが減少して前記周壁部に至る形状を備えてもよい。

（５）上記（１）の態様において、前記補強部が、前記周壁部の前記外周面に連続的に張り出した凸条でもよい。

上記（１）の態様によれば、補強部を設けることによって、ステータホルダの径方向の変形を抑えることができる。これにより、ステータを構成するステータ片の振動を抑制し、車内音を低減することができる。
上記（２）の態様によれば、他のフランジ部が周壁部の全周に亘って設けられていることにより、フランジ部と他のフランジ部によって周壁部の径方向への変形を抑え、ステータホルダの剛性をより高めることができる。
また、周壁部の内周面を平坦とすることができるため、複数のステータ片と周壁部の内周面とが当接する面積を多く確保することができる。
また、他のフランジ部の径方向の幅を変更することによって、ステータホルダの振動モードを調整することができる。
上記（３）の態様によれば、凸部によってフランジ部に対する周壁部の倒れを防止して、周壁部の変形を抑えることができる。
また、フランジ部の形状に対応して凸部の周方向の位置を変更することによって、周方向の剛性を調整することができる。
上記（４）の態様によれば、周壁部と複数のステータ片との当接面積をより多く確保することができる。
上記（５）の態様によれば、ステータホルダの周壁部の軸線方向他端縁の形状を変更することなく、周壁部自体の径方向への変形を抑え、全周に亘ってステータホルダの剛性を高めることができる。

本発明に係るステータを備えた電動機を駆動源の一つとするハイブリッド車両の駆動系の模式図である。本発明の第１実施形態のステータの正面図である。上記ステータの分解斜視図である。本発明の第１実施形態のステータホルダの斜視図である。図４のＡ−Ａ断面図である。電動機の回転数とステータ片の振動加速度との関係を示すグラフであり、第１実施形態と従来技術との比較を示すグラフである。電動機の回転数と音圧との関係を示すグラフであり、第１実施形態と従来技術との比較を示すグラフである。本発明の第２実施形態のステータホルダの斜視図である。図８のＢ−Ｂ断面図である。本発明の第３実施形態のステータホルダの斜視図である。図１０のＣ−Ｃ断面図である。従来のステータホルダの断面図である。従来のステータホルダの要部拡大断面図である。

（第１実施形態）
以下、本発明のステータの第１実施形態について、図面を参照して説明する。
本実施形態のステータは、ハイブリッド車両の駆動用電動機に用いられている。図１に示すように、ハイブリッド車両は、駆動源として内燃機関Ｅ（エンジン）と電動機Ｍ（回転電機）を備え、電動機Ｍにおいてステータ１の内側で回転するロータＲに内燃機関Ｅの出力軸ＥＳ及びトランスミッションＴの入力軸ＴＳが連結されている。内燃機関Ｅと電動機Ｍの駆動力はトランスミッションＴを介して駆動輪Ｗ（車輪）に伝達され、内燃機関Ｅと電動機Ｍの少なくとも一方の動力を駆動力としてハイブリッド車両は走行する。また、このハイブリッド車両は、減速時に駆動輪Ｗ側から電動機Ｍ側に電力が伝達されると、電動機Ｍは発電機として機能し、回生制動により車体の運動エネルギーを電気エネルギーとして図示しない蓄電装置に回収する。

図２及び図３に示すように、ステータ１は、アルミニウム合金からなるハウジング２と、ハウジング２の内部空間１０に固定された鉄製のステータホルダ３と、ステータホルダ３の周壁部４において支持される環状ステータ群５と、環状の配電部材６（バスリング）とを備えている。

ハウジング２は、電動機Ｍのハウジングを形成しており、内燃機関ＥとトランスミッションＴとの間に挟みこまれてこれらに連結固定されている。
ハウジング２は、環状のハウジング筒部８と、ハウジング筒部８の軸線方向（円筒軸方向）一端部に径方向（円筒径方向）内方に張り出すように設けられたハウジングフランジ部９とを備え、ハウジング２の内部空間１０は、ステータホルダ３及び環状ステータ群５を収納可能な形状に形成されている。また、ハウジング２は、内部空間１０に連なるターミナルボックス１１を備えている。

図４及び図５に示すように、ステータホルダ３は、円筒状の周壁部４と、周壁部４の軸線方向一端部において径方向外方に張り出すように設けられたフランジ部１２と、周壁部４の外周面４ｂに設けられた補強部７を備えている。具体的には、補強部７は周壁部４の軸線方向他端縁において、ステータホルダ３の径方向外側に張り出した第２フランジ部（他のフランジ部）３１である。また、ステータホルダ３の周壁部４は、内部に環状ステータ群５を圧入によって収納可能な形状に形成されている。

フランジ部１２には、複数のボルト装着孔１３…が設けられており、このボルト装着孔１３…に挿通されたボルト１４…（図３参照）が、ハウジング２のハウジングフランジ部９に設けられたボルト装着孔１５…に螺合することによって、ステータホルダ３がハウジング２に固定される。フランジ部１２の径方向の突出量は一定ではなく、ボルト装着孔１３の形成されている位置に合わせて、突出量が大きくなっている。

図５に示すように、第２フランジ部３１は、周壁部４及びフランジ部１２と同一の厚みを有しており、また、第２フランジ部３１と周壁部４とがなす角部には、全周に亘って丸面取り形状をなすことによって、円弧面３４が形成されている。好適には、第２フランジ部３１は、プレス加工による曲げ加工によって形成される。
第２フランジ部３１の径方向の幅Ｗや、円弧面３４のＲ寸法は、ステータ１に要求される強度を基本に、ステータ１の重量の仕様や、ステータホルダ３の設置空間等に応じて適宜設定される。

環状ステータ群５は、所定個数のステータ片１６…（本実施形態では２４個）が円環状に配列されて構成されている。各々のステータ片１６は、分割鉄心１７と、分割鉄心１７に装着される絶縁樹脂１８と、ステータコイル（コイル）２０とを備えて構成されている。分割鉄心１７は、環状ステータ群５の外周側のバックヨークと環状ステータ群５の内周側に突出する磁極ティースとからなる略Ｔ字状の磁性鋼板を積層した構成であり、ステータコイル２０は絶縁樹脂１８を介して分割鉄心１７に巻回されている。

図３に示すように、配電部材６は、同一径のリング状をなすＵ相、Ｖ相、Ｗ相のバスリング（給電線）２１Ｕ，２１Ｖ，２１Ｗを軸線方向にずらして同心上に配置し、これら三相のバスリング２１Ｕ，２１Ｖ，２１Ｗを周方向所定間隔おきに樹脂モールド部２５…によって束ねて構成されている。各バスリング２１Ｕ，２１Ｖ，２１Ｗには、径方向内側に突出する接続部２４…が周方向所定間隔おきに設けられており、各相の接続部２４…が他の相の接続部２４…周方向で重複しないように配置されている。また、各相のバスリング２１Ｕ，２１Ｖ，２１Ｗからは接続端子２３が径方向外側に延出している。

図２に示すように、各相のバスリング２１Ｕ，２１Ｖ，２１Ｗの接続部２４…は、それぞれ対応するステータ片１６のステータコイル２０の一端に接続されており、各相の接続端子２３は、ターミナルボックス１１内の給電端子２８Ｕ，２８Ｖ，２８Ｗに接続されている。さらに、隣接するステータ片１６のステータコイル２０の他端同士も中性点バスバーを用いる等、所定の方法で接続されている。

したがって、Ｕ相の各ステータ片１６…のステータコイル２０…の一端同士はバスリング２１Ｕを介して接続され、Ｖ相の各ステータ片１６…のステータコイル２０…の一端同士はバスリング２１Ｖを介して接続され、Ｗ相の各ステータ片１６…のステータコイル２０…の一端同士はバスリング２１Ｗを介して接続される。

このように構成されるステータ１を組み立てる手順を説明する。
まず、ハウジング２にステータホルダ３を取り付ける。次に、予めステータ片１６を円環状に配列して形成しておいた環状ステータ群５をステータホルダ３に圧入する。この際、ステータホルダ３の軸線方向他端側（フランジ部１２の反対側）に円弧面３４が形成されていることによって、環状ステータ群５をステータホルダ３に容易に圧入することができる。

図６に、電動機Ｍを駆動した際の任意のステータ片１６の径方向の振動加速度を計測した測定結果を示す。
図６のグラフにおいて、縦軸は加速度、横軸は回転数（ｒｐｍ）である。「従来」は図１２に示す従来のステータホルダ１０３を備えたステータを使用した場合の結果（破線）を示し、「対策後」は本実施形態に係るステータを使用した場合の結果（実線）を示している。ステータ片１６の加速度は、任意のステータ片１６に加速度計を設置することで計測した。
この測定結果によれば、本実施形態のステータ１を使用することによって、電動機Ｍの回転数の３０００ｒｐｍ〜３５００ｒｐｍの範囲において、ステータ片１６の振動加速度を大幅に低減することができた。

図７に、ハイブリッド車両の車内音を計測した測定結果を示す。
図７において、縦軸は音圧、横軸は回転数（ｒｐｍ）である。「従来」は図１２に示す従来のステータホルダ１０３を備えたステータを使用した場合の結果（破線）を示し、「対策後」は本実施形態に係るステータを使用した場合の結果（実線）を示している。
この測定結果によれば、本実施形態のステータ１を使用することによって、聴覚上、電動機Ｍの騒音が目立つ領域である電動機Ｍの回転数の３０００ｒｐｍ〜３５００ｒｐｍの範囲において、音圧を大幅に低減することができた。

上記実施形態によれば、ステータホルダ３の周壁部４の軸線方向一端部にフランジ部１２を設けると共に、軸線方向他端縁に径方向外側に連続的に張り出した第２フランジ部３１を設けることによって、ステータホルダ３の径方向の変形を抑えることができる。これにより、ステータ１を構成するステータ片１６…の振動を抑制し、車内音を低減することができる。
また、第２フランジ部３１が周壁部４の全周に亘って設けられていることにより、フランジ部１２と第２フランジ部３１によって周壁部４の径方向への変形を抑え、ステータホルダ３の剛性をより高めることができる。
また、周壁部４の内周面４ａが平坦であるため、環状ステータ群５と周壁部４の内周面４ａとが当接する面積を多く確保することができる。
また、第２フランジ部３１の径方向の幅Ｗを変更することによって、ステータホルダ３の振動モードを調整することができる。

（第２実施形態）
次に、この発明の第２実施形態を図面に基づいて説明する。この実施形態において、ステータホルダ３の補強部７以外の構造は、第１実施形態と同様であるので、説明は省略する。

図８及び図９に示すように、本実施形態のステータホルダ３Ｂの補強部７は、周壁部４の外周面４ｂとフランジ部１２とのコーナー部分に渡って設けられた複数の凸部３２…である。複数の凸部３２…は周壁部４の周方向に所定間隔を隔てて配設されている。具体的には、各々の凸部３２は、ステータホルダ３Ｂの周方向の任意の位置において、周壁部４とフランジ部１２とがなすコーナー部分が径方向外側に突出するように変形させたもので、凸部３２は、稜線部３２ａと側面３２ｂ，３２ｂとからなる。

稜線部３２ａは、周壁部４の軸線方向中央部付近の任意の点Ｐ１と、周壁部４の軸線とＰ１とを含む平面上、かつ、フランジ部１２上にある点Ｐ２とを結ぶ線である。側面３２ｂ，３２ｂは、この稜線部３２ａを中心に対称をなすように、かつ、互いに９０°前後の角度で交差するように設けられた面である。

稜線部３２ａ及び側面３２ｂ，３２ｂをこのように形成することによって、凸部３２は、フランジ部１２から徐々に径方向の突出高さが減少して周壁部４に至るように形成される。第１実施形態の第２フランジ部３１と同様に、凸部３２…はプレス加工により形成される。
上述したように、凸部３２…は、周方向の任意の位置に、所定間隔を隔てて配設される。各々の凸部３２の位置は、フランジ部１２の形状に応じて適宜決定することが好ましく、特にフランジ部１２の径方向の幅が小さい箇所などに形成することが好ましい。

なお、本実施形態のステータホルダ３Ｂの周壁部４の軸線方向他端側には、図１２に示す従来のステータホルダ１０３と同様に、テーパ筒部４１及び大径筒部４２とからなる導入部４３が設けられている。

上記実施形態によれば、第１実施形態の効果に加え、凸部３２…によってフランジ部１２に対する周壁部４の倒れを防止して、周壁部４の変形を抑えることができる。
また、フランジ部１２の形状に対応して凸部３２…の周方向の位置を変更することによって、周方向の剛性を調整することができる。
また、各々の凸部３２は、フランジ部１２から徐々に突出高さが減少して周壁部４に至る形状とすることによって、周壁部４の軸線方向一端部から他端部に亘って凸部を設けた場合と比較して、周壁部４とステータ片１６との当接面積をより多く確保することができる。
さらに、ステータホルダ３Ｂの周壁部４の軸線方向他端縁の形状を変更することなく、ステータホルダ３Ｂの剛性を高めることができる。

（第３実施形態）
次に、この発明の第３実施形態を図面に基づいて説明する。この実施形態において、ステータホルダ３の補強部７以外の構造は、第１及び第２実施形態と同様であるので、説明は省略する。

図１０及び図１１に示すように、本実施形態のステータホルダ３Ｃの補強部７は、周壁部４の外面に連続的に張り出した凸条３３である。凸条３３は、周壁部４の軸線方向の略中央部において径方向外側に張り出している。
具体的には、凸条３３は、周壁部４の軸線方向の略中央部において、周壁部４を全周に亘って径方向外側に折り曲げ、更に、径方向の所定位置で径方向内側に折り返した形状である。凸条３３はプレス加工により形成される。凸条３３の径方向の幅Ｗ２は、第１実施形態と同様に、ステータ１の重量の仕様や、ステータホルダ３Ｃの設置空間等に応じて適宜設定される。

上記実施形態によれば、ステータホルダ３Ｃの周壁部４の軸線方向他端縁の形状を変更することなく、周壁部４自体の径方向への変形を抑え、全周に亘ってステータホルダ３Ｃの剛性を高めることができる。
また、凸条３３の径方向の幅Ｗ２を変更することによって、ステータホルダ３Ｃの振動モードを調整することができる。

（その他の実施形態）
なお、この発明は前述した実施形態に限られるものではない。
例えば、前述した第１実施形態では、ステータホルダ３の第２フランジ部は、周壁部４の縁部の全周に亘って設けたが、周壁部４の縁部に沿って断続的に設けてもよい。また、第２フランジ部３１や凸条３３は、プレス成形によって一体に設ける構成としたが、別に環状の部材を用意し、この部材を溶接等の方法で周壁部４に接合する構成としてもよい。

また、前述した実施形態は、本発明をハイブリッド車両や駆動用電動機のステータに適用した例であるが、電気自動車における駆動用電動機や、その他の電動機や発電機のステータにも本発明は適用可能である。

本発明によれば、ステータホルダの径方向の変形を抑制することによって振動騒音を抑えることができるステータを提供できる。

１ステータ
２ハウジング
３ステータホルダ
４周壁部
４ｂ外周面
７補強部
１２フランジ部
１６ステータ片
２０ステータコイル（コイル）
３１第２フランジ部（他のフランジ部）
３２凸部
３３凸条

Claims

コイルが巻回された複数のステータ片と；
周壁部において前記複数のステータ片を環状に配列して支持するステータホルダと；
前記ステータホルダの外側に配置されてこのステータホルダを支持するハウジングと；
を備え、
前記ステータホルダが、
その軸線方向一端側の縁からその径方向外側に連続的に張り出してかつ、前記ハウジングに対して固定されるフランジ部と、
前記周壁部の外周面に、このステータホルダの前記径方向の振動を規制する補強部と、
を備えることを特徴とするステータ。
前記補強部が、前記ステータホルダの前記周壁部の軸線方向他端側の縁から径方向外側に連続的に張り出した他のフランジ部であることを特徴とする請求項１に記載のステータ。
前記他のフランジ部の外縁形状は円形であることを特徴とする請求項２に記載のステータ。
前記フランジ部は、前記ハウジングに締結される締結部を備えており、
前記他のフランジ部の外縁は、前記締結部よりも内径に位置していることを特徴とする請求項３に記載のステータ。
前記補強部が、前記周壁部の前記外周面と前記フランジ部とのコーナー部分に渡って設けられた複数の凸部であり、これら凸部が周方向に沿って互いに所定間隔を隔てて配設されていることを特徴とする請求項１に記載のステータ。
前記凸部が、前記フランジ部から徐々に突出高さが減少して前記周壁部に至る形状を備えることを特徴とする請求項５に記載のステータ。
前記補強部が、前記周壁部の前記外周面に連続的に張り出した凸条であることを特徴とする請求項１に記載のステータ。