JP4041443B2 - クローポール型モータのステータ - Google Patents

Description

本発明は、軸線方向に並置した複数のティース間に形成された複数のスロットに、軸線に直交する平面内で巻回された複数の巻線を収納したクローポール型モータのステータに関する。

この種のクローポール型モータのステータは、下記特許文献１により公知である。このものは、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相の各相に対応して３個の単位ステータを備えており、各々の単位ステータは軸線方向に離間した２個のティースと、それらのティースを径方向外端で接続するリターンパスとを有して断面コ字状に形成されている。そして断面コ字状の単位ステータの内部に収納した環状の巻線に通電して独立した磁路を構成することで、その２個のティースの径方向内端にロータに対向するように突設した極性の異なる２種類の突起を磁化するようになっている。
特開平７−２２７０７５号公報

ところで上記従来のものは、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相の３個の単位ステータを軸線方向に積み重ねてステータを構成しているが、各々の単位ステータが、その内部に巻線を収納する環状のスロットを備え、かつ２個のティースおよび２種類の突起を備えているために軸線方向の厚さが厚くなり、それらの単位ステータを３個積み重ねたステータの軸線方向の寸法が大型化する問題があった。しかも各相の単位ステータの磁路が独立しているため、それらの磁路を有効に利用できないという問題があった。

特に、この種のモータをハイブリッド車両のエンジンとトランスミッションとの間に配置する場合、その厚さを極力薄くすることが望まれるが、上記従来のものはステータが厚くなるためにその要望に応えることが困難であった。

本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、クローポール型モータの出力トルクを確保しながらステータの軸線方向の厚さを極力薄くすることを目的とする。

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、ｍを２以上の自然数として軸線方向に交互に配置された２ｍ個のティースおよび２ｍ−１個のスロットと、各ティースを相互に接続するリターンパスと、各スロットに収納された巻線とを備え、互いにｍだけ離れたスロットに収納された巻線は励磁方向が逆になるように直列接続され、各ティースを通過する磁束の位相は、Ｎ＝２ｍとして各々３６０°／Ｎずつずれていることを特徴とするクローポール型モータのステータが提案される。

また請求項２に記載された発明によれば、ｍを２以上の自然数として軸線方向に交互に配置された２ｍ＋１個のティースおよび２ｍ個のスロットと、各ティースを相互に接続するリターンパスと、各スロットに収納された巻線とを備え、互いにｍだけ離れたスロットに収納された巻線は励磁方向が逆になるように直列接続され、各ティースを通過する磁束の位相は、Ｎ＝２ｍとして各々３６０°／Ｎずつずれており、１番目のテイースおよび２ｍ＋１番目のティースを通過する磁束は同位相でその他のティースを通過する磁束の２分の１となることを特徴とするクローポール型モータのステータが提案される。

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、Ｋを２以上の自然数としてＮ＝２Ｋｍのとき、連続して配置されたＫ個の巻線を直列接続したことを特徴とするクローポール型モータのステータが提案される。

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、前記各ティースは、３６０°／Ｎずつ位相がずれた突起を有することを特徴とするクローポール型モータのステータが提案される。

また請求項５に記載された発明によれば、請求項４の構成に加えて、前記突起は、ロータの外周面に沿って軸線方向に延びることを特徴とするクローポール型モータのステータが提案される。

また請求項６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、前記各ティースは、磁極の位相が３６０°／Ｎずつずれたロータに対して、同一位相の突起を有することを特徴とするクローポール型モータのステータが提案される。

また請求項７に記載された発明によれば、請求項２の構成に加えて、１番目のテイースおよび２ｍ＋１番目のティースは、ロータの外周面に沿って軸線方向に延びる同じ長さの突起を有することを特徴とするクローポール型モータのステータが提案される。

また請求項８に記載された発明によれば、請求項１〜請求項７の何れか１項の構成に加えて、前記ステータは冷却構造を備えることを特徴とするクローポール型モータのステータが提案される。

また請求項９に記載された発明によれば、請求項８の構成に加えて、前記冷却構造は、ステータの内部および周辺部の少なくとも一方に設けられることを特徴とするクローポール型モータのステータが提案される。

また請求項１０に記載された発明によれば、請求項９の構成に加えて、前記ステータの周辺部に設けられた冷却構造は、少なくとも一つの凹部、少なくとも一つの凸部あるいは複数の冷却フィンからなることを特徴とするクローポール型モータのステータが提案される。

また請求項１１に記載された発明によれば、請求項９の構成に加えて、前記ステータの内部に設けられた冷却構造は、少なくとも一つの冷却空間を持つことを特徴とするクローポール型モータのステータが提案される。

また請求項１２に記載された発明によれば、請求項１１の構成に加えて、前記冷却空間は、ステータと該ステータのホルダとの協働により構成されることを特徴とするクローポール型モータのステータが提案される。

また請求項１３に記載された発明によれば、請求項１１の構成に加えて、前記冷却空間は、ステータと、該ステータのホルダと、ステータおよびホルダに挟まれた補強リングとの協働により構成されることを特徴とするクローポール型モータのステータが提案される。

また請求項１４に記載された発明によれば、請求項８〜請求項１３の何れか１項の構成に加えて、前記冷却構造は、冷却水および冷却風の少なくとも一方によりステータを冷却することを特徴とするクローポール型モータのステータが提案される。

請求項１の構成によれば、２ｍ個のティースおよび２ｍ−１個のスロットを軸線方向に交互に配置し、各スロットに収納された巻線のうちの互いにｍだけ離れたスロットの巻線を励磁方向が逆になるように直列接続し、各ティースを通過する磁束の位相を各々３６０°／Ｎずつずらしたので、トルクに寄与しない巻線部分（渡り部分）を廃止し、かつ各相の磁路をリターンパスを介して共用化することにより薄型で高出力のモータを得ることができ、しかも波巻モータの磁気回路が構成されるので、突極集中巻モータに比べて出力トルクを増加させることができる。

請求項２の構成によれば、２ｍ＋１個のティースおよび２ｍ個のスロットを軸線方向に交互に配置し、各スロットに収納された巻線のうちの互いにｍだけ離れたスロットの巻線を励磁方向が逆になるように直列接続し、各ティースを通過する磁束の位相を各々３６０°／Ｎずつずらし、１番目のテイースおよび２ｍ＋１番目のティースを通過する磁束を同位相でその他のティースを通過する磁束の２分の１としたので、トルクに寄与しない巻線部分（渡り部分）を廃止し、かつ各相の磁路をリターンパスを介して共用化することにより薄型で高出力のモータを得ることができ、しかも波巻モータの磁気回路が構成されるので、突極集中巻モータに比べて出力トルクを増加させることができる。

請求項３の構成によれば、Ｋを２以上の自然数としてＮ＝２Ｋｍのとき、連続して配置されたＫ個の巻線を直列接続したので、分布巻の起磁力分布を実現してトルクリップルおよび鉄損を低減することができる。

請求項４の構成によれば、各ティースが３６０°／Ｎずつ位相がずれた突起を有するので、ロータの磁極の位相を揃えて構造を簡素化するとともに、突起とロータとのエアギャップを小さくしてロータの出力トルクを増加させることができる。

請求項５の構成によれば、突起がロータの外周面に沿って軸線方向に延びているので、ロータが発生する磁束を有効に利用して出力トルクを増加させることができる。

請求項６の構成によれば、磁極の位相が３６０°／Ｎずつずれたロータに対して、各ティースが同一位相の突起を有するので、ステータの突起の位相を揃えて構造を簡素化するするとともに、突起とロータとのエアギャップを小さくしてロータの出力トルクを増加させることができる。

請求項７の構成によれば、１番目のテイースおよび２ｍ＋１番目のティースがロータの外周面に沿って軸線方向に延びる同じ長さの突起を有するので、１番目のテイースおよび２ｍ＋１番目のティースを通過する磁束の総和を、他のティースをそれぞれ通過する磁束と均一化することができる。

請求項８の構成によれば、ステータが冷却構造を備えているので、モータの運転時にコイルの発熱による温度上昇を防止することができる。

請求項９の構成によれば、ステータの内部および周辺部の少なくとも一方に冷却構造を設けたので、ステータを効果的に冷却することができる。

請求項１０の構成によれば、ステータの周辺部の冷却構造を凹部、凸部あるいは複数の冷却フィンで構成したので、冷媒とステータとの接触面積を増加させて冷却効果を高めることができる。

請求項１１の構成によれば、ステータの内部の冷却構造を冷却空間で構成したので、冷却空間に冷媒を流してステータの冷却効果を高めることができる。

請求項１２の構成によれば、ステータとホルダとの協働により冷却空間を構成したので、ステータの強度を損なうことなく大容積の冷却空間を形成することができる。

請求項１３の構成によれば、ステータと、ホルダと、ステータおよびホルダに挟まれた補強リングとの協働により冷却空間を構成したので、ステータの強度を損なうことなく大容積の冷却空間を形成することができるだけでなく、補強リングでステータを効果的に補強することができる。

請求項１４の構成によれば、冷却水または冷却風でステータを冷却するので、特別な冷媒が不要になってコスダウンが可能である。

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。

図１〜図９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はステータおよびロータの一部破断斜視図、図８はステータおよびロータの分解斜視図、図９はｍ相波巻クローポール型モータの等価回路図である。

図２７（Ａ）は、従来の一般的なｍ相波巻モータの磁気回路を示すものである。ｍは２以上の自然数であり、各相の巻線はｍ個ずれたスロットを励磁方向が逆方向になるように波状に通過している。この場合、ｋ相目（１≦ｋ≦ｍ）の巻線の鎖交磁束は、φ_k −φ_k+m で表される。

図９は、上述した一般的なｍ相波巻モータを軸線方向に展開し、２ｍ個のティースと２ｍ−１個のスロットとを設けたｍ相波巻クローポール型モータの磁気回路を示しており、この場合も各相の鎖交磁束は変化しないことが分かる。即ち、ｋ相目（１≦ｋ≦ｍ−１）の巻線の鎖交磁束は、φ_k −φ_2m−（φ_k+m −φ_2m）＝φ_k −φ_k+m となり、図２７（Ａ）のものと一致する。またｍ相目以外の巻線はそれぞれ２スロット分ずつ存在するのに対し、ｍ相目の巻線は１スロット分だけしか存在しない。

以上の構成をまとめると、２ｍ個のティースと２ｍ−１個のスロットとを軸線方向に交互に配置し、相互にｍだけ離れたスロットに収納された巻線を励磁方向が逆になるように直列接続し、かつ各ティースを通過するロータ磁束を３６０°／２ｍずつずらした構成により、図２７（Ａ）に示す一般的なｍ相波巻クローポール型モータと等価な磁気回路を構成することができる。尚、Ｎ＝２・Ｋ・ｍ（Ｋは２以上の自然数）のとき、連続して配置されたＫ個の巻線を直列接続した構造（分布巻）としても、同様にして等価な磁気回路を構成することができる。

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２相波巻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。

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。

次に、図２〜図８を参照して二相波巻クローポール型のモータＭのステータ１９の構造を説明する。

図８から明らかなように、ステータ１９は圧粉材で一体成形された第１ステータリング３１、第２ステータリング３２、第３ステータリング３３および第４ステータリング３４と、Ａ⁺ 相巻線３６、Ｂ⁺ 相巻線３７およびＡ^- 相巻線３８とを備える。第１ステータリング３１〜第４ステータリング３４は軸線Ｌ方向に重ね合わされる。

図３、図７および図８から明らかなように、第１ステータリング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個の突起３１ｃ…とを備える。そして各々の突起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は巻線３６，３７，３８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突起３１ｃとなる。

図４、図７および図８から明らかなように、第２ステータリング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個の突起３２ｃ…とを備える。そして各々の突起３２ｃの径方向内端は、非対称な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は巻線３６，３７，３８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突起３２ｃとなる。

図５、図７および図８から明らかなように、第３ステータリング３３は第２ステータリング３２と鏡面対称な部材であり、かつ裏返すことで第２ステータリング３２と互換可能な同一形状を有している。第３ステータリング３３の各部の符号は、第２ステータリング３２の各部の符号の「３２」を「３３」に変更したものである。

図６、図７および図８から明らかなように、第４ステータリング３４は第１ステータリング３１と鏡面対称な部材であり、かつ裏返すことで第１ステータリング３１と互換可能な同一形状を有している。第４ステータリング３４の各部の符号は、第１ステータリング３１の各部の符号の「３１」を「３４」に変更したものである。

本実施例のモータＭは二相交流で作動するものであり、Ａ⁺ 相、Ｂ⁺ 相、Ａ^- 相およびＢ^- 相の突起３１ｃ…，３２ｃ…，３３ｃ…，３４ｃ…は電気角で３６０°／４＝９０°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Ａ⁺ 相、Ｂ⁺ 相、Ａ^- 相およびＢ^- 相の突起３１ｃ…，３２ｃ…，３３ｃ…，３４ｃ…に対して共用されていて同一位相の磁束を発生する。これにより各相の突起３１ｃ…，３２ｃ…，３３ｃ…，３４ｃ…はロータ１７に均一な出力トルクを発生させることができる。

図３〜図７から明らかなように、Ａ⁺ 相の９個の突起３１ｃ…、Ｂ⁺ 相の９個の突起３２ｃ…、Ａ^- 相の９個の突起３３ｃ…およびＢ^- 相の９個の突起３４ｃ…がロータ１７に対向する面は略長方形の同一形状をなし、ステータ１９の内周面に沿って円周方向に順番に配置される。これらの突起３１ｃ…，３２ｃ…，３３ｃ…，３４ｃ…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Ａ⁺ 相、Ｂ⁺ 相、Ａ^- 相およびＢ^- 相の突起３１ｃ…，３２ｃ…，３３ｃ…，３４ｃ…に対して共用されるので、各相の突起３１ｃ…，３２ｃ…，３３ｃ…，３４ｃ…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。

第１ステータリング３１のティース３１ｂ…と第２ステータリング３２のティース３２ｂ…との間に環状のスロット４１が形成されており、このスロット４１に予め巻回されたＡ⁺ 相巻線３６が収納される。また第２ステータリング３２のティース３２ｂ…と第３ステータリング３３のティース３３ｂ…との間に環状のスロット４２が形成されており、このスロット４２に予め巻回されたＢ⁺ 相巻線３７が収納される。また第３ステータリング３３のティース３３ｂ…と第４ステータリング３４のティース３４ｂ…との間に環状のスロット４３が形成されており、このスロット４３に予め巻回されたＡ^- 相巻線３８が収納される。

このように、第１ステータリング３１〜第４ステータリング３４の間に形成された３個のスロット４１，４２，４３に３個の巻線３６，３７，３８を挟んで固定たので、各巻線３６，３７，３８を固定するための特別の固定部材が不要になる。しかも各巻線３６，３７，３８はスロット４１，４２，４３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。

各々の巻線３６，３７，３８は長方形断面の平角線を導線とするもので、径方向に４層に巻回され、軸線Ｌ方向に２層に巻回される。そしてＡ⁺ 相巻線３６およびＢ⁺ 相巻線３７の起磁力の方向は同方向になるように設定され、かつＡ^- 相巻線３８の起磁力の方向は逆方向になるように設定される。

しかして、Ａ⁺ 相およびＡ^- 相巻線３６，３８と、Ｂ⁺ 相巻線３７とに２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Ａ⁺ 相の突起３１ｃ…、Ｂ⁺ 相の突起３２ｃ…、Ａ^- 相の突起３３ｃ…およびＢ^- 相の突起３４ｃ…に回転磁界を形成し、永久磁石１８…との間に発生する磁力でロータ１７を回転駆動することができる。

以上のように、Ａ⁺ 相巻線３６、Ｂ⁺ 相巻線３７およびＡ^- 相巻線３８が軸線Ｌを円筒状に囲むように配置される出力トルクに寄与しない巻線部分（渡り部分）を廃止し、かつ各相の磁路を共用化することにより、第１ステータリング３１〜第４ステータリング３４を有効に利用して小型で高出力のモータＭを得ることができ、特にモータＭの薄型化を図ることで、エンジンＥおよびトランスミッションＴ間の狭い空間に容易に配置することができる。

次にモータＭのステータ１９の冷却構造について説明する。

本実施例の第１〜第４ステータリング３１〜３４は圧粉磁性材により構成される。即ち、ヘガネス社製の鉄系合金の磁性材粉末の表面を無機質材の皮膜で覆った圧粉材を金型で所定の形状にプレス成形し、それにサイジング処理を施して形状を整えた後に熱硬化処理することで第１〜第４ステータリング３１〜３４を製造する。このように、圧粉磁性材を用いることで、複雑な形状の第１〜第４ステータリング３１〜３４を容易に製造することができる。

ステータ１９の第１〜第４ステータリング３１〜３４の各々の外周部には、その圧粉成形時に中子を用いて環状の冷媒通路Ｊ…が形成されており、これらの冷媒通路Ｊ…に冷媒としの冷却水や冷却風を流通させることにより、Ａ⁺ 相巻線３６、Ｂ⁺ 相巻線３７およびＡ^- 相巻線３８の発熱による温度上昇を抑制している。ステータ１９の第１〜第４ステータリング３１〜３４の内部に冷媒通路Ｊ…を設けたのでステータ１９の外形に影響がなく、ステータホルダ２０によるステータ１９の保持に支障を来すことがない。またステータ１９の内部に直接冷媒通路Ｊ…を設けたので、冷媒による冷却効果が充分に確保されるとともに冷媒の漏れが防止され、しかもステータ１９の保持方法の自由度を増加させることができる。

図１０〜図１２は本発明の第２実施例を示すもので、図１０はステータおよびロータの一部破断斜視図、図１１はステータおよびロータの分解斜視図、図１２は図１０の１２−１２線断面図である。

第１実施例のステータ１９のＡ⁺ 相、Ｂ⁺ 相、Ａ^- 相およびＢ^- 相のティース３１ｂ…，３２ｂ…，３３ｂ…，３４ｂ…は周方向に位相をずらして配置されており、それらのティース３１ｂ…，３２ｂ…，３３ｂ…，３４ｂ…の径方向内端から軸線Ｌ方向に延びる突起３１ｃ…，３２ｃ…，３３ｃ…，３４ｃ…は、ステータ１９の軸線Ｌ方向の厚さと同じ幅を有している。そしてロータ１７の永久磁石１８…の幅は突起３１ｃ…，３２ｃ…，３３ｃ…，３４ｃ…の幅と同じであり、各々の相の突起３１ｃ…，３２ｃ…，３３ｃ…，３４ｃ…に対して共有されている。

それに対して第２実施例のステータ１９のＡ⁺ 相、Ｂ⁺ 相、Ａ^- 相およびＢ^- 相のティース３１ｂ…，３２ｂ…，３３ｂ…，３４ｂ…は同一位相に配置されており、ティース３１ｂ…，３２ｂ…，３３ｂ…，３４ｂ…から径方向内側に略同じ太さで延びる突起３１ｃ…，３２ｃ…，３３ｃ…，３４ｃ…も同一位相に配置されている。一方、ロータ１７の外周に配置される永久磁石１８…は各相の突起３１ｃ…，３２ｃ…，３３ｃ…，３４ｃ…に対応して軸線Ｌ方向に４段に配置されており、かつ周方向に電気角で３６０°／２ｍ＝９０°ずつ位相をずらして配置される。Ａ⁺ 相、Ｂ⁺ 相およびＡ^- 相の巻線３６，３７，３８の構造は第１実施例と同じである。

この第２実施例によっても上述した第１実施例と同様にステータ１９の軸線Ｌ方向の厚さを薄くすることができるが、永久磁石１８…が４段に分割される分だけ部品点数が増加し、また各々の相の突起３１ｃ…，３２ｃ…，３３ｃ…，３４ｃ…が永久磁石１８…に対向する面積が小さくなる分だけロータ１７の出力トルクが減少する。しかしながら、ステータ１９の突起３１ｃ…，３２ｃ…，３３ｃ…，３４ｃ…の位相を揃えることができるので、ステータ１９の構造を簡素化することができる。

次に、図１３に基づいて本発明の第３実施例を説明する。

第３実施例は上述した第２実施例の変形であって、第２実施例では各相の突起３１ｃ…，３２ｃ…，３３ｃ…，３４ｃ…の位相を揃えて、各相の永久磁石１８…の位相を３６０°／２ｍ＝９０°ずつずらしているのに対し、第３実施例では各相の突起３１ｃ…，３２ｃ…，３３ｃ…，３４ｃ…の位相を３６０°／２ｍ＝９０°ずらして、各相の永久磁石１８…の位相を揃えたものである。この第３実施例によっても第２実施例と同様の作用効果を達成することができる。尚、永久磁石１８…を４段に分割せず、第１実施例のロータ１９と同じ永久磁石１８…を採用すれば部品点数を削減することができる。

さて図２７（Ａ）に示す従来の一般的なｍ相波巻モータの磁気回路を、図２７（Ｂ）に示すように円周方向に分割すると、その分割面に磁束φ₀ が発生する。図２７（Ｂ）の分割した磁気回路を図１７のように軸線方向に展開すると、２ｍ＋１個のティースと２ｍ個のスロットとを有するｍ相波巻クローポール型モータの磁気回路が得られ、そのバックヨーク部を磁束φ₀ が通過する。このとき、ｋ相目（１≦ｋ≦ｍ）の巻線の鎖交磁束は、φ_k −φ₀ −（φ_k+m −φ₀ ）＝φ_k −φ_k+m となり、図２７（Ａ）のものと一致する。

以上の構成をまとめると、２ｍ＋１個のティースと２ｍ個のスロットとを軸線方向に交互に配置し、相互にｍだけ離れたスロットに収納された巻線を励磁方向が逆になるように直列接続し、かつ各ティースを通過するロータ磁束を３６０°／２ｍずつずらし、更に１番目および２ｍ＋１番目のティースを通過する磁束を同位相でその他のティースを通過する磁束の２分の１とすることで、図２７（Ａ）に示す一般的なｍ相波巻モータと等価な磁気回路を構成することができる。尚、Ｎ＝２・Ｋ・ｍ（Ｋは２以上の自然数）のとき、連続して配置されたＫ個の巻線を直列接続した構造（分布巻）としても、同様にして等価な磁気回路を構成することができる。

図１４〜図１７は、上記ｍ相波巻クローポール型モータを具体化した第４実施例を示すもので、図１４は２相クローポール型モータのステータおよびロータの一部破断斜視図、図１５はステータおよびロータの分解斜視図、図１６は図１４の１６−１６線断面図、図１７はｍ相波巻クローポール型モータの等価回路図である。

第１実施例〜第３実施例は軸線Ｌ方向に積層された第１ステータリング３１〜第４ステータリング３４の間に３個のスロット４１，４２，４３を備えていたが、第４実施例は軸線Ｌ方向に積層された第１ステータリング３１〜第５ステータリング３５の間に４個のスロット４１，４２，４３，４４を備えている。中央の第３ステータリング３３は、環状のリターンパス３３ａの径方向内側にティース３３ｂを介して連なる突起３３ｃの形状が軸線Ｌ方向に対称であり、その両側に位置する第２ステータリング３２および第４ステータリング３４は相互に互換可能な鏡面対称な部材であって、軸線Ｌ方向に非対称な突起３２ｃ，３４ｃを備えている。

第２ステータリング３２および第４ステータリング３４の両側に位置する第１ステータリング３１および第５ステータリング３５は相互に互換可能な鏡面対称な部材であって、軸線Ｌ方向に非対称な突起３１ｃ，３５ｃを備えている。両突起３１ｃ，３５ｃはステータ１９の円周方向の同じ位置にあり、相互に接近する方向に延びている。従って、第１ステータリング３１および第５ステータリング３５の突起３１ｃ，３５ｃの軸線Ｌ方向の幅は、第２ステータリング３２〜第４ステータリング３４の突起３２ｃ〜３４ｃの軸線Ｌ方向の幅の約半分である。

第１ステータリング３１〜第５ステータリング３５の間には４個のスロット４１，４２，４３，４４が形成されており、各々のスロット４１，４２，４３，４４にＡ⁺ 相巻線３６、Ｂ⁺ 相巻線３７、Ａ^- 相巻線３８およびＢ^- 相巻線３９がそれぞれ収納される。Ａ⁺ 相巻線３６およびＢ⁺ 相巻線３７の起磁力の方向は相互に同方向であり、かつＡ^- 相巻線３８およびＢ^- 相巻線３９の起磁力の方向は相互に同方向であり、前記Ａ⁺ 相巻線３６およびＢ⁺ 相巻線３７の起磁力の方向とは逆方向になるように設定される。

そしてＡ⁺ 相、Ａ^- 相巻線３６，３８と、Ｂ⁺ 、Ｂ^- 相巻線３７，３９とに２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Ａ⁺ 相の突起３１ｃ…，３５ｃ…、Ｂ⁺ 相の突起３２ｃ…、Ａ^- 相の突起３３ｃ…およびＢ^- 相の突起３４ｃ…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。

このとき軸線Ｌ方向両端の第１ステータリング３１および第５ステータリング３５のティース３１ｂ，３５ｂを通過する磁束は、他の第２ステータリング３２、第３ステータリング３３および第４ステータリング３４のティース３２ｂ，３３ｂ，３４ｂを通過する磁束の半分になるが、第１ステータリング３１および第５ステータリング３５のティース３１ｂ，３５ｂは同位相に配置されていて実質的に一体に機能するため、各相間の磁束のアンバランスが発生することはない。

しかして、この第４実施例によっても、Ａ⁺ 相巻線３６、Ｂ⁺ 相巻線３７、Ａ^- 相巻線３８およびＢ^- 相巻線３９が軸線Ｌを円筒状に囲むように配置されるので、出力トルクに寄与しない巻線部分（渡り部分）を廃止し、かつ各相の磁路を共用化することにより、第１ステータリング３１〜第５ステータリング３５を有効に利用して小型で高出力のモータＭを得ることができ、特にモータＭの薄型化を図ることで、エンジンＥおよびトランスミッションＴ間の狭い空間に容易に配置することができる。

図１８〜図２０は本発明の第５実施例を示すもので、図１８はステータおよびロータの一部破断斜視図、図１９はステータおよびロータの分解斜視図、図２０は図１８の２０−２０線断面図である。

第４実施例のステータ１９のＡ⁺ 相、Ｂ⁺ 相、Ａ^- 相およびＢ^- 相のティース３１ｂ…（３５ｂ…），３２ｂ…，３３ｂ…，３４ｂ…は周方向に位相をずらして配置されており、それらのティース３１ｂ…（３５ｂ…），３２ｂ…，３３ｂ…，３４ｂ…の径方向内端から軸線Ｌ方向に延びる突起３１ｃ…（３５ｃ…），３２ｃ…，３３ｃ…，３４ｃ…は、ステータ１９の軸線Ｌ方向の厚さと同じ幅を有している。そしてロータ１７の永久磁石１８…の幅は突起３１ｃ…（３５ｃ…），３２ｃ…，３３ｃ…，３４ｃ…の幅と同じであり、各々の相の突起３１ｃ…（３５ｃ…），３２ｃ…，３３ｃ…，３４ｃ…に対して共有されている。

それに対して第５実施例のステータ１９のＡ⁺ 相、Ｂ⁺ 相、Ａ^- 相およびＢ^- 相のティース３１ｂ…（３５ｂ…），３２ｂ…，３３ｂ…，３４ｂ…は同一位相に配置されており、ティース３１ｂ…（３５ｂ…），３２ｂ…，３３ｂ…，３４ｂ…から径方向内側に延びる突起３１ｃ…（３５ｃ…），３２ｃ…，３３ｃ…，３４ｃ…も同一位相に配置されている。一方、ロータ１７の外周に配置される永久磁石１８…は各相の突起３１ｃ…（３５ｃ…），３２ｃ…，３３ｃ…，３４ｃ…に対応して軸線Ｌ方向に５段に配置されており、かつ周方向に電気角で３６０°／２ｍ＝９０°ずつ位相をずらして配置される。但し、軸線Ｌ方向の両端の突起３１ｃ…，３５ｃ…に対応する永久磁石１８…は、同一位相に配置される。Ａ⁺ 相、Ｂ⁺ 相、Ａ^- 相およびＢ^- 相の巻線３６，３７，３８，３９の構造は第４実施例と同じである。

この第５実施例によっても上述した第４実施例と同様にステータ１９の軸線Ｌ方向の厚さを薄くすることができるが、永久磁石１８…が５段に分割される分だけ部品点数が増加し、また各々の相の突起３１ｃ…（３５ｃ…），３２ｃ…，３３ｃ…，３４ｃ…が永久磁石１８…に対向する面積が小さくなる分だけロータ１７の出力トルクが減少する。しかしながら、ステータ１９の突起３１ｃ…（３５ｃ…），３２ｃ…，３３ｃ…，３４ｃ…の位相を揃えることができるので、ステータ１９の構造を簡素化することができる。

次に、図２１に基づいて本発明の第６実施例を説明する。

第６実施例は上述した第５実施例の変形であって、第５実施例では各相の突起３１ｃ…（３５ｃ…），３２ｃ…，３３ｃ…，３４ｃ…の位相を揃えて、各相の永久磁石１８…の位相を３６０°／２ｍ＝９０°ずつずらしているのに対し、第６実施例では各相の突起３１ｃ…（３５ｃ…），３２ｃ…，３３ｃ…，３４ｃ…の位相を３６０°／２ｍ＝９０°ずらして、各相の永久磁石１８…の位相を揃えたものである。第６実施例によっても第５実施例と同様の作用効果を達成することができる。尚、永久磁石１８…を５段に分割せず、第４実施例のロータ１９と同じ永久磁石１８…を採用すれば部品点数を削減することができる。

以上説明した各実施例のクローポール型のモータＭは、巻線３６，３７，３８，３９に波巻（全節集中巻）を採用したことにより、突極集中巻（短節集中巻）に比べてトルクを増加させることができる。以下、その理由を説明する。

図２２に示す突極集中巻の巻線分布では、その巻線起磁力が図２３（Ａ）に示すように方向が１２０°ずれた大きさが１の二つのベクトルで表される。ａとｂとは励磁方向が逆なので、図２３（Ｂ）に示すようにｂに鎖交する磁束変化ベクトルは反対方向となり、その合成ベクトルである起電力の大きさは√３となる。

それに対して図２４に示す本実施例の波巻の巻線分布では、その巻線起磁力が図２５（Ａ）に示すように方向が１８０°ずれた大きさが１の二つのベクトルで表される。ａとｂとは励磁方向が逆なので、図２５（Ｂ）に示すようにｂに鎖交する磁束変化ベクトルは反対方向となり、その合成ベクトルである起電力の大きさは２となる。

このように、巻線のピッチが１８０°でない場合には、１８０°である場合に比べて、同一巻線ターン数、同一磁束変化でも起電力が小さくなり、その割合はコイルピッチをβπとすると、
ｋｐ＝ｓｉｎ（βπ／２）
で与えられる。この係数ｋｐを短節巻係数と呼ぶ。

短節巻係数ｋｐが最大値１となるのはコイルピッチβπ＝１８０°の波巻の場合であるが、波巻を集中巻として採用すると図２６（Ａ）に示すように起磁力分布が矩形波状となるため、スロット数を増やして起磁力を正弦波に近づけることで、つまり図２６（Ｂ）に示すように波巻を分布巻として採用することで、トルクリップルや高周波による鉄損を低減することができる。

この分布巻を採用すると起磁力分布は正弦波に近くなるが、基本波成分の大きさは、分布スロット数をｑ、分布ピッチをαとすると、
ｋｄ＝ｓｉｎ（ｑα／２）／｛ｑｓｉｎ（α／２）｝
だけ小さくなる。この係数ｋｄを分布巻係数と呼ぶ。

次に、図２８に基づいてステータ１９の冷媒通路Ｊの他の実施例を説明する。

図２８（Ａ）の実施例は、ステータ１９の第１〜第４ステータリング３１〜３４に跨がる共通の冷媒通路Ｊを設けたもので、ステータ１９の合わせ面のシールを考慮する必要があるが、第１〜第４ステータリング３１〜３４に各々独立した複数の冷媒通路Ｊ…を設ける場合に比べて、圧粉成形時に中子が不要になる分だけコストダウンが可能であり、しかも通路断面積の増加や冷媒を供給する配管の簡素化が可能になる。

図２８（Ｂ）に示す実施例は、ステータ１９の圧粉成形時に熱伝導率の高い銅製のパイプ５１…を埋め込むことで冷媒通路Ｊ…を形成したもので、中子を用いて冷媒通路Ｊ…を形成する場合に比べてコストダウンが可能である。

次に、図２９に基づいてステータ１９の冷媒通路Ｊの更に他の実施例を説明する。

図２９（Ａ）に示す実施例は、前記図２８（Ａ）に示す実施例の変形であって、ステータ１９の外周面と、このステータ１９を保持する環状のステータホルダ２０の内周面との間に単一の冷媒通路Ｊが形成される。この実施例によれば、ステータ１９とステータホルダ２０との合わせ面のシールを考慮する必要があるが、冷媒通路Ｊを形成するのに中子が不要になってコストダウンが可能である。

図２９（Ｂ）に示す実施例は、前記図２９（Ａ）に示す実施例の変形であって、冷媒通路Ｊがステータ１９の外周面およびステータホルダ２０の内周面の両方に形成した凹部の協働によって構成される。この実施例は、ステータ１９の凹部およびステータホルダ２０の凹部の協働によって冷媒通路Ｊを構成するので、ステータ１９側の凹部を小さくして該ステータ１９の強度および磁路を確保しながら、冷媒通路Ｊの通路断面積を確保することができる。

図２９（Ｃ）に示す実施例は、ステータ１９の外周面が単純な円筒面であり、軸方向両側の第１、第４ステータリング３１，３４の外周面に２個の補強リング５２，５２を圧入し、更に補強リング５２，５２の外周面にステータホルダ２０を圧入したものである。この実施例によれば、ステータ１９およびステータホルダ２０の形状を最も単純化しながら、ステータ１９、補強リング５２，５２およびステータホルダ２０の協働によって大断面積の冷媒通路Ｊを構成することができ、しかも補強リング５２，５２によってステータ１９を補強することができる。

図２９（Ｄ）に示す実施例は、前記図２９（Ａ）に示す実施例の変形であって、ステータ１９の外周面の２本の溝とステータホルダ２０の内周面との間に２個の冷媒通路Ｊ，Ｊが形成される。この実施例によっても、前記図２９（Ａ）の実施例と同様の作用効果を達成することができる。

次に、図３０に基づいてステータ１９を冷却フィンＦ…で冷却する実施例を説明する。

図３０（Ａ）に示す実施例は、ステータ１９の外周面に環状をなす複数の冷却フィンＦ…を突設したものである。冷却フィンＦ…と干渉するためにステータ１９の外周面を環状のステータホルダ２０で保持できないため、ステータ１９の両側面が板状のステータホルダ２０，２０で保持される。

これらの冷却フィンＦ…は第１〜第４ステータリング３１〜３４を圧粉成形する際に同時に形成されるため、別部材で形成した冷却フィンを後から固定する場合に比べて低コストであり、しかもステータ１９の本体部から冷却フィンＦ…への熱伝達効率が良いために冷却効果が向上する。更に、冷却風を冷媒とするので、液体の冷媒を使用する場合に必要となるポンプ、配管、ラジエータ等を廃止できるだけでなく、冷媒の漏れに対する配慮も不要になる。

図３０（Ｂ）に示す実施例は、ステータ１９の両側面を構成する第１ステータリング３１および第４ステータリング３４に環状をなす複数の冷却フィンＦ…を突設したものである。この実施例によれば、ステータ１９の外周面に冷却フィンＦ…が存在しないので、そのステータ１９を環状のステータホルダ２０で保持することが可能となって保持構造が簡素化される。

図３０（Ｃ）に示す実施例は、ステータ１９の外周面および両側面に冷却フィンＦ…を突設したもので、冷却フィンＦ…の数を増加させて冷却効果を高めることができる。但し、この実施例は図３０（Ａ）あるいは図３０（Ｂ）に示すステータホルダ２０，２０でステータ１９を保持することができないため、ステータ１９の円周方向の数カ所で冷却フィンＦ…を切欠き、その位置でステータ１９を保持する必要がある。

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。

例えば、実施例では２相のクローポール型のモータＭを例示したが、本発明は３相以上のクローポール型のモータに対して適用することができる。

また実施例ではクローポール型のモータＭをハイブリッド車両の走行用モータとして使用しているが、その用途は任意である。

また実施例では各相のステータリング３１，３２，３３，３４，３５を圧粉材で構成しているが、その他の種々の材質を採用することができる。即ち、ステータリング３１，３２，３３，３４，３５を無垢の磁性体、焼結材および圧粉材の何れかで構成すれば、それらを積層鋼板で構成する場合に比べて成形が容易になり、無垢の磁性体あるいは焼結材で構成すればコストを削減することができ、圧粉材で構成すれば磁束の損失を低減することができる。

また実施例では各相の第１〜第５ステータリング３１，３２，３３，３４，３５をそれぞれ一体成形しているが、必要に応じてリターンパス３１ａ，３２ａ，３３ａ，３４ａ，３５ａ、ティース３１ｂ…，３２ｂ…，３３ｂ…，３４ｂ…，３４ａ…および突起３１ｃ…，３２ｃ…，３３ｃ…，３４ｃ…，３５ｃ…を分割して構成すれば、それらの設計自由度を高めることができる。

また実施例では各相の巻線３６，３７，３８，３９の導線に長方形断面の平角線を採用しているが、正方形や正六角形等の正多角形断面あるいは円形断面の導線を採用することができる。長方形断面あるいは正多角形断面の導線を採用すれば巻線３６，３７，３８，３９の占積率を増加させることができ、円形断面の導線を採用すればコストダウンに寄与することができる。

また実施例ではステータ１９を冷却する冷媒として最も低コストな冷却水および冷却風を例示したが、他の任意の冷媒を使用することができる。

第１実施例の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１の２−２線拡大断面図 図２の３−３線断面図 図２の４−４線断面図 図２の５−５線断面図 図２の６−６線断面図 ステータおよびロータの一部破断斜視図 ステータおよびロータの分解斜視図 ｍ相波巻クローポール型モータの等価回路図 第２実施例の２相クローポール型モータのステータおよびロータの一部破断斜視図 ステータおよびロータの分解斜視図 図１０の１２−１２線断面図 第３実施例の２相クローポール型モータのステータおよびロータの模式図 第４実施例の２相クローポール型モータのステータおよびロータの一部破断斜視図 ステータおよびロータの分解斜視図 図１４の１６−１６線断面図 ｍ相波巻クローポール型モータの等価回路図 第５実施例の２相クローポール型モータのステータおよびロータの一部破断斜視図 ステータおよびロータの分解斜視図 図１８の２０−２０線断面図 第６実施例の２相クローポール型モータのステータおよびロータの模式図 短節集中巻（突極集中巻）の巻線分布を示す図 短節集中巻（突極集中巻）の巻線の起電力の説明図 全節集中巻（波巻）の巻線分布を示す図 全節集中巻（波巻）の巻線の起電力の説明図 集中巻および分布巻の起磁力分布の説明図 ｍ相波巻モータの等価回路図 冷媒通路の他の実施例を示す図 冷媒通路の更に他の実施例を示す図 冷却フィンを備えた実施例を示す図

符号の説明

１７ ロータ
３１ａ リターンパス
３１ｂ ティース
３１ｃ 突起
３２ａ リターンパス
３２ｂ ティース
３２ｃ 突起
３３ａ リターンパス
３３ｂ ティース
３３ｃ 突起
３４ａ リターンパス
３４ｂ ティース
３４ｃ 突起
３５ａ リターンパス
３５ｂ ティース
３５ｃ 突起
３６ 巻線
３７ 巻線
３８ 巻線
３９ 巻線
４１ スロット
４２ スロット
４３ スロット
４４ スロット
５２ 補強リング
Ｆ 冷却フィン
Ｊ 冷媒通路
Ｌ 軸線

Claims (14)

1. ｍを２以上の自然数として軸線方向に交互に配置された２ｍ個のティースおよび２ｍ−１個のスロットと、各ティースを相互に接続するリターンパスと、各スロットに収納された巻線とを備え、
   互いにｍだけ離れたスロットに収納された巻線は励磁方向が逆になるように直列接続され、各ティースを通過する磁束の位相は、Ｎ＝２ｍとして各々３６０°／Ｎずつずれていることを特徴とするクローポール型モータのステータ。
2. ｍを２以上の自然数として軸線方向に交互に配置された２ｍ＋１個のティースおよび２ｍ個のスロットと、各ティースを相互に接続するリターンパスと、各スロットに収納された巻線とを備え、
   互いにｍだけ離れたスロットに収納された巻線は励磁方向が逆になるように直列接続され、各ティースを通過する磁束の位相は、Ｎ＝２ｍとして各々３６０°／Ｎずつずれており、１番目のテイースおよび２ｍ＋１番目のティースを通過する磁束は同位相でその他のティースを通過する磁束の２分の１となることを特徴とすクローポール型モータのステータ。
3. Ｋを２以上の自然数としてＮ＝２Ｋｍのとき、連続して配置されたＫ個の巻線を直列接続したことを特徴とする、請求項１または請求項２に記載のクローポール型モータのステータ。
4. 前記各ティースは、３６０°／Ｎずつ位相がずれた突起を有することを特徴とする、請求項１〜請求項３の何れか１項に記載のクローポール型モータのステータ。
5. 前記突起は、ロータの外周面に沿って軸線方向に延びることを特徴とする、請求項４に記載のクローポール型モータのステータ。
6. 前記各ティースは、磁極の位相が３６０°／Ｎずつずれたロータに対して、同一位相の突起を有することを特徴とする、請求項１〜請求項３の何れか１項に記載のクローポール型モータのステータ。
7. １番目のテイースおよび２ｍ＋１番目のティースは、ロータの外周面に沿って軸線方向に延びる同じ長さの突起を有することを特徴とする、請求項２に記載のクローポール型モータのステータ。
8. 前記ステータは冷却構造を備えることを特徴とする、請求項１〜請求項７の何れか１項に記載のクローポール型モータのステータ。
9. 前記冷却構造は、ステータの内部および周辺部の少なくとも一方に設けられることを特徴とする、請求項８に記載のクローポール型モータのステータ。
10. 前記ステータの周辺部に設けられた冷却構造は、少なくとも一つの凹部、少なくとも一つの凸部あるいは複数の冷却フィンからなることを特徴とする、請求項９に記載のクローポール型モータのステータ。
11. 前記ステータの内部に設けられた冷却構造は、少なくとも一つの冷却空間を持つことを特徴とする、請求項９に記載のクローポール型モータのステータ。
12. 前記冷却空間は、ステータと該ステータのホルダとの協働により構成されることを特徴とする、請求項１１に記載のクローポール型モータのステータ。
13. 前記冷却空間は、ステータと、該ステータのホルダと、ステータおよびホルダに挟まれた補強リングとの協働により構成されることを特徴とする、請求項１１に記載のクローポール型モータのステータ。
14. 前記冷却構造は、冷却水および冷却風の少なくとも一方によりステータを冷却することを特徴とする、請求項８〜請求項１３の何れか１項に記載のクローポール型モータのステータ。
    

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