JP2017163784A - 回転電機のステータ - Google Patents

Abstract

【課題】回転電機の外形寸法に影響を与えずに、下部に位置するステータコイルまで冷媒を導くことのできる回転電機のステータを提供する。
【解決手段】回転電機１０のステータ１２は、周方向に所定の間隔で複数のスロット１４が形成されたステータコア１３と、スロット１４に挿通されたステータコイル１５と、を備え、冷媒により冷却される。ステータコア１３の端面から突出するステータコイル１５のコイルエンド３０Ｆとステータコア１３の前面１３Ｆとの間には、冷媒を周方向に導く冷媒ガイド５０が設けられている。
【選択図】図４

Description

本発明は、ステータコイルを効果的に冷却可能な回転電機のステータに関する。

従来より、電気自動車やハイブリッド自動車等の回転電機を動力源として備えた車両が開発されている。近年では、駆動用の回転電機が高出力化しており、ステータコイルの温度上昇に伴って回転電機の性能が劣化するため、ステータコイルを冷却するなどの対策が検討されている。

特許文献１の回転電機では、回転電機内のコイルエンド外周から上方に離間した位置に樋を設け、樋の底面に設けられた複数の冷却液供給口からガイドを伝いコイルエンドに冷媒を供給することが記載されている。

特許文献２の回転電機では、冷媒分配経路が形成されている冷媒分配部をコイルエンドの冷媒供給対象部位に対して上方に配置することが記載されている。

特許文献３の回転電機では、ステータが固定される外筒リングの外周面に、外筒リングの円周方向からコイルエンドの方向に向かって冷媒を流すガイドベーンを設けることが記載されている。

特開２００４‐１８０３７６号公報 特開２０１１‐１５５８１１号公報 特開２０１２‐２２２９０４号公報

しかしながら、特許文献１及び特許文献２に記載の回転電機では、樋又は冷媒分配経路がコイルエンドの上方に配置されているため、下部に位置するステータコイルまで冷媒を導くことが難しく、下部に位置するステータコイルで部分的な発熱を生じてしまう虞があった。

また、特許文献３に記載の回転電機では、ステータが固定される外筒リングの外周面にガイドベーンを形成するため、回転電機の外形寸法が大きくなり搭載性が悪化する虞があった。

本発明は、前述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、回転電機の外形寸法に影響を与えずに、下部に位置するステータコイルまで冷媒を導くことのできる回転電機のステータを提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、
周方向に所定の間隔で複数のスロット（例えば、後述の実施形態におけるスロット１４）が形成されたステータコア（例えば、後述の実施形態におけるステータコア１３）と、
前記スロットに挿通されたステータコイル（例えば、後述の実施形態におけるステータコイル１５）と、を備え、冷媒により冷却される回転電機（例えば、後述の実施形態における回転電機１０）のステータ（例えば、後述の実施形態におけるステータ１２）であって、
前記ステータコアの端面（例えば、後述の実施形態における前面１３Ｆ）から突出する前記ステータコイルの少なくとも一方のコイルエンド（例えば、後述の実施形態におけるコイルエンド３０Ｆ）と前記ステータコアの前記端面との間には、冷媒を周方向に導く冷媒ガイド（例えば、後述の実施形態における冷媒ガイド５０）が設けられている。

請求項２に係る発明は、請求項１の構成に加えて、
前記冷媒ガイドは、前記ステータコイルの全周に亘って連続するリング形状を有する。

請求項３に係る発明は、請求項１又は２の構成に加えて、
前記冷媒ガイドには、径方向に突出する固定片（例えば、後述の実施形態における固定片５５）が設けられ、
前記固定片は、前記コイルエンドと前記ステータコアの前記端面との間の隙間に挟み込まれている。

請求項４に係る発明は、請求項１〜３のいずれか１項の構成に加えて、
前記冷媒ガイドは、少なくとも一部の断面において、凸部（例えば、後述の実施形態における凸部５２）又は凹部（例えば、後述の実施形態における凹部５１）を有する。

請求項５に係る発明は、請求項１〜４のいずれか１項の構成に加えて、
前記冷媒ガイドは、冷媒を導入する冷媒導入孔（例えば、後述の実施形態における冷媒導入孔５７）と冷媒を排出する冷媒導出孔（例えば、後述の実施形態における冷媒導出孔５８）とが形成された中空体から構成されている。

請求項６に係る発明は、請求項１〜５のいずれか１項の構成に加えて、
前記冷媒ガイドは、拡径可能な弾性体から構成されている。

請求項７に係る発明は、請求項１〜６のいずれか１項の構成に加えて、
前記冷媒ガイドは、捻られた状態で取り付けられている。

請求項１に記載の発明によれば、ステータコアの端面から突出するコイルエンドとステータコアの端面との間に冷媒ガイドが設けられ、ステータに供給された冷媒が冷媒ガイドにより周方向に導かれるので、下部に位置するステータコイルまで冷媒を導くことができ、コイル温度が局所的に高くなるのを抑制できる。

請求項２に記載の発明によれば、特別な固定部を要せず冷媒ガイドをステータコイルの周囲に固定することができる。また、冷媒が届きにくいステータコアの下部に位置するステータコイルにも冷媒を供給することができる。

請求項３に記載の発明によれば、冷媒ガイドの固定片をコイルエンドとステータコアの端面との間の隙間に挟み込むことで、冷媒ガイドをステータコイルの周囲により確実に固定することができる。

請求項４に記載の発明によれば、凸部又は凹部により冷媒ガイドの冷媒を導く機能を高めることができる。

請求項５に記載の発明によれば、冷媒導出孔の位置を調整することで所望の位置に確実に冷媒を供給することができる。

請求項６に記載の発明によれば、冷媒ガイドを拡径させることで、予めステータコイルが取り付けられていても、これを跨いで容易に冷媒ガイドを取り付けることができる。即ち、ステータコアに対し冷媒ガイドを位置決めした状態でステータコイルを取り付ける場合に比べて、冷媒ガイドを後付けできるので、冷媒ガイドの組み付け性が良い。また、拡径された冷媒ガイドの収縮力を用いて、冷媒ガイドをステータコイルの周囲に固定することができる。

請求項７に記載の発明によれば、冷媒ガイドが捻られた状態で取り付けられているため、ねじりにより冷媒が誘導され所望の位置に積極的に冷媒を供給することができる。

本発明に係る回転電機のステータの一実施形態の正面図である。 図１に示すステータの側面図である。 図１に示すステータコアと冷媒ガイドの分解斜視図である。 図１に示すステータの要部断面図である。 コイルセグメントの斜視図である。 冷媒ガイドの断面形状を示す断面図である。 第１変形例に係る回転電機のステータのステータコアと冷媒ガイドの分解斜視図である。 第１変形例に係る回転電機のステータの要部断面図である。 第２変形例に係る回転電機のステータのステータコアと冷媒ガイドの分解斜視図である。 第２変形例に係る回転電機のステータの要部断面図である。

以下、本発明の回転電機のステータの一実施形態を、添付図面に基づいて説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。

図１〜図４に示すように、回転電機１０のステータ１２は、ハウジング１１内に収容され、ステータ１２の内側には、図示しないロータが回転自在に配置されている。

ステータ１２は、軸方向に貫通する複数のスロット１４（図３参照。）が周方向に所定の間隔で配置されたステータコア１３と、スロット１４に収容される複数相（例えば、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）のステータコイル１５と、を備える。

ステータコア１３は、径方向に突出する複数の取付け部１７ａに設けられたボルト穴１７ｂにボルト１６を挿通させ、ハウジング１１に固定されている。

回転電機１０のステータコイル１５は、セグメントコンダクタ型コイルであり、図５に示すように、一対の脚部２１と、両脚部２１を一方の端部で接続する連結部２２とからなる複数（本実施形態では４本）の略Ｕ字状のコイルセグメント２０を１列に整列させて１つの束として、それぞれの脚部２１を各スロット１４に挿入し、スロット１４から突出した脚部２１の突出部分を周方向に折り曲げて対応するもの同士を接合して形成される。ステータコア１３の軸方向両側には、それぞれコイルエンド３０が突出して形成されている。即ち、スロット１４から脚部２１が突出するステータコア１３の後面１３Ｒ側には、コイルエンド３０Ｒが形成され、これとは反対側となる連結部２２が配置されるステータコア１３の前面１３Ｆ側には、コイルエンド３０Ｆが形成される。

ステータコイル１５のコイルエンド３０Ｆは、図４に示すように、複数のコイルセグメント２０の連結部２２が周方向に連続し、且つ、周方向で隣り合う連結部２２同士が軸方向から見て部分的に重なるように配置されている。また、連結部２２はスロット１４の外径側に突出し、ステータコア１３の前面１３Ｆとコイルエンド３０Ｆとの間には、周方向に連続した溝部４０が例えば設けられる。

図２に示すように、ステータコア１３の上方には、ステータコイル１５に冷媒を供給するための少なくとも１本の冷媒管１９が軸方向に延設されている。冷媒管１９には、溝部４０の鉛直方向上方位置に冷媒吐出孔１８が設けられている。冷媒吐出孔１８は、不図示の冷媒供給装置から供給されるＡＴＦ（Automatic Transmission Fluid）などの冷媒を、溝部４０の上方から所定の位置のコイルエンド３０Ｆ（例えば、最上部に位置するコイルエンド３０Ｆ）に吐出（滴下、噴射を含む。）してステータコイル１５を冷却する。

ステータコア１３の前面１３Ｆとコイルエンド３０Ｆの連結部２２との間には、ステータコイル１５の全周に亘って連続するリング形状を有する冷媒ガイド５０が配置されている。例として記載した溝部４０が形成されていれば、より冷媒ガイド５０をこの溝部４０に位置決めし易くなるが、溝部４０が無くとも適切に配置が可能である。

冷媒ガイド５０は、樹脂やゴム等の非磁性体から構成され、スロット１４の外径側端部を結んだ円周Ｃ１の径寸法ｄ１（図２、図３参照。）以上、連結部２２の最外径部を結んだ円周Ｃ２の径寸法ｄ２（図１、図２参照。）以下の径寸法を有する。冷媒ガイド５０の断面形状は、例えば、図６（ａ）に示すように円形状でもよく、多角形状でもよい。多角形状としては、例えば図６（ｂ）に示すように、正方形の四隅が小さい正方形によって切り欠かれた凹部５１が設けられているもの、図６（ｃ）に示すように、正七角形の各辺に正三角形状の凸部５２が設けられて、隣り合う凸部５２間が凹部５１となっているもの等でもよい。図１〜図１０に示す例では冷媒ガイド５０は円断面となっているが、図６（ｂ）及び図６（ｃ）のような凸部５２又は凹部５１を冷媒ガイド５０に形成することで、冷媒ガイド５０の冷媒を導く機能を高めることができる。特に、凹部５１が設けられた冷媒ガイド５０が捻られた状態で溝部４０に配置されることで、所望の位置に積極的に冷媒を供給することができる。

冷媒ガイド５０がゴム等の弾性体から構成されている場合、冷媒ガイド５０を拡径させることで、予めステータコイル１５が取り付けられていても、これを跨いでステータコア１３の溝部４０に容易に冷媒ガイド５０を取り付けることができる。即ち、ステータコア１３に対し冷媒ガイド５０を位置決めした状態でステータコイル１５を取り付ける場合に比べて、冷媒ガイド５０を後付けできるので、冷媒ガイド５０の組み付け性が良い。また、拡径された冷媒ガイド５０の収縮力を用いて、冷媒ガイド５０をステータコイル１５の周囲に固定することができる。

一方、冷媒ガイド５０が樹脂等の非弾性体から構成されている場合、コイルエンド３０Ｆの前面１３Ｆに予め冷媒ガイド５０を配置し、冷媒ガイド５０をコイルエンド３０Ｆの前面１３Ｆに位置決めした状態でステータコア１３にステータコイル１５を組み付けることで、ステータコア１３の前面１３Ｆとコイルエンド３０Ｆの連結部２２との間に形成された溝部４０に冷媒ガイド５０が配置される。

また、第１変形例として、冷媒ガイド５０が非弾性体の場合、冷媒ガイド５０には、少なくとも１つ以上の固定片５５が設けられていることが好ましい。図７に示す例では、周方向に所定の間隔（９０°）で４つの固定片５５が径方向内方に突出するように形成されている。図８に示すように、冷媒ガイド５０の固定片５５をコイルエンド３０Ｆとステータコア１３の前面１３Ｆとの間の隙間に挟み込むことで、冷媒ガイド５０をステータコイル１５の周囲により確実に固定することができる。なお、複数の固定片５５のうちのいくつかを径方向外方に突出するように形成し、固定片５５を捻ってコイルエンド３０Ｆとステータコア１３の前面１３Ｆとの間の隙間に挟み込むことで、冷媒ガイド５０が捻られた状態で溝部４０に配置されるようにしてもよい。

また、第２変形例として、冷媒ガイド５０が非弾性体の場合、冷媒ガイド５０を中空状として、冷媒管１９の冷媒吐出孔１８に対応するように、冷媒導入孔５７を設けるとともに、所定の周方向位置（本実施形態では４５°間隔）にコイルエンド３０Ｆに向かって複数の冷媒導出孔５８を設けることで、冷媒導入孔５７と複数の冷媒導出孔５８とが中空状の冷媒ガイド５０内の環状流路５９で接続され、所望の位置に冷媒を供給することができる。

以上説明したように、本実施形態に係る回転電機１０のステータ１２によれば、ステータコア１３の一端面である前面１３Ｆから突出するコイルエンド３０Ｆとステータコア１３の前面１３Ｆとの間に冷媒ガイド５０が設けられ、ステータ１２に供給された冷媒が冷媒ガイド５０により周方向に導かれるので、下部に位置するステータコイル１５まで冷媒を導くことができ、コイル温度が局所的に高くなるのを抑制できる。

また、冷媒ガイド５０は、ステータコイル１５の全周に亘って連続するリング形状を有するので、特別な固定部を要せず冷媒ガイド５０をステータコイル１５の周囲に固定することができる。また、冷媒が届きにくいステータコア１３の下部に位置するステータコイル１５にも冷媒を供給することができる。

尚、本発明は、前述した各実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。
上記実施形態は、ステータコイル１５として、セグメントコンダクタ型コイルを例示したが、これに限らず、各スロット間のティースにコイルが分割して巻回された分割コイルでもよく、一般的な連続巻のコイルでもよい。

また、冷媒ガイド５０は、必ずしもリング形状である必要はなく、一部が切り欠かれた円弧形状でもよい。
また、ステータコア１３の前面１３Ｆと後面１３Ｒの両側にそれぞれ冷媒ガイド５０を設けてもよい。

１０ 回転電機
１２ ステータ
１３ ステータコア
１３Ｆ 前面（端面）
１４ スロット
１５ ステータコイル
３０Ｆ コイルエンド
５１ 凹部
５２ 凸部
５５ 固定片
５７ 冷媒導入孔
５８ 冷媒導出孔

Claims (7)

1. 周方向に所定の間隔で複数のスロットが形成されたステータコアと、
   前記スロットに挿通されたステータコイルと、を備え、冷媒により冷却される回転電機のステータであって、
   前記ステータコアの端面から突出する前記ステータコイルの少なくとも一方のコイルエンドと前記ステータコアの前記端面との間には、冷媒を周方向に導く冷媒ガイドが設けられている、回転電機のステータ。
2. 請求項１に記載の回転電機のステータであって、
   前記冷媒ガイドは、前記ステータコイルの全周に亘って連続するリング形状を有する、回転電機のステータ。
3. 請求項１又は２に記載の回転電機のステータであって、
   前記冷媒ガイドには、径方向に突出する固定片が設けられ、
   前記固定片は、前記コイルエンドと前記ステータコアの前記端面との間の隙間に挟み込まれている、回転電機のステータ。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の回転電機のステータであって、
   前記冷媒ガイドは、少なくとも一部の断面において、凸部又は凹部を有する、回転電機のステータ。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の回転電機のステータであって、
   前記冷媒ガイドは、冷媒を導入する冷媒導入孔と冷媒を排出する冷媒導出孔とが形成された中空体から構成されている、回転電機のステータ。
6. 請求項１又は２に記載の回転電機のステータであって、
   前記冷媒ガイドは、拡径可能な弾性体から構成されている、回転電機のステータ。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の回転電機のステータであって、
   前記冷媒ガイドは、捻られた状態で取り付けられている、回転電機のステータ。

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