JP2003092848A - 回転電機の冷却構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 エアギャップを縮小化しながら冷却液の液漏
れを確実に防止できる冷却構造を提供する。 【解決手段】 インシュレータ５を介してコイル３を巻
回してなる複数のステータコア２，２…を組み合わせて
ステータ１とし、コイル３を収容するスロット２４の一
部を冷却油を通流させるための冷却通路として使用す
る。スロット２４の開口部側には絶縁性のアンダープレ
ート６を配置し、その上に同じく絶縁性の冷却油密閉プ
レート４をステータ内周面とほぼ面一状態となるように
配置する。ステータコア２，２…と冷却油密閉プレート
４とを凹凸係合部５０をもって係合させることで、冷却
油の液漏れ防止のためのシールを施す。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、回転電機の冷却構
造に関し、特にモータのステータを効率良く冷却するた
めにステータコイルが収容されるスロットの一部を冷却
通路として利用して、これに冷却油等の冷却液を通流さ
せることで強制冷却するようにした回転電機の冷却構造
に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の回転電機の冷却構造として、例
えば特許第２７１６２８６号公報に記載されているよう
に、内周面側が開口するようにステータコアに形成され
たスロットに巻線を収容配置するとともに、各スロット
の開口部を樹脂の充填をもって閉塞することでその巻線
と樹脂充填部とで囲まれた部分を冷却液の通路とする一
方、上記樹脂充填部と一体成形するべくステータコアの
内周面全体を環状の樹脂被覆層で被覆したものが知られ
ている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このような従来の構造
では、ステータの内周面全体が樹脂被覆層をもって被覆
されているため、その分だけステータ内周面とロータ外
周面とのなすエアギャップが広がることとなり、回転電
機の性能を十分に引き出せないばかりでなく、回転電機
全体の大型化が余儀なくされることとなって好ましくな
い。

【０００４】また、各スロットを閉塞するための樹脂充
填部のみを残してステータ内周面を被覆している樹脂被
覆層を省いた場合には、ステータコアと樹脂充填部とで
は線膨張係数が異なることから、ステータコアの熱膨張
収縮時に両者の接合面に剥離が生じ、冷却液の漏れを誘
発しやすい。そして、液漏れが発生すると、上記のエア
ギャップが冷却液で満たされてしまい、ロータフリクシ
ョンの増加に伴い回転電機の性能が低下するという問題
点があった。

【０００５】本発明はこのような従来の課題に着目して
なされたもので、とりわけエアギャップの極小化を図り
つつ冷却液の液漏れを確実に防止できるようにした回転
電機の冷却構造を提供するものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、ステータコアのスロットにインシュレータを介して
コイルを収容するとともに、スロットのステータ内周側
開口部付近にアンダープレートを配設して、そのアンダ
ープレートの上に樹脂材料の充填をもって密閉プレート
を形成することにより、前記スロットの開口部を閉塞し
てスロット内部に冷却通路を形成してなるステータと、
このステータと組み合わされる回転自在なロータとを備
え、前記冷却通路に冷却油等の冷却液を通流させること
で強制冷却するようにした回転電機の冷却構造を前提と
している。

【０００７】その上で、前記密閉プレートをステータコ
アの内周面とほぼ面一状態となるように形成するととも
に、密閉プレートの側面部とステータコアとを凹凸係合
とすることで液漏れ防止のためのシールを施したことを
特徴としている。

【０００８】請求項２に記載の発明は、請求項１の記載
を前提として、前記密閉プレートのほぼ中央部に、ステ
ータの熱膨張収縮に伴う歪みを吸収するための歪み吸収
部が形成されていることを特徴としている。

【０００９】請求項３に記載の発明は、請求項２の記載
を前提として、前記密閉プレートのほぼ中央部の歪み吸
収部は、ステータコアと凹凸係合することになる側面部
の厚み寸法よりも薄肉化された部位をもって形成されて
いることを特徴としている。

【００１０】請求項４に記載の発明は、請求項１〜３の
いずれかの記載を前提として、前記密閉プレートとステ
ータコアとの凹凸係合部において、凸部先端長さよりも
凸部根元長さの方が短いあり溝形状にしたことを特徴と
している。

【００１１】請求項５に記載の発明は、請求項１〜４の
いずれかの記載を前提として、前記密閉プレートとステ
ータコアとの凹凸係合部において、凸部がステータコア
側に、その凸部を受容する凹部が密閉プレート側にそれ
ぞれ設けられていることを特徴としている。

【００１２】請求項６に記載の発明は、請求項１〜４の
いずれかの記載を前提として、前記密閉プレートとステ
ータコアとの凹凸係合部において、凸部が密閉プレート
側に、その凸部を受容する凹部がステータコア側にそれ
ぞれ設けられていることを特徴としている。

【００１３】

【発明の効果】請求項１に記載の発明によれば、ステー
タの内周面が樹脂層で被覆されていないのでエアギャッ
プを小さくすることができるとともに、アンダープレー
トのほか密閉プレートとステータコアとの凹凸係合によ
ってシールされることから、ロータ側への冷却液の液漏
れを確実に防止でき、回転電機の性能が大幅に向上す
る。

【００１４】請求項２に記載の発明によれば、密閉プレ
ートに歪み吸収部が設けられているため、ステータが熱
的影響で膨張もしくは収縮したとしても密閉プレートは
その変位に忠実に追従することから、請求項１に記載の
発明と同様の効果に加えて、ステータコアと密閉プレー
トとの接合部での剥離を未然に防止できる効果がある。

【００１５】請求項３に記載の発明によれば、密閉プレ
ートに厚みの変化を持たせることで歪み吸収部を形成し
ているため、請求項２に記載の発明と同様の効果に加え
て、部品点数を増やすことなしに、ステータコアと密閉
プレートとの接合部での熱膨張収縮に伴う剥離を未然に
防止できる効果がある。

【００１６】請求項４に記載の発明によれば、密閉プレ
ートとステータコアとの凹凸係合部をあり溝形状のもの
としたため、その凹凸係合部がシール効果とともに抜け
止め効果を発揮するようになり、請求項１〜３のいずれ
かに記載の発明と同様の効果に加えて、ステータコアと
密閉プレートとの接合部での剥離を未然に防止しつつ液
漏れを確実に防止できる効果がある。

【００１７】請求項５に記載の発明によれば、上記凹凸
係合部を形成することになる凸部がステータコア側に、
その凸部を受容する凹部が密閉プレート側にそれぞれ設
けられているため、請求項１〜４のいずれかに記載の発
明と同様の効果に加えて、ステータコアに流れる磁束を
凸部根元長さの部分で絞ることとなり、ステータコアか
らの漏れ磁束を抑制できる効果がある。

【００１８】請求項６に記載の発明によれば、上記凹凸
係合部を形成することになる凸部が密閉プレート側に、
その凸部を受容する凹部がステータコア側にそれぞれ設
けられているため、請求項１〜４のいずれかに記載の発
明と同様の効果に加えて、ステータコアに流れる磁束が
凹部相当部で一旦絞られた上で緩やかにステータコアの
内周側で広がることとなり、ステータコアを流れる磁力
線を滑らかに繋ぎ正弦波に近付けることで高調波を抑制
できる効果がある。

【００１９】

【発明の実施の形態】図１〜５は本発明の好ましい第１
の実施の形態を示す図であり、特に図１は回転電機の車
両搭載状態を示している。

【００２０】図１に示すように、回転電機１００は車体
骨格部材２００の前部に収容配置され、車両走行中の振
動を直接受けないようにフロントマウント２０１やリヤ
マウント（図示省略してある）およびアクスルマウント
２０４を介して、トランスアクスル２０３とともにフロ
ントメンバー２０２とフロントサスペンションメンバー
（図示省略してある）に連結，支持されている。また、
回転電機１００はトランスアクスル２０３に図示外のボ
ルトとナットにて締結されており、回転電機１００のロ
ータシャフトとトランスアクスル２０３のメインシャフ
トとは相互にスプライン嵌合されていることから、回転
電機１００の駆動力がトランスアクスル２０３を介して
車軸に伝達されてその車軸が回転駆動されることにな
る。

【００２１】図２は回転電機１００の縦断面図を、図３
は図２のＢ−Ｂ線に沿う断面図をそれぞれ示しており、
ロータ９０は、鋼材製のロータシャフト９１と、電磁鋼
板の薄板を多数積層してなるロータコア９２のほか、非
磁性体からなる端板９３ａ，９３ｂおよび永久磁石９４
とから構成される。ロータコア９２と端板９３ａ，９３
ｂは、一定圧で押圧された状態でロータシャフト９１に
焼きばめ圧入され、永久磁石９４をロータコア９２に挿
入接着した後に、端板９３ａ，９３ｂがロータシャフト
９１に対して溶接固定される。また、ロータ９０はベア
リング１０４ａ，１０４ｂを介してフロントカバー１０
１ａおよびリヤカバー１０１ｂに回転自在に支持されて
いるとともに、フロントカバー１０１ａにはダストシー
ル１０５が取り付けられている。

【００２２】一方、ステータ１はケース１０６に圧入固
定されており、ケース１０６の前後面には上記のフロン
トカバー１０１ａとリヤカバー１０１ｂがＯリング１０
２ａまたは１０２ｂを介して装着されて、図示しないボ
ルトにて締結されている。また、フロントカバー１０１
ａとリヤカバー１０１ｂには断面凹形状をなすシールリ
ング１０３ａまたは１０３ｂが装着されており、このシ
ールリング１０３ａ，１０３ｂに後述する冷却油密閉プ
レート４が挿入されて圧接することで、ステータ１の両
側に密閉されたコイルエンド室１０９，１１０が形成さ
れる。

【００２３】ステータ１は、電磁鋼板の薄板が多数積層
されたステータコア２と、絶縁材からなるインシュレー
タ５、銅線からなるコイル３のほか、絶縁材からなるア
ンダープレート６および同じく絶縁樹脂材からなる冷却
油密閉プレート４とから構成される。ここで、上記冷却
油密閉プレート４に使用される絶縁樹脂材としては、そ
の線膨張係数がステータコア２に使用される電磁鋼板の
それよりも大きいものが使用される。

【００２４】ステータ１は、円周方向で複数に分割され
たステータコア２，２…をもって形成されていて、各ス
テータコア２，２…にはインシュレータ５を介してコイ
ル３が巻回されていることから、コイル３が巻回された
各ステータコア２，２…をバックティース側面の嵌合凸
部２２および嵌合凹部２３をもって相互に嵌合させなが
ら円環状に組み合わせた上で溶接等にて相互に固定する
ことにより構成される。したがって、隣接するステータ
コア２，２同士の間にはステータ１の内周面側に向かっ
て開口するスロット２４が形成され、このスロット２４
は後述する冷却油が通流することになる冷却通路として
機能することになる。

【００２５】図３に示すように、スロット２４の開口側
にはアンダープレート６が配設され、さらにアンダープ
レート６の上側には先に述べたような絶縁樹脂材の充填
をもって形成された冷却油密閉プレート４がステータコ
ア２の内周面とほぼ面一状態となるように配設される。
この冷却油密閉プレート４は、図２に示すようにステー
タ１の両側に所定量だけ突出している。アンダープレー
ト６は、冷却油密閉プレート４となるべき可塑状態の絶
縁樹脂材が充填される際にその樹脂の成形圧でインシュ
レータ５に密着し、もって冷却油密閉プレート４となる
べき可塑状態の絶縁樹脂材がスロット２４側に漏れ出さ
ないように阻止する機能を有する。

【００２６】また、上記冷却油密閉プレート４は、ステ
ータ１の軸心方向長さに相当する部分では各スロット２
４ごとに相互に独立してはいても、ステータ１の両側か
ら突出する部分では筒状部４０として相互に一体のもの
として形成されていて、この筒状部４０がシールリング
１０３ａ，１０３ｂに圧接することにより先に述べたよ
うにコイルエンド室１０９，１１０が形成されている。

【００２７】上記ケース１０６には、コイルエンド室１
０９に連通するようにして冷却液である冷却油の供給口
１０７と、同じくコイルエンド室１１０に連通する冷却
油の吐出口１０８がそれぞれ形成されている。冷却液で
ある冷却油は、図示しないオイルポンプにより供給口１
０７に圧送され、一方のコイルエンド室１０９を満たし
た後にステータ１内の各スロット２４，２４…を冷却通
路として通過し、さらに他方のコイルエンド室１１０を
満たした後に吐出口１０８から図示しないオイルクーラ
ーに向けて吐出される。なお、図２には冷却油の流れを
符号１１１で示す。このように、冷却油が一方のコイル
エンド室１０９と各スロット２４，２４…および他方の
コイルエンド室１１０を通過することで、ステータコア
２とコイル３とを強制冷却してそれらの発熱を抑制する
ことができる。

【００２８】同時に、冷却油密閉プレート４はステータ
コア２の内周面とほぼ面一状態をなしていて、そのステ
ータ内周側に何ら突出するものではないから、ロータ９
との間のエアギャップを一段と小さくできることにな
る。

【００２９】その一方、冷却油の通流によってもステー
タコア２とコイル３の発熱を完全に抑制することは難し
く、ステータ１は熱的影響による膨張もしくは収縮を余
儀なくされる。このステータ１の熱膨張もしくは熱収縮
に備えてのステータ１のシール構造の詳細を図４，５に
示す。

【００３０】図４，５に示すように、ステータコア２の
うち冷却油密閉プレート４と接することになる部分には
予め矩形状の凸部２５が形成されている一方、先に述べ
たように絶縁樹脂材の充填をもって形成される冷却油密
閉プレート４側には上記凸部２５を受容するための凹部
４１が形成されていて、両者は凹凸係合部５０を構成し
ている。また、冷却油密閉プレート４の幅方向のほぼ中
央部には、上記凹凸係合部５０の接合面に発生する歪み
を吸収するべく可撓性を付与するために歪み吸収部４２
が形成されている。この歪み吸収部４２は、冷却油密閉
プレート４の両側面から幅方向のほぼ中央部に向けてそ
の肉厚寸法を漸次小さくして、幅方法のほぼ中央部の厚
み寸法Ｔ２を両側面の厚み寸法Ｔ１よりも薄肉化するこ
とで形成される。

【００３１】したがって、回転電機１００の運転に伴い
ステータ１が熱膨張する際には、アンダープレート６と
冷却油密閉プレート４とで実質的に二重シール構造とな
っているのに加えて、ステータコア２側の凸部２５のう
ち一部の面２５ａ，２５ｃ，２５ｅと、冷却油密閉プレ
ート４側の凹部４１のうち一部の面４１ａ，４１ｃ，４
１ｅとが、それぞれの部材の熱膨張により相互に密着し
てシール効果を発揮することから、スロット２４を通過
する冷却油のロータ９０側への液漏れを未然に防止でき
ることになる。

【００３２】また、回転電機１００の周囲の環境のため
に低温状態となり、ステータ１が熱収縮する際には、冷
却油密閉プレート４の線膨張係数がステータコア２のそ
れよりも大きいことから、ステータコア２側の凸部２５
の一部の面２５ｂ，２５ｄに、冷却油密閉プレート４側
の凹部４１の一部の面４１ｂ，４１ｄが密着してシール
効果を発揮することから、上記と同様にして冷却油のロ
ータ９０側への液漏れを未然に防止できるようになる。

【００３３】この場合において、上記のように冷却油密
閉プレート４の幅方向中央部に相対的に薄肉の歪み吸収
部４２を形成することによって、その歪み吸収部４２が
伸縮変形可能なように可撓性を具備させてあることか
ら、ステータ１が熱収縮した際に、上記凹凸係合部５０
における接合面が剥離しないように相対的に薄肉の歪み
吸収部４２が積極的に伸縮変形して、その凹凸係合部５
０での液漏れを防止することができる。

【００３４】このように第１の実施の形態によれば、ス
テータ１の内周面が樹脂層で被覆されていないので、そ
の分だけエアギャップを小さくでき、しかもコイル３が
収容されたスロット２４はアンダープレート６で閉塞さ
れた上で密閉プレート４の側面部とステータコア２との
凹凸係合によってシールされて、実質的に二重シール構
造となっているため、ステータ１側からロータ９０側へ
の液漏れを確実に防止できるようになる。また、凹凸係
合部５０がシール機能と抜け止め機能とを併せ持つこと
から、ステータコア２と密閉プレート４との接合部にお
ける剥離防止効果と液漏れ防止効果が効果的に発揮され
るようになる。その上、歪み吸収部４２を有する密閉プ
レート４はステータ１の膨張もしくは収縮変位に追従す
ることからステータコア２と密閉プレート４との接合部
での剥離を未然に防止できるようになる。

【００３５】図６には本発明の第２の実施の形態を示
す。この実施の形態では、図４と比較すると明らかなよ
うに、ステータコア２と冷却油密閉プレート４との凹凸
係合部５１の形状として、凸部先端長さＬ１よりも凸部
根元長さＬ２を短くしたいわゆるあり溝形状とした点で
第１の実施の形態のものと異なっている。

【００３６】この第２の実施の形態では、ステータ１が
熱収縮した際に、ステータコア２側の凸部２５の一部で
ある傾斜面２５ｂ，２５ｄが、冷却油密閉プレート４側
の凹部４１の一部である同じく傾斜面４１ｂ，４１ｄを
引っ張ることで両者の接合面がより密着してシールされ
ることになる。その結果として、凹凸係合部５１での剥
離防止と、その凹凸係合部５１からの冷却油の液漏れを
より確実に防止できるようになる。その上、ステータコ
ア２の凸部根元長さＬ２を極力短くすることで、ステー
タコア２を流れる磁束を凸部根元長さＬ２の部分で絞る
こととなり、ステータコア２からの磁束の漏れを抑制で
きる。

【００３７】図７には本発明の第３の実施の形態を示
す。この実施の形態では、図６と比較すると明らかなよ
うに、ステータコア２と冷却油密閉プレート４との凹凸
係合部５２において、その凸部５３と凹部５４の相対位
置関係を逆にした点で第２の実施の形態のものと異なっ
ている。

【００３８】この実施の形態によれば、凹部５４がステ
ータコア２側に、凸部５３が冷却油密閉プレート４側に
それぞれ設けられていることから、ステータコア２を流
れる磁束が凹部５４相当部で一旦絞られた上で緩やかに
ステータコアの内周側で広がることになり、ステータコ
ア２を流れる磁力線を滑らかに繋いで正弦波に近付ける
ことで高調波を抑制できるようになる。

【００３９】ここで、上記凹凸係合部の第４，５の実施
の形態として、例えば図８のような丸形の凹凸係合部５
５や図９のような三角形の凹凸係合部５６のほか、図
８，９における凹部と凸部の相対位置関係を逆にしたも
のを採用しても上記と同様のシール効果を期待できる。

【００４０】そして、さらなるシール効果の向上を図る
場合には、ステータコア２と一体化するように冷却油密
閉プレート４を樹脂成形した後に、ステータコア２と冷
却油密閉プレート４との凹凸係合部５０，５１，５２お
よび５５，５６に絶縁樹脂を含浸処理するのが望まし
い。含浸処理方法としては、点滴含浸法のほかいわゆる
どぶ浸け法（ディッピング法）を採用できる。さらに、
ステータコア２に使用される電磁鋼板に予め接着剤を塗
布し、それらを積層した上で乾燥させて各電磁鋼板間の
隙間をなくすようにすれば一段と効果的なものとなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係る回転電機を搭載した
自動車の概略説明図。

【図２】図１に示した回転電機の拡大縦断面図。

【図３】図２のＢ−Ｂ線の沿う拡大断面図。

【図４】図３の要部拡大図。

【図５】同じく図３の要部拡大図。

【図６】本発明の第２の実施の形態を示す要部拡大図。

【図７】本発明の第３の実施の形態を示す要部拡大図。

【図８】本発明の第４の実施の形態を示す要部拡大図。

【図９】本発明の第５の実施の形態を示す要部拡大図。

【符号の説明】

１…ステータ ２…ステータコア ３…コイル ４…冷却油密閉プレート ５…インシュレータ ６…アンダープレート ２４…スロット ２５…凸部 ４１…凹部 ４２…歪み吸収部 ５０…凹凸係合部 ５１…凹凸係合部 ５２…凹凸係合部 ５３…凸部 ５４…凹部 ５５…凹凸係合部 ５６…凹凸係合部 ９０…ロータ ９２…ロータコア １００…回転電機 １０３ａ，１０３ｂ…シールリング １０９，１１０…コイルエンド室

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5H002 AA07 AB04 AB06 AC06 AD02 AD06 AE06 5H603 AA13 BB01 BB12 CA01 CA05 CB02 CC03 CC17 FA01 5H604 AA03 BB01 BB10 BB14 CC01 CC13 QC01 QC09 5H609 BB03 PP02 PP06 PP08 PP09 QQ05 QQ10 RR36 RR42

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ステータコアのスロットにインシュレー
   タを介してコイルを収容するとともに、スロットのステ
   ータ内周側開口部付近にアンダープレートを配設して、
   そのアンダープレートの上に樹脂材料の充填をもって密
   閉プレートを形成することにより、前記スロットの開口
   部を閉塞してスロット内部に冷却通路を形成してなるス
   テータと、 このステータと組み合わされる回転自在なロータと、 を備え、 前記冷却通路に冷却液を通流させることで強制冷却する
   ようにした回転電機の冷却構造であって、 前記密閉プレートをステータコアの内周面とほぼ面一状
   態となるように形成するとともに、密閉プレートの側面
   部とステータコアとを凹凸係合とすることで液漏れ防止
   のためのシールを施したことを特徴とする回転電機の冷
   却構造。
2. 【請求項２】 前記密閉プレートのほぼ中央部に、ステ
   ータの熱膨張収縮に伴う歪みを吸収するための歪み吸収
   部が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の
   回転電機の冷却構造。
3. 【請求項３】 前記密閉プレートのほぼ中央部の歪み吸
   収部は、ステータコアと凹凸係合することになる側面部
   の厚み寸法よりも薄肉化された部位をもって形成されて
   いることを特徴とする請求項２に記載の回転電機の冷却
   構造。
4. 【請求項４】 前記密閉プレートとステータコアとの凹
   凸係合部において、凸部先端長さよりも凸部根元長さの
   方が短いあり溝形状にしたことを特徴とする請求項１〜
   ３のいずれかに記載の回転電機の冷却構造。
5. 【請求項５】 前記密閉プレートとステータコアとの凹
   凸係合部において、凸部がステータコア側に、その凸部
   を受容する凹部が密閉プレート側にそれぞれ設けられて
   いることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の
   回転電機の冷却構造。
6. 【請求項６】 前記密閉プレートとステータコアとの凹
   凸係合部において、凸部が密閉プレート側に、その凸部
   を受容する凹部がステータコア側にそれぞれ設けられて
   いることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の
   回転電機の冷却構造。