JP2003250239A

JP2003250239A - 回転電機のステータ構造

Info

Publication number: JP2003250239A
Application number: JP2002046224A
Authority: JP
Inventors: Takashi Tsuneyoshi; 孝恒吉; Shinichiro Kitada; 真一郎北田; Toshio Kikuchi; 俊雄菊池; Yutaro Kaneko; 雄太郎金子
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2002-02-22
Filing date: 2002-02-22
Publication date: 2003-09-05
Anticipated expiration: 2022-02-22
Also published as: JP3791428B2

Abstract

(57)【要約】【課題】コイルを一様に冷却可能な回転電機のステー
タ構造を提供する。【解決手段】ステータコア５の各スロット１３内を冷
却通路６にして冷媒を流通させてスロット１３内に巻装
されたコイル１６を冷却する場合に、コイル１６とティ
ース部１２との間に介挿される絶縁体１５に冷媒が流通
可能な冷却空間９を形成しかつこの冷却空間９のコイル
１６側壁２０Ｂに横穴２２を形成し、冷却空間９を流れ
る冷媒により、巻装したコイル１６を内側からも冷却す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、回転電機のステー
タ構造に関し、特に、コイルの冷却に好適な回転電機の
ステータ構造に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来からステータコアの内周面に樹脂層
をモールド成形することでスロット開口部を閉塞し、こ
れにより画成したスロット内部を冷媒通路として使用す
るモータのステータ構造が知られており、例えば、特許
第２７１６２８６号に開示されている。

【０００３】この従来技術によれば、冷媒通路であるス
ロット内部に冷媒を流すことでスロット内部に収納され
ているコイルを冷媒により直接冷却することができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来例では、コイルが多重に積層巻される場合には、冷媒
の流れに直接触れる巻層表面側のコイルはよく冷却され
るのに対し、ステータコアに近い巻層下側のコイルは冷
媒の流れから遠くその冷却が不十分となる恐れがあっ
た。

【０００５】そこで本発明は、上記問題点に鑑みてなさ
れたもので、コイルを一様に冷却可能な回転電機のステ
ータ構造を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】第１の発明は、ステータ
コアの各スロットに絶縁体を配置し、絶縁体を挟んで各
ティース部にコイルを巻装してスロット内に収装し、ス
ロットのステータコア内周側の開口を閉塞することでス
ロット内を冷媒が流通可能な冷却通路とする回転電機の
ステータ構造において、絶縁体にスロット内の冷媒の一
部を流通させる冷却空間を形成し、冷却空間のコイル側
壁面に横穴を設けて冷却空間をコイル側に開口させたこ
とを特徴とする。

【０００７】前記絶縁体は、ティース部の側面からコイ
ルと接触するバックコア部の表面に亙り配置されるもの
であり、冷却空間はティース部側面に面する部分および
またはバックコア部に面する部分にモータの軸方向に貫
通させて配置される。

【０００８】第２の発明は、ステータコアの各スロット
に絶縁体を配置し、絶縁体を挟んで各ティース部にコイ
ルを巻装してスロット内に収装し、スロットのステータ
コア内周側の開口を閉塞することでスロット内を冷媒が
流通可能な冷却通路とする回転電機のステータ構造にお
いて、絶縁体とティース部およびまたはバックコア部と
の間に隙間を形成してスロット内の冷媒の一部を流通さ
せる冷却空間に形成し、冷却空間のコイル側壁面に横穴
を設けて冷却空間をコイル側に開口させたことを特徴と
する。

【０００９】前記絶縁体とティース部およびまたはバッ
クコア部との間の隙間は、例えば、絶縁体側からティー
ス部側面側およびまたはバックコア部側へ突出す突起を
配置することで形成できる。

【００１０】第３の発明は、第１または第２の発明にお
いて、前記絶縁体は、熱伝導率の高い材料から構成した
ことを特徴とする。

【００１１】第４の発明は、第１または第２の発明にお
いて、前記絶縁体は、ヤング率の高い材料から構成した
ことを特徴とする。

【００１２】第５の発明は、第１または第２の発明にお
いて、前記絶縁体の横穴は、コイルと接する範囲全域に
配置されていることを特徴とする。

【００１３】前記横穴は、コイルと接する壁面の範囲全
域に亙る大きい横穴であっても、それより小さい横穴を
コイルと接する壁面の範囲全域に亙り複数個配置するも
のであってもよい。また、前記横穴の形状は、角穴であ
っても、丸穴であってもよい。

【００１４】第６の発明は、第５の発明において、横穴
は、その間隔がコイルの線径よりも小さく形成されてい
ることを特徴とする。

【００１５】

【発明の効果】したがって、第１の発明では、ティース
部に巻装されたコイルの巻層表面は冷却通路を通過する
冷媒により冷却される一方、コイルの巻層内側は絶縁体
の冷却空間を通過する冷媒により冷却されるため、積層
巻された巻層位置による冷却のばらつきを抑制でき、一
様に冷却できる。

【００１６】第２の発明では、第１の発明の効果に加え
て、冷却空間が、ティース部およびまたはバックコア部
の表面に露出しているため、ステータコアをも直接冷媒
で冷却することができる。

【００１７】第３の発明では、第１または第２の発明の
効果に加えて、絶縁体の熱伝導率が高いため、その熱抵
抗を小さくでき、冷媒と発熱体であるコイルとの間に絶
縁体が介在する部位においても、放熱性の悪化を抑える
ことができる。

【００１８】第４の発明では、第１または第２の発明の
効果に加えて、絶縁体のヤング率が高いため、絶縁体の
厚さを薄くでき、絶縁体の熱抵抗を小さくできる。

【００１９】第５の発明では、第１または第２の発明の
効果に加えて、前記絶縁体にはコイルと接する範囲全域
に横穴が配置されているため、横穴を通してコイルの全
範囲が冷却空間を通過する冷媒と直接接触して熱交換さ
れ、冷媒による抜熱性能を確実に得ることができる。

【００２０】第６の発明では、第５の発明の効果に加え
て、横穴の間隔が線径より小さいため、横穴が存在しな
い部分に位置するコイルに対しても隣接する横穴から冷
媒が当該コイルに直接触れるので、全てのコイルで同様
の冷却性能が確保できる。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を添付
図面に基づいて説明する。

【００２２】図１、図２は回転電機の全体構成を示し、
図１は回転軸を含む回転電機の断面図、図２はその横断
面図である。回転電機としては、電動機、または発電
機、または電動機兼発電機等があるが、以下では、電動
機の一例である永久磁石式同期電動機により本発明を説
明する。

【００２３】図１において、回転電機のケース１は、円
筒板１Ａと、この円筒板１Ａの軸方向両端の開口を閉塞
する側板１Ｂ、１Ｃからなる。ケース１内には、円柱形
のロータ２が収容される。ロータ２は、その回転軸２Ａ
がケース１の側板１Ｂ、１Ｃに軸受３で支持され、回転
軸２Ａと一体に回転自在となっている。ロータ２は、図
２に示すように、複数の永久磁石４を等角度間隔に収容
し、隣接する永久磁石４とは互に磁極を相違させて配置
される。

【００２４】前記ケース１の円筒板１Ａの内周面には、
円筒形のステータコア５が、ロータ２の外周を取り囲む
ように配置される。ステータコア５の内周面とロータ２
の外周面との間には、所定の間隙が設けられている。

【００２５】前記ステータコア５は、図２に示すよう
に、複数個（本実施の形態では１２個）に分割された分
割コア１０を円環状に連ねる分割コア構造に構成してい
る。各分割コア１０は、バックコア部１１とティース部
１２とを備えて略Ｔ字状をなす。バックコア部１１はケ
ース１の円筒板１Ａに嵌合されるリング部材に当接して
他の分割コア１０と共に環状に連なって継鉄部を構成す
る。

【００２６】前記ティース部１２はバックコア部１１か
らステータコア５の内周側に突出させて形成している。
各分割コア１０は略Ｔ字型の磁性鋼板を回転軸２Ａの軸
方向（図２の紙面に垂直方向、以下同一の方向を軸方向
という）に所定厚さに積層しかつ一体に固定して構成す
る。なお、ステータコア５は分割コア１０としている
が、分割されていない環状のステータコアであってもよ
い。ケース１の内方に夫々突出するティース部１２の間
の凹部（溝部）はスロット１３を構成する。

【００２７】各ティース部１２には、その周囲に絶縁体
１５を配置した後、コイル１６をスロット１３に収挿
し、コイルエンドをステータコア５側方に露出させて巻
装する。絶縁体１５はスロット１３を構成するティース
部１２の側面からバックコア部１１表面に亙る絶縁体側
板１５Ａとティース部１２の端面に配置する絶縁体端板
１５Ｂとで構成している。これらの絶縁体１５の上から
各ティース部１２にコイル１６を集中巻にて巻装する。
コイル１６の巻層は必要に応じて複数層に亙って巻回さ
れる。

【００２８】各ティース部１２の先端間にはスロット１
３を閉塞するプレート１７を配置し、プレート１７と各
ティース部１２とは樹脂のシール部１８で一体モールド
する。スロット１３内はコイル１６を収挿した状態で冷
却通路６となる。

【００２９】前記シール部１８はステータコア５の側方
から突出する円筒状の延長部１８Ａを備える。これら延
長部１８Ａの先端はケース１の側板１Ｂ、１Ｃに液密に
係合してステータコア５側方に夫々画成した環状の冷却
ジャケット７Ａ、７Ｂを形成する。冷却ジャケット７
Ａ、７Ｂは、コイル１６のエンドコイル部分を収容し、
互に冷却通路６を介して連通する。冷却ジャケット７
Ａ、７Ｂには、円筒板１Ａを貫通する入口８Ａが開口
し、冷却ジャケット７Ｂには、同じく円筒板１Ａを貫通
する出口８Ｂが開口している。

【００３０】図３は、コイル１６を巻装する前の絶縁体
側板１５Ａの構成を分割コア１０に組み合わせて示すも
のである。コイル１６は、さらに図示していない絶縁端
板１５Ｂをティース部１２端面に組み合わせて各絶縁体
１５上に巻装される。

【００３１】前記絶縁体側板１５Ａは、ティース部１２
の側面に接触して絶縁する側辺部２０とバックコア部１
１に接触して絶縁する底辺部２１とからなるＬ字状に形
成される。側辺部２０はティース部１２側面に平行な２
枚の壁２０Ａ、２０Ｂと両壁２０Ａ、２０Ｂを連結する
支持壁２０Ｃとで箱状断面をなし、内部に軸方向に貫通
する冷却空間９を備える。前記冷却空間９と冷却ジャケ
ット７Ａ、７Ｂとは冷却空間９の端面開口９Ａを介して
連通する。平行な２枚の壁２０Ａ、２０Ｂのティース部
１２側面から離れた一方の壁２０Ｂには、前記冷却空間
９とスロット１３側とを別に連通させる横穴２２を形成
する。

【００３２】図４は、コイル１６の巻装後の分割コア１
０を示し、図中左半分には分割コア１０の正面図であ
り、図中右半分にはコイル１６、絶縁体側板１５Ａ、お
よび、分割コア１０の断面図である。図４に示すよう
に、絶縁体１５上に積層してコイル１６が巻装された分
割コア１０においては、コイル１６の巻装範囲外に前記
冷却空間９の端面開口９Ａの一部が開口する。

【００３３】この分割コア１０を組み合わせてケース１
内に、図１、２に示すステータコア５に形成して収容
し、シール部１８により冷却通路６と各冷却ジャケット
７Ａ、７Ｂを形成して回転電機のステータ構造が構成さ
れる。このステータ構造においては、両冷却ジャケット
７Ａ、７Ｂに開口して、冷却通路６と絶縁体１５に形成
した冷却空間９の夫々の開口端が開口している。

【００３４】以上説明した実施の態様の回転電機のステ
ータ構造においては、入口８Ａから冷媒としての冷却オ
イルが冷却ジャケット７Ａに供給される。冷却用オイル
は冷却ジャケット７Ａからステータコア５内に形成した
冷却通路６（図２参照）を流通して、反対側の冷却ジャ
ケット７Ｂへ導かれ、出口８Ｂから外部へ排出される。
一方の冷却ジャケット７Ａから他方の冷却ジャケット７
Ｂへ流れる冷却オイルは、スロット１３内において、冷
却通路６と冷却空間９とを経由して流通する。

【００３５】前記冷却通路６を流れる冷却オイルは、テ
ィース部１２に積層巻されたコイル１６の積層表面側に
触れ、コイル１６を積層表面側から冷却する。

【００３６】他方、冷却空間９へは部分的に開口する端
面開口９Ａを経由して冷却オイルが流れ込み、他方の部
分的に開口する端面開口９Ａを経由して冷却オイルが流
出する。冷却空間９に流入した冷却オイルはコイル１６
の接する壁２０Ｂを介してコイル１６を積層内側から冷
却する一方、壁２０Ｂに設けた横穴２２を介して積層内
側のコイル１６に接触して積層内側のコイル１６を直接
冷却する。即ち、横穴２２が設けられた範囲において
は、冷却オイルによりコイル１６を直接冷却し、この範
囲外においては、壁２０Ｂを介してコイル１６を間接的
に冷却する。

【００３７】コイル１６はバックコア部１１を除いて、
冷却通路６による積層表面側と絶縁体１５を経由しての
積層内側との両面から冷却されるため、コイル温度にム
ラが生ずることなく均一に冷却できる。したがって、コ
イル温度が部分的に上昇して生ずる銅損を抑えることが
でき、回転電機の出力を向上できる。

【００３８】前記横穴２２は、コイル１６が巻かれた範
囲全面をカバーする大きさの穴とする場合には、コイル
１６の積層内側全面が流通する冷却オイルと接触させる
ことができ、好適である。しかしながら、絶縁体側板１
５Ａの強度確保の面からは、大きい穴としないでコイル
１６が巻かれた範囲全面に多数の穴を配置するのがよ
い。横穴２２は、図示例のように、四角形の長穴や多角
形の角穴であっても、丸穴であってもよい。横穴２２と
してコイル１６に沿った複数の長穴で構成する場合に
は、長穴同士の間隔をコイル１６の線形より小さく形成
すると、各コイル１６に直接冷却オイルを触れさせるこ
とができ、積層内側の全てのコイル１６を一様に冷却で
きる。

【００３９】横穴２２が配置されていない部分において
は、壁２０Ｂを介して間接的にコイル１６を冷却する。
この場合、絶縁体側板１５Ａを構成している素材自体を
熱伝導率の高い材料を用いることで冷却効率を高めるこ
とができる。また、ヤング率の高い材料を用いる場合に
は、機械的強度が高いため壁２０Ｂの厚さを薄くでき、
壁２０Ｂの伝熱距離を短縮でき伝熱損失を小さくでき、
冷却効率を高めることができる。

【００４０】本実施の態様にあっては、ティース部１２
に巻装されたコイル１６の巻層表面は冷却通路６を通過
する冷媒により冷却される一方、コイル１６の巻層内側
は絶縁体１５の冷却空間９を通過する冷媒により冷却さ
れるため、積層巻された巻層位置による冷却のばらつき
を抑制でき、一様に冷却できる。

【００４１】絶縁体１５の熱伝導率を高くすると、その
熱抵抗を小さくでき、冷媒と発熱体であるコイル１６と
の間に絶縁体１５Ａが介在する部位においても、放熱性
の悪化を抑えることができる。

【００４２】絶縁体１５のヤング率を高くすると、絶縁
体１５の厚さを薄くでき、絶縁体１５の熱抵抗を小さく
できる。

【００４３】前記絶縁体１５にはコイル１６と接する範
囲全域に横穴２２が配置されているため、横穴２２を通
してコイル１６の全範囲が冷却空間９を通過する冷媒と
直接接触して熱交換され、冷媒による抜熱性能を確実に
得ることができる。

【００４４】横穴２２の間隔をコイル１６の線径より小
さくすると、横穴２２が存在しない部分に位置するコイ
ル１６に対しても隣接する横穴２２から冷媒が当該コイ
ル１６に直接触れるので、全てのコイル１６で同様の冷
却性能が確保できる。

【００４５】図５〜図７は、絶縁体と横穴の形状を夫々
相違させた絶縁体側板の変形例を示す。図５に示す絶縁
体側板１５Ａにおいては、ティース部１２の側面に接触
する壁２０Ａを取り払って突起２３により接触する形状
としている。また、横穴２２の形状が、複数の丸穴に変
更されている。

【００４６】この絶縁体側板１５Ａにおいては、ティー
ス部１２の側面に接触させて設置した場合に、ティース
部１２の側面との間で冷却空間９を形成する。冷却空間
９に流れ込む冷却オイルは、横穴２２を介して積層内側
のコイル１６を冷却する一方、ティース部１２を直接冷
却する。コイル１６は、絶縁体１５の底辺部２１に接触
している部分を除いて、積層表面側と積層内側の両方向
から冷却される。丸穴で形成した横穴２２は、図示例の
ように千鳥型に配列することで冷却オイルを均等に積層
内側のコイル１６に接触させる。

【００４７】図６に示す絶縁体側板１５Ａにおいては、
ティース部１２に接触する側辺部２０は一枚の板で形成
され、底辺部２１において、突起２４によりバックコア
部１１から離間した壁２１Ａを備え、この壁２１Ａに軸
方向に延びる長穴よりなる横穴２２を複数列配置して構
成している。

【００４８】この絶縁体側板１５Ａをステータコア５に
配置してコイル１６を複数列積層して巻線した場合に
は、バックコア部１１との間で冷却空間９が形成され
る。冷却空間９の軸方向開口端９Ａは、巻線したコイル
１６と干渉することなく開口する。冷却オイルは、開口
端９Ａから冷却空間９に流れ込み、横穴２２を介してバ
ックコア部１１に面するコイル１６を冷却する。冷却空
間９の冷却オイルはバックコア部１１を直接冷却する。
したがって、コイル１６は、冷却通路６による冷却オイ
ルの冷却と合わせてティース部１２の側面に面する部分
を除いて三方向から冷却される。

【００４９】図７に示す絶縁体側板１５Ａにおいては、
バックコア部１１とティース部１２側面とに接する突起
２３、２４により、側辺部２０と底辺部２１との壁２０
Ｂ、２１Ａが共にバックコア部１１とティース部１２側
面から離間させて冷却空間９が配置される。冷却空間９
を構成する壁２０Ｂ、２１Ａには、軸方向に延びる長穴
からなる横穴２２を複数列配置して構成している。

【００５０】この絶縁体側板１５をステータコア５に配
置してコイル１６を複数列積層して巻線した場合には、
ティース部１２側面とコイル１６との間、および、バッ
クコア部１１とコイル１６との間の二箇所に冷却空間９
が形成される。ティース部１２の側面に位置するコイル
１６は、ティース部１２の側面の冷却空間９を流れる冷
却オイルが横穴２２を介して接触することで冷却され
る。また、バックコア部１１に面するコイル１６は、バ
ックコア部１１表面の冷却空間９を流れる冷却オイルが
横穴２２を介して接触することで冷却される。また、冷
却通路６に面するコイル１６は、冷却通路６を流れる冷
却オイルによって冷却される。つまり、コイル１６は全
周面から冷却され、その温度ムラが確実に抑制される。
また、冷却空間を通過する冷却オイルは、側辺部２０に
おいては、ティース部１２を直接冷却し、底辺部２１に
おいては、バックコア部１１を直接冷却することができ
る。

【００５１】上記各変形例にあっては、第１の実施の形
態により得られる効果に加えて、冷却空間９が、ティー
ス部１２およびまたはバックコア部１１の表面に露出し
ているため、ステータコア５をも直接冷媒で冷却するこ
とができる。

【００５２】なお、上記実施形態において、回転電機と
して永久磁石式同期電動機を例にとって説明している
が、図示はしないが、誘導電動機であっても、ＳＲモー
タであっても、また、その他のモータであってもよく、
発電機であってもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態を示すステータ構造を備え
た回転電機の断面図。

【図２】図１のＡ−Ａ線に沿う断面図。

【図３】同じくステータを構成する分割コアと絶縁体側
板との組み合わせ状態を示す正面図。

【図４】図３に示す分割コアにコイルを巻装した状態を
左半分にコイル表面を含めて示す正面図、右半分にコイ
ルを断面して示す断面図。

【図５】絶縁体の変形例を示す正面図（Ａ）、および、
側面図（Ｂ）。

【図６】絶縁体の別の変形例を示す正面図（Ａ）、およ
び、側面図（Ｂ）。

【図７】絶縁体のさらに別の変形例を示す正面図
（Ａ）、および、側面図（Ｂ）。

【符号の説明】

１ケース２ロータ３軸受４永久磁石５ステータコア６冷却通路７Ａ、７Ｂ冷却ジャケット８Ａ入口８Ｂ出口９冷却空間１０分割コア１１バックコア部１２ティース部１３スロット１５絶縁体１５Ａ絶縁体側板１５Ｂ絶縁体端板１６コイル２０側辺部２０Ａ、２０Ｂ壁２１底辺部２２横穴２３、２４突起

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者菊池俊雄神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地日産自動車株式会社内 (72)発明者金子雄太郎神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地日産自動車株式会社内Ｆターム(参考） 5H002 AD01 AD02 5H603 AA13 AA14 CA01 CB02 CB26 CC11 CD21 CD28 EE10 5H604 AA03 BB14 CC01 CC05 CC16 PB03 5H609 BB19 PP02 PP09 QQ05 QQ14 QQ18 RR35 RR42 RR68

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ステータコアの各スロットに絶縁体を配
置し、絶縁体を挟んで各ティース部にコイルを巻装して
スロット内に収装し、スロットのステータコア内周側の
開口を閉塞することでスロット内を冷媒が流通可能な冷
却通路とする回転電機のステータ構造において、絶縁体にスロット内の冷媒の一部を流通させる冷却空間
を形成し、冷却空間のコイル側壁面に横穴を設けて冷却
空間をコイル側に開口させたことを特徴とする回転電機
のステータ構造。
【請求項２】ステータコアの各スロットに絶縁体を配
置し、絶縁体を挟んで各ティース部にコイルを巻装して
スロット内に収装し、スロットのステータコア内周側の
開口を閉塞することでスロット内を冷媒が流通可能な冷
却通路とする回転電機のステータ構造において、絶縁体とティース部およびまたはバックコア部との間に
隙間を形成してスロット内の冷媒の一部を流通させる冷
却空間に形成し、冷却空間のコイル側壁面に横穴を設け
て冷却空間をコイル側に開口させたことを特徴とする回
転電機のステータ構造。
【請求項３】前記絶縁体は、熱伝導率の高い材料から
構成したことを特徴とする請求項１または請求項２に記
載の回転電機のステータ構造。
【請求項４】前記絶縁体は、ヤング率の高い材料から
構成したことを特徴とする請求項１または請求項２に記
載の回転電機のステータ構造。
【請求項５】前記絶縁体の横穴は、コイルと接する範
囲全域に配置されていることを特徴とする請求項１また
は請求項２に記載の回転電機のステータ構造。
【請求項６】横穴は、その間隔がコイルの線径よりも
小さく形成されていることを特徴とする請求項５に記載
の回転電機のステータ構造。