JP2004173389A - 回転電機の冷却構造及び製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高い冷却性能を有するとともに、絶縁、強度信頼性が高く、性能低下を生ずるおそれのない回転電機の冷却構造及び製造方法を提供する。
【解決手段】回転軸を有するロータと、コイルを巻装する分割コアによって形成されたステータとを備える回転電機の冷却構造であって、分割コア１１ごとに、ティース部１１ｂの周囲に形成され、内部にコイル１３を内包し、そのコイル１３がティース部１１ｂと導通することを防止するとともに、そのコイル１３との間にできる隙間を、冷媒が通流可能な冷媒流路にする絶縁部材１２、１５、１６、１７を備える。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気自動車、ハイブリッド自動車、燃料電池自動車などに適した回転電機（モータ、ジェネレータ又はモータ兼ジェネレータ等）に好適な回転電機の冷却構造及び製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の回転電機では、筒状のステータの内周面に形成されたスロット開口部を塞ぐように樹脂製の被覆層を設け、さらにステータ両端に密液カバーを取り付けて、スロットに冷媒を通流する冷却構造としたものがある（例えば、特許文献１参照）。このような構造にすれば、冷媒が巻線に直接接触するので優れた冷却性能を得ることができる。
【０００３】
【特許文献１】
特許第２７１６２８６号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前述した従来の回転電機では、巻線とステータコアとは、あいだに絶縁紙を挟んで隔離しているだけであり、連続した空間で繋がっている。そのため、冷媒が通流した場合にトラッキングによって絶縁性能の低下を生じる可能性がある。
【０００５】
また、スロット開口部を覆う被覆は、ステータ内周面側から形成されているので、その被覆が冷媒の圧力によってロータ側に変形又は脱落する可能性がある。
【０００６】
さらに、スロット開口部を覆う被覆は、ティース先端をも覆うように形成されており、エアギャップを大きくする必要がある。そのため、電磁性能の低下を招くおそれがある。
【０００７】
本発明は、このような従来の問題点に着目してなされたものであり、高い冷却性能を有するとともに、絶縁、強度信頼性が高く、性能低下を生ずるおそれのない回転電機の冷却構造及び製造方法を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、以下のような解決手段により、前記課題を解決する。なお、理解を容易にするために、本発明の実施形態に対応する符号を付するが、これに限定されるものではない。
【０００９】
本発明は、回転軸を有するロータと、コイルを巻装する分割コアによって形成されたステータとを備える回転電機の冷却構造であって、前記分割コア（１１）ごとに、ティース部（１１ｂ）の周囲に形成され、内部に前記コイル（１３）を内包し、そのコイル（１３）が前記ティース部（１１ｂ）と導通することを防止するとともに、そのコイル（１３）との間にできる隙間を、冷媒が通流可能な冷媒流路にする絶縁部材（１２、１５、１６、１７）を備えることを特徴とする。
【００１０】
【作用・効果】
本発明によれば、コイルを絶縁部材の内部に内包し、コイルと絶縁部材との隙間に冷媒を通流させるようにしたので、コイルとステータコアとの間、異相コイル間において電気絶縁性が保たれる。このため、コイルに冷媒を直接接触させてもトラッキング等の絶縁劣化が起こり難く、高い冷却性能とともに高い絶縁信頼性を得ることができる。
【００１１】
また、冷媒流路を形成する絶縁部材を、各分割コアごとに個別に形成することとしたので、回転電機のトルクによるステータ全体の変形があってもその影響を受けにくく耐久信頼性が高い。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面等を参照して、本発明の実施の形態について、さらに詳しく説明する。
（第１実施形態）
図１、図２、図３は、本発明における回転電機の冷却構造の第１実施形態を示す図である。図１は図２のＩ矢視図である。図２は図１のＩＩ矢視図である。図３は構成部品を分解して示した図である。なお、図１、図２においては、内部構造を見やすくするために、コア端部の端子台１６及びエンドカバ１７を省略してある。
【００１３】
本実施形態の分割ステータ１０は、分割コア１１と、第１樹脂モールド部材１２と、コイル１３と、スペーサ１４と、第２樹脂モールド部材１５とを備える。この分割ステータ１０は、モータケース（不図示）の内周に、所定数量が並べられて円環状のステータを形成する。
【００１４】
分割コア１１は、電磁鋼板を略Ｔ字状に切り出して形成したステータコア材１１ａを、所定の枚数積層して作製する。なお、積層したステータコア材１１ａは、崩れないように、例えば、ダボカシメや溶接等して一体化しておくとよい。
【００１５】
第１樹脂モールド部材１２は、分割コア１１とコイル１３との導通を防止する電気絶縁性の絶縁部材である。第１樹脂モールド部材１２は、分割コア１１のティース部１１ｂの周囲及び積層されたステータコア材１１ａのバックコア面に形成されており、分割コア１１の先端部１１ｃには形成されていない。第１樹脂モールド部材１２は、図１〜図３に示すような、略ボビン形状になっており、上下に平行に２列に形成された鍔部１２ａを備える。この鍔部１２ａの間にコイル１３を巻装してコイル１３を位置決めしている。第１樹脂モールド部材１２は、ステータコア材１１ａに平行な面にロケートピン１２ｂを備える（図３参照）。後述するように、このロケートピン１２ｂを端子台１６のロケート穴１６ｇに挿入して、端子台１６の位置決めを行う。
【００１６】
コイル１３は、上述の通り、第１樹脂モールド部材１２の周囲に巻装されている。本実施形態では、コイル１３は平角線であり、ステータのバックコア側の１列と、ステータのティース先端側の１列との２列巻きで形成してある。コイル１３の間には僅かな隙間が形成されており、冷媒がここを通流するときに、コイルと直接接触するようになっている。コイル１３の端部１３ａは、ステータコア材１１ａに平行な面に配置され、端子台１６でカバーされる。
【００１７】
なお、本実施形態では、コイル１３は平角線であり、２列巻きとしているが、要求性能等に応じて、例えば、角巻線や丸線等を使用したり、また、巻数も適宜調整すればよく、そのようにしても本発明の技術的思想の範囲内であることは明白である。
【００１８】
スペーサ１４は、コイル１３に第２樹脂モールド部材１５が密着することを防止する部材であり、コイル１３と第２樹脂モールド部材部材１５との間に配置されている。スペーサ１４は、ステータコア材１１ａの両側のコイル１３の上に配置されている。スペーサ１４は波板形状である。このため、スペーサ１４はコイル１３との間に僅かな隙間を形成する。冷媒は、この隙間を通流するときにコイルと直接接触する。なお、スペーサ１４は電気絶縁性のものが好ましいが、コイルの絶縁特性を損なわなければ導電性であってもよい。
【００１９】
第２樹脂モールド部材１５はスペーサ１４の上に配置されている絶縁部材である。第２樹脂モールド部材１５は、第１樹脂モールド部材１２に接着し、その内部に形成された隙間を冷媒流路にする。第２樹脂モールド部材１５の材料は、第１樹脂モールド部材１２と同じ絶縁部材であることが好ましい。同材料であれば、第２樹脂モールド部材１５の第１樹脂モールド部材１２に対する接着性が良好であるからである。
【００２０】
端子台１６は、ステータコア材１１ａの積層面に並行してコイル１３の上に配置されている絶縁部材である。端子台１６の材料も、第１樹脂モールド部材１２と同じ絶縁部材であることが好ましい。同材料であれば、第１樹脂モールド部材１２に対する接着性が良好であるからである。端子台１６は、第１樹脂モールド部材１２に接着し、その内部に形成された隙間を冷媒流路にする。端子台１６は、後述のように内部端子１６ｂ，１６ｅ及び外部端子１６ｃ，１６ｆを有する。端子台１６は、その内部端子１６ｂ，１６ｅをコイル１３の端部１３ａ，１３ｂに接続する（図５参照）。
【００２１】
なお、図３では省略したが、端子台１６と反対側にはエンドカバ１７を配置してある。そのエンドカバ１７と第１樹脂モールド部材１２とで冷媒流路を形成している（図１１参照）。
【００２２】
図４は、端子台を示す図である。図４（Ａ）は図３のＩＶ矢視図、図４（Ｂ）は図４（Ａ）に対する右側面図、図４（Ｃ）は図４（Ａ）に対する下面図である。
【００２３】
端子台１６は樹脂で形成された部材である。端子台１６は内部に電線１６ａ、１６ｄをモールドしている。電線１６ａ、１６ｄは、左右の側面に露出した内部端子１６ｂ，１６ｅと、正面に突出した外部端子１６ｃ，１６ｆとを有する。端子台１６は、後述のように、コイル１３の上に配置され、内部端子１６ｂ，１６ｅをコイル１３の端部１３ａ、１３ｂに接続する（図５参照）。外部端子１６ｃ，１６ｆは、隣接する異相コイルの外部端子と接続する。端子台１６は、ロケート穴１６ｇを有する。このロケート穴１６ｇに第１樹脂モールド部材１２のロケートピン１２ｂが挿入されて位置決めされる。
【００２４】
図５は、端子台を第１樹脂モールド部材に取り付けた状態を示す図である。図５（Ａ）は側面図、図５（Ｂ）は図５（Ａ）のＢ−Ｂ断面図、図５（Ｃ）は図５（Ａ）のＣ−Ｃ断面図である。
【００２５】
端子台１６は、ロケート穴１６ｇに第１樹脂モールド部材１２のロケートピン１２ｂが挿入されて位置決めされる。端子台１６は、内部端子１６ｂ，１６ｅをコイル１３の端部１３ａ、１３ｂに接続する。このため、コイル１３は、外部と導通可能になっている。
【００２６】
図６〜図１１は、本発明における回転電機の冷却構造の製造工程を説明する図である。なお、各図において、図（Ａ）は正面図、図（Ｂ）は左側面図、図（Ｃ）は図（Ａ）のＣ−Ｃ断面図、図（Ｄ）は正面断面図を示す。
【００２７】
（ステータコア積層工程＃１０１；図６）
まず、電磁鋼板を所定の形状に切り出したステータコア材１１ａを、所定の厚さに積層して分割コア１１を形成する。なお、このとき、上述のように、ダボカシメや溶接等によってコアを一体化しておくことが好ましい。
【００２８】
（第１樹脂モールド部材形成工程＃１０２；図７）
次に、分割コア１１のティース部１１ｂの周囲及びステータコア材１１ａのバックコア面に略ボビン状の第１樹脂モールド部材１２を射出成形によって形成する。このとき、第１樹脂モールド部材１２は開空孔を含まないことが望ましい。ただし、開空孔が、コイル巻装後のワニス含浸処理などによって埋めることができる程度であるならば存在してもよい。また、第１樹脂モールド部材１２の表面は、平滑であるよりも適度に凹凸があるほうがよい。後工程で射出成形する第２樹脂モールド部材１５の接着強度が高くなるからであり、また、コイル１３との間に適度に隙間ができ、その隙間を冷媒が通流可能になるからである。
【００２９】
（コイル巻装工程＃１０３；図８）
続いて、第１樹脂モールド部材１２の周囲にコイル１３を巻装する。なお、本実施例では、上述の通り、平角線を使用して、ステータのバックコア側の１列と、ステータのティース先端側の１列との２列巻きで形成する。
【００３０】
（スペーサ配置工程＃１０４；図９）
その後、本実施例においては、巻装したコイル１３の外側に波板状のスペーサ１４を配置する。
【００３１】
（第２樹脂モールド部材形成工程＃１０５；図１０）
そして、スペーサ１４の外側から射出成形を行い、ステータコア材１１ａの両側から第２樹脂モールド部材１５を形成する。
【００３２】
（エンドカバ固定工程＃１０６；図１１）
次に、コイル１３の端部１３ａ、１３ｂが存在しないステータコア端面にエンドカバ１７を配置して、第１樹脂モールド部材１２に接着する。このとき形成されるエンドカバ１７及び第１樹脂モールド部材１２の隙間１７ａが冷媒流路になる。
【００３３】
また、図示を省略するが、コイル１３の端部１３ａ、１３ｂが存在するステータコア端面に端子台１６を配置して、第１樹脂モールド部材１２に固定する。そして、上述のように、端子台１６の内部端子１６ｂ，１６ｅをコイル１３の端部１３ａ、１３ｂに接続する（図５参照）。
【００３４】
本実施形態によれば、コイル１３を絶縁部材（第１樹脂モールド部材１２、第２樹脂モールド部材１５、端子台１６、エンドカバ１７）で内包し、コイル１３と各絶縁部材との隙間に冷媒を通流させるようにした。したがって、コイル１３とステータコア１１との間、異相コイル間において電気絶縁性が保たれる。そのため、コイル１３に冷媒を直接接触させてもトラッキング等の絶縁劣化が起こり難く、高い冷却性能とともに高い絶縁信頼性を得ることができる。
【００３５】
また、冷媒流路を形成する絶縁部材を、各分割コアごとに個別に形成した。したがって、回転電機のトルクによるステータ全体の変形があっても、その影響を受けにくく耐久信頼性が高い。
【００３６】
さらに、冷媒流路を形成する絶縁材料は、分割コア１１の側部にのみ形成し、先端部１１ｃには形成しない。したがって、ステータ〜ロータ間のエアギャップを小さくすることができ、上述の従来技術に見られるような電磁性能の悪化がない。
【００３７】
（第２実施形態）
図１２は、本発明における回転電機の冷却構造の第２実施形態を示す図であり、第１実施形態における図５（Ａ）に相当する図である。
【００３８】
なお、本実施形態では、前述した第１実施形態との相違点を説明し、重複する説明は省略する。
【００３９】
本実施形態の回転電機は、上記第１実施形態の回転電機に対して、端子台１６の近傍のコイル１３の間に流路閉塞部材１８を有する。
【００４０】
このように流路閉塞部材１８を設けると、図中の矢印に示すように、端子台１６の一方の端子側から供給された冷媒は、エンドカバ１７で形成した他端部の冷媒流路を通り、この端子台１６の流路閉塞部材１８を挟んだ他方の端子側から排出される。冷媒がこのように一方向に流れると、その流れはスムーズでありコイル冷却性能がさらに向上する。
【００４１】
以上説明した実施形態に限定されることなく、その技術的思想の範囲内において種々の変形や変更が可能であり、それらも本発明と均等であることは明白である。
【００４２】
例えば、上記実施形態では、コイル１３と第２樹脂モールド部材１５との間にスペーサ１４を配置することで隙間を設けて冷媒流路を確保しているが、第１樹脂モールド部材１２とコイル１３との間にスペーサ１４を配置してその間の隙間を冷媒流路としてもよい。
【００４３】
また、スペーサ１４の形状は、コイル１３と第２樹脂モールド部材１５との間に冷媒を送通できるように波形としたが、コイル相互間の隙間を冷媒流路とする場合や、コイル１３と第１樹脂モールド部材１２との間を冷媒流路とし、コイルの外側に冷媒を通流させる必要のない場合は平板状であってもよい。
【００４４】
さらに、あらかじめ別体として形成されている第２樹脂モールド部材を接着材等を用いて第１樹脂モールド部材に固定形成する場合は、特にスペーサを挿入しなくてもよい。
【００４５】
さらにまた、本発明においては、冷媒の流れはターンフローとなっているが、例えば、エンドカバ１７に冷媒排出口を設けて、一端（端子台側）から冷媒を供給し、その冷媒を他端（エンドカバ側）から排出させてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における回転電機の冷却構造の第１実施形態を示す図であり、図２のＩ矢視図である。
【図２】本発明における回転電機の冷却構造の第１実施形態を示す図であり、図１のＩＩ矢視図である。
【図３】本発明における回転電機の冷却構造の第１実施形態を示す構成部品の分解図である。
【図４】端子台を示す図である。
【図５】端子台を第１樹脂モールド部材に取り付けた状態を示す図である。
【図６】本発明における回転電機の冷却構造のステータコア積層工程を説明する図である。
【図７】本発明における回転電機の冷却構造の第１樹脂モールド部材形成工程を説明する図である。
【図８】本発明における回転電機の冷却構造のコイル巻装工程を説明する図である。
【図９】本発明における回転電機の冷却構造のスペーサ配置工程を説明する図である。
【図１０】本発明における回転電機の冷却構造の第２樹脂モールド部材形成工程を説明する図である。
【図１１】本発明における回転電機の冷却構造のエンドカバ固定工程を説明する図である。
【図１２】本発明における回転電機の冷却構造の第２実施形態を示す図である。
【符号の説明】
１０ 分割ステータ
１１ 分割コア
１１ａ ステータコア材
１１ｂ ティース部
１２ 第１樹脂モールド部材（絶縁部材）
１２ａ 鍔部
１２ｂ ロケートピン
１３ コイル
１４ スペーサ
１５ 第２樹脂モールド部材（絶縁部材）
１６ 端子台（絶縁部材）
１６ａ、１６ｄ 電線
１６ｂ，１６ｅ 内部端子
１６ｃ，１６ｆ 外部端子
１６ｇ ロケート穴
１７ エンドカバ（絶縁部材）
１８ 流路閉塞部材

Claims (4)

1. 回転軸と一体に回転するロータと、
   コイルを巻装するティース部を複数有するステータと
   を備える回転電機の冷却構造であって、
   前記複数のティース部の周囲に形成され、前記コイルを内包するとともに、そのコイルとの間にできる隙間を、冷媒が通流可能な冷媒流路にする絶縁部材を備える
   ことを特徴とする回転電機の冷却構造。
2. 前記絶縁部材は、内包するコイルを、隣接するコイルと導通可能にする端子部を備える
   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. 前記絶縁部材は、前記冷媒流路の一部を閉塞して設けられ、前記冷媒が一方向に流れるようにする閉塞部材を備える
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の回転電機の冷却構造。
4. 積層したステータコア材の少なくともティース部の周囲に、そのステータコア材を一体的に固定する樹脂部材を形成する樹脂部材形成工程と、
   前記樹脂部材の周囲にコイルを巻装するコイル巻装工程と、
   前記樹脂部材と一体となって前記コイルを内包し、そのコイルとの間に形成された隙間を、冷媒が通流可能な冷媒流路にする冷媒流路形成部材を形成する冷媒流路形成工程と、
   を備える回転電機の製造方法。

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