【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電動機の固定子、およびこの固定子を用いた電動機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電動機の一つとして、固定子側にコイルを設けたタイプの電動機がある。この電動機の固定子に用いるコイルの導線のなかには、断面が長方形となった扁平な平角形状の導線を用いたものがある（たとえば、特許文献１参照）。なお、このようなコイルの導体をここでは、平角線導体と称する。
【０００３】
【特許文献１】
特開平５−２４３０３６号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような平角線導体を用いて固定子のコイルを形成した場合、固定子のティース部に平角線導体が平行に巻き回わされることになるため、積層コア角部の曲げによって、図１３に示すように、固定子コアのティース部１２の鋼板積厚方向中央部で平角線導体３１の湾曲による隙間３５が生じてしまう。
【０００５】
このような隙間は、平角線導体よりなる巻線を複数列形成し、それら複数列の巻線の間を、冷媒を通すための冷媒流路とした構造の固定子にあっては、冷媒の流れを滞留させて冷却効率を悪化させる原因となることがわかってきた。
【０００６】
そこで本発明の目的は、平角線導体よりなる巻線をコイルとして用いた固定子において、冷却効率を高めた電動機の固定子を提供することであり、またこれにより冷却効率の高い電動機を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を達成するための本発明は、ティース部を備え、円環状に接続される複数の分割コアと、前記分割コアの前記ティース部に絶縁部材を介して平角線導体を巻き回すことにより形成された複数列の巻線と、前記複数列の巻線同士の間の空間よりなる冷媒流路と、を有し、前記巻線の最内周に位置する前記平角線導体と前記絶縁部材との隙間が、前記冷媒流路を構成する前記複数列の巻線間の間隔の２０％以下であることを特徴とする電動機の固定子である。
【０００８】
また、上記課題を達成するための本発明は、上記固定子を用いたことを特徴とする電動機である。
【０００９】
【発明の効果】
本発明の電動機の固定子によれば、巻線の最内周に位置する平角線導体と絶縁部材間に生じる隙間を、冷媒流路の短辺の長さ対して２０％以下に抑制することで、この隙間に流れ込む冷媒の量を抑制することが可能となる。これにより冷媒が冷媒流路に集中して、隙間への冷媒の流れ込みやそれによる滞留が少なくなるため、固定子の冷却効率を向上させることができる。
【００１０】
また、本発明の電動機は、上記のように冷却効率を向上させた固定子を用いたので、冷却効率が高く、効率のよい電動機となる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００１２】
（第１の実施の形態）
図１は本発明を適用した電動機の固定子の外観構成を示す斜視図であり、図２は図１に示した固定子の一つの分割コアを示す側面図であり、図３は図１に示した固定子の要部を示す断面図である。
【００１３】
この固定子１は、分割コア方式となっており、１つの極ごとに分割されている分割コア１１を互いに接続して円環状に形成したものである。
【００１４】
一つの分割コア１１は、図２および図３に示すように、ティース部１２を備え、このティース部１２に平角線導体を巻き回すことによって形成したコイル１０が設けられている。このコイル１０は、ティース部１２に平角線導体を巻き回すことによって形成された２列の巻線よりなる。固定子外側に位置するものを第１巻線１０ａ、固定子内側に位置するものを第２巻線１０ｂとする。
【００１５】
この第１巻線１０ａおよび第２巻線１０ｂは、いずれも分割コア１１のティース部１２の表面に設けられた絶縁部材１３を介して巻き回されている。
【００１６】
分割コア１１は、一般的に一つの分割コア１１の形状に打ち抜かれた電磁鋼板が積層され、カシメやレーザー溶接等により結合されたものである。そして、分割コア１１は、互いに接続されて円環状に組み立てられて固定子１となっている。分割コア１１同士の間には、スペーサ１４が設けられ、また、絶縁部材１３の内周側にもスペーサ１４ａが設けられている。
【００１７】
第１巻線１０ａと第２巻線１０ｂの間の空間は、スペーサ１４によって封止される形となり、この空間がコイル１０および分割コア１１の熱を抜熱するための冷媒が流れる冷媒流路１５となっている。
【００１８】
この冷媒流路１５は、第１巻線１０ａと第２巻線１０ｂの間でスペーサ１４により囲まれた矩形形状となっていて、その短辺長さＷｊ（すなわち、第１巻線１０ａと第２巻線１０ｂの間隔）は、第１巻線１０ａおよび第２巻線１０ｂの最内周に位置する平角線導体１６ａおよび１６ｂと絶縁部材１３との間の隙間Ｗｃの比率（Ｗｃ／Ｗｊ）を規定することで、所望の抜熱性能を得るようにしている。
【００１９】
図４は短辺長さＷｊと隙間Ｗｃの関係から熱性能実験を行った結果を示すグラフである。なお、図において縦軸は温度である。
【００２０】
この実験は、最内周に位置する平角線導体１６ａおよび１６ｂと絶縁部材１３との間の隙間Ｗｃが同じになるように、冷媒流路の短辺長さＷｊを変えた分割コア１１を作成し、この分割コア１１の冷媒流路１５に冷却油を流しながら、巻線に電流を印加して巻線の温度を計測した。温度計測は、巻線内部に熱電対を巻き込んでおいてその熱電対により計測した。なお、測定温度は温度が一定となった時点の温度である。
【００２１】
この図においては、比較のために通常の断面が円形のエナメル線よりなるコイルを用いた分割コアを製作して同じように冷媒を流して試験を行い、これを図中温度低減幅０℃の位置とした。したがって、本実験による温度低減幅は、この断面円形巻線に対する相対温度で示したものである。
【００２２】
実験においては、２本の分割コアを使用し、それらに挟まれた空間に冷媒を流して冷却性能を検証した。平角線導線を用いた巻線には厚さ０．７５ｍｍ×幅５ｍｍのエナメル絶縁被覆導体を使用し、比較対象としたエナメル線は直径φ２．２ｍｍのエナメル絶縁被覆銅線を使用して、これらを所定回数巻回したものである。冷媒は、鉱物系のオイルを使用した。
【００２３】
この実験では交流電動機で発生する鋼板から鉄損が発生しないため、実物のモータよりも温度は低くなるが、巻線からの放熱効果を検証する上では、その影響を排除できるため適した構成となっている。
【００２４】
実験は、これら２極の巻線を直列に接続して直流電源から電流を印加した。その際に温度が上昇していくが、流量および冷媒入口温度を一定として、温度が定常状態になったところで測定を実施している。
【００２５】
図からわかるように、隙間Ｗｃと冷媒流路の短辺長さＷｊとの比Ｗｃ／Ｗｊが大きくなると温度低減幅、すなわち冷却性能が低下する傾向が見られる。特にその比Ｗｃ／Ｗｊが２０％を越えると、従来巻線によるものよりも温度低減幅が逆に高くなってしまっている。
【００２６】
これは、第１巻線１０ａおよび第２巻線１０ｂの最内周に位置する平角線導体１６ａおよび１６ｂと絶縁部材１３との間の隙間が冷媒流路に対して相対的に大きくなると、この隙間部分において、冷媒の滞留が起こり、その分冷媒の流れが妨げられて、冷却効率が低下するものと考えられる。
【００２７】
これは、逆に言うと、隙間Ｗｃと冷媒流路の短辺長さＷｊとの比Ｗｃ／Ｗｊを小さくすることで、この隙間部分内への冷媒の流入や滞留を少なくすることができ、冷媒が流れやすくなって冷媒の流速が高まり、巻線と冷媒との熱伝達率が向上するものである。
【００２８】
したがって、本第１の実施の形態においては、この最内周に位置する平角線導体１６ａおよび１６ｂと絶縁部材１３との間の隙間Ｗｃを短辺長さＷｊの２０％以下に抑制することで最内周に位置する平角線導体１６ａおよび１６ｂと絶縁部材１３との間の隙間部分に流れ込む冷媒の量を少なくし、冷媒の本流を冷媒流路１５に集中させることで、熱伝達率を高めコイル温度の上昇を抑制し、さらに均熱化を促進することができる。
【００２９】
なお、最内周に位置する平角線導体１６ａおよび１６ｂと絶縁部材１３との間の隙間Ｗｃを短辺長さＷｊの２０％以下としたのは、図４からわかるように、これ以上Ｗｃ／Ｗｊが大きくなると断面円形巻線の場合と比較して効果がないからである。一方、下限値については、理想的には最内周に位置する平角線導体１６ａおよび１６ｂと絶縁部材１３との間の隙間Ｗｃは０であることが好ましいが、実際には、巻線を巻き回す際の加工精度により異なるため、巻線を巻き回す際の加工精度の下限値が隙間Ｗｃの下限であり、それに合わせて、Ｗｃ／Ｗｊが２０％以下となるように、短辺長さＷｊを決めるとよい。
【００３０】
次に、このような巻線構造の製造方法について説明する。
【００３１】
図５〜１１は、本第１の実施の形態における分割コア部分の製造方法を説明するための説明図である。
【００３２】
まず、図５に示すように、分割コア１１のティース部１２の表面に絶縁部材１３を取り付ける。分割コア１１は前述したように、電磁鋼板を所定の形状に打ち抜板ものを積層して構成したものである。
【００３３】
絶縁部材１３は分割コア１１の積層方向で２分割されており（第１絶縁部材１３ａと第２絶縁部材１３ｂ）、これらを積層方向の両側から挿入することでティース部１２を絶縁する。また、第１絶縁部材１３ａおよび第２絶縁部材１３ｂには、ともに巻線が外に出ないようにフランジ１３ｃが設けられている。
【００３４】
また、絶縁部材１３の一方の端面には（ここでは図示するように第２絶縁部材１３ｂ側）、後に２列に巻き回される平角度導体３１を電気的に接合する渡線が挿入される渡線溝２２が設けられる。
【００３５】
図６および図７は、固定子の外側の第１巻線１０ａを巻き回し始める作業を示した図である。なお、図６、図７、および後述する図８、図９では巻き回し部の状況を明瞭に示すために絶縁部材のフランジを省略した。
【００３６】
渡線溝２２に渡線２３に挿入し、平角線導体３１先端の皮膜を剥離して渡線２３に当接させる。この状態で超音波接合機などを使用して両者を接合する。
【００３７】
続いて、図７に示すように、１ターン目が巻き回されて２ターン目に差し掛かるところで、接合部上の平角線導体３１の皮膜を剥離した部分に絶縁シート２４を載せる。その後、この絶縁シート２４を挟み込むようにして所定の巻き数まで平角線導体３１を巻き回して第１の巻線を形成する。
【００３８】
図８は、固定子内側の第２巻線１０ｂを巻き回す状況を示した図である。
【００３９】
第２巻線１０ｂも、先に説明した第１巻線１０ａと同様に巻き回しを行うが、第１巻線１０ａと反対方向に巻き回して形成する。
【００４０】
したがって、図８に示すように、渡線２３に平角線導体３１の先端の皮膜を剥離して渡線２３に当接させ、超音波接合機などを使用して両者を接合する。このとき、第１巻線１０ａと第２巻線１０ｂとの間隔（すなわち、冷媒流路の短辺長さＷｊ）が、Ｗｃ／Ｗｊ≦２０％となるように第２巻線１０ｂの位置決めする。その後、前述した第１巻線１０ａと同様に、１ターン目を巻いた後に絶縁シート２４を接合部上に載せて所定回数巻き回しを行う。
【００４１】
以上により、図９に示すように、第１巻線１０ａおよび第２巻線１０ｂの形成が終了する。
【００４２】
このように本第１の実施の形態によれば、第１巻線１０ａおよび第２巻線１０ｂの最内周に位置する平角線導体３１と絶縁部材１３間に生じる隙間Ｗｃの長さを冷媒流路の短辺長さＷｊに対して２０％以下に抑制することとしたので、隙間Ｗｃに流れ込む冷媒の量を抑制することが可能となり、これにより冷媒が冷媒流路に集中して、隙間Ｗｃでの淀みの発生が少なくなり、冷却効率を向上させ、コイル温度やコア自体の温度を均熱化することができる。
【００４３】
（第２の実施の形態）
図１０は、第２の実施の形態における分割コア１１の巻線を巻き回す前の状態を示す図面である。
【００４４】
本第２の実施の形態は、絶縁部材１３と巻線の最内周に位置する平角線導体３１と間に、弾性材を設けた固定子である。
【００４５】
その他の構成は、前述した第１の実施の形態と同様であるので、それらの説明は省略する。
【００４６】
図１０に示すように、本第２の実施の形態においては、分割コア１１のティース部１２に設けられた絶縁部材１３のスロット内部に相当する面（分割コア同士が隣接する面）に弾性材である弾性シート１９を貼り付けたものである。
【００４７】
このように弾性シート１９を設けた状態で、前述した第１の実施の形態と同様にして第１巻線１０ａおよび第２巻線１０ｂを形成する。
【００４８】
このとき、第１巻線１０ａおよび第２巻線１０ｂとなる平角線導体３１は、その断面積に応じて適切な張力を負荷して密に巻き回していくのであるが、スロット中央部では巻線が湾曲して隙間が生じる。本第２の実施の形態では、この隙間に相当する部分に、弾性シート１９が貼り付けられているため、隙間が弾性シート１９によって埋められることになる。
【００４９】
これにより、スロット上下部の巻線が強く絶縁部材１３に接触する部分では弾性シート１９が圧力で変形して無駄なデッドスペースを生じさせずに密着させることができる。したがって、巻線の最内周に位置する平角線導体３１と絶縁部材１３間に生じる隙間は、ほぼ完全になくすことができるようになり、前述した第１の実施の形態におけるＷｃ／Ｗｊの比はほぼ０％にまで近づけることができ、冷媒が冷媒流路に集中して、隙間への冷媒の流れ込みやそれによる滞留が少なくなるため、固定子の冷却効率を向上させることができる。
【００５０】
なお、この弾性シート１９としては、たとえば、シリコーン樹脂や合成ゴム、スポンジなどの発泡系の樹脂材料などシートを使用することができる。
【００５１】
このように、本第２の実施の形態によれば、弾性シート１９が巻線と絶縁部材１３の間に介在することで隙間が発生せず、冷媒流路に流れる冷媒が隙間に流れ込んで滞留するのを防止することができる。したがって、これにより、前述した第１の実施の形態と同様に、巻線各部の熱伝達率が安定してヒートスポットなどが発生することを抑制することが可能となる。
【００５２】
また、これにより、巻線時に表面の絶縁皮膜が弾性体と接触するため皮膜に対するダメージが抑制され絶縁性能も向上する。
【００５３】
（第３の実施の形態）
図１１は、第３の実施の形態を説明するための分割コア同士が隣接する部分の断面図である。
【００５４】
本第３の実施の形態は、分割コア１１が円環上に組み付けた状態（図１参照）において、隣接する分割コア同士の間に配置したスペーサ１４と各分割コア１１に形成されている第１巻線１０ａおよび第２巻線１０ｂとの間にスペーサ用弾性シート２０を設けたものである。
【００５５】
その他の構成は、前述した第１の実施の形態または第２の実施の形態と同様であるので、それらの説明は省略する。
【００５６】
このスペーサ用弾性シート２０は、隣接する分割コア同士の巻線間にできる略三角形の空間より、スペーサ用弾性シート２０とスペーサ１４を合わせた大きさがわずかに大きくなる程度の厚さとなるようにしている。具体的には、たとえばスペーサ１４自体は略三角形の空間の寸法よりもわずかに小さい寸法で製作しておいて、それに配置前の状態でスペーサ用弾性シート２０を巻き付けて、略三角形の空間よりわずかに大きくなるように製作するとよい。
【００５７】
これにより、分割コア１１が円環状に組みつけられたときに、隣接する分割コア１１の第１巻線１０ａおよび第２巻線１０ｂによって、スペーサ用弾性シート２０が押さえつけられてスペーサ用弾性シート２０が変形する。このとき、スペーサ用弾性シート２０は、第１巻線１０ａおよび第２巻線１０ｂの湾曲頂部となるスロット内の積厚方向中央部では強く接触するため大きく変形し、隙間が生じやすいスロット出入り口付近での変形は小さくその部分の隙間を埋めることになる。
【００５８】
これにより、第１巻線１０ａおよび第２巻線１０ｂのスロット内部での湾曲による浮き上がりやスペーサ１４と第１巻線１０ａおよび第２巻線１０ｂの間に隙間が発生することを防止することができる。
【００５９】
また、このスペーサ用弾性シート２０が第１巻線１０ａおよび第２巻線１０ｂとスペーサ１４の間にできるわずかな隙間をも完全に埋めてしまうので、略三角形の空間に冷媒が流れることを防止することができる。これにより、冷媒は第１巻線１０ａおよび第２巻線１０ｂ間に設けられた冷媒流路１５にのみに流れて、高効率なコイル抜熱が可能となる。
【００６０】
なお、このスペーサ用弾性シート２０としては、たとえば、シリコーン系樹脂や合成ゴム、スポンジなどの発泡系の樹脂材料などを使用することができる。
【００６１】
このように、本第３の実施の形態によれば、隣接する分割コア同士の間にできる空間に、スペーサ１４と共にスペーサ用弾性シート２０を設けたので、スペーサ１４と巻線との隙間を略完全に埋めることができるようになり、冷媒がこの隙間に流れ込んで滞留することなどが防止されて、冷媒の流れがよくなるので、ヒートスポットが発生しにくくなり、コイル温度の均熱化が促進される。
【００６２】
また、スペーサ１４の表面に弾性材であるスペーサ用弾性シート２０が存在するため、電線表面の絶縁皮膜を損傷することがない。
【００６３】
さらには、このスペーサ用弾性シート２０が柔軟に変形するため、スペーサ挿入時の反力も小さくなり折損などのトラブルを未然に防止することが可能となる。
【００６４】
なお、本第３の実施の形態においては、スペーサ１４の周囲にスペーサ用弾性シート２０を巻き付けることとしたが、これに代えてスペーサ１４の巻線と接触する面にのみ弾性材（弾性シート１９）を貼り付けるようにしても同じ効果が得られる。また、スペーサ１４自体を弾性材によって略三角形の空間よりもわずかに大きく製作して用いても同様の効果を得ることができる。
（第４の実施の形態）
第４の実施の形態は、上述した第１の実施の形態による固定子を使用した電動機である。
【００６５】
図１２は第４の実施の形態における電動機を示す断面図である。
【００６６】
本第４の実施の形態では、前述した第１の実施の形態による固定子１を用いた電動機である。
【００６７】
この電動機７は、固定子１内部にロータ７１を配設して、固定子１をカバー７２、ケース８１、およびシールドプレート８２によって封止し、内部に冷媒を流すようにしたものである。
【００６８】
ロータ７１は、電磁鋼板が積層されたロータコア７３と、ロータコア７３に圧入結合されたシャフト７４からなり、ロータコア７３には永久磁石７５が挿入され、エンドプレート７６により内封されている。このエンドプレート７６は、シャフト７４に溶接結合されている。ロータ７１は、カバー７２に組み込まれたベアリング７７により支持されている。
【００６９】
固定子１は、固定子１の外周側を覆うケース８１に圧入結合されている。また、固定子１は、内側にシールドプレート８２が設けられている。
【００７０】
カバー７２とケース８１は、外周で溶接などにより結合されている。一方、シールドプレート８２は、カバー７２に組み込まれているシールリング溝７９に挿入当接されている。これにより、固定子１は、カバー７２、ケース８１、およびシールドプレート８２によってケース部材が形成されて封止された状態となっている。
【００７１】
そして、カバー７２には冷媒の流入口９１と吐出口９２がそれぞれ設けられていて、内部に冷媒が流れるようにしており、固定子１が冷媒により冷却される。
【００７２】
この電動機７において、冷媒は、カバー７２の流入口９１から供給され、カバー７２とケース８１とシールドプレート８２によって形成された冷媒溜り室９３から、コイル１０の第１巻線１０ａと第２巻線１０ｂの間の空間である冷媒流路１５を通過し、冷媒溜り室９４へ抜けて、吐出口９２から吐出される。
【００７３】
これにより、冷媒がコイル１０を形成している平角線導体１０ａおよび１０ｂの間を通ることで、巻線から発生する熱を抜熱する。特に、固定子として前述した第１の実施の形態による固定子１を用いていることで、その冷却効率が高い。したがって、同じ大きさの電動機であればより高速回転、高出力の電動機を得ることができる。
【００７４】
なお、本第４の実施の形態では、上述した第１の実施の形態による固定子１を用いた電動機として説明したが、これは当然に、第２または３の実施の形態による固定子を用いたものであってもよい。
【００７５】
また、本第４の実施の形態では、ロータ内部に永久磁石を設けた電動機としているが、この他にもロータを鉄心のみで構成した誘導電動機なども同様に製作することが可能である。
【００７６】
以上本発明を適用した実施の形態を説明したが、本発明はこれらの実施の形態に限定されるものではなく、当業者において様々な変形が可能であることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した電動機の固定子の外観構成を示す斜視図である。
【図２】図１に示した固定子の一つのコアを示す側面図である。
【図３】図１に示した固定子の要部を示す断面図である。
【図４】冷媒流路の短辺長さＷｊと、巻線と絶縁部材間の隙間Ｗｃと関係から熱性能実験を行った結果を示すグラフである。
【図５】分割コア部分の製造方法を説明するための説明図である。
【図６】図５に続く、分割コア部分の製造方法を説明するための説明図である。
【図７】図６に続く、分割コア部分の製造方法を説明するための説明図である。
【図８】図７に続く、分割コア部分の製造方法を説明するための説明図である。
【図９】図８に続く、分割コア部分の製造方法を説明するための説明図である。
【図１０】第２の実施の形態における分割コア１１の巻線を巻き回す前の状態を示す図面である。
【図１１】第３の実施の形態を説明するための分割コア同士が隣接する部分の断面図である。
【図１２】第４の実施の形態における電動機を示す断面図である。
【図１３】従来のコイル巻線を示す図面である。
【符号の説明】
１…固定子
１０…コイル
１０ａ…第１巻線
１０ｂ…第２巻線
１１…分割コア
１２…ティース部
１３…絶縁部材
１４…スペーサ
１９…弾性シート
２０…スペーサ用弾性シート
２２…渡線溝
２３…渡線
２４…絶縁シート
３１…平角線導体
７１…ロータ
７２…カバー
７３…ロータコア
７４…シャフト
７５…永久磁石
７６…エンドプレート
７７…ベアリング
７９…シールリング溝
８１…ケース
８２…シールドプレート
９１…流入口
９２…吐出口[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a stator for an electric motor and an electric motor using the stator.
[0002]
[Prior art]
As one of the electric motors, there is an electric motor in which a coil is provided on a stator side. Among the conductors of the coil used for the stator of this electric motor, there is a conductor using a flat rectangular conductor having a rectangular cross section (for example, see Patent Document 1). In addition, the conductor of such a coil is here called a rectangular wire conductor.
[0003]
[Patent Document 1]
JP-A-5-243036
[Problems to be solved by the invention]
However, when a stator coil is formed using such a rectangular wire conductor, the rectangular wire conductor is wound around the teeth portion of the stator in parallel. As shown in FIG. 13, a gap 35 is generated at the center of the teeth portion 12 of the stator core in the thickness direction of the steel plate due to the curvature of the rectangular wire conductor 31.
[0005]
Such a gap is formed in a plurality of rows of windings made of a rectangular wire conductor, and in a stator having a structure in which a coolant flow path for passing the coolant is provided between the windings in the plurality of rows, It has been found that the stagnation of the flow causes deterioration of the cooling efficiency.
[0006]
Accordingly, an object of the present invention is to provide a motor stator having improved cooling efficiency in a stator using a winding made of a rectangular wire conductor as a coil, and thereby to provide a motor having high cooling efficiency. That is.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
Means for Solving the Problems The present invention for achieving the above object is provided with a plurality of divided cores including a tooth portion and connected in an annular shape, and formed by winding a rectangular wire conductor around the tooth portion of the divided core via an insulating member. The plurality of rows of windings, the refrigerant flow path consisting of a space between the plurality of rows of windings, having, the rectangular wire conductor and the insulating member located at the innermost circumference of the windings Is less than or equal to 20% of an interval between the windings of the plurality of rows constituting the refrigerant flow path.
[0008]
According to another aspect of the present invention, there is provided an electric motor using the stator.
[0009]
【The invention's effect】
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to the stator of the electric motor of this invention, the clearance gap formed between the rectangular wire conductor located in the innermost periphery of a winding and an insulating member is suppressed to 20% or less with respect to the length of the short side of a refrigerant flow path. Thus, the amount of the refrigerant flowing into the gap can be suppressed. As a result, the refrigerant is concentrated in the refrigerant flow path, and the flow of the refrigerant into the gap and the stagnation due to the refrigerant are reduced, so that the cooling efficiency of the stator can be improved.
[0010]
Further, the electric motor of the present invention uses the stator having the improved cooling efficiency as described above, so that the electric motor has high cooling efficiency and is efficient.
[0011]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0012]
(First Embodiment)
FIG. 1 is a perspective view showing an external configuration of a stator of a motor to which the present invention is applied, FIG. 2 is a side view showing one split core of the stator shown in FIG. 1, and FIG. It is sectional drawing which shows the principal part of the shown stator.
[0013]
The stator 1 is of a split core type, and is formed by connecting split cores 11 that are split for each pole to form an annular shape.
[0014]
As shown in FIGS. 2 and 3, one split core 11 includes a tooth portion 12, and a coil 10 formed by winding a rectangular wire conductor around the tooth portion 12 is provided. The coil 10 includes two rows of windings formed by winding a rectangular wire conductor around the teeth 12. Those located outside the stator are referred to as first windings 10a, and those located inside the stator are referred to as second windings 10b.
[0015]
Each of the first winding 10a and the second winding 10b is wound via an insulating member 13 provided on the surface of the teeth portion 12 of the split core 11.
[0016]
The split core 11 is generally formed by laminating electromagnetic steel sheets punched in the shape of one split core 11 and joining them by caulking, laser welding, or the like. The split cores 11 are connected to each other and assembled into an annular shape to form the stator 1. A spacer 14 is provided between the divided cores 11, and a spacer 14 a is also provided on the inner peripheral side of the insulating member 13.
[0017]
The space between the first winding 10a and the second winding 10b is sealed by a spacer 14, and this space is a coolant flow path through which a coolant for removing heat of the coil 10 and the split core 11 flows. It is 15.
[0018]
The coolant passage 15 has a rectangular shape surrounded by the spacer 14 between the first winding 10a and the second winding 10b, and has a short side length Wj (that is, the first winding 10a and the second winding 10a). The ratio (Wc / Wj) of the gap Wc between the rectangular wire conductors 16a and 16b located at the innermost periphery of the first winding 10a and the second winding 10b and the insulating member 13). Stipulates a desired heat removal performance.
[0019]
FIG. 4 is a graph showing the results of a thermal performance experiment performed on the relationship between the short side length Wj and the gap Wc. In the figure, the vertical axis is temperature.
[0020]
In this experiment, the split core 11 in which the short side length Wj of the refrigerant flow path was changed such that the gap Wc between the rectangular wire conductors 16a and 16b located at the innermost circumference and the insulating member 13 was the same. Then, a current was applied to the winding while the cooling oil was flowing through the coolant passage 15 of the divided core 11, and the temperature of the winding was measured. The temperature was measured by winding a thermocouple inside the winding and using the thermocouple. The measured temperature is the temperature at which the temperature becomes constant.
[0021]
In this figure, for comparison, a divided core using a coil made of an enamel wire having a normal circular cross section was manufactured, and a test was conducted by flowing a refrigerant in the same manner. Position. Therefore, the temperature reduction width in the present experiment is indicated by the relative temperature with respect to the circular winding in section.
[0022]
In the experiment, two divided cores were used, and the cooling performance was verified by flowing a refrigerant into a space interposed between them. The enamelled insulated conductor with a thickness of 0.75 mm × 5 mm in width is used for the winding using the rectangular wire, and the enameled wire used for comparison is an enameled insulated copper wire with a diameter of 2.2 mm. Is wound a predetermined number of times. As the refrigerant, mineral oil was used.
[0023]
In this experiment, iron loss does not occur from the steel plate generated by the AC motor, so the temperature is lower than that of the actual motor.However, in verifying the heat radiation effect from the windings, it is possible to eliminate the effect and to use a suitable configuration Has become.
[0024]
In the experiment, current was applied from a DC power supply by connecting these two-pole windings in series. At that time, the temperature increases, but the flow rate and the refrigerant inlet temperature are kept constant, and the measurement is performed when the temperature reaches a steady state.
[0025]
As can be seen from the figure, when the ratio Wc / Wj between the gap Wc and the short side length Wj of the refrigerant flow path increases, the temperature reduction width, that is, the cooling performance tends to decrease. In particular, when the ratio Wc / Wj exceeds 20%, the temperature reduction width is higher than that of the conventional winding.
[0026]
This is because when the gap between the rectangular wire conductors 16a and 16b located at the innermost periphery of the first winding 10a and the second winding 10b and the insulating member 13 is relatively large with respect to the coolant flow path, It is considered that the refrigerant stays in the gap portion, and the flow of the refrigerant is hindered by that amount, thereby lowering the cooling efficiency.
[0027]
In other words, conversely, by reducing the ratio Wc / Wj between the gap Wc and the short side length Wj of the coolant flow path, it is possible to reduce the inflow and stagnation of the coolant into the gap, The refrigerant flows more easily, the flow velocity of the refrigerant increases, and the heat transfer coefficient between the windings and the refrigerant improves.
[0028]
Therefore, in the first embodiment, the gap Wc between the rectangular wire conductors 16a and 16b located at the innermost circumference and the insulating member 13 is suppressed to 20% or less of the short side length Wj. The amount of the refrigerant flowing into the gap between the rectangular conductors 16a and 16b located at the innermost periphery and the insulating member 13 is reduced, and the main flow of the refrigerant is concentrated in the refrigerant flow path 15, thereby increasing the heat transfer coefficient. It is possible to suppress a rise in coil temperature and further promote soaking.
[0029]
The reason why the gap Wc between the rectangular conductors 16a and 16b located at the innermost circumference and the insulating member 13 is set to 20% or less of the short side length Wj is, as can be seen from FIG. This is because when Wj is large, there is no effect as compared with the case of the circular winding. On the other hand, as for the lower limit value, the gap Wc between the rectangular wire conductors 16a and 16b located at the innermost circumference and the insulating member 13 is preferably 0, but actually, the winding is wound. Since it depends on the processing accuracy at the time of turning, the lower limit of the processing accuracy at the time of winding the winding is the lower limit of the gap Wc, and the short side length Wj is adjusted so that Wc / Wj is 20% or less. You should decide.
[0030]
Next, a method for manufacturing such a winding structure will be described.
[0031]
5 to 11 are explanatory diagrams for describing a method of manufacturing the split core portion according to the first embodiment.
[0032]
First, as shown in FIG. 5, an insulating member 13 is attached to the surface of the teeth 12 of the split core 11. As described above, the split core 11 is formed by laminating electromagnetic steel sheets into a predetermined shape and stacking them.
[0033]
The insulating member 13 is divided into two in the stacking direction of the divided cores 11 (the first insulating member 13a and the second insulating member 13b), and the teeth portion 12 is insulated by inserting these from both sides in the stacking direction. Further, both the first insulating member 13a and the second insulating member 13b are provided with a flange 13c so that the winding does not go outside.
[0034]
In addition, a wire for electrically connecting the flat conductor 31 wound later in two rows is inserted into one end surface of the insulating member 13 (here, the second insulating member 13b side as shown). A wiring groove 22 is provided.
[0035]
FIGS. 6 and 7 are diagrams showing an operation of starting to wind the first winding 10a outside the stator. 6 and 7, and FIGS. 8 and 9, which will be described later, the flange of the insulating member is omitted in order to clearly show the state of the winding portion.
[0036]
The wire 23 is inserted into the wire groove 22, the coating at the tip of the flat wire conductor 31 is peeled off, and the wire 23 is brought into contact with the wire 23. In this state, the two are joined using an ultrasonic welding machine or the like.
[0037]
Subsequently, as shown in FIG. 7, when the first turn is wound and the second turn is approached, the insulating sheet 24 is placed on a portion where the coating of the flat wire conductor 31 on the joint is peeled off. Thereafter, the rectangular wire conductor 31 is wound up to a predetermined number of turns so as to sandwich the insulating sheet 24 to form a first winding.
[0038]
FIG. 8 is a diagram showing a situation in which the second winding 10b inside the stator is wound.
[0039]
The second winding 10b is wound in the same manner as the first winding 10a described above, but is formed by winding in the opposite direction to the first winding 10a.
[0040]
Therefore, as shown in FIG. 8, the coating at the end of the rectangular conductor 31 is peeled off from the wire 23 and is brought into contact with the wire 23, and the two are bonded using an ultrasonic bonding machine or the like. At this time, the second winding 10b is positioned so that the distance between the first winding 10a and the second winding 10b (that is, the length Wj of the short side of the refrigerant passage) satisfies Wc / Wj ≦ 20%. . After that, as in the case of the above-described first winding 10a, after the first turn is wound, the insulating sheet 24 is placed on the joining portion and is wound a predetermined number of times.
[0041]
Thus, as shown in FIG. 9, the formation of the first winding 10a and the second winding 10b is completed.
[0042]
As described above, according to the first embodiment, the length of the gap Wc generated between the rectangular wire conductor 31 located at the innermost periphery of the first winding 10a and the second winding 10b and the insulating member 13 is determined by the coolant. Since the short side length Wj of the flow path is suppressed to 20% or less, the amount of the refrigerant flowing into the gap Wc can be suppressed. The occurrence of stagnation in Wc is reduced, the cooling efficiency is improved, and the coil temperature and the temperature of the core itself can be equalized.
[0043]
(Second embodiment)
FIG. 10 is a diagram illustrating a state before winding the windings of the split core 11 according to the second embodiment.
[0044]
The second embodiment is a stator in which an elastic material is provided between the insulating member 13 and the flat wire conductor 31 located at the innermost circumference of the winding.
[0045]
Other configurations are the same as those of the above-described first embodiment, and a description thereof will be omitted.
[0046]
As shown in FIG. 10, in the second embodiment, an elastic material is provided on a surface corresponding to the inside of the slot of the insulating member 13 provided on the teeth portion 12 of the divided core 11 (a surface where the divided cores are adjacent to each other). The elastic sheet 19 is attached.
[0047]
With the elastic sheet 19 provided in this manner, the first winding 10a and the second winding 10b are formed in the same manner as in the first embodiment.
[0048]
At this time, the flat wire conductors 31 serving as the first winding 10a and the second winding 10b are wound tightly by applying an appropriate tension according to their cross-sectional areas. The lines are curved, creating gaps. In the second embodiment, since the elastic sheet 19 is attached to a portion corresponding to the gap, the gap is filled with the elastic sheet 19.
[0049]
Thereby, the elastic sheet 19 can be closely adhered to a portion where the windings at the upper and lower portions of the slot are in strong contact with the insulating member 13 without deforming the elastic sheet 19 by pressure to produce a useless dead space. Therefore, the gap generated between the rectangular wire conductor 31 located at the innermost circumference of the winding and the insulating member 13 can be almost completely eliminated, and the ratio of Wc / Wj in the above-described first embodiment can be eliminated. Can be reduced to almost 0%, and the refrigerant is concentrated in the refrigerant flow path, and the flow of the refrigerant into the gap and the stagnation due to the refrigerant are reduced, so that the cooling efficiency of the stator can be improved.
[0050]
As the elastic sheet 19, for example, a sheet such as a silicone resin, a synthetic rubber, or a foamed resin material such as a sponge can be used.
[0051]
As described above, according to the second embodiment, no gap is generated due to the elastic sheet 19 interposed between the winding and the insulating member 13, and the refrigerant flowing in the refrigerant flow path flows into the gap and stays there. Can be prevented. Therefore, similarly to the above-described first embodiment, it is possible to stabilize the heat transfer coefficient of each part of the winding and to suppress generation of a heat spot or the like.
[0052]
In addition, since the insulating film on the surface comes into contact with the elastic body at the time of winding, damage to the film is suppressed and insulation performance is improved.
[0053]
(Third embodiment)
FIG. 11 is a cross-sectional view of a portion where divided cores are adjacent to each other for explaining the third embodiment.
[0054]
In the third embodiment, in a state where the divided cores 11 are assembled on a ring (see FIG. 1), the spacers 14 disposed between adjacent divided cores and the divided cores 11 are formed on the respective divided cores 11. The spacer elastic sheet 20 is provided between the first winding 10a and the second winding 10b.
[0055]
Other configurations are the same as those of the above-described first embodiment or the second embodiment, and a description thereof will be omitted.
[0056]
The spacer elastic sheet 20 has a thickness such that the combined size of the spacer elastic sheet 20 and the spacer 14 is slightly larger than a substantially triangular space formed between the windings of the adjacent divided cores. ing. More specifically, for example, the spacer 14 itself is manufactured with a size slightly smaller than the size of the substantially triangular space, and the spacer elastic sheet 20 is wound around the spacer 14 in a state before it is arranged, so that the spacer 14 is slightly smaller than the substantially triangular space. It is good to manufacture so that it becomes large.
[0057]
Thereby, when the divided cores 11 are assembled in an annular shape, the spacer elastic sheet 20 is pressed down by the first winding 10a and the second winding 10b of the adjacent divided cores 11, and the spacer elastic sheet 20 is pressed. Is deformed. At this time, the elastic sheet for spacer 20 is strongly deformed at the center in the stacking direction in the slot, which is the curved top of the first winding 10a and the second winding 10b, in the stacking direction. Deformation is small and fills the gap in that portion.
[0058]
Thereby, it is possible to prevent the first winding 10a and the second winding 10b from being lifted due to the curvature inside the slot and to prevent a gap from being generated between the spacer 14 and the first winding 10a and the second winding 10b. it can.
[0059]
Further, since the spacer elastic sheet 20 completely fills even a small gap formed between the first winding 10a and the second winding 10b and the spacer 14, the refrigerant is prevented from flowing into the substantially triangular space. can do. Thereby, the refrigerant flows only to the refrigerant flow path 15 provided between the first winding 10a and the second winding 10b, and the heat can be efficiently removed from the coil.
[0060]
As the elastic sheet 20 for the spacer, for example, a foamed resin material such as silicone resin, synthetic rubber, and sponge can be used.
[0061]
As described above, according to the third embodiment, since the spacer elastic sheet 20 is provided together with the spacer 14 in the space formed between the adjacent divided cores, the gap between the spacer 14 and the winding is substantially reduced. It becomes possible to completely fill the space, preventing the refrigerant from flowing into and staying in this gap, and improving the flow of the refrigerant.As a result, heat spots are less likely to be generated, and the uniformity of the coil temperature is promoted. You.
[0062]
Further, since the spacer elastic sheet 20 which is an elastic material is present on the surface of the spacer 14, the insulating film on the electric wire surface is not damaged.
[0063]
Furthermore, since the spacer elastic sheet 20 is flexibly deformed, the reaction force at the time of insertion of the spacer is reduced, and troubles such as breakage can be prevented.
[0064]
In the third embodiment, the spacer elastic sheet 20 is wound around the spacer 14, but instead, the elastic material (elastic sheet 19) is applied only to the surface of the spacer 14 which comes into contact with the winding. The same effect can be obtained by pasting ()). The same effect can be obtained even if the spacer 14 itself is made slightly larger than a substantially triangular space using an elastic material and used.
(Fourth embodiment)
The fourth embodiment is an electric motor using the stator according to the first embodiment described above.
[0065]
FIG. 12 is a sectional view showing an electric motor according to the fourth embodiment.
[0066]
The fourth embodiment is an electric motor using the stator 1 according to the above-described first embodiment.
[0067]
In the electric motor 7, a rotor 71 is provided inside the stator 1, the stator 1 is sealed by a cover 72, a case 81, and a shield plate 82, and a refrigerant is caused to flow inside.
[0068]
The rotor 71 includes a rotor core 73 on which electromagnetic steel sheets are laminated, and a shaft 74 press-fitted to the rotor core 73. A permanent magnet 75 is inserted into the rotor core 73 and is enclosed by an end plate 76. This end plate 76 is welded to the shaft 74. The rotor 71 is supported by a bearing 77 incorporated in a cover 72.
[0069]
The stator 1 is press-fitted and connected to a case 81 that covers the outer peripheral side of the stator 1. Further, the stator 1 is provided with a shield plate 82 inside.
[0070]
The cover 72 and the case 81 are joined at the outer periphery by welding or the like. On the other hand, the shield plate 82 is inserted into contact with a seal ring groove 79 incorporated in the cover 72. Thereby, the stator 1 is in a state where a case member is formed and sealed by the cover 72, the case 81, and the shield plate 82.
[0071]
The cover 72 is provided with a coolant inlet 91 and a coolant outlet 92 to allow the coolant to flow therein, and the stator 1 is cooled by the coolant.
[0072]
In the electric motor 7, the refrigerant is supplied from the inlet 91 of the cover 72, and from the refrigerant reservoir 93 formed by the cover 72, the case 81 and the shield plate 82, the first winding 10 a and the second winding 10 of the coil 10. The refrigerant passes through the refrigerant flow path 15 which is a space between 10b, passes through the refrigerant reservoir 94, and is discharged from the discharge port 92.
[0073]
As a result, the refrigerant passes between the rectangular wire conductors 10a and 10b forming the coil 10, thereby removing heat generated from the windings. Particularly, since the stator 1 according to the first embodiment is used as the stator, the cooling efficiency is high. Therefore, if the motors have the same size, a motor with higher rotation speed and higher output can be obtained.
[0074]
Although the fourth embodiment has been described as an electric motor using the stator 1 according to the above-described first embodiment, it is needless to say that the electric motor uses the stator according to the second or third embodiment. It may be what was.
[0075]
In the fourth embodiment, an electric motor having a permanent magnet provided inside the rotor is used. However, an induction motor in which the rotor is formed only of an iron core can be similarly manufactured.
[0076]
Although the embodiments to which the present invention is applied have been described above, the present invention is not limited to these embodiments, and it goes without saying that various modifications can be made by those skilled in the art.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing an external configuration of a stator of a motor to which the present invention is applied.
FIG. 2 is a side view showing one core of the stator shown in FIG. 1;
FIG. 3 is a sectional view showing a main part of the stator shown in FIG. 1;
FIG. 4 is a graph showing the results of a thermal performance experiment performed based on the relationship between the short side length Wj of the coolant flow path and the gap Wc between the winding and the insulating member.
FIG. 5 is an explanatory diagram for describing a method of manufacturing a split core portion.
FIG. 6 is an explanatory view following FIG. 5 for explaining a method of manufacturing the split core portion.
FIG. 7 is an explanatory view following FIG. 6 for explaining a method of manufacturing the split core portion.
FIG. 8 is an explanatory view following FIG. 7 for explaining a method of manufacturing the split core portion.
FIG. 9 is an explanatory view following FIG. 8 for explaining the method of manufacturing the split core portion.
FIG. 10 is a diagram showing a state before winding a winding of a split core 11 according to the second embodiment.
FIG. 11 is a cross-sectional view of a portion where divided cores are adjacent to each other for explaining a third embodiment;
FIG. 12 is a sectional view showing an electric motor according to a fourth embodiment.
FIG. 13 is a view showing a conventional coil winding.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Stator 10 ... Coil 10a ... 1st winding 10b ... 2nd winding 11 ... Split core 12 ... Teeth part 13 ... Insulating member 14 ... Spacer 19 ... Elastic sheet 20 ... Spacer elastic sheet 22 ... Bridge groove 23 ... Wires 24. Insulating sheet 31. Rectangular wire conductor 71. Rotor 72. Cover 73. Rotor core 74. Shaft 75. Permanent magnet 76. End plate 77. Bearing 79. Seal ring groove 81. Inlet 92: outlet
