JP2004297924A

JP2004297924A - 回転電機の冷却構造

Info

Publication number: JP2004297924A
Application number: JP2003088007A
Authority: JP
Inventors: Yutaro Kaneko; 雄太郎金子
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2003-03-27
Filing date: 2003-03-27
Publication date: 2004-10-21
Anticipated expiration: 2023-03-27
Also published as: JP4496710B2

Abstract

【課題】樹脂層を厚くしなくても冷媒の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。
【解決手段】ステータ１０のティース部１１に集中巻きしたコイル１３を、ティース部１１間のスロット１２に収容する。スロット１２の内部空間に軸方向に延びる複数のパイプ１５を並列配置し、これらパイプ１５の隙間及びパイプ１５とコイル１３との隙間に樹脂材料を充填してスロット開口部を閉塞する樹脂層１７を形成し、パイプ内に冷媒を流してステータ１０を冷却する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明はステータ内部に冷媒を流して冷却する回転電機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
回転電機にあって発熱するステータの冷却を行うために、ステータのコイルが収容されるスロットの内部を冷却通路として、ステータ軸方向に冷媒（例えば冷却用オイル）を流して発熱部位を直接的に冷却するようにしたものが、特許文献１によって提案されている。
【０００３】
この場合、スロットはロータ側に面して開口しているので、この開口部に樹脂材料を充填して閉塞し、内部の冷却通路をロータ側と遮断し、冷媒がロータ側に漏れ出ることのないようにしている。
【０００４】
【特許文献１】
特許第２７１６２８号公報
【０００５】
【発明の解決すべき課題】
しかしながら、このようにスロットに樹脂材料を充填する場合、冷媒のシール性、冷媒の圧力に対する耐圧性、回転電機としての耐久性などを確保するために樹脂層を十分に厚くする必要があるが、ステータとロータとのエアギャップが広くなり、回転電機の出力性能を悪化させることがある。
【０００６】
本発明の目的は、樹脂層を厚くしなくても冷媒の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ことにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の回転電機は、ステータのティース部に集中巻きしたコイルを、ティース部間のスロットに収容する。前記スロットの内部空間に軸方向に延びる複数のパイプを並列配置し、かつこれらパイプの隙間及びパイプと前記コイルとの隙間に樹脂材料を充填してステータ内周側に向けて開口するスロットを閉塞する樹脂層を形成し、前記パイプ内に冷媒を流して前記ステータを冷却する。
【０００８】
【作用・効果】
したがって、パイプに冷媒を流すので、冷媒の漏れのおそれがなく、またスロット内のパイプの支持、固定を強固に行え、かつ樹脂層そのものの密着、結合性も良く、その耐久性も向上する。
【０００９】
【実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１０】
図１〜図３には本発明の回転電機をモータに適用した第１の実施形態を示す。
【００１１】
図１の回転電機の軸方向に直交する断面図、図２は軸方向に沿った断面図、図３は一部を拡大して示す図である。
【００１２】
まず図１、図２を参照して全体構成を説明すると、モータのケース３１は、円筒部材３１Ａと、この円筒部材３１Ａの軸方向両端の開口を閉塞する側壁３１Ｂ、３１Ｃからなる。ケース３１内にはロータ２０が収容される。ロータ２０は、その回転軸２１の両端がそれぞれベアリング２３を介して側壁３１Ｂ、３１Ｃ支持され、回転軸２１を中心に回転自在となっている。
【００１３】
ロータ２０には永久磁石２２が内装されていて、永久磁石２２は複数が同一円周方向に等間隔で配置され、かつ隣合う永久磁石２２の磁極は互いに異なるように設定されている。
【００１４】
円筒部材３１Ａの内周には円筒型のステータ１０が、ロータ２０の外周を取り囲むように配置固定される。ステータ１０の内周面とロータ２０の外周面との間には微少な間隙（エアギャップ）が設けられている。
【００１５】
ステータ１０には内周面に向いたティース部１１が配列され、各ティース部１１の間にスロット１２が設けられ、ティース部１１の周囲に絶縁材１４を配置した上で、その外側からコイル１３が集中巻きされ、このコイル１３は各スロット１２の内部に収装される。ティース部１１は前記永久磁石２２と対応して設けられ、各コイル１３を順次励磁していくことにより、これに対応した永久磁石２２との吸引、反発によりロータ２０が回転する。
【００１６】
ステータ１０の軸方向の両端とケース３１の内側との間には、環状空間からなる冷却ジャケット３３と３４が形成される。冷却ジャケット３３には円筒部材３１Ａを貫通して設けた冷媒供給口３６より冷媒としての冷却用オイルが供給される。また、反対側の冷却ジャケット３４には冷媒出口３７が円筒部材３１Ａを貫通して設けられる。
【００１７】
そして、ステータ１０のスロット１２のコイル１３を収容した隙間には、隙間を埋めるように、スロット軸方向に複数の細いパイプ１５が並列に配置され、これらパイプ１５を配設したスロット１２には樹脂材料が充填されて、樹脂層１７がステータ１０と一体的に形成され、この樹脂層１７によりスロット開口部が閉塞されると共に、複数のパイプ１５の隙間に入り込んだ樹脂材料によりパイプ１５の固定が行われる。
【００１８】
前記パイプ１５の両端は前記冷却ジャケット３３と３４にそれぞれ開口させられる。これにより一方の冷却ジャケット３３に導入された冷媒がステータ１０のスロット１２に配設したパイプ１５を通り、反対側の冷却ジャケット３４に流れるようにして、発熱するステータ１０の冷却を行えるようにする。
【００１９】
図３にも示すように、パイプ１５は熱伝導性のよい金属で形成すると、冷却性能が高められる。またパイプ１５はコイル１３を収容した残りの隙間を効率よく、うまく埋め尽くすことのできるよう、なるべく細い径のものがよい。ただし、パイプ１５の内部を冷媒が通過するので、この流路抵抗の関係も考慮して、パイプ１５の径が設定される。
【００２０】
図４を参照してスロット１２に樹脂材料を金型を用いてモールディング（樹脂成型加工）により充填する方法を説明する。
【００２１】
図４の（ａ）で示すように、ステータ１０にコイル１３を巻き、内部の隙間に複数のパイプ１５を配列した状態で、ステータ１０の内周に密着するように円筒形の内金型４１を配置し、ステータ１０の両側の端部に位置して、この内金型４１との間に所定の間隙をもたせた、円筒形の外金型４２をそれぞれ配置する。パイプ１５の両方の端部はコイル１３の軸方向端面よりもやや長く形成され、外金型４２の端面にパイプ端部を当接させる。
【００２２】
この状態で図４の（ｂ）、（ｃ）で示すように、内金型４１と外金型４２の隙間より溶融した樹脂材料を加圧、充填する。このとき樹脂材料は内金型４１と外金型４２の隙間を流れ、かつスロット１２内にも流れ込み、多数のパイプ１５の隙間を埋め尽くす。このとき、パイプ１５は樹脂の充填圧力により押し上げられ、また両側のコイル１３に密着し、スロット１２の開口部側が樹脂材料により完全に閉塞された状態の樹脂層１７が形成される。
【００２３】
樹脂材料は各パイプ１５の隙間を埋め尽くし、パイプ１５をコイル側に押し付け、かつコイル１３とパイプ１５の隙間にも入り込み、またスロット開口部側には厚くなるように充填されることで、樹脂層１７は強固にパイプ１５を固定し、かつコイル１３とも結合する。
【００２４】
このようにしてスロット１２の内部に複数のパイプ１５を配列し、樹脂材料を充填してスロット開口部を閉塞する樹脂層１７を一体形成する。
【００２５】
また、内金型４１と外金型４２の隙間に充填された樹脂材料により、ステータ１０の両端部とケース側壁３１Ｂ、３１Ｃとの間において、前記冷却ジャケット３３と３４の内周側を区画する円筒隔壁３７がそれぞれ形成され、また、ステータ１０の端面でコイル１３の端部を含めてその外側を覆う環状の隔壁３８が形成され、これらにより、ケース内において、冷却ジャケット３３と３４を漏れのない密閉空間として区画形成することを可能とする。
【００２６】
したがって、本実施形態によれば、次のような効果を生じる。
【００２７】
スロット１２の内部に軸方向に延びる複数のパイプ１５を並列配置し、かつこれらパイプ１５の隙間及びパイプ１５とコイル１３との隙間に樹脂材料を充填してスロット開口部を閉塞する樹脂層１７を形成し、これらパイプ内に冷媒を流すようにしたので、ステータ１０の発熱を抑制し、回転電機の出力性能を確保でき、かつ冷媒の漏れのおそれがなく、またスロット内のパイプ１５の支持、固定を強固に行え、かつ樹脂層１７そのものの密着、結合性も良く、耐久性の向上も図れる。
【００２８】
ステータ１０の軸方向の端部に位置して環状の冷却ジャケット３３、３４を備え、これら冷却ジャケット３３と３４にパイプ１５の端部をそれぞれ開口させ、一方の冷却ジャケット３３からパイプ１５を通して他方の冷却ジャケット３４へと冷媒を流すようにしたので、効率よくパイプ１５に冷媒を循環させることができ、ステータ冷却性能を高められる。
【００２９】
また、パイプ１５の両方の端部は、それぞれコイル１３の軸方向端部よりも突出させるので、樹脂充填時にパイプ１５の保持が容易となり、かつパイプ１５の端面からの樹脂の侵入防止を容易に行うことができる。
【００３０】
さらにパイプ１５はスロット内に充填する樹脂材料の圧力によりスロット１２の奥に向けて移動可能に構成することで、パイプ１５をコイル１３に密着するように移動させることができ、このためコイル１３を直接冷却することができ、冷却性能を高めることが可能となる。
【００３１】
この場合、パイプ１５を熱伝導性のよい金属で形成すると、冷却性能をさらに向上させられる。
【００３２】
これに対して、パイプ１５を樹脂材料により形成すると、パイプ１５の発熱が少ないため、モータ出力性能が高められる。
【００３３】
また、樹脂層１７を形成するにあたり、ステータ１０の両端に配置され、冷却ジャケット３３、３４を形成するための外金型４２の端面にパイプ１５の端面を当接した状態で樹脂充填を行うことで、パイプの開口端面より樹脂を侵入させずに、冷却ジャケットと連通させることができる。
【００３４】
次に、図５に示す第２の実施形態を説明する。
【００３５】
これは、スロット１２に樹脂材料を充填して樹脂層１７を形成するときに、スロット１２に配置するパイプ１５の端部を外金型４２の端面にて支持するために凹部４３を形成したものである。
【００３６】
このようにして、モールディング時の外金型４２の凹部４３でパイプ１５の端部を支えることで、樹脂成型時のパイプ１５の扱い、支持が容易になり、かつパイプ開口より内部に樹脂が入り込むのを確実に阻止することもできる。
【００３７】
本発明は上記した実施形態に限定されるわけではなく、特許請求の範囲に記載した技術的思想の範囲内で、当業者がなしうるさまざまな変更、改良が含まれることは明白である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態を示し、回転電機の軸に直交するステータ、ロータの断面図である。
【図２】同じく回転電機の軸方向に沿った断面図である。
【図３】同じくその要部を拡大して示し、（ａ）は横断面図、（ｂ）は縦断面図である。
【図４】樹脂充填時の作動状態の横断面と、縦断面を示すもので、（ａ）〜（ｃ）の順に樹脂充填加工が行われる。
【図５】第２実施形態を示す、要部の拡大断面図である。
【符号の説明】
１モータ
１０ステータ
１１ティース部
１２スロット
１３コイル
１５パイプ
１７樹脂層
２０ロータ
２２永久磁石
３３冷却ジャケット
３４冷却ジャケット

Claims

ステータのティース部に集中巻きしたコイルを、ティース部間のスロットに収容した回転電機において、
前記スロットの内部空間に軸方向に延びる複数のパイプを並列配置し、かつこれらパイプの隙間及びパイプと前記コイルとの隙間に樹脂材料を充填して、ステータ内周側に向けて開口するスロットを閉塞する樹脂層を形成し、前記パイプ内に冷媒を流すようにしたことを特徴とする回転電機の冷却構造。
前記ステータの軸方向の端部に位置して環状の冷却ジャケットを備え、これら冷却ジャケットに前記パイプの端部をそれぞれ開口させ、一方の冷却ジャケットから前記パイプを通して他方の冷却ジャケットへと冷媒を流すようにした請求項１に記載の回転電機の冷却構造。
前記パイプの両方の端部は、それぞれ前記コイルの軸方向端部よりも突出させる請求項１または２に記載の回転電機の冷却構造。
前記パイプは前記スロット内に充填する樹脂材料の圧力によりスロットの奥に向けて移動可能に構成されている請求項１〜３のいずれか一つに記載の回転電機の冷却構造。
前記複数のパイプが熱伝導性のよい金属で形成される請求項１〜４のいずれか一つに記載の回転電機の冷却構造。
前記複数のパイプが樹脂材料により形成されている請求項１〜４のいずれか一つに記載の回転電機の冷却構造。
前記樹脂層を樹脂材料を充填する樹脂成型により形成する際に、ステータの両端に配置され、冷却ジャケットを形成するための金型の端面に、前記パイプの端面を当接した状態で樹脂充填を行うことで、パイプの開口端面を冷却ジャケットと連通させるようにした請求項２〜６のいずれか一つに記載の回転電機の冷却構造。
前記樹脂層を樹脂材料を充填する樹脂成型により形成する際に、ステータの両端に配置され、冷却ジャケットを形成するための金型の端面に、前記パイプの端面を当接支持する凹部を設け、この凹部にパイプを支持した状態で樹脂充填を行うことで、パイプの開口端面を冷却ジャケットと連通させるようにした請求項２〜６のいずれか一つに記載の回転電機の冷却構造。