JP2011182581A

JP2011182581A - 回転電機のステータ

Info

Publication number: JP2011182581A
Application number: JP2010045611A
Authority: JP
Inventors: Satoru Takasaki; 哲高崎
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2010-03-02
Filing date: 2010-03-02
Publication date: 2011-09-15
Anticipated expiration: 2030-03-02
Also published as: JP5625392B2

Abstract

【課題】ハイブリッド車両等のトランスアクスル内に設置された回転電機のステータの冷却性を改善する。
【解決手段】ステータ１０のステータコア１２の端面、特にヨーク部１６の端面を伝って流れる、トランスアクスル内の潤滑用または液圧作動用の液体を、ステータコア端面の側方位置に配置された側方ガイド４６で受ける。側方ガイド４６は受け入れた液体の流れの向きを変えてをコイルエンド部分２６に向けて送り出す。送り出された液体は、矢印６０のようにコイルエンド部分を伝って、下方に流れる。コイルエンド部分２６が掛けられた液体により冷却される。
【選択図】図１

Description

本発明は、回転電機のステータの構造、特に液体による冷却のための構造に関する。

原動機として内燃機関と回転電機を備えたハイブリッド車両が知られている。回転電機は、車両を駆動する動力を発生する電動機として機能すると共に、制動時に車両の運動エネルギを電気エネルギに変換する発電機としても機能する。以下では、電動機と発電機の双方の機能を発揮し得る原動機を回転電機と記して説明する。回転電機が、内燃機関のトランスアクスルまたはトランスミッションと一体化されたハイブリッド車両用の動力装置が実用化されている。この動力装置においては、回転電機はトランスアクスル等のケース内に収められており、外気による直接冷却が望めず、トランスアクスル等の潤滑油あるいは作動液体を介して冷却が行われている。

下記特許文献１には、ステータのコイルエンドにケース内の油をかけてステータの冷却を行う技術が開示されている。回転軸を横に寝かせて配置した回転電機のステータ端部において、コイルエンド部分に上方から油を掛けて冷却を行っている。

特開２００９−１３６０７０号公報

コイルエンド部分に上方から油を掛けても、ステータ端部の下側部分では、多くの油はステータコアの端面を伝って流れ、コイルエンド部分に十分に油を送れない。このため、コイルエンド部分を効率よく冷却することができない。

本発明は、横方向に配置された回転電機のコイルエンド部分を効率よく冷却する構造を提供することを目的とする。

本発明の回転電機のステータは、回転軸を横にして設置される回転電機のステータであって、ステータコアとステータコアに券回されたコイルとを含み、ステータコアは略円筒形状のヨーク部と、ヨーク部から内側に向けて突出し、周方向に配列されたティースを有し、コイルは前記ティース間のスロット内に位置するスロット内部分と、ステータコアの端面に沿ってかつ端面より突出して配置され、異なるスロット内の前記スロット内部分を橋渡しするコイルエンド部分とを有し、さらに、当該ステータは、ステータコア端面における側方位置に配置され、かつヨーク部端面を伝って流れる液体を受けてコイルエンド部分に導くコア端面側方ガイド、を含む。

さらに、前記コイルエンド部分と前記ステータコアの間には、前記ティースに沿って延びるトンネル状の隙間が形成されるようにでき、コア端面側方ガイドは前記液体をこのトンネル状の隙間に導き、導かれた液体はコイルエンド部分の内周面に送られるようにできる。

さらに、コア端面側方ガイドは、コイルエンド部分の外周面を伝って流れる液体も受けるようにできる。

コア端面側方ガイドにより、ステータコアのヨーク部端面を伝って流れる液体をコイルエンド部分に導くことができる。

本実施形態の回転電機を回転軸軸線方向から視た図である。本実施形態の回転電機を回転軸軸線に対し側方から視た図である。側方ガイドの一例を示す図である。図３の側方ガイドの斜視図である。他例の側方ガイドを装着した回転電機を回転軸軸線方向から視た図である。他例の側方ガイドを装着した回転電機を回転軸軸線に対し側方から視た図である。側方ガイドの他例を示す図である。図７の側方ガイドの斜視図である。

以下、本発明の実施形態を、図面に従って説明する。図１は、本実施形態の回転電機のステータ１０の回転軸軸線方向から視た図（正面図）、図２は、側面図および軸線を含む断面図である。本実施形態に係る回転電機は、回転軸を横に倒した状態で設置される。例えば、前輪駆動車の動力装置に搭載される場合には、回転軸がほぼ水平となるように設置され、また、動力装置を車両前部に搭載し後輪を駆動する後輪駆動車両の場合には、幾分、例えば２〜３°後傾して設置される。

図１は、コイルのコイルエンド部分の一部を破断し、ステータの、コイルエンド部分に隠れている部分を見えるようにした図である。ステータ１０は、磁性鋼板を回転軸の軸線方向に積層したステータコア１２と、ステータコア１２に券回されたコイル１４とを含む。ステータコア１２は、略円筒形状のヨーク部１６と、ヨーク部１６から内側に向けて突出するティース１８を含む。ティース１８は、所定の間隔を空けてヨーク部１６の円筒内面に周方向に配列されている。周方向に隣り合うティース１８の間の空間２０はスロットと呼ばれる。ステータコア１２は、概略的に円筒形状であり、この円筒の端面、すなわち軸線方向の端面を以下、ステータコア端面２２と記す。

コイル１４は、スロット２０内に配置されるスロット内部分２４と、異なるスロット内に配置されたスロット内部分２４を橋渡しするコイルエンド部分２６を含む。コイルエンド部分２６は、ステータコア端面２２に沿って延びてスロット内部分２４の橋渡しを行い、また、ステータコア端面２２より軸線方向に突出して設けられている。また、コイル１４は、多数の導線が複雑に巻き重ねられて形成されているが、図１において、特にコイルエンド部分２６については、その全体の外形のみが示されており、個々の導線の配置については省略されている。このコイルの導線に電流を流すことで、ティース１８が磁化され磁極となる。

図２は、その上部においてステータコアのティース１８を含む断面、下部においてスロット２０を通る断面が示され、中央部分においては、ステータコア１２と一方のコイルエンド部分２６の側方視した状態が示されている。コイルエンド部分２６は、断面が長方形の円環形状を有している。この円環の外周面２８とステータコア端面２２（特にヨーク部の端面）により肩部３０が形成されている。また、コイルの導線３２は、スロット２０から出た後、若干、回転軸線方向に延び、その後屈曲して周方向に延びる。導線の周方向に延びる部分もステータコア１２から隙間を空けて位置されている。このため、周方向においてティース１８の位置には、コイルエンド部分２６とステータコア１２の間に、ティース１８に沿って、つまり径方向に延びる、コイルエンド部分の外周側と内周側を貫くトンネル状の隙間３４が形成される。

回転電機の主たる発熱部位は、コイル１４であり、効率的に冷却するには、コイル１４を冷却することが望まれる。コイルのスロット内部分２４は、ティースに挟まれており直接外部に露出していないので、ここを直接冷却するのは難しい。このため、コイルエンド部分を冷却することになる。回転電機が、ハイブリッド車両のトランスアクスル等のケースに収容される場合、トランスアクスル等の内部の液体により冷却が行われる。トランスアクスルは、液圧により制御される変速機構等の各種機構を備えており、この液圧供給のための作動液体をステータ冷却用の冷媒として用いることができる。また、変速機構等の液圧による制御機構がない場合であっても、トランスアクスル内においては潤滑用の液体は必要であり、この液体を冷媒として用いることができる。

冷媒用の液体をコイルエンド部分に効率的に供給するために、ステータ１０は、液体を誘導するガイド手段を有している。ガイド手段は、ステータ端部の上部と左右の側部に配置される。図１および図２に示されるように、ステータ端部の上部、より詳細には、ステータコア端面２２とコイルエンドの外周面２８により形成された肩部３０の上方部分に上方ガイド３６が配置される。図２に示されるように上方ガイド３６は、ステータコア１２の外周面が規定する円筒面と、コイルエンド部分の回転軸線方向における端面が規定する平面に囲まれた範囲に収まるように配置され、周方向に延びる周方向部分３８と、液体を受けて、周方向部分３８に送る受け部分４０を含む。周方向部分３８は、図１に示されるように全体として円弧状の樋形状であり、図２に示されるように底面に数カ所の穴４２が設けられている。ステータ１０のさらに上方から供給される液体は、受け部分４０で受けられ、この液体が周方向部分３８に沿って左右に振り分けられて流れる。その一部は、底面の穴４２から、コイルエンド部分２６に滴下される。左右に分かれた液体は、それぞれ周方向部分の端から、コイルエンド部分２６に落ちる。液体は、さらにコイルエンド部分２６に沿って下方に向かうが、一部は、ステータコア端面２２を伝って流れる。このステータコア端面２２を流れる液体は、コイルエンド部分２６の冷却にほとんど寄与しない。また、回転電機の回転軸線の高さより低い部分では、図１に示す矢印４４のように、ステータコア端面２２から落下する。このステータコア端面２２、特にヨーク部１６の端面を伝う液体をコイルエンド部分２６の冷却に用いるため、ステータ１０は、側方ガイド４６を備えている。側方ガイド４６は、ステータ端面の肩部３０の、回転電機の回転軸線の高さとほぼ同じ位置に、すなわち回転軸線の側方に配置されている。

図３および図４には、側方ガイド４６が拡大して示されている。側方ガイド４６は、ステータコア端面２２に接触する底面４８と、底面４８に連続しステータコア端面２２に対して傾いている斜面５０と、底面４８と斜面５０の両側に立設される側面５２，５４を有している。底面４８、斜面５０および二つの側面５２，５４にて断面コの字形の流路を形成している。底面４８の上端から、ヨーク部１６を伝って流れる液体を受け入れ、斜面５０により、ステータコア端面２２から回転軸線方向に離れた位置に液体を誘導する（図１の矢印５６、図２の矢印５８参照）。側方ガイド４６に形成された流路の下端は、コイルエンド部分２６に向いており、液体はコイルエンド部分２６に掛けられる。前述のように、コイルエンド部分２６は導線が複雑に巻き重ねられており、液体は、一部は途中で滴下するものの、導線の間に誘導され、ステータの下方部分まで、コイルエンド部分２６を伝って流れる（図１の矢印→６０参照）。側方ガイド４６には、２本の挿入片６２が設けられ、これが前述の、ティース１８に対応して形成されたトンネル状の隙間３４に差し込まれて固定される。

図５〜図８には、前述の側方ガイド４６と形状が異なる側方ガイドの例が示されている。ステータの他の構成は、図１および図２と同様であるので、同一符号を付して説明は省略する。側方ガイド６４は、ステータ端面の肩部３０の、回転電機の回転軸線の高さとほぼ同じ位置に、すなわち回転軸線の側方に配置されている。側方ガイド６４は、ステータコア端面２２に接するように配置される底面６６と、底面６６に略平行に配置される二つの前面６８，７０、底面６６および前面６８，７０の側方に配置される側面７２，７４を有する。これらの面で、長方形断面の流路が形成されている。上側に位置する前面６８と底面６６の距離は、下側に位置する前面７０との距離より大きい。上側の開口７６は、トンネル状の隙間３４の範囲よりステータコア端面２２から離れる方向、コイルエンド部分２６の外周面の範囲まで延びている。このコイルエンド部分２６の導線の外周面に延びるように、側面７４が延長された延長舌部７８が形成されている。この延長舌部７８は、コイルエンド部分２６の外周面２８を伝って流れる液体を開口７６に導く（図６の矢印７９参照）。一方、底面６６は、側方ガイド４６と同様にヨーク部１６の端面を伝わる液体を開口７６に導く。

側方ガイド６４の下側の開口８０は、コイルエンド部分２６に向いている。この開口は、コイルエンド部分２６のトンネル状の隙間３４に対向しており、上側の開口７６より取り入れられた液体はトンネル状の隙間３４内に流れ込む。図５の矢印８２で示されるように、側方ガイド６４により取り入れられた液体は、トンネル状の隙間３４内に送られ、ここを流れてコイルエンド部分の内周面８４に至る。そして、内周面８４に沿ってステータ１０の下部に向かう。このとき、一部の液体は、コイルエンド部分２６の導線の隙間に進入し、コイルエンド部分の外周側にも向かう。なお、側方ガイド６４にも、側方ガイド４６と同様の挿入片８６が設けられている。

側方ガイド６４は、延長舌部７８により、コイルエンド部分２６の外周面を伝う液体の一部をトンネル状の隙間３４に送るが、外周面を伝う液体は受けないようにし、側方ガイド４６のようにヨーク部１６の端面を流れる流体を隙間３４に送るようにしてもよい。

以上のように、ステータコア端面における側方位置に、ヨーク部の端面を伝って流れる液体をコイルエンド部分に導くことにより、より多くの液体がコイルエンド部分の下側半分に接触し、この部分の冷却性が改善される。また、コイルエンド部分に設けられた隙間を通して、コイルエンド部分の内周面に液体を送るようにすることによっても、冷却性が改善される。また、直後に滴下しやすいコイルエンド部分の外周面を流れる液体を、コイルエンド部分の内周面に送るようにすることで、液体がコイルエンド部分に接触する機会が増え、冷却性が改善される。

１０ステータ、１２ステータコア、１４コイル、１６ヨーク部、１８ティース、２２ステータコア端面、２６コイルエンド部分、２８コイルエンドの外周面、３０肩部、３４トンネル状の隙間、３６上方ガイド、４６側方ガイド、６４側方ガイド。

Claims

回転軸を横にして設置される回転電機のステータであって、
略円筒形状のヨーク部と、ヨーク部から内側に向けて突出し、周方向に配列されたティースと、を有するステータコアと、
前記ティース間のスロット内に位置するスロット内部分と、ステータコアの端面に沿ってかつ端面より突出して配置され、異なるスロット内の前記スロット内部分を橋渡しするコイルエンド部分と、を有するコイルと、
ステータコア端面における側方位置に配置され、ヨーク部端面を伝って流れる液体を受け、コイルエンド部分に導くコア端面側方ガイドと、
を含む、回転電機のステータ。
請求項１に記載の回転電機のステータであって、
前記コイルエンド部分と前記ステータコアの間には、前記ティースに沿って延びるトンネル状の隙間が形成され、
コア端面側方ガイドは前記液体をこのトンネル状の隙間に導き、導かれた液体はコイルエンド部分の内周面に送られる、
回転電機のステータ。
請求項２に記載の回転電機のステータであって、コア端面側方ガイドは、コイルエンド部分の外周面を伝って流れる液体も受ける、回転電機のステータ。