JP2017028875A

JP2017028875A - 回転電機

Info

Publication number: JP2017028875A
Application number: JP2015145660A
Authority: JP
Inventors: 智則佐々木; Tomonori Sasaki
Original assignee: Toyota Industries Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 2015-07-23
Filing date: 2015-07-23
Publication date: 2017-02-02

Abstract

【課題】インシュレータでコアとコアに巻回されたコイルとが絶縁された回転電機においてコイルからの放熱効率を向上させた回転電機を提供する。
【解決手段】外周壁２５ａ，２６ａの端部２５ａ１，２６ａ１のそれぞれとコア１１の端面１１ａ，１１ｂのそれぞれとの間の距離は、内周壁２５ｂ，２６ｂの端部２５ｂ１，２６ｂ１のそれぞれとコア１１の端面１１ａ，１１ｂのそれぞれとの間の距離よりも長くなっている。コイルエンド３に面する側の表面に開口する貫通孔４１の開口４１ａのそれぞれとコア１１の端面１１ａ，１１ｂのそれぞれとの距離は、パイプ３２に面する側の表面に開口する貫通孔４１の開口４１ｂのそれぞれとコア１１の端面１１ａ，１１ｂのそれぞれとの距離よりも短く、内周壁２５ｂ，２６ｂの端部２５ｂ１，２６ｂ１のそれぞれとコア１１の端面１１ａ，１１ｂのそれぞれとの間の距離以下である。
【選択図】図１

Description

この発明は回転電機に係り、特に、インシュレータでコアとコアに巻回されたコイルとが絶縁された回転電機に関する。

特許文献１には、ステータのスロットに挿入可能なスロットセル一体型のインシュレータが記載されている。このインシュレータは、第１部材及び第２部材からなり、それぞれをスロットの両端のそれぞれから挿入してスロット内部で組み合わせるようになっている。

特開２０１１−３０２９７号公報

特許文献１に記載のインシュレータは、第１部材及び第２部材を組み合わせる際にその位置を間違えてしまうことを防止するものであって、コイルからの放熱効率を向上するものではない。

この発明は、インシュレータでコアとコアに巻回されたコイルとが絶縁された回転電機においてコイルからの放熱効率を向上させた回転電機を提供することを目的とする。

この発明に係る回転電機は、回転軸と一体回転可能なロータの外周面に対して隙間をあけて配置され複数のスロットを有するコアと、スロットに巻回されるコイルと、コアとコイルとを絶縁するインシュレータと、コアに対してロータとは反対側に配置されコアの両端から突出するコイルの一部であるコイルエンドに冷却媒体を供給する外周側供給部と、回転軸内を通る冷却媒体を、回転軸の回転による遠心力によりコイルエンドに供給する内周側供給部とを備え、インシュレータは、スロット内に挿入されるスロット絶縁部と、コアの両端に配置されるコイルエンド絶縁部とを備え、コイルエンド絶縁部は、コイルエンドをコアの外周面側から囲む外周壁と、コイルエンドをコアの内周面側から囲む内周壁とを備え、コイルエンドの端部とコアの端面との間の距離及び外周壁の端部とコアの端面との間の距離は、内周壁の端部とコアの端面との間の距離よりも長く、外周壁には、外周側供給部から供給された冷却媒体が流通して、コイルエンドに冷却媒体を供給する貫通孔が設けられ、コイルエンドに面する側の貫通孔の開口とコアの端面との間の距離は、内周壁の端部とコアの端面との間の距離以下である。
コイルエンドに面する側の貫通孔の開口とコアの端面との間の距離は、外周側供給部側の貫通孔の開口とコアの端面との間の距離よりも短くてもよい。
インシュレータは、一端が貫通孔に連通するとともに他端がスロット内でコイルに面するように開口する供給通路を有する。
回転電機は、ロータと、ロータの外周面に対して隙間をあけて配置されたステータとを備え、コアはステータのコアであってもよい。
回転電機は、ロータであるインナーロータと、インナーロータの外周面に対して隙間をあけて配置されたアウターロータとを備えるダブルロータモータであり、コアはアウターロータのコアであってもよい。

この発明によれば、コイルエンドに面する側の貫通孔の開口とコアの端面との間の距離が内周壁の端部とコアの端面との間の距離以下であることにより、供給部から供給された冷却媒体は、貫通孔を介してコイルエンドに供給された後、内周壁と外周壁との間に保持される。また、外周壁の端部とコアの端面との間の距離が内周壁の端部とコアの端面との間の距離よりも長いことにより、ロータの回転軸内を通る冷却媒体は、コイルエンドに向かって供給された後、内周壁と外周壁との間に保持される。冷却媒体が内周壁と外周壁との間に保持されることにより、コイルエンドの冷却が十分に行われるようになるので、コイルからの放熱効率を向上することができる。

この発明の実施の形態に係る回転電機の断面模式図である。この実施の形態に係る回転電機のステータを構成するコア及びインシュレータの分解斜視図である。この発明の実施の形態に係る回転電機の変形例の断面模式図である。この発明の実施の形態に係る回転電機の別の変形例の断面模式図である。

以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
図１に示されるように、この発明の実施の形態に係る回転電機であるモータ１は、ステータ１０とロータ３０とを有している。ステータ１０は、ロータ３０の外周面３０ａに対して隙間をあけて配置されている。ロータ３０は、図示しない磁石を有し、回転軸３１とともに回転可能である。ステータ１０に対してロータ３０とは反対側にはパイプ３２が設けられている。パイプ３２には、冷却媒体が流通する流通経路３６と、一端がパイプ３２の外周面に開口するとともに他端が流通経路３６に開口する供給開口３５が形成されている。流通経路３６を流通する冷却媒体は、供給開口３５を介してステータ１０に供給可能となっており、パイプ３２と流通経路３６と供給開口３５とは、外周側供給部を構成する。回転軸３１の内部には、冷却媒体が流通可能な流通経路３３と、一端が回転軸３１の外周面に開口するとともに他端が流通経路３３に開口する供給開口３４とが形成されている。流通経路３３を流通する冷却媒体は、回転軸３１の回転による遠心力により供給開口３４を介してステータ１０に供給可能となっており、回転軸３１と流通経路３３と供給開口３４とは、内周側供給部を構成する。尚、ステータ１０及びパイプ３２は、図示しないハウジング等に固定され、回転軸３１は、図示しないハウジング等に回転可能に支持されている。

図２に示されるように、ステータ１０の円筒形状のコア１１には、一方の端面１１ａから他方の端面１１ｂまで貫通する複数のスロット１２が、コア１１の円周方向に向かって等間隔に形成されている。各スロット１２の径方向内側には、コア１１の内周面１１ｃに開口するスリット１３が形成されている。

樹脂製のインシュレータ２０は、第１部材２１及び第２部材２２から構成されている。第１部材２１及び第２部材２２はそれぞれ、スロット１２に挿入されるスロット絶縁部２３，２４と、コア１１の端面１１ａ，１１ｂに配置されるコイルエンド絶縁部２５，２６とを備えている。第１部材２１及び第２部材２２は、それぞれのスロット絶縁部２３，２４をコア１１の端面１１ａ，１１ｂ側からスロット１２に挿入し、スロット１２内において第１部材２１のスロット絶縁部２３の先端部分を第２部材２２のスロット絶縁部２４に挿入させることで、コア１１に組み付けられる。

図１に示されるように、各スロット１２には、スロット絶縁部２３，２４が挿入されており、スロット絶縁部２３，２４にコイル２が挿入されるようにして、インシュレータ２０によってコイル２とコア１１とが絶縁された状態でコイル２がコア１１に巻回されている。コイル２の一部は、コア１１の端面１１ａ，１１ｂから突出しており、この突出したコイル２の一部がコイルエンド３を構成している。

コイルエンド絶縁部２５，２６はそれぞれ、コア１１の外周面１１ｄ側からコイルエンド３を囲む外周壁２５ａ，２６ａと、コア１１の内周面１１ｃ側からコイルエンド３を囲む内周壁２５ｂ，２６ｂとを有している。外周壁２５ａ，２６ａの端部２５ａ１，２６ａ１のそれぞれとコア１１の端面１１ａ，１１ｂのそれぞれとの間の距離は、内周壁２５ｂ，２６ｂの端部２５ｂ１，２６ｂ１のそれぞれとコア１１の端面１１ａ，１１ｂのそれぞれとの間の距離よりも長くなっている。また、コイルエンド３の両端部３ａ，３ａのそれぞれとコア１１の端面１１ａ，１１ｂのそれぞれとの間の距離は、内周壁２５ｂ，２６ｂの端部２５ｂ１，２６ｂ１のそれぞれとコア１１の端面１１ａ，１１ｂのそれぞれとの間の距離よりも長くなっているが、外周壁２５ａ，２６ａの端部２５ａ１，２６ａ１のそれぞれとコア１１の端面１１ａ，１１ｂのそれぞれとの間の距離よりも短くなっている。

外周壁２５ａ，２６ａのそれぞれには、パイプ３２に面する側の表面に一端が開口するとともにコイルエンド３に面する側の表面に他端が開口する貫通孔４１が形成されている。コイルエンド３に面する側の表面に開口する貫通孔４１の開口４１ａのそれぞれとコア１１の端面１１ａ，１１ｂのそれぞれとの距離は、パイプ３２に面する側の表面に開口する貫通孔４１の開口４１ｂのそれぞれとコア１１の端面１１ａ，１１ｂのそれぞれとの距離よりも短く、内周壁２５ｂ，２６ｂの端部２５ｂ１，２６ｂ１のそれぞれとコア１１の端面１１ａ，１１ｂのそれぞれとの間の距離以下である。この構成により、貫通孔４１をコア１１の径方向内側に向かって延長した仮想的な延長線Ｌを想定すると、この延長線Ｌは内周壁２５ｂ，２６ｂにぶつかることになる。

インシュレータ２０には、外周壁２５ａ及びスロット絶縁部２３と、外周壁２６ａ及びスロット絶縁部２４とのそれぞれの内部において、一端が貫通孔４１に連通する第１供給通路４２が形成されている。また、スロット絶縁部２３，２４のそれぞれには、一端が第１供給通路４２の他端に連通するとともにコイルエンド３に面する側の表面に他端が開口する第２供給通路４３が形成されている。ここで、第１供給通路４２及び第２供給通路４３は供給通路を構成する。

次に、この発明の実施の形態に係る回転電機であるモータ１の動作を図１に基づいて説明する。
コイル２に電流が流れると、コイル２とステータ１０の図示しない磁石との間に電動トルクが発生する。この電動トルクを受けて、ロータ３０が回転軸３１とともに回転する。回転軸３１内の流通経路３３には、冷却媒体が流通している。回転軸３１が回転するとその遠心力により、流通経路３３に連通するように形成された供給開口３４から冷却媒体が径方向外側に向かって放出される。供給開口３４から放出された冷却媒体は、インシュレータ２０のコイルエンド絶縁部２５，２６それぞれの内周壁２５ｂ，２６ｂを越えて、コイルエンド３に到達する。外周壁２５ａ，２６ａの端部２５ａ１，２６ａ１のそれぞれとコア１１の端面１１ａ，１１ｂのそれぞれとの間の距離は、内周壁２５ｂ，２６ｂの端部２５ｂ１，２６ｂ１のそれぞれとコア１１の端面１１ａ，１１ｂのそれぞれとの間の距離よりも長いので、コイルエンド３に達した冷却媒体は、内周壁２５ｂ，２６ｂと外周壁２５ａ，２６ａとの間に保持され、コイルエンド３を冷却する。

一方、パイプ３２を流通する冷却媒体は、パイプ３２に形成された供給開口３５を介してステータ１０に供給される。供給開口３５から供給された冷却媒体は、インシュレータ２０のコイルエンド絶縁部２５，２６それぞれの外周壁２５ａ，２６ａに形成された貫通孔４１を通って、その一部がコイルエンド３に供給される。貫通孔４１は、貫通孔４１をコア１１の径方向内側に向かって延長した仮想的な延長線Ｌが内周壁２５ｂ，２６ｂにぶつかる構成となっているので、コイルエンド３に供給された冷却媒体が内周壁２５ｂ，２６ｂを越えてステータ１０とロータ３０との間に漏れてしまうことを抑制できる。その結果、コイルエンドに供給された冷却媒体は、内周壁２５ｂ，２６ｂと外周壁２５ａ，２６ａとの間に保持され、コイルエンド３を冷却する。

また、貫通孔４１を通る冷却媒体の一部は第１供給通路４２に流入する。第１供給通路４２に流入した冷却媒体は、第２供給通路４３を介してスロット１２内においてコイル２に供給される。コイル２に供給された冷却媒体は、スロット１２内においてコイル２を冷却し、その結果、コイルエンド３を含めコイル２の全体を冷却する効果が向上する。

このように、コイルエンド３に面する側の貫通孔４１の開口４１ａとコア１１の端面１１ａ，１１ｂとの間の距離が内周壁２５ｂ，２６ｂの端部２５ｂ１，２６ｂ１とコア１１の端面１１ａ，１１ｂとの間の距離以下であることにより、パイプ３２から供給された冷却媒体は、貫通孔４１を介してコイルエンド３に供給された後、内周壁２５ｂ，２６ｂと外周壁２５ａ，２６ａとの間に保持される。また、外周壁２５ａ，２６ａの端部２５ａ１，２６ａ１とコア１１の端面１１ａ，１１ｂとの間の距離が内周壁２５ｂ，２６ｂの端部２５ｂ１，２６ｂ１とコア１１の端面１１ａ，１１ｂとの間の距離よりも長いことにより、ロータ３０の回転軸３１内を通る冷却媒体は、コイルエンド３に向かって供給された後、内周壁２５ｂ，２６ｂと外周壁２５ａ，２６ａとの間に保持される。冷却媒体が内周壁２５ｂ，２６ｂと外周壁２５ａ，２６ａとの間に保持されることにより、コイルエンド３の冷却が十分に行われるようになるので、コイル２からの放熱効率を向上することができる。

この実施の形態では、供給経路は、外周壁２５ａ，２６ａ及びスロット絶縁部２３，２４の内部に形成された第１供給通路４２と、第２供給通路４３とから構成されていたが、この形態に限定するものではない。図３に示されるように、一端が貫通孔４１に連通するとともに長さ方向の全体にわたってコイル２に面する側の表面に開口した溝の形態の供給通路４４であってもよい。この供給通路４４は、他端のみではなくその長さ方向の全体にわたってコイル２に面するように開口している。

この実施の形態では、回転電機は、ステータ１０とロータ３０とを有するモータ１であったが、この形態に限定するものではない。図４に示されるように、回転電機は、インナーロータ５１と、インナーロータ５１の外周面５１ａに対して隙間をあけて配置されたアウターロータ５２とを有するダブルロータモータ５０であってもよい。この場合、実施の形態におけるロータ３０（図１参照）及びコア１１（図１参照）に相当するものはそれぞれ、インナーロータ５１及びアウターロータ５２のコア５３となる。

この実施の形態では、外周壁２５ａ，２６ａの端部２５ａ１，２６ａ１のそれぞれとコア１１の端面１１ａ，１１ｂのそれぞれとの間の距離は、コイルエンド３の両端部３ａ，３ａのそれぞれとコア１１の端面１１ａ，１１ｂのそれぞれとの間の距離よりも長くなっているが、内周壁２５ｂ，２６ｂの端部２５ｂ１，２６ｂ１のそれぞれとコア１１の端面１１ａ，１１ｂのそれぞれとの間の距離よりも長ければ、コイルエンド３の両端部３ａ，３ａのそれぞれとコア１１の端面１１ａ，１１ｂのそれぞれとの間の距離よりも短くてもよい。

この実施の形態では、貫通孔４１の開口４１ａのそれぞれとコア１１の端面１１ａ，１１ｂのそれぞれとの距離は、貫通孔４１の開口４１ｂのそれぞれとコア１１の端面１１ａ，１１ｂのそれぞれとの距離よりも短くなっているが、貫通孔４１の開口４１ａのそれぞれとコア１１の端面１１ａ，１１ｂのそれぞれとの距離が内周壁２５ｂ，２６ｂの端部２５ｂ１，２６ｂ１とコア１１の端面１１ａ，１１ｂとの間の距離以下であれば、両距離は同じであってもよい。

１モータ（回転電機）、２コイル、３コイルエンド、１０ステータ、１１，５３コア、１１ａ，１１ｂ（コアの）端面、１２スロット、２０インシュレータ、２３，２４スロット絶縁部、２５，２６コイルエンド絶縁部、２５ａ，２６ａ外周壁、２５ａ１，２６ａ１（外周壁の）端部、２５ｂ，２６ｂ内周壁、２５ｂ１，２６ｂ１（内周壁の）端部、３０ロータ、３０ａ（ロータの）外周面、３１回転軸（内周側供給部）、３２パイプ（外周側供給部）、３３流通経路（内周側供給部）、３４供給開口（内周側供給部）、３５供給開口（外周側供給部）、３６流通経路（外周側供給部）、４１貫通孔、４２第１供給通路（供給通路）、４３第２供給通路（供給通路）、４４供給通路、５０ダブルロータモータ（回転電機）、５１インナーロータ（ロータ）、５１ａ（インナーロータの）外周面、５２アウターロータ。

Claims

回転軸と一体回転可能なロータの外周面に対して隙間をあけて配置され、複数のスロットを有するコアと、
前記スロットに巻回されるコイルと、
前記コアと前記コイルとを絶縁するインシュレータと、
前記コアに対して前記ロータとは反対側に配置され、前記コアの両端から突出するコイルの一部であるコイルエンドに冷却媒体を供給する外周側供給部と、
前記回転軸内を通る冷却媒体を、前記回転軸の回転による遠心力により前記コイルエンドに供給する内周側供給部と
を備え、
前記インシュレータは、
前記スロット内に挿入されるスロット絶縁部と、
前記コアの両端に配置されるコイルエンド絶縁部と
を備え、
該コイルエンド絶縁部は、
前記コイルエンドを前記コアの外周面側から囲む外周壁と、
前記コイルエンドを前記コアの内周面側から囲む内周壁と
を備え、
前記コイルエンドの端部と前記コアの端面との間の距離及び前記外周壁の端部と前記コアの端面との間の距離は、前記内周壁の端部と前記コアの端面との間の距離よりも長く、
前記外周壁には、前記外周側供給部から供給された前記冷却媒体が流通して、前記コイルエンドに前記冷却媒体を供給する貫通孔が設けられ、
前記コイルエンドに面する側の前記貫通孔の開口と前記コアの端面との間の距離は、前記内周壁の端部と前記コアの端面との間の距離以下である、回転電機。
前記コイルエンドに面する側の前記貫通孔の開口と前記コアの端面との間の距離は、前記外周側供給部側の前記貫通孔の開口と前記コアの端面との間の距離よりも短い、請求項１に記載の回転電機。
前記インシュレータは、一端が前記貫通孔に連通するとともに他端が前記スロット内で前記コイルに面するように開口する供給通路を有する、請求項１または２に記載の回転電機。
前記回転電機は、
前記ロータと、
該ロータの外周面に対して隙間をあけて配置されたステータと
を備え、
前記コアは前記ステータのコアである、請求項１〜３のいずれか一項に記載の回転電機。
前記回転電機は、
前記ロータであるインナーロータと、
該インナーロータの外周面に対して隙間をあけて配置されたアウターロータと
を備えるダブルロータモータであり、
前記コアは前記アウターロータのコアである、請求項１〜３のいずれか一項に記載の回転電機。