JP2017034873A

JP2017034873A - 電動機

Info

Publication number: JP2017034873A
Application number: JP2015153187A
Authority: JP
Inventors: 泰輔藁科; Taisuke Warashina
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2015-08-03
Filing date: 2015-08-03
Publication date: 2017-02-09
Anticipated expiration: 2035-08-03
Also published as: JP6390545B2

Abstract

【課題】ステータコイルのコイルエンドを良好に冷却可能な電動機を簡易に構成する。【解決手段】電動機１は、外周部に周方向に間隔をおいて形成された複数の締結孔２１ｈをそれぞれ有すると共に積層されて締結孔２１ｈに挿通されるボルト５により締結される複数の環状板２１，２１ｅにより構成されるステータコア２０、およびステータコア２０に巻回されたステータコイル２５を含むステータ２と、ステータ２内に配置されるロータ３と、ステータコイル２５のコイルエンド２５ｅに上方から冷却媒体を供給する冷却管４とを含み、ステータコア２０の軸方向における両端に位置する環状板２１ｅの外周部は、隣り合う１組の締結孔２１ｈの周方向における間で当該ステータコア２０の軸方向における外側に向けて突出するように折り曲げられ、それによりステータコア２０に冷媒ガイド２１ｇが設けられる。【選択図】図１

Description

本開示の発明は、ステータコアを含むステータおよびロータを備え、ステータコアに巻回されたコイルのコイルエンドに上方から冷却媒体が供給される電動機に関する。

従来、この種の電動機用ステータを備えた回転電機の冷却構造として、コイルエンドに上方から冷却用の液体を供給する液供給口と、回転軸（ロータ）の上方に配置されてコイルエンドの上側部分を通過して滴下する液体（冷却媒体）を受ける導液部材とを含むものが知られている（例えば、特許文献１参照）。導液部材は、受容した液体をコイルエンドの回転軸の真下の部分またはこれに隣接する部分に直接送るように構成される。これにより、コイルエンド下側部分の回転軸の直下の部分またはその近傍の部分を効率よく冷却することが可能となる。

特開２０１２−１９１８０９公報

しかしながら、導液部材を回転軸（ロータ）の上方に位置するようにステータの孔部内に配置するのは、必ずしも容易ではない。また、ステータに導液部材を設けることで、当該ステータ（電動機）の構造が複雑化すると共に、部品点数の増加を招いてしまう。

そこで、本開示の発明は、コイルのコイルエンドを良好に冷却可能な電動機を簡易に構成することを主目的とする。

本開示の電動機は、外周部に周方向に間隔をおいて形成された複数の締結孔をそれぞれ有すると共に積層されて前記締結孔に挿通されるボルトにより締結される複数の環状板により構成されるステータコア、および前記ステータコアに巻回されたコイルを含むステータと、前記ステータ内に配置されるロータとを備え、前記コイルのコイルエンドに上方から冷却媒体が供給される電動機において、前記ステータコアの軸方向における両端に位置する前記環状板の少なくとも何れか一方の前記外周部は、隣り合う少なくとも１組の前記締結孔の前記周方向における間で前記軸方向における外側に向けて突出するように折り曲げられていることを特徴とする。

この電動機において、ステータコアの軸方向における両端に位置する環状板の少なくとも何れか一方の外周部は、隣り合う少なくとも１組の締結孔の周方向における間で軸方向における外側に向けて突出するように折り曲げられている。そして、環状板の折り曲げられた外周部は、コイルエンドに対して上方から冷却媒体が供給される際に、上方からの冷却媒体がステータコアの径方向外側へと流出するのを規制して当該冷却媒体をコイルエンドに沿って流れるようにガイドするガイド部として機能する。これにより、この電動機では、上方から供給される冷却媒体をコイルエンドの下側部分（ロータの直下の部分やその近傍）に良好に行き渡らせて当該コイルエンドの全体を良好に冷却することが可能となる。更に、少なくとも１枚の環状板の外周部を隣り合う少なくとも１組の締結孔の周方向における間で折り曲げることにより、冷却媒体のガイド部をステータ（電動機）の構造の複雑化や部品点数の増加を招くことなく簡易に構成することができる。この結果、コイルのコイルエンドを良好に冷却可能な電動機を簡易に構成することが可能となる。

本開示の電動機を示す概略構成図である。本開示の電動機に含まれるステータのステータコアを示す斜視図である。

次に、図面を参照しながら本開示の発明を実施するための形態について説明する。

図１は、本開示の一実施形態に係る電動機１を示す概略構成図である。同図に示す電動機１は、例えば電気自動車やハイブリッド自動車の走行駆動源あるいは発電機として用いられる三相交流電動機として構成されている。本実施形態の電動機１は、図示しないケースと、当該ケース内に配置される環状のステータ２と、当該ステータ２の内部に配置されるロータ３と、主にステータ２を冷却するために用いられる冷却管４とを含む。

ステータ２は、図１に示すように、ステータコア２０と、当該ステータコア２０に巻回された複数のステータコイル２５とを含む。ステータコア２０は、図２に示すように、互いに積層されて複数のボルト５や図示しないナットを介して締結される複数の環状板２１により構成される。本実施形態において、各環状板２１は、例えばプレス加工により概ね円環状に形成された電磁鋼板である。また、各環状板２１の外周部には、径方向外側に突出する突出部２１ｐが周方向に間隔をおいて（等間隔に）複数（本実施形態では、例えば３つ）形成されており、各突出部２１ｐには、ボルト５が挿通される締結孔２１ｈが形成されている。更に、各環状板２１の内周部には、それぞれ環状板２１の中心孔で開口すると共に当該中心孔の径方向に延びる複数の有端スリット（図示省略）が周方向に間隔をおいて形成されている。

複数の環状板２１は、複数の締結孔２１ｈや複数の有端スリットが積層方向（ステータコア２０の軸方向）において連通するように重ね合わされる。これにより、ステータコア２０には、各環状板２１の隣り合う有端スリットの間の突出部により、複数のティース部（図示省略）が環状の外周部（ヨーク部）から周方向に間隔をおいて径方向内側に突出するように形成される。また、各環状板２１の有端スリットにより、複数のコアスロット（図示省略）が、それぞれ互いに隣り合うティース部の間に位置するように形成される。

複数のステータコイル２５には、Ｕ相コイル、Ｖ相コイルおよびＷ相コイルが含まれる。また、本実施形態において、各ステータコイル２５は、何れも略Ｕ字状に成形された電気導体である複数のセグメントコイルを電気的に接続することにより構成される。すなわち、各セグメントコイルの２つの遊端部は、それぞれ対応するコアスロットに挿通され、各セグメントコイルのステータコア２０の一端面から突出した部分には、図示しない曲げ加工装置を用いた曲げ加工が施される。そして、各セグメントコイルの遊端部は、対応する他のセグメントコイルの遊端部に電気的に接合される。これにより、複数のステータコイル２５がステータコア２０に対して巻回され、各ステータコイル２５は、それぞれステータコア２０の軸方向における端面から外側に突出する２つのコイルエンド２５ｅを有することになる。なお、本実施形態において、ステータコア２０の両端面上には、複数のセグメントコイルを曲げ加工する際にガイド部材として機能する円環状の板体である図示しないカフサが配置される。また、ステータコア２０の各コアスロット内には、図示しないインシュレータ（筒状の絶縁紙）が配置される。

ロータ３は、円環状のロータコアと、当該ロータコアに埋設された複数の永久磁石とを含む。ロータコアも、ステータコア２０と同様に、例えばプレス加工により概ね円環状に形成された電磁鋼板を複数積層することにより構成される。また、冷却管４は、ステータ２の径方向外側でロータ３の中心軸と略平行に延在すると共に一連の締結孔２１ｈに近接するように電動機１の図示しないケースに固定され、冷却媒体を供給（圧送）する図示しない冷媒ポンプに接続される。更に、冷却管４は、電動機１の車載時に各ステータコイル２５の２つの（両側）のコイルエンド２５ｅの上方に位置するように形成された２つの開口部４ｏを有する。電動機１の作動中、冷却管４には、冷媒ポンプから冷却媒体が供給され、冷媒ポンプからの冷却媒体は、冷却管４の各開口部４ｏから各ステータコイル２５の２つのコイルエンド２５ｅへと滴下される。

ここで、ステータ２の発熱部である各ステータコイル２５を良好に冷却するためには、２つのコイルエンド２５ｅの全体に冷却媒体を行き渡らせる必要がある。ただし、ステータコイル２５のコイルエンド２５ｅに対して上方から冷却媒体を供給する場合、特にコイルエンド２５ｅの下側部分（ロータ３の直下の部分やその近傍）に冷却媒体を良好に供給し得なくなるおそれがある。このため、本実施形態の電動機１では、ステータコア２０を構成する複数の環状板２１のうち、ステータコア２０の軸方向における両端に位置する２枚の環状板２１ｅのそれぞれに、図１および図２に示すような冷媒ガイド２１ｇが複数設けられる。

各冷媒ガイド２１ｇは、ステータコア２０の組立前に、環状板２１ｅの外周部を隣り合う２つの締結孔２１ｈの周方向における間で当該環状板２１ｅの軸心に沿って一側（環状板２１ｅの表面側）に突出するように例えば９０°だけ折り曲げることにより形成される。本実施形態において、環状板２１ｅの外周部の折り曲げ線は、図１に示すように、ステータコア２０のティース部やコアスロットを形成する部分よりも径方向外側で２つの締結孔２１ｈの中心同士を結ぶ直線と略平行に延在するように定められる。これにより、各環状板２１ｅの外周部には、各締結孔２１ｈの両側に位置するように、複数（本実施形態では、３つ）の冷媒ガイド２１ｇが形成される。

そして、各環状板２１ｅは、積層された複数の環状板２１に対して、裏面側から重ね合わされ、ステータコア２０が組み立てられた際、各冷媒ガイド２１ｇは、ステータコア２０の軸方向における外側（図２における上側または下側）に向けて突出する。また、電動機１の車載時に、各環状板２１ｅの何れか１つの冷媒ガイド２１ｇは、冷却管４の開口部４ｏの真下に位置し、残余の２つの冷媒ガイド２１ｇは、冷却管４に近接した締結孔２１ｈと対応する他の締結孔２１ｈとの間で上下方向に対して斜めに延在する（図１参照）。なお、ステータコア２０に巻回された各ステータコイル２５のリード線部（図示省略）は、何れかの冷媒ガイド２１ｇを乗り越えるようにしてステータコア２０の径方向外側へと引き出されるか、あるいは隣り合う２つの冷媒ガイド２１ｇの間（締結孔２１ｈの周辺）を介してステータコア２０の径方向外側へと引き出され、図示しないコネクタ等に接続される。

コイルエンド２５ｅに対して上方の冷却管４から冷却媒体が供給される際、各冷媒ガイド２１ｇ（環状板２１ｅの折り曲げられた外周部）は、上方から流下する冷却媒体がステータコア２０の径方向外側へと流出するのを規制して当該冷却媒体をコイルエンド２５ｅに沿って流れるようにガイドする。すなわち、冷却管４の開口部４ｏからステータコア２０の外周に向けて流出した冷却媒体は、図１において点線で示すように、同図における上側２つの冷媒ガイド２１ｇに当たることで、コイルエンド２５ｅに沿って流れるようになる。また、環状板２１ｅの表面に沿って流下する冷却媒体の一部は、図１における下側の冷媒ガイド２１ｇにより受容されてコイルエンド２５ｅの下側部分に流れ込む（図中点線参照）。これにより、電動機１では、上方から供給される冷却媒体をコイルエンド２５ｅの下側部分（ロータ３の直下の部分やその近傍）に良好に行き渡らせて発熱部としてのコイルエンド２５ｅの全体を良好に冷却することが可能となる。

また、上述のように環状板２１ｅの外周部を隣り合う２つ（１組）の締結孔２１ｈの周方向における間で折り曲げることにより、環状板２１ｅを折り曲げたことによる渦電流損失の増加を抑制しつつ、ステータ２（電動機１）の構造の複雑化や部品点数の増加を招くことなく冷媒ガイド２１ｇを簡易に構成することができる。更に、環状板２１ｅの各冷媒ガイド２１ｇは、リブとしても機能する。これにより、ステータコア２０（ステータ２）の強度をより向上させることが可能となるので、特に、ロータ３の軸心と直交する方向（電動機１の車載時における上下方向）の振動に対する電動機１の耐久性を向上させることができる。

以上説明したように、電動機１は、外周部に周方向に間隔をおいて形成された複数の締結孔２１ｈをそれぞれ有すると共に積層されて締結孔２１ｈに挿通されるボルト５により締結される複数の環状板２１，２１ｅにより構成されるステータコア２０、およびステータコア２０に巻回されたステータコイル２５を含むステータ２と、ステータ２内に配置されるロータ３と、ステータコイル２５のコイルエンド２５ｅに上方から冷却媒体を供給する冷却管４とを含む。そして、ステータコア２０の軸方向における両端に位置する環状板２１ｅの外周部は、隣り合う１組の締結孔２１ｈの周方向における間で当該ステータコア２０の軸方向における外側に向けて突出するように折り曲げられ、それによりステータコア２０に冷媒ガイド２１ｇが設けられる。この結果、ステータコイル２５のコイルエンド２５ｅを良好に冷却可能な電動機１を簡易に構成することが可能となる。

なお、上記実施形態では、ステータコア２０の軸方向における両端に位置する２枚の環状板２１ｅのそれぞれに冷媒ガイド２１ｇが設けられるが、これに限られるものではない。すなわち、ステータコア２０の軸方向における一端に位置する１枚の環状板２１ｅのみに冷媒ガイド２１ｇが設けられてもよい。また、環状板２１の厚みによっては、ステータコア２０の端部側に位置する複数枚の環状板２１の外周部を折り曲げて冷媒ガイド２１ｇを形成してもよい。更に、環状板２１ｅの外周部の曲げ角度は、９０°に限られるものではなく、鋭角であってもよく、鈍角であってもよい。

また、隣り合う２つの締結孔２１ｈの周方向における間のすべてに冷媒ガイド２１ｇを設ける必要は必ずしもなく、冷媒ガイド２１ｇは、隣り合う少なくとも１組の締結孔２１ｈの周方向における間に設けられればよい。すなわち、上記実施形態では、ステータコイルのリード線部の引き出しスペースを確保するために、例えば図１における右上の冷媒ガイド２１ｇが省略されてもよい。更に、ステータコイル２５は、ステータコア２０のコアスロットに挿通されてティース部に巻回される被覆導線により構成されてもよく、例えばステータコア２０のティース部の外周面に沿うように複数段にわたって予め巻回された平角線からなる複数のコイルを電気的に接続することにより構成されてもよい。

そして、本開示の発明は上記実施形態に何ら限定されるものではなく、本開示の外延の範囲内において様々な変更をなし得ることはいうまでもない。更に、上記実施形態は、あくまで発明の概要の欄に記載された発明の具体的な一形態に過ぎず、発明の概要の欄に記載された発明の要素を限定するものではない。

本開示の発明は、電動機の製造分野等において利用可能である。

１電動機、２ステータ、３ロータ、４冷却管、４ｏ開口部、５ボルト、２０ステータコア、２１，２１ｅ環状板、２１ｇ冷媒ガイド、２１ｈ締結孔、２１ｐ突出部、２５ステータコイル、２５ｅコイルエンド。

Claims

外周部に周方向に間隔をおいて形成された複数の締結孔をそれぞれ有すると共に積層されて前記締結孔に挿通されるボルトにより締結される複数の環状板により構成されるステータコア、および前記ステータコアに巻回されたコイルを含むステータと、前記ステータ内に配置されるロータとを備え、前記コイルのコイルエンドに上方から冷却媒体が供給される電動機において、
前記ステータコアの軸方向における両端に位置する前記環状板の少なくとも何れか一方の前記外周部は、隣り合う少なくとも１組の前記締結孔の前記周方向における間で前記軸方向における外側に向けて突出するように折り曲げられていることを特徴とする電動機。