JP2019161796A - 回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構成で巻線カバーとステータコアの内周側との間のシール性を確保し、ロータとステータコアとの間にフリクションが生じるのを抑制できる回転電機を提供する。【解決手段】ステータコア１１と、コイルエンド１５Ａを有する巻線１２と、を備えたステータ３と、スロータ４と、を備え、ステータコア１１の軸方向側部３１の内径３１Ｒは、ステータコア１１の一般部３５の内径３５Ｒよりも大きく形成され、軸方向側部３１の端面１９には、巻線カバー６が配置され、巻線カバー６は、冷媒を供給する供給口と、冷媒を外部に排出する排出口と、を有し、巻線カバー６の内周壁６２の先端部６７は、径方向から見て、ステータコア１１の軸方向側部３１と重なるとともに接触した状態で、軸方向側部３１とロータ４との間に配置されている。【選択図】図４

Description

本発明は、回転電機に関するものである。

従来、ハイブリッド自動車や電気自動車の動力源として回転電機が使用されている。回転電機は、ステータを備えており、ステータは、ロータを囲む環状のステータコアと、導体と、それに装着されている巻線とを備える。巻線は、ステータコアの軸方向側に突出するコイルエンドを有する。

ところで、近年は回転電機の高出力化等により、巻線の発熱が大きくなる場合がある。したがって、巻線を冷却する方法が種々検討されている。巻線を冷却する方法としては、例えば特許文献１に開示されている方法が提案されている。

特許文献１のモータジェネレータの冷却構造では、ステータコアの端面に配置される絶縁性のベースプレートと、コイルエンドを覆う絶縁性の冷却ジャケット（巻線カバー）と、を備えている。冷却ジャケットの外周壁の端部は、ベースプレートと当接している。また、冷却ジャケットの内周壁の端部は、ステータコアの端面にシールを介在させて当接している。

冷却ジャケットには、供給口および排出口が設けられている。供給口は、冷却ジャケットの内部に冷却用オイルを供給する。排出口は、冷却ジャケットの内部に充填された冷却用オイルを外部に排出する。これによりコイルエンド（巻線）は、冷却用オイルで冷却される。

特開２００５−３２３４１６号公報

しかしながら、特許文献１のモータジェネレータの冷却構造では、冷却ジャケットの内周壁の端部がステータコアの端面にシールを介在させて当接している。このため、冷却ジャケットにシールの設置スペースが必要となり、大型化する。また、一般にシールを設ける場合、構造が複雑となる傾向にある。冷却ジャケットとステータコアの内周側との間のシール性が確保されない場合には、冷却ジャケットとステータコアの内周側との間から冷却用オイルが漏出する。漏出した冷却用オイルはロータとステータコアとの間に入ってしまい、ロータとステータコアとの間にフリクション（摩擦抵抗）が生じてしまう。
したがって、簡単な構成で巻線カバーとステータコアの内周側との間のシール性を確保し、ロータとステータコアとの間にフリクションが生じるのを抑制するという点で、改善の余地があった。

そこで、本発明は、上記事情に鑑みたものであって、簡単な構成で巻線カバーとステータコアの内周側との間のシール性を確保し、ロータとステータコアとの間にフリクションが生じるのを抑制できる回転電機を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するため、請求項１に記載の発明に係る回転電機（後述の実施形態の回転電機１）は、環状のステータコア（後述の実施形態のステータコア１１）と、前記ステータコアに装着され前記ステータコアの軸方向側に突出するコイルエンド（後述の実施形態のコイルエンド１５Ａ，１５Ｂ）を有する巻線（後述の実施形態の巻線１２）と、を備えたステータ（後述の実施形態のステータ３）と、前記ステータの径方向の内側に配置されるロータ（後述の実施形態のロータ４）と、を備え、前記ステータコアの軸方向側部（後述の実施形態の軸方向側部３１）の内径（後述の実施形態の内径３１Ｒ）は、前記ステータコアの前記軸方向側部以外の一般部（後述の実施形態の一般部３５）の内径（後述の実施形態の内径３５Ｒ）よりも大きく形成され、前記軸方向側部の端面（後述の実施形態の端面１９）には、前記コイルエンドを覆う絶縁性の巻線カバー（後述の実施形態の巻線カバー６）が配置され、前記巻線カバーは、前記巻線カバーの外部から内部に冷媒を供給する供給口（後述の実施形態の供給口７１）と、前記巻線カバーの内部に充填された前記冷媒を外部に排出する排出口（後述の実施形態の排出口７２）と、を有し、前記巻線カバーの径方向内側部（後述の実施形態の内周壁６２）の先端部（後述の実施形態の先端部６７）は、前記径方向から見て、前記ステータコアの前記軸方向側部と重なるとともに接触した状態で、前記軸方向側部と前記ロータとの間に配置されていることを特徴としている。

また、請求項２に記載の発明に係る回転電機は、前記巻線カバーの前記径方向内側部における前記先端部の内側面（後述の実施形態の内側面６８）は、前記軸方向の内側から外側に向かって、前記径方向の内側から外側に傾斜する傾斜面となっていることを特徴としている。

また、請求項３に記載の発明に係る回転電機は、前記ステータおよび前記ロータを収容するケース（後述の実施形態のケース２）を備え、前記巻線カバーの径方向外側部（後述の実施形態の外周壁６１）は、前記ステータコアおよび前記ケースの少なくとも一方に対して、前記ステータコアの前記軸方向から締結手段により締結されていることを特徴としている。

本発明の請求項１に記載の回転電機によれば、ステータコアの軸方向側部の内径が一般部の内径よりも大きく形成され、巻線カバーの径方向内側部の先端部は、径方向から見てステータコアの軸方向側部と重なるとともに接触した状態で、軸方向側部とロータとの間に配置されているので、簡単な構成で巻線カバーとステータコアの内周側との間のシール性が確保される。これにより、巻線カバーとステータコアの内周側との間から冷媒が漏出するのが防止されるので、冷媒がロータとステータコアとの間のエアギャップに浸入するのを防止できる。したがって、本発明によれば、簡単な構成で巻線カバーとステータコアの内周側との間のシール性を確保し、ロータとステータコアとの間にフリクションが生じるのを抑制できる。

本発明の請求項２に記載の回転電機によれば、巻線カバーの径方向内側部における先端部の内側面は、軸方向の内側から外側に向かって径方向の内側から外側に傾斜する傾斜面となっているので、ステータコアの軸方向側部の角部に対して線接触することができる。これにより、巻線カバーとステータコアの軸方向側部とが高い圧力で接触できるので、巻線カバーとステータコアの内周側との間のシール性をさらに高めることができる。

本発明の請求項３に記載の回転電機によれば、巻線カバーの径方向外側部がステータコアおよびケースの少なくとも一方に対して、軸方向から締結手段により締結されているので、締結手段の締付による軸方向内側への推力（押圧力）により、巻線カバーの径方向内側部は、ステータコアの軸方向側部に対して圧力を付与した状態で接触できる。これにより、巻線カバーとステータコアの軸方向側部とが高い圧力で接触できるので、巻線カバーとステータコアの内周側との間のシール性をさらに高めることができる。

本発明の実施形態に係る回転電機の概略構成を示す断面図である。 ステータの一部を示す断面図である。 セグメントコイルを示す斜視図である。 図１のＡ部の拡大図である。

以下、本発明の各実施形態について図面を参照して説明する。

図１は、実施形態に係る回転電機の概略構成を示す断面図である。
図１に示すように、実施形態に係る回転電機１は、ケース２と、ロータ４と、出力シャフト５と、ステータ３と、巻線カバー６とを備える。
本実施形態の回転電機１は、例えばハイブリッド自動車や電気自動車のような車両に搭載される走行用モータである。ただし、本実施形態の構成は、上記例に限られず、車両に搭載される発電用モータ等のその他の用途のモータにも適用可能である。また、本実施形態の構成は、車両に搭載される以外の回転電機であって、発電機を含むいわゆる回転電機全般に適用可能である。
なお、以下の説明では、ロータ４の回転中心の軸線Ｃに沿う方向を軸方向といい、軸線Ｃに直交する方向を径方向といい、軸線Ｃ周りの方向を周方向という場合がある。また、以下の説明では、上下方向は、鉛直方向の上下方向と一致している。

ロータ４は、例えば、ロータコアと、ロータコアに取り付けられた磁石とを有し、ステータ３の内側で回転駆動される。
出力シャフト５は、ロータ４に接続されて、ロータ４の回転を駆動力として出力する。
ステータ３は、環状に形成されて、例えばケース２の内周面に取り付けられている。ステータ３は、ステータコア１１と、ステータコア１１に取り付けられた巻線１２とを有し、ロータ４に対して回転磁界を作用させる。巻線１２は、ステータコア１１の軸方向側に突出するコイルエンド１５Ａ，１５Ｂを有する。
ステータ３およびロータ４は、ケース２に収容されている。ケース２は、例えばステータ３およびロータ４を収容可能な筒状に形成されている。

図２は、ステータ３の一部を示す断面図である。なお、図２においては、ステータ３を分かりやすくするためにロータ４および巻線カバー６を二点鎖線で図示している。
図２に示すように、ステータ３は、ステータコア１１と、巻線１２とを備える。なお、ステータ３には、スロット２３内において例えばワニス等の充填固着物がさらに備えられる場合があるが、本願においては説明の便宜上、図示および説明を省略する。

ステータコア１１は、ロータ４を囲む環状に形成されている。ステータコア１１は、複数枚の電磁鋼板１８が軸方向に積層されることで形成される。なお、ステータコア１１は、例えば周方向に分割された複数のピースが互いに連結されることで形成される分割型ステータコアであってもよい。

ステータコア１１は、環状のヨーク部２１と、複数のティース部２２と、複数のスロット２３とを有する。
複数のティース部２２は、ヨーク部２１からステータコア１１の径方向の内側に向けて突出している。各スロット２３は、ステータコア１１の周方向において互いに隣り合う２つのティース部２２の間に形成されている。複数のスロット２３は、ステータコア１１の周方向に並んで配置されている。各スロット２３は、ステータコア１１の軸方向にステータコア１１を貫通している。各スロット２３は、径方向の内側が開放されたオープンスロットである。本実施形態では、各スロット２３の径方向の内側の開口部は樹脂等で閉塞されている。なお、本実施形態の構成は、これに限られず、径方向の内側が閉じられたクローズドスロットにも適用可能である。

巻線１２は、ステータコア１１のスロット２３に収容されて、ステータコア１１に装着されている。巻線１２は、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相からなる三相コイルである。本実施形態の巻線１２は、互いに接続されて使用される複数のセグメントコイル１４によって形成されている。

図３は、セグメントコイル１４を示す斜視図である。なお、図３では、１つのセグメントコイル１４を図示しており、同一のスロット２３に収容されるもう１つのセグメントコイルは図示を省略している。また、図３においては、ステータコア１１を透過して図示している。
図３に示すように、セグメントコイル１４は、複数（例えば４つ）のセグメント導体１４Ａにより形成される。セグメント導体１４Ａの芯線は、例えば平角線である。
セグメント導体１４Ａは、直線状に形成された一対の挿入部１４ａと、渡り部１４ｂと、一対の接続部１４ｃとを有する。一対の挿入部１４ａは、例えば不図示の絶縁紙に覆われた状態で互いに異なるスロット２３に分けて収容される。複数のセグメントコイル１４は、ステータコア１１の周方向において、Ｕ相、Ｕ相、Ｖ相、Ｖ相、Ｗ相、Ｗ相、Ｕ相、Ｕ相・・・の順に配列されている。

渡り部１４ｂは、一対の挿入部１４ａの一端を接続している。渡り部１４ｂは、スロット２３の外部であって、軸方向の一方に配置される。
接続部１４ｃは、一対の挿入部１４ａの他端であって、挿入部１４ａに対して渡り部１４ｂとは反対側に位置する。接続部１４ｃは、スロット２３の外部であって、軸方向の他方に配置される。接続部１４ｃは、他のセグメントコイル１４の接続部１４ｃとＴＩＧ溶接やレーザ溶接等で接合される。これにより、複数のセグメントコイル１４は、順次連結されている。なお、接合された接続部１４ｃには、紛体絶縁による塗装が施される。これにより、接続部１４ｃは、電気的絶縁が確保される。
渡り部１４ｂおよび接続部１４ｃは、それぞれステータコア１１の軸方向に突出するコイルエンド１５Ａ，１５Ｂとなっている。

図４は、図１のＡ部の拡大図である。なお、図４では、後述する排出口７２および排出管７５の図示を省略している。
図４に示すようにロータ４とステータコア１１との間には、隙間（以下「エアギャップＳ」という。）が形成されている。
ここで、ステータコア１１において軸方向端部に位置する部分を軸方向側部３１と定義する。本実施形態では、ステータコア１１を形成している複数枚の電磁鋼板１８のうち、軸方向側に配置されている一枚の電磁鋼板１８が軸方向側部３１を形成している。また、ステータコア１１において軸方向側部３１以外の部分を一般部３５と定義する。ステータコア１１の軸方向側部３１の内径３１Ｒは、一般部３５の内径３５Ｒよりも大きく形成されている。

図１および図４に示すように、巻線カバー６は、樹脂等の絶縁性を有する材料で形成されている。巻線カバー６は、ステータコア１１の軸方向の両端面１９，１９の各々に配置されている。巻線カバー６は、ステータコア１１の端面１９の全周を覆うように環状に形成されている。巻線カバー６は、ステータコア１１の径方向に沿う断面がＵ字状に形成されている。巻線カバー６は、ステータコア１１の端面１９に配置された巻線１２のコイルエンド１５Ａ，１５Ｂを覆っている。

巻線カバー６の内部には、冷媒が充填されている。巻線カバー６の内部の冷媒は、コイルエンド１５Ａ，１５Ｂ（巻線１２）を冷却する。冷媒は、例えばＡＴＦ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｆｌｕｉｄ：自動変速機油）等の潤滑油である。

巻線カバー６には、冷媒の供給口７１および冷媒の排出口７２が設けられている。
供給口７１は、巻線カバー６の下部に設けられている。供給口７１は、外部から巻線カバー６の内部に冷媒を供給するために使用される。供給口７１には、供給管７４の一端が接続されている。供給管７４の他端は、例えば電動オイルポンプを介して貯留部に接続されている。貯留部には冷媒が貯留されている。供給管７４は、電動オイルポンプの駆動により、貯留部に貯留されている冷媒を巻線カバー６の内部に供給する。

排出口７２は、巻線カバー６の上部に設けられている。排出口７２は、巻線カバー６の内部に供給された冷媒を外部に排出するために使用される。排出口７２には、排出管７５の一端が接続されている。排出管７５の他端は、上記の貯留部に接続されている。排出管７５は、巻線カバー６の内部の冷媒を貯留部に排出する。

以下、巻線カバー６の詳細について説明する。
図４に示すように、巻線カバー６は、外周壁６１（径方向外側部）と、内周壁６２（径方向内側部）と、中間壁６３（軸方向側部）とを備える。

外周壁６１は、巻線カバー６の外周側を形成している部分である。外周壁６１は、ステータコア１１の周方向に沿って環状に形成されている。
内周壁６２は、巻線カバー６の内周側を形成している部分である。内周壁６２は、ステータコア１１の周方向に沿って環状に形成されている。
中間壁６３は、巻線カバー６の軸方向側を形成している部分である。中間壁６３は、ステータコア１１の周方向に沿って環状に形成されている。中間壁６３の外周側は、外周壁６１に結合されている。中間壁６３の内周側は、内周壁６２に結合されている。中間壁６３の下部には、供給口７１（図１参照）が設けられている。中間壁６３の上部には、排出口７２（図１参照）が設けられている。

巻線カバー６の外周壁６１の先端は、ステータコア１１の軸方向側部３１の端面１９に当接している。外周壁６１は、ケース２に対して、ステータコア１１の軸方向からボルト８（締結手段）により締結されている。この構成について以下に具体的に説明する。
巻線カバー６の外周壁６１の先端側には、径方向の外側に張り出すように取付部６５が設けられている。取付部６５には、挿通孔６６が設けられている。挿通孔６６は、取付部６５を軸方向に貫通している。

ケース２の内周面２５には、ケース側取付部２６が設けられている。
ケース側取付部２６は、ステータコア１１の外周側に配置されている。ケース側取付部２６は、巻線カバー６の取付部６５に対して軸方向で当接している。ケース側取付部２６には、雌ねじ部２７が設けられている。雌ねじ部２７は、軸方向に延びて形成されており、挿通孔６６と連通するように配置されている。雌ねじ部２７は、ボルト８が螺着可能となっている。

ボルト８は、棒状のネジ部８１と、ネジ部８１の基端に設けられている頭部８２とを備える。ネジ部８１は、取付部６５の軸方向側から挿通孔６６を貫通して雌ねじ部２７に螺着されている。これにより巻線カバー６は、ステータコア１１のケース側取付部２６に対して、ステータコア１１の軸方向からボルト８により締結されている。

巻線カバー６の内周壁６２の先端部６７は、径方向から見て、ステータコア１１の軸方向側部３１と重なるとともに接触している。この状態で先端部６７は、ステータコア１１の軸方向側部３１とロータ４との間に配置されている。この構成について以下に具体的に説明する。

巻線カバー６の先端部６７の内側面６８は、断面が軸方向の内側から軸方向の外側に向かって径方向の内側から外側に傾斜する傾斜面となっている。巻線カバー６の先端部６７の内側面６８は、ステータコア１１の軸方向側部３１の軸方向側にある角部３３に接触している。これにより先端部６７は、軸方向側部３１の角部３３に対して、全周にわたってステータコア１１の径方向で重なるとともに、線接触している。
巻線カバー６の先端部６７の外側面６９は、ステータコア１１の軸方向に延びて形成されている。巻線カバー６の先端部６７の外側面６９は、軸方向側部３１とロータ４との間に配置されている。このとき、巻線カバー６の先端部６７の外側面６９と、ロータ４との隙間寸法は、ロータ４とステータコア１１とのエアギャップＳと同等となっている。

ここで、ボルト８の締結前において、ステータコア１１の角部３３は、巻線カバー６の先端部６７に対して、ボルト８の締結後よりも先端側で当接している。軸方向からのボルト８の締結時においては、巻線カバー６の先端部６７には、締付による軸方向内側への推力（押圧力）が作用する。これにより、巻線カバー６の先端部６７は、軸方向内側へ入り込むとともに、ステータコア１１の角部３３に対して圧力を付与した状態で、全周にわたって線接触する。したがって、ボルト８の締結後において、巻線カバー６とステータコア１１の軸方向側部３１とは、高い圧力で接触することができるので、巻線カバー６とステータコア１１の内周側との間のシール性を確保できる。

次に、巻線１２の冷却方法について説明する。
供給口７１から巻線カバー６の内部に冷媒が供給されると、巻線カバー６内に充填されている冷媒は、排出口７２から外部に排出される。冷媒は、巻線カバー６内に充填された状態で供給および排出が行われる。これにより、巻線１２のコイルエンド１５Ａ，１５Ｂは、冷媒に浸漬されて冷却される。また、各スロット２３の径方向の内側の開口部は樹脂で閉塞されているため、冷媒は、各スロット２３から漏洩することなく、スロット２３内にも充填される。これにより巻線１２のコイルエンド１５Ａ，１５Ｂ以外の部分（挿入部１４ａ）も冷媒に浸漬されて冷却される。

本実施形態の回転電機１によれば、ステータコア１１の軸方向側部３１の内径３１Ｒが一般部３５の内径３５Ｒよりも大きく形成され、巻線カバー６の内周壁６２の先端部６７は、径方向から見てステータコア１１の軸方向側部３１と重なるとともに接触した状態で、軸方向側部３１とロータ４との間に配置されているので、簡単な構成で巻線カバー６とステータコア１１の内周側との間のシール性が確保される。これにより、巻線カバー６とステータコア１１の内周側との間から冷媒が漏出するのが防止されるので、冷媒がロータ４とステータコア１１との間のエアギャップＳに浸入するのを防止できる。したがって、本実施形態によれば、簡単な構成で巻線カバー６とステータコア１１の内周側との間のシール性を確保し、ロータ４とステータコア１１との間にフリクションが生じるのを抑制できる。

また、本実施形態の回転電機１によれば、巻線カバー６の内周壁６２における先端部６７の内側面６８は、軸方向の内側から外側に向かって径方向の内側から外側に傾斜する傾斜面となっているので、ステータコア１１の軸方向側部３１の角部３３に対して線接触することができる。これにより、巻線カバー６とステータコア１１の軸方向側部３１とが高い圧力で接触できるので、巻線カバー６とステータコア１１の内周側との間のシール性をさらに高めることができる。

また、本実施形態の回転電機１によれば、巻線カバー６の外周壁６１がステータコア１１に対して、軸方向からボルト８により締結されているので、ボルト８の締付による軸方向内側への推力（押圧力）により、巻線カバー６の内周壁６２は、ステータコア１１の軸方向側部３１に対して圧力を付与した状態で接触できる。これにより、巻線カバー６とステータコア１１の軸方向側部３１とが高い圧力で接触できるので、巻線カバー６とステータコア１１の内周側との間のシール性をさらに高めることができる。

なお、本発明の技術範囲は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。

例えば上記の実施形態では、巻線カバー６の外周壁６１をケース２に締結していたが、ステータコア１１に締結してもよいし、ケース２とステータコア１１の両方に締結してもよい。

例えば上記の実施形態では、ステータコア１１を形成している複数枚の電磁鋼板１８のうち、軸方向側に配置されている一枚の電磁鋼板１８が軸方向側部３１を形成していたが、軸方向側に配置されている複数枚の電磁鋼板１８により軸方向側部３１を形成してもよい。

その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上記した実施の形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能であり、また、上述した各実施形態および各変形例を適宜組み合わせてもよい。

１ 回転電機
２ ケース
３ ステータ
４ ロータ
６ 巻線カバー
８ ボルト（締結手段）
１１ ステータコア
１２ 巻線
１５Ａ，１５Ｂ コイルエンド
１９ 端面
３１ 軸方向側部
３１Ｒ 内径
３５ 一般部
３５Ｒ 内径
６１ 外周壁（径方向外側部）
６２ 内周壁（径方向内側部）
６７ 先端部
６８ 内側面
７１ 供給口
７２ 排出口

Claims (3)

1. 環状のステータコアと、前記ステータコアに装着され前記ステータコアの軸方向側に突出するコイルエンドを有する巻線と、を備えたステータと、
   前記ステータの径方向の内側に配置されるロータと、
   を備え、
   前記ステータコアの軸方向側部の内径は、前記ステータコアの前記軸方向側部以外の一般部の内径よりも大きく形成され、
   前記軸方向側部の端面には、前記コイルエンドを覆う絶縁性の巻線カバーが配置され、
   前記巻線カバーは、
   前記巻線カバーの外部から内部に冷媒を供給する供給口と、
   前記巻線カバーの内部に充填された前記冷媒を外部に排出する排出口と、
   を有し、
   前記巻線カバーの径方向内側部の先端部は、前記径方向から見て、前記ステータコアの前記軸方向側部と重なるとともに接触した状態で、前記軸方向側部と前記ロータとの間に配置されていることを特徴とする回転電機。
2. 前記巻線カバーの前記径方向内側部における前記先端部の内側面は、前記軸方向の内側から外側に向かって、前記径方向の内側から外側に傾斜する傾斜面となっていることを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
3. 前記ステータおよび前記ロータを収容するケースを備え、
   前記巻線カバーの径方向外側部は、前記ステータコアおよび前記ケースの少なくとも一方に対して、前記ステータコアの前記軸方向から締結手段により締結されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の回転電機。

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