JP2019161999A - 回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】スロットの内部に配置されたコイルを適切に冷却することができる回転電機を提供する。【解決手段】回転電機１０は、ステータコア８１及びコイル８２を備えるステータ８０と、ステータ８０に対向して配置されるロータ２０と、ロータ２０と一体に回転するロータシャフト３０と、を備える。ステータコア８１の内周面には、各スロット８５の開口部８６が形成され、ロータシャフト３０には、冷媒が供給される冷媒流路３１と、冷媒をロータコア４０に供給する冷媒供給部３２と、が設けられる。ロータコア４０には、一端部が冷媒供給部３２に接続されるともに、他端部がステータ８０の開口部８６に対向する流路６２が形成されている。【選択図】図１

Description

本発明は、電動車両などに搭載される回転電機に関する。

回転電機のステータは、ステータコアと、ステータコアに取り付けられるコイルと、を備える。回転電機を高出力化するためには、熱の発生源となるコイルを冷却する必要がある。

従来、回転電機の冷却方式として、ステータコアの外側又はコイルエンドに水や油等の冷媒を供給して冷却を行う方式が多く用いられる。また、スロットに挿入されたコイル束層内にプレート状のヒートパイプを配置し、ヒートパイプ内の熱輸送によりスロットの内部を冷却する方式も提案されている（特許文献２参照）。

特開２００６−２１１７７９号公報 特開平１０−２４８２１１号公報

しかしながら、ステータコアの外側又はコイルエンドに冷媒を供給して冷却を行う方式では、スロットの内部の冷却効率が良くない。

また、特許文献２に記載の冷却方式は、ヒートパイプをコイル束層内に入れ込むために回転電機の製造工程が複雑化し、製造コストが高くなるという問題がある。また、ヒートパイプの熱輸送機能を実現可能なサイズを考慮すると、スロット内におけるコイル占有率が著しく低下することになる。

本発明は、スロットの内部に配置されたコイルを適切に冷却することができる回転電機を提供する。

本発明は、
円環形状のステータヨークと、該ステータヨークから内径側に突出する複数のティースと、隣り合う該ティース間に形成された複数のスロットと、を有するステータコアと、
前記複数のスロットに配置されるコイルと、を備えるステータと、
該ステータの内周側に、該ステータに対向して配置されるロータと、
該ロータと一体に回転するロータシャフトと、を備える、回転電機であって、
前記ステータコアの内周面には、各スロットの開口部が形成され、
前記ロータシャフトには、冷媒が供給される冷媒流路と、前記冷媒をロータコアに供給する冷媒供給部と、が設けられ、
前記ロータコアには、一端部が前記冷媒供給部に接続されるともに、他端部が前記ステータの前記開口部に対向する流路が形成されている。

本発明によれば、ロータコアに、一端部がロータシャフトの冷媒供給部に接続されるともに、他端部がステータの開口部に対向する流路が形成されているので、ステータに対向して配置されるロータを介してスロット内に位置するコイルに冷媒を吐出することができ、スロットの内部に配置されたコイルを適切に冷却することができる。

本発明の一実施形態の回転電機の断面図である。 図１のＡ−Ａ断面図である。 図１のＢ−Ｂ断面図である。 内径側から見たステータコアの要部拡大斜視図である。 変形例の回転電機の断面図である。 他の変形例の回転電機の断面図である。

以下、本発明の回転電機の一実施形態を、添付図面に基づいて説明する。
図１に示すように、本実施形態に係る回転電機１０は、ロータ２０と、ロータ２０と一体に回転するロータシャフト３０と、ロータ２０の外周側に所定の隙間を介して配置されたステータ８０と、を備える。

ロータシャフト３０には、その内側に冷媒が流通する冷媒流路３１が形成される。冷媒流路３１は、ロータシャフト３０の内部で軸方向に延びており、冷媒が外部から供給可能に構成される。冷媒としては、例えば、ＡＴＦ（Automatic Transmission Fluid）が用いられ、ＡＴＦがトランスミッションケースとモータハウジングとを循環するように供給経路が形成される。

また、ロータシャフト３０には、冷媒流路３１からロータ２０に冷媒を送り込むため冷媒供給部３２が軸方向に２つ並んで、かつ、周方向に所定の間隔で複数形成される。

ロータ２０は、ロータシャフト３０に軸支されるロータコア４０と、ロータコア４０の軸方向の両側に配置される一対のエンドプレート５０と、ロータコア４０の軸方向中央部に介在する冷媒プレート６０と、一対のエンドプレート５０の軸方向の両外側に配置される一対のプレート固定部７０と、を備える。

ロータコア４０は、複数の電磁鋼板が積層されてなる一対のロータコア部４０Ａ、４０Ｂを備える。一対のロータコア部４０Ａ、４０Ｂの軸方向中央部には、冷媒プレート６０が配置される。

一対のロータコア部４０Ａ、４０Ｂは、その中央に軸方向に貫通するロータ挿通孔４１が形成される。一対のロータコア部４０Ａ、４０Ｂは、同じ形状を有し、その積厚（軸方向長さ）は略同じ積厚に設定されるのが好ましい。

ロータコア４０には、磁石４５を埋設するための複数の磁石挿入孔４２が周方向に所定の間隔で軸方向に延設されている。磁石４５は、例えばネオジム磁石等の永久磁石である。

冷媒プレート６０は、ロータコア４０のロータ挿通孔４１と略同じ内径寸法のロータシャフト孔６１が中央に形成された円板であり、一対のロータコア部４０Ａ、４０Ｂで挟持されてロータコア４０の軸方向中央部に配置される。

冷媒プレート６０は、樹脂により構成され、その内部には、内径側と外径側とを連通する流路６２が周方向に複数形成されている。流路６２は、一端面に設けられた導入部６４ａが軸方向に並んだ２つの冷媒供給部３２の一方に連通し、他端面に設けられた導入部６４ｂが軸方向に並んだ２つの冷媒供給部３２の他方に連通する。また、流路６２は、冷媒プレート６０の外周部に開口する吐出口６３を有する。

一対のロータコア部４０Ａ、４０Ｂにより軸方向中央部に挟持された冷媒プレート６０は、磁石４５が配置された複数の磁石挿入孔４２の側面（内側面）を封止している。これにより、冷媒プレート６０は、磁石４５が磁石挿入孔４２から抜け出すことを防止すると共に、磁石４５の熱が冷媒プレート６０で遮断されて流路６２内を流れる冷媒に及ぼす熱の影響が抑制される。また、冷媒プレート６０を挟んで両側に位置するロータコア部４０Ａ、４０Ｂをスキューさせることもできる。

一対のエンドプレート５０は、その中央にロータシャフト孔５１が形成される。また、ロータコア４０を挟持して軸方向両端に配置されることで、磁石挿入孔４２の側面（外側面）を封止して磁石４５が磁石挿入孔４２から抜け出すことを防止する。

一対のエンドプレート５０のさらに軸方向両側に配置される一対のプレート固定部７０は、その中央にロータシャフト孔７１が形成される。プレート固定部７０は、ロータシャフト３０がロータシャフト孔７１に圧入された際に一対のエンドプレート５０の軸方向位置を規制する。

ロータ２０は、一対のプレート固定部７０のロータシャフト孔７１、一対のエンドプレート５０のロータシャフト孔５１、ロータコア４０のロータ挿通孔４１、及び冷媒プレート６０のロータシャフト孔６１にロータシャフト３０を挿通することで組み付けられる。これにより、冷媒プレート６０の流路６２がロータシャフト３０の冷媒供給部３２に連通する。

図１及び図４に示すように、ステータ８０は、ステータコア８１と、コイル８２と、を備える。

ステータコア８１は、同一形状の複数の電磁鋼板が積層されてなり、円環形状に形成されたステータヨーク８３と、ステータヨーク８３の内径側から径方向内側に向かって突出する複数のティース８４と、隣り合うティース８４間に形成された複数のスロット８５と、を有する。

各スロット８５は、ステータコア８１の内周面に開口する開口部８６を有する。開口部８６の周方向幅は、軸方向において異なる幅に設定されている。具体的には、図２〜図４に示すように、冷媒プレート６０の流路６２に対向する部分であるステータコア８１の軸方向中央部での周方向幅Ｗ１が広く、その軸方向両側の部分での周方向幅Ｗ２が狭くされている。なお、開口部８６の狭い周方向幅Ｗ２は、回転電機１０の特性を維持するため、従来と同程度の幅にするのがよい。

周方向幅Ｗ１が広い部分の開口部８６の面積は、冷媒プレート６０の流路６２の吐出口６３の面積より大きく設定されることが好まし。これにより、冷媒プレート６０の流路６２から吐出された冷媒を、確実にステータコア８１のスロット８５に受け入れることができる。

複数のスロット８５には、図２及び図３に示すように、それぞれ絶縁紙８７で絶縁された複数（本実施形態では６本）のコイル８２が挿入されている。

このような構成を有する回転電機１０においては、不図示の冷媒ポンプからロータシャフト３０の冷媒流路３１に供給された冷媒が、複数の冷媒供給部３２を介して冷媒プレート６０の流路６２に流入し、さらに流路６２の吐出口６３から径方向外方に吐出する。

そして、冷媒は、流路６２（吐出口６３）に対向して設けられた開口部８６の周方向幅Ｗ１が広い部分からスロット８５内に供給されて（図３参照）、スロット８５内にある、最も温度が高くなりやすい軸方向中央部のコイル８２を直接冷却する。その際、周方向幅Ｗ１が広い部分の開口部８６の面積は、冷媒プレート６０の流路６２の吐出口６３の面積より大きいので、流路６２から吐出された冷媒は容易にスロット８５に入り込むことができる。スロット８５に供給された冷媒は、一部がスロット８５内を軸方向に沿って流れコイル８２を軸方向全体に亘って冷却する。

なお、吐出口６３から飛散した冷媒の一部は、開口部８６の周方向幅Ｗ２が狭い部分からもスロット８５内に供給される。開口部８６の周方向幅Ｗ２が狭いことで、主として開口部８６の周方向幅Ｗ１が広い部分からスロット８５内に供給された冷媒が開口部８６から排出されづらくなっている。

（変形例）
図５に示すように、変形例の回転電機１０では、流路６２が、ロータシャフト３０の軸方向中央部に設けられた一対のフランジ部３３を挟んで対向配置された一対の冷媒プレート６０間の隙間から構成されている。流路６２は、ロータシャフト３０のフランジ部３３に設けられた冷媒供給部３２に連通する。なお、本変形例では、一対の冷媒プレート６０間の隙間の外周部が全周に亘って流路６２の吐出口６３となっている。

また、本変形例では、開口部８６の周方向幅Ｗ１が広い部分のティース８４の内径Ｄ１が、その他の部分（周方向幅Ｗ２が狭い部分）の内径Ｄ２より大きく、ステータコア８１の内周面にリング状溝８８が形成されている。

これにより、冷媒プレート６０の吐出口６３から吐出する冷媒は、リング状溝８８で集められて効率よくスロット８５内に供給されてスロット８５内に配置されたコイル８２を効率的に冷却する。その他の構成及び効果は、実施形態の回転電機１０と同様であるので、同一部分には同一符号又は相当符号を付して説明を省略する。

なお、前述した実施形態は、適宜、変形、改良、等が可能である。例えば、スロット８５内に配置されるコイル８２の数は、６本に限らず、適宜変更することができる。また、コイル８２は、セグメントコイルに限らず、従来の巻線であってもよい。

また、図１に記載の冷媒プレート６０は、一枚の板状部材から構成されていたが、図６に示すように、流路６２が、ロータシャフト３０の軸方向中央部に設けられたフランジ部３３を挟んで対向配置された一対の冷媒プレート６０間の隙間から構成されていてもよい。図６の変形例では、流路６２は、一方の冷媒プレート６０とフランジ部３３との間に設けられた導入部６４ａが軸方向に並んだ２つの冷媒供給部３２の一方に連通し、他方の冷媒プレート６０とフランジ部３３との間に設けられた導入部６４ｂが軸方向に並んだ２つの冷媒供給部３２の他方に連通する。本変形例では、一対の冷媒プレート６０間の隙間の外周部が全周に亘って流路６２の吐出口６３となっている。

また、本明細書には少なくとも以下の事項が記載されている。なお、括弧内には、上記した実施形態において対応する構成要素等を示しているが、これに限定されるものではない。

（１） 円環形状のステータヨーク（ステータヨーク８３）と、該ステータヨークから内径側に突出する複数のティース（ティース８４）と、隣り合う該ティース間に形成された複数のスロット（スロット８５）と、を有するステータコア（ステータコア８１）と、
前記複数のスロットに配置されるコイル（コイル８２）と、を備えるステータ（ステータ８０）と、
該ステータの内周側に、該ステータに対向して配置されるロータ（ロータ２０）と、
該ロータと一体に回転するロータシャフト（ロータシャフト３０）と、を備える、回転電機（回転電機１０）であって、
前記ステータコアの内周面には、各スロットの開口部（開口部８６）が形成され、
前記ロータシャフトには、冷媒が供給される冷媒流路（冷媒流路３１）と、前記冷媒をロータコア（ロータコア４０）に供給する冷媒供給部（冷媒供給部３２）と、が設けられ、
前記ロータコアには、一端部が前記冷媒供給部に接続されるともに、他端部が前記ステータの前記開口部に対向する流路（流路６２）が形成されている、回転電機。

（１）によれば、ロータコアに、一端部がロータシャフトの冷媒供給部に接続されるともに、他端部がステータの開口部に対向する流路が形成されているので、ステータに対向して配置されるロータを介してスロット内に位置するコイルに冷媒を吐出することができ、スロットの内部に配置されたコイルを適切に冷却することができる。

（２） （１）に記載の回転電機であって、
前記ロータコアには、冷媒プレート（冷媒プレート６０）が介在されており、
前記流路は、前記冷媒プレートに設けられている、回転電機。

（２）によれば、流路が冷媒プレートに設けられているので、ロータコアによる熱の影響を抑えることができる。また、冷媒プレートを挟んで両側に位置するロータコアをスキューさせることができる。

（３） （１）に記載の回転電機であって、
前記ロータコアには、軸方向に延びて、各々に磁石（磁石４５）が配置された複数の磁石挿入孔（磁石挿入孔４２）が設けられ、
前記冷媒プレートは、樹脂により構成され、前記磁石挿入孔を封止する、回転電機。

（３）によれば、冷媒プレートが磁石の抜け止め機能を有する。また、冷媒プレートは樹脂により構成されるので、磁石の熱の影響を抑えることができる。

（４） （２）又は（３）に記載の回転電機であって、
前記冷媒プレートは、前記ロータコアの軸方向中央部に配置されている、回転電機。

（４）によれば、冷媒プレートはロータコアの軸方向中央部に配置されているので、最も高温になりやすいステータコアの軸方向中央部に冷媒を積極的に供給できる。

（５） （２）〜（４）のいずれかに記載の回転電機であって、
前記冷媒プレートは、一対設けられ、
前記流路は、該一対の冷媒プレート間の隙間に設けられている、回転電機。

（５）によれば、流路が一対の冷媒プレート間の隙間に設けられているので、ロータコアによる熱の影響を抑えることができる。また、冷媒プレートを挟んで両側に位置するロータコアをスキューさせることができる。

（６） （１）〜（５）のいずれかに記載の回転電機であって、
前記スロットの開口部の周方向幅は、軸方向において前記流路に対向する部分（周方向幅Ｗ１）が、前記流路に対向しない部分（周方向幅Ｗ２）よりも長い、回転電機。

（６）によれば、スロットの開口部の周方向幅は、軸方向において流路に対向する部分が、流路に対向しない部分よりも長いので、流路から供給された冷媒を積極的にスロット内に受け入れることができる。

（７） （１）〜（６）のいずれかに記載の回転電機であって、
前記ティースの内周面は、リング状溝（リング状溝８８）が設けられ、
該リング状溝は、軸方向において前記流路に対向する部分の内径（内径Ｄ１）が、前記流路に対向しない部分の内径（内径Ｄ２）より大きいことで形成されている、回転電機。

（７）によれば、ティースの内周面には、軸方向において前記流路に対向する部分の内径が、流路に対向しない部分の内径より大きいことで形成されたリング状溝が設けられているので、流路から供給された冷媒を積極的にスロット内に受け入れることができる。

１０ 回転電機
２０ ロータ
３０ ロータシャフト
３１ 冷媒流路
３２ 冷媒供給部
４０ ロータコア
４２ 磁石挿入孔
４５ 磁石
６０ 冷媒プレート
６２ 流路
８０ ステータ
８１ ステータコア
８２ コイル
８３ ステータヨーク
８４ ティース
８５ スロット
８６ 開口部
８８ リング状溝
Ｄ１、Ｄ２ ティースの内径
Ｗ１、Ｗ２ 開口部の周方向幅

Claims (7)

1. 円環形状のステータヨークと、該ステータヨークから内径側に突出する複数のティースと、隣り合う該ティース間に形成された複数のスロットと、を有するステータコアと、
   前記複数のスロットに配置されるコイルと、を備えるステータと、
   該ステータの内周側に、該ステータに対向して配置されるロータと、
   該ロータと一体に回転するロータシャフトと、を備える、回転電機であって、
   前記ステータコアの内周面には、各スロットの開口部が形成され、
   前記ロータシャフトには、冷媒が供給される冷媒流路と、前記冷媒をロータコアに供給する冷媒供給部と、が設けられ、
   前記ロータコアには、一端部が前記冷媒供給部に接続されるともに、他端部が前記ステータの前記開口部に対向する流路が形成されている、回転電機。
2. 請求項１に記載の回転電機であって、
   前記ロータコアには、冷媒プレートが介在されており、
   前記流路は、前記冷媒プレートに設けられている、回転電機。
3. 請求項２に記載の回転電機であって、
   前記ロータコアには、軸方向に延びて、各々に磁石が配置された複数の磁石挿入孔が設けられ、
   前記冷媒プレートは、樹脂により構成され、前記磁石挿入孔を封止する、回転電機。
4. 請求項２又は３に記載の回転電機であって、
   前記冷媒プレートは、前記ロータコアの軸方向中央部に配置されている、回転電機。
5. 請求項２〜４のいずれか１項に記載の回転電機であって、
   前記冷媒プレートは、一対設けられ、
   前記流路は、該一対の冷媒プレート間の隙間に設けられている、回転電機。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の回転電機であって、
   前記スロットの開口部の周方向幅は、軸方向において前記流路に対向する部分が、前記流路に対向しない部分よりも長い、回転電機。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の回転電機であって、
   前記ティースの内周面には、リング状溝が設けられ、
   該リング状溝は、軸方向において前記流路に対向する部分の内径が、前記流路に対向しない部分の内径より大きいことで形成されている、回転電機。
   

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