JP2020108199A - ステータおよびモータ - Google Patents

Abstract

【課題】ステータコアの内周側に位置するコイルを効果的に冷却すること。【解決手段】コイルが巻回されてステータ２０を構成するステータコアは、円環状の磁性体板５０と同じく円環状の多孔質体５２とが交互に積層されて中空円筒状となっている。磁性体板５０および多孔質体５２は、同一形状であり、ヨーク２６およびティース２８の両方が磁性体板５０および多孔質体５２が積層されて構成されている。上方から冷媒が噴射されると、冷媒が多孔質体５２の孔を通過してスロット内に至り、発熱源であるコイルと冷媒が直接接触して熱交換をする。【選択図】図４

Description

本発明は、コイルがステータコアに巻回されて構成されたステータおよびこれを用いたモータに関する。

車両の駆動用モータなど大出力のモータでは、発熱が大きい。このため、オイル（例えば、ＡＴＦ：Automatic Transmission Fluid）などの冷媒によってロータ、ステータを冷却する場合が多い。そして、冷媒による冷却を効果的に行うために各種の提案があり、特許文献１では、ステータとケースの間に多孔質体を配置し、ここに冷媒を供給し、ステータの冷却を促進することが提案されている。

特開２００９−５０１０５号公報

ここで、特許文献１では、ステータコアの外周側を冷媒と接触させることでステータを冷却する。一方、ステータはコイルの発熱により温度が上昇する。このため、ステータコアの内周側に位置するコイルをより効果的に冷却することが望まれる。

本発明は、コイルがステータコアに巻回されて構成された円環状のステータであって、前記ステータコアは、複数の磁性体板が多孔質体を介在させて積層されて構成されている。

ステータコアは、円環状のヨークと、ヨークから半径方向内方に伸び、コイルが巻回されるティースと、を含み、ヨークおよびティースの両方が複数の磁性体板が多孔質体を介在させて積層されて構成されているとよい。

前記磁性体板と、多孔質体とは、同一形状であるとよい。

また、本発明は、コイルがステータコアに巻回されて構成された円環状のステータと、前記ステータの内側に所定間隙を隔てて配置され、周縁に近い位置に複数の永久磁石部を有するロータと、を含むモータであって、前記ステータコアは、複数の磁性体板が多孔質体を介在させて積層されて構成され、前記ロータの内側に供給された冷媒が前記多孔質体を通過して、前記ロータの外周から排出される。

前記永久磁石部は、磁石本体に接して設けられた多孔質体を有し、前記ロータの内側に供給された冷媒が前記多孔質体を通過して、前記ロータの外周から排出されるとよい。

本発明によれば、ステータコアにおいて、磁性体板間に多孔質体が介在されている。従って、多孔質体を介して冷媒をコイルに供給することができ、冷媒によってステータの効果的な冷却が行える。

モータの概略構成を示す図である。 ステータコアの斜視図であり、セグメントコイルの挿入方向も示している。 ステータコアにコイルが巻回された状態を示す図である。 ステータコアについての中心軸を通る面での断面図である。 モータの概略構成（他の実施形態）を示す図である。 ロータを軸方向から見た図である。 永久磁石部の構成を示す図であり、（ａ）は長手方向の正面を示す図であり、（ｂ）はＡ−Ａ断面図である。

以下、本発明の実施形態について、図面に基づいて説明する。なお、本発明は、ここに記載される実施形態に限定されるものではない。

「モータの構成」
図１は、モータ１０の概略構成を示す図である。このようにモータ１０は、ロータ１２とステータ２０をケース６０内に備えている。

ロータ１２は、ベアリング（図示せず）等を介してケース６０に対して回転可能に支持されているロータ軸１４に固定されたロータコア１６を有する。ロータコア１６は、円筒状であり、外周に近い位置に、軸方向に伸びる複数の永久磁石部１８が配設されている。

ステータ２０は、円環状であって内周側がロータ１２の外周と対向するようにケース６０に保持されている。また、ステータ２０は、ステータコア２２と、ステータコア２２の内周側に設けられたティースに巻回されるコイル２４を有する。図１において、コイル２４は、ステータコア２２から軸方向に突出するコイルエンドのみが示されている。

ステータ２０のコイル２４には、交流の駆動電流が供給され、この駆動電流によってコイル２４に発生した電磁力により、ステータ２０に対してロータ１２が回転する。

本実施形態においては、ロータ１２、ステータ２０に冷媒（オイル）を循環してこれらを冷却する冷却装置３０を有している。すなわち、ケース６０内底部に溜まった冷媒は、必要に応じて冷却した後、ポンプ３２によって、ロータ１２とステータ２０に供給される。ロータ軸１４の内部には、軸方向の伸びる流路３４が設けられており、この流路３４には、半径方向に伸びる流路３６を介しロータコア１６内において軸方向に伸び両端が開放する流路３８が接続されている。このため、ポンプ３２によって流路３４に冷媒を供給することで、冷媒がロータコア１６内を流れた後ロータコア１６から出てケース６０内底部に戻る。

なお、この例では、ロータコア１６における軸方向の流路３８から冷媒が流出するようにしたが、これに限らず、ロータコア１６の周面に至る半径方向の流路を設け、ここから冷媒をステータ２０に向けて流出するようにしてもよい。これによってステータ２０に内側から冷媒を供給することができ、冷媒をステータ２０に供給することもできる。

また、ステータコア２２の上方には、下側に複数の吐出口を有する冷却管４０が設けられている。このため、ポンプ３２によって冷却管４０に冷媒を供給することで、冷媒がステータコア２２およびコイル２４に降りかかり、ケース６０内底部に戻る。

このように、冷却装置３０によって、ロータ１２、ステータ２０が冷却される。

「ステータコアの構成」
図２は、ステータコア２２の斜視図である。ステータコア２２は、円環状のヨーク２６と、ヨーク２６から半径方向内方に突出する複数のティース２８を有している。そして、Ｕ字型のセグメントコイル２４ａの一対の脚をティース２８間に形成されたスロットにそれぞれ挿入した後、ステータコア２２から突出した先端を折り曲げ、他のセグメントコイル２４ａに接続することでコイル２４を形成する。なお、ヨーク２６は３か所において半径方向外側に膨らんでおり、ここにボルト締め用の穴２２ａが形成されている。

図３は、ステータコア２２にコイル２４が巻回された状態を示す図である。セグメントコイル２４ａの両脚がステータコア２２の２つスロットにそれぞれ挿入され、セグメントコイル２４ａの先端が他のセグメントコイル２４ａの先端と接続されることで、３相のコイル２４が形成される。

図４は、ステータコア２２についての中心軸を通る面での断面図である。このように、ステータコア２２は、磁性体板５０を、多孔質体５２を介在させて積層して構成されている。すなわち、円環状の磁性体板５０と同じく円環状の多孔質体５２が交互に積層されて中空円筒状となっている。この実施形態において、磁性体板５０および多孔質体５２は、同一形状であり、ヨーク２６およびティース２８の両方が磁性体板５０および多孔質体５２が積層されて構成されている。図４においては、上部および下部が断面であり、中間部ではティース２８の先端が内側から見えている。なお、ステータコア２２の強度を十分なものとして、スロットを狭めないためには、多孔質体５２を磁性体板５０と同一形状とすることが好ましいが、多孔質体５２は適当数の穴を設けたりして、冷媒の流通を容易にしてもよい。

ここで、磁性体板５０は、通常のステータコアに用いられる表面に絶縁皮膜が形成された電磁鋼板などが好適である。多孔質体５２は、内部に冷媒が流通できるように、連続気孔を有するものが採用される。多孔質体５２は、多孔質合成樹脂、多孔質セラミック、多孔質ガラス、多孔質金属など各種のものが採用できる。多孔質金属としては、各種のものが市販されており、適宜選択して使用することができる。特に、多孔質金属として、シート状のものを用いれば、その加工が容易である。

多孔質体５２として、絶縁材料を用いる場合、磁性体板５０の絶縁被覆を省略することができる。多孔質体５２に金属を用いる場合、例えばアルミなどを採用できる。磁性体板５０に絶縁皮膜を形成しておけば、多孔質体５２を導電材としてもその表面に絶縁皮膜を形成する必要はないが、絶縁皮膜を設けてもよい。

さらに、金属として、鉄、鉄合金などを用いることで多孔質体５２を磁性体とすることもでき、この場合には多孔質体５２を磁極の一部として利用することができる。

このようなステータコア２２を利用したステータ２０においては、例えば上方から冷媒が噴射されると、その冷媒が多孔質体５２の孔を通過してスロット内に至る。従って、発熱源であるコイル２４と冷媒が直接接触して熱交換する。このため、冷媒によりステータ２０を効果的に冷却することができる。また、多孔質体５２の内部に冷媒が流動するだけでなく、多孔質体５２の両面に接する磁性体板５０の表面にも接触する。従って、ステータ２０の全体を効果的に冷却することができる。なお、上述したように、ロータ１２の外周面から冷媒を放出するように構成すると、放出された冷媒がステータ２０の多孔質体５２の内周側にも供給される。従って、ロータ１２から放出された冷媒がステータ２０の多孔質体５２内に侵入し、ステータ２０の効果的な冷却も行える。

「他の構成例」
ロータ１２において冷媒の流路を変更した他の実施形態について説明する。図５は、モータの概略構成を示す図であり、図６はロータ１２を軸方向から見た図である。このように、ロータ軸１４内に軸方向に伸びる流路３４が設けられており、ここから半径方向外側に向けて複数の流路３６が設けられる。この流路３６は、ロータ軸１４内からロータコア１６内にまで伸び、ロータコア１６内を軸方向に伸びる流路３８に接続される。

流路３８には、さらに半径方向外周側に伸びる複数の流路７０が接続されている。この流路７０は、流路３８を軸方向に伸びる複数の磁石孔７２に接続する。そして、磁石孔７２には外周端まで半径方向に伸び、外周に開口する複数の流路７４が接続されている。従って、流路３８からの冷媒は、流路７０、磁石孔７２、流路７４を通り、ロータコア１６から半径方向に吐出し、対向するステータ２０の内周側に吹きかけられる。なお、磁石孔７２に内には、それぞれ永久磁石部１８が挿入されているが、この永久磁石部１８は多孔質体を有しており冷媒は通過可能になっている。ここで、この例では流路３８の軸方向両端部は、閉じられており、磁石孔７２に冷媒が流れるが、各流路の流量を適切に維持するように、流路３８の両端を開口してもよい。

図７は、永久磁石部１８の構成を示す図であり、（ａ）は長手方向の正面を示す図であり、（ｂ）はＡ−Ａ断面図である。この例において、永久磁石部１８は磁石本体８０と多孔質体８２とから構成されている。すなわち、四角柱状の永久磁石部１８の４側面を覆う（囲繞する）ように、多孔質体８２が設けられている。従って、磁石孔７２の内側面と永久磁石部１８の外側面の間には多孔質体８２が位置している。この多孔質体８２は、上述した多孔質体５２と同様の材質のものとできる。

ここで、図６に示すように、磁石孔７２は、ここに挿入される永久磁石部１８より若干大きく形成されている。特に、周方向の両端部には、軸方向に伸びる空隙がある。この空隙には接着剤（高温に強いエポキシ系接着剤など）などを挿入してもよいし、ここを空隙のままにしてもよい。空隙のままにした場合には、軸方向の端部において、ロータコア１６を構成する複数枚の磁性体板（例えば電磁鋼板）をかしめることで永久磁石部１８を抜けないようにするストッパ部を設けるとよい。

このような構成によれば、磁石本体８０と磁石孔７２との間には多孔質体８２が介在する。流路７０から供給される冷媒は、多孔質体８２を通過して、流路７４を介し外側に排出される。

ロータ１２においては、永久磁石部１８の発熱が大きい。本実施形態によれば、多孔質体８２を介し、磁石本体８０に冷媒が直接接触する。従って、ロータ１２を冷媒によって効果的に冷却することができる。

そして、本実施形態においては、流路７４から放出される冷媒は、ステータ２０の内周側に吹き付けられる。従って、コイル２４の内周側に直接供給される。さらに、上述したようにステータコア２２は多孔質体５２を有している。従って、ティース２８の内周側に当たった冷媒の一部は、多孔質体５２の内部に至ることができる。従って、ロータ１２の流路７４から放出される冷媒によって、ステータ２０を効果的に冷却することができる。

１０ モータ、１２ ロータ、１４ ロータ軸、１６ ロータコア、１８ 永久磁石部、２０ ステータ、２２ ステータコア、２２ａ 穴、２４ コイル、２４ａ セグメントコイル、２６ ヨーク、２８ ティース、３０ 冷却装置、３２ ポンプ、３４，３６，３８，７０，７４ 流路、４０ 冷却管、５０ 磁性体板、５２ 多孔質体、６０ ケース、７２ 磁石孔、８０ 磁石本体、８２ 多孔質体。

Claims (5)

1. コイルがステータコアに巻回されて構成された円環状のステータであって、
   前記ステータコアは、複数の磁性体板が多孔質体を介在させて積層されて構成されている、
   ステータ。
2. 請求項１に記載のステータであって、
   前記ステータコアは、
   円環状のヨークと、
   前記ヨークから半径方向内方に伸び、前記コイルが巻回されるティースと、
   を含み、
   前記ヨークおよび前記ティースの両方が、複数の前記磁性体板が前記多孔質体を介在させて積層されて構成されている、
   ステータ。
3. 請求項１または２に記載のステータであって、
   前記磁性体板と、多孔質体とは、同一形状である、
   ステータ。
4. コイルがステータコアに巻回されて構成された円環状のステータと、前記ステータの内側に所定間隙を隔てて配置され、周縁に近い位置に複数の永久磁石部を有するロータと、を含むモータであって、
   前記ステータコアは、複数の磁性体板が多孔質体を介在させて積層されて構成され、
   前記ロータの内側に供給された冷媒が前記多孔質体を通過して、前記ロータの外周から排出される、
   モータ。
5. 請求項３に記載のモータであって、
   前記永久磁石部は、磁石本体に接して設けられた前記多孔質体を有し、前記ロータの内側に供給された前記冷媒が前記多孔質体を通過して、前記ロータの外周から排出される、
   モータ。