JP2020184830A - 回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】製造工程の簡略化を図ることができる回転電機を提供する。
【解決手段】回転電機は、複数のスロット２４が形成されると共に、仮想中心線の周囲を取り囲むように環状に形成されたステータコアと、スロット２４に装着されると共に、貫通孔が形成された絶縁性のコイル固定部材３３，３４と、貫通孔に挿入されると共に、スロット２４に挿入されたコイルとを備え、コイルは、コイル固定部材３３，３４によってスロット２４の内周面と間隔をあけた状態で支持されている。
【選択図】図９

Description

本開示は、回転電機に関する。

一般に、回転電機は、環状に形成されたステータと、ステータ内に回転可能に配置されたロータとを備える。ステータは、環状に形成されたステータコアと、ステータコアに装着されたコイルとを含む（特開２０１２−０８５３９３号公報）。

ステータコアは、環状に延びるヨーク部と、ヨーク部の内周面から突出するように形成された複数のティースとを含む。ティースは、周方向に間隔をあけて形成されており、各ティース間にはスロットが形成されている。コイルは、銅などの導線と、この導線の表面に形成された絶縁被膜とを含む。そして、スロット内に挿入されたコイルは、ワニスなどによってスロット内に固定されている。

特開２０１２−０８５３９３号公報

上記のようにワニスなどでコイルを固定するには、スロット内にコイルを配置した状態で、ワニスを含浸させて、さらに、熱処理を施す必要があり、回転電機の製造工程の増大を招くという課題があった。

本開示は、上記のような課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、製造工程の簡略化を図ることができる回転電機を提供することである。

本開示に係る回転電機は、複数のスロットが形成されると共に、仮想中心線の周囲を取り囲むように環状に形成されたステータコアと、スロットに装着されると共に、貫通孔が形成された絶縁性のコイル固定部材と、貫通孔に挿入されると共に、スロットに挿入されたコイルとを備える。上記コイルは、コイル固定部材によってスロットの内周面と間隔をあけた状態で支持されている。

上記の回転電機によれば、コイル固定部材によって、コイルをスロットから離した状態で固定することができるため、ワニスなどを用いずにコイルを固定することができる。ワニスでコイルを固定するには、ワニスを熱硬化する必要があるが、上記の回転電機によれば、当該工程が不要となり、製造工程の簡略化を図ることができる。

本開示に係る回転電機によれば、回転電機の製造時における製造工程の簡略化を図ることができる。

回転電機１が搭載された車両２を示す模式図である。 ステータ７を模式的に示す断面図である。 端面２５側から視たときにおけるステータ７を示す斜視図である。 端面２６側から視たときにおけるステータ７を示す斜視図である。 ステータ７の一部を模式的に示す斜視図である。 ステータ７の一部を示す分解斜視図である。 シール部材３３を示す断面図である。 Ｕ相コイル２１Ｕの一部を示す分解斜視図である。 シール部材３３，３４にＵ相コイル２１Ｕが挿入された状態を示す断面図である。 回転電機１の製造フローを示すフロー図である。 セグメント形成工程Ｓ１を模式的に模式図である。 コア準備工程Ｓ２を模式的に示す展開図である。 シール工程Ｓ３を示す展開図である。 塗付工程Ｓ４を模式的に示す展開図である。 挿入工程Ｓ５を模式的に示す展開図である。 結線工程Ｓ６を示す展開図である。 装着工程Ｓ７を示す断面斜視図である。 熱処理工程Ｓ８を示す断面斜視図である。

図１から図１８を用いて、本実施の形態に係る回転電機について説明する。図１から図１８に示す構成のうち、同一または実質的に同一の構成については、同一の符号を付して重複した説明を省略する。なお、実施の形態に示す構成において、請求項に記載された構成に対応する構成には、括弧書きで請求項の構成を併記する場合がある。

図１は、回転電機１が搭載された車両２を示す模式図である。車両２は、回転電機１と、トランスアクスルケース３と、冷却装置４と、駆動輪５とを備える。

回転電機１はトランスアクスルケース３内に収容されている。回転電機１は、ロータ６と、ステータ７と、冷却ジャケット８，９とを含む。

ステータ７は、環状に形成されており、ロータ６はステータ７内に挿入されている。ロータ６は、回転中心線Ｏ１を中心に回転可能に設けられている。ロータ６は、シャフト１５に固定されており、シャフト１５は駆動輪５に機械的に接続されている。冷却ジャケット８，９は、ステータ７に設けられている。

冷却装置４は、ラジエータ１０と、ファン１１と、冷媒管１２，１３と、ポンプ１４とを含み、冷媒Ｃが冷却装置４内を循環する。冷媒管１２，１３はラジエータ１０および冷却ジャケット８，９に接続されている。

ファン１１は、ラジエータ１０に外気を吹きつけて、ラジエータ１０内を流れる冷媒Ｃを冷却する。ラジエータ１０内で冷却された冷媒Ｃは冷媒管１２を通り、冷却ジャケット８，９に供給され、回転電機１を冷却する。回転電機１を冷却した冷媒Ｃは、冷媒管１３を通って、ラジエータ１０に戻る。

図２は、ステータ７を模式的に示す断面図である。ステータ７は、ステータコア２０と、コイル２１と、複数のシール部材３３，３４と、接着剤３５，３６とを含む。

ステータコア２０は、複数の電磁鋼鈑を回転中心線Ｏ１が延びる方向に積層することで形成されている。ステータコア２０は、環状に延びるヨーク部２２と、複数のティース２３とを含む。ティース２３は、ヨーク部２２の内周面から突出するように形成されており、複数のティース２３は周方向に間隔をあけて形成されている。各ティース２３の間にスロット２４が形成されている。

ステータコア２０は、回転中心線Ｏ１が延びる方向に配列する端面２５および端面２６を含む。

複数のシール部材３３は、端面２５に間隔をあけて設けられており、接着剤３５はシール部材３３の表面および端面２５に形成されている。複数のシール部材３４は、端面２６に間隔をあけて設けられており、接着剤３６はシール部材３４の表面および端面２６に形成されている。

冷却ジャケット８は、端面２５側に設けられており、冷却ジャケット９は、端面２６側に設けられている。冷却ジャケット８および冷却ジャケット９は環状に形成されている。

冷却ジャケット８は、外周壁３０と、内周壁３１と、端板３２とを含み、冷却ジャケット８は、端面２５に向けて開口するように形成されている。そして、外周壁３０の辺部と、内周壁３１の辺部とよって、冷却ジャケット８の開口部が形成されている。内周壁３１および端板３２の辺部は、接着剤３５に接触しており、冷却ジャケット８はステータコア２０に固定されている。

このように冷却ジャケット８が固定されているので、冷却ジャケット８および端面２５の間には、冷媒Ｃが流れる冷却通路４０が形成されている。

外周壁３０には冷媒管１２および冷媒管１３が接続されている。そして、冷媒管１２から冷却通路４０内に冷媒Ｃが供給され、冷却通路４０内を通った冷媒Ｃが冷媒管１３から排出される。

冷却ジャケット９は、内周壁３７と、外周壁３８と、端板３９とを含み、冷却ジャケット９は端面２６に向けて開口するように形成されている。

冷却ジャケット９の開口部は、内周壁３７および外周壁３８の辺部によって形成されており、内周壁３７および外周壁３８の辺部は、接着剤３６に接触している。そして、冷却ジャケット９は、接着剤３６によって、ステータコア２０に固定されている。

そして、冷却ジャケット９および端面２６の間には、冷媒Ｃが流れる冷却通路４１が形成されている。外周壁３８には、冷媒管１２および冷媒管１３が接続されている。そして、冷媒管１２から冷却通路４１に冷媒Ｃが供給され、冷却通路４１内を通った冷媒Ｃが冷媒管１３から排出される。

図３は、端面２５側から視たときにおけるステータ７を示す斜視図であり、図４は、端面２６側から視たときにおけるステータ７を示す斜視図である。コイル２１は、Ｕ相コイル２１Ｕと、Ｖ相コイル２１Ｖと、Ｗ相コイル２１Ｗとを含む。

図５は、ステータ７の一部を模式的に示す斜視図であり、図６は、ステータ７の一部を示す分解斜視図である。なお、図６においては、コイル２１は図示されていない。スロット２４は、ティース２３間に形成されている。シール部材３３は、周方向に隣り合うシール部材３３に跨るように配置されており、シール部材３４も、周方向に隣り合うシール部材３４に跨るように配置されている。

シール部材３４は、シール部材３３と実質的に同一となるように形成されている。シール部材３３は、板部４５と、脚４６，４７とを含む。板部４５は、ステータ７の径方向に延びるように形成されており、板部４５は、主面５０，５１を含む。主面５１は端面２５に配置されており、主面５０は主面５１と反対側に位置している。

板部４５には、ステータ７の径方向に間隔をあけて複数の貫通孔４９が形成されており、各貫通孔４９は主面５０から主面５１に達するように形成されている。

脚４６，４７は、主面５１に形成されている。脚４６および脚４７は、ステータ７の径方向に延びるように形成されており、脚４６，４７は、主面５１から端面２６に向けて突出するように形成されている。脚４６および脚４７は、スロット２４内に入り込んでおり、各脚４６，４７は、ティース２３に接触している。なお、複数の貫通孔４９は、脚４６および脚４７の間に位置している。

なお、シール部材３４は、シール部材３３と同様に形成されており、シール部材３４は、板部５２と、脚５３，５４とを含み、板部５２には複数の貫通孔５５が形成されている。そして、脚５３および脚５４がスロット２４内に入り込んでいる。

図７は、シール部材３３を示す断面図である。この図７に示すように、貫通孔４９の内表面は、シール部材３３の厚さ方向の中央に向かうにつれて、内方に向けて膨らむように形成されている。具体的には、貫通孔４９の内表面は内側面５６および内側面５７を含み、内側面５６および内側面５７は互い対向するように形成されている。

そして、内側面５６および内側面５７は、シール部材３３の厚さ方向の中央に向かうにつれて、互いに近づくように湾曲している。なお、シール部材３３に形成された貫通孔４９の形状について説明したが、シール部材３４に形成された貫通孔も貫通孔４９と同様に形成されている。

図５に戻って、Ｕ相コイル２１Ｕと、Ｖ相コイル２１Ｖと、Ｗ相コイル２１Ｗとは、たとえば、端面２５上を周方向に延び、その後、シール部材３３に形成された貫通孔４９内に挿入される。そして、各コイルは、スロット２４を通って、シール部材３４に形成された貫通孔を通る。

そして、各コイルは、シール部材３４に形成された貫通孔を通って、端面２６を周方向に延びるように形成されている。

図８は、Ｕ相コイル２１Ｕの一部を示す分解斜視図である。ここで、Ｕ相コイル２１Ｕは、複数のセグメントコイル５９を接続することで形成されている。具体的には、各セグメントコイル５９の端部同士を溶接することで、Ｕ相コイル２１Ｕを形成している。セグメントコイル５９は、銅などによって形成された導線６０と、導線６０の一部を被覆するように形成された絶縁部材６１とを含む。

セグメントコイル５９の導線６０は、渡り線６２と、挿入部６３とを含む。そして、渡り線６２は、端面２５または端面２６に配置されており、挿入部６３はスロット２４内に挿入されている。絶縁部材６１は、挿入部６３を覆うように形成されている。この絶縁部材６１によって、スロット２４内において、導線６０と、ステータコア２０との電気的な絶縁が確保されている。

渡り線６２は、端面２５，２６から間隔をあけて配置されている。渡り線６２の端部には、溶接端６５が形成されており、挿入部６３の端部にも溶接端６６が形成されている。

Ｕ相コイル２１Ｕは、複数のセグメントコイル５９を接続することで形成されている。たとえば、セグメントコイル５９Ａの溶接端６５と、セグメントコイル５９Ｂの溶接端６６とが溶接されている。また、セグメントコイル５９Ｂの溶接端６５と、セグメントコイル５９Ｃの溶接端６６とが溶接されている。なお、Ｕ相コイル２１Ｕについて説明したが、Ｖ相コイル２１ＶおよびＷ相コイル２１ＷについてもＵ相コイル２１Ｕと同様に構成されている。

図９は、シール部材３３，３４にＵ相コイル２１Ｕが挿入された状態を示す断面図である。この図９に示すように、Ｕ相コイル２１Ｕの挿入部６３がシール部材３３の貫通孔４９に挿入されている。

ここで、ティース２３の内表面と、絶縁部材６１との間には、隙間が形成されており、挿入部６３と、ティース２３との間にも隙間が形成されている。このため、挿入部６３およびティース２３は電気的に絶縁されている。

さらに、シール部材３３およびシール部材３４は、ステータコア２０に固定されており、挿入部６３は、回転中心線Ｏ１の延びる方向に間隔をあけてシール部材３３およびシール部材３４によって固定されている。

このように、Ｕ相コイル２１Ｕは、シール部材３３およびシール部材３４によってステータコア２０に固定されると共に、ステータコア２０との絶縁性が確保されている。

ここで、Ｕ相コイルを固定する方法としては、一般的には、Ｕ相コイルをスロット２４に挿入した状態で、ワニスをスロット２４内に充填し、さらに、ワニスを熱硬化する方法が考えられる。しかし、当該方法によれば、ワニスを熱硬化させる工程が必要となり、製造工程が増大しやすい。その一方で、本実施の形態に係る回転電機１によれば、Ｕ相コイル２１Ｕは、シール部材３３およびシール部材３４によって固定されており、上記のように熱硬化処理の工程を要しない。これにより、製造工程の簡略化を図ることができる。

絶縁部材６１は、シール部材３３，３４から突出している。シール部材３３の貫通孔４９の内周面は、絶縁部材６１に密着している。そして、絶縁部材６１の表面に接着剤３５が塗布されており、シール部材３３の貫通孔４９および絶縁部材６１の間の隙間が閉塞されている。

シール部材３４の貫通孔の内周面も、絶縁部材６１に密着しており、シール部材３４の表面には、接着剤３６が形成されている。そして、シール部材３４の貫通孔の内周面と、絶縁部材６１との間の隙間は、接着剤３６によって、閉塞されている。

図２に戻って、端面２５側に位置するスロット２４の開口部は、シール部材３３によって閉塞されており、端面２６側に位置するスロット２４の開口部は、シール部材３４によって閉塞されている。

このため、冷却通路４０および冷却通路４１内を冷媒Ｃが流通したとしても、スロット２４から冷媒Ｃが漏れることが抑制されている。

Ｕ相コイル２１Ｕの渡り線６２と、Ｖ相コイル２１ＶおよびＷ相コイル２１Ｗの渡り線は、端面２５側に位置しており、各渡り線は、冷却通路４０内に位置している。冷却通路４０内を冷媒Ｃが流れることで、各渡り線が冷却される。Ｕ相コイル２１Ｕの渡り線６４と、Ｖ相コイル２１ＶおよびＷ相コイル２１Ｗの渡り線は、端面２６側に位置しており、各渡り線は、冷却通路４１内に位置している。冷却通路４１内を冷媒Ｃが流れることで、各渡り線が冷却される。

上記のように構成された回転電機１の製造方法について説明する。図１０は、回転電機１の製造フローを示すフロー図である。回転電機１の製造方法は、セグメント形成工程Ｓ１と、コア準備工程Ｓ２と、シール工程Ｓ３と、塗付工程Ｓ４と、挿入工程Ｓ５と、結線工程Ｓ６と、装着工程Ｓ７と、熱処理工程Ｓ８とを含む。

図１１は、セグメント形成工程Ｓ１を模式的に模式図である。セグメント形成工程Ｓ１は、準備工程Ｓ１０と、鍛造工程Ｓ１１と、成形工程Ｓ１２と、形成工程Ｓ１３とを含む。

準備工程Ｓ１０は、円柱状の素線７０を準備する工程である。素線７０は、銅によって形成されており、素線７０の表面には、絶縁被膜などは形成されていない。鍛造工程Ｓ１１は、素線７０に鍛造加工を施して、角形状の鍛造素線７１を形成する。

成形工程Ｓ１２は、鍛造素線７１に鍛造加工を施して、Ｌ字形状のセグメントコイル５９を形成する工程である。形成工程Ｓ１３は、セグメントコイル５９の挿入部６３に絶縁部材６１を形成する工程である。

図１２は、コア準備工程Ｓ２を模式的に示す展開図である。この図１２では、ステータコアの内周面の展開図を示している。

図１３は、シール工程Ｓ３を示す展開図である。シール工程Ｓ３は、端面２５に複数のシール部材３３を配置する工程と、端面２６に複数のシール部材３４を配置する工程とを含む。

ここで、シール部材３３は、端面２５側のスロット２４の開口部を閉塞するように設けられ、さらに、シール部材３４は、端面２６側のスロット２４の開口部を閉塞するように設けらる。

図１４は、塗付工程Ｓ４を模式的に示す展開図である。塗付工程Ｓ４は、端面２５にシール材７２を形成する工程と、端面２６にシール材７３を形成する工程とを含む。

シール材７２，７３は、たとえば、ＦＩＰＧ（Formed In Place Gasket)などの樹脂によって形成されている。

図１５は、挿入工程Ｓ５を模式的に示す展開図である。挿入工程Ｓ５は、スロット２４に、セグメントコイル５９の挿入部６３を挿入する工程である。なお、この図１５においては、例示的に２つのセグメントコイル５９を挿入した状態を示している。

図１６は、結線工程Ｓ６を示す展開図である。結線工程Ｓ６においては、複数のセグメントコイル５９の溶接端６６および溶接端６５を互いに溶接する工程である。これにより、複数のセグメントコイル５９が電気的に接続されて、たとえば、Ｕ相コイル２１Ｕが形成される。同様に、Ｖ相コイル２１ＶおよびＷ相コイル２１Ｗも形成される。

図１７は、装着工程Ｓ７を示す断面斜視図である。装着工程Ｓ７は、ステータコア２０の端面２５に冷却ジャケット８を配置する工程と、端面２６に冷却ジャケット９を配置する工程とを含む。この際、冷却ジャケット８の開口縁部は、シール材７２に密着し、冷却ジャケット９の開口縁部は、シール材７３に密着する。

図１８は、熱処理工程Ｓ８を示す断面斜視図である。この熱処理工程Ｓ８においては、シール材７２およびシール材７３に熱処理が施される。シール材７２が熱硬化して接着剤３５となり、シール材７３が熱硬化することで接着剤３６となる。これにより、冷却ジャケット８が端面２５に固定され、冷却ジャケット９が端面２６に固定される。冷却ジャケット８および冷却ジャケット９が固定されることで、ステータ７が形成される。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ 回転電機、２ 車両、３ トランスアクスルケース、４ 冷却装置、５ 駆動輪、６ ロータ、７ ステータ、８，９ 冷却ジャケット、１０ ラジエータ、１１ ファン、１２，１３ 冷媒管、１４ ポンプ、１５ シャフト、２０ ステータコア、２２ ヨーク部、２３ ティース、２４ スロット、２５，２６ 端面、３０，３８ 外周壁、３１，３７ 内周壁、３２，３９ 端板、３３，３４ シール部材、３５，３６ 接着剤、４０，４１ 冷却通路、４５，５２ 板部、４６，４７，５３，５４ 脚、４９，５５ 貫通孔、５０，５１ 主面、５６，５７ 内側面、５９，５９Ａ，５９Ｂ，５９Ｃ セグメントコイル、６０ 導線、６１ 絶縁部材、６２，６４ 渡り線、６３ 挿入部、６５，６６ 溶接端、７０ 素線、７１ 鍛造素線、７２，７３ シール材、Ｃ 冷媒、Ｏ１ 回転中心線、Ｓ１ セグメント形成工程、Ｓ２ コア準備工程、Ｓ３ シール工程、Ｓ４ 塗付工程、Ｓ５ 挿入工程、Ｓ６ 結線工程、Ｓ７ 装着工程、Ｓ８ 熱処理工程、Ｓ１０ 準備工程、Ｓ１１ 鍛造工程、Ｓ１２ 成形工程、Ｓ１３ 形成工程。

Claims (1)

1. 複数のスロットが形成されると共に、仮想中心線の周囲を取り囲むように環状に形成されたステータコアと、
   前記スロットに装着されると共に、貫通孔が形成された絶縁性のコイル固定部材と、
   前記貫通孔に挿入されると共に、前記スロットに挿入されたコイルと、
   を備え、
   前記コイルは、前記コイル固定部材によって前記スロットの内周面と間隔をあけた状態で支持されている、回転電機。