JP2021083203A

JP2021083203A - 回転電機

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Publication number: JP2021083203A
Application number: JP2019207875A
Authority: JP
Inventors: 鈴木　工; Takumi Suzuki; 工鈴木
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2019-11-18
Filing date: 2019-11-18
Publication date: 2021-05-27
Anticipated expiration: 2039-11-18
Also published as: JP7392414B2

Abstract

【課題】放熱性が良好な回転電機を提供すること。【解決手段】回転電機１１は、軸方向に延びる軸方向コイル部と一対の軸方向コイル部同士を周方向に連結するコイルエンド部２１ｂ，２２ｂとを有するコイル２０を備え、コイルエンド部２１ｂ，２２ｂは、径方向内側に配置されるコイルエンド部２２ｂと、コイルエンド部２２ｂの径方向外側に配置されるコイルエンド部２１ｂとを有する。内側のコイルエンド部２２ｂと外側のコイルエンド部２１ｂとの径方向の間には、それらと径方向に接触する伝熱部材３１が設けられる。【選択図】図３

Description

本発明は、回転電機に関するものである。

従来、回転電機のステータとしては、例えば、軸方向に延びる軸方向コイル部と一対の軸方向コイル部同士を周方向に連結するコイルエンド部とを有する複数のコイルを備え、異なる相のコイルエンド部が、径方向の内外に並設されるように設けられるものがある（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１４−１２１１０２号公報

しかしながら、上記した回転電機では、コイルエンド部が樹脂材にモールドされる構成などによってコイルエンド部からの放熱性が悪く、コイル、ひいては回転電機が高温になり易いという問題があった。特に、上記した回転電機は、コイルエンド部にて連結された軸方向コイル部同士の周方向の間にティースが配置されずに他の相のコイルにおける軸方向コイル部が配置されるスロットレスタイプの回転電機であり、ティースから放熱することが無いため、上記問題が顕著になる。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、放熱性が良好な回転電機を提供することにある。

上記課題を解決する回転電機（１１）は、軸方向に延びる軸方向コイル部（２１ａ，２２ａ）と一対の前記軸方向コイル部同士を周方向に連結するコイルエンド部（２１ｂ，２１ｃ，２２ｂ，２２ｃ）とを有するコイル（２０〜２２）を備え、前記コイルエンド部は、径方向内側に配置される内側コイルエンド部（２２ｂ）と、前記内側コイルエンド部の径方向外側に配置される外側コイルエンド部（２１ｂ）とを有する回転電機であって、前記内側コイルエンド部と前記外側コイルエンド部との径方向の間には、それらと径方向に接触する放熱部（３１〜３４，３７）が設けられる。

同構成によれば、内側コイルエンド部と外側コイルエンド部との径方向の間には、それらと径方向に接触する放熱部が設けられるため、コイルエンド部からの放熱性が良好となる。

一実施形態における回転電機の断面図。一実施形態におけるステータの一部斜視図。一実施形態における回転電機の一部拡大断面図。別例における回転電機の一部拡大断面図。別例における回転電機の一部拡大断面図。別例における回転電機の一部拡大断面図。別例における回転電機の一部拡大断面図。

以下、スロットレスタイプの回転電機の一実施形態を図１〜図３に従って説明する。
図１に示すように、回転電機１１は、筒状のモータハウジング１２と、該モータハウジング１２の一方の開口を閉塞する第１エンドハウジング１３と、モータハウジング１２の他方の開口を閉塞する第２エンドハウジング１４とを備える。モータハウジング１２と第１エンドハウジング１３と第２エンドハウジング１４とは、回転電機１１のハウジングＨを構成し、それぞれアルミ系やステンレス系の金属材料よりなる。また、回転電機１１は、モータハウジング１２の内周面に沿って配置された略円筒状のステータ１５を備える。

また、回転電機１１は、ステータ１５の内側で第１エンドハウジング１３及び第２エンドハウジング１４に軸受１６を介して回転可能に支持されたロータ１７を備える。
ロータ１７は、軸受１６に支持された回転軸１７ａと、該回転軸１７ａに外嵌されて固定されたロータコア１７ｂと、該ロータコア１７ｂの外周面に固定された永久磁石１７ｃとを備える。

図１及び図２に示すように、ステータ１５は、磁気回路の一部として機能する円筒状のステータコア１８と、ステータコア１８の内周面に沿って配置された複数のコイル２０とを備える。コイル２０は、導体にエナメル被覆が施されてなる平角線が環状に多数回、巻回されてなるものであり、その環状を切断する断面には平角線の断面が略隙間無く並設されるものである。なお、図１〜図３では、平角線同士の境目の図示は省略している。また、コイル２０における平角線の両端部は駆動回路に接続されることになるが、図１〜図３では、平角線の両端部及び駆動回路の図示を省略している。

図２に示すように、本実施形態のコイル２０は、２種類の異なる形状に折り曲げられた第１コイル２１と第２コイル２２とを含む。第１コイル２１及び第２コイル２２は、それぞれ軸方向に延びる一対の軸方向コイル部２１ａ，２２ａと、一対の軸方向コイル部２１ａ，２２ａ同士を周方向に連結するコイルエンド部２１ｂ，２１ｃ，２２ｂ，２２ｃとを有する。

第１コイル２１における軸方向一方側のコイルエンド部２１ｂは、外側コイルエンド部を構成するものであり、軸方向コイル部２１ａから径方向外側に屈曲されて延びる外延部２１ｄと、該外延部２１ｄの先端から軸方向一方側に屈曲されて延びる軸方向延部２１ｅと、周方向に延びて軸方向延部２１ｅ同士を連結する第１一方連結部２１ｆとを有する。また、第１コイル２１における軸方向他方側のコイルエンド部２１ｃは、軸方向コイル部２１ａから径方向内側に屈曲されて延びる内延部２１ｇと、周方向に延びて内延部２１ｇ同士を連結する第１他方連結部２１ｈとを有する。

また、第２コイル２２における軸方向一方側のコイルエンド部２２ｂは、内側コイルエンド部を構成するものであり、軸方向コイル部２２ａから屈曲されずに、周方向に延びて軸方向コイル部２２ａ同士を連結する第２一方連結部２２ｄを有する。また、第２コイル２２における軸方向他方側のコイルエンド部２２ｃは、軸方向コイル部２１ａから径方向内側に屈曲されて延びる内延部２２ｅと、周方向に延びて内延部２２ｅ同士を連結する第２他方連結部２２ｆとを有する。

そして、ステータ１５は、コイルエンド部２１ｂ，２１ｃ，２２ｂ，２２ｃにて連結された軸方向コイル部２１ａ，２２ａ同士の周方向の間に他の相のコイル２０における軸方向コイル部２１ａ，２２ａが配置されている。詳しくは、まず第１コイル２１と第２コイル２２とは、周方向に半分重なりつつ交互に配置されている。また、周方向に並ぶ第１コイル２１と第２コイル２２とは、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相を繰り返すように割り振られている。すなわち、例えば、基準となる第１コイル２１がＵ相とされ、その周方向一方に半分重なって配置された第２コイル２２がＶ相とされ、その周方向一方に半分重なって配置された第１コイル２１がＷ相とされ、その周方向一方に半分重なって配置された第２コイル２２がＵ相とされ、その周方向一方に半分重なって配置された第１コイル２１がＶ相とされ、その周方向一方に半分重なって配置された第２コイル２２がＷ相とされ、これを繰り返すように、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相が割り振られている。そして、例えば、Ｕ相の第１コイル２１における一対の軸方向コイル部２１ａ同士の周方向の間には、Ｖ相の第２コイル２２における１つの軸方向コイル部２２ａと、Ｗ相の第２コイル２２における１つの軸方向コイル部２２ａとが配置されている。また、例えば、Ｖ相の第２コイル２２における一対の軸方向コイル部２２ａ同士の周方向の間には、Ｕ相の第１コイル２１における１つの軸方向コイル部２１ａと、Ｗ相の第１コイル２１における１つの軸方向コイル部２１ａとが配置されている。また、例えば、Ｗ相の第１コイル２１における一対の軸方向コイル部２１ａ同士の周方向の間には、Ｖ相の第２コイル２２における１つの軸方向コイル部２２ａと、Ｕ相の第２コイル２２における１つの軸方向コイル部２２ａとが配置されている。

そして、図１〜図３に示すように、第１コイル２１における軸方向一方側のコイルエンド部２１ｂは、径方向外側に配置される外側コイルエンド部とされ、第２コイル２２における軸方向一方側のコイルエンド部２２ｂは、径方向内側に配置される内側コイルエンド部とされている。すなわち、第１コイル２１における軸方向一方側のコイルエンド部２１ｂは、径方向外側に屈曲されて延びる外延部２１ｄを有することで、第１一方連結部２１ｆが第２他方連結部２２ｆよりも径方向外側に配置されている。

また、図１及び図２に示すように、第１コイル２１における軸方向他方側のコイルエンド部２１ｃと第２コイル２２における軸方向他方側のコイルエンド部２２ｃとは軸方向に並んで配置されている。

ここで、図３に示すように、内側コイルエンド部である前記コイルエンド部２２ｂと外側コイルエンド部である前記コイルエンド部２１ｂの径方向の間には、それらと径方向に接触する放熱部としての伝熱部材３１が設けられている。

詳しくは、まずモータハウジング１２は、その軸方向一端側に内径が大きくされた大内径部１２ａを有し、大内径部１２ａが形成されることでステータコア１８の軸方向一端面と連続した面となる段差面１２ｂを有する。そして、伝熱部材３１は、段差面１２ｂ及びステータコア１８の軸方向一端面と軸方向に当接しつつ大内径部１２ａに圧入固定される環状の固定部３１ａを有する。また、伝熱部材３１は、固定部３１ａの径方向内側から軸方向に延びて第１コイル２１を貫通しつつ、内側コイルエンド部である前記コイルエンド部２２ｂと外側コイルエンド部である前記コイルエンド部２１ｂの径方向の間に介在される介在部３１ｂを有する。なお、本実施形態では、介在部３１ｂの先端は第１エンドハウジング１３と軸方向に当接するように設定されている。また、本実施形態では、外側コイルエンド部である前記コイルエンド部２１ｂの径方向外側端面がモータハウジング１２の大内径部１２ａの内周面と径方向に当接するように設定されている。また、本実施形態では、内側コイルエンド部である前記コイルエンド部２２ｂの径方向内側端面が第１エンドハウジング１３の段差面１３ａと径方向に当接するように設定されている。また、本実施形態の伝熱部材３１は、アルミ系の金属材料等の高伝熱材料を含み、例えば、内部がアルミ系の金属材料よりなり、表面が薄い樹脂材等の絶縁性材料よりなる。

次に、上記のように構成された回転電機１１の作用について説明する。
ステータ１５のコイル２０に駆動回路から３相駆動電流が供給されると、ステータ１５にて回転磁界が発生されてロータ１７が回転駆動される。この際、コイル２０が発熱することになるが、その熱はコイルエンド部２１ｂ，２２ｂから伝熱部材３１を介して放熱される。

次に、上記実施形態の効果を以下に記載する。
（１）内側コイルエンド部である前記コイルエンド部２２ｂと外側コイルエンド部である前記コイルエンド部２１ｂの径方向の間には、それらと径方向に接触する放熱部としての伝熱部材３１が設けられため、コイルエンド部２１ｂ，２２ｂからの放熱性が良好となる。

（２）放熱部は、ハウジングＨにおけるモータハウジング１２と接触するように固定された伝熱部材３１であるため、コイルエンド部２１ｂ，２２ｂの熱が伝熱部材３１を介してハウジングＨに伝達されて放熱性が良好となる。

（３）本実施形態の回転電機１１は、コイルエンド部２１ｂ，２１ｃ，２２ｂ，２２ｃにて連結された軸方向コイル部２１ａ，２２ａ同士の周方向の間にティースが配置されずに他の相のコイル２０における軸方向コイル部２１ａ，２２ａが配置されたスロットレスタイプの回転電機１１である。すなわち、本実施形態の回転電機１１は、ティースから放熱することが無くコイル２０の放熱性が悪いタイプの回転電機１１である。よって、コイルエンド部２１ｂ，２２ｂからの放熱性が良好となることでの効果がより大きくなる。

（４）伝熱部材３１における介在部３１ｂの先端は第１エンドハウジング１３と軸方向に当接するように設定されているため、伝熱部材３１は２箇所でハウジングＨと接触している。よって、コイルエンド部２１ｂ，２２ｂの熱が伝熱部材３１を介してハウジングＨに伝達され易くなり放熱性がより良好となる。

（５）外側コイルエンド部である前記コイルエンド部２１ｂの径方向外側端面は、モータハウジング１２の大内径部１２ａの内周面と径方向に当接するように設定されているため、コイルエンド部２１ｂからの放熱性がより良好となる。

（６）内側コイルエンド部である前記コイルエンド部２２ｂの径方向内側端面は、第１エンドハウジング１３の段差面１３ａと径方向に当接するように設定されているため、コイルエンド部２２ｂからの放熱性がより良好となる。

上記実施形態は以下のように変更して実施することができる。また、本実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
・上記実施形態では、内側コイルエンド部である前記コイルエンド部２２ｂと外側コイルエンド部である前記コイルエンド部２１ｂの径方向の間に設けられる放熱部は、モータハウジング１２と接触するように固定された伝熱部材３１であるとしたが、コイルエンド部２１ｂ，２２ｂからの放熱性を良好とできれば他の構成としてもよい。

例えば、図４に示すように、放熱部は、ハウジングＨにおけるモータハウジング１２に一体成形された伝熱部３２としてもよい。この例の伝熱部３２は、上記実施形態の伝熱部材３１と同形状に形成されつつモータハウジング１２に一体成形されている。このようにすると、特に別部材を必要とせずに、コイルエンド部２１ｂ，２２ｂの熱がハウジングＨに伝達されて放熱性が良好となる。また、この例（図４参照）では、モータハウジング１２の内部に冷却液用の通路１２ｃが形成され、該通路１２ｃ内に水等の冷却液Ｒが充填されている。このようにすると、放熱性がより良好となる。

また、例えば、図５に示すように、放熱部は、内部に冷却液用の通路３３ａを有する液路部材３３とし、通路３３ａ内に水等の冷却液Ｒを充填させた構成としてもよい。なお、もちろん、冷却液Ｒは、ポンプ等の何らかの力により循環させてもよい。このようにすると、コイルエンド部２１ｂ，２２ｂの熱を液路部材３３の通路３３ａ内の冷却液Ｒに効率良く伝達させることができ、放熱性がより良好となる。

また、例えば、図６に示すように、放熱部は、ハウジングＨにおける第１エンドハウジング１３に一体成形された伝熱部３４としてもよい。この例の伝熱部３４は、第１エンドハウジング１３から軸方向に突出して内側コイルエンド部である前記コイルエンド部２２ｂと外側コイルエンド部である前記コイルエンド部２１ｂの径方向の間に配置されている。このようにしても、特に別部材を必要とせずに、コイルエンド部２１ｂ，２２ｂの熱がハウジングＨに伝達されて放熱性が良好となる。

・上記実施形態では、インナーロータ型の回転電機１１に具体化したが、これに限定されず、アウターロータ型の回転電機に具体化してもよい。
例えば、図７に示すように、内側コイルエンド部であるコイルエンド部３５と外側コイルエンド部であるコイルエンド部３６の径方向の間に、それらと径方向に接触する放熱部３７が設けられたステータ３８と、該ステータ３８の径方向外側に設けられたロータ３９とを備えた回転電機としてもよい。

・上記実施形態では、回転電機１１は、コイルエンド部２１ｂ，２１ｃ，２２ｂ，２２ｃにて連結された軸方向コイル部２１ａ，２２ａ同士の周方向の間にティースが配置されないスロットレスタイプの回転電機１１であるとしたが、これに限定されず、軸方向コイル部２１ａ，２２ａ同士の周方向の間にティースが配置される回転電機としてもよい。

・上記実施形態では、伝熱部材３１における介在部３１ｂの先端は第１エンドハウジング１３と軸方向に当接するように設定されるとしたが、これに限定されず、伝熱部材３１における介在部３１ｂの先端が第１エンドハウジング１３と軸方向に当接しない構成としてもよい。

・上記実施形態では、外側コイルエンド部である前記コイルエンド部２１ｂの径方向外側端面は、モータハウジング１２の大内径部１２ａの内周面と径方向に当接するように設定されるとしたが、これに限定されず、コイルエンド部２１ｂの径方向外側端面がモータハウジング１２と径方向に当接しない構成としてもよい。

・上記実施形態では、内側コイルエンド部である前記コイルエンド部２２ｂの径方向内側端面は、第１エンドハウジング１３の段差面１３ａと径方向に当接するように設定されるとしたが、これに限定されず、コイルエンド部２２ｂの径方向内側端面が第１エンドハウジング１３と径方向に当接しない構成としてもよい。

・上記実施形態では、第１エンドハウジング１３及び第２エンドハウジング１４がモータハウジング１２と別体であるとしたが、これに限定されず、第１エンドハウジング１３及び第２エンドハウジング１４のいずれか一方がモータハウジング１２と一体の構成としてもよい。

・上記実施形態では、特に言及していないが、コイルエンド部２１ｂ，２２ｂと、ハウジングＨとの間には、絶縁紙や絶縁カバー等を介在させてもよい。また、伝熱部材３１をアルミ系の金属材料等の高伝熱材料のみにて構成し、該伝熱部材３１とコイルエンド部２１ｂ，２２ｂとの間に、絶縁紙や絶縁カバー等を介在させてもよい。

１１…回転電機、２０…コイル、２１…第１コイル（コイル）、２２…第２コイル（コイル）、２１ａ，２２ａ…軸方向コイル部、２１ｂ，２１ｃ，２２ｂ，２２ｃ，３５，３６…コイルエンド部、３１…伝熱部材（放熱部）、３２，３４…伝熱部（放熱部）、３３…液路部材（放熱部）、３３ａ…通路、３７…放熱部、Ｈ…ハウジング。

Claims

軸方向に延びる軸方向コイル部（２１ａ，２２ａ）と一対の前記軸方向コイル部同士を周方向に連結するコイルエンド部（２１ｂ，２１ｃ，２２ｂ，２２ｃ，３５，３６）とを有するコイル（２０〜２２）を備え、
前記コイルエンド部は、径方向内側に配置される内側コイルエンド部（２２ｂ，３５）と、前記内側コイルエンド部の径方向外側に配置される外側コイルエンド部（２１ｂ，３６）とを有する回転電機であって、
前記内側コイルエンド部と前記外側コイルエンド部との径方向の間には、それらと径方向に接触する放熱部（３１〜３４，３７）が設けられた回転電機。
前記放熱部は、ハウジング（Ｈ）と接触するように固定された伝熱部材（３１）を含む請求項１に記載の回転電機。
前記放熱部は、ハウジングに一体成形された伝熱部（３２，３４）を含む請求項１又は請求項２に記載の回転電機。
前記放熱部は、内部に冷却液用の通路（３３ａ）を有する液路部材（３３）を含む請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の回転電機。
前記コイルエンド部にて連結された前記軸方向コイル部同士の周方向の間には他の相のコイルにおける前記軸方向コイル部が配置された請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の回転電機。