JP2021182840A - 回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】フリクションの増加を抑制できる回転電機を提供する。【解決手段】ステータ（２０）は、コイルエンド（２１）を覆うと共に冷媒流路（１１０、１２０）形成する環状のコイルエンドカバー（４０）を備え、コイルエンドカバー（４０）は、少なくともコイルエンド（２１）の上側部位を覆う部分において、コイルエンド（２１）の内周面に対向して形成される内周部（４１）と、コイルエンド（２１）の端面側で、内周部（４１）から径方向に立設形成される外壁部（４２）と、コイルエンド（２１）のステータ側で、内周部（４１）から径方向に立設形成される折り返し部（４３）と、を有し、内周部（４１）と、外壁部（４２）と、折り返し部（４３）とによりコイルエンド（２１）の内周面に沿って延設される第１冷媒流路（１１０）が形成される。【選択図】図１

Description

本発明は、回転電機に関する。

電動モータ等の回転電機において、ステータのコイルエンドの冷却のため、コイルエンドに潤滑油等の冷媒を流下させている。

引用文献１には、コイルエンドの周囲を覆うオイルジャケットの噴射孔からコイルエンドへ冷媒を噴射する構成が開示されている。

特開２０１０−５１１３０号公報

上述した従来技術では、ステータのコイルエンドに直接冷媒を供給するので、ステータとロータとの間のエアギャップに冷媒が侵入する可能性がある。エアギャップに冷媒が侵入すると、ロータの回転により冷媒の泡立ちが発生する。冷媒の泡立ちにより、モータのフリクションが増加して効率が低下するという問題があった。

本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであり、冷媒がエアギャップに流れ込むことによる冷媒の泡立ちによるフリクションの増加を抑制可能な回転電機を提供することを目的とする。

本発明の一実施態様によれば、ステータとロータとを備え、ステータとロータとの間にエアギャップを有する回転電機に適用される。ステータは、軸方向の端部において、ステータの周方向に沿って環状に構成されるコイルエンドと、コイルエンドを覆うと共に冷媒流路を形成する環状のコイルエンドカバーと、を備える。コイルエンドカバーは、少なくともコイルエンドの上側部位を覆う部分において、コイルエンドの内周面に対向して形成される内周部と、コイルエンドの端面側で、内周部から径方向に立設形成される外壁部と、コイルエンドのステータ側で、内周部から径方向に立設形成される折り返し部と、を有する。内周部と、外壁部と、折り返し部とによりコイルエンドの内周面に沿って延設される第１冷媒流路が形成される。

本発明によれば、コイルエンドカバーの折り返し部がコイルエンドのステータ側において立設形成されるので、冷媒がステータとロータとの間のエアギャップに侵入することが抑制される。これにより、冷媒の泡立ちを抑えることができ、回転電機のフリクションの増加を抑制できる。

図１は、本発明の第１実施形態の回転電機の縦断面図である。 図２は、コイルエンドカバーの正面図である。 図３は、コイルエンドカバーの斜視図である。 図４は、本発明の変形例の回転電機の縦断面図である。 図５は、本発明の変形例のコイルエンドカバーの正面図である。

以下、図面等を参照して、本発明の実施形態について説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る回転電機としてのモータ１０の縦断面図である。

モータ１０は、円環状に形成されたステータ２０と、ステータ２０の内側に回転自在に装着されたロータ３０とから構成される。ロータ３０は回転軸３１を備える。ステータ２０の内周面とロータ３０の外周面との間には所定の間隔を隔てたエアギャップが形成されている。

ステータ２０に形成されるスロットには巻線が挿入されており、ステータ２０の軸方向の両端部には巻線の一部を構成するコイルエンド２１が形成されている。コイルエンド２１は、ステータ２０の端部から軸方向に突出する。ステータ２０の巻線に電流を流すことで、ロータ３０に備えられる永久磁石との作用によってロータ３０が回転する。

回転軸３１の一方側の端部（図１中の右側）には、図示しない変速機が備えられる。変速機は複数のギヤを備え、モータ１０の回転を変速して車輪に伝達する。なお、図示する構成は一例であって、変速機はモータの左側に備えられていてもよいし、変速機（有段又は無段）ではなく、減速機や増速機等の伝達機構が備えられていてもよい。

本実施形態のモータ１０は、例えば電動自動車に搭載され、車輪を駆動する電動機として機能する。モータ１０は、車輪の回転による駆動力を受けて発電（回生）を行なう発電機としても機能する。なお、モータ１０は、自動車以外の装置、例えば各種電気機器又は産業機械の駆動装置として用いられてもよい。

次に、ステータ２０のコイルエンド２１の構成を説明する。

コイルエンド２１は、円環状のステータ２０の軸方向の両端部に備えられ、ステータ２０の周方向に沿って円環状に形成される。

コイルエンド２１は、モータ１０の駆動に伴い発熱するため、冷却が必要となる。モータ１０の上方側には、冷媒流通路５０が備えられている。冷媒流通路５０は、コイルエンド２１に冷媒を供給する通路である。冷媒流通路５０には、例えば変速機に備えられるポンプから、変速機のギヤオイルが供給される。なお、本実施形態では、変速機のギヤオイルを巻線冷却用の冷却オイル（冷媒）として用いるが、その他の絶縁性の流体を冷媒として用いてもよい。

冷媒流通路５０の両端であってコイルエンド２１の上方には、開口部５０ａ、５０ｂがそれぞれ備えられている。このような構成により、開口部５０ａ、５０ｂから流出する冷媒がコイルエンド２１へと流下し、コイルエンド２１の表面を流れることでコイルエンド２１が冷却される。

本実施形態のモータ１０においては、コイルエンド２１に、冷媒流路を備えるコイルエンドカバー４０が備えられる。コイルエンドカバー４０に冷媒流路を形成することで、冷媒がコイルエンド２１に沿って流れやすくなり、コイルエンド２１の冷却効果を高めることが可能となる。

図２及び図３は、コイルエンドカバー４０を説明するための図である。図２は、コイルエンドカバー４０を軸方向から観察した正面図である。図３は、コイルエンドカバー４０の斜視図である。

なお、ここでは、一方側（図１中右側）のコイルエンドカバー４０のみを説明するが、他方側（図１中左側）のコイルエンドカバー４０も同様の構成であるので、その説明は省略する。

図１及び図３に示すように、コイルエンドカバー４０は、コイルエンド２１の形状に沿って概ね円環状の外形を有し、コイルエンド２１を外側から覆うような形状に形成される。

コイルエンドカバー４０は、絶縁性の樹脂を材料として、射出成形やプレス成形等により一体に形成される。

図１及び図３に示すように、コイルエンドカバー４０は、内周部４１と、外壁部４２と、折り返し部４３と、外周部４４と、を有する。

内周部４１は、コイルエンド２１の内周面２１ｂに所定の間隔を隔てて対向し、内周面２１ｂに沿って円環状に形成される。モータ１０の回転軸３１は、円環状の内周部４１の内側を通過する。

外壁部４２は、内周部４１の外側端部から径方向外側に立設しており、コイルエンド２１の軸方向端面２１ａに所定の間隔を隔てて対向している。外壁部４２は、内周部４１に沿って略円板状に形成されている。外壁部４２は、コイルエンドカバー４０の外側端面を構成している。

折り返し部４３は、コイルエンドカバー４０のうちコイルエンド２１の上側部位を覆う部分において形成される壁部である。この折り返し部４３は、環状のコイルエンド２１の略上半分の領域に形成され、内周部４１のステータ側端部から径方向外側に立設している。折り返し部４３の上端は、コイルエンドの内周面２１ｂに近接又は当接する。

外周部４４は、コイルエンドカバー４０のうちコイルエンド２１の下側部位を覆う部分において形成される壁部である。外周部４４は、環状のコイルエンド２１の略下半分の領域に形成される。外周部４４は、コイルエンド２１の外周面２１ｃに所定の間隔を隔てて対向し、環状のコイルエンド２１の下半分の外周に沿って半円状に形成される。

外周部４４は、コイルエンドカバー４０の略下半分における外壁部４２に一体形成されており、外壁部４２の径方向外側端部分から軸方向に延設されている。図１に示すように、外周部４４のステータ２０側の端部はステータ２０に当接する。

なお、コイルエンドカバー４０は、ステータ２０に固定するためのボルト穴を有する固定部４０ａ（図２参照）が突設形成される。

図１及び図２に示すように、コイルエンドカバー４０は、円環状の略上側半分の領域において、内周部４１と外壁部４２と折り返し部４３とが、樋状の形状を構成する。この樋状の形状が、コイルエンド２１の内周面２１ｂの下側で冷媒を受け止め、冷媒を内周部４１の上面に沿ってなだらかに流下させる第１冷媒流路１１０として機能する。

図２に示すように、冷媒流通路５０の開口部５０ａから流下した冷媒は、コイルエンド２１の表面を流下した後、矢印で示すように第１冷媒流路１１０に流下し、内周部４１の上面に沿って下方へと流下し、後述する第２冷媒流路１２０へと流下する。

このような構成により、コイルエンド２１の上側では、コイルエンドカバー４０の第１冷媒流路１１０により、冷媒との接触時間が大きくなるので、コイルエンド２１を適切に冷却することができる。

また、コイルエンドカバー４０は、円環状の略下側半分の領域において、外壁部４２と外周部４４とステータ２０の端部とが、樋状（袋状）の形状を構成する。この樋状の形状が、第１冷媒流路１１０を流下してきた冷媒を受け止め、当該冷媒を外周部４４の上面に沿ってなだらかに流下させる第２冷媒流路１２０として機能する。なお、外周部４４の下部には、上下方向に貫通する連通孔４４ａが一つ以上形成されている。

図２に示すように、第１冷媒流路１１０から流下した冷媒は、コイルエンド２１に表面を流下ながら、矢印で示すように第２冷媒流路１２０に流下し、外周部４４の上面に沿って下方へと流下する。第２冷媒流路１２０の冷媒は、連通孔４４ａを通じてコイルエンドカバー４０の下側に流出する。冷媒は、変速機の底部に形成されたオイルパンへと流下する。

なお、本実施形態のコイルエンドカバー４０の折り返し部４３は、内周部４１の円周方向のうち、上側半分よりも若干だけ（数度）下側に存在するように形成すればよい。冷媒は重力により下方に流下するので、少なくともエアギャップ２５の上半分において、第１冷媒流路１１０との間に折り返し部４３が介在すれば、エアギャップ２５に冷媒が侵入することが防止できる。

このような構成により、コイルエンド２１は、その下側で、コイルエンドカバー４０の第２冷媒流路１２０により、冷媒との接触時間を大きくできるので、コイルエンド２１を適切に冷却することができる。

さらに、コイルエンドカバー４０は、第１冷媒流路１１０のステータ２０側に立設形成された折り返し部４３を有する。コイルエンドカバー４０が折り返し部４３を有することで、エアギャップ２５への第１冷媒流路１１０の冷媒の侵入が防止され、冷媒の泡立ちを防止することができる。

また、コイルエンドカバー４０の外周部４４は、第１冷媒流路１１０から流下する冷媒を受け止められる形状であればよく、折り返し部４３の円周方向と同一または若干下方側から開始する弧による半円形状として形成すればよい。

これは、コイルエンドカバー４０を射出形成やプレス形成等により形成する場合、折り返し部４３と外周部４４とが径方向で重なると、形成型から取り出せなくなるからである。

このように、コイルエンドカバー４０の外周部４４と折り返し部４３とが周方向に重ならない位置に形成される。コイルエンドカバー４０の構造のうち、外周部４４と折り返し部４３とが、周方向に重ならないことで、コイルエンドカバー４０の形状がアンダーカット形状を有さず、射出成形やプレス成形当により一体に形成することができる。

次に、以上のように構成された本実施形態の効果を説明する。

本実施形態は、ステータ２０とロータ３０とを備え、ステータ２０とロータ３０との間にエアギャップ２５を有するモータ（回転電機）１０に適用される。このステータ２０は、軸方向の端部において、ステータ２０の周方向に沿って環状に形成されるコイルエンド２１と、コイルエンド２１を覆うと共に第１冷媒流路１１０を形成する環状のコイルエンドカバー４０と、を備える。このコイルエンドカバー４０は、少なくともコイルエンド２１の上側部位を覆う部分において、コイルエンド２１の内周面に対向して形成される内周部４１と、コイルエンド２１の端面側で、内周部４１から径方向外側に立設形成される外壁部４２と、コイルエンド２１のステータ２０側で、内周部４１から径方向に立設形成される折り返し部４３と、を有する。この内周部４１と、外壁部４２と、折り返し部４３とにより第１冷媒流路１１０が形成される。

このような構成により、第１冷媒流路１１０のステータ側に備えられる折り返し部４３によって、冷媒がエアギャップ２５に侵入することを抑制する。これにより、冷媒の泡立ちが抑えられ、モータ１０におけるフリクションの増加を抑制することが可能となる。

また、折り返し部４３は、ステータ２０とロータ３０との間のエアギャップ２５と対向する位置に形成される。このように、折り返し部４３は、第１冷媒流路１１０とエアギャップとの間に介在するので、冷媒のエアギャップ２５への侵入をより効果的に抑制することが可能となる。

また、コイルエンドカバー４０は、コイルエンド２１の下側部位を覆う部分において、コイルエンド２１の下方側でコイルエンド２１に沿った形状を有し、第１冷媒流路１１０と連通する第２冷媒流路１２０を形成する外周部４４を有する。外周部４４は、ステータ２０の周方向において折り返し部４３と重複しない位置に形成される。

このような構成により、コイルエンドカバー４０がアンダーカット形状を有さず、射出成形やプレス成形当により一体に形成することができるので、コイルエンドカバー４０の製造コストを抑制することができる。

また、外周部４４は、冷媒が下方へと流下する連通孔４４ａを有するので、第２冷媒流路１２０から流下してコイルエンドカバー４０の内側下部に溜まった冷媒をコイルエンドカバー４０の外部へと排出することができる。

次に、本発明の変形例について説明する。

図４は、本発明の変形例のモータ１０の断面図であり、図５は、本発明の変形例のコイルエンドカバー４０の正面図である。

この変形例のコイルエンドカバー４０は、内周部４１が、円環状ではなく、コイルエンド２１の上半分のみを含む半円状に形成されている。内周部４１及び外周部４４は外壁部４２を介して連結されているが、外壁部４２の下側半分の所定範囲が大きく切り欠かれている。つまり、図５に示すように、コイルエンドカバー４０の下半分ではコイルエンド２１が内周側に露出するように外壁部４２の一部が切り欠かれている。

このような構成であっても、コイルエンドカバー４０内に第１冷媒流路１１０及び第２冷媒流路１２０を形成することができ、図１から３で前述した構成と同様の冷媒の流れ及び作用効果を実現することができる。

特に、この変形例では、前述の実施形態よりも少ない材料でコイルエンドカバー４０を形成することができるので、コイルエンドカバー４０の重量及びコストを、より低減することができる。

以上、本発明の実施形態、及びその変形例について説明したが、上記実施形態及び変形例は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

本実施形態のコイルエンドカバー４０は、樹脂による一体形成により構成されるものでなくてもより。例えば、内周部４１、外壁部４２、折り返し部４３及び外周部４４がそれぞれ別部品として構成され、これらをボルト止めや溶接により結合することで、コイルエンドカバー４０を構成してもよい。

１０ 回転電機（モータ）
２０ ステータ
２１ コイルエンド
２１ａ 軸方向端面
２１ｂ 内周面
２１ｃ 外周面
２５ エアギャップ
３０ ロータ
４０ コイルエンドカバー
４１ 内周部
４２ 外壁部
４３ 折り返し部
４４ 外周部
４４ａ 連通孔
４６ 延設部
１１０ 第１冷媒流路
１２０ 第２冷媒流路

Claims (4)

1. ステータとロータとを備え、前記ステータと前記ロータとの間にエアギャップを有する回転電機であって、
   前記ステータは、軸方向の端部において、前記ステータの周方向に沿って環状に構成されるコイルエンドと、
   前記コイルエンドを覆うと共に冷媒流路を形成する環状のコイルエンドカバーと、を備え、
   前記コイルエンドカバーは、少なくとも前記コイルエンドの上側部位を覆う部分において、
   前記コイルエンドの内周面に対向して形成される内周部と、
   前記コイルエンドの端面側で、前記内周部から径方向に立設形成される外壁部と、
   前記コイルエンドの前記ステータ側で、前記内周部から径方向に立設形成される折り返し部と、を有し、
   前記内周部と、前記外壁部と、前記折り返し部とにより前記コイルエンドの前記内周面に沿って延設される第１冷媒流路が形成される、
   回転電機。
2. 請求項１に記載の回転電機であって、
   前記折り返し部は、前記エアギャップと対向する位置に形成される、
   回転電機。
3. 請求項１又は２に記載の回転電機であって、
   前記コイルエンドカバーは、少なくとも前記コイルエンドの下側部位を覆う部分において、前記コイルエンドの下方側で前記コイルエンドに沿った形状を有し、前記第１冷媒流路と連通する第２冷媒流路を形成する外周部を有し、
   前記外周部は、前記ステータの前記周方向において前記折り返し部と重複しない位置に形成される、
   回転電機。
4. 請求項３に記載の回転電機であって、
   前記外周部は、冷媒が下方へと流下する連通孔を備える、
   回転電機。

Images