JP2021184667A - ステータ - Google Patents

Abstract

【課題】ハウジング上部から冷却液が供給されるモータに搭載された場合に、効率良く冷却されることが可能なステータを得る。【解決手段】モータのステータ３０は、環状の本体部４１および複数の突出部４２を有するコア４０と、複数の突出部４２に設けられる複数のボビン５２と、複数のボビン５２に巻かれた複数の導線５９とを備え、複数のボビン５２の各々は、巻回部５３と、巻回部５３の第１端部５３ａから突出する第１鍔部５４と、巻回部５３の第２端部５３ｂから突出する第２鍔部５５および第３鍔部５６とを有し、第２鍔部５５と第３鍔部５６とは相互に離間し、第２鍔部５５と第３鍔部５６との間には導線５９を露出させる開口部５７が形成され、第２鍔部５５および第３鍔部５６のうちの少なくとも一方には傾斜面５５ａが形成され、傾斜面５５ａは、開口部５７に接近するにしたがって本体部４１の軸線に近づくように傾斜している。【選択図】図３

Description

本明細書は、モータのステータに関する。

モータは、たとえば車両や産業用機械等に搭載される。近年、モータの小型化および高出力化がますます進んでおり、これに伴ってモータの内部での発熱量が増大している。

特開２０１７−１５３３１０号公報（特許文献１）に開示されるように、ハウジングの上部から冷却液が供給されるモータ（回転電動機）が知られている。発熱によって温度上昇したモータの内部、たとえばステータを効率良く冷却できることは、モータの小型化および高出力化に寄与する。

特開２０１７−１５３３１０号公報

本明細書は、ハウジングの上部から冷却液が供給されるモータに搭載された場合に、従来に比して効率良く冷却されることが可能なステータを開示することを目的とする。

本開示に基づくステータは、環状の本体部および上記本体部から上記本体部の径方向に延在する複数の突出部を有するコアと、各々が複数の上記突出部の各々に設けられる複数のボビンと、各々が複数の上記ボビンの各々に巻かれた複数の導線とを備える、モータのステータであって、複数の上記ボビンの各々は、上記突出部の延在方向に延在し、上記導線が巻かれる巻回部と、上記巻回部における上記本体部とは反対側の第１端部に設けられ、当該第１端部から上記巻回部の延在方向と交わる方向に延在する第１鍔部と、上記巻回部における上記本体部側の第２端部に設けられ、当該第２端部から上記巻回部の延在方向と交わる方向に延在する第２鍔部および第３鍔部と、を有し、上記第２鍔部と上記第３鍔部とは、上記本体部の周方向において相互に離間して配置され、上記第２鍔部と上記第３鍔部との間には、上記巻回部に巻かれている上記導線を露出させるための開口部が形成され、上記第２鍔部および上記第３鍔部のうちの少なくとも一方には、傾斜面が形成されており、上記傾斜面は、上記開口部に接近するにしたがって上記本体部の軸線に近づくように傾斜した表面形状を有している。

上記ステータにおいて、上記開口部における上記本体部の周方向の幅は、上記第２鍔部における上記本体部の周方向の幅および／または上記第３鍔部における上記本体部の周方向の幅よりも広くてもよい。

上記ステータにおいて、上記コアは、複数の分割コアが組み合わされて構成されていてもよい。

上記ステータにおいて、複数の上記ボビンは、第１の上記ボビンの上記第２鍔部と、これに隣り合う第２の上記ボビンの上記第３鍔部との間に、隙間が設けられるように配置されていてもよい。

上記ステータにおいて、複数の上記ボビンは、第１の上記ボビンの上記第１鍔部と、これに隣り合う第２の上記ボビンの上記第１鍔部との間に、隙間が設けられるように配置されていてもよい。

上記構成を備えたステータは、ハウジングの上部から冷却液が供給されるモータに搭載された場合に、従来に比して効率良く冷却されることができる。

モータ１００を示す縦断面図である。 モータ１００に備えられるステータ３０を回転軸１０の軸方向（軸心１０Ｃに沿った方向）から見た図である。 図２中のＩＩＩ線で示される領域を拡大して示す図である。 ステータ３０に備えられるステータコア用部品４５およびボビン５２を示す斜視図である。 ボビン５２を構成するボビン分割体５２ａを示す斜視図である。

実施の形態について、以下、図面を参照しながら説明する。以下の説明において同一の部品および相当部品には同一の参照番号を付し、重複する説明は繰り返さない場合がある。

［モータ１００］
図１は、モータ１００を示す縦断面図である。モータ１００は、回転軸１０、ロータ２０、ステータ３０、およびハウジング６０を備える。

回転軸１０は、横向きに、すなわち回転軸１０の軸心１０Ｃが水平方向に対して略平行になるように配置される。ロータ２０は、固定部材１１を介して回転軸１０と一体化される。ロータ２０は、ステータ３０の内周側に配置され、回転軸１０の軸心１０Ｃの周りに回転する。

ハウジング６０は、ロータ２０およびステータ３０を覆うと共に、ステータ３０を固定する。ハウジング６０は、メインハウジング６１およびサイドハウジング６２を有する。メインハウジング６１は、一端面が開口しており、サイドハウジング６２はメインハウジング６１の開口端面を塞ぐように配置される。メインハウジング６１とサイドハウジング６２とはボルト６３で固定される。

回転軸１０は、軸受１７ａ，１７ｂにより支持される。軸受１７ｂと回転軸１０との間には予圧ばね１８が設けられ、メインハウジング６１と回転軸１０との間にはオイルシール１９が設けられる。ロータ２０は、ロータコア２１および複数の永久磁石２２を有する。複数の永久磁石２２はロータコア２１に内蔵されている。

固定部材１１は、軸部１２、筒状部１３およびフランジ部１４を有する。軸部１２は、回転軸１０と一体に形成され、回転軸１０に対する径方向に延在する。筒状部１３およびフランジ部１４は、軸部１２を介して回転軸１０と一体化されている。筒状部１３の外周にロータコア２１が嵌合される。押え部材１６がボルト１５により筒状部１３に固定され、フランジ部１４および押え部材１６によって、ロータコア２１および永久磁石２２が、回転軸１０の軸方向における両側から挟み付けられる。

［ステータ３０］
ステータ３０は、ステータコア４０およびステータコイル５０を有する。ステータコア４０は、たとえば軟質磁性材料から作製される。図２は、ステータ３０を回転軸１０の軸方向（軸心１０Ｃに沿った方向）から見た図である。図３は、図２中のＩＩＩ線で示される領域を拡大して示す図である。図４は、ステータ３０に備えられるステータコア用部品４５およびボビン５２を示す斜視図である。

（ステータコア４０）
ステータコア４０（コア）は、本体部４１および複数の突出部４２を備える。本体部４１は、軸心１０Ｃの周りに環状に延在する。本体部４１の外周には、ボルト６５（図１）を挿通するための複数の切欠き４３（図２，図４）が設けられる。本体部４１の内周に、複数の突出部４２が設けられる。複数の突出部４２は、本体部４１から本体部４１の径方向に延在しており、軸心１０Ｃの周りに放射状に配置されている。

ステータコア４０は、同形を有する複数のステータコア用部品４５（分割コア）を円周方向に並べて組み合わせることにより構成される。複数のステータコア用部品４５の各々が、突出部４２および切欠き４３を１つずつ有する。隣り合うステータコア用部品４５は、係合凸部４５ａと係合凹部４５ｂとが互いに係合することで組み合わされる。

ステータコア４０は、ハウジング６０（図１）内に設置される。本体部４１がメインハウジング６１の内周に嵌合すると共に、本体部４１の一端面がメインハウジング６１の段面６４に当接するように、ステータコア４０は配置される。複数の切欠き４３の各々にボルト６５が挿通され、段面６４に設けられたねじ孔６４Ｈにボルト６５が固定される。これによりステータコア４０がハウジング６０に固定される。

（ステータコイル５０）
図２に示すように、ステータ３０のステータコイル５０は、軸心１０Ｃの周りに周方向に並び、各々が複数の突出部４２の各々に設けられる複数のボビン５２と、各々が複数のボビン５２の各々に巻かれた複数の導線５９とを備える。

本実施の形態では、ステータコイル５０は集中巻の巻回形式を有する。ステータコイル５０は複数の個別コイル５１を含む。複数の個別コイル５１の各々が、ステータコア４０における複数の突出部４２の各々に取り付けられる。複数の個別コイル５１の各々がボビン５２および導線５９を有する。すなわち、複数のボビン５２の各々が複数の突出部４２の各々に設けられる。ボビン５２は突出部４２の外周を囲むように配置され、導線５９はボビン５２に積層状に巻かれる。

（ボビン５２）
図４に示すように、複数のボビン５２の各々は、巻回部５３、第１鍔部５４、第２鍔部５５、および第３鍔部５６を有する。図５は、ボビン５２を構成するボビン分割体５２ａを示す斜視図である。

巻回部５３は筒状の形状を有し、突出部４２の延在方向に延在している。巻回部５３は、本体部４１の径方向（あるいは回転軸１０に対する径方向）に沿って延在している。図４、図５に示すように、ボビン５２は、２つのボビン分割体５２ａ，５２ｂを有する。ボビン分割体５２ａ，５２ｂは、回転軸１０の軸方向においてボビン５２を２つに分割した構造を有しており、たとえば互いに対して対称に形成される。ボビン分割体５２ａ，５２ｂを互いに組み合わせることで、１つのボビン５２が構成される。

ボビン分割体５２ａ，５２ｂには、Ｕ字状の壁５３ｍ，５３ｎがそれぞれ設けられる。Ｕ字状の壁５３ｍ，５３ｎを互いに組み合わせることにより巻回部５３が筒状に形成される。巻回部５３の内側に、突出部挿入孔５３Ｈ（図５）が形成される。突出部挿入孔５３Ｈに、ステータコア４０の突出部４２が挿入される。巻回部５３の外周面上に導線５９が積層状に巻かれる。

ボビン分割体５２ａ，５２ｂの各々は、第１鍔部５４、第２鍔部５５、および第３鍔部５６を１つずつ有する。ボビン分割体５２ａ，５２ｂ同士の間においては、ボビン分割体５２ａ，５２ｂにそれぞれ設けられた接合部５８ａ，５８ｂ（図５）が互いに重なった状態が形成されている。図２のようにステータ３０が組み立てられた状態では、ステータコア４０と導線５９との間の絶縁が確保されている。

第１鍔部５４は、巻回部５３における本体部４１とは反対側の第１端部５３ａに設けられる。ここでは、第１端部５３ａは、本体部４１の径方向において、巻回部５３の内径側に位置する部分である。第１鍔部５４の内径面は、回転軸１０の軸心１０Ｃを中心とする円弧状である。第１鍔部５４は、第１端部５３ａから巻回部５３の延在方向と交わる方向に延在する。ここでは、第１鍔部５４は、第１端部５３ａから回転軸１０の軸方向（導線５９の積層方向）に沿って突出する。一つの第１鍔部５４が、巻回部５３の第１端部５３ａから回転軸１０の軸方向における一方側に突出しており、他の第１鍔部５４が、巻回部５３の第１端部５３ａから回転軸１０の軸方向における一方側に突出している。

第２鍔部５５および第３鍔部５６は、巻回部５３における本体部４１側の第２端部５３ｂに設けられる。ここでは、第２端部５３ｂは、本体部４１の径方向において、巻回部５３の外径側に位置する部分である。第２鍔部５５および第３鍔部５６は、第２端部５３ｂから巻回部５３の延在方向と交わる方向に延在する。ここでは、第２鍔部５５および第３鍔部５６は、第２端部５３ｂから回転軸１０の軸方向（導線５９の積層方向）に沿って突出する。一組の第２鍔部５５および第３鍔部５６が、巻回部５３の第２端部５３ｂから回転軸１０の軸方向における一方側に突出しており、もう一つの一組の第２鍔部５５および第３鍔部５６が、巻回部５３の第２端部５３ｂから回転軸１０の軸方向における他方側に突出している。

すなわち、図４に示すように、第１鍔部５４、第２鍔部５５および第３鍔部５６は、本体部４１の軸線の延びる方向（ここでは回転軸１０の軸方向に略一致する方向）において、巻回部５３に対して両側に設けられる。第２鍔部５５と第３鍔部５６とは、本体部４１の周方向において相互に離間して配置され、第２鍔部５５と第３鍔部５６との間には開口部５７が形成される。

第２鍔部５５は、開口部５７に近い側の位置に内側端部５５ｃを有しており、開口部５７とは反対側の位置に外側端部５５ｄを有している。同様に、第３鍔部５６は、開口部５７に近い側の位置に内側端部５６ｃを有し、開口部５７とは反対側の位置に外側端部５６ｄを有している。開口部５７は、内側端部５５ｃ，５６ｃの間に形成される。内側端部５５ｃ，５６ｃは本体部４１の軸線（換言すると、回転軸１０の軸心１０Ｃに略一致する軸線）を通る平面に沿って延在している。

第１鍔部５４と、第２鍔部５５および第３鍔部５６との間に、導線５９が配置される。開口部５７は導線５９（図２，図３参照）のコイルエンドを露出させる。第２鍔部５５および第３鍔部５６には、傾斜面５５ａ，５６ａがそれぞれ形成されている。傾斜面５５ａ，５６ａは、開口部５７に接近するにしたがって、本体部４１の軸線（換言すると、回転軸１０の軸心１０Ｃに略一致する軸線）に近づくように傾斜した表面形状を有している。

図３に示すように、回転軸１０の軸心１０Ｃの位置を基準とした径方向における回転軸１０の軸心１０Ｃからの距離を「高さ」と定義した場合には、傾斜面５５ａ，５６ａは、回転軸１０の周りの周方向において開口部５７に接近するにしたがって、高さＨ１，Ｈ２が低くなるように傾斜した表面形状を有している。

図４，図５に示すように、第２鍔部５５は、傾斜面５５ａに加えて、別の傾斜面５５ｂも有している。別の傾斜面５５ｂは、巻回部５３の第２端部５３ｂと傾斜面５５ａとの間に位置する。第３鍔部５６は、傾斜面５６ａに加えて、別の傾斜面５６ｂも有している。別の傾斜面５６ｂは、巻回部５３の第２端部５３ｂと傾斜面５６ａとの間に位置する。これらの別の傾斜面５５ｂ，５６ｂは、本体部４１の周方向、すなわち回転軸１０の周りの周方向において開口部５７に接近するにしたがって、本体部４１の軸線（換言すると、回転軸１０の軸心１０Ｃに略一致する軸線）から遠ざかるように傾斜した表面形状、つまり各々の上記高さが高くなるように傾斜した表面形状を有している。

（作用および効果）
図１に示すように、以上のように構成されるステータ３０は、ハウジング６０の内部に配置されることにより、ハウジング６０の上部から冷却液が供給されるモータ１００に搭載されることとなる。ハウジング６０には、冷却液供給手段７０が設けられている。冷却液供給手段７０は、ステータコイル５０における上部側の部分に冷却液を供給する。冷却液としては、例えば油が使用される。

メインハウジング６１の上部には、供給口６６と流路６７とが設けられる。供給口６６は冷却液供給手段７０から冷却液の供給を受ける。流路６７は、供給口６６に連通し、回転軸１０の軸方向に延在する。メインハウジング６１には、流路６７の軸方向の両端付近とハウジング６０の内部とを連通する、滴下口６８ａ，６８ｂがさらに設けられる。

滴下口６８ａ，６８ｂは、上半部に位置する個別コイル５１のボビン５２の上方に設けられる。たとえば、最上位に位置するボビン５２の上、より具体的には、このボビン５２における第２鍔部５５と第３鍔部５６との間の開口部５７の真上の位置に、滴下口６８ａ，６８ｂを設けることができる。サイドハウジング６２の下部には、冷却液の排出口６９が設けられている。この排出口６９の上端位置は、ロータ２０の下端位置よりも下方に位置している。

冷却液供給装置から送られてくる冷却液が、供給口６６および流路６７を通り、滴下口６８ａ，６８ｂから滴下される。滴下された冷却液は、最上位のボビン５２における、第２鍔部５５および第３鍔部５６で受けられると共に、開口部５７を通して露出している導線５９のコイルエンドで受けられる。

第２鍔部５５の傾斜面５５ａで受けられた冷却液は、開口部５７に向かって傾斜面５５ａ上を移動し、やがて開口部５７を通過して導線５９のコイルエンドで受けられる。同様に、第３鍔部５６の傾斜面５６ａで受けられた冷却液は、開口部５７に向かって傾斜面５６ａ上を移動し、やがて開口部５７を通過して導線５９のコイルエンドで受けられる。傾斜面５５ａ，５６ａの存在によって、導線５９に積極的に冷却液を供給することが可能である。

冷却に供された冷却液は、ハウジング６０の底部に集められ、排出口６９からハウジング６０の外部に排出される。排出口６９から排出された冷却液は、油溜りを経由して冷却液供給装置に戻され、再度、モータ１００の内部の冷却に用いられる。

このように、本実施の形態におけるステータ３０を用いることにより、ハウジング６０の上部から供給される冷却液によって効率よくステータ３０、特に、開口部５７を通して露出している導線５９のコイルエンドを効率良く冷却することができる。その結果、モータ１００の出力を向上させることが可能になったり、モータ１００の一層の小型化を図ることが可能になったりする。

傾斜面５５ａ，５６ａの両方を設けずに、いずれか一方の傾斜面のみを設けても良い。その場合でも、傾斜面５５ａ，５６ａを設けない場合と比べて、冷却効果を向上させることができる。

［他の構成１］
図３に示すように、開口部５７における本体部４１の周方向の幅Ｗ５７は、第２鍔部５５における上記周方向の幅Ｗ５５よりも広くてもよく、および／または、開口部５７の幅Ｗ５７は、第３鍔部５６における上記周方向の幅Ｗ５６よりも広くてもよい。開口部５７の幅Ｗ５７が広いと、導線５９のコイルエンドに直接的に供給される冷却液の量が増加し、冷却効果を向上させることが可能になる。

［他の構成２］
上述のステータ３０においては、ステータコイル５０が複数の個別コイル５１から構成され、複数の個別コイル５１が円環状に組み合わされることで構成される。ステータコア４０は、同形を有する複数のステータコア用部品４５（分割コア）を円周方向に並べて組み合わされて構成される。このような構成は、本明細書に開示された技術的思想に照らして必須ではない。たとえば円環状の薄板を軸方向に積層することによって、ステータ３０の本体部４１に相当する構成を実現してもよい。このような構成が採用される場合であっても、ボビン５２に開口部５７および傾斜面５５ａあるいは傾斜面５６ａの構成を採用することによって、上述と同様の作用および効果を得ることができる。

［他の構成３］
図３に示すように、第２鍔部５５の外側端部５５ｄおよび第３鍔部５６の外側端部５６ｄは、回転軸１０の軸心１０Ｃを通る平面に沿って延在していてもよい。ステータコア４０の各突出部４２に各ボビン５２を取り付けた状態で、図３に示すように、第１のボビン５２の第２鍔部５５の外側端部５５ｄと、これに隣り合う第２のボビン５２の第３鍔部５６の外側端部５６ｄとの間に、隙間Ｓ１が設けられるように配置されていてもよい。隙間Ｓ１を通して、冷却液を種々の箇所に行き渡らせることが可能になる。この際、隙間Ｓ１に向かう冷却液の移動が別の傾斜面５５ｂ，５６ｂ（図３〜図５）によって促進されるようにすることも効果的である。

［他の構成４］
図３に示すように、第１鍔部５４の周方向における一方側には側面５４ａが設けられ、他方側には側面５４ｂが設けられる。側面５４ａ，５４ｂは、回転軸１０の軸心１０Ｃを通る平面に沿って延在していてもよい。ステータコア４０の各突出部４２に各ボビン５２を取り付けた状態で、図３に示すように、第１のボビン５２の第１鍔部５４の側面５４ａと、これに隣り合う第２のボビン５２の第１鍔部５４の側面５４ｂとの間に、隙間Ｓ２が設けられるように配置されていてもよい。隙間Ｓ２を通して、冷却液を種々の箇所に行き渡らせることが可能になる。

以上、実施の形態について説明したが、上記の開示内容はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の技術的範囲は特許請求の範囲によって示され、特許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。

１０ 回転軸、１０Ｃ 軸心、１１ 固定部材、１２ 軸部、１３ 筒状部、１４ フランジ部、１５，６３，６５ ボルト、１６ 押え部材、１７ａ，１７ｂ 軸受、１８ 予圧ばね、１９ オイルシール、２０ ロータ、２１ ロータコア、２２ 永久磁石、３０ ステータ、４０ ステータコア（コア）、４１ 本体部、４２ 突出部、４５ ステータコア用部品、４５ａ 係合凸部、４５ｂ 係合凹部、５０ ステータコイル、５１ 個別コイル、５２ ボビン、５２ａ，５２ｂ ボビン分割体、５３ 巻回部、５３Ｈ 突出部挿入孔、５３ａ 第１端部、５３ｂ 第２端部、５３ｍ，５３ｎ 壁、５４ 第１鍔部、５４ａ，５４ｂ 側面、５５ 第２鍔部、５５ａ，５５ｂ，５６ａ，５６ｂ 傾斜面、５５ｃ，５６ｃ 内側端部、５５ｄ，５６ｄ 外側端部、５６ 第３鍔部、５７ 開口部、５８ａ，５８ｂ 接合部、５９ 導線、６０ ハウジング、６１ メインハウジング、６２ サイドハウジング、６４ 段面、６４Ｈ ねじ孔、６６ 供給口、６７ 流路、６８ａ，６８ｂ 滴下口、６９ 排出口、７０ 冷却液供給手段、１００ モータ、Ｈ１，Ｈ２ 高さ、Ｓ１，Ｓ２ 隙間、Ｗ５５，Ｗ５６，Ｗ５７ 幅。

Claims (5)

1. 環状の本体部および前記本体部から前記本体部の径方向に延在する複数の突出部を有するコアと、各々が複数の前記突出部の各々に設けられる複数のボビンと、各々が複数の前記ボビンの各々に巻かれた複数の導線とを備える、モータのステータであって、
   複数の前記ボビンの各々は、
   前記突出部の延在方向に延在し、前記導線が巻かれる巻回部と、
   前記巻回部における前記本体部とは反対側の第１端部に設けられ、当該第１端部から前記巻回部の延在方向と交わる方向に延在する第１鍔部と、
   前記巻回部における前記本体部側の第２端部に設けられ、当該第２端部から前記巻回部の延在方向と交わる方向に延在する第２鍔部および第３鍔部と、を有し、
   前記第２鍔部と前記第３鍔部とは、前記本体部の周方向において相互に離間して配置され、前記第２鍔部と前記第３鍔部との間には、前記巻回部に巻かれている前記導線を露出させるための開口部が形成され、
   前記第２鍔部および前記第３鍔部のうちの少なくとも一方には、傾斜面が形成されており、前記傾斜面は、前記開口部に接近するにしたがって前記本体部の軸線に近づくように傾斜した表面形状を有している、
   ステータ。
2. 前記開口部における前記本体部の周方向の幅は、前記第２鍔部における前記本体部の周方向の幅および／または前記第３鍔部における前記本体部の周方向の幅よりも広い、
   請求項１に記載のステータ。
3. 前記コアは、複数の分割コアが組み合わされて構成される、
   請求項１または２に記載のステータ。
4. 複数の前記ボビンは、第１の前記ボビンの前記第２鍔部と、これに隣り合う第２の前記ボビンの前記第３鍔部との間に、隙間が設けられるように配置されている、
   請求項１から３のいずれか１項に記載のステータ。
5. 複数の前記ボビンは、第１の前記ボビンの前記第１鍔部と、これに隣り合う第２の前記ボビンの前記第１鍔部との間に、隙間が設けられるように配置されている、
   請求項１から４のいずれか１項に記載のステータ。
   

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