JP2022137428A - 回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】全体のコイルエンドに十分な量の冷媒を供給してコイル全体を冷却することができる回転電機を提供する。【解決手段】コイルエンド５０ａの塗装部６０は、離間部６２と、連結部６４と、を有し、ステータ１６の上下の中心位置Ｍから下方側に配置される複数のコイルエンド５０ａのうち、下端部５６に配置されるコイルエンド５０ａを除く複数のコイルエンド５０ａにおいて、連結部６４の軸線方向Ａの幅Ｄａが、離間部６２の軸線方向Ａの幅Ｄｂよりも広い。【選択図】図５

Description

本発明は、ステータのコイルを冷媒で冷却する回転電機に関する。

特許文献１には、ステータコアに設けられるコイルを冷却する回転電機が示される。Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のコイルは、ステータコアの両端から軸線方向に突出するコイルエンドを有する。一端側で各相のコイルエンドは、ステータコアの周方向に沿って配置される。また、ステータの径方向の外側から内側に向かってＵ相、Ｖ相、Ｗ相のコイルエンドが配置される。この回転電機は、ロータ及びステータの軸線が水平となるように配置される。冷媒は、外側に配置されたＷ相のコイルエンドの上方から滴下され、各相のコイルエンドの間の隙間、Ｗ相とＶ相のコイルエンドの間の隙間、及び、Ｖ相とＵ相のコイルエンドの間の隙間を流れ、コイルの各部分に供給される。

国際公開第２０１９／０５３９２０号

コイル全体に冷媒を供給するためには、全てのコイルエンドに十分な量の冷媒を供給する必要がある。特許文献１の回転電機では、各相のコイルエンドの間の隙間の数が少ない。このため、コイルエンドの一部に十分な冷媒が供給されない可能性がある。

一方、セグメントコイルの場合、コイルエンドの間の隙間の数が多く、冷媒はコイルエンドの様々な部分を流れることができる。しかし、隙間が多すぎると、冷媒が下に流れやすい。特に、ステータの下半分に配置されたコイルエンドにおいては、下に進むほど冷媒が下側（コイルエンドの列の外側）に流れやすい。このため、最下端に配置されるコイルエンドまで冷媒が十分に供給されない可能性がある。

本発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、全体のコイルエンドに十分な量の冷媒を供給してコイル全体を冷却することができる回転電機を提供することを目的とする。

本発明の態様は、
環状のステータと、前記ステータの内周側に配置されるロータと、前記ステータの一部に冷媒を供給する供給口と、を備え、前記供給口が前記ステータの上部に配置される回転電機であって、
前記ステータは、周方向に並ぶ複数のティース部及び複数のスロットを有するステータコアと、前記スロットに配置されるコイルと、を有し、
前記コイルは、各々の前記スロットの一端から軸線方向に突出し且つ前記ステータの前記周方向に沿って並ぶ複数のコイルエンドを有し、
各々の前記コイルエンドは、絶縁体が塗布される塗装部を有し、
前記コイルエンドの前記塗装部は、前記周方向に沿って並ぶ隣の前記コイルエンドの前記塗装部と離間している離間部と、前記離間部よりも前記コイルエンドの先端側に位置し且つ前記周方向に沿って並ぶ隣の前記コイルエンドの前記塗装部と連結部材で連結されている連結部と、を有し、
前記ステータの上下の中心位置から下方側に配置される複数の前記コイルエンドのうち、下端部に配置される前記コイルエンドを除く複数の前記コイルエンドにおいて、前記連結部の前記軸線方向の幅が、前記離間部の前記軸線方向の幅よりも広い。

本発明によれば、全体のコイルエンドに十分な量の冷媒を供給してコイル全体を効率的に冷却することができる。

図１は回転電機の主要な構成部品を示す分解斜視図である。 図２は回転電機の内部を示す図である。 図３はステータコアの端部の一部を示す図である。 図４はセグメントコイルを示す斜視図である。 図５は複数のコイルエンドを示す図である。 図６はコイルエンドの接合部分の断面を示す図である。 図７は連結部が形成されるコイルエンドを示す図である。 図８は連結部が形成されるコイルエンドを示す図である。

以下、この発明に係る回転電機について実施形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。

［１ 回転電機１０の構造］
図１で示されるように、回転電機１０は、ケース１２と、ロータ１４と、ステータ１６と、カバー１８とを有する。なお、図１では他の部品、例えばレゾルバ等は省略されている。回転電機１０は、モータであっても良いし、ジェネレータであっても良い。一例として、回転電機１０は、電動車両（ＢＥＶ、ＨＥＶ、ＰＨＥＶ、ＦＣＶ等）の駆動用のモータ又は発電用のジェネレータとして使用される。回転電機１０は、使用対象物（前述した例では電動車両）に対して、ロータ１４及びステータ１６の軸線２０が水平面と略平行となる状態で取り付けられる。

なお、以下の説明において、軸線方向Ａというのは、ロータ１４及びステータ１６の軸線２０が延びる方向のことをいう。また、周方向Ｃというのは、軸線２０を中心として周回する方向のことをいう。また、径方向Ｒというのは、軸線２０を中心とする円（例えばロータ１４及びステータ１６の外周円）の半径方向のことをいう。

図２で示されるように、ケース１２は、収納部２２と、４つの供給口２４と、排出口２６と、を有する。収納部２２は、ケース１２の内壁によって画定される。収納部２２は、ロータ１４とステータ１６を収納する空間である。４つの供給口２４は、収納部２２の上部に設けられ、ステータ１６のコイルエンド５０ａよりも上方側に位置する。各供給口２４は、コイルエンド５０ａに対して液体状の冷媒（例えばＡＴＦ：Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｆｌｕｉｄ）を滴下する。排出口２６は、ステータ１６のコイルエンド５０ａよりも下方側に位置する。排出口２６は、収納部２２の底に設けられ、収納部２２の底に溜まった冷媒をケース１２の外部に排出する。供給口２４と排出口２６は、冷媒の冷却システム（不図示）に接続される。冷却システムは、冷媒を排出口２６から回収し、ラジエータで冷却し、供給口２４から滴下する。収納部２２の開口部分は、カバー１８で覆われる。カバー１８は、ねじ等でケース１２に固定される。

ロータ１４は、磁石が取り付けられるヨークと、ヨークに挿入されるシャフトと、ヨークの両端面に取り付けられる端面板とを有する。ロータ１４は、環状のステータ１６の内周側に配置される。

図２で示されるように、ステータ１６は、ステータコア３０と、コイル３２とを有する。なお、図２では図面の見やすさのために、コイル３２が簡略化して示される。例えば、ステータコア３０は、複数の環状の電磁鋼板が軸線方向Ａに積層されて形成される。又は、ステータコア３０は、複数の鉄心片が周方向Ｃに連結されて形成されても良い。

図３で示されるように、ステータコア３０は、環状のヨーク部３４と、複数のティース部３６と、複数のスロット３８とを有する。各ティース部３６は、径方向Ｒに沿ってヨーク部３４から軸線２０に向かって延びる。複数のティース部３６は、ヨーク部３４の内周側で周方向Ｃに沿って並ぶ。各スロット３８は、２つのティース部３６の間に位置する。複数のスロット３８は、ヨーク部３４の内周側で周方向Ｃに沿って並ぶ。

コイル３２は、図４で示されるセグメントコイル４２が複数連結されて構成される。１つのセグメントコイル４２は、複数（図４では４つ）のワイヤ部材４２Ａにより構成される。複数のワイヤ部材４２Ａは、一方向（図４では径方向Ｒ）に積層される。ワイヤ部材４２Ａは、例えば断面が平角の導体からなる芯線と、芯線の周囲を覆うエナメル層と、エナメル層の周囲を覆う樹脂層とからなる。

ワイヤ部材４２Ａは、ワイヤ部材４２Ａの一端側と他端側に位置する一対の第１突出部４４と、ワイヤ部材４２Ａの中央に位置する第２突出部４６と、第１突出部４４と第２突出部４６との間に位置する一対の挿入部４８とを有する。第１突出部４４は、ステータコア３０の一端３０ａから軸線方向Ａの一方に突出するコイルエンド５０ａである。コイルエンド５０ａには絶縁体６８（図５、図６）の樹脂が塗布される（詳細は後述）。第１突出部４４は、図４で示されるように、周方向Ｃの一方又は他方に湾曲する。第２突出部４６は、ステータコア３０の他端３０ｂから軸線方向Ａの他方に突出するコイルエンド５０ｂである。コイルエンド５０ｂにはワニスが塗布される。挿入部４８は、直線状に形成されており、ステータコア３０のスロット３８に配置される。一対の挿入部４８の一方と他方は、それぞれ異なるスロット３８に配置される。

図６で示されるように、セグメントコイル４２の１つの第１突出部４４の先端部分と、他のセグメントコイル４２の１つの第１突出部４４の先端部分は、互いに接合される。このようにして、複数のセグメントコイル４２間で複数のワイヤ部材４２Ａが連結されることで１相分のコイル３２が形成される。ステータコア３０のスロット３８には、同一相の複数のセグメントコイル４２が径方向Ｒに重ねて配置される。周方向に連続して並ぶ複数のスロット３８には、Ｕ相、Ｕ相、Ｖ相、Ｖ相、Ｗ相、Ｗ相、Ｕ相、Ｕ相・・・の順に、セグメントコイル４２が配置される。ヨーク部３４及びティース部３６とセグメントコイル４２との間には絶縁紙（不図示）が介在する。

図５を用いてコイルエンド５０ａの更なる説明をする。図５は、１つの列５２に含まれるコイルエンド５０ａをステータ１６の内周側から見た状態を模式的に示す図である。複数のコイルエンド５０ａは、周方向Ｃに沿って並び、且つ、同一の円周上に並んで列５２を形成する。列５２は、ステータ１６の径方向Ｒの内側から外側に向かって複数形成される。コイルエンド５０ａは、周方向Ｃの一方又は他方に湾曲する。同一の列５２において、全てのコイルエンド５０ａは共に同じ方向に湾曲する。また、同一の列５２において、隣り合う２つのコイルエンド５０ａは互いに離間する。一方、隣り合う列５２において、コイルエンド５０ａは互いに異なる方向に湾曲する。コイルエンド５０ａの湾曲する部分を湾曲部５４と称する。

全てのコイルエンド５０ａは、ステータコア３０の近傍位置からコイルエンド５０ａの先端までの部分に絶縁体６８が塗布される。コイルエンド５０ａに絶縁体６８が塗布された部分を塗装部６０と称する。更に、ステータ１６の上下の中心位置Ｍから下方側に配置されるコイルエンド５０ａの塗装部６０のうち、下端部５６に配置されるコイルエンド５０ａの塗装部６０を除く複数のコイルエンド５０ａの塗装部６０は、離間部６２と連結部６４と先端部６６とを有する。なお、中心位置Ｍから上方側に配置されるコイルエンド５０ａの塗装部６０は、離間部６２と連結部６４と先端部６６とを有していても良いし、有していなくても良い。

離間部６２は、相対的にステータコア３０の近傍に位置する。離間部６２は、周方向Ｃに沿って並ぶ隣の離間部６２と離間している。つまり、隣り合う２つの離間部６２は互いに離間している。連結部６４は、離間部６２よりもコイルエンド５０ａの先端側に位置する。連結部６４は、周方向Ｃに沿って並ぶ隣の連結部６４と連結部材７０で連結されている。つまり、隣り合う２つの連結部６４は互いに連結されている。連結部６４は、湾曲部５４の一部又は全部を含む。先端部６６は、コイルエンド５０ａの先端を含む。先端部６６は、周方向Ｃに沿って並ぶ隣の先端部６６と離間している。つまり、隣り合う２つの先端部６６は互いに離間している。

連結部材７０は、コイルエンド５０ａに塗装される絶縁体６８と同一部材である。例えば、粉体塗装で塗装部６０を形成する際に、連結部６４の膜厚を厚くすることによって、絶縁体６８の粉末で２つの連結部６４の間の隙間を埋めることができる。粉体塗装で形成された連結部材７０は、段差がなく且つ表面が滑らかになる。このため、冷媒の流れが円滑になる。なお、連結部材７０は、絶縁体６８の代わりに、複数の連結部６４に跨って貼り付けられる樹脂のテープ、例えば表面が滑らかなカプトンテープであっても良い。なお、連結部６４は、ステータ１６の下端部５６に配置される複数のコイルエンド５０ａの塗装部６０には形成されない。このため、下端部５６において、隣り合う２つのコイルエンド５０ａの塗装部６０は、互いに離間している。

連結部６４の軸線方向Ａの幅Ｄａと離間部６２の軸線方向Ａの幅Ｄｂとを比較すると、幅Ｄａは幅Ｄｂよりも広い。幅Ｄａと幅Ｄｂの比率は回転電機１０の各部の大きさに応じて設定される。このような構造により、中心位置Ｍから下方側のコイルエンド５０ａにおいて、一部の冷媒はコイルエンド５０ａの内側に留まりつつ、下端部５６に配置されるコイルエンド５０ａまで流れる。このため、全体のコイルエンド５０ａに十分な量の冷媒が供給される。更に、冷媒は、コイルエンド５０ａからスロット３８に流れ込む。その結果、コイル３２全体が冷却される。また、冷媒は、下端部５６において、隣り合う２つのコイルエンド５０ａの間の隙間から下方に落下する。このため、冷媒は円滑に循環する。

連結部６４は、複数の列５２の少なくとも１つに形成されていれば良い。例えば、図７で示されるように、連結部６４は、最も内側の列５２ｉのコイルエンド５０ａ（黒塗り部分）に形成されていても良い。また、図８で示されるように、連結部６４は、最も外側の列５２ｏのコイルエンド５０ａ（黒塗り部分）に形成されていても良い。また、連結部６４は、複数の列５２のコイルエンド５０ａに形成されていても良い。この場合、連結部６４の幅Ｄａは、列５２毎に異なっていても良い。例えば、外側の列５２のコイルエンド５０ａの連結部６４の幅Ｄａが、内側の列５２のコイルエンド５０ａの連結部６４の幅Ｄａより広くても良い。つまり、内側の列５２から外側の列５２に進むにつれて、連結部６４の幅Ｄａが広くなっても良い。

［２ 冷媒の流れ］
冷媒は、図２で示される４つの供給口２４から滴下される。冷媒は、供給口２４の真下のコイルエンド５０ａからその周囲に拡散し、コイルエンド５０ａの複数の列５２に沿って下方に流れる。中心位置Ｍより下方側の範囲で、一部の冷媒は、連結部６４を形成する連結部材７０に沿って下方に流れる。また、別の一部の冷媒は、２つの離間部６２の間の隙間又は２つの先端部６６の間の隙間を通り、下方且つ外側に向かって流れる。冷媒は、各コイルエンド５０ａの位置でスロット３８に流れ込んでコイル３２を冷却する。

一部の冷媒は、最も外側の列５２のコイルエンド５０ａからケース１２の内壁に落下する。残りの冷媒は、下端部５６まで流れ、隣り合う２つのコイルエンド５０ａの間の隙間から下方に落下する。ケース１２の内壁に溜まった冷媒は、排出口２６からケース１２の外部に排出される。

［３ 実施形態から得られる技術的思想］
上記実施形態から把握しうる技術的思想について、以下に記載する。

本発明の態様は、
環状のステータ１６と、前記ステータ１６の内周側に配置されるロータ１４と、前記ステータ１６の一部に冷媒を供給する供給口２４と、を備え、前記供給口２４が前記ステータ１６の上部に配置される回転電機１０であって、
前記ステータ１６は、周方向Ｃに並ぶ複数のティース部３６及び複数のスロット３８を有するステータコア３０と、前記スロット３８に配置されるコイル３２と、を有し、
前記コイル３２は、各々の前記スロット３８の一端から軸線方向Ａに突出し且つ前記ステータ１６の前記周方向Ｃに沿って並ぶ複数のコイルエンド５０ａを有し、
各々の前記コイルエンド５０ａは、絶縁体６８が塗布される塗装部６０を有し、
前記コイルエンド５０ａの前記塗装部６０は、前記周方向Ｃに沿って並ぶ隣の前記コイルエンド５０ａの前記塗装部６０と離間している離間部６２と、前記離間部６２よりも前記コイルエンド５０ａの先端側に位置し且つ前記周方向Ｃに沿って並ぶ隣の前記コイルエンド５０ａの前記塗装部６０と連結部材７０で連結されている連結部６４と、を有し、
前記ステータ１６の上下の中心位置Ｍから下方側に配置される複数の前記コイルエンド５０ａのうち、下端部５６に配置される前記コイルエンド５０ａを除く複数の前記コイルエンド５０ａにおいて、前記連結部６４の前記軸線方向Ａの幅Ｄａが、前記離間部６２の前記軸線方向Ａの幅Ｄｂよりも広い。

上記構成によれば、一部の冷媒がコイルエンド５０ａの内側を流れ、別の一部の冷媒がコイルエンド５０ａの外側に流れる。このため、冷媒が全体のコイルエンド５０ａに適度に拡散する。従って、全体のコイルエンド５０ａに冷媒を行き渡らせることができ、コイル３２の冷却効率が向上する。

本発明の態様において、
前記コイル３２は、各々の前記スロット３８の内部で前記ステータ１６の径方向Ｒの内側から外側に複数重ねられており、
複数の前記コイルエンド５０ａは、前記周方向Ｃに沿って並んで列５２を形成し、
前記ステータ１６の前記径方向Ｒの内側から外側に向かって複数の前記列５２があり、
前記中心位置Ｍから下方側に配置される複数の前記コイルエンド５０ａのうち、所定の前記列５２に含まれ且つ前記下端部５６に配置される前記コイルエンド５０ａを除く複数の前記コイルエンド５０ａにおいて、前記連結部６４の前記軸線方向Ａの幅Ｄａが、前記離間部６２の前記軸線方向Ａの幅Ｄｂよりも広くても良い。

本発明の態様において、
最も内側の前記列５２ｉの前記コイルエンド５０ａが、前記連結部６４を有していても良い。

上記構成によれば、冷媒が全体のコイルエンド５０ａに拡散しつつ下端部５６まで流れる。このため、上記構成によれば、全体のコイルエンド５０ａにより多くの冷媒を供給することができる。従って、コイル３２の冷却効率が向上する。

本発明の態様において、
最も外側の前記列５２ｏの前記コイルエンド５０ａが、前記連結部６４を有していても良い。

上記構成によれば、冷媒が最も外側の列５２ｏのコイルエンド５０ａの外側に流出することなく下端部５６まで流れる。このため、上記構成によれば、全体のコイルエンド５０ａにより多くの冷媒を供給することができる。従って、コイル３２の冷却効率が向上する。

本発明の態様において、
外側の前記列５２の前記コイルエンド５０ａの前記連結部６４は、内側の前記列５２の前記コイルエンド５０ａの前記連結部６４よりも広くても良い。

上記構成によれば、冷媒が全体のコイルエンド５０ａに拡散しつつ下端部５６まで流れる。また、上記構成によれば、冷媒は、最も外側の列５２ｏのコイルエンド５０ａの外側に流出することなく下端部５６まで流れる。このため、上記構成によれば、全体のコイルエンド５０ａにより多くの冷媒を供給することができる。従って、コイル３２の冷却効率が向上する。

本発明の態様において、
前記コイルエンド５０ａは、前記周方向Ｃの一方に湾曲する湾曲部５４を有し、
前記連結部６４は、前記湾曲部５４に設けられても良い。

上記構成によれば、コイルエンド５０ａの湾曲方向に沿って冷媒がコイルエンド５０ａの先端側へ流出することを防止することができる。このため、上記構成によれば、冷媒は下端部５６のコイルエンド５０ａまで流れる。従って、コイル３２の冷却効率が向上する。

本発明の態様において、
前記連結部材７０は、前記絶縁体６８であっても良い。

上記構成によれば、コイルエンド５０ａの塗装部６０に塗装される絶縁体６８と同じ部材を使用することができるため、連結部６４の製造コストの上昇を抑制することができる。

本発明の態様において、
前記連結部材７０は、樹脂のテープであっても良い。

本発明の態様において、
前記コイル３２は、複数のセグメントコイル４２からなり、
前記コイルエンド５０ａは、前記セグメントコイル４２同士の接合箇所であっても良い。

なお、本発明に係る回転電機は、前述の実施形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。

１０…回転電機 １４…ロータ
１６…ステータ ２０…軸線
２４…供給口 ３０…ステータコア
３２…コイル ３６…ティース部
３８…スロット ５０ａ、５０ｂ…コイルエンド
５２、５２ｉ、５２ｏ…列 ５４…湾曲部
５６…下端部 ６０…塗装部
６２…離間部 ６４…連結部
６８…絶縁体 ７０…連結部材
Ａ…軸線方向 Ｃ…周方向
Ｄａ、Ｄｂ…幅 Ｍ…中心位置
Ｒ…径方向

Claims (9)

1. 環状のステータと、前記ステータの内周側に配置されるロータと、前記ステータの一部に冷媒を供給する供給口と、を備え、前記供給口が前記ステータの上部に配置される回転電機であって、
   前記ステータは、周方向に並ぶ複数のティース部及び複数のスロットを有するステータコアと、前記スロットに配置されるコイルと、を有し、
   前記コイルは、各々の前記スロットの一端から軸線方向に突出し且つ前記ステータの前記周方向に沿って並ぶ複数のコイルエンドを有し、
   各々の前記コイルエンドは、絶縁体が塗布される塗装部を有し、
   前記コイルエンドの前記塗装部は、前記周方向に沿って並ぶ隣の前記コイルエンドの前記塗装部と離間している離間部と、前記離間部よりも前記コイルエンドの先端側に位置し且つ前記周方向に沿って並ぶ隣の前記コイルエンドの前記塗装部と連結部材で連結されている連結部と、を有し、
   前記ステータの上下の中心位置から下方側に配置される複数の前記コイルエンドのうち、下端部に配置される前記コイルエンドを除く複数の前記コイルエンドにおいて、前記連結部の前記軸線方向の幅が、前記離間部の前記軸線方向の幅よりも広い、回転電機。
2. 請求項１に記載の回転電機であって、
   前記コイルは、各々の前記スロットの内部で前記ステータの径方向の内側から外側に複数重ねられており、
   複数の前記コイルエンドは、前記周方向に沿って並んで列を形成し、
   前記ステータの前記径方向の内側から外側に向かって複数の前記列があり、
   前記中心位置から下方側に配置される複数の前記コイルエンドのうち、所定の前記列に含まれ且つ前記下端部に配置される前記コイルエンドを除く複数の前記コイルエンドにおいて、前記連結部の前記軸線方向の幅が、前記離間部の前記軸線方向の幅よりも広い、回転電機。
3. 請求項２に記載の回転電機であって、
   最も内側の前記列の前記コイルエンドが、前記連結部を有する、回転電機。
4. 請求項２又は３に記載の回転電機であって、
   最も外側の前記列の前記コイルエンドが、前記連結部を有する、回転電機。
5. 請求項２～４のいずれか１項に記載の回転電機であって、
   外側の前記列の前記コイルエンドの前記連結部は、内側の前記列の前記コイルエンドの前記連結部よりも広い、回転電機。
6. 請求項１～５のいずれか１項に記載の回転電機であって、
   前記コイルエンドは、前記周方向の一方に湾曲する湾曲部を有し、
   前記連結部は、前記湾曲部に設けられる、回転電機。
7. 請求項１～６のいずれか１項に記載の回転電機であって、
   前記連結部材は、前記絶縁体である、回転電機。
8. 請求項１～６のいずれか１項に記載の回転電機であって、
   前記連結部材は、樹脂のテープである、回転電機。
9. 請求項１～８のいずれか１項に記載の回転電機であって、
   前記コイルは、複数のセグメントコイルからなり、
   前記コイルエンドは、前記セグメントコイル同士の接合箇所である、回転電機。

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