JP2022169263A - 回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】コイルエンドの温度上昇を効果的に抑制し、コイルの絶縁劣化を防止する。
【解決手段】回転電機のステータは、複数のティース１１２を有するステータコア１１と、複数のティース１１２に巻装されたコイル１２と、コイル１２の熱をステータコア１１に伝える伝熱体１３と、を備える。コイル１２は、ステータコア１１からその軸方向に突出するコイルエンド１２１を有する。伝熱体１３は、コイルエンド１２１の内周側の表面である内周面１２１ａとステータコア１１のそれぞれに接触するように配置される。伝熱体１３は、ステータコア１１の径方向に直交する方向に沿って配列される複数の導電部材１３０と、複数の導電部材１３０間に形成される絶縁層１４０と、を有する。
【選択図】図６

Description

本発明は、回転電機に関する。

ロータと、ステータとを備えたモータ等の回転電機が知られている（特許文献１参照）。特許文献１には、ステータコアと、ステータコアのティースの両端面に当接するように配置された磁性粉末成形体製のコアエンド部材と、ティース及びコアエンド部材を覆う絶縁キャップと、絶縁キャップの外周に巻回されるコイルと、を有するステータが開示されている。

特開２００２－３６９４１８号公報

回転電機のコイルは通電により発熱する。発熱によりコイルが高温になると絶縁劣化を招くおそれがある。特にコイルエンドは、熱が逃げにくく、通電による自発的な発熱で絶縁劣化が生じやすい。コイルエンドの絶縁劣化を抑制するためには、コイルエンドの熱をステータコアに伝え、コイルエンドの温度上昇を抑制することが考えられる。特許文献１に記載の回転電機は、コイルエンドとステータコアの間にコアエンド部材が配置され、コイルエンドで発生した熱がコアエンド部材を介してステータコアに伝わる構成とされている。しかしながら、特許文献１の記載のコアエンド部材は、磁性粉末成形体により形成されている。磁性粉末成形体は、一般的に樹脂と同程度の熱伝導率である。このため、コイルエンドの温度上昇を十分に抑制することができないおそれがある。

磁性粉末形成体に代えて、熱伝導率の高い金属等の導電部材がコイルエンドとステータコアとの間に配置される場合、コイルエンドの周囲空間に分布する漏れ磁束が導電部材に作用することにより渦電流が発生する。この場合、導電部材自体の発熱により、コイルエンドの温度上昇を十分に抑制できないおそれがある。

本発明は、コイルエンドの温度上昇を効果的に抑制し、コイルの絶縁劣化を防止することを目的とする。

本発明の一態様による回転電機は、ステータと、前記ステータに対して回転可能に設けられたロータと、を備える。前記ステータは、筒状の継鉄部と前記継鉄部から突出する複数のティースとを有するステータコアと、前記複数のティースに巻装されたコイルと、前記コイルの熱を前記ステータコアに伝える伝熱体と、を備える。前記コイルは、前記ステータコアからその軸方向に突出するコイルエンドを有する。前記伝熱体は、前記コイルエンドの内周側の表面と前記ステータコアのそれぞれに接触するように配置される。前記伝熱体は、前記ステータコアの径方向に直交する方向に沿って配列される複数の導電部材と、前記複数の導電部材間に形成される絶縁層と、を有する。

本発明によれば、コイルエンドの温度上昇を効果的に抑制し、コイルの絶縁劣化を防止することができる。

図１は、本発明の実施形態に係る回転電機の構成を示す側面断面模式図である。 図２は、本発明の実施形態に係る回転電機の構成を示す平面断面模式図である。 図３は、図２において破線で示す領域１００Ａのステータのみを抜き出した部分の斜視図である。 図４は、図３に示す領域１００Ａで抜き出したステータの一部の分解斜視図である。 図５は、本発明の実施形態に係る伝熱体の斜視図である。 図６は、伝熱体の断面模式図であり、伝熱体に鎖交する漏れ磁束及び伝熱体に生じる渦電流について示す。 図７は、伝熱体の断面模式図であり、コイルエンドで発生した熱の流れについて示す。 図８は、本発明の実施形態の変形例１－１に係る回転電機のステータの一部の斜視図である。 図９は、本発明の実施形態の変形例１－１に係る伝熱体の斜視図である。 図１０Ａは、本発明の実施形態の変形例２に係る伝熱体を示す図である。 図１０Ｂは、本発明の実施形態の変形例３に係る伝熱体を示す図である。

図面を参照して、本発明の実施形態に係る回転電機について説明する。本実施形態に係る回転電機は、自動車（車両）の走行に使用するのが好適な回転電機である。本実施形態に係る回転電機は、回転電機のみによって走行する純粋な電気自動車、及び、エンジンと回転電機の双方によって駆動されるハイブリッド型の電気自動車のいずれにも適用することができる。

図１は、本発明の実施形態に係る回転電機１００の構成を示す側面断面模式図である。図１は、回転電機１００の回転中心軸Ｃａに平行な平面で切断した回転電機１００の断面を示している。図２は、本発明の実施形態に係る回転電機１００の構成を示す平面断面模式図である。図２では、回転電機１００を回転中心軸Ｃａの方向からみた断面を示している。

回転電機１００は、永久磁石埋込型の三相同期モータである。回転電機１００は、三相交流電力が供給されることで、ロータ２０を回転させる電動機として作動する。なお、回転電機１００は、エンジン（不図示）によって駆動されることにより、発電機として作動して三相交流の発電電力を出力するものであってもよい。つまり、回転電機１００は、電気エネルギーに基づいて回転トルクを発生する電動機としての機能と、機械エネルギーに基づいて発電を行う発電機としての機能の両方を有していてもよい。

図１及び図２に示すように、回転電機１００は、ハウジング２に固定されるステータ１０と、ステータ１０の内周側に隙間３をあけて回転可能に設けられるロータ２０と、を備える。

ステータ１０及びロータ２０は、円筒状のハウジング２に収容されている。図示しないが、ハウジング２には、ロータ２０のシャフト４を支持する複数の軸受が設けられている。シャフト４が複数の軸受によって支持されることにより、ロータ２０がステータ１０の内側で回転可能に保持される。

ステータ１０は、円筒状のステータコア１１と、このステータコア１１に巻装された複数のコイル（Ｕ相コイル、Ｖ相コイル及びＷ相コイル）１２と、を備える。ステータコア１１は、円筒状の継鉄部１１１と、継鉄部１１１から回転中心軸Ｃａに向かって突出する複数（本実施形態では３６個）のティース１１２と、を有する。

回転電機１００のロータ２０の回転中心軸Ｃａは、円筒状のステータコア１１の中心軸に一致する。以下の説明では、ロータ２０の回転中心軸Ｃａに平行な方向を軸方向と記し、ロータ２０の回転中心軸Ｃａを中心とする円周方向、すなわち回転中心軸Ｃａ周りに回転する方向を周方向と記し、軸方向及び周方向に直交する方向を径方向と記す。以下、特に断りなく「軸方向」、「周方向」、「径方向」と記すときは、それぞれ回転電機１００の「軸方向」、「周方向」、「径方向」のことを指す。なお、回転電機１００の「軸方向」、「周方向」、「径方向」は、ステータコア１１の「軸方向」、「周方向」、「径方向」のそれぞれと同義である。

図２に示すように、隣接するティース１１２間には、コイル１２が収容されるスロット１１３が形成される。つまり、ステータコア１１の内周部には、複数（本実施形態では３６個）のスロット１１３が形成される。本実施形態では、ステータコア１１の内周側に、軸方向に沿って延在する複数のティース１１２とスロット１１３とが交互に、かつ周方向に等間隔となるように形成されている。ティース１１２は、周方向に一定の幅で形成されている。

ティース１１２は径方向の磁路を形成し、継鉄部１１１は周方向の磁路を形成する。ティース１１２は、コイル１２によって発生した回転磁界をロータ２０に導き、ロータ２０に回転トルクを発生させる。コイル１２は、集中巻の巻線方式でティース１１２に巻装されている。コイル１２は、例えば、銅を主成分とした導線に絶縁被膜がコーティングされたエナメル線である。コイル１２の絶縁被膜の材料には、例えば、ポリイミド等のエンジニアリングプラスチックを採用できる。各相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）のコイル１２は、それぞれ複数の集中巻コイル１２０が接続されることで形成される。

ステータコア１１は、磁性材料により形成される。本実施形態では、ステータコア１１は、円環状の電磁鋼板を複数枚積層することにより形成される。なお、ステータコア１１は、絶縁被覆された金属磁性粒子を圧縮成形してなる圧粉磁心により形成してもよい。ステータコア１１は、円筒状のハウジング２（図１参照）の内側に焼嵌め、圧入等により嵌合固定される。

ロータ２０は、円筒状のロータコア２１と、ロータコア２１に固定される複数（本実施形態では３２個）の永久磁石２２と、ロータコア２１を貫通するように設けられたシャフト４と、を備える。シャフト４は、ロータコア２１に固定される。ロータコア２１は、磁性材料により形成される。本実施形態では、ロータコア２１は、円環状の電磁鋼板を複数枚積層することにより形成される。なお、ロータコア２１は、絶縁被覆された金属磁性粒子を圧縮成形してなる圧粉磁心により形成してもよい。ロータコア２１の外周面は、隙間３を介して、ステータコア１１の内周面であるティース１１２の先端面と対向している。永久磁石２２は、ロータ２０の界磁極を形成する。

ロータコア２１の外周部には、永久磁石２２が挿入される磁石挿入孔が、周方向に等間隔で形成される。永久磁石２２は、接着剤などによって、その内周面が磁石挿入孔の内周面に接着固定される。なお、ロータコア２１に対する永久磁石２２の固定方法は、これに限られない。例えば、ロータコア２１の外周面に、永久磁石２２を固定するための凹部が設けられていてもよい。

永久磁石２２の磁化方向は径方向を向いており、界磁極毎に磁化方向の向きが反転している。つまり、ある磁極を形成するための永久磁石２２のステータ１０側の面がＮ極、シャフト４側の面がＳ極に磁化されていたとすると、隣の磁極を形成する永久磁石２２のステータ１０側の面はＳ極、シャフト４側の面はＮ極に磁化されている。本実施形態に係るロータ２０は、磁極数が偶数（本実施形態では、３２）のロータである。

Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のコイル１２のそれぞれは、図示しない電力変換装置（インバータ）に接続されている。図示しないバッテリからの直流電力が、電力変換装置により交流電力に変換され、各相のコイル１２に供給されることで、回転磁界が発生し、ロータ２０が回転中心軸Ｃａを中心に回転する。

図３及び図４を参照して、集中巻コイル１２０について説明する。図３は、図２において破線で示す領域１００Ａのステータ１０のみを抜き出した部分の斜視図である。領域１００Ａは、ステータ１０をティース１１２の個数（本実施形態では３６個）分で分割した角度（本実施形態では１０°）に相当する領域である。図４は、図３に示す領域１００Ａで抜き出したステータ１０の一部の分解斜視図である。なお、図３及び図４では、集中巻コイル１２０の導線の図示を模式的に示しているが、実際にはティース１１２の周りに導線が螺旋状に巻回されている。本実施形態では、集中巻コイル１２０の導線は平角線であり、１つのティース１１２に対して１つの集中巻コイル１２０が装着される。集中巻コイル１２０は、例えば、平角線をエッジ側（短辺側）の曲がりにくい方向に巻いた平角線縦巻コイル（エッジワイズコイル）である。なお、集中巻コイル１２０の導線には、丸線を用いてもよい。

集中巻コイル１２０は、治具等に導線を螺旋状に巻回するなどして、予め成形されている。スロット１１３はオープンスロット形状であり、集中巻コイル１２０はステータコア１１の内周側から挿入され、ティース１１２に装着される。集中巻コイル１２０は、軸方向に直交する断面がＵ字状の絶縁紙（不図示）を介してスロット１１３内に収容される。絶縁紙は、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）やポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）等の絶縁性を有する樹脂材料で形成される。図示しないが、集中巻コイル１２０の引き出し線同士を接続することにより、コイル１２が形成される。なお、集中巻コイル１２０は、ティース１１２に直接巻き付けてもよい。この場合、後述する伝熱体１３とティース１１２の外周に導線が巻き回される。

集中巻コイル１２０は、スロット１１３の内側に配置されるスロット内導体１２２と、スロット１１３からステータコア１１の軸方向に突出し、スロット１１３の外側に配置されるコイルエンド１２１と、を有する。コイルエンド１２１は、ティース１１２の周方向一方側のスロット１１３内に配置されるスロット内導体１２２と、ティース１１２の周方向他方側のスロット１１３内に配置されるスロット内導体１２２と、を接続する部分である。コイルエンド１２１は、集中巻コイル１２０におけるステータコア１１の軸方向端部に相当し、ステータコア１１からはみ出て露出している。本実施形態では、コイルエンド１２１が、半円状に屈曲されている。

ところで、本実施形態に係る回転電機１００のように、車両等に利用される回転電機は、できる限り小さなスペースに設置できること、及び、大きな駆動トルクを出力できることが要求される。このため、回転電機は、大径かつ薄型の体格と高出力化が必要である。集中巻の永久磁石同期モータとしての回転電機を軸方向に短くする場合、回転電機のトルク増大に影響する巻線係数が高い構造として、分数スロット巻線構造を採用することが好ましい。本実施形態では、スロット数と極数の比が９対８になる分数スロット巻線構造が採用されている。スロット数と極数の比が３対２になる一般的な組み合わせの構造に対し、分数スロット巻線構造は、スロット数と極数の値が近いほど巻線係数が高まる。一方で、分数スロット巻線構造は、一般的な構造に比べて回転電機のコイル数が多くなる。このため、コイルの絶縁被膜やコイルに固着された絶縁ワニス等の損傷に起因した絶縁劣化が生じやすい。

回転電機（モータ）のトルクの大きさは、通常、回転電機の軸長と電流に比例する。しかし、設置スペースの制約等で、回転電機の軸長を十分に確保することが難しい場合がある。この場合、高出力を得るために、コイルに大電流を流すことになるため、コイルエンドで発生したジュール熱を効果的に逃がし、コイルエンドの絶縁劣化を防止することが重要となる。

本実施形態に係るステータ１０は、コイルエンド１２１の熱をステータコア１１に伝える伝熱体１３を備えている。伝熱体１３は、コイルエンド１２１とステータコア１１の間に配置されている。コイルエンド１２１の熱は、伝熱体１３を介してステータコア１１に伝わり、ステータコア１１からハウジング２に伝わり、ハウジング２外に放熱される。

ここで、伝熱体１３が、熱伝導率の高い金属材料等からなる１つの導電部材で形成される場合、伝熱体１３に鎖交する漏れ磁束により生じる渦電流によって伝熱体１３が発熱し、コイルエンド１２１の熱を効果的に逃がすことができないという課題が生じる。

上記課題を解決するために、本実施形態に係る伝熱体１３は、複数の導電部材１３０が絶縁層１４０を介して積層された構造とされている。別の言い方をすれば、伝熱体１３は、複数の導電部材１３０に分割された分割構造とされている。これにより、伝熱体１３に生じる渦電流に起因した熱の発生が抑制され、コイルエンド１２１の熱を効果的にステータコア１１に伝えることができるため、コイルエンド１２１の絶縁劣化を抑制することができる。

以下、図３～図６を参照して、伝熱体１３の構成、伝熱体１３に生じる渦電流、及び、コイルエンド１２１で発生した熱の流れについて詳しく説明する。図５は、伝熱体１３の斜視図である。図６は、伝熱体１３の断面模式図であり、伝熱体１３に鎖交する漏れ磁束及び伝熱体１３に生じる渦電流について示す。図７は、伝熱体１３の断面模式図であり、コイルエンド１２１で発生した熱の流れについて示す。

図３及び図４に示すように、コイルエンド１２１の内周側の表面である内周面１２１ａと、ティース１１２の軸方向の端面である軸方向端面１１２ａとの間には、伝熱体１３が配置されている。伝熱体１３は、半円柱形状であり、ティース１１２の軸方向端面１１２ａに沿って形成された平面状の底面１３ｂと、コイルエンド１２１の内周面１２１ａに沿って形成された円弧状の曲面である外周面１３ａと、を有する。外周面１３ａはコイルエンド１２１の内周面１２１ａに当接し、底面１３ｂはティース１１２の軸方向端面１１２ａに当接する。これにより、コイルエンド１２１とティース１１２とが伝熱体１３を介して熱的に接続される。なお、図示するように伝熱体１３は、ティース１１２の軸方向一方側及び他方側のそれぞれに１つずつ配置される。

図５に示すように、伝熱体１３は、断面が半円弧状の第１導電部材１３１と、断面が半円弧状の第２導電部材１３２と、断面が半円弧状の第３導電部材１３３と、断面が半円弧状の第４導電部材１３４と、断面が半円状の第５導電部材１３５と、を有する。以下では、第１～第５導電部材１３１～１３５を総称して導電部材１３０とも記す。複数の導電部材１３０は、導電性を有する金属材料により形成される。なお、複数の導電部材１３０は、非磁性材料により形成されることが好ましい。さらに、複数の導電部材１３０は、ステータコア１１よりも熱伝導率の高い材料により形成されることが好ましい。導電部材１３０は、例えば、アルミニウム合金（ＪＩＳ：Ａ５０５２等）、ステンレス（ＪＩＳ：ＳＵＳ３０４等）等の熱伝導率の高い非磁性材料により形成される。本実施形態では、伝熱体１３を構成する複数の導電部材１３０の全てが、同じ材料で形成される。

アルミニウム合金（ＪＩＳ：Ａ５０５２）の熱伝導率は１３７[Ｗ／ｍＫ]であり、電気抵抗率は２．６６ｅ^－８［Ωｍ］である。ステンレス（ＪＩＳ：ＳＵＳ３０４）の熱伝導率は１６[Ｗ／ｍＫ]であり、電気抵抗率は７．１９ｅ^－７［Ωｍ］である。ステータコア１１を構成する電磁鋼板（ＪＩＳ：３５Ａ２５０）の熱伝導率は、２８．５[Ｗ／ｍＫ]であり、電気抵抗率は４．７ｅ^－７［Ωｍ］である。なお、ステータコア１１は、電磁鋼板を積層して構成されるため、その熱伝導率には異方性がある。ステータコア１１の電磁鋼板面内方向の熱伝導率は電磁鋼板の熱伝導率と略同じであるが、ステータコア１１の軸方向、すなわち電磁鋼板の積層方向の熱伝導率は、電磁鋼板面内方向の熱伝導率に比べて小さくなる。本実施形態に係るステータコア１１の軸方向（電磁鋼板の積層方向）の熱伝導率は、５．８[Ｗ／ｍＫ]である。つまり、導電部材１３０の材料であるアルミニウム合金（ＪＩＳ：Ａ５０５２）及びステンレス（ＪＩＳ：ＳＵＳ３０４）の熱伝導率は、ステータコア１１の軸方向の熱伝導率よりも高い。

第１～第４導電部材１３１～１３４は、半円弧状の断面を有するアーチ状部材である。第１～第４導電部材１３１～１３４は、その周方向の端面がステータコア１１に面接触するコア接触面１３１ｂ～１３４ｂとされている。第１導電部材１３１の外周側の表面である外周面１３ａは、コイルエンド１２１に接触するコイル接触面である。第１導電部材１３１の内周側の表面である内周面は、第２導電部材１３２の外周側の表面である外周面に接触し、第２導電部材１３２の内周側の表面である内周面は、第３導電部材１３３の外周側の表面である外周面に接触し、第３導電部材１３３の内周側の表面である内周面は、第４導電部材１３４の外周側の表面である外周面に接触する。

第５導電部材１３５は、半円状の断面を有する半円柱状部材である。第５導電部材１３５の外周側の表面である外周面は、第４導電部材１３４の内周側の表面である内周面に接触する。第５導電部材１３５は、断面形状の弦に相当する面（底面）がステータコア１１に面接触するコア接触面１３５ｂとされている。

導電部材１３０同士は接着剤により接続される。また、第１導電部材１３１の外周面１３ａとコイルエンド１２１とは接着剤により接続され、各導電部材１３０のコア接触面１３１ｂ～１３５ｂとステータコア１１とは接着剤により接続される。接着剤は、例えば、２液エポキシ系接着剤、シリコーン系接着剤等である。図６に示すように、接着剤が硬化することにより、絶縁性を有する層状部材である絶縁層（硬化した接着剤）１４０が形成される。

導電部材１３０同士が接着剤により接続されると、導電部材１３０間に中間絶縁層１４２～１４５が形成される。具体的には以下のとおりである。第１導電部材１３１の内周面と第２導電部材１３２の外周面との間には第１中間絶縁層１４２が形成される。第２導電部材１３２の内周面と第３導電部材１３３の外周面との間には第２中間絶縁層１４３が形成される。第３導電部材１３３の内周面と第４導電部材１３４の外周面との間には第３中間絶縁層１４４が形成される。第４導電部材１３４の内周面と第５導電部材１３５の外周面との間には第４中間絶縁層１４５が形成される。接着剤が硬化することにより、複数の導電部材１３０が結合され、伝熱体１３が形成される。

伝熱体１３の底面１３ｂである各導電部材１３０のコア接触面１３１ｂ～１３５ｂは、接着剤によりティース１１２の軸方向端面１１２ａに固定される。ティース１１２と伝熱体１３が接着剤により接続されると、ティース１１２と伝熱体１３との間に内側絶縁層１４６が形成される。具体的には、第１～第４導電部材１３１～１３４のコア接触面１３１ｂ～１３４ｂ及び第５導電部材１３５のコア接触面１３５ｂとティース１１２の軸方向端面１１２ａとの間に内側絶縁層１４６が形成される。したがって、各導電部材１３０は、内側絶縁層１４６を介してステータコア１１に接触し、ステータコア１１に熱的に接続される。

伝熱体１３の外周面１３ａは、接着剤によりコイルエンド１２１の内周面１２１ａに固定される。コイルエンド１２１と伝熱体１３が接着剤により接続されると、コイルエンド１２１の内周面１２１ａと伝熱体１３の外周面１３ａとの間に外側絶縁層１４１が形成される。したがって、第１導電部材１３１は、外側絶縁層１４１を介してコイルエンド１２１に接触し、コイルエンド１２１に熱的に接続される。なお、コイルエンド１２１は絶縁被膜を有している。このため、外側絶縁層１４１は省略することができる。この場合、第１導電部材１３１がコイルエンド１２１に直接接触する。

このように、複数の導電部材１３０は、ステータコア１１の軸方向に沿って、絶縁層１４０を介して配列される。つまり、伝熱体１３は、絶縁層１４０と導電部材１３０とが交互に積層された積層構造体である。伝熱体１３は、コイルエンド１２１とティース１１２との間に挟まるように固定されている。

コイル１２に電流が供給されると、コイル１２の周囲に磁界が発生し、その一部が漏れ磁束Ｌｆとなる。導電部材１３０に鎖交する漏れ磁束Ｌｆは、ステータコア１１の径方向と平行である。つまり、導電部材１３０に鎖交する漏れ磁束Ｌｆは、導電部材１３０におけるステータコア１１の径方向に直交する断面（以下、漏れ磁束の鎖交面とも記す）に直交する。回転電機１００の駆動中は、コイル１２に通電される電流の大きさが周期的に変化する。このため、コイル１２の通電に起因して発生する漏れ磁束Ｌｆも同様に変化する。その結果、導電部材１３０に鎖交する漏れ磁束Ｌｆは、導電部材１３０の内部に渦電流Ｅｃを発生させる。なお、渦電流Ｅｃは、複数の漏れ磁束Ｌｆの周りに発生し、その合成渦電流（図中、太い破線を参照）が導電部材１３０の外周近傍に沿って流れる。

渦電流Ｅｃの大きさは、漏れ磁束Ｌｆの大きさに比例し、漏れ磁束Ｌｆの鎖交面の面積に比例する。つまり、渦電流Ｅｃによって発生する損失（以下、渦電流損とも記す）は、漏れ磁束Ｌｆの鎖交面の面積を小さくすることにより低減できる。渦電流損Ｐｅ［Ｗ／ｋｇ］は、一般的に、式（１）で表される。
Ｐｅ＝σ×（ｄ×ｆ×ｋ×Ｂ）^２ …（１）
ここで、σは、導電部材１３０の材料の定数、ｄは導電部材１３０の厚み、ｆは磁束の周波数、ｋは起電力の波形率、Ｂは鎖交する磁束密度である。式（１）で表されるように、渦電流損Ｐｅは、導電部材１３０の厚みの２乗に比例する。渦電流が流れる経路の面積が狭いほど、渦電流回路の抵抗が大きくなり、渦電流が小さくなる。

本実施形態に係る半円柱形状の伝熱体１３は、４つのアーチ状部材（第１～第４導電部材１３１～１３４）と１つの半円柱状部材（第５導電部材１３５）に分割される。本実施形態では、各導電部材１３０は、軸方向外側に配置されるものほど、その厚みが薄くなるように形成されている。具体的には、第１導電部材１３１の厚みｔ１、第２導電部材１３２の厚みｔ２、第３導電部材１３３の厚みｔ３、第４導電部材１３４の厚みｔ４、及び第５導電部材１３５の厚みｔ５の大小関係は、ｔ１＜ｔ２＜ｔ３＜ｔ４＜ｔ５となる。

導電部材１３０の厚みは、その周方向幅（導電部材１３０におけるステータコア１１の周方向の幅）の中心面上の軸方向の長さともいえる。具体的には、第１導電部材１３１の厚みｔ１は、第１導電部材１３１の周方向幅の中心面上の軸方向の長さともいえる。第２導電部材１３２の厚みｔ２は、第２導電部材１３２の周方向幅の中心面上の軸方向の長さともいえる。第３導電部材１３３の厚みｔ３は、第３導電部材１３３の周方向幅の中心面上の軸方向の長さともいえる。第４導電部材１３４の厚みｔ４は、第４導電部材１３４の周方向幅の中心面上の軸方向の長さともいえる。第５導電部材１３５の厚みｔ５は、第５導電部材１３５の周方向幅の中心面上の軸方向の長さともいえる。なお、第５導電部材１３５の厚みｔ５は、半円柱状の第５導電部材１３５の半径に相当する。

このように、各導電部材１３０の厚みは、それぞれ異なる。また、各導電部材１３０の厚みは、それぞれステータコア１１を構成する電磁鋼板の厚みよりも厚い。

導電部材１３０の厚みを外側ほど薄くすることにより、各導電部材１３０における漏れ磁束Ｌｆの鎖交面の面積の差を小さくすることができる。各導電部材１３０における漏れ磁束Ｌｆの鎖交面の面積の差を小さくすることにより得られる効果について説明する。各導電部材１３０は、外側に配置されるものほど、その周長が長い。このため、仮に、各導電部材１３０の厚みが同じであると、外側に配置される導電部材１３０の方が、内側に配置される導電部材１３０に比べて、漏れ磁束Ｌｆの鎖交面の面積が大きくなる。したがって、各導電部材１３０の厚みが同じであると、漏れ磁束Ｌｆの鎖交面の面積が大きい外側の導電部材１３０ほど、大きな渦電流損が発生することになる。

これに対して、本実施形態に係る伝熱体１３を構成する導電部材１３０は、外側に配置されるものほど、その厚みが薄くなるように形成されている。換言すれば、ステータコア１１の軸方向外側に配置される導電部材１３０（例えば、第１導電部材１３１）の厚みは、その導電部材１３０（例えば、第１導電部材１３１）よりもステータコア１１の軸方向内側に配置される導電部材１３０（例えば、第２導電部材１３２）の厚みよりも薄い。このため、各導電部材１３０における漏れ磁束Ｌｆの鎖交面の面積の差（例えば、第１導電部材１３１における漏れ磁束Ｌｆの鎖交面の面積と、第２導電部材１３２における漏れ磁束Ｌｆの鎖交面の面積の差）を小さくすることができる。したがって、回転電機１００の運転中に、各導電部材１３０内で発生する渦電流の大きさを小さくしつつ、かつ、均等にすることができ、伝熱体１３の発熱量を低く抑えることができる。その結果、伝熱体１３により、コイル１２の熱を効果的にステータコア１１に伝えることができ、コイル１２の温度を効果的に低減することができる。

なお、複数の導電部材１３０は、それぞれステータコア１１の径方向に直交する断面積（すなわち、漏れ磁束Ｌｆの鎖交面の面積）が等しくなるように形成されることが好ましい。これにより、各導電部材１３０における渦電流損を均一かつ低く抑えることができ、伝熱体１３自体の発熱を抑えることができる。

図７において、破線の矢印で模式的に示すように、コイルエンド１２１で発生した熱は、第１導電部材１３１、第２導電部材１３２、第３導電部材１３３、第４導電部材１３４、第５導電部材１３５の順に伝わる。第１導電部材１３１に伝わった熱は、円弧状の第１導電部材１３１の周方向に沿って伝導し、コア接触面１３１ｂから内側絶縁層１４６を介してティース１１２に伝わる。同様に、第２～第４導電部材１３２～１３４に伝わった熱は、円弧状の第２～第４導電部材１３２～１３４の周方向に沿って伝導し、コア接触面１３２ｂ～１３４ｂから内側絶縁層１４６を介してティース１１２に伝わる。第５導電部材１３５に伝わった熱は、ステータコア１１の軸方向に沿って伝導し、コア接触面１３５ｂから内側絶縁層１４６を介してティース１１２に伝わる。

このように本実施形態では、回転電機１００の運転中に、コイル１２のコイルエンド１２１で発生するジュール熱を、伝熱体１３を介してティース１１２に伝える伝熱経路が構築される。ティース１１２に伝わった熱は、継鉄部１１１（図２参照）を介してハウジング２（図２参照）に伝わることで外部環境に放熱される。このため、本実施形態によれば、伝熱体１３を設けない場合に比べて、コイル１２の温度を下げることができる。

上述した実施形態によれば、次の作用効果を奏する。

（１）回転電機１００は、ステータ１０と、ステータ１０に対して回転可能に設けられたロータ２０と、を備える。ステータ１０は、筒状の継鉄部１１１と継鉄部１１１から突出する複数のティース１１２とを有するステータコア１１と、複数のティース１１２に巻装されたコイル１２と、コイル１２の熱をステータコア１１に伝える伝熱体１３と、を備える。コイル１２は、ステータコア１１からステータコア１１の軸方向に突出するコイルエンド１２１を有する。伝熱体１３は、コイルエンド１２１の内周側の表面である内周面１２１ａとステータコア１１のそれぞれに接触するように配置される。伝熱体１３は、ステータコア１１の径方向に直交する方向（本実施形態では、軸方向）に沿って配列される複数の導電部材１３０と、複数の導電部材１３０間に形成される絶縁層１４０と、を有する。

この構成では、熱伝導性の良好な金属材料等により形成される導電部材１３０によって伝熱体１３を構成することができる。また、伝熱体１３が複数の導電部材１３０に分割されているため、伝熱体が一塊の金属部材である場合に比べて、渦電流損を小さくすることができる。したがって、本実施形態によれば、渦電流に起因する伝熱体１３自体の発熱を抑えることができるので、コイルエンド１２１で発生した熱を、伝熱体１３を介して効果的にステータコア１１に伝えることができる。これにより、コイルエンド１２１の温度上昇を効果的に抑制することができ、コイルの絶縁劣化を防止することができる。

本実施形態では、コイルエンド１２１の温度上昇を抑制できる分、回転電機１００の出力の向上を図ることができる。また、本実施形態によれば、車内の高温環境下でも連続動作が可能な高い耐久性を有する車両駆動用の回転電機１００を提供することができる。

（２）複数の導電部材１３０には、コイルエンド１２１の内周側の表面である内周面１２１ａに沿って形成された第１導電部材１３１が含まれる。換言すれば、伝熱体１３の外周側の表面である外周面１３ａが、コイルエンド１２１の内周面１２１ａに沿って形成される。この構成によれば、コイルエンド１２１と伝熱体１３との接触面積を大きくとることができ、熱接触抵抗を小さくすることができる。その結果、伝熱体１３は、より多くの熱をステータコア１１に伝えることができるので、効果的にコイル１２の温度上昇を抑えることができる。

（３）ステータコア１１の軸方向外側に配置される導電部材１３０の厚みは、その導電部材１３０よりもステータコア１１の軸方向内側に配置される導電部材１３０の厚みよりも薄い。この構成によれば、各導電部材１３０における漏れ磁束Ｌｆの鎖交面の面積の差を小さくすることができる。これにより、渦電流損を低減することができ、伝熱体１３自体の発熱を抑制することができる。その結果、効果的にコイル１２の温度上昇を抑えることができる。

（４）伝熱体１３を構成する複数の導電部材１３０は、非磁性材料により形成される。非磁性材料は、磁性材料に比べて磁束を通しにくい性質がある。したがって、本実施形態によれば、磁性材料により導電部材１３０が形成される場合に比べて、渦電流損を小さくすることができる。さらに、磁性材料により導電部材１３０を形成する場合、ヒステリシス損が発生する。これに対して、本実施形態では、導電部材１３０が非磁性材料により形成されているため、磁性材料で導電部材１３０を形成する場合に比べて、ヒステリシス損に起因する熱の発生を抑えることができる。

（５）伝熱体１３を構成する複数の導電部材１３０の全てが、ステータコア１１に内側絶縁層１４６を介して面接触するコア接触面１３１ｂ～１３５ｂを有している。このため、各導電部材１３０に伝わった熱を、各導電部材１３０のそれぞれから直接的にステータコア１１に伝えることができる。その結果、効果的にコイル１２の温度上昇を抑えることができる。

（６）伝熱体１３を構成する複数の導電部材１３０の熱伝導率は、ステータコア１１の軸方向の熱伝導率よりも高い。これにより、導電部材１３０の熱伝導率がステータコア１１の軸方向の熱伝導率よりも低い場合に比べて、コイルエンド１２１の熱を効果的にステータコア１１に伝えることができる。その結果、効果的にコイル１２の温度上昇を抑えることができる。

（７）伝熱体１３を構成する複数の導電部材１３０の全てが、同じ材料で形成される。このため、複数の導電部材１３０が異なる材料で形成される場合に比べて、製造コストを低減することができる。また、渦電流損を均一にするためのパラメータが、漏れ磁束の鎖交面の面積のみとなるので、設計の手間を軽減することができる。

次のような変形例も本発明の範囲内であり、変形例に示す構成と上述の実施形態で説明した構成を組み合わせたり、以下の異なる変形例で説明する構成同士を組み合わせたりすることも可能である。

＜変形例１＞
上記実施形態では、複数の導電部材１３０が、ステータコア１１の軸方向に沿って配列される例について説明したが、本発明はこれに限定されない。複数の導電部材１３０は、ステータコア１１の軸方向及び周方向の少なくとも一方に沿って配列されていればよい。複数の導電部材１３０は、導電部材１３０に鎖交する漏れ磁束Ｌｆに直交する方向に沿って配列されていれば、渦電流損を低減できる。つまり、伝熱体１３は、ステータコア１１の径方向端面に分割線が形成されるように、分割されている構成であればよい。

＜変形例１－１＞
図８及び図９に示すように、複数の導電部材２３０は、ステータコア１１の軸方向及び周方向に沿って配列されていてもよい。図８及び図９に示すように、本変形例１－１では、複数の導電部材２３０には、伝熱体２３におけるステータコア１１の周方向幅Ｗの中心面に対して対称な形状に形成された一対の第１導電部材２３１ａ，２３１ｂと、伝熱体２３におけるステータコア１１の周方向幅Ｗの中心面に対して対称な形状に形成された一対の第２導電部材２３２ａ，２３２ｂと、伝熱体２３におけるステータコア１１の周方向幅Ｗの中心面に対して対称な形状に形成された一対の第３導電部材２３３ａ，２３３ｂと、が含まれる。

一対の第１導電部材２３１ａ，２３１ｂは、半円弧状断面を有するアーチ状の導電部材をステータコア１１の周方向で２等分割（左右２等分割）した形状である。同様に、一対の第２導電部材２３２ａ，２３２ｂは、半円弧状断面を有するアーチ状の導電部材をステータコア１１の周方向で２等分割（左右２等分割）した形状である。一対の第３導電部材２３３ａ，２３３ｂは、半円状断面を有する半円柱状の導電部材をステータコア１１の周方向で２等分割（左右２等分割）した形状である。

第１導電部材２３１ａと第１導電部材２３１ｂとはステータコア１１の周方向に配列され、周方向に互いに隣接している。第２導電部材２３２ａと第２導電部材２３２ｂとはステータコア１１の周方向に配列され、周方向に互いに隣接している。第３導電部材２３３ａと第３導電部材２３３ｂとはステータコア１１の周方向に配列され、周方向に互いに隣接している。

第１導電部材２３１ａ、第２導電部材２３２ａ及び第３導電部材２３３ａは、ステータコア１１の軸方向に配列される。同様に、第１導電部材２３１ｂ、第２導電部材２３２ｂ及び第３導電部材２３３ｂは、ステータコア１１の軸方向に配列される。なお、各導電部材２３０は、漏れ磁束Ｌｆの鎖交面の面積がそれぞれ同じになるように形成することが好ましい。

このような構成によれば、上記実施形態と同様の作用効果を奏する。本変形例に係る伝熱体２３は、軸方向だけでなく、周方向にも伝熱体２３が分割された構成であるので、漏れ磁束Ｌｆの鎖交面の面積を容易に小さくすることができる。その結果、コイル１２の温度上昇をより効果的に抑えることができる。なお、伝熱体２３の幅方向中心で左右に２等分割した構成では、コイルエンド１２１からステータコア１１に伝わる熱の移動経路は、左右に２等分割しない場合と同様の経路となる。このため、効果的にコイルエンド１２１の熱をステータコア１１に伝えることができる。

＜変形例１－２＞
図８及び図９に示す例では、複数の導電部材２３０が、ステータコア１１の軸方向及び周方向に沿って配列されていたが、第１導電部材２３１ａ、第２導電部材２３２ａ及び第３導電部材２３３ａが一つの導電部材として形成され、第１導電部材２３１ｂ、第２導電部材２３２ｂ及び第３導電部材２３３ｂが一つの導電部材として形成されていてもよい。つまり、複数の導電部材２３０は、ステータコア１１の周方向に沿ってのみ配列されていてもよい。

＜変形例１－３＞
伝熱体は、３つ以上の導電部材が、ステータコア１１の周方向に沿ってのみ配列された構成であってもよい。この場合、複数の導電部材のうち、伝熱体の周方向幅の中心に近いものほど、厚み（周方向幅）を薄くすることが好ましい。これにより、複数の導電部材のそれぞれの漏れ磁束Ｌｆの鎖交面の面積の差を小さくすることができ、渦電流損を小さくかつ均等にすることができる。

＜変形例２＞
上記実施形態では、伝熱体１３を構成する複数の導電部材１３０の全てが、ステータコア１１に面接触するコア接触面１３１ｂ～１３５ｂを有している例について説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、図１０Ａに示すように、断面が扇状の導電部材３３０をステータコア１１の周方向に配列してもよい。図１０Ａに示す例では、複数の導電部材３３０が、コイルエンド１２１の内周面１２１ａに沿って配列されている。

図１０Ａに示す例では、伝熱体３３は、ティース１１２に面接触するコア接触面３３１ｂを有する第１導電部材３３１と、第１導電部材３３１に隣接する第２導電部材３３２と、第２導電部材３３２に隣接する第３導電部材３３３と、第３導電部材３３３に隣接しティース１１２に面接触するコア接触面３３４ｂを有する第４導電部材３３４と、を有する。

このような変形例によれば、上記実施形態と同様、導電部材３３０に発生する渦電流損を小さくして、コイル１２の温度上昇を効果的に抑制することができる。なお、第２導電部材３３２に伝わった熱は、第１導電部材３３１を介してステータコア１１に伝わる。また、第３導電部材３３３に伝わった熱は、第４導電部材３３４を介してステータコア１１に伝わる。つまり、本変形例１－３に係る伝熱体３３では、伝熱経路の熱抵抗が上記実施形態に比べて高くなる。このため、上記実施形態のように、各導電部材１３０にコア接触面１３１ｂ～１３５ｂを設けることにより、伝熱経路の熱抵抗を低減する構成とする方が好ましい。

＜変形例３＞
図１０Ｂに示すように、伝熱体４３は、断面弓状の導電部材４３１及び平板状の導電部材４３２，４３３，４３４をステータコア１１の軸方向に配列する構成としてもよい。導電部材４３２，４３３，４３４は、平面状の外側面と内側面とコイルエンド１２１の内周面１２１ａに接触する曲面とを有する。導電部材４３１は、円弧状の曲面と、断面形状の弦に相当する平面とを有する。本変形例１－４では、複数の導電部材４３０（４３１～４３５）のうち、軸方向外側に配置されるものほど厚みが厚い。これにより、複数の導電部材４３０のそれぞれの漏れ磁束Ｌｆの鎖交面の面積の差を小さくすることができ、渦電流損を小さくかつ均等にすることができる。

＜変形例４＞
上記実施形態では、接着剤により導電部材１３０同士が接続される例について説明したが、本発明はこれに限定されない。接着剤に代えてスポット溶接により導電部材１３０同士が接続されていてもよい。この場合、導電部材１３０の表面に酸化膜等からなる絶縁層が形成され、導電部材１３０間の絶縁性が確保される。また、導電部材１３０の表面に酸化膜等の絶縁層が形成される場合、スポット溶接に代えて、軸方向外側から伝熱体１３をステータコア１１に押し付けるようにして固定する固定部材をさらに設けてもよい。

＜変形例５＞
上記実施形態では、コイルエンド１２１が半円形状に屈曲されている例について説明したが、本発明はこれに限定されない。コイルエンド１２１は台形状に屈曲されていてもよいし、矩形状に屈曲されていてもよい。

＜変形例６＞
伝熱体１３は、ティース１１２に沿ってステータコア１１の径方向外側に向かって延在し、ハウジング２に当接する構成であってもよい。伝熱体１３は、ハウジング２に接触し、コイルエンド１２１の熱を直接ハウジング２に伝える。この構成によれば、コイルエンド１２１の温度上昇をより効果的に抑えることができる。なお、ハウジング２に冷媒が流通する冷媒通路を設けることにより、放熱効果の向上を図ってもよい。

＜変形例７＞
上記実施形態では、伝熱体１３を構成する複数の導電部材１３０が同じ材料で形成される例について説明したが、本発明はこれに限定されない。漏れ磁束Ｌｆは、コイルエンド１２１に近いほど大きくなる。このため、伝熱体１３における外側の導電部材１３０（例えば、第１導電部材１３１～第３導電部材１３３）を電気抵抗率の高い材料で形成し、伝熱体１３における内側の導電部材１３０（例えば、第４導電部材１３４及び第５導電部材１３５）を電気抵抗率の低い材料で形成してもよい。

＜変形例８＞
伝熱体１３を構成する導電部材１３０の個数は、上記実施形態で説明した例に限定されない。伝熱体１３を構成する導電部材１３０の個数が多いほど、渦電流損が小さくなる。

＜変形例９＞
回転電機のスロット数及び極数は、上記実施形態で説明した例に限定されない。

＜変形例１０＞
上記実施形態では、自動車に搭載される回転電機を例に説明したが、本発明はこれに限定されない。エレベータ、鉄道車両等、回転電機によって駆動力を発生させる種々の移動体に本発明を適用することができる。なお、回転電機は、移動体に搭載される場合に限定されることもない。エア・コンディショナーなど、種々の機械に搭載される回転電機に本発明を適用することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態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。

１０…ステータ、１１…ステータコア、１２…コイル、１３…伝熱体、１３ａ…外周面、１３ｂ…底面、２０…ロータ、２１…ロータコア、２２…永久磁石、２３…伝熱体、３３…伝熱体、４３…伝熱体、１００…回転電機、１１１…継鉄部、１１２…ティース、１１２ａ…軸方向端面、１１３…スロット、１２０…集中巻コイル、１２１…コイルエンド、１２１ａ…内周面、１３０…導電部材、１３１ｂ～１３５ｂ…コア接触面、１４０…絶縁層、２３０…導電部材、３３０…導電部材、３３１ｂ，３３４ｂ…コア接触面、４３０…導電部材、Ｃａ…回転中心軸

Claims (8)

1. ステータと、前記ステータに対して回転可能に設けられたロータと、を備えた回転電機であって、
   前記ステータは、筒状の継鉄部と前記継鉄部から突出する複数のティースとを有するステータコアと、前記複数のティースに巻装されたコイルと、前記コイルの熱を前記ステータコアに伝える伝熱体と、を備え、
   前記コイルは、前記ステータコアからその軸方向に突出するコイルエンドを有し、
   前記伝熱体は、前記コイルエンドの内周側の表面と前記ステータコアのそれぞれに接触するように配置され、
   前記伝熱体は、前記ステータコアの径方向に直交する方向に沿って配列される複数の導電部材と、前記複数の導電部材間に形成される絶縁層と、を有する
   ことを特徴とする回転電機。
2. 請求項１に記載の回転電機において、
   前記複数の導電部材には、前記コイルエンドの内周側の表面に沿って形成された導電部材が含まれる
   ことを特徴とする回転電機。
3. 請求項１に記載の回転電機において、
   前記複数の導電部材は、それぞれ前記ステータコアの径方向に直交する断面積が等しくなるように形成される
   ことを特徴とする回転電機。
4. 請求項１に記載の回転電機において、
   前記複数の導電部材は、前記ステータコアの軸方向に沿って配列され、
   前記ステータコアの軸方向外側に配置される導電部材の厚みは、その導電部材よりも前記ステータコアの軸方向内側に配置される導電部材の厚みよりも薄い
   ことを特徴とする回転電機。
5. 請求項１に記載の回転電機において、
   前記複数の導電部材は、前記伝熱体における前記ステータコアの周方向幅の中心面に対して対称な形状に形成された一対の導電部材を含み、
   前記一対の導電部材は、前記ステータコアの周方向に互いに隣接している
   ことを特徴とする回転電機。
6. 請求項１に記載された回転電機において、
   前記伝熱体を構成する前記複数の導電部材は、非磁性材料により形成される
   ことを特徴とする回転電機。
7. 請求項１に記載された回転電機において、
   前記伝熱体を構成する前記複数の導電部材の全てが、前記ステータコアに面接触する接触面を有している
   ことを特徴とする回転電機。
8. 請求項１に記載の回転電機において、
   前記伝熱体を構成する複数の導電部材の熱伝導率は、前記ステータコアの軸方向の熱伝導率よりも高い
   ことを特徴とする回転電機。

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