JP5221966B2 - 回転電機用コイルアッセンブリ、回転電機用ステータ、及び回転電機 - Google Patents

Description

本発明は、回転電機用コイルアッセンブリ、回転電機用ステータ、及び回転電機に係り、特に、アキシャル型の回転電機用コイルアッセンブリ、回転電機用ステータ、及び回転電機に関する。

一般に、コアレスタイプの回転電機（電動機および発電機）では、コイル通電電流により磁気飽和を生じる鉄系のコア材をコイル部に持たないため、大電流域においても電流に対するトルクの直線性が保持され、連続定格トルクに対して５〜１０倍程度の高い瞬時最大トルクを得ることができる。
ゆえに、コアレスタイプの回転電機は、サーボ用途等の可変速ドライブに利用されている。

一方、コアレスタイプの回転電機において高トルクを得るためには、大電流を流せるように導体厚さを増やさなければならないが、コイル部の導体厚さが直接磁気エアギャップとなるため、磁気エアギャップが増加してしまう。このため、磁気抵抗が高くなり、磁束量が低下して結果的には出力低下を招くことになるという問題があった。

また、コアレスタイプの回転電機では、その性質上磁束が直接導体と鎖交し、導体に渦電流が生じるため、渦電流による導体渦電流損を招くという問題がある。他方、この導体渦電流損を抑えるために、磁石と対向するコイルの幅寸法を狭くすると、コイルの細線化につながり、大電流を流せなくなってしまうという相反する問題があった。さらに、コイルパターン（配線パターン）の細線化により強度低下、およびコイル形状を安定して保持することが困難となるという問題があった。

したがって、従来、コアレスタイプの回転電機では、高い瞬時トルクを有するものの、上記のような理由により、数１０〜数１００Ｗの小出力の小型モータに限られていた。
特に、小型偏平モータ用のステータコイルは、薄型・小型化のためにパターンコイルによって構成されるが（例えば、特許文献１）、例えば数１０ｋＷ以上の大出力用モータのステータコイルとして用いようとすると、導体抵抗を小さくすることができないため、大電流を流すことができず、充分な出力の向上を図ることができない。

このため、本願発明者らは先願において、パターンコイルを積層し拡散接合することによって導体断面積を大きくして導体抵抗を小さくし、さらには占積率を高めることで、大電流を流して高出力・高トルク型の回転電機用コイルを開発することに成功した。

また、大電流を流す大出力用途のモータでは、コイルを効率的に冷却するためにコイル表面に冷却管を密着させる構成が採られることがあった（特許文献２）。
米国特許第６４１１００２号公報（Ｆｉｇ．１８） 特開２００１−２５２１１号公報

しかしながら、本願発明者らの先願の構成において、さらなるトルク特性向上のために、より低銅損化を図ることが要望されている。この要望に応えるために導体厚さを増やそうとすると、ロータ対向面との磁気エアギャップの増加による磁束量低下を招き、出力の増大を図りにくいという問題があった。さらに、導体厚さを増やすことは、重量の増加や軸方向スペースの増大を招くという問題もある。

また、特許文献２では、大電流を流すために冷却効率の観点から、コイル表面に冷却管を密着させる場合、交番磁束による渦電流損が発生しないように冷却管の材質を非金属としなければならない。このため、冷却管に熱伝導率の高い材質を選択することができず、冷却性能の向上を図ることができないという問題があった。

本発明は、このような背景に鑑みてなされたものであり、磁束の有効活用によりトルク特性を向上させるとともに、コイルに生じる渦電流損を低減することを第１の課題とする。
また、本発明は、コイル表面に熱伝導率の高い金属部材を近接または密着させることで、伝熱性能を向上させて冷却性能の向上を図ることを第２の課題とする。

前記課題を解決するため、請求項１に係る発明は、回転電機のステータに用いられる回転電機用コイルアッセンブリであって、導電体からなるコイルセグメントがスリットを介して隣接するように配線パターンが形成された第１のコイルプレート及び第２のコイルプレートと、前記スリットの一部を幅広に形成した磁束伝達部材スロットと、この磁束伝達部材スロットが重なるように前記第１のコイルプレートと第２のコイルプレートがコイルループを形成するよう組み合わされたコイルと、このコイルの前記磁束伝達部材スロットに挿入された磁束伝達部材と、前記コイルの外表面に密着して設けられ前記コイルが発生する熱を伝達する熱伝達部材と、前記熱伝達部材は、前記磁束伝達部材を通る磁束の変化により当該熱伝達部材に流れる誘導電流を遮断する位置に誘導電流遮断スリットを備え、前記磁束伝達部材は、前記誘導電流遮断スリットを貫通して前記熱伝達部材の表面から前記回転電機のロータに近づく方向に突出して挿入されていることを特徴とする。

かかる構成によれば、スリットの幅を全長にわたって広くせず、磁束伝達部材スロットのみを幅広にすることで、占積率の低下を抑制することができる。さらに、磁束伝達部材の形状に磁束伝達部材スロットの形状を適合させることで、磁束伝達部材を安定して保持することができる。
また、磁束伝達部材を備えたことで、磁束は磁束伝達部材を通ってロータに伝達される。このため、導体を厚くしても磁気エアギャップを低減することができ、有効磁束量を増大させて、トルク特性を向上させることができる。さらに、磁束伝達部材を介して磁束を伝えることができるため、直接導体と鎖交する磁束が減少し、導体に生じる渦電流損を著しく低減することができる。また、導体に形成された磁束伝達部材スロットに磁束伝達部材を挿入し、樹脂モールド等で一体化することで、コイルの剛性を向上させることができる。
また、熱伝達部材をコイルの表面に密着して設けたことで、コイルが発生する熱を効率よく伝達することができ、冷却性能を向上することができる。
また、磁束伝達部材と熱伝達部材とを備えたことで、磁束は磁束伝達部材を通して伝達し、コイルで発生する熱は熱伝達部材を通して伝達することができるため、それぞれの部材に要求される特性に適合した材質を選択することが可能となる。
また、磁束伝達部材を熱伝達部材の表面から突出させて、磁束伝達部材からロータまでの距離を熱伝達部材からロータまでの距離よりも短くすることで、磁束が熱伝達部材を通らずに、磁束伝達部材を通ってロータに伝達されるようにすることができる。このため、熱伝達部材を通る磁束を低減することができ、渦電流の発生を抑制することができる。
また、熱伝達部材に流れる誘導電流を遮断する誘導電流遮断スリットを備えたことで、誘導電流の発生による損失を低減することができる。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の回転電機用コイルアッセンブリであって、前記第１のコイルプレート及び第２のコイルプレートは、エッチングにより配線パターンが形成されていることを特徴とする。

かかる構成によれば、エッチングにより配線パターンを形成することで、高精度なコイルパターンを形成でき、最適な導体幅を確保しつつ磁束伝達部材を挿入するスペースを高精度に形成することができるので、製作性が向上する。

請求項３に係る発明は、請求項１または２に記載の回転電機用コイルアッセンブリであって、前記第１のコイルプレート及び第２のコイルプレートは、複数枚のコイルプレート基礎部材を積層し、それらを一体化することで形成され、前記コイルプレート基礎部材を拡散接合により一体化することで形成されていることを特徴とする。

かかる構成によれば、拡散接合によりコイルプレート基礎部材を積層して一体化することで、導体抵抗を低減し、それぞれのコイルプレート基礎部材に形成された配線パターンが対応する位相関係を高精度に保つことができ、磁束伝達部材の挿入が容易となり製作性が向上する。

かかる構成によれば、磁束伝達部材をコイルの表面から突出させて、磁束伝達部材からロータまでの距離をコイル表面からロータまでの距離よりも短くすることで、磁束がコイルを通らずに、磁束伝達部材を通ってロータに伝達されるようにすることができる。このため、コイルを通る磁束を低減することができ、渦電流の発生を抑制することができる。

かかる構成によれば、熱伝達部材をコイルの表面に密着または近接して設けたことで、コイルが発生する熱を効率よく伝達することができ、冷却性能を向上することができる。
また、磁束伝達部材と熱伝達部材とを備えたことで、磁束は磁束伝達部材を通して伝達し、コイルで発生する熱は熱伝達部材を通して伝達することができるため、それぞれの部材に要求される特性に適合した材質を選択することが可能となる。

かかる構成によれば、磁束伝達部材を熱伝達部材の表面から突出させて、磁束伝達部材からロータまでの距離を熱伝達部材からロータまでの距離よりも短くすることで、磁束が熱伝達部材を通らずに、磁束伝達部材を通ってロータに伝達されるようにすることができる。このため、熱伝達部材を通る磁束を低減することができ、渦電流の発生を抑制することができる。

請求項４に係る発明は、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用コイルアッセンブリであって、前記熱伝達部材の透磁率は、前記磁束伝達部材の透磁率よりも低いことを特徴とする。
かかる構成によれば、磁束が熱伝達部材を通らずに、透磁率の高い磁束伝達部材を通ってロータに伝達されるようにすることができる。このため、熱伝達部材を通る磁束を低減することができ、渦電流の発生を抑制することができる。

請求項５に係る発明は、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用コイルアッセンブリを含む回転電機用ステータであって、前記コイルセグメントの周縁部に隣接して冷媒が流通する冷却流路を備え、前記熱伝達部材を介して、前記冷却流路の方向へ前記コイルが発生する熱を伝達するように構成されていることを特徴とする回転電機用ステータ。
かかる構成によれば、コイルセグメントの周縁部に隣接するように冷却流路を備えたことで、ステータの厚みを増大させることなく、コイルで発生する熱を効率よく速やかに下げることができる。

請求項６に係る発明は、請求項５に記載の回転電機用ステータであって、前記コイルの前記表面と前記熱伝達部材とは絶縁部材を介して密着し、前記絶縁部材は、熱を特定方向に伝達しやすい性質を有し、前記コイルで発生する熱を前記冷却流路の方向に伝達するように配置されていることを特徴とする。

かかる構成によれば、絶縁部材を介してコイルと熱伝達部材とを密着し、コイルと熱伝達部材とを電気的に遮断（隔離）することで、電流はショートすることなくコイル内を流れることができ、コイルで発生する熱は熱伝達部材を通して冷却流路へ伝達することができるため、それぞれの部材に要求される特性に適合した材質を最適化することができる。
また、絶縁部材は、前記熱伝達部材で伝達される熱を前記冷却流路の方向に伝達するように配置されていることで、熱伝達効率を高めて、コイルで発生する熱をより効率よく速やかに下げることができる。

請求項７に係る発明は、請求項４または請求項５に記載の回転電機用ステータであって、前記熱伝達部材は、導電性材料からなることを特徴とする。
かかる構成によれば、磁束伝達部材と熱伝導率の良好な導電性材料（例えば、銅、アルミニウム、及びそれらの合金等）からなる熱伝達部材とを備えたことで、良好な冷却効率を確保しながら、磁束は磁束伝達部材を通して伝達し、コイルで発生する熱は熱伝達部材を通して効率よく伝達することができる。

請求項８に係る発明は、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用コイルアッセンブリ、または請求項５から請求項７のいずれか１項に記載の回転電機用ステータを含む回転電機であって、前記ステータの両面に対向する位置に２つのロータを備え、前記ロータは永久磁石を有しており、前記永久磁石は前記ステータを各々逆極性となるように前記ステータを挟んで配置されたことを特徴とする。

かかる構成によれば、磁束がステータの磁束伝達部材を貫くようにループが形成され、コイル又は熱伝達部材をほとんど通過しないので、コイル又は熱伝達部材に生じる渦電流損を著しく低減することができる。

本発明に係る回転電機用コイルアッセンブリ、回転電機用ステータ、及び回転電機は、第１に、トルク特性を向上させるとともに、渦電流損を低減させることができる。
また、第２に、損失を抑制しながら、かつ、コイルの冷却性能の向上を図ることができる。

本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。参照する図面において、図１は本発明の実施形態に係るステータをモータに適用した場合の構成を示す部分断面図であり、図２は図１の側面図である。図３は磁束伝達部材の挿入状態を示す図であり、（ａ）はステータの部分組立斜視図、（ｂ）はコイルの部分斜視図である。
図４は第１のコイルプレートと第２のコイルプレート重ね方を説明するための平面図であり、（ａ）は重ねる前の状態を示し、（ｂ）は重ねた状態を示す。図５はコイルの断面図であり、（ａ）は磁束伝達部材を挿入しない状態を示し、（ｂ）は磁束伝達部材と熱伝達部材を備えた状態を示す。図６（ａ）はコイルの平面図であり、（ｂ）は仮想的にＵ相コイルループを取り出した状態を示す平面図である。
図７はＵ相コイルループにおける電流の流れを説明するために円周方向を横長に表示した模式図であり、（ａ）は第１のコイルプレートループの流れを示し、（ｂ）は第２のコイルプレートループの流れを示す。

本発明の実施形態に係る回転電機用コイルアッセンブリを含むステータ１（回転電機用ステータ）は、図１に示すように、回転電機であるモータ１００のステータに適用することができる。
モータ１００は、軸方向の長さを小さくしたアキシャルディスク型モータであり、例えば車両のホイール内に収納されるインホイールモータ等に好適に適用される。

モータ１００は、静止系を構成するシャフト１１０と、シャフト１１０のリブ１１１に固定された円盤形状（図２参照）のステータ１と、ステータ１を覆うように回転自在に配設されたロータ１２０と、ロータ１２０に配設されたマグネット１２１と、ステータ１を冷却する冷却装置２と、を備えている。

シャフト１１０は、図示しないスピンドルに固定される穴部１１２と、外周面から径方向に形成されたリブ１１１と、冷却装置２を構成する冷媒流路２１と、冷媒流路２１から供給された冷媒が流通する環形状のウォータジャケット２２と、を備えている。そして、ステータ１は、対向して両側に設けられた環状のウォータジャケット２２で挟まれるようにしてリブ１１１に固定されている。

ステータ１は、図３（ａ）に示すように、導電体からなり配線パターンが形成された第１のコイルプレート３および第２のコイルプレート４と、第１のコイルプレート３と第２のコイルプレート４とを拡散接合により積層して構成したコイル５（図３（ｂ））と、このコイル５に形成されたスリット５１よりも幅広の磁束伝達部材スロット５２と、この磁束伝達部材スロット５２に挿入された磁束伝達部材５３と、第１のコイルプレート３および第２のコイルプレート４の外表面に密着して設けられた櫛歯形状の熱伝達部材６と、を備えている。
回転電機用コイルアッセンブリであるコイルアッセンブリ８は、図３（ｂ）に示すように、コイル５と、磁束伝達部材５３と、を備えて構成されている。

第１のコイルプレート３は、円盤形状をなし（図２参照）、図３に示すように，導電体である折れ線状のコイルセグメント（導体）３ａがスリット３１を介して隔てた状態で隣接するようにして環状に配設されている。そして、図３に示すように、第１のコイルプレート３のコイルセグメント３ａは、外周縁から内周縁にかけて図上、左上から右下へ向かって折れ線状にパターン形成されている。
具体的には、コイルセグメント３ａは、外周縁側から径方向に形成された接合部３ａ_１と、斜め方向に形成された傾斜部３ａ_２と、径方向に形成された中央直線部３ａ_３と、斜め方向に形成された傾斜部３ａ_４と、内周縁に径方向に形成された接合部３ａ_５と、からなる導体パターンを備えている。
また、磁束伝達部材スロット３２は、スリット３１の一部を幅広に形成して構成され、コイルセグメント３ａの中央直線部３ａ_３に隣接する位置に設けられている。そして、磁束伝達部材スロット３２は、磁束伝達部材５３を安定して保持できるように、磁束伝達部材５３の形状に適合した溝（スロット）で構成されている。なお、磁束伝達部材５３の形状として、矩形形状、扇形状など種々の形状を採用することができる。

第２のコイルプレート４は、第１のコイルプレート３と同様に、円盤形状をなし（図２参照）、図３に示すように，導電体である折れ線状のコイルセグメント（導体）４ａがスリット４１を介して隔てた状態で隣接するようにして環状に配設されている。
しかし、第２のコイルプレート４のコイルセグメント４ａは、第１のコイルプレート３のコイルセグメント３ａに対して左右対称になるように、外周縁から内周縁にかけて図上、右上から左下へ向かって折れ線状にパターン形成されている。
具体的には、コイルセグメント４ａは、第１のコイルプレート３と同様に、外周縁側から径方向に形成された接合部４ａ_１と、斜め方向に形成された傾斜部４ａ_２と、径方向に形成された中央直線部４ａ_３と、斜め方向に形成された傾斜部４ａ_４と、内周縁に径方向に形成された接合部４ａ_５と、からなる導体パターンを備えている。
また、磁束伝達部材スロット４２は、スリット４１の一部を幅広に形成して構成され、コイルセグメント４ａの中央直線部４ａ_３に隣接する位置に設けられている。

第１のコイルプレート３と第２のコイルプレート４は、図３（ａ）に示すように、それぞれの磁束伝達部材スロット３２，４２が重なるように積層され（図４参照）、磁束伝達部材５３が第１のコイルプレート３の磁束伝達部材スロット３２から第２のコイルプレート４の磁束伝達部材スロット４２まで貫通して挿入されている（図３（ｂ）参照）。
具体的には、第１のコイルプレート３のコイルセグメント３ａと第２のコイルプレート４のコイルセグメント４ａは、図５（ａ）に示すように、外周縁側の接合部３ａ_１，４ａ_１と内周縁側の接合部３ａ_５，４ａ_５で接合されて、中央直線部３ａ_３，４ａ_３にはスペース５４が設けられている。

ここで、第１のコイルプレート３および第２のコイルプレート４の製造方法について説明する。
第１のコイルプレート３および第２のコイルプレート４の配線パターンは、エッチングにより形成されている。すなわち、第１のコイルプレート３は、厚み０．１ｍｍの銅板にエッチング処理を施して配線パターンを設けたコイルプレート基礎部材を形成し、これを３７枚重ねて拡散接合により一体化して３．７ｍｍ厚にしたものである。第２のコイルプレート４においても同様である。
コイル５は、さらに拡散接合により、それぞれ一体化された第１のコイルプレート３と第２のコイルプレート４とを積層して製作したものである。

かかる製造方法によれば、エッチングにより配線パターンを形成することで、スリット幅が０．５ｍｍ以下の高精度な加工が可能となり安定して磁束伝達部材５３を保持することができるとともに、製作性が向上する。また、拡散接合によりコイルプレート基礎部材を積層することで、それぞれのコイルプレート基礎部材に形成された配線パターンが対応する位相関係を高精度に保ったまま一体化することができ、磁束伝達部材５３の挿入が容易となり製作性が向上する。

なお、本実施形態においては、第１のコイルプレート３と第２のコイルプレート４とを、エッチングにより製作した複数枚のコイルプレート基礎部材を拡散接合により接合して一体化したが、これに限定されるものではなく、スリット幅が０．５ｍｍ以上あるような比較的広いスリットである場合には、第１のコイルプレート３および第２のコイルプレート４を適宜ワイヤーカットやレーザー加工、ノッチングプレス加工等の他の加工方法により製作し、ろう接合、熱圧着、拡散接合等で複数枚を積層して接合することもできる。

以上のようにして、第１のコイルプレート３と第２のコイルプレート４とを接合することで、図６（ａ）に示すように、コイル５には、Ｕ相、Ｖ相、およびＷ相の３相のコイルループＣＵ，ＣＶ，ＣＷが形成される。そして、各コイルループＣＵ，ＣＶ，ＣＷには、それぞれ給電端子となる２本のバスバーＢＢが接続されている。
以下、３相のコイルループＣＵ，ＣＶ，ＣＷのうち１相を仮想的に取り出したＵ相コイルループＣＵ（図６（ｂ））について説明し、他の相の説明は省略する。

Ｕ相コイルループＣＵは、図６（ｂ）に示すように、２つの独立した同じ螺旋形状の第１のコイルプレートループＣＵ１と第２のコイルプレートループＣＵ２とをバスバーＢＢ（図６（ａ））により直列に連結して構成されている。
第１のコイルプレートループＣＵ１および第２のコイルプレートループＣＵ２は、それぞれのコイルループを構成するターン部Ｔ１，Ｔ２が交互に連続するように折り重なって配置されている。
すなわち、第１のコイルプレートループＣＵ１では、内周縁側のターン部Ｔ１から外周縁側のターン部Ｔ１、そしてさらに内周縁側のターン部Ｔ１というように螺旋状にターン部Ｔ１でターンしながら一周して環状のコイルループを形成する。同様に、第２のコイルプレートループＣＵ２では、内周縁側のターン部Ｔ２から外周縁側のターン部Ｔ２、そしてさらに内周縁側のターン部Ｔ２というように螺旋状にターン部Ｔ２でターンしながら一周して環状のコイルループを形成する。

第１のコイルプレートループＣＵ１および第２のコイルプレートループＣＵ２は、図７に示すように、それぞれのバスバーＢＢ（図６（ａ））に給電端子Ａ１と出力端子Ａ２（図７（ａ））、および給電端子Ｂ１と出力端子Ｂ２（図７（ｂ））を備えている。そして、第１のコイルプレートループＣＵ１の出力端子Ａ２と第２のコイルプレートループＣＵ２の給電端子Ｂ１とが連結されて、第１のコイルプレートループＣＵ１と第２のコイルプレートループＣＵ２とが直列に接続され、Ｕ相コイルループＣＵが構成されている。

Ｕ相コイルループＣＵにおける電流の流れについて説明する。
第１のコイルプレートループＣＵ１は、図７（ａ）に示すように、内周縁側の給電端子Ａ１から電流Ｉが通電されると、時計回り（矢印Ｒ方向）に外周縁側のターン部Ｔ１から内周縁側のターン部Ｔ１のように螺旋状に流れながら第１のコイルプレートループＣＵ１を一周して給電端子Ａ１の隣のターン部Ｔ１ａまで到達し、もう一度時計回りに第１のコイルプレートループＣＵ１を一周してさらに隣のターン部Ｔ１ｂ，Ｔ１ｃまで次々に第１のコイルプレートループＣＵ１を合計４周して、出力端子Ａ２から電流Ｉが出力される。

出力端子Ａ２から出力された電流Ｉは、第２のコイルプレートループＣＵ２の給電端子Ｂ１に通電され、第２のコイルプレートループＣＵ２では、図７（ｂ）に示すように、今度は逆方向の反時計回り（矢印Ｌ方向）に外周縁側のターン部Ｔ２から内周縁側のターン部Ｔ２のように螺旋状に流れながら第２のコイルプレートループＣＵ２を一周して給電端子Ｂ１の隣のターン部Ｔ２ａ，Ｔ２ｂ，Ｔ２ｃまで次々に第２のコイルプレートループＣＵ２を合計４周して、出力端子Ｂ２から電流Ｉが出力される。

このように、電流Ｉは、第１のコイルプレートループＣＵ１では時計回りに回り、第２のコイルプレートループＣＵ２では反時計回りに回るため、それぞれのコイルセグメント３ａ，４ａにおける中央直線部３ａ_３，４ａ_３では電流Ｉは同じ方向（外周方向または内周方向）に流れるように結線する。このため、中央直線部３ａ_３，４ａ_３では電流Ｉによる磁束の向きも一致し、磁界が相互に強め合うように合成される。

続いて、熱伝達部材である熱伝達部材６について、図８を参照しながら説明する。図８は熱伝達部材の構成を説明するための斜視図であり、（ａ）は図３（ａ）に対応する櫛歯形状のもの、（ｂ）は他の実施例に係る波型形状のものを示す。
熱伝達部材６は、図８（ａ）に示すように、内周縁部が周方向に連続し外周縁部から内周縁部まで延びるように形成された誘導電流遮断スリットであるスリット６１を備えた櫛歯形状をなしている。また、熱伝達部材６は、コイル５の表面に接着等により密着して設けられている。

そして、各スリット６１は、磁束伝達部材スロット５２（３２，４２）に装着された磁束伝達部材５３が収まるように配置されている。また、磁束伝達部材５３は、コイル５と２枚の熱伝達部材６の厚さの合計よりも所定の突出量（δ２−δ１）だけ長い全長Ｌを有し（図９参照）、コイル５を貫通し熱伝達部材６の表面から突出するように挿入され、ロータ１２０に配設されたマグネット１２１に対面する（図１参照）。

このように、熱伝達部材６をコイル５の表面に密着して設けたことで、コイル５が発生する熱を効率よく伝達することができ、冷却性能を向上することができる。
また、磁束伝達部材５３と熱伝達部材６とを備えたことで、磁束は透磁率の高い磁束伝達部材５３を通して伝達し、コイル５で発生する熱は熱伝達部材６を通して伝達することができるため、それぞれの部材に要求される特性に適合した材質を選択することが可能となる。

また、磁束伝達部材５３を熱伝達部材６の表面から突出させて、磁束伝達部材５３からロータ１２０（図１）までの距離δ１を熱伝達部材６からロータまでの距離δ２よりも短くすることで（図９参照）、磁束が熱伝達部材６を通らずに、磁束伝達部材５３を通ってロータ１２０に伝達されるようにすることができる。
このため、熱伝達部材６を通る磁束を低減することができ、熱伝達部材６に熱伝導率の良好な導電性材料（例えば、銅、アルミニウム、及びそれらの合金等）を使用しても渦電流の発生を抑制することができる。

ここで、磁束伝達部材５３を通ってロータ１２０に伝達される磁束（Ｆ１，Ｆ２）は、供給される交流電流の変化や極（Ｎ極，Ｓ極）の移動に合わせて変化するため、熱伝達部材６には、図４（ａ）に示すように、磁束（Ｆ１，Ｆ２）の変化を妨げる方向に誘導電流ｉ１，ｉ２が流れようとする。
この誘導電流ｉ１，ｉ２が流れると熱伝達部材６が損失を生じて発熱し、トルク特性の低下を招くため、スリット６１は、熱伝達部材６に流れる誘導電流ｉ１，ｉ２の流れを遮断するように形成されている。
すなわち、図４（ａ）では、熱伝達部材６の外周縁部側を流れる誘導電流ｉ１，ｉ２を遮断するようにスリット６１を外周縁部から内周縁部まで延びるように磁束伝達部材５３の方向に沿って形成されている。そして、各スリット６１内に磁束伝達部材５３が収容され、各磁束伝達部材がそれぞれ隔離されている。

なお、誘導電流ｉ１，ｉ２の内側における極（Ｎ，Ｓ）内では、誘導電流ｉ１′，ｉ２′は、互いに打ち消しあう方向に流れようとするため生じることはないが、極（Ｎ，Ｓ）の移動に伴って誘導電流ｉ１，ｉ２の位置が移動するため、それぞれの磁束伝達部材を隔離するようにスリット６１を形成している。

誘導電流遮断スリットは、スリット６１の形態に限定されるものではなく、種々の形態が可能であり、冷却装置２とも関係するが、熱伝達部材６の内周縁部側を流れる誘導電流ｉ１，ｉ２を遮断するように内周縁部が周方向に連続し誘導電流遮断スリットが内周縁部から外周縁部まで延びるように形成することもできる。
また、誘導電流遮断スリットであるスリット６１′は、図８（ｂ）に示すように、外周側から内周縁部まで、そして内周側から外周縁部までのように交互に形成して熱伝達部材６′が波型に連続するようにしてもよい。
要するに、誘導電流遮断スリットは、極（Ｎ，Ｓ）が移動しながら熱伝達部材６，６′に流れる誘導電流ｉ１，ｉ２を遮断することができるように形成されていればよい。

なお、本実施形態においては、磁束伝達部材５３を熱伝達部材６の表面から突出させることで、コイル５で発生する磁束が熱伝達部材６を通らずに、磁束伝達部材５３を通ってロータ１２０に配設されたマグネット１２１に伝達されるように構成したが、これに限定されるものではなく、熱伝達部材６の透磁率を磁束伝達部材５３の透磁率よりも低くすることで、磁束が磁束伝達部材５３を通って伝達されるようにしてもよい。
要するに、磁束が熱伝達部材６を通らずに、磁束伝達部材５３を通ってロータ１２０に伝達されるように構成し、かかる構成は、磁束伝達部材５３からロータ１２０（図１）までの距離と熱伝達部材６からマグネット１２１までの距離との関係、および磁束伝達部材５３と熱伝達部材６の透磁率の関係を総合的に考慮して実現される。

また、磁束伝達部材５３は、鉄系等の広くコア材として利用されるものを適用することができるが、電気エネルギーと磁気エネルギーの変換効率が高く、磁束伝達効率を向上させるために一方向のみに磁化しやすくなるようにした方向性電磁鋼板を使用することが望ましい。

熱伝達部材６は、コイル５が発生する熱を吸収して冷却装置２（図１）による冷却部位（ステータ１の内周縁部）まで伝達する役割を果す。
このため、熱伝達部材６は、図示しない絶縁部材を介してコイル５の表面に密着されていることが望ましい。かかる構成によれば、熱伝達部材６で伝達される熱をウォータジャケット２２内に流通する冷却流路の方向に効果的に伝達することができる。また、コイル５と熱伝達部材６が絶縁されることで、熱伝達部材６をコイル５の表面に密着させることができ、熱伝達部材６の導電性の有無に因らずそれぞれの部材に要求される特性に適合した材質を選択することが可能となる。絶縁部材は絶縁シートのみでも良いが、グラファイトシートと絶縁シートの複層品にし、絶縁シートをコイル側に設ける事で、熱を特定方向に伝達しやすい性質を有し、熱伝達部材６と共にコイル５が発生する熱をウォータジャケット２２の方向に伝達する。

冷却装置２は、図示しない冷媒供給装置を備え、図１に示すように、ステータ１の内縁部がウォータジャケット２２内を流通する冷媒によって冷却されるように構成されている。すなわち、冷媒は、図２に示すように、シャフト１１０に形成された冷媒入口から入ってリブ１１１内を径方向外側に進行し（矢印ｆ１）、ウォータジャケット２２まで到達すると左右に分かれて円周方向の反対側まで進行し（矢印ｆ２）、再びリブ１１１内を今度は径方向外側から内側に向かって進行し（矢印ｆ３）、冷媒出口２１ｂから出るようにしてウォータジャケット２２内を循環する。このようにして、ステータ１の内縁部側を冷却し、コイル５で発生する熱を熱伝達部材６でステータ１の内縁部側に伝達する。

以上のように構成された本発明の実施形態に係るモータ１００に適用されたステータ１の作用について、主として図９〜図１２までを参照しながら説明する。
参照する図において、図９は磁束伝達部材を通って磁束が伝達される様子を示す斜視図であり、図１０は磁束伝達部材と磁気エアギャップとの関係を説明するための平面断面図である。図１１は磁束伝達部材による無負荷損失の低減効果を示すグラフであり、図１２は磁束伝達部材による有効磁束量の増大する割合を示すグラフである。図１３は磁束伝達部材の突き出し量と渦電流損失の関係を示すグラフである。

本発明の実施形態に係るモータ１００において、ステータ１の給電端子Ａ１にそれぞれ交流電流が供給されると、Ｕ相、Ｖ相、およびＷ相の３相のコイルループＣＵ，ＣＶ，ＣＷに通電される。
そして、各相のコイルセグメント３ａ，４ａにおける中央直線部３ａ_３，４ａ_３では電流Ｉは同じ方向（外周方向または内周方向）に流れて、電流Ｉによる磁束の向きも一致し、磁界が相互に強めあうように合成される。

また、コイルセグメント３ａ，４ａ（導体）の中央直線部スリットには、磁束伝達部材スロット３２，４２が形成され、磁束伝達部材５３が熱伝達部材６の表面から突出するように挿入されているため、図９に示すように、磁束は磁束伝達部材５３を通って磁束ループが形成されロータ１２０に伝達される。
具体的には、磁束伝達部材５３を挟んで逆極（Ｎ極とＳ極）が対向するようにマグネット１２１，１２１を配置すると、マグネット１２１，１２１は厚さ方向に磁化されるため、磁束は図示左側のマグネット１２１から右側のマグネット１２１を通って、図示しない隣のマグネットに渡り磁束ループを形成する。

図９において、δ１は、磁束伝達部材５３とマグネット１２１のギャップ（δ−Ｌ）／２を意味する。また、（δ２−δ１）は、磁束伝達部材５３が熱伝達部材６の表面から突出する突出量を意味する。図１３に示すように、突出量を大きくすることでコイル５及び熱伝達部材６を通過する磁束が減少し、コイル５及び熱伝達部材６に発生する渦電流発生を抑制し損失を低減することができる。また、ω１，ω２，ω３は、周波数の違いを示し、ω１からω３になるに従い周波数が高くなっている。

したがって、磁束伝達部材５３を挿入したことで、磁束が磁束伝達部材５３を通って伝達されるため、実質的な磁気エアギャップは、図１０に示すように、コイルセグメント３ａ，４ａ（導体）の厚みｔ１に関わらず、（δ−Ｌ）で定められる。
このため、コイルセグメント３ａ，４ａの厚みｔ１を厚くすることで磁気エアギャップδが大きくなってもそれ以上に磁束伝達部材５３の長さＬを長くすれば、実質的な磁気エアギャップ（δ−Ｌ）を低減することができ、有効磁束量を増大させて、トルク特性を向上させることができる。このため、ステータ１は、数１０ｋＷ以上の大出力用モータのステータに適用することが可能となる。
また、コイルセグメント３ａ，４ａ（導体）に形成されたスリットに磁束伝達部材５３を挿入し、樹脂モールド等で一体化することで、コイルの剛性を向上させることができる。

さらに、磁束伝達部材５３を介してロータ１２０へ磁束を伝えるため、コイルセグメント３ａ，４ａ（導体）に生じる渦電流損を著しく低減することができる。
したがって、図１２に示すように、磁束伝達部材５３を磁束伝達部材スロット３２，４２に挿入したことで、磁束伝達部材５３が磁化されることに起因する磁束伝達部材鉄損と、コイル渦電流損を合算した無負荷損失は、磁束伝達部材５３がない場合に比べて１／５程度まで低減できる。

この有効磁束量の増大する割合（磁束量Ｕｐ比）は、図１１に示すように、磁束伝達部材５３の厚さ（ｔ２）、および、磁束伝達部材５３とマグネット１２１のギャップδ１との関係で定まる。
具体的には、磁束量Ｕｐ比は、磁束伝達部材５３の厚さｔ２が大きくなれば漸次増大し、ギャップδ１が大きくなれば減少する。

また、スリット３１，４１の幅を全長にわたって広くせずに磁束伝達部材スロット３２，４２のみを幅広にすることで、占積率の低下を抑制することができる。さらに、スリット３１，４１よりも幅広の磁束伝達部材スロット３２，４２に磁束伝達部材５３を挿入して収容することで、磁束伝達部材５３の形状に磁束伝達部材スロット３２，４２の形状を適合させ安定して磁束伝達部材５３を保持することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前記した実施形態に限定されるものではなく、適宜変更して実施することが可能である。
例えば、本実施形態においては、モータ１００のステータ１に適用場合について説明したが、これに限定されるものではなく、発電機のステータであっても同様に構成することもできる。

本実施形態においては、熱伝達部材６は銅またはアルミニウムからなる部材で構成することができるが、これに限定されるものではなく、熱の伝達方向を面方向に特に伝達し易い、カーボンの積層結晶構造を有するグラファイト等からなる部材を使用することもできる。かかる構成によれば、吸収した熱を所定の伝達方向に迅速に伝達することができるからである。

本発明の実施形態に係るステータをモータに適用した場合の構成を示す部分断面図である。 図１の側面図である。 磁束伝達部材の挿入状態を示す図であり、（ａ）はステータの部分組立斜視図、（ｂ）はコイルの部分斜視図である。 第１のコイルプレートと第２のコイルプレート重ね方を説明するための平面図であり、（ａ）は重ねる前の状態を示し、（ｂ）は重ねた状態を示す。 コイルの断面図であり、（ａ）は磁束伝達部材を挿入しない状態を示し、（ｂ）は磁束伝達部材と熱伝達部材を備えた状態を示す。 （ａ）はコイルの平面図であり、（ｂ）は仮想的にＵ相コイルループを取り出した状態を示す平面図である。 Ｕ相コイルループにおける電流の流れを説明するために円周方向を横長に表示した模式図であり、（ａ）は第１のコイルプレートループの流れを示し、（ｂ）は第２のコイルプレートループの流れを示す。 熱伝達部材の構成を説明するための斜視図であり、（ａ）は図３（ａ）に対応する櫛歯形状のもの、（ｂ）は他の実施例に係る波型形状のものを示す。 磁束伝達部材を通って磁束が伝達される様子を示す斜視図である。 磁束伝達部材と磁気エアギャップとの関係を説明するための平面断面図である。 磁束伝達部材による無負荷損失の低減効果を示すグラフである。 磁束伝達部材による有効磁束量の増大する割合を示すグラフである。 磁束伝達部材の突き出し量による渦電流損失の低減割合を示すグラフである。

符号の説明

１ ステータ
２ 冷却装置
３ 第１のコイルプレート
３ａ コイルセグメント
４ 第２のコイルプレート
４ａ コイルセグメント
５ コイル
６，６′ 熱伝達部材
８ コイルアッセンブリ（回転電機用コイルアッセンブリ）
２１ 冷媒流路
２２ ウォータジャケット
３１ スリット
３２ 磁束伝達部材スロット
４２ 磁束伝達部材スロット
５１ スリット
５２ 磁束伝達部材スロット
５３ 磁束伝達部材
６１，６１′ スリット（誘導電流遮断スリット）

Claims (8)

1. 回転電機のステータに用いられる回転電機用コイルアッセンブリであって、
   導電体からなるコイルセグメントがスリットを介して隣接するように配線パターンが形成された第１のコイルプレート及び第２のコイルプレートと、
   前記スリットの一部を幅広に形成した磁束伝達部材スロットと、
   この磁束伝達部材スロットが重なるように前記第１のコイルプレートと第２のコイルプレートがコイルループを形成するよう組み合わされたコイルと、
   このコイルの前記磁束伝達部材スロットに挿入された磁束伝達部材と、
   前記コイルの外表面に密着して設けられ前記コイルが発生する熱を伝達する熱伝達部材と、を備え、
   前記熱伝達部材は、前記磁束伝達部材を通る磁束の変化により当該熱伝達部材に流れる誘導電流を遮断する位置に誘導電流遮断スリットを備え、
   前記磁束伝達部材は、前記誘導電流遮断スリットを貫通して前記熱伝達部材の表面から前記回転電機のロータに近づく方向に突出して挿入されていることを特徴とする回転電機用コイルアッセンブリ。
2. 前記第１のコイルプレート及び第２のコイルプレートは、エッチングにより配線パターンが形成されていることを特徴とする請求項１に記載の回転電機用コイルアッセンブリ。
3. 前記第１のコイルプレート及び第２のコイルプレートは、複数枚のコイルプレート基礎部材を積層し、それらを一体化することで形成され、前記コイルプレート基礎部材を拡散接合により一体化することで形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の回転電機用コイルアッセンブリ。
4. 前記熱伝達部材の透磁率は、前記磁束伝達部材の透磁率よりも低いことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の回転電機用コイルアッセンブリ。
5. 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用コイルアッセンブリを含む回転電機用ステータであって、
   前記コイルセグメントの周縁部に隣接して冷媒が流通する冷却流路を備え、
   前記熱伝達部材を介して、前記冷却流路の方向へ前記コイルが発生する熱を伝達するように構成されていることを特徴とする回転電機用ステータ。
6. 前記コイルの前記表面と前記熱伝達部材とは絶縁部材を介して密着し、
   前記絶縁部材は、熱を特定方向に伝達しやすい性質を有し、前記コイルで発生する熱を前記冷却流路の方向に伝達するように配置されていることを特徴とする請求項５に記載の回転電機用ステータ。
7. 前記熱伝達部材は、導電性材料からなることを特徴とする請求項４または請求項５に記載の回転電機用ステータ。
8. 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用コイルアッセンブリ、または請求項５から請求項７のいずれか１項に記載の回転電機用ステータを含む回転電機であって、
   前記ステータの両面に対向する位置に２つのロータを備え、前記ロータは永久磁石を有しており、前記永久磁石は前記ステータを各々逆極性となるように前記ステータを挟んで配置されたことを特徴とする回転電機。

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