JP5392012B2

JP5392012B2 - 電動機

Info

Publication number: JP5392012B2
Application number: JP2009253105A
Authority: JP
Inventors: 康浩遠藤
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2009-11-04
Filing date: 2009-11-04
Publication date: 2014-01-22
Anticipated expiration: 2029-11-04
Also published as: JP2011101461A

Description

本発明は、電動機に関し、詳しくは、回転子を回転させるために固定子に形成された複数のスロットにコイルが巻回された電動機に関する。

従来、この種の電動機としては、ロータの外周にエアギャップを介してステータが配置され、ステータのスロットにコイルが巻回されるものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この電動機では、スロットをくさび状の部材で塞いでスロット内に冷媒を流通させる冷媒通路を設けることにより、冷媒通路を流通する冷媒によってコイルを直接に冷却している。

特開２００３−５２５０１０号公報

しかしながら、上述の電動機では、冷却効果を高めるために冷媒の流量を大きくすると、冷媒通路内の圧力が大きくなり、エアギャップに冷媒が漏れる場合がある。このとき、冷媒がロータに接触すると、ロータの回転抵抗が大きくなり、電動機のエネルギ効率が低下したり、ロータと冷媒との摩擦熱によって電動機の温度が上昇したりしてしまう。

本発明の電動機は、エアギャップに冷却媒体が漏れるのを抑制することを主目的とする。

本発明の電動機は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。

本発明の電動機は、
回転子を回転させるために、固定子に形成された複数のスロットにコイルが巻回された電動機であって、
前記複数のスロットの各々のスロット内に前記回転子の回転軸に沿った方向の冷却媒体の主流路を形成するよう各々のスロット内に開口部を塞ぐように配置された複数の主流路形成部材と、
前記複数の主流路形成部材との間に前記主流路に沿った方向の前記冷却媒体の補助流路を少なくとも一つ形成するよう各々のスロット内に配置された複数の補助流路形成部材と、
を備えることを要旨とする。

この本発明の電動機では、固定子の複数のスロットの各々のスロット内に回転子の回転軸に沿った方向の冷却媒体の主流路を形成するよう各々のスロット内に開口部を塞ぐように複数の主流路形成部材を配置する。これにより、主流路に冷却媒体を供給することによってコイルを直接に冷却することができる。また、複数の主流路形成部材との間に主流路に沿った方向の冷却媒体の補助流路を少なくとも一つ形成するよう各々のスロット内に複数の補助流路形成部材を配置する。これにより、主流路から冷却媒体が漏れたとしても、漏れた冷却媒体は補助流路を流れるから、固定子と回転子との間のエアギャップに冷却媒体が漏れるのを抑制することができる。

こうした本発明の電動機において、前記複数の補助流路形成部材は、前記複数のスロットの各々のスロット内において前記主流路形成部材と対向する面に凹部が形成されてなるものとすることもできる。こうすれば、冷却媒体を補助流路形成部材の凹部に沿って流れやすくすることができ、補助流路から冷却媒体が漏れるのを抑制することができる。この態様の本発明の電動機において、前記複数の主流路形成部材は、前記複数のスロットの各々のスロット内において前記補助流路形成部材と対向する面に該補助流路形成部材の凹部に嵌合する凸部が形成されてなるものとすることもできる。

また、本発明の電動機において、前記複数の主流路形成部材は、前記回転軸の軸方向の両端で互いに連結されてなり、前記複数の補助流路形成部材は、前記回転軸の軸方向の両端で互いに連結されてなる、ものとすることもできる。

本発明の一実施例としての電動機２０を正面方向から視た断面の概略を示す正面断面図である。図１中一点鎖線で囲まれた領域を拡大して示す拡大図である。図１の電動機２０のステータ３０のＡ−Ａ断面を斜めから視た断面斜視図である。電動機２０を側面から視た断面の概略を示す側面断面図である。図３中内周側部材４２を取り除いた状態のステータ３０の一例を示す断面斜視図である。変形例の電動機１２０のステータ１３０のスロット１３４周辺を拡大して示す拡大図である。変形例の電動機２２０のステータ２３０のスロット２３４周辺を拡大して示す拡大図である。変形例の電動機３２０のステータ３３０のスロット３３４周辺を拡大して示す拡大図である。

次に、本発明を実施するための形態を実施例を用いて説明する。

図１は、本発明の一実施例としての電動機２０を正面から視た断面の概略を示す正面断面図であり、図２は、図１中一点鎖線で囲まれた領域を拡大して示す拡大図であり、図３は、図１の電動機２０のステータ３０のＡ−Ａ断面を斜めから視た断面斜視図であり、図４は、電動機２０を側面から視た断面の概略を示す側面断面図である。なお、図１および図４では、電動機２０を冷却するための冷却媒体（例えば、冷却水や冷却オイルなど）が循環する循環経路を破線矢印で示している。実施例の電動機２０は、中心軸２２に動力を入出力可能な同期発電電動機として構成されており、図１から図４に示すように、中心軸２２に連結されるロータ５０と、このロータ５０との間にエアギャップを有するように配置されてハウジング２４に固定されるステータ３０とを備える。

ロータ５０は、所定の厚み（例えば、０．３ｍｍや０．５ｍｍ，１．０ｍｍなど）の無方向性電磁鋼板を打ち抜いて形成した複数の図示しないロータ部材が積層されて形成されるロータコア５２と、ロータコア５２の複数のスロットにそれぞれ嵌挿される永久磁石５４とにより形成され、焼き嵌めやスプライン係合などによって中心軸２２に連結されている。

ステータ３０は、所定の厚み（例えば、０．３ｍｍや０．５ｍｍ，１．０ｍｍなど）の無方向性電磁鋼板を打ち抜いて形成した複数の図示しないステータ部材が積層されて形成されるステータコア３２と、ステータコア３２の複数のスロット３４のそれぞれに巻回されるステータコイル３６と、ステータコイル３６よりも内周側でステータコア３２の複数のスロット３４内に配置される外周側部材４０および内周側部材４２とにより形成されている。ステータ３０は、図４に示すように、ステータコア３２やステータコイル３６の軸方向両端とハウジング２４との間に隙間２６が形成されるように配置されて図示しないボルトなどによってハウジング２４に締結されている。

図５に、図３のステータ３０から内周側部材４２を取り除いたものを示す。外周側部材４０は、ステータコア３２の複数のスロット３４の開口部をそれぞれに塞ぐための複数の主流路形成部４０ａと、ステータコア３２の軸方向の両端で複数の主流路形成部４０ａと連結される連結部４０ｂとにより形成される。外周側部材４０は、実施例では、樹脂などの絶縁体を型枠に射出することによって複数の主流路形成部４０ａと連結部４０ｂとが一体に形成され、主流路形成部４０ａがスロット３４内でステータコア３２に当接すると共に連結部４０ｂがハウジング２４に当接するように配置される。即ち、外周側部材４０は、図４に示すように、外周側部材４０とハウジング２４とによってステータコア３２の外周側が覆われるように配置されるのである。こうした外周側部材４０を設けることにより、ステータコア３２の複数のスロット３４内のそれぞれに軸方向に沿った冷却媒体の流路である主流路４４を形成することができる。この主流路４４は、図４に示すように、ステータコア３２とハウジング２４との隙間２６に連通する。

内周側部材４２は、図３に示すように、外周側部材４０よりも内周側においてステータコア３２の複数のスロット３４の開口部をそれぞれに塞ぐための複数の補助流路形成部４２ａと、ステータコア３２の軸方向の両端で複数の補助流路形成部４２ａと連結される連結部４２ｂとにより形成される。内周側部材４２は、実施例では、樹脂などの絶縁体を型枠に射出することによって複数の補助流路形成部４２ａと連結部４２ｂとが一体に形成され、補助流路形成部４２ａがスロット３４内でステータコア３２に当接するように配置される。こうした内周側部材４２を設けることにより、外周側部材４０との間に主流路４４に沿った冷却媒体の流路である補助流路４６を形成することができる。この補助流路４６は、図４に示すように、軸方向の両端が開口端となる。

次に、こうして構成される実施例の電動機２０が冷却されるときの様子について説明する。実施例の電動機２０は、中心軸２２の軸方向が鉛直方向に対して垂直になるよう配置され、図示しない冷却ポンプによって電動機２０の鉛直方向下側の貯留部から汲み上げられた冷却媒体が電動機２０の鉛直方向上側から供給されて冷却される。冷却媒体は、基本的には、図１の破線矢印に示すように、電動機２０の鉛直方向上側の図示しない供給口からハウジング２４内に供給され、ステータコア３２とハウジング２４との隙間２６をステータコア３２の軸方向の端面（側面）に沿って略一周するように流れ、電動機２０の鉛直方向上側の図示しない排出口から排出されて貯留部に戻る。ここで、ステータコア３２のスロット３４内の主流路４４はステータコア３２とハウジング２４との隙間２６に連通しているから、冷却媒体がステータコア３２の側面に沿って流れると、図４の破線矢印に示すように、ステータコア３２の軸方向の両端から主流路４４にも冷却媒体が流れる。こうして、冷却ポンプから供給される冷却媒体の流量が小さいときには、冷却媒体は、漏れることなく主流路４４を流れる。これにより、冷却媒体によってスロット３４内のステータコイル３６を直接に冷却することができる。

電動機２０を冷却するときに、冷却効果を高めるために、冷却媒体の流量を増加させたときには、図２の太線矢印に示すように、主流路４４内の圧力が大きくなって外周側部材４０とステータコア３２との間から冷却媒体が染み出て主流路４４から冷却媒体が漏れる場合がある。この場合には、漏れた冷却媒体は、外周側部材４０と内周側部材４２との間に形成されている補助流路４６を流れて補助流路４６の軸方向の両端から貯留部に排出される（図４中、実線矢印）。これにより、冷却媒体がステータ３０とロータ５０との間のエアギャップに漏れるのを抑制することができる。しかも、実施例では、補助流路４６は、軸方向の両端が開口端となるように形成されているから、主流路４４内の圧力が大きくなっても補助流路４６内の圧力が大きくなるのを抑制することができ、補助流路４６から冷却媒体が漏れるのをより抑制することができる。

以上説明した実施例の電動機２０によれば、ステータコア３２の複数のスロット３４内に軸方向に沿った冷却媒体の主流路４４を形成するように複数の主流路形成部４０ａを有する外周側部材４０を配置するから、主流路４４に冷却媒体を供給することによってステータコイル３６を直接に冷却することができる。また、外周側部材４０との間に主流路４４に沿った方向の冷却媒体の補助流路４６を形成するように複数の補助流路形成部４２ｂを有する内周側部材４２を配置するから、主流路４４から冷却媒体が漏れたとしても、漏れた冷却媒体は補助流路４６を流れる。したがって、ステータ３０とロータ５０との間のエアギャップに冷却媒体が漏れるの抑制することができる。さらに、こうした構成により、主流路４４から冷却媒体が漏れるのをある程度許容することができるから、こうした内周側部材４２を設けないものに比して外周側部材４０の厚みを薄くすることができる。また、補助流路４６は軸方向の両端が開口端となるよう形成されているから、補助流路４６内の圧力が大きくなるのを抑制することができ、内周側部材４２についても厚みの薄い部材によって形成することができる。

実施例の電動機２０では、内周側部材４２はの補助流路形成部４２ａは、図２に示すように、ステータコア３２を塞ぐための断面が略長方形となるように形成されるものとしたが、図６の変形例の電動機１２０の補助流路形成部１４２ａに示すように、スロット３４内で主流路形成部１４０ａに対向する面に凹部が形成されるものとしてもよい。こうすれば、補助路形成部１４２ａの凹部に沿って冷却媒体を流れやすくすることができ、補助流路１４６から冷却媒体が漏れるのをより抑制することができる。また、補助流路形成部１４２ａとステータコア３２との当接面積を大きくすれば、補助流路１４６から冷却媒体が漏れるのをより抑制することができる。このように補助流路形成部に凹部を設ける場合、図７の変形例の電動機２２０に示すように、外周側部材２４０の主流路形成部材２４０ａは、スロット３４内で補助流路形成部２４２ａに対向する面に補助流路形成部２４２ａの凹部に嵌合する凸部が形成されるものとしてもよい。こうすれば、補助流路２４６の断面積を小さくすることができ、補助流路２４６から冷却媒体が漏れるのをより抑制することができる。

実施例の電動機２０では、ステータコア３２の複数のスロット３４内のそれぞれに１つずつ補助流路４６が形成されるように内周側部材４２が設けられるものとしたが、図８の変形例の電動機３２０に示すように、少なくとも１つ以上のスロット３３４内で補助流路３４６が２以上形成されるように内周側部材３４２が設けられるものとしてもよい。

実施例の電動機２０では、複数の主流路形成部４０ａは、連結部４０ｂによって連結されて一体に外周側部材４０として形成されるものとしたが、連結部４０ｂによって連結されることなく複数のスロット３４内にそれぞれに配置される互いに切り離された部材として形成されるものとしもよい。また、実施例の電動機２０では、複数の補助流路形成部４２ａは、連結部４２ｂによって連結されて一体に内周側部材４２として形成されるものとしたが、連結部４２ｂによって連結されることなく複数のスロット３４内にそれぞれに配置される互いに切り離された部材として形成されるものとしてもよい。

実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。実施例では、ロータ５０が「回転子」に該当し、スロット３４にステータコイル３６が巻回されたステータコア３２が「固定子」に該当し、外周側部材４０の複数の主流路形成部４０ａが「複数の主流路形成部材」に相当し、内周側部材４２の複数の主流路形成部４２ａが「複数の補助流路形成部材」に相当する。

ここで、「回転子」としては、ロータコア５２のスロットに永久磁石５４が挿入されるロータ５０に限定されるものではなく、永久磁石５４を有さないものなどとしても構わない。「固定子」としては、スロット３４にステータコイル３６が巻回されたステータコア３２に限定されるものではなく、複数のスロットにコイルが巻回されたものであれば如何なるものとしても構わない。「複数の主流路形成部材」としては、外周側部材４０の複数の主流路形成部４０ａに限定されるものではなく、連結部４０ｂによって連結されずに形成されるものなど、複数のスロットの各々のスロット内に回転子の回転軸に沿った方向の冷却媒体の主流路を形成するよう各々のスロット内に開口部を塞ぐように配置されるものであれば如何なるものとしても構わない。「複数の補助流路形成部材」としては、内周側部材４２の複数の補助流路形成部４２ａに限定されるものではなく、連結部４２ｂによって連結されずに形成されるものなど、複数の主流路形成部材との間に主流路に沿った方向の冷却媒体の補助流路を少なくとも一つ形成するよう各々のスロット内に配置されたものであればいかなるものとしても構わない。

なお、実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係は、実施例が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。即ち、課題を解決するための手段の欄に記載した発明についての解釈はその欄の記載に基づいて行なわれるべきものであり、実施例は課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎないものである。

以上、本発明を実施するための形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。

本発明は、電動機の製造産業などに利用可能である。

２０，１２０，２２０，３２０電動機、２２中心軸、２４ハウジング、２６隙間、３０，１３０，２３０，３３０ステータ、３２ステータコア、３４，１３４，２３４，３３４スロット、３６，１３６，２３６，３３６ステータコイル、４０，１４０，２４０，３４０外周側部材、４０ａ，１４０ａ，２４０ａ，３４０ａ主流路形成部、４０ｂ連結部、４２，１４２，２４２，３４２内周側部材、４２ａ，１４２ａ，２４２ａ，３４２ａ補助流路形成部、４２ｂ連結部、５０ロータ、５２ロータコア、５４永久磁石。

Claims

回転子を回転させるために、固定子に形成された複数のスロットにコイルが巻回された電動機であって、
前記複数のスロットの各々のスロット内に前記回転子の回転軸に沿った方向の冷却媒体の主流路を形成するよう各々のスロット内に開口部を塞ぐように配置された複数の主流路形成部材と、
前記複数の主流路形成部材との間に前記主流路に沿った方向の前記冷却媒体の補助流路を少なくとも一つ形成するよう各々のスロット内に配置された複数の補助流路形成部材と、
を備え、
前記複数の主流路形成部材は、前記回転軸の軸方向の両端で互いに連結されてなり、
前記複数の補助流路形成部材は、前記回転軸の軸方向の両端で互いに連結されてなる、
電動機。
請求項１記載の電動機であって、
前記複数の補助流路形成部材は、前記複数のスロットの各々のスロット内において前記主流路形成部材に対向する面に凹部が形成されてなる、
電動機。
請求項２記載の電動機であって、
前記複数の主流路形成部材は、前記複数のスロットの各々のスロット内において前記補助流路形成部材に対向する面に該補助流路形成部材に形成された凹部に嵌合する凸部が形成されてなる、
電動機。