JP5720591B2

JP5720591B2 - 回転電機のステータ

Info

Publication number: JP5720591B2
Application number: JP2012018055A
Authority: JP
Inventors: 雅英上村; 村上　新; 新村上; 貴弘椎名
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2012-01-31
Filing date: 2012-01-31
Publication date: 2015-05-20
Anticipated expiration: 2032-01-31
Also published as: JP2013158177A

Description

本発明は、回転電機に適用されるステータに関する。

回転電機のステータとして、ステータコアから回転軸線方向に突出する高さが高いコイルプレートと、その高さが低いコイルプレートとが回転半径方向に交互に重ねられることによりコイルエンド部がフィン形状に形成されたコイルプレート積層体を備えたものが知られている（特許文献１）。その他、本発明に関連する先行技術文献として特許文献２が存在する。

特許第４６３１３４０号公報特開２００７−３３６６５０号公報

一般にコイルプレート積層体は回転電機の回転半径方向内側や外側に比べてそれらの中間部に熱がこもり易い。特許文献１のステータは、各コイルプレートの回転半径方向に関する平均的高さが一定であるため、コイルプレート積層体の中間部の放熱性が回転半径方向内側や回転半径方向外側に比べて劣る。

また、特許文献１のステータは、ステータコアから突出する高さが低いコイルプレートをその高さが高い２枚のコイルプレートで挟むようにしてコイルプレート積層体が構成される。このため、その高さの高いコイルプレートは全て同一高さに揃えられた積層体に比べて表面積が増えるから放熱性が向上する。しかし、その高さが低いコイルプレートは全て同一高さに揃えられた積層体に比べて表面積が変化しないから放熱性は向上しない。

そこで、本発明は、放熱性が良好なコイルプレート積層体を備えた回転電機のステータを提供することを目的とする。

本発明の第１のステータは、回転電機に適用される回転電機のステータであって、前記回転電機の回転軸線方向に延びるスロットが形成されたステータコアと、前記ステータコアから突出する突出部が現れる状態で前記スロットに挿入され、複数のコイルプレートが前記回転電機の回転半径方向に積層されたコイルプレート積層体と、を備え、前記コイルプレート積層体の前記突出部は、前記回転電機の回転半径方向内側と回転半径方向外側との中間に位置する中間部の高さに比べて前記回転半径方向内側の高さが低くなるように構成されているものである（請求項１）。

このステータによれば、コイルプレート積層体において回転方向内側と中間部との間に高低差ができ、こうした高低差が存在しない場合に比べて表面積が増加するので、熱がこもり易い中間部から効果的に放熱させることができる。

第１のステータの一態様において、前記突出部は、前記中間部から前記回転半径外側に向かうほど高くなるように構成されてもよい（請求項２）。この態様によれば、コイルプレート積層体の中間部からの放熱が効果的に行われるばかりでなく、回転半径方向外側に向かってだんだんと高さが増してゆくコイルプレートに沿って熱が流れるためコイルプレート積層体の放熱性が向上する。

第１のステータの一態様においては、前記突出部は、前記中間部の高さに比べて前記回転半径方向外側の高さが低くなるように構成されてもよい（請求項３）。この態様によれば、コイルプレート積層体の中間部が頂点となる山形に構成されて表面積が増大するから、熱がこもり易い中間部からの放熱効果が向上するとともに、中間部よりも回転半径外側の高さが高い場合と比べて突出部の最大高さを抑えることができる。

第１のステータの一態様においては、前記コイルプレート積層体は、前記回転半径方向外側のコイルプレートの板厚に比べて前記回転半径方向内側のコイルプレートの板厚が厚くなるように構成されており、前記コイルプレート積層体と電気的に接続されるとともに、前記複数のコイルプレートのそれぞれの板厚と同じ板厚を持つ複数のコイルエンドプレートが前記回転電機の回転半径方向に積層されたコイルエンドプレート積層体を更に備えてもよい（請求項４）。この態様によれば、電気的に接続されるコイルプレートとコイルエンドプレートとが同じ板厚になる。このため、コイルプレート積層体とコイルエンドプレート積層体との間の電気抵抗値の増減をなくすべくコイルプレート及びコイルエンドプレートのそれぞれの断面積を一致させた場合にコイルエンドプレート積層体に高低差ができる。

コイルエンドプレートが全て同一形状でかつ上記各断面積を一致させる場合、各コイルエンドプレートの形状の制約を受けて接続の相手方となるコイルプレート積層体の突出部の高さを確保する必要があり、更にそのコイルプレート積層体の高低差が加えられるので突出部の最大高さがある程度高くならざるを得ない。しかし、この態様によれば、そういう制約を受けないのでコイルプレート積層体の突出部の最大高さを低くしつつ高低差（段差）を付けることが可能となる。なお、この態様を採用することによって回転方向内側のコイルプレートは突出部分が低くなり表面積が減るが、そのコイルプレートはコイルプレート積層体の中間部に比べて表面積が多く放熱性が良いので、コイルプレート積層体の全体としての放熱性に問題は生じない。

本発明の第２のステータは、回転電機に適用される回転電機のステータであって、前記回転電機の回転軸線方向に延びるスロットが形成されたステータコアと、前記ステータコアから突出する突出部が現れる状態で前記スロットに挿入され、３より多い複数のコイルプレートが前記回転電機の回転半径方向に積層されたコイルプレート積層体と、を備え、前記複数のコイルプレートから任意に選択された、隣接して並ぶ３枚のコイルプレートの前記突出部に現れる高さに関し、中央の一枚のコイルプレートが最も低くならず、かつ残り２枚のコイルプレートのいずれとも同一高さとならないように、前記コイルプレート積層体が構成されているものである（請求項５）。

この第２のステータによれば、コイルプレート積層体のいずれのコイルプレートもそれ以上の高さを持つ２枚のプレートに挟まれた状態とはならない。そのため、高さが高いコイルプレートと低いコイルプレートとを交互に重ねてフィン形状とした従来のものと比べても、放熱性が良好なコイルプレート積層体を得ることができる。

以上説明したように、本発明の第１及び第２のステータによれば、放熱性が良好なコイルプレート積層体を備えた回転電機を得ることができる。

本発明の一形態に係るステータを示した斜視図。図１のステータの一部を分解して示した図。ステータコアのスロットにコイルプレート積層体が挿入される状態を示した説明図。ステータコアにコイルプレート積層体が固定された状態を拡大して示した第１の形態に係る斜視図。図４のV方向からコイルプレート積層体を見た状態を模式的に示した図。図４のVI方向からコイルプレート積層体を見た状態を模式的に示した図。ステータコアにコイルプレート積層体が固定された状態を拡大して示した第２の形態に係る斜視図。図７のVIII方向からコイルプレート積層体を見た状態を模式的に示した図。ステータコアに固定されたコイルプレート積層体を回転軸線方向から見た状態を模式的に示した変形例に係る図。図９のX方向からコイルプレート積層体を見た状態を模式的に示した図。

（第１の形態）
図１〜図４に示されたステータ１は、回転電機の一例としての三相交流モータに組み込まれて使用される。ステータ１が組み込まれた同モータは不図示のロータが回転軸線Ａｘ（図１参照）の回りに回転するように設計されている。なお、図１〜図４及び他の各図に付された矢印Ｚはモータの回転軸線方向を意味し、矢印Ｒは回転半径方向を意味する。

ステータ１は、ステータコア２と、そのステータコア２に設けられたコイル部３とを備える。ステータコア２は鋼板等の金属板が回転軸線Ａｘ方向に積層されて形成されている。ステータコア２には、回転軸線Ａｘ方向に延びる複数のスロット５が周方向に等間隔で形成されている（図３参照）。コイル部３はステータコア２の各スロット５に二つずつ挿入されたコイルプレート積層体１０と、スロット５を挟んで互いに隣接するコイルプレート積層体１０同士を電気的に接続するコイルエンドプレート積層体１１と、周方向に並ぶ複数のコイルプレート積層体１０から所定間隔で選ばれた二つのコイルプレート積層体１０の一方の回転半径方向内側と他方の回転半径方向外側とを電気的に接続するバスバー１２とを備える。

コイルプレート積層体１０は三相交流モータのターン数と同数である複数のコイルプレート１５が回転半径方向に積層されることにより構成されている。コイルプレート積層体１０はステータコア２から回転軸線方向に突出する突出部１６が現れる状態で各スロット５に挿入され、その状態でステータコア２に固定されている。図４に示すように、同一スロット５に挿入される二つのコイルプレート積層体１０の間には絶縁板１７が配置されていて、これら二つのコイルプレート積層体１０は互いに電気的に絶縁されている。図２に示したように、コイルエンドプレート積層体１１は同一形状及び大きさの複数のコイルエンドプレート１９が回転半径方向に積層されることによって構成されている。

図４〜図６に示されたように、コイルプレート積層体１０は、ステータコア２からコイルプレート１５が突出した突出部１６の高さＨが中間部２１よりも回転半径方向内側が低くなり、かつ中間部２１から回転半径方向外側に向かうほど高くなるように構成されている。詳しくは、高さＨは回転半径方向内側から同方向外側に向かって徐々に高くなっている。なお、中間部２１は回転半径方向内側と回転半径方向外側との中間に位置する部位である。図５から明らかなように、各コイルプレート１５の板厚ｔは回転半径方向内側に向かうに従って徐々に厚くなっている。各コイルプレート１５の高さＨ及び板厚ｔは、図５の紙面と直交しかつ回転半径方向と平行な断面に現れるコイルエンドプレート１９の断面積と、コイルプレート１５の同断面に現れる断面積とが一致するように定められている。これらの各断面積が等しくされることによってコイル間で抵抗値が増減することが防止されている。

第１の形態に係るステータ１によれば、コイルプレート積層体１０において回転半径方向内側と中間部２１との間に高低差ができ、こうした高低差が存在しない場合に比べて表面積が増加するので、熱がこもり易い中間部２１から効果的に放熱させることができる。更に、コイルプレート積層体１０は、中間部２１から回転半径方向外側に向かうほど高くなるように構成されているため、同方向に向かってだんだんと高さが増してゆくコイルプレート１５に沿って熱が流れる。これにより、コイルプレート積層体１０の放熱性が向上する。

また、コイルプレート積層体１０は、複数のコイルプレート１５から任意に選択された隣接する３枚のコイルプレート１５のうち、中央のコイルプレート１５の高さＨが最も低くならず、しかも残り２枚のコイルプレート１５のいずれとも同一高さとならないように構成されている。このため、コイルプレート積層体１０のいずれのコイルプレート１５も、それ以上の高さを持つ２枚のコイルプレート１５に挟まれた状態とはならない。これにより、高さの高い２枚のコイルプレートに挟まれたコイルプレートが存在しコイルエンドがフィン形状に形成された従来のものと比べてコイルプレート積層体１０は放熱性が良好である。

（第２の形態）
次に、図７及び図８を参照しながら本発明の第２の形態を説明する。第２の形態はコイルプレート積層体の構造を除き第１の形態と同一である。従って、コイルプレート積層体を含むステータの構成に関する図面や第１の形態と同一となる図面を省略し、代わりに第１の形態の図１〜図３及び図５がそれぞれ参照される。図７及び図８には第１の形態と共通する部材には同一の参照符号が付されている。これらの図に示したように、第２の形態に係るコイルプレート積層体２５は、複数のコイルプレート２７が回転半径方向に積層されて構成されている。コイルプレート積層体２５はステータコア２から突出部２６が現れ、かつ絶縁板１７を挟む状態で同一スロット５に二つずつ挿入され、その状態でステータコア２に固定されている。各コイルプレート２７の板厚ｔは第１の形態と同様に、回転方向内側に向かうに従って徐々に厚くなっている（図５も参照）。第２の形態の特徴は、コイルプレート２７が突出する突出部２６の高さＨに関して中間部２９が最も高く、中間部２９よりも回転半径方向内側及び回転半径方向外側がそれぞれ低くなっている点である。即ち、図８から明らかなように、コイルプレート積層体２５は中間部２９を頂点とした山形に構成されている。これにより、中間部２９の表面積が増大するので、熱がこもり易い中間部２９からの放熱効果が向上する。また、図６と図８とを比較すれば明らかなように、コイルプレート積層体２５は、中間部２１よりも回転半径外側の高さＨが高い第１の形態と比べて突出部２６の最大高さを抑えることができる。

第２の形態も第１の形態と同様に、複数のコイルプレート２７から任意に選択された隣接する３枚のコイルプレート２７のうち、中央のコイルプレート２７の高さＨが最も低くならず、しかも残り２枚のコイルプレート２７のいずれとも同一高さとならないように構成されている。そのため、高さの高い２枚のコイルプレートに挟まれたコイルプレートが存在しコイルエンドがフィン形状とされた従来のものと比べて、第１の形態と同様にコイルプレート積層体２５は放熱性が良好である。

本発明は上記形態に限定されず、本発明の要旨の範囲内において種々の形態にて実施できる。上記各形態では、コイルプレート積層体に接続されるコイルエンドプレート積層体に含まれるコイルエンドプレートは全て同一の板厚であったが、各板厚は同一でなくてもよい。例えば、図９に示したように、コイルエンドプレート積層体３０に含まれるコイルエンドプレート３１の板厚ｔ１を回転半径方向内側に向かうに従って徐々に厚くなるように構成し、かつその板厚ｔ１を接続の相手方となるコイルプレート積層体３５のコイルプレート３６の板厚ｔ２と等しくすることもできる。この構成によれば、コイルエンドプレート３１の上述した断面の断面積と、コイルプレート３６の同断面の断面積とを一致させたときにコイルエンドプレート積層体３０に高低差ができる。

上記各形態のように、コイルエンドプレートが全て同一形状でかつ上述したコイルプレート及びコイルエンドプレートの各断面積を一致させた場合、コイルエンドプレートの形状の制約を受けて接続の相手方となるコイルプレート積層体の突出部の高さを確保する必要があり、更にそのコイルプレート積層体の高低差が加えられるので突出部の最大高さがある程度高くならざるを得ない（図６及び図８参照）。しかし、この変形例によれば、そういう制約を受けないので、図１０に示すようにコイルプレート積層体３５の突出部３８の最大高さを低くしつつ高低差（段差）を付けることが可能となる。なお、この態様を採用することによって回転方向内側のコイルプレート３６は突出部分が低くなり表面積が減るが、そのコイルプレートはコイルプレート積層体３５の中間部３９に比べて表面積が多く放熱性が良いので、コイルプレート積層体３５の全体としての放熱性に問題は生じない。図９及び図１０に示した変形例は第１及び第２のいずれの形態にも適用可能である。

上記各形態では、ステータが適用される対象として、三相交流モータを回転電機の一例としているが、適用対象はこれに限定されない。例えば、本発明のステータは、交流発電機やモータ・ジェネレータ等の各種回転電機に適用できる。

本発明の第１のステータの場合には、コイルプレート積層体の全体として所定の高低差が生じていればよい。従って、中間部と回転半径方向内側又は外側との間に高低差が存在する限りにおいて、コイルプレート積層体のうち、隣接する２枚のコイルプレートの突出部分の高さが同じである箇所が存在してもよいし、隣接する３枚のコイルプレートの中央のコイルプレートが最も低くなる箇所が存在してもよい。

本発明の第２のステータの場合には、第１の形態とは逆に回転半径方向内側から外側に向かうに従って徐々に高さが増加する形態で実施することも可能である。

１ステータ
２ステータコア
５スロット
１０、２５、３５コイルプレート積層体
１１、３０コイルエンドプレート積層体
１５、２７、３６コイルプレート
１６、２６、３８突出部
１９、３１コイルエンドプレート
２１、２９、３９中間部
Ａｘ回転軸線
Ｒ回転半径方向
Ｚ軸線方向

Claims

回転電機に適用される回転電機のステータであって、
前記回転電機の回転軸線方向に延びるスロットが形成されたステータコアと、前記ステータコアから突出する突出部が現れる状態で前記スロットに挿入され、複数のコイルプレートが前記回転電機の回転半径方向に積層されたコイルプレート積層体と、を備え、
前記コイルプレート積層体の前記突出部は、前記回転電機の回転半径方向内側と回転半径方向外側との中間に位置する中間部の高さに比べて前記回転半径方向内側の高さが低くなるように構成されていることを特徴とする回転電機のステータ。
前記突出部は、前記中間部から前記回転半径外側に向かうほど高くなるように構成されている請求項１に記載のステータ。
前記突出部は、前記中間部の高さに比べて前記回転半径方向外側の高さが低くなるように構成されている請求項１に記載のステータ。
前記コイルプレート積層体は、前記回転半径方向外側のコイルプレートの板厚に比べて前記回転半径方向内側のコイルプレートの板厚が厚くなるように構成されており、
前記コイルプレート積層体と電気的に接続されるとともに、前記複数のコイルプレートのそれぞれの板厚と同じ板厚を持つ複数のコイルエンドプレートが前記回転電機の回転半径方向に積層されたコイルエンドプレート積層体を更に備えている請求項１〜３のいずれか一項に記載のステータ。
回転電機に適用される回転電機のステータであって、
前記回転電機の回転軸線方向に延びるスロットが形成されたステータコアと、前記ステータコアから突出する突出部が現れる状態で前記スロットに挿入され、３より多い複数のコイルプレートが前記回転電機の回転半径方向に積層されたコイルプレート積層体と、を備え、
前記複数のコイルプレートから任意に選択された隣接して並ぶ３枚のコイルプレートの前記突出部に現れる高さに関し、中央の一枚のコイルプレートが最も低くならず、かつ残りの２枚のコイルプレートのいずれとも同一高さとならないように、前記コイルプレート積層体が構成されていることを特徴とする回転電機のステータ。