JP6079012B2 - ３相回転電機 - Google Patents

Description

本発明は、ステータコイルの冷却性能の向上を図った３相回転電機に関する。

分割コアを有するステータコイルの冷却性能の向上を狙った発明として、例えば、特許文献１に記載の固定子構造が知られている。特許文献１に記載の固定子構造は、樹脂モールドされたコイル端部にバスバーを結線し、バスバーに冷却油を吹き付けてコイル端部を冷却するものである。

特開２００９−８９４５６

しかしながら、特許文献１に記載の発明は、コイル端部に結線されたバスバーを冷却するものであり、コイル端部を局所的に冷却するに留まり、ステータコイル全体の冷却は十分でなかった。

本発明は、このような事情に鑑みて為されたものであり、分割コアを有するステータコイルの冷却性能の向上を図り、ステータの部品点数を低減可能な３相回転電機を提供することを課題とする。

請求項１に記載の３相回転電機は、ステータコアが回転軸の周方向に分割されている分割コアを有するステータと、前記ステータと同軸に対向して配されるロータと、を備え、絶縁材料からなるボビンが装着された前記分割コアに集中巻き方式により巻線が巻装されている３相回転電機において、前記ボビンは、前記周方向に配される３つのボビンを一単位として、中央に位置するボビンの内周側両端部が隣接するボビンの内周側端部と屈曲可能に一体に形成され、３個の前記分割コアに軸方向両端から装着可能に軸方向で分割されたボビンユニットとして構成され、前記３個の分割コアには、前記ボビンユニットが軸方向両端から装着されており、前記ボビンユニットは、隣接する前記一単位毎の前記ボビンユニット間において内周側端部でシールするようシール部材が配置されており、３相の巻線間に軸線方向に延びる冷却路が形成されていることを特徴とする。

請求項２に記載の３相回転電機は、請求項１に記載の３相回転電機において、前記冷却路に冷却媒体を圧送可能な冷却媒体供給カバーで前記軸線方向一端側が覆われている。

請求項３に記載の３相回転電機は、請求項２に記載の３相回転電機において、前記冷却媒体供給カバーは、前記冷却路に対向して形成され前記冷却路に前記冷却媒体を吐出可能な開口部と、前記ステータコア側に突出して形成され前記ボビンの内周側鍔部および外周側鍔部と嵌合する突起部と、を有する。

請求項４に記載の３相回転電機は、請求項３に記載の３相回転電機において、前記開口部には、前記冷却媒体を導入する配管が配設されている。

請求項５に記載の３相回転電機は、請求項３に記載の３相回転電機において、前記突起部と前記ボビンの内周側鍔部との間および前記突起部と前記ボビンの外周側鍔部との間には、それぞれシール部材が配設されている。

請求項６に記載の３相回転電機は、請求項１〜５のいずれか一項に記載の３相回転電機において、前記冷却路に供給される冷却媒体の供給側から排出側にかけて、前記冷却路における前記巻線の相間距離が徐々に短くなっている。

請求項１に記載の３相回転電機によれば、ボビンユニットは、隣接するボビンユニットと内周側端部でシールされて３相の巻線間に軸線方向に延びる冷却路が形成されているので、３相の巻線間に冷却媒体を流通させて、ステータのうち最も発熱量が多い巻線を直接冷却することができる。また、隣接するボビンユニットの内周側端部はシールされているので、巻線から抜熱した冷却媒体がロータ側へ流出することを防止できる。そのため、冷却媒体によるロータへの伝熱及びロータの摩擦損失を低減することができる。

ボビンユニットは、周方向に隣接する３つのボビンが一体に形成されているので、中央に位置するボビンと隣接するボビンとの内周側端部にシール部材を設ける必要がなく、冷却媒体の流路が拡大されて冷却性能が向上する。また、３つのボビンの内周側端部をそれぞれシール部材によってシールする場合と比べて、シール部材の使用量を１／３に低減することができる。さらに、３つのボビンが一体形成されているので、ステータの部品点数を低減させることができる。よって、部品点数の低減による信頼性の向上及びコストダウンを図ることができる。

請求項２に記載の３相回転電機によれば、３相回転電機の軸線方向一端側が冷却媒体供給カバーで覆われており、冷却媒体供給カバーを介して、冷却路に冷却媒体を圧送することができる。そのため、別途、冷却媒体を供給する供給路を設ける必要がなく、作業工数の低減および３相回転電機の小型化を図ることができる。

請求項３に記載の３相回転電機によれば、冷却媒体供給カバーは、ボビンの内周側鍔部および外周側鍔部と嵌合する突起部を有している。そのため、ボビンと冷却媒体供給カバーとを突起部で嵌合させることにより、冷却媒体供給カバーの開口部から吐出された冷却媒体がロータ側やステータハウジング側へ流出することを防止できる。

請求項４に記載の３相回転電機によれば、冷却媒体供給カバーの開口部には、冷却媒体を導入する配管が配設されている。そのため、冷却媒体供給カバーに配設される配管を介して、冷却路に冷却媒体を圧送することができる。

請求項５に記載の３相回転電機によれば、突起部とボビンの内周側鍔部との間および突起部とボビンの外周側鍔部との間には、それぞれシール部材が配設されている。そのため、ボビンと冷却媒体供給カバーとの嵌合部分のシール性が高まり、冷却媒体の流出防止効果を高めることができる。

一般的に、「抜熱量は、熱交換面積と温度差に比例し、（理論上）流速の平方根に比例する。」ことが知られている。冷却媒体の供給側では、冷却媒体の排出側と比べて、巻線と冷却媒体との温度差が大きく冷却効率は高い。そのため、冷却媒体の流速を排出側と比べて低速にしても、十分な抜熱量を確保することができる。一方、冷却媒体の排出側では、巻線からの抜熱にしたがって冷却媒体の温度が上昇して、巻線と冷却媒体との温度差は小さくなり、冷却効率は低下する。そのため、冷却媒体の流速を供給側と比べて高速にして、必要な抜熱量を確保する必要がある。

請求項６に記載の３相回転電機によれば、冷却路に供給される冷却媒体の供給側から排出側にかけて、冷却路における巻線の相間距離が徐々に短くなっているので、冷却媒体の供給側の流速と比べて、冷却媒体の排出側の流速を高速にすることができる。したがって、冷却媒体の供給側から排出側にかけて、冷却媒体の流速を徐々に速くして、巻線からの抜熱量を均一化することができる。

ステータの一部を模式的に示す斜視図である。 ボビン及び分割コアの構成を模式的に示す図であり、（ａ）は第１ボビンの斜視図、（ｂ）は分割コアの斜視図、（ｃ）は第２ボビンの斜視図である。 ボビンユニットの構成を模式的に示す図であり、（ａ）は第１ボビンユニットの斜視図、（ｂ）は（ａ）のＡ部拡大図、（ｃ）は（ａ）のＢ部拡大図、（ｄ）は第２ボビンユニットの斜視図である。 ステータの組立て工程の一部を説明する図であり、（ａ）は第２ボビンユニットの斜視図、（ｂ）は第２ボビンユニットに分割コアを装着した状態を示す斜視図である。 ステータの組立て工程及び巻装工程を説明する図であり、（ａ）は第１ボビンユニットの斜視図、（ｂ）は第１ボビンユニットを装着した状態を示す斜視図、（ｃ）は１相分の巻線が巻装された状態を示す斜視図である。 巻装後の状態を説明する図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は上面図、（ｃ）は（ｂ）のＣ部拡大図である。 ステータの一部を模式的に示す上面図である。 ３相電動機の一例を示す断面図である。 第２実施形態に係り、冷却路を説明する径方向視断面図である。 参考形態に係り、ステータの一部を模式的に示す上面図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各実施形態について共通の箇所には共通の符号を付して対応させることにより重複する説明を省略する。なお、各図は概念図であり、細部構造の寸法まで規定するものではない。

（１）第１実施形態
＜３相回転電機の構成＞
図１は、ステータの一部を模式的に示す斜視図である。図２は、ボビン及び分割コアの構成を模式的に示す図であり、（ａ）は第１ボビンの斜視図、（ｂ）は分割コアの斜視図、（ｃ）は第２ボビンの斜視図である。図３は、ボビンユニットの構成を模式的に示す図であり、（ａ）は第１ボビンユニットの斜視図、（ｂ）は（ａ）のＡ部拡大図、（ｃ）は（ａ）のＢ部拡大図、（ｄ）は第２ボビンユニットの斜視図である。

本実施形態の３相回転電機は、ステータコア１０が回転軸Ｘの周方向に分割されている分割コア１１を有するステータ１と、ステータ１と同軸に対向して配される図示しないロータと、を備えており、集中巻き方式により巻線２０が分割コア１１に巻装されている。図１では、説明の便宜上、３個の分割コア１１、１１、１１が図示されている。実際の３相回転電機は、３相を構成する３個の分割コア１１、１１、１１を一単位として、分割コア１１が回転軸Ｘの周方向に円環状に配されている。本明細書では、図１に示す一単位分の分割コア１１から構成されるステータをステータユニット１Ｕという。

分割コア１１は、電磁鋼板からなるコアシートを軸方向に複数枚積層して形成されている。図２（ｂ）に示すように、分割コア１１は、円周方向に延在するヨーク部１２と、ヨーク部１２の内周側側面から回転軸Ｘ方向に突出して磁極を形成するティース部１３と、を有している。ティース部１３の先端部には、図示しないロータの外周面と対向可能な周方向に幅広の対向部１３１が形成されている。

巻線２０は、断面円形状の丸線が用いられ、導体表面がエナメル被覆などの絶縁層で保護されている。丸線以外にも断面多角形状の角線など、種々の断面形状の細線を用いることができる。細線を複数本並列に配列した並列細線を用いることもできる。

分割コア１１は、第１ボビン３０及び第２ボビン４０によって軸方向両端から狭持されている。第１ボビン３０及び第２ボビン４０は、樹脂などの絶縁材料からなり、射出成型によって形成されている。本明細書において、「ボビン」とは、ステータコア１０と巻線２０とを電気的に絶縁する絶縁部材をいい、インシュレータと呼称されることもある。図２（ａ）に示すように、第１ボビン３０は、巻線２０が巻回される胴部３１と、胴部３１の内周側側面に軸方向に延在する内周側鍔部３２と、胴部３１の外周側側面に軸方向に延在する外周側鍔部３３と、を有している。内周側鍔部３２及び外周側鍔部３３は、胴部３１と一体に形成されており、それぞれ対向している。第１ボビン３０には、凹部が設けられており、軸方向からティース部１３に被装可能になっている。以下、内周側鍔部３２の周方向端部を単に第１ボビン３０の内周側端部３４、３４という。また、外周側鍔部３３の周方向端部を単に第１ボビン３０の外周側端部３５、３５という。

同図（ｃ）に示すように、第２ボビン４０は、ティース部１３を周方向から狭持可能なコア狭持部４１と、コア狭持部４１と軸方向に一体に形成されてティース部１３を支持可能なコア支持部４２と、を有している。コア狭持部４１は、内周側端部が周方向に折り曲げられて内周側折曲部４１１、４１１が形成され、外周側端部は周方向に折り曲げられて外周側折曲部４１２、４１２が形成されている。内周側折曲部４１１、４１１は、分割コア１１の対向部１３１と当接可能になっており、外周側折曲部４１２、４１２は、分割コア１１のヨーク部１２と当接可能になっている。コア支持部４２は、周方向側端部が軸方向に延在して側面支持部４２１、４２１が形成されている。側面支持部４２１、４２１は、内周側折曲部４１１、４１１とそれぞれ接合されている。以下、側面支持部４２１、４２１の周方向端部を単に第２ボビン４０の内周側端部４３、４３という。また、外周側折曲部４１２、４１２の周方向端部を単に第２ボビン４０の外周側端部４４、４４という。

３個の分割コア１１、１１、１１の軸方向一端側には、図３（ａ）に示すように、周方向に配される３つの第１ボビン３０、３０、３０を一単位として第１ボビンユニット５０が構成されている。第１ボビンユニット５０は、中央に位置する第１ボビン３０の内周側両端部３４、３４が、隣接する第１ボビン３０の内周側端部３４とそれぞれ屈曲可能に一体に形成されて第１屈曲部３６、３６になっている。中央に位置する第１ボビン３０の外周側両端部３５、３５は、隣接する第１ボビン３０の外周側端部３５とそれぞれ当接可能になっている。同図（ｂ）に示すように、第１屈曲部３６は、外周方向に開口する薄肉の第１凹部３６１を有しており、周方向両端に位置する第１ボビン３０、３０は、第１屈曲部３６、３６を支点にしてそれぞれ内周側に回転可能になっている。同図（ｃ）に示すように、周方向両端の内周側端部３４、３４は、周方向に開口する薄肉の第２凹部３４１をそれぞれ有している。

３個の分割コア１１、１１、１１の軸方向他端側には、同図（ｄ）に示すように、周方向に配される３つの第２ボビン４０、４０、４０を一単位として第２ボビンユニット６０が構成されている。第２ボビンユニット６０は、中央に位置する第２ボビン４０の内周側両端部４３、４３が、隣接する第２ボビン４０の内周側端部４３とそれぞれ屈曲可能に一体に形成されて第２屈曲部４５、４５になっている。中央に位置する第２ボビン４０の外周側両端部４４、４４は、隣接する第２ボビン４０の外周側端部４４とそれぞれ当接可能になっている。第２屈曲部４５は、第１屈曲部３６と同形状の外周方向に開口する薄肉の第３凹部を有しており、周方向両端に位置する第２ボビン４０、４０は、第２屈曲部４５、４５を支点にしてそれぞれ内周側に回転可能になっている。周方向両端の内周側端部４３、４３は、第２凹部３４１と同形状の周方向に開口する薄肉の第４凹部をそれぞれ有している。

＜３相回転電機の製造方法＞
次に、既述の分割コア１１、第１ボビンユニット５０、第２ボビンユニット６０及び巻線２０を用いて、３相回転電機のステータ１を製造する方法を詳述する。本実施形態の３相回転電機の製造方法は、組立て工程、巻装工程及び封止工程を有しており、この順にステータ１の製造が行われる。図４は、ステータの組立て工程の一部を説明する図であり、（ａ）は第２ボビンユニットの斜視図、（ｂ）は第２ボビンユニットに分割コアを装着した状態を示す斜視図である。図５は、ステータの組立て工程及び巻装工程を説明する図であり、（ａ）は第１ボビンユニットの斜視図、（ｂ）は第１ボビンユニットを装着した状態を示す斜視図、（ｃ）は１相分の巻線が巻装された状態を示す斜視図である。図６は、巻装後の状態を説明する図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は上面図、（ｃ）は（ｂ）のＣ部拡大図である。

（組立て工程）
組立て工程は、３個の分割コア１１、１１、１１に第１ボビンユニット５０及び第２ボビンユニット６０を軸方向両端からそれぞれ装着する工程である。まず、図４（ａ）に示すように、第２ボビンユニット６０の周方向両端に位置する第２ボビン４０、４０を第２屈曲部４５、４５を支点にして、それぞれ内周側に回転させる。そして、周方向両端の内周側端部４３、４３同士を当接させる。この状態で同図（ｂ）に示すように、第２ボビンユニット６０に３個の分割コア１１、１１、１１を装着する。

次に、図５（ａ）に示すように、第１ボビンユニット５０の周方向両端に位置する第１ボビン３０、３０を第１屈曲部３６、３６を支点にして、それぞれ内周側に回転させる。そして、周方向両端の内周側端部３４、３４同士を当接させる。この状態で上述の３個の分割コア１１、１１、１１に第１ボビンユニット５０を装着する。このとき、第１ボビンユニット５０の内周側端部３４、３４の当接部３７と第２ボビンユニット６０の内周側端部４３、４３の当接部４６とが同一直線上に揃うようにする。同図（ｂ）は、３個の分割コア１１、１１、１１に第１ボビンユニット５０及び第２ボビンユニット６０が軸方向両端からそれぞれ装着された状態を示している。

本実施形態では、第２ボビンユニット６０に３個の分割コア１１、１１、１１を装着した後に第１ボビンユニット５０を装着しているが、第１ボビンユニット５０に３個の分割コア１１、１１、１１を装着した後に第２ボビンユニット６０を装着しても良い。また、３個の分割コア１１、１１、１１を第１ボビンユニット５０及び第２ボビンユニット６０で狭持した後に、内周側端部３４、３４同士及び内周側端部４３、４３同士をそれぞれ当接させて同図（ｂ）の状態にすることもできる。

（巻装工程）
巻装工程は、図５（ｂ）に示すように、３個の分割コア１１、１１、１１に装着された第１ボビンユニット５０の内周側側面３２１、３２１、３２１を軸方向視においてΔ形状にして巻線２０を巻装する工程である。同図（ｃ）に示すように、１相分の巻回し後に次の相の巻回しを行い３相分の巻線２０を巻装しても良く、２相分又は３相分を同時に巻装することもできる。図６は、３相分の巻線２０が巻装された状態を示している。

同図（ｂ）及び（ｃ）に示すように、本工程は、第１ボビンユニット５０の内周側側面３２１、３２１、３２１を軸方向視においてΔ形状にして巻装することに特徴がある。第１屈曲部３６、３６及び当接部３７は、Δ形状の頂点になる。Δ形状にして巻装することにより、巻装していない他の第１ボビン３０、３０が干渉せず、作業効率が向上する。また、Δ形状にして巻装することにより、２相分又は３相分の巻線２０を同時に巻装することもできる。なお、内周側側面３２１は周方向に湾曲しており、正確にはΔ形状とは言えないが、本明細書では、説明の便宜上、Δ形状と称する。

第１ボビンユニット５０の内周側側面３２１、３２１、３２１を軸方向視においてΔ形状にすると、それと対をなす第２ボビンユニット６０の内周側側面もΔ形状になる。したがって、巻装工程は、第２ボビンユニット６０の内周側側面を軸方向視においてΔ形状にして巻線２０を巻装する工程でもある。この場合の内周側側面は、内周側折曲部４１１、４１１及び側面支持部４２１、４２１によって周方向に形成される面をいう。

（封止工程）
封止工程は、巻線２０が巻装された第１ボビンユニット５０及び第２ボビンユニット６０を周方向に沿わせて、隣接する第１ボビンユニット５０同士及び第２ボビンユニット６０同士を内周側端部でそれぞれシールする工程である。図６（ｂ）、（ｃ）に示すように、３相分の巻線２０が巻装された状態において、当接部３７に隣接する第１ボビン３０、３０を第１屈曲部３６、３６を支点にして、第１屈曲部３６の開口部を狭める方向にそれぞれ回転させる。内周側側面３２１、３２１、３２１が同一円周上に配されるまで回転させると、図１に示すステータユニット１Ｕの状態になる。なお、既述のとおり、第２ボビンユニット６０の当接部４６に隣接する第２ボビン４０、４０を回転させても同じことである。この場合は、第２ボビン４０、４０を第２屈曲部４５の開口部を狭める方向に回転させる。

図７は、ステータの一部を模式的に示す上面図である。同図は、２つのステータユニット１Ｕ、１Ｕが周方向に配されている状態を示している。周方向に隣接する２つの第１ボビンユニット５０、５０は、内周側端部３４、３４でシール部材７０によってシールされている。第１ボビンユニット５０と同様に、周方向に隣接する２つの第２ボビンユニット６０、６０は、内周側端部４３、４３でシール部材７０によってシールされている。シール部材７０は、ステータ１をステータハウジングに焼きばめ又は圧入固定するときに、第１ボビンユニット５０の内周側端部３４、３４及び第２ボビンユニット６０の内周側端部４３、４３によってそれぞれ挟み込まれる。シール部材７０は、内周側端部３４及び内周側端部４３の形状に合わせた形状にする。本実施形態では、内周側端部３４、３４同士又は内周側端部４３、４３同士をそれぞれ当接させると、軸方向視の断面形状が円形となるので、環状のシール部材を用いている。シール部材７０は、例えば、ゴムなどの絶縁材を用いることができる。内周側端部３４及び内周側端部４３は、同一形状であり軸線方向に連通している。そのため、シール部材７０は、第１ボビンユニット５０及び第２ボビンユニット６０の軸線方向に亘って一体に形成されているが、別体に形成することもできる。

本実施形態では、３相の巻線２０、２０間に軸線方向に延びる冷却路７１が形成されている。冷却路７１は、３相の巻線２０、２０間に軸線方向に設けられているので、３相の巻線２０、２０間に冷却媒体を流通させて、ステータ１のうち最も発熱量が多い巻線２０を直接冷却することができる。また、第１ボビンユニット５０の周方向両端の内周側端部３４、３４及び第２ボビンユニット６０の周方向両端の内周側端部４３、４３は、シール部材７０によってシールされているので、巻線２０から抜熱した冷却媒体がロータ側へ流出することを防止できる。そのため、冷却媒体によるロータへの伝熱及びロータの摩擦損失を低減することができる。

第１ボビンユニット５０は、周方向に隣接する３つの第１ボビン３０、３０、３０が一体に形成されているので、中央に位置する第１ボビン３０と隣接する第１ボビン３０、３０との内周側端部（第１屈曲部３６、３６）にシール部材７０を設ける必要がない。よって、３つの第１ボビン３０、３０、３０の内周側端部をそれぞれシール部材７０によってシールする場合と比べて、シール部材７０の使用量を１／３に低減することができる。また、第１屈曲部３６、３６は軸方向に連通しているので、冷却媒体の流路となり、冷却媒体の流路が拡大されて冷却性能が向上する。さらに、３つの第１ボビン３０、３０、３０が一体形成されているので、ステータ１の部品点数を低減させることができる。よって、部品点数の低減による信頼性の向上及びコストダウンを図ることができる。以上のことは、第２ボビンユニット６０についても同様に言える。

（変形形態）
本変形形態では、第１ボビンユニット５０及び第２ボビンユニット６０の代わりに第１ボビンユニット５１及び第２ボビンユニット６１を用いる。第１ボビンユニット５１は、周方向に配される３つの第１ボビン３０、３０、３０を一単位として、各第１ボビン３０の内周側両端部３４、３４が隣接する第１ボビン３０の内周側端部３４と屈曲可能に一体に形成され、内周側側面３２１、３２１、３２１が軸方向視においてΔ形状を呈している。屈曲部は、既述の第１屈曲部３６と同形状であり、第１屈曲部３６、３６、３６がΔ形状の頂点になる。同様に、第２ボビンユニット６１は、周方向に配される３つの第２ボビン４０、４０、４０を一単位として、各第２ボビン４０の内周側両端部４３、４３が隣接する第２ボビン４０の内周側端部４３と屈曲可能に一体に形成され、内周側側面が軸方向視においてΔ形状を呈している。屈曲部は、既述の第２屈曲部４５と同形状であり、第２屈曲部４５、４５、４５がΔ形状の頂点になる。第１ボビンユニット５１及び第２ボビンユニット６１は、第１ボビンユニット５０及び第２ボビンユニット６０と同様に、３個の分割コア１１、１１、１１に軸方向両端から装着可能になっている。

組立て工程は、３個の分割コア１１、１１、１１に第１ボビンユニット５１及び第２ボビンユニット６１を軸方向両端から装着する工程である。巻装工程は、３個の分割コア１１、１１、１１に装着された第１ボビンユニット５１及び第２ボビンユニット６１に巻線２０を巻装する工程である。既述の実施形態と同様、装着及び巻装の順序は問わない。

本変形形態では、巻線２０の巻装後にΔ形状の頂点のひとつを切開する切開工程を有する。切開工程では、第１ボビンユニット５１のΔ形状の頂点である第１屈曲部３６、３６、３６のひとつを軸方向に切開する。同様に、第２ボビンユニット６１のΔ形状の頂点である第２屈曲部４５、４５、４５のひとつを軸方向に切開する。これにより、第１ボビンユニット５１及び第２ボビンユニット６１を展開して周方向に沿わせることができる。

本変形形態では、内周側側面が軸方向視においてΔ形状を呈する第１ボビンユニット５１及び第２ボビンユニット６１を用いて巻線２０の巻回しを行い、巻装後にΔ形状の頂点のひとつを切開するので、巻装前に周方向両端の内周側端部３４、３４同士及び周方向両端の内周側端部４３、４３同士をそれぞれ当接させてΔ形状にする必要がなく、作業効率が向上する。また、３個の分割コア１１、１１、１１、第１ボビンユニット５１及び第２ボビンユニット６１の組立ても容易である。

封止工程は、Δ形状の頂点のひとつが切開された第１ボビンユニット５１及び第２ボビンユニット６１を周方向に沿わせて、隣接する第１ボビンユニット５１同士及び第２ボビンユニット６１同士を内周側端部でそれぞれシールする工程である。シール箇所及びシール部材は、既述の実施形態と同様である。

＜３相回転電機＞
図８は、３相電動機の一例を示す断面図である。図８に示す３相電動機は、ハイブリッド車両の車輪駆動用の３相同期モータであり、既述のステータ１及びロータ２をモータハウジング３に内蔵した状態で、モータカバー４（本発明の「冷却媒体供給カバー」に相当）により封止されている。３相電動機の一端側は、図示しない車両のトランスミッションに接続され、３相電動機の他端側は、図示しないエンジンの出力軸に係脱可能に接続されている。

ステータ１は、ステータハウジング１００を介してボルト３００でモータハウジング３に固定されている。ステータ１は、既述のステータユニット１Ｕが回転軸Ｘの周方向に円環状に配されており、隣接するステータユニット１Ｕは、内周側端部同士がシール部材７０によってシールされている。ステータ１は、同相の巻線２０が相毎にそれぞれ直列接続されており、直列接続された巻線２０の一端側はＹ結線されている。直列接続された巻線２０の他端側は、図示しないインバータを介して車両バッテリに接続されている。車両バッテリの電力は、インバータによって３相交流に変換された後、３相電動機に供給されてロータ２を駆動することができる。３相電動機によって発電された電力は、インバータを介して車両バッテリに充電される。なお、同図では、冷却媒体が３相の巻線２０間を軸線方向（同図に示す矢印Ｄ方向）に流れることを明示するために、ステータ１は、模式的に示されている。

ステータ１の径方向内周側には、ステータ１と所定のギャップを保持して対向するロータ２が配されている。ロータ２は、複数の積層鋼板から形成されており、ロータ２の円周上には、複数の界磁極用マグネットが設けられている。ロータ２は、シャフト５と同軸に回転可能に固定されており、シャフト５は、軸受５００、５００を介してモータハウジング３及びモータカバー４に支承されている。モータカバー４は、ボルト３００でモータハウジング３に固定されている。図示しない車両バッテリからインバータを介して、巻線２０に対して三相の交流電流が供給されることにより、ステータ１において回転磁界が発生し、回転磁界に起因する吸引力又は反発力によって、ステータ１に対してロータ２が回転する。

モータカバー４には、冷却媒体を吐出可能な配管４００（本発明の「配管」に相当）が軸方向Ｘに突出して形成されており、配管４００は、ポンプ６の吐出口６００に接続されている。ポンプ６の吸入口６０１は、配管４０１によりリザーバ７に接続されている。リザーバ７には、ステータ１の巻線２０を冷却可能な冷却媒体が貯蔵されている。冷却媒体は、例えば、油や空気、窒素などの冷却剤を用いることができる。なお、同図では、ポンプ６及びリザーバ７は、３相電動機と別体に記載されているが、実際には、ポンプ６は３相電動機と一体化されており、リザーバ７はモータハウジング３内に形成されている。

第２ボビンユニット６０の軸方向端部は、ゴム製のオーリング８、８を介してモータカバー４に接続さており、ポンプ６から吐出された冷却媒体がロータ２側やステータハウジング１００側に漏れ出さないように接続部分が密閉されている。第２ボビンユニット６０の軸方向端部は、本発明の「内周側鍔部および外周側鍔部」に相当し、オーリング８、８は、本発明の「シール部材」に相当する。また、同図に示すように、モータカバー４のうちステータ１側に突出している部分は、本発明の「突起部」に相当する。ポンプ６から吐出された冷却媒体は、配管４００に導入されて配管４００の開口部４０２（本発明の「開口部」に相当）からステータ１の巻線２０に向けて吐出される。冷却媒体は、３相の巻線２０間を矢印Ｄ方向に流れて、図示しない配管を経由してリザーバ７に排出される。冷却媒体は、３相の巻線２０間を通過するときに３相電動機の駆動によって巻線２０に生じた熱を抜熱する。

本実施形態の３相電動機は、隣接するステータユニット１Ｕの内周側端部同士がシール部材７０によってシールされているので、３相の巻線２０間を矢印Ｄ方向に流れる冷却媒体がロータ２側に流出することを防止できる。そのため、冷却媒体によるロータ２への伝熱及びロータ２の摩擦損失を低減することができる。なお、ロータ２側への冷却媒体の流出をより抑制するため、冷却媒体の排出側にも、モータカバー４と同様のカバーを配置してもよい。

（２）第２実施形態
本実施形態は、第１実施形態と比べて、３相の巻線２０間に形成される冷却路７１の形態が異なる。具体的には、冷却路７１に供給される冷却媒体の供給側から排出側にかけて、冷却路７１における巻線２０の相間距離が徐々に短くなっており、冷却路７１は、冷却媒体の供給側と比べて、冷却媒体の排出側の流路が狭くなっている。第１実施形態と共通する箇所には、共通の符号を付して対応させることにより、重複する説明を省略する。

図９は、冷却路を説明する径方向視断面図である。同図は、２相分の分割コア１１、１１を軸線方向に切断して、巻線２０、２０間に形成される冷却路７１を模式的に示したものである。同図では、冷却媒体の供給側を矢印Ｄ１方向で示し、冷却媒体の排出側を矢印Ｄ２方向で示している。よって、冷却媒体は、矢印Ｄ１方向側から矢印Ｄ２方向側（つまり矢印Ｄ方向）に供給される。また、巻線２０、２０の熱交換面と冷却媒体との境界を境界層ＢＬ１、ＢＬ２とする。なお、説明の便宜上、巻線２０、２０は、それぞれ第１ボビン３０および第２ボビン４０に３重に巻回されているものとし、巻回し状態を３重の円環で示している。

同図に示すように、第１ボビン３０および第２ボビン４０において、巻線２０が巻回される部分の肉厚は、冷却媒体の供給側（矢印Ｄ１方向側）が最も薄肉になっており、冷却媒体の排出側（矢印Ｄ２方向側）にかけて徐々に厚肉になっている。具体的には、第２ボビン４０のコア狭持部４１において、巻線２０が巻回される部分の肉厚は、コア支持部４２と接続される部分が最も薄肉になっており、冷却媒体の排出側（矢印Ｄ２方向側）にかけて徐々に厚肉になっている。軸線方向において、コア狭持部４１の肉厚が最も薄肉の部分（コア支持部４２と接続される部分）の周方向長を最小周方向長Ｌ１とする。

第１ボビン３０の胴部３１において、巻線２０が巻回される部分の肉厚は、コア狭持部４１と接続される部分が最も薄肉になっており、冷却媒体の排出側（矢印Ｄ２方向側）にかけて徐々に厚肉になっている。軸線方向において、胴部３１の肉厚が最も厚肉の部分の周方向長を最大周方向長Ｌ２とする。このように、第１ボビン３０および第２ボビン４０において、巻線２０が巻回される部分の肉厚が徐変されているので、最大周方向長Ｌ２は、最小周方向長Ｌ１と比べて長くなっている。よって、第１ボビン３０および第２ボビン４０に巻線２０を巻装すると、冷却媒体の供給側（矢印Ｄ１方向側）の冷却路７１における巻線２０、２０の相間距離Ｇ１は、冷却媒体の排出側（矢印Ｄ２方向側）の冷却路７１における巻線２０、２０の相間距離Ｇ２と比べて大きくなる。

一般的に、「抜熱量は、熱交換面積と温度差に比例し、（理論上）流速の平方根に比例する。」ことが知られている。冷却媒体の供給側（矢印Ｄ１方向側）では、冷却媒体の排出側（矢印Ｄ２方向側）と比べて、巻線２０、２０と冷却媒体との温度差が大きく冷却効率は高い。そのため、冷却媒体の流速を排出側（矢印Ｄ２方向側）と比べて低速にしても、十分な抜熱量を確保することができる。一方、冷却媒体の排出側（矢印Ｄ２方向側）では、巻線２０、２０からの抜熱にしたがって冷却媒体の温度が上昇して、巻線２０、２０と冷却媒体との温度差は小さくなり、冷却効率は低下する。そのため、冷却媒体の流速を供給側（矢印Ｄ１方向側）と比べて高速にして、必要な抜熱量を確保する必要がある。

本実施形態では、冷却路７１に供給される冷却媒体の供給側（矢印Ｄ１方向側）から排出側（矢印Ｄ２方向側）にかけて、冷却路７１における巻線２０、２０の相間距離Ｇ１、Ｇ２が徐々に短くなっているので、冷却媒体の供給側（矢印Ｄ１方向側）の流速と比べて、冷却媒体の排出側（矢印Ｄ２方向側）の流速を高速にすることができる。したがって、冷却媒体の供給側（矢印Ｄ１方向側）から排出側（矢印Ｄ２方向側）にかけて、冷却媒体の流速を徐々に速くして、巻線２０、２０からの抜熱量を均一化することができる。

なお、冷却路７１の流路抵抗や冷却媒体の粘性等により、境界層ＢＬ１、ＢＬ２の厚さが変化し、必要な冷却媒体の流速も変化する。そのため、冷却路７１の流路抵抗や冷却媒体の粘性等を考慮して、冷却路７１における巻線２０、２０の相間距離Ｇ１、Ｇ２を予め導出しておくと好適である。冷却路７１における巻線２０、２０の相間距離Ｇ１、Ｇ２の導出方法は限定されない。例えば、公知の対流伝熱シミュレーション、実機による測定等によって、導出することができる。

また、冷却路７１における巻線２０、２０の相間距離Ｇ１、Ｇ２を可変する方法は、限定されない。例えば、冷却媒体の供給側（矢印Ｄ１方向側）と排出側（矢印Ｄ２方向側）とにおいて、巻線２０の巻回し方法を変更することによって、冷却路７１における巻線２０、２０の相間距離Ｇ１、Ｇ２を可変することもできる。また、巻線２０の巻回し方法の変更と併せて、第１ボビン３０および第２ボビン４０において、巻線２０が巻回される部分の肉厚を徐変することもできる。

（３）参考形態
本参考形態は、第１実施形態および第２実施形態と比べて、第１ボビンユニット５０および第２ボビンユニット６０が構成されていない点で異なる。そのため、隣接する第１ボビン３０間は、第１ボビン３０の内周側端部３４でそれぞれシールされており、隣接する第２ボビン４０間は、第２ボビン４０の内周側端部４３でそれぞれシールされている。第１実施形態および第２実施形態と共通する箇所には、共通の符号を付して対応させることにより、重複する説明を省略する。

図１０は、ステータの一部を模式的に示す上面図である。同図は、２つのステータユニット１Ｕ、１Ｕに相当する６つの第１ボビン３０が周方向に配されている状態を示している。周方向に隣接する第１ボビン３０間は、第１ボビン３０の内周側端部３４でシール部材７０によってそれぞれシールされている。同様に、周方向に隣接する第２ボビン４０間は、第２ボビン４０の内周側端部４３でシール部材７０によってそれぞれシールされている。シール部材７０は、ステータ１をステータハウジングに焼きばめ又は圧入固定する際に、第１ボビン３０の内周側端部３４、３４および第２ボビン４０の内周側端部４３、４３によってそれぞれ挟み込まれる。シール部材７０の材質および形状等は、第１実施形態および第２実施形態と同様である。

本参考形態では、第１実施形態および第２実施形態と同様に、３相の巻線２０、２０間に軸線方向に延びる冷却路７１が形成されている。そのため、３相の巻線２０、２０間に冷却媒体を流通させて、ステータ１のうち最も発熱量が多い巻線２０を直接冷却することができる。また、隣接する第１ボビン３０間は、第１ボビン３０の内周側端部３４でシールされており、隣接する第２ボビン４０間は、第２ボビン４０の内周側端部４３でシールされている。そのため、巻線２０から抜熱した冷却媒体がロータ側へ流出することを防止でき、冷却媒体によるロータへの伝熱およびロータの摩擦損失を低減することができる。

本参考形態における３相回転電機の製造方法は、組立て工程、巻装工程および封止工程を有しており、この順にステータ１の製造が行われる。組立て工程では、１個の分割コア１１に第１ボビン３０および第２ボビン４０を軸方向両端から装着する。巻装工程では、分割コア１１に装着された第１ボビン３０および第２ボビン４０に巻線２０を巻装する。封止工程では、巻線２０が巻装された第１ボビン３０および第２ボビン４０を周方向に沿わせて、隣接する第１ボビン３０同士を内周側端部３４でシールして、隣接する第２ボビン４０同士を内周側端部４３でシールする。なお、巻装工程では、３つの第１ボビン３０、３０、３０の内周側側面３２１、３２１、３２１が軸方向視においてΔ形状になるように第１ボビン３０、３０、３０を固定して、巻線２０を巻装することもできる。この場合、第２ボビン４０についても同様である。

（４）その他
本発明は上記し且つ図面に示した実施形態のみに限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施可能である。

ロータは、永久磁石を用いたものであっても、巻線を用いたものであっても良い。永久磁石形のロータは、巻線の発熱による温度上昇が生じないので、ロータの温度保護が不要となる。また、３相回転電機は、直流機、同期機又は誘導機のいずれであっても良い。直流励磁の場合は、励磁電流により磁力調整が可能であり、交流励磁の場合は、周波数により速度制御をすることができる。誘導機の場合は、巻線に接続する抵抗値により始動特性を変えることもできる。

ロータは、ステータの内周側にロータを配置するインナーロータであっても、ステータの外周側にロータを配置するアウターロータであっても良い。インナーロータは慣性モーメントが小さく、３相回転電機の速度制御が容易である。アウターロータは、逆に慣性モーメントが大きく、駆動トルクも大きくできるので、定速度運転に優れる。

１：ステータ
２：ロータ
１０：ステータコア １１：分割コア
２０：巻線
３０：第１ボビン ４０：第２ボビン
５０：第１ボビンユニット ６０：第２ボビンユニット

Claims (6)

1. ステータコアが回転軸の周方向に分割されている分割コアを有するステータと、前記ステータと同軸に対向して配されるロータと、を備え、絶縁材料からなるボビンが装着された前記分割コアに集中巻き方式により巻線が巻装されている３相回転電機において、
   前記ボビンは、前記周方向に配される３つのボビンを一単位として、中央に位置するボビンの内周側両端部が隣接するボビンの内周側端部と屈曲可能に一体に形成され、３個の前記分割コアに軸方向両端から装着可能に軸方向で分割されたボビンユニットとして構成され、
   前記３個の分割コアには、前記ボビンユニットが軸方向両端から装着されており、前記ボビンユニットは、隣接する前記一単位毎の前記ボビンユニット間において内周側端部でシールするようシール部材が配置されており、３相の巻線間に軸線方向に延びる冷却路が形成されていることを特徴とする３相回転電機。
2. 前記冷却路に冷却媒体を圧送可能な冷却媒体供給カバーで前記軸線方向一端側が覆われている請求項１に記載の３相回転電機。
3. 前記冷却媒体供給カバーは、前記冷却路に対向して形成され前記冷却路に前記冷却媒体を吐出可能な開口部と、前記ステータコア側に突出して形成され前記ボビンの内周側鍔部および外周側鍔部と嵌合する突起部と、を有する請求項２に記載の３相回転電機。
4. 前記開口部には、前記冷却媒体を導入する配管が配設されている請求項３に記載の３相回転電機。
5. 前記突起部と前記ボビンの内周側鍔部との間および前記突起部と前記ボビンの外周側鍔部との間には、それぞれシール部材が配設されている請求項３に記載の３相回転電機。
6. 前記冷却路に供給される冷却媒体の供給側から排出側にかけて、前記冷却路における前記巻線の相間距離が徐々に短くなっている請求項１〜５のいずれか一項に記載の３相回転電機。

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