JP6197462B2 - Stator coil cooling structure and method of manufacturing stator coil cooling structure - Google Patents
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Description
この発明は、電動モータや発電機などの回転電機のステータコイルへの冷却通路の形成に関する。 The present invention relates to formation of a cooling passage to a stator coil of a rotating electrical machine such as an electric motor or a generator.
電動モータや発電機などの回転電機のステータコイルは、円筒形状のステータコアの内周に開口したスロットにコイルを巻線することで構成される。コイルの屈曲部であるコイルエンドはステータコアの両端面から軸方向に突出する。回転電機の運転に伴うコイルの発熱を放散させるために、特許文献1は、コイルエンドを冷却ジャケットで覆い、冷却ジャケットの内側に冷媒を流す冷媒通路を設けることを提案している。 A stator coil of a rotating electrical machine such as an electric motor or a generator is configured by winding a coil in a slot opened in the inner periphery of a cylindrical stator core. Coil ends, which are bent portions of the coil, protrude in the axial direction from both end faces of the stator core. In order to dissipate the heat generated by the coil associated with the operation of the rotating electrical machine, Patent Document 1 proposes that the coil end is covered with a cooling jacket, and that a refrigerant passage for flowing the refrigerant is provided inside the cooling jacket.
鋼板の積層体であるステータコアの端面には絶縁用のベースプレートが装着され、ステータコアの内周面にはスロットを閉塞するアダプタが装着される。冷却ジャケットはベースプレートとアダプタに密着することで冷媒通路を密閉する。 An insulating base plate is attached to the end surface of the stator core, which is a laminate of steel plates, and an adapter for closing the slot is attached to the inner peripheral surface of the stator core. The cooling jacket seals the coolant passage by being in close contact with the base plate and the adapter.
従来技術によるステータコイルの冷却構造は、冷媒通路を画成するためにベースプレートやアダプタなど様々な部品を必要とし、そのために部品の数が多くなりコストが高いという問題がある。これらの部品はステータコアのティースに巻線を行った後に装着されるため、装着作業中に巻線の絶縁皮膜を損傷するおそれもある。さらにベースプレートやアダプタなどの部品を装着するためのスペースも必要であり、ステーアコア、ひいては回転電機の大型化を招く要因となる。 The stator coil cooling structure according to the prior art requires various parts such as a base plate and an adapter in order to define the refrigerant passage, and there is a problem that the number of parts increases and the cost is high. Since these parts are mounted after winding on the teeth of the stator core, there is a risk of damaging the insulating film of the winding during the mounting operation. In addition, a space for mounting components such as a base plate and an adapter is also required, which causes an increase in the size of the steer core and hence the rotating electrical machine.
この発明は、ステーアコアの冷却構造に関する従来技術のこうした問題点を解決すべくなされたもので、簡易かつコンパクトなステータコイルの冷却構造を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve such problems of the prior art relating to the cooling structure of the steer core, and an object thereof is to provide a simple and compact cooling structure of the stator coil.
以上の目的を達成するために、この発明はステータコイルのコイルエンドに装着された冷却カバーの内側に冷媒を流す冷却通路を形成したステータコイルの冷却構造を提供する。冷却構造はコイルエンドを構成する線材の隙間を埋めるとともに冷却通路を画成する膜壁を備えている。 In order to achieve the above object, the present invention provides a stator coil cooling structure in which a cooling passage through which a coolant flows is formed inside a cooling cover attached to a coil end of the stator coil. The cooling structure includes a film wall that fills the gap between the wires constituting the coil end and defines a cooling passage.
冷却通路は冷却カバーと冷却カバー内に設けた膜壁によって画成される。したがって、冷却通路を画成するための部品数が少なく、安価に製造することができる。また、冷却通路の画成部材のために冷却カバーにスペースを確保する必要もなく、冷却通路を備えたステータコアをコンパクトに構成できる。結果として、回転電機の製造コストを削減することができる。 The cooling passage is defined by a cooling cover and a film wall provided in the cooling cover. Therefore, the number of parts for defining the cooling passage is small and can be manufactured at low cost. Further, it is not necessary to secure a space in the cooling cover for the cooling passage defining member, and the stator core having the cooling passage can be configured in a compact manner. As a result, the manufacturing cost of the rotating electrical machine can be reduced.
以下に図面を参照して、この発明の実施形態を説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
回転電機としての電動モータ1は、ステータコア2にコイルを巻線したステータと、ステータの内側で回転するロータ4とを備える。ロータ4は回転軸5を備える。
An electric motor 1 as a rotating electrical machine includes a stator having a coil wound around a
ステータコア2は鋼板を軸方向に積層することで構成され、円筒形状をなす。ステータコア2の内周には軸方向のスロットが等しい角度間隔で形成される。これらのスロットにコイルが巻線される。巻線の屈曲部、すなわちコイルエンド3はステータコア2から軸方向両側にそれぞれ突出する。
The
コイルエンド3はリング状の略コの字形断面の冷却カバー7により覆われる。回転軸5はベアリング6を介して冷却カバー7に回転自由に支持される。冷却カバー7の内側には膜壁8が形成される。
The
図2を参照すると、膜壁8はエポキシ樹脂またはシリコン樹脂などの高分子材料で構成され、コイルエンド3のコイルの線材3Aの間に浸潤し、固化することで膜壁8を構成する。膜壁8を形成する高分子材料は、冷却カバー7の壁面との密着性やコイルエンド3Aに付着したワニスとの密着性に優れた材料を選ぶことが望ましい。
Referring to FIG. 2, the
再び図1を参照すると、冷却カバー7は3つの壁面、すなわち外周壁7Aと、内周壁7Bと、外周壁7Aと内周壁7Bを接続する底面7Cとからなる。図に示すように、冷却カバーの内周壁7Bと外周壁7Aとは、いずれもステータコア2の端面に達しておらず、内周壁7Bとステータコア2の端面との間、及び外周壁7Aとステータコア2の端面との間には、それぞれリング状の隙間が形成される。一方、膜壁8は外周壁7Aと内周壁7Bとの間にコイルエンド3を横断して設けられる。
Referring to FIG. 1 again, the
その結果、冷却カバー7の内側には外周壁7Aと内周壁7Bと底面7Cと膜壁8により冷却通路10が画成される。冷却カバー7の底面7Cには冷却通路10に連通する冷媒給排用のポート9が形成される。電動モータ1の稼動時には、冷却通路10に冷媒が満たされる。これにより電動モータ1の可動に伴うコイルの発熱がコイルエンド3と冷却通路10の冷媒を介して外部に放出され、ステータコイルの冷却が図られる。
As a result, a
以上のステータコイルの冷却構造は次に説明する製造プロセスにより製造される。 The stator coil cooling structure described above is manufactured by the manufacturing process described below.
図3を参照すると、ポート9を閉じた状態で冷却カバー7の内側に液状の充填剤11を注入する。充填剤11は例えば加熱することで液化する蝋で構成される。充填剤11の注入作業は次のように行なう。
Referring to FIG. 3, a
すなわち、図1の左側の冷却カバー7の開口部が上向きとなるようにステータを支持しつつ行、冷却カバー7の外周壁7Aとステータコア2の端面との隙間から液状の充填剤11を冷却カバー7内に注入する。この作業は、ステータコア2の内側にロータ4が収装され、回転軸5はベアリング6を介して冷却カバー7に回転自由に支持された状態で行なわれる。
That is, while supporting the stator so that the opening of the
次に図4を参照すると、所定レベルまで充填剤11を注入した後、注入した充填剤11を固化させる。充填剤11に蝋を用いる場合には、常温へと冷却される過程で充填剤11が固化する。
Next, referring to FIG. 4, after the
充填剤11が固化した状態で、冷却カバー7の外周壁7Aとステータコア2の端面との隙間から、充填剤11の表面を覆うようにエポキシ樹脂やシリコン樹脂などの高分子材料の液状樹脂を注入する。注入された樹脂は図2に示すようにコイルエンド3の線材3Aの間に浸透し、冷却カバー7の外周壁7Aと内周壁7Bの間に薄膜を形成する。樹脂にはあらかじめ硬化剤を混入しておく。注入後一定時間が経過すると、硬化剤の作用により、薄膜は外周を冷却カバー7の外周壁7Aに接着し、内周を冷却カバー7の内周壁7Bに接着した膜壁8を形成する。
In a state where the
図5を参照すると、この状態で充填剤11を冷却カバー7から取り出す。充填剤11に蝋を用いる場合は、冷却カバー7を加熱して充填剤11を再び液状化させ、ポート9から流出させる。充填剤11のこの加熱に伴って膜壁8も加熱される。したがって、膜壁8を構成する高分子材料は、充填剤11の融点を上回る耐熱温度を有する材料で構成する必要がある。
Referring to FIG. 5, the
以上のプロセスで、充填剤11を冷却カバー7から取り出した後は、冷却カバー7の内側に、コイルエンド3Aを包含し、膜壁8により密閉された冷却通路10が形成される。冷却カバー7のポート9を介して冷却通路10に冷媒を充填することで、ステータコイルの冷却構造は完成する。
After the
冷却通路10に冷媒が充填された状態で、電動モータ1を運転すると、ステータコイルが発熱する。この発熱はステータコア2の両端から突出するコイルエンド3Aから冷却通路10の冷媒へと放出される。
When the electric motor 1 is operated in a state where the
この実施形態によれば、冷却カバー7の内側のコイルエンド3Aを横断して外周壁7Aと内周壁7Bとをつなぐ膜壁8を形成するのみで、冷却通路10を形成することができる。したがって、冷却通路10を画成するための部品数が少なく、ステータコイルの冷却を安価に実現することができる。また、冷却通路10の画成部材のためのスペース確保も不要であり、冷却通路10を備えたステータコイルをコンパクトに構成できる。結果として、電動モータ1の製造コストを削減することができる。
According to this embodiment, the
膜壁8を高分子材料で構成することにより、冷却通路10は高い液密性を保つことができる。また、従来技術で用いられていた液密性確保のための数多くの部材を省略することかできる。したがって、この点においても、電動モータ1の製造コストの削減に好ましい効果をもたらす。
By configuring the
この実施形態に示された製造プロセスによれば、充填剤11の上に高分子材料の薄膜を形成した後、薄膜の硬化を待って充填剤11を取り除くことで、独立した膜壁8を形成する。したがって、冷却通路10を画成する膜壁8の形成作業を単純化できるとともに、冷却通路10の形成に際してコイルエンド3を損傷するおそれもない。したがって、電動モータ1の製造における生産性の向上に好ましい効果が得られる。
According to the manufacturing process shown in this embodiment, after forming a thin film of a polymer material on the
また、冷却カバー7に設けた冷媒給排用のポート9を用いて充填剤11を取り出すので、冷却カバー7に専用の充填剤取り出し口を設ける必要がない。したがって、冷却カバー7の構成が複雑にならず、製造工程も簡素化できる。
Further, since the
冷却通路10については、様々な利用形態が考えられる。
Various uses of the
図6を参照すると、ここでは、冷却カバー7に流入ポート9Aと流出ポート9Bからなる複数のポート9を形成し、流入ポート9Aから冷媒を冷却通路10に常時供給し、流出ポート9Bから冷媒を冷却通路10の冷媒を常時排出する。排出した冷媒はラジエータなどの冷却メカニズムで冷却した後再び流入ポート9Aに供給される。このように、ポート9を介して冷却通路10に冷媒を循環させることで、電動モータ1の冷却効率を高めることができる。
Referring to FIG. 6, here, a plurality of
図7を参照すると、ここでは、冷却通路10に冷媒を充填した後、冷却カバー7のポート9をプラグ13で塞いでいる。この場合には、冷媒は冷却通路10内に常時留まることになる。この場合には冷媒を外部の冷却メカニズムとの間で循環させる場合と比べて冷却効率は低いものの、それなりの冷却効率を維持しつつ、電動モータ1の構成を単純化することができる。
Referring to FIG. 7, here, after the
なお、この実施形態では、膜壁8を冷却カバー7の外周壁7Aと内周癖の間に形成している。しかしながら、膜壁8の形成位置はこれに限定されない。冷却カバー7の外周壁7A、内周壁7B、及びこれらをつなぐ底面7Cという3個の壁面のうちの任意の2個の壁面を接続する形で膜壁8を形成することが可能である。このように、この発明はステータコイルの冷却構造の設計の自由度を高めるうえでも好ましい効果をもたらす。
In this embodiment, the
図8を参照して、膜壁8の形成位置に関するこの発明の別の実施形態を説明する。
With reference to FIG. 8, another embodiment of the present invention relating to the formation position of the
この実施形態では、冷却カバー7は外周壁7Aと底面7Cのみで構成され、内周壁7Bは省略される。冷却カバー7の外周壁7Aと底面7Cとの間に膜壁8が形成される。この場合には、冷却カバーの外周壁7Aと、底面7Cと、膜壁8に囲まれた領域が冷却通路10となる。この実施形態によれば、冷却通路10の断面積は小さくなるものの、図1の実施形態と同様に最小限の部品数で冷却通路10を画成でき、ステータコイルの冷却を安価に実現することができる。したがって、コンパクトで冷却性能に優れた電動モータ1を安価に製造することが可能となる。
In this embodiment, the
図9を参照して、この発明のさらに別の実施形態を説明する。 With reference to FIG. 9, still another embodiment of the present invention will be described.
この実施形態では、図1の実施形態と同様に、冷却カバー7の外周壁7Aと内周壁7Bとの間に膜壁8を形成する。この実施形態ではさらに、冷却カバー7の外周壁7Aと内周壁7Bの膜壁8の形成位置に予め溝12を形成しておく。膜壁8の形成手順は図1の実施形態と同じである。すなわち、充填剤11を冷却カバー7に注入し、固化させた後に、高分子材料を充填剤11の上に注入し、コイルエンド3の線材3Aの隙間に浸透させることで薄膜を形成する。
In this embodiment, the
このとき、高分子材料が溝12に侵入して固化することで、膜壁8は冷却カバー7の外周壁7A及び内周壁7Bに対して強固に密着する。その結果、充填剤11を取り除いた後の膜壁8の強度を向上させることができる。
At this time, when the polymer material enters the
以上のように、この発明をいくつかの特定の実施例を通じて説明して来たが、この発明は上記の各実施例に限定されるものではない。当業者にとっては、クレームの技術範囲でこれらの実施例にさまざまな修正あるいは変更を加えることが可能である。 As described above, the present invention has been described through some specific embodiments. However, the present invention is not limited to the above embodiments. Those skilled in the art can make various modifications or changes to these embodiments within the scope of the claims.
以上のように、この発明をいくつかの特定の実施形態を通じて説明して来たが、この発明は上記の各実施形態に限定されるものではない。当業者にとっては、特許請求の範囲内でこれらの実施形態にさまざまな修正あるいは変更を加えることが可能である。 As described above, the present invention has been described through some specific embodiments, but the present invention is not limited to the above embodiments. Those skilled in the art can make various modifications or changes to these embodiments within the scope of the claims.
例えば、上記の各実施形態は電動モータを対象としているが、この発明は発電機にも適用可能である。 For example, each of the above embodiments is directed to an electric motor, but the present invention is also applicable to a generator.
また、上記の各実施形態では、冷却カバー7への充填剤11の充填を、冷却カバー7の外周壁7Aとステータコア2の端面との隙間から行なっているが、冷却カバー7への充填剤11の充填をポート9を介して行なうことも可能である。
Further, in each of the above embodiments, the
1 電動モータ
2 ステータコア
3 コイルエンド
3A 線材
4 ロータ
5 回転軸
6 ベアリング
7 冷却カバー
7A 外周壁
7B 内周壁
7C 底面
8 膜壁
9 ポート
9A 流入ポート
9B 流出ポート
10 冷却通路
11 充填剤
12 溝
13 プラグ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (6)
前記コイルエンドを構成する線材の隙間を埋めるとともに前記冷却通路を画成する膜壁を備えたことを特徴とするステータコイルの冷却構造。 In the stator coil cooling structure in which a cooling passage for flowing a coolant is formed inside a cooling cover attached to the coil end of the stator coil,
Cooling structure of the stator coil, characterized in that it comprises a membrane wall defining said cooling passage with fill gaps of the wire constituting the coil end.
前記ステータコイルの前記コイルエンドに装着された冷却カバーの内側に充填剤を注入して固化させ、
固化した前記充填剤の上に液状の樹脂を注入して膜状に拡散させ、
樹脂の硬化後に、前記充填剤を取り出す、ことを特徴とするステータコイルの冷却構造の製造方法。 In the manufacturing method of the cooling structure of the stator coil in which the cooling passage for flowing the refrigerant is formed inside the cooling cover attached to the coil end of the stator coil,
The inside of the cooling cover attached to the end of the stator coil solidified by injecting a filler,
Solidified by injecting a liquid resin on the filler to diffuse in a film form,
A method for manufacturing a stator coil cooling structure, wherein the filler is taken out after the resin is cured.
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