JP6833652B2 - 回転電機のステータ - Google Patents

Description

本発明は、回転電機のステータに関する。

回転電機のステータは、ステータコアにコイルが巻回されて構成されている。ステータは、回転電機が作動する際の銅損や鉄損などによる発熱で温度が上昇する。このため、ステータコアを貫通する孔部に冷却パイプを配置し、ステータコアを冷却する冷却方法が知られている（特許文献１参照）。このような冷却方法では、ステータコアの周囲に冷却パイプを配置する十分なスペースがない場合であっても、冷却流路を形成することができる。

特開２００４−１１２９６７号公報

しかしながら、特許文献１に記載の冷却方法では、ステータコアに冷却パイプを通すための穴を多数つけないと十分な冷却効果が得られない。ところが、穴を多数つけると、ステータコアの断面積が小さくなってしまうから、磁束密度が大きくなり、損失が増えてしまう虞があった。

本発明は、回転電機のステータにおいて、ステータコアの断面積を確保しながら、適切にステータコアを冷却可能な技術を提供することである。

本発明の一態様は、
円環状のステータコア本体と、該ステータコア本体の外周部に設けられ、ボルト貫通孔が形成されたステータコア固定部と、を有するステータコアと、
前記ボルト貫通孔に挿通され、前記ステータコアを筺体に固定するボルトと、を備える回転電機のステータであって、
前記ステータコアには、前記ボルト貫通孔から冷媒を前記ステータコアの内部又は前記ステータコアの外周面に導くステータコア冷媒流路が設けられ、
前記ボルトには、冷媒が導入される冷媒導入部と前記ステータコア冷媒流路に冷媒を供給する第１冷媒導出部とを有するボルト冷媒流路が設けられ、
前記ステータコアは、複数の鋼板が接着層を介して積層され、
前記接着層には、前記ボルト冷媒流路から前記ステータコアの外周面に延びる非接着部が設けられ、
前記ステータコア冷媒流路は、前記接着層に設けられた前記非接着部によって構成されている。

上記態様によれば、ステータコアのボルト貫通孔に挿通されるボルトの内部に設けられたボルト冷媒流路と、積層された鋼板を接着する接着層に設けられたステータコア冷媒流路とを介して冷媒がステータコアに供給されるので、ステータコアの断面積を小さくせずに、適切にステータコアを冷却することができる。これにより適切に鉄損を抑えることができる。

本発明の第１実施形態に係る回転電機のステータの斜視図である。 図１に示す回転電機のステータの要部分解斜視図である。 図１に示す回転電機のステータの断面図である。 鋼板が積層、接着されたステータコアの断面拡大図である。 接着層によりステータコア冷媒流路が形成されたステータコアの断面図である。 図５に示すステータコア冷媒流路に供給される冷媒の流れを示す断面図である。 図６の円ＶＩＩで囲まれた範囲の拡大図である。 本発明の第２実施形態に係る回転電機のステータのステータコア冷媒流路、及び冷媒の流れを示す断面図である。

以下、本発明の各実施形態について、図面を参照して説明する。

（第１実施形態）
先ず、本発明の第１実施形態の回転電機のステータについて図１〜７を参照しながら説明する。
図１〜図３に示すように、回転電機のステータ１０は、ステータコア１１と、ステータコア１１のティース１１ａに巻回されたコイル１２と、を備える。コイル１２は、ステータコア１１の端面２１から突出するように渡り部１３が形成されている。ステータコア１１は、電磁鋼板などの複数の鋼板１４が積層・接着されて形成され、円環状のステータコア本体１５と、ステータコア本体１５の外周部に設けられ複数（図に示す実施例では６個）のステータコア固定部１６と、を有する。

ステータコア固定部１６には、ボルト１８が挿通されるボルト貫通孔１９が形成されている。ステータコア１１は、ボルト貫通孔１９に挿通されて筺体１７に螺合する複数のボルト１８により固定されている。ボルト１８はボルトヘッド２０を備え、該ボルトヘッド２０とステータコア固定部１６の端面２１との間に配置されたカラー２７を介して、ステータコア１１をボルトヘッド２０と筺体１７との間で挟持する。

ボルト１８の内部には、略軸中心を通って軸方向に延びるボルト冷媒流路２２が設けられている。ボルト冷媒流路２２は、ボルトヘッド２０と反対側の端面に開口する冷媒導入部２３と、径方向に形成されてボルト冷媒流路２２に連通する第１冷媒導出部２５、及び第２冷媒導出部２４とを備える。即ち、冷媒導入部２３、第１冷媒導出部２５、及び第２冷媒導出部２４は、ボルト冷媒流路２２の一部を形成する。

冷媒導入部２３には、不図示の冷媒供給部から冷却油などの冷媒Ｒを供給するパイプ２６が接続されている。第１冷媒導出部２５はボルト貫通孔１９に開口し、第２冷媒導出部２４は後述するカラー２７のボルト挿通孔２８に開口する。

図４に示すように、ステータコア１１は、電磁鋼板などの複数の鋼板１４が積層され、各鋼板１４間に設けられた接着剤からなる接着層４０で接着されて形成されている。図５に示すように、接着層４０は、接着剤を有する接着部４１と、接着剤が無い非接着部４２とからなる所定のパターンを有する。非接着部４２は、ボルト貫通孔１９からステータコア１１の外周面に延びて形成されている。非接着部４２と、隣り合う一対の鋼板１４の側面とで画成される空間は、ステータコア冷媒流路３８を構成する。このように、接着層４０に非接着部４２を設けるだけでステータコア冷媒流路３８を形成することができるので、ステータコア１１を構成する鋼板１４は汎用性の高いものを使用することができ、製造コストを抑えることができる。

本実施形態では、図５に示すように、ボルト貫通孔１９を挟んで両側に設けられた一対のステータコア冷媒流路３８が、ボルト貫通孔１９とステータ１０の軸心Ｏを結ぶ仮想線Ｌに対し鏡対称に形成され、それぞれのステータコア冷媒流路３８の基部３８ａが、１つのボルト貫通孔１９に連通している。また、それぞれのステータコア冷媒流路３８は、ボルト貫通孔１９に連通する基部３８ａから３つの支流路３８ｂが分かれ、ステータコア１１の外周面に開口している。

図７に示すように、後述する冷媒Ｒが、ステータコア冷媒流路３８からステータコア１１のスロット１１ｂに流れ込まないように、接着部４１の一部として、スロット１１ｂの外周部には全てのスロット１１ｂを囲うように環状接着部３９が設けられている。

接着層４０は、ステータコア冷媒流路３８となる領域を残して接着剤を塗布・固化させて形成してもよい。これにより、ステータコア冷媒流路３８となる部分を除いて接着剤を塗布することでステータコア冷媒流路３８を容易に製造できる。また、接着層４０は、ステータコア冷媒流路３８となる領域が切り欠かれた接着シートを貼付して形成してもよく、又はステータコアと同形状の接着シートを貼付した後、ステータコア冷媒流路３８となる領域を切り欠いてもよい。このように、ステータコア冷媒流路３８となる部分が予め切り欠かれた接着シートを用いたり、接着シートを接着後にステータコア冷媒流路３８となる部分を切り欠いたりすることで、ステータコア冷媒流路３８を容易に製造できる。

図２及び図３に戻り、ボルトヘッド２０とステータコア固定部１６の端面２１との間に配置されたカラー２７は、ボルト挿通孔２８の軸方向中間部が拡径されて形成された冷媒溜り部２９と、カラー２７の外周面に開口する冷媒吐出部３０と、冷媒溜り部２９と冷媒吐出部３０とを連通させる径方向孔３１と、を備える。即ち、冷媒溜り部２９、径方向孔３１、及び冷媒吐出部３０は、カラー冷媒流路３２を形成し、第２冷媒導出部２４に連通している。

また、ステータコア固定部１６の端面２１に当接するカラー２７の側面には、係合部３３が軸方向に突出して形成されている。係合部３３は、ステータコア固定部１６の端面２１に形成された係合溝３４（図２参照）に係合することで、冷媒吐出部３０がコイル１２の渡り部１３に向くようにカラー２７の向きが位置決めされる。

これにより、ボルト１８でステータコア１１及びカラー２７を筺体１７に組み付ける際、カラー２７の係合部３３とステータコア固定部１６の係合溝３４とを係合させることで冷媒吐出部３０の方向を確実にコイル１２の渡り部１３に向けて組み付けることができ、誤組み付けが防止されると共に組み付け工程が簡素化される。また、第２冷媒導出部２４は、カラー２７の冷媒溜り部２９に連通すればよいので、ボルト１８の位相を限定する必要はなく、さらに軸方向位置の許容範囲も大きいので、第２冷媒導出部２４の位置を気にせずに締め込み量を適宜設定できる。

このように構成された回転電機のステータ１０において、不図示の冷媒供給部から供給される冷媒Ｒは、図３及び図６に矢印で示すように、パイプ２６、冷媒導入部２３、ボルト冷媒流路２２、第１冷媒導出部２５、ボルト貫通孔１９を介してステータコア冷媒流路３８に供給されてステータコア１１の内部（鋼板１４の間）を流れ、ステータコア１１を内部から冷却した後、支流路３８ｂからステータコア１１の外周面に供給され、外周面に沿って流れる。これにより、ステータコア１１は、内部及び外周面から同時に効果的に冷却される。このように、ステータコア冷媒流路３８は接着層４０に設けられているので、ステータコア１１のボルト貫通孔１９に挿通されるボルト１８の内部に設けられたボルト冷媒流路２２と、積層された鋼板１４を接着する接着層４０に設けられたステータコア冷媒流路３８と、を介して冷媒Ｒがステータコア１１に供給されるので、ステータコア１１の断面積を小さくすることなく、ステータコア１１を適切に冷却して鉄損を抑えることができる。また、磁束密度の増加がなく、トルク特性が維持される。

更に、ボルト冷媒流路２２に供給された冷媒Ｒの一部は、図３に矢印で示すように、第２冷媒導出部２４、カラー冷媒流路３２を介して、冷媒吐出部３０からコイル１２の渡り部１３に向けて吐出されてコイル１２を効果的に冷却する。このように、第２冷媒導出部２４を介してコイル１２の渡り部１３に冷媒Ｒを供給することで、コイル１２を適切に冷却でき、銅損を抑えることができる。

（第２実施形態）
続いて、本発明の第２実施形態の回転電機のステータ１０について図８を参照しながら説明する。なお、第２実施形態の回転電機のステータ１０は、ステータコア冷媒流路の形状において第１実施形態の回転電機のステータ１０と異なる。これ以外は第１実施形態と同様であり、第１実施形態の回転電機のステータと共通する構成要素には同じ参照符号が付されている。このため、第１実施形態の回転電機のステータ１０と同一又は同等部分には、同一符号又は相当符号を付して説明を簡略化又は省略する。

一般的に、冷媒を上方から供給する冷却方式を採用する回転電機のステータでは、ステータコアの下部における発熱量が局所的に高くなる傾向がある。そのため、第２実施形態では、図８に示すように、ステータコア１１の下部に位置するステータコア冷媒流路３８の面積の総和が、ステータコア１１の上部に位置するステータコア冷媒流路３８の面積の総和よりも大きく形成される。なお、ステータコア１１の下部とは、ステータコアを軸方向から見て、ステータコアの軸心Ｏを通る水平線よりも下方の領域であり、ステータコア１１の上部とはステータコアを軸方向から見て、ステータコアの軸心Ｏを通る水平線よりも上方の領域である。

具体的には、周方向に複数（図８に示す実施形態では６個）設けられたボルト貫通孔１９の内、上部に位置する２つのボルト貫通孔１９Ａには、第１実施形態のステータコア冷媒流路３８と同じ形状のステータコア冷媒流路３８Ａが１つ連通する。

また、中間に位置するボルト貫通孔１９Ｂと該ボルト貫通孔１９Ｂに隣り合う下部に位置するボルト貫通孔１９Ｃとの間には、共通の１つのステータコア冷媒流路３８Ｂが連通して形成される。即ち、ステータコア冷媒流路３８Ｂには、２つのボルト貫通孔１９Ｂ、１９Ｃから同時に冷媒Ｒが供給される。

さらに、下部に位置する隣り合う２つのボルト貫通孔１９Ｃ間には、共通の１つのステータコア冷媒流路３８Ｃが連通して形成される。ステータコア冷媒流路３８Ｃは、７つの支流路３８ｂがステータコア１１の外周面に開口して設けられている。ステータコア冷媒流路３８Ｃにも、２つのボルト貫通孔１９Ｃ、１９Ｃから同時に冷媒Ｒが供給される。

ステータコア冷媒流路を流れる冷媒による吸収熱量は、ステータコア冷媒流路の表面積、冷媒の流量、及び冷媒とステータコアとの温度差に依存するので、２つのボルト貫通孔から冷媒を同時に供給して冷媒の流量を増加させ、またステータコア冷媒流路の面積を増やして、発熱の多い部分の熱量をより多く吸収することで、ステータコアの温度を均一化することができる。

なお、本発明は、前述した各実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。
例えば、ステータコア冷媒流路３８，３８Ａ，３８Ｂ，３８Ｃの数や形状は適宜設定することができる。また、ステータコア冷媒流路３８，３８Ａ，３８Ｂ，３８Ｃは全ての接着層に設けられる必要はなく、冷却性能に応じて適宜設定することができる。

また、前述した実施形態では、ステータコア１１の端面２１から突出する渡り部１３を冷却する場合について説明したが、ステータコア１１の端面２１とは反対側の端面５１から突出する渡り部１３を冷却するために、ボルト冷媒流路２２に連通する他の冷媒導出部を設け、さらに筺体１７にこの冷媒導出部と連通する貫通孔を設けてもよい。これにより、不図示の冷媒供給部から供給される冷媒Ｒは、パイプ２６、冷媒導入部２３、該冷媒導出部、筺体１７の貫通孔を介して、ステータコア１１の端面２１とは反対側の端面５１から突出するコイル１２の渡り部１３に向けて吐出される。したがって、ステータコア１１の端面２１とは反対側の端面５１から突出する渡り部１３も冷却される。

［総括］
上記実施形態からは、以下の態様が抽出される。なお、括弧内には、上記した実施形態において対応する要素を示しているが、これに限定されるものではない。

（１） 円環状のステータコア本体（ステータコア本体１５）と、該ステータコア本体の外周部に設けられ、ボルト貫通孔（ボルト貫通孔１９）が形成されたステータコア固定部（ステータコア固定部１６）と、を有するステータコア（ステータコア１１）と、
前記ボルト貫通孔に挿通され、前記ステータコアを筺体（筺体１７）に固定するボルト（ボルト１８）と、を備える回転電機のステータ（回転電機のステータ１０）であって、
前記ステータコアには、前記ボルト貫通孔から冷媒（冷媒Ｒ）を前記ステータコアの内部又は前記ステータコアの外周面に導くステータコア冷媒流路（ステータコア冷媒流路３８）が設けられ、
前記ボルトには、冷媒が導入される冷媒導入部（冷媒導入部２３）と前記ステータコア冷媒流路に冷媒を供給する第１冷媒導出部（第１冷媒導出部２５）とを有するボルト冷媒流路（ボルト冷媒流路２２）が設けられ、
前記ステータコアは、複数の鋼板（鋼板１４）が接着層（接着層４０）を介して積層され、
前記ステータコア冷媒流路は、前記接着層に設けられている、回転電機のステータ。

（１）によれば、ステータコアのボルト貫通孔に挿通されるボルトの内部に設けられたボルト冷媒流路と、積層された鋼板を接着する接着層に設けられたステータコア冷媒流路とを介して冷媒がステータコアに供給されるので、ステータコアの断面積を小さくせずに、適切にステータコアを冷却することができる。これにより適切に鉄損を抑えることができる。

（２） （１）に記載の回転電機のステータにおいて、
前記接着層には、前記ボルト冷媒流路から前記ステータコアの外周面に延びる非接着部（非接着部４２）が設けられ、
前記ステータコア冷媒流路は、前記非接着部によって構成される。

（２）によれば、積層された鋼板を接着する接着層にボルト冷媒流路からステータコアの外周面に延びる非接着部を設けるだけで、ステータコア冷媒流路を形成することができる。これにより、ステータコアを構成する鋼板は汎用性の高いものを使用することができ、製造コストを抑えることができる。

（３） （１）又は（２）に記載の回転電機のステータにおいて、
前記接着層は、液状の接着剤（接着剤）が固化して形成されている。

（３）によれば、ステータコア冷媒流路となる部分を除いて接着剤を塗布することでステータコア冷媒流路を容易に製造できる。

（４） （１）又は（２）に記載の回転電機のステータにおいて、
前記接着層は、接着シート（接着シート）から構成されている。

（４）によれば、ステータコア冷媒流路となる部分が予め切り欠かれた接着シートを用いたり、接着シートを接着後にステータコア冷媒流路となる部分を切り欠いたりすることで、ステータコア冷媒流路を容易に製造できる。

（５） （１）〜（４）のいずれかに記載の回転電機のステータにおいて、
前記ステータコアを軸方向から見て、下部に位置する前記ステータコア冷媒流路の面積の総和は、上部に位置する前記ステータコア冷媒流路の面積の総和よりも大きい。

（５）によれば、冷媒が供給されづらく温度が局所的に高くなる下部においてステータコア冷媒流路の面積を大きくすることで、ステータコアの温度を均一化することができる。

（６） （１）〜（５）のいずれかに記載の回転電機のステータにおいて、
前記ボルト貫通孔は周方向に複数設けられ、
前記ステータコア冷媒流路は、隣り合う前記ボルト貫通孔に亘って設けられている。

（６）によれば、ステータコア冷媒流路は隣り合うボルト貫通孔に亘って設けることで、ステータコア冷媒流路を流れる冷媒の流量が増えるので、ステータコアの温度をより均一化することができる。

（７） （１）〜（６）のいずれかに記載の回転電機のステータにおいて、
前記ステータコアに取り付けられ、渡り部（渡り部１３）が前記ステータコアの端面（端面２１）から突出するように配置されたコイル（コイル１２）を備え、
前記ボルト冷媒流路は、前記渡り部に冷媒を供給する第２冷媒導出部（第２冷媒導出部２４）をさらに有する。

（７）によれば、第２冷媒導出部を介してコイルの渡り部に冷媒を供給することで、コイルを適切に冷却でき、銅損を抑えることができる。

（８） （７）に記載の回転電機のステータにおいて、
前記ボルトのボルトヘッド（ボルトヘッド２０）と前記ステータコアの前記端面との間に配置され、ボルト挿通孔（ボルト挿通孔２８）が形成されたカラー（カラー２７）を更に備え、
前記カラーには、前記渡り部に対向するように配置される冷媒吐出部（冷媒吐出部３０）と、前記ボルトの前記第２冷媒導出部と前記冷媒吐出部とを連通させるカラー冷媒流路（カラー冷媒流路３２）と、を備える。

（８）によれば、カラーの冷媒吐出部をコイルの渡り部に対向させることで、冷媒を確実に渡り部に供給できる。また、ボルトの第２冷媒導出部の位置を気にせずに締め込み量を適宜設定できる。

（９） （８）に記載の回転電機のステータにおいて、
前記カラーには、前記ステータコアの前記端面に係合する係合部（係合部３３）が設けられている。

（９）によれば、カラーを適切に位置決めすることで、容易にカラーの冷媒吐出部をコイルの渡り部に対向させることができる。

１０ 回転電機のステータ
１１ ステータコア
１２ コイル
１３ 渡り部
１４ 鋼板
１５ ステータコア本体
１６ ステータコア固定部
１７ 筺体
１８ ボルト
１９，１９Ａ，１９Ｂ，１９Ｃ ボルト貫通孔
２０ ボルトヘッド
２１ 端面
２２ ボルト冷媒流路
２３ 冷媒導入部
２４ 第２冷媒導出部
２５ 第１冷媒導出部
２７ カラー
２８ ボルト挿通孔
３０ 冷媒吐出部
３２ カラー冷媒流路
３３ 係合部
３８，３８Ａ，３８Ｂ，３８Ｃ ステータコア冷媒流路
４０ 接着層
４２ 非接着部
Ｒ 冷媒

Claims (8)

1. 円環状のステータコア本体と、該ステータコア本体の外周部に設けられ、ボルト貫通孔が形成されたステータコア固定部と、を有するステータコアと、
   前記ボルト貫通孔に挿通され、前記ステータコアを筺体に固定するボルトと、を備える回転電機のステータであって、
   前記ステータコアには、前記ボルト貫通孔から冷媒を前記ステータコアの内部又は前記ステータコアの外周面に導くステータコア冷媒流路が設けられ、
   前記ボルトには、冷媒が導入される冷媒導入部と前記ステータコア冷媒流路に冷媒を供給する第１冷媒導出部とを有するボルト冷媒流路が設けられ、
   前記ステータコアは、複数の鋼板が接着層を介して積層され、
   前記接着層には、前記ボルト冷媒流路から前記ステータコアの外周面に延びる非接着部が設けられ、
   前記ステータコア冷媒流路は、前記接着層に設けられた前記非接着部によって構成されている、回転電機のステータ。
2. 請求項１に記載の回転電機のステータであって、
   前記接着層は、液状の接着剤が固化して形成されている、回転電機のステータ。
3. 請求項１に記載の回転電機のステータであって、
   前記接着層は、接着シートから構成されている、回転電機のステータ。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の回転電機のステータであって、
   前記ステータコアを軸方向から見て、下部に位置する前記ステータコア冷媒流路の面積の総和は、上部に位置する前記ステータコア冷媒流路の面積の総和よりも大きい、回転電機のステータ。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の回転電機のステータであって、
   前記ボルト貫通孔は周方向に複数設けられ、
   前記ステータコア冷媒流路は、隣り合う前記ボルト貫通孔に亘って設けられている、回転電機のステータ。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の回転電機のステータであって、
   前記ステータコアに取り付けられ、渡り部が前記ステータコアの端面から突出するように配置されたコイルを備え、
   前記ボルト冷媒流路は、前記渡り部に冷媒を供給する第２冷媒導出部をさらに有する、回転電機のステータ。
7. 請求項６に記載の回転電機のステータであって、
   前記ボルトのボルトヘッドと前記ステータコアの前記端面との間に配置され、ボルト挿通孔が形成されたカラーを更に備え、
   前記カラーには、前記渡り部に対向するように配置される冷媒吐出部と、前記ボルトの前記第２冷媒導出部と前記冷媒吐出部とを連通させるカラー冷媒流路と、を備える、回転電機のステータ。
8. 請求項７に記載の回転電機のステータであって、
   前記カラーには、前記ステータコアの前記端面に係合する係合部が設けられている、回転電機のステータ。

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