JP6852639B2 - Stator - Google Patents
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Description
本発明は、コイルエンドを絶縁樹脂で被覆するステータに関する。 The present invention relates to a stator whose coil end is coated with an insulating resin.
回転電機のステータは、ステータコアに設けられたティースに巻回された複数相のステータコイルを有し、これに所定の電流を供給することで回転磁界を形成して、ロータを回転させる。ステータコイルには、セグメントコイルを用いる場合が多く、この場合、セグメントコイルをティース間のスロットに挿入した後、折り曲げて他のセグメントコイルと接続(通常溶接)して各相コイルを形成する。ステータコイルは、3相の場合が多く、各相のステータコイルの接続部分は、ステータコアから突出したコイルエンドを形成する。 The stator of a rotary electric machine has a multi-phase stator coil wound around a tooth provided on a stator core, and a rotating magnetic field is formed by supplying a predetermined current to the stator coil to rotate the rotor. A segment coil is often used as the stator coil. In this case, after inserting the segment coil into the slot between the teeth, it is bent and connected to another segment coil (normal welding) to form each phase coil. The stator coil is often three-phase, and the connecting portion of the stator coil of each phase forms a coil end protruding from the stator core.
セグメントコイルの接続部分は、導体が露出しており、問題となる短絡を防止するために、コイルエンド部を絶縁する必要がある。 The conductor is exposed at the connection portion of the segment coil, and it is necessary to insulate the coil end portion in order to prevent a problematic short circuit.
特許文献1では、コイルエンド部分のステータコイルについて、絶縁皮膜を形成して、短絡を防止している。 In Patent Document 1, an insulating film is formed on the stator coil at the coil end portion to prevent a short circuit.
ここで、車両駆動用の回転電機は大出力であり、駆動によって発熱することが避けられず、冷却する必要がある。通常、冷媒をロータおよびステータに供給して冷却する。特に、ステータについては、発熱するステータコイルに冷媒を接触させることが好適であり、コイルエンドに向けて冷媒を噴射して冷却する場合が多い。 Here, the rotary electric machine for driving the vehicle has a large output, and it is inevitable that heat is generated by the driving, and it is necessary to cool the electric machine. Usually, the refrigerant is supplied to the rotor and the stator to cool them. In particular, with respect to the stator, it is preferable to bring the refrigerant into contact with the stator coil that generates heat, and in many cases, the refrigerant is injected toward the coil end to cool the stator.
しかしながら、冷媒をコイルエンド全体に行き渡らせることは困難であり、より効果的な冷却が求められている。 However, it is difficult to spread the refrigerant over the entire coil end, and more effective cooling is required.
なお、冷媒としては、通常ATF(Automatic transmission fluid)が用いられる。 As the refrigerant, ATF (Automatic transmission fluid) is usually used.
本発明に係るステータは、複数相のステータコイルの中の、ステータコアの軸方向端部から突出するコイルエンドの先端側をステータコアの軸方向端部と所定の間隙をあけて環状の絶縁樹脂により被覆し、絶縁樹脂とステータコア間のコイルエンドに向けて冷媒を供給し、冷媒が供給される部分に対応する周方向位置における絶縁樹脂の軸方向端部には、径方向外側に向いて突出しコイルエンドに当たって飛び跳ねた冷媒をステータコア側に案内する案内部が設けられ、この案内部は径方向外側に向かって徐々にステータコア側に近づくように傾斜する案内面を有する。 In the stator according to the present invention, the tip end side of the coil end protruding from the axial end of the stator core in the multi-phase stator coil is covered with an annular insulating resin with a predetermined gap from the axial end of the stator core. Then, the refrigerant is supplied toward the coil end between the insulating resin and the stator core, and the axial end of the insulating resin at the circumferential position corresponding to the portion to which the refrigerant is supplied projects radially outward and the coil end. A guide portion is provided to guide the refrigerant that bounces off the refrigerant toward the stator core side, and this guide portion has a guide surface that is inclined so as to gradually approach the stator core side toward the outside in the radial direction.
また、絶縁樹脂は、環状であり、冷媒が供給される部分に対応した周方向位置に径方向外側に向いて突出する案内部を有し、この案内部が径方向外側に向かって徐々にステータコア側に近づくように傾斜する案内面を有することが好適である。 Further, the insulating resin is annular and has a guide portion that protrudes radially outward at a circumferential position corresponding to a portion to which the refrigerant is supplied, and this guide portion gradually extends outward in the radial direction to the stator core. It is preferable to have a guide surface that is inclined so as to approach the side.
本発明は、案内面を利用して、冷媒によるコイルエンドの冷却をより効果的に行うことができる。 According to the present invention, the guide surface can be used to more effectively cool the coil end with the refrigerant.
以下、本発明の実施形態について、図面に基づいて説明する。なお、本発明は、ここに記載される実施形態に限定されるものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The present invention is not limited to the embodiments described herein.
<ステータの構成>
図1は、本発明の一実施形態に係る回転電機のステータ1の部分斜視図である。なお、図1では、コイル、出力線等の構造や配置が分かり易いように、絶縁樹脂の図示は省略している。また、以下の図面および実施形態の説明で、R方向は、ステータ1の径方向を示し、θ方向は、ステータ1の周方向を示し、Z方向は、ステータ1の軸方向を示す。
<Constituent configuration>
FIG. 1 is a partial perspective view of a stator 1 of a rotary electric machine according to an embodiment of the present invention. In FIG. 1, the insulating resin is not shown so that the structure and arrangement of the coil, output line, etc. can be easily understood. Further, in the following drawings and description of the embodiment, the R direction indicates the radial direction of the stator 1, the θ direction indicates the circumferential direction of the stator 1, and the Z direction indicates the axial direction of the stator 1.
ステータ1は、ステータコア11と、平角線を含むステータコイル15とを備える。ステータコア11は、環状の磁性体部品であり、例えば、複数の珪素鋼鈑(電磁鋼鈑)が積層されて構成されるが、樹脂バインダと磁性材粉末を加圧成形することにより構成されてもよい。ステータコア11は、環状で外周側に位置する環状のヨーク12と、ヨーク12から内方に伸びる複数のティース16を有する。複数のティース16は、θ方向に互いに一定間隔をおいて配設され、各ティース16は、ヨーク12からR方向内方側に所定距離突出する。各ティース16の先端は、円筒状のロータの外周面に対し所定間隙をおいて位置し、全体としてロータ外周面を取り囲む円筒を形成する。ステータコイル15は、ティースに螺旋状に巻回されたU,V,Wの三相のコイル20,21,22を備える。U,V,Wの三相のコイル20,21,22のそれぞれは、隣接するティース16間の空間であるスロット17に挿通され、ティース16に巻回される。
The stator 1 includes a
U,V,Wの三相のコイル20,21,22のそれぞれは、複数のセグメントコイル20a,21a,22aの端部を順次接続することで直列に接続されている。各セグメントコイル20a,21a,22aは、複数の略U字状のセグメント導体でありその端部が隣接するセグメント導体の端部と溶接される。溶接を行う際には、径方向に重なる複数のセグメント導体が螺旋を構成するように、U字状のセグメント導体の2つの脚部の先端側を曲げ加工し、異なるセグメント導体の脚部の先端部同士を溶接する。各セグメントコイル20a,21a,22aは、複数のティース16に跨るように複数のティース16に巻回され、ステータコイル15は、複数のティース16に分布巻きされる。
Each of the U, V, and W three-
各相のコイル20,21,22において、その一端は、例えばクランク形に曲げられて、出力線となり、各相の出力線は、電源側の図示しない動力線に電気的に接続される。図1では、U相コイル20を、θ方向に沿った斜線で示し、V相コイル21を、R方向に沿った斜線で示し、W相コイル22を、間隔が狭い(細かい)斜線で示している。図1には、U相コイル20の一端の出力線20Uと、W相コイル22の一端の出力線22Wが図示されている。また、U相コイル20の他端20b、V相コイル21の他端21b、およびW相コイル22の他端22bは、中性線30によって電気的に接続されており、三相のコイル20,21,22は、中性線30を用いた電気的な接続でY結線される。この例では、中性線30は、ステータコア11のZ方向一方側の外方に配設される。
In the
ステータ1の内周側には、ステータ1に対して間隔をおいて図示しないロータが配設される。ステータ1とロータの中心は略一致する。ロータは、回転軸の周囲に固定される環状の磁性体部品であり、例えば、複数の円環状の珪素鋼鈑(電磁鋼鈑)が積層されて構成される。例えば、ロータには、複数の永久磁石がθ方向に互いに間隔をおいた状態で埋め込まれる。 Rotors (not shown) are arranged on the inner peripheral side of the stator 1 at intervals from the stator 1. The centers of the stator 1 and the rotor are substantially aligned. The rotor is an annular magnetic component fixed around a rotating shaft, and is composed of, for example, a plurality of annular silicon steel plates (electromagnetic steel plates) laminated. For example, a plurality of permanent magnets are embedded in a rotor at intervals in the θ direction.
ステータ1を含む回転電機は、モータおよびジェネレータのいずれとして機能してもよい。回転電機をモータとして使用する場合には、例えば、バッテリからの直流電流がインバータを介して三相交流電流に変換された後、三相交流電流が、各相の出力線20U,22Wを介してU,V,Wの三相のコイル20,21,22に供給される。これによって、ティース16が磁化されて磁極となり、磁極の位置がステータ1のθ方向に沿って移動する回転磁界が生じる。そして、ロータがその回転磁界に基づいて回動し、回転動力が生成される。
The rotary electric machine including the stator 1 may function as either a motor or a generator. When a rotary electric machine is used as a motor, for example, after the direct current from the battery is converted into a three-phase alternating current via an inverter, the three-phase alternating current is transferred via the
他方、回転電機をジェネレータとして使用し、発電する際には、ロータが、外部からの動力によって回動し、これによってU,V,Wの三相のコイル20,21,22には交流の誘導電流が発生し、これをインバータで直流電力に変換してバッテリに供給する。
On the other hand, when a rotary electric machine is used as a generator to generate electricity, the rotor is rotated by external power, which induces alternating current in the U, V, and W three-
<絶縁樹脂の構成>
図2は、図1のA-A線断面図の一部の模式図であり、絶縁樹脂60を含むステータ1のR方向の一部模式断面図である。なお、図3は、要部のみを示した模式図であって、各種部材の正確な断面を示すものではない。
<Composition of insulating resin>
FIG. 2 is a partial schematic cross-sectional view of the cross-sectional view taken along the line AA of FIG. 1, and is a partial schematic cross-sectional view of the stator 1 containing the
図2に示すように、ステータ1は、絶縁樹脂60を備える。絶縁樹脂60は、ステータコイル15においてZ方向一方側に位置するコイルエンド70のZ方向の一方側を覆うように配設される。また、絶縁樹脂60は、ステータコア11のZ方向一方側の端面11aに対してZ方向に間隔をおいて配設される。すなわち、本実施形態においては、U字状のセグメントコイル20a,21a,22aの脚部を折り曲げてその先端部分を溶接して螺旋状の三相のコイル20,21,22を構成する。セグメントコイル20a,21a,22aは、基本的に絶縁皮膜で覆われているが、その先端部分は溶接によって接合されているため、絶縁皮膜がない。そこで、この接合部分が他の接合部分と接触することで短絡するおそれがある。絶縁樹脂60によって接合部の存在するコイルエンド70の部分を覆うことで、接合部同士を隔離絶縁する。
As shown in FIG. 2, the stator 1 includes an
そして、ステータコア11の端面11aに対し間隔をおくことで、絶縁皮膜を有するコイルエンド70のステータコア11側の部分を露出しておく。これによって、この部分のコイルエンド露出部72に冷媒を直接接触させて冷却することができる。
Then, the portion of the
すなわち、コイルエンド露出部72の上方には、冷媒供給部50が設けられており、ここから冷媒(ATF)が噴出される。そして、噴出されたATFが露出しているコイルエンド露出部72に供給されて、コイルエンド露出部72が冷却される。
That is, a
なお、図2においては、コイル20のコイルエンド露出部72によって、間隙が閉塞されているように示してあるが、セグメントコイルの脚部は、所定の間隙をあけて配設されるため、コイルエンド露出部72の径方向外側から内側に向けて冷媒が通過でき、また下方のコイルエンド露出部72にも冷媒が供給される。
In FIG. 2, it is shown that the gap is closed by the coil end exposed
<案内部の構成>
図2に示すように、絶縁樹脂60の上方端部はR方向において外側、Z方向でステータコア11に向いて膨出する案内部62を有する。そして、この案内部62のステータコア11に向いた面は、ATFの案内面64となっている。絶縁樹脂としては、シリコーン樹脂や、エポキシ樹脂などを採用するとよい。
<Structure of information section>
As shown in FIG. 2, the upper end portion of the insulating
図3には、絶縁樹脂60をZ軸方向から見た図が示されている。このように、円環状の絶縁樹脂60の径方向の上部に当たる位置に、円弧状の案内部62が延出形成されている。案内部62は、絶縁樹脂60から庇状に伸び、断面はくさび状である。なお、図3において、ステータコア11は、便宜的に破線で示してある
FIG. 3 shows a view of the insulating
また、この例では、冷媒供給部50が円弧状のパイプから形成されており、パイプの下面に噴出口が設けられている。なお、回転電機の下部には、冷媒溜まりが設けられ、ここに溜まった冷媒がポンプなどによって冷媒供給部50や他の適宜箇所に循環される。また、冷媒供給部50は、コイルエンド露出部72に対し冷媒を供給できれば、どのようなものでも構わない。例えば、直線状でもよいし、1点から広範囲に噴射する形式でもよい。
Further, in this example, the
案内面64は、ATFが供給されるコイルエンド露出部72の上方を覆うように位置する。従って、コイルエンド露出部72によって飛び散ったATFが案内面64に衝突する。そして、跳ね返ったATFは、もう一度コイルエンド露出部72に向けて落下し、案内面64に付着したATFは案内面64を伝って下方に移動する。案内面64の下方の絶縁樹脂60の内面を下降するが、ここからは各相コイルのコイルエンド露出部72がステータコア11に向けて突出しており、案内面64を伝ったATFもコイルエンド露出部72に供給される。
The
このように、本実施形態によれば、コイルエンド露出部72の表面から跳ね上がり、コイルエンド露出部72の冷却に使えなかったATFを効果的に回収して、コイルエンド露出部72の冷却に用いることができ、冷却効率を上昇することができる。
As described above, according to the present embodiment, the ATF that jumps up from the surface of the coil end exposed
<コイル線の構成>
図2に示すように、コイル線90,91,92は、Z方向で3層構造を有する。例えば、この断面においては、Z方向の最内方に位置するコイル線92は、U相コイル20に含まれる。コイル線92においてZ方向内方側に位置する部分92aは、U相コイル20に含まれるセグメント導体の脚部においてスロット17(図1参照)から略Z方向に延在する部分を表す。また、コイル線92においてZ方向外方側に位置する部分92bは、曲げ加工が施されて図3の紙面に垂直な方向(θ方向)に曲げられた部分を表す。また、Z方向で中間層を構成するコイル線91は、V相コイル21に含まれる。なお、各相コイル20,21,22と中性線30の接続部、各相出力線と電力線との接続部も絶縁樹脂60によって覆われることで絶縁されることが好適である。
<Coil wire configuration>
As shown in FIG. 2, the
1 ステータ、11 ステータコア、12 ヨーク、15 ステータコイル、16 ティース、17 スロット、20 U相コイル、20a,21a,22a セグメントコイル、21 V相コイル、22 W相コイル、30 中性線、50 冷媒供給部、60 絶縁樹脂、62 案内部、64 案内面、70 コイルエンド、72 コイルエンド露出部、90、91,92 コイル線。
1 stator, 11 stator core, 12 yoke, 15 stator coil, 16 teeth, 17 slots, 20 U-phase coil, 20a, 21a, 22a segment coil, 21 V-phase coil, 22 W-phase coil, 30 neutral wire, 50 refrigerant supply Part, 60 Insulation resin, 62 Guide part, 64 Guide surface, 70 Coil end, 72 Coil end exposed part, 90, 91, 92 Coil wire.
Claims (5)
絶縁樹脂とステータコア間のコイルエンドに向けて冷媒を供給し、
冷媒が供給される部分に対応する周方向位置における絶縁樹脂の軸方向端部には、径方向外側に向いて突出しコイルエンドに当たって飛び跳ねた冷媒をステータコア側に案内する案内部が設けられ、この案内部は径方向外側に向かって徐々にステータコア側に近づくように傾斜する案内面を有する、
ステータ。 In the multi-phase stator coil, the tip end side of the coil end protruding from the axial end of the stator core is covered with an annular insulating resin with a predetermined gap from the axial end of the stator core.
Supply refrigerant toward the coil end between the insulating resin and the stator core,
At the axial end of the insulating resin at the circumferential position corresponding to the portion to which the refrigerant is supplied, a guide portion is provided to guide the refrigerant that protrudes outward in the radial direction and hits the coil end to the stator core side. The portion has a guide surface that is inclined toward the outer side in the radial direction so as to gradually approach the stator core side .
Stator.
案内部は、絶縁樹脂の上方端部はステータコアに向いて膨出する、 The guide part bulges toward the stator core at the upper end of the insulating resin.
ステータ。 Stator.
案内部は、絶縁樹脂の径方向の上部に当たる位置に、円弧状に延出形成されている、 The guide portion is formed so as to extend in an arc shape at a position corresponding to the radial upper portion of the insulating resin.
ステータ。 Stator.
案内部は、絶縁樹脂から庇状に伸び、断面はくさび状である、 The guide part extends from the insulating resin in an eaves shape and has a wedge-shaped cross section.
ステータ。 Stator.
案内面は、冷媒が供給されるコイルエンド露出部の上方を覆うように位置する、 The guide surface is located so as to cover above the exposed portion of the coil end to which the refrigerant is supplied.
ステータ。 Stator.
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