JP7380099B2 - ステータ - Google Patents

Description

本発明は、車両駆動用の回転電機（モータ）に用いられるステータの構造に関する。

ハイブリッド車両や電気自動車の駆動源として、回転電機が用いられる。回転電機の固定子であるステータは、環状のヨークと、ヨーク内周面から径方向中心に突出し、周方向に間隔を空けて設けられた複数のティースを備える。それぞれのティースにはコイルが巻回される。

また、隣り合うティース間のスロットには、支持部材が挿入される。スロット内の空隙が支持部材によって埋められることで、ティースからのコイルの抜けが抑制される。

例えば特許文献１、２では、支持部材は多孔質体を含む。多孔質体はその内部にＡＴＦ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｆｌｕｉｄ）等の冷却液が含浸可能となっており、これによりコイル及びステータコアの冷却が図られる。

特開２０１３－９４９９号公報 特開２００６－３２０１７１号公報

本明細書で開示されるステータは、多孔質体内に流れ込む冷却液の、スロット内での滞留を従来よりも抑制可能とすることを目的とする。

本明細書で開示されるステータは、ステータコア、コイル、支持部材、及び被覆部材を備える。ステータコアは、環状のヨークと、ヨークの内周面から半径方向内側に突出し周方向に間隔を空けて設けられる複数のティースを備える。コイルは、ティースの周囲に巻回される。支持部材は、隣り合うティース間のスロットに挿入されスロット内の空隙を埋める。またこの支持部材は多孔質体を含む。被覆部材は、コイル及び支持部材の、ステータコア軸方向の両端を覆う。またステータには、スロットの底面からヨークの外周面まで貫通する第一流路、及び、被覆部材の、支持部材との当接面からその対向面まで貫通する第二流路の少なくとも一方が形成される。

本明細書で開示されるステータによれば、多孔質体内に流れ込む冷却液が、第一流路及び第二流路の少なくとも一方からステータ外部に排出されるので、そのような流路が形成されていない従来のステータよりも、スロット内の冷却液の滞留を抑制可能となる。

本実施形態に係るステータの外形を例示する斜視図である。 ステータコアを例示する斜視図である。 ステータコアのティースに巻回されるコイルを例示する斜視図である。 スロット内に挿入される支持部材を例示する斜視図である。 図１のＡ－Ａ断面図である。 図５のＢ－Ｂ断面図である。 コイルが分布巻きであるときの、Ａ－Ａ断面図である。

以下、本実施形態に係るステータついて、図面を参照しながら説明する。図１を参照して、本実施形態に係るステータ１０は、回転電機の固定子であって、ステータコア２０、コイル３０（図３参照）、支持部材５０（図４参照）、及び被覆部材である樹脂モールド４０を含んで構成される。

以下の説明においては、図１に示すように、ステータコア２０の環状部材であるヨーク２２（図２参照）の周方向を「ステータコア周方向」、ステータコア２０の半径方向を「ステータコア半径方向」、及びステータコア２０の厚さ方向を「ステータコア軸方向」という。

図２を参照して、ステータコア２０は磁路を形成する磁気回路部材であって、例えば複数の電磁鋼板をステータコア軸方向に積層して製造される。または、磁性粉を加圧成形してステータコア２０を製造してもよい。

ステータコア２０は、ヨーク２２及び複数のティース２４を備える。ヨーク２２は環状部材であり、ティース２４は、ヨーク２２の内周面から半径方向内側に突出する。さらにティース２４は、ステータコア周方向に間隔を空けて複数設けられる。隣り合うティース２４，２４間にスロット２６が形成される。

さらにステータコア２０には、スロット２６の底面２６Ａ、言い換えるとヨーク２２の内周面から、ヨーク２２の外周面２２Ａまで貫通する第一流路２８が形成される。後述するように、第一流路２８は、スロット２６内に挿入された、多孔質体を含む支持部材５０（図４参照）に流れ込んだ冷却液をステータ１０の外部に排出するための排出口として機能する。

図２を参照して、第一流路２８は、スロット底面２６Ａの、ステータコア周方向幅Ａ１の中央部分に設けられてよい。後述するように、集中巻きのコイル３０が用いられる場合、図５に例示されるように、スロット２６内には、コイル３０，３０が隣り合って設けられる。またスロット２６内には、コイル３０，３０の間に、スロット２６の周方向中央部分の空隙を埋めるようにして、支持部材５０が挿入される。スロット底面２６Ａのステータコア周方向幅Ａ１の中央部分に第一流路２８が形成されることで、支持部材５０の径方向外側に第一流路２８が接続されることになり、支持部材５０内の冷却液がスムーズに第一流路２８に排出される。

図４を参照して、コイル３０はティース２４の周囲に巻回される。コイル３０の巻回にはいくつかの方法があり、例えば図４では集中巻きの例が示される。集中巻きでは、予め四角筒状に巻回されたコイル３０がティース２４に差し込まれる。図４に例示されるように、スロット底面２６Ａとコイル３０との間に絶縁部材３４が挟み込まれてもよく、またティース２４の半径方向内側端部にコイル３０用の抜け止めリング３２が固定されてもよい。

また図５を参照して、コイル３０は、導体であるコイル本体３１と、コイル本体３１の外周面を覆う絶縁被膜３３を備える。

図５に例示されるように、集中巻きでは、一つのスロット２６に複数のコイル３０が配置される。ティース２４にコイル３０を差し込む際に、差し込み済みの隣のコイル３０との干渉を抑制するため、スロット２６内ではコイル３０，３０間に空隙が設けられる。この空隙が支持部材５０によって埋められる。

図４及び図５を参照して、支持部材５０はスロット２６内に挿入される。例えばスロット２６内にすべてのコイル３０が差し込まれた後に、支持部材５０が挿入される。支持部材５０は例えば熱硬化性材料から構成され、ゲル状（粘性流体状）の支持部材５０がスロット２６内に挿入（充填）される。さらにこのステータの組立体を加熱処理することで支持部材５０が硬化する。

支持部材５０は多孔質体を含む。例えば支持部材５０の全体が多孔質体から構成されてもよい。例えば加熱処理の過程で支持部材５０が発泡し、ステータコア径方向に沿って連通された連泡構造が形成される。後述するように、支持部材５０が多孔質体を含むことで、当該多孔質体に冷却液が入り込み、コイル３０及びステータコア２０が冷却される。

支持部材５０によりスロット２６内の空隙が埋められることで、コイル３０のティース２４からの抜けが抑制される。なお、確実なコイル３０の固定のため、支持部材５０が接着性を備えていてもよい。

図１を参照して、ステータコア２０、コイル３０及び支持部材５０を含むステータ組立体の、ステータコア軸方向両端に、被覆部材である樹脂モールド４０が形成される。樹脂モールド４０は、コイル３０のコイルエンド部分、つまり、コイル３０の、ステータコア軸方向両端部分及びこれに隣接する支持部材５０の同軸方向両端部分を覆う、環状部材である。

樹脂モールド４０が、コイル３０及び支持部材５０のステータコア軸方向両端部分、つまり、ステータコア２０よりもステータコア軸方向両端にはみ出した部分を覆うことで、当該はみ出し部分が周辺部材から保護される。例えば樹脂モールド４０はエポキシ樹脂またはワニスから構成されてよい。

樹脂モールド４０には第二流路４２が形成される。例えば硬化後の樹脂モールド４０に第二流路が穿孔される。図１、図６を参照して、第二流路４２は、支持部材５０との当接面４０Ａからその対向面４０Ｂまで貫通する。後述するように、支持部材５０に流れ込んだ冷却液は、第二流路４２からステータ１０の外部に排出される。

図５、図６を参照して、図示しないロータの遠心力等により、ステータ１０の内周面に冷却液が供給される。冷却液は例えばＡＴＦ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｆｌｕｉｄ）であってよい。ステータ１０の内周面に供給された冷却液は、図６の矢印に例示されるように、多孔質体を含む支持部材５０内に入り込む（含浸する）。これによってコイル３０及びステータコア２０が冷却される。

さらに支持部材５０内の冷却液は、第一流路２８及び第二流路４２からステータ１０の外部に排出され、新たな冷却液が支持部材５０内に入り込む。このように、支持部材５０内の冷却液が入れ替わることで、コイル３０及びステータコア２０が継続的に冷却される。

＜他の実施形態＞
図１、図６では、ステータ１０に第一流路２８及び第二流路４２が形成されていたが、要するに支持部材５０に滞留する冷却液がステータ１０の外部に排出されればよいので、ステータ１０には、第一流路２８及び第二流路４２の少なくとも一方が形成されていればよい。

また、例えば図５では、集中巻きのコイル３０がティース２４に巻回されていたが、本実施形態に係るステータ１０はこの形態に限られない。例えば図７に例示されるように、分布巻きのコイル３０においても、第一流路２８及び第二流路４２（図示せず）を備えたステータ１０を構成可能である。

なお、分布巻きにおいては、スロット２６には、コイル３０が一列のみティース２４に巻回される。このような場合において、ステータコア径方向に沿って最も外側のコイル３０が第一流路２８を塞がないような構造とすることが好適である。例えば、コイル３０の巻回に当たり、スロット２６の底面２６Ａとは離間するように、コイル３０がスロット２６内に配置される。さらにコイル３０とティース２４の間に、支持部材５０が挿入（充填）される。このようにすることで、支持部材５０を流路として、コイル３０とティース２４の間に冷却液が通過し、コイル３０及びティース２４の冷却が図られる。また冷却後の冷却液は第一流路２８及び第二流路４２からステータ１０外に排出される。

１０ ステータ、２０ ステータコア、２２ ヨーク、２２Ａ ヨーク外周面、２４ ティース、２６ スロット、２６Ａ スロット底面、２８ 第一流路、３０ コイル、３１ コイル本体、３２ 抜け止めリング、３３ 絶縁被膜、３４ 絶縁部材、４０ 樹脂モールド（被覆部材）、４０Ａ 当接面、４０Ｂ 対向面、４２ 第二流路、５０ 支持部材。

Claims (1)

1. 環状のヨークと、前記ヨークの内周面から半径方向内側に突出し周方向に間隔を空けて設けられる複数のティースと、を備えるステータコアと、
   前記ティースの周囲に巻回されたコイルと、
   隣り合う前記ティース間のスロットに挿入され前記スロット内の空隙を埋める、多孔質体を含む支持部材と、
   前記コイル及び前記支持部材の、ステータコア軸方向の両端を覆う被覆部材と、
   を備え、
   前記スロットの底面から前記ヨークの外周面まで貫通する第一流路、及び、前記被覆部材の、前記支持部材との当接面からその対向面まで貫通する第二流路が形成され、
   前記第一流路は、前記スロットの底面の、ステータコア周方向幅の中央部分に設けられ、
   前記スロット内において、前記コイルは一列のみ配置され、
   前記コイルは、前記スロットの底面とは離間され、
   前記コイルと前記スロットの底面との間に前記支持部材が充填された、
   ステータ。