JP7452764B2 - ステータ及び構造体 - Google Patents

Description

本発明は、ステータ及び構造体に係り、例えば、冷却流路が設けられたステータ及びそのようなステータを有する構造体に関する。

モータ等の構造体では、例えば自動車の電動化の拡大による、大出力化への対応が求められている。大出力化においては、冷却性能の向上が重要である。一般に、高い冷却性能が要求されるタイプのモータでは、回転子の回転による温度上昇に対して、ステータ全体を油で冷やす油冷方式や水路を設けた水冷方式で対応している（例えば特許文献１参照）。
特許文献１に開示の技術では、ステータのティース部に集中巻きしたコイルを、ティース部間のスロットに収容した回転電機において、スロットの内部空間に軸方向に延びる複数のパイプを並列配置し、かつこれらパイプの隙間及びパイプと前記コイルとの隙間に樹脂材料を充填して、ステータ内周側に向けて開口するスロットを閉塞する樹脂層を形成し、パイプ内に冷媒を流している。

特許４４９６７１０号公報

ところで、水路を設けた冷却方式において、従来技術では電磁鋼板外周付近の冷却等、熱源であるコイル周辺への直接冷却が実現できず、新たな技術が求められていた。また、各スロットに細長い水路を形成するため、圧力損失が発生し易く、冷却性能の向上に課題があった。

本発明はこのような状況に鑑みなされたものであって、ステータの冷却性能を向上させる技術を提供することを目的としている。

本発明によれば、次の技術が提供される。
［１］
ヨーク部と、前記ヨーク部から延出するティース部と、前記ティース部間に形成されたスロット内に収容されたコイルと、前記コイルを冷却する冷却水路と、を有するステータであって、
前記冷却水路は、
軸方向の一端から他端の間に配置され前記コイルを冷却するコイル内水路と、
複数の前記コイル内水路に連結され、前記コイル外に配置され、前記コイル内水路に導入する冷却水を分配する又は前記コイル内水路から排出された冷却水を集約するヘッダ水路と、
を有し、
前記コイル内水路の断面積の合計をＳ１、前記ヘッダ水路における前記冷却水の移動方向に対して垂直な面の断面積をＳ２としたときに、
前記Ｓ１と前記Ｓ２の比Ｓ２／Ｓ１が０．５以上である、ステータ。
［２］
前記冷却水路は、相互に独立している複数の系統を備える、［１］に記載のステータ。
［３］
前記コイル内水路は、前記スロット内に配置されているスロット内水路を有している、［１］または［２］に記載のステータ。
［４］
前記コイル内水路は、前記ティース部内に配置されているティース内水路を有している、［１］から［３］までのいずれか１に記載のステータ。
［５］
前記コイル内水路は、前記ヨーク部内に配置されているヨーク内水路を有している、［１］から［４］までのいずれか１に記載のステータ。
［６］
前記コイル内水路は、複数経路を１ユニットとして、前記一端から前記他端又は前記他端から前記一端へユニット単位で冷却水を折り返す経路を有して構成されている、［１］から［５］までのいずれか１に記載のステータ。
［７］
前記ヘッダ水路は、
外部から冷却水を導入するヘッダ水路導入部と、
外部に冷却水を排出するヘッダ水路排出部と、
を有する、［１］から［６］までのいずれか１に記載のステータ。
［８］
前記ヘッダ水路導入部と前記ヘッダ水路排出部とは軸方向の異なる側に設けられている、［７］に記載のステータ。
［９］
前記ヘッダ水路導入部と前記ヘッダ水路排出部とは軸方向の同じ側に設けられている、［７］に記載のステータ。
［１０］
前記ヘッダ水路導入部の数と前記ヘッダ水路排出部の数は同じである、［７］から［９］までのいずれか１に記載のステータ。
［１１］
前記ヘッダ水路導入部の数と前記ヘッダ水路排出部の数は異なる、［７］から［９］までのいずれか１に記載のステータ。
［１２］
前記コイル内水路および前記ヘッダ水路は、樹脂組成物が硬化した樹脂層を有して構成されており、
前記樹脂組成物は、エポキシ樹脂およびフェノール樹脂からなる群より選択される１種または２種の熱硬化性樹脂からなる、［１］から［１１］までのいずれか１に記載のステータ。
［１３］
前記ヘッダ水路は、前記ヘッダ水路に連結する部分における前記コイル内水路の水圧が均等になるように調整する、［１］から［１２］までのいずれか１に記載のステータ。
［１４］
ヨーク部と、前記ヨーク部から延出するティース部と、前記ティース部間に形成されたスロットと、前記スロット内に収容されたコイルと、前記コイルを冷却する冷却水路と、を有するステータであって、
前記冷却水路は、
前記ヨーク部の軸方向の一端から他端の間に配置され、複数経路を１ユニットとして、前記一端から前記他端又は前記他端から前記一端へユニット単位で冷却水を折り返す経路を有して構成されている、ステータ。
［１５］
前記冷却水を導入するための外部冷却水導入経路と、前記冷却水を排出するために接続されるに外部冷却水排出経路とは、経路数が異なる、請求項１４に記載のステータ。
［１６］
［１］から［１５］までのいずれか１に記載のステータが有する冷却水路と、
前記冷却水路に連結されており、前記ステータを有するモータと一体に設けられたインバータが備えるパワーモジュールを冷却するパワーモジュール冷却水路と、
を有する構造体。
［１７］
前記パワーモジュール冷却水路は、前記パワーモジュールが備える半導体素子回路を冷却する、［１６］に記載の構造体。
［１８］
前記パワーモジュール冷却水路は、前記インバータが備えるコンデンサを冷却する、［１６］または［１７］に記載の構造体。

本発明によれば、ステータの冷却性能を向上させる技術を提供することができる。

第１の実施形態に係る、モータユニットの斜視図である。 第１の実施形態に係る、ステータの一部断面図である。 第１の実施形態に係る、第１冷却流路の斜視図である。 第１の実施形態に係る、第１冷却流路を説明する模式図である。 第１の実施形態に係る、インバータ部の内部構造を模式的に示した断面図である。 第１の実施形態に係る、インバータ回路を配置した状態のベース部を模式的に示した斜視図である。 第１の実施形態に係る、図６のインバータ回路及び水路蓋部を取り除いた状態を模式的に示した斜視図である。 第２の実施形態に係る、第１冷却流路を説明する模式図である。 第３の実施形態に係る、第１冷却流路の斜視図である。 第３の実施形態に係る、第１冷却流路を説明する模式図である。 第４の実施形態に係る、第１冷却流路の第１分割冷却流路の斜視図である。 第５の実施形態に係る、第１冷却流路の第１分割冷却流路の斜視図である。 第５の実施形態に係る、第１冷却流路を説明する模式図である。

＜概要＞
本実施形態では、回転電機（電動機、発電機または電動機／発電機の両用機）としてインバータ型のモータに適用した例を説明する。図１はモータユニット１の斜視図であって一部断面図として示している。図２はモータ１０の回転軸に垂直な面の断面図を模式的に示している。ここでは、シャフト１１に垂直な面で切断した断面図において一つのスロット１６の領域を示している。

＜モータユニット１の構造＞
モータユニット１は、モータ１０と、モータ１０に取り付けられたインバータ部１００（インバータ装置）とを有し、それらは冷却流路２００により冷却される。冷却流路２００は、主にモータ１０を冷却する第１冷却流路３００と、主にインバータ部１００を冷却する第２冷却流路４００とを有する。

＜モータ１０＞
モータ１０は、ハウジング２０と、ハウジング２０の内部に収容されたロータ１２及びステータ１３とを備える。ロータ１２の中心には出力軸としてシャフト１１が取り付けられる。シャフト１１は、左右二つのベアリング１４ａ、１４ｂにより回転自在に支持されている。

＜ハウジング２０＞
ハウジング２０は、第１ハウジングカバー２１と、第２ハウジングカバー２２と、第３ハウジングカバー２３とを有する。

第３ハウジングカバー２３は、円筒形状を呈したハウジングケースであり、内部にロータ１２及びステータ１３を収容している。このとき、第３ハウジングカバー２３の内周面にステータ１３が取り付けられている。

第１ハウジングカバー２１は、略円盤状に設けられ、円筒形状である第３ハウジングカバー２３の軸方向で図示左側の端部開口を閉塞する。第１ハウジングカバー２１の中心には、シャフト１１を突出可能とする円形の貫通孔２４が設けられている。第１ハウジングカバー２１の内部側の面（図示で左側の面）の中央には、ベアリング１４ａがシャフト１１を回転自在に支持して取り付けられている。

第２ハウジングカバー２２は、略円盤状に設けられ、円筒形状である第３ハウジングカバー２３の軸方向で図示右側の端部開口を閉塞する。第２ハウジングカバー２２の内部側の面（図示で右側の面）の中央には、ベアリング１４ｂがシャフト１１を回転自在に支持して取り付けられている。
ベアリング１４ａ、１４ｂの材料は、例えば、高炭素クロム軸受鋼やステンレス鋼などであって、一般にはＪＩＳ規格等で規格化されている材料が用いられる。

＜シャフト１１＞
シャフト１１は、略円柱形状を呈しており、上述のようにロータ１２の中心に固定されている。シャフト１１の一方（図示左側）の端部が、一方のベアリング１４ａに回動自在に支持されている。シャフト１１の他方の端部が、他方のベアリング１４ｂに回動自在に支持されている。シャフト１１の材質は、例えば炭素鋼鋼材であって、一般にはＪＩＳ規定されている材料が用いられる。

＜ロータ１２＞
ロータ１２には、内部に軸周方向に等間隔に配置された複数の永久磁石が配置されている。このとき、隣り合う永久磁石の磁極が互いに異なるように設置されている。

＜ステータ１３＞
ステータ１３は、略円筒型であって、ハウジング２０（より具体的には第３ハウジングカバー２３）の内周において、ロータ１２の外周を取り囲むように配置され固定されている。ステータ１３の内周面とロータ１２の外周面との間には微少な間隙（エアギャップ）が設けられている。

ステータ１３は、薄板状の磁性体である電磁鋼板を複数積層してなる。ステータ１３は、円筒状のヨーク部１７と、ヨーク部１７からロータ１２側に向いて配列した複数のティース部１５とを有する。各ティース部１５の間にスロット１６と呼ばれる空間が設けられている。

スロット１６には（例えば分布巻きされた）コイル３４が収容され、かつ、コイル３４とともに充填された高熱伝導樹脂封止部３６が設けられている。

ティース部１５は上述のロータ１２の永久磁石に対応して設けられ、各コイル３４を順次励磁していくことにより、これに対応した永久磁石との吸引、反発によりロータ１２が回転する。

高熱伝導樹脂封止部３６は、ステータ１３の外部に対して回転軸方向に向けて延びて設けられている。高熱伝導樹脂封止部３６の軸方向の両端部３６ａ、３６ｂは、それぞれ第１及び第２ハウジングカバー２１、２２を構成要素の一部としている後述の第１冷却流路３００（ヘッダ水路３１０）に当接する。これによって、高熱伝導樹脂封止部３６の熱、すなわちコイル３４の熱を、確実に第１冷却流路３００（ヘッダ水路３１０）に伝えることができる。

各スロット１６内には、高熱伝導樹脂封止部３６が設けられている領域に、第１冷却流路３００（コイル内水路３０１）が軸方向に延出して設けられている。第１冷却流路３００は、内部を流れる冷媒によりコイル３４の発熱を効果的に放熱している。なお、本実施形態では冷媒として冷却水を用いる構成を例示する。

高熱伝導樹脂封止部３６の成形方法としては特に限定はしないが、インサート成形を用いることができる。このとき、分布巻き等したコイル３４を配置したスロットに、第１冷却流路３００に対応する金型構造（入れ子構造）を配置してインサート成形することで、所望の構造を有する高熱伝導樹脂封止部３６及び第１冷却流路３００を作ることができる。本実施形態では、コイル内水路３０１は、スロット１６内において、コイル３４よりロータ１２側（図２では下側）に形成されるが、これに限らず、コイル３４とヨーク部１７との間に設けられてもよい。

コイル３４周辺の空間（すなわちスロット）を、高熱伝導樹脂封止部３６（樹脂材料）に置き換えることで熱の移動を容易にすることができる。すなわち、コイル３４とステータ１３が樹脂材料で密着充填される。さらに第１冷却流路３００の内壁１０ａがその樹脂材料で形成されている。これらのことから、それらの間での熱伝導が良好になる。これにより、ステータ１３の冷却性能を向上させることができ、銅損（コイル３４自体の抵抗により消費される損失）を低減させ、モータ出力の向上、モータユニット１の小型化などが実現できる。

＜冷却流路２００＞
冷却流路２００は、主にモータ１０を冷却する第１冷却流路３００と、主にインバータ部１００を冷却する第２冷却流路４００とを有する。第２冷却流路４００については後述のインバータ部１００の説明と共に説明する。

＜第１冷却流路３００＞
図３は第１冷却流路３００の斜視図である。図４は第１冷却流路３００を説明する模式図であって、展開図として示している。図４において、符号Ａ同士、符号Ｂ同士が一致する位置となる。

第１冷却流路３００は、複数のコイル内水路３０１と、ヘッダ水路３１０とを有する。第１冷却流路３００は、高熱伝導樹脂封止部３６の構成の一部を水路壁面として設けられるが、他の構成要素の一部を水路壁面として設けられてもよい。

＜コイル内水路３０１＞
コイル内水路３０１は、軸方向の一端から他端の間に配置されコイル３４を冷却する。具体的には、コイル内水路３０１は、各スロット１６内の高熱伝導樹脂封止部３６において、高熱伝導樹脂封止部３６の壁面を水路壁面として筒状にコイル３４に沿うようにして第１ヘッダ水路３１１と第２ヘッダ水路３１２の間に設けられている。また、コイル内水路３０１として、アルミニウムまたはアルミニウム合金のような高熱伝導性の非磁性金属や、高熱伝導性の無機材料からなる筒状部材を用いることができる。また、コイル内水路３０１は、全てのスロット１６に設けられてもよいし、一部のスロット１６（例えば一つおき）に設けられてもよい。

＜ヘッダ水路３１０の構成＞
ヘッダ水路３１０は、複数のコイル内水路３０１に連結され、コイル外に配置され、コイル内水路３０１に導入する冷却水を分配する又はコイル内水路３０１から排出された冷却水を集約する。すなわち、ヘッダ水路３１０は、ヘッダ水路３１０に連結する部分におけるコイル内水路３０１の水圧が均等になるように調整する。

具体的には、ヘッダ水路３１０は、第１ヘッダ水路３１１と第２ヘッダ水路３１２とを有する。第１ヘッダ水路３１１と第２ヘッダ水路３１２は、ステータ１３（ヨーク部１７）を挟んで対向するように配置されている。

第１ヘッダ水路３１１は、コイル内水路３０１の上流側に配置され、コイル内水路３０１に導入する冷却水を一時的に貯留して、複数のコイル内水路３０１に分配する機能を有する。第１ヘッダ水路３１１は、ヨーク部１７の一方の端部に対向するように環状に設けられており、内部に冷却水を流す水路が形成されている。第１ヘッダ水路３１１には、周方向に一定間隔でコイル内水路３０１が第２ヘッダ水路３１２に向けるように取り付けられている。また、第１ヘッダ水路３１１には、外部（例えばポンプ）から冷却水を取り入れるための導入接続部３２１（ヘッダ水路導入部）が設けられている。

第２ヘッダ水路３１２は、コイル内水路３０１の下流側に配置され、コイル内水路３０１から排出された冷却水を集約し一時的に貯留し、外部に排出する。第２ヘッダ水路３１２は、ヨーク部１７の他方の端部に対向するように環状に設けられており、内部に冷却水を流す水路が形成されている。第２ヘッダ水路３１２には、周方向に一定間隔でコイル内水路３０１が第１ヘッダ水路３１１に向けるように取り付けられている。また、第２ヘッダ水路３１２には、外部（例えばポンプ）へ冷却水を送るための排出接続部３２２（ヘッダ水路排出部）が設けられている。

なお、ここでは、導入接続部３２１（ヘッダ水路導入部）と排出接続部３２２（ヘッダ水路排出部）の数は同一であるが、異なってもよい。例えば、排出接続部３２２（ヘッダ水路排出部）の数を増やすことで、冷却水の排出を円滑にして、冷却水の滞留を抑制することができる。

＜ヘッダ水路３１０、コイル内水路３０１の断面積＞
複数のコイル内水路３０１の断面積の合計をＳ１、ヘッダ水路３１０（第１ヘッダ水路３１１、第２ヘッダ水路３１２）における冷却水の移動方向に対して垂直な面の断面積をＳ２としたときに、Ｓ１とＳ２の比Ｓ２／Ｓ１が０．５以上である。ここで、冷却水の移動方向とは、「ヘッダ水路３１０の延在方向（配置方向）」とも言える。比Ｓ２／Ｓ１は、好ましくは０．７以上であり、より好ましくは１．０以上である。ヘッダ水路３１０の断面積Ｓ２は、少なくとも第１ヘッダ水路３１１又は第２ヘッダ水路３１２のいずれかの断面積において、上記比Ｓ２／Ｓ１を満たすが、第１ヘッダ水路３１１及び第２ヘッダ水路３１２のいずれの断面積においても上記比Ｓ２／Ｓ１を満たすことが好ましい。なお、断面積Ｓ１、Ｓ２が一定でない場合、それぞれにおいて最も小さい値を用いることが好ましい。

一般に、スロット１６に、コイル内水路３０１のような細長い水路を形成すると、圧力損失が発生しやすく、複数のコイル内水路３０１に冷却水を分配したときに、コイル内水路３０１によって冷却性能が異なることが想定される。そこで、本実施形態の様に、上記比Ｓ２／Ｓ１の範囲を上述のようにすることで、冷却水がバランス良く流れ、圧力損失を冷却性能に影響の無いレベルに抑えることができる。その結果、ポンプ圧力を大きくする必要が無くなり、第１冷却流路３００に対する負荷を抑えることができ、流路設計の自由度が高くなる。

なお、コイル内水路３０１として、スロット１６内、より具体的には高熱伝導樹脂封止部３６内に設けられたスロット内水路３０２を例示したが、これに限らず、ティース部１５内に配置されているティース内水路を有してもよいし、ヨーク部１７内に配置されるヨーク内水路を有してもよい。

また、導入接続部３２１（ヘッダ水路導入部）と排出接続部３２２（ヘッダ水路排出部）とは、軸方向の異なる側、すなわち、ステータ１３を挟んで異なる側の第１ヘッダ水路３１１と第２ヘッダ水路３１２とに設けられている。この構成に限らず、導入接続部３２１（ヘッダ水路導入部）と排出接続部３２２（ヘッダ水路排出部）は、軸方向の同じ側に設けられてもよい。この場合、例えば、第１ヘッダ水路３１１を、冷却水を導入する構成と、冷却水を排出する構成とに分け、さらに第２ヘッダ水路３１２で水路が折り返す構成とすればよい。

＜インバータ部１００＞
図５～図７にインバータ部１００を示す。図５はインバータ部１００の内部構造を模式的に示した断面図である。図６はインバータ回路１３０を配置した状態のベース部１０１を模式的に示した斜視図である。図７は、図６のインバータ回路１３０及び水路蓋部１２５を取り除いた状態を模式的に示した斜視図である。本実施形態では、主に冷却機能に着目して説明し、インバータ装置の一般的な構成については適宜省略して示している。

インバータ部１００は、インバーター駆動タイプのモータ１０に取り付けられる。インバータ部１００は、樹脂組成物で構成された略箱形の形状のインバータケース１１０と、内部に収容されたインバータ回路１３０と、インバータ回路１３０（特にパワーモジュール１４０）を冷却する第２冷却流路４００とを有する。インバータ回路１３０は、パワーモジュール１４０やその他の部品（第１および第２の回路基板１５０、１６０、電流センサー１０３など）を有する。
以下、各構成を具体的に説明する。

＜インバータケース１１０＞
インバータケース１１０は、板状のベース部１０１と、ベース部１０１を覆う底部が開口した直方体形状でカバー部１０２とを有し、それらはネジ等により固定されている。インバータケース１１０の内部にはインバータ回路１３０が設けられている。

＜インバータ回路１３０＞
インバータ回路１３０は、パワーモジュール１４０と、第１の回路基板１５０および第２の回路基板１６０とを有する。パワーモジュール１４０は、半導体チップ１４３と、半導体チップ１４３の下面に取り付けられた金属製の放熱部材１４５と、半導体チップ１４３に接続するリードフレーム１４８とを備え樹脂により封止されている。

＜ベース部１０１＞
ベース部１０１は、上面視で略矩形であって板状に一体成形により設けられている。
ベース部１０１は図示で上側の面を基板配置面１１１としており、基板配置面１１１にインバータ回路１３０や第１及び第２の回路基板１５０、１６０、電流センサー１０３（バスバー１０４）等の部品が取り付けられる。基板配置面１１１は、第２冷却流路４００の一部を構成する凹状に形成された水路壁１１５と、電流センサー１０３等を配置する部品配置部１１６とを一体に有する。

＜第２冷却流路４００／水路壁１１５＞
第２冷却流路４００は、基板配置面１１１が凹状に形成された水路壁１１５と、水路壁１１５の上面を蓋するように設けられた水路蓋部１２５とにより構成されている。水路蓋部１２５は、例えばアルミニウム合金等の金属や樹脂材料で板状に設けられている。水路蓋部１２５は冷却水のシール機能を担うとともに水路蓋部１２５に配置する各種機器からの伝熱機能を担うことから、熱伝導、軽量化、防錆の観点からアルミニウム合金が好ましい。また、樹脂材料を用いる場合には、熱伝導率が高い材料が好ましい。なお、水路蓋部１２５と基板配置面１１１との間には、冷却水の漏れを防止する為に必要なパッキンやシール材などが適宜配置される。

第２冷却流路４００は、第１の水路接続口１２１と、第２の水路接続口１２２と、流路本体１２３とを有する。

流路本体１２３は、全体として略コ字状に設けられており、図視で左右方向に延びる第１の流路１２３ａ、前後方向に延びる第２の流路１２３ｂ、左右方向に延びる第３の流路１２３ｃとを有する。

流路本体１２３には樹脂製で板状の水路蓋部１２５が設けられており、流路本体１２３が基板配置面１１１の上面において密閉されている。水路蓋部１２５において、第１の流路１２３ａとなる部分には、複数（ここでは３つ）のパワーモジュール１４０が取り付けられている。また、第３の流路１２３ｃの部分には、図示しないフィルムコンデンサやその他の電子部品が配置される。

水路蓋部１２５においてパワーモジュール１４０が取り付けられる領域には、上下に貫通する開口が設けられており、パワーモジュール１４０の下面に設けられたピン状の放熱部材１４５がこの開口から第１の流路１２３ａ内に延びている。これによって、パワーモジュール１４０の放熱部材１４５が直接冷却水により冷却される。なお、放熱部材１４５の形状は、ピン状に限らずフィン状であってもよく、冷却水により冷却可能であれば各種の形状を採用することができる。

第１の水路接続口１２１は、第１冷却流路３００に接続される。第２の水路接続口１２２は冷却水の導入口として機能する。

第１の水路接続口１２１と第２の水路接続口１２２とは、ベース部１０１の右側側面に並んで配置され、それぞれが第１の流路１２３ａ、第３の流路１２３ｃに連結している。より具体的には、第１の水路接続口１２１はベース部１０１の右側の側面下側か左側にパイプ状に延出して、連結部１２１ａで上方向に屈曲して流路本体１２３（第１の流路１２３ａ）に連結している。第２の水路接続口１２２も、第１の水路接続口１２１と同様の構成により、第３の流路１２３ｃと連結している。

このような第２冷却流路４００の構成によると、第２の水路接続口１２２から導入された冷却水は、流路本体１２３（第１～第３の流路１２３ａ～１２３ｃ）を通り、パワーモジュール１４０やフィルムコンデンサ等を冷却し、第１の水路接続口１２１から第１冷却流路３００へ供給される。なお、インバータ部１００とモータ１０とはそれぞれ独立した経路で冷却されてもよい。すなわち、第１冷却流路３００と第２冷却流路４００の流路が接続されず独立して設けられてもよい。

＜インバータケース１１０の材料＞
インバータケース１１０は第３樹脂組成物からなる。具体的には、第３樹脂組成物は熱硬化性樹脂であって、例えばフェノール樹脂またはエポキシ樹脂からなる。インバータケース１１０を構成するベース部１０１とカバー部１０２は、熱硬化性樹脂の硬化物で形成される。ベース部１０１とカバー部１０２は同じ材料で形成されてもよいし、異なる材料で形成されてもよい。具体的には、熱硬化性樹脂として、上述した第１樹脂組成物や第２樹脂組成物と同様の材料を用いることができる。

インバータケース１１０（ベース部１０１やカバー部１０２）を樹脂製とすることで、他部材への密着性を改善でき、かつ軽量化を実現できる。また、樹脂製であることで、成形性・加工性が優れているため設計の自由度が大幅に高まるとともに、振動を吸収し、騒音を低下させることができる。
なお、熱硬化性樹脂に含まれるフィラーの含有率は６０体積％以上であり、好ましくは７０％以上である。これによって、一層の軽量化と高い機械的強度を実現できる。

冷却流路２００として様々な実施形態（変形例）を採用することができる。以下、そのような実施形態について説明する。なお、以下では、主に第１冷却流路３００の異なる構成・機能について説明し、他の構成・機能については適宜説明を省略する。

＜＜第２の実施形態＞＞
図８を参照して本実施形態の冷却流路２００の第１冷却流路３００Ａについて説明する。図８は、第１冷却流路３００Ａを説明する模式図である。第１冷却流路３００Ａは、第１ヘッダ水路３１１Ａと第２ヘッダ水路３１２Ａとを有する。第１ヘッダ水路３１１Ａから第２ヘッダ水路３１２Ａに向けて２系統の水路（コイル内水路）、すなわち、第１コイル内折り返し水路３０５と第２コイル内折り返水路３０６とを有する。

第１コイル内折り返し水路３０５は、いわゆる一筆書き状にスロット１６内（高熱伝導樹脂封止部３６内）を通り、スロット１６の外側に出たところで、第１ヘッダ水路３１１や第２ヘッダ水路３１２に接続せずに所定回数折り返して、最終的に第２ヘッダ水路３１２に接続される。第２コイル内折り返し水路３０６も同様に、いわゆる一筆書き状にスロット１６内（高熱伝導樹脂封止部３６内）を通り、スロット１６の外側に出たところで、第１ヘッダ水路３１１や第２ヘッダ水路３１２に接続せずに所定回数折り返して、最終的に第２ヘッダ水路３１２に接続される。

この構成においても、複数のコイル内水路（すなわち第１コイル内折り返し水路３０５と第２コイル内折り返し水路３０６）の断面積の合計をＳ１、ヘッダ水路３１０（第１ヘッダ水路３１１、第２ヘッダ水路３１２）における冷却水の移動方向に対して垂直な面の断面積をＳ２としたときに、Ｓ１とＳ２の比Ｓ２／Ｓ１が０．５以上である。これによって、冷却水がバランス良く流れ、圧力損失を冷却性能に影響の無いレベルに抑えることができる。また、折り返す水路として２系統の水路を設けることで、一方の系統の水路に不具合が発生しても、冗長性を確保できる。なお、折り返す水路として３系統以上の水路を設けてもよい。

＜＜第３の実施形態＞＞
図９～１０を参照して第１冷却流路１３００について説明する。図９は第１冷却流路１３００の斜視図である。図１０は第１冷却流路１３００を説明する模式図であって、展開図として示している。図１０において、符号Ａ同士、符号Ｂ同士が一致する位置となる。

第１冷却流路１３００は、第１分割冷却流路１３００Ａと第２分割冷却流路１３００Ｂとを有する。第１分割冷却流路１３００Ａと第２分割冷却流路１３００Ｂは相互に独立した水路から構成されている。第１の実施形態の第１冷却流路３００を縦に２分割した構成とも言える。

第１分割冷却流路１３００Ａは、半弧状の第１ヘッダ水路１３１１Ａと半弧状の第２ヘッダ水路１３１２Ａと複数のコイル内水路１３０１Ａとを有する。第１ヘッダ水路１３１１Ａと第２ヘッダ水路１３１２Ａは、ステータ１３を挟んで対向するように配置されている。

第１ヘッダ水路１３１１Ａは、コイル内水路１３０１Ａの上流側に配置され、コイル内水路１３０１Ａに導入する冷却水を一時的に貯留して、複数のコイル内水路１３０１Ａに分配する機能を有する。第１ヘッダ水路１３１１Ａには、周方向に一定間隔でコイル内水路１３０１Ａが第２ヘッダ水路１３１２Ａに向けるように取り付けられている。また、第１ヘッダ水路１３１１Ａには、外部から冷却水を取り入れるための導入接続部１３２１Ａが設けられている。

第２ヘッダ水路１３１２Ａは、コイル内水路１３０１Ａの下流側に配置され、コイル内水路１３０１Ａから排出された冷却水を集約し一時的に貯留し、外部に排出する。第２ヘッダ水路１３１２Ａには、周方向に一定間隔でコイル内水路１３０１Ａが第１ヘッダ水路１３１１Ａに向けるように取り付けられている。また、第２ヘッダ水路１３１２Ａには、外部へ冷却水を送るための排出接続部１３２２Ａが設けられている。

第２分割冷却流路１３００Ｂは、半弧状の第１ヘッダ水路１３１１Ｂと半弧状の第２ヘッダ水路１３１２Ｂと複数のコイル内水路１３０１Ｂとを有する。第１ヘッダ水路１３１１Ｂと第２ヘッダ水路１３１２Ｂは、ステータ１３を挟んで対向するように配置されている。

第１ヘッダ水路１３１１Ｂは、コイル内水路１３０１Ｂの上流側に配置され、コイル内水路１３０１Ｂに導入する冷却水を一時的に貯留して、複数のコイル内水路１３０１Ｂに分配する機能を有する。第１ヘッダ水路１３１１Ｂには、周方向に一定間隔でコイル内水路１３０１Ｂが第２ヘッダ水路１３１２Ｂに向けるように取り付けられている。また、第１ヘッダ水路１３１１Ｂには、外部から冷却水を取り入れるための導入接続部１３２１Ｂが設けられている。

第２ヘッダ水路１３１２Ｂは、コイル内水路１３０１Ｂの下流側に配置され、コイル内水路１３０１Ｂから排出された冷却水を集約し一時的に貯留し、外部に排出する。第２ヘッダ水路１３１２Ｂには、周方向に一定間隔でコイル内水路１３０１Ｂが第１ヘッダ水路１３１１Ｂに向けるように取り付けられている。また、第２ヘッダ水路１３１２Ｂには、外部へ冷却水を送るための排出接続部１３２２Ｂが設けられている。

第１分割冷却流路１３００Ａにおいても、複数のコイル内水路１３０１Ａの断面積の合計をＳ１、ヘッダ水路１３１０（第１ヘッダ水路１３１１Ａ、第２ヘッダ水路１３１２Ａ）における冷却水の移動方向に対して垂直な面の断面積をＳ２としたときに、Ｓ１とＳ２の比Ｓ２／Ｓ１が０．５以上である。第２分割冷却流路１３００Ｂについても同様に、比Ｓ２／Ｓ１が０．５以上である。これによって、冷却水がバランス良く流れ、圧力損失を冷却性能に影響の無いレベルに抑えることができる。

第１冷却流路１３００が、相互に独立した水路系から構成された第１分割冷却流路１３００Ａと第２分割冷却流路１３００Ｂとで構成されている。これによって、万一の水路トラブル（閉塞等）に対応して冗長性を持たせることができる。すなわち、一方の水路系に不具合が生じた場合であっても、他の水路系によって冷却が行われるため、モータユニット１を直ちに停止させることない。すなわち、一定期間低負荷による低発熱状態で稼働させることができる。例えば、モータユニット１が車両に搭載されるような場合、修理可能な場所まで車両を自走させて移動させることができる。

＜＜第４の実施形態＞＞
図１１を参照して本実施形態の第１冷却流路２３００について説明する。第１冷却流路２３００は、第３の実施形態と同様に、第１冷却流路２３００を縦に２分割した二つの水路系を有する構成であり、以下では、片方の水路系である第１分割冷却流路２３００Ａについて説明し、他方の水路系（第２分割冷却流路）については説明を省略する。

第１分割冷却流路２３００Ａは、半弧状の第１ヘッダ水路２３１１Ａと半弧状の第２ヘッダ水路１３１２Ａとコイル内水路２３０１Ａとを有する。

半弧状の第１ヘッダ水路２３１１Ａの一方の端部に導入接続部２３２１Ａが設けられている。第１ヘッダ水路２３１１Ａとコイル内水路２３０１Ａは、半弧状の第１ヘッダ水路２３１１Ａの他方の端部において第１連結部２３３９Ａにより接続される。

半弧状の第２ヘッダ水路２３１２Ａの一方の端部（但し、第１連結部２３３９Ａが設けられている側）に排出接続部２３２２Ａが設けられている。第２ヘッダ水路２３１２Ａとコイル内水路２３０１Ａは、半弧状の第２ヘッダ水路２３１２Ａの他方の端部（導入接続部２３２１Ａが設けられている側）において第２連結部２３４９Ａにより接続される。第２ヘッダ水路１３１２Ａとコイル内水路２３０１Ａとは第２連結部２３４９Ａにより接続される。

コイル内水路２３０１Ａは、各スロット１６内に設けられたスロット内水路２３０２Ａと、スロット１６から突出した領域においてそれらを一筆書き状に折り返す第１折り返し部２３３０Ａ及び第２折り返し部２３４０Ａとを有する。なお、第１折り返し部２３３０Ａ及び第２折り返し部２３４０Ａでは、一筆書き状に折り返す構造の特性上、スロット内水路２３０２Ａ間の連結は一つおきに設けられる。そして、第１折り返し部２３３０Ａ及び第２折り返し部２３４０Ａは、スロット内水路２３０２Ａが連結する部分においてのみ設けられて、連結していない部分では省かれた構成となってもよい。

＜＜第５の実施形態＞＞
図１２および図１３を参照して本実施形態の第１冷却流路３３００について説明する。
図１２は第１冷却流路３３００の第１分割冷却流路３３００Ａの斜視図である。図１３は第１冷却流路３３００を説明する模式図であって、展開図として示している。図１３において、符号Ａ同士、符号Ｂ同士が一致する位置となる。

本実施形態の第１冷却流路３３００は、第４の実施形態の第１冷却流路２３００の変形例であって、コイル内水路３３０１Ａが、複数経路を１ユニットとして、一端から他端又は他端から一端へユニット単位で冷却水を折り返す経路を有して構成されている。ここでは、４つのスロット内水路３３０２Ａを１ユニットとして経路を構成する。

第１分割冷却流路３３００Ａでは、導入接続部３３２１Ａから第１ヘッダ水路３３１１Ａに導入された冷却水は、第１連結部３３３９Ａを介して、第１上流側折り返し部３３３１Ａに導入される。第１上流側折り返し部３３３１Ａから第１下流側折り返し部３３４１Ａに向けて４つのスロット内水路３３０２Ａ（第１折り返しユニット３３５１Ａともいう）が接続され水路が集約されている。

第１下流側折り返し部３３４１Ａには、第１折り返しユニット３３５１Ａが接続されるとともに、第２上流側折り返し部３３３２Ａに向けて４つのスロット内水路３３０２Ａ（第２折り返しユニット３３５２Ａともいう）が接続されている。

第２上流側折り返し部３３３２Ａには、第２折り返しユニット３３５２Ａが接続されるとともに、第２下流側折り返し部３３４２Ａに向けて４つのスロット内水路３３０２Ａ（第３折り返しユニット３３５３Ａともいう）が接続されている。

第２下流側折り返し部３３４２Ａには、第３折り返しユニット３３５３Ａが接続されるとともに、第３上流側折り返し部３３３３Ａに向けて４つのスロット内水路３３０２Ａ（第４折り返しユニット３３５４Ａともいう）が接続されている。

第３上流側折り返し部３３３３Ａには、第３折り返しユニット３３５４Ａが接続されるとともに、第３下流側折り返し部３３４３Ａに向けて４つのスロット内水路３３０２Ａ（第５折り返しユニット３３５５Ａともいう）が接続されている。

第３下流側折り返し部３３４３Ａには、第２連結部３３４９Ａを介して第２ヘッダ水路３３１２Ａが接続される。第２ヘッダ水路３３１２Ａには、第２連結部３３４９Ａの反対側の端部に排出接続部３３２２Ａが接続される。

第２分割冷却流路３３００Ｂについても同様に、第１ヘッダ水路３３１１Ｂと第２ヘッダ水路３３１２Ｂとの間に、それぞれ４つのスロット内水路３３０２Ａを１ユニットとする第１～第４折り返しユニット３３５１Ｂ～３３５４Ｂとが設けられている。

導入接続部３３２１Ｂから第１ヘッダ水路３３１１Ｂに導入された冷却水は、第１連結部３３３９Ｂを介して、第１上流側折り返し部３３３１Ｂに導入され、４つのスロット内水路３３０２Ｂ（第１折り返しユニット３３５１Ｂ）を通りに第１下流側折り返し部３３４１Ｂに送られる。

第１下流側折り返し部３３４１Ｂでは、水路が一旦集約されて、第２上流側折り返し部３３３２Ｂに向けて４つのスロット内水路３３０２Ｂ（第２折り返しユニット３３５２Ｂともいう）に分配される。

第２上流側折り返し部３３３２Ｂでは、同様にして水路が一旦集約されて、第２下流側折り返し部３３４２Ｂに向けて４つのスロット内水路３３０２Ｂ（第３折り返しユニット３３５３Ｂ）に分配される。

第２下流側折り返し部３３４２Ｂでは、同様にして水路が一旦集約されて、第３上流側折り返し部３３３３Ｂに向けて４つのスロット内水路３３０２Ｂ（第４折り返しユニット３３５４Ｂ）に分配される。

第３上流側折り返し部３３３３Ｂでは、同様にして水路が一旦集約されて、第３下流側折り返し部３３４３Ｂに向けて４つのスロット内水路３３０２Ｂ（第５折り返しユニット３３５５Ｂ）に分配される。

第３下流側折り返し部３３４３Ｂで集約された水路は、第２連結部３３４９Ｂ、第２ヘッダ水路３３１２Ｂを経て排出接続部３３２２Ｂに接続される。

以上、本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。

この出願は、２０２１年１０月２７日に出願された日本出願特願２０２１－１７５４１５号を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。

１ モータユニット
１０ モータ
１２ ロータ
１３ ステータ
１５ ティース部
１６ スロット
１７ ヨーク部
２０ ハウジング
３４ コイル
３６ 高熱伝導樹脂封止部
１００ インバータ部
１０１ ベース部
１０２ カバー部
１２３ 流路本体
１３０ インバータ回路
１４０ パワーモジュール
１４３ 半導体チップ
２００ 冷却流路
３００、３００Ａ、１３００、２３００、３３００ 第１冷却流路
３０１、１３０１Ａ、１３０１Ｂ、２３０１Ａ、３３０１Ａ コイル内水路
３０２、２３０２Ａ、３３０２Ａ、３３０２Ｂ スロット内水路
３０５ 第１コイル内折り返し水路
３０６ 第２コイル内折り返し水路
３１０、１３１０ ヘッダ水路
３１１、３１１Ａ、１３１１Ａ、１３１１Ｂ、２３１１Ａ、３３１１Ａ、３３１１Ｂ 第１ヘッダ水路
３１２、３１２Ａ、１３１２Ａ、１３１２Ｂ、２３１２Ａ、３３１２Ａ、３３１２Ｂ 第２ヘッダ水路
３２１、１３２１Ａ、１３２１Ｂ、２３２１Ａ、３３２１Ａ、３３２１Ｂ 導入接続部
３２２、１３２２Ａ、１３２２Ｂ、２３２２Ａ，３３２２Ａ、３３２１Ｂ 排出接続部
４００ 第２冷却流路
１３００Ａ、２３００Ａ、３３００Ａ 第１分割冷却流路
１３００Ｂ、３３００Ｂ 第２分割冷却流路
３３３１Ａ、３３３１Ｂ 第１上流側折り返し部
３３３２Ａ、３３３２Ｂ 第２上流側折り返し部
３３３３Ａ、３３３３Ｂ 第３上流側折り返し部
３３４１Ａ、３３４１Ｂ 第１下流側折り返し部
３３４２Ａ、３３４２Ｂ 第２下流側折り返し部
３３４３Ａ、３３４３Ｂ 第３下流側折り返し部
３３５１Ａ、３３５１Ｂ 第１折り返しユニット
３３５２Ａ、３３５２Ｂ 第２折り返しユニット
３３５３Ａ、３３５３Ｂ 第３折り返しユニット
３３５４Ａ、３３５４Ｂ 第４折り返しユニット
３３５５Ａ、３３５５Ｂ 第５折り返しユニット

Claims (16)

1. 円環状に設けられたヨーク部と、前記ヨーク部から延出するティース部と、前記ティース部間に形成されたスロット内に収容されたコイルと、前記コイルを冷却する冷却水路と、を有するステータであって、
   前記冷却水路は、
   軸方向の一端から他端の間に配置され前記コイルを冷却するコイル内水路と、
   複数の前記コイル内水路に連結され、前記スロット外に配置され、前記コイル内水路に導入する冷却水を分配する又は前記コイル内水路から排出された冷却水を集約するヘッダ水路と、
   を有し、
   前記コイル内水路の断面積の合計をＳ１、前記ヘッダ水路における前記冷却水の移動方向に対して垂直な面の断面積をＳ２としたときに、
   前記Ｓ１と前記Ｓ２の比Ｓ２／Ｓ１が０．５以上であり、
   前記コイル内水路は、前記スロット内に配置されているスロット内水路を有する、ステータ。
2. 前記冷却水路は、相互に独立している複数の系統を備える、請求項１に記載のステータ。
3. 前記スロット内水路は、前記一端から前記他端又は前記他端から前記一端へユニット単位で冷却水を折り返す経路を有しており、
   前記スロットから突出した領域において、前記ヘッダ水路とは別に、前記経路を折り返す折り返し部を有する、請求項１または２に記載のステータ。
4. 前記コイル内水路は、前記ティース部内に配置されているティース内水路を有している、請求項１または２に記載のステータ。
5. 前記コイル内水路は、前記ヨーク部内に配置されているヨーク内水路を有している、請求項１または２に記載のステータ。
6. 前記コイル内水路は、複数経路を１ユニットとして、前記一端から前記他端又は前記他端から前記一端へユニット単位で冷却水を折り返す経路を有して構成されている、請求項１または２に記載のステータ。
7. 前記ヘッダ水路は、
   外部から冷却水を導入するヘッダ水路導入部と、
   外部に冷却水を排出するヘッダ水路排出部と、
   を有する、請求項１または２に記載のステータ。
8. 前記ヘッダ水路導入部と前記ヘッダ水路排出部とは軸方向の異なる側に設けられている、請求項７に記載のステータ。
9. 前記ヘッダ水路導入部と前記ヘッダ水路排出部とは軸方向の同じ側に設けられている、請求項７に記載のステータ。
10. 前記ヘッダ水路導入部の数と前記ヘッダ水路排出部の数は同じである、請求項７に記載のステータ。
11. 前記ヘッダ水路導入部の数と前記ヘッダ水路排出部の数は異なる、請求項７に記載のステータ。
12. 前記コイル内水路および前記ヘッダ水路は、前記スロットに充填された樹脂組成物が硬化した樹脂層を水路壁面として有して構成されており、
    前記樹脂組成物は、エポキシ樹脂およびフェノール樹脂からなる群より選択される１種または２種の熱硬化性樹脂からなる、請求項１または２に記載のステータ。
13. 前記ヘッダ水路は、前記ヘッダ水路に連結する部分における前記コイル内水路の水圧が均等になるように調整する、請求項１または２に記載のステータ。
14. 請求項１または２に記載のステータが有する冷却水路と、
    前記冷却水路に連結されており、前記ステータを有するモータと一体に設けられたインバータが備えるパワーモジュールを冷却するパワーモジュール冷却水路と、
    を有する構造体。
15. 前記パワーモジュール冷却水路は、前記パワーモジュールが備える半導体素子回路を冷却する、請求項１４に記載の構造体。
16. 前記パワーモジュール冷却水路は、前記インバータが備えるコンデンサを冷却する、請求項１４に記載の構造体。

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