JP7784809B2 - 回転電機 - Google Patents

Description

本発明は、回転電機に関する。

ハイブリッド車及び電気自動車用のモータにおいて、従来の水冷（ウォータージャケット使用）や油滴下冷却よりも冷却性能を向上させることを目的として、モータ巻線を冷媒によって油没させる冷却手法がとられる場合がある（特許文献１）。

特許第２７１６２８６号公報

上述の発明について、ステータコアとカバーとの間には、渡り部（空間）が形成される。渡り部においては冷媒が無駄な空隙に流れ込むことがある。これにより、冷媒が巻線間の微細な隙間に入り込まない為、冷却性能が低下する。結果として、渡り部が高温化する課題がある。

本発明は、前述した事情に鑑みてなされたものであって、巻線間の微細な隙間に確実に冷媒を入り込ませることができる構造を有する回転電機を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明は以下の手段を提案している。
（１）本発明に係る回転電機（例えば、実施形態の回転電機１００）は、巻線（例えば、実施形態の巻線１０）と、前記巻線を設置するスロット（例えば、実施形態のスロット２０Ｓ）を備えたステータコア（例えば、実施形態のステータコア２０）と、前記ステータコアを覆うカバー部（例えば、実施形態の第１カバー部３０、第２カバー部４０）と、前記カバー部と前記ステータコアとの間に形成される空間である渡り部（例えば、実施形態の渡り部５０）と、を備え、前記渡り部では、前記巻線の軸方向の端部が露出し、前記巻線の径方向の側面と、前記カバー部の径方向の内側面との間に充填部材（例えば、実施形態の充填部材Ｆ）が配置されている。

この発明によれば、巻線の径方向の側面と、カバー部の径方向の内側面との間に充填部材が配置されている。つまり、渡り部の空隙を、充填部材によってなくしている。これにより、巻線を構成する導線同士の隙間に確実に冷媒を入り込ませることができる。

（２）また、前記巻線と前記充填部材の間に、遮蔽部材（例えば、実施形態の遮蔽部材１１Ｗ）を備えてもよい。

巻線とカバー部との間に設けられた充填部材によっては、巻線の隙間に充填部材が浸透し、前記隙間が埋まることがある。これにより、巻線の隙間に冷媒を入り込ませることができなくなる。
これに対し、この発明によれば、巻線と充填部材の間に、遮蔽部材を備える。これにより、上述の問題が発生することを避けることができる。

（３）また、前記充填部材は、半固体樹脂であってもよい。

この発明によれば、充填部材は、半固体樹脂である。これにより、巻線とカバー部との間の空隙の形状に合わせて、効率的に充填部材を設けることができる。

（４）また、前記充填部材は、発泡剤を含有してもよい。

この発明によれば、充填部材は発泡剤を含有する。これにより、充填部材を渡り部の空隙に設けるときに発泡剤が発泡することで、渡り部の空隙を完全に埋めることができる。

（５）また、巻線と、前記巻線を設置するスロットを備えたステータコアと、ステータコアを覆うカバー部と、カバー部とステータコアによって形成される渡り部と、を備え、前記巻線の径方向の側面と、前記カバー部の径方向の内側面との隙間が、前記巻線を構成する導線同士の隙間よりも小さくてもよい。

この発明によれば、巻線の径方向の側面と、カバー部の径方向の内側面との隙間が、巻線を構成する導線同士の隙間よりも小さい。これにより、カバー部の内部において、冷媒が巻線を構成する導線同士の間に流れやすくすることができる。よって、冷媒による巻線内部の冷却効率を向上することができる。

（６）また、前記巻線の径方向の側面と、前記カバー部の径方向の内側面とが接していてもよい。

この発明によれば、巻線の径方向の側面と、カバー部の径方向の内側面とが接している。これにより、カバー部の形状によって、渡り部の空隙を無くすことができる。よって、巻線を構成する導線同士の隙間に確実に冷媒を入り込ませることができる。

（７）また、前記カバー部は、前記巻線に向かって突出する突出部（例えば、実施形態の突出部３０Ｐ）を有してもよい。

この発明によれば、カバー部は、巻線に向かって突出する突出部を有する。これにより、渡り部において、突出部のみを巻線に接しさせることができる。よって、例えば、既存の製品に対し、カバー部のみの形状を変更することによって、本発明に係る作用効果を享受することができる。

（８）また、巻線と、前記巻線を設置するスロットを備えたステータコアと、前記ステータコアを覆うカバー部と、前記カバー部と前記ステータコアによって形成される渡り部と、を備え、前記巻線は、前記スロットに位置する部位の占積率に対して、前記渡り部に位置する部位の占積率が低くてもよい。

この発明によれば、巻線は、スロットに位置する部位の占積率に対して、渡り部に位置する部位の占積率が低い。巻線の渡り部に位置する部位において、巻線の有する隙間を広くすることで、冷媒を巻線の内部に入り込ませ易くすることができる。

本発明によれば、巻線間の微細な隙間に確実に冷媒を入り込ませることができる構造を有する回転電機を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る回転電機を示す断面図である。 本発明の一実施形態に係る巻線を示す概略図である。 図２に示す巻線における、直線の拡大断面図である。 本発明の渡り部における冷媒の流路を示す拡大断面図である。 図４においてカバー部を小さくした変形例である。 図４においてカバー部に突出部を設けた変形例である。 図４において充填部材を設けなかった場合の冷媒の流路を示す拡大断面図である。

以下、図面を参照し、本発明の一実施形態に係る回転電機１００を説明する。
図１、図２に示すように、回転電機１００は、巻線１０と、ステータコア２０と、第１カバー部３０（カバー部）と、第２カバー部４０（カバー部）と、渡り部５０と、ロータＲと、を備える。

回転電機１００は、例えば、ハイブリッド車や電気自動車に用いられるモータである。回転電機１００は、ステータコア２０に備えられた巻線１０に通電することで磁力を発生し、ロータＲを回転させる。ロータＲは、回転電機１００の回転軸である。ロータＲは、磁性を有する。ロータＲは、巻線１０への通電により生じる磁力によって回転する。

巻線１０は、導線Ｌを束状にしたものである。図２、図３に示すように、巻線１０は、渡り線１１と、直線１２と、を備える。
渡り線１１は、ステータコア２０における軸方向の両端部に位置する部位である。渡り線１１は、巻線１０の、ステータコア２０のスロット２０Ｓ（後述する）から突出した部分である。

直線１２は、ステータコア２０のスロット２０Ｓに設置される部位である。直線１２は、ステータコア２０の周方向に間隔をあけて複数設けられたスロット２０Ｓに設けられている。つまり、直線１２は、ステータコア２０の周方向に間隔をあけて複数設けられている。また、上述のように、渡り線１１は、巻線１０の、ステータコア２０のスロット２０Ｓから突出した部分である。よって、渡り線１１も、ステータコア２０の周方向に間隔をあけて複数設けられている。また、導線Ｌの外径は、０．１ｍｍ～３ｍｍであることが好ましい。

ステータコア２０は、円筒状の部材である。ステータコア２０は、前記円筒状の内部にロータＲを収容する。ステータコア２０には、例えば、電磁鋼板が好適に用いられる。ステータコア２０の円筒状における内周面には、スロット２０Ｓが間隔をあけて環状に設けられている。

スロット２０Ｓは、ステータコア２０の長手方向に沿って直線状に設けられる。図３に示すように、スロット２０Ｓは、ステータコア２０の長手方向に直交する断面において台形状に形成されている。スロット２０Ｓの内部には、巻線１０の直線１２が設けられている。

第１カバー部３０は、ステータコア２０の軸方向における一方の端部を覆う。これにより、ステータコア２０の一方の端部に突出した巻線１０の渡り線１１が外部に露出することを防ぐとともに、ステータコア２０の内部に冷媒Ｃを循環させる際の渡り部５０を構成する（後述する）。
第２カバー部４０は、ステータコア２０の他方の端部を覆う。これにより、ステータコア２０の他方の端部に突出した巻線１０の渡り線１１が外部に露出することを防ぐとともに、ステータコア２０の内部に冷媒Ｃを循環させる際の渡り部５０を構成する。

渡り部５０は、第１カバー部３０又は第２カバー部４０とステータコア２０によって形成される空間である。図４、図５、図６、図７に示すように、渡り部５０の内部には、巻線１０の渡り線１１が位置する。渡り部５０には、巻線１０を冷却する冷媒Ｃが循環する。
冷媒Ｃは、通電によって発熱した巻線１０を冷却する。本実施形態において、冷媒Ｃは、例えば、一般的なＡＴＦ（オートマチックトランスミッションフルード）が好適に用いられる。冷媒Ｃは、渡り部５０及びスロット２０Ｓにおいて、巻線１０の渡り線１１及び直線１２の導線Ｌ同士の隙間を流れることで、巻線１０を冷却する。

図１に示すように、冷媒Ｃは、回転電機１００の内部を循環する。すなわち、まず、第１カバー部３０に設けられた入口ＩＮから、第１カバー部３０側の渡り部５０に冷媒Ｃが侵入する。冷媒Ｃは、まず、第１カバー部３０側の渡り部５０を満たす。これにより、第１カバー部３０側の渡り線１１を冷却する。

次に、第１カバー部３０側の渡り部５０から、冷媒Ｃが、ステータコア２０のスロット２０Ｓに移動する。これにより、直線１２を冷却する。スロット２０Ｓを通過した冷媒Ｃは、第２カバー部４０側の渡り部５０に移動する。その後、第２カバー部４０側の渡り部５０が冷媒Ｃで満たされる。これにより第２カバー部４０側の渡り線１１を冷却する。

第２カバー部４０側の渡り部５０が冷媒Ｃで満たされると、第２カバー部４０に設けられた出口ＯＵＴから、冷媒Ｃが排出される。
出口ＯＵＴから排出された冷媒Ｃは、不図示のオイルクーラ等によって冷却された後、不図示のポンプ等によって再び入口ＩＮから第１カバー部３０側の渡り部５０に進入する。

上述の冷媒Ｃの循環において、冷媒Ｃが巻線１０を冷却するときは、巻線１０を構成する導線Ｌに冷媒Ｃが直接触れる。これにより、導線Ｌの持つ熱が冷媒Ｃに移動する。ここで、図７に示すように、冷媒Ｃが渡り線１１の内部を通らずにスロット２０Ｓへ移動すると、渡り線１１の内部の導線Ｌが冷媒Ｃに触れず、十分な冷却性能が得られない。

巻線１０の導線Ｌ同士の間隔が狭いと、冷媒Ｃの粘度によっては、導線Ｌの内部に十分に進入しない。更に、渡り部５０の内部において、冷媒Ｃが渡り線１１を通らずにスロット２０Ｓに移動できる経路（空隙）があると、冷媒Ｃはおのずと前記経路を通ってスロット２０Ｓに移動する。
以下において、第１カバー部３０の形状を例に挙げて、渡り線１１に確実に冷媒Ｃを触れさせる構造について説明する。なお、以下の第１カバー部３０の形状及び渡り部５０に関する記述は、第２カバー部４０の形状にも適用可能である。

図４に示す渡り部５０において、巻線１０におけるステータコア２０の軸方向の端部が露出し、巻線１０の径方向の側面と、第１カバー部３０の径方向の内側面との間に充填部材Ｆが配置されている。つまり、巻線１０の径方向の側面と、第１カバー部３０の径方向の内側面との間にある空隙を、充填部材Ｆによってなくしている。これにより、冷媒Ｃは、渡り線１１を通過しなければスロット２０Ｓに移動することができない状態となる。

充填部材Ｆには、例えば、エポキシ系の熱硬化性樹脂などの半固体樹脂が好適に用いられる。また、エポキシ系発泡樹脂をはじめとした発泡剤を含有していることがより好ましい。これにより、充填部材Ｆによって渡り部５０の空隙を完全に埋め、冷媒Ｃが渡り線１１の内部を確実に通過するようにする。

渡り部５０に充填部材Ｆを設けるとき、充填部材Ｆの粘度によっては渡り線１１の導線Ｌの隙間に充填部材Ｆが浸透することがある。これは、冷媒Ｃを供給するべき導線Ｌの隙間を埋め、冷媒Ｃを入り込ませることができなくなる原因となる。
このため、図４に示すように、渡り線１１と充填部材Ｆとの間には、遮蔽部材１１Ｗが設けられていることが好ましい。これにより、充填部材Ｆが渡り線１１の導線Ｌの隙間に浸透することを防ぐ。遮蔽部材１１Ｗには、例えば、公知のラップフィルムが好適に用いられる。

遮蔽部材１１Ｗは、図４に示すように、少なくともステータコア２０の径方向における渡り線１１の両側面に設けられていることが好ましく、ステータコア２０の軸方向においてステータコア２０に面する側の面に設けられていることがより好ましい。また、渡り線１１への冷媒Ｃの流入路を確保するため、遮蔽部材１１Ｗは、ステータコア２０の軸方向において第１カバー部３０に面する側の面には設けられないことが好ましい。

また、図５に示すように、第１カバー部３０を小さくすることによって、巻線１０における渡り線１１の径方向の側面と、第１カバー部３０の径方向の内側面との隙間が、巻線１０を構成する導線Ｌ同士の隙間よりも小さくなるようにしてもよい。あるいは、渡り線１１の径方向の側面と、第１カバー部３０の径方向の内側面とが接するようにしてもよい。これにより、渡り部５０の内部に、渡り線１１の導線Ｌ同士の隙間よりも大きな隙間がなくなれば、冷媒Ｃを渡り線１１の内部を通ってスロット２０Ｓに移動する。

また、図６に示すように、第１カバー部３０に、突出部３０Ｐを設け、突出部３０Ｐが渡り線１１に接するようにしてもよい。このような形状としても、冷媒Ｃは渡り線１１の内部を通過してスロット２０Ｓに移動する。

また、渡り線１１の導線Ｌ同士の隙間を大きくすることで、冷媒Ｃが渡り線１１の導線Ｌ同士の隙間を通り易くしてもよい。すなわち、スロット２０Ｓ内に位置する直線１２の占積率よりも、渡り線１１の占積率を大きくしてもよい。ここで、占積率とは、巻線１０の断面における、単位面積あたりの導線Ｌの密度をいう。本実施形態においては、渡り線１１についてはステータコア２０の軸方向に平行な断面をいう。また、直線１２についてはステータコア２０の軸方向に直交する断面をいう。これは、上述の図４、図５、図６に示す第１カバーの形状のいずれの場合であっても適用することができる。

以上説明したように、本実施形態に係る回転電機１００によれば、巻線１０の径方向の側面と、第１カバー部３０及び第２カバー部４０の径方向の内側面との間に充填部材Ｆが配置されている。つまり、渡り部５０の空隙を、充填部材Ｆによってなくしている。これにより、巻線１０を構成する導線Ｌ同士の隙間に確実に冷媒Ｃを入り込ませることができる。

巻線１０と第１カバー部３０及び第２カバー部４０との間に設けられた充填部材Ｆによっては、巻線１０の隙間に充填部材Ｆが浸透し、前記隙間が埋まることがある。これにより、巻線１０の隙間に冷媒Ｃを入り込ませることができなくなる。
これに対し、巻線１０と充填部材Ｆの間に、遮蔽部材１１Ｗを備える。これにより、上述の問題が発生することを避けることができる。

また、充填部材Ｆは、半固体樹脂である。これにより、巻線１０と第１カバー部３０及び第２カバー部４０との間の空隙の形状に合わせて、効率的に充填部材Ｆを設けることができる。

また、充填部材Ｆは発泡剤を含有する。これにより、充填部材Ｆを渡り部５０の空隙に設けるときに発泡剤が発泡することで、渡り部５０の空隙を完全に埋めることができる。

また、巻線１０の径方向の側面と、第１カバー部３０及び第２カバー部４０の径方向の内側面との隙間が、巻線１０を構成する導線Ｌ同士の隙間よりも小さい。これにより、第１カバー部３０及び第２カバー部４０の内部において、冷媒Ｃが巻線１０を構成する導線Ｌ同士の間に流れやすくすることができる。よって、冷媒Ｃによる巻線内部の冷却効率を向上することができる。

また、巻線１０の径方向の側面と、第１カバー部３０及び第２カバー部４０の径方向の内側面とが接している。これにより、第１カバー部３０及び第２カバー部４０の形状によって、渡り部の空隙を無くすことができる。よって、巻線１０を構成する導線Ｌ同士の隙間に確実に冷媒Ｃを入り込ませることができる。

また、第１カバー部３０及び第２カバー部４０は、巻線１０に向かって突出する突出部３０Ｐを有する。これにより、渡り部５０において、突出部３０Ｐのみを巻線１０に接しさせることができる。よって、例えば、既存の製品に対し、第１カバー部３０及び第２カバー部４０のみの形状を変更することによって、本発明に係る作用効果を享受することができる。

また、巻線１０は、スロット２０Ｓに位置する部位の占積率に対して、渡り部５０に位置する部位の占積率が低い。巻線１０の渡り部５０に位置する部位において、巻線１０の有する隙間を広くすることで、冷媒Ｃを巻線１０の内部に入り込ませ易くすることができる。

なお、本発明の技術的範囲は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、突出部３０Ｐは、図６において第１カバー部３０から渡り線１１に向けて直角に突出しているが、テーパ状に突出していてもよい。

その他、本発明の趣旨に逸脱しない範囲で、前記実施形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能であり、また、前記した変形例を適宜組み合わせてもよい。

１０ 巻線
１１ 線
１１Ｗ 遮蔽部材
２０ ステータコア
２０Ｓ スロット
３０ 第１カバー部
３０Ｐ 突出部
４０ 第２カバー部
５０ 渡り部
１００ 回転電機
Ｃ 冷媒
Ｆ 充填部材

Claims (4)

1. 巻線と、
   前記巻線を設置するスロットを備えたステータコアと、
   ステータコアを覆うカバー部と、
   前記カバー部と前記ステータコアによって形成される空間であり、前記巻線を冷却する冷媒が循環する渡り部と、
   を備え、
   前記巻線の径方向の側面と、前記カバー部の径方向の内側面との隙間が、前記巻線を構成する導線同士の隙間よりも小さい、
   回転電機。
2. 前記巻線の径方向の側面と、前記カバー部の径方向の内側面とが接している、
   請求項１に記載の回転電機。
3. 前記カバー部は、前記巻線に向かって突出する突出部を有する、
   請求項１又は２に記載の回転電機。
4. 巻線と、
   前記巻線を設置するスロットを備えたステータコアと、
   前記ステータコアを覆うカバー部と、
   前記カバー部と前記ステータコアによって形成される空間であり、前記巻線を冷却する冷媒が循環する渡り部と、
   を備え、
   前記巻線は、導線を束状にしたものであり、前記渡り部内に位置する渡り線と、前記スロット内に位置する直線と、を備え、
   前記渡り線の前記導線同士の隙間が、前記直線の前記導線同士の隙間よりも大きく、
   前記スロットに位置する前記直線の占積率に対して、前記渡り部に位置する前記渡り線の占積率が低い、
   回転電機。