WO2021246216A1 - 回転電機及び回転電機の冷却構造 - Google Patents

回転電機及び回転電機の冷却構造 Download PDF

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WO2021246216A1
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coil
electric machine
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resin
rotary electric
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PCT/JP2021/019548
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稔大 丹野
弥 小坂
晋也 山本
敦准 西川
隆博 原田
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住友ベークライト株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a rotary electric machine and a cooling structure of the rotary electric machine.
  • a cooling jacket structure is placed in a cylindrical case arranged on the outer periphery of the stator, and heat is generated from the stator to the case.
  • a structure that allows the air to escape has been conventionally proposed (conventional technology).
  • Patent Document 1 in a rotary electric machine in which a coil centrally wound around the teeth portion of a stator is housed in a slot between the teeth portions, a plurality of pipes extending in the axial direction are arranged in parallel in the internal space of the slot, and these pipes are arranged.
  • the present invention has been made in view of such a situation, and an object of the present invention is to provide a cooling structure for a rotary electric machine that improves the cooling performance of a stator.
  • One aspect of the present invention is a cooling structure for a rotary electric machine, which has a stator having a plurality of teeth portions, a coil wound around the teeth portions, and a slot formed between the teeth portions.
  • the coil is a cooling structure of a rotary electric machine provided in the slot.
  • a first resin composition that fills the slot and covers the coil. It has a first cooling flow path extending in the direction of the rotation axis, which is provided in a region filled with the first resin composition and in which a cooling agent circulates.
  • Another aspect of the present invention is a rotary electric machine having the above-mentioned cooling structure.
  • FIG. 5 is an enlarged view showing the periphery of the coil 9b in the cross-sectional view of FIG. 4 according to the second embodiment. It is a vertical cross-sectional view in the direction perpendicular to the rotation axis direction of the region provided with the coil end cooling flow path which concerns on 2nd Embodiment.
  • FIG. 1 is a vertical cross-sectional view of the motor 100 in a direction perpendicular to the rotation axis direction.
  • FIG. 2 is a vertical cross-sectional view of the motor 100 in the rotation axis direction.
  • FIG. 3 is an enlarged view of the periphery of the slot of FIG.
  • the outline of this embodiment is as follows.
  • the motor 100 accommodates the coil 9 distributed and wound around the teeth portion 7 of the stator 6 in the slot 8 between the teeth portions 7.
  • Coil inner cooling flow path 10 (first cooling flow path) extending in the axial direction at a position adjacent to the coil 9 on the inner peripheral side of the stator 6 (near the tooth inner peripheral surface 6a) in the internal space of the slot 8.
  • first resin composition a resin material (hereinafter, also referred to as “first resin composition”) is filled in the gaps other than the coil 9 or the coil inner cooling flow path 10 in the internal space of these slots 8, and the coil inner cooling flow path 10 is filled.
  • the stator 6 is cooled by flowing a cooling liquid through the coil.
  • the coil inner cooling flow path 10 can be arranged adjacent to the coil 9 at a position on the inner peripheral side (near the tooth inner peripheral surface 6a) of the coil 9 of the stator 6, and heat is generated.
  • the coil 9 can be efficiently cooled. This will be described in detail below.
  • the motor 100 includes a case 1, a rotor 2 (rotor) and a stator 6 (stator) housed inside the case 1.
  • the case 1 is configured to have a cylindrical portion 1a and side plate portions 1b and 1c that close both ends of the cylindrical portion 1a in the axial direction.
  • a material of Case 1 for example, an aluminum alloy (casting product), a resin material, or a combination thereof can be used.
  • the side plate portions 1b and 1c are provided with an external connection flow path 17 that connects the coil inner cooling flow path 10 and the external cooling flow path.
  • the rotor 2 is housed inside the case 1.
  • a rotating shaft 3 is attached to the center of the rotor 2 as an output shaft.
  • Both ends of the rotating shaft 3 are supported by the side plate portions 1b and 1c via bearings 4, respectively.
  • the rotor 2 is rotatable around the rotation shaft 3.
  • the rotor 2 has a permanent magnet 5 inside. Specifically, as shown in FIG. 1, a plurality of (here, eight) permanent magnets 5 are arranged on the same circumference at equal intervals. At this time, the magnetic poles of the adjacent permanent magnets 5 are installed so as to be different from each other.
  • a cylindrical stator 6 is arranged and fixed on the inner circumference of the cylindrical portion 1a so as to surround the outer circumference of the rotor 2. As shown in FIG. 3, a minute gap (air gap) is provided between the inner peripheral surface 6a of the stator 6 and the outer peripheral surface 2a of the rotor 2.
  • the teeth portion 7 facing the inner peripheral surface 6a is arranged on the stator 6.
  • 24 teeth portions 7 are provided.
  • a slot 8 is provided between the teeth portions 7.
  • the coil 9 is housed in the slot 8 in a distributed winding manner.
  • the teeth portion 7 is provided corresponding to the above-mentioned permanent magnet 5, and by sequentially exciting each coil 9, the rotor 2 rotates due to attraction and repulsion with the corresponding permanent magnet 5.
  • a coil inner cooling flow path 10 extending in the axial direction is provided at a position adjacent to the coil 9 on the inner peripheral 6a side of the stator 6 in the internal space of the slot 8. Cooling liquid, for example, cooling water circulates in the cooling flow path 10 inside the coil.
  • the coil inner cooling flow path 10 can be formed by inserting a tubular component into the slot 8, and can also be obtained by directly molding a resin material (first resin composition) into the stator 6. can.
  • the inner wall 10a of the coil inner cooling flow path 10 is configured as a part of a cured product of the resin material injected into the stator 6 (hereinafter referred to as “first resin cured material”).
  • the coil inner cooling flow path 10 is provided as a tubular component
  • a non-magnetic metal having high thermal conductivity such as aluminum or an aluminum alloy or an inorganic material having high thermal conductivity can be used.
  • a resin tubular component provided separately from the resin material (first resin composition) filled in the slot 8 described above may be used.
  • a method of directly molding a resin material (first resin composition) is applied to the stator 6.
  • the number of the coil inner cooling flow paths 10 arranged in one slot 8 may be one or a plurality, but in a situation where the space width of the slot 8 is narrow, the flow path resistance when the coolant passes through. It is preferable that the number of lines is small so that the cross-sectional area of the flow path is large in consideration of the above.
  • the cross-sectional shape of the coil inner cooling flow path 10 can be matched to the shape of a square or the slot 8 in addition to the circular shape as in the present embodiment.
  • the coil 9 is a distributed winding wound over a plurality of slots 8. Therefore, at least one coil inner cooling flow path 10 may be provided for each set of slots 8 constituting one distributed winding. For example, when a coil 9 is wound across two slots 8, one slot 8 is provided with a coil inner cooling flow path 10, and the other slot 8 is provided with a coil inner cooling flow path 10. Do not provide it. In a set of a plurality of slots 8 constituting one distributed winding, if the coil inner cooling flow path 10 is provided in at least one slot 8, the coil inner cooling flow path 10 is provided via the coil 9. The other slots 8 (that is, the teeth portion 7) that have not been used can also be cooled.
  • an insulating layer 11 is provided between the slot 8 and the coil 9.
  • the insulating layer 11 can be formed of an insulating paper or an insulating resin material, and it is preferable to arrange the insulating layer 11 before inserting the coil 9 into the stator 6. However, it can also be formed by filling a gap other than the coil 9 or the coil inner cooling flow path 10 in the internal space of the slot 8 described later with a resin material (first resin composition).
  • the inner wall 10a of the coil inner cooling flow path 10 is composed of an insulating layer 11 made of a cured product of the first resin composition.
  • the gap between each member is filled with a resin material and fixed.
  • This resin material shall be able to withstand the heat generation of the coil 9.
  • first resin composition a resin material having good thermal conductivity, and one type of resin.
  • a combination of a plurality of types of resins can be used for each member.
  • one or two thermosetting resins selected from the group consisting of epoxy resins and phenolic resins can be used.
  • the thermal conductivity K1 of the first resin cured material which is the cured product of the first resin composition, is 1 to 10 W / m ⁇ K.
  • the lower limit of the thermal conductivity K1 is preferably 2 W / m ⁇ K or more, and more preferably 3 W / m ⁇ K or more.
  • the upper limit of the thermal conductivity K1 is not particularly limited, but is a realistic value of 10 W / m ⁇ K.
  • the glass transition temperature Tg1 of the first cured resin product is 150 ° C. or higher. By setting the glass transition temperature Tg1 in the above range, the heat resistance performance of the motor 100 can be improved and a high output can be realized.
  • a sample obtained by heat-treating the first cured resin product at 175 ° C. for 4 hours was measured at a measurement temperature of ⁇ 50 ° C. to 200 ° C. and a temperature rise rate of 5 ° C./min using a dynamic elastic modulus measuring machine.
  • the storage elastic modulus at 25 ° C. measured under the conditions of load: 800 gf, frequency: 10 Hz, and 3-point bending mode is 20 GPa or more and 70 GPa or less.
  • the lower limit of the storage elastic modulus is preferably 30 GPa or more, more preferably 40 GPa or more.
  • the upper limit of the storage elastic modulus is preferably 60 GPa or less, more preferably 50 GPa or less. Also from this point of view, by setting the storage elastic modulus within the above range, the heat resistance performance of the motor 100 can be improved and a high output can be realized.
  • the resin thickness t1 of the first cured resin product that covers the coil side surface portion 9b of the coil 9 is, for example, 0.3 mm or more and 3.0 mm or less.
  • the lower limit of the resin thickness t1 is preferably 0.5 mm or more, more preferably 0.7 mm or more.
  • the upper limit of the resin thickness t1 is preferably 2.5 mm or less, more preferably 2.0 mm or less.
  • the lower limit of the relational expression P1 is preferably 0.4 ⁇ 10 -4 (m 2 K / W) or more, and more preferably 0.5 ⁇ 10 -4 (m 2 K / W) or more.
  • the upper limit of the relational expression P1 is preferably 2.5 ⁇ 10 -3 (m 2 K / W) or less, and more preferably 2 ⁇ 10 -3 (m 2 K / W) or less.
  • the molding method of the insulating layer 11 is not particularly limited, but insert molding can be used. At this time, a mold structure (nested structure) corresponding to the coil inner cooling flow path 10 is arranged in the slot 8 in which the distributed winding coil 9 is arranged, and insert molding is performed.
  • the coil inner cooling flow path 10 formed in each slot 8 of the stator 6 is connected to the flow path connection component 12 arranged inside the side plate portions 1b and 1c, and further to the side plate portions 1b and 1c.
  • the motor 100 can be cooled by connecting to the coolant inlet / outlet.
  • the flow path connection component 12 may be configured as an independent component and attached to the end of the coil inner cooling flow path 10, or may be integrated with the side plate portions 1b and 1c. It suffices if the coil inner cooling flow path 10 and the external connection flow path 17 can be appropriately communicated with each other.
  • Packing, O-rings, sealing materials, etc. necessary for preventing leakage of the coolant are arranged at each joint of the coil inner cooling flow path 10, the flow path connection component 12, and the side plate portions 1b and 1c.
  • the flow path connection component 12 can control how the cooling water flows to the many coil inner cooling flow paths 10 by adjusting the design of the flow path groove. Similarly, by adjusting the design of the flow path groove of the flow path connection component 12, the inlet / outlet of the cooling water can be centrally arranged in one of the side plate portions 1b and 1c, or the inlet / outlet can be arranged in the cylindrical portion 1a. can.
  • the cooling water is introduced into the motor 100 from the external connection flow path 17 of the side plate portion 1b on the left side of the drawing.
  • the cooling water introduced into the motor 100 circulates in the coil inner cooling flow path 10 via the flow path connecting component 12, passes through the flow path connecting component 12 on the side plate portion 1c side, and passes through the external connecting flow path of the side plate portion 1c. It is discharged to the outside from 17.
  • the heat generated by the coil 9 can be efficiently dissipated to the adjacent coil inner cooling flow path 10, and the space around the coil 9 (that is, the slot 8) is made of a resin material. By replacing it, heat transfer can be further facilitated.
  • the coil 9 and the stator 6 are closely filled with the resin material, and the inner wall 10a of the coil inner cooling flow path 10 is formed of the resin material, heat conduction between them is good. Become.
  • the cooling performance of the stator 6 can be improved, copper loss (loss consumed by the resistance of the winding of the coil 9 itself) can be reduced, the motor output can be improved, and the motor 100 can be downsized.
  • the inner wall 10a of the coil inner cooling flow path 10 may be made of a highly thermally conductive resin curing material.
  • the resin curing material may be a member obtained by curing the first resin composition.
  • the glass transition temperature Tg1 of the first cured resin product may be 150 ° C. or higher.
  • a sample obtained by heat-treating the first cured resin product at 175 ° C. for 4 hours was measured at a measurement temperature of ⁇ 50 ° C. to 200 ° C. and a temperature rise rate of 5 ° C. using a dynamic viscoelasticity measuring machine.
  • the storage elastic modulus at 25 ° C. measured under the conditions of / min, load: 800 gf, frequency: 10 Hz, and 3-point bending mode may be 20 GPa or more and 70 GPa or less.
  • the resin thickness t1 of the first cured resin product covering the coil side surface portion 9b of the coil 9 is 0.3 mm or more and 3.0 mm or less.
  • the lower limit of the resin thickness t1 is preferably 0.5 mm or more, more preferably 0.7 mm or more.
  • the upper limit of the resin thickness t1 is preferably 2.5 mm or less, more preferably 2.0 mm or less.
  • the lower limit of the relational expression P1 is preferably 0.4 ⁇ 10 -4 (m 2 K / W) or more, and more preferably 0.5 ⁇ 10 -4 (m 2 K / W) or more.
  • the upper limit of the relational expression P1 is preferably 2.5 ⁇ 10 -3 (m 2 K / W) or less, and more preferably 2 ⁇ 10 -3 (m 2 K / W) or less.
  • the inner wall 10a of the coil inner cooling flow path 10 may be made of a highly thermally conductive inorganic material.
  • the coil inner cooling flow path 10 may be provided on the rotation axis direction side of the coil 9. By arranging the coil inner cooling flow path 10 in this way, the entire coil 9 can be efficiently cooled.
  • the coil 9 may be configured as a distributed winding wound over a plurality of slots 8. In the case of distributed winding, copper loss tends to increase due to its structure, and effective heat dissipation is required. Therefore, by adopting the cooling structure having the above-mentioned configuration, good cooling performance (heat dissipation performance) can be realized even in a rotary electric machine such as a distributed winding machine.
  • At least one coil inner cooling flow path 10 may be provided for each set of slots 8 constituting one distributed winding. In the case of distributed winding, since it straddles a plurality of slots 8, if there is a coil inner cooling flow path 10 in at least one slot 8, another slot 8 having no coil inner cooling flow path 10 via the coil 9 ( The teeth portion 7) can also be cooled.
  • the first resin composition may consist of one or two thermosetting resins selected from the group consisting of epoxy resins and phenolic resins. By using such a thermosetting resin as the first resin composition, high heat dissipation performance can be realized.
  • a rotary electric machine having the above cooling structure The rotary electric machine is the above-mentioned motor 100 (motor), a generator, or a motor / generator dual-purpose machine.
  • FIG. 4 is a vertical cross-sectional view of the motor 100A in the rotation axis direction.
  • FIG. 5 is an enlarged view of the periphery of the coil end portion 9a of FIG. 4 according to the present embodiment.
  • FIG. 6 is a vertical cross-sectional view of the motor 100A in a direction perpendicular to the rotation axis direction according to the embodiment, and is a cross-sectional view of a region provided with a coil end cooling flow path 14.
  • the motor 100A accommodates the coil 9 distributed and wound around the teeth portion 7 of the stator 6 in the slot 8 between the teeth portions 7.
  • the coil inner cooling flow path 10 extending in the axial direction is arranged at a position adjacent to the coil 9 on the inner peripheral side of the stator 6 (near the tooth inner peripheral surface 6a).
  • a resin material first resin composition is filled in the gaps other than the coil 9 or the coil inner cooling flow path 10.
  • the coil end portion 9a of the coil 9 protruding outward in the rotation axis direction of the stator 6 is covered with an insulating layer 13 which is a cured product of a resin material (second resin composition).
  • a coil end cooling flow path 14 extending in the circumferential direction is formed on the outer side in the rotation axis direction and / or the outer side in the circumferential direction of the coil end portion 9a.
  • the coil inner cooling flow path 10 can be arranged adjacent to the coil 9 at a position on the inner peripheral side (near the tooth inner peripheral surface 6a) of the coil 9 of the stator 6.
  • a coil end cooling flow path 14 can be arranged adjacent to the coil 9 at the position of the coil 9 at the end in the rotation axis direction, so that the heat-generating coil 9 can be efficiently cooled.
  • the coil end cooling flow path 14 will be specifically described.
  • ⁇ Coil end cooling flow path 14> In the space at the end of the coil 9 protruding outward in the rotation axis direction (lateral direction in FIGS. 4 and 5) of the stator 6, in the circumferential direction, outside the rotation axis direction and / or circumferential direction of the coil end portion 9a.
  • a flow path 14 for cooling the end of the coil to be stretched is provided. Cooling liquid, for example, cooling water circulates in the coil end cooling flow path 14.
  • the coil end cooling flow path 14 is provided with an annular internal space, for example, when viewed from the outside in the axial direction (a part of the annular is shown in FIG. 6).
  • a plurality of coil inner cooling flow paths 10 are commonly connected.
  • the coil end cooling flow path 14 arranged at the coil end 9a may be arranged so as to extend in the circumferential direction to the outside in the rotation axis direction or the outside in the circumferential direction, but from the viewpoint of improving the cooling efficiency, the coil 9 may be arranged. In order to increase the area of the waterway surface 14a facing the above, it is preferable to arrange it on both the outer side in the rotation axis direction and the outer side in the circumferential direction.
  • the coil end cooling flow path 14 includes the coil end cooling flow path main body 14c provided in the region outside the rotation axis direction and the end side cooling flow path provided in the circumferential direction outer region. It has a road 14b. More specifically, the end side cooling flow path 14b extends from the coil end cooling flow path main body 14c into the space between the outer peripheral side surface of the coil end portion 9a and the cylindrical portion 1a. It is provided in.
  • the length of the water channel in the circumferential direction may be a state in which one round is continuous, but it may be a structure in which a plurality of channels are divided in the circumferential direction.
  • the capacity (volume) of the coil end cooling flow path 14 is set in consideration of the capacity of the circulating cooling water, the circulation speed, and the like.
  • the coil end cooling flow path 14 (coil end cooling flow path main body 14c, end side cooling flow path 14b) is provided at the rotation axis direction end of the stator 6 and the coil 9 (that is, the coil end 9a). It can be obtained by a method of directly molding a resin material (second resin composition). In this case, the inner wall 14a of the coil end cooling flow path 14 is configured as a part of the cured product injected into the coil end 9a.
  • the gaps between the members are filled with a resin material and fixed.
  • This resin material shall be able to withstand the heat generation of the coil 9.
  • the resin material (first and second resin compositions) filled in the gaps between the coil inner cooling flow path 10, the coil end cooling flow path 14, the coil 9, the stator 6, and each member is thermally conductive. It is desirable that the resin material has a good quality, and one kind of resin or a combination of a plurality of kinds of resins can be used for each member. For example, one or two thermosetting resins selected from the group consisting of epoxy resins and phenolic resins can be used.
  • the coil end cooling flow path 14 is molded by a mold having a water channel shape.
  • Various moldings of the insulating layer 11, the coil inner cooling flow path 10, and the coil end cooling flow path 14 may be performed at the same time, but can also be performed step by step, and the resin material is changed for each molding site. You can also.
  • the first resin composition is used as the resin material
  • the first resin composition is different from the first resin composition.
  • the resin composition of 2 is used as a resin material.
  • the second resin composition is the same as the applicable range of the first resin composition described in the first embodiment, and is obtained by curing the same resin composition or different resin compositions. Specifically, it is as follows.
  • the thermal conductivity K2 of the second resin curing material which is the cured product of the second resin composition, is 1 to 10 W / m ⁇ K.
  • the lower limit of the thermal conductivity K2 is preferably 2 W / m ⁇ K or more, and more preferably 3 W / m ⁇ K or more.
  • the upper limit of the thermal conductivity K2 is not particularly limited, but is a realistic value of 10 W / m ⁇ K.
  • the glass transition temperature Tg2 of the second cured resin product is 150 ° C. or higher. By setting the glass transition temperature Tg2 in the above range, the heat resistance performance of the motor 100A can be improved and a high output can be realized.
  • a sample obtained by heat-treating the second cured resin product at 175 ° C. for 4 hours was measured at a measurement temperature of ⁇ 50 ° C. to 200 ° C. and a temperature rise rate of 5 ° C./min using a dynamic elastic modulus measuring machine.
  • the storage elastic modulus at 25 ° C. measured under the conditions of load: 800 gf, frequency: 10 Hz, and 3-point bending mode is 20 GPa or more and 70 GPa or less.
  • the lower limit of the storage elastic modulus is preferably 30 GPa or more, more preferably 40 GPa or more.
  • the upper limit of the storage elastic modulus is preferably 60 GPa or less, more preferably 50 GPa or less. Also from this point of view, by setting the storage elastic modulus within the above range, the heat resistance performance of the motor 100A can be improved and a high output can be realized.
  • the resin thickness t2 of the second cured resin product that covers the coil side surface portion 9b of the coil 9 is 0.3 mm or more and 3.0 mm or less.
  • the lower limit of the resin thickness t2 is preferably 0.5 mm or more, more preferably 0.7 mm or more.
  • the upper limit of the resin thickness t2 is preferably 2.5 mm or less, more preferably 2.0 mm or less.
  • the lower limit of the relational expression P1 is preferably 0.4 ⁇ 10 -4 (m 2 K / W) or more, and more preferably 0.5 ⁇ 10 -4 (m 2 K / W) or more.
  • the upper limit of the relational expression P1 is preferably 2.5 ⁇ 10 -3 (m 2 K / W) or less, and more preferably 2 ⁇ 10 -3 (m 2 K / W) or less.
  • the flow path connecting component 12 is sandwiched between the inner wall 1d of the side plate portions 1b and 1c, the end portion 10c of the coil inner cooling flow path 10 and the end portion 14d of the coil end cooling flow path 14. It is arranged. Packing, O-rings, sealing materials, etc. necessary for preventing leakage of the coolant are arranged at the joints of the coil inner cooling flow path 10, the flow path connection component 12, and the side plate portions 1b and 1c.
  • the flow path connection component 12 may be configured as an independent component and may be attached to the end of the coil inner cooling flow path 10, or may be integrated with the side plate portions 1b and 1c. It is sufficient that the coil inner cooling flow path 10, the coil end cooling flow path 14, and the external connection flow path 17 can be appropriately communicated with each other.
  • the coil inner cooling flow path 10 formed in each slot 8 of the stator 6 and the coil end cooling flow path 14 formed at the coil end are arranged inside the side plate portions 1b and 1c.
  • the motor 100 can be cooled by connecting to the flow path connecting component 12 and further connecting to the cooling liquid inlet / outlet of the side plate portions 1b and 1c.
  • the flow path connection component 12 is formed by adjusting the design of the flow path groove in combination with the circumferentially divided structure of the coil end cooling flow path 14, so that the cooling water to the coil inner cooling flow path 10 is provided in large numbers. It is possible to control the flow method. Similarly, by adjusting the design of the flow path groove of the flow path connection component 12, the inlet / outlet of the cooling water can be centrally arranged in one of the side plate portions 1b and 1c, or the inlet / outlet can be arranged in the cylindrical portion 1a. can.
  • the heat generated by the coil 9 can be efficiently dissipated to the adjacent coil inner cooling flow path 10 and the coil end cooling flow path 14, and the space around the coil 9 can be efficiently dissipated.
  • the space around the coil 9 can be efficiently dissipated.
  • heat conduction is improved by the contact type heat transfer from the space heat dissipation of the first embodiment to the coil end cooling flow path 14 via the resin material.
  • the cooling performance of the stator 6 can be improved, copper loss (loss consumed by the resistance of the winding of the coil 9 itself) can be reduced, the motor output can be improved, and the motor 100 can be downsized.
  • the motor 100A of the present embodiment has the same features / functions as the features / functions (1) to (15), and the following features / functions (16) to (22). ).
  • a second resin cured product (insulating layer 13) obtained by curing the second resin composition covering the coil end portions 9a protruding from both ends in the axial direction of the stator 6. The coil end is connected to the coil inner cooling flow path (first cooling flow path) and is provided in the region of the second resin cured product (insulating layer 13) that covers the coil end portion 9a.
  • the second resin composition is the same as the applicable range of the first resin composition, and is obtained by curing the same resin composition or different resin compositions.
  • the inner wall of the coil end cooling flow path 14 (second cooling flow path) is provided with a second cured resin product. That is, at least a part of the configuration of the coil end cooling flow path 14 may be made of a second cured resin product.
  • the resin thickness t2 of the second cured resin product (insulating layer 13) that covers the coil end portion 9a may be 0.3 mm or more and 3 mm or less.
  • a housing 1 having a housing cylinder portion 1a provided in a cylindrical shape around the stator 6 and a housing side plate portions 1b and 1c for closing the openings at both ends of the housing cylinder portion 1a. It has a second resin cured product (insulating layer 13) that covers the coil end portion 9a and a connecting portion (flow path connecting component 12) provided between the housing side plate portions 1b and 1c.
  • the coil end cooling flow path 14 includes a second cured resin product (insulating layer 13) and a connecting portion 12. (22)
  • the connecting portion (flow path connecting component 12) is provided so as to integrally project from the housing side plate portions 1b and 1c toward the coil end portion 9a.
  • the winding method of the coil 9 is not limited to the distributed winding, and the same cooling function can be exhibited in the centralized winding and other winding methods.
  • the coil inner cooling flow path 10 is arranged on the rotor outer peripheral surface 2a side from the coil 9 in the slot 8, it may be on the case 1 (cylindrical portion 1a) side, or may be both.

Abstract

モータ（１００）は、複数のティース部（７）を有するステータ（６）と、ティース部（７）に巻かれたコイル（９）と、を有し、コイル（９）がティース部（７）の間に形成されたスロッ（ト８）とを有し、コイル（９）がスロット（８）に設けられており、冷却構造として、スロット（８）に充填されコイル（９）を覆う第１の樹脂組成物と、前記第１の樹脂組成物が充填されている領域に設けられ内部を冷却剤が循環する回転軸方向に延出するコイル内側冷却用流路（１０）と、を有する。

Description

回転電機及び回転電機の冷却構造
　本発明は、回転電機及び回転電機の冷却構造に関する。
　モータ（発動機）や発電機のような回転電機において、ステータを効率よく冷却するために、ステータの外周に配置される円筒状のケースに冷却用ジャケット構造を配置し、ステータからケースへと熱を逃がす構造が従来から提案されている（従来技術）。
　例えば、特許文献１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すようにした技術が開示されている。
特許４４９６７１０号公報
　しかし、前述した従来技術では、発熱したコイルからステータコアへ伝熱させ、更にステータコアからケース、ケースから冷却用ジャケットと熱の移動経路が長いため、冷却効率が良くない構造であった。また、コイルとステータコア、ステータコアとケースの間には微小な隙間が存在する場合が多く、これも熱の移動を妨げる要因となっていた。
　特許文献１に開示の技術では、一定の冷却性能の向上は期待できるものの、構造が複雑になってしまい、製品として採用することは限定されてしまうという課題があった。
　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回転電機の冷却構造を提供することを目的としている。
　本発明のある態様は回転電機の冷却構造であって、複数のティース部を有するステータと、前記ティース部に巻かれたコイルと、前記ティース部の間に形成されたスロットとを有し、前記コイルが前記スロットに設けられた回転電機の冷却構造であって、
　前記スロットに充填され、前記コイルを覆う第１の樹脂組成物と、
　前記第１の樹脂組成物が充填されている領域に設けられ、内部を冷却剤が循環する、回転軸方向に延出する第１の冷却用流路と、を有する。
　本発明の別の態様は、上記の冷却構造を有する回転電機である。
　本発明によれば、ステータの冷却性能を向上させる回転電機の冷却構造を提供することができる。
第１の実施形態に係る、モータの回転軸方向と垂直な方向の縦断面図である。 第１の実施形態に係る、モータの回転軸方向の縦断面図である。 第１の実施形態に係る、スロット周辺を拡大して示した図である。 第２の実施形態に係る、モータの回転軸方向の縦断面図である。 第２の実施形態に係る、図４の断面図のコイル９ｂ周辺を拡大して示した図である。 第２の実施形態に係る、コイル端部冷却用流路が設けられた領域の回転軸方向と垂直な方向の縦断面図である。
＜＜第１の実施形態＞＞
＜概要＞
　本実施形態では、回転電機（電動機又、発電機または電動機／発電機の両用機）として電動機（モータ）に適用した例を説明する。図１はモータ１００の回転軸方向と垂直な方向の縦断面図である。図２はモータ１００の回転軸方向の縦断面図である。図３は、図１のスロット周辺を拡大して示した図である。
　本実施形態の概要は次の通りである。
　モータ１００は、ステータ６のティース部７に分布巻きしたコイル９を、ティース部７間のスロット８に収容する。スロット８の内部空間でステータ６の内周側（ティース内周面６ａ近傍）で且つコイル９と隣接する位置に、軸方向に延びるコイル内側冷却用流路１０（第１の冷却用流路）を配置する。さらに、これらスロット８の内部空間でコイル９またはコイル内側冷却用流路１０を除く隙間に樹脂材料（以下「第１の樹脂組成物」ともいう）を充填して、コイル内側冷却用流路１０に冷却液を流すことでステータ６を冷却する。モータ１００をこの様な構造とすることで、ステータ６のコイル９より内周側（ティース内周面６ａ近傍）の位置にコイル９に隣接してコイル内側冷却用流路１０を配置でき、発熱するコイル９を効率良く冷却することができる。
　以下具体的に説明する。
＜モータ１００の基本構造＞
　モータ１００は、ケース１と、ケース１の内部に収容されたロータ２（回転子）及びステータ６（固定子）を備える。
　ケース１は、円筒部１ａと、この円筒部１ａの軸方向両端を閉塞する側板部１ｂ、１ｃとを有して構成される。ケース１の材料として、例えば、アルミニウム合金（鋳物鋳造品）や樹脂材料、それらを組み合わせたものを用いることができる。側板部１ｂ、１ｃには、コイル内側冷却用流路１０と外部の冷却流路とを連結する外部接続流路１７が設けられている。
　ロータ２は、ケース１の内部に収容されている。ロータ２の中心には出力軸として回転軸３が取り付けられている。
　回転軸３の両端がそれぞれベアリング４を介して側板部１ｂ、１ｃに支持されている。これによって、ロータ２は回転軸３を中心に回転自在となっている。
　ロータ２には永久磁石５が内装されている。具体的には、図１に示すように、複数（ここでは８個）の永久磁石５が同一円周上に等間隔で配置されている。このとき、隣合う永久磁石５の磁極は互いに異なるように設置されている。
　円筒部１ａの内周には円筒型のステータ６が、ロータ２の外周を取り囲むように配置され固定されている。図３に示すように、ステータ６の内周面６ａとロータ２の外周面２ａ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６には内周面６ａに向いたティース部７が配列されている。ここでは、図１に示すように、２４個のティース部７が設けられている。各ティース部７の間にスロット８が設けられている。
　スロット８にはコイル９が分布巻きで収容されている。ティース部７は上述の永久磁石５と対応して設けられ、各コイル９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５との吸引、反発によりロータ２が回転する。
＜コイル内側冷却用流路１０＞
　スロット８の内部空間でステータ６の内周６ａ側で且つコイル９と隣接する位置に、軸方向に延びるコイル内側冷却用流路１０が設けられている。コイル内側冷却用流路１０には冷却液、例えば冷却水が循環する。
　このコイル内側冷却用流路１０は筒状の部品をスロット８に挿入することで形成可能である他、ステータ６に樹脂材料（第１の樹脂組成物）を直接成形する方法によっても得ることができる。この場合、コイル内側冷却用流路１０の内壁１０ａは、ステータ６に注入された樹脂材料の硬化物（以下「第１の樹脂硬化材」という）の一部として構成される。
　コイル内側冷却用流路１０が筒状の部品として設けられる場合、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を用いることができる。さらに、上述したスロット８に充填される樹脂材料（第１の樹脂組成物）とは別に設けた樹脂製の筒状の部品が用いられてもよい。
　以下では、ステータ６に樹脂材料（第１の樹脂組成物）を直接成形する方法を適用した例として説明する。
　一つのスロット８に配置するコイル内側冷却用流路１０の数は１本または複数本のいずれでも良いが、スロット８の空間幅が狭い状況に於いては冷却液が通過する際の流路抵抗を考慮して流路の断面積が大きくなるように本数は少ない方が好ましい。コイル内側冷却用流路１０の断面形状は本実施形態の様な円形の他、四角やスロット８の形状に合わせることもできる。
　また、本実施形態では、コイル９は複数のスロット８をまたいで巻装された分布巻きである。そこで、コイル内側冷却用流路１０は、一つの分布巻きを構成するスロット８の組毎に少なくとも一つ設けられるようにしてもよい。例えば、あるコイル９が２つのスロット８をまたいで巻装される場合に、一方のスロット８にはコイル内側冷却用流路１０を設け、他方のスロット８にはコイル内側冷却用流路１０を設けないようにする。一つの分布巻きを構成する複数のスロット８の組において、少なくとも一つのスロット８にコイル内側冷却用流路１０が設けられていれば、コイル９を介してコイル内側冷却用流路１０が設けられていない他のスロット８（すなわちティース部７）も冷却することができる。
　また、スロット８とコイル９の間には絶縁層１１を設ける。絶縁層１１は絶縁紙や絶縁性の樹脂材料によって形成することができ、ステータ６にコイル９を挿入する前に配置した方が好ましい。ただし、後述するスロット８の内部空間でコイル９またはコイル内側冷却用流路１０を除く隙間に樹脂材料（第１の樹脂組成物）を充填することによっても形成することができる。この場合、コイル内側冷却用流路１０の内壁１０ａは、第１の樹脂組成物の硬化物からなる絶縁層１１によって構成される。
　そして、スロット８にコイル内側冷却用流路１０、絶縁層１１、コイル９を配置した後に各部材間の隙間に樹脂材料を充填し固定する。この樹脂材料はコイル９の発熱に耐えられるものとする。
＜第１の樹脂組成物＞
　コイル内側冷却用流路１０、絶縁層１１、および各部材間の隙間に充填する樹脂材料（第１の樹脂組成物）は、熱伝導性の良い樹脂材料であることが望ましく、１種類の樹脂または部材毎に複数種の樹脂の組み合わせとすることができる。例えば、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種の熱硬化性樹脂を用いることができる。
　第１の樹脂組成物の硬化物である第１の樹脂硬化材の熱伝導率Ｋ１は１～１０Ｗ／ｍ・Ｋである。熱伝導率Ｋ１の下限は、好ましくは２Ｗ／ｍ・Ｋ以上であり、より好ましくは３Ｗ／ｍ・Ｋ以上である。熱伝導率Ｋ１の上限は、特に限定しないが、現実的な値として１０Ｗ／ｍ・Ｋである。
　第１の樹脂硬化物のガラス転移温度Ｔｇ１が１５０℃以上である。
　ガラス転移温度Ｔｇ１を上記範囲とすることで、モータ１００の耐熱性能を向上させ、高い出力を実現できる。
　第１の樹脂硬化物を、１７５℃で４時間加熱処理したサンプルに対して、動的粘弾性測定機を用いて、測定温度：－５０℃～２００℃、昇温速度：５℃／分、荷重：８００ｇｆ、周波数：１０Ｈｚ、３点曲げモードの条件で測定した、２５℃における貯蔵弾性率が、２０ＧＰａ以上７０ＧＰａ以下である。
　貯蔵弾性率の下限は、好ましくは３０ＧＰａ以上、より好ましくは４０ＧＰａ以上である。
　貯蔵弾性率の上限は、好ましくは６０ＧＰａ以下、より好ましくは５０ＧＰａ以下である。
この観点においても、貯蔵弾性率を上記の範囲とすることで、モータ１００の耐熱性能を向上させ、高い出力を実現できる。
　コイル９のコイル側面部９ｂを覆う第１の樹脂硬化物の樹脂厚みｔ１は、例えば０．３ｍｍ以上３．０ｍｍ以下である。
　樹脂厚みｔ１の下限は、好ましくは０．５ｍｍ以上、より好ましくは０．７ｍｍ以上である。樹脂厚みｔ１の上限は、好ましくは２．５ｍｍ以下、より好ましくは２．０ｍｍ以下である。
　樹脂厚みｔ１を上記の範囲にすることで、絶縁性を適切に維持でき、かつ、コイル９で発生した熱を良好にコイル内側冷却用流路１０に伝えることができる。
　樹脂厚みｔ１と第１の樹脂硬化物の熱伝導率Ｋ１の関係式Ｐ１＝ｔ１／Ｋ１は、例えば０．３×１０－４（ｍ２Ｋ／Ｗ）以上３×１０－３（ｍ２Ｋ／Ｗ）以下である。
　関係式Ｐ１の下限は、好ましくは０．４×１０－４（ｍ２Ｋ／Ｗ）以上、より好ましくは０．５×１０－４（ｍ２Ｋ／Ｗ）以上である。関係式Ｐ１の上限は、好ましくは２．５×１０－３（ｍ２Ｋ／Ｗ）以下、より好ましくは２×１０－３（ｍ２Ｋ／Ｗ）以下である。
　関係式Ｐ１の値を上記範囲とすることで、絶縁性を適切に維持でき、かつ、コイル９で発生した熱を良好にコイル内側冷却用流路１０に伝えることができる。
　また、絶縁層１１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、分布巻きしたコイル９を配置したスロット８に、コイル内側冷却用流路１０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。
　以上のようにして、ステータ６の各スロット８に形成されたコイル内側冷却用流路１０を側板部１ｂ、１ｃの内側に配置する流路接続部品１２に接続し、更に側板部１ｂおよび１ｃの冷却液出入口に接続することでモータ１００を冷却可能とする。流路接続部品１２は、図示のように、独立した部品として構成され、コイル内側冷却用流路１０の端部に取り付けられる構成でもよいし、側板部１ｂ、１ｃと一体となった構成でもよく、コイル内側冷却用流路１０と外部接続流路１７とを適切に連通できればよい。
　コイル内側冷却用流路１０、流路接続部品１２および側板部１ｂ、１ｃの各接合部には冷却液の漏れを防止する為に必要なパッキン、Ｏリング、シール材などを配置する。
　流路接続部品１２は、流路溝のデザインを調整することにより多数あるコイル内側冷却用流路１０への冷却水の流し方を制御することができる。同様に、流路接続部品１２の流路溝のデザインを調整することにより、冷却水の出入口をいずれか一方の側板部１ｂ、１ｃに集約配置したり、円筒部１ａに出入口を配置することができる。
　以上の構成のモータ１００では、例えば、冷却水は、図示左側の側板部１ｂの外部接続流路１７からモータ１００の内部に導入される。モータ１００内部に導入された冷却水は、流路接続部品１２を経てコイル内側冷却用流路１０を循環し、側板部１ｃ側の流路接続部品１２を経て、側板部１ｃの外部接続流路１７から外部に排出される。
＜コイル内側冷却用流路１０の作用・効果＞
　本実施形態により、分布巻きのモータ１００において、コイル９による発熱を隣接するコイル内側冷却用流路１０へ効率良く放熱することができ、且つコイル９周辺の空間（すなわちスロット８）を樹脂材料に置き換えることで更に熱の移動を容易にすることができる。特に、コイル９とステータ６が樹脂材料で密着充填されるため、さらにコイル内側冷却用流路１０の内壁１０ａがその樹脂材料で形成されていることから、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６の冷却性能を向上させることができ、銅損（コイル９の巻き線自体の抵抗により消費される損失）の低減、モータ出力の向上、モータ１００の小型化などが実現できる。
＜モータ１００（回転電機）の特徴・機能のまとめ＞
　本実施形態のモータ１００の特徴について冷却構造に着目して纏めて説明する。
（１）複数のティース部７を有するステータ６と、前記ティース部７に巻かれたコイル９と、ティース部７の間に形成されたスロット８とを有し、コイル９がスロット８に設けられたモータ１００（回転電機の一例）の冷却構造であって、
　スロット８に充填され、コイル９を覆う第１の樹脂組成物と、
　前記第１の樹脂組成物が充填されている領域に設けられ、内部を冷却剤が循環する、回転軸方向に延出するコイル内側冷却用流路１０（第１の冷却用流路）と、
　を有する。
　コイル９周辺の空間（すなわちスロット８）を樹脂材料に置き換えることで、コイル９に発生した熱の移動を効率的に行える。
（２）コイル内側冷却用流路１０の内壁１０ａは、高熱伝導性の樹脂硬化材からなってもよい。
（３）前記樹脂硬化材は、前記第１の樹脂組成物が硬化した部材であってもよい。
　コイル内側冷却用流路１０の内壁１０ａを、スロット８に充填された第１の樹脂組成物が硬化した部材とすることで、冷却構造における構成要素の削減、それに伴う冷却性能の向上、製造工程の簡素化を実現できる。
（４）第1の樹脂硬化材の熱伝導率Ｋ１が１～１０Ｗ／ｍ・Ｋであってもよい。
（５）第１の樹脂硬化物のガラス転移温度Ｔｇ１が１５０℃以上であってもよい。
（６）第１の樹脂硬化物を、１７５℃で４時間加熱処理したサンプルに対して、動的粘弾性測定機を用いて、測定温度：－５０℃～２００℃、昇温速度：５℃／分、荷重：８００ｇｆ、周波数：１０Ｈｚ、３点曲げモードの条件で測定した、２５℃における貯蔵弾性率が、２０ＧＰａ以上７０ＧＰａ以下であってもよい。
（７）コイル９のコイル側面部９ｂを覆う第１の樹脂硬化物の樹脂厚みｔ１が０．３ｍｍ以上３．０ｍｍ以下である。
　樹脂厚みｔ１の下限は、好ましくは０．５ｍｍ以上、より好ましくは０．７ｍｍ以上である。樹脂厚みｔ１の上限は、好ましくは２．５ｍｍ以下、より好ましくは２．０ｍｍ以下である。樹脂厚みｔ１を上記の範囲にすることで、絶縁性を適切に維持でき、かつ、コイル９で発生した熱を良好にコイル内側冷却用流路１０に伝えることができる。
（８）樹脂厚みｔ１と第１の樹脂硬化物の熱伝導率Ｋ１の関係式Ｐ１＝ｔ１／Ｋ１が０．３×１０－４（ｍ２Ｋ／Ｗ）以上３×１０－３（ｍ２Ｋ／Ｗ）以下である。
　関係式Ｐ１の下限は、好ましくは０．４×１０－４（ｍ２Ｋ／Ｗ）以上、より好ましくは０．５×１０－４（ｍ２Ｋ／Ｗ）以上である。
　関係式Ｐ１の上限は、好ましくは２．５×１０－３（ｍ２Ｋ／Ｗ）以下、より好ましくは２×１０－３（ｍ２Ｋ／Ｗ）以下である。
　関係式Ｐ１の値を上記範囲とすることで、絶縁性を適切に維持でき、かつ、コイル９で発生した熱を良好にコイル内側冷却用流路１０に伝えることができる。
（９）コイル内側冷却用流路１０の内壁１０ａは、高熱伝導性の金属からなってもよい。
（１０）コイル内側冷却用流路１０の内壁１０ａは、高熱伝導性の無機材料からなってもよい。
（１１）コイル内側冷却用流路１０は、コイル９より前記回転軸方向側に設けられてもよい。
　コイル内側冷却用流路１０をこのような配置とすることで、コイル９全体を効率的に冷却できる。
（１２）コイル９は複数のスロット８をまたいで巻装された分布巻きとして構成されてもよい。
　分布巻きの場合、その構造上、銅損が増加してしまう傾向にあり、放熱を効果的に行うことが要請されている。そこで、上述のような構成の冷却構造を採用することで、分布巻きのような回転電機においても良好な冷却性能（放熱性能）を実現できる。
（１３）コイル内側冷却用流路１０は、一つの分布巻きを構成するスロット８の組毎に少なくとも一つ設けられてもよい。
　分布巻きの場合、複数のスロット８を跨ぐことから、少なくとも一つのスロット８にコイル内側冷却用流路１０があれば、コイル９を介してコイル内側冷却用流路１０のない他のスロット８（ティース部７）も冷却できる。
（１４）第１の樹脂組成物は、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ってもよい。
　第１の樹脂組成物としてこのような熱硬化性樹脂を用いることで、高い放熱性能を実現できる。
（１５）上記の冷却構造を有する回転電機である。回転電機は、上述したモータ１００（電動機）や発電機または電動機／発電機の両用機などである。
＜＜第２の実施形態＞＞
　本実施形態のモータ１００Ａは、第１の実施形態のモータ１００のコイル端部周辺の構造において異なっており、以下では主に異なる部分に着目して説明する。図４はモータ１００Ａの回転軸方向の縦断面図である。図５は本実施形態に係る、図４のコイル端部９ａ周辺を拡大して示した図である。図６は実施形態に係る、モータ１００Ａの回転軸方向と垂直な方向の縦断面図であって、特にコイル端部冷却用流路１４が設けられた領域の断面図である。
　本実施形態の概要は次の通りである。
　モータ１００Ａは、第１の実施形態と同様に、ステータ６のティース部７に分布巻きしたコイル９を、ティース部７間のスロット８に収容する。スロット８の内部空間でステータ６の内周側（ティース内周面６ａ近傍）で且つコイル９と隣接する位置に、軸方向に延びるコイル内側冷却用流路１０を配置する。これらスロット８の内部空間でコイル９またはコイル内側冷却用流路１０を除く隙間に樹脂材料（第１の樹脂組成物）を充填する。
　また、本実施形態の大きな特徴のひとつとして、ステータ６の回転軸方向外側に突き出したコイル９のコイル端部９ａを樹脂材料（第２の樹脂組成物）の硬化物である絶縁層１３で覆い、コイル端部９ａの回転軸方向外側および／または円周方向外側に、円周方向に延伸するコイル端部冷却用流路１４を形成する
　モータ１００Ａをこの様な構造とすることで、ステータ６のコイル９より内周側（ティース内周面６ａ近傍）の位置にコイル９に隣接してコイル内側冷却用流路１０を配置でき、更にコイル９の回転軸方向端部の位置にもコイル９に隣接してコイル端部冷却用流路１４を配置でき、発熱するコイル９を効率良く冷却することができる。
　以下、コイル端部冷却用流路１４に着目して具体的に説明する。
＜コイル端部冷却用流路１４＞
　ステータ６の回転軸方向外側（図４や図５では横方向）に突き出したコイル９の端部の空間で、コイル端部９ａの回転軸方向外側およびまたは円周方向外側に、円周方向に延伸するコイル端部冷却用流路１４が設けられている。コイル端部冷却用流路１４には冷却液、例えば冷却水が循環する。図６に示すように、コイル端部冷却用流路１４は、例えば軸方向外側から見たときに、内部空間が環状に設けられており（図６では環状の一部を示している）、複数のコイル内側冷却用流路１０が共通に接続される構成となっている。
　コイル端部９ａに配置するコイル端部冷却用流路１４は、回転軸方向外側または円周方向外側に円周方向に延伸するよう配置してもよいが、冷却効率を上げる観点から、コイル９に対向する水路面１４ａの面積を大きくするために回転軸方向外側および円周方向外側の両方に配置するのが好ましい。
　すなわち、コイル端部冷却用流路１４は、回転軸方向外側の領域に設けられたコイル端部冷却用流路本体１４ｃと、円周方向外側の領域に設けられた端部側方冷却用流路１４ｂとを有する。端部側方冷却用流路１４ｂは、より具体的には、コイル端部９ａの外周側側面と円筒部１ａとの間の空間に、コイル端部冷却用流路本体１４ｃから延出するように設けられている。円周方向の水路長さは１周分が連続した状態でも良いが、円周方向に複数分割する構造としても良い。コイル端部冷却用流路１４の容量（体積）は、循環する冷却水の容量、循環速度等を考慮して、設定される。
　コイル端部冷却用流路１４（コイル端部冷却用流路本体１４ｃ、端部側方冷却用流路１４ｂ）は、ステータ６およびコイル９の回転軸方向端部（すなわちコイル端部９ａ）に樹脂材料（第２の樹脂組成物）を直接成形する方法によって得ることができる。この場合、コイル端部冷却用流路１４の内壁１４ａは、コイル端部９ａに注入された硬化物の一部として構成される。
　以下では、ステータ６およびコイル９の回転軸方向端部（すなわちコイル端部９ａ）に樹脂材料を直接成形する方法を適用した例として説明する。
　ステータ６にコイル内側冷却用流路１０、絶縁層１１、コイル９、コイル端部冷却用流路１４を配置した後に各部材間の隙間に樹脂材料を充填し固定する。この樹脂材料はコイル９の発熱に耐えられるものとする。
＜第２の樹脂組成物＞
　コイル内側冷却用流路１０、コイル端部冷却用流路１４、コイル９、ステータ６、および各部材間の隙間に充填する樹脂材料（第１及び第２の樹脂組成物）は、熱伝導性の良い樹脂材料であることが望ましく、１種類の樹脂または部材毎に複数種の樹脂の組み合わせとすることができる。例えば、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種の熱硬化性樹脂を用いることができる。
　コイル端部冷却用流路１４については水路形状を構成した金型により成形する。絶縁層１１、コイル内側冷却用流路１０、コイル端部冷却用流路１４の各種成形は同時に実施しても良いが段階的に実施することもでき、成形部位毎に樹脂材料を変更することもできる。例えば、コイル内側冷却用流路１０を成形するときは第１の樹脂組成物を樹脂材料として使用し、コイル端部冷却用流路１４を成形するときは第１の樹脂組成物とは異なる第２の樹脂組成物を樹脂材料として使用する。
　第２の樹脂組成物は、第１の実施形態で説明した第１の樹脂組成物の適用範囲と同等とし、同一の樹脂組成物または異なる樹脂組成物を硬化して得られる。具体的には次の通りである。
　第２の樹脂組成物の硬化物である第２の樹脂硬化材の熱伝導率Ｋ２は１～１０Ｗ／ｍ・Ｋである。熱伝導率Ｋ２の下限は、好ましくは２Ｗ／ｍ・Ｋ以上であり、より好ましくは３Ｗ／ｍ・Ｋ以上である。熱伝導率Ｋ２の上限は、特に限定しないが、現実的な値として１０Ｗ／ｍ・Ｋである。
　第２の樹脂硬化物のガラス転移温度Ｔｇ２が１５０℃以上である。
　ガラス転移温度Ｔｇ２を上記範囲とすることで、モータ１００Ａの耐熱性能を向上させ、高い出力を実現できる。
　第２の樹脂硬化物を、１７５℃で４時間加熱処理したサンプルに対して、動的粘弾性測定機を用いて、測定温度：－５０℃～２００℃、昇温速度：５℃／分、荷重：８００ｇｆ、周波数：１０Ｈｚ、３点曲げモードの条件で測定した、２５℃における貯蔵弾性率が、２０ＧＰａ以上７０ＧＰａ以下である。
　貯蔵弾性率の下限は、好ましくは３０ＧＰａ以上、より好ましくは４０ＧＰａ以上である。
　貯蔵弾性率の上限は、好ましくは６０ＧＰａ以下、より好ましくは５０ＧＰａ以下である。
この観点においても、貯蔵弾性率を上記の範囲とすることで、モータ１００Ａの耐熱性能を向上させ、高い出力を実現できる。
　コイル９のコイル側面部９ｂを覆う第２の樹脂硬化物の樹脂厚みｔ２が０．３ｍｍ以上３．０ｍｍ以下である。
　樹脂厚みｔ２の下限は、好ましくは０．５ｍｍ以上、より好ましくは０．７ｍｍ以上である。樹脂厚みｔ２の上限は、好ましくは２．５ｍｍ以下、より好ましくは２．０ｍｍ以下である。
　樹脂厚みｔ２を上記の範囲にすることで、絶縁性を適切に維持でき、かつ、コイル９で発生した熱を良好にコイル端部冷却用流路１４に伝えることができる。
　樹脂厚みｔ２と第２の樹脂硬化物の熱伝導率Ｋ２の関係式Ｐ２＝ｔ２／Ｋ２が０．３×１０－４（ｍ２Ｋ／Ｗ）以上３×１０－３（ｍ２Ｋ／Ｗ）以下である。
　関係式Ｐ１の下限は、好ましくは０．４×１０－４（ｍ２Ｋ／Ｗ）以上、より好ましくは０．５×１０－４（ｍ２Ｋ／Ｗ）以上である。関係式Ｐ１の上限は、好ましくは２．５×１０－３（ｍ２Ｋ／Ｗ）以下、より好ましくは２×１０－３（ｍ２Ｋ／Ｗ）以下である。
　関係式Ｐ２の値を上記範囲とすることで、絶縁性を適切に維持でき、かつ、コイル９で発生した熱を、コイル端部９ａから良好にコイル内側冷却用流路１４に伝えることができる。
＜流路接続部品１２＞
　本実施形態では、流路接続部品１２は、側板部１ｂ、１ｃの内部壁１ｄと、コイル内側冷却用流路１０の端部１０ｃ及びコイル端部冷却用流路１４の端部１４ｄとによって挟まれて配置されている。コイル内側冷却用流路１０、流路接続部品１２および側板部１ｂ、１ｃの各接合部には冷却液の漏れを防止する為に必要なパッキン、Ｏリング、シール材などを配置する。なお、流路接続部品１２は、第１の実施形態と同様に、独立した部品として構成され、コイル内側冷却用流路１０の端部に取り付けられる構成でもよいし、側板部１ｂ、１ｃと一体となった構成でもよく、コイル内側冷却用流路１０、コイル端部冷却用流路１４及び外部接続流路１７とを適切に連通できればよい。
　以上のようにして、ステータ６の各スロット８に形成されたコイル内側冷却用流路１０およびコイル端部に形成されたコイル端部冷却用流路１４を側板部１ｂ、１ｃの内側に配置する流路接続部品１２に接続し、更に側板部１ｂおよび１ｃの冷却液出入口に接続することでモータ１００を冷却可能とする。
　流路接続部品１２は、コイル端部冷却用流路１４の円周方向の分割構造と合わせて、流路溝のデザインを調整することにより多数あるコイル内側冷却用流路１０への冷却水の流し方を制御することができる。同様に、流路接続部品１２の流路溝のデザインを調整することにより、冷却水の出入口をいずれか一方の側板部１ｂ、１ｃに集約配置したり、円筒部１ａに出入口を配置することができる。
＜コイル内側冷却用流路１０、コイル端部冷却用流路１４の作用・効果＞
　本実施形態により、分布巻きのモータ１００Ａにおいて、コイル９による発熱を隣接するコイル内側冷却用流路１０およびコイル端部冷却用流路１４へ効率良く放熱することができ、且つコイル９周辺の空間（すなわちスロット８およびコイルの軸方向端部空間）を樹脂材料に置き換えることで更に熱の移動を容易にすることができる。
　コイル端部９ａにおいても、第１の実施形態の空間放熱から、樹脂材料を介してコイル端部冷却用流路１４までの接触式伝熱となることで熱伝導が良好になる。これにより、ステータ６の冷却性能を向上させることができ、銅損（コイル９の巻き線自体の抵抗により消費される損失）の低減、モータ出力の向上、モータ１００の小型化などが実現できる。
＜モータ１００Ａ（回転電機）の特徴・機能のまとめ＞
　本実施形態のモータ１００Ａの特徴について冷却構造に着目して纏めて説明する。
　本実施形態のモータ１００Ａによれば、第１の実施形態のモータ１００の特徴・機能（１）～（１５）と同様の特徴・機能を有するとともに、次の特徴・機能（１６）～（２２）を有する。
（１６）ステータ６の軸方向両端に突き出したコイル端部９ａを覆う第２の樹脂組成物を硬化した第２の樹脂硬化物（絶縁層１３）と、
　前記コイル内側冷却用流路（第１の冷却用流路）と接続しており、前記コイル端部９ａを覆う前記第２の樹脂硬化物（絶縁層１３）の領域に設けられ、前記コイル端部９ａの回転軸方向外側を冷却剤が循環する、円周方向に延伸するコイル端部冷却用流路１４（第２の冷却用流路）と、を有してもよい。
（１７）第２の樹脂組成物は第１の樹脂組成物の適用範囲と同等とし、同一の樹脂組成物または異なる樹脂組成物を硬化して得られる。
（１８）コイル端部冷却用流路１４（第２の冷却用流路）の内壁は、第２の樹脂硬化物を備えてなる。すなわち、コイル端部冷却用流路１４の構成の少なくとも一部が第２の樹脂硬化物からなってもよい。
（１９）コイル端部９ａを覆う第２の樹脂硬化物（絶縁層１３）の樹脂厚みｔ２が０．３ｍｍ以上３ｍｍ以下であってもよい。
（２０）樹脂厚みｔ２と第２の樹脂硬化物（絶縁層１３）の熱伝導率Ｋ２の関係式Ｐ２＝ｔ２／Ｋ２が０．３×１０－４（ｍ２Ｋ／Ｗ）以上３×１０－３（ｍ２Ｋ／Ｗ）以下であってもよい。
（２１）ステータ６の周囲に筒状に設けられた筐体筒部１ａと筐体筒部１ａの両端の開口を閉塞する筐体側板部１ｂ、１ｃと有する筐体１と、
　コイル端部９ａを覆う第２の樹脂硬化物（絶縁層１３）と筐体側板部１ｂ、１ｃとの間に設けられた連結部（流路接続部品１２）と、を有し、
　コイル端部冷却用流路１４は、第２の樹脂硬化物（絶縁層１３）と、連結部１２と備える。
（２２）連結部（流路接続部品１２）は、筐体側板部１ｂ、１ｃからコイル端部９ａに向かって一体に突出して設けられている。
　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。例えば、コイル９の巻き方は分布巻きに限定されず、集中巻きやその他の巻き方においても、同じような冷却機能を発揮させることができる。また、コイル内側冷却用流路１０の配置を、スロット８のコイル９よりロータ外周面２ａ側としたが、ケース１（円筒部１ａ）側でもよく、さらには両方であってもよい。
　この出願は、２０２０年６月５日に出願された日本出願特願２０２０－０９８２９３号および２０２１年１月６日に出願された日本出願特願２０２１－０００７２１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　ケース
１ａ　円筒部１ａ
１ｂ、１ｃ　側板部
２　ロータ
２ａ　ロータ外周面
３　回転軸
４　ベアリング
５　永久磁石
６　ステータ
７　ティース部
８　スロット
９　コイル
９ａ　コイル端部
９ｂ　コイル側面部
１０　コイル内側冷却用流路
１０ａ　内壁
１１、１３　絶縁層
１４　コイル端部冷却用流路
１４ａ　内壁
１４ｂ　端部側方冷却用流路
１４ｃ　コイル端部冷却用流路本体
１００、１００Ａ　モータ

Claims (23)

  1. 　複数のティース部を有するステータと、前記ティース部に巻かれたコイルと、を有し、前記コイルが前記ティース部の間に形成されたスロットとを有し、前記コイルが前記スロットに設けられた回転電機の冷却構造であって、
    　前記スロットに充填され、前記コイルを覆う第１の樹脂組成物と、
    　前記第１の樹脂組成物が充填されている領域に設けられ、内部を冷却剤が循環する、回転軸方向に延出する第１の冷却用流路と、
    　を有する回転電機の冷却構造。
  2. 　前記第１の冷却用流路の内壁は、高熱伝導性の第１の樹脂硬化材からなる、請求項１に記載の回転電機の冷却構造。
  3. 　前記第１の樹脂硬化材は、前記第１の樹脂組成物が硬化した部材である、請求項２に記載の回転電機の冷却構造。
  4. 　前記第１の樹脂硬化材の熱伝導率Ｋ１が１～１０Ｗ／ｍ・Ｋである、請求項３に記載の回転電機の冷却構造。
  5. 　前記第１の樹脂硬化材のガラス転移温度Ｔｇ１が１５０℃以上である、請求項３または４に記載の回転電機の冷却構造。
  6. 　前記第１の樹脂硬化材を、１７５℃で４時間加熱処理したサンプルに対して、動的粘弾性測定機を用いて、測定温度：－５０℃～２００℃、昇温速度：５℃／分、荷重：８００ｇｆ、周波数：１０Ｈｚ、３点曲げモードの条件で測定した、２５℃における貯蔵弾性率が、２０ＧＰａ以上７０ＧＰａ以下である、請求項３から５までのいずれか１項に記載の回転電機の冷却構造。
  7. 　前記コイルの側面部を覆う前記第１の樹脂組成物の樹脂厚みｔ１が０．３ｍｍ以上３．０ｍｍ以下である、請求項１から６までのいずれか１項に記載の回転電機の冷却構造。
  8. 　前記樹脂厚みｔ１と前記第１の樹脂組成物の熱伝導率Ｋ１の関係式Ｐ１＝ｔ１／Ｋ１が０．３×１０－４（ｍ２Ｋ／Ｗ）以上３×１０－３（ｍ２Ｋ／Ｗ）以下である、請求項７に記載の回転電機の冷却構造。
  9. 　前記第１の冷却用流路の内壁は、高熱伝導性の金属からなる、請求項１に記載の回転電機の冷却構造。
  10. 　前記第１の冷却用流路の内壁は、高熱伝導性の無機材料からなる、請求項１に記載の回転電機の冷却構造。
  11. 　前記第１の冷却用流路は、前記コイルより前記回転軸方向側に設けられている、請求項１から１０までのいずれか１項に記載の回転電機の冷却構造。
  12. 　前記コイルは複数のスロットをまたいで巻装された分布巻きとして構成されている、請求項１から１１までのいずれか１項に記載の回転電機の冷却構造。
  13. 　前記第１の冷却用流路は、一つの分布巻きを構成するスロットの組毎に少なくとも一つ設けられている、請求項１２に記載の回転電機の冷却構造。
  14. 　前記第１の樹脂組成物は、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から１３までのいずれか１項に記載の回転電機の冷却構造。
  15. 　前記ステータの軸方向両端に突き出したコイル端部を覆う第２の樹脂組成物を硬化した第２の樹脂硬化物と、
    　前記第１の冷却用流路と接続しており、前記コイル端部を覆う前記第２の樹脂硬化物の領域に設けられ、前記コイル端部の回転軸方向外側を冷却剤が循環する、円周方向に延伸する第２の冷却用流路と、
    　を有する請求項１から１４までのいずれか１項に記載の回転電機の冷却構造。
  16. 　前記第２の樹脂組成物は第１の樹脂組成物の適用範囲と同等とし、同一の樹脂組成物または異なる樹脂組成物を硬化して得られる、請求項１５に記載の回転電機の冷却構造。
  17. 　前記第２の冷却用流路の内壁は、前記第２の樹脂硬化物を備えてなる、請求項１５または１６に記載の回転電機の冷却構造。
  18. 　前記コイル端部を覆う前記第２の樹脂硬化物の樹脂厚みｔ２が０．３ｍｍ以上３ｍｍ以下である、請求項１５から１７までのいずれか１項に記載の回転電機の冷却構造。
  19. 　前記樹脂厚みｔ２と前記第２の樹脂硬化物の熱伝導率Ｋ２の関係式Ｐ２＝ｔ２／Ｋ２が０．３×１０－４（ｍ２Ｋ／Ｗ）以上３×１０－３（ｍ２Ｋ／Ｗ）以下である、請求項１８に記載の回転電機の冷却構造。
  20. 　前記ステータの周囲に筒状に設けられた筐体筒部と前記筐体筒部の両端の開口を閉塞する筐体側板部と有する筐体と、
    　前記コイル端部を覆う前記第２の樹脂硬化物と前記筐体側板部との間に設けられた連結部と、を有し、
    　前記第２の冷却用流路は、前記第２の樹脂硬化物と、前記連結部と備える、請求項１５から１９までのいずれか１項に記載の回転電機の冷却構造。
  21. 　前記連結部は、前記筐体側板部から前記コイル端部に向かって一体に突出して設けられている、請求項２０に記載の回転電機の冷却構造。
  22. 　前記連結部は、前記筐体側板部と別体として設けられている、請求項２０に記載の回転電機の冷却構造。
  23. 　請求項１から２２までのいずれか１項に記載の冷却構造を有する回転電機。
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