JP2000197311A

JP2000197311A - 回転電機のコイル冷却構造

Info

Publication number: JP2000197311A
Application number: JP10371003A
Authority: JP
Inventors: Takaji Fuji; 隆地藤
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1998-12-25
Filing date: 1998-12-25
Publication date: 2000-07-14

Abstract

(57)【要約】【課題】アウターコアに樹脂モールドで固定されたコ
イルの冷却を効率よく行うことのできる回転電機のコイ
ル冷却構造を提供する。【解決手段】回転電機１０のアウターコア１２にコイ
ル１６ａ，１６ｂを固定する樹脂モールド２２の内部
で、コイル１６ａ，１６ｂの巻き終わり側を接続して中
性点を形成する中性点用ブスバー２０を中空形状にして
冷却路を形成する。そして、前記中性点用ブスバー２０
に絶縁オイルを流通させて、樹脂モールド２２内のコイ
ル１６ａ，１６ｂの冷却を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、回転電機のコイル
冷却構造、特に、容易な構成で効率的なコイル冷却を行
うことのできる回転電機のコイル冷却構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、モータ等の回転電機は、回転磁界
を発生させるための複数のコイルを備えた中空円筒状の
アウターコアと、当該アウターコアの内周側に配置さ
れ、前記回転磁界の作用によって回転トルクを発生する
複数の永久磁石を備えたインナーコアとで構成されてい
る。一般的な回転電機は、アウターコアがハウジング等
に固定されたステータを形成し、当該ステータに対して
インナーコアがロータを形成し、一般駆動用のモータや
発電器でそれに該当する。また、特殊な回転電機として
は、アウターコア及びインナーコアの双方が回転可能な
ものがあり、車両のトルクコンバータの部分に使用され
るものもある。

【０００３】前記回転電機が例えば三相構成の場合、前
記コイルは、Ｕ相コイル、Ｖ相コイル、Ｗ相コイルに分
類され、各相のコイルの巻始め側には、電力供給を行う
電力ケーブル端子台からのＵ相電力線、Ｖ相電力線、Ｗ
相電力線がそれぞれ接続される。一方、各相コイルの巻
終り側は、中性点を形成するための中性点用ブスバーが
接続される。この時、使用されるコイルは、通常、別工
程で巻き型等を利用して巻回されるコイルピースであ
り、アウターコアの内周に形成されたティースに装着さ
れる。回転電機を組み立てる場合は、コイル及び当該コ
イル同士を接続する接続線（電力線や中性点用ブスバ
ー）はアウターコアに強固に固定する必要がある。この
固定は、コイルがアウターコアの端部で突出する位置、
いわゆるコイルエンド部を樹脂モールドを用いて固める
ことにより行う。樹脂モールドで固定することによりア
ウターコアに対するコイルの固定を完全かつ容易に行う
と共に、複雑に取り回される接続線の保持固定も良好に
行うことができる。

【０００４】ところで、回転電機をモータとして利用す
る場合、供給される電力を効率よく利用して高出力（駆
動力）を得るためには、モータ駆動時の発熱部分、例え
ば、アウターコア側で回転磁界を発生させるコイル部分
の冷却を効率よく行う必要がある。特に、コイルの温度
が上昇するとコイルの抵抗値が上昇し発熱に拍車をかけ
てエネルギーロスが増大する。同様に、回転電機を電力
発生源としている発電器に用いる場合も、運動エネルギ
を電気エネルギに効率よく変換するためには、発熱部分
の冷却を効率よく行う必要がある。

【０００５】従来、モータや発電器等の回転電機の冷却
は、回転電機のハウジング温度や発熱部品の温度を直接
検出して、所定温度以上に発熱した場合に冷却ファン等
によって強制冷却することによって行っている。また、
ハウジング内部で冷却オイルを循環させて冷却を行う方
法もある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前述したよう
に、コイルエンド部分は、コイルや接続線の固定のため
に樹脂モールドが使用されている。一般に、樹脂モール
ドは熱伝導率が低いため放熱効率が悪く、コイルで発生
した熱を効率よく放熱できないという問題がある。特開
平１０−９８８５３号公報には、樹脂モールド内の発熱
体の冷却を考慮して、樹脂モールド内にヒートシンクを
配置し、発熱体の熱を拡散させる構成が開示されている
が、樹脂モールド自体からの放熱効率が悪いため全体的
な放熱性は高くない。また、回転電機のハウジング内で
冷却ファンや冷却オイルを使用して冷却を行う場合で
も、直接コイルエンド部分の冷却を行うことができない
ので、効率的な冷却を行うことができないという問題が
ある。

【０００７】本発明は、上記課題に鑑みなされたもので
あり、容易な構成で効率的なコイルの冷却、特にコイル
エンド部分の冷却を行うことのできる回転電機のコイル
冷却構造を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記のような目的を達成
するために、第１の発明は、回転磁界を発生させる複数
のコイルを樹脂モールドで固定したアウターコアと、前
記アウターコアに内周側に配置され複数の永久磁石を備
えるインナーコアと、を含み前記アウターコアとインナ
ーコアの少なくとも一方が回転自在な回転電機のコイル
冷却構造であって、前記アウターコアにコイルを固定す
る樹脂モールド中に、前記コイルを冷却する冷却媒体が
流通可能な冷却路を形成したことを特徴とする。

【０００９】ここで、前記冷却路は、樹脂モールド中に
溝等で形成された空間で構成してもよいし、樹脂モール
ド中に埋め込んだ中空パイプで構成してもよい。また、
前記冷却媒体は回転電機の電気特性等に影響を与えない
ものであれば、気体でも流体でもよい。流体の場合は、
例えば絶縁オイル等が好ましい。この構成によれば、冷
却媒体を樹脂モールドの内外で循環させることができる
ので、樹脂モールド中のコイルを効率的に冷却するがで
きる。

【００１０】また、上記目的を達成するために、第２の
発明は、第１の発明において、前記冷却路は、前記各コ
イルの一端を接続して中性点を形成する中性点用ブスバ
ーの内部を中空にして形成することを特徴とする。

【００１１】この場合、中性点用ブスバーは、例えば中
空パイプを曲げ、所望の位置にコイル端部との接続端子
等を設けることにより形成される。この構成によれば、
部品の改良のみで、部品点数を増加させることなく、樹
脂モールド中で中性点用ブスバーがコイルと直接接続さ
れて、中性点用ブスバー中を流れる冷却媒体でコイルの
冷却を効率的に行うことができる。

【００１２】さらに、上記目的を達成するために、第３
の発明は、第１、第２の発明において、前記冷却媒体
は、前記アウターコアの回転により当該アウターコアの
周囲から前記冷却路に掻き込まれ当該冷却路中を流通す
ることを特徴とする。

【００１３】ここで、冷却媒体は例えば内部部品冷却用
の絶縁オイルであり、アウターコアが収納されるハウジ
ング内部に注入されたものである。そして、回転電機の
ハウジング内に注入された冷却媒体中に開放された冷却
路端部からアウターコアの回転により冷却媒体が冷却路
中に掻き込まれる。この構成によれば、特別な動力源を
設けることなく冷却路中に冷却媒体を送り込み、排出さ
せることができるので冷却路によるコイル冷却を効率的
に行うことができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施の形態
（以下、実施形態という）を図面に基づき説明する。

【００１５】図１には、本発明の実施形態に係る回転電
機のステータ１０の端面が示されている。このステータ
１０は中空の円筒形状を呈するアウターコア１２と、当
該アウターコア１２の内周に等間隔で形成されたティー
ス１４を跨ぐように配置された回転磁界発生用のコイル
１６ａ，１６ｂと各種結線、及びコイルや結線の固定用
樹脂モールドで構成されている。なお、図１は、回転電
機が三相構造の場合であり、説明のためコイル１６ａ，
１６ｂを固定するための樹脂モールドを取り除いた状態
が示されている。前記コイル１６ａ，１６ｂは、ティー
ス１４を跨いで隣接するティース１４間に形成された略
扇型形状のスロットに容易に挿入できるように、別工程
で巻き型等を用いて巻回されたコイルピースである。そ
して、コイル１６ａは、断面略台形形状を呈し、コイル
１６ｂは断面略平行四辺形形状を呈している。アウター
コア１２にコイル１６ａ，１６ｂを組み付ける場合は、
まず、一つおきにコイル１６ａを先にティース１４に装
着する。その後、コイル１６ｂを装着することにより、
略扇型形状の全スロットをコイル１６ａ，１６ｂで埋め
尽くすことができる。

【００１６】各コイル１６ａ，１６ｂはＵ相コイル、Ｖ
相コイル、Ｗ相コイルに分類され、各相のコイルの巻始
め側（Ｕ⁺，Ｖ⁺，Ｗ⁺）は、Ｕ相電力線１８ａ、Ｖ相電
力線１８ｂ、Ｗ相電力線１８ｃを介して図示しない電力
供給端子台に接続される。一方、各コイルの巻き終わり
側（Ｕ^-，Ｖ^-，Ｗ^-）は、略リング状の中性点用ブスバ
ー２０から突出した接続片２０ａにビス止め等により電
気的に接続され、中性点を形成する。

【００１７】図２には、図１のステータ１０の部分断面
図が示されている。アウターコア１２のティース１４に
装着されたコイル１６ａ，１６ｂを前記アウターコア１
２に固定するために、アウターコア１２の端部から突出
したコイルエンド１６ａ1，１６ｂ1は、エポキシ樹脂等
の樹脂モールド２２で固められる。この樹脂モールド２
２の中に前述したＵ相電力線１８ａ、Ｖ相電力線１８
ｂ、Ｗ相電力線１８ｃ及び中性点用ブスバー２０等が埋
め込まれた状態になる。樹脂モールドされたステータ１
０の外周には、ハウジング２４が装着され、ハウジング
２４に対してステータ１０が固定される。

【００１８】本実施形態の特徴的事項は、樹脂モールド
中の中性点用ブスバー２０が中空形状を呈し、冷却媒体
が流通可能な冷却路を形成し、前記冷却媒体によって、
樹脂モールド中のコイル部分の冷却を行うところであ
る。

【００１９】図３には、樹脂モールド２２中の中性点用
ブスバー２０の配置概念図が示されている。中性点用ブ
スバー２０を流通する冷却媒体は、例えば絶縁オイルで
ある。図１において、図示しないオイルタンクからポン
プ等の圧送手段を用いて圧送される絶縁オイルは、流入
口２０ｂから中性点用ブスバー２０に流入し、流出口２
０ｃから再びオイルタンクに戻される。絶縁オイルは、
中性点用ブスバー２０を通過中に接続片２０ａに接続さ
れたコイル１６ａ，１６ｂの巻き終わり側を介してコイ
ル１６ａ，１６ｂで発生した熱を吸収する。その結果、
前記コイル１６ａ，１６ｂの冷却を行う。また、接続片
２０ａ以外の部分でも中性点用ブスバー２０の表面を介
して、樹脂モールド２２に伝導した熱を吸収する。熱を
吸収した絶縁オイルは順次中性点用ブスバー２０の流出
口２０ｃから排出される。なお、オイルタンクまたは、
オイルタンク周辺の移送過程等では、温度が上昇した絶
縁オイルの強制冷却（空冷、水冷等）を行うことが望ま
しい。

【００２０】図１の例では、中性点用ブスバー２０は、
接続片２０ａにより各コイル１６ａ，１６ｂと接続され
ているが、各コイル１６ａ，１６ｂのより効率的な冷却
を行うためには、中性点用ブスバー２０は全体的にでき
るだけ各コイル１６ａ，１６ｂのコイルエンドに接近さ
せることが望ましい。また、中性点用ブスバー２０は、
中空のパイプ状の材料を曲げ加工すると共に、所定位置
に接続片２０ａをろう付けや溶接等により接続すること
により容易に作成することができる。

【００２１】このように、従来から存在する中性点用ブ
スバーを加工することにより、樹脂モールド内のコイル
エンド部及びその周辺の冷却を効率的に行うことができ
る。なお、コイルの温度は回転電機の動作状態で通常１
２０℃〜１５０℃程度になるが、中性点用ブスバーを用
いた冷却を行えば、１００℃前後まで冷却することが可
能になる。また、上述の説明では、絶縁オイル循環用の
専用のポンプやオイルタンクを別途設ける旨説明した
が、回転電機の他の部分の冷却用に絶縁オイルの循環用
のポンプやオイルタンクがある場合には、それらと共用
してもよい。

【００２２】図４には、アウターコア及びインナーコア
の双方が回転自在な回転電機２６に上述の中性点用ブス
バーによるコイル冷却構造を適用する場合の構成概念図
が示されている。複数の永久磁石を保持したインナーコ
ア２８はベアリング３０ａ，３０ｂ等の保持手段に保持
されたインナーシャフト３２の外周面に固定されてい
る。また、回転磁界発生用のコイル３４を保持したアウ
ターコア３６は、ベアリング３８ａ，３８ｂ等の保持手
段に保持されたアウターシャフト４０の内周面に固定さ
れている。前記コイル３４は、図２で示す場合と同様
に、アウターコア３６から突出したコイルエンド部３４
ａが樹脂モールド４２によって固定され、その内部には
中空の中性点用ブスバー４４が配置されている。前記ベ
アリング３０ａ，３０ｂ，３８ａ，３８ｂは隔壁４６
ａ，４６ｂに保持されている。そして、隔壁４６ａ，４
６ｂとアウターシャフト４０の内周面とで、インナーコ
ア２８及びインナーシャフト３２の一部を含む密閉空間
４８を形成し、当該密閉空間４８の内部には、コイル３
４の露出部分等の冷却を行うために、冷却媒体としての
絶縁オイル５０が注入されている。なお、前記ベアリン
グ３０ａ，３０ｂ，３８ａ，３８ｂはシール機能を有し
ていて、絶縁オイル５０が外部に漏れ出さないようにな
っている。また、コイル３２に対する電力の供給は、例
えば、アウターシャフト４０の中心軸４０ａ等に配置さ
れたスリップリング等を用いて行う。

【００２３】回転電機２６の樹脂モールド４２内に配置
された中性点用ブスバー４４の冷却媒体の流入口と流出
口は、図１に示す中性点用ブスバー２０と異なり、前記
密閉空間４８の絶縁オイル５０の中に開放されている。
つまり、樹脂モールド４２の表面に開放端として流入口
と流出口が形成されている。そして、アウターコア３６
が回転する時に、流入口から絶縁オイル５０を中性点用
ブスバー４４の内部に掻き込み、順次流出口から排出す
るようになっている。従って、アウターコア３６の回転
速度が早くなればなるほど、中性点用ブスバー４４の内
部を流通する絶縁オイル５０の流速が増加し、中性点用
ブスバー４４による冷却、すなわち、コイル３２および
樹脂モールド３８の冷却を迅速かつ効率的に行うことが
できる。なお、この場合、流入口には、アウターコアの
順回転方向に向かって開口し、さらに絶縁オイル５０を
効率的に掻き込むためのスプーン状のタブを設けること
が好ましい。また、流出口は、前記流入口とは異なる方
向に開口し、絶縁オイル５０が流出し易いように開口径
を大きくしておくことが好ましい。

【００２４】このように、アウターコア及びインナーコ
アの双方が回転自在な回転電機２６に中性点用ブスバー
４４による冷却構造を適用する場合、図１の例のように
別途、オイルタンクや絶縁オイル圧送用のポンプ等を設
けて部品点数を増加させることなく、良好なコイル３２
の冷却を行うことができる。

【００２５】なお、中性点用ブスバーは、一般にアウタ
ーコアの一端面側にしか配置されないため、中性点用ブ
スバーを用いて樹脂モールド内の冷却を行う場合、アウ
ターコアの一端面側しか冷却することができない。そこ
で、中性点用ブスバーの存在しない側には、別途、冷却
路を設けてもよい。さらに、一方側に空く数本の冷却路
を設けてもよい。また、冷却路は、中空で内部を冷却媒
体が通過できればよく、例えば、中空パイプを用いるこ
となく樹脂モールドに直接溝を形成して冷却路とする構
成でも上述の実施形態と同様な効果を得ることができ
る。

【００２６】また、上述した各実施形態では冷却媒体と
して、絶縁オイルを用いる例を示したが、回転電機の駆
動に影響することなくコイルや樹脂モールドの冷却を行
える媒体であれば任意であり、他の流体や気体でもよ
い。

【００２７】

【発明の効果】本発明によれば、樹脂モールド内のコイ
ル、特にコイルエンド部の冷却を容易な構成で効率的に
行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態のコイル冷却構造を有する
回転電機の樹脂モールドを除いたアウターコア（ステー
タ）の端部を示す説明図である。

【図２】図１のアウターコア（ステータ）の部分断面
図である。

【図３】本発明の実施形態のコイル冷却構造を有する
回転電機の樹脂モールドおよび中性点用バスバーの断面
図である。

【図４】本発明の他の実施形態のコイル冷却構造を有
する回転電機の構造を説明する概念断面図である。

【符号の説明】１０ステータ、１２アウターコア、１４ティー
ス、１６ａ，１６ｂコイル、２０中性点用ブスバー、
２０ａ接続片、２０ｂ流入口、２０ｃ流出口、２２
樹脂モールド、２４ハウジング。

フロントページの続きＦターム(参考） 5H603 AA13 BB01 BB02 BB07 BB12 BB13 CA01 CA02 CA05 CA10 CB03 CB04 CD22 CE07 EE10 EE11 EE12 5H609 BB19 PP02 PP06 PP07 PP08 PP09 QQ05 QQ13 QQ18 QQ21 QQ23 RR27 RR36 RR37 RR40 RR42 RR62 RR69 RR73

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】回転磁界を発生させる複数のコイルを樹
脂モールドで固定したアウターコアと、前記アウターコ
アに内周側に配置され複数の永久磁石を備えるインナー
コアと、を含み前記アウターコアとインナーコアの少な
くとも一方が回転自在な回転電機のコイル冷却構造であ
って、前記アウターコアにコイルを固定する樹脂モールド中
に、前記コイルを冷却する冷却媒体が流通可能な冷却路
を形成したことを特徴とする回転電機のコイル冷却構
造。
【請求項２】請求項１記載の構造において、前記冷却路は、前記各コイルの一端を接続して中性点を形成する中性点
用ブスバーの内部を中空にして形成することを特徴とす
る回転電機のコイル冷却構造。
【請求項３】請求項１または請求項２記載の構造にお
いて、前記冷却媒体は、前記アウターコアの回転により当該アウターコアの周囲
から前記冷却路に掻き込まれ当該冷却路中を流通するこ
とを特徴とする回転電機のコイル冷却構造。