JP2012244700A - 回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】コイルエンドを囲む冷却ジャケットからコイルのリード線を引き出す際に、冷媒が漏れることを抑制する回転電機を提供することである。
【解決手段】回転電機１０は、ロータ１２と、ステータコア２０と、ステータコア２０の軸方向の前端と後端に巻回の端部がコイルエンド２３，２４として突き出し、巻線の一端がリード線２７，２８，２９として外部に引き出されるコイルと、ステータコア２０の軸方向の前端と後端との間を液密として、内部にコイルエンド２３，２４と冷却オイル６０を収容する空間を有する環状の冷却ジャケット３０，３１とを備え、冷却ジャケット３０は、ステータコア２０の軸方向に沿った端に位置するジャケット端面３８に設けられ、リード線２７，２８，２９が外部に引き出される開口部３２，３３，３４と、当該開口部とリード線２７，２８，２９との隙間を塞ぐシール部材３５，３６，３７とを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、回転電機に係り、特に、ステータのコイルエンドを囲む冷却ジャケットを備える回転電機に関する。

回転電機は、ロータとステータから構成され、ステータコアに巻回されるコイルに流れる電流とロータ磁極との相互作用で回転する。ステータコアに巻回されるコイルは通電によって発熱するので、冷却が行われる。

例えば、特許文献１には、モータジェネレータの冷却構造として、ステータコアのスロットにコイルを収容してステータコア内周面に開口するスロットの開口部を閉塞し、ステータコアの前端と後端にそれぞれの端部から突き出すコイルエンドを囲んで液密的な環状空間を形成する冷却ジャケットを備える構造が開示されている。ここでは、冷却ジャケットの下方に冷媒の入口、上方に冷媒の出口を設けることで、冷媒が上に行くほど温度上昇して密度が小さく軽くなり、浮力を伴って上方への流れが加速され流れが淀まないと述べられている。

特開２００５−３２３４１６号公報

特許文献１には、ステータコアから突出するコイルエンドを囲む冷却ジャケットを液密構造として冷媒を流して冷却を行うことが述べられている。ところで、ステータコアに巻回されるコイルは、通電するために外部に引き出されるリード線を有する。特許文献１では、冷却ジャケットを液密構造とするので、このリード線を冷却ジャケットから引き出す際のシールが複雑となることが考えられる。

本発明の目的は、コイルエンドを囲む冷却ジャケットからコイルのリード線を引き出す際に、冷媒が漏れることを抑制する回転電機を提供することである。

本発明に係る回転電機は、ロータと、ロータの外側に配置されるステータコアと、ステータコアの軸方向に沿って設けられるスロット内に巻回され、ステータコアの軸方向の前端と後端に巻回の端部がコイルエンドとして突き出し、巻線の一端がリード線として外部に引き出されるコイルと、ステータコアの軸方向の前端と後端との間を液密として、内部にコイルエンドと冷却オイルを収容する空間を有する環状の冷却ジャケットとを備え、冷却ジャケットは、ステータコアの軸方向に沿った端に位置するジャケット端面に設けられ、コイルのリード線が外部に引き出される開口部と、開口部とリード線との隙間を塞ぐシール部材とを有することを特徴とする。

また、本発明に係る回転電機において、複数のリード線が外部に引き出され、開口部およびシール部材は、リード線毎にそれぞれ設けられていることが好ましい。

また、本発明に係る回転電機において、リード線の外部に引き出された部分に接続された配線材を備えることが好ましい。

本発明に係る回転電機によれば、ステータコアの軸方向に沿った端に位置するジャケット端面に設けられ、コイルのリード線が外部に引き出される開口部と、開口部とリード線との隙間を塞ぐシール部材とが設けられた冷却ジャケットを備えるので、リード線をステータコアの軸方向に沿って引き出すことができる。このため、回転電機が径方向に対して大型化することを防止でき、径方向の省スペース化を図ることができる。そして、シール部材により開口部とリード線との隙間が塞がれるため、冷却オイルが外部に漏れることはない。このように簡単な構造で、冷却オイルが漏れることなくコイルのリード線を外部に引き出すことができる。

また、開口部およびシール部材を、リード線毎にそれぞれ設ける構成とすれば、例えば、各リード線を引き出すことが可能な範囲で開口部の開口面積を小さくすることができ、油密性を高めることができる。

また、リード線の外部に引き出された部分に接続された配線材を備える構成とすれば、例えば、シール部材をリード線に嵌め込んで開口部に取り付けた後で配線材をリード線に接続できるため、配線材によりリード線と外部装置との電気的接続を可能にしながら、油密構造をスムーズに形成することができる。

本発明に係る実施の形態の回転電機におけるステータ部分の斜視図である。 本発明に係る実施の形態の回転電機において、ステータの軸方向の端部側から見た様子を示す側面図である。 図１に示すステータを、その中心軸に沿ってＸＺ平面（Ｘ軸およびＺ軸に平行な面）で切断した様子を示す断面図である。 図２のＡ‐Ａ線断面図である。

以下に図面を用いて本発明に係る実施の形態につき、詳細に説明する。以下では、回転電機として、ステータコアにＵ相、Ｖ相、Ｗ相の３相コイルが巻回され、３本のリード線がコイルエンドから引き出される３相回転電機を述べるが、これは説明のための例示であって、これ以外の構成の回転電機であって、コイルエンドが冷却される一方で、コイルエンドから外部に引き出されるリード線がある回転電機であればよい。また、回転電機として車両搭載用のものを述べるが、これも説明のための例示であって、車両搭載用以外の用途の回転電機であってもよい。

以下では、全ての図面において同様の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、本文中の説明においては、必要に応じそれ以前に述べた符号を用いるものとする。

図１〜図３は、車両搭載用の３相回転電機１０の中でステータ１４の構成を抜き出して示す図で、図１は斜視図、図２はステータの軸方向の端部側から見た様子を示す側面図、図３はＸ軸およびＺ軸に平行なＸＺ平面でステータ１４を切断した断面図である。
図１〜図３に示されるように、回転電機１０は、ロータ１２と、ロータ１２の外側に配置されるステータ１４を備え、ステータ１４は、ステータコア２０と、コイルエンド２３，２４と、冷却ジャケット３０，３１を含んで構成される。回転電機１０は、ロータ１２およびステータ１４の中心軸１６の軸方向を水平方向として配置されることが好ましい。そのことを示すために、図１〜図４に、直交する３軸であるＸＹＺ軸の方向を示した。ここで、Ｚ軸方向は重力方向（図１の紙面の上方を上とする）で、Ｘ軸方向は中心軸１６に沿った水平方向で、Ｙ軸方向はＸ軸に直交する水平方向である。すなわち、回転電機１０は、出力軸が水平方向に配置される横置き型である。

ステータコア２０は、ステータ１４の本体部に相当する円筒状部材で、所定形状に打ち抜かれた電磁鋼板を複数枚積層して構成される。ステータコア２０は、内周側から外周方向に径方向に延びるスロットと呼ばれる溝が周方向に沿って複数個設けられる。隣接するスロットの間の電磁鋼板部分はティースと呼ばれ、このティースにステータコイルが巻回される。３相回転電機１０の場合、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の３つの相に対応して、Ｕ相コイル、Ｖ相コイル、Ｗ相コイルが予め定められた巻線配置で、ステータコア２０のティースの周り、すなわち、スロットの中に巻回される。

コイルエンド２３，２４は、ステータコア２０のティースの周りに巻回されたコイルが、ステータコア２０の軸方向の両端における端部２１，２２から突き出た部分のことである。コイルエンド２３，２４は、ステータコア２０の端部２１，２２の外側に、円環状に巻線が集合した形状を有する。

リード線２７，２８，２９は、３相回転電機１０のＵ相コイル、Ｖ相コイル、Ｗ相コイルのそれぞれの一方端から外部に引き出される引出線である。リード線２７，２８，２９はコイルエンド２３，２４のいずれか一方側から引き出される。図３に示されるように、ステータコア２０の軸方向の両端の２つの端部２１，２２の内、−Ｘ方向の端部を前端、＋Ｘ方向の端部を後端と呼ぶことにすると、ここでは、前端の端部２１の側のコイルエンド２３からリード線２７，２８，２９が引き出されている。このように、ステータ１４の軸方向の前端と後端を定義すると、図２は、前端の端部２１側から見た側面図である。なお、Ｕ相コイル、Ｖ相コイル、Ｗ相コイルのそれぞれの他方端は相互に接続されて、中性点とされる。

冷却ジャケット３０は、ステータコア２０の軸方向の前端の端部２１との間を液密として、内部にコイルエンド２３と冷却オイル６０を収容する空間を有する環状部材である。この環状部材は、内部が中空のドーナツ形状を半分に切った円環状バス形状を有し、その半分に切ったところの開口部がステータコア２０の軸方向の前端の端部２１と向かい合い、円環状バスのくぼんだ底面壁と端部２１とで囲まれた空間が、コイルエンド２３と冷却オイル６０の収容空間となる。

冷却ジャケット３０とステータコア２０の軸方向の前端の端部２１との間から冷却オイル６０が漏れないように、冷却ジャケット３０の円環状開口部とステータコア２０の前端の端部２１との間は、液密となるように密着して配置される。なお、ステータコア２０の内周側は、上記のようにスロットの開口部があるので、このスロットの内周側の開口部も、適当なシール材で液密とされる。例えば、樹脂でスロットの内周側の開口部が塞がれる。

冷却ジャケット３１も同様に、ステータコア２０の軸方向の後端の端部２２との間を液密として、内部にコイルエンド２４と冷却オイル６０を収容する空間を有する環状部材である。

冷却オイル６０は、電気絶縁性を有する油で、コイルエンド２３，２４を冷却する機能と、複数の巻線が重なっているコイルエンド２３，２４において巻線相互間の絶縁を確保する機能を有する。冷却ジャケット３０に設けられる供給部２５は、冷却オイル６０が冷却ジャケット３０側に供給されるオイル流入口で、排出部２６は、冷却ジャケット３０側に供給された冷却オイル６０が冷却ジャケット３０とステータコア２０のスロットと冷却ジャケット３１を循環して外部に排出されるオイル流出口である。

本実施形態では、供給部２５および排出部２６は、いずれも冷却ジャケット３０のジャケット側面３９に設けられている。ジャケット側面３９は、冷却ジャケット３０の円環形状に対応した曲面であり、中心軸１６に平行な面である。なお、冷却オイル６０は、コイルエンド２３の部分に供給されれば冷却機能と絶縁確保機能を満たせるので、冷却オイル６０の液面位置はコイルエンド２３の上端までとすることができる。つまり、冷却オイル６０は、リード線２７，２８，２９が引き出される開口部３２，３３，３４の形成位置よりも上方まで充填することができる。

ここでは、冷媒である冷却オイル６０として、車両に搭載されるトランスミッション装置を潤滑するＡＴＦと呼ばれる潤滑油を３相回転電機１０にも循環させて用いることができる。その場合は、供給部２５、排出部２６は、図示されていないトランスミッション装置の潤滑油経路に接続される。

図４をさらに参照して、冷却ジャケット３０の構成を詳説する。図４は、図２のＡ‐Ａ線断面図である。つまり、最下部から引き出されたリード線２９に沿ってＸ軸およびＹ軸に平行なＸＹ平面で冷却ジャケット３０を切断した断面図である。

図１〜図４に示すように、本実施形態では、冷却ジャケット３０から３本のリード線２７，２８，２９が外部に引き出されている。冷却ジャケット３０は、リード線２７，２８，２９を外部に引き出すための開口部３２，３３，３４と、当該各開口部とリード線２７，２８，２９との隙間を塞ぐシール部材３５，３６，３７とを有する。つまり、開口部３２，３３，３４およびシール部材３５，３６，３７は、リード線２７，２８，２９毎にそれぞれ設けられている。開口部３２は、リード線２７を外部に引き出すための貫通孔であり、シール部材３５は、開口部３２とリード線２７との隙間を塞いで油密構造を形成する。同様に、開口部３３およびシール部材３６はリード線２８に対応して設けられ、開口部３４およびシール部材３７はリード線２９に対応して設けられる。

開口部３２，３３，３４は、ジャケット端面３８に形成されている。ジャケット端面３８とは、ステータコア２０の軸方向に沿った端に位置する冷却ジャケット３０の壁面である。また、ジャケット端面３８は、ジャケット側面３９および中心軸１６に直交している。開口部３２，３３，３４は、それぞれ独立に形成され、少なくともリード線２７，２８，２９が挿通可能な孔寸法（開口面積）を有する。孔寸法は、油密性を高めるために、リード線２７，２８，２９が挿通可能な範囲で小さい方が好ましいが、シール部材３５，３６，３７の形状やサイズも考慮して設定されることが好ましい。

リード線２７，２８，２９は、冷却ジャケット３０の内部に収容されるコイルエンド２３から対応する開口部３２，３３，３４を通って外部に引き出される。上記のように、開口部３２，３３，３４はジャケット端面３８に形成されるため、リード線２７，２８，２９は、ステータコア２０の軸方向に沿って外部に引き出される。リード線２７，２８，２９は、例えば、直線状の部材が適用され、ステータコア２０の軸方向に沿って真っ直ぐに引き出される。

シール部材３５，３６，３７は、リード線２７，２８，２９を通す挿通孔をそれぞれ有し、開口部３２，３３，３４にそれぞれ嵌め込まれる。シール部材３５，３６，３７としては、開口部３２，３３，３４とリード線２７，２８，２９との隙間を塞ぎ、油密構造を形成可能な部材であれば特に限定されないが、耐油性の高い部材であることが好ましい。例えば、耐油性があり適度に弾性変形するグロメット等のゴム部材が好適である。

シール部材３５，３６，３７は、例えば、中心に挿通孔がそれぞれ形成された略円筒形状を呈し、その外径は開口部３２，３３，３４の孔寸法よりもやや小さく設定される。そして、シール部材３５，３６，３７は、開口部３２，３３，３４に嵌め込む際に弾性変形する。また、挿通孔の孔寸法は、対応するリード線２７，２８，２９のサイズ（径方向長さ）よりもやや小さく設定される。

回転電機１０は、リード線２７，２８，２９の外部に引き出された部分に接続された配線材５０，５１，５２を備える。冷却ジャケット３０は、例えば、ステータコア２０の軸方向に伸びたリード線２７，２８，２９を、開口部３２，３３，３４に通すようにしてステータコア２０の前端の端部２１に取り付けられる。そして、開口部３２，３３，３４から外部に引き出された状態のリード線２７，２８，２９に、シール部材３５，３６，３７をそれぞれ嵌め込み、開口部３２，３３，３４とリード線２７，２８，２９との隙間を塞ぐ。つまり、配線材５０，５１，５２は、シール部材３５，３６，３７を取り付けた後に、リード線２７，２８，２９に接続される。

配線材５０，５１，５２は、リード線２７，２８，２９と図示しない端子台とを接続する部材である。配線材５０，５１，５２を用いることで、ステータコア２０の軸方向に真っ直ぐ引き出されたリード線２７，２８，２９と、端子台との電気的な接続を容易にすることができる。リード線２７，２８，２９と配線材５０，５１，５２とは、例えば、溶接により接続される。

本実施形態では、開口部３２，３３，３４のうち、開口部３２が最上部に、開口部３４が最下部に、開口部３３が開口部３２，３４の間に形成されており、開口部３３と開口部３２、開口部３３と開口部３４との間隔は等間隔である。開口部３２，３３，３４の間隔は、特に限定されないが、配線材５０，５１，５２が互いに接触することがないように設定されることが好ましい。

以上のように、回転電機１０の冷却ジャケット３０は、ジャケット端面３８に設けられた開口部３２，３３，３４と、当該各開口部とリード線２７，２８，２９との隙間を塞ぐシール部材３５，３６，３７とを有する。これにより、リード線２７，２８，２９がステータコア２０の軸方向に沿って引き出され、回転電機１０が径方向に対して大型化することを防止でき、径方向の省スペース化を図ることができる。また、シール部材３５，３６，３７により油密構造が形成される。このように、油密性を確保しながら、リード線２７，２８，２９を冷却ジャケット３０の外部に引き出すことができる。

上記実施形態は、本発明の目的を損なわない範囲で適宜設計変更することができる。
例えば、上記施形態では、冷却ジャケット３０とコイルエンド２３が中心軸１６を同心軸とする円環形状としたが、同心配置でなく、コイルエンド２３に対して、冷却ジャケット３０が上方に偏心配置されるものとしてもよい。また、冷却ジャケット３０は円形以外の環状形状であってもよい。

また、上記実施形態では、開口部３２，３３，３４およびシール部材３５，３６，３７をリード線２７，２８，２９毎にそれぞれ設けるものとして説明したが、リード線２７，２８，２９を３本まとめて通す１つの開口部をジャケット端面３８に形成し、当該開口部とリード線２７，２８，２９との隙間を塞ぐ１つのシール部材を取り付けた形態としてもよい。

本発明に係る回転電機は、コイルエンドを冷却する回転電機に利用できる。

１０ 回転電機、１２ ロータ、１４ ステータ、１６ 中心軸、２０ ステータコア、２１，２２ 端部、２３，２４ コイルエンド、２５ 供給部、２６ 排出部、２７，２８，２９ リード線、３０，３１ 冷却ジャケット、３２，３３，３４ 開口部、３５，３６，３７ シール部材、３８ ジャケット端面、３９ ジャケット側面、５０，５１，５２ 配線材、６０ 冷却オイル。

Claims (3)

1. ロータと、
   ロータの外側に配置されるステータコアと、
   ステータコアの軸方向に沿って設けられるスロット内に巻回され、ステータコアの軸方向の前端と後端に巻回の端部がコイルエンドとして突き出し、巻線の一端がリード線として外部に引き出されるコイルと、
   ステータコアの軸方向の前端と後端との間を液密として、内部にコイルエンドと冷却オイルを収容する空間を有する環状の冷却ジャケットと、
   を備え、
   冷却ジャケットは、
   ステータコアの軸方向に沿った端に位置するジャケット端面に設けられ、コイルのリード線が外部に引き出される開口部と、
   開口部とリード線との隙間を塞ぐシール部材と、
   を有することを特徴とする回転電機。
2. 請求項１に記載の回転電機において、
   複数のリード線が外部に引き出され、
   開口部およびシール部材は、リード線毎にそれぞれ設けられていることを特徴とする回転電機。
3. 請求項１又は２に記載の回転電機において、
   リード線の外部に引き出された部分に接続された配線材を備えることを特徴とする回転電機。

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