JP2013038939A

JP2013038939A - 回転電機

Info

Publication number: JP2013038939A
Application number: JP2011173671A
Authority: JP
Inventors: Kazutaka Aoki; 一隆青木
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2011-08-09
Filing date: 2011-08-09
Publication date: 2013-02-21
Anticipated expiration: 2031-08-09
Also published as: JP5691930B2

Abstract

【課題】ステータに巻装された平角線コイルの端末同士を安定に接続するとともに平角線コイルを効率的に冷却する。
【解決手段】コイルエンドモジュール４２には、回転軸方向に関して平角線コイル２２の端末２２ｂと対向して溝４４が設けられており、平角線コイル２２の端末２２ｂ同士を密着させて固定するように、平角線コイル２２の端末２２ｂ同士が溝４４に嵌合する。さらに、コイルエンドモジュール４２には、冷媒用のオイルによりステータ１２の冷却を行うための冷媒流路４６が設けられており、冷媒用のオイルがオイル管４８内を通って冷媒流路４６に供給される。
【選択図】図３

Description

本発明は、コイルがステータコアに巻装されたステータと、ステータと対向配置されたロータと、を備える回転電機に関する。

この種の回転電機の関連技術が下記特許文献１に開示されている。特許文献１の回転電機では、固定子コアに巻装された固定子コイルのコイル片の開放端同士を溶接により接合し、開放端同士の接合部を覆うように絶縁性樹脂を塗布している。

特開２００１−２３８４１９号公報特開２００１−３２０８４８号公報特開２００５−３０４２７８号公報特開２００９−５００９５号公報特開２００８−２１９９８８号公報

回転電機の小型化・軽量化・低コスト化を図るためには、ステータコアに巻装されたコイルの線積率を向上させることが望ましく、そのためには、断面形状が矩形の平角線コイルを用いることが望ましい。ただし、ステータに巻装された平角線コイルの端末同士を接続する際に、特許文献１のように溶接により接合すると、固着力にばらつきが大きく、振動等によってコイル同士が剥離してしまう可能性がある。さらに、回転電機は高温になると絶縁性能の低下やコイル自身が焼けてしまうため、コイル温度が上昇し過ぎないようにステータに巻装された平角線コイルを効率的に冷却できることが望ましい。

本発明に係る回転電機は、ステータに巻装された平角線コイルの端末同士を安定に接続するとともに平角線コイルを効率的に冷却することを目的とする。

本発明に係る回転電機は、上述した目的を達成するために以下の手段を採った。

本発明に係る回転電機は、複数の平角線コイルがステータコアに巻装されたステータと、ステータと対向配置されたロータと、ステータコアより外側へ突出する平角線コイルの端末同士を密着させて固定するよう当該平角線コイルの端末同士が嵌合する溝と、冷媒によりステータの冷却を行うための冷媒流路と、を有するコイル端末固定部材と、を備えることを要旨とする。

本発明の一態様では、平角線コイルの端末同士を挟む溝の側面は、溝の入口幅が底幅より広くなるよう平角線コイルの端末同士の密着面に対して傾斜していることが好適である。

本発明の一態様では、コイル端末固定部材には、冷媒をステータへ供給するための冷媒供給口が設けられていることが好適である。

本発明の一態様では、冷媒流路内には、回転により冷媒にエネルギーを与えるための回転部材が配置され、ロータは、ステータより外側へ張り出し且つ回転部材と対向する部分を有し、回転部材がロータと連動して回転するよう回転部材とロータが磁気的に結合していることが好適である。

本発明によれば、ステータに巻装された平角線コイルの端末同士を密着させて固定するよう当該平角線コイルの端末同士が嵌合する溝と、冷媒によりステータの冷却を行うための冷媒流路と、をコイル端末固定部材が有することで、平角線コイルの端末同士を安定に接続することができるとともに、平角線コイルを効率的に冷却することができる。

本発明の実施形態に係る回転電機の概略構成を示す図である。本発明の実施形態に係る回転電機の概略構成を示す図である。本発明の実施形態に係る回転電機の概略構成を示す図である。本発明の実施形態に係る回転電機の他の概略構成を示す図である。

以下、本発明を実施するための形態（以下実施形態という）を図面に従って説明する。

図１〜３は本発明の実施形態に係る回転電機の概略構成を示す図であり、図１はロータ回転軸（以下単に回転軸とする）と直交する方向から見たステータ１２及びロータ１４の内部構成の概略を示し、図２は回転軸と平行方向から見たステータ１２及びロータ１４の内部構成の一部を示し、図３は回転軸と直交する方向から見たステータ１２の内部構成の一部を示す。図２，３では、回転軸まわりの周方向に関して構成を部分的に図示しているが、図示を省略している部分の構成は、図示している部分と同様の構成で実現可能である。本実施形態に係る回転電機は、回転が固定されたステータ１２と、ステータ１２に対し相対回転可能なロータ１４と、を備える。図１〜３に示す例では、回転軸と直交する径方向においてステータ１２とロータ１４が所定の微小空隙を空けて対向配置され、ロータ１４がステータ１２の内周側に配置されている。

ロータ１４は、ロータコア３１と、ロータコア３１にその周方向に沿って配設された複数の永久磁石３２と、を含む。ステータ１２は、ステータコア２１と、ステータコア２１にその周方向に沿って配設され、各々が矩形の断面形状を有する複数の平角線コイル２２と、を含む。ステータコア２１には、径方向内側へ（ロータ１４へ向けて）突出する複数のティース２３が周方向に沿って互いに間隔をおいて（等間隔で）配列されており、各ティース２３間にスロットが形成されている。各平角線コイル２２がティース２３間のスロットを通ってティース２３に巻装されることで、ステータ１２に磁極が構成される。各平角線コイル２２は、回転軸方向に関してステータコア２１（ティース２３）より外側（両側）に張り出した部分であるコイルエンド部２２ａを有し、さらに、各平角線コイル２２の端末２２ｂが、回転軸方向に関してステータコア２１（ティース２３）より外側（コイルエンド部２２ａの一方側、図１，３の左側）へ突出しており、平角線コイル２２の端末２２ｂ同士が周方向に関して重ねられて接続される。平角線コイル２２を用いることで、コイルの線積率を向上させることが可能となる。

回転電機では、各平角線コイル２２に交流電流を流すことで、各ティース２３が順次磁化され、周方向に回転する回転磁界がステータ１２に形成される。そして、ステータ１２に発生した回転磁界とロータ１４の永久磁石３２で発生した界磁束との電磁気相互作用（吸引及び反発作用）により、ロータ１４にトルク（磁石トルク）を作用させてロータ１４を回転駆動することができる。このように、回転電機を、各平角線コイル２２への供給電力を利用してロータ１４に動力を発生させる電動機として機能させることができる。一方、回転電機を、ロータ１４の動力を利用して各平角線コイル２２に電力を発生させる発電機として機能させることもできる。また、ロータ１４は、永久磁石３２が設けられた構成に限られるものではなく、例えばコイルが設けられた構成や、磁気抵抗の変化によりリラクタンストルクを利用する構成であってもよい。

本実施形態では、ステータコア２１より外側（回転軸方向の一方側、図１，３の左側）へ突出する平角線コイル２２の端末２２ｂ同士を密着させて固定するためのコイル端末固定部材としてのコイルエンドモジュール４２が、ステータ１２における回転軸方向の一端部に取り付けられている。コイルエンドモジュール４２には、回転軸方向に関して平角線コイル２２の端末２２ｂと対向して溝４４が設けられており、平角線コイル２２の端末２２ｂ同士を密着させて固定するように、平角線コイル２２の端末２２ｂ同士が、周方向に関して溝４４の側面４４ａ間に挟まれた状態で溝４４に嵌合する。周方向に関して平角線コイル２２の端末２２ｂ同士を挟む溝４４の側面４４ａは、溝４４の入口幅ｘが溝４４の底幅ｙより広くなるように、平角線コイル２２の端末２２ｂ同士の密着面２２ｃに対して周方向に傾斜しており、平角線コイル２２の端末２２ｂの厚さをｔとすると、ｙ＜２×ｔ＜ｘが成立する。コイルエンドモジュール４２をステータ１２に組み付ける際に、コイルエンドモジュール４２をステータ１２側（図１，３の左側から右側）へ押し付けるように組み付けることで、図３の矢印Ｆに示すように、溝４４の側面４４ａが平角線コイル２２の端末２２ｂ同士をくっ付ける向きに力を加え、平角線コイル２２の端末２２ｂ同士が接続される。そして、振動や平角線コイル２２の変形に対して、常にコイルエンドモジュール４２により平角線コイル２２の端末２２ｂ同士を押さえつけることで、平角線コイル２２の端末２２ｂ同士の接続を安定に維持する。

さらに、本実施形態では、コイルエンドモジュール４２には、冷媒用のオイルによりステータ１２の冷却を行うための冷媒流路４６が設けられており、冷媒用のオイルがオイル管４８内を通って冷媒流路４６に供給される。さらに、ステータコア２１における平角線コイル２２の巻回された付近には、オイルによりステータ１２の冷却を行うための冷媒流路５６が回転軸方向に関して一端部から他端部に渡って設けられており、コイルエンドモジュール４２には、冷媒流路４６と冷媒流路５６を繋ぎ、オイルをステータ１２へ供給するための冷媒供給口５０が設けられている。コイルエンドモジュール４２の冷媒流路４６に供給されたオイルは、図１の矢印に示すように、冷媒供給口５０を通ってステータコア２１の冷媒流路５６に供給される。オイルが平角線コイル２２付近の冷媒流路５６を流れることで、平角線コイル２２で発生した熱を吸熱し、回転軸方向の他端部から流出する。その後、オイルはラジエータで冷やされ、再びオイル管４８内に流入する。以上の流れでステータ１２（特に平角線コイル２２）の冷却を行う。図１では、冷媒流路５６からオイル管４８内へオイルを戻すための具体的構成の図示を省略しているが、周知の構成で実現可能である。

このように、本実施形態によれば、コイルエンドモジュール４２により平角線コイル２２の端末２２ｂ同士を押さえつける形で固定することで、平角線コイル２２の端末２２ｂ同士を安定に接続する、あるいは平角線コイル２２の端末２２ｂ同士を溶接する場合は溶接部の強度保護を行うことができる。さらに、コイルエンドモジュール４２に電気的な接続機能だけでなく冷却機能も持たせることで、平角線コイル２２を効率的に冷却することができる。

本実施形態では、例えば図４に示すように、コイルエンドモジュール４２の冷媒流路４６内に、回転により冷媒用のオイルにエネルギーを与えるための回転部材としての磁石付きプロペラ５８を配置することも可能である。図４に示す構成例では、ロータ１４は、回転軸方向に関してステータ１２より外側（図４の左側）へ張り出し、且つ径方向に関して磁石付きプロペラ５８と対向する部分を有する。コイルエンドモジュール４２は非磁性材料により構成され、ロータ１４の永久磁石３２（回転軸方向に関してステータ１２より外側へ張り出した部分）が、径方向に関して磁石付きプロペラ５８の永久磁石６２と対向配置されることで、磁石付きプロペラ５８とロータ１４が磁気的に結合する。これによって、ロータ１４の回転と連動してロータ１４から磁石付きプロペラ５８にトルクが作用することで磁石付きプロペラ５８が回転し、冷媒流路４６内のオイルにエネルギーが与えられ、冷媒流路４６内のオイルが冷媒供給口５０を通ってステータコア２１の冷媒流路５６に供給される。この構成例によれば、磁石付きプロペラ５８がロータ１４と連動して回転することで、冷媒流路５６に供給されるオイルの流量を増加させることができ、平角線コイル２２の冷却効果をさらに高めることができる。なお、プロペラ５８は、永久磁石６２が設けられた磁石付きの構成に限られるものではなく、例えばコイルが設けられた構成や、磁気抵抗の変化によりリラクタンストルクを利用する構成であってもよい。

以上、本発明を実施するための形態について説明したが、本発明はこうした実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。

１２ステータ、１４ロータ、２１ステータコア、２２平角線コイル、２２ａコイルエンド部、２２ｂ端末、２３ティース、３１ロータコア、３２，６２永久磁石、４２コイルエンドモジュール、４４溝、４６，５６冷媒流路、４８オイル管、５０冷媒供給口、５８磁石付きプロペラ。

Claims

複数の平角線コイルがステータコアに巻装されたステータと、
ステータと対向配置されたロータと、
ステータコアより外側へ突出する平角線コイルの端末同士を密着させて固定するよう当該平角線コイルの端末同士が嵌合する溝と、冷媒によりステータの冷却を行うための冷媒流路と、を有するコイル端末固定部材と、
を備える、回転電機。
請求項１に記載の回転電機であって、
平角線コイルの端末同士を挟む溝の側面は、溝の入口幅が底幅より広くなるよう平角線コイルの端末同士の密着面に対して傾斜している、回転電機。
請求項１または２に記載の回転電機であって、
コイル端末固定部材には、冷媒をステータへ供給するための冷媒供給口が設けられている、回転電機。
請求項１〜３のいずれか１に記載の回転電機であって、
冷媒流路内には、回転により冷媒にエネルギーを与えるための回転部材が配置され、
ロータは、ステータより外側へ張り出し且つ回転部材と対向する部分を有し、
回転部材がロータと連動して回転するよう回転部材とロータが磁気的に結合している、回転電機。