JP2015035882A - 回転電機のステータ - Google Patents

Abstract

【課題】締結用部材を通すための締結部がヨーク外周面より径方向外側へ突出して設けられたステータにおいて、ヨーク外周面上の液体冷媒の流れが締結部により妨げられるのを抑制する。
【解決手段】締結用ボルト１５を通すためのステータ締結部２５は、互いにステータ軸方向に対向する第１及び第２締結部３５，３６を含む。第１締結部３５においては、ステータ周方向一方側の端部とヨーク部３３の外周面３３ａとの間に第１オイル通路５５が形成され、第２締結部３６においては、ステータ周方向他方側の端部とヨーク部３３の外周面３３ａとの間に第２オイル通路５６が形成され、第１オイル通路５５と第２オイル通路５６がステータ軸方向につながる。
【選択図】図１

Description

本発明は、回転電機のステータに関し、特にその冷却構造に関する。

下記特許文献１には、締結用ボルト挿通孔を有する締結部がヨーク外周面より径方向外側へ突出して設けられた積層ステータコアが開示されている。

特開２００５−１０３６３８号公報 特開平７−２６４８１０号公報 特開２００８−２２８５２２号公報

ステータを冷却しようとヨーク外周面上に液体冷媒を流す際に、特許文献１のように、ボルト締結のための締結部がヨーク外周面より径方向外側へ突出していると、ヨーク外周面上の液体冷媒の流れが締結部により阻害され、ステータの冷却性能が低下する原因となる。

本発明は、締結用部材を通すための締結部がヨーク外周面より径方向外側へ突出して設けられたステータにおいて、ヨーク外周面上に液体冷媒を流して冷却を行う場合に、ヨーク外周面上の液体冷媒の流れが締結部により妨げられるのを抑制することを目的とする。

本発明に係る回転電機のステータは、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のステータは、締結用部材を通すための挿通空間が形成された締結部がヨーク外周面より径方向外側へ突出して設けられ、ヨーク外周面上を液体冷媒が流れる回転電機のステータであって、前記締結部は、互いにステータ軸方向に対向する第１及び第２締結部を含み、第１締結部のステータ周方向一方側の端部とヨーク外周面との間に、液体冷媒を通すための第１冷媒通路が形成され、第２締結部のステータ周方向他方側の端部とヨーク外周面との間に、第１冷媒通路とつながり、液体冷媒を通すための第２冷媒通路が形成され、液体冷媒が第１及び第２冷媒通路を通ってヨーク外周面上を流れることを要旨とする。

本発明の一態様では、前記締結部は、ステータ軸方向において第１締結部と第２締結部との間に配置された第３締結部をさらに含み、第３締結部に第３冷媒通路が形成され、第１冷媒通路と第２冷媒通路が第３冷媒通路を介してつながり、第１〜第３冷媒通路は、前記挿通空間と連通しない通路であり、液体冷媒が第１〜第３冷媒通路を通ってヨーク外周面上を流れることが好適である。

本発明によれば、液体冷媒が第１及び第２冷媒通路を通ってヨーク外周面上を流れることで、締結用部材を通すための締結部がヨーク外周面より径方向外側へ突出していても、ヨーク外周面上の液体冷媒の流れが締結部により妨げられるのを抑制することができる。

本発明の実施形態１に係るステータの中心軸に沿った方向から見た概略構成を示す図である。 ステータコアの概略構成を示す斜視図である。 第１コア部の中心軸に沿った方向から見た概略構成を示す図である。 第２コア部の中心軸に沿った方向から見た概略構成を示す図である。 ステータヨーク外周面上の冷却用オイルの流れを説明する図である。 ステータヨーク外周面上の冷却用オイルの流れを説明する図である。 ステータヨーク外周面上の冷却用オイルの流れを説明する図である。 ステータヨーク外周面上の冷却用オイルの流れを説明する図である。 本発明の実施形態２に係るステータの中心軸に沿った方向から見た概略構成を示す図である。 ステータコアの概略構成を示す斜視図である。 第１コア部の中心軸に沿った方向から見た概略構成を示す図である。 第２コア部の中心軸に沿った方向から見た概略構成を示す図である。 第３コア部の中心軸に沿った方向から見た概略構成を示す図である。 ステータヨーク外周面上の冷却用オイルの流れを説明する図である。 ステータヨーク外周面上の冷却用オイルの流れを説明する図である。 ステータヨーク外周面上の冷却用オイルの流れを説明する図である。 ステータヨーク外周面上の冷却用オイルの流れを説明する図である。

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。

「実施形態１」
図１は、本発明の実施形態１に係る回転電機のステータの概略構成を示す図であり、ステータの中心軸１０に沿った方向から見た図を示す。以下の説明において、ステータ軸方向は、ステータの中心軸１０に沿った方向であり、ステータ周方向は、ステータの中心軸１０まわりに沿った方向であり、ステータ径方向は、ステータの中心軸１０（ステータ軸方向）と直交する方向である。

本実施形態に係るステータは、ステータコア２１とコイル２２を含んで構成される。ステータコア２１は、ステータ周方向に沿って延びる環状のステータヨーク２３と、ステータヨーク２３の内周面よりステータ径方向内側（図示しないロータ側）へ突出する複数のステータティース２４と、ステータヨーク２３の外周面２３ａよりステータ径方向外側へ突出し、締結用ボルト（締結用部材）１５を通すための複数のステータ締結部（耳部）２５とを含む。複数のステータティース２４はステータ周方向に互いに間隔をおいて（等間隔で）配置され、各ステータティース２４にコイル２２が巻装されている。複数のステータ締結部２５も、ステータ周方向に互いに間隔をおいて（等間隔で）配置されている。ステータ（ステータコア２１）は、ステータ軸方向が例えば鉛直方向と垂直（あるいはほぼ垂直）になるように配置されることが好ましいが、ステータ軸方向が水平方向に対して若干傾斜していてもよい。冷却パイプ１２は、ステータヨーク２３の外周面２３ａにおける最も鉛直上方位置より鉛直上方（直上）に配置され、図１の矢印Ａに示すように、冷却パイプ１２からステータヨーク２３の外周面２３ａ上に液体冷媒としての冷却用オイルが供給される。図１の矢印Ｂに示すように、冷却用オイルがステータヨーク２３の外周面２３ａ上を流れることで、ステータの冷却が行われる。

ステータコア２１は、図２に示すように、第１コア部３１と第２コア部３２をステータ軸方向に交互に複数積み重ねて構成される。第１コア部３１は、図３に示すように、ステータ周方向に沿って延びる環状のヨーク部３３と、ヨーク部３３の内周面よりステータ径方向内側へ突出する複数のティース部３４と、ヨーク部３３の外周面３３ａよりステータ径方向外側へ突出する複数の第１及び第２締結部３５，３６とを含み、例えば積層鋼板をステータ軸方向に複数積層して構成することが可能である。第１締結部３５と第２締結部３６は、ステータ周方向に互いに間隔をおいて（等間隔で）交互に配置されている。図３の例では、３つの第１締結部３５と３つの第２締結部３６が設けられている。

第１及び第２締結部３５，３６には、締結用ボルト１５を通すためのボルト挿通空間４５，４６が形成されている。第１締結部３５においては、ステータ周方向一方側の端部とヨーク部３３の外周面３３ａとの間に切り欠きが形成されていることで、冷却用オイルを通すための第１オイル通路５５が形成されており、ステータ周方向他方側の端部でヨーク部３３とつながっている。第１オイル通路５５は、ボルト挿通空間４５まで延びて形成され、ボルト挿通空間４５とつながった空間となっている。一方、第２締結部３６においては、ステータ周方向他方側の端部とヨーク部３３の外周面３３ａとの間に切り欠きが形成されていることで、冷却用オイルを通すための第２オイル通路５６が形成されており、ステータ周方向一方側の端部でヨーク部３３とつながっている。第２オイル通路５６は、ボルト挿通空間４６まで延びて形成され、ボルト挿通空間４６とつながった空間となっている。

第２コア部３２も、図４に示すように、第１コア部３１と同様の構成であり、ヨーク部３３と複数のティース部３４と複数の第１及び第２締結部３５，３６とを含み、例えば積層鋼板をステータ軸方向に複数積層して構成することが可能である。第１コア部３１のヨーク部３３と第２コア部３２のヨーク部３３をステータ軸方向に交互に複数積み重ねることでステータヨーク２３が形成され、第１コア部３１のティース部３４と第２コア部３２のティース部３４をステータ軸方向に交互に複数積み重ねることでステータティース２４が形成される。ただし、第１コア部３１と第２コア部３２をステータ軸方向に交互に複数積み重ねる際には、第１コア部３１と第２コア部３２とでステータ周方向の角度を（図３，４の例では６０°）ずらして、図２に示すように、第１コア部３１の第１締結部３５と第２コア部３２の第２締結部３６（第１コア部３１の第２締結部３６と第２コア部３２の第１締結部３５）がステータ軸方向に対向するように転積する。第１締結部３５と第２締結部３６をステータ軸方向に交互に複数積み重ねることでステータ締結部２５が形成され、ボルト挿通空間４５，４６がステータ軸方向につながるとともに、第１オイル通路５５と第２オイル通路５６がステータ軸方向につながる。締結用ボルト１５をボルト挿通空間４５，４６に通してねじ締結を行うことで、第１及び第２コア部３１，３２（積層鋼板）の締結を行うことができるとともに、ステータコア２１を図示しないケーシングに固定することができる。

冷却パイプ１２からステータヨーク外周面２３ａ上に供給された冷却用オイルは、重力により鉛直下方へ流れようとするため、ステータヨーク外周面２３ａ上を伝ってステータ周方向に流れる。その際に、締結用ボルト１５を通すためのステータ締結部２５がステータヨーク外周面２３ａよりステータ径方向外側へ突出することで冷却用オイルの流れが阻害されると、ステータの冷却性能が低下する原因となる。これに対して本実施形態では、ステータ周方向一方側の端部がステータ周方向他方側の端部より鉛直上方に位置するステータ締結部２５については、図５の矢印Ｃに示すように、ステータ締結部２５よりステータ周方向一方側（鉛直上方）に位置するステータヨーク外周面２３ａ−１上を流れる冷却用オイルが第１オイル通路５５に流れ込む。第１オイル通路５５と第２オイル通路５６はステータ軸方向につながった空間となっているため、冷却用オイルは第１オイル通路５５から第２オイル通路５６に流れ込む。第２オイル通路５６に流れ込んだ冷却用オイルは、図６の矢印Ｄに示すように、ステータ締結部２５よりステータ周方向他方側（鉛直下方）に位置するステータヨーク外周面２３ａ−２上へ流れ出す。一方、ステータ周方向他方側の端部がステータ周方向一方側の端部より鉛直上方に位置するステータ締結部２５については、図７の矢印Ｅに示すように、ステータ締結部２５よりステータ周方向他方側（鉛直上方）に位置するステータヨーク外周面２３ａ−１上を流れる冷却用オイルが第２オイル通路５６に流れ込む。そして、冷却用オイルは、図８の矢印Ｆに示すように、第１オイル通路５５から流れ出し、ステータ締結部２５よりステータ周方向一方側（鉛直下方）に位置するステータヨーク外周面２３ａ−３上を流れる。

このように、本実施形態では、冷却用オイルは、ステータ締結部２５に形成された第１及び第２オイル通路５５，５６を通って、ステータヨーク外周面２３ａ上を流れる。そのため、締結用ボルト１５を通すためのステータ締結部２５がステータヨーク外周面２３ａよりステータ径方向外側へ突出していても、ステータヨーク外周面２３ａ上を伝う冷却用オイルの流れがステータ締結部２５により妨げられるのを抑制することができる。その結果、ステータヨーク外周面２３ａの下部まで冷却用オイルを流すことができ、ステータの冷却性能の低下を防ぐことができる。

さらに、本実施形態では、第１及び第２締結部３５，３６が設けられた同じ構造の第１コア部３１と第２コア部３２を、ステータ周方向の角度を互いにずらしてステータ軸方向に転積することで、冷却用オイルを通すための第１及び第２オイル通路５５，５６をステータ締結部２５に形成することができる。そのため、積層鋼板は１種類で済み、ステータコア２１の構造を簡略化することができる。

「実施形態２」
図９〜１３は、本発明の実施形態２に係る回転電機のステータの概略構成を示す図である。以下の実施形態２の説明では、実施形態１と同様の構成または対応する構成には同一の符号を付し、説明を省略する構成については実施形態１と同様である。

本実施形態では、ステータコア２１は、図１０に示すように、第１コア部３１と第３コア部３０と第２コア部３２をステータ軸方向に複数積み重ねて構成される。第３コア部３０は、ステータ軸方向において第１コア部３１と第２コア部３２との間に挟まれて配置され、ステータ軸方向の一方側から他方側に、第１コア部３１→第３コア部３０→第２コア部３２の順に配置されている。第１コア部３１は、図１１に示すように、ヨーク部３３と、複数のティース部３４と、ヨーク部３３の外周面３３ａよりステータ径方向外側へ突出する第１〜第３締結部３５〜３７を含む。第１〜第３締結部３５〜３７は、ステータ周方向に互いに間隔をおいて（等間隔で）配置され、第３締結部３７がステータ周方向において第１締結部３５と第２締結部３６との間の位置に配置されている。

第１〜第３締結部３５〜３７には、締結用ボルト１５を通すためのボルト挿通空間（ボルト挿通穴）４５〜４７が形成されている。第１締結部３５においては、ステータ周方向一方側の端部とヨーク部３３の外周面３３ａとの間に切り欠きが形成されていることで、冷却用オイルを通すための第１オイル通路５５が形成されており、ステータ周方向他方側の端部でヨーク部３３とつながっている。第１オイル通路５５は、ボルト挿通穴４５と連通しない別空間となっている。一方、第２締結部３６においては、ステータ周方向他方側の端部とヨーク部３３の外周面３３ａとの間に切り欠きが形成されていることで、冷却用オイルを通すための第２オイル通路５６が形成されており、ステータ周方向一方側の端部でヨーク部３３とつながっている。第２オイル通路５６は、ボルト挿通穴４６と連通しない別空間となっている。また、第３締結部３７においては、ステータ周方向一方側及び他方側の両端部でヨーク部３３とつながっており、ステータ周方向中央部に貫通穴が形成されていることで、冷却用オイルを通すための第３オイル通路５７が形成されている。第３オイル通路５７は、ボルト挿通穴４７と連通しない別空間となっている。

第２コア部３２及び第３コア部３０も、図１２，１３に示すように、第１コア部３１と同様の構成であり、ヨーク部３３と複数のティース部３４と第１〜第３締結部３５〜３７とを含む。第１コア部３１のヨーク部３３と第３コア部３０のヨーク部３３と第２コア部３２のヨーク部３３をステータ軸方向に複数積み重ねることでステータヨーク２３が形成され、第１コア部３１のティース部３４と第３コア部３０のティース部３４と第２コア部３２のティース部３４をステータ軸方向に複数積み重ねることでステータティース２４が形成される。ただし、第１コア部３１と第３コア部３０と第２コア部３２をステータ軸方向に複数積み重ねる際には、第１コア部３１と第３コア部３０と第２コア部３２とでステータ周方向の角度を互いに（図１１〜１３の例では１２０°）ずらして、ステータ軸方向において第３締結部３７が第１締結部３５と第２締結部３６との間に挟まれるように転積する。第１締結部３５と第３締結部３７と第２締結部３６をステータ軸方向に複数積み重ねることでステータ締結部２５が形成され、ボルト挿通穴４５〜４７がステータ軸方向につながる。さらに、第１オイル通路５５と第３オイル通路５７がステータ軸方向につながる部分を有し、第２オイル通路５６と第３オイル通路５７がステータ軸方向につながる部分を有することで、第１オイル通路５５と第２オイル通路５６が第３オイル通路５７を介してステータ軸方向につながる。締結用ボルト１５をボルト挿通穴４５〜４７に通してねじ締結を行うことで、第１コア部３１と第３コア部３０と第２コア部３２の締結を行うことができるとともに、ステータコア２１を図示しないケーシングに固定することができる。

本実施形態では、ステータ周方向一方側の端部がステータ周方向他方側の端部より鉛直上方に位置するステータ締結部２５については、図１４の矢印Ｃに示すように、ステータ締結部２５よりステータ周方向一方側（鉛直上方）に位置するステータヨーク外周面２３ａ−１上を流れる冷却用オイルが第１オイル通路５５に流れ込む。第１オイル通路５５と第２オイル通路５６は第３オイル通路５７を介してステータ軸方向につながった空間となっているため、冷却用オイルは第１オイル通路５５から第３オイル通路５７を通って第２オイル通路５６に流れ込む。第２オイル通路５６に流れ込んだ冷却用オイルは、図１５の矢印Ｄに示すように、ステータ締結部２５よりステータ周方向他方側（鉛直下方）に位置するステータヨーク外周面２３ａ−２上へ流れ出す。一方、ステータ周方向他方側の端部がステータ周方向一方側の端部より鉛直上方に位置するステータ締結部２５については、図１６の矢印Ｅに示すように、ステータ締結部２５よりステータ周方向他方側（鉛直上方）に位置するステータヨーク外周面２３ａ−１上を流れる冷却用オイルが第２オイル通路５６に流れ込む。そして、冷却用オイルは、図１７の矢印Ｆに示すように、第３オイル通路５７を通って第１オイル通路５５から流れ出し、ステータ締結部２５よりステータ周方向一方側（鉛直下方）に位置するステータヨーク外周面２３ａ−３上を流れる。

このように、本実施形態では、冷却用オイルは、ステータ締結部２５に形成された第１〜第３オイル通路５５〜５７を通って、ステータヨーク外周面２３ａ上を流れる。そのため、締結用ボルト１５を通すためのステータ締結部２５がステータヨーク外周面２３ａよりステータ径方向外側へ突出していても、ステータヨーク外周面２３ａ上を伝う冷却用オイルの流れがステータ締結部２５により妨げられるのを抑制することができる。さらに、第１〜第３締結部３５〜３７が設けられた同じ構造の第１コア部３１と第３コア部３０と第２コア部３２を、ステータ周方向の角度を互いにずらしてステータ軸方向に転積することで、冷却用オイルを通すための第１〜第３オイル通路５５〜５７をステータ締結部２５に形成することができる。そのため、積層鋼板は１種類で済み、ステータコア２１の構造を簡略化することができる。

さらに、本実施形態では、ボルト挿通穴４５〜４７とは別に第１〜第３オイル通路５５〜５７をステータ締結部２５に設けているため、ステータ締結部２５の剛性を向上させることができ、締結用ボルト１５による締結力を向上させることができる。

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 冷却パイプ、１５ 締結用ボルト、２１ ステータコア、２２ コイル、２３ ステータヨーク、２４ ステータティース、２５ ステータ締結部、３０ 第３コア部、３１ 第１コア部、３２ 第２コア部、３３ ヨーク部、３４ ティース部、３５ 第１締結部、３６ 第２締結部、３７ 第３締結部、４５，４６，４７ ボルト挿通空間、５５ 第１オイル通路、５６ 第２オイル通路、５７ 第３オイル通路。

Claims (2)

1. 締結用部材を通すための挿通空間が形成された締結部がヨーク外周面より径方向外側へ突出して設けられ、ヨーク外周面上を液体冷媒が流れる回転電機のステータであって、
   前記締結部は、互いにステータ軸方向に対向する第１及び第２締結部を含み、
   第１締結部のステータ周方向一方側の端部とヨーク外周面との間に、液体冷媒を通すための第１冷媒通路が形成され、
   第２締結部のステータ周方向他方側の端部とヨーク外周面との間に、第１冷媒通路とつながり、液体冷媒を通すための第２冷媒通路が形成され、
   液体冷媒が第１及び第２冷媒通路を通ってヨーク外周面上を流れる、回転電機のステータ。
2. 請求項１に記載の回転電機のステータであって、
   前記締結部は、ステータ軸方向において第１締結部と第２締結部との間に配置された第３締結部をさらに含み、
   第３締結部に第３冷媒通路が形成され、第１冷媒通路と第２冷媒通路が第３冷媒通路を介してつながり、
   第１〜第３冷媒通路は、前記挿通空間と連通しない通路であり、
   液体冷媒が第１〜第３冷媒通路を通ってヨーク外周面上を流れる、回転電機のステータ。

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