JP5166566B2 - インシュレータおよびこれを備えたステータ、モータ - Google Patents
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Description
例えば、特許文献1には、ステータコアにコイルが巻回されたステータを備えており、ハイブリッド型エンジンの出力軸と油圧ポンプの入力軸とをスプライン結合させる連結軸部の両端部における2つのスプライン結合部に対して、十分な潤滑油の供給を行う発電機モータの構成が開示されている。
すなわち、上記特許文献1に開示された発電機モータでは、ステータコアに巻回されたコイルを冷却するために、ロータ側に設けられた羽根車の回転によって、ハウジング内の油溜めに溜められた油を掻き揚げることで、ステータコアやコイルに対して冷却油を供給することが開示されている。
この場合、特許文献1のように、ロータ側の回転によってコイルに対して冷却油を供給する場合には、ステータコアの内径側に設けられた係止部が、冷却油の供給側とコイルとの間の障壁となって存在し、冷却油によるコイルの冷却効率が低下してしまう。
ここで、上記開口部は、冷却油が直接的にコイルに供給されやすくなるように、係止部における冷却油が供給される側の面に形成される。例えば、発電機モータの内径側から冷却油が供給される場合には、上記開口部は内径側に設けられ、発電機モータの外径側から冷却油が供給される場合には、上記開口部は外径側に設けられる。
そこで、本発明のインシュレータでは、コイルに対して冷却油が直接的に供給されるように、係止部における冷却油が供給される側の面に、コイルを露出させる開口部を設けている。
第2の発明に係るインシュレータは、第1の発明に係るインシュレータであって、係止部は、略U字形状を有している。
これにより、係止部材の中央部分に切欠きが形成され、この切欠きの部分を開口部として利用することができる。
第3の発明に係るインシュレータは、第1または第2の発明に係るインシュレータであって、係止部は、コイルの巻き高よりも若干高い位置まで形成されている。
これにより、開口部が設けられた係止部によって、冷却油がコイルに対して直接的に供給されて冷却効率を向上させることができるとともに、ステータコアに巻回されたコイルが脱落することを防止することができる。
第4の発明に係るインシュレータは、第1から第3の発明のいずれか1つに係るインシュレータであって、略円環状のステータコアの軸方向において上下に分割された第1・第2部材によって構成される。
これにより、ステータコアに対して、軸方向における上下から挟み込むようにして、容易にインシュレータを取り付けることができる。
第5の発明に係るインシュレータは、第4の発明に係るインシュレータであって、第1・第2部材は、周方向に沿って複数の本体部を本体部の外径側において支持する支持部を、それぞれ有している。
これにより、ステータコアにおいて径方向内側に突出する複数(例えば、3本)のステータティースを同時に覆うことができる。よって、単体のステータティースに対して1つずつインシュレータを取り付ける場合と比較して、組立て性を大幅に向上させることができる。
ここでは、軸方向におい上下に分割された第1・第2部材を接合する部分には、段差部が形成されている。
第7の発明に係るインシュレータは、第1から第6の発明のいずれか1つに係るインシュレータであって、本体部における外径側に設けられており、コイルの配線を所望の方向へ誘導する配線誘導部を、さらに備えている。
これにより、インシュレータの一部に配線誘導部が設けられているため、コイルの配線をまとめて電気ボックスへと誘導することができる。
第8の発明に係るインシュレータは、第1から第7の発明のいずれか1つに係るインシュレータであって、複数の本体部を周方向に沿って内径側において支持する支持部と、支持部における内径側の面と係止部の側面とにそれぞれ形成されており、互いに隣接するコイル同士を絶縁するための絶縁材が挿入される溝部と、をさらに備えている。
これにより、所定の溝部内に絶縁材を挿入することで、互いに隣接する複数のコイル間における絶縁を確保することができる。
ここでは、周方向に沿って配置された支持部の内径側において複数の本体部を支持した構成において、支持部の外径側の面に、径方向に沿って立設された補強用のリブ部を設けている。
第10の発明に係るステータは、第1から第9の発明のいずれか1つに係るインシュレータと、インシュレータが装着されるステータコアと、インシュレータを介してステータコアに巻回されるコイルと、を備えている。
なお、以下の説明において、軸方向、径方向、周方向とは、発電機モータ1に組み込まれた状態でのそれぞれの方向を意味している。具体的には、軸方向とは、発電機モータ1のロータ14の回転軸14aの軸方向(図1における左右方向)を意味している。径方向とは、回転軸14aを中心とする円の半径方向を意味している。周方向とは、回転軸14aを中心とする円の円周方向を意味している。
[発電機モータ1の構成]
本実施形態に係る発電機モータ1は、ハイブリッド型の建設機械(油圧ショベル等)に搭載されており、図示しないエンジンと油圧ポンプとの間に挟まれるように配置される。
ステータ10は、図2に示すように、発電機モータ1の外郭を構成する第1・第2ハウジング11,15内に形成される空間内に設けられている。そして、ステータ10は、図3に示すように、円環状のステータコア20や後述するインシュレータ21、コイル23等によって構成されている。
第1ハウジング11は、鋳鉄製の部材であって、第2ハウジング15と接合されて内部にステータ10やロータ14等を収納する空間を形成する。そして、この収納空間の下部には、回転軸14aや軸受け部18の潤滑を促すとともに、ステータ10の発熱部(コイル23等)を冷却するための冷却油を貯留する油溜めVが形成されている。また、第1ハウジング11の下端部には、図2に示すように、図1に示す油溜めVに連通する検油管(給油管と兼用)11aが接続されている。
フライホイール12は、第1・第2ハウジング11,15内におけるエンジンの出力軸側に設けられており、カップリング13を介してロータ14と接続され、第1・第2ハウジング11,15内において回転する。
ここで、ロータ14の回転に伴って冷却油噴射口14cから径方向外側に向かって噴射される冷却油は、第1・第2ハウジング11,15内に形成される空間の下部に設けられた油溜めVから上部へと送られる。そして、冷却油は、第1・第2ハウジング11,15内の空間上部から、フランジ16内に形成された冷却油通路16aを介して、軸受け部18や回転軸14aの外周部分へと送られる。その後、冷却油は、ロータ14の回転による遠心力によってロータ14の径方向外側へと移動していき、冷却油噴射口14cから径方向外側に配置された油圧ポンプ側のコイル23に対して供給される。ロータ14の径方向外側に噴射された冷却油は、第1・第2ハウジング11,15内を下方へと移動していき、再び、油溜めVへと戻る。
(インシュレータ21)
本実施形態の発電機モータ1に用いられるインシュレータ21は、耐熱性や成形性に優れたPPS(ポリフェニレンサルファイド)樹脂によって射出成形されている。また、インシュレータ21は、周方向において12分割されるとともに、軸方向において上下に2分割されており、第1部材31(図5参照)および第2部材32(図7参照)をそれぞれ12個ずつ組み合わせて構成されている。つまり、第1・第2部材31,32は、それぞれ3本の突起20aを同時に覆うように、3本の本体部21bを一体化して構成されている。
(第1部材31)
第1部材31は、インシュレータ21のうち、ステータコア20に装着された状態で発電機モータ1に搭載されると油圧ポンプ側に配置される部材であって、図5に示すように、係止部21aと、本体部21bと、支持部21cと、配線誘導部21dと、段差部21fと、溝部22a,22bと、を有している。
支持部21cは、3つ分の本体部21bを一体的に支持する湾曲状の面であって、図6(b)に示すように、本体部21bの径方向外側に設けられている。また、支持部21cは、第2部材32と接合される側とは反対側(図1の軸方向における油圧ポンプ側)の端部に、図5に示すように、軸方向に沿って形成された第1溝21ca、第2溝21cb、第3溝21ccを有している。
第2溝21cbは、図6(c)に示すように、第1・第3溝21ca,21ccと比較して、軸方向における深さが中程度の溝であって、後述する配線誘導部21dの誘導溝21dbに、コイル23から引き出された配線(例えば、B相配線23b)を誘導する。
配線誘導部21dは、支持部21cにおける径方向外側の面に周方向に沿って形成されており、3相分のコイル配線(A相配線23a,B相配線23b,C相配線23c)を別々に誘導する誘導溝21da〜21dcを有している。なお、配線誘導部21dは、インシュレータ21が発電機モータ1に取り付けられた状態において、図1に示すように、軸方向における油圧ポンプ側(図1における右側)に突出する向きで配置される。これにより、インシュレータ21の突出部分によって、フライホイール12の回転が影響を受けることはない。
誘導溝21daには、図9に示すように、本体部21bにコイル23を巻回していく際に、最初に巻回される相のコイル配線(例えば、A相配線23a)が、第1溝21caを経由して誘導される。そして、誘導溝21daは、周方向に沿って反時計回りに3つ隣の本体部21bへとA相配線23aを誘導する。これにより、A相配線23aは、周方向に沿って3つ置きに配置された本体部21bに巻回される。
溝部22bは、周方向における係止部21aの側面部分に形成された溝であって、互いに隣接する係止部21a間において溝部22b同士が対向するように形成されている。
そして、溝部22a,22bには、上面視においてT字形状の絶縁紙(絶縁材)40(図3参照)が軸方向から挿入される。これにより、互いに隣接する本体部21bに巻回されたコイル23間において電気的な接続が生じないように、隣接するコイル23間を容易に絶縁することができる。
第2部材32は、上述した第1部材31と組み合せられてインシュレータ21を構成する部材であって、図7に示すように、係止部21aと、本体部21bと、支持部21cと、リブ部21eと、段差部21fと、を有している。なお、第2部材32は、配線誘導部21dを持たない代わりに、リブ部21eを有している点において、上記第1部材31とは異なっている。よって、第1部材31に含まれる部材と同じ機能を持つ部材(係止部21a、本体部21b、支持部21c、段差部21f)についての説明は省略する。
リブ部21eは、図8(b)に示すように、支持部21cにおける径方向外側の面に、径方向に沿って立設されている。そして、リブ部21eは、図8(a)に示すように、互いに直交する支持部21cの径方向に沿った面と周方向に沿った面とを接合する。これにより、リブ部21eによって支持部21cを補強して、第2部材32の強度を向上させることができる。なお、リブ21eは、絶縁紙40が挿入される空間が形成される支持部21cの面の裏側ではなく、本体部21bが形成されている支持部21cの面の裏側の位置に設けられていることが好ましい。
本実施形態のインシュレータ21では、図4に示すように、ロータ14の回転に伴って冷却油が噴出される冷却油噴出口14cに対向する係止部21aの面に、本体部21bに巻回されたコイルを露出させる開口部Sを設けている。
これにより、発電機モータ1の発熱量が大きい場合でも、コイル23に対して直接的に冷却油を供給することができる。この結果、本体部21bに巻回されたコイル23の冷却効率を向上させることができる。
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
(A)
上記実施形態では、ステータコア20(インシュレータ21)の内径側に配置されたロータ14の冷却油噴出口14cから、インシュレータ21の開口部Sを介して、コイル23に対して冷却油が供給される例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
この場合でも、コイルに対して効率よく冷却油を供給することができるため、コイルの冷却効率を向上させることができるという、上記と同様の効果を得ることができる。
(B)
上記実施形態では、インシュレータ21上にコイル23を係止するための係止部21aとして、中央部分に開口部Sを形成する略U字状の部材を用いた例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
(C)
上記実施形態では、軸方向において上下に分割された第1・第2部材31,32からなるインシュレータ21を用いて、ステータコア20の3本の突起20aを上下からまとめて覆うように装着される例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
あるいは、突起に1本ずつ装着されるインシュレータの場合には、分割構造を採用せず、径方向内側から装着される単体のインシュレータを用いることもできる。
(D)
上記実施形態では、本発明の発電機モータ1等を、ハイブリッド型の油圧ショベルに搭載した例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
さらに、上述した発電機モータに限らず、例えば、PM(Permanent Magnet)モータ等、他の発電機モータや内燃機関を持たず蓄電器によって駆動される電動の建設機械に使用されるモータおよびこれに使用されるインシュレータに対して、本発明を適用することも可能である。
10 ステータ
11 第1ハウジング
11a 検油管
12 フライホイール
13 カップリング
14 ロータ
14a 回転軸
14aa 外歯スプライン
14ab 内歯スプライン
14b ホルダ
14c 冷却油噴射口
14d ロータヨーク
14e ブレード
15 第2ハウジング
15a 冷却油配管
15d オイルクーラ
16 フランジ
16a 冷却油通路
16e 軸受け支持部
17 電気ボックス
18 軸受け部
20 ステータコア
20a 突起(ステータティース)
21 インシュレータ
21a 係止部
21b 本体部
21c 支持部
21ca 第1溝
21cb 第2溝
21cc 第3溝
21d 配線誘導部
21da〜21dc 誘導溝
21e リブ部
21f 段差部
22a 溝部
22b 溝部
23 コイル
23a A相配線
23b B相配線
23c C相配線
31 第1部材
32 第2部材
40 絶縁紙(絶縁材)
41 遮蔽部
42a,42b 折り曲げ部
S 開口部
V 油溜め
Claims (11)
- コイルを冷却するための冷却油が供給されるとともにステータコアがハウジングに装着された発電機モータに設置される前記コイルと前記ステータコアとの間に配置され、前記コイルを前記ステータコアから電気的に絶縁するインシュレータであって、
前記ステータコアにおける前記コイルが巻回される部分を覆って前記ステータコアと前記コイルとを絶縁する本体部と、
前記本体部における前記コイルが巻回される部分の端部に設けられており、前記コイルを前記本体部上に係止する係止部と、
前記コイルを冷却するための前記冷却油が前記コイルに対して供給される側における前記係止部の一部に、前記コイルを露出させるように、前記ステータの内周側に配置された前記係止部に形成された開口部と、
を備えているインシュレータ。 - 前記係止部は、略U字形状を有している、
請求項1に記載のインシュレータ。 - 前記係止部は、前記コイルの巻き高よりも若干高い位置まで形成されている、
請求項1または2に記載のインシュレータ。 - 略円環状の前記ステータコアの軸方向において上下に分割された第1・第2部材によって構成される、
請求項1から3のいずれか1項に記載のインシュレータ。 - 前記第1・第2部材は、周方向に沿って複数の前記本体部を前記本体部の外径側において支持する支持部を、それぞれ有している、
請求項4に記載のインシュレータ。 - 前記第1部材と前記第2部材とが互いに接合される接合部分には、段差部が設けられている、
請求項4または5に記載のインシュレータ。 - 前記本体部における外径側に設けられており、前記コイルの配線を所望の方向へ誘導する配線誘導部を、さらに備えている、
請求項1から6のいずれか1項に記載のインシュレータ。 - 複数の前記本体部を周方向に沿って内径側において支持する支持部と、
前記支持部における内径側の面と前記係止部の側面とにそれぞれ形成されており、互いに隣接する前記コイル同士を絶縁するための絶縁材が挿入される溝部と、
をさらに備えている、
請求項1から7のいずれか1項に記載のインシュレータ。 - 周方向に沿って複数の前記本体部を前記本体部の外径側において支持する支持部と、
前記支持部における外径側の面に形成されており、前記径方向に沿って立設されたリブ部と、
をさらに備えている、
請求項1から8のいずれか1項に記載のインシュレータ。 - 請求項1から9のいずれか1項に記載のインシュレータと、
前記インシュレータが装着されるステータコアと、
前記インシュレータを介して前記ステータコアに巻回されるコイルと、
を備えているモータのステータ。 - 請求項10に記載のステータと、
前記ステータに対して回転するロータと、
前記ロータの回転中心となる回転軸と、
を備えているモータ。
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