JP6072199B1

JP6072199B1 - 回転電機

Info

Publication number: JP6072199B1
Application number: JP2015222579A
Authority: JP
Inventors: 健西川; 宏一尾島
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2015-11-13
Filing date: 2015-11-13
Publication date: 2017-02-01
Anticipated expiration: 2035-11-13
Also published as: JP2017093195A

Abstract

【課題】回転子内部から固定子巻線に向かって冷却油を供給して冷却する場合、冷却性能を高くするために冷却油の流量を増やすと固定子内周と回転子外周とのギャップ間に冷却油が滞留して流体抵抗の増加によるロストルクが増大し回転電機の効率を悪化させてしまうことがある。【解決手段】固定子コアと、固定子コア間に形成されたスロット部と、スロット部に直線巻回部が挿入され固定子コアに巻装された固定子巻線と、固定子巻線側面を覆い、径方向内方端縁部を固定子コアの突部を境目にして折り返し径方向内方端部を固定子巻線の内側面に延在させた絶縁紙とを有する固定子、固定子コアとギャップを保って配置され磁石とギャップへ冷却油を供給する冷却油供給路とを有する回転子を備え、スロット部とギャップとの連通部に、回転子の外周面を底辺とし対峙状態となった絶縁紙の折り返し部を２斜辺とする三角状空間部によって冷却油通路が形成されている。【選択図】図５

Description

この発明は、回転子内部から供給した冷却油を固定子巻線に飛散させることよって冷却を行う回転電機に関するものである。

従来の回転電機では、固定子巻線への通電時における発熱増加に対して、一般的には水冷や油冷等の各種方式を用いた冷却構造が採用され、水冷の場合は固定子外周の水路を用いた冷却が行われ、油冷の場合にはトランスミッションやギヤ冷却用の油を用いた冷却の実施例が多くなっている。
特許文献１には、モータケーシング内に設けられた流路から固定子巻線に対して直接冷却油を供給することによって固定子巻線を冷却する方法が開示されており、外部からの所定の巻線の位置に冷却油を供給することによって冷却効果を向上させる効果が報告されている。
特許文献２には、冷却油をコイルエンドに飛散させる冷却形態において、コアアマチュアの軸方向の一部に傾斜部を設けることによってギャップ間に冷却油が滞留することを防止し、冷却性を確保した上でギャップ間の流体抵抗によるロストルクの増加を防止する方法が開示されている。

特開２００９−２６１２１４号公報特開２０１５−１５８５１号公報

回転電機の冷却手法として、特許文献１のように回転子内部から固定子のコイルエンドに向かって冷却油を供給する冷却方法を採用する場合、冷却性能を高くするために冷却油の流量を増やすと固定子内周と回転子外周とのギャップ間に冷却油が滞留して、流体抵抗の増加によるロストルクが増大し、回転電機の効率を悪化させてしまう課題がある。
また、油冷構造を用いた回転電機は、固定子内周と回転子外周とのギャップに冷却油が入り込むことによるロストルクの増加を防止することが課題であるが、特許文献２のようにコアアマチュアの形状を軸方向の一部分のみ変更する場合には、コア全体の強度及び形状が複雑化することによる積層強度の低下及びプレス金型の複雑化等の影響が考えられ、コアアマチュアの形状が異なることによって磁気特性の変化によるトルク特性への影響も考えられる。
この発明は、簡単な構造を用いることによって固定子の内周側と回転子の外周側との間のギャップに冷却油が滞留しないようにして、流体抵抗の増加によるロストルクの増大を防止し、回転電機の効率低下を抑制する回転電機を提供することを目的とするものである。

この発明に係わる回転電機は、回転子軸の径方向内方に突設され且つ周方向に配列された複数の固定子コアと、互いに隣り合う前記固定子コア間に形成されたスロット部と、このスロット部に直線巻回部が挿入され且つ前記固定子コアにそれぞれ巻装された固定子巻線と、この固定子巻線の直線巻回部外側面を覆い、径方向内方端縁部を前記固定子コアの先端面両角部の突部を境目にして折り返し且つ径方向内方端部を前記固定子巻線の直線巻回部内側面に延在させた絶縁紙とを有する固定子、及び外周面が前記固定子コアの各先端
面とギャップを保って配置されると共に回転自在に支持され、磁石と、前記ギャップへ冷却油を供給する冷却油供給路を有する回転子を備え、前記各スロット部と前記ギャップとの各連通部に、前記回転子の外周面を底辺とし、互いに隣り合い対峙状態となった前記絶縁紙の折り返し部を２斜辺とする断面三角状の空間部を形成し、この空間部によって前記回転子の軸方向に貫通した冷却油通路が形成されているものである。

この発明の回転電機によれば、コア先端部と絶縁紙によって、ギャップからスロット部へ冷却油が入り込む流路箇所に空間部をつくることによって、回転子と固定子間のギャップに冷却油が流入しても、この空間部に冷却油を流入させることによって冷却油が滞留するようなことがなく、また一部冷却油が流入した場合でも簡単に排出されるので流体抵抗によるロストルクの増大を防ぐことができる。また、絶縁紙は内周側の巻線間の絶縁性能を確保するためでなく、吐出された鉄粉等が巻線部に付着して絶縁性を悪化させることを防ぐことも可能になる。

この発明の実施の形態１における回転電機の内部構成を示す断面図である。この発明の実施の形態１における回転電機の固定子を示す斜視図である。この発明の実施の形態１における回転電機の固定子巻線を示す斜視図である。 (ａ)は、この発明の実施の形態１における回転電機の固定子内周部と回転子外周部との構成の一部を示す斜視図、（ｂ）は回転電機に組み付け後の絶縁紙を単体で示した斜視図である。 (ａ)は、この発明の実施の形態１における回転電機の固定子内周部のスロット部と回転子外周部近傍を簡略化して示した断面図、（ｂ）は図(ａ)の一部を拡大して示した断面図、（ｃ）は固定子コアの一部を示した斜視図である。この発明の実施の形態１における回転電機の固定子巻線を覆った絶縁紙を、軸方向に見た形状を簡略化して示した断面図である。この発明の実施の形態２における固定子内周部と浅溝を有する回転子外周部の構成の一部を示す斜視図である。

以下、図面に基づいて、この発明の各実施の形態を説明する。
なお、各図間において、同一符号は同一あるいは相当部分を示す。

実施の形態１．
以下、図１から図６に基づき、実施の形態１に係る回転電機を説明する。
図１はこの発明の実施の形態１における回転電機の内部構成を示す断面図、図２は回転電機の固定子を示す斜視図、図３は回転電機の固定子巻線を示す斜視図、図４(ａ)は、回転電機の固定子内周部と回転子外周部との構成の一部を示す斜視図、（ｂ）は回転電機に組み付け後の絶縁紙を単体で示した斜視図、図５(ａ)は、回転電機の固定子内周部のスロット部と回転子外周部近傍を簡略化して示した断面図、（ｂ）は図(ａ)の一部を拡大して示した断面図、（ｃ）は固定子コアの一部を示した斜視図、図５は固定子内周部のスロット部と回転子外周部近傍の断面図、図６は固定子巻線を覆った絶縁紙を、軸方向に見た断面図である。

図１に示すように回転電機１は、固定子４と回転子３を備えており、回転時の遠心力によって回転子３の内部から固定子４のコイルエンド４３ｅに向かって冷却油（図示せず）を飛散させ固定子巻線４３の冷却を行うタイプのものである。

回転子３は、その外周側に積層鋼板によって構成された回転子コア３２が配置され、その内部に永久磁石（界磁石）３３が配置されている。また、回転子コア３２は、内周部が回転子ボス部３１の外周に圧入されて固定され、回転子ボス部３１の内周に配置された軸受５によって、ハウジング２に対して回転自在に支持されている。
また、回転子３は、その外周面が固定子コア（後述）の各先端面と所定のギャップＧ１を保って配置されると共にこのギャップＧ１から固定子巻線のコイルエンド部（後述）に向かって冷却油を供給する冷却油供給路３４を有している。

固定子４は、図２に示すように、リング状のフレーム４１の内周に、回転子コア３２と同様の積層鋼板によって構成された固定子コア４２を圧入して構成されている。
複数の固定子コア４２は、駆動軸（回転子軸）２１の径方向内方に突設され且つ周方向に配列され、先端面の両角部から周方向に伸びる突部４２ａを有している。

また、固定子４は、互いに隣り合う固定子コア４２間に形成されたスロット部４４と、このスロット部に直線巻回部が挿入され且つ固定子コア４２にそれぞれ集中的に巻装された固定子巻線４３と、この固定子巻線の直線巻回部外側面を覆う絶縁紙４５とを有している。なお、絶縁紙４５については後述する。

また、固定子コア４２の端面には、配電部品１０が配置されている。外部ハーネスより、この配電部品１０を経由して固定子巻線４３への給電を行い、回転磁界を発生させることによって回転子３を駆動し、発生したトルクを駆動軸（回転子軸）２１へ伝達する構造となっている。

また、固定子４は、図３に示すように固定子コア４２上に配置された配電部品１０に固定子巻線４３の端末線１８が接合されることによって、配電部品１０内部に構成されたバスバーとの電気的接続が行われる。ＵＶＷ相の各バスバーとの電気的接合を持つ端子台に内蔵されたバスバーから突出した給電端子部に外部より通電することによって、固定子巻線４３に回転磁界を発生させ回転電機を駆動することが可能になる。

固定子巻線４３は、固定子コア４２に装着されたインシュレータ１７に巻回され、軸方向両端に、固定子コア４２の端面に突出して形成され湾曲された形状を持つコイルエンド４３ｅを備えている。固定子巻線４３の最終ターン部４３ｔは、真直成形された後、端末線１８が切欠き部１９に絡げられて固定される。

次に、固定子巻線４３を覆う、この発明の要部である絶縁紙４５を図４、５に基づいて説明する。
絶縁紙４５は、図４に示すようにスロット部４４内において隣り合う固定子巻線４３の直線巻回部間Ｗに挟み込まれた状態で固定子巻線４３の周囲を覆うことによって、相間、対地間の絶縁性を確保している。

また、固定子巻線４３の周囲を覆った絶縁紙４５の組み付け後の形状は、図４（ｂ）に示すとおりであるが、図５に示すように固定子コア４２の先端面の両角部に突設された突部４２ａを、境目（起点）４５ｓにして折り返され、その径方向内方端部は、固定子巻線の直線巻回部内側面及びインシュレータ１７間に延在している。
また、互いに隣り合う絶縁紙４５によって、上記の折り返し部である各スロット部４４とギャップＧ１との各連通部Ｐには、三角形状の点線で示されるような空間部Ｇ２が構成されている。すなわち、回転子３の外周面を底辺３Ｃとし、互いに隣り合い対峙状態となった絶縁紙の折り返し部を２斜辺４５Ａ、４５Ｂとする断面三角状の空間部Ｇ２が形成され、この空間部Ｇ２によって回転子軸方向に貫通する冷却油通路が形成されている。

固定子巻線４３冷却のための冷却油は、回転子内部の冷却油格納部（図示せず）から回転子３が回転することによって固定子４のコイルエンド４３ｅに向かって飛散させられ、巻線部を直接冷却する。冷却油としては、車両のトランスミッション内での潤滑を行うＡＴＦ（Automatic Transmission Fluid）が用いられる。コイルエンド４３ｅに飛散された冷却油の一部は、回転子３の外周と固定子４内周部のギャップＧ１に入りこむが、この時空間部Ｇ２に冷却油が流入してもギャップＧ１間に滞留することはなく、また、一部流入した場合でも三角状の冷却油通路を伝って簡単に排出されるため流体抵抗によるロストルクの増加を防ぐことが可能であり、結果として回転電機の効率低下を防ぐことができる。

互いに隣り合って対向する相間の絶縁紙４５は、図６に示すように回転子軸方向両端部４５ｅが、軸方向の先端部に向うに従ってその離間距離を縮めるか又は広げる、なだらか湾曲状に反った形状Ｒ（湾曲状Ｒ部）になされ、その先端部は最も両スロット部４４の中央部に寄り添った配置になっている。

このように絶縁紙４５は、軸方向の両端部に向かうにしたがってなだらかに反った形状にしたことで、内側に反った場合は、コイルエンド４３ｅに飛散した冷却油がスロット部４４の内部に流入しにくくなり、ギャップＧ１への滞留自体を防止することが可能になり、外側に反った場合は、先端に形成された開口部が広がる形状になるため油の排出に有利になり、冷却油供給路34よりコイルエンドに突出された冷却油の一部が、開口部に入流した後に軸方向に拡散されやすくなる効果がある。

図５に示す絶縁紙４５は、固定子巻線部全体を覆っているが、スロット部４４の内周側において固定子巻線４３とワニス等の熱伝導性の良い絶縁物４６を介して密着している。この密着構造により熱伝導、熱伝達が向上し冷却性を大幅に向上できる。
また、絶縁紙４５は、スロット内周側において冷却油によって温度が低く抑えられるが、熱源である固定子巻線４３との接触状態が良好であるほど熱抵抗が小さくなるため、絶縁物４６による接触状態が良好である場合ほど、固定子巻線４３の最大温度の上昇を抑制することが可能になる。

実施の形態２．
図７に基づき、実施の形態２に係る回転電機を説明する。
図７は、この発明の実施の形態２における固定子４と回転子３の構成を示す斜視図である。実施の形態２に係る回転子３の外周面には、ギャップＧ１を広げる複数の浅溝３５が形成されている。

回転する回転子３の外周に浅溝３５を設けることによって、冷却油がスロット部４４内に構成された空間部Ｇ２に流入し易くなり、この空間部Ｇ２と合わせて、冷却油が滞留する範囲を拡大することが可能となるため、ギャップＧ１における冷却油の滞留を防止する効果を増進でき、回転子３が高速回転する際に生じる流体抵抗によるロストルクの増大を防ぐことが可能になる。また、浅溝３５は、磁気回路設計上のゴギングトルク低減、トルク脈動の抑制の効果もある。
なお、その他の部分については、実施の形態１と同一構造のため説明を省略する。

なお、この発明は、その発明の範囲内において、実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

１：回転電機、３：回転子、３１：回転子ボス部、３２：回転子コア、
３３：永久磁石、３４：回転子の冷却油供給路、３５：浅溝、４：固定子、
４１：リング状のフレーム、４２：固定子コア、４２ａ：突部、
４３：固定子巻線、４３ｅ：コイルエンド、４４：スロット部、
４５：絶縁紙、４５ｅ：絶縁紙４５の回転子軸方向両端部、
４５ｓ：境目（起点）、４５Ａ、４５Ｂ：絶縁紙の斜辺、
３Ｃ：底辺（回転子３の外周円面）、Ｇ１：ギャップ、
Ｇ２：断面三角状の空間部（冷却油通路）、
Ｐ：スロット部とギャップとの各連通部、
Ｒ：絶縁紙４５回転子軸方向両端部の湾曲状Ｒ部

Claims

回転子軸の径方向内方に突設され且つ周方向に配列された複数の固定子コアと、互いに隣り合う前記固定子コア間に形成されたスロット部と、このスロット部に直線巻回部が挿入され且つ前記固定子コアにそれぞれ巻装された固定子巻線と、この固定子巻線の直線巻回部外側面を覆い、径方向内方端縁部を前記固定子コアの先端面両角部の突部を境目にして折り返し且つ径方向内方端部を前記固定子巻線の直線巻回部内側面に延在させた絶縁紙とを有する固定子、及び外周面が前記固定子コアの各先端面とギャップを保って配置されると共に回転自在に支持され、磁石と、前記ギャップへ冷却油を供給する冷却油供給路とを有する回転子を備え、前記各スロット部と前記ギャップとの各連通部に、前記回転子の外周面を底辺とし、互いに隣り合い対峙状態となった前記絶縁紙の折り返し部を２斜辺とする断面三角状の空間部を形成し、この空間部によって前記回転子の軸方向に貫通した冷却油通路が形成されていることを特徴とする回転電機。
互いに隣り合って対向する前記絶縁紙の回転子軸方向両端部は、軸方向の先端部に向うに従ってその離間距離を縮めるか又は広げる、なだらかな湾曲状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
前記絶縁紙は、前記固定子巻線と絶縁物を介して密着していることを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
前記回転子の外周面には、前記ギャップを広げる複数の浅溝が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の回転電機。