JP6621114B2 - 回転電機 - Google Patents

Description

本発明は、回転電機に関するものである。

従来、ハイブリッド自動車や電気自動車の動力源として回転電機が使用されている。回転電機は、スロットを有するステータコアと、一部がスロット内に配置されてステータコアに装着されるコイルと、を有する。コイルは、芯線が絶縁性の皮膜により覆われた複数の導体により形成される。
ところで、近年は回転電機の高出力化等により、コイルの発熱が大きくなる場合があるため、冷媒を用いて回転電機を効果的に冷却することがある。

例えば特許文献１に記載の回転電機は、ステータと、ステータを冷却するための冷媒を供給する冷媒供給手段と、外部電力線と複数相のコイルとを電気的に中継する複数のバスバーと、バスバーを覆う絶縁カバーを備える回転電機が記載されている。絶縁カバーには、上下に貫通する貫通孔が設けられている。

特許文献１に記載の技術によれば、冷却液体が絶縁カバーの内部に浸入した際、貫通孔を通じて冷却流体を排出することが可能となるので、バスバー間の短絡を防止することが可能となるとともに、冷却流体が溜まることに起因する絶縁カバー又は冷却液体自体の劣化を抑制できるとされている。

特許第５８１５８４６号公報

ところで、回転電機にあっては、高出力化等にともない、回転電機を効果的に冷却することについて、さらなる向上が望まれている。

そこで、本発明は、上記事情に鑑みたものであって、従来技術と比較して効果的に冷却を行うことができる回転電機を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するため、請求項１に記載の発明に係る回転電機（例えば後述の実施形態の回転電機１）は、環状のステータコア（例えば後述の実施形態のステータコア１１）と、前記ステータコアに装着され前記ステータコアの軸方向に突出するコイルエンド（例えば後述の実施形態のコイルエンド１５Ａ，１５Ｂ）を備える巻線（例えば後述の実施形態の巻線１２）と、を有するステータ（例えば後述の実施形態のステータ３）と、前記ステータの前記巻線と電気的に接続され、少なくとも一部が前記コイルエンドの上方に配置された導電部材（例えば後述の実施形態の三相バスバー８）と、前記導電部材を下方から覆い、前記コイルエンドの上方に配置されたカバー部材（例えば後述の実施形態のカバー部材７）と、所定方向に冷媒を吐出し、前記ステータに前記冷媒を供給する冷媒供給手段（例えば後述の実施形態の冷媒供給手段６）と、を備え、前記カバー部材には、前記コイルエンドに対応した位置において、上下方向に貫通する孔部（例えば後述の実施形態の孔部７５ａ，７５ｂ）が設けられていることを特徴としている。

また、請求項２に記載の発明に係る回転電機は、前記カバー部材には、前記冷媒を前記孔部に導く誘導部（例えば後述の実施形態の誘導部７３）が設けられていることを特徴としている。

また、請求項３に記載の発明に係る回転電機は、前記カバー部材は、前記導電部材を収納可能な収納凹部（例えば後述の実施形態の収納凹部７１ａ）を有し、前記収納凹部は、平面視で前記コイルエンドに対応した位置に湾曲部（例えば後述の実施形態の湾曲部７２ａ）を有し、前記孔部は、前記湾曲部の隅部に形成されていることを特徴としている。

また、請求項４に記載の発明に係る回転電機は、前記巻線は、互いに接続されて使用される複数のセグメントコイル（例えば後述の実施形態のセグメントコイル１４）により形成され、前記コイルエンドは、複数の前記セグメントコイルが接続された接続部（例えば後述の実施形態の接続部１４ｃ）を含み、前記カバー部材は、前記接続部を含む前記コイルエンドの上方に配置されていることを特徴としている。

本発明の請求項１に記載の回転電機によれば、少なくとも一部がコイルエンドの上方に配置された導電部材と、導電部材を下方から覆い、コイルエンドの上方に配置されたカバー部材と、冷媒を供給する冷媒供給手段と、を備え、カバー部材には、コイルエンドに対応した位置において上下方向に貫通する孔部が設けられているので、冷媒供給手段から供給されてカバー部材に浸入した冷媒は、孔部を通じて重力により落下し、下方のコイルエンドに供給される。これにより、冷媒はコイルエンドから浸透して巻線およびステータコアを冷却することができる。また、従来技術と同様に、導電部材の短絡を防止できるとともに、冷媒が溜まることに起因するカバー部材や冷媒等の劣化を抑制できる。したがって、本発明の回転電機によれば、カバー部材や冷媒等の劣化を抑制できるとともに、カバー部材の孔部を通じて排出された冷媒によりステータの冷却ができるので、従来技術と比較して効果的に冷却を行うことができる。

本発明の請求項２に記載の回転電機によれば、カバー部材には、冷媒を孔部に導く誘導部が設けられているので、カバー部材に浸入した冷媒は、滞留することなく孔部を通じて重力により落下し、下方のコイルエンドに供給される。したがって、カバー部材や冷媒等の劣化をさらに抑制できるとともに、カバー部材の孔部を通じて排出された冷媒によりステータの冷却ができる。

本発明の請求項３に記載の回転電機によれば、カバー部材は、導電部材を収納可能な収納凹部を有し、孔部は、収納凹部における湾曲部の隅部に形成されているので、カバー部材に浸入した冷媒は、収納凹部の隅部に滞留することなく排出される。したがって、カバー部材や冷媒等の劣化をさらに抑制できるとともに、カバー部材の孔部を通じて排出された冷媒によりステータの冷却ができる。また、導電部材を収納可能な収納凹部をもうけることで、絶縁距離としての沿面距離を確保することができるので、レイアウト性を向上しつつ導電部材の絶縁を確保できる。

本発明の請求項４に記載の回転電機によれば、コイルエンドは、複数のセグメントコイルが接続された接続部を含み、カバー部材は、接続部を含むコイルエンドの上方に配置されているので、コイルエンドのうち渡り部よりも発熱しやすい接続部に対して、カバー部材の孔部を通じて冷媒を供給することができる。したがって、本発明によれば、巻線を効率よく冷却することができる。

実施形態に係る回転電機の概略構成を示す断面図である。 ステータの一部を示す断面図である。 セグメントコイルを示す斜視図である。 ケース内における軸方向から見たカバー部材およびカバー部材周辺の説明図である。 ケース内における上方から見たカバー部材およびカバー部材周辺の説明図である。 ケース内におけるカバー部材およびカバー部材周辺の斜視図である。

以下、本発明の各実施形態について図面を参照して説明する。

図１は、実施形態に係る回転電機の概略構成を示す断面図である。
図１に示すように、実施形態に係る回転電機１は、ケース２と、ステータ３と、ロータ４と、出力シャフト５と、冷媒供給手段６と、カバー部材７とを備える。
本実施形態の回転電機１は、例えばハイブリッド自動車や電気自動車のような車両に搭載される走行用モータである。ただし、本実施形態の構成は、上記例に限られず、車両に搭載される発電用モータ等のその他の用途のモータにも適用可能である。また、本実施形態の構成は、車両に搭載される以外の回転電機であって、発電機を含むいわゆる回転電機全般に適用可能である。
なお、以下の説明では、ロータ４の回転中心の軸線Ｃに沿う方向を軸方向といい、軸線Ｃに直交する方向を径方向といい、軸線Ｃ周りの方向を周方向という場合がある。また、以下の説明では、上下方向は、鉛直方向の上下方向と一致している。

ロータ４は、例えば、ロータコアと、ロータコアに取り付けられた磁石とを有し、ステータ３の内側で回転駆動される。本実施形態のロータ４は、いわゆるＩＰＭロータであって、磁石は、ロータコアに挿入されるとともに、軸方向から端面板により覆われて軸方向の移動が規制されている。
出力シャフト５は、ロータ４に接続されて、ロータ４の回転を駆動力として出力する。
ステータ３は、環状に形成されて、例えばケース２の内周面に取り付けられている。ステータ３は、ステータコア１１と、ステータコア１１に取り付けられた巻線１２とを有し、ロータ４に対して回転磁界を作用させる。

図２は、ステータの一部を示す断面図である。なお、図２においては、ステータ３を分かりやすくするためにロータ４を二点鎖線で図示している。
図２に示すように、ステータ３は、ステータコア１１と、巻線１２とを備える。なお、ステータ３には、スロット２３内において例えばワニス等の充填固着物がさらに備えられる場合があるが、本願においては説明の便宜上、図示および説明を省略する。

ステータコア１１は、ロータ４を囲む環状に形成されている。ステータコア１１は、複数枚の電磁鋼板が軸方向に積層されることで形成される。なお、ステータコア１１は、例えば周方向に分割された複数のピースが互いに連結されることで形成される分割型ステータコアであってもよい。
ステータコア１１は、環状のヨーク部２１と、複数のティース部２２と、複数のスロット２３とを有する。複数のティース部２２は、ヨーク部２１からステータコア１１の径方向の内側に向けて突出している。各スロット２３は、ステータコア１１の周方向において互いに隣り合う２つのティース部２２の間に形成されている。このため、複数のスロット２３は、ステータコア１１の周方向に並んで配置されている。各スロット２３は、ステータコア１１の軸方向にステータコア１１を貫通している。本実施形態のスロット２３は、径方向の内側が開放されたオープンスロットである。なお、本実施形態の構成は、これに限られず、径方向の内側が閉じられたクローズドスロットにも適用可能である。

巻線１２は、ステータコア１１のスロット２３に収容されて、ステータコア１１に装着されている。巻線１２は、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相からなる三相コイルである。本実施形態の巻線１２は、互いに接続されて使用される複数のセグメントコイル１４によって形成されている。

図３は、セグメントコイルを示す斜視図である。なお、図３では、１つのセグメントコイル１４を図示しており、同一のスロット２３に収容されるもう１つのセグメントコイルは図示を省略している。また、図３においては、ステータコア１１を透過して図示している。
図３に示すように、セグメントコイル１４は、複数（例えば４つ）のセグメント導体１４Ａにより形成される。セグメント導体１４Ａの芯線は、例えば平角線である。
セグメント導体１４Ａは、直線状に形成された一対の挿入部１４ａと、渡り部１４ｂと、一対の接続部１４ｃとを有する。一対の挿入部１４ａは、例えば不図示の絶縁紙に覆われた状態で互いに異なるスロット２３に分けて収容される。複数のセグメントコイル１４は、ステータコア１１の周方向において、Ｕ相、Ｕ相、Ｖ相、Ｖ相、Ｗ相、Ｗ相、Ｕ相、Ｕ相・・・の順に配列されている。

渡り部１４ｂは、一対の挿入部１４ａの一端を接続している。渡り部１４ｂは、スロット２３の外部であって、軸方向の一方（本実施形態では後述のカバー部材７が配置される側とは反対側）に配置される。
接続部１４ｃは、一対の挿入部１４ａの他端であって、挿入部１４ａに対して渡り部１４ｂとは反対側に位置する。接続部１４ｃは、スロット２３の外部であって、軸方向の他方（本実施形態では後述のカバー部材７が配置される側）に配置される。接続部１４ｃは、他のセグメントコイル１４の接続部１４ｃとＴＩＧ溶接やレーザ溶接等で接合される。これにより、複数のセグメントコイル１４は、順次連結されている。なお、接合された接続部１４ｃには、紛体絶縁による塗装が施される。これにより、接続部１４ｃは、電気的絶縁が確保される。
渡り部１４ｂおよび接続部１４ｃは、それぞれステータコア１１の軸方向に突出するコイルエンド１５Ａ，１５Ｂとなっている。

図１に示すように、上述のように構成されたステータ３およびロータ４は、ケース２に収容されている。ケース２は、例えばステータ３およびロータ４を収容可能な筒状に形成されている。ケース２には、後述の冷媒供給手段６から吐出される冷媒が通流する不図示の冷媒通路が形成されている。

図４は、ケース内における軸方向から見たカバー部材およびカバー部材周辺の説明図である。
図５は、ケース内における上方から見たカバー部材およびカバー部材周辺の説明図である。なお、図５においては、三相バスバー８（図４参照、請求項の「導電部材」に相当。）の図示を省略している。
図６は、ケース内におけるカバー部材およびカバー部材周辺の斜視図である。
図４から図６に示すように、ケース２内には、冷媒供給手段６と、三相バスバー８と、カバー部材７と、が設けられている。

冷媒供給手段６は、ケース２に形成された不図示の冷媒通路と連通するパイプ状の部材である。冷媒供給手段６は、接続部１４ｃ側のコイルエンド１５Ｂおよびステータコア１１よりも上方において、軸方向に沿って延びるように設けられている。また、図示および詳細な説明は省略するが、冷媒供給手段６は、渡り部１４ｂ側においても同様に設けられている。すなわち、冷媒供給手段６は、渡り部１４ｂ側において、渡り部１４ｂ側のコイルエンド１５Ａおよびステータコア１１よりも上方において、軸方向に沿って延びるように設けられている。さらに、本実施形態では、冷媒は、出力シャフト５の内部および端面板に設けられた第二の冷媒供給手段（不図示）を通じて、ロータより径方向の外側に放射状に排出される。

冷媒供給手段６の先端６１は、コイルエンド１５Ｂの軸方向の端部よりも軸方向の内側であって、ステータコア１１よりも軸方向の外側に配置される。冷媒供給手段６の先端６１には、例えばメカポンプや電動ポンプ等により冷媒通路を循環する冷媒を吐出可能な吐出孔が形成されている。吐出孔は、冷媒供給手段６の先端６１において、冷媒供給手段６の径方向に開口して設けられている。これにより、冷媒は、冷媒供給手段６の先端６１から、複数方向に放射状に吐出される。冷媒は、例えばＡＴＦ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｆｌｕｉｄ：自動変速機油）等の潤滑油である。

三相バスバー８は、コイルエンド１５Ｂの上方に配置されている。コイルエンド１５Ｂの上方に配置されている。例えば銅等の導電材料からなる３本の板状部材である。三相バスバー８は、三相バスバー８は、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相の各相の巻線１２と、ケース２の外部に設けられた不図示の三相コネクタにおけるＵ相、Ｖ相およびＷ相の各相の端子との間を電気的に接続している。

カバー部材７は、コイルエンド１５Ｂの上方に配置されている。カバー部材７は、三相バスバー８を下方から覆う絶縁カバーである。カバー部材７は、例えば絶縁性を有する樹脂材料により形成されている。カバー部材７は、軸方向から見て、冷媒供給手段６よりも周方向にわずかにずれた位置に配置されている。

図５に示すように、カバー部材７は、各相の三相バスバー８を各別に収納可能な収納凹部７１ａ，７１ｂ，７１ｃを有している。収納凹部７１ａ，７１ｂ，７１ｃは、それぞれ壁部により仕切られており、各相の三相バスバー８を互いに絶縁可能な所定の深さを有している。収納凹部７１ａ，７１ｂ，７１ｃは、各相の三相バスバー８を互いに絶縁した状態で収納している。

収納凹部７１ａ，７１ｂ，７１ｃは、それぞれ軸方向に沿う第一の直線部分と、周方向に沿う第二の直線部分と、第一の直線部分と第二の直線部分との間に設けられた湾曲部７２ａ，７２ｂ，７２ｃと、を有しており、平面視でＬ字状に形成されている。収納凹部７１ａ，７１ｂ，７１ｃのうち、一の収納凹部７１ａの湾曲部７２ａは、接続部１４ｃを含むコイルエンド１５Ｂに対応した位置に配置されている。

カバー部材７の収納凹部７１ａには、コイルエンド１５Ｂに対応した位置において、上下方向に貫通する複数（本実施形態では２つ）の孔部７５ａ，７５ｂが設けられている。孔部７５ａ，７５ｂのうち、一方の孔部７５ａは、湾曲部７２ａの隅部に形成されている。また、孔部７５ａ，７５ｂのうち、他方の孔部７５ｂは、一方の孔部７５ａから周方向に離間した位置に形成されている。

また、カバー部材７の収納凹部７１ａには、冷媒を孔部７５ａ，７５ｂに導く誘導部７３が設けられている。誘導部７３は、例えば収納凹部７１ａの底部に設けられた複数の溝である。誘導部７３は、例えば収納凹部７１ａの端部と孔部７５ａ，７５ｂ、および一方の孔部７５ａと他方の孔部７５ｂとを接続するように設けられている。

ここで、冷媒供給手段６の先端６１から吐出される冷媒の一部、および第二の冷媒供給手段から吐出される冷媒の一部は、カバー部材７の収納凹部７１ａに浸入する。収納凹部７１ａに浸入した冷媒は、収納凹部７１ａの底部や誘導部７３を通じて孔部７５ａ，７５ｂに導入される。その後、図４および図６に示すように、カバー部材７の収納凹部７１ａに浸入した冷媒は、孔部７５ａ，７５ｂを通じて重力により落下し、下方のコイルエンド１５Ｂに供給される（図４および図６における矢印Ｆ参照）。コイルエンド１５Ｂに供給された冷媒は、コイルエンド１５Ｂから浸透して巻線１２およびステータコア１１を冷却する。

本実施形態によれば、コイルエンド１５Ｂの上方に配置された三相バスバー８と、三相バスバー８を下方から覆い、コイルエンド１５Ｂの上方に配置されたカバー部材７と、冷媒を供給する冷媒供給手段６と、を備え、カバー部材７には、コイルエンド１５Ｂに対応した位置において上下方向に貫通する孔部７５ａ，７５ｂが設けられているので、冷媒供給手段６から供給されてカバー部材７に浸入した冷媒は、孔部７５ａ，７５ｂを通じて重力により落下し、下方のコイルエンド１５Ｂに供給される。これにより、冷媒はコイルエンド１５Ｂから浸透して巻線１２およびステータコア１１を冷却することができる。また、従来技術と同様に、カバー部材７の短絡を防止できるとともに、冷媒が溜まることに起因するカバー部材７や冷媒等の劣化を抑制できる。したがって、本実施形態の回転電機１によれば、カバー部材７や冷媒等の劣化を抑制できるとともに、カバー部材７の孔部７５ａ，７５ｂを通じて排出された冷媒によりステータ３の冷却ができるので、従来技術と比較して効果的に冷却を行うことができる。

本実施形態の回転電機１によれば、カバー部材７には、冷媒を孔部７５ａ，７５ｂに導く誘導部７３が設けられているので、カバー部材７に浸入した冷媒は、滞留することなく孔部７５ａ，７５ｂを通じて重力により落下し、下方のコイルエンド１５Ｂに供給される。したがって、カバー部材７や冷媒等の劣化をさらに抑制できるとともに、カバー部材７の孔部７５ａ，７５ｂを通じて排出された冷媒によりステータ３の冷却ができる。

本実施形態の回転電機１によれば、カバー部材７は、三相バスバー８を収納可能な収納凹部７１ａ，７１ｂ，７１ｃを有し、孔部７５ａは、収納凹部７１ａにおける湾曲部７２ａの隅部に形成されているので、カバー部材７に浸入した冷媒は、収納凹部７１ａの隅部に滞留することなく排出される。したがって、カバー部材７や冷媒等の劣化をさらに抑制できるとともに、カバー部材７の孔部７５ａ，７５ｂを通じて排出された冷媒によりステータの冷却ができる。また、三相バスバー８を収納可能な収納凹部７１ａ，７１ｂ，７１ｃをもうけることで、絶縁距離としての沿面距離を確保することができるので、レイアウト性を向上しつつ三相バスバー８の絶縁を確保できる。

本実施形態の回転電機１によれば、コイルエンド１５Ｂは、複数のセグメントコイル１４が接続された接続部１４ｃを含み、カバー部材７は、接続部１４ｃを含むコイルエンド１５Ｂの上方に配置されているので、コイルエンド１５Ａ，１５Ｂのうち渡り部１４ｂよりも発熱しやすい接続部１４ｃに対して、カバー部材７の孔部７５ａ，７５ｂを通じて冷媒を供給することができる。したがって、本実施形態によれば、巻線１２を効率よく冷却することができる。

なお、本発明の技術範囲は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。

上述の実施形態では、カバー部材７は、接続部１４ｃを含むコイルエンド１５Ｂを上方から覆っていたが、渡り部１４ｂを含むコイルエンド１５Ａ側にも上方から覆う上方体を設けてもよい。

上述の実施形態では、孔部７５ａ，７５ｂを有するカバー部材７は、三相バスバー８を下方から覆う絶縁カバーであったが、例えば端子等の他の導電部材を覆い、コイルエンド１５Ａ，１５Ｂの上方に配置される絶縁カバーに孔部を設けてもよい。
また、上述の実施形態では、カバー部材７は、三相バスバー８を下方から覆っていたが、三相バスバー８を上方から覆うカバーをさらに設けてもよい。

その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上記した実施の形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能であり、また、上述した各実施形態および各変形例を適宜組み合わせてもよい。

１ 回転電機
３ ステータ
６ 冷媒供給手段
７ カバー部材
８ 三相バスバー（導電部材）
１１ ステータコア
１２ 巻線
１４ セグメントコイル
１４ｃ 接続部
１５Ａ コイルエンド
１５Ｂ コイルエンド
７１ａ 収納凹部
７２ａ 湾曲部
７３ 誘導部
７５ａ，７５ｂ 孔部

Claims (4)

1. 環状のステータコアと、前記ステータコアに装着され前記ステータコアの軸方向に突出するコイルエンドを備える巻線と、を有するステータと、
   前記ステータの前記巻線と電気的に接続され、少なくとも一部が前記コイルエンドの上方に配置された導電部材と、
   前記導電部材を下方から覆い、前記コイルエンドの上方に配置されたカバー部材と、
   所定方向に冷媒を吐出し、前記ステータに前記冷媒を供給する冷媒供給手段と、
   を備え、
   前記カバー部材には、前記コイルエンドに対応した位置において、上下方向に貫通する孔部が設けられていることを特徴とする回転電機。
2. 請求項１に記載の回転電機であって、
   前記カバー部材には、前記冷媒を前記孔部に導く誘導部が設けられていることを特徴とする回転電機。
3. 請求項１または２に記載の回転電機であって、
   前記カバー部材は、前記導電部材を収納可能な収納凹部を有し、
   前記収納凹部は、平面視で前記コイルエンドに対応した位置に湾曲部を有し、
   前記孔部は、前記湾曲部の隅部に形成されていることを特徴とする回転電機。
4. 請求項１から３のいずれか１項に記載の回転電機であって、
   前記巻線は、互いに接続されて使用される複数のセグメントコイルにより形成され、
   前記コイルエンドは、複数の前記セグメントコイルが接続された接続部を含み、
   前記カバー部材は、前記接続部を含む前記コイルエンドの上方に配置されていることを特徴とする回転電機。

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