JP6952757B2 - 回転電機 - Google Patents

Description

本願は、回転電機に関するものである。

近年、電動機または発電機等の回転電機は、小型高出力化かつ高効率化が求められている。これらの要求に対応するために、特に車載用モータにおいて、略矩形断面のコイルを用いた分布巻が採用されている。分布巻の固定子は集中巻と比較して、回転磁界が滑らかに分布するため、騒音が小さい特徴がある。また、略矩形断面のコイルを用いることで、丸線を束ねて巻線を構成する場合と比較してコイルの占積率を向上し、高出力化の効果がある。一方で、小型高出力化が進む中で、冷却性能の向上が求められている。

これらの課題を解決する手段として、例えば、特許文献１に記載された固定子巻線において、コイルエンドの頂点部で折り返されるコイルタ−ン部はＵ字形状に形成され、側面が中心に向かうように放射状に配置され、コイルターン部と隣接するコイルエンドの頂点のコイルターン部との間には、内周側から外周側に貫通される空間が設けられている構造が示されている。このような構造とすることにより、冷媒がコイルエンド部の空間を通り抜け、これにより冷却性を向上させていた。

特許第５７７００７４号公報

しかしながら、特許文献１に開示された回転電機では、冷媒がコイルエンドを通り抜けてしまうため、冷媒がコイルにわずかにしか接触せず、冷却性能が不足する問題があった。

本願は、上記のような課題を解決するための技術を開示するものであり、冷却性が向上された回転電機を提供することを目的とする。

本願に開示される回転電機は、回転子、前記回転子に対向して配置され、複数のスロットを有する固定子鉄心と、前記複数のスロットに装着された固定子巻線とを有する固定子、を備えた回転電機において、前記固定子は、前記固定子鉄心の軸方向端面に突出して形成され、内径側から外径側に貫通する径方向の隙間が設けられた複数のコイルエンドを有しており、前記複数のコイルエンドの前記隙間を塞ぐように前記複数のコイルエンドの内径側に配置され、前記固定子の径方向より供給される冷媒を前記複数のコイルエンドに誘導するバスバーを備えており、前記バスバーは、前記コイルエンドの頂部よりも軸方向において前記固定子鉄心側に配置されていることを特徴とするものである。

本願に開示される回転電機によれば、冷却性が向上された回転電機が得られる。

実施の形態１による回転電機の固定子を示す斜視図である。 実施の形態１による回転電機の単位コイルを示す正面図である。 実施の形態１による回転電機のバスバーの上面図である。 図３Ａのバスバーの側面図である。 実施の形態１による回転電機のバスバーの接続事例を示す図である。 実施の形態１による回転電機の上面図である。 図５ＡのＡ‐Ａ線の断面図である。 図５ＡのＢ側から見た側面図である。 実施の形態１による回転電機の変形例を示す上面図である。 図５ＤのＣ‐Ｃ線の断面図である。 実施の形態２による回転電機を示す正面図である。 実施の形態３によるバスバーを示す拡大上面図である。

実施の形態１．
以下、図面に基づいて実施の形態１について説明する。なお、各図面において、同一符号は同一あるいは相当部分を示す。

図１は、実施の形態１による回転電機の固定子を示す斜視図である。図１に示すように、固定子１は、円環状の固定子鉄心９と、固定子鉄心９に装着された固定子巻線１０と、スロット２２に装着された対地絶縁紙（図示なし）を備えている。
固定子鉄心９は、周方向に配列されたスロット２２を備えている。複数のスロット２２には、固定子巻線１０が装着されている。固定子鉄心９の軸方向端面には複数のコイルエンド２４が突出して形成されている。複数のコイルエンド２４間には、コイルエンド２４の内径側から外径側に貫通する径方向の隙間２１が設けられている。複数のコイルエンド２４の内径側には、バスバー１３が配置されている。バスバー１３は、複数のコイルエンド２４の隙間２１を塞ぐように設けられている。また、バスバー１３は、端末線２５同士を電気的に接続している。

図２は、実施の形態１による回転電機の単位コイルを示す正面図である。単位コイル１２は環状のコイルであり、固定子巻線１０は、複数の単位コイル１２を備えている。単位コイル１２は、固定子鉄心９のスロット２２に装着されるコイルスロット部２３と、固定子鉄心９のスロット２２から突出して、周方向に異なるスロット２２から突出する他のコイルエンド２４と接続するコイルエンド２４と、固定子鉄心９のスロット２２から軸方向に突出して固定子巻線１０の別の単位コイル１２と接続するための端末線２５とを有する。
また、固定子巻線１０は、複数の単位コイル１２の端末線２５同士を電気的に接続するバスバー１３を少なくとも１つ有し、単位コイル１２とバスバー１３によって固定子巻線１０が構成されている。固定子巻線１０とバスバー１３とは、例えば銅を含む金属であり同一材料であるが、別部品である。

図３Ａは、実施の形態１による回転電機のバスバーの上面図である。また、図３Ｂは、図３Ａのバスバーの側面図である。さらにまた、図４は、実施の形態１による回転電機のバスバーの接続事例を示す図である。
図３Ａに示すように、バスバー１３は上面（軸方向）から見ると、コイルエンド２４の内径に沿うように円弧状を有している。また、図３Ｂに示すように、バスバー１３は側面から見ると略Ｕ字形状に成形されており、２つの端部１１を有している。図４に示すように、バスバー１３のそれぞれの端部１１は、単位コイル１２の端末線２５とティグ溶接またはレーザー溶接などで電気的に接続されている。バスバー１３は、例えば６スロット先の端末線２５同士を接続している。固定子巻線１０は、例えば６スロット先の端末線２５同士をバスバー１３で接続することおよび端末線２５同士を接続することにより繋がれている。

図５Ａは、実施の形態１による回転電機の上面図である。また図５Ｂは、図５ＡのＡ‐Ａ線の断面図であり、図５Ｃは、図５ＡのＢ側から見た側面図である。さらにまた、図５Ｄは、実施の形態１による回転電機の変形例を示す上面図であり、図５Ｅは、図５ＤのＣ‐Ｃ線の断面図である。図５Ｂ、図５Ｃおよび図５Ｅは、コイルエンド２４を中心に図示しており、固定子１の内周面に配置された回転子２と回転軸３については図示を省略している。
図５Ａに示すように、回転電機５０は、回転自在に支持された回転軸３を有する回転子２と、回転子２の外周面に対向して配置された固定子１とを備えている。

図５Ａおよび図５Ｃに示すように、コイルエンド２４には、内径側から外径側に貫通される径方向の隙間２１が設けられている。バスバー１３は、固定子１の内径側に配置され、かつコイルエンド２４の隙間２１を塞ぐ位置に配置されている。この構成により、径方向に吹きかけられた冷媒がコイルエンド２４の隙間２１を通り抜けることを抑止し、冷媒がバスバー１３に沿ってコイルエンド２４に誘導されるため、冷媒が十分にコイルエンド２４に接触し、冷却性能が向上する。
図５Ｂにおいて、バスバー１３に向かって図示された矢印は冷媒の吹きかけ方向または冷媒の拡散方向を示す。図５Ｂに示すように、内径側から外径側に冷媒が吹きかけられる場合、バスバー１３に冷媒が衝突することで冷媒が拡散され、広くコイルエンド２４に冷媒を接触させることができ、冷却性能を向上させることができる。

また、バスバー１３は、固定子１の径方向より供給される冷媒を複数のコイルエンド２４に誘導する。冷媒は、固定子１の内径側から供給され、具体的には、例えば回転子２側から供給される。
図５Ｄは、実施の形態１による回転電機の変形例を示す上面図であり、図５Ｅは、図５ＤのＣ‐Ｃ線の断面図である。複数のコイルエンド２４の内径側にバスバー１３が配置された領域において、固定子鉄心９のスロット２２から突出するコイルエンド２４の付け根の位置は変えられない。図５Ｂに示すように、固定子鉄心９に対してコイルエンド２４を垂直に立てた場合、バスバー１３が固定子鉄心９の端面２７よりも内径側に出てしまう可能性もある。したがって、図５Ｄおよび図５Ｅに示すように、バスバー１３を配置する領域においては、コイルエンド２４の位置を外径側に寄せてもよい。

具体的には、コイルエンド２４の内径側面２６は、コイルエンド２４の頂部３０側の第１側面２８と固定子鉄心９の端面２７側の第２側面２９を有しており、コイルエンド２４は、第１側面２８が第２側面２９よりも外径方向に位置するように、つまり外径側に設けられてもよい。
以上の構成により、コイルエンド２４を小型化することができ、大型化することなく冷却性能を向上することができる。

またバスバー１３は、コイルエンド２４の頂部３０よりも軸方向において固定子鉄心９側に配置されてもよい。バスバー１３がコイルエンド２４の頂部３０よりも軸方向において固定子鉄心９側に配置されることで、冷媒をコイルエンド２４内で誘導でき、冷却性が向上する。
さらに、バスバー１３は、固定子１の内径面よりも外径側に配置されてもよい。この構成により、回転子２と干渉することなく冷却性能を向上できる。

また、バスバー１３の断面形状は矩形であり、バスバー１３の側面が固定子１の径方向と交差するように配置されてもよい。バスバー１３が冷媒を面で受けることができるため、コイルエンド２４に供給される冷媒の量が増加し、より冷却性能を向上することができる。
また、バスバー１３は、コイルエンド２４の内径に沿って円弧状に成形されている。バスバー１３がコイルエンド２４の内径に沿って成形されることで、冷媒がコイルエンド２４に接触する面積が増加し、冷却性能が向上する。

また、バスバー１３の表面は絶縁被膜を有している。バスバー１３の周囲に絶縁被膜を有する部材を使用することで、コイルエンド２４との絶縁に必要な距離を小さくすることができる。つまり、バスバー１３とコイルエンド２４を近接して配置することができるため、冷媒が十分にコイルエンド２４に接触し、冷却性能が向上する。
また、固定子巻線１０は、複数の環状コイルを有しており、複数の環状コイル同士の少なくとも１組はバスバー１３を介して接続されている。

冷媒は、コイルエンド２４の内径側から外径側に向かって吹きかけられる。冷媒がバスバー１３に当たることで拡散され、コイルエンド２４に十分に冷媒が接触し、冷却性能が向上する。
以上より、実施の形態１による回転電機５０によれば、冷媒がバスバー１３に沿ってコイルエンド２４に誘導されるため、冷媒がコイルエンド２４に十分に接触し、コイルエンド２４の冷却性が向上された回転電機５０が得られる。

実施の形態２．
図６は、実施の形態２による回転電機を示す正面図である。実施の形態２については、実施の形態１と異なる点のみ説明し、実施の形態１と同一の構成については説明を省略する。また、図６において、バスバー１３に向かって図示された矢印は冷媒の吹きかけ方向または冷媒の流れる方向を示す。
図６に示すように、実施の形態２の回転電機５０において、固定子１は、回転子２の回転軸３の方向が水平方向に位置するように設置されている。実施の形態２では、例えば冷却油である冷媒は、コイルエンド２４の外径側から内径側に向かって吹きかけられる。冷媒は、例えば固定子１を保持するモーターケース（図示なし）側から供給される。実施の形態２による回転電機５０によれば、水平方向上側から吹きかけられた冷媒が重力によってバスバー１３に沿って垂れ落ち、コイルエンド２４に十分に接触するため、冷却性能が向上する。

また、バスバー１３はコイルエンド２４の内径側に複数個配置されており、複数のバスバー１３は、回転子２の回転軸３を中心とした９０°以上の範囲に配置されている。
バスバー１３が複数個設けられ、回転子２の回転軸３を中心とした９０°以上の範囲に配置されることで、上側から吹きかけられた冷媒がバスバー１３を伝って左右のコイルエンド２４に接触することができ、冷却性が向上する。

さらに、回転軸３よりも水平方向下側にバスバー１３を配置し、水平方向下側に配置されたバスバー１３に温度検出器１４を設置してもよい。この場合、冷媒がかかりづらい下側に温度検出器１４を設置することで、冷媒がかからず温度が高いバスバー１３の温度を測定することができる。
固定子１は、温度検出器１４を有しており、バスバー１３は、回転軸３よりも水平方向において下側に少なくとも一つ配置されており、水平方向下側のバスバー１３に温度検出器１４が少なくとも一つ設置されている。

実施の形態３．
図７は、実施の形態３によるバスバーを示す拡大上面図である。実施の形態３においては、実施の形態２と異なる点のみ説明する。図７に示すように、バスバー１３はストレート部１５を有し、ストレート部１５に温度検出器１４が設置されている。温度検出器１４がストレート部１５に設置されるため、温度検出器１４とバスバー１３の接触状態を安定させ易く、温度検出精度が向上する。

本願は、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、１つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。
従って、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。

１ 固定子、２ 回転子、３ 回転軸、９ 固定子鉄心、１０ 固定子巻線、１１ 端部、１２ 単位コイル、１３ バスバー、１４ 温度検出器、１５ ストレート部、２１ 隙間、２２ スロット、２３ コイルスロット部、２４ コイルエンド、２５ 端末線、２６ 内径側面、２７ 端面、２８ 第１側面、２９ 第２側面、３０ 頂部、５０ 回転電機

Claims (12)

1. 回転子、
   前記回転子に対向して配置され、複数のスロットを有する固定子鉄心と、前記複数のスロットに装着された固定子巻線とを有する固定子、を備えた回転電機において、
   前記固定子は、前記固定子鉄心の軸方向端面に突出して形成され、内径側から外径側に貫通する径方向の隙間が設けられた複数のコイルエンドを有しており、
   前記複数のコイルエンドの前記隙間を塞ぐように前記複数のコイルエンドの内径側に配置され、前記固定子の径方向より供給される冷媒を前記複数のコイルエンドに誘導するバスバーを備えており、
   前記バスバーは、前記コイルエンドの頂部よりも軸方向において前記固定子鉄心側に配置されていることを特徴とする回転電機。
2. 前記コイルエンドの内径側面は、前記コイルエンドの前記頂部側の第１側面と前記固定子鉄心側の第２側面を有しており、
   前記コイルエンドは、前記第１側面が前記第２側面よりも外径側に設けられたことを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
3. 前記バスバーは、前記固定子の内径よりも外径側に配置されたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の回転電機。
4. 前記バスバーの断面形状は矩形であり、前記バスバーの側面が前記固定子の径方向と交差するように配置された請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の回転電機。
5. 前記バスバーは、前記コイルエンドの内径に沿って円弧状に成形されたことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の回転電機。
6. 前記バスバーの表面は絶縁被膜を有することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の回転電機。
7. 前記固定子巻線は、複数の環状コイルを有しており、前記複数の環状コイル同士の少なくとも１組は前記バスバーを介して接続されたことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の回転電機。
8. 前記冷媒は、前記コイルエンドの内径側から外径側に向かって吹きかけられたことを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の回転電機。
9. 前記回転子の回転軸の方向が水平方向に位置するように設置されており、
   前記冷媒は、水平方向上側から吹きかけられることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の回転電機。
10. 前記バスバーは、複数個配置されており、
    前記複数のバスバーは、前記回転軸を中心とした９０°以上の範囲に配置されたことを特徴とする請求項９に記載の回転電機。
11. 前記固定子は、温度検出器を有しており、
    前記バスバーは、前記回転軸よりも水平方向において下側に少なくとも一つ配置されており、水平方向下側の前記バスバーに前記温度検出器が少なくとも一つ設置されたことを特徴とする請求項１０に記載の回転電機。
12. 前記バスバーはストレート部を有しており、
    前記ストレート部に前記温度検出器が設置されたことを特徴とする請求項１１に記載の回転電機。

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