JPWO2022185841A5 - - Google Patents
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Description
本開示は、ステータ及びこれを備えたモータに関する。
近年、産業、車載用途でモータの需要は高まっている。その中で、モータの効率向上、低コスト化が要望されている。
モータの効率を向上する手法の一つとして、ステータのスロット内に配置されるコイルの占積率を向上させることが知られている。コイルの占積率を向上させることで、モータの駆動時に、コイルに流れる電流に起因する損失を抑制できる。コイルの占積率を向上させる手法として、銅材を用いた鋳造コイルをスロット内に配置する構成が提案されている(例えば特許文献1を参照)。
また、モータの効率向上のための別の手法として、スロット内に配置されるコイルにオイル等の冷媒を噴射することで、コイルを冷却する構成が知られている(例えば、特許文献2を参照)。この場合、コイルを冷却することで、コイルに流れる電流に起因する損失を抑制できる。
ところで、モータの動作中に最も熱が発生するのは、大電流が流れる部品、例えば、ステータ中のコイルである。コイルのうち、ステータのスロットに収容される部分は、インシュレータ等を介してステータコアに接している。よって、コイルの当該部分で発生した熱は、ステータコアを介して外部に放散される。
一方、コイルには、スロットの外部にはみ出した部分(以下、コイルエンドと呼ぶことがある。)が存在する。コイルエンドは、コイルにおけるそれ以外の部分よりも熱が放散されにくく、熱がこもりやすくなる。このため、コイルエンドで損失がより多く発生してしまう。
このことを考慮して、特許文献2には、オイルポンプ及び供給管を通じてコイルエンドに冷媒としてオイルを噴射する構成が開示されている。
しかし、この場合、冷媒の噴射の仕方によっては、ステータ内の一部のコイルでは、冷媒が十分に吹きかけられず、冷却されにくくなってしまう。コイルを十分に冷却しようとすると、冷媒の供給量が非常に多くなってしまう。
ステータ内のすべてのコイルに対し、冷媒を噴射して冷却する場合は、冷媒の供給管の構造が複雑になってしまう。それぞれのコイルエンドに対し、均等に冷媒を供給しようとすると、供給圧を大幅に高める必要があり、冷媒を供給するポンプが大型化してしまう。
本開示はかかる点に鑑みてなされたものである。本開示の目的は、冷媒による冷却が不十分なコイルをステータの内部に含む場合に、当該コイルの放熱性が確保されたステータ及びこれを備えたモータを提供することにある。
上記目的を達成するため、本開示に係るステータは、軸心を囲うように形成されるとともに複数の歯部を有するステータコアと、前記複数の歯部のそれぞれに装着されたコイルと、を備えたモータのステータであって、前記コイルは、断面が四角形の導線が巻回され、nターン(nは2以上の整数)積層されてなり、前記複数の歯部は、前記モータの周方向に沿って、互いに間隔をあけて前記ステータコアの内周にそれぞれ接続されており、前記周方向に配置された複数の前記コイルのうち、1つの前記コイルにおいて、前記コイルにおける前記軸心が延伸する方向である軸方向の端部であるコイルエンドの高さが、他の前記コイルと異なる。
複数の前記コイルのうち、前記コイルエンドの高さが互いに同じであるコイル群の間に、前記コイル群と前記コイルエンドの高さが異なる前記コイルが、1つ配置されていてもよい。
本開示に係るモータは、前記軸方向に延伸する回転軸を有するロータと、前記ロータと同軸にかつ前記ロータと所定の間隔をあけて設けられた前記ステータと、前記ステータと前記ロータとを内部に収容するモータケースと、1つの前記コイルに向けて冷媒を供給する冷却装置を備え、前記冷却装置は、前記冷媒を吐出するポンプと、前記ポンプに接続されて前記モータケースの内部に延び、前記ポンプから吐出された前記冷媒を前記コイルに向けて供給する供給管を、を有する。
前記供給管は、前記冷媒を前記軸方向に噴射する第2噴射口を有することが好ましい。
前記軸方向が重力方向と交差するように前記モータが用いられるとき、前記供給管は、前記冷媒を前記重力方向で上側から噴射する第1噴射口をさらに有することが好ましい。
前記冷媒が直接に噴射される前記コイルの前記コイルエンドの高さは、前記冷媒が直接に噴射されない前記コイルの前記コイルエンドの高さよりも低いことが好ましい。
前記コイルエンドは、前記軸方向の一方の端部である第1コイルエンドと、他方の端部である第2コイルエンドとを有し、前記冷媒は、前記第1コイルエンドに向けて噴射されることが好ましい。
前記冷媒は、前記第1コイルエンド及び前記第2コイルエンドの両方に向けて噴射されることが好ましい。
前記第1コイルエンドの表面積は、前記第2コイルエンドの表面積よりも小さくてもよい。
前記第1コイルエンドの表面積は、前記第2コイルエンドの表面積よりも大きくてもよい。
特に、本開示に係るモータは、モータの軸方向が、重力方向と交差するように用いられることが好ましい。
本開示によれば、冷媒による冷却が不十分なコイルをステータの内部に含む場合に、当該コイルの放熱性を確保できる。したがって、ステータ全体、ひいてはモータを効率良く冷却できる。
以下、本開示の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本開示、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものでは全くない。
(実施形態1)
[モータの構成]
図1Aは、実施形態1に係るモータ1000の軸方向の断面模式図である。図1Bは、実施形態1に係るモータ1000の径方向の断面模式図である。なお、以降の説明において、モータ1000の半径方向を「径方向」と、外周方向を「周方向」と、モータ1000の回転軸210に含まれる軸心が延伸する方向(図1Bにおける紙面と垂直な方向)を「軸方向」とそれぞれ呼ぶことがある。径方向において、モータ1000の軸心側を内または内側と、外周側を外または外側と呼ぶことがある。図1Aに示すモータ1000は、径方向が重力方向と平行となるように、図示しない設備または機器に取り付けられている。この場合の「平行」とは、モータ1000の製造公差や機器等への取り付け公差を含んで平行という意味であり、径方向と重力方向とが厳密な意味で平行であることまでは要求されない。
[モータの構成]
図1Aは、実施形態1に係るモータ1000の軸方向の断面模式図である。図1Bは、実施形態1に係るモータ1000の径方向の断面模式図である。なお、以降の説明において、モータ1000の半径方向を「径方向」と、外周方向を「周方向」と、モータ1000の回転軸210に含まれる軸心が延伸する方向(図1Bにおける紙面と垂直な方向)を「軸方向」とそれぞれ呼ぶことがある。径方向において、モータ1000の軸心側を内または内側と、外周側を外または外側と呼ぶことがある。図1Aに示すモータ1000は、径方向が重力方向と平行となるように、図示しない設備または機器に取り付けられている。この場合の「平行」とは、モータ1000の製造公差や機器等への取り付け公差を含んで平行という意味であり、径方向と重力方向とが厳密な意味で平行であることまでは要求されない。
軸方向において、エンドプレート310が設けられた側を上または上側と、その反対側を下または下側と呼ぶことがある。なお、軸方向から見て、モータ1000の軸心は、回転軸210の軸心に一致する。
図1A、図1Bに示すように、モータ1000は、ステータ100と、ロータ200と、モータケース300と、エンドプレート310とを有している。モータ1000には、冷却装置400が取り付けられている。ステータ100及びロータ200の構造の詳細については後で述べる。
モータケース300は、上部に開口を有する有底筒状の金属製部材である。エンドプレート310は、モータケース300の開口を塞ぐように設けられた板状の金属製部材である。エンドプレート310は樹脂製部材でもよい。
冷却装置400は、オイルポンプ410と供給管420とを有している。供給管420は、中空構造の金属製部材である。供給管420は、主管430と枝管440とを有している。供給管420の一端がオイルポンプ410に接続されている。主管430は、ステータ100の径方向外側を通って、モータケース300の内部に延びている。主管430は、エンドプレート310の内部で分岐している。分岐した枝管440がモータケース300の内部に延びている。よって、モータケース300の内部には、供給管420の端部が2箇所配設されている。主管430の端部には第1噴射口431が設けられている。枝管440の端部には第2噴射口441が設けられている。第1噴射口431は、第1コイルエンド41aの径方向外側に配置されている。第2噴射口441は、第1コイルエンド41aの軸方向上側に配置されている。
供給管420は、金属製部材を用いてもよい。例えば、供給管420は、樹脂製部材で形成できる。樹脂製部材で形成された供給管420は、高い絶縁性を期待できる。
ここで、第1コイルエンド41aは、コイル40の軸方向上側の端部である。第1コイルエンド41aは、前述したように、コイル40のうちスロット30の外側にはみ出した部分である。第2コイルエンド41bは、コイル40の軸方向下側の端部である。第2コイルエンド41bは、コイル40のうちスロット30の外側にはみ出した部分である。供給管420は、モータケース300の外部で分岐していてもよいし、内部で分岐していてもよい。
オイルポンプ410が駆動されると、オイルポンプ410から吐出された冷媒であるオイルが、供給管420を通ってモータケース300の内部に圧送される。第1噴射口431及び第2噴射口441の両方から、オイルが第1コイルエンド41aに向けて噴射され、第1コイルエンド41aが冷却される。図1Aから明らかなように、第1噴射口431から第1コイルエンド41aの径方向外側面に向けて、オイルが噴射される。第2噴射口441から第1コイルエンド41aの軸方向上側面に向けて、オイルが噴射される。なお、第1コイルエンド41aに噴射されたオイルは、モータケース300の内部であって、モータ1000の軸心よりも重力方向で下方に位置する部分に溜まる。噴射されたオイルは、さらに図示しないオイル溜めに回収される。
なお、第1噴射口431は主管430の端部に、第2噴射口441は枝管440の端部にそれぞれに複数設けられている。複数のコイル40の第1コイルエンド41aに向けてオイルが噴射される(例えば、図2を参照)。なお、モータケース300の内部に位置する主管430及び枝管440のそれぞれの端部は、周方向に所定の長さだけ延びていてもよい。
図1Bに示すように、ステータ100は、円環状のヨーク20と、ヨーク20の内周に接続され、当該内周に沿って等間隔に設けられた複数のティース(歯部)10と、を有している。ティース10が接続されたヨーク20を、ステータコア110と呼ぶことがある。
ステータ100は、さらに、周方向に隣り合うティース10の間にそれぞれ設けられたスロット30と、スロット30内に収容されたコイル40とを有している。ステータ100は、ロータ200の径方向外側に、ロータ200と一定の間隔をあけて配置されている。
ティース10とヨーク20は、それぞれ、例えば、ケイ素等を含有した電磁鋼板を打ち抜き加工した後に積層して形成される。コイル40は、インシュレータ50(図4A、図4Bを参照)を挟んで、複数のティース10のそれぞれに装着されて、スロット30内に収容されている。前述したように、コイル40は、コイルエンド41として、第1コイルエンド41aと第2コイルエンド41bとを有している。コイル40の形状については、後で詳述する。
コイル40に流れる電流の位相に応じて、コイル40をコイルU1~U4,V1~V4,W1~W4とそれぞれ呼ぶことがある。
ロータ200は、回転軸210と、回転軸210を軸心に有するロータコア220と、複数の磁石230とを有している。複数の磁石230は、ロータコア220の内部に埋設され、ステータ100に対向してN極、S極が回転軸210の外周方向に沿って交互に配置されている。なお、磁石230の材料や形状や材質については、モータ1000の出力等に応じて適宜変更し得る。また、ロータコア220は、例えば、ケイ素等を含有した電磁鋼板を打ち抜き加工した後に積層して形成される。
コイルU1~U4,V1~V4,W1~W4はそれぞれ直列に接続されている。互いに電気角で120°の位相差を有するU,V,W相の3相の電流がそれぞれコイルU1~U4,V1~V4,W1~W4に供給されて励磁される。その結果、ステータ100に回転磁界が発生する。この回転磁界と、ロータ200に設けられた磁石230が発生する磁界との間で相互作用を生じてトルクが発生し、回転軸210が軸受320に支持されて回転する。
本開示は、ステータ100にコイルU1~U4,V1~V4,W1~W4をそれぞれ並列に接続する構成または他の接続構成にしたとしても、同様の作用効果を奏することができる。
[ステータの要部及びコイルの構成]
図2は、軸方向から見たステータの模式図である。図3は、コイルの第kターンを径方向から見た模式図である。図4Aは、図2のIVA-IVA線での断面図である。図4Bは、図2のIVB-IVB線での断面図である。なお、説明の便宜上、図2及び図4A,4Bにおいて、ヨーク20の図示を省略している。また、コイル40の巻回数、つまり、ターン数を5としているが特にこれに限定されない。コイル40のターン数はn(nは2以上の整数)であればよい。
図2は、軸方向から見たステータの模式図である。図3は、コイルの第kターンを径方向から見た模式図である。図4Aは、図2のIVA-IVA線での断面図である。図4Bは、図2のIVB-IVB線での断面図である。なお、説明の便宜上、図2及び図4A,4Bにおいて、ヨーク20の図示を省略している。また、コイル40の巻回数、つまり、ターン数を5としているが特にこれに限定されない。コイル40のターン数はn(nは2以上の整数)であればよい。
図2に示すように、コイル40は、銅等からなる導線が螺旋状に巻回されてなる部品である。コイル40は、当該導線が成形されてなる成形コイルである。なお、図示しないが、コイル40を構成する導線の表面には絶縁被膜が形成されている。
なお、本願明細書における「成形コイル」は、幅及び厚さが一定の導線が螺旋状に巻回されただけのコイルを含まない。
成形コイルは、例えば、長さ、幅または厚みが異なる複数の長方形の板材を準備し、これらの板材を冷間圧接、溶接、またはそのほかの方法で接合することで形成される。板材の材質は、銅またはアルミ等の低抵抗材料である。
あるいは、成形コイルは、銅等を溶融して鋳型に流し込む、いわゆる鋳造により形成されてもよい。幅または厚さを予め途中で異なるように形成した板状の導線を所定の位置で曲げ加工することで、成形コイルが形成されてもよい。あるいは、幅及び厚さが一定の板状の導線を所定の部位で圧延加工して、途中で幅または厚さを変更した後に螺旋状に巻回して、成形コイルが形成されてもよい。要するに、導線を巻回する以外にさらに別の加工を加えるか、あるいは、単に巻き回すのとは異なる工法で成形コイルは形成される。
コイル40は、成形コイルであるため、後で述べるように、各ターンの形状をそれぞれ自由に変更することができる。
図3に示すように、コイル40の第kターン(kは整数で1≦k≦n)の外形は、径方向から見て4つの辺部を有する四角環状である。互いに対向し周方向に延びる2つの辺部が、それぞれコイルエンド41に相当する。前述したように、軸方向上側に位置するコイルエンド41が第1コイルエンド41aである。軸方向下側に位置するコイルエンド41が第2コイルエンド41bである。また、互いに対向し軸方向に延びる2つの辺部42が、スロット30の内部に収容される。
本実施形態では、第1ターンは、モータ1000の軸心に近い側に位置し、第nターンは、ヨーク20に近い側に位置している。つまり、第1ターンの径方向外側に第nターンが配置されている。
図2に示すように、周方向に沿って等間隔で配置された12個のコイル40の配置順をI~XIIとする。位置I,II及びXIIにそれぞれ配置されたコイル40の第1コイルエンド41aに向けて、供給管420の第1噴射口431及び第2噴射口441からそれぞれオイルが噴射される。
本実施形態では、ステータ100内でのコイル40の位置によって、第1コイルエンド41aの高さが異なっている。
具体的には、位置I~III及びV~IX、さらに位置XI,XIIにそれぞれ配置されたコイル40では、図4Aに示すように、第1コイルエンド41aの高さがH1である一方、第2コイルエンド41bの高さはH2(>H1)である。また、それ以外の位置、つまり、位置IV及びXにそれぞれ配置されたコイル40では、図4Bに示すように、第1コイルエンド41a及び第2コイルエンド41bの高さがともにH2である。
前述したように、位置I,II及びXIIにそれぞれ配置されたコイル40の第1コイルエンド41aには、冷媒であるオイルが直接噴射される。また、位置III及びXIにそれぞれ配置されたコイル40の第1コイルエンド41aには、隣接した位置II及びXIIに配置されたコイル40からそれぞれオイルが流れ込みやすい。したがって、位置I~III,XI及びXIIにそれぞれ配置されたコイル40では、オイルとの熱交換により、第1コイルエンド41aが冷却される。よって、コイル40の温度上昇が抑制される。
前述したように、コイル40に噴射されたオイルは、モータケース300の内部であって、モータ1000の軸心よりも重力方向で下方に位置する部分に一旦溜められる。このため、位置V~IXにそれぞれ位置するコイル40は、溜まったオイルに直接接触して冷却される。したがって、コイル40の温度上昇が抑制される。
一方、位置IV及びXにそれぞれ配置されたコイル40では、重力の影響で、隣接した位置III及びXIに配置されたコイル40からのオイル流入量が小さくなる。これらのコイル40は、モータケース300の内部であって、モータ1000の軸心近傍に配置されている。このため、モータケース300の内部に溜まったオイルとの接触面積が、位置V~IXにそれぞれ位置するコイル40に比べて大幅に小さくなる。これらのことにより、位置IV及びXにそれぞれ配置されたコイル40では、第1コイルエンド41aの冷却が不十分となり、コイル40の温度が上昇しやすくなる。よって、コイル40での損失が増加し、モータ1000の効率を低下させる要因となりうる。
そこで、本実施形態では、オイルによって冷却されにくい位置IV及びXにそれぞれ配置されたコイル40において、第1コイルエンド41aの高さ(=H2)を、他の位置に配置されたコイル40の第1コイルエンド41aの高さ(=H1<H2)よりも高くしている。
このようにすることで、位置IV及びXにそれぞれ配置されたコイル40において、第1コイルエンド41aの表面積及び体積を大きくし、他の位置に配置されたコイル40の第1コイルエンド41aでの放熱量よりも大きくすることができる。このことにより、位置IV及びXにそれぞれ配置されたコイル40の温度上昇を抑制できる。また、ステータ100に配置された複数のコイル40全体で温度上昇を抑制できるため、モータ1000の効率低下を抑制できる。
なお、第1コイルエンド41aの高さが、他の位置のコイル40よりも高くなるコイル40は、前述した例に限られない。オイルによる冷却効率が低いコイル40において、第1コイルエンド41aの高さが、他の位置のコイル40よりも高くなるようにすればよい。例えば、モータケース300の内部でのオイルが溜まる量が少なければ、位置V及びIXにそれぞれ配置されたコイル40も、オイルによる冷却が不十分となりうる。そのような場合、位置V及びIXにそれぞれ配置されたコイル40の第1コイルエンド41aの形状は、図4Aに示したのと同じとなる。また、位置III及びXIにそれぞれ配置されたコイル40に流れるオイルの量が少なければ、これらのコイル40における第1コイルエンド41aの形状も、図4Aに示したのと同じとなる。
[効果等]
以上説明したように、本実施形態に係るステータ100は、軸心を囲うように形成されるとともに複数のティース(歯部)10を有するステータコア110と、複数のティース10のそれぞれに装着されたコイル40と、を少なくとも備えている。
以上説明したように、本実施形態に係るステータ100は、軸心を囲うように形成されるとともに複数のティース(歯部)10を有するステータコア110と、複数のティース10のそれぞれに装着されたコイル40と、を少なくとも備えている。
コイル40は、断面が四角形の導線が巻回され、nターン(nは2以上の整数)積層されてなる。
複数のティース10は、モータ1000の外周方向である周方向に沿って、互いに間隔をあけてステータコア110の内周にそれぞれ接続されている。モータ1000の軸心が延伸する方向である軸方向は、重力方向と交差している。
周方向に配置された複数のコイル40のうち、少なくとも1つのコイルにおいて、コイル40における軸方向の端部であるコイルエンド41の高さ、本実施形態では、第1コイルエンド41aの高さが、他のコイル40と異なっている。具体的には、オイルによる第1コイルエンド41aの冷却が不十分となりうるコイル40では、第1コイルエンド41aの高さH2を、オイルによる第1コイルエンド41aが十分に冷却されるコイル40の第1コイルエンド41aの高さH1よりも高くしている。
このようにすることで、第1コイルエンド41aの表面積及び体積を大きくし、他の位置に配置されたコイル40の第1コイルエンド41aでの放熱量よりも大きくすることができる。このことにより、ステータ100に配置された複数のコイル40全体で温度上昇を抑制できるため、モータ1000の効率低下を抑制できる。
また、ステータ100内のすべてのコイル40にオイルを吹き付ける必要が無くなるため、オイルの供給管420の構造が簡素化される。オイルの供給圧を低く抑えられ、オイルポンプ410が大型化するのを抑制できる。また、オイルの吐出量を低減できる。これらのことにより、冷却装置400、ひいてはモータ1000のコストを低減できる。
コイル40が前述の成形コイルであるため、所望の位置のコイル40において、第1コイルエンド41aの高さを容易に変更することができる。
本実施形態に係るモータ1000は、回転軸210を軸心に有するロータ200と、ロータ200と同軸にかつロータ200と所定の間隔をあけて設けられたステータ100と、ステータ100とロータ200とを内部に収容するモータケース300と、を少なくとも備えている。
モータ1000は、少なくとも1つのコイル40に向けて冷媒であるオイルを供給する冷却装置400をさらに備えている。
冷却装置400は、オイルを吐出するオイルポンプ(ポンプ)410と、オイルポンプ410に接続されてモータケース300の内部に延び、オイルポンプ410から吐出されたオイルをコイル40の第1コイルエンド41aに向けて供給する供給管420を、を有している。
本実施形態によれば、冷却装置400から供給されたオイルをコイル40に噴射して、モータ1000における主な発熱源であるコイル40を確実に冷却することができる。このことにより、コイル40で発生する熱的損失を抑制でき、モータ1000の効率を高められる。
また、複数のコイル40のうち、オイルによる冷却が十分でないコイル40では、第1コイルエンド41aの高さH2を、オイルにより冷却されたコイル40の第1コイルエンド41aの高さH1よりも高くしている。さらに言うと、オイルが直接に噴射さないコイル40の第1コイルエンド41aの高さH2を、オイルが直接に噴射されるコイル40の第1コイルエンド41aの高さH1よりも高くしている。このことにより、オイルによる冷却が十分でないコイル40において、第1コイルエンド41aからの放熱量を高められる。よって、ステータ100に配置された複数のコイル40全体で温度上昇を抑制できる。また、モータ1000の効率低下を抑制できる。
また、供給管420の構造が簡素化されるとともに、オイルポンプ410が大型化するのを抑制できる。また、オイルの吐出量を低減できる。これらのことにより、冷却装置400、ひいてはモータ1000のコストを低減できる。
供給管420は、オイルを軸方向に噴射する第2噴射口441を有している。このようにすることで、第1コイルエンド41aのうち、表面積の大きい領域に対してオイルを確実に吹き付けることができる。また、供給管420は、オイルを重力方向で上側から噴射する第1噴射口431をさらに有しているのが好ましい。このようにすることで、第1コイルエンド41aをオイルで確実に冷却できる。
コイルエンド41は、軸方向の一方の端部である第1コイルエンド41aと、他方の端部である第2コイルエンド41bとを有している。オイルは、少なくとも第1コイルエンド41aに向けて噴射される。
また、第1コイルエンド41aにオイルが供給され、第2コイルエンド41bにオイルが供給されない場合、前述したように、第1コイルエンド41aの高さがH1のコイル40と、第1コイルエンド41aの高さがH2(>H1)のコイル40とが混在する。一方、複数のコイル40のそれぞれで、第2コイルエンド41bの高さは同じ値(=H2)に設定される。
このようにすることで、ステータ100内のすべてのコイル40において、オイルが供給されない第2コイルエンド41bでの放熱量を高められる。このことにより、ステータ100に配置された複数のコイル40全体で温度上昇を抑制でき、モータ1000の効率低下を抑制できる。
<変形例1>
図5は、変形例1に係るステータ100を軸方向から見た模式図である。なお、説明の便宜上、図5及び以降に示す各図面において、実施形態1と同様の箇所については同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
図5は、変形例1に係るステータ100を軸方向から見た模式図である。なお、説明の便宜上、図5及び以降に示す各図面において、実施形態1と同様の箇所については同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
本変形例のステータ100、ひいてはモータ1000は、オイルが直接噴射されるコイル40の位置が、実施形態1のステータ100、ひいてはモータ1000と異なっている。具体的には、図5に示すように、位置I,III及びXIにそれぞれ配置されたコイル40にオイルが直接噴射される。この場合、位置I,III及びXIにそれぞれ配置されたコイル40は、図4Aに示すものと同様の形状となっている。一方、位置Iと位置IIIの間に位置する位置IIに配置されたコイル40では、図4Bに示すものと同様に、第1コイルエンド41aの高さがH2となっている。また、位置Xと位置XIIの間に位置する位置XIに配置されたコイル40においても、図4Bに示すものと同様に、第1コイルエンド41aの高さがH2となっている。
第1コイルエンド41aの高さがH2となるコイル40の位置は、図5に示す例に特に限定されない。複数のコイル40のうち、第1コイルエンド41aの高さが互いに同じであるコイル群の間に、当該コイル群と第1コイルエンド41aの高さが異なるコイル40が、少なくとも1つ配置されていればよい。
つまり、本変形例においても、オイルが直接に噴射さないコイル40の第1コイルエンド41aの高さH2を、オイルが直接に噴射されるコイル40の第1コイルエンド41aの高さH1よりも高くしている。このことにより、オイルによる冷却が十分でないコイル40において、第1コイルエンド41aからの放熱量を高め、ステータ100に配置された複数のコイル40全体で温度上昇を抑制できる。また、モータ1000の効率低下を抑制できる。
<変形例2>
図6は、変形例2に係るモータ1000の軸方向の断面模式図である。図7は、変形例2に係るモータ1000のステータ100の要部の断面模式図である。なお、説明の便宜上、図6,図7及び以降に示す各図面において、実施形態1と同様の箇所については同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
図6は、変形例2に係るモータ1000の軸方向の断面模式図である。図7は、変形例2に係るモータ1000のステータ100の要部の断面模式図である。なお、説明の便宜上、図6,図7及び以降に示す各図面において、実施形態1と同様の箇所については同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
図6に示す本変形例のモータ1000は、供給管420の形状が、図1Aに示す実施形態1のモータ1000と異なる。具体的には、主管430はステータ100とモータケース300との間を通って、第2コイルエンド41bの径方向外側まで延びている。一対の第1噴射口のうち一方の第1噴射口431は、主管430の中間部分であって、第1コイルエンド41aの径方向外側に配置されている。一対の第1噴射口のうち他方の第1噴射口432は、主管430の中間部分であって、第2コイルエンド41bの径方向外側に配置されている。したがって、一対の第1噴射口431,432から噴射されたオイルは、第1コイルエンド41a及び第2コイルエンド41bのそれぞれの径方向外側面に吹き付けられる。
図6に示すように、主管430の端部から別の枝管450がモータ1000の軸心に向けて延びている。枝管450の端部には、一対の第2噴射口441、451のうち第2コイルエンド41bの軸方向下側面に対向する第2噴射口451が設けられている。したがって、一対の第2噴射口441、451のうち第1コイルエンド41aに対向する第2噴射口441から噴射されたオイルは、第1コイルエンド41aの軸方向上側面に吹き付けられ、第2コイルエンド41bに対向する第2噴射口451から噴射されたオイルは、第2コイルエンド41bの軸方向下側面に吹き付けられる。
本変形例において、位置I~III、V~IX、及び位置XI,XIIにそれぞれ配置されたコイル40では、図7に示すように、第1コイルエンド41a及び第2コイルエンド41bの高さがそれぞれH1(<H2)に設定される。
本変形例によれば、第1コイルエンド41aだけでなく、第2コイルエンド41bにも、冷媒であるオイルを噴射することができる。また、位置IV及びXにそれぞれ配置されたコイル40に比べてオイルによる冷却効率が高くなる位置のコイル40において、第1コイルエンド41aだけでなく、第2コイルエンド41bの高さも低くなっている。
このようにすることで、実施形態1に示す構成が奏するのと同様の効果を奏することができる。すなわち、オイルによる冷却が十分でないコイル40において、第1コイルエンド41a及び第2コイルエンド41bからの放熱量を高めることができる。ステータ100に配置された複数のコイル40全体で温度上昇を抑制できる。また、モータ1000の効率低下を抑制できる。
また、オイルの吐出量を低減できるため、オイルポンプ410が大型化するのを抑制できる。このことにより、冷却装置400、ひいてはモータ1000のコストを低減できる。
なお、実施形態1に示す構成では、供給管420を第2コイルエンド41bの近傍まで引き回していない。このため、モータケース300内での供給管420の配置空間を小さくできる。このことにより、図6に示す構成に比べて、図1Aに示す破線で囲まれる部分だけモータ1000の体積を小さくできる。よって、モータ1000を小型化できる。
(実施形態2)
図8は、実施形態2に係るモータ1000の軸方向の断面模式図である。図9は、実施形態2に係る別のモータ1000の軸方向の断面模式図である。図10は、図9に示すモータ1000のステータ100の要部の断面模式図である。
図8は、実施形態2に係るモータ1000の軸方向の断面模式図である。図9は、実施形態2に係る別のモータ1000の軸方向の断面模式図である。図10は、図9に示すモータ1000のステータ100の要部の断面模式図である。
図8に示すモータ1000は、実施形態1に示すモータ1000と同様の構成である。ただし、冷媒であるオイルが吹き付けられない第2コイルエンド41bの表面積を、オイルが吹き付けられる第1コイルエンド41aの表面積よりも大きくしている。さらに、第2コイルエンド41bの体積が、第1コイルエンド41aの体積よりも大きくなっていてもよい。
このようにすることで、放熱面積を第1コイルエンド41aよりも第2コイルエンド41bの方を大きくできる。このため、第2コイルエンド41bでの放熱量を高められる。一方、放熱面積が小さく、熱がこもりやすい第1コイルエンド41aに対しては、オイルが噴射されるため、オイルとの熱交換により第1コイルエンド41aからの放熱量を大きくできる。つまり、第2コイルエンド41bへのオイルの噴射を不要としつつ、コイル40で発生した熱を確実に放散できる。よって、モータ1000の効率を高められる。また、オイルの吐出量を低減できるため、オイルポンプ410を小型化できる。よって、冷却装置400、ひいてはモータ1000のコストを低減できる。
本実施形態によれば、モータケース300内での供給管420の配置空間を小さくできることは、変形例2で述べたのと同様である。このことにより、図6に示す構成に比べて、図8に示す破線で囲まれる部分だけモータ1000の体積を小さくできる。よって、モータ1000を小型化できる。また、第1コイルエンド41aの体積を第2コイルエンド41bの体積よりも小さくできる。このため、モータ1000の軸方向のサイズを小さくできる。よって、モータ1000を小型化できる。
第2コイルエンド41bの表面積は、第2コイルエンド41bからの必要とされる放熱量に応じて適宜設定される。また、第1コイルエンド41aの表面積が第2コイルエンド41bの表面積よりも小さくなる範囲で、第1コイルエンド41a及び第2コイルエンド41bの形状は適宜変更しうる。
図9に示すように、モータ1000において、冷媒であるオイルが吹き付けられる第1コイルエンド41aの表面積を、オイルが吹き付けられない第2コイルエンド41bの表面積よりも大きくしてもよい。第1コイルエンド41aの体積が、第2コイルエンド41bの体積よりも大きくなっていてもよい。
コイルエンド41から外部雰囲気に熱を放散させるよりも、コイルエンド41に直接オイルを噴射する方が、コイル40からの放熱量を確実に大きくできる。よって、図9に示すように、第2コイルエンド41bよりも表面積が大きい第1コイルエンド41aにオイルを噴射して、コイル40を積極的に冷却する場合がある。
図10は、図9に示すモータ1000のステータ100の要部の断面模式図である。具体的には、図2に示す位置I~III及びV~IX、さらに位置XI,XIIにそれぞれ配置されたコイル40に対応している。
図10に示すように、コイル40では、第1コイルエンド41aの高さがH3(>H2)である一方、第2コイルエンド41bの高さはH2(>H1)である。このようにすることで、オイルによって積極的に冷却されるコイル40において、第1コイルエンド41aの表面積及び体積を第2コイルエンド41bの表面積及び体積よりも大きくすることができる。ただし、第1コイルエンド41aの表面積及び体積を第2コイルエンド41bの表面積及び体積よりも大きくする構造は、図10に示す例に特に限定されない。また、図示しないが、位置IV及びXにそれぞれ配置されたコイル40の形状は、図4Bに示したのと同様である。
図9,図10に示す例においても、第2コイルエンド41bへのオイルの噴射を不要としつつ、コイル40で発生した熱を確実に放散でき、モータ1000の効率を高められる。オイルの吐出量を低減できるため、オイルポンプ410を小型化できる。よって、冷却装置400、ひいてはモータ1000のコストを低減できる。さらに、モータケース300内での供給管420の配置空間を小さくできる。よって、モータ1000を小型化できる。
図10に示すコイル40において、第1コイルエンド41aの表面積が第2コイルエンド41bの表面積よりも大きくなる範囲で、第1コイルエンド41a及び第2コイルエンド41bの形状は適宜変更しうる。
図9に示すモータ1000において、ステータ100内のすべてのコイル40の形状が、図4Aに示すものと同様であってもよい。つまり、すべてのコイル40において、第1コイルエンド41aの高さが、第2コイルエンド41bの高さよりも低くなるようにしてもよい。また、図10に示すモータ1000において、ステータ100内のすべてのコイル40の形状が、図10に示すのと同様であってもよい。つまり、すべてのコイル40において、第1コイルエンド41aの高さが、第2コイルエンド41bの高さよりも高くなるようにしてもよい。
(その他の実施形態)
実施形態1,2及び変形例1,2に示す構成要素を適宜組み合わせて、新たな実施形態とすることもできる。例えば、図7に示す変形例2のコイル40を、実施形態1または変形例1に示すステータ100及びモータ1000に適用してもよい。
実施形態1,2及び変形例1,2に示す構成要素を適宜組み合わせて、新たな実施形態とすることもできる。例えば、図7に示す変形例2のコイル40を、実施形態1または変形例1に示すステータ100及びモータ1000に適用してもよい。
本願明細書では、1つのコイル40において、コイルエンド41の高さを各ターンで同じとしたが、各ターンでそれぞれ異なっていてもよい。あるいは、1または複数のターンで同じである一方、残りのターンで異なっていてもよい。
本願明細書では、3相12スロットのモータ1000を例に取って説明した。しかし、特にこれに限定されず、他の構造、例えば、3相6スロットのモータ1000であってもよい。
供給管420の構造も図1Aや図6に示した例に特に限定されない。例えば、第1噴射口431,432が省略されてもよい。あるいは、枝管440,450及び第2噴射口441,451が省略されてもよい。
本開示のモータ1000の構造は、実施形態1,2及び変形例1,2に示す例に限定されず、さらに別の構造を取りうる。
図11、他の変形例のモータの軸方向の断面模式図である。図12は、さらなる他の変形例のモータの軸方向の断面模式図である。
上記実施形態1、2等において、供給管420は、主管430と枝管440とを有しているものを用いて説明した。供給管420は、1本だけで形成してもよい。例えば、図11に示すように、供給管420は、図1Aに示す主管430のみを用いる形状としてもよい。あるいは、供給管は、枝管440のみを用いる形状としてもよい。
冷却装置400は、モータ1000が被設置物に取り付けられる方向に応じて、モータ1000に取り付けられる方向を変更してもよい。
例えば、図12に示すように、モータ1000は、重力方向と軸方向とが同方向となるよう設置されることがある。このような場合、図12に示すように、オイルポンプ410が径方向の外周側に設置されていてもよい。この場合、供給管420は、図1Aに示す枝管440と同様に、エンドプレート310の内部を通って、モータケース300の内部に延びている。なお、図12に示すように、第1噴射口431は、重力方向でコイル40の上側に位置していれば、上述した実施形態1、2等と同様の作用効果を奏することができる。
本開示のステータは、コイルを冷媒で冷却する場合に、ステータ内の各コイルでの放熱性を確保できる。したがって、高効率のモータに適用する上で有用である。
10 ティース(歯部)
20 ヨーク
30 スロット
40 コイル
41 コイルエンド
41a 第1コイルエンド
41b 第2コイルエンド
42 辺部
50 インシュレータ
100 ステータ
110 ステータコア
200 ロータ
210 回転軸
220 ロータコア
230 磁石
300 モータケース
310 エンドプレート
320 軸受
400 冷却装置
410 オイルポンプ(ポンプ)
420 供給管
430 主管
431,432 第1噴射口
440,450 枝管
441,451 第2噴射口
1000 モータ
20 ヨーク
30 スロット
40 コイル
41 コイルエンド
41a 第1コイルエンド
41b 第2コイルエンド
42 辺部
50 インシュレータ
100 ステータ
110 ステータコア
200 ロータ
210 回転軸
220 ロータコア
230 磁石
300 モータケース
310 エンドプレート
320 軸受
400 冷却装置
410 オイルポンプ(ポンプ)
420 供給管
430 主管
431,432 第1噴射口
440,450 枝管
441,451 第2噴射口
1000 モータ
Claims (10)
- 軸心を囲うように形成されるとともに複数の歯部を有するステータコアと、前記複数の歯部のそれぞれに装着されたコイルと、を備えたモータのステータであって、
前記コイルは、断面が四角形の導線が巻回され、nターン(nは2以上の整数)積層されてなり、
前記複数の歯部は、前記モータの周方向に沿って、互いに間隔をあけて前記ステータコアの内周にそれぞれ接続されており、
前記周方向に配置された複数の前記コイルのうち、1つの前記コイルにおいて、前記コイルにおける前記軸心が延伸する方向である軸方向の端部であるコイルエンドの高さが、他の前記コイルと異なるステータ。 - 請求項1に記載のステータにおいて、
複数の前記コイルのうち、前記コイルエンドの高さが互いに同じであるコイル群の間に、前記コイル群と前記コイルエンドの高さが異なる前記コイルが、1つ配置されているステータ。 - 前記軸方向に延伸する回転軸を有するロータと、
前記ロータと同軸にかつ前記ロータと所定の間隔をあけて設けられた請求項1または2に記載のステータと、
前記ステータと前記ロータとを内部に収容するモータケースと、
1つの前記コイルに向けて冷媒を供給する冷却装置とを備え、
前記冷却装置は、
前記冷媒を吐出するポンプと、
前記ポンプに接続されて前記モータケースの内部に延び、前記ポンプから吐出された前記冷媒を前記コイルに向けて供給する供給管を、を有するモータ。 - 請求項3に記載のモータにおいて、
前記供給管は、前記冷媒を前記軸方向に噴射する第2噴射口を有するモータ。 - 請求項4に記載のモータにおいて、前記軸方向が重力方向と交差するように前記モータが用いられるとき、
前記供給管は、前記冷媒を前記重力方向で上側から噴射する第1噴射口をさらに有するモータ。 - 請求項4または5に記載のモータにおいて、
前記冷媒が直接に噴射される前記コイルの前記コイルエンドの高さは、前記冷媒が直接に噴射されない前記コイルの前記コイルエンドの高さよりも低いモータ。 - 請求項4~6のいずれか1項に記載のモータにおいて、
前記コイルエンドは、前記軸方向の一方の端部である第1コイルエンドと、他方の端部である第2コイルエンドとを有し、
前記冷媒は、前記第1コイルエンドに向けて噴射されるモータ。 - 請求項7に記載のモータにおいて、
前記冷媒は、前記第1コイルエンド及び前記第2コイルエンドの両方に向けて噴射されるモータ。 - 請求項7または8に記載のモータにおいて、
前記第1コイルエンドの表面積は、前記第2コイルエンドの表面積よりも小さいモータ。 - 請求項7または8に記載のモータにおいて、
前記第1コイルエンドの表面積は、前記第2コイルエンドの表面積よりも大きいモータ。
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