JP2008312324A - ステータの冷却構造 - Google Patents

Abstract

【課題】冷却性能に優れたステータの冷却構造、を提供する。
【解決手段】ステータの冷却構造は、コイルエンド部５０Ｅを含むステータ３１と、コイルエンド部５０Ｅから引き出され、ステータ３１の径方向外側に延出するＵ相バスバー５１、Ｖ相バスバー５２およびＷ相バスバーと、Ｕ相バスバー５１、Ｖ相バスバー５２およびＷ相バスバーを一体に覆うモールド部１３０とを備える。モールド部１３０には、Ｕ相バスバー５１とＶ相バスバー５２との間を通るように貫通孔６０が形成される。
【選択図】図４

Description

この発明は、一般的には、ステータの冷却構造に関し、より特定的には、コイルエンド部とともに動力線が樹脂モールドされるステータの冷却構造に関する。

従来のステータの冷却構造に関して、たとえば、特開平９−２００９９１号公報には、耐振動および耐衝撃性を向上させることを目的とした車載用モータが開示されている（特許文献１）。特許文献１では、固定子と、固定子に巻回されたコイルの引き出し線と、引き出し線をモータ外部と接続するための配線部材とが、モールド樹脂によりモールド成形されている。

また、特開平１１−１４６６０６号公報には、小径であり、かつ生産性、組み立て性および液密性を良好にすることを目的とした水冷式オルタネータが開示されている（特許文献２）。特許文献２では、冷却水が流れる冷却管が、コイルエンド部とともに良伝導性の樹脂材によって一体にモールド成形されている。

また、特開２０００−１９７３１１号公報には、アウターコアに樹脂モールドで固定されたコイルの冷却を効率良く行なうことを目的とした回転電機のコイル冷却構造が開示されている（特許文献３）。特許文献３では、回転電機のアウターコアに、コイルを固定するための樹脂モールドが設けられている。樹脂モールドの内部には、中空形状を有する中性点ブスバーが配置されている。中性点用ブスバーに絶縁オイルを流通させることにより、樹脂モールド内のコイルの冷却を行なう。
特開平９−２００９９１号公報 特開平１１−１４６６０６号公報 特開２０００−１９７３１１号公報

上述の特許文献１では、車載モータの駆動時、樹脂モールドされたコイルに配線部材を通じて電流が供給される。しかしながら、コイルに高圧の電流が供給された場合、大きく発熱した配線部材が十分に冷却されないおそれがある。

そこでこの発明の目的は、上記の課題を解決することであり、冷却性能に優れたステータの冷却構造を提供することである。

この発明に従ったステータの冷却構造は、コイルエンド部を含むステータと、コイルエンド部から引き出され、ステータの径方向外側に延出する複数の動力線と、複数の動力線を一体に覆うモールド部とを備える。モールド部には、複数の動力線間を通るように貫通孔が形成される。

このように構成されたステータの冷却構造によれば、モールド部に貫通孔を形成することによって、モールド部の表面積が増大する。このため、その貫通孔を複数の動力線間を通るように形成することにより、複数の動力線からモールド部に伝わった熱をモールド部から効率良く放熱させることができる。これにより、ステータの冷却性能を向上させることができる。

また好ましくは、ステータの冷却構造は、貫通孔に冷媒を供給する冷媒供給部をさらに備える。このように構成されたステータの冷却構造によれば、貫通孔を流通する冷媒とモールド部との熱交換により、モールド部からの放熱を促進させることができる。

また好ましくは、ステータは、コイルが巻回されるステータコアを含む。貫通孔から排出された冷媒がステータコアに供給される。このように構成されたステータの冷却構造によれば、複数の動力線に加えてステータコアが冷却されるため、ステータの冷却性能をさらに向上させることができる。

また好ましくは、ステータは、コイルが巻回されるステータコアを含む。コイルエンド部は、複数の動力線が引き出される第１コイルエンド部と、ステータコアに対して第１コイルエンド部の反対側に配置される第２コイルエンド部とを含む。モールド部は、複数の動力線および第１コイルエンド部を一体に覆う第１モールド部と、第２コイルエンド部を覆う第２モールド部とを含む。冷媒供給部から供給された冷媒が第１モールド部に供給される。貫通孔から排出された冷媒が、第２モールド部に供給される。このように構成されたステータの冷却構造によれば、複数の動力線に加えて第１コイルエンド部および第２コイルエンド部が冷却されるため、ステータの冷却性能をさらに向上させることができる。

以上説明したように、この発明に従えば、冷却性能に優れたステータの冷却構造を提供することができる。

この発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、以下で参照する図面では、同一またはそれに相当する部材には、同じ番号が付されている。

図１は、ハイブリッド車両に搭載されるトランスアクスルを模式的に表わす断面図である。図１中のトランスアクスルを搭載するハイブリッド車両は、ガソリンエンジンやディーゼルエンジン等の内燃機関と、充放電可能な２次電池（バッテリ）とを動力源とする。

図１を参照して、トランスアクスルは、モータジェネレータ１１を含む。モータジェネレータ１１は、電動機もしくは発電機としての機能を有する回転電機である。モータジェネレータ１１は、ケース体としてのモータケース２１内に収容されている。

モータジェネレータ１１は、シャフト１３、ロータ２４およびステータ３１を含む。シャフト１３は、軸受け１２を介してモータケース２１に対して回転自在に支持されている。ロータ２４は、シャフト１３に固定されている。シャフト１３は、ロータ２４と一緒になって仮想軸である中心軸１０１を中心に回転する。ステータ３１は、モータケース２１に固定されている。ステータ３１は、ロータ２４の外周上を取り囲むように設けられている。シャフト１３は、複数の歯車を含んで構成された減速機構１４に接続されている。

ロータ２４は、ロータコア２５と、永久磁石２７とを含む。永久磁石２７は、ロータコア２５に埋設されている。ロータコア２５は、中心軸１０１に沿って筒状に延びる形状を有する。ロータコア２５は、中心軸１０１の軸方向に積層された複数枚の電磁鋼板２５Ａを含む。ロータ２４は、ＩＰＭ（Interior Permanent Magnet）ロータである。ロータ２４は、これに限らず、ロータ表面に磁石が貼り付けられるＳＰＭ（surface permanent magnet）ロータであってもよい。

ステータ３１は、ステータコア３２と、ステータコア３２に設けられたステータコイル５０とを含む。ステータコア３２は、中心軸１０１に沿って筒状に延びる形状を有する。ステータコア３２は、中心軸１０１の軸方向に積層された複数枚の電磁鋼板３２Ａを含む。ステータコア３２は、中心軸１０１が延びる方向の一方端に端面３２ａを含み、他方端に端面３２ｂを含む。

なお、ロータコア２５およびステータコア３２は、電磁鋼板に限定されず、たとえば圧粉磁心等の磁性材料から形成されてもよい。

端面３２ａおよび端面３２ｂから突出するステータコイル５０の部分により、コイルエンド部５０Ｅが形成されている。コイルエンド部５０Ｅは、束ねられた複数本のコイル５０の集まりから構成されている。コイルエンド部５０Ｅは、中心軸１０１を中心として環状に延びるリング形状を有する。コイルエンド部５０Ｅは、端面３２ａから突出する第１コイルエンド部としてのリード側コイルエンド部５０ｍと、端面３２ｂから突出する第２コイルエンド部としての反リード側コイルエンド部５０ｎとを含む。リード側コイルエンド部５０ｍと反リード側コイルエンド部５０ｎとは、それぞれ、中心軸１０１の軸方向においてステータコア３２の両側に配置されている。

ステータコイル５０は、たとえば、絶縁被膜された銅線から形成されている。３つの巻線相であるＵ相、Ｖ相およびＷ相を含むステータコイル５０は、いわゆる集中巻きによってステータコア３２に巻回されている。つまり、ステータコイル５０のＵ相、Ｖ相およびＷ相が、互いに円周方向にずれるようにステータコア３２のティースに巻回されている。

モータジェネレータ１１は、Ｕ相バスバー５１、Ｖ相バスバー５２およびＷ相バスバー５３を含む。Ｕ相バスバー５１、Ｖ相バスバー５２およびＷ相バスバー５３は、それぞれ、ステータコイル５０のＵ相、Ｖ相およびＷ相に接続されている。Ｕ相バスバー５１、Ｖ相バスバー５２およびＷ相バスバー５３は、ステータコイル５０と、外部端子である端子台１７との間を電気的に接続する役割を果たす。

ステータ３１は、バスバー保持部材としてのレール５５を含む。レール５５は、樹脂等の絶縁材料から形成されている。レール５５は、中心軸１０１を中心に周回する形状を有する。レール５５は、端面３２ａ上に配置されている。レール５５は、リード側コイルエンド部５０ｍの外周上に配置されている。レール５５は、端面３２ａ上で周回するＵ相バスバー５１、Ｖ相バスバー５２およびＷ相バスバー５３を、バスバー間の絶縁を確保しながら保持する。

Ｕ相バスバー５１、Ｖ相バスバー５２およびＷ相バスバー５３は、端子台１７に接続されている。端子台１７は、モータケース２１に固定されている。端子台１７は、インバータ１８を介してバッテリ１９に電気的に接続されている。インバータ１８は、バッテリ１９からの直流電流をモータ駆動用の交流電流に変換するとともに、回生ブレーキにより発電された交流電流を、バッテリ１９に充電するための直流電流に変換する。

モータジェネレータ１１から出力された動力は、減速機構１４からディファレンシャル機構１５を介してドライブシャフト受け部１６に伝達される。ドライブシャフト受け部１６に伝達された動力は、ドライブシャフトを介して図示しない車輪に回転力として伝達される。

一方、ハイブリッド車両の回生制動時には、車輪は車体の慣性力により回転させられる。車輪からの回転力によりドライブシャフト受け部１６、ディファレンシャル機構１５および減速機構１４を介してモータジェネレータ１１が駆動される。このとき、モータジェネレータ１１が発電機として作動する。モータジェネレータ１１により発電された電力は、インバータ１８を介してバッテリ１９に蓄えられる。

図２は、図１中のステータの外観を示す斜視図である。図３は、図２中の矢印ＩＩＩに示す方向から見たステータの正面図である。

図１から図３を参照して、Ｕ相バスバー５１、Ｖ相バスバー５２およびＷ相バスバー５３は、中心軸１０１を中心とする径方向外側、つまりステータ３１の径方向外側に向けて延出する。Ｕ相バスバー５１、Ｖ相バスバー５２およびＷ相バスバー５３は、レール５５から、ステータ３１の径方向外側に向けて延出する。Ｕ相バスバー５１、Ｖ相バスバー５２およびＷ相バスバー５３は、ステータ３１の径方向外側に向けて延出する先で、端子台１７に接続されている。各バスバーをステータ３１の径方向外側に向けて延出させる構造により、中心軸１０１の軸方向においてモータジェネレータ１１の小型化を図ることができる。

モータジェネレータ１１は、モールド部１３０を含む。モールド部１３０は、樹脂から形成されている。モールド部１３０は、樹脂モールド工程により形成されている。モールド部１３０は、Ｕ相バスバー５１、Ｖ相バスバー５２およびＷ相バスバー５３を一体に覆う。モールド部１３０は、Ｕ相バスバー５１、Ｖ相バスバー５２およびＷ相バスバー５３を一体に固定するとともに、バスバー間の絶縁を確保する。

モールド部１３０は、リード側モールド部１２０および反リード側モールド部１２５を含む。リード側モールド部１２０と反リード側モールド部１２５とは、互いに離間して設けられている。リード側モールド部１２０は、Ｕ相バスバー５１、Ｖ相バスバー５２およびＷ相バスバー５３と、リード側コイルエンド部５０ｍとを一体に覆う。反リード側モールド部１２５は、反リード側コイルエンド部５０ｎを覆う。

リード側モールド部１２０は、基部１２０ｐおよび突出部１２０ｑを含んで形成されている。基部１２０ｐは、中心軸１０１を中心に環状に延びる形状を有する。基部１２０ｐは、リード側コイルエンド部５０ｍと、レール５５に保持されたＵ相バスバー５１、Ｖ相バスバー５２およびＷ相バスバー５３とを覆う。突出部１２０ｑは、基部１２０ｐからステータ３１の径方向外側に向けて突出する形状を有する。中心軸１０１の軸方向から見て、突出部１２０ｑは、ステータ３１の頂部に配置されている。言い換えれば、突出部１２０ｑは、基部１２０ｐ、ステータコア３２および反リード側モールド部１２５よりも高い位置に配置されている。突出部１２０ｑは、ステータ３１の径方向外側に向けて延出するＵ相バスバー５１、Ｖ相バスバー５２およびＷ相バスバー５３を覆う。

図４は、図１中のステータの冷却構造を示す断面図である。図１および図４を参照して、モータジェネレータ１１は、冷媒供給部としての冷却油供給部７１を含む。冷却油供給部７１は、ステータ３１に冷却油を供給する。ステータ３１に供給される冷媒は、油に限られず、適宜変更される。冷却油供給部７１は、ステータ３１の頂部に冷却油を供給する。中心軸１０１の軸周りにおいて、冷却油供給部７１によってステータ３１に冷却油が供給される位相と、リード側モールド部１２０に突出部１２０ｑが設けられる位相とが一致する。その位相は、ステータ３１の頂部に限られず、頂部からステータ３１の周方向にずれた位相であってもよい。

冷却油供給部７１は、中心軸１０１の軸方向において、リード側モールド部１２０に対してステータコア３２および反リード側モールド部１２５の反対側に配置されている。冷却油供給部７１は、中心軸１０１の軸方向において突出部１２０ｑと向い合って配置されている。すなわち、突出部１２０ｑは、冷却油供給部７１とステータコア３２および反リード側モールド部１２５との間を遮るように配置されている。

冷却油供給部７１は、モータケース２１に形成され、冷却油が流通する孔から構成されている。冷却油供給部７１は、これに限らず、たとえばパイプ材を通じて冷却油をステータ３１に供給する構造であってもよいし、ギヤで掻き揚げられた冷却油をステータ３１に供給する構造であってもよい。

モールド部１３０には、貫通孔６０が形成されている。貫通孔６０は、モールド部１３０を貫通する。貫通孔６０は、リード側コイルエンド部５０ｍに形成されている。貫通孔６０は、突出部１２０ｑに形成されている。貫通孔６０は、Ｕ相バスバー５１とＶ相バスバー５２との間を通るように形成されている。貫通孔６０は、Ｖ相バスバー５２とＷ相バスバー５３との間を通るように形成されてもよい。複数の貫通孔６０が、Ｕ相バスバー５１とＶ相バスバー５２との間およびＶ相バスバー５２とＷ相バスバー５３との間をそれぞれ通るように形成されてもよい。貫通孔６０は、Ｕ相バスバー５１、Ｖ相バスバー５２およびＷ相バスバー５３をモールド部１３０から露出させないように形成されている。貫通孔６０は、中心軸１０１の軸方向に延びる。貫通孔６０は、中心軸１０１の軸方向に対して傾いた方向に延びてもよい。貫通孔６０は、直線上に延びてもよいし、湾曲しながら延びてもよい。

冷却油供給部７１から供給された冷却油は、リード側モールド部１２０に供給されるとともに、貫通孔６０を流通する。貫通孔６０から排出された冷却油は、さらにステータコア３２および反リード側モールド部１２５に供給される。

図５は、図１中のＶ−Ｖ線上に沿ったモータジェネレータの断面図である。図４および図５を参照して、リード側モールド部１２０の基部１２０ｐは、モータケース２１の内壁に近接して位置決めされている。一方、突出部１２０ｑの周囲では、Ｕ相バスバー５１、Ｖ相バスバー５２およびＷ相バスバー５３と端子台１７とを接続する必要があるため、突出部１２０ｑとモータケース２１の内壁との間に比較的広い空間８１が形成される。この場合、Ｕ相バスバー５１、Ｖ相バスバー５２およびＷ相バスバー５３で発生した熱が、空間８１に存在する空気層に起因し、放熱され難くなる。

これに対して、本実施の形態では、突出部１２０ｑに貫通孔６０を形成することによって、突出部１２０ｑの表面積を増大させる。また、貫通孔６０は、複数のバスバー間、本実施の形態ではＵ相バスバー５１とＶ相バスバー５２との間を通るように形成されている。このような構成により、Ｕ相バスバー５１、Ｖ相バスバー５２およびＷ相バスバー５３で発生した熱を、突出部１２０ｑから効率良く放熱させることができる。また、貫通孔６０には冷却油が流通されるため、その放熱性をさらに向上させることができる。この結果、Ｕ相バスバー５１、Ｖ相バスバー５２およびＷ相バスバー５３を効率良く冷却することができる。

また、本実施の形態では、突出部１２０ｑに貫通孔６０を形成することによって、冷却油供給部７１から供給された冷却油を突出部１２０ｑの裏側に導く。これにより、リード側モールド部１２０のみならず、ステータコア３２および反リード側モールド部１２５にも冷却油を供給することができる。このため、突出部１２０ｑが冷却油供給部７１とステータコア３２および反リード側モールド部１２５との間を遮るように設けられるモータジェネレータ１１においても、ステータコア３２および反リード側コイルエンド部５０ｎを効率良く冷却することができる。

図６は、図１中のステータの冷却構造の変形例を示す断面図である。図６中には、図２中のＶＩ−ＶＩ線上に沿った位置に対応する断面形状が示されている。

図６を参照して、Ｕ相バスバー５１、Ｖ相バスバー５２およびＷ相バスバー５３は、互いに間隔を隔てて並列する。Ｕ相バスバー５１、Ｖ相バスバー５２およびＷ相バスバー５３は、隣接するバスバー間で段違いとなるように配置されている。Ｕ相バスバー５１、Ｖ相バスバー５２およびＷ相バスバー５３は、バスバーが並ぶ順に、高い位置と低い位置とに交互に配置されている。このような構成により、隣接するバスバー間の距離を大きく確保しつつ、Ｕ相バスバー５１、Ｖ相バスバー５２およびＷ相バスバー５３が並ぶ幅を小さく抑えることができる。

本変形例では、貫通孔６０の開口幅の最小値Ｂ２が、Ｕ相バスバー５１とＶ相バスバー５２との間の距離Ｂ１よりも大きい。このような構成により、貫通孔６０に流通する冷却油の流量を増大させることができる。Ｕ相バスバー５１、Ｖ相バスバー５２およびＷ相バスバー５３が同じ高さに並ぶ場合、隣接するバスバー間に貫通孔６０を通そうとすると、貫通孔６０の開口幅は、隣接するバスバー間の距離よりも小さい値となる。一方、Ｕ相バスバー５１、Ｖ相バスバー５２およびＷ相バスバー５３が段違いに配置されることにより、貫通孔６０の開口幅の最小値Ｂ２を距離Ｂ１よりも大きく設定することが可能となる。

この発明の実施の形態におけるステータの冷却構造は、コイルエンド部としてのコイルエンド部５０Ｅを含むステータ３１と、コイルエンド部５０Ｅから引き出され、ステータ３１の径方向外側に延出する複数の動力線としてのＵ相バスバー５１、Ｖ相バスバー５２およびＷ相バスバー５３と、Ｕ相バスバー５１、Ｖ相バスバー５２およびＷ相バスバー５３を一体に覆うモールド部１３０とを備える。モールド部１３０には、Ｕ相バスバー５１とＶ相バスバー５２との間を通るように貫通孔６０が形成される。

このように構成された、この発明の実施の形態におけるステータの冷却構造によれば、モールド部１３０に貫通孔６０を形成することによって、ステータ３１の冷却性能を向上させることができる。

なお、ハイブリッド車両に搭載されるモータジェネレータ１１に限定されず、電気自動車や、燃料電池とバッテリから電力供給されるモータとを動力源とする燃料電池ハイブリッド車（ＦＣＨＶ：Fuel Cell Hybrid Vehicle）等に搭載される回転電機に、本発明におけるステータの冷却構造を適用してもよい。また、本発明におけるステータの冷却構造を、一般的な産業用モータに適用してもよい。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

ハイブリッド車両に搭載されるトランスアクスルを模式的に表わす断面図である。 図１中のステータの外観を示す斜視図である。 図２中の矢印ＩＩＩに示す方向から見たステータの正面図である。 図１中のステータの冷却構造を示す断面図である。 図１中のＶ−Ｖ線上に沿ったモータジェネレータの断面図である。 図１中のステータの冷却構造の変形例を示す断面図である。

符号の説明

３１ ステータ、３２ ステータコア、５０ ステータコイル、５０Ｅ コイルエンド部、５０ｍ リード側コイルエンド部、５０ｎ 反リード側コイルエンド部、５１ Ｕ相バスバー、５２ Ｖ相バスバー、５３ Ｗ相バスバー、６０ 貫通孔、７１ 冷却油供給部、１２０ リード側モールド部、１２５ 反リード側モールド部、１３０ モールド部。

Claims (4)

1. コイルエンド部を含むステータと、
   前記コイルエンド部から引き出され、前記ステータの径方向外側に延出する複数の動力線と、
   前記複数の動力線を一体に覆うモールド部とを備え、
   前記モールド部には、前記複数の動力線間を通るように貫通孔が形成される、ステータの冷却構造。
2. 前記貫通孔に冷媒を供給する冷媒供給部をさらに備える、請求項１に記載のステータの冷却構造。
3. 前記ステータは、コイルが巻回されるステータコアを含み、
   前記貫通孔から排出された冷媒が前記ステータコアに供給される、請求項２に記載のステータの冷却構造。
4. 前記ステータは、コイルが巻回されるステータコアを含み、
   前記コイルエンド部は、前記複数の動力線が引き出される第１コイルエンド部と、前記ステータコアに対して前記第１コイルエンド部の反対側に配置される第２コイルエンド部とを含み、
   前記モールド部は、前記複数の動力線および前記第１コイルエンド部を一体に覆う第１モールド部と、前記第２コイルエンド部を覆う第２モールド部とを含み、
   前記冷媒供給部から供給された冷媒が前記第１モールド部に供給され、前記貫通孔から排出された冷媒が、前記第２モールド部に供給される、請求項２または３に記載のステータの冷却構造。

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