JP2019161752A - 回転電機のステータ - Google Patents

Abstract

【課題】スロットの内部に配置されたコイルを適切に冷却することができる回転電機のステータを提供する。
【解決手段】回転電機のステータ１０は、円環形状のステータヨーク２１と、該ステータヨーク２１から内径側に突出する複数のティース２２と、隣り合う該ティース２２間に形成された複数のスロット２３と、を有するステータコア２０と、複数のスロット２３に配置される複数のコイル３０と、を備える。ステータコア２０には、複数のコイル３０を外周側から囲むように円環形状を有する冷媒分配プレート５０が介在されており、冷媒分配プレート５０には、複数のコイル３０に向かって冷媒を吐出する冷媒供給部５５が設けられている。
【選択図】図４

Description

本発明は、電動車両などに搭載される回転電機のステータに関する。

回転電機のステータは、ステータコアと、ステータコアに取り付けられるコイルと、を備える。回転電機を高出力化するためには、熱の発生源となるコイルを冷却する必要がある。

従来、回転電機の冷却方式として、ステータコアの外側又はコイルエンドに水や油等の冷媒を供給して冷却を行う方式が多く用いられる。また、スロットに挿入されたコイル束層内にプレート状のヒートパイプを配置し、ヒートパイプ内の熱輸送によりスロットの内部を冷却する方式も提案されている（特許文献１参照）。

特開平１０−２４８２１１号公報

しかしながら、ステータコアの外側又はコイルエンドに冷媒を供給して冷却を行う方式では、スロットの内部の冷却効率が良くない。

また、特許文献１に記載の冷却方式は、ヒートパイプをコイル束層内に入れ込むために回転電機の製造工程が複雑化し、製造コストが高くなるという問題がある。また、ヒートパイプの熱輸送機能を実現可能なサイズを考慮すると、スロット内におけるコイル占有率が著しく低下することになる。

本発明は、スロットの内部に配置されたコイルを適切に冷却することができる回転電機のステータを提供する。

本発明は、
円環形状のステータヨークと、該ステータヨークから内径側に突出する複数のティースと、隣り合う該ティース間に形成された複数のスロットと、を有するステータコアと、
前記複数のスロットに配置されるコイルと、を備える回転電機のステータであって、
前記ステータコアには、前記コイルを外周側から囲むように円環形状を有する冷媒分配プレートが介在されており、
該冷媒分配プレートには、前記コイルに向かって冷媒を吐出する冷媒供給部が設けられている。

本発明によれば、ステータコアに冷媒プレートを介在させることで、スロット内に位置するコイルに冷媒を供給することができ、スロットの内部に配置されたコイルを適切に冷却することができる。

本発明の一実施形態の回転電機のステータの正面図である。 図１の回転電機のステータの分解斜視図である。 冷媒分配プレートの斜視図である。 一方のステータコア及びケースを外して示す回転電機のステータの要部拡大斜視図である。 冷媒分配プレート内の冷媒の流れを示す説明図である。 冷媒分配プレートの冷媒供給部からスロット内のコイルに流れる冷媒の流れを示す説明図である。 図１のＡ−Ａ断面図である。

以下、本実施形態の回転電機のステータ１０について図１〜図７参照しながら説明する。

図１及び図２に示すように、回転電機のステータ１０は、ステータコア２０と、コイル３０と、ステータコア２０を保持するケース４０と、ステータコア２０に介在される冷媒分配プレート５０と、を備える。

ステータコア２０は、複数の電磁鋼板が積層されてなる一対のステータコア部２０Ａ、２０Ｂを備える。一対のステータコア部２０Ａ、２０Ｂの軸方向長さ（積厚）は、略同じに設定される。一対のステータコア部２０Ａ、２０Ｂは、同一形状の複数の電磁鋼板が積層されることで構成され、円環形状に形成されたステータヨーク２１と、ステータヨーク２１から径方向内側に向かって突出する複数のティース２２と、隣り合うティース２２間に形成された複数のスロット２３と、を有する。ステータコア２０には、絶縁処理が施されて絶縁性が確保される。

図５及び図６も参照して各スロット２３は、ステータコア２０の内周面に開口する開口部２４を有する。各開口部２４には、封止部材２５が開口部２４を封止するように設けられている。封止部材２５は、スロット２３内に供給された冷媒が、開口部２４から不図示のロータとステータコア２０のギャップに排出されるのを抑制してスロット２３の内部を効果的に冷却する。なお、スロット２３が開口部２４を有しない閉スロットの場合、封止部材２５の設置を省略できる。

複数のスロット２３には、それぞれコイル３０が挿入されている。なお、各スロット２３に挿入された複数のコイル３０は接着層により互いに接着されていてもよく、さらに互いに接着されたコイル３０は封止部材２５に固定されていてもよい。図５に示すように、スロット２３の内壁面２３ａとコイル３０との間には、スロット内流路２６が軸方向に貫通して形成される。なお、本実施形態のコイル３０は、セグメントコイルで形成されているが、断面円形の導線を巻回して形成してもよい。また、本実施形態のコイル３０は、コイルエンドの図示が省略されているが、同相のコイルエンド同士が接合されることで複数相のコイルループを構成する。

図２に戻って、ケース４０は、円環状に形成され、その内周面４１には冷媒分配プレート５０を軸方向中央部に挟持するステータコア２０（ステータコア部２０Ａ、２０Ｂ）が固定される。ケース４０は、外周面の軸方向中央部に、その一部が外径側に突出する突起部４２を備える。突起部４２には、不図示の冷媒ポンプから供給される冷媒を取り入れるための冷媒入口部４３が設けられている（図７参照）。

図３及び図４に示すように、冷媒分配プレート５０は、絶縁材で形成された円環形状の板状部材であり、一対のステータコア部２０Ａ、２０Ｂにより、軸方向中央部で挟持される。冷媒分配プレート５０を絶縁材で形成することで、コイル３０との絶縁が確保される。

冷媒分配プレート５０は、プレート環状部５１と、プレート環状部５１から内径側に突出する複数のプレートティース５２と、隣り合う該プレートティース５２間に形成された複数のプレートスロット５３と、を有する。

プレート環状部５１は、ステータコア２０のステータヨーク２１と略同形状に形成され、プレートティース５２は、ステータコア２０のティース２２と略同形状に形成され、プレートスロット５３は、ステータコア２０のスロット２３と略同形状に形成される。

プレート環状部５１には、冷媒分配プレート５０の外周面５４と各プレートスロット５３とを連通して径方向に延びる冷媒供給部５５が形成されている。また、冷媒分配プレート５０の外周面５４の外径は、ステータコア２０の外周面２７の外径より小さくなっている。

冷媒分配プレート５０は、冷媒分配プレート５０の複数のプレートティース５２とステータコア２０の複数のティース２２との周方向位相が合わされ、換言すれは、冷媒分配プレート５０の複数のプレートスロット５３とステータコア２０の複数のスロット２３との周方向位相を一致させて一対のステータコア部２０Ａ、２０Ｂで挟持されている。

ステータコア２０の複数のスロット２３と冷媒分配プレート５０の複数のプレートスロット５３には、コイル３０が挿通される。換言すれば、ステータコア２０及び冷媒分配プレート５０は、スロット２３及びプレートスロット５３にコイル３０を収容した状態で、ステータヨーク２１及びプレート環状部５１がこれらコイル３０を外周側から囲むように配置される。

図５及び図６に示すように、ステータコア２０の外周面２７には、ケース４０が外嵌して組み付けられる。冷媒分配プレート５０の外周面５４の外径は、ステータコア２０の外周面２７の外径より小さくなっているので、ケース４０の内周面４１にステータコア２０の外周面が固定されることで、ケース４０の内周面４１と冷媒分配プレート５０の外周面５４との間には、環状の冷媒導入路５６が形成される。環状の冷媒導入路５６は、冷媒分配プレート５０の冷媒供給部５５及びケース４０の冷媒入口部４３に連通する。

そして、不図示の冷媒ポンプからケース４０の冷媒入口部４３に供給された冷媒は、図５及び図６の矢印で示すように、ケース４０の内周面４１と冷媒分配プレート５０の外周面５４との間に設けられた環状の冷媒導入路５６を周方向に流れ、冷媒分配プレート５０の複数の冷媒供給部５５を介してスロット２３とコイル３０との隙間であるスロット内流路２６に左右に分かれて吐出され、さらにスロット内流路２６内を軸方向に流れてコイル３０を直接冷却する。コイル３０を冷却した冷媒は、スロット２３の左右両端から流出してコイル３０の不図示のコイルエンドを冷却する。

このように、冷媒は、冷媒分配プレート５０を介して、温度が高くなり易いステータコア２０の軸方向中央部から一対のステータコア部２０Ａ、２０Ｂのスロット内流路２６に供給され、該スロット内流路２６内を軸方向左右に流れてコイル３０を直接冷却する。これにより、スロット２３内のコイル３０を軸方向全体に亘って効率よく、かつ温度ムラなく均一に冷却できる。従って、許容電流を大きくすることができ、トルクが向上する。

さらに、ケース４０は、図７に示すように、中空円環状に形成してケース４０の内部にウォータージャケット４４を設けることもできる。

このウォータージャケット４４を有するケース４０をステータコア２０に外嵌することで、冷媒分配プレート５０を介してスロット内流路２６に供給する冷媒によりコイル３０を直接冷却するとともに、ウォータージャケット４４によりステータコア２０を外周面からも冷却することができ、効果的に冷却できる。

なお、前述した実施形態は、適宜、変形、改良、等が可能である。例えば、上記各実施形態では、冷媒分配プレート５０はステータコア２０の軸方向中央に配置されると説明したが、軸方向中央に限定されず、例えばステータコア２０のいずれか一方の側面に配置することもできる。この場合、ステータコア２０は、ステータコア部２０Ａ、２０Ｂが一体に形成される。また、冷媒の供給量は、コイル３０の発熱量に応じて適宜変更するようにしてもよい。

また、本明細書には少なくとも以下の事項が記載されている。なお、括弧内には、上記した実施形態において対応する構成要素等を示しているが、これに限定されるものではない。

（１） 円環形状のステータヨーク（ステータヨーク２１）と、該ステータヨークから内径側に突出する複数のティース（ティース２２）と、隣り合う該ティース間に形成された複数のスロット（スロット２３）と、を有するステータコア（ステータコア２０）と、
前記複数のスロットに配置される複数のコイル（コイル３０）と、を備える回転電機のステータ（回転電機のステータ１０）であって、
前記ステータコアには、前記複数のコイルを外周側から囲むように円環形状を有する冷媒分配プレート（冷媒分配プレート５０）が介在されており、
該冷媒分配プレートには、前記複数のコイルに向かって冷媒を吐出する冷媒供給部（冷媒供給部５５）が設けられている、回転電機のステータ。

（１）によれば、ステータコアに冷媒プレートを介在させることで、スロット内に位置するコイルに冷媒を供給することができ、スロットの内部に配置されたコイルを適切に冷却することができる。

（２） （１）に記載の回転電機のステータであって、
各スロットの内壁面（内壁面２３ａ）と前記複数のコイルとの間には、前記冷媒供給部から各スロットに供給された前記冷媒を前記複数のコイルに沿って軸方向に案内するスロット内流路（スロット内流路２６）が設けられている、回転電機のステータ。

（２）によれば、スロット内のコイルを軸方向全体に亘って冷却できる。

（３） （２）に記載の回転電機のステータであって、
前記ステータコアの内周面には、各スロットの開口部（開口部２４）が形成され、
各スロットには、前記開口部を封止する封止部材（封止部材２５）が設けられている、回転電機のステータ。

（３）によれば、各スロットには、開口部を封止する封止部材が設けられているので、スロット内に供給された冷媒が開口部から排出されるのを抑えることができる。

（４） （２）又は（３）に記載の回転電機のステータであって、
前記コイルは、セグメントコイルであり、
各スロットには、複数の前記セグメントコイルが配置され、
複数の前記セグメントコイルは、接着層（接着層）により互いに接着されている、回転電機のステータ。

（４）によれば、各スロットには、接着層により接着された複数のセグメントコイルが配置されているので、スロットの内壁面とコイルとの間にスロット内流路を容易に形成できる。

（５） （１）〜（４）のいずれかに記載の回転電機のステータであって、
前記冷媒分配プレートは、前記ステータコアの軸方向中央部に配置されている、回転電機のステータ。

（５）によれば、冷媒分配プレートはステータコアの軸方向中央部に配置されているので、最も高温になりやすいステータコアの軸方向中央部に冷媒を積極的に供給できる。

（６） （１）〜（５）のいずれかに記載の回転電機のステータであって、
前記ステータコアは、ケース（ケース４０）の内周面（内周面４１）に固定され、
前記冷媒分配プレートの外周面（外周面５４）と前記ケースの前記内周面との間には、環状の冷媒導入路（冷媒導入路５６）が設けられ、
前記ケースには、前記冷媒導入路に連通する冷媒入口部（冷媒入口部４３）が設けられている、回転電機のステータ。

（６）によれば、冷媒分配プレートの外周面とステータコアを保持するケースの内周面との間には、環状の冷媒導入路が設けられているので、パイプ等を設けずに冷媒入口部から導入された冷媒を全周に亘って冷媒分配プレートに供給できる。

（７） （６）に記載の回転電機のステータであって、
前記ケースは、内部にウォータージャケット（ウォータージャケット４４）が形成されている、回転電機のステータ。

（７）によれば、冷媒分配プレートを介してコイルを冷却するとともに、ウォータージャケットによりステータコアを冷却することができる。

（８） （１）〜（７）のいずれかに記載の回転電機のステータであって、
前記冷媒分配プレートは、
前記ステータコアの前記ステータヨークと略同形状のプレート環状部（プレート環状部５１）と、
前記プレート環状部から内径側に突出し、前記ステータコアの前記複数のティースと略同形状の複数のプレートティース（プレートティース５２）と、
隣り合う該プレートティース間に形成され、前記ステータコアの前記複数のスロットと略同形状の複数のプレートスロット（プレートスロット５３）と、を有し、
前記冷媒供給部は、前記プレート環状部の外周面から前記プレートスロットに連通する孔部である、回転電機のステータ。

（８）によれば、冷媒分配プレートは、ステータコアと略同形状を有するので、コイルの取付け等が容易になる。

１０ 回転電機のステータ
２０ ステータコア
２１ ステータヨーク
２２ ティース
２３ スロット
２３ａ 内壁面
２４ 開口部
２５ 封止部材
２６ スロット内流路
３０ コイル
４０ ケース
４１ 内周面
４３ 冷媒入口部
４４ ウォータージャケット
５０ 冷媒分配プレート
５１ プレート環状部
５２ プレートティース
５３ プレートスロット
５４ 外周面
５５ 冷媒供給部（孔部）
５６ 冷媒導入路

Claims (8)

1. 円環形状のステータヨークと、該ステータヨークから内径側に突出する複数のティースと、隣り合う該ティース間に形成された複数のスロットと、を有するステータコアと、
   各スロットに配置される複数のコイルと、を備える回転電機のステータであって、
   前記ステータコアには、前記複数のコイルを外周側から囲むように円環形状を有する冷媒分配プレートが介在されており、
   該冷媒分配プレートには、前記複数のコイルに向かって冷媒を吐出する冷媒供給部が設けられている、回転電機のステータ。
2. 請求項１に記載の回転電機のステータであって、
   各スロットの内壁面と前記複数のコイルとの間には、前記冷媒供給部から各スロットに供給された前記冷媒を前記複数のコイルに沿って軸方向に案内するスロット内流路が設けられている、回転電機のステータ。
3. 請求項２に記載の回転電機のステータであって、
   前記ステータコアの内周面には、各スロットの開口部が形成され、
   各スロットには、前記開口部を封止する封止部材が設けられている、回転電機のステータ。
4. 請求項２又は３に記載の回転電機のステータであって、
   前記コイルは、セグメントコイルであり、
   各スロットには、複数の前記セグメントコイルが配置され、
   複数の前記セグメントコイルは、接着層により互いに接着されている、回転電機のステータ。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の回転電機のステータであって、
   前記冷媒分配プレートは、前記ステータコアの軸方向中央部に配置されている、回転電機のステータ。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の回転電機のステータであって、
   前記ステータコアは、ケースの内周面に固定され、
   前記冷媒分配プレートの外周面と前記ケースの前記内周面との間には、環状の冷媒導入路が設けられ、
   前記ケースには、前記冷媒導入路に連通する冷媒入口部が設けられている、回転電機のステータ。
7. 請求項６に記載の回転電機のステータであって、
   前記ケースは、内部にウォータージャケットが形成されている、回転電機のステータ。
8. 請求項１〜７のいずれか１項に記載の回転電機のステータであって、
   前記冷媒分配プレートは、
   前記ステータコアの前記ステータヨークと略同形状のプレート環状部と、
   前記プレート環状部から内径側に突出し、前記ステータコアの前記複数のティースと略同形状の複数のプレートティースと、
   隣り合う該プレートティース間に形成され、前記ステータコアの前記複数のスロットと略同形状の複数のプレートスロットと、を有し、
   前記冷媒供給部は、前記プレート環状部の外周面から前記プレートスロットに連通する孔部である、回転電機のステータ。

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