WO2021229888A1 - 電動機の固定子、及び、電動機 - Google Patents

Abstract

固定子（２）は、平角線導体（４１）が巻かれたコイル（４０）と、コイル（４０）の一部を収容するスロット（２３）を有する固定子コア（１０）と、スロット（２３）の壁部と当該壁部に対向するコイル（４０）の外面とに挟まれた位置に設けられ、冷媒（Ｃ）を流通させる流路部とを備える。冷媒（Ｃ）の導入口から導出口に至るまでの流路部の延伸形状は、固定子コア（１０）の軸方向に沿って変化する。流路部は、例えば、スロット（２３）の壁部に形成された凹部（２４）である。

Description

電動機の固定子、及び、電動機

　本開示は、電動機の固定子、及び、それを用いた電動機に関する。

　従来、冷媒を用いて固定子を冷却する冷却機構を備えた電動機がある。特許文献１は、固定子を構成する複数のティース部において、ティース部ごとに平角線導体を複数列に巻いた複数の巻線を形成して、巻線同士の間に冷媒流路を設けた電動機の固定子を開示している。

特開２００４－２４２３６８号公報

　特許文献１に開示されている固定子では、ティース部ごとに巻線を複数列に形成されているが、冷却効率を向上させるためには、更なる改良の余地がある。

　本開示は、冷却効率を向上させるのに有利となる固定子、及び、それを用いた電動機を提供することを目的とする。

　本開示の第１の態様に係る固定子は、平角線導体が巻かれたコイルと、コイルの一部を収容するスロットを有する固定子コアと、スロットの壁部と当該壁部に対向するコイルの外面とに挟まれた位置に設けられ、冷媒を流通させる流路部と、を備え、冷媒の導入口から導出口に至るまでの流路部の延伸形状は、固定子コアの軸方向に沿って変化する。

　上記の固定子では、流路部は、スロットの壁部に形成された凹部であってもよい。スロットの壁部における凹部に隣接する壁面は、絶縁部材を介してコイルに接触してもよい。上記の固定子は、スロットの壁部と当該壁部に対向するコイルの外面との間にスペーサーを備え、流路部は、スペーサーの外周部に形成された凹部であってもよい。凹部は、コイルの外面と対向する外周部に形成され、スペーサーの外周部における凹部に隣接する外周面は、コイルに接触してもよい。平角線導体は、固定子コアの軸方向と直交する放射方向に沿って積層され、凹部は、放射方向では、平角線導体の厚みを一単位として、平角線導体ごとに対向してもよい。流路部は、平角線導体の側面部に形成された複数の凹部の組み合わせであってもよい。平角線導体の側面部における凹部に隣接する側面は、絶縁部材を介してスロットの壁部に接触してもよい。平角線導体は、固定子コアの軸方向と直交する放射方向に沿って積層され、凹部は、放射方向では、平角線導体の厚みを一単位として形成されてもよい。

　本開示の第２の態様に係る固定子は、平角線導体が巻かれたコイルと、コイルの一部を収容するスロットを有し、軸方向に複数の積層した電磁鋼板を備える固定子コアと、スロットの壁部に形成され、冷媒を流通させる流路部と、を備え、電磁鋼板には、それぞれ電磁鋼板の厚みを一単位とした凹部が形成され、流路部は、凹部の組み合わせで形成される流路を含み、凹部は、電磁鋼板ごとに位置、大きさ又は個数が異なる。

　上記の固定子では、平角線導体は、固定子コアの軸方向と直交する放射方向に沿って積層され、凹部の組み合わせパターンは、放射方向では、平角線導体の厚みを一単位として規定されてもよい。凹部の組み合わせパターンは、同一の位置、大きさ及び個数の凹部を有する複数の電磁鋼板の第１組と、同一の位置、大きさ及び個数の凹部を有する複数の電磁鋼板の第２組とが積層されることで規定され、第１組に含まれる凹部と、第２組に含まれる凹部とでは、位置、大きさ及び個数のうちの少なくともいずれかが異なってもよい。

　本開示の第３の態様に係る固定子は、平角線導体が巻かれたコイルと、コイルの一部を収容するスロットを有する固定子コアと、平角線導体の側面部に形成され、冷媒を流通させる流路部と、を備え、流路部は、平角線導体に形成された複数の凹部の組み合わせである。

　上記の固定子では、平角線導体は、固定子コアの軸方向と直交する放射方向に沿って積層され、スロットでは、凹部が形成されている平角線導体と、凹部が形成されていない平角線導体とが互いに積層されていてもよい。

　また、本開示の一態様に係る電動機は、固定子と、固定子で発生した磁界により回転する回転子と、を備え、固定子は、上記の固定子である。

　本開示によれば、冷却効率を向上させるのに有利となる固定子、及び、それを用いた電動機を提供することができる。

図１は、いくつかの実施形態に係る電動機の構成を示す側面図である。 図２は、図１のＩＩ－ＩＩ部に対応した第１実施形態に係る固定子の断面図である。 図３は、図２のＩＩＩ－ＩＩＩ部に対応した第１実施形態に係る固定子の断面図である。 図４は、第１実施形態の変形例としての固定子の断面図である。 図５は、第２実施形態に係る固定子の断面図である。 図６は、図５のＶＩ－ＶＩ部に対応した第２実施形態に係る固定子の断面図である。 図７は、第２実施形態の変形例としての固定子の断面図である。 図８は、第３実施形態に係る固定子の断面図である。

　以下、例示的ないくつかの実施形態について、図面を参照して説明する。ここで、各実施形態に示す寸法、材料、その他、具体的な数値等は例示にすぎず、特に断る場合を除き、本開示を限定するものではない。また、実質的に同一の機能および構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、本開示に直接関係のない要素については図示を省略する。

　（電動機）
　図１は、以下で詳説するいずれかの固定子を備える、いくつかの実施形態に係る電動機１の構成を示す断面図である。電動機１は、固定子２と、回転子３と、ケース４とを備える。電動機１は、固定子２で発生した磁界により回転子３を回転させる。本実施形態に係る電動機１は、冷媒Ｃを流通させることにより固定子２を冷却する冷却機構を有する。

　固定子２は、固定子コア１０と、コイル４０とを備える。なお、図１では、回転子３の上方側に描画されている固定子コア１０は、コイル４０を含む部分での断面を示している。一方、下方に描画されている固定子コア１０は、コイル４０を含まない部分での断面を示している。固定子コア１０は、全体として筒状であり、磁性体からなる板材としての電磁鋼板１０ａを軸方向に複数積層した積層体である。コイル４０は、平角線導体４１を複数層に巻いた巻線である。本実施形態に係る固定子２は、冷媒Ｃを流通させる流路部を有するが、固定子２の具体的な構造等については、以下で詳説する。

　回転子３は、固定子２の内側空間に配置され、不図示の電磁鋼板を軸方向に複数積層した円筒状の電機子鉄心３ａと、回転軸３ｂとを備える。電機子鉄心３ａは、不図示であるが、永久磁石を有する。回転軸３ｂは、電機子鉄心３ａの軸中心部分には形成されている挿入穴に圧入されている。

　ケース４は、回転軸３ｂの少なくとも一方の先端部を外部に露出させた状態で、固定子２及び回転子３を内部に収容する。ケース４は、金属製であり、外周壁部４ａと、内周壁部４ｂと、第１底壁部４ｄと、第２底壁部４ｅとを有する。外周壁部４ａは、内側に固定子２の外周部を圧入させることで固定子２を結合保持する筒状部材である。内周壁部４ｂは、外周壁部４ａの内側にあり、固定子２と回転子３との間の空間に含まれる外径及び内径を有する筒状部材である。ただし、内周壁部４ｂは、おおよそ固定子コア１０の内周部に対向する位置に穴部４ｃを有する。穴部４ｃは、樹脂壁５により埋められる。このとき、穴部４ｃを覆った樹脂壁５は、固定子コア１０とは接触し、回転子３とは接触しない。第１底壁部４ｄは、外周壁部４ａと内周壁部４ｂとの一方の開口端に、例えば溶接により接続される板状部材である。第１底壁部４ｄは、回転軸３ｂが貫通する開口部に、第１軸受６を備える。第１軸受６は、回転軸３ｂの一方の端部を回転自在に支持する。第２底壁部４ｅは、第１底壁部４ｄと軸方向で対向し、外周壁部４ａと内周壁部４ｂとの他方の開口端に、例えば溶接により接続される板状部材である。第２底壁部４ｅは、回転軸３ｂが貫通する開口部に、第２軸受７を備える。第２軸受７は、回転軸３ｂの他方の端部を回転自在に支持する。

　固定子２が上記のように外周壁部４ａと内周壁部４ｂとに対して密に設置されることで、ケース４の内部には、固定子コア１０の軸方向の一方の端部に面する第１環状空間Ｓ１と、固定子コア１０の軸方向の他方の端部に面する第２環状空間Ｓ２とが形成される。ケース４は、外周壁部４ａに、第１環状空間Ｓ１と外部とで連通し、外部に設置された冷媒供給部から冷媒Ｃを流入させる流入口部４ｆを備える。一方、ケース４は、外周壁部４ａに、第２環状空間Ｓ２と外部とで連通し、外部に設置された冷媒回収部へ冷媒Ｃを流出させる流出口部４ｇを備える。固定子２は、冷媒Ｃを流通させる流路部を有するので、流入口部４ｆを介して外部から第１環状空間Ｓ１に流入した冷媒Ｃは、第１環状空間Ｓ１から固定子２内の流路部に導入される。そして、固定子２内の流路部を流通してきた冷媒Ｃは、第１環状空間Ｓ１とは反対側にある第２環状空間Ｓ２に導出されて、最終的に、流出口部４ｇを介して第２環状空間Ｓ２から外部に流出する。電動機１は、このように冷媒Ｃを流通させることで、コイル４０で発生した熱を冷媒Ｃに吸収させることができるので、固定子２の昇温を抑えることができる。つまり、固定子２に形成されている流路部と、第１環状空間Ｓ１及び第２環状空間Ｓ２とを含む、冷媒Ｃの流路全体が、本実施形態に係る電動機１に含まれる冷却機構である。

　なお、本実施形態で採用し得る冷媒Ｃは、特に限定されるものではなく、窒素ガス等の気体やオイルなどの種々の冷媒を採用することができる。

　（固定子の第１実施形態）
　次に、上記例示したような電動機１に適用し得る、第１実施形態に係る固定子２について説明する。図２は、図１におけるＩＩ－ＩＩ部に対応する、固定子２を軸方向に対して垂直な面で切断した一部断面図である。なお、図２では、ケース４や樹脂壁５の描画を省略している。固定子２が固定子コア１０とコイル４０とを備える点については、上記のとおりである。

　固定子コア１０は、それぞれ、固定子２の軸方向に沿って設けられ、コイル４０の一部を収容する複数のスロット２３を有する。また、固定子コア１０は、互いに連続するコイル４０を各々のスロット２３に取り付けるために、複数のコア部材を組み合わせて構成される。本実施形態では、固定子コア１０は、複数のティース部２０と、１つの筒状部３０とを含む。複数のティース部２０は、それぞれ、固定子コア１０の中心軸に対して等距離で、かつ、互いに周方向に等間隔で配置される。この場合、各々のスロット２３は、互いに隣り合うティース部２０同士の間に形成される空間である。筒状部３０は、環状に組み合わされた複数のティース部２０を内周側で保持する。各々のティース部２０が組み合わされて形成される環状体の内周面２１は、回転子３の電機子鉄心３ａの外周面と対向する。一方、各々のティース部２０が組み合わされて形成される環状体の外周面２２は、筒状部３０の内周面と接触する。ここで、各々のティース部２０は、筒状部３０の内周部に対向する面に、先端部が根元部よりも広い凸部２２ａを有する。これに対して、筒状部３０は、内周部に、各々のティース部２０に設けられている凸部２２ａをそれぞれ係合させることができる複数の凹部３１を有する。これにより、筒状部３０は、各々のティース部２０を安定して保持することができる。

　なお、図２では、固定子コア１０の一部として、周方向で互いに隣り合う２つのスロット２３と、これらのスロット２３を形成する３つのティース部、すなわち、第１ティース部２０ａ、第２ティース部２０ｂ及び第３ティース部２０ｃを例示している。

　コイル４０を構成する平角線導体４１は、固定子コア１０の軸方向と直交する放射方向に沿って積層されている。図２では、一例として、１つのスロット２３において、平角線導体４１が計８つの層として積層されている場合を例示している。つまり、この例での平角線導体４１は、最も外周側に位置する第１層４１ａから、内周側に向かって順に、第２層４１ｂ、第３層４１ｃ、第４層４１ｄ、第５層４１ｅ、第６層４１ｆ、第７層４１ｇ及び第８層４１ｈの８つの層が存在する。以下、平角線導体４１の厚みをＴ４１と表記する。ここで、各々のスロット２３には、内周面２１から回転子３側に向かって開放される空間部が含まれる。コイル４０は、スロット２３に設置された後、これらの空間部に樹脂材６０が充填されることで、スロット２３に対して密着して固定される。

　また、固定子２は、スロット２３ごとに、固定子コア１０とコイル４０との間に設置される絶縁部材５０を備える。絶縁部材５０は、例えば絶縁紙である。

　さらに、固定子２は、スロット２３ごとに、第１環状空間Ｓ１に面する軸方向の一方の端部から第２環状空間Ｓ２に面する軸方向の他方の端部に向かって冷媒Ｃを流通させる流路部を備える。流路部は、スロット２３の壁部と、当該壁部に対向するコイル４０の外面とに挟まれた位置に設けられる。ここで、スロット２３の壁部とは、基本的には、固定子コア１０の周方向でコイル４０の外面と対向する壁部をいう。そして、固定子コア１０における冷媒Ｃの導入口から導出口に至るまでの流路部の延伸形状は、固定子コア１０の軸方向に沿って変化する。つまり、軸方向に沿って軸方向に直交する断面の形状を見た場合に、流路部の断面形状・位置は、軸方向に沿って変化する。換言すれば、流路部の断面形状は、部分的に、軸方向で変化しない領域を含んでいてもよい。

　図３は、図２におけるＩＩＩ－ＩＩＩ部に対応する、固定子２を、軸方向と当該軸方向と直交する放射方向とに沿った面で切断した一部断面図である。

　本実施形態における流路部は、スロット２３の壁部に形成された凹部２４である。凹部２４の形状は、延伸形状が固定子コア１０の軸方向に沿って変化するとの条件を満たせば、種々設定され得る。図３に示す例では、凹部２４の形状、すなわち、凹部２４の組み合わせパターンは、以下のような基準に基づいて規定されている。

　第１に、凹部２４の組み合わせパターンは、固定子コア１０の軸方向と直交する放射方向では、平角線導体４１の厚みＴ４１を一単位として規定されてもよい。例えば、凹部２４の放射方向の幅Ｗ２４は、平角線導体４１の厚みＴ４１と同等である。また、凹部２４は、放射方向では、平角線導体４１ごとに対向する。例えば、図２において、第１ティース部２０ａと第２ティース部２０ｂとに挟まれた位置にあるスロット２３を参照する。第１ティース部２０ａに形成されている凹部２４のうち、図２に描画されている部分の４つの凹部２４は、平角線導体４１のうちの第１層４１ａ、第３層４１ｃ、第５層４１ｅ及び第７層４１ｇのいずれかの側面と対向している。同様に、第２ティース部２０ｂに形成されている凹部２４のうち、図２に描画されている部分の４つの凹部２４は、平角線導体４１のうちの第２層４１ｂ、第４層４１ｄ、第６層４１ｆ及び第８層４１ｈのいずれかの側面と対向している。

　上記のように凹部２４が形成されている場合、スロット２３の壁部には、凹部２４に隣接して複数の凸部２５が存在する。換言すれば、凸部２５は、凹部２４が形成された際にスロット２３の壁部に残存した部位である。本実施形態では、スロット２３の壁部において凹部２４に隣接する壁面、すなわち、凸部２５の壁面２５ａは、図２に示すように、絶縁部材５０を介してコイル４０に接触する。この場合、放射方向では、凸部２５の幅Ｗ２５は、平角線導体４１の厚みＴ４１と同等であり、かつ、平角線導体４１ごとに対向する。例えば、図２において、第１ティース部２０ａと第２ティース部２０ｂとに挟まれた位置にあるスロット２３を参照する。第１ティース部２０ａに存在する壁面２５ａのうち、図２に描画されている部分の４つの壁面２５ａは、平角線導体４１のうちの第２層４１ｂ、第４層４１ｄ、第６層４１ｆ及び第８層４１ｈのいずれかの側面に絶縁部材５０を介して接触している。同様に、第２ティース部２０ｂに存在する壁面２５ａのうち、図２に描画されている部分の４つの壁面２５ａは、第１層４１ａ、第３層４１ｃ、第５層４１ｅ及び第７層４１ｇのいずれかの側面に絶縁部材５０を介して接触している。

　第２に、凹部２４の組み合わせパターンは、固定子コア１０の軸方向では、固定子コア１０を形成する電磁鋼板１０ａの厚みＴ１０を一単位として規定されてもよい。電磁鋼板１０ａごとに形成された凹部２４を組み合わせることで、全体としての流路部を構成することができる。なお、図３では、電磁鋼板１０ａが破線で示されている。本実施形態で採用される電磁鋼板１０ａの厚みＴ１０は、２ｍｍ程度ある。

　本実施形態では、凹部２４の延伸形状が軸方向に沿って変化するとの条件を、電磁鋼板１０ａごとに凹部２４の位置、大きさ又は個数を異ならせることで満足させる。図３に示す例では、凹部２４の組み合わせパターンには、それぞれ、複数の電磁鋼板１０ａからなり、かつ、形成されている凹部２４の位置、大きさ及び個数が同一である、第１組Ｕ１と、第２組Ｕ２と、第３組Ｕ３とが含まれる。また、第１組Ｕ１と第２組Ｕ２と第３組Ｕ３とを互いに比較すると、それぞれに形成されている凹部２４の位置、大きさ又は個数は、組ごとに異なる。

　具体的には、第１組Ｕ１及び第２組Ｕ２は、それぞれ、同一形状の５つの電磁鋼板１０ａを積層した組である。ここで、第１組Ｕ１と第２組Ｕ２とでは、凹部２４の大きさ及び個数（本実施形態では４つ）は同一であるが、凹部２４の位置は、固定子コア１０の放射方向では凹部２４の幅Ｗ２４分、互いにズレている。つまり、軸方向では、凹部２４と凸部２５とが交互に存在することになる。一方、第３組Ｕ３は、第１組Ｕ１と第２組Ｕ２とに挟まれた位置に存在する。そして、第３組Ｕ３に含まれる凹部２４は、コイル４０の側面全体に対向するスロット２３の壁部全体が切り欠かれた形状を有する。つまり、第３組Ｕ３に形成されている凹部２４は、第１組Ｕ１に形成されている４つの凹部２４と、第２組Ｕ２に形成されている４つの凹部２４とを連続させている。

　上記のように規定された凹部２４の組み合わせパターンによれば、固定子２の軸方向の一方の側から凹部２４に導入された冷媒Ｃは、合流と分岐とを繰り返して複雑に進行方向を変えながら、固定子２の軸方向の他方の側に向けて流通する。

　一方、固定子コア１０における冷媒Ｃの導入口から導出口に至るまでの流路部の延伸形状は、図３に示すような凹部２４の組み合わせパターン以外にも、種々あり得る。

　図４は、図３に示した凹部２４の組み合わせパターンを変形した、本実施形態における別例としての凹部２４の組み合わせパターンを示す図である。なお、図４は、図３に合わせた固定子２の一部断面図として描かれている。

　上記の第１組Ｕ１、第２組Ｕ２及び第３組Ｕ３と同様に、図４に示す例では、凹部２４の組み合わせパターンには、第１組Ｕ１１と、第２組Ｕ１２と、第３組Ｕ１３とが含まれる。具体的には、第１組Ｕ１１及び第２組Ｕ１２は、それぞれ、同一形状の５つの電磁鋼板１０ａを積層した組である。ここで、第１組Ｕ１１と第２組Ｕ１２とでは、凹部２４の大きさ及び個数（本実施形態では２つ）は同一であるが、凹部２４の位置は、固定子コア１０の放射方向では凹部２４の幅Ｗ２４分、互いにズレている。つまり、軸方向では、凹部２４と凸部２５とが交互に存在することになる。一方、第３組Ｕ１３は、第１組Ｕ１１と第２組Ｕ１２とに挟まれた位置に存在する。そして、第３組Ｕ１３に含まれる凹部２４は、第１組Ｕ１１に形成されている１つの凹部２４と、第２組Ｕ１２に形成されている１つの凹部２４とを連続させるために必要な形状を有する。特に、図４に示すような凹部２４の組み合わせパターンでは、複数の平角線導体４１のうちのいずれにも凹部２４が対向しない部分が生じ得る。図４の描画を参照すると、第１ティース部２０ａにあるスロット２３の壁部において、平角線導体４１のうちの第１層４１ａ、第２層４１ｂ、第６層４１ｆ及び第７層４１ｇのいずれかと対向する部分には、凹部２４が形成されていない。

　図４に示される凹部２４の組み合わせパターンによれば、固定子２の軸方向の一方の側から凹部２４に導入された冷媒Ｃは、蛇行しながら、固定子２の軸方向の他方の側に向けて流通する。

　次に、固定子２及び固定子２を用いた電動機１による作用・効果について説明する。

　本実施形態に係る固定子２は、平角線導体４１が巻かれたコイル４０と、コイル４０の一部を収容するスロット２３を有する固定子コア１０とを備える。また、固定子２は、スロット２３の壁部と当該壁部に対向するコイル４０の外面とに挟まれた位置に設けられ、冷媒Ｃを流通させる流路部を備える。冷媒Ｃの導入口から導出口に至るまでの流路部の延伸形状は、固定子コア１０の軸方向に沿って変化する。

　まず、固定子２によれば、固定子コア１０に備えられた流路部に冷媒Ｃを流通させることができるので、コイル４０で発生した熱を冷媒Ｃに吸収させて、固定子２を冷却することができる。

　また、固定子２によれば、冷媒Ｃの導入口から導出口に至るまでの流路部の延伸形状は、固定子コア１０の軸方向に沿って変化する。したがって、流路部が、例えば直線状に延伸する場合と比べて、冷媒Ｃの流れが乱流となりやすく、また、コイル４０の外面形状に合わせて広く流路部を這わせやすくなくため、冷却効率が向上する。

　このように、本実施形態によれば、冷却効率を向上させるのに有利となる固定子２を提供することができる。

　また、本実施形態に係る固定子２によれば、流路部は、スロット２３の壁部と当該壁部に対向するコイル４０の外面とに挟まれた位置に設けられる。したがって、本実施形態における流路部が存在しない場合と比べて、固定子２の構成要素の形状を大きく変更しなくてもよく、場合によっては、固定子２の構成要素を増加させなくてもよい。

　また、本実施形態に係る電動機１は、固定子２と、固定子２で発生した磁界により回転する回転子３とを備える。

　本実施形態によれば、上記説明したような効果を奏する固定子２を備えるので、冷却効率を向上させるのに有利となる電動機１を提供することができる。ひいては、このような電動機１によれば、小型化や高出力化に有利となり得る。

　また、固定子２では、流路部は、スロット２３の壁部に形成された凹部２４であってもよい。

　このような固定子２によれば、凹部２４をスロット２３の壁部に形成するので、凹部２４の形状を所望の形状に設定しやすい。また、この場合には、流路部を固定子２に設けるに際して更なる構成要素を要しないので、固定子２の構造の簡略化に寄与し得る。

　また、固定子２では、スロット２３の壁部における凹部２４に隣接する壁面２５ａは、絶縁部材５０を介してコイル４０に接触してもよい。

　このような固定子２によれば、スロット２３の壁部とコイル４０の外面とに挟まれた位置に流路部を設けたとしても、固定子コア１０は、コイル４０を強固に支持することができる。

　また、固定子２では、平角線導体４１は、固定子コア１０の軸方向と直交する放射方向に沿って積層される。このとき、凹部２４は、放射方向では、平角線導体４１の厚みＴ４１を一単位として、平角線導体４１ごとに対向してもよい。

　このような固定子２によれば、凹部２４の各部が、個々の発熱源である複数層の平角線導体４１に対して直接的に対向するので、冷却効率をより向上させることができる。

　また、本実施形態に係る固定子２は、平角線導体４１が巻かれたコイル４０と、コイル４０の一部を収容するスロット２３を有し、軸方向に複数の電磁鋼板１０ａを互いに積層して形成される固定子コア１０とを備える。また、固定子２は、スロット２３の壁部に形成され、冷媒Ｃを流通させる流路部を備える。電磁鋼板１０ａには、それぞれ電磁鋼板１０ａの厚みＴ１０を一単位とした凹部２４が形成される。流路部は、凹部２４の組み合わせで形成される流路を含む。凹部２４は、電磁鋼板１０ａごとに位置、大きさ又は個数が異なる。

　このような固定子２によれば、流路部が、固定子コア１０を形成する電磁鋼板１０ａの厚みＴ１０を一単位として規定されるので、固定子コア１０の製造時には、流路部の形状を確定させやすい。なお、電磁鋼板１０ａに凹部２４を形成するタイミングとしては、固定子コア１０を組み立てる前に予め個々の電磁鋼板１０ａに凹部２４が形成されていてもよいし、又は、固定子コア１０が組み立てられた後に凹部２４が形成されてもよい。また、凹部２４は、電磁鋼板１０ａごとに位置、大きさ又は個数が異なるので、各々の電磁鋼板１０ａに形成されている複数の凹部２４を組み合わせて流路部を構成しても、流路部に延伸形状は、少なくとも直線状にはならない。したがって、冷媒Ｃの導入口から導出口に至るまでの流路部の延伸形状を、確実に、固定子コア１０の軸方向に沿って変化させることができる。

　また、固定子２では、平角線導体４１は、固定子コア１０の軸方向と直交する放射方向に沿って積層される。このとき、凹部２４の組み合わせパターンは、放射方向では、平角線導体４１の厚みＴ４１を一単位として規定されてもよい。

　このような固定子２によれば、凹部２４が電磁鋼板１０ａの厚みＴ１０を一単位として規定されたとしても、凹部２４の各部を、個々の発熱源である複数層の平角線導体４１に対して直接的に対向するように形成することができる。

　さらに、固定子２では、凹部２４の組み合わせパターンは、同一の位置、大きさ及び個数の凹部２４を有する複数の電磁鋼板１０ａの第１組と、同一の位置、大きさ及び個数の凹部２４を有する複数の電磁鋼板１０ａの第２組とが積層されることで規定される。このとき、第１組に含まれる凹部２４と、第２組に含まれる凹部２４とでは、位置、大きさ及び個数のうちの少なくともいずれかが異なってもよい。

　このような固定子２によれば、例えば、固定子コア１０が組み立てられる前に、第１組を構成する形状の電磁鋼板１０ａと、第２組を構成する形状の電磁鋼板１０ａとを予め準備しておくことができる。このように、特定形状の凹部２４を有するいくつかの電磁鋼板１０ａを準備しておくことで、その後、これらの電磁鋼板１０ａを組み合わせて、凹部２４を組み合わせた流路部を含む固定子コア１０を容易に製造することができる。

　（固定子の第２実施形態）
　次に、上記例示したような電動機１に適用し得る、第２実施形態に係る固定子１０２について説明する。図５は、第１実施形態に関する図２と対比される、固定子１０２を軸方向に対して垂直な面で切断した一部断面図である。図６は、図５におけるＶＩ－ＶＩ部に対応する、固定子１０２を、軸方向と当該軸方向と直交する放射方向とに沿った面で切断した一部断面図である。なお、図５及び図６では、第１実施形態に係る固定子２と同一の構成については同一の符号を付し、説明を省略する。

　固定子１０２は、第１実施形態に係る固定子２と同様に、スロット１２３ごとに、第１環状空間Ｓ１に面する軸方向の一方の端部から第２環状空間Ｓ２に面する軸方向の他方の端部に向かって冷媒Ｃを流通させる流路部を備える。本実施形態においても、流路部は、スロット１２３の壁部と、当該壁部に対向するコイル１４０の外面とに挟まれた位置に設けられる。また、冷媒Ｃの導入口から導出口に至るまでの流路部の延伸形状は、固定子コア１１０の軸方向に沿って変化する。ここで、第１実施形態における流路部は、スロット２３の壁部に形成された凹部２４である。これに対して、本実施形態における流路部は、平角線導体１４１の側面部に形成された複数の凹部１４３の組み合わせである。

　固定子コア１１０は、第１実施形態における固定子コア１０に対応する部材である。固定子コア１１０の基本構造は、固定子コア１０と同等である。ただし、図５に例示されている第１ティース部１２０ａ、第２ティース部１２０ｂ及び第３ティース部１２０ｃのように、固定子コア１１０に含まれる複数のティース部１２０には、流路部となる凹部が形成されていない。

　コイル１４０は、第１実施形態におけるコイル４０に対応する部材である。コイル１４０を構成する平角線導体１４１は、固定子コア１１０の軸方向と直交する放射方向に沿って積層されている。ここでも、図５では、一例として、１つのスロット１２３において、平角線導体１４１が計８つの層として積層されている場合を例示している。つまり、平角線導体１４１は、最も外周側に位置する第１層１４１ａから、内周側に向かって順に、第２層１４１ｂ、第３層１４１ｃ、第４層１４１ｄ、第５層１４１ｅ、第６層１４１ｆ、第７層１４１ｇ及び第８層１４１ｈの８つの層が存在する。以下、平角線導体１４１の厚みをＴ１４１（図６参照）と表記する。

　平角線導体１４１に形成されている複数の凹部１４３の形状は、流路部の延伸形状が固定子コア１１０の軸方向に沿って変化するとの条件を満たせば、種々設定され得る。図６に示す例では、凹部１４３の形状は、以下のような基準に基づいて規定されている。

　第１に、複数の凹部１４３は、平角線導体１４１の積層方向では、平角線導体１４１の厚みＴ１４１を一単位として規定されてもよい。つまり、凹部１４３は、平角線導体１４１の側面部が積層方向に沿って全体が切り欠かれることで形成されることになる。

　第２に、複数の凹部１４３は、固定子コア１１０の軸方向では、互いに隣り合う同士の間隔を一定の間隔Ｌ２として、一定の長さＬ１で規定されてもよい。ここで、間隔Ｌ２は、長さＬ１よりも短い。また、長さＬ１及び間隔Ｌ２は、平角線導体１４１を巻いてコイル１４０を形成したときに、図６に示すように、第１層１４１ａから第８層１４１ｈまでの間で積層方向に沿って１層おきに複数の凹部１４３同士が整列するように規定される。

　ここで、平角線導体１４１の各層のうち、積層方向に相互に隣接する位置に重ねられた部位を含む一方の層（以下「上位層」という。）と他方の層（以下「下位層」という。）に着目する。上位層に形成された凹部１４３と、下位層に形成された凹部１４３とは、積層方向で互いに重なっている。例えば、図６を参照し、上位層が第１層１４１ａであり、下位層が第２層１４１ｂであるとすると、第１層１４１ａに形成された凹部１４３と、第２層１４１ｂに形成された凹部１４３とが、第１領域Ｒ１で重なっている。これにより、冷媒Ｃが積層方向にわたり流通することができる。

　また、流路が軸方向に変化することから、図６に示すように、上位層と下位層との凹部１４３同士が積層方向で重ならない第２領域Ｒ２も含むことがある。つまり、下位層の凹部１４３の一部が、上位層の凹部１４３に対して突出した凸部を覆い得る。

　さらに、流路に、下位層の１つの凹部１４３が上位層の複数の凹部１４３を覆うパターンが含まれていてもよい。

　また、平角線導体１４１の側面部における凹部１４３に隣接する側面１４２、すなわち、間隔Ｌ２で表される側面は、絶縁部材５０を介してスロット１２３の壁部に接触する。

　上記のように規定された複数の凹部１４３の組み合わせによれば、固定子１０２の軸方向の一方の側から凹部１４３に導入された冷媒Ｃは、合流と分岐とを繰り返して複雑に進行方向を変えながら、固定子１０２の軸方向の他方の側に向けて流通する。

　一方、固定子コア１１０における冷媒Ｃの導入口から導出口に至るまでの流路部の延伸形状は、図６に示すような凹部１４３の組み合わせ以外にも、種々あり得る。

　図７は、図６に示した凹部１４３の組み合わせを変更した、本実施形態における別例としての凹部１４３の組み合わせパターンを示す図である。なお、図７は、図６に合わせた固定子１０２の一部断面図として描かれている。

　図７に示す例では、１つのスロット１２３では、凹部１４３が図６と同様に形成されている平角線導体１４１と、凹部が形成されていない平角線導体１４１とが互いに積層されている。図７の描画を参照すると、第２ティース部１２０ｂにあるスロット１２３において、平角線導体１４１のうちの第１層１４１ａ、第２層１４１ｂ、第５層１４１ｅ及び第６層１４１ｆには、凹部が形成されていない。

　図７に示される凹部１４３の組み合わせによれば、固定子１０２の軸方向の一方の側から凹部１４３に導入された冷媒Ｃは、蛇行しながら、固定子１０２の軸方向の他方の側に向けて流通する。

　このような固定子１０２による作用・効果として、まず、第１実施形態に係る固定子２と同様に、スロット２３の壁部と当該壁部に対向するコイル４０の外面とに挟まれた位置に流路部を設けることができる。また、冷媒Ｃの導入口から導出口に至るまでの流路部の延伸形状を、固定子コア１１０の軸方向に沿って変化させることができる。したがって、本実施形態によれば、冷却効率を向上させるのに有利となる固定子１０２を提供することができる。

　また、固定子１０２では、流路部は、平角線導体１４１の側面部に形成された複数の凹部１４３の組み合わせであってもよい。

　このような固定子１０２によれば、流路部を設けるための加工は、平角線導体１４１の側面部に凹部１４３を形成する加工のみであるので、容易に、かつ、簡略的に、流路部を形成することができる。

　また、固定子１０２では、平角線導体１４１の側面部における凹部１４３に隣接する側面１４２は、絶縁部材５０を介してスロット１２３の壁部に接触してもよい。

　このような固定子１０２によれば、スロット１２３の壁部とコイル１４０の外面とに挟まれた位置に流路部を設けたとしても、固定子コア１１０は、コイル１４０を強固に支持することができる。また、この場合には、流路部自体は、絶縁部材５０を介さずにコイル１４０と面することになるので、冷却効率をより向上させる点で有利となり得る。

　さらに、固定子１０２では、平角線導体１４１は、固定子コア１１０の軸方向と直交する放射方向に沿って積層される。このとき、凹部１４３は、放射方向では、平角線導体１４１の厚みＴ１４１を一単位として形成されてもよい。

　また、本実施形態に係る固定子１０２は、平角線導体１４１が巻かれたコイル１４０と、コイル１４０の一部を収容するスロット１２３を有する固定子コア１１０とを備える。また、固定子１０２は、平角線導体１４１の側面部に形成され、冷媒Ｃを流通させる流路部を備える。流路部は、平角線導体１４１に形成された複数の凹部１４３の組み合わせである。

　このような固定子１０２によれば、上記のとおり、凹部１４３は、平角線導体１４１の側面部が積層方向に沿って全体が切り欠かれる形となるため、冷媒Ｃは、１つの凹部１４３を積層方向に横切って流通することができる。したがって、このような凹部１４３を複数組み合わせることで、全体として連続した流路部を容易に構成することができる。

　さらに、固定子１０２では、平角線導体１４１は、固定子コア１１０の軸方向と直交する放射方向に沿って積層される。このとき、スロット１２３では、凹部１４３が形成されている平角線導体１４１と、凹部が形成されていない平角線導体１４１とが互いに積層されていてもよい。

　このような固定子１０２によれば、流路部の形状を、例えば、図７に示したような蛇行形状とするなど、流路部の形状の選択の幅を広げることができる。

　（固定子の第３実施形態）
　次に、上記例示したような電動機１に適用し得る、第３実施形態に係る固定子２０２について説明する。図８は、第１実施形態に関する図２、又は、第２実施形態に関する図６と対比される、固定子２０２を軸方向に対して垂直な面で切断した一部断面図である。なお、図８では、第１実施形態に係る固定子２、又は、第２実施形態に係る固定子１０２と同一の構成については同一の符号を付し、説明を省略する。

　固定子２０２は、第１実施形態に係る固定子２等と同様に、スロット１２３ごとに、第１環状空間Ｓ１に面する軸方向の一方の端部から第２環状空間Ｓ２に面する軸方向の他方の端部に向かって冷媒Ｃを流通させる流路部を備える。本実施形態においても、流路部は、スロット１２３の壁部と、当該壁部に対向するコイル４０の外面とに挟まれた位置に設けられる。また、冷媒Ｃの導入口から導出口に至るまでの流路部の延伸形状は、固定子コア１１０の軸方向に沿って変化する。ここで、固定子２０２は、スロット１２３ごとに、スロット１２３の壁部と当該壁部に対向するコイル４０の外面との間にスペーサー７０を備える。そして、本実施形態では、流路部は、スペーサー７０の外周部に形成された凹部７４である。凹部７４の組み合わせパターンは、例えば、第１実施形態における凹部２４の組み合わせパターンと同様であってもよい。

　本実施形態に係る固定子２０２によれば、スペーサー７０を有する分、構成要素が増えるものの、固定子コア１１０及びコイル４０には流路部が形成されない。したがって、例えば、電動機１全体として、製造に要する時間や手間、ひいては製造コストの面などで有利となり得る。

　さらに、固定子２０２では、凹部７４は、コイル４０の外面と対向する外周部７５に形成され、スペーサー７０の外周部７５における凹部７４に隣接する外周面７５ａは、コイル４０に接触してもよい。

　このような固定子２０２によれば、凹部７４は、スペーサー７０のうち、コイル４０の外面と対向する外周部７５に形成される。したがって、流路部自体は、絶縁部材５０を介さずにコイル４０と面することになるので、冷却効率をより向上させる点で有利となり得る。また、スペーサー７０の外周部７５における外周面７５ａがコイル４０に接触する。したがって、スペーサー７０が設けられたとしても、固定子コア１１０は、コイル４０を強固に支持することができる。

　なお、上記の各実施形態では、流路部の形状を規定する凹部２４の幅Ｗ２４や凸部２５の幅Ｗ２５、又は、平角線導体１４１に形成される凹部１４３の長さＬ１や間隔Ｌ２などが、流路部全体として一定であるものとしている。しかし、本開示による固定子２等では、各部の寸法がこのように厳密に規定されるものに限定されない。すなわち、凹部２４の組み合わせパターンの各部で幅Ｗ２４や幅Ｗ２５が異なっていてもよいし、平角線導体１４１の各部で凹部１４３の長さＬ１や間隔Ｌ２がことなっていてもよい。

　いくつかの実施形態を説明したが、上記開示内容に基づいて実施形態の修正または変形をすることが可能である。上記の各実施形態のすべての構成要素、および請求の範囲に記載されたすべての特徴は、それらが互いに矛盾しない限り、個々に抜き出して組み合わせてもよい。

　特願２０２０－０８６０２７号（出願日：２０２０年５月１５日）の全内容は、ここに援用される。

　１　　　　電動機
　２　　　　固定子
　３　　　　回転子
　１０　　　固定子コア
　１０ａ　　電磁鋼板
　２３　　　スロット
　２４　　　凹部
　２５ａ　　壁面
　４０　　　コイル
　４１　　　平角線導体
　５０　　　絶縁部材
　７０　　　スペーサー
　７４　　　凹部
　７５　　　スペーサーの外周部
　７５ａ　　スペーサーの外周面
　１０２　　固定子
　１１０　　固定子コア
　１２３　　スロット
　１４０　　コイル
　１４１　　平角線導体
　１４２　　平角線導体の側面
　１４３　　凹部
　２０２　　固定子
　Ｃ　　　　冷媒
　Ｔ１０　　電磁鋼板の厚み
　Ｔ４１　　平角線導体の厚み
　Ｔ１４１　平角線導体の厚み

Claims (15)

1. 　平角線導体が巻かれたコイルと、
   　前記コイルの一部を収容するスロットを有する固定子コアと、
   　前記スロットの壁部と当該壁部に対向する前記コイルの外面とに挟まれた位置に設けられ、冷媒を流通させる流路部と、を備え、
   　前記冷媒の導入口から導出口に至るまでの前記流路部の延伸形状は、前記固定子コアの軸方向に沿って変化する、電動機の固定子。
2. 　前記流路部は、前記スロットの前記壁部に形成された凹部である、請求項１に記載の電動機の固定子。
3. 　前記スロットの前記壁部における前記凹部に隣接する壁面は、絶縁部材を介して前記コイルに接触する、請求項２に記載の電動機の固定子。
4. 　前記スロットの前記壁部と当該壁部に対向する前記コイルの外面との間にスペーサーを備え、
   　前記流路部は、前記スペーサーの外周部に形成された凹部である、請求項１に記載の電動機の固定子。
5. 　前記凹部は、前記コイルの前記外面と対向する前記外周部に形成され、
   　前記スペーサーの前記外周部における前記凹部に隣接する外周面は、前記コイルに接触する、請求項４に記載の電動機の固定子。
6. 　前記平角線導体は、前記固定子コアの前記軸方向と直交する放射方向に沿って積層され、
   　前記凹部は、前記放射方向では、前記平角線導体の厚みを一単位として、前記平角線導体ごとに対向する、請求項２～５のいずれか１項に記載の電動機の固定子。
7. 　前記流路部は、前記平角線導体の側面部に形成された複数の凹部の組み合わせである、請求項１に記載の電動機の固定子。
8. 　前記平角線導体の前記側面部における前記凹部に隣接する側面は、絶縁部材を介して前記スロットの前記壁部に接触する、請求項７に記載の電動機の固定子。
9. 　前記平角線導体は、前記固定子コアの前記軸方向と直交する放射方向に沿って積層され、
   　前記凹部は、前記放射方向では、前記平角線導体の厚みを一単位として形成される、請求項７又は８に記載の電動機の固定子。
10. 　平角線導体が巻かれたコイルと、
    　前記コイルの一部を収容するスロットを有し、軸方向に複数の積層した電磁鋼板を備える固定子コアと、
    　前記スロットの壁部に形成され、冷媒を流通させる流路部と、を備え、
    　前記電磁鋼板には、それぞれ前記電磁鋼板の厚みを一単位とした凹部が形成され、
    　前記流路部は、前記凹部の組み合わせで形成される流路を含み、
    　前記凹部は、前記電磁鋼板ごとに位置、大きさ又は個数が異なる、電動機の固定子。
11. 　前記平角線導体は、前記固定子コアの前記軸方向と直交する放射方向に沿って積層され、
    　前記凹部の組み合わせパターンは、前記放射方向では、前記平角線導体の厚みを一単位として規定される、請求項１０に記載の電動機の固定子。
12. 　前記凹部の組み合わせパターンは、同一の位置、大きさ及び個数の前記凹部を有する複数の前記電磁鋼板の第１組と、同一の位置、大きさ及び個数の前記凹部を有する複数の前記電磁鋼板の第２組とが積層されることで規定され、
    　前記第１組に含まれる前記凹部と、前記第２組に含まれる前記凹部とでは、位置、大きさ及び個数のうちの少なくともいずれかが異なる、請求項１０又は１１に記載の電動機の固定子。
13. 　平角線導体が巻かれたコイルと、
    　前記コイルの一部を収容するスロットを有する固定子コアと、
    　前記平角線導体の側面部に形成され、冷媒を流通させる流路部と、を備え、
    　前記流路部は、前記平角線導体に形成された複数の凹部の組み合わせである、電動機の固定子。
14. 　前記平角線導体は、前記固定子コアの軸方向と直交する放射方向に沿って積層され、
    　前記スロットでは、前記凹部が形成されている前記平角線導体と、前記凹部が形成されていない前記平角線導体とが互いに積層されている、請求項１３に記載の電動機の固定子。
15. 　固定子と、
    　前記固定子で発生した磁界により回転する回転子と、を備え、
    　前記固定子は、請求項１～１４のいずれか１項に記載の固定子である、電動機。

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