(57)【要約】【課題】固定子巻線を冷却する性能を効率的に向上させることができる回転電機の固定子および回転電機の固定子の冷却方法を提供すること。【解決手段】絶縁ボビン３のうち固定子巻線４が巻き付けられた本体６の内壁と固定子鉄心２との間に、外径側フランジ８よりも外方側の空間に連通した第１の空隙Ｓ１が設けられ、また、外径側フランジ８の固定子鉄心２の上面よりも上方部分に、外径側フランジ８を貫通する開口部１２が形成されていて、本体６の内壁と固定子鉄心２との間の第１の空隙Ｓ１および絶縁ボビン３と固定子巻線４との隙間の双方には、別個独立した経路を介して熱伝導性部材Ｗが充填されるため、双方に確実に熱伝導性部材Ｗを供給することができ、固定子巻線４を冷却する性能を効率的に向上させることができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定子鉄心と、前記固定子鉄心の周囲を覆う絶縁ボビンと、前記絶縁ボビンに巻き付けられた固定子巻線と、を備えた回転電機の固定子において、
前記絶縁ボビンは、前記固定子巻線が巻き付けられた筒状の本体と、前記固定子の外径側端部に形成された外径側フランジと、前記固定子の内径側端部に形成された内径側フランジと、を有し、
前記本体の内壁と前記固定子鉄心との間には第１の空隙が設けられ、前記第１の空隙は、前記外径側フランジよりも外方側の空間に連通し、
前記外径側フランジの前記固定子鉄心の上面より上方部分に、前記外径側フランジを貫通する開口部が形成されていることを特徴とする回転電機の固定子。
【請求項２】
前記絶縁ボビンよりも外方側であって前記固定子鉄心よりも上方に、前記外径側フランジに対向する面を有する壁部が立設され、
前記外径側フランジと前記固定子鉄心の上面と前記壁部とにより囲まれた、流動性を有する熱伝導性部材を貯留するための貯留部が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の回転電機の固定子。
【請求項３】
前記壁部の前記外径側フランジに対向する面は、前記固定子巻線を結線するためのバスバーの内周面であることを特徴とする請求項２に記載の回転電機の固定子。
【請求項４】
前記壁部の下面と前記固定子鉄心の上面との間には第２の空隙が設けられ、前記第２の空隙は、前記貯留部に連通していることを特徴とする請求項２又は３に記載の回転電機の固定子。
【請求項５】
前記内径側フランジのうち、前記固定子の内径側に向いた面側において、前記内径側フランジの前記固定子鉄心に接する内周の全周に亘って、面取りによる逃げ部が形成されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の回転電機の固定子。
【請求項６】
請求項１から５のうちいずれか１項に記載の回転電機の固定子に対して、前記外径側フランジよりも外方側の空間から、前記本体の内壁と前記固定子鉄心との間に形成された前記第１の空隙に、流動性を有する熱伝導性部材を充填するとともに、
前記絶縁ボビンの前記外径側フランジに形成された前記開口部から、前記固定子巻線と前記絶縁ボビンとの間に前記熱伝導性部材を充填することを特徴とする回転電機の固定子の冷却方法。
【請求項７】
前記絶縁ボビンよりも外方側であって前記固定子鉄心よりも上方に、前記外径側フランジに対向する面を有する壁部が立設され、前記外径側フランジと前記固定子鉄心の上面と前記壁部とにより囲まれた貯留部が形成された前記固定子の、前記貯留部に、前記熱伝導性部材を供給し、
前記貯留部に供給された前記熱伝導性部材を、前記第１の空隙に流れ込ませるとともに、
前記貯留部に供給された前記熱伝導性部材を、前記開口部を介して、前記固定子巻線と前記絶縁ボビンとの間に流れ込ませることを特徴とする請求項６に記載の回転電機の固定子の冷却方法。
【請求項８】
前記貯留部に供給された前記熱伝導性部材を、前記壁部の下面と前記固定子鉄心の上面との間に設けられた第２の空隙に流れ込ませることを特徴とする請求項７に記載の回転電機の固定子の冷却方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転電機の固定子および回転電機の固定子の冷却方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、回転電機を運転することにより発熱する固定子巻線を効率的に冷却することを目的として、固定子鉄心の周囲を覆う絶縁ボビンと固定子鉄心の表面との間に、流動性を有する熱伝導性部材（例えば、ワニス等）を充填するとともに、この絶縁ボビンと固定子鉄心との間に充填された熱伝導性部材を、絶縁ボビンに形成された貫通孔を通じて、絶縁ボビンと固定子巻線との隙間に流れ込ませる回転電機の固定子が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−３４３８７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述した特許文献１に提案されている技術は、絶縁ボビンに形成された貫通孔が、絶縁ボビンと固定子鉄心の表面との間に熱伝導性部材を注入する流入口から離れた位置に形成されたものとなっている。すなわち、熱伝導性部材は、絶縁ボビンと固定子鉄心の表面との間に十分に充填された後に、貫通孔に到達する。
【０００５】
このため、例えば、絶縁ボビンと固定子鉄心の表面との間の隙間が大きいために毛細管現象が起こらない場合等、絶縁ボビンと固定子鉄心の表面との間の隙間に熱伝導性部材が十分に充填しない場合には、貫通孔に熱伝導性部材が到達せずに絶縁ボビンと固定子巻線との間の隙間への熱伝導性部材の流れ込みが妨げられるため、固定子巻線を十分に冷却することができない虞があった。
【０００６】
本発明は、上記問題に鑑みなされたものであり、絶縁ボビンと固定子鉄心の表面との間および絶縁ボビンと固定子巻線との隙間の双方に確実に熱伝導性部材を充填させことにより、固定子巻線を冷却する性能を効率的に向上させることができる回転電機の固定子および回転電機の固定子の冷却方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明に係る回転電機の固定子は、絶縁ボビンのうち固定子巻線が巻き付けられた絶縁ボビンの本体の内壁と固定子鉄心との間に、外径側フランジよりも外方側の空間に連通した第１の空隙が設けられ、また、外径側フランジの固定子鉄心の上面よりも上方部分に、外径側フランジを貫通する開口部が形成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に係る回転電機の固定子によれば、絶縁ボビンの本体の内壁と固定子鉄心との間（第１の空隙）および絶縁ボビンと固定子巻線との隙間へ、別個独立した経路を介して熱伝導性部材が充填される。
【０００９】
このため、絶縁ボビンの本体の内壁と固定子鉄心との間（第１の空隙）に熱伝導性部材が十分に充填しない場合であっても、絶縁ボビンと固定子巻線との隙間への熱伝導性部材の流れ込みが妨げられることがなく、絶縁ボビンの本体の内壁と固定子鉄心との間（第１の空隙）および絶縁ボビンと固定子巻線との隙間の双方に確実に熱伝導性部材を供給することができるため、固定子巻線を冷却する性能を効率的に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本実施形態の回転電機の固定子１を有した回転電機１００の部分正面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】図２のB−B線断面図である。
【図４】固定子鉄心２および絶縁ボビン３の構成を示すための斜視図である。
【図５】図４の固定子鉄心２および絶縁ボビン３を矢印Ｄの方向から見た斜視図である。
【図６】図５の絶縁ボビン３のみの斜視図である。
【図７】固定子１の冷却作用を示す断面図である。
【図８】絶縁ボビン３と固定子巻線４との隙間に充填する熱伝導性部材Ｗの充填量と、熱抵抗低減割合と、の関係を示すグラフである。
【図９】第１の空隙Ｓ１に充填する熱伝導性部材Ｗの充填量と、熱抵抗低減割合と、の関係を示すグラフである。
【図１０】（ａ）は図１のＣ−Ｃ線断面図であり、（ｂ）は第１の空隙Ｓ１および開口部１２の変形例１を示す断面図であり、（ｃ）は第１の空隙Ｓ１および開口部１２の変形例２を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の回転電機の固定子および回転電機の固定子の冷却方法を実現する形態を、図１〜９に基づいて説明する。
【００１２】
図１は、本実施形態の回転電機の固定子１を有した回転電機１００の部分正面図であり、図２は、図１のＡ−Ａ線断面図であり、図３は、図２のB−B線断面図であり、図４は、固定子鉄心２および絶縁ボビン３の構成を示すための斜視図であり、図５は、図４の固定子鉄心２および絶縁ボビン３を矢印Ｄの方向から見た斜視図であり、図６は、図５の絶縁ボビン３のみの斜視図である。
【００１３】
本実施形態の回転電機の固定子１（以下、単に「固定子１」という）は、図１に示すように、複数個が円周方向に連結することにより環状の回転電機１００を構成している。
【００１４】
各々の固定子１は、図２に示すように、多数の鋼板を積層した固定子鉄心２と、固定子鉄心２の周囲を覆う絶縁ボビン３と、絶縁ボビン３に巻き付けられた固定子巻線４と、固定子巻線４を結線するためのバスバー５と、を備えている。
【００１５】
絶縁ボビン３は、図２から図６に示すように、固定子巻線４が巻き付けられた筒状の絶縁ボビンの本体６と、固定子１の内径側端部に形成された内径側フランジ７と、固定子１の外径側端部に形成された外径側フランジ８と、を有している。
【００１６】
絶縁ボビンの本体６の内壁のうち上面と下面には、図２および図６に示すように、各々固定子１の円周方向略中央に凹部が設けられ、この凹部により、絶縁ボビンの本体６の内壁と固定子鉄心２との間に第１の空隙Ｓ１、Ｓ１´（第１の空隙Ｓ１は固定子鉄心２の上方であり、第１の空隙Ｓ１´は固定子鉄心２の下方である）が形成されている。
【００１７】
また、これら第１の空隙Ｓ１、Ｓ１´は、外径側フランジ８よりも外方側（固定子１の半径方向について外方側）の空間に連通している。
【００１８】
内径側フランジ７は、図２から図４に示すように、固定子１の内径側に向いた面側において、内径側フランジ７の固定子鉄心２に接する内周の全周に亘って、面取りによる逃げ部１１が形成されている。
【００１９】
外径側フランジ８の上端には、固定子巻線４をバスバー５から絶縁ボビンの本体６へ結線するため、および絶縁ボビンの本体６からバスバー５へ結線するための切欠き９が設けられている。
【００２０】
この切欠き９は、固定子巻線４の直径よりも十分に広く下方側へ切り下げられており、この切欠き９の上部に固定子巻線４を結線することで、切欠き９の一部（切欠き９のうち、固定子巻線４が結線された部分以外の部分）と固定子巻線４とにより囲まれた開口部１２が形成されている。
【００２１】
すなわち、この開口部１２は、外径側フランジ８を貫通し、上述した第１の空隙Ｓ１と同様に、外径側フランジ８よりも外方側の空間に連通している。
【００２２】
固定子巻線４は、その一端がバスバー５に結線されて、外径側フランジ８に設けられた切欠き９を介して絶縁ボビンの本体６に複数層に巻き付けられている。そして、他端が再び切欠き９を介してバスバー５に結線されている。
【００２３】
バスバー５は、絶縁ボビン３よりも外方側であって固定子鉄心２よりも上方に立接しており、その内周面が外径側フランジ８に対向している。また、バスバー５の下面と固定子鉄心２の上面との間には第２の空隙Ｓ２が設けられ、外径側フランジ８よりも外方側の空間であって、バスバー５の内周壁の内方側の空間に連通している。
【００２４】
外径側フランジ８のさらに外方側の空間には、外径側フランジ８と固定子鉄心２の上面とバスバー５の内周面とにより囲まれた貯留部１０が形成されている。
【００２５】
すなわち、上述した外径側フランジ８よりも外方側の空間であって、バスバー５の内周壁の内方側の空間が、この貯留部１０であり、第１の空隙Ｓ１、開口部１２、および第２の空隙Ｓ２は、いずれもこの貯留部１０に連通している。
【００２６】
次に、本実施形態の回転電機の固定子１の冷却作用を説明する。
【００２７】
図７は、固定子１の冷却作用を示す断面図である。
【００２８】
貯留部１０に流動性を有する熱伝導性部材Ｗを滴下すると（図７に示す矢印Ｌ）、熱伝導性部材Ｗは、絶縁ボビンの本体６の内面と固定子鉄心２との間の第１の空隙Ｓ１に流れ込む（図７に示す矢印Ｅ）とともに、開口部１２を介して絶縁ボビン３と固定子巻線４との隙間に流れ込み（図７に示す矢印Ｆ）、さらに、バスバー５の下面と固定子鉄心２の上面との間の第２の空隙Ｓ２に流れ込む（図７に示す矢印Ｇ）。
【００２９】
第１の空隙Ｓ１に流れ込んだ熱伝導性部材Ｗは、回転電機１００を斜めにしたり回転させることなく、毛細管現象により第１の空隙Ｓ１全体を充填していく。
【００３０】
このとき、図３に示す絶縁ボビンの本体６と固定子鉄心２と接触面１３から熱伝導性部材Ｗが下方（図３における紙面奥行き方向）へ滲み出てくることがあり、このように下方へ滲み出た熱伝導性部材Ｗは、第１の空隙Ｓ１´を介して（図７に示す矢印Ｈ）外径側フランジ８の外方側の空間へ流れ出る（図７に示す矢印Ｉ）。
【００３１】
また、第１の空隙Ｓ１に充填された熱伝導性部材Ｗは、図７に示す内径側フランジ７と固定子鉄心２との接触面から内径側フランジ７よりも内方側（すなわち、内径側フランジ７に設けられた逃げ部１１）へ滲み出てくる場合がある。
【００３２】
このような場合には、図４に示すように、熱伝導性部材Ｗは、逃げ部１１に表面張力で溜まりつつ、この逃げ部１１に沿って下方へ流れていく（図４に示す矢印Ｊ）。
【００３３】
切欠き９の一部である開口部１２を介して絶縁ボビン３と固定子巻線４との間に流れ込んだ熱伝導性部材Ｗは（図７に示す矢印Ｆ）、複数層に積層された固定子巻線４の隙間に充填されつつ、下方へ流れていく（図７に示す矢印Ｋ）。
【００３４】
そして、第２の空隙Ｓ２に流れ込んだ熱伝導性部材Ｗは、第１の空隙Ｓ１に流れ込んだ熱伝導性部材Ｗと同様に、毛細管現象によりこの第２の空隙Ｓ２全体を充填する。
【００３５】
このように、貯留部１０に、第１の空隙Ｓ１、開口部１２、および第２の空隙Ｓ２が連通しているため、貯留部１０に熱伝導性部材Ｗを滴下することにより、絶縁ボビンの本体６の内面と固定子鉄心２との間の第１の空隙Ｓ１、絶縁ボビン３と固定子巻線４との隙間、およびバスバー５の下面と固定子鉄心２の上面との間の第２の空隙Ｓ２には、各々異なる経路を介して、各々の隙間に確実に熱伝導性部材Ｗが供給される。
【００３６】
第１の空隙Ｓ１や絶縁ボビン３と固定子巻線４との隙間に熱伝導性部材Ｗを供給することによる固定子巻線４の冷却性能への影響は、図８、９に示すグラフより確認することができる。
【００３７】
図８は、第１の空隙Ｓ１に充填する熱伝導性部材Ｗの充填量と、熱抵抗低減割合と、の関係を示すグラフであり、図９は、絶縁ボビン３と固定子巻線４との隙間に充填する熱伝導性部材Ｗの充填量と、熱抵抗低減割合と、の関係を示すグラフである。
【００３８】
第１の空隙Ｓ１（絶縁ボビンの本体６の内面と固定子鉄心２との間）に熱伝導性部材Ｗを充填させると、図８に示すように、充填量が増える程、熱抵抗低減割合が増大する（図８のグラフでは、熱抵抗低減割合を負数で表しているため、数値としては小さくなる）という計算値が得られ、実験値もまた同様の傾向を示している。
【００３９】
これは、第１の空隙Ｓ１に供給される熱伝導性部材Ｗの充填量が増える程、固定子巻線４の放熱性能が上昇し、固定子巻線４の冷却性能が向上することを意味している。
【００４０】
さらに、絶縁ボビン３と固定子巻線４との隙間に熱伝導性部材Ｗを充填させると、図９に示すように、充填量が増える程、熱抵抗低減割合が増大する（図９のグラフでは、熱抵抗低減割合を負数で表しているため、数値としては小さくなる）という計算値が得られ、実験値も同様の傾向を示している。
【００４１】
これは、図８についてと同様に、絶縁ボビン３と固定子巻線４との隙間に供給される熱伝導性部材Ｗの充填量が増える程、固定子巻線４の放熱性能が上昇し、固定子巻線４の冷却性能が向上することを意味している。
【００４２】
すなわち、第１の空隙Ｓ１に熱伝導性部材Ｗを充填させた場合であっても、絶縁ボビン３と固定子巻線４との隙間に熱伝導性部材Ｗを充填させた場合であっても、いずれの場合も固定子巻線４の冷却性能が向上するため、これらの双方に確実に熱伝導性部材Ｗを充填させることにより、固定子巻線４を冷却する性能を効率的に向上させることができる。
【００４３】
また、このような熱伝導性部材Ｗを充填させることによる固定子巻線４の冷却性能の向上という効果は、第１の空隙Ｓ１や絶縁ボビン３と固定子巻線４との隙間のみならず、第２の空隙Ｓ２に充填させる場合においても同様の効果が得られる。
【００４４】
次に、本実施形態の回転電機の固定子１の効果を説明する。
【００４５】
このように構成された本実施形態に係る回転電機の固定子１によれば、絶縁ボビン３は、固定子巻線４が巻き付けられた筒状の絶縁ボビンの本体６と、固定子１の外径側端部に形成された外径側フランジ８と、固定子１の内径側端部に形成された内径側フランジ７と、を有し、絶縁ボビンの本体６の内壁と固定子鉄心２との間には第１の空隙Ｓ１が設けられ、第１の空隙Ｓ１は、外径側フランジ８よりも外方側の空間に連通し、外径側フランジ８の固定子鉄心２の上面より上方部分に、外径側フランジ８を貫通する開口部が形成されているため、絶縁ボビンの本体６の内壁と固定子鉄心２との間および絶縁ボビン３と固定子巻線４との隙間の双方には、別個独立した経路を介して熱伝導性部材Ｗが充填されるため、双方に確実に熱伝導性部材Ｗを供給することができ、固定子巻線４を冷却する性能を効率的に向上させることができる。
【００４６】
また、絶縁ボビン３よりも外方側であって固定子鉄心２よりも上方に、外径側フランジ８に対向する面を有するバスバー５（壁部）が立設され、外径側フランジ８と固定子鉄心２の上面とバスバー５とにより囲まれた、流動性を有する熱伝導性部材Ｗを貯留するための貯留部１０が形成されているため、貯留部１０に熱伝導性部材Ｗを滴下することで、絶縁ボビンの本体６の内壁と固定子鉄心２との間（第１の空隙Ｓ１）および絶縁ボビン３と固定子巻線４との隙間の双方に熱伝導性部材Ｗを供給させることができ、双方のそれぞれを別個に供給させることを必要としないため、作業効率が良い。
【００４７】
さらに、バスバー５の外径側フランジ８に対向する面は、固定子巻線４を結線するためのバスバー５の内周面であるため、滴下された熱伝導性部材Ｗを貯留するスペースを別途他の部材を用いることなく形成することができ、部品点数の増加を防ぐことができる。
【００４８】
そして、バスバー５の下面と固定子鉄心２の上面との間には第２の空隙Ｓ２が設けられ、第２の空隙Ｓ２は、貯留部１０に連通しているため、第２の空隙Ｓ２に熱伝導性部材Ｗを充填させることができるため、バスバー５に結線された固定子巻線４の放熱性能を高めることができ、固定子巻線４の冷却性能をより向上させることができる。
【００４９】
また、内径側フランジ７のうち、固定子１の内径側に向いた面側において、内径側フランジ７の固定子鉄心２に接する内周の全周に亘って、面取りによる逃げ部１１が形成されているため、第１の空隙Ｓ１から滲み出た熱伝導性部材Ｗが固定子鉄心２の内径側端部へ付着することを防ぎ、マスキングや熱伝導性部材Wの除去作業が不要となる。
【００５０】
なお、本実施形態に係る回転電機の固定子１においては、絶縁ボビンの本体６の内壁と固定子鉄心２との間に設けられた第１の空隙Ｓ１、Ｓ１´は、絶縁ボビンの本体６の内壁のうち上面と下面に凹部を設けることにより形成されている場合について説明した。
【００５１】
しかしながら、本発明に係る回転電機の固定子１は、絶縁ボビンの本体６の内壁と固定子鉄心２との間に空隙が形成されていれば良く、必ずしも凹部を設ける必要はない。
【００５２】
さらに、本実施形態に係る回転電機の固定子１においては、図１０（ａ）に示すように（図１０（ａ）は、図１のＣ−Ｃ線断面図である）、切欠き９の一部が開口部１２として用いられているものについて説明した。
【００５３】
このような構成は、外径側フランジ８に、従来から存在する切欠き９を絶縁ボビンの本体６の近くまで延長するだけで開口部１２を形成することができるため、開口部１２を全く新たに設けることを必要とせず好ましい。
【００５４】
しかしながら、本発明に係る回転電機の固定子１はこのような形態に限定されるものではなく、例えば図１０（ｂ）や図１０（ｃ）に示すように、切欠き９とは異なる位置に開口部１２を設ける構成とすることも可能である。
【００５５】
さらに、本実施形態に係る回転電機の固定子１においては、図２、図７に示すように、バスバー５（壁部）の下面と固定子鉄心２の上面との間に第２の空隙Ｓ２が設けられている場合について説明したが、本発明に係る回転電機の固定子１はこのような形態に限定されるものではなく、外径側フランジ８に設けられた開口部１２と第１の空隙Ｓ１とを有していれば、この第２の空隙Ｓ２が設けられていなくても良い。
【００５６】
また、本実施形態に係る回転電機の固定子１においては、固定子巻線４の結線ためのバスバー５の内周面が貯留部１０の一部を構成している場合について説明したが、本発明に係る回転電機の固定子１は、必ずしもこのようなバスバー５を有していることを必要とせず、例えば、絶縁ボビン３の一部を延長して貯留部１０の一部を構成する壁部を設けるような構成とすることも可能である。
【００５７】
以上、本発明の回転電機の固定子について本実施形態に基づいて説明してきたが、具体的な構成については、本実施形態に限られるものではなく、特許請求の範囲の各請求項に係る発明の要旨を逸脱しない限り、設計の変更や追加等は許容される。
【符号の説明】
【００５８】
１  回転電機の固定子
２  固定子鉄心
３  絶縁ボビン
４  固定子巻線
５  バスバー
６  絶縁ボビンの本体
７  内径側フランジ
８  外径側フランジ
１０  貯留部
１１  逃げ部
１２  開口部
Ｓ１、Ｓ１´  第１の空隙
Ｓ２  第２の空隙
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2010252507.tif 000007
【図６】
2010252507.tif 000008
【図７】
2010252507.tif 000009
【図８】
2010252507.tif 000010
【図９】
2010252507.tif 000011
【図１０】
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