(57)【要約】【課題】冷却効率の向上が可能な回転電機を提供する。【解決手段】実施形態によれば、回転電機は、流路となる空洞を有するハウジングと、回転自在に設けられたロータと、前記ハウジングの内面に接する円筒状のステータコアと、前記ロータを回転駆動する磁界を発生するコイルと、を備えるステータと、前記コイルのコイルエンドに接続され、前記ハウジングの外に配置された接続端子を有する引出線と、前記接続端子に接続され、前記ハウジングの外面と対向する第１面を有するバスバーと、電気的絶縁性を有する接着層と、を備えている。前記バスバーの前記第１面は、前記接着層を介して前記ハウジングの外面に固定され、前記ステータコアの外面及び前記バスバーの前記第１面は、前記空洞を介して対向配置される。【選択図】図２
2019054632.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流路となる空洞を有するハウジングと、
回転自在に設けられたロータと、
前記ハウジングの内面に接する円筒状のステータコアと、前記ロータを回転駆動する磁界を発生するコイルと、を備えるステータと、
前記コイルのコイルエンドに接続され、前記ハウジングの外に配置された接続端子を有する引出線と、
前記接続端子に接続され、前記ハウジングの外面と対向する第１面を有するバスバーと、
電気的絶縁性を有する接着層と、を備え、
前記バスバーの前記第１面は、前記接着層を介して前記ハウジングの外面に固定され、
前記ステータコアの外面及び前記バスバーの前記第１面は、前記空洞を介して対向配置される、回転電機。
【請求項２】
前記バスバーは、前記ロータの回転軸方向である第１方向と直交する第２方向に立ち上がる第２面を有し、
前記第２面は、前記第１方向において前記空洞から離間し、前記接続端子の面に接する、請求項１に記載の回転電機。
【請求項３】
さらに、前記ハウジングの外面に固定された端子台を備え、
前記端子台は、
複数の前記バスバーと、
前記第１面及び前記第２面を除く前記バスバーを覆うモールド樹脂と、を備え、
前記樹脂は、前記ハウジングに固定されている、請求項１又は２に記載の回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、回転電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
ハイブリッド車や電気自動車などには、高トルクを出力可能な駆動回転電機が搭載されている。回転電機を駆動した際に、銅損によってコイルに熱が発生する。水冷式の回転電機においては、コイルで発生した熱は、ステータコアとハウジングを介して、ハウジング内部に設けられた水路の冷媒へと放出される。特に、ステータコアから離れたコイルエンドにおいて最も温度が高くなりやすいため、コイルエンドを冷却するための技術が開発されている。
【０００３】
例えば、コイルエンドから引き出される引出線を回転電機の軸方向の両端部に配分し、その引出線をハウジングに設けた孔を介して外部へ配策する技術が知られている。また、コイルの中性点とハウジングとが電気的に絶縁状態で熱伝達可能に接している装置が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−２８９２３号公報
【特許文献２】特開２０１２−１９６０７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
通常、コイルエンドから引き出される引出線はハウジング内部、又は、ハウジング外部に取り付けられ、バスバーを内蔵した端子台に接続される。しかしながら、前述した２つの技術では、コイルエンドから端子台までの引出線の構成と配索が複雑になる可能性がある。  
【０００６】
本発明は、これらの問題点に着目してなされたもので、冷却効率を向上することが可能な回転電機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】
一実施形態に係る回転電機は、流路となる空洞を有するハウジングと、回転自在に設けられたロータと、前記ハウジングの内面に接する円筒状のステータコアと、前記ロータを回転駆動する磁界を発生するコイルと、を備えるステータと、前記コイルのコイルエンドに接続され、前記ハウジングの外に配置された接続端子を有する引出線と、前記接続端子に接続され、前記ハウジングの外面と対向する第１面を有するバスバーと、電気的絶縁性を有する接着層と、を備え、前記バスバーの前記第１面は、前記接着層を介して前記ハウジングの外面に固定され、前記ステータコアの外面及び前記バスバーの前記第１面は、前記空洞を介して対向配置される。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、本実施形態に係る回転電機を示す斜視図である。
【図２】図２は、図１に示した回転電機の縦断面図である。
【図３】図３は、図２の線Ｉ−Ｉ’に沿った前記回転電機の横断面図である。
【図４】図４は、図２の線ＩＩ−ＩＩ’に沿った前記回転電機の横断面図である。
【図５】図５は、他の実施形態に係る回転電機の端子台部分を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下に、本発明の一実施形態及び各変形例について、図面を参照しながら説明する。なお、開示はあくまで一例に過ぎず、当業者において、発明の主旨を保っての適宜変更について容易に想到し得るものについては、当然に本発明の範囲に含有されるものである。また、図面は、説明をより明確にするため、実際の態様に比べて、各部の幅、厚さ、形状等について模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。また、本明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同一又は類似した機能を発揮する構成要素には同一の参照符号を付し、重複する詳細な説明を適宜省略することがある。
【００１０】
以下、本実施形態に係る回転電機の構成について、図面を参照しながら説明する。なお、以下に説明する実施形態は、特に限定されないが、電気自動車やハイブリッド車の駆動用に好適な回転電機を示している。
【００１１】
図１は、本実施形態に係る回転電機１を示す斜視図である。  
【００１２】
図１に示すように、回転電機１は、内部が密閉されたハウジング１３と、ハウジング１３の外面に固定された端子台４４と、を備えている。端子台４４は、図示しない電源あるいはコントローラを回転電機１に接続するための接続端子を有している。本実施形態において、端子台４４は、後述するＵ相、Ｖ相、Ｗ相のコイルに対応する３つの接続端子としてバスバー９ａ、９ｂ、９ｃを備えている。端子台４４の構成については、後で詳細に説明する。
【００１３】
図２は、回転電機１の縦断面図、図３は、図２の線Ｉ−Ｉ’に沿った回転電機の横断面図、図４は、図２の線ＩＩ−ＩＩ’に沿った回転電機の横断面図である。  
【００１４】
図１および図２に示すように、ハウジング１３は、ほぼ円筒形状の本体１３１と、本体１３１の一方の端を閉塞したリアカバー１３２と、本体１３１の他方の端を閉塞したフロントカバー１３３と、を有している。本体１３１とフロントカバー１３３は、一体に成形されていてもよい。ハウジング１３は、本体１３１の壁部内に、冷媒を流すための流路となる空洞である冷媒流路１６を有している。この冷媒流路１６は、本体１３１のほぼ全周に亘って延在している。また、冷媒流路１６に冷媒１９、例えば、水を供給する供給管１６ａおよび冷媒流路１６を流れた冷媒１９を排出する排出管１６ｂがそれぞれ本体１３１に接続されている。冷媒１９は、図示しない冷却器で冷却され、図示しないポンプで冷媒流路１６及び冷却器を循環される。なお、冷媒１９としては、回転電機１を構成する各部材に対して無害な冷媒であれば、どのような冷却液でも使用可能である。
【００１５】
図２および図４に示すように、回転電機１は、ハウジング１３に収容されたロータ２００、ベアリング４、ステータ５００、引出線７などを備えている。
【００１６】
ハウジング１３は、リアカバー１３２およびフロントカバー１３３の内面から回転電機１の軸方向に突出した突出部１３ａ及び突出部１３ｂを有している。突出部１３ａ及び突出部１３ｂは、環状に形成され本体１３１と同軸的に設けられている。ここで、ハウジング１３の内面とは、後述するロータコア３やステータコア５と対向する面である。
【００１７】
ロータ２００は、ロータシャフト２と、ロータシャフト２に同軸的に取り付けられた円筒状のロータコア３と、ロータコア３に埋め込まれた複数の永久磁石３０と、を備えている。ロータ２００は、ハウジング１３内において回転自在に設けられている。  
【００１８】
ロータシャフト２は、ハウジング１３内に本体１３１と同軸的に延在し、その一端部はフロントカバー１３３を貫通して外部に延出している。ロータシャフト２は、ベアリング４によりハウジング１３に対して回転自在に支持されている。ベアリング４は、突出部１３ａとロータシャフト２との間、及び、突出部１３ｂとロータシャフト２との間に位置している。  
【００１９】
ロータコア３は、ロータシャフト２の周りに固定され、ロータシャフト２と一体的に回転可能となっている。ロータコア３は、ロータシャフト２の軸方向に積層された多数枚の鋼板によって構成されている。永久磁石３０は、ロータコア３の外周部に埋め込まれている。各永久磁石３０は、ロータコア３の全長に亘って延在している。また、複数の永久磁石３０は、ロータコア３の円周方向に所定の間隔を置いて並んでいる。
【００２０】
ステータ５００は、円筒状のステータコア５と、ステータコア５に巻き回されたコイル６と、を備えている。ステータコア５は、ロータシャフト２の軸方向に積層された多数枚の鋼板によって構成されている。ステータコア５は、ハウジング１３の本体１３１の内周面に焼きばめによって嵌合、固定されている。すなわち、ステータコア５の外面Ｓ１３は、ハウジング１３の内面Ｓ１１に接している。ステータコア５は、ロータシャフト２および本体１３１と同軸的に位置し、ロータコア３の外周に間隙ＧＰを置いて対向配置されている。ステータコア５の内周部には、それぞれ軸方向に延びた複数のスロットが形成され、これらのスロットにコイル６が埋め込まれている。コイル６は、ロータ２００を回転駆動する磁界を発生させる。回転電機１は、３相同期モータや３相誘導モータなど、いわゆる多相交流モータである。例えば、回転電機１が３相同期モータである場合、コイル６は、Ｕ相コイルと、Ｖ相コイルと、Ｗ相コイルとを含んでいる。コイル６のうちステータコア５から軸方向の両側に突出している部分がそれぞれコイルエンド６ａを形成している。
【００２１】
図２および図３に示すように、リアカバー１３２側のコイルエンド６ａから引出線７が引き出されている。引出線７は、Ｕ相コイル、Ｖ相コイル、Ｗ相コイルからそれぞれ引き出されたＵ相引出線７ａ、Ｖ相引出線７ｂ、Ｗ相引出線７ｃを含んでいる。これらのＵ相引出線７ａ、Ｖ相引出線７ｂ、Ｗ相引出線７ｃは、本体１３１の壁部を貫通し本体１３１の上方に延出している。Ｕ相引出線７ａ、Ｖ相引出線７ｂ、Ｗ相引出線７ｃの先端部に接続端子８（Ｕ相端子８ａ、Ｖ相端子８ｂ、Ｗ相端子８ｃ）がそれぞれ圧着されている。接続端子８は、ハウジング１３の外に配置されている。
【００２２】
図１および図２に示すように、端子台４４は、バスバー９ａ、９ｂ、９ｃと、絶縁性樹脂でモールド成形されたケース１０と、を備えている。バスバー９ａ、９ｂ、９ｃは、それぞれ銅、アルミニウム等の導電性の高い金属材料で細長い棒状あるいは板状に形成されている。バスバー９ａ、９ｂ、９ｃは、隙間をおいて、互いに平行に並んで配置されている。図２に示すように、バスバー９は、ハウジング１３の外面Ｓ１２と対向する第１面Ｓ１を有している。第１面Ｓ１は、ケース１０から露出している。バスバー９ａ、９ｂ、９ｃの一端部は、直角に折曲げられ、それぞれ出力端子部４１ａ、４１ｂ、４１ｃを構成している。ここで、ロータ２００の回転軸方向を第１方向とし、第１方向と直交する方向を第２方向とすると、出力端子部４１は、第２方向に立ち上がっている。出力端子部４１のうち、ケース１０から露出した第２面Ｓ２は、第２方向に立ち上がっている。第２面Ｓ２は、第２方向において冷媒流路１６と重ならない。すなわち、第２面Ｓ２は、第１方向において冷媒流路１６から離間している。バスバー９ａ、９ｂ、９ｃは、中間部に一体に設けられた入力端子部４２ａ、４２ｂ、４２ｃをそれぞれ有している。
【００２３】
出力端子部４１ａ、４１ｂ、４１ｃは、それぞれ接続端子８ａ、８ｂ、８ｃと電気的に接続されている。出力端子部４１の第２面Ｓ２は、接続端子８の面８Ｓに接している。接続端子８ａ、８ｂ、８ｃは、ハウジング１３内に配置されたコイル６と電気的に接続されている。図示した例では、出力端子部４１ａ、４１ｂ、４１ｃは、それぞれ接続端子８ａ、８ｂ、８ｃとボルト１７によって固定されている。なお、接続端子８ａ、８ｂ、８ｃ及びバスバー９ａ、９ｂ、９ｃは、ボルト固定、圧着、溶接の少なくともいずれか１つの方法で固定されていれば良い。
【００２４】
ケース１０としての絶縁性樹脂は、端子台４４を充填しており、バスバー９を覆っている。また、ケース１０は、第１方向にハウジング１３の肉厚部１３ｃと当接しており、肉厚部１３ｃの外面にも接している。ケース１０は、肉厚部１３ｃの外面においてボルト１２によってハウジング１３と固定されている。バスバー９が周囲をケース１０で覆われることによって、複数のバスバー間の絶縁性が保たれる。
【００２５】
図２に示すように、バスバー９の第１面Ｓ１は、熱伝導性接着層１１を介してハウジング１３の外面Ｓ１２に固定されている。換言すると、熱伝導性接着層１１は、第１面Ｓ１とハウジング１３の外面Ｓ１２との間に位置している。熱伝導性接着層１１は、電気的絶縁性及び熱伝導性を有している。そのため、バスバー９とハウジング１３との間を電気的な絶縁状態に保つことができる。また、バスバー９とハウジング１３との間の熱伝導性を保つことができる。
【００２６】
このように構成された回転電機１は、コイル６に電流を流すことによって電磁力が発生し、その電磁力とロータコア３に内在した永久磁石の磁力とによって駆動される。このとき、コイル６はジュール熱により発熱する。回転電機１の発熱は、主としてコイル６の電気抵抗による銅損と鉄損から生じる。これらの発熱のうち、一部は、ステータコア５やハウジング１３を介して外部へ放出される。しかし、コイル６の温度上昇は、主要な放熱経路であるステータコア５までの距離が長いコイルエンド６ａにおいて最も大きくなりやすい。
【００２７】
次に、回転電機１の冷却構造について説明する。本実施形態に係る回転電機１の冷却構造は、コイル６及び引出線７から発する熱を、構造部材の熱伝達により冷媒流路１６に満たされた冷媒１９へと放出するものである。
【００２８】
ハウジング１３は、ステータコア５の外側において環状に形成された冷媒流路１６を有している。ステータコア５の外面Ｓ１３及びバスバー９の第１面Ｓ１は、冷媒流路１６を介して対向配置されている。そのため、本実施形態においては、コイル６で発生する熱は、２つの放熱経路によって放熱される。  
【００２９】
第１の放熱経路としては、コイル６で発生した熱は、コイル６、ステータコア５、ハウジング１３、冷媒流路１６の順に熱伝達され冷媒流路１６を流れる冷媒１９へ放熱される。なお、コイル６及びステータコア５は、絶縁部材を介して熱伝達可能な状態で接している。また、ステータコア５は、ハウジング１３の内周面に接している。  
【００３０】
第２の放熱経路としては、コイル６で発生した熱は、コイルエンド６ａ、引出線７、接続端子８、バスバー９、ハウジング１３、冷媒流路１６の順に熱伝達され冷媒流路１６を流れる冷媒１９へ放熱される。なお、コイルエンド６ａは、引出線７に接し、引出線７は、接続端子８に接している。接続端子８は、バスバー９に接している。バスバー９の下面は、ハウジング１３に接している。  
【００３１】
以上２つの放熱経路によりコイル６および引出線７で発生する熱が冷媒流路１６内部の冷媒１９へと放出される。
【００３２】
本実施形態によれば、バスバー９の少なくとも１つの面は、ハウジング１３の外周面と接着されている。バスバー９及びハウジング１３の間は、熱伝導性接着層によって電気的絶縁を保ったまま熱伝達可能な状態となる。また、バスバー９は、コイルエンド６ａから引き出された引出線７の接続端子８と接している。そのため、コイルエンド６ａで発生する熱が、引出線７を通じてバスバー９に伝導し、バスバー９から冷媒流路１６に充填された冷媒１９へと放出される。これにより、コイルエンド６ａから発生する熱の放熱経路として、ステータコア５から冷媒流路１６への放熱経路に加えて、引出線７を通じた放熱経路を増やすことが可能である。よって、簡単な冷却構造により、コイル６およびコイルエンド６ａの冷却効率を向上させることができる。また、コイル６の温度上昇による回転電機１の性能低下や故障の発生を抑制することができる。
【００３３】
図５は、他の実施形態に係る回転電機の端子台部分を示す断面図である。図５に示す端子台４４は、図２に示した端子台４４と比較して、ケース１０を成形する樹脂が端子台４４内部に充填されず、バスバー９を囲んでいる点で相違している。ケース１０は、図２に示したのと同様に、ボルト１２によってハウジング１３に固定されている。
【００３４】
なお、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これらの新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【００３５】
本発明の実施形態は、上述した回転電機に限定されるものではなく、各種の回転電機に適用可能である。
【符号の説明】
【００３６】
１…回転電機、１３…ハウジング、４…ベアリング、
２００…ロータ、２…ロータシャフト、３…ロータコア、
５００…ステータ、５…ステータコア、６…コイル、６ａ…コイルエンド、
８…接続端子、７…引出線、９…バスバー、
１６…冷媒流路、１７…ボルト、１０…ケース。
【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】
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