(57)【要約】【課題】冷却性能の低下を抑制し、所望の冷却性能を確保する。【解決手段】ステータ１４は、複数のスロット２５が形成されたステータコア２１と、複数のスロット２５に挿入される複数のコイル２２と、ハウジング１１と、コイルモールド体３３と、を備える。ハウジング１１は、ステータコア２１を固定する。ハウジング１１には、冷媒を流通させる冷媒流路１１ａが内部に形成されている。コイルモールド体３３は、複数のコイル２２を封止する。コイルモールド体３３は、スロット２５の外部においてハウジング１１と熱的に接続される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のスロットが形成されたステータコアと、
前記複数のスロットに挿入される複数のコイルと、
前記ステータコアを固定するとともに、冷媒を流通させる流路が内部に形成されたハウジングと、
前記複数のコイルを封止するとともに、前記ハウジングと熱的に接続される熱伝導性のコイル封止体と、
を備える、
ことを特徴とする回転電機のステータ。
【請求項２】
前記ハウジングと前記コイル封止体との間に配置される伝熱材を備える、
ことを特徴とする請求項１に記載の回転電機のステータ。
【請求項３】
前記スロットの外部で前記コイルと電気的に接続される複数の端子部材と、
前記複数の端子部材を固定する端子固定体と、を備え、
前記ハウジングには、前記ハウジングと前記複数のコイルとの間を避けて前記端子固定体を位置決めする位置決め部が形成されており、
前記コイル封止体は、前記ハウジングの前記位置決め部によって位置決めされた前記端子固定体を固定する、
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の回転電機のステータ。
【請求項４】
請求項３に記載のステータの製造方法であって、
前記端子固定体を、前記ハウジングと前記複数のコイルとの間を避けて前記ハウジングに位置決めする工程と、
前記端子固定体の前記複数の端子部材と前記複数のコイルとを電気的に接続する工程と、
前記スロットの外部における前記複数のコイルを取り囲むように、前記ハウジング、前記ステータコア、及び前記端子固定体に金型を装着する工程と、
前記金型、前記ハウジング、前記ステータコア、及び前記端子固定体によって取り囲まれる領域に封止材を充填する工程と、
を含む、
ことを特徴とするステータの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転電機のステータ及びステータの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電動機のステータコアにおいてコイルが挿入されるスロットの径方向内周側（又は外周側）の開口端を閉塞する樹脂材料によるモールド成型体と、スロットから軸方向の外部に突出するコイル端部を囲むようにステータコアに液密に装着されるカバー部材と、を備える電動機が知られている（例えば、特許文献１参照）。この電動機においては、カバー部材に設けられる冷媒流入口及び冷媒流出口を介してカバー部材の内部を流通する冷却液によって直接的にコイルを冷却している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平４−３６４３４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記従来技術に係る電動機においては、スロットの開口端を閉塞する樹脂材料によるモールド成型体は、冷却液に対して液密に維持される必要がある。しかしながら、電動機が車両などのように振動及び温度変化が大きい装置に搭載される場合には、モールド成型体の液密性を確保することが困難になるおそれがある。
【０００５】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、冷却性能の低下を抑制し、所望の冷却性能を確保することが可能な回転電機のステータ及びステータの製造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】
【０００６】
上記課題を解決して係る目的を達成するために、本発明は以下の態様を採用した。
（１）本発明の一態様に係る回転電機のステータ（例えば、実施形態でのステータ１４）は、複数のスロット（例えば、実施形態でのスロット２５）が形成されたステータコア（例えば、実施形態でのステータコア２１）と、前記複数のスロットに挿入される複数のコイル（例えば、実施形態でのコイル２２）と、前記ステータコアを固定するとともに、冷媒を流通させる流路（例えば、実施形態での冷媒流路１１ａ）が内部に形成されたハウジング（例えば、実施形態でのハウジング１１）と、前記複数のコイルを封止するとともに、前記ハウジングと熱的に接続される熱伝導性のコイル封止体（例えば、実施形態でのコイルモールド体３３）と、を備える。
【０００７】
（２）上記（１）に記載の回転電機のステータは、前記ハウジングと前記コイル封止体との間に配置される伝熱材（例えば、実施形態での伝熱材３４）を備えてもよい。
【０００８】
（３）上記（１）に記載の回転電機のステータは、前記スロットの外部で前記コイルと電気的に接続される複数の端子部材（例えば、実施形態での端子部材３１）と、前記複数の端子部材を固定する端子固定体（例えば、実施形態での端子固定体３２）と、を備え、前記ハウジングには、前記ハウジングと前記複数のコイルとの間を避けて前記端子固定体を位置決めする位置決め部（例えば、実施形態での凹溝１１ｂ）が形成されており、前記コイル封止体は、前記ハウジングの前記位置決め部によって位置決めされた前記端子固定体を固定してもよい。
【０００９】
（４）本発明の一態様に係るステータの製造方法は、上記（３）に記載のステータ（例えば、実施形態でのステータ１４）の製造方法であって、前記端子固定体を、前記ハウジングと前記複数のコイルとの間を避けて前記ハウジングに位置決めする工程（例えば、実施形態でのステップＳ０１）と、前記端子固定体の前記複数の端子部材と前記複数のコイルとを電気的に接続する工程（例えば、実施形態でのステップＳ０２）と、前記スロットの外部における前記複数のコイルを取り囲むように、前記ハウジング、前記ステータコア、及び前記端子固定体に金型（例えば、実施形態での金型４１）を装着する工程（例えば、実施形態でのステップＳ０３）と、前記金型、前記ハウジング、前記ステータコア、及び前記端子固定体によって取り囲まれる領域（例えば、実施形態での領域４２）に封止材（例えば、実施形態での第２の封止材４４）を充填する工程（例えば、実施形態でのステップＳ０４）と、を含む。
【発明の効果】
【００１０】
上記（１）によれば、複数のコイルは熱伝導性のコイル封止体を介してハウジングと熱的に接続されるので、ハウジングの内部の冷媒によって、ステータコア及び複数のコイルを効率よく冷却することができ、冷却性能の低下を抑制することができる。また、複数のコイルはコイル封止体によって封止されているので、全体としての熱容量が増大し、コイルに急激な温度変化が生じることを抑制することができる。
【００１１】
上記（２）の場合、ハウジングとコイル封止体との間において伝熱性が低下することを抑制し、冷却効率の低下を抑制することができる。
【００１２】
上記（３）の場合、金型は、ハウジング、ステータコア、及び端子固定体に装着されるので、端子固定体を封止材によって適正に固定することができる。
また、端子固定体を位置決めする位置決め部はハウジングに形成されているので、ステータコアの磁路に干渉すること無しに、端子固定体を位置決めすることができる。さらに、端子固定体は、ハウジングと複数のコイルとの間を避けて位置決めされるので、ハウジングと複数のコイルとの間の熱伝導を阻害すること無しに、端子固定体を配置することができる。
【００１３】
上記（４）の場合、端子固定体は、ハウジングと複数のコイルとの間を避けて位置決めされるので、ハウジングと複数のコイルとの間の熱伝導を阻害すること無しに、端子固定体を配置することができる。さらに、金型は、ハウジング、ステータコア、及び端子固定体に装着されるので、端子固定体を封止材によって適正に固定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態に係る回転電機の構成を模式的に示す断面図である。
【図２】本発明の実施形態に係る回転電機のステータの製造方法のフローチャートである。
【図３】本発明の実施形態に係る回転電機のステータの製造方法における第１の工程を説明する図である。
【図４】本発明の実施形態に係る回転電機のステータの製造方法における第３の工程を説明する図である。
【図５】本発明の実施形態に係る回転電機のステータの製造方法における第４の工程を説明する図である。
【図６】本発明の実施形態に係る回転電機のステータの製造方法における第５の工程を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の回転電機のステータ及びステータの製造方法の一実施形態について添付図面を参照しながら説明する。
【００１６】
本実施形態による回転電機は、例えば、電動車両等の車両に搭載されている。電動車両は、電気自動車、ハイブリッド車両、及び燃料電池車両等である。電気自動車は、バッテリを動力源として駆動する。ハイブリッド車両は、バッテリ及び内燃機関を動力源として駆動する。燃料電池車両は、燃料電池を動力源として駆動する。回転電機は、駆動時にバッテリから供給される電力によって回転駆動力を発生させる。回転電機は、発電時に回転軸に入力される回転駆動力によって回生電力を発生させる。
【００１７】
図１は、本発明の実施形態に係る回転電機１０の構成を模式的に示す断面図である。
本実施形態による回転電機１０は、ハウジング１１と、シャフト１２と、ロータ１３と、ステータ１４と、を備えている。例えば、回転電機１０は、インナーロータ型であり、３相交流のブラシレスＤＣモータである。３相は、Ｕ相、Ｖ相、及びＷ相である。
ハウジング１１は、ステータ１４の外周部に装着され、ステータ１４を固定している。ハウジング１１の内部には、冷媒を流通させる冷媒流路１１ａが形成されている。冷媒は、例えば、冷却水などである。冷媒流路１１ａは、例えば、ハウジング１１の周方向に沿って形成され、冷媒を周方向に流通させる。ハウジング１１の内面１１Ａ上には、後述する端子固定体３２を位置決めする凹溝１１ｂが形成されている。凹溝１１ｂは、ハウジング１１と複数のコイル２２との間を避けて端子固定体３２を位置決めするように、つまり径方向から見て、端子固定体３２と複数のコイル２２とが重なり合わないようにして、ハウジング１１に形成されている。
【００１８】
シャフト１２は、中心軸Ｃの軸周りに回転可能に支持され、ロータ１３に取り付けられるとともに、回転電機１０の外部において他の機器に接続されている。
ロータ１３は、シャフト１２に固定されるロータコアと、ロータコアに装着される界磁用の複数の永久磁石と、を備えている。
【００１９】
ステータ１４は、ステータコア２１と、複数のコイル２２と、を備えている。
ステータコア２１は、例えば、中心軸Ｃに平行な軸方向に積層される複数枚の電磁鋼板によって形成されている。ステータコア２１は、一体的に構成されるヨーク部２３及び複数のティース部２４を備えている。ヨーク部２３の外形は、円環状に形成されている。複数のティース部２４は、ヨーク部２３の内周面上における周方向に所定間隔を置いた位置から径方向内方に向かって突出している。周方向で隣り合う各２つのティース部２４の間には、コイル２２が挿入されるスロット２５が形成されている。スロット２５は、いわゆるオープンスロットであり、軸方向にステータコア２１を貫通するとともに、径方向内方に向かって開放されている。
【００２０】
複数のコイル２２は、３相の各相のコイル２２である。各相のコイル２２の両端のうち第１端は、例えば、Ｙ結線における中性点用の接続端であり、相互に接続されている。各相のコイル２２の両端のうち第２端は、入出力用の接続端であり、３相の各相の端子部材３１に接続されている。
【００２１】
３相の端子部材３１は、端子固定体３２の内部に固定され、少なくとも各相のコイル２２の接続端に接続される端子が端子固定体３２の外部に突出している。端子固定体３２は、例えば、電気絶縁性の樹脂などの絶縁材料により成形されている。
端子固定体３２は、ハウジング１１に対する位置決め用に表面上から突出する突出部３２ａを備えている。突出部３２ａは、ハウジング１１の凹溝１１ｂに挿入されることによって、端子固定体３２をハウジング１１に対して位置決めする。端子固定体３２は、径方向から見て、複数のコイル２２と重なり合わないように位置決めされる。
【００２２】
スロット２５の外部において複数のコイル２２とハウジング１１との間には、コイルモールド体３３が設けられている。コイルモールド体３３は、封止材（後述する図５に示す封止材４４）を用いたモールド成型により形成されている。封止材は、所望の電気絶縁性及び熱伝導性が確保された材料である。封止材は、例えば、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）又はポリカーボネート（ＰＣ）などの樹脂にアルミナ粉末又は窒化ケイ素粉末などのフィラーが分散配置された樹脂材料などである。
コイルモールド体３３の外形は、例えば、円環状に形成されている。コイルモールド体３３は、例えば、スロット２５の外部における複数のコイル２２の表面を覆うとともに、ステータコア２１の少なくとも軸方向の端面２１Ａを覆うように設けられている。コイルモールド体３３は、ハウジング１１に位置決めされている端子固定体３２の少なくとも一部を覆うことによって、端子固定体３２を固定している。また、コイルモールド体３３の形成時にスロット２５内に流入する封止材は、スロット２５内の複数のコイル２２を封止している。
【００２３】
コイルモールド体３３とハウジング１１の内面１１Ａとの間には、伝熱材３４が設けられている。伝熱材３４は、所望の熱伝導性及び熱膨張性が確保された材料により形成されている。伝熱材３４は、封止材と同一、又は封止材よりも熱伝導性及び熱膨張性が高い樹脂材料、例えば、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）などの樹脂に熱伝導性を高めるフィラーが分散配置された樹脂材料などである。伝熱材３４は、コイルモールド体３３とハウジング１１とを熱的に接続させる。
【００２４】
本実施形態に係る回転電機１０のステータ１４は上記構成を備えており、以下に、ステータ１４の製造方法について説明する。
図２は、本発明の実施形態に係る回転電機１０のステータ１４の製造方法のフローチャートである。図３は、ステータ１４の製造方法における第１の工程を説明する図である。図４は、ステータ１４の製造方法における第３の工程を説明する図である。図５は、ステータ１４の製造方法における第４の工程を説明する図である。図６は、ステータ１４の製造方法における第５の工程を説明する図である。
【００２５】
先ず、図３に示すように、ハウジング１１に装着されたステータコア２１のスロット２５に、複数のコイル２２を挿入した後に、端子固定体３２の突出部３２ａをハウジング１１の凹溝１１ｂに挿入する（ステップＳ０１）。これにより、端子固定体３２は、ハウジング１１と複数のコイル２２との間を避けてハウジング１１に位置決めされる。
次に、３相の各相のコイル２２と３相の各相の端子部材３１とを、例えば溶接などによって、電気的に接続する（ステップＳ０２）。
【００２６】
次に、図４に示すように、スロット２５の外部における複数のコイル２２を取り囲むように、ハウジング１１の内面１１Ａ、ステータコア２１の軸方向の端面２１Ａ、及び端子固定体３２の表面に金型４１を装着する（ステップＳ０３）。
金型４１の外形は、例えば、周方向に対する断面形状がＬ字型となるように屈曲された円環板状に形成されている。一対の金型４１は、軸方向の両側からステータコア２１を挟み込むように装着される。
なお、金型４１、ハウジング１１の内面１１Ａ、ステータコア２１の軸方向の端面２１Ａ、及び端子固定体３２の表面の一部によって取り囲まれる領域４２において、必要に応じて、伝熱材３４が配置される領域を確保するための部材４３をハウジング１１の内面１１Ａ上に配置してもよい。
【００２７】
次に、図５に示すように、領域４２に封止材４４を充填して、コイルモールド体３３を形成する（ステップＳ０４）。
次に、図６に示すように、金型４１及び部材４３を取り外し、コイルモールド体３３とハウジング１１の内面１１Ａとの間に伝熱材３４の樹脂材料を充填して、伝熱材３４を形成する（ステップＳ０５）。そして、処理をエンドに進める。
【００２８】
上述したように、本実施形態のステータ１４によれば、複数のコイル２２は熱伝導性のコイルモールド体３３を介してハウジング１１と熱的に接続されるので、ハウジング１１の内部の冷媒によって、ステータコア２１及び複数のコイル２２を効率よく冷却することができ、冷却性能の低下を抑制することができる。これにより、例えば、ステータコア２１及び複数のコイル２２の各々を冷却するために独立した複数の冷却システムを設ける場合に比べて、回転電機１０の構成が複雑化及び大型化すること、並びに構成に要する費用が嵩むこと、を抑制することができる。また、複数のコイル２２はコイルモールド体３３によって封止されているので、全体としての熱容量が増大し、コイル２２に急激な温度変化が生じることを抑制することができる。
【００２９】
さらに、コイルモールド体３３とハウジング１１の内面１１Ａとの間に伝熱材３４を備えるので、コイルモールド体３３とハウジング１１との間において伝熱性が低下することを抑制し、冷却効率の低下を抑制することができる。
さらに、金型４１は、ハウジング１１、ステータコア２１、及び端子固定体３２に装着されるので、端子固定体３２を封止材４４によって適正に固定することができる。
また、端子固定体３２を位置決めする凹溝１１ｂはハウジング１１に形成されているので、ステータコア２１の磁路に干渉すること無しに、端子固定体３２を位置決めすることができる。さらに、端子固定体３２は、ハウジング１１と複数のコイル２２との間を避けて位置決めされるので、ハウジング１１と複数のコイル２２との間の熱伝導を阻害すること無しに、端子固定体３２を配置することができる。
【００３０】
さらに、本実施形態のステータ１４の製造方法によれば、端子固定体３２は、ハウジング１１と複数のコイル２２との間を避けて位置決めされるので、ハウジング１１と複数のコイル２２との間の熱伝導を阻害すること無しに、端子固定体３２を配置することができる。さらに、金型４１は、ハウジング１１、ステータコア２１、及び端子固定体３２に装着されるので、端子固定体３２を封止材４４によって適正に固定することができる。
【００３１】
以下、実施形態の変形例について説明する。
上述した実施形態において、コイルモールド体３３とハウジング１１の内面１１Ａとの間に伝熱材３４を設けるとしたが、これに限定されず、伝熱材３４は省略されてもよい。
例えば、コイルモールド体３３が所望の熱膨張性を有することによって、回転電機１０の温度状態に関わらずに、コイルモールド体３３とハウジング１１の内面１１Ａとの接触が維持され、隙間等が生じない場合、伝熱材３４は省略されてもよい。
また、例えば、ロータ１３等に対するＡＴＦ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ  Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  Ｆｌｕｉｄ：自動変速機油）等の潤滑油が、コイルモールド体３３とハウジング１１の内面１１Ａとの間に流入して、隙間等が潤滑油によって満たされる場合、伝熱材３４は省略されてもよい。
【００３２】
なお、上述した実施形態において、コイルモールド体３３を形成した後に、コイルモールド体３３とハウジング１１の内面１１Ａとの間に伝熱材３４を設けるとしたが、これに限定されない。
例えば、コイルモールド体３３を形成するために領域４２に封止材４４を充填することに先立って、ハウジング１１の内面１１Ａ上に伝熱材３４を配置してもよい。
【００３３】
なお、上述した実施形態において、ハウジング１１の内面１１Ａ上には、端子固定体３２を位置決めする凹溝１１ｂが形成されているとしたが、これに限定されない。
例えば、ハウジング１１の内面１１Ａ上には、端子固定体３２を位置決めする突出部が設けられ、端子固定体３２の表面上には、ハウジング１１の突出部が挿入される凹溝が形成されてもよい。
【００３４】
なお、上述した実施形態において、スロット２５は、径方向内方の端部が閉塞された、いわゆるクローズドスロットであってもよい。
なお、上述した実施形態において、回転電機１０は車両に搭載されるとしたが、これに限定されず、他の機器に搭載されてもよい。
【００３５】
本発明の実施形態は、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。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、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ものである。
【符号の説明】
【００３６】
１０…回転電機、１１…ハウジング、１１ａ…冷媒流路（流路）、１１ｂ…凹溝（位置決め部）、１２…シャフト、１３…ロータ、１４…ステータ、２１…ステータコア、２２…コイル、２３…ヨーク部、２４…ティース部、２５…スロット、３１…端子部材、３２…端子固定体、３３…コイルモールド体（コイル封止体）、３４…伝熱材、４１…金型、４２…領域、４４…第２の封止材（封止材）
【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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【図６】
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