(57)【要約】【課題】コイルエンドの内側を効果的に冷却するとともに、コイルエンドを周方向に沿って均一に冷却することである。【解決手段】ステータコア２０の軸方向端面とコイルエンド３２、３３との間に取り付けられる円環状のカフサ／インシュレータ４０、５０は、ヨーク２１の軸方向端面に接する環状部材４１、５１と、環状部材４１、５１の内周面からティース２２と対応する位置で径方向内側へ突出する複数のリブ４３、５３と、環状部材４１、５１の内部で周方向に延びる環状冷媒流路４５、５７と、環状冷媒流路４５、５７と連通し、複数のリブ４３、５３の内部で径方向に延びる複数の放射状冷媒流路４７、５９と、複数のリブ４３、５３の内部で放射状冷媒流路４７、５９と連通し、コイルエンド３２、３３に向かって冷媒を吐出する冷媒吐出流路４７ａ、４７ｂ、５９ａ、５９ｂとを備える。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒状のヨークの内周面から径方向内側へ突出する複数のティースを有するステータコアと、前記ティースに巻装され、前記ステータコアの軸方向端面からコイルエンドが突出するステータコイルと、前記ステータコアの軸方向端面と前記コイルエンドとの間に取り付けられる円環状のカフサ／インシュレータとを備える回転電機のステータであって、
前記カフサ／インシュレータは、
前記ヨークの軸方向端面に接する環状部材と、
前記環状部材の内周面から前記ティースと対応する位置で径方向内側へ突出する複数のリブと、
前記環状部材の内部で周方向に延びる環状冷媒流路と、
前記環状冷媒流路と連通し、複数の前記リブの内部で径方向に延びる複数の放射状冷媒流路と、
複数の前記リブの内部で前記放射状冷媒流路と連通し、前記コイルエンドに向かって冷媒を吐出する冷媒吐出流路と、
を備えることを特徴とする回転電機のステータ。
【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、特にステータコイルエンドを効果的に冷却することのできるステータに関する。
【背景技術】
【０００２】
車両等に使用される回転電機はステータコイルに通電すると発熱する。ステータコイルが高温になると回転電機の運転効率が低下するため、ステータコイルを冷却して運転効率を維持する必要がある。ステータコイルを冷却する冷却方法としては、ステータコアの外面からオイル等の液体冷媒を供給する方法が多く用いられている。
【０００３】
また、ステータコアと、ステータコアの各ティースに嵌め込まれているインシュレータと、インシュレータを介して各ティースに巻装されるコイルとを備えており、コイルエンドの外周側面を覆うように延びているインシュレータの軸方向延出部に孔を設けて、冷却パイプからの液体冷媒を孔からコイルエンドの外周側面に流してコイルエンドを冷却する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４−１０７８７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載のように、液体冷媒をカフサ／インシュレータの孔を通して供給しても、コイルエンドはコイルを構成する導線が複雑に入り組んでいるために、液体冷媒がコイルエンドの内側、特に、コイルエンドのうちステータコアと対向する部分まで流入しにくく、コイルエンドの内側を効果的に冷却することが困難であった。
【０００６】
また、特許文献１に記載のステータでは、コイルエンドの鉛直上側に設けられた冷却パイプから液体冷媒を吹き付けても、上部以外の孔からは液体冷媒が流れ込みにくく、流れ込む液体冷媒の量が少なくなる。このため、コイルエンドの周方向において冷却のばらつきが生じて、コイルエンドを周方向に均一に冷却することが困難になるという問題があった。
【０００７】
そこで、本発明では、コイルエンドの内側を効果的に冷却するとともに、コイルエンドを周方向に沿って均一に冷却することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の回転電機のステータは、円筒状のヨークの内周面から径方向内側へ突出する複数のティースを有するステータコアと、前記ティースに巻装され、前記ステータコアの軸方向端面からコイルエンドが突出するステータコイルと、前記ステータコアの軸方向端面と前記コイルエンドとの間に取り付けられる円環状のカフサ／インシュレータとを備える回転電機のステータであって、前記カフサ／インシュレータは、前記ヨークの軸方向端面に接する環状部材と、前記環状部材の内周面から前記ティースと対応する位置で径方向内側へ突出する複数のリブと、前記環状部材の内部で周方向に延びる環状冷媒流路と、前記環状冷媒流路と連通し、複数の前記リブの内部で径方向に延びる複数の放射状冷媒流路と、複数の前記リブの内部で前記放射状冷媒流路と連通し、前記コイルエンドに向かって冷媒を吐出する冷媒吐出流路とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、コイルエンドの内側を効果的に冷却できるとともに、コイルエンドを周方向に沿って均一に冷却できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明に係る実施の形態における回転電機のステータの分解斜視図である。
【図２】リード側のコイルエンドの部分拡大図である。
【図３】リード側に装着されるカフサ／インシュレータの冷媒流路を説明する部分拡大図である。
【図４】反リード側のコイルエンドの部分拡大図である。
【図５】反リード側に装着されるカフサ／インシュレータの冷媒流路を説明する部分拡大図である。
【図６】図５のＡ−Ａ断面図である。
【図７】冷媒吐出流路の変形例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
最初に、車両等に使用される回転電機のステータの全体構成について説明する。ステータ１０は、ステータコア２０と、ステータコア２０に巻装されるステータコイル３０と、ステータコア２０のステータ軸方向一方側端面及び他方側端面に装着された一対のカフサ／インシュレータ４０、５０とを備えている。
【００１２】
ステータコア２０は、ステータ周方向に沿って延びる環状のヨーク２１と、ヨーク２１の内周面よりステータ径方向内側へ突出する複数のティース２２とを含む。複数のティース２２はステータ周方向に互いに等間隔で配置されている。ステータ周方向に隣接するティース２２間にスロット２３が形成され、複数のスロット２３がステータ周方向に互いに等間隔で配置されている。各ティース２２及び各スロット２３は、ステータ軸方向に沿って延びている。
【００１３】
カフサ／インシュレータ４０は樹脂成形部材であり、図１、３に示すように、ステータ軸方向一方側端面のヨーク２１に接する円環状の外周側環状部材４１と、ステータコア２０のティース２２の内側先端に接する円環状の内周側環状部材４２と、外周側環状部材４１と内周側環状部材４２とを連結し、各ティース２２の軸方向端面に固定された複数のリブ４３とを備えている。
【００１４】
リブ４３は、ステータコア２０のティース２２の位置に対応して設けられており、ティース２２と同様に周方向に互いに等間隔で配置されて、ステータコア２０のティース２２と接する。隣接するリブ４３間に開口４４が形成され、この開口４４は、ステータコア２０のスロット２３の位置に対応する。リブ４３は、内周側環状部材４２から外周側環状部材４１に向かって広がるテーパ形状を有する略直方体であり、その上面の両側角部は面取りされている。
【００１５】
図３に示すように、外周側環状部材４１の内部には、周方向に延びる環状冷媒流路４５と、一端が環状冷媒流路４５に接続するとともに、他端が外周側環状部材４１の外部に連通する冷媒供給流路４６とが設けられている。冷媒供給流路４６には、環状冷媒流路４５にオイル等の液体冷媒を供給する図示しない冷却ポンプが接続される。冷媒供給流路４６は、外周側環状部材４１の周方向において１か所にあればよいが複数設けてもよい。
【００１６】
各リブ４３の内部には、環状冷媒流路４５と連通して、外周側環状部材４１から内周側環状部材４２に向かって径方向に延びる放射状冷媒流路４７がそれぞれ形成されている。また、各リブ４３の内部には、一端が放射状冷媒流路４７と連通するとともに、他端がリブ４３の上面４３ａに向かって延びて当該上面で外部に開放する複数の垂直冷媒吐出流路４７ａが形成されている。さらに、各リブ４３の内部には、一端が放射状冷媒流路４７と連通するとともに、他端がリブ４３の両側面４３ｂに向かって延びて当該両側面４３ｂで外部にそれぞれ開放する水平冷媒吐出流路４７ｂが形成されている。
【００１７】
環状冷媒流路４５、放射状冷媒流路４７、垂直冷媒吐出流路４７ａ及び水平冷媒吐出流路４７ｂの断面形状は同径の円形である。なお、各流路の断面形状やその断面積をそれぞれ個別に設定してもよい。
【００１８】
カフサ／インシュレータ５０は、カフサ／インシュレータ４０と基本的には同様の構成であり、図１、５に示すように、ステータ軸方向他方側端面のヨーク２１に接する外周側環状部材５１と、ステータコア２０のティース２２の内側先端に接する内周側環状部材５２と、外周側環状部材５１と内周側環状部材５２とを連結し、各ティース２２の軸方向端面に固定された複数のリブ５３とを備えている。リブ５３は、ステータコア２０のティース２２の位置に対応して設けられており、ティース２２と同様に周方向に互いに等間隔で配置されて、ステータコア２０のティース２２と接する。隣接するリブ５３間に開口５４が形成され、この開口５４は、ステータコア２０のスロット２３の位置に対応する。リブ５３は、内周側環状部材５２から外周側環状部材５１に向かって広がるテーパ形状を有する略直方体である。
【００１９】
外周側環状部材５１及び内周側環状部材５２におけるリブ５３に隣接する位置には、ステータ軸方向一方側に突出する一対の外周側突起５５及び内周側突起５６がそれぞれ設けられる。外周側突起５５及び内周側突起５６は、リブ５３と対応して同数設けられており、リブ５３と同様に周方向に互いに等間隔で配置されている。
【００２０】
図５に示すように、外周側環状部材５１の内部には、周方向に延びる環状冷媒流路５７と、一端が環状冷媒流路５７に接続するとともに、他端が外周側環状部材５１の外部に連通する冷媒供給流路５８とが設けられている。冷媒供給流路５８には、環状冷媒流路５７にオイル等の液体冷媒を供給する図示しない冷却ポンプが接続される。冷媒供給流路５８は、外周側環状部材５１の周方向において１か所にあればよいが複数設けてもよい。
【００２１】
各リブ５３の内部には、環状冷媒流路５７と連通して、外周側環状部材５１から内周側環状部材５２に向かって径方向に延びる放射状冷媒流路５９がそれぞれ形成されている。また、各リブ５３の内部には、一端が放射状冷媒流路５９と連通するとともに、リブ５３の上面５３ａに向かって延びて当該上面で外部に開放する複数の垂直冷媒吐出流路５９ａが形成されている。垂直冷媒吐出流路５９ａは、外周側突起５５及び内周側突起５６の内部にも設けられており、外周側突起５５及び内周側突起５６の各上面５５ａ、５６ａで外部にそれぞれ開放している。
【００２２】
さらに、各リブ５３の内部には、一端が放射状冷媒流路５９と連通するとともに、他端がリブ５３の両側面５３ｂに向かって延びて当該両側面５３ｂで外部にそれぞれ開放する水平冷媒吐出流路５９ｂが形成されている。
【００２３】
環状冷媒流路５７、放射状冷媒流路５９、垂直冷媒吐出流路５９ａ及び水平冷媒吐出流路５９ｂの断面形状は同径の円形である。これら流路に関しても、断面形状やその断面積をそれぞれ個別に設定してもよい。
【００２４】
ステータコイル３０は、図１、２、４に示すように、Ｕ字状の複数のセグメント導体３１を、カフサ／インシュレータ５０の開口５４、ステータコア２０のスロット２３及びカフサ／インシュレータ４０の開口４４を通して各ティース２２に装着することによって構成されている。セグメント導体３１は各スロット２３内でステータ径方向に重ねられている。
【００２５】
図２に示すように、各ティース２２に装着されたセグメント導体３１のＵ字状の開口側先端は、カフサ／インシュレータ４０から突出しており、この突出部分がカフサ／インシュレータ４０のリブ４３の側面４３ｂ及び上面４３ａに沿ってリブ４３を覆うように折り曲げられて、突出部分同士が接合される。このように複数のセグメント導体３１の突出部分が折り曲げ接合されることによってリード側コイルエンド３２が形成される。この状態では、リブ４３の上面４３ａはリード側コイルエンド３２の内側と対向している。
【００２６】
一方、図４に示すように、各ティース２２に装着されたセグメント導体３１のＵ字状の頂部の部分はカフサ／インシュレータ５０から突出しており、この部分が反リード側コイルエンド３３となる。反リード側コイルエンド３３は、カフサ／インシュレータ５０の突起５５、５６の間に支持されている。この状態では、リブ５３の上面５３ａは反リード側コイルエンド３３の内側と対向している。
【００２７】
次に、ステータコイル３０の冷却について説明する。セグメント導体３１に通電すると発熱するので、図示しない供給ポンプを駆動して、図３、５において矢印で示すように、冷媒供給流路４６、５８を介して環状冷媒流路４５、５７に液体冷媒を圧送する。
【００２８】
環状冷媒流路４５、５７に供給された液体冷媒は、各放射状冷媒流路４７、５９にそれぞれ供給される。さらに、液体冷媒は、放射状冷媒流路４７、５９から垂直冷媒吐出流路４７ａ、５９ａ及び水平冷媒吐出流路４７ｂ、５９ｂに供給されて、リブ４３、５３の上面４３ａ、５３ａ及び両側面４３ｂ、５３ｂから吐出される。リブ４３、５３は、リード側コイルエンド３２及び反リード側コイルエンド３３の各内側とそれぞれ対向しているので、吐出された液体冷媒が熱のこもるコイルエンド３２、３３の内側に直接吹き付けられることになり、コイルエンド３２、３３の内側を効果的に冷却することができる。
【００２９】
また、図６において矢印で示すように、カフサ／インシュレータ５０側では、突起５５、５６の上面５５ａ、５６ａからも液体冷媒が吐出されるので、反リード側コイルエンド３３では、コイルエンド内側に加えて、コイルエンド外周面及び内周面にも液体冷媒が吹き付けられることになり、コイルエンドをより効果的に冷却することができる。
【００３０】
さらに、環状冷媒流路４５、５７を介して各放射状冷媒流路４７、５９から、ステータコア３０のリード側コイルエンド３２及び反リード側コイルエンド３３に液体冷媒が供給されるので、リード側コイルエンド３２及び反リード側コイルエンド３３の周方向において均一に液体冷媒を供給することができ、リード側コイルエンド３２及び反リード側コイルエンド３３を周方向において均一に冷却することができる。
【００３１】
例えば、背景技術に記載されたように、コイルエンドの鉛直上側の冷却パイプから液体冷媒を供給した場合、液体冷媒は、傾斜路、凹凸路等の路面状態や、加速、減速等の走行状態等の影響を受けて、液体冷媒の流れが偏る傾向がある。本実施形態では、液体冷媒をリード側コイルエンド３２及び反リード側コイルエンド３３の周方向から均一に供給しているので、路面状態や走行状態の影響を受けにくく、液体冷媒の流れが偏ることなく安定して冷却することができる。
【００３２】
また、液体冷媒の流れが偏った場合には、ステータコイル３０に部分的な温度上昇が生じる可能性があり、この対策として、部分的な温度上昇に応じた耐熱温度を設定する必要があった。本実施形態では、リード側コイルエンド３２及び反リード側コイルエンド３３を周方向において均一に冷却することができるので、そのような部分的な温度上昇に応じた耐熱温度を設定する必要がなくなり、ステータコイル３０やその他の樹脂部品等の耐熱温度を下げることが可能となる。また、耐熱温度を下げる代わりに、ステータコイル３０の電流最大定格値を上げることや、モータトルクを増加させることも可能となる。また、カフサ／インシュレータ４０、５０を流用して冷媒流路を形成するため、冷却のための別部品も必要ない。
【００３３】
上述の実施形態では、冷媒吐出口の大きさは同じ大きさであったが、図７に示すように、リブ５３に設ける冷媒吐出口の大きさを、外周側環状部材５１から内周側環状部５２材に向かって、段階的に大きくしてもよいし、その逆に内周側環状部材５２から外周側環状部材５１に向かって、段階的に大きくしてもよい。また、冷媒吐出口の大きさを部分的に大きくしてもよい。リブ４３の冷媒吐出口についても同様である。
【符号の説明】
【００３４】
１０  ステータ、２０  ステータコア、２１  ヨーク、２２  ティース、２３  スロット、３０  ステータコイル、３１  セグメント導体、３２  リード側コイルエンド、３３  反リード側コイルエンド、４０、５０  カフサ／インシュレータ、４１、５１  外周側環状部材、４２、５２  内周側環状部材、４３、５３  リブ、４４、５４  開口、４５、５７  環状冷媒流路、４６、５８  冷媒供給流路、４７、５９  放射状冷媒流路、４７ａ、５９ａ  垂直冷媒吐出流路、４７ｂ、５９ｂ  水平冷媒吐出流路、５５  外周側突起、５６  内周側突起。
【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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【図７】
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