(57)【要約】【課題】簡単な構造で、かつ、冷却効率の高いステータの冷却構造および該ステータの製造方法ならびに該ステータを備えた回転電機を提供する。【解決手段】ステータの冷却構造は、ステータコア１４１と、ステータコア１４１に巻回され、ステータコア１４１の軸方向端面１４１０上に形成されたコイルエンド１４２０を有するステータコイルと、ステータコア１４１の外周に設けられ、ステータコア１４１の軸方向端面１４１０との間に冷媒通路１４５Ａを形成する締結リング１４５と、ステータコア１４１の軸方向端面１４１０上に位置するコイルエンド１４２０および締結リング１４５をモールドするモールド樹脂部１４６とを備える。ステータコア１４１は、周方向に並ぶ複数のステータコア片を含み、締結リング１４５は、複数のステータコア片を締結する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステータコアと、
前記ステータコアに巻回され、該ステータコアの軸方向端面上に形成されたコイルエンドを有するステータコイルと、
前記ステータコアの外周に設けられ、前記ステータコアの軸方向端面との間に冷媒通路を形成するリング部材と、
前記ステータコアの軸方向端面上に位置する前記コイルエンドおよび前記リング部材をモールドする樹脂部とを備えた、ステータの冷却構造。
【請求項２】
前記ステータコアは、周方向に並ぶ複数のステータコア片を含み、
前記リング部材は、前記複数のステータコア片を締結する、請求項１に記載のステータの冷却構造。
【請求項３】
前記リング部材は、前記樹脂部よりも熱伝導性の高い素材から構成される、請求項１または請求項２に記載のステータの冷却構造。
【請求項４】
前記リング部材により形成される前記冷媒通路に対して、前記ステータコアの周方向に並ぶ複数の位置から冷媒が供給される、請求項１から請求項３のいずれかに記載のステータの冷却構造。
【請求項５】
軸方向端面を有し、該軸方向端面上に位置するコイルエンドを有するステータコイルが巻回されたステータコアを形成する工程と、
前記ステータコアをリング部材に挿入する工程と、
前記リング部材を変形させて該リング部材と前記ステータコアの軸方向端面との間に冷媒通路を形成する工程と、
前記ステータコアの軸方向端面上に位置する前記コイルエンドおよび前記リング部材を樹脂によりモールドする工程とを備えた、ステータの製造方法。
【請求項６】
前記ステータコアを形成する工程は、
複数のステータコア片を形成する工程と、
前記複数のステータコア片を周方向に並べる工程とを含む、請求項５に記載のステータの製造方法。
【請求項７】
回転シャフトに固設されたロータと、
前記ロータの外周に設けられた、請求項１から請求項４のいずれかに記載のステータの冷却構造、または、請求項５もしくは請求項６に記載のステータの製造方法により製造されたステータとを備えた、回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ステータの冷却構造およびステータの製造方法ならびに回転電機に関し、特に、ステータコアの外周にリング部材が設けられたステータの冷却構造および該ステータの製造方法ならびに該ステータを備えた回転電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
特開２００４−２１５３５３号公報（特許文献１）は、ステータコイルのコイルエンドを覆う多孔体に潤滑油を供給することが記載されている。
【０００３】
特開２００５−３５４８２１号公報（特許文献２）は、ステータコイルのコイルエンドをモールドする樹脂モールド部に切欠部を設けることにより、円環状の冷媒流路を構成することが記載されている。
【特許文献１】特開２００４−２１５３５３号公報
【特許文献２】特開２００５−３５４８２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載のステータでは、ステータコイルのコイルエンドを覆う多孔体の上から潤滑油を供給しているだけであるので、コイルエンドの近傍に潤滑油を流すことができず、コイルエンドの冷却を十分に行なえないことが考えられる。
【０００５】
特許文献２に記載のステータでは、円環状の冷媒流路を形成するために、樹脂モールド部に円環状の切欠部を設ける必要があり、ステータの製造工程が複雑化する。
【０００６】
本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、簡単な構造で、かつ、冷却効率の高いステータの冷却構造および該ステータの製造方法ならびに該ステータを備えた回転電機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係るステータの冷却構造は、ステータコアと、ステータコアに巻回され、該ステータコアの軸方向端面上に形成されたコイルエンドを有するステータコイルと、ステータコアの外周に設けられ、ステータコアの軸方向端面との間に冷媒通路を形成するリング部材と、ステータコアの軸方向端面上に位置するコイルエンドおよびリング部材をモールドする樹脂部とを備える。
【０００８】
上記構成によれば、リング部材とステータコアの軸方向端面との間に冷媒通路を形成することにより、ステータコイルの近傍に安定して冷媒を供給することができるので、簡単な構造によってステータの冷却効率を向上させることができる。
【０００９】
好ましくは、上記ステータの冷却構造において、ステータコアは、周方向に並ぶ複数のステータコア片を含み、リング部材は、複数のステータコア片を締結する。
【００１０】
上記構成によれば、ステータコア片を締結するリング部材を用いて上記冷媒通路を形成することができるので、コストアップおよび部品点数の増大を抑制しながらステータの冷却効率を向上させることができる。
【００１１】
好ましくは、上記ステータの冷却構造において、リング部材は、樹脂部よりも熱伝導性の高い素材から構成される。
【００１２】
上記構成によれば、樹脂部よりも熱伝導性の高い素材でリング部材を構成することにより、ステータコイルから冷媒通路内の冷媒への熱伝達の効率を向上させることができる。
【００１３】
好ましくは、上記ステータの冷却構造において、リング部材により形成される冷媒通路に対して、ステータコアの周方向に並ぶ複数の位置から冷媒が供給される。
【００１４】
上記構成によれば、ステータコアの周方向に並ぶ複数の位置から冷媒通路に冷媒を供給することにより、周方向に沿って満遍なく冷却を行なうことができる。結果として、ステータの冷却効率が向上する。
【００１５】
本発明に係るステータの製造方法は、軸方向端面を有し、該軸方向端面上に位置するコイルエンドを有するステータコイルが巻回されたステータコアを形成する工程と、ステータコアをリング部材に挿入する工程と、リング部材を変形させて該リング部材とステータコアの軸方向端面との間に冷媒通路を形成する工程と、ステータコアの軸方向端面上に位置するコイルエンドおよびリング部材を樹脂によりモールドする工程とを備える。
【００１６】
上記構成によれば、リング部材とステータコアの軸方向端面との間に冷媒通路を形成することにより、ステータコイルの近傍に安定して冷媒を供給することができるので、ステータの冷却効率を向上させることができる。
【００１７】
１つの例として、上記ステータの製造方法において、ステータコアを形成する工程は、複数のステータコア片を形成する工程と、複数のステータコア片を周方向に並べる工程とを含む。
【００１８】
本発明に係る回転電機は、回転シャフトに固設されたロータと、上述のステータの冷却構造、または、上述のステータの製造方法により製造されたステータとを備える。ステータの冷却構造およびステータは、上記ロータの外周に設けられる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、ステータの冷却効率を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下に、本発明の実施の形態について説明する。なお、同一または相当する部分に同一の参照符号を付し、その説明を繰返さない場合がある。
【００２１】
なお、以下に説明する実施の形態において、個数、量などに言及する場合、特に記載がある場合を除き、本発明の範囲は必ずしもその個数、量などに限定されない。また、以下の実施の形態において、各々の構成要素は、特に記載がある場合を除き、本発明にとって必ずしも必須のものではない。また、以下に複数の実施の形態が存在する場合、特に記載がある場合を除き、各々の実施の形態の構成を適宜組合わせることは、当初から予定されている。
【００２２】
図１は、本発明の１つの実施の形態に係るステータの冷却構造が適用される駆動ユニットの構造の一例を概略的に示す図である。図１に示される例では、駆動ユニット１は、ハイブリッド車両に搭載される駆動ユニットであり、モータジェネレータ１００と、ハウジング２００と、減速機構３００と、ディファレンシャル機構４００とドライブシャフト受け部５００とを含んで構成される。
【００２３】
モータジェネレータ１００は、電動機または発電機としての機能を有する回転電機であり、軸受１２０を介してハウジング２００に回転可能に取付けられた回転シャフト１１０と、回転シャフト１１０に取付けられたロータ１３０と、ステータ１４０とを有する。
【００２４】
ロータ１３０は、ロータコア１３１と、ロータコア１３１に埋設された永久磁石１３２とを有する。ロータコア１３１は、鉄または鉄合金などの板状の磁性体を積層することにより構成される。永久磁石１３２は、たとえば、ロータコア１３１の外周近傍にほぼ等間隔を隔てて配置される。
【００２５】
ステータ１４０は、リング状のステータコア１４１と、ステータコア１４１に組付けられるステータコイル１４２と、ステータコイル１４２に接続されるバスバー１４３とを有する。バスバー１４３は、ハウジング２００に設けられた端子台２１０を介して給電ケーブル２２０と接続される。これにより、外部電源２３０とステータコイル１４２とが電気的に接続される。
【００２６】
ステータコア１４１は、鉄または鉄合金などの板状の磁性体を積層することにより構成される。ステータコア１４１には、３つの巻線相であるＵ相、Ｖ相およびＷ相を含むステータコイル１４２が設けられる。ステータコイル１４２のＵ相、Ｖ相およびＷ相は、互いに円周上でずれるように設けられる。バスバー１４３は、それぞれステータコイル１４２のＵ相、Ｖ相およびＷ相に対応するＵ相、Ｖ相およびＷ相を含む。
【００２７】
給電ケーブル２２０は、Ｕ相ケーブルと、Ｖ相ケーブルと、Ｗ相ケーブルとからなる三相ケーブルである。バスバー１４３のＵ相、Ｖ相およびＷ相がそれぞれ給電ケーブル２２０におけるＵ相ケーブル、Ｖ相ケーブルおよびＷ相ケーブルに接続される。
【００２８】
モータジェネレータ１００から出力された動力は、減速機構３００からディファレンシャル機構４００を介してドライブシャフト受け部５００に伝達される。ドライブシャフト受け部５００に伝達された駆動力は、ドライブシャフト（図示せず）を介して車輪（図示せず）に回転力として伝達されて、車両を走行させる。
【００２９】
一方、ハイブリッド車両の回生制動時には、車輪は車体の慣性力により回転させられる。車輪からの回転力によりドライブシャフト受け部５００、ディファレンシャル機構４００および減速機構３００を介してモータジェネレータ１００が駆動される。このとき、モータジェネレータ１００が発電機として作動する。モータジェネレータ１００により発電された電力は、インバータを介してバッテリに蓄えられる。
【００３０】
図２は、図１に示されるステータ１４０の軸方向端面図である。図２を参照して、ステータコア１４１は、周方向に等間隔に並ぶステータティースを有し、ステータコイル１４２およびインシュレータ１４４が、各々のステータティースに１つずつ組付けられている。すなわち、本実施の形態に係るステータ１４０は、複数のステータティースに各々異なるステータコイル１４２およびインシュレータ１４４が設けられる、所謂「集中巻」ステータである。なお、本願発明の思想は、「集中巻」ステータのみならず、「分布巻」ステータにも適用され得る。
【００３１】
より具体的には、各々のステータコイル１４２は、絶縁体（たとえば、ポリエチレン、フッ素系樹脂、アミド系樹脂など）からなるインシュレータ１４４に巻回される。インシュレータ１４４の開口をステータティースに嵌合させることで、インシュレータ１４４に巻回されたステータコイル１４２をステータコアに固定することができる。
【００３２】
また、ステータコア１４１は、複数のステータコア片１４１Ａを周方向に並べることによって形成される。周方向に並べられたステータコア片１４１Ａは、締結リング１４５によって締結される。
【００３３】
次に、図３を用いて、本実施の形態に係るステータの冷却構造について説明する。図３を参照して、ステータコア１４１は、軸方向端面１４１０を有する。ステータコイル１４２は、インシュレータ１４４を介してステータコア１４１に巻回される。これにより、ステータコア１４１の軸方向端面上にコイルエンド１４２０が形成される。コイルエンド１４２は、モールド樹脂部１４６によってモールドされている。
【００３４】
モータジェネレータ１００の駆動時において、ステータコイル１４２は発熱する。ステータコイル１４２の温度が過度に上昇することを抑制するために、その放熱効率を向上させる必要がある。ここで、コイルエンド１４２０をモールドするモールド樹脂部１４６の上から冷媒を供給しても、必ずしも十分にステータコイル１４２の放熱効率が向上しない場合がある。
【００３５】
本実施の形態では、締結リング１４５をステータコア１４１の軸方向端面上でステータ１４０の径方向内方に向けて折り曲げることにより、締結リング１４５とステータコアの軸方向端面１４１０との間に冷媒通路１４５Ａを形成している。冷媒通路１４５Ａには、オイル６００が流れる。オイル６００は、ステータ１４０の冷却に寄与する冷媒となる。モールド樹脂部１４６は、冷媒通路１４５Ａを形成する締結リング１４５の上から形成される。換言すると、締結リング１４５によって形成される冷媒通路１４５Ａは、モールド樹脂部１４６の内部に設けられる。このように、モールド樹脂部１４６の内部に冷媒であるオイル６００を流すことにより、モールド樹脂部１４６によってモールドされたコイルエンド１４２０の近傍に冷媒を供給することができるので、コイルエンド１４２０の冷却効率を十分に向上させることができる。
【００３６】
締結リング１４５は、モールド樹脂部１４６よりも熱伝導性の高い素材（たとえば、アルミニウムなどの金属）から構成される。このように、熱伝導性の高い素材で締結リング１４５を構成することにより、コイルエンド１４２０から冷媒通路１４５Ａ内のオイル６００への熱伝達の効率を向上させることができる。この結果、コイルエンド１４２０の冷却効率がさらに向上する。
【００３７】
なお、図３の例では、締結リング１４５がインシュレータ１４４と離間した例について説明したが、締結リング１４５がインシュレータ１４４と接触していてもよい。この場合、コイルエンド１４２０から冷媒通路１４５Ａ内のオイル６００への熱伝達の効率がさらに向上する。
【００３８】
次に、図４を用いて、締結リング１４５により構成される冷媒通路１４５Ａにおけるオイル６００の流れについて説明する。図４に示すように、締結リング１４５は、図３に示す冷媒通路１４５Ａを形成する部分と、フランジ部１４５Ｂを形成する部分とを有する。フランジ部１４５Ｂをハウジング２００に対してボルト留めすることによって、ステータ１４０がハウジング２００に固定される。
【００３９】
フランジ部１４５Ｂは、ステータ１４０の周方向に等間隔に並ぶように３箇所設けられている。冷媒通路１４５Ａは、フランジ部１４５Ｂにおいて分断される。オイル６００は、フランジ部１４５Ｂが形成された部分（すなわち冷媒通路１４５Ａが分断された部分）から矢印ＩＮの方向に沿って冷媒通路１４５Ａに流入し、隣接するフランジ部１４５Ｂが形成された部分から矢印ＯＵＴの方向に沿って冷媒通路１４５Ａの外に流出する。図４に示すように、本実施の形態では、３箇所のフランジ部１４５Ｂが形成されているため、オイル６００は、ステータ１４０の周方向に沿って並ぶ３箇所の入口から冷媒通路１４５Ａに供給される。このようにすることで、ステータコア１４０の周方向に沿って満遍なく冷却を行なうことができる。
【００４０】
図５は、フランジ部１４５Ｂの近傍におけるステータの断面を示す図である。図５を参照して、フランジ部１４５Ｂは、締結リング１４５を径方向外側に折り曲げることによって形成されている。
【００４１】
次に、図６を用いて、冷媒通路１４５Ａおよびフランジ部１４５Ｂを形成する工程について説明する。図６を参照して、リング状の締結リング１４５にステータコイル１４２が巻回されたステータコア１４１が挿入される。そして、ステータコア１４１の軸方向端面１４１０上に、治具７００が載置される。次に、締結リング１４５に加工を施して冷媒通路１４５Ａおよびフランジ部１４５Ｂを形成する。より具体的に言えば、冷媒通路１４５Ａが形成される部分においては、締結リング１４５が径方向内側（矢印ＤＲ１４５Ａ方向）に折り曲げられ、フランジ部１４５Ｂが形成される部分においては、締結リング１４５が径方向外側（矢印ＤＲ１４５Ｂ側）に折り曲げられる。なお、治具７００は、冷媒通路１４５Ａが周方向に分断される部分から取り除くことが可能である。
【００４２】
なお、図６の例では、ステータコア１４１の軸方向の片側のみに冷媒通路１４５Ａを形成する例を示しているが、ステータコア１４１の軸方向の両側に冷媒通路１４５Ａを形成するようにしてもよい。
【００４３】
次に、図７を用いて、本実施の形態に係るステータの製造方法について説明する。図７を参照して、ステップ１０（以下、「Ｓ１０」のように略す。）において、ステータコイル１４２が巻回されたリング状のステータコア１４１を形成する。より具体的には、Ｓ１１において、複数のステータコア片１４１Ａを形成し、Ｓ１２において、ステータコア片１４１Ａにステータコイル１４２を巻回し、Ｓ１３において、複数のステータコア片１４１Ａを周方向に並べる。これにより、ステータコイル１４２が巻回されたステータコア１４１が構成される。
【００４４】
次に、Ｓ２０において、ステータコイル１４２が巻回されたステータコア１４１を、締結リング１４５に挿入する。そして、Ｓ３０において、締結リング１４５を変形させて締結リング１４５とステータコア１４１の軸方向端面１４２０との間に冷媒通路１４５Ａを形成する。さらに、Ｓ４０において、ステータコア１４１の軸方向端面１４１０上に位置するコイルエンド１４２０および締結リング１４５をモールド樹脂部１４６によりモールドする。このようにすることで、上述したステータの冷却構造を得ることができる。
【００４５】
本実施の形態に係るステータの冷却構造によれば、締結リング１４５とステータコア１４１の軸方向端面１４１０との間に冷媒通路１４５Ａを形成することにより、ステータコイル１４２の近傍に安定してオイル６００を供給することができるので、ステータ１４０の冷却効率を向上させることができる。
【００４６】
また、本実施の形態に係るステータの冷却構造によれば、ステータコア片１４１Ａを締結するための締結リング１４５を用いて冷媒通路１４５Ａを形成しているため、コストアップおよび部品点数の増大を抑制しながらステータ１４０の冷却効率を向上させることができる。
【００４７】
さらに、本実施の形態に係るステータの冷却構造によれば、締結リング１４５によってステータコア１４１の軸方向端面１４１０を軸方向に押圧して、ステータコア１４１を軸方向（図２中の矢印ＤＲ１方向）に締めることもできる。
【００４８】
上述した内容について要約すると、以下のようになる。すなわち、本実施の形態に係るステータの冷却構造は、ステータコア１４１と、ステータコア１４１に巻回され、ステータコア１４１の軸方向端面１４１０上に形成されたコイルエンド１４２０を有するステータコイル１４２と、ステータコア１４１の外周に設けられ、ステータコア１４１の軸方向端面１４１０との間に冷媒通路１４５Ａを形成する「リング部材」としての締結リング１４５と、ステータコア１４１の軸方向端面１４１０上に位置するコイルエンド１４２０および締結リング１４５をモールドするモールド樹脂部１４６とを備える。ステータコア１４１は、周方向に並ぶ複数のステータコア片１４１Ａを含み、締結リング１４５は、複数のステータコア片１４１Ａを締結する。
【００４９】
また、本実施の形態に係るステータの製造方法は、軸方向端面１４１０を有し、軸方向端面１４１０上に位置するコイルエンド１４２０を有するステータコイル１４２が巻回されたステータコア１４１を形成する工程（Ｓ１０）と、ステータコア１４１を締結リング１４５に挿入する工程（Ｓ２０）と、締結リング１４５を変形させて締結リング１４５とステータコア１４１の軸方向端面１４２０との間に冷媒通路１４５Ａを形成する工程（Ｓ３０）と、ステータコア１４１の軸方向端面１４１０上に位置するコイルエンド１４２０および締結リング１４５をモールド樹脂部１４６によりモールドする工程（Ｓ４０）とを備える。ステータコア１４１を形成する工程（Ｓ１０）は、複数のステータコア片１４１Ａを形成する工程（Ｓ１１）と、ステータコア片１４１Ａにステータコイル１４２を巻回する工程（Ｓ１２）と、複数のステータコア片１４１Ａを周方向に並べる工程（Ｓ１３）とを含む。
【００５０】
本実施の形態では、複数のステータコア片１４１Ａを締結リング１４５により締結する例について説明したが、ステータコア１４１を周方向に分割しない構造であっても、本発明の思想は適用可能である。
【００５１】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の１つの実施の形態に係るステータの冷却構造が適用される駆動ユニットの構造の一例を概略的に示す図である。
【図２】図１に示されるステータの軸方向断面図である。
【図３】本発明の１つの実施の形態に係るステータの冷却構造を示す図である。
【図４】本発明の１つの実施の形態に係るステータの冷却構造におけるオイルの流れの一例を概略的に示す図である。
【図５】本発明の１つの実施の形態に係るステータの冷却構造における、ハウジングに固定される部分の断面を示す図である。
【図６】本発明の１つの実施の形態に係るステータの冷却構造を形成する途中の状態を示す断面図である。
【図７】本発明の１つの実施の形態に係るステータの製造方法を説明するフロー図である。
【符号の説明】
【００５３】
１  駆動ユニット、１００  モータジェネレータ、１１０  回転シャフト、１２０  軸受、１３０  ロータ、１３１  ロータコア、１３２  磁石、１４０  ステータ、１４１  ステータコア、１４１Ａ  ステータコア片、１４２  ステータコイル、１４３  バスバー、１４４  インシュレータ、１４５  締結リング、１４５Ａ  冷媒通路、１４５Ｂ  フランジ部、１４６  モールド樹脂部、２００  ハウジング、２１０  端子台、２２０  給電ケーブル、２３０  外部電源、３００  減速機構、４００  ディファレンシャル機構、５００  ドライブシャフト受け部、６００  オイル、７００  治具、１４１０  軸方向端面、１４２０  コイルエンド。
【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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