(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステータコアの各スロットに絶縁体を配置し、絶縁体を挟んで各ティース部にコイルを巻装してスロット内に収装し、スロットのステータコア内周側の開口を閉塞することでスロット内を冷媒が流通可能な冷却通路とする回転電機のステータ構造において、
絶縁体にスロット内の冷媒の一部を流通させる冷却空間を形成し、冷却空間のコイル側壁面の一部に横穴を設けて冷却空間をコイル側に開口させたことを特徴とする回転電機のステータ構造。
【請求項２】
ステータコアの各スロットに絶縁体を配置し、絶縁体を挟んで各ティース部にコイルを巻装してスロット内に収装し、スロットのステータコア内周側の開口を閉塞することでスロット内を冷媒が流通可能な冷却通路とする回転電機のステータ構造において、
絶縁体とティース部およびまたはバックコア部との間に隙間を形成してスロット内の冷媒の一部を流通させる冷却空間に形成し、冷却空間のコイル側壁面の一部に横穴を設けて冷却空間をコイル側に開口させたことを特徴とする回転電機のステータ構造。
【請求項３】
前記絶縁体は、熱伝導率の高い材料から構成したことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の回転電機のステータ構造。
【請求項４】
前記絶縁体は、ヤング率の高い材料から構成したことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の回転電機のステータ構造。
【請求項５】
前記絶縁体の横穴は、コイルと接する範囲全域に配置されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の回転電機のステータ構造。
【請求項６】
横穴は、その間隔がコイルの線径よりも小さく形成されていることを特徴とする請求項５に記載の回転電機のステータ構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転電機のステータ構造に関し、特に、コイルの冷却に好適な回転電機のステータ構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来からステータコアの内周面に樹脂層をモールド成形することでスロット開口部を閉塞し、これにより画成したスロット内部を冷媒通路として使用するモータのステータ構造が知られており、例えば、特許第２７１６２８６号に開示されている。
【０００３】
この従来技術によれば、冷媒通路であるスロット内部に冷媒を流すことでスロット内部に収納されているコイルを冷媒により直接冷却することができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来例では、コイルが多重に積層巻される場合には、冷媒の流れに直接触れる巻層表面側のコイルはよく冷却されるのに対し、ステータコアに近い巻層下側のコイルは冷媒の流れから遠くその冷却が不十分となる恐れがあった。
【０００５】
そこで本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、コイルを一様に冷却可能な回転電機のステータ構造を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、ステータコアの各スロットに絶縁体を配置し、絶縁体を挟んで各ティース部にコイルを巻装してスロット内に収装し、スロットのステータコア内周側の開口を閉塞することでスロット内を冷媒が流通可能な冷却通路とする回転電機のステータ構造において、絶縁体にスロット内の冷媒の一部を流通させる冷却空間を形成し、冷却空間のコイル側壁面の一部に横穴を設けて冷却空間をコイル側に開口させたことを特徴とする。
【０００７】
前記絶縁体は、ティース部の側面からコイルと接触するバックコア部の表面に亙り配置されるものであり、冷却空間はティース部側面に面する部分およびまたはバックコア部に面する部分にモータの軸方向に貫通させて配置される。
【０００８】
第２の発明は、ステータコアの各スロットに絶縁体を配置し、絶縁体を挟んで各ティース部にコイルを巻装してスロット内に収装し、スロットのステータコア内周側の開口を閉塞することでスロット内を冷媒が流通可能な冷却通路とする回転電機のステータ構造において、絶縁体とティース部およびまたはバックコア部との間に隙間を形成してスロット内の冷媒の一部を流通させる冷却空間に形成し、冷却空間のコイル側壁面の一部に横穴を設けて冷却空間をコイル側に開口させたことを特徴とする。
【０００９】
前記絶縁体とティース部およびまたはバックコア部との間の隙間は、例えば、絶縁体側からティース部側面側およびまたはバックコア部側へ突出す突起を配置することで形成できる。
【００１０】
第３の発明は、第１または第２の発明において、前記絶縁体は、熱伝導率の高い材料から構成したことを特徴とする。
【００１１】
第４の発明は、第１または第２の発明において、前記絶縁体は、ヤング率の高い材料から構成したことを特徴とする。
【００１２】
第５の発明は、第１または第２の発明において、前記絶縁体の横穴は、コイルと接する範囲全域に配置されていることを特徴とする。
【００１３】
前記横穴は、コイルと接する壁面の範囲全域に亙る大きい横穴であっても、それより小さい横穴をコイルと接する壁面の範囲全域に亙り複数個配置するものであってもよい。また、前記横穴の形状は、角穴であっても、丸穴であってもよい。
【００１４】
第６の発明は、第５の発明において、横穴は、その間隔がコイルの線径よりも小さく形成されていることを特徴とする。
【００１５】
【発明の効果】
したがって、第１の発明では、ティース部に巻装されたコイルの巻層表面は冷却通路を通過する冷媒により冷却される一方、コイルの巻層内側は絶縁体の冷却空間を通過する冷媒により冷却されるため、積層巻された巻層位置による冷却のばらつきを抑制でき、一様に冷却できる。
【００１６】
第２の発明では、第１の発明の効果に加えて、冷却空間が、ティース部およびまたはバックコア部の表面に露出しているため、ステータコアをも直接冷媒で冷却することができる。
【００１７】
第３の発明では、第１または第２の発明の効果に加えて、絶縁体の熱伝導率が高いため、その熱抵抗を小さくでき、冷媒と発熱体であるコイルとの間に絶縁体が介在する部位においても、放熱性の悪化を抑えることができる。
【００１８】
第４の発明では、第１または第２の発明の効果に加えて、絶縁体のヤング率が高いため、絶縁体の厚さを薄くでき、絶縁体の熱抵抗を小さくできる。
【００１９】
第５の発明では、第１または第２の発明の効果に加えて、前記絶縁体にはコイルと接する範囲全域に横穴が配置されているため、横穴を通してコイルの全範囲が冷却空間を通過する冷媒と直接接触して熱交換され、冷媒による抜熱性能を確実に得ることができる。
【００２０】
第６の発明では、第５の発明の効果に加えて、横穴の間隔が線径より小さいため、横穴が存在しない部分に位置するコイルに対しても隣接する横穴から冷媒が当該コイルに直接触れるので、全てのコイルで同様の冷却性能が確保できる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて説明する。
【００２２】
図１、図２は回転電機の全体構成を示し、図１は回転軸を含む回転電機の断面図、図２はその横断面図である。回転電機としては、電動機、または発電機、または電動機兼発電機等があるが、以下では、電動機の一例である永久磁石式同期電動機により本発明を説明する。
【００２３】
図１において、回転電機のケース１は、円筒板１Ａと、この円筒板１Ａの軸方向両端の開口を閉塞する側板１Ｂ、１Ｃからなる。ケース１内には、円柱形のロータ２が収容される。ロータ２は、その回転軸２Ａがケース１の側板１Ｂ、１Ｃに軸受３で支持され、回転軸２Ａと一体に回転自在となっている。ロータ２は、図２に示すように、複数の永久磁石４を等角度間隔に収容し、隣接する永久磁石４とは互に磁極を相違させて配置される。
【００２４】
前記ケース１の円筒板１Ａの内周面には、円筒形のステータコア５が、ロータ２の外周を取り囲むように配置される。ステータコア５の内周面とロータ２の外周面との間には、所定の間隙が設けられている。
【００２５】
前記ステータコア５は、図２に示すように、複数個（本実施の形態では１２個）に分割された分割コア１０を円環状に連ねる分割コア構造に構成している。各分割コア１０は、バックコア部１１とティース部１２とを備えて略Ｔ字状をなす。バックコア部１１はケース１の円筒板１Ａに嵌合されるリング部材に当接して他の分割コア１０と共に環状に連なって継鉄部を構成する。
【００２６】
前記ティース部１２はバックコア部１１からステータコア５の内周側に突出させて形成している。各分割コア１０は略Ｔ字型の磁性鋼板を回転軸２Ａの軸方向（図２の紙面に垂直方向、以下同一の方向を軸方向という）に所定厚さに積層しかつ一体に固定して構成する。なお、ステータコア５は分割コア１０としているが、分割されていない環状のステータコアであってもよい。ケース１の内方に夫々突出するティース部１２の間の凹部（溝部）はスロット１３を構成する。
【００２７】
各ティース部１２には、その周囲に絶縁体１５を配置した後、コイル１６をスロット１３に収挿し、コイルエンドをステータコア５側方に露出させて巻装する。絶縁体１５はスロット１３を構成するティース部１２の側面からバックコア部１１表面に亙る絶縁体側板１５Ａとティース部１２の端面に配置する絶縁体端板１５Ｂとで構成している。これらの絶縁体１５の上から各ティース部１２にコイル１６を集中巻にて巻装する。コイル１６の巻層は必要に応じて複数層に亙って巻回される。
【００２８】
各ティース部１２の先端間にはスロット１３を閉塞するプレート１７を配置し、プレート１７と各ティース部１２とは樹脂のシール部１８で一体モールドする。スロット１３内はコイル１６を収挿した状態で冷却通路６となる。
【００２９】
前記シール部１８はステータコア５の側方から突出する円筒状の延長部１８Ａを備える。これら延長部１８Ａの先端はケース１の側板１Ｂ、１Ｃに液密に係合してステータコア５側方に夫々画成した環状の冷却ジャケット７Ａ、７Ｂを形成する。冷却ジャケット７Ａ、７Ｂは、コイル１６のエンドコイル部分を収容し、互に冷却通路６を介して連通する。冷却ジャケット７Ａ、７Ｂには、円筒板１Ａを貫通する入口８Ａが開口し、冷却ジャケット７Ｂには、同じく円筒板１Ａを貫通する出口８Ｂが開口している。
【００３０】
図３は、コイル１６を巻装する前の絶縁体側板１５Ａの構成を分割コア１０に組み合わせて示すものである。コイル１６は、さらに図示していない絶縁端板１５Ｂをティース部１２端面に組み合わせて各絶縁体１５上に巻装される。
【００３１】
前記絶縁体側板１５Ａは、ティース部１２の側面に接触して絶縁する側辺部２０とバックコア部１１に接触して絶縁する底辺部２１とからなるＬ字状に形成される。側辺部２０はティース部１２側面に平行な２枚の壁２０Ａ、２０Ｂと両壁２０Ａ、２０Ｂを連結する支持壁２０Ｃとで箱状断面をなし、内部に軸方向に貫通する冷却空間９を備える。前記冷却空間９と冷却ジャケット７Ａ、７Ｂとは冷却空間９の端面開口９Ａを介して連通する。平行な２枚の壁２０Ａ、２０Ｂのティース部１２側面から離れた一方の壁２０Ｂには、前記冷却空間９とスロット１３側とを別に連通させる横穴２２を形成する。
【００３２】
図４は、コイル１６の巻装後の分割コア１０を示し、図中左半分には分割コア１０の正面図であり、図中右半分にはコイル１６、絶縁体側板１５Ａ、および、分割コア１０の断面図である。図４に示すように、絶縁体１５上に積層してコイル１６が巻装された分割コア１０においては、コイル１６の巻装範囲外に前記冷却空間９の端面開口９Ａの一部が開口する。
【００３３】
この分割コア１０を組み合わせてケース１内に、図１、２に示すステータコア５に形成して収容し、シール部１８により冷却通路６と各冷却ジャケット７Ａ、７Ｂを形成して回転電機のステータ構造が構成される。このステータ構造においては、両冷却ジャケット７Ａ、７Ｂに開口して、冷却通路６と絶縁体１５に形成した冷却空間９の夫々の開口端が開口している。
【００３４】
以上説明した実施の態様の回転電機のステータ構造においては、入口８Ａから冷媒としての冷却オイルが冷却ジャケット７Ａに供給される。冷却用オイルは冷却ジャケット７Ａからステータコア５内に形成した冷却通路６（図２参照）を流通して、反対側の冷却ジャケット７Ｂへ導かれ、出口８Ｂから外部へ排出される。一方の冷却ジャケット７Ａから他方の冷却ジャケット７Ｂへ流れる冷却オイルは、スロット１３内において、冷却通路６と冷却空間９とを経由して流通する。
【００３５】
前記冷却通路６を流れる冷却オイルは、ティース部１２に積層巻されたコイル１６の積層表面側に触れ、コイル１６を積層表面側から冷却する。
【００３６】
他方、冷却空間９へは部分的に開口する端面開口９Ａを経由して冷却オイルが流れ込み、他方の部分的に開口する端面開口９Ａを経由して冷却オイルが流出する。冷却空間９に流入した冷却オイルはコイル１６の接する壁２０Ｂを介してコイル１６を積層内側から冷却する一方、壁２０Ｂに設けた横穴２２を介して積層内側のコイル１６に接触して積層内側のコイル１６を直接冷却する。即ち、横穴２２が設けられた範囲においては、冷却オイルによりコイル１６を直接冷却し、この範囲外においては、壁２０Ｂを介してコイル１６を間接的に冷却する。
【００３７】
コイル１６はバックコア部１１を除いて、冷却通路６による積層表面側と絶縁体１５を経由しての積層内側との両面から冷却されるため、コイル温度にムラが生ずることなく均一に冷却できる。したがって、コイル温度が部分的に上昇して生ずる銅損を抑えることができ、回転電機の出力を向上できる。
【００３８】
前記横穴２２は、コイル１６が巻かれた範囲全面をカバーする大きさの穴とする場合には、コイル１６の積層内側全面が流通する冷却オイルと接触させることができ、好適である。しかしながら、絶縁体側板１５Ａの強度確保の面からは、大きい穴としないでコイル１６が巻かれた範囲全面に多数の穴を配置するのがよい。横穴２２は、図示例のように、四角形の長穴や多角形の角穴であっても、丸穴であってもよい。横穴２２としてコイル１６に沿った複数の長穴で構成する場合には、長穴同士の間隔をコイル１６の線形より小さく形成すると、各コイル１６に直接冷却オイルを触れさせることができ、積層内側の全てのコイル１６を一様に冷却できる。
【００３９】
横穴２２が配置されていない部分においては、壁２０Ｂを介して間接的にコイル１６を冷却する。この場合、絶縁体側板１５Ａを構成している素材自体を熱伝導率の高い材料を用いることで冷却効率を高めることができる。また、ヤング率の高い材料を用いる場合には、機械的強度が高いため壁２０Ｂの厚さを薄くでき、壁２０Ｂの伝熱距離を短縮でき伝熱損失を小さくでき、冷却効率を高めることができる。
【００４０】
本実施の態様にあっては、ティース部１２に巻装されたコイル１６の巻層表面は冷却通路６を通過する冷媒により冷却される一方、コイル１６の巻層内側は絶縁体１５の冷却空間９を通過する冷媒により冷却されるため、積層巻された巻層位置による冷却のばらつきを抑制でき、一様に冷却できる。
【００４１】
絶縁体１５の熱伝導率を高くすると、その熱抵抗を小さくでき、冷媒と発熱体であるコイル１６との間に絶縁体１５Ａが介在する部位においても、放熱性の悪化を抑えることができる。
【００４２】
絶縁体１５のヤング率を高くすると、絶縁体１５の厚さを薄くでき、絶縁体１５の熱抵抗を小さくできる。
【００４３】
前記絶縁体１５にはコイル１６と接する範囲全域に横穴２２が配置されているため、横穴２２を通してコイル１６の全範囲が冷却空間９を通過する冷媒と直接接触して熱交換され、冷媒による抜熱性能を確実に得ることができる。
【００４４】
横穴２２の間隔をコイル１６の線径より小さくすると、横穴２２が存在しない部分に位置するコイル１６に対しても隣接する横穴２２から冷媒が当該コイル１６に直接触れるので、全てのコイル１６で同様の冷却性能が確保できる。
【００４５】
図５〜図７は、絶縁体と横穴の形状を夫々相違させた絶縁体側板の変形例を示す。図５に示す絶縁体側板１５Ａにおいては、ティース部１２の側面に接触する壁２０Ａを取り払って突起２３により接触する形状としている。また、横穴２２の形状が、複数の丸穴に変更されている。
【００４６】
この絶縁体側板１５Ａにおいては、ティース部１２の側面に接触させて設置した場合に、ティース部１２の側面との間で冷却空間９を形成する。冷却空間９に流れ込む冷却オイルは、横穴２２を介して積層内側のコイル１６を冷却する一方、ティース部１２を直接冷却する。コイル１６は、絶縁体１５の底辺部２１に接触している部分を除いて、積層表面側と積層内側の両方向から冷却される。丸穴で形成した横穴２２は、図示例のように千鳥型に配列することで冷却オイルを均等に積層内側のコイル１６に接触させる。
【００４７】
図６に示す絶縁体側板１５Ａにおいては、ティース部１２に接触する側辺部２０は一枚の板で形成され、底辺部２１において、突起２４によりバックコア部１１から離間した壁２１Ａを備え、この壁２１Ａに軸方向に延びる長穴よりなる横穴２２を複数列配置して構成している。
【００４８】
この絶縁体側板１５Ａをステータコア５に配置してコイル１６を複数列積層して巻線した場合には、バックコア部１１との間で冷却空間９が形成される。冷却空間９の軸方向開口端９Ａは、巻線したコイル１６と干渉することなく開口する。冷却オイルは、開口端９Ａから冷却空間９に流れ込み、横穴２２を介してバックコア部１１に面するコイル１６を冷却する。冷却空間９の冷却オイルはバックコア部１１を直接冷却する。したがって、コイル１６は、冷却通路６による冷却オイルの冷却と合わせてティース部１２の側面に面する部分を除いて三方向から冷却される。
【００４９】
図７に示す絶縁体側板１５Ａにおいては、バックコア部１１とティース部１２側面とに接する突起２３、２４により、側辺部２０と底辺部２１との壁２０Ｂ、２１Ａが共にバックコア部１１とティース部１２側面から離間させて冷却空間９が配置される。冷却空間９を構成する壁２０Ｂ、２１Ａには、軸方向に延びる長穴からなる横穴２２を複数列配置して構成している。
【００５０】
この絶縁体側板１５をステータコア５に配置してコイル１６を複数列積層して巻線した場合には、ティース部１２側面とコイル１６との間、および、バックコア部１１とコイル１６との間の二箇所に冷却空間９が形成される。ティース部１２の側面に位置するコイル１６は、ティース部１２の側面の冷却空間９を流れる冷却オイルが横穴２２を介して接触することで冷却される。また、バックコア部１１に面するコイル１６は、バックコア部１１表面の冷却空間９を流れる冷却オイルが横穴２２を介して接触することで冷却される。また、冷却通路６に面するコイル１６は、冷却通路６を流れる冷却オイルによって冷却される。つまり、コイル１６は全周面から冷却され、その温度ムラが確実に抑制される。また、冷却空間を通過する冷却オイルは、側辺部２０においては、ティース部１２を直接冷却し、底辺部２１においては、バックコア部１１を直接冷却することができる。
【００５１】
上記各変形例にあっては、第１の実施の形態により得られる効果に加えて、冷却空間９が、ティース部１２およびまたはバックコア部１１の表面に露出しているため、ステータコア５をも直接冷媒で冷却することができる。
【００５２】
なお、上記実施形態において、回転電機として永久磁石式同期電動機を例にとって説明しているが、図示はしないが、誘導電動機であっても、ＳＲモータであっても、また、その他のモータであってもよく、発電機であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示すステータ構造を備えた回転電機の断面図。
【図２】図１のＡ−Ａ線に沿う断面図。
【図３】同じくステータを構成する分割コアと絶縁体側板との組み合わせ状態を示す正面図。
【図４】図３に示す分割コアにコイルを巻装した状態を左半分にコイル表面を含めて示す正面図、右半分にコイルを断面して示す断面図。
【図５】絶縁体の変形例を示す正面図（Ａ）、および、側面図（Ｂ）。
【図６】絶縁体の別の変形例を示す正面図（Ａ）、および、側面図（Ｂ）。
【図７】絶縁体のさらに別の変形例を示す正面図（Ａ）、および、側面図（Ｂ）。
【符号の説明】
１  ケース
２  ロータ
３  軸受
４  永久磁石
５  ステータコア
６  冷却通路
７Ａ、７Ｂ  冷却ジャケット
８Ａ  入口
８Ｂ  出口
９  冷却空間
１０  分割コア
１１  バックコア部
１２  ティース部
１３  スロット
１５  絶縁体
１５Ａ  絶縁体側板
１５Ｂ  絶縁体端板
１６  コイル
２０  側辺部
２０Ａ、２０Ｂ  壁
２１  底辺部
２２  横穴
２３、２４  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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