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公開番号2021005971
公報種別公開特許公報(A)
公開日20210114
出願番号2019119523
出願日20190627
発明の名称回転電機
出願人株式会社デンソー
代理人個人,個人
主分類H02K 3/24 20060101AFI20201211BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】固定子の効率的な冷却を可能とした回転電機を提供する。
【解決手段】回転電機は、発熱量が周方向に一様でない固定子11と、熱抵抗が周方向に一様でないハウジング30との組み合わせるものである。この場合、固定子11の発熱量の大きい領域、すなわち例えばU相の場合、各コイル22u1,22u2における折返部22ua,22ubを含む1磁極の領域B1,B2が、ハウジング30の熱抵抗の低い領域、すなわち取付部32のない放熱フィン31のみを有する領域A0となるように、固定子11とハウジング30との互いの周方向位置が設定される。
【選択図】図6
特許請求の範囲【請求項1】
導線(22x)が固定子コア(21)のティース(21b)に巻装されてなる3相コイル(22)を備え、前記3相コイルへの3相駆動電流の供給に基づいて回転磁界を発生させる固定子(11)と、
前記固定子が内接して固定されるハウジング(30)と
を含んで構成される回転電機(10)であって、
前記固定子は、前記導線への通電に基づく発熱量が周方向に一様でない構成をなすとともに、前記ハウジングは、熱抵抗が周方向に一様でない構成をなすものであり、
前記固定子の発熱量の大きい領域(B1,B2)が前記ハウジングの熱抵抗の低い領域(A0)となるように、前記固定子と前記ハウジングとの互いの周方向位置が設定された、回転電機。
続きを表示(約 610 文字)【請求項2】
前記固定子は、前記導線が複数の前記ティースに跨がる分布巻きにて巻装されるものであり、前記3相コイルの同相内で複数のコイルが並列接続されてなり、
前記同相で並列接続の複数のコイル(22u1,22u2,22v1,22v2,22w1,22w2)は、並列接続のコイル毎に同等で前記固定子の周方向に分離して設定された各巻装範囲において、同相に割当てのスロット(21c)に対してそれぞれ往復の前記分布巻きにて巻装されるとともに、前記各巻装範囲の境界部を前記分布巻きの往復の折返部(22ua,22ub,22va,22vb,22wa,22wb)として構成されるものであり、
前記固定子の発熱量の大きい領域は、前記各コイルの前記折返部を含む1磁極の領域(B1,B2)を少なくとも有する、請求項1に記載の回転電機。
【請求項3】
前記ハウジングは、外周面に複数の放熱フィン(31)を有し、前記放熱フィンのみが存在する領域が前記熱抵抗の低い領域であり、
前記熱抵抗の低い領域とは反対の熱抵抗の高い領域(A1,A2)は、取付孔(32a)を有する取付部(32)、前記固定子との回り止めを行うキー部材(35)の挿通に用いる溝部(33,34)、前記固定子コアを積層型としたときの積層前後のコア材の溶接に用いる溝部(33)のうち少なくとも1つを含む、請求項1又は請求項2に記載の回転電機。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本発明は、回転電機に関するものである。
続きを表示(約 7,700 文字)【背景技術】
【0002】
回転電機の駆動時の固定子の発熱対策として、例えば固定子が内接するハウジングの外周面にフィン形状の放熱部を備えるものが周知である(例えば特許文献1参照)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
特開2019−22250号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
ハウジングの外周面には、放熱部とは別に取付部等の機能部が設けられることが多い。すなわち、取付孔を有する取付部等の機能部が位置する部位は、機能部のない他の部位と比べて熱抵抗が高く、放熱性能が低くなりがちである。つまり、ハウジングの周方向において熱抵抗が一様でないため、ハウジングに対する固定子の周方向位置の設定によっては、固定子の冷却に差が生じ得るといったことが課題としてあった。
【0005】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、固定子の効率的な冷却を可能とし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】
【0006】
上記課題を解決する回転電機は、導線(22x)が固定子コア(21)のティース(21b)に巻装されてなる3相コイル(22)を備え、前記3相コイルへの3相駆動電流の供給に基づいて回転磁界を発生させる固定子(11)と、前記固定子が内接して固定されるハウジング(30)とを含んで構成される回転電機(10)であって、前記固定子は、前記導線への通電に基づく発熱量が周方向に一様でない構成をなすとともに、前記ハウジングは、熱抵抗が周方向に一様でない構成をなすものであり、前記固定子の発熱量の大きい領域(B1,B2)が前記ハウジングの熱抵抗の低い領域(A0)となるように、前記固定子と前記ハウジングとの互いの周方向位置が設定される。
【0007】
上記構成によれば、発熱量が周方向に一様でない固定子と、熱抵抗が周方向に一様でないハウジングとを組み合わせる回転電機において、固定子の発熱量の大きい領域がハウジングの熱抵抗の低い領域となるように、固定子とハウジングとの互いの周方向位置が設定される。これにより、固定子からハウジングへの熱伝導が効率的に行われ、固定子の効率的な冷却が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
一実施形態における回転電機の概略構成図。
(a)は固定子のコイルの巻回態様の説明図、(b)はコイルの結線図。
固定子のU相コイルの巻回態様の説明図。
固定子のV相コイルの巻回態様の説明図。
固定子のW相コイルの巻回態様の説明図。
固定子とハウジングとの組付態様を説明するための模式図。
変更例における固定子とハウジングとの組付態様を説明するための模式図。
【発明を実施するための形態】
【0009】
以下、回転電機の一実施形態について説明する。
図1に示すように、本実施形態の回転電機10は、3相駆動電流の供給に基づいて回転駆動するブラシレスモータにて構成されている。回転電機10は、固定子11と回転子12とを含む各種構成部品をハウジング30の内部空間に収容してなる。固定子11は円環状をなしハウジング30の円筒部に内接して固定され、回転子12は固定子11の径方向内側に回転可能に配置されている。本実施形態の回転電機10では、固定子11は96磁極、回転子12は32磁極に設定されている。
【0010】
固定子11は、磁性金属製の固定子コア21と、固定子コア21に巻装されるコイル22とを備える。固定子コア21は、円環部21aと、円環部21aの内周縁から径方向内側に延びる複数のティース21bとを有している。ティース21bは、周方向等間隔に96個設けられている。隣接するティース21b間は、ティース21bに巻回するコイル22の導線22xを収容するためのスロット21cとして機能する。スロット21cは、ティース21bと同様、96個設けられている。本実施形態の導線22xは、断面矩形状の平角線を用いている。スロット21cは、平角線よりなる導線22xの1本分の幅となっている。
【0011】
コイル22は、分布巻きの1つである波巻きにて3個のティース21bに跨がるようにして巻装されている。また、コイル22は、3相駆動電流の供給に対応してU相、V相及びW相の3相コイルにて構成されている。さらに、コイル22は、U相、V相及びW相の各相において2並列接続となっており、それぞれU相第1コイル22u1、U相第2コイル22u2、V相第1コイル22v1、V相第2コイル22v2、W相第1コイル22w1、及びW相第2コイル22w2を備える。なお、本実施形態の固定子11は、1つの相で32極、回転子12の磁極数と等倍である、所謂1倍スロット構造にて構成されている。1倍スロット構造を採る固定子11は、コイル22部分の軽量化等で有利である。本実施形態のコイル22の具体的な巻回態様については、以下のようになっている。
【0012】
図2(a)を用いてコイル22の具体的な巻回態様を説明するにあたり、固定子11の96個のスロット21cにスロット番号「1」〜「96」を付し、U相第1及び第2コイル22u1,22u2の巻始め位置をスロット番号「1」とする。
【0013】
[U相第1及び第2コイル22u1,22u2について]
図2(a)及び図3に示すように、U相第1コイル22u1では、巻始め位置のスロット番号「1」から3スロット毎で「1」「4」「7」・・・「49」の順に導線22xをスロット21cに挿入しつつ往路側の波巻きが行われ、スロット番号「49」を折返部22uaとして「49」・・・「7」「4」「1」と往路と同一の3スロット毎で往路の逆順にて復路側の波巻きが行われる。再び、波巻き2往復目として、スロット番号「1」を折返部22ubとして「1」「4」「7」・・・「49」と往路側の波巻きが行われ、スロット番号「49」を折返部22uaとして「49」・・・「7」「4」「1」と復路側の波巻きが行われる。さらに、波巻き3往復目として、2往復目と同様な1往復の波巻きが行われる。波巻きが3往復行われることで、各スロット21c内には径方向に6本の導線22xが1列に並ぶ配置となる。なお、U相第1コイル22u1では、スロット番号「4」が巻終わり位置である。スロット番号「4」まで戻ってきた導線22xは、スロット番号「1」には向かわずそのスロット番号「4」を巻終わり位置として導出されて、中性点部材23に接続される。
【0014】
U相第2コイル22u2では、上記したように、U相第1コイル22u1と同様、導線22xの巻始め位置はスロット番号「1」からである。また、U相第1コイル22u1の波巻きの往路側を固定子11の反時計回り方向とした場合、U相第2コイル22u2の波巻きの往路側はU相第1コイル22u1とは逆の時計回り方向である。
【0015】
すなわち、U相第2コイル22u2では、スロット番号「1」から3スロット毎で「1」「94」「91」・・・「49」の順に導線22xをスロット21cに挿入しつつ往路側の波巻きが行われ、スロット番号「49」を折返部22uaとして「49」・・・「91」「94」「1」と往路と同一の3スロット毎で往路の逆順にて復路側の波巻きが行われる。再び、波巻き2往復目として、スロット番号「1」を折返部22ubとして「1」「94」「91」・・・「49」と往路側の波巻きが行われ、スロット番号「49」を折返部22uaとして「49」・・・「91」「94」「1」と復路側の波巻きが行われる。さらに、波巻き3往復目として、2往復目と同様な1往復の波巻きが行われる。なお、U相第2コイル22u2では、スロット番号「94」が巻終わり位置である。スロット番号「94」まで戻ってきた導線22xは、スロット番号「1」には向かわずそのスロット番号「94」を巻終わり位置として、導出されて中性点部材23に接続される。
【0016】
つまり、本実施形態では、同相で並列接続をなすU相第1及び第2コイル22u1,22u2は、互いに180°対向位置にあるスロット番号「1」「49」を通る直線、この場合固定子11の中心点O1をも通る直線L1に対し、第1コイル22u1が反時計回り方向側の半周の巻装範囲に、第2コイル22u2が時計回り方向側の半周の巻装範囲に設けられている。U相第1及び第2コイル22u1,22u2は、スロット番号「1」「49」を通る直線L1を対称軸とする線対称の巻回態様にて構成されている。
【0017】
また、対称軸である直線L1上に位置するスロット番号「1」「49」は、U相第1及び第2コイル22u1,22u2の波巻きの各折返部22ub,22uaであるが、第1及び第2コイル22u1,22u2の導線22xが3本ずつ、スロット番号「1」「49」のスロット21c内にそれぞれ混在する。スロット21c内における導線22xは、その巻回過程でスロット21c内の径方向外側から内側に向けて並ぶが、スロット番号「1」では、第1コイル22u1側の導線22xが最も径方向外側に位置し、次に第2コイル22u2側の導線22xが位置というように交互に並び、最も径方向内側に第2コイル22u2側の導線22xが位置する。一方、スロット番号「49」では、第2コイル22u2側の導線22xが最も径方向外側に位置し、次に第1コイル22u1側の導線22xが位置というように交互に並び、最も径方向内側に第1コイル22u1側の導線22xが位置する。スロット番号「1」「49」の各折返部22ub,22uaについては、第1及び第2コイル22u1,22u2の導線22xの配置態様を逆としている。
【0018】
なお、スロット番号「1」「49」の各折返部22ub,22uaにおいて、U相第1及び第2コイル22u1,22u2の導線22xを1本毎で交互に、かつスロット番号「1」「49」で逆の配置とするには、例えば第1及び第2コイル22u1,22u2の導線22xの巻回が次のように行われる。
【0019】
スロット番号「1」において、先ず、第1コイル22u1側の導線22xが挿入され、第1コイル22u1側の導線22xをスロット21c内の最も径方向外側に配置する。次いで、そのまま第1コイル22u1側の波巻き1往復目の往路巻きが行われ、スロット番号「49」の直前で第1コイル22u1の巻回を待機する。次いで、スロット番号「1」において、第2コイル22u2側の導線22xが挿入され、第2コイル22u2側の導線22xをスロット21c内における径方向外側から2番目に配置する。次いで、そのまま第2コイル22u2側の波巻き1往復目の往路巻きが行われ、スロット番号「49」にて折返す。その際、スロット番号「49」において、第2コイル22u2側の導線22xがスロット21c内の最も径方向外側の配置となる。さらにそのまま第2コイル22u2側の波巻き1往復目の復路巻きが行われ、スロット番号「1」の直前で第2コイル22u2の巻回を待機する。
【0020】
次いで、スロット番号「49」の直前で待機していた第1コイル22u1の巻回が再開され、スロット番号「49」にて折返す。その際、スロット番号「49」において、第1コイル22u1側の導線22xがスロット21c内における径方向外側から2番目の配置となる。さらにそのまま第1コイル22u1側の波巻き1往復目の復路巻きが行われ、スロット番号「1」にて折返す。その際、スロット番号「1」において、第1コイル22u1側の導線22xがスロット21c内における径方向外側から3番目の配置となる。さらにそのまま第1コイル22u1側の波巻き2往復目の往路巻きが行われ、スロット番号「49」の直前で第1コイル22u1の巻回を待機する。
【0021】
次いで、スロット番号「1」の直前で待機していた第2コイル22u2の巻回が再開され、スロット番号「1」にて折返す。その際、スロット番号「1」において、第2コイル22u2側の導線22xがスロット21c内における径方向外側から4番目の配置となる。さらにそのまま第2コイル22u2側の波巻き2往復目の往路巻きが行われ、スロット番号「49」にて折返す。その際、スロット番号「49」において、第2コイル22u2側の導線22xがスロット21c内における径方向外側から3番目の配置となる。さらにそのまま第2コイル22u2側の波巻き2往復目の復路巻きが行われ、スロット番号「1」の直前で第2コイル22u2の巻回を待機する。
【0022】
そして、このような巻回を繰り返すことで、スロット番号「1」「49」の各折返部22ub,22uaにおいて、U相第1及び第2コイル22u1,22u2の導線22xが1本毎で交互に、かつスロット番号「1」「49」で逆の配置となるように構成される。
【0023】
[V相第1及び第2コイル22v1,22v2について]
図2(a)及び図4に示すように、V相第1及び第2コイル22v1,22v2の巻回態様については、スロット番号が相違する以外、U相第1及び第2コイル22u1,22u2の巻回態様と同様である。以下に適宜省略して説明する。
【0024】
V相第1コイル22v1では、導線22xが巻始め位置のスロット番号「3」から挿入されて3スロット毎で「3」「6」「9」・・・「51」の順に反時計回り方向に向けて往路側の波巻きが行われ、スロット番号「51」を折返部22vaとして「51」・・・「9」「6」「3」と往路と逆順の復路側の波巻きが行われる。V相第1コイル22v1の波巻きも同様に往路側の折返部22vaと復路側の折返部22vbとの間で3往復行われ、導線22xはスロット番号「6」を巻終わり位置として導出されて、中性点部材23に接続される。
【0025】
V相第2コイル22v2では、導線22xがV相第1コイル22v1と同じくスロット番号「3」から挿入されて3スロット毎で「3」「96」「93」・・・「51」の順にV相第1コイル22v1とは逆の時計回り方向に向けて往路側の波巻きが行われ、スロット番号「51」を折返部22vaとして「51」・・・「93」「96」「3」と往路と逆順の復路側の波巻きが行われる。V相第2コイル22v2の波巻きも同様に往路側の折返部22vaと復路側の折返部22vbとの間で3往復行われ、導線22xはスロット番号「96」を巻終わり位置として導出されて、中性点部材23に接続される。
【0026】
つまり、V相第1及び第2コイル22v1,22v2についても、互いに180°対向位置にあるスロット番号「3」「51」を通り固定子11の中心点O1をも通る直線L2に対し、第1コイル22v1が反時計回り方向側の半周の巻装範囲に、第2コイル22v2が時計回り方向側の半周の巻装範囲に設けられている。V相第1及び第2コイル22v1,22v2は、スロット番号「3」「51」を通る直線L2を対称軸とする線対称の巻回態様にて構成されている。
【0027】
また、スロット番号「3」「51」の波巻きの各折返部22vb,22vaにおいて、V相第1及び第2コイル22v1,22v2の導線22xが1本毎で交互に、かつスロット番号「3」「51」で逆の配置となるように上記U相と同様にして構成される。
【0028】
[W相第1及び第2コイル22w1,22w2について]
図2(a)及び図5に示すように、W相第1及び第2コイル22w1,22w2の巻回態様についても、U相第1及び第2コイル22u1,22u2やV相第1及び第2コイル22v1,22v2の巻回態様とおおよそ同様である。但し、W相第1及び第2コイル22w1,22w2では、スロット番号が相違する以外にも若干の相違点がある。U相第1及び第2コイル22u1,22u2の巻始め位置はともにスロット番号「1」、V相第1及び第2コイル22v1,22v2の巻始め位置はともにスロット番号「3」であったが、W相第1及び第2コイル22w1,22w2の巻始め位置はそれぞれスロット番号「5」「95」と異なっている。一方で、U相第1及び第2コイル22u1,22u2の巻終わり位置はそれぞれスロット番号「4」「94」、V相第1及び第2コイル22v1,22v2の巻終わり位置はそれぞれスロット番号「6」「96」と異なっていたが、W相第1及び第2コイル22w1,22w2の巻終わり位置はともにスロット番号「2」としている。これらの他、以下に適宜省略して説明する。
【0029】
W相第1コイル22w1では、導線22xが巻始め位置のスロット番号「5」から挿入されて3スロット毎で「5」「8」「11」・・・「50」の順に反時計回り方向に向けて往路側の波巻きが行われ、スロット番号「50」を折返部22waとして「50」・・・「8」「5」、さらにスロット番号「2」まで往路と逆順の復路側の波巻きが行われる。W相第1コイル22w1の波巻きも同様に往路側の折返部22waと復路側の折返部22wbとの間で3往復行われ、導線22xはスロット番号「2」を巻終わり位置として導出されて、中性点部材23に接続される。
【0030】
W相第2コイル22w2では、導線22xがW相第1コイル22w1と巻始め位置の異なるスロット番号「95」から挿入されて3スロット毎で「95」「92」「89」・・・「50」の順にW相第1コイル22w1とは逆の時計回り方向に向けて往路側の波巻きが行われ、スロット番号「50」を折返部22waとして「50」・・・「92」「95」、さらにスロット番号「2」まで往路と逆順の復路側の波巻きが行われる。W相第2コイル22w2の波巻きも同様に往路側の折返部22waと復路側の折返部22wbとの間で3往復行われ、導線22xはW相第1コイル22w1と同じくスロット番号「2」を巻終わり位置として導出されて、中性点部材23に接続される。
(【0031】以降は省略されています)

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