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公開番号2021090306
公報種別公開特許公報(A)
公開日20210610
出願番号2019220329
出願日20191205
発明の名称回転電機
出願人トヨタ自動車株式会社
代理人特許業務法人YKI国際特許事務所
主分類H02K 3/34 20060101AFI20210514BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】冷却用の流体をロータ外周からステータに向けて吐出する回転電機において、スロット内でコアとコイルを絶縁するスロット紙の損傷を抑制する。
【解決手段】ステータ24のティース32は、回転軸線の方向において2つのティースセグメント42,43に分割されている。ティースセグメントの互いに対向する端面42a,43aのスロットに臨む縁には段差50が形成されている。スロット紙48の縁48cは、段差50の範囲内に位置する。
【選択図】図3
特許請求の範囲【請求項1】
回転軸線を規定するロータシャフトであって、当該ロータシャフトの外周面に開口し冷却液が送られるシャフト内流路が形成されたロータシャフトと、
前記ロータシャフトが中心を貫通しているロータコアであって、内側端が前記シャフト内流路の開口に対向し、外側端が当該ロータコアの外周面に開口したロータコア内流路が形成されたロータコアと、
円環または円筒形状のヨークと前記ヨークの内周面に間隔を空けて周方向に配列されたティースとを有し、前記ロータコアの外周を囲むように配置されたステータコアと、
前記ティースに導線を巻回して形成されたコイルと、
隣り合う前記ティース間の空間であるスロット内の、前記ステータコアと前記コイルの間に配置されたスロット紙と、
を備えた回転電機であって、
前記ティースは、前記ロータコア内流路の前記外側端に対応する位置に隙間を作るように、前記回転軸線の方向において隣接して配置された2つのティースセグメントを含み、
前記スロット紙は、個々の前記ティースセグメントに対応して配置され、隙間を挟んで対向する前記ティースセグメントの互いに対向する端面の前記スロットに臨む縁には、前記スロット紙に対応して段差が設けられており、前記スロット紙の前記段差に対応する縁が、前記段差の範囲内に位置する、
回転電機。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本発明は、回転電機に関し、特にコアとコイルを絶縁するスロット紙の配置に関する。
続きを表示(約 7,500 文字)【背景技術】
【0002】
電気エネルギを回転の運動エネルギに変換する電動機、回転の運動エネルギを電気エネルギに変換する発電機、さらに電動機と発電機どちらにも機能する電気機器が知られている。以下において、これらの電気機器を総称して回転電機と記す。典型的な回転電機は、ロータと、ロータの外側を囲むように配置されたステータを有し、ステータは固定され、ロータは回転する。ロータおよびステータは、それぞれ磁路を形成するロータコアおよびステータコアを含む。
【0003】
ロータコア内に冷却用の流体を流してこれらのコアを内部から冷却する回転電機が知られている。下記特許文献1には、冷却用の流体が流れる流路(40,41a,41b,42a,42b,43,44a,44b)が形成されたロータコア(21)が示されている。流路(40等)を流れる流体によりロータコアが内部から冷却される。流路(40等)は、ロータコア(21)の外周面に開口しており、流路(40等)を通った流体は、この開口からステータ(10)に向けて吐出される。ステータは、典型的には、周方向に間隔を空けて配置されたティースと、ティースに導線が巻回されて形成されたコイルとを含み、ティースとコイルの間には、絶縁のためのスロット紙が配置される場合がある。なお、上記の( )内の部材名および符号は、下記特許文献1で用いられている部材名および符号であり、本願の実施形態の説明で用いられる符号とは関連しない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
特開2016−54608号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
ロータ外周から吐出された冷却用の流体は、ステータに当たり、このときスロット紙を損傷する場合がある。特に、ティースがロータの回転軸線方向において隙間を空けて分割され、この隙間にむけて流体が吐出される場合、スロット紙が冷却用の流体の噴流に曝されるとスロット紙が損傷する可能性がある。
【0006】
本発明は、冷却用の流体をロータ外周からステータに向けて吐出する回転電機において、スロット紙の損傷を抑制すること目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明に係る回転電機は、回転軸線を規定するロータシャフトであって、当該ロータシャフトの外周面に開口し冷却液が送られるシャフト内流路が形成されたロータシャフトと、ロータシャフトが中心を貫通しているロータコアであって、内側端がシャフト内流路の開口に対向し、外側端が当該ロータコアの外周面に開口したロータコア内流路が形成されたロータコアと、円環または円筒形状のヨークとヨークの内周面に間隔を空けて周方向に配列されたティースとを有し、ロータコアの外周を囲むように配置されたステータコアと、ティースに導線を巻回して形成されたコイルと、隣り合うティース間の空間であるスロット内の、ステータコアとコイルの間に配置されたスロット紙と、を備える。さらに、ティースは、ロータコア内流路の外側端に対応する位置に隙間を作るように、ロータの回転軸線方向において隣接して配置された2つのティースセグメントを含む。さらにまた、スロット紙は、個々の前記ティースセグメントに対応して配置され、隙間を挟んで対向するティースセグメントの互いに対向する端面のスロットに臨む縁には、スロット紙に対応して段差が設けられており、スロット紙の段差に対応する縁が、段差の範囲内に位置している。
【発明の効果】
【0008】
ティースセグメントの隣接セグメントに対向する端面に、スロット紙に対応するよう段差を設けたことにより、ティースセグメントのスロット紙に当たる角が、隣接するティースセグメント間の隙間から退避し、スロット紙の縁がティースセグメント間の隙間から退避するようにできる。これにより、吐出される冷却液がスロット紙に直接当たらないようにして、スロット紙の損傷を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
本実施形態の回転電機の回転軸線に直交する断面を模式的に示す図である。
本実施形態の回転電機の回転軸線を含む断面を模式的に示す図である。
図1,2に示される回転電機のティースを模式的に示す斜視図である。
ステータの、回転軸線に直交する断面を模式的に示す図である。
図4に示すV−V線によるステータの断面を模式的に示す図である。
図4に示すVI−VI線によるステータの断面を模式的に示す図である。
ステータを構成するコアプレート、特に、ティースを形成する突起部を有するコアプレートを示す図である。
ステータを構成するコアプレート、特に、ティースに段差を形成するためのコアプレートを示す図である。
ステータを構成するコアプレート、特に、ティースに隙間を形成し、さらにヨーク内に冷却液の流路を形成するためのコアプレートを示す図である。
ステータを構成するコアプレート、特に、ティースに隙間を形成し、さらにヨーク内に冷却液の流路を形成するためのコアプレートを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0010】
以下、本発明の実施形態を図面に従って説明する。図1および図2は、本実施形態の回転電機10の断面を模式的に示す図である。図1は回転電機10の軸線に直交する断面、特に図2に示すI−I線における断面を示す図であり、図2は軸線を含む断面、特に図1に示すII−II線における断面を示す図である。
【0011】
回転電機10は、ロータ12と、ロータ12を取り囲むように同軸配置されたステータ14を備える。ロータ12は、略円筒形状のロータコア16と、ロータコア16の中心を貫通しているロータシャフト18を含む。ロータシャフト18の中心線が、ロータ12の回転軸線Aである。ロータコア16は、電磁鋼板を所定の形状に加工したロータコアプレート20を、回転軸線Aの方向に積層して形成されている。ロータコア16の外周面近傍には、永久磁石22が配置されている。この回転電機10では、径方向外側に向けて開いたV字を形成する2個の永久磁石22で1つの磁極が形成されている。図示するように、ロータ12の磁極の数は8つである。ステータ14は、ステータコア24とステータコア24に巻装されたコイル26を含む。ステータコア24は、電磁鋼板を所定の形状に加工したステータコアプレート28を積層して形成されている。ステータコア24は、略円環または略円筒形状のヨーク30と、ヨーク30の内周面に、周方向に沿って間隔を空けて配列されたティース32を有する。この回転電機10においては、ティース32の数は12である。隣接するティース32の間の空間はスロット34と呼ばれている。ティース32にコイル導線36が巻回されてコイル26が形成されている。
【0012】
ロータシャフト18は中空シャフトであって、この中空空間を冷却液が流れる。冷却液は、ロータ12を支持する軸受等を潤滑する潤滑油を用いることができる。ロータシャフト18には、中空空間と外周面とをつなぐように径方向に沿って延びるシャフト内流路38が形成され、シャフト内流路38はロータシャフト18の外周面に開口している。シャフト内流路38を通して冷却液がロータシャフト18の外周面に送られる。ロータコア16には、ロータコア内流路40が形成されている。ロータコア内流路40の径方向において内側の端は、ロータシャフト18の外周面に形成された、シャフト内流路38の開口に対向する。また、ロータコア内流路40の径方向において外側の端は、ロータコア16の外周面に開口している。冷却液は、シャフト内流路38とロータコア内流路40を通ってロータコア16の外周に送られ、ロータコア内流路40の、ロータコア外周面に形成された開口から吐出される。
【0013】
図3〜6は、ティース32およびその周囲の構成を示す図であり、図3が斜視図、図4が図2に示すI−I線におけるステータ14の断面図、図5が図4に示すV−V線による断面図、図6が図4に示すVI−VI線による断面図である。図1〜6を参照して、ステータ14の構成を説明する。
【0014】
ティース32は、回転軸線Aの方向(図3において上下方向)において、間に隙間を作るように隣接して配置された2つのティースセグメント42,43を含む。2つのティースセグメント42,43の間の隙間をセグメント間隙間44と記す。セグメント間隙間44は、回転軸線Aの方向においてティースセグメント42,43の端面42a,43aによって画定され、径方向において外側がヨーク30の内周面30aによって画定される。セグメント間隙間44は、径方向において内側はロータ12の外周面に向けて開放しており、また、周方向において両側がスロット34に向けて開放している。セグメント間隙間44の位置は、ロータコア内流路40の径方向外側の端と対応している。例えば、セグメント間隙間44は、回転軸線Aの方向において、ロータコア内流路40の外側端と同じ位置に配置されている。
【0015】
ステータコア24のヨーク30には、ヨーク内流路46が形成されている。ヨーク内流路46の径方向において内側の端は、セグメント間隙間44に対して開口し、外側の端がヨーク30の外周面に開口している。
【0016】
スロット34は、ティースセグメント42,43の側面42b,43bと、ヨーク30の内周面30aにより画定される。コイル26を形成するコイル導線36は、スロット34内において回転軸線Aの方向に沿って延びている。スロット34内において、コイル26のスロット34内に位置する部分とステータコア24の間には、コイル26とステータコア24を絶縁するためのスロット紙48が配置されている。
【0017】
スロット紙48は、略コの字形状を有し、コの字の縦画に相当する面48aがヨークの内周面30aに沿って配置され、コの字の横画に相当する2つの面48bがティースセグメントの側面42b,43bに沿って配置される。以降、面48aをスロット紙48の底面48a、面48bをスロット紙の側面48bと記す。スロット紙の側面48bは、スロット34内のコイル導線36が、ティースセグメントの側面42b,43bに直接接しないようにコイル導線36が配置された幅(径方向の寸法)に対応して配置される。具体的には、スロット紙の側面48bの径方向の寸法は、コイル導線36が配置された範囲と同じか、若干広く設定されている。1つのスロット34に独立した2つのスロット紙48が、2つのティースセグメント42,43に対応するように配置される。ステータ作製時、スロット紙48は、スロット34に対し、回転軸線Aの方向に沿って挿入されてよく、また径方向内側から挿入されてもよい。また、スロット紙は、2つの独立したスロット紙に代えて、底面が共通であり、側面が2つのティースセグメント42,43に対応して分離している形態であってもよい。
【0018】
回転軸線Aの方向において隣接する2つのティースセグメント42,43の互いに対向する端面42a,43aには段差50が形成されている。段差50は、端面42a,43aのスロット34に臨む縁に設けられている。段差50の径方向の寸法は、図6に示されように、スロット紙48の径方向の寸法に対応し、具体的には、スロット紙48の寸法と同じかやや大きい。また、スロット紙48の段差に対応する縁、すなわちセグメント間隙間44に臨む縁48cは、段差50の範囲h内に位置している。
【0019】
このスロット紙の縁48cの配置により、コイル導線36と、コイル導線36に隣接するティースセグメント42,43の角にスロット紙48が介在し、コイル導線36の絶縁被覆の損傷が抑制される。また、スロット紙48の縁48cがセグメント間隙間44から退避した位置となり、セグメント間隙間44に向けて吐出される冷却液の吐出流に直接曝されなくなり、スロット紙48の変形、損傷が抑制される。
【0020】
図7から図10は、ステータコアプレート28の形状を示す図である。図7から図10において各プレート28は上側半分が示されており、下側半分は上側半分と対称である。ステータコアプレート28は、セグメント間隙間44、段差50およびヨーク内流路46を形成するために複数種類のプレートから形成される。最も数の多いプレートは、図7に示す、ティース32となる突起部52を有するプレートである。このプレートを第1ステータコアプレート28Aと記す。第1ステータコアプレート28Aは、円環形状の円環部54を有し、突起部52は円環部54の内周縁に沿って間隔を空けて配列されている。
【0021】
図8に示すプレートは、段差50を形成するために、第1ステータコアプレート28Aの突起部52よりやや細い部分を有する突起部56を有するプレートであり、これを第2ステータコアプレート28Bと記す。この突起部56は、第1ステータコアプレート28Aの突起部52と共にティース32を形成する。第2ステータコアプレート28Bは、第1ステータコアプレート28Aの円環部54と同形状の円環部58を有し、突起部56が円環部58の内周縁に沿って間隔を空けて配列されている。図8において、第1ステータコアプレート28Aの突起部52が一点鎖線で示されており、これに比べ、突起部56は、一部において細くなっている。第1ステータコアプレート28Aを積層し、続けて第2ステータコアプレート28Bを積層することで、端部に段差が形成され、これがティースセグメントに端面42a,43aの段差50となる。
【0022】
図9に示すプレートは、径方向に沿って延びるスリット60が形成された円環形状を有し、これを第3ステータコアプレート28Cと記す。第3ステータコアプレート28Cは、スリット60が設けられていることを除いて第1および第2ステータコアプレート28A,28Bの円環部54,58と同一形状である。スリット60は、径方向において内側に設けられ、第3ステータコアプレート28Cの内周縁に達して、径方向内方に向けて開放している。
【0023】
図10に示すプレートは、径方向に沿って延びるスリット62が形成された円環形状を有し、これを第4ステータコアプレート28Dと記す。第4ステータコアプレート28Dは、スリット62が設けられていることを除いて第1および第2ステータコアプレート28A,28Bの円環部54,58と同一形状である。スリット62は、径方向において外側に設けられ、第4ステータコアプレート28Dの外周縁に達して、径方向外方に向けて開放している。
【0024】
回転電機10において、第1から第4ステータコアプレート28A,28B,28C,28Dは、回転軸線Aの方向において中央に第3ステータコアプレート28Cが配置され、これに隣接して第4ステータコアプレート28Dが配置され、その外側に第2ステータコアプレート28Bが、さらに外側に第1ステータコアプレート28Aが配置される。各ステータコアプレート28A〜28Dはそれぞれ複数枚積層されて、所定の寸法の流路、段差およびティースセグメントが形成される。
【0025】
第3および第4ステータコアプレート28C,28Dを積層し、これを積層された第1および第2ステータコアプレート28A,28Bで挟むことで、回転軸線Aの方向において分割されたティース32が形成される。分割された2つの部分がティースセグメント42,43となる。ティースセグメント42,43の間のセグメント間隙間44に隣接する側に第2ステータコアプレート28Bを配置することで、ティースセグメントの端面42a,43aに段差50が形成される。
【0026】
また、第3ステータコアプレート28Cと第4ステータコアプレート28Dを隣接配置すると、スリット60の径方向外側の端部と、スリット62の径方向内側の端部が重なり、両者がつながる。これにより、ヨーク30の内周面と外周面をつなぐヨーク内流路46が形成される。
【0027】
さらに、第2ステータコアプレート28Bと第3ステータコアプレート28Cの間に、第2ステータコアプレート28Bの円環部58と同形状のステータコアプレートを挟んでもよい。これにより、セグメント間隙間44とヨーク内流路46の寸法を独立して定めることができる。
【0028】
ティースを分割する位置は、回転軸線Aの方向において中央でなくてもよい。また、ロータから流体が吐出する位置を回転軸線Aの方向において複数設け、これに対応してティースを分割するようにしてよく、この場合、ティースは3つ以上のティースセグメントに分割される。
【符号の説明】
【0029】
10 回転電機、12 ロータ、14 ステータ、16 ロータコア、18 ロータシャフト、20 ロータコアプレート、22 永久磁石、24 ステータコア、26 コイル、28 ステータコアプレート、30 ヨーク、32 ティース、34 スロット、36 コイル導線、38 シャフト内流路、40 ロータコア内流路、42,43 ティースセグメント、42a,43a ティースセグメントの端面、42b,43b ティースセグメントの側面、44 セグメント間隙間、46 ヨーク内流路、48 スロット紙、48a スロット紙の底面、48b スロット紙の側面、48c スロット紙の縁、50 段差。

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