JP5656556B2

JP5656556B2 - 回転電機

Info

Publication number: JP5656556B2
Application number: JP2010235096A
Authority: JP
Inventors: 知彦宮本; 敬次滝澤; 博星名; 脇田　哲夫; 哲夫脇田
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd; Toyota Motor Corp; Aisin Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp; Aisin Corp
Priority date: 2010-10-20
Filing date: 2010-10-20
Publication date: 2015-01-21
Anticipated expiration: 2030-10-20
Also published as: JP2012090434A

Description

本発明は、回転電機に係り、特に、ステータの軸方向両側に突出するコイルエンド部をカバー部材で覆って内部に冷却液を液密状に収容する冷却液室が設けられた回転電機に関する。

従来、円筒状のステータコアの内周部に複数のステータコイルを周方向に配列して設けたステータを備える回転電機が知られている。上記ステータコイルは、ステータコアの内周部に径方向内側に向かって突設された１つまたは複数のティース部に周囲に巻装されており、ステータの軸方向の両端においてはコイルの両端部が外側にそれぞれ突出してコイルエンド部を構成している。

上記コイルはリード線が接続されており、このリード線を介して外部から電圧が印加されることによりコイルに電流が流れる。このとき、コイルを構成する例えば絶縁被覆された銅線等の導電素線の内部において電気抵抗による所謂銅損が生じ、これによりコイルが発熱する。この発熱によってコイル温度が上昇すると、コイルの絶縁性能が低下する。回転電機が多相交流モータである場合には、特に、電位差が大きくなる異相コイルのコイルエンド部間において放電が発生しやすくなる。このような放電を防止するために、上記コイルのコイルエンド部を例えば冷却油等の冷却液によって冷却することが行われている。

これに関連する先行技術文献として特開２００６−２７１１５０号公報（以下、特許文献１という）がある。特許文献１には、モータジェネレータの冷却構造が開示されている。この冷却構造では、ステータコアの軸方向端面において外側へ略環状に突出しているコイルエンド部を冷却ジャケットによって液密的に覆い、ジャケット内部に冷却用オイルを充満させるように供給し、これによりコイルエンド部を円周方向の全体において冷却用オイルに接触させることでコイルを冷却することが記載されている。そして、この冷却構造では、コイルを巻装した後にステータコアの内周に開口するスロット開口部にアダプタを装着して、ジャケット内からスロット内に流れ込んだ冷却用オイルがステータとロータとの間のギャップに漏れ出ないようにシールしている。

また、特開２００６−３３９１６号公報（以下、特許文献２という）には、回転子と、内周に複数のスロットが形成された円筒状のコアと、前記コアの複数のスロットに巻き回されたコイルと、前記コアの電動機回転軸方向端部で円周方向に形成されたコイルエンドと、を備えた固定子と、を有する電動機の冷却装置において、電動機回転軸方向両端のそれぞれのコイルエンドを覆う２つの冷却液タンクと、前記固定子のコア内に前記２つの冷却液タンクを連通する冷却液通路と、を有し、前記２つの冷却液タンクおよび前記冷却液通路が電動機を冷却する冷却液の流路の一部を形成することを特徴とする電動機の冷却装置が開示されている。この電動機の冷却装置では、スロット内部にアンダープレートを装着する必要がなく、そのためアンダープレートの脱落による冷却液の漏れや回転子との接触が発生しないことが記載されている。

また、特開２００９−１７７８６４号公報（以下、特許文献３という）には、ステータコアと、ステータコアに巻回したコイルと、を備え、コイルのうち、ステータコアの軸方向端面から軸方向に突出した部分であるコイルエンドを樹脂にモールドすることにより樹脂モールドコイルエンドを設けている樹脂モールドコイルエンド付ステータであって、ステータコアの内部に設けられた、軽量化のための肉抜き用空洞部を備えることを特徴とする樹脂モールドコイルエンド付ステータが開示されている。そして、コイルエンドを樹脂モールドする際に上記肉抜き用空洞部内に樹脂が入り込まないように、ステータコアの軸方向両端面に一対のシール用鋼板で肉抜き用空洞部の開口穴を完全に塞ぐことが記載されている。

また、特開２００４−６４９９３号公報（以下、特許文献４という）には、ステータとロータとの間のギャップに異物が入り込まないようにするために、冷却のために開放穴を介して外気に開放されるコイルエンド部とロータとの間を遮蔽物で遮蔽することが記載されている。

さらに、特開２００３−３２４８７６号公報（以下、特許文献５という）には、径方向内側が閉じた全閉スロットにセグメント順次接合型ステータコイルをステータ軸方向から収容することにより、分割ステータコア構造を採用することなく、磁束分布を改善し、スタータコアとロータコアとの間の磁気抵抗を低減することが記載されている。

特開２００６−２７１１５０号公報特開２００６−３３９１６号公報特開２００９−１７７８６４号公報特開２００４−６４９９３号公報特開２００３−３２４８７６号公報

上記特許文献１のモータジェネレータの冷却構造では、ステータコアのティース周囲にステータコイルを巻回した後にアダプタをスロット径方向開口部に装着してシールする構成であるため、その装着作業が煩雑であるともに装着時にステータコイルを形成する導線の絶縁被覆を損傷するおそれがある。また、上記アダプタは形状が複雑であるために部品コストが高くなるとともに、それを装着するスペースを確保した設計にしなければならいためにステータひいてはモータの体格が大型化することとなる。

さらに、上記特許文献２の電動機の冷却装置では、コイルエンド部を冷却する冷却液がスロット内に流れ込んでスロット径方向開口部からロータ側へ漏れ出るのを防止することについて何ら考慮されていない。このことは、特許文献３ないし５についても同様である。

本発明の目的は、ステータコイルを冷却する冷却液がスロットの径方向開口部からロータ側へ漏れ出るのを抑制するためのシール部材を、構成が簡易でステータコアへの装着を容易に行えるようにした回転電機を提供することにある。

本発明に係る回転電機は、内周部に複数のティースが周方向に並んで突設されている筒状のステータコアと前記ステータコアのティース間に形成されるスロットに挿入されて１つ又は複数のティースの周囲に巻装されるステータコイルとを含むステータと、
前記ステータ内に回転可能に設けられるロータと、
前記ステータコイルの一部であって前記ステータコアの軸方向両端面から外側にそれぞれ突出するコイルエンド部を覆って、内部にコイルエンド部冷却用冷却液を液密状に収容する冷却液室を形成するカバー部材と、を備える回転電機であって、
前記ステータコイルは、２本の脚部を有するセグメント導体を径方向に複数並べて前記ステータコアの一方端面から２つのスロット内へ挿入し前記ステータコアの他方端面から突出した前記２本の脚部の先端を径方向に隣接する別のセグメント導体の脚部と順次に接続してなるセグメント式のコイルであり、
前記ステータコアの両端面には前記冷却液室から冷却液が前記スロット内に入り込まないようにシールするシール部材が前記冷却液室に面してそれぞれ配置され、前記シール部材には前記スロットの軸方向開口部のうち少なくとも径方向内側が閉じた形状であるコイル挿通穴が形成されており、
前記冷却液室と前記スロット内部との間が前記セグメント導体の脚部周囲にある前記コイル挿通穴の開口縁部によってシールされている。

本発明に係る回転電機において、前記コイル挿通穴の開口縁部と前記セグメント導体の脚部との間に発泡性樹脂が充填されていてもよい。

また、本発明に係る回転電機において、前記スロット内壁面と前記セグメント導体の脚部との間、および、前記スロット内で径方向に並んだ複数のセグメント導体の脚部間の少なくとも一方にも前記発泡性樹脂が充填されていてもよい。

また、本発明に係る回転電機において、前記シール部材は柔軟性のあるゴム又は樹脂で形成されてもよいし、又は、前記ステータコアは複数の電磁鋼板を軸方向に積層して形成されている場合には前記シール部材が前記ステータコアの軸方向最も外側に位置する少なくとも１枚の電磁鋼板によって構成されてもよい。

また、本発明に係る回転電機において、前記スロットは、前記ステータコア内に径方向内側が閉じた貫通穴として形成されていてもよい。

さらに、本発明に係る回転電機において、前記シール部材に加えて、前記ステータコアの内周のスロット開口部を軸方向全長にわたって塞ぐ円筒状シール部材を設けてもよい。この場合、前記円筒状シール部材は前記カバー部材に一体に形成されていてもよい。

本発明に係る回転電機によれば、ステータコイルがセグメント式コイルで構成され、ステータコアにシール部材を設置した後にステータコイルを組付けることができるので、シール部材の構成を簡易なものにできるとともにステータコアに対する組付けも容易に行うことができ、しかも、冷却液がステータ内周のスロット開口部からロータ側へ漏れ出るのを抑制することができる。

本実施形態の回転電機の軸方向断面図である。三相交流型回転電機のＵ相ステータコイルの巻回状態を示すステータの斜視図である。セグメント式コイルを構成するセグメント導体がスロットに軸方向から挿入された状態を示す図である。図３に示すセグメント導体が接続されてセグメント式コイルを形成する様子を示す図である。図１に示す断面の径方向半分を示す拡大断面図である。環状をなすシール部材の約半分を示す平面図である。図６に示すシール部材がステータコアに装着されている様子を示す部分拡大図である。スロットの径方向内周が閉じているステータコアを示す部分拡大図である。円筒状のシール部材をステータコアの内周に組付けた様子を示す図５と同様の拡大断面図である。

以下に、本発明に係る実施の形態について添付図面を参照しながら詳細に説明する。この説明において、具体的な形状、材料、数値、方向等は、本発明の理解を容易にするための例示であって、用途、目的、仕様等にあわせて適宜変更することができる。

以下の説明では、本実施形態である回転電機の冷却構造で用いられる冷却液は、冷却油または冷却オイルであるものとして説明するが、本発明における冷却構造の冷却液がこれに限定されるものではなく、冷却水（たとえばＬＬＣ）等の他の冷却液が用いられてもよい。

また、本願の説明においては、ロータの回転軸方向および円筒状のステータの中心軸方向を単に軸方向といい、この軸方向に直交する方向を径方向、上記回転軸上にある点を中心にその直交平面上に描かれる円の円周に沿う方向を周方向という。

図１は、本実施形態の回転電機１０を示す軸方向断面を示す。回転電機１０は、例えば三相交流モータであり、以下においては適宜にモータ１０ということとする。モータ１０は、ロータ１２とステータ１４とを備える。

ロータ１２は、円柱状をなすロータコア１６と、ロータコア１６の中心に貫通して固定されるロータシャフト１８を含む。ロータコア１６の外周部近傍の内部には、複数の永久磁石（図示せず）が周方向に均等間隔で埋設さている。ロータシャフト１８の両端は、図示しないモータケースに取り付けたベアリング等の軸受部材によって回転可能に支持されている。また、ロータコア１６は、シャフト挿通穴および磁石挿通穴等が形成された略円板状の電磁鋼板を軸方向に多数積層して構成されている。

上記ステータ１４は、ステータコア２０とステータコイル２２とカバー部材２４とを含む。ステータコア２０は、円筒状をなしており、例えば電磁鋼板をリング状に打ち抜き加工されたものを複数枚積層してかしめ、溶接、接着、挟持等の手法で一体に連結して構成されている。ステータ１４の内側に設けられたロータ１２のロータコア外周面とステータコア２０の内周面との間には、ギャップｇが径方向に均等幅で周方向全周にわたって形成されている。このギャップｇは、モータ効率を高めるためにできるだけ狭く形成されるのが好ましいが、ロータ回転時にロータコア１６がステータコア２０の内周に干渉しない等を考慮して設計されている。

ステータコア２０の内周部には、複数のティース２６が形成されている。ティース２６は、径方向に所定間隔で配列されるとともに径方向内側へ向かって突設され、ステータコア２０と同じ軸方向長さを有して軸方向に延伸して形成されている。そして、径方向に隣接するティース２６間には、ティース２６と同数のスロット２８（図２参照）が形成されている。

ステータコイル２２は、１つ又は複数のティース２６の周囲に巻回されて設けられている。ステータコイル２２は、例えば絶縁被覆された銅線によって形成され、後述するようにセグメント式のコイルとして構成されている。そのコイルの巻き方については後に説明する。

また、ステータコア２０の外周部には、ボルト挿通部３０が径方向外側に膨出して形成されている。ボルト挿通部３０は周方向に均等配置で複数（例えば３つ）形成されており、内部にボルト挿通穴が軸方向に貫通して形成されている。このボルト挿通穴に軸方向一方側からボルト３２が挿通され、軸方向他方側においてボルト先端３３にナット３４を螺合して締め付けることによりステータコア２０とカバー部材２４とが締結されている。

なお、ボルト３２の先端３３をモータケースに形成した雌ねじ穴に螺合させて締め付けることにより、ボルト３２をステータ１４の固定手段として用いてもよい。

ステータコイル２２は、ステータコア２０のスロット２８内に位置する軸方向部分と、ステータコア２０の軸方向両端面から外側にそれぞれ突出するコイルエンド部２３とを有する。コイルエンド部２３は、軸方向から見ると略環状をなしている。そして、コイルエンド部２３を覆って上記カバー部材２４が固定されている。なお、軸方向両側にそれぞれ設けられる２つのカバー部材２４は同じ構成を有するものとしてあるため、以下において一方のカバー部材２４について説明することとする。

カバー部材２４は、断面がコ字状（またはブラケット状）をなす部材であって、全周にわたってコイルエンド部２３を覆うように環状に形成されている。また、カバー部材２４は、たとえば絶縁性および非磁性の特性を有する樹脂材料によって好適に形成される。さらに、カバー部材２４には外周部に上記ステータコア２０のボルト挿通部３０に対応する形状のタブ３６が形成されており、このタブ３６に形成されている貫通穴に挿通された上記ボルト３２によってステータコア２０の端面上に固定されている。

なお、軸方向両側のコイルエンド部２３の形状および大きさに応じて、上記２つのカバー部材２４もまた形状および大きさを異ならせてもよい。

カバー部材２４の内部には、冷却油室３８が液密状に形成されている。冷却油室３８には、図示しない冷却油供給口から供給される冷却油が収容されている。この冷却油がコイルエンド部２３の軸方向外面および径方向内外面に接触することによってコイルエンド部２３およびステータコイル２２全体を効率的に冷却することができるようになっている。その結果、ステータコイル２２の絶縁性能の維持および向上を図れるとともに、ステータコイル２２に流すモータ電流の電流密度を高くしてモータ出力を有効に増加させることができる。

ここで、冷却油室３８に冷却油を供給するための冷却油供給口は、軸方向両側のカバー部材２４にそれぞれ形成されてもよいし、又は、軸方向両側のカバー部材２４内の２つの冷却油室３８を図示しない連通路で連通させ、１つの冷却油供給口から一方の冷却油室に供給された冷却油が上記連通路を介して他方の冷却室に供給されるように構成されてもよい。

なお、ステータコイル２２の冷却によって昇温した冷却油は、図示しない冷却油排出口を介して外部に排出され、オイルクーラ等で放熱して降温した後にオイルポンプ等によって再び冷却油室に循環供給されるようになっている。

ステータコア２０の軸方向両側には、シール部材４０がそれぞれ設けられている。シール部材４０は、ステータコア２０を構成する電磁鋼板とほぼ同様の形状をなす円環状に形成され、ステータコア２０とカバー部材２４との間に冷却油室３８に面して挟持固定されている。シール部材４０は、冷却油が冷却油室３８からスロット２８内へ入り込むのをシールまたは封止するためのものであり、そのための構成については後に説明する。

図２は、ステータ１４において、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相の三相のうちＵ相ステータコイル２２の分布巻き状態を抜き出して示す。Ｕ相ステータコイル２２は、導体線であるコイル素線をほぼ６角形に巻回された単位コイル２１が１６個組み合わされて構成される。図２でＣ１からＣ１６と示してあるのは、１６個の単位コイル２１を区別するためのコイル番号で、Ｕ相ステータコイル２２の巻き始めが１番コイルである単位コイルＣ１で、巻き終わりが１６番コイルである単位コイルＣ１６である。

分布巻の場合、予め定めたスロット間隔をまたいで単位コイル２１が配置される。この予め定めたスロット間隔は、単位コイル２１の６角形の外形を規定することになるので、これを単位コイル間隔と呼ぶことにする。図２の例では、単位コイル間隔は６スロット間隔となっている。すなわち、コイル素線が単位コイル間隔である６スロット間隔分だけまたいで、５回巻回されることで、１つの単位コイル２１が形成される。

図２から分かるように、単位コイルＣ１のすぐ隣に単位コイルＣ２が配置され、以下、Ｃ３，Ｃ４，Ｃ５・・・Ｃ１４，Ｃ１５と順次隣り合わせに配置され、円周方向に２周して、単位コイルＣ１６となる。したがって、単位コイルＣ１と単位コイルＣ９とは１スロット分ずれているが一部重なり合い、同様に、コイル番号をｉとして、ｉ番コイルと（ｉ＋８）番コイルとは、１スロット分ずれているが一部重なり合うように配置される。

ここでは、周方向に第１番目から第４８番目までの４８個のスロット２８が周方向に並んでいるステータコア２０を例に説明する。単位コイルＣ１は、Ｕ相ステータコイル２２の巻き始めの単位コイルである。Ｕ相ステータコイル２２の巻き始めは、回転電機１０の動力線ＩＮに接続されるので、Ｕ相ステータコイル２２の巻き始めとしている。各単位コイルＣ１〜Ｃ１６は、６つ離れた２つのスロット２８にまたがってコイル素線が５回巻回されてそれぞれ形成されている。

まず、巻き始めとなる単位コイルＣ１は、第４番目のスロット２８と第１０番目のスロット２８に挿入されて配置されている。次に、単位コイルＣ１に隣接して接続される単位コイルＣ２は、第１０番目と第１６番目のスロット２８とに挿入されて配置されている。その後も同様にして、単位コイルＣ２に隣接して接続される単位コイルＣ３は第１６番目と第２２番目のスロット２８に挿入されて配置され、単位コイルＣ４は第２２番目と第２８番目のスロット２８に挿入されて配置され、単位コイルＣ５は第２８番目と第３４目のスロット２８に挿入されて配置され、単位コイルＣ６は第３４番目と第４０番目のスロット２８に挿入されて配置され、単位コイルＣ７は第４０番目と第４６番目のスロット２８に挿入されて配置され、単位コイルＣ８は第４６番目と第４番目のスロット２８に挿入されて配置される。これで一周分の単位コイルＣ１〜Ｃ８が終わる。

続いて、２周目の最初の単位コイルＣ９は、上記巻き始め最初の単位コイル２１とは１スロット分だけずれて配置される。すなわち、上記単位コイルＣ８に周方向に隣接して接続される単位コイルＣ９は、第３番目と第９番目のスロット２８に挿入される。そして、次の単位コイルＣ９は第９番と１５番目のスロット２８に挿入されて配置される。以後同様にして単位コイルＣ１０〜Ｃ１５が巻回されて配置され、巻き終わりとなる単位コイルＣ１６が第４５番目と第３番目のスロット２８に挿入されて配置され、単位コイル２１の巻き終わり端部は回転電機１０の中性点に他相コイルと共にＹ結線される。

上記のように各単位コイル２１を分布巻きしてステータコイル２２を構成することによって、各単位コイル２１間の電位差を同相内最大電位差の約半分に抑制でき、これによりステータコイル２２の絶縁性を高めることが可能になる。

次に、図３および４を参照して、セグメント導体４４からなるステータコイル２２をステータコア２０に巻装する様子について説明する。ここで、セグメント導体４４とは、両端の接続部分を除いて絶縁被覆されている導体素線の両端を曲げて、上記単位コイル間隔と同じ間隔で配置されるよう略Ｕ字状に形成されて、２つの脚部を有する部材である。

図３は図２で説明した単位コイルＣ２の周辺についてのステータコア２０の部分拡大上面図、断面図、前記上面図で示すＡ−Ａ線に沿った側面断面図である。ここでは、単位コイルＣ２が巻回される第１０番目のスロット２８（１０ｔｈ）と第１６番目のスロット２８（１６ｔｈ）とが示され、単位コイルＣ２の５回の巻回に対応して、５本のセグメント導体４４がステータコア２０の内周側から外周側に向かって配置される様子が示されている。

図３は、セグメント導体４４として、１本の導体素線の両端を曲げて、上記例に従えば６スロット間隔で配置されるようにＵ字形状とされたものを５本用い、６スロット間隔で配置される２つのスロット２８の径方向に沿って整列させて、各セグメント導体４４の両脚部のそれぞれを挿入した様子が示されている。すなわち、Ｕ字形状のセグメント導体４４の両脚部がそれぞれスロット２８（１０ｔｈ）とスロット２８（１６ｔｈ）に挿入される。そして、５本のセグメント導体４４は、スロット２８（１０ｔｈ）とスロット２８（１６ｔｈ）において、ステータコア２０の径方向に沿って整列配置される。

スロット２８（１０ｔｈ）とスロット２８（１６ｔｈ）は、単位コイルＣ２が巻回される２つのスロットで、その間隔は６スロット間隔である。そして、図２を参照して説明したように、スロット２８（１０ｔｈ）には、単位コイルＣ２を構成するセグメント導体４４と単位コイルＣ１を構成するセグメント導体４６とが配置され、スロット２８（１６ｔｈ）にはセグメント導体４４と単位コイルＣ３を構成するセグメント導体４８とが配置される。上記各セグメント導体４４，４６，４８は、同じ形状に形成されている。

具体的には、スロット２８（１０ｔｈ）には、単位コイルＣ２のためのセグメント導体４４の一方の脚部と、単位コイルＣ１のためのセグメント導体４６の他方の脚部が配置される。その配置は、スロット２８（１０ｔｈ）の径方向に沿って、セグメント導体４４とセグメント導体４６が交互になるように行われる。同様に、スロット２８（１６ｔｈ）には、単位コイルＣ２のためのセグメント導体４４の他方の脚部と、単位コイルＣ３のためのセグメント導体４８一方の脚部が配置される。この配置も、スロット２８（１６ｔｈ）の径方向に沿って、セグメント導体４４とセグメント導体４８が交互になるように行われる。

なお、セグメント導体４４，４６，４８のステータコア２０の径方向に沿った整列配置は、配置の繰り返し性を考えると、図３に示されるように、ステータコア２０の内周外形線に平行な整列配置よりも、内周外形線に対しやや傾けた整列配置が取られる。

図４は、５本のセグメント導体４４を相互に接続して、連続して５回巻回された１つの単位コイルＣ２を形成する様子を図３と同様に上面図、側面図、Ａ−Ａ線断面図で示す図である。ここでは、１つのセグメント導体４４の一方の脚部の先端部と、これに隣接するセグメント導体４４の他方の脚部の先端部について、ステータコア２０から突き出た部分をステータコア２０の周方向に沿ってさらに互いに接近する方向に折り曲げて相互の先端部を突きあわせて接続される。

具体的には、図４の上面図において、ステータコア２０の内周側から外周側に向かって、つまりスロット２８（１０ｔｈ），２８（１６ｔｈ）が開口する側から閉じている側に向かって、５本のセグメント導体のそれぞれについて、その両脚部のうちの一方、つまり、当初はスロット２８（１０ｔｈ）に挿入されてステータコア２０の表側に突き出している一方の脚部５０が、ステータコア２０の周方向に沿ってスロット２８（１６ｔｈ）の側の方に折り曲げられる。また、その同じセグメント導体４４の他方の脚部５２、つまり、当初はスロット２８（１６ｔｈ）に挿入されてステータコア２０の表側に突き出している脚部５２が、ステータコア２０の周方向に沿ってスロット２８（１０ｔｈ）の方に折り曲げられる。

このようにして、５本のセグメント導体４４の両脚部５０，５２について、ステータコア２０から突き出た部分をステータコア２０の周方向に沿って相対的に折り曲げて、その折り曲げた一方の脚部５０と他方の脚部５２とを向かい合わせる。この状態では、各セグメント導体４４は、それぞれがほぼ６角形の外形形状となって、互いに離間したままである。これを相互に接続して１つの５回巻回された単位コイルＣ２とするには、１つのセグメント導体４４の一方の脚部５０の先端部５４と、これに径方向に隣接するセグメント導体４４の他方の脚部５２の先端部５６とを向かい合わせて溶接手段等の適当な接続手段において接続される。これによって、５本のセグメント導体４４において径方向に隣接するセグメント導体４４が互いに順次接続され、全体として連続して５回巻回された単位コイルＣ２が形成される。これのようにして単位コイルＣ１〜Ｃ１６を含む分布巻きのＵ相ステータコイルが形成されるとともに、同様にしてＶ相およびＷ相の他相ステータコイルが分布巻きされて形成されることになる。

次に、図５〜９を参照して、冷却油室３８とスロット２８との間のシール構造について説明する。図５は図１に示す断面の径方向半分をロータを除いて示す拡大図であり、図６は環状をなすシール部材４０の約半分を示す平面図である。なお、シール部材４０の外周部にはカバー部材２４に形成されたタブ３６と同様のタブが一体に形成されているが、図６においてそのタブの図示が省略されている。

図５に示すように、ステータコア２０の軸方向端面２０上に密着して装着されたシール部材４０は、上記のように冷却油室３８に収容されている冷却油がスロット２８の軸方向開口部からスロット２８内へ流入するのを防止または抑制するためのものである。シール部材４０は、図６に示すように、少なくとも冷却油室３８の径方向幅以上の幅Ｗを有する円環状に形成されている。そして、シール部材４０には、ステータコア２０の端面２０ａにおいて開口するスロット２８の軸方向開口部とほぼ対応する形状および大きさのコイル挿通穴４１が径方向に所定間隔で並んで形成されている。したがって、各コイル挿通穴４１は、ステータコア２０に取り付けられたときに、スロット２８の軸方向開口部と完全に一致した位置に設けられることになる。

シール部材４０は、例えばゴムまたは樹脂等の柔軟性のある材料で形成されるのが好ましい。このような柔軟性を有することで、コイル挿通穴４１に挿入されるステータコイル２２を構成するコイル素線またはセグメント導体の周囲にコイル挿通穴４１の開口縁部が隙間なく密着して良好なシール性を得ることができる。また、シール部材４０は、ステータコイル２２を巻装する前にステータコア２０の端面２０ａに対して接着して取り付けられるのが好ましい。

シール部材４０に形成されているコイル挿通穴４１は、上記のとおりスロット軸方向開口部とほぼ一致する矩形状に形成されているが、図７にも示すようにコイル挿通穴４１の内周側の縁部が閉じている点でスロット２８がステータコア２０の内周において軸方向にわたって開口しているのと相違している。このようにコイル挿通穴４１の周方向内側縁部が閉じていることで、ステータコア２０の端面２０ａにおいて、冷却油室３８内の冷却油がスロット２８の周方向開口部を介してギャップｇへと流れ出るのを防止することができる。

ここで、ステータコイル２２がステータコア２０に巻装された後に、シール部材４０のコイル挿通穴４１とこの穴に挿入されているセグメント導体４４，４６，４８の脚部５０，５２との間に形成される可能性がある隙間にシール剤を充填して、シール部材４０によるシール性能をより確実にしてもよい。この場合、シール剤には、発泡性樹脂を用いるのが好ましい。発泡性樹脂を加熱硬化させる際に発泡することによって上記隙間に完全に入り込むことによって確実に塞ぐことができる。また、この発泡性樹脂をコイル挿通穴４１からスロット２８内のセグメント導体４４とスロット内壁面との間の隙間、および、複数のセグメント導体４４，４６，４８の脚部５０，５２間の隙間の少なくとも一方に充填してもよい。これにより、冷却油がコイル挿通穴４１を介してスロット２８内に流れ込めないようにすることができ、その結果、冷却油がロータ対向部である上記ギャップｇに漏れ出るのをより確実に防止することができる。また、スロット２８内でセグメント導体４４が発泡性樹脂によってしっかりと固定されることで、ステータコイル２２の振動および騒音の発生を防止できる利点もある。

上述したように本実施形態の回転電機１０によれば、ステータコイル２２がセグメント式コイルで構成され、ステータコア２０にシール部材４０を設置した後にステータコイル２２を組付けることができるので、シール部材４０の構成を簡易なものにできるとともにステータコア２０に対する組付けも容易に行うことができ、しかも、冷却油室３８内の冷却油がステータコア２０の内周に開口するスロット２８の径方向開口部からロータ１２側へ漏れ出るのを抑制することができる。

なお、カバー部材２４は、ボルト締結によって柔軟なシール部材４０に対して食込むように圧接されることにより両者間で良好なシール性能を得ることができるが、シール部材４０が比較的硬い材料で形成されている場合等にはカバー部材２４とシール部材４０との圧接部にＯリング、パッキン等の補助シール部材を配置してシール性能を確実なものとしてもよい。

また、上記においてはシール部材４０を柔軟性のある材料で形成するとして説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、ステータコア２０を構成する電磁鋼板のうち軸方向最も外側に位置する少なくとも１枚の電磁鋼板をシール部材として用いてもよい。この場合、軸方向最も外側にそれぞれ位置する両方の電磁鋼板に、上記のような内周側縁部が閉じたコイル挿通穴が形成されることになる。そして、この場合には特に、上記のようなシール剤によるコイル挿通穴の開口縁部とセグメント導体との間のシール、および、スロット２８のシール剤充填によるシールがより有効に機能することとなる。このようにシール部材を電磁鋼板によって形成することにより、別材料で形成してステータコアに取り付ける場合に比べて、製造コストおよび組立工程の低減できる利点がある。

次に、図８および図９を参照して冷却油室３８とスロット２８との間のシール構造の変形例について説明する。上記では図７に示すシール部材４０を１枚または複数枚の電磁鋼板にて構成すると説明したが、図８に示すようにスロット２８をステータコア２０の内部であって径方向内側が軸方向全長にわたって閉じている貫通穴として形成されてもよい。すなわち、この場合にはステータコア２０を構成する電磁鋼板の全てがシール部材として機能することになる。これにより、冷却油室３８からスロット２８内のセグメント導線間の隙間に冷却油が流れ込んだとしても、スロットから上記ギャップｇへと流れ出るのを完全に無くことができる。

また、図９に示すように、ステータコア２０の内周に向かって開口するスロット２８の径方向開口部を軸方向全長にわたって塞ぐ円筒状シール部材４０ａを別途設けてもよい。この場合、シール部材４０のコイル挿通穴４１からスロット２８内に冷却油が流れ込んでも円筒状シール部材４０ａによってスロット径方向開口部が塞がれているので上記ギャップｇへの冷却油の漏出を確実に防止することができる。

円筒状シール部材４０ａは、軸方向両側に配置されるカバー部材２４ａの内周壁の軸方向延長部分として一体に形成され、ステータコア２０の内側に圧入等によって装着されてもよい。この場合、２つのカバー部材２４が軸方向両側からステータコア２０に装着されて、それぞれの内周壁の先端が例えばＯリング６０等を挟んで突き合わされることによって組み付けられる。このようにすればシール部材４０ａを別部材とする場合よりも製造コストおよび組付工数の削減を図ることができる。

なお、上記円筒状シール部材４０ａは、ステータコア２０の端面に設けたシール部材４０に代えて単独で用いられてもよい。

上記において本実施形態の回転電機１０について説明したが、本発明は上記構成に限定されるものではなく、種々の変更や改良が可能である。

例えば、上記においてはセグメント式コイルであるステータコイル２２が分布巻きされているものとして説明したが、これに限定されるものではなく、各ティースの周囲に１つの単位コイルがそれぞれ巻装された集中巻きのステータコイルを有する回転電機に適用されてもよい。

１０回転電機またはモータ、１２ロータ、１４ステータ、１６ロータコア、１８ロータシャフト、２０ステータコア、２０ａ軸方向端面、２１，Ｃ１−Ｃ１６単位コイル、２２ステータコイル、２３コイルエンド部、２４，２４ａカバー部材、２６ティース、２８スロット、３０ボルト挿通部、３２ボルト、３３ボルト先端、３４ナット、３６タブ、３８冷却油室、４０シール部材、４０ａ円筒状シール部材、４１コイル挿通穴、４４，４６，４８セグメント導体、５０，５２脚部、５４，５６脚部先端部、６０Ｏリング、Ｃ１−Ｃ１６単位コイル、ｇギャップ、ＩＮ動力線、Ｗ幅。

Claims

内周部に複数のティースが周方向に並んで突設されている筒状のステータコアと前記ステータコアのティース間に形成されるスロットに挿入されて１つ又は複数のティースの周囲に巻装されるステータコイルとを含むステータと、
前記ステータ内に回転可能に設けられるロータと、
前記ステータコイルの一部であって前記ステータコアの軸方向両端面から外側にそれぞれ突出するコイルエンド部を覆って、内部にコイルエンド部冷却用冷却液を液密状に収容する冷却液室を形成するカバー部材と、を備える回転電機であって、
前記ステータコイルは、２本の脚部を有するセグメント導体を径方向に複数並べて前記ステータコアの一方端面から２つのスロット内へ挿入し前記ステータコアの他方端面から突出した前記２本の脚部の先端を径方向に隣接する別のセグメント導体の脚部と順次に接続してなるセグメント式のコイルであり、
前記ステータコアの両端面には前記冷却液室から冷却液が前記スロット内に入り込まないようにシールするシール部材が前記冷却液室に面してそれぞれ配置され、前記シール部材には前記スロットの軸方向開口部のうち少なくとも径方向内側が閉じた形状であるコイル挿通穴が形成されており、
前記冷却液室と前記スロット内部との間が前記セグメント導体の脚部周囲にある前記コイル挿通穴の開口縁部によってシールされている、
回転電機
請求項１に記載の回転電機において、
前記コイル挿通穴の開口縁部と前記セグメント導体の脚部との間に発泡性樹脂が充填されていることを特徴とする回転電機。
請求項２に記載の回転電機において、
前記スロット内壁面と前記セグメント導体の脚部との間、および、前記スロット内で径方向に並んだ複数のセグメント導体の脚部間の少なくとも一方にも前記発泡性樹脂が充填されていることを特徴とする回転電機。
請求項１ないし３のいずれか一項に記載の回転電機において、
前記シール部材は柔軟性のあるゴム又は樹脂で形成されていることを特徴とする回転電機。
請求項１ないし３のいずれか一項に記載の回転電機において、
前記ステータコアは複数の電磁鋼板を軸方向に積層して形成されており、前記シール部材は前記ステータコアの軸方向最も外側に位置する少なくとも１枚の電磁鋼板によって構成されることを特徴とする回転電機。
請求項１ないし５のいずれか一項に記載の回転電機において、
前記スロットは、前記ステータコア内に径方向内側が閉じた貫通穴として形成されていることを特徴とする回転電機。
請求項１ないし６のいずれか一項に記載の回転電機において、
前記シール部材に加えて、前記ステータコアの内周のスロット開口部を軸方向全長にわたって塞ぐ円筒状シール部材を設けたことを特徴とする回転電機。
請求項７に記載の回転電機において、
前記円筒状シール部材は前記カバー部材に一体に形成されていることを特徴とする回転電機。