特開 2023-41205 ステータ、及び回転電機

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023041205

(43)【公開日】2023-03-24

(54)【発明の名称】ステータ、及び回転電機

(51)【国際特許分類】

   H02K 1/20 20060101AFI20230316BHJP

   H02K 1/12 20060101ALI20230316BHJP

   H02K 1/18 20060101ALI20230316BHJP

【ＦＩ】

H02K1/20 A

H02K1/12 A

H02K1/18 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021148434

(22)【出願日】2021-09-13

(71)【出願人】

【識別番号】000006105

【氏名又は名称】株式会社明電舎

(74)【代理人】

【識別番号】100114775

【弁理士】

【氏名又は名称】高岡 亮一

(74)【代理人】

【識別番号】100121511

【弁理士】

【氏名又は名称】小田 直

(74)【代理人】

【識別番号】100116001

【弁理士】

【氏名又は名称】森 俊秀

(74)【代理人】

【識別番号】100208580

【弁理士】

【氏名又は名称】三好 玲奈

(72)【発明者】

【氏名】山岸 真之

【テーマコード（参考）】

5H601

【Ｆターム（参考）】

5H601AA16

5H601CC11

5H601DD01

5H601DD09

5H601DD11

5H601GA02

5H601GA38

5H601GA40

5H601GE02

5H601JJ04

5H601KK18

(57)【要約】

【課題】冷却効率を改善したステータを提供することである。
【解決手段】ロータの径方向外側に配置されるステータであって、円筒形状の円筒部と、前記円筒部の内周面から径方向内側に延びるティース部と、前記ティース部に巻き回されるコイル部と、前記円筒部の外周面から径方向外側に突出する突出部と、を有し、前記突出部の軸方向端部側の径方向外側端は、前記突出部の軸方向中央部側の径方向外側端の少なくとも一部よりも、径方向外側に位置する。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ロータの径方向外側に配置されるステータであって、
円筒形状の円筒部と、
前記円筒部の内周面から径方向内側に延びるティース部と、
前記ティース部に巻き回されるコイル部と、
前記円筒部の外周面から径方向外側に突出する突出部と、
を有し、
前記突出部の軸方向端部側の径方向外側端は、前記突出部の軸方向中央部側の径方向外側端の少なくとも一部よりも、径方向外側に位置する、
ステータ。

【請求項2】

ロータの径方向外側に配置されるステータであって、
円筒形状の円筒部と、
前記円筒部の内周面から径方向内側に延びるティース部と、
前記ティース部に巻き回されるコイル部と、
前記円筒部の外周面から径方向外側に突出する突出部と、
を有し、
前記突出部の軸方向端部側は、前記突出部の軸方向中央部側の少なくとも一部よりも、前記円筒部の外周面に沿って流れる冷却液の上流側に位置する、
ステータ。

【請求項3】

前記突出部は、軸方向端部側から軸方向中央部側にかけてテーパ状である、
請求項１又は２に記載のステータ。

【請求項4】

前記突出部は、軸方向端部側での軸方向と直交する面の断面積が、軸方向中央部側での軸方向と直交する面の断面積よりも大きい、
請求項１から３のいずれか１項に記載のステータ。

【請求項5】

前記突出部は、軸方向に貫通する貫通孔を有する、
請求項１から４のいずれか１項に記載のステータ。

【請求項6】

前記突出部は、軸方向と直交する断面が前記貫通孔よりも大きい、
請求項５に記載のステータ。

【請求項7】

請求項１から６のいずれか１項に記載の前記ステータと、前記ロータと、を有する、
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、及び回転電機に関する。

【背景技術】

【0002】

ステータにコイルを巻き回し、コイルに通電してロータを回転させる回転電機においては、特にステータにおいて発熱する。これに対し、ステータの外側面にオイルなどの冷却液を流してステータを冷却する技術が知られている。

【0003】

特許文献１では、ステータが、その外周面に、ケースに固定するボルトを通す突出部を有する形状の場合に、ステータの外周面に冷却液を行き渡らせることを目的とし、ステータの突出部と径方向外側で対向する、ケースの内周面にリブを設ける構造を開示している。ケースの内周面に噴射された冷却液は、リブに衝突し自重でステータの外周面に滴り落ちる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１７－１４７８１６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、特許文献１では、ケースの内周面に噴射された冷却液をステータの外周面に導くことが出来るものの、ステータの外周面に沿って流れる冷却液については考慮されていなかった。例えば、ステータの外周面に沿って周方向に流れる冷却液は、ステータの外周面に突出部があると、その突出部により流れを堰き止められ、下流の冷却の障害になることが考えられる。このように従来は、ステータの冷却効率に改善の余地があった。

【0006】

本発明は、冷却効率を改善したステータを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の一態様に係るステータは、ロータの径方向外側に配置されるステータであって、円筒形状の円筒部と、前記円筒部の内周面から径方向内側に延びるティース部と、前記ティース部に巻き回されるコイル部と、前記円筒部の外周面から径方向外側に突出する突出部と、を有し、前記突出部の軸方向端部側の径方向外側端は、前記突出部の軸方向中央部側の径方向外側端の少なくとも一部よりも、径方向外側に位置する。

【0008】

本発明の一態様に係るステータは、ロータの径方向外側に配置されるステータであって、円筒形状の円筒部と、前記円筒部の内周面から径方向内側に延びるティース部と、前記ティース部に巻き回されるコイル部と、前記円筒部の外周面から径方向外側に突出する突出部と、を有し、前記突出部の軸方向端部側は、前記突出部の軸方向中央部側の少なくとも一部よりも、前記円筒部の外周面に沿って流れる冷却液の上流側に位置する。

【0009】

上記の一態様のステータにおいて、前記突出部は、軸方向端部側から軸方向中央部側にかけてテーパ状である。

【0010】

上記の一態様のステータにおいて、前記突出部は、軸方向端部側での軸方向と直交する面の断面積が、軸方向中央部側での軸方向と直交する面の断面積よりも大きい。

【0011】

上記の一態様のステータにおいて、前記突出部は、軸方向に貫通する貫通孔を有する。

【0012】

上記の一態様のステータにおいて、前記突出部は、軸方向と直交する断面が前記貫通孔よりも大きい。

【0013】

本発明の一態様に係る回転電機は、上記の一態様の前記ステータと、前記ロータと、を有する。

【発明の効果】

【0014】

本発明の一態様によれば、冷却効率を改善したステータを提供することが出来る。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本発明の実施例１に係るモータの斜視図である。モータ１０は、回転電機の一例である。

【図2】図１からケース１１、フランジ１２及びフランジ１３を除いて示す斜視図である。第１実施形態のモータ１０の側断面である。

【図3】図２のステータ１００を示す斜視図である。

【図4】ケース１１及びステータ１００を、孔１１１の中心と中心軸Ｊとを結ぶ面で切断し、Ｚ軸に沿った方向から見た側断面図である。

【図5】熱流体解析の結果を示す図であり、

【図6】本発明の実施例２に係るステータを示す斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態に係るステータについて説明する。なお、以下の図面においては、各構成をわかり易くするために、実際の構造と各構造における縮尺及び数等を異ならせる場合がある。

【0017】

また、図面においては、適宜３次元直交座標系としてＸＹＺ座標系を示す。ＸＹＺ座標系において、Ｙ軸方向は、図１に示す中心軸Ｊの軸方向と平行な方向とする。Ｚ軸方向は、中心軸Ｊに対する径方向のうち図１の上下方向とする。Ｘ軸方向は、Ｙ軸方向及びＺ軸方向の両方と直交する方向とする。Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、及びＺ軸方向のいずれにおいても、図中に示す矢印が指す側を＋側、反対側を－側とする。

【0018】

また、以下の説明においては、Ｙ軸方向の正の側（＋Ｙ側）を「一方側」と呼び、Ｙ軸方向の負の側（－Ｙ側）を「他方側」と呼ぶ。なお、一方側及び他方側とは、単に説明のために用いられる名称であって、実際の位置関係及び方向を限定しない。また、特に断りのない限り、中心軸Ｊに平行な方向（Ｙ軸方向）を単に「軸方向」と呼び、中心軸Ｊを中心とする径方向を単に「径方向」と呼び、中心軸Ｊを中心とする周方向、すなわち、中心軸Ｊの軸周りを単に「周方向」と呼ぶ。径方向において中心軸Ｊに近づく側を「径方向内側」と呼び、中心軸Ｊから遠ざかる側を「径方向外側」と呼ぶ。

【0019】

なお、本明細書において、「軸方向に延びる」とは、厳密に軸方向（Ｙ軸方向）に延びる場合に加えて、軸方向に対して、４５°未満の範囲で傾いた方向に延びる場合も含む。また、本明細書において、「径方向に延びる」とは、厳密に径方向、すなわち、軸方向（Ｙ軸方向）に対して垂直な方向に延びる場合に加えて、径方向に対して、４５°未満の範囲で傾いた方向に延びる場合も含む。また「平行」とは、厳密に平行な場合に加えて、互いに成す角が４５°未満の範囲で傾いた場合も含む。

【実施例0020】

図１は、本発明の実施例１に係るモータの斜視図である。モータ１０は、回転電機の一例である。モータ１０は、ケース１１、フランジ１２及びフランジ１３を有する。ケース１１は、円筒形状である。図２を参照して後述するステータ１００及びロータ２００は、ケース１１の筒内に収容される。ケース１１の軸方向一方端は、フランジ１３で塞がれる。ケース１１の軸方向他方端は、フランジ１２で塞がれる。フランジ１２及びフランジ１３は、ケース１１に固定される。図２を参照して後述するシャフト２１０は、フランジ１２又はフランジ１３を貫通してケース１１の外部に達する構成であってもよい。

【0021】

本実施例では、Ｚ軸方向は鉛直方向である。ケース１１は、鉛直方向上方に貫通孔１１ａを有する。貫通孔１１ａは、ケース１１の外周面から内周面へと貫通する。貫通孔１１ａは、ステータ１００を冷却する冷却液がケース１１内に流入する流入口の一例である。冷却液は、例えばオイルであるが、他の既知の如何なる冷却液を用いてもよい。ケース１１内に流入した冷却液は、不図示の流出口からケース１１外に流出するようにしてもよい。

【0022】

ケース１１は、湾曲部１１ｂを有する。湾曲部１１ｂは、図３を参照して後述する突出部１１０を覆うように、ケース１１の外周面から径方向外側に湾曲する。

【0023】

図２は、図１からケース１１、フランジ１２及びフランジ１３を除いて示す斜視図である。モータ１０は、中心軸Ｊに沿って延びるシャフト２１０と、ロータ２００と、ロータ２００の径方向外側にギャップを介して配置されたステータ１００とを有する。モータ１０は、インナーロータモータである。

【0024】

シャフト２１０は、ロータ２００に固定される。ロータ２００は、シャフト２１０が不図示の軸受によって軸支されることで、中心軸Ｊを回転中心にして回転可能に構成される。ロータ２００の構成は本発明の要部ではないので、ロータ２００の詳細な説明は省略する。

【0025】

ステータ１００は、コイル部１５０を有する。図面では、見やすさのため、コイル部１５０を簡略化して示している。コイル部１５０は、図３を参照して後述するティース部１０２に巻き回される。コイル部１５０は、軸方向一方側端にコイルエンド１５１を有し、軸方向他方側端にコイルエンド１５２を有する。モータ１０は、コイル部１５０に通電されることで、ロータ２００を回転させる。

【0026】

図３は、図２のステータ１００を示す斜視図である。ステータ１００は、円筒形状の円筒部１０１と、ティース部１０２と、突出部１１０とを有する。円筒部１０１、ティース部１０２及び突出部１１０は、電磁鋼板を積層した積層鋼板から成る。円筒部１０１、ティース部１０２及び突出部１１０は、例えば、電磁鋼板を軸方向に積層した後に、その形状に打ち抜くことで製造される。突出部１１０は、複数設けられている。本実施例では、突出部１１０は、周方向に沿って３個設けられている。

【0027】

ティース部１０２は、円筒部１０１の内周面から径方向内側に延びる。ティース部１０２は、周方向に沿って、複数配置される。ティース部１０２は、モータ１０の極数に応じた数だけ設けられる。

【0028】

本実施例において、突出部１１０は、ステータ１００をフランジ１２及びフランジ１３に固定するために用いられる。本発明は、ステータ１００をフランジ１２及びフランジ１３に固定する用途以外の突出部を対象にしてもよい。突出部１１０は、円筒部１０１の外周面から径方向外側に突出する。突出部１１０は、軸方向に貫通する貫通孔１１１を有する。貫通孔１１１は、ステータ１００をフランジ１２及びフランジ１３に固定するボルトが貫通可能な大きさである。ステータ１００は、貫通孔１１１を貫通したボルトでフランジ１２及びフランジ１３に固定される。

【0029】

突出部１１０は、軸方向一方側端部の箇所である端部１１２、軸方向中央の箇所である中央部１１３、軸方向他方側端部の箇所である端部１１４を有する。端部１１２における軸方向と直交する方向での突出部１１０の断面積は、中央部１１３における軸方向と直交する方向での突出部１１０の断面積よりも大きい。端部１１４における軸方向と直交する方向での突出部１１０の断面積は、中央部１１３における軸方向と直交する方向での突出部１１０の断面積よりも大きい。突出部１１０は、軸方向と直交する断面が貫通孔１１１よりも大きい。

【0030】

複数の突出部１１０のうち、円筒部１０１よりも鉛直方向下側に配置された突出部１１０は、軸方向端部側での軸方向と直交する面の断面積が、軸方向中央部側での軸方向と直交する面の断面積と等しくてもよい。

【0031】

突出部１１０は、端部１１２から中央部１１３にかけてテーパ状である。突出部１１０は、端部１１２から中央部１１３にかけて傾くテーパを有する。突出部１１０は、端部１１４から中央部１１３にかけてテーパ状である。突出部１１０は、端部１１４から中央部１１３にかけて傾くテーパを有する。なお、突出部１１０は、例えば中央部１１３の近傍において、径方向外側端が軸方向と平行であってもよい。また、突出部１１０は、段差によって両端側よりも中央側の径方向外側端が径方向内側に位置するものであってもよい。

【0032】

突出部１１０の端部１１２の径方向外側端は、中央部１１３の径方向外側端よりも、径方向外側に位置する。突出部１１０の端部１１４の径方向外側端は、中央部１１３の径方向外側端よりも、径方向外側に位置する。突出部１１０のある箇所の径方向外側端は、そのある箇所よりも中央部１１３に近い箇所の少なくとも一部の径方向外側端よりも、径方向外側に位置する。

【0033】

図４は、ケース１１及びステータ１００を、孔１１１の中心と中心軸Ｊとを結ぶ面で切断し、Ｚ軸に沿った方向から見た側断面図である。ケース１１の内周面（湾曲部１１ｂの内周面）は、軸方向と平行である。貫通孔１１ａからケース１１内へ流入した冷却液は、ケース１１の内周面と突出部１１０の径方向外側端との間を流れる。

【0034】

貫通孔１１ａからケース１１内へ流入した冷却液は、自重により、ステータ１００の円筒部１０１の外周面に沿って流れ、突出部１１０に達する。突出部１１０の端部１１２は、突出部１１０の中央部１１３よりも、円筒部１０１の外周面に沿って流れる冷却液の上流側に位置する。突出部１１０の端部１１４は、突出部１１０の中央部１１３よりも、円筒部１０１の外周面に沿って流れる冷却液の上流側に位置する。

【0035】

図５は、ステータに対する熱流体解析の結果を示す図である。図５（Ａ）及び図５（Ｂ）は従来のステータの解析結果であり、図５（Ｃ）及び図５（Ｄ）は実施例１に係るステータ１００の解析結果である。また、図５（Ａ）及び図５（Ｃ）は冷却液が流れる量について示し、図５（Ｂ）及び図５（Ｄ）はステータの表面温度について示す。図５（Ａ）及び図５（Ｃ）においては、色が濃いほど冷却液が流れる量が多いことを示す。図５（Ｂ）及び図５（Ｄ）においては、色が濃いほどステータの表面温度が高いことを示す。

【0036】

図５（Ａ）及び図５（Ｂ）の従来のステータは、突出部が、軸方向のいずれの箇所においても同形状である場合を用いている。図５（Ａ）を参照してわかるように、従来は、突出部の軸方向中央付近で冷却液が突出部を乗り越えて下流に流れるが、突出部の軸方向端部付近では、冷却液は突出部を乗り越えずに円筒部１０１の軸方向両端から流れ落ちてしまう。このため、円筒部１０１の外周面を流れる冷却液が減少し、冷却効率は低下してしまう（図５（Ｂ）参照）。

【0037】

これに対して、実施例１のステータ１００では、図５（Ｃ）を参照してわかるように、
突出部の軸方向端部付近の冷却液は軸方向中央付近に寄せられ、円筒部１０１の軸方向両端から流れ落ちてしまう量を減らすことが出来る。このため、円筒部１０１の外周面を流れる冷却液が減少せず、冷却効率を高めることが出来る（図５（Ｄ）参照）。

【実施例0038】

図６は、本発明の実施例２に係るステータを示す斜視図である。ステータ１１００は、円筒形状の円筒部１１０１と、ティース部１１０２と、突出部１１１０ａと、突出部１１１０ｂと、突出部１１１０ｃとを有する。円筒部１１０１、ティース部１１０２、突出部１１１０ａ、突出部１１１０ｂ及び突出部１１１０ｃは、電磁鋼板を積層した積層鋼板から成る。ティース部１１０２は、円筒部１１０１の内周面から径方向内側に延びる。ティース部１１０２は、周方向に沿って、複数配置される。

【0039】

本実施例では、突出部１１１０ａ、突出部１１１０ｂ及び突出部１１１０ｃの３種類の突出部を有する。突出部１１１０ａ、突出部１１１０ｂ及び突出部１１１０ｃは、円筒部１１０１の外周面から径方向外側に突出する。突出部１１１０ａは、軸方向に貫通する貫通孔１１１１ａを有する。突出部１１１０ｂは、軸方向に貫通する貫通孔１１１１ｂを有する。突出部１１１０ｃは、軸方向に貫通する貫通孔１１１１ｃを有する。

【0040】

突出部１１１０ａは、軸方向一方側端部の箇所である端部１１１２ａ、軸方向中央の箇所である中央部１１１３ａ、軸方向他方側端部の箇所である端部１１１４ａを有する。突出部１１１０ａの端部１１１２ａは、突出部１１１０ａの中央部１１１３ａよりも、円筒部１１０１の外周面に沿って流れる冷却液の上流側に位置する。突出部１１１０ａの端部１１１４ａは、突出部１１１０ａの中央部１１１３ａよりも、円筒部１１０１の外周面に沿って流れる冷却液の上流側に位置する。

【0041】

突出部１１１０ｂは、軸方向一方側端部の箇所である端部１１１２ｂ、軸方向中央の箇所である中央部１１１３ｂ、軸方向他方側端部の箇所である端部１１１４ｂを有する。突出部１１１０ｂの端部１１１２ｂは、突出部１１１０ｂの中央部１１１３ｂよりも、円筒部１１０１の外周面に沿って流れる冷却液の上流側に位置する。突出部１１１０ｂの端部１１１４ｂは、突出部１１１０ｂの中央部１１１３ｂよりも、円筒部１１０１の外周面に沿って流れる冷却液の上流側に位置する。

【0042】

実施例２の構成においても、突出部の軸方向端部付近の冷却液は軸方向中央付近に寄せられ、円筒部１１０１の軸方向両端から流れ落ちてしまう量を減らすことが出来る。このため、円筒部１１０１の外周面を流れる冷却液が減少せず、冷却効率を高めることが出来る。

【0043】

本発明は、上記実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の改良並びに設計の変更を行ってもよい。加えて、今回開示された実施形態は、全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、上記した説明ではなくて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及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。