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特開2024-168693回転電機のステータ、及び電動圧縮機
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  • 特開-回転電機のステータ、及び電動圧縮機 図1
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(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】P2024168693
(43)【公開日】2024-12-05
(54)【発明の名称】回転電機のステータ、及び電動圧縮機
(51)【国際特許分類】
   H02K 3/34 20060101AFI20241128BHJP
   F04D 29/00 20060101ALI20241128BHJP
【FI】
H02K3/34 C
F04D29/00 B
【審査請求】未請求
【請求項の数】5
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2023085575
(22)【出願日】2023-05-24
(71)【出願人】
【識別番号】000003218
【氏名又は名称】株式会社豊田自動織機
(74)【代理人】
【識別番号】100105957
【弁理士】
【氏名又は名称】恩田 誠
(74)【代理人】
【識別番号】100068755
【弁理士】
【氏名又は名称】恩田 博宣
(72)【発明者】
【氏名】鈴木 希幸
(72)【発明者】
【氏名】吉村 友彦
【テーマコード(参考)】
3H130
5H604
【Fターム(参考)】
3H130AA13
3H130AB07
3H130AB27
3H130AB47
3H130AB62
3H130AB65
3H130AB69
3H130AC03
3H130AC13
3H130BA32H
3H130BA66H
3H130DA02Z
3H130DB01Z
3H130DB13Z
3H130DD01Z
3H130DF08Z
3H130EA07A
3H130EA07E
3H130EA07G
3H130EA07H
5H604BB01
5H604BB14
5H604CC01
5H604CC05
5H604CC15
5H604CC16
5H604PB03
(57)【要約】
【課題】漏れ磁束に伴うコイルの渦電流の発生を抑制すること。
【解決手段】絶縁部材75は、ティース65におけるティース側面71と鍔面72との境界部73よりもヨーク64の径方向外側にコイル57が配置された状態でコイル57を支持している。このため、鍔面72上にコイル57の一部が存在しない。したがって、ヨーク64の内周面からヨーク64の周方向で隣り合うコイル57同士の間を通過してティース65の鍔部67に向けて流れる漏れ磁束φ1が発生しても、漏れ磁束φ1がコイル57の一部を流れてしまうことが抑制されている。
【選択図】図4
【特許請求の範囲】
【請求項1】
円筒状のヨーク、及び前記ヨークの内周面から延びる複数のティースを有し、前記ヨークの周方向で隣り合うティースの間にスロットが形成されているステータコアと、
前記各ティースに巻線が前記スロットを通過しながら集中巻きで巻回されることにより形成されるコイルと、を備え、
前記ティースは、
前記ヨークの内周面から延びるティース延在部と、
前記ティース延在部の先端から前記ヨークの周方向の両側に突出する一対の鍔部と、を有している回転電機のステータであって、
前記ティース延在部は、前記周方向に位置するとともに前記スロットを区画するティース側面を有し、
前記鍔部は、前記ティース側面から前記鍔部の先端まで延びるとともに前記スロットを区画する鍔面を有し、
前記スロット内には、前記ティースにおける前記ティース側面と前記鍔面との境界部よりも前記ヨークの径方向外側に前記コイルが配置された状態で前記コイルを支持する絶縁部材が配置されていることを特徴とする回転電機のステータ。
【請求項2】
前記絶縁部材は、
前記スロット内において前記周方向で隣り合うコイルの一方を支持する第1コイル支持面と、
前記スロット内において前記周方向で隣り合うコイルの他方を支持する第2コイル支持面と、を有し、
前記第1コイル支持面及び前記第2コイル支持面は、前記境界部から互いに接近しながら前記ヨークの内周面に向けて延びていることを特徴とする請求項1に記載の回転電機のステータ。
【請求項3】
前記絶縁部材は、前記第1コイル支持面と前記第2コイル支持面とを前記ヨークの内周面側において接続する外周端部を有し、
前記スロット内における前記外周端部に対する前記ヨークの径方向外側に位置するクリアランスは、前記巻線の外径よりも小さいことを特徴とする請求項2に記載の回転電機のステータ。
【請求項4】
回転軸と、
前記回転軸を回転させる回転電機と、
前記回転電機を収容するハウジングと、
前記回転軸の回転に伴って駆動して流体を圧縮する圧縮機構と、を備え、
前記回転電機は、ステータを備え、
前記ステータは、
円筒状のヨーク、及び前記ヨークの内周面から延びる複数のティースを有し、前記ヨークの周方向で隣り合うティースの間にスロットが形成されているステータコアと、
前記各ティースに巻線が前記スロットを通過しながら集中巻きで巻回されることにより形成されるコイルと、を備え、
前記ティースは、
前記ヨークの内周面から延びるティース延在部と、
前記ティース延在部の先端から前記ヨークの周方向の両側に突出する一対の鍔部と、を有している電動圧縮機であって、
前記ティース延在部は、前記周方向に位置するとともに前記スロットを区画するティース側面を有し、
前記鍔部は、前記ティース側面から前記鍔部の先端まで延びるとともに前記スロットを区画する鍔面を有し、
前記スロット内には、前記ティースにおける前記ティース側面と前記鍔面との境界部よりも前記ヨークの径方向外側に前記コイルが配置された状態で前記コイルを支持する絶縁部材が配置されていることを特徴とする電動圧縮機。
【請求項5】
前記回転軸を回転可能に支持する軸受を備え、
前記ハウジングは、前記軸受を保持する筒状の軸受保持部を有し、
前記ステータは、前記コイルの一部であるとともに前記ステータコアの端面から突出するコイルエンドを備え、
前記軸受保持部は、前記コイルエンドの内側に突出していることを特徴とする請求項4に記載の電動圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、回転電機のステータ、及び電動圧縮機に関する。
【背景技術】
【0002】
電動圧縮機は、回転軸と、回転電機と、ハウジングと、圧縮機構と、を備えている。回転電機は、回転軸を回転させる。ハウジングは、回転電機を収容する。圧縮機構は、回転軸の回転に伴って駆動する。圧縮機構は、流体を圧縮する。回転電機は、ステータを備えている。
【0003】
例えば特許文献1に開示されているように、回転電機のステータは、ステータコアと、コイルと、を備えている。ステータコアは、円筒状のヨーク、及び複数のティースを有している。複数のティースは、ヨークの内周面から延びている。そして、ステータコアには、ヨークの周方向で隣り合うティースの間にスロットが形成されている。コイルは、各ティースに巻線がスロットを通過しながら集中巻きで巻回されることにより形成されている。ティースは、ティース延在部と、一対の鍔部と、を有している。ティース延在部は、ヨークの内周面から延びている。一対の鍔部は、ティース延在部の先端からヨークの周方向の両側に突出している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開2019-126251号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
ところで、このような回転電機のステータにおいては、ヨークの内周面からヨークの周方向で隣り合うコイル同士の間を通過してティースの各鍔部に向けて流れる漏れ磁束が発生する場合がある。このとき、例えば、各鍔部におけるスロットを区画する面である鍔面上にコイルの一部が存在すると、ヨークの内周面からヨークの周方向で隣り合うコイル同士の間を通過してティースの鍔部に向けて流れる漏れ磁束が、鍔面上に存在するコイルを流れる場合がある。すると、鍔面上に存在するコイルに渦電流が発生するため、鍔面上に存在するコイルが発熱してしまう。このようにコイルが発熱すると、回転電機の出力が低下してしまう。したがって、漏れ磁束に伴うコイルの渦電流の発生を抑制することが望まれている。
【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のステータは、円筒状のヨーク、及び前記ヨークの内周面から延びる複数のティースを有し、前記ヨークの周方向で隣り合うティースの間にスロットが形成されているステータコアと、前記各ティースに巻線が前記スロットを通過しながら集中巻きで巻回されることにより形成されるコイルと、を備え、前記ティースは、前記ヨークの内周面から延びるティース延在部と、前記ティース延在部の先端から前記ヨークの周方向の両側に突出する一対の鍔部と、を有している回転電機のステータであって、前記ティース延在部は、前記周方向に位置するとともに前記スロットを区画するティース側面を有し、前記鍔部は、前記ティース側面から前記鍔部の先端まで延びるとともに前記スロットを区画する鍔面を有し、前記スロット内には、前記ティースにおける前記ティース側面と前記鍔面との境界部よりも前記ヨークの径方向外側に前記コイルが配置された状態で前記コイルを支持する絶縁部材が配置されている。
【0007】
これによれば、絶縁部材が、ティースにおけるティース側面と鍔面との境界部よりもヨークの径方向外側にコイルが配置された状態でコイルを支持しているため、鍔面上にコイルの一部が存在しない。したがって、ヨークの内周面からヨークの周方向で隣り合うコイル同士の間を通過してティースの鍔部に向けて流れる漏れ磁束が発生しても、漏れ磁束がコイルの一部を流れてしまうことを抑制することができる。その結果、漏れ磁束に伴うコイルの渦電流の発生を抑制することができる。
【0008】
上記回転電機のステータにおいて、前記絶縁部材は、前記スロット内において前記周方向で隣り合うコイルの一方を支持する第1コイル支持面と、前記スロット内において前記周方向で隣り合うコイルの他方を支持する第2コイル支持面と、を有し、前記第1コイル支持面及び前記第2コイル支持面は、前記境界部から互いに接近しながら前記ヨークの内周面に向けて延びているとよい。
【0009】
これによれば、第1コイル支持面及び第2コイル支持面が、ティース側面と鍔面との境界部から互いに接近しながらヨークの内周面に向けて延びている。このため、スロット内に配置されるコイルの配置スペースを極力確保しつつも、ヨークの内周面からヨークの周方向で隣り合うコイル同士の間を通過してティースの鍔部に向けて流れる漏れ磁束がコイルを流れることを抑制することができる。
【0010】
上記回転電機のステータにおいて、前記絶縁部材は、前記第1コイル支持面と前記第2コイル支持面とを前記ヨークの内周面側において接続する外周端部を有し、前記スロット内における前記外周端部に対する前記ヨークの径方向外側に位置するクリアランスは、前記巻線の外径よりも小さいとよい。
【0011】
スロット内における絶縁部材の外周端部に対するヨークの径方向外側に位置するクリアランスが極力小さくなるまで第1コイル支持面及び第2コイル支持面を延ばすことにより、絶縁部材が、スロット内において周方向で隣り合うコイル同士の絶縁を確保し易くなる。しかしながら、例えば、スロット内において、絶縁部材の外周端部に対するヨークの径方向外側にクリアランスが存在しない設計にすると、絶縁部材をスロット内に配置する作業が困難となる虞がある。一方で、スロット内における絶縁部材の外周端部に対するヨークの径方向外側に位置するクリアランスを確保し過ぎると、スロット内においてヨークの周方向で隣り合うコイルの巻線がクリアランスを通過し得る。すると、スロット内においてヨークの周方向で隣り合うコイル同士の絶縁が確保できない虞がある。そこで、スロット内における絶縁部材の外周端部に対するヨークの径方向外側に位置するクリアランスを、巻線の外径よりも小さくした。これによれば、スロット内においてヨークの周方向で隣り合うコイルの巻線がクリアランスを通過することが無い。したがって、スロット内においてヨークの周方向で隣り合うコイル同士の絶縁を確保しつつも、漏れ磁束に伴うコイルの渦電流の発生を抑制することができる。
【0012】
上記課題を解決する電動圧縮機は、回転軸と、前記回転軸を回転させる回転電機と、前記回転電機を収容するハウジングと、前記回転軸の回転に伴って駆動して流体を圧縮する圧縮機構と、を備え、前記回転電機は、ステータを備え、前記ステータは、円筒状のヨーク、及び前記ヨークの内周面から延びる複数のティースを有し、前記ヨークの周方向で隣り合うティースの間にスロットが形成されているステータコアと、前記各ティースに巻線が前記スロットを通過しながら集中巻きで巻回されることにより形成されるコイルと、を備え、前記ティースは、前記ヨークの内周面から延びるティース延在部と、前記ティース延在部の先端から前記ヨークの周方向の両側に突出する一対の鍔部と、を有している電動圧縮機であって、前記ティース延在部は、前記周方向に位置するとともに前記スロットを区画するティース側面を有し、前記鍔部は、前記ティース側面から前記鍔部の先端まで延びるとともに前記スロットを区画する鍔面を有し、前記スロット内には、前記ティースにおける前記ティース側面と前記鍔面との境界部よりも前記ヨークの径方向外側に前記コイルが配置された状態で前記コイルを支持する絶縁部材が配置されている。これによれば、漏れ磁束に伴うコイルの渦電流の発生が抑制された電動圧縮機を提供することができる。
【0013】
上記電動圧縮機において、前記回転軸を回転可能に支持する軸受を備え、前記ハウジングは、前記軸受を保持する筒状の軸受保持部を有し、前記ステータは、前記コイルの一部であるとともに前記ステータコアの端面から突出するコイルエンドを備え、前記軸受保持部は、前記コイルエンドの内側に突出しているとよい。
【0014】
これによれば、絶縁部材が、ティースにおけるティース側面と鍔面との境界部よりもヨークの径方向外側にコイルが配置された状態でコイルを支持している。よって、鍔面上にコイルの一部が存在しないため、鍔面上を通過してステータコアの端面から突出するコイルエンドが存在しない。したがって、スロット内における鍔面上の部分に対して、軸受保持部の一部が回転軸の軸方向で対向するように軸受保持部をコイルエンドの内側に突出させることが可能となる。よって、軸受保持部をコイルエンドの内側に配置し易くすることができるため、電動圧縮機における回転軸の軸方向に体格を小型化し易くすることができる。
【発明の効果】
【0015】
この発明によれば、漏れ磁束に伴うコイルの渦電流の発生を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【0016】
図1図1は、実施形態における電動圧縮機の断面図である。
図2図2は、ステータの斜視図である。
図3図3は、ステータの断面図である。
図4図4は、ステータの一部分を拡大して示す断面図である。
図5図5は、ステータの一部分を拡大して示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0017】
以下、回転電機のステータ、及び電動圧縮機を具体化した一実施形態を図1図5にしたがって説明する。本実施形態の回転電機のステータは、電動圧縮機の一部を構成している。電動圧縮機は、燃料電池車に搭載される遠心式の圧縮機である。電動圧縮機は、流体としての空気を圧縮する。
【0018】
<電動圧縮機の基本構成>
図1に示すように、電動圧縮機10は、回転電機11と、ハウジング12と、を備えている。ハウジング12は、モータハウジング13と、第1コンプレッサハウジング14、第2コンプレッサハウジング15、第1プレート16、第2プレート17、及び第3プレート18を有している。モータハウジング13、第1コンプレッサハウジング14、第2コンプレッサハウジング15、第1プレート16、第2プレート17、及び第3プレート18は、金属材料製である。モータハウジング13、第1コンプレッサハウジング14、第2コンプレッサハウジング15、第1プレート16、第2プレート17、及び第3プレート18は、例えば、アルミニウム製である。
【0019】
モータハウジング13は、端壁13a、及び周壁13bを有している。端壁13aは、例えば、円板状である。周壁13bは、端壁13aの外周部から円筒状に延びている。周壁13bには、冷却水通路13cが形成されている。モータハウジング13の周壁13bは、冷却水通路13cを流れる冷却水によって冷却されている。
【0020】
第1プレート16は、例えば、円板状である。第1プレート16は、モータハウジング13の周壁13bの開口を閉塞している。そして、モータハウジング13と第1プレート16とによって、モータ室25が区画されている。したがって、ハウジング12は、モータ室25を区画する。モータ室25は、回転電機11を収容する。したがって、ハウジング12は、回転電機11を収容する。
【0021】
ハウジング12は、軸受保持部としての第1軸受保持部26を有している。第1軸受保持部26は、第1プレート16の中央部からモータ室25内に突出している。第1軸受保持部26は、円筒状である。第1軸受保持部26の軸線は、周壁13bの軸線に一致している。第1軸受保持部26の内側は、第1プレート16を貫通して第1プレート16におけるモータハウジング13とは反対側に位置する端面に開口している。
【0022】
ハウジング12は、軸受保持部としての第2軸受保持部27を有している。第2軸受保持部27は、モータハウジング13の端壁13aの中央部からモータ室25内に突出している。第2軸受保持部27は、円筒状である。第2軸受保持部27の軸線は、周壁13bの軸線に一致している。したがって、第1軸受保持部26の軸線と第2軸受保持部27の軸線とは一致している。第2軸受保持部27の内側は、モータハウジング13の端壁13aを貫通して端壁13aにおける周壁13bとは反対側に位置する端面に開口している。
【0023】
第2プレート17は、第1プレート16におけるモータハウジング13とは反対側に位置する端面に連結されている。第2プレート17は、第2プレート17の厚み方向が第1プレート16の厚み方向に一致した状態で、第1プレート16に取り付けられている。
【0024】
第2プレート17には、第1挿通孔17hが形成されている。第1挿通孔17hは、第2プレート17の中央部を貫通している。第1挿通孔17hは、第1軸受保持部26の内側に連通している。第1挿通孔17hの軸線は、第1軸受保持部26の軸線に一致している。
【0025】
第3プレート18は、モータハウジング13の端壁13aにおける周壁13bとは反対側に位置する端面に連結されている。第3プレート18は、第3プレート18の厚み方向がモータハウジング13の端壁13aの厚み方向に一致した状態で、モータハウジング13の端壁13aに取り付けられている。
【0026】
第3プレート18には、第2挿通孔18hが形成されている。第2挿通孔18hは、第3プレート18の中央部を貫通している。第2挿通孔18hは、第2軸受保持部27の内側に連通している。第2挿通孔18hの軸線は、第2軸受保持部27の軸線に一致している。
【0027】
第1コンプレッサハウジング14は、空気が吸入される円孔状の第1吸入口35を有する筒状である。第1コンプレッサハウジング14は、第1吸入口35の軸線が、第1挿通孔17hの軸線と一致した状態で第2プレート17における第1プレート16とは反対側に位置する端面に連結されている。第1吸入口35は、第1コンプレッサハウジング14における第2プレート17とは反対側に位置する端面に開口している。第1吸入口35には、図示しないエアクリーナによって清浄化された空気が流れる。
【0028】
電動圧縮機10は、第1インペラ室36、第1吐出室37、及び第1ディフューザ流路38を備えている。第1インペラ室36、第1吐出室37、及び第1ディフューザ流路38は、第1コンプレッサハウジング14と第2プレート17との間に形成されている。第1インペラ室36は、第1吸入口35に連通している。第1吐出室37は、第1インペラ室36の周囲で第1吸入口35の軸心周りに延びている。第1ディフューザ流路38は、第1インペラ室36と第1吐出室37とを連通している。第1インペラ室36は、第1挿通孔17hに連通している。
【0029】
電動圧縮機10は、第1吐出通路39を有している。第1吐出通路39は、第1コンプレッサハウジング14に形成されている。第1吐出通路39の第1端は、第1吐出室37に連通している。第1吐出通路39の第2端は、第1コンプレッサハウジング14の外周面に開口している。
【0030】
第2コンプレッサハウジング15は、空気が吸入される円孔状の第2吸入口40を有する筒状である。第2コンプレッサハウジング15は、第2吸入口40の軸線が、第2挿通孔18hの軸線と一致した状態で第3プレート18におけるモータハウジング13とは反対側に位置する端面に連結されている。第2吸入口40は、第2コンプレッサハウジング15における第3プレート18とは反対側に位置する端面に開口している。
【0031】
電動圧縮機10は、第2インペラ室41、第2吐出室42、及び第2ディフューザ流路43を備えている。第2インペラ室41、第2吐出室42、及び第2ディフューザ流路43は、第2コンプレッサハウジング15と第3プレート18との間に形成されている。第2インペラ室41は、第2吸入口40に連通している。第2吐出室42は、第2インペラ室41の周囲で第2吸入口40の軸心周りに延びている。第2ディフューザ流路43は、第2インペラ室41と第2吐出室42とを連通している。第2インペラ室41は、第2挿通孔18hに連通している。
【0032】
電動圧縮機10は、第2吐出通路44を有している。第2吐出通路44は、第2コンプレッサハウジング15に形成されている。第2吐出通路44の第1端は、第2吐出室42に連通している。第2吐出通路44の第2端は、第2コンプレッサハウジング15の外周面に開口している。
【0033】
第2吐出通路44には、供給配管45が接続されている。供給配管45は、燃料電池スタック46に接続されている。供給配管45の第1端は、第2吐出通路44に接続されている。供給配管45の第2端は、燃料電池スタック46に接続されている。
【0034】
電動圧縮機10は、接続配管47を備えている。接続配管47の第1端は、第1吐出通路39に連通している。接続配管47の第2端は、第2吸入口40に連通している。接続配管47内には、第1吐出室37から第1吐出通路39に吐出された空気が流れる。そして、接続配管47内を通過した空気は、第2吸入口40を介して第2インペラ室41に吸入される。
【0035】
電動圧縮機10は、回転軸50を備えている。回転軸50は、回転軸50の軸線と周壁13bの軸線とが一致した状態で、モータ室25内を横切っている。回転軸50の軸方向の一端である第1端は、モータ室25内から第1軸受保持部26の内側及び第1挿通孔17hを通過して第1インペラ室36内に突出している。回転軸50の軸方向の他端である第2端は、モータ室25内から第2軸受保持部27の内側及び第2挿通孔18hを通過して第2インペラ室41内に突出している。
【0036】
電動圧縮機10は、第1インペラ51及び第2インペラ52を備えている。第1インペラ51は、回転軸50の第1端に連結されている。第1インペラ51は、第1インペラ室36に収容されている。したがって、第1インペラ室36は、第1インペラ51を収容する。第1インペラ51は、第1インペラ室36内に吸入された空気を圧縮するために回転軸50と一体に回転する。
【0037】
第2インペラ52は、回転軸50の第2端に連結されている。第2インペラ52は、第2インペラ室41に収容されている。したがって、第2インペラ室41は、第2インペラ52を収容する。第2インペラ52は、第2インペラ室41内に吸入された空気を圧縮するために回転軸50と一体に回転する。第2インペラ52は、第1インペラ51によって圧縮された後の空気を圧縮するために回転する。
【0038】
このように、第1インペラ51及び第2インペラ52は、回転軸50と一体に回転する。そして、第1インペラ51及び第2インペラ52は、回転軸50の回転に伴って駆動して空気を圧縮する圧縮機構を構成している。
【0039】
回転電機11は、ロータ53と、ステータ54と、を備えている。ロータ53は、回転軸50に固定されている。ロータ53は、回転軸50に固定された円筒状のロータコア55と、ロータコア55に設けられた図示しない複数の永久磁石と、を有している。ロータ53は、回転軸50と一体に回転する。
【0040】
ステータ54は、ハウジング12に固定されている。ステータ54は、ロータ53の外側に配置されている。ステータ54は、円筒状のステータコア56と、コイル57と、を備えている。
【0041】
ステータコア56は、モータハウジング13の周壁13bの内周面に固定されている。ステータコア56は、第1端面56aと、第2端面56bと、を有している。第1端面56aは、ステータコア56における軸方向の一方に位置する端面である。第2端面56bは、ステータコア56における軸方向の他方に位置する端面である。ステータコア56は、第1端面56aが第1プレート16に対して回転軸50の軸方向で対向するとともに、第2端面56bがモータハウジング13の端壁13aに対して回転軸50の軸方向で対向した状態で、モータ室25内に配置されている。
【0042】
コイル57は、ステータコア56に巻回されている。ステータ54は、コイルエンドである第1コイルエンド57a及び第2コイルエンド57bを備えている。第1コイルエンド57a及び第2コイルエンド57bは、コイル57の一部である。第1コイルエンド57aは、ステータコア56の端面である第1端面56aから第1プレート16に向けて突出している。第1軸受保持部26は、第1コイルエンド57aの内側に突出している。第2コイルエンド57bは、ステータコア56の端面である第2端面56bからモータハウジング13の端壁13aに向けて突出している。第2軸受保持部27は、第2コイルエンド57bの内側に突出している。
【0043】
回転軸50は、図示しないバッテリからコイル57に電流が流れることによって、ロータ53と一体に回転する。したがって、回転電機11は、回転軸50を回転させる。
電動圧縮機10は、第1軸受33及び第2軸受34を備えている。第1軸受33は円筒状である。第1軸受33は、動圧滑り軸受である。第1軸受33は、第1軸受保持部26に保持されている。したがって、第1軸受保持部26は、第1軸受33を保持する。第1軸受33は、回転軸50を第1プレート16に対して回転可能に支持する。したがって、第1軸受33は、回転軸50を回転可能に支持する軸受である。
【0044】
第2軸受34は円筒状である。第2軸受34は、動圧滑り軸受である。第2軸受34は、第2軸受保持部27に保持されている。したがって、第2軸受保持部27は、第2軸受34を保持する。第2軸受34は、回転軸50をモータハウジング13の端壁13aに対して回転可能に支持する。したがって、第2軸受34は、回転軸50を回転可能に支持する軸受である。このように、回転軸50は、第1軸受33及び第2軸受34を介してハウジング12に回転可能に支持されている。
【0045】
電動圧縮機10は、第1シール部材58を備えている。第1シール部材58は、第1挿通孔17hと回転軸50との間に設けられている。第1シール部材58は、第1インペラ室36から第1挿通孔17h及び第1軸受保持部26の内側を介してモータ室25内に向かう空気の洩れを抑制する。第1シール部材58は、例えば、シールリングである。
【0046】
電動圧縮機10は、第2シール部材59を備えている。第2シール部材59は、第2挿通孔18hと回転軸50との間に設けられている。第2シール部材59は、第2インペラ室41から第2挿通孔18h及び第2軸受保持部27の内側を介してモータ室25内に向かう空気の洩れを抑制する。第2シール部材59は、例えば、シールリングである。
【0047】
第1吸入口35を介して第1インペラ室36に吸入された空気は、第1インペラ51の回転によって加速されながら、第1ディフューザ流路38に送り込まれて、第1ディフューザ流路38を通過することにより昇圧される。そして、第1ディフューザ流路38を通過した空気は、第1吐出室37に吐出される。第1吐出室37に吐出された空気は、第1吐出通路39に吐出される。第1吐出通路39に吐出された空気は、接続配管47及び第2吸入口40を介して第2インペラ室41に吸入される。第2インペラ室41に吸入された空気は、第2インペラ52の回転によって加速されながら、第2ディフューザ流路43に送り込まれて、第2ディフューザ流路43を通過することにより昇圧される。そして、第2ディフューザ流路43を通過した空気は、第2吐出室42に吐出される。第2吐出室42に吐出された空気は、第2吐出通路44に吐出される。第2吐出通路44に吐出された空気は、供給配管45を介して燃料電池スタック46に供給される。したがって、電動圧縮機10は、燃料電池スタック46に対して空気を供給する。燃料電池スタック46に供給された空気に含まれる酸素は、燃料電池スタック46の発電に寄与する。
【0048】
電動圧縮機10は、導入通路60を備えている。導入通路60は、第2プレート17に形成されている。導入通路60の第1端は、第2プレート17の外周面に開口している。導入通路60の第2端は、第1挿通孔17hにおける第1シール部材58よりもモータ室25寄りの部分に連通している。
【0049】
電動圧縮機10は、排出通路61を備えている。排出通路61は、第3プレート18に形成されている。排出通路61の第1端は、第2挿通孔18hにおける第2シール部材59よりもモータ室25寄りの部分に連通している。排出通路61の第2端は、第3プレート18の外周面に開口している。
【0050】
導入通路60の第1端には、分岐配管62が接続されている。分岐配管62は、供給配管45の途中から分岐されている。分岐配管62の第1端は、供給配管45に接続されている。分岐配管62の第2端は、導入通路60の第1端に接続されている。分岐配管62の途中には、インタークーラ63が設けられている。インタークーラ63は、分岐配管62内を流れる空気を冷却する。
【0051】
供給配管45を流れる空気の一部は、分岐配管62に流れ込む。分岐配管62を流れる空気は、インタークーラ63によって冷却される。これにより、インタークーラ63を通過した空気は、第2吐出室42に吐出された空気の温度よりも低い温度となる。そして、インタークーラ63によって冷却された空気は、導入通路60、第1挿通孔17h、及び第1軸受保持部26の内側を通過してモータ室25内へ導入される。
【0052】
第1軸受33は、第1軸受保持部26の内側を通過する空気によって冷却される。回転電機11は、モータ室25内に導入された空気によって冷却される。モータ室25内に導入された空気は、ステータ54とロータ53との間を通過して、第2軸受保持部27の内側を流れる。第2軸受34は、第2軸受保持部27の内側を通過する空気によって冷却される。そして、第2軸受保持部27の内側を通過した空気は、第2挿通孔18h及び排出通路61を介して外部へ排出される。
【0053】
<ステータ>
図2及び図3に示すように、ステータコア56は、円筒状のヨーク64、及び複数のティース65を有している。各ティース65は、ヨーク64の内周面から延びている。複数のティース65は、ヨーク64の周方向に間隔を置いて配置されている。詳細には、複数のティース65は、ヨーク64の周方向に等間隔置きに配置されている。各ティース65は、ヨーク64の内周面からステータコア56の軸線L1に向けて延びている。各ティース65におけるヨーク64とは反対側の面である先端面は、弧状に湾曲する円弧面である。各ティース65の先端面は、同心円上に位置している。
【0054】
ステータコア56の軸方向に位置するヨーク64の両端面は平坦面状である。ステータコア56の軸方向に位置する各ティース65の両端面は平坦面状である。ステータコア56の軸方向におけるヨーク64の長さとステータコア56の軸方向における各ティース65の長さとは同じである。ヨーク64の各端面及び各ティース65の各端面は同一平面上に位置している。ヨーク64の両端面の一方及び各ティース65の両端面の一方は、ステータコア56の第1端面56aを形成するとともに、ヨーク64の両端面の他方及び各ティース65の両端面の他方は、ステータコア56の第2端面56bを形成している。
【0055】
図3に示すように、各ティース65は、ティース延在部66と、一対の鍔部67と、を有している。ティース延在部66は、ヨーク64の内周面から延びている。したがって、ティース延在部66は、ティース65におけるヨーク64の内周面から延在する部位である。一対の鍔部67は、ティース延在部66におけるヨーク64とは反対側の端に位置する先端からヨーク64の周方向の両側に突出している。
【0056】
ステータコア56には、ヨーク64の周方向で隣り合うティース65の間にスロット68が形成されている。ヨーク64の周方向で隣り合う鍔部67同士の隙間であるスロットオープン69は、スロット68に連通している。スロットオープン69は、ヨーク64の周方向で隣り合う鍔部67におけるティース延在部66からの延在方向の先端同士の間の空間である。コイル57は、各ティース65に巻線70がスロット68を通過しながら集中巻きで巻回されることにより形成されている。したがって、コイル57の一部は、スロット68の内部に位置している。
【0057】
図4に示すように、ティース延在部66は、一対のティース側面71を有している。各ティース側面71は、ティース延在部66におけるヨーク64の周方向の両側にそれぞれ位置している。各ティース側面71は、ヨーク64の内周面に連続している。各ティース側面71は、各スロット68を区画する。各鍔部67は、鍔面72を有している。各鍔面72は、ティース側面71におけるヨーク64の内周面とは反対側の端部に連続している。ティース側面71におけるヨーク64の内周面とは反対側の端部は、ティース65におけるティース側面71と鍔面72との境界部73でもある。言い換えると、鍔面72における鍔部67の先端とは反対側の端部は、ティース65におけるティース側面71と鍔面72との境界部73でもある。各鍔面72は、ティース側面71から鍔部67の先端まで延びている。各鍔面72は、境界部73から弧状に湾曲しながら延びた後、鍔部67の先端まで平坦面状に延びている。各鍔面72は、各スロット68を区画する。スロット68は、ヨーク64の内周面の一部、ティース側面71、及び鍔面72によって画定される空間である。
【0058】
ステータ54は、スロット絶縁シート74を備えている。スロット絶縁シート74は、各スロット68内に挿入されている。スロット絶縁シート74は、コイル57とステータコア56との間に配置されている。スロット絶縁シート74は、各スロット68内に位置するコイル57の部分とステータコア56とを絶縁する。スロット絶縁シート74は、細長帯状のシートを短手方向に沿って略U字状に湾曲させた形状である。スロット絶縁シート74は、その長手方向がステータコア56の軸方向に一致した状態でスロット68に挿入されている。スロット絶縁シート74は、スロット68を形成するヨーク64の内周面の一部、ティース側面71、及び鍔面72に沿って延びている。スロット絶縁シート74は、ステータコア56の軸方向の第1端から第2端にかけて延びている。
【0059】
<絶縁部材>
図2及び図3に示すように、各スロット68内には、絶縁部材75が配置されている。絶縁部材75は、三角柱状である。絶縁部材75は、樹脂製である。絶縁部材75は、スロット68内においてヨーク64の周方向で隣り合うコイル57同士の間に配置されている。絶縁部材75は、スロット68内においてヨーク64の周方向で隣り合うコイル57同士の間を絶縁している。絶縁部材75は、絶縁部材75の長手方向がステータコア56の軸方向に一致した状態で、スロット68内に配置されている。絶縁部材75の長手方向の両側に位置する両端部は、ステータコア56の第1端面56a及び第2端面56bそれぞれから突出している。したがって、絶縁部材75の長手方向の長さは、ステータコア56の軸方向の長さよりも長い。
【0060】
図4に示すように、絶縁部材75は、第1コイル支持面76と、第2コイル支持面77と、支持面78と、外周端部79と、を有している。第1コイル支持面76は、スロット68内においてヨーク64の周方向で隣り合うコイル57の一方側に位置する面である。第2コイル支持面77は、スロット68内においてヨーク64の周方向で隣り合うコイル57の他方側に位置する面である。
【0061】
第1コイル支持面76は、スロット68内においてヨーク64の周方向で隣り合うコイル57の一方を支持する。第1コイル支持面76は、スロット68内においてヨーク64の周方向で隣り合うコイル57の一方に接触している。第2コイル支持面77は、スロット68内においてヨーク64の周方向で隣り合うコイル57の他方を支持する。第2コイル支持面77は、スロット68内においてヨーク64の周方向で隣り合うコイル57の他方に接触している。
【0062】
なお、以下の説明では、スロット68内においてヨーク64の周方向で隣り合うコイル57の一方を、単に「第1コイル57A」と記載する場合もある。また、スロット68内においてヨーク64の周方向で隣り合うコイル57の他方を、単に「第2コイル57B」と記載する場合もある。
【0063】
第1コイル支持面76は、ティース65の境界部73よりもヨーク64の径方向外側に第1コイル57Aが配置された状態で第1コイル57Aを支持する。第2コイル支持面77は、ティース65の境界部73よりもヨーク64の径方向外側に第2コイル57Bが配置された状態で第2コイル57Bを支持する。したがって、絶縁部材75は、ティース65の境界部73よりもヨーク64の径方向外側にコイル57が配置された状態でコイル57を支持する。
【0064】
第1コイル支持面76及び第2コイル支持面77は、互いに接近する方向に凹む円弧状に延びる湾曲面である。第1コイル支持面76及び第2コイル支持面77は、各々に対応するコイル57の巻線70が巻回されているティース65の境界部73から互いに接近しながらヨーク64の内周面に向けて延びている。
【0065】
支持面78は、第1コイル支持面76におけるヨーク64の内周面とは反対側に位置する端部と第2コイル支持面77におけるヨーク64の内周面とは反対側に位置する端部とを接続している。支持面78の一部分は、鍔面72に沿って延びている。支持面78は、スロットオープン69を跨ぐようにスロット68内で延びている。支持面78は、スロットオープン69をスロット68側から閉塞している。したがって、支持面78の一部は、スロットオープン69の内側に臨んでいる。支持面78は、スロット絶縁シート74を介して各鍔部67に支持されている。したがって、絶縁部材75は、各鍔部67に支持されている。これにより、第1コイル支持面76によって第1コイル57Aがヨーク64の径方向外側に向けて押し付けられるとともに、第2コイル支持面77によって第2コイル57Bがヨーク64の径方向外側に向けて押し付けられている。
【0066】
図5に示すように、絶縁部材75の外周端部79は、第1コイル支持面76と第2コイル支持面77とをヨーク64の内周面側において接続している。絶縁部材75の外周端部79は、第1コイル支持面76におけるヨーク64の内周面側に位置する端部と第2コイル支持面77におけるヨーク64の内周面側に位置する端部とを接続している。外周端部79は、絶縁部材75における支持面78とは反対側に位置する尖端部である。外周端部79は、スロット絶縁シート74から離間している。したがって、外周端部79とスロット絶縁シート74との間には、クリアランス80が形成されている。クリアランス80は、スロット68内における外周端部79に対するヨーク64の径方向外側に位置する。クリアランス80は、巻線70の外径D1よりも小さい。
【0067】
図4に示すように、第1軸受保持部26及び第2軸受保持部27の一部は、スロット68内における鍔面72上の部分に対して、回転軸50の軸方向で対向している。第1軸受保持部26は、スロット68内における鍔面72上の部分に対して、第1軸受保持部26の一部が回転軸50の軸方向で対向するように第1コイルエンド57aの内側に突出している。第2軸受保持部27は、スロット68内における鍔面72上の部分に対して、第2軸受保持部27の一部が回転軸50の軸方向で対向するように第2コイルエンド57bの内側に突出している。
【0068】
[実施形態の作用]
次に、実施形態の作用について説明する。
コイル57から生じる熱は、例えば、ティース65及びヨーク64を介してモータハウジング13の周壁13bに伝達される。ここで、モータハウジング13の周壁13bは、冷却水通路13cを流れる冷却水によって冷却されている。したがって、コイル57から生じる熱は、ティース65及びヨーク64を介してモータハウジング13の周壁13bに効率良く放熱される。
【0069】
図4において矢印で示すように、このような回転電機11のステータ54においては、ヨーク64の内周面からヨーク64の周方向で隣り合うコイル57同士の間を通過してティース65の各鍔部67に向けて流れる漏れ磁束φ1が発生する場合がある。このとき、例えば、各鍔部67の鍔面72上にコイル57の一部が存在すると、ヨーク64の内周面からヨーク64の周方向で隣り合うコイル57同士の間を通過して鍔部67に向けて流れる漏れ磁束φ1が、鍔面72上に存在するコイル57を流れる場合がある。また、図4において矢印で示すように、ロータ53の回転位置によっては、スロットオープン69を跨いでヨーク64の周方向で隣り合う鍔部67の一方から他方へ流れる漏れ磁束φ2が発生する場合がある。このとき、例えば、各鍔部67の鍔面72上にコイル57の一部が存在すると、スロットオープン69を跨いでヨーク64の周方向で隣り合う鍔部67の一方から他方へ流れる漏れ磁束φ2が、鍔面72上に存在するコイル57を流れる場合がある。すると、鍔面72上に存在するコイル57に渦電流が発生するため、鍔面72上に存在するコイル57が発熱してしまう。このようにコイル57が発熱すると、回転電機11の出力が低下してしまう。
【0070】
そこで、絶縁部材75が、ティース65の境界部73よりもヨーク64の径方向外側にコイル57が配置された状態でコイル57を支持している。このため、鍔面72上にコイル57の一部が存在しない。したがって、ヨーク64の内周面からヨーク64の周方向で隣り合うコイル57同士の間を通過して鍔部67に向けて流れる漏れ磁束φ1が発生しても、漏れ磁束φ1がコイル57の一部を流れてしまうことが抑制されている。また、スロットオープン69を跨いでヨーク64の周方向で隣り合う鍔部67の一方から他方へ流れる漏れ磁束φ2が発生しても、漏れ磁束φ2がコイル57の一部を流れてしまうことが抑制されている。その結果、漏れ磁束φ1,φ2に伴うコイル57の渦電流の発生が抑制されている。
【0071】
[実施形態の効果]
実施形態では以下の効果を得ることができる。
(1)絶縁部材75が、ティース65におけるティース側面71と鍔面72との境界部73よりもヨーク64の径方向外側にコイル57が配置された状態でコイル57を支持しているため、鍔面72上にコイル57の一部が存在しない。したがって、ヨーク64の内周面からヨーク64の周方向で隣り合うコイル57同士の間を通過してティース65の鍔部67に向けて流れる漏れ磁束φ1が発生しても、漏れ磁束φ1がコイル57の一部を流れてしまうことを抑制することができる。その結果、漏れ磁束φ1に伴うコイル57の渦電流の発生を抑制することができる。
【0072】
(2)第1コイル支持面76及び第2コイル支持面77が、ティース側面71と鍔面72との境界部73から互いに接近しながらヨーク64の内周面に向けて延びている。このため、スロット68内に配置されるコイル57の配置スペースを極力確保しつつも、ヨーク64の内周面からヨーク64の周方向で隣り合うコイル57同士の間を通過して鍔部67に向けて流れる漏れ磁束φ1がコイル57を流れることを抑制することができる。
【0073】
(3)スロット68内における絶縁部材75の外周端部79に対するヨーク64の径方向外側に位置するクリアランス80が極力小さくなるまで第1コイル支持面76及び第2コイル支持面77を延ばすことが考えられる。そうすることにより、絶縁部材75が、スロット68内において周方向で隣り合うコイル57同士の絶縁を確保し易くなる。しかしながら、例えば、スロット68内において、絶縁部材75の外周端部79に対するヨーク64の径方向外側にクリアランス80が存在しない設計にすると、絶縁部材75をスロット68内に配置する作業が困難となる虞がある。一方で、スロット68内における絶縁部材75の外周端部79に対するヨーク64の径方向外側に位置するクリアランス80を確保し過ぎると、スロット68内においてヨーク64の周方向で隣り合うコイル57の巻線70がクリアランス80を通過し得る。すると、スロット68内においてヨーク64の周方向で隣り合うコイル57同士の絶縁が確保できない虞がある。そこで、スロット68内における絶縁部材75の外周端部79に対するヨーク64の径方向外側に位置するクリアランス80を、巻線70の外径D1よりも小さくした。これによれば、スロット68内においてヨーク64の周方向で隣り合うコイル57の巻線70がクリアランス80を通過することが無い。したがって、スロット68内においてヨーク64の周方向で隣り合うコイル57同士の絶縁を確保しつつも、漏れ磁束φ1に伴うコイル57の渦電流の発生を抑制することができる。
【0074】
(4)絶縁部材75が、ティース65におけるティース側面71と鍔面72との境界部73よりもヨーク64の径方向外側にコイル57が配置された状態でコイル57を支持している。よって、鍔面72上にコイル57の一部が存在しないため、鍔面72上を通過してステータコア56の端面から突出する第1コイルエンド57a又は第2コイルエンド57bが存在しない。したがって、スロット68内における鍔面72上の部分に対して、第1軸受保持部26の一部が回転軸50の軸方向で対向するように第1軸受保持部26を第1コイルエンド57aの内側に突出させることが可能となる。また、スロット68内における鍔面72上の部分に対して、第2軸受保持部27の一部が回転軸50の軸方向で対向するように第2軸受保持部27を第2コイルエンド57bの内側に突出させることが可能となる。よって、第1軸受保持部26を第1コイルエンド57aの内側に配置し易くすることができるとともに、第2軸受保持部27を第2コイルエンド57bの内側に配置し易くすることができる。このため、電動圧縮機10における回転軸50の軸方向に体格を小型化し易くすることができる。
【0075】
(5)絶縁部材75は、各鍔部67に支持されている。よって、第1コイル支持面76によって第1コイル57Aがヨーク64の径方向外側に向けて押し付けられるとともに、第2コイル支持面77によって第2コイル57Bがヨーク64の径方向外側に向けて押し付けられている。これによれば、第1コイル57Aを形成する巻線70及び第2コイル57Bを形成する巻線70が密着するため、第1コイル57A及び第2コイル57Bそれぞれの放熱性を向上させることができる。また、第1コイル57Aを形成する巻線70及び第2コイル57Bを形成する巻線70が密着することにより、コイル57の占積率を向上させることができる。
【0076】
(6)絶縁部材75が、ティース65におけるティース側面71と鍔面72との境界部73よりもヨーク64の径方向外側にコイル57が配置された状態でコイル57を支持しているため、鍔面72上にコイル57の一部が存在しない。したがって、スロットオープン69を跨いでヨーク64の周方向で隣り合う鍔部67の一方から他方へ流れる漏れ磁束φ2が発生しても、漏れ磁束φ2がコイル57の一部を流れてしまうことを抑制することができる。その結果、漏れ磁束φ2に伴うコイル57の渦電流の発生を抑制することができる。
【0077】
[変更例]
なお、上記実施形態は、以下のように変更して実施することができる。上記実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
【0078】
○ 実施形態において、絶縁部材75は、第1コイル支持面76及び第2コイル支持面77が、各々に対応するコイル57の巻線70が巻回されているティース65の境界部73から互いに接近しながらヨーク64の内周面に向けて延びていない構成であってもよい。要は、絶縁部材75は、ティース65の境界部73よりもヨーク64の径方向外側にコイル57が配置された状態でコイル57を支持することが可能な構成であればよい。
【0079】
○ 実施形態において、絶縁部材75の外周端部79がスロット絶縁シート74に接触していてもよい。絶縁部材75の外周端部79に対するヨーク64の径方向外側にクリアランス80が存在しない構成であってもよい。
【0080】
○ 実施形態において、スロット68内における絶縁部材75の外周端部79に対するヨーク64の径方向外側に位置するクリアランス80が、巻線70の外径D1以上であってもよい。
【0081】
○ 実施形態において、第1コイル支持面76及び第2コイル支持面77は、湾曲面でなくてもよく、例えば、階段状に形成されていてもよい。要は、第1コイル支持面76及び第2コイル支持面77は、各々に対応するコイル57の巻線70が巻回されているティース65の境界部73から互いに接近しながらヨーク64の内周面に向けて延びていればよい。
【0082】
○ 実施形態において、絶縁部材75は、三角柱状でなくてもよい。要は、絶縁部材75は、ティース65の境界部73よりもヨーク64の径方向外側にコイル57が配置された状態でコイル57を支持することが可能な構成であれば、その形状は特に限定されるものではない。
【0083】
○ 実施形態において、絶縁部材75の支持面78は、スロット絶縁シート74を介さずに、各鍔部67に直接接触した状態で各鍔部67に支持されていてもよい。
○ 実施形態において、第1軸受保持部26が第1コイルエンド57aの内側に突出していなくてもよい。
【0084】
○ 実施形態において、第2軸受保持部27が第2コイルエンド57bの内側に突出していなくてもよい。
○ 実施形態において、ステータ54は、スロット68内においてヨーク64の周方向で隣り合うコイル57同士の間を絶縁する相間絶縁シートが、絶縁部材75とは別にスロット68内に配置されている構成であってもよい。要は、絶縁部材75は、ティース65におけるティース側面71と鍔面72との境界部73よりもヨーク64の径方向外側にコイル57が配置された状態でコイル57を支持することが可能な構成であればよい。
【0085】
○ 実施形態において、電動圧縮機10は、第2インペラ52を備えていない構成であってもよい。
○ 実施形態において、電動圧縮機10は、第2インペラ52に代えて、タービンホイールを備えている構成であってもよい。
【0086】
○ 実施形態において、電動圧縮機10は、遠心式でなくてもよく、例えば、スクロール式、ピストン式、又はベーン式等であってもよい。要は、電動圧縮機10は、回転軸50の回転に伴って駆動して流体を圧縮する圧縮機構を備えたものであればよい。
【0087】
○ 実施形態において、電動圧縮機10は、燃料電池車に搭載されていなくてもよい。要は、電動圧縮機10は、車両に搭載されるものに限定されるものではない。
【符号の説明】
【0088】
10…電動圧縮機、11…回転電機、12…ハウジング、26…軸受保持部としての第1軸受保持部、27…軸受保持部としての第2軸受保持部、33…軸受である第1軸受、34…軸受である第2軸受、50…回転軸、51…圧縮機構を構成する第1インペラ、52…圧縮機構を構成する第2インペラ、54…ステータ、56…ステータコア、56a…端面である第1端面、56b…端面である第2端面、57…コイル、57a…コイルエンドである第1コイルエンド、57b…コイルエンドである第2コイルエンド、64…ヨーク、65…ティース、66…ティース延在部、67…鍔部、68…スロット、70…巻線、71…ティース側面、72…鍔面、73…境界部、75…絶縁部材、76…第1コイル支持面、77…第2コイル支持面、79…外周端部、80…クリアランス。
図1
図2
図3
図4
図5