特許 7529062 ステータ構造及び回転電機

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-07-29

(45)【発行日】2024-08-06

(54)【発明の名称】ステータ構造及び回転電機

(51)【国際特許分類】

   H02K 5/20 20060101AFI20240730BHJP

【ＦＩ】

H02K5/20

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2023004920

(22)【出願日】2023-01-17

(65)【公開番号】P2024101143

(43)【公開日】2024-07-29

【審査請求日】2024-02-16

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【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】大石 貴彦

(72)【発明者】

【氏名】▲高▼橋 洋平

【審査官】若林 治男

(56)【参考文献】

【文献】特開２０２２－１１４４９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－０６８３１３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｋ ５／２０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ステータコアと前記ステータコアに巻かれたステータコイルとを有するステータと、
前記ステータコイルが接続されたバスバーを有し、外径が前記ステータコアの外径よりも大きいバスリングと、
前記ステータコアを径方向内側に収容し、軸方向一方側端で開口し軸方向他方側に延びる冷媒液の流路を有するフレームと、
前記フレームの軸方向一方側且つ前記バスリングの軸方向他方側に配置され、前記流路の開口を塞ぐとともに前記バスリングを保持する蓋部材と、
を備え、
前記蓋部材は、前記フレームに固定される、
ことを特徴とするステータ構造。

【請求項2】

前記流路の開口は、前記バスリングの外径よりも径方向内側に位置する、
ことを特徴とする請求項１に記載のステータ構造。

【請求項3】

前記ステータコアの軸方向一方側を、軸方向一方側及び径方向外側から覆うブラケットをさらに有し、
前記ブラケットは、前記フレーム又は前記蓋部材に固定される、
ことを特徴とする請求項１に記載のステータ構造。

【請求項4】

回転電機であって、
請求項１に記載のステータ構造と、
前記ステータコアの径方向内側に配置されたロータと、
前記ステータ構造の軸方向一方側に配置され、前記回転電機を駆動するインバータ部と、
を備えることを特徴とする回転電機。

【請求項5】

自動車の駆動用であることを特徴とする請求項４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、ステータ構造及び回転電機に関する。

【背景技術】

【0002】

例えば三相交流モータにおいては、ステータコアに巻かれた各相のステータコイルを相ごとのバスバーで接続し、この相ごとのバスバーをバスリングでまとめる構造が知られている（例えば特許文献１）。バスバーは環状の導体である。

【0003】

また、モータの冷却構造としては、ステータの外周を覆うフレームに流路を設け、この流路に例えば水などの冷媒液を流すことでステータ等を冷却する構造が知られている（例えば特許文献２）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１９－１５４０８４号公報

【文献】国際公開第２０１３／０６９３２１号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

モータのフレームは、例えばアルミダイキャストのように鋳型を用いて製造される。この場合、フレーム内に流路を形成するには、型抜きのため、流路がフレームの外部に開口した形状にする必要がある。ステータを軸方向に亘って冷却するためには流路を軸方向に沿って延ばす必要があり、この場合、型抜きのための開口はフレームの軸方向端に配置されることになる。このフレームの軸方向端の開口は、ステータの軸方向端を覆うブラケットで蓋をすることによって、周方向に亘って塞ぐことができる。

【0006】

ところで、バスリングをステータコイルの軸方向端部であるコイルエンドの径方向外側に配置することで、モータの軸方向サイズの増大を防ぐことが望ましい。また、バスリングは、流れる電流の大きさや必要な機械的強度に応じて軸方向の厚さや径方向の幅が必要となる。ブラケットはバスリングを覆う大きさが必要であるため、バスリングが径方向に大きい場合、ブラケットで開口を塞ぐ流路も径方向外側に設けざるをえない。

【0007】

ステータコアは、その外周がフレームの内周に接して、フレームの流路に流れる冷媒液によって冷却されるが、上述のように流路を径方向外側に配置すると流路がステータコアから離れることになり、冷却効率が悪化するという問題があった。また、流路を径方向外側に配置するとフレームの径方向が厚くなるため、重量やサイズが増大するという問題があった。

【0008】

本発明は、回転電機のフレームにおける冷媒液の流路の位置の自由度について改善することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明の一態様に係るステータ構造は、ステータコアと前記ステータコアに巻かれたステータコイルとを有するステータと、前記ステータコイルが接続されたバスバーを有し、外径が前記ステータコアの外径よりも大きいバスリングと、前記ステータコアを径方向内側に収容し、軸方向一方側端で開口し軸方向他方側に延びる冷媒液の流路を有するフレームと、前記フレームの軸方向一方側且つ前記バスリングの軸方向他方側に配置され、前記流路の開口を塞ぐとともに前記バスリングを保持する蓋部材と、を備え、前記蓋部材は、前記フレームに固定される。

【0010】

上記の一態様のステータ構造において、前記流路の開口は、前記バスリングの外径よりも径方向内側に位置する。

【0011】

上記の一態様のステータ構造において、前記ステータコアの軸方向一方側を、軸方向一方側及び径方向外側から覆うブラケットをさらに有し、前記ブラケットは、前記フレーム又は前記蓋部材に固定される。

【0012】

本発明の一態様に係る回転電機は、上記のステータ構造と、前記ステータコアの径方向内側に配置されたロータと、前記ステータ構造の軸方向一方側に配置され、前記回転電機を駆動するインバータ部と、を備える。

【0013】

上記の一態様の回転電機は、自動車の駆動用である。

【発明の効果】

【0014】

本発明の一態様によれば、回転電機のフレームにおける冷媒液の流路の位置の自由度について改善することを目的とする。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本発明の第１実施形態に係るステータ構造の概略を示す分解斜視図である。

【図2】図１のステータ構造１００を組み立てた状態を示す側断面図である。

【図3】図１の蓋部材１２０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構造について説明する。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。また、各構成を見易さのため、実際の形状と異なる概略で示している。

【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、Ｘ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。Ｙ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。Ｚ軸方向は、Ｘ軸方向及びＹ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、Ｘ軸方向の負の側（－Ｘ側）を「一方側」と呼び、Ｘ軸方向の正の側（＋Ｘ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（Ｘ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（Ｘ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（Ｘ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。

【0020】

＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態に係るステータ構造の概略を示す分解斜視図である。ステータ構造１００は、回転電機の一例であるモータのステータ周りを構成する。ステータ構造１００は、例えば三相交流モータを構成する。ステータ構造１００は、ステータ１１０と、蓋部材１２０と、フレーム１３０と、バスリング１１３と、端子台１１４と、を有して構成される。ステータ構造１００を有するモータは、ステータ１１０の径方向内側に配置されたロータを有するが、このロータの図示は省略している。

【0021】

ステータ１１０は、円筒形状のステータコア１１１と、ステータコア１１１に巻かれた相ごとのステータコイル１１２と、を有する。バスリング１１３は、相ごとのバスバー１１３ａを有する。相ごとのステータコイル１１２の端部のそれぞれは、相ごとのバスバー１１３ａのそれぞれに電気的に接続される。バスリング１１３の外径は、ステータコア１１１の外径よりも大きい。バスリング１１３の外周端は、ステータコア１１１の外周端よりも径方向外側に位置する。

【0022】

端子台１１４は、相ごとのバスバー１１３ａそれぞれの端子１１３ｂを保持し、外部との接続が容易に行えるようにする。ステータ構造１００を有するモータの軸方向一方側には、このモータを駆動するインバータ部が配置され、端子台１１４の各端子はこのインバータ部に電気的に接続される。ステータ構造１００を有するモータは、例えば自動車の駆動用である。

【0023】

フレーム１３０は、円筒形状であって、径方向内側にステータコア１１１を収容する。フレーム１３０とステータコア１１１とは、例えば焼嵌めによって固定される。フレーム１３０は、冷媒液の流路である流路１３１を有する。冷媒液は例えば水である。流路１３１は、フレーム１３０の軸方向一方側端で開口し、この開口から軸方向他方側に延びる。フレーム１３０は、例えばアルミダイキャストのように鋳型を用いて製造される。流路１３１がフレーム１３０の軸方向一方側端に開口を有することで、フレーム１３０を製造する際に流路１３１の形状の型抜きを可能にする。

【0024】

蓋部材１２０は、流路１３１に冷媒液を流す際に、フレーム１３０の軸方向一方側端の開口から冷媒液が漏れるのを防ぐように、この開口に蓋をして塞ぐ部材である。蓋部材１２０は、フレーム１３０の軸方向一方側且つバスリング１１３の軸方向他方側に配置される。蓋部材１２０は、円環状の部材であって、フレーム１３０の軸方向一方側端の開口と対向する位置に面を有することで、フレーム１３０の軸方向一方側端に固定された際に開口を塞ぐ。開口の周囲において、フレーム１３０と蓋部材１２０との間には液状ガスケット等によるシール部を設けるのが望ましい。ステータ１１０は、流路１３１に冷媒液が流れることで、冷却される。流路１３１内の冷媒液は、例えばフレーム１３０の側面に設けた流入口及び流出口を介し例えばポンプ等によって循環される。

【0025】

ステータ構造１００は、ボルト１２０ｃを有する。蓋部材１２０は、ボルト１２０ｃが挿入されるボルト穴１２０ｂを有する。フレーム１３０は、ボルト１２０ｃが挿入されるボルト穴１３０ａを有する。ボルト１２０ｃは、蓋部材１２０の軸方向他方側の面がフレーム１３０の軸方向一方側の面に接するように、蓋部材１２０をフレーム１３０に固定して保持する。ボルト１２０ｃ、ボルト穴１２０ｂ及びボルト穴１３０ａは、蓋部材１２０をフレーム１３０に保持する保持構造の一例である。ボルト１２０ｃ、ボルト穴１２０ｂ及びボルト穴１３０ａは、周方向に複数設けられる。

【0026】

ステータ構造１００は、ボルト１１３ｄを有する。バスリング１１３は、ボルト１１３ｄが挿入されるボルト穴１１３ｃを有する。蓋部材１２０は、ボルト１１３ｄが挿入されるボルト穴１２０ａを有する。ボルト１１３ｄは、バスリング１１３の軸方向他方側の面が蓋部材１２０の軸方向一方側の面に接するように、バスリング１１３を蓋部材１２０に固定して保持する。ボルト１１３、ボルト穴１１３ｃ及びボルト穴１２０ａは、バスリング１１３を蓋部材１２０に保持する保持構造の一例である。ボルト１１３、ボルト穴１１３ｃ及びボルト穴１２０ａは、周方向に複数設けられる。

【0027】

ステータ構造１００は、ボルト１１４ａを有する。蓋部材１２０は、ボルト１１４ａが挿入されるボルト穴１２０ｄを有する。端子台１１４は、ボルト１１４ａによって蓋部材１２０に固定される。ボルト１１４ａ及びボルト穴１２０ｄは、端子台１１４の周方向両側に設けられる。

【0028】

図２は、図１のステータ構造１００を組み立てた状態を示す側断面図である。図２は、中心軸Ｊを通り、Ｚ軸と直交する面で切断して示している。ステータコア１１２の軸方向一方側は、軸方向一方側及び径方向外側からブラケットで覆われるようにしてもよい。このブラケットは、フレーム１３０と蓋部材１２０とのボルト固定位置とは異なる箇所において、フレーム１３０又は蓋部材１２０にボルト固定される。

【0029】

バスリング１１３は、ステータコイル１１２の軸方向一方側のコイルエンドの径方向外側に配置される。バスリング１１３は、少なくとも一部が軸方向で蓋部材１２０と重なる。蓋部材１２０は、少なくとも一部が軸方向でフレーム１３０と重なる。また、流路１３１は、軸方向一方側の径方向長さよりも軸方向他方側の径方向長さの方が短い。このような形状にすることで、フレーム１３０を製造する際に流路１３１の形状の型抜きをスムーズにする。

【0030】

図３は、図１の蓋部材１２０を示す斜視図である。本実施形態では、蓋部材１２０においてボルト穴１２０ｂを周方向に６つ配置している。すなわち、ボルト１２０ｃ、ボルト穴１２０ｂ及びボルト穴１３０ａの組み合わせを、周方向に６つ配置している。ボルト１２０ｃ、ボルト穴１２０ｂ及びボルト穴１３０ａの数は、これに限られるものではなく、蓋部材１２０により、フレーム１３０の流路１３１の開口を安定して塞ぐことができるものであればよい。

【0031】

また、本実施形態では、蓋部材１２０においてボルト穴１２０ａを周方向に３つ配置している。すなわち、ボルト１１３ｄ、ボルト穴１１３ｃ及びボルト穴１２０ａの組み合わせを、周方向に３つ配置している。ボルト１１３ｄ、ボルト穴１１３ｃ及びボルト穴１２０ａの数は、これに限られるものではなく、バスリング１１３を蓋部材１２０に安定して保持することができるものであればよい。

【0032】

なお、ボルト穴１２０ａは、蓋部材１２０の軸方向一方側の面から軸方向一方側に突出する突出部１２０ａａに設けられている。このように構成することで、蓋部材１２０は、バスリング１１３を軸方向で離間して保持することができ、バスリング１１３の形状の自由度を高めることができる。

【0033】

本実施形態では、バスリング１１３は、フレーム１３０に直接保持されるのではなく、蓋部材１２０に保持される。これにより、バスリング１１３を保持する保持構造は、径方向で流路１３１の開口の位置を避ける必要がなく、バスリングやフレームの自由度を改善することができる。これにより、モータのサイズを小型化し、重量を低減することができる。

【0034】

また、本実施形態では、フレーム１３０における流路１３１の開口は、ブラケットで塞がずに蓋部材１２０で塞ぐことができるため、流路１３１の径方向位置は、バスリング１１３の形状によらずに定めることができる。したがって、フレーム１３０の内径側、すなわちステータコア１１１に近い側に流路１３１を配置することができ、冷却効率を向上するとともに、モータの小型化、軽量化が可能となる。

【0035】

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。

【符号の説明】

【0036】

１００…ステータ構造、１１０…ステータ、１２０…蓋部材、１１３…バスリング、１３０…フレーム

【図1】

【図2】

【図3】