JP2004343877A

JP2004343877A - 回転電機のコイル

Info

Publication number: JP2004343877A
Application number: JP2003136756A
Authority: JP
Inventors: Norio Yamaguchi; 憲隆山口
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2003-05-15
Filing date: 2003-05-15
Publication date: 2004-12-02

Abstract

【課題】回転電機のコイルの導線を簡単な構造で効率的に冷却できるようにする。
【解決手段】回転電機のコイル１１は、鉄心１２の周囲を覆うインシュレータ１３の巻回部１５ａ，１６ａに平角線１４を複数層に重ねて巻回してなり、インシュレータ１３の巻回部１５ａ，１６ａと平角線１４との間に形成された隙間１９に、インシュレータ１３の溝１５ｅ，１５ｆ，１５ｇと鉄心１２との間に形成された流路を通してワニス２０が充填される。平角線１４の熱がワニス２０およびインシュレータ１３を介して鉄心１２に伝達されることで、その放熱を効果的に行わせて平角線１４を冷却することができる。しかも冷媒やそれを循環させるポンプ等が不要になるので、コストダウンに寄与することができる。
【選択図】図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鉄心の周囲を覆う絶縁部材の巻回部に導線を複数層に重ねて巻回した回転電機のコイルに関する。
【０００２】
【従来の技術】
回転電機を運転するとコイルの導線が発熱して温度上昇するが、その導線を充分に冷却しないと回転電機の出力の低下や導線の耐久性の低下が発生することが知られている。特に、鉄心を覆う絶縁部材の四角形断面の巻回部に導線を巻回したとき、導線を正確な四角形に巻回することは困難であり、導線が四角形の頂点部だけに接触して直線部から浮き上がってしまい、そこに隙間が発生することが避けられなかった。そのため、前記隙間が断熱空間として機能することで、導線の熱が絶縁部材を介して鉄心に伝達され難くなり、導線の冷却性が一層低下する問題があった。
【０００３】
そこで、回転電機に冷却手段を設けてコイルの冷却を図るものが、下記特許文献により公知である。この回転電機は、アウターコア（ステータ）にコイルの一端を固定して中性点を形成する中性点用ブスバーの内部を中空にして冷却通路を構成し、この冷却通路に絶縁オイルを流通させることでコイルを冷却するようになっている。
【０００４】
【特許文献】
特開２０００−１９７３１１号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記従来のものは、冷却通路に絶縁オイルを流通させるためにオイルタンクやオイルポンプを必要とするため、回転電機が大型化したりコストが上昇したりする問題がある。またアウターコア（ステータ）およびインナーコア（ロータ）の両方が回転するタイプの回転電機では前記オイルタンクやオイルポンプを廃止することができるが、このような回転電機は一般的でないために用途が制限されてしまう問題がある。
【０００６】
本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、回転電機のコイルの導線を簡単な構造で効率的に冷却できるようにすることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に記載された発明によれば、鉄心の周囲を覆う絶縁部材の巻回部に導線を複数層に重ねて巻回した回転電機のコイルにおいて、絶縁部材の巻回部と導線との間に形成された隙間に、絶縁部材に形成した流路を通して熱伝導性部材を充填したことを特徴とする回転電機のコイルが提案される。
【０００８】
上記構成によれば、鉄心の周囲を覆う絶縁部材の巻回部と、そこに巻回された導線との間に形成された隙間に、絶縁部材に形成した流路を通して熱伝導性部材を充填したので、導線の熱を熱伝導性部材および絶縁部材を介して鉄心に伝達することで、その放熱を効果的に行わせて導線を冷却することができる。しかも冷媒やそれを循環させるポンプ等が不要になるので、コストダウンに寄与することができる。
【０００９】
また請求項２に記載された発明によれば、請求項１の構成に加えて、前記流路を、絶縁部材に形成した溝と鉄心の表面との間に形成したことを特徴とする回転電機のコイルが提案される。
【００１０】
上記構成によれば、隙間に熱伝導性部材を充填するための流路を絶縁部材に形成した溝と鉄心の表面との間に形成したので、流路を簡単に形成することができる。
【００１１】
尚、実施例のインシュレータ１３は本発明の絶縁部材に対応し、実施例の平角線１４は本発明の導線に対応し、実施例の第１〜第３溝１５ｅ，１５ｆ，１５ｇは本発明の溝に対応し、実施例のワニス２０は本発明の熱伝導性部材に対応する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、添付図面に示した本発明の実施例に基づいて説明する。
【００１３】
図１〜図６は本発明の一実施例を示すもので、図１は発電電動機のステータの部分正面図、図２は図１の２方向矢視図、図３は図２の３−３線断面図、図４は図２の４方向矢視図、図５はコイルの分解斜視図、図６は発電電動機の各部の温度分布を示すグラフである。
【００１４】
図１、図２および図４に示すように、ハイブリッド車両の走行用駆動源として用いられる発電電動機の環状をなすステータ１０は、同一構造を有する複数個（実施例では２４個）のコイル１１…を円周方向に結合してなり、図１には２４個のコイル１１…のうちの５個が示される。各々のコイル１１は、多数の鋼板を積層した鉄心１２の外周を絶縁部材としての合成樹脂製のインシュレータ１３で覆い、そのインシュレータ１３に導線としての平角線１４を複数層に巻回してなる。鉄心１２の径方向の外端部は、その円周方向の両端部に凸部１２ａおよび凹部１２ｂを備えており、それらの凸部１２ａおよび凹部１２ｂが交互に嵌合することで円周方向に結合される。
【００１５】
図５に示すように、インシュレータ１３は鉄心１２の外周に嵌合可能なように第１半体１５および第２半体１６に２分割されており、組み立てられた第１、第２半体１５，１６は、平角線１４が巻回される長方形断面の巻回部１５ａ，１６ａと、巻回部１５ａ，１６ａの径方向外側に連なる概略コ字状の外側フランジ部１５ｂ，１６ｂと、巻回部１５ａ，１６ａの径方向内側に連なる概略コ字状の内側フランジ部１５ｃ，１６ｃとを備える。インシュレータ１３の第２半体１６の内側フランジ部１６ｃには平角線１４の巻き始め部分を平角線ホルダ１７と協働して係止する２個の切欠１６ｄ，１６ｄが形成され、外側フランジ部１６ｂには平角線１４の巻き終わり部分を平角線ホルダ１８と協働して係止する１個の切欠１６ｅが形成される。
【００１６】
図３および図５から明らかなように、インシュレータ１３の第１半体１５が鉄心１２に接する内面に、内側フランジ部１５ｃに開口する流入口１５ｄと、この流入口１５ｄから径方向外向きに延びる第１溝１５ｅと、この第１溝１５ｅの端部から円周方向両側に延びる２本の第２溝１５ｆ，１５ｆと、これらの第２溝１５ｆ，１５ｆの端部から軸方向に延びる２本の第３溝１５ｇ，１５ｇと、これらの第３溝１５ｇ，１５ｇの端部を巻回部１５ａの外面に連通させる２個の流出口１５ｈ，１５ｈとが形成される。
【００１７】
鉄心１２を覆うようにインシュレータ１３を装着すると、第１半体１５の第１溝１５ｅ、第２溝１５ｆ，１５ｆ、第３溝１５ｇ，１５ｇと鉄心１２の表面との間に流路が形成される。これらの第１溝１５ｅ、第２溝１５ｆ，１５ｆおよび第３溝１５ｇ，１５ｇは第１半体１５を金型成形する際に一体に形成されるため、特別の機械加工を必要とせずに前記流路を容易に構成することができる。
【００１８】
図３に示すように、インシュレータ１３の巻回部１５ａ，１６ａに平角線１４を巻回すると、平角線１４が巻回部１５ａ，１６ａに完全に密着しないため、巻回部１５ａ，１６ａと最内層の平角線１４との間に隙間１９，１９が発生する。そこで、インシュレータ１３の第１半体１５の流入口１５ｄから熱伝導性部材としてのワニス２０を注入し、そのワニス２０を第１半体１５の第１溝１５ｅ、第２溝１５ｆ，１５ｆ、第３溝１５ｇ，１５ｇおよび流出口１５ｈ，１５ｈを経て前記隙間１９，１９に充填する。
【００１９】
このようにして巻回部１５ａ，１６ａと最内層の平角線１４との間の隙間１９，１９にワニス２０が充填されると、隙間１９，１９が断熱空間として機能しなくなるため、平角線１４の熱がワニス２０およびインシュレータ１３を経て鉄心１２に効率的に伝達されるようになり、平角線１４の放熱性を高めて冷却効果を高めることができる。特に、液体のワニス２０は前記隙間１９，１９に隈なく行き渡るので熱伝達効率が高まるだけでなく、インシュレータ１３に対する平角線１４の密着性を高めることができる。
【００２０】
図６のグラフは、平角線１４の表面と、鉄心１２およびインシュレータ１３と、発電電動機のハウジングの表面と、発電電動機を支持するテストベンチとの温度分布を、隙間１９，１９にワニス２０を充填したものと、しないもの（ノーマル）とについて示すものである。
【００２１】
ワニス２０を充填したものは、しないものに比べて、平角線１４の表面の温度が約７℃低下し、ハウジングの表面の温度が約６℃低下しており、特に平角線１４の表面の温度低下により発電電動機の性能向上およびコイル１１…の耐久性向上を図ることができる。発電電動機を３０００ｒｐｍで連続運転して性能を比較した結果、ワニス２０を充填したものは出力が４．１ｋＷ、トルクが１３Ｎｍであるのに対し、ワニス２０を充填しないものは出力が３．５ｋＷ、トルクが１１Ｎｍであり、ワニス２０の充填による性能向上が確認された。
【００２２】
このように、インシュレータ１３の巻回部１５ａ，１６ａと最内層の平角線１４との間の隙間１９，１９にワニス２０を充填するだけで簡単な構造で平角線１４を効果的に冷却することができるの、冷媒やそれを循環させるポンプ等が不要になってコストダウンに寄与することができる。
【００２３】
以上、本発明の実施例を説明したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。
【００２４】
例えば、本発明のコイル１１は、ハイブリッド車両の発電電動機以外の任意の回転電機に対して適用することができ、しかもステータコイルに限定されずにロータコイルにも適用することができる。
【００２５】
また導線は実施例の平角線１４に限定されず、丸線等の他の導線を使用することができる。
【００２６】
また熱伝導性部材は実施例のワニス２０に限定されず、シリコン樹脂やグリス等を採用することができる。これらの熱伝導性部材は隙間１９，１９への注入後にも液体の状態に保持されても良いし固化させても良いが、回転するロータコイルに適用する場合には、漏れを防止するために固化させることが望ましい。ただし、液体の状態に保持される場合には、流入口１５ｄを塞ぐ等の対応が必要である。
【００２７】
【発明の効果】
以上のように請求項１に記載された発明によれば、鉄心の周囲を覆う絶縁部材の巻回部と、そこに巻回された導線との間に形成された隙間に、絶縁部材に形成した流路を通して熱伝導性部材を充填したので、導線の熱を熱伝導性部材および絶縁部材を介して鉄心に伝達することで、その放熱を効果的に行わせて導線を冷却することができる。しかも冷媒やそれを循環させるポンプ等が不要になるので、コストダウンに寄与することができる。
【００２８】
また請求項２に記載された発明によれば、隙間に熱伝導性部材を充填するための流路を絶縁部材に形成した溝と鉄心の表面との間に形成したので、流路を簡単に形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】発電電動機のステータの部分正面図
【図２】図１の２方向矢視図
【図３】図２の３−３線断面図
【図４】図２の４方向矢視図
【図５】コイルの分解斜視図
【図６】発電電動機の各部の温度分布を示すグラフ
【符号の説明】
１２鉄心
１３インシュレータ（絶縁部材）
１４平角線（導線）
１５ａ巻回部
１５ｅ第１溝（溝）
１５ｆ第２溝（溝）
１５ｇ第３溝（溝）
１６ａ巻回部
１９隙間
２０ワニス（熱伝導性部材）

Claims

鉄心（１２）の周囲を覆う絶縁部材（１３）の巻回部（１５ａ，１６ａ）に導線（１４）を複数層に重ねて巻回した回転電機のコイルにおいて、
絶縁部材（１３）の巻回部（１５ａ，１６ａ）と導線（１４）との間に形成された隙間（１９）に、絶縁部材（１３）に形成した流路を通して熱伝導性部材（２０）を充填したことを特徴とする回転電機のコイル。
前記流路を、絶縁部材（１３）に形成した溝（１５ｅ，１５ｆ，１５ｇ）と鉄心（１２）の表面との間に形成したことを特徴とする、請求項１に記載の回転電機のコイル。