JP7537543B1 - ステータ及び回転機 - Google Patents

Abstract

【課題】ステータの冷却構造を改善することである。【解決手段】軸方向両端にコイルエンドを有し、軸方向に延びるステータコイルと、前記ステータコイルの軸方向一方側を収容する第１スロットを有する第１ステータコアと、前記第１ステータコアの軸方向他方側に該第１ステータコアと離間して配置され、前記ステータコイルの軸方向他方側を収容する第２スロットを有する第２ステータコアと、前記第１スロットに収容される前記ステータコイルと前記第１ステータコアとの間に介在する第１枠部材と、前記第２スロットに収容される前記ステータコイルと前記第２ステータコアとの間に介在する第２枠部材とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、ステータ及び回転機に関する。

従来、回転機の冷却においては、冷媒としてのオイルをステータコイルのコイルエンドに直接かける方式が知られている。しかしながら、この方式では、ステータコイルのうちコイルエンド以外の部分、特にステータコアのスロット内の軸方向中央付近でコイル温度が上がりやすいという問題があった。

これに対し、特許文献１に記載の発明では、ステータコアを軸方向で分割し、分割した２つのステータコアの間に冷媒分配プレートを挟む構成を開示している。冷媒分配プレートは、径方向外側から冷媒を流し込む流路を有し、ステータコイルのコイルエンド以外の部分も冷却しようとしている。

特開２０１９－１６１７５２号公報

しかし、特許文献１では、スロットとスロット内のステータコイルとの間に、冷媒が流れる流路を設けている分、磁気抵抗が大きくなり、この分の磁気抵抗を下げようとするとステータが大型化してしまう。また、特許文献１では、スロットとスロット内のステータコイルとの間に空間があるため、ステータコイルが動きやすいという問題があった。また、特許文献１では、冷媒分配プレートの流路は非常に小さく、例えば製造時のワニスなどにより目詰まりし、冷媒の供給が十分にできないおそれもあった。したがって、従来、ステータの冷却構造に改善の余地があった。

本発明は、ステータの冷却構造を改善することを目的とする。

本発明の一態様に係るステータは、軸方向両端にコイルエンドを有し、軸方向に延びるステータコイルと、前記ステータコイルの軸方向一方側を収容する第１スロットを有する第１ステータコアと、前記第１ステータコアの軸方向他方側に該第１ステータコアと離間して配置され、前記ステータコイルの軸方向他方側を収容する第２スロットを有する第２ステータコアと、前記第１スロットに収容される前記ステータコイルと前記第１ステータコアとの間に介在する第１枠部材と、前記第２スロットに収容される前記ステータコイルと前記第２ステータコアとの間に介在する第２枠部材と、を備え、前記第１枠部材は、前記ステータコイルの径方向内側で、軸方向他方側に突出する第１凸部を有し、前記第２枠部材は、前記ステータコイルの径方向内側で、軸方向一方側に突出する第２凸部を有し、前記第１凸部の軸方向他方側の端面は、前記第２凸部の軸方向一方側の端面と軸方向で対向する。

上記の一態様のステータにおいて、前記第１枠部材は、少なくとも前記第１スロットに収容される前記ステータコイルの外周面と、該外周面と対向する該第１スロットの面との間の隙間を埋める部材である。

本発明の一態様に係る回転機は、ロータと、前記ロータとギャップを介して対向する上記の一態様のステータとを有する。

本発明の一態様によれば、ステータの冷却構造を改善することができる。

本発明の第１実施形態に係るステータの斜視図である。 図１のステータ１００の側面図である。 図１のステータ１００の＋Ｙ側の一部を、第１ステータコア１０１及び第２ステータコア１０２を取り除いた状態で示す図である。 第１ステータコア１０１の軸方向一方側の、ステータコイル１０３の近傍を拡大して示す図である。 図５は、本発明の第２実施形態に係るステータ１００について示す図である。

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。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。

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、Ｚ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。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。

また、以下の説明においては、Ｚ軸方向の正の側（＋Ｚ側）を「一方側」と呼び、Ｚ軸方向の負の側（－Ｚ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（Ｚ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。

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（Ｚ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（Ｚ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。

＜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を示す斜視図である。図２は、図１のステータ１００の側面図である。ステータ１００は、回転機（図示省略）のステータである。この回転機は、インナーロータ型のラジアルギャップモータである。この回転機は、ロータ（図示省略）と、このロータの径方向外側にギャップを介して対向配置されたステータ１００と、を有する。

ステータ１００は、第１ステータコア１０１、第２ステータコア１０２、及びステータコイル１０３を有する。ステータ１００は、円筒形状であり、その径方向内側にギャップを介してロータが配置される。ロータは、回転軸となるシャフトを有する。シャフト（図示省略）は、中心軸Ｊに沿って延びる。シャフトは、軸受（図示省略）によって軸支される。

ステータコイル１０３は、軸方向に延び、軸方向一方側端部にコイルエンド１０４を有し、軸方向他方側端部にコイルエンド１０５を有する。ステータコイル１０３は、コイルエンド１０４とコイルエンド１０５とを繋ぐ中間部１０６を有する。

第１ステータコア１０１は、ステータコイル１０３を収容する第１スロット１０１ｂを有する。第１スロット１０１ｂは、ステータコイル１０３の中間部１０６の軸方向一方側を収容する。ステータコイル１０３中間部１０６は、

第２ステータコア１０２は、第１ステータコア１０１と同じ形状である。第２ステータコア１０２は、ステータコイル１０３を収容する第２スロット（図示省略）を有する。第２スロットは、ステータコイル１０３の中間部１０６の軸方向他方側を収容する、

第２ステータコア１０２は、第１ステータコアの軸方向他方側に、第１ステータコア１０１と離間して配置される。第１ステータコア１０１の軸方向他方側の面である面１０１ａと、第２ステータコア１０２の軸方向一方側の面である面１０２ａとは離間しており、ステータコイル１０３の中間部１０６の軸方向中間部分が露出している。第１ステータコアと第２ステータコア１０２とは、例えばスペーサや貫通ボルトを用いて軸方向位置の固定を行うものであってもよく。他の既知の如何なる方法を用いてもよい。スペーサや貫通ボルトは、軸方向中間部分でのステータコイル１０３の露出を妨げない。

ステータ１００は、第１ステータコア１０１の第１スロット１０１ｂに収容されるステータコイル１０３と第１ステータコア１０１との間に介在する第１枠部材１０７を有する。ステータ１００は、第２ステータコア１０２の第２スロットに収容されるステータコイル１０３と第２ステータコア１０２との間に介在する第２枠部材１０８（図３参照）を有する。

図３は、図１のステータ１００の＋Ｙ側の一部を、第１ステータコア１０１及び第２ステータコア１０２を取り除いた状態で示す図である。ステータコイル１０３の中間部１０６は、第１ステータコア１０１の軸方向での位置に相当する位置で、第１枠部材１０７に覆われている。ステータコイル１０３の中間部１０６は、第２ステータコア１０３の軸方向での位置に相当する位置で、第２枠部材１０８に覆われている。

第１枠部材１０７は、少なくとも第１スロット１０１ｂに収容されるステータコイル１０３の外周面と、この外周面と対向する第１スロット１０１ｂの面との間の隙間を埋める部材である。第１枠部材１０７は、例えば樹脂である。第２枠部材１０８は、少なくとも第２スロットに収容されるステータコイル１０３の外周面と、この外周面と対向する第２スロットの面との間の隙間を埋める部材である。第２枠部材１０８は、例えば樹脂である。

第１枠部材１０７は、第１スロット１０１ｂの軸方向長さに亘って延びる。第１枠部材１０７は、軸方向一方側端部において、第１ステータコア１０１の軸方向一方側の端面に沿って径方向に拡がる鍔部１０７ａを有する。第１枠部材１０７は、軸方向他方側端部において、第１ステータコア１０１の軸方向他方側の端面に沿って径方向に拡がる鍔部１０７ｂを有する。

第２枠部材１０８は、第２スロットの軸方向長さに亘って延びる。第２枠部材１０８は、軸方向一方側端部において、第２ステータコア１０２の軸方向一方側の端面に沿って径方向に拡がる鍔部１０８ａを有する。第２枠部材１０８は、軸方向他方側端部において、第２ステータコア１０２の軸方向他方側の端面に沿って径方向に拡がる鍔部１０８ｂを有する。

図４は、第１ステータコア１０１の軸方向一方側の、ステータコイル１０３の近傍を拡大して示す図である。図４の矢印１１０は、ステータコイル１０３と第１ステータコア１０１との沿面距離である。第１枠部材１０７が、鍔部１０７ａ及び１０７ｂを有することにより、矢印１１０が示すように沿面距離を大きくとることができる。第２枠部材１０８も同様に、鍔部１０８ａ及び１０８ｂを有することにより、ステータコイル１０３と第２ステータコア１０２との沿面距離を大きくとることができる。

本実施形態によれば、軸方向中央付近でステータコイル１０３が径方向外側及び径方向内側に露出しているので、冷媒としての例えばオイルを、径方向外側又は径方向内側からステータコイル１０３に向けて噴射することができ、冷却効率を向上することができる。

また、本実施形態によれば、ステータコイル１０３は、第１枠部材１０７及び第２枠部材１０８によって、第１ステータコア１０１及び第２ステータコア１０２に固定されることになるので、ステータコイル１０３が動きやすいということがない。

また、本実施形態によれば、ステータコイル１０３は、軸方向中央付近で大きく露出しているので、ステータコイル１０３への冷媒の流路がワニス等で目詰まりするおそれもない。

以上のように、本実施形態によれば、ステータの冷却構造を改善することができる。

＜第２実施形態＞
図５は、本発明の第２実施形態に係るステータ１００について示す図である。第２実施形態において、第１実施形態と同じ構成は、同じ符号で示し、説明を省略する。図５（Ａ）は、本発明の第２実施形態に係るステータ１００の＋Ｙ側の一部を、－Ｙ側から見た斜視図である。図５（Ｂ）は、図５（Ａ）において四角で囲んで示す部分Ａを拡大して示す図である。

第１実施形態では、図３に示したように、第１枠部材１０７と第２枠部材１０８とは接しておらず、径方向内側からもステータコイル１０３へ冷媒としてのオイルを噴射可能な構成としていた。本実施形態では、径方向外側からステータ１００に噴射されたオイルがロータとステータ１００とのギャップに進入することを防ぐ構成としている。

ステータ１００は、第１ステータコア１０１の第１スロット１０１ｂに収容されるステータコイル１０３と第１ステータコア１０１との間に介在する第１枠部材１１０７を有する。ステータ１００は、第２ステータコア１０２の第２スロットに収容されるステータコイル１０３と第２ステータコア１０２との間に介在する第２枠部材１１０８を有する。

第１枠部材１１０７は、ステータコイル１０３の中間部１０６の径方向内側で、軸方向他方側に突出する第１凸部１１０７ａを有する。第２枠部材１１０８は、ステータコイル１０３の中間部１０６の径方向内側で、軸方向一方側に突出する第２凸部１１０８ａを有する。第１凸部１１０７ａの軸方向他方側の端面は、第２凸部１１０８ａの軸方向一方側の端面と軸方向で対向する。この構成によれば、中間部１０６の径方向内側で、第１ステータコアと第２ステータコアとの間の隙間を狭めることができる。第１凸部１１０７ａの軸方向他方側の端面は、第２凸部１１０８ａの軸方向一方側の端面と接触してもよい。この構成によれば、中間部１０６の径方向内側で、第１ステータコアと第２ステータコアとの間の隙間を塞ぐことができる。

＜第３実施形態＞
第１実施形態では、ステータ１００が、第１ステータコア１０１及び第２ステータコア１０２の２つのステータコアに分割された場合の例について説明したが、本発明はこれに限られない。ステータ１００が、３つ以上のステータコアに分割されていてもよい。第３実施形態は、ステータ１００が、３つ以上のステータコアに分割された場合の例である。

本実施形態のステータ１００は、第１ステータコア１０１と第２ステータコア１０２との間に、ステータコイル１０３の中間部１０６を収容する中間スロット（図示省略）を有する１つ以上の中間ステータコア（図示省略）を有する。本実施形態のステータ１００は、中間スロットに収容されるステータコイル１０３と中間ステータコアとの間に介在する中間枠部材（図示省略）を有する。第１ステータコア１０１、第２ステータコア１０２及び中間ステータコアの各ステータコア同士は互いに離間して配置される。

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。

１００…ステータ、１０１…第１ステータコア、１０２…第２ステータコア、１０３…ステータコイル

Claims (3)

1. 軸方向両端にコイルエンドを有し、軸方向に延びるステータコイルと、
   前記ステータコイルの軸方向一方側を収容する第１スロットを有する第１ステータコアと、
   前記第１ステータコアの軸方向他方側に該第１ステータコアと離間して配置され、前記ステータコイルの軸方向他方側を収容する第２スロットを有する第２ステータコアと、
   前記第１スロットに収容される前記ステータコイルと前記第１ステータコアとの間に介在する第１枠部材と、
   前記第２スロットに収容される前記ステータコイルと前記第２ステータコアとの間に介在する第２枠部材と、
   を備え、
   前記第１枠部材は、前記ステータコイルの径方向内側で、軸方向他方側に突出する第１凸部を有し、
   前記第２枠部材は、前記ステータコイルの径方向内側で、軸方向一方側に突出する第２凸部を有し、
   前記第１凸部の軸方向他方側の端面は、前記第２凸部の軸方向一方側の端面と軸方向で対向する、
   ことを特徴とするステータ。
2. 前記第１枠部材は、少なくとも前記第１スロットに収容される前記ステータコイルの外周面と、該外周面と対向する該第１スロットの面との間の隙間を埋める部材である、
   ことを特徴とする請求項１に記載のステータ。
3. ロータと、前記ロータとギャップを介して対向する請求項１に記載の前記ステータとを有する、
   ことを特徴とする回転機。

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