回転電機のステータ
【課題】回転電機に影響を及ぼすことなくコイルを効率的に冷却することができる回転電機のステータを提供する。
【解決手段】コイル５０は、ステータコア２１の複数のスロット２３にそれぞれ挿入され、略直線状に延びる複数のコイルバー２５と、ベースプレート３１にそれぞれ配置されて同相のコイルバー２５同士を接続して渡り部を構成する複数のコネクトコイル４０とを有する。渡り部を構成するコネクトコイル４０の少なくとも一部は、ベースプレート３１の軸方向端面３５に露出し、冷却プレート６０と直接的に又は間接的に面接触する。
【解決手段】コイル５０は、ステータコア２１の複数のスロット２３にそれぞれ挿入され、略直線状に延びる複数のコイルバー２５と、ベースプレート３１にそれぞれ配置されて同相のコイルバー２５同士を接続して渡り部を構成する複数のコネクトコイル４０とを有する。渡り部を構成するコネクトコイル４０の少なくとも一部は、ベースプレート３１の軸方向端面３５に露出し、冷却プレート６０と直接的に又は間接的に面接触する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気自動車、ハイブリッド自動車等に搭載される回転電機のステータに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、ステータコアのティースに巻線を巻回してコイルを制作した回転電機のステータが知られている。また、他の回転電機のステータとして、セグメントコイルを用いてＵ字状に成形した電気導体よりなる複数のセグメントを、ステータコアのスロットへ挿入した後、脚部分を曲げ、セグメントの端部同士を接合してコイルを構成するようにしたステータも知られている（例えば、特許文献１、２参照。）。
【０００３】
これらの回転電機は、作動により発熱するため、一般的に空冷、水冷、油冷などによって冷却される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−１５８８４０号公報
【特許文献２】米国特許第６８９４４１７号明細書
【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、空冷は、回転電機のハウジングなどに設けられた放熱フィンから空気中に放熱するものであり、冷却性能がそれほど高くない。車両等に搭載される高出力の回転電機においては、コイルを直接冷却することで冷却性能が高いことから、ＡＴＦなどの絶縁油を直接、回転電機のステータやロータに吹き付けて冷却する油冷が採用される場合が多い。しかし、油冷の場合、絶縁油に含まれる水分による絶縁性低下の懸念、銅に対するアタック性、絶縁油の粘性抵抗によるロータのトルク損失、などの問題があった。
【０００６】
また、水冷の一般的な冷却方法であるステータコアを介して冷却する場合は、放熱経路が長くなり、熱抵抗を抑えることができずに所望の冷却性能が得られ難いという問題があった。また、ウォータージャケットをコイル渡り部に配置する冷却方法においても、導体との接触面積が小さく同様の問題があった。
【０００７】
本発明は、前述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、回転電機に影響を及ぼすことなくコイルを効率的に冷却することができる回転電機のステータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、
複数のスロット（例えば、後述の実施形態におけるスロット２３）を有するステータコア（例えば、後述の実施形態におけるステータコア２１）と、
セグメント化された複数相のコイル（例えば、後述の実施形態におけるコイル５０）と、を備えた回転電機のステータ（例えば、後述の実施形態におけるステータ１０）であって、
前記ステータコアの両側には、一対のベースプレート（例えば、後述の実施形態におけるベースプレート３１Ｌ、３１Ｒ）が設けられ、
前記セグメント化された複数相のコイルは、前記ステータコアの複数のスロットにそれぞれ挿入され、略直線状に延びる複数のコイルバー（例えば、後述の実施形態におけるコイルバー２５）と、前記各ベースプレートにそれぞれ配置され、同相の前記コイルバー同士を接続して渡り部を構成する複数のコネクトコイル（例えば、後述の実施形態におけるコネクトコイル４０）と、を有し、
前記渡り部は、少なくとも一部が、前記ベースプレートの軸方向端面（例えば、後述の実施形態における外側面３５）に露出するとともに該軸方向端面と面一に形成され、
少なくとも一方の前記ベースプレートの外側には冷却プレート（例えば、後述の実施形態における冷却プレート６０）が設けられ、前記露出した渡り部と直接的に又は間接的に面接触することを特徴とする。
【０００９】
請求項２に係る発明は、請求項１の構成に加えて、
前記各スロットに挿入されるコイルバーは、径方向に並ぶ外径側コイルバー（例えば、後述の実施形態における外径側コイルバー２６）と内径側コイルバー（例えば、後述の実施形態における内径側コイルバー２７）を備え、
各コネクトコイルは、軸方向に異なる位置に配置された内側コネクトコイル（例えば、後述の実施形態における内側コネクトコイル４２）及び外側コネクトコイル（例えば、後述の実施形態における外側コネクトコイル４１）を備え、
前記ベースプレートには、対向する外側面（例えば、後述の実施形態における外側面３５）と内側面（例えば、後述の実施形態における内側面３６）にそれぞれ複数の溝（例えば、後述の実施形態における外側面溝３７及び内側面溝３８）が形成され、
前記外側面に形成された溝（例えば、後述の実施形態における外側面溝３７）に前記外側コネクトコイルが配置され、
前記内側面に形成された溝（例えば、後述の実施形態における内側面溝３８）に前記内側コネクトコイルが配置され
前記外径側コイルバーと前記内径側コイルバーの一方は、一端側が前記外側コネクトコイルと接続され、他端側が前記内側コネクトコイルと接続され、
前記外径側コイルバーと前記内径側コイルバーの他方は、一端側が前記内側コネクトコイルと接続され、他端側が前記外側コネクトコイルと接続されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１の発明によれば、渡り部（コネクトコイル）と冷却プレートとの接触面積を大きくすることができ、ステータを効率的に冷却して回転電機の効率向上に寄与する。また、冷却プレートにより水冷することで、油冷の場合のような、絶縁油に含まれる水分による絶縁性低下の懸念、銅に対するアタック性、絶縁油の粘性抵抗によるロータのトルク損失を回避することができる。
【００１１】
請求項２の発明によれば、外径側コイルバー及び内径側コイルバーは、いずれか一方の端部が接続している外側コネクトコイルを介して冷却プレートによって冷却することで、外径側コイルバー及び内径側コイルバーを均等に冷却することができ、コイルの熱分布の発生を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に係る回転電機のステータの斜視図である。
【図２】図１に示すステータの分解斜視図である。
【図３】（ａ）は図２に示す一方のベースプレート組立体の分解斜視図、（ｂ）は他方のベースプレート組立体の分解斜視図である。
【図４】コイルバーの斜視図である。
【図５】図１に示すステータの縦断面図であり、図６のＡ−Ａ線断面図である。
【図６】図３（ａ）に示す一方のベースプレート組立体の正面図である。
【図７】図３（ａ）に示す一方のベースプレート組立体の裏面図である。
【図８】ダブルスロットタイプのセグメント化された複数相のコイルの斜視図である。
【図９】図８に示す複数相のコイルから１相分のコイルを抜き出して示す斜視図である。
【図１０】複数相のコイルの構成を示す模式図である。
【図１１】（ａ）は、図６の部分拡大図であり、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。
【図１２】（ａ）はコイルバーとコネクトコイルとが、かしめ加工により接合される状態を示す模式図、（ｂ）は端部が半球状に形成されたコイルバーがコネクトコイルに圧入されて接合される状態を示す模式図、（ｃ）は端部が半円状に形成された断面矩形のコイルバーがコネクトコイルの孔に圧入されて接合される状態を示す模式図である。
【図１３】ベースプレート組立体の側面に冷却プレートが配設されたステータの斜視図である。
【図１４】図１３に示す冷却プレートを備えるステータの要部縦断面図である。
【図１５】シングルスロットタイプコイルの１相分のコイルを示す斜視図である。
【図１６】トリプルスロットタイプコイルの１相分のコイルを示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態を、添付図面に基づいて説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。
【００１４】
図１、図２及び図５に示すように、本実施形態の回転電機のステータ１０は、ステータコア組立体２０と、一対のベースプレート組立体３０Ｌ、３０Ｒと、を備え、ベースプレート組立体３０Ｌ、３０Ｒが、ステータコア組立体２０の両側に配置されて組み付けられている。ステータコア組立体２０とベースプレート組立体３０Ｌ、３０Ｒとの間には、例えば、シリコンシートなどの絶縁シート６５が配置され、ステータコア組立体２０とベースプレート組立体３０Ｌ、３０Ｒとを絶縁している。
【００１５】
ステータコア組立体２０は、ステータコア２１と、複数（図に示す実施形態では４８個）のコイルバー２５と、を備える。
【００１６】
ステータコア２１は、例えば、プレス抜きされた複数枚の珪素鋼板が積層されて構成され、その径方向内側に、４８個のティース２２と、隣接するティース２２,２２間に形成される４８個のスロット２３とを備える。スロット２３は、ステータコア２１の軸方向に貫通して形成され、軸方向から見てステータコア２１の径方向に長い略長円形状に形成され、開口部２４がステータコア２１の内周面に開口している。
【００１７】
コイルバー２５は、図４も参照して、同一形状及び同一長さを有する外径側コイルバー２６と内径側コイルバー２７とが、後述するコネクトコイル４０の厚さ分だけ軸方向にずらされて並列配置され、両端を除く周囲が射出成形された樹脂などの絶縁材２８で被覆されて一体に形成されている。具体的に、外径側コイルバー２６及び内径側コイルバー２７の長さは、ステータコア２１の軸方向長さとコネクトコイル４０の３枚分の厚さの和と略等しい長さに設定され、それぞれの両端には、コネクトコイル４０の厚さと略等しい長さの小径部２６ａ、２７ａが形成されている。
【００１８】
外径側コイルバー２６及び内径側コイルバー２７からなる複数（図に示す実施形態では４８個）のコイルバー２５は、図５に示すように、外径側コイルバー２６が径方向外方となるようにステータコア２１の径方向に並べられて、ステータコア２１の４８個のスロット２３にそれぞれ挿入されてステータコア２１の周方向に並べられ、ステータコア組立体２０を構成する。
【００１９】
外径側コイルバー２６は、ステータコア２１の一方の端面２１ａ（図５においては左端面）からコネクトコイル４０の略２枚分の厚さだけ小径部２６ａが突出し、他方の端面２１ｂ（図５においては右端面）からコネクトコイル４０の略１枚分の厚さだけ、小径部２６ａが突出して、スロット２３に挿入されている。
【００２０】
また、内径側コイルバー２７は、ステータコア２１の一方の端面２１ａからコネクトコイルの略１枚分の厚さだけ、小径部２７ａが突出し、他方の端面２１ｂからコネクトコイルの略２枚分の厚さだけ小径部２６ａが突出してスロット２３に挿入されている。外径側コイルバー２６及び内径側コイルバー２７と、ステータコア２１のスロット２３と、の間には、両コイルバー２６、２７を被覆する絶縁材２８が介在してステータコア２１との絶縁が確保されている。従って、外径側コイルバー２６と内径側コイルバー２７とは、互いの両端部の軸方向位置が異なるように、軸方向にずらした状態で絶縁材２８によって被覆される。
【００２１】
外径側コイルバー２６及び内径側コイルバー２７を被覆する絶縁材２８は、スロット２３よりも僅かに大きな略同一形状を有しており、圧入によってスロット２３へ容易に固定できる。また、外径側コイルバー２６及び内径側コイルバー２７は、従来の巻回された巻線からなるコイルと比較して太いので、スロット２３への占積率が向上する効果も有する。
【００２２】
ステータコア組立体２０の両側にそれぞれ配置されるベースプレート組立体３０Ｌ、３０Ｒは、図１から図７に示すように、ベースプレート３１Ｌ、３１Ｒと、複数のコネクトコイル４０と、を備える。なお、ベースプレート組立体３０Ｒは、後述する接続端子部を備えない点、溝及びコネクトコイルの形状を除き、その他の構成はベースプレート組立体３０Ｌと同一であるので、以後、主にベースプレート組立体３０Ｌについて説明する。
【００２３】
ベースプレート３１Ｌは、図６及び図７に示すように、絶縁性を有する樹脂（非磁性材）によって成形され、ステータコア２１と略等しい内外径を有する略円環状部材であり、図中上方部分には径方向外方に扇状に延びる展開部３１ａが設けられている。展開部３１ａには、外部機器などに接続するための接続端子部が形成される。
【００２４】
ベースプレート３１Ｌの内径側には、ステータコア２１のスロット２３に挿入された各コイルバー２５の外径側コイルバー２６及び内径側コイルバー２７にそれぞれ対応して、４８対の外径側貫通孔３２及び内径側貫通孔３３が、ベースプレート３１Ｌを貫通して形成されている。
【００２５】
対となる外径側貫通孔３２と内径側貫通孔３３とは、ベースプレート３１Ｌの中心Ｏから径方向に延びる同一の直線Ｌ上に位置し、更に、この直線Ｌ上、且つベースプレート３１Ｌの外径側には、外周側孔３４が形成されてベースプレート３１Ｌの外側面３５と内側面３６（図５参照）とを連通する。また、展開部３１ａが形成される円周方向位置では、外周側孔３４の位置より更に径方向外方で展開部３１ａに位置する１２個の接続端子接合孔３９が形成されている。
【００２６】
図５から図７に示すように、ベースプレート３１Ｌの外側面３５と内側面３６には、それぞれ外側面３５及び内側面３６に開口する断面略コの字型の複数（４８個）の外側面溝３７及び内側面溝３８が、インボリュート曲線に沿って円周方向に近接して形成されている。互いに隣接する各外側面溝３７間、及び各内側面溝３８間は、ベースプレート３１Ｌから立設する壁３１ｂによって隔離され、また、軸方向において対向する外側面溝３７と内側面溝３８とは隔壁３１ｃによって隔離され、それぞれ電気的に絶縁される。
また、ベースプレート３１Ｌは、後述する外側コネクトコイル４１と内側コネクトコイル４２の厚さに対応する外側面溝３７と内側面溝３８との各溝深さと、隔壁３１ｃの厚さとの合計に略等しい軸方向幅に設定される。
【００２７】
ベースプレート組立体３０Ｌでは、図６に示すように、ベースプレート３１Ｌの各外側面溝３７は、正面視において、外径側貫通孔３２と、この外径側貫通孔３２から時計方向に３個分離間した外径側貫通孔３２を通る直線Ｌ上に形成される外周側孔３４とを接続するように、インボリュート曲線に沿って湾曲して形成されている。但し、複数の外側面溝３７の内、展開部３１ａに向かって延びる１２個の外側面溝３７ａは、外径側貫通孔３２から時計方向に３個分離間した外径側貫通孔３２を通る直線Ｌ上までインボリュート状に延びた後、径方向に屈曲して接続端子接合孔３９に接続する。
【００２８】
また、図７に示すように、ベースプレート３１Ｌの各内側面溝３８は、正面視において、内径側貫通孔３３と、この内径側貫通孔３３から時計方向に（図６側から見て反時計方向に）３個分離間した内径側貫通孔３３を通る直線Ｌ上に形成される外周側孔３４とを、外径側貫通孔３２を避けて屈曲しながら接続するように形成されている。但し、複数の内側面溝３８の内、展開部３１ａに向かって延びる１２個の内側面溝３８ａは、内径側貫通孔３３から時計方向に（図６側から見て反時計方向に）３個分離間した内径側貫通孔３３を通る直線Ｌ上まで同様に屈曲して延びた後、径方向に屈曲して接続端子接合孔３９に接続する。
【００２９】
即ち、図６に示すように、時計方向（又は反時計方向）に６個離間して位置する外径側貫通孔３２と内径側貫通孔３３とは、外側面溝３７及び内側面溝３８が共通に連続する外周側孔３４を介して接続されている。また、共通の接続端子接合孔３９に接続する一対の外側面溝３７ａと内側面溝３８ａとは、時計方向（又は反時計方向）に６個離間する外径側貫通孔３２と内径側貫通孔３３とを接続している。
【００３０】
なお、ベースプレート組立体３０Ｒでは、ベースプレート３１Ｒの各外側面溝３７は、上述したベースプレート３１Ｌの各内側面溝３８と同様の形状を有し、ベースプレート３１Ｒの各内側面溝３８は、上述したベースプレート３１Ｌの各外側面溝３７と同様の形状を有する。
【００３１】
コネクトコイル４０は、銅などの導電材料によって板状に形成されており、外側面溝３７、３７ａにそれぞれ挿入される外側コネクトコイル４１（４１ａ、４１ｂ）と、内側面溝３８、３８ａにそれぞれ挿入される内側コネクトコイル４２（４２ａ、４２ｂ）と、に分けることができる。なお、ここで言う外側コネクトコイル４１とは、ステータコア組立体２０とベースプレート組立体３０とが組み付けられたとき、ステータ１０の軸方向外側となるコネクトコイル４０のことであり、内側コネクトコイル４２とは、ステータ１０の軸方向内側となるコネクトコイル４０のことである。
【００３２】
外側コネクトコイル４１ａは、図６に示すように、外側面溝３７と同一形状のインボリュート曲線に沿って形成されており、その両端部には、結合孔４３ａ、４３ｂが形成されている。結合孔４３ａは、外径側コイルバー２６の小径部２６ａと略等しい直径を有し、結合孔４３ｂは、後述する外側コネクトコイル４１ａと内側コネクトコイル４２ａとを接続する接続ピン４５と略等しい直径を有する。また、外側コネクトコイル４１ｂは、外側面溝３７ａと同一形状に湾曲して形成されており、その両端部には、結合孔４３ａと、接続端子孔４３ｃが形成されている。
【００３３】
内側コネクトコイル４２ａは、図７に示すように、内側面溝３８と同一形状のインボリュート曲線に沿って形成されており、その両端部には、結合孔４４ａ、４４ｂが形成されている。結合孔４４ａは、内径側コイルバー２７の小径部２７ａと略等しい直径を有し、結合孔４４ｂは、接続ピン４５と略等しい直径を有する。また、内側コネクトコイル４２ｂは、内側面溝３８ａと同一形状に湾曲して形成されており、その両端部には、結合孔４４ａと、接続端子孔４４ｃが形成されている。
【００３４】
従って、ベースプレート３１Ｌの接続端子接合孔３９の部分を除いて、各外径側コイルバー２６にそれぞれ接続される内側コネクトコイル４２ａと外側コネクトコイル４１ａ、４１ｂは、インボリュート曲線に沿って形成され、各内径側コイルバー２７にそれぞれ接続される内側コネクトコイル４２ａ，４２ｂと外側コネクトコイル４１ａは、インボリュート曲線に沿って形成されるとともに、該インボリュート曲線の内径側において内径側貫通孔３３から外径側貫通孔３２を迂回するように径方向外方に延びる。
【００３５】
外側コネクトコイル４１ａ、４１ｂは外側面溝３７、３７ａにそれぞれ挿入され、また、内側コネクトコイル４２ａ、４２ｂは内側面溝３８、３８ａにそれぞれ挿入されている。そして、各外周側孔３４には、銅、アルミニウムなどからなる導電性の接続ピン４５が挿入されて外側コネクトコイル４１ａと内側コネクトコイル４２ａとを電気的に接続する。
【００３６】
これにより、時計方向（又は反時計方向）に６個離間して位置する外側コネクトコイル４１ａの結合孔４３ａと、内側コネクトコイル４２ａの結合孔４４ａとが、外側コネクトコイル４１ａ、接続ピン４５、及び内側コネクトコイル４２ａを介して電気的に接続された状態でベースプレート組立体３０Ｌ、３０Ｒが構成される。
なお、本実施形態のような接続ピン４５を設ける代わりに、外側コネクトコイル４１ａと内側コネクトコイル４２ａのいずれか一方を接続ピン４５と同等形状の突出部を一体に形成し、外側コネクトコイル４１ａと内側コネクトコイル４２ａの他方に設けられた結合孔４３ｂ、４４ｂに挿入することで、外側コネクトコイル４１ａと内側コネクトコイル４２ａとを電気的に接続してもよい。
【００３７】
このように構成された一対のベースプレート組立体３０Ｌ、３０Ｒは、ステータコア組立体２０の両側の所定位置に位置決めして配置して組み付けられる。図５に示すように、ステータコア２１の一方の端面２１ａ側（図中左側）に配置されたベースプレート組立体３０Ｌにおいて、外径側コイルバー２６の小径部２６ａが、外側コネクトコイル４１ａ、４１ｂの結合孔４３ａに挿入されると共に、内径側コイルバー２７の小径部２７ａが、内側コネクトコイル４２ａ、４２ｂの結合孔４４ａに挿入された後、それぞれかしめられて固定される。即ち、外側コネクトコイル４１ａ、４１ｂ及び内側コネクトコイル４２ａ、４２ｂは、同相（例えば、Ｕ相）のコイルバー２５同士を接続してコイル５０の渡り部を構成する。
【００３８】
また、ステータコア２１の他方の端面２１ｂ側（図中右側）に配置されたベースプレート組立体３０Ｒにおいては、外径側コイルバー２６の小径部２６ａが、内側コネクトコイル４２ａの結合孔４４ａに挿入されると共に、内径側コイルバー２７の小径部２７ａが、外側コネクトコイル４１ａの結合孔４３ａに挿入された後、それぞれかしめられて固定される。即ち、外側コネクトコイル４１ａ、４１ｂ及び内側コネクトコイル４２ａ、４２ｂは、同相（例えば、Ｕ相）のコイルバー２５同士を接続してコイル５０の渡り部を構成する。
【００３９】
従って、同一スロット２３に配置された外径側コイルバー２６及び内径側コイルバー２７に関して、外径側コイルバー２６の一端側（図中左側）で接続された外側コネクトコイル４１ａは、径方向外方、且つ、時計回りに延びて同相の内側コネクトコイル４２ａに接続され、外径側コイルバー２６の他端側（図中右側）で接続された内側コネクトコイル４２ａは、径方向外方、且つ、反時計回りに延びて同相の外側コネクトコイル４１ａに接続される。また、内径側コイルバー２７の一端側（図中左側）で接続された内側コネクトコイルは、径方向外方、且つ、反時計回りに延びて同相の外側コネクトコイル４１ａに接続され、内径側コイルバー２７の他端側（図中右側）で接続された外側コネクトコイル４１ａは、径方向外方、且つ、時計回りに延びて同相の内側コネクトコイル４２ａに接続される。
【００４０】
このようにステータ１０は、ステータコア組立体２０の両側に一対のベースプレート組立体３０Ｌ、３０Ｒを組みつけることで構成され、これによりセグメント化されたコイル５０が、同一構造を有する各相４つのコイルループ（Ｕ相コイル５０Ｕ、Ｖ相コイル５０Ｖ、及びＷ相コイル５０Ｗ）を形成する。この各相４つのコイルループ（Ｕ相コイル５０Ｕ、Ｖ相コイル５０Ｖ、及びＷ相コイル５０Ｗ）は、２つのコイルループを１組として２組のＵ相コイル５０Ｕ、２つのＶ相コイル５０Ｖ、及び２つのＷ相コイル５０Ｗが、反時計方向にこの順で波巻きされる（図８及び図１０参照）。なお、１つのスロット２３内に配置される、絶縁材２８で被覆された外径側コイルバー２６と内径側コイルバー２７は、１組を構成する２つのコイルループからなっている。図８は、理解を容易にするためステータからセグメント化された複数相（ＵＶＷ相）のコイルを抜き出して示す斜視図、図９は、更に一相分（例えば、Ｕ相）のコイルを抜き出して示す斜視図、図１０は、複数相のコイルの構成を示す模式図、図１１（ａ）は図６の部分拡大図であり、図１１（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。
【００４１】
また、このように構成されたステータ１０では、外側コネクトコイル４１ａ、４１ｂと内側コネクトコイル４２ａ、４２ｂとが、ステータコア２１を軸方向に投影した領域内に配置されると共に、軸方向に異なる位置に配置される。
【００４２】
図１１（ａ）に示すベースプレート組立体３０ＬのＢ−Ｂ線断面では、図１１（ｂ）に示すように、ベースプレート３１Ｌの外側面において、Ｕ相の外径側コイルバー２６の小径部２６ａの径方向外方に２つのＶ相の外側コネクトコイル４１ｂと１つのＷ相の外側コネクトコイル４１ｂが径方向内側からこの順に並んでおり、ベースプレート３１Ｌの内側面において、１つのＵ相の内側コネクトコイル４２ｂと２つのＷ相の内側コネクトコイル４２ｂが径方向内側からこの順に並んでいる。従って、図１１（ａ）から明らかなように、各内側コネクトコイル４２ａ、４２ｂが、他相の外側コネクトコイル４１ａ、４１ｂと軸方向で対向し、また各外側コネクトコイル４１ａ、４１ｂが、他相の内側コネクトコイル４２ａ、４２ｂと軸方向で対向している。
【００４３】
また、ステータ１０の軸方向外側に配置される複数の外側コネクトコイル４１ａ、４１ｂの外側面は、ベースプレート３１Ｌ、３１Ｒの端面と面一となっている。
【００４４】
また、図５に示すように、コイル５０は、ステータコア２１の一方の端面２１ａ側においては、外径側コイルバー２６に接続する外側コネクトコイル４１ａ、４１ｂが軸方向外側に位置し、一方、ステータコア２１の他方の端面２１ｂ側においては、内径側コイルバー２７に接続する外側コネクトコイル４１ａが軸方向外側に位置してステータ１０が組み付けられる。
【００４５】
図１２は、コイルバーとコネクトコイルとの接続構造を示す概念図であり、以下では外径側コイルバー２６を例に説明するが、内径側コイルバー２７についても同様に適用することができる。図１２（ａ）に示す外径側コイルバー２６は、その両端部に先端に向かった先細テーパー状のテーパー部２６ｂが形成されると共に、外側コネクトコイル４１ａ、４１ｂの結合孔４３ａと内側コネクトコイル４２ａの結合孔４４ａは、外径側コイルバー２６と略等しい勾配を有するテーパー孔となっている。外径側コイルバー２６とコネクトコイル４０は、ステータコア２１にベースプレート３１Ｌ、３１Ｒを組み付け、ばね６４の弾性力を介して治具の押圧部材６１によって外径側コイルバー２６に対しコネクトコイル４０を軸方向に押圧することで、外径側コイルバー２６の両テーパー部２６ｂに、コネクトコイル４０の結合孔４３ａ、４４ａを嵌合させる。そして、パンチ６２により外径側コイルバー２６の両端部を押し潰してかしめることで、コイルバー２６とコネクトコイル４０とを固定する。
【００４６】
このとき、外径側コイルバー２６とコネクトコイル４０との嵌合部は、テーパー状に形成されているので、外径側コイルバー２６とコネクトコイル４０との間に多少芯ずれがあっても、押圧部材６１の押圧により外径側コイルバー２６とコネクトコイル４０とがセンタリングされて、テーパー部２６ｂで確実に接合して導通する。また、複数ヶ所（本実施形態においては９６か所）の接合を１回のプレス工程で行うことができ、効率的に接合加工を行うことができ、生産効率が大幅に向上する。なお、コイルバー２５とコネクトコイル４０とは、必ずしも圧入及びかしめにより接続する必要はなく、圧入若しくはかしめにより接続すればよい。以下では、圧入による接続ついて説明する。
【００４７】
図１２（ｂ）に示す外径側コイルバー２６は、両端部が半球状に形成されると共に、コネクトコイル４０の結合孔４３ａ、４４ａが半球状凹部となっており、外径側コイルバー２６の半球状両端部が、コネクトコイル４０の結合孔４３ａ、４４ａに圧入されて外径側コイルバー２６とコネクトコイル４０とが接合する。この構造においても、外径側コイルバー２６とコネクトコイル４０とはセンタリングにより芯合わせが可能である。また、複数ヶ所の接合を１回のプレス工程で行うことができ、極めて効率的に接合することができる。
【００４８】
図１２（ｃ）に示す外径側コイルバー２６は、断面矩形に形成されており、その両端部は半円状に形成されている。また、コネクトコイル４０の結合孔４３ａ、４４ａも、同様の半円状凹部となっており、この半円状凹部の結合孔４３ａ、４４ａに外径側コイルバー２６の端部を圧入することで接合される。なお、本実施形態の外径側コイルバー２６は、断面矩形に形成されてスロット２３に近似する角型形状であるので、スロット２３の占積率を高めることも可能である。
【００４９】
図１３はベースプレート組立体の側面に冷却プレートが配設されたステータの斜視図、図１４はステータの要部縦断面図である。図１３及び図１４に示すステータ１０は、一対の冷却プレート６０が、ステータ１０の両側面に設けられたベースプレート組立体３０に接触して配置されている。冷却プレート６０は、内部に冷媒を循環させるための冷媒通路６３が形成され、不図示の冷媒供給装置から圧送される冷媒を例えば、矢印Ｃ方向（図１３参照）に循環させることで、一対の冷却プレート６０が接触するステータ１０の外側コネクトコイル４１ａ、４１ｂ（渡り部）を介してステータ１０を積極的に冷却することができる。
【００５０】
また、外側コネクトコイル４１ａ、４１ｂの側面が平面であるので、外側コネクトコイル４１ａ、４１ｂは冷却プレート６０と面接触する。そのため、従来の巻線が巻回されたコイルと比較して冷却プレート６０との接触面積、即ち、伝熱面積が大きく、効率的に冷却することができる。
【００５１】
また、コイル５０は、ステータコア２１の一方の端面２１ａ側においては、外径側コイルバー２６に接続する外側コネクトコイル４１ａ、４１ｂが軸方向外側に位置し、一方、ステータコア２１の他方の端面２１ｂ側においては、内径側コイルバー２７に接続する外側コネクトコイル４１ａが軸方向外側に位置するので、外側コネクトコイル４１ａ、４１ｂを介して外径側コイルバー２６、及び内径側コイルバー２７を均等に冷却して、コイルの熱分布が抑制される。更に、ＡＴＦ油などをコイルに噴射して冷却する油冷却の場合に懸念される、コイルや絶縁材に及ぼす油の影響がなく、信頼性、耐久性が向上する。
【００５２】
以上説明したように、本実施形態に係るステータ１０によれば、ステータコア２１の両側に設けられた一対のベースプレート３１には、ステータコア２１の複数のスロット２３にそれぞれ挿入されて略直線状に延びる同相のコイルバー２５同士を接続して渡り部を構成する複数のコネクトコイル４０が配置されている。ベースプレート３１の軸方向端面３５と面一にされて軸方向端面に露出する渡り部（外側コネクトコイル４１）には、ベースプレート３１の外側に設けられた冷却プレート６０が、直接的に面接触するので、渡り部と冷却プレート６０との接触面積を大きくすることができ、ステータ１０を効率的に冷却して回転電機の効率向上に寄与する。
【００５３】
なお、軸方向端面に露出する渡り部（外側コネクトコイル４１）は、冷却プレート６０と直接的に面接触する場合に限らず、間接的に面接触してもよい。一対のベースプレート組立体３０Ｌ、３０Ｒの軸方向外側に、絶縁性のカバー等を配置したり、樹脂等で被覆することができる。軸方向端面に露出する渡り部（外側コネクトコイル４１）が冷却プレート６０と間接的に面接触するとは、冷却プレート６０がカバー等や被覆した樹脂等に接触し、カバー等や被覆した樹脂等に渡り部（外側コネクトコイル４１）が接触することをいう。これによっても、渡り部と冷却プレート６０との接触面積を大きくすることができ、ステータ１０を効率的に冷却して回転電機の効率向上に寄与する。
【００５４】
また、冷却プレート６０により水冷することで、油冷の場合のような、絶縁油に含まれる水分による絶縁性低下の懸念、銅に対するアタック性、絶縁油の粘性抵抗によるロータのトルク損失を回避することができる。
【００５５】
また、ベースプレート３１の外側面３５に形成された外側面溝３７には外側コネクトコイル４１が配置されると共に、内側面３６に形成された内側面溝３８には内側コネクトコイル４２が配置され、外径側コイルバー２６は、一端側が外側コネクトコイル４１と接続され、且つ他端側が内側コネクトコイル４２と接続され、内径側コイルバー２７は、一端側が内側コネクトコイル４２と接続され、且つ他端側が外側コネクトコイル４１と接続されるので、外径側コイルバー２６及び内径側コイルバー２７は、いずれか一方の端部が接続している外側コネクトコイル４１を介して冷却プレート６０によって冷却されることで、外径側コイルバー２６及び内径側コイルバー２７を均等に冷却することができ、コイル５０の熱分布の発生を抑制することができる。
【００５６】
なお、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。
例えば、上記実施形態では、接続端子接合孔３９を１２個形成したが、これに限らず、接続端子接合孔３９を６個形成し、隣り合う同相のコネクトコイル同士を接続してもよい。
【００５７】
なお、本発明のステータ１０は、上記したダブルスロットタイプに限定されず、図１５に１相分のコイル形状を示すシングルスロットタイプのステータ、或いは図１６に１相分のコイル形状を示すトリプルスロットタイプのステータとすることもできる。３相８極波巻きステータにおいて、シングルスロットタイプのステータの場合、ステータコア２１のスロット数は２４個であり、トリプルスロットタイプのステータの場合、ステータコア２１のスロット数は７２個となる。いずれのステータも、ダブルスロットタイプのステータ１０と同様の構造を有するので説明は省略する。
【符号の説明】
【００５８】
１０ 回転電機のステータ
２０ ステータコア組立体
２１ ステータコア
２３ スロット
２５ コイルバー
２６ 外径側コイルバー
２７ 内径側コイルバー
２８ 絶縁材
３０Ｌ、３０Ｒ ベースプレート組立体
３１Ｌ、３１Ｒ ベースプレート
３２ 外径側貫通孔
３３ 内径側貫通孔
３５ 外側面（軸方向端面）
３６ 内側面
３７、３７ａ 外側面溝（溝）
３８、３８ａ 内側面溝（溝）
４０ コネクトコイル（渡り部）
４１、４１ａ、４１ｂ 外側コネクトコイル（渡り部）
４２、４２ａ、４２ｂ 内側コネクトコイル（渡り部）
５０ コイル
５０Ｕ Ｕ相コイル
５０Ｖ Ｖ相コイル
５０Ｗ Ｗ相コイル
６０ 冷却プレート
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気自動車、ハイブリッド自動車等に搭載される回転電機のステータに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、ステータコアのティースに巻線を巻回してコイルを制作した回転電機のステータが知られている。また、他の回転電機のステータとして、セグメントコイルを用いてＵ字状に成形した電気導体よりなる複数のセグメントを、ステータコアのスロットへ挿入した後、脚部分を曲げ、セグメントの端部同士を接合してコイルを構成するようにしたステータも知られている（例えば、特許文献１、２参照。）。
【０００３】
これらの回転電機は、作動により発熱するため、一般的に空冷、水冷、油冷などによって冷却される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−１５８８４０号公報
【特許文献２】米国特許第６８９４４１７号明細書
【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、空冷は、回転電機のハウジングなどに設けられた放熱フィンから空気中に放熱するものであり、冷却性能がそれほど高くない。車両等に搭載される高出力の回転電機においては、コイルを直接冷却することで冷却性能が高いことから、ＡＴＦなどの絶縁油を直接、回転電機のステータやロータに吹き付けて冷却する油冷が採用される場合が多い。しかし、油冷の場合、絶縁油に含まれる水分による絶縁性低下の懸念、銅に対するアタック性、絶縁油の粘性抵抗によるロータのトルク損失、などの問題があった。
【０００６】
また、水冷の一般的な冷却方法であるステータコアを介して冷却する場合は、放熱経路が長くなり、熱抵抗を抑えることができずに所望の冷却性能が得られ難いという問題があった。また、ウォータージャケットをコイル渡り部に配置する冷却方法においても、導体との接触面積が小さく同様の問題があった。
【０００７】
本発明は、前述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、回転電機に影響を及ぼすことなくコイルを効率的に冷却することができる回転電機のステータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、
複数のスロット（例えば、後述の実施形態におけるスロット２３）を有するステータコア（例えば、後述の実施形態におけるステータコア２１）と、
セグメント化された複数相のコイル（例えば、後述の実施形態におけるコイル５０）と、を備えた回転電機のステータ（例えば、後述の実施形態におけるステータ１０）であって、
前記ステータコアの両側には、一対のベースプレート（例えば、後述の実施形態におけるベースプレート３１Ｌ、３１Ｒ）が設けられ、
前記セグメント化された複数相のコイルは、前記ステータコアの複数のスロットにそれぞれ挿入され、略直線状に延びる複数のコイルバー（例えば、後述の実施形態におけるコイルバー２５）と、前記各ベースプレートにそれぞれ配置され、同相の前記コイルバー同士を接続して渡り部を構成する複数のコネクトコイル（例えば、後述の実施形態におけるコネクトコイル４０）と、を有し、
前記渡り部は、少なくとも一部が、前記ベースプレートの軸方向端面（例えば、後述の実施形態における外側面３５）に露出するとともに該軸方向端面と面一に形成され、
少なくとも一方の前記ベースプレートの外側には冷却プレート（例えば、後述の実施形態における冷却プレート６０）が設けられ、前記露出した渡り部と直接的に又は間接的に面接触することを特徴とする。
【０００９】
請求項２に係る発明は、請求項１の構成に加えて、
前記各スロットに挿入されるコイルバーは、径方向に並ぶ外径側コイルバー（例えば、後述の実施形態における外径側コイルバー２６）と内径側コイルバー（例えば、後述の実施形態における内径側コイルバー２７）を備え、
各コネクトコイルは、軸方向に異なる位置に配置された内側コネクトコイル（例えば、後述の実施形態における内側コネクトコイル４２）及び外側コネクトコイル（例えば、後述の実施形態における外側コネクトコイル４１）を備え、
前記ベースプレートには、対向する外側面（例えば、後述の実施形態における外側面３５）と内側面（例えば、後述の実施形態における内側面３６）にそれぞれ複数の溝（例えば、後述の実施形態における外側面溝３７及び内側面溝３８）が形成され、
前記外側面に形成された溝（例えば、後述の実施形態における外側面溝３７）に前記外側コネクトコイルが配置され、
前記内側面に形成された溝（例えば、後述の実施形態における内側面溝３８）に前記内側コネクトコイルが配置され
前記外径側コイルバーと前記内径側コイルバーの一方は、一端側が前記外側コネクトコイルと接続され、他端側が前記内側コネクトコイルと接続され、
前記外径側コイルバーと前記内径側コイルバーの他方は、一端側が前記内側コネクトコイルと接続され、他端側が前記外側コネクトコイルと接続されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１の発明によれば、渡り部（コネクトコイル）と冷却プレートとの接触面積を大きくすることができ、ステータを効率的に冷却して回転電機の効率向上に寄与する。また、冷却プレートにより水冷することで、油冷の場合のような、絶縁油に含まれる水分による絶縁性低下の懸念、銅に対するアタック性、絶縁油の粘性抵抗によるロータのトルク損失を回避することができる。
【００１１】
請求項２の発明によれば、外径側コイルバー及び内径側コイルバーは、いずれか一方の端部が接続している外側コネクトコイルを介して冷却プレートによって冷却することで、外径側コイルバー及び内径側コイルバーを均等に冷却することができ、コイルの熱分布の発生を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に係る回転電機のステータの斜視図である。
【図２】図１に示すステータの分解斜視図である。
【図３】（ａ）は図２に示す一方のベースプレート組立体の分解斜視図、（ｂ）は他方のベースプレート組立体の分解斜視図である。
【図４】コイルバーの斜視図である。
【図５】図１に示すステータの縦断面図であり、図６のＡ−Ａ線断面図である。
【図６】図３（ａ）に示す一方のベースプレート組立体の正面図である。
【図７】図３（ａ）に示す一方のベースプレート組立体の裏面図である。
【図８】ダブルスロットタイプのセグメント化された複数相のコイルの斜視図である。
【図９】図８に示す複数相のコイルから１相分のコイルを抜き出して示す斜視図である。
【図１０】複数相のコイルの構成を示す模式図である。
【図１１】（ａ）は、図６の部分拡大図であり、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。
【図１２】（ａ）はコイルバーとコネクトコイルとが、かしめ加工により接合される状態を示す模式図、（ｂ）は端部が半球状に形成されたコイルバーがコネクトコイルに圧入されて接合される状態を示す模式図、（ｃ）は端部が半円状に形成された断面矩形のコイルバーがコネクトコイルの孔に圧入されて接合される状態を示す模式図である。
【図１３】ベースプレート組立体の側面に冷却プレートが配設されたステータの斜視図である。
【図１４】図１３に示す冷却プレートを備えるステータの要部縦断面図である。
【図１５】シングルスロットタイプコイルの１相分のコイルを示す斜視図である。
【図１６】トリプルスロットタイプコイルの１相分のコイルを示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態を、添付図面に基づいて説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。
【００１４】
図１、図２及び図５に示すように、本実施形態の回転電機のステータ１０は、ステータコア組立体２０と、一対のベースプレート組立体３０Ｌ、３０Ｒと、を備え、ベースプレート組立体３０Ｌ、３０Ｒが、ステータコア組立体２０の両側に配置されて組み付けられている。ステータコア組立体２０とベースプレート組立体３０Ｌ、３０Ｒとの間には、例えば、シリコンシートなどの絶縁シート６５が配置され、ステータコア組立体２０とベースプレート組立体３０Ｌ、３０Ｒとを絶縁している。
【００１５】
ステータコア組立体２０は、ステータコア２１と、複数（図に示す実施形態では４８個）のコイルバー２５と、を備える。
【００１６】
ステータコア２１は、例えば、プレス抜きされた複数枚の珪素鋼板が積層されて構成され、その径方向内側に、４８個のティース２２と、隣接するティース２２,２２間に形成される４８個のスロット２３とを備える。スロット２３は、ステータコア２１の軸方向に貫通して形成され、軸方向から見てステータコア２１の径方向に長い略長円形状に形成され、開口部２４がステータコア２１の内周面に開口している。
【００１７】
コイルバー２５は、図４も参照して、同一形状及び同一長さを有する外径側コイルバー２６と内径側コイルバー２７とが、後述するコネクトコイル４０の厚さ分だけ軸方向にずらされて並列配置され、両端を除く周囲が射出成形された樹脂などの絶縁材２８で被覆されて一体に形成されている。具体的に、外径側コイルバー２６及び内径側コイルバー２７の長さは、ステータコア２１の軸方向長さとコネクトコイル４０の３枚分の厚さの和と略等しい長さに設定され、それぞれの両端には、コネクトコイル４０の厚さと略等しい長さの小径部２６ａ、２７ａが形成されている。
【００１８】
外径側コイルバー２６及び内径側コイルバー２７からなる複数（図に示す実施形態では４８個）のコイルバー２５は、図５に示すように、外径側コイルバー２６が径方向外方となるようにステータコア２１の径方向に並べられて、ステータコア２１の４８個のスロット２３にそれぞれ挿入されてステータコア２１の周方向に並べられ、ステータコア組立体２０を構成する。
【００１９】
外径側コイルバー２６は、ステータコア２１の一方の端面２１ａ（図５においては左端面）からコネクトコイル４０の略２枚分の厚さだけ小径部２６ａが突出し、他方の端面２１ｂ（図５においては右端面）からコネクトコイル４０の略１枚分の厚さだけ、小径部２６ａが突出して、スロット２３に挿入されている。
【００２０】
また、内径側コイルバー２７は、ステータコア２１の一方の端面２１ａからコネクトコイルの略１枚分の厚さだけ、小径部２７ａが突出し、他方の端面２１ｂからコネクトコイルの略２枚分の厚さだけ小径部２６ａが突出してスロット２３に挿入されている。外径側コイルバー２６及び内径側コイルバー２７と、ステータコア２１のスロット２３と、の間には、両コイルバー２６、２７を被覆する絶縁材２８が介在してステータコア２１との絶縁が確保されている。従って、外径側コイルバー２６と内径側コイルバー２７とは、互いの両端部の軸方向位置が異なるように、軸方向にずらした状態で絶縁材２８によって被覆される。
【００２１】
外径側コイルバー２６及び内径側コイルバー２７を被覆する絶縁材２８は、スロット２３よりも僅かに大きな略同一形状を有しており、圧入によってスロット２３へ容易に固定できる。また、外径側コイルバー２６及び内径側コイルバー２７は、従来の巻回された巻線からなるコイルと比較して太いので、スロット２３への占積率が向上する効果も有する。
【００２２】
ステータコア組立体２０の両側にそれぞれ配置されるベースプレート組立体３０Ｌ、３０Ｒは、図１から図７に示すように、ベースプレート３１Ｌ、３１Ｒと、複数のコネクトコイル４０と、を備える。なお、ベースプレート組立体３０Ｒは、後述する接続端子部を備えない点、溝及びコネクトコイルの形状を除き、その他の構成はベースプレート組立体３０Ｌと同一であるので、以後、主にベースプレート組立体３０Ｌについて説明する。
【００２３】
ベースプレート３１Ｌは、図６及び図７に示すように、絶縁性を有する樹脂（非磁性材）によって成形され、ステータコア２１と略等しい内外径を有する略円環状部材であり、図中上方部分には径方向外方に扇状に延びる展開部３１ａが設けられている。展開部３１ａには、外部機器などに接続するための接続端子部が形成される。
【００２４】
ベースプレート３１Ｌの内径側には、ステータコア２１のスロット２３に挿入された各コイルバー２５の外径側コイルバー２６及び内径側コイルバー２７にそれぞれ対応して、４８対の外径側貫通孔３２及び内径側貫通孔３３が、ベースプレート３１Ｌを貫通して形成されている。
【００２５】
対となる外径側貫通孔３２と内径側貫通孔３３とは、ベースプレート３１Ｌの中心Ｏから径方向に延びる同一の直線Ｌ上に位置し、更に、この直線Ｌ上、且つベースプレート３１Ｌの外径側には、外周側孔３４が形成されてベースプレート３１Ｌの外側面３５と内側面３６（図５参照）とを連通する。また、展開部３１ａが形成される円周方向位置では、外周側孔３４の位置より更に径方向外方で展開部３１ａに位置する１２個の接続端子接合孔３９が形成されている。
【００２６】
図５から図７に示すように、ベースプレート３１Ｌの外側面３５と内側面３６には、それぞれ外側面３５及び内側面３６に開口する断面略コの字型の複数（４８個）の外側面溝３７及び内側面溝３８が、インボリュート曲線に沿って円周方向に近接して形成されている。互いに隣接する各外側面溝３７間、及び各内側面溝３８間は、ベースプレート３１Ｌから立設する壁３１ｂによって隔離され、また、軸方向において対向する外側面溝３７と内側面溝３８とは隔壁３１ｃによって隔離され、それぞれ電気的に絶縁される。
また、ベースプレート３１Ｌは、後述する外側コネクトコイル４１と内側コネクトコイル４２の厚さに対応する外側面溝３７と内側面溝３８との各溝深さと、隔壁３１ｃの厚さとの合計に略等しい軸方向幅に設定される。
【００２７】
ベースプレート組立体３０Ｌでは、図６に示すように、ベースプレート３１Ｌの各外側面溝３７は、正面視において、外径側貫通孔３２と、この外径側貫通孔３２から時計方向に３個分離間した外径側貫通孔３２を通る直線Ｌ上に形成される外周側孔３４とを接続するように、インボリュート曲線に沿って湾曲して形成されている。但し、複数の外側面溝３７の内、展開部３１ａに向かって延びる１２個の外側面溝３７ａは、外径側貫通孔３２から時計方向に３個分離間した外径側貫通孔３２を通る直線Ｌ上までインボリュート状に延びた後、径方向に屈曲して接続端子接合孔３９に接続する。
【００２８】
また、図７に示すように、ベースプレート３１Ｌの各内側面溝３８は、正面視において、内径側貫通孔３３と、この内径側貫通孔３３から時計方向に（図６側から見て反時計方向に）３個分離間した内径側貫通孔３３を通る直線Ｌ上に形成される外周側孔３４とを、外径側貫通孔３２を避けて屈曲しながら接続するように形成されている。但し、複数の内側面溝３８の内、展開部３１ａに向かって延びる１２個の内側面溝３８ａは、内径側貫通孔３３から時計方向に（図６側から見て反時計方向に）３個分離間した内径側貫通孔３３を通る直線Ｌ上まで同様に屈曲して延びた後、径方向に屈曲して接続端子接合孔３９に接続する。
【００２９】
即ち、図６に示すように、時計方向（又は反時計方向）に６個離間して位置する外径側貫通孔３２と内径側貫通孔３３とは、外側面溝３７及び内側面溝３８が共通に連続する外周側孔３４を介して接続されている。また、共通の接続端子接合孔３９に接続する一対の外側面溝３７ａと内側面溝３８ａとは、時計方向（又は反時計方向）に６個離間する外径側貫通孔３２と内径側貫通孔３３とを接続している。
【００３０】
なお、ベースプレート組立体３０Ｒでは、ベースプレート３１Ｒの各外側面溝３７は、上述したベースプレート３１Ｌの各内側面溝３８と同様の形状を有し、ベースプレート３１Ｒの各内側面溝３８は、上述したベースプレート３１Ｌの各外側面溝３７と同様の形状を有する。
【００３１】
コネクトコイル４０は、銅などの導電材料によって板状に形成されており、外側面溝３７、３７ａにそれぞれ挿入される外側コネクトコイル４１（４１ａ、４１ｂ）と、内側面溝３８、３８ａにそれぞれ挿入される内側コネクトコイル４２（４２ａ、４２ｂ）と、に分けることができる。なお、ここで言う外側コネクトコイル４１とは、ステータコア組立体２０とベースプレート組立体３０とが組み付けられたとき、ステータ１０の軸方向外側となるコネクトコイル４０のことであり、内側コネクトコイル４２とは、ステータ１０の軸方向内側となるコネクトコイル４０のことである。
【００３２】
外側コネクトコイル４１ａは、図６に示すように、外側面溝３７と同一形状のインボリュート曲線に沿って形成されており、その両端部には、結合孔４３ａ、４３ｂが形成されている。結合孔４３ａは、外径側コイルバー２６の小径部２６ａと略等しい直径を有し、結合孔４３ｂは、後述する外側コネクトコイル４１ａと内側コネクトコイル４２ａとを接続する接続ピン４５と略等しい直径を有する。また、外側コネクトコイル４１ｂは、外側面溝３７ａと同一形状に湾曲して形成されており、その両端部には、結合孔４３ａと、接続端子孔４３ｃが形成されている。
【００３３】
内側コネクトコイル４２ａは、図７に示すように、内側面溝３８と同一形状のインボリュート曲線に沿って形成されており、その両端部には、結合孔４４ａ、４４ｂが形成されている。結合孔４４ａは、内径側コイルバー２７の小径部２７ａと略等しい直径を有し、結合孔４４ｂは、接続ピン４５と略等しい直径を有する。また、内側コネクトコイル４２ｂは、内側面溝３８ａと同一形状に湾曲して形成されており、その両端部には、結合孔４４ａと、接続端子孔４４ｃが形成されている。
【００３４】
従って、ベースプレート３１Ｌの接続端子接合孔３９の部分を除いて、各外径側コイルバー２６にそれぞれ接続される内側コネクトコイル４２ａと外側コネクトコイル４１ａ、４１ｂは、インボリュート曲線に沿って形成され、各内径側コイルバー２７にそれぞれ接続される内側コネクトコイル４２ａ，４２ｂと外側コネクトコイル４１ａは、インボリュート曲線に沿って形成されるとともに、該インボリュート曲線の内径側において内径側貫通孔３３から外径側貫通孔３２を迂回するように径方向外方に延びる。
【００３５】
外側コネクトコイル４１ａ、４１ｂは外側面溝３７、３７ａにそれぞれ挿入され、また、内側コネクトコイル４２ａ、４２ｂは内側面溝３８、３８ａにそれぞれ挿入されている。そして、各外周側孔３４には、銅、アルミニウムなどからなる導電性の接続ピン４５が挿入されて外側コネクトコイル４１ａと内側コネクトコイル４２ａとを電気的に接続する。
【００３６】
これにより、時計方向（又は反時計方向）に６個離間して位置する外側コネクトコイル４１ａの結合孔４３ａと、内側コネクトコイル４２ａの結合孔４４ａとが、外側コネクトコイル４１ａ、接続ピン４５、及び内側コネクトコイル４２ａを介して電気的に接続された状態でベースプレート組立体３０Ｌ、３０Ｒが構成される。
なお、本実施形態のような接続ピン４５を設ける代わりに、外側コネクトコイル４１ａと内側コネクトコイル４２ａのいずれか一方を接続ピン４５と同等形状の突出部を一体に形成し、外側コネクトコイル４１ａと内側コネクトコイル４２ａの他方に設けられた結合孔４３ｂ、４４ｂに挿入することで、外側コネクトコイル４１ａと内側コネクトコイル４２ａとを電気的に接続してもよい。
【００３７】
このように構成された一対のベースプレート組立体３０Ｌ、３０Ｒは、ステータコア組立体２０の両側の所定位置に位置決めして配置して組み付けられる。図５に示すように、ステータコア２１の一方の端面２１ａ側（図中左側）に配置されたベースプレート組立体３０Ｌにおいて、外径側コイルバー２６の小径部２６ａが、外側コネクトコイル４１ａ、４１ｂの結合孔４３ａに挿入されると共に、内径側コイルバー２７の小径部２７ａが、内側コネクトコイル４２ａ、４２ｂの結合孔４４ａに挿入された後、それぞれかしめられて固定される。即ち、外側コネクトコイル４１ａ、４１ｂ及び内側コネクトコイル４２ａ、４２ｂは、同相（例えば、Ｕ相）のコイルバー２５同士を接続してコイル５０の渡り部を構成する。
【００３８】
また、ステータコア２１の他方の端面２１ｂ側（図中右側）に配置されたベースプレート組立体３０Ｒにおいては、外径側コイルバー２６の小径部２６ａが、内側コネクトコイル４２ａの結合孔４４ａに挿入されると共に、内径側コイルバー２７の小径部２７ａが、外側コネクトコイル４１ａの結合孔４３ａに挿入された後、それぞれかしめられて固定される。即ち、外側コネクトコイル４１ａ、４１ｂ及び内側コネクトコイル４２ａ、４２ｂは、同相（例えば、Ｕ相）のコイルバー２５同士を接続してコイル５０の渡り部を構成する。
【００３９】
従って、同一スロット２３に配置された外径側コイルバー２６及び内径側コイルバー２７に関して、外径側コイルバー２６の一端側（図中左側）で接続された外側コネクトコイル４１ａは、径方向外方、且つ、時計回りに延びて同相の内側コネクトコイル４２ａに接続され、外径側コイルバー２６の他端側（図中右側）で接続された内側コネクトコイル４２ａは、径方向外方、且つ、反時計回りに延びて同相の外側コネクトコイル４１ａに接続される。また、内径側コイルバー２７の一端側（図中左側）で接続された内側コネクトコイルは、径方向外方、且つ、反時計回りに延びて同相の外側コネクトコイル４１ａに接続され、内径側コイルバー２７の他端側（図中右側）で接続された外側コネクトコイル４１ａは、径方向外方、且つ、時計回りに延びて同相の内側コネクトコイル４２ａに接続される。
【００４０】
このようにステータ１０は、ステータコア組立体２０の両側に一対のベースプレート組立体３０Ｌ、３０Ｒを組みつけることで構成され、これによりセグメント化されたコイル５０が、同一構造を有する各相４つのコイルループ（Ｕ相コイル５０Ｕ、Ｖ相コイル５０Ｖ、及びＷ相コイル５０Ｗ）を形成する。この各相４つのコイルループ（Ｕ相コイル５０Ｕ、Ｖ相コイル５０Ｖ、及びＷ相コイル５０Ｗ）は、２つのコイルループを１組として２組のＵ相コイル５０Ｕ、２つのＶ相コイル５０Ｖ、及び２つのＷ相コイル５０Ｗが、反時計方向にこの順で波巻きされる（図８及び図１０参照）。なお、１つのスロット２３内に配置される、絶縁材２８で被覆された外径側コイルバー２６と内径側コイルバー２７は、１組を構成する２つのコイルループからなっている。図８は、理解を容易にするためステータからセグメント化された複数相（ＵＶＷ相）のコイルを抜き出して示す斜視図、図９は、更に一相分（例えば、Ｕ相）のコイルを抜き出して示す斜視図、図１０は、複数相のコイルの構成を示す模式図、図１１（ａ）は図６の部分拡大図であり、図１１（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。
【００４１】
また、このように構成されたステータ１０では、外側コネクトコイル４１ａ、４１ｂと内側コネクトコイル４２ａ、４２ｂとが、ステータコア２１を軸方向に投影した領域内に配置されると共に、軸方向に異なる位置に配置される。
【００４２】
図１１（ａ）に示すベースプレート組立体３０ＬのＢ−Ｂ線断面では、図１１（ｂ）に示すように、ベースプレート３１Ｌの外側面において、Ｕ相の外径側コイルバー２６の小径部２６ａの径方向外方に２つのＶ相の外側コネクトコイル４１ｂと１つのＷ相の外側コネクトコイル４１ｂが径方向内側からこの順に並んでおり、ベースプレート３１Ｌの内側面において、１つのＵ相の内側コネクトコイル４２ｂと２つのＷ相の内側コネクトコイル４２ｂが径方向内側からこの順に並んでいる。従って、図１１（ａ）から明らかなように、各内側コネクトコイル４２ａ、４２ｂが、他相の外側コネクトコイル４１ａ、４１ｂと軸方向で対向し、また各外側コネクトコイル４１ａ、４１ｂが、他相の内側コネクトコイル４２ａ、４２ｂと軸方向で対向している。
【００４３】
また、ステータ１０の軸方向外側に配置される複数の外側コネクトコイル４１ａ、４１ｂの外側面は、ベースプレート３１Ｌ、３１Ｒの端面と面一となっている。
【００４４】
また、図５に示すように、コイル５０は、ステータコア２１の一方の端面２１ａ側においては、外径側コイルバー２６に接続する外側コネクトコイル４１ａ、４１ｂが軸方向外側に位置し、一方、ステータコア２１の他方の端面２１ｂ側においては、内径側コイルバー２７に接続する外側コネクトコイル４１ａが軸方向外側に位置してステータ１０が組み付けられる。
【００４５】
図１２は、コイルバーとコネクトコイルとの接続構造を示す概念図であり、以下では外径側コイルバー２６を例に説明するが、内径側コイルバー２７についても同様に適用することができる。図１２（ａ）に示す外径側コイルバー２６は、その両端部に先端に向かった先細テーパー状のテーパー部２６ｂが形成されると共に、外側コネクトコイル４１ａ、４１ｂの結合孔４３ａと内側コネクトコイル４２ａの結合孔４４ａは、外径側コイルバー２６と略等しい勾配を有するテーパー孔となっている。外径側コイルバー２６とコネクトコイル４０は、ステータコア２１にベースプレート３１Ｌ、３１Ｒを組み付け、ばね６４の弾性力を介して治具の押圧部材６１によって外径側コイルバー２６に対しコネクトコイル４０を軸方向に押圧することで、外径側コイルバー２６の両テーパー部２６ｂに、コネクトコイル４０の結合孔４３ａ、４４ａを嵌合させる。そして、パンチ６２により外径側コイルバー２６の両端部を押し潰してかしめることで、コイルバー２６とコネクトコイル４０とを固定する。
【００４６】
このとき、外径側コイルバー２６とコネクトコイル４０との嵌合部は、テーパー状に形成されているので、外径側コイルバー２６とコネクトコイル４０との間に多少芯ずれがあっても、押圧部材６１の押圧により外径側コイルバー２６とコネクトコイル４０とがセンタリングされて、テーパー部２６ｂで確実に接合して導通する。また、複数ヶ所（本実施形態においては９６か所）の接合を１回のプレス工程で行うことができ、効率的に接合加工を行うことができ、生産効率が大幅に向上する。なお、コイルバー２５とコネクトコイル４０とは、必ずしも圧入及びかしめにより接続する必要はなく、圧入若しくはかしめにより接続すればよい。以下では、圧入による接続ついて説明する。
【００４７】
図１２（ｂ）に示す外径側コイルバー２６は、両端部が半球状に形成されると共に、コネクトコイル４０の結合孔４３ａ、４４ａが半球状凹部となっており、外径側コイルバー２６の半球状両端部が、コネクトコイル４０の結合孔４３ａ、４４ａに圧入されて外径側コイルバー２６とコネクトコイル４０とが接合する。この構造においても、外径側コイルバー２６とコネクトコイル４０とはセンタリングにより芯合わせが可能である。また、複数ヶ所の接合を１回のプレス工程で行うことができ、極めて効率的に接合することができる。
【００４８】
図１２（ｃ）に示す外径側コイルバー２６は、断面矩形に形成されており、その両端部は半円状に形成されている。また、コネクトコイル４０の結合孔４３ａ、４４ａも、同様の半円状凹部となっており、この半円状凹部の結合孔４３ａ、４４ａに外径側コイルバー２６の端部を圧入することで接合される。なお、本実施形態の外径側コイルバー２６は、断面矩形に形成されてスロット２３に近似する角型形状であるので、スロット２３の占積率を高めることも可能である。
【００４９】
図１３はベースプレート組立体の側面に冷却プレートが配設されたステータの斜視図、図１４はステータの要部縦断面図である。図１３及び図１４に示すステータ１０は、一対の冷却プレート６０が、ステータ１０の両側面に設けられたベースプレート組立体３０に接触して配置されている。冷却プレート６０は、内部に冷媒を循環させるための冷媒通路６３が形成され、不図示の冷媒供給装置から圧送される冷媒を例えば、矢印Ｃ方向（図１３参照）に循環させることで、一対の冷却プレート６０が接触するステータ１０の外側コネクトコイル４１ａ、４１ｂ（渡り部）を介してステータ１０を積極的に冷却することができる。
【００５０】
また、外側コネクトコイル４１ａ、４１ｂの側面が平面であるので、外側コネクトコイル４１ａ、４１ｂは冷却プレート６０と面接触する。そのため、従来の巻線が巻回されたコイルと比較して冷却プレート６０との接触面積、即ち、伝熱面積が大きく、効率的に冷却することができる。
【００５１】
また、コイル５０は、ステータコア２１の一方の端面２１ａ側においては、外径側コイルバー２６に接続する外側コネクトコイル４１ａ、４１ｂが軸方向外側に位置し、一方、ステータコア２１の他方の端面２１ｂ側においては、内径側コイルバー２７に接続する外側コネクトコイル４１ａが軸方向外側に位置するので、外側コネクトコイル４１ａ、４１ｂを介して外径側コイルバー２６、及び内径側コイルバー２７を均等に冷却して、コイルの熱分布が抑制される。更に、ＡＴＦ油などをコイルに噴射して冷却する油冷却の場合に懸念される、コイルや絶縁材に及ぼす油の影響がなく、信頼性、耐久性が向上する。
【００５２】
以上説明したように、本実施形態に係るステータ１０によれば、ステータコア２１の両側に設けられた一対のベースプレート３１には、ステータコア２１の複数のスロット２３にそれぞれ挿入されて略直線状に延びる同相のコイルバー２５同士を接続して渡り部を構成する複数のコネクトコイル４０が配置されている。ベースプレート３１の軸方向端面３５と面一にされて軸方向端面に露出する渡り部（外側コネクトコイル４１）には、ベースプレート３１の外側に設けられた冷却プレート６０が、直接的に面接触するので、渡り部と冷却プレート６０との接触面積を大きくすることができ、ステータ１０を効率的に冷却して回転電機の効率向上に寄与する。
【００５３】
なお、軸方向端面に露出する渡り部（外側コネクトコイル４１）は、冷却プレート６０と直接的に面接触する場合に限らず、間接的に面接触してもよい。一対のベースプレート組立体３０Ｌ、３０Ｒの軸方向外側に、絶縁性のカバー等を配置したり、樹脂等で被覆することができる。軸方向端面に露出する渡り部（外側コネクトコイル４１）が冷却プレート６０と間接的に面接触するとは、冷却プレート６０がカバー等や被覆した樹脂等に接触し、カバー等や被覆した樹脂等に渡り部（外側コネクトコイル４１）が接触することをいう。これによっても、渡り部と冷却プレート６０との接触面積を大きくすることができ、ステータ１０を効率的に冷却して回転電機の効率向上に寄与する。
【００５４】
また、冷却プレート６０により水冷することで、油冷の場合のような、絶縁油に含まれる水分による絶縁性低下の懸念、銅に対するアタック性、絶縁油の粘性抵抗によるロータのトルク損失を回避することができる。
【００５５】
また、ベースプレート３１の外側面３５に形成された外側面溝３７には外側コネクトコイル４１が配置されると共に、内側面３６に形成された内側面溝３８には内側コネクトコイル４２が配置され、外径側コイルバー２６は、一端側が外側コネクトコイル４１と接続され、且つ他端側が内側コネクトコイル４２と接続され、内径側コイルバー２７は、一端側が内側コネクトコイル４２と接続され、且つ他端側が外側コネクトコイル４１と接続されるので、外径側コイルバー２６及び内径側コイルバー２７は、いずれか一方の端部が接続している外側コネクトコイル４１を介して冷却プレート６０によって冷却されることで、外径側コイルバー２６及び内径側コイルバー２７を均等に冷却することができ、コイル５０の熱分布の発生を抑制することができる。
【００５６】
なお、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。
例えば、上記実施形態では、接続端子接合孔３９を１２個形成したが、これに限らず、接続端子接合孔３９を６個形成し、隣り合う同相のコネクトコイル同士を接続してもよい。
【００５７】
なお、本発明のステータ１０は、上記したダブルスロットタイプに限定されず、図１５に１相分のコイル形状を示すシングルスロットタイプのステータ、或いは図１６に１相分のコイル形状を示すトリプルスロットタイプのステータとすることもできる。３相８極波巻きステータにおいて、シングルスロットタイプのステータの場合、ステータコア２１のスロット数は２４個であり、トリプルスロットタイプのステータの場合、ステータコア２１のスロット数は７２個となる。いずれのステータも、ダブルスロットタイプのステータ１０と同様の構造を有するので説明は省略する。
【符号の説明】
【００５８】
１０ 回転電機のステータ
２０ ステータコア組立体
２１ ステータコア
２３ スロット
２５ コイルバー
２６ 外径側コイルバー
２７ 内径側コイルバー
２８ 絶縁材
３０Ｌ、３０Ｒ ベースプレート組立体
３１Ｌ、３１Ｒ ベースプレート
３２ 外径側貫通孔
３３ 内径側貫通孔
３５ 外側面（軸方向端面）
３６ 内側面
３７、３７ａ 外側面溝（溝）
３８、３８ａ 内側面溝（溝）
４０ コネクトコイル（渡り部）
４１、４１ａ、４１ｂ 外側コネクトコイル（渡り部）
４２、４２ａ、４２ｂ 内側コネクトコイル（渡り部）
５０ コイル
５０Ｕ Ｕ相コイル
５０Ｖ Ｖ相コイル
５０Ｗ Ｗ相コイル
６０ 冷却プレート
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のスロットを有するステータコアと、
セグメント化された複数相のコイルと、を備えた回転電機のステータであって、
前記ステータコアの両側には、一対のベースプレートが設けられ、
前記セグメント化された複数相のコイルは、前記ステータコアの複数のスロットにそれぞれ挿入され、略直線状に延びる複数のコイルバーと、前記各ベースプレートにそれぞれ配置され、同相の前記コイルバー同士を接続して渡り部を構成する複数のコネクトコイルと、を有し、
前記渡り部は、少なくとも一部が、前記ベースプレートの軸方向端面に露出するとともに該軸方向端面と面一に形成され、
少なくとも一方の前記ベースプレートの外側には冷却プレートが設けられ、前記露出した渡り部と直接的に又は間接的に面接触することを特徴とする回転電機のステータ。
【請求項２】
前記各スロットに挿入されるコイルバーは、径方向に並ぶ外径側コイルバーと内径側コイルバーを備え、
各コネクトコイルは、軸方向に異なる位置に配置された内側コネクトコイル及び外側コネクトコイルを備え、
前記ベースプレートには、対向する外側面と内側面にそれぞれ複数の溝が形成され、
前記外側面に形成された溝に前記外側コネクトコイルが配置され、
前記内側面に形成された溝に前記内側コネクトコイルが配置され
前記外径側コイルバーと前記内径側コイルバーの一方は、一端側が前記外側コネクトコイルと接続され、他端側が前記内側コネクトコイルと接続され、
前記外径側コイルバーと前記内径側コイルバーの他方は、一端側が前記内側コネクトコイルと接続され、他端側が前記外側コネクトコイルと接続されることを特徴とする請求項１に記載のステータ。
【請求項１】
複数のスロットを有するステータコアと、
セグメント化された複数相のコイルと、を備えた回転電機のステータであって、
前記ステータコアの両側には、一対のベースプレートが設けられ、
前記セグメント化された複数相のコイルは、前記ステータコアの複数のスロットにそれぞれ挿入され、略直線状に延びる複数のコイルバーと、前記各ベースプレートにそれぞれ配置され、同相の前記コイルバー同士を接続して渡り部を構成する複数のコネクトコイルと、を有し、
前記渡り部は、少なくとも一部が、前記ベースプレートの軸方向端面に露出するとともに該軸方向端面と面一に形成され、
少なくとも一方の前記ベースプレートの外側には冷却プレートが設けられ、前記露出した渡り部と直接的に又は間接的に面接触することを特徴とする回転電機のステータ。
【請求項２】
前記各スロットに挿入されるコイルバーは、径方向に並ぶ外径側コイルバーと内径側コイルバーを備え、
各コネクトコイルは、軸方向に異なる位置に配置された内側コネクトコイル及び外側コネクトコイルを備え、
前記ベースプレートには、対向する外側面と内側面にそれぞれ複数の溝が形成され、
前記外側面に形成された溝に前記外側コネクトコイルが配置され、
前記内側面に形成された溝に前記内側コネクトコイルが配置され
前記外径側コイルバーと前記内径側コイルバーの一方は、一端側が前記外側コネクトコイルと接続され、他端側が前記内側コネクトコイルと接続され、
前記外径側コイルバーと前記内径側コイルバーの他方は、一端側が前記内側コネクトコイルと接続され、他端側が前記外側コネクトコイルと接続されることを特徴とする請求項１に記載のステータ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【公開番号】特開２０１３−２７１７３（Ｐ２０１３−２７１７３Ａ）
【公開日】平成２５年２月４日（２０１３．２．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１６０２１９（Ｐ２０１１−１６０２１９）
【出願日】平成２３年７月２１日（２０１１．７．２１）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年２月４日（２０１３．２．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月２１日（２０１１．７．２１）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
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