(57)【要約】【課題】コイルの冷却を効率よく行なうことが可能なコイルの冷却構造、ならびにそれを備えたステータ、回転電機および車両を提供する。【解決手段】コイルの冷却構造は、扁平断面の巻線からなり、ステータコア２２１のティース部に複数回巻回されるコイル２２２を備える。コイル２２２は、長径部分２２２Ａと、長径部分２２２Ａに隣接する短径部分２２２Ｂとを含む。長径部分２２２Ａおよび短径部分２２２Ｂにコイル２２２を冷却する冷却媒体が供給される。【選択図】図６
2010279226.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ティース部と、
扁平断面の巻線からなり、前記ティース部に複数回巻回されるコイルとを備え、
前記コイルは、長径部分と、該長径部分に隣接する短径部分とを含み、
前記長径部分および前記短径部分に前記コイルを冷却する冷却媒体が供給される、コイルの冷却構造。
【請求項２】
前記長径部分と前記短径部分とが前記ティース部の長手方向に複数回繰り返される、請求項１に記載のコイルの冷却構造。
【請求項３】
前記長径部分と前記短径部分とがそれぞれ１ターンの巻線からなる、請求項１または請求項２に記載のコイルの冷却構造。
【請求項４】
前記ティース部は同一円周上に複数並んで形成され、
前記長径部分と前記短径部分とは前記複数のティース部上において、同一円周上に各々位置するように形成される、請求項１から請求項３のいずれかに記載のコイルの冷却構造。
【請求項５】
前記ティース部は同一円周上に複数並んで形成され、
前記長径部分と前記短径部分とは前記複数のティース部上において、千鳥状に各々配置される、請求項１から請求項３のいずれかに記載のコイルの冷却構造。
【請求項６】
前記長径部分および前記短径部分による階差構造が、前記ティース部を挟む両側に形成される、請求項１から請求項５のいずれかに記載のコイルの冷却構造。
【請求項７】
１つの前記コイルが１つのティース部に巻回される、請求項１から請求項６のいずれかに記載のコイルの冷却構造。
【請求項８】
１つの前記コイルが複数のティース部に巻回される、請求項１から請求項６のいずれかに記載のコイルの冷却構造。
【請求項９】
請求項１から請求項８のいずれかに記載のコイルの冷却構造を含む、ステータ。
【請求項１０】
請求項９に記載のステータを含む、回転電機。
【請求項１１】
請求項１０に記載の回転電機を含む駆動ユニットを備えた、車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コイルの冷却構造、ステータおよび回転電機ならびに車両に関し、特に、扁平断面の巻線からなるコイルの冷却構造、ならびに該巻回構造を含むステータ、回転電機および車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
特開２００６−３１１７５０号公報（特許文献１）には、コイルエンドの外周または内周の少なくとも一方に、コイルエンド整形時に周に沿って油路溝を形成した回転電機の冷却装置が示されている。
【０００３】
特開２００５−３０４２４４号公報（特許文献２）には、回転電機のコイルにおいて、曲げ部の内側部分を隣接する巻線でずらすことが示されている。当該文献では、曲げ部の内側の膨らみ同士が対向しないので、コイル全体の厚みを抑えることができるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−３１１７５０号公報
【特許文献２】特開２００５−３０４２４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
扁平断面の巻線からなるエッジワイズコイルは、占積率が高くなるという利点を有する。しかし、占積率が高いことにより発熱密度も大きくなるため、効率的な冷却を行なうことの重要性が高い。
【０００６】
特許文献１には、コイルの冷却装置が示されているが、この装置では、コイルエンドの外周に溝を形成することにより、コイル断面積が減少し、電流密度が高くなるため、発熱量が増大するという問題がある。
【０００７】
特許文献２に記載のコイルの構造は、コンパクトでかつ信頼性が高いエッジワイズ型コイルを提供するためのものであり、コイルの冷却を効率よく行なうことを目的とする本発明とは前提が全く異なる。
【０００８】
本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、コイルの冷却を効率よく行なうことが可能なコイルの冷却構造、ならびにそれを備えたステータ、回転電機および車両を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係るコイルの冷却構造は、ティース部と、扁平断面の巻線からなり、ティース部に複数回巻回されるコイルとを備え、コイルは、長径部分と、該長径部分に隣接する短径部分とを含み、長径部分および短径部分にコイルを冷却する冷却媒体が供給される。
【００１０】
上記構成によれば、長径部分と、該長径部分に隣接する短径部分とをコイルに設け、それらにコイルを冷却する冷却媒体を供給することにより、コイルと冷却媒体との接触面積を増大させ、コイルの冷却効率を向上させることができる。
【００１１】
なお、本明細書において、『長径部分』とは、コイルを構成する複数ターンのうち、コイル中心からの距離が他のターンに対して相対的に大きい部分を有するターンを意味し、『短径部分』とは、コイルを構成する複数ターンのうち、コイル中心からの距離が他のターンに対して相対的に小さい部分を有するターンを意味する。
【００１２】
１つの実施態様では、上記コイルの冷却構造において、長径部分と短径部分とがティース部の長手方向に複数回繰り返される。
【００１３】
１つの実施態様では、上記コイルの冷却構造において、長径部分と短径部分とがそれぞれ１ターンの巻線からなる。
【００１４】
１つの実施態様では、上記コイルの冷却構造において、ティース部は同一円周上に複数並んで形成され、長径部分と短径部分とは複数のティース部上において、同一円周上に各々位置するように形成される。
【００１５】
１つの実施態様では、上記コイルの冷却構造において、ティース部は同一円周上に複数並んで形成され、長径部分と短径部分とは複数のティース部上において、千鳥状に各々配置される。
【００１６】
１つの実施態様では、上記コイルの冷却構造において、長径部分および短径部分による階差構造が、ティース部を挟む両側に形成される。
【００１７】
上記コイルの冷却構造において、１つの例としては、１つのコイルが１つのティース部に巻回され、他の例としては、１つのコイルが複数のティース部に巻回される。
【００１８】
本発明に係るステータは、上述したコイルの冷却構造を含む。
本発明に係る回転電機は、上述したステータを含む。
【００１９】
本発明に係る車両は、上述した回転電機を含む駆動ユニットを備える。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、コイルの冷却を効率よく行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の１つの実施の形態に係るコイルの冷却構造を含む車両の駆動ユニットが適用されるハイブリッド車両の構成を示す概略図である。
【図２】本発明の１つの実施の形態に係るコイルの冷却構造を含む車両の駆動ユニットの構成を示す概略図である。
【図３】ステータコアのティース部に巻回されるコイルの構造を示す断面図である。
【図４】本発明の１つの実施の形態に係るコイルの冷却構造を含むステータの断面斜視図である。
【図５】本発明の１つの実施の形態に係るコイルの冷却構造の冷却効果について説明するための図である。
【図６】図５におけるＶI−ＶI断面図である。
【図７】図６に対する比較例に係る断面図である。
【図８】本発明の１つの実施の形態に係るコイルの冷却構造の変形例について説明するための図である。
【図９】本発明の１つの実施の形態に係るコイルの冷却構造の一例を示す上面図である。
【図１０】本発明の１つの実施の形態に係るコイルの冷却構造の他の例を示す上面図である。
【図１１】冷媒のα（熱伝達率）×Ａ（表面積）倍率と、コイル最高温度／冷媒流量との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下に、本発明の実施の形態について説明する。なお、同一または相当する部分に同一の参照符号を付し、その説明を繰返さない場合がある。
【００２３】
なお、以下に説明する実施の形態において、個数、量などに言及する場合、特に記載がある場合を除き、本発明の範囲は必ずしもその個数、量などに限定されない。また、以下の実施の形態において、各々の構成要素は、特に記載がある場合を除き、本発明にとって必ずしも必須のものではない。
【００２４】
図１は、本発明の１つの実施の形態に係るコイルの冷却構造を含む車両の駆動ユニットが適用されるハイブリッド車両の構成を示す概略図である。図１を参照して、本実施の形態に係るハイブリッド車両は、エンジン１と、駆動ユニット２と、ＰＣＵ３と、バッテリ４とを含んで構成される。駆動ユニット２は、ケーブル３Ａを介してＰＣＵ３と電気的に接続される。また、ＰＣＵ３は、ケーブル４Ａを介してバッテリ４と電気的に接続される。
【００２５】
内燃機関であるエンジン１は、ガソリンエンジンであってもよいし、ディーゼルエンジンであってもよい。駆動ユニット２は、エンジン１とともに車両を駆動する駆動力を発生させる。エンジン１および駆動ユニット２は、ともにハイブリッド車両のエンジンルーム内に設けられている。また、ＰＣＵ３は、駆動ユニット２の動作を制御する制御装置である。
【００２６】
図２は、駆動ユニット２の内部構造について説明するための模式図である。図２を参照して、駆動ユニット２は、モータジェネレータ１００，２００と、動力分割機構３００と、カウンタギヤ４００と、ディファレンシャルギヤ５００とを含んで構成される。
【００２７】
モータジェネレータ１００，２００は、電動機および発電機の少なくとも一方の機能を有する回転電機である。動力分割機構３００は、モータジェネレータ１００，２００の間に設けられる。カウンタギヤ４００は、動力分割機構３００とディファレンシャルギヤ５００との間に設けられる。そして、ディファレンシャルギヤ５００は、ドライブシャフト受け部を介してドライブシャフトと接続される。モータジェネレータ１００，２００、動力分割機構３００、カウンタギヤ４００およびディファレンシャルギヤ５００は、ケーシング内に収納される。
【００２８】
モータジェネレータ１００，２００は、ケーブル３Ａと電気的に接続される。ケーブル３Ａの他端は、図１に示すように、ＰＣＵ３に接続される。これにより、バッテリ４とモータジェネレータ１００，２００とが、ＰＣＵ３およびケーブル３Ａ，４Ａを介して電気的に接続される。
【００２９】
モータジェネレータ１００，２００は、それぞれ、ロータ１１０，２１０と、ステータ１２０，２２０とを含んで構成される。ステータ１２０，２２０は、ステータコア１２１，２２１と、ステータコア１２１，２２１に巻回されるステータコイル１２２，２２２とを含む。
【００３０】
動力分割機構３００は、プラネタリギヤ３１０，３２０を含んで構成される。プラネタリギヤ３１０，３２０は、それぞれ、サンギヤ３１１，３２１、ピニオンギヤ３１２，３２２、プラネタリキャリヤ３１３，３２３およびリングギヤ３１４，３２４を含んで構成される。
【００３１】
エンジン１のクランクシャフト１Ａと、モータジェネレータ１００のロータ１１０と、モータジェネレータ２００のロータ２１０とは、同じ軸を中心に回転する。
【００３２】
プラネタリギヤ３１０におけるサンギヤ３１１は、クランクシャフト１Ａに軸中心を貫通された中空のサンギヤ軸に結合される。リングギヤ３１４は、クランクシャフト１Ａと同軸上で回転可能に支持されている。ピニオンギヤ３１２は、サンギヤ３１１とリングギヤ３１４との間に配置され、サンギヤ３１１の外周を自転しながら公転する。プラネタリ
キャリヤ３１３は、クランクシャフト１Ａの端部に結合され、各ピニオンギヤ３１２の回転軸を支持する。
【００３３】
モータジェネレータ２００のロータ２２０は、減速機としてのプラネタリギヤ３２０を介して、プラネタリギヤ３１０のリングギヤ３１４と一体的に回転するリングギヤケースに結合されている。
【００３４】
プラネタリギヤ３２０は、回転要素の１つであるプラネタリキャリヤ３２３が車両駆動装置のケースに固定された構造により減速を行なう。すなわち、プラネタリギヤ３２０は、ロータ２１０のシャフトに結合されたサンギヤ３２１と、リングギヤ３１４と一体的に回転するリングギヤ３２４と、リングギヤ３２４およびサンギヤ３２１に噛み合い、サンギヤ３２１の回転をリングギヤ３２４に伝達するピニオンギヤ３２２とを含む。
【００３５】
車両の走行時において、エンジン１から出力された動力は、クランクシャフト１Ａに伝達され、動力分割機構３００により２経路に分割される。
【００３６】
上記２経路のうちの一方は、カウンタギヤ４００から、ディファレンシャルギヤ５００を介してドライブシャフトに伝達される経路である。ドライブシャフトに伝達された駆動力は、駆動輪に回転力として伝達されて、車両を走行させる。
【００３７】
もう一方は、モータジェネレータ１００を駆動させて発電する経路である。モータジェネレータ１００は、動力分割機構３００により分配されたエンジン１の動力により発電する。モータジェネレータ１００により発電された電力は、車両の走行状態や、バッテリ４の状態に応じて使い分けられる。たとえば、車両の通常走行時および急加速時においては、モータジェネレータ１００により発電された電力はそのままモータジェネレータ２００を駆動させる電力となる。一方、バッテリ４において定められた条件の下では、モータジェネレータ１００により発電された電力は、ＰＣＵ３内に設けられたインバータおよびコンバータを介してバッテリ４に蓄えられる。
【００３８】
モータジェネレータ２００は、バッテリ４に蓄えられた電力およびモータジェネレータ１００により発電された電力のうちの少なくとも一方の電力により駆動する。モータジェネレータ２００の駆動力は、カウンタギヤ４００からディファレンシャルギヤ５００を介してドライブシャフトに伝達される。このようにすることで、モータジェネレータ２００からの駆動力によりエンジン１の駆動力をアシストしたり、モータジェネレータ２００からの駆動力のみにより車両を走行させたりすることができる。
【００３９】
一方、車両の回生制動時には、駆動輪は車体の慣性力により回転させられる。駆動輪からの回転力によりドライブシャフト、ディファレンシャルギヤ５００およびカウンタギヤ４００を介してモータジェネレータ２００が駆動される。このとき、モータジェネレータ２００が発電機として作動する。このように、モータジェネレータ２００は、制動エネルギーを電力に変換する回生ブレーキとして作用する。モータジェネレータ２００により発電された電力は、ＰＣＵ３内に設けられたインバータを介してバッテリ４に蓄えられる。
【００４０】
次に、図３を用いて、ステータコア２２１に巻回されるステータコイル２２２の構造について説明する。図３に示すように、ステータコア２２１には、径方向内方に向けて突出するティース部２２１Ａが設けられ、ティース部２２１Ａにステータコイル２２２が巻回される。本実施の形態に係るステータコイル２２２は、断面が扁平の略四角形形状を有する巻線からなるエッジワイズ型コイルである。
【００４１】
扁平断面の巻線からなるエッジワイズコイルは、占積率が高くなるという利点を有する。しかし、占積率が高いことにより発熱密度も大きくなるため、効率的な冷却を行なうことの重要性が高い。
【００４２】
図４は、ステータ２２０の断面斜視図である。図４を参照して、ステータ２２０は、ステータコア２２１およびステータコイル２２２の他、コイルエンドカバー２２３、内径側カバー２２４、およびリング２２５を含む。
【００４３】
コイルエンドカバー２２３は、ステータコイル２２２のコイルエンドを覆うように形成される。なお、コイルエンドとは、ステータコイル２２２のうち、ステータコア２２１の軸方向端面上に位置する部分を意味する。
【００４４】
内径側カバー２２４は、ステータコア２２１の内周面上、すなわち、ティース部２２１Ａの先端上に設けられる。リング２２５は、ステータコア２２１の外周面上に設けられる。リング２２５は、周方向に複数に分割して形成されたステータコア２２１を締結する締結リングとして機能する。
【００４５】
上述のように、コイルエンドカバー２２３により、ステータコイル２２２のコイルエンドが覆われている。したがって、コイルエンドカバー２２３内に（矢印ＤＲ２２３方向に）冷媒を流すことにより、ステータコイル２２２の冷却を促進することができる。上記冷媒としては、駆動ユニット２を構成するケーシング内を循環するオイルが供給される。上記冷媒による冷却の効率は、当該冷媒の熱伝達率、流量、冷媒とコイルとの接触面積などにより決定される。
【００４６】
次に、図５，図６を用いて、本実施の形態に係るコイルの冷却構造の冷却効果について説明する。図５は、本実施の形態に係るステータコア２２１を径方向内方から見た状態を示す図であり、図６は、図５におけるＶI−ＶI断面図である。なお、図７は、図６に対する比較例に係る断面図である。
【００４７】
図５，図６を参照して、本実施の形態に係るステータ２２０においては、ステータコイル２２２の１ターンごとに長径部分２２２Ａと短径部分２２２Ｂとが繰り返されている。これに対し、図７に示すように、比較例に係るステータ２２００においては、ステータコア２２１０のティース部に巻回されるステータコイル２２２０の径は全体に亘って略一定である。
【００４８】
図５，図６の例のように、ステータコイル２２２に長径部分２２２Ａと短径部分２２２Ｂとを交互に設けることにより、図７の比較例に対して、ステータコイル２２２と、矢印ＤＲ２２３方向に流れる冷媒との接触面積が増大し、ステータコイル２２２の熱が冷媒に吸収されやすくなる（図５中の波線矢印）ため、冷却効率が向上する。
【００４９】
なお、図５の記載から明らかなように、長径部分２２２Ａは、短径部分２２２Ｂに対して、ステータコア２２１の軸方向（図５における上下方向）の長さを伸長したものであり、ステータコア２２１の周方向（図５における左右方向）に沿った長径部分２２２Ａと短径部分２２２Ｂとの幅は同じである。
【００５０】
なお、図５，図６の例では、長径部分２２２Ａおよび短径部分２２２Ｂをそれぞれ１ターンの巻線から構成しているが、長径部分２２２Ａおよび短径部分２２２Ｂをそれぞれ複数ターンの巻線から構成してもよい。
【００５１】
また、図５，図６の例では、長径部分２２２Ａと短径部分２２２Ｂとがティース部２２１Ａの長手方向（図６における左右方向）に複数回繰り返されているが、長径部分２２２Ａおよび短径部分２２２Ｂは、必ずしもティース部２２１Ａの長手方向に複数回繰り返される必要はなく、各々１つずつ形成されるものであってもよい。
【００５２】
また、図５，図６の例では、長径部分２２２Ａおよび短径部分２２２Ｂによる階差構造が、ティース部２２１Ａを挟む軸方向の両側（図６における上下両側）に形成されているが、上記階差構造がティース部２２１Ａの軸方向の片側に形成されるように長径部分２２２Ａおよび短径部分２２２Ｂを形成してもよい。
【００５３】
さらに、図５，図６の例では、図８（Ａ）のように、コイルエンド部分において、長径部分２２２Ａと短径部分２２２Ｂとがオーバーラップしないように形成されているが、図８（Ｂ）に示すように、長径部分２２２Ａと短径部分２２２Ｂとが一部オーバラップするように形成されてもよい。
【００５４】
上述した長径部分２２２Ａおよび短径部分２２２Ｂは、ステータ２２０における複数のステータコイル２２２において各々形成される。長径部分２２２Ａおよび短径部分２２２Ｂは、図９に示すように、複数のティース部上において同一円周上に各々位置するように形成されてもよいし、図１０に示すように、複数のティース部上において千鳥状に各々配置されてもよい。
【００５５】
図１０に示すように、長径部分２２２Ａおよび短径部分２２２Ｂを千鳥状に配置した場合は、図９の例と比較して、冷媒流れの乱れが促進されることにより、熱交換効率が向上し、さらに効率よくステータコイル２２２の冷却を行なうことができる。
【００５６】
図１１は、『α（熱伝達率）×Ａ（表面積）倍率』と、『コイル最高温度（℃）』および『冷媒流量（Ｌ／ｍｉｎ）』との関係を示す図である。
【００５７】
図１１の横軸の値は、図７に示す比較例に対して、冷媒の熱伝達率（α）、および冷媒とコイルとの接触面積（Ａ）の積が何倍であるかを示したものである。この倍率が高い場合、ステータコイル２２２の冷却に寄与する冷媒の流量は大きく、ステータコイル２２２の最高温度は低い。本実施の形態に係るステータコイル２２２の冷却構造では、たとえば図６に示すように、各コイルに長径部分２２２Ａおよび短径部分２２２Ｂを形成することにより、冷媒とコイルとの接触面積（Ａ）を増大させ、さらに、好ましい例では、図１０に示すように、長径部分２２２Ａおよび短径部分２２２Ｂを千鳥状に形成することにより、冷媒の熱伝達率（α）を増大させることができる。この結果として、本実施の形態に係るステータコイル２２２の冷却構造では、ステータコイル２２２を効率よく冷却することができる。
【００５８】
上述した内容について要約すると、以下のようになる。すなわち、本実施の形態に係るコイルの冷却構造は、ティース部２２１Ａと、扁平断面の巻線からなり、ティース部２２１Ａに複数回巻回されるコイル２２２とを備える。コイル２２２は、長径部分２２２Ａと、長径部分２２２Ａに隣接する短径部分２２２Ｂとを含む。長径部分２２２Ａおよび短径部分２２２Ｂにコイル２２２を冷却する冷却媒体が供給される。
【００５９】
なお、本実施の形態では、１つのステータコイル２２２が１つのティース部２２１Ａに巻回される集中巻構造について主に説明したが、本発明の思想は、１つのステータコイル２２２が複数のティース部２２１Ａに巻回される分布巻構造にも適用可能である。
【００６０】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、今回開示された実施の形態はすべ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および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００６１】
１  エンジン、１Ａ  クランクシャフト、２  駆動シャフト、３  ＰＣＵ、３Ａ，４Ａ  ケーブル、４  バッテリ、１００，２００  モータジェネレータ、１１０，２１０  ロータ、１２０，２２０，２２００  ステータ、１２１，２２１，２２１０  ステータコア、２２１Ａ  ティース部、１２２，２２２，２２２０  ステータコイル、２２２Ａ  長径部分、２２２Ｂ  短径部分、２２３  コイルエンドカバー、２２４  内径側カバー、２２５  リング、３００  動力分割機構、３１０，３２０  プラネタリギヤ、３１１，３２１  サンギヤ、３１２，３２２  ピニオンギヤ、３１３，３２３  プラネタリキャリヤ、３１４，３２４  リングギヤ、４００  カウンタギヤ、５００  ディファレンシャルギヤ。
【図１】
2010279226.tif 000003
【図２】
2010279226.tif 000004
【図３】
2010279226.tif 000005
【図４】
2010279226.tif 000006
【図５】
2010279226.tif 000007
【図６】
2010279226.tif 000008
【図７】
2010279226.tif 000009
【図８】
2010279226.tif 000010
【図９】
2010279226.tif 000011
【図１０】
2010279226.tif 000012
【図１１】
2010279226.tif 000013