(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸方向両端にコイルエンドを有するステータと、
内周側でステータを支持し、ステータの軸方向両端面よりもさらに軸方向に延びた両端部の内周側の壁部をステータの冷却用媒体を流すときの冷媒流路における外周側壁部とする外筒リングと、
を備え、
外筒リングの中心軸位置から径方向に沿って外周側壁部までの距離を冷媒流路の外径として、冷媒流路の上流側から下流側に向かって冷媒流路の外径を次第に大きくし、冷媒流路について上流側よりも下流側の方を広くすることを特徴とする回転電機のステータ冷却構造。
【請求項２】
請求項１に記載の回転電機のステータ冷却構造において、
外筒リングは、その両端部の軸方向に沿って予め定めた溝幅で設けられる環状溝を有し、
外筒リングの中心軸位置から径方向に沿って溝底壁部までの距離を冷媒流路の最大外径として、冷媒流路の上流側から下流側に向かって冷媒流路の最大外径を次第に大きくすることを特徴とする回転電機のステータ冷却構造。
【請求項３】
請求項２に記載の回転電機のステータ冷却構造において、
環状溝に配置されて冷却用媒体に含まれる異物を収集する磁石を有することを特徴とする回転電機のステータ冷却構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転電機のステータ冷却構造に係り、特に、回転電機の外筒リングで囲まれる空間に冷却用媒体を流す回転電機のステータ冷却構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
回転電機のステータに巻回されるコイルには駆動電流が流れるので発熱する。そこで、ステータの冷却が行われる。
【０００３】
特許文献１には、冷却用媒体を流すためのものではないが、回転電機の固定子の鉄心を固定するフレームを金属製としたまま、フレームの内周面にスリットを設ける構成が開示されている。
【０００４】
特許文献２には、回転電機の冷却構造として、前部ハウジングと後部ハウジングによって軸方向の両端側が接続される円筒状のハウジングに、冷却水が流れる環状のジャケットを形成し、ジャケットの内壁と外壁とを接続する両持ち放熱フィンと、ジャケットの内壁に設けられ外壁に向かう片持ち放熱フィンが設けられ、これらのフィンは、環状ジャケットの周方向に沿って平行に配置される構成が開示される。ここでは、ハウジングと前部ハウジング、後部ハウジングを相互に接続して一体化するためのボルトをはめ込むボス部によって、冷却液の上流側で、ジャケットの流路断面積を絞ることが開示されている。これによって、冷却水の流れを乱流化して放熱フィンによる熱交換が効果的に行われると述べられている。
【０００５】
特許文献３には、永久磁石が配置されるロータを有する回転電機の内部に潤滑油を循環させる構成において、ロータの支持軸に潤滑油の入口通路を設け、ロータ内部の永久磁石の径方向内側に軸方向に延びてロータの外側の出口に接続される通路を設け、この通路と入口通路を結ぶ径方向に延びる通路を設け、これらの通路を経由してロータ内部に潤滑油が流れる構成が開示されている。ここでは、ロータ内部で径方向に延びる通路と、軸方向に延びる通路の接続部で、永久磁石の近傍に、凹部形状のコンタミナント区画を設けることが述べられている。これにより、潤滑油に含まれる鉄粉等のコンタミナントを、永久磁石の磁力と、ロータが回転することによる遠心力で、コンタミナント区画に収集されると述べられている。
【０００６】
特許文献４には、動力伝達装置と電動機とを備える車両で、動力伝達装置に用いられる潤滑油を電動機の冷却に用いるとき、潤滑油は動力伝達装置内部を循環するので微細な鉄粉粒子が多く含まれ、例えば、電動機のコイルエンドに鉄粉粒子が侵入すると電動機の絶縁品質を損なう恐れがあることが述べられている。そこで、従来技術としては、動力伝達装置の油溜り部にフィルタ、磁石を設けて、鉄粉粒子を除去することが述べられている。ここでは、動力伝達装置と電動機を収納するケーシングに、潤滑油の蓄液領域、潤滑油案内領域を含むキャッチタンクが設けられ、キャッチタンクに複数の磁石が配置されることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−３４０４９６号公報
【特許文献２】特開平８−１９２１８号公報
【特許文献３】特開２００７−１７４７５５号公報
【特許文献４】特開２００５−８３４９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
回転電機のステータを冷却するために、回転電機のケースの内部に冷却用媒体を流すことにすると、冷却用媒体に異物が混入することがある。特許文献３，４では、潤滑油を冷却用媒体として用いる際に鉄粉等が混入することが述べられているが、その他にも、ステータからの異物が冷却用媒体に混入することがある。例えば、ステータコアとして分割コアを用いるとき、分割コアの合わせ面は機械的に接触しているだけであるので、使用中の耐久劣化等により、スラジと呼ばれる鉄粉異物が発生して堆積し、この鉄粉異物が冷却用媒体に混入する。
【０００９】
回転電機のケースの内部に流れる冷却用媒体に異物が混入すると、その異物がステータとロータとの隙間に入り込む等によって、回転電機の構成部品を傷つける恐れがある。特許文献３ではロータ磁石を用い、特許文献４では、動力伝達機構に磁石を配置して、冷却用媒体中の鉄粉異物を除去することが述べられているが、冷却用媒体がステータとロータとの隙間に流れ込む前に異物を除去することができない。
【００１０】
本発明の目的は、ステータの冷却用媒体の流れがステータとロータの隙間に向かうことを抑制することが可能な回転電機のステータ冷却構造を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係る回転電機のステータ冷却構造は、軸方向両端にコイルエンドを有するステータと、内周側でステータを支持し、ステータの軸方向両端面よりもさらに軸方向に延びた両端部の内周側の壁部をステータの冷却用媒体を流すときの冷媒流路における外周側壁部とする外筒リングと、を備え、外筒リングの中心軸位置から径方向に沿って外周側壁部までの距離を冷媒流路の外径として、冷媒流路の上流側から下流側に向かって冷媒流路の外径を次第に大きくし、冷媒流路について上流側よりも下流側の方を広くすることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明に係る回転電機のステータ冷却構造において、外筒リングは、その両端部の軸方向に沿って予め定めた溝幅で設けられる環状溝を有し、外筒リングの中心軸位置から径方向に沿って溝底壁部までの距離を冷媒流路の最大外径として、冷媒流路の上流側から下流側に向かって冷媒流路の最大外径を次第に大きくすることが好ましい。
【００１３】
また、本発明に係る回転電機のステータ冷却構造において、環状溝に配置されて冷却用媒体に含まれる異物を収集する磁石を有することが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
上記構成により、回転電機のステータ冷却構造は、ステータの軸方向両端面よりもさらに軸方向に延びた両端部の内周側の壁部をステータの冷却用媒体を流すときの冷媒流路における外周側壁部とする外筒リングを備える。そして、ステータの冷却用媒体の流れる上流側から下流側に向かって、冷媒流路の外径を次第に大きくして、冷媒流路について上流側よりも下流側の方が広くなるようにする。このように、冷媒流路を下流側に向かって広くすることで、冷却用媒体が冷媒流路の外周側壁部にぶつかって跳ね返ることを緩和し、それによって、冷却用媒体が、内径側のコイルエンド側、すなわち、ステータとロータとの間の隙間に向かうことを抑制できる。
【００１５】
また、回転電機のステータ冷却構造において、外筒リングは、その両端部の軸方向に沿って予め定めた溝幅で設けられる環状溝を有する。外筒リングの中心軸位置から径方向に沿って溝底壁部までの距離が冷媒流路の最大外径となるので、冷媒流路の上流側から下流側に向かって冷媒流路の最大外径を次第に大きくする。このようにして、冷媒流路を下流側に向かって広くすることができる。
【００１６】
また、回転電機のステータ冷却構造において、環状溝に配置されて冷却用媒体に含まれる異物を収集する磁石を有するので、冷却用媒体がステータとロータとの間の隙間に向かう前に、異物を回収することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明に係る実施の形態において、回転電機のステータ冷却構造の内容を説明する図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線に沿った断面図であり、冷却用媒体が流れる冷媒流路を広くすることを示す図である。
【図３】本発明に係る実施の形態における回転電機のステータ冷却構造の作用を説明するための図である。
【図４】比較例として、従来技術の回転電機のステータ冷却構造の作用を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下に図面を用いて本発明に係る実施の形態につき詳細に説明する。以下では、回転電機として、車両に搭載される回転電機を説明するが、車両搭載以外に用いられるものでもよい。以下では、ステータの冷却用媒体として、車両に回転電機とともに搭載される動力伝達機構に用いられる潤滑油を用いるものとして説明するが、これ以外の冷却用媒体であってもよい。例えば、回転電機の冷却のみに用いられる循環冷却用媒体であってもよい。その場合に、回転電機の軸受潤滑油を冷却用媒体としてもよく、冷却水等を用いてもよい。以下で説明する環状溝の形状等は例示であって、回転電機の仕様に応じて適宜変更が可能である。
【００１９】
以下では、全ての図面において同様の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、本文中の説明においては、必要に応じそれ以前に述べた符号を用いるものとする。
【００２０】
図１は、ステータ冷却構造を有する回転電機１０の構成を説明する図である。この回転電機１０は、車両搭載用の回転電機で、同じく車両に搭載される動力伝達機構において潤滑と冷却に用いられる流体を回転電機１０のステータの冷却用媒体として用いている。このように、動力伝達機構において潤滑と冷却に用いられる流体は、ＡＴＦ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ  Ｆｌｕｉｄ）と呼ばれる。図１の右側の図は断面図で、左側の図が正面図である。回転電機１０は、ロータ１２と、ロータ１２の外周側に配置されるステータと、ステータを固定するケースとを含んで構成される。ここで、ステータの冷却構造としては、ステータコア１４、外筒リング２０、冷媒流路３４、磁石４０等を含む部分の構造である。図１では、ステータ冷却構造を主に説明するため、回転電機１０を構成する要素の図示を以下のように省略している。
【００２１】
ロータ１２は、出力軸を備える回転電機１０の回転子である。図１では、ロータ１２が想像線で示されている。出力軸の中心軸はＣ−Ｃで示されている。正面図では、Ｃの位置が回転電機１０の回転中心位置である。図１には、ＸＹＺ軸の方向が示されているが、出力軸の軸方向がＸ軸方向で、重力方向がＺ軸方向である。正面図はＹＺ平面で見た様子を示す図である。
【００２２】
ステータは、ステータコア１４と、ステータコア１４に巻回されるコイルとを含んで構成される。図１では、ステータコア１４の軸方向の両端部に張り出したコイル部分がコイルエンド１６，１７として示されている。
【００２３】
ケースは、ステータコア１４の外周側を固定する外筒リング２０と、外筒リング２０の両端を閉じる蓋部とで構成される。図１では、蓋部の図示を省略した。したがって、正面図では、蓋部が除かれて、ステータコア１４とコイルエンド１６が示されている。
【００２４】
外筒リング２０は、円筒状の部材で、内周側でステータコア１４を支持する部材である。外筒リング２０の中心軸位置は、回転電機１０の回転中心位置と一致し、Ｃの位置である。
【００２５】
外筒リング２０の外周側に突き出して設けられる取付部２４は、回転電機１０を車両に固定して取り付けるために用いられる。取付部２４にはボルト穴２６が設けられる。このボルト穴２６に締結部材であるボルトを挿入し、車両の他の構成要素に回転電機１０を取り付けることができる。
【００２６】
外筒リング２０は、ステータコア１４の軸方向長さよりも長い軸方向長さを有する。図１では、その長い部分が、ステータコア１４の軸方向両端面よりもさらに軸方向に延びた両端部２２，２３として示されている。
【００２７】
外筒リング２０の両端部２２，２３と、コイルエンド１６，１７と、ステータコア１４の軸方向両端面とで区画される空間は、ステータの冷却用媒体を流すときの冷媒流路３４である。したがって、両端部２２，２３の内周側の壁部は、冷媒流路３４における外周側壁部３２である。
【００２８】
外筒リング２０には、図示を省略したが、冷却媒体導入口と冷却媒体排出口が設けられる。図１の正面図には、冷却媒体導入口に流れ込む冷却媒体流れ５０と、冷却媒体排出口から排出される冷却媒体流れ５２が白抜き矢印で示されている。このように、冷却媒体流れは、外筒リング２０のＺ方向の上部側に設けられ、冷却媒体排出口は、外筒リング２０のＺ方向の下部側に設けられる。図１で示されるＬ−Ｌ線は、ケースが閉じられたときに貯留される冷却用媒体の液面レベルを示す線である。
【００２９】
外筒リング２０の冷却媒体導入口から流れ込む冷却媒体流れ５０は、冷媒流路３４を通って、Ｚ方向の下方に向かって流れる。そして、Ｌ−Ｌ線の液面レベルで貯留され、冷却媒体流れ５２として冷却媒体排出口から外部に排出される。排出された冷却用媒体は、車両に搭載されている動力伝達機構に戻され、適当な熱交換器で除熱され、適当な循環ポンプ等を用いて、再び冷却媒体導入口に戻される。
【００３０】
外筒リング２０の両端部２２，２３における環状溝３０は、両端部２２，２３の軸方向に沿って予め定めた溝幅Ｗで、周方向に沿って環状に設けられる溝である。環状溝３０は、冷媒流路３４における外周側壁部３２の位置を溝深さ分だけ外周側に広げる機能を有する。
【００３１】
図１には、外筒リング２０の中心軸位置Ｃから径方向に沿って冷媒流路３４の外周側壁部３２までの距離がＲ0として示されている。このＲ0は、環状溝３０が設けられないときの冷媒流路３４の外径である。
【００３２】
図１には、さらに、外筒リング２０の中心軸位置Ｃから径方向に沿って、環状溝３０の溝底壁部３３までの距離がＲθとして示されている。このＲθは、環状溝３０によって広げられた冷媒流路３４の外径を示すもので、これを冷媒流路３４の最大外径と呼ぶことができる。
【００３３】
冷媒流路３４の最大外径であるＲθは、一定ではなく、冷媒流路３４の上流側から下流側に向かって次第に大きな値となる。つまり、環状溝３０の部分では、冷媒流路３４の最大外径Ｒθは、冷媒流路３４の上流側で小さく、下流側で大きい。これによって、冷媒流路３４は、上流側よりも下流側が広くなる。
【００３４】
環状溝３０に設けられる磁石４０，４２，４３，４４は、冷却用媒体に含まれる鉄粉等の異物を収集する機能を有する。磁石４２，４３は、冷媒流路３４の最も下流側の位置に設けられる。すなわち、環状溝３０のＺ方向位置の最も下方側に設けられる。磁石４０，４４は、冷媒流路３４の中流部分に設けられる。図１の例では、外筒リング２０の取付部２４が配置される位置に対応する箇所に設けられる。
【００３５】
図２は、図１のＡ−Ａ線に沿った断面図である。図２は、図１を９０度回転した位置関係で示されている。図２に示されるように、外筒リング２０の中心軸位置Ｃから径方向に沿ってＲθの距離の位置に、環状溝３０の溝底壁部３３がある。溝底壁部３３のところに磁石４０，４１が配置される。したがって、環状溝３０を流れてくる冷却用媒体に含まれる鉄粉異物５３は、磁石４０，４１によって捕捉され、環状溝３０の溝底の部分に保持される。このように、環状溝３０を設けることで、冷却用媒体を磁石４０，４１に向かって流れるように誘導でき、また、環状溝３０のくぼみ部分によって鉄粉異物５３の保持が容易になる。
【００３６】
上記では、冷媒流路３４の外径は、環状溝３０の部分で拡大されるものとしたが、環状溝３０の溝幅Ｗを、外筒リング２０の両端部２２，２３の軸方向長さまで広げてもよい。この場合には、両端部２２，２３の軸方向長さの全体に渡って、冷媒流路３４の上流側から下流側に向かって冷媒流路３４の外径が次第に大きくなる。
【００３７】
上記構成の作用について、図３を用いて説明する。図３は、図１の正面図に対応する図で、ここでは、冷媒流路３４の外周側壁部３２を、上記の環状溝３０の溝底壁部３３と同じとして示されている。すなわち、外筒リング２０の中心軸位置Ｃから径方向に沿って冷媒流路３４の外周側壁部３２までの距離をＲθとして、冷媒流路３４の上流側から下流側に向かってＲθが次第に大きく設定される。
【００３８】
図３では、冷媒流路３４の最も上流側として冷却媒体流れ５０が流れ込む冷却媒体導入口の位置におけるＲθをＲ0とし、冷媒流路３４の最も下流側として、外筒リング２０の中心軸位置Ｃの真下の位置におけるＲθをＲ1としてある。Ｒ0は、外筒リング２０の元々の内周壁部の外径であり、Ｒθの最小値であり、Ｒ1はＲθの最大値である。
【００３９】
図３では、冷媒流路３４における冷却用媒体の流れ６０の様子が太線矢印の向きで示されている。冷媒流路３４は下流側に向かって裾広がりとなって次第に広くされるので、冷却用媒体が冷媒流路３４の外周側壁部３２にぶつかって跳ね返ることを緩和し、それによって、冷却用媒体が、内径側のコイルエンド１６側、すなわち、ステータとロータとの間の隙間に向かうことを抑制できる。また、磁石４０，４２，４４によって、冷却用媒体に含まれる鉄粉異物５３が収集されるので、鉄粉異物５３によって回転電機１０の構成部品を傷つけることを防止できる。
【００４０】
図４は、比較として、外筒リング２０の中心軸位置Ｃから径方向に沿って冷媒流路３５の外周側壁部３１までの距離をＲ0の一定値とし、磁石も設けない場合を示す図である。図４でも冷媒流路３５における冷却用媒体の流れ７０の様子が太線矢印の向きで示されている。冷媒流路３５は上流側も下流側も同じ広さであるので、冷却用媒体が冷媒流路３５の外周側壁部３１にぶつかって跳ね返ることが多くなる。それによって、冷却用媒体が、内径側のコイルエンド１６側、すなわち、ステータとロータとの間の隙間に向かうことが多くなる。冷却用媒体には鉄粉異物等が含まれるので、回転電機１０の構成部品を傷つける可能性が生じ得る。また、磁石が設けられないので、冷却用媒体に含まれる鉄粉異物等を回収することができない。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明に係る回転電機のステータ冷却構造は、車両に搭載される回転電機等に利用できる。
【符号の説明】
【００４２】
１０  回転電機、１２  ロータ、１４  ステータコア、１６，１７  コイルエンド、２０  外筒リング、２２，２３  両端部、２４  取付部、２６  ボルト穴、３０  環状溝、３１，３２  外周側壁部、３３  溝底壁部、３４，３５  冷媒流路、４０，４１，４２，４３，４４  磁石、５３  鉄粉異物。
【図１】
0005630376.tif 000002
【図２】
0005630376.tif 000003
【図３】
0005630376.tif 000004
【図４】
0005630376.tif 000005