(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸を横にして設置される回転電機の冷却構造であって、
前記回転電機のコイルエンドに、上方から冷却液を供給する液供給手段と、
コイルエンドの上側部分の内周面の一部に沿って延びて配置され、滴下してくる冷却液を受ける冷却液受け手段と、
を有し、
冷却液受け手段は、当該液受け手段の頂部から端部に向けて受けた冷却液を案内し、コイルエンドの内周面と冷却液受け手段とに囲まれる面積が、前記頂部で大きく、前記端部で小さい、
回転電機の冷却構造。
【請求項２】
請求項１に記載の回転電機の冷却構造であって、
コイルエンドの内周面と冷却液受け手段とに囲まれる前記面積が、前記頂部から前記端部に向けて徐々に小さくなる、
回転電機の冷却構造。
【請求項３】
回転軸を横にして設置される回転電機の冷却構造であって、
前記回転電機のコイルエンドに、上方から冷却液を供給する液供給手段と、
コイルエンドの上側部分の内周面の一部に沿って延びて配置され、滴下してくる冷却液を受ける冷却液受け手段と、
を有し、
冷却液受け手段は、当該液受け手段の頂部から端部に向けて受けた冷却液を案内し、冷却液受け手段の、冷却液の流れる流路の幅が、前記頂部で広く、前記端部で狭い、
回転電機の冷却構造。
【請求項４】
請求項２に記載の回転電機の冷却構造であって、
前記流路の幅が、前記頂部から前記端部に向けて徐々に狭くなる、
回転電機の冷却構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転電機を冷却するための構造に関し、特にコイルエンドの冷却に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気エネルギを回転の運動エネルギに変換する電動機、回転の運動エネルギを電気エネルギに変換する発電機、さらに電動機と発電機どちらにも機能する電気機器が知られている。以下において、これらの電気機器を回転電機と記す。
【０００３】
液体により冷却を行う回転電機が知られている（下記特許文献１参照）。下記特許文献１に記載された回転電機は、回転軸を横にして設置され、コイルエンドの上方から冷却液が供給される。コイルエンドの上側半分（以下、上側部分と記す。）の内周面に沿って案内板が配置され、案内板は冷却液が周方向に流れるように案内している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−３５９９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記の特許文献１に記載された回転電機においては、供給される冷却液の量が少ない場合、コイルエンドの上側部分に対応して設けられた案内板に案内された冷却液がコイルエンド上側部分に接触せず、コイルエンドを有効に冷却できない場合がある。
【０００６】
本発明は、コイルエンドの上側部分から滴下した冷却液を受け、受けた冷却液が再びコイルエンド上側部分に掛かるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る回転電機は、回転軸を横にして設置され、コイルエンドに、その上方から冷却液が供給される。コイルエンドの上側部分の内周面の一部に沿って延びる冷却液受け手段が配置される。冷却液受け手段は、コイルエンドから滴下してくる冷却液を受け、これを冷却液受け手段の頂部から端部に向けて案内する。コイルエンドの内周面と冷却液受け手段とに囲まれる面積を、冷却液受け手段の頂部で大きく、端部で小さくなるようにする。これにより、冷却液受け手段に案内されて流れる冷却液の速度が、端部において速くなる。
【０００８】
前述の、コイルエンド内周面と冷却液受け手段に囲まれる面積は、冷却液受け手段の頂部から端部に向けて徐々に小さくなるようにできる。
【０００９】
本発明に係る別の回転電機は、回転軸を横にして設置され、コイルエンドに、その上方から冷却液が供給される。コイルエンドの上側部分の内周面の一部に沿って延びる冷却液受け手段が配置される。冷却液受け手段は、コイルエンドから滴下してくる冷却液を受け、これを冷却液受け手段の頂部から端部に向けて案内する。冷却液受け手段の、冷却液の流れる流路の幅を、前記頂部で広く、前記端部で狭くなるようにする。これにより、冷却液受け手段に案内されて流れる冷却液の速度が、端部において速くなる。
【００１０】
前述の、流路の幅は、冷却液受け手段の頂部から端部に向けて徐々に小さくなるようにできる。
【発明の効果】
【００１１】
冷却液受け部材の端部において、冷却液の流速を高めることができ、流量が少ない場合であっても、コイルエンド向けて冷却液を送り出し、コイルエンドに冷却液が掛かるようにできる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に係る回転電機の回転軸線方向から見た図である。
【図２】本発明に係る回転電機の回転軸線を含む断面を示す図である。
【図３】回転電機のステータ、特にコイルエンドにおけるコイル導線の様態を示す図である。
【図４】冷却液受け部材の形状を示す図である。
【図５】冷却液受け部材の、図４のＡ−Ａ線断面における端面を示す図である。
【図６】冷却液受け部材の、図４のＢ−Ｂ線断面における端面を示す図である。
【図７】冷却液部材を上方から見た図である。
【図８】冷却液受け部材の他の形状の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態を、図面に従って説明する。図１および図２は、本発明に係る回転電機１０の冷却構造の概略構成を示す図である。図１は回転電機１０の回転軸線方向から見た状態を示す図、図２は回転軸線を含む断面図である。
【００１４】
回転電機１０は、円筒または円環形状のステータ１２と、ステータ１２の円筒形状と同軸に配置される円柱または円板形状のロータ１４を有する。ロータ１４の中心を回転軸１６が貫通している。回転電機１０は、回転軸１６を横にして配置される。ステータ１２は、内周に周方向に沿って凹凸が配列されたステータコア１８を含む。ステータコア１８の内周に設けられた凹部分にはコイル導線が収められ、このコイル導線が凸部分に巻かれてコイル２０（図３参照）が形成されている。コイル２０に電力を供給することにより、ステータ１２の内側の空間に回転する磁界を形成する。言い換えれば、電力を供給したときに回転磁界が形成されるようにコイル２０がステータコア１８に巻回されている。
【００１５】
ステータコア１８内周の凸部分はティース、凹部分はスロットとも呼ばれる。ステータコア１８の端面に隣接する領域では、複数のコイル導線が複雑に束ねられている。このコイル導線の束ねられた部分は、コイルエンドと呼ばれ、以降コイルエンドを符号２２により示す。
【００１６】
図１においては、コイルエンド２２は簡略化して示されている。コイルエンド２２は、実際には図３に例示するように、コイル導線が複雑に束ねられたものである。束ねられたコイル導線の間、およびコイル導線とステータコア１８の間には、隙間があいている部分がある。コイルエンド２２は、全体として断面が方形の円環形状であり、ステータコア１８の円筒端面に隣接して位置する。また、以下の説明において、コイルエンド２２の、回転電機１０の回転軸線を通る水平面Ｈより上側の部分と下側の部分を、コイルエンド上側部分２２ａ，コイルエンド下側部分２２ｂと記す。
【００１７】
ロータ１４は、全体として円筒形状であり、ステータ１２の内周、特にティース先端に僅かの隙間をもって配置される。ロータ１４は、ステータ１２により形成される回転磁界と相互作用して回転するように、例えば、その外周面または外周面近傍に永久磁石が埋設されている。また、ロータ１４の周方向にリラクタンスの異なる部分を設け、これと回転磁界との相互作用にてロータ１４を回転するようにすることもできる。回転軸１６は、ロータ１４と一体に回転するようロータに対して固定されている。回転電機１０を電動機として機能させる場合は、回転軸１６は、ロータで発生した回転力を外部に出力する出力軸となり、発電機として機能させる場合は、外部からの回転力を回転電機に入力するための入力軸となる。
【００１８】
コイル２０に電流を流すと発熱する。スロット内のコイル導線においては、発生した熱は周囲のステータコアに流れる。しかし、コイルエンド２２においては、周囲に熱の良導体がなく温度が上昇しやすい。よって、コイルエンド２２の効率的な冷却が望まれている。前述の特許文献１においては、液体による冷却、特に、コイルエンドに、その上方から液体を掛けて冷却を行っている。液体は、気体よりも熱伝導性が良いため、効率的な冷却が期待できる。また、上方から液体を掛け、この液体がコイルエンドを伝って流れる際に熱を奪うようにすることにより、コイルエンドを液体に浸す場合に比べて、液体の量を少なくすることができる。
【００１９】
回転電機１０の冷却においても、コイルエンド２２の上方から液体を掛けてコイルエンドの冷却を行っている。回転電機１０が自動車のトランスアクスル内に配置されるものである場合、冷却用の液体は、トランスアクスルの潤滑油または作動液とすることができる。以下、コイルエンド２２を冷却するための液体を冷却液と記す。冷却液は、不図示のポンプにより供給され冷却液供給管２４の側面に設けられた開口である冷却液供給口２６から、コイルエンド２２に供給される。冷却液供給口２６は、ステータコア１８両端のコイルエンド２２に対応して、１本の冷却液供給管２４の延びる方向において２箇所に設けられてよい。それぞれの箇所において、冷却液供給口２６は、図１に示すように下方に向いた１個とすることができ、また、鉛直軸に対称に２個設け、図１中の左右に振り分けるようにしてコイルエンドに掛けることもできる。冷却液供給管２４は、図において管状の態様で示しているが、回転電機１０を収めるケース（例えば、トランスアクスルケース）に孔をあけることにより形成された流路であってもよい。この場合、冷却液供給口は、前記流路がケースの部材表面に開いた開口である。
【００２０】
回転電機１０の冷却構造においては、冷却液供給口２６は図１に示すように回転電機１０の回転軸線の鉛直上方に配置され、ここから冷却液をコイルエンド２２の外周面に掛ける。冷却液供給口２６の位置は、前記の鉛直上方位置からずれていても、また２個以上設けられてもよい。また、冷却液は、冷却液供給口２６から一旦樋形状の案内流路を介して、コイルエンド２２の一つまたは複数の位置に掛けられてもよい。コイルエンド２２の外周面に掛けられた冷却液は、図１中の矢印Ｙ１，Ｙ２，Ｙ３で示すように、コイルエンド２２に沿って下方に向けて流れる。
【００２１】
前述のように、コイルエンド２２はコイル導線の間およびコイル導線とステータコアの間に多数の隙間を有している。冷却液供給口２６より供給される冷却液は、その一部が、コイルエンド上側部分２２ａにおいて、この隙間を通って、コイルエンド２２の外周側から内周側に至り、ここから滴下する。このコイルエンド上側部分２２ａの内周面より滴下する冷却液は、回転軸１６上に落ち、回転軸１６の回転の妨げとなる。回転電機１０においては、コイルエンド上側部分２２ａより滴下してくる冷却液を受けるために冷却液受け部材２８がコイルエンド上側部分２２ａの内周面に沿って延びるように配置される。
【００２２】
図４から図７は、冷却液受け部材２８単体を示した図である。図４は、図１と同方向より見た状態を示す図である。図５および図６は、冷却液受け部材２８の頂部と端部の断面の端面を示す図である。頂部の断面は、図４においてＡ−Ａ線で示され、この断面はまた回転電機１０の回転軸線を含む鉛直な面である。端部の断面は、図４においてＢ−Ｂ線で示され、この断面はまた回転電機１０の回転軸線を含む面である。図７は、冷却液受け部材２８を上方から見た状態を示す図である。
【００２３】
冷却液受け部材２８は、滴下してくる冷却液を受ける受け部３０と、受け部３０をステータコア１８から吊り下げて支持する支持部３２を含む。受け部３０は、コイルエンド２２の内周面に沿って弧を描いて延びる。この冷却液受け部材２８においては、コイルエンド２２の最も高い位置から左右に約４５度の位置まで円弧を描いて延びている。図５および図６に示されるように、受け部３０は二つの側壁３４，３６を有し、これらの側壁３４，３６は、受け部３０が弧状の延びる方向に直交する断面において略Ｖ字形に配置される。２枚の側壁３４，３６およびコイルエンド２２の内周面に囲まれた範囲が冷却液の流路となる。コイルエンド２２から滴下した冷却液は、受け部３０に受けられて、さらに受け部３０に沿って両端部に向かい、両端部から送出される。受け部３０から流れ出るときの勢いにより冷却液は、図４の矢印Ｙ４で示すように斜めに流出する。斜めに流出した冷却液は、コイルエンド２２の内周面に掛かり、コイルエンド２２の側方部分を冷却する。
【００２４】
冷却液の供給量が少なく、受け部３０を流れる冷却液の速度が遅くなると、受け部３０の端部から流出される冷却液の速度が足らず、コイルエンド２２に達する前に落下してしまう。供給量が少ない場合にも、冷却液の十分な流速を得るために、受け部３０の流路断面積は、頂部で大きく、端部で小さくなっている。端部で流路断面積が小さくなっていることにより、この部分を通過する冷却液の流速が速くなり、冷却液がコイルエンド２２に達するようになる。
【００２５】
受け部３０の側壁３４，３６のうち、ステータコア１８から遠い方の側壁（以下、外側側壁と記す。）３４は、ロータの回転軸線に直交する平面内に配置され、他方の側壁（以下、内側側壁と記す。）３６は、ロータの回転軸線に対して傾斜配置されている。内側側壁３６の傾斜方向は、ステータコア１８から離れるに従い低くなる方向である。したがって、受けた冷却液は、ステータコア１８から離れる方向に誘導される。内側側壁３６は、受け部３０の頂部における傾斜角度θ1 より、端部における傾斜角度θ2 が大きくなっている（図５，６参照）。これにより外側側壁３４と内側側壁３６で規定される流路の幅が頂部では広く、端部では狭くされる。また、頂部の流路断面積より、端部の流路断面積の方が小さくされる。
【００２６】
流路は、受け部３０の端部においては、コイルエンド２２のステータコア１８から離れた方の側面３８側に配置される。これにより、受け部３０の端部から流出した冷却液は、コイルエンド２２の内周面のロータ１４から遠い位置に掛けられ、ロータ１４とステータ１２のギャップ内への侵入が抑制される。
【００２７】
内側側壁３６の傾斜角度は、頂部から端部に向けて徐々に、あるいは連続的に変化するようにできる。これにより受け部３０内の冷却液の流れが滑らかとなり、冷却液の流速を加速するのに好適である。
【００２８】
冷却液受け部材２８がステータ１２に装着されたときには、支持部３２は、略コの字形であり、コの字の各画がステータコア１８の外周面、モータの回転軸線方向における二つの端面に沿って配置される。冷却液受け部材２８をステータに装着する方法としては、例えば以下の方法がある。冷却液受け部材２８を、先ず二つの部分、すなわち図５における左右の中心から分割した二つの部品として製作する。このとき、支持部３２は、受け部３０の内側側壁３６の頂部から延びる細長い板状の部材である。この支持部３２を、コイルエンド２２の導線とステータコア１８の隙間をコイルエンドの内周側から外周側へと通し、両側の支持部３２をステータコア１８の外周面において結合する。または、両側の支持部３２をそれぞれステータコア１８に固定するようにしてもよい。
【００２９】
図８は、冷却液受け部材の形状の別例を示す図である。図８に示す冷却液受け部材４０は、前述の冷却液受け部材２８とほぼ同一の形状を有するが、底面４６が形成されている点が相違する。冷却液受け部材４０は、二つの側壁４２，４４の間に底面４６が形成されている。底面４６は、ロータの回転軸線に平行である。底面４６の幅は、冷却液受け部材４０の頂部と端部で同じであってもよく、また端部で狭くなっていてもよい。頂部から端部に向けて徐々に、あるいは連続的に狭くするようにしてもよい。
【００３０】
以上の冷却液受け部材２８，４０は、ステータ１２の両側のコイルエンドの双方に対応して設けられたが、片方のみ配置することもできる。また、図１および図４に記載のように、受け部３０は左右対称に延びているが、必要に応じて、非対称に、つまり左右の一方が他方に比べて長く延びるようにすることができる。
【符号の説明】
【００３１】
１０  回転電機、１２  ステータ、１４  ロータ、１６  回転軸、１８  ステータコア、２２  コイルエンド、２８、冷却液受け部材、３０  受け部、３２  支持部、３４  外側側壁、３６  内側側壁。
【図１】
0005630402.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
0005630402.tif 000005
【図５】
0005630402.tif 000006
【図６】
0005630402.tif 000007
【図７】
0005630402.tif 000008
【図８】
0005630402.tif 000009