(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジングと、
上記ハウジングに回転可能に支持された回転軸に固着されて上記ハウジング内に配設された回転子と、
スロットが径方向内方に開口して周方向に配列された円環状の電機子鉄心、およびそれぞれ、導体線を曲げ成形して作製され、上記電機子鉄心に装着された複数のコイルからなる電機子巻線を有し、上記回転子を囲繞するように上記回転子と同軸に配設されて上記ハウジングに保持された電機子と、を備え、
上記回転軸の軸心を水平にして設置され、液冷媒を上記ハウジングに形成された冷媒吸入孔から上記電機子巻線のコイルエンドに吹き付けて、上記電機子巻線を冷却する回転電機において、
上記冷媒吸入孔は、上記ハウジングの上記コイルエンドの鉛直方向上方の位置に形成され、
帯状の絶縁紙が、厚み方向を径方向として、上記導体線の上記コイルエンドを構成する部分の、径方向に隣接する導体部間に挿入されて、上記コイルエンド内に上記冷媒吸入孔の鉛直方向下方の位置を横切って周方向に延びるように配設されている回転電機。
【請求項２】
上記径方向に隣接する導体部間に挿入された上記絶縁紙が、径方向にｍ層（ただし、ｍは１以上の整数）配設され、
上記液冷媒を通過させる貫通穴が、上記径方向にｍ層配設された絶縁紙のそれぞれに形成されている請求項１記載の回転電機。
【請求項３】
上記径方向に隣接する導体部間に挿入された上記絶縁紙が、径方向にｍ層（ただし、ｍは２以上の整数）配設され、
上記液冷媒を通過させる貫通穴が、最内径に位置する上記絶縁紙を除く上記絶縁紙のそれぞれに形成されている請求項１記載の回転電機。
【請求項４】
上記貫通穴は、上記コイルエンドの径方向外方から見て、上記絶縁紙を挟む上記導体部間に形成される隙間に重なるように上記絶縁紙に形成されている請求項２又は請求項３に記載の回転電機。
【請求項５】
中心孔が上記回転軸の軸心位置に形成され、噴射孔が上記回転軸の上記コイルエンドの位置で上記中心孔から径方向に分岐して形成され、運転中に、上記液冷媒が上記中心孔に供給されて上記噴射孔から上記コイルエンドに吹き付けられる請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えば電動機や発電機などの回転電機に関し、特に回転電機の電機子巻線の冷却構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電動車両などに用いられる回転電機には、大電流を流し、高いトルクで長時間運転を続けられることが求められている。そして、大電流を通電し続けることから、電機子巻線の温度が上昇する。そこで、電機子巻線の温度が耐熱温度を超えないように、電機子巻線を効果的に冷却することが重要となる。
【０００３】
このような状況を鑑み、運転中に、電機子巻線のコイルエンドを液冷媒、例えばＡＴＦオイルで直接冷却する冷却構造が提案されている（例えば、特許文献１，２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第５０２１４４３号公報
【特許文献２】特開２００１−０９５２０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１では、樹脂ホルダで支持され、電機子巻線に接続される導体を有する配電部が、電機子巻線のコイルエンドの上部に配設されていた。また、冷媒出口がケースのコイルエンドの上半分の外径側に周方向に分散して１３カ所形成されていた。そして、シャフトを水平にして回転電機を配置し、液冷媒を冷媒出口からコイルエンドに吹き付けて、コイルエンドを冷却していた。コイルエンドに吹き付けられた液冷媒の一部が、コイルエンドの内径側に流れ、残りの液冷媒が、電機子鉄心の端面と配線部の下面との間に形成される隙間を通って周方向に流れ、電機子巻線を効果的に冷却していた。しかしながら、冷媒出口をケースのコイルエンドの上半分の外径側に周方向に分散して１３カ所形成する必要があるので、冷却構造が複雑となるという課題があった。さらに、配電部を電機子巻線のコイルエンド部の上部に配設しているので、回転電機の軸方向寸法が増大し、回転電機の小型化が図られないという課題もあった。
【０００６】
特許文献２では、中心孔がシャフトの軸心位置に設けられ、貫通孔がシャフトのコイルエンドの位置に、中心孔から径方向に分岐して形成されている。そして、液冷媒を中心孔に供給し、遠心力により貫通孔から噴射させて、コイルエンドに吹き付けていた。しかしながら、液冷媒は、径方向に対してシャフトの回転方向前方に傾斜する方向からコイルエンドに吹き付けられるので、液冷媒は、コイルエンドの内部を通って外径側に到達しにくく、コイルエンドに冷却むらが発生し、電機子巻線の冷却性が悪化するという課題があった。
【０００７】
この発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、帯状の絶縁紙を電機子巻線のコイルエンドの径方向に隣り合う導体部間に挿入して周方向に延びるように配設し、鉛直方向上方からコイルエンドに供給された液冷媒を絶縁紙により内径側に流出するのを抑えて周方向に流して、電機子巻線を効果的に冷却できるとともに、軸方向寸法の増大を抑えて、小型化を図ることができる回転電機を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明による回転電機は、ハウジングと、上記ハウジングに回転可能に支持された回転軸に固着されて上記ハウジング内に配設された回転子と、スロットが径方向内方に開口して周方向に配列された円環状の電機子鉄心、およびそれぞれ、導体線を曲げ成形して作製され、上記電機子鉄心に装着された複数のコイルからなる電機子巻線を有し、上記回転子を囲繞するように上記回転子と同軸に配設されて上記ハウジングに保持された電機子と、を備え、上記回転軸の軸心を水平にして設置され、液冷媒を上記ハウジングに形成された冷媒吸入孔から上記電機子巻線のコイルエンドに吹き付けて、上記電機子巻線を冷却する。上記冷媒吸入孔は、上記ハウジングの上記コイルエンドの鉛直方向上方の位置に形成され、帯状の絶縁紙が、厚み方向を径方向として、上記導体線の上記コイルエンドを構成する部分の、径方向に隣接する導体部間に挿入されて、上記コイルエンド内に上記冷媒吸入孔の鉛直方向下方の位置を横切って周方向に延びるように配設されている。
【発明の効果】
【０００９】
この発明によれば、帯状の絶縁紙が、厚み方向を径方向として、導体線のコイルエンドを構成する部分の、径方向に隣接する導体部間に挿入されて、コイルエンド内に冷媒吸入孔の鉛直方向下方の位置を横切って周方向に延びるように配設されている。そこで、コイルエンドに吹き付けられた液冷媒は、絶縁紙に当たり、コイルエンドの内径側への流出を抑えられて、コイルエンド内を周方向に流れる。これにより、液冷媒がコイルエンド内に周方向に万遍なく行き渡り、コイルエンドの冷却むらがなく、電機子巻線を効果的に冷却できる。また、コイルエンドの外径側に形成される冷媒吸入孔数が１つでよく、電機子巻線の冷却構造を簡素化できる。さらに、電機子巻線のコイルエンドの上部に絶縁ホルダを配設する必要がないので、回転電機の軸方向寸法の増大を抑えて、回転電機の小型化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】この発明の実施の形態１に係る回転電機を示す片側断面図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係る回転電機の要部を示す斜視図である。
【図３】この発明の実施の形態１に係る回転電機に適用される電機子を示す斜視図である。
【図４】この発明の実施の形態１に係る回転電機に適用される電機子鉄心を構成する鉄心ブロックを示す斜視図である。
【図５】この発明の実施の形態１に係る回転電機における電機子巻線を構成するコイルを示す斜視図である。
【図６】この発明の実施の形態１に係る回転電機における電機子巻線を構成するコイルを示す端面図である。
【図７】この発明の実施の形態１に係る回転電機における電機子巻線を構成するコイルを示す正面図である。
【図８】この発明の実施の形態１に係る回転電機に適用される電機子巻線を構成するコイルの配置を説明する断面模式図である。
【図９】この発明の実施の形態１に係る回転電機に適用される電機子巻線を示す斜視図である。
【図１０】この発明の実施の形態１に係る回転電機における電機子巻線への絶縁紙の装着方法を説明する斜視図である。
【図１１】この発明の実施の形態１に係る回転電機における電機子巻線への絶縁紙の装着方法を説明する模式断面図である。
【図１２】この発明の実施の形態１に係る回転電機における電機子巻線への絶縁紙の装着方法を説明する模式断面図である。
【図１３】この発明の実施の形態１に係る回転電機における電機子巻線の絶縁紙装着状態を示す模式断面図である。
【図１４】この発明の実施の形態１に係る回転電機における電機子巻線の第１コイルエンドの絶縁紙装着状態を径方向外方から見た要部拡大図である。
【図１５】この発明の実施の形態１に係る回転電機における電機子の組立方法を説明する図である。
【図１６】この発明の実施の形態１に係る回転電機における電機子の組立方法を説明する図である。
【図１７】この発明の実施の形態１に係る回転電機における冷却動作時の液冷媒の流れを説明する片側断面図である。
【図１８】この発明の実施の形態１に係る回転電機における冷却動作時の液冷媒の流れを説明する模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明による回転電機の好適な実施の形態につき図面を用いて説明する。
【００１２】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係る回転電機を示す片側断面図、図２はこの発明の実施の形態１に係る回転電機の要部を示す斜視図、図３はこの発明の実施の形態１に係る回転電機に適用される電機子を示す斜視図、図４はこの発明の実施の形態１に係る回転電機に適用される電機子鉄心を構成する鉄心ブロックを示す斜視図、図５はこの発明の実施の形態１に係る回転電機における電機子巻線を構成するコイルを示す斜視図、図６はこの発明の実施の形態１に係る回転電機における電機子巻線を構成するコイルを示す端面図、図７はこの発明の実施の形態１に係る回転電機における電機子巻線を構成するコイルを示す正面図、図８はこの発明の実施の形態１に係る回転電機に適用される電機子巻線を構成するコイルの配置を説明する断面模式図、図９はこの発明の実施の形態１に係る回転電機に適用される電機子巻線を示す斜視図である。なお、図８では、便宜上、第１から第３コイルエンド部を直線で示している。
【００１３】
図１および図２において、回転電機１００は、有底円筒状のフレーム２およびフレーム２の開口を塞口する端板３を有するハウジング１と、フレーム２の円筒部に内嵌状態に固着された電機子１０と、フレーム２の底部および端板３にベアリング４を介して回転可能に支持された回転軸６に固着されて、電機子１０の内周側に回転可能に配設された回転子５と、を備えている。
【００１４】
液冷媒を供給するための冷媒吸入孔６０ａ，６０ｂが、電機子巻線２０の電機子鉄心１１の軸方向両端から軸方向外方に突出するコイルエンドのそれぞれの径方向外方に位置するようにフレーム２の円筒部に１つずつ形成されている。また、液冷媒が供給される中心孔６１が、回転軸６の軸心位置を軸方向に貫通するように形成されている。さらに、中心孔６１から径方向に分岐する噴射孔６２ａ，６２ｂが、電機子巻線２０のコイルエンドのそれぞれの径方向内方に位置するように、回転軸６に形成されている。
【００１５】
回転子５は、軸心位置に挿通された回転軸６に固着された回転子鉄心７と、回転子鉄心７の外周面側に埋設されて周方向に一定の間隔で配列され、磁極を構成する永久磁石８と、を備えた永久磁石型回転子である。なお、回転子５は、永久磁石式回転子に限定されず、絶縁しない回転子導体を、回転子鉄心のスロットに収納して、両側を短絡環で短絡したかご形回転子や、絶縁した導体線を回転子鉄心のスロットに装着した巻線形回転子を用いてもよい。
【００１６】
つぎに、電機子１０の構成について具体的に図３から図９を参照しつつ説明する。
【００１７】
電機子１０は、図３に示されるように、電機子鉄心１１と、電機子鉄心１１に装着された電機子巻線２０と、電機子鉄心１１と電機子巻線２０とを電気的に隔離するスロットセル１４と、備えている。ここで、説明の便宜上、回転子５の極数を１０、電機子鉄心１１のスロット数を６０、電機子巻線２０を三相巻線とする。すなわち、スロット１３は、毎極毎相当たり２個の割合で電機子鉄心１１に形成されている。
【００１８】
鉄心ブロック１２は、円環状の電機子鉄心１１を周方向に３０等分割したもので、図４に示されるように、多数枚の電磁鋼板を積層一体化して作製され、断面円弧形のコアバック部１２ａと、コアバック部１２ａの内周壁面から径方向内方に突出する２本のティース１２ｂと、を備えている。
【００１９】
電機子鉄心１１は、ティース１２ｂを径方向内方に向けて、コアバック部１２ａの周方向の側面同士を突き合わせて、３０個の鉄心ブロック１２を周方向に配列、一体化して、円環状に構成されている。コアバック部１２ａと周方向に隣り合う２本のティース１２ｂとにより構成されるスロット１３が、内周側に開口するように、周方向に等角ピッチで配列されている。なお、ティース１２ｂは、周方向幅が径方向内方に向って漸次狭くなる先細り形状に形成されており、スロット１３の断面は長方形となっている。
【００２０】
スロットセル１４は、例えばポリイミドフィルムをメタ系アラミド繊維で挟み込んで作製された長方形のシートを曲げ成形してＵ字状に形成され、スロット１３内に挿入され、電機子鉄心１１と電機子巻線２０を電気的に隔離する。
【００２１】
電機子巻線２０は、複数のコイル２１により構成される。コイル２１は、例えば、エナメル樹脂で絶縁被覆された、且つ接続部のない連続した銅線やアルミニウム線などからなる直径ｄの円形断面の導体線１９をδ字状のコイルパターンに巻回して作製される。なお、コイル２１は、長方形断面の導体線１９をδ字状のコイルパターンに巻回して作製してもよい。
【００２２】
コイル２１は、図５から図７に示されるように、６スロット角度間隔離れて３列となった、第１、第２、第３および第４直線部２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄと、第１および第２直線部２１ａ，２１ｂの長さ方向の一端同士を連結する第１コイルエンド部２１ｅと、第２および第３直線部２１ｂ，２１ｃの長さ方向の他端同士を連結する第２コイルエンド部２１ｆと、第３および第４直線部２１ｃ，２１ｄの長さ方向の一端同士を連結する第３コイルエンド部２１ｇと、第１直線部２１ａの長さ方向の他端から延びる第１コイル端末２１ｈと、第４直線部２１ｄの長さ方向の他端から延びる第２コイル端末２１ｊと、を備える。第１および第２コイル端末２１ｈ，２１ｊは、他のコイル２１や給電部、中性点などに接続される。なお、６スロット角度間隔とは、周方向に連続する６つのティース１２ｂの両側のスロット１３のスロット中心間の間隔であり、１磁極ピッチに相当する。
【００２３】
具体的には、コイル２１は、図８に示されるように、導体線１９が電機子鉄心１１の軸方向一端側から１番のスロット１３内の第１層に挿入され、１番のスロット１３から電機子鉄心１１の軸方向他端側に延び出て、周方向一側に６スロット角度間隔離れた７番のスロット１３内の第２層に挿入され、７番のスロット１３から電機子鉄心１１の軸方向一端側に延び出て、周方向一側に６スロット角度間隔離れた１３番のスロット１３内の第３層に挿入され、１３番のスロット１３から電機子鉄心１１の軸方向他端側に延び出て、周方向他側に６スロット角度間隔離れた７番のスロット１３内の第４層に挿入され、７番のスロット１３から電機子鉄心１１の軸方向一端側に延び出るδ字状のコイルパターンに作製される。このように作製されるコイル２１は、分布巻きのコイルである。
【００２４】
なお、図８中、スロット１３内に収納される導体線の収納位置を、便宜的に、外径側から第１層、第２層、第３層、第４層とした。また、図８中、１，２・・１３はスロット１３に周方向の並び順にふったスロット番号である。
【００２５】
ここで、１番のスロット１３内の第１層から電機子鉄心１１の軸方向一端側に延び出た第１コイルエンド部２１ｅは、径方向位置を維持して、一定の傾きで周方向一側かつ軸方向外方に延び、中央部（頂部）のクランク部で径方向内方にｄだけ変位され、その後逆向きの傾きで、径方向位置を維持して、周方向一側かつ軸方向内方に延び、７番のスロット１３内の第２層に入る。
【００２６】
７番のスロット１３内の第２層から電機子鉄心１１の軸方向他端側に延び出た第２コイルエンド部２１ｆは、径方向位置を維持して、一定の傾きで周方向一側かつ軸方向外方に延び、中央部（頂部）のクランク部で径方向内方にｄだけ変位され、その後逆向きの傾きで、径方向位置を維持して、周方向一側かつ軸方向内方に延び、１３番のスロット１３内の第３層に入る。
【００２７】
１３番のスロット１３内の第３層から電機子鉄心１１の軸方向一端側に延び出た第３コイルエンド部２１ｇは、径方向位置を維持して、一定の傾きで周方向他側かつ軸方向外方に延び、中央部（頂部）のクランク部で径方向内方にｄだけ変位され、その後逆向きの傾きで、径方向位置を維持して、周方向他側かつ軸方向内方に延び、７番のスロット１３内の第４層に入る。
【００２８】
１番のスロット１３内の第１層から電機子鉄心１１の軸方向他端側に延び出た第１コイル端末２１ｈは、径方向位置を維持して、一定の傾きで周方向他側かつ軸方向外方に延び、その後曲げられて径方向外方に延び出している。
７番のスロット１３内の第４層から電機子鉄心１１の軸方向他端側に延び出た第２コイル端末２１ｊは、径方向位置を維持して、一定の傾きで周方向一側かつ軸方向外方に延び、その後曲げられて径方向外方に延び出している。
【００２９】
このように、第１から第３コイルエンド部２１ｅ，２１ｆ，２１ｇは、一対の傾斜部２１ｅ’，２１ｆ’，２１ｇ’と、径方向に導体線の径方向幅ｄだけ径方向に変位するクランク部と、を有している。また、第１および第２コイル端末２１ｈ，２１ｊは、傾斜部２１ｈ’，２１ｊ’を有している。第１から第４直線部２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄは、直径ｄの円形断面に形成されている。第１から第３コイルエンド部２１ｅ，２１ｆ，２１ｇおよび第１および第２コイル端末２１ｈ，２１ｊは、例えば、円形断面の導体線を平行な平板で径方向の両側から加圧して、径方向厚みをｄ’（但し、ｄ’＜ｄ）、軸方向厚みをｄ”（但し、ｄ”＞ｄ）とする扁平な断面に塑性変形されている。
【００３０】
このように作製された６０個のコイル２１を１スロットピッチで周方向に円環状に配列し、図９に示される電機子巻線２０が組み立てられる。この電機子巻線２０の軸方向一端側には、第１コイルエンド部２１ｅを周方向に１スロットピッチで配列して構成された第１コイルエンド部列と、第３コイルエンド部２１ｇを周方向に１スロットピッチで配列して構成された第３コイルエンド部列とが、径方向に２層に並んで第１コイルエンド２０ａを構成する。また、この電機子巻線２０の軸方向他端側には、第２コイルエンド部２１ｆを周方向に１スロットピッチで配列して構成された第２コイルエンド部列が、第２コイルエンド２０ｂを構成する。さらに、軸方向外方に延び出している第１コイル端末２１ｈの端部が、第２コイルエンド２０ｂの外径側に周方向に１スロットピッチで配列する。さらにまた、軸方向外方に延び出している第２コイル端末２１ｊの端部が、第２コイルエンド２０ｂの内径側に周方向に１スロットピッチで配列する。
【００３１】
つぎに、電機子１０を組み立てる方法を図１０から図１６を参照しつつ説明する。図１０はこの発明の実施の形態１に係る回転電機における電機子巻線への絶縁紙の装着方法を説明する斜視図、図１１および図１２はそれぞれこの発明の実施の形態１に係る回転電機における電機子巻線への絶縁紙の装着方法を説明する模式断面図、図１３はこの発明の実施の形態１に係る回転電機における電機子巻線の絶縁紙装着状態を示す模式断面図、図１４はこの発明の実施の形態１に係る回転電機における電機子巻線の第１コイルエンドの絶縁紙装着状態を径方向外方から見た要部拡大図、図１５および図１６はそれぞれこの発明の実施の形態１に係る回転電機における電機子の組立方法を説明する図である。なお、図１５および図１６では、便宜上、電機子巻線を第１から第４直線部のみで示している。
【００３２】
まず、電機子巻線２０においては、第１から第３コイルエンド部２１ｅ，２１ｆ，２１ｇおよび第１および第２コイル端末２１ｈ，２１ｊは、直径ｄの円形断面の導体線１９が、径方向厚みをｄ’（但し、ｄ’＜ｄ）、軸方向厚みをｄ”（但し、ｄ”＞ｄ）とする扁平な断面に塑性変形されている。そこで、図１１に示されるように、第１から第３コイルエンド部２１ｅ，２１ｆ，２１ｇ内には、それぞれ、隙間Ｓ（＝ｄ−ｄ’）が形成されている。
【００３３】
そこで、図１０および図１１に示されるように、円環状に作製された第２絶縁紙１５２が第１コイルエンド２０ａ側から電機子巻線２０に装着され、円環状に作製された第１および第３絶縁紙１５１，１５３が第２コイルエンド２０ｂ側から電機子巻線２０に装着される。そして、図１２に示されるように、第１絶縁紙１５１は、第３直線部２１ｃと第４直線部２１ｄとの間を通って第１コイルエンド２０ａ側に移動され、第１コイルエンド部２１ｅ内の隙間Ｓに挿入される。また、第２絶縁紙１５２は、第２直線部２１ｂと第３直線部２１ｃとの間を通って第２コイルエンド２０ｂ側に移動され、第２コイルエンド部２１ｆ内の隙間Ｓに挿入される。さらに、第３絶縁紙１５３は、第１直線部２１ａと第２直線部２１ｂとの間を通って第１コイルエンド２０ａ側に移動され、第３コイルエンド部２１ｇ内の隙間Ｓに挿入される。
【００３４】
ついで、図１２および図１３に示されるように、第１絶縁紙１５１および第３絶縁紙１５３が、第２コイルエンド２０ｂ側から、第２コイル端末２１ｊと第２コイルエンド部２１ｆとの間の隙間、および第１コイル端末２１ｈと第２コイルエンド部２１ｆとの間の隙間に挿入される。また、第２絶縁紙１５２が、第１コイルエンド２０ａ側から、第１コイルエンド部２１ｅと第３コイルエンド部２１ｇとの間の隙間に挿入される。
【００３５】
第１絶縁紙１５１は、長尺帯状体に成形された絶縁紙を丸めて円環状に構成されている。第２絶縁紙１５２は、長尺帯状体に成形された絶縁紙を丸めて円環状に構成されている。そして、円形の貫通穴１５２ａが、それぞれ、第２絶縁紙１５２を厚さ方向に貫通して、周方向に複数形成されている。第３絶縁紙１５３は、長尺帯状体に成形された絶縁紙を丸めて円環状に構成されている。そして、円形の貫通穴１５３ａが、それぞれ、第３絶縁紙１５３を厚さ方向に貫通して、周方向に複数形成されている。
【００３６】
そして、図１３に示されるように、第１コイルエンド部２１ｅ内の隙間Ｓに挿入された状態での第１絶縁紙１５１の直径をΦｘ１、第２コイルエンド部２１ｆ内の隙間Ｓに挿入された状態での第２絶縁紙１５２の直径をΦｘ２、第３コイルエンド部２１ｇ内の隙間Ｓに挿入された状態での第３絶縁紙１５３の直径をΦｘ３とした時、Φｘ１＜Φｘ２＜Φｘ３となっている。また、第１から第３絶縁紙１５１，１５２，１５３は、例えば、ポリイミド、アラミド、ポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）などの絶縁材料で作製される。
【００３７】
ここで、第１コイルエンド２０ａに着目すれば、図１４に示されるように、第１コイルエンド部２１ｅのスロット１３の第１層から突出して頂部に至る傾斜部２１ｅ’と第１コイルエンド部２１ｅのスロット１３の第２層から突出して頂部に至る傾斜部２１ｅ’とが、傾きを逆方向として、周方向に１スロットピッチで配列されて、第１コイルエンド部列を構成している。そこで、第１コイルエンド部列を径方向外方から見ると、第１コイルエンド部列の径方向に隣接する傾斜部２１ｅ’間に隙間Ｓ’が形成されている。そして、第３絶縁紙１５３は、径方向外方から見て貫通穴１５３ａが隙間Ｓ’に重なるように第１コイルエンド部列内に配設されている。なお、第１コイルエンド部列の径方向に隣接する傾斜部２１ｅ’が、導体線１９の第１コイルエンド２０ａを構成する部分の、径方向に隣接する導体部に相当する。
【００３８】
また、図示していないが、第１コイルエンド部２１ｅのスロット１３の第２層から突出して頂部に至る傾斜部２１ｅ’と第３コイルエンド部２１ｇのスロット１３の第３層から突出して頂部に至る傾斜部２１ｇ’とが、傾きを逆方向として、周方向に１スロットピッチで配列されている。そこで、第１コイルエンド部列内から径方向内方を見ると、第１コイルエンド部列と第３コイルエンド部列の径方向に隣接する傾斜部２１ｅ’，２１ｇ’間に隙間Ｓ’が形成される。そして、第２絶縁紙１５２は、径方向外方から見て貫通穴１５２ａが隙間Ｓ’に重なるように第１コイルエンド部列と第３コイルエンド部列の間に配設される。なお、第１コイルエンド部列と第３コイルエンド部列の径方向に隣接する傾斜部２１ｅ’，２１ｇ’が、導体線１９の第１コイルエンド２０ａを構成する部分の、径方向に隣接する導体部に相当する。
【００３９】
また、図示していないが、第３コイルエンド部２１ｇのスロット１３の第３層から突出して頂部に至る傾斜部２１ｇ’と、第３コイルエンド部２１ｇのスロット１３の第４層から突出して頂部に至る傾斜部２１ｇ’とが、傾きを逆方向として、周方向に１スロットピッチで配列され、第３コイルエンド部列を構成している。そして、第１絶縁紙１５１は、第３コイルエンド部列の径方向に隣接する傾斜部２１ｇ’間に配設される。なお、第３コイルエンド部列の径方向に隣接する傾斜部２１ｇ’が、導体線１９の第１コイルエンド２０ａを構成する部分の、径方向に隣接する導体部に相当する。
【００４０】
また、第２コイルエンド２０ｂに着目すれば、第１コイル端末２１ｈのスロット１３の第１層から突出して端部に至る傾斜部２１ｈ’と第２コイルエンド部２１ｆのスロット１３の第２層から突出して頂部に至る傾斜部２１ｆ’とが、傾きを逆方向として、周方向に１スロットピッチで配列されている。そこで、径方向外方から見ると、第１コイル端末２１ｈの列と第２コイルエンド部列の径方向に隣接する傾斜部２１ｈ’，２１ｆ’間に隙間Ｓ’が形成されている。そして、第３絶縁紙１５３は、径方向外方から見て貫通穴１５３ａが隙間Ｓ’に重なるように第１コイル端末２１ｈの列と第２コイルエンド部列との間に配設される。なお、第１コイル端末２１ｈの列と第２コイルエンド部列の径方向に隣接する傾斜部２１ｈ’，２１ｆ’が、導体線１９の第２コイルエンド２０ｂを構成する部分の、径方向に隣接する導体部に相当する。
【００４１】
また、第２コイルエンド部２１ｆのスロット１３の第２層から突出して頂部に至る傾斜部２１ｆ’と、第２コイルエンド部２１ｆのスロット１３の第３層から突出して頂部に至る傾斜部２１ｆ’とが、傾きを逆方向として、周方向に１スロットピッチで配列されて、第２コイルエンド部列を構成している。そこで、径方向外方から第２コイルエンド部列を見ると、第２コイルエンド部２１ｆの径方向に隣接する傾斜部２１ｆ’間に隙間Ｓ’が形成される。そして、第２絶縁紙１５２は、径方向外方から見て貫通穴１５２ａが隙間Ｓ’に重なるように第２コイルエンド部列内に配設される。なお、第２コイルエンド部２１ｆの径方向に隣接する傾斜部２１ｆ’が、導体線１９の第２コイルエンド２０ｂを構成する部分の、径方向に隣接する導体部に相当する。
【００４２】
また、第２コイルエンド部２１ｆのスロット１３の第３層から突出して頂部に至る傾斜部２１ｆ’と、第２コイル端末２１ｊのスロット１３の第４層から突出して端部に至る傾斜部２１ｊ’とが、傾きを逆方向として、周方向に１スロットピッチで配列されている。そして、第１絶縁紙１５１は、第２コイルエンド部列と第２コイル端末２１ｊの列の径方向に隣接する傾斜部２１ｆ’，２１ｊ’間に配設される。なお、第２コイルエンド部列と第２コイル端末２１ｊの列の径方向に隣接する傾斜部２１ｆ’，２１ｊ’が、導体線１９の第２コイルエンド２０ｂを構成する部分の、径方向に隣接する導体部に相当する。
【００４３】
ついで、径方向に１列に配列した第１から第４直線部２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄの各列にスロットセル１４を装着する。ついで、３０個の鉄心ブロック１２が、図１５に示されるように、ティース１２ｂを第１から第４直線部２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄの列間の径方向外方に位置させるように、電機子巻線２０の外周側に略等角ピッチで配列される。
【００４４】
ついで、３０個の鉄心ブロック１２を同時に径方向内方に移動させる。この鉄心ブロック１２の径方向内方への移動により、ティース１２ｂが第１から第４直線部２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄの列間に挿入される。そして、隣り合う鉄心ブロック１２のコアバック部１２ａの周方向側面同士が当接し、鉄心ブロック１２の径方向内方への移動が阻止される。
【００４５】
これにより、図１６に示されるように、鉄心ブロック１２が、コアバック部１２ａの周方向側面同士を当接させて円環状に配列し、電機子鉄心１１を構成する。また、第１から第４直線部２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄの各列がスロット１３内に収納され、電機子巻線２０が電機子鉄心１１に装着される。ついで、第１コイル端末２１ｈおよび第２コイル端末２１ｊに所望の結線処理が施され、電機子１０が得られる。
【００４６】
つぎに、回転電機１００の運転中における電機子巻線２０の冷却について図１７および図１８を参照しつつ説明する。図１７はこの発明の実施の形態１に係る回転電機における冷却動作時の液冷媒の流れを説明する片側断面図、図１８はこの発明の実施の形態１に係る回転電機における冷却動作時の液冷媒の流れを説明する模式図である。なお、図１７および図１８中、矢印は液冷媒の流れを示している。
【００４７】
この電機子１０を組み込んだ回転電機１００は、図１７に示されるように、回転軸６の軸心を水平とし、フレーム２に形成された冷媒吸入孔６０ａ，６０ｂが天方向を向くように配置される。そして、回転電機１００の運転中に、ＡＴＦオイルなどの液冷媒がオイルポンプ（図示せず）により冷媒吸入孔６０ａ，６０ｂおよび中心孔６１に圧送される。
【００４８】
冷媒吸入孔６０ａ，６０ｂは電機子巻線２０の第１および第２コイルエンド２０ａ，２０ｂの径方向外側に位置しているので、液冷媒は、冷媒吸入孔６０ａ，６０ｂから第１および第２コイルエンド２０ａ，２０ｂに吹き付けられる。そして、第１および第２コイルエンド２０ａ，２０ｂに吹き付けられた液冷媒は、図１８に示されるように、第３絶縁紙１５３に当たり、第３絶縁紙１５３に沿って周方向両側に流れる。そして、液冷媒の一部が、貫通穴１５３ａを通って内径側に流れ込み、第２絶縁紙１５２に沿って周方向に流れる。そして、液冷媒の一部が、貫通穴１５２ａを通って内径側に流れ込み、第１絶縁紙１５１に沿って周方向に流れる。このように、液冷媒は、第１および第２コイルエンド２０ａ，２０ｂ内を、外径側から内径側に浸透しつつ、周方向に流れ、フレーム２内の鉛直下方に溜まる。なお、第１絶縁紙１５１には貫通穴が形成されていないので、液冷媒は第１および第２コイルエンド２０ａ，２０ｂから内径側に流れ出ない。
【００４９】
また、中心孔６１に圧送された液冷媒は、遠心力により、噴射孔６２ａ，６２ｂから噴射され、第１および第２コイルエンド２０ａ，２０ｂの内径側に吹き付けられる。第１および第２コイルエンド２０ａ，２０ｂの内径側に吹き付けられた液冷媒は、第１および第２コイルエンド２０ａ，２０ｂに沿って周方向に流れるとともに、重力により滴下し、フレーム２内の鉛直下方に溜まる。フレーム２内の鉛直下方に溜まった液冷媒はオイルポンプにより冷媒吸入孔６０ａ，６０ｂおよび中心孔６１に圧送され、第１および第２コイルエンド２０ａ，２０ｂの冷却に供される。
【００５０】
この実施の形態１によれば、帯状の第１から第３絶縁紙１５１，１５２，１５３が、導体線１９の第１および第２コイルエンド２０ａ，２０ｂを構成する部分の、径方向に隣り合う傾斜部２１ｅ’，２１ｆ’，２１ｇ’，２１ｈ’，２１ｊ’間に挿入されて周方向に配設されている。最内径に位置する第１絶縁紙１５１を除く第２および第３絶縁紙１５２，１５３には、貫通穴１５２ａ，１５３ａが形成されている。冷媒吸入孔６０ａ，６０ｂが、第１および第２コイルエンド２０ａ，２０ｂのそれぞれの径方向外方に位置するようにフレーム２の円筒部に１つずつ形成されている。そして、回転電機１００は、回転軸６の軸心を水平として、冷媒吸入孔６０ａ，６０ｂが天方向を向くように配設されている。
【００５１】
そこで、冷媒吸入孔６０ａ，６０ｂから第１および第２コイルエンド２０ａ，２０ｂに吹き付けられた液冷媒は、貫通穴１５２ａ，１５３ａにより第１および第２コイルエンド２０ａ，２０ｂの内径側に浸透しつつ、第１から第３絶縁紙１５１，１５２，１５３により周方向に流れる。これにより、液冷媒が第１および第２コイルエンド２０ａ，２０ｂ内の径方向および周方向に満遍なく行き渡るので、第１および第２コイルエンド２０ａ，２０ｂの冷却むらの発生が抑えられ、電機子巻線２０を効果的に冷却することができる。
【００５２】
また、第１および第２コイルエンド２０ａ，２０ｂの径方向外方に形成される冷媒吸入孔６０ａ，６０ｂがそれぞれ１つで済み、電機子巻線２０の冷却構造を簡略化できる。
【００５３】
また、貫通穴が最内径に位置する第１絶縁紙１５１に形成されていないので、液冷媒が第１および第２コイルエンド２０ａ，２０ｂから内径側に流れ出にくい。そこで、液冷媒が回転子５と電機子１０との間の空隙に流入することに起因する損失の悪化を防ぐことができる。
【００５４】
また、貫通穴１５２ａ，１５３ａが、径方向外方から見て、導体線１９の第１および第２コイルエンド２０ａ，２０ｂを構成する部分の、径方向に隣り合う傾斜部２１ｅ’，２１ｆ’，２１ｇ’，２１ｈ’間に形成される隙間Ｓ’と重なっているので、液冷媒が第１および第２コイルエンド２０ａ，２０ｂ内を内径側に流れやすくなり、電機子巻線２０の冷却性能を高めることができる。
【００５５】
また、噴射孔６２ａ，６２ｂが、第１および第２コイルエンド２０ａ，２０ｂの径方向内方の位置で、回転軸６の軸心位置に形成された中心孔６１から径方向に分岐して回転軸６の外周面に至るように形成されている。そこで、回転電機１００の運転中に、液冷媒を中心孔６１に供給すれば、液冷媒が噴射孔６２ａ，６２ｂから噴射して、第１および第２コイルエンド２０ａ，２０ｂに内径側から吹き付けられるので、電機子巻線２０の冷却性能をさらに高めることができる。
【００５６】
なお、上記実施の形態１では、帯状の絶縁紙が円環状に丸められて第１および第２コイルエンド内にその周方向の全域に行き渡るように装着されているが、絶縁紙はフレームの円筒部に形成された冷媒吸入孔の真下位置に位置していれば、第１および第２コイルエンド内の周方向の全域に行き渡る必要はなく、例えばＣ字状に丸められて第１および第２コイルエンド内に装着されてもよい。
【００５７】
また、上記実施の形態１では、円形の貫通穴が第２および第３絶縁紙に形成されているが、第２および第３絶縁紙に形成される貫通穴の穴形状は円形に限定されず、液冷媒が第２および第３絶縁紙を通り抜ける穴形状であればよく、例えば四角形や楕円形の穴形状でもよい。
【００５８】
また、上記実施の形態１では、第１絶縁紙として貫通穴が形成されていない絶縁紙を用いているが、貫通穴が形成されている絶縁紙を第１絶縁紙に用いてもよい。
また、上記実施の形態１では、第１から第３絶縁紙を第１および第２コイルエンドに配設しているが、第１および第２コイルエンドに径方向に配設される絶縁紙の層数は３層に限定されず、１層、又は２層でもよい。例えば、絶縁紙の層数が１層の場合、第１から第３絶縁紙のいずれか１つの絶縁紙を配設すればよい。また、絶縁紙の層数が２層の場合、第１から第３絶縁紙の中から選択された２つの絶縁紙を配設すればよい。
【００５９】
また、上記実施の形態１では、コイルが、導体線をδ字状のコイルパターンに１回巻き回して作製されているが、コイルは、導体線をδ字状のコイルパターンを２回以上巻き回して作製されたコイルでもよい。また、コイルが、導体線をδ字状のコイルパターンに１回巻き回して作製されているが、コイルは、導体線を螺旋状に巻き回して作製された、いわゆる亀甲形のコイルでもよく、２つの直線部をコイルエンド部で連結したＵ字状のコイルでもよい。
【００６０】
また、上記実施の形態１では、コイルエンド部が、６スロット角度間隔離れたスロットに挿入されている直線部の端部同士を連結しているが、コイルエンド部により連結される２本の直線部が挿入されるスロット間の間隔は、６スロット角度間隔に限定されず、２スロット角度間隔以上離れていればよい。
【００６１】
また、上記実施の形態１では、第１コイルエンド部列と第３コイルエンド部列が径方向に２層に配列されているが、第１コイルエンド部列と第３コイルエンド部列が軸方向に２層に配列されてもよい。つまり、第１コイルエンド部列が第３コイルエンド部列の外側に位置するように配列されてもよい。例えば、４本の直線部がスロット内に径方向に１列に並んで挿入されている場合、第１コイルエンド部が第１層と第４層に位置する直線部の端部同士を連結し、第３コイルエンド部が第２層と第３層に位置する直線部の端部同士を連結することで、第１コイルエンド部列と第３コイルエンド部列が軸方向に２層に配列される構成を実現できる。そして、絶縁紙は、第１コイルエンド部のスロットの第１層から突出する傾斜部と第３コイルエンド部のスロットの第２層から突出する傾斜部との間、第３コイルエンド部列のスロットの第２層と第３層から突出する傾斜部間、および第３コイルエンド部のスロットの第３層から突出する傾斜部と第１コイルエンド部のスロットの第４層から突出する傾斜部との間のそれぞれに挿入される。
【符号の説明】
【００６２】
１  ハウジング、５  回転子、６  回転軸、１０  電機子、１１  電機子鉄心、１３  スロット、１９  導体線、２０  電機子巻線、２１  コイル、２１ｅ  第１コイルエンド部、２１ｅ’  傾斜部（導体部）、２１ｆ  第２コイルエンド部、２１ｆ’  傾斜部（導体部）、２１ｇ  第３コイルエンド部、２１ｇ’  傾斜部（導体部）、２１ｈ  第１コイル端末、２１ｈ’  傾斜部（導体部）、２１ｊ  第２コイル端末、２１ｊ’  傾斜部（導体部）、６０ａ，６０ｂ  冷媒吸入孔、６１  中心孔、６２ａ，６２ｂ  噴射孔、１５１  第１絶縁紙、１５２  第２絶縁紙、１５２ａ  貫通穴、１５３  第３絶縁紙、１５３ａ  貫通穴。
【要約】
【課題】この発明は、コイルエンドに供給された液冷媒を絶縁紙により内径側に流出するのを抑えて周方向に流して、電機子巻線を効果的に冷却できるとともに、軸方向寸法の増大を抑えて、小型化を図ることができる回転電機を得る。
【解決手段】回転電機１００は、回転軸６の軸心を水平にして設置され、冷媒吸入孔６０ａ，６０ｂが、フレーム２の円筒部の第１および第２コイルエンド２０ａ，２０ｂの鉛直方向上方の位置に形成され、帯状の絶縁紙が、厚み方向を径方向として、導体線の第１および第２コイルエンド２０ａ，２０ｂを構成する部分の、径方向に隣接する導体部間に挿入されて、第１および第２コイルエンド２０ａ，２０ｂ内に冷媒吸入孔６０ａ，６０ｂの鉛直方向下方の位置を横切って周方向に延びるように配設されている。
【選択図】図１７【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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