(57)【要約】【課題】  ステータコイルのコイルエンドに吐出される冷却油の着油率を高めた回転電機の冷却装置を提供する。【解決手段】  コイルエンド２５に冷却油を供給する冷却油パイプ４０は、ステータコア１０およびコイルエンド２５の鉛直方向最上点の上方に回転軸方向に沿って配設され、吐出孔７５からコイルエンド２５の外周面における着油点Ｐ１へ冷却油を吐出する。ここで、冷却油パイプ４０および吐出孔７５は、着油点Ｐ１における接線Ｌ３に対して２５度以上３０度以下からなる入射角θ１で冷却油が入射するように配置形成される。【選択図】        図２
2006115651.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸方向におけるステータコアの端部に形成される環状のコイルエンドを冷却媒体によって冷却する回転電機の冷却装置であって、
前記コイルエンドの外周面に向けて前記冷却媒体を吐出するための吐出孔を有する冷却媒体路を備え、
前記冷却媒体路は、前記冷却媒体の前記コイルエンドからの跳ね返り量が最小となる所定の入射角で前記冷却媒体が前記コイルエンドに入射するように、前記吐出孔から前記冷却媒体を吐出する、回転電機の冷却装置。
【請求項２】
前記所定の入射角は、前記コイルエンドの外周面において前記冷却媒体が着する点における接線に対して２５度以上３０度以下の角度からなる、請求項１に記載の回転電機の冷却装置。
【請求項３】
前記回転電機は、設置面に対して前記回転軸が略平行になるように前記設置面に設置され、
前記コイルエンドは、前記冷却媒体路から供給された冷却媒体が前記コイルエンドを伝わって流れ落ちる際に前記コイルエンドから熱を奪うことによって、前記冷却媒体により冷却され、
前記冷却媒体路は、前記コイルエンド全体に対して前記冷却媒体による前記コイルエンドの被覆度が最大となる所定の位置に前記冷却媒体が着するように、前記吐出孔から前記冷却媒体を吐出する、請求項１または請求項２に記載の回転電機の冷却装置。
【請求項４】
前記所定の位置は、前記コイルエンドの外周面において前記コイルエンドの鉛直方向最上点から前記コイルエンドの両周方向に略３０度傾いた位置である、請求項３に記載の回転電機の冷却装置。
【請求項５】
前記吐出孔は、第１および第２の吐出孔からなり、
前記冷却媒体路は、前記コイルエンドの鉛直方向最上点の上方に配設され、前記コイルエンドの両周方向に位置する前記所定の位置に向けてそれぞれ前記第１および第２の吐出孔から前記冷却媒体を吐出する、請求項４に記載の回転電機の冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、回転電機の冷却装置に関し、特に、ステータコイルのコイルエンドを冷却油などの冷却媒体によって冷却する回転電機の冷却装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
モータや発電機などの回転電機のコイルに電流が流れるとコイルが発熱し、回転電機の効率が低下するため、発熱したコイルを適切に冷却する必要がある。特許文献１は、ステータコイルのコイルエンドを冷却油によって冷却する液冷型回転電機を開示する。
【０００３】
この特許文献１に開示された回転電機は、ロータ内に溜められた液冷媒をノズルを介してステータコイルのコイルエンドに噴出して冷却する回転電機であって、ロータの反回転方向にノズルの噴出孔が向けられ、あるいは、ノズルの中心穴から放射状に広がった噴出孔を有する。
【０００４】
この回転電機によれば、ノズルの噴出孔から噴出された液冷媒をコイルエンドに広範囲に当てることができ、コイルエンドを十分に冷却することができる（特許文献１参照）。
【特許文献１】実開昭５２−１２７２０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
回転電機の熱対策としては、コイルの体積を増加させて熱容量を大きくすることが考えられるが、特に回転電機が自動車などの車両に搭載される場合には、回転電機の小型化が強く要求されるため、コイルの体積を増加させることはできない。
【０００６】
そこで、回転電機を効果的かつ効率的に冷却することが必要であり、効果的かつ効率的な回転電機の冷却を実現するためには、第１に、コイルエンドへの冷却油の着油率を高める必要がある。ここで、着油率とは、コイルエンドにかけられた冷却油が着油時に跳ね返ることなくどれだけコイルエンドに供給されたかを示す。
【０００７】
すなわち、コイルエンドへ冷却油を吐出して回転電機を冷却する場合、冷却油がコイルエンドに当たるとその一部はコイルエンドから跳ね返るが、この跳ね返った冷却油はコイルエンドの冷却に供さないので、この冷却油の跳ね返り量をできるだけ低減させて着油率を高める必要がある。
【０００８】
第２に、冷却油によるコイルエンドの被油率を高める必要がある。ここで、被油率とは、コイルエンドに供給された冷却油がコイルエンドを伝わって流れ落ちる際の冷却油によるコイルエンド全体に対する被覆度を示す。
【０００９】
すなわち、被油率が高いほど、コイルエンドに広範囲に行き渡った冷却油が効率的かつ効果的にコイルエンドから熱を奪うことができる。
【００１０】
上述した特許文献１に開示された回転電機の冷却装置は、冷却油をコイルエンドに広範囲に当てることができるが、冷却油の着油率を高めるものではない。また、冷却油をコイルエンドに広範囲に当てるので被油率を高めることはできるが、ロータの構造が複雑化し、回転電機の大型化やコストの増加を招く。
【００１１】
そこで、この発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、その目的は、ステータコイルのコイルエンドに吐出される冷却油の着油率を高めた回転電機の冷却装置を提供することである。
【００１２】
また、この発明の別の目的は、ステータコイルのコイルエンドに吐出される冷却油の被油率を簡易な構成により高めた回転電機の冷却装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
この発明によれば、回転電機の冷却装置は、回転軸方向におけるステータコアの端部に形成される環状のコイルエンドを冷却媒体によって冷却する回転電機の冷却装置であって、コイルエンドの外周面に向けて冷却媒体を吐出するための吐出孔を有する冷却媒体路を備え、冷却媒体路は、冷却媒体のコイルエンドからの跳ね返り量が最小となる所定の入射角で冷却媒体がコイルエンドに入射するように、吐出孔から冷却媒体を吐出する。
【００１４】
好ましくは、所定の入射角は、コイルエンドの外周面において冷却媒体が着する点における接線に対して２５度以上３０度以下の角度からなる。
【００１５】
好ましくは、回転電機は、設置面に対して回転軸が略平行になるように設置面に設置され、コイルエンドは、冷却媒体路から供給された冷却媒体がコイルエンドを伝わって流れ落ちる際にコイルエンドから熱を奪うことによって、冷却媒体により冷却され、冷却媒体路は、コイルエンド全体に対して冷却媒体によるコイルエンドの被覆度が最大となる所定の位置に冷却媒体が着するように、吐出孔から冷却媒体を吐出する。
【００１６】
好ましくは、所定の位置は、コイルエンドの外周面においてコイルエンドの鉛直方向最上点からコイルエンドの両周方向に略３０度傾いた位置である。
【００１７】
好ましくは、吐出孔は、第１および第２の吐出孔からなり、冷却媒体路は、コイルエンドの鉛直方向最上点の上方に配設され、コイルエンドの両周方向に位置する所定の位置に向けてそれぞれ第１および第２の吐出孔から冷却媒体を吐出する。
【発明の効果】
【００１８】
この発明による回転電機の冷却装置においては、冷却媒体路は、コイルエンドの外周面に向けて冷却媒体を吐出するための吐出孔を有する。そして、冷却媒体路は、冷却媒体のコイルエンドからの跳ね返り量が最小となる所定の入射角で冷却媒体がコイルエンドに入射するように、吐出孔から冷却媒体を吐出するので、コイルエンドへの冷却媒体の着油率が最大となる。
【００１９】
したがって、この発明によれば、冷却媒体によるコイルエンドの被覆度が大きくなり、効果的かつ効率的に回転電機を冷却することができる。その結果、回転電機をさらに高負荷で駆動することができるので、回転電機の高性能化を実現できる。また、効果的な冷却により回転電機の効率低下を抑制することができるので、回転電機の高効率化も実現できる。さらに、回転電機の体格増大を伴なわないので、回転電機の軽量化および低コスト化の実現に寄与し得る。
【００２０】
また、この発明による回転電機の冷却装置においては、冷却媒体路は、さらに、コイルエンド全体に対して冷却媒体によるコイルエンドの被覆度が最大となる所定の位置に冷却媒体が着するように、吐出孔から冷却媒体を吐出するので、冷却媒体によるコイルエンドの被覆度が最大となる。
【００２１】
したがって、この発明によれば、限られた所定の冷却流量の中で回転電機の冷却性能を最大限に向上させることができる。その結果、上述のように、回転電機の高性能化、高効率化、軽量化および低コスト化などを実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。
【００２３】
図１は、この発明の実施の形態による回転電機の冷却装置の側面図であり、図２は、図１に示す回転電機の冷却装置における断面ＩＩ−ＩＩの断面図である。図１，図２を参照して、この回転電機の冷却装置１００は、ステータコア１０と、ロータ１５と、コイルエンド２０，２５と、回転シャフト３０と、冷却油パイプ４０と、オイルポンプ５０と、装置ケース６０とを備える。
【００２４】
ステータコア１０は、回転軸方向に電磁鋼板を積層してかしめることによって形成され、装置ケース６０に設置される。そして、ステータコア１０には、ステータ磁極を形成するためのコイルが巻回される。ロータ１５は、回転シャフト３０に固設され、永久磁石が内部に挿入されることなどにより形成されるロータ磁極とステータコア１０に形成されるステータ磁極との相互作用によって、回転シャフト３０と連動して回転軸まわりを回転する。
【００２５】
コイルエンド２０，２５は、ステータコア１０に巻回されたコイルによって構成され、回転軸方向におけるステータコア１０の両側に形成される。回転シャフト３０は、ロータ１５と連動して回転するこの回転電機の回転軸である。そして、この回転電機は、回転シャフト３０が装置ケース６０の設置面に対して略平行になるように、装置ケース６０の設置面に対して横置きされる。
【００２６】
冷却油パイプ４０は、コイルエンド２０，２５を冷却するための冷却油をコイルエンド２０，２５に供給するための給油管であり、回転軸の中心を通る垂線Ｌ１上であってステータコア１０およびコイルエンド２０，２５の上方に回転軸方向に沿って配設される。冷却油パイプ４０には、回転軸方向においてコイルエンド２０，２５の上方に位置するようにそれぞれ吐出孔７０，７５が設けられ、吐出孔７０，７５から吐出される冷却油がそれぞれコイルエンド２０，２５の上方からコイルエンド２０，２５に供給される。
【００２７】
オイルポンプ５０は、冷却油パイプ４０に接続され、冷却油パイプ４０内に冷却油を供給する。オイルポンプ５０は、たとえば、機械式のギアポンプや電動式ポンプなどからなる。装置ケース６０は、この回転電機およびその冷却装置を格納する。
【００２８】
図２においては、冷却油パイプ４０の吐出孔７５から吐出される冷却油の軌跡が示されている。なお、冷却油パイプ４０の吐出孔７０から吐出される冷却油の軌跡についても、吐出孔７５から吐出される冷却油の軌跡と同様であるので、以下では、吐出孔７５から吐出される冷却油の軌跡について代表的に説明する。
【００２９】
図２に示されるように、吐出孔７５は、コイルエンド２５の最上点から両周方向に位置する両着油点Ｐ１に着油するように、少なくとも２つ設けられる。そして、吐出孔７５から吐出された冷却油は、コイルエンド２５の外周円上の両着油点Ｐ１に着油し、コイルエンド２５から熱を奪いつつコイルエンド２５内を下方へ向かって流れ、コイルエンド２５の下部から流れ落ちる。
【００３０】
ここで、冷却油パイプ４０および吐出孔７５は、冷却油のコイルエンド２５への入射角がθ１となるように配置形成される。すなわち、冷却油パイプ４０の吐出孔７５から吐出された冷却油が着油点Ｐ１におけるコイルエンド２５外周円の接線Ｌ３に対して入射角θ１で入射するように、冷却油パイプ４０および吐出孔７５が配置形成される。
【００３１】
この入射角θ１は、コイルエンド２５への冷却油の着油率が最大となるように決定される。そして、コイルエンドへの冷却油の着油率を最大とするには、コイルエンドへの冷却油の入射角θ１を２５度以上３０度以下とすることが望ましい。
【００３２】
図３は、コイルエンド２５への冷却油の入射角がθ１よりも鋭角のときの冷却油の軌跡を示す。図３を参照して、ある一定の流速ｕを有する冷却油が入射角θ１よりも小さい入射角θ１１でコイルエンド２５の着油点Ｐ１に衝突すると、コイルエンド２５の表面で反射してコイルエンド２５の外部へ跳ね飛ぶ量が入射角θ１のときよりも多くなる。したがって、冷却油のコイルエンド２５への入射角が小さすぎると、コイルエンド２５への冷却油の着油率は低下する。
【００３３】
一方、図４は、コイルエンド２５への冷却油の入射角がθ１よりも鈍角のときの冷却油の軌跡を示す。図４を参照して、ある一定の流速ｕを有する冷却油が入射角θ１よりも大きい入射角θ１２でコイルエンド２５の着油点Ｐ１に衝突すると、入射角θ１２が大きくなるに従ってコイルエンド２５から外部へ飛散する冷却油の量が増大する。したがって、冷却油のコイルエンド２５への入射角が大きすぎても、コイルエンド２５への冷却油の着油率は低下する。
【００３４】
このように、コイルエンド２０，２５への冷却油の着油率は、コイルエンド２０，２５への冷却油の入射角θ１が２５度以上３０度以下の範囲で極大かつ最大となり、この実施の形態では、冷却油の入射角θ１がこの範囲内に収まるように冷却油パイプ４０および吐出孔７５が配置形成される。
【００３５】
再び図２を参照して、さらにここで、冷却油パイプ４０および吐出孔７５は、冷却油パイプ４０の吐出孔７５から吐出された冷却油の着油点Ｐ１がコイルエンド２５の最上点からコイルエンド２５の円周方向に角度θ２だけ傾いた位置となるように配置形成される。すなわち、垂線Ｌ１を回転軸まわりに角度θ２だけ回転した直線Ｌ２がコイルエンド２５の外周円と交差する点を冷却油の着油点Ｐ１とするように、冷却油パイプ４０および吐出孔７５が配置形成される。
【００３６】
この角度θ２は、冷却油によるコイルエンド２５の被油率が最大となるように決定される。そして、冷却油によるコイルエンドの被油率を最大とするには、角度θ２が略３０度からなる着油点Ｐ１に冷却油を着油させることが望ましい。
【００３７】
図５は、コイルエンド２５への冷却油の着油点を規定するコイルエンド最上点からの傾斜角がθ２よりも鋭角のときの冷却油の軌跡を示す。なお、この図５では、コイルエンド２５の鉛直方向最上点Ｐ２に冷却油を着油させたとき（すなわち、角度θ２が０度のときに相当する。）の冷却油の軌跡が示されている。
【００３８】
図５を参照して、冷却油パイプ４０から吐出された冷却油が着油点Ｐ２に着油すると、冷却油は、環状のコイルエンド２５を伝わることなくコイルエンド２５を突き抜ける。したがって、冷却油によるコイルエンド２５の被油率は、非常に小さなものとなり、冷却油は、コイルエンド２５の冷却機能を果たし得ない。また、ロータ１５に大量の冷却油が流れ込むため、冷却油の粘性により冷却油がロータ１５の回転抵抗となり、回転電機の効率まで悪化させる。
【００３９】
一方、図６は、コイルエンド２５への冷却油の着油点を規定するコイルエンド最上点からの傾斜角がθ２よりも鈍角のときの冷却油の軌跡を示す。なお、この図６では、２つの冷却油パイプ４０Ａ，４０Ｂからそれぞれ両側の着油点Ｐ３に冷却油が供給されている場合が示されている。
【００４０】
図６を参照して、角度θ２よりも大きい角度θ３によって規定される着油点Ｐ３に冷却油パイプ４０Ａ，４０Ｂから吐出された冷却油が着油すると、冷却油は、コイルエンド２５を伝わって下方へ流れ落ちる。しかしながら、角度がθ３よりも小さい範囲、すなわち、両側の着油点Ｐ３の間であって着油点Ｐ３よりもコイルエンド２５の上部側においては、冷却油が供給されず、したがって、全体としてコイルエンド２５の被油率を大きくすることはできない。
【００４１】
このように、冷却油によるコイルエンド２０，２５の被油率は、コイルエンド２０，２５の鉛直方向最上点からコイルエンドの両円周方向に略３０度からなる角度θ２だけ回転させた位置を着油点とするときに極大かつ最大となり、この実施の形態では、冷却油パイプ４０の吐出孔７０，７５から吐出された冷却油が着油点Ｐ１に着油するように冷却油パイプ４０および吐出孔７５が配置形成される。
【００４２】
以上のように、この実施の形態によれば、コイルエンド２０，２５への冷却油の入射角を冷却油の着油率の観点から最適化したので、コイルエンド２０，２５への冷却油の着油率を最大にすることができる。さらに、冷却油パイプ４０の吐出孔７０，７５から吐出された冷却油の着油点をコイルエンド２０，２５の被油率の観点から最適化したので、冷却油によるコイルエンド２０，２５の被油率を最大にすることができる。したがって、コイルエンド２０，２５の冷却性能を最大限に高めることができる。
【００４３】
なお、上記の実施の形態においては、冷却油パイプ４０の吐出孔７０，７５から吐出された冷却油は、コイルエンド２０，２５の被油率を最大にする着油点Ｐ１に着油させるものとしたが、仮に、着油点Ｐ１に冷却油を着油させなくても、コイルエンドへの冷却油の入射角が最適化されているので、被油率の向上を図ることができる。そして、上記の実施の形態のように、コイルエンドへの冷却油の入射角を最適化したうえで冷却油の着油点も最適化することによって、コイルエンドの被油率を最大にすることができる。
【００４４】
また、上記の実施の形態においては、冷却油を供給する冷却油パイプ４０は、ステータコア１０およびコイルエンド２０，２５の鉛直方向最上点の上方に配設され、かつ、１本のパイプからなるものとしたが、冷却油パイプ４０の構成は、このようなものに限られるものではなく、複数本の冷却油パイプによって構成されてもよい。さらに、冷却油パイプ４０は、装置ケース６０に固設されるものとしたが、ステータコア１０に固設されてもよい。
【００４５】
なお、この発明による回転電機の冷却装置は、近年大きく注目されているハイブリッド自動車（Ｈｙｂｒｉｄ  Ｖｅｈｉｃｌｅ）や電気自動車（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｖｅｈｉｃｌｅ）において好適である。ハイブリッド自動車は、エンジンに加え、直流電源とインバータとインバータによって駆動される回転電機（モータジェネレータ）とを動力源とする自動車である。また、電気自動車は、直流電源とインバータとインバータによって駆動される回転電機（モータジェネレータ）とを動力源とする自動車である。
【００４６】
このようなハイブリッド自動車や電気自動車などの車両においては、高出力化、低燃費化、小型化、低コスト化、高信頼性などの諸特性が要求されるところ、この回転電機の冷却装置によれば、回転電機の冷却性が向上することにより回転電機をより高負荷で駆動させることができ、その結果、車両の高出力化を実現できる。また、効果的な冷却により回転電機の効率低下を抑制でき、その結果、車両の低燃費化を実現できる。さらに、回転電機の体格増大を伴なわないので、車両の小型化や軽量化、低コスト化などに寄与することができる。また、さらに、回転電機の冷却性が十分に確保されることによって回転電機の信頼性も向上する。
【００４７】
なお、上記においては、冷却油パイプ４０は、「冷却媒体路」を構成し、吐出孔７０，７５の各々において、コイルエンド円周方向の両着油点Ｐ１に冷却油を吐出するための両孔は、「第１および第２の吐出孔」を構成する。
【００４８】
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、上記した実施の形態の説明ではなくて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。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】この発明の実施の形態による回転電機の冷却装置の側面図である。
【図２】図１に示す回転電機の冷却装置における断面ＩＩ−ＩＩの断面図である。
【図３】コイルエンドへの冷却油の入射角がθ１よりも鋭角のときの冷却油の軌跡を示す。
【図４】コイルエンドへの冷却油の入射角がθ１よりも鈍角のときの冷却油の軌跡を示す。
【図５】コイルエンドへの冷却油の着油点を規定するコイルエンド最上点からの傾斜角がθ２よりも鋭角のときの冷却油の軌跡を示す。
【図６】コイルエンドへの冷却油の着油点を規定するコイルエンド最上点からの傾斜角がθ２よりも鈍角のときの冷却油の軌跡を示す。
【符号の説明】
【００５０】
１００  回転電機の冷却装置、１０  ステータコア、１５  ロータ、２０，２５  コイルエンド、３０  回転シャフト、４０，４０Ａ，４０Ｂ  冷却油パイプ、５０  オイルポンプ、６０  装置ケース、７０，７５  吐出孔、Ｐ１〜Ｐ３  着油点。
【図１】
2006115651.tif 000003
【図２】
2006115651.tif 000004
【図３】
2006115651.tif 000005
【図４】
2006115651.tif 000006
【図５】
2006115651.tif 000007
【図６】
2006115651.tif 000008