(57)【要約】【課題】回転電機を効果的に冷却することを可能にする。【解決手段】冷却油を供給するための冷却油パイプ１８を設け、冷却油パイプ１８は、コイルエンド１４ａ，１４ｂの外周面に向けて冷却油を吐出するために、コイルエンド１４ａ，１４ｂに正対向する方向に開口された吐出穴２６ｂと、吐出穴２６ｂと冷却油パイプ１８の周方向にずれた位置にコイルエンド１４ａ，１４ｂに正対向しない方向に向かって開口された吐出穴２６ａ，２６ｃとを形成する。このとき、吐出穴２６ａ，２６ｃは、吐出穴２６ｂよりも大きな開口径とする。【選択図】図２
2011217438.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、
前記冷却媒体を供給するための冷却媒体路を備え、
前記冷却媒体路は、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に、前記コイルエンドに正対向する方向に開口された第１の吐出穴と、前記第１の吐出穴と前記冷却媒体路の周方向にずれた位置に前記コイルエンドに正対向しない方向に向かって開口された第２の吐出穴と、を備え、
前記第２の吐出穴は、前記第１の吐出穴よりも大きな開口径を有することを特徴とする回転電機の冷却装置。
【請求項２】
請求項１に記載の回転電機の冷却装置であって、
前記第２の吐出穴の数は、前記第１の吐出穴の数よりも多いことを特徴とする回転電機の冷却装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の回転電機の冷却装置であって、
前記冷却媒体路は、前記ステータコアに正対向する方向に開口された第３の吐出穴を備え、前記第３の吐出穴と前記冷却媒体路の周方向にずれた位置に吐出穴は備えないことを特徴とする回転電機の冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転電機の冷却装置に関する。特に、ステータコイルを冷却油等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。そのため、発熱したコイルを適切に冷却する冷却装置が必要とされる。そこで、ステータコイルのコイルエンド等を冷却油によって冷却する回転電機の冷却装置が開示されている。
【０００３】
特許文献１には、ステータコア及びステータのコイルエンドの上方であって、回転軸に平行な方向に沿って下方に開口した冷却油噴出口を備える回転電機の冷却装置が開示されている。ここでは、ステータコアよりもコイルエンドに供給する冷却油量を多くするために、ステータコアに向けられた冷却油噴出口よりコイルエンドに向けられた冷却油噴出口を大きくしている。
【０００４】
また、特許文献２には、コイルエンドに冷却油を供給する冷却油パイプ及び吐出穴を着油点における接線に対して２５度以上３０度以下の入射角θ１で冷却油が入射するように配置する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−２６３７５３号公報
【特許文献２】特開２００６−１１５６５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特許文献２に開示された技術では、いずれの冷却油噴出口も同一の穴径で設けられており、コイルエンド側面では油量が足りず、コイルエンド部分を十分に冷却できないという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の１つの態様は、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、前記冷却媒体を供給するための冷却媒体路を備え、前記冷却媒体路は、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に、前記コイルエンドに正対向する方向に開口された第１の吐出穴と、前記第１の吐出穴と前記冷却媒体路の周方向にずれた位置に前記コイルエンドに正対向しない方向に向かって開口された第２の吐出穴と、を備え、前記第２の吐出穴は、前記第１の吐出穴よりも大きな開口径を有することを特徴とする。
【０００８】
ここで、前記第２の吐出穴の数は、前記第１の吐出穴の数よりも多いことが好適である。
【０００９】
また、前記冷却媒体路は、前記ステータコアに正対向する方向に開口された第３の吐出穴を備え、前記第３の吐出穴と前記冷却媒体路の周方向にずれた位置に吐出穴は備えないことが好適である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、回転電機を効果的に冷却することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態における回転電機の冷却装置の断面側面図である。
【図２】本発明の実施の形態における吐出穴の配置を説明する図である。
【図３】本発明の実施の形態における吐出穴の配置の別例を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１は、本発明の実施の形態による回転電機の冷却装置１００の内部側面図を示す。図２は、図１のラインＸ−Ｘに沿った断面部分拡大図である。
【００１３】
回転電機の冷却装置１００は、ステータコア１０、ロータ１２、コイルエンド１４ａ，１４ｂ、回転シャフト１６、冷却油パイプ１８及び装置ケース２０を含んで構成される。
【００１４】
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る。ステータコア１０は、装置ケース２０に設置される。ステータコア１０には、ステータ磁界を形成するためのコイル２４が巻回される。ロータ１２は、回転シャフト１６に取り付けられる。回転シャフト１６は、ロータ１２と連動して回転するこの回転電機の回転軸である。回転シャフト１６は、装置ケース２０内においてロータ１２が回転可能となるように装置ケース２０に設置される。
【００１５】
ロータ１２の内部にはロータ磁界を形成するための永久磁石が配置される。ロータ１２によって形成されるロータ磁界と、ステータコア１０のコイル２４に電流を流すことによって形成されるステータ磁界と、の相互作用によってロータ１２が回転シャフト１６と連動して回転軸の周りを回転する。
【００１６】
コイルエンド１４ａ，１４ｂは、ステータコア１０に巻回されたコイル２４によって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。
【００１７】
冷却油パイプ１８は、コイルエンド１４ａ，１４ｂを含むステータコア１０を冷却するための冷却油を供給するための給油管である。冷却油パイプ１８は、例えば、塩化ビニル等のプラスチック材料やステンレス等の金属で構成することができる。塩化ビニル等のプラスチックで冷却油パイプ１８を構成する場合、型を用いて必要な形状を得ることができる。冷却油パイプ１８は、回転シャフト１６の回転軸に沿って、ステータコア１０およびコイルエンド１４ａ，１４ｂの上方に配設される。特に、図２に示すように、冷却油パイプ１８は、回転シャフト１６の回転軸の中心を通る垂線Ｌ１上に沿って配置することが好適である。冷却油パイプ１８には、回転軸方向において少なくともコイルエンド１４ａ，１４ｂの上方に位置するようにそれぞれ吐出穴２６ａ，２６ｂ，２６ｃが設けられる。吐出穴２６ａ，２６ｂ，２６ｃは、コイルエンド１４ａ，１４ｂの両方の上方に設けることが好適である。また、コイルエンド１４ａ，１４ｂの上方以外の場所にも吐出穴２６ｄ等を設けてもよい。
【００１８】
冷却油パイプ１８は、オイルポンプ（図示しない）に接続され、冷却油パイプ１８内に冷却油を供給する。オイルポンプは、例えば、機械式のギアポンプや電動式ポンプ等を含んで構成される。オイルポンプを動かすことによって、冷却油パイプ１８を介して、吐出穴２６ａ，２６ｂ，２６ｃから吐出される冷却油がそれぞれコイルエンド１４ａ，１４ｂの上方からコイルエンド１４ａ，１４ｂに供給される。
【００１９】
図２には、冷却油パイプ１８の吐出穴２６ａ，２６ｂ，２６ｃから吐出される冷却油２８の軌跡も併せて示している。なお、冷却油パイプ１８に設けられる吐出穴２６ａ，２６ｂ，２６ｃからの冷却油２８の吐出の軌跡はいずれの場所に設けられた場合であって同様であるので、ここではコイルエンド１４ａの上方に設けられた吐出穴２６ａ，２６ｂ，２６ｃについて代表的に説明する。
【００２０】
図２に示されるように、吐出穴２６ｂは、冷却油パイプ１８のコイルエンド１４ａに正対向する位置に開口される。例えば、冷却油パイプ１８をステータコア１０の上方に設置した場合には鉛直下向きに開口すればよい。これにより、吐出穴２６ｂから吐出される冷却油２８は、コイルエンド１４ａの最上点Ｂに着油する。また、吐出穴２６ａ，２６ｃは、それぞれ吐出穴２６ｂに対して正対向する位置から冷却油パイプ１８の周方向にずれた位置に開口される。例えば、冷却油パイプ１８をステータコア１０の上方に設置した場合には斜め下向きに開口される。吐出穴２６ａ，２６ｃから吐出される冷却油２８は、コイルエンド１４ａの最上点Ｂから両周方向にずれた着油点Ａ及びＣに着油する。
【００２１】
吐出穴２６ｂから吐出された冷却油２８は、コイルエンド１４ａの下方に向けて流れ落ちる。また、吐出穴２６ａ，２６ｃから吐出された冷却油２８も、コイルエンド１４ａの外周上を伝いつつコイルエンド１４ａの下方に向けて流れ落ちる。このとき、冷却油２８は、コイルエンド１４ｂから熱を奪いつつコイルエンド１４ｂの下方へ流れ落ちる。
【００２２】
ここで、吐出穴２６ａ，２６ｃは、吐出穴２６ｂよりも大きな穴径とすることが好適である。具体的には、吐出穴２６ａ，２６ｃの穴径は、吐出穴２６ｂの穴径の１．１倍以上２倍以下とすることがより好適である。このように、コイルエンド１４ａ，１４ｂの側面に着油点Ａ及びＣを有する吐出穴２６ａ，２６ｃを設けると共に、吐出穴２６ａ，２６ｃの穴径を吐出穴２６ｂの穴径よりも大きくすることによって、冷却により多くの油量を必要とするコイルエンド１４ａ，１４ｂにより多くの冷却油２８を供給することができ、コイルエンド１４ａ，１４ｂの側面を効果的に冷却することができる。
【００２３】
また、吐出穴２６ａ，２６ｃの穴径を吐出穴２６ｂの穴径よりも大きくする代りに、又は大きくすることに加えて、図３に示すように吐出穴２６ａ，２６ｃの数を吐出穴２６ｂの数よりも多くしてもよい。この場合、吐出穴２６ａ，２６ｃの各々の合計面積が、吐出穴２６ｂの合計面積よりも大きくなるようにすることがより好適である。例えば、吐出穴２６ｂを１つ設けた場合、吐出穴２６ｂと同程度の大きさの吐出穴２６ａ，２６ｃをそれぞれ２つずつ設けることが好適である。これによって、吐出穴２６ａ，２６ｃの穴径を吐出穴２６ｂの穴径よりも大きくした場合と同様に、コイルエンド１４ａ，１４ｂの側面により多くの冷却油２８を供給することができ、コイルエンド１４ａ，１４ｂの側面を効果的に冷却することができる。また、吐出穴２６ａ，２６ｂ，２６ｃの穴径を同一にして、開口面積を穴の数で調整できるので加工がより容易となる。
【００２４】
なお、冷却油パイプ１８および吐出穴２６ａ，２６ｃは、図２に示すように、冷却油２８のコイルエンド１４ａ，１４ｂへの入射角がθ１となるように配置することが好適である。すなわち、冷却油パイプ１８の吐出穴２６ａ，２６ｃから吐出された冷却油２８が着油点Ａ，Ｃにおけるコイルエンド１４ａ又は１４ｂの外周円の接線Ｌ３に対して入射角θ１で入射するようにする。
【００２５】
この入射角θ１は、コイルエンド１４ａ，１４ｂへの冷却油２８の着油率が最大となるように決定することが好適である。そして、コイルエンド１４ａ，１４ｂへの冷却油２８の着油率を最大とするには、コイルエンド１４ａ，１４ｂへの冷却油２８の入射角θ１を２５°以上３０°以下とすることが望ましい。コイルエンド１４ａ，１４ｂへの冷却油２８の入射角θ１が２５°よりも鋭角のときは、ある一定の流速ｕを有する冷却油２８がコイルエンド１４ａ，１４ｂの着油点Ａ，Ｃに衝突すると、コイルエンド１４ａ，１４ｂの表面で反射してコイルエンド１４ａ，１４ｂの外部へ跳ね飛ぶ量が多くなる。したがって、コイルエンド１４ａ，１４ｂへの冷却油２８の着油率は低下する。一方、コイルエンド１４ａ，１４ｂへの冷却油２８の入射角θ１が３０°よりも鈍角のときは、ある一定の流速ｕを有する冷却油２８がコイルエンド１４ａ，１４ｂの着油点Ａ，Ｃに衝突すると、コイルエンド１４ａ，１４ｂから外部へ飛散する冷却油２８の量が増大する。したがって、コイルエンド１４ａ，１４ｂへの冷却油２８の着油率は低下する。このように、コイルエンド１４ａ，１４ｂへの冷却油２８の着油率は、コイルエンド１４ａ，１４ｂへの冷却油２８の入射角θ１が２５°以上３０°以下の範囲で最大となる。
【００２６】
また、冷却油パイプ１８および吐出穴２６ａ，２６ｃは、吐出穴２６ａ，２６ｃから吐出された冷却油２８の着油点Ａ，Ｃがコイルエンド１４ａ，１４ｂの最上点Ｂからコイルエンド１４ａ，１４ｂの円周方向に角度θ２だけ傾いた位置となるように配置することが好適である。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１４ａ，１４ｂの外周円と交差する点を冷却油２８の着油点Ａ，Ｃとするように、冷却油パイプ１８および吐出穴２６ａ，２６ｃを設ける。
【００２７】
この角度θ２は、冷却油２８によるコイルエンド１４ａ，１４ｂの被油率が最大となるように決定することが好適である。そして、冷却油２８によるコイルエンド１４ａ，１４ｂの被油率を最大とするには、角度θ２が略３０°となるようにすればよい。コイルエンド１４ａ，１４ｂへの冷却油２８の着油点Ａ，Ｃを規定する傾斜角θ２が３０°よりも鋭角のときは、冷却油パイプ１８から吐出された冷却油２８が着油点Ａ，Ｃに着油すると、冷却油２８は、環状のコイルエンド１４ａ，１４ｂを伝わることなくコイルエンド１４ａ，１４ｂを突き抜ける。したがって、冷却油２８によるコイルエンド１４ａ，１４ｂの被油率は非常に小さくなり、冷却油２８によるコイルエンド１４ａ，１４ｂの冷却機能は十分なものにならない。また、ロータ１２に大量の冷却油２８が流れ込むため、冷却油２８の粘性によりロータ１２の回転抵抗となり、回転電機の効率を悪化させる可能性がある。一方、傾斜角θ２が３０°よりも鈍角のときは、着油点Ａ，Ｃに冷却油パイプ１８から吐出された冷却油２８が着油すると、冷却油はコイルエンド１４ａ，１４ｂを伝わって下方へ流れ落ちる。しかしながら、傾斜角θ２が３０°よりも小さい範囲、すなわち、両側の着油点Ａ，Ｃの間のコイルエンド１４ａ，１４ｂの上部側においては、冷却油２８が供給されず、全体としてコイルエンド１４ａ，１４ｂの被油率を大きくすることはできない。
【００２８】
なお、コイルエンド１４ａ，１４ｂの上方以外のステータコア１０の領域では、冷却油パイプ１８に吐出穴２６ｄを冷却油パイプ１８の延伸方向に沿って１つずつ設けることが好適である。すなわち、コイルエンド１４ａ，１４ｂ以外の領域では、吐出穴２６ｄと冷却油パイプ１８の周方向にずれた位置には吐出穴を設けないことが好適である。例えば、吐出穴２６ｄは、冷却油パイプ１８のステータコア１０に対向する位置に設ければよい。すなわち、冷却油パイプ１８をステータコア１０の上方に設置した場合には鉛直下向きに開口すればよい。これは、コイルエンド１４ａ，１４ｂ以外の領域では、鉛直下向きに吐出穴２６ｄを設ければ冷却に必要十分な量の冷却油をステータコア１０に供給することができるからである。また、吐出穴２６ｄを不要に多数設けることなく、回転電機の冷却装置１００の加工工程を低減し、製造コストも低減することができる。
【００２９】
また、本実施の形態においては、冷却油を供給する冷却油パイプ１８は、ステータコア１０及びコイルエンド１４ａ，１４ｂの鉛直方向最上点の上方に配設され、かつ、１本の配管からなるものとしたが、これに限定されるものではなく、複数本の冷却油パイプ１８によって構成されてもよい。例えば、ステータコア１０及びコイルエンド１４ａ，１４ｂの鉛直上方に複数本の冷却油パイプ１８をロータ１２の回転軸方向に沿って並べて配置してもよい。さらに、冷却油パイプ１８は、装置ケース２０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。
【００３０】
また、本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（ＨｙｂｒｉｄＶｅｈｉｃｌｅ）や電気自動車（ＥｌｅｃｔｒｉｃＶｅｈｉｃｌｅ）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。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、本実施の形態における回転電機の冷却装置１００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。
【符号の説明】
【００３１】
１０  ステータコア、１２  ロータ、１４ａ，１４ｂ  コイルエンド、１４ｂ  コイルエンド、１６  回転シャフト、１８  冷却油パイプ、２０  装置ケース、２４  コイル、２６ａ，２６ｂ，２６ｃ，２６ｄ  吐出穴、２８  冷却油、１００  冷却装置。
【図１】
2011217438.tif 000003
【図２】
2011217438.tif 000004
【図３】
2011217438.tif 000005