(57)【要約】【課題】冷却液の供給用のポンプ装置の出力増大を抑制しつつ、ロータと、コイルの各コイルエンド部分を適切に冷却することができる回転電機を提供する。【解決手段】回転電機は、ロータ１２と、ステータ１１と、冷却液主通路２４を備えている。ロータ１２は、外周に複数の永久磁石２０が配設され、回転軸１３と一体に回転する。ステータ１１は、コイル１７を巻装され、ロータ１２の径方向外側に配置される。回転電機は、第１通路２６と、第２通路２７と、運転状況に応じて第２通路を開閉する開閉調整部と、をさらに備えている。第１通路２６は、冷却液主通路２４に供給された冷却液をロータ１２の内部を経由して第１コイルエンド１８ｆに供給する。第２通路２７は、冷却液主通路２４から分岐して冷却液を第２コイルエンド１８ｓに供給する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周に複数の永久磁石が配設され、回転軸と一体に回転するロータと、
コイルを巻装され、前記ロータの径方向外側に配置されるステータと、
冷却液を供給する冷却液主通路と、を備え、
前記コイルの第１コイルエンドが前記ロータの軸方向の一端側に露出して配置されるとともに、前記コイルの第２コイルエンドが前記ロータの軸方向の他端側に露出して配置される回転電機において、
前記冷却液主通路に供給された冷却液を前記ロータの内部を経由して前記第１コイルエンドに供給する第１通路と、
前記冷却液主通路から分岐して冷却液を前記第２コイルエンドに供給する第２通路と、
運転状況に応じて前記第２通路を開閉する開閉調整部と、をさらに備えていることを特徴とする回転電機。
【請求項２】
前記第２通路は、前記冷却液主通路から前記第１通路の上流側で分岐していることを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
【請求項３】
前記開閉調整部は、冷却液の供給圧力に応じて前記第２通路の開閉状態を調整することをことを特徴とする請求項１または２に記載の回転電機。
【請求項４】
前記冷却液主通路は、前記ロータの回転と連動して冷却液の吐出圧力が増減するポンプ装置に接続されていることを特徴とする請求項３に記載の回転電機。
【請求項５】
前記開閉調整部は、閉弁方向に付勢された弁体が前記冷却液主通路の冷却液の圧力に応じて開弁作動する弁装置によって構成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の回転電機。
【請求項６】
前記ロータの軸方向の他端側には、前記ロータの軸方向の他端側を非接触状態で覆う端部カバーが設けられ、
前記端部カバーは、前記ロータに臨む側の端面に、径方向外側に向かって放射状に延びる複数の通路溝を有し、
前記端部カバーの前記ロータに臨む側の端部に閉塞プレートが結合され、
前記端部カバーの前記通路溝と前記閉塞プレートとによって前記第２通路の一部が構成されていることを特徴とする請求項１〜５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】
本発明は、冷却液による冷却が行われる回転電機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
車両等に搭載される回転電機として、回転軸と一体に回転するロータと、ロータの径方向外側に配置されるステータと、を備え、ロータの外周に複数の永久磁石が配置されるとともに、ステータにコイルが巻装されたものがある。この種の回転電機は、運転中にロータの永久磁石や、ステータのコイル部分が発熱し易い。
この対策として、ロータやステータのコイルエンドを冷却液によって冷却するようにした回転電機が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１に記載の回転電機は、冷却液の供給部（冷却液主通路）が回転軸内の通路を通してロータ内の軸方向通路に接続され、軸方向通路の端部に油孔が設けられている。軸方向通路に供給された冷却液は、ロータの内部を冷却するとともに、ロータの回転に伴う遠心力によってステータのコイルのコイルエンド部分に飛散して供給される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−１８２３７４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に記載の回転電機は、ロータの回転中にロータの内部とコイルのコイルエンド部分をともに冷却液によって冷却することができる。しかしながら、ステータの軸方向の一端側と他端側のコイルエンド部分は、仕様によっては発熱の度合い（発熱のし易さ）が異なることがあり、この場合、発熱し易い側のコイルエンド部分を充分に冷却しようとすると、冷却液の供給源であるポンプ装置の出力を高めざる得なくなり、ポンプ装置の大型化やエネルギー消費の増大を余儀なくされる。
【０００６】
そこで本発明は、冷却液供給用のポンプ装置の出力増大を抑制しつつ、ロータと、コイルの各コイルエンド部分を適切に冷却することができる回転電機を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る回転電機は、上記課題を解決するために、以下の構成を採用した。
即ち、本発明に係る回転電機は、外周に複数の永久磁石（例えば、実施形態の永久磁石２０）が配設され、回転軸（例えば、実施形態の回転軸１３）と一体に回転するロータ（例えば、実施形態のロータ１２）と、コイル（例えば、実施形態のコイル１７）を巻装され、前記ロータの径方向外側に配置されるステータ（例えば、実施形態のステータ１１）と、冷却液を供給する冷却液主通路（例えば、実施形態の冷却液主通路２４）と、を備え、前記コイルの第１コイルエンド（例えば、実施形態の第１コイルエンド１８ｆ）が前記ロータの軸方向の一端側に露出して配置されるとともに、前記コイルの第２コイルエンド（例えば、実施形態の第２コイルエンド１８ｓ）が前記ロータの軸方向の他端側に露出して配置される回転電機において、前記冷却液主通路に供給された冷却液を前記ロータの内部を経由して前記第１コイルエンドに供給する第１通路（例えば、実施形態の第１通路２６）と、前記冷却液主通路から分岐して冷却液を前記第２コイルエンドに供給する第２通路（例えば、実施形態の第２通路２７）と、運転状況に応じて前記第２通路を開閉する開閉調整部（例えば、実施形態の弁装置２８）と、をさらに備えていることを特徴とする。
【０００８】
上記の構成により、例えば、ロータの回転速度が低回転速度のときには、開閉調整部が第２通路を閉じた状態となり、冷却液主通路に供給された冷却液がロータ内の第１通路を経由してステータの第１コイルエンドに供給される。これにより、冷却液がロータ内の第１通路を通過する際にロータを冷却し、さらに第１コイルエンドに供給された冷却液が第１コイルエンドを冷却する。また、例えば、ロータの回転速度が高回転速度になると、開閉調整部が第２通路を開き、冷却液主通路に供給された冷却液の一部が第２通路を通って第２コイルエンドに直接供給される。これにより、第１通路に導入された冷却液がロータと第１コイルエンドを冷却するとともに、第２通路に導入された冷却液が第２コイルエンドを冷却する。
【０００９】
前記第２通路は、前記冷却液主通路から前記第１通路の上流側で分岐することが望ましい。
この場合、ロータの内部を冷却する第１通路の上流側で第２通路が分岐するため、ロータの熱によって温められていない冷却液をコイルの第２コイルエンドに供給することができる。このため、コイルの第２コイルエンドを効率良く冷却することができる。
【００１０】
前記開閉調整部は、冷却液の供給圧力に応じて前記第２通路の開閉状態を調整する構成としても良い。
この場合、冷却液の供給圧力が充分に高まった状態で第２通路を開くことができるため、第２通路から第２コイルエンドに冷却液を安定して供給することができる。
【００１１】
前記冷却液主通路は、前記ロータの回転と連動して冷却液の吐出圧力が増減するポンプ装置（例えば、実施形態のポンプ装置２３）に接続されるようにしても良い。
この場合、ロータの回転速度が増大すると、それに伴ってポンプ装置の吐出圧力が高まり、冷却液主通路の冷却液の圧力も高まる。このため、この構成を採用した場合には、複雑な制御を用いることなく、ロータの回転速度の高まりに応じて第２通路への冷却液の供給を増大させることができる。
【００１２】
前記開閉調整部は、閉弁方向に付勢された弁体（例えば、実施形態の弁体３４）が前記冷却液主通路の冷却液の圧力に応じて開弁作動する弁装置（例えば、実施形態の弁装置２８）によって構成されるようにしても良い。
この場合、小型化が可能な簡単な構成によって開閉調整部を構成することができる。このため、この構成を採用した場合には、回転電機の小型化と製品コストの低減を実現することができる。
【００１３】
前記ロータの軸方向の他端側には、前記ロータの軸方向の他端側を非接触状態で覆う端部カバー（例えば、実施形態の端部カバー２２）が設けられ、前記端部カバーは、前記ロータに臨む側の端面に、径方向外側に向かって放射状に延びる複数の通路溝（例えば、実施形態の通路溝３３）を有し、前記端部カバーの前記ロータに臨む側の端部に閉塞プレート（例えば、実施形態の閉塞プレート２９）が結合され、前記端部カバーの前記通路溝と前記閉塞プレートとによって前記第２通路の一部が構成されるようにしても良い。
この場合、ロータの軸方向の他端側を覆う端部カバーに通路溝を形成し、その端部カバーに閉塞プレートを結合するだけで、第２通路の一部を容易に形成することができる。したがって、この構成を採用した場合には、構造の簡素化によって回転電機の小型化と製品コストの低減を実現することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明は、ロータの内部を経由して第１コイルエンドに冷却液を供給する第１通路とは別に、冷却液主通路から分岐して冷却液を第２コイルエンドに供給する第２通路を備え、運転状況に応じて第２通路が開閉調整部によって開閉される構成とされている。このため、本発明によれば、冷却液供給用のポンプ装置の出力増大を抑制しつつ、ロータと、コイルの第１コイルエンドと第２コイルエンドとを適切に冷却することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態の回転電機の縦断面図である。
【図２】本発明の一実施形態の回転電機の端部カバーの端面図である。
【図３】本発明の一実施形態の回転電機の縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、実施形態の回転電機１０を軸方向に沿って縦断面にして示した図である。
本実施形態の回転電機１０は、例えば、電動車両の駆動源に用いられる。回転電機１０は、回転磁界を発生するステータ１１と、ステータ１１で発生した回転磁界を受けて回転するロータ１２と、ロータ１２に同軸に設けらた回転軸１３と、ステータ１１を内部に保持し、ロータ１２とステータ１１の外側を覆うハウジング１４と、ロータ１２やステータ１１等を冷却液によって冷却する冷却回路１５と、を備えている。
【００１７】
ステータ１１は、複数の電磁鋼板が積層されて成る略円筒状のステータコア１６と、ステータコア１６の内周側の縁部に巻装されたコイル１７と、を有している。コイル１７は、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の三相コイルによって構成されている。本実施形態のコイル１７は、互いに連結されて使用されるセグメントコイルによって構成されている。セグメントコイルは、ステータコア１６の図示しないスロットに挿入される一対の挿入部と、挿入部同士を連結する図示しない折り返し連結部と、を有するセグメント導体によって構成されている。一対の挿入部のうちの折り返し連結部と逆側の端部は、隣接する他のセグメント導体と接続される連結部とされている。
【００１８】
コイル１７は、ステータ１１の軸方向の一端側に各セグメント導体の連結部が配置され、ステータ１１の軸方向の他端側に折り返し連結部が配置されている。連結部と折り返し連結部は、ステータ１１の軸方向の各端部から外側に突出している（外部に露出している）。本実施形態の場合、コイル１７の連結部側が第１コイルエンド１８ｆを構成し、コイル１７の折り返し連結部側が第２コイルエンド１８ｓを構成している。第１コイルエンド１８ｆには、外部の電力線が接続されている。コイル１７には、電力線を通して電流が通電される。
【００１９】
ロータ１２は、回転軸１３の外面に一体に結合されたロータコア１９と、ロータコア１９の外周縁部に円周方向に離間して配置された永久磁石２０と、を有している。ロータ１２は、複数の電磁鋼板が積層されて略円筒状に形成されている。回転軸１３は、軸受２１を介してハウジング１４に回転可能に支持されている。回転軸１３は、ロータ１２がステータ１１の回転磁界を受けて回転することにより、ロータ１２と一体に回転する。
なお、図中の符号８は、ロータ１２の両端の電磁鋼板に重ねられて、複数の電磁鋼板を挟み込む端面板である。
【００２０】
ここで、本実施形態では、回転電機１０は、ロータ１２やステータ１１の外側を覆うハウジング１４の軸方向の一端側は、他の発電機（回転電機）やトランスミッション等のハウジングと一体に結合されている。また、回転電機１０のハウジング１４の軸方向の他端側には、ロータ１２の軸方向の他端側を非接触状態で覆う円環状の端部カバー２２が取り付けられている。本実施形態の場合は、端部カバー２２の内周側に軸受２１が保持されている。
【００２１】
冷却回路１５は、冷却液を吐出するポンプ装置２３と、ポンプ装置２３から吐出された冷却液を回転電機１０に供給する冷却液主通路２４と、回転軸１３の内部に軸方向に沿って形成され、冷却液主通路２４から冷却液を導入される軸内通路２５と、ロータ１２の内部を経由して軸内通路２５から導入された冷却液をコイル１７の第１コイルエンド１８ｆに供給する第１通路２６と、冷却液主通路２４から分岐して冷却液主通路２４から導入された冷却液をコイル１７の第２コイルエンド１８ｓに供給する第２通路２７と、を備えている。第２通路２７には、回転電機１０の運転状況に応じて、第２通路２７を開閉する開閉調整部である弁装置２８が介装されている。
【００２２】
ポンプ装置２３は、回転電機１０の回転軸１３にギヤ機構等を介して接続され、回転軸１３と連動して回転駆動される。したがって、ポンプ装置２３は、回転電機１０のロータ１２の回転に連動して吐出量や吐出圧が増減する。
【００２３】
第１通路２６は、ロータ１２の各永久磁石２０の近傍部をロータ１２の軸方向に沿って延びる軸方向路２６ａと、軸方向路２６ａの軸方向の一端部から一方の端面板８を貫通して第１コイルエンド１８ｆの径方向内側位置に開口する排出口２６ｂと、回転軸１３の軸内通路２５と軸方向路２６ａの軸方向の他端部とを連通する導入路２６ｃと、を有している。ロータ１２の回転時に冷却液主通路２４から第１通路２６の導入路２６ｃに冷却液が導入されると、その冷却液は、ロータ１２内の軸方向路２６ａを流れ、ロータ１２の一端側の排出口２６ｂから第１コイルエンド１８ｆに噴射供給される。ロータ１２内の第１通路２６を流れる冷却液は、永久磁石２０で発生する熱を主に冷却し、第１コイルエンド１８ｆに供給された冷却液は、第１コイルエンド１８ｆで発生する熱を主に冷却する。
【００２４】
第２通路２７の一部は、ハウジング１４の端部カバー２２に形成されている。端部カバー２２の内側端面（ロータ１２に臨む側の端面）には、端部カバー２２の内側端面と略同外径の閉塞プレート２９が取り付けられている。第２通路２７は、冷却液主通路２４のうちの、回転軸１３の軸内通路２５との接続部よりも上流側（第１通路２６よりも上流側）において分岐している。
【００２５】
図２は、閉塞プレート２９を取り去った状態での、端部カバー２２の軸方向内側の端面を示す図である。
図１，図２に示すように、端部カバー２２には、弁装置２８の一部を構成する弁収容部３０と、弁収容部３０の一端を第２通路２７の上流側部分に接続する導入口３１と、端部カバー２２の端面に形成されて弁収容部３０の他端と連通する環状溝３２と、環状溝３２の外周部から放射状に延びて端部カバー２２の外周側と連通する複数の通路溝３３と、が設けられている。複数の通路溝３３は、端部カバー２２の外周に等間隔に形成されている。本実施形態の場合、複数の通路溝３３は、端部カバー２２に閉塞プレート２９が取り付けられた状態において、端部カバー２２とともに放射状の通路（第２通路２７の一部）を形成する。
なお、図１中の符号３８は、閉塞プレート２９とともに端部カバー２２に共締め固定され、ロータ１２の回転速度を検出するレゾルバである。本実施形態のようにレゾルバ３８が閉塞プレート２９とともに端部カバー２２に固定されるようにした場合には、レゾルバ３８を回転電機１０のハウジング１４内にコンパクトに設置することができる。
【００２６】
開閉調整部である弁装置２８は、閉塞プレート２９の弁収容部３０内に収容されて、導入口３１を弁収容部３０側から閉塞する球状の弁体３４と、弁体３４を閉弁方向（導入口３１を閉じる方向）に付勢するスプリング３５（付勢手段）と、を備えている。弁体３４は、冷却液主通路２４内の冷却液の圧力が設定圧力に満たない間は、導入口３１（第２通路２７）を閉じており、冷却液主通路２４内の冷却液の圧力が設定圧力以上になると、スプリング３５の付勢力に抗して導入口３１（第２通路２７）を開口する。したがって、弁装置２８は、冷却液主通路２４内の冷却液の供給圧力に応じて第２通路２７の開閉状態を調整する。
【００２７】
図３は、弁装置２８の弁体３４が第２通路２７を開いた状態での、回転電機１０の図１と同様の断面を示す図である。
以下、図１，図３を参照して、回転電機１０の運転状況に応じた冷却作動について説明する。
回転電機１０のロータ１２の回転速度が低い間は、冷却液主通路２４内の冷却液の圧力が設定圧力に達しないため、図１に示すように、弁装置２８の弁体３４がスプリング３５の付勢力によって第２通路２７を閉じている。このため、ポンプ装置２３から冷却液主通路２４に供給された冷却液は、そのほぼ全量が回転軸１３の軸内通路２５に導入される。軸内通路２５に導入された冷却液は、図１中の矢印で示すように、ロータ１２内の第１通路２６を通り、ロータ１２の軸方向の一端側の排出口２６ｂからコイル１７の第１コイルエンド１８ｆに噴射供給される。冷却液は、ロータ１２の第１通路２６内を流れる間に、ロータ１２の永久磁石２０の近傍部を冷却し、さらに第１コイルエンド１８ｆに噴射供給されることにより、第１コイルエンド１８ｆを冷却する。
このとき、第２通路２７が弁装置２８の弁体３４によって閉じられているため、充分な流量の冷却液が第１通路２６と第１コイルエンド１８ｆとに供給される。
【００２８】
また、回転電機１０のロータ１２の回転速度が高まり、冷却液主通路２４内の冷却液の圧力が設定圧力以上になると、図３に示すように、弁装置２８の弁体３４がスプリング３５の付勢力に抗して第２通路２７を開く。これにより、図３中の矢印で示すように、冷却液主通路２４に供給された冷却液の一部が、第２通路２７の通路溝３３を通って通って第２コイルエンド１８ｓに直接噴射供給される。なお、このとき冷却液主通路２４から回転軸１３の軸内通路２５に導入された冷却液は、ロータ１２の内部の第１通路２６を経由して第１コイルエンド１８ｆに噴射供給される。
これにより、回転電機１０のロータ１２が冷却液によって冷却されるとともに、コイル１７の第１コイルエンド１８ｆと第２コイルエンド１８ｓが冷却液によってともに冷却される。
【００２９】
以上のように、本実施形態の回転電機１０は、ロータ１２の内部を経由して第１コイルエンド１８ｆに冷却液を供給する第１通路２６とは別に、冷却液主通路２４から分岐して冷却液を第２コイルエンド１８ｓに供給する第２通路２７を備え、回転電機１０の運転状況に応じて第２通路２７が弁装置２８によって開閉される構成とされている。このため、本実施形態の回転電機１０においては、ポンプ装置２３の出力や容量を大きくすることなく、低速回転時にも発熱し易い第１コイルエンド１８ｆに対して充分な流量の冷却液を供給することができ、しかも、ロータ１２の回転に応じて、ロータ１２の内部と、第１コイルエンド１８ｆと、第２コイルエンド１８ｓとを冷却液によって適切に冷却することができる。
【００３０】
また、本実施形態の回転電機１０では、第２通路２７が、冷却液主通路２４から第１通路２６の上流側で分岐している。このため、ロータ１２の熱によって温められていない冷却液をコイル１７の第２コイルエンド１８ｓに供給することができる。したがって、この構成を採用した場合には、コイル１７の第２コイルエンド１８ｓを効率良く冷却することができる。
【００３１】
また、本実施形態の回転電機１０では、開閉調整部である弁装置２８が、冷却液の供給圧力に応じて第２通路２７の開閉状態を調整する構成とされている。このため、本実施形態を採用した場合には、冷却液の供給圧力が充分に高まった状態で第２通路２７を開くことができ、第２通路２７から第２コイルエンド１８ｓに冷却液を安定して供給することができる。
【００３２】
さらに、本実施形態の回転電機１０は、ロータ１２の回転と連動して冷却液の吐出圧力が増減するポンプ装置２３に冷却液主通路２４が接続されている。このため、本実施形態の回転電機１０を採用した場合には、複雑な制御を用いることなく、ロータ１２の回転速度の高まりに応じて第２通路２７への冷却液の供給を増大させることができる。
【００３３】
特に、本実施形態の回転電機１０では、閉弁方向に付勢された弁体３４が冷却液主通路２４の冷却液の圧力に応じて開弁作動する弁装置２８によって開閉調整部が構成されている。このため、小型化が可能な簡単な構成によって開閉調整部を構成することができる。したがって、本実施形態を採用した場合には、回転電機１０の小型化と製品コストの低減を実現することができる。
【００３４】
また、本実施形態の回転電機１０では、ロータ１２の軸方向の端部側に、ロータ１２の軸方向の端部を非接触状態で覆う端部カバー２２が設けられ、端部カバー２２のロータ１２に臨む側の端面に、径方向外側に向かって放射状に延びる複数の通路溝３３が形成されている。そして、端部カバー２２のロータ１２に臨む側の端部に閉塞プレート２９が結合され、端部カバー２２の通路溝３３と閉塞プレート２９とによって第２通路の一部が構成されている。このため、ロータ１２の軸方向の端部を覆う端部カバー２２に通路溝３３を形成し、その端部カバー２２に閉塞プレート２９を結合するだけで、第２通路２７の一部を容易に形成することができる。したがって、本実施形態の構成を採用した場合には、構造の簡素化によって回転電機１０の小型化と製品コストの低減を実現することができる。
【００３５】
なお、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更が可能である。
【符号の説明】
【００３６】
１０…回転電機
１１…ステータ
１２…ロータ
１３…回転軸
１７…コイル
１８ｆ…第１コイルエンド
１８ｓ…第２コイルエンド
２０…永久磁石
２２…端部カバー
２３…ポンプ装置
２４…冷却液主通路
２６…第１通路
２７…第２通路
２８…弁装置（開閉調整部）
２９…閉塞プレート
３３…通路溝
３４…弁体
【図１】
2019154111.tif 000003
【図２】
2019154111.tif 000004
【図３】
2019154111.tif 000005