(57)【要約】【課題】ステータコイルのコイルエンドを均等に冷却できる回転電機を提供する。【解決手段】本発明の回転電機は、ステータコアとステータコイル３とを有するステータ２と、ステータの内周を回転するロータ４と、ステータコイルのロータの回転軸方向に垂直なコイル端面に、冷却液を吐出する冷却液吐出部１と、を備えるようにした。より詳細には、冷却液吐出部は、前記ロータの回転軸と略同軸に設けられ、冷却液吐出部の吐出孔からコイルエンドの端面に冷却液を吐出し、その反力で旋回するようにした。また、冷却液吐出部は、ステータコイルの外側に回動中心が設けられ、所定角度の回動をして冷却液吐出部の吐出孔からコイルエンド端面の所定領域に冷却液を吐出するようにした。【選択図】  図１
2019161993.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステータコアとステータコイルとを有するステータと、
前記ステータの内周を回転するロータと、
前記ステータコイルにおける前記ロータの回転軸方向に垂直なコイル端面に、冷却液を吐出する冷却液吐出部と、
を備えたことを特徴とする回転電機。
【請求項２】
前記ステータコイルはＵ字状の導体セグメントを順次接合して形成され、
前記冷却液吐出部は、前記導体セグメントを接合しない前記ステータコイルのコイルエンド側に冷却液を吐出する
ことを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
【請求項３】
前記冷却液吐出部は、圧縮された冷却液を吐出し、その反力により前記ロータの回転軸と略同軸に旋回して、前記ステータコイルの前記ロータの回転軸方向に垂直なコイル端面に、冷却液を吐出する
ことを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
【請求項４】
前記冷却液吐出部が複数設けられ、
前記冷却液吐出部の各々は、前記ステータの外側を中心に所定角度の回動をして、ステータコイルにおける前記コイル端面の所定の領域に冷却液を吐出する
ことを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
【請求項５】
前記冷却液吐出部の回動軸は、前記ステータの軸心および前記ロータの軸心と平行に位置し、
前記冷却液吐出部の回動中心は、前記ステータの上方に位置する
ことを特徴とする請求項４に記載の回転電機。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれかに１項に記載の回転電機を搭載した
ことを特徴とする車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転電機の冷却に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両等に搭載される回転電機において、ステータに巻回されているコイルのうち、ステータから突出する部分（コイルエンド）には、熱が蓄積されやすい。そのため、特許文献１においては、回転電機の所定の位置に冷却液を導く冷却液パイプを設け、冷却液パイプの吐出孔から回転電機の所定の部分に向けて冷却液を滴下する技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−１１０９２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１では、ステータコイルの一部分に向けて冷却液を滴下しているので、ステータコイルの全周を均等に冷却できない問題がある。
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、ステータコイルのコイルエンドを均等に冷却できる回転電機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
前記課題を解決するため、本発明の回転電機は、ステータコアとステータコイルとを有するステータと、前記ステータの内周を回転するロータと、前記ステータコイルの前記ロータの回転軸方向に垂直なコイル端面に、冷却液を吐出する冷却液吐出部と、を備えるようにした。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、回転電機におけるステータコイルのコイルエンドの温度分布を均一化することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】第１実施形態の回転電機の概要を示す斜視図である。
【図２】第１実施形態の回転電機の構成を示す断面図である。
【図３】第１実施形態の回転電機の他構成を示す断面図である。
【図４】第１実施形態の回転電機における冷却液の吐出部の断面を示す図である。
【図５】第２実施形態の回転電機の概要を示す図である。
【図６】第２実施形態の回転電機の冷却液吐出部の駆動機構を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、本発明の実施形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
まず、第１実施形態の回転電機Ｓの概要を、図１の斜視図により説明する。
ここで、回転電機Ｓは、ハイブリッド車や燃料電池車を含む電気自動車等の車両の電動機または発電機として動作する。
【０００９】
≪実施形態１≫
回転電機Ｓは、略円筒状に形成されたステータ２と、ステータ２の内周側に配置されたロータ４とを有している。
ステータ２は、磁性材料等によって形成されたステータコア（図示せず）と、ステータコアのティース（図示せず）に設けられロータ４を回転させる力を発生するためのステータコイル３から構成されている。
【００１０】
ロータ４は、略円筒状に形成され、回転電機Ｓの出力軸を構成している。
回転電機Ｓの出力軸には車両の動力伝達部等の駆動系機構部が接続されているため、駆動系機構部が接続されている側とは反対側の回転電機Ｓの端面に、ステータコイル３を露出する開放部を設けている（図の視線方向側）。
【００１１】
そして、この開放部に、通流する駆動電流により発熱しているステータコイル３を冷却するために、ステータコイル３に冷却液を直接滴下する冷却液吐出管１を設けている。
冷却液吐出管１は、ロータ４の回転軸方向に垂直な面を、ロータ４の回転軸と同軸に旋回し、冷却液吐出管１の旋回径方向のステータコイル３に対応する位置に設けられた吐出孔からステータコイル３に冷却液を吐出する（符号５）。つまり、冷却液の吐出軌跡が、ステータコイル３の端部形状になるように、冷却液吐出管１が旋回している。
【００１２】
このとき、冷却液は所定の圧力に加圧して冷却液吐出管１に供給され、冷却液吐出管１に設けられた吐出孔から冷却液を吐出した際に、冷却液の吐出反力で、冷却液吐出管１が自力旋回するようにしている。
ステータコイル３の冷却能力を高める場合には、冷却液の吐出量を増加する。
これにより、冷却液吐出管１の駆動部を設けることなく、ステータコイル３の冷却が可能となる。
【００１３】
図１では、管端部に冷却液の吐出孔を設け、管の央部の中心に旋回する冷却液吐出管１を示しているが、図１の棒状の管形状に限定されない。
例えば、管の一端に冷却液の吐出孔を設け、他端を旋回中心とする棒状の管形状であってもよい。また、管を三又や四つ叉の形状とし、交差部を旋回中心として、管の端部に冷却液の吐出孔を設けるようにしてもよい。これら、管の数を増やすことにより冷却液の吐出孔数が増すので、冷却液の吐出量が増加して冷却性能を向上することができる。
【００１４】
回転電機Ｓの冷却液には、動力伝達部や軸受を潤滑するＡＴＦ（Automatic Transmission Fluid）を利用する。
ステータコイル３に吐出した冷却液は、回転電機Ｓを収容するケース下部に溜まり、ケースの水冷ジャケットにより冷却する。そして、ケース下部に溜まった冷却液をオイルプンプによって汲み上げて、冷却液吐出管１に供給するとともに、動力伝達部へも送るようにする。これにより、ステータコイル３の発生熱が、回転電機Ｓの外部に排熱される。
【００１５】
つぎに、図２、３の回転電機Ｓの断面図により、冷却液吐出管１の構成を、より詳細に説明する。
図２は、ステータコイル３がＵ字状の導体セグメントを順次接合して形成された回転電機Ｓの断面を示している。ステータコイル３のコイルエンド３１は、導体セグメントを接合するオープン側のコイルエンドであり、コイルエンド３２は、導体セグメントを接合しないクローズ側のコイルエンドになっている。
【００１６】
コイルエンド３２では、導体セグメントを捻り曲げて形成しているため、コイルエンド３１に比べて冷却液の濡れ性がよくない。このため、冷却液吐出管１をコイルエンド３２側の端面に設けて、コイルエンド３２に冷却液を供給する。
【００１７】
冷却液吐出管１は、図１と同様に、ロータ４の回転軸と同軸に旋回するように央部で支持され、冷却液吐出管１の管長方向のコイルエンド３２に対応する位置に冷却液の吐出孔を設ける。また、冷却液吐出管１の央部には、回転継手（図示せず）を設けている。そして、コイルエンド３２を露出する開放部を設けている回転電機Ｓのケース壁面側から回転軸方向に、回転継手を介して冷却液を冷却液吐出管１に供給する。
【００１８】
回転継手から冷却液吐出管１に流入した冷却液は、冷却液吐出管１の両端部に設けられた吐出孔から、コイルエンド３２に向けて吐出する（符号５）。この際、冷却液の吐出反力で冷却液吐出管１が自力旋回して、コイルエンド３２の全周に冷却液が供給され、コイルエンド３２を均一に冷却する。
【００１９】
冷却液吐出管１に設ける冷却液の吐出孔の旋回径が、コイルエンド３２の周径より小さくなる場合には、冷却液の吐出方向がコイルエンド３２の位置になるように、冷却液の吐出方向を径方向に傾けて吐出孔を形成すればよい。吐出孔の形状については、後述する。
【００２０】
図示していないが、コイルエンド３１には、特許文献１に記載されている冷却液を導く冷却液パイプを設けて、冷却液パイプの吐出孔からコイルエンド３１の上部に冷却液を滴下する技術を適用する構成としてもよい。コイルエンド３１の上部に滴下された冷却液は、コイルエンド３１の下部に向かって滴り落ち、コイルエンド３１を冷却する。
これにより、コイルエンド３１とコイルエンド３２の両側を冷却することができる。
【００２１】
図２には、冷却液を回転電機Ｓのケース壁面側から供給する場合を図示したが、ロータ４の中心部を回転軸方向に貫通する冷却液通流路を設け、コイルエンド３１の側から冷却液を供給するようにしてもよい。
【００２２】
ロータ４の中心部を回転軸方向に貫通する冷却液通流路を設ける場合には、図３に示すように、コイルエンド３１とコイルエンド３２の両側に冷却液吐出管（１、６）を設けることができる。
【００２３】
詳しくは、コイルエンド３２は、図２で説明した冷却液吐出管１を設けて、自力旋回する冷却液吐出管１からコイルエンド３２に冷却液を吐出する（符号５２）。図示しない冷却液吐出管１の回転継手は、ロータ４の中心部を回転軸方向に貫通する冷却液通流路に接続し、冷却液を分流している。そして、冷却液通流路を通流した冷却液は、冷却液吐出管６に供給される。
【００２４】
冷却液吐出管６は、冷却液吐出管１と同様に、ロータ４の回転軸と同軸に旋回するように央部で支持され、冷却液吐出管６の管長方向のコイルエンド３１に対応する位置に冷却液の吐出孔を設ける。また、冷却液吐出管６の央部には、回転継手（図示せず）を設けている。
【００２５】
冷却液通流路を通流した冷却液は、回転継手から冷却液吐出管６に流入し、冷却液吐出管６の両端部に設けられた吐出孔から、コイルエンド３１に向けて吐出する（符号５１）。この際、冷却液吐出の反力で冷却液吐出管６が自力旋回して、コイルエンド３１の全周に冷却液が供給され、コイルエンド３１を均一に冷却する。
【００２６】
つぎに、図４により、冷却液吐出管１や冷却液吐出管６に設けられた冷却液の吐出孔について説明する。
図４は、冷却液の吐出孔の管長方向の断面図である。
【００２７】
冷却液の吐出孔は、コイルエンド３１、３２の端面の直角方向から所定の傾きで、冷却液が吐出されるように形成されている。そして、冷却液吐出管１や冷却液吐出管６の端部に設けられた吐出孔は、それぞれ、冷却液の吐出方向が反対方向となるように形成されている。
これにより、冷却液は、コイルエンド３１、３２の端面に斜めに吐出され（符号５）、この冷却液の吐出反力により、冷却液吐出管１や冷却液吐出管６は、自力旋回する。
【００２８】
また、冷却液が、冷却液の吐出孔の旋回軌跡より外側に吐出されるように、吐出孔を傾けてもよい。これにより、冷却液吐出管１や冷却液吐出管６の管長を短くすることができるので、回転電機Ｓの端面のステータコイル３を露出する開放部が狭い場合にも、ステータコイル３の冷却を行うことができる。
【００２９】
上記の実施形態１の回転電機Ｓによれば、ステータコイル３のコイルエンド全周に冷却液を吐出するので、ステータコイル３の温度分布の均一化することができる。
また、冷却液の吐出により冷却液吐出管１が自力旋回するので、冷却液吐出管１の駆動部を設ける必要がなく、故障の少ない冷却装置を提供できる。
さらに、冷却液の吐出量を調整することで冷却性能の調整が可能となるので、回転電機Ｓの性能向上を図ることができる。
【００３０】
≪実施形態２≫
上記の実施形態１の回転電機Ｓでは、ステータコイル３に冷却液を供給する冷却液吐出管１の旋回中心が、ロータ４の回転軸と同軸に旋回するよう支持されている例を説明したが、つぎに、冷却液吐出管１の回動中心を回転電機Ｓの外側に設置し、ステータコイル３に冷却液を供給して冷却する構成を、図５と図６により説明する。
【００３１】
図５は、第２実施形態の回転電機Ｓにおける、ステータコイル３のコイルエンド３２の端面に冷却液を吐出する冷却液吐出管１の吐出孔の回動軌跡を示し、第２実施形態の回転電機Ｓの概要を説明する図である。
以下において、“回動”は、“首振り運動”のように、正逆両方向に円弧運動することを意味している。
【００３２】
図５の回動軌跡９ａ、９ｂは、図示していない冷却液吐出管９（図６参照）に設けられた２つの冷却液の吐出孔の、冷却液吐出管９が回動した際の回動軌跡を示している。吐出孔から冷却液が吐出され、回動軌跡９ａ、９ｂ近傍のコイルエンド３２の端面に冷却液が供給される。
【００３３】
また、図５の回動軌跡８ａ、８ｂは、図示していない冷却液吐出管８（図６参照）に設けられた２つの冷却液の吐出孔の、冷却液吐出管８が回動した際の回動軌跡を示している。吐出孔から冷却液が吐出され、回動軌跡８ａ、８ｂ近傍のコイルエンド３２の端面に冷却液が供給される。
【００３４】
ステータコイル３の上方に設けられた２つの回動中心７は、それぞれ、冷却液吐出管９と冷却液吐出管８の回動中心を示し、ロータ４の回転軸と平行になっている。
つまり、冷却液吐出管９と冷却液吐出管８は、管の端部を中心に所定角度の往復動をして、冷却液吐出管９と冷却液吐出管８のそれぞれに２つ設けられた吐出孔から冷却液を吐出し、コイルエンド３２の端面の所定領域に冷却液を供給する。
【００３５】
コイルエンド３２の回動軌跡８ａと９ａの間の領域には、冷却液吐出管９と冷却液吐出管８による冷却液の供給が行われない。このため、図示していないが、コイルエンド３２には、特許文献１に記載されている冷却液を導く冷却液パイプを設けて、冷却液パイプの吐出孔からコイルエンド３２の上部に冷却液を滴下する技術を適用する構成としてもよい。コイルエンド３２の上部に滴下された冷却液は、コイルエンド３２の回動軌跡８ａと９ａの間の領域に向かって滴り落ちる。この場合には、回動軌跡８ａと９ａを形成する吐出孔を除いてもよい。
【００３６】
また、コイルエンド３２の回動軌跡９ａと８ｂの間の領域と回動軌跡８ａと９ｂの間の領域にも、冷却液が直接供給されないが、コイルエンド３２の上部の冷却液が、滴り落ちて冷却される。
【００３７】
つぎに、図６により、冷却液吐出管９と冷却液吐出管８を所定角度の往復動させる駆動機構の一例を説明する。
【００３８】
図６の駆動機構は、回動中心７（図５参照）に対応する位置であって、冷却液吐出管９の端部には従動側プーリー１１が設けられ、冷却液吐出管８の端部には従動側プーリー１０が設けられている。さらに、従動側プーリー１１と従動側プーリー１０とは、ベルト１３により、駆動側プーリー１２に接続している。
【００３９】
このプーリー機構により、駆動側プーリー１２の所定角度の往復動に従って従動側プーリー１１と従動側プーリー１０が所定角度の往復動をするので、冷却液吐出管９と冷却液吐出管８とは、図５で説明した回動を行うことができる。
【００４０】
なお、図６の機構においては、冷却液吐出管９と冷却液吐出管８との干渉を防止するために、冷却液吐出管９と冷却液吐出管８とを異なる面で回動させることは言うまでもない。
【００４１】
また、冷却液吐出管９と冷却液吐出管８の２つに限定されず、ステータコイル３の上方に１つの冷却液吐出管を設けて所定角度の回動を行い、冷却液吐出管に設けられた２つの吐出孔から、コイルエンド３２の上部と下部に冷却液を吐出すようにしてもよい。
【００４２】
上記の実施形態２の回転電機Ｓによれば、冷却液を供給するとともに冷却液吐出管の回転中心となる管端部を、ステータコイル３の外側に位置するようにしたので、冷却液の配管経路の自由度を向上することができ、容易に実施することができる。
また、冷却液を導く冷却液パイプを設けて、冷却液パイプの吐出孔からコイルエンド３２の上部に冷却液を滴下する方式と組み合わせた場合には、コイルエンド３２の端部の下側に冷却水を供給できるので、冷却液を滴下する方式では冷却しづらい、コイルエンド３２の端部下側の冷却を容易に行うことができ、ステータコイル３の温度分布の均一化することができる。
【００４３】
本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。上記の実施形態は本発明で分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。
【符号の説明】
【００４４】
Ｓ  回転電機
１、６，８、９  冷却液吐出管（冷却液吐出部）
２  ステータ
３  ステータコイル
３１、３２  コイルエンド
４  ロータ
５  冷却液吐出
【図１】
2019161993.tif 000003
【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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