(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水平方向に延びる回転軸（２０）を中心に回転可能なロータ（３０）と、
前記ロータの周面に対向する複数のスロット（４３）を有するステータコア（４１）、前記スロットに巻装されるステータコイル（４２，４６，４７）、前記ステータコイルが前記ステータコアの軸方向に突出して形成されるコイルエンド部（４４，４５）、を有し、前記ロータの径方向外側に配されるステータ（４０）と、
前記コイルエンド部の上方に配され、前記コイルエンド部に冷媒を吐出する複数の吐出口（５１，５２，６１，６２，８１，８２）を有する冷媒供給部（５０，６０，７０，８０）と、
を備えた回転電機であって、
前記吐出口は、前記回転軸の軸線（Ｌ）の軸方向位置が異なる第１吐出口（５１，６１，８１）と第２吐出口（５２，６２，８２）とを有し、
前記コイルエンド部を形成し、前記軸線に交差する方向に延び、隣り合うコイル線同士が周方向において重力方向の下側のコイルへ冷媒が流れ移ることが可能な間隔で配置される前記ステータコイル（４６，４７）において、前記ステータコア側を基端（４６１，４７１）、前記ステータコアから突出した先を先端（４６２，４７２）としたとき、
前記第１吐出口及び前記第２吐出口の一方の吐出口（５１）は、前記基端の方が前記先端よりも重力方向の上側に位置している前記ステータコイル（４６）に対し、前記基端寄りの部位に向けて吐出するよう形成され、
他方の吐出口（５２）は、前記先端の方が前記基端よりも重力方向の上側に位置している前記ステータコイル（４７）に対し、前記先端寄りの部位に向けて吐出するよう形成され、
前記軸線を含み垂直な垂直面（Ｍ）により隔てられる領域を第１領域（Ｒ１）と第２領域（Ｒ２）としたとき、前記軸方向の一方側へ突出した前記コイルエンド部に対して、前記第１吐出口及び前記第２吐出口の一方の吐出口は前記第１領域へ向けて吐出するよう一つの任意の軸方向位置にのみ形成され、他方の吐出口は前記第２領域へ向けて吐出するよう前記任意の軸方向位置とは異なる一つの他の軸方向位置にのみ形成されている回転電機。
【請求項２】
前記冷媒供給部は、前記コイルエンド部の上方に離間して平面視において前記軸線と重なる位置に設けられる冷媒配管（５０，６０，７０）を備える請求項１に記載の回転電機。
【請求項３】
前記冷媒供給部は、前記吐出口が形成され、前記回転軸の軸方向一端側において前記コイルエンド部の円周方向に沿って延びるよう形成される樋部材（８０）を備える請求項１または請求項２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、電動機や発電機として使用される回転電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
電動機あるいは発電機として用いられる回転電機は、ロータと、その周囲に配されるステータとを備える。ステータは、ステータコアとステータコイルとを有し、ステータコイルは、ステータコアにコイル線が巻回されることで形成される。
【０００３】
ところで、ステータコイルに電流が流れると、ステータコイルやステータコアが発熱する。こうした発熱は、回転電機に発生する磁束に影響を与え、回転電機の効率を低下させる。そこで、ステータコイルを冷却する冷却構造を有する回転電機が提案されている。
【０００４】
例えば、特許文献１に記載される回転電機では、ステータの軸方向両端から突出するコイルエンド部に、コイルエンド部の外周の上方から冷媒を供給しステータコイルを冷却する。コイルエンド部に吐出された冷媒は重力方向に巻線を伝い、巻線を冷却しながら流れていく。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−１８０３７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、特許文献１に記載の回転電機では、コイルの巻線方向までは考慮されておらず、コイルエンド部を形成するステータコイルの基端や先端の一方において冷却不足が生じ、冷却効果の不均一が生じるという問題が生じていた。
【０００７】
本発明は、このような点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、ステータコイルのコイルエンド部を均一に冷却することが可能な回転電機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の回転電機は、水平方向に延びる回転軸（２０）を中心に回転可能なロータ（３０）と、ステータ（４０）と、冷媒供給部（５０，６０，７０，８０）と、を備える。ここで、「水平」とは、厳密な意味での「水平」に限らず、当該技術分野の技術常識に照らして、通常、「水平」であると判断される範囲の同一性を有していれば、「水平」であると解釈する。
【０００９】
ステータは、ロータの周面に対向する複数のスロット（４３）を有するステータコア（４１）、スロットに巻装されるステータコイル（４２）、ステータコイルがステータコアの軸方向に突出して形成されるコイルエンド部（４４，４５）、を有する。冷媒供給部は、コイルエンド部の上方に配され、コイルエンド部に冷媒を吐出する複数の吐出口（５１，５２，６１，６２，８１，８２）を有する。
【００１０】
吐出口は、回転軸の軸線（Ｌ）の軸方向位置が異なる第１吐出口（５１，６１，８１）と第２吐出口（５２，６２，８２）とを有し、コイルエンド部を形成し、前記軸線に交差する方向に延び、隣り合うコイル線同士が周方向において重力方向の下側のコイルへ冷媒が流れ移ることが可能な間隔で配置されるステータコイル（４６，４７）においてステータコア側を基端（４６１，４７１）、ステータコアから突出した先を先端（４６２，４７２）としたとき、第１吐出口及び第２吐出口のうちいずれか一方の吐出口（５１）は、基端と先端のうち、基端の方が先端よりも重力上下方向の上側に位置しているステータコイル（４６）に対し、基端寄りの部位に向けて吐出するよう形成され、いずれか他方の吐出口（５２）は、基端と先端のうち、先端の方が基端よりも重力上下方向の上側に位置しているステータコイル（４７）に対し、先端寄りの部位に向けて吐出するよう形成されている。軸線を含み垂直な垂直面（Ｍ）により隔てられる領域を第１領域（Ｒ１）と第２領域（Ｒ２）としたとき、第１吐出口及び第２吐出口の一方の吐出口は第１領域へ向けて吐出するよう一つの任意の軸方向位置にのみ形成され、他方の吐出口は第２領域へ向けて吐出するよう任意の軸方向位置とは異なる一つの他の軸方向位置にのみ形成されている。
【００１１】
本発明の構成によれば、第１吐出口と第２吐出口のうちいずれか一方の吐出口から、ステータコイルの基端寄り部位に吐出された冷媒は、重力方向の上から下へ、すなわちステータコイルの基端から先端に向けて流動しコイルを冷却する。一方、第１吐出口と第２吐出口のうちいずれか他方の吐出口から、ステータコイルの先端寄り部位に吐出された冷媒は、重力方向の上から下へ、すなわちステータコイルの先端から基端に向けて流動しコイルを冷却する。
【００１２】
このように、第１吐出口と第２吐出口の軸方向位置を異ならせて配置し、コイルエンド部の基端から先端までコイルエンド部の全体に冷媒が流れるように構成することで、均一な冷却を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１実施形態による回転電機を模式的に示す断面図である。
【図２】第１実施形態によるステータ全体の斜視図である。
【図３】ステータの平面図である。
【図４】コイルエンド部の拡大図である。
【図５】第２実施形態によるステータ全体の斜視図である。
【図６】比較形態によるコイルエンド部の拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の複数の実施形態を図面に基づいて説明する。
〈第１実施形態〉
［構成］
本発明の第１実施形態の構成について、図１〜図４を参照しつつ説明する。本実施形態の回転電機１は、例えば車両用モータとして用いられるものであって、図１に示すように、ハウジング１０、回転軸２０、ロータ３０、ステータ４０、冷媒配管５０，６０等を備えている。以下の説明において、図１における右側を一方側、左側を他方側として説明する。
【００１５】
ハウジング１０は、一対の有底筒状の第１ハウジング部材１１、第２ハウジング部材１２から構成されている。第１ハウジング部材１１は、軸方向他方側に配され、第２ハウジング部材１２は、軸方向一方側に配される。ハウジング１０は、各ハウジング部材１１，１２の開口部同士が接合されてなる。回転軸２０は、軸線Ｌを水平方向に一致させた状態で、ハウジング１０に軸受１６，１７を介して回転自在に支持されている。
【００１６】
ロータ３０は回転軸２０に固定されている。ロータ３０の外周には、周方向に所定距離を隔てて図示しない複数の永久磁石が配置されている。これらの永久磁石により周方向に極性が交互に異なる複数の磁極が形成されている。
【００１７】
ステータ４０は、ロータ３０の外側にロータ３０の径方向に対向して配置されている。図２に示すように、ステータ４０は、ステータコア４１と、ステータコイル４２とを有している。ステータコア４１は、軸方向に積層固定された複数の電磁鋼板により円環状に形成されている。ステータコア４１の内周側には、ステータコア４１の内周面に開口し軸方向に貫通する複数のスロット４３が周方向に等間隔に配列されている。
【００１８】
ステータコイル４２は、スロット４３に挿入された複数の導体セグメントの端部同士がステータコア４１の軸方向一端側で接続されてステータコア４１に巻装されている。より詳しくは、略Ｕ字形状をなす複数の導体セグメントの開放端側の端部同士を溶接で互いに接合することにより構成されている。
【００１９】
ステータコイル４２の軸方向他端側には、第１コイルエンド部４４が形成されており、ステータコイル４２の軸方向一端側には、第２コイルエンド部４５が形成されている。第１コイルエンド部４４は、ステータコア４１の他端面から突出した導体セグメントの複数のターン部がステータコア４１の径方向に積層されて、全体として円環状をなす。第２コイルエンド部４５は、ステータコア４１の一端面から突出した導体セグメントの複数の溶接接合部がステータコア４１の径方向に積層されて、全体として円環状をなす。
【００２０】
再び図１を参照する。回転電機１には、ステータコイル４２のコイルエンド部４４，４５を冷却する冷媒配管５０，６０が、コイルエンド部４４，４５の上方位置であって平面視において軸線Ｌと重なる位置に設けられている。各冷媒配管５０，６０は、特許請求の範囲に記載の「冷媒供給部」の一例に相当する。
【００２１】
各冷媒配管５０，６０は、ハウジング１０の内部と外部とを連通するようにして、ハウジング部材１１，１２にそれぞれ挿通した状態で取り付けられている。第１冷媒配管５０は、第１ハウジング部材１１を挿通し、その先端が第１コイルエンド部４４の上方に位置している。第２冷媒配管６０は、第２ハウジング部材１２を挿通し、その先端が第２コイルエンド部４５の上方に位置している。
【００２２】
図３は、図２のＩＩＩ方向矢視図であり、ステータ４０の平面図に冷媒配管５０，６０を加えて図示している。冷媒配管５０，６０は、円筒部材を軸方向に半分割した形状をなし、図示しない冷媒貯留タンクから冷媒が流入可能となっている。図３に示すように、第１冷媒配管５０の先端には、第１吐出口５１と第２吐出口５２とが開口して形成されている。軸線Ｌを含み垂直に延びる垂直面Ｍにより、図３において左右に隔てられる領域のうち、左側を第１領域Ｒ１、右側を第２領域Ｒ２とする。
【００２３】
まず、コイルエンド部４４，４５を形成するステータコイル４２について説明する。図４に示すように、コイルエンド部４４，４５を形成するステータコイル４２は、軸線Ｌに交差して延び、波形状をなしている。ここで、導体セグメントを形成するそれぞれのコイル４６，４７に着目する。例えば、軸線Ｌの他方側からステータ４０を見たとき、頂点位置から周方向において左側の第１領域Ｒ１内に位置する第１コイル４６は、その基端４６１と先端４６２とでは、基端４６１の方がより高い位置にある。「より高い」とは重力上下方向においてより上にあるという意味である。また、ステータコア４１側を基端側、ステータコア４１から突出した先を先端側とする。
【００２４】
一方、頂点位置から周方向において右側の第２領域Ｒ２内に位置する第２コイル４７は、その基端４７１と先端４７２とでは、先端４７２の方がより高い位置にある。すなわち、導体セグメントを形成するコイル４６，４７の基端４６１，４７１と先端４６２，４７２のうちどちらが重力上下方向の上にあるかは、第１領域Ｒ１と第２領域Ｒ２とで異なっている。
【００２５】
第１吐出口５１は、第１コイル４６の基端４６１寄り部位に冷媒を吐出する位置に形成されている。第２吐出口５２は、第２コイル４７の先端４７２寄り部位に冷媒を吐出する位置に形成されている。なお、図４では、第１コイルエンド部４４を例に説明したが、第２コイルエンド部４５に対する冷媒配管６０に設けられる吐出口６１，６２についても同様の構成であり、説明は省略する。
【００２６】
なお、この回転電機１には、吐出口５１，５２，６１，６２から吐出した液体冷媒を回収して再度吐出口５１，５２，６１，６２から吐出するように循環させる図示しない回収手段が設けられている。
【００２７】
［作用］
次に、上記のように構成された回転電機１の作用について説明する。回転電機１は、ステータ４０のステータコイル４２への通電により運転が開始されると、ロータ３０の回転に伴って回転軸２０が回転し、回転軸２０から他の機器に駆動力が供給される。このとき、ステータコイル４２への通電によりステータコイル４２が発熱する。同時に、吐出口５１，５２，６１，６２からコイルエンド部４４，４５に液体冷媒が吐出される。吐出された液体冷媒は、コイルエンド部４４，４５のコイルを伝って下方に流動し、通電により発熱したステータコイル４２を冷却する。
【００２８】
以下、第１コイルエンド部４４を例に冷媒の流れについて説明する。図４に示すように、第１吐出口５１から第１コイル４６の基端４６１寄り部位に滴下された冷媒は、矢印Ａ１に示すように、第１コイル４６の基端４６１から先端４６２へ向けて流れ落ちる。第１吐出口５１から吐出された冷媒は、周方向の左側に隣り合うコイルの基端へも自然に流れて、矢印Ａ２、Ａ３に示すように同様にコイルの基端から先端へ向けて流れる。
【００２９】
第２吐出口５２から第２コイル４７の先端４７２寄り部位に滴下された冷媒は、矢印Ａ４に示すように、第２コイル４７の先端４７２から基端４７１へ向けて流れ落ちる。第２吐出口５２から吐出された冷媒は、周方向の右側に隣り合うコイルの先端へも自然に流れて、矢印Ａ５、Ａ６に示すように同様にコイルの先端から基端へ向けて流れる。
【００３０】
［効果］
以上のように、本実施形態の回転電機１によれば、コイルエンド部４４，４５に滴下された冷媒は、第１領域Ｒ１のコイル４６では基端４６１から先端４６２へ、第２領域Ｒ２のコイル４７では先端４７２から基端４７１へ、重力方向にコイルを伝い、巻線を冷却しながら流れていく。
【００３１】
例えば、比較形態として図６に示すように、第１吐出口９１と第２吐出口９２とがコイルの先端寄り位置に軸方向において同じ位置に形成されている場合を考える。この場合、第２領域Ｒ２では、矢印Ａ７に示すようにコイル４７の先端４７２から基端４７１に向けて冷媒が流れるが、第１領域Ｒ１では、矢印Ａ８に示すようにコイル４６の先端４６２側のみにしか冷媒が流れない。すなわち、領域Ｓとして示すように、第１領域Ｒ１のコイルエンド部４４の基端４６１側では冷却不足が生じることになる。
【００３２】
その点、本実施形態によれば、垂直面Ｍにより隔てられる第１領域Ｒ１と第２領域Ｒ２のどちらのコイルエンド部４４，４５でも全体に冷媒が流れるため、均一な冷却を実現することができる。なお、回転電機１が車両に搭載された場合、坂道走行等の走行状態に応じて、回転軸２０の軸線Ｌは水平方向からずれる。しかし、一般的な走行の範囲内であれば、回転軸２０の一時的な傾きの影響は無視できる程度であり、コイルエンド部４４，４５を良好に冷却することができる。
【００３３】
〈第２実施形態〉
次に、本発明の第２実施形態の回転電機について、図５を参照して説明する。なお、第１実施形態と同様の構成については同じ符号を付し、説明を省略する。第２実施形態では、第１実施形態の回転電機１に対し、冷媒配管７０に接続する樋部材８０を有している点が異なる。冷媒配管７０は、第１実施形態の第１冷媒配管５０と同様に、第１コイルエンド部４４の上方位置であって平面視において軸線Ｌと重なる位置に設けられている。冷媒配管７０及び樋部材８０は、特許請求の範囲い記載の「冷媒供給部」の一例に相当する。
【００３４】
図５に示すように、樋部材８０は、第１コイルエンド部４４の上方に離間して設けられ、第１コイルエンド部４４の外周に沿って延伸するように上に凸の円弧形状をなしている。樋部材８０には、複数（本実施形態では３つ）の第１吐出口８１及び、複数（本実施形態では３つ）の第２吐出口８２が開口形成されている。第１実施形態と同様に、第１吐出口８１は、第１領域Ｒ１のコイルの基端寄り部位に冷媒を吐出する位置に形成されている。第２吐出口８２は、第２領域Ｒ２のコイルの先端寄り部位に冷媒を吐出する位置に形成されている。
【００３５】
本実施形態によれば、第１実施形態と同様の効果を奏するとともに、樋部材８０により周方向に長い距離に亘って冷媒を吐出するようにしているため、軸線Ｌから離れた側方のコイルエンド部４４に対しても確実に冷却することができる。なお、図５では、第１コイルエンド部４４に対応するように冷媒配管７０及び樋部材８０を設けたが、第２コイルエンド部４５にも同様の冷媒配管及び樋部材を設けて構成しても良い。
【００３６】
〈他の実施形態〉
上記各実施形態では、冷媒配管５０，６０，７０や樋部材８０に吐出口５１，５２，６１，６２，８１，８２を設ける構成としたが、別途配管を設けなくても良い。例えばハウジング１０にハウジング１０内を貫通する冷媒流路を形成し、冷媒流路に連通し下向きに開口する吐出口を設けても良い。この場合、ハウジング１０に形成した冷媒流路が特許請求の範囲に記載の「冷媒供給部」に相当する。
【００３７】
上記第１実施形態では、第１冷媒配管５０と第２冷媒配管６０とを別部材で構成したが、軸方向に延びる共通の１つの配管部材で構成しても良い。また、各冷媒配管５０，６０の形状についても、冷媒を供給可能であれば良く、種々変更可能である。
【００３８】
上記第１実施形態では、各冷媒配管５０，６０は、平面視において軸線Ｌと重なる位置に１つ設けたが、加えて、軸線Ｌとは重ならない位置に複数の冷媒配管を設けても良い。
【００３９】
上記各実施形態では、第１吐出口５１，６１は第１領域Ｒ１のコイル４６へ吐出し、第２吐出口５２，６２は第２領域Ｒ２のコイル４７へ吐出するように形成したが、各吐出口５１，５２，６１，６２は共に垂直面Ｍ上にあっても良い。各吐出口５１，５２，６１，６２が、導体セグメントを形成するコイルの重力上下方向の上側に位置する部位に対応しており、かつ、第１吐出口５１，６１と第２吐出口５２，６２の軸方向位置が異なっていれば良い。
【００４０】
上記各実施形態では、コイルエンド部４４，４５を形成するステータコイル４２は波形状をなすものとしたが、波形状に限定されることなく、ストレート形状等その他の形状であっても良い。
【００４１】
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の形態で実施可能である。
【符号の説明】
【００４２】
１    ・・・回転電機
２０    ・・・回転軸
３０    ・・・ロータ
４０    ・・・ステータ
４１    ・・・ステータコア
４２，４６，４７    ・・・ステータコイル
４３    ・・・スロット
４４    ・・・第１コイルエンド部
４５    ・・・第２コイルエンド部
５０    ・・・第１冷媒配管（冷媒供給部）
５１，６１    ・・・第１吐出口
５２，６２    ・・・第２吐出口
６０    ・・・第２冷媒配管（冷媒供給部）
Ｒ１    ・・・第１領域
Ｒ２    ・・・第２領域
Ｌ    ・・・軸線
【図１】
0006627657.tif 000002
【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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