(57)【要約】【課題】コイルエンド上方から冷却用液体を供給して冷却を行う回転電機において、高回転時の供給流量の偏りを低減する。【解決手段】回転電機、特にコイルエンド２４上方に上流側供給管３２、下流側供給管３４を配置する。上流側供給管３２からコイルエンド２４の回転方向上流側に冷却用流体を供給し、下流側供給管３４から下流側に冷却液流体を供給する。回転電機の低回転時には、二つの供給管３２，３４から同じ流量で冷却用流体を供給し（図（ａ）参照）、高回転時には、下流側供給管３４からの供給流量より上流側供給管３２からの供給流量を多くする。これにより、ロータ１６の回転に起因する旋回流の影響を低くし、冷却用液体の供給流量の偏りが低減される。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸を横にして設置される回転電機の冷却装置であって、
回転電機のコイルエンドに、上方から冷却用液体を供給する液供給手段と、
回転電機の回転速度に応じて、回転電機の回転方向上流側と下流側に供給する冷却用液体の流量の差を変更する供給流量変更手段と、
を有する、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、供給流量変更手段は、回転電機の回転速度が高いときに、回転方向の上流側に供給される冷却用液体の流量を下流側より多くし、かつ回転速度が低いときに比べ前記流量の差を大きくする、回転電機の冷却装置。
【請求項３】
請求項２に記載の回転電機の冷却装置であって、供給流量変更手段は、回転電機の回転速度が高くなるにつれて、回転方向の上流側に供給される冷却用流体の流量を増加させる、回転電機の冷却装置。
【請求項４】
請求項２または３に記載の冷却装置であって、
液供給手段は、回転電機の回転方向上流側に冷却用液体を供給する上流側供給路と、下流側に供給する下流側供給路とを有し、
供給流量変更手段は、下流側供給路に設けられ、回転電機の回転速度が所定値以上のとき当該下流側供給路を流れる冷却用流体の一部を放出するリリーフ弁を有する、
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、冷却用液体を供給して回転電機の冷却を行う装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気エネルギを回転の運動エネルギに変換する電動機、回転の運動エネルギを電気エネルギに変換する発電機、さらに電動機と発電機どちらにも機能する電気機器が知られている。以下において、これらの電気機器を回転電機と記す。
【０００３】
回転電機は、同軸に配置されて相対的に回転する二つの部材を有する。通常は、一方が固定され、他方が回転する。固定された部材（ステータ）にコイルを配置し、このコイルに電力を供給することにより回転する磁界を形成する。この磁界との相互作用により他方の部材（ロータ）が回転する。
【０００４】
内燃機関と共に回転電機を原動機として備えたハイブリッド車両が知られている。ハイブリッド車両用の動力装置として、回転電機をトランスアクスルまたはトランスミッションと一体化した構成を有するものが実用化されている。この動力装置においては、回転電機はトランスアクスル等のケース内に収められており、外気による直接冷却が望めず、トランスアクスル等の潤滑油あるいは液圧による機器制御用の作動液を介して冷却が行われている。
【０００５】
下記特許文献１には、ステータのコイルエンド上方から当該コイルエンドに冷却用液体を掛けて冷却を行う液冷式の回転電機の冷却装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１１−２２３７３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
回転電機のロータの回転によりロータ周囲の空気がロータに引きずられ、ロータ周囲に、旋回する気流が発生する。上記特許文献１のようにコイルエンド上方から供給される冷却用液体は、この気流の影響を受けて流される。発生する気流は、回転電機の回転速度が高くなると強くなるため、回転速度によって、供給される冷却用液体の分布が変化する。このため、コイルエンドの冷却の程度に偏りが生じる場合がある。
【０００８】
本発明は、回転電機の回転速度に応じて生じる、コイルエンドの冷却の偏りを低減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の回転電機の冷却装置は、回転電機のコイルエンドに上方から冷却液体を供給する液供給手段と、回転電機の回転速度に応じて、回転電機の回転方向上流側と下流側に供給する冷却用液体の流量の差を変更する供給流量変更手段とを有する。供給流量変更手段は、上流側と下流側の一方への供給流量を増加させること、または一方への供給流量の増加の程度を他方より大きくすることで供給流量の差を変更するようにできる。
【００１０】
供給流量変更手段は、回転電機の回転速度が高いときに、回転方向の上流側に供給される冷却用液体の供給流量を下流側より多くし、かつ回転速度が低いときに比べ上流側、下流側へ供給流量の差を大きくするようにできる。
【００１１】
また、供給流量変更手段は、回転電機の回転速度が高くなるにつれて、多段階で、または連続的に回転方向の上流側に供給される冷却用流体の量を増加するようにできる。
【００１２】
液供給手段は、回転電機の回転方向上流側に冷却用液体を供給する上流側供給路と、下流側に供給する下流側供給路を有するようにでき、供給流量変更手段は、下流側供給路に設けられたリリーフ弁を有するようにできる。リリーフ弁は、回転電機の回転速度が所定値以上のとき下流側供給路を流れる冷却用流体の一部を放出する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、回転電機の回転速度に応じて、回転電機の回転方向上流側と下流側に供給する冷却用液体の供給流量の差が変更され、コイルエンドの冷却の偏りが低減される。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本実施形態の回転電機およびその冷却装置の概略構成を示す図である。
【図２】本実施形態の回転電機およびその冷却装置の概略構成を示す図である。
【図３】低回転時および高回転時における冷却用流体の供給状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態を、図面に従って説明する。図１および図２は、回転電機１０の冷却装置１２の概略構成を示す図である。図１には回転電機１０の回転軸線に直交する断面が示され、図２には回転軸線を含む断面、特にステータの断面が示されている。また、冷却装置１２は、配管等を線図にて簡略して示している。
【００１６】
回転電機１０は、円筒又は円環形状のステータ１４と、ステータ１４の円筒形状と同軸に配置される円柱または円板形状のロータ１６を有する。ロータ１６の中心を回転軸１８が貫通している。この回転軸１８は、回転電機１０が電動機として動作するときには回転力を外部に出力するための出力軸として機能し、また回転電機１０が発電機として動作するときには外部からの回転力を入力するための入力軸として機能する。回転電機１０は、図示するように回転軸１８を横にした状態で使用される。
【００１７】
ステータ１４は、内周に周方向に沿って凹凸が交互に配列されたステータコア２０を含む。ステータコア２０の内周に設けられた凹部分にはコイル導線が収められ、このコイル導線が凸部分を巻くようにされてコイル２２が形成されている。コイル２２に、電力を供給することにより、ステータ１４の内側の空間に回転する磁界を形成する。言い換えれば、電力を供給したときに回転磁界が形成されるようにコイル２２がステータコア２０に巻回されている。
【００１８】
ステータコア２０内周の凸部分はティース、凹部分はスロットとも呼ばれる。ステータコア２０の端面に隣接する領域では、複数のコイル導線が複雑に束ねられている。このコイル導線の束ねられた部分は、コイルエンドと呼ばれる。以降、コイルエンドを符号２４により示す。コイルエンド２４は、上記のようにコイル導線が複雑に束ねられ、導線間には、隙間があいた部分があるが、全体として断面が方形の円環形状であり、ステータコア２０の円筒端面に隣接して位置する。図１において、コイルエンド２４は、束ねられた個々の導線を描かず、簡略化した円環形状にて示されている。
【００１９】
ロータ１６は、全体として円筒形状であり、ステータ１４の内周、特にティース先端にわずかの隙間をもって配置される。ロータ１６は、ステータ１４により形成される回転磁界と相互作用して回転するように、例えば、その外周面または外周面近傍に永久磁石が埋設されている。また、ロータ１６の周方向にリラクタンスの異なる部分を設け、これと回転磁界との相互作用にてロータ１６を回転するようにすることもできる。回転軸１８は、ロータ１６と一体に回転するようロータに対して固定されている。
【００２０】
コイル２２に電流が流れると発熱する。スロット内のコイル導線においては、発生した熱は、周囲のステータコアに流れる。しかし、コイルエンド２４においては、周囲に熱の良導体がなく温度が上昇しやすい。このため、コイルエンドの効率的な冷却が望まれている。前述の特許文献１においては、液体による冷却、特にコイルエンドに、その上方から液体を掛けて冷却を行っている。液体は、一般に気体よりも熱伝導性が良いため、効率的な冷却が期待できる。また、上方から液体を掛け、この液体がコイルエンドを伝って流れる際に熱を奪うようにすることにより、コイルエンドを液体に浸す場合に比べて液体の量を少なくすることができる。
【００２１】
この実施形態の回転電機１０においても、コイルエンド２４の上方から液体を掛けてコイルエンド２４の冷却を行っている。回転電機１０が自動車のトランスアクスルまたはトランスミッション内に配置されるものである場合、冷却用の液体は、トランスアクスルの潤滑油または作動液とすることができる。冷却用液体は、ポンプ２６により２つの供給路２８，３０を介して供給される。よって、ポンプ２６と供給路２８，３０により液供給手段が構成される。ポンプ２６は、トランスアクスルまたはトランスミッション内の各部に潤滑油（または作動液を兼用する潤滑油）を供給するポンプであり、前記のように、この潤滑油が冷却用の液体としても利用される。また、ポンプ２６は、車両の原動機、特に回転電機１０により駆動することができる。回転電機１０により駆動される場合、回転電機１０の回転速度が高くなると、ポンプ２６の吐出流量も増加する。ポンプ２６は、回転電機１０に駆動されるものでなくてもよいが、回転電機１０の回転速度が高くなると吐出流量が多くなるものであることが好ましい。これは、高回転時には回転電機１０の発熱量が増加することに対応するためである。
【００２２】
供給路２８，３０の端は、それぞれ管状の供給管３２，３４で構成される。２本の供給管３２，３４は、ステータ１４の上方に、回転軸１８に平行に配置される。供給管３２，３４側面の、コイルエンド２４に対向する位置には、供給口３６，３８が設けられ、ここからコイルエンド２４に向けて冷却用液体が吐出される。供給路２８，３０は、全体を供給管３２，３４と同様の管状部材により構成することができるが、一部または全部を、回転電機１０を収めるケース（例えば、トランスアクスルケース）に孔をあけることにより形成された流路としてもよい。図に示されるように、供給路と供給管は２系統が設けられ、２本の供給管３２，３４は、ステータ１４の上方に並んで配置される。
【００２３】
回転電機１０が車両の原動機として使用される場合、その回転方向は、１方向に限定されるか、または１方向での使用が大半を占める。ハイブリッド車両において、車両の前進、後退の切替機構が動力伝達経路における回転電機１０の位置より下流に、すなわち駆動輪側に設けられる場合、回転電機１０は、正転方向でのみ運転される。また、前進、後退の切替機構より下流に回転電機１０が設けられる場合、回転電機１０は、後退時には逆転方向で運転されるが、その使用頻度は少なく、また連続的に使用される時間も短い。さらに、後退では、一般に速度も出さないので、負荷が小さく回転電機１０の発熱量は小さい。したがって、回転電機１０を車両の原動機として使用する際の冷却は、正転方向の運転における冷却能力を考慮すればよい。他の用途においても、使用頻度が高く、使用条件が厳しい、つまり発熱量が大きい回転方向について冷却能力を考慮する。
【００２４】
図１において、回転電機１０の正転方向は、反時計回り（図中の矢印Ａの向き）である。２本の供給管３２，３４は、供給管３２が回転電機１０の回転方向Ａに関して上流側に配置され、供給管３４が下流側に配置される。以降において、回転電機の回転方向Ａに関する上流側または下流側を、回転上流側、回転下流側と記して説明する。図１の、回転軸１８より上側の部分では、回転上流側が右側であり、下流側が左側となる。供給管３２の供給口３６は、供給管３２の鉛直下方より回転上流側に振られた位置に設けられ、ここから吐出される冷却用液体は、コイルエンド２４の回転上流側の部分に向かう。また、もう一つの供給管３４の供給口３８は、供給管３４の鉛直下方より回転下流側に振られた位置に設けられ、ここから吐出される冷却用液体は、コイルエンド２４の回転下流側の部分に向かう。したがって、供給管３２およびこれを含む供給路２８は、コイルエンド２４の回転上流側の部分に冷却用液体を供給する上流側供給管３２、上流側供給路２８である。同様に、供給管３４および供給路３０は、コイルエンド２４の回転下流側の部分に冷却用液体を供給する下流側供給管３４、下流側供給路３０である。また、供給口３６，３８についても上流側供給口３６、下流側供給口３８と記す。
【００２５】
下流側供給路３０には、供給路内の圧力が所定値以上になると、開放するリリーフ弁４０が設けられている。このリリーフ弁４０が開くと、下流側供給口３８から吐出される冷却用液体の流量が、開かない場合に比べて少なくなる。
【００２６】
回転電機１０が回転すると、ロータ１６の回転に引きずられるようにして、ロータ周囲の空気が動き、ロータ１６の近傍に、旋回する流れが形成される。この流れは、図１において、回転電機１０の上半分で右から左への流れとなる。この旋回流は、供給口３６，３８から吐出される冷却用流体、およびコイルエンド２４を伝って流れる冷却用流体を押し流す。このため、旋回流がないとき、または旋回流が弱いとき、冷却用流体がコイルエンド２４の全体に均等に供給されるようになっていると、旋回流が強くなったとき、冷却用流体は回転下流側に偏って供給される。つまり、回転電機１０が低回転のとき、冷却用流体を均等に供給するように冷却用流体の供給系が設定されていると、高回転のときに、回転上流側への供給流量が不足する場合がある。
【００２７】
この実施形態の冷却装置１２においては、回転電機１０が高回転のときに、上流側供給路２８から供給される冷却用流体の流量を下流側より多くしている。これにより、旋回流により冷却用流体が回転下流側に流されても、回転上流側への供給流量が確保される。具体的には、下流側供給路３０を流れる冷却用流体を一部リリーフ弁４０から抜いて、その分、下流側供給口３８から供給される冷却用流体を減らす。
【００２８】
図３には、回転電機１０が低回転時の冷却用液体の供給状態（図（ａ）参照）と、高回転時の供給状態（図（ｂ）参照）が示されている。回転電機１０の回転速度が低いときは、ポンプ２６が吐出した冷却用流体は、二つの供給路２８，３０に等しく分配され、それぞれが上流側供給口３６と下流側供給口３８よりコイルエンド２４に向けて吐出される。旋回流の影響は小さいため、回転上流側と回転下流側に供給される冷却用流体の流量もほぼ等しい。回転電機１０の回転速度が高くなると、ポンプ２６の吐出量が増加し、供給路２８，３０内の圧力も上昇する。この圧力がリリーフ弁４０が開く圧力となると、供給路３０を流れる冷却用流体の一部がリリーフ弁４０から放出される。リリーフ弁４０が開いた以降、ポンプ２６の吐出量が増加しても下流側供給口３８から吐出される冷却用流体の流量は増えない。一方、上流側供給路２８を流れる冷却用流体は、ポンプ２６の吐出量の増加と共に増加するため、上流側供給管の供給口３６から吐出される冷却用流体の流量が増加する。このため、旋回流により流されても、コイルエンド２４の上流側に供給される冷却用流体の流量が確保され、供給される冷却用流体の偏りが低減される。
【００２９】
回転電機１０の高回転時に、コイルエンド２４の回転上流側により多くの冷却用流体を供給するための手法として、他の手法を採用することもできる。例えば、リリーフ弁４０に替えて、流量制御弁を用い、下流側供給路３０により供給される流量を多段階に、または連続的に変化させるようにできる。このとき、回転電機１０の回転速度を取得する手段を設け、取得された回転速度に基づき流量の制御を行うようにできる。また、上流側供給路と下流側供給路に、それぞれ別のポンプを備え、互いに独立して吐出量が設定できるようにしてもよい。このために、少なくとも一方のポンプに電動ポンプを採用することができる。この場合も、回転速度に基づき電動ポンプの吐出量を制御するようにできる。さらに、供給路を１系統とし、供給路に含まれ、コイルエンド上方に配置される１本の供給管に、鉛直下方に対して回転上流側に振れた位置に上流側供給口、回転下流側に振れた位置に下流側供給口を設け、これらの供給口の開閉、または開度により冷却用流体の上流側、下流側への供給流量の差を変更するようにもできる。
【００３０】
ロータ１６の回転により生じる流れは、回転電機１０の周囲に配置される他の部品の影響により、一様な流れとならず、部分的にロータ１６の回転方向と逆の向きの流れを生じる場合も考えられる。この場合には、回転速度の上昇に伴って、一律に回転上流側への冷却用流体の供給流量を増加するのではなく、冷却の偏りを考慮して、供給流量を定めることが望ましい。
【符号の説明】
【００３１】
１０  回転電機、１２  冷却装置、１４  ステータ、１６  ロータ、１８  回転軸、２４  コイルエンド、２６  ポンプ、２８  上流側供給路、３０  下流側供給路、３２  上流側供給管、３４  下流側供給管、３６  上流側供給口、３８  下流側供給口、４０  リリーフ弁。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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