(57)【要約】【課題】回転電機のステータコアから突出するコイルエンドの冷却性を向上する。【解決手段】回転電機（モータジェネレータ）のロータコアに固定されたエンドプレート８の冷媒溝１６からステータコア９端面の外側近傍に噴出された冷媒を、ステータコア９端面に固定した冷媒ガイド部材１７のガイド部で受け、コイルエンド１１のステータコア９端面に対向する部分に導いて、コイルエンド１１の高温となりやすい内部を効率よく冷却する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロータコアの端部にエンドプレートが固定されたロータと、ステータコアの端部からコイルエンドが突出するステータと、を有する回転電機のコイルエンド冷却装置であって、
前記エンドプレートに形成され、冷媒をステータコア端面の外側近傍に向けて噴出させる冷媒通路と、
前記ステータコアの端部に配設され、前記コイルエンドとステータコア端面との間の空隙に臨むガイド部を有し、該ガイド部が前記冷媒通路から噴出された冷媒を受けてコイルエンドのステータコア端面と対向する部分に導く形状に形成された冷媒ガイド部材と、
を含んで構成される回転電機のコイルエンド冷却装置。
【請求項２】
前記ガイド部材は、ステータコアの端部に固定される取付部と、該取付部に連なり複数の前記空隙に臨む複数のガイド部と、を含んで構成される請求項１に記載の回転電機のコイルエンド冷却装置。
【請求項３】
前記取付部は、平坦な円環状に形成されてステータコアの端面の外周縁部または内周縁部に固定される請求項２に記載の回転電機のコイルエンド冷却装置。
【請求項４】
前記取付部は、円筒状に形成されてステータコアの端部の外周面に締結される部分を含む請求項２に記載の回転電機のコイルエンド冷却装置。
【請求項５】
前記ガイド部は、該ガイド部が臨む空隙の中心部において、ステータコア端面に近接する内周側から外周側に向かって、コイルエンドのステータコア端面と対向する部分に近づく方向に傾斜する中央ガイド部と、該中央ガイド部のロータ回転方向の両側に連なって、中央ガイド部よりステータコア端面から遠ざかる側に屈曲して形成される両側ガイド部と、を含んで形成される請求項２〜請求項４のいずれか１つに記載の回転電機のコイルエンド冷却装置。
【請求項６】
前記中央ガイド部は、ステータコア端面の内周端側に底辺を有し、外周側に頂点を有する三角形状に形成される請求項５に記載の回転電機のコイルエンド冷却装置。
【請求項７】
前記ガイド部材は、非磁性体で形成される請求項１〜請求項６のいずれか１つに記載の回転電機のコイルエンド冷却装置。
【請求項８】
前記ガイド部材は、非磁性金属板を屈曲して形成される請求項７に記載の回転電機のコイルエンド冷却装置。
【請求項９】
コイルエンドの温度を検出する温度センサを、コイルエンドのロータ回転軸周りの外周側で、かつ、ステータコア端面から離れる方向の端部近傍に設けてなる請求項１〜請求項８のいずれか１つに記載の回転電機のコイルエンド冷却装置。
【請求項１０】
前記温度センサを、コイルエンドのロータ回転軸周りの外周面で、隣接する２つのコイルエンドによってはさまれる位置に設けてなる請求項９に記載の回転電機のコイルエンド冷却装置。
【請求項１１】
前記温度センサによって検出されるコイルエンド温度がしきい値を超えたときにステータコイルへの通電量を減少する制御手段を含んで構成される請求項９または請求項１０に記載の回転電機のコイルエンド冷却装置。
【請求項１２】
ロータコアの端部にエンドプレートが固定されたロータと、ステータコアの端部からコイルエンドが突出するステータと、を有する回転電機のコイルエンド冷却方法であって、
前記エンドプレート内の冷媒通路からステータコア端面の外側近傍に向けて噴出された冷媒を受け、
該冷媒を、前記コイルエンドのステータコア端面と対向する部分の中心部に導いて噴射する
回転電機のコイルエンド冷却方法。
【請求項１３】
前記検出したコイルエンド温度がしきい値を超えたときにステータコイルへの通電量を減少する
請求項１２に記載の回転電機のコイルエンド冷却方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転電機におけるステータコイルのステータコアから突出するコイルエンドを冷却する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
回転電機では、ステータコイルの通電による発熱によりステータ（ステータコイルおよびステータコア）が温度上昇すると性能が低下するため、冷却が必要となる。
【０００３】
特許文献１には、ロータの回転軸（ロータシャフト）に設けた冷媒吐出口から飛散した冷媒を、ステータのコイルエンドに供給して冷却する構造が開示されている。
【特許文献１】特開２００５−７３３５１号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１等に開示される従来のコイルエンド冷却構造では、ステータコア端面とコイルエンドとの間の空隙を冷媒が素通りしてしまうため、コイルエンドを十分に冷却できなかった。
【０００５】
また、コイルエンドが限界温度以上に上昇することを防止するため、コイルエンドの温度を検出し、検出温度がしきい値を超えたときにステータコイルへの通電量を減少するようにしているが、温度センサをコイルエンドの最も高温となる内部に取り付けることが難しく、その結果、コイルエンドの過度の温度上昇を十分に防止できなかった。
【０００６】
本発明は、このような従来の課題に着目してなされたもので、ステータのコイルエンドに冷媒を効率よく供給することにより、コイルエンドひいてはステータの冷却効果を高めることを目的とする。
【０００７】
また、その結果コイルエンドの温度分布を変えることにより、温度検出値に基づくフェールセーフ制御を良好に遂行して、コイルエンドの過度の温度上昇を十分に防止できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上記第１の目的を達成するため、
ロータのエンドプレート内の冷媒通路によってステータコア端面の外側近傍に向けて噴出させ、
ステータコアの端部に冷媒ガイド部材を配設し、該ガイド部材のコイルエンドとステータコア端面との間の空隙に臨ませたガイド部によって、前記冷媒通路から噴出された冷媒を受け、コイルエンドのステータコア端面と対向する部分に導く構成とした。
【０００９】
また、上記第２の目的を達成するため、上記構成に加え、
コイルエンドのロータ回転軸周りの外周面で複数のコイルエンドによってはさまれる位置に温度センサを設けてコイルエンドの温度を検出し、
コイルエンド温度がしきい値を超えたときにステータコイルへの通電量を減少する構成とした。
【発明の効果】
【００１０】
エンドプレート内の冷媒通路からステータコア端面の外側近傍に向けて噴出された冷媒は、ガイド部材のガイド部で受けられ、ガイド部に案内されてコイルエンドのステータコア端面と対向する部分に導かれる。
【００１１】
これにより、コイルエンドのステータコア端面と対向する部分に集中的に冷媒が供給されるため、コイルエンド内部を効率よく冷却することができ、コイルエンドひいてはステータの冷却効果を高めることができる。
【００１２】
また、この結果、冷媒が掛かる部分から離れたコイルエンドのロータ回転軸周りの外周側が最も高温となる。したがって、コイルエンドの外周面で、隣接する２つのコイルエンドによってはさまれる位置に温度センサを設けることで、コイルエンドの最も高温となる位置で温度を検出することができる。
【００１３】
これにより、コイルエンドの最高温度を精度よく検出しつつ、該温度検出値に基づき過度の温度上昇を防止するフェールセーフ制御を、適切に遂行することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明の実施の形態を、図を用いて説明する。
【００１５】
図１は、本発明の一実施形態に係るコイルエンド冷却装置を備えた回転電機の概略構成を示す。
【００１６】
本実施形態の回転電機は、ハイブリッド車において電動機と発電機とを兼ねるモータジェネレータであり、ロータ１とステータ２とで構成され、Ｔ／Ａ（トランスアクスル）のケース３内に収納される。
【００１７】
ロータ１は、図示しないエンジン(内燃機関)のクランクシャフトに連動して回転するオイルポンプのポンプシャフト４の外周に、ポンプシャフト４と相対回転自由に軸受されたロータシャフト５と、電磁鋼板を積層して形成されロータシャフト５の外周に固定されたロータコア６と、ロータコア６の外周面近傍に埋設された複数の永久磁石７と、ロータコア６の両端を挟んで固定される非磁性体材料のエンドプレート８からなる。
【００１８】
ロータ１の外周に近接して配設されるステータ２は、ケース３に固定され、電磁鋼板を積層して形成されたステータコア９と、ステータコア９に形成された複数のスロット内に納められた３相のステータコイル１０からなり、ステータコイル１０のステータコア９から外側に突出した部分がコイルエンド１１を形成している。
【００１９】
従って、ステータコイル１０に供給する電流による磁界でロータ１を回転させて、ロータシャフト５を出力軸とすることで、電動機として動作し、また、ロータシャフト５を入力軸として、ロータ１の回転によりステータコイル１０に電流を発生させることで、発電機として動作する。
【００２０】
かかる構成を有した回転電機（モータジェネレータ）を電動機または発電機として動作する際に、ロータ１と共にステータ２が発熱するため、冷媒をコイルエンド１１に供給して冷却する。
【００２１】
上記コイルエンド１１の冷却装置について説明する。
【００２２】
ポンプシャフト４の中心軸部には、冷媒（潤滑油：ＡＴＦ）を導入する冷媒導入路１２および冷媒導入路１２から径方向に分岐してポンプシャフト４の外周面に至る分岐路１３が形成される。
【００２３】
ポンプシャフト４の外周面とロータシャフト５の内周面との間に空隙を設け、この空隙を、前記分岐路１３から流出した冷媒を軸方向両側に分配する分配通路１４として形成する。
【００２４】
ロータシャフト５には、分配通路１４に臨む内周面部分と外周面とを貫通する冷媒孔１５が、周方向等間隔毎に複数（例えば４個）形成される。
【００２５】
各エンドプレート８には、前記複数の冷媒孔１５と重合する複数（例えば４個）の冷媒溝１６が形成される。
【００２６】
一方、ステータコア９の端面に、前記冷媒溝１６から噴出する冷媒を受けてコイルエンド１１のステータコア９端面と対向する部分の中心部に導く冷媒ガイド部材１７を固定する。
【００２７】
前記冷媒ガイド部材１７は、以下のように形成される。
【００２８】
図２は、冷媒ガイド部材１７の加工前の状態を示し、板金をプレスで打ち抜いて形成され、外周側の円環部１７１と、該円環部１７１の内周側に円環の中心方向に向かって伸びる複数個の短冊部１７２とを有する。
【００２９】
短冊部１７２は、ステータコイルが納められるスロットの数（＝スロット間のティースの数）と同一個設けられる。
【００３０】
各短冊部１７２は、円環の径方向中間部分の図示折れ線ａで、それぞれ同一側に折り曲げられ、円環部１７１に繋がる外周側部分１７２Ａは、後述のように円環部１７１と共にステータコア９への取付部を構成する。
【００３１】
一方、折れ線ａより内周側部分１７２Ｂは、折れ線ａの両端と内周側部分１７２Ｂの内周端の中心とを結ぶ１対の折れ線ｂで、折り曲げられる。
【００３２】
図３は、冷媒ガイド部材１７をステータコア９に取り付けた状態の詳細を示す。
【００３３】
円環部１７１と外周側部分１７２Ａからなる取付部は、ステータコア９の端面に接合され、複数個所をスポット溶接（図示ｓ）することによってステータコア９の端面に固定される。
【００３４】
内周側部分１７２Ｂは、コイルエンド１１とステータコア９の端面との間の空隙に臨むように折れ線ａで折り曲げられる。さらに、折れ線ａと、１対の折れ線ｂとを３辺とする２等辺３角形状の中央ガイド部１７２ｂ１に対し、該中央ガイド部１７２ｂ１の両側の両側ガイド部１７２ｂ２が、それぞれステータコア９端面から遠ざかる側に折れ線ｂで折り曲げられる。
【００３５】
内周側部分１７２Ｂの中央ガイド部１７２ｂ１は、内周端（２等辺３角形の底辺）から外周側へ向かってステータコア９端面から遠ざかりコイルエンド１１に近づく方向に傾斜し、両側ガイド部１７２ｂ２は、中央ガイド部１７２ｂ１より、さらにコイルエンド１１に近づく方向に傾斜して配設される。このように折り曲げられて、中央ガイド部１７２ｂ１と両側ガイド部１７２ｂ２を有する内周側部分１７２Ｂは、後述するように冷媒をコイルエンド１１のステータコア９端面に対向する部分の中心部に導くガイド部を構成する。
【００３６】
なお、上記構成の冷媒ガイド部材１７は、その形状により、先にステータコア９に取り付けられ、その後に、ステータコイル１０がステータコア９に巻回される。
【００３７】
以上のように構成されたコイルエンドの冷却装置の作用を、図４を参照して説明する。
【００３８】
ポンプシャフト４の端部には、図示しないオイルポンプが連結されており、該オイルポンプから吐出された冷媒は、ポンプシャフト４の冷媒導入路１２内に導入され、分岐路１３から分配通路１４に流出して、該分配通路１４内を図示左右方向に分配される
分配された冷媒は、ポンプ吐出圧に遠心力が加わって冷媒孔１５を経て冷媒溝１６から高圧で噴出する。
【００３９】
ステータコア９の冷媒溝１６から、ステータコア９端面とコイルエンド１１との間に向けて噴出された冷媒は、冷媒ガイド部材１７のガイド部で受けられ、コイルエンド１１のステータコア９端面と対向する部分の中心部に導かれる。
【００４０】
詳細には、冷媒溝１６から噴出した冷媒が中央ガイド部１７２ｂ１及び両側ガイド部１７２ｂ２に当たると、これらガイド部の傾斜面に沿って、あるいは、傾斜面に跳ね返されて、コイルエンド１１のステータコア９端面に対向する部分に噴きつけられ、特に、この部分の中心部には、各方向から飛散する冷媒が重なりあって最も多くの冷媒が噴きつけられる。
【００４１】
この結果、図５（Ａ）に示すように、コイルエンド１１の冷媒が最も多く噴きつけられた部分、すなわち、外周側と内周側との間の中間層が最も効率よく冷却されて、最も低温な領域となる。次いで、内周側部分にも相当量の冷媒が噴きつけられるので、中低温領域となり、冷媒が最も当たりにくい外周部が比較的温度の高い中温領域となる。
【００４２】
冷媒ガイド部材を設けない場合には、同図（Ｂ）に示すように、コイルエンド１１とステータコア９端面との間の空隙に向かって噴出する冷媒は、空隙を素通りしてコイルエンド１１には殆ど当たらないので、コイルエンド１１断面の中心部が、熱がこもることにより最も高温な領域となる。
【００４３】
また、コイルエンド１１のスロットに近い突出部分は、冷媒溝１６から噴出した冷媒が直接噴き付けられて冷却される。
【００４４】
このように、冷媒ガイド部材１７を設けることにより、従来冷媒が供給されにくくなっていたコイルエンド１１のステータコア９端面に対向する部分に、十分な量の冷媒を噴き付けて冷却することにより、コイルエンド１１を効率よく冷却することができ、ひいてはステータ全体を十分に冷却して、回転電機の性能を良好に維持することができる。
【００４５】
また、図示しないが、円環部をステータコアのステータコイル内周側に固定する取付部として形成し、円環部から放射状に延びてガイド部を形成する短冊部を設ける構成としてもよい。
【００４６】
図６は、冷媒ガイド部材の別の形態を示す。
【００４７】
同図（Ａ）は、折り曲げ前の状態を示し、非磁性金属からなる板金をプレスで打ち抜いて形成することは、第１実施形態と同様であるが、直線状に延びる帯部１７１’と、該帯部１７１’の長手方向に対し直角な方向に櫛歯状に伸びる複数の短冊部１７２’とを有して形成される。
【００４８】
帯部１７１’は、丸めて円筒状とし、短冊部１７２’をコイルエンド１１側に位置させてステータコア９の外周面に接合し、両端部を重合してスポット溶接により結合する。
【００４９】
短冊部１７２’は、帯部１７１’との境界（図示折れ線ｃ）をステータコア９の外周面と端面との境界エッジ部分に接合させてステータコア９端面側に折り曲げ、中間部の折れ線ａより外周側をステータコア９端面に接合して、複数個所をスポット溶接して固定する。
【００５０】
折れ線ａより内周側は、折れ線ｂで折り曲げてステータコア９端面とコイルエンド１１との間の空隙に臨む中央ガイド部１７２ｂ１’及び両側ガイド部１７２ｂ２'からなるガイド部を形成することは第１実施形態同様であるが、端部側に向かって幅広に形成されているため、両側ガイド部１７２ｂ２’をより大きく形成することができ、冷媒の受け面積を増大できる。
【００５１】
第２実施形態では、第１実施形態に比較して加工工数（折り曲げ回数）は増えるが、スロット数が大きい場合でもガイド部を形成する部分の間隔に比較的余裕があるので、上記のように両側ガイド部１７２ｂ２’を大きく形成しやすい。
【００５２】
また、第２実施形態でも、冷媒ガイド部材をステータコイルより先にステータコアに取り付けることもできるが、ステータコイルを先に巻回した後、折り曲げたガイド部をステータコア９端面とコイルエンドとの間の空隙に差し込みながら、帯部１７１’をステータコア９外周面に巻き付けて固定することもできる。
【００５３】
また、第１実施形態では円環部１７１、第２実施形態では帯部１７１’を設け、これらに複数の短冊部１７２，１７２’を一体に形成した構成としたため、冷媒ガイド部材１７’をステータコア９へ取り付けやすく、部品点数も少なくて済む。但し、ガイド部を構成する各短冊を個々に切り離し形成してもよく、ステータコイル巻回後に、短冊を固定することができる。
【００５４】
また、冷媒ガイド部材１７を非磁性金属で形成したことにより、磁界への影響を無くして回転電機の性能を良好に維持できる。
【００５５】
なお、図７に示す第３実施形態のように、ガイド部１７２”を断面Ｕ字状に湾曲して形成してもよい。
【００５６】
また、冷媒ガイド部材を樹脂材で形成することも可能であり、耐冷媒性を有した接着剤を用いて固定し、あるいは、図８に示すように、ガイド部１７３と取付部１７４とを一体に備えた２部材に分割して形成し、半円筒状の取付部１７４の端部を外径方向に突出して設けたフランジ部１７５相互を、ボルト１７６によって締結するような構成としてもよい。
【００５７】
ところで冷媒によってコイルエンドを冷却しても、何らかの要因で過渡的にはコイルエンドが過度に温度上昇することがありえる。そこで、既述したようにコイルエンドに温度センサを取り付け、検出されたコイルエンドの温度がしきい値を超えたときにステータコイルへの通電電流を減少させて、限界温度以内に維持するフェールセーフ制御が行われている。
【００５８】
以下に、上記フェールセーフ制御を、上記各実施形態に適用した実施形態について説明する。
【００５９】
以上示した実施形態によれば、図５（Ａ）に示したように、コイルエンド１１で最も高温となる領域は、冷媒が掛かりにくいロータ回転軸周りの外周部で、かつ、ステータコア９から最も離れた部分にシフトされる。
【００６０】
そこで、本実施形態では、図９に示すように、コイルエンド１１の温度を検出する温度センサ１８を、ステータ２の各極を形成する複数のコイルエンド１１の中で、ロータ回転軸周りの外周面付近で隣接する２つのコイルエンド１１Ａ，１１Ｂによってはさまれる位置に設ける。
【００６１】
上記温度センサ１８の取り付け位置は、冷媒が掛かりにくく、かつ、２つのコイルエンドに挟まれてコイルエンドとの接触面積を大きくすることができるので、コイルエンドで最も高温となる部分の温度を検出することができる。
【００６２】
なお、上側のコイルエンド１１は、下側のコイルエンド１１に比較して冷媒が重力に逆らって飛散する分、冷却しにくいから、温度センサ１８は、最上部付近に配置することがより望ましい。
【００６３】
前記温度センサ１８の出力は、ＥＣＵ（電子制御ユニット）１９に入力され、ＥＣＵ１９は、入力されたコイルエンド１１の検出値に基づいて、コイルエンド１１の過度の温度上昇を防止するフェールセーフ制御を行う。
【００６４】
図１０は、上記フェールセーフ制御の概要のフローを示し、温度センサ１８で検出したコイルエンドの温度を読み込んで、限界温度より低温に設定されたしきい値と比較し（Ｓ１，Ｓ２）、しきい値を超えたと判定されたときに、ステータコイルへの通電電流を減少補正して（Ｓ３）、ステータコイルからの発熱量を減少させることにより、コイルエンドの過度の温度上昇を防止することができる。
【００６５】
本実施形態では、コイルエンドの最高温度を精度よく検出できるため、制御に遅れを生じたり、逆に不必要に制御が行われたりすることなく、フェールセーフ制御を最適に遂行することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明の一実施形態に係るコイルエンド冷却装置を備えた回転電機の概略構成を示す断面図
【図２】同上実施形態の冷媒ガイド部材の加工前の状態を示す図
【図３】同上ガイド部材をステータコアに取り付けた状態の詳細を示す図
【図４】同上実施形態の作用を示す図
【図５】同上実施形態におけるコイルエンドの温度分布を、冷媒ガイド部材を備えない場合と比較して示す図
【図６】別の冷媒ガイド部材を備えた第２実施形態を示す図
【図７】冷媒ガイド部材のガイド部の形状が異なる第３実施形態を示す図
【図８】さらに別の冷媒ガイド部材を備えた第４実施形態を示す図
【図９】コイル温度検出値に基づくフェールセーフ制御を適用した第５実施形態を示す図
【図１０】同上フェールセーフ制御の概要のフローを示すフローチャート
【符号の説明】
【００６７】
１  ロータ
２  ステータ
６  ロータコア
８  エンドプレート
９  ステータコア
１０  ステータコイル
１１  コイルエンド
１２  冷媒導入路
１３  分岐路
１４  分配通路
１５  冷媒孔
１６  冷媒溝
１７、１７’  冷媒ガイド部材
１８  温度センサ
１９  ＥＣＵ（電子制御ユニット）
１７１  円環部
１７１’    帯部
１７２、１７２’    短冊部
１７２ｂ１、１７２ｂ１’    中央ガイド部
１７２ｂ２、１７２ｂ２’    両側ガイド部
１７３  ガイド部
１７４  取付部
１７５  フランジ部
１７６  ボルト
【図１】
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【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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