JP2006311750A - 回転電機の冷却装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 コイルエンドへの接触油量及び接触面積の増大による冷却性能向上と、油の熱伝達率の低下防止と、を併せて達成することができる回転電機の冷却装置を提供すること。
【解決手段】 コイルエンド８，８の上部から直接冷却油を噴射または滴下する油冷回路を備えた回転電機の冷却装置において、前記コイルエンド８，８の外周に外周油路溝８ａを形成し、前記コイルエンド８，８の内周に内周油路溝８ｂを形成した。前記外周油路溝８ａの形成範囲は、コイルエンド８，８の上部より円周方向に左右それぞれ90°の範囲に設定し、前記内周油路溝８ｂの形成範囲は、コイルエンド８，８の下部より円周方向に左右それぞれ90°の範囲に設定している。
【選択図】 図１

Description

本発明は、コイルエンドの上部から直接冷却油を噴射または滴下する油冷回路を備えた回転電機（モータ、ジェネレータ、モータジェネレータの総称）の冷却装置の技術分野に属する。

従来、噴射面と、それに形成された噴射口とを有する冷却油噴射部を備え、噴射面は隣接するケースの周壁内面に対して油切れを良くするように不連続とされ、油がコイルエンドに滴下するように、噴射面の端部がコイルエンドの上部に位置づけられているモータの冷却回路が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開平８−１３０８５６号公報

しかしながら、従来のモータの冷却回路にあっては、滴下され油がコイルエンドに接触した後、重力により下部方向へ流れるとき、冷却性能を向上するために油量を増やすと、コイルエンドに沿って流れる油以外にコイルエンド下部に到達する前に垂れ落ちてしまう油が発生する。そのため、油の抜熱効果が低下し、冷却性能を充分に向上させるものではない、という問題があった。

本発明は、上記問題に着目してなされたもので、コイルエンドへの接触油量及び接触面積の増大による冷却性能向上と、油の熱伝達率の低下防止と、を併せて達成することができる回転電機の冷却装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明では、コイルエンドの上部から直接冷却油を噴射または滴下する油冷回路を備えた回転電機の冷却装置において、
前記コイルエンドの外周または内周の少なくとも一方に、コイルエンド整形時に周に沿って油路溝を形成したことを特徴とする。

よって、本発明の回転電機の冷却装置にあっては、コイルエンドの上部から噴射または滴下された油が、コイルエンドの周に沿って形成した油路溝にて受け止められることで、コイルエンドから垂れ落ちることを低減でき、より多くの油をコイルエンドに接触させることができる。また、コイルエンドの周に沿って形成した油路溝により、油とコイルエンドとの接触面積（コイルエンド表面積）を増すことができる。このコイルエンドへの接触油量増大と、コイルエンドと油の接触面積の増大と、の相乗作用により油の抜熱効果が高まり、冷却性能を向上することができる。加えて、上記のように、コイルエンドからの油の垂れ落ちを低減できるため、回転するロータへの油の接触を避けることで、油への気泡混入を低減でき、油の熱伝達率の低下を防止することができる。

以下、本発明の回転電機の冷却装置を実施するための最良の形態を、図面に示す実施例１〜実施例４に基づいて説明する。

まず、構成を説明する。
図１は実施例１の冷却装置が適用された回転電機を示す全体断面図、図２は実施例１の冷却装置が適用された回転電機のコイルエンド部を示す断面図、図３は実施例１の冷却装置が適用された回転電機のコイルエンド部の詳細構造及び作用を説明する図である。
実施例１の回転電機は、図１に示すように、モータハウジング１と、サイドケース２，２と、ステータ３と、モータ回転軸心４と、ロータ５と、を備えている。

前記モータハウジング１と、前記サイドケース２，２とは、ボルト等により一体に結合固定されている。そして、前記モータハウジング１の内面には、ステータ３が固定され、前記サイドケース２，２には、モータ回転軸心４を回転中心軸とする図外のモータ軸の両端部が回転可能に支持されてる。そして、前記モータ軸にロータ５が固定され、該ロータ５とステータ３とは、エアギャップを介している。

前記ステータ３は、ステータコア６とコイル７とコイルエンド８，８とを有して構成され、分布巻きや集中巻き等によるコイルエンド８，８は、前記ステータ３の両端部から軸方向に突出し、前記サイドケース２，２の内部空間の位置に配置される。

実施例１の回転電機の冷却装置は、前記サイドケース２，２の上部位置に設けられた油供給ポート９と、該油供給ポート９に連通する油供給路１０と、該油供給路１０に連通する油滴下口１１と、によりコイルエンド８，８の上部から直接冷却油を滴下する油冷回路が構成されている。そして、コイルエンド８，８からの抜熱により熱を持った油は、前記サイドケース２，２の下部内面位置に形成された油溜まり１２と、該油溜まり１２に連通する油排出路１３と、該油排出路１３に連通しサイドケース２，２の下部外側位置に設けられた油排出ポート１４と、を介して図外のオイルタンクに導かれる。そして、図外のオイルポンプやオイルクーラにより冷却された油は、コイルエンド８，８を冷却するため、再度、油供給ポート９から供給される。

前記コイルエンド８，８には、図３(a)に示すように、コイルエンド整形時に外周に沿って円弧断面形状の外周油路溝８ａが形成され、図３(c)に示すように、コイルエンド整形時に内周に沿って円弧断面形状の内周油路溝８ｂが形成されている。

そして、前記外周油路溝８ａの形成範囲は、図３(a)(d)に示すように、コイルエンド８，８の上部より円周方向に左右それぞれ90°の範囲に設定され、前記内周油路溝８ｂの形成範囲は、図３(c)(d)に示すように、コイルエンド８，８の下部より円周方向に左右それぞれ90°の範囲に設定されている。ここで、「90°の範囲」とは、厳密に90°を意味するのではなく、約1/4周程度という意味である。

次に、作用を説明する。
従来、コイルエンドは、図４(a)に示すように、多数の銅線を密に束ね、外周面も内周面も滑らかな表面を保つようにしている。
したがって、図４(b)に示すように、滴下され油がコイルエンドに接触した後、重力により下部方向へそのまま流れる。このため、冷却性能を向上するために油量を増やす必要があり、油量を増やすと、図４(c)に示すように、コイルエンドに沿って流れる油以外にコイルエンド下部に到達する前に垂れ落ちてしまう油が発生する。そのため、油の抜熱効果が低下し、冷却性能を充分に向上させるものではなかった。

これに対し、実施例１では、コイルエンド８，８に対し、コイルエンド整形時に外周に沿って円弧断面形状の外周油路溝８ａを形成し、コイルエンド整形時に内周に沿って円弧断面形状の内周油路溝８ｂを形成している。
したがって、コイルエンド８，８の上部から滴下された油が、図３(b)に示すように、まず、コイルエンド８，８の外周に沿って形成した外周油路溝８ａにて受け止められ、さらに、コイルエンド８，８の両側部を伝って内側へ流れ込んだ油は、コイルエンド８，８の内周に沿って形成した内周油路溝８ｂにて受け止められることで、コイルエンド８，８から垂れ落ちることを低減でき、より多くの油をコイルエンド８，８に接触させることができる。
また、コイルエンド８，８の内外周に沿って形成した外周油路溝８ａと内周油路溝８ｂにより、油とコイルエンド８，８との接触面積（コイルエンド８，８の表面積）を増すことができる。
このコイルエンドへの接触油量増大と、コイルエンドと油の接触面積の増大と、の相乗作用により油の抜熱効果が高まり、冷却性能を向上することができる。
加えて、上記のように、コイルエンド８，８からの油の垂れ落ちを低減できるため、回転するロータ５への油の接触を避けることで、油への気泡混入を低減でき、油の熱伝達率の低下を防止することができる。

さらに、実施例１では、外周油路溝８ａの形成範囲は、コイルエンド８，８の上部より円周方向に左右それぞれ90°の範囲に設定し、内周油路溝８ｂの形成範囲は、コイルエンド８，８の下部より円周方向に左右それぞれ90°の範囲に設定している。
したがって、コイルエンド８，８の上部から滴下された油が、コイルエンド８，８の外周に沿って形成した外周油路溝８ａにて受け止められ、ステータ３の中心より上側のコイルエンド外周から垂れ落ちず、外周に沿って効率良く流れ、ステータ３の中心より下側外周では溝が形成されないため、油がコイルエンド８，８の外周表面を均一に流れやすい状態となる。同様に、コイルエンド８，８の内周に回り込んだ油は、コイルエンド８，８の内周に沿って形成した内周油路溝８ｂにて受け止められ、ステータ３の中心より下側のコイルエンド内周から垂れ落ちず、内周に沿って効率良く流れ、ステータ３の中心より上側内周では溝が形成されないため、油がコイルエンド８，８の内周表面を均一に流れやすい状態となる。このことにより、冷却性能を向上することができる。

次に、効果を説明する。
実施例１の回転電機の冷却装置にあっては、下記に列挙する効果を得ることができる。

(1) コイルエンド８，８の上部から直接冷却油を噴射または滴下する油冷回路を備えた回転電機の冷却装置において、前記コイルエンド８，８の外周または内周の少なくとも一方に、コイルエンド整形時に周に沿って油路溝８ａ，８ｂを形成したため、コイルエンド８，８への接触油量及び接触面積の増大による冷却性能向上と、油の熱伝達率の低下防止と、を併せて達成することができる。

(2) 前記油路溝は、前記コイルエンド８，８の外周に形成された外周油路溝８ａと、前記コイルエンド８，８の内周に形成された内周油路溝８ｂであるため、コイルエンド８，８の外周を流れる油の垂れ落ちと、コイルエンド８，８の内周を流れる油の垂れ落ちを効果的に防止することができる。

(3) 前記外周油路溝８ａの形成範囲は、コイルエンド８，８の上部より円周方向に左右それぞれ90°の範囲に設定し、前記内周油路溝８ｂの形成範囲は、コイルエンド８，８の下部より円周方向に左右それぞれ90°の範囲に設定したため、溝を形成した部分での垂れ落ち防止と、溝を形成しない部分での油の均一な表面流れにより、より一層、冷却性能を向上することができる。

実施例２は、油路溝を複数本にて形成する場合、複数の溝が互いに交差するように設定した例である。

すなわち、図５(a)に示すように、例えば、前記外周油路溝８ａを２本の溝８ａ1，８ａ2により構成する場合は、流れる油が交差するように、一方の第１外周油路溝８ａ1を滑らかな曲線を描きながら左右に蛇行させて形成し、この蛇行位相とは180°の位相差を持って他方の第２外周油路溝８ａ2を滑らかな曲線を描きながら左右に蛇行させ、２本の外周油路溝８ａ1，８ａ2を180°の位相位置で互いに交差させることで形成している。なお、他の構成は実施例１と同様であるので対応する構成に同一符号を付して説明を省略する。

次に、作用を説明すると、コイルエンド８，８の上部から滴下された油が、図５(b)に示すように、コイルエンド８，８の外周に沿って形成した第１外周油路溝８ａ1と第２外周油路溝８ａ2にて受け止められ、両溝８ａ1，８ａ2を経過して流れるが、交差位置にくると、両溝８ａ1，８ａ2からの油がぶつかり合い、交差位置で油が攪拌される。

すなわち、コイルエンド８，８の熱は接触する油から抜熱されるが、２本の外周油路溝８ａ1，８ａ2を流れる油には深さがあり、抜熱した熱は、油の熱伝達係数により、図５(c)に示すように、コイルエンド８，８に近い側は温度が高く、コイルエンド８，８に遠い側は温度が低いというように、油の深さの中で温度分布を持つ。これに対し、油が交差するように２本の外周油路溝８ａ1，８ａ2を形成することにより、図５(d)に示すように、油が攪拌されて油内の温度分布がより均一化され、コイルエンド８，８の近傍の油の温度が低下し、冷却性能を向上することができる。なお、他の作用は、実施例１と同様であるので説明を省略する。

次に、効果を説明する。
実施例２の回転電機の冷却装置にあっては、実施例１の(1)〜(3)の効果に加えて、下記に列挙する効果を得ることができる。

(4) 前記油路溝を複数本の溝により構成する場合は、流れる油が交差するように複数本の溝を形成するため、油の攪拌による温度分布の均一化作用が加わることにより、コイルエンド８，８の近傍の油の温度が低下し、冷却性能をさらに向上することができる。

実施例３は、実施例１をベースとし、コイルエンド８，８の外周に形成する外周油路溝８ａの最終端部の溝幅を、他の部分の溝幅よりも広く設定した例である。

すなわち、図６(a),(b)に示すように、コイルエンド８，８の外周に形成する外周油路溝８ａの最終端部の溝幅w1を、他の部分の溝幅w2よりも広く設定している。なお、他の構成は実施例１と同様であるので対応する構成に同一符号を付して説明を省略する。

次に、作用を説明すると、コイルエンド８，８の上部から滴下された油が、ステータ上部より円周方向に左右0〜90°を流れてきた油は、コイルエンド８，８の外周に沿って形成した外周油路溝８ａにて受け止められることで、この外周油路溝８ａに多くの量が存在している。そこで、外周油路溝８ａが無くなるステータ上部から円周方向に左右90°の近傍で油路溝幅を拡大することにより、この拡大部分に到達した油がステータ下部へ流れる際、コイルエンド８，８の表面に油を分散させることができる。このため、油が集中して重力で垂れ落ちることを防止でき、コイルエンド８，８の表面をより均一で流れる状態となり、冷却性能を向上することができる。なお、他の作用は実施例１と同様であるので説明を省略する。

次に、効果を説明する。
実施例３の回転電機の冷却装置にあっては、実施例１の(1)〜(3)の効果に加えて、下記に列挙する効果を得ることができる。

(5) 前記外周油路溝８ａは、最終端部の溝幅w1を、他の部分の溝幅w2よりも広く設定したため、コイルエンド８，８の表面に油を分散させる作用が加わることにより、外周油路溝８ａの最終端部より下流において、コイルエンド８，８の表面での均一流れを作り出し、冷却性能をさらに向上することができる。

実施例４は、実施例２をベースとし、コイルエンド８，８の外周に形成する第１外周油路溝８ａ1と第２外周油路溝８ａ2の最終端部の溝幅を、他の部分の溝幅よりも広く設定した例である。

すなわち、図７(a),(b)に示すように、コイルエンド８，８の外周に形成する第１外周油路溝８ａ1と第２外周油路溝８ａ2の最終端部の溝幅w1を、他の部分の溝幅w2よりも広く設定している。なお、他の構成は実施例２と同様であるので対応する構成に同一符号を付して説明を省略する。

次に、作用を説明すると、コイルエンド８，８の上部から滴下された油が、ステータ上部より円周方向に左右0〜90°を流れてきた油は、コイルエンド８，８の外周に沿って形成した第１外周油路溝８ａ1と第２外周油路溝８ａ2にて受け止められることで、両外周油路溝８ａ1,８ａ2に多くの量が存在している。そこで、両外周油路溝８ａ1,８ａ2が無くなるステータ上部から円周方向に左右90°の近傍で油路溝幅を拡大することにより、この拡大部分に到達した油がステータ下部へ流れる際、コイルエンド８，８の表面に油を分散させることができる。このため、油が集中して重力で垂れ落ちることを防止でき、コイルエンド８，８の表面をより均一で流れる状態となり、冷却性能を向上することができる。なお、他の作用は実施例２と同様であるので説明を省略する。

次に、効果を説明する。
実施例４の回転電機の冷却装置にあっては、実施例１の(1)〜(3)の効果および実施例２の(4)の効果に加えて、下記に列挙する効果を得ることができる。

(6) 前記第１外周油路溝８ａ1および第２外周油路溝８ａ2は、最終端部の溝幅w1を、他の部分の溝幅w2よりも広く設定したため、コイルエンド８，８の表面に油を分散させる作用が加わることにより、外周油路溝８ａの最終端部より下流において、コイルエンド８，８の表面での均一流れを作り出し、冷却性能をさらに向上することができる。

以上、本発明の回転電機の冷却装置を実施例１〜実施例４に基づき説明してきたが、具体的な構成については、これら実施例１〜実施例４に限られるものではなく、特許請求の範囲の各請求項に係る発明の要旨を逸脱しない限り、設計の変更や追加等は許容される。

実施例１では、外周油路溝と内周油路溝を形成した例を示したが、外周油路溝のみを形成した例、あるいは、内周油路溝のみを形成した例としても良い。さらに、実施例２では、外周油路溝を２本とする例を示したが、例えば、内周油路溝を２本としても良いし、３本以上の外周油路溝または内周油路溝としても良い。要するに、コイルエンドの外周または内周の少なくとも一方に、コイルエンド整形時に周に沿って油路溝を形成したものであれば本発明に含まれる。

本発明は、モータ、ジェネレータ、モータジェネレータにかかわらず、コイルエンドの上部から直接冷却油を噴射または滴下する油冷回路を備えた回転電機には適用することができる。

実施例１の冷却装置が適用された回転電機を示す全体断面図である。 実施例１の冷却装置が適用された回転電機のコイルエンド部を示す断面図である。 実施例１の冷却装置が適用された回転電機のコイルエンド部の詳細構造及び作用を示す図である。 従来の冷却装置が適用された回転電機のコイルエンド部の詳細構造及び作用を示す図である。 実施例２の冷却装置が適用された回転電機のコイルエンド部の詳細構造及び作用を示す図である。 実施例３の冷却装置が適用された回転電機のコイルエンド部の詳細構造及び作用を示す図である。 実施例４の冷却装置が適用された回転電機のコイルエンド部の詳細構造及び作用を示す図である。

符号の説明

１ モータハウジング
２，２ サイドケース
３ ステータ
４ モータ回転軸心
５ ロータ
６ ステータコア
７ コイル
８，８ コイルエンド
８ａ 外周油路溝
８ｂ 内周油路溝
８ａ1 第１外周油路溝
８ａ2 第２外周油路溝
９ 油供給ポート
１０ 油供給路
１１ 油滴下口
１２ 油溜まり
１３ 油排出路
１４ 油排出ポート

Claims (5)

1. コイルエンドの上部から直接冷却油を噴射または滴下する油冷回路を備えた回転電機の冷却装置において、
   前記コイルエンドの外周または内周の少なくとも一方に、コイルエンド整形時に周に沿って油路溝を形成したことを特徴とする回転電機の冷却装置。
2. 請求項１に記載された回転電機の冷却装置において、
   前記油路溝は、前記コイルエンドの外周に形成された外周油路溝と、前記コイルエンドの内周に形成された内周油路溝であることを特徴とする回転電機の冷却装置。
3. 請求項２に記載された回転電機の冷却装置において、
   前記外周油路溝の形成範囲は、コイルエンド上部より円周方向に左右それぞれ90°の範囲に設定し、前記内周油路溝の形成範囲は、コイルエンド下部より円周方向に左右それぞれ90°の範囲に設定したことを特徴とする回転電機の冷却装置。
4. 請求項１乃至３の何れか１項に記載された回転電機の冷却装置において、
   前記油路溝を複数本の溝により構成する場合は、流れる油が交差するように複数本の溝を形成することを特徴とする回転電機の冷却装置。
5. 請求項１乃至４の何れか１項に記載された回転電機の冷却装置において、
   前記外周油路溝は、最終端部の溝幅を、他の部分の溝幅よりも広く設定することを特徴とする回転電機の冷却装置。
   

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