JP2010028882A - 回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】コイルエンド全域に冷却媒体を浸透させることができる回転電機を提供することである。
【解決手段】回転電機１０において、回転軸を中心に回転するロータ１２と、ロータ１２の周面に対向したステータコア１４と、ステータコア１４に巻回されるコイルのコイルエンド１３上に設けられ、動力線の取り出し部である端子台２０と、を備え、回転軸が横向きになるように回転電機１０を配置し、回転電機１０の上方側からコイルエンドの表面に流される冷却媒体を端子台の下方側に誘導する誘導手段と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、回転電機に係り、特に、コイルエンドの表面に冷媒が流されることで冷却される回転電機に関する。

ハイブリッド自動車や電機自動車等に用いられる回転電機は、図９，１０に示されるように、ロータ１２と、その周囲に設けられコイルが巻回されるステータコア１４とを有する。さらに回転電機には、ステータコア１４に巻回されるコイルがステータコア１４から突出している部分であるコイルエンド１３上の側面１３１に配置され、コイルから動力線を引き出す部分である箱型形状の端子台１９が設けられている。

回転電機は、モータとして機能するときには、コイルに通電してロータ１２を回転させる。一方、発電機として機能するときには、ロータ１２の回転によってコイルに流れる電流を取り出す。そして、ロータ１２が回転するときにコイルに電流が流れると、ステータコア１４やコイルが発熱する。このようにステータコア１４やコイルが発熱すると回転電機の運転効率に影響を与えることがあるため、冷却する必要がある。

回転電機を冷却する方法として、特許文献１には、回転軸を中心に回転する回転子と、回転子の周面に対向した固定子とを有する回転電機における固定子のコイルエンド構造であって、コイルエンドの表面であって回転軸に垂直な方向に、コイルエンドに供給される冷却媒体を誘導するための誘導手段を有する、コイルエンド構造が開示されている。また、ここでは誘導手段は、コイルエンドの表面に設けられた溝により構成されていると述べられている。

特開２００５−１２９６１号公報

上記特許文献１のようなコイルエンドを利用して、回転電機の上方に位置する冷却部１６からコイルエンド１３の表面に冷媒を流すこともできる。しかし、このような構成では、コイルエンド１３の全域に冷却媒体を浸透させる場合において、図９，１０に示されるようにコイルエンド１３上の側面１３１に配置される端子台１９の存在によって、冷却部１６から流される冷却媒体がブロックされてしまうことがある。これにより、端子台１９の下方側の領域Ａに冷却媒体が行き渡らず、コイルエンド１３の全域に冷却媒体が浸透しないという問題がある。

本発明の目的は、コイルエンド全域に冷却媒体を浸透させることができる回転電機を提供することである。

本発明に係る回転電機は、回転軸を中心に回転するロータと、ロータの周面に対向したステータコアと、ステータコアに巻回されるコイルのコイルエンド上に設けられ、動力線の取り出し部である端子台と、を備える回転電機であって、回転軸が横向きになるように回転電機を配置し、回転電機の上方側からコイルエンドの表面に流される冷却媒体を端子台の下方側に誘導する誘導手段と、を備えることを特徴とする。

また、本発明に係る回転電機において、誘導手段は、端子台の上方側の側壁面を下方側に向けて傾斜させて、冷却媒体を端子台の上方側の側壁面を介して下方側に誘導することが好ましい。

また、本発明に係る回転電機において、誘導手段は、端子台の上面に、冷却媒体を端子台の下方側に誘導するための溝を有することが好ましい。

また、本発明に係る回転電機において、誘導手段は、端子台の上方側と下方側の両側壁面を貫通する貫通孔を有し、冷却媒体を端子台の貫通孔を介して下方側に誘導することが好ましい。

また、本発明に係る回転電機において、誘導手段は、端子台の上方側の側壁面に冷却媒体を貫通孔に案内するための案内リブを設けることが好ましい。

また、本発明に係る回転電機において、誘導手段は、コイルエンドの側壁面に設けられ、冷却媒体を端子台の下方側に誘導するための誘導リブを設けることが好ましい。

上記構成の回転電機によれば、回転電機の上方側からコイルエンドの表面に流された冷却媒体を端子台の下方側のコイルエンドの表面に誘導することができる。これにより、コイルエンド全域に冷却媒体を浸透させることができるため、回転電機を効率よく冷却することができる。

以下に、本発明に係る実施の形態について添付図面を参照しながら詳細に説明する。また、この説明において、具体的な形状、材料、数値、方向等は、本発明の理解を容易にするための例示であって、用途、目的、仕様等にあわせて適宜変更することができる。

図１は、本発明の第１実施形態である回転電機１０を示し、回転電機１０をロータ１２の回転軸方向から見た様子を示す図である。図２は、図１に示される回転電機１０を矢印Ｂ方向から見た様子を示す図である。回転電機１０は、ロータ１２と、ステータコア１４と、ステータコア１４に巻回されるコイルと、端子台２０とを含んで構成される。ロータ１２は、回転電機１０がモータあるいは発電機として機能するときに周方向に回転する回転子である。

ステータコア１４は、ロータ１２の外周に対向して設けられる略円筒形状を有する固定子であり、回転電機１０がモータあるいは発電機として機能するときにステータコア１４に巻回されるコイルに電流が流れる。

コイルエンド１３は、ステータコア１４の各ティースにおいて各コイルがステータコア１４の径方向に沿って複数回巻回されるもののうち、ステータコア１４の端面から突出している部分である。したがって、コイルエンド１３には、ステータコア１４に巻回された各コイルによって小さな隙間が形成される。コイルエンド１３は、コイルエンド１３の表面部分をなす側面１３１と側壁面１３２を有する。コイルエンド１３は、図１に示されるようにロータ１２の回転軸方向から見た形状は略円環形状であり、図２に示されるように矢印Ｂ（図１参照）から見た形状は略台形形状である。

冷却部１６は、回転電機１０の上方に配置され、ロータ１２が回転することによって発生する熱を冷却するための冷却手段である。回転電機１０をロータ１２の回転軸に垂直な方向を重力方向（図１における矢印Ｇ）と合わせた状態に配置した上で、冷却部１６は、回転電機１０の上方から冷却媒体をコイルエンド１３に向けて流す。冷却部１６によって流された冷却媒体は、コイルエンド１３の表面である側面１３１と側壁面１３２とを介して下方側に流される。

図３は、端子台２０の斜視図である。端子台２０は、ステータコア１４に巻回されるコイルからの動力線取り出し部として機能する。端子台２０の側面２２には、Ｕ相動力線取出口３と、Ｖ相動力線取出口５と、Ｗ相動力線取出口７とが設けられる。

端子台２０の略四角錐台形状を構成する４つの側壁面のうち、湾曲壁面２４，２６は、側面２２と平行な平面上の断面積が側面２１側から側面２２側に向けて小さくなるように湾曲して傾斜させている。また、端子台２０は、図１に示されるように、湾曲側面２４が冷却部１６を向くように、コイルエンド１３の側面１３１に取り付けられる。

さらに、端子台２０の側面２２には、湾曲壁面２４と湾曲壁面２６とを連通する溝部２８が形成されている。溝部２８は、矢印Ｄ方向から見たときに略Ｕ字形状を有する溝である。溝部２８は、冷却部１６から湾曲壁面２４に流れた冷却媒体を湾曲壁面２６に流すための溝である。

続いて、上記構成からなる回転電機１０の動作について、図１〜図３を参照して説明する。冷却部１６は、回転電機１０におけるロータ１２の回転によって発生する熱を冷却するために、回転電機１０の上方から冷却媒体を回転電機１０のコイルエンド１３に流す。そして、冷却媒体は、コイルエンド１３の表面である側壁面１３２に沿って矢印ａと矢印ｂの方向に冷却媒体が流れる。

また、冷却媒体は、コイルエンド１３の側面１３１において矢印ｃに沿って下方側に流れる。コイルエンド１３の側面１３１の反対方向についても、冷却媒体は、端子台２０の湾曲壁面２４に流れた後、端子台２０の側面２２に設けられた溝部２８を介して、端子台２０の湾曲壁面２６へと流れる。このように、冷却媒体は、矢印ｄ₁と矢印ｄ₂と矢印ｄ₃の順番でこれらの矢印の方向に沿って流れる。図１で説明すると、冷却媒体は、矢印ｄの方向に沿って湾曲壁面２４と溝部２８と湾曲壁面２６を介して流れる。これにより、端子台２０の下方側の領域Ａにも冷却媒体が行き渡るため、コイルエンド１３に形成される隙間からコイル全体に冷却媒体を浸透させることができるため、回転電機１０の冷却効率を高めることができる。

次に、図４を参照して本発明の第２実施形態である回転電機について説明する。図４は、第２実施形態である回転電機の端子台３０を示す図である。ここで、第２実施形態の回転電機は、上記第１実施形態の回転電機１０とほぼ同様の構成を有するため、同一構成要素には同一符号を付して重複することとなる説明を援用によって省略し、異なる構成およびその作用について説明する。第２実施形態の回転電機と回転電機１０の相違は、端子台３０についてのみである。

端子台３０は、略直方体形状を有し、その側面３２には、端子台２０と同様にＵ相動力線取出口３と、Ｖ相動力線取出口５と、Ｗ相動力線取出口７とが設けられる。端子台３０は、端子台３０を構成する一方側の側壁面３４と他方側の側壁面３６とにかけて貫通する円形の貫通孔３３を有する。

端子台３０は、図１における端子台２０と同様に、側壁面３４が冷却部１６を向くようにコイルエンド１３の側面１３１に取り付けられる。端子台３０は、さらに冷却部１６からの冷却媒体を孔３３１に案内するために設けられる案内リブ３９を有する。矢印Ｅの方向から見た案内リブ３９は、略Ｕ字形状を有しており、案内リブ３９を構成する両側壁によって冷却媒体を孔３３１に案内する。

続いて、上記構成からなる第２実施形態の回転電機の動作について、図１，図２，図４を参照して説明する。冷却部１６は、第２実施形態の回転電機におけるロータ１２の回転によって発生する熱を冷却するために、第２実施形態の回転電機の上方から冷却媒体を回転電機のコイルエンド１３に流す。そして、冷却媒体は、コイルエンド１３の表面である側壁面１３２に沿って矢印ａと矢印ｂの方向に流れる。

また、冷却媒体は、コイルエンド１３の側面１３１において矢印ｃに沿って下方側に流れる。コイルエンド１３の側面１３１の反対方向についても、冷却媒体は、案内リブ３９に流れる。そして、案内リブ３９に流れた冷却媒体は、孔３３１から貫通孔３３を通過して孔３３２から排出され、領域Ａにも行き渡る。このように、冷却媒体は、矢印ｅ₁と矢印ｅ₂の方向に沿って流れる。これにより、コイルエンド１３の表面全域に冷却媒体を浸透させることができるため、回転電機の冷却効率を高めることができる。また、案内リブ３９は、冷却媒体を孔３３１に効率よく案内することができる。

図５に上記第２実施形態の回転電機の端子台３０の変形例を示す。図５は、端子台４０を示す図である。端子台４０と端子台３０との相違は、端子台３０には内部に貫通孔３３が１つだけ設けられているのに対し、端子台４０には内部に貫通孔４３，４５の２つが設けられていることである。貫通孔４３は、側壁面４４に形成される孔４３１から側壁面４６に形成される孔４３２にかけて端子台４０を貫通する円形の貫通孔である。貫通孔４５は、側壁面４４に形成される孔４５１から側壁面４６に形成される孔４５２にかけて端子台４０を貫通する円形の貫通孔である。したがって、冷却部１６から流される冷却媒体は、案内リブ４９に流れ、その後、冷却媒体は、孔４３１から貫通孔４３を介して孔４３２から排出されるものと、孔４５１から貫通孔４５を介して孔４５２から排出されるものとに分かれる。これにより、冷却媒体の排出先を２箇所に分けることができるため、より広い範囲に冷却媒体を行き渡らせることができる。したがって、端子台４０によって、領域Ａにも冷却媒体を浸透させることができるため、回転電機の冷却効率を高めることができる。

図６に上記第２実施形態の回転電機の端子台３０の別の変形例を示す。図６は、端子台５０を示す図である。端子台５０と端子台３０との相違は、端子台３０には側壁面３４と側壁面３６とを貫通する貫通孔３３を有するが、端子台５０には側壁面５４と直交する側壁面５７とを貫通する貫通孔５３，５５を有する点である。貫通孔５３は、側壁面５４に形成される孔５３１から側壁面５７に形成される孔５３２にかけて端子台５０を貫通する円形の貫通孔である。貫通孔５５は、側壁面５４に形成される孔５５１から側壁面５７に形成される孔５５２にかけて端子台５０を貫通する円形の貫通孔である。この端子台５０によっても、冷却媒体は、貫通孔５３，５５を介して孔５３２，５５２から排出されて領域Ａに行き渡らせることができる。これにより、回転電機の冷却効率を高めることができる。

次に、図７を参照して本発明の第３実施形態である回転電機１１について説明する。図７は、本発明の第３実施形態の回転電機１１を示す図である。図８は、誘導リブ６０の斜視図である。ここで、回転電機１１は、上記第１実施形態の回転電機１０とほぼ同様の構成を有するため、同一構成要素には同一符号を付して重複することとなる説明を援用によって省略し、異なる構成およびその作用について説明する。回転電機１１と回転電機１０の相違は、誘導リブ６０が設けられる点である。

誘導リブ６０は、平板部分６１に所定の間隔で６つの貫通孔６３が設けられた平板である。誘導リブ６０は、図７に示されるように、コイルエンド１３の側壁面１３２において端子台２０の下方側に平板部分６１が冷却部１６を向くように取り付けられる。誘導リブ６０は、一方端６０１が側壁面１３２の端部の位置にくるように配置し、他方端６０２が側壁面１３２においてロータ１２の回転軸方向の真ん中あたりにくるように配置する。また、誘導リブ６０の他方端６０２は、一方端６０１よりも冷却部１６に近くなるように傾斜をつけて取り付けられている。誘導リブ６０は、冷却部１６から側壁面１３２に流れてきた冷却媒体を平板部分６１で受け止めてコイルエンド１３の側面１３１に流すとともに、その冷却媒体の一部について貫通孔６３を介してコイルエンド１３の側壁面１３２に流すためのリブである。

続いて、上記構成からなる回転電機１１の動作について、図１，図７，図８を参照して説明する。冷却部１６は、回転電機１１におけるロータ１２の回転によって発生する熱を冷却するために、回転電機１１の上方から冷却媒体を回転電機１１のコイルエンド１３に流す。そして、コイルエンド１３の側壁面１３２に沿って矢印ａと矢印ｂの方向に冷却媒体が流れる。ここで、矢印ｂの方向に流れた冷却媒体は、誘導リブ６０によって、矢印ｂ₁の方向と矢印ｂ₂の方向の流れに分流される。矢印ｂ₁の方向に流れた冷却媒体は、平板部分６１を介してコイルエンド１３の側面１３１に流れることで領域Ａに浸透するとともに、一部の冷却媒体は貫通孔６３を介してコイルエンド１３の下方側にも流れることとなる。これにより、回転電機の冷却効率を高めることができる。

本発明の第１実施形態である回転電機を示す図である。 図１に示される回転電機を矢印Ｂ方向から見た様子を示す図である。 本発明の第１実施形態である回転電機の端子台斜視図である。 本発明の第２実施形態である回転電機の端子台を示す図である。 本発明の第２実施形態である回転電機の端子台の変形例を示す図である。 本発明の第２実施形態である回転電機の端子台の別の変形例を示す図である。 本発明の第３実施形態である回転電機を示す図である。 誘導リブの斜視図である。 従来技術の回転電機を示す図である。 従来技術の回転電機を示す図である。

符号の説明

３ Ｕ相動力線取出口、５ Ｖ相動力線取出口、７ Ｗ相動力線取出口、１０，１１ 回転電機、１２ ロータ、１３ コイルエンド、１４ ステータコア、１６ 冷却部、１９，２０，３０，４０，５０ 端子台、２１ 底面、２２，３２，４２，５２，１３１ 側面、２４，２６ 湾曲壁面、２８ 溝部、３３，４３，４５，５３，５５ 貫通孔、３４，３６，４４，４６，５４，５６，５７，１３２ 側壁面、３９，４９，５９ 案内リブ、６０ 誘導リブ、３３１，３３２，４３１，４３２，４５１，４５２，５３１，５３２，５５１，５５２ 孔、６０１ 一方端、６０２ 他方端。

Claims (6)

1. 回転軸を中心に回転するロータと、
   ロータの周面に対向したステータコアと、
   ステータコアに巻回されるコイルのコイルエンド上に設けられ、動力線の取り出し部である端子台と、を備える回転電機であって、
   回転軸が横向きになるように回転電機を配置し、回転電機の上方側からコイルエンドの表面に流される冷却媒体を端子台の下方側に誘導する誘導手段と、
   を備えることを特徴とする回転電機。
2. 請求項１に記載の回転電機において、
   誘導手段は、
   端子台の上方側の側壁面を下方側に向けて傾斜させて、冷却媒体を端子台の上方側の側壁面を介して下方側に誘導することを特徴とする回転電機。
3. 請求項２に記載の回転電機において、
   誘導手段は、
   端子台の上面に、冷却媒体を端子台の下方側に誘導するための溝を有することを特徴とする回転電機。
4. 請求項１に記載の回転電機において、
   誘導手段は、
   端子台の上方側と下方側の両側壁面を貫通する貫通孔を有し、冷却媒体を端子台の貫通孔を介して下方側に誘導することを特徴とする回転電機。
5. 請求項４に記載の回転電機において、
   誘導手段は、
   端子台の上方側の側壁面に冷却媒体を貫通孔に案内するための案内リブを設けることを特徴とする回転電機。
6. 請求項１に記載の回転電機において、
   誘導手段は、
   コイルエンドの側壁面に設けられ、冷却媒体を端子台の下方側に誘導するための誘導リブを設けることを特徴とする回転電機。

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