JP2011120402A

JP2011120402A - 回転電機

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Publication number: JP2011120402A
Application number: JP2009276571A
Authority: JP
Inventors: Shinji Sugimoto; 愼治杉本; Akiyoshi Komura; 昭義小村; Koji Ohata; 功治尾畑; Takashi Ishigami; 孝石上; Satoshi Kikuchi; 菊地　　聡
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2009-12-04
Filing date: 2009-12-04
Publication date: 2011-06-16
Anticipated expiration: 2029-12-04
Also published as: US20110133580A1; JP5470015B2; US8400029B2

Abstract

【課題】冷却効率に優れた回転電機の提供。
【解決手段】回転電機は、筒状の固定子鉄心４および該固定子鉄心４に巻回された固定子巻線を有する固定子と、固定子に対して空隙を介して対向配置される回転子と、固定子鉄心４の中心軸方向に延在する冷媒通路としての溝部２００を固定子内に１以上備え、溝部２００は、固定子鉄心４の中心軸に対して傾いている。そのため、回転電機を横置きにしたときに、溝部２００は、冷媒流入口の鉛直方向高さが冷媒流出口の鉛直方向の高さよりも高くなり、その固定差を利用して冷媒を流すことができる。
【選択図】図１３

Description

本発明は、冷媒を用いて固定子を冷却する回転電機に関する。

一般に、電動車両を駆動する回転電機の固定子の冷却方式としては、トランスミッション内のＡＦＴ（オートマチック・トランスミッション・フルード）を回転電機の回転軸方向端部に出ている巻線部(コイルエンド部)に直接吹きかける油冷方式が用いられている。

また、冷媒を巻線に直接吹きかける方式の他に，スロット内に冷媒を流し冷却する方式も知られている（例えば、特許文献１参照）。この冷却構造では、固定子巻線を収めるスロット内に冷媒が通流するパイプを備え、そのパイプの表面に形成された孔から冷媒が流出するような構成になっている。

特開２００５−１６８２６５公報

しかしながら、電動車両のように回転電機をほぼ水平な状態で使用する場合、固定子のスロットも水平となっている。そのため、上述した特許文献１に記載の構成では、スロット内に供給された冷媒が、スロット内をスムーズに流れない場合がある。

請求項１の発明は、筒状の固定子鉄心および該固定子鉄心に巻回された固定子巻線を有する固定子と、固定子に対して空隙を介して対向配置される回転子とを備える回転電機であって、固定子鉄心の中心軸方向に延在する冷媒通路を固定子内に１以上備え、冷媒通路は、固定子鉄心の中心軸に対して傾いていることを特徴とする。
なお、冷媒通路は、固定子鉄心のスロットの壁面に形成され、固定子鉄心の一方の端面から他方の端面まで延在する溝や、固定子鉄心内に形成され、該固定子鉄心の一方の端面から他方の端面まで貫通する貫通孔や、固定子鉄心の外周面に形成され、固定子鉄心の一方の端面から他方の端面まで延在する溝や、固定子巻線が収納されたスロット内に充填される絶縁部材に形成され、固定子鉄心の一方の端面から他方の端面まで貫通する貫通孔や、スロット内に収納された固定子巻線の周面の、巻線延在方向に沿って形成された溝などでも良い。

本発明によれば、回転電機を横置きにしたときに、冷媒通路の傾きによる高低差を利用して冷媒を流すことができ、冷却効率の構造を図ることができる。

本発明による回転電機が搭載されている電気自動車のブロック構成図である。回転電機１を車両正面側から見た半断面図である。図２のＡ−Ａ断面図である。本発明の第一実施例の形態による回転電機を説明する図であり、固定子鉄心４の斜視図である。固定子鉄心４のスロット３００部分を示す図であり、（ａ）はスロット形状の第１の例を、（ｂ）はスロット形状の第２の例をそれぞれ示す。固定子鉄心４を軸方向に沿って見た図であり、（ａ）は固定子鉄心４の一方の端面を示し、（ｂ）は固定子鉄心４の他方の端面を示す。横向きに配置された固定子鉄心４を側方から見た図である。冷媒用配管の一例を示す図であり、（ａ）は固定子鉄心４の正面側端面を示し、（ｂ）は固定子鉄心４の背面側端面を示す。図８に示す固定子鉄心４の外観を示す斜視図である。本発明に係る回転電機の第２の実施の形態を示す図である。本発明に係る回転電機の第３の実施の形態を示す図であり、（ａ）は固定子鉄心４の正面側端面を示し、（ｂ）は固定子鉄心４の背面側端面を示す。図１１（ａ）のＥ−Ｅ断面図である。第３の実施の形態の変形例を示す図である。本発明に係る回転電機の第４の実施の形態を示す図である。第４の実施の形態の変形例を示す図である。本発明に係る回転電機の第５の実施の形態を示す図である。本発明に係る回転電機の第６の実施の形態を示す図である。第６の実施の形態の変形例を示す図である。本発明に係る回転電機の第７の実施の形態を示す図である。冷媒供給および冷媒排出の配管系を示す図である。

以下、図を参照して発明を実施するための形態について説明する。図１は、本発明による回転電機が搭載されている電気自動車のブロック構成図である。車両１００は、４つの車輪１１０，１１２，１１４，１１６によって支持されている。この電気自動車は前輪駆動であって、前方の車軸１５４に回転電機１が直結して取り付けられている。すなわち、回転電機１は横向きに搭載されている。車輪１１０，１１４を回転駆動する回転電機１は、制御装置１３０を介して供給されるバッテリ１４０の電力により駆動される。回転電機１は、制御装置１３０によって駆動トルクが制御される。ハンドル１５０を回転すると、その回転駆動力は、ステアリングギア１５２及びタイロッド，ナックルアーム等からなる伝達機構を介して２つの車輪１１０，１１４に伝達され、車輪１１０，１１４の角度が変更される。

なお、以下の説明では、回転電機を電気自動車の駆動源として用いる場合を例に説明するが、電気自動車に限らず電気機関車等の駆動用電動機として使用しても良い。

まず、図２，３を用いて回転電機全体の概略構成について説明する。図２は、図１の回転電機１を車両正面側から見た半断面図である。また、図３は、図２のＡ−Ａ断面図である。なお、図３ではハウジング９の図示を省略した。回転電機１の固定子２は、固定子鉄心４と、この固定子鉄心４に巻回された多相の固定子巻線５と、固定子鉄心４を内周側に保持するハウジング９とを備えている。

回転子３はシャフト８に固定された回転子鉄心７を備えている。図３に示すように、回転子鉄心７には永久磁石挿入孔１２が複数形成されており、各永久磁石挿入孔１２には永久磁石６が挿入されている。シャフト８は、一対のベアリング１０によって回転可能に保持されている。ベアリング１０は，ハウジング９の両端に固定されたエンドブラケット（不図示）によって支持されている。

図示していないが、回転子３の端面側には、回転子３に設けられた永久磁石６の位置を検出する磁極位置検出器、および回転子３の回転位置を検出するエンコーダが配置されている。回転電機１は、磁極位置検出器で検出された磁石位置とエンコーダで検出された回転位置とに基づき、図１に示した制御装置１３０によって運転制御される。なお、ここでは永久磁石回転電機を例に説明しているが、本発明は固定子に特徴があり、誘導機やリラクタンスモータにも同様に適用することができる。

固定子鉄心４は、円筒状のヨーク部２１と、ヨーク部２１の内周表面から径方向内側に突出するように延びる複数のティース部２２とを備えている。複数のティース部２２は、ヨーク部２１の内周面に、周方向に沿って所定の間隔で形成されている。

回転子３の回転子鉄心７は、高透磁率磁性材料で形成されている。例えば、回転子鉄心７は、複数枚の電磁鋼板を軸方向に積層することで形成される。永久磁石挿入孔１２とシャフト８を通す孔が打ち抜かれた電磁鋼板を積層して回転子鉄心７を形成した後に、軸方向に貫通する永久磁石挿入孔１２とシャフト８を通す孔の中に、永久磁石６及びシャフト８をそれぞれ挿入することにより回転子３が構成される。回転子鉄心７の永久磁石挿入孔１２に挿入され周方向に並んだ各永久磁石６は、隣接する永久磁石６同士の極性が互いに反対方向となるように配置されている。

図３に示すように、回転子鉄心７は、半径方向に関して内周側のヨーク部３１と外周側の外周部３２とに分けられる。さらに、回転子鉄心７の外周部３２を周方向に２つに分けると、補助磁極部３３と磁極片部３４に分けられる。磁極片部３４は、回転子鉄心７の外周部３２において永久磁石６の外周側に位置する領域であり、永久磁石６からの磁束がギャップを介して固定子２側に流れて磁気回路を構成する領域である。一方、補助磁極部３３は隣り合う永久磁石挿入孔１２によって挟まれる領域であり、永久磁石６の磁気回路をバイパスして、固定子２の起磁力によって磁束を固定子２側に発生させる領域である。

永久磁石挿入孔１２は周方向を補助磁極部３３によって覆われ、外周側を磁極片部３４によって覆われており、この永久磁石挿入孔１２に永久磁石６を収納することで、高速回転に適した電動機とすることができる。

−第１の実施の形態−
図４，５は、本発明の第一実施例の形態による回転電機を説明する図である。図４は固定子鉄心４の斜視図である。図５は固定子鉄心４のスロット３００部分を示す図であり、（ａ）はスロット形状の第１の例を、（ｂ）はスロット形状の第２の例をそれぞれ示す。

固定子鉄心４の内周側には、複数のスロット３００が周方向に等間隔で形成されている。本実施の形態では、このスロット３００の壁面に冷媒の通路となる溝部２００が形成されている。各溝部２００は、固定子鉄心４の一方の端面から他方の端面まで貫通している。さらに、スロット３００，ティース部２２および溝部２００は、固定子鉄心４の中心軸の回りに回転するように捻れた構造、すなわちスキュー構造を有している。固定子鉄心４は複数枚の電磁鋼板を軸方向に積層することで形成されるが、固定子巻線が施された固定子鉄心４（積層体）を中心軸の回りに捻ることによって、図４に示すようなスキュー構造とされる。

図４に示す例では、溝部２００を図５（ａ）に示すようにヨーク部２１側の壁面（スロット底面）に形成しているが、図５（ｂ）に示すようにティース部２２側の壁面（スロット側面）に形成しても良い。いずれの場合でも、溝部２００はスロット３００とともにスキューしている。スロット３００内には、固定子巻線５が収められている。溝部２００と、それに対向する位置に配置された固定子巻線５またはスロット内の絶縁物（ワニス等）とによって、冷媒用通路が形成される。なお、図５（ａ）、（ｂ）に示す例では、スロット３００に対して１つの溝部２００が形成されているが、２以上設けても良いし、スロット底面およびスロット側面の両方に形成しても良い。溝部２００の数が多いほど供給される冷媒の量も多くすることができ、冷却能力の向上が図れる。

ここで，スキュー構造について、図６，７を参照して説明する。図６は固定子鉄心４を軸方向に沿って見た図であり、（ａ）は固定子鉄心４の一方の端面を示し、（ｂ）は固定子鉄心４の他方の端面を示す。また、図７は、横向きに配置された固定子鉄心４を側方から見た図であり、溝部２００の軸方向に沿った形状を模式的に示したものである。図６（ａ）は図７の左側の端面（以下、正面側端面と称する）を示しており、図６（ｂ）は図７の右側の端面（以下、背面側端面と称する）を示している。なお、図６では溝部２００の図示を省略し、図７では溝部２００を破線で示した。

図６に示す記号Ｂ，Ｃは、その記号が記載されたスロット３００の溝部２００内を流れる冷媒の流れ方向を示す。記号Ｂは固定子鉄心４の正面側端面（図６（ａ））から背面側端面（図６（ｂ））へ流れる場合の流れ方向を示し、逆に、記号Ｃは背面側端面から正面側端面へ流れる場合の流れ方向を示す。すなわち、記号Ｂは冷媒の流出側を示しており、記号Ｃは冷媒の流入側を示している。

図６では、スロット数は２４であり、複数のスロット３００は番号［１］〜［２４］によって区別される。なお、ここではスロット数を２４としているが、２４に限定されるものではない。図６（ａ）に示すように、正面側端面においては時計回りに番号が振られており、当然ながら、図６（ｂ）は背面側から見た図なので左右が反転しており、番号［１’］〜［２４’］の順序は反時計回りになっている。

固定子鉄心４はその中心軸の回りに捻られてスキューされているため、図６（ａ），（ｂ）に示すように正面側端面におけるスロット３００の位置と、背面側端面におけるスロット３００の位置とが捻り方向にずれることになる。図６に示す例では、正面側から背面側に向けて右ネジ方向（正面側から見て時計回り）に１スロット分だけスキューしている。

図６（ａ）に示す正面側の番号［１］が付されたスロット３００と、図６（ｂ）に示す背面側の番号［１’］が付されたスロット３００とは、同一スロットであることを表している。上述したように、時計回りに１スロット分だけスキューしているので、図６（ａ）の番号［１］のスロット３００は、背面側端面では図６（ａ）の番号［２］の位置まで捻れていることになる。この位置は、図６（ｂ）では番号［１’］の位置となる。

図６（ａ）に示す例では、番号［１］および［２４］のスロットの高さ位置が同じになるように固定子鉄心４が横向きに配置されている。各溝部２００は固定子鉄心４の中心軸に対して傾いているので、図６（ａ）の番号［１］〜［１１］のスロット３００に設けられた溝部２００は、図７に示す番号［１］，［８］の溝部２００のように、正面側端面の高さが背面側端面の高さよりも高くなる。逆に番号［１３］〜［２３］のスロット３００に設けられた溝部２００は、図７に示す番号［１６］，［２３］の溝部２００のように、正面側端面の高さが背面側端面の高さよりも低くなる。

なお、番号［１２］，［２４］のスロット３００は、１スロット分だけスキューした場合、正面側端面および背面側端面の高さは同一となる。ただし、番号［１］のスロット３００の高さ位置が最も高くなるように、すなわち番号［１］と番号［１３］のスロット３００を結ぶ線が鉛直方向となるように固定子鉄心４を配置すると、番号［１］〜［１２］のスロット３００に設けられた溝部２００は正面側端面の方が高くなり、逆に、番号［１３］〜［２４］のスロット３００に設けられた溝部２００は背面側端面の方が高くなる。

本実施の形態では、番号［１］〜［１２］のスロット３００に設けられた溝部２００に対しては正面側端面（高位置）から冷媒を供給し、番号［１３］〜［２４］のスロット３００に設けられた溝部２００に対しては背面側端面（高位置）から冷媒を供給する。高位置側に供給された冷媒は、実線矢印および破線矢印のように高位置から低位置へと重力を利用しながら流れることになる。

図８，９は、固定子鉄心４の両端面に設けられる冷媒用配管の一例を示したものである。図９は、固定子巻線および配管が設けられた固定子鉄心４を示す斜視図である。図８（ａ）は正面側から見た場合の配管の形状を示し、図８（ｂ）は背面側から見た場合の配管形状を示す。図８（ａ）に示す正面側端面には、スロット番号［１］〜［１２］（図６（ａ）参照）の溝部２００に接続される配管４０３と、それらの配管４０３が接続される流入側円弧状配管４０と、スロット番号［１３］〜［２４］（図６（ａ）参照）の溝部２００に接続される配管４０３と、それらに接続される流出側円弧状配管４１とが配置されている。

一方、図８（ｂ）に示す背面側端面には、スロット番号［１’］［１２’］（図６（ｂ）参照）の溝部２００に接続される配管４０３と、それらの配管４０３が接続される流出側円弧状配管４２と、スロット番号［１３’］〜［２４’］（図６（ｂ）参照）の溝部２００に接続される配管４０３と、それらに接続される流入側円弧状配管４３とが配置されている。円弧状配管４０〜４３は、図９に示すようにコイルエンドの外周側に配設されている。なお、図９では配管４００，４０２の図示を省略した。配管４０３と溝部２００との接続形態としては、配管先端を固定子鉄心４の端面に溶接等で固定してもよいが、配管全体はハウジング９に固定し、配管４０３の先端を固定子鉄心４の端面に密着するように位置決めする。

なお、冷媒を戻すための配管４１，４２の省略し、溝部２００からハウジング９内に冷媒を流出させ、ハウジング９内に溜まった冷媒をハウジング９に設けた排出用配管を介して戻すようにしても良い。そのような場合、配管４０３は固定子鉄心４の端面に密着していなくて隙間が空いていても良い。その場合、配管４０３から冷媒を溝部２００の流入口に注ぎかけるような形態となるが、溝部２００が傾斜しているため、冷媒は高低差を利用して流出口へと流れることになる。

図８において、流入側円弧状配管４０，４２には、配管４００を介して冷媒が供給される。ここでは冷媒としてＡＴＦが用いられ、オイルポンプ等によりＡＦＴが供給される。流入側円弧状配管４０，４２に供給された冷媒は、各円弧状配管４０，４２に接続された配管４０３を介して各溝部２００に流入する。溝部２００内に流入した冷媒は、図７の矢印のように高位置から低位置へと流れる。低位置側の端面に達した冷媒は配管４０３を介して流出側円弧状配管４１，４３に流れ込む。流出側円弧状配管４１，４３に流れ込んだ冷媒は、配管４０２を介して冷媒供給源へと戻る。

上述したように、第１の実施の形態では冷媒用通路を構成する溝部２００がスロット壁面に形成され、固定子鉄心４の積層体全体を捻ってスロット３００をスキューさせることにより、固定子鉄心４の中心軸に対して溝部２００を傾けるようにしている。その結果、回転電機を横向きに搭載した場合、図７に示すように軸方向に沿って位置エネルギーの高低差が発生し、冷媒が固定子鉄心４の軸方向に流れ易くなる。これにより、スロット内の固定子巻線５に通電した際に発生する発熱を効率良く抜熱することができる。

また、スロット３００の壁面に形成した溝部２００によって冷媒用通路が構成されるため、従来のように冷媒用パイプを固定子鉄心４内に配置する必要がなく、部品点数を少なくすることができる。

なお、固定子鉄心４にスキューを施すことで，トルク脈動の主な高調波成分を打ち消すことができ、コギングトルクやトルク脈動，電磁騒音を低減することができる。その場合、回転子にスキューを施す場合と比べて、部品点数が少なく安価に製造が可能である。

−第２の実施の形態−
図１０は、本発明の第２の実施の形態を示す図である。上述した第１の実施形態では、固定子鉄心４の積層体全体を捻ってスキューさせることにより、溝部２００にスキュー構造を付与し、溝部２００を固定子鉄心４の中心軸に対して傾けるようにした。一方、第２の実施形態では、固定子巻線５を収めるスロット３００及びティース部２２は固定子鉄心４の中心軸に平行となっており、溝部２００のみが中心軸に対して傾いている点が第１の実施の形態と異なる。

図１０において、（ａ）は固定子鉄心４の一部を示す斜視図であり、（ｂ）は（ａ）のＤ−Ｄ断面を示したものである。溝部２００はスロット３００の底面（ヨーク部２１側の壁面）に形成されている。なお、溝部２００の数は２以上であっても構わない。第１の実施の形態の場合には、積層板の各々に予め溝部２００が形成されていたが、第２の実施の形態では、固定子鉄心４を積層した後に溝部２００を形成する。溝部２００と対向する位置には固定子巻線５またはスロット内絶縁物が配置されるので、それらとの間に冷媒用の通路が形成されることになる。

なお、冷媒の供給方法は上述した第１の実施の形態と同様であるので（図６〜８参照）、説明は省略する。

第２の実施の形態においても、冷媒用通路である溝部２００を固定子鉄心４の中心軸に対して傾けているので、回転電機を横置きにした場合、溝部２００の出入口の間で位置エネルギーの高低差が生じる。その結果、高低差を利用して冷媒を流すことができるので冷媒がよりスムーズに流れ、固定子巻線５に通電した際に発生する発熱を効率良く抜熱することができる。また、冷媒用通路を溝部２００で構成したので、従来のような冷媒用パイプを不要とすることが可能となり、部品点数を少なくすることができる。

−第３の実施の形態−
図１１，１２は、本発明に係る回転電機の第３の実施の形態を示す図である。図１１において、（ａ）は固定子鉄心４の正面側端面を示し、（ｂ）は固定子鉄心４の背面側端面を示す。図１２は、図１１（ａ）のＥ−Ｅ断面図である。

上述した第１および第２の実施の形態では、スロット３００の壁面に溝部２００を設けたが、第３の実施の形態では、固定子鉄心４内に冷媒用通路としての貫通孔２１１〜２１６を形成した。また、スロット３００およびティース部２２は、第２の実施の形態の場合と同様に、固定子鉄心４の中心軸に対して捻れることなく平行に形成されている。

図１１に示すように、ヨーク部２１に形成されている貫通孔２１１，２１２，２１６は、正面側端面における開口（冷媒流入口）は固定子鉄心４の外周面に近い位置に配置され、背面側端面における開口（冷媒流出口）はスロット３００の底面の近傍に配置されている。一方、貫通孔２１３〜２１５は、正面側端面における開口（冷媒流入口）はスロット３００の底面の近傍に配置され、背面側端面における開口（冷媒流出口）は固定子鉄心４の外周面に近い位置に配置されている。その結果、各貫通孔２１１〜２１６は固定子鉄心４の中心軸に対して傾いており、図１２のように固定子鉄心４を横置きにした場合、各貫通孔２１１〜２１６は正面側端面の方が高くなっており、冷媒は正面側端面から背面側端面へ自然に流れる。なお、貫通孔の個数は６に限定されない。また、ヨーク部２１に貫通孔２１１〜２１６を形成しているが、ティース部２２に冷媒用貫通孔を形成しても良いし、両方に設けても良い。

第３の実施の形態では、貫通孔２１１〜２１６を固定子鉄心４の中心軸に対して斜めに傾けているので、回転電機を横置きした場合に、位置エネルギーの高低差を利用して冷媒を流すことができるので冷媒がよりスムーズに流れ、固定子巻線５に通電した際に発生する発熱を効率良く抜熱することができる。また、固定子鉄心４に貫通孔を形成して冷媒用通路としているため、冷媒用のパイプを不要とすることが可能となり、部品点数を少なくすることができる。

（変形例）
ところで、図１１に示すような形状の貫通孔２１１〜２１６の場合、固定子鉄心４の軸心に対して図の上下方向に離れた位置にある貫通孔ほど、鉛直方向の傾きが大きくなる。一方、図の左右方向（固定子鉄心４を横置きした場合の水平方向）にあるスロット３００に対応して同様に貫通孔を形成した場合、鉛直方向の傾きが非常に小さくなってしまう。

そこで、図１３に示す変形例では、図の左右位置に形成される貫通孔２２１，２２２の場合には、横置きされた固定子鉄心４の鉛直面内で貫通孔を傾斜させるようにした。図１３において、（ａ）は固定子鉄心４の正面側端面を示す図であり、（ｂ）は（ａ）のＦ−Ｆ断面を示す図である。なお、固定子鉄心４の上下に設けられた貫通孔２１１，２１４は、図１１に示したものと同様の構造を有している。

貫通孔２２１は、正面側端面においては、スロット３００ａの底面近傍のヨーク部２１に冷媒流入用の開口が形成され、背面側端面においては、スロット３００ａと対称な位置にあるスロット３００ｂの底面近傍のヨーク部２１に冷媒流出用の開口が形成されている。その結果、貫通孔２２１は背面側に対して正面側が高くなっており、位置エネルギーの高低差によって冷媒が自然に流れることになる。

貫通孔２２２の構造も同様であって、正面側端面においては、スロット３００ｃの底面近傍のヨーク部２１に冷媒流入用の開口が形成され、背面側端面においては、スロット３００ｄの底面近傍のヨーク部２１に冷媒流出用の開口が形成されている。このように、変形例においては、横置きされた固定子鉄心４の側面側においても、貫通孔２２１，２２２の鉛直方向の傾きを充分大きくすることができ、位置エネルギーの高低差を利用して冷媒をスムーズに流すことができる。その結果、固定子鉄心４全体を、より均一に冷却することができる。

−第４の実施の形態−
図１４は、本発明に係る回転電機の第４の実施の形態を示す図である。図１４において、（ａ）は固定子鉄心４の斜視図であり、（ｂ）は固定子鉄心４のスロット３００の部分を示す図である。第４の実施の形態では、図１４（ａ）に示すように、冷媒用通路のための溝部２３０を固定子鉄心４の外周面に形成した。

固定子鉄心４は、図４に示した第１の実施の形態の場合と同様に、スキュー構造を有している。すなわち、固定子鉄心４を構成する各積層板は同一形状であって、それらを積層した積層体をその軸心回りに捻ることで、スロット３００，ティース部２２および溝部２３０をスキューさせる。その結果、固定子鉄心４の中心軸に対して溝部２３０が傾くことになる。図１４（ｂ）に示すように、固定子鉄心４の外周面はハウジング９によって覆われており、溝部２３０とハウジング９とによって冷媒用の通路が形成されることになる。

第４の実施形態の場合も第１実施形態の場合と同様に、固定子鉄心４の中心軸に対して溝部２３０が傾いているので、固定子鉄心４を横向きに配置したときに、固定子鉄心４の中心軸を通る鉛直面に対して、一方の側に設けられた溝部２３０は正面側端面から背面側端面へと下り勾配となっており、他方の側に設けられた溝部２３０は背面側端面から正面側端面へと下り勾配となっている。そのため、一方の側の溝部２３０に対しては正面側の開口から冷媒を供給し、他方の側の溝部２３０に対しては背面側の開口から冷媒を供給すれば、位置エネルギーの高低差により冷媒が自然と流れるような構成となる。その結果、冷媒の流れがよりスムーズとなり、固定子巻線５に通電した際に発生する発熱を効率良く抜熱することができる。

また、溝部２３０とハウジング９とにより冷媒用通路が構成されるため、パイプ等の配管部品を追加する必要がなく、部品点数を少なくすることができる。さらに、固定子にスキューを施すことで、トルク脈動の主な高調波成分が打ち消すことができ、コギングトルクやトルク脈動、電磁騒音を低減することができる。

（変形例）
図１５は、上述した第４の実施の形態の変形例を示す図であり、固定子鉄心４の斜視図である。図１４に示した固定子鉄心４では、スロット３００，ティース部２２および溝部２３０を構成する切り欠きが形成された同一形状の電磁鋼板を積層して、その積層体をその軸心回りに捻ることで、スロット３００，ティース部２２および溝部２３０をスキューさせている。

一方、図１５に示す固定子鉄心４では、スロット３００およびティース部２２を構成する切り欠きが形成された同一形状の電磁鋼板を積層して積層体を形成したならば、積層体の外周面に溝加工を施すことにより、図１４の場合と同様の形状を有する溝部２３０を形成する。そのため、溝部２３０は固定子鉄心４の中心軸に対して傾いているが、スロット３００およびティース部２２は中心軸に対して平行になっている。このように冷媒用通路の構造に関しては上述した第４の実施形態と同様なので、同様の作用効果を奏する。

−第５の実施の形態−
図１６は、本発明に係る回転電機の第５の実施の形態を示す図である。図１６は、固定子のスロット３００の部分を拡大して示した図である。本実施の形態は、固定子巻線５の構造に特徴があり、第１の実施の形態における溝部２００の代わりに溝部２４０を固定子巻線５に設けるようにした。その他の構成については第１の実施の形態と同様である。図１６において、（ａ）は冷媒用通路の一例を示し、（ｂ）は冷媒用通路の他の例を示す。なお、図１６では、ハウジング９の図示を省略した。

固定子鉄心４には固定子巻線５が巻回されており、その巻回された固定子巻線５は、図１６に示すように各スロット３００に収納されている。固定子巻線５の周面には、固定子巻線５の延在方向に沿って溝部２４０が形成されている。固定子巻線５に対する溝部２４０の形成は、引き抜き加工等によって行われる。

図１６に示す例では、略矩形断面の巻線（一般に、角線と呼ばれる巻線）の短辺を構成する周面に溝部２４０が形成されている。図１６（ａ）に示す例では、スロット３００に固定子巻線５が２本収納されていて、互いの溝部２４０が向き合うように配置されている。その結果、二つの溝部２４０によって構成される冷媒用通路が、固定子鉄心４の正面側から背面側に貫通するように形成される。

また、図１６（ｂ）に示す他の例では、溝部２４０が固定子鉄心４の外周方向を向くように固定子巻線５が配置されている。その結果、溝部２４０とスロット３００の壁面との間、および溝部２４０と他方の固定子巻線５の周面との間にそれぞれ冷媒用の通路が形成されることになる。

固定子鉄心４は、第１の実施の形態と同様にスキューされている。そのため、各スロット３００は固定子鉄心４の中心軸に対して斜めになっており、スロット３００内に収納されている固定子巻線５の延在方向も、固定子鉄心４の中心軸に対して斜めになっている。その結果、溝部２４０によって形成される冷媒用通路も固定子鉄心４の中心軸に対して斜めになっている。よって、回転電機を横置きした場合に、冷媒用通路に位置エネルギーの高低差が生じ、その高低差を利用して冷媒を回転軸方向に流すことができる。さらに、固定子巻線５に溝部２４０が形成されて冷媒が直接接触しているので、固定子巻線５に通電した際に発生する発熱をより効率良く抜熱することができ、冷却性能の向上を図ることができる。

なお、上述した例では、固定子巻線５の短辺側の周面に溝部２４０を形成したが、固定子巻線５の長辺側の周面に形成しても良い。また、溝部２４０を２以上形成しても良い。

−第６の実施の形態−
図１７は、本発明に係る回転電機の第６の実施の形態を示す図である。本実施の形態では、固定子鉄心４のスロット３００内に充填される絶縁材を利用して冷媒用通路を形成するようにした。図１７は、固定子のスロット３００の部分を拡大して示した図である。本実施の形態は、スロット３００内の絶縁材の形状に特徴があり、その他の構成については第１の実施の形態において溝部２００を除いたものと同様である。なお、図１７では、ハウジング９の図示を省略した。

固定子鉄心４には固定子巻線５が巻回されており、その巻回された固定子巻線５は、図１７に示すように各スロット３００に収納されている。固定子巻線５には一般的な丸線が用いられており、固定子巻線５とスロット３００との隙間には、固着用の絶縁材として例えばワニス３０１が充填されている。

この隙間に充填されたワニス３０１には、スキュー構造を有するスリット３００の延在方向（軸方向）に沿って貫通孔２５０が冷媒用通路として形成されている。例えば、冷媒用通路の型として機能する棒状部材をスロット３００内に挿入した状態でワニス３０１を充填する。充填後、棒状部材を抜き取ることで貫通孔２５０を形成する。また、ワニス３０１を充填して貫通孔２５０を形成した後に積層体である固定子鉄心４をスキューしても良い。スロット３００がスキューして固定子鉄心４の中心軸に対して斜めになっているため、スロット３００内のワニス３０１および貫通孔２５０の延在方向も固定子鉄心４の中心軸に対して斜めになっている。なお、図１７に示す例では貫通孔２５０は一つしか形成されていないが、２以上形成しても良い

このような貫通孔２５０が形成された固定子鉄心４を横置きした場合、正面側端面と背面側端面とで貫通孔２５０の高さが異なる。その結果、位置エネルギーの高低差を利用して貫通孔２５０内の冷媒を軸方向に流すことができる。さらに、固定子巻線５に近接した固着用ワニスを介して冷媒へと抜熱することができるので、固定子巻線５の発熱に対して効果的に冷却することができる。また、従来から絶縁材として設けられているワニス３０１を利用して冷媒用通路を形成しているので、パイプ等を配置する必要がなく、部品点数を少なくすることができる。

上述した第６の実施の形態では固着用ワニス３０１を利用してスロット３００内に冷媒用通路を形成したが、図１８に示すように冷媒用のパイプ２６０をスロット３００内に配設しても良い。スロット３００がスキューしている固定子鉄心４の場合には、スロット３００の延在方向に沿ってパイプ２６０を配設すれば良い。一方、スロット３００がスキューしておらず固定子鉄心４の中心軸に対して平行になっている場合には、パイプ２６０をスロット３００内で傾けて配置すれば良い。このような構造の回転電機を横置きに配置すると、パイプ２６０の出入口間に高低差ができるので、位置エネルギーの高低差を利用して冷媒を軸方向に流すことができる。

−第７の実施の形態−
図１９は、本発明に係る回転電機の第７の実施の形態を示す図であり、回転電機１を車両正面側から見た半断面図である。図１９に示す回転電機は、図２に示したものと異なり、固定子鉄心４が軸方向に２分割されている。分割された固定子鉄心４ａ，４ｂの間には、回転電機外部の冷媒供給源（不図示）から冷媒を供給するための配管４１０が設けられている。

配管４１０により供給された冷媒は、固定子鉄心４ａ，４ｂに形成された貫通孔２００ａ，２００ｂに流入する。貫通孔２００ａ，２００ｂは図１９に示すように傾斜しており、流入口よりも流出口の方が鉛直方向に対して低くなっている。例えば、上述した図１１に示す固定子鉄心４の配管２１１〜２１６のような傾斜構造を有している。もちろん、図１１の構造に限らず、上述した他の傾斜構造を採用しても良い。各固定子鉄心４ａ，４ｂの貫通孔２００ａ，２００ｂから排出された冷媒は、配管４１１，４１２を介して回転電機１から冷媒供給源へと戻る。

図２０は、冷媒を固定子鉄心４ａ，４ｂの貫通孔２００ａ，２００ｂに供給し、かつ、貫通孔２００ａ，２００ｂから排出するための配管系の一例を示す図である。なお、図２０では、配管構造が分かりやすいように、固定子鉄心４ａ，４ｂの詳細構造は図示を省略した。また、固定子鉄心４の貫通孔２００ａ，２００ｂの傾斜構造は図１１に示したものと同様であり、全ての貫通孔に関して、一方の端面における開口位置は他方の端面における開口位置よりも高くなっている。図２０に示す固定子鉄心４ａ，４ｂの配置においては、互いに対向する端面に設けられた開口（流入口）の方が、反対側の端面に設けられた開口（流出口）よりも鉛直方向位置が高くなっている。

固定子鉄心４ａ，４ｂの間には、円形配管４１３が配置され、冷媒供給用の配管４１０が接続されている。円形配管４１３には、固定子鉄心４ａ，４ｂに向けて枝分かれするように、複数の接続配管４１６が設けられている。これらの接続配管４１６は、貫通孔２００ａ，２００ｂの流入口にそれぞれ接続されている。

一方、固定子鉄心４ａ，４ｂの反対側の端面に対向するように、すなわち、貫通孔２００ａ，２００ｂの流出口が設けられた端面に対向するように、円形配管４１４，４１５が配置されている。各円形配管４１４，４１５には冷媒排出用の配管４１１，４１２が接続されている。円形配管４１４には複数の接続配管４１７が形成されており、これらの接続配管４１７は貫通孔２００ａの流出口に接続されている。同様に、円形配管４１５に形成された接続配管４１８は、貫通孔２００ｂの流出口に接続されている。

配管４１１から円形配管４１３に供給された冷媒は、各接続配管４１６を介して固定子鉄心４ａ，４ｂの貫通孔２００ａ，２００ｂに流入する。貫通孔２００ａ，２００ｂの流出口は流入口よりも低く設定されているので、位置エネルギーの高低差によって流出口へと冷媒がスムーズに流れる。各貫通孔２００ａ，２００ｂから流出した冷媒は、それぞれ円形配管４１４，４１５へと流れ込み、配管４１１，４１２を介して冷媒供給源へと戻される。

上述したように、本実施の形態では固定子鉄心４を２つの固定子鉄心４ａ，４ｂに分割し、冷媒を供給するようにしているので、固定子鉄心の軸方向長さが短くなり冷媒の流れ易くなる。そのため、大型の回転電機に対しても効果的に冷却を行うことができる。なお、固定子鉄心４の分割数は２に限らず、３以上であっても良い。

上述した実施形態の配管構造においては、図２０に示したように、固定子鉄心４の端面に配管４１４，４１５を設けて冷媒用通路から流出された冷媒を冷媒供給源に戻すようにしているが、これらの配管を省略してケーシング９内に排出し、ケーシング９から配管を介して冷媒供給源に戻すようにしても良い。その場合、配管４０３の先端と固定子鉄心４の端面とが密着していなくても良く、配管４０３から固定子鉄心端面に冷媒を注ぎかけるような構成であっても良い。このような配管構成とすれば、固定子２の軸方向寸法が短くなり、回転電機の軸方向大きさを小さくすることができる。

以上の説明では、固定子巻線に通電した際の発熱について説明したが、モータ駆動の際の鉄損，機械損による発熱に関しても同様の冷却効果がある。

回転電機としては、上述した内転型の回転電機に限らず、外転型の回転電機にも同様に適用することができる。固定子巻線の巻回方式としては、分布巻方式でも良いし、集中巻方式であっても良い。また、上述した実施の形態では、回転子に永久磁石を埋め込んだ回転子を有する回転電機について説明したが、回転子に回転子鉄心と導電性材料で構成されたかご形巻線を有する誘導電動機や、回転子に回転子鉄心と複数のフラックスバリアを設けたシンクロリラクタンスモータ等のラジアルギャップを有する回転電機などにも、本発明を適用することができる。

上述した各実施形態はそれぞれ単独に、あるいは組み合わせて用いても良い。それぞれの実施形態での効果を単独あるいは相乗して奏することができるからである。また、本発明の特徴を損なわない限り、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではない。

１：回転電機、２：固定子、３：回転子、４，４ａ，４ｂ：固定子鉄心、５：固定子巻線、６：永久磁石、７：回転子鉄心、８：シャフト、９：ハウジング、１０：ベアリング、２１：ヨーク部、２２：ティース部、４０〜４３，４００，４０２，４０３，４１０〜４１７：配管、２００，２００ａ，２００ｂ，２３０，２４０：溝部、２１１〜２１６，２２１，２２２，２５０：貫通孔、３００，３００ａ〜３００ｄ：スロット、２６０：パイプ

Claims

筒状の固定子鉄心および該固定子鉄心に巻回された固定子巻線を有する固定子と、
前記固定子に対して空隙を介して対向配置される回転子とを備える回転電機であって、
前記固定子鉄心の中心軸方向に延在する冷媒通路を前記固定子内に１以上備え、
前記冷媒通路は、前記固定子鉄心の中心軸に対して傾いていることを特徴とする回転電機。
請求項１に記載の回転電機において、
前記冷媒通路は、前記固定子鉄心のスロットの壁面に形成され、前記固定子鉄心の一方の端面から他方の端面まで延在する溝であることを特徴とする回転電機。
請求項１に記載の回転電機において、
前記冷媒通路は、前記固定子鉄心内に形成され、該固定子鉄心の一方の端面から他方の端面まで貫通する貫通孔であることを特徴とする回転電機。
請求項１に記載の回転電機において、
前記冷媒通路は、前記固定子鉄心の外周面に形成され、前記固定子鉄心の一方の端面から他方の端面まで延在する溝であることを特徴とする回転電機。
請求項１に記載の回転電機において、
前記冷媒通路は、前記固定子巻線が収納された前記スロット内に充填される絶縁部材に形成され、前記固定子鉄心の一方の端面から他方の端面まで貫通する貫通孔であることを特徴とする回転電機。
請求項２〜５のいずれか一項に記載の回転電機において、
前記固定子鉄心に形成された前記スロットおよびティースは、前記固定子鉄心の一方の端面から他方の端面にかけて、該固定子鉄心の中心軸の回りに回転するように捻れたスキュー構造を有していることを特徴とする回転電機。
請求項１に記載の回転電機において、
前記固定子鉄心に形成された前記スロットおよびティースは、前記固定子鉄心の一方の端面から他方の端面にかけて、該固定子鉄心の中心軸の回りに回転するように捻れたスキュー構造を有し、
前記冷媒通路は、前記スロット内に収納された前記固定子巻線の周面に、巻線延在方向に沿って形成された溝であることを特徴とする回転電機。
請求項７に記載の回転電機において、
前記固定子巻線に、断面形状が矩形状である角線を用いたことを特徴とする回転電機。
請求項１〜８のいずれか一項に記載の回転電機において、
前記固定子鉄心は、該固定子鉄心の中心軸方向に沿って配置された複数の分割鉄心で構成され、
各分割鉄心は、隣接する分割鉄心と対向する端面に、前記冷媒の流入口が設けられていることを特徴とする回転電機。