JP2012090405A

JP2012090405A - 回転電機の冷却構造

Info

Publication number: JP2012090405A
Application number: JP2010234262A
Authority: JP
Inventors: Tomohiko Miyamoto; 知彦宮本; Tetsuo Wakita; 哲夫脇田
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd; Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp; Aisin Corp
Priority date: 2010-10-19
Filing date: 2010-10-19
Publication date: 2012-05-10
Anticipated expiration: 2030-10-19
Also published as: JP5270635B2

Abstract

【課題】コイルエンド部を環状に覆って軸方向両側に形成される２つの冷却液室内の冷却液量を均衡させることによりコイル冷却性能を軸方向両側で同等にする。
【解決手段】ステータコア１４とコイル１６とを含むステータ１２においてコイルエンド部２４を冷却液で冷却する回転電機の冷却構造１０は、リード側コイルエンド部２４ａを覆って第１冷却油室２６ａを形成するリード側カバー部材２８ａと、反リード側コイルエンド部２４ｂを覆って第２冷却油室２６ｂを形成する反リード側カバー部材２８ｂとを備える。そして、第１および第２冷却液室２６ａ，２６ｂ間を冷却液が流通可能に連通する冷却液連通路４８が設けられている。
【選択図】図７

Description

本発明は、回転電機の冷却構造に係り、特に、ステータコイルのコイルエンド部を冷却液により冷却する回転電機の冷却構造に関する。

従来、円筒状のステータコアの内周部に複数のステータコイル（以下、適宜にコイルとだけいう）を周方向に配列して設けたステータを備える回転電機が知られている。上記コイルは、ステータコアの内周部に径方向内側に向かって突設されたティース部に周囲に巻装されており、ステータの軸方向の両端においてはコイルの両端部が外側にそれぞれ突出してコイルエンド部を構成している。

上記コイルはリード線が接続されており、このリード線を介して外部から電圧が印加されることによりコイルに電流が流れる。このとき、コイルを構成する例えば絶縁被覆された銅線等の導電素線の内部において電気抵抗による所謂銅損が生じ、これによりコイルが発熱する。この発熱によってコイル温度が上昇すると、コイルの絶縁性能が低下する。回転電機が多相交流モータである場合には、特に、電位差が大きくなる異相コイルのコイルエンド部間において放電が発生しやすくなる。

このような放電を防止するために、上記コイルのコイルエンド部を例えば冷却油等の冷却液によって冷却することが行われている。これに関連する先行技術文献として特開平２００６−２７１１５０号公報（特許文献１）がある。

特許文献１には、モータジェネレータの冷却構造が開示されている。この冷却構造では、ステータコアの軸方向端面において外側へ略環状に突出しているコイルエンド部を冷却ジャケットによって液密的に覆い、ジャケット内部に冷却用オイルを充満させるように供給し、これによりコイルエンド部を円周方向の全体において冷却用オイルに接触させることでコイルを冷却することが記載されている。また、この冷却構造では、ステータが円筒状のケース内に収容され、このケースの軸方向両側に側板がそれぞれ取り付けられている。そして、その側板および冷却ジャケットにオイル供給口が形成されおり、オイル供給口は軸方向両端のコイルエンド部に対応して、軸方向両側にそれぞれ設けられている。

特開２００６−２７１１５０号公報

上記特許文献１の冷却構造では、ステータの軸方向両側に設けた冷却ジャケットにオイル供給口をそれぞれ設けて、各オイル供給口から軸方向両側のコイルエンド部にそれぞれ冷却用オイルを供給する構成である。

しかしながら、ステータコイルに給電するためのリード線が電気的に接続される一方のコイルエンド部すなわちリード側コイルエンド部と、これとは軸方向反対側に位置する他方のコイルエンド部すなわち反リード側コイルエンド部とでは、大きさ（軸方向長さおよび／または径方向幅）や形状が異なることがある。特に、ステータコイルが、略Ｕ字状に曲げられた導電素線の２本の脚部を軸方向一方側からステータコアのティース部を跨いでスロット内に径方向に複数並べて挿入し、軸方向他端側から外側に突出した上記２本の脚部を隣接する導電素線の脚部と順次に結線して略らせん状のコイルを形成する所謂セグメントコイルである場合には、リード側コイルエンド部が反リード側コイルエンド部よりも大きく形成される傾向にある。

このような場合に、同じような形状の冷却ジャケットを用いて軸方向両側のコイルエンド部についてオイル室をそれぞれ形成し、軸方向両側に設けたオイル供給口から各オイル室に冷却用オイルを供給すると、各オイル室に対する冷却用オイルの供給圧や供給量が上記コイルエンド部の大きさ等の相違によって不均衡となり、コイルエンド部について均等な冷却性能ひいては絶縁性能が得られないことがある。

本発明の目的は、コイルエンド部を環状に覆って軸方向両側に形成される２つの冷却液室内の冷却液量を均衡させることによりコイル冷却性能を軸方向両側で同等にすることができる回転電機の冷却構造を提供することにある。

本発明に係る回転電機の冷却構造は、筒状のステータコアとこのステータコアの周方向に複数巻装されるコイルとを含むステータにおいてステータ軸方向のステータコア両端面からそれぞれ外側に突出するコイルエンド部を冷却液で冷却する回転電機の冷却構造であって、前記コイルに給電するリード線が接続されるリード側コイルエンド部を覆って内部に冷却液を収容する第１冷却液室を形成するリード側カバー部材と、前記リード側コイルエンド部に対して前記軸方向の反対に位置する反リード側コイルエンド部を覆って内部に冷却液を収容する第２冷却液室を形成する反リード側カバー部材とを備え、前記第１および第２冷却液室間を冷却液が流通可能に連通する冷却液連通路が設けられている。

本発明に係る回転電機の冷却構造において、前記冷却液連通路は、前記リード側カバー部材に形成されるリード側連通路部分と前記反リード側カバー部材に形成される反リード側連通路部分とからなり、前記リード側連通路部分および反リード側連通路部分は前記ステータコアの外周面外側において液密状に接続されてもよい。

この場合、前記リード側連通路部分を含むリード側連通路形成部と前記反リード側連通路部分を含む反リード側連通路形成部とは、軸方向の端面同士がシール部材を介して液密状に連結されてもよし、軸方向の端部同士が互いに嵌合して連結されてもよいし、または、各連通路部分内に両端部が挿入された接続管を介して連結されてもよい。

また、本発明に係る回転電機の冷却構造において、前記第１冷却液室に冷却液を供給する第１冷却液供給路と、前記第２冷却液室に冷却液を供給する第２冷却液供給路とを有し、前記第１冷却液供給路と前記第２冷却液供給路とで供給路内径を異ならせてもよい。

この場合、前記第１および第２冷却液供給路の冷却液室近傍部分はそれぞれ、コイルエンド部の径方向外側の外周面に対して直交しない斜め方向に向けて形成されてもよい。

本発明に係る回転電機の冷却構造では、リード側カバー部材によって形成される第１冷却液室と、反リード側カバー部材によって形成される第２冷却液室とが、冷却液連通路を介して連通している。これにより、各冷却液室への冷却液の供給量や供給圧が異なる場合にも、連通路を介して二室間を冷却液が移動することで各冷却液室の液量を均衡させることができ、その結果、コイル冷却性能を軸方向両側で同等にすることができる。

本発明の一実施の形態である冷却構造を備えたステータの斜視図である。図１中のＡ−Ａ線断面図である。第１および第２冷却油供給路の内径寸法を異ならせた例を示す図である。第２冷却油供給路の接続に関する別の態様を示す図である。第２冷却油供給路の接続に関するさらに別の態様を示す図である。図２中のＢ−Ｂ線断面図である。図１中のＣ−Ｃ線断面図である。ステータのスロット内周開口部のシール状態を示す拡大図である。スロット内周開口部に挿入されるシール部材を示す図である。別実施形態の回転電機の冷却構造を示す図である。図１０と共に別実施形態の冷却構造を示す図である。

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。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。

以下の説明では、本実施形態である回転電機の冷却構造で用いられる冷却液は、冷却油または冷却オイルであるものとして説明するが、本発明における冷却構造の冷却液がこれに限定されるものではなく、冷却水（たとえばＬＬＣ）等の他の冷却液が用いられてもよい。

図１は、回転電機用ステータ１２に組み付けられた本実施形態の回転電機の冷却構造１０を示す斜視図であり、図２は図１中におけるＡ−Ａ線断面図である。ここで、図１において軸Ｘは筒状に形成されるステータおよびステータコアの中心軸であり、この中心軸Ｘに沿う方向を軸方向、この中心軸Ｘに直交する方向を径方向、中心軸Ｘ上にある点を中心にその直交平面上に描かれる円の円周に沿う方向を周方向という。また、図２では円筒状をなすステータ１２の周方向における径方向一方側の軸方向断面、すなわち、中心軸Ｘが水平方向に沿うようにして回転電機が車両に搭載された場合の鉛直方向下側半分の軸方向断面のみを示している。

ステータ１２は、円筒状をなすステータコア１４と、ステータコア１４の内周部に設けられるコイル１６とを備える。ステータコア１４は、たとえば珪素鋼板等の電磁鋼板をリング状に打ち抜き加工されたものを複数枚積層してかしめ、溶接、接着、挟持等の手法で一体に連結して構成されている。ステータ１２内には、図示しないＩＰＭ型ロータが回転可能に設けられ、ステータ１２内に電気的に形成される回転磁界によってロータが回転駆動されるようになっている。

ステータコア１４の内周部には、複数のティース部１８（図８，９参照）が形成されている。ティース部１８は、径方向に所定間隔で配列されるとともに径方向内側へ向かって突設され、ステータコア１４と同じ軸方向長さを有して軸方向に延伸して形成されている。そして、径方向に隣接するティース部１８間には、ティース部１８と同数のスロット２０が形成されている。空間部であるスロット２０内には後述するようにコイル１６の一部が収容されている。

コイル１６は、ティース部１８の周囲にたとえばエナメル銅線等の導電素線を巻回して構成される。コイル１６の巻き方は、集中巻きであってもよいし、又は、分布巻きであってもよい。また、コイル１６を構成する導電素線は、円形断面であってもよいし矩形断面であってもよい。さらに、コイル１６は、冶具等を用いて巻くことによりコイル１６に予め形成されたものをティース部１８に径方向内側から嵌め込んで装着されてもよいし、巻線機を用いてティース部１８の周囲に導電素線を巻きながらコイル１６を形成してもよいし、あるいは、たとえば矩形断面を有する比較的剛直な角線を曲げてＵ字状に形成したセグメントコイルを軸方向一端側からスロット２０内に径方向に複数並べてティース部１８を跨いだ状態で挿入し、スロット２０の軸方向他方側の開口部から突出したセグメントコイルの２本の脚部の一方を、径方向に隣接する別のセグメントコイルの２本の脚部の他方と結線してコイル１６が構成されてもよい。

コイル１６は、ステータコア１４のスロット２０内に位置するスロット部分２２と、ステータコア１４の軸方向の両端面１３ａ，１３ｂから軸方向外側へそれぞれ突出して形成されているコイルエンド部２４ａ，２４ｂとからなっている。コイルエンド部２４ａ，２４ｂは、ステータ１２を軸方向から見たときステータコア１４の端面１３ａ，１３ｂ上において概ね円環状をなしている。

図１に示すように、ステータ１２のコイル１６の一方のコイルエンド部２４には、リード線２ｕ，２ｖ，２ｗが電気的に接続されている。リード線２ｕ，２ｖ，２ｗは、外部からコイル１６に電圧を印加するためものである。ステータ１２がたとえば三相交流型回転電機に用いられるとした場合、複数のコイル１６はＵ相、Ｖ相およびＷ相のコイル群に分かれており、３本のリード線２ｕ，２ｖ，２ｗが各相コイル群の一端部にそれぞれ接続されていて、各相コイルの他端部が中性点において互いに電気接続されている。以下において、リード線２ｕ，２ｖ，２ｗが接続されるコイルエンド部２４ａをリード側コイルエンド部といい、軸方向において反対側に位置する他方のコイルエンド部２４ｂを反リード側コイルエンド部という。

本実施形態の回転電機の冷却構造１０は、リード側コイルエンド部２４ａを覆って内部に第１冷却油室２６ａを液密状に形成するリード側カバー部材２８ａと、反リード側コイルエンド部２４ｂを覆って内部に第２冷却油室２６ｂを形成する反リード側カバー部材２８ｂとを含む。以下において、２つのカバー部材を総称するときは、単にカバー部材２８という。このことは他の要素を示す参照符号についても同様である。

カバー部材２８は、たとえば金属鋳物、または、金属板の絞りや金属管の溶接等の組合わせ等によって好適に形成されることができる。また、カバー部材２８は、各コイルエンド部２４ａ，２４ｂを全周にわたって覆うように略コ字状またはブラケット状の断面を有する円環状部材として形成されている。さらに、カバー部材２８は、たとえばゴムパッキン等のシール部材を介してステータコア１４の端面１３ａ，１３ｂ上に固定される。これにより、ステータコア１４の端面１３ａ，１３ｂ上において第１および第２冷却油室２６，２６ｂから冷却油が漏れ出るのが防止されている。

図１を参照すると、カバー部材２８の軸方向縁部には、３つのタブ（図１中には２つのみ図示）３０が周方向に均等位置で径方向外側へ突設されている。各タブ３０には、ボルト挿通孔３２が貫通して形成されている。一方、ステータコア１４の外周面上には、上記タブ３０と対応する位置にボルト挿通部３４が膨出形成されており、内部にボルト挿通孔（図示せず）が軸方向に貫通して形成されている。これにより、ステータ１２とカバー部材２８とを図１に示す状態に組み立てて、ステータコア１４のボルト挿通部３４とその上下にある２つのタブ３０とをボルトを貫通して挿入しナットで締め付けることにより、カバー部材２８がステータ１２に対して液密状態に固定される。

リード側カバー部材２８の径方向外周面には、リード線２ｕ，２ｖ，２ｗを通すための開口部２９が形成されている。リード線２ｕ，２ｖ，２ｗをリード側コイルエンド部２４ａに電気接続する作業は、ステータ１２にリード側カバー部材２８ａを取り付ける前に行ってもよいし、又は、カバー部材２８ａの取り付け後に開口部２９を介して行ってもよい。

リード側カバー部材２８ａの開口部２９は、リード線２ｕ，２ｖ，２ｗを通しながら液密状態を確保するためのシール部材（図示せず）によって塞がれるか、あるいは、後に詳述するように第１冷却油室２６ａに供給された冷却油を排出する冷却油排出口として用いてもよい。

図１および２を参照すると、リード側カバー部材２８ａの外周部には、径方向外側に膨出するリード側供給路形成部３６ａが軸方向に延伸して形成されている。リード側供給路形成部３６ａは、リード側カバー部材２８ａにおいて第１冷却油室２６ａを形成する部分よりも軸方向に長く形成されており、その端部がステータ１２に対して接して又は隙間を空けてステータコア１４の外周面の軸方向中央位置まで延びている。

リード側供給路形成部３６ａの軸方向端面、すなわちリード側カバー部材２８ａの軸方向端面には、冷却油供給口３８が形成されている。そして、リード側供給路形成部３６ａ内には、第１冷却油室２６ａと冷却油供給口３８とを連通する第１冷却油供給路４０ａが形成されている。リード側供給路形成部３６ａ内には更に、軸方向に延伸して端部において開口するリード側供給路部分４２ａが形成されている。リード側供給路部分４２ａは、第１冷却油供給路４０ａおよび冷却油供給口３８に連通している。このリード側供給路部分４２ａは、後述する第２冷却油供給路４０ｂの一部を構成するものである。

一方、反リード側カバー部材２８ｂの外周部にも、径方向外側に膨出する反リード側供給路形成部３６ｂが軸方向に延伸して形成されている。反リード側供給路形成部３６ｂは、反リード側カバー部材２８ｂにおいて第２冷却油室２６ｂを形成する部分よりも軸方向に長く形成されており、その端部がステータ１２に対して接して又は隙間を空けてステータコア１４の外周面の軸方向中央位置まで延びている。

反リード側カバー部材２８ｂの反リード側供給路形成部３６ｂは、冷却構造１０がステータ１２に組み付けられたときにリード側カバー部材２８ａのリード側供給路形成部３６ａと連なって１つの突条をなすように構成されている。つまり、リード側供給路形成部３６ａの軸方向端部（図１中の下端部、図２中の左側端部）３７ａと、反リード側供給路形成部（図１中の上端部、図２中の右側端部）３７ｂとが、ステータコア１４の外周面外側において互いに連結されている。

反リード側カバー部材２８ｂの反リード側供給路形成部３６ｂには、第２冷却油室２６ｂ内に冷却油を供給するための第２冷却油供給路４０ｂが形成されている。第２冷却油供給路４０ｂは、上記反リード側供給路形成部３６ｂ内に軸方向に沿って延伸形成された反リード側供給路部分４２ｂを含み、反リード側供給路形成部３６ｂの軸方向端部において開口している。これにより、カバー部材２８からなる冷却構造１０がステータ１２に組み付けられたときにリード側供給路形成部３６ａおよび反リード側供給路形成部３６の軸方向の端部同士がたとえばＯリング等の適当なシール部材４４を介して連結され、第２冷却油供給路を構成するリード側供給路部分４２ａおよび反リード側供給路部分４２ｂが接続される。その結果、反リード側カバー部材２８ｂ内の第２冷却油室２６ｂが、第２冷却油供給路４０ｂ（４２ａ，４２ｂを含む）と第１冷却油供給路４０ａの一部とを介して、冷却油供給口３８に連通することになる。

上記のように本実施形態では、供給路形成部３６の端面同士がシール部材４４を介して圧接されて連結されることにより、第２冷却油供給路４０ｂを構成するリード側供給路部分４２ａと反リード側供給路部分４２ｂとの接続部における冷却油の漏れが確実に防止される。

本実施形態の冷却構造１０では、上記のような供給路形成部３６が径方向に離れて２箇所設けられており、これに対応して冷却油供給口３８もリード側カバー部材２８ａの軸方向端面に２つ形成されている。このように２つの冷却油供給口３８から第１および第２冷却油室２６ａ，２６ｂ内に冷却油を供給できるようにすることで、冷却油室２６ａ，２６ｂへの冷却油の供給および充満をより迅速かつ確実に行うことができる。ただし、冷却油供給口３８は２つに限定されるものではなく、１つであってもよいし又は３つ以上設けられてもよい。

一対の冷却油供給口３８ならびにこれに連通する第１および第２冷却油供給路４０ａ，４０ｂは、ステータ中心軸Ｘが水平方向に沿うように回転電機が車両に搭載されているとき、中心軸Ｘに対して鉛直方向下方に位置するように設けられている。これに対し、リード線２ｕ，２ｖ，２ｗが挿通される開口部２９はリード側カバー部材２８ａにおいて上記一対の冷却油供給口３８等と径方向に略対向する位置に形成されるのが好ましい。このようにすることで開口部２９を冷却油排出口として用いるときに、温度が比較的低い冷却油を冷却構造１０の下部から各冷却油室２６ａ，２６ｂに供給し、コイルエンド部２４ａ，２４ｂを冷却することによって比較的温度が高くなった冷却油を冷却油室２６の上部に位置する開口部２９から排出することができ、ステータコイル１６に対する冷却性能をより高いものにできる。

図３は、第１および第２冷却油供給路の内径寸法を異ならせた例を示す図である。図３に示す例では、リード側コイルエンド部２４ａが反リード側コイルエンド部２４ｂよりも大きく形成されている。すなわち、リード側コイルエンド部２４ａの軸方向長さＤおよび径方向幅Ｗは、反リード側コイルエンド部２４ｂのそれらよりも大きな寸法になっている。これに伴って第１冷却油室２６ａは、第２冷却油室２６よりも冷却油容量が大きくなるように形成されている。このようにすることで反リード側コイルエンド部に比べて比較的大きな発熱量を生じるリード側コイルエンド部２４ａについても十分かつ反リード側コイルエンド部２４ｂと同等の冷却性能を確保することができる。

また、第１冷却油供給路４０ａの冷却室近傍部分における内径は、第２冷却油供給路４０ｂの冷却室近傍部分の内径よりも大きく形成されている。これにより、冷却油供給口３８から供給される冷却油が第１冷却油室２６ａに比較的多く供給されるようにしている。このように冷却油供給路の供給路内径を第１冷却油供給路２６ａと第２冷却油供給路２６ｂとで異ならせることにより、第１および第２冷却油室２６ａ，２６ｂにそれぞれ供給される冷却油量を調整してもよい。なお、上記では第２冷却油供給路４０ｂの一部について第１冷却油供給路４０ａよりも細く形成してあるが、第２冷却油供給路の全体について比較的細く形成してもよい。

図４，５は、リード側供給路部分４２ａと反リード側供給路部分４２ｂとの接続部における変形例を示す。図５に示す変形例では、反リード側カバー部材２８ｂの供給路形成部３６ｂの端部３７ｂが細く形成され、一方、リード側カバー部材２８ａの供給路形成部３６ａの端部３７ａ内に凹部３７ｃが形成されている。この凹部３７ｃは、反リード側供給路形成部３６ｂの細くなった端部３７ｂを圧入により嵌合可能な内径および軸方向長さに形成されている。そして、嵌合連結された接続部がたとえばＯリング等の適当なシール部材４４によってシールされている。このようにリード側供給路部分４２ａと反リード側供給路部分４２ｂとの接続部が圧入により嵌合連結されてシール部材によってシールされることで、上記接続部における冷却油の漏れをより確実に防止することができる。

図５に示す変形例では、供給路形成部３６ａ，３６ｂの端部３７ａ，３７ｂに隙間が空くように軸方向長さが図２に示すものよりも短く設定されており、リード側供給路部分４２ａと反リード側供給路部分４２ｂとに両端が圧入された中空の接続管４６によって接続されている。そして、接続管４６の両端部近傍の外周に例えばＯリング等の適当なシール部材４４を配置してシールしている。このように接続管４６で接続するとともにシール部材４４でシールすることにより、上記接続部における冷却油の漏れをより確実に防止することができ、しかも、２つの供給路形成部３６ａ，３６ｂの周方向位置および軸方向長さの誤差を接続管４６を介在させることによって吸収することができるので冷却構造１０の組立性も向上する。

図６は、図２中におけるＢ−Ｂ線断面図である。第１冷却油室２６ａに連通する第１冷却油供給路４０ａは、冷却液室近傍部分であるリード側供給路形成部３６内において、リード側コイルエンド部２４ａの径方向外側の外周面に対して直交しない斜め方向に向けて形成されている。具体的には、第１冷却油供給路４０ａは、軸方向延伸部分から略Ｖ字状に拡がるように分岐して第１冷却油室２６ａにつながる２本の分岐路４１，４１を含む。これにより、第１冷却油供給路４０ａの分岐路４１から第１冷却油室２６ａに送り込まれた冷却油は、リード側コイルエンド部２４ａの径方向外側の外周面に沿って低抵抗で流れることができ、第１冷却油室２６ａに冷却油を円滑に供給することができる。なお、第２冷却油室２６ｂに冷却油を供給する第２冷却油供給路４０ｂについても同様であるため、図示および説明を省略する。

図７は、図１中におけるＣ−Ｃ線断面図である。本実施形態の冷却構造１０は、リード側コイルエンド部２４ａの周囲に形成される第１冷却油室２６ａと反リード側コイルエンド部２４ｂの周囲に形成される第２冷却油室２６ｂとを連通させる連通路４８を有している。連通路４８は、図１に示すように、カバー部材２８の外周部において径方向外側へ膨出するとともに軸方向に延伸して形成された連通路形成部５０内に形成されている。

本実施形態では、カバー部材２８について２つの供給路形成部３６の間に２つの連通路形成部５０が周方向に間隔を置いて設けられており、各連通路形成部５０内に連通路４８がそれぞれ形成されている。このような位置に連通路４８を設けることで、中心軸Ｘが水平方向に沿うように回転電機が設置されたときに連通路４８もまた冷却油供給路４０と同様に鉛直方向下方側に配置されることができる。

連通路４８は、リード側連通路部分４８ａと反リード側連通路部分４８ｂとが接続されて形成されている。リード側連通路部分４８ａを含むリード側連通路形成部５０ａと反リード側連通路部分４８ｂを含む反リード側連通路形成部５０ｂの端部同士の連結は、図２,４，５を参照して説明した供給路形成部３６の場合と同様であるため、ここでの説明を援用により省略する。

このように連通路４８を介して第１および第２冷却油室２６ａ，２６ｂを互いに連通させることで、各冷却油室への冷却油の供給圧および／または供給量が異なる場合でも、連通路４８を介して冷却液が流れることによって各冷却油室間で冷却油の油量や圧力が平準化される。その結果、リード側コイルエンド部２４ａと反リード側コイルエンド部２４ｂとについて同等の冷却性能を確保および維持することができる。

次に、図８，９を参照して、ステータ１２のスロット内周部のシールについて説明する。図８は、ステータ１２のスロット内周開口部のシール状態を示す拡大図である。図９は、スロット内周開口部に挿入されるシール部材を示す図である。なお、図９においてコイルの図示は省略されている。

図８に示すように、ステータコア１４の内周部には、ティース部１８に形成されるスロット２０が軸方向に延伸して開口している。スロット２０内には、たとえばシート状の絶縁部材５２によって囲まれた状態でコイル１６のスロット部分２２が収容されている。

スロット２０の径方向内側の開口部２１は、たとえば樹脂成形品からなるシール部材５４によって液密状態に閉じられている。シール部材５４は、図９に示すように、スロット２０の径方向開口部２１に軸方向から挿入されて接着等の方法によって固定される。また、周方向に分割された複数のシール部材５４がステータコア１４の内周全体に装着されることで、すべてのスロット開口部２１が封止されることになる。ここでシール部材５４は、コイル１６がスロット２０内に配置された後にスロット開口部２１に装着されるが、セグメント型コイルである場合にはコイル装着前にシール部材５４をステータコア１４に取り付けてもよい。

このようにスロット２０の径方向開口部２１がシール部材５４によってシールされていることにより、少なくとも何れかの冷却油室２６ａ，２６ｂからスロット２０内のコイルスロット部分の隙間に冷却油が流れ込んでもステータ１２の内周に漏れ出ることはなく、その結果、漏れ出た冷却油がステータ１２内のロータに接触して回転の妨げとなるのを防止できる。

なお、本実施形態ではシール部材をスロット開口部に軸方向から挿入してシールする構成としたが、スロット開口部２１のシール形態はどのようにしてもよい。たとえば、ティース部１８にコイルを巻装した後にスロット開口部２１にたとえばパテを練り込んで埋めて油漏れを防止してもよいし、あるいは、ステータコア１４の内周に薄い粘着シートを貼着してスロット開口部２１を塞いでもよいし、あるいは、カバー部材２８とステータコア１４との間にシール部材を挟持して設けてスロット２０の軸方向開口部から冷却油がスロット２０内に流れ込まないようにしてもよい。

続いて、上述した構成からなる冷却構造１０を備えた回転電機の動作について説明する。

リード線２ｕ，２ｖ，２ｗを介してステータコイル１６に三相交流電圧が印加されると、コイル１６が巻回されているティース部１８が励磁され、これによりステータ１２内に回転磁界が形成される。そして、この回転磁界によって、ステータ１２内のロータが回転駆動される。

通電によってコイル１６は発熱して温度が上昇する。これを放置すると絶縁性能が低下し、特に、コイルエンド部２４において電位差が大きくなる異相コイル間で放電が生じやすくなる。しかし、本実施形態の冷却構造１０では、コイルエンド部２４の全周を覆って冷却油室２６が形成されており、この冷却油室２６には冷却油供給口３８から供給された冷却油が満たされている。そのため、コイルエンド部２４は径方向の内外面および軸方向端面の全側面において冷却油に接触していることで効率的に冷却される。したがって、本実施形態の冷却構造１０を備えた回転電機では、コイル１６の絶縁性能を維持または向上させることができ、その結果、コイル１６に流す電流密度を高めることによる回転電機の小型化、コイルエンド部で異相コイル間に挟んでいた絶縁紙の廃止による低コスト化等を図ることができる。

コイルエンド部２４の冷却によって温度が上昇した冷却油は、たとえばリード開口部２９から外部に排出され、オイルクーラ等を通過して放熱することによって温度が低下し、そして、オイルポンプによって冷却油供給口３８へと循環供給されることになる。

また、本実施形態の冷却構造１０では、第１および第２冷却液供給路４０ａ，４０ｂを介して第１および第２冷却液室内２６ａ，２６ｂに冷却油を供給するための冷却油供給口３８が軸方向一方側のリード側カバー部材２８ａだけに形成されているので、この冷却構造１０を含む回転電機の冷却油供給口３８に対して冷却液供給配管を液密状態で連結する作業が軸方向の一方側から行うことができ、その結果、回転電機の組付性が向上すると共にこのような回転電機を車両に組付ける際の組付性も向上する。

なお、本発明に係る回転電機の冷却構造は、上述した実施形態に限定されるものではなく、種々の改良および変更が可能である。

たとえば、上記冷却構造１０では、第１および第２冷却油室２６ａ，２６ｂに冷却油を供給するための冷却油供給口をリード側カバー部材２８ａ自体に設けたが、これに限定されるものではなく、リード側カバー部材と同じ側であってカバー部材とは別個に冷却油供給口を設けてこの冷却油供給口と第１および第２冷却油供給路とをパイプ接続してもよい。

また、上記においては冷却油供給口をリード側カバー部材２８ａに形成して第１および第２冷却油室２６ａ，２６ｂに冷却油を供給するようにしたが、これに限定されるものではなく、冷却油はリード側カバー部材に形成された冷却油供給口から第１冷却油室に供給され、反リード側カバー部材２８ｂに形成された冷却油供給口から第２冷却油室に供給されてもよい。

さらに、上記においては１つの冷却油供給口３８に対して第１および第２冷却油供給路４０ａ，４０ｂを連通するように構成したが、これに限定されるものではなく、図１０に示すように２つの冷却油供給口３８のうちの一方を第１冷却油供給路４０ａを介して第１冷却油室２６ａに接続し、図１１に示すように他方の冷却油供給口３８を第２冷却油供給路４０ｂを介して第２冷却油室２６ｂに接続するように構成してもよい。

２ｕ，２ｖ，２ｗリード線、１０回転電機の冷却構造、１２ステータ、１３ａ，１３ｂステータコア端面、１４ステータコア、１６ステータコイルまたはコイル、１８ティース部、２０スロット、２１スロット径方向開口部、２２コイルスロット部分、２４コイルエンド部、２４ａリード側コイルエンド部、２４ｂ反リード側コイルエンド部、２６冷却油室、２６ａ第１冷却油室、２６ｂ第２冷却油室、２８カバー部材、２８ａリード側カバー部材、２８ｂ反リード側カバー部材、２９リード開口部、３０タブ、３２ボルト挿通孔、３４ボルト挿通部、３６供給路形成部、３６ａリード側供給路形成部、３６ｂ反リード側供給路形成部、３７ａ，３７ｂ端部、３７ｃ凹部、３８冷却油供給口、４０冷却油供給路、４０ａ第１冷却油供給路、４０ｂ第２冷却油供給路、４１分岐路、４２ａリード側供給路部分、４２ｂ反リード側供給路部分、４４シール部材、４６接続管、４８連通路、４８ａリード側連通路部分、４８ｂ反リード側連通路部分、５０通路形成部、５０ａリード側連通路形成部、５０ｂ反リード側連通路形成部、５２絶縁部材、５４シール部材、Ｄ軸方向長さ、Ｗ径方向幅、Ｘ中心軸。

Claims

筒状のステータコアとこのステータコアの周方向に複数巻装されるコイルとを含むステータにおいてステータ軸方向のステータコア両端面からそれぞれ外側に突出するコイルエンド部を冷却液で冷却する回転電機の冷却構造であって、
前記コイルに給電するリード線が接続されるリード側コイルエンド部を覆って内部に冷却液を収容する第１冷却液室を形成するリード側カバー部材と、
前記リード側コイルエンド部に対して前記軸方向の反対に位置する反リード側コイルエンド部を覆って内部に冷却液を収容する第２冷却液室を形成する反リード側カバー部材とを備え、
前記第１および第２冷却液室間を冷却液が流通可能に連通する冷却液連通路が設けられている、
回転電機の冷却構造。
請求項１に記載の回転電機の冷却構造において、
前記冷却液連通路は、前記リード側カバー部材に形成されるリード側連通路部分と前記反リード側カバー部材に形成される反リード側連通路部分とからなり、前記リード側連通路部分および反リード側連通路部分は前記ステータコアの外周面外側において液密状に接続される、回転電機の冷却構造。
請求項２に記載の回転電機の冷却構造において、
前記リード側連通路部分を含むリード側連通路形成部と、前記反リード側連通路部分を含む反リード側連通路形成部とは、軸方向の端面同士がシール部材を介して液密状に連結されている、回転電機の冷却構造。
請求項２に記載の回転電機の冷却構造において、
前記リード側連通路部分を含むリード側連通路形成部と、前記反リード側連通路部分を含む反リード側連通路形成部とは、軸方向の端部同士が互いに嵌合して連結されている、回転電機の冷却構造。
請求項２に記載の回転電機の冷却構造において、
前記リード側連通路部分を含むリード側連通路形成部と、前記反リード側連通路部分を含む反リード側連通路形成部とは、各連通路部分内に両端部が挿入された接続管を介して連結されている、回転電機の冷却構造。
請求項１から５のいずれか一項に記載の回転電機の冷却構造において、
前記第１冷却液室に冷却液を供給する第１冷却液供給路と、前記第２冷却液室に冷却液を供給する第２冷却液供給路とを有し、前記第１冷却液供給路と前記第２冷却液供給路とで供給路内径を異ならせてある、回転電機の冷却構造。
請求項６に記載の回転電機の冷却構造において、
前記第１および第２冷却液供給路の冷却液室近傍部分はそれぞれ、コイルエンド部の径方向外側の外周面に対して直交しない斜め方向に向けて形成されている、回転電機の冷却構造。