JP2013225976A - 回転電機の冷却構造 - Google Patents

Abstract

【課題】コイルの冷却効率を向上させる回転電機の冷却構造を提供する。
【解決手段】一方端部側のコイルエンド部１６ａに冷却液を流すコイルエンドカバー２４ａと、他方端部側のコイルエンド部１６ｂに冷却液を流すコイルエンドカバー２４ｂと、を含み、コイルエンドカバー２４ａにより一方端部側のコイルエンド部１６ａに流れる冷却液の流動方向と、コイルエンドカバー２４ｂにより他方端部側のコイルエンド部１６ｂに流れる冷却液の流動方向と、が対向流となる回転電機の冷却構造である。
【選択図】図１

Description

本発明は、回転電機の冷却構造の技術に関する。

ステータコア及びステータコアに巻装されたコイルを有するステータと、ステータコアの内側に配置されたロータと、を有するモータを駆動させると、ステータコアに巻装されたコイルに電流が流れることによりコイルが発熱する。そのため、従来から、ステータコアの軸方向端部から軸方向外側に突出するコイルエンド部を冷却液によって冷却することにより、コイルの発熱を抑えることが知られている。

例えば、特許文献１には、ステータの前端及び後端に夫々の端部から突出したコイルエンド部を囲繞して液密的な環状空間を形成する冷却ジャケットにおいて、ステータの前端及び後端に夫々設けた冷却ジャケットの下方に冷媒の入口を夫々形成すると共に夫々の冷却ジャケットの上方に冷媒の出口を形成し、冷媒を夫々の冷却ジャケットにおいて下方から上方へ流動させている冷却ジャケットが開示されている。

また、例えば、特許文献２には、ステータの端部から突出したコイルエンド部の外周側を覆うガイドとステータの外周側に配置されるハウジングとの間にハウジング内流路が形成され、ガイドには、ハウジング内流路とガイド内を連通する連通部と、ハウジング内側に冷媒を供給する供給路と、ガイド内側から冷媒を排出する排出路と、を有するモータが開示されている。

また、例えば、特許文献３には、ステータホルダの円筒部の外周面とモータハウジングの内壁との間の中間領域内が、ステータホルダの円筒部の周方向に沿って伝熱体が流通する伝熱体通路を構成し、モータハウジングには、ステータホルダの円筒部の周方向に沿って冷却液を流通させる冷媒通路が設けられ、伝熱体の流通方向と冷却液の流通方向とが対向している電動機が開示されている。

特開２００５−３２３４１６号公報 特開２００６−５９８４号公報 特開２０１０−２８３９２９号公報

特許文献１〜３によれば、コイルエンド部に供給される冷却液等によって、発熱したコイル（コイルエンド部）が冷却されるが、コイルエンド部の最高温度の低下、コイルエンド部の温度分布の均一化等のコイルの冷却効率においては改善の余地がある。

そこで、本発明の目的は、コイルの冷却効率を向上させる回転電機の冷却構造を提供することにある。

本発明は、ステータコアに巻回される巻線により構成され、前記ステータコアの軸方向端部の両側から軸方向外側に突出するコイルエンド部に冷却液を流して冷却する回転電機の冷却構造であって、一方端部側のコイルエンド部に冷却液を流す第１冷却部と、他方端部側のコイルエンド部に冷却液を流す第２冷却部と、を含み、前記第１冷却部により前記一方端部側のコイルエンド部に流れる冷却液の流動方向と、前記第２冷却部により前記他方端部側のコイルエンド部に流れる冷却液の流動方向と、が対向流となる。

また、前記回転電機の冷却構造において、前記第１冷却部の冷却液入口と前記第２冷却部の冷却液入口との間に接続され、前記第１冷却部及び前記第２冷却部に冷却液を分配する分配流路を備えることが好ましい。

また、前記回転電機の冷却構造において、前記第１冷却部の冷却液出口と前記第２冷却部の冷却液入口との間に接続され、前記第１冷却部の冷却液出口から排出された冷却液を前記第２冷却部の冷却液入口へ流す連通路を備えることが好ましい。

また、前記回転電機の冷却構造において、前記第１冷却部の冷却液入口と前記連通路との間に接続され、前記第１冷却部と前記連通路に冷却液を分配する分配流路を備えることが好ましい。

また、前記回転電機の冷却構造において、前記分配流路内には、前記第１冷却部及び前記第２冷却部に流れる冷却液の流量を調整する流量調整手段が設けられることが好ましい。

また、前記回転電機の冷却構造において、前記分配流路は、前記他方端部側のコイルエンド部の外周面又は径方向に沿って冷却液を流すガイド流路を備えることが好ましい。

また、前記回転電機の冷却構造において、前記第１冷却部及び第２冷却部は、前記コイルエンド部を覆うと共に冷却液が流れる内部空間を形成するコイルエンドカバーであることが好ましい。

また、前記回転電機の冷却構造において、前記第１冷却部は、前記一方端部側のコイルエンド部を覆うと共に冷却液が流れる内部空間を形成するコイルエンドカバーであり、前記第２冷却部の冷却液入口は、前記他方端部側のコイルエンド部に向かって冷却液を吐出する吐出ノズルであることが好ましい。

また、前記回転電機の冷却構造において、前記第２冷却部は、前記他方端部側のコイルエンド部を覆うと共に冷却液が流れる内部空間を形成するコイルエンドカバーを備えることが好ましい。

本発明によれば、コイルの冷却効率を向上させる回転電機の冷却構造を提供することができる。

本実施形態の回転電機の冷却構造を適用した回転電機の模式断面図である。 （Ａ）は、図１のＡ方向から見た回転電機の模式平面図であり、（Ｂ）は、図１のＢ方向から見た回転電機の模式平面図である。 分配流路内に設けられる流量調整弁の一例を示す模式断面図である。 図１のＢ方向から見た回転電機の模式平面図である。 その他の実施形態の回転電機の冷却構造を適用した回転電機の模式断面図である。 その他の実施形態の回転電機の冷却構造を適用した回転電機の模式断面図である。 その他の実施形態の回転電機の冷却構造を適用した回転電機の模式断面図である。 その他の実施形態の回転電機の冷却構造を適用した回転電機の模式断面図である。 その他の実施形態の回転電機の冷却構造を適用した回転電機の模式断面図である。 その他の実施形態の回転電機の冷却構造を適用した回転電機の模式断面図である。 その他の実施形態の回転電機の冷却構造を適用した回転電機の一部模式断面図である。 参考例としての回転電機の冷却構造を適用した回転電機の模式断面図である。 図１の回転電機の冷却構造によって冷却した時のコイルエンド部の温度分布の測定結果を示す図である。 図１２の回転電機の冷却構造によって冷却した時のコイルエンド部の温度分布の測定結果を示す図である。

以下、本発明の実施形態について、図面に基づいて説明する。下記の説明において、回転電機のロータ回転中心軸Ｘに沿う方向を「軸方向」といい、ロータ回転中心軸Ｘ上にある点を中心として描かれる円形に沿う方向を「周方向」といい、この円形の半径および直径に沿う方向を「径方向」という。また、回転電機は、電力供給を受けてロータが回転駆動される電動機としての機能、及び、ロータ外部から動力が入力されることによって発電する発電機としての機能の少なくとも一方を備えるものとする。

図１は、本実施形態の回転電機の冷却構造を適用した回転電機の模式断面図であり、図２（Ａ）は、図１のＡ方向から見た回転電機の模式平面図であり、図２（Ｂ）は、図１のＢ方向から見た回転電機の模式平面図である。まず、回転電機の構成について説明し、続いて回転電機の冷却構造について説明する。

図１に示す回転電機１は、筒状をなすステータ１０と、ステータ１０の内側に設けられるロータ１２とを備える。なお、回転電機１は、不図示のハウジング内に収容されている。

ステータ１０は、ステータコア１４と、ステータコア１４に巻回される巻線により構成されると共にステータコア１４の軸方向端部の両側から軸方向外側に突出するコイルエンド部１６ａ，１６ｂを含むコイル１８と、を備える。ステータコア１４は、例えば円環状にパンチ打ち抜き加工された多数の電磁鋼板が積層されて、かしめ等により一体に連結されて形成されている。ただし、ステータコア１４は、電磁鋼板を積層して形成されるものに限定されず、周方向に複数分割された圧粉磁心により形成されてもよい。ステータコア１４の軸方向長さは、コイル１８の軸方向長さよりも短く、これにより、コイル１８のコイルエンド部１６ａ，１６ｂは、ステータコア１４の軸方向端部の両側から軸方向外側に突出する。コイル１８を構成する巻線は、例えば、絶縁被覆された銅線等である。

ロータ１２は、円柱体をなすロータコア２０と、ロータコア２０の軸中心を貫通して固定された例えば丸棒鋼材のロータシャフト２２と、を含む。ロータコア２０は、円盤状の打ち抜き加工された多数の電磁鋼板が積層されて、かしめ等によって一体に連結されて形成される。なお、不図示であるが、ロータシャフト２２の両端部は、回転電機１を収容するハウジングの側壁に設けられた軸受け部材によって、ロータ１２の回転中心軸Ｘ周りに回転可能に支持されている。また、ロータシャフト２２の少なくとも一方の端部は、ハウジング外に延出して、回転電機１から動力を外部に出力できるようになっている。

上記のような構成の回転電機１は、回転電機１外部からコイル１８に交流電力が供給されると、ステータ１０の内側に回転磁界が形成される。この回転磁界に引きつけられて、永久磁石を有するロータ１２が回転駆動される。これにより、モータによる回転動力がロータシャフト２２を介して出力される。

次に、本実施形態の回転電機冷却構造について説明する。

本実施形態に係る回転電機冷却構造は、第１冷却部、第２冷却部、分配流路、を備えている。

本実施形態の第１冷却部は、一方端部側のコイルエンド部１６ａに冷却液を流して、一方端部側のコイルエンド部１６ａを冷却するコイルエンドカバー２４ａであり、本実施形態の第２冷却部は、他方端部側のコイルエンド部１６ｂに冷却液を流して、他方端部側のコイルエンド部１６ｂを冷却するコイルエンドカバー２４ｂである。

図１及び図２に示すように、本実施形態のコイルエンドカバー２４ａ，２４ｂは、ステータコア１４と概ね同程度の外径を有する略円環状の形状を有すると共に、断面略コの字型の環状の内部空間を画成するように形成される。そして、コイルエンドカバー２４ａ，２４ｂは、開口側の端面がステータコア１４の軸方向端部に当接するようにステータコア１４に対して固定され、コイルエンドカバー２４ａ，２４ｂの内部空間内にコイルエンド部１６ａ，１６ｂが収容される。

本実施形態では、一方のコイルエンドカバー２４ａの底部、すなわち鉛直方向下方には、冷却液入口２６ａが設けられ、一方のコイルエンドカバー２４ａの上部、すなわち鉛直方向上方には、冷却液出口２８ａが設けられている。また、他方のコイルエンドカバー２４ｂの底部（鉛直方向下方）には、冷却液出口２８ｂが設けられ、他方のコイルエンドカバー２４ｂの上部（鉛直方向上方）には、冷却液入口２６ｂが設けられている。具体的な冷却液の流動については後述するが、一方のコイルエンドカバー２４ａ内では、冷却液が鉛直方向下方から上方に流れ、他方のコイルエンドカバー２４ｂ内では、冷却液が鉛直方向上方から下方に流れる。すなわち、一方のコイルエンドカバー２４ａ内を流れる冷却液の流動方向と他方のコイルエンドカバー２４ｂ内を流れる冷却液の流動方向とが対向流となっている。なお、冷却液の流動方向は、対向流となっていれば本実施形態のように鉛直方向に制限されるものではなく、冷却液入口２６ａ，２６ｂ及び冷却液出口２８ａ，２８ｂを水平方向に配置する等して、冷却液の流動方向を水平方向等にしてもよい。

本実施形態の分配流路は、図１及び２に示すように、分配管３０及びガイド管３２から構成されている。但し、分配流路は、コイルエンドカバー２４ａ，２４ｂに冷却液を分配する構成であれば、必ずしも本実施形態で示す配管構成に制限されるものではない。

図１及び図２に示すように、分配管３０の一端は、一方のコイルエンドカバー２４ａの冷却液入口２６ａに接続され、分配管３０の他端は、ガイド管３２の一端に接続され、ガイド管３２の他端は、他方のコイルエンドカバー２４ｂの冷却液入口２６ｂに接続されている。また、分配管３０には、冷却液導入口３１が設けられており、冷却液導入口３１には、図示しない車両等のオイルパン等から冷却液を吸引して吐出するポンプが配管を介して接続される。本実施形態のように、配管類の接続が容易であること、配管類の部品点数が減ること等から分配流路を設けることが好ましいが、分配流路を設けず、車両等のオイルパン等から冷却液を吸引して吐出するポンプと一方のコイルエンドカバー２４ａの冷却液入口２６ａ、当該ポンプと他方のコイルエンドカバー２４ｂの冷却液入口２６ｂをそれぞれ別々の配管を介して接続してもよい。

分配管３０内には、コイルエンドカバー２４ａ，２４ｂの冷却液入口２６ａ，２６ｂの冷却液の流量を均一化できる等の観点から、図１に示すように、冷却液の流量を調整する流量調整弁３４を設けることが好ましい。流量調整弁３４は、分配流路内であればいずれの位置に設けてもよいが、本実施形態では、一方のコイルエンドカバー２４ａの冷却液入口２６ａ付近に設けている。

図３（Ａ）及び（Ｂ）は、分配流路内に設けられる流量調整弁の一例を示す模式断面図である。図３（Ａ）に示すように、流量調整弁は、分配流路内の流路幅を狭くする固定部材３４ａから構成されてもよいし、図３（Ｂ）に示すように、分配流路内を流れる冷却液の流量によって伸縮するものであって、その伸縮度合によって、一方のコイルエンドカバー２４ａの冷却液入口２６ａの開閉度を調整する伸縮弁３４ｂから構成されてもよく、その形態は特に制限されるものではない。

本実施形態のガイド管３２は、図２（Ｂ）に示すように、ステータコア１４の軸方向から見て半円弧状に形成されると共に、コイルエンド部１６ｂの外周面に沿って配置されている。ガイド管３２をこのような形状及び配置にすることにより、モータケース横方向の厚さの増加を防ぐと共に、ガイド管３２とコイルエンド部１６ｂの冷却液流動方向が対向流となり、コイルエンド部周方向の温度分布をより少なくすることを可能とする。また、本実施形態のガイド管３２は、図４に示すように、ステータコア１４の軸方向から見て円弧状に形成されると共に、コイルエンド部１６ｂの外周面に沿って配置されている。分配流路を構成するガイド管３２は、外部への放熱を均一化して、コイル温度分布をより小さくすることができる観点から、円弧状にして、コイルエンド部１６ｂの外周面に沿って配置する方が、半円弧状にして、コイルエンド部１６ｂの外周面に沿って配置させるより好ましい。

次に、本実施形態に係る回転電機の冷却構造の動作について説明する。

まず、不図示のポンプを稼働させ、車両等のオイルパン等から冷却液を吸引して、不図示の配管を通して、分配管３０の冷却液導入口３１から分配管３０内に冷却液が導入される。冷却液は、分配管３０内の流量調整弁３４により流量が調整され、一部は一方のコイルエンドカバー２４ａの冷却液入口２６ａからコイルエンドカバー２４ａ内へ、残りの冷却液は、ガイド管３２を通り他方のコイルエンドカバー２４ｂの冷却液入口２６ｂからコイルエンドカバー２４ｂ内へ導入される。そして、一方のコイルエンドカバー２４ａの内部空間では、冷却液が鉛直方向下方から上方に向かって流れ、一方端部側のコイルエンド部１６ａが冷却され、他方のコイルエンドカバー２４ｂの内部空間では、冷却液が鉛直方向上方から下方に向かって流れ、他方端部側のコイルエンド部１６ｂが冷却される。

通常、コイルエンドカバー２４ａ，２４ｂの内部空間では、冷却液はコイルエンド部１６ａ，１６ｂとの熱交換により、下流側に流れるにしたがい、冷却液温度は上昇するため、下流側のコイルエンド部１６ａ，１６ｂは十分に冷却されず、下流側のコイルエンド部１６ａ，１６ｂの温度は高くなる。したがって、例えば、両端部のコイルエンド部１６ａ，１６ｂに流れる冷却液の流動方向を、鉛直方向下方から上方に流れる平行流とした場合、コイルエンド部１６ａ，１６ｂの底部（鉛直方向下方）は、温度の低い冷却液と熱交換されるため、効率的に冷却されるが、コイルエンド部１６ａ，１６ｂの上部（鉛直方向上方）は、温度上昇した冷却液と熱交換されるため、十分に冷却され難い。その結果、コイルエンド部１６ａ，１６ｂの最高温度が高く、コイルエンド部１６ａ，１６ｂの温度分布の均一化を図ることが困難となる。しかし、本実施形態では、一方のコイルエンド部１６ａの上部の反対側にある他方のコイルエンド部１６ｂの上部は、温度の低い冷却液によって冷却されているため、一方のコイルエンド部１６ａの上部の熱は、反対側の他方のコイルエンド部１６ｂの上部へ放熱され易くなっている。これにより、一方のコイルエンド部１６ａの上部の温度上昇が抑制される。また、他方のコイルエンド部１６ｂの底部の熱も、上記と同様に、反対側の一方のコイルエンド部１６ａの底部へ放熱され易くなっているため、他方のコイルエンド部１６ｂの底部の温度上昇も抑制される。このように、一方端部側のコイルエンド部１６ａに流れる冷却液の流動方向と、他方端部側のコイルエンド部１６ｂに流れる冷却液の流動方向とを対向流とすることにより、コイルエンド部１６ａ，１６ｂの最高温度の低下、コイルエンド部１６ａ，１６ｂの温度分布の均一化等のコイルの冷却効率を向上させることが可能となる。このように、コイルの冷却効率を向上させることにより、より高い負荷でモータを駆動させることが可能となるため、モータの出力等を向上させることができる。

図５は、その他の実施形態の回転電機の冷却構造を適用した回転電機の模式断面図であり、図５に示す回転電機２及び回転電機の冷却構造において、図１に示す回転電機１及び回転電機の冷却構造と同様の構成については同一の符号を付し、その説明を省略する。

図５に示す回転電機の冷却構造では、第１冷却部としてのコイルエンドカバー２４ａの上部、すなわち鉛直方向上方には、冷却液入口２６ａが設けられ、コイルエンドカバー２４ａの底部、すなわち鉛直方向下方には、冷却液出口２８ａが設けられている。また、第２冷却部としてのコイルエンドカバー２４ｂの底部（鉛直方向下方）には、冷却液入口２６ｂが設けられ、コイルエンドカバー２４ｂの上部（鉛直方向上方）には、冷却液出口２８ｂが設けられている。

そして、一方のコイルエンドカバー２４ａの内部空間では、冷却液が鉛直方向上方から下方に向かって流れ、一方端部側のコイルエンド部１６ａが冷却され、他方のコイルエンドカバー２４ｂの内部空間では、冷却液が鉛直方向下方から上方に向かって流れ、他方端部側のコイルエンド部１６ｂが冷却される。このように、一方端部側のコイルエンド部１６ａに流れる冷却液の流動方向と、他方端部側のコイルエンド部１６ｂに流れる冷却液の流動方向とを対向流とすることにより、コイルエンド部１６ａ，１６ｂの最高温度の低下、コイルエンド部１６ａ，１６ｂの温度分布の均一化等のコイルの冷却効率を向上させることが可能となる。

図６は、その他の実施形態の回転電機の冷却構造を適用した回転電機の模式断面図である。図６に示す回転電機３及び回転電機の冷却構造において、図５に示す回転電機２及び回転電機の冷却構造と同様の構成については同一の符号を付し、その説明を省略する。

図６に示す分配流路を構成するガイド管３２は、ストレート状に形成されると共に、コイルエンド部１６ｂの径方向に沿って配置されている。分配流路を構成するガイド管３２は、流路長を最短として、流路圧力損失が小さくなることによるポンプ選定上の観点等から、ストレート状に形成して、コイルエンド部１６ｂの径方向に沿って配置する方が、円弧状又は半円弧状にして、コイルエンド部１６ｂの外周面に沿って配置するより好ましい。

図７は、その他の実施形態の回転電機の冷却構造を適用した回転電機の模式断面図である。図７に示す回転電機４及び回転電機の冷却構造において、図１に示す回転電機１及び回転電機の冷却構造と同様の構成については同一の符号を付し、その説明を省略する。

本実施形態に係る回転電機冷却構造は、第１冷却部としてのコイルエンドカバー２４ａと、第２冷却部としてのコイルエンドカバー２４ｂと、コイルエンドカバー２４ａから排出された冷却液をコイルエンドカバー２４ｂに供給する連通路３６とを備える。なお、本実施形態では、一方のコイルエンドカバー２４ａの冷却液入口２６ａ及び他方のコイルエンドカバー２４ｂの冷却液出口２８ｂは、コイルエンドカバー２４ａ，２４ｂの底部（鉛直方向下方）に配置され、一方のコイルエンドカバー２４ａの冷却液出口２８ａ及び他方のコイルエンドカバー２４ｂの冷却液入口２６ｂは、コイルエンドカバー２４ａ，２４ｂの上部（鉛直方向上方）に配置されている。

図７に示すように、連通路３６の一端は、一方のコイルエンドカバー２４ａの冷却液出口２８ａに接続され、連通路３６の他端は、他方のコイルエンドカバー２４ｂの冷却液入口２６ｂに接続されている。また、本実施形態では、一方のコイルエンドカバー２４ａの冷却液入口２６ａには、図示しない車両等のオイルパン等から冷却液を吸引して吐出するポンプが配管を介して接続されている。

次に、本実施形態に係る回転電機の冷却構造の動作について説明する。

まず、不図示のポンプを稼働させ、車両等のオイルパン等から冷却液を吸引して、不図示の配管を通して、一方のコイルエンドカバー２４ａの冷却液入口２６ａからコイルエンドカバー２４ａ内へ、冷却液が導入される。本実施形態では、一方のコイルエンドカバー２４ａの内部空間では、冷却液が鉛直方向下方から上方に向かって流れ、一方端部側のコイルエンド部１６ａが冷却される。そして、冷却液は、一方のコイルエンドカバー２４ａの冷却液出口２８ａから連通路３６を通り、他方のコイルエンドカバー２４ｂの冷却液入口２６ｂからコイルエンドカバー２４ｂ内へ導入される。そして、他方のコイルエンドカバー２４ｂの内部空間では、冷却液が鉛直方向上方から下方に向かって流れ、他方端部側のコイルエンド部１６ｂが冷却される。そして、冷却液が他方のコイルエンドカバー２４ｂの冷却液出口２８ｂから排出される。

このように、一方端部側のコイルエンド部１６ａに流れる冷却液の流動方向と、他方端部側のコイルエンド部１６ｂに流れる冷却液の流動方向とを対向流とすることにより、コイルエンド部１６ａ，１６ｂの最高温度の低下、コイルエンド部１６ａ，１６ｂの温度分布の均一化等のコイルの冷却効率を向上させることが可能となる。本実施形態では、冷却液が両方のコイルエンドカバー２４ａ，２４ｂに分配されることなく、そのまま一方のコイルエンドカバー２４ａに供給されるため、一方のコイルエンド部１６は十分に冷却される。他方のコイルエンドカバー２４ｂには、コイルエンド部１６ａと熱交換した冷却液が供給されることになるが、一方のコイルエンド部１６ａは冷却液により十分に冷却されているため、他方のコイルエンド部１６ｂの熱は、反対側の一方のコイルエンド部１６ａへ放熱され易くなっている。特に、他方のコイルエンド部１６ｂの底部は冷却液による冷却効果は低いが、一方のコイルエンド部１６ａの底部は冷却液により十分に冷却されているため、他方のコイルエンド部１６ｂの底部の熱は一方のコイルエンド部１６ａの底部へ放熱される。その結果、コイルエンド部１６ａ，１６ｂの最高温度の低下、コイルエンド部１６ａ，１６ｂの温度分布の均一化等のコイルの冷却効率を向上させることが可能となる。

図８は、その他の実施形態の回転電機の冷却構造を適用した回転電機の模式断面図である。図８に示す回転電機５及び回転電機の冷却構造において、図７に示す回転電機４及び回転電機の冷却構造と同様の構成については同一の符号を付し、その説明を省略する。

図８に示す回転電機の冷却構造は、第１冷却部としてのコイルエンドカバー２４ａ、第２冷却部としての冷却液吐出ノズル３８、連通路３６、を備える。本実施形態では、コイルエンドカバー２４ａの冷却液入口２６ａは、コイルエンドカバー２４ａの底部（鉛直方向下方）に配置され、コイルエンドカバー２４ａの冷却液出口２８ａは、コイルエンドカバー２４ａの上部（鉛直方向上方）に配置されている。冷却液吐出ノズル３８は、他方端部側のコイルエンド部１６ｂに滴下されるように、他方端部側のコイルエンド部１６ｂの鉛直方向上方に配置される。

図８に示すように、連通路３６の一端は、コイルエンドカバー２４ａの冷却液出口２８ａに接続され、連通路３６の他端は、他方端部側のコイルエンド部１６ｂに冷却液を吐出する冷却液吐出ノズル３８に接続されている。

本実施形態では、コイルエンドカバー２４ａの内部空間を鉛直方向上方に流れた冷却液が、連通路３６を通り、冷却液吐出ノズル３８から他方端部側のコイルエンド部１６ｂに向かって滴下される。冷却液吐出ノズル３８から滴下された冷却液は、他方端部側のコイルエンド部１６ｂの外周面上を下方へと流れる（鉛直方向上方から下方へ流れる）。

このように、一方端部側のコイルエンド部１６ａに流れる冷却液の流動方向と、他方端部側のコイルエンド部１６ｂに流れる冷却液の流動方向とを対向流とすることにより、コイルエンド部１６ａ，１６ｂの最高温度の低下、コイルエンド部１６ａ，１６ｂの温度分布の均一化等のコイルの冷却効率を向上させることが可能となる。特に、他方端部側のコイルエンド部１６ｂの冷却を、冷却液吐出ノズル３８により行う方が、両側にコイルエンドカバーを配置する場合と比べて、配管接続の容易化、部品点数の減少、ロータ１２の組み付けの容易化等の点で好ましい。

図９は、その他の実施形態の回転電機の冷却構造を適用した回転電機の模式断面図である。図９に示す回転電機６及び回転電機の冷却構造において、図７に示す回転電機４及び回転電機の冷却構造と同様の構成については同一の符号を付し、その説明を省略する。

図９に示す回転電機の冷却構造は、第１冷却部としてのコイルエンドカバー２４ａ、第２冷却部としての冷却液吐出ノズル３８、分配管３０及びガイド管３２を備える分配流路、連通路３６、を備える。本実施形態では、コイルエンドカバー２４ａの冷却液入口２６ａは、コイルエンドカバー２４ａの底部（鉛直方向下方）に配置され、コイルエンドカバー２４ａの冷却液出口２８ａは、コイルエンドカバー２４ａの上部（鉛直方向上方）に配置されている。冷却液吐出ノズル３８は、他方端部側のコイルエンド部１６ｂに滴下されるように、他方端部側のコイルエンド部１６ｂの鉛直方向上方に配置される。また、図９に示すように、分配管３０の一端は、コイルエンドカバー２４ａの冷却液入口２６ａに接続され、分配管３０の他端は、ガイド管３２の一端に接続され、ガイド管３２の他端は、連通路３６に接続されている。また、連通路３６の一端は、コイルエンドカバー２４ａの冷却液出口２８ａに接続され、連通路３６の他端は、他方端部側のコイルエンド部１６ｂに冷却液を吐出する冷却液吐出ノズル３８に接続されている。また、分配管３０には、冷却液導入口３１が設けられており、冷却液導入口３１には、図示しない車両等のオイルパン等から冷却液を吸引して吐出するポンプが配管を介して接続される。

本実施形態のガイド管３２は、ストレート状に形成されると共に、コイルエンド部１６ａの径方向に沿って配置されている。なお、必ずしもこの形態に制限されるものではなく、分配流路を構成するガイド管３２は、例えば、ステータコア１４の軸方向から見て半円弧状又は円弧状に形成されると共に、コイルエンド部１６ａの外周面に沿って配置されるものであってもよい。

次に、本実施形態に係る回転電機の冷却構造の動作について説明する。

まず、不図示のポンプを稼働させ、車両等のオイルパン等から冷却液を吸引して、不図示の配管を通して、分配管３０の冷却液導入口３１から分配管３０内に冷却液が導入される。冷却液は、分配管３０内の流量調整弁３４により流量が調整され、一部は一方のコイルエンドカバー２４ａの冷却液入口２６ａからコイルエンドカバー２４ａ内へ、残りの冷却液は、ガイド管３２から連通路３６へ流れる。そして、コイルエンドカバー２４ａの内部空間では、冷却液が鉛直方向下方から上方に向かって流れ、一方端部側のコイルエンド部１６ａが冷却され、コイルエンドカバー２４ａの冷却液出口２８ａから排出される。この冷却液は、ガイド管３２から連通路３６を流れる冷却液と共に、冷却液吐出ノズル３８から他方端部側のコイルエンド部１６ｂに向かって滴下される。そして、冷却液吐出ノズル３８から滴下された冷却液は、他方端部側のコイルエンド部１６ｂの外周面上を下方へと流れ（鉛直方向上方から下方へ流れ）、他方端部側のコイルエンド部１６ｂが冷却される。

このように、一方端部側のコイルエンド部１６ａに流れる冷却液の流動方向と、他方端部側のコイルエンド部１６ｂに流れる冷却液の流動方向とを対向流とすることにより、コイルエンド部１６ａ，１６ｂの最高温度の低下、コイルエンド部１６ａ，１６ｂの温度分布の均一化等のコイルの冷却効率を向上させることが可能となる。特に、分配管３０において冷却液を分配し、連通路３６で冷却液を混合させることにより、冷却液温度を低下させると共に、流量を増加させることができるため、コイルエンド部１６ｂ上部では、低温の冷却液と流量増加効果によって放熱量が増加され、コイルエンド部周方向の温度分布の均一化をより向上させることができる。

図１０は、その他の実施形態の回転電機の冷却構造を適用した回転電機の模式断面図である。図１０に示す回転電機７及び回転電機の冷却構造において、図９に示す回転電機６及び回転電機の冷却構造と同様の構成については同一の符号を付し、その説明を省略する。

図１０に示す回転電機の冷却構造は、第１冷却部としてのコイルエンドカバー２４ａ、第２冷却部としての冷却液吐出ノズル３８及びコイルエンドカバー２４ｂ、連通路３６、を備える。本実施形態では、一方のコイルエンドカバー２４ａの冷却液入口２６ａ及び他方のコイルエンドカバー２４ｂの冷却液出口２８ｂは、コイルエンドカバー２４ａ，２４ｂの底部（鉛直方向下方）に配置され、一方のコイルエンドカバー２４ａの冷却液出口２８ａは、コイルエンドカバー２４ａの上部（鉛直方向上方）に配置されている。冷却液吐出ノズル３８は、他方端部側のコイルエンド部１６ｂに滴下されるように、他方端部側のコイルエンド部１６ｂの鉛直方向上方に配置される。また、図１０に示すように、連通路３６の一端は、一方のコイルエンドカバー２４ａの冷却液出口２８ａに接続され、連通路３６の他端は、他方端部側のコイルエンド部１６ｂに冷却液を吐出する冷却液吐出ノズル３８に接続されている。また、冷却液吐出ノズル３８は、他方のコイルエンドカバー２４ｂの内部空間に延設されている。

本実施形態のように、冷却液を分配することなく冷却液吐出ノズル３８へ冷却液を流す回転電機の冷却構造では、冷却液を分配する場合と比べて、冷却液吐出ノズル３８から滴下される冷却液の流量は大きくなる。そうすると、冷却液吐出ノズル３８から滴下される冷却液の飛散度合が強くなり、他方端部側のコイルエンド部１６ｂを流れる冷却液の量が減少し、コイルエンド部１６ｂの冷却効率が低減する場合がある。しかし、図１０に示す回転電機の冷却構造のように、冷却液吐出ノズル３８側にもコイルエンドカバー２４ｂを設けることにより、冷却液吐出ノズル３８から滴下される冷却液の飛散が防止され、コイルエンド部１６ｂの冷却効率を向上させることが可能となる。

図１１は、その他の実施形態の回転電機の冷却構造を適用した回転電機の一部模式断面図である。図１１に示す回転電機８及び回転電機の冷却構造において、図１に示す回転電機１及び回転電機の冷却構造と同様の構成については同一の符号を付し、その説明を省略する。

図１１に示す回転電機の冷却構造では、一方のコイルエンドカバー２４ａをステータコア１４に固定した際に、一方端部側のコイルエンド部１６ａの内周と一方のコイルエンドカバー２４ａとの間の内部空間を、一方端部側のコイルエンド部１６ａの外周と一方のコイルエンドカバー２４ａとの間の内部空間より広くなるように、一方のコイルエンドカバー２４ａが設計及び配置されている。また、他方のコイルエンドカバー２４ｂをステータコア１４に固定した際に、他方端部側のコイルエンド部１６ｂの外周と他方のコイルエンドカバー２４ｂとの間の内部空間を、他方端部側のコイルエンド部１６ｂの内周と他方のコイルエンドカバー２４ｂとの間の内部空間より広くなるように、他方のコイルエンドカバー２４ｂが設計及び配置されている。

本実施形態では、一方端部側のコイルエンド部１６ａの内周と一方のコイルエンドカバー２４ａとの間の広い内部空間に多くの冷却液が流れるため、一方端部側のコイルエンド部１６ａの内周部分を特に冷却することができる。また、他方端部側のコイルエンド部１６ｂの外周と他方のコイルエンドカバー２４ｂとの間の広い内部空間に多くの冷却液が流れるため、他方端部側のコイルエンド部１６ｂの外周部分を特に冷却することができる。このように、特に冷却したいコイルエンド部１６ａ，１６ｂの箇所において、コイルエンドカバー２４ａ，２４ｂの内部空間が広くなるように、コイルエンドカバー２４ａ，２４ｂを設計及び配置することが好ましい。なお、図１１に示すように、一方のコイルエンドカバー２４ａの内周側の一端をステータコア１４から突出させることにより、その突出部が、ロータ１２の組み付け時のストッパーとなり、ロータ１２の組み付け容易化の点で好適である。

図１２は、参考例としての回転電機の冷却構造を適用した回転電機の模式断面図である。図１２の参考例としての回転電機の冷却構造は、第１冷却部としてのコイルエンドカバー２４ａ、第２冷却部としてのコイルエンドカバー２４ｂ、を備えている。但し、両方のコイルエンドカバー２４ａ，２４ｂの底部、すなわち鉛直方向下方には、冷却液入口２６ａ，２６ｂが設けられ、コイルエンドカバー２４ａ，２４ｂの上部、すなわち鉛直方向上方には、冷却液出口２８ａ，２８ｂが設けられている。すなわち、両方のコイルエンドカバー２４ａ，２４ｂ内では、冷却液が鉛直方向下方から上方に流れる平行流となっている。

図１３は、図１の回転電機の冷却構造によって冷却した時のコイルエンド部の温度分布の測定結果を示す図であり、図１４は、図１２の回転電機の冷却構造によって冷却した時のコイルエンド部の温度分布の測定結果を示す図である。図１３及び図１４のコイルエンド部の温度は、一方端部側のコイルエンド部１６ａの内周、中央、外周において、コイルエンド部１６ａの底部から上部にわたって（鉛直方向下方から上方にわたって）測定した。

図１３及び図１４から分かるように、図１の回転電機の冷却構造のように、一方端部側のコイルエンド部１６ａに流れる冷却液の流動方向と、他方端部側のコイルエンド部１６ｂに流れる冷却液の流動方向とを対向流とすることにより、図１２の回転電機の冷却構造のように、平行流としたものと比べて、一方端部側のコイルエンド部１６ａの底部から上部にわたる温度分布は均一化された。また、図１の回転電機の冷却構造は、図１２の参考例の回転電機の冷却構造より、冷却液の上流にあたるコイルエンド部１６ａの底部と冷却液の下流にあたるコイルエンド部１６ａの上部での温度差は小さかった。このような温度分布の結果は、コイルエンド部１６の内周、中央、外周いずれの場合も同じ傾向になった。なお、図１の回転電機の冷却構造の方が、図１２の回転電機の冷却構造より、コイルエンド部１６の最高温度も低下していた。

１〜８ 回転電機、１０ ステータ、１２ ロータ、１４ ステータコア、１６ａ，１６ｂ コイルエンド部、１８ コイル、２０ ロータコア、２２ ロータシャフト、２４ａ，２４ｂ コイルエンドカバー、２６ａ，２６ｂ 冷却液入口、２８ａ，２８ｂ 冷却液出口、３０ 分配管、３１ 冷却液導入口、３２ ガイド管、３４ 流量調整弁、３４ａ 固定部材、３４ｂ 伸縮弁、３６ 連通路、３８ 冷却液吐出ノズル。

Claims (9)

1. ステータコアに巻回される巻線により構成され、前記ステータコアの軸方向端部の両側から軸方向外側に突出するコイルエンド部に冷却液を流して冷却する回転電機の冷却構造であって、
   一方端部側のコイルエンド部に冷却液を流す第１冷却部と、他方端部側のコイルエンド部に冷却液を流す第２冷却部と、を含み、
   前記第１冷却部により前記一方端部側のコイルエンド部に流れる冷却液の流動方向と、前記第２冷却部により前記他方端部側のコイルエンド部に流れる冷却液の流動方向と、が対向流となること特徴とする回転電機の冷却構造。
2. 前記第１冷却部の冷却液入口と前記第２冷却部の冷却液入口との間に接続され、前記第１冷却部及び前記第２冷却部に冷却液を分配する分配流路を備えることを特徴とする請求項１記載の回転電機の冷却構造。
3. 前記第１冷却部の冷却液出口と前記第２冷却部の冷却液入口との間に接続され、前記第１冷却部の冷却液出口から排出された冷却液を前記第２冷却部の冷却液入口へ流す連通路を備えることを特徴とする請求項１記載の回転電機の冷却構造。
4. 前記第１冷却部の冷却液入口と前記連通路との間に接続され、前記第１冷却部と前記連通路に冷却液を分配する分配流路を備えることを特徴とする請求項３記載の回転電機の冷却構造。
5. 前記分配流路内には、前記第１冷却部及び前記第２冷却部に流れる冷却液の流量を調整する流量調整手段が設けられることを特徴とする請求項２又は４記載の回転電機の冷却構造。
6. 前記分配流路は、前記他方端部側のコイルエンド部の外周面又は径方向に沿って冷却液を流すガイド流路を備えることを特徴とする２，４，又は５記載の回転電機の冷却構造。
7. 前記第１冷却部及び第２冷却部は、前記コイルエンド部を覆うと共に冷却液が流れる内部空間を形成するコイルエンドカバーであることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の回転電機の冷却構造。
8. 前記第１冷却部は、前記一方端部側のコイルエンド部を覆うと共に冷却液が流れる内部空間を形成するコイルエンドカバーであり、
   前記第２冷却部の冷却液入口は、前記他方端部側のコイルエンド部に向かって冷却液を吐出する吐出ノズルであることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の回転電機の冷却構造。
9. 前記第２冷却部は、前記他方端部側のコイルエンド部を覆うと共に冷却液が流れる内部空間を形成するコイルエンドカバーを備えることを特徴とする請求項８記載の回転電機の冷却構造。

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