JP2018117479A

JP2018117479A - 回転電機

Info

Publication number: JP2018117479A
Application number: JP2017008028A
Authority: JP
Inventors: 聖今川; Takashi Imagawa
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2017-01-20
Filing date: 2017-01-20
Publication date: 2018-07-26
Anticipated expiration: 2037-01-20
Also published as: JP6760099B2

Abstract

【課題】簡便な構成でステータを適切に冷却できる回転電機を提供する。【解決手段】リード側のコイルエンド２１ａと反リード側のコイルエンド２１ｂとを含むステータ１６と、ケーシング１８とを有する回転電機１０であって、リード側のコイルエンド２１ａに対して軸方向に対向する位置から冷媒を吐出する第１吐出孔４８を有する第１冷媒吐出機構４０と、反リード側のコイルエンド２１ｂに対して軸方向に対向する位置から冷媒を吐出する第２吐出孔５８を有する第２冷媒吐出機構５０と、第１冷媒吐出機構４０と第２冷媒吐出機構５０とを連通するパイプ７０を備え、パイプ７０がケーシング１８の内部に配置されている。【選択図】図１

Description

本発明は、ステータコアの軸方向の端面から軸方向外側に突出するコイルエンドに向かって冷媒を吐出してステータの冷却を行う回転電機の構造に関する。本発明の回転電機は、例えば、車両駆動用の電動機として車両に搭載される。

回転電機は、周知の通り、駆動に伴い、銅損や鉄損、機械損といった損失が生じ、これら損失に応じた熱が発生する。この発熱により回転電機が過度に高温になると、部品の劣化や、永久磁石の減磁等を招く。そこで、従来から、ステータコイルのうち、ステータコアよりも軸方向外側に突出するコイルエンドに冷媒となる液体、例えば冷却油を噴射し、ステータコイル、ひいては、回転電機を冷却する技術が提案されている。

例えば、特許文献１には、電動モータ（回転電機）の側面部（コイルエンド）を覆うサイドカバーを設け、当該サイドカバーに潤滑油が流れる油路と、当該潤滑油をステータの上側半円部分に向かって噴きかける複数の吐出孔と、を形成した冷却構造が開示されている。かかる技術によれば、ステータの上側半円部分に潤滑油がかかった後、重力の影響で、ステータの下側半円部分にも、潤滑油が流れていくため、ステータ全体を効果的に冷却できる。

特許第５７４０３１１号公報

ところで、回転電機の中には、ステータコイルの温度を検出するために、温度センサを取り付けたものがある。そして、この場合、温度センサで検知された温度に応じて、種々の制御パラメータを変更する。例えば、回転電機を熱から保護するために、ステータコイルの検出温度が過度に高い場合には、ステータコイルに流れる電流を制限し、銅損を低減することがある。また、ステータコイルの検出温度に応じて、冷媒液体の吐出流量を調整することもある。このように、ステータコイルの温度に応じて、通電量や冷媒の吐出流量を制御することで、回転電機をより確実に熱から保護できる。

しかし、温度センサは、通常、コイルエンドに設けられることが多い。そのため、特許文献１等のように、コイルエンドに冷媒を吐出すると、温度センサに冷媒がかかることがある。温度センサに、冷媒がかかると、ステータコイルの実際の温度と、温度センサによる検出温度との乖離が大きくなり、結果として、通電量や冷媒の吐出流量を適切に制御できなかった。

このため、温度センサに冷媒がかからないように温度センサを避けて冷媒を吐出することが考えられる。しかし、この場合、温度センサ近傍のステータコイルの冷却が不十分になり、温度センサ近傍のステータコイルの温度が上昇してしまう場合がある。そこで、温度センサの取り付けられていない側のコイルエンドに冷媒を吐出して、ステータコイルを均一に冷却することが考えられる。

ところが、両側のコイルエンドに向かって冷媒を吐出しようとすると、回転電機の軸方向の両側から冷媒を導入することが必要となり、構造が複雑になってしまい、組立や加工が複雑になってしまうという問題がある。

そこで、本発明は、簡便な構成でステータを適切に冷却できる回転電機を提供することを目的とする。

本発明の回転電機は、ステータと、前記ステータを覆うケーシングとを有する回転電機であって、前記ステータは、ステータコアと、前記ステータコアの軸方向の一端側の端面から軸方向外側に突出する一端側コイルエンドと、前記ステータコアの前記一端側と軸方向の反対側の他端側の端面から軸方向外側に突出する他端側コイルエンドと、を含み、前記一端側コイルエンドに対して軸方向に対向する位置から前記一端側コイルエンドに向かって冷媒を吐出する複数の第１吐出孔を有する第１冷媒吐出機構と、前記他端側コイルエンドに対して軸方向に対向する位置から前記他端側コイルエンドに向かって冷媒を吐出する複数の第２吐出孔を有する第２冷媒吐出機構と、前記第１冷媒吐出機構と前記第２冷媒吐出機構とを連通する第１冷媒供給流路と、前記ケーシングの外部と前記第１冷媒供給流路とを連通する第２冷媒供給流路と、を備え、前記第１冷媒供給流路が前記ケーシングの内部に配置されていることを特徴とする。

第１冷媒吐出機構と第２冷媒吐出機構とを連通する第１冷媒供給流路をケーシングの内部に配置するという簡便な構成で一端側コイルエンドと他端側コイルエンドとを冷却することができる。これにより、ステータを適切に冷却できる。

本発明の回転電機は回転軸が重力方向と交差する姿勢で載置され、前記一端側コイルエンドに取り付けられた温度センサを含み、前記第１冷媒吐出機構の前記第１吐出孔が、水平方向視で前記ステータを左右に均等に分割する左右分割線からみて前記温度センサの配置領域と同じ領域、かつ、前記温度センサの下端よりも重力方向上側となる領域以外の領域に配置され、前記第２冷媒吐出機構の前記第２吐出孔が、前記左右分割線を挟んで左右両側の領域に配置されてもよい。

第１冷媒吐出機構の第１吐出孔を特定の領域に配置することで温度センサに冷媒がかかることが防止される。また、第２冷媒吐出機構の第２吐出孔を左右両側に配置することにより、ステータコイルを均等に冷却することができる。これによって、ステータコイルの温度の検出精度を維持しつつ、ステータを適切に冷却できる。

本発明は、簡便な構成でステータを適切に冷却できる回転電機を提供することができる。

実施形態における回転電機の概略断面図である。図１のＡ−Ａ断面図である。図１のＢ−Ｂ断面図である。図１のＣ部の拡大図である。図１のＤ部の拡大図である。第１冷媒吐出機構の第１吐出孔とステータとの位置関係を示す図である。第２冷媒吐出機構の第２吐出孔とステータとの位置関係を示す図である。従来の吐出機構の一例を示す図である。従来技術におけるリード側の吐出孔とステータとの位置関係を示す図である。従来技術における反リード側の吐出孔とステータとの位置関係を示す図である。リード側における本実施形態での検出温度と従来技術での検出温度を示す図である。反リード側における本実施形態での検出温度と従来技術での検出温度を示す図である。他の実施形態における回転電機のリード側の拡大断面図である。図１３のＧ−Ｇ視のリード側冷媒吐出機構の立面図である。他の実施形態における回転電機の概略断面図である。図１５のＡ２−Ａ２断面図である。図１５のＢ２−Ｂ２断面図である。図１５のＣ２部の拡大図である。図１５のＤ２部の拡大図である。他の実施形態における回転電機の上半分の概略断面図である。

以下、実施形態である回転電機１０について図面を参照して説明する。図１は、実施形態である回転電機１０の概略断面図である。また、図２は、図１のＡ−Ａ断面図、図３は、図１のＢ−Ｂ断面図である。また、図４は、図１のＣ部拡大図、図５は図１のＤ部拡大図である。なお、図１から図５において、Ｚ軸方向は垂直方向、Ｘ軸方向およびＹ軸方向が水平方向であり、重力は、Ｚ方向下向きに作用している。また、Ｙ軸方向が回転軸１２の延びる方向である。

この回転電機１０は、電動車両、例えば、ハイブリッド自動車や電気自動車に搭載される。電動車両において、当該回転電機１０は、車両を走行させるための動力を発生する走行用モータとして用いられてもよいし、回生制動力やエンジンの余剰動力により発電するジェネレータとして用いられてもよい。電動車両において、回転電機１０は、その回転軸１２は、重力方向であるＺ方向と直交するＹ軸方向となるように載置されている。ただし、回転電機１０は、回転軸１２がＺ方向と交差するのであれば、水平方向であるＸＹ面に対して傾斜して載置されていてもよい。

回転電機１０は、回転軸１２と、当該回転軸１２に固着されたロータ１４と、ロータ１４の外周に配されたステータ１６と、これらを収容するケーシング１８と、を備えている。回転軸１２は、軸受２８を介してケーシング１８に軸支されており、自転可能となっている。ロータ１４は、積層鋼板等からなるロータコアと、当該ロータコア内に埋め込まれる複数の永久磁石と、を備えた略環状部材である。ロータ１４は、回転軸１２に固着されており、回転軸１２は、当該ロータ１４と一体となって回転する。

ステータ１６は、ステータコア２０とステータコイル２２とを備えている。ステータコア２０は、積層鋼板等からなる略環状部材で、環状のヨークと、当該ヨークの内周から径方向内側に突出する複数のティースと、を備えている。各ティースには、ステータコイル２２を構成する巻線が巻回されている。この巻線の巻回方法は、巻線を一つのティースに巻回する集中巻でもよいし、巻線を複数のティースに跨って巻回する分布巻でもよい。いずれにしても、ステータ１６の軸方向両端には、ステータコイル２２のうち、ステータコア２０の軸方向端面から軸方向外側に突出した部分であるコイルエンド２１ａ，２１ｂが存在している。

ステータコイル２２は、三相のコイル、すなわち、Ｕ相コイル、Ｖ相コイル、Ｗ相コイルを結線して構成される。コイルの結線態様は、特に限定されないが、本実施形態では、三相のコイルそれぞれの末端を、中性点で一括して接続したスター結線としている。回転電機１０を、電動機として使用する場合は、このステータコイル２２に三相交流電流を印加する。これにより、回転磁界が形成され、ロータ１４が回転する。また、回転電機１０を発電機として使用する場合には、車両の回生制動力やエンジンの余剰動力により、回転軸１２およびロータ１４が回転する。これにより、ステータコイル２２に電流が誘導される。

三相のコイルそれぞれの始端は、端子台３０（図１では図示せず、図２参照）に設けられた入出力端子３２に接続される。端子台３０は、ステータ１６の軸方向一端に取り付けられる部材で、入出力端子３２を有している。入出力端子３２は、三相のコイルそれぞれと、外部に設けられたインバータとを電気的に中継する。なお、以下では、回転電機１０の軸方向両側のうち、この端子台３０および後述する温度センサ３４が設けられる側（図１におけるＹ方向マイナス側）を、「リード側」と呼び、反対側（図１におけるＹ方向プラス側）を「反リード側」と呼ぶ。本実施形態における「リード側」が請求項における「一端側」に、「反リード側」が請求項における「他端側」に対応する。

リード側のコイルエンド２１ａには、ステータコイル２２の温度を検出するための温度センサ３４が、設けられている。温度センサ３４は、温度に応じた電気信号を出力できるのであれば、特に限定されず、例えば、サーミスタ等からかなる。回転電機１０の駆動を制御する制御部（図示せず）は、回転電機１０を熱から保護するために、温度センサ３４の検出温度が高い場合には、ステータコイル２２に流れる電流を制限する。また、制御部は、温度センサ３４の検出温度に応じて、ステータコイル２２に吐出する冷却油（冷媒）の吐出流量を調整する。

ここで、図２に示す通り、水平方向視で、ステータ１６を左右均等に分割する線を左右分割線Ｌｖ、ステータ１６を上下均等に分割する線を上下分割線Ｌｈとすると、端子台３０および温度センサ３４は、左右分割線Ｌｖに対して２０〜６０度程度、傾いた位置に設けられている。換言すれば、端子台３０および温度センサ３４は、ステータ１６の上下中心よりも上側、かつ、左右中心からずれた位置に設けられている。

ケーシング１８は、ケース本体２４と、カバー２６と、ケース本体２４およびカバー２６の内面に取り付けられる二つの第１、第２吐出プレート４６，５６に大別される。ケース本体２４は、軸方向一端（本実施形態ではリード側端部）が完全開口された略円筒形部材である。また、カバー２６は、ケース本体２４の開口を覆う部材で、ボルト等の固定手段により、ケース本体２４に固定される。このケーシング１８の基本的な構成は、公知の従来技術を利用できるため、ここでの詳説は、省略する。以下では、主に、ケーシング１８に設けられた第１冷媒吐出機構４０および第２冷媒吐出機構５０について説明する。

カバー２６のうち、リード側のコイルエンド２１ａとの対向面には、冷却油を吐出する第１冷媒吐出機構４０が設けられている。また、ケース本体２４のうち、反リード側のコイルエンド２１ｂとの対向面には、冷却油を吐出する第２冷媒吐出機構５０が設けられている。

第１冷媒吐出機構４０は、図２、図４に示すように、カバー２６の内面に形成された第１冷却溝４４と、第１冷却溝４４に連通する第１チャネル４５と、第１冷却溝４４を覆う第１吐出プレート４６とで構成される。第１冷却溝４４は、カバー２６のうち、コイルエンド２１ａと軸方向に対向する位置において、周方向に延びる溝である。第１チャネル４５は、第１冷却溝４４から斜め上方向（Ｚ方向プラス側）に向かって延びる孔であり、カバー２６のＹ方向プラス側の内面には、図２、図４に示すように、パイプ７０がはまり込む孔４９が設けられている。パイプ７０は、請求項に記載の「第１冷媒供給流路」に対応する。

また、第１吐出プレート４６は、第１冷却溝４４よりも十分に幅広の円弧状のプレートである。この第１吐出プレート４６は、ボルト４７によりカバー２６の内面に固着される。このとき、第１吐出プレート４６は、カバー２６のＹ方向プラス側の内面に液密に密着するとともに、第１冷却溝４４を完全に覆う。そして、これにより、カバー２６と第１吐出プレート４６との間に、冷却油が流れる第１冷媒路４２が形成される。図２、図４に示すように、第１冷媒路４２は、第１チャネル４５と連通している。

第１吐出プレート４６には、周方向に間隔をあけて並ぶ複数の第１吐出孔４８が形成されている。各第１吐出孔４８は、第１吐出プレート４６を厚み方向に貫通しており、第１冷媒路４２に流れる冷却油は、この第１吐出孔４８を介して外部に噴出する。したがって、冷却油は、第１冷媒路４２から第１吐出孔４８を介して軸方向に噴出し、リード側のコイルエンド２１ａの軸方向端面に当たることになる。第１吐出プレート４６の複数の第１吐出孔４８は、温度センサ３４に冷却油がかからないような位置に配されるが、これについては、後に詳説する。

第２冷媒吐出機構５０も、第１冷媒吐出機構４０とほぼ同じ構造を有している。すなわち、図３に示すように、第２冷媒吐出機構５０は、ケース本体２４のＹ方向マイナス側内面において周方向に延びる第２冷却溝５４と、第２冷却溝５４に連通する第２チャネル５５と、第２冷却溝５４を覆う第２吐出プレート５６とで構成される。第２吐出プレート５６は、ボルト５７によりケース本体２４の内面に固着されてケース本体２４の内面に液密に密着するとともに、第２冷却溝５４を完全に覆う。第２チャネル５５は、第２冷却溝５４から斜め上方向（Ｚ方向プラス側）に向かって延びる孔であり、ケース本体２４のＹ方向マイナス側の内面には、図２、図４に示すように、第１冷媒供給流路であるパイプ７０がはまり込む孔５９が設けられている。第２吐出プレート５６には、周方向に間隔を開けて並ぶ複数の第２吐出孔５８が形成されている。冷却油は、第２冷媒路５２から第２吐出孔５８を介して軸方向に噴出し、反リード側のコイルエンド２１ｂの軸方向端面に当たる。第２吐出プレート５６の複数の第２吐出孔５８は、コイルエンド２１ｂの全面に冷却油がかかるような位置に配されるが、これについては、後述する。

図１に示すように、ケーシング１８の内部には、第１冷媒吐出機構４０と第２冷媒吐出機構５０との間を連通するパイプ７０が取り付けられている。パイプ７０のリード側端は、カバー２６のＹ方向プラス側の内面に設けられた孔４９に嵌め込まれており、パイプ７０の反リード側端は、ケース本体２４のＹ方向マイナス側の内面に設けられた孔５９に嵌め込まれている。パイプ７０は、孔４９から第１チャネル４５を介して第１冷媒吐出機構４０の第１冷媒路４２に連通している。また、パイプ７０は、孔５９から第２チャネル５５を介して第２冷媒吐出機構５０の第２冷媒路５２に連通している。このように、パイプ７０は、ケーシング１８の内部で第１冷媒吐出機構４０と第２冷媒吐出機構５０との間を連通する。

ケーシング１８の外側には、図１、図３、図５に示すように、ケーシング１８の外部にはケーシング１８の底部に配置された冷却油溜め（図示せず）から冷却油をケース本体２４に設けられた冷媒供給孔６３を通して第２冷媒吐出機構５０の第２冷媒路５２に導く冷媒供給管６２が設けられている。図５に示すように、冷却油溜めに貯留されている冷却油は、冷却ポンプ（図示せず）によって冷媒供給管６２、冷媒供給孔６３から第２冷媒吐出機構５０の第２冷媒路５２に流入する。第２冷媒路５２に流入した冷却油の一部は、第２冷媒吐出機構５０の第２吐出プレート５６に設けられている複数の第２吐出孔５８から反リード側のコイルエンド２１ｂに向かって吐出される。また、図５に示すように、冷却油の一部は、第２冷媒路５２から第２チャネル５５を通ってパイプ７０に流入する。図４に示すように、パイプ７０に流入した冷却油は、第１冷媒吐出機構４０の第１チャネル４５から第１冷媒路４２に流入する。そして、第１冷媒路４２に流入した冷却油は、第１冷媒吐出機構４０の第１吐出プレート４６に設けられている複数の第１吐出孔４８からリード側のコイルエンド２１ａに向かって吐出される。コイルエンド２１ａ、２１ｂに吐出された冷却油は、重力により、下方に落下し、ケーシング１８の底部に配置された冷却油溜めに溜まる。冷却油溜めに溜まった冷却油は、自然冷却された後、再び、冷却ポンプ、冷媒供給管６２、冷媒供給孔６３を介して、第１、第２冷媒吐出機構４０，５０に供給される。冷媒供給管６２、冷媒供給孔６３は、第１冷媒供給流路であるパイプ７０と連通しており、請求項に記載の「第２冷媒供給流路」を構成する。

以上説明したように、本実施形態の回転電機１０は、ケーシング１８の内部に配置されたパイプ７０で第１冷媒吐出機構４０と第２冷媒吐出機構５０とを連通し、第２冷媒吐出機構５０に流入した冷却油をケーシング１８の内部で第１冷媒吐出機構４０に供給するように構成し、１か所の冷媒供給管６２から冷却油を供給する簡便な構成により、ステータコイル２２を好適に冷却することができる。

以上の説明では、パイプ７０のリード側端部がはまり込む孔４９が設けられている第１チャネル４５とパイプ７０の反リード側端部がはまり込む孔５９が設けられている第２チャネル５５とは、それぞれ、第１冷却溝４４から斜め上方向（Ｚ方向プラス側）に向かって延びる孔、第２冷却溝５４から斜め上方向（Ｚ方向プラス側）に向かって延びる孔であるとして説明したが、第１チャネル４５、第２チャネル５５は、それぞれ第１冷却溝４４、第２冷却溝５４と連通していれば上記の配置に限定されない。例えば、第１チャネル４５を周方向に延びる第１冷却溝４４の周方向の延長上に配置し、第２チャネル５５を周方向に延びる第２冷却溝５４の周方向の延長上に配置するように構成してもよい。

次に、第１、第２冷媒吐出機構４０，５０における第１、第２吐出孔４８，５８の配置について図６、図７を参照して説明する。図６は、第１冷媒吐出機構４０の第１吐出孔４８とステータ１６との位置関係を、図７は、第２冷媒吐出機構５０の第２吐出孔５８とステータ１６との位置関係を説明する図である。なお、図６は、図１のリード側からコイルエンド２１ａを、図７は、図１の反リード側からコイルエンド２１ｂを見ている。したがって、図２と図６、および、図３と図７は、視線の向きが反転している。そして、視線の向きが反転している関係上、図２と図６、および、図３と図７では、第１、第２吐出孔４８，５８や温度センサ３４等の位置が、左右反転して見えている。

既述した通り、リード側のコイルエンド２１ａには、温度センサ３４および端子台３０が取り付けられている。温度センサ３４および端子台３０は、上下分割線Ｌｈより上側、かつ、左右分割線Ｌｖからずれた位置に配されている。このように温度センサ３４を上下分割線Ｌｈより上側に配することで、ケーシング１８の底に溜まった冷却油に温度センサ３４が浸かりにくくなる。また、温度センサ３４を、上下分割線Ｌｈより上側に配することで、後述する回避領域Ｅａを狭くでき、第１吐出孔４８の配置可能領域が広くなる。

第１冷媒吐出機構４０の第１吐出孔４８は、この温度センサ３４に冷却油がかからないような位置に配されている。具体的には、第１吐出孔４８は、回避領域Ｅａを避けた領域に配される。回避領域Ｅａとは、図６で、破線で囲った領域であり、左右分割線Ｌｖからみて温度センサ３４と同じ側、かつ、温度センサ３４の下端より重力方向上側となる領域である。

本実施形態では、左右分割線Ｌｖを挟んで温度センサ３４とは逆側、かつ、上下分割線Ｌｈよりも上側となる領域に、第１冷媒吐出機構４０の第１吐出孔４８を設けている。第１吐出孔４８から吐出された冷却油は、コイルエンド２１ａの軸方向端面に当たった後は、重力の影響により、コイルエンド２１ａに沿って下方に落下していく。図６において、薄墨ハッチングは、冷却油がかかる範囲を示している。

図６から明らかな通り、第１吐出孔４８を、上下分割線Ｌｈよりも上側に配しておけば、吐出された冷却油が重力により下方に広がるため、第１吐出孔４８の個数が少なくても広い範囲に冷却油をかけることができる。また、左右分割線Ｌｖからみて温度センサ３４と同じ側には第１吐出孔４８を設けていないため、温度センサ３４には、冷却油は、かからない。

図７においても、薄墨ハッチングは、冷却油がかかる範囲を示している。また、図７が図示する反リード側には、温度センサ３４は設けられていないが、図７では、参考として、リード側に配された温度センサ３４の位置を二点鎖線で示している。

第２冷媒吐出機構５０の第２吐出孔５８は、左右分割線Ｌｖを挟んで左右両側の領域に配されている。本実施形態では、左右分割線Ｌｖを中心として、温度センサ３４と同じ領域には、五個の第２吐出孔５８を、温度センサ３４の逆側の領域には二個の第２吐出孔５８を設けている。換言すれば、第２冷媒吐出機構５０は、７個の第２吐出孔５８が設けられており、第１冷媒吐出機構４０の第１吐出孔４８よりも多い。そして、吐出孔の個数が多い分、第２冷媒吐出機構５０から単位時間当たりに吐出する冷媒流量も、第１冷媒吐出機構４０のそれよりも多くなっている。また、全ての第２吐出孔５８は、いずれも、上下分割線Ｌｈよりも上側に配されている。

第２吐出孔５８から噴出した冷却油は、反リード側のコイルエンド２１ｂの軸方向端面に当たった後は、重力の影響により、コイルエンド２１ｂに沿って下方に落下していく。また、左右両側に第２吐出孔５８が設けられているため、冷却油は、コイルエンド２１ｂの全体にかかることになる。また、本実施形態では、反リード側において、向かって左側に配される第２吐出孔５８を、向かって右側に配される第２吐出孔５８よりも多く設けている。これは、反リード側における向かって左側は、リード側における向かって右側であり、温度センサ３４が配される側だからである。リード側において、温度センサ３４が配される領域は、冷却油がかからず、冷却能力が低くなりがちである。そこで、反リード側では、冷却油の吐出流量を増やして冷却能力を高めるため、第２吐出孔５８の個数を多くしている。

次に、複数の第１、第２吐出孔４８，５８を、上述のような配置とする理由について、従来技術と比較して説明する。図８は、従来の吐出機構の一例を示す概略図である。また、図９は、リード側の吐出孔１０４とステータ１６との位置関係を、図１０は、反リード側の吐出孔１０６とステータ１６との位置関係を説明する図である。

従来では、コイルエンド２１ａ、２１ｂより重力方向上側に、回転軸１２と平行に延びる第１、第２の配管１００，１０２を設けていた。各配管１００，１０２は、その始端が冷却油の供給源に接続されているとともに、その末端が完全に閉塞された配管である。配管１００，１０２の末端近傍の周面には、吐出孔１０４，１０６が二つずつ形成されており、この吐出孔１０４，１０６から冷却油が外部に放出される。したがって、従来技術では、冷却油は、配管１００，１０２から吐出孔１０４，１０６を介して径方向に吐出され、コイルエンド２１ａ、２１ｂの外周面に当たることになる。コイルエンド２１ａ、２１ｂの外周面に当たった冷却油は、その後、コイルエンド２１ａ、２１ｂに沿って下方に落下していく。ただし、冷却油の吐出流量にもよるが、上下分割線Ｌｈより下側まで冷却油が到達することは難しい。通常、冷却油は、図９、図１０において薄墨ハッチングで示すように、左右分割線Ｌｖから４０〜７０度程度、傾斜した範囲にかかる。

ここで、リード側において、温度センサ３４は、左右分割線Ｌｖに対して、２０度〜７０度程度、傾いた位置に設けられているため、従来技術では、温度センサ３４の配置範囲と冷却油がかかる範囲とが重複する。したがって、従来技術では、温度センサ３４に冷却油がかかりやすかった。この場合、温度センサ３４の温度が低下するため、ステータコイル２２の実際の温度と、温度センサ３４による検出温度との乖離が大きくなっていた。

ここで、既述した通り、回転電機１０の制御部は、回転電機１０を熱から保護するために、温度センサ３４の検出温度に基づいて、通電量や冷却油の流量等を制御している。したがって、温度センサ３４に冷却油がかかり、実際のコイル温度よりも低い温度が検出されると、回転電機１０を熱から適切に保護することができない。

かかる問題を避けるために、温度センサ３４を、上下分割線Ｌｈよりも下側に配することも考えられる。かかる配置とすれば、従来技術でも、温度センサ３４に、吐出孔１０４から吐出された冷却油がかからなくなる。しかし、ケーシング１８の底部には、落下した冷却油を貯留する冷却油溜めが設けられているので、温度センサ３４をステータ１６の下部に設けると、冷却油溜めに溜まっている冷却油に温度センサ３４が浸るおそれがある。この場合でも、温度センサ３４の検出精度が低下する。つまり、検出温度の精度を維持するためには、温度センサ３４は、上下分割線Ｌｈよりも重力方向上側に設けられることが望ましい。

また、従来技術では、吐出孔１０４がステータ１６の上側にのみ設けられているため、冷却油のかかる範囲が小さく、ステータコイル２２の冷却効率が悪かった。本実施形態では、第１、第２吐出孔４８，５８を、周方向に間隔を開けて複数設けているため、コイルエンド２１ａ、２１ｂの広い範囲に冷却油をかけることができる。結果として、本発明によれば、ステータ１６を効率的に冷却できる。

また、本実施形態では、リード側において、左右分割線Ｌｖからみて温度センサ３４と反対側にのみ冷却油をかけているため、実際のコイル温度と、温度センサ３４での検出温度との乖離を小さく抑えることができる。

図１１、図１２は、本実施形態と従来技術におけるステータコイル２２の温度を測定した実験結果である。実験では、本実施形態および従来技術の回転電機１０を駆動し、そのときのステータコイル２２の温度を検出した。ステータコイル２２の温度検出には、サーミスタからなる温度センサ３４と、熱電対とを用いた。温度センサ３４は、リード側のコイルエンド２１ａのうち、左右分割線Ｌｖから４５度、傾斜した位置に設けた。熱電対は、リード側では、４５度間隔で８個、反リード側では、４５度間隔で７個設けた。各熱電対は、冷却油がかからないように、コイルエンド２１ａの内部に設けている。したがって、熱電対の検出温度のほうが、温度センサ３４の検出温度よりも、実際のコイル温度に近いと言える。

図１１は、リード側における温度測定結果を、図１２は、反リード側における温度測定結果を示している。また、図１１において、黒四角は、従来技術における温度センサ３４の検出温度を、白四角は、本実施形態における温度センサ３４の検出温度を示している。また、図１１、図１２において、破線は、従来技術における熱電対の検出温度を、実線は、本実施形態における熱電対の検出温度を示している。また、図１１、図１２における径方向の目盛Ｋ_nは、温度を示しており、隣接する目盛の差分値（Ｋ_n+1−Ｋ_n）は、ｎの値に関わらず一定の固定値である。

図１１、図１２から明らかな通り、従来技術では、温度センサ３４の検出温度（黒四角）は、Ｋ₂程度であるのに対し、熱電対の検出温度（破線）は、コイルエンド２１ａ、２１ｂ下側半分、特に、反リード側の下側半分では、高くなっており、Ｋ₄を超えている。一方、本実施形態では、温度センサ３４の検出温度（白四角）は、Ｋ₃程度となっている。また、熱電対の検出温度（実線）は、温度センサ３４が配されているリード側の右半分では高くなっており、Ｋ₄を超えている。

従来技術と本実施形態とを比較すると、熱電対の検出温度の最高値は、従来技術と本実施形態でほぼ同じであるが、温度センサ３４の検出温度は、本実施形態に比べて従来技術では、低くなっている。つまり、実際のコイル温度に近い熱電対の検出温度と、温度センサ３４の検出温度との乖離は、従来技術のほうが大きいことが分かる。

ここで、回転電機１０の制御部は、回転電機１０を熱から保護するため、温度センサ３４の検出温度が高くなれば、通電量を減らしたり、冷却油の流量を増やしたりする。温度センサ３４の検出温度と実際のコイル温度との乖離が大きくなると、本来で、電流制限や冷却油量の増加が必要であるにも関わらず、それらが行われず、回転電機１０が熱から十分に保護されないおそれがある。

本実施形態では、リード側の第１吐出孔４８を、温度センサ３４に冷却油がかからない位置に配しているため、従来技術に比して、温度センサ３４の検出温度と、実際のコイル温度との乖離が小さい。その結果、ステータコイル２２の通電量や冷却油の流量を適切に制御できる。一方で、本実施形態では、リード側であって、温度センサ３４が配置される側の冷却が不足しがちになる。そこで、本実施形態では、リード側での冷却能力の低下を補うべく、反リード側における第２吐出孔５８の数を多くし、第２冷媒吐出機構５０から単位時間当たりに吐出される冷却油量を、第１冷媒吐出機構４０から単位時間当たりに吐出される冷却油量より多くしている。これにより、反リード側における冷却能力を高めることができ、ステータコイル２２の温度増加をより抑制できる。

さらに、本実施形態では、反リード側のうち、左右分割線Ｌｖからみて温度センサ３４と同じ領域に配される第２吐出孔５８の個数（五個）を、温度センサ３４の反対側に配される第２吐出孔５８の個数（二個）より多くしている。これにより、リード側における冷却不足を、反リード側で補うことができ、ステータコイル２２の温度のバラツキをより低減できる。

また、本実施形態では、コイルエンド２１ａ、２１ｂと軸方向に対向する面に形成された複数の第１、第２吐出孔４８，５８から冷却油を吐出している。したがって、コイルエンド２１ａ、２１ｂの重力方向上側の吐出孔１０４，１０６から冷却油を吐出する従来技術に比べて、広い範囲に冷却油をかけることができ、ステータコイル２２をより効果的に冷却できる。特に、温度センサ３４が設けられていない反リード側では、本実施形態では、コイルエンド２１ｂ全体に冷却油をかけることができるため、従来技術に比べて、コイルエンド２１ｂの温度を全体的に低減できる。

また、これまでの説明で明らかな通り、本実施形態では、第１、第２吐出孔４８，５８を全て、上下分割線Ｌｈよりも重力方向上側に設けている。かかる構成とすることで、重力を利用して、第１、第２吐出孔４８，５８より下側にも冷却油をかけることができる。したがって、本実施形態によれば、上下分割線Ｌｈよりも下側にのみ吐出孔を設ける場合に比して、ステータコイル２２を効果的に冷却できる。

また、従来技術では、ケース本体２４、カバー２６の両側にそれぞれ配管１００、１０２を取り付けて冷却油をケーシング１８の内部に導入しているので、冷却油の配管構造が複雑になっていた。これに対して、本実施形態の回転電機１０は、ケーシング１８の内部に配置されたパイプ７０で第１冷媒吐出機構４０と第２冷媒吐出機構５０とを連通し、第２冷媒吐出機構５０に流入した冷却油をケーシング１８の内部で第１冷媒吐出機構４０に供給するように構成し、１か所の冷媒供給管６２から冷却油を供給する簡便な構成としている。これにより、冷却油の導入配管を簡素化し、組立や加工を簡素化することができる。

なお、本実施形態の回転電機１０では、ケース本体２４に冷媒供給孔６３を設け、冷媒供給管６２をケース本体２４に取り付けて冷却油を冷媒供給管６２から第２冷媒吐出機構５０に供給することとして説明したが、第２冷媒供給流路を構成する冷媒供給管６２、冷媒供給孔６３が第１冷媒供給流路であるパイプ７０と連通する構成であれば、他の構成としてもよい。例えば、カバー２６に冷媒供給孔６３を設け、冷媒供給管６２をカバー２６に取りつけて冷却油を冷媒供給管６２から第１冷媒吐出機構４０に供給し、第１冷媒吐出機構４０に流入した冷却油をケーシング１８の内部に配置されたパイプ７０を通して第２冷媒吐出機構５０に供給するように構成してもよい。また、冷媒供給管６２、冷媒供給孔６３とパイプ７０を連通させる内部配管を設け、冷媒供給管６２、冷媒供給孔６３からパイプ７０に冷却油を供給し、パイプ７０を通して第１冷媒吐出機構４０、第２冷媒吐出機構５０に冷却油を供給するようにしてもよい。

次に、図１３、図１４を参照しながら他の実施形態の回転電機１１０について説明する。先に図１から図５を参照して説明した実施形態の回転電機１０と同様の部分には同様の符号を付して説明は省略する。

図１３、図１４に示す実施形態の回転電機１１０は、図１から図５を参照して説明した回転電機１０の第１冷媒吐出機構４０に代えて、カバー２６のＹ方向プラス側の内面とコイルエンド２１ａとの間にリード側冷媒吐出機構８０を配置したものである。

図１３、図１４に示すように、リード側冷媒吐出機構８０は弓型で平板状の本体８１と、本体８１のＹ方向プラス側の面に取り付けられたリード側吐出プレート８６とで構成されている。

図１４に示すように、本体８１は、Ｙ方向プラス側の面に配置された周方向に延びる弓型の冷却溝８２と、本体８１から斜め上方向（Ｚ方向プラス側）に向かって延びる突出部８５と、突出部８５の内部に設けられ、冷却溝８２と連通するチャネル８３と、本体８１の周方向の両端部で半径方向外側に突出するリブ８５ａとを有している。

リード側吐出プレート８６は、冷却溝８２より幅広の円弧状のプレートである。このリード側吐出プレート８６は、ボルト８７により、本体８１のＹ方向プラス側の内面に固着される。このとき、リード側吐出プレート８６は、本体８１のＹ方向プラス側の内面に液密に密着するとともに、冷却溝８２を完全に覆う。そして、これにより、本体８１の冷却溝８２とリード側吐出プレート８６との間に、冷却油が流れる冷媒路８２ａが形成される。チャネル８３は、突出部８５の中に配置され、冷却溝８２に連通して冷却溝８２から斜め上方向に向かって延びる孔である。図１３、図１４に示すように、冷媒路８２ａは、チャネル８３と連通している。また、突出部８５のＹ方向プラス側の面には、第１冷媒供給流路であるパイプ７０がはまり込む孔８４が設けられている。

リード側吐出プレート８６は、先に、図１から図５を参照して説明した回転電機１０の第１吐出プレート４６と同様に、周方向に間隔を開けて並ぶ複数の吐出孔８８が形成されている。各吐出孔８８は、リード側吐出プレート８６を厚み方向に貫通しており、冷媒路８２ａに流れる冷却油は、この吐出孔８８を介して外部に噴出する。したがって、冷却油は、冷媒路８２ａから吐出孔８８を介して軸方向に噴出し、リード側のコイルエンド２１ａの軸方向端面に当たることになる。リード側吐出プレート８６の複数の吐出孔８８は、温度センサ３４に冷却油がかからないような位置に配されている。

本体８１から半径方向外側に突出した２つのリブ８５ａには、本体８１をステータコア２０の端面に固定する取り付け部材８９が固定されている。このように、リード側冷媒吐出機構８０は、ステータコア２０によって支持されている。

先に、図１から図５を参照して説明した回転電機１０と同様、冷媒供給管６２、冷媒供給孔６３から第２冷媒吐出機構５０の第２冷媒路５２に流入した冷却油の一部は、第２冷媒路５２から第２チャネル５５を通ってパイプ７０に流入する。そして、図１３に示すように、パイプ７０に流入した冷却油は、リード側冷媒吐出機構８０のチャネル８３から冷媒路８２ａに流入する。そして、冷媒路８２ａに流入した冷却油は、リード側冷媒吐出機構８０のリード側吐出プレート８６に設けられている複数の第１吐出孔８８からリード側のコイルエンド２１ａに向かって吐出される。

本実施形態の回転電機１１０は、先に図１から図５を参照して説明した回転電機１０と同様の効果を奏する。

以上の説明では、パイプ７０のリード側端部がはまり込む孔８４および冷却溝８２と連通するチャネル８３が設けられている突出部８５は、本体８１から斜め上方向（Ｚ方向プラス側）に向かって延びていることとして説明したが、突出部８５の配置はこれに限定されない。例えば、突出部８５は、周方向に延びる本体８１の周方向に向かって突出する位置に配置してもよい。この場合、パイプ７０の反リード側端部がはまり込む孔５９が設けられる第２チャネル５５も周方向に延びる第２冷却溝５４の周方向の延長上に配置する。

次に図１５から図１９を参照しながら、他の実施形態の回転電機１２０について説明する。先に図１から図５を参照して説明した回転電機１０と同様の部分には、同様の符号を付して説明は省略する。

図１５から図１９に示すように、本実施形態の回転電機１２０は、先に図１から図５を参照して説明した回転電機１０の円弧状の第１冷却溝４４を円弧状部分１４４ａとパイプ７０のリード側端部が配置される位置に突出した突出部１４５とを含む第１冷却溝１４４とし、円弧状の第１吐出プレート４６に代わって第１冷却溝１４４を覆うように円弧部と円弧部から突出した突出部１４６ａとから構成される第１吐出プレート１４６としたものである。第１冷媒供給流路であるパイプ７０は、第１吐出プレート１４６に設けられた孔１４９に嵌め込まれている。

また、実施形態の回転電機１２０は、先に図１から図５を参照して説明した回転電機１０の円弧状の第２冷却溝５４を円弧状部分１５４ａとパイプ７０のリード側端部が配置される位置に突出した突出部１５５とを含む第２冷却溝１５４とし、円弧状の第２吐出プレート５６に代わって第２冷却溝１５４を覆うように円弧部と円弧部から突出した突出部１５６ａとから構成される第２吐出プレート１５６としたものである。パイプ７０は、第２吐出プレート１５６に設けられた孔１５９に嵌め込まれている。

本実施形態の回転電機１２０では、図１９に示すように、冷却油は、冷媒供給管６２、冷媒供給孔６３から第２冷媒吐出機構１５０の第２冷媒路１５２に流入する。第２冷媒路１５２に流入した冷却油の一部は、第２冷媒吐出機構１５０の第２吐出プレート１５６に設けられている複数の第２吐出孔１５８から反リード側のコイルエンド２１ｂに向かって吐出される。また、図１９に示すように、冷却油の一部は、第２冷媒路１５２から第２冷却溝１５４の突出部１５５を通ってパイプ７０に流入する。図１８に示すように、パイプ７０に流入した冷却油は、第１冷媒吐出機構１４０の第１冷却溝１４４の突出部１４５から第１冷媒路１４２に流入する。そして、第１冷媒路１４２に流入した冷却油は、第１冷媒吐出機構１４０の第１吐出プレート１４６に設けられている複数の第１吐出孔１４８からリード側のコイルエンド２１ａに向かって吐出される。コイルエンド２１ａ、２１ｂに吐出された冷却油は、重力により、下方に落下し、ケーシング１８の底部に配置された冷却油溜めに溜まる。冷却油溜めに溜まった冷却油は、自然冷却された後、再び、冷却ポンプ、冷媒供給管６２、冷媒供給孔６３を介して、第１、第２冷媒吐出機構１４０，１５０に供給される。

本実施形態の回転電機１２０は、先に図１から図５を参照して説明した回転電機１０と同様の効果を奏する。

また、本実施形態の回転電機１２０も先に図１から図５を参照して説明した回転電機１０と同様、第１冷却溝１４４の突出部１４５、第２冷却溝１５４の突出部１５５をそれぞれ、周方向に延びる第１冷却溝１４４、第２冷却溝１５４の周方向の延長上に配置するようにしてもよい。

次に、図２０を参照しながら他の実施形態の回転電機１３０について説明する。先に図１から図５を参照して説明した実施形態の回転電機１０と同様の部分には同様の符号を付して説明は省略する。

本実施形態の回転電機１３０は、図１から図５を参照して説明した回転電機１０のパイプ７０に代えて、ケース本体２４、カバー２６の内部に内部流路２７０、２７１を配置したものである。内部流路２７０、２７１は、第１冷媒供給流路を構成する。図２０に示すように、ケース本体２４に設けられた内部流路２７０は、第２冷媒吐出機構５０の第２冷媒路５２と連通している。また、カバー２６に設けられた内部流路２７１は、第１冷媒吐出機構４０の第１冷媒路４２と連通している。

本実施形態の回転電機１３０では、図２０に示すように、冷媒供給管６２、冷媒供給孔６３から第２冷媒吐出機構５０の第２冷媒路５２に流入した冷却油の一部は、第２冷媒路５２からケース本体２４に設けられた内部流路２７０、カバー２６に設けられた内部流路２７１を通って第１冷媒吐出機構４０の第１冷媒路４２に流入する。そして、第１冷媒路４２に流入した冷却油は、第１冷媒吐出機構４０の第１吐出プレート４６に設けられている複数の第１吐出孔４８からリード側のコイルエンド２１ａに向かって吐出される。

本実施形態の回転電機１３０は、先に図１から図５を参照して説明した回転電機１０と同様の効果を奏する。

１０、１１０、１２０、１３０回転電機、１２回転軸、１４ロータ、１６ステータ、１８ケーシング、２０ステータコア、２１ａ、２１ｂコイルエンド、２２ステータコイル、２４ケース本体、２６カバー、２８軸受、３０端子台、３２入出力端子、３４温度センサ、４０、１４０第１冷媒吐出機構、４２、１４２第１冷媒路、４４、１４４第１冷却溝、４５第１チャネル、４６、１４６第１吐出プレート、４７、５７、８７ボルト、４８、８８、１４８第１吐出孔、４９、５９、８４、１４９、１５９孔、５０、１５０第２冷媒吐出機構、５２、１５２第２冷媒路、５４、１５４第２冷却溝、５５第２チャネル、５６、１５６第２吐出プレート、５８、１５８第２吐出孔、６２冷媒供給管、６３冷媒供給孔、７０パイプ、８０リード側冷媒吐出機構、８１本体、８２冷却溝、８２ａ冷媒路、８３チャネル、８５、１４５、１４６ａ、１５５、１５６ａ突出部、８５ａリブ、８６リード側吐出プレート、８９取り付け部材、１００、１０２配管、１０４、１０６吐出孔、１４４ａ、１５４ａ円弧状部分、２７０、２７１内部流路。

Claims

ステータと、前記ステータを覆うケーシングとを有する回転電機であって、
前記ステータは、ステータコアと、前記ステータコアの軸方向の一端側の端面から軸方向外側に突出する一端側コイルエンドと、前記ステータコアの前記一端側と軸方向の反対側の他端側の端面から軸方向外側に突出する他端側コイルエンドと、を含み、
前記一端側コイルエンドに対して軸方向に対向する位置から前記一端側コイルエンドに向かって冷媒を吐出する複数の第１吐出孔を有する第１冷媒吐出機構と、
前記他端側コイルエンドに対して軸方向に対向する位置から前記他端側コイルエンドに向かって冷媒を吐出する複数の第２吐出孔を有する第２冷媒吐出機構と、
前記第１冷媒吐出機構と前記第２冷媒吐出機構とを連通する第１冷媒供給流路と、
前記ケーシングの外部と前記第１冷媒供給流路とを連通する第２冷媒供給流路と、を備え、
前記第１冷媒供給流路が前記ケーシングの内部に配置されている回転電機。