JP5207083B2 - ステータの冷却構造 - Google Patents

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Description

本発明は、回転電機を収容するケースを備え、当該ケースの内面と、前記回転電機のステータが備えるステータコアの軸方向一方側端面の外周縁と、の間に形成される冷媒導入隙間に向けてステータ軸方向他方側から冷媒を供給し、前記ステータコアからステータ軸方向一方側に突出するコイルエンド部を冷却するステータの冷却構造に関する。
上記ステータの冷却構造の従来例として、例えば、下記の特許文献1に記載された技術がある。特許文献1に記載の構成では、当該文献の図1〜図3に示されるように、コイルエンド63bの外周上方に位置するモータケース82の内周面に、受け口形状の第1ガイド85が形成されている。軸方向供給油路42aから供給された冷媒(冷却油)は、モータケース82の内周面を伝い、第1ガイド85に衝突する(図3参照)。そして、第1ガイド85に衝突した冷媒は流速が低下してコイルエンド63bに落下し、当該コイルエンド63bの冷却が行われる。
特開2009−136070号公報(段落〔0042〕、図1〜図3等)
しかしながら、上記特許文献1に記載の構成では、軸方向供給油路42aから供給される冷媒の量が多い場合や流速が高い場合に、冷媒の流速が第1ガイド85との衝突により十分に低下せず、冷媒が軸方向で第1ガイド85を越えてモータケース82の内周面を伝って流れ、第1ガイド85の下方に位置するコイルエンド63bに十分に落下しないおそれがある。すなわち、特許文献1に記載の構成では、供給される冷媒の量が多い場合や流速が高い場合に、コイルエンド63bを効率良く冷却できないおそれがある。また、特許文献1に記載の構成では、第1ガイド85からの冷媒の落下位置は不安定で、コイルエンド63bの所望の位置に冷媒を供給できるとは限らない。この点からも、特許文献1に記載の構成では、コイルエンド63bを効率良く冷却できないおそれがある。
そこで、コイルエンド部を効率良く冷却することができるステータの冷却構造の実現が望まれる。
本発明に係る、回転電機を収容するケースを備え、当該ケースの内面と、前記回転電機のステータが備えるステータコアの軸方向一方側端面の外周縁と、の間に形成される冷媒導入隙間に向けてステータ軸方向他方側から冷媒を供給し、前記ステータコアからステータ軸方向一方側に突出するコイルエンド部を冷却するステータの冷却構造の特徴構成は、前記冷媒導入隙間は、前記コイルエンド部の冷媒供給対象部位に対して上方に形成され、ステータ軸方向他方側に前記冷媒導入隙間が開口する冷媒貯留空間を前記ケースの内面との間に形成する貯留空間形成部材を、前記コイルエンド部の外周面に沿って配置して備え、前記貯留空間形成部材は、前記ケースの内面と当接して前記冷媒貯留空間のステータ軸方向一方側を閉じる第一当接部位を有する当接部と、前記冷媒貯留空間に導入された冷媒を前記コイルエンド部に供給するための冷媒吐出用開口と、を備える点にある。
上記の特徴構成によれば、ステータ軸方向他方側から供給される冷媒を、ステータ軸方向他方側に開口する冷媒導入隙間から冷媒貯留空間に導入し、当該空間に溜めた冷媒を、冷媒吐出用開口を介してコイルエンド部に供給することができる。ここで、冷媒貯留空間のステータ軸方向一方側は、貯留空間形成部材の当接部が備える第一当接部位により閉じられているため、冷媒導入隙間に供給される冷媒の量が多い場合や流速が高い場合においても、冷媒が軸方向で第一当接部位を越えて流れるのを抑制して、冷媒を高い割合で冷媒貯留空間に溜めることができる。よって、冷媒導入隙間に供給された冷媒を効率良くコイルエンド部に供給することができ、コイルエンド部を効率良く冷却することができる。
また、ステータ軸方向他方側から供給される冷媒を、一旦冷媒貯留空間に溜めてから冷媒吐出用開口を介してコイルエンド部に供給することができる。よって、コイルエンド部に対して所望の位置に冷媒を供給することが容易となっており、この点からもコイルエンド部を効率良く冷却することが可能となっている。
なお、貯留空間形成部材は、コイルエンド部の外周面に沿って配置されるため、コイルエンド部とケースとの間の隙間を利用して貯留空間形成部材を配置することができる。よって、貯留空間形成部材を配置することによるケースの大型化を抑制することができる。
ここで、前記貯留空間形成部材は、前記コイルエンド部の少なくとも最上部を覆うように形成されており、前記冷媒貯留空間の少なくとも一部は、前記コイルエンド部の最上部の上方に位置すると好適である。
この構成によれば、冷媒貯留空間におけるコイルエンド部の最上部の上方に位置する部分から、重力を利用して当該最上部に対して周方向両側に冷媒を比較的容易に供給することができる。よって、ポンプ等を備えない簡素な構成で、コイルエンド部に対して周方向の広い範囲に冷媒を供給することができる。
また、前記コイルエンド部は、軸心がステータ軸方向に延びる円筒状に形成されており、前記貯留空間形成部材は、前記コイルエンド部の軸方向から見て円弧状に形成されているとともに、当該コイルエンド部の外周面に沿って配置されていると好適である。
この構成は、コイルエンド部が、軸心がステータ軸方向に延びる円筒状に形成されている場合の構成として好適なものであり、コイルエンド部とケースとの間の隙間を利用して貯留空間形成部材を配置することができる。
また、前記貯留空間形成部材は、前記冷媒吐出用開口を複数備えるとともに、複数の前記冷媒吐出用開口がステータ周方向に沿って分散配置されていると好適である。
この構成によれば、冷媒貯留空間に溜められた冷媒を、コイルエンド部に対して周方向の複数箇所に供給することができる。よって、コイルエンド部に対して周方向の広い範囲に冷媒を供給することが容易となり、コイルエンド部の温度が周方向に不均一になるのを抑制することができる。
ここで、上記のように、複数の冷媒吐出用開口がステータ周方向に沿って分散配置されている構成において、前記貯留空間形成部材の上面の周方向における前記冷媒吐出用開口の形成位置に、ステータ軸方向に延びる溝状の引退部が形成されていると好適である。
この構成によれば、冷媒貯留空間に溜められた冷媒を、引退部を介して効率良く冷媒吐出用開口に導くことができる。よって、冷媒吐出用開口の形成位置によらず、複数の冷媒吐出用開口のそれぞれに冷媒を確実に供給することが容易となり、複数の冷媒吐出用開口からコイルエンド部に供給される冷媒の量に偏りが生じることを抑制することができる。
また、ステータ軸方向の一方側から見た場合における前記貯留空間形成部材の延在方向を特定方向とし、前記貯留空間形成部材が備える前記当接部は、前記ケースの内面と当接して前記冷媒貯留空間の前記特定方向における一方側を閉じる第二当接部位と、前記ケースの内面と当接して前記冷媒貯留空間の前記特定方向における他方側を閉じる第三当接部位との少なくとも一方を備えると好適である。
この構成によれば、冷媒貯留空間は、ステータ軸方向一方側に加え、特定方向における一方側と他方側の少なくとも一方が閉じられる。よって、冷媒導入隙間に供給された冷媒をより高い割合で冷媒貯留空間に溜めることができ、コイルエンド部の冷却効率を高めることができる。
また、前記貯留空間形成部材が備える前記当接部は、前記ステータコアの軸方向一方側端面と当接して前記冷媒貯留空間のステータ軸方向他方側を閉じる第四当接部位を備えると好適である。
この構成によれば、冷媒貯留空間は、ステータ軸方向一方側に加え、ステータ軸方向他方側が閉じられる。よって、冷媒導入隙間に供給された冷媒が、冷媒貯留空間に溜められずにステータコアの軸方向一方側端面と貯留空間形成部材との間の隙間から落下するのを抑制することができる。よって、冷媒導入隙間に供給される冷媒の量が少ない場合や流速が低い場合においても、冷媒を高い割合で冷媒貯留空間に溜めることができる。
ここで、上記のように、冷媒貯留空間のステータ軸方向他方側が閉じられる構成において、前記貯留空間形成部材は、ステータ軸方向に弾性変形可能に形成されているとともに、ステータ軸方向他方側の前記第四当接部位が前記ステータコアの軸方向一方側端面と当接した状態で、ステータ軸方向一方側部位が前記ケースに固定されていると好適である。
この構成によれば、冷媒貯留空間のステータ軸方向他方側を、貯留空間形成部材の弾性力を利用してより確実に閉じることが可能となる。また、ステータコアや貯留空間形成部材の取付位置に関する誤差を、貯留空間形成部材の弾性変形により吸収することが可能となる。
また、前記当接部の当接面部は、前記貯留空間形成部材における当該当接面部以外の部位を形成する材料よりも硬度が低い軟質材料で形成されていると好適である。
この構成によれば、貯留空間形成部材が備える当接部の当接面部が被当接部に押し付けられた状態となるように貯留空間形成部材やステータコアをケースに固定することで、冷媒貯留空間における当接部による閉じられた箇所の液密性を高めることができる。
また、前記貯留空間形成部材は、絶縁材料で形成されていると好適である。
この構成によれば、ケースとコイルエンド部との間を絶縁するために設けられている既存の空間を有効に利用して、貯留空間形成部材を配置することができるとともに、ケースとコイルエンド部との間の絶縁性を高めることができる。
本発明の実施形態に係る駆動装置の一部断面斜視図である。 本発明の実施形態に係る駆動装置の軸方向視図である。 本発明の実施形態に係る貯留空間形成部材の斜視図である。 本発明の実施形態に係る駆動装置の一部断面図である。 本発明の実施形態に係るステータの冷却構造における冷媒の分布を概念的に示す図である。 本発明の別実施形態に係る貯留空間形成部材の分解斜視図である。 本発明の別実施形態に係る駆動装置の一部断面図である。 本発明の別実施形態に係る貯留空間形成部材の斜視図である。 本発明の別実施形態に係る貯留空間形成部材の斜視図である。 本発明の別実施形態に係る貯留空間形成部材の斜視図である。 本発明の別実施形態に係る駆動装置の一部断面図である。 本発明の別実施形態に係る駆動装置の一部断面図である。
本発明に係るステータの冷却構造の実施形態について、図面を参照して説明する。ここでは、本発明を、車両用の駆動装置が備える回転電機のステータに適用した場合を例として説明する。本実施形態に係るステータの冷却構造は、図1に示すように、冷媒貯留空間50をケース3の内面6との間に形成するための貯留空間形成部材4を備える点に特徴を有する。このような貯留空間形成部材4を備えることで、コイルエンド部11を効率良く冷却することが可能となっている。以下、本実施形態に係るステータの冷却構造について、「駆動装置の全体構成」、「貯留空間形成部材の構成」の順に詳細に説明する。
なお、以下の説明では、特に断らない限り、「軸方向」、「周方向」、「径方向」は、ステータ10(回転電機2)の軸心を基準として定義している。また、以下の説明では、特に断らない限り、「軸方向一方側」は、図1における軸方向に沿った左上側(図4における右側)を表し、「軸方向他方側」は、図1における軸方向に沿った右下側(図4における左側)を表すものとする。さらに、以下の説明では、特に断らない限り、「周方向一方側」は、図2における反時計回り方向側を表し、「周方向他方側」は、図2における時計回り方向側を表すものとする。
また、以下の説明では、特に断らない限り、各部材の配置や異なる部材間の位置関係に関する記載は、ステータ10の使用状態での方向に基づいて述べたものである。そのため、「上」は、ステータ10の使用状態における鉛直方向上側を表し、「下」は、ステータ10の使用状態における鉛直方向下側を表す。なお、図2における上下方向は、ステータ10が使用される状態における上下方向(鉛直方向)と一致する。例えば、ステータ10が、ハイブリッド車両や電動車両等の車両の駆動力源としての回転電機用のステータである場合には、車両に搭載された状態が当該ステータの使用状態となる。
1.駆動装置の全体構成
本実施形態に係る駆動装置1の全体構成について、図1、図2を参照して説明する。本実施形態に係る駆動装置1は、車両(図示せず)用の駆動装置であり、駆動力源としての回転電機2と、当該回転電機2を収容するケース3とを備えている。
1−1.回転電機の構成
回転電機2は、ステータ10とロータ5(図4参照)とを備えている。なお、本明細書では、「回転電機」は、モータ(電動機)、ジェネレータ(発電機)、及び必要に応じてモータ及びジェネレータの双方の機能を果たすモータ・ジェネレータのいずれをも含む概念として用いている。また、車両は、例えば、ハイブリッド車両や電動車両とすることができる。
ステータ10は、ステータコア13とコイルエンド部11、12とを備えている。ステータコア13は、円筒状のコア本体部と、当該コア本体部の外周面に対して径方向外側に突出形成された突条部15とを備え、全体として円筒状に形成されている。なお、突条部15は、ステータコア13の軸方向全域に亘って形成されているとともに、コア本体部の外周を均等に3分割する位置に形成されている(図2参照)。そして、ステータコア13は、突条部15に形成された挿通孔に挿入された締結ボルト95により、ケース3に対して締結固定される。
ステータコア13の径方向内側には、周方向に沿って所定間隔で、複数のティース(図示せず)が形成されており、周方向に隣接するティースの間に、軸方向及び径方向に延びるスロット(図示せず)が形成されている。周方向に沿って複数形成されるスロットは互いに同じ断面形状であって、所定の幅及び深さを有して径方向内側に開口している。そして、スロットのそれぞれに巻装されたコイル(図示せず)により、ステータコア13の軸方向端部から突出するコイルエンド部が形成される。本例では、図1に示すように、コイルエンド部は、ステータコア13の軸方向両側に形成されている。以下の説明では、軸方向一方側のコイルエンド部を符号「11」で表し、軸方向他方側のコイルエンド部を符号「12」で表す。そして、本実施形態では、軸方向一方側のコイルエンド部11が、後述する貯留空間形成部材4を用いた冷却の対象となるコイルエンド部である。
コイルエンド部11は、軸心が軸方向に延びる円筒状に形成されている。なお、図1には、円筒状に形成されているコイルエンド部11が占有する円筒状の空間を模式的に表しているが、当該空間内におけるコイルの詳細な形状は任意の形状を採用することができる。コイルエンド部12についても同様である。
ステータ10(ステータコア13)の径方向内側には、永久磁石や電磁石を備えたロータ5(図4参照)が、ステータ10に対して相対回転可能に配置される。すなわち、本実施形態に係る回転電機2は、インナーロータ型の回転電機とされている。
なお、本実施形態では、ステータコア13やロータコアは、円環板状の電磁鋼板を複数枚積層した積層構造体とされている。そのため、図2、図5に示すように、ステータコア13の外周面には、積層状態にある電磁鋼板を溶接により互いに接合するための溶接溝96が、ステータコア13の軸方向全域に亘って形成されている。なお、ステータコア13やロータコアの少なくとも何れかを、磁性材料の粉体である磁性粉体を加圧成形してなる圧粉材を主な構成要素として形成することもできる。
1−2.ケースの構成
ケース3は、回転電機2を収容するための部材である。本実施形態では、図1及び図4に示すように、ケース3は、回転電機2を径方向外側から覆う周壁部を備え、当該周壁部は軸方向一方側に向かうに従って全体として縮径するように形成されている。そして、ケース3の内部に収容された回転電機2は、ケース3が車両に固定された状態で、その軸心が鉛直方向に対して交差する方向(以下、単に「鉛直交差方向」という。)となり、この際、ステータコア13の外周面がケース3の内面6と対向する。なお、本実施形態では、鉛直交差方向は、水平方向と一致するように設定されているが、水平方向以外の鉛直方向に対して交差する方向を鉛直交差方向としても良い。例えば、鉛直交差方向を、車両の前後方向に延びるとともに、車両後方側に向かうに従って鉛直方向下側に向かうような方向とすることができる。
図1に示すように、本実施形態では、ケース3は回転電機2に対して軸方向他方側に他のケースやカバーとの接合部を有しており、この接合部付近や当該接合部より軸方向他方側に、例えば、別の回転電機や歯車装置(差動歯車装置等)を備えた構成とすることができる。また、ケース3の回転電機2に対して軸方向一方側に、例えば変速装置等を備える構成とすることができる。なお、ケース3の形状は適宜変更可能である。
1−3.ステータの冷却機構
図1に示すように、本実施形態に係る駆動装置1は、ケース3の内部に冷媒吐出部90を備えている。本実施形態に係るステータ10の冷却構造では、この冷媒吐出部90により吐出された冷媒がコイルエンド部11に供給され、当該コイルエンド部11の冷却が行われる。なお、冷媒は、例えば油等の公知の種々の冷却液を採用することができる。
具体的には、冷媒吐出部90には、例えば機械式オイルポンプや電動オイルポンプ(共に図示せず)等から冷媒が圧送される。そして、冷媒吐出部90から軸方向一方側に向けて冷媒が吐出され、吐出された冷媒は、図1に概念的に示すように、ケース3の内面6と、ステータコア13の軸方向一方側端面の外周縁14との間に形成される冷媒導入隙間51に供給される。すなわち、冷媒導入隙間51には、軸方向他方側から冷媒が供給される。なお、冷媒吐出部90から吐出された冷媒は、直接或いはケース3の内面6やステータコア13の外周面を伝って、冷媒導入隙間51に到達する。
冷媒導入隙間51の軸方向一方側には、当該冷媒導入隙間51に連通する冷媒貯留空間50が形成されている。そして、冷媒導入隙間51に供給された冷媒は、軸方向他方側に開口する冷媒導入隙間51を通って冷媒貯留空間50に導入された後、貯留空間形成部材4に形成された冷媒吐出用開口25を介してコイルエンド部11に供給される。そして、コイルエンド部11に供給された冷媒は、コイルエンド部11との間の熱交換により当該コイルエンド部11を冷却する。なお、冷媒貯留空間50は、ケース3の内面6と貯留空間形成部材4との間に形成される空間である。貯留空間形成部材4の詳細な構成については後述する。
本実施形態では、図1に示すように、冷媒吐出部90は、軸方向他方側のコイルエンド部12の近傍に設けられている。これは、上記のように、回転電機2を径方向外側から覆うケース3の周壁部が、軸方向一方側に向かうに従って全体として縮径するように形成されているため、軸方向一方側のコイルエンド部11の近傍の空間は限られており、冷媒吐出部90のような部材を当該空間に配置するのが困難であるためである。本発明では、このように冷媒吐出部90が軸方向他方側のコイルエンド部12の近傍に設けられている場合においても、後述する貯留空間形成部材4を備えることで、コイルエンド部11を効率良く冷却することが可能となっている。
なお、本発明では、冷媒導入隙間51に向けて軸方向他方側から冷媒を供給するための構成は、図1に示す冷媒吐出部90に限られず、冷媒導入隙間51に対して軸方向他方側から冷媒を供給することができるのであれば、冷媒を吐出するための構成は適宜変更可能である。この場合において、冷媒を吐出するための構成の配設位置や冷媒の吐出方向も当然に変更可能である。
2.貯留空間形成部材の構成
次に、貯留空間形成部材4の構成について詳細に説明する。貯留空間形成部材4は、図1に示すように、軸方向他方側に冷媒導入隙間51が開口する冷媒貯留空間50を、ケース3の内面6との間に形成するための部材である。なお、冷媒導入隙間51は、上述したように、ケース3の内面6と、ステータコア13の軸方向一方側端面の外周縁14との間に形成される隙間であり、コイルエンド部11の冷媒供給対象部位に対して上方に形成されている。ここで、「コイルエンド部11の冷媒供給対象部位」とは、貯留空間形成部材4(より正確には、後述する冷媒吐出用開口25)から冷媒が直接供給されるコイルエンド部11の部位であり、本例では、コイルエンド部11の最上部を含んだ領域となっている。また、「冷媒供給対象部位に対して上方」とは、「上下方向の位置が当該冷媒供給対象部位よりも上側」を意味する。よって、必ずしも鉛直方向視で冷媒供給対象部位と重なっていなくても良い。
本実施形態では、貯留空間形成部材4は、絶縁材料(例えば樹脂等)で形成されている。これにより、ケース3とコイルエンド部11との間を絶縁するために設けられている既存の空間を有効に利用して、貯留空間形成部材4をコイルエンド部11に近接して配置することができるとともに、ケース3とコイルエンド部11との間の絶縁性を高めることが可能となっている。すなわち、本実施形態のようにケース3内におけるコイルエンド部11の近傍の空間が限られている場合に適した構成となっている。
具体的には、貯留空間形成部材4は、図1、図4に示すように、コイルエンド部11に近接して、当該コイルエンド部11の外周面に沿って配置されている。なお、コイルエンド部11は、上記のように、軸心が軸方向に延びる円筒状に形成されている。このようなコイルエンド部11の形状に合わせ、図2に示すように、貯留空間形成部材4は、コイルエンド部11の軸方向から見て円弧状に形成されており、コイルエンド部11の少なくとも最上部を覆うように形成されている。これにより、冷媒貯留空間50の少なくとも一部は、コイルエンド部11の最上部の上方であって鉛直方向視で当該最上部と重なる位置に位置する。なお、「コイルエンド部11の外周面」とは、円筒状に形成されたコイルエンド部11の径方向外側の外周面(円筒面)であり、より具体的には、コイルエンド部11を構成するコイルの径方向最外側の部位(端面)に沿った面である。
図3に示すように、貯留空間形成部材4は、冷媒貯留空間50に導入された冷媒をコイルエンド部11に供給するための複数(本例では7個)の冷媒吐出用開口25を備えている。具体的には、複数の冷媒吐出用開口25は、貯留空間形成部材4における径方向内側に引退した凹部29に形成されている。そして、複数の冷媒吐出用開口25は、周方向に沿って分散配置されている。具体的には、一つの冷媒吐出用開口25は、図2に示すように、コイルエンド部11の最上部の上方に配置され、その他の冷媒吐出用開口25が、当該一つの冷媒吐出用開口25に対して周方向両側に配置されている。これにより、冷媒貯留空間50に溜められた冷媒を、コイルエンド部11の最上部並びに当該最上部の周方向両側の複数箇所に供給することができ、コイルエンド部11に対して周方向の広い範囲に冷媒を供給することが可能となっている。
そして、複数の冷媒吐出用開口25は、同一の軸方向位置に形成されている。なお、冷媒吐出用開口25の軸方向位置は、鉛直方向視でコイルエンド部11と重なる位置とされることが好ましい。本例では、図4に示すように、冷媒吐出用開口25の軸方向位置は、コイルエンド部11の軸方向中央位置に近い位置とされている。これにより、冷媒吐出用開口25から吐出された冷媒により、効率良くコイルエンド部11を冷却することが可能となっている。なお、本例では、複数の冷媒吐出用開口25は、断面形状が円形とされているとともに、開口断面積が互いに等しく形成されている。
上記のような構成を備えることで、冷媒導入隙間51に軸方向他方側から供給された冷媒を、一旦冷媒貯留空間50に溜めてから冷媒吐出用開口25を介してコイルエンド部11に供給することができるため、コイルエンド部11に対して所望の位置に冷媒を供給することが容易な構成となっている。なお、貯留空間形成部材4が備える冷媒吐出用開口25の個数や、周方向及び軸方向の位置は、当然ながら、コイルエンド部11における温度分布やコイルエンド部11を構成するコイルの形状等に応じて適宜変更可能である。例えば、周方向に加え軸方向に沿って分散配置したり、軸方向に沿ってのみ分散配置したりすることができる。
さらに、本実施形態では、各冷媒吐出用開口25の夫々に対して冷媒を確実に供給すべく、貯留空間形成部材4の上面(本例では、凹部29の上面)の周方向における冷媒吐出用開口25の形成位置の全てに、軸方向に延びる溝状の引退部26が形成されている。これにより、冷媒貯留空間50に溜められた冷媒を、引退部26を介して効率良く冷媒吐出用開口25に導くことができる。よって、冷媒吐出用開口25の周方向における形成位置によらず、複数の冷媒吐出用開口25のそれぞれに冷媒を確実に供給することができ、複数の冷媒吐出用開口25からコイルエンド部11に供給される冷媒の量に偏りが生じることが抑制されている。
なお、貯留空間形成部材4は、図4に示すように、径方向に沿って切断した断面形状がL字状とされており、軸方向に延びる部位と、軸方向に対して直交する方向に延びる部位とが、屈曲部により接続されて構成されている。なお、貯留空間形成部材4の当該軸方向に延びる部位が、コイルエンド部11の外周面の上方に配置される部位である。そして、軸方向に対して直交する方向に延びる部位(軸方向一方側部位)に形成された挿通孔に挿通された締結ボルト91により、貯留空間形成部材4はケース3の壁(例えば、終端壁や中間壁等)に締結固定される。また、本実施形態では、貯留空間形成部材4は、硬度が均一に形成されている。
ところで、冷媒導入隙間51に軸方向他方側から供給される冷媒を高い割合で冷媒貯留空間50に溜めることを可能とすべく、図3に示すように、貯留空間形成部材4は、冷媒貯留空間50を閉じるための当接部20を備えている。このような当接部20を備えることで、以下に述べるように、冷媒導入隙間51に供給される冷媒の量が多い場合や流速が高い場合であっても、冷媒を高い割合で冷媒貯留空間50に溜めることができ、冷媒導入隙間51に供給された冷媒を用いて、効率良くコイルエンド部11を冷却することが可能となっている。
具体的には、貯留空間形成部材4が備える当接部20は、少なくとも第一当接部位21を有し、本実施形態では更に、第二当接部位22と、第三当接部位23と、第四当接部位24と、を有している。第一当接部位21は、図4に示すように、ケース3の内面6と当接して冷媒貯留空間50の軸方向一方側を閉じる部位である。すなわち、第一当接部位21は、冷媒貯留空間50の軸方向一方側でケース3の内面6と当接する部位である。第一当接部位21は、図3に示すように、貯留空間形成部材4における凹部29に対して軸方向一方側に形成されており、径方向外側に面する面である上面は、凹部29の上面よりも径方向外側に位置する。なお、図4に示す径方向に沿って切断した断面図より明からなように、第一当接部位21はステータコア13の外周面よりも径方向内側に位置する。このような位置関係に鑑み、ケース3の内面6は、ステータコア13の軸方向一方側端面の外周縁14より軸方向一方側において径方向内側への段差部を有し、第一当接部位21とケース3の内面6とが当接可能となっている。なお、ケース3の内面6の詳細な形状の説明は省略するが、本例では、第一当接部位21は、貯留空間形成部材4の周方向全域でケース3の内面6と当接するため、冷媒貯留空間50の軸方向一方側は閉塞されることになる。
第二当接部位22は、図2に示すように、ケース3の内面6と当接して冷媒貯留空間50の特定方向における一方側を閉じる部位である。すなわち、第二当接部位22は、冷媒貯留空間50の特定方向における一方側でケース3の内面6と当接する部位である。ここで、「特定方向」とは、軸方向視(軸方向の何れか一方側から見た場合)における貯留空間形成部材4(本例では、貯留空間形成部材4の軸方向に延びる部位)の延在方向であり、本例では、周方向と一致する。第二当接部位22は、図3に示すように、貯留空間形成部材4における凹部29に対して特定方向(周方向)一方側に形成されており、径方向外側に面する面である上面は、第一当接部位21の上面と同一の径方向位置に位置する。なお、ケース3の内面6の詳細な形状の説明は省略するが、本例では、第二当接部位22は、貯留空間形成部材4の軸方向全域でケース3の内面6と当接するため、冷媒貯留空間50の特定方向(周方向)一方側は閉塞されることになる。
第三当接部位23は、図2に示すように、ケース3の内面6と当接して冷媒貯留空間50の特定方向(周方向)における他方側を閉じる部位である。すなわち、第三当接部位23は、冷媒貯留空間50の特定方向における他方側でケース3の内面6と当接する部位である。第三当接部位23は、図3に示すように、貯留空間形成部材4における凹部29に対して特定方向(周方向)他方側に形成されており、径方向外側に面する面である上面は、第一当接部位21の上面と同一の径方向位置に位置する。すなわち、本例では、第一当接部位21、第二当接部位22、及び第三当接部位23は、上面が互いに同じ径方向位置に位置する。なお、ケース3の内面6の詳細な形状の説明は省略するが、本例では、第三当接部位23は、貯留空間形成部材4の軸方向全域でケース3の内面6と当接するため、冷媒貯留空間50の特定方向(周方向)他方側は閉塞されることになる。
第四当接部位24は、図4に示すように、ステータコア13の軸方向一方側端面と当接して冷媒貯留空間50の軸方向他方側を閉じる部位である。すなわち、第四当接部位24は、冷媒貯留空間50の軸方向他方側でステータコア13の軸方向一方側端面と当接する部位である。第四当接部位24は、図3に示すように、貯留空間形成部材4における凹部29に対して軸方向他方側に形成されており、軸方向他方側に面する面を備えている。本例では、第四当接部位24は、貯留空間形成部材4の周方向全域でステータコア13の軸方向一方側端面と当接するため、冷媒貯留空間50の軸方向他方側は、冷媒導入隙間51の形成箇所を除き閉塞されることになる。
以上のように、本実施形態では、冷媒貯留空間50は、冷媒導入隙間51及び冷媒吐出用開口25の形成位置を除き、冷媒が外部に漏れ難い空間となっている。よって、冷媒導入隙間51に供給される冷媒の量が多い場合や流速が高い場合であっても、冷媒を高い割合で冷媒貯留空間50に溜めることができ、冷媒導入隙間51に供給された冷媒を用いて、効率良くコイルエンド部11を冷却することが可能となっている。また、冷媒導入隙間51に供給される冷媒の量が少ない場合や流速が低い場合であっても、冷媒導入隙間51に供給された冷媒がステータコア13の軸方向一方側側面と貯留空間形成部材4との間の隙間から落下するのを抑制することができ、冷媒を高い割合で冷媒貯留空間50に溜めることが可能となっている。
さらに、上記のように、冷媒貯留空間50が、冷媒導入隙間51及び冷媒吐出用開口25の形成位置を除き、冷媒が外部に漏れ難い空間となっているため、冷媒吐出部90から冷媒導入隙間51への冷媒の供給量によって、主にコイルエンド部11が冷却される状態と、コイルエンド部11とステータコア13の双方が積極的に冷却される状態とが切り替わる。以下この点について、図5を参照して説明する。
図5(a)は、全ての冷媒吐出用開口25から吐出される冷媒の単位時間当たりの冷媒量よりも、冷媒吐出部90から冷媒導入隙間51を介して冷媒貯留空間50に供給される冷媒の単位時間当たりの冷媒量が少ない状態(以下、「第一供給状態」という。)における、冷媒の分布を概念的に示したものである。第一供給状態では、冷媒吐出部90から供給された冷媒のほとんどは冷媒吐出用開口25を介してコイルエンド部11に供給され、コイルエンド部11が冷却される。なお、冷媒吐出部90から吐出された冷媒が冷媒導入隙間51に到達する過程でステータコア13の上面と接触するなどしてステータコア13が冷却されることもあり得るが、第一供給状態では、主にコイルエンド部11が冷却される。
一方、図5(b)は、全ての冷媒吐出用開口25から吐出される冷媒の単位時間当たりの冷媒量よりも、冷媒吐出部90から冷媒導入隙間51を介して冷媒貯留空間50に供給される冷媒の単位時間当たりの冷媒量が多い状態(以下、「第二供給状態」という。)における、冷媒の分布を概念的に示したものである。第二供給状態では、冷媒吐出部90から供給された冷媒の全てを冷媒吐出用開口25からコイルエンド部11に供給することはできないため、冷媒貯留空間50から冷媒が溢れることになる。この際、上記のように、冷媒貯留空間50は、冷媒導入隙間51及び冷媒吐出用開口25の形成位置を除き、冷媒が外部に漏れ難い空間となっているため、冷媒貯留空間50から溢れる冷媒は、ステータコア13の外周面に向かって溢れることになる。そのため、第二供給状態では、ステータコア13の外周面にも冷媒が供給され、コイルエンド部11及びステータコア13の双方が積極的に冷却される。
この際、図5に示すように、突条部15の軸方向他方側端部には封止部材94が取り付けられているとともに、突条部15の軸方向一方側端部は座部93(図5において省略、図2参照)に当接している。そして、封止部材94や座部93の上端部は、突条部15の最上部を通る水平面より高い位置に形成されている。これにより、冷媒貯留空間50から溢れてステータコア13の外周面に供給された冷媒が、突条部15を越えて当該突条部15より下方のステータコア13の外周面にも供給されやすい構成となっている。よって、冷媒貯留空間50から溢れ出た冷媒を高い割合でステータコア13の冷却に利用することが可能となっている。
そこで、例えば、回転電機2の回転数が低い場合に第一供給状態となり、回転電機2の回転数が高い場合に第二供給状態となるように、冷媒吐出部90からの冷媒の吐出量が変化する構成とすれば、回転電機2の回転数が低く全損失に占める鉄損の割合が低いときには主にコイルエンド部11を冷却し、回転電機2の回転数が高く全損失に占める鉄損の割合が高いときにはステータコア13の外周面をも積極的に冷却するような構成を実現することができる。
3.その他の実施形態
最後に、本発明に係るその他の実施形態を説明する。なお、以下の各々の実施形態で開示される特徴は、その実施形態でのみ利用できるものではなく、矛盾が生じない限り、別の実施形態にも適用可能である。
(1)上記の実施形態では、貯留空間形成部材4が、硬度が均一に形成されている場合を例として説明した。しかし、本発明の実施形態はこれに限定されるものではない。従って、例えば、貯留空間形成部材4が備える当接部20の当接面部が、貯留空間形成部材4における当該当接面部以外の部位を形成する材料よりも硬度が低い軟質材料で形成されている構成とすることも、本発明の好適な実施形態の一つである。このような構成として、例えば、図6、図7に示すように、貯留空間形成部材4が、当接部20の表面に取り付けられる軟質部材27を備え、当接部20の当接面部が当該軟質部材27により形成される構成とすることができる。この軟質部材27は、当接面部30として、第一当接面部31、第二当接面部32、第三当接面部33、第四当接面部34を備え、第一当接面部31が第一当接部位21の当接面部となり、第二当接面部32が第二当接部位22の当接面部となり、第三当接面部33が第三当接部位23の当接面部となり、第四当接面部34が第四当接部位24の当接面部となる。そして、このような構成によれば、貯留空間形成部材4が備える当接部20の当接面部30が被当接部(ケース3やステータコア13の軸方向一方側端面)に押し付けられた状態となるように貯留空間形成部材4やステータコア13をケース3に固定することで、冷媒貯留空間50における当接部20による閉じられた箇所の液密性を高めることができる。なお、貯留空間形成部材4が備える当接部20が有する第一当接部位21、第二当接部位22、第三当接部位23、第四当接部位24の全ての当接部位ではなく、一部の当接部位の当接面部のみが硬度が低い軟質材料で形成されている構成とすることもできる。
(2)上記の実施形態では、貯留空間形成部材4の上面の周方向における冷媒吐出用開口25の形成位置の全てに、軸方向に延びる溝状の引退部26が形成されている場合を例として説明した。しかし、本発明の実施形態はこれに限定されるものではない。従って、例えば、図8に示すように、貯留空間形成部材4の上面に引退部26が形成されておらず、凹部29に直接的に冷媒吐出用開口25が形成された構成とすることも、本発明の好適な実施形態の一つである。また、貯留空間形成部材4の上面の周方向における冷媒吐出用開口25の形成位置の一部に、軸方向に延びる溝状の引退部26が形成されている構成とすることもできる。例えば、貯留空間形成部材4の上面の周方向における冷媒吐出用開口25の形成位置の内、周方向中央側に位置する1つ又は複数(例えば3つ)の形成位置にのみ、軸方向に延びる溝状の引退部26が形成されている構成とすることができる。
(3)上記の実施形態では、貯留空間形成部材4が、複数の冷媒吐出用開口25を備えている場合を例として説明した。しかし、本発明の実施形態はこれに限定されるものではなく、貯留空間形成部材4が、単一の冷媒吐出用開口25を備える構成とすることも、本発明の好適な実施形態の一つである。この場合、例えば、図9に示すように、単一の冷媒吐出用開口25が、周方向に延びる長孔として形成されている構成とすることができる。このような構成とすれば、上記実施形態と同様、コイルエンド部11に対して周方向の広い範囲に冷媒を供給することができる。
(4)上記の実施形態では、貯留空間形成部材4が備える当接部20が、ステータコア13の軸方向一方側端面と当接して冷媒貯留空間50の軸方向他方側を閉じる第四当接部位24を備える場合を例として説明した。しかし、本発明の実施形態はこれに限定されるものではなく、貯留空間形成部材4が備える当接部20が、ステータコア13の軸方向一方側端面と当接する部位を備えず、ステータコア13の軸方向一方側端面と貯留空間形成部材4との間に隙間が形成される構成とすることも、本発明の好適な実施形態の一つである。このような構成では、貯留空間形成部材4を、例えば、図10に示すようなものとすることができる。図10に示す構成では、貯留空間形成部材4は、軸方向他方側に端壁部28を備えており、凹部29に供給された冷媒が、冷媒吐出用開口25から吐出されずに軸方向他方側から漏れることが抑制される。なお、図10に示す例では、端壁部28の上面(径方向外側に面する面)は、第一当接部位21、第二当接部位22、及び第三当接部位23の上面と同じ径方向位置とされている。
(5)上記の実施形態では、貯留空間形成部材4が、締結ボルト91によりケース3の壁に締結固定される場合を例として説明した。しかし、本発明の実施形態はこれに限定されるものではない。従って、例えば、貯留空間形成部材4が、図11に示すような径方向に弾性変形可能な係止部92(例えば、スナップフィット構造等)を備え、そのような係止部92をケース3の壁(本例では中間壁)に形成された孔に挿入することで当該孔に固定される構成とすることも、本発明の好適な実施形態の一つである。このような構成とすれば、貯留空間形成部材4の組付作業を簡素なものとすることができる。
(6)上記の実施形態では、貯留空間形成部材4が備える当接部20が、ステータコア13の軸方向一方側端面と当接して冷媒貯留空間50の軸方向他方側を閉じる第四当接部位24を備える場合を例として説明した。このような構成において、更に、貯留空間形成部材4が、軸方向に弾性変形可能に形成されているとともに、軸方向他方側の第四当接部位24がステータコア13の軸方向一方側端面と当接した状態で、軸方向一方側部位がケース3に固定されている構成とすると好適である。このような構成として、例えば、図12に示すような構成とすることができる。図12に示す構成では、貯留空間形成部材4は、屈曲部97により軸方向に弾性変形可能に構成されており、ステータコア13が取り付けられた状態で、貯留空間形成部材4は自然状態よりも軸方向に縮んだ状態となる。これにより、貯留空間形成部材4には軸方向に伸びようとする復元力が働くため、第四当接部位24とステータコア13との当接箇所の液密性を貯留空間形成部材4の弾性力を利用して高めることが可能となる。また、ステータコア13や貯留空間形成部材4の取付位置に関する誤差を、貯留空間形成部材4の弾性変形により吸収することも可能となる。なお、貯留空間形成部材4を、ケース3に固定された状態で当接部20を含む部位が径方向外側へ押圧されるように屈曲部(屈曲部97やその他の屈曲部)を形成することで、第一当接部位21、第二当接部位22、及び第三当接部位23における液密性を高めることも可能である。
(7)上記の実施形態では、貯留空間形成部材4に形成される複数の冷媒吐出用開口25の開口断面積が、互いに等しい場合を例として説明した。しかし、本発明の実施形態はこれに限定されるものではなく、複数の冷媒吐出用開口25の開口断面積が互いに異なる構成とすることも、本発明の好適な実施形態の一つである。このような構成においては、例えば、冷媒吐出用開口25の開口断面積のそれぞれを、コイルエンド部11における対応する冷媒供給部位の発熱量に応じて設定する構成とすることができる。このような構成とすれば、コイルエンド部11における温度が高い部分により多くの冷媒を供給することができ、コイルエンド部11の冷却効率を高めることができる。
(8)上記の実施形態では、貯留空間形成部材4が、第二当接部位22と第三当接部位23との双方を備える場合を例として説明した。しかし、本発明の実施形態はこれに限定されるものではなく、第二当接部位22及び第三当接部位23の何れか一方のみを備える構成とすることも、本発明の好適な実施形態の一つである。この場合、冷媒貯留空間50の周方向における何れか一方側は開口部となるが、当該開口部からコイルエンド部11の外周面に対して冷媒を供給することができる。また、貯留空間形成部材4が第二当接部位22及び第三当接部位23の双方を備えない構成とすれば、冷媒貯留空間50は、周方向両側に開口部が形成された空間となり、当該周方向両側の開口部のそれぞれから、コイルエンド部11の外周面に冷媒を供給することができる。
(9)上記の実施形態では、貯留空間形成部材4が、コイルエンド部11の軸方向から見て円弧状に形成されている場合を例として説明した。しかし、本発明の実施形態はこれに限定されるものではない。例えば、コイルエンド部11が円筒状に形成されていない場合には、貯留空間形成部材4のコイルエンド部11の軸方向から見た形状は、コイルエンド部11の外周面の形状に合わせて円弧状以外の形状に適宜変更すると好適である。この際、上記の実施形態とは異なり、軸方向視(軸方向の何れか一方側から見た場合)における貯留空間形成部材4の延在方向である特定方向は、周方向とは一致しなくなる。また、貯留空間形成部材4のコイルエンド部11の軸方向から見た形状を、コイルエンド部11の外周面の形状とは無関係な形状とすることもできる。例えば、貯留空間形成部材4のコイルエンド部11の軸方向から見た形状を、直線状や折れ線状等とすることができる。
(10)上記の実施形態では、貯留空間形成部材4が、コイルエンド部11の少なくとも最上部を覆うように形成されており、冷媒貯留空間50の少なくとも一部が、コイルエンド部11の最上部の上方に位置する場合を例として説明した。しかし、本発明の実施形態はこれに限定されるものではなく、貯留空間形成部材4が、コイルエンド部11の最上部を覆わないように構成することもできる。
(11)上記の実施形態では、第一当接部位21が、貯留空間形成部材4の周方向全域でケース3の内面6と当接する場合を例として説明した。しかし、本発明の実施形態はこれに限定されるものではなく、第一当接部位21が、ケース3の内面6と当接して冷媒貯留空間50の軸方向一方側を閉じるものの、貯留空間形成部材4の周方向における一部でケース3の内面6と当接しないように構成されていても良い。このような場合であっても、貯留空間形成部材4は、軸方向一方側部位が締結ボルト91によりケース3に固定されているため、冷媒導入隙間51に導入された冷媒が冷媒貯留空間50を軸方向に横断し、冷媒貯留空間50から軸方向一方側に漏れることは抑制される。同様に、第二当接部位22や第三当接部位23が、貯留空間形成部材4の軸方向における一部でケース3の内面と当接しないように構成されていても良いし、第四当接部位24が、貯留空間形成部材4の周方向における一部でステータコア13の軸方向一方側端面と当接しないように構成されていても良い。すなわち、第一当接部位21、第二当接部位22、第三当接部位23、及び第四当接部位24の少なくとも何れかが、冷媒貯留空間50の対応する方向側を閉じるものの閉塞まではしない構成とすることができる。
(12)上記の実施形態では、回転電機2を径方向外側から覆うケース3の周壁部が、軸方向一方側に向かうに従って全体として縮径するように形成されている場合を例として説明した。しかし、本発明の実施形態はこれに限定されるものではなく、周壁部を内径が軸方向に沿ってほぼ一様になるように形成したり、周壁部を軸方向一方側に向かうに従って全体として拡径するように形成したりすることも、本発明の好適な実施形態の一つである。
(13)上記の実施形態では、冷媒吐出用開口25の断面形状が円形である場合を例として説明した。しかし、本発明の実施形態はこれに限定されるものではなく、冷媒吐出用開口25の断面形状を円形以外(例えば、四角形等の多角形や楕円形等)とすることも、本発明の好適な実施形態の一つである。
(14)上記の実施形態では、貯留空間形成部材4は、径方向に沿って切断した断面がL字状に形成されている場合を例として説明した。しかし、本発明の実施形態はこれに限定されるものではなく、貯留空間形成部材4の径方向に沿って切断した断面の形状は、直線状等のその他の形状であっても良い。
(15)上記の実施形態では、貯留空間形成部材4が絶縁材料により形成されている場合を例として説明した。しかし、本発明の実施形態はこれに限定されるものではなく、冷媒分配部材4を、金属等の絶縁材料以外の材料により形成することもできる。
(16)上記の実施形態では、本発明に係るステータの冷却構造を、車両用の駆動装置1が備える回転電機2のステータに適用した場合を例として説明した。しかし、本発明の実施形態はこれに限定されるものではない。従って、車両用以外の駆動装置が備える回転電機のステータや、駆動装置以外の装置が備える回転電機のステータにも本発明に係るステータの冷却構造を適用することも可能である。
本発明は、回転電機を収容するケースを備え、当該ケースの内面と、回転電機のステータが備えるステータコアの軸方向一方側端面の外周縁と、の間に形成される冷媒導入隙間に向けてステータ軸方向他方側から冷媒を供給し、ステータコアからステータ軸方向一方側に突出するコイルエンド部を冷却するステータの冷却構造に好適に利用することができる。
2:回転電機
3:ケース
4:貯留空間形成部材
6:内面
10:ステータ
11:コイルエンド部
13:ステータコア
14:外周縁
20:当接部
21:第一当接部位
22:第二当接部位
23:第三当接部位
24:第四当接部位
25:冷媒吐出用開口
26:引退部
30:当接面部
50:冷媒貯留空間
51:冷媒導入隙間

Claims (10)

  1. 回転電機を収容するケースを備え、当該ケースの内面と、前記回転電機のステータが備えるステータコアの軸方向一方側端面の外周縁と、の間に形成される冷媒導入隙間に向けてステータ軸方向他方側から冷媒を供給し、前記ステータコアからステータ軸方向一方側に突出するコイルエンド部を冷却するステータの冷却構造であって、
    前記冷媒導入隙間は、前記コイルエンド部の冷媒供給対象部位に対して上方に形成され、
    ステータ軸方向他方側に前記冷媒導入隙間が開口する冷媒貯留空間を前記ケースの内面との間に形成する貯留空間形成部材を、前記コイルエンド部の外周面に沿って配置して備え、
    前記貯留空間形成部材は、前記ケースの内面と当接して前記冷媒貯留空間のステータ軸方向一方側を閉じる第一当接部位を有する当接部と、前記冷媒貯留空間に導入された冷媒を前記コイルエンド部に供給するための冷媒吐出用開口と、を備えるステータの冷却構造。
  2. 前記貯留空間形成部材は、前記コイルエンド部の少なくとも最上部を覆うように形成されており、
    前記冷媒貯留空間の少なくとも一部は、前記コイルエンド部の最上部の上方に位置する請求項1に記載のステータの冷却構造。
  3. 前記コイルエンド部は、軸心がステータ軸方向に延びる円筒状に形成されており、
    前記貯留空間形成部材は、前記コイルエンド部の軸方向から見て円弧状に形成されているとともに、当該コイルエンド部の外周面に沿って配置されている請求項1又は2に記載のステータの冷却構造。
  4. 前記貯留空間形成部材は、前記冷媒吐出用開口を複数備えるとともに、複数の前記冷媒吐出用開口がステータ周方向に沿って分散配置されている請求項3に記載のステータの冷却構造。
  5. 前記貯留空間形成部材の上面の周方向における前記冷媒吐出用開口の形成位置に、ステータ軸方向に延びる溝状の引退部が形成されている請求項4に記載のステータの冷却構造。
  6. ステータ軸方向の一方側から見た場合における前記貯留空間形成部材の延在方向を特定方向とし、
    前記貯留空間形成部材が備える前記当接部は、前記ケースの内面と当接して前記冷媒貯留空間の前記特定方向における一方側を閉じる第二当接部位と、前記ケースの内面と当接して前記冷媒貯留空間の前記特定方向における他方側を閉じる第三当接部位との少なくとも一方を備える請求項1から5のいずれか一項に記載のステータの冷却構造。
  7. 前記貯留空間形成部材が備える前記当接部は、前記ステータコアの軸方向一方側端面と当接して前記冷媒貯留空間のステータ軸方向他方側を閉じる第四当接部位を備える請求項1から6のいずれか一項に記載のステータの冷却構造。
  8. 前記貯留空間形成部材は、ステータ軸方向に弾性変形可能に形成されているとともに、ステータ軸方向他方側の前記第四当接部位が前記ステータコアの軸方向一方側端面と当接した状態で、ステータ軸方向一方側部位が前記ケースに固定されている請求項7に記載のステータの冷却構造。
  9. 前記当接部の当接面部は、前記貯留空間形成部材における当該当接面部以外の部位を形成する材料よりも硬度が低い軟質材料で形成されている請求項1から8のいずれか一項に記載のステータの冷却構造。
  10. 前記貯留空間形成部材は、絶縁材料で形成されている請求項1から9のいずれか一項に記載のステータの冷却構造。
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