JP6140645B2 - 回転電機の冷却構造 - Google Patents

Description

本発明は、電気自動車又はハイブリッド自動車等に搭載可能な回転電機の冷却構造に関する。

図１７は、特許文献１に記載された電動車両の駆動装置における、電動モータの側面部を覆うサイドカバーを内側から見た斜視図である。また、図１８は、図１７に示したサイドカバーの複数の吐出孔と電動モータのコイルとの位置関係を示す正面図である。特許文献１に記載された電動車両の駆動装置では、図１７及び図１８に示すように、電動モータの側面部を覆うサイドカバー８２を樹脂で形成すると共に、サイドカバー８２に設けた油路９０（９１、９２）の複数の吐出孔９５から電動モータのステータ７１に潤滑油を噴きかけて冷却する。複数の吐出孔９５は、ステータ７１の複数の突極集中巻きコイル７１ｃの上側半円部分と対応する位置に、円周方向に離間して設けられている。また、複数の吐出孔９５は、略矩形状のインシュレータの胴部に巻回される突極集中巻きコイル７１ｃの湾曲して折り曲げられた部分の半径方向中央部分７１ｃ１に向けて潤滑油が噴射されるように配置される。

図１９は、特許文献２に記載されたモータの油冷構造を説明する径方向断面図である。また、図２０は、図１９に示したモータの冷却構造の要部を示す平面図である。特許文献２に記載されたモータＭの油冷構造は、図１９及び図２０に示すように、モータＭの周方向に沿って配列され、モータＭの軸方向に沿ってオイルを噴出して複数のコイル３をそれぞれ冷却する複数の噴射孔５を有する。噴射孔５は、隣接する分割ステータコア２ａ，２ａの間ないしコイル３，３の間の隙間に対向して配置される。

国際公開第２０１２／０４６３０７号 特開２０１０−０５７２６１号公報

特許文献１に記載された油路９０の複数の吐出孔９５からは、図１８に示された突極集中巻きコイル７１ｃの湾曲して折り曲げられた部分の半径方向中央部分７１ｃ１に向けて潤滑油が噴射される。また、特許文献２に記載されたモータの油冷構造における噴射孔５からは、隣接する分割ステータコア２ａ，２ａの間ないしコイル３，３の間の隙間に向けてオイルが噴出される。このように、特許文献１及び特許文献２のどちらの構造でも、モータの軸方向に対する潤滑油の噴出方向はどの孔も同じである。しかし、潤滑油による冷却の対象であるモータのステータ及びロータはそれぞれ３次元の複雑な形状を有するため、潤滑油が行きわたらず冷却が十分に行われない箇所がモータに発生し得る。このようなモータの冷却効率は十分ではない可能性がある。

本発明の目的は、効率良く冷却可能な回転電機の冷却構造を提供することである。

上記の目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、
ステータ（例えば、後述の実施形態でのステータ１１０）及びロータを有する回転電機の冷却構造であって、
前記回転電機の軸方向外側端面と対向するように設けられた冷媒流路管（例えば、後述の実施形態での冷媒流路管１６１）を備え、
前記冷媒流路管の外周面は、前記冷媒流路管の管路方向に対して直交する断面で見たときに、曲線状となるよう形成され、
前記外周面には、前記回転電機の軸方向外側端面と対向する位置に、管内に連通した複数の開口（例えば、後述の実施形態での開口１６３、１６３ｂ、１６３ｃ）が形成され、
前記複数の開口は、前記冷媒流路管の管路方向と直交する各断面で見たときに、前記冷媒流路管の延在する仮想面に対してなす角度の異なる開口を含み、
前記ステータのコイルには、径方向に２段に構成された組立コイルプレートによってコイルエンドが構成され、
前記複数の開口は、内径側のコイルプレートに向けて開口する開口（例えば、後述の実施形態での開口１６３ｂ）と、外径側のコイルプレートに向けて開口する開口（例えば、後述の実施形態での開口１６３ｃ）と、を含む。
請求項２に記載の発明は、
ステータ（例えば、後述の実施形態でのステータ１１０）及びロータを有する回転電機の冷却構造であって、
前記回転電機の軸方向外側端面と対向するように設けられた冷媒流路管（例えば、後述の実施形態での冷媒流路管１６１）を備え、
前記冷媒流路管の外周面は、前記冷媒流路管の管路方向に対して直交する断面で見たときに、曲線状となるよう形成され、
前記外周面には、前記回転電機の軸方向外側端面と対向する位置に、管内に連通した複数の開口（例えば、後述の実施形態での開口１６３、１６３ｂ、１６３ｃ）が形成され、
前記複数の開口は、前記冷媒流路管の管路方向と直交する各断面で見たときに、前記冷媒流路管の延在する仮想面に対してなす角度の異なる開口を含み、
前記回転電機は、軸方向に離間した位置に配置された第１の回転電機及び第２の回転電機を含み、
前記冷媒流路管は、前記第１の回転電機と前記第２の回転電機の間に配置され、
前記複数の開口は、前記第１の回転電機の前記冷媒流路管と対向する軸方向外側端面に向けて開口する開口と、前記第２の回転電機の前記冷媒流路管と対向する軸方向外側端面に向けて開口する開口と、を含む。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の発明において、
前記冷媒流路管は、前記回転電機の軸を中心とする円周方向に延びる。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の発明において、
前記複数の開口は、前記回転電機の軸方向外側端面の内周側に向けて開口する第１の開口（例えば、後述の実施形態での開口１６３ｂ）と、前記回転電機の軸方向外側端面の外周側に向けて開口する第２の開口（例えば、後述の実施形態での開口１６３ｃ）と、を含む。

請求項５に記載の発明では、請求項１〜４のいずれか１項に記載の発明において、
前記回転電機の軸方向から見た前記冷媒流路管の少なくとも一部は、前記回転電機の軸を中心とした円周の一方から他方に向かって円周方向に延出し、
前記複数の開口は、前記冷媒流路管の管路方向に沿って互いにずれた位置に形成された。

請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の発明において、
前記冷媒流路管は、前記回転電機の軸方向外側端面に沿って環状に延びる。

請求項１に記載の発明によれば、冷媒流路管の周囲面に形成される複数の開口は、当該冷媒流路管の管路方向と直交する各断面で見たときに、冷媒流路管の延在する仮想面に対してなす角度の異なる開口を含むため、各開口からは、回転電機の軸方向外側端面の異なる部位に対して異なる角度で冷媒が噴射される。その結果、効率良く回転電機を冷却できる。
また、冷媒流路管の外周面は、当該冷媒流路管の管路方向に対して直交する断面でみたときに、曲線状となるよう形成されているため、冷媒が噴射される向きは、開口が形成される外周面上の周方向位相（管路方向と直交する各断面で見たときの仮想面に対する角度）を変えることで容易に変更できる。このため、冷媒流路の構成の複雑化を抑制しつつ、回転電機の冷却が必要な箇所に対して冷媒を噴射可能な開口を容易に形成できる。
さらに、回転電機のステータのコイルエンドを構成する内径側及び外径側の各コイルプレートに冷媒をそれぞれ噴射することで、各コイルプレートを効率的に冷却できる。
請求項２に記載の発明によれば、第１の回転電機及び第２の回転電機に共通した１つの冷媒流路管によって各回転電機を冷却することができるため、回転電機の数に対する冷媒流路管の数を抑制しつつ、効率良く各回転電機を冷却できる。

請求項３に記載の発明によれば、回転電機の軸方向外側端面の全体に冷媒が供給される。

請求項４に記載の発明によれば、第１の開口からは、回転電機の軸方向外側端面の内周側に向けて冷媒を噴射することができ、第２の開口からは、回転電機の軸方向外側端面の外周側に向けて冷媒を噴射することができる。このように、回転電機の内周側及び外周側に分けて冷媒をそれぞれ噴射することで、さらに効率良く回転電機を冷却できる。

請求項５に記載の発明によれば、各開口から回転電機の軸方向外側端面の異なる部位に冷媒を噴射することができると共に、開口の形成を容易に行うことができる。また、開口を設けたことによる冷媒流路管の強度の低下を抑制できる。

請求項６に記載の発明によれば、冷媒流路管が回転電機の軸方向外側端面の略全周に亘って設けられ、回転電機の軸方向外側端面の略全面に冷媒が噴射されるため、さらに効率良く回転電機を冷却できる。

本発明に係る回転電機のステータの斜視図である。 図１に示すステータの分解斜視図である。 （ａ）は図２に示す一方のベースプレート組立体の分解斜視図、（ｂ）は他方のベースプレート組立体の分解斜視図である。 スロットコイルの斜視図である。 図１に示すステータの縦断面図であり、図６のＡ−Ａ線断面図である。 図３（ａ）に示す一方のベースプレート組立体の正面図である。 図３（ａ）に示す一方のベースプレート組立体の裏面図である。 ダブルスロットタイプのセグメント化された複数相のコイルの斜視図である。 冷媒流路管の正面図である。 冷媒流路管とステータの位置関係を示す図である。 冷媒流路管とステータの縦断面図であり、図１０のＤ−Ｄ線断面図である。 （ａ）は図９のＢ−Ｂ線断面図であり、（ｂ）は図９のＣ−Ｃ線断面図である。 回転電機のステータの軸方向外側端面に冷媒流路管から冷媒が吹き付けられている状態を示す図である。 他の形態の回転電機のステータの軸方向外側端面に冷媒流路管から冷媒が吹き付けられている状態を示す図である。 ２つの回転電機の間に冷媒流路管が設けられた状態での、冷媒流路管と各回転電機のステータの縦断面図である。 冷媒流路管とステータの位置関係の変形例における冷媒流路管とステータの縦断面図である。 特許文献１に記載された電動車両の駆動装置における、電動モータの側面部を覆うサイドカバーを内側から見た斜視図である。 図１７に示したサイドカバーの複数の吐出孔と電動モータのコイルとの位置関係を示す正面図である。 特許文献２に記載されたモータの油冷構造を説明する径方向断面図である。 図１９に示したモータの冷却構造の要部を示す平面図である。

まず、本発明の冷却構造が採用され得る回転電機のステータの一実施形態について、添付図面に基づいて説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。

［ステータ］
図１、図２及び図５に示すように、本実施形態の回転電機のステータ１１０は、ステータコア組立体１２０と、一対のベースプレート組立体１３０Ｌ、１３０Ｒと、を備え、ベースプレート組立体１３０Ｌ、１３０Ｒが、ステータコア組立体１２０の両側に配置されて組み付けられている。ステータコア組立体１２０とベースプレート組立体１３０Ｌ、１３０Ｒとの間には、例えば、シリコンシートなどの絶縁シート１６５が配置され、ステータコア組立体１２０とベースプレート組立体１３０Ｌ、１３０Ｒとを絶縁している。

ステータコア組立体１２０は、ステータコア１２１と、複数（図に示す実施形態では４８個）のスロットコイル１２５と、を備える。

ステータコア１２１は、例えば、プレス抜きされた複数枚の珪素鋼板が積層されて構成され、その径方向内側に、４８個のティース１２２と、隣接するティース１２２，１２２間に形成される４８個のスロット１２３とを備える。スロット１２３は、ステータコア１２１の軸方向に貫通して形成され、軸方向から見てステータコア１２１の径方向に長い略長円形状に形成され、開口部１２４がステータコア１２１の内周面に開口している。

スロットコイル１２５は、図４も参照して、同一形状及び同一長さを有する外径側スロットコイル１２６と内径側スロットコイル１２７とが、後述する接続コイル１４０の厚さ分だけ軸方向にずらされて並列配置され、両端を除く周囲が射出成形された樹脂などの絶縁材１２８で被覆されて一体に形成されている。具体的に、外径側スロットコイル１２６及び内径側スロットコイル１２７の長さは、ステータコア１２１の軸方向長さと接続コイル１４０の３枚分の厚さの和と略等しい長さに設定され、それぞれの両端には、接続コイル１４０の厚さと略等しい長さの小径部１２６ａ、１２７ａが形成されている。

外径側スロットコイル１２６及び内径側スロットコイル１２７からなる複数（図に示す実施形態では４８個）のスロットコイル１２５は、図５に示すように、外径側スロットコイル１２６が径方向外側となるようにステータコア１２１の径方向に並べられて、ステータコア１２１の４８個のスロット１２３にそれぞれ挿入されてステータコア１２１の周方向に並べられ、ステータコア組立体１２０を構成する。

外径側スロットコイル１２６は、ステータコア１２１の一方の端面１２１ａ（図５においては左端面）から接続コイル１４０の略２枚分の厚さだけ小径部１２６ａが突出し、他方の端面１２１ｂ（図５においては右端面）から接続コイル１４０の略１枚分の厚さだけ、小径部１２６ａが突出して、スロット１２３に挿入されている。

また、内径側スロットコイル１２７は、ステータコア１２１の一方の端面１２１ａから接続コイル１４０の略１枚分の厚さだけ、小径部１２７ａが突出し、他方の端面１２１ｂから接続コイル１４０の略２枚分の厚さだけ小径部１２７ａが突出してスロット１２３に挿入されている。外径側スロットコイル１２６及び内径側スロットコイル１２７と、ステータコア１２１のスロット１２３と、の間には、両スロットコイル１２６、１２７を被覆する絶縁材１２８が介在してステータコア１２１との絶縁が確保されている。従って、外径側スロットコイル１２６と内径側スロットコイル１２７とは、互いの両端部の軸方向位置が異なるように、軸方向にずらした状態で絶縁材１２８によって被覆される。

外径側スロットコイル１２６及び内径側スロットコイル１２７を被覆する絶縁材１２８は、スロット１２３よりも僅かに大きな略同一形状を有しており、圧入によってスロット１２３へ容易に固定できる。また、外径側スロットコイル１２６及び内径側スロットコイル１２７は、従来の巻回された巻線からなるコイルと比較して太いので、スロット１２３への占積率が向上する効果も有する。

ステータコア組立体１２０の両側にそれぞれ配置されるベースプレート組立体１３０Ｌ、１３０Ｒは、図３（ａ），（ｂ）に示すように、ベースプレート１３１Ｌ、１３１Ｒと、複数の接続コイル１４０と、を備える。なお、ベースプレート組立体１３０Ｒは、後述する接続端子部を備えない点、溝及び接続コイルの形状を除き、その他の構成はベースプレート組立体１３０Ｌと同一であるので、以後、主にベースプレート組立体１３０Ｌについて説明する。

ベースプレート１３１Ｌは、絶縁性を有する樹脂（非磁性材）によって成形され、図１及び図２に示すように、ステータコア１２１と略等しい内外径を有する略円環状部材であり、図中上方部分には径方向外側に扇状に延びる展開部１３１ａが設けられている。展開部１３１ａには、外部機器などに接続するための接続端子部が形成される。

ベースプレート１３１Ｌの内径側には、ステータコア１２１のスロット１２３に挿入された各スロットコイル１２５の外径側スロットコイル１２６及び内径側スロットコイル１２７にそれぞれ対応して、４８対の外径側貫通孔１３２及び内径側貫通孔１３３が、ベースプレート１３１Ｌを貫通して形成されている。

対となる外径側貫通孔１３２と内径側貫通孔１３３とは、ベースプレート１３１Ｌの中心Ｏから径方向に延びる同一の直線Ｌ上に位置し、更に、この直線Ｌ上、且つベースプレート１３１Ｌの外径側には、外周側孔１３４が形成されてベースプレート１３１Ｌの外側面１３５と内側面１３６（図５参照）とを連通する。また、展開部１３１ａが形成される円周方向位置では、外周側孔１３４の位置より更に径方向外側で展開部１３１ａに位置する１２個の接続端子接合孔１３９が形成されている。

図５から図７に示すように、ベースプレート１３１Ｌの外側面１３５と内側面１３６には、それぞれ外側面１３５及び内側面１３６に開口する断面略コの字型の複数（４８個）の外側面溝１３７及び内側面溝１３８が、インボリュート曲線に沿って円周方向に近接して形成されている。互いに隣接する各外側面溝１３７間、及び各内側面溝１３８間は、ベースプレート１３１Ｌから立設する壁１３１ｂによって隔離され、また、軸方向において対向する外側面溝１３７と内側面溝１３８とは隔壁１３１ｃによって隔離され、それぞれ電気的に絶縁される。
また、ベースプレート１３１Ｌは、後述する外側接続コイル１４１と内側接続コイル１４２の厚さに対応する外側面溝１３７と内側面溝１３８との各溝深さと、隔壁１３１ｃの厚さとの合計に略等しい軸方向幅に設定される。

ベースプレート組立体１３０Ｌでは、図６に示すように、ベースプレート１３１Ｌの各外側面溝１３７は、正面視において、外径側貫通孔１３２と、この外径側貫通孔１３２から時計方向に３個分離間した外径側貫通孔１３２を通る直線Ｌ上に形成される外周側孔１３４とを接続するように、インボリュート曲線に沿って湾曲して形成されている。但し、複数の外側面溝１３７の内、展開部１３１ａに向かって延びる１２個の外側面溝１３７ａは、外径側貫通孔１３２から時計方向に３個分離間した外径側貫通孔１３２を通る直線Ｌ上までインボリュート状に延びた後、径方向に屈曲して接続端子接合孔１３９に接続する。

また、図７に示すように、ベースプレート１３１Ｌの各内側面溝１３８は、正面視において、内径側貫通孔１３３と、この内径側貫通孔１３３から時計方向に（図６側から見て反時計方向に）３個分離間した内径側貫通孔１３３を通る直線Ｌ上に形成される外周側孔１３４とを、外径側貫通孔１３２を避けて屈曲しながら接続するように形成されている。但し、複数の内側面溝１３８の内、展開部１３１ａに向かって延びる１２個の内側面溝１３８ａは、内径側貫通孔１３３から時計方向に（図６側から見て反時計方向に）３個分離間した内径側貫通孔１３３を通る直線Ｌ上まで同様に屈曲して延びた後、径方向に屈曲して接続端子接合孔１３９に接続する。

即ち、図６に示すように、時計方向（又は反時計方向）に６個離間して位置する外径側貫通孔１３２と内径側貫通孔１３３とは、外側面溝１３７及び内側面溝１３８が共通に連続する外周側孔１３４を介して接続されている。また、共通の接続端子接合孔１３９に接続する一対の外側面溝１３７ａと内側面溝１３８ａとは、時計方向（又は反時計方向）に６個離間する外径側貫通孔１３２と内径側貫通孔１３３とを接続している。

なお、ベースプレート組立体１３０Ｒでは、ベースプレート１３１Ｒの各外側面溝１３７は、上述したベースプレート１３１Ｌの各内側面溝１３８と同様の形状を有し、ベースプレート１３１Ｒの各内側面溝１３８は、上述したベースプレート１３１Ｌの各外側面溝１３７と同様の形状を有する。

接続コイル１４０は、銅などの導電材料によって板状に形成されており、外側面溝１３７、１３７ａにそれぞれ挿入される外側接続コイル１４１（１４１ａ、１４１ｂ）と、内側面溝１３８、１３８ａにそれぞれ挿入される内側接続コイル１４２（１４２ａ、１４２ｂ）と、に分けることができる。なお、ここで言う外側接続コイル１４１とは、ステータコア組立体１２０とベースプレート組立体１３０とが組み付けられたとき、ステータ１１０の軸方向外側となる接続コイル１４０のことであり、内側接続コイル１４２とは、ステータ１１０の軸方向内側となる接続コイル１４０のことである。

外側接続コイル１４１ａは、図６に示すように、外側面溝１３７と同一形状のインボリュート曲線に沿って形成されており、その両端部には、結合孔１４３ａ、１４３ｂが形成されている。結合孔１４３ａは、外径側スロットコイル１２６の小径部１２６ａと略等しい直径を有し、結合孔１４３ｂは、後述する外側接続コイル１４１ａと内側接続コイル１４２ａとを接続する図３（ａ），（ｂ）に示す接続ピン１４５と略等しい直径を有する。また、外側接続コイル１４１ｂは、外側面溝１３７ａと同一形状に湾曲して形成されており、その両端部には、結合孔１４３ａと、接続端子孔１４３ｃが形成されている。

内側接続コイル１４２ａは、図７に示すように、内側面溝１３８と同一形状のインボリュート曲線に沿って形成されており、その両端部には、結合孔１４４ａ、１４４ｂが形成されている。結合孔１４４ａは、内径側スロットコイル１２７の小径部１２７ａと略等しい直径を有し、結合孔１４４ｂは、接続ピン１４５と略等しい直径を有する。また、内側接続コイル１４２ｂは、内側面溝１３８ａと同一形状に湾曲して形成されており、その両端部には、結合孔１４４ａと、接続端子孔１４４ｃが形成されている。

従って、ベースプレート１３１Ｌの接続端子接合孔１３９の部分を除いて、各外径側スロットコイル１２６にそれぞれ接続される内側接続コイル１４２ａと外側接続コイル１４１ａ、１４１ｂは、インボリュート曲線に沿って形成され、各内径側スロットコイル１２７にそれぞれ接続される内側接続コイル１４２ａ，１４２ｂと外側接続コイル１４１ａは、インボリュート曲線に沿って形成されるとともに、該インボリュート曲線の内径側において内径側貫通孔１３３から外径側貫通孔１３２を迂回するように径方向外側に延びる。

外側接続コイル１４１ａ、１４１ｂは外側面溝１３７、１３７ａにそれぞれ挿入され、また、内側接続コイル１４２ａ、１４２ｂは内側面溝１３８、１３８ａにそれぞれ挿入されている。そして、各外周側孔１３４には、銅、アルミニウムなどからなる導電性の接続ピン１４５が挿入されて外側接続コイル１４１ａと内側接続コイル１４２ａとを電気的に接続する。

これにより、時計方向（又は反時計方向）に６個離間して位置する外側接続コイル１４１ａの結合孔１４３ａと、内側接続コイル１４２ａの結合孔１４４ａとが、外側接続コイル１４１ａ、接続ピン１４５、及び内側接続コイル１４２ａを介して電気的に接続された状態でベースプレート組立体１３０Ｌ、１３０Ｒが構成される。
なお、本実施形態のような接続ピン１４５を設ける代わりに、外側接続コイル１４１ａと内側接続コイル１４２ａのいずれか一方に接続ピン１４５と同等形状の突出部を一体に形成し、外側接続コイル１４１ａと内側接続コイル１４２ａの他方に設けられた結合孔１４３ｂ、１４４ｂに挿入することで、外側接続コイル１４１ａと内側接続コイル１４２ａとを電気的に接続してもよい。

このように構成された一対のベースプレート組立体１３０Ｌ、１３０Ｒは、ステータコア組立体１２０の両側の所定位置に位置決めして配置して組み付けられる。図５に示すように、ステータコア１２１の一方の端面１２１ａ側（図中左側）に配置されたベースプレート組立体１３０Ｌにおいて、外径側スロットコイル１２６の小径部１２６ａが、外側接続コイル１４１ａ、１４１ｂの結合孔１４３ａに挿入されると共に、内径側スロットコイル１２７の小径部１２７ａが、内側接続コイル１４２ａ、１４２ｂの結合孔１４４ａに挿入された後、それぞれかしめられて固定される。即ち、外側接続コイル１４１ａ、１４１ｂ及び内側接続コイル１４２ａ、１４２ｂは、同相（例えば、Ｕ相）のスロットコイル１２５同士を接続してコイル１５０の渡り部を構成する。

また、ステータコア１２１の他方の端面１２１ｂ側（図中右側）に配置されたベースプレート組立体１３０Ｒにおいては、外径側スロットコイル１２６の小径部１２６ａが、内側接続コイル１４２ａの結合孔１４４ａに挿入されると共に、内径側スロットコイル１２７の小径部１２７ａが、外側接続コイル１４１ａの結合孔１４３ａに挿入された後、それぞれかしめられて固定される。即ち、外側接続コイル１４１ａ、１４１ｂ及び内側接続コイル１４２ａ、１４２ｂは、同相（例えば、Ｕ相）のスロットコイル１２５同士を接続してコイル１５０の渡り部を構成する。

従って、同一スロット１２３に配置された外径側スロットコイル１２６及び内径側スロットコイル１２７に関して、外径側スロットコイル１２６の一端側（図中左側）で接続された外側接続コイル１４１ａは、径方向外側、且つ、時計回りに延びて同相の内側接続コイル１４２ａに接続され、外径側スロットコイル１２６の他端側（図中右側）で接続された内側接続コイル１４２ａは、径方向外側、且つ、反時計回りに延びて同相の外側接続コイル１４１ａに接続される。また、内径側スロットコイル１２７の一端側（図中左側）で接続された内側接続コイルは、径方向外側、且つ、反時計回りに延びて同相の外側接続コイル１４１ａに接続され、内径側スロットコイル１２７の他端側（図中右側）で接続された外側接続コイル１４１ａは、径方向外側、且つ、時計回りに延びて同相の内側接続コイル１４２ａに接続される。

このようにステータ１１０は、ステータコア組立体１２０の両側に一対のベースプレート組立体１３０Ｌ、１３０Ｒを組みつけることで構成され、これによりセグメント化されたコイル１５０が、同一構造を有する各相２つのコイルループ（Ｕ相コイル１５０Ｕ、Ｖ相コイル１５０Ｖ、及びＷ相コイル１５０Ｗ）と、同一構造を有する各相２つのコイルループ（Ｕ相コイル１５０Ｕ、Ｖ相コイル１５０Ｖ、及びＷ相コイル１５０Ｗ）とを含む２組の各相４つのコイルループを形成する。例えば、Ｕ相コイルを構成する４つのコイルループは、２つのコイルループ（Ｕループ）が連続して時計方向に波巻きされるとともに、２つのコイルループ（Ｕループ）が連続して反時計方向に波巻きされる。なお、１つのスロット１２３内に配置される、絶縁材１２８で被覆された外径側スロットコイル１２６と内径側スロットコイル１２７は、Ｕループを構成するコイルとＵループを構成するコイルとからなっており、電流の流れ方向が同一方向となっている。他の２相に関してもＵ相と同様である。図８は、理解を容易にするためステータからセグメント化された複数相（ＵＶＷ相）のコイルを抜き出して示す斜視図である。

［冷却構造］
続いて、本発明の回転電機の冷却構造の一実施形態である冷媒流路管について、図９〜図１１を参照しながら説明する。図９は、冷媒流路管１６１の正面図である。図１０は、冷媒流路管１６１とステータ１１０の位置関係を示す図である。図１１は、冷媒流路管１６１とステータ１１０の縦断面図であり、図１０のＤ−Ｄ線断面図である。

冷媒流路管１６１は、全体が略円環状に形成されており、図９に示す冷媒流路管１６１の中心Ｏｔがステータ１１０の軸心に合致するよう位置合わせされている。冷媒流路管１６１は、図１０及び図１１に示すように、ステータ１１０の軸方向両外側に、軸方向外側端面と対向するように設けられる。すなわち、冷媒流路管１６１は、冷媒流路管１６１の延在する仮想面Ｐが、ステータ１１０の軸方向両外側の端面と略平行となるように設けられ、中心Ｏｔがステータ１１０の軸心に合致するよう仮想面Ｐ上に位置している。

冷媒流路管１６１の中心Ｏｔは、冷媒流路管１６１が円環形状の場合、その中心であり、冷媒流路管１６１が楕円形状の場合、長軸と短軸との交点であり、冷媒流路管１６１が円環形状又は楕円形状から歪んでいれば、その中心は近似円の中心又は近似楕円における長軸と短軸との交点となる。

中空の冷媒流路管１６１の一端側は径方向に延びて、冷却油等の冷媒の供給口１７１となっており、他端側は閉塞されて閉塞部１７３となっている。冷媒流路管１６１の供給口１７１側は、ステータ１１０の外周から突出する。

冷媒流路管１６１の延設方向（以下、「管路方向」という。）と直交する断面は円形状である。すなわち、冷媒流路管１６１の外周面は、冷媒流路管１６１の管路方向に対して直交する断面で見たときに、曲線状となるよう形成されている。冷媒流路管１６１のステータ１１０と対向する外周面には、管内に連通した複数の開口１６３が管路方向に沿って互いにずれた位置に設けられている。複数の開口１６３は、冷媒流路管１６１の管路方向と直交する各断面で見たときに、冷媒流路管１６１の延在する仮想面Ｐに対してなす角度の異なる開口を含む。冷媒流路管１６１には、例えば、仮想面Ｐと垂直な方向に対して冷媒流路管１６１の中心Ｏｔに寄った向きの開口１６３ｂと、当該垂直方向に対して冷媒流路管１６１の中心Ｏｔから離れた向きの開口１６３ｃとが管路方向に沿って設けられる。図１２（ａ）は図９のＢ−Ｂ線断面図であり、図１２（ｂ）は図９のＣ−Ｃ線断面図である。２つの開口１６３ｂ，１６３ｃの内、一方の開口は、仮想面Ｐと当該開口の開口方向との交点Ｏｄを中心として、仮想面Ｐに対して角度θ１をなす位置（図１２（ａ）に示す軸線Ｑ方向よりも中心Ｏｔ側の位置）に形成されており、他方の開口は、仮想面Ｐと当該開口の開口方向との交点Ｏｄを中心として、仮想面Ｐに対して角度θ２をなす位置（図１２（ｂ）に示す軸線Ｑ方向よりも中心Ｏｔから離れる側の位置）に形成されている。なお、角度θ１は０°＜θ１＜９０°の任意の角度であり、角度θ２は９０°＜θ２＜１８０°の任意の角度である。

冷媒流路管１６１の供給口１７１からは、図示しないオイルポンプ等からの圧力によって冷媒が供給される。冷媒流路管１６１に供給された冷媒は管内を満たし、冷媒流路管１６１の一端は閉塞部１７３によって閉じられているため、各開口１６３から冷媒が噴射する。図１０に示すようにステータ１１０の軸方向外側に冷媒流路管１６１が設けられた状態であれば、ステータ１１０のベースプレート組立体１３０Ｌ、１３０Ｒの軸方向外側端面には、開口１６３から噴射された冷媒が吹き付けられる。本実施形態では、複数の開口１６３ｂ、１６３ｃのステータ１１０に対する向きがそれぞれ異なるため、冷媒が吹き付けられるステータ１１０の径方向の位置がそれぞれ異なる。図１３は、本実施形態の回転電機のステータ１１０の軸方向外側端面に冷媒流路管１６１から冷媒が吹き付けられている状態を示す図である。図１３に示すように、開口１６３ｂからは、ステータ１１０の軸方向外側端面の内周側に向けて冷媒が噴射され、管路方向に沿って当該開口からずれた位置に設けられた開口１６３ｃからは、ステータ１１０の軸方向外側端面の外周側に向けて冷媒が噴射される。

なお、本実施形態のステータ１１０の内径側には、図示しないロータが回転自在に配置される。したがって、回転電機の軸よりも鉛直方向上側に位置する開口１６３からステータ１１０に噴射された冷媒は、ステータ１１０からロータの上部に伝わる。この場合、冷媒はロータの特に上部をも冷却する。また、複数の開口１６３の一部は、ロータの軸方向外側端面に向いて形成されても良い。この場合、ロータの軸方向外側端面には冷媒が直接吹き付けられる。

冷媒流路管１６１は、図９及び図１０に示す取付具１６７を介して、本実施形態の回転電機を収容するためのケースの内壁に取り付けられるか、ステータ１１０を構成するベースプレート組立体１３０Ｌ又はベースプレート組立体１３０Ｒの壁面に取り付けられる。また、冷媒流路管１６１から噴射した冷媒によって冷却される回転電機のステータは、図１に示した本実施形態のステータ１１０に限らず、ステータ１１０を構成する一対のベースプレート組立体１３０Ｌ、１３０Ｒの軸方向内側に、ベースプレート１３１Ｌ、１３１Ｒよりも径の大きなベースプレート２３１Ｌ、２３１Ｒに複数の接続コイルが配置された他の一対のベースプレート組立体２３０Ｌ、２３０Ｒを積層配置したステータであっても良い。図１４は、他の形態の回転電機のステータの軸方向外側端面に冷媒流路管１６１から冷媒が吹き付けられている状態を示す図である。

以上説明したように、本実施形態では、本実施形態の回転電機の軸に冷媒流路管１６１の中心が合致するよう位置合わせされた状態で冷媒流路管１６１に冷媒が供給されると、回転電機の軸方向外側端面の略全周に亘って冷媒が吹き付けられる。冷媒流路管１６１の外周面に設けられた冷媒を噴出する複数の開口１６３は、対向する回転電機の軸方向外側端面の内径側から外径側まで異なる角度で開口している。このため、各開口１６３から噴出する冷媒は、回転電機の軸方向外側端面の異なる部位に対して異なる角度で吹き付けられる。その結果、効率良く回転電機を冷却できる。

また、冷媒流路管１６１の外周面は、冷媒流路管１６１の管路方向に対して直交する断面でみたときに、曲線上となるよう形成されているため、冷媒が噴射される向きは、開口１６３が形成される外周面上の周方向位相（管路方向と直交する各断面で見たときの仮想面Ｐに対する角度）を変えることで容易に変更できる。このため、冷媒流路管１６１の構成の複雑化を抑制しつつ、回転電機の冷却が必要な箇所に対して冷媒を噴射可能な開口を容易に形成できる。

また、複数の開口１６３は、管路方向と直交する各断面で見たときに仮想面Ｐに対して角度の異なる開口を含むため、複数の開口が周方向において同じ位置に形成されている場合と比較して、冷媒流路管１６１の強度を確保できる。

さらに、本実施形態では、回転電機の軸心よりも鉛直方向下側に位置する回転電機の軸方向外側端面の部位にも、内径側から外径側まで異なる角度で冷媒を直接吹き付けることができる。このため、鉛直方向上方から冷媒を回転電機に滴下するだけでは当該冷媒が行きわたらない箇所も十分に冷却することができる。その結果、回転電機のステータ１１０（特にベースプレート組立体１３０Ｌ、１３０Ｒ）又はロータを均一に冷却することができる。一般的に回転電機は、回転電機の最大温度となる部位の温度によって出力や運転域は制限されるが、回転電機を均一に冷却できれば、当該回転電機の出力や運転域を拡げることができる。

なお、冷媒流路管１６１は、図１５に示すように、回転電機等が収容されるケース１８１内の、軸方向で離間した２つの回転電機１００ａ，１００ｂの間に設けられても良い。この場合、冷媒流路管１６１は、当該２つの回転電機１００ａ，１００ｂの向かい合う２つの軸方向外側端面と対向し、ケース１８１の内壁に設けられた凸部１８３に冷媒流路管１６１の取付具１６７を介して取り付けられる。一方の回転電機１００ａの軸方向外側端面と対向する冷媒流路管１６１の外周面には上記説明した複数の開口１６３が設けられ、もう一方の回転電機１００ｂの軸方向外側端面と対向する冷媒流路管１６１の外周面にも同様に複数の開口１６３が設けられる。すなわち、１つの冷媒流路管１６１によって、２つの回転電機１００ａ，１００ｂを同時に冷却することができる。このため、回転電機の数に対する冷媒流路管１６１の数を抑制しつつ、効率的に各回転電機を冷却できる。なお、２つの回転電機１００ａ，１００ｂは、例えば、電動機と発電機である。

なお、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。
また、上記実施形態では、全体が略円環状に形成された冷媒流路管１６１を例に説明したが、回転電機の冷却構造としては、軸方向から見て最下部が連通していないＣ字の冷媒流路管や、軸方向から見て左右に分かれた半円状の２つの冷媒流路管等が用いられても良い。また、冷媒流路管１６１の管路方向と直交する断面は円形状に限らず、楕円形状であっても良い。
また、一対のベースプレート組立体３０Ｌ、３０Ｒの軸方向外側に絶縁性のカバーを配置してもよく、樹脂等で被覆してもよい。
また、上記実施形態では、図１０に示したように、冷媒流路管１６１は、冷媒流路管１６１に沿った面Ｐがステータ１１０の軸方向両外側の端面と略平行となるようが設けられるが、図１６に示すように、冷媒流路管１６１に沿った面Ｐがステータ１１０の軸方向両外側の端面に対して径方向外側に傾いた状態で冷媒流路管１６１を設けても良い。
また、上記実施形態では、図１２に示したように、冷媒流路管１６１に設けられた複数の開口１６３には、冷媒流路管１６１に沿った面Ｐと垂直な方向に対して冷媒流路管１６１の中心Ｏｔに寄った向きの開口１６３ｂと、当該垂直方向に対して冷媒流路管１６１の中心Ｏｔから離れた向きの開口１６３ｃとが含まれると説明したが、当該垂直方向に開口した開口がさらに含まれても良い。

なお、本発明のステータ１０は、上記した円周方向に隣接する２つのスロット毎に同相のコイルが配置されるダブルスロットタイプに限定されず、円周方向の１つのスロット毎に各相のコイルが配置されるシングルスロットタイプのステータ或いは円周方向に隣接する３つのスロット毎に同相のコイルが配置されるトリプルスロットタイプのステータとすることもできる。

１１０ 回転電機のステータ
１２０ ステータコア組立体
１２１ ステータコア
１２３ スロット
１２５ スロットコイル
１２６ 外径側スロットコイル
１２７ 内径側スロットコイル
１２８ 絶縁材
１３０Ｌ、１３０Ｒ ベースプレート組立体
１３１Ｌ、１３１Ｒ ベースプレート
１３２ 外径側貫通孔
１３３ 内径側貫通孔
１３５ 外側面
１３６ 内側面
１３７、１３７ａ 外側面溝
１３８、１３８ａ 内側面溝
１４０ 接続コイル
１４１、１４１ａ、１４１ｂ 外側接続コイル
１４２、１４２ａ、１４２ｂ 内側接続コイル
１５０ コイル
１５０Ｕ Ｕ相コイル
１５０Ｖ Ｖ相コイル
１５０Ｗ Ｗ相コイル
１６１ 冷媒流路管
１６３、１６３ｂ、１６３ｃ 開口

Claims (6)

1. ステータ及びロータを有する回転電機の冷却構造であって、
   前記回転電機の軸方向外側端面と対向するように設けられた冷媒流路管を備え、
   前記冷媒流路管の外周面は、前記冷媒流路管の管路方向に対して直交する断面で見たときに、曲線状となるよう形成され、
   前記外周面には、前記回転電機の軸方向外側端面と対向する位置に、管内に連通した複数の開口が形成され、
   前記複数の開口は、前記冷媒流路管の管路方向と直交する各断面で見たときに、前記冷媒流路管の延在する仮想面に対してなす角度の異なる開口を含み、
   前記ステータのコイルには、径方向に２段に構成された組立コイルプレートによってコイルエンドが構成され、
   前記複数の開口は、内径側のコイルプレートに向けて開口する開口と、外径側のコイルプレートに向けて開口する開口と、を含む、回転電機の冷却構造。
2. ステータ及びロータを有する回転電機の冷却構造であって、
   前記回転電機の軸方向外側端面と対向するように設けられた冷媒流路管を備え、
   前記冷媒流路管の外周面は、前記冷媒流路管の管路方向に対して直交する断面で見たときに、曲線状となるよう形成され、
   前記外周面には、前記回転電機の軸方向外側端面と対向する位置に、管内に連通した複数の開口が形成され、
   前記複数の開口は、前記冷媒流路管の管路方向と直交する各断面で見たときに、前記冷媒流路管の延在する仮想面に対してなす角度の異なる開口を含み、
   前記回転電機は、軸方向に離間した位置に配置された第１の回転電機及び第２の回転電機を含み、
   前記冷媒流路管は、前記第１の回転電機と前記第２の回転電機の間に配置され、
   前記複数の開口は、前記第１の回転電機の軸方向外側端面に向けて開口する開口と、前記第２の回転電機の軸方向外側端面に向けて開口する開口と、を含む、回転電機の冷却構造。
3. 請求項１又は２に記載の回転電機の冷却構造であって、
   前記冷媒流路管は、前記回転電機の軸を中心とする円周方向に延びた、回転電機の冷却構造。
4. 請求項１から３のいずれか１項に記載の回転電機の冷却構造であって、
   前記複数の開口は、前記回転電機の内周側に向けて開口する第１の開口と、前記回転電機の外周側に向けて開口する第２の開口と、を含む、回転電機の冷却構造。
5. 請求項１から４のいずれか１項に記載の回転電機の冷却構造であって、
   前記回転電機の軸方向から見た前記冷媒流路管の少なくとも一部は、前記回転電機の軸を中心とした円周の一方から他方に向かって円周方向に延出し、
   前記複数の開口は、前記冷媒流路管の管路方向に沿って互いにずれた位置に形成された、回転電機の冷却構造。
6. 請求項５に記載の回転電機の冷却構造であって、
   前記冷媒流路管は、前記回転電機の軸方向外側端面に沿って環状に延びる、回転電機の冷却構造。

Images