JP6226938B2 - 回転電機 - Google Patents
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Description
本発明は、ステータのスロットコイルのコイルエンド部に、径方向コイルが接続され、前記コイルエンド部の少なくとも一部を覆い且つ前記径方向コイルを収容するカバー部材が前記ステータに取り付けられる回転電機に関する。
一般的に、回転電機では、円環状に配置されたステータに設けられたスロットにスロットコイルが挿入されるとともに、前記ステータの軸方向端部からコイルエンド部が突出している。
従来から、コイルエンド部を冷却するために種々の提案がなされている。例えば、特許文献1には、コイルエンド部の全体を略均一に冷却するとともに、流通させる冷媒の量を増加させた際に、前記冷媒の流速が高くなって冷却効率を向上させることを可能にするためのステータが開示されている。
上記の特許文献1では、冷媒の自重のみでコイルエンド部を均一に冷却することができないことから、液密状態を有するカバー部に、ポンプで前記冷媒を供給することにより、前記コイルエンド部の冷却を均一化している。
しかしながら、吐出量の高い比較的高価なポンプを用いる必要があり、設備費全体のコストが高騰するという問題がある。
本発明は、この種の課題を解決するものであり、冷却媒体の自重のみでコイルの冷却を均一に遂行することができ、経済的に構成することが可能な回転電機を提供することを目的とする。
本発明に係る回転電機は、スロットコイルと、複数の径方向コイルと、リング状のカバー部材とを備えている。スロットコイルは、ステータに設けられるスロットに挿入されており、径方向コイルは、前記スロットコイルに、円環状に配置された複数のコイルエンド部で接続されるとともに、径方向に延在している。カバー部材は、コイルエンド部の少なくとも一部を覆い且つ径方向コイルを収容するとともに、ステータに取り付けられている。
カバー部材は、コイルエンド部の外周側を周回する外周部と、前記コイルエンド部の内周側を周回する内周部と、前記径方向コイルに沿って径方向に延在し且つ該径方向コイルよりも軸方向に突出する壁部と、を備えている。
そして、カバー部材には、上部側外周流路、第1径方向流路、内周流路、第2径方向流路、及び下部側外周流路を有するコイル冷却流路が形成されている。上部側外周流路には、カバー部材の外周部の上部側から供給された冷却媒体が、前記外周部に沿って自重により流通されている。第1径方向流路には、冷却媒体が、上部側外周流路から壁部と径方向コイルとの間に沿って自重により流通されている。
内周流路には、冷却媒体が、第1径方向流路から内周部に沿って自重により流通されている。第2径方向流路には、冷却媒体が、内周流路から壁部と径方向コイルとの間に沿って自重により流通されている。下部側外周流路には、冷却媒体が、第2径方向流路から外周部に沿って自重により排出されている。
また、この回転電機では、カバー部材には、少なくともステータに対向する一方の面側及び前記一方の面側とは反対の他方の面側に、それぞれコイル冷却流路が形成されることが好ましい。
本発明では、カバー部材の外周部に上部側から供給された冷却媒体は、自重により、上部側外周流路に沿って流通されるとともに、前記上部側外周流路から壁部と径方向コイルとの間に形成された第1径方向流路に沿って流通されている。さらに、冷却媒体は、自重により、第1径方向流路から内周部に沿って内周流路を流通した後、前記内周流路から壁部と径方向コイルとの間に形成される第2径方向流路に沿って流通されている。そして、冷却媒体は、自重により、第2径方向流路から下部側外周流路に沿って排出されている。
このため、冷却媒体は、自重により上方から下方に流動するだけで、コイルエンド部及び径方向コイルの上部側から下部側に亘って流通することができる。従って、冷却媒体の自重のみで、コイルエンド部及び径方向コイルを均一に冷却することができ、回転電機全体を経済的且つコンパクトに構成することが可能になる。
図1に示すように、本発明の実施形態に係る回転電機10は、円環状のステータ12を備え、前記ステータ12は、図示しないロータを収容する。ステータ12は、径方向内側に複数枚のティース14が設けられるとともに、隣接する前記ティース14間には、スロット16が形成される。複数のスロット16は、ステータ12内に円環状に配置される。
各スロット16は、ステータ12の軸方向(矢印A方向)に貫通形成される。各スロット16には、外側スロットコイル18と内側スロットコイル20とが互いに絶縁された状態で、前記軸方向に延在して収容される。
外側スロットコイル18は、円環状に配置されるとともに、前記外側スロットコイル18の端部には、ステータ12の端面12fから軸方向に突出する幅狭な外側コイルエンド部18aが設けられる。内側スロットコイル20は、外側スロットコイル18の内方に同軸上且つ円環状に配置される。内側スロットコイル20の端部には、ステータ12のリング状の端面12fから軸方向に突出する幅狭な内側コイルエンド部20aが設けられる。外側コイルエンド部18aは、内側コイルエンド部20aよりも軸方向外方に突出するように、それぞれの軸方向の長さが設定される。
ステータ12には、外側コイルエンド部18a及び内側コイルエンド部20aの少なくとも一部を覆ってリング状のカバー部材22が配置される。図2に示すように、カバー部材22は、一方の面22a側に複数個の外側径方向コイル24を収容するとともに、他方の面22b側(ステータ12に対面する側)に複数個の内側径方向コイル26を収容する。
カバー部材22は、絶縁性及び非磁性を有する材料、例えば、樹脂により形成される。カバー部材22は、ステータ12の端面12fの形状と略同一形状を有しており、外側コイルエンド部18a及び内側コイルエンド部20aの外周側を周回する外周部28aを備える。カバー部材22は、外側コイルエンド部18a及び内側コイルエンド部20aの内周側を周回する内周部28bを備える。外周部28a及び内周部28bは、軸方向に幅広で且つ径方向に薄肉なリング状の薄板で構成される。内周部28bの幅寸法は、外周部28aの幅寸法よりも大きく設定される。
図2〜図4に示すように、カバー部材22の外周部28aには、面22a側に突出する複数枚の外側壁部30aが等角度間隔ずつ離間して一体成形される。図3に示すように、各外側壁部30aは、外周部28aの端面から軸方向外方に長さt1だけ突出するとともに、正面視で、インボリュート形状に沿って径方向内方に延在し、内側リング部32に一体化される。
内側リング部32は、軸方向に幅広で且つ径方向に薄肉状に形成され、前記内側リング部32の先端位置は、内周部28bの先端位置より内方(面22b側)に長さt2だけ離間する。内側リング部32の底面と内周部28bの上面とには、複数の支持板部34aが固定される。各支持板部34aは、各外側壁部30aの下端位置から連続する位置に配置されるとともに、内周部28bの先端より内方に離間する。
図5及び図6に示すように、カバー部材22の外周部28aには、面22b側に突出する複数枚の外側壁部30bが等角度間隔ずつ離間して一体成形される。図5に示すように、各外側壁部30bは、外周部28aの端面から軸方向外方に長さt3だけ突出するとともに、正面視で、インボリュート形状に沿って径方向内方に延在し、矩形状部36に一体化される。外側壁部30aと外側壁部30bとは、正面視で互いに異なる方向に傾斜形成される。外側壁部30a、外側壁部30b及び外周部28aの軸方向の長さの合計は、内周部28bの軸方向の長さと略同一寸法に設定される。
矩形状部36は、径方向に長尺な長方形状に形成され、前記矩形状部36の底面と内周部28bの上面とには、複数の支持板部34bが固定される。各支持板部34bは、内周部28bの先端位置より内方(面22a側)に長さt4だけ離間する。
図2に示すように、外側径方向コイル24は、銅等の導電性材料で形成される角棒状を有する。外側径方向コイル24は、正面視で、インボリュート形状を有し、カバー部材22の各外側壁部30a間に配置される。図7に示すように、外側壁部30aは、外側径方向コイル24よりも軸方向に長さS1だけ突出する。外側径方向コイル24の上端には、連結部24aが設けられ、前記連結部24aは、外周部28aに近接し且つ軸方向に延在して配置される。外側径方向コイル24の下端には、内側リング部32の下端まで延在する接続部24bが設けられる。各接続部24bは、外側スロットコイル18の外側コイルエンド部18aに電気的に接続される。外側コイルエンド部18aは、矩形状部36を通って接続部24bに接続される。
図2に示すように、内側径方向コイル26は、銅等の導電性材料で形成される角棒状を有する。内側径方向コイル26は、正面視で、インボリュート形状を有し、カバー部材22の各外側壁部30b間に配置される。図7に示すように、外側壁部30bは、内側径方向コイル26よりも軸方向に長さS2だけ突出する。内側径方向コイル26の上端には、連結部26aが設けられ、前記連結部26aは、外周部28aに近接し且つ軸方向に延在して配置される。内側径方向コイル26の下端には、内周部28b上まで延在する接続部26bが設けられる。
各接続部26bは、内側スロットコイル20の内側コイルエンド部20aに電気的に接続される。連結部24aと連結部26aとは、電気的に接続され、外側径方向コイル24と内側径方向コイル26とが電気的に接続される。
図4に示すように、カバー部材22の上方には、冷却媒体供給部40が配置され、この冷却媒体供給部40から前記カバー部材22の上部に冷却媒体Mが供給される。カバー部材22の外周部28aの上部側には、冷却媒体供給部40から供給された冷却媒体Mが、前記外周部28aの周面に沿って自重により流通される上部側外周流路42が形成される。
カバー部材22の面22a側の上部には、冷却媒体Mが、上部側外周流路42から外側壁部30aと外側径方向コイル24との間に沿って自重により流通される第1外側径方向流路44aが設けられる。カバー部材22の上部側には、冷却媒体Mが、第1外側径方向流路44aから内周部28bに沿って自重により流通される外側内周流路46aが設けられる。
カバー部材22の下部側には、冷却媒体Mが、外側内周流路46aから外側壁部30aと外側径方向コイル24との間に沿って自重により流通される第2外側径方向流路48aが設けられる。カバー部材22の下部側には、冷却媒体Mが、第2外側径方向流路48aから外周部28aに沿って自重により排出される下部側外周流路50aが設けられる。下部側外周流路50aの下方には、必要に応じて、冷却媒体排出部52が配置される。
カバー部材22の面22a側には、上部側外周流路42、第1外側径方向流路44a、外側内周流路46a、第2外側径方向流路48a及び下部側外周流路50aを有する外側コイル冷却流路54aが形成される。
図6に示すように、カバー部材22の面22b側の上部には、冷却媒体Mが、上部側外周流路42から外側壁部30bと内側径方向コイル26との間に沿って自重により流通される第1内側径方向流路44bが設けられる。カバー部材22の上部側には、冷却媒体Mが、第1内側径方向流路44bから内周部28bに沿って自重により流通される内側内周流路46bが設けられる。
カバー部材22の下部側には、冷却媒体Mが、内側内周流路46bから外側壁部30bと内側径方向コイル26との間に沿って自重により流通される第2内側径方向流路48bが設けられる。カバー部材22の下部側には、冷却媒体が、第2内側径方向流路48bから外周部28aに沿って自重により排出される下部側外周流路50bが設けられる。下部側外周流路50bの下方には、必要に応じて、冷却媒体排出部52が配置される。
カバー部材22の面22b側には、上部側外周流路42、第1内側径方向流路44b、内側内周流路46b、第2内側径方向流路48b及び下部側外周流路50bを有する内側コイル冷却流路54bが形成される。
このように構成される回転電機10の動作について、以下に説明する。
先ず、図4に示すように、冷却媒体供給部40からカバー部材22の上部に冷却媒体Mが供給されると、前記冷却媒体Mは、上部側外周流路42に沿って自重により流通される。このため、図4及び図8に示すように、冷却媒体Mは、上部側外周流路42から外側壁部30aと外側径方向コイル24との間に形成された第1外側径方向流路44aに沿って自重により流通される。
さらに、冷却媒体Mは、第1外側径方向流路44aから内周部28bの外側内周流路46aに沿って自重により流通する。冷却媒体Mは、カバー部材22の下部側に流動した後、図4及び図9に示すように、外側内周流路46aから第2外側径方向流路48aに沿って自重により流通される。そして、冷却媒体Mは、第2外側径方向流路48aから下部側外周流路50aに沿って自重により流通し、冷却媒体排出部52に排出される(図4参照)。
この場合、本実施形態では、冷却媒体Mは、自重により、外側コイル冷却流路54aに沿ってカバー部材22の上方から下方に流動することができる。従って、冷却媒体Mは、外側コイルエンド部18a、内側コイルエンド部20a及び外側径方向コイル24の上部側から下部側に亘って円滑且つ確実に流通することが可能になる。
これにより、冷却媒体Mの自重のみで、外側コイルエンド部18a、内側コイルエンド部20a及び外側径方向コイル24を均一に冷却することができる。このため、吐出量の高い比較的高価なポンプを用いる必要がなく、回転電機10全体を経済的且つコンパクトに構成することが可能になる。
また、図6に示すように、冷却媒体供給部40からカバー部材22の上部に冷却媒体Mが供給されると、前記冷却媒体Mは、上部側外周流路42に沿って流通される。従って、冷却媒体Mは、上部側外周流路42から外側壁部30bと内側径方向コイル26との間に形成された第1内側径方向流路44bに沿って自重により、流通される。
さらに、冷却媒体Mは、第1内側径方向流路44bから内周部28bの内側内周流路46bに沿って自重により流通する。冷却媒体Mは、カバー部材22の下部側に流動した後、内側内周流路46bから第2内側径方向流路48bに沿って自重により流通される。そして、冷却媒体Mは、第2内側径方向流路48bから下部側外周流路50bに沿って自重により流通し、冷却媒体排出部52に排出される(図6参照)。
これにより、冷却媒体Mは、自重により、内側コイル冷却流路54bに沿ってカバー部材22の上方から下方に流動することができる。このため、冷却媒体Mは、外側コイルエンド部18a、内側コイルエンド部20a及び内側径方向コイル26の上部側から下部側に亘って流通することが可能になる。従って、冷却媒体Mの自重のみで、外側コイルエンド部18a、内側コイルエンド部20a及び内側径方向コイル26を均一に冷却することができ、回転電機10全体を経済的且つコンパクトに構成することが可能になる。
なお、本実施形態では、外側コイル冷却流路54a及び内側コイル冷却流路54bを備えているが、これに限定されるものではなく、3本以上のコイル冷却流路を用いることもできる。
10…回転電機 12…ステータ
16…スロット 18…外側スロットコイル
18a…外側コイルエンド部 20…内側スロットコイル
20a…内側コイルエンド部 22…カバー部材
22a、22b…面 24…外側径方向コイル
26…内側径方向コイル 28a…外周部
28b…内周部 30a、30b…外側壁部
40…冷却媒体供給部 42…上部側外周流路
44a、48a…外側径方向流路 44b、48b…内側径方向流路
46a…外側内周流路 46b…内側内周流路
50a、50b…下部側外周流路 52…冷却媒体排出部
54a…外側コイル冷却流路 54b…内側コイル冷却流路
16…スロット 18…外側スロットコイル
18a…外側コイルエンド部 20…内側スロットコイル
20a…内側コイルエンド部 22…カバー部材
22a、22b…面 24…外側径方向コイル
26…内側径方向コイル 28a…外周部
28b…内周部 30a、30b…外側壁部
40…冷却媒体供給部 42…上部側外周流路
44a、48a…外側径方向流路 44b、48b…内側径方向流路
46a…外側内周流路 46b…内側内周流路
50a、50b…下部側外周流路 52…冷却媒体排出部
54a…外側コイル冷却流路 54b…内側コイル冷却流路
Claims (2)
- ステータに設けられるスロットに挿入されるスロットコイルと、
前記スロットコイルに、円環状に配置された複数のコイルエンド部で接続されるとともに、径方向に延在する複数の径方向コイルと、
前記コイルエンド部の少なくとも一部を覆い且つ前記径方向コイルを収容するとともに、前記ステータに取り付けられるリング状のカバー部材と、
を備える回転電機であって、
前記カバー部材は、前記コイルエンド部の外周側を周回する外周部と、
前記コイルエンド部の内周側を周回する内周部と、
前記径方向コイルに沿って径方向に延在し且つ該径方向コイルよりも軸方向に突出する壁部と、
を備え、
前記カバー部材には、前記外周部の上部側から供給された冷却媒体が、前記外周部に沿って自重により流通される上部側外周流路、前記冷却媒体が、前記上部側外周流路から前記壁部と前記径方向コイルとの間に沿って自重により流通される第1径方向流路、前記冷却媒体が、前記第1径方向流路から前記内周部に沿って自重により流通される内周流路、前記内周流路から前記壁部と前記径方向コイルとの間に沿って自重により流通される第2径方向流路、及び前記冷却媒体が、前記第2径方向流路から前記外周部に沿って自重により排出される下部側外周流路を有するコイル冷却流路が形成されることを特徴とする回転電機。 - 請求項1記載の回転電機であって、前記カバー部材には、少なくとも前記ステータに対向する一方の面側及び前記一方の面側とは反対の他方の面側に、それぞれ前記コイル冷却流路が形成されることを特徴とする回転電機。
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