JP6226938B2 - 回転電機 - Google Patents

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。

特開２０１０−１６６７１０号公報

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。

本発明の実施形態に係る回転電機の要部を分解した状態の斜視説明図である。 前記回転電機を構成するカバー部材と径方向コイルの分解斜視説明図である。 前記カバー部材の一方の面からの要部斜視説明図である。 前記カバー部材の一方の面からの正面説明図である。 前記カバー部材の他方の面からの要部斜視説明図である。 前記カバー部材の前記他方の面からの正面説明図である。 前記カバー部材及び前記径方向コイルの断面説明図である。 前記カバー部材の上部側の動作説明図である。 前記カバー部材の下部側の動作説明図である。

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

Claims (2)

1. 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。
2. 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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