JP6796095B2 - 回転電機の冷却構造、および回転電機 - Google Patents

Description

本発明は、回転電機の冷却構造、および回転電機に関するものである。

電動機等の回転電機は、ステータおよびロータを備える。ステータは、円環状のヨーク、およびヨークから径方向の内側に延びるティースを有するステータコアと、周方向で隣り合うティース間のスロットに配置される導体（コイル）と、を備える。この種のステータを備えた回転電機では、トルクリップルを抑制するために、周方向で隣り合うティースの先端同士の間のスロット開口部を軸方向に対して傾斜させるようにスキューさせたものがある（例えば特許文献１参照）。特許文献１には、複数のヨーク部と、各ヨーク部からそれぞれ突出し、先端の両側に積層方向に順次互いに突出長さが同じ長さだけ増減するように磁極部が突出して形成される磁極ティース部とでなる複数の板状磁性部材を、順次積層することにより相隣なる磁極部間の隙間が積層方向にスキューされるように形成されるコア部材を備えるステータが記載されている。

特開２００３−１８８０２号公報

ところで、上述したように、スロット開口部がスキューされたステータコアは、軸方向に直交する断面形状が軸方向の位置に応じて相違する。このため、ロータからの漏れ磁束の導体への鎖交量が軸方向の位置によって変化するので、導体に生じる渦電流の大きさも軸方向の位置によって変化する。特に、各相の導体が複数の部材を互いに連結することで形成された、いわゆるセグメントコイルを備えた回転電機では、スロット内における導体の占積率を高めることができる一方で、漏れ磁束による過大な渦電流損が生じる場合がある。これにより、導体における発熱の度合いが軸方向の位置に応じて相違する。このため、導体の各部を発熱の度合いに応じて適切に冷却することが望まれる。しかしながら、上記特許文献１には、導体の冷却に関して記載されていない。

そこで本発明は、導体を適切に冷却できる回転電機の冷却構造および回転電機を提供するものである。

本発明の回転電機の冷却構造は、ロータ（例えば、実施形態におけるロータ３）およびステータ（例えば、実施形態におけるステータ５）を備える発電用の回転電機（例えば、実施形態における回転電機１）の冷却構造であって、前記ロータを囲うように環状に形成され、周方向に並ぶとともに中心軸線（例えば、実施形態における回転軸線Ｏ）方向の一端から他端に延びる複数のスロット（例えば、実施形態におけるスロット３６）が形成されたステータコア（例えば、実施形態におけるステータコア３０，１３０）と、前記スロットに配置された導体（例えば、実施形態におけるコイル４０）と、前記導体を冷却する冷却手段（例えば、実施形態におけるステータ冷却手段６０，１６０、冷却手段２０７）と、を備え、前記ステータコアは、周方向で互いに隣り合う前記スロットの間に形成されたティース（例えば、実施形態におけるティース３２）を備え、前記ステータコアの内周面には、前記スロットの開口部（例えば、実施形態におけるスロット開口部３７）が形成され、前記開口部は、周方向で互いに隣り合う前記ティースの先端にそれぞれ設けられた突起（例えば、実施形態における鍔部３４）同士の間に、前記中心軸線方向の全長にわたって形成され、前記中心軸線方向における両端部（例えば、実施形態における第１端部３７ｂ、第２端部３７ｃ）から中間部（例えば、実施形態における中間部３７ａ）に向かうに従い、前記ロータの回生時における回転方向の下流側に向かって延び、前記開口部の前記中間部は、前記開口部の前記両端部よりも前記ロータの回生時における回転方向の下流側に位置し、前記冷却手段は、前記導体のうち前記開口部の前記中間部と前記中心軸線方向で同じ位置の箇所を冷却する、ことを特徴とする。

本発明では、スロットの開口部は、中心軸線方向における少なくとも一端部から中間部に向かうに従い、ロータの回生時における回転方向の下流側に向かって延びている。このため、スロットに配置された導体には、スロットの開口部の中間部と中心軸線方向で同じ位置において、スロットの開口部の一端部と中心軸線方向で同じ位置よりも大きな渦電流損が生じる。これにより、導体の温度は、スロットの開口部の中間部と中心軸線方向で同じ位置において、スロットの開口部の一端部と中心軸線方向で同じ位置よりも高くなる。
本発明によれば、冷却手段は導体のうちスロットの開口部の中間部と中心軸線方向で同じ位置の箇所を冷却するので、導体のうちスロットの開口部の少なくとも一端部と中心軸線方向で同じ位置の箇所よりも温度が高くなる箇所を効率よく冷却することができる。したがって、導体を適切に冷却できる。

さらに、導体は、中心軸線方向におけるスロットの開口部の中間部と同じ位置の箇所において、スロットの開口部の両端部と中心軸線方向で同じ位置の箇所よりも高温となる。本発明によれば、冷却手段は、導体のうちスロットの開口部の中間部と中心軸線方向で同じ位置の箇所を冷却するので、導体のうちスロットの開口部の両端部と中心軸線方向で同じ位置の箇所よりも温度が高くなる箇所を効率よく冷却することができる。

上記の回転電機の冷却構造において、前記開口部の前記中間部は、前記開口部における前記中心軸線方向の少なくとも一端部よりも前記ロータの回生時における回転方向で、前記ティースの先端に前記突起を形成させる所定角度下流側に位置している、ことが望ましい。

本発明によれば、ティースの先端には中心軸線方向における位置によらず必ず突起が形成されるので、ステータコアをプレス加工によって打ち抜く際にティース先端の細リブのみを打ち抜くため、より容易に製造することができる。

本発明の回転電機の冷却構造は、ロータ（例えば、実施形態におけるロータ３）およびステータ（例えば、実施形態におけるステータ５）を備える駆動用の回転電機（例えば、実施形態における回転電機１Ａ）の冷却構造であって、前記ロータを囲うように環状に形成され、周方向に並ぶとともに中心軸線（例えば、実施形態における回転軸線Ｏ）方向の一端から他端に延びる複数のスロット（例えば、実施形態におけるスロット３６）が形成されたステータコア（例えば、実施形態におけるステータコア３０，１３０）と、前記スロットに配置された導体（例えば、実施形態におけるコイル４０）と、前記導体を冷却する冷却手段（例えば、実施形態におけるステータ冷却手段６０，１６０、冷却手段２０７）と、を備え、前記ステータコアは、周方向で互いに隣り合う前記スロットの間に形成されたティース（例えば、実施形態におけるティース３２）を備え、前記ステータコアの内周面には、前記スロットの開口部（例えば、実施形態におけるスロット開口部３７）が形成され、前記開口部は、周方向で互いに隣り合う前記ティースの先端にそれぞれ設けられた突起（例えば、実施形態における鍔部３４）同士の間に、前記中心軸線方向の全長にわたって形成され、前記中心軸線方向における両端部（例えば、実施形態における第１端部３７ｂ、第２端部３７ｃ）から中間部（例えば、実施形態における中間部３７ａ）に向かうに従い、前記ロータの力行時における回転方向の上流側に向かって延び、前記開口部の前記中間部は、前記開口部の前記両端部よりも前記ロータの力行時における回転方向の上流側に位置し、前記冷却手段は、前記導体のうち前記開口部の前記中間部と前記中心軸線方向で同じ位置の箇所を冷却する、ことを特徴とする。

本発明では、スロットの開口部は、中心軸線方向における少なくとも一端部から中間部に向かうに従い、ロータの力行時における回転方向の上流側に向かって延びている。このため、スロットに配置された導体には、スロットの開口部の中間部と中心軸線方向で同じ位置において、スロットの開口部の一端部と中心軸線方向で同じ位置よりも大きな渦電流損が生じる。これにより、導体の温度は、スロットの開口部の中間部と中心軸線方向で同じ位置において、スロットの開口部の一端部と中心軸線方向で同じ位置よりも高くなる。
本発明によれば、冷却手段は導体のうちスロットの開口部の中間部と中心軸線方向で同じ位置の箇所を冷却するので、導体のうちスロットの開口部の少なくとも一端部と中心軸線方向で同じ位置の箇所よりも温度が高くなる箇所を効率よく冷却することができる。したがって、導体を適切に冷却できる。

さらに、導体は、中心軸線方向におけるスロットの開口部の中間部と同じ位置の箇所において、スロットの開口部の両端部と中心軸線方向で同じ位置の箇所よりも高温となる。本発明によれば、冷却手段は、導体のうちスロットの開口部の中間部と中心軸線方向で同じ位置の箇所を冷却するので、導体のうちスロットの開口部の両端部と中心軸線方向で同じ位置の箇所よりも温度が高くなる箇所を効率よく冷却することができる。

上記の回転電機の冷却構造において、前記開口部の前記中間部は、前記開口部における前記中心軸線方向の少なくとも一端部よりも前記ロータの力行時における回転方向で、前記ティースの先端に前記突起を形成させる所定角度上流側に位置している、ことが望ましい。

本発明によれば、ティースの先端には中心軸線方向における位置によらず必ず突起が形成されるので、ステータコアをプレス加工によって打ち抜く際にティース先端の細リブのみを打ち抜くため、より容易に製造することができる。

上記の回転電機の冷却構造において、前記所定角度は、２．５°である、ことが望ましい。

本発明によれば、導体における渦電流損は、スロットの開口部の両端部と中心軸線方向で同じ位置よりも、スロットの開口部の中間部と中心軸線方向で同じ位置において大きくなる。よって、冷却手段により、導体のうちスロットの開口部の中間部と中心軸線方向で同じ位置の箇所を冷却することで、導体のうちスロットの開口部の両端部と中心軸線方向で同じ位置の箇所よりも温度が高くなる箇所を効率よく冷却することができる。

上記の回転電機の冷却構造において、前記冷却手段は、前記ステータコアの外周面のうち少なくとも前記開口部の前記中間部と前記中心軸線方向で同じ位置の箇所に接触し、内部を冷媒が流通する、ことが望ましい。

本発明によれば、ステータコアのうちスロットの開口部の中間部と軸方向で同じ位置の箇所を直接冷却できる。このため、冷却手段は、ステータコアにおける、導体のうちスロットの開口部の中間部と軸方向で同じ位置の箇所に最も近い部分を冷却できる。したがって、冷却手段は、ステータコアを介して、導体のうちスロットの開口部の中間部と軸方向で同じ位置の箇所を冷却できる。

上記の回転電機の冷却構造において、前記冷却手段は、前記ステータコアに形成され、冷媒が流通し、少なくとも前記開口部の前記中間部と前記中心軸線方向で同じ位置を通るステータコア流路（例えば、実施形態におけるステータコア流路１３８）を備える、ことが望ましい。

本発明によれば、ステータコアのうちスロットの開口部の中間部と軸方向で同じ位置の箇所を直接冷却できる。このため、冷却手段は、ステータコアにおける、導体のうちスロットの開口部の中間部と軸方向で同じ位置の箇所に最も近い部分を冷却できる。したがって、冷却手段は、ステータコアを介して、導体のうちスロットの開口部の中間部と軸方向で同じ位置の箇所を冷却できる。

上記の回転電機の冷却構造において、前記ロータは、中空に形成され、内部に冷媒が流通する回転軸（例えば、実施形態における回転軸１０）と、前記回転軸に貫通され、前記ステータコアの内側に配置されたロータコア（例えば、実施形態におけるロータコア２１５）と、前記ロータコアを前記中心軸線方向の両側から挟む一対の端面板（例えば、実施形態における端面板２１）と、を有し、前記冷却手段は、前記回転軸の内部に冷媒を供給する冷媒供給手段（例えば、実施形態におけるオイルポンプ５１）と、前記回転軸の外周面に開口する貫通孔（例えば、実施形態における吐出孔１３）と、前記ロータコアに形成され、前記貫通孔を介して前記回転軸の内部に連通するとともに、前記開口部の前記中間部と前記中心軸線方向で同じ位置において径方向の外側に向けて開口するロータコア流路（例えば、実施形態におけるロータコア流路２１７）と、を備える、ことが望ましい。

本発明によれば、冷媒を回転軸の内部およびコア流路に流通させることによりロータを冷却できる。さらに、遠心力によりロータコア流路から冷媒が径方向外側に向けて排出されるので、スロットの開口部の中間部を通じて、導体に冷媒を当てることができる。これにより、冷却手段は、導体のうちスロットの開口部の中間部と軸方向で同じ位置の箇所を冷却することができる。よって、ロータを冷却する手段と、導体を冷却する手段と、を兼ねることができる。したがって、回転電機の構成を簡素化することができる。

本発明の回転電機は、上記の回転電機の冷却構造を備えることを特徴とする。

本発明によれば、導体を適切に冷却して、温度上昇による性能低下が抑制された回転電機を提供できる。

本発明によれば、導体を適切に冷却できる。

第１実施形態に係る回転電機の概略構成を模式的に示す断面図である。 第１実施形態に係るステータの一部を示す斜視図である。 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線における断面図である。 図２のＩＶ矢視図である。 周方向におけるスロットの開口部の位置と、回生時の漏れ磁束によるコイルの渦電流損と、の関係を示すグラフである。 第２実施形態に係るステータの一部を示す斜視図である。 周方向におけるスロットの開口部の位置と、力行時の漏れ磁束によるコイルの渦電流損と、の関係を示すグラフである。 第２実施形態に係る回転電機の概略構成を模式的に示す断面図である。 第３実施形態に係る回転電機の概略構成を模式的に示す断面図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお以下の説明では、同一または類似の機能を有する構成に同一の符号を付す。そして、それら構成の重複する説明は省略する場合がある。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る回転電機の概略構成を模式的に示す断面図である。
図１に示すように、回転電機１は、例えばハイブリッド自動車や電気自動車のような車両に搭載される発電用のモータである。なお、以下の説明では、回転電機１の回転軸線Ｏ方向を「軸方向」といい、回転軸線Ｏ回りの周方向を単に「周方向」といい、軸方向に直交して回転軸線Ｏから放射状に延びる方向を「径方向」という。回転電機１は、ロータ３と、ステータ５と、冷却手段７と、を備えている。

ロータ３は、ステータ５に対して回転軸線Ｏ回りに回転可能に設けられている。ロータ３は、回転軸１０と、ロータコア１５と、マグネット１９と、端面板２１と、カラー２６と、を備えている。

回転軸１０は、回転軸線Ｏを中心軸線とする中空の円筒状の部材である。回転軸１０は、ステンレスや鉄等の金属材料により形成されている。回転軸１０の内部は空洞となっており、後述する冷媒が流通する軸流路１１となっている。回転軸１０には、拡径部１２と、吐出孔１３（貫通孔）と、が形成されている。拡径部１２は、回転軸１０の外周面から径方向外側に突出している。吐出孔１３は、回転軸１０の外周面に開口し、軸流路１１と回転軸１０の外側とを連通している。

ロータコア１５は、回転軸線Ｏを中心軸線とする円環状に形成され、回転軸１０に外嵌されている。ロータコア１５は、電磁鋼により形成されている。ロータコア１５の周縁部には、軸方向に貫通する複数のマグネットスロット１６が形成されている。複数のマグネットスロット１６は、周方向に沿って並んで配置されている。また、ロータコア１５には、冷媒が流通可能なロータコア流路１７が形成されている。ロータコア流路１７は、マグネットスロット１６よりも径方向の内側に形成され、ロータコア１５を軸方向に貫通している。

マグネット１９は、ロータコア１５のマグネットスロット１６に収容されている。マグネット１９は、例えばネオジム磁石等である。マグネット１９は、径方向に磁化され、ロータコア１５の外周部分に複数の磁極部を形成している。複数の磁極部は、周方向に沿って交互に磁化方向が反転するように形成されている。

端面板２１は、ロータコア１５を軸方向両側から挟む第１端面板２１Ａおよび第２端面板２１Ｂを有する。第１端面板２１Ａは、ロータコア１５における軸方向一方側を向く第１端面に対向配置されている。第２端面板２１Ｂは、ロータコア１５における軸方向他方側を向く第２端面に対向配置されている。端面板２１は、非磁性体の金属材料、例えばＳＵＳ３０４やアルミニウム、銅等により円環状に形成され、回転軸１０と同軸に配置されている。端面板２１の内径は、回転軸１０の外径と同等になっている。第１端面板２１Ａは、ロータコア１５と回転軸１０の拡径部１２とに挟まれ、軸方向への移動が規制されている。第２端面板２１Ｂは、ロータコア１５とカラー２６とに挟まれ、軸方向への移動が規制されている。

ロータコア１５と端面板２１との間には、冷媒が流通可能な端面流路２３Ａ，２３Ｂが形成されている。端面流路２３Ａ，２３Ｂは、例えば端面板２１に溝を設けることによって形成されている。端面流路２３Ａ，２３Ｂは、内周側端面流路２３Ａと、外周側端面流路２３Ｂと、である。内周側端面流路２３Ａは、ロータコア１５と、第２端面板２１Ｂと、の間に形成されている。内周側端面流路２３Ａは、軸方向に直交する方向に沿って延在している。内周側端面流路２３Ａの径方向外側の端部は、ロータコア流路１７の軸方向他方側の端部と連通している。内周側端面流路２３Ａの径方向内側の端部は、回転軸１０の吐出孔１３を介して軸流路１１に連通している。外周側端面流路２３Ｂは、ロータコア１５と、第１端面板２１Ａと、の間に形成されている。外周側端面流路２３Ｂは、軸方向に直交する方向に沿って延在している。外周側端面流路２３Ｂの径方向内側の端部は、ロータコア流路１７の軸方向一方側の端部と連通している。外周側端面流路２３Ｂの径方向外側の端部は、ロータ３の外周面に開口している。

カラー２６は、例えば鉄等により円板形状に形成され、回転軸１０と同軸に配置されている。カラー２６の径方向中央部には、軸方向に貫通する圧入孔２７が形成されている。圧入孔２７の内径は、回転軸１０の外径より小さく形成されており、回転軸１０との間に締め代を有している。カラー２６は、第２端面板２１Ｂと当接し、ロータコア１５および端面板２１を回転軸１０の拡径部１２に向かって押圧した状態で、回転軸１０に圧入固定されている。

図２は、第１実施形態に係るステータの一部を示す斜視図である。
図２に示すように、ステータ５は、ステータコア３０と、ステータコア３０に装着された複数相（例えば、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）のコイル４０（導体）と、を備えている。

ステータコア３０は、ロータ３を径方向の外側から囲むように、ロータコア１５と同軸の円筒状に形成されている（図１参照）。ステータコア３０は、円筒状のバックヨーク３１と、バックヨーク３１の内周面から径方向内側に突出する複数（本実施形態では４８個）のティース３２と、を備えている。

複数のティース３２は、周方向に等角度間隔で並んでいる。ティース３２は、径方向に沿って延在しコイル４０が巻回される巻胴部３３と、巻胴部３３の径方向内側の先端から周方向に沿って両側に延出する鍔部３４と、を備えている。周方向で互いに隣り合うティース３２の間には、溝状のスロット３６が形成されている。すなわち、周方向で互いに隣り合うスロット３６の間には、ティース３２が設けられている。ステータコア３０には、巻胴部３３およびスロット３６が周方向に交互に並んでいる。本実施形態では、ティース３２が４８個設けられているので、スロット３６は、周方向に７．５°毎に並んでいる。スロット３６は、ステータコア３０における軸方向の一端から他端に延び、軸方向両側に開口している。スロット３６は、回転軸線Ｏ（図１参照）と平行に延在している。

ステータコア３０の内周面には、スロット３６の開口部３７が形成されている。以下、スロット３６の開口部３７をスロット開口部３７と称する。スロット開口部３７は、周方向で隣り合うティース３２の先端の間に形成されている。具体的に、スロット開口部３７は、周方向で互いに対向する一対の鍔部３４の端面の間に形成されている。スロット開口部３７は、ステータコア３０における軸方向の一端から他端に延びている。

スロット開口部３７は、軸方向一方側の第１端部３７ｂから中間部３７ａに向かうに従い、ロータ３の回生時における回転方向の下流側に向かって延びている。また、スロット開口部３７は、軸方向他方側の第２端部３７ｃから中間部３７ａに向かうに従い、ロータ３の回生時における回転方向の下流側に向かって延びている。なお、各図中において、ロータ３の回生時における回転方向を矢印Ｄｒで示す。スロット開口部３７の中間部３７ａは、軸方向においてスロット開口部３７の両端部３７ｂ，３７ｃからそれぞれ同じ距離離れている。スロット開口部３７の両端部３７ｂ，３７ｃは、互いに周方向における同じ位置に設けられている。スロット開口部３７は、中間部３７ａを中心として、軸方向両側に向かって、軸方向に対して一定の角度で傾斜して延びている。

スロット開口部３７の中間部３７ａは、両端部３７ｂ，３７ｃよりも、ロータ３の回生時における回転方向で所定角度上流側に位置している。所定角度は、スロット開口部３７の中間部３７ａにおいて、ティース３２の先端に、ロータ３の回生時における回転方向の下流側に突出する微小な突起（鍔部３４）を形成させることが可能な角度である。すなわち、ティース３２の鍔部３４は、スロット開口部３７の中間部３７ａを画成する位置において、ロータ３の回生時における回転方向の下流側に突出している（図３参照）。本実施形態では、所定角度は、２．５°である。

図３は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線における断面図である。
図３に示すように、スロット開口部３７の中間部３７ａは、スロット３６におけるロータ３の回生時の回転方向下流側の端部近傍を開口している。ここで、第１実施形態において、スロット開口部３７の開口角度θを以下のように定義する。スロット開口部３７の開口角度θは、ステータコア３０の軸方向断面視において、スロット開口部３７の中心線と、ロータ３の回生時の回転方向下流側からスロット開口部３７を画成するティース３２における巻胴部３３の中心線と、の間の中心角である。スロット開口部３７の中心線とは、軸方向から見て回転軸線Ｏからスロット開口部３７における周方向の中央部に向かって延びる半直線である。巻胴部３３の中心線とは、軸方向から見て回転軸線Ｏから巻胴部３３における周方向の中央部に向かって延びる半直線である。スロット開口部３７の中間部３７ａにおける開口角度θは、５°である。ロータ３の回生時の回転方向下流側からスロット開口部３７を画成する鍔部３４は、スロット開口部３７の中間部３７ａを画成する位置において、巻胴部３３からわずかに突出している。これにより、ロータ３の回生時の回転方向下流側からスロット開口部３７を画成する鍔部３４は、軸方向の全域において巻胴部３３から突出している。

図４は、図２のＩＶ矢視図である。なお、図４では、スロット開口部３７のうち第１端部３７ｂを通る断面を示しているが、第２端部３７ｃ（図２参照）を通る断面構造も同様である。
図４に示すように、スロット開口部３７の両端部３７ｂ，３７ｃは、それぞれスロット３６におけるロータ３の回生時の回転方向上流側の端部近傍を開口している。スロット開口部３７の両端部３７ｂ，３７ｃにおける開口角度θは、２．５°である。つまり、スロット開口部３７の中間部３７ａ（図３参照）は、スロット開口部３７の両端部３７ｂ，３７ｃよりも、ロータ３の回生時の回転方向で２．５°下流側に位置している。ロータ３の回生時の回転方向上流側からスロット開口部３７を画成する鍔部３４は、スロット開口部３７の両端部３７ｂ，３７ｃを画成する位置において、巻胴部３３からわずかに突出している。これにより、ロータ３の回生時の回転方向上流側からスロット開口部３７を画成する鍔部３４は、軸方向の全域において巻胴部３３から突出している。

図２に示すように、コイル４０は、セグメント化された複数相のコイルである。すなわち、コイル４０は、各相のコイルが複数の部材に分割されるとともに、前記複数の部材が互いに連結されることで形成されている。コイル４０は、スロット３６から軸方向に突出したコイルエンド４１を有する。コイルエンド４１は、ステータコア３０から軸方向一方側に突出した第１コイルエンド４１Ａと、ステータコア３０から軸方向他方側に突出した第２コイルエンド４１Ｂと、を備える。

コイル４０は、断面矩形状の平角線により形成された複数のコイルバー４２を有する。複数のコイルバー４２は、所定本数（本実施形態では６本）毎に径方向に並べられ、スロット３６に挿入されている。各コイルバー４２は、ステータコア３０から軸方向の両側に突出するように設けられている。各コイルバー４２のうちステータコア３０から突出した部分は、コイルエンド４１を形成している。各コイルバー４２の端部は、図示しないが、例えば同相の他のコイルバー４２の端部に近接するように周方向に曲げられる。近接したコイルバー４２の端部同士は、ＴＩＧ溶接やレーザ溶接等により接合される。

図１に示すように、冷却手段７は、ロータ３を冷却するロータ冷却手段５０と、ステータ５を冷却するステータ冷却手段６０と、を備える。
ロータ冷却手段５０は、ロータ３に冷媒を供給する。冷媒の一例は、例えばトランスミッションの潤滑および動力伝達等に用いられるオートマチックトランスミッションフルードである。ロータ冷却手段５０は、上述した軸流路１１、吐出孔１３、内周側端面流路２３Ａ、ロータコア流路１７、および外周側端面流路２３Ｂと、オイルポンプ５１と、を備える。オイルポンプ５１は、軸流路１１に冷媒を供給する。軸流路１１に供給された冷媒は、ロータ３が回転することにより発生する遠心力によって、吐出孔１３から吐出される。吐出孔１３から吐出された冷媒は、内周側端面流路２３Ａ、ロータコア流路１７、外周側端面流路２３Ｂを順に通って、ロータ３の外側に排出される。このように、ロータ冷却手段５０は、ロータ３の内部に冷媒を流通させることでロータ３を冷却する。

ステータ冷却手段６０は、コイル４０のうち少なくともスロット開口部３７の中間部３７ａと軸方向で同じ位置の箇所を冷却する。以下、コイル４０のうち少なくともスロット開口部３７の中間部３７ａと軸方向で同じ位置の箇所を、コイル４０の冷却対象箇所という場合がある。ステータ冷却手段６０は、ステータコア３０の外周面のうち少なくともコイル４０の冷却対象箇所に最も近い箇所を冷却することによって、コイル４０のうち少なくとも冷却対象箇所を冷却する。

ステータ冷却手段６０は、ウォータージャケットであって、ステータコア３０の外周面に接触している。本実施形態では、ステータ冷却手段６０は、ステータコア３０の全周を覆うように設けられ、ステータコア３０の外周面全体に接触している。ステータ冷却手段６０の内部には、冷媒流路６１が形成されている。冷媒流路６１には、ウォーターポンプ６２から供給された冷却水（冷媒）が流通する。冷媒流路６１は、ステータコア３０の周囲においてステータコア３０を軸方向に跨ぐように延びている。

続いて、本実施形態の回転電機１の作用について説明する。
図５は、周方向におけるスロット開口部の位置と、回生時の漏れ磁束によるコイルの渦電流損と、の関係を示すグラフである。図５において、横軸は、スロット開口部３７の開口角度θを示している。縦軸は、コイル４０のうち軸方向においてスロット開口部３７と同じ位置に位置する箇所における渦電流損を示している。

図５に示すように、コイル４０における回生時の渦電流損は、開口角度θが５°の位置において、開口角度θが２．５°の位置よりも大きくなっている。また、コイル４０における回生時の渦電流損は、開口角度θが５°の位置において最も大きくなっている。すなわち、コイル４０における回生時の渦電流損は、スロット開口部３７の両端部３７ｂ，３７ｃと同じ位置よりも、軸方向におけるスロット開口部３７の中間部３７ａと同じ位置において大きくなっている。これにより、コイル４０の温度は、スロット開口部３７の両端部３７ｂ，３７ｃと同じ位置よりも、スロット開口部３７の中間部３７ａと同じ位置において大きくなる。

本実施形態では、スロット開口部３７は、軸方向における端部３７ｂ，３７ｃから中間部３７ａに向かうに従い、ロータ３の回生時における回転方向の下流側に向かって延びている。このため、スロット３６に配置されたコイル４０には、スロット開口部３７の中間部３７ａと軸方向で同じ位置において、スロット開口部３７の端部３７ｂ，３７ｃと軸方向で同じ位置よりも大きな渦電流損が生じる。これにより、コイル４０の温度は、スロット開口部３７の中間部３７ａと軸方向で同じ位置において、スロット開口部３７の端部３７ｂ，３７ｃと軸方向で同じ位置よりも高くなる。
本実施形態の回転電機の冷却構造によれば、ステータ冷却手段６０はコイル４０のうちスロット開口部３７の中間部３７ａと軸方向で同じ位置の箇所を冷却するので、コイル４０のうちスロット開口部３７の端部３７ｂ，３７ｃと軸方向で同じ位置の箇所よりも温度が高くなる箇所を効率よく冷却することができる。したがって、コイル４０を適切に冷却できる。

また、スロット開口部３７における軸方向の中間部３７ａは、スロット開口部３７における軸方向の両端部３７ｂ，３７ｃよりもロータ３の回生時における回転方向の下流側に位置している。このため、コイル４０は、軸方向におけるスロット開口部３７の中間部３７ａと同じ位置の箇所において、スロット開口部３７の両端部３７ｂ，３７ｃと軸方向で同じ位置の箇所よりも高温となる。本実施形態によれば、ステータ冷却手段６０は、コイル４０のうちスロット開口部３７の中間部３７ａと軸方向で同じ位置の箇所を冷却するので、コイル４０のうちスロット開口部３７の両端部３７ｂ，３７ｃと軸方向で同じ位置の箇所よりも温度が高くなる箇所を効率よく冷却することができる。

また、スロット開口部３７の中間部３７ａは、スロット開口部３７の両端部３７ｂ，３７ｃよりもロータ３の回生時における回転方向で、ティース３２の先端に突起（鍔部３４）を形成させる所定角度下流側に位置している。この構成によれば、ティース３２の先端には軸方向における位置によらず必ず鍔部３４が形成されるので、ステータコア３０をプレス加工によって打ち抜く際にティース３２の先端の細リブのみを打ち抜くため、より容易に製造することができる。

また、前記所定角度は、２．５°である。このため、上述したようにコイル４０における渦電流損は、スロット開口部３７の両端部３７ｂ，３７ｃと軸方向で同じ位置よりも、スロット開口部３７の中間部３７ａと軸方向で同じ位置において大きくなる。よって、ステータ冷却手段６０により、コイル４０のうちスロット開口部３７の中間部３７ａと軸方向で同じ位置の箇所を冷却することで、コイル４０のうちスロット開口部３７の両端部３７ｂ，３７ｃと軸方向で同じ位置の箇所よりも温度が高くなる箇所を効率よく冷却することができる。

また、ステータ冷却手段６０は、ステータコア３０の外周面のうち少なくともスロット開口部３７の中間部３７ａと軸方向で同じ位置の箇所に接触し、内部を冷却水が流通する。この構成によれば、ステータコア３０のうちスロット開口部３７の中間部３７ａと軸方向で同じ位置の箇所を直接冷却できる。このため、ステータ冷却手段６０は、ステータコア３０における、コイル４０のうちスロット開口部３７の中間部３７ａと軸方向で同じ位置の箇所に最も近い部分を冷却できる。したがって、ステータ冷却手段６０は、ステータコア３０を介して、コイル４０のうちスロット開口部３７の中間部３７ａと軸方向で同じ位置の箇所を冷却できる。

また、鍔部３４は、スロット開口部３７の中間部３７ａを画成する位置において、巻胴部３３からロータ３の回生時の回転方向上流側に突出している。また、鍔部３４は、スロット開口部３７の両端部３７ｂ，３７ｃを画成するそれぞれの位置において、巻胴部３３からロータ３の回生時の回転方向下流側に突出している。この構成によれば、ステータ５における磁路を確保して、トルクを低下させることなくトルクリップルを低減することができる。

（第２実施形態）
続いて、回転電機が駆動用のモータである場合について説明する。なお、以下で説明する以外の構成は、第１実施形態と同様である。

第２実施形態の回転電機１Ａは、駆動用のモータであって、例えばハイブリッド自動車や電気自動車のような車両に搭載される走行用モータとして用いられる。回転電機１Ａは、ロータ３と、ステータ５と、冷却手段７と、を備えている。

図６は、第２実施形態に係るステータの一部を示す斜視図である。
図６に示すように、第２実施形態において、スロット開口部３７は、軸方向一方側の第１端部３７ｂから中間部３７ａに向かうに従い、ロータ３の力行時における回転方向の上流側に向かって延びている。また、スロット開口部３７は、軸方向他方側の第２端部３７ｃから中間部３７ａに向かうに従い、ロータ３の力行時における回転方向の上流側に向かって延びている。なお、各図中において、ロータ３の力行時における回転方向を矢印Ｄｐで示す。ロータ３の力行時における回転方向とは、回転電機１Ａが使用される際のロータ３の主要な回転方向である。例えば、回転電機１Ａが車両に搭載される走行用モータである場合、ロータ３の力行時における回転方向は、車両を前進させる際にロータ３が回転する方向である。

ここで、第２実施形態において、スロット開口部３７の開口角度θを以下のように定義する。スロット開口部３７の開口角度θは、ステータコア３０の軸方向断面視において、スロット開口部３７の中心線と、ロータ３の力行時の回転方向上流側からスロット開口部３７を画成するティース３２における巻胴部３３の中心線と、の間の中心角である。この場合、スロット開口部３７の中間部３７ａにおける開口角度θは、２．５°である。また、スロット開口部３７の両端部３７ｂ，３７ｃにおける開口角度θは、５°である。つまり、スロット開口部３７の中間部３７ａは、スロット開口部３７の両端部３７ｂ，３７ｃよりも、ロータ３の力行時の回転方向で２．５°下流側に位置している。

続いて、本実施形態の回転電機１Ａの作用について説明する。
図７は、周方向におけるスロット開口部の位置と、力行時の漏れ磁束によるコイルの渦電流損と、の関係を示すグラフである。図７において、横軸は、スロット開口部３７の開口角度θを示している。縦軸は、コイル４０のうち軸方向においてスロット開口部３７と同じ位置に位置する箇所における渦電流損を示している。
図７に示すように、コイル４０における力行時の渦電流損は、開口角度θが２．５°の位置において、開口角度θが５°の位置よりも大きくなっている。また、コイル４０における力行時の渦電流損は、開口角度θが２．５°の位置において最も大きくなっている。すなわち、コイル４０における力行時の渦電流損は、軸方向におけるスロット開口部３７の中間部３７ａと同じ位置よりも、スロット開口部３７の両端部３７ｂ，３７ｃと同じ位置において大きくなっている。これにより、コイル４０の温度は、スロット開口部３７の両端部３７ｂ，３７ｃと同じ位置よりも、スロット開口部３７の中間部３７ａと同じ位置において大きくなる。

本実施形態では、スロット開口部３７は、軸方向における端部３７ｂ，３７ｃから中間部３７ａに向かうに従い、ロータ３の力行時における回転方向の上流側に向かって延びている。このため、スロット３６に配置されたコイル４０には、スロット開口部３７の中間部３７ａと軸方向で同じ位置において、スロット開口部３７の端部３７ｂ，３７ｃと軸方向で同じ位置よりも大きな渦電流損が生じる。これにより、コイル４０の温度は、スロット開口部３７の中間部３７ａと軸方向で同じ位置において、スロット開口部３７の端部３７ｂ，３７ｃと軸方向で同じ位置よりも高くなる。
本実施形態の回転電機の冷却構造によれば、ステータ冷却手段６０はコイル４０のうちスロット開口部３７の中間部３７ａと軸方向で同じ位置の箇所を冷却するので、第１実施形態と同様に、コイル４０を適切に冷却できる。

（第３実施形態）
図８は、第３実施形態に係る回転電機の概略構成を模式的に示す断面図である。
図１に示す第１実施形態では、ステータ冷却手段６０をステータコア３０の外周面に接触させることでコイル４０を冷却している。これに対して図８に示す第３実施形態では、ステータコア１３０の内部に冷媒を流通させることでコイル４０を冷却している点で、第１実施形態と異なっている。なお、図８では、発電用のモータである回転電機１に冷却手段１０７を適用した場合を図示しているが、駆動用の回転電機１Ａに冷却手段１０７を適用してもよい。

図８に示すように、ステータコア１３０には、冷媒が流通可能なステータコア流路１３８が形成されている。ステータコア流路１３８は、ステータコア１３０を貫通している。例えば、ステータコア流路１３８は、周方向におけるコイル４０と同じ位置において、少なくともスロット開口部３７の中間部３７ａと軸方向で同じ位置を通っている。本実施形態では、ステータコア流路１３８は、スロット３６よりも径方向の外側に形成され、ステータコア１３０を軸方向に貫通している。

冷却手段１０７は、ロータ３を冷却するロータ冷却手段５０と、ステータ５を冷却するステータ冷却手段１６０と、を備える。ステータ冷却手段１６０は、ステータ５に冷媒を供給する。冷媒の一例は、例えばオートマチックトランスミッションフルードであって、ロータ冷却手段５０で用いる冷媒と共用される。ステータ冷却手段１６０は、上述したステータコア流路１３８と、オイルポンプ６４と、を備える。オイルポンプ６４は、ステータコア流路１３８に冷媒を供給する。オイルポンプ６４は、ロータ冷却手段５０のオイルポンプ５１と共用されてもよい。このように、ステータ冷却手段１６０は、ステータコア１３０における、スロット開口部３７の中間部３７ａと軸方向で同じ位置の箇所に冷媒を流通させることで、コイル４０のうち少なくとも上述した冷却対象箇所を冷却する。

このように、本実施形態によれば、ステータ冷却手段１６０によって、コイル４０のうちスロット開口部３７の中間部３７ａと軸方向で同じ位置の箇所を冷却するので、第１実施形態と同様に、コイル４０を適切に冷却することができる。

また、ステータ冷却手段１６０は、ステータコア１３０に形成され、スロット開口部３７の中間部３７ａと軸方向で同じ位置を通るステータコア流路１３８を備える。この構成によれば、ステータコア１３０のうちスロット開口部３７の中間部３７ａと軸方向で同じ位置の箇所を直接冷却できる。このため、ステータ冷却手段１６０は、ステータコア１３０における、コイル４０のうちスロット開口部３７の中間部３７ａと軸方向で同じ位置の箇所に最も近い部分を冷却できる。したがって、ステータ冷却手段１６０は、ステータコア１３０を介して、コイル４０のうちスロット開口部３７の中間部３７ａと軸方向で同じ位置の箇所を冷却できる。

（第４実施形態）
図９は、第４実施形態に係る回転電機の概略構成を模式的に示す断面図である。
図１に示す第１実施形態では、ステータ冷却手段６０をステータコア３０の外周面に接触させることでコイル４０を冷却している。これに対して図９に示す第４実施形態では、ステータ５にロータ３から排出された冷媒を当てることでコイル４０を冷却している点で、第１実施形態と異なっている。なお、図９では、発電用のモータである回転電機１に冷却手段１０７を適用した場合を図示しているが、駆動用の回転電機１Ａに冷却手段１０７を適用してもよい。

図９に示すように、ロータコア２１５には、冷媒が流通可能なロータコア流路２１７が形成されている。ロータコア流路２１７は、軸方向に交差する方向に沿って延在している。図示の例では、ロータコア流路２１７は、軸方向に直交する面方向に沿うとともに、マグネット１９を避けるように延在している。ロータコア流路２１７の径方向外側の端部は、スロット開口部３７の中間部３７ａと軸方向で同じ位置において、ロータ３の外周面に開口している。ロータコア流路２１７の径方向内側の端部は、回転軸１０の吐出孔１３を介して軸流路１１に連通している。

冷却手段２０７は、ロータ３およびステータ５に冷媒を供給して冷却する。冷媒の一例は、例えばオートマチックトランスミッションフルードである。冷却手段２０７は、上述した軸流路１１、吐出孔１３、およびロータコア流路２１７と、オイルポンプ５１（冷媒供給手段）と、を備える。オイルポンプ５１は、軸流路１１に冷媒を供給する。軸流路１１に供給された冷媒は、ロータ３が回転することにより発生する遠心力によって、吐出孔１３から吐出される。吐出孔１３から吐出された冷媒は、ロータコア流路２１７を通って、ロータ３の外側に排出される。ロータコア流路２１７から排出された冷媒は、遠心力により径方向外側に向かって飛び、ステータ５に当たる。ロータコア流路２１７から排出された冷媒の一部は、スロット開口部３７の中間部３７ａを通じて、コイル４０に直接当たる。このように、冷却手段２０７は、ロータコア２１５の内部に冷媒を流通させることでロータ３を冷却するとともに、ロータ３の内部を流通した冷媒をコイル４０の上述した冷却対象箇所に直接当てることで、コイル４０のうち少なくとも冷却対象箇所を冷却する。

このように、本実施形態によれば、冷却手段２０７によって、コイル４０のうちスロット開口部３７の中間部３７ａと軸方向で同じ位置の箇所を冷却するので、第１実施形態と同様に、コイル４０を適切に冷却することができる。

また、冷却手段２０７は、軸流路１１に冷媒を供給するオイルポンプ５１と、回転軸１０の外周面に開口する吐出孔１３と、ロータコア２１５に形成され吐出孔１３を介して軸流路１１に連通するとともに、スロット開口部３７の中間部３７ａと軸方向で同じ位置において径方向の外側に向けて開口するロータコア流路２１７と、を備える。この構成によれば、冷媒を軸流路１１およびロータコア流路２１７に流通させることによりロータ３を冷却できる。さらに、遠心力によりロータコア流路２１７から冷媒が径方向外側に向けて排出されるので、スロット開口部３７の中間部３７ａを通じて、コイル４０に冷媒を当てることができる。これにより、冷却手段２０７は、コイル４０のうちスロット開口部３７の中間部３７ａと軸方向で同じ位置の箇所を冷却することができる。よって、ロータ３を冷却する手段と、コイル４０を冷却する手段と、を兼ねることができる。したがって、回転電機１の構成を簡素化することができる。

なお、本発明は、図面を参照して説明した上述の実施形態に限定されるものではなく、その技術的範囲において様々な変形例が考えられる。
例えば、上記各実施形態において、スロット開口部３７の中間部３７ａは、軸方向においてスロット開口部３７の両端部３７ｂ，３７ｃからそれぞれ同じ距離離れているが、これに限定されない。スロット開口部の中間部は、軸方向においてスロット開口部３７の両端部３７ｂ，３７ｃからそれぞれ同じ距離離れた位置に対してずれていてもよい。すなわち、スロット開口部のうちロータ３の回生時の回転方向における最も下流側に位置する箇所は、必ずしも軸方向においてスロット開口部３７の両端部３７ｂ，３７ｃからそれぞれ同じ距離離れた位置に設ける必要はない。

また、上記各実施形態において、スロット開口部３７の両端部３７ｂ，３７ｃは、互いに周方向における同じ位置に設けられているが、周方向において互いにずれた位置に設けられていてもよい。

また、上記各実施形態において、スロット開口部３７は、中間部３７ａを中心として、軸方向両側に向かって、軸方向に対して一定の角度で傾斜して延びているが、これに限定されない。スロット開口部は、軸方向に対する傾斜角度が変化するように延びていてもよい。

その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上記した実施の形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能であり、また、上述した各実施形態を適宜組み合わせてもよい。

１，１Ａ…回転電機 ３…ロータ ５…ステータ １０…回転軸 １３…吐出孔（貫通孔） ２１…端面板 ３０，１３０…ステータコア ３２…ティース ３４…鍔部（突起） ３６…スロット ３７…スロット開口部（開口部） ３７ａ…中間部 ３７ｂ…第１端部（端部） ３７ｃ…第２端部（端部） ４０…コイル（導体） ５１…オイルポンプ（冷媒供給手段） ６０，１６０…ステータ冷却手段（冷却手段） １３８…ステータコア流路 ２０７…冷却手段 ２１５…ロータコア ２１７…ロータコア流路 ２２３Ａ…第１端面流路（端面流路） ２２３Ｂ…第２端面流路（端面流路） Ｏ…回転軸線（中心軸線）

Claims (9)

1. ロータおよびステータを備える発電用の回転電機の冷却構造であって、
   前記ロータを囲うように環状に形成され、周方向に並ぶとともに中心軸線方向の一端から他端に延びる複数のスロットが形成されたステータコアと、
   前記スロットに配置された導体と、
   前記導体を冷却する冷却手段と、
   を備え、
   前記ステータコアは、周方向で互いに隣り合う前記スロットの間に形成されたティースを備え、
   前記ステータコアの内周面には、前記スロットの開口部が形成され、
   前記開口部は、周方向で互いに隣り合う前記ティースの先端にそれぞれ設けられた突起同士の間に、前記中心軸線方向の全長にわたって形成され、前記中心軸線方向における両端部から中間部に向かうに従い、前記ロータの回生時における回転方向の下流側に向かって延び、
   前記開口部の前記中間部は、前記開口部の前記両端部よりも前記ロータの回生時における回転方向の下流側に位置し、
   前記冷却手段は、前記導体のうち前記開口部の前記中間部と前記中心軸線方向で同じ位置の箇所を冷却する、
   ことを特徴とする回転電機の冷却構造。
2. 前記開口部の前記中間部は、前記開口部における前記中心軸線方向の少なくとも一端部よりも前記ロータの回生時における回転方向で、前記ティースの先端に前記突起を形成させる所定角度下流側に位置している、
   ことを特徴とする請求項１に記載の回転電機の冷却構造。
3. ロータおよびステータを備える駆動用の回転電機の冷却構造であって、
   前記ロータを囲うように環状に形成され、周方向に並ぶとともに中心軸線方向の一端から他端に延びる複数のスロットが形成されたステータコアと、
   前記スロットに配置された導体と、
   前記導体を冷却する冷却手段と、
   を備え、
   前記ステータコアは、周方向で互いに隣り合う前記スロットの間に形成されたティースを備え、
   前記ステータコアの内周面には、前記スロットの開口部が形成され、
   前記開口部は、周方向で互いに隣り合う前記ティースの先端にそれぞれ設けられた突起同士の間に、前記中心軸線方向の全長にわたって形成され、前記中心軸線方向における両端部から中間部に向かうに従い、前記ロータの力行時における回転方向の上流側に向かって延び、
   前記開口部の前記中間部は、前記開口部の前記両端部よりも前記ロータの力行時における回転方向の上流側に位置し、
   前記冷却手段は、前記導体のうち前記開口部の前記中間部と前記中心軸線方向で同じ位置の箇所を冷却する、
   ことを特徴とする回転電機の冷却構造。
4. 前記開口部の前記中間部は、前記開口部における前記中心軸線方向の少なくとも一端部よりも前記ロータの力行時における回転方向で、前記ティースの先端に前記突起を形成させる所定角度上流側に位置している、
   ことを特徴とする請求項３に記載の回転電機の冷却構造。
5. 前記所定角度は、２．５°である、
   ことを特徴とする請求項２または請求項４に記載の回転電機の冷却構造。
6. 前記冷却手段は、前記ステータコアの外周面のうち少なくとも前記開口部の前記中間部と前記中心軸線方向で同じ位置の箇所に接触し、内部を冷媒が流通する、
   ことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の回転電機の冷却構造。
7. 前記冷却手段は、前記ステータコアに形成され、冷媒が流通し、少なくとも前記開口部の前記中間部と前記中心軸線方向で同じ位置を通るステータコア流路を備える、
   ことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の回転電機の冷却構造。
8. 前記ロータは、
   中空に形成され、内部に冷媒が流通する回転軸と、
   前記回転軸に貫通され、前記ステータコアの内側に配置されたロータコアと、
   前記ロータコアを前記中心軸線方向の両側から挟む一対の端面板と、
   を有し、
   前記冷却手段は、
   前記回転軸の内部に冷媒を供給する冷媒供給手段と、
   前記回転軸の外周面に開口する貫通孔と、
   前記ロータコアに形成され、前記貫通孔を介して前記回転軸の内部に連通するとともに、前記開口部の前記中間部と前記中心軸線方向で同じ位置において径方向の外側に向けて開口するロータコア流路と、
   を備える、
   ことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の回転電機の冷却構造。
9. 請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の回転電機の冷却構造を備えることを特徴とする回転電機。

Images