WO2012118008A1

WO2012118008A1 - 冷却構造を備えた回転電機、およびこの回転電機を用いた建設機械

Info

Publication number: WO2012118008A1
Application number: PCT/JP2012/054757
Authority: WO
Inventors: 逸郎沢田; 森　英明; 菊地　聡; 茂徳青木; 真石島; 聡彦渡邉
Original assignee: 日立建機株式会社
Priority date: 2011-03-03
Filing date: 2012-02-27
Publication date: 2012-09-07
Also published as: JP2012186880A

Abstract

【課題】回転電機の容積を増大させることなく、より広い表面積にわたってステータコイルに冷却媒体を直接接触させて冷却能力の高い回転電機の冷却構造を提供すること。【解決手段】回転軸を中心として回転するロータと、ロータの外径面に対向して配置されるステータと、ステータを保持するハウジング１４０と、を備えた回転電機の冷却構造において、ステータ１１０は、回転軸方向にスロット１１２を有するステータコア１１１と、スロット１１２に巻回されたステータコイル１２０と、を有し、ステータコア１１１は、スロット１１２とステータコア１１１の外径側とを連通する径方向流路２００を有し、ハウジング１４０の冷却媒体供給孔２３０から径方向流路２００を通してスロット１１２に至る冷却媒体の流路が形成されること。また、ハウジングの内径側には冷却媒体を流すための周方向溝２１０はステータコアに形成した径方向流路２００と連通すること。

Description

冷却構造を備えた回転電機、およびこの回転電機を用いた建設機械

　本発明は、冷却構造を備えた回転電機に係わり、特に、回転電機のステータコイルとステータコアの冷却能力を向上させる技術、並びにこの回転電機を用いた建設機械に関する。

　回転電機は、ロータと、ロータの外径側に配置され且つステータコイルが巻き回されたステータと、を有する。回転電機をモータとして動作させ機械的動力を得る場合は、ステータコイルに電流を流してロータに回転力を付与する。また、回転電機により発電し電力を得る場合には、ロータを外部からの回転力により回転させ、ステータコイルに発生する電流を取り出す。

　この機械的動力又は電力を得る際に、ステータコイルとステータコアは回転電機の損失に起因して発熱する。そして、回転電機に用いられる絶縁材料には、絶縁性能を確保できる上限温度があり、その温度を超えないようにするために、回転電機を冷却する必要がある。

　通常、回転電機の冷却には、冷却媒体として空気や水素などの気体を用いる気冷方式と、冷却媒体として冷却水や油などの液体を用いる液冷方式とがある。このうち、液冷方式は、ステータコアの外径側等に冷却媒体の流路を備えた液冷ジャケットを設け、液冷ジャケットを介して冷却を行う間接液冷方式と、油等の電気絶縁性のある液体をステータコイル等の回転電機の発熱部位に直接接触させて冷却する直接液冷方式と、に分けられる。

　直接冷却方式では、液冷ジャケットが不要であるため、回転電機の小型化が可能であり、また、発熱部位に直接冷却媒体をかけることができるため冷却能力が優れており、多くの回転電機において直接冷却方式が採用されている（例えば、特許文献１を参照）。

　この特許文献１には、ステータの外径側に冷却媒体通路を設け、冷却媒体通路に開けた吐出口からステータコイルエンドに冷却媒体を噴射することによってステータコイルを冷却する構造が開示されている。

　また、冷却媒体通路を別設するのではなくて、ステータ自体に設けた切欠き溝を冷却媒体通路とする技術は例えば特許文献２に提案されており、この引用文献２によると、ステータのコイル鉄心を複数枚の積層板で構成し、切欠き溝のある鋼板と切欠き溝のない鋼板とを適宜組み合わせ積層することで、ステータに冷却媒体通路を形成している。

　さらに、ステータコアの外径側からステータスロット内に冷却油を供給する通路を設ける構造のものは例えば特許文献３に提案されており、この引用文献３によると、ステータコイルを冷却するために、ステータコイルを収納したステータスロットとステータ外周面とを連通する連通孔を形成している。

特開２００５－２５３２６３号公報特開平９－２１５２７０号公報特開２００５－１２９８９号公報

　しかしながら、特許文献１では、ステータコイルエンドに冷却媒体を噴射することによってステータコイルを冷却する構造となっていて、冷却媒体を供給するための配管を回転電機の内部に新たに設置する必要があるため、回転電機の体格が大きくなる（回転電機が大型化する）という課題が発生する。

　また、特許文献１では、ステータの軸方向端部に配置されたステータコイルエンドのみ冷却媒体を噴射しているので、ステータコアのスロット内に巻き回されたステータコイルに冷却媒体を噴射することができないため、直接冷却できる表面積が小さいため、発熱量が大きい場合には温度上昇を抑制するためにより多くの冷却媒体を供給する必要がある。

　さらに、冷却媒体が、噴出された圧力および重力によりステータコイルエンドの表面を流れることでコイルを冷却するが、冷却媒体の一部は、振動や重力により途中でコイル表面から離脱し冷却に寄与しない分が生じる。すなわち、コイルエンドの周方向位置により冷却性能に差が生じ、局所的にコイル温度が上昇するおそれがある。

　また、特許文献２では、ステータに冷却流路を設ける構造ではあるが、空冷を前提にしており、ロータ回転の遠心力を利用して冷媒の駆動力を得ているので回転していないときには冷却機能が動作しないという課題があり、さらに流路溝がステータティースに開けられているので磁気特性に悪影響を与えるという課題が生じる。

　また、引用文献３では、ステータスロット内のステータコイルを冷却するために冷却油供給のための連通路をステータコアに設けているが、複数のステータスロットに冷却油を供給するためには、この連通路は軸方向で異なる位置にずれて穿設させる必要があり（引用文献３の図３に図示するように）、このずれた連通路によってステータの軸方向で温度分布の偏りが発生する懸念が生じる。さらに、引用文献３にはハウジングの流路形成については、冷却油供給部３１００を設けることが開示されているに過ぎず、特段の配慮、工夫はなされていない。

　本発明は、上述した課題を解決するためのものであり、その目的は、回転電機の体格を増大させる（回転電機を大型化させる）ことなく、より広い表面積にわたってステータコイルに冷却媒体を直接接触させて、冷却能力の高い回転電機並びにこの回転電機を適用した建設機械を提供することにある。

　前記課題を解決するために、本発明は主として次のような構成を採用する。　
　ステータコアとスロットが内周面に交互に形成される中空部を有する円筒状のステータと、前記ステータの中空部の内周側に配置され、回転軸を中心に回転するロータと、を有する回転電機において、
前記ステータは、前記スロットの内周面と外周面とを径方向に連通する複数の径方向流路を形成し、前記複数の径方向流路は、前記回転軸に対する同一垂直断面上のステータに配設されている構成とする。

　また、ステータコアとスロットが内周面に交互に形成される中空部を有する円筒状のステータと、前記ステータの中空部の内周側に配置され、回転軸を中心に回転するロータと、を有する回転電機において、
前記ステータはステータコアとスロットが内周面に交互に形成される円環状の電磁鋼板を積層することにより形成され、前記ステータコアと前記スロットが交互に形成される第１の電磁鋼板と、前記スロットのスロット底に対して径方向の切り欠きを備える第２の電磁鋼板と、前記スロットの外周面に対して径方向の切り欠きを備える第３の電磁鋼板と、を有し、
前記第２の電磁鋼板の切り欠きと前記第３の電磁鋼板の切り欠きとが一部重なることによって、前記スロットの内周面と外周面とを径方向に連通する複数の径方向流路を形成し、前記第２の電磁鋼板および前記第３の電磁鋼板の両側に前記第１の電磁鋼板を積層し、前記複数の径方向流路は前記回転軸に対する同一垂直断面上のステータに配設されている構成とする。

　また、前記回転電機において、ステータの外周面における径方向流路の断面積は、冷却媒体が供給される位置に形成される径方向流路の断面積と比較して、冷却媒体が供給される位置より遠い位置に形成される径方向流路の断面積を大きくする構成とする。さらに、前記回転電機において、前記ステータのステータコアは円筒状のハウジングに保持され、前記ハウジングの内周側には冷却媒体を流すための周方向溝を設け、前記周方向溝は前記ステータコアに形成した前記径方向流路と連通する構成とする。

　本発明によれば、回転電機の嵩（体格）を増大することなく、ステータコア及びステータコイルにおける温度分布の偏りを小さく、かつ冷却能力を大きくすることができる。また、この冷却能力の高い回転電機を建設機械のエンジンと油圧ポンプとの間に隣接して介在させることで、冷却能力にすぐれ使い勝手のよい建設機械を提供することができる。

本発明の第１の実施形態に係る冷却構造を備えた回転電機における回転軸方向の断面図である。第１の実施形態に係る冷却構造を備えた回転電機における回転軸垂直方向の断面図である。第１の実施形態に係る冷却構造を備えた回転電機における斜視図である。第１の実施形態に係る冷却構造を備えた回転電機における斜視断面図である。本発明の第２の実施形態に係る冷却構造を備えた回転電機に関するステータコアを形成する電磁鋼板の形状を示す図である。第２の実施形態に係る冷却構造を備えた回転電機に関するステータコアの分解斜視図である。第２の実施形態に係る冷却構造を備えた回転電機に関するステータの斜視断面図である。第２の実施形態に係る冷却構造を備えた回転電機に関するステータの斜視断面における径方向流路の詳細を示す図である。本発明の第３の実施形態に係る冷却構造を備えた回転電機に関するステータコアを形成する電磁鋼板の形状を示す図である。本発明の第４の実施形態に係る冷却構造を備えた回転電機に関するステータコアの斜視断面図である。本発明の第５の実施形態に係る冷却構造を備えた回転電機に関するハウジングの斜視図である。本発明の第６の実施形態に係る冷却構造を備えた回転電機における回転軸垂直方向の断面図である。本発明の第６の実施形態に係る冷却構造を備えた回転電機に関する全体配置を示す回転軸垂直方向の断面図である。本発明の実施形態に関する冷却構造を備えた回転電機を適用した構成例を示すブロック図である。

　本発明の第１～第６の実施形態に係る冷却構造を備えた回転電機について、図１～図１３を参照しながら以下説明する。

　まず、本発明の第１の実施形態に係る冷却構造を備えた回転電機について、図１～図４を用いて説明する。図１～図４のそれぞれの図面の説明は、上述の図面の簡単な説明欄で記述したとおりである。図１～図４において、１００は回転電機、１１０はステータ、１１１はステータコア、１１２はステータスロット、１１３はスロット底、１１４はスロット開口部、１１５はステータティース、１２０はステータコイル、１３０はロータ、１４０はハウジング、２００は径方向流路、２１０は周方向流路、２３０は冷却媒体供給孔、をそれぞれ表す。

　本発明の第１の実施形態に係る回転電機１００は、ステータコア１１１と、ステータスロット１１２（以下、スロット１１２と称する）に挿入されステータティース１１５に巻き回されたステータコイル１２０と、ステータコア１１１を保持するハウジング１４０と、図示していない軸受に支持されたロータ１３０と、から構成されている。

　ステータコア１１１には、ハウジング１４０と接する外周側部と、ステータコイル１２０を挿入しているスロット１１２とを連通する径方向流路２００を設けている。さらに、ハウジング１４０の内周側には、ステータコア１１１に設けた径方向流路２００と連通する位置に周方向流路２１０を設けている。また、ハウジング１４０には冷却媒体を供給するための冷却媒体供給孔２３０を設け、図示していない冷却媒体圧送手段と配管等により接続することにより、冷却媒体を供給する構成となっている。

　冷却媒体供給孔２３０に供給された冷却媒体は、ハウジング１４０の周方向流路２１０を流れるとともに、一部がステータコア１１１に設けた径方向流路２００を通りスロット１１２に供給される。

　スロット１１２に供給された冷却媒体は、一部はスロット開口部１１４から流出し、残りはスロット１１２内を回転軸方向に流れ、スロット１１２の回転軸方向端面から流出する。

　冷却媒体は、スロット１１２内を流れる間、スロット１１２内のステータコイル１１４に直接接触し、ステータコイル１１２を冷却する。また、冷却媒体は、周方向流路２１０および径方向流路２００を流れる間、ステータコア１１１に直接接触し、ステータコア１１１を冷却する。

　上述したように、本実施形態に係る回転電機の冷却構造により、ステータコア１１１およびステータコイル１１４に冷却媒体を直接接触させることができるため、高い冷却効果が得られる。さらに、本実施形態の冷却構造は、ハウジング１４０およびステータコア１１１の一部を冷却媒体を流す流路としているため、回転電機の内部に配管などを新たに設置する必要がないため、回転電機の嵩（体格）の小型化が可能である。

　また、ハウジング１４０の内径側に設けた周方向流路２１０とステータコア１１１に設けた径方向流路２００の断面形状を、回転電機の周方向位置に関係なく、冷却媒体のどの径方向流路２００に対しても供給量が一定になるように設計し構成することで、周方向位置による温度分布の偏りを低減することができる。構成の一例として、冷却媒体供給孔２３０の近くに設けられた径方向流路２００は、遠くの径方向流路の断面積に比べて、その断面積を小とするように設計してもよい。換言すると、ステータの外周面における径方向流路の断面積は、冷却媒体が供給される位置に形成される径方向流路の断面積と比較して、冷却媒体が供給される位置より遠い位置に形成される径方向流路の断面積を大きくする。

　次に、本発明の第２の実施形態に係る回転電機の冷却構造について、図５～図８を参照しながら以下説明する。図５は本発明の第２の実施形態に係る冷却構造を備えた回転電機に関するステータコアを形成する電磁鋼板の形状を示す図である。図６は第２の実施形態に係る冷却構造を備えた回転電機に関するステータコアの分解図である。図７は第２の実施形態に係る冷却構造を備えた回転電機に関するステータの斜視断面図である。図８は第２の実施形態に係る冷却構造を備えた回転電機に関するステータの斜視断面における径方向流路の詳細を示す図である。なお、第２の実施形態に係る回転電機におけるステータコアとステータコイルを冷却するための機能と作用については、第１の実施形態のそれと共通している。

　図５～図８において、１１６は第１の電磁鋼板、１１７は第２の電磁鋼板、１１８は第３の電磁鋼板、１２０はステータコイル、２００は径方向流路、１１３ａは第１の電磁鋼板１１６のスロット底、１１３ｂは第２の電磁鋼板１１７のスロット底に設けた切り欠き、１１３ｃは第３の電磁鋼板１１８のスロット底、１１３ｄは第３の電磁鋼板１１８の外周側に設けた切り欠き、をそれぞれ表す。

　回転電機のステータコアは薄板状の電磁鋼板を多数枚積層して形成することが一般的である。上述した第１の実施形態のように、ステータコア１１１の外径側からステータスロット１１２まで連通した径方向流路２００を形成するためには、積層後のステータコアを加工するか、径方向流路の位置で切り分けた電磁鋼板を積層する必要がある。いずれの手段も手間がかかり、コストの上昇を招く懸念がある。

　繰り返して、さらに詳しく説明すると、一般に、回転電機のステータコアは、鉄損と呼ばれる渦電流損失の発生を抑制するために、厚さ０．３ｍｍ程度の薄板状のけい素鋼板を回転軸方向に複数枚積層することで形成する。この際、各々の電磁鋼板は、その表面に電気的絶縁のためにコーティングを施し、積層した電磁鋼板が互いに電気的に絶縁された状態を保つようにしている。ここで、ステータコアに冷却媒体を流すための流路を形成する場合に、積層された電磁鋼板からなるステータコアに対してドリル等を用いて加工すると、電磁鋼板の電気的絶縁が破壊されるおそれがあり、回転電機の性能の悪化を招くという事情があった。

　そこで、第２の実施形態では、図５と図６に示すような３種類以上の電磁鋼板１１６，１１７，１１８の形状を組み合わせることにより、径方向流路２００を形成する（流路の形成は後述するが、図８を参照）ことを構成上の特徴としている。

　第１の電磁鋼板１１６は、径方向流路２００（図８、図２、図４を参照）の無い部分を形成する。そして、第２の電磁鋼板１１７と第３の電磁鋼板１１８を組み合わせることで、径方向流路２００を形成する。

　第２の電磁鋼板１１７のスロット底（第１と第３の電磁鋼板１１６，１１８のスロット底１１３ａ，１１３ｃと同形状・同寸法のスロット底）に設けられた切り欠き１１３ｂは、第１の電磁鋼板１１６のスロット底１１３ａよりも外周側に位置している。さらに、第３の電磁鋼板１１８では、スロット底１１３ｃの位置は、第１の電磁鋼板１１６のスロット位置１１３ａと同一であるが、スロットの外周側に切り欠き１１３ｄを設けており、切り欠き１１３ｄの底面側の位置は第２の電磁鋼板１１７の切り欠き１１３ｂの外周側頂部よりも内周側の位置とする。

　そして、図６に示すように、第１の電磁鋼板１１６と、第２の電磁鋼板１１７と、第３の電磁鋼板１１８と、第１の電磁鋼板１１６とを積層することによって、図７および図８に示すような径方向流路２００を形成することができる。すなわち、第３の電磁鋼板１１８に設けられた外周側切欠き１１３ｄ毎に径方向流路２００が形成されることとなる。

　ここで、図６に示す各電磁鋼板１１６，１１７，１１８の具体的な構成例を示すと、第２と第３の電磁鋼板１１７，１１８は、例えば、０．３ｍｍ厚さ単位の電磁鋼板を数枚積層したものであり、２つの第１の電磁鋼板１１６，１１６のそれぞれは上記厚さ単位の電磁鋼板を１００枚程度積層したものから成り立っている。したがって、径方向流路２００の断面積は、０．３ｍｍ厚さ単位の電磁鋼板の積層枚数によって決まることとなる。

　第１の実施形態に示す周方向流路２１０を備えたハウジング１４０と第２の実施形態により形成したステータコア１１１を組み合わせることにより、第１の実施形態で説明した冷却性能の向上効果に加え、積層後のステータコアの加工と、スロット１１２ごとに切り分けられた電磁鋼板を積層する手間が省けるため、生産コストの大幅な低減が見込める。

　また、図７および図８では、径方向流路２００は、回転軸方向に１つのみ構成している（周方向には多数）が、図６に示した電磁鋼板１１６，１１７，１１８の積層を繰り返すことにより、回転軸方向に複数の径方向流路２００を形成することも可能である。また、本実施形態では、３種類の電磁鋼板の形状により径方向流路を形成したが、特に種類の数を限定するものではなく、３種類より多くの電磁鋼板形状を採用しても、同様の効果は得られる。

　次に、本発明の第３の実施形態に係る冷却構造を備えた回転電機について、図９を参照しながら以下説明する。図９は、本発明の第３の実施形態に係る冷却構造を備えた回転電機に関するステータコアを形成する電磁鋼板の形状を示す図である。

　図９において、１１７は第２の電磁鋼板、１１８は第３の電磁鋼板、１１９は第４の電磁鋼板、１１３ｅは第２の電磁鋼板１１８の外周側に設けた切り欠き、１１３ｆは第３の電磁鋼板１１９の円弧孔（第３の電磁鋼板のスロット底とその外周面との間で隣接するスロットにまたがって設けられた孔）、１１３ｇは第４の電磁鋼板のスロット底に設けた溝、をそれぞれ表す。なお、第２と第４の電磁鋼板１１７，１１９の外側には、図５に示す第１の電磁鋼板１１６がそれぞれ設置される。

　本実施形態が図５に示す第２の実施形態と異なる点は、電磁鋼板の型数を１つ増やし、径方向流路２００が隣接する２つのスロット１１２に跨がる円弧孔１１３ｆを第３の電磁鋼板１１８に形成することで、第２の電磁鋼板１１８の外周側に設けた切り欠き１１３ｅを１スロット置きに穿つことができるために、ハウジング１４０との焼き嵌め強度を保つことができる（ステータの焼き嵌め率を上げることができる）。また、第２の電磁鋼板１１８の切り欠き１１３ｅの幅（流路の断面積）を周方向の位置によって変えることによって、ステータの冷却を均等化することができる。例えば、回転軸中心よりも下方側のスロットは、上方側から流れ落ちる冷媒により冷却されるので、切り欠きの１１３ｅの幅を小さくしてもよい。

　次に、本発明の第４の実施形態に係る冷却構造を備えた回転電機について、図１０を参照しながら以下説明する。図１０は本発明の第４の実施形態に係る冷却構造を備えた回転電機に関するステータコアの斜視断面図である。

　第４の実施形態では、冷却媒体の周方向流路２１０がステータコア１１１の外径側に凹面を形成することにより構成されている。第４の実施形態は、図１と図２に示す第１の実施形態で示した周方向流路２１０をハウジング１４０の内周側に設ける構造に代えて、ステータコア１１１の外径側に穿設したものである。

　次に、本発明の第５の実施形態に係る冷却構造を備えた回転電機について、図１１を参照しながら以下説明する。図１１は本発明の第５の実施形態に係る冷却構造を備えた回転電機に関するハウジングの斜視図である。

　図１１に示すように、ハウジング１４０には、図１に示す第１の実施形態と同様に周方向流路２１０に加えて、軸方向流路２２０が設けられた構造である。この構造により、冷却媒体供給孔２３０を通して周方向流路２１０に供給された冷却媒体は、その一部がステータコア１１１の径方向流路２００に流れ、その残りがハウジング１４０の複数の軸方向流路２２０に流れる。なお、図１１ではハウジング１４０に流路２１０，２２０を設けているが、ハウジングとステータとの間の間隙に、ステータの周方向および軸方向に形成された冷却媒体を流すための間隙を形成するようにしてもよい。ここで、周方向流路２１０の幅を軸方向流路２２０、径方向流路２００と比較して大きくし、動圧による流量配分の不均衡をなくするようにするとよい。また、周方向流路２１０の幅を、冷却媒体供給孔２３０近くは広く、冷却媒体供給孔２３０から離れるにしたがって狭くし、周方向の流速を一定に保つようにするとよい。

　このように、ハウジング１４０に軸方向流路２２０を設けることにより、冷却媒体とステータコア１１１との接触面積を大きくすることが可能となり、ステータコア１１１に対する冷却能力を向上することができる。本実施形態は、特に鉄損と言われるステータコアにおける発熱が多い回転電機に有効である。

　次に、本発明の第６の実施形態に係る回転電機の冷却構造について、図１２と図１３を参照しながら説明する。図１２は本発明の第６の実施形態に係る回転電機の冷却構造における回転軸垂直方向の断面図であり、図１３は本発明の第６の実施形態に係る冷却構造を備えた回転電機に関する全体配置を示す回転軸垂直方向の断面図である。

　本実施形態は、ステータ１１０のスロット開口部１１４（図１３、図２を参照）の一部または全部を電気絶縁性の樹脂１５０等で埋めること、換言すると、ステータコイルを巻回したステータティースの先端間に形成されたスロット開口部１１４を電気絶縁性の物質１５０で塞ぐことが構成上の特徴である。スロット開口部１１４を電気絶縁性樹脂１５０で埋めて閉鎖することにより、スロット１１２内に供給した冷却媒体を有効にスロット内のステータコイル１２０に接触させ冷却することができる。

　また、図１に示すロータ１３０を積極的に冷却したい場合には、図１３に示すように、ロータ１３０の回転軸よりも低い位置にあるスロット開口部１１４のみを塞ぎ、すなわち、ステータコイルを巻回したステータティースの先端間に形成されたスロット開口部１１４の内で、ロータ１３０の回転軸より下方位置にあるスロット開口部を電気絶縁性の物質１５０で塞ぎ、それ以外のスロット開口部１１４は開放することで、スロット１１２内に供給した冷却媒体の一部が重力により、上方部に配置されたスロット開口部１１４からロータ１３０に滴下して、ロータ１３０を冷却することができる。この構造によって、ロータ専用に特別の冷却のための装置を追加することなく、ステータ１１０とロータ１３０の両方を冷却することが可能となる。

　次に、本発明の実施形態に関する冷却構造を有する回転電機を適用した構成例について、図１４を用いて説明する。図１４は、本実施形態に係る回転電機をハイブリッド車両（一例として建設機械）に適用した場合の冷却システムの構成例である。回転電機３０１は、冷却媒体圧送手段であるポンプ３０４と冷却媒体循環回路３０７で接続されている。ポンプ３０４から圧送された冷却媒体は、回転電機３０１の内部で発熱部を冷却した後、熱交換器３０５で冷却されてポンプ３０４に戻る。また、冷却媒体循環回路３０７には、冷却媒体に混入した不純物を除去するためのフィルタ３０６を必要に応じて設置してもよい。

　ハイブリッド車両においては、通常、回転電機３０１は、図１４に示すように、エンジン３０２と油圧ポンプ３０３の間に設置される。ここで、エンジン３０２と油圧ポンプ３０３はいずれも高温機器であり、回転電機３０１は、単独で運転する場合と比較して、より大きな冷却能力を必要とするのである。

　さらに、本実施形態に係る回転電機を適用する具体的分野としては、ハイブリッド建設機械が挙げられる。建設機械に用いられるエンジンと、これに繋がる油圧ポンプとの間に、同軸上に本実施形態に係る回転電機を介在させてハイブリッド建設機械を構成する。当該分野に適用される回転電機は、その両隣に、高温を発するエンジンと油圧ポンプとが配置されるので、隣接する高温機器からの入熱を低減する必要があり、本実施形態に係る冷却構造を採用することによってこの入熱低減を果たすことが可能となる。

　また、本発明の各実施形態に係る回転電機では、径方向流路２００がステータ１１０の同一円周上に形成されており、図１と図１０に示す構成例では径方向流路２００がステータ１１０の軸方向の中央部に設けられている。ここで、本実施形態の回転電機を上記の建設機械に適用した場合には、エンジン３０２が油圧ポンプ３０３に比べて、より高温を発する機器であることを考慮して、径方向流路２００をステータの軸方向中央部よりもエンジン３０２側に配設することで、回転電機の冷却効率を向上させるとよい。すなわち、エンジン側の回転電機の端面から径方向流路２００までの軸方向の距離が、油圧ポンプ側の回転電機の端面から径方向流路２００までの軸方向の距離よりも小さくすればよい。

　さらに、ハイブリッド建設機械は、エンジンと油圧ポンプとの間で、同軸上に本実施形態に係る回転電機を介在させる構成であるので、この同軸上の横長さ寸法と縦長さ寸法をできるだけ小さくする（すなわち、体格を小さくする、又は小型化する）ことが求められるのであり、嵩を小さくすると云う機能を果たす本実施形態の回転電機は、当該の技術分野に適用する好適例となる。なお、以上の説明では回転電機３０１に隣接するものとして油圧ポンプ３０３を挙げて説明したが、油圧ポンプに代えて、変速機と油圧ポンプからなる構成体としてもよい。

　以上説明したように、本発明の実施形態に係る回転電機の冷却構造の主たる特徴は、ステータコイルを収容しているステータコアのスロットと、ステータコアの外周面（外径側）と内周面（内径側）を連通する径方向流路を設け、この径方向流路に冷却媒体を流し込むことによって、ステータコアに加えてステータコイルに冷却媒体を直接接触させて冷却能力を高めることができるものである。さらに、ステータコアを保持するハウジングを設け、このハウジングの内周側に設けた周方向溝（ステータコアの外周側に周方向溝を設けてもよい）がステータコアに設けた径方向流路と連通する構成を備えることも本発明の特徴の１つである。

　さらに、本発明の具体的構成を挙げると、ステータコアの外径側からスロットのスロット底に連通する径方向の冷却流路を形成することでステータコアとともにスロット内のステータコイルを直接冷却する構成において、径方向の冷却流路は、スロットの外径側に設けた切欠きのある電磁鋼板と、コイルを巻回するスロットのスロット底よりも外径側に深い穿たれたスロット底をもつ電磁鋼板と、を組み合わせて積層することにより形成するものである。

　上述した本発明の特徴を備えることによって、本発明は次のような効果を奏し得るものである。すなわち、ハウジングとステータコア自体が冷却のための流路、連通路、噴射口を兼ねているので、回転電機の内部に冷媒を流すための配管等を新たに追加する必要がなく、回転電機の大型化を避けることができる。さらに、冷媒をステータコイルのコイルエンドだけでなくスロット内のコイルにも注ぐのでコイル全体も冷却することできる。また、冷媒がハウジング及びステータコアに形成された流路を流れることによって、ハウジング及びステータコア自体を冷却することができる。

　また、打ち抜き型の薄板状（例、０．３ｍｍ）の電磁鋼板を積層してステータを構成するので、ステータコアにおける径方向流路の流路径（断面積）の変更は、薄板状電磁鋼板の積層枚数を適宜に選定することで可能となる。さらに、径方向流路における回転電機軸方向の位置は、切欠き１１３ｄを設けた電磁鋼板の積層位置を調整することで可能であり、回転電機軸方向の流路の数も、切欠き１１３ｄを設けた電磁鋼板の積層態様を変更、調整することで可能である。さらに、ステータコアにおけるステータティースには冷却流路を形成せずに、ステータティースより外径側に形成されたステータのコアバック部に冷却流路を形成するので、ステータの電磁特性への悪影響を小さくできる。

　１００　回転電機
　１１０　ステータ
　１１１　ステータコア
　１１２　スロット
　１１３　スロット底
　１１３ａ　第１の電磁鋼板のスロット底
　１１３ｂ　第２の電磁鋼板のスロット底に設けた切り欠き
　１１３ｃ　第３の電磁鋼板のスロット底
　１１３ｄ　第３の電磁鋼板の外周側に設けた切り欠き
　１１３ｅ　第２の電磁鋼板の外周側に設けた切り欠き
　１１３ｆ　第３の電磁鋼板の円弧孔
　１１３ｇ　第４の電磁鋼板のスロット底に設けた溝
　１１４　スロット開口部
　１１５　ステータティース
　１１６　第１の電磁鋼板
　１１７　第２の電磁鋼板
　１１８　第３の電磁鋼板
　１１９　第４の電磁鋼板
　１２０　ステータコイル
　１３０　ロータ
　１４０　ハウジング
　１５０　電気絶縁性樹脂
　２００　径方向流路
　２１０　周方向流路
　２２０　軸方向流路
　２３０　冷却媒体供給孔
　３０１　回転電機
　３０２　エンジン
　３０３　油圧ポンプ
　３０４　ポンプ
　３０５　熱交換器
　３０６　フィルタ
　３０７　冷却媒体循環回路

Claims

　ステータコアとスロットが内周面に交互に形成される中空部を有する円筒状のステータと、前記ステータの中空部の内周側に配置され、回転軸を中心に回転するロータと、を有する回転電機において、
　前記ステータは、前記スロットの内周面と外周面とを径方向に連通する複数の径方向流路を形成し、
　前記複数の径方向流路は、前記回転軸に対する同一垂直断面上のステータに配設されている
　ことを特徴とする回転電機。
　ステータコアとスロットが内周面に交互に形成される中空部を有する円筒状のステータと、前記ステータの中空部の内周側に配置され、回転軸を中心に回転するロータと、を有する回転電機において、
　前記ステータはステータコアとスロットが内周面に交互に形成される円環状の電磁鋼板を積層することにより形成され、
　前記ステータコアと前記スロットが交互に形成される第１の電磁鋼板と、
　前記スロットのスロット底に対して径方向の切り欠きを備える第２の電磁鋼板と、
　前記スロットの外周面に対して径方向の切り欠きを備える第３の電磁鋼板と、を有し、
　前記第２の電磁鋼板の切り欠きと前記第３の電磁鋼板の切り欠きとが一部重なることによって、前記スロットの内周面と外周面とを径方向に連通する複数の径方向流路を形成し、前記第２の電磁鋼板および前記第３の電磁鋼板の両側に前記第１の電磁鋼板を積層し、
前記複数の径方向流路は前記回転軸に対する同一垂直断面上のステータに配設されている　ことを特徴とする回転電機。
　ステータコアとスロットが内周面に交互に形成される中空部を有する円筒状のステータと、前記ステータの中空部の内周側に配置され、回転軸を中心に回転するロータと、を有する回転電機において、
　前記ステータはステータコアとスロットが内周面に交互に形成される円環状の電磁鋼板を積層することにより形成され、
　前記電磁鋼板は、前記ステータコアと前記スロットを交互に形成した第１の電磁鋼板と、
　前記ステータコアの外周面に径方向の切り欠きを設けた第２の電磁鋼板と、
　前記スロットの外周側におけるステータコアに、複数のスロットに跨がるように円弧状の孔を設けた第３の電磁鋼板と、
　前記スロットのスロット底に対して径方向の溝を設けた第４の電磁鋼板と、を有し、
　前記第２の電磁鋼板の切り欠きと前記第３の電磁鋼板の孔と前記第４の電磁鋼板の溝とが一部重なることによって、前記スロットの内周面と外周面とを径方向に連通する複数の径方向流路を形成する
　ことを特徴とする回転電機。
　請求項１ないし３のいずれか１つの請求項に記載した回転電機において、
　前記ステータのステータコアは円筒状のハウジングに保持され、
　前記ハウジングの内周側には冷却媒体を流すための周方向溝を設け、
　前記周方向溝は前記ステータコアに形成した前記径方向流路と連通する
　ことを特徴とする回転電機。
　請求項４に記載した回転電機において、
　前記ハウジングの内周側に設けた前記冷却媒体を流すための周方向溝に代えて、前記ステータコアの外周面に前記冷却媒体を流すための周方向溝を設ける
　ことを特徴とする回転電機。
　請求項４に記載した回転電機において、
　前記ハウジングの内周側には前記冷却媒体を流すための軸方向溝を設け、
　前記軸方向溝は前記周方向溝と連通する
　ことを特徴とする回転電機。
　ステータコアとスロットが内周面に交互に形成される中空部を有する円筒状のステータと、前記ステータの中空部の内周側に配置され、回転軸を中心に回転するロータと、前記ステータを保持するハウジングと、を有する建設機械の回転電機において、
　前記ハウジングと前記ステータとの間の間隙には、前記ステータの周方向および軸方向に形成された冷却媒体を流すための間隙が形成される
　ことを特徴とする建設機械の回転電機。
　エンジンと、前記エンジンによって駆動される油圧ポンプと、前記エンジンと前記油圧ポンプとの間に同軸に形成される回転電機と、を有し、前記エンジンと前記回転電機と前記油圧ポンプとが隣接して形成される建設機械において、
　前記回転電機のステータにおけるスロットの内周面と外周面とを径方向に連通する複数の径方向流路を形成し、前記複数の径方向流路が、回転電機の回転軸に対する同一垂直断面上のステータに配設され、
　エンジン側の回転電機の端面から前記径方向流路までの前記回転軸の軸方向における距離は、油圧ポンプ側の回転電機の端面から前記径方向流路までの前記回転軸の軸方向における距離と比較して小さい
　ことを特徴とする建設機械。