WO2023170900A1 - 回転電機 - Google Patents

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WO2023170900A1
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stator coil
stator
heat pipe
electric machine
heat
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PCT/JP2022/010787
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French (fr)
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惠介 武石
眞一郎 南
浩之 東野
真吾 井上
直司 村上
Original Assignee
三菱電機株式会社
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K9/00—Arrangements for cooling or ventilating
    • H02K9/22—Arrangements for cooling or ventilating by solid heat conducting material embedded in, or arranged in contact with, the stator or rotor, e.g. heat bridges
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/64—Electric machine technologies in electromobility

Definitions

  • This application relates to a rotating electrical machine.
  • rotating electric machines include, for example, alternating current generators, motors, and vehicle-mounted drive devices, and include a casing in which a cooling flow discharge window is opened in a peripheral wall, and a rotor that is rotatably held within the casing. and a stator placed opposite the outer periphery of the rotor and fixed to the casing.
  • the rotating electrical machine is cooled by sucking fluid from the intake part of the casing, and is used for power generation or drive purposes. .
  • This application discloses a technology for solving the above-mentioned problems, which prevents the volatile liquid inside the heat pipe from being localized and reduces heat non-uniformity inside the stator coil.
  • the object of the present invention is to provide a rotating electrical machine that can reduce non-uniformity of cooling performance and, as a result, can efficiently cool a stator coil and a stator core.
  • a rotating electric machine disclosed in the present application includes a stator core having a plurality of slots, a plurality of heat pipes arranged in the plurality of slots and having a refrigerant sealed therein, and a stator coil arranged in the slots.
  • the stator coil has a wire rod and is attached to the stator core.
  • the volatile liquid inside the heat pipe is prevented from becoming localized, and the unevenness of heat inside the stator coil is reduced, thereby reducing the unevenness of cooling performance.
  • FIG. 1 is a sectional view showing a rotating electric machine according to a first embodiment.
  • 1 is a sectional view showing a rotating electric machine according to a first embodiment.
  • FIG. 1B is a perspective view showing a stator of the rotating electrical machine shown in FIGS. 1A and 1B.
  • 1 is a cross-sectional view showing a stator coil according to Embodiment 1.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view showing a stator coil according to a second embodiment.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view showing a heat pipe of a stator coil according to a third embodiment.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view showing a heat pipe of a stator coil according to a fourth embodiment.
  • FIG. 7 is a radial cross-sectional view showing a stator according to a fifth embodiment.
  • FIG. 7 is a radial cross-sectional view showing a stator according to a sixth embodiment.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view showing a stator coil according to a seventh embodiment.
  • the present application is a technology applicable to all rotating electric machines such as on-vehicle alternating current generators, motors, on-vehicle drive devices, rotating electric machines integrated with electronic equipment, and induction motors.
  • rotating electric machines such as on-vehicle alternating current generators, motors, on-vehicle drive devices, rotating electric machines integrated with electronic equipment, and induction motors.
  • FIG. 1A is a sectional view showing a rotating electric machine according to the first embodiment. Embodiment 1 will be described using a vehicle-mounted rotating electric machine 100 as an example, as shown in FIG. 1A.
  • the rotating electric machine 100 has a housing 1 that is composed of a substantially bowl-shaped front housing 2 and a rear housing 3, and is rotatably supported by the housing 1 via a pair of bearings 33.
  • a rotor 8 rotates integrally with the shaft 34, and a stator 9 disposed opposite the outer periphery of the rotor 8.
  • a pair of slip rings 10 that supply current to the rotor 8 are fixed to an extending portion of the shaft 34 extending toward the rear side of the housing 1 .
  • a pair of sliding brushes 11 and a brush holder 17 that accommodates these brushes 11 are provided on the surface of each slip ring 10.
  • a voltage regulator 12 that is adjacent to these brushes 11 and adjusts the magnitude of the AC voltage generated in the stator 9, a rectifier 13 that rectifies the AC voltage generated in the stator 9 into a DC voltage, and a heat sink 18. It further includes a connector 20 for inputting and outputting signals between the voltage regulator 12 and an external device (not shown), and a protective cover 27 to cover the brush holder 17 and the rectifier 13.
  • the rotor 8 is a Lundell type rotor, and includes a field winding 81 in which insulated copper wire is wound cylindrically and concentrically, through which an excitation current flows and generates magnetic flux, and a field winding 81 that generates magnetic flux by the generated magnetic flux.
  • a field core 82 is formed and provided so as to cover the field winding 81, and each has 6, 8, or 10 or more claws that are a multiple of 2, and both ends in the axial direction a.
  • a cooling fan 83 is attached to the surface by welding or the like to draw outside air into the rotating electric machine 100 by rotation of the rotor 8, cool the components inside the rotating electric machine 100, and discharge it.
  • the rotor 8 is formed by a field winding 81 and a field iron core 82, and is provided with a ventilation passage for cooling the field winding 81.
  • the field winding 81 is cooled by flowing fluid.
  • Magnets may be installed in the rotor 8 to increase the output, and in particular, by installing magnets between the claws of the field core 82, the output can be effectively increased.
  • the electronic component shown on the left side of the rear housing 3 is an example, and may be a rotating electrical machine integrated with an electronic device including a power conversion section.
  • the rotating electrical machine 100 may have the control device 14 on the left side of the rear housing 3, and the structure of the rotor 8 is not limited to the Lundell rotor described above.
  • the cooling fan 83 includes a main plate 832, a plurality of arm-shaped plates 833 extending from the main plate 832, and a plurality of blades 834, and is attached to a rotating object, the rotor 8 of the rotating electrical machine 100, or the like.
  • the coil end is cooled by the wind discharged to the outer circumferential side by the cooling fan 83.
  • the coil ends refer to stator coil portions that are on one end side and the other end side of the stator core 91 and protrude outward from the stator core 91 in the axial direction.
  • FIG. 2 is a perspective view showing the stator of the rotating electric machine shown in FIGS. 1A and 1B.
  • 3 is an axial cross-sectional view showing the stator coil of the stator shown in FIG. 2, and is a view showing a portion of the heat pipe 95 of the stator coil 90.
  • the stator coil 90 is wound around a stator core 91 to which a stator coil wire 92, a heat pipe 95, and a stator coil connecting member 94 are connected.
  • the stator coil wire material 92 and the stator coil connection material 94 are, for example, copper wires.
  • stator coil wire material 92 and the stator coil connection material 94 are named respectively, but they may be the same members.
  • the stator coil wire 92, the heat pipe 95, and the stator coil connection material 94 each have a rod-like shape.
  • the heat pipe 95 has a space inside the stator coil wire 92 in which a refrigerant is sealed. That is, the stator coil 90 has a cylindrical heat pipe 95.
  • the heat pipe 95 receives heat from the heat generating member, and the refrigerant stored inside the heat pipe 95 evaporates or condenses, thereby transporting the heat inside the heat pipe 95 and cooling the heat generating member.
  • FIG. 3 a heat pipe 95 and a stator coil wire 92 adjacent to each other with a stator core 91 in between are connected in series by a stator coil connecting member 94, and furthermore, a stator coil wire 92 and a heat pipe 95 are connected to each other in series with a stator coil connecting member 94. They are connected in series by a connecting member 94.
  • An insulator 93 is provided between the stator core 91 and the stator coil wire 92.
  • the upper side of the page is called top
  • the bottom side of the page is called bottom
  • the left side of the page is called left
  • the right side of the page is called right.
  • the heat pipe 95 and the stator coil wire 92 arranged on the right side with the stator core 91 in between are connected at their lower ends by a stator coil connecting member 94 .
  • the stator coil wire 92 whose lower end is connected to the heat pipe 95 has its upper end connected to the upper end of the heat pipe 95 two places to the right by the stator coil connecting member 94 .
  • the heat pipe 95 and the stator coil wire 92 are connected by the stator coil connecting member 94, thereby forming a part of the stator coil 90.
  • the stator coil connecting member 94 is fixed by welding one end side and the other end side to the stator coil wire material 92 or the heat pipe 95, respectively.
  • the stator coil 90 becomes one stator coil 90 and the stator core 91 is wound around it. Since the heat pipe 95 is in contact with the stator core 91 with the insulator 93 in between, heat from the stator core 91 is transmitted to the coolant in the heat pipe 95 .
  • Heat pipe 95 is a part of stator coil 90 and is arranged along stator core 91 in slot 96 (elongated gap between adjacent stator cores 91).
  • the heat pipe 95 is provided along the axial direction a of the shaft 34 from one end side of the stator core 91 to the other end side. As shown in FIG. 3, heat pipes 95 are arranged at two or more positions in stator coil 90. For example, a heat pipe 95 placed in a certain slot 96 is connected to a stator coil wire 92 placed in a slot 96 adjacent to the slot 96 or in another slot 96 by a stator coil connecting material 94, and further The stator coil wire 92 and another heat pipe 95 are connected by a stator coil connecting member 94 to form a stator coil 90.
  • the heat pipes 95 are distributed and arranged at multiple locations in the stator coil 90.
  • the refrigerant inside the heat pipe 95 will be biased accordingly, which may lead to a decrease in cooling performance.
  • the entire length of the stator coil 90 is a heat pipe 95
  • the refrigerant inside the heat pipe 95 is likely to be unevenly distributed, and as a result, there is a possibility that a local temperature increase will occur in the stator core 91, and the stator coil There is a possibility that the cooling performance within the 90 may become uneven. Therefore, a plurality of heat pipes 95 are arranged in a distributed manner.
  • stator coil wire 92 connected to the plurality of heat pipes 95 is arranged along the stator core 91 inside the slot 96 similarly to the heat pipes 95 .
  • Each of the plurality of heat pipes 95 is connected to a stator coil wire 92 to form a stator coil 90 .
  • stator coil 90 has heat pipes 95 at multiple locations.
  • Each of the heat pipes 95 receives heat from the stator core 91 with which it is in contact with the insulator 93 in between, and transports the heat to one end and the other end of the stator core 91.
  • the heat pipe 95 promotes heat transfer in the axial direction a. Since fluid (cooling air) flows into one end side and the other end side of the stator core 91 from the openings provided in the housing 1, the coil ends of the stator coils 90 are cooled by the fluid (cooling air). , efficient cooling becomes possible.
  • stator coil 90 can be cooled at multiple locations on the stator coil 90, and heat is dispersed, thereby reducing non-uniform cooling performance of the stator coil 90. can.
  • the rotating electric machine 100 includes a rotor 8 that rotates integrally with the shaft 34, a stator 9 supported on the outer periphery of the rotor 8 and having a stator core 91 and a stator coil 90, and the shaft 34.
  • a housing 1 is provided, which is supported by a stator 9 and a rotor 8, and has an opening on the outer peripheral side of the stator 9.
  • the stator coil 90 includes a plurality of heat pipes 95 and a stator coil wire 92 (a portion that is not the heat pipe 95).
  • the rotating electric machine 100 of the first embodiment includes a stator core 91 having a plurality of slots 96, a plurality of heat pipes 95 disposed in the plurality of slots 96 and having a refrigerant sealed therein, and
  • the stator coil 90 has a stator coil wire 92 arranged therein and is attached to a stator core 91.
  • the heat pipe 95 is arranged in the slot 96 from one end side of the stator core 91 in the axial direction a to the other end side, and the heat pipe 95 is arranged in the slot 96 along the one end side or the other end side of the stator core 91. It is connected in series to the stator coil wire 92 by a stator coil connecting member 94 provided in the stator coil wire 92 .
  • the heat pipes 95 may be connected to adjacent stator coil wires 92 across the stator core 91, or may be connected by skipping one stator core 91 in the circumferential direction. , two or more stator cores 91 may be connected in the circumferential direction, or stator cores 91 may be connected at different positions in the radial direction b.
  • the stator coil wire 92 and the stator coil coupling material 94 may be connected in series in any manner as long as they are energized, such as by welding, electrically conductive adhesive, pressure bonding, or caulking. .
  • it can be formed by arranging the heat pipe 95 in the slot 96 and connecting each wire rod by welding.
  • the stator coil connecting member 94 and the heat pipe 95 may be connected in any manner as long as they are energized in the same manner as described above.
  • stator coil wire 92 and the stator coil connecting material 94 are shown separately, but by bending the coil wire into an L shape, the stator coil wire 92 and the stator coil connecting material 94 can be combined into one piece. It may also be made of wire. Furthermore, by increasing the number of times the coil wire is bent, the plurality of stator coil wires 92 and the plurality of stator coil connecting members 94 may be formed of one wire. By forming in this way, it becomes possible to reduce the number of connection points, which not only facilitates manufacturability but also makes it possible to reduce manufacturing costs.
  • the stator coil 90 may be formed by using three or more heat pipes 95 connected in series. Further, instead of the stator coil connecting member 94, a heat pipe 95 may be used to connect the stator coil wire 92.
  • the stator coil wire 92 or heat pipe 95 may have a coating for insulation, and an insulator may be provided between the stator coil wire 92 or heat pipe 95 and the stator core 91 to further improve insulation. It may be provided. Further, the outer diameter shape of the stator coil wire 92 and the heat pipe 95 may be substantially circular, elliptical, or rectangular with rounded corners.
  • FIG. 4 is an axial cross-sectional view showing the stator coil according to the second embodiment, and is a diagram showing a portion of the heat pipe 95 of the stator coil 90.
  • FIG. 4 the same reference numerals as those used to explain the axial cross-sectional view of the stator coil 90 of Embodiment 1 indicate the same or corresponding configurations, and the explanation thereof will be omitted.
  • the substantially linear heat pipe 95 was used to form the stator coil 90, but in the stator coil 90 according to the second embodiment, as shown in FIG. It is bent one or more times and connected to the stator coil wire 92 or the stator coil connecting member 94.
  • stator coil 90 has a U-shaped heat pipe 95 formed with stator core 91 sandwiched therebetween.
  • the heat pipes 95 are provided not only in the slots 96 but also at the axial ends of the stator core 91.
  • the heat pipe 95 is bent twice. By doing so, not only can the number of connection points be reduced, but also the heat pipe 95 can be bent twice. There is no need to enclose a volatile liquid after connecting one end, and it becomes easier to inject into the heat pipe 95 from one direction below the plane of the paper in FIG. 4, so that manufacturability can be facilitated. Note that after the volatile liquid is sealed, the flow path within the heat pipe 95 may be separated by crushing the connection between the slots 96 of the heat pipe 95.
  • FIG. 5 is a sectional view showing a heat pipe of a stator coil according to the third embodiment.
  • the heat pipe 95 of the stator coil 90 according to the third embodiment has an uneven portion 951 inside thereof. In this way, by providing the uneven portion 951 on the inner surface of the heat pipe 95, it is possible to promote the flow of volatile liquid due to capillary phenomenon inside the heat pipe 95, and the heat transport ability of the heat pipe 95 can be improved. It is possible to increase
  • FIG. 6 is a sectional view showing a heat pipe of a stator coil according to the fourth embodiment.
  • a spiral-shaped uneven pattern 952 or a mesh-shaped uneven pattern may be set inside the heat pipe 95, or a porous material or mesh may be formed inside the heat pipe 95 to create a similar pattern. Effects may also be set.
  • the spiral-shaped uneven pattern 952 or the mesh-like uneven pattern on the inner surface of the heat pipe 95, it is possible to promote the flow of volatile liquid due to capillary phenomenon inside the heat pipe 95. , it is possible to increase the heat transport ability of the heat pipe 95.
  • FIG. 7 is a radial cross-sectional view showing a stator according to the fifth embodiment.
  • a heat pipe 95 is arranged at least partially in the circumferential direction.
  • the heat pipes 95 are arranged so that the radial positions of the heat pipes 95 are different in adjacent slots 96. In this way, by arranging the heat pipes 95 at different positions in the radial direction in the adjacent slots 96, it becomes possible to effectively arrange the heat pipes 95 at locations with high heat generation density within the stator 9.
  • stator core 91 and the stator coil 90 it is possible to efficiently cool both the stator core 91 and the stator coil 90, which not only improves efficiency, increases output, and reduces wind noise, but also makes it possible to efficiently cool both the stator core 91 and the stator coil 90. , starting torque, cogging torque, and electromagnetic noise can be reduced.
  • FIG. 8 is a radial cross-sectional view showing a stator according to the sixth embodiment.
  • some of the heat pipes 95 are provided at the outermost diameter position of the stator 9.
  • stator core 91 and stator coil 90 it is possible to efficiently cool both the stator core 91 and the stator coil 90, which not only improves efficiency, increases output, and reduces wind noise, but also reduces the difference between wire rods and heat pipes 95. As a result, starting torque, cogging torque, and electromagnetic noise can be reduced.
  • FIG. 9 is a radial cross-sectional view showing a stator coil according to the seventh embodiment. More specifically, FIG. 9 shows a radial cross section of the stator coil wire 92 and the heat pipe 95 arranged in the slot 96 between the stator cores 91. As shown in FIG. 9, in a stator coil 90 according to the seventh embodiment, a heat pipe 95 provided in a part of the stator coil 90 has a circumferential length and a radial length different from those of the stator coil wire 92. You can also set it as follows.
  • the radial length of the heat pipe 95 provided at the outermost diameter of the stator 9 is the radial length t
  • the circumferential length of the heat pipe 95 provided at the outermost diameter of the stator 9 is, for example, t.
  • the circumferential length of the heat pipe 95 is the circumferential length s
  • the radial length of the stator coil wire 92 is the radial length t0
  • the circumferential length of the stator coil wire 92 is the circumferential length s0.
  • the length s is set to be approximately the same as the circumferential length s0 of the stator coil wire 92
  • the radial length t of the heat pipe 95 provided on the outer diameter side of the stator 9, for example, at the outermost diameter, is set to be equal to or longer than the radial length t0 of the stator coil wire 92.
  • the radial length of the heat pipe 95 disposed on the inner diameter side of the stator 9 is defined as the radial length t1
  • the circumferential length of the heat pipe 95 disposed on the inner diameter side of the stator 9 is approximately the same as the circumferential length s0 of the stator coil wire 92. In this way, by setting the radial length t1 of the heat pipe 95 provided on the inner diameter side to be equal to or less than the radial length t0 of the stator coil wire 92 while keeping the circumferential lengths substantially the same, the fixation can be achieved.

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Abstract

固定子コイル（９０）内部での冷却性能の不均一化を低減し、固定子コイル（９０）と固定子鉄心（９１）を効率的に冷却することが可能な回転電機（１００）を得る。回転電機（１００）は、複数のスロット（９６）を有する固定子鉄心（９１）、複数のスロット（９６）内に配置され、内部に冷媒が封入された複数のヒートパイプ（９５）と、スロット（９６）内に配置された固定子コイル線材（９２）とを有し、固定子鉄心（９１）に取り付けられた固定子コイル（９０）、を備えたものである。

Description

回転電機
　本願は、回転電機に関するものである。
　従来、いわゆる回転電機としては、例えば、交流発電機、モータ、車載用駆動装置などが挙げられ、冷却流れ吐出窓が周壁に開口されたケーシングと、当該ケーシング内に回転自在に保持される回転子と、回転子の外周に対向して配置されケーシングに固定された固定子とを備えており、ケーシング吸気部分から流体を吸い込むことで回転電機を冷却し、発電または駆動の目的で使用されている。
　従来、いわゆる集中巻きの固定子コイルの全て（全長）をヒートパイプで形成することで、固定子コイルの冷却性能を向上させた回転電機が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開平０８‐１２６２５３号公報
　しかしながら、前述した特許文献１に開示された従来の回転電機では、固定子コイルの全てをヒートパイプで形成しているために、ヒートパイプ内の揮発液体が局所的に偏り、冷却性能が固定子コイル内部で不均一になるという問題点があった。
　本願は、上述のような課題を解決するための技術を開示するものであり、ヒートパイプ内部の揮発液体が局所的に偏ることを防止し、固定子コイル内部での熱の不均一化を低減することで冷却性能の不均一化を低減し、結果として固定子コイルと固定子鉄心を効率的に冷却できる回転電機を提供することを目的とする。
　本願に開示される回転電機は、複数のスロットを有する固定子鉄心、前記複数のスロット内に配置され、内部に冷媒が封入された複数のヒートパイプと、前記スロット内に配置された固定子コイル線材とを有し、前記固定子鉄心に取り付けられた固定子コイル、を備えたものである。
　本願に開示される回転電機によれば、ヒートパイプ内部の揮発液体が局所的に偏ることを防止し、固定子コイル内部での熱の不均一化を低減することで冷却性能の不均一化を低減し、結果として固定子コイルと固定子鉄心を効率的に冷却することが可能な回転電機を得ることができる。
実施の形態１による回転電機を示す断面図である。 実施の形態１による回転電機を示す断面図である。 図１Ａ、図１Ｂに示す回転電機の固定子を示す斜視図である。 実施の形態１による固定子コイルを示す断面図である。 実施の形態２による固定子コイルを示す断面図である。 実施の形態３による固定子コイルのヒートパイプを示す断面図である。 実施の形態４による固定子コイルのヒートパイプを示す断面図である。 実施の形態５による固定子を示す径方向断面図である。 実施の形態６による固定子を示す径方向断面図である。 実施の形態７による固定子コイルを示す断面図である。
　本願は、車載用交流発電機、モータ、車載用駆動装置、電子機器一体回転電機、誘導電動機などの回転電機全般に適用可能な技術である。
　以下、図面に基づいて実施の形態１による回転電機について説明する。
　なお、各図面中において、同一符号は同一あるいは相当のものであることを示す。
実施の形態１．
　図１Ａは実施の形態１による回転電機を示す断面図である。実施の形態１では、図１Ａに示すように、車載用の回転電機１００を一例として用いて説明する。
　図１Ａに示すように、回転電機１００は、略椀形状のフロント側ハウジング２、リヤ側ハウジング３とからなるハウジング１を有し、このハウジング１に一対のベアリング３３を介して回転自在に支持されたシャフト３４と、シャフト３４と一体的に回転する回転子８と、回転子８の外周に対向して配置された固定子９を備えている。
　ハウジング１のリヤ側に延出するシャフト３４の延出部には、回転子８に電流を供給する一対のスリップリング１０が固定される。各々のスリップリング１０の表面には摺動する一対のブラシ１１と、これらのブラシ１１を収容しているブラシホルダ１７が設けられる。これらのブラシ１１に隣接されて固定子９で生じた交流電圧の大きさを調整する電圧調整器１２と、固定子９で生じる交流電圧を直流電圧に整流する整流装置１３と、ヒートシンク１８と、電圧調整器１２と外部装置（図示せず）との信号の入出力を行うコネクタ２０と、ブラシホルダ１７と整流装置１３を覆うように保護カバー２７と、をさらに備える。
　回転子８は、ランデル型回転子で、絶縁処理された銅線を円筒状かつ同心状に巻き回され、励磁電流が流れて磁束を発生する界磁巻線８１と、発生する磁束によって磁極が形成され、界磁巻線８１を覆うように設けられており、それぞれが６個、８個、あるいは１０個以上で２の倍数個の爪部を有する界磁鉄心８２と、軸方向ａの両端面に回転子８の回転により外気を回転電機１００内に吸引し、回転電機１００内の構成部品を冷却して排出する溶接等により取り付けられている冷却ファン８３と、を備えている。
　回転子８には、界磁巻線８１と界磁鉄心８２により形成され、界磁巻線８１を冷却するための通風路が備えられており、回転子８と冷却ファン８３により軸方向ａに流体を流すことで界磁巻線８１を冷却している。回転子８には出力を増加させるために磁石を設置してもよく、特に界磁鉄心８２の爪間に設置することで効果的に出力増加が可能である。
　図１Ａにおいて、リヤ側ハウジング３の左側に示した電子部品は一例であり、電力変換部を備えた電子機器一体の回転電機などでもよい。例えば、図１Ｂに示すように、リヤ側ハウジング３の左側に制御機器１４を有する回転電機１００であってもよく、回転子８の構造も上述したランデル型回転子に限定されない。
　冷却ファン８３は、主板８３２とこの主板８３２から伸びた複数の腕状板８３３と複数の羽根８３４とを備えており、回転する物体、回転電機１００の回転子８などに取り付けられる。
　主板８３２が回転した際に、羽根８３４に沿って外に放出されるような風を生じさせ、主板８３２の中心部分に流れ込んだ空気が、外周側に放出される冷却ファンとなっている。冷却ファン８３によって外周側に放出された風によりコイルエンドが冷却される。ここで、コイルエンドとは、固定子鉄心９１の一端側及び他端側であって、固定子鉄心９１から軸方向外側に出ている固定子コイル部分をいう。
　図２は、図１Ａ、図１Ｂに示す回転電機の固定子を示す斜視図である。また図３は、図２に示す固定子の固定子コイルを示す軸方向断面図であり、固定子コイル９０のヒートパイプ９５の一部分を示す図である。
　図２および図３に示すように、固定子コイル９０は、固定子コイル線材９２、ヒートパイプ９５及び固定子コイル連結材９４が接続されて、固定子鉄心９１に巻き回されている。
　固定子コイル線材９２、及び固定子コイル連結材９４は、例えば銅線である。ここでは説明のために、固定子コイル線材９２と固定子コイル連結材９４にそれぞれ名称を付けているが、同じ部材であってもよい。固定子コイル線材９２、ヒートパイプ９５、及び固定子コイル連結材９４は、それぞれ棒状形状である。ヒートパイプ９５は、固定子コイル線材９２の内部に冷媒が封入される空間を有する。つまり固定子コイル９０は、筒形状のヒートパイプ９５を有する。ヒートパイプ９５は、発熱する部材から熱を受け、ヒートパイプ９５内部に貯められた冷媒が蒸発または凝縮することで、ヒートパイプ９５内部で熱を輸送し、発熱部材を冷却する。
　図３では、固定子鉄心９１を挟んで隣接するヒートパイプ９５と固定子コイル線材９２が固定子コイル連結材９４によって直列に接続され、さらに、固定子コイル線材９２とヒートパイプ９５が固定子コイル連結材９４によって直列に接続されている。固定子鉄心９１と固定子コイル線材９２との間には、絶縁体９３が設けられている。
　ここで、図３において紙面上側を上、紙面下側を下、紙面左側を左、紙面右側を右と呼ぶこととする。ヒートパイプ９５と、固定子鉄心９１を挟んで右横に配置された固定子コイル線材９２とは、それぞれの下端を固定子コイル連結材９４によって接続される。下端がヒートパイプ９５と接続された固定子コイル線材９２は、その上端が、二つ右となりのヒートパイプ９５の上端と固定子コイル連結材９４によって接続される。
　このように、ヒートパイプ９５と固定子コイル線材９２とが、固定子コイル連結材９４によって接続されることで、固定子コイル９０の一部を形成する。固定子コイル連結材９４は、その一端側および他端側をそれぞれ、固定子コイル線材９２またはヒートパイプ９５と溶接して固定される。固定されることで、一本の固定子コイル９０となり固定子鉄心９１を巻き回す。
　ヒートパイプ９５は、絶縁体９３を挟んで固定子鉄心９１と接するため、固定子鉄心９１からの熱がヒートパイプ９５の冷媒に伝わる。ヒートパイプ９５は、固定子コイル９０の一部であって、スロット９６（隣り合う固定子鉄心９１間にある細長い隙間）において固定子鉄心９１に沿うように配置される。
　ヒートパイプ９５は、固定子鉄心９１の一端側から他端側まで、シャフト３４の軸方向ａに沿って設けられる。図３に示すように、ヒートパイプ９５は、固定子コイル９０のうち２か所以上の位置に配置される。たとえば、あるスロット９６に配置されたヒートパイプ９５は、当該スロット９６と隣接するスロット９６もしくは、それ以外のスロット９６に配置された固定子コイル線材９２と固定子コイル連結材９４で接続され、さらに、当該固定子コイル線材９２と他のヒートパイプ９５が固定子コイル連結材９４によって接続され、固定子コイル９０となる。
　すなわち、固定子コイル９０のうち、複数個所にヒートパイプ９５が分散して配置される。固定子コイル９０において、ヒートパイプ９５を長く有すると、その分だけヒートパイプ９５内部の冷媒に偏りが生じ、冷却性能の低下につながるおそれがある。たとえば、固定子コイル９０の全長をヒートパイプ９５とすると、ヒートパイプ９５内部の冷媒に偏りが生じやすく、その結果、固定子鉄心９１において局所的な温度上昇が生じる可能性があり、固定子コイル９０内部で冷却性能が不均一となるおそれがある。そのため、複数のヒートパイプ９５が分散して配置される。また、複数のヒートパイプ９５と接続する固定子コイル線材９２は、ヒートパイプ９５と同様に、スロット９６内部において固定子鉄心９１に沿うように配置される。複数のヒートパイプ９５はそれぞれ固定子コイル線材９２と接続されて固定子コイル９０を構成する。つまり、固定子コイル９０は、複数個所にヒートパイプ９５を有することになる。
　それぞれヒートパイプ９５は、絶縁体９３を挟んで接する固定子鉄心９１から熱を受け、固定子鉄心９１の一端側及び他端側に熱を輸送する。つまり、ヒートパイプ９５により軸方向ａの伝熱が促進される。固定子鉄心９１の一端側及び他端側には、ハウジング１に設けられた開口部から流体（冷却風）が流入するため、その流体（冷却風）により固定子コイル９０のコイルエンドが冷却され、効率的な冷却が可能となる。すなわち、固定子コイル９０のコイルエンドは、冷却ファン８３によって遠心方向に吹出された風により冷却されるため、ヒートパイプ９５で軸方向ａに熱を輸送すると、固定子コイル９０および固定子鉄心９１を効率的に冷却できる。実施の形態１の回転電機１００では、固定子コイル９０の複数個所で固定子コイル９０を冷却することが可能となり、熱が分散されるため、固定子コイル９０の冷却性能の不均一化を低減できる。
　以上より、回転電機１００は、シャフト３４と一体的に回転する回転子８と、当該回転子８の外周に支持され固定子鉄心９１と固定子コイル９０とを有する固定子９とシャフト３４をベアリング３３によって支持して、固定子９と回転子８とを収め、固定子９の外周側に開口部を有するハウジング１を備えた。固定子コイル９０は、複数のヒートパイプ９５と、固定子コイル線材９２（ヒートパイプ９５でない部分）とを有する。
　また、実施の形態１の回転電機１００は、複数のスロット９６を有する固定子鉄心９１、複数のスロット９６内に配置され、内部に冷媒が封入された複数のヒートパイプ９５と、スロット９６内に配置された固定子コイル線材９２とを有し、固定子鉄心９１に取り付けられた固定子コイル９０、を備えている。
　このようにすることで、固定子９内部での発熱を効率的に輸送させることが可能となり、固定子コイル９０内部での熱の不均一化を低減し、固定子鉄心９１と固定子コイル９０の両方を効率的に冷却することできる。
　また、特に、固定子コイル９０にかかる電圧が高くなるほど、固定子鉄心９１の発熱量が増大するため温度低減による効率向上効果が大きくなる。
　また、ヒートパイプ９５は、固定子鉄心９１の軸方向ａの一端側から他端側に沿ってスロット９６内に配置されており、ヒートパイプ９５は、固定子鉄心９１の一端側または他端側に設けられた固定子コイル連結材９４により固定子コイル線材９２と直列に接続されている。
　なお、上述したように固定子鉄心９１を挟んで隣接する固定子コイル線材９２とヒートパイプ９５を接続してもよいし、周方向に固定子鉄心９１を１つ飛ばして接続してもよいし、周方向に固定子鉄心９１を２つ以上飛ばして接続してもよいし、接続する際に径方向ｂの位置が異なるものを接続してもよい。固定子コイル線材９２と固定子コイル連結材９４とを直列に接続する方法は通電すればどのように接続してもよく、例えば溶接、電気伝導性接着剤、圧着あるいはカシメなどで接続すればよい。例えば、ヒートパイプ９５をスロット９６内に配置し、各々の線材を溶接で接続することで形成することができる。固定子コイル連結材９４とヒートパイプ９５とを直列に接続する方法についても上記同様に通電すればどのように接続してもよい。
　図３では固定子コイル線材９２と固定子コイル連結材９４を分けて示したが、コイル用の線材をＬ字形状に曲げることで固定子コイル線材９２と固定子コイル連結材９４を１本の線材で形成してもよい。また、コイル用の線材の曲げ回数を増やすことで、複数の固定子コイル線材９２と複数の固定子コイル連結材９４を１本の線材で形成してもよい。このように形成することによって接続箇所の数を減らすことが可能となり、製造性が容易になるのみではなく、製造コストを低減させることも可能である。
　固定子コイル９０の全てでなければ、直列に接続するヒートパイプ９５の数を３つ以上として固定子コイル９０を形成してもよい。また、固定子コイル連結材９４の代わりにヒートパイプ９５を用いて固定子コイル線材９２を接続してもよい。固定子コイル線材９２またはヒートパイプ９５は絶縁のため被膜を有していてもよいし、さらに絶縁性を高めるために固定子コイル線材９２またはヒートパイプ９５と固定子鉄心９１の間に絶縁体を設けてもよい。また、固定子コイル線材９２、ヒートパイプ９５の外径形状は略円形状でも楕円形状でも角の円い矩形でもよい。
　このようにすることで、固定子９内部での発熱を効率的に輸送させることが可能となり、固定子９の温度低減により効率向上、出力増加を可能とする。特に、固定子コイル９０にかかる電圧が高くなるほど、固定子鉄心９１の発熱量が増大するため温度低減による効率向上効果が大きくなる。
実施の形態２．
　図４は、実施の形態２による固定子コイルを示す軸方向断面図であり、固定子コイル９０のヒートパイプ９５の一部分を示す図である。図４において、実施の形態１の固定子コイル９０の軸方向断面図を説明するために用いた符号と同一の符号をつけたものは、同一または対応する構成を示しておりその説明を省略する。上述した実施の形態１では、略直線形状のヒートパイプ９５を固定子コイル９０の形成に使用したが、実施の形態２による固定子コイル９０は、図４に示すように、ヒートパイプ９５を少なくとも１回以上折り曲げて固定子コイル線材９２または固定子コイル連結材９４と接続している。
　実施の形態２において、固定子コイル９０は、固定子鉄心９１を挟んで形成されたＵ型形状のヒートパイプ９５を有する。図４に示すように、ヒートパイプ９５はスロット９６だけでなく、固定子鉄心９１の軸方向端部にも設けられる。実施の形態２では、図４に示すように、ヒートパイプ９５の折り曲げ回数が２回の場合について示しており、このようにすることで、接続個所の個数を少なくできるだけでなく、ヒートパイプ９５の片側端部を接続した後に揮発液体を封入する必要がなくなり、図４では紙面下の１方向からヒートパイプ９５内に注入しやすくなるため、製造性を容易にすることが可能である。なお、揮発液体を封入後、ヒートパイプ９５のスロット９６間を接続する箇所を潰してヒートパイプ９５内の流路を分断してもよい。
実施の形態３．
　図５は実施の形態３による固定子コイルのヒートパイプを示す断面図である。図５に示すように、実施の形態３による固定子コイル９０のヒートパイプ９５は、その内部に凹凸部９５１を有している。
　このように、ヒートパイプ９５の内側面に凹凸部９５１を設けることにより、ヒートパイプ９５内部での毛細管現象による揮発液体の流れを促進することが可能であり、ヒートパイプ９５による熱の輸送能力を高めることが可能である。
実施の形態４．
　図６は実施の形態４による固定子コイルのヒートパイプを示す断面図である。図６に示すように、ヒートパイプ９５の内部に螺旋形状の凹凸模様９５２、または網目形状の凹凸模様を設定してもよいし、多孔質材料またはメッシュをヒートパイプ９５内に形成して同様の効果を設定してもよい。
　このように、ヒートパイプ９５の内側面に螺旋形状の凹凸模様９５２または網目状の凹凸模様を設けたことにより、ヒートパイプ９５内部での毛細管現象による揮発液体の流れを促進することが可能であり、ヒートパイプ９５による熱の輸送能力を高めることが可能である。
実施の形態５．
　図７は、実施の形態５による固定子を示す径方向断面図である。図７に示すように、実施の形態５による固定子９では、ヒートパイプ９５を周方向の少なくとも一部に配置している。また、実施の形態５による固定子９では、周方向にヒートパイプ９５を配置する際に、隣り合うスロット９６においてヒートパイプ９５の径方向位置が異なるように配置している。
　このように、ヒートパイプ９５を、隣り合うスロット９６において、径方向に異なる位置に配置することで、固定子９内の発熱密度が高い箇所に効果的にヒートパイプ９５を配置できるようになるだけでなく、固定子鉄心９１と固定子コイル９０の両方を効率的に冷却することが可能となり、効率向上、出力増加、風音低減が可能となるだけでなく、線材とヒートパイプ９５の違いにより、始動トルク、コギングトルク、電磁騒音を低減させることができる。
実施の形態６．
　図８は実施の形態６による固定子を示す径方向断面図である。図８に示すように、実施の形態６による固定子９では、一部のヒートパイプ９５は固定子９の最外径の位置に設けられている。また、例えば、同じスロット９６においてヒートパイプ９５を複数設ける場合は、一部を内径側に配置するように設定してもよい。
　このように、ヒートパイプ９５を、スロット９６内において、固定子鉄心９１の最外径に設けることで、固定子９内の発熱密度が高い箇所に効果的にヒートパイプ９５を配置できるようになるだけでなく、固定子鉄心９１と固定子コイル９０の両方を効率的に冷却することが可能となり、効率向上、出力増加、風音低減が可能となるだけでなく、線材とヒートパイプ９５の違いにより、始動トルク、コギングトルク、電磁騒音を低減させることができる。
実施の形態７．
　図９は実施の形態７による固定子コイルを示す径方向断面図である。より具体的には、図９は、固定子鉄心９１間のスロット９６に配置された固定子コイル線材９２とヒートパイプ９５の径方向断面を示すものである。図９に示すように、実施の形態７による固定子コイル９０では、固定子コイル９０の一部に設けるヒートパイプ９５は、周方向長さ、径方向長さを固定子コイル線材９２とは異なるように設定してもよい。
　例えば、固定子９の最外径に設けられたヒートパイプ９５の径方向長さを径方向長さｔ、例えば、固定子９の最外径に設けられたヒートパイプ９５の周方向長さを周方向長さｓ、固定子コイル線材９２の径方向長さを径方向長さｔ０、固定子コイル線材９２の周方向長さを周方向長さｓ０とするとき、ヒートパイプ９５の周方向長さｓについては固定子コイル線材９２の周方向長さｓ０と略同等の長さとしつつ、ヒートパイプ９５の径方向長さｔをｔ＞＝ｔ０とする。つまり、固定子９の外径側、ここでは例えば最外径に設けられたヒートパイプ９５の径方向長さｔを、固定子コイル線材９２の径方向長さｔ０以上の長さに設定する。固定子コイル線材９２とヒートパイプ９５の導体断面積を等しくするように設定することで効果的に冷却性能を向上させることが可能となり、回転電機１００の効率向上、出力増加が可能である。
　また、固定子９の内径側に配置されたヒートパイプ９５の径方向長さを径方向長さｔ１とするとき、固定子９の内径側に配置されたヒートパイプ９５の径方向長さｔ１をｔ１＜＝ｔ０となるように設定してもよい。なお、固定子９の内径側に配置されたヒートパイプ９５において、周方向の長さは固定子コイル線材９２の周方向長さｓ０と略同等の長さである。
　このように、周方向長さを略同一としつつ、内径側に設けられたヒートパイプ９５の径方向長さｔ１を、固定子コイル線材９２の径方向長さｔ０以下に設定することで、固定子９の内径側の磁束密度の高い領域においてヒートパイプ９５による空洞箇所を低減することができ、磁束密度が高い箇所の導体占積率の低下を抑制しつつ冷却性能を向上させることが可能である。
　本願は、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、１つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。
　従って、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。
　１　ハウジング、２　フロント側ハウジング、３　リヤ側ハウジング、８　回転子、９　固定子、１０　スリップリング、１１　ブラシ、１２　電圧調整器、１３　整流装置、１４　制御機器、１７　ブラシホルダ、１８　ヒートシンク、２０　コネクタ、２７　保護カバー、３３　ベアリング、３４　シャフト、８１　界磁巻線、８２　界磁鉄心、８３　冷却ファン、９０　固定子コイル、９１　固定子鉄心、９２　固定子コイル線材、９３　絶縁体、９４　固定子コイル連結材、９５　ヒートパイプ、９６　スロット、１００　回転電機、８３２　主板、８３３　腕状板、８３４　羽根、９５１　凹凸部、９５２　凹凸模様、ｓ　周方向長さ、ｓ０　周方向長さ、ｔ　径方向長さ、ｔ０　径方向長さ、ｔ１　径方向長さ、ａ　軸方向、ｂ　径方向

Claims (9)

  1. 　複数のスロットを有する固定子鉄心、
    　前記複数のスロット内に配置され、内部に冷媒が封入された複数のヒートパイプと、前記スロット内に配置された固定子コイル線材とを有し、前記固定子鉄心に取り付けられた固定子コイル、を備えたことを特徴とする回転電機。
  2. 　前記ヒートパイプは、前記固定子鉄心の軸方向の一端側から他端側に沿って前記スロット内に配置されており、
    　前記ヒートパイプは、前記固定子鉄心の一端側または他端側に設けられた固定子コイル連結材により前記固定子コイル線材と直列に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
  3. 　前記ヒートパイプは、前記固定子コイル線材の内部に冷媒が封入される空間を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の回転電機。
  4. 　前記固定子コイルは、筒形状または前記固定子鉄心を挟んで形成されたＵ型形状の前記ヒートパイプを有することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の回転電機。
  5. 　前記ヒートパイプは、内側面に凹凸部が設けられていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の回転電機。
  6. 　前記ヒートパイプは、内側面に螺旋形状または網目状の凹凸模様が設けられてい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。
  7. 　前記ヒートパイプは、隣り合う前記スロットにおいて、径方向に異なる位置に配置されていることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の回転電機。
  8. 　前記ヒートパイプは、前記スロット内において、前記固定子鉄心の最外径に設けられていることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の回転電機。
  9. 　前記ヒートパイプは、前記スロット内において内周側にも設けられており、
    　内周側に設けられた前記ヒートパイプの径方向長さは、前記固定子コイル線材の径方向長さ以下であることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の回転電機。
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