特開2017-229177(P2017-229177A)IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2015.5.11 β版

知財求人 - 知財ポータルサイト「IP Force」

▶ 株式会社デンソーの特許一覧
<>
  • 特開2017229177-回転電機 図000003
  • 特開2017229177-回転電機 図000004
  • 特開2017229177-回転電機 図000005
  • 特開2017229177-回転電機 図000006
  • 特開2017229177-回転電機 図000007
  • 特開2017229177-回転電機 図000008
< >
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】特開2017-229177(P2017-229177A)
(43)【公開日】2017年12月28日
(54)【発明の名称】回転電機
(51)【国際特許分類】
   H02K 9/19 20060101AFI20171201BHJP
【FI】
   H02K9/19 A
【審査請求】未請求
【請求項の数】3
【出願形態】OL
【全頁数】9
(21)【出願番号】特願2016-124558(P2016-124558)
(22)【出願日】2016年6月23日
(71)【出願人】
【識別番号】000004260
【氏名又は名称】株式会社デンソー
(74)【代理人】
【識別番号】100093779
【弁理士】
【氏名又は名称】服部 雅紀
(72)【発明者】
【氏名】谷 賢治
【テーマコード(参考)】
5H609
【Fターム(参考)】
5H609BB03
5H609BB19
5H609PP06
5H609PP09
5H609QQ20
5H609RR48
5H609RR70
5H609RR71
(57)【要約】
【課題】ステータコイルのコイルエンド部を均一に冷却することが可能な回転電機を提供する。
【解決手段】本発明の回転電機において、コイルエンド部44に冷媒を吐出する吐出口51,52は、回転軸の軸線Lの軸方向位置が異なる第1吐出口51と第2吐出口52とを有する。コイルエンド部44を形成するステータコイル46,47においてステータコア41側を基端461,471、ステータコア41から突出した先を先端462,472としたとき、第1吐出口51は、第1コイル46において重力上下方向の上側に位置する基端461寄り部位に向けて吐出するよう形成されている。第2吐出口52は、第2コイル47において重力上下方向の上側に位置する先端471寄り部位に向けて吐出するよう形成されている。
【選択図】図4
【特許請求の範囲】
【請求項1】
水平方向に延びる回転軸(20)を中心に回転可能なロータ(30)と、
前記ロータの周面に対向する複数のスロット(43)を有するステータコア(41)、前記スロットに巻装されるステータコイル(42,46,47)、前記ステータコイルが前記ステータコアの軸方向に突出して形成されるコイルエンド部(44,45)、を有し、前記ロータの径方向外側に配されるステータ(40)と、
前記コイルエンド部の上方に配され、前記コイルエンド部に冷媒を吐出する複数の吐出口(51,52,61,62,81,82)を有する冷媒供給部(50,60,70,80)と、
を備えた回転電機であって、
前記吐出口は、前記回転軸の軸線(L)の軸方向位置が異なる第1吐出口(51,61,81)と第2吐出口(52,62,82)とを有し、
前記コイルエンド部を形成する前記ステータコイル(46,47)において前記ステータコア側を基端(461,471)、前記ステータコアから突出した先を先端(462,472)としたとき、
前記第1吐出口及び前記第2吐出口の一方の吐出口(51)は、前記基端の方が前記先端よりも重力方向の上側に位置している前記ステータコイル(46)に対し、前記基端寄りの部位に向けて吐出するよう形成され、
他方の吐出口(52)は、前記先端の方が前記基端よりも重力方向の上側に位置している前記ステータコイル(47)に対し、前記先端寄りの部位に向けて吐出するよう形成されている回転電機。
【請求項2】
前記軸線を含み垂直な垂直面(M)により隔てられる領域を第1領域(R1)と第2領域(R2)としたとき、前記第1吐出口及び前記第2吐出口の一方の吐出口は前記第1領域へ向けて吐出するよう形成され、他方の吐出口は前記第2領域へ向けて吐出するよう形成されている請求項1に記載の回転電機。
【請求項3】
前記冷媒供給部は、前記吐出口が形成され、前記回転軸の軸方向一端側において前記コイルエンド部の円周方向に沿って延びるよう形成される樋部材(80)を備える請求項1または請求項2に記載の回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、電動機や発電機として使用される回転電機に関する。
【背景技術】
【0002】
電動機あるいは発電機として用いられる回転電機は、ロータと、その周囲に配されるステータとを備える。ステータは、ステータコアとステータコイルとを有し、ステータコイルは、ステータコアにコイル線が巻回されることで形成される。
【0003】
ところで、ステータコイルに電流が流れると、ステータコイルやステータコアが発熱する。こうした発熱は、回転電機に発生する磁束に影響を与え、回転電機の効率を低下させる。そこで、ステータコイルを冷却する冷却構造を有する回転電機が提案されている。
【0004】
例えば、特許文献1に記載される回転電機では、ステータの軸方向両端から突出するコイルエンド部に、コイルエンド部の外周の上方から冷媒を供給しステータコイルを冷却する。コイルエンド部に吐出された冷媒は重力方向に巻線を伝い、巻線を冷却しながら流れていく。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開2004−180376号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
ところが、特許文献1に記載の回転電機では、コイルの巻線方向までは考慮されておらず、コイルエンド部を形成するステータコイルの基端や先端の一方において冷却不足が生じ、冷却効果の不均一が生じるという問題が生じていた。
【0007】
本発明は、このような点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、ステータコイルのコイルエンド部を均一に冷却することが可能な回転電機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明の回転電機は、水平方向に延びる回転軸(20)を中心に回転可能なロータ(30)と、ステータ(40)と、冷媒供給部(50,60,70,80)と、を備える。ここで、「水平」とは、厳密な意味での「水平」に限らず、当該技術分野の技術常識に照らして、通常、「水平」であると判断される範囲の同一性を有していれば、「水平」であると解釈する。
【0009】
ステータは、ロータの周面に対向する複数のスロット(43)を有するステータコア(41)、スロットに巻装されるステータコイル(42)、ステータコイルがステータコアの軸方向に突出して形成されるコイルエンド部(44,45)、を有する。冷媒供給部は、コイルエンド部の上方に配され、コイルエンド部に冷媒を吐出する複数の吐出口(51,52,61,62,81,82)を有する。
【0010】
吐出口は、回転軸の軸線(L)の軸方向位置が異なる第1吐出口(51,61,81)と第2吐出口(52,62,82)とを有し、コイルエンド部を形成するステータコイル(46,47)においてステータコア側を基端(461,471)、ステータコアから突出した先を先端(462,472)としたとき、第1吐出口及び第2吐出口のうちいずれか一方の吐出口(51)は、基端と先端のうち、基端の方が先端よりも重力上下方向の上側に位置しているステータコイル(46)に対し、基端寄りの部位に向けて吐出するよう形成され、いずれか他方の吐出口(52)は、基端と先端のうち、先端の方が基端よりも重力上下方向の上側に位置しているステータコイル(47)に対し、先端寄りの部位に向けて吐出するよう形成されている。
【0011】
本発明の構成によれば、第1吐出口と第2吐出口のうちいずれか一方の吐出口から、ステータコイルの基端寄り部位に吐出された冷媒は、重力方向の上から下へ、すなわちステータコイルの基端から先端に向けて流動しコイルを冷却する。一方、第1吐出口と第2吐出口のうちいずれか他方の吐出口から、ステータコイルの先端寄り部位に吐出された冷媒は、重力方向の上から下へ、すなわちステータコイルの先端から基端に向けて流動しコイルを冷却する。
【0012】
このように、第1吐出口と第2吐出口の軸方向位置を異ならせて配置し、コイルエンド部の基端から先端までコイルエンド部の全体に冷媒が流れるように構成することで、均一な冷却を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【0013】
図1】本発明の第1実施形態による回転電機を模式的に示す断面図である。
図2】第1実施形態によるステータ全体の斜視図である。
図3】ステータの平面図である。
図4】コイルエンド部の拡大図である。
図5】第2実施形態によるステータ全体の斜視図である。
図6】比較形態によるコイルエンド部の拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【0014】
以下、本発明の複数の実施形態を図面に基づいて説明する。
〈第1実施形態〉
[構成]
本発明の第1実施形態の構成について、図1図4を参照しつつ説明する。本実施形態の回転電機1は、例えば車両用モータとして用いられるものであって、図1に示すように、ハウジング10、回転軸20、ロータ30、ステータ40、冷媒配管50,60等を備えている。以下の説明において、図1における右側を一方側、左側を他方側として説明する。
【0015】
ハウジング10は、一対の有底筒状の第1ハウジング部材11、第2ハウジング部材12から構成されている。第1ハウジング部材11は、軸方向他方側に配され、第2ハウジング部材12は、軸方向一方側に配される。ハウジング10は、各ハウジング部材11,12の開口部同士が接合されてなる。回転軸20は、軸線Lを水平方向に一致させた状態で、ハウジング10に軸受16,17を介して回転自在に支持されている。
【0016】
ロータ30は回転軸20に固定されている。ロータ30の外周には、周方向に所定距離を隔てて図示しない複数の永久磁石が配置されている。これらの永久磁石により周方向に極性が交互に異なる複数の磁極が形成されている。
【0017】
ステータ40は、ロータ30の外側にロータ30の径方向に対向して配置されている。図2に示すように、ステータ40は、ステータコア41と、ステータコイル42とを有している。ステータコア41は、軸方向に積層固定された複数の電磁鋼板により円環状に形成されている。ステータコア41の内周側には、ステータコア41の内周面に開口し軸方向に貫通する複数のスロット43が周方向に等間隔に配列されている。
【0018】
ステータコイル42は、スロット43に挿入された複数の導体セグメントの端部同士がステータコア41の軸方向一端側で接続されてステータコア41に巻装されている。より詳しくは、略U字形状をなす複数の導体セグメントの開放端側の端部同士を溶接で互いに接合することにより構成されている。
【0019】
ステータコイル42の軸方向他端側には、第1コイルエンド部44が形成されており、ステータコイル42の軸方向一端側には、第2コイルエンド部45が形成されている。第1コイルエンド部44は、ステータコア41の他端面から突出した導体セグメントの複数のターン部がステータコア41の径方向に積層されて、全体として円環状をなす。第2コイルエンド部45は、ステータコア41の一端面から突出した導体セグメントの複数の溶接接合部がステータコア41の径方向に積層されて、全体として円環状をなす。
【0020】
再び図1を参照する。回転電機1には、ステータコイル42のコイルエンド部44,45を冷却する冷媒配管50,60が、コイルエンド部44,45の上方位置であって平面視において軸線Lと重なる位置に設けられている。各冷媒配管50,60は、特許請求の範囲に記載の「冷媒供給部」の一例に相当する。
【0021】
各冷媒配管50,60は、ハウジング10の内部と外部とを連通するようにして、ハウジング部材11,12にそれぞれ挿通した状態で取り付けられている。第1冷媒配管50は、第1ハウジング部材11を挿通し、その先端が第1コイルエンド部44の上方に位置している。第2冷媒配管60は、第2ハウジング部材12を挿通し、その先端が第2コイルエンド部45の上方に位置している。
【0022】
図3は、図2のIII方向矢視図であり、ステータ40の平面図に冷媒配管50,60を加えて図示している。冷媒配管50,60は、円筒部材を軸方向に半分割した形状をなし、図示しない冷媒貯留タンクから冷媒が流入可能となっている。図3に示すように、第1冷媒配管50の先端には、第1吐出口51と第2吐出口52とが開口して形成されている。軸線Lを含み垂直に延びる垂直面Mにより、図3において左右に隔てられる領域のうち、左側を第1領域R1、右側を第2領域R2とする。
【0023】
まず、コイルエンド部44,45を形成するステータコイル42について説明する。図4に示すように、コイルエンド部44,45を形成するステータコイル42は、軸線Lに交差して延び、波形状をなしている。ここで、導体セグメントを形成するそれぞれのコイル46,47に着目する。例えば、軸線Lの他方側からステータ40を見たとき、頂点位置から周方向において左側の第1領域R1内に位置する第1コイル46は、その基端461と先端462とでは、基端461の方がより高い位置にある。「より高い」とは重力上下方向においてより上にあるという意味である。また、ステータコア41側を基端側、ステータコア41から突出した先を先端側とする。
【0024】
一方、頂点位置から周方向において右側の第2領域R2内に位置する第2コイル47は、その基端471と先端472とでは、先端472の方がより高い位置にある。すなわち、導体セグメントを形成するコイル46,47の基端461,471と先端462,472のうちどちらが重力上下方向の上にあるかは、第1領域R1と第2領域R2とで異なっている。
【0025】
第1吐出口51は、第1コイル46の基端461寄り部位に冷媒を吐出する位置に形成されている。第2吐出口52は、第2コイル47の先端472寄り部位に冷媒を吐出する位置に形成されている。なお、図4では、第1コイルエンド部44を例に説明したが、第2コイルエンド部45に対する冷媒配管60に設けられる吐出口61,62についても同様の構成であり、説明は省略する。
【0026】
なお、この回転電機1には、吐出口51,52,61,62から吐出した液体冷媒を回収して再度吐出口51,52,61,62から吐出するように循環させる図示しない回収手段が設けられている。
【0027】
[作用]
次に、上記のように構成された回転電機1の作用について説明する。回転電機1は、ステータ40のステータコイル42への通電により運転が開始されると、ロータ30の回転に伴って回転軸20が回転し、回転軸20から他の機器に駆動力が供給される。このとき、ステータコイル42への通電によりステータコイル42が発熱する。同時に、吐出口51,52,61,62からコイルエンド部44,45に液体冷媒が吐出される。吐出された液体冷媒は、コイルエンド部44,45のコイルを伝って下方に流動し、通電により発熱したステータコイル42を冷却する。
【0028】
以下、第1コイルエンド部44を例に冷媒の流れについて説明する。図4に示すように、第1吐出口51から第1コイル46の基端461寄り部位に滴下された冷媒は、矢印A1に示すように、第1コイル46の基端461から先端462へ向けて流れ落ちる。第1吐出口51から吐出された冷媒は、周方向の左側に隣り合うコイルの基端へも自然に流れて、矢印A2、A3に示すように同様にコイルの基端から先端へ向けて流れる。
【0029】
第2吐出口52から第2コイル47の先端472寄り部位に滴下された冷媒は、矢印A4に示すように、第2コイル47の先端472から基端471へ向けて流れ落ちる。第2吐出口52から吐出された冷媒は、周方向の右側に隣り合うコイルの先端へも自然に流れて、矢印A5、A6に示すように同様にコイルの先端から基端へ向けて流れる。
【0030】
[効果]
以上のように、本実施形態の回転電機1によれば、コイルエンド部44,45に滴下された冷媒は、第1領域R1のコイル46では基端461から先端462へ、第2領域R2のコイル47では先端472から基端471へ、重力方向にコイルを伝い、巻線を冷却しながら流れていく。
【0031】
例えば、比較形態として図6に示すように、第1吐出口91と第2吐出口92とがコイルの先端寄り位置に軸方向において同じ位置に形成されている場合を考える。この場合、第2領域R2では、矢印A7に示すようにコイル47の先端472から基端471に向けて冷媒が流れるが、第1領域R1では、矢印A8に示すようにコイル46の先端462側のみにしか冷媒が流れない。すなわち、領域Sとして示すように、第1領域R1のコイルエンド部44の基端461側では冷却不足が生じることになる。
【0032】
その点、本実施形態によれば、垂直面Mにより隔てられる第1領域R1と第2領域R2のどちらのコイルエンド部44,45でも全体に冷媒が流れるため、均一な冷却を実現することができる。なお、回転電機1が車両に搭載された場合、坂道走行等の走行状態に応じて、回転軸20の軸線Lは水平方向からずれる。しかし、一般的な走行の範囲内であれば、回転軸20の一時的な傾きの影響は無視できる程度であり、コイルエンド部44,45を良好に冷却することができる。
【0033】
〈第2実施形態〉
次に、本発明の第2実施形態の回転電機について、図5を参照して説明する。なお、第1実施形態と同様の構成については同じ符号を付し、説明を省略する。第2実施形態では、第1実施形態の回転電機1に対し、冷媒配管70に接続する樋部材80を有している点が異なる。冷媒配管70は、第1実施形態の第1冷媒配管50と同様に、第1コイルエンド部44の上方位置であって平面視において軸線Lと重なる位置に設けられている。冷媒配管70及び樋部材80は、特許請求の範囲い記載の「冷媒供給部」の一例に相当する。
【0034】
図5に示すように、樋部材80は、第1コイルエンド部44の上方に離間して設けられ、第1コイルエンド部44の外周に沿って延伸するように上に凸の円弧形状をなしている。樋部材80には、複数(本実施形態では3つ)の第1吐出口81及び、複数(本実施形態では3つ)の第2吐出口82が開口形成されている。第1実施形態と同様に、第1吐出口81は、第1領域R1のコイルの基端寄り部位に冷媒を吐出する位置に形成されている。第2吐出口82は、第2領域R2のコイルの先端寄り部位に冷媒を吐出する位置に形成されている。
【0035】
本実施形態によれば、第1実施形態と同様の効果を奏するとともに、樋部材80により周方向に長い距離に亘って冷媒を吐出するようにしているため、軸線Lから離れた側方のコイルエンド部44に対しても確実に冷却することができる。なお、図5では、第1コイルエンド部44に対応するように冷媒配管70及び樋部材80を設けたが、第2コイルエンド部45にも同様の冷媒配管及び樋部材を設けて構成しても良い。
【0036】
〈他の実施形態〉
上記各実施形態では、冷媒配管50,60,70や樋部材80に吐出口51,52,61,62,81,82を設ける構成としたが、別途配管を設けなくても良い。例えばハウジング10にハウジング10内を貫通する冷媒流路を形成し、冷媒流路に連通し下向きに開口する吐出口を設けても良い。この場合、ハウジング10に形成した冷媒流路が特許請求の範囲に記載の「冷媒供給部」に相当する。
【0037】
上記第1実施形態では、第1冷媒配管50と第2冷媒配管60とを別部材で構成したが、軸方向に延びる共通の1つの配管部材で構成しても良い。また、各冷媒配管50,60の形状についても、冷媒を供給可能であれば良く、種々変更可能である。
【0038】
上記第1実施形態では、各冷媒配管50,60は、平面視において軸線Lと重なる位置に1つ設けたが、加えて、軸線Lとは重ならない位置に複数の冷媒配管を設けても良い。
【0039】
上記各実施形態では、第1吐出口51,61は第1領域R1のコイル46へ吐出し、第2吐出口52,62は第2領域R2のコイル47へ吐出するように形成したが、各吐出口51,52,61,62は共に垂直面M上にあっても良い。各吐出口51,52,61,62が、導体セグメントを形成するコイルの重力上下方向の上側に位置する部位に対応しており、かつ、第1吐出口51,61と第2吐出口52,62の軸方向位置が異なっていれば良い。
【0040】
上記各実施形態では、コイルエンド部44,45を形成するステータコイル42は波形状をなすものとしたが、波形状に限定されることなく、ストレート形状等その他の形状であっても良い。
【0041】
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の形態で実施可能である。
【符号の説明】
【0042】
1 ・・・回転電機
20 ・・・回転軸
30 ・・・ロータ
40 ・・・ステータ
41 ・・・ステータコア
42,46,47 ・・・ステータコイル
43 ・・・スロット
44 ・・・第1コイルエンド部
45 ・・・第2コイルエンド部
50 ・・・第1冷媒配管(冷媒供給部)
51,61 ・・・第1吐出口
52,62 ・・・第2吐出口
60 ・・・第2冷媒配管(冷媒供給部)
R1 ・・・第1領域
R2 ・・・第2領域
L ・・・軸線
図1
図2
図3
図4
図5
図6