特開 2024-128169 回転電機

(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】P2024128169

(43)【公開日】2024-09-24

(54)【発明の名称】回転電機

(51)【国際特許分類】

   H02K 9/19 20060101AFI20240913BHJP

【ＦＩ】

H02K9/19 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】13

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023037014

(22)【出願日】2023-03-10

(71)【出願人】

【識別番号】000005108

【氏名又は名称】株式会社日立製作所

(74)【代理人】

【識別番号】110001829

【氏名又は名称】弁理士法人開知

(72)【発明者】

【氏名】岩野 龍一郎

(72)【発明者】

【氏名】師岡 寿至

(72)【発明者】

【氏名】須藤 哲也

【テーマコード（参考）】

5H609

【Ｆターム（参考）】

5H609BB03

5H609PP02

5H609PP09

5H609QQ05

5H609QQ09

5H609RR01

5H609RR27

5H609RR36

5H609RR42

5H609RR43

5H609RR46

(57)【要約】

【課題】エアギャップ周辺にシール構造を設けることなくコイルを直接液冷できる回転電機を提供することにある。
【解決手段】
回転子１０１と、回転子１０１とエアギャップ１０２を介して対向配置される固定子１０３と、エアギャップ１０２内に冷媒（冷却油１１０）を供給する冷媒供給口１１１ｄとを備え、回転子１０１における固定子１０３との対向面である回転子側対向面には撥油性を有する撥油部１０１ｂが設けられ、固定子１０３における回転子１０１との対向面である固定子側対向面には親油性を有する親油部１０３ｂが設けられている。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

回転子と、
前記回転子とエアギャップを介して対向配置される固定子と、
前記エアギャップ内に冷媒を供給する冷媒供給口とを備え、
前記回転子における前記固定子との対向面である回転子側対向面には撥油性を有する撥油部が設けられ、
前記固定子における前記回転子との対向面である固定子側対向面には親油性を有する親油部が設けられていることを特徴とする回転電機。

【請求項2】

請求項１の回転電機であって、
前記親油部は、前記回転子の回転中に前記撥油部と対向し得る部分に設けられていることを特徴とする回転電機。

【請求項3】

請求項１の回転電機であって、
前記固定子は、複数のスロットと、前記複数のスロットに配置されたコイルとを備え、
前記親油部は、前記コイルの外表面のうち前記エアギャップに露出している面であるコイル側露出面に設けられていることを特徴とする回転電機。

【請求項4】

請求項３の回転電機であって、
前記親油部は、さらに、前記スロットの外表面のうち前記エアギャップに露出している面であるスロット側露出面に設けられていることを特徴とする回転電機。

【請求項5】

請求項４の回転電機であって、
前記親油部は、さらに、前記固定子のティース先端面に設けられていることを特徴とする回転電機。

【請求項6】

請求項１乃至３のいずれか１項の回転電機であって、
前記撥油部は、さらに、前記固定子のティース先端面に設けられていることを特徴とする回転電機。

【請求項7】

請求項１の回転電機であって、
前記回転子は回転軸が上下方向に位置するように配置されていることを特徴とする回転電機。

【請求項8】

請求項１の回転電機であって、
前記冷媒供給口が前記回転子側対向面よりも前記固定子側対向面に近い位置に設けられていることを特徴とする回転電機。

【請求項9】

請求項４の回転電機であって、
前記冷媒供給口が、前記コイル側露出面と前記スロット側露出面とによって形成され前記固定子の軸方向に延伸する溝の軸線上に設けられていることを特徴とする回転電機。

【請求項10】

請求項１の回転電機であって、
前記固定子のコイルエンドを覆い冷媒の流路を形成するカバーをさらに備え、
前記冷媒供給口は、前記カバーに設けられていることを特徴とする回転電機。

【請求項11】

請求項７の回転電機であって、
前記固定子側対向面の上端部から上方に延びる側面を有し、前記固定子の上方に冷媒の流路を形成するカバーをさらに備え、
前記カバーにおける前記固定子の上方は開放されており、
前記冷媒供給口は、前記カバーに設けられていることを特徴とする回転電機。

【請求項12】

請求項１の回転電機と、
前記固定子の内周面上における冷媒の所望の液膜厚さから演算される冷媒の総流量に近づくように前記回転電機に導入される冷媒の流量を制御する流量制御装置とを備えることを特徴とする回転電機冷却システム。

【請求項13】

請求項１２の回転電機冷却システムにおいて、
前記流量制御装置は、
前記冷媒供給口に冷媒を吐出するポンプと、
前記ポンプを駆動するモータと、
前記モータを制御するインバータと、
前記液膜厚さから前記総流量を演算し、前記総流量に基づいて前記ポンプの目標回転数を演算し、前記ポンプの回転数を当該目標回転数に制御する回転数指令値を前記インバータに出力する制御装置とを備えることを特徴とする回転電機冷却システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、回転電機に関する。

【背景技術】

【0002】

産業用やモビリティの分野におけるモータ等の回転電機にはコイルやコアを冷却するための冷却構造が設けられている。産業用回転電機では、設置面積の削減のため、小型化や高出力密度化が求められている。また、モビリティ用回転電機では、近年モビリティの電動化が進展し、重量制限の厳しい航空機向けに軽量化が、自動車向けには高出力密度化が進められている。このような状況から、いずれの分野でも回転電機の冷却性能のさらなる向上が求められている。

【0003】

例えば、特許文献１には、回転電機の軸方向に延びるスロットの開放部（開口部）を密封部材（アンダープレート）で覆うことによってスロット内に冷却通路を形成させ、その冷却通路内に冷却液（絶縁油）を流すことによってスロットに巻装されたコイルを直接液冷させる回転電機が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００１－１４５３０２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

回転電機の固定子の冷却には特にコイル（巻線）の冷却が重要となる。このうち固定子の両端に位置するコイルエンド部については、冷媒を直接噴霧すること（つまり直接液冷）が比較的容易である。しかしながら、回転子と固定子の間に形成されるエアギャップの周辺のコイルの直接液冷には工夫が必要である。例えば、特許文献1のようにスロットの開放部を密閉部材で覆ってスロット内に冷却通路を形成する場合には、スロットに取り付ける密閉部材（アンダープレート）を新たに用意し、さらに固定子と密封部材との接合部などに冷却液の漏洩を防止するシール構造を設ける必要がある。しかし、エアギャップ周辺にシール構造を設けることは技術的に難しく、コストを増加させる。

【0006】

本発明の目的は、エアギャップ周辺にシール構造を設けることなくコイルを直接液冷できる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】

【0007】

上記目的を達成するために、本発明の回転電機は、回転子と、前記回転子とエアギャップを介して対向配置される固定子と、前記エアギャップ内に冷媒を供給する冷媒供給口とを備え、前記回転子における前記固定子との対向面である回転子側対向面には撥油性を有する撥油部が設けられ、前記固定子における前記回転子との対向面である固定子側対向面には親油性を有する親油部が設けられている。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、エアギャップ周辺にシール構造を設けることなくコイルを直接液冷できる。上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本発明の第１実施形態に係る回転電機の断面図である。

【図2】図１のＡ－Ａ断面図である。

【図3】図１のＢ－Ｂ断面図である。

【図4】図１のＡ－Ａ断面において、固定子の内周面を流下する冷却油の液膜の形状を模式的に示す断面図である。

【図5】本発明の第２実施形態に係る固定子の内周面を流下する冷却油の液膜の形状を模式的に示す断面図である。

【図6】本発明の第３実施形態に係る回転電機の断面図である。

【図7】本発明の第４実施形態に係る冷媒流量制御システムの構成図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、図面を用いて、本発明の第１実施形態～第４実施形態に係る回転電機及び冷媒流量制御システムの構成及び動作について説明する。なお、各図において、同一符号は同一部分を示す。また、平面図と断面図の各々では、互いに直交するＸＹＺ軸により方向を特定し、＋Ｘを「右」、－Ｘを「左」、＋Ｙを「上」、－Ｙを「下」、＋Ｚを「前」、－Ｚを「後」と規定する。

【0011】

また、本稿の「軸方向」、「周方向」、「径方向」は、次のとおりである。すなわち、「軸方向」とは、回転子１０１の回転軸Ｏに沿う方向である。「周方向」とは、回転子１０１の回転方向（またはその逆回転方向）に沿う方向、すなわち回転軸Ｏを中心とする円周方向である。「径方向」とは、回転軸Ｏに直交する方向、すなわち回転軸Ｏを中心とする円の半径方向である。また、「内周側」は径方向における内側（内径側）を指し、「外周側」はその逆方向、すなわち径方向における外側（外径側）のことを指す。

【0012】

（第１実施形態）
図１は本発明の第１実施形態に係る回転電機１００の軸方向における断面図である。回転電機１００は、インナーロータ型のラジアルギャップ型回転電機で、回転子１０１と、回転子１０１とエアギャップ１０２を介して対向配置される固定子１０３と、回転子１０１と共に回転するシャフト１０４と、シャフト１０４の両端を支持する軸受け１０５、１０６と、軸受け１０５を保持する第１エンドブラケット１０７と、軸受け１０６を保持する第２エンドブラケット１０８と、固定子１０３をその外周から覆って固定するハウジング１０９とを備える。

【0013】

回転子１０１は、固定子１０３から発生する磁力により回転される部分で、固定子１０３との対向面である回転子側対向面（回転子１０１の外周面）１０１ａには撥油性を有する撥油部１０１ｂが設けられている。

【0014】

撥油部１０１ｂの撥油性は例えば回転子１０１の表面処理によって付与できる。表面処理の仕方には幾つかの方法があるが、代表的なものとしてはコーティング処理が挙げられる。例えば、撥油性のコーティングとしてはフッ素系のコーティング剤を塗布する方法が知られている。また、コーティング剤の塗布に代えてスプレー等により撥油性物質を吹き付けても良い。

【0015】

回転子１０１には、回転子コア（回転子鉄心）１０１ｃと、回転子コア１０１ｃの外周面に固定された複数の扇状永久磁石１０１ｄとが設けられている。なお、１つの円環状の永久磁石１０１ｄを回転子コア１０１ｃに挿入し固定してもよく、複数の平板状の永久磁石１０１ｄを回転子コア１０１ｃに設けられた複数の磁石挿入孔に挿入して固定させてもよい。回転子コア１０１ｃの中心には貫通孔１０１ｅが設けられ、貫通孔１０１ｅにはシャフト１０４が圧入等により固定されている。回転子１０１の回転軸は上下方向（Ｙ軸方向）に位置するように配置されていることが好ましい。

【0016】

固定子１０３は、回転子１０１を回転させるための磁力を発生させる部分であり、固定子１０３の回転子との対向面である固定子側対向面１０３ａには親油性を有する親油部１０３ｂ（図４，５参照）が設けられている。

【0017】

親油部１０３ｂの親油性は例えば固定子１０３の表面処理によって付与できる。表面処理の仕方には幾つかの方法があるが、代表的なものとしてはコーティング処理が挙げられる。例えば、親油性コーティングの例としては、有機系の樹脂材料でコーティングする方法が挙げられる。一般にコイルの絶縁、固定に用いられるワニスは、有機系の樹脂材料が多く親油性を有する場合があるため、これを親油性の表面処理の代用とすることもできる。また、コーティング剤の塗布に代えてスプレー等により親油性物質を吹き付けても良い。親油部１０３ｂは、回転子１０１の回転中に撥油部１０１ｂと対向し得る部分に設けられていることが好ましい。

【0018】

固定子１０３は、積層鋼板により形成された固定子コア１０３ｃを備える。

【0019】

図２は、図１のＡ－Ａ断面図である。図２に示すように、固定子コア１０３ｃには、その内周側に軸方向に延伸するスロット１０３ｄ（溝）が周方向に沿って複数設けられている。また、複数のスロット１０３ｄのうち隣り合う２つのスロット１０３ｄにより挟まれたティース１０３ｅが複数形成されている。したがって、固定子コア１０３ｃは、複数のスロット１０３ｄと複数のティース１０３ｅを備えている。

【0020】

複数のスロット１０３ｄのそれぞれには、コイル１０３ｆが挿入されている。また、スロット１０３ｄ内に挿入されたコイル１０３ｆの内周側露出面１０３ｇはスロット１０３ｄから突出せず、コイル１０３ｆの内周側露出面１０３ｇとスロット１０３ｄの内周側露出面１０３ｈとによって形成された固定子１０３の軸方向に延伸する溝であって、冷却油１１０の流下が可能なスペース（ベントスペースとも称する）１０３ｉが設けられている。つまり、各スロット１０３ｄでは、その外周側（径方向外側）にコイル１０３ｆが位置し、その内周側（径方向内側）にベントスペース１０３ｉが位置している。これにより固定子１０３（固定子コア１０３ｃ）の内周面には複数のベントスペース１０３ｉによって複数の凹部が設けられている。

【0021】

コイル１０３ｆの内周側露出面１０３ｇとは、各スロット１０３ｄに挿入されたコイル１０３ｆを構成する複数の線材（例えば平角線）のうち最も回転子に近い位置（つまり最も径方向内側）に配置された線材のベントスペース１０３ｉ（換言すると固定子１０３の内周面）に露出した面である。つまりコイル１０３ｆの内周側露出面１０３ｇは、ベントスペース１０３ｉと、エアギャップ１０２と、回転子１０１とに対向する面である。コイル１０３ｆの内周側露出面１０３ｇには親油部１０３ｂが設けられていることが好ましい（図４，５）。

【0022】

また、スロット１０３ｄの内周側露出面１０３ｈとは、各スロット１０３ｄを構成する面のうちベントスペース１０３ｉ（換言すると固定子１０３の内周面）に露出した面である。図２に示した各スロット１０３ｄには、互いに対向する２つの内周側露出面１０３ｈが設けられている。スロット１０３ｄの内周側露出面１０３ｈには親油部１０３ｂが設けられていることが好ましい（図４，５）。

【0023】

コイル１０３ｆは例えば、平角線で固定子コア１０３ｃに分布巻きされている。そのため、固定子コア１０３ｃの軸方向の端部には、図１に示すように、第１コイルエンド１０３ｋと第２コイルエンド１０３ｌが形成されている。

【0024】

シャフト１０４は回転子１０１と共に回転する軸で、第１エンドブラケット１０７に固定された軸受１０５と、第２エンドブラケット１０８に固定された軸受１０５とにより回転自在に支持されている。

【0025】

第１エンドブラケット１０７と第２エンドブラケット１０８は円板状の部材で、ハウジング１０９の軸方向における両側に取り付けられ、ハウジング１０９の軸方向の両端に位置する開口部を塞いでいる。

【0026】

ハウジング１０９は円筒状の部材で、円筒内には固定子コア１０３ｃが圧入等により固定されている。ハウジング１０９の軸方向の両端には、第１エンドブラケット１０７と第２エンドブラケット１０８が取り付けられ、固定子１０３と回転子１０１は保護されている。

【0027】

ハウジング１０９の上部には、冷却油（冷媒）１１０（図４，５参照）をハウジング１０９の外側から内側に導入するため導入口１０９ａが設けられている。また、ハウジング１０９の下部には、冷却油１１０をハウジング１０９の内側から外側に排出するため排出口１０９ｂが設けられている。

【0028】

固定子コア１０３ｃの上側（＋Ｙ方向側）の端部には、第１コイルエンド１０３ｋを覆う略円環状のカバーであり、その内部に冷却油１１０の環状流路１１２を形成する流路形成部材１１１がさらに設けられている。

【0029】

流路形成部材（カバー）１１１は、円環状の円板部１１１ａと、円板部１１１ａの径方向内側の端部から下側に突出する円筒状の円筒部１１１ｂと、円筒部１１１ｂの下端から外径方向に鍔状に突出する鍔部１１１ｃとを備える。

【0030】

円板部１１１ａの径方向外側の端部は導入口１０９ａよりも上方で、ハウジング１０９の内周面に接合されている。一方、円筒部１１１ｂの下端は固定子コア１０３ｃの上端に接合されている。また、鍔部１１１ｃはベントスペース１０３ｉの上端をふさいでいる。これにより、ハウジング１０９の内周と固定子コア１０３ｃの上端と流路形成部材１１１とによって挟まれた密閉された空間を形成することができ、この空間は冷却油（冷媒）１１０が流通する環状流路１１２となる。

【0031】

環状流路１１２内のハウジング１０９の内周側には導入口１０９ａが設けられ、導入口１０９ａを介して環状流路１１２内に冷却油１１０が導入されるようになっている。なお、流路形成部材１１１の素材は、渦電流損失が発生しない絶縁材料や、磁気特性に影響しない非磁性材料が望ましい。

【0032】

図３は、図1のＢ－Ｂ断面図である。図３に示すように、鍔部１１１ｃには冷媒供給口１１１ｄが設けられている。

【0033】

冷媒供給口１１１ｄは、環状流路１１２内に導入された冷却油１１０をエアギャップ１０２内に供給する開口である。冷媒供給口１１１ｄは、親油部１０３ｂに対して冷却油１１０を供給できるように、撥油部１０１ｂの設けられた回転子の外周面よりも親油部１０３ｂの設けられた固定子１０３の内周面に近い位置に設けることが好ましい。具体的には、冷媒供給口１１１ｄは、コイル１０３ｆの内周側露出面１０３ｇとスロット１０３ｄの内周側露出面１０３ｈとによって形成された固定子１０３の軸方向に延伸する溝（ベントスペース１０３ｉ）の軸線上（ベントスペース１０３ｉの上方）に設けることが好ましい。冷媒供給口１１１ｄは、鍔部１１１ｃの板面に対して垂直に形成しても良いし、コイルｅの内周側露出面１０３ｇに向かって冷却油１１０が流れ落ちるように板面と鋭角を成すように斜めに形成しても良い。

【0034】

図４は、図１のＡ－Ａ断面において、固定子１０３の内周面１０３ａを流下する冷却油１１０の液膜の形状を模式的に示す断面図である。親油部１０３ｂは固定子１０３の内周面１０３ａに次のように設けることが好ましい。

【0035】

すなわち、親油部１０３ｂは、ベントスペース１０３ｉ内を移動する冷却油１１０をコイル１０３ｆと直接接触させてコイル１０３ｆを冷却する観点から、コイル１０３ｆの内周側露出面１０３ｇに設けられていることが好ましく、コイル１０３ｆの全表面に設けられていても良い。

【0036】

さらに、親油部１０３ｂは、固定子コア１０３ｃを冷却し鉄損を抑制するとともに、冷却油１１０をベントスペース１０３ｉ内に保持して冷却効率を向上させる観点から、スロット１０３ｄの内周側露出面１０３ｈに設けられていることが好ましい。

【0037】

さらに、冷却油１１０がティース１０３ｅの先端面１０３ｊに沿って容易に移動することで固定子コア１０３ｃを冷却し鉄損を抑制できるように、親油部１０３ｂはティース１０３ｅの先端面１０３ｊに設けてもよい。

【0038】

なお、親油部１０３ｂを、コイル１０３ｆの内周側露出面１０３ｇ、スロット１０３ｄの内周側露出面１０３ｈ、ティース１０３ｅの先端面１０３ｊの全てに設けることにより、固定子１０３の内周面全体を親油処理した場合には、冷却油１１０の液膜流れは、コイル１０３ｆの内周側露出面１０３ｇのみならず、ティース１０３ｅの先端面１０３ｊにも形成される。このような液膜流れは、コイル銅損のみならず、固定子鉄損も比較的大きな特性を持つ回転電機の冷却に有効である。

【0039】

［動作］
上記のように構成される回転電機１００において、冷却油１１０は、例えば外部の圧送ポンプから、導入口１０９ａを介して環状流路１１２内に導入され、冷媒供給口１１１ｄからベントスペース１０３ｉに流下する。

【0040】

冷媒供給口１１１ｄからベントスペース１０３ｉ内に供給された冷却油１１０は、図４に示すように、親油部１０３ｂであるコイル１０３ｆの内周側露出面１０３ｇと、スロット１０３ｄの内周側露出面１０３ｈと、ティース１０３ｅの先端面１０３ｊとの親油部１０３ｂを液膜となって流下しながら、コイル１０３ｆ及び固定子コア１０３ｃと直接接触して熱交換することで固定子１０３を冷却する。

【0041】

また、ベントスペース１０３ｉを流下する冷却油１１０には、ベントスペース１０３ｉやティース１０３ｅの先端面１０３ｊから離脱して回転子１０１側に向かおうとするものも存在し得るが、回転子１０１の外周面には撥油部１０１ｂが設けられており、そのような冷却油１１０は撥油部１０１ｂにより固定子１０３側に弾かれてベントスペース１０３ｉ内やティース１０３ｅの先端面１０３ｊ上に戻されることになる。

【0042】

すなわち回転子１０１の外周面に撥油部１０１ｂを設けることにより固定子１０３を冷却する冷却油１１０の流量を増加でき、エアギャップ１０２に流入した冷却油１１０は専ら固定子１０３の内周面を液膜となって流下するので、冷却油１１０による冷却効率を向上することができる。つまり、このような事情から、親油部１０３ｂは、回転子１０１の回転中に撥油部１０１ｂと対向し得る部分に設けられていることが好ましい。

【0043】

以上のようにベントスペース１０３ｉを流下した冷却油は、排出口１０９ｂから流出され、冷却器（熱交換器）により冷却され、ポンプにより圧送され、再び導入口１０９ａより回転電機１００内に流入する。

【0044】

［効果］
上記のように構成された本実施形態に係る回転電機１００では、回転子１０１の回転中に冷媒供給口からエアギャップ１０２内に供給された冷媒（冷却油１１０）は、回転子１０１の外周面に設けられた撥油部１０１ｂによって固定子１０３の内周面１０３ａに向かって弾かれ、固定子１０３の内周面１０３ａに設けられた親油部１０３ｂを伝いながらエアギャップ１０２内を容易に移動し得る。つまり、本実施形態によれば、エアギャップ１０２の周辺に流路形成部材やシール構造を設けることなく固定子１０３のコイル１０３ｆを冷媒（冷却油１１０）で直接冷却できる。これにより、コイル１０３ｆを冷却するための構造を簡素化でき、コストの増加を抑制できる。

【0045】

また、本実施形態及び後述の各実施形態のように回転子１０１の回転軸が上下方向（Ｙ軸方向）に位置するように配置するとベントスペース１０３ｉも上下方向に配置されることになる。これにより、重力の作用によってベントスペース１０３ｉ内を上から下に向かって冷媒（冷却油１１０）を流下させ易くなり、固定子１０３の冷却効率を向上できる。

【0046】

（第２実施形態）
図５は、本発明の第２実施形態に係る固定子２０３の内周面を流下する冷却油１１０の液膜の形状を模式的に示す図である。本実施形態に係る固定子２０３が、第１実施形態に係る固定子１０３と異なる点は、撥油部２０３ｍが、固定子２０３のティース２０３ｅの先端面２０３ｊに設けられていることである。

【0047】

これにより、本実施形態では、図５に示すように、ティース２０３ｅの先端面２０３ｊに冷却油１１０の液膜が形成されず、コイル１０３ｆの内周側露出面１０３ｇとスロット１０３ｄの内周側露出面１０３ｈとにのみ冷却油１１０の液膜が形成される。

【0048】

［効果］
本実施形態に係る回転電機２００では、撥油部が、回転子１０１の外周面１０１ａだけでなく、さらに、固定子２０３のティース２０３ｅの先端面２０３ｊに設けられている。これにより、冷却油１１０が回転子１０１の外周面１０１ａに接触し、冷却油１１０が回転子１０１により撹拌されて摩擦損失が発生する虞を抑制することができる。また、冷却油１１０の液膜が回転子１０１の外周面に接触する部分を第１実施形態と比較して小さくすることができ、固定子コア２０３ｃに対する冷却を抑制できるので、固定子鉄損よりも銅損が比較的大きな特性を持つ回転電機の冷却に有効である。

【0049】

（第３実施形態）
図６は、本発明の第３実施形態に係る回転電機３００の断面図である。本実施形態に係る回転電機３００が、第１実施形態に係る回転電機１００と異なる点は、流路形成部材３１１の形状である。

【0050】

即ち、第１実施形態に係る流路形成部材(カバー)１１１は、円板部１１１ａと円筒部１１１ｂと鍔部１１１ｃとを備える。一方、本実施形態に係る流路形成部材３１１は円筒部３１１ｂと鍔部３１１ｃとを備えるが、円板部１１１ａを備えない。

【0051】

すなわち、本実施形態に係る回転電機３００は、固定子３０３の回転子１０１に対向する固定子側対向面３０３ａの上端部から上方に延びる側面（円筒部１１１ｂ）を有し、固定子３０３の上方に冷媒（冷却油１１０）の流路を形成する流路形成部材(カバー)３１１をさらに備え、流路形成部材(カバー)３１１における固定子３０３の上方は開放されている。そして、冷媒供給口３１１ｄは、流路形成部材(カバー)３１１に設けられている。

【0052】

［効果］
本実施形態に係る回転電機３００の流路形成部材(カバー)３１１では、固定子３０３の上方が開放されている。これにより、回転電機３００の構造をさらに簡素化することができる。

【0053】

なお、エアギャップ１０２に流入する冷却油１１０の流量は、冷却油１１０の物性と、環状流路３１２内の冷却油１１０の液位と、冷媒供給口１１１ｄの形状や開口面積等とで決まる。このため、回転電機３００の発熱による損失が略一定で冷却油１１０の流量を能動的に制御する必要性が小さい特性を持つ回転電機の冷却に有効である。

【0054】

（第４実施形態）
図７は、本発明の第４実施形態に係る冷媒流量制御システム４００のシステム構成図である。本実施形態に係る冷媒流量制御システム４００は、ポンプ４１２から回転電機１００に吐出される冷却油１１０の流量を制御するシステムである。また、冷媒流量制御システム４００と回転電機１００とによって構成されるシステムを回転電機冷却システムと称することがある。

【0055】

図７に示すように、冷媒流量制御システム４００は、冷却油１１０を循環させる冷却油循環系統４１０と、ポンプ制御系統４２０とを備える。

【0056】

冷却油循環系統４１０は、回転電機１００の導入口１０９ａ及び排出口１０９ｂと、排出口１０９ｂから排出された冷却油１１０を冷却する熱交換器４１１と、熱交換器４１１によって冷却された冷却油１１０を吸込んで導入口１０９ａに吐出するポンプ４１２と、冷却油１１０を流通させるための配管である冷却油配管４１３とを備える。

【0057】

ポンプ制御系統４２０は、ポンプ４１２を回転駆動するモータ４２１と、モータ４２１の回転数を制御するインバータ４２２と、冷却油１１０の液膜の厚さの指定値が入力される入力装置４２３と、インバータ４２２に指令値を出力することでインバータ４２２を介してモータ４２１の回転数を制御する制御装置４２４とを備える。

【0058】

制御装置４２４は、例えばコンピュータであり、入力Ｉ／Ｆ（Interface：インターフェイス）４２４ａと、処理装置（例えばＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ））４２４ｂと、記憶装置（例えばメモリ）４２４ｃと、出力Ｉ／Ｆ４２４ｄとを備える。これらは相互に内部バス４２４ｅを介して接続されている。

【0059】

処理装置４２４ｂは、入力Ｉ／Ｆ４２４ａを介して入力装置４２３から入力、または、記憶装置４２４ｃに記憶された冷却油１１０の所望の液膜厚さｍから冷却油１１０の総流量（目標流量）Ｑを演算し、総流量Ｑからポンプ４１２の目標回転数を演算し、ポンプ４１２の回転数を演算した目標回転数に制御する回転数指令値をインバータ４２２に出力することでポンプ４１２の回転数を目標回転数に制御する。処理装置４２４ｂには、流量演算部４２４ｆと流量制御部４２４ｇとが設けられている。

【0060】

流量演算部４２４ｆは、回転電機１００内を流れる冷却油１１０を所望の液膜厚さｍにするために回転電機１００に導入すべき冷却油１１０の総流量Ｑを演算する際に、例えば以下の公知の３つの数式（上から式１－３と称する）を利用して演算できる。

【0061】

【数1】

【0062】

上記式１において、qは単位幅あたりの体積流量、μは冷却油１１０の粘性係数、ρは冷却油１１０の密度、ｇは重力加速度、νは冷却油１１０の動粘性係数である。なお、式１は垂直壁面上の液膜流の液膜厚さｍを演算するための式であるが、壁面が傾斜している場合には他の式を用いることで液膜厚さｍの演算は可能である。

【0063】

式１より、単位幅あたりの体積流量qは次式（式２）となる。

【0064】

【数2】

【0065】

そして、式２（単位幅あたりの体積流量q）に、液膜の幅Ｌを掛ける次式（式３）により、冷却油１１０の総流量Ｑが求められる。

【0066】

【数3】

【0067】

重力加速度ｇは通常の使用条件では定数とみなしてよく、冷却油１１０の動粘性係数νは概略温度で決まる物性値である。また、液膜の幅Ｌは、固定子１０３の断面における親油部１０３ｂの長さ（図４における１０３ｈ～１０３ｊの長さの合計、図５における１０３ｈ，１０３ｉの長さの合計）であり、親油部１０３ｂの形状により一意に定まる。

【0068】

以上より、入力装置４２３から入力、または、記憶装置４２４ｃに記憶された冷却油１１０の所望の液膜厚さｍに基づいて、冷却油１１０の流量Ｑが流量演算部４２４ｆによって演算される。

【0069】

そして、流量演算部４２４ｆによって演算された総流量Ｑは、流量制御部４２４ｇに送信され、流量制御部４２４ｇは総流量Ｑを、例えば、総流量Ｑとポンプ４１２の目標回転数との関係が規定されたポンプ４１２の特性テーブルを参照して、目標回転数に変換し、当該目標回転数からポンプ４１２を駆動するモータ４２１の回転数指令値を演算し、それを出力Ｉ／Ｆ４２４ｄを介してインバータ４２２に送信し、モータ４２１の回転数を制御する。

【0070】

なお、上記のようにモータ４２１の回転数を制御するのではなく、図示しない流量調節弁（流調弁）の開度を制御することで回転電機１００に導入される冷却油１１０の流量をＱに制御しても良く、モータ４２１の回転数と当該流調弁の開度とを制御することで流量を制御しても良い。つまり、回転電機１００（導入口１０９ａ）に導入される冷却油１１０の総流量が液膜厚さｍから演算されるＱに近づくように制御可能なハードウェア（流量制御装置）であれば、どのようなハードウェアを採用しても良い。

【0071】

また、冷却油１１０の所望の液膜厚さｍは、冷却油１１０が回転子１０１の外周に接触することが無いように、エアギャップ１０２の隙間より小さいことが好ましい。

【0072】

［効果］
冷却油で固定子を冷却する回転電機では、損失発生状況に応じて冷却油の流量を変化させることが可能である。しかし、冷却油の流量が多すぎると冷却油の液膜の厚さが厚くなり、液膜表面が回転子の外周面に接触する可能性が出てくる。このような状況になると、固定子と回転子の間の冷却油が撹拌されて摩擦損失が発生する。

【0073】

この課題に対し、本実施形態に係る回転電機冷却システムでは、処理装置４２４ｂが固定子１０３の内周面上における冷却油１１０の所望の液膜厚さｍから冷却油１１０の総流量Ｑを演算し、総流量Ｑに基づいてポンプ４１２の目標回転数を演算し、ポンプ４１２の回転数を当該目標回転数に制御する回転数指令値をインバータ４２２に出力することとした。これにより、ポンプ４１２により冷媒供給口１１１ｄに吐出される冷却油１１０の流量をエアギャップ１０２における液膜の厚さが指定値ｍになるように制御できるので、冷却油１１０が回転子１０１により撹拌されて摩擦損失が発生する虞を抑制することができる。

【0074】

なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上述した実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

【0075】

また、上記の各構成、機能等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサ（マイコン）がそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリや、ハードディスク、ＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｒｉｖｅ）等の記録装置、または、ＩＣカード、ＳＤカード、ＤＶＤ等の記録媒体に置くことができる。

【0076】

なお、本発明の実施形態は、以下の態様であってもよい。例えば、本発明はインナーロータ型の回転電機で実施形態が記載されているが、アウターロータ型の回転電機でも同様に実施できる。

【符号の説明】

【0077】

１００，２００，３００…回転電機、１０１，２０１，３０１…回転子、１０１ａ…回転子側対向面（回転子１０１の外周面）、１０１ｂ，２０３ｍ…撥油部、１０１ｃ…回転子コア（回転子鉄心）、１０２…エアギャップ、１０３，２０３，３０３…固定子、１０３ａ…固定子側対向面（固定子１０３の内周面）、１０３ｂ…親油部、１０３ｃ…固定子コア、１０３ｄ…スロット、１０３ｅ，２０３ｅ…ティース、１０３ｆ…コイル、１０３ｇ…コイルｆの内周側露出面、１０３ｈ…スロット１０３ｄの内周側露出面、１０３ｉ…ベントスペース、１０３ｊ，２０３ｊ…ティースの１０３ｅ，２０３ｅの先端面、１０３ｋ…第１コイルエンド、１０９…ハウジング、１０９ａ…導入口、１０９ｂ…排出口、１１０…冷却油（冷媒）、１１１…流路形成部材（カバー）、１１１ｄ…冷媒供給口、１１２…環状流路、３０３ａ…固定子側対向面、３１１…流路形成部材（カバー）、３１１ｄ…冷媒供給口、３１２…環状流路、４００…冷媒流量制御システム、４１２…ポンプ、４２１…モータ、４２２…インバータ、４２４…制御装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】