JP7337274B2 - 回転電機 - Google Patents

Description

本発明は、回転電機に関する。

ロータと、ロータの外径側に配置されたステータと、ステータに巻回されたステータコイルのコイルエンドに冷却液を滴下し、コイルエンドを冷却する冷却構造と、を備えた回転電機が知られている（特許文献１参照）。コイルエンドに冷却液が滴下されると、滴下された冷却液はコイルエンドの円周に沿って下方に向かって流れ、コイルエンドが冷却される。

特開２０１５－８０３３０号公報

本願発明者らは、ステータコアのスロットから突出するスロット外導体がスロット内導体に対して周方向一方側に向かって屈曲しているために、コイルエンドに対する冷媒の付着範囲に偏りが生じ、冷媒による冷却性能に影響を与えてしまっているという課題を見出した。

本発明は、コイルエンドに対する冷媒の付着範囲の偏りを抑制し、ステータコイルを効果的に冷却することを目的とする。

本発明の一態様による回転電機は、回転中心軸が水平となるように配置されるロータと、前記ロータと空隙を介して径方向に配置されるステータと、前記ステータを支持しかつ冷媒を流す流路を形成するケースと、を備える。前記ステータは、複数のスロットを有するステータコアと、前記ステータコアに装着されるステータコイルと、を有し、前記ステータコイルは、前記ステータコアの前記スロット内に配置されるスロット内導体と前記スロット外に配置されるスロット外導体と、を有し、前記ケースは、前記スロット外導体に向かって冷媒を流出させる第１流出孔と第２流出孔を形成する。前記ケースが設置された状態において、前記第１流出孔及び前記第２流出孔は、前記スロット外導体の上方に配置され、前記ステータの上部に配置される前記ステータコイルにおける前記スロット内の最も外径側に配置される前記スロット内導体に対する前記スロット外導体の屈曲方向を上部コイル屈曲方向とし、前記水平に対して垂直でありかつ前記回転中心軸を通る直線を垂直線としたとき、前記第１流出孔は、前記垂直線に対して前記上部コイル屈曲方向側に配置され、前記第２流出孔は、前記垂直線に対して前記上部コイル屈曲方向とは反対側に配置され、前記第１流出孔及び前記第２流出孔は、前記第１流出孔と前記回転中心軸とを結ぶ直線と前記垂直線とのなす角度である第１配置角度に比べて、前記第２流出孔と前記回転中心軸とを結ぶ直線と前記垂直線とのなす角度である第２配置角度が大きくなるように形成される。

本発明によれば、コイルエンドに対する冷媒の付着範囲の偏りを抑制し、ステータコイルを効果的に冷却することができる。

本発明の実施形態に係る回転電機を搭載したハイブリッド型電気自動車の概略構成を示す図。 本発明の実施形態に係る回転電機の構成を示す側面断面図。 回転電機の斜視図であり、ケースの図示を省略している。 ステータコア及びロータコアの平面断面図。 三相分のステータコイルを示す斜視図である。 ステータコアに巻回されるＵ相のステータコイルの斜視図。 ステータコアに巻回されるＵ１相のステータコイルの斜視図。 セグメント導体をステータコアに装着する工程を説明するための模式図。 ステータコアのスロットに挿入されたセグメント導体の位置を説明するための模式図。 車体に取り付けられた状態の回転電機の平面図（上面図）。 車体に取り付けられた状態の回転電機の軸方向から見た側面図。 本実施形態に係る回転電機における冷媒の付着範囲について示す図。 本実施形態の比較例に係る回転電機における冷媒の付着範囲について示す図。

図面を参照して、本発明の実施形態に係る回転電機について説明する。本実施形態に係る回転電機は、自動車の走行に使用するのが好適な回転電機である。本実施形態に係る回転電機は、回転電機のみによって走行する純粋な電気自動車、及び、エンジンと回転電機の双方によって駆動されるハイブリッド型の電気自動車のいずれにも適用することができる。また、回転電機は、かご型回転子を備える誘導電動機、または永久磁石を有する回転子を備える同期電動機である。以下、ハイブリッド型の電気自動車に用いられる同期電動機を例に説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る回転電機を搭載したハイブリッド型電気自動車の概略構成を示す図である。電気自動車（車両とも記す）は、エンジンＥＮＧ、第１の回転電機１００Ａ及び第２の回転電機１００Ｂを備える。なお、第１の回転電機１００Ａ及び第２の回転電機１００Ｂを総称して、回転電機１００とも記す。エンジンＥＮＧと第１の回転電機１００Ａによって発生する動力は、変速機ＴＭにより変速され、前輪ＦＷに伝達される。また、第２の回転電機１００Ｂによって発生する動力は、後輪ＲＷに伝達される。

回転電機１００は、車両の走行状態に応じて、駆動力を発生する力行運転と、エネルギーを回収する回生運転を行う。回転電機１００の駆動、発電動作は、車両の運転状況に応じて、トルク及び回転数が最適になるように電力変換装置ＩＮＶにより制御される。回転電機１００の駆動に必要な電力は、電力変換装置ＩＮＶを介してバッテリＢＡＴから供給される。また、回転電機１００が発電動作のときは、電力変換装置ＩＮＶを介してバッテリＢＡＴに電気エネルギーが充電される。

回転電機１００の構造について図面を参照して説明する。第１の回転電機１００Ａと第２の回転電機１００Ｂとはほぼ同様の構造であるため、以下、第１の回転電機１００Ａの構造を代表例として説明する。なお、以下に示す構造は、第１の回転電機１００Ａ及び第２の回転電機１００Ｂの双方に採用されている必要はなく、一方だけに採用されていてもよい。また、以下の説明において、「軸方向」、「周方向」、「径方向」とは、次のとおりである。「軸方向」とは、回転電機１００（ロータ１５０）の回転中心軸Ｃａに沿う方向である。なお、回転中心軸Ｃａは、円筒形状のステータ１３０の中心軸と一致する。「周方向」とは、回転電機１００の回転方向（ロータ１５０の回転方向）に沿う方向、すなわち回転中心軸Ｃａに直交しかつ回転中心軸Ｃａを中心とする円周方向である。「径方向」とは、回転電機１００の回転中心軸Ｃａに直交しかつ回転中心軸Ｃａを中心とする放射方向、すなわち半径方向である。また、「内周側」は径方向内側（内径側）を指し、「外周側」はその逆方向、すなわち径方向外側（外径側）のことを指す。

図２は、本発明の実施形態に係る回転電機１００の構成を示す側面断面図である。図２では、回転電機１００の一部分を断面とすることで、回転電機１００の内部を示している。図３は、回転電機１００の斜視図であり、ケース１１０の図示を省略している。図４は、ステータコア１３２及びロータコア１５２の平面断面図であり、回転電機１００を軸方向からみた断面を示す。

図２に示すように、回転電機１００は、回転可能に設けられるロータ１５０と、ロータ１５０と空隙を介して径方向外側に配置されるステータ１３０と、ステータ１３０を支持する（固定する）ケース１１０と、を備える。

回転電機１００は、永久磁石埋込型の三相同期電動発電機である。回転電機１００は、ステータコア１３２に巻回されるステータコイル１３８に三相交流電流が供給されることで、ロータ１５０を回転させる電動機として作動する。また、回転電機１００は、エンジンＥＮＧによって駆動されることにより、発電機として作動して三相交流の発電電力を出力する。

ケース１１０は、ケース本体１１２と、エンドブラケット１１１と、を有する。ケース本体１１２は、一端が開口とされた有底円筒状の部材であって、円筒部１１３と底部１１４とを有する。エンドブラケット１１１は、ケース本体１１２の開口（円筒部１１３の開口）を塞ぐようにケース本体１１２に取り付けられる。エンドブラケット１１１及びケース本体１１２の底部１１４には、シャフト１１８が挿通される挿通孔１１１ａ，１１４ａが設けられる。エンドブラケット１１１の挿通孔１１１ａには第１軸受１４Ａが設けられ、ケース本体１１２の底部１１４の挿通孔１１４ａには第２軸受１４Ｂが設けられる。なお、ケース１１０は、軸方向両端が開口とされたセンターブラケットと、センターブラケットを軸方向に挟持する一対のエンドブラケットと、により構成してもよい。換言すれば、ケース本体１１２の円筒部１１３と底部１１４とを別部材として、ボルト等により双方の部材を接続する構成としてもよい。

ケース１１０には、車両の車体の支持部材９に取り付けられる取付部１１０ａが設けられている。車体の支持部材９は、例えば、変速機ＴＭのケースに設けられる支持部材、エンジンＥＮＧのケースに設けられる支持部材、または、変速機ＴＭとエンジンＥＮＧの間に設けられる支持部材である。取付部１１０ａがボルト等により支持部材９に締結されることにより、回転電機１００が車両に取り付けられる。なお、ケース１１０は、変速機ＴＭ、またはエンジンＥＮＧのケースの一部を構成するようにしてもよい。

ロータ１５０は、シャフト１１８に固定されている。シャフト１１８は、円柱状または円筒状の部材である。シャフト１１８が第１軸受１４Ａと第２軸受１４Ｂによって支承されることにより、ロータ１５０がステータコア１３２の内側で回転可能に保持される。ロータ１５０は、回転中心軸Ｃａが水平となるように配置される。つまり、ケース１１０の取付部１１０ａは、支持部材９に取り付けられたときに、回転中心軸Ｃａが水平に配置されるように形成される。

ケース本体１１２の円筒部１１３には、液状の冷媒を流す流路としての冷媒通路１２１が形成されている。つまり、ケース本体１１２は、冷媒通路１２１を形成する流路形成部材である。本実施形態では、冷媒通路１２１は、高さ（径方向長さ）に比べて幅（軸方向長さ）が大きい矩形断面形状であって、円筒部１１３の周方向に沿って螺旋状に形成されている。

冷媒は、１００℃の動粘度が、４～２４[ｍｍ^２／ｓ]のオイルである。本実施形態では、冷媒は、変速機ＴＭ内の部品（動力伝達部等）の潤滑、冷却に用いられるＡＴＦ（オートマチックトランスミッションフルード）である。

冷媒は、回転電機１００の下部の冷媒溜まり（不図示）からポンプ（不図示）によって吸引され、冷媒通路１２１を経由して、ケース１１０の上部に形成された第１流出孔１２２Ａ及び第２流出孔１２２Ｂ（図１０参照）から流出され、冷媒溜まりに戻る。回転電機１００においては、ステータコイル１３８が主要な発熱部分であり、ステータコイル１３８で発生した熱は、ステータコア１３２を介してケース１１０に伝達され、ケース１１０の冷媒通路１２１を流通する冷媒により、放熱される。また、本実施形態では、第１流出孔１２２Ａ及び第２流出孔１２２Ｂから冷媒をステータコイル１３８のコイルエンド１３９に滴下し、コイルエンド１３９に付着させることにより、ステータコイル１３８を直接冷却する。第１流出孔１２２Ａ及び第２流出孔１２２Ｂの詳細については、後述する。なお、図示しないが、冷媒は、空冷式または水冷式の熱交換器（オイルクーラ）により冷却される。

図２及び図３に示すように、ステータ１３０は、円筒状のステータコア１３２と、ステータコア１３２に装着されるステータコイル１３８と、を有する。図４に示すように、ステータコア１３２の内周部には、ステータコア１３２の中心軸方向に平行な複数（本実施形態では７２個）のスロット１３３が形成され、スロット１３３にはステータコイル１３８（図２、図３及び図５参照）を構成するＵ相、Ｖ相、Ｗ相の複数の相巻線が装着される。複数のスロット１３３は、ステータコア１３２の円周方向に等間隔で形成される。

スロット１３３間にはティース１３４が形成される。本実施形態では、複数のティース１３４が、環状のコアバック１３５と一体となっている。つまり、ステータコア１３２は、複数のティース１３４とコアバック１３５とが一体成形された一体型コアである。ティース１３４は径方向の磁路を形成し、コアバック１３５は周方向の磁路を形成する。ティース１３４は、ステータコイル１３８によって発生した回転磁界をロータ１５０に導き、ロータ１５０に回転トルクを発生させる。

ステータコア１３２は、例えば、円環形状の電磁鋼板を複数枚積層することにより形成される。ステータコア１３２は、円筒部（図２参照）１１３の内側に焼嵌め、圧入等により嵌合固定される。

図２及び図４に示すように、ロータ１５０は、ロータコア１５２と、ロータコア１５２に固定される複数の永久磁石１５４と、を備える。ロータコア１５２は、例えば、円環形状の電磁鋼板を複数枚積層することにより形成される。永久磁石１５４は、ロータ１５０の界磁極を形成する。永久磁石１５４には、ネオジウム系、サマリウム系の焼結磁石、フェライト磁石、ネオジウム系のボンド磁石などを用いることができる。

ロータコア１５２には、直方体形状の磁石挿入孔が外周部近傍において周方向に等間隔で形成されており、各磁石挿入孔には永久磁石１５４が埋め込まれ、接着剤などで固定されている。磁石挿入孔の周方向の幅は、永久磁石１５４の周方向の幅よりも大きい。永久磁石１５４の周方向両端と磁石挿入孔の周方向両端との間には磁気的空隙１５６が形成される。この磁気的空隙１５６には接着剤を埋め込んでもよいし、樹脂で永久磁石１５４と一体に固めてもよい。

永久磁石１５４の磁化方向は径方向を向いており、界磁極毎に磁化方向の向きが反転している。つまり、ある磁極を形成するための永久磁石１５４のステータ１３０側の面がＮ極、シャフト１１８側の面がＳ極に磁化されていたとすると、隣の磁極を形成する永久磁石１５４のステータ１３０側の面はＳ極、シャフト１１８側の面はＮ極に磁化されている。

本実施形態では、磁極を形成する各永久磁石１５４間に補助磁極１５９が形成されている。この補助磁極１５９は、ステータコイル１３８が発生するｑ軸の磁束の磁気抵抗が小さくなるように作用する。補助磁極１５９により、ｑ軸の磁束の磁気抵抗がｄ軸の磁束の磁気抵抗に比べて非常に小さくなるため、大きなリラクタンストルクが発生する。

図２及び図５～図８を参照して、ステータコイル１３８について説明する。図５は、三相分のステータコイル１３８を示す斜視図である。図６Ａは、ステータコア１３２に巻回されるＵ相のステータコイル１３８の斜視図であり、Ｕ１相及びＵ２相のステータコイル１３８について示す。図６Ｂは、ステータコア１３２に巻回されるＵ１相のステータコイル１３８の斜視図である。ステータコア１３２には、ステータコイル１３８が分布巻きで（波巻き）巻き回されている。分布巻きとは、複数のスロット１３３を跨いで離間した二つのスロット１３３に相巻線が収納されるように、相巻線がステータコア１３２に巻かれる巻線方式である。

ステータコイル１３８は、ステータコア１３２のスロット１３３内に配置されるスロット内導体１３７と、ステータコア１３２の両端からスロット１３３外に突出して配置されるスロット外導体であるコイルエンド１３９と、を有する。ステータコイル１３８には、各スロット１３３内でステータコイル１３８の長方形断面が周方向の長さに比べて、径方向の長さが長い平角線（図７（ｄ）参照）が使用されている。なお、平角線は、外周が絶縁被膜で覆われている。

ステータコイル１３８は、図６Ａ、図６Ｂ及び図７に示すように、Ｕ字形状の複数のセグメント導体１４０が互いに接続されることで形成されるセグメント型コイルである。図６Ａ及び図６Ｂに示すように、セグメント導体１４０は、中央部１４０ｃがステータ１３０の軸方向一方のコイルエンド１３９を構成し、両側の端部１４０ｅが溶接されてステータ１３０の軸方向他方のコイルエンド１３９を構成する。

図５に示すように、ステータコイル１３８は、全体で６系統（Ｕ１，Ｕ２，Ｖ１，Ｖ２，Ｗ１，Ｗ２）のコイルがステータコア１３２に密着して装着されている。ステータコイル１３８を構成する６系統のコイルは、スロット１３３によって相互に適正な間隔をもって配列される。

ステータコイル１３８における一方のコイルエンド１３９には、ＵＶＷ三相それぞれのステータコイル１３８の入出力用のコイル導体である交流端子４１（Ｕ），４２（Ｖ），４３（Ｗ）と、中性点結線用導体４０と、が引き出されている。ステータ１３０は、交流端子４１（Ｕ），４２（Ｖ），４３（Ｗ）を介して電力変換装置ＩＮＶに接続される。交流端子４１（Ｕ），４２（Ｖ），４３（Ｗ）の両側には中性点結線用導体４０が配置される。中性点結線用導体４０は、Ｕ１相の巻き終わりとなるＵ１相中性線とＶ１相の巻き終わりとなるＶ１相中性線とＷ１相の巻き終わりとなるＷ１相中性線で構成され、予め溶接されている。Ｕ２，Ｖ２，Ｗ２相も同様である。

図７は、セグメント導体１４０をステータコア１３２に装着する工程を説明するための模式図である。なお、図７（ｄ）において、セグメント導体１４０とスロット１３３との間に配置される絶縁紙（スロットライナー）の図示は省略している。図８は、ステータコア１３２のスロット１３３に挿入されたセグメント導体１４０の位置を説明するための模式図である。本実施の形態では、電気角３６０度にスロット１３３が１２個配置されており、例えば、図８のスロット番号０１からスロット番号１２までが２極分に相当する。そのため、毎極スロット数は６、毎極毎相スロット数ＮＳＰＰは２（＝６／３）である。各スロット１３３には、ステータコイル１３８のセグメント導体１４０が４本ずつ挿通されている。セグメント導体１４０を表す矩形枠の中には、ステータコア１３２の一方側から反対側への方向を示すクロス印「×」、その逆の方向を示す黒丸印「●」をそれぞれ記した。なお、Ｕ相のセグメント導体１４０については、周回巻線を表す符号Ｕ１１～Ｕ２４で示し、Ｖ相及びＷ相のセグメント導体１４０に関しては、相を表す符号Ｖ，Ｗで示した。

図７（ａ）に示すように、セグメント導体１４０は、直線状に延在する一対の脚部１４１ａ，１４１ｂと、一対の脚部１４１ａ，１４１ｂ同士を接続する頭頂部１４２とを有する略Ｕ字形状に形成されている。頭頂部１４２は、一対の傾斜部１４３ａ，１４３ｂと、一対の傾斜部１４３ａ，１４３ｂ同士を連結する屈曲部１４４とを有している。頭頂部１４２の両端部と一対の脚部１４１ａ，１４１ｂとの間は、導体が屈曲された屈曲部１４５とされている。つまり、頭頂部１４２と脚部１４１ａ，１４１ｂとは屈曲部１４５により連結されている。傾斜部１４３ａ，１４３ｂは、軸方向に平行な脚部１４１ａ，１４１ｂに対して所定の角度で傾斜している。

セグメント導体１４０同士を接続して各相巻線を形成する場合、図７（ａ）に示すように、セグメント導体１４０の一対の脚部１４１ａ，１４１ｂを、ステータコア１３２の軸方向一方の側から異なるスロット１３３にそれぞれ挿入する。その後、図７（ｂ）に示すように、ステータコア１３２の軸方向他方の側に突出した脚部１４１ａ，１４１ｂを、接続すべきセグメント導体方向に折り曲げて、図７（ｃ）に示すように、脚部１４１ａ，１４１ｂの端部１４０ｅを別のセグメント導体１４０の端部１４０ｅに溶接する。

セグメント導体１４０同士を接続する部分を接続部１４９と記す。接続部１４９は、一対の傾斜部１４７ａ，１４７ｂと、傾斜部１４７ａ，１４７ｂのそれぞれに設けられる端部１４０ｅとを有している。端部１４０ｅは、軸方向に平行となるように傾斜部１４７ａの先端部が折り曲げられることにより形成される。傾斜部１４３ａ，１４３ｂは、屈曲部１４６を介して脚部１４１ａ，１４１ｂに接続されている。屈曲部１４６は、一対の脚部１４１ａ，１４１ｂの端部がそれぞれ互いに離隔するように周方向外側に折り曲げられることにより形成される。傾斜部１４７ａ，１４７ｂは、傾斜部１４３ａ，１４３ｂと同様、軸方向に平行な脚部１４１ａ，１４１ｂの直線部分に対して所定の角度で傾斜している。端部１４０ｅの絶縁被膜は、溶接前に除去される。

各セグメント導体１４０が端部１４０ｅで溶接され、ステータコイル１３８としてステータコア１３２に装着されると、図７（ｄ）に示すように、各セグメント導体１４０の一対の脚部１４１ａ，１４１ｂの直線部分は、スロット１３３内に配置される。このため、スロット１３３内に配置される脚部１４１ａ，１４１ｂの直線部分が、ステータコイル１３８におけるスロット内導体１３７に相当する。

図８に示すように、ステータコア１３２の各スロット１３３内には、複数（４つ）のスロット内導体１３７が層状に配置されている。本実施形態では、スロット１３３内に４つの導体挿通空間が設けられている。各導体挿通空間について、径方向の内周側（図示下側）から外周側（図示上側）に向かって順に第１レイヤ（Ｌ１）、第２レイヤ（Ｌ２）、第３レイヤ（Ｌ３）、第４レイヤ（Ｌ４）と記す。図７（ｄ）に示すように、セグメント導体１４０には、一対の脚部１４１ａ，１４１ｂの一方の脚部１４１ｂが第１レイヤ（Ｌ１）に挿通され他方の脚部１４１ａが第２レイヤ（Ｌ２）に挿通されるものと、一対の脚部１４１ａ，１４１ｂの一方の脚部１４１ｂが第３レイヤ（Ｌ３）に挿通され他方の脚部１４１ａが第４レイヤ（Ｌ４）に挿通されるものとがある。

図２に示すように、ステータコア１３２の軸方向一方（図示左方）の外側に突出し、ステータコア１３２から露出するコイルエンド（スロット外導体）１３９であって、頭頂部１４２（図７参照）を有するコイルエンド１３９を屈曲コイルエンド１３９Ｂとも記す。
ステータコア１３２の軸方向他方（図示右方）の外側に突出し、ステータコア１３２から露出するコイルエンド（スロット外導体）１３９であって、接続部１４９（図７参照）を有するコイルエンド１３９を溶接コイルエンド１３９Ａとも記す。なお、図３に示すように、コイルエンド１３９は、ステータコア１３２の周方向に重なるようにして配置されるため、回転電機１００の軸方向長さを短くすることができる。

図９及び図１０を参照して、コイルエンド１３９に向かって冷媒を流出させる流出孔１２２Ａ，１２２Ｂについて詳しく説明する。図９及び図１０は、車体に取り付けられた状態の回転電機１００の平面図（上面図）及び軸方向から見た側面図（一部断面図）である。図９は、図２のＩＸ方向から見た回転電機１００を示す図であり、図９では、ケース本体１１２を二点鎖線で示し、溶接コイルエンド１３９Ａの一部を拡大して示している。図１０は、溶接コイルエンド１３９Ａを軸方向から見た図であり、図１０では、図２のＸ－Ｘ線でのケース１１０の切断断面を示し、第１流出孔１２２Ａ及び第２流出孔１２２Ｂを拡大して示している。

図９に示すように、ケース本体１１２の軸方向一端側（屈曲コイルエンド１３９Ｂ側）及び軸方向他端側（溶接コイルエンド１３９Ａ側）のそれぞれに第１流出孔１２２Ａ及び第２流出孔１２２Ｂが設けられている。なお、ケース本体１１２の軸方向一端側の冷媒流出孔は第１流出孔１２２Ａ及び第２流出孔１２２Ｂの計２つのみであり、第１流出孔１２２Ａ及び第２流出孔１２２Ｂ以外に屈曲コイルエンド１３９Ｂ側に向かって冷媒を滴下する冷媒流出孔は存在しない。同様に、ケース本体１１２の軸方向他端側の冷媒流出孔は第１流出孔１２２Ａ及び第２流出孔１２２Ｂの計２つのみであり、第１流出孔１２２Ａ及び第２流出孔１２２Ｂ以外に溶接コイルエンド１３９Ａに向かって冷媒を滴下する冷媒流出孔は存在しない。第１流出孔１２２Ａ及び第２流出孔１２２Ｂは、ケース本体１１２の軸方向一端側（屈曲コイルエンド１３９Ｂ側）及び軸方向他端側（溶接コイルエンド１３９Ａ側）のそれぞれに設けられるが、同様の構成である。このため、以下では、溶接コイルエンド１３９Ａに向けて冷媒を滴下する第１流出孔１２２Ａ及び第２流出孔１２２Ｂを代表して説明する。

図９及び図１０は、ケース１１０の取付部１１０ａが車体の支持部材９に取り付けられ（図２参照）、ケース１１０が車体の所定位置に設置された状態を示している。図９及び図１０に示すように、ケース１１０が設置された状態において、第１流出孔１２２Ａ及び第２流出孔１２２Ｂは、コイルエンド１３９の上方に配置される。第１流出孔１２２Ａ及び第２流出孔１２２Ｂは、円形断面状であり、ケース１１０（円筒部１１３）の内周面１１５から冷媒通路１２１に亘って径方向に貫通する貫通孔であり、ケース１１０の内部空間と冷媒通路１２１とを連通する。第１流出孔１２２Ａ及び第２流出孔１２２Ｂは、冷媒通路１２１からコイルエンド１３９に向かって冷媒を流出させる。

図９に示すように、溶接コイルエンド１３９Ａの最外周部を構成する導体（傾斜部１４７ａ）は、スロット内導体１３７（脚部１４１ａ）に対して屈曲部１４６で周方向一方側に向かって屈曲している。また、屈曲コイルエンド１３９Ｂの最外周部を構成する導体（傾斜部１４３ａ）は、スロット内導体１３７（脚部１４１ａ）に対して屈曲部１４５で周方向他方側に向かって屈曲している。

以下の説明では、ステータ１３０の上部に配置されるコイルエンド１３９の最外周部を構成する導体におけるスロット内導体に対するスロット外導体の屈曲方向を上部コイル屈曲方向と記す。より具体的には、上部コイル屈曲方向とは、ステータ１３０を上方から見たときに、ステータ１３０の上部（例えば、最上部）に配置されるステータコイル１３８（拡大図参照）におけるスロット１３３内の最も外径側に配置されるスロット内導体（図７に示すセグメント導体１４０の脚部１４１ａの直線部分に相当）に対するスロット外導体（図７に示すセグメント導体１４０の傾斜部１４３ａ，１４７ａに相当）の屈曲方向である。つまり、溶接コイルエンド１３９Ａにおける上部コイル屈曲方向とは、セグメント導体１４０における脚部１４１ａに対する傾斜部１４７ａの屈曲方向であり、屈曲コイルエンド１３９Ｂにおける上部コイル屈曲方向とは、セグメント導体１４０における脚部１４１ａに対する傾斜部１４３ａの屈曲方向である。このため、溶接コイルエンド１３９Ａの上部コイル屈曲方向Ｄａは、図示左方向であり、屈曲コイルエンド１３９Ｂの上部コイル屈曲方向Ｄｂは、図示右方向である。また、図１０に示すように、水平に対して垂直でありかつ回転中心軸Ｃａを通る直線（鉛直線）を垂直線ＶＬとする。

図９及び図１０に示すように、第１流出孔１２２Ａは、垂直線ＶＬに対して上部コイル屈曲方向Ｄａ側（図示左側）に配置され、第２流出孔１２２Ｂは、垂直線ＶＬに対して上部コイル屈曲方向Ｄａとは反対側（図示右側）に配置される。図１０に示すように、回転中心軸Ｃａを原点、回転中心軸Ｃａを通る水平線（水平面に平行な線）ＨＬをＸ軸、垂直線ＶＬをＹ軸とした座標系において、図示するように反時計方向（すなわち、第４レイヤＬ４に配置されるスロット内導体１３７（脚部１４１ａ）に対してスロット外導体（傾斜部１４７ａ）が傾斜する周方向一方）に、第１象限、第２象限、第３象限及び第４象限に区分した場合、第１流出孔１２２Ａは第２象限に配置され、第２流出孔１２２Ｂは第１象限に配置される。

上述したように、ステータコア１３２のスロット１３３から突出するスロット外導体（傾斜部１４７ａ）はスロット内導体１３７に対して周方向一方（図示反時計方向）に向かって屈曲している。第１流出孔１２２Ａ及び第２流出孔１２２Ｂからコイルエンド１３９の最外周部に滴下された冷媒は、最外周部のコイル導体（傾斜部１４７ａ）に沿って流れる。このため、第１流出孔１２２Ａ及び第２流出孔１２２Ｂが、垂直線ＶＬに対して左右対称に配置されている場合、コイルエンド１３９に対する冷媒の付着範囲に偏りが生じるおそれがある。そこで、本実施形態では、第１流出孔１２２Ａと第２流出孔１２２Ｂを垂直線ＶＬに対して左右非対称に配置することにより、冷媒の付着範囲の偏りを低減する。

図１０に示すように、第１流出孔１２２Ａ及び第２流出孔１２２Ｂは、垂直線ＶＬを基準とした第１流出孔１２２Ａの配置角度（以下、第１配置角度θａとも記す）に比べて、第２流出孔１２２Ｂの配置角度（以下、第２配置角度θｂとも記す）が大きくなるように形成される。なお、第１配置角度θａとは、第１流出孔１２２Ａの冷媒出口部中心と回転中心軸Ｃａとを結ぶ直線（線分）Ｌａと垂直線ＶＬにおける回転中心軸Ｃａから上方に延在する半直線とのなす角度（鋭角）に相当する。また、第２配置角度θｂとは、第２流出孔１２２Ｂの冷媒出口部中心と回転中心軸Ｃａとを結ぶ直線（線分）Ｌｂと垂直線ＶＬにおける回転中心軸Ｃａから上方に延在する半直線とのなす角度（鋭角）に相当する。つまり、第１配置角度θａ及び第２配置角度θｂは、垂直線ＶＬに近いほど、その値が小さくなる。

また、別の言い方をすれば、図９に示すように、第１流出孔１２２Ａ及び第２流出孔１２２Ｂは、第１流出孔１２２Ａの冷媒出口部中心と回転中心軸Ｃａ（または垂直線ＶＬ）との間の水平方向距離Ｘａに比べて、第２流出孔１２２Ｂの冷媒出口部中心と回転中心軸Ｃａ（または垂直線ＶＬ）との間の水平方向距離Ｘｂが大きくなるように形成される。

図１０に示すように、本実施形態では、第１配置角度θａは３０度であり、第２配置角度θｂは４０度である。なお、第１配置角度θａ及び第２配置角度θｂは、冷媒の動粘度に応じて種々の角度に設定することができるが、第１配置角度θａと第２配置角度θｂとの角度差Δθ（θｂ－θａ）が、少なくともスロットピッチ角（本実施形態では、３６０／７２＝５度）以上となるように設定することが好ましい。また、第１流出孔１２２Ａ及び第２流出孔１２２Ｂは、水平線ＨＬ（Ｘ軸）に近い位置に設けられると、コイルエンド１３９の上部の冷却が効果的にできないため、第１配置角度θａ及び第２配置角度θｂは、４５度以下に設定することが好ましい。このため、第１配置角度θａと第２配置角度θｂの角度差Δθは、５度以上であって１５度以下となるように、第１配置角度θａ及び第２配置角度θｂを設定することが好ましい。

図９に示すように、第１流出孔１２２Ａ及び第２流出孔１２２Ｂは、ステータ１３０を上方（真上）から見たときに、コイルエンド１３９と重なる位置に設けられる。すなわち、第１流出孔１２２Ａ及び第２流出孔１２２Ｂの冷媒出口部を通る鉛直軸上にコイルエンド１３９が配置されている。また、第１流出孔１２２Ａ及び第２流出孔１２２Ｂは、コイルエンド１３９の軸方向端部よりもステータコア１３２の端面１３２ａに近い位置に形成される。すなわち、第１流出孔１２２Ａ及び第２流出孔１２２Ｂの冷媒出口部中心からステータコア１３２の端面１３２ａまでの軸方向距離Ｚ１は、第１流出孔１２２Ａ及び第２流出孔１２２Ｂの冷媒出口部中心からコイルエンド１３９の軸方向端部までの軸方向距離Ｚ２よりも短い（Ｚ１＜Ｚ２）。なお、軸方向距離Ｚ２は、溶接コイルエンド１３９Ａにおいては、第１流出孔１２２Ａ及び第２流出孔１２２Ｂの冷媒出口部中心と端部１４０ｅの先端との間の距離であり、屈曲コイルエンド１３９Ｂにおいては、第１流出孔１２２Ａ及び第２流出孔１２２Ｂの冷媒出口部中心と屈曲部１４４の先端との間の距離である。このように、第１流出孔１２２Ａ及び第２流出孔１２２Ｂをステータコア１３２寄りに形成することにより、コイルエンド１３９だけでなく、ステータコア１３２の端面１３２ａを冷媒によって効果的に冷却することができる。

図１１Ａは、本実施形態に係る回転電機１００における溶接コイルエンド１３９Ａに対する冷媒の付着範囲について示す図であり、図１１Ｂは、本実施形態の比較例に係る回転電機９００における溶接コイルエンド１３９Ａに対する冷媒の付着範囲について示す図である。なお、図１１Ａ及び図１１Ｂは、溶接コイルエンド１３９Ａを軸方向から見た回転電機の側面模式図である。本実施形態の比較例に係る回転電機９００は、第２流出孔９２２Ｂの位置のみが本実施形態に係る回転電機１００と異なっている。比較例に係る回転電機９００では、第１流出孔１２２Ａ及び第２流出孔９２２Ｂが、垂直線ＶＬに対して線対称に設けられている。

図１１Ａ及び図１１Ｂでは、同一条件で行われたコンピュータシミュレーションの結果から得られる、冷媒が付着されていない範囲である非付着範囲１９１，１９２，９９１，９９２をハッチング部（斜線部）で模式的に示している。図１１Ａ及び図１１Ｂに示すように、シミュレーションにより、回転電機１００及び回転電機９００の双方において、コイルエンド１３９の上部及び側部（図示右部）に、非付着範囲１９１，１９２，９９１，９９２が存在することが確認された。つまり、回転電機１００及び回転電機９００の双方において、コイルエンド１３９の図示左部に比べて図示右部における冷媒の付着範囲が小さく、コイルエンド１３９左右側部での冷媒の付着範囲に偏りが生じていることが確認された。

本実施形態に係る溶接コイルエンド１３９Ａの上部における非付着範囲１９１は、比較例に係る溶接コイルエンド１３９Ａの上部における非付着範囲９９１に比べて大きいが、本実施形態に係る溶接コイルエンド１３９Ａの側部における非付着範囲１９２は、比較例に係る溶接コイルエンド１３９Ａの側部における非付着範囲９９２に比べて小さい。なお、コイルエンド１３９上部の非付着範囲１９１と非付着範囲９９１との差に比べて、コイルエンド１３９側部の非付着範囲１９２と非付着範囲９９２との差が大きいため、本実施形態に係る回転電機１００の総非付着面積は、比較例に係る回転電機９００の総非付着面積よりも小さい。

本実施形態では、シミュレーションにより、回転電機１００のコイルエンド１３９に対する冷媒の総付着範囲が、回転電機９００のコイルエンド１３９の冷媒の総付着範囲に比べて２０％程度拡大することが確認された。

図９に示すように、溶接コイルエンド１３９Ａの上部コイル屈曲方向Ｄａは左方向であるため、溶接コイルエンド１３９Ａに滴下された冷媒は、左方向に流れやすい。このため、図１１Ｂに示すように、垂直線ＶＬに対して左右対称に第１流出孔１２２Ａ及び第２流出孔９２２Ｂが配置されている回転電機９００では、第２流出孔９２２Ｂから流出された冷媒が、溶接コイルエンド１３９Ａの最外周部の導体に沿って左方向に流れやすく、右側の非付着範囲９９２が大きくなっている（図１１Ａ参照）。つまり、比較例では、垂直線ＶＬを基準として、上部コイル屈曲方向Ｄａ側に冷媒が付着する範囲に比べて、上部コイル屈曲方向Ｄａとは反対側に冷媒が付着する範囲が小さく、付着範囲が左右で大きく偏っている。

これに対して、本実施形態では、比較例に比べて、第１流出孔１２２Ａの垂直線ＶＬを基準とした線対称位置よりも上部コイル屈曲方向Ｄａ（すなわち冷媒が誘導される方向）とは反対の方向にずれた位置に第２流出孔１２２Ｂが配置されているため、溶接コイルエンド１３９Ａの右側側部の非付着範囲１９２を低減し、溶接コイルエンド１３９Ａの左右側部での冷媒の付着範囲の偏りを比較例に比べて抑制することができる。したがって、本実施形態によれば、溶接コイルエンド１３９Ａの全体に対する冷媒の付着面積を増加させることができ、溶接コイルエンド１３９Ａを効果的に冷却することができる。

溶接コイルエンド１３９Ａを代表して説明したが、屈曲コイルエンド１３９Ｂに冷媒を滴下する第１流出孔１２２Ａ及び第２流出孔１２２Ｂについても同様の構成である。なお、図９に示すように、屈曲コイルエンド１３９Ｂにおける上部コイル屈曲方向Ｄｂは、図示右方向であり、溶接コイルエンド１３９Ａにおける上部コイル屈曲方向Ｄａと逆向きである。このため、回転電機１００を上方から見たときに、屈曲コイルエンド１３９Ｂ側の第１流出孔１２２Ａ及び第２流出孔１２２Ｂは、溶接コイルエンド１３９Ａ側の第１流出孔１２２Ａ及び第２流出孔１２２Ｂと左右反対の配置構成となっている。

上述した実施形態によれば、次の作用効果を奏する。

（１）回転電機１００は、回転中心軸Ｃａが水平となるように配置されるロータ１５０と、ロータ１５０と空隙を介して径方向に配置されるステータ１３０と、ステータ１３０を支持しかつ冷媒を流す冷媒通路（流路）１２１を形成するケース１１０と、を備える。
ステータ１３０は、複数のスロット１３３を有するステータコア１３２と、ステータコア１３２に装着されるステータコイル１３８と、を有する。ステータコイル１３８は、ステータコア１３２のスロット１３３内に配置されるスロット内導体１３７とスロット外に配置されるコイルエンド（スロット外導体）１３９と、を有する。ケース１１０は、コイルエンド（スロット外導体）１３９に向かって冷媒を流出させる第１流出孔１２２Ａと第２流出孔１２２Ｂを形成する。ケース１１０が設置された状態において、第１流出孔１２２Ａ及び第２流出孔１２２Ｂは、コイルエンド（スロット外導体）１３９の上方に配置され、ステータ１３０の上部に配置されるステータコイル１３８におけるスロット１３３内の最も外径側に配置されるスロット内導体１３７に対するコイルエンド（スロット外導体）１３９の屈曲方向を上部コイル屈曲方向とし、水平に対して垂直でありかつ回転中心軸Ｃａを通る直線を垂直線ＶＬとしたとき、第１流出孔１２２Ａは、垂直線ＶＬに対して上部コイル屈曲方向側に配置され、第２流出孔１２２Ｂは、垂直線ＶＬに対して上部コイル屈曲方向とは反対側に配置される。第１流出孔１２２Ａ及び第２流出孔１２２Ｂは、第１流出孔１２２Ａと回転中心軸Ｃａとを結ぶ直線Ｌａと垂直線ＶＬとのなす角度である第１配置角度θａに比べて、第２流出孔１２２Ｂと回転中心軸Ｃａとを結ぶ直線Ｌｂと垂直線ＶＬとのなす角度である第２配置角度θｂが大きくなるように形成される。

このように、本実施形態では、第１流出孔１２２Ａの垂直線ＶＬを基準とした線対称位置よりも第２流出孔１２２Ｂが上部コイル屈曲方向（すなわち冷媒が誘導される方向）Ｄａ，Ｄｂとは反対の方向にずれた位置に配置されている。このため、コイルエンド１３９における上部コイル屈曲方向Ｄａ，Ｄｂとは反対側の側部の付着範囲を増加させることができる。これにより、垂直線ＶＬを基準としたコイルエンド１３９の左右側部に対する冷媒の付着範囲の偏りを抑制し、コイルエンド１３９の全体に対する冷媒の付着面積を増加させることができ、ステータコイル１３８を効果的に冷却することができる。本実施形態によれば、冷却性能の向上により、ステータコイル１３８への供給電流の増加が可能となるため、回転電機１００の出力の向上及び効率の改善を図ることができる。

（２）第１流出孔１２２Ａ及び第２流出孔１２２Ｂは、コイルエンド（スロット外導体）１３９の軸方向端部よりもステータコア１３２の端面１３２ａに近い位置に形成される。コイルエンド１３９の軸方向端部よりもステータコア１３２寄りに第１流出孔１２２Ａ及び第２流出孔１２２Ｂを配置することにより、ステータコア１３２の端面１３２ａを冷却しつつ、コイルエンド１３９を冷却することができる。つまり、この構成によれば、ステータコア１３２の端部を効果的に冷却することができる。

（３）冷媒は、１００℃の動粘度が、４～２４[ｍｍ^２／ｓ]のオイルである。このため、コイルエンド１３９の腐食を抑制しつつ、コイルエンド１３９を直接冷却することにより、ステータコイル１３８を効果的に冷却することができる。

（４）第１配置角度θａと第２配置角度θｂの角度差Δθは、５度以上であって１５度以下である。これにより、コイルエンド１３９の上部の冷媒付着範囲の減少を抑えつつ、コイルエンド１３９の側部の冷媒付着範囲を効果的に増加させることができる。

次のような変形例も本発明の範囲内であり、変形例に示す構成と上述の実施形態で説明した構成を組み合わせたり、以下の異なる変形例で説明する構成同士を組み合わせたりすることも可能である。

＜変形例１＞
上記実施形態では、第１流出孔１２２Ａ及び第２流出孔１２２Ｂがステータコア１３２の端面１３２ａ寄りに形成される例について説明したが、コイルエンド１３９の軸方向端部寄りに形成してもよい。なお、上述したように、ステータコア１３２の端面１３２ａ寄りに第１流出孔１２２Ａ及び第２流出孔１２２Ｂを形成することにより、コイルエンド１３９とともにステータコア１３２の端面１３２ａを冷媒により直接冷却することができるため好適である。

＜変形例２＞
上記実施形態では、第１流出孔１２２Ａ及び第２流出孔１２２Ｂの断面形状（冷媒の流れに直交する流路断面の形状）が円形である例について説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、第１流出孔１２２Ａ及び第２流出孔１２２Ｂの断面形状は、楕円形状、多角形状、あるいは不規則形状であってもよい。

＜変形例３＞
上記実施形態では、ステータコイル１３８が、断面形状が矩形状の平角線である例について説明したが、本発明はこれに限定されない。ステータコイル１３８の断面形状は、三角形及び五角形等の多角形状、円形状、楕円形状、あるいは不規則形状であってもよい。

＜変形例４＞
上記実施形態では、ケース本体１１２の軸方向一端側（屈曲コイルエンド１３９Ｂ側）及び軸方向他端側（溶接コイルエンド１３９Ａ側）のそれぞれに第１流出孔１２２Ａ及び第２流出孔１２２Ｂが設けられている例について説明したが、本発明はこれに限定されない。ケース本体１１２の軸方向一端側（屈曲コイルエンド１３９Ｂ側）のみに第１流出孔１２２Ａ及び第２流出孔１２２Ｂを設けてもよいし、ケース本体１１２の軸方向他端側（溶接コイルエンド１３９Ａ側）のみに第１流出孔１２２Ａ及び第２流出孔１２２Ｂを設けてもよい。

＜変形例５＞
セグメント導体１４０の配置構成（図８参照）は、上記実施形態で説明したものに限定されない。また、ステータコア１３２のスロット１３３の数についても、上記実施形態で説明したものに限定されない。

＜変形例６＞
上記実施形態では、スロット１３３に４つのレイヤ（Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４）が形成される例について説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、スロット１３３に２つのレイヤが形成されるステータ、あるいは、６つ以上のレイヤが形成されるステータを備える回転電機に本発明を適用してもよい。

＜変形例７＞
上記実施形態では、ステータコイル１３８がステータコア１３２に波巻きで巻き回される例について説明したが、本発明はこれに限定されない。ステータコイル１３８が重ね巻きでステータコア１３２に巻き回された回転電機に本発明を適用してもよい。

＜変形例８＞
上記実施形態では、回転電機１００が車両に搭載される例について説明したが、本発明はこれに限定されない。回転中心軸Ｃａが水平となるように、回転電機１００が機械に設置される場合に本発明を適用できる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

１００…回転電機、１１０…ケース、１１２…ケース本体、１１３…円筒部、１２１…冷媒通路（流路）、１２２Ａ…第１流出孔、１２２Ｂ…第２流出孔、１３０…ステータ、１３２…ステータコア、１３２ａ…ステータコアの端面、１３３…スロット、１３７…スロット内導体、１３８…ステータコイル、１３９…コイルエンド（スロット外導体）、１３９Ａ…溶接コイルエンド、１３９Ｂ…屈曲コイルエンド、１４０…セグメント導体、１５０…ロータ、１５２…ロータコア、１５３…冷媒通路、Ｃａ…回転中心軸、Ｄａ…溶接コイルエンドの上部コイル屈曲方向、Ｄｂ…屈曲コイルエンドの上部コイル屈曲方向、ＨＬ…水平線、Ｌ１…第１レイヤ、Ｌ２…第２レイヤ、Ｌ３…第３レイヤ、Ｌ４…第４レイヤ、ＴＭ…変速機、ＶＬ…垂直線、θａ…第１配置角度、θｂ…第２配置角度、Δθ…角度差

Claims (4)

1. 回転中心軸が水平となるように配置されるロータと、
   前記ロータと空隙を介して径方向に配置されるステータと、
   前記ステータを支持しかつ冷媒を流す流路を形成するケースと、を備え、
   前記ステータは、複数のスロットを有するステータコアと、前記ステータコアに装着されるステータコイルと、を有し、
   前記ステータコイルは、前記ステータコアの前記スロット内に配置されるスロット内導体と前記スロット外に配置されるスロット外導体と、を有し、
   前記ケースは、前記スロット外導体に向かって冷媒を流出させる第１流出孔と第２流出孔を形成し、
   前記ケースが設置された状態において、
   前記第１流出孔及び前記第２流出孔は、前記スロット外導体の上方に配置され、
   前記ステータの上部に配置される前記ステータコイルにおける前記スロット内の最も外径側に配置される前記スロット内導体に対する前記スロット外導体の屈曲方向を上部コイル屈曲方向とし、前記水平に対して垂直でありかつ前記回転中心軸を通る直線を垂直線としたとき、
   前記第１流出孔は、前記垂直線に対して前記上部コイル屈曲方向側に配置され、
   前記第２流出孔は、前記垂直線に対して前記上部コイル屈曲方向とは反対側に配置され、
   前記第１流出孔及び前記第２流出孔は、前記第１流出孔と前記回転中心軸とを結ぶ直線と前記垂直線とのなす角度である第１配置角度に比べて、前記第２流出孔と前記回転中心軸とを結ぶ直線と前記垂直線とのなす角度である第２配置角度が大きくなるように形成される、
   回転電機。
2. 請求項１に記載の回転電機において、
   前記第１流出孔及び前記第２流出孔は、前記スロット外導体の軸方向端部よりも前記ステータコアの端面に近い位置に形成される、
   回転電機。
3. 請求項１に記載の回転電機において、
   前記冷媒は、１００℃の動粘度が、４～２４[ｍｍ^２／ｓ]のオイルである、
   回転電機。
4. 請求項１に記載の回転電機において、
   前記第１配置角度と前記第２配置角度の角度差は、５度以上であって１５度以下である、
   回転電機。

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