WO2024070399A1 - 回転電機の冷却構造および回転電機 - Google Patents

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coil
cooling
passage
oil
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Inventor
拓 植松
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株式会社明電舎
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    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/12—Stationary parts of the magnetic circuit
    • H02K1/20—Stationary parts of the magnetic circuit with channels or ducts for flow of cooling medium
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K3/00—Details of windings
    • H02K3/04—Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors
    • H02K3/24—Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors with channels or ducts for cooling medium between the conductors
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K9/00—Arrangements for cooling or ventilating
    • H02K9/19—Arrangements for cooling or ventilating for machines with closed casing and closed-circuit cooling using a liquid cooling medium, e.g. oil

Definitions

  • the present invention relates to a cooling structure for a rotating electric machine and a rotating electric machine.
  • Patent Document 1 discloses a cooling structure in which a resin-impregnated pipe is placed on the inner diameter side of the coil in the slots of the stator, and a refrigerant flows from one side of the stator in the axial direction to the other side.
  • Patent Document 1 the refrigerant flows in one direction, which means that uneven cooling is likely to occur in the axial direction of the stator between the upstream and downstream sides.
  • pipes must be placed on the inner diameter side of the coil in each slot, and each pipe must be liquid-tightly connected to the flow path connection parts on both the upstream and downstream sides. For this reason, the configuration in Patent Document 1 requires a large number of assembly steps, and there is room for improvement in terms of cost.
  • the present invention was made in consideration of the above situation, and provides a cooling structure for a rotating electrical machine that is easier to assemble than conventional methods and can suppress uneven cooling in the axial direction of the stator.
  • the cooling structure of a rotating electric machine includes a stator having a plurality of slots in the circumferential direction in which coils are housed, a plurality of coil cooling passages formed in the slots on the outer periphery side of the coils and through which cooling oil for cooling the coils flows in the axial direction, a first distribution passage formed at one end of the stator and distributing the cooling oil in the circumferential direction to the coil cooling passages on one side, and a second distribution passage formed at the other end of the stator and distributing the cooling oil in the circumferential direction to the coil cooling passages on the other side.
  • the first distribution passages are each connected to a plurality of first coil cooling passages through which cooling oil flows from one side to the other side.
  • the second distribution passages are each connected to a plurality of second coil cooling passages through which cooling oil flows from the other side to one side.
  • the first coil cooling passages and the second coil cooling passages are arranged offset in the circumferential direction of the stator.
  • the slot may be covered with an insulating covering layer, and the coil cooling passage may be exposed to the covering layer and the coil inside the stator.
  • the first distribution flow path and the second distribution flow path may include a portion formed from the material of the coating layer.
  • the first distribution passage may be formed between a first annular shielding plate attached to one side of the stator and an end portion on one side of the stator
  • the second distribution passage may be formed between a second annular shielding plate attached to the other side of the stator and an end portion on the other side of the stator.
  • the first shielding plate may have a first discharge hole for discharging the cooling oil from the second coil cooling passage to one side
  • the second shielding plate may have a second discharge hole for discharging the cooling oil from the first coil cooling passage to the other side.
  • first coil cooling passages and the second coil cooling passages may be arranged alternately in the circumferential direction for each slot.
  • the cooling structure for a rotating electric machine according to the above aspect may further include a housing that houses the stator.
  • the cooling oil may be supplied to each of the first and second distribution passages through a passage formed between the housing and an outer circumferential surface of the stator.
  • a rotating electric machine according to another aspect of the present invention includes a rotor and the cooling structure for a rotating electric machine according to the above aspect.
  • a cooling structure for a rotating electrical machine that is easier to assemble than conventional methods and can suppress uneven cooling in the axial direction of the stator.
  • FIG. 1 is a perspective view showing an example of a rotating electric machine according to an embodiment of the present invention
  • 2 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 1.
  • FIG. FIG. 2 is a perspective view showing a partial cross section of a rotating electric machine
  • 5 is a diagram showing a state in which a first shielding plate is removed from FIG. 4 .
  • FIG. FIG. FIG. 7 is a partial enlarged view of the stator of FIG. 6 .
  • 4A is a cross-sectional view showing an example of the configuration of a first coil cooling passage
  • FIG. 4B is a cross-sectional view showing an example of the configuration of a second coil cooling passage.
  • an XYZ coordinate system is shown as a three-dimensional Cartesian coordinate system as appropriate.
  • the Z direction is parallel to the rotation axis.
  • the X direction is perpendicular to the Z direction, and corresponds to the direction perpendicular to the paper surface of FIG. 2.
  • the Y direction is perpendicular to both the X and Z directions, and corresponds to the up-down direction in FIG. 2.
  • the rotation axis of the rotating electric machine is indicated by the symbol Ax as necessary.
  • the circumferential direction centered on the rotation axis Ax will be simply referred to as the circumferential direction
  • the radial direction centered on the rotation axis Ax will be simply referred to as the radial direction.
  • extending in the axial direction includes not only extending strictly in the axial direction, but also extending in a direction tilted at an angle of less than 45° to the axial direction.
  • extending in the radial direction includes not only extending strictly in the radial direction, i.e., in a direction perpendicular to the axial direction, but also extending in a direction tilted at an angle of less than 45° to the radial direction.
  • parallel includes not only being strictly parallel, but also being tilted at an angle of less than 45° to each other.
  • FIG. 1 is a perspective view showing an example of a rotating electric machine of this embodiment.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line A-A in FIG. 1.
  • FIG. 3 is a perspective view of a housing main body.
  • FIG. 4 is a perspective view showing a partial cross-section of the rotating electric machine.
  • FIG. 5 is a view showing the state in which the first shielding plate has been removed from FIG. 4.
  • FIG. 6 is a front view of a rotor and a stator.
  • FIG. 7 is a partially enlarged view of the stator in FIG. 6.
  • the rotating electric machine 1 of this embodiment is an inner rotor type motor that is applied, for example, to vehicle motors, and includes a rotor 2, a shaft 3, and a stator 4.
  • the rotor 2, shaft 3, and stator 4 are housed in a housing having a housing body 11 and a housing cover 12. Both the housing body 11 and the housing cover 12 are manufactured by casting.
  • the rotor 2 is, for example, a magnet-embedded or surface magnet type rotor.
  • the core of the rotor 2 is formed by stacking multiple electromagnetic steel sheets or the like in the axial direction.
  • Multiple permanent magnets (not shown) are arranged in the core of the rotor 2 so that main poles are formed at equal intervals along the circumferential direction. Permanent magnets are arranged so that adjacent main poles in the circumferential direction of the rotor 2 have opposite polarity.
  • a shaft 3 is inserted in the center of the rotor 2 so as to pass through the core along the rotation axis Ax.
  • the stator 4 has an overall cylindrical shape and houses the rotor 2 in a central space centered on the rotation axis Ax. In other words, the stator 4 is arranged concentrically with the rotor 2 on the outer periphery of the rotor 2 with a small air gap between them.
  • the stator 4 has a stator core 5, coils 6, a stator coating layer 7, a first shielding plate 8A, and a second shielding plate 8B.
  • the stator core 5 is formed by stacking multiple electromagnetic steel sheets punched into a predetermined shape in the axial direction. As shown in FIG. 6, the stator core 5 has a yoke portion 5a formed around the entire circumference on the radial outside, and multiple teeth portions 5b extending radially inward from the inner periphery of the yoke portion 5a.
  • the multiple teeth 5b are arranged in a line at equal intervals in the circumferential direction to form a comb-like shape.
  • a slot is formed between each pair of adjacent teeth 5b.
  • a coil 6 is attached to each slot, for example by distributed winding or concentrated winding, along the outer periphery of the rotor 2.
  • the coil 6 is wound within the slot at a radial distance from the yoke portion 5a of the stator core 5.
  • the coil ends 6a of the coil 6 protrude from the stator 4 at both axial ends of the stator 4, forming a ring in the circumferential direction of the stator 4.
  • the coils 6 form magnetic poles at equal intervals along the circumferential direction of the stator 4.
  • the magnetic field of the stator 4 is switched in sequence by controlling the current of the coils 6, which generates an attractive or repulsive force between the rotor 2 and the magnetic field of the stator 4. This causes the rotor 2 and shaft 3 to rotate around the rotation axis Ax. Note that when the rotating electric machine 1 is driven, the coils 6 of the stator 4 generate heat due to the passage of current.
  • the stator coating layer 7 is formed of an insulating, non-magnetic material (e.g., thermosetting resin). As shown in FIG. 7, the stator coating layer 7 coats the surfaces of the teeth portion 5b and the yoke portion 5a in the slot in a thin film. As a result, the stator coating layer 7 in the slot serves to insulate the stator core 5 and the coil 6. The stator coating layer 7 in the slot also forms part of the first coil cooling passage 17A or the second coil cooling passage 17B described below.
  • an insulating, non-magnetic material e.g., thermosetting resin
  • the stator coating layer 7 partially covers the stator core 5 at the axial end faces on one side (left side in FIG. 2) and the other side (right side in FIG. 2) of the stator 4 in the axial direction. Specifically, the stator coating layer 7 at the axial end faces covers the radially inner portion of the yoke portion 5a and the teeth portion 5b. Also, at the positions of some of the slots, the stator coating layer 7 is cut out to form radially extending grooves 7a.
  • stator 4 In the example of Figure 5, one side of the stator 4 is shown, but the configuration of the other side of the stator 4 is the same as that of Figure 5, except that the position of the groove 7a is shifted in the circumferential direction.
  • the stator coating layer 7 formed on the axial end face on one side of the stator 4 forms part of the first distribution flow path 16A, which will be described later.
  • the stator coating layer 7 formed on the axial end face on the other side of the stator 4 forms part of the second distribution flow path 16B, which will be described later.
  • the tips of the teeth 5b and the gaps in the slots may be covered with a stator coating layer 7.
  • a first annular shielding plate 8A is attached to the outside of the stator coating layer 7.
  • the first shielding plate 8A forms part of the first distribution flow path 16A, which will be described later.
  • a second annular shielding plate 8B is attached to the outside of the stator coating layer 7.
  • the second shielding plate 8B forms part of the second distribution flow path 16B, which will be described later.
  • the first shielding plate 8A and the second shielding plate 8B are both identical in shape and cover the area from the outer periphery of the coil 6 to the outer periphery of the stator core 5 in the radial direction.
  • the first shielding plate 8A and the second shielding plate 8B have annular oil discharge holes 9 spaced apart in the circumferential direction.
  • the oil discharge holes 9 of the first shielding plate 8A and the oil discharge holes 9 of the second shielding plate 8B are each offset in position in the circumferential direction.
  • the first shielding plate 8A and the second shielding plate 8B are made of materials such as resin, metal, and ceramic.
  • the shielding plates (8A, 8B) are attached to the stator coating layer 7 by, for example, gluing or welding.
  • the housing body 11 has a cylindrical space that is open on one side and the other side in the axial direction.
  • the stator 4, rotor 2, and shaft 3 are arranged in the cylindrical space of the housing body 11.
  • the stator 4 is fitted to the inner circumference of the housing body 11 by shrink fitting, and the housing body 11 is attached so as to cover the outer peripheral surface of the stator 4.
  • a housing cover 12 having a bearing 13 is attached to one side and the other side of the housing body 11, and the openings on both sides of the housing body 11 are closed by the housing cover 12.
  • the shaft 3 is disposed passing through the housing cover 12 and is journaled on both sides of the rotor 2 via the bearings 13.
  • the housing body 11 also has an oil supply passage 14 for oil cooling the stator 4 and the coil 6.
  • the oil supply passage 14 is an oil passage through which cooling oil flows via an oil cooler and an oil pump (neither of which are shown), and is connected to an oil inlet 15 that receives the cooling oil.
  • the oil supply passage 14 is located above the stator 4 in FIG. 2, and extends radially toward the inner periphery of the housing body 11.
  • the inner peripheral surface of the housing body 11 is formed with a first groove 11a extending in the circumferential direction and a second groove 11b intersecting the first groove 11a.
  • the first groove 11a is formed in the axial center of the housing body 11 and communicates with the oil supply passage 14.
  • multiple second grooves 11b are formed in parallel at equal intervals in the circumferential direction, and extend from one end of the stator 4 to the other end.
  • the first groove 11a and the second groove 11b are blocked on the inner circumferential side by the outer circumferential surface of the stator 4, forming a flow path for the cooling oil from the oil supply passage 14.
  • the oil supplied from the oil supply passage 14 and flowing in the circumferential direction along the first groove 11a branches into each of the multiple second grooves 11b.
  • the oil flowing in the axial direction along each of the second grooves 11b is led to one end or the other end of the stator 4, respectively.
  • the area near the bottom of the housing body 11 functions as an oil pan 20 in which oil is stored.
  • the housing body 11 is provided with an oil outlet 19 that sucks out the oil stored in the oil pan 20.
  • the oil outlet 19 of the housing body 11 is connected to an oil pump.
  • a first distribution passage 16A is formed between one side of the stator 4 and the first shielding plate 8A.
  • the first distribution passage 16A extends in the circumferential direction, surrounded by the first shielding plate 8A, one side of the stator coating layer 7, one end face of the stator core 5, and the inner peripheral surface of the housing body 11.
  • the first distribution passage 16A is connected to one end of the second groove 11b, and is connected to the first coil cooling passage 17A, which will be described later, via a groove 7a extending to the inner peripheral side of the stator coating layer 7.
  • a second distribution passage 16B is formed on the other side of the stator 4, extending circumferentially between the second shielding plate 8B.
  • the second distribution passage 16B extends circumferentially, surrounded by the second shielding plate 8B, the other side stator coating layer 7, the other end face of the stator core 5, and the inner circumferential surface of the housing body 11.
  • the second distribution passage 16B is connected to the other end of the second groove 11b, and is connected to the second coil cooling passage 17B, which will be described later, via a groove 7a extending to the inner circumferential side of the stator coating layer 7.
  • each slot of the stator 4 is formed with either a first coil cooling passage 17A or a second coil cooling passage 17B extending in the axial direction.
  • the first coil cooling passage 17A and the second coil cooling passage 17B are arranged in a ring shape in the circumferential direction of the stator 4.
  • the first coil cooling passage 17A and the second coil cooling passage 17B are arranged in a predetermined pattern with a phase shift in the circumferential direction of the stator 4.
  • the first coil cooling passage 17A and the second coil cooling passage 17B are arranged alternately every other slot in the circumferential direction of the stator 4.
  • FIG. 8(a) is a cross-sectional view showing an example of the configuration of the first coil cooling passage 17A.
  • the first coil cooling passage 17A is formed on the outer periphery of the coil 6 within the slot, and faces the coil 6 and the stator coating layer 7 as shown in FIG. 7.
  • the first coil cooling passage 17A extends axially through the stator 4 and is connected to the first distribution passage 16A on one side.
  • the other side of the first coil cooling passage 17A penetrates the stator coating layer 7 on the inner periphery side of the second distribution passage 16B and is connected to the oil discharge hole 9 formed in the second shielding plate 8B.
  • FIG. 8(b) is a cross-sectional view showing an example of the configuration of the second coil cooling passage 17B.
  • the second coil cooling passage 17B is formed on the outer periphery of the coil 6 within the slot, and faces the coil 6 and the stator coating layer 7 as shown in FIG. 7.
  • the second coil cooling passage 17B extends axially through the stator 4, and is connected to the second distribution passage 16B on the other side.
  • one side of the second coil cooling passage 17B penetrates the stator coating layer 7 on the inner periphery side of the first distribution passage 16A, and is connected to the oil discharge hole 9 formed in the first shielding plate 8A.
  • Oil in the oil supply passage 14 flows circumferentially along the first groove 11a connected to the oil supply passage 14, and branches into the second groove 11b.
  • the oil flowing in the second groove 11b toward one axial side flows into the first distribution passage 16A, and the oil flowing in the second groove 11b toward the other axial side flows into the second distribution passage 16B.
  • the oil flowing in the first groove 11a and the second groove 11b comes into contact with the outer peripheral surface of the stator core 5, thereby cooling the stator 4 from the outside.
  • the oil in the first distribution passage 16A flows circumferentially within the first distribution passage 16A and is distributed to each of the multiple first coil cooling passages 17A arranged circumferentially via the grooves 7a of the first distribution passage 16A.
  • the oil flowing through each first coil cooling passage 17A flows from one side to the other within the first coil cooling passage 17A and is led to the oil discharge hole 9 of the second shielding plate 8B.
  • the oil continues to contact the coil 6 along the axial direction, thereby cooling the coil 6 facing the first coil cooling passage 17A within the stator 4.
  • the oil in the second distribution passage 16B flows circumferentially within the second distribution passage 16B and is distributed to each of the multiple second coil cooling passages 17B arranged circumferentially via the grooves 7a of the second distribution passage 16B.
  • the oil flowing through each second coil cooling passage 17B flows from the other side to one side within the second coil cooling passage and is led to the oil discharge hole 9 of the first shielding plate 8A.
  • the oil continues to contact the coil 6 along the axial direction, thereby cooling the coil 6 facing the second coil cooling passage 17B within the stator 4.
  • Oil discharged from the oil discharge hole 9 via the first coil cooling passage 17A comes into contact with the coil end 6a on the other side of the stator 4, absorbing heat, and flows downward from the coil end 6a on the other side.
  • oil discharged from the oil discharge hole 9 via the second coil cooling passage 17B comes into contact with the coil end 6a on one side of the stator 4, absorbing heat, and flows downward from the coil end 6a on one side. Then, all of the oil from each coil end 6a flows back to the oil pan 20 and is stored there. The oil in the oil pan 20 is then sent out again to the oil cooler by driving the oil pump.
  • the cooling structure of the rotating electric machine 1 of this embodiment includes a stator 4 having a plurality of slots in the circumferential direction in which the coil 6 is housed, a plurality of coil cooling passages (17A, 17B) formed on the outer periphery of the coil 6 in the slots and through which oil for cooling the coil 6 flows in the axial direction, a first distribution passage 16A that distributes the oil in the circumferential direction to the first coil cooling passage 17A on one side of the stator 4, and a second distribution passage 16B that distributes the oil in the circumferential direction to the second coil cooling passage 17B on the other side of the stator 4.
  • the first coil cooling passage 17A efficiently cools one side of the coil 6, which is the upstream side
  • the second coil cooling passage 17B efficiently cools the other side of the coil 6, which is the upstream side. Since the first coil cooling passage 17A and the second coil cooling passage 17B are arranged offset in the circumferential direction, uneven cooling between one side and the other side of the stator 4 is suppressed.
  • first coil cooling flow passage 17A and the second coil cooling flow passage 17B in this embodiment are formed on the outer periphery side of the coil 6 within the slot, and the first distribution flow passage 16A and the second distribution flow passage 16B are formed at each end in the axial direction of the stator 4. Therefore, in this embodiment, the oil flow passages can be arranged together on the outer periphery side of the coil.
  • the flow path must be provided inside the stator across the coil, which makes the assembly work of the rotating electric machine, including the arrangement of piping, complicated.
  • the inside of the slots of the stator 4 can be used as part of the oil flow path, reducing the number of parts in the cooling structure and suppressing manufacturing costs.
  • the oil comes into direct contact with the coil 6, so the coil 6 that generates heat in each slot can be efficiently cooled.
  • the number of parts in the cooling structure can be reduced and manufacturing costs can be suppressed by forming the first distribution passage 16A and the second distribution passage 16B by attaching shielding plates (8A, 8B) to the axial ends of the stator 4.
  • the cooling structure of the rotating electric machine in the above embodiment may be applied to an oil-cooled generator.
  • the use of the motor is not limited to a motor for a vehicle.
  • the rotor in the above embodiment is not limited to one having a permanent magnet, and may be, for example, a squirrel-cage rotor or a wound rotor.
  • first coil cooling passage 17A and the second coil cooling passage 17B do not have to be arranged alternately in the circumferential direction in adjacent slots.
  • first coil cooling passage 17A and the second coil cooling passage 17B may be arranged so as to be alternating every several slots in the circumferential direction.
  • the material of the stator coating layer 7 that covers the inside of the slots and the axial end faces of the stator core is not limited to resin, but may be made of other materials such as ceramic.

Landscapes

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  • Power Engineering (AREA)
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Abstract

回転電機の冷却構造は、コイルが収容されたスロットを周方向に複数有するステータと、スロット内でコイルの外周側に形成され、コイルを冷却する冷却油を軸方向に流す複数のコイル冷却流路と、ステータの一方側の端部に形成され、一方側でコイル冷却流路に冷却油を周方向に分配する第１分配流路と、ステータの他方側の端部に形成され、他方側でコイル冷却流路に冷却油を周方向に分配する第２分配流路と、を備える。第１分配流路は、一方側から他方側に冷却油を流す複数の第１コイル冷却流路にそれぞれ接続される。第２分配流路は、他方側から一方側に冷却油を流す複数の第２コイル冷却流路にそれぞれ接続される。第１コイル冷却流路と第２コイル冷却流路は、ステータの周方向にずれて配置されている。

Description

回転電機の冷却構造および回転電機
　本発明は、回転電機の冷却構造および回転電機に関する。
　従来、ステータコアに巻回されるコイルの冷却効率を高めるために、ステータのスロット内に冷媒を循環させる流路を形成した回転電機の冷却構造が提案されている。例えば、特許文献１は、ステータのスロットに樹脂で含浸されたパイプをコイル内径側に配置し、ステータの軸方向一方側から他方側に冷媒を流す冷却構造を開示している。
特開２０２１－１９２５７９号公報
　特許文献１では、冷媒が一方向に流れるため、上流側と下流側とでステータの軸方向に冷却むらが生じやすい。また、特許文献１では、各スロットのコイル内径側にそれぞれパイプを配置し、かつ上流側および下流側の両方で流路接続部品に各パイプを液密に接続する必要がある。そのため、特許文献１の構成は組立作業の工数が多く、コスト面で改善の余地がある。
　本発明は、上記の状況に鑑みてなされたものであって、従来よりも組立作業が容易で、ステータの軸方向の冷却むらを抑制できる回転電機の冷却構造を提供する。
　本発明の一態様の回転電機の冷却構造は、コイルが収容されたスロットを周方向に複数有するステータと、スロット内でコイルの外周側に形成され、コイルを冷却する冷却油を軸方向に流す複数のコイル冷却流路と、ステータの一方側の端部に形成され、一方側でコイル冷却流路に冷却油を周方向に分配する第１分配流路と、ステータの他方側の端部に形成され、他方側でコイル冷却流路に冷却油を周方向に分配する第２分配流路と、を備える。第１分配流路は、一方側から他方側に冷却油を流す複数の第１コイル冷却流路にそれぞれ接続される。第２分配流路は、他方側から一方側に冷却油を流す複数の第２コイル冷却流路にそれぞれ接続される。第１コイル冷却流路と第２コイル冷却流路は、ステータの周方向にずれて配置されている。
　上記の一態様において、スロットは、絶縁性を有する被覆層で被覆されていてもよく、コイル冷却流路は、ステータ内で被覆層とコイルに臨んでいてもよい。
　また、第１分配流路および第２分配流路は、被覆層の材料で形成された部位を含んでいてもよい。
　上記の一態様において、第１分配流路は、ステータの一方側に取り付けられた環状の第１遮蔽板と、ステータの一方側の端部の間に形成されてもよい。また、第２分配流路は、ステータの他方側に取り付けられた環状の第２遮蔽板と、ステータの他方側の端部の間に形成されてもよい。
　また、第１遮蔽板は、第２コイル冷却流路からの冷却油を一方側に吐き出す第１の吐出孔を有していてもよい。第２遮蔽板は、第１コイル冷却流路からの冷却油を他方側に吐き出す第２の吐出孔を有していてもよい。
　上記の一態様において、第１コイル冷却流路と第２コイル冷却流路は、スロットごとに周方向に交互に配置されていてもよい。
　上記の一態様の回転電機の冷却構造は、ステータを収容する筐体をさらに備えていてもよい。冷却油は、筐体とステータの外周面の間に形成された流路を介して第１分配流路および第２分配流路にそれぞれ供給されてもよい。
　また、本発明の他の態様の回転電機は、ロータと、上記の一態様の回転電機の冷却構造とを備える。
　本発明の一態様によれば、従来よりも組立作業が容易で、ステータの軸方向の冷却むらを抑制できる回転電機の冷却構造を提供できる。
本実施形態の回転電機の一例を示す斜視図である。 図１のＡ－Ａ線断面図である。 ハウジング本体の斜視図である。 回転電機の部分断面を示す斜視図である。 図４から第１遮蔽板を取り外した状態を示す図である。 ロータおよびステータの正面図である。 図６のステータの部分拡大図である。 （ａ）は第１コイル冷却流路の構成例を示す断面図であり、（ｂ）は第２コイル冷却流路の構成例を示す断面図である。
　以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
　実施形態では説明を分かり易くするため、本発明の主要部以外の構造や要素については、簡略化または省略して説明する。また、図面において、同じ要素には同じ符号を付す。なお、図面に示す各要素の形状、寸法などは模式的に示したもので、実際の形状、寸法などを示すものではない。
　図面においては、適宜３次元直交座標系としてＸＹＺ座標系を示す。ＸＹＺ座標系において、Ｚ方向は回転軸と平行な方向とする。Ｘ方向は、Ｚ方向と直交する方向であって、図２の紙面垂直方向に対応する。Ｙ方向は、Ｘ方向とＺ方向との両方と直交する方向であって、図２の上下方向に対応する。また、図面において、必要に応じて回転電機の回転軸を符号Ａｘで示す。なお、以下の説明では、回転軸Ａｘを中心とする周方向を単に周方向と称し、回転軸Ａｘを中心とする径方向を単に径方向と称する。
　また、以下の説明において、「軸方向に延びる」とは、厳密に軸方向に延びる場合に加えて、軸方向に対して、４５°未満の範囲で傾いた方向に延びる場合も含む。また、「径方向に延びる」とは、厳密に径方向、すなわち、軸方向に対して垂直な方向に延びる場合に加えて、径方向に対して、４５°未満の範囲で傾いた方向に延びる場合も含む。また「平行」とは、厳密に平行な場合に加えて、互いに成す角が４５°未満の範囲で傾いた場合も含む。
　図１は、本実施形態の回転電機の一例を示す斜視図である。図２は、図１のＡ－Ａ線断面図である。図３は、ハウジング本体の斜視図である。図４は、回転電機の部分断面を示す斜視図である。図５は、図４から第１遮蔽板を取り外した状態を示す図である。図６は、ロータおよびステータの正面図である。図７は、図６のステータの部分拡大図である。
　本実施形態の回転電機１は、一例として車両用モータなどに適用されるインナーロータ型モータであって、ロータ２と、シャフト３と、ステータ４とを備えている。ロータ２、シャフト３およびステータ４は、ハウジング本体１１およびハウジングカバー１２を有する筐体に収容されている。なお、ハウジング本体１１およびハウジングカバー１２はいずれも鋳造で製造される。
　ロータ２は、例えば磁石埋込型または表面磁石型のロータである。ロータ２の鉄心は、電磁鋼板等を軸方向に複数積層して形成される。ロータ２の鉄心には、周方向に沿って等間隔に主磁極が構成されるように複数の永久磁石（不図示）が配置される。ロータ２において周方向に隣り合う主磁極には、それぞれ逆の極性となるように永久磁石が配置される。また、ロータ２の中心には、回転軸Ａｘに沿って鉄心を貫通するようにシャフト３が嵌入されている。
　ステータ４は、全体形状が円筒状であって、回転軸Ａｘを中心とする中央の空間部分にロータ２を収容する。すなわち、ステータ４は、ロータ２の外周に僅かなエアギャップを隔ててロータ２と同心状に配置される。
　ステータ４は、ステータコア５と、コイル６と、ステータ被覆層７と、第１遮蔽板８Ａおよび第２遮蔽板８Ｂを有する。ステータコア５は、所定形状に打ち抜いた複数の電磁鋼板を軸方向に積層して形成される。図６に示すように、ステータコア５は、径方向外側で周方向全周に亘って形成されるヨーク部５ａと、ヨーク部５ａの内周側から径方向内側に延びる複数のティース部５ｂとを有する。
　複数のティース部５ｂは、櫛歯状をなすように周方向に等間隔をおいて複数並んで設けられている。また、隣り合うティース部５ｂの間には、それぞれスロットが形成される。各々のスロットには、ロータ２の外周に沿って、例えば分布巻きや集中巻きでコイル６が装着されている。コイル６は、スロット内において、ステータコア５のヨーク部５ａとは径方向に間隔をあけて巻回されている。また、図２に示すように、コイル６のコイルエンド６ａは、ステータ４の軸方向両端でそれぞれステータ４から張り出し、ステータ４の周方向に環状をなしている。
　これにより、ステータ４には、周方向に沿ってコイル６により等間隔に磁極が構成される。回転電機１においては、コイル６の電流制御でステータ４の磁界を順番に切り替えることで、ロータ２にはステータ４の磁界との吸引力または反発力が生じる。これにより、回転軸Ａｘを中心としてロータ２およびシャフト３が回転する。なお、回転電機１の駆動時には通電によってステータ４のコイル６が発熱する。
　ステータ被覆層７は、絶縁性を有し非磁性体である材料（例えば、熱硬化性樹脂）で形成される。図７に示すように、ステータ被覆層７はスロット内でティース部５ｂの表面およびヨーク部５ａの表面を薄膜状に被覆する。これにより、スロット内のステータ被覆層７は、ステータコア５とコイル６を絶縁する機能を担う。また、スロット内のステータ被覆層７は、後述する第１コイル冷却流路１７Ａまたは第２コイル冷却流路１７Ｂの一部を形成する。
　また、図５に示すように、ステータ４の軸方向の一方側（図２の左側）および他方側（図２の右側）の軸方向端面において、ステータ被覆層７は、ステータコア５を部分的に覆っている。具体的には、軸方向端面でのステータ被覆層７は、ヨーク部５ａの径方向内側の部位と、ティース部５ｂを覆っている。また、一部のスロットの位置では、ステータ被覆層７が切り欠かれて径方向に延びる溝７ａが放射状に形成されている。
　図５の例では、ステータ４の一方側を示すが、溝７ａの位置が周方向にずれる点を除きステータ４の他方側の構成も図５と同様である。ステータ４の一方側で軸方向端面に形成されるステータ被覆層７は、後述する第１分配流路１６Ａの一部を形成する。また、ステータ４の他方側で軸方向端面に形成されるステータ被覆層７は、後述する第２分配流路１６Ｂの一部を形成する。
　なお、ステータ４の径方向内側では、ティース部５ｂの先端部と、スロットの隙間がステータ被覆層７で被覆されてもよい。これにより、ロータ２の外周に臨むステータ４の内周面を、ステータ被覆層７によって軸方向から見たときに均一な円形に形成でき、回転電機１の風損を低減できる。
　また、ステータ４の軸方向の一方側には、環状の第１遮蔽板８Ａがステータ被覆層７の外側に取り付けられている。第１遮蔽板８Ａは、後述する第１分配流路１６Ａの一部を形成する。また、ステータ４の軸方向の他方側には、環状の第２遮蔽板８Ｂがステータ被覆層７の外側に取り付けられている。第２遮蔽板８Ｂは、後述する第２分配流路１６Ｂの一部を形成する。
　第１遮蔽板８Ａおよび第２遮蔽板８Ｂは、いずれも同一形状であり、径方向においてコイル６の外周側からステータコア５の外周までの部位を覆っている。また、第１遮蔽板８Ａおよび第２遮蔽板８Ｂには、周方向に間隔をおいてオイル吐出孔９が環状に形成されている。第１遮蔽板８Ａのオイル吐出孔９と、第２遮蔽板８Ｂのオイル吐出孔９は、それぞれ周方向に位置がずれている。
　第１遮蔽板８Ａおよび第２遮蔽板８Ｂは、樹脂、金属、セラミックなどの材料で形成される。また、ステータ被覆層７に対する遮蔽板（８Ａ，８Ｂ）の取り付けは、例えば接着や溶着などで行われる。
　ハウジング本体１１は、図３に示すように、軸方向の一方側および他方側が開口した円筒状の空間を有する。ハウジング本体１１の円筒状の空間内には、ステータ４、ロータ２およびシャフト３が配置される。ステータ４はハウジング本体１１の内周に焼き嵌めで嵌合され、ハウジング本体１１はステータ４の外周面を覆うように取り付けられる。
　ハウジング本体１１の一方側および他方側には、それぞれ軸受１３を有するハウジングカバー１２が取り付けられ、ハウジングカバー１２によりハウジング本体１１の両側の開口が塞がれる。シャフト３は、ハウジングカバー１２を貫通して配置され、軸受１３を介してロータ２の両側で軸支されている。
　また、ハウジング本体１１は、ステータ４およびコイル６を油冷するための給油路１４を有する。給油路１４は、オイルクーラおよびオイルポンプ（いずれも不図示）を経由した冷却油が流れる油路であって、冷却油を受けるオイル入口１５と接続されている。給油路１４は、図２においてステータ４よりも上側に配置され、ハウジング本体１１の内周側に向けて径方向に延びている。
　ハウジング本体１１の内周面には、周方向に延びる第１の溝１１ａと、第１の溝１１ａと交差する第２の溝１１ｂが形成されている。第１の溝１１ａは、ハウジング本体１１の軸方向中央部に形成され、給油路１４と連通している。また、第２の溝１１ｂは、周方向に等間隔をおいて平行に複数形成され、ステータ４の一方側の端部から他方側の端部まで延びている。
　第１の溝１１ａおよび第２の溝１１ｂは、ステータ４の外周面で内周側が塞がれて給油路１４からの冷却油を流す流路を形成する。給油路１４から供給されて第１の溝１１ａに沿って周方向に流れるオイルは、複数の第２の溝１１ｂにそれぞれ分岐する。また、各々の第２の溝１１ｂに沿って軸方向に流れるオイルは、ステータ４の一方側の端部または他方側の端部にそれぞれ導かれる。
　ハウジング本体１１の底面近傍は、オイルが貯留されるオイルパン２０として機能する。ハウジング本体１１にはオイルパン２０に貯留されたオイルを吸い出すオイル出口１９が設けられている。ハウジング本体１１のオイル出口１９は、オイルポンプと接続されている。
　また、ステータ４の一方側には、第１遮蔽板８Ａとの間に第１分配流路１６Ａが形成されている。第１分配流路１６Ａは、第１遮蔽板８Ａ、一方側のステータ被覆層７、ステータコア５の一方側の端面およびハウジング本体１１の内周面に囲まれて周方向に延びている。第１分配流路１６Ａは、第２の溝１１ｂの一方側の端部に接続され、ステータ被覆層７の内周側に延びる溝７ａを介して、後述する第１コイル冷却流路１７Ａに接続されている。
　同様に、ステータ４の他方側には第２遮蔽板８Ｂとの間に周方向に延びる第２分配流路１６Ｂが形成されている。第２分配流路１６Ｂは、第２遮蔽板８Ｂ、他方側のステータ被覆層７、ステータコア５の他方側の端面およびハウジング本体１１の内周面に囲まれて周方向に延びている。第２分配流路１６Ｂは、第２の溝１１ｂの他方側の端部に接続され、ステータ被覆層７の内周側に延びる溝７ａを介して、後述する第２コイル冷却流路１７Ｂに接続されている。
　図６に示すように、ステータ４の各スロットには、それぞれ軸方向に延びる第１コイル冷却流路１７Ａまたは第２コイル冷却流路１７Ｂのいずれかが形成される。第１コイル冷却流路１７Ａおよび第２コイル冷却流路１７Ｂは、ステータ４の周方向に環状をなすように配置されている。そして、第１コイル冷却流路１７Ａと第２コイル冷却流路１７Ｂは、ステータ４の周方向に位相をずらして所定のパターンで配置されている。例えば、第１コイル冷却流路１７Ａおよび第２コイル冷却流路１７Ｂは、ステータ４の周方向において１スロットおきに交互に配置されている。
　図８（ａ）は、第１コイル冷却流路１７Ａの構成例を示す断面図である。第１コイル冷却流路１７Ａは、スロット内でコイル６の外周側に形成され、図７に示すようにコイル６とステータ被覆層７に臨んでいる。図８（ａ）に示すように、第１コイル冷却流路１７Ａは、ステータ４を貫通して軸方向に延び、一方側で第１分配流路１６Ａに接続されている。また、第１コイル冷却流路１７Ａの他方側は、第２分配流路１６Ｂよりも内周側のステータ被覆層７を貫通し、第２遮蔽板８Ｂに形成されたオイル吐出孔９に接続されている。
　図８（ｂ）は、第２コイル冷却流路１７Ｂの構成例を示す断面図である。第２コイル冷却流路１７Ｂは、スロット内でコイル６の外周側に形成され、図７に示すようにコイル６とステータ被覆層７に臨んでいる。図８（ｂ）に示すように、第２コイル冷却流路１７Ｂは、ステータ４を貫通して軸方向に延び、他方側で第２分配流路１６Ｂに接続されている。また、第２コイル冷却流路１７Ｂの一方側は、第１分配流路１６Ａよりも内周側のステータ被覆層７を貫通し、第１遮蔽板８Ａに形成されたオイル吐出孔９に接続されている。
　次に、本実施形態の回転電機１におけるオイルの流れについて説明する。
　回転電機１において、ハウジング本体１１のオイルパン２０に貯留されたオイルは、オイルポンプの駆動によりオイル出口１９から吸い出され、オイルクーラで冷却される。オイルクーラで冷却されたオイルは、オイル入口１５からハウジング本体１１の上側に位置する給油路１４に送出される。
　給油路１４のオイルは、給油路１４に接続された第１の溝１１ａに沿って周方向に流れ、第２の溝１１ｂにそれぞれ分岐する。そして、軸方向の一方側に向けて第２の溝１１ｂを流れるオイルは第１分配流路１６Ａに流入し、軸方向の他方側に向けて第２の溝１１ｂを流れるオイルは第２分配流路１６Ｂに流入する。また、第１の溝１１ａおよび第２の溝１１ｂを流れるオイルはステータコア５の外周面と接触し、これによりステータ４が外側から冷却される。
　第１分配流路１６Ａのオイルは、第１分配流路１６Ａ内を周方向に流れ、第１分配流路１６Ａの溝７ａを介して周方向に配置された複数の第１コイル冷却流路１７Ａにそれぞれ分配される。各々の第１コイル冷却流路１７Ａを流れるオイルは、第１コイル冷却流路１７Ａ内を一方側から他方側に流れ、第２遮蔽板８Ｂのオイル吐出孔９に導かれる。第１コイル冷却流路１７Ａでは、軸方向に沿ってオイルがコイル６と接触し続け、これによりステータ４内で第１コイル冷却流路１７Ａに臨むコイル６が冷却される。
　一方、第２分配流路１６Ｂのオイルは、第２分配流路１６Ｂ内を周方向に流れ、第２分配流路１６Ｂの溝７ａを介して周方向に配置された複数の第２コイル冷却流路１７Ｂにそれぞれ分配される。各々の第２コイル冷却流路１７Ｂを流れるオイルは、第２コイル冷却流路内を他方側から一方側に流れ、第１遮蔽板８Ａのオイル吐出孔９に導かれる。第２コイル冷却流路１７Ｂでは、軸方向に沿ってオイルがコイル６と接触し続け、これによりステータ４内で第２コイル冷却流路１７Ｂに臨むコイル６が冷却される。
　第１コイル冷却流路１７Ａを経てオイル吐出孔９から吐出されるオイルは、ステータ４の他方側のコイルエンド６ａと接触して熱を奪いつつ、他方側のコイルエンド６ａから下側に流れる。同様に、第２コイル冷却流路１７Ｂを経てオイル吐出孔９から吐出されるオイルは、ステータ４の一方側のコイルエンド６ａと接触して熱を奪いつつ、一方側のコイルエンド６ａから下側に流れる。そして、各コイルエンド６ａからのオイルは、いずれもオイルパン２０に還流して貯留される。そして、オイルパン２０のオイルは、オイルポンプの駆動によってオイルクーラに向けて再び送出される。
　以上のように、本実施形態の回転電機１の冷却構造は、コイル６が収容されたスロットを周方向に複数有するステータ４と、スロット内でコイル６の外周側に形成され、コイル６を冷却するオイルを軸方向に流す複数のコイル冷却流路（１７Ａ、１７Ｂ）と、ステータ４の一方側で第１コイル冷却流路１７Ａにオイルを周方向に分配する第１分配流路１６Ａと、ステータ４の他方側で第２コイル冷却流路１７Ｂにオイルを周方向に分配する第２分配流路１６Ｂと、を備えている。第１コイル冷却流路１７Ａでは上流側であるコイル６の一方側が効率的に冷却され、第２コイル冷却流路１７Ｂでは上流側であるコイル６の他方側が効率的に冷却される。第１コイル冷却流路１７Ａと第２コイル冷却流路１７Ｂは周方向にずれて配置されているため、ステータ４では一方側と他方側の冷却むらが抑制される。
　また、本実施形態の第１コイル冷却流路１７Ａおよび第２コイル冷却流路１７Ｂは、スロット内でコイル６の外周側に形成され、第１分配流路１６Ａと第２分配流路１６Ｂは、ステータ４の軸方向の各端部にそれぞれ形成される。そのため、本実施形態では、コイルの外周側にオイルの流路をまとめて配置できる。
　例えば、従来のようにコイルの内周側に冷媒の流路を設ける場合、コイルを跨いでステータの内側に流路を設けるため、配管の配置も含めて回転電機の組立作業が煩雑となる。これに対し、本実施形態の構成では、コイルの径方向内側にオイルを導く流路を形成しなくて済むので、回転電機１の組立作業が容易となる。
　また、本実施形態の構成では、ステータ４のスロット内をオイルの流路の一部として利用できるので冷却構造の部品点数が低減し、製造コストを抑制できる。また、第１コイル冷却流路１７Ａおよび第２コイル冷却流路１７Ｂでは、コイル６にオイルが直接接触するので、各スロットの発熱するコイル６をそれぞれ効率よく冷却できる。
　さらに、本実施形態の構成では、ステータ４の軸方向端部に遮蔽板（８Ａ，８Ｂ）を取り付けで第１分配流路１６Ａや第２分配流路１６Ｂを形成することでも、冷却構造の部品点数が低減し、製造コストを抑制できる。
　本発明は、上記実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の改良並びに設計の変更を行ってもよい。
　例えば、上記実施形態では回転電機の一例としてモータの構成例を説明したが、上記実施形態の回転電機の冷却構造は油冷型の発電機に適用されてもよい。また、モータの用途は車両用モータに限定されるものではない。また、上記実施形態のロータは、永久磁石を有するものに限定されず、例えば、かご型回転子や巻線型回転子などであってもよい。
　また、上記実施形態において、第１コイル冷却流路１７Ａ，第２コイル冷却流路１７Ｂは、隣り合うスロットで周方向に交互に配置されていなくてもよい。例えば、第１コイル冷却流路１７Ａ，第２コイル冷却流路１７Ｂは、周方向において複数のスロットおきに入れ替わるように配置されてもよい。
　また、上記実施形態において、スロット内やステータコアの軸方向端面を被覆するステータ被覆層７の材料は樹脂に限定されず、例えばセラミックなどの他の材料で構成されていてもよい。
　加えて、今回開示された実施形態は、全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
１…回転電機、２…ロータ、３…シャフト、４…ステータ、５…ステータコア、５ａ…ヨーク部、５ｂ…ティース部、６…コイル、６ａ…コイルエンド、７…ステータ被覆層、７ａ…溝、８Ａ…第１遮蔽板、８Ｂ…第２遮蔽板、９…オイル吐出孔、１１…ハウジング本体、１１ａ…第１の溝、１１ｂ…第２の溝、１２…ハウジングカバー、１３…軸受、１４…給油路、１５…オイル入口、１６Ａ…第１分配流路、１６Ｂ…第２分配流路、１７Ａ…第１コイル冷却流路、１７Ｂ…第２コイル冷却流路、１９…オイル出口、２０…オイルパン

Claims (8)

  1. 　コイルが収容されたスロットを周方向に複数有するステータと、
    　前記スロット内で前記コイルの外周側に形成され、前記コイルを冷却する冷却油を軸方向に流す複数のコイル冷却流路と、
    　前記ステータの一方側の端部に形成され、前記一方側で前記コイル冷却流路に前記冷却油を前記周方向に分配する第１分配流路と、
    　前記ステータの他方側の端部に形成され、前記他方側で前記コイル冷却流路に前記冷却油を前記周方向に分配する第２分配流路と、を備え、
    　前記第１分配流路は、前記一方側から前記他方側に前記冷却油を流す複数の第１コイル冷却流路にそれぞれ接続され、
    　前記第２分配流路は、前記他方側から前記一方側に前記冷却油を流す複数の第２コイル冷却流路にそれぞれ接続され、
    　前記第１コイル冷却流路と前記第２コイル冷却流路は、前記ステータの周方向にずれて配置されている
    回転電機の冷却構造。
  2. 　前記スロットは、絶縁性を有する被覆層で被覆され、
    　前記コイル冷却流路は、前記ステータ内で前記被覆層と前記コイルに臨む
    請求項１に記載の回転電機の冷却構造。
  3. 　前記第１分配流路および前記第２分配流路は、前記被覆層の材料で形成された部位を含む
    請求項２に記載の回転電機の冷却構造。
  4. 　前記第１分配流路は、前記ステータの前記一方側に取り付けられた環状の第１遮蔽板と、前記ステータの前記一方側の端部の間に形成され、
    　前記第２分配流路は、前記ステータの前記他方側に取り付けられた環状の第２遮蔽板と、前記ステータの前記他方側の端部の間に形成される
    請求項１に記載の回転電機の冷却構造。
  5. 　前記第１遮蔽板は、前記第２コイル冷却流路からの前記冷却油を前記一方側に吐き出す第１の吐出孔を有し、
    　前記第２遮蔽板は、前記第１コイル冷却流路からの前記冷却油を前記他方側に吐き出す第２の吐出孔を有する
    請求項４に記載の回転電機の冷却構造。
  6. 　前記第１コイル冷却流路と前記第２コイル冷却流路は、前記スロットごとに前記周方向に交互に配置されている
    請求項１に記載の回転電機の冷却構造。
  7. 　前記ステータを収容する筐体をさらに備え、
    　前記冷却油は、前記筐体と前記ステータの外周面の間に形成された流路を介して前記第１分配流路および前記第２分配流路にそれぞれ供給される
    請求項１に記載の回転電機の冷却構造。
  8. 　ロータと、
    　請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の回転電機の冷却構造と、
    を備える回転電機。
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