ディスク型回転電機のステータ冷却構造
【課題】 冷媒の粘性抵抗による動力損失を避けながら、コイルやステータコアの絶縁劣化による信頼性の低下を防止することができるディスク型回転電機のステータ冷却構造を提供すること。
【解決手段】 永久磁石９を配置したロータ２と、ステータコア１１が円周上に複数配置されたステータ３と、を備え、前記ロータ２と前記ステータ３が軸方向に配設されたディスク型回転電機において、前記ステータ３は、ステータコア１１と、コイル１２と、前記ステータコア１１の周囲に配置される絶縁部材１３と、を有し、前記絶縁部材１３の一部に冷媒通路２０を設けた。
【解決手段】 永久磁石９を配置したロータ２と、ステータコア１１が円周上に複数配置されたステータ３と、を備え、前記ロータ２と前記ステータ３が軸方向に配設されたディスク型回転電機において、前記ステータ３は、ステータコア１１と、コイル１２と、前記ステータコア１１の周囲に配置される絶縁部材１３と、を有し、前記絶縁部材１３の一部に冷媒通路２０を設けた。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ステータとロータが軸方向に対向配置されるディスク型回転電機のステータ冷却構造の技術分野に属する。
【背景技術】
【０００２】
永久磁石をロータ内部に埋め込んだ埋込磁石同期モータ（IPMSM：Interior Permanent Magnet Synchronus Motor）や永久磁石をロータ表面に張り付けた表面磁石同期モータ（SPMSM：Surface Permanent Magnet Synchronus Motor）は、損失が少なく、効率が良く、出力が大きい（マグネットトルクのほかにリラクタンストルクも利用できる）等の理由により、電気自動車用モータやハイブリッド車用モータ等の用途にその応用範囲を拡大している。
【０００３】
このような永久磁石同期モータであって、ステータとロータとを軸方向に対向配置することで回転軸と平行な回転磁界を発生するディスク型モータは、薄型化が可能であり、レイアウトに制限がある用途に使用されている。このディスク型モータの冷却方式としては、一般的に空冷方式が用いられているが、モータケース内に油（冷媒）を導入し、モータケース内を冷媒で満たすものも知られている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平１０−２４３６１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来のディスク型モータにあっては、その内部に冷却用の液体が満たされており、コイルやロータは、冷却用液体に常に接触している構造となっているため、コイルやステータコアの絶縁劣化などを発生するおそれがあり、モータ信頼性が低下する、という問題があった。また、冷却用液体に満たされた状態でロータが回転するため、冷却用液体の粘性抵抗による動力損失が避けられない、という問題もあった。
【０００５】
本発明は、上記問題に着目してなされたもので、冷媒の粘性抵抗による動力損失を避けながら、コイルやステータコアの絶縁劣化による信頼性の低下を防止することができるディスク型回転電機のステータ冷却構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明では、永久磁石を配置したロータと、ステータコアが円周上に複数配置されたステータと、を備え、前記ロータと前記ステータが軸方向に配設されたディスク型回転電機において、
前記ステータは、ステータコアと、コイルと、前記ステータコアの周囲または前記コイルの周囲に配置される絶縁部材と、を有し、前記絶縁部材の一部に冷媒通路を設けた。
【発明の効果】
【０００７】
よって、本発明のディスク型回転電機のステータ冷却構造にあっては、コイルを冷却する冷媒は、発熱体であるコイルが隣り合って存在するステータコア間に配置された密閉されたコア間冷媒路の中を流れるので、コイルを効果的に冷却することが可能である。また、コイルを冷却する冷媒は、密閉されたコイル冷媒路の中を流れ、ロータとステータとのエアギャップ等には流れ込まないので、フリクションを増加させることはない。この結果、冷媒の粘性抵抗による動力損失を避けながら、コイルやステータコアの絶縁劣化による信頼性の低下を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明のディスク型回転電機のステータ冷却構造を実施するための最良の形態を、図面に示す実施例１〜実施例４に基づいて説明する。
【実施例１】
【０００９】
まず、全体構成を説明する。
図１は実施例１のステータ冷却構造が適用された１ロータ・２ステータによるディスク型回転電機を示す全体断面図である。
【００１０】
実施例１のディスク型回転電機は、回転軸１と、ロータ２と、ステータ３，３と、回転電機ケース４（ケース）と、を備えていて、前記回転電機ケース４は、フロント側サイドケース４ａと、リヤ側サイドケース４ｂと、両サイドケース４ａ，４ｂにボルト結合された外周ケース４ｃにより構成されている。
【００１１】
前記回転軸１は、フロント側サイドケース４ａに設けられた第１軸受け５とリヤ側サイドケース４ｂに設けられた第２軸受け６によって回転自在に支持されている。
【００１２】
前記ロータ２は、前記回転軸１に固定され、ステータ３，３から与えられる回転磁束に対し、永久磁石９，９に反力を発生させ、回転軸１を中心に回転するように、回転軸１に固定された電磁鋼鈑（強磁性体）によるロータベース８と、前記ステータ３，３との対向面に埋め込まれた複数の永久磁石９，９と、を有して構成されている。前記複数の永久磁石９，９は、隣接する表面磁極（Ｎ極，Ｓ極）が、互いに相違するよう配置されている。ここで、ロータ２とステータ３，３の間にはエアギャップ１０，１０と呼ばれる隙間が存在し、互いに接触することはない。
【００１３】
前記ステータ３，３は、前記フロント側サイドケース４ａとリヤ側サイドケース４ｂとにそれぞれ固定され、ステータコア１１と、コイル１２と、絶縁部材１３と、を有して構成されている。前記コイル１２は、絶縁部材１３を介し、ステータコア１１に集中巻きされる。また、ステータコア１１，１１は、フロント側サイドケース４ａとリヤ側サイドケース４ｂとにそれぞれ固定されている。
【００１４】
次に、実施例１のステータ冷却構造を図１〜図３に基づき説明する。図２は実施例１のステータ冷却構造が適用されたステータを示す縦断正面図、図３は実施例１のステータ冷却構造が適用された図２のＡ−Ａ線によるステータを示す縦断側面図である。
実施例１のステータ冷却構造は、前記ステータコア１１の周囲に配置される絶縁部材１３の一部に冷媒通路２０を設けることで構成される。前記冷媒通路２０は、非磁性材料による冷媒パイプ２１を絶縁部材１３に埋め込むことにより設けられる。
【００１５】
前記冷媒パイプ２１は、図３に示すように、両端部を絶縁部材１３から突出させて絶縁部材１３に対し埋め込み、前記突出した冷媒パイプ２１の両端部を、フロント側サイドケース４ａとリヤ側サイドケース４ｂに形成した冷媒供給路と冷媒排出路に接続した。
【００１６】
前記フロント側サイドケース４ａとリヤ側サイドケース４ｂには、それぞれフロント側エンドプレート２２ａとリヤ側エンドプレート２２ｂを固定し、両エンドプレート２２ａ，２２ｂのそれぞれに、冷媒入口ポート２３と冷媒出口ポート２４とを設定した。
【００１７】
前記フロント側サイドケース４ａとリヤ側サイドケース４ｂに、前記冷媒入口ポート２３から冷媒を供給する環状の冷媒供給ジャケット２５と、前記冷媒出口ポート２４へと冷媒を排出する環状の冷媒排出ジャケット２６と、該冷媒排出ジャケット２６に連通する軸方向の排出用冷媒通路２７と、を形成している。
【００１８】
前記冷媒パイプ２１は、突出した冷媒パイプ２１の両端部のうち、一端部を前記両サイドケース４ａ，４ｂのそれぞれに形成した冷媒供給ジャケット２５に接続し、他端部を前記両サイドケース４ａ，４ｂのそれぞれに固定した冷媒連通部材２８に接続した。
【００１９】
前記冷媒連通部材２８は、前記冷媒パイプ２１に形成した冷媒通路２０と、前記両サイドケース４ａ，４ｂに形成した排出用冷媒通路２７及び冷媒排出ジャケット２６とに連通し、冷媒の流れ方向をロータ２との対向付近位置で径方向に変える冷媒返送通路２９を有する。
【００２０】
前記ステータコア１１は、図２に示すように、周方向幅の狭い電磁鋼鈑を内側から積層し、途中で周方向幅の広い電磁鋼鈑を積層することで、回転軸１に直交する断面形状がＴ字形状としている。
【００２１】
前記絶縁部材１３，１３は、図２に示すように、回転軸１に直交する断面形状が、Ｔ字断面の前記ステータコア１１にコイル１２を巻き回した際に形成される一対の直角三角形状である。
【００２２】
前記冷媒パイプ２１，２１は、図２および図３に示すように、一対の三角断面による絶縁部材１３，１３のそれぞれに対し、軸方向に貫通させて埋め込み設定している。なお、冷媒のシールは、図１に示すように、必要箇所にＯ−リングを設定することで確保している。
【００２３】
次に、作用を説明する。
まず、高出力による回転電機の連続運転を行うと、銅損や鉄損によりステータにおいて熱を発生し、コイルの温度が時間の経過と共に上昇する。加えて、ロータ上の永久磁石は、磁石内部にうず電流が誘起されることによる発熱があり、回転電機内の雰囲気温度も高いものとなる。このため、高出力による連続運転を確保するには、ステータを冷却する必要がある。
【００２４】
この対策として、回転電機で一般的な空冷を採用した場合、抜熱性能が悪いため、高出力の回転電機では、コイルの温度が上昇してしまい、連続出力時間が短くなってしまう。一方、冷却方式として回転電機内に冷媒を導入するものでは（例えば、特開平１０−２４３６１７号公報）、冷媒に満たされた状態でロータが回転するため、冷媒の粘性抵抗による動力損失が避けられないし、また、コイルやロータが常に冷媒に接触している構造となっているため、コイルやステータコアが絶縁劣化し、信頼性を低下させてしまう。
【００２５】
これに対し、実施例１のステータ冷却構造では、ステータコア１１の周囲に配置される絶縁部材１３を利用し、絶縁部材１３の一部に冷媒通路２０を設けることで、冷媒の粘性抵抗による動力損失を避けながら、コイル１２やステータコア１１の絶縁劣化による信頼性の低下を防止し、冷却効率を向上させた結果、連続出力を大幅に増加させた。
【００２６】
実施例１のステータ冷却作用を説明すると、まず、冷媒は冷媒入口ポート２３から環状の冷媒供給ジャケット２５に供給され、この冷媒供給ジャケット２５から各冷媒パイプ２１の冷媒通路２０に導かれ、ステータ３を冷却する。つまり、コイル１２の銅損による熱がコイル１２に接触する絶縁部材１３へ伝達されると共に、ステータコア１１の鉄損による熱がステータコア１１に接触する絶縁部材１３へ伝達されることで、絶縁部材１３が高温となる。一方、絶縁部材１３は冷媒パイプ２１の外周面に密着することで、高温となった絶縁部材１３の熱を、冷媒パイプ２１内を軸方向に流れる冷媒により抜くという抜熱作用によりステータ３が冷却される。
【００２７】
そして、冷媒通路２０を経過した冷媒は、冷媒返送通路２９→排出用冷媒通路２７→冷媒排出ジャケット２６→冷媒出口ポート２４を通って外部に排出される。なお、冷媒返送通路２９は、ステータ３のロータ２に近い位置の径方向に配置され、排出用冷媒通路２７は、ステータ３に近接する内周位置に配置されることから、冷媒返送通路２９と排出用冷媒通路２７とを流れる冷媒によっても、ステータ３の熱を抜く抜熱作用が発揮されることになる。
【００２８】
上記のように、実施例１のステータ冷却構造は、絶縁部材１３の一部に冷媒通路２０を設けた構造であり、冷媒がコイル１２やステータコア１１に直接接触することがないので、絶縁劣化による信頼性の低下を防止できる。
【００２９】
しかも、絶縁部材１３に非磁性材料による冷媒パイプ２１を埋め込んで冷媒通路２０を設けた構成としたので、冷媒が絶縁部材１３に浸透してコイル１２やステータコア１１に接触することによる絶縁劣化をも確実に避けることができる。言い換えれば、冷媒や絶縁部材１３の選択の自由度が向上する。また、冷媒パイプ２１を非磁性材料としたので、ロータ２の回転によるループ電流の発生も防止できる。
【００３０】
さらに、冷媒は、ステータコア１１のケース取付け面側から供給され、ロータ２との対向面付近で排出され、ケース内の排出用冷媒通路２７に戻される構造としたので、外部冷却システム（図示せず）によって冷やされた冷媒が、まず、コイル１２やステータコア１１の抜熱を行なうので、冷却効果が高い。
【００３１】
次に、効果を説明する。
実施例１のディスク型回転電機のステータ冷却構造にあっては、下記に列挙する効果を得ることができる。
【００３２】
(1) 永久磁石９を配置したロータ２と、ステータコア１１が円周上に複数配置されたステータ３と、を備え、前記ロータ２と前記ステータ３が軸方向に配設されたディスク型回転電機において、前記ステータ３は、ステータコア１１と、コイル１２と、前記ステータコア１１の周囲に配置される絶縁部材１３と、を有し、前記絶縁部材１３の一部に冷媒通路２０を設けたため、冷媒の粘性抵抗による動力損失を避けながら、コイル１２やステータコア１１の絶縁劣化による信頼性の低下を防止することができる。
【００３３】
(2) 前記冷媒通路２０は、非磁性材料による冷媒パイプ２１を絶縁部材１３に埋め込むことにより設けたため、絶縁劣化の確実な回避により、冷媒や絶縁部材１３の選択自由度を向上させることができると共に、ロータ２の回転によるループ電流の発生を防止することができる。
【００３４】
(3) 前記冷媒パイプ２１は、両端部を絶縁部材１３から突出させて絶縁部材１３に対し埋め込み、前記突出した冷媒パイプ２１の両端部を、フロント側サイドケース４ａとリヤ側サイドケース４ｂに形成した冷媒供給路と冷媒排出路に接続したため、外部冷却システムによって冷やされた冷媒が、まず、コイル１２やステータコア１１の抜熱を行なうので、高いステータ冷却効果を得ることができる。
【００３５】
(4) 前記フロント側サイドケース４ａとリヤ側サイドケース４ｂに、冷媒を供給する環状の冷媒供給ジャケット２５と、冷媒を排出する環状の冷媒排出ジャケット２６と、該冷媒排出ジャケット２６に連通する軸方向の排出用冷媒通路２７と、を形成し、前記冷媒パイプ２１は、突出した冷媒パイプ２１の両端部のうち、一端部を前記両サイドケース４ａ，４ｂのそれぞれに形成した冷媒供給ジャケット２５に接続し、他端部を前記両サイドケース４ａ，４ｂのそれぞれに固定した冷媒連通部材２８に接続し、前記冷媒連通部材２８は、前記冷媒パイプ２１に形成した冷媒通路２０と、前記両サイドケース４ａ，４ｂに形成した排出用冷媒通路２７及び冷媒排出ジャケット２６とに連通し、冷媒の流れ方向をロータ２との対向付近位置で径方向に変える冷媒返送通路２９を有するため、３分割構造の回転電機ケース４のうち、両サイドケース４ａ，４ｂに排出用冷媒通路２７を形成する部分を軸方向に一体に突出することで、冷媒をステータコア１１のケース取付け面側から供給してケース内の排出用冷媒通路２７に戻す構造を容易に得ることができる。
【００３６】
(5) 前記ステータコア１１は、回転軸１に直交する断面形状がＴ字形状であり、前記絶縁部材１３，１３は、回転軸１に直交する断面形状が、Ｔ字断面の前記ステータコア１１にコイル１２を巻き回した際に形成される一対の直角三角形状であり、前記冷媒パイプ２１，２１は、一対の三角断面による絶縁部材１３，１３のそれぞれに対し、軸方向に貫通させて埋め込み設定したため、１組のステータコア１１とコイル１２に対し２本の冷媒パイプ２１，２１により、高い抜熱効果でのステータ冷却を行うことができる。
【実施例２】
【００３７】
実施例２は、回転電機ケースを２分割とし、ステータ外周側の冷却に重点を置いた例である。
【００３８】
構成を説明すると、図４は実施例２のステータ冷却構造が適用された１ロータ・２ステータによるディスク型回転電機を示す全体断面図である。
【００３９】
実施例２のディスク型回転電機は、回転軸１と、ロータ２と、ステータ３，３と、回転電機ケース４（ケース）と、を備えていて、前記回転電機ケース４は、一対の第１ケース４ｄと第２ケース４ｅによる２分割構造とされている。なお、他の構造は、図１に示す実施例１のディスク型回転電機と同様であるので、対応する構成に同一符合を付して説明を省略する。
【００４０】
次に、実施例２のステータ冷却構造を図４〜図６に基づき説明する。図５は実施例２のステータ冷却構造が適用されたステータを示す縦断正面図、図６は実施例２のステータ冷却構造が適用された図５のＢ−Ｂ線によるステータを示す縦断側面図である。
実施例２のステータ冷却構造は、前記ステータコア１１の周囲に配置される絶縁部材１３の一部に、冷媒パイプ２１を絶縁部材１３に埋め込むことにより、冷媒通路２０を設けることで構成される点では実施例１と同様である。
【００４１】
前記ステータコア１１は、図５に示すように、周方向幅が徐々に広くなる電磁鋼鈑を内側から積層し、途中から同じ周方向幅の電磁鋼鈑を積層することで、回転軸１に直交する断面形状が逆台形状としている。
【００４２】
前記絶縁部材１３は、図５および図６に示すように、ステータコア１１の逆台形断面形状の外径側長辺上に設けられ、回転軸１に直交する断面形状が、逆台形断面の前記ステータコア１１にコイル１２を鋭角による曲げが無く巻き回しができるように設定された半円形状である。
【００４３】
前記冷媒パイプ２１は、図５および図６に示すように、半円形断面の絶縁部材１３の中央部に対し、軸方向に貫通させて埋め込み設定している。なお、他の構成は実施例１のステータ冷却構造と同様であるので説明を省略する。
【００４４】
次に、実施例２でのコイル冷却作用を説明すると、冷媒入口ポート２３から環状の冷媒供給ジャケット２５に供給された冷媒は、実施例１と同様に、冷媒通路２０→冷媒返送通路２９→排出用冷媒通路２７→冷媒排出ジャケット２６→冷媒出口ポート２４を通って外部に排出される。
【００４５】
ここで、実施例１では、冷媒返送通路２９により冷媒が内側方向に移行するのに対し、実施例２では、冷媒返送通路２９により冷媒が外側方向に移行する。加えて、実施例２では、ステータコア１１の外径部に設定された絶縁部材１３に冷媒パイプ２１に埋め込み設定されているため、ステータ冷却作用としては、高温となりやすいステータ外周側の冷却に重点を置いたものとなる。なお、他の作用は、実施例１と同様である。
【００４６】
次に、効果を説明すると、実施例２のディスク型回転電機のステータ冷却構造にあっては、実施例１の(1)〜(4)の効果に加え、下記の効果を得ることができる。
【００４７】
(6) 前記ステータコア１１は、回転軸１に直交する断面形状が逆台形状であり、前記絶縁部材１３は、ステータコア１１の逆台形断面形状の外径側長辺上に設けられ、回転軸１に直交する断面形状が半円形状であり、前記冷媒パイプ２１は、前記絶縁部材１３に対して軸方向に貫通させて埋め込み設定したため、ステータ外周側のコイル１２およびステータコア１１を高い冷却効果により冷却することができる。
【実施例３】
【００４８】
実施例３は、冷媒パイプとして、断面形状が円形ではなく、円形以外の異形断面形状によるパイプを用いた例である。
【００４９】
すなわち、実施例３の第１例では、図７(a)に示すように、前記ステータコア１１は、回転軸１に直交する断面形状がＴ字形状であり、前記絶縁部材１３，１３は、Ｔ字断面のステータコア１１にコイル１２を巻き回した際にコア外周部に形成される一対の直角断面形状を有し、前記冷媒パイプ２１’，２１’は、前記絶縁部材１３，１３の直角断面形状に対応する直角断面形状を有し、前記絶縁部材１３，１３に対して軸方向に貫通させて埋め込み設定している。この場合、接続部分は、接着剤などでシールする。なお、他の構成については、実施例１と同様であるので、図示並びに説明を省略する。
【００５０】
また、実施例３の第２例では、図７(b)に示すように、前記ステータコア１１は、回転軸１に直交する断面形状がＴ字形状であり、前記絶縁部材１３，１３は、Ｔ字断面のステータコア１１にコイル１２を滑らかに巻き回した際にコア外周上部に形成される半円断面形状を有し、前記冷媒パイプ２１"は、前記絶縁部材１３の半円断面形状に対応する楕円断面形状を有し、前記絶縁部材１３に対して軸方向に貫通させて埋め込み設定している。この場合、接続部分は、接着剤などでシールする。なお、他の構成については、実施例２と同様であるので、図示並びに説明を省略する。
【００５１】
次に、実施例３のステータ冷却作用を説明すると、実施例３では、冷媒パイプ２１’および冷媒パイプ２１"から明らかなように、絶縁部材１３の断面形状に対応する異形断面形状に設定したことで、円形断面の冷媒パイプ２１を用いた実施例１，２に比べ、絶縁部材１３と接触する抜熱面積を拡大することができ、この結果、抜熱効率を高めることが可能である。なお、他の作用は実施例１，２と同様であるので説明を省略する。
【００５２】
次に、効果を説明すると、実施例３のディスク型回転電機のステータ冷却構造にあっては、実施例１，２の効果に加え、下記の効果を得ることができる。
【００５３】
(7) 前記ステータコア１１は、回転軸１に直交する断面形状がＴ字形状であり、前記絶縁部材１３は、Ｔ字断面のステータコア１１にコイル１２を巻き回した際にコア外周部に形成される断面形状を有し、前記冷媒パイプ２１’，２１"は、前記絶縁部材の断面形状に対応する異形断面形状を有し、前記絶縁部材１３に対して軸方向に貫通させて埋め込み設定したため、絶縁部材１３と接触する抜熱面積の拡大により、冷媒パイプ２１’，２１"による抜熱効率を向上させることができる。
【実施例４】
【００５４】
実施例４は、冷媒通路をコイルの外側に配置した例である。
【００５５】
すなわち、実施例４の第１例では、図８(a)に示すように、前記ステータコア１１は、回転軸１に直交する断面形状が逆台形状であり、絶縁紙等による第１絶縁部材３１を介してコイル１２が巻き回され、前記コイル１２の外周部に絶縁シールのための樹脂モールド等による第２絶縁部材３２が外径側の径方向厚みを厚くして形成され、前記冷媒パイプ２１は、前記第２絶縁部材３２の外径位置に、軸方向に貫通させて埋め込み設定している。なお、他の構成は実施例２と同様であるので、図示並びに説明を省略する。
【００５６】
また、実施例４の第２例では、図８(b)に示すように、前記ステータコア１１は、回転軸１に直交する断面形状が逆台形状であり、絶縁紙等による第１絶縁部材３１を介してコイル１２が巻き回され、前記コイル１２の外周部に絶縁シールのための樹脂モールド等による第２絶縁部材３２’が内径側の径方向厚みを厚くして形成され、前記冷媒パイプ２１は、前記第２絶縁部材３２’の内径位置に、軸方向に貫通させて埋め込み設定している。なお、他の構成は実施例１と同様であるので、図示並びに説明を省略する。
【００５７】
次に、実施例４のステータ冷却作用を説明すると、図８(a)に示す実施例４の第１例では、冷媒パイプ２１を第２絶縁部材３２の外径位置に設定したことで、ステータ外周側のコイル１２を高い冷却効果により冷却することができる。図８(b)に示す実施例４の第２例では、冷媒パイプ２１を第２絶縁部材３２’の内径位置に設定したことで、ステータ内周側のコイル１２を高い冷却効果により冷却することができる。なお、他の作用は実施例１，２と同様である。
【００５８】
次に、効果を説明すると、実施例４のディスク型回転電機のステータ冷却構造にあっては、実施例１，２の効果に加え、下記の効果を得ることができる。
【００５９】
(8) 前記ステータコア１１には、第１絶縁部材３１を介してコイル１２が巻き回され、前記コイル１２の外周部に第２絶縁部材３２，３２’が形成され、前記冷媒パイプ２１は、前記第２絶縁部材３２，３２’に軸方向に貫通させて埋め込み設定したため、ステータコア１１に巻き回されたコイル１２のうち、冷媒パイプ２１と近接するコイル部分を高い冷却効果により冷却することができる。
【００６０】
以上、本発明のディスク型回転電機のステータ冷却構造を実施例１〜実施例４に基づき説明してきたが、具体的な構成については、これらの実施例に限られるものではなく、特許請求の範囲の各請求項に係る発明の要旨を逸脱しない限り、設計の変更や追加等は許容される。
【００６１】
実施例１〜４では、絶縁部材の一部に設ける冷媒通路を、非磁性体による冷媒パイプにより形成した好ましい例を示したが、絶縁部材の一部に軸方向貫通穴を直接形成し、これを冷媒通路としても良い。
【００６２】
実施例１〜４では、ステータコアとコイルによる１つのステータティースに対し、冷媒通路を１本もしくは２本設定する例を示したが、１つのステータティースに対し冷媒通路を３本以上の複数本設定するようにしても良いし、また、複数の冷媒通路を軸方向に複数回往復するように冷媒の流れを規定する冷媒路構造としても良い。
【００６３】
実施例１〜４では、ロータとステータとが軸方向にエアギャップを介して配置されるディスク型回転電機の例を示したが、例えば、ロータとステータとの軸方向隙間には油膜が存在するだけで、実質的にエアギャップを介在しないようなディスク型回転電機にも適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６４】
実施例１〜４では、ディスク型回転電機と述べているが、それはディスク型モータとして適用しても良いし、また、ディスク型ジェネレータとして適用しても良い。また、実施例１〜４では、１ロータ・２ステータのディスク型回転電機への適用例を示したが、２ロータ・１ステータや１ロータ・１ステータや２ロータ・２ステータ等のロータ数やステータ数が異なるディスク型回転電機にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】実施例１のステータ冷却構造が適用された１ロータ・２ステータによるディスク型回転電機を示す全体断面図である。
【図２】実施例１のステータ冷却構造が適用されたステータを示す縦断正面図である。
【図３】実施例１のステータ冷却構造が適用された図２のＡ−Ａ線によるステータを示す縦断側面図である。
【図４】実施例２のステータ冷却構造が適用された１ロータ・２ステータによるディスク型回転電機を示す全体断面図である。
【図５】実施例２のステータ冷却構造が適用されたステータを示す縦断正面図である。
【図６】実施例２のステータ冷却構造が適用された図５のＢ−Ｂ線によるステータを示す縦断側面図である。
【図７】実施例３のステータ冷却構造が適用された第１例のステータを示す縦断正面図と第２例のステータを示す縦断正面図である。
【図８】実施例４のステータ冷却構造が適用された第１例のステータを示す縦断正面図と第２例のステータを示す縦断正面図である。
【符号の説明】
【００６６】
１ 回転軸
２ ロータ
３ ステータ
４ 回転電機ケース
４ａ フロント側サイドケース
４ｂ リヤ側サイドケース
４ｃ 外周ケース
４ｄ 第１ケース
４ｅ 第２ケース
５ 第１軸受け
６ 第２軸受け
８ ロータベース
９ 永久磁石
１０ エアギャップ
１１ ステータコア
１２ コイル
１３ 絶縁部材
２０ 冷媒通路
２１，２１’，２１" 冷媒パイプ
２２ａ フロント側エンドプレート
２２ｂ リヤ側エンドプレート
２３ 冷媒入口ポート
２４ 冷媒出口ポート
２５ 冷媒供給ジャケット
２６ 冷媒排出ジャケット
２７ 排出用冷媒通路
２８ 冷媒連通部材
２９ 冷媒返送通路
３１ 第１絶縁部材
３２ 第２絶縁部材
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ステータとロータが軸方向に対向配置されるディスク型回転電機のステータ冷却構造の技術分野に属する。
【背景技術】
【０００２】
永久磁石をロータ内部に埋め込んだ埋込磁石同期モータ（IPMSM：Interior Permanent Magnet Synchronus Motor）や永久磁石をロータ表面に張り付けた表面磁石同期モータ（SPMSM：Surface Permanent Magnet Synchronus Motor）は、損失が少なく、効率が良く、出力が大きい（マグネットトルクのほかにリラクタンストルクも利用できる）等の理由により、電気自動車用モータやハイブリッド車用モータ等の用途にその応用範囲を拡大している。
【０００３】
このような永久磁石同期モータであって、ステータとロータとを軸方向に対向配置することで回転軸と平行な回転磁界を発生するディスク型モータは、薄型化が可能であり、レイアウトに制限がある用途に使用されている。このディスク型モータの冷却方式としては、一般的に空冷方式が用いられているが、モータケース内に油（冷媒）を導入し、モータケース内を冷媒で満たすものも知られている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平１０−２４３６１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来のディスク型モータにあっては、その内部に冷却用の液体が満たされており、コイルやロータは、冷却用液体に常に接触している構造となっているため、コイルやステータコアの絶縁劣化などを発生するおそれがあり、モータ信頼性が低下する、という問題があった。また、冷却用液体に満たされた状態でロータが回転するため、冷却用液体の粘性抵抗による動力損失が避けられない、という問題もあった。
【０００５】
本発明は、上記問題に着目してなされたもので、冷媒の粘性抵抗による動力損失を避けながら、コイルやステータコアの絶縁劣化による信頼性の低下を防止することができるディスク型回転電機のステータ冷却構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明では、永久磁石を配置したロータと、ステータコアが円周上に複数配置されたステータと、を備え、前記ロータと前記ステータが軸方向に配設されたディスク型回転電機において、
前記ステータは、ステータコアと、コイルと、前記ステータコアの周囲または前記コイルの周囲に配置される絶縁部材と、を有し、前記絶縁部材の一部に冷媒通路を設けた。
【発明の効果】
【０００７】
よって、本発明のディスク型回転電機のステータ冷却構造にあっては、コイルを冷却する冷媒は、発熱体であるコイルが隣り合って存在するステータコア間に配置された密閉されたコア間冷媒路の中を流れるので、コイルを効果的に冷却することが可能である。また、コイルを冷却する冷媒は、密閉されたコイル冷媒路の中を流れ、ロータとステータとのエアギャップ等には流れ込まないので、フリクションを増加させることはない。この結果、冷媒の粘性抵抗による動力損失を避けながら、コイルやステータコアの絶縁劣化による信頼性の低下を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明のディスク型回転電機のステータ冷却構造を実施するための最良の形態を、図面に示す実施例１〜実施例４に基づいて説明する。
【実施例１】
【０００９】
まず、全体構成を説明する。
図１は実施例１のステータ冷却構造が適用された１ロータ・２ステータによるディスク型回転電機を示す全体断面図である。
【００１０】
実施例１のディスク型回転電機は、回転軸１と、ロータ２と、ステータ３，３と、回転電機ケース４（ケース）と、を備えていて、前記回転電機ケース４は、フロント側サイドケース４ａと、リヤ側サイドケース４ｂと、両サイドケース４ａ，４ｂにボルト結合された外周ケース４ｃにより構成されている。
【００１１】
前記回転軸１は、フロント側サイドケース４ａに設けられた第１軸受け５とリヤ側サイドケース４ｂに設けられた第２軸受け６によって回転自在に支持されている。
【００１２】
前記ロータ２は、前記回転軸１に固定され、ステータ３，３から与えられる回転磁束に対し、永久磁石９，９に反力を発生させ、回転軸１を中心に回転するように、回転軸１に固定された電磁鋼鈑（強磁性体）によるロータベース８と、前記ステータ３，３との対向面に埋め込まれた複数の永久磁石９，９と、を有して構成されている。前記複数の永久磁石９，９は、隣接する表面磁極（Ｎ極，Ｓ極）が、互いに相違するよう配置されている。ここで、ロータ２とステータ３，３の間にはエアギャップ１０，１０と呼ばれる隙間が存在し、互いに接触することはない。
【００１３】
前記ステータ３，３は、前記フロント側サイドケース４ａとリヤ側サイドケース４ｂとにそれぞれ固定され、ステータコア１１と、コイル１２と、絶縁部材１３と、を有して構成されている。前記コイル１２は、絶縁部材１３を介し、ステータコア１１に集中巻きされる。また、ステータコア１１，１１は、フロント側サイドケース４ａとリヤ側サイドケース４ｂとにそれぞれ固定されている。
【００１４】
次に、実施例１のステータ冷却構造を図１〜図３に基づき説明する。図２は実施例１のステータ冷却構造が適用されたステータを示す縦断正面図、図３は実施例１のステータ冷却構造が適用された図２のＡ−Ａ線によるステータを示す縦断側面図である。
実施例１のステータ冷却構造は、前記ステータコア１１の周囲に配置される絶縁部材１３の一部に冷媒通路２０を設けることで構成される。前記冷媒通路２０は、非磁性材料による冷媒パイプ２１を絶縁部材１３に埋め込むことにより設けられる。
【００１５】
前記冷媒パイプ２１は、図３に示すように、両端部を絶縁部材１３から突出させて絶縁部材１３に対し埋め込み、前記突出した冷媒パイプ２１の両端部を、フロント側サイドケース４ａとリヤ側サイドケース４ｂに形成した冷媒供給路と冷媒排出路に接続した。
【００１６】
前記フロント側サイドケース４ａとリヤ側サイドケース４ｂには、それぞれフロント側エンドプレート２２ａとリヤ側エンドプレート２２ｂを固定し、両エンドプレート２２ａ，２２ｂのそれぞれに、冷媒入口ポート２３と冷媒出口ポート２４とを設定した。
【００１７】
前記フロント側サイドケース４ａとリヤ側サイドケース４ｂに、前記冷媒入口ポート２３から冷媒を供給する環状の冷媒供給ジャケット２５と、前記冷媒出口ポート２４へと冷媒を排出する環状の冷媒排出ジャケット２６と、該冷媒排出ジャケット２６に連通する軸方向の排出用冷媒通路２７と、を形成している。
【００１８】
前記冷媒パイプ２１は、突出した冷媒パイプ２１の両端部のうち、一端部を前記両サイドケース４ａ，４ｂのそれぞれに形成した冷媒供給ジャケット２５に接続し、他端部を前記両サイドケース４ａ，４ｂのそれぞれに固定した冷媒連通部材２８に接続した。
【００１９】
前記冷媒連通部材２８は、前記冷媒パイプ２１に形成した冷媒通路２０と、前記両サイドケース４ａ，４ｂに形成した排出用冷媒通路２７及び冷媒排出ジャケット２６とに連通し、冷媒の流れ方向をロータ２との対向付近位置で径方向に変える冷媒返送通路２９を有する。
【００２０】
前記ステータコア１１は、図２に示すように、周方向幅の狭い電磁鋼鈑を内側から積層し、途中で周方向幅の広い電磁鋼鈑を積層することで、回転軸１に直交する断面形状がＴ字形状としている。
【００２１】
前記絶縁部材１３，１３は、図２に示すように、回転軸１に直交する断面形状が、Ｔ字断面の前記ステータコア１１にコイル１２を巻き回した際に形成される一対の直角三角形状である。
【００２２】
前記冷媒パイプ２１，２１は、図２および図３に示すように、一対の三角断面による絶縁部材１３，１３のそれぞれに対し、軸方向に貫通させて埋め込み設定している。なお、冷媒のシールは、図１に示すように、必要箇所にＯ−リングを設定することで確保している。
【００２３】
次に、作用を説明する。
まず、高出力による回転電機の連続運転を行うと、銅損や鉄損によりステータにおいて熱を発生し、コイルの温度が時間の経過と共に上昇する。加えて、ロータ上の永久磁石は、磁石内部にうず電流が誘起されることによる発熱があり、回転電機内の雰囲気温度も高いものとなる。このため、高出力による連続運転を確保するには、ステータを冷却する必要がある。
【００２４】
この対策として、回転電機で一般的な空冷を採用した場合、抜熱性能が悪いため、高出力の回転電機では、コイルの温度が上昇してしまい、連続出力時間が短くなってしまう。一方、冷却方式として回転電機内に冷媒を導入するものでは（例えば、特開平１０−２４３６１７号公報）、冷媒に満たされた状態でロータが回転するため、冷媒の粘性抵抗による動力損失が避けられないし、また、コイルやロータが常に冷媒に接触している構造となっているため、コイルやステータコアが絶縁劣化し、信頼性を低下させてしまう。
【００２５】
これに対し、実施例１のステータ冷却構造では、ステータコア１１の周囲に配置される絶縁部材１３を利用し、絶縁部材１３の一部に冷媒通路２０を設けることで、冷媒の粘性抵抗による動力損失を避けながら、コイル１２やステータコア１１の絶縁劣化による信頼性の低下を防止し、冷却効率を向上させた結果、連続出力を大幅に増加させた。
【００２６】
実施例１のステータ冷却作用を説明すると、まず、冷媒は冷媒入口ポート２３から環状の冷媒供給ジャケット２５に供給され、この冷媒供給ジャケット２５から各冷媒パイプ２１の冷媒通路２０に導かれ、ステータ３を冷却する。つまり、コイル１２の銅損による熱がコイル１２に接触する絶縁部材１３へ伝達されると共に、ステータコア１１の鉄損による熱がステータコア１１に接触する絶縁部材１３へ伝達されることで、絶縁部材１３が高温となる。一方、絶縁部材１３は冷媒パイプ２１の外周面に密着することで、高温となった絶縁部材１３の熱を、冷媒パイプ２１内を軸方向に流れる冷媒により抜くという抜熱作用によりステータ３が冷却される。
【００２７】
そして、冷媒通路２０を経過した冷媒は、冷媒返送通路２９→排出用冷媒通路２７→冷媒排出ジャケット２６→冷媒出口ポート２４を通って外部に排出される。なお、冷媒返送通路２９は、ステータ３のロータ２に近い位置の径方向に配置され、排出用冷媒通路２７は、ステータ３に近接する内周位置に配置されることから、冷媒返送通路２９と排出用冷媒通路２７とを流れる冷媒によっても、ステータ３の熱を抜く抜熱作用が発揮されることになる。
【００２８】
上記のように、実施例１のステータ冷却構造は、絶縁部材１３の一部に冷媒通路２０を設けた構造であり、冷媒がコイル１２やステータコア１１に直接接触することがないので、絶縁劣化による信頼性の低下を防止できる。
【００２９】
しかも、絶縁部材１３に非磁性材料による冷媒パイプ２１を埋め込んで冷媒通路２０を設けた構成としたので、冷媒が絶縁部材１３に浸透してコイル１２やステータコア１１に接触することによる絶縁劣化をも確実に避けることができる。言い換えれば、冷媒や絶縁部材１３の選択の自由度が向上する。また、冷媒パイプ２１を非磁性材料としたので、ロータ２の回転によるループ電流の発生も防止できる。
【００３０】
さらに、冷媒は、ステータコア１１のケース取付け面側から供給され、ロータ２との対向面付近で排出され、ケース内の排出用冷媒通路２７に戻される構造としたので、外部冷却システム（図示せず）によって冷やされた冷媒が、まず、コイル１２やステータコア１１の抜熱を行なうので、冷却効果が高い。
【００３１】
次に、効果を説明する。
実施例１のディスク型回転電機のステータ冷却構造にあっては、下記に列挙する効果を得ることができる。
【００３２】
(1) 永久磁石９を配置したロータ２と、ステータコア１１が円周上に複数配置されたステータ３と、を備え、前記ロータ２と前記ステータ３が軸方向に配設されたディスク型回転電機において、前記ステータ３は、ステータコア１１と、コイル１２と、前記ステータコア１１の周囲に配置される絶縁部材１３と、を有し、前記絶縁部材１３の一部に冷媒通路２０を設けたため、冷媒の粘性抵抗による動力損失を避けながら、コイル１２やステータコア１１の絶縁劣化による信頼性の低下を防止することができる。
【００３３】
(2) 前記冷媒通路２０は、非磁性材料による冷媒パイプ２１を絶縁部材１３に埋め込むことにより設けたため、絶縁劣化の確実な回避により、冷媒や絶縁部材１３の選択自由度を向上させることができると共に、ロータ２の回転によるループ電流の発生を防止することができる。
【００３４】
(3) 前記冷媒パイプ２１は、両端部を絶縁部材１３から突出させて絶縁部材１３に対し埋め込み、前記突出した冷媒パイプ２１の両端部を、フロント側サイドケース４ａとリヤ側サイドケース４ｂに形成した冷媒供給路と冷媒排出路に接続したため、外部冷却システムによって冷やされた冷媒が、まず、コイル１２やステータコア１１の抜熱を行なうので、高いステータ冷却効果を得ることができる。
【００３５】
(4) 前記フロント側サイドケース４ａとリヤ側サイドケース４ｂに、冷媒を供給する環状の冷媒供給ジャケット２５と、冷媒を排出する環状の冷媒排出ジャケット２６と、該冷媒排出ジャケット２６に連通する軸方向の排出用冷媒通路２７と、を形成し、前記冷媒パイプ２１は、突出した冷媒パイプ２１の両端部のうち、一端部を前記両サイドケース４ａ，４ｂのそれぞれに形成した冷媒供給ジャケット２５に接続し、他端部を前記両サイドケース４ａ，４ｂのそれぞれに固定した冷媒連通部材２８に接続し、前記冷媒連通部材２８は、前記冷媒パイプ２１に形成した冷媒通路２０と、前記両サイドケース４ａ，４ｂに形成した排出用冷媒通路２７及び冷媒排出ジャケット２６とに連通し、冷媒の流れ方向をロータ２との対向付近位置で径方向に変える冷媒返送通路２９を有するため、３分割構造の回転電機ケース４のうち、両サイドケース４ａ，４ｂに排出用冷媒通路２７を形成する部分を軸方向に一体に突出することで、冷媒をステータコア１１のケース取付け面側から供給してケース内の排出用冷媒通路２７に戻す構造を容易に得ることができる。
【００３６】
(5) 前記ステータコア１１は、回転軸１に直交する断面形状がＴ字形状であり、前記絶縁部材１３，１３は、回転軸１に直交する断面形状が、Ｔ字断面の前記ステータコア１１にコイル１２を巻き回した際に形成される一対の直角三角形状であり、前記冷媒パイプ２１，２１は、一対の三角断面による絶縁部材１３，１３のそれぞれに対し、軸方向に貫通させて埋め込み設定したため、１組のステータコア１１とコイル１２に対し２本の冷媒パイプ２１，２１により、高い抜熱効果でのステータ冷却を行うことができる。
【実施例２】
【００３７】
実施例２は、回転電機ケースを２分割とし、ステータ外周側の冷却に重点を置いた例である。
【００３８】
構成を説明すると、図４は実施例２のステータ冷却構造が適用された１ロータ・２ステータによるディスク型回転電機を示す全体断面図である。
【００３９】
実施例２のディスク型回転電機は、回転軸１と、ロータ２と、ステータ３，３と、回転電機ケース４（ケース）と、を備えていて、前記回転電機ケース４は、一対の第１ケース４ｄと第２ケース４ｅによる２分割構造とされている。なお、他の構造は、図１に示す実施例１のディスク型回転電機と同様であるので、対応する構成に同一符合を付して説明を省略する。
【００４０】
次に、実施例２のステータ冷却構造を図４〜図６に基づき説明する。図５は実施例２のステータ冷却構造が適用されたステータを示す縦断正面図、図６は実施例２のステータ冷却構造が適用された図５のＢ−Ｂ線によるステータを示す縦断側面図である。
実施例２のステータ冷却構造は、前記ステータコア１１の周囲に配置される絶縁部材１３の一部に、冷媒パイプ２１を絶縁部材１３に埋め込むことにより、冷媒通路２０を設けることで構成される点では実施例１と同様である。
【００４１】
前記ステータコア１１は、図５に示すように、周方向幅が徐々に広くなる電磁鋼鈑を内側から積層し、途中から同じ周方向幅の電磁鋼鈑を積層することで、回転軸１に直交する断面形状が逆台形状としている。
【００４２】
前記絶縁部材１３は、図５および図６に示すように、ステータコア１１の逆台形断面形状の外径側長辺上に設けられ、回転軸１に直交する断面形状が、逆台形断面の前記ステータコア１１にコイル１２を鋭角による曲げが無く巻き回しができるように設定された半円形状である。
【００４３】
前記冷媒パイプ２１は、図５および図６に示すように、半円形断面の絶縁部材１３の中央部に対し、軸方向に貫通させて埋め込み設定している。なお、他の構成は実施例１のステータ冷却構造と同様であるので説明を省略する。
【００４４】
次に、実施例２でのコイル冷却作用を説明すると、冷媒入口ポート２３から環状の冷媒供給ジャケット２５に供給された冷媒は、実施例１と同様に、冷媒通路２０→冷媒返送通路２９→排出用冷媒通路２７→冷媒排出ジャケット２６→冷媒出口ポート２４を通って外部に排出される。
【００４５】
ここで、実施例１では、冷媒返送通路２９により冷媒が内側方向に移行するのに対し、実施例２では、冷媒返送通路２９により冷媒が外側方向に移行する。加えて、実施例２では、ステータコア１１の外径部に設定された絶縁部材１３に冷媒パイプ２１に埋め込み設定されているため、ステータ冷却作用としては、高温となりやすいステータ外周側の冷却に重点を置いたものとなる。なお、他の作用は、実施例１と同様である。
【００４６】
次に、効果を説明すると、実施例２のディスク型回転電機のステータ冷却構造にあっては、実施例１の(1)〜(4)の効果に加え、下記の効果を得ることができる。
【００４７】
(6) 前記ステータコア１１は、回転軸１に直交する断面形状が逆台形状であり、前記絶縁部材１３は、ステータコア１１の逆台形断面形状の外径側長辺上に設けられ、回転軸１に直交する断面形状が半円形状であり、前記冷媒パイプ２１は、前記絶縁部材１３に対して軸方向に貫通させて埋め込み設定したため、ステータ外周側のコイル１２およびステータコア１１を高い冷却効果により冷却することができる。
【実施例３】
【００４８】
実施例３は、冷媒パイプとして、断面形状が円形ではなく、円形以外の異形断面形状によるパイプを用いた例である。
【００４９】
すなわち、実施例３の第１例では、図７(a)に示すように、前記ステータコア１１は、回転軸１に直交する断面形状がＴ字形状であり、前記絶縁部材１３，１３は、Ｔ字断面のステータコア１１にコイル１２を巻き回した際にコア外周部に形成される一対の直角断面形状を有し、前記冷媒パイプ２１’，２１’は、前記絶縁部材１３，１３の直角断面形状に対応する直角断面形状を有し、前記絶縁部材１３，１３に対して軸方向に貫通させて埋め込み設定している。この場合、接続部分は、接着剤などでシールする。なお、他の構成については、実施例１と同様であるので、図示並びに説明を省略する。
【００５０】
また、実施例３の第２例では、図７(b)に示すように、前記ステータコア１１は、回転軸１に直交する断面形状がＴ字形状であり、前記絶縁部材１３，１３は、Ｔ字断面のステータコア１１にコイル１２を滑らかに巻き回した際にコア外周上部に形成される半円断面形状を有し、前記冷媒パイプ２１"は、前記絶縁部材１３の半円断面形状に対応する楕円断面形状を有し、前記絶縁部材１３に対して軸方向に貫通させて埋め込み設定している。この場合、接続部分は、接着剤などでシールする。なお、他の構成については、実施例２と同様であるので、図示並びに説明を省略する。
【００５１】
次に、実施例３のステータ冷却作用を説明すると、実施例３では、冷媒パイプ２１’および冷媒パイプ２１"から明らかなように、絶縁部材１３の断面形状に対応する異形断面形状に設定したことで、円形断面の冷媒パイプ２１を用いた実施例１，２に比べ、絶縁部材１３と接触する抜熱面積を拡大することができ、この結果、抜熱効率を高めることが可能である。なお、他の作用は実施例１，２と同様であるので説明を省略する。
【００５２】
次に、効果を説明すると、実施例３のディスク型回転電機のステータ冷却構造にあっては、実施例１，２の効果に加え、下記の効果を得ることができる。
【００５３】
(7) 前記ステータコア１１は、回転軸１に直交する断面形状がＴ字形状であり、前記絶縁部材１３は、Ｔ字断面のステータコア１１にコイル１２を巻き回した際にコア外周部に形成される断面形状を有し、前記冷媒パイプ２１’，２１"は、前記絶縁部材の断面形状に対応する異形断面形状を有し、前記絶縁部材１３に対して軸方向に貫通させて埋め込み設定したため、絶縁部材１３と接触する抜熱面積の拡大により、冷媒パイプ２１’，２１"による抜熱効率を向上させることができる。
【実施例４】
【００５４】
実施例４は、冷媒通路をコイルの外側に配置した例である。
【００５５】
すなわち、実施例４の第１例では、図８(a)に示すように、前記ステータコア１１は、回転軸１に直交する断面形状が逆台形状であり、絶縁紙等による第１絶縁部材３１を介してコイル１２が巻き回され、前記コイル１２の外周部に絶縁シールのための樹脂モールド等による第２絶縁部材３２が外径側の径方向厚みを厚くして形成され、前記冷媒パイプ２１は、前記第２絶縁部材３２の外径位置に、軸方向に貫通させて埋め込み設定している。なお、他の構成は実施例２と同様であるので、図示並びに説明を省略する。
【００５６】
また、実施例４の第２例では、図８(b)に示すように、前記ステータコア１１は、回転軸１に直交する断面形状が逆台形状であり、絶縁紙等による第１絶縁部材３１を介してコイル１２が巻き回され、前記コイル１２の外周部に絶縁シールのための樹脂モールド等による第２絶縁部材３２’が内径側の径方向厚みを厚くして形成され、前記冷媒パイプ２１は、前記第２絶縁部材３２’の内径位置に、軸方向に貫通させて埋め込み設定している。なお、他の構成は実施例１と同様であるので、図示並びに説明を省略する。
【００５７】
次に、実施例４のステータ冷却作用を説明すると、図８(a)に示す実施例４の第１例では、冷媒パイプ２１を第２絶縁部材３２の外径位置に設定したことで、ステータ外周側のコイル１２を高い冷却効果により冷却することができる。図８(b)に示す実施例４の第２例では、冷媒パイプ２１を第２絶縁部材３２’の内径位置に設定したことで、ステータ内周側のコイル１２を高い冷却効果により冷却することができる。なお、他の作用は実施例１，２と同様である。
【００５８】
次に、効果を説明すると、実施例４のディスク型回転電機のステータ冷却構造にあっては、実施例１，２の効果に加え、下記の効果を得ることができる。
【００５９】
(8) 前記ステータコア１１には、第１絶縁部材３１を介してコイル１２が巻き回され、前記コイル１２の外周部に第２絶縁部材３２，３２’が形成され、前記冷媒パイプ２１は、前記第２絶縁部材３２，３２’に軸方向に貫通させて埋め込み設定したため、ステータコア１１に巻き回されたコイル１２のうち、冷媒パイプ２１と近接するコイル部分を高い冷却効果により冷却することができる。
【００６０】
以上、本発明のディスク型回転電機のステータ冷却構造を実施例１〜実施例４に基づき説明してきたが、具体的な構成については、これらの実施例に限られるものではなく、特許請求の範囲の各請求項に係る発明の要旨を逸脱しない限り、設計の変更や追加等は許容される。
【００６１】
実施例１〜４では、絶縁部材の一部に設ける冷媒通路を、非磁性体による冷媒パイプにより形成した好ましい例を示したが、絶縁部材の一部に軸方向貫通穴を直接形成し、これを冷媒通路としても良い。
【００６２】
実施例１〜４では、ステータコアとコイルによる１つのステータティースに対し、冷媒通路を１本もしくは２本設定する例を示したが、１つのステータティースに対し冷媒通路を３本以上の複数本設定するようにしても良いし、また、複数の冷媒通路を軸方向に複数回往復するように冷媒の流れを規定する冷媒路構造としても良い。
【００６３】
実施例１〜４では、ロータとステータとが軸方向にエアギャップを介して配置されるディスク型回転電機の例を示したが、例えば、ロータとステータとの軸方向隙間には油膜が存在するだけで、実質的にエアギャップを介在しないようなディスク型回転電機にも適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６４】
実施例１〜４では、ディスク型回転電機と述べているが、それはディスク型モータとして適用しても良いし、また、ディスク型ジェネレータとして適用しても良い。また、実施例１〜４では、１ロータ・２ステータのディスク型回転電機への適用例を示したが、２ロータ・１ステータや１ロータ・１ステータや２ロータ・２ステータ等のロータ数やステータ数が異なるディスク型回転電機にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】実施例１のステータ冷却構造が適用された１ロータ・２ステータによるディスク型回転電機を示す全体断面図である。
【図２】実施例１のステータ冷却構造が適用されたステータを示す縦断正面図である。
【図３】実施例１のステータ冷却構造が適用された図２のＡ−Ａ線によるステータを示す縦断側面図である。
【図４】実施例２のステータ冷却構造が適用された１ロータ・２ステータによるディスク型回転電機を示す全体断面図である。
【図５】実施例２のステータ冷却構造が適用されたステータを示す縦断正面図である。
【図６】実施例２のステータ冷却構造が適用された図５のＢ−Ｂ線によるステータを示す縦断側面図である。
【図７】実施例３のステータ冷却構造が適用された第１例のステータを示す縦断正面図と第２例のステータを示す縦断正面図である。
【図８】実施例４のステータ冷却構造が適用された第１例のステータを示す縦断正面図と第２例のステータを示す縦断正面図である。
【符号の説明】
【００６６】
１ 回転軸
２ ロータ
３ ステータ
４ 回転電機ケース
４ａ フロント側サイドケース
４ｂ リヤ側サイドケース
４ｃ 外周ケース
４ｄ 第１ケース
４ｅ 第２ケース
５ 第１軸受け
６ 第２軸受け
８ ロータベース
９ 永久磁石
１０ エアギャップ
１１ ステータコア
１２ コイル
１３ 絶縁部材
２０ 冷媒通路
２１，２１’，２１" 冷媒パイプ
２２ａ フロント側エンドプレート
２２ｂ リヤ側エンドプレート
２３ 冷媒入口ポート
２４ 冷媒出口ポート
２５ 冷媒供給ジャケット
２６ 冷媒排出ジャケット
２７ 排出用冷媒通路
２８ 冷媒連通部材
２９ 冷媒返送通路
３１ 第１絶縁部材
３２ 第２絶縁部材
【特許請求の範囲】
【請求項１】
永久磁石を配置したロータと、ステータコアが円周上に複数配置されたステータと、を備え、前記ロータと前記ステータが軸方向に配設されたディスク型回転電機において、
前記ステータは、ステータコアと、コイルと、前記ステータコアの周囲または前記コイルの周囲に配置される絶縁部材と、を有し、
前記絶縁部材の一部に冷媒通路を設けたことを特徴とするディスク型回転電機のステータ冷却構造。
【請求項２】
請求項１に記載されたディスク型回転電機のステータ冷却構造において、
前記冷媒通路は、非磁性材料による冷媒パイプを絶縁部材に埋め込むことにより設けたことを特徴とするディスク型回転電機のステータ冷却構造。
【請求項３】
請求項２に記載されたディスク型回転電機のステータ冷却構造において、
前記冷媒パイプは、両端部を絶縁部材から突出させて絶縁部材に対し埋め込み、前記突出した冷媒パイプの両端部を、ケースに形成した冷媒供給路と冷媒排出路に接続したことを特徴とするディスク型回転電機のステータ冷却構造。
【請求項４】
請求項３に記載されたディスク型回転電機のステータ冷却構造において、
前記ケースに、冷媒を供給する冷媒供給ジャケットと、冷媒を排出する冷媒排出ジャケットと、該冷媒排出ジャケットに連通する軸方向の排出用冷媒通路と、を形成し、
前記冷媒パイプは、突出した冷媒パイプの両端部のうち、一端部を前記ケースに形成した冷媒供給ジャケットに接続し、他端部を前記ケースに固定した冷媒連通部材に接続し、
前記冷媒連通部材は、前記冷媒パイプに形成した冷媒通路と、前記ケースに形成した排出用冷媒通路及び冷媒排出ジャケットとに連通し、冷媒の流れ方向をロータとの対向付近位置で径方向に変える冷媒返送通路を有することを特徴とするディスク型回転電機のステータ冷却構造。
【請求項５】
請求項２乃至４の何れか１項に記載されたディスク型回転電機のステータ冷却構造において、
前記ステータコアは、回転軸に直交する断面形状がＴ字形状であり、
前記絶縁部材は、回転軸に直交する断面形状が、Ｔ字断面のステータコアにコイルを巻き回した際に形成される一対の三角形状であり、
前記冷媒パイプは、一対の三角断面による絶縁部材のそれぞれに対し、軸方向に貫通させて埋め込み設定したことを特徴とするディスク型回転電機のステータ冷却構造。
【請求項６】
請求項２乃至４の何れか１項に記載されたディスク型回転電機のステータ冷却構造において、
前記ステータコアは、回転軸に直交する断面形状が逆台形状であり、
前記絶縁部材は、ステータコアの逆台形断面形状の外径側長辺上に設けられ、回転軸に直交する断面形状が半円形状であり、
前記冷媒パイプは、前記絶縁部材に対して軸方向に貫通させて埋め込み設定したことを特徴とするディスク型回転電機のステータ冷却構造。
【請求項７】
請求項２乃至４の何れか１項に記載されたディスク型回転電機のステータ冷却構造において、
前記ステータコアは、回転軸に直交する断面形状がＴ字形状であり、
前記絶縁部材は、Ｔ字断面のステータコアにコイルを巻き回した際にコア外周部に形成される断面形状を有し、
前記冷媒パイプは、前記絶縁部材の断面形状に対応する異形断面形状を有し、前記絶縁部材に対して軸方向に貫通させて埋め込み設定したことを特徴とするディスク型回転電機のステータ冷却構造。
【請求項８】
請求項２乃至４の何れか１項に記載されたディスク型回転電機のステータ冷却構造において、
前記ステータコアには、第１絶縁部材を介してコイルが巻き回され、
前記コイルの外周部に第２絶縁部材が形成され、
前記冷媒パイプは、前記第２絶縁部材に軸方向に貫通させて埋め込み設定したことを特徴とするディスク型回転電機のステータ冷却構造。
【請求項１】
永久磁石を配置したロータと、ステータコアが円周上に複数配置されたステータと、を備え、前記ロータと前記ステータが軸方向に配設されたディスク型回転電機において、
前記ステータは、ステータコアと、コイルと、前記ステータコアの周囲または前記コイルの周囲に配置される絶縁部材と、を有し、
前記絶縁部材の一部に冷媒通路を設けたことを特徴とするディスク型回転電機のステータ冷却構造。
【請求項２】
請求項１に記載されたディスク型回転電機のステータ冷却構造において、
前記冷媒通路は、非磁性材料による冷媒パイプを絶縁部材に埋め込むことにより設けたことを特徴とするディスク型回転電機のステータ冷却構造。
【請求項３】
請求項２に記載されたディスク型回転電機のステータ冷却構造において、
前記冷媒パイプは、両端部を絶縁部材から突出させて絶縁部材に対し埋め込み、前記突出した冷媒パイプの両端部を、ケースに形成した冷媒供給路と冷媒排出路に接続したことを特徴とするディスク型回転電機のステータ冷却構造。
【請求項４】
請求項３に記載されたディスク型回転電機のステータ冷却構造において、
前記ケースに、冷媒を供給する冷媒供給ジャケットと、冷媒を排出する冷媒排出ジャケットと、該冷媒排出ジャケットに連通する軸方向の排出用冷媒通路と、を形成し、
前記冷媒パイプは、突出した冷媒パイプの両端部のうち、一端部を前記ケースに形成した冷媒供給ジャケットに接続し、他端部を前記ケースに固定した冷媒連通部材に接続し、
前記冷媒連通部材は、前記冷媒パイプに形成した冷媒通路と、前記ケースに形成した排出用冷媒通路及び冷媒排出ジャケットとに連通し、冷媒の流れ方向をロータとの対向付近位置で径方向に変える冷媒返送通路を有することを特徴とするディスク型回転電機のステータ冷却構造。
【請求項５】
請求項２乃至４の何れか１項に記載されたディスク型回転電機のステータ冷却構造において、
前記ステータコアは、回転軸に直交する断面形状がＴ字形状であり、
前記絶縁部材は、回転軸に直交する断面形状が、Ｔ字断面のステータコアにコイルを巻き回した際に形成される一対の三角形状であり、
前記冷媒パイプは、一対の三角断面による絶縁部材のそれぞれに対し、軸方向に貫通させて埋め込み設定したことを特徴とするディスク型回転電機のステータ冷却構造。
【請求項６】
請求項２乃至４の何れか１項に記載されたディスク型回転電機のステータ冷却構造において、
前記ステータコアは、回転軸に直交する断面形状が逆台形状であり、
前記絶縁部材は、ステータコアの逆台形断面形状の外径側長辺上に設けられ、回転軸に直交する断面形状が半円形状であり、
前記冷媒パイプは、前記絶縁部材に対して軸方向に貫通させて埋め込み設定したことを特徴とするディスク型回転電機のステータ冷却構造。
【請求項７】
請求項２乃至４の何れか１項に記載されたディスク型回転電機のステータ冷却構造において、
前記ステータコアは、回転軸に直交する断面形状がＴ字形状であり、
前記絶縁部材は、Ｔ字断面のステータコアにコイルを巻き回した際にコア外周部に形成される断面形状を有し、
前記冷媒パイプは、前記絶縁部材の断面形状に対応する異形断面形状を有し、前記絶縁部材に対して軸方向に貫通させて埋め込み設定したことを特徴とするディスク型回転電機のステータ冷却構造。
【請求項８】
請求項２乃至４の何れか１項に記載されたディスク型回転電機のステータ冷却構造において、
前記ステータコアには、第１絶縁部材を介してコイルが巻き回され、
前記コイルの外周部に第２絶縁部材が形成され、
前記冷媒パイプは、前記第２絶縁部材に軸方向に貫通させて埋め込み設定したことを特徴とするディスク型回転電機のステータ冷却構造。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００６−５０７５２（Ｐ２００６−５０７５２Ａ）
【公開日】平成１８年２月１６日（２００６．２．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−２２７０７２（Ｐ２００４−２２７０７２）
【出願日】平成１６年８月３日（２００４．８．３）
【出願人】（０００００３９９７）日産自動車株式会社 (16,386)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年２月１６日（２００６．２．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年８月３日（２００４．８．３）
【出願人】（０００００３９９７）日産自動車株式会社 (16,386)
【Ｆターム（参考）】
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