回転電機
【課題】コイルエンドを効率よく均一に冷却し得るようにした回転電機を提供する。
【解決手段】回転電機１は、回転自在な回転子３０と、回転子３０と径方向に対向して配置され、周方向に配列された複数のスロット５１を有する固定子コア５０と、周方向の異なるスロット５１に収容されるスロット収容部７１とスロット５１の外部でスロット収容部７１同士を接続しているターン部７２とを有する複数のコイル素線７０を固定子コア５０に巻装してなる固定子コイル６０とを備えている。固定子コイル６０は、固定子コア５０の軸方向両端面からそれぞれ軸方向外方へ突出した複数のターン部７２が径方向に重ねられてなるコイルエンド６１を有する。固定子コイル６０の軸方向両側には、コイルエンド６１の軸方向端面６１ａのみにそれぞれ対向して配置された熱交換器（冷却部材）８１が設けられている。
【解決手段】回転電機１は、回転自在な回転子３０と、回転子３０と径方向に対向して配置され、周方向に配列された複数のスロット５１を有する固定子コア５０と、周方向の異なるスロット５１に収容されるスロット収容部７１とスロット５１の外部でスロット収容部７１同士を接続しているターン部７２とを有する複数のコイル素線７０を固定子コア５０に巻装してなる固定子コイル６０とを備えている。固定子コイル６０は、固定子コア５０の軸方向両端面からそれぞれ軸方向外方へ突出した複数のターン部７２が径方向に重ねられてなるコイルエンド６１を有する。固定子コイル６０の軸方向両側には、コイルエンド６１の軸方向端面６１ａのみにそれぞれ対向して配置された熱交換器（冷却部材）８１が設けられている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両に搭載されて電動機や発電機として使用される回転電機に関し、特に固定子コイルの温度上昇を抑制する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、車載用の回転電機は、回転軸心を中心に回転自在な回転子と、該回転子と径方向に対向して配置され、周方向に配列された複数のスロットを有する固定子コアと、該固定子コアのスロットに対して複数のコイル素線を巻装してなる固定子コイルとを備えている。そして、コイル素線は、周方向の異なるスロットに収容されるスロット収容部と、スロットの外部でスロット収容部同士を接続しているターン部とを有する。これにより、固定子コイルの軸方向両側には、固定子コアの端面から軸方向外方へ突出したターン部によりコイルエンドが形成されている。
【０００３】
上記のように構成される回転電機は、運転によって固定子コイルの温度が上昇することから、その対策について種々の提案がなされている。例えば、特許文献１には、ステータコイル（固定子コイル）のコイルエンドの径方向最外側または径方向最内側の細板状導体の平坦な主面に電気絶縁されつつ直接に密着する平坦な冷却面を有してコイルエンドを冷却する良熱伝導性の冷却部材を備えた回転電機が開示されている。
【０００４】
また、特許文献２には、チューブと循環ポンプとラジエータとを備え、冷却材の循環系をなす冷却回路に対して、開閉弁を介してリザーブタンクを接続してなる電動機の冷却装置が開示されている。この冷却装置では、ステータコイルの外周面にチューブを密着させた状態に配置し、チューブの内部を流通する冷却材の圧力によってチューブが体膨張および体収縮可能に構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−１２５５１２号公報
【特許文献２】特開２００３−１８７９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、上記特許文献１では、コイルエンドの径方向外側のみに冷却部材を配設した場合（特許文献１の図１１参照）には、コイルエンドの内周側と外周側とで温度分布が発生してしまい、コイルエンドを均一的に冷却することができない。また、コイルエンドの径方向外側および内側の両側に冷却部材を配設した場合（特許文献１の図１３参照）には、固定子コアの内側に配設された回転子とコイルエンドの径方向内側に配設された冷却部材との間に渦損が発生してしまうという問題がある。また、コイルエンドの径方向両側および軸方向端面側に断面コ字形状の冷却部材を配設した場合（特許文献１の図１４参照）には、コイルエンドの略全域が冷却部材で覆われているため、冷却部材の内部を流通する冷却液の流量が必要以上に多くなってしまうという問題や、冷却部材の構造上の理由から作製が容易ではないという問題がある。
【０００７】
一方、上記特許文献２に記載されているステータコイルは、所謂、集中巻きによってステータのティースに巻装されたものであり、集中巻きのステータコイルの場合には、コイルエンドで折り返されるコイル（ターン部）のうち、コイルエンドの表面に露出しない（内部に位置する）コイルが存在する。そのため、チューブの内部を流通する冷却材によりコイルエンドの表面に露出しないコイルまで冷却し難いという問題がある。
【０００８】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、コイルエンドを効率よく均一に冷却し得るようにした回転電機を提供することを解決すべき課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するためになされた請求項１に記載の発明は、回転自在な回転子と、該回転子と径方向に対向して配置され、周方向に配列された複数のスロットを有する固定子コアと、周方向の異なる前記スロットに収容されるスロット収容部と前記スロットの外部で前記スロット収容部同士を接続しているターン部とを有する複数のコイル素線を前記固定子コアに巻装してなる固定子コイルと、を備えた回転電機において、前記固定子コイルは、前記固定子コアの軸方向両端面からそれぞれ軸方向外方へ突出した複数の前記ターン部が径方向に重ねられてなるコイルエンドを有し、前記固定子コイルの軸方向両側には、前記コイルエンドの軸方向端面のみにそれぞれ対向して配置された冷却部材が設けられていることを特徴とする。
【００１０】
請求項１に記載の発明によれば、固定子コイルの軸方向両側に、複数のターン部が径方向に重ねられてなるコイルエンドの軸方向端面のみにそれぞれ対向して配置された冷却部材が設けられている。即ち、本発明では、コイルエンドを構成している全てのターン部が、コイルエンドの軸方向端面で折り返されており、この折り返し部のみに対向して配置された冷却部材により、コイルエンドを冷却するようにしている。そのため、コイルエンドに存在する全てのターン部を冷却部材で同時に冷却することができるので、コイルエンド全体を効率よく均一に冷却することができる。
【００１１】
なお、コイルエンドの軸方向端面は、最も温度が高くなる部位であることから、コイルエンドを冷却する冷却部材を設ける位置としては最適である。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、前記冷却部材の表面には絶縁部材が設けられていることを特徴とする。
【００１３】
請求項２に記載の発明によれば、冷却部材の表面には絶縁部材が設けられているので、固定子コイルに対する冷却部材の電気絶縁性をより確実に確保することができる。
【００１４】
なお、絶縁部材は、セラミックスや樹脂などの電気絶縁性を有する材料で形成することができる。セラミックス材料としては、例えば、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）やＡｌ２Ｏ３（アルミナ）などを挙げることができ、特に、ＡｌＮは、熱伝導性や絶縁性に優れているので好適に採用することができる。また、樹脂材料としては、例えば、ポリイミド、ポリアミドイミド、ＰＰＳなどを挙げることができる。
【００１５】
請求項３に記載の発明は、前記冷却部材は、前記コイルエンドの軸方向端面に対して接合部材で取り付けられており、該接合部材は、空気よりも熱伝導性の高い材料で形成されていることを特徴とする。
【００１６】
請求項３に記載の発明によれば、冷却部材をコイルエンドの軸方向端面に、接合部材で簡単且つ容易に取り付けることができる。また、接合部材が空気よりも熱伝導性の高い材料で形成されていることで、冷却部材の冷却性能の低下を回避することができる。なお、接合部材の形成材料としては、例えば、セラミックスの粒子が含有された接着剤を挙げることができる。
【００１７】
請求項４に記載の発明は、前記冷却部材は、周方向に複数回周回する冷却液の流路を有し、該流路の内周側に冷却液導入口が設けられ、前記流路の外周側に冷却液導出口が設けられていることを特徴とする。
【００１８】
請求項４に記載の発明によれば、冷却部材は、周方向に複数回周回する冷却液の流路を有するため、周方向に複数回周回する流路を流動する冷却液により、コイルエンドを周方向に均一に冷却することができる。また、本発明に係る回転電機においては、通常、漏れ磁束による渦損が固定子の内周側ほど多く発生することから、固定子の外周側よりも内周側の方が高温になり易い。そのため、請求項４に記載の発明によれば、流路の内周側に冷却液導入口が設けられ、流路の外周側に冷却液導出口が設けられているので、冷却液導入口から導入された最も低温の冷却液により、コイルエンドの内周側から外周側へと順に冷却することができる。これにより、コイルエンド全体を、更に効率よく且つ径方向に均一に冷却することができる。
【００１９】
請求項５に記載の発明は、前記流路は、前記冷却液導入口から周方向に１周する毎にターンして、時計回り方向と反時計回り方向への周回を交互に繰り返した後、前記冷却液導出口に到達するように構成されていることを特徴とする。
【００２０】
請求項５に記載の発明によれば、流路は、冷却液導入口から周方向に１周する毎にターンして、時計回り方向と反時計回り方向への周回を交互に繰り返した後、冷却液導出口に到達するように構成されていることから、コイルエンド全体を周方向に均一に冷却することができる。なお、冷却液導入口から周方向に周回を開始する方向は、時計回り方向であっても反時計回り方向であってもよい。
【００２１】
請求項６に記載の発明は、前記流路は、前記冷却液導入口から分岐して周方向両側に延び、それぞれ半周する毎にターンして、時計回り方向と反時計回り方向への周回を交互に繰り返した後、前記冷却液導出口で合流するように構成されていることを特徴とする。
【００２２】
請求項６に記載の発明によれば、流路は、冷却液導入口から分岐して周方向両側に延び、それぞれ半周する毎にターンして、時計回り方向と反時計回り方向への周回を交互に繰り返した後、冷却液導出口で合流するように構成されている。これにより、流路の冷却液導入口から冷却液導出口までの距離が、請求項５の場合に比べて略半分になり、圧損が少なくなるので、冷却部材に冷却液を供給する駆動力源を小さくすることができる。
【００２３】
請求項７に記載の発明は、前記流路は、前記冷却液導入口から周方向に１周する毎に外周側へ順に周移りして周回し、前記冷却液導出口に到達するように構成されていることを特徴とする。
【００２４】
請求項７に記載の発明によれば、流路は、冷却液導入口から周方向に１周する毎に外周側へ順に周移りして周回し、冷却液導出口に到達するように構成されていることから、請求項５の場合と同様に、コイルエンド全体を周方向に均一に冷却することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】実施形態１の回転電機の軸方向に沿う模式断面図である。
【図２】実施形態１の回転電機において用いられる固定子を示す図であって、（ａ）は固定子の外観を示す斜視図であり、（ｂ）はその固定子を側方から見た側面図である。
【図３】実施形態１の回転電機において固定子に用いられる固定子コアの正面図である。
【図４】実施形態１の回転電機において固定子コアを形成する分割コアの平面図である。
【図５】実施形態１の回転電機において固定子コイルに用いられるコイル素線の全体形状を示す正面図である。
【図６】実施形態１の回転電機において固定子コイルに用いられるコイル素線の断面図である。
【図７】実施形態１の回転電機において固定子コイルに用いられるコイル素線のターン部の形状を示す斜視図である。
【図８】実施形態１の回転電機において用いられる固定子の一部を示す部分斜視図である。
【図９】実施形態１の回転電機において用いられる冷却部材を含む冷却装置を示す模式図である。
【図１０】実施形態１の回転電機において用いられる冷却部材の径方向に沿う断面図である。
【図１１】実施形態１の回転電機において用いられる冷却部材の流路を示す模式図である。
【図１２】変形例１に係る冷却部材の流路を示す模式図である。
【図１３】変形例２に係る冷却部材の流路を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明に係る回転電機の実施形態について図面を参照して具体的に説明する。
【００２７】
〔実施形態１〕
図１は、実施形態１に係る回転電機の軸方向に沿う模式断面図である。本実施形態に係る回転電機１は、車両用電動機として使用されるものであって、図１に示すように、略筒状の本体部１１および該本体部１１の両端開口を閉塞する蓋部１２、１３とからなるハウジング１０と、ハウジング１０に軸受け２１、２２を介して回転自在に支承される回転軸２０と、回転軸２０に固定された回転子３０と、ハウジング１０の内部で回転子３０を包囲する位置でハウジング１０に固定された固定子コア５０および固定子コイル６０からなる固定子４０と、固定子コイル６０のコイルエンド６１を冷却する冷却装置８０と、を備えている。なお、本実施形態に係る回転電機１は、通常使用状態では回転軸２０の回転軸心が略水平方向となるように設置される。
【００２８】
回転子３０は、固定子コア５０の内周側と向き合う外周側に、永久磁石３１により周方向に交互に異なる磁極を複数形成している。回転子３０の磁極の数は、回転電機により異なるため限定されるものではない。本実施形態では、８極（Ｎ極：４、Ｓ極：４）の回転子が用いられている。
【００２９】
次に、図２〜図８を参照して固定子４０の詳細について説明する。図２は、実施形態１の回転電機において用いられる固定子を示す図であって、（ａ）は固定子の外観を示す斜視図であり、（ｂ）はその固定子を側方から見た側面図である。図３は、実施形態１の回転電機において固定子に用いられる固定子コアの正面図である。図４は、実施形態１の回転電機において固定子コアを形成する分割コアの平面図である。図５は、実施形態１の回転電機において固定子コイルに用いられるコイル素線の全体形状を示す正面図である。図６は、実施形態１の回転電機において固定子コイルに用いられるコイル素線の断面図である。図７は、実施形態１の回転電機において固定子コイルに用いられるコイル素線のターン部の形状を示す斜視図である。図８は、実施形態１の回転電機において用いられる固定子の一部を示す部分斜視図である。
【００３０】
固定子４０は、図２に示すように、固定子コア５０と、固定子コア５０に複数のコイル素線７０を巻装してなる三相の固定子コイル６０と、を備えている。固定子コア５０は、図３に示すように、内周に複数のスロット５１が形成された円環状を呈している。複数のスロット５１は、その深さ方向が径方向と一致するように形成されている。固定子コア５０に形成されたスロット５１の数は、回転子３０の磁極数に対し、固定子コイル６０の一相あたり２個の割合で形成されている。本実施形態では、８×３×２＝４８より、スロット数は４８個とされている。
【００３１】
固定子コア５０は、図４に示す分割コア５２を周方向に所定の数（本実施形態では２４個）連結して形成されている。この分割コア５２は、複数枚の電磁鋼板を軸方向に積層させて形成されている。分割コア５２は、一つのスロット５１を区画するとともに、周方向に隣接する分割コア５２との間で一つのスロット５１を区画する形状を呈している。具体的には、分割コア５２は、径方向内方に伸びる一対のティース部５２ａと、ティース部５２ａを径方向外方で連結するバックコア部５２ｂとを有している。これら連結された分割コア５２は、外周側に嵌合された外筒５３により円環状に保形されている。
【００３２】
固定子コイル６０は、波形に成形した複数のコイル素線７０（図５参照）を所定の方法で編み込んで帯状の導線集積体を形成した後、その導線集積体を渦巻き状に巻くことにより円筒状に形成されている。
【００３３】
固定子コイル６０を構成するコイル素線７０は、図６に示すように、銅製の導体７７と、導体７７の外周を覆い導体７７を絶縁する内層７８ａおよび外層７８ｂからなる絶縁被膜７８とから形成されており、断面形状が矩形のものである。内層７８ａおよび外層７８ｂを合わせた絶縁被膜７８の厚みは、１００μｍ〜２００μｍの間に設定されている。このように、内層７８ａおよび外層７８ｂからなる絶縁被膜７８の厚みが厚いので、コイル素線７０同士を絶縁するためにコイル素線７０同士の間に絶縁紙等を挟み込む必要がなくなっているが、コイル素線７０同士の間あるいは固定子コア５０と固定子コイル６０との間に絶縁紙を配設してもよい。
【００３４】
外層７８ｂはナイロン等の絶縁材、内層７８ａは外層７８ｂよりもガラス転移温度の高い熱可塑性樹脂またはポリアミドイミド等の絶縁材で形成されている。これにより、回転電機１に発生する熱により外層７８ｂは内層７８ａよりも早く結晶化するため、外層７８ｂの表面硬度が高くなり、コイル素線７０に傷がつきにくくなる。このため、コイル素線７０の絶縁を確保できる。
【００３５】
コイル素線７０は、図５に示すように、長手方向に沿って並列配置され固定子コア５０のスロット５１に収容される複数のスロット収容部７１と、隣り合うスロット収容部７１同士をスロット収容部７１の一端側と他端側とで交互に連結する複数のターン部７２とを有する波形に形成されている。このコイル素線７０は、固定子コア５０に波巻されることにより固定子コイル６０を形成している。
【００３６】
ターン部７２の中央部には、図７に示すように、固定子コア６０の端面から軸方向外方へ最も離れた部位となる頂部７３が形成されている。この頂部７３は、固定子コアの端面と平行な方向に延びるクランク形状に形成されている。この頂部７３のクランク形状によるずれ量は、コイル素線７０の略幅分である。これにより、径方向に隣接しているコイル素線７０のターン部７２同士を密に巻回できる。その結果、コイルエンド６１の径方向の幅が小さくなるので、固定子コイル６０が径方向外側に張り出すことを防止する。
【００３７】
また、固定子コア５０のスロット５１から外部に突出するターン部７２の突出箇所に、コイル素線７０がまたがって収容されているスロット５１同士に向けて固定子コア５０の軸方向両側の端面に沿って段部７５が形成されている。これにより、スロット５１から突出しているコイル素線７０のターン部７２の突出箇所の間隔、言い換えればターン部７２が形成する三角形状部分の底辺の長さは、コイル素線７０がまたがって設置されているスロット５１同士の間隔よりも狭くなっている。その結果、コイルエンド６１の高さ（軸方向長さ）が低くなる。
【００３８】
また、固定子コア５０の端面に沿った段部７５の長さをｄ１、周方向に隣接するスロット同士の間隔をｄ２とすると、ｄ１≦ｄ２になっている。これにより、コイル素線７０の段部７５が周方向に隣り合うスロットから突出するコイル素線７０と干渉することを防止できる。これにより、周方向に隣接するスロット５１から突出するコイル素線７０同士が互いに干渉することを避けるために、コイルエンド６１の高さが高くなったり、あるいはコイルエンド６１の径方向の幅が大きくなったりすることを防止できる。その結果、コイルエンド６１の高さが低くなる。さらに、コイルエンド６１の径方向の幅が小さくなるので、固定子巻線７０が径方向外側に張り出すことを防止する。
【００３９】
さらに、コイル素線７０には、ターン部７２の中央部の頂部７３と、ターン部７２の突出箇所に形成した段部７５との間に、それぞれ２個の段部７６が形成されている。つまり、各ターン部７２には、合計６個の段部７５、７６と１個の頂部７３が形成されている。これにより、段部を形成しない三角形状のターン部の高さに比べ、ターン部７２の高さが低くなる。段部７６の形状も、段部７５と同様に、固定子コア５０の端面に平行に形成されている。したがって、コイル素線７０の各ターン部７２は、中央部の頂部７３から両側に向かって下降するように階段状に形成されている。
【００４０】
このように階段状に形成されたターン部７２を有するコイル素線７０は、スロット収容部７１が固定子コア５０の所定のスロット数（例えば、３相×２個＝６個）ごとのスロット５１に収容され、ターン部７２が固定子コア５０の軸方向の両端面からそれぞれ突出している。これにより、固定子コイル６０の軸方向両側には、固定子コア５０の端面から軸方向外方へ突出した複数のターン部７２が径方向に重ねられてなるコイルエンド６１がそれぞれ形成されている（図１参照）。これら一対のコイルエンド６１は、略平面状の軸方向端面６１ａと円弧曲面状の内周面６１ｂおよび外周面６１ｃとを有する円筒状に形成されている。
【００４１】
この場合、図８に示すように、各コイル素線７０の全てのターン部７２がコイルエンド６１の軸方向端面６１ａに露出している。そして、中央部に頂部７３を有するターン部７２は、ターン部７２が延びる方向において凹凸状になっている。また、径方向に隣接するターン部７２の頂部７３は、固定子コア５０の隣り合うスロット５１間の距離だけ周方向に離間している。これにより、コイルエンド６１の軸方向端面６１ａには、隣り合う頂部７３の間に、網状に拡がりコイルエンド６１の内周端と外周端とを連通する凹溝６２が、軸方向端面６１ａの全面に亘って形成されている。なお、各ターン部７２の軸方向外方に最も突出している頂部７３は、固定子コア５０の軸線と直角に交わる同一平面（軸方向端面６１ａ）上に位置している。
【００４２】
次に、図１および図９〜図１１を参照して固定子コイル６０を冷却する冷却装置８０について説明する。図９は、実施形態１の回転電機において用いられる冷却部材を含む冷却装置を示す模式図である。図１０は、実施形態１の回転電機において用いられる冷却部材の径方向に沿う断面図である。図１１は、実施形態１の回転電機において用いられる冷却部材の流路を示す模式図である。
【００４３】
冷却装置８０は、冷却液で固定子コイル６０を冷却する冷却部材としての一対の熱交換器８１と、熱交換器８１に冷却液を供給するポンプ８２と、冷却液の熱を放出する放熱器８３とを備えている。これら熱交換器８１、ポンプ８２および放熱器８３は、冷却液搬送用の配管で接続され、冷却液の循環回路上に設置されている。本実施形態では、ポンプ８２から吐出された冷却液が、放熱器８３を経由して一対の熱交換器８１に分岐して供給された後ポンプ８２に戻され、再びポンプ８２から吐出されるように循環回路が形成されている。
【００４４】
一対の熱交換器８１は、図１および図９に示すように、コイルエンド６１の軸方向端面６１ａと略同じ大きさの円環状に形成されており、両コイルエンド６１の軸方向端面６１ａのみにそれぞれ軸方向に対向して配置されている。熱交換器８１の表面には、図１０に示すように、例えば、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）などのセラミックスよりなる絶縁部材８４がコーティングされている。この熱交換器８１は、コイルエンド６１の軸方向端面６１ａに対して接合部材８５（図１参照）により取り付けられている。なお、接合部材８５は、例えば、エポキシ系の接着剤などの空気よりも熱伝導性の高い材料で形成されている。
【００４５】
熱交換器８１の内部には、隔壁８１ｄにより画成されて周方向に複数回周回する冷却液の流路８１ａが設けられている。流路８１ａの内周側端部には冷却液導入口８１ｂが設けられ、流路８１ａの外周側端部には冷却液導出口８１ｃが設けられている。この流路８１ａは、図１１に示すように、冷却液導入口８１ｂから周方向に１周する毎にターンして、反時計回り方向と時計回り方向への周回を交互に繰り返した後、冷却液導出口８１ｃに到達するように形成されている。即ち、本実施形態の流路８１ａは、内周側から外周側に向かって周移りしながら周方向に２往復（合計４回）周回するように形成されている。
【００４６】
以上のように構成された本実施形態の回転電機１は、固定子コイル６０への通電により運転が開始されると同時に冷却装置８０も作動を開始し、ポンプ８２から放熱器８３に向けて冷却液が吐出される。放熱器８３を経由して低温化された冷却液は、各熱交換器８１の内周側端部に設けられた冷却液導入口８１ｂから流路８１ａに導入され、流路８１ａに沿って周方向に２往復（合計４周回）流動し、各熱交換器８１の外周側端部に設けられた冷却液導出口８１ｃから各熱交換器８１の外部へ導出される。
【００４７】
このとき、回転電機１の運転に伴って発熱した固定子コイル６０は、各熱交換器８１の流路８１ａをそれぞれ流動する冷却液によって両コイルエンド６１の軸方向端面６１ａが良好に冷却される。本実施形態の場合、複数のターン部７２が径方向に重ねられてなる両コイルエンド６１の軸方向端面６１ａに、一対の熱交換器８１がそれぞれ対向して配置されているので、コイルエンド６１全体が効率よく均一に冷却される。
【００４８】
その後、熱交換器８１の冷却液導出口８１ｃから外部へ導出された高温となった冷却液は、ポンプ８２に戻された後、再びポンプ８２から放熱器８３に向けて吐出されることにより循環回路上を循環する。これにより、循環回路上に設置された熱交換器８１の流路８１ａを流動する冷却液によって、固定子コイル６０の両コイルエンド６１が継続して冷却される。
【００４９】
以上のように、本実施形態の回転電機１によれば、固定子コイル６０の軸方向両側に、複数のターン部７２が径方向に重ねられてなるコイルエンド６１の軸方向端面６１ａのみにそれぞれ対向して配置された熱交換器８１が設けられているため、コイルエンド６１全体を効率よく均一に冷却することができる。
【００５０】
特に、本実施形態の熱交換器８１は、周方向に複数回（２往復（合計４回））周回する冷却液の流路８１ａを有するため、周方向に複数回周回する流路８１ａを流動する冷却液により、コイルエンド６１を周方向に均一に冷却することができる。また、流路８１ａの内周側に冷却液導入口８１ｂが設けられ、流路８１ａの外周側に冷却液導出口８１ｃが設けられているので、冷却液導入口８１ｂから導入された最も低温の冷却液により、コイルエンド６１の内周側から外周側へと順に冷却することができる。これにより、コイルエンド６１全体を、更に効率よく且つ径方向に均一に冷却することができる。
【００５１】
そして、本実施形態では、熱交換器８１の表面には絶縁部材８４が設けられているので、固定子コイル６０に対する熱交換器８１の電気絶縁性をより確実に確保することができる。
【００５２】
また、本実施形態では、熱交換器８１は、コイルエンド６１の軸方向端面６１ａに対して接合部材８５で取り付けられているため、熱交換器８１をコイルエンド６１の軸方向端面６１ａに簡単且つ容易に取り付けることができる。さらに、接合部材８５は、空気よりも熱伝導性の高い材料で形成されているので、熱交換器８１の冷却性能の低下を回避することができる。
【００５３】
〔変形例１〕
図１２は、変形例１に係る冷却部材の流路を示す模式図である。変形例１は、固定子コイル６０のコイルエンド６１を冷却する冷却部材としての熱交換器１８１の構成のみが実施形態１と異なる。よって、実施形態１と異なる点について説明する。
【００５４】
変形例１の熱交換器１８１は、周方向に複数回周回する冷却液の流路１８１ａを有し、流路１８１ａの内周側に冷却液導入口１８１ｂが設けられ、流路１８１ａの外周側に冷却液導出口１８１ｃが設けられている点で、実施形態１の熱交換器８１と同じであるが、流路１８１ａの構造が実施形態１と異なる。
【００５５】
即ち、変形例１の熱交換器１８１の流路１８１ａは、図１２に示すように、冷却液導入口１８１ｂから分岐して周方向両側に延び、それぞれ半周する毎にターンして、時計回り方向と反時計回り方向への周回を交互に繰り返した後、冷却液導出口１８１ｃで合流するように構成されている。
【００５６】
変形例１の熱交換器１８１の場合には、流路１８１ａの冷却液導入口１８１ｂから冷却液導出口１８１ｃまでの距離が、実施形態１の熱交換器８１の場合に比べて略半分になり、圧損が少なくなる。そのため、熱交換器１８１に冷却液を供給する駆動力源（ポンプ等）を小さくすることができる。
【００５７】
〔変形例２〕
図１３は、変形例２に係る冷却部材の流路を示す模式図である。変形例２は、固定子コイル６０のコイルエンド６１を冷却する冷却部材としての熱交換器２８１の構成のみが実施形態１と異なる。よって、実施形態１と異なる点について説明する。
【００５８】
変形例２の熱交換器２８１は、周方向に複数回周回する冷却液の流路２８１ａを有し、流路２８１ａの内周側に冷却液導入口２８１ｂが設けられ、流路２８１ａの外周側に冷却液導出口２８１ｃが設けられている点で、実施形態１の熱交換器８１と同じであるが、流路２８１ａの構造が実施形態１と異なる。
【００５９】
即ち、変形例２の熱交換器２８１の流路２８１ａは、図１３に示すように、冷却液導入口２８１ｂから周方向に１周する毎に外周側へ順に周移りして周回し、冷却液導出口２８１ｃに到達するように構成されている。
【００６０】
変形例２の熱交換器２８１の場合には、実施形態１の熱交換器８１の場合と同様に、コイルエンド全体を周方向に均一に冷却することができる。
【００６１】
〔他の実施形態〕
本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更することが可能である。例えば、本発明は、車両に搭載される回転電機として、発電機、あるいは電動機、さらには両者を選択的に使用しうる回転電機にも適用することができる。また、本発明は、車両用の回転電機に限らず、汎用の回転電機にも適用することができる。
【符号の説明】
【００６２】
１…車両用電動機（回転電機）、 １０…ハウジング、 ２０…回転軸、 ３０…回転子、 ４０…固定子、 ５０…固定子コア、 ５１…スロット、 ６０…固定子コイル、 ６１…コイルエンド、 ６１ａ…軸方向端面、 ６１ｂ…内周面、 ６１ｃ…外周面、 ６２…凹溝、 ７０…コイル素線、 ７１…スロット収容部、 ７２…ターン部、 ７３…頂部、 ８０…冷却装置、 ８１、１８１、２８１…熱交換器（冷却部材）、 ８１ａ、１８１ａ、２８１ａ…流路、 ８１ｂ、１８１ｂ、２８１ｂ…冷却液導入口、 ８１ｃ、１８１ｃ、２８１ｃ…冷却液導出口、 ８１ｄ、１８１ｄ、２８１ｄ…隔壁、 ８２…ポンプ、 ８３…放熱器、 ８４…絶縁部材、 ８５…接合部材。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両に搭載されて電動機や発電機として使用される回転電機に関し、特に固定子コイルの温度上昇を抑制する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、車載用の回転電機は、回転軸心を中心に回転自在な回転子と、該回転子と径方向に対向して配置され、周方向に配列された複数のスロットを有する固定子コアと、該固定子コアのスロットに対して複数のコイル素線を巻装してなる固定子コイルとを備えている。そして、コイル素線は、周方向の異なるスロットに収容されるスロット収容部と、スロットの外部でスロット収容部同士を接続しているターン部とを有する。これにより、固定子コイルの軸方向両側には、固定子コアの端面から軸方向外方へ突出したターン部によりコイルエンドが形成されている。
【０００３】
上記のように構成される回転電機は、運転によって固定子コイルの温度が上昇することから、その対策について種々の提案がなされている。例えば、特許文献１には、ステータコイル（固定子コイル）のコイルエンドの径方向最外側または径方向最内側の細板状導体の平坦な主面に電気絶縁されつつ直接に密着する平坦な冷却面を有してコイルエンドを冷却する良熱伝導性の冷却部材を備えた回転電機が開示されている。
【０００４】
また、特許文献２には、チューブと循環ポンプとラジエータとを備え、冷却材の循環系をなす冷却回路に対して、開閉弁を介してリザーブタンクを接続してなる電動機の冷却装置が開示されている。この冷却装置では、ステータコイルの外周面にチューブを密着させた状態に配置し、チューブの内部を流通する冷却材の圧力によってチューブが体膨張および体収縮可能に構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−１２５５１２号公報
【特許文献２】特開２００３−１８７９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、上記特許文献１では、コイルエンドの径方向外側のみに冷却部材を配設した場合（特許文献１の図１１参照）には、コイルエンドの内周側と外周側とで温度分布が発生してしまい、コイルエンドを均一的に冷却することができない。また、コイルエンドの径方向外側および内側の両側に冷却部材を配設した場合（特許文献１の図１３参照）には、固定子コアの内側に配設された回転子とコイルエンドの径方向内側に配設された冷却部材との間に渦損が発生してしまうという問題がある。また、コイルエンドの径方向両側および軸方向端面側に断面コ字形状の冷却部材を配設した場合（特許文献１の図１４参照）には、コイルエンドの略全域が冷却部材で覆われているため、冷却部材の内部を流通する冷却液の流量が必要以上に多くなってしまうという問題や、冷却部材の構造上の理由から作製が容易ではないという問題がある。
【０００７】
一方、上記特許文献２に記載されているステータコイルは、所謂、集中巻きによってステータのティースに巻装されたものであり、集中巻きのステータコイルの場合には、コイルエンドで折り返されるコイル（ターン部）のうち、コイルエンドの表面に露出しない（内部に位置する）コイルが存在する。そのため、チューブの内部を流通する冷却材によりコイルエンドの表面に露出しないコイルまで冷却し難いという問題がある。
【０００８】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、コイルエンドを効率よく均一に冷却し得るようにした回転電機を提供することを解決すべき課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するためになされた請求項１に記載の発明は、回転自在な回転子と、該回転子と径方向に対向して配置され、周方向に配列された複数のスロットを有する固定子コアと、周方向の異なる前記スロットに収容されるスロット収容部と前記スロットの外部で前記スロット収容部同士を接続しているターン部とを有する複数のコイル素線を前記固定子コアに巻装してなる固定子コイルと、を備えた回転電機において、前記固定子コイルは、前記固定子コアの軸方向両端面からそれぞれ軸方向外方へ突出した複数の前記ターン部が径方向に重ねられてなるコイルエンドを有し、前記固定子コイルの軸方向両側には、前記コイルエンドの軸方向端面のみにそれぞれ対向して配置された冷却部材が設けられていることを特徴とする。
【００１０】
請求項１に記載の発明によれば、固定子コイルの軸方向両側に、複数のターン部が径方向に重ねられてなるコイルエンドの軸方向端面のみにそれぞれ対向して配置された冷却部材が設けられている。即ち、本発明では、コイルエンドを構成している全てのターン部が、コイルエンドの軸方向端面で折り返されており、この折り返し部のみに対向して配置された冷却部材により、コイルエンドを冷却するようにしている。そのため、コイルエンドに存在する全てのターン部を冷却部材で同時に冷却することができるので、コイルエンド全体を効率よく均一に冷却することができる。
【００１１】
なお、コイルエンドの軸方向端面は、最も温度が高くなる部位であることから、コイルエンドを冷却する冷却部材を設ける位置としては最適である。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、前記冷却部材の表面には絶縁部材が設けられていることを特徴とする。
【００１３】
請求項２に記載の発明によれば、冷却部材の表面には絶縁部材が設けられているので、固定子コイルに対する冷却部材の電気絶縁性をより確実に確保することができる。
【００１４】
なお、絶縁部材は、セラミックスや樹脂などの電気絶縁性を有する材料で形成することができる。セラミックス材料としては、例えば、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）やＡｌ２Ｏ３（アルミナ）などを挙げることができ、特に、ＡｌＮは、熱伝導性や絶縁性に優れているので好適に採用することができる。また、樹脂材料としては、例えば、ポリイミド、ポリアミドイミド、ＰＰＳなどを挙げることができる。
【００１５】
請求項３に記載の発明は、前記冷却部材は、前記コイルエンドの軸方向端面に対して接合部材で取り付けられており、該接合部材は、空気よりも熱伝導性の高い材料で形成されていることを特徴とする。
【００１６】
請求項３に記載の発明によれば、冷却部材をコイルエンドの軸方向端面に、接合部材で簡単且つ容易に取り付けることができる。また、接合部材が空気よりも熱伝導性の高い材料で形成されていることで、冷却部材の冷却性能の低下を回避することができる。なお、接合部材の形成材料としては、例えば、セラミックスの粒子が含有された接着剤を挙げることができる。
【００１７】
請求項４に記載の発明は、前記冷却部材は、周方向に複数回周回する冷却液の流路を有し、該流路の内周側に冷却液導入口が設けられ、前記流路の外周側に冷却液導出口が設けられていることを特徴とする。
【００１８】
請求項４に記載の発明によれば、冷却部材は、周方向に複数回周回する冷却液の流路を有するため、周方向に複数回周回する流路を流動する冷却液により、コイルエンドを周方向に均一に冷却することができる。また、本発明に係る回転電機においては、通常、漏れ磁束による渦損が固定子の内周側ほど多く発生することから、固定子の外周側よりも内周側の方が高温になり易い。そのため、請求項４に記載の発明によれば、流路の内周側に冷却液導入口が設けられ、流路の外周側に冷却液導出口が設けられているので、冷却液導入口から導入された最も低温の冷却液により、コイルエンドの内周側から外周側へと順に冷却することができる。これにより、コイルエンド全体を、更に効率よく且つ径方向に均一に冷却することができる。
【００１９】
請求項５に記載の発明は、前記流路は、前記冷却液導入口から周方向に１周する毎にターンして、時計回り方向と反時計回り方向への周回を交互に繰り返した後、前記冷却液導出口に到達するように構成されていることを特徴とする。
【００２０】
請求項５に記載の発明によれば、流路は、冷却液導入口から周方向に１周する毎にターンして、時計回り方向と反時計回り方向への周回を交互に繰り返した後、冷却液導出口に到達するように構成されていることから、コイルエンド全体を周方向に均一に冷却することができる。なお、冷却液導入口から周方向に周回を開始する方向は、時計回り方向であっても反時計回り方向であってもよい。
【００２１】
請求項６に記載の発明は、前記流路は、前記冷却液導入口から分岐して周方向両側に延び、それぞれ半周する毎にターンして、時計回り方向と反時計回り方向への周回を交互に繰り返した後、前記冷却液導出口で合流するように構成されていることを特徴とする。
【００２２】
請求項６に記載の発明によれば、流路は、冷却液導入口から分岐して周方向両側に延び、それぞれ半周する毎にターンして、時計回り方向と反時計回り方向への周回を交互に繰り返した後、冷却液導出口で合流するように構成されている。これにより、流路の冷却液導入口から冷却液導出口までの距離が、請求項５の場合に比べて略半分になり、圧損が少なくなるので、冷却部材に冷却液を供給する駆動力源を小さくすることができる。
【００２３】
請求項７に記載の発明は、前記流路は、前記冷却液導入口から周方向に１周する毎に外周側へ順に周移りして周回し、前記冷却液導出口に到達するように構成されていることを特徴とする。
【００２４】
請求項７に記載の発明によれば、流路は、冷却液導入口から周方向に１周する毎に外周側へ順に周移りして周回し、冷却液導出口に到達するように構成されていることから、請求項５の場合と同様に、コイルエンド全体を周方向に均一に冷却することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】実施形態１の回転電機の軸方向に沿う模式断面図である。
【図２】実施形態１の回転電機において用いられる固定子を示す図であって、（ａ）は固定子の外観を示す斜視図であり、（ｂ）はその固定子を側方から見た側面図である。
【図３】実施形態１の回転電機において固定子に用いられる固定子コアの正面図である。
【図４】実施形態１の回転電機において固定子コアを形成する分割コアの平面図である。
【図５】実施形態１の回転電機において固定子コイルに用いられるコイル素線の全体形状を示す正面図である。
【図６】実施形態１の回転電機において固定子コイルに用いられるコイル素線の断面図である。
【図７】実施形態１の回転電機において固定子コイルに用いられるコイル素線のターン部の形状を示す斜視図である。
【図８】実施形態１の回転電機において用いられる固定子の一部を示す部分斜視図である。
【図９】実施形態１の回転電機において用いられる冷却部材を含む冷却装置を示す模式図である。
【図１０】実施形態１の回転電機において用いられる冷却部材の径方向に沿う断面図である。
【図１１】実施形態１の回転電機において用いられる冷却部材の流路を示す模式図である。
【図１２】変形例１に係る冷却部材の流路を示す模式図である。
【図１３】変形例２に係る冷却部材の流路を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明に係る回転電機の実施形態について図面を参照して具体的に説明する。
【００２７】
〔実施形態１〕
図１は、実施形態１に係る回転電機の軸方向に沿う模式断面図である。本実施形態に係る回転電機１は、車両用電動機として使用されるものであって、図１に示すように、略筒状の本体部１１および該本体部１１の両端開口を閉塞する蓋部１２、１３とからなるハウジング１０と、ハウジング１０に軸受け２１、２２を介して回転自在に支承される回転軸２０と、回転軸２０に固定された回転子３０と、ハウジング１０の内部で回転子３０を包囲する位置でハウジング１０に固定された固定子コア５０および固定子コイル６０からなる固定子４０と、固定子コイル６０のコイルエンド６１を冷却する冷却装置８０と、を備えている。なお、本実施形態に係る回転電機１は、通常使用状態では回転軸２０の回転軸心が略水平方向となるように設置される。
【００２８】
回転子３０は、固定子コア５０の内周側と向き合う外周側に、永久磁石３１により周方向に交互に異なる磁極を複数形成している。回転子３０の磁極の数は、回転電機により異なるため限定されるものではない。本実施形態では、８極（Ｎ極：４、Ｓ極：４）の回転子が用いられている。
【００２９】
次に、図２〜図８を参照して固定子４０の詳細について説明する。図２は、実施形態１の回転電機において用いられる固定子を示す図であって、（ａ）は固定子の外観を示す斜視図であり、（ｂ）はその固定子を側方から見た側面図である。図３は、実施形態１の回転電機において固定子に用いられる固定子コアの正面図である。図４は、実施形態１の回転電機において固定子コアを形成する分割コアの平面図である。図５は、実施形態１の回転電機において固定子コイルに用いられるコイル素線の全体形状を示す正面図である。図６は、実施形態１の回転電機において固定子コイルに用いられるコイル素線の断面図である。図７は、実施形態１の回転電機において固定子コイルに用いられるコイル素線のターン部の形状を示す斜視図である。図８は、実施形態１の回転電機において用いられる固定子の一部を示す部分斜視図である。
【００３０】
固定子４０は、図２に示すように、固定子コア５０と、固定子コア５０に複数のコイル素線７０を巻装してなる三相の固定子コイル６０と、を備えている。固定子コア５０は、図３に示すように、内周に複数のスロット５１が形成された円環状を呈している。複数のスロット５１は、その深さ方向が径方向と一致するように形成されている。固定子コア５０に形成されたスロット５１の数は、回転子３０の磁極数に対し、固定子コイル６０の一相あたり２個の割合で形成されている。本実施形態では、８×３×２＝４８より、スロット数は４８個とされている。
【００３１】
固定子コア５０は、図４に示す分割コア５２を周方向に所定の数（本実施形態では２４個）連結して形成されている。この分割コア５２は、複数枚の電磁鋼板を軸方向に積層させて形成されている。分割コア５２は、一つのスロット５１を区画するとともに、周方向に隣接する分割コア５２との間で一つのスロット５１を区画する形状を呈している。具体的には、分割コア５２は、径方向内方に伸びる一対のティース部５２ａと、ティース部５２ａを径方向外方で連結するバックコア部５２ｂとを有している。これら連結された分割コア５２は、外周側に嵌合された外筒５３により円環状に保形されている。
【００３２】
固定子コイル６０は、波形に成形した複数のコイル素線７０（図５参照）を所定の方法で編み込んで帯状の導線集積体を形成した後、その導線集積体を渦巻き状に巻くことにより円筒状に形成されている。
【００３３】
固定子コイル６０を構成するコイル素線７０は、図６に示すように、銅製の導体７７と、導体７７の外周を覆い導体７７を絶縁する内層７８ａおよび外層７８ｂからなる絶縁被膜７８とから形成されており、断面形状が矩形のものである。内層７８ａおよび外層７８ｂを合わせた絶縁被膜７８の厚みは、１００μｍ〜２００μｍの間に設定されている。このように、内層７８ａおよび外層７８ｂからなる絶縁被膜７８の厚みが厚いので、コイル素線７０同士を絶縁するためにコイル素線７０同士の間に絶縁紙等を挟み込む必要がなくなっているが、コイル素線７０同士の間あるいは固定子コア５０と固定子コイル６０との間に絶縁紙を配設してもよい。
【００３４】
外層７８ｂはナイロン等の絶縁材、内層７８ａは外層７８ｂよりもガラス転移温度の高い熱可塑性樹脂またはポリアミドイミド等の絶縁材で形成されている。これにより、回転電機１に発生する熱により外層７８ｂは内層７８ａよりも早く結晶化するため、外層７８ｂの表面硬度が高くなり、コイル素線７０に傷がつきにくくなる。このため、コイル素線７０の絶縁を確保できる。
【００３５】
コイル素線７０は、図５に示すように、長手方向に沿って並列配置され固定子コア５０のスロット５１に収容される複数のスロット収容部７１と、隣り合うスロット収容部７１同士をスロット収容部７１の一端側と他端側とで交互に連結する複数のターン部７２とを有する波形に形成されている。このコイル素線７０は、固定子コア５０に波巻されることにより固定子コイル６０を形成している。
【００３６】
ターン部７２の中央部には、図７に示すように、固定子コア６０の端面から軸方向外方へ最も離れた部位となる頂部７３が形成されている。この頂部７３は、固定子コアの端面と平行な方向に延びるクランク形状に形成されている。この頂部７３のクランク形状によるずれ量は、コイル素線７０の略幅分である。これにより、径方向に隣接しているコイル素線７０のターン部７２同士を密に巻回できる。その結果、コイルエンド６１の径方向の幅が小さくなるので、固定子コイル６０が径方向外側に張り出すことを防止する。
【００３７】
また、固定子コア５０のスロット５１から外部に突出するターン部７２の突出箇所に、コイル素線７０がまたがって収容されているスロット５１同士に向けて固定子コア５０の軸方向両側の端面に沿って段部７５が形成されている。これにより、スロット５１から突出しているコイル素線７０のターン部７２の突出箇所の間隔、言い換えればターン部７２が形成する三角形状部分の底辺の長さは、コイル素線７０がまたがって設置されているスロット５１同士の間隔よりも狭くなっている。その結果、コイルエンド６１の高さ（軸方向長さ）が低くなる。
【００３８】
また、固定子コア５０の端面に沿った段部７５の長さをｄ１、周方向に隣接するスロット同士の間隔をｄ２とすると、ｄ１≦ｄ２になっている。これにより、コイル素線７０の段部７５が周方向に隣り合うスロットから突出するコイル素線７０と干渉することを防止できる。これにより、周方向に隣接するスロット５１から突出するコイル素線７０同士が互いに干渉することを避けるために、コイルエンド６１の高さが高くなったり、あるいはコイルエンド６１の径方向の幅が大きくなったりすることを防止できる。その結果、コイルエンド６１の高さが低くなる。さらに、コイルエンド６１の径方向の幅が小さくなるので、固定子巻線７０が径方向外側に張り出すことを防止する。
【００３９】
さらに、コイル素線７０には、ターン部７２の中央部の頂部７３と、ターン部７２の突出箇所に形成した段部７５との間に、それぞれ２個の段部７６が形成されている。つまり、各ターン部７２には、合計６個の段部７５、７６と１個の頂部７３が形成されている。これにより、段部を形成しない三角形状のターン部の高さに比べ、ターン部７２の高さが低くなる。段部７６の形状も、段部７５と同様に、固定子コア５０の端面に平行に形成されている。したがって、コイル素線７０の各ターン部７２は、中央部の頂部７３から両側に向かって下降するように階段状に形成されている。
【００４０】
このように階段状に形成されたターン部７２を有するコイル素線７０は、スロット収容部７１が固定子コア５０の所定のスロット数（例えば、３相×２個＝６個）ごとのスロット５１に収容され、ターン部７２が固定子コア５０の軸方向の両端面からそれぞれ突出している。これにより、固定子コイル６０の軸方向両側には、固定子コア５０の端面から軸方向外方へ突出した複数のターン部７２が径方向に重ねられてなるコイルエンド６１がそれぞれ形成されている（図１参照）。これら一対のコイルエンド６１は、略平面状の軸方向端面６１ａと円弧曲面状の内周面６１ｂおよび外周面６１ｃとを有する円筒状に形成されている。
【００４１】
この場合、図８に示すように、各コイル素線７０の全てのターン部７２がコイルエンド６１の軸方向端面６１ａに露出している。そして、中央部に頂部７３を有するターン部７２は、ターン部７２が延びる方向において凹凸状になっている。また、径方向に隣接するターン部７２の頂部７３は、固定子コア５０の隣り合うスロット５１間の距離だけ周方向に離間している。これにより、コイルエンド６１の軸方向端面６１ａには、隣り合う頂部７３の間に、網状に拡がりコイルエンド６１の内周端と外周端とを連通する凹溝６２が、軸方向端面６１ａの全面に亘って形成されている。なお、各ターン部７２の軸方向外方に最も突出している頂部７３は、固定子コア５０の軸線と直角に交わる同一平面（軸方向端面６１ａ）上に位置している。
【００４２】
次に、図１および図９〜図１１を参照して固定子コイル６０を冷却する冷却装置８０について説明する。図９は、実施形態１の回転電機において用いられる冷却部材を含む冷却装置を示す模式図である。図１０は、実施形態１の回転電機において用いられる冷却部材の径方向に沿う断面図である。図１１は、実施形態１の回転電機において用いられる冷却部材の流路を示す模式図である。
【００４３】
冷却装置８０は、冷却液で固定子コイル６０を冷却する冷却部材としての一対の熱交換器８１と、熱交換器８１に冷却液を供給するポンプ８２と、冷却液の熱を放出する放熱器８３とを備えている。これら熱交換器８１、ポンプ８２および放熱器８３は、冷却液搬送用の配管で接続され、冷却液の循環回路上に設置されている。本実施形態では、ポンプ８２から吐出された冷却液が、放熱器８３を経由して一対の熱交換器８１に分岐して供給された後ポンプ８２に戻され、再びポンプ８２から吐出されるように循環回路が形成されている。
【００４４】
一対の熱交換器８１は、図１および図９に示すように、コイルエンド６１の軸方向端面６１ａと略同じ大きさの円環状に形成されており、両コイルエンド６１の軸方向端面６１ａのみにそれぞれ軸方向に対向して配置されている。熱交換器８１の表面には、図１０に示すように、例えば、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）などのセラミックスよりなる絶縁部材８４がコーティングされている。この熱交換器８１は、コイルエンド６１の軸方向端面６１ａに対して接合部材８５（図１参照）により取り付けられている。なお、接合部材８５は、例えば、エポキシ系の接着剤などの空気よりも熱伝導性の高い材料で形成されている。
【００４５】
熱交換器８１の内部には、隔壁８１ｄにより画成されて周方向に複数回周回する冷却液の流路８１ａが設けられている。流路８１ａの内周側端部には冷却液導入口８１ｂが設けられ、流路８１ａの外周側端部には冷却液導出口８１ｃが設けられている。この流路８１ａは、図１１に示すように、冷却液導入口８１ｂから周方向に１周する毎にターンして、反時計回り方向と時計回り方向への周回を交互に繰り返した後、冷却液導出口８１ｃに到達するように形成されている。即ち、本実施形態の流路８１ａは、内周側から外周側に向かって周移りしながら周方向に２往復（合計４回）周回するように形成されている。
【００４６】
以上のように構成された本実施形態の回転電機１は、固定子コイル６０への通電により運転が開始されると同時に冷却装置８０も作動を開始し、ポンプ８２から放熱器８３に向けて冷却液が吐出される。放熱器８３を経由して低温化された冷却液は、各熱交換器８１の内周側端部に設けられた冷却液導入口８１ｂから流路８１ａに導入され、流路８１ａに沿って周方向に２往復（合計４周回）流動し、各熱交換器８１の外周側端部に設けられた冷却液導出口８１ｃから各熱交換器８１の外部へ導出される。
【００４７】
このとき、回転電機１の運転に伴って発熱した固定子コイル６０は、各熱交換器８１の流路８１ａをそれぞれ流動する冷却液によって両コイルエンド６１の軸方向端面６１ａが良好に冷却される。本実施形態の場合、複数のターン部７２が径方向に重ねられてなる両コイルエンド６１の軸方向端面６１ａに、一対の熱交換器８１がそれぞれ対向して配置されているので、コイルエンド６１全体が効率よく均一に冷却される。
【００４８】
その後、熱交換器８１の冷却液導出口８１ｃから外部へ導出された高温となった冷却液は、ポンプ８２に戻された後、再びポンプ８２から放熱器８３に向けて吐出されることにより循環回路上を循環する。これにより、循環回路上に設置された熱交換器８１の流路８１ａを流動する冷却液によって、固定子コイル６０の両コイルエンド６１が継続して冷却される。
【００４９】
以上のように、本実施形態の回転電機１によれば、固定子コイル６０の軸方向両側に、複数のターン部７２が径方向に重ねられてなるコイルエンド６１の軸方向端面６１ａのみにそれぞれ対向して配置された熱交換器８１が設けられているため、コイルエンド６１全体を効率よく均一に冷却することができる。
【００５０】
特に、本実施形態の熱交換器８１は、周方向に複数回（２往復（合計４回））周回する冷却液の流路８１ａを有するため、周方向に複数回周回する流路８１ａを流動する冷却液により、コイルエンド６１を周方向に均一に冷却することができる。また、流路８１ａの内周側に冷却液導入口８１ｂが設けられ、流路８１ａの外周側に冷却液導出口８１ｃが設けられているので、冷却液導入口８１ｂから導入された最も低温の冷却液により、コイルエンド６１の内周側から外周側へと順に冷却することができる。これにより、コイルエンド６１全体を、更に効率よく且つ径方向に均一に冷却することができる。
【００５１】
そして、本実施形態では、熱交換器８１の表面には絶縁部材８４が設けられているので、固定子コイル６０に対する熱交換器８１の電気絶縁性をより確実に確保することができる。
【００５２】
また、本実施形態では、熱交換器８１は、コイルエンド６１の軸方向端面６１ａに対して接合部材８５で取り付けられているため、熱交換器８１をコイルエンド６１の軸方向端面６１ａに簡単且つ容易に取り付けることができる。さらに、接合部材８５は、空気よりも熱伝導性の高い材料で形成されているので、熱交換器８１の冷却性能の低下を回避することができる。
【００５３】
〔変形例１〕
図１２は、変形例１に係る冷却部材の流路を示す模式図である。変形例１は、固定子コイル６０のコイルエンド６１を冷却する冷却部材としての熱交換器１８１の構成のみが実施形態１と異なる。よって、実施形態１と異なる点について説明する。
【００５４】
変形例１の熱交換器１８１は、周方向に複数回周回する冷却液の流路１８１ａを有し、流路１８１ａの内周側に冷却液導入口１８１ｂが設けられ、流路１８１ａの外周側に冷却液導出口１８１ｃが設けられている点で、実施形態１の熱交換器８１と同じであるが、流路１８１ａの構造が実施形態１と異なる。
【００５５】
即ち、変形例１の熱交換器１８１の流路１８１ａは、図１２に示すように、冷却液導入口１８１ｂから分岐して周方向両側に延び、それぞれ半周する毎にターンして、時計回り方向と反時計回り方向への周回を交互に繰り返した後、冷却液導出口１８１ｃで合流するように構成されている。
【００５６】
変形例１の熱交換器１８１の場合には、流路１８１ａの冷却液導入口１８１ｂから冷却液導出口１８１ｃまでの距離が、実施形態１の熱交換器８１の場合に比べて略半分になり、圧損が少なくなる。そのため、熱交換器１８１に冷却液を供給する駆動力源（ポンプ等）を小さくすることができる。
【００５７】
〔変形例２〕
図１３は、変形例２に係る冷却部材の流路を示す模式図である。変形例２は、固定子コイル６０のコイルエンド６１を冷却する冷却部材としての熱交換器２８１の構成のみが実施形態１と異なる。よって、実施形態１と異なる点について説明する。
【００５８】
変形例２の熱交換器２８１は、周方向に複数回周回する冷却液の流路２８１ａを有し、流路２８１ａの内周側に冷却液導入口２８１ｂが設けられ、流路２８１ａの外周側に冷却液導出口２８１ｃが設けられている点で、実施形態１の熱交換器８１と同じであるが、流路２８１ａの構造が実施形態１と異なる。
【００５９】
即ち、変形例２の熱交換器２８１の流路２８１ａは、図１３に示すように、冷却液導入口２８１ｂから周方向に１周する毎に外周側へ順に周移りして周回し、冷却液導出口２８１ｃに到達するように構成されている。
【００６０】
変形例２の熱交換器２８１の場合には、実施形態１の熱交換器８１の場合と同様に、コイルエンド全体を周方向に均一に冷却することができる。
【００６１】
〔他の実施形態〕
本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更することが可能である。例えば、本発明は、車両に搭載される回転電機として、発電機、あるいは電動機、さらには両者を選択的に使用しうる回転電機にも適用することができる。また、本発明は、車両用の回転電機に限らず、汎用の回転電機にも適用することができる。
【符号の説明】
【００６２】
１…車両用電動機（回転電機）、 １０…ハウジング、 ２０…回転軸、 ３０…回転子、 ４０…固定子、 ５０…固定子コア、 ５１…スロット、 ６０…固定子コイル、 ６１…コイルエンド、 ６１ａ…軸方向端面、 ６１ｂ…内周面、 ６１ｃ…外周面、 ６２…凹溝、 ７０…コイル素線、 ７１…スロット収容部、 ７２…ターン部、 ７３…頂部、 ８０…冷却装置、 ８１、１８１、２８１…熱交換器（冷却部材）、 ８１ａ、１８１ａ、２８１ａ…流路、 ８１ｂ、１８１ｂ、２８１ｂ…冷却液導入口、 ８１ｃ、１８１ｃ、２８１ｃ…冷却液導出口、 ８１ｄ、１８１ｄ、２８１ｄ…隔壁、 ８２…ポンプ、 ８３…放熱器、 ８４…絶縁部材、 ８５…接合部材。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転自在な回転子と、該回転子と径方向に対向して配置され、周方向に配列された複数のスロットを有する固定子コアと、周方向の異なる前記スロットに収容されるスロット収容部と前記スロットの外部で前記スロット収容部同士を接続しているターン部とを有する複数のコイル素線を前記固定子コアに巻装してなる固定子コイルと、を備えた回転電機において、
前記固定子コイルは、前記固定子コアの軸方向両端面からそれぞれ軸方向外方へ突出した複数の前記ターン部が径方向に重ねられてなるコイルエンドを有し、
前記固定子コイルの軸方向両側には、前記コイルエンドの軸方向端面のみにそれぞれ対向して配置された冷却部材が設けられていることを特徴とする回転電機。
【請求項２】
前記冷却部材の表面には絶縁部材が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
【請求項３】
前記冷却部材は、前記コイルエンドの軸方向端面に対して接合部材で取り付けられており、該接合部材は、空気よりも熱伝導性の高い材料で形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の回転電機。
【請求項４】
前記冷却部材は、周方向に複数回周回する冷却液の流路を有し、該流路の内周側に冷却液導入口が設けられ、前記流路の外周側に冷却液導出口が設けられていることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の回転電機。
【請求項５】
前記流路は、前記冷却液導入口から周方向に１周する毎にターンして、時計回り方向と反時計回り方向への周回を交互に繰り返した後、前記冷却液導出口に到達するように構成されていることを特徴とする請求項４に記載の回転電機。
【請求項６】
前記流路は、前記冷却液導入口から分岐して周方向両側に延び、それぞれ半周する毎にターンして、時計回り方向と反時計回り方向への周回を交互に繰り返した後、前記冷却液導出口で合流するように構成されていることを特徴とする請求項４に記載の回転電機。
【請求項７】
前記流路は、前記冷却液導入口から周方向に１周する毎に外周側へ順に周移りして周回し、前記冷却液導出口に到達するように構成されていることを特徴とする請求項４に記載の回転電機。
【請求項１】
回転自在な回転子と、該回転子と径方向に対向して配置され、周方向に配列された複数のスロットを有する固定子コアと、周方向の異なる前記スロットに収容されるスロット収容部と前記スロットの外部で前記スロット収容部同士を接続しているターン部とを有する複数のコイル素線を前記固定子コアに巻装してなる固定子コイルと、を備えた回転電機において、
前記固定子コイルは、前記固定子コアの軸方向両端面からそれぞれ軸方向外方へ突出した複数の前記ターン部が径方向に重ねられてなるコイルエンドを有し、
前記固定子コイルの軸方向両側には、前記コイルエンドの軸方向端面のみにそれぞれ対向して配置された冷却部材が設けられていることを特徴とする回転電機。
【請求項２】
前記冷却部材の表面には絶縁部材が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
【請求項３】
前記冷却部材は、前記コイルエンドの軸方向端面に対して接合部材で取り付けられており、該接合部材は、空気よりも熱伝導性の高い材料で形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の回転電機。
【請求項４】
前記冷却部材は、周方向に複数回周回する冷却液の流路を有し、該流路の内周側に冷却液導入口が設けられ、前記流路の外周側に冷却液導出口が設けられていることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の回転電機。
【請求項５】
前記流路は、前記冷却液導入口から周方向に１周する毎にターンして、時計回り方向と反時計回り方向への周回を交互に繰り返した後、前記冷却液導出口に到達するように構成されていることを特徴とする請求項４に記載の回転電機。
【請求項６】
前記流路は、前記冷却液導入口から分岐して周方向両側に延び、それぞれ半周する毎にターンして、時計回り方向と反時計回り方向への周回を交互に繰り返した後、前記冷却液導出口で合流するように構成されていることを特徴とする請求項４に記載の回転電機。
【請求項７】
前記流路は、前記冷却液導入口から周方向に１周する毎に外周側へ順に周移りして周回し、前記冷却液導出口に到達するように構成されていることを特徴とする請求項４に記載の回転電機。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１３−９０３９１（Ｐ２０１３−９０３９１Ａ）
【公開日】平成２５年５月１３日（２０１３．５．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２２７０９１（Ｐ２０１１−２２７０９１）
【出願日】平成２３年１０月１４日（２０１１．１０．１４）
【出願人】（０００００４６９５）株式会社日本自動車部品総合研究所 (1,981)
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月１３日（２０１３．５．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月１４日（２０１１．１０．１４）
【出願人】（０００００４６９５）株式会社日本自動車部品総合研究所 (1,981)
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
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