JP4066982B2 - ディスク型回転電機のステータ冷却構造 - Google Patents

Description

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。

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。

このような永久磁石同期モータであって、ステータとロータが軸方向に対向配置され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おり、また、ディスク型モータの内部に冷却のため、油（冷媒）を導入するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開平１０−２４３６１７号公報

しかしながら、従来のディスク型モータにあっては、ステータとロータとが磁石性能の向上のために非常に小さい間隙（ギャップ）を介して設置されているため、このギャップに導入された冷媒が流入し、フリクションロスが増加するので、モータ効率を悪化させる、という問題があった。

本発明は、上記問題に着目してなされたもので、モータ効率を悪化させることなく、冷却効率の向上により連続出力を大幅に増加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。

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、ステータコアとステータコイルを有するステータと、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、
前記ステータコアを包み込むように成形された樹脂モールドの中にコイル冷媒路を形成し、
前記コイル冷媒路を、ステータコアの内周側に配置した内周側コイル冷媒路と、ステータコアの外周側に配置した外周側コイル冷媒路とにより構成すると共に、これら内周側コイル冷媒路及び外周側コイル冷媒路を相互に独立したコイル冷媒路とし、
該内周側コイル冷媒路及び外周側コイル冷媒路の各々に１つ以上の冷媒入口と冷媒出口を設け、これら両コイル冷媒路に個別に冷媒を導くことによりステータコイルを冷却するよう構成したことを特徴とする。

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、
樹脂モールドの中にコイル冷媒路を形成することにより発熱体であるステータコイルとの距離を縮めることが可能となり、空冷に比べ、冷却効率が向上する。
また、ステータ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ギャップ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、モータ効率を悪化させることなく、冷却効率の向上により連続出力を大幅に増加することができる。
また上記のコイル冷媒路を、ステータコアの内周側に配置した内周側コイル冷媒路と、ステータコアの外周側に配置した外周側コイル冷媒路とで構成したため、
ステータコアの内外周に冷媒が行き渡り、ステータコアの内外周で冷却能力のばらつきが抑えられ、冷却効率を向上させることができる。
そして、上記の内周側コイル冷媒路及び外周側コイル冷媒路を相互に独立させ、これら両コイル冷媒路に個別に冷媒を導いてステータコイルを冷却する構成のため、内周側コイル冷媒路及び外周側コイル冷媒路の冷媒流量を個別に加減し得ることとなり、
これらコイル冷媒路のステータコア内周側配置および外周側配置に起因して内周側コイル冷媒路の長さが相対的に短くなり、外周側コイル冷媒路の長さが相対的に長くなって、同じ冷媒流量だと内周側コイル冷媒路および外周側コイル冷媒路間に冷却能力差を生ずるところながら、これによる問題を、上記した内周側コイル冷媒路及び外周側コイル冷媒路の冷媒流量個別制御により回避可能である。

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２１に基づいて説明する。

まず、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ディスク型回転電機を示す全体断面図であり、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と、回転電機ケース４（モータハウジングケース）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。

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。

前記ロータ２は、前記回転軸１に固定され、ステータ３から与えられる回転磁束に対し、永久磁石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との対向面に一部埋め込まれた複数の永久磁石９と、を有して構成されている。前記複数の永久磁石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の間にはギャップ１０と呼ばれる隙間が存在し、互いに接触することはない。

前記ステータ３は、前記リヤ側サイドケース４ｂに固定され、ステータコア１１と、ステータコイル１２と、バックコア１３と、を有して構成されている。前記ステータコイル１２は、図外の絶縁紙または絶縁体を介し、ステータコア１１に巻かれる。また、ステータ３は、そのバックコア１３を介して通じてリヤ側サイドケース４ｂに保持される。

図２は実施例１のディスク型回転電機のステータ冷却構造が適用されたステータ断面図であり、図１及び図２に基づいて実施例１のステータ冷却構造を説明する。

実施例１のステータ冷却構造は、前記ステータコア１１を包み込むように成形された樹脂モールド１４の中にコイル冷媒路１５，１６を形成し、該コイル冷媒路１５，１６は、ステータコア１２の内周と外周の両方に配置し、冷媒入口１７，１８と冷媒出口１９，２０をそれぞれ１つ有し、コイル冷媒路１５，１６に冷媒を導くことによりステータコイル１２を冷却する。

前記コイル冷媒路１５，１６は、ステータコア１１を包み込むように成形された樹脂モールド１４の中に高熱伝導性部材２１，２２を埋め込むことで内周側コイル冷媒路１５と外周側コイル冷媒路１６を形成し、内周側コイル冷媒路１５について、冷媒入口１７と冷媒出口１９を設定し、外周側コイル冷媒路１６について、冷媒入口１８と冷媒出口２０を設定している。

前記コイル冷媒路１５，１６の形状は、図２に示すように、ステータコア１１の内周と外周とのそれぞれに沿って連通する範囲を１周以上に設定したＯ型形状としている。

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、ステータ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、熱発生量が最も多いステータコイルを冷却する必要がある。

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、ステータ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）、ロータとステータとのギャップに冷媒が流入し、フリクションロスが増加するので、モータ効率を悪化させてしまう。

これに対し、実施例１では、ステータコア１１を包み込むように成形された樹脂モールド１４の中にコイル冷媒路１５，１６を形成することで、モータ効率を悪化させることなく、冷却効率の向上により連続出力を大幅に増加させた。

すなわち、冷媒は、図２に示すように、冷媒入口１７より導かれ、樹脂モールド成形する際に埋め込まれた高熱伝導性部材２１で形成された内周側コイル冷媒路１５を通り冷媒出口１９へと到達する。同時に、冷媒入口１８より導かれ、樹脂モールド成形する際に埋め込まれた高熱伝導性部材２２で形成された外周側コイル冷媒路１６を通り冷媒出口２０へと到達する。
これにより、冷媒と発熱体であるステータコイル１２との距離を縮めることができるので、熱抵抗が減少し冷却効率が向上し、空冷に比べ、冷却効率が大幅に向上するので、連続出力を大幅に増加することが可能である。
そして、ステータコイル１２を冷却する冷媒は、密閉されたコイル冷媒路１５，１６の中を流れ、ロータ２とのギャップ１０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。

実施例１では、１つの冷媒路に対し、冷媒入口と出口が１つずつ配置したため、冷媒入口，出口が複数形成されている場合に比べ、ステータコイル１２を冷却する冷媒の流量をより均一にすることができるので、冷却効率が向上する。さらに、従来のラジアルギャップ回転電機のように、ロータとステータとのギャップを大きくしてモータ性能を低下させたり、また、ステータコイルと冷媒路の間にステータコアが介在することによる熱抵抗の増加が冷却効率を悪化させる、等といったことも無い。

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。

(1) 永久磁石９を配置したロータ２と、ステータコア１１とステータコイル１２を有するステータ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、前記ステータコア１１を包み込むように成形された樹脂モールド１４の中にコイル冷媒路１５，１６を形成し、該コイル冷媒路１５，１６は、ステータコア１２の内周と外周の両方に配置し、冷媒入口１７，１８と冷媒出口１９，２０をそれぞれ１つ有し、コイル冷媒路１５，１６に冷媒を導くことによりステータコイル１２を冷却するため、モータ効率を悪化させることなく、冷却効率の向上により連続出力を大幅に増加することができる。

(2) 前記コイル冷媒路１５，１６の形状は、ステータコア１１の内周と外周とのそれぞれに沿って連通する範囲を１周以上に設定したＯ型形状としたため、吸熱による冷媒の温度勾配によって生じるステータ周方向の冷却能力の不均一が軽減され、冷却効率をより向上させることができる。

(3) 前記コイル冷媒路を、内周側コイル冷媒路１５と外周側コイル冷媒路１６により構成したため、ステータコア１１の内外全周に冷媒が行き渡り、ステータコア１１の内外周で冷却能力のばらつきが抑えられ、冷却効率をより向上させることができる。

実施例２は、コイル冷媒路１５，１６の形状がＯ型形状の実施例１に対しコイル冷媒路１５，１６の形状をＣ型形状とした例である。

すなわち、図３に示すように、内周側コイル冷媒路１５と外周側コイル冷媒路１６の形状を、ステータコア１１の内周と外周のそれぞれに沿って連通する範囲を１周未満に設定したＣ型形状とし、両コイル冷媒路１５，１６の連通が途絶えている両端位置に冷媒入口１７，１８と冷媒出口１９，２０を設定した。なお、他の構成は実施例１と同様であるので、対応する構成に同一符号を付して説明を省略する。

次に、作用を説明すると、実施例２の内周側コイル冷媒路１５と外周側コイル冷媒路１６は、実施例１にあるようにコイル冷媒路１５，１６が２股に分かれず、冷媒入口１７，１８の端部と冷媒出口１９，２０の端部に至るまで同じ方向に流れるため、冷媒の流速が落ちない。他の作用は、実施例１と同様である。

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),(3)の効果に加え、下記の効果を得ることができる。

(4) 前記内周側コイル冷媒路１５と外周側コイル冷媒路１６の形状を、ステータコア１１の内周と外周のそれぞれに沿って連通する範囲を１周未満に設定したＣ型形状としたため、流量を増やすこと無く流速が上がり、冷却効率を向上させることができる。

実施例３は、内周側と外周側のコイル冷媒路の冷媒の流れる向きを逆に設定した例である。

すなわち、前記コイル冷媒路１５，１６の形状をＯ型形状とした例にあっては、図４に示すように、内周側コイル冷媒路１５の流れの向きを上から下とし、外周側コイル冷媒路１６の流れの向きを下から上とし、冷媒の流れる向きを逆に設定した。

前記コイル冷媒路１５，１６の形状をＣ型形状とした例にあっては、図５に示すように、内周側コイル冷媒路１５の流れの向きを図面左回りとし、外周側コイル冷媒路１６の流れの向きを図面右回りとし、冷媒の流れる向きを逆に設定した。なお、他の構成は実施例１または実施例２と同様であるので、対応する構成に同一符号を付して説明を省略する。

次に、作用を説明すると、内周側コイル冷媒路１５と外周側コイル冷媒路１６の冷媒の流れる向きを逆に設定したことで、吸熱による冷媒の温度勾配によって生じるステータ周方向の冷却能力の不均一が軽減される。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。

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。

(5) 前記内周側コイル冷媒路１５と前記外周側コイル冷媒路１６の冷媒の流れる向きを逆に設定したため、吸熱による冷媒の温度勾配によって生じるステータ周方向の冷却能力の不均一が軽減され、冷却効率を向上させることができる。

実施例４は、外周側コイル冷媒路を周方向に複数本設定した例である。

すなわち、図６に示すように、コイル冷媒路として、１本のＣ型形状による内周側コイル冷媒路１５と、２本のＣ型形状による外周側コイル冷媒路１６，１６を同一周上に設定している。そして、外周側コイル冷媒路１６，１６については、２つの冷媒入口１８，１８と２つの冷媒出口２０，２０を設定し、両外周側コイル冷媒路１６，１６を並列に連通している。なお、他の構成は実施例１と同様であるので、対応する構成に同一符号を付して説明を省略する。

次に、作用を説明すると、冷媒路に接するステータコイル１２の長さは外周側の方が内周側よりも長くなり、通常、ステータコイル１２の外周側が内周側に比べて発熱量が多くなる。このような場合、外周側については周方向に２本の外周側コイル冷媒路１６，１６を設定し、冷却能力を実施例１，２，３に比べて高くすることで、ステータ３の内周と外周とで生じるステータ径方向の冷却能力の不均一を軽減することができる。

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１，２，３の効果に加え、下記の効果を得ることができる。

(6) 前記外周側コイル冷媒路１６，１６を、周方向に複数本設定したため、ステータ３の内周と外周とで生じるステータ径方向の冷却能力の不均一が軽減されることにより、冷却効率を向上させることができる。

実施例５は、外周側コイル冷媒路を内周側コイル冷媒路よりも冷媒路の本数を多く設定する例である。

すなわち、図７に示すように、コイル冷媒路として、１本の内周側コイル冷媒路１５に対して外周側コイル冷媒路１６，１６を２本設定している。なお、他の構成は実施例１と同様であるので、対応する構成に同一符号を付して説明を省略する。

次に、作用を説明すると、冷媒路に接するステータコイル１２の長さは外周側の方が内周側よりも長くなり、通常、ステータコイル１２の外周側が内周側に比べて発熱量が多くなる。このような場合、外周側については２本の外周側コイル冷媒路１６，１６を設定し、内周側については１本の内周側コイル冷媒路１５を設定し、内周側より外周側の冷却能力を高くすることで、ステータ３の内周と外周とで生じるステータ径方向の冷却能力の不均一を軽減することができ、さらに、実施例１〜４に比べ、全体としての冷媒路の本数が増えることにより冷却面積が増加する。

次に、効果を説明すると、実施例５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１，２，３の効果に加え、下記の効果を得ることができる。

(7) 前記外周側コイル冷媒路１６，１６は、内周側コイル冷媒路１５よりも冷媒路の数を多く設定したため、ステータ３の内周と外周とで生じるステータ径方向の冷却能力の不均一軽減と冷却面積の増加により、冷却効率を向上させることができる。

なお、実施例５では、２本の外周側コイル冷媒路１６，１６と１本の内周側コイル冷媒路１５の例を示したが、例えば、外周側コイル冷媒路を３本以上とし、内周側コイル冷媒路を２本以上とするように、外周側には内周側よりも冷媒路の本数を多く設けるものであれば冷媒路数は限定されない。

実施例６は、外周側コイル冷媒路を蛇行する冷媒路によって形成した例である。

すなわち、外周側コイル冷媒路１６をView Aから見ると、図８(b)に示すように、蛇行する冷媒路によって形成した。なお、他の構成は実施例４と同様であるので、対応する構成に同一符号を付して説明を省略する。

次に、作用を説明すると、外周側コイル冷媒路１６は、蛇行により部品点数を増やすこと無く冷却面積を増やしていることで、冷却効率が向上する。なお、他の作用は実施例４等と同様であるので説明を省略する。

次に、効果を説明すると、実施例６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１，２，３，４の効果に加え、下記の効果を得ることができる。

(8) 前記コイル冷媒路のうち外周側コイル冷媒路１６を、蛇行する冷媒路によって形成したため、部品点数を増やすこと無く冷却効率を向上することができる。つまり、コストを削減しながら冷却効率を向上することができる。

実施例７は、複数のコイル冷媒路のうちステータコアの先端に近いほど冷媒路の流路面積を広く設定した例である。

すなわち、図９に示すように、内周側コイル冷媒路１５，１５と外周側コイル冷媒路１６，１６とをそれぞれ２本設定すると共に、ステータコア１１の先端に近いコイル冷媒路１５，１６は、ステータコア１１の先端から遠いコイル冷媒路１５，１６に比べて流路面積が大きくとられている。なお、他の構成は実施例１と同様であるので、対応する構成に同一符号を付して説明を省略する。

次に、作用を説明すると、ステータコア１１の先端部側は、コイル発熱に加えロータ１からの熱影響を受けることで、コイル発熱のみを受ける根元部よりも高温になる。これに対し、ステータコア１１の先端に近いコイル冷媒路１５，１６は、ステータコア１１の先端から遠いコイル冷媒路１５，１６に比べて流路面積が大きくとられていることで、ステータコア１１の先端側の冷媒流量と冷却面積が増えることになり、ステータコア１１の先端部と根元部で生じるステータ軸方向の冷却能力の不均一を軽減することができる。

次に、効果を説明すると、実施例７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の効果に加え、下記の効果を得ることができる。

(9)前記内周側コイル冷媒路１５，１５と外周側コイル冷媒路１６，１６は、複数の冷媒路のうちステータコア１１の先端に近いほど冷媒路の流路面積を広く設定したため、ステータコア１１の先端部と根元部で生じるステータ軸方向の冷却能力の不均一を軽減することで、冷却効率を向上させることができる。

実施例８は、複数の冷媒路のうちステータコアの先端に近い冷媒路を蛇行冷媒路とした例である。

すなわち、図１０に示すように、内周側コイル冷媒路１５，１５と外周側コイル冷媒路１６，１６とをそれぞれ２本設定すると共に、ステータコア１１の先端に近いコイル冷媒路１５，１６は、図１０(b)に示すように、蛇行冷媒路とし、ステータコア１１の先端から遠いコイル冷媒路１５，１６は周方向に蛇行することが無い直線冷媒路としている。なお、他の構成は実施例１と同様であるので、対応する構成に同一符号を付して説明を省略する。

次に、作用を説明すると、ステータコア１１の先端部側は、コイル発熱に加えロータ１からの熱影響を受けることで、コイル発熱のみを受ける根元部よりも高温になる。これに対し、ステータコア１１の先端に近いコイル冷媒路１５，１６を蛇行冷媒路としたため、ステータコア１１の先端から遠いコイル冷媒路１５，１６に比べて冷媒路長が長くなり、冷媒路面積を大きくすることによる流速の低下を招くこと無く、ステータ軸方向の冷却能力の不均一を軽減することができる。

次に、効果を説明すると、実施例８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の効果に加え、下記の効果を得ることができる。

(10) 前記内周側コイル冷媒路１５，１５と外周側コイル冷媒路１６，１６は、複数の冷媒路のうちステータコア１１の先端に近い冷媒路を蛇行冷媒路としたため、冷媒路面積を大きくすることによる流速の低下を招くこと無く、ステータコア１１の先端部と根元部で生じるステータ軸方向の冷却能力の不均一を軽減することで、冷却効率を向上させることができる。

実施例９は、ステータを支持するモータハウジングケースの中にケース冷媒路を設け、ケース冷媒路をコイル冷媒路と連通させた例である。

すなわち、図１１に示すように、ステータ３を支持する回転電機ケース４のリヤ側サイドケース４ｂの中に内周側ケース冷媒路２３と外周側ケース冷媒路２４を設け、該内周側ケース冷媒路２３を内周側コイル冷媒路１５と連通させ、外周側ケース冷媒路２４を外周側コイル冷媒路１６と連通させた。なお、他の構成は実施例１と同様であるので、対応する構成に同一符号を付して説明を省略する。

次に、作用を説明すると、内周側ケース冷媒路２３と外周側ケース冷媒路２４に冷媒を通すことで、バックコア１３を介してステータコア１１が冷却される。つまり、両コイル冷媒路１５，１６と連通した両ケース冷媒路２３，２４を設けることにより、ステータコイル１２の冷却と同時にステータコア１１も冷却できる。

次に、効果を説明すると、実施例９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の効果に加え、下記の効果を得ることができる。

(11)前記ステータ３を支持する回転電機ケース４のリヤ側サイドケース４ｂの中にケース冷媒路２３，２４を設け、該ケース冷媒路２３，２４をそれぞれコイル冷媒路１５，１６と連通させたため、ケース冷媒路２３，２４の追加によりステータコア１１を冷却することで、ステータコイル１２の冷却のみに比べ、冷却効率を向上させることができる。

実施例１０は、ケース冷媒路の形状とコイル冷媒路の形状を共にＯ型形状とした例である。

すなわち、図１２（図１１のView A）に示すように、外周側ケース冷媒路２４をＯ型形状とし、上下位置に冷媒入口１８と冷媒出口２０を設定している。図示していないが、内周側ケース冷媒路２３も外周側ケース冷媒路２４と同様にＯ型形状とし、さらに、両コイル冷媒路１５，１６もＯ型形状としている。なお、他の構成は実施例９と同様である。

次に、作用を説明すると、ケース冷媒路２３，２４をＯ型形状とすることにより、ステータコア１１の全周を冷却することができる。

次に、効果を説明すると、実施例１０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９の効果に加え、下記の効果を得ることができる。

(12) 前記ケース冷媒路２３，２４の形状とコイル冷媒路１５，１６の形状を、共にＯ型形状としたため、ステータコア１１の全周を効果的に冷却することができる。

実施例１１は、ケース冷媒路の形状とコイル冷媒路の形状を共にＣ型形状とした例である。

すなわち、図１３（図１１のView A）に示すように、外周側ケース冷媒路２４をＣ型形状とし、下側位置に隣接して冷媒入口１８と冷媒出口２０を設定している。図示していないが、内周側ケース冷媒路２３も外周側ケース冷媒路２４と同様にＣ型形状とし、さらに、両コイル冷媒路１５，１６もＣ型形状としている。なお、他の構成は実施例９と同様である。

次に、作用を説明すると、ケース冷媒路２３，２４をＣ型形状とすることにより、両ケース冷媒路２３，２４の流量を増やすことなく流速が上がり、ステータコア１１の冷却効率が向上する。

次に、効果を説明すると、実施例１１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９の効果に加え、下記の効果を得ることができる。

(13) 前記ケース冷媒路２３，２４の形状とコイル冷媒路１５，１６の形状を、共にＣ型形状としたため、両ケース冷媒路２３，２４の流量を増やすことなく流速が上がり、ステータコア１１の冷却効率を向上させることができる。

実施例１２は、ケース冷媒路とコイル冷媒路とを直列にて連通した例である。

すなわち、図１４に示すように、外周側ケース冷媒路２４と外周側コイル冷媒路１６とを直列にて連通し、冷媒入口１８と冷媒出口２０をそれぞれ１つとしている。同様に、内周側ケース冷媒路２３と内周側コイル冷媒路１５とを直列にて連通し、冷媒入口１７と冷媒出口１９をそれぞれ１つとしている。なお、他の構成は実施例９と同様である。

次に、作用を説明すると、外周側ケース冷媒路２４と外周側コイル冷媒路１６の両方で冷媒流量が同じになるし、内周側ケース冷媒路２３と内周側コイル冷媒路１５の両方で冷媒流量が同じになる。よって、ケース冷媒路２３，２４の冷却能力とコイル冷媒路１５，１６の冷却能力のばらつきを抑えることができる。

次に、効果を説明すると、実施例１２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９の効果に加え、下記の効果を得ることができる。

(14) 前記ケース冷媒路２３，２４とコイル冷媒路１５，１６とを、直列にて連通したため、ケース冷媒路２３，２４とコイル冷媒路１５，１６の両方で流量が同じとなり、冷却能力のばらつきが抑えられるので、冷却効率を向上させることができる。

実施例１３は、冷媒が流れる順番がコイル冷媒路→ケース冷媒路の順となる設定とした例である。

すなわち、図１５に示すように、外周側ケース冷媒路２４と外周側コイル冷媒路１６とを直列にて連通し、冷媒が流れる順番を、冷媒入口１８→外周側コイル冷媒路１６→外周側ケース冷媒路２４→冷媒出口２０の順となる設定としている。同様に、内周側ケース冷媒路２３と内周側コイル冷媒路１５とを直列にて連通し、冷媒が流れる順番を、冷媒入口１７→内周側コイル冷媒路１５→内周側ケース冷媒路２３→冷媒出口１９の順となる設定としている。なお、他の構成は実施例９と同様である。

次に、作用を説明すると、冷媒が流れる順番を、先にコイル冷媒路１５，１６を流れ、その後、ケース冷媒路２３，２４へと流れるように規定したことで、温度の低い冷媒が発熱量の多いステータコイル１２を冷却することになる。

次に、効果を説明すると、実施例１３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９の効果に加え、下記の効果を得ることができる。

(15) 前記ケース冷媒路２３，２４とコイル冷媒路１５，１６とを、冷媒が流れる順番がコイル冷媒路１５，１６→ケース冷媒路２３，２４の順となる設定としたため、温度の低い冷媒が発熱量の多いステータコイル１２を冷却することで、冷却効率を向上させることができる。

実施例１４は、ケース冷媒路とコイル冷媒路とを並列にて連通した例である。

すなわち、図１６に示すように、外周側ケース冷媒路２４と外周側コイル冷媒路１６とを、冷媒入口１８と冷媒出口２０に連通する２つの軸方向冷媒路を介して並列に連通している。同様に、内周側ケース冷媒路２３と内周側コイル冷媒路１５とを、冷媒入口１７と冷媒出口１９に連通する２つの軸方向冷媒路を介して並列に連通している。なお、他の構成は実施例９と同様である。

次に、作用を説明すると、ケース冷媒路２３，２４とコイル冷媒路１５，１６とを並列に連通したことで、ステータコア１１とステータコイル１２の必要冷却能力に応じて冷媒の流量を分配することができる。

次に、効果を説明すると、実施例１４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９の効果に加え、下記の効果を得ることができる。

(16)前記ケース冷媒路２３，２４とコイル冷媒路１５，１６とを、並列にて連通したため、ステータコア１１とステータコイル１２の必要冷却能力に応じて冷媒の流量を適切に分配することで、冷却効率を向上させることができる。

実施例１５は、ケース冷媒路の入口とコイル冷媒路の入口とに周方向の位相差を持たせた例である。

すなわち、図１７に示すように、外周側ケース冷媒路２４に冷媒入口１８のみを設定し、外周側コイル冷媒路１６に冷媒出口２０のみを設定し、冷媒出入口１８，２０とは周方向の位相差（１８０度）を持たせた軸方向冷媒路２６により外周側ケース冷媒路２４と外周側コイル冷媒路１６とを接続している。同様に、内周側ケース冷媒路２３に冷媒入口１７のみを設定し、内周側コイル冷媒路１５に冷媒出口１９のみを設定し、冷媒出入口１７，１９とは周方向の位相差（１８０度）を持たせた軸方向冷媒路２５により内周側ケース冷媒路２３と内周側コイル冷媒路１５とを接続している。なお、他の構成は実施例９と同様である。

次に、作用を説明すると、ケース冷媒路２３，２４の入口とコイル冷媒路１５，１６の入口とに周方向位相差を持たせた設定とすることにより、冷媒路配管のレイアウト自由度が増すので、ステータ３の体積を増やすことなく冷媒路の配管をすることができる。

次に、効果を説明すると、実施例１５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９の効果に加え、下記の効果を得ることができる。

(17) 前記ケース冷媒路２３，２４の入口と前記コイル冷媒路１５，１６の入口とは、周方向に位相差をもって設定したため、冷媒路配管のレイアウト自由度が増すので、ステータ３の体積を増やすことなく冷媒路の配管をすることができる。

実施例１６は、ケース冷媒路にフィンを設けた例である。

すなわち、図１８に示すように、リヤ側サイドケース４ｂにフィン２７，２８を有するケース冷媒路溝を形成し、板状のケースカバー４ｄにも対応する位置にケース冷媒路溝を形成し、前記リヤ側サイドケース４ｂにケースカバー４ｄで蓋をし、ボルトによって締め付けることによりケース冷媒路２３，２４を形成する。なお、他の構成は実施例９と同様であるので、対応する構成に同一符号を付して説明を省略する。

次に、作用を説明すると、ケース冷媒路２３，２４内にフィン２７，２８を設定することにより、ケース冷媒路２３，２４の断面積を増やすこと無く、冷却面積を増すことができる。さらに、リヤ側サイドケース４ｂにフィン２７，２８を有するケース冷媒路溝を形成したことで、ステータコア１１に近い位置で冷却面積を増すことができる。

次に、効果を説明すると、実施例１６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９の効果に加え、下記の効果を得ることができる。

(18) 前記ケース冷媒路２３，２４に、フィン２７，２８を設けたため、ケース冷媒路２３，２４の断面積を増やすこと無く、冷却面積の増大により冷却効率を向上させることができる。

実施例１７は、コイル冷媒路をステータコアを包み込むように成形される樹脂モールドによって形成した例である。

すなわち、図１９に示すように、内周側コイル冷媒路１５と外周側コイル冷媒路１６とが、高熱伝導性部材２１，２２を用いて形成する代わりに、樹脂モールド１４を内壁面とする空間により形成される。つまり、樹脂成形する際に、樹脂型によって溝を形成し、それを内周側コイル冷媒路１５と外周側コイル冷媒路１６とする。なお、２９は冷媒路閉塞部材（実施例１８を参照）であり、他の構成は実施例９と同様であるので、対応する構成に同一符号を付して説明を省略する。

次に、作用を説明すると、内周側コイル冷媒路１５と外周側コイル冷媒路１６とを設定するにあたって、高熱伝導性部材２１，２２が必要ではなく、樹脂成形時に内周側コイル冷媒路１５と外周側コイル冷媒路１６を同時成形することができる。

次に、効果を説明すると、実施例１７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９の効果に加え、下記の効果を得ることができる。

(19) 前記コイル冷媒路１５，１６を、ステータコア１１を包み込むように成形される樹脂モールドによって形成したため、コイル冷媒路１５，１６を形成するための部材が必要無く、樹脂成形時にコイル冷媒路１５，１６も同時成形するため、コストを削減することができる。

実施例１８は、コイル冷媒路を、樹脂モールド成形時に形成された溝と、入口と出口とを形成する冷媒路閉塞部材と、を有して構成した例である。

すなわち、図２０は図１９にも示されているプレート状の冷媒路閉塞部材２９を示す図である。冷媒路閉塞部材２９は、図２０に示すように、冷媒入口用穴１７ａ，１８ａと冷媒出口用穴１９ａ，２０ａとが開けられた円形プレートであり、樹脂成形時にできたコイル冷媒路用溝を塞ぐ。なお、他の構成は実施例１７と同様である。

次に、作用を説明すると、図１９に示すように、樹脂成形時にできたコイル冷媒路用溝を、図外のシール部材と共に冷媒路閉塞部材２９を用いて塞ぐことにより、冷媒入口１７，１８と冷媒出口１９，２０に連通するコイル冷媒路１５，１６が形成される。

次に、効果を説明すると、実施例１８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１７の効果に加え、下記の効果を得ることができる。

(20) 前記コイル冷媒路１５，１６は、樹脂成形時に形成された溝と、それを塞ぎつつ冷媒の入口と出口とを形成する冷媒路閉塞部材２９と、を有して構成したため、プレート状の冷媒路閉塞部材２９を用いることによりコイル冷媒路１５，１６を形成できるので、部品形状や組み立てが単純でコストを削減することができる。

実施例１９は、コイル冷媒路を、ステータコアを包み込むように成形される樹脂モールドに埋め込んだ扁平な形状の高熱伝導性部材によって形成した例である。

すなわち、図２１に示すように、樹脂モールド１４内に扁平で径方向に潰れた形の高熱伝導性部材２１’，２２’を埋め込み、この高熱伝導性部材２１’，２２’によって内周側コイル冷媒路１５と外周側コイル冷媒路１６を形成している。なお、他の構成は実施例１と同様であるので、対応する構成に同一符号を付して説明を省略する。

次に、作用を説明すると、高熱伝導性部材２１’，２２’の断面形状を径方向に潰した扁平形状としたことで、断面形状が円形である高熱伝導性部材２１，２２に比べ、コイル冷媒路１５，１６の受熱面積が増大する。

次に、効果を説明すると、実施例１９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の効果に加え、下記の効果を得ることができる。

(21) 前記コイル冷媒路１５，１６を、ステータコア１１を包み込むように成形される樹脂モールド１４に埋め込んだ扁平な形状の高熱伝導性部材２１’，２２’によって形成したため、コイル冷媒路１５，１６の受熱面積の増大により冷却効率を向上させることができる。

実施例２０は、コイル冷媒路は、それ自身と一体となった受熱体を有し、この受熱体をコイル冷媒路の周方向全周に形成した例である。

すなわち、図２２に示すように、コイル冷媒路１５が内部に形成される高熱伝導性部材２１の外周面に円筒状の受熱体３０を固定し、同様に、コイル冷媒路１６が内部に形成される高熱伝導性部材２２の内周面に円筒状の受熱体３１を固定した。つまり、この受熱体３０，３１をコイル冷媒路１５，１６の周方向全周に形成した。なお、他の構成は実施例１と同様であるので、対応する構成に同一符号を付して説明を省略する。

次に、作用を説明すると、実施例２０では、図２２に示されるように、発熱体であるステータコイル１２に対向するように受熱体３０，３１が設けられるため、冷却面積が増大するばかりでなく、ステータ軸方向も含め全周にわたって冷却できるようになる。

次に、効果を説明すると、実施例２０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の効果に加え、下記の効果を得ることができる。

(22) 前記コイル冷媒路１５，２６は、それ自身と一体となった受熱体３０，３１を有するため、コイル冷媒路１５，１６の流路面積を増やさず、流速を保ったまま受熱面積が増えることで、冷却効率を向上させることができる。

(23) 前記受熱体３０，３１を、コイル冷媒路１５，１６の周方向全周に形成したため、ステータ軸方向も含め全周にわたって受熱体３０，３１が存在するので、全てのステータコイル１２をほぼ均一に冷却できることで、冷却効率を向上させることができる。

実施例２１は、受熱体をコイル冷媒路の半径方向に形成した例である。

すなわち、図２３に示すように、隣り合うステータコア１１，１１間に、高熱伝導性部材２１，２２を径方向に連結する受熱部材３２を配置した。この受熱部材３２は、高熱伝導性部材２１，２２と同じく熱伝導性の高い素材によって作られる。なお、他の構成は実施例２と同様であるので、対応する構成に同一符号を付して説明を省略する。

次に、作用を説明すると、隣り合うステータコア１１，１１間に、高熱伝導性部材２１，２２を径方向に連結する受熱部材３２を配置することで、受熱体３２が隣り合うステータコイル１２，１２間に入り込み、ステータコイル１２，１２からの伝熱を促進する。

次に、効果を説明すると、実施例２１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２の効果に加え、下記の効果を得ることができる。

(24) 前記受熱体３２を、コイル冷媒路１５，１６の半径方向に形成したため、受熱体３１が隣り合うステータコイル１２，１２間に入り込むことにより伝熱を促進するので、冷却効率を向上させることができる。

実施例２２は、冷媒出口面積を冷媒入口面積よりも広い面積に設定した例である。

すなわち、図２４に示すように、冷媒出口１９，２０と冷媒入口１７，１８は、冷媒出口面積を冷媒入口面積よりも広い面積に設定している。なお、他の構成は実施例１と同様であるので、対応する構成に同一符号を付して説明を省略する。

次に、作用を説明すると、冷媒出口１９，２０と冷媒入口１７，１８は、冷媒出口面積を冷媒入口面積よりも広い面積に設定することにより、吸熱した冷媒の排出をスムーズに行うことができる。

次に、効果を説明すると、実施例２２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の効果に加え、下記の効果を得ることができる。

(25) 前記冷媒出口１９，２０と冷媒入口１７，１８は、冷媒出口面積を冷媒入口面積よりも広い面積に設定したため、吸熱した冷媒の排出をスムーズに行うことで、冷却効率を向上させることができる。

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２２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。例えば、実施例１〜実施例２２のうち、２つ以上の複数の実施例を適宜組み合わせるようにして良いのは勿論である。

実施例１〜２２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１〜２２では、一つのステータと一つのロータを備えたディスク型回転電機への適用例を示したが、２つのステータと一つのロータを備えたディスク型回転電機等にも適用することができる。

実施例１のステータ冷却構造が適用されたディスク型回転電機を示す全体断面図である。 実施例１のディスク型回転電機のステータ冷却構造が適用されたステータを示す断面図である。 実施例２のディスク型回転電機のステータ冷却構造が適用されたステータを示す断面図である。 実施例３のディスク型回転電機の冷媒路形状がＯ型のステータ冷却構造が適用されたステータを示す断面図である。 実施例３のディスク型回転電機の冷媒路形状がＣ型のステータ冷却構造が適用されたステータを示す断面図である。 実施例４のディスク型回転電機のステータ冷却構造が適用されたステータを示す断面図である。 実施例５のステータ冷却構造が適用されたディスク型回転電機を示す断面図である。 実施例６のディスク型回転電機のステータ冷却構造が適用されたステータを示す断面図及びＡ方向矢視図である。 実施例７のステータ冷却構造が適用されたディスク型回転電機を示す断面図である。 実施例８のステータ冷却構造が適用されたディスク型回転電機を示す断面図である。 実施例９のステータ冷却構造が適用されたディスク型回転電機を示す断面図である。 実施例１０のステータ冷却構造が適用されたケース冷媒路を示す図１１のＡ方向矢視図である。 実施例１１のステータ冷却構造が適用されたケース冷媒路を示す図１１のＡ方向矢視図である。 実施例１２のステータ冷却構造を示す簡略斜視図である。 実施例１３のステータ冷却構造を示す簡略斜視図である。 実施例１４のステータ冷却構造を示す簡略斜視図である。 実施例１５のステータ冷却構造を示す簡略斜視図である。 実施例１６のステータ冷却構造が適用されたディスク型回転電機を示す断面図である。 実施例１７のステータ冷却構造が適用されたディスク型回転電機を示す断面図である。 実施例１８のステータ冷却構造に用いられる冷媒路閉塞部材を示す正面図である。 実施例１９のステータ冷却構造が適用されたディスク型回転電機を示す断面図である。 実施例２０のステータ冷却構造が適用されたディスク型回転電機を示す断面図である。 実施例２１のディスク型回転電機のステータ冷却構造が適用されたステータを示す断面図である。 実施例２２のディスク型回転電機のステータ冷却構造が適用されたステータを示す断面図である。

符号の説明

１ 回転軸
２ ロータ
３ ステータ
４ 回転電機ケース
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 ギャップ
１１ ステータコア
１２ ステータコイル
１３ バックコア
１４ 樹脂モールド
１５ 内周側コイル冷媒路
１６ 外周側コイル冷媒路
１７，１８ 冷媒入口
１９，２０ 冷媒出口
２１，２２ 高熱伝導性部材

Claims (24)

1. 永久磁石を配置したロータと、ステータコアとステータコイルを有するステータと、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、
   前記ステータコアを包み込むように成形された樹脂モールドの中にコイル冷媒路を形成し、
   前記コイル冷媒路を、ステータコアの内周側に配置した内周側コイル冷媒路と、ステータコアの外周側に配置した外周側コイル冷媒路とにより構成すると共に、これら内周側コイル冷媒路及び外周側コイル冷媒路を相互に独立したコイル冷媒路とし、
   該内周側コイル冷媒路及び外周側コイル冷媒路の各々に１つ以上の冷媒入口と冷媒出口を設け、これら両コイル冷媒路に個別に冷媒を導くことによりステータコイルを冷却するよう構成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。
2. 請求項１に記載のディスク型回転電機のステータ冷却構造において、
   前記内周側コイル冷媒路及び外周側コイル冷媒路の形状が、ステータコアの内周及び外周に沿って連通する範囲を１周以上に設定したＯ型形状であ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。
3. 請求項１に記載のディスク型回転電機のステータ冷却構造において、
   前記内周側コイル冷媒路及び外周側コイル冷媒路の形状が、ステータコアの内周及び外周に沿って連通する範囲を１周未満に設定したＣ型形状であ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。
4. 請求項１乃至３の何れか1項に記載のディスク型回転電機のステータ冷却構造において、
   前記内周側コイル冷媒路と外周側コイル冷媒路は、冷媒の流れる向きを逆に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。
5. 請求項１乃至４の何れか1項に記載のディスク型回転電機のステータ冷却構造において、
   前記外周側コイル冷媒路を、周方向に複数本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。
6. 請求項１乃至５の何れか１項に記載のディスク型回転電機のステータ冷却構造において、
   前記外周側コイル冷媒路は、内周側コイル冷媒路よりも冷媒路の数を多く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。
7. 請求項１乃至６の何れか１項に記載のディスク型回転電機のステータ冷却構造において、
   前記外周側コイル冷媒路を、蛇行する冷媒路によって形成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。
8. 請求項１乃至７の何れか１項に記載のディスク型回転電機のステータ冷却構造において、
   前記コイル冷媒路は、複数の冷媒路のうちステータコアの先端に近いほど冷媒路の流路面積を広く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。
9. 請求項１乃至８の何れか１項に記載のディスク型回転電機のステータ冷却構造において、
   前記コイル冷媒路は、複数の冷媒路のうちステータコアの先端に近い冷媒路を蛇行冷媒路と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。
10. 請求項１乃至９の何れか１項に記載のディスク型回転電機のステータ冷却構造において、
    前記ステータを支持するモータハウジングケースの中にケース冷媒路を設け、
    前記ケース冷媒路を前記コイル冷媒路と連通させ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。
11. 請求項１０に記載のディスク型回転電機のステータ冷却構造において、
    前記ケース冷媒路の形状とコイル冷媒路の形状を、共にＯ型形状と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。
12. 請求項１０に記載のディスク型回転電機のステータ冷却構造において、
    前記ケース冷媒路の形状とコイル冷媒路の形状を、共にＣ型形状と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。
13. 請求項１０乃至１２の何れか１項に記載のディスク型回転電機のステータ冷却構造において、
    前記ケース冷媒路とコイル冷媒路とを、直列にて連通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。
14. 請求項１０乃至１３の何れか１項に記載のディスク型回転電機のステータ冷却構造において、
    前記ケース冷媒路とコイル冷媒路とを、冷媒が流れる順番がコイル冷媒路→ケース冷媒路の順となる設定としたことを特徴とするステータ冷却構造。
15. 請求項１０乃至１２の何れか１項に記載のディスク型回転電機のステータ冷却構造において、
    前記ケース冷媒路とコイル冷媒路とを、並列にて連通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。
16. 請求項１０乃至１５の何れか１項に記載のディスク型回転電機のステータ冷却構造において、
    前記ケース冷媒路の入口と前記コイル冷媒路の入口とは、周方向に位相差をもって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。
17. 請求項１０乃至１５の何れか１項に記載のディスク型回転電機のステータ冷却構造において、
    前記ケース冷媒路に、フィン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。
18. 請求項１乃至１７の何れか１項に記載のディスク型回転電機のステータ冷却構造において、
    前記コイル冷媒路を、ステータコアを包み込むように成形される樹脂モールドによって形成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。
19. 請求項１乃至１７の何れか１項に記載のディスク型回転電機のステータ冷却構造において、
    前記コイル冷媒路は、樹脂成形時に形成された溝と、それを塞ぎつつ冷媒の入口と出口とを形成する冷媒路閉塞部材と、を有して構成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。
20. 請求項１乃至１７の何れか１項に記載のディスク型回転電機のステータ冷却構造において、
    前記コイル冷媒路を、ステータコアを包み込むように成形される樹脂モールドに埋め込んだ扁平な形状の高熱伝導性部材によって形成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。
21. 請求項１乃至２０の何れか１項に記載のディスク型回転電機のステータ冷却構造において、
    前記コイル冷媒路は、それ自身と一体となった受熱体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。
22. 請求項２１に記載のディスク型回転電機のステータ冷却構造において、
    前記受熱体を、コイル冷媒路の周方向全周に形成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。
23. 請求項２１に記載のディスク型回転電機のステータ冷却構造において、
    前記受熱体を、コイル冷媒路の半径方向に形成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。
24. 請求項１乃至２３の何れか１項に記載のディスク型回転電機のステータ冷却構造において、
    前記冷媒出口と冷媒入口は、冷媒出口面積を冷媒入口面積よりも広い面積に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。

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