JP5590385B2

JP5590385B2 - 回転電機

Info

Publication number: JP5590385B2
Application number: JP2010124721A
Authority: JP
Inventors: 哲夫脇田; 邦昭桑原; 泰延豊田; 敦俊池川; 直人弓指
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd; Aisin Corp
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 2010-05-31
Filing date: 2010-05-31
Publication date: 2014-09-17
Anticipated expiration: 2030-05-31
Also published as: JP2011254570A

Description

本発明は、回転軸によってケースに軸支され、回転軸の軸心に沿う方向に貫通した冷媒用流路を備えるロータと、ロータの径方向外側に配置され、ケースに固定されるステータとを備えた回転電機に関する。

ロータから飛散する冷却油の衝突によるコイルエンドの劣化、損傷を抑制する回転電機が特許文献１に記載されている。この回転電機は、ロータのエンドプレートの外面に形成した第１の排出口に接続する案内路と、案内路から分岐して、第１の排出口よりも径方向内側に形成された第２の排出口に接続する分岐路とを備えている。案内路の通路抵抗や通路径等は予め適正に設計されており、第１の排出口の排出限界を超える余剰の冷媒が案内路に導入された場合、分岐路を介して第２の排出口からこれを排出するよう構成されている。第２の排出口から排出された冷媒は、ハウジングに設けた隔壁で受け止められ、コイルエンドには衝突しない。従って、ロータの高速回転時に遠心力が増大した場合であっても、過量な冷媒がコイルエンドに衝突することを回避することができ、第１の排出口から排出される冷媒のコイルエンドに対する攻撃性を軽減することができる。

特開２０１０−４５８９４号公報

しかし、上記回転電機においては、第１の排出口から排出される冷媒の量を制限しているだけであって、ロータから排出される冷媒がコイルエンドに衝突することは避けられない。従って、ロータの回転速度が非常に高速の場合には、第１の排出口から排出される冷媒に作用する遠心力が過大となり、コイルエンドに劣化や損傷が生じるおそれがある。

本発明は以上の課題に鑑みてなされたもので、ロータに形成された冷媒用流路から排出される冷媒が、ステータに備えられたコイルのコイルエンドに衝突することを防止可能な回転電機を提供することを目的とする。

本発明に係る回転電機の特徴構成は、回転軸によってケースに軸支され、前記回転軸の軸心に沿う方向に貫通した冷媒用流路を備えるロータと、前記ロータの径方向外側に配置され、前記ケースに固定されるステータと、前記ロータに形成された前記冷媒用流路の排出口と、前記ステータに備えられたコイルのコイルエンドとの間に、前記排出口から排出される冷媒が前記コイルエンドに衝突することを防止する環状の壁部を有する規制部材と、を備え、前記壁部が前記ロータの端面に設けられており、前記壁部の先端が、前記コイルエンドの先端よりも突出するよう構成し、前記壁部の内周面の径が、先端側ほど大きくなるように形成されている点にある。

本特徴構成のごとく、冷媒用流路の排出口とコイルエンドとの間に環状の壁部を有する規制部材を設けておけば、排出口から排出される冷媒が遠心力を受けて径方向外側に飛散する際に、周方向の何れの位置に飛散しても規制部材の壁部に衝突するので、直接コイルエンドに冷媒が衝突することを防止できる。このような効果はロータの回転速度が高速となっても得られるので、高速回転時にもコイルエンドの保護を図ることができる。尚、規制部材はロータ、ステータ及びケースの何れに設けてもよいし、環状とは排出口を取り囲むような形状であれば円環状に限定されない。
また、壁部の先端がコイルエンドの先端よりも突出しているので、排出口から排出された冷媒が壁部の先端から遠心力により径方向外側に飛散しても、コイルエンドに衝突しない。更に、壁部の内周面を、例えば先端側ほど径が大きくなるテーパー状とすることができる。すると、冷媒が壁部の内周面に沿って移動する際に、遠心力のうちテーパー面に沿う方向の成分により、冷媒に先端方向への速度成分が発生する。その結果、冷媒が排出口から排出される際に、その排出方向に先端方向の成分を含ませることができるので、冷媒がコイルエンドに衝突することをより確実に防止できる。又、本特徴構成によれば、壁部の高さを低くすることが可能となるので、規制部材の軽量化、小型化及び低廉化を図ることができる。

本発明の特徴構成は、前記壁部の外周面のうち前記コイルエンドの先端よりも先端側の領域に、基端側の径が先端側の径よりも小さくなる部位を設けてある点にある。

例えばロータが低速で回転している場合には、排出口から排出された冷媒に作用する遠心力が小さく、冷媒が壁部の内周面から先端を経由して外周面に至り、外周面に沿ってロータ側に移動する場合がある。冷媒がコイルエンドと重複する領域まで壁部の外周面に沿って移動してしまうと、その後、ロータの回転速度が大きくなった場合に壁部の外周面に付着している冷媒がコイルエンドに衝突するおそれがある。本特徴構成によれば、基端側の径が先端側の径よりも小さくなる部位にて、壁部の外周面に付着している冷媒が径方向外側に飛散し易くなり、冷媒がコイルエンドと重複する領域まで壁部の外周面に沿って移動することを抑制できる。

本発明の特徴構成は、前記ケースの内周面のうち前記排出口から排出された冷媒が衝突する領域に、内側に突出するフィンを設けてある点にある。

本特徴構成によれば、ロータ内の磁石を冷却する際に昇温した冷媒がフィンに接触することにより、冷媒の放熱が促進される。又、フィンに衝突した冷媒がステータ側に飛散しないようにフィンの形状や配置を決めれば、コイルエンドの損傷防止をより確実に行うことができる。一方、フィンに衝突して減速した冷媒をステータ側に誘導できるようフィンの形状や配置を決めれば、高速の冷媒によりコイルエンドを損傷させることなく、コイルやステータを効率的に冷却することも可能である。

本発明に係る回転電機の断面図である。回転電機の平面図である。回転電機の分解斜視図である。フィンの別形態を示す拡大図である。規制部材の別形態を示す拡大図である。規制部材の別形態を示す拡大図である。規制部材の別形態を示す拡大図である。

図１に示した断面図、図２に示した平面図及び図３に示した分解斜視図に基づいて、本発明に係る回転電機を電動モータとして使用する場合の実施形態について説明する。各図において、破線の矢印は冷媒の流れを示す。電動モータ１は永久磁石型モータであり、ハイブリッド車や電気自動車の駆動源として利用可能なものである。電動モータ１は、回転軸４０によってケース３０に軸支されるロータ１０と、ロータ１０の径方向外側に配置され、ケース３０に固定されるステータ２０とを備えて構成される。ケース３０は、図１において左側部分を構成するケース部材３０ａと、右側部分を構成するケース部材３０ｂとを接合して構成される。尚、回転軸４０を駆動するように構成すれば、本回転電機を発電機として機能させることも可能である。

ロータ１０は、プレス加工により円周方向に等間隔に打ち抜き穴を作製した複数の電磁鋼板を積層させて構成される。その結果、ロータ１０の円周方向には等間隔に複数の冷媒用流路１０ａが形成される。図３に示すように、それぞれの冷媒用流路１０ａの径方向外側には永久磁石１１が配置され、ロータ１０に接着固定される。冷媒が冷媒用流路１０ａを流れて排出口１０ｂから排出される間に、永久磁石１１の熱が冷媒によって回収されることにより、永久磁石１１が高温により減磁するのを抑えることができる。永久磁石１１は冷媒用流路１０ａの径方向外側に配置されているので、ロータ１０の回転時に冷媒に遠心力が作用すると、冷媒が永久磁石１１に接するように流れ、永久磁石１１が効率的に冷却される。尚、永久磁石１１の配置はこれに限らず、例えば冷却用流路１０ａとは別に設けた空間に配置してもよい。

ステータ２０は、ロータ１０と同様に、複数の電磁鋼板を積層させて構成される。ステータ２０にはコイル２１が配置され、コイル２１に通電を行うことにより、ステータ２０に磁界が発生し、永久磁石１１を備えたロータ１０が回転する。コイル２１には絶縁紙や絶縁皮膜が設けられており、又、複数の導線を束ねるために結束糸が用いられている。ステータ２０から突出したコイルエンド２１ａにおいては、上記絶縁紙、絶縁皮膜、結束糸等が外部に曝されており、高速の冷媒が衝突するとこれらが破損するおそれがある。本発明は、このような問題を回避するために、後述する規制部材５０を設けたものである。

回転軸４０は、ケース３０に設けられた一対のベアリング３１を介してケース３０に軸支される。回転軸４０は、内部空間４０ａを有する円筒状に構成されるとともに、周方向に複数形成された連通孔４０ｂを有している。回転軸４０の一端には、回転軸４０と同心軸を有する出力軸４１が接続され、回転軸４０と一体に回転する。回転軸４０と同様に、出力軸４１は内部空間４１ａを有して円筒状に構成される。図示しないポンプより送られる冷媒は、出力軸４１の内部空間４１ａを経由して、回転軸４０の内部空間４０ａに導入される。尚、回転軸４０と出力軸４１とを一部材として構成してもよい。

ロータ１０の両端面のうち出力軸４１側（図１の右側）の面にはプレート部材６０が、反対側の面には規制部材５０が取り付けられる。プレート部材６０に形成された連通空間６０ａは、回転軸４０の連通孔４０ｂとロータ１０の冷媒用流路１０ａとを接続し、冷媒が回転軸４０の内部空間４０ａから冷媒用流路１０ａに流れることができるよう構成されている。プレート部材６０は、ロータ１０の端面に接着や溶接等の適当な手段で取り付けることができるが、プレート部材６０とロータ１０との間に冷媒漏れを防止する弾性部材等を設けると好適である。

図３に示すように、規制部材５０は、壁部５０ａと底部５０ｃとを有する皿状に構成され、底部５０ｃをロータ１０の端面に当接させて取り付けられる。回転軸４０の外周面の一部にねじ山が形成されており、このねじ山と係合するナット５１を締め付けることにより、規制部材５０はロータ１０に対して固定される。底部５０ｃの冷媒用流路１０ａと対応する位置には、連通孔５０ｄが形成される。尚、規制部材５０に底部５０ｃを設けずに、環状の壁部５０ａのみで構成することも可能である。

連通孔５０ｄを冷媒用流路１０ａの径方向外側寄りに形成すると、遠心力により径方向外側に沿って流れる冷媒が連通孔５０ｄから排出され易くなる。一方、連通孔５０ｄを冷媒用流路１０ａの径方向内側寄りに形成すると、一定量以上の冷媒が冷媒用流路１０ａに溜まってから、冷媒が連通孔５０ｄから排出される。従って、冷媒用流路１０ａ内の冷媒が時間をかけて永久磁石１１の熱を回収できるので、冷却効率の向上が期待できる。即ち、連通孔５０ｄを径方向のどのような位置に形成するかは、電動モータ１が使用される条件等に応じて適宜決めればよい。

規制部材５０の壁部５０ａの先端５０ｂは、コイルエンド２１ａの先端２１ｂよりも先端側に突出するように構成されている。従って、壁部５０ａの先端５０ｂから遠心力により径方向外側に排出される冷媒が、コイルエンド２１ａと衝突することを防止できる。その結果、コイルエンド２１ａの絶縁紙、絶縁皮膜、結束糸等の損傷を回避することができる。

又、規制部材５０の壁部５０ａの内周面は、先端に向かって径が大きくなるようにテーパー状に構成してある。こうすると、冷媒が壁部５０ａの内周面に沿って移動する際に、遠心力のうちテーパー面に沿う方向の成分により、冷媒に先端方向への速度成分が発生する。その結果、冷媒が排出口１０ｂから排出される際に、その排出方向に先端方向の成分を含ませることができるので、冷媒がコイルエンド２１ａに衝突することをより確実に防止できる。冷媒に先端方向の速度成分を十分に持たせることができれば、壁部５０ａの先端５０ｂがコイルエンド２１ａの先端２１ｂから突出していなくとも、冷媒がコイルエンド２１ａに衝突することを防止可能となる。この場合、壁部５０ａの高さを低くすることができ、規制部材５０の軽量化、小型化及び低廉化を図ることができる。

本実施形態のごとく、ケース３０の内周面のうち冷媒が衝突する領域に、例えば径方向内側に突出するフィン３２を設けることもできる。永久磁石１１を冷却して昇温した冷媒がロータ１０から排出された後、フィン３２と接触することにより、フィン３２を介した熱交換が促進され、冷媒の放熱を効率的に行うことができる。又、フィン３２に衝突し、運動エネルギーを消失するとともに冷却された冷媒が、ケース３０の内面を伝ってステータ２０やコイル２１に供給されることにより、これらの部材を破損することなく、効率的に冷却を行うことができる。尚、フィン３２の形状は図２に示したものに限らず、内周面から斜めに突出したものでもよいし、複数のフィン３２が必ずしも同一形状である必要はない。

図４に示すように、フィン３２をケース３０の側面から突出するように形成することも可能である。フィン３２がコイルエンド２１ａと重複する領域まで延設されていれば、壁部５０ａの先端５０ｂがコイルエンド２１ａの先端２１ｂから突出していなくとも、冷媒がコイルエンド２１ａに衝突することを防止可能となる。この場合、壁部５０ａの高さを低くすることができ、規制部材５０の軽量化、小型化及び低廉化を図ることができる。尚、フィン３２は上述の形態に限らず、例えばケース３０の内周面から径方向内側に突出する円盤状のものでもよい。

ロータ１０が低速で回転している場合には、冷媒に作用する遠心力が小さく、規制部材５０の壁部５０ａの内周面から先端５０ｂを経由して外周面に至り、外周面に沿ってロータ１０側に移動する場合がある。冷媒がコイルエンド２１ａと重複する領域まで壁部５０ａの外周面に沿って移動してしまうと、その後、ロータ１０の回転速度が大きくなった場合に壁部５０ａの外周面に付着している冷媒がコイルエンド２１ａに衝突するおそれがある。このような問題を回避するための規制部材５０の壁部５０ａの形態について、図５〜図７に基づいて説明する。

図５に示すように、壁部５０ａの外周面に凹部５０ｅを設けておけば、冷媒が遠心力に抗して壁部５０ａの外周面から凹部５０ｅの底部に向かって径方向内側に移動することは困難なので、冷媒は凹部５０ｅに至る前に遠心力により径方向外側に飛散し易くなる。凹部５０ｅは壁部５０ａの外周面のうちコイルエンド２１ａの先端２１ｂよりも先端側の領域に設けてあるので、冷媒がコイルエンド２１ａの領域まで移動することを抑制できる。その結果、コイルエンド２１ａに冷媒が衝突し、コイルエンド２１ａが破損するのをより確実に防止することができる。

図６に示すように、壁部５０ａの外周面に凸部５０ｆを設けても、同様の効果が得られる。即ち、冷媒が凸部５０ｆの頂部に移動した場合、そこから遠心力に抗して壁部５０ａの外周面に向かって径方向内側に移動することは困難なので、凸部５０ｆにおいて遠心力により径方向外側に飛散し易くなる。凸部５０ｆは壁部５０ａの外周面のうちコイルエンド２１ａの先端２１ｂよりも先端側の領域に設けてあるので、冷媒がコイルエンド２１ａの領域まで移動することを抑制できる。その結果、コイルエンド２１ａに冷媒が衝突し、コイルエンド２１ａが破損するのをより確実に防止することができる。

さらに、図７に示すように、壁部５０ａの先端５０ｂ近傍の外周面にロータ１０側に向かって径が小さくなる斜部５０ｇを設けてもよい。この場合、壁部５０ａの先端５０ｂに付着している冷媒が、遠心力に抗して斜部５０ｇに沿って径方向内側に移動することは困難なので斜部５０ｇにおいて遠心力により径方向外側に飛散し易くなる。その結果、コイルエンド２１ａに冷媒が衝突し、コイルエンド２１ａが破損するのをより確実に防止することができる。図７には、先端５０ｂから斜部５０ｇが形成されている形態を示したが、壁部５０ａの外周面のうちコイルエンド２１ａの先端２１ｂよりも先端側の領域であれば、斜部５０ｇを他の位置に形成しても構わない。

以上の実施形態においては、壁部５０ａを有する規制部材５０をロータ１０に取り付ける構成としたが、規制部材５０と同様の機能を有する部材をステータ２０やケース３０に取り付けて、ロータ１０から排出した冷媒がコイルエンド２１ａに衝突することを防止するように構成することも可能である。

本発明は、回転軸によってケースに軸支され、回転軸の軸心に沿う方向に貫通した冷媒用流路を備えるロータと、ロータの径方向外側に配置され、ケースに固定されるステータとを備えた回転電機に適用することができる。

１電動モータ（回転電機）
１０ロータ
１０ａ冷媒用流路
１０ｂ排出口
２０ステータ
２１コイル
２１ａコイルエンド
２１ｂコイルエンドの先端
３０ケース
３２フィン
４０回転軸
５０規制部材
５０ａ壁部
５０ｂ壁部の先端
５０ｅ凹部（壁部の外周面のうち基端側の径が先端側の径よりも小さくなる部位）
５０ｆ凸部（壁部の外周面のうち基端側の径が先端側の径よりも小さくなる部位）
５０ｇ斜部（壁部の外周面のうち基端側の径が先端側の径よりも小さくなる部位）

Claims

回転軸によってケースに軸支され、前記回転軸の軸心に沿う方向に貫通した冷媒用流路を備えるロータと、
前記ロータの径方向外側に配置され、前記ケースに固定されるステータと、
前記ロータに形成された前記冷媒用流路の排出口と、前記ステータに備えられたコイルのコイルエンドとの間に、前記排出口から排出される冷媒が前記コイルエンドに衝突することを防止する環状の壁部を有する規制部材と、を備え、
前記壁部が前記ロータの端面に設けられており、前記壁部の先端が、前記コイルエンドの先端よりも突出するよう構成し、前記壁部の内周面の径が、先端側ほど大きくなるように形成されている回転電機。
前記壁部の外周面のうち前記コイルエンドの先端よりも先端側の領域に、基端側の径が先端側の径よりも小さくなる部位を設けてある請求項１に記載の回転電機。
前記ケースの内周面のうち前記排出口から排出された冷媒が衝突する領域に、内側に突出するフィンを設けてある請求項１又は２に記載の回転電機。