JP2016146704A - 回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】液体冷媒によるロータの冷却性能の変動を抑制する。
【解決手段】ロータシャフト１６に形成された各冷媒流入口１８が冷媒供給シャフト５０に形成された各冷媒吐出口５２とロータ径方向に対向しないように、各冷媒流入口１８のロータ軸方向位置を各冷媒吐出口５２のロータ軸方向位置に対してずらすことで、冷媒吐出口５２から吐出した液体冷媒は、冷媒流入口１８に直接的に供給されることなく、中空部１７に一旦貯留されてから冷媒流入口１８に供給される。これによって、冷媒吐出口５２から吐出する液体冷媒の流れが冷媒流入口１８の流れに直接影響を及ぼすのを抑制することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、回転電機に関し、特にロータの冷却構造に関する。

下記特許文献１の回転電機では、ロータシャフトの内部に形成された冷媒通路からロータコアの内部に形成された冷却流路に液体冷媒を供給することで、ロータの冷却を行っている。

特開２０１４−１７６２３５号公報 国際公開第２０１１／１１８０６２号

特許文献１では、ロータシャフト内部の冷媒通路からロータコア内部の冷却流路に液体冷媒が直接的に供給されるため、ロータシャフト内部の冷媒通路における液体冷媒の圧力変動等によって、ロータコア内部の冷却流路に供給される液体冷媒の量が変動する。その結果、液体冷媒によるロータの冷却性能が変動する。

本発明に係る回転電機は、液体冷媒によるロータの冷却性能の変動を抑制することを目的とする。

本発明に係る回転電機は、上述した目的を達成するために以下の手段を採った。

本発明に係る回転電機は、液体冷媒が通る冷却流路が形成されたロータと、ロータ内周に取り付けられたロータシャフトであって、液体冷媒が供給される中空部、及び中空部と冷却流路を繋ぐ冷媒流入口が形成されたロータシャフトと、中空部を通る冷媒供給シャフトであって、液体冷媒を中空部へ吐出する冷媒吐出口が形成された冷媒供給シャフトと、を備え、冷媒流入口が、冷媒吐出口に対して、ロータ軸方向及びロータ周方向のいずれか１つ以上の方向にずれていることを要旨とする。

本発明の一態様では、冷媒流入口が、冷媒吐出口に対して、ロータ軸方向にずれていることが好適である。

本発明によれば、ロータシャフトに形成された冷媒流入口が、冷媒供給シャフトに形成された冷媒吐出口に対して、ロータ軸方向及びロータ周方向のいずれか１つ以上の方向にずれていることで、冷媒吐出口から吐出する液体冷媒の流れが冷媒流入口の流れに直接影響を及ぼすのを抑制することができる。その結果、冷媒流入口を通ってロータの冷却流路に供給される液体冷媒量の変動を抑制し、液体冷媒によるロータの冷却性能の変動を抑制することができる。

本発明の実施形態に係る回転電機の構成例を示す縦断面図である。 本発明の実施形態に係る回転電機における液体冷媒の流れを説明する図である。 本発明の実施形態におけるロータシャフト及び冷媒供給シャフトの他の構成例を示す横断面図である。

以下、本発明を実施するための形態（以下実施形態という）を図面に従って説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る回転電機の概略構成を示す縦断面図である。回転電機において、ロータ２０の外周側にはステータ１０が配置され、ロータ２０とステータ１０が径方向に空隙（磁気的ギャップ）を空けて対向配置されている。ステータ１０は、ステータコア１１と、ステータコア１１に配設されたコイル１２とを含む。ロータ２０は、ロータコア２１と、ロータ周方向に互いに間隔をおいて（例えば等間隔で）ロータコア２１に配設された複数の永久磁石２２とを含む。各永久磁石２２は、ロータ軸方向（ロータ２０の回転中心軸に沿った方向）に沿って延びている。ロータコア２１の内周側にはシャフト嵌合穴３０がロータ軸方向に沿って形成され、ロータシャフト１６がシャフト嵌合穴３０に例えば圧入等により嵌められることで、ロータ軸方向に延びるロータシャフト１６がロータ２０の内周に取り付けられる。ロータシャフト１６はベアリング６１Ａ，６１Ｂを介してハウジング６０に回転自在に支持され、ロータ２０がロータシャフト１６とともにステータ１０に対し回転自在となっている。

ロータ２０の冷却を行うために、ロータコア２１の内部には、例えば冷却油等の液体冷媒が通る冷却流路が形成されている。ロータシャフト１６の内部には、液体冷媒が供給される中空部１７がロータ軸方向に沿って形成されている。さらに、ロータシャフト１６には、中空部１７とロータコア２１の冷却流路とを繋ぐ冷媒流入口１８が複数形成されている。複数の冷媒流入口１８がロータ周方向に互いに間隔をおいて（例えば等間隔で）配置され、各冷媒流入口１８がロータ径方向に沿って延びている。

ロータコア２１の冷却流路は、複数の第１及び第２冷却流路４１，４２を含む。複数の第１冷却流路４１は、ロータ周方向に互いに間隔をおいて（例えば等間隔で）配置されている。各第１冷却流路４１は、永久磁石２２より内周側の位置に配置され、ロータ軸方向に沿って延びている。各第１冷却流路４１のロータ軸方向両端部は、ロータ外部に開口する。複数（第１冷却流路４１及び冷媒流入口１８と同数）の第２冷却流路４２は、ロータ周方向に互いに間隔をおいて（例えば等間隔で）配置されている。各第２冷却流路４２は、冷媒流入口１８と第１冷却流路４１とを繋ぎ、図１の例では、冷媒流入口１８に繋がるロータ径方向内側端部から第１冷却流路４１に繋がるロータ径方向外側端部にかけて二股に分岐して階段状に延びている。ただし、各第２冷却流路４２は、必ずしも二股に分岐しなくてもよいし、必ずしも階段状に形成されていなくてもよい。また、図１の例では、ロータ軸方向の中央位置で冷媒流入口１８と第２冷却流路４２が繋がるが、冷媒流入口１８と第２冷却流路４２が繋がるロータ軸方向位置は、必ずしも中央位置でなくてもよい。

冷媒供給シャフト５０は、ロータシャフト１６内部の中空部１７を通ってロータ軸方向に沿って延びている。冷媒供給シャフト５０は、図示しないベアリングを介してハウジング６０に回転自在に支持されている。さらに、冷媒供給シャフト５０は、シール部材６２Ａ，６２Ｂを介してロータシャフト１６に支持されている。シール部材６２Ａ，６２Ｂはロータ軸方向に互いに間隔をおいて配置され、ロータ軸方向においてシール部材６２Ａ，６２Ｂ間に中空部１７が位置することで、中空部１７からの液体冷媒の漏れがシール部材６２Ａ，６２Ｂにより防止される。冷媒供給シャフト５０は、ロータ２０及びロータシャフト１６とともに同じ回転速度で一体で回転する。

冷媒供給シャフト５０の内部には、図示しないポンプから吐出された液体冷媒が通る冷媒通路５１がロータ軸方向に沿って形成されている。さらに、冷媒供給シャフト５０には、冷媒通路５１とロータシャフト１６の中空部１７とを繋ぐ冷媒吐出口５２が複数形成されている。複数の冷媒吐出口５２は、ロータ周方向に互いに間隔をおいて（例えば等間隔で）配置されている。

本実施形態では、ロータシャフト１６の各冷媒流入口１８が冷媒供給シャフト５０の各冷媒吐出口５２とロータ径方向に対向しないように、各冷媒流入口１８のロータ軸方向位置が各冷媒吐出口５２のロータ軸方向位置と異なり、各冷媒流入口１８が各冷媒吐出口５２に対してロータ軸方向にずれて配置されている。図１の例では、冷媒吐出口５２が形成されているロータ軸方向位置が１箇所であり、冷媒流入口１８が形成されているロータ軸方向位置が１箇所であるが、冷媒流入口１８と冷媒吐出口５２がロータ軸方向にずれておりロータ径方向に対向しない条件であれば、冷媒吐出口５２をロータ軸方向の複数箇所に形成してもよいし、冷媒流入口１８をロータ軸方向の複数箇所に形成してもよい。

図示しないポンプから供給された液体冷媒は、冷媒供給シャフト５０内部の冷媒通路５１を通って、図２の矢印Ａに示すように各冷媒吐出口５２からロータシャフト１６内部の中空部１７へ吐出することで、中空部１７に一時的に貯留される。ロータシャフト１６内部の中空部１７に貯留された液体冷媒は、ロータ回転時の遠心力によって、各冷媒流入口１８に流入する。各冷媒流入口１８に流入した液体冷媒は、図２の矢印Ｂに示すように各第２冷却流路４２に供給され、さらに各第１冷却流路４１に供給される。液体冷媒が第２冷却流路４２及び第１冷却流路４１を流れることで、ロータ２０（ロータコア２１及び永久磁石２２）の冷却が行われる。第１冷却流路４１を流れる液体冷媒は、図２の矢印Ｃに示すように、第１冷却流路４１のロータ軸方向両端部からロータ外部へ排出される。

ここで、ロータシャフト１６の各冷媒流入口１８が冷媒供給シャフト５０の各冷媒吐出口５２とロータ径方向に対向する場合を考えると、冷媒吐出口５２から吐出した液体冷媒が冷媒流入口１８に直接的に供給されることになる。その際に、ポンプ吐出圧の変動等によって冷媒吐出口５２からの液体冷媒の吐出圧が変動すると、冷媒流入口１８を通ってロータコア２１の第１及び第２冷却流路４１，４２に供給される液体冷媒量が変動する。その結果、液体冷媒によるロータ２０の冷却性能が変動することになる。また、冷媒吐出口５２から吐出した液体冷媒が冷媒流入口１８で跳ね返ることで逆流し、液体冷媒の流れが乱れて安定しなくなる。

これに対して本実施形態では、各冷媒流入口１８が各冷媒吐出口５２とロータ径方向に対向しないように、各冷媒流入口１８のロータ軸方向位置を各冷媒吐出口５２のロータ軸方向位置に対してずらすことで、冷媒吐出口５２から吐出した液体冷媒は、冷媒流入口１８に直接的に供給されることなく、中空部１７に一旦貯留されてから冷媒流入口１８に供給される。これによって、冷媒吐出口５２から吐出する液体冷媒の流れが冷媒流入口１８の流れに直接影響を及ぼすのを抑制することができる。例えばポンプ吐出圧の変動等によって冷媒吐出口５２からの液体冷媒の吐出圧が変動しても、冷媒流入口１８を通ってロータコア２１の第１及び第２冷却流路４１，４２に供給される液体冷媒量が変動するのを抑制することができる。そして、冷媒吐出口５２から吐出した液体冷媒が冷媒流入口１８で跳ね返って逆流するのを防止することができ、中空部１７に貯留された液体冷媒の液面Ｄを安定化させて冷媒流入口１８への液体冷媒の流れを安定化させることができる。その結果、液体冷媒によるロータ２０の冷却性能の変動を抑制することができる。

以上の実施形態では、各冷媒流入口１８が各冷媒吐出口５２とロータ径方向に対向しないように、各冷媒流入口１８を各冷媒吐出口５２に対してロータ軸方向にずらして配置する例について説明した。ただし、本実施形態では、例えば図３のロータ軸方向に垂直な断面図に示すように、各冷媒流入口１８が各冷媒吐出口５２とロータ径方向に対向しないように、各冷媒流入口１８のロータ周方向位置が各冷媒吐出口５２のロータ周方向位置と異なり、各冷媒流入口１８が各冷媒吐出口５２に対してロータ周方向にずれて配置されていてもよい。その場合でも、冷媒吐出口５２から吐出する液体冷媒の流れが冷媒流入口１８の流れに直接影響を及ぼすのを抑制することができる。さらに、本実施形態では、各冷媒流入口１８が各冷媒吐出口５２とロータ径方向に対向しないように、各冷媒流入口１８が各冷媒吐出口５２に対してロータ軸方向及びロータ周方向の２方向にずれて配置されていてもよい。このように、本実施形態では、各冷媒流入口１８が各冷媒吐出口５２に対してロータ軸方向及びロータ周方向のいずれか１つ以上の方向にずれて配置されていればよい。

また、以上の実施形態では、冷媒供給シャフト５０がロータ２０及びロータシャフト１６とともに同じ回転速度で一体で回転する例について説明した。ただし、本実施形態では、冷媒供給シャフト５０をロータシャフト１６にベアリングを介して支持する等、冷媒供給シャフト５０はロータ２０及びロータシャフト１６と異なる回転速度で回転する構成であってもよい。また、本実施形態では、冷媒供給シャフト５０をハウジング６０に固定するとともに、ロータシャフト１６を冷媒供給シャフト５０にベアリングを介して支持する等、冷媒供給シャフト５０は回転しない構成であってもよい。

以上、本発明を実施するための形態について説明したが、本発明はこうした実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。

１０ ステータ、１１ ステータコア、１２ コイル、１６ ロータシャフト、１７ 中空部、１８ 冷媒流入口、２０ ロータ、２１ ロータコア、２２ 永久磁石、３０ シャフト嵌合穴、４１ 第１冷却流路、４２ 第２冷却流路、５０ 冷媒供給シャフト、５１ 冷媒通路、５２ 冷媒吐出口、６０ ハウジング、６１Ａ，６１Ｂ ベアリング、６２Ａ，６２Ｂ シール部材。

Claims (2)

1. 液体冷媒が通る冷却流路が形成されたロータと、
   ロータ内周に取り付けられたロータシャフトであって、液体冷媒が供給される中空部、及び中空部と冷却流路を繋ぐ冷媒流入口が形成されたロータシャフトと、
   中空部を通る冷媒供給シャフトであって、液体冷媒を中空部へ吐出する冷媒吐出口が形成された冷媒供給シャフトと、
   を備え、
   冷媒流入口が、冷媒吐出口に対して、ロータ軸方向及びロータ周方向のいずれか１つ以上の方向にずれている、回転電機。
2. 請求項１に記載の回転電機であって、
   冷媒流入口が、冷媒吐出口に対して、ロータ軸方向にずれている、回転電機。

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