JP5545180B2 - 回転電機 - Google Patents

Description

本発明は、回転電機に係り、特に、ステータのコイルエンドを冷却することができる回転電機に関する。

ステータコイルに駆動電流を与えることでロータを回転させる回転電機においては、コイル通電による発熱のために温度が上昇するので、冷却をすることが好ましい。

例えば、特許文献１には、回転電機の冷却装置として、冷却油パイプがステータコアおよびコイルエンドの上方に回転軸方向に沿って配設され、上流側に設けられ第１コイルエンドに向かう第１吐出口と下流側に設けられ第２コイルエンドに向かう第２吐出口からの吐出流量を同じにする構成が述べられている。ここでは、第１吐出口の開口面積よりも第２吐出口の開口面積を小さくし、あるいは、開口面積を同じとして絞りを第１吐出口と第２吐出口との間に設けることが開示されている。

特許文献２には、ハイブリッド車両の駆動装置内における電動モータの冷却として、ロータ軸の中空孔から軸受部材を経由して径方向に潤滑油を流出させる方法において、ロータ内周部に油溜りを設け、ロータエンドプレートに潤滑油路を設けることが開示されている。これによって、潤滑油がロータの回転に伴う遠心力を受けても、ステータの電磁コイルを内径側から十分に冷却できると述べられている。

特開２００６−１１５６５０号公報 特開２００３−１６９４４８号公報

ロータ軸の側から冷媒を供給する方式によれば、ロータの冷却とステータコイルの内周側の冷却を行うことができるが、ロータ軸に冷媒通路を設ける必要がある。ステータの外周側に冷媒通路を設けてステータコイルの外周側に向かって冷媒を供給する方式によれば、冷媒通路を設けやすいが、ステータコイルの内周側やロータの冷却が不十分となることがある。

本発明の目的は、ステータの外周側に設けられる冷媒通路を用いて、ステータコイルの内周側とロータの冷却を可能とする回転電機を提供することである。他の目的は、ステータコイルと共にロータ磁石の冷却も可能とする回転電機を提供することである。以下の手段は、これらの目的の少なくとも１つに貢献する。

本発明に係る回転電機は、ロータ軸とロータコアとロータコアの両側にそれぞれ配置されるエンドプレート部とを含むロータと、ロータの外周側に配置され、ステータコアとステータコアに巻回されるコイルとステータコアの外側のコイル部分であるコイルエンド部とを含むステータと、ステータの外周側に配置され、ロータ軸の軸方向に沿って延びコイルエンド部に対応する箇所に冷媒吐出口を有する冷媒通路と、を備え、ロータのエンドプレートは、外周側に開口部を有し内周側に底部を有する冷媒溜りポケットを含むことを特徴とする。

また、本発明に係る回転電機において、ロータのエンドプレートは、周方向に沿って複数の冷媒溜りポケットを含むことが好ましい。

また、本発明に係る回転電機において、周方向に互いに隣接する冷媒溜りポケットの間の仕切部の頂部がロータのエンドプレートの外径端部よりも内周側に設定されることが好ましい。

また、本発明に係る回転電機において、ロータは、周方向に沿って配置される複数の永久磁石を含み、ロータのエンドプレートは、各永久磁石の周方向の配置に対応する位置にそれぞれ冷媒溜りポケットを含むことが好ましい。

上記構成により、回転電機は、ロータ軸の軸方向に沿って延びコイルエンド部に対応する箇所に冷媒吐出口を有する冷媒通路がステータの外周側に配置され、ロータのエンドプレートには、外周側に開口部を有し内周側に底部を有する冷媒溜りポケットが設けられる。これによって、ステータの外周側からコイルエンドを経てエンドプレートの冷媒溜りポケットに冷媒が供給され、ロータが回転すると、その遠心力で冷媒溜りポケットの冷媒がコイルエンドの内周側に供給される。このようにして、ステータコイルの内周側を冷却することができる。

また、回転電機において、ロータのエンドプレートは、周方向に沿って複数の冷媒溜りポケットを含むので、冷却効率が向上する。また、回転電機において、周方向に互いに隣接する冷媒溜りポケットの間の仕切部の頂部がロータのエンドプレートの外径端部よりも内周側に設定されるので、コイルエンドを介して供給される冷媒を効果的に冷媒溜りポケットに集めることが可能になる。

また、回転電機において、ロータの周方向に沿って配置される複数の永久磁石の配置に対応する位置にそれぞれ冷媒溜りポケットを含むので、ステータコイルの冷却と共にロータ磁石の冷却も合わせて行うことができる。

本発明に係る実施の形態における回転電機の断面図である。 図１の部分拡大図である。 図２において、Ａ−Ａ方向から見たロータコアの様子を示す図である。 図２において、Ｂ−Ｂ方向から見たエンドプレートの様子を説明する図である。

以下に図面を用いて本発明に係る実施の形態につき、詳細に説明する。以下では、回転電機として、三相同期型を説明するが、これ以外の形式であっても、コイルが巻回されるステータと、エンドプレートを有するロータを備える回転電機であればよい。また、以下では、ロータコアおよびロータコアを積層鋼板によって形成されるものとして説明するが、これ以外の構造、例えば、バルク鉄心、粉末成形鉄心等で形成するものとしてもよい。また、以下では、ロータの永久磁石をロータコアの内部に埋め込む構成として説明するが、勿論、ロータコアの表面に永久磁石を配置する構成としてもよい。また、ロータの永久磁石の配置をＶ型として説明するが、これ以外の配置方式としてもよい。

以下では、全ての図面において同様の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、本文中の説明においては、必要に応じそれ以前に述べた符号を用いるものとする。

図１は、回転電機１０の断面図である。図２はその部分拡大図で、図２のＡ−Ａ方向から見たロータコア２４の様子が図３に、Ｂ−Ｂ方向から見たエンドプレート部２６の平面図と、その断面図の様子が図４に示されている。回転電機１０は、三相同期型のモータジェネレータであって、ステータ３０の外周側に配置された冷媒通路４２に冷媒６０を供給して、ステータ３０とロータ２０を冷却するこことができる構造を有する。

回転電機ケース１２は、ステータ３０を固定して保持し、ロータ２０のロータ軸２２を回転自在に保持する回転電機筐体である。回転電機ケース１２の上部には、冷媒６０の供給口４０が設けられ、下部には使用済みの冷媒７０の排出口４６が設けられる。ここで、上部、下部とは、重力方向に対しての上下を示す。供給口４０と排出口４６との間には、図示されていない冷媒循環機構が設けられる。冷媒としては、冷却水、冷却油等を用いることができ、冷却油としては、軸受等の潤滑油を利用することができる。

ステータ３０は、ロータ２０の外周側に配置され、ステータコア３２と、ステータコア３２に巻回されるコイル３４と、ステータコア３２の外側のコイル３４の部分であるコイルエンド部３６とを含む回転電機１０の固定子である。

ステータコア３２は、ロータ２０を配置するための内径側穴を有し、内径側に開口部を有するスロットが周方向に複数配置される形状に打ち抜かれた電磁鋼板を複数枚積層して形成される固定子コアである。ステータコア３２は、その外周側で回転電機ケース１２に固定保持される。

コイル３４は、ステータコア３２の隣接するスロットの間に形成されるティースに所定の巻数で巻回される絶縁被覆導線である。コイルエンド部３６は、ティースに巻回されたコイル３４がステータコア３２の軸方向の両外側にはみ出る部分である。

冷媒通路４２は、ステータ３０の外周側に配置され、軸方向に沿って延び、冷媒吐出口４４を有する冷媒供給用のパイプである。軸方向とは、回転電機１０のロータ軸２２の長手方向に沿った方向である。冷媒通路４２は、一方端が冷媒６０の供給口４０で、他方端は行き止まりとされるので、供給口４０から供給された冷媒６０は、冷媒吐出口４４から吐出される。冷媒吐出口４４は、軸方向に沿って、ステータ３０に向かって複数設けられる。図１では、ステータコア３２に向かって１つ、ステータコア３２の両側のコイルエンド部３６のそれぞれに１つずつの３つの冷媒吐出口４４が図示されている。勿論、これ以上の数の冷媒吐出口４４を設けてもよい。

ロータ２０は、ロータ軸２２と、ロータコア２４と、ロータコア２４の両側にそれぞれ配置されるエンドプレート部２６と、ロータコア２４に埋め込まれる永久磁石２８を含む
回転子である。

ロータコア２４は、図３に示されるように、ロータ軸２２を通すための内径側穴を有する円環状の部材で、所定の形状に打ち抜かれた電磁鋼板を複数積層して形成される回転子コアである。ロータコア２４は、外周側に永久磁石２８を埋め込むための磁石配置穴２９を有する。図３では、８つの磁極を有するロータとして、各磁極ごとに、２つの永久磁石２８が相互にＶ字形状に配置されるように、合計で１６の磁石配置穴２９が設けられる。

エンドプレート部２６は、ロータコア２４の軸方向の両端側にそれぞれ配置され、積層された電磁鋼板を両側から保持する機能を有する保持板材である。
冷媒溜りポケット５０は、エンドプレート部２６のロータコアに対向する側の面に設けられ、外周側に開口し、内周側に底部を有する凹部である。この凹部は、エンドプレート部２６とロータコア２４が組み合わされるときに、冷媒を溜めることができるポケット形状のくぼみを形成する。図２に示されるように、コイルエンド部３６に向かって設けられる冷媒吐出口４４から吐出される冷媒６２は、コイルエンド部３６を外周側から内周側に向かって流れる冷媒６４となる。そして、コイルエンド部３６の内周側から流れ出す冷媒６６が、冷媒溜りポケット５０に集められる。

冷媒溜りポケット５０は、ロータコア２４の磁極数と同じ数設けられる。上記の例では、磁極数が８であるので、冷媒溜りポケット５０は８つ設けられる。図４には、エンドプレート部２６がロータコア２４と組み合わされたときのロータ２０の１つの磁極に対応する２つの永久磁石２８の配置位置が破線で示されている。ここで示されるように、各冷媒溜りポケット５０は、永久磁石２８の配置位置に対応する位置にそれぞれ設けられる。

周方向に互いに隣接する冷媒溜りポケット５０の間は、互いに独立ではなく、それぞれの間が外周側で接続される。すなわち、図４に示されるように、周方向に互いに隣接する冷媒溜りポケット５０の間の仕切部の頂部５２は、エンドプレート部２６の外径端部よりも内周側に設定される。これによって、ロータ２０が回転するときに、コイルエンド部３６の内周側から流れ出す冷媒６６を、各冷媒溜りポケット５０に効果的に集めることができる。

上記構成の作用を図２、図４を用いて詳細に説明する。回転電機１０が動作開始すると、図示されていない冷媒供給機構から、回転電機１０の上部の供給口４０に冷媒６０が供給される。冷媒６０は、重力によって、冷媒通路４２の冷媒吐出口４４からコイルエンド部３６に向かって設けられる冷媒吐出口４４から吐出される。図２には、冷媒吐出口４４から下方に吐出される冷媒６２が示されている。そして、吐出された冷媒６２は、コイルエンド部３６を外周側から内周側に向かって流れる。図２には、コイルエンド部３６を下方に流れる冷媒６４が示されている。

これによって、ステータ３０のコイルエンド部３６が外周側から効果的に冷却される。
そして、コイルエンド部３６の内周側から下方に流れ出す冷媒６６が、冷媒溜りポケット５０に集められる。これによって、ロータ２０が冷却される。特に、冷媒溜りポケット５０には永久磁石２８が配置されているので、永久磁石２８が効果的に冷却される。

回転電機１０が動作してロータ２０が回転角速度ωで回転すると、冷媒溜りポケット５０に集められた冷媒は、遠心力でエンドプレート部２６の外周側に吐出される。図４には、回転角速度ωの方向と逆方向に吐き出される冷媒６８が示されている。エンドプレート部２６の外周側に吐出された冷媒６８は、図２に示されるように、コイルエンド部３６の内周側に供給される。これによって、ステータ３０のコイルエンド部３６が内周側から効果的に冷却される。冷却に用いられた冷媒は、回転電機ケース１２の内部空間の下部に集められ、排出口４６から使用済み冷媒７０として排出され、図示されていない冷媒循環機構によって、再び回転電機１０の上部の供給口４０に戻される。

このように、重力とロータ２０の回転とを利用して、冷媒をステータ３０の上部から供給し、コイルエンド部３６の外周側と内周側とを効果的に冷却し、また、ロータ２０の永久磁石２８を効果的に冷却することができる。

本発明に係る回転電機は、例えば、車両搭載用に利用される。

１０ 回転電機、１２ 回転電機ケース、２０ ロータ、２２ ロータ軸、２４ ロータコア、２６ エンドプレート部、２８ 永久磁石、２９ 磁石配置穴、３０ ステータ、３２ ステータコア、３４ コイル、３６ コイルエンド部、４０ 供給口、４２ 冷媒通路、４４ 冷媒吐出口、４６ 排出口、５０ 冷媒溜りポケット、５２ 頂部、６０，６２，６４，６８，７０ 冷媒。

Claims (4)

1. ロータ軸とロータコアとロータコアの両側にそれぞれ配置されるエンドプレート部とを含むロータと、
   ロータの外周側に配置され、ステータコアとステータコアに巻回されるコイルとステータコアの外側のコイル部分であるコイルエンド部とを含むステータと、
   ステータの外周側に配置され、ロータ軸の軸方向に沿って延びコイルエンド部に対応する箇所に冷媒吐出口を有する冷媒通路と、
   を備え、
   ロータのエンドプレートは、
   外周側に開口部を有し内周側に底部を有する冷媒溜りポケットを含むことを特徴とする回転電機。
2. 請求項１に記載の回転電機において、
   ロータのエンドプレートは、
   周方向に沿って複数の冷媒溜りポケットを含むことを特徴とする回転電機。
3. 請求項２に記載の回転電機において、
   周方向に互いに隣接する冷媒溜りポケットの間の仕切部の頂部がロータのエンドプレートの外径端部よりも内周側に設定されることを特徴とする回転電機。
4. 請求項２に記載の回転電機において、
   ロータは、周方向に沿って配置される複数の永久磁石を含み、
   ロータのエンドプレートは、
   各永久磁石の周方向の配置に対応する位置にそれぞれ冷媒溜りポケットを含むことを特徴とする回転電機。

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