JP5601504B2

JP5601504B2 - 回転電機

Info

Publication number: JP5601504B2
Application number: JP2010124730A
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: 2014-10-08
Anticipated expiration: 2030-05-31
Also published as: JP2011254579A

Description

本発明は、回転軸によってケースに軸支され、かつ、磁性を有する複数の鋼板が積層されたロータ本体を有するロータと、前記ロータの径方向外側に配置され、かつ、前記ケースに固定されたステータとを備えた回転電機に関する。

上記回転電機では、ステータのコイルを形成する巻き線の表面に、巻き線どうしの絶縁性を確保するためのエナメル被覆層などの絶縁層を形成してある。また、コイルとそのコイルが巻き付けられているステータコアとの絶縁性、及び、各相のコイルどうしの絶縁性を確保するために、これらの間には樹脂などで形成された絶縁紙を装着してある。
従来の上記回転電機では、ロータ及びステータを冷却するために、回転軸の軸芯に平行な冷媒流路をロータ本体に貫通形成し、ロータを冷媒流路内の冷媒と共に回転させて当該ロータを冷却すると共に、ロータ本体の冷媒出口から流出した冷媒をロータの径方向外方に向けて放出させることにより、ステータのコイルなどに噴き掛けて冷却できるように構成してある（例えば、特許文献１参照）。
ロータ本体に形成された冷媒流路内の冷媒は、ロータの回転速度にかかわらず、その冷媒流路への冷媒供給量に応じた速度で当該冷媒流路内を移動し、ロータ本体の冷媒出口から流出した冷媒は遠心力でステータのコイルなどに対して噴き掛けられる。

特開２００９−７１９２３号公報

従来の回転電機では、冷媒流路内の冷媒をロータと共に回転させるために、ロータの回転エネルギーの一部が、冷媒流路内の冷媒を回転させるためのエネルギーとして消費され、回転電機のエネルギー効率が低下するおそれがある。
また、ロータ本体の冷媒出口から流出した冷媒が遠心力で絶縁層や絶縁紙に対して高速で衝突し易いので、絶縁層や絶縁紙が破損されてステータの絶縁性が低下するおそれがある。
本発明は上記実情に鑑みてなされたものであって、エネルギー効率が低下するおそれも、ステータの絶縁性が低下するおそれも少なく、ロータの冷却効果も高め易い回転電機を提供することを目的とする。

本発明の回転電機の第１特徴構成は、横向きに配置した回転軸、及び、当該回転軸によってケースに軸支され、かつ、磁性を有する複数の鋼板が積層されたロータ本体を有するロータと、前記ロータ本体の内部にロータ周方向に間隔を隔てて設けられた複数の永久磁石と、前記ロータの径方向外側に配置され、かつ、前記ケースに固定されたステータと、前記ケースに対して固定された位置から前記ロータ本体の回転軸芯方向で両側のロータ端面に冷媒を供給する冷媒供給部とを備え、前記冷媒供給部は、前記永久磁石が設けられた径方向位置において前記両側のロータ端面に前記冷媒を供給する点にある。

本構成であれば、冷媒をロータと共に回転させることなく、ケースに対して固定された位置から回転中のロータ端面に冷媒を供給するので、回転電機のエネルギー効率が低下するおそれが少ない。
また、ロータが横向きに配置した回転軸によってケースに軸支され、回転中のロータ端面に供給された冷媒は、その一部が遠心力でロータの径方向外方に飛散しながらも、ロータ端面に沿って流れ落ちるので、冷媒とロータ端面との接触を維持してその冷媒とロータ端面との熱交換でロータを冷却することができる。
その上、回転中のロータ端面とそのロータ端面に沿って流れ落ちる冷媒との相対速度が大きく、冷媒を温度が大きく上昇しないうちのロータ端面を通過させることができるので、冷媒とロータとの温度差を大きく維持して、冷却効果を高め易い。
さらに、冷媒が遠心力でロータの径方向外方に飛散し難いので、ステータの絶縁層や絶縁紙に対して高速で衝突する冷媒が少なく、絶縁層や絶縁紙が破損されてステータの絶縁性が低下するおそれも少ない。
したがって、本構成の回転電機であれば、エネルギー効率が低下するおそれも、ステータの絶縁性が低下するおそれも少なく、ロータの冷却効果も高め易い。

本発明の第２特徴構成は、前記ロータ端面が、前記冷媒の当該ロータ端面に沿う流動抵抗が前記鋼板の表面よりも小さい材料で形成されている点にある。

本構成であれば、冷媒がロータ端面に沿って流動し易いので、ロータを構成している鋼板の表面に対して冷媒を直に供給する場合に比べて、供給された冷媒が飛散しにくいと共にロータ端面に沿って拡がり易い。
したがって、冷媒とロータ端面との熱交換をロータ端面の広い領域において促進することができるので、冷却効果を一層高め易い。

本発明の第３特徴構成は、前記ロータ端面が、前記ロータ本体の端面を覆い、かつ、円滑な平面を有するエンドプレートで形成されている点にある。

本構成であれば、円滑な平面を有するエンドプレートでロータ本体の端面を覆うことによって、供給された冷媒が飛散しにくいと共にロータ端面に沿って拡がり易いロータ端面を設けることができる。

本発明の第４特徴構成は、前記エンドプレートが、前記ロータ本体を構成する最外側の前記鋼板を開口部のない鋼板とすることで形成されている点にある。

本構成であれば、特別な材料を使用することなく、ロータ本体を構成する最外側の鋼板を使用しながら、その鋼板を開口部のない鋼板とすることで、供給された冷媒が飛散しにくいと共にロータ端面に沿って拡がり易いロータ端面を設けることができる。

本発明の第５特徴構成は、前記ロータ端面が、前記ロータ本体の端面を撥液処理してある撥液処理層で形成されている点にある。

本構成であれば、ロータ本体の端面を形成する鋼板に対して特別な機械加工を施すことなく、供給された冷媒が飛散しにくいと共にロータ端面に沿って拡がり易いロータ端面を設けることができる。

回転電機（電動モータ）の縦断面図である。ロータ端面に対して備えた冷却油供給パイプを示す正面図である。第２実施形態におけるロータ端面に対して備えた冷却油供給パイプを示す正面図である。

以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
〔第１実施形態〕
図１，図２は、車両などに搭載される本発明による回転電機の一例としての電動モータを示す。
電動モータは、横向きに配置した動力取出用の回転軸１、及び、当該回転軸１によってハウジング（ケース）２の内側に軸支されたロータ本体３を有するロータ４と、ハウジング２の内側に固定されたステータ５とを備えている。

ロータ本体３は、磁性を有する複数の電磁鋼板６ａが回転軸芯Ｘの方向に積層されたロータコア７と、ロータコア７の内部にロータ周方向に間隔を隔てて取り付けた複数の永久磁石１０とを有している。

ロータ４は、ロータ本体３の回転軸芯Ｘの方向の両端面の夫々を全面に亘って覆い、かつ、円滑な扁平表面を有するエンドプレート８を備えている。両エンドプレート８の外向き面（円滑な扁平表面）がロータ端面９を形成している。

ロータ本体３は、回転軸１に外嵌固定されていて、この回転軸１によって一対のベアリング１１を介してハウジング２に横向きの回転軸芯Ｘ周りで矢印ａの方向に回転自在に軸支されている。

ステータ５は、複数の電磁鋼板６ｂを回転軸芯Ｘの方向に積層してあるステータコア１２と、ステータコア１２に巻き付けたステータコイル１３とを備えている。ステータ５は、ステータコア１２をロータ４の径方向外側に僅かな隙間を隔てて配置して、ハウジング２の内側に固定されている。

ステータコア１２の両端部におけるステータコイル１３の巻き返し部分がコイルエンド１４として形成され、ステータコイル１３に電流を流すことにより、ロータ４を回転させる磁界が発生する。

ハウジング２の内側には、左右のロータ端面９の夫々に対して、ハウジング２に対して固定された位置からロータ端面９の上部箇所に冷媒としての冷却油１５を連続的に流し掛けて供給する冷却油供給部１６を備えている。

左右のロータ端面９は、冷却油１５の当該ロータ端面９に沿う流動抵抗がロータコア７を構成する電磁鋼板６ａの表面よりも小さい材料で形成されている。具体的には、エンドプレート８が、ロータコア７を構成する最外側の電磁鋼板を、永久磁石１０の挿通用の開口部１０ａのない鋼板６ｃとすることで形成されている。

冷却油供給部１６は、各ロータ端面９毎の左右一対の冷却油供給パイプ１７と、ロータ端面９から流れ落ちた冷却油１５を溜めるオイルパン１８と、オイルパン１８に溜まった冷却油１５をポンプ１９で各冷却油供給パイプ１７に戻す冷却油循環路２０とを備えている。
尚、図２は、図１における左側のロータ端面９に対して備えた冷却油供給パイプ１７を示しており、図１における右側のロータ端面９に対して備えた冷却油供給パイプ１７も同様に配設されている。

ロータ端面９毎の左右一対の冷却油供給パイプ１７は、図２に示すように、一方の冷却油供給パイプ１７の冷却油排出口１７ａが回転軸１の直上位置よりもロータ４の回転方向ａの上手側に離れた位置においてロータ端面９に対向し、他方の冷却油供給パイプ１７の冷却油排出口１７ｂが回転軸１の直上位置よりもロータ４の回転方向ａの下手側に離れた位置においてロータ端面９に対向するように、ハウジング２の内側上部に固定してある

したがって、各冷却油排出口１７ａ，１７ｂから排出されてロータ端面９の上部箇所に流し掛けられた冷却油１５が、回転軸１の外周面に掛かり難い。
オイルパン１８はステータ５よりも低い高さ位置となるようにハウジング２の内側底部に設けられている。

左右の冷却油排出口１７ａ，１７ｂのうちのロータ４の回転方向ａの上手側に配置した冷却油排出口１７ａから流し掛けられた冷却油１５の流下方向はロータ４の回転方向ａに対向しているので、その冷却油１５は、ロータ４の回転方向ａの下手側に配置した冷却油排出口１７ｂから流し掛けられた冷却油１５に比べて、ロータ４の下方に向けて流れ落ち難い。

このために、ロータ４の回転方向ａの上手側に配置した冷却油排出口１７ａから流し掛けられた冷却油１５がロータ４の下方に向けて流れ落ち易くなるように、その冷却油排出口１７ａからの冷却油１５の排出量を、ロータ４の回転方向ａの下手側に配置した冷却油排出口１７ｂからの冷却油１５の排出量よりも大きくしてあってもよい。

〔第２実施形態〕
図３は本発明による回転電機の別実施形態を示す。
本実施形態では、各ロータ端面９毎に一つの冷却油供給パイプ１７を備えた冷却油供給部１６を設けてある。
冷却油供給パイプ１７は、その冷却油排出口１７ａをロータ端面９に対して回転軸１の直上位置において対向させてある。
その他の構成は第１実施形態と同様である。

〔第３実施形態〕
図示しないが、ロータ端面９を、冷却油１５の当該ロータ端面９に沿う流動抵抗がロータコア７を構成する電磁鋼板６ａの表面よりも小さい材料で形成するために、ロータ端面９がロータコア７又はロータ本体３の端面をフッ素樹脂などを塗布することにより撥油処理してある撥油処理層（フッ素樹脂被膜）で形成されていてもよい。

〔その他の実施形態〕
１．本発明による回転電機は、電動モータの他に、発電機や、電動モータ又は発電機として機能するモータジェネレータであってもよい。
２．本発明による回転電機は、冷却油循環路の途中に冷却用熱交換器などを備えた冷却油の冷却手段を設けてあってもよい。

１回転軸
２ケース
３ロータ本体
４ロータ
５ステータ
６ａ鋼板
６ｃ鋼板
８エンドプレート
９ロータ端面
１０ａ開口部
１５冷媒
１６冷媒供給部

Claims

横向きに配置した回転軸、及び、当該回転軸によってケースに軸支され、かつ、磁性を有する複数の鋼板が積層されたロータ本体を有するロータと、
前記ロータ本体の内部にロータ周方向に間隔を隔てて設けられた複数の永久磁石と、
前記ロータの径方向外側に配置され、かつ、前記ケースに固定されたステータと、
前記ケースに対して固定された位置から前記ロータ本体の回転軸芯方向で両側のロータ端面に冷媒を供給する冷媒供給部とを備え、
前記冷媒供給部は、前記永久磁石が設けられた径方向位置において前記両側のロータ端面に前記冷媒を供給する回転電機。
前記ロータ端面が、前記冷媒の当該ロータ端面に沿う流動抵抗が前記鋼板の表面よりも小さい材料で形成されている請求項１記載の回転電機。
前記ロータ端面が、前記ロータ本体の端面を覆い、かつ、円滑な平面を有するエンドプレートで形成されている請求項２記載の回転電機。
前記エンドプレートが、前記ロータ本体を構成する最外側の前記鋼板を開口部のない鋼板とすることで形成されている請求項３記載の回転電機。
前記ロータ端面が、前記ロータ本体の端面を撥液処理してある撥液処理層で形成されている請求項２記載の回転電機。