JP2020115711A - 回転電機 - Google Patents

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Abstract

【課題】ロータの磁極部をロータコアの内部から冷却できるとともに、ロータコアから排出される冷媒を利用してステータのコイルも適切に冷却可能な回転電機を提供する。【解決手段】回転電機50は、ロータ51とステータ52と、を備える。第1エンドプレート40aは、第2冷媒流路孔26に連通し第1コイルエンド98aに冷媒を供給する第1冷媒排出孔42aと、冷媒流路11から供給される冷媒を第1冷媒流路孔25に供給し、第1冷媒排出孔42a及び第2冷媒流路孔26に供給しない第1溝部44aと、を有する。第2エンドプレート40bは、第2コイルエンド98bに冷媒を供給する第2冷媒排出孔42bと、第1冷媒流路孔25から供給される冷媒を第2冷媒流路孔26に供給し、且つ、第2冷媒排出孔42bに供給する第2溝部44bと、を有する。【選択図】図2

Description

本発明は、回転電機に関する。
近年の回転電機の大型化に伴って、磁極部の発熱による回転電機の性能の低下が無視できなくなっており、磁極部を効率的に冷却する方法が模索されている。特許文献1には、ロータコアと、該ロータコアの両端面に配置される一対の端面板と、を備える回転電機のロータにおいて、ロータシャフトから供給された冷媒を、一方の端面板に形成された環状溝からロータコアの内部に導入し、ロータコアの内部に形成された貫通孔を介して、他方の端面板から排出することが記載されている。これにより、ロータコアを内部から冷却することができる。
特開2018−33265号公報
一方で、回転電機においては、ステータのコイルも発熱するため、ステータのコイルも同時に冷却する必要がある。しかしながら、特許文献1に記載の回転電機のロータでは、ステータのコイルを冷却する方法について何ら記載されていない。特許文献1に記載の回転電機のロータにおいて、端面板から排出された冷媒を用いてステータのコイルを冷却しようとしても、他方の端面板の外径側に位置するコイルエンドにしか冷媒を供給することができず、ステータのコイルを十分に冷却することができない虞がある。
本発明は、ロータの磁極部をロータコアの内部から冷却できるとともに、ロータコアから排出される冷媒を利用してステータのコイルも適切に冷却可能な回転電機を提供する。
本発明は、
ロータと、該ロータの径方向外側に配置されるステータと、を備え、
前記ロータは、
内部に冷媒流路が設けられたロータシャフトと、
前記ロータシャフトが挿通するロータシャフト孔と、周方向に沿って設けられた複数の磁石挿入孔と、軸方向に貫通する第1冷媒流路孔及び第2冷媒流路孔と、を有するロータコアと、
前記磁石挿入孔に挿入された磁石によって構成される複数の磁極部と、
前記ロータコアの軸方向一端側に配置される第1エンドプレートと、
前記ロータコアの軸方向他端側に配置される第2エンドプレートと、を備え、
前記ステータは、
前記第1エンドプレートの径方向外側に位置する第1コイルエンドと、
前記第2エンドプレートの径方向外側に位置する第2コイルエンドと、を有する、回転電機であって、
前記第1エンドプレートは、
前記第2冷媒流路孔に連通する第1冷媒排出孔と、
前記冷媒流路から供給される冷媒を前記第1冷媒流路孔に供給し、前記第1冷媒排出孔及び前記第2冷媒流路孔に供給しない第1溝部と、を有し、
前記第2エンドプレートは、
第2冷媒排出孔と、
前記第1冷媒流路孔から供給される冷媒を前記第2冷媒流路孔に供給し、且つ、前記第2冷媒排出孔に供給する第2溝部と、を有する。
本発明によれば、第1冷媒流路及び第2冷媒流路に供給される冷媒によってロータコアを内部から冷却することができるとともに、第1冷媒排出孔及び第2冷媒排出孔から排出される冷媒によって第1コイルエンド及び第2コイルエンドを冷却できる。
本発明の一実施形態の回転電機の斜視図である。 第1エンドプレートの一部を切り欠いて示す、第1実施形態の回転電機のロータの正面図である。 第2エンドプレートの一部を切り欠いて示す、第1実施形態の回転電機のロータの背面図である。 図2及び図3のA−A線断面図である。 図2及び図3のB−B線断面図である。 図2及び図3のC−C線断面図である。
以下、本発明の一実施形態の回転電機について、添付図面に基づいて説明する。
回転電機50は、図1に示すように、ロータ51と、ロータ51の外径側に僅かな隙間を介して対向するように配置されたステータ52と、を備える、所謂インナーロータ型の回転電機である。
[ロータ]
第1実施形態のロータ51は、図2〜図6に示すように、ロータシャフト10と、ロータシャフト10に軸支されるロータコア20と、複数の磁極部30と、ロータコア20の軸方向一端側に配置される第1エンドプレート40aと、ロータコア20の軸方向他端側に配置される第2エンドプレート40bと、を備える。
ロータシャフト10には、その内部に冷媒が流通する冷媒流路11が形成される。冷媒流路11は、ロータシャフト10の内部で軸方向に延びており、冷媒が外部から供給可能に構成される。冷媒としては、例えば、ATF(Automatic Transmission Fluid)が用いられる。冷媒流路11は、回転電機50を収容する不図示のハウジングに形成された循環経路に接続される。
[ロータコア]
ロータコア20は、例えば、プレス加工により形成した複数の電磁鋼板を軸方向に積層して、カシメや接着等の接合により構成される。
ロータコア20は、ロータシャフト10が挿通するロータシャフト孔21と、径方向においてロータシャフト孔21の外側に設けられる冷却部22と、径方向において冷却部22の外側に設けられる電磁部23と、を備える。
電磁部23は、ロータコア20の外周部に配置され、ステータ52と対向する。電磁部23には、複数の磁極部30が周方向に沿って等間隔に形成される。各磁極部30は、径方向内側に凸の略円弧状に配置された3つの磁石挿入孔24に挿入される3つの磁石31で構成されている。磁石31は、例えばネオジム磁石等の永久磁石である。なお、磁極部30は、径方向外側に向かって開く略V字形状に配置された2つの磁石挿入孔に配置される2つの磁石で構成されていてもよく、1つの平板磁石又は円弧磁石から構成されていてもよい。
冷却部22は、周方向に沿って等間隔に配置された第1冷媒流路孔25と、隣り合う第1冷媒流路孔25間に周方向に沿って交互に配置された第2冷媒流路孔26及び第3冷媒流路孔27と、を有する。即ち、一つの第1冷媒流路孔25に対し周方向で一方側の第1冷媒流路孔25との間には第2冷媒流路孔26が設けられるとともに、周方向で他方側の第1冷媒流路孔25との間には第3冷媒流路孔27が設けられている。
第1冷媒流路孔25は、各磁極部30の中心とロータ51の中心CLとを結ぶd軸上に位置する。第2冷媒流路孔26は、各磁極部30の周方向一端部とロータ51の中心CLとを通るq軸上に位置する。第3冷媒流路孔27は、各磁極部30の周方向他端部とロータ51の中心CLとを通るq軸上に位置する。
第1冷媒流路孔25は、径方向内側に突出する頂部を有する略五角形状であり、径方向内側へ突出する内径側頂部25dを有する。第2冷媒流路孔26及び第3冷媒流路孔27は、同一形状を有する。第2冷媒流路孔26及び第3冷媒流路孔27は、それぞれ周方向両側及び径方向両側に凸の略四角形状あり、径方向内側へ突出する内径側頂部26d、27dを有する。第2冷媒流路孔26及び第3冷媒流路孔27の内径側頂部26d、27dは、第1冷媒流路孔25の内径側頂部25dよりも径方向外側に位置している。即ち、ロータコア20の冷却部22において、第1冷媒流路孔25の内径側頂部25dが径方向で最も内側に位置している。また、第2冷媒流路孔26及び第3冷媒流路孔27の外径側頂部26e、27eは、第1冷媒流路孔25の最外径部25eよりも径方向外側に位置している。
[エンドプレート]
第1エンドプレート40aは、図2及び図6に示すように、ロータコア20の軸方向一端側の端面に対向して配置される。第1エンドプレート40aの中央にはロータシャフト10を挿通する挿通孔41が形成され、挿通孔41よりも径方向の外側には、軸方向から見てロータコア20に形成された第2冷媒流路孔26とオーバーラップするように複数(本実施形態では6個)の第1冷媒排出孔42aが周方向に等間隔で形成される。即ち、第1冷媒排出孔42aは、第2冷媒流路孔26に連通する。
また、第1エンドプレート40aの内側面には、挿通孔41の内径側角部にロータシャフト10に形成された冷媒流路12と連通する環状の冷媒導入溝43と、冷媒導入溝43に連通するとともにロータコア20の第1冷媒流路孔25と連通する環状の第1溝部44aと、形成される。
第1溝部44aは、冷媒導入溝43から連続し、且つ、ロータ51の中心CLから第1冷媒流路孔25の内径側頂部25dよりも大きく、第1冷媒排出孔42aよりも小さく、且つ第2冷媒流路孔26及び第3冷媒流路孔27の内径側頂部26d、27dよりも小さい半径D1を有する環状の凹溝である。したがって、第1溝部44aは、冷媒流路12から供給される冷媒を第1冷媒流路孔25に供給し、且つ、第1冷媒排出孔42a、第2冷媒流路孔26及び第3冷媒流路孔27に直接供給しない。この第1溝部44a近傍の第1冷媒の流れを具体的に説明すると、冷媒流路11を流れる冷媒は、図2及び図4の矢印T0で示すように冷媒導入溝43から第1溝部44aに導入され、続いて、第1溝部44aからロータコア20の第1冷媒流路孔25に供給される。第1冷媒流路孔25に供給された冷媒は、図4の矢印T1で示すように第1冷媒流路孔25を軸方向において第1エンドプレート40a側から第2エンドプレート40b側に流れることで、各磁極部30に配置された磁石31を冷却する。
第2エンドプレート40bは、ロータコア20の軸方向他端側の端面に対向して配置される。第2エンドプレート40bの中央にはロータシャフト10を挿通する挿通孔41が形成され、挿通孔41よりも径方向の外側には、軸方向から見てロータコア20に形成された第3冷媒流路孔27と周方向でオーバーラップするように複数(本実施形態では6個)の第2冷媒排出孔42bが周方向に等間隔で形成される。
したがって、第2冷媒流路孔26と周方向でオーバーラップするように設けられた第1冷媒排出孔42aと、第3冷媒流路孔27と周方向でオーバーラップするように設けられた第2冷媒排出孔42bとは、軸方向から見て、周方向に交互に配置される。第1冷媒流路孔25は、軸方向から見て、周方向において第1冷媒排出孔42aと第2冷媒排出孔42bとの間に配置されている。
第2エンドプレート40bの内側面には、ロータコア20の第1冷媒流路孔25、第2冷媒流路孔26、及び第3冷媒流路孔27と連通するとともに第2エンドプレート40bの第2冷媒排出孔42bに連通する第2溝部44bが形成される。
第2溝部44bは、挿通孔41から連続し、且つ、ロータ51の中心CLから第2エンドプレート40bの第1冷媒排出孔42aよりも大きい半径D2を有する環状の凹溝である。したがって、第1冷媒流路孔25から第2溝部44bに供給された冷媒は、図3及び図5の矢印T2で示すように第2エンドプレート40bの第2冷媒排出孔42bから排出される。また、第1冷媒流路孔25から第2溝部44bに供給された冷媒は、図6の矢印T3で示すようにロータコア20の第2冷媒流路孔26に供給され、第2冷媒流路孔26を軸方向において第2エンドプレート40b側から第1エンドプレート40a側に流れることで、各磁極部30に配置された磁石31を冷却する。第2冷媒流路孔26を流れた冷媒は、図2及び図6の矢印T4で示すように第1エンドプレート40aの第1冷媒排出孔42aから排出される。
第1エンドプレート40a及び第2エンドプレート40bの冷媒排出孔42a、42bは、いずれも径方向外側に頂部を有する略三角形状を有するが、冷媒排出孔42a、42bの形状は適宜、変更することができる。
[ステータ]
ステータ52は、ステータコア91と、ステータコア91に形成された複数のスロットに巻回されるコイル92と、を備える。コイル92は、ステータコア91の一端面91a側から軸方向に突出する第1コイルエンド98aと、ステータコア91の他端面91b側から軸方向に突出する第2コイルエンド98bと、を備える。第1コイルエンド98aは、第1エンドプレート40aの径方向外側に位置するとともに、第2コイルエンド98bは、第2エンドプレート40bの径方向外側に位置する。したがって、第1エンドプレート40aの第1冷媒排出孔42aから排出された冷媒は、第1コイルエンド98aに供給され、第2エンドプレート40bの第2冷媒排出孔42bから排出された冷媒は、第2コイルエンド98bに供給される。
[冷却作用]
次に、回転電機50の冷却作用について説明する。
本実施形態の回転電機50では、不図示の冷媒ポンプにより圧送された冷媒が、循環経路を介してロータシャフト10に供給される。冷媒流路11に供給された冷媒は、ロータシャフト10を径方向に貫通する冷媒流路12に供給される。
冷媒流路12の冷媒は、冷媒に作用する遠心力により、図2及び図4の矢印T0で示すように第1エンドプレート40aの冷媒導入溝43及び第1溝部44aを通って、ロータコア20の第1冷媒流路孔25に供給され、図4の矢印T1で示すように第1冷媒流路孔25を流れてロータコア20を内部から冷却する。第1冷媒流路孔25は、磁極部30の近傍に配置されるため、最も発熱量の大きい磁石31を効果的に冷却することができる。
第1冷媒流路孔25を流れる冷媒は、図3及び図5の矢印T2で示すように第2溝部44bを介して第2エンドプレート40bの第2冷媒排出孔42bに供給されるとともに、図6の矢印T3で示すように第2溝部44bを介してロータコア20の第2冷媒流路孔26に供給される。第1冷媒排出孔42a(第2冷媒流路孔26)及び第2冷媒排出孔42bは、軸方向から見て周方向に交互に配置され、第1冷媒排出孔42a(第2冷媒流路孔26)と第2冷媒排出孔42bとの間に第1冷媒流路孔25が配置されるので、第1冷媒流路孔25を流れる冷媒は、第2冷媒流路孔26及び第2冷媒排出孔42bに略均等に分配される。したがって、第1冷媒流路孔25に供給された冷媒の一部は、ロータコアを軸方向において一方向に流れ、第1冷媒流路孔25を流れる冷媒の残りは、ロータコアを軸方向において一方向に流れた後、逆方向に折り返すように流れる。第2冷媒流路孔26の外径側頂部26eは、第1冷媒流路孔25の最外径部25eよりも径方向外側に位置するので、第2冷媒流路孔26に冷媒を導きやすい。
第2エンドプレート40bの第2冷媒排出孔42bに供給された冷媒は、第2冷媒排出孔42bから排出され、第2コイルエンド98bに供給される。
第2冷媒流路孔26を軸方向において第2エンドプレート40b側から第1エンドプレート40a側に流れる冷媒は、各磁極部30に配置された磁石31を冷却する。
第2冷媒流路孔26を流れる冷媒は、図2及び図6の矢印T4で示すように第1エンドプレート40aの第1冷媒排出孔42aから排出され、第1コイルエンド98aに供給される。
したがって、第1冷媒流路孔25及び第2冷媒流路孔26に供給される冷媒によってロータコア20を内部から冷却することができるとともに、第1冷媒排出孔42a及び第2冷媒排出孔42bから排出される冷媒によって第1コイルエンド98a及び第2コイルエンド98bを冷却できる。
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。例えば、上記実施形態では、第3冷媒流路孔27を設けなくてもよい。
本明細書には少なくとも以下の事項が記載されている。なお、括弧内には、上記した実施形態において対応する構成要素等を示しているが、これに限定されるものではない。
(1) ロータ(ロータ51)と、該ロータの径方向外側に配置されるステータ(ステータ52)と、を備え、
前記ロータは、
内部に冷媒流路(冷媒流路11)が設けられたロータシャフト(ロータシャフト10)と、
前記ロータシャフトが挿通するロータシャフト孔(ロータシャフト孔21)と、周方向に沿って設けられた複数の磁石挿入孔(磁石挿入孔24)と、軸方向に貫通する第1冷媒流路孔(第1冷媒流路孔25)及び第2冷媒流路孔(第2冷媒流路孔26)と、を有するロータコア(ロータコア20)と、
前記磁石挿入孔に挿入された磁石(磁石31)によって構成される複数の磁極部(磁極部30)と、
前記ロータコアの軸方向一端側に配置される第1エンドプレート(第1エンドプレート40a)と、
前記ロータコアの軸方向他端側に配置される第2エンドプレート(第2エンドプレート40b)と、を備え、
前記ステータは、
前記第1エンドプレートの径方向外側に位置する第1コイルエンド(第1コイルエンド98a)と、
前記第2エンドプレートの径方向外側に位置する第2コイルエンド(第2コイルエンド98b)と、を有する、回転電機(回転電機50)であって、
前記第1エンドプレートは、
前記第2冷媒流路孔に連通する第1冷媒排出孔(第1冷媒排出孔42a)と、
前記冷媒流路から供給される冷媒を前記第1冷媒流路孔に供給し、且つ、前記第1冷媒排出孔及び前記第2冷媒流路孔に供給しない第1溝部(第1溝部44a)と、を有し、
前記第2エンドプレートは、
第2冷媒排出孔(第2冷媒排出孔42b)と、
前記第1冷媒流路孔から供給される冷媒を前記第2冷媒流路孔に供給し、且つ、前記第2冷媒排出孔に供給する第2溝部(第2溝部44b)と、を有する、回転電機。
(1)によれば、第1エンドプレートの第1溝部は、冷媒流路から供給される冷媒を、第1冷媒排出孔及び第2冷媒流路孔に供給せず、第1冷媒流路孔に供給するので、第1冷媒流路孔を流れる冷媒によってロータコアを内部から冷却することができる。
第2エンドプレートの第2溝部は、第1冷媒流路孔から供給される冷媒を第2冷媒排出孔に供給するので、第2冷媒排出孔から排出される冷媒が第2コイルエンドに供給される。また、第2エンドプレートの第2溝部は、第1冷媒流路孔から供給される冷媒を第2冷媒流路孔にも供給するため、第2冷媒流路孔を流れる冷媒によってもロータコアを内部から冷却することができる。
さらに、第1エンドプレートの第1冷媒排出孔は第2冷媒流路孔に連通するので、第2冷媒流路孔を流れる冷媒が第1冷媒排出孔から排出され、第1コイルエンドに供給される。
したがって、第1冷媒流路及び第2冷媒流路に供給される冷媒によってロータコアを内部から冷却することができるとともに、第1冷媒排出孔及び第2冷媒排出孔から排出される冷媒によって第1コイルエンド及び第2コイルエンドを冷却できる。
(2) (1)に記載の回転電機であって、
前記第2冷媒流路孔の外径側端部(外径側頂部26e)は、前記第1冷媒流路孔の最外径部(最外径部25a)よりも径方向外側に位置する、回転電機。
(2)によれば、第2冷媒流路孔の外径側端部は、第1冷媒流路孔の最外径部よりも径方向外側に位置することで、第2冷媒流路孔に冷媒を導きやすい。
(3) (1)又は(2)に記載の回転電機であって、
前記第1冷媒排出孔は、前記第2冷媒流路孔と周方向でオーバーラップするように設けられ、
前記第1冷媒排出孔及び前記第2冷媒流路孔は、周方向に等間隔に複数設けられ、
前記第2冷媒排出孔は、周方向に等間隔に複数設けられ、
前記第1冷媒排出孔及び前記第2冷媒排出孔は、周方向に交互に配置され、
前記第1冷媒流路孔は、周方向において前記第1冷媒排出孔と前記第2冷媒排出孔との間に配置されている、回転電機。
(3)によれば、第1冷媒排出孔及び第2冷媒排出孔は、軸方向から見て周方向に交互に配置され、第1冷媒排出孔と第2冷媒排出孔との間に第1冷媒流路孔が配置されるので、第1冷媒流路孔を流れる冷媒を、第2冷媒流路孔(第1冷媒排出孔)及び第2冷媒排出孔に略均等に分配することができる。
(4) (3)に記載の回転電機であって、
前記ロータコアは、軸方向に貫通する第3冷媒流路孔(第3冷媒流路孔27)をさらに有し、
前記第2冷媒排出孔は、前記第3冷媒流路孔と周方向でオーバーラップするように設けられている、回転電機。
(4)によれば、第2冷媒排出孔は、ロータコアに設けられる第3冷媒流路孔と周方向でオーバーラップするように設けられているので、周方向において第1〜第3冷媒流路孔をロータコアの内部にバランスよく配置することができる。
10 ロータシャフト
11 冷媒流路
20 ロータコア
21 ロータシャフト孔
24 磁石挿入孔
25 第1冷媒流路孔
25e 最外径部
26 第2冷媒流路孔
26e 外径側頂部(外径側端部)
30 磁極部
31 磁石
40a 第1エンドプレート
40b 第2エンドプレート
42a 第1冷媒排出孔
42b 第2冷媒排出孔
44a 第1溝部
44b 第2溝部
50 回転電機
51 ロータ
52 ステータ
98a 第1コイルエンド
98b 第2コイルエンド

Claims (4)

  1. ロータと、該ロータの径方向外側に配置されるステータと、を備え、
    前記ロータは、
    内部に冷媒流路が設けられたロータシャフトと、
    前記ロータシャフトが挿通するロータシャフト孔と、周方向に沿って設けられた複数の磁石挿入孔と、軸方向に貫通する第1冷媒流路孔及び第2冷媒流路孔と、を有するロータコアと、
    前記磁石挿入孔に挿入された磁石によって構成される複数の磁極部と、
    前記ロータコアの軸方向一端側に配置される第1エンドプレートと、
    前記ロータコアの軸方向他端側に配置される第2エンドプレートと、を備え、
    前記ステータは、
    前記第1エンドプレートの径方向外側に位置する第1コイルエンドと、
    前記第2エンドプレートの径方向外側に位置する第2コイルエンドと、を有する、回転電機であって、
    前記第1エンドプレートは、
    前記第2冷媒流路孔に連通する第1冷媒排出孔と、
    前記冷媒流路から供給される冷媒を前記第1冷媒流路孔に供給し、且つ、前記第1冷媒排出孔及び前記第2冷媒流路孔に供給しない第1溝部と、を有し、
    前記第2エンドプレートは、
    第2冷媒排出孔と、
    前記第1冷媒流路孔から供給される冷媒を前記第2冷媒流路孔に供給し、且つ、前記第2冷媒排出孔に供給する第2溝部と、を有する、回転電機。
  2. 請求項1に記載の回転電機であって、
    前記第2冷媒流路孔の外径側端部は、前記第1冷媒流路孔の最外径部よりも径方向外側に位置する、回転電機。
  3. 請求項1又は2に記載の回転電機であって、
    前記第1冷媒排出孔は、前記第2冷媒流路孔と周方向でオーバーラップするように設けられ、
    前記第1冷媒排出孔及び前記第2冷媒流路孔は、周方向に等間隔に複数設けられ、
    前記第2冷媒排出孔は、周方向に等間隔に複数設けられ、
    前記第1冷媒排出孔及び前記第2冷媒排出孔は、周方向に交互に配置され、
    前記第1冷媒流路孔は、周方向において前記第1冷媒排出孔と前記第2冷媒排出孔との間に配置されている、回転電機。
  4. 請求項3に記載の回転電機であって、
    前記ロータコアは、軸方向に貫通する第3冷媒流路孔をさらに有し、
    前記第2冷媒排出孔は、前記第3冷媒流路孔と周方向でオーバーラップするように設けられている、回転電機。
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