JP2021013286A - 回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】冷媒が流れる流路を有する回転電機において、ロータを回転自在に支持する軸受への冷媒の供給量が不足することを抑制する。【解決手段】ロータ１４と共に回転する回転軸２４の内部には、ロータ１４の軸方向に延びて冷媒が流れる回転軸心流路３２が形成されている。回転軸２４を回転自在に支持する軸受２６が、回転軸心流路３２を流れる冷媒の流れ方向の上流側に配置されている。回転軸心流路３２の上流側にて、軸受２６に冷媒を導く軸受流路４８が設けられている。【選択図】図１

Description

本開示は、冷媒が流れる流路を有する回転電機に関する。

回転電機は、その駆動に伴い発熱し、温度が上昇する。かかる回転電機を冷却するために、回転電機の各部に冷媒を流して冷却することが提案されている。

特許文献１には、ロータシャフトの内部に形成された回転軸心流路と、ロータコアの内部に形成されたロータ軸方向流路と、回転軸心流路とロータ軸方向とに連通する径方向流路とを有する回転電機が記載されている。回転軸心流路に供給された冷媒は、回転軸心流路から径方向流路を介してロータ軸方向流路に供給され、ロータコアの軸方向両端面に設けられた出口から外部に出る。その出口から外部に出た冷媒の一部は、その出口よりも外周側に配置された遮蔽壁部材によって内周側に跳ね返ることで、ロータを回転自在に支持する軸受に向かって飛散する。これにより、軸受も冷却される。

国際公開第２０１７／０１８０６７号

特許文献１に記載された回転電機においては、ロータが高速に回転すると、上記の出口から外部に出た冷媒が遮蔽壁部材に衝突しても、遠心力によって、軸受まで跳ね返ってくる冷媒の量が減少し、軸受への冷媒の供給量が不足するおそれがある。

本開示は、冷媒が流れる流路を有する回転電機において、ロータを回転自在に支持する軸受への冷媒の供給量が不足することを抑制することにある。

本開示に係る回転電機は、ロータと、前記ロータの中心に固着されて前記ロータと共に回転する回転軸と、前記回転軸の内部に形成され、前記ロータの軸方向に延びて、外部から冷媒が供給されて冷媒が流れる回転軸心流路と、前記ロータの内部に形成され、前記ロータの軸方向に延びて冷媒が流れるロータ軸方向流路と、前記回転軸心流路から前記ロータの軸方向まで延びて、前記回転軸心流路と前記ロータ軸方向流路とを接続する径方向流路と、前記回転軸心流路を流れる冷媒の流れ方向の上流側に配置され、前記回転軸を回転自在に支持する軸受と、前記回転軸心流路の上流側にて、前記軸受に冷媒を導く軸受流路と、を有することを特徴とする。

上記の構成によれば、回転軸心流路に供給された冷媒の一部が、ロータの回転に伴う遠心力によって軸受流路に流れ込み、軸受流路を介して直接的に軸受に供給される。これにより、軸受への冷媒の供給量が不足することを抑制することができる。

本開示に係る回転電機によれば、冷媒が流れる流路を有する回転電機において、ロータを回転自在に支持する軸受への冷媒の供給量が不足することを抑制することができる。

回転電機の概略縦断面図である。 図１のＡ部の概略拡大図である。 図１の一部の概略拡大図である。 冷媒の供給量の関係を示す図である。 変形例１に係る回転電機の一部を示す概略縦断面図である。 変形例１に係る冷媒の供給量の関係を示す図である。 変形例２に係る冷媒供給管の斜視図である。 変形例２に係る回転電機の一部を示す概略縦断面図である。 変形例２に係る回転電機の一部を示す概略縦断面図である。 その他の変形例に係る回転電機の一部を示す概略縦断面図である。 その他の変形例に係る回転電機の一部を示す概略縦断面図である。

以下、図１を参照して、本実施形態に係る回転電機１０の構成について説明する。図１は、回転電機１０の概略縦断面図である。以下の説明において、「軸方向」とはロータの軸方向の意味であり、「径方向」とはロータの径方向の意味であり、「周方向」とはロータの周方向の意味である。

回転電機１０は、ステータ１２とロータ１４とを有する永久磁石同期回転電機である。ステータ１２は、その内周に複数のティースが形成された略環状のステータコア１６と、各ティースに巻回されたステータコイル１８とを有する。ロータ１４は、ステータ１２の内側にステータ１２と同心に配置されている。ステータ１２の内周面とロータ１４の外周面との間には、ほぼ均一な距離のギャップが存在している。

ロータ１４は、ロータコア２０と、ロータコア２０の内部に埋め込まれた永久磁石２２とを有する。ロータコア２０の中心には、回転軸２４が挿通されている。回転軸２４は、ロータコア２０に強固に固着されており、ロータ１４と共に回転する。また、回転軸２４は、軸受２６，２８によってケース３０に回転自在に支持されている。

ロータコア２０は、軸方向に積層された複数の電磁鋼板によって構成されている。各電磁鋼板は、例えば、円盤状の形状を有するケイ素電磁鋼板等である。ロータコア２０の外周近傍には、永久磁石２２を埋め込むための複数の磁石孔が形成されている。複数の磁石孔は、ロータコア２０の周方向に均等に並んでおり、各磁石孔は、ロータコア２０を軸方向に貫通している。各磁石孔には、磁極を構成する永久磁石２２が埋め込まれている。

ロータコア２０及び回転軸２４には、ステータ１２及びロータ１４を冷却するための冷媒が通る流路が形成されている。流路は、孔であり、大別して、回転軸２４内に形成された回転軸内流路と、ロータコア２０内に形成されたロータ内流路とを含む。

回転軸内流路は、回転軸２４の軸心を通り、回転軸２４の一端から回転軸２４のほぼ中央まで延びる回転軸心流路３２と、回転軸心流路３２から径方向外側に向けて分岐し、ロータコア２０の内周端まで延びる径方向流路３４とを含む。

ロータ内流路は、軸方向に延びるロータ軸方向流路３６と、ロータ軸方向流路３６から径方向内側に向けて分岐し、ロータコア２０の内周端まで延びる径方向流路３８とを含む。ロータ軸方向流路３６は、ロータコア２０を軸方向に貫通しており、ロータ１４の外部と連通している流路である。ロータコア２０内に形成された径方向流路３８は、回転軸２４内に形成された径方向流路３４に接続されている。径方向流路３４，３８は、回転軸心流路３２とロータ軸方向流路３６とに連通し、回転軸心流路３２とロータ軸方向流路３６とを接続する流路である。

回転軸２４の軸方向の一端は軸受２６によって支持されており、その一端には、冷媒を回転軸心流路３２に供給する冷媒供給管４０が設けられている。冷媒供給管４０の先端は回転軸心流路３２内に挿入されており、冷媒供給管４０の後端はケース３０に支持されている。

以下、図２を参照して、冷媒供給管４０及びその周囲の構成について説明する。図２は、図１のＡ部の概略拡大図である。

冷媒供給管４０の先端には先端孔４２が形成されており、冷媒供給管４０の後端には後端孔４４が形成されており、冷媒供給管４０の側面には冷媒供給管４０内に通じる中間孔４６が形成されている。先端孔４２と中間孔４６は、回転軸心流路３２内に配置されている。なお、中間孔４６の個数に限定はなく、１又は複数の中間孔４６が、冷媒供給管４０の側面に形成されている。

回転軸２４の軸方向一端及び軸受２６と、ケース３０との間には、冷媒が供給される空間である軸受流路４８が形成されている。軸受流路４８は、回転軸２４の軸方向一端にて回転軸心流路３２に連通し、回転軸心流路３２から供給された冷媒を軸受２６に供給する流路である。

回転軸心流路３２の内面には円環状の分離部材５０が設けられている。分離部材５０は、冷媒供給管４０に形成された中間孔４６の位置よりも回転軸心流路３２の内側の位置に設けられている。具体的には、分離部材５０は、冷媒供給管４０の先端と中間孔４６との間に配置されている。

以下、図３を参照して、回転電機１０の冷却方法について説明する。図３は、図１の一部の概略拡大図である。図３には、冷媒の流れが矢印によって示されている。

オイル（例えば、ＡＴＦ：Automatic Transmission Fluid）等の冷媒は、ポンプ等によって、回転電機１０の外部に設けられた冷媒供給源（図示しない）から冷媒供給管４０の後端孔４４を介して冷媒供給管４０内に供給される。冷媒供給管４０内に供給された冷媒は、冷媒供給管４０の先端孔４２及び中間孔４６から回転軸心流路３２に流れ込む。

先端孔４２から回転軸心流路３２に流れ込んだ冷媒は、冷媒の流れ方向の下流側である径方向流路３４に向けて流れる。冷媒の一部は、径方向流路３４とは反対側の上流側に流れようとするが、分離部材５０によって堰き止められ、その結果、下流側である径方向流路３４に向けて流れる。径方向流路３４に流れ込んだ冷媒は、径方向流路３８を介してロータ軸方向流路３６に流れ込む。ロータ軸方向流路３６に流れ込んだ冷媒は、軸方向両側に分岐してロータ軸方向流路３６内を通過する。この通過の過程で、ロータコア２０からの熱が冷媒に奪われることで、ロータコア２０の冷却が図られる。

ロータ軸方向流路３６を通過した冷媒は、最終的には、ロータ１４の軸方向端面から外部に放出される。このとき、冷媒は、ロータ１４の回転に伴い生じる遠心力を受けているため、径方向外側に吹き出し、ステータ１２、特に、ステータコイル１８のコイルエンドへと向かう。そして、冷媒が、ステータ１２に当たることで、ステータ１２も冷却されることになる。その後、冷媒は、重力によって、ケース３０の底部に落下する。落下した冷媒は、適宜、回収され、冷却された後、冷媒供給源に戻される。

また、中間孔４６から回転軸心流路３２に流れ込んだ冷媒は、冷媒の流れ方向の上流側である軸受流路４８に向けて流れる。冷媒の一部は、軸受流路４８とは反対側の下流側に流れようとするが、分離部材５０によって堰き止められ、その結果、上流側である軸受流路４８に向けて流れる。上流側に流れた冷媒は、回転軸心流路３２の軸方向一端から軸受流路４８に流れ込む。軸受流路４８に流れ込んだ冷媒が軸受２６に当たることで、軸受２６が冷却されることになる。このように、軸受流路４８は、冷媒の流れ方向の上流側に配置された軸受２６に冷媒を導く流路として機能する。その後、冷媒は、回収され、冷却された後、冷媒供給源に戻される。

以上のように、回転軸心流路３２に流れ込んだ冷媒を軸受流路４８によって直接的に軸受２６に供給することができるので、軸受２６への冷媒の供給量が不足することを抑制することができる。

また、ロータ１４が高速で回転しているときには、回転軸心流路３２に流れ込んだ冷媒は、遠心力によって、回転軸２４の内周面に薄い液膜を形成し、上流側である軸受流路４８に向けて流れ易くなる。先端孔４２から回転軸心流路３２に流れ込んだ冷媒も、上流側へと流れようとするが、分離部材５０によって堰き止められるため、下流側に流れて径方向流路３４，３８に流れ込む。このように、分離部材５０を設けることで、ロータ１４が高速で回転しても、ロータ軸方向流路３６へ冷媒を導くことができる。

図４には、冷媒の磁石供給量と軸受供給量との関係が模式的に示されている。横軸は、ロータ１４の回転速度を示し、縦軸は、冷媒の供給割合を示す。磁石供給量は、ロータ軸方向流路３６に供給された冷媒の割合である。軸受供給量は、軸受流路４８に供給された冷媒の割合である。分離部材５０が設けられているため、回転速度に関わらず、磁石供給量及び軸受供給量はほぼ一定である。つまり、回転速度に依存せずに、ロータ軸方向流路３６と軸受流路４８のそれぞれにほぼ一定量の冷媒を供給することができる。

なお、軸方向が水平方向に平行になるように回転電機１０を配置した場合、中間孔４６を鉛直下方向の位置に形成することで、重力によって冷媒を中間孔４６から回転軸心流路３２に流すことができる。

以下、本実施形態に係る回転電機の変形例について説明する。

（変形例１）
図５を参照して、変形例１に係る回転電機について説明する。図５は、変形例１に係る回転電機の一部を示す概略縦断面図である。

変形例１に係る回転電機においては、分離部材５０が設けられておらず、冷媒供給管４０に中間孔４６が形成されていない。これら以外の構成は、図１に示されている回転電機１０の構成と同じである。

図５には、冷媒の流れが矢印によって示されている。冷媒供給管４０内に供給された冷媒は、先端孔４２から回転軸心流路３２に流れ込む。回転軸心流路３２に流れ込んだ冷媒の一部は、下流側に流れて径方向流路３４，３８を介してロータ軸方向流路３６に流れ込み、他の一部は、上流側に流れて軸受流路４８に流れこむ。ロータ軸方向流路３６に流れ込んだ流路によってロータコア２０が冷却され、軸受流路４８に流れ込んだ冷媒によって軸受２６が冷却される。

図６には、変形例１における磁石供給量と軸受供給量との関係が模式的に示されている。上述したように、ロータ１４が高速で回転しているときには、回転軸心流路３２に流れ込んだ冷媒は、上流側へと流れ易くなる。変形例１では、分離部材５０が設けられていないため、冷媒が上流側に流れることを堰き止めることができず、冷媒はロータ軸方向流路３６よりも軸受流路４８に流れ易くなる。そのため、図６に示すように、回転速度の上昇に伴って、軸受供給量の割合が増大し、磁石供給量の割合が減少する。

変形例１では、回転速度に依存せずに、ロータ軸方向流路３６と軸受流路４８のそれぞれにほぼ一定量の冷媒を供給することはできないが、軸受流路４８が設けられているため、軸受流路４８が設けられていない場合と比べて、軸受２６への冷媒の供給量が不足することを抑制することができる。

（変形例２）
図７及び図８を参照して、変形例２に係る回転電機について説明する。図７は、変形例２に係る冷媒供給管５２の斜視図である。図８は、変形例２に係る回転電機の一部を示す概略縦断面図である。図８には、冷媒の流れが矢印によって示されている。

変形例２に係る回転電機では、図１に示されている冷媒供給管４０の代わりに、図７に示されている冷媒供給管５２が用いられる。冷媒供給管５２以外の構成は、図１に示されている回転電機１０の構成と同じである。

冷媒供給管５２の先端には先端孔５４が形成されており、冷媒供給管５２の後端には後端孔５６が形成されている。また、冷媒供給管５２の側面には、冷媒供給管５２の先端から中央付近にかけて、冷媒供給管５２内に通じるスリット５８が形成されている。図７には、１つのスリット５８が形成されているが、冷媒供給管５２の周方向に複数のスリット５８が形成されてもよい。

図８に示すように、分離部材５０は、スリット５８に対向する位置に設けられている。変形例２においては、冷媒供給管５２内に供給された冷媒は、先端孔５４及びスリット５８から回転軸心流路３２に流れ込む。回転軸心流路３２に流れ込んだ冷媒は分離部材５０によって分離され、冷媒の一部は、径方向流路３４，３８を介してロータ軸方向流路３６に流れ込み、冷媒の他の一部は、軸受流路４８に流れ込む。ロータ軸方向流路３６に流れ込んだ流路によってロータコア２０が冷却され、軸受流路４８に流れ込んだ冷媒によって軸受２６が冷却される。分離部材５０が設けられているため、回転速度に関わらず、ロータ軸方向流路３６と軸受流路４８のそれぞれにほぼ一定量の冷媒を供給することができる。

なお、軸方向が水平方向に平行になるように回転電機１０を配置した場合、スリット５８を鉛直下方向の位置に形成することで、重力によって冷媒をスリット５８から回転軸心流路に流すことができる。

また、図９に示すように、冷媒供給管５２とケース３０は一体化した部材であってもよい。もちろん、図１に示されている冷媒供給管４０とケース３０も一体化した部材であってもよい。

（その他の変形例）
以下、図１０及び図１１を参照して、その他の変形例について説明する。図１０及び図１１は、回転軸２４及びその周囲の構成を示す概略縦断面図である。

図１に示されている分離部材５０は回転軸２４とは別の部材であるが、図１０に示すように、分離部材５０は、回転軸２４と一体化した部材であってもよい。例えば、回転軸２４に回転軸心流路３２を形成するときに、回転軸心流路３２の内周面を突状に加工することで、分離部材５０を作製してもよい。

また、図１１に示すように、分離部材５０の代わりに、回転軸心流路３２の内周面に傾斜を設けてもよい。例えば、回転軸心流路３２の軸方向両端よりも径が小さい頂点部分６０が、軸方向両端の間に設けられてもよい。具体的には、回転軸心流路３２の内径が、頂点部分６０から冷媒供給管４０が配置される回転軸２４の一端にかけて徐々に大きくなり、頂点部分６０から径方向流路３４にかけて徐々に大きくなるように、回転軸心流路３２の内周面に傾斜が設けられている。このような傾斜であっても、冷媒供給管４０から流れ出た冷媒の一部は、径方向流路３４，３８を介してロータ軸方向流路３６に流れ込み、冷媒の他の一部は、軸受流路４８に流れ込む。これにより、回転速度に関わらず、ロータ軸方向流路３６と軸受流路４８のそれぞれにほぼ一定量の冷媒を供給することができる。

１０ 回転電機、１２ ステータ、１４ ロータ、２０ ロータコア、２４ 回転軸、２６，２８ 軸受、３０ ケース、３２ 回転軸心流路、３４，３８ 径方向流路、３６ ロータ軸方向流路、４０ 冷媒供給管、４２ 先端孔、４４ 後端孔、４６ 中間孔、４８ 軸受流路、５０ 分離部材。

Claims (1)

1. ロータと、
   前記ロータの中心に固着されて前記ロータと共に回転する回転軸と、
   前記回転軸の内部に形成され、前記ロータの軸方向に延びて、外部から冷媒が供給されて冷媒が流れる回転軸心流路と、
   前記ロータの内部に形成され、前記ロータの軸方向に延びて冷媒が流れるロータ軸方向流路と、
   前記回転軸心流路から前記ロータの軸方向まで延びて、前記回転軸心流路と前記ロータ軸方向流路とを接続する径方向流路と、
   前記回転軸心流路を流れる冷媒の流れ方向の上流側に配置され、前記回転軸を回転自在に支持する軸受と、
   前記回転軸心流路の上流側にて、前記軸受に冷媒を導く軸受流路と、
   を有することを特徴とする回転電機。