JP2022087751A - 回転電機及び移動体 - Google Patents

Abstract

【課題】端面板に冷媒供給誘導部として、冷媒を導く斜面または段部が形成されている回転電機を提供する。【解決手段】回転電機は、ロータコアと、ロータコアと一体に回転するロータシャフトと、ロータコアの軸方向の外周面に当接する端面板５０と、ロータシャフトを回転可能に支持する軸受とを備える。軸受は、内輪と、外輪と、保持器と、転動体とを備える。冷媒供給機によって冷媒がロータシャフトから端面板５０に向かう。軸受は、端面板５０に対向する位置に設けられる。軸受の外輪には、少なくとも第１供給部１１０によって冷媒が供給される。軸受の内輪には、少なくとも第２供給部１２０によって冷媒が供給される。第１供給部１１０及び第２供給部１２０の冷媒の入り口側に冷媒の供給を誘導する冷媒供給誘導部が設けられる。【選択図】図２

Description

本発明は、回転電機及び移動体に関する。

特許文献１には、ステータコアとロータとの間のエアギャップまたはコイルのコイルエンドに冷媒を導く斜面または段部が形成されている導く斜面を備える回転電機が記載されている。
［先行技術文献］
［特許文献］
［特許文献１］ 特開２０１７－９３１３６号公報

本発明の第１の態様においては、電動ユニットが提供される。電動ユニットは、ロータコアを備える。電動ユニットは、ロータコアと一体に回転するロータシャフトを備える。電動ユニットは、ロータコアの軸方向の外周面に当接する端面板を備える。電動ユニットは、ロータシャフトを回転可能に支持する軸受を備える。軸受は、内輪と、外輪と、保持器と、転動体とを備える。冷媒供給機によって冷媒がロータシャフトから端面板に向かってよい。軸受は、端面板に対向する位置に設けられてよい。軸受の外輪には、少なくとも第１供給部によって冷媒が供給されてよい。軸受の内輪には、少なくとも第２供給部によって冷媒が供給されてよい。第１供給部及び第２供給部の冷媒の入り口側に冷媒の供給を誘導する冷媒供給誘導部が設けられてよい。

冷媒供給誘導部は端面板であってよい。

第１供給部及び第２供給部は、端面板に配置された突起であってよい。

第１供給部及び第２供給部は、それぞれ円環状であってよい。

第１供給部及び第２供給部は、それぞれがロータシャフトの回転軸まわりの周方向に沿って複数の突起が配置されてよい。

第１供給部及び第２供給部は、ロータシャフトの回転軸まわりの周方向にそれぞれ隙間部と供給部が交互に配置され、 第２供給部は第１供給部と周方向にずれた位置に配置されてよい。

突起は端面板と一体成型されていてよい。

冷媒供給誘導部は軸受であってよい。

第１供給部は、外輪によって形成されてよい。第２供給部は、保持器によって形成されよい。

第１供給部と第２供給部に段差部が形成されてよい。

第２供給部よりも第１供給部の方が軸方向に突出していてよい。

本発明の第２の態様においては、移動体が提供される。移動体は、上記の回転電機を備えてよい。

なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。

一実施例に係る電動システム８の側断面を模式的に示す図である。 端面板５０の正面図を示す。 図１における軸受８０及び端面板５０を含む部分を拡大して示す。 端面板５０の変形例としての端面板２５０の断面図である。 端面板５０の変形例としての端面板３５０の正面図である。 軸受８０の変形例としての軸受４８０を端面板４５０とともに示す断面図である。 移動体６００のブロック構成を示す。

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

図１は、一実施例に係る電動システム８の側断面を模式的に示す図である。電動システム８は、回転電機１０と、ハウジング１２と、軸受８０と、軸受９０とを備える。回転電機１０は、例えば同期電動機である。回転電機１０は、ステータ２０と、ロータ４０とを備える。

ロータ４０は、ロータコア４２と、ロータシャフト３０と、端面板５０と、端面板５１とを備える。

ロータ４０は、ロータ４０の軸心Ｃを中心に回転する。軸心Ｃは、ロータ４０の回転軸となる。ロータシャフト３０は、ロータコア４２と一体に回転する。ロータシャフト３０は、ロータシャフト３０の中心軸がロータ４０の軸心Ｃに一致するようにロータコア４２に固定される。電動システム８は、車両の電動システムとし適用されてよい。この場合、ロータシャフト３０の回転はギア等を介して車両の車輪に伝達され、車輪を回転させてよい。

ロータコア４２には永久磁石等の磁石が固定される。磁石はロータコア４２内に固着されてよい。磁石はロータコア４２の外周面に固着されてよい。

端面板５０及び端面板５１は、ロータコア４２の軸方向の周面に当接して設けられる。端面板５０は、ロータコア４２の軸方向の一端の周面に固定される。端面板５１は、ロータコア４２の軸方向の他端の周面に固定される。端面板５０及び端面板５１は、ロータコア４２と一体に回転する。

ステータ２０は、ロータ４０の径方向外側に配置される。ステータ２０は、ロータ４０の径方向外側に空隙を介して対向するように配置されている。ステータ２０は、ステータコア２１と、ステータコア２１の内側に配置される複数のステータコイルを形成する巻線２４とを備える。

軸受８０及び軸受９０は、ロータシャフト３０を回転可能に支持する。軸受８０は、端面板５０に対向する位置に設けられる。軸受９０は、端面板５１に対向する位置に設けられる。

軸受８０は、例えば玉軸受である。軸受８０は４点接触玉軸受である。軸受８０は、外輪８１と、内輪８２と、保持器８３と、転動体８４ａ及び転動体８４ｂを含む複数の転動体とを備える。なお、転動体８４ａ及び転動体８４ｂのことを「転動体８４」と総称する場合がある。内輪８２は、ロータシャフト３０に固定され、ロータシャフト３０と一体に回転する。外輪８１はハウジング１２に固定される。転動体８４は、保持器８３により保持される。なお、軸受９０は軸受８０と同じ構成を備える。そのため、軸受９０の詳細については説明を省略する。

電動システム８を冷却する冷媒は、冷媒供給機６によって供給される。冷媒供給機６は例えばポンプである。冷媒は例えば油である。冷媒は潤滑油としても機能し得る。

冷媒は、冷媒供給機６によって、ハウジング１２の冷媒通路１３及びロータシャフト３０を介して、端面板５０に向かう。具体的には、冷媒は、冷媒供給機６によって、ハウジング１２に設けられた冷媒通路１３に流入する。冷媒通路１３に流入した冷媒は、冷媒通路１３からロータシャフト３０内に設けられた冷媒通路１４に流入する。冷媒通路１４に流入した冷媒は、冷媒通路１４を軸方向に通流する。冷媒通路１４を通流する冷媒の一部は、冷媒通路１４に設けられた孔１５から流出して端面板５１内に流入し、ロータ４０に供給されてロータ４０を冷却する。

冷媒通路１４を通流する冷媒の一部は、冷媒通路１４に設けられた孔１６から流出してロータシャフト３０に設けられた孔３２に流入する。孔３２に流入した冷媒は、端面板５０と軸受８０との間において孔３２から流出する。孔３２から流出した冷媒は、端面板５０に沿って径方向に移動して軸受８０に供給される。

ロータ４０を通過した冷媒及び軸受８０を通過した冷媒は、冷媒供給機６に戻される。

図２は、端面板５０の正面図を示す。具体的には、図２は、軸受８０から軸方向に端面板５０を見た場合の端面板５０の正面図である。図３は、図１における軸受８０及び端面板５０を含む部分を拡大して示す。なお、端面板５０は、軸心Ｃの周りに回転対称である。そのため、図３においては、図２に示す線分ＡＡに対応する部分の断面図を示す。図３において、矢印は冷媒の移動方向を示す。

端面板５０は、第１供給部１１０及び第２供給部１２０を備える。第１供給部１１０及び第２供給部１２０は、端面板５０に配置された突起である。具体的には、第１供給部１１０及び第２供給部１２０は、それぞれ軸心Ｃを囲う円環状の突起である。第１供給部１１０及び第２供給部１２０は、端面板５０の軸受８０側の面から軸受８０に向けて突出する。本実施形態において、端面板５０は、第１供給部１１０及び第２供給部１２０の冷媒の供給を誘導する入り口側の冷媒供給誘導部として機能する。

図３に示されるように、孔３２から流出した冷媒は、一部は端面板５０に向けて径方向に移動し、一部が第２供給部１２０の斜面に当たって内輪８２と保持器８３との間の隙間に向かって移動し、一部が第１供給部１１０の斜面に当たって外輪８１と保持器８３との間の隙間に向かって移動する。このように、第１供給部１１０及び第２供給部１２０は、冷媒が当たることによって冷媒の移動方向を変えて軸受８０の外輪８１及び内輪８２の両方に冷媒を向わせることができる。

このように、軸受８０の外輪８１には、少なくとも第１供給部１１０によって冷媒が供給される。また、軸受８０の内輪８２には、少なくとも第２供給部１２０によって冷媒が供給される。軸受８０に対向する端面板５０が第１供給部１１０及び第２供給部１２０を備えることで、軸受８０への冷媒の供給を促進することができる。特に、第１供給部１１０及び第２供給部１２０を突起状とすることで、冷媒が第１供給部１１０及び第２供給部１２０に当たって軸受８０に向かわせることができる。そのため、軸受８０に強制的に冷媒を通流させることができる。

軸受８０はロータシャフト３０の回転によって発熱する。特に、４点接触軸受は高回転に耐え得るが、その分発熱量が大きい。本実施形態によれば、端面板５０が突起状の第１供給部１１０及び第２供給部１２０を備えるので、外輪８１及び内輪８２の両方に冷媒を確実に供給することができる。これにより、軸受８０をより冷却することができる。また、冷媒が潤滑油の機能を有することで、軸受８０を十分に潤滑することができる。

図２に示されるように、第１供給部１１０及び第２供給部１２０は、それぞれ円環状である。このように第１供給部１１０及び第２供給部１２０を全周に設けることによって、冷媒が確実に第１供給部１１０及び第２供給部１２０に当たるようにすることができる。これにより、軸受８０への冷媒の供給を促進することができる。また、第１供給部１１０及び第２供給部１２０の製造が比較的に容易になる。

図３に示されるように、本実施形態において端面板５０から突出する第２供給部１２０の高さｈ２は、端面板５０から突出する第１供給部１１０の高さｈ１より低い。すなわち、第２供給部１２０よりも第１供給部１１０の方が軸方向に突出している。このように、第１供給部１１０及び第２供給部１２０は段差を持つ。これにより、第２供給部１２０を冷媒が超えることを許容し、第２供給部１２０を超えた冷媒を第１供給部１１０が外輪８１に供給することができる。これにより、第２供給部１２０は軸受８０に冷媒を強制的に流通させることができる。 そのため、特に外輪８１に供給される冷媒量を確保することができる。

なお、ｈ２は、必ずしもｈ１より低くなくてよい。ｈ１はｈ２と同じであってもよい。ｈ１及びｈ２は、外輪８１及び内輪８２に適量の冷媒が供給されるように定められてよい。ｈ１及びｈ２は、第１供給部１１０及び第２供給部１２０の配置位置及び形状に応じて適宜定められてよい。第１供給部１１０の斜面及び第２供給部１２０の斜面が端面板５０と成す角度は外輪８１及び内輪８２に適量の冷媒が供給されるように定められてよい。第１供給部１１０の斜面及び第２供給部１２０の斜面が端面板５０と成す角度は４５°であってよい。第１供給部１１０の斜面が端面板５０と成す角度は、第２供給部１２０の斜面が端面板５０と成す角度とは異なってよい。

図４は、端面板５０の変形例としての端面板２５０の断面図である。図４は、図３と同様に、線分ＡＡに対応する部分の断面図を示す。端面板５０は、第１供給部１１０の変形例としての第１供給部２１０と、第２供給部１２０の変形例としての第２供給部２２０とを備える。第１供給部２１０及び第２供給部２２０の突起は、端面板２５０と一体成型されている。例えば、第１供給部２１０及び第２供給部２２０の突起は、端面板２５０の素材となる平板状の部材をプレス加工することによって形成される。本変形例によれば、第１供給部及び第２供給部を端面板と別部材で作製する必要がない。

図５は、端面板５０の変形例としての端面板３５０の正面図である。端面板３５０は、第１供給部１１０の変形例としての複数の第１供給部３１０と、第２供給部１２０の変形例としての複数の第２供給部３２０とを備える。第１供給部３１０は、ロータシャフト３０の回転軸まわりの周方向に沿って配置された複数の突起である。第２供給部３２０は、ロータシャフト３０の回転軸まわりの周方向に沿って配置された複数の突起である。第２供給部３２０は、第１供給部３１０よりロータシャフト３０の回転軸に近い位置に配置される。

第１供給部３１０及び第２供給部３２０を周方向に配置することで、第１供給部３１０及び第２供給部３２０に冷媒が確実に当たるようにすることができる。そのため、軸受８０への冷媒の供給を促進することができる。

図５に示されるように、ロータシャフト３０の回転軸まわりの周方向において、第１供給部３１０は隣接する第１供給部３１０との間に間隔を空けて配置される。同様に、ロータシャフト３０の回転軸まわりの周方向において、第２供給部３２０は隣接する第２供給部３２０との間に間隔を空けて配置される。このように、第１供給部３１０及び第２供給部３２０は、ロータシャフト３０の回転軸まわりの周方向において隙間部と供給部が交互に配置される。

また、第２供給部３２０は、第１供給部３１０とは周方向にずれた位置に配置される。すなわち、第２供給部３２０と第１供給部３１０とは、ロータシャフト３０の回転軸を中心として径方向に重ならない位置に設けられる。このようにロータシャフト３０の回転軸まわりの周方向において外周側と内周側に交互に突起を設けることで、外周側の突起及び内周側の突起のうちの一方の突起によって他方の突起への冷媒の提供が阻害されにくくなる。そのため、外周側の突起と内周側の突起の両方に冷媒を提供することができる。これにより、軸受８０の全体に供給される冷媒量が低下しないようにすることができる。

上述したように、端面板３５０は、第１供給部３１０が隣接する第１供給部３１０との間に間隔を空けて配置され、第２供給部３２０が隣接する第２供給部３２０との間に間隔を空けて配置され、周方向において第２供給部３２０及び第１供給部３１０が互いにずれた位置に配置された構成を備える。この構成を採用する場合、第２供給部３２０が端面板３５０から突出する高さは、第１供給部３１０が端面板３５０から突出する高さより低くなくてよい。第２供給部３２０が端面板３５０から突出する高さは、第１供給部３１０が端面板３５０から突出する高さと同じであってよい。第１供給部３１０が端面板３５０から突出する高さは、第２供給部３２０が端面板３５０から突出する高さより高くてもよい。

図６は、軸受８０の変形例としての軸受４８０を端面板４５０とともに示す断面図である。図６は、図３に対応する部分の断面図である。

軸受４８０は、外輪４８１と、内輪４８２と、保持器４８３と、転動体８４とを備える。本変形例において、軸受４８０が冷媒供給誘導部として機能し、第１供給部４１０は少なくとも外輪４８１によって形成され、第２供給部４２０は少なくとも保持器４８３によって形成される。

具体的に説明すると、ロータシャフト３０の孔３２から流出した冷媒は、一部が内輪４８２の端面板４５０側の面に沿う方向に径方向に移動する。軸受４８０において、第２供給部４２０は、保持器４８３は、内輪４８２より高さｈ２２だけ端面板４５０側に突出した部分である。内輪４８２に沿って移動する冷媒は、一部が保持器４８３の第２供給部４２０に当たって転動体８４に向けて内輪４８２の奥へと移動する。

また、ロータシャフト３０の孔３２から流出した冷媒の一部は、保持器４８３の端面板４５０側の面に沿う方向に径方向に移動する。軸受４８０において、外輪４８１の第１供給部４１０は、内輪４８２より高さｈ２２だけ端面板４５０側に突出した部分である。ｈ２２はｈ１２より高い。すなわち、外輪４８１は、保持器４８３より端面板４５０側に突出している。そのため、保持器４８３に沿って移動する冷媒は、一部が外輪４８１の第１供給部４１０に当たって転動体８４に向けて外輪４８１の奥へと移動する。

軸受４８０によれば、内輪４８２を基準として、保持器４８３と外輪４８１とに段差部が形成される。つまり、外輪４８１が内輪４８２よりも端面板４５０側に突出していることで、保持器４８３の第２供給部４２０に当たった冷媒が内輪４８２の奥に向かい、保持器４８３の第２供給部４２０に当たらなかった冷媒の一部が外輪４８１の第１供給部３１０に当たって外輪４８１の奥に向かうようにすることができる。よって、冷媒を軸受４８０の全体に供給することが可能になる。これにより、軸受４８０への冷媒の供給を促進することができる。したがって、軸受４８０を冷却することができる。また、冷媒が潤滑油の機能を有することで、軸受４８０を十分に潤滑することができる。

なお、図６に示す端面板４５０に代えて、上述した端面板５０を適用してもよい。端面板４５０に代えて、上述した端面板２５０を適用してもよい。端面板４５０に代えて、上述した端面板３５０を適用してもよい。

なお、端面板５１が、端面板５０、端面板２５０、端面板３５０、及び端面板４５０のいずれかの端面板と同様の構成を備え、端面板５１が軸受９０に冷媒を供給する形態を採用してよい。また、軸受９０が軸受４８０と同様の構成を備える形態を採用してよい。

図７は、移動体６００のブロック構成を示す。移動体６００は、例えば車両である。移動体６００は、例えば電気自動車である。移動体６００は、蓄電モジュール６８０と、インバータ６１０と、制御装置６３０と、モータ・ジェネレータ６２０と、車軸６５０と、車輪６４０ａ～ｄとを備える。車軸６５０は、車輪６４０ａ及び車輪６４０ｂに駆動力を伝達する。車軸６５０には、モータ・ジェネレータ６２０の出力軸がトルク伝達機構を介して連結されている。

モータ・ジェネレータ６２０は、車両駆動用の電動機と回生用の発電機の機能を備える。モータ・ジェネレータ６２０は電動システム８を備える。電動システム８が備える回転電機１０が電動機として機能してよい。電動システム８が備える回転電機１０が発電機として機能してよい。電動システム８が備える回転電機１０は、車両駆動用の電動機と回生用の発電機とを兼ねる単一の回転電機であってもよい。

蓄電モジュール６８０は、モータ・ジェネレータ６２０の電源として、インバータ６１０によってモータ・ジェネレータ６２０に電力供給を行う。移動体６００の減速の際には減速エネルギーをモータ・ジェネレータ６２０が電力に変換し、蓄電モジュール６８０が、回生された発電電力を蓄電する。制御装置６３０は、モータ・ジェネレータ６２０、インバータ６１０及び蓄電モジュール６８０を制御する。

なお、移動体６００は、蓄電モジュール６８０を備える車両の一例である。車両は、ハイブリッド電気自動車等であってよい。車両は、鞍乗型車両であってよい。車両は輸送機器の一例である。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

特許請求の範囲、明細書、及び図面中において示した装置、システム、プログラム、及び方法における動作、手順、ステップ、及び段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、及び図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。

６ 冷媒供給機
８ 電動システム
１０ 回転電機
２０ ステータ
１２ ハウジング
１３ 冷媒通路
１４ 冷媒通路
１５ 孔
１６ 孔
２１ ステータコア
２４ 巻線
３０ ロータシャフト
３２ 孔
４０ ロータ
４２ ロータコア
５０ 端面板
５１ 端面板
８０ 軸受
８１ 外輪
８２ 内輪
８３ 保持器
８４ 転動体
９０ 軸受
１１０ 第１供給部
１２０ 第２供給部
２１０ 第１供給部
２２０ 第２供給部
２５０ 端面板
３１０ 第１供給部
３２０ 第２供給部
３５０ 端面板
４１０ 第１供給部
４２０ 第２供給部
４５０ 端面板
４８０ 軸受
４８１ 外輪
４８２ 内輪
４８３ 保持器
６００ 移動体
６１０ インバータ
６２０ モータ・ジェネレータ
６３０ 制御装置
６４０ 車輪
６５０ 車軸
６８０ 蓄電モジュール

Claims (12)

1. ロータコアと、
   前記ロータコアと一体に回転するロータシャフトと、
   前記ロータコアの軸方向の外周面に当接する端面板と、
   前記ロータシャフトを回転可能に支持する軸受と
   を備え、
   前記軸受は、内輪と、外輪と、保持器と、転動体とを備え、
   冷媒供給機によって冷媒が前記ロータシャフトから前記端面板に向かい、
   前記軸受は、前記端面板に対向する位置に設けられ、
   前記軸受の前記外輪には、少なくとも第１供給部によって前記冷媒が供給され、
   前記軸受の前記内輪には、少なくとも第２供給部によって前記冷媒が供給され、
   前記第１供給部及び前記第２供給部の前記冷媒の入り口側に前記冷媒の供給を誘導する冷媒供給誘導部が設けられる
   電動ユニット。
2. 前記冷媒供給誘導部は前記端面板である
   請求項１に記載の電動ユニット。
3. 前記第１供給部及び前記第２供給部は、前記端面板に配置された突起である
   請求項１又は２に記載の電動ユニット。
4. 前記第１供給部及び前記第２供給部は、それぞれ円環状である
   請求項１から３のいずれか一項に記載の電動ユニット。
5. 前記第１供給部及び前記第２供給部は、それぞれが前記ロータシャフトの回転軸まわりの周方向に沿って複数の突起が配置される
   請求項１から３のいずれか一項に記載の電動ユニット。
6. 前記第１供給部及び前記第２供給部は、前記ロータシャフトの回転軸まわりの周方向にそれぞれ隙間部と供給部が交互に配置され、 前記第２供給部は前記第１供給部と前記周方向にずれた位置に配置される
   請求項１から３のいずれか一項に記載の電動ユニット。
7. 前記突起は前記端面板と一体成型されている
   請求項３又は５に記載の電動ユニット。
8. 前記冷媒供給誘導部は前記軸受である
   請求項１に記載の電動ユニット。
9. 前記第１供給部は、前記外輪によって形成され、
   前記第２供給部は、前記保持器によって形成される
   請求項８に記載の電動ユニット。
10. 前記第１供給部と前記第２供給部に段差部を設ける
    請求項１から９のいずれか一項に記載の電動ユニット。
11. 前記第１供給部の方が前記第２供給部よりも軸方向に突出している
    請求項１から１０のいずれか一項に記載の電動ユニット。
12. 請求項１から１１のいずれか一項に記載の電動ユニットを備える移動体。

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