JP3675363B2

JP3675363B2 - 回転電機

Info

Publication number: JP3675363B2
Application number: JP2001162164A
Authority: JP
Inventors: 久行古瀬
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2001-05-30
Filing date: 2001-05-30
Publication date: 2005-07-27
Anticipated expiration: 2021-05-30
Also published as: JP2002354753A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、回転電機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
特開２０００−０１４０８６号に、ステータコアを複数に分割した分割コイル型ステータの内側に内側ロータを、外側に外側ロータを同心円上に回転自由に配置した同軸３層構造の回転電機がある。
【０００３】
この種の回転電機は、内側ロータ、外側ロータを別々にモータ、発電機として運転することが可能である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この同軸３層構造の回転電機にあっては、外側ロータをステータの端部にて軸受によって支持しており、ステータおよびコイルを外側ロータが覆うようになっているため、レイアウト上、これらを冷却するための冷却用通路の形成が困難であった。また、ステータの配線が容易ではなかった。
【０００５】
この発明は、このような問題点を解決することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、ステータコアが複数に分割される分割コイル型ステータの内側に内側ロータが、外側に外側ロータが同心円上に回転自由に配置される回転電機において、前記外側ロータの一方の端部を開放して形成すると共に、外側ロータの少なくとも一方の端部側の外周部とケースの内側との間に軸受を介装して回転可能に支持し、前記外側ロータの開放した一方の端部側から外側ロータ内に挿入され、前記分割コイル型ステータを固定して支持すると共に、ステータおよびコイルを冷却する冷却用通路と、該冷却用通路と外部とを連通する出入口とを有するステータ支持部材を備え、前記外側ロータの一方の端部側で前記ケースの開口部に前記ステータ支持部材を固定支持する。
【０００７】
第２の発明は、第１の発明において、前記ステータ支持部材は、互いの間隔を確保してステータコアを位置決めする位置決め部材と、位置決め部材とでステータコアを軸方向に挟持する挟持部材と、これらをケース開口部に固定する固定部材とを有し、前記冷却用通路はこれら各部材を連絡して形成する。
【０００８】
第３の発明は、第２の発明において、前記位置決め部材および固定部材は、半径方向に配置した配線用の通路を有する。
【０００９】
第４の発明は、第１の発明において、前記外側ロータをケース内側に支持する軸受は、ニードル軸受と動圧軸受とを併用して備える。
【００１０】
第５の発明は、第４の発明において、前記ニードル軸受は外側ロータの回転速度が低速のときに作用する一方、前記動圧軸受は外側ロータの回転速度が高速のときに外側ロータを浮遊して、ニードル軸受の負荷を無くすようになっている。
【００１１】
第６の発明は、第１の発明において、前記軸受へオイルを導入すると共に、軸受を通過したオイルを前記外側ローラとケース内周面とで形成したオイル通路を経由させて前記外側ロータの一方の端部側から他方の端部側へ導くようにした。
【００１２】
第７の発明は、第６の発明において、前記オイル通路は、軸受を通過したオイルを外側ロータの外周部に導き、外周部を冷却した後、ドレン孔に導くようになっている。
【００１３】
第８の発明は、第７の発明において、前記オイル通路の内周側を構成する外側ロータの外周部は、螺旋状溝を有する。
【００１４】
第９の発明は、第６の発明において、前記オイル通路は、前記外側ロータの一方の端部側でケース内周部とラビリンスによってシールされる。
【００１５】
【発明の効果】
第１の発明によれば、ステータ、コイルを冷却するための冷却用通路の形成が容易になる。
【００１６】
第２の発明によれば、ステータ、コイルの冷却を的確に行え、ステータ、コイル、ステータ支持部材および周囲のロータ等を適正温度に保つことができる。
【００１７】
第３の発明によれば、冷却用通路の形成と共に、ステータの配線を容易に行うことができ、したがって組み付け時の作業性が向上する。
【００１８】
第４、第５の発明によれば、ニードル軸受と動圧軸受との併用によって、外側ロータの高速回転時にも、適切に支持することができる。
【００１９】
第６〜第９の発明によれば、軸受を通過したオイルを外側ロータの外周部のオイル通路に導き、外側ロータの外周部を冷却するので、外側ロータの磁石の減磁を防止できる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００２１】
図１は回転電機の断面図を示しており、回転電機１のケース３内には、ステータ５と第１、第２ロータ７、９とを備えている。第１ロータ７はステータ５の内側に、第２ロータ９はステータ５の外側にそれぞれ同心円に配置された三層構造となっている。
【００２２】
第１ロータ７は、ケース３の中心に配置された第１回転軸１１に装着される。第１回転軸１１の一方は後述するロータディスク１３に装着されたフロントベアリング１５によって、他方は後述する固定部材２７に装着されたニードルベアリング等のリヤベアリング１７によって回転自在に両端支持される。
【００２３】
ステータ５は、分割された複数のステータコア５Ａが周方向に所定の間隔で配置される分割コイル型ステータに形成され、ステータ支持部材１９によって支持される。ステータコア５Ａにはコイル２１が巻き付けられる。
【００２４】
ステータ支持部材１９は、ステータコア５Ａの位置決め部材２３、位置決め部材２３とでステータコア５Ａを挟持する挟持部材２５、およびこれらをケース３に固定する固定部材２７等から構成される。
【００２５】
位置決め部材２３には、図２、図３に示すように周方向に所定の間隔をおいて、リヤ側の基部プレート２３Ａからフロント側の挟持部材２５へ向けて、ステータコア５Ａを位置決めする複数の位置決めガイド２３Ｂが延設され、ステータコア５Ａの所定の間隔が確保される。
【００２６】
ステータコア５Ａは、位置決めガイド２３Ｂの間に圧入嵌合される。各部材２３、２５、２７は、非磁性体で、アルミ等の熱伝導性のよい材質で作られている。
【００２７】
ステータコア５Ａを組み付けた状態で、位置決め部材２３、挟持部材２５は、リヤ側の固定部材２７に、位置決め部材２３と固定部材２７との間にシール用のセパレートプレート２９を介在して、固定部材２７から複数の組付ボルト３１によって一体に組み付けられ、固定部材２７が複数の固定ボルト３３によってケース３に固定支持される。
【００２８】
固定部材２７に冷却媒体（冷却水等）を導く冷却用通路３５の出入口３７、３９が形成されると共に、固定部材２７、位置決め部材２３、挟持部材２５にそれぞれ冷却用通路３５が形成される。
【００２９】
図２、図３に示すように位置決め部材２３には、組付ボルト穴４１およびその径外方位置に冷却用通路３５Ａが基部プレート２３Ａから位置決めガイド２３Ｂを貫通して形成され、組付ボルト穴４１は組付ボルト３１の周囲が冷却用通路３５Ｂに形成される。
【００３０】
基部プレート２３Ａのリヤ側の側面には、ステータ５の配線を取り出すための配線用溝４３が径外方向から径内方向途中に形成される。
【００３１】
図４、図５に示すように固定部材２７には、冷却用通路３５の出入口３７、３９が位置決め部材２３の冷却用通路３５Ａに対応する位置に開口形成されると共に、フロント側の側面に位置決め部材２３の隣り合う２つの冷却用通路３５Ａを連絡する連絡溝３５Ｃ（出入口３７、３９は除く）および位置決め部材２３の隣り合う２つの冷却用通路３５Ｂを連絡する連絡溝３５Ｄ（連絡溝３５Ｃの互い違いの位置）が形成される。
【００３２】
また、位置決め部材２３の配線用溝４３につながる配線用穴４５が形成される。
【００３３】
図６に示すように挟持部材２５には、組付ボルトネジ穴４７が形成されると共に、リヤ側の側面に位置決め部材２３の冷却用通路３５Ａおよびその径内方位置の冷却用通路３５Ｂを連絡する連絡溝３５Ｅが形成される。
【００３４】
セパレートプレート２９には、図７に示すように各通路３５Ａ、３５Ｂ、配線用穴４５等に対応する穴４９、５１、５３等が設けられる。
【００３５】
図示しないポンプから固定部材２７の冷却用通路３５の入口３７に供給された冷却媒体は、図１〜図６のように位置決め部材２３の冷却用通路３５Ａ（第１の通路）を通り、挟持部材２５の連絡溝３５Ｅ（第１の連絡溝）を介して位置決め部材２３の冷却用通路３５Ｂ（第１の通路）を通り、固定部材２７の連絡溝３５Ｄ（第１の連絡溝）に導かれる。この連絡溝３５Ｄの冷却媒体は、位置決め部材２３の冷却用通路３５Ｂ（第２の通路）を通り、挟持部材２５の連絡溝３５Ｅ（第２の連絡溝）を介して位置決め部材２３の冷却用通路３５Ａ（第２の通路）を通り、固定部材２７の連絡溝３５Ｃ（第１の連絡溝）に導かれる。このように順に流れた冷却媒体は、最終的に位置決め部材２３の第１２の冷却用通路３５Ａから固定部材２７の冷却用通路３５の出口３９に導かれ、排出される。冷却媒体の流れを分かりやすくするため、図４に冷却媒体の流れを矢印等により示してある。これによって、コイル２１から発生する熱で高温化されるステータ５部分が冷却される。なお、本実施の形態では、連絡溝３５Ｅを挟持部材２５のリヤ側の側面に設けたが、位置決め部材２３の位置決めガイド２３Ｂのフロント側の側面に設けても良い。
【００３６】
また、ステータ５の配線４６は、位置決め部材２３の配線用溝４３を通して、固定部材２７の配線用穴４５より取り出される。
【００３７】
第２ロータ９には、フロント側の端部にロータディスク１３が取り付けられ、ロータディスク１３のボス部５５がケース３に装着されたフロントベアリング５７を介して回転自在に支持される。ボス部５５の第１ロータ７側には、第１回転軸１１を支持するフロントベアリング１５ならびにステータ支持部材１９の挟持部材２５を支持するフロントステータベアリング５９が装着される。
【００３８】
ボス部５５の内周には、第２回転軸６１がスプライン嵌合によって一体に結合され、一対のベアリング６３によってケース３に回転自在に支持される。第２回転軸６１は、中空軸となっていて、内部には、第１回転軸１１のフロント側の軸端部が延長され、２重軸に形成されている。
【００３９】
第２ロータ９のリヤ側の端部外周とケース３の内側との間には、図８に示すように軸受６５が介装される。軸受６５にはニードルベアリング６７と動圧軸受６９とが併用され、動圧軸受６９はフロント側に介装される。
【００４０】
ケース３には、図示しないオイルポンプからの所定圧のオイルを軸受６５（動圧軸受６９）に供給するオイル通路７１の入口７３が設けられる。ケース３と第２ロータ９の外周部との間は、軸受６５を通過したオイルをケース３のフロント側に設けたドレン孔７５に導くオイル通路７７となり、第２ロータ９の外周部には、第２ロータ９の回転にしたがってオイルをフロント側に送るように螺旋状溝７９が形成される。
【００４１】
ニードルベアリング６７のリヤ側外方には、ケース３の内側に設けられるリング８１と第２ロータ９のリヤ側の端面に装着されるリングプレート８３とによってラビリンスシール８５が形成され、ニードルベアリング６７に入ったオイルのリヤ側外方への逃げはシールされる。
【００４２】
オイルは、オイル通路７１の入口７３より動圧軸受６９に供給され、その一部がニードルベアリング６７に供給され、これらを通ったオイルは、ケース３と第２ロータ９の外周部との間のオイル通路７７に導かれ、第２ロータ９の外周部を冷却しながら、第２ロータ９の外周部の螺旋状溝７９によってフロント側に送られ、ケース３のドレン孔７５より排出される。
【００４３】
第２ロータ９は、フロント側がロータディスク１３を介してフロントベアリング５７によって支持されると共に、リヤ側の端部外周が、第２ロータ９の回転速度が低速のときはニードルベアリング６７によって支持され、第２ロータ９の回転速度が高速のときは、ニードルベアリング６７に負荷がかからないように動圧軸受６９によって浮遊支持される。
【００４４】
なお、ステータ５のコイル２１には、図外の制御部によって、第１、第２ロータ７、９の極数と同数の回転磁場が発生するよう複合電流が流れるべく制御される。
【００４５】
このように構成された回転電機１によれば、第２ロータ９がステータ５の一方（リヤ側）の端部まで覆うことはなく、ステータ５の一方（リヤ側）の端部が開放された構造となるため、ステータ５部分を冷却するための冷却用通路３５の形成が容易になる。
【００４６】
したがって、ステータ５部分を的確に冷却でき、ステータ５（ステータコア５Ａ）、コイル２１、ステータ支持部材１９および周囲の第１、第２ロータ７、９等を適正温度に保つことができる。
【００４７】
また、ステータ５の一方（リヤ側）の端部が開放された構造となるため、冷却用通路３５の形成と共に、ステータ５の配線を容易に行うことができ、したがって組み付け時の作業性が向上する。
【００４８】
また、第２ロータ９の端部外周を軸受６５によって支持するが、ニードルベアリング６７と動圧軸受６９とを併用するため、第２ロータ９の高速回転時にも、適切に支持することができる。
【００４９】
また、軸受６５を通過したオイルを第２ロータ９の外周部のオイル通路７７に導き、第２ロータ９の外周部を冷却するので、第２ロータ９の磁石の減磁を防止する。
【００５０】
なお、第２ロータ９のフロント側の端部外周とケース３の内側との間にも軸受６５を介装するようにして良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態を示す回転電機の断面図である。
【図２】位置決め部材のリヤ側の側面図である。
【図３】図３のＡ−Ａ線断面図である。
【図４】固定部材のフロント側の側面図である。
【図５】図４のＢ−Ｂ線断面図である。
【図６】挟持部材のリヤ側の側面図である。
【図７】セパレートプレートの平面図である。
【図８】軸受部分の断面図である。
【符号の説明】
１回転電機
３ケース
５ステータ
５Ａステータコア
７第１ロータ
９第２ロータ
１９ステータ支持部材
２１コイル
２３位置決め部材
２５挟持部材
２７固定部材
３５冷却用通路
３７入口
３９出口
４３配線用溝
４５配線用穴
５７フロントベアリング
６１第２回転軸
６５軸受
６７ニードルベアリング
６９動圧軸受
７１オイル通路
７５ドレン孔
７７オイル通路
７９螺旋状溝
８５ラビリンスシール

Claims

ステータコアが複数に分割される分割コイル型ステータの内側に内側ロータが、外側に外側ロータが同心円上に回転自由に配置される回転電機において、
前記外側ロータの一方の端部を開放して形成すると共に、外側ロータの少なくとも一方の端部側の外周部とケースの内側との間に軸受を介装して回転可能に支持し、
前記外側ロータの開放した一方の端部側から外側ロータ内に挿入され、前記分割コイル型ステータを固定して支持すると共に、ステータおよびコイルを冷却する冷却用通路と、該冷却用通路と外部とを連通する出入口とを有するステータ支持部材を備え、前記外側ロータの一方の端部側で前記ケースの開口部に前記ステータ支持部材を固定支持することを特徴とする回転電機。
前記ステータ支持部材は、互いの間隔を確保してステータコアを位置決めする位置決め部材と、位置決め部材とでステータコアを軸方向に挟持する挟持部材と、これらをケース開口部に固定する固定部材とを有し、前記冷却用通路はこれら各部材を連絡して形成することを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
前記位置決め部材および固定部材は、半径方向に配置した配線用の通路を有することを特徴とする請求項２に記載の回転電機。
前記外側ロータをケース内側に支持する軸受は、ニードル軸受と動圧軸受とを併用して備えることを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
前記ニードル軸受は外側ロータの回転速度が低速のときに作用する一方、前記動圧軸受は外側ロータの回転速度が高速のときに外側ロータを浮遊して、ニードル軸受の負荷を無くすようになっていることを特徴とする請求項４に記載の回転電機。
前記軸受へオイルを導入すると共に、軸受を通過したオイルを前記外側ローラとケース内周面とで形成したオイル通路を経由させて前記外側ロータの一方の端部側から他方の端部側へ導くようにしたことを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
前記オイル通路は、軸受を通過したオイルを外側ロータの外周部に導き、外側ロータの外周部を冷却した後、ドレン孔に導くようになっていることを特徴とする請求項６に記載の回転電機。
前記オイル通路の内周側を構成する外側ロータの外周部は、螺旋状溝を有することを特徴とする請求項７に記載の回転電機。
前記オイル通路は、前記外側ロータの一方の端部側でケース内周部とラビリンスによってシールされることを特徴とする請求項６に記載の回転電機。