JP5957879B2 - 回転電機の冷却構造 - Google Patents

Description

本発明は、回転電機の冷却構造に関する。特に、回転電機に係るロータコアの冷却に供される回転電機の冷却構造に関する。

特許文献１に例示されている車両駆動用電動機は、円筒状のハウジングの中心軸上で直列状に配置された回転子の回転子軸が軸承されている。回転子軸に穿設されている中心軸孔には、それぞれ回転子の左右両側で半径方向の開口を所定角度間隔で形成された冷媒噴出ノズルがねじ込まれて固定されている。回転子の回転速度が高まり、遠心力が大きくなると、中心軸孔内の潤滑油が冷媒噴出ノズルから固定子に向かって噴出する。冷媒噴出ノズルから噴出された潤滑油は霧状となり、ハウジングの内気にふれて急激に冷却され、ハウジングを冷却するとともに固定子を冷却する。

特開平７−２８８９５０号公報

背景技術に記載されている車両駆動用電動機において、潤滑油は冷媒噴出ノズルから、ハウジングおよび固定子に噴出される構成であり、回転子には直接潤滑油が噴出されず、回転子が効果的に冷却されないおそれがあり問題である。

また、回転子の回転により、潤滑油と同様に、冷媒噴出ノズルにも、遠心力が印加される。冷媒噴出ノズルは、回転子軸の中心軸孔にねじ込まれて固定されているので、回転子が高速に回転するほど、回転子の外径方向に大きな遠心力が印加される。回転子の回転速度が高まり、遠心力が大きくなると、冷媒噴出ノズルが回転子軸から分離するおそれがある。よって、回転子軸から冷媒噴出ノズルの分離を防ぐため、回転子の回転速度が冷媒噴出ノズルの固定強度に耐えられる程度に制限され、高速回転する回転電機に利用できないおそれがあり問題である。

本発明は、上記の課題に鑑み提案されたものであって、ノズルからオイルを直接ロータのエンドリングに滴下することにより、エンドリングおよびエンドリングを含むロータコアの冷却を可能とする回転電機の冷却構造を提供することを目的とする。

本願に係る回転電機の冷却構造は、ケース内に、ステータコアと、ロータコアと、ロータコアの回転軸方向の端部に設けられる円環状のエンドリングとを備える回転電機の冷却構造である。オイルを循環させるオイル循環回路と、オイル循環回路から供給されるオイルを滴下するノズルであって、エンドリングの径方向内側面に対向する第１ノズルと、ケースに配設され、ロータコアの回転軸を軸支するベアリングと、第１ノズルに連接され、ケースの内壁であってベアリングの配設される壁面に設けられ、オイル循環回路から供給されるオイルを溜めるオイル溜り部とを備える。オイル溜り部は、ベアリングの少なくとも一部が、オイル溜り部に貯留されているオイルに浸漬される位置に備えられる。

更に、エンドリングの径方向内側面が回転軸方向の外方に向かうに従って径方向の外径側に傾斜する傾斜面を有している。

更に、第２ノズルを備えており、オイル循環回路から第２ノズルに供給されるオイルがステータコアから突出するコイル端部に滴下される。

本願に係る回転電機の冷却構造によれば、第１ノズルから、オイルを円環状のエンドリングの径方向内側面に滴下することにより、エンドリングおよびロータコアを効果的に冷却することができる。

また、ロータコア自体には冷却に供されるノズル等の冷却構造を備えていないため、冷却構造について、強度上の制約からロータコアの回転が制限されたり、回転に伴う遠心力に抗する強度を確保する等の対応は不要である。高速回転の回転電機に好適な冷却構造を提供することができる。
また、オイル溜り部を備えることにより、オイル循環回路から供給されるオイルを、一旦、オイル溜り部に溜めることができる。これにより、オイル循環回路から供給されるオイルの量に変動が起きた場合においても、エンドリングに滴下されるオイルの量を一定に保つことができる。
また、ロータコアを軸支するベアリングの少なくとも一部がオイル溜り部に貯留されているオイルに浸漬されるので、ベアリングの潤滑を良好に維持することができる。

また、エンドリングの内側面は、回転軸方向の外方に向かうに従い外径側に傾斜する傾斜面を有しており、この傾斜面に第１ノズルからオイルが適下される。これにより、エンドリングに適下されたオイルは、ロータコアの回転による遠心力で、ロータコアの外方に飛散させることができる。

また、第２ノズルからステータコアから突出するコイル端部にオイルが滴下されるので、ロータコアおよびエンドリングを冷却すると同時に、コイル端部を介して、ステータコアおよびステータコアに巻回されているコイルを冷却することができ好都合である。

実施形態に係る回転電機１の断面図と回転電機１の冷却構造を示す図である。 オイル溜り部６３とベアリング６５との位置関係を示す図である。

図１は、実施形態に係る回転電機１の断面図と回転電機１の冷却構造を示す図である。実施形態では、回転電機１の一例として誘導電動機を例示する。誘導電動機は、ロータ２がかご型構造を有しており、後述するステータコア３ａ、３ｂから発生する回転磁束によりロータ２の備える導体部２３に発生する誘導電流と回転磁束とが鎖交してロータ２に回転力が発生する。このような、誘導電動機では、誘導電流が流れることにより導体部２３に熱が発生し、この熱は高速回転であるほど多量に発生する。以下に説明する回転電機１では、高速回転の回転電機１に適用して好適な冷却構造について説明する。

回転電機１のケース６には、オイルをケース６内に供給するオイル第１供給口６０、オイル第２供給口６１、ケース６内に供給されたオイルを貯留するオイル溜り部６３、オイル溜り部６３に連接されオイルをエンドリング２１に滴下するノズル６４、ケース６から排出されるオイルの排出口であるオイル排出口６２、オイル第１供給口６０およびオイル第２供給口６１とオイル排出口６２との間を連結しオイルを循環させる経路を構成するオイル配管４、およびオイル配管４に連接されオイルをオイル配管４とケース６との間で循環させるポンプ５を有する。このうち、オイル配管４およびポンプ５がケース６を介して循環する経路がオイル循環回路である。また、オイル循環回路中に、オイルを冷却する熱交換器を設けてもよい。

回転電機１は、ケース６の内部にステータコア３ａ、３ｂとステータコア３ａ、３ｂの内径側に配置されるロータ２とを備える。ステータコア３ａ、３ｂは、後述するロータ２の側面を取り囲むように配置され、所定間隔で複数配置されるコイルが回転軸方向に沿って巻回される。各コイルには順次位相をずらした交流電流が供給されることにより、回転磁束が発生する。各コイルは、ステータコアの回転軸方向両端から突出するコイルエンドで折り返される。図１において、上方に位置するステータコア３ａにはコイルエンド３０ａ、下方のステータコア３ｂにはコイルエンド３０ｂのそれぞれが突出する。

ロータ２は、ロータコア２０、エンドリング２１、シャフト２２、および導体部２３を備えて構成される。ロータコア２０は、シャフト２２に嵌合等により固定されている。

エンドリング２１は、ロータコア２０の回転軸方向の両端に設けられ、ロータコア２０を回転軸方向の外方から挟持する。エンドリング２１は、ロータコア２０から回転軸方向外側に突出する形状であり、エンドリング２１の径方向内側の内側面２４は、回転軸方向の外方に向かうに従い外径側に傾斜する傾斜面を有している。エンドリング２１は、ダイカスト加工等により成型されたアルミニウムや銅などによって、形成される。

シャフト２２は、ケース６の両端に配設されるベアリング６５により軸支されている。

導体部２３は、ロータコア２０において、ステータコア３ａ、３ｂから発せられる回転磁束が周回する磁性材料部を取り囲んで配設されている。ロータコア２０の全域に渡りシャフト２２の両端部にまで延びて配設されており、ロータコア２０の両端部でエンドリング２１に連接されている。導体部２３は誘導電流を流すため銅などの導電性材料で成型されている。互いに接触して配設されている導体部２３およびエンドリング２１は、共に熱伝導性の良好な部材で成型されているので、エンドリング２１からロータコア２０に至るロータ２全体は熱伝導性が良好に成型されている。

オイル溜り部６３は、ケース６の内壁であってシャフト２２が軸支されるベアリング６５の配設される壁面に備えられ、オイル溜り部６３の直上に備えられるオイル第１供給口６０から滴下されるオイルを受け止めて内部に貯留する。

ノズル６４は、オイル溜り部６３に連接され、オイル溜り部６３の下方部から突出してその先端をエンドリング２１の内側面２４に対向して配置される。オイル溜り部６３に貯留されているオイルはノズル６４を介してエンドリング２１の内側面２４に適下される。滴下されるオイルは冷媒として、エンドリング２１、およびエンドリング２１に連接されている導体部２３の放熱・冷却に使用され、ロータ２を冷却することができる。

内側面２４に滴下したオイルは、内側面２４の傾斜に沿って、ロータコア２０の回転による遠心力でロータコア２０の外方に飛散する。

内側面２４から飛散したオイルは、ケース６の底部に溜まる。ケース６の底部に溜まったオイルは、ケース６の下方に位置するステータコア３ｂおよびコイルエンド３０ｂを浸漬冷却する。そして、オイル排出口６２から排出されることで回収され、ポンプ５により回転電機１を循環する。

また、ケース６の上方に位置するオイル第２供給口６１に供給されるオイルは、コイルエンド３０ａに滴下される。これにより、コイルエンド３０ａ、およびコイルエンド３０ａを介してステータコア３ａは冷却される。

図２は、ロータ２の回転軸方向から見たオイル溜り部６３とベアリング６５との位置関係を示す模式図である。オイル第１供給口６０の供給口は、ベアリング６５に軸支されるシャフト２２の直上からずれた位置に配設される。これにより、オイル第１供給口６０から滴下されるオイルはシャフト２２に当たることなく、直接オイル溜り部６３に供給される。

ベアリング６５は、少なくとも一部が、オイル溜り部６３に貯留されているオイルに浸漬されるように配置される。これにより、ベアリング６５は、少なくとも一部がオイルに浸漬される状態となることで、潤滑状態が維持される。

以上詳細に説明したように、本願に係る回転電機１において、ロータコア２０を回転軸方向の外方から挟持するエンドリング２１は、ロータコア２０から回転軸方向外側に突出する形状であり、エンドリング２１の径方向内側の内側面２４は、回転軸方向の外方に向かうに従い外径側に傾斜する傾斜面を有している。オイル溜り部６３は、ケース６の内壁であってシャフト２２が軸支されるベアリング６５の配設される壁面に備えられ、オイル溜り部６３に連接されるノズル６４は、オイル溜り部６３の下方部から突出して配置される。ノズル６４の先端がエンドリング２１の内側面２４に対向しているので、オイル溜り部６３に貯留されているオイルはノズル６４を介して、直接にエンドリング２１の内側面２４に適下される。これにより、冷媒として利用されるオイルは、エンドリング２１、およびエンドリング２１に連接されているロータコア２０に配設される導体部２３の放熱・冷却に使用され、ロータ２を冷却することができる。

また、オイル溜り部６３を備えることにより、オイル第１供給口６０から滴下されるオイルを、一旦、オイル溜り部６３に溜める。これにより、オイル第１供給口６０から滴下されるオイルの量に変動が起きた場合においても、エンドリング２１の内側面２４に滴下されるオイルの量を一定に保つことができ、安定してロータ２を冷却することができる。

また、ケース６の上方に位置するオイル第２供給口６１は、オイルをコイルエンド３０ａに滴下する。これにより、オイル第２供給口６１から滴下されるオイルは、コイルエンド３０ａ、およびコイルエンド３０ａを介してステータコア３ａを冷却することができる。

ここで、ノズル６４は、第１ノズルの一例である。また、オイル第２供給口６１は、第２ノズルの一例である。また、コイルエンド３０ａは、コイル端部の一例である。

尚、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内での種々の改良、変更が可能であることは言うまでもない。
例えば、エンドリング２１の径方向内側の内側面２４は、回転軸方向の外方に向かうに従い内径側に傾斜してもよい。この場合、内側面に滴下されるオイルは、ロータコア２０とエンドリング２１の内側面との間に溜められる。これにより、ロータコア２０とエンドリング２１の内側面との間に溜められたオイルにより、エンドリング２１、およびエンドリング２１に連接されている導体部２３を効果的に冷却することができる。
また、エンドリング２１の径方向外側の外側面にも回転軸方向の外方に向かうに従い傾斜する傾斜面を設け、その外側面にオイルを滴下するオイル供給口を備えてもよい。これにより、外側面にオイルを滴下することで、内側面２４だけでなく、外側面からもエンドリング２１、およびエンドリング２１に連接されている導体部２３の放熱・冷却することができる。
この場合、エンドリング２１の外側面は、回転軸方向の外方に向かうに従い外径側あるいは内径側の何れに傾斜する傾斜面とすることもできる。
また、オイル溜り部６３へのオイル供給方法は、オイル第１供給口６０からの滴下に限定されず、オイル配管４に直接に連接されてもよい。同様に、ベアリング６５にオイル配管４を介してオイルを供給してもよい。
また、オイル第１供給口６０、オイル第２供給口６１、オイル溜り部６３、ノズル６４はロータ２の回転軸方向両側に配置されたが、片側だけでもよい。
また、オイル循環回路においてオイルの循環手段はポンプ５に限られない。オイルの循環手段を、例えば、自動車等に備えるエンジン、減速ギアなどの動力伝達機構の動力をオイルの循環に利用する手段に置き換えてもよい。
また、本発明に係る回転電機１は、誘導電動機に限られず、エンドリングを有したロータを有するものであれば、本発明を有効に利用することができる。

１ 回転電機
２ ロータ
３ａ、３ｂ ステータコア
４ オイル配管
５ ポンプ
６ ケース
２０ ロータコア
２１ エンドリング
２２ シャフト
２３ 導体部
２４ 内側面
３０ａ、３０ｂ コイルエンド
６０ オイル第１供給口
６１ オイル第２供給口
６２ オイル排出口
６３ オイル溜り部
６４ ノズル
６５ ベアリング

Claims (3)

1. ケース内に、ステータコアと、ロータコアと、該ロータコアの回転軸方向の端部に設けられる円環状のエンドリングとを備える回転電機の冷却構造であって、
   オイルを循環させるオイル循環回路と、
   前記オイル循環回路から供給されるオイルを滴下するノズルであって、前記エンドリングの径方向内側面に対向する第１ノズルと、
   前記ケースに配設され、前記ロータコアの回転軸を軸支するベアリングと、
   前記第１ノズルに連接され、前記ケースの内壁であって前記ベアリングの配設される壁面に設けられ、前記オイル循環回路から供給されるオイルを溜めるオイル溜り部とを備え、
   前記オイル溜り部は、前記ベアリングの少なくとも一部が、前記オイル溜り部に貯留されているオイルに浸漬される位置に備えられることを特徴とする回転電機の冷却構造。
2. 前記エンドリングの径方向内側面は、回転軸方向の外方に向かうに従い外径側に傾斜する傾斜面を備えることを特徴とする請求項１に記載の回転電機の冷却構造。
3. 前記オイル循環回路から供給されるオイルを前記ステータコアから突出するコイル端部に滴下する第２ノズルを備えることを特徴とする請求項１または２に記載の回転電機の冷却構造。

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