JP6098136B2 - 回転電機 - Google Patents

Description

本発明は、ハウジング内に冷却及び潤滑のための液体を供給する流路を備える車両用の回転電機に関する。

ロータのベアリングに潤滑油を供給するように構成された車両用モータユニットがある。特許文献１に記載されたモータユニットは、頂部近傍に潤滑油通路を備えており、この潤滑油通路を介してベアリングに潤滑油を供給している。ベアリングに供給された潤滑油は、ロータ側に流れ出たのち、回転するロータの遠心力によって径方向外側にはじき出される。潤滑油が飛散する先には、ステータのコイルの端部（突出部）が位置している。また、モータユニットは、ステータの全周を覆うようにウォータジャケットを有している。このモータユニットは、ウォータジャケットでステータを直接冷却することでステータ内のコイルを冷却し、ステータから突出した端部は、飛散した潤滑油で冷却している。

特開２０１０−１３０７２１号公報

ところで、モータユニットを冷却するために、特許文献１のような構成である場合、ステータ側のコイルを冷却することができるが、ロータ側の冷却について配慮されていない。また、ステータ側のコイルの冷却のためにウォータジャケットと潤滑油の飛沫を併用する場合、冷却液及び潤滑油を循環させるための独立した経路がそれぞれに必要になるとともに、温度管理も必要となる。

そこで、本発明は、簡単な構成によってロータとステータの冷却及び軸受の潤滑を行なう液体の流路を備える車両用の回転電機を提供する。

本発明に係る一実施形態の回転電機は、ハウジングとロータとステータと流路と第１の噴出孔と第２の噴出孔とを備える。ハウジングは、軸受を介して回転軸を保持する。ロータは、回転軸に取り付けられる。ステータは、ロータの外周を囲うステータコア、このステータコアに巻回されるコイル、回転軸の延在方向にステータコアからコイルの一部が露出したコイルエンド、を含む。流路は、ハウジングの内部に冷却液を供給するとともにハウジングの上部に回転軸の延在方向と平行に設けられる。第１の噴出孔は、コイルエンドの上方の流路に設けられて冷却液をハウジング内へ吐出する。第２の噴出孔は、ステータコアの上方の流路に設けられて第１の噴出孔の口径よりも小さい口径を有し、冷却液をハウジング内へ吐出する。

このとき、回転電機は、流路に冷却液を供給する導入路をさらに備える。そして、第１の噴出孔および第２の噴出孔を複数ずつ備える。導入路に近い第１の噴出孔の口径は、導入路に遠い第１の噴出孔の口径よりも小さく、導入路に近い第２の噴出孔の口径は、導入路に遠い第２の噴出孔の口径よりも小さい。また、第１の噴出孔は２つ形成される。導入路は、第１の噴出孔の間の流路に接続される。さらに、軸受に冷却液を供給する第３の噴出孔を流路の両端に設ける。

また、第１の噴出孔および第２の噴出孔は、それぞれロータの回転方向に流路から少なくとも２つに分岐している。

本発明に係る回転電機によれば、冷却液を供給する流路に対してコイルエンドの上方に設けられる第１の噴出孔の口径よりも、ステータの上方に設けられる第２の噴出孔の口径が小さい。したがって、第１の噴出孔からより多くの冷却液がハウジング内に提供される。このとき流路は回転軸の上方に位置するので、冷却液が回転軸に掛かり、回転軸を支持する軸受にも供給される。また、回転軸に掛った冷却液は、遠心力によってロータ側に濡れ広がるとともに飛散してステータにも掛る。このように、回転電機内に供給された冷却液は、ロータ、ステータ、および軸受に掛かることによって、これらを冷却する。構造が簡単であり、冷却液の循環経路も一系統にすることができるため、管理が容易になる。

また、第１の噴出孔および第２の噴出孔をそれぞれ複数ずつ有する場合に、流路の導入路に対し近い第１の噴出孔の口径は、導入路に対して遠い第１の噴出孔の口径よりも小さく、導入路に対して近い第２の噴出孔の口径は、導入路に対して遠い第２の噴出孔の口径よりも小さくする発明の回転電機によれば、流路内に生じる圧力損失に起因して冷却液の供給量に偏りが生じることを軽減することができる。

導入路を第１の噴出孔の間の流路に設ける発明の回転電機によれば、冷却液の供給量を等分に分配しやすい。また、第３の噴出孔を流路の両端に設ける発明によれば、軸受に供給する冷却液を別に確保することができるので、軸受の冷却及び潤滑が確実に保証される。また、第１の噴出孔及び第２の噴出孔をロータの回転方向に流路から少なくとも２つに分岐させている発明の回転電機によれば、冷却液を偏りなく供給することができる。

本発明の一実施形態のモータ・ジェネレータの循環経路の概略図。 図１のモータ・ジェネレータのハウジング内の流路及びステータの斜視図。 図２のモータ・ジェネレータの回転軸を横切る断面図。 図３のモータ・ジェネレータの流路から延びる噴出孔を通る断面図。

本発明に係る一実施形態の回転電機であるモータ・ジェネレータ１について、図１から図４を参照して説明する。図１に示すモータ・ジェネレータ１は、抵抗加熱によって発生する熱を除去するための冷却装置２を備えている。冷却装置２は、ハウジング１１内に冷却液Ｌを供給し循環させるために、ポンプ２１と循環経路２２を有している。冷却液Ｌは、ハウジング１１内に直接供給されるので、絶縁性材料であるとともに作動部分の潤滑も兼ねる必要がある。本実施形態では、油が冷却液Ｌとして採用されている。循環経路２２は、ハウジング１１の上部および下部に接続され、途中にポンプ２１が配置されている。

このモータ・ジェネレータ１は、図２及び図３に示すように、ハウジング１１とロータ１２とステータ１３と流路１４と第１の噴出孔１４１と第２の噴出孔１４２とを備える。図３に示すように、ハウジング１１は、軸受１７を介して回転軸１０を保持している。この実施形態においてハウジング１１は、外周を囲うアウタケース１１１と、回転軸１０の軸心Ｃに沿う方向にアウタケース１１１の両側の端部にそれぞれ装着されるエンドプレート１１２，１１３とを備える。軸受１７は、エンドプレート１１２，１１３に装着されている。

ロータ１２は、一対の軸受１７の間の回転軸１０に取り付けられており、複数の磁性体プレートを回転軸１０の軸心Ｃに沿う方向に積層して作られたロータコア１２１の両端にエンドリング１２２が装着されている。ステータ１３は、図２に示すようにロータ１２の外周を囲ってハウジング１１の内部に配置されている。

ステータ１３は、ロータ１２と同様に複数の磁性体プレートを回転軸１０の軸心Ｃに沿う方向に積層して作られたステータコア１３１と、このステータコア１３１に形成された溝に捲回されたコイル１３２とを有する。回転軸１０の軸心Ｃに沿う方向にステータ１３のステータコア１３１は、ロータ１２のロータコア１２１と同じ長さに配置されている。ステータ１３のステータコア１３１に巻回されたコイル１３２のコイルエンド１３２Ａは、図２及び図３に示すように回転軸１０の延在方向にステータコア１３１から突出（露出）している。

流路１４は、図２及び図３に示すように、回転軸１０の上方に位置するハウジング１１のアウタケース１１１に、回転軸１０の延在方向に平行に、すなわち軸心Ｃに沿う方向に平行に設けられており、ハウジング１１の内部へ冷却液Ｌを供給する。冷却液Ｌは、回転軸１０の軸心Ｃに沿う方向にほぼ中央部分となる位置の流路１４に設けられた図３に示す導入路１４０を介して、供給される。図３に示すように、第１の噴出孔１４１は、回転軸１０の軸心Ｃに沿う方向に流路１４の端部寄りに設けられ、第２の噴出孔１４２は、回転軸１０の軸心Ｃに沿う方向に流路１４の中央寄りに設けられている。第１の噴出孔１４１および第２の噴出孔１４２は、それぞれ流路１４によって供給される冷却液Ｌを吐出する。第２の噴出孔１４２の口径は、第１の噴出孔１４１の口径よりも小さい。すなわち、第１の噴出孔１４１の口径は、第２の噴出孔１４２の口径よりも大きい。したがって、第１の噴出孔１４１が吐出する冷却液Ｌの流量は、第２の噴出孔１４２が吐出する冷却液Ｌの流量よりも多い。

また本実施形態では、第１の噴出孔１４１および第２の噴出孔１４２は、それぞれ複数ずつ設けられている。そして図３に示すように導入路１４０は、第１の噴出孔１４１どうし及び第２の噴出孔１４２どうしの間に配置されている。さらに図２及び図４に示すように第１の噴出孔１４１および第２の噴出孔１４２は、ロータ１２の回転方向に角度の異なるように逆Ｖ字に、すなわち流路から回転方向に広がるように分岐して、少なくとも２つずつ形成されている。したがって、第１の噴出孔１４１および第２の噴出孔１４２は、それぞれ４つずつ設けられている。本実施形態ではさらに、第１の噴出孔１４１および第２の噴出孔１４２は、それぞれ導入路１４０を中心とする放射状にやや傾けて配置されている。第１の噴出孔１４１は、回転軸１０の軸心Ｃに沿う方向にステータ１３のステータコア１３１よりも外側、すなわちコイルエンド１３２Ａの上方に配置され、第２の噴出孔１４２は、回転軸１０の軸心Ｃに沿う方向にステータ１３のステータコア１３１の範囲内、すなわちステータコア１３１の上方に配置されている。

また図３に示すように、導入路１４０は、第１の噴出孔１４１および第２の噴出孔１４２の配置の中心に対して、回転軸１０の軸心Ｃに沿う方向にやや偏って配置されている。つまり、導入路１４０から第１の噴出孔１４１までの距離は、それぞれ異なり、同様に導入路１４０から第２の噴出孔１４２までの距離も、それぞれ異なっている。このような場合、導入路１４０に近い第１の噴出孔１４１の口径は、導入路１４０に遠い第１の噴出孔１４１の口径よりも小さく形成し、導入路１４０に近い第２の噴出孔１４２の口径は、導入路１４０に遠い第２の噴出孔１４２の口径よりも小さく形成される。

本実施形態のモータ・ジェネレータ１は、流路１４の両端から延びる第３の噴出孔１４３を有している。この第３の噴出孔１４３は、ハウジング１１のエンドプレート１１２，１１３の壁面に沿って冷却液Ｌを吐出する。そのために、図３中に向かって右側に図示された第３の噴出孔１４３のように、エンドプレート１１３の一部を通っていてもよい。また、回転軸１０の上部の軸受１７に面した部分のエンドプレート１１２，１１３には、第３の噴出孔１４３から供給された冷却液Ｌを効率よく軸受１７に供給するためのガイド溝１１４が形成されている。

以上のように構成された、モータ・ジェネレータ１は、導入路１４０を通って流路１４に冷却液Ｌが供給されると、第１の噴出孔１４１、第２の噴出孔１４２、第３の噴出孔１４３にそれぞれ冷却液Ｌが分配される。第１の噴出孔１４１の口径は、第２の噴出孔１４２の口径よりも大きいので、第２の噴出孔１４２よりも多い冷却液Ｌを吐出する。

第１の噴出孔１４１から吐出された冷却液Ｌは、ステータ１３のコイル１３２のコイルエンド１３２Ａの間を通り抜けて軸受１７の近くの回転軸１０に降り掛かる。冷却液Ｌの一部は、軸受１７に供給されるとともに、別の一部は、ロータ１２のエンドリング１２２に向かって流れる。遠心力が作用しているので、エンドリング１２２に付着した冷却液Ｌは、直ちに半径方向にロータ１２の外周位置まで流れ、エンドリング１２２の縁から飛散してステータ１３のコイル１３２のコイルエンド１３２Ａに散布される。

この結果、第１の噴出孔１４１から吐出された冷却液Ｌは、軸受１７の潤滑及び冷却、ロータ１２の冷却、およびステータ１３の冷却に寄与する。また、第２の噴出孔１４２から吐出された冷却液Ｌは、ステータ１３のステータコア１３１の外周面に沿って下部まで流れ、ステータ１３の冷却に寄与する。このとき、第１の噴出孔１４１から吐出される冷却液Ｌの流量の方が第２の噴出孔１４２から吐出される冷却液Ｌの流量よりも多いので、効率的にモータ・ジェネレータ１が冷却される。

さらに、第３の噴出孔１４３から吐出された冷却液Ｌは、軸受１７に積極的に供給されて軸受１７を冷やすとともに、軸受１７を潤滑する。軸受１７は潤滑されることによって、発熱量も抑えられる。したがって、軸受１７の潤滑と冷却が確実に行われる。また、第１の噴出孔１４１から吐出され、エンドリング１２２の縁から回転軸１０の上方へ飛散した冷却液Ｌの一部は、エンドプレート１１２，１１３に付着することで、第３の噴出孔１４３から吐出された冷却液Ｌとともに、軸受１７に供給される。したがって、軸受１７を潤滑及び冷却するための冷却液Ｌがより多くなる。

第１の噴出孔１４１、第２の噴出孔１４２、および第３の噴出孔１４３からハウジング１１内に供給された冷却液Ｌは、ハウジング１１の下部に接続された循環経路２２から回収され、ポンプ２１で再び流路１４を経てハウジング１１内へ供給される。

１…モータ・ジェネレータ(回転電機)、２…冷却装置、１０…回転軸、Ｃ…（回転軸の）軸心、１１…ハウジング、１２…ロータ、１３…ステータ、１３１…ステータコア、１４…流路、１４０…導入路、１４１…第１の噴出孔、１４２…第２の噴出孔、１４３…第３の噴出孔、１７…軸受、Ｌ…冷却液。

Claims (4)

1. 軸受を介して回転軸を保持するハウジングと、
   前記回転軸に取り付けられたロータと、
   前記ロータの外周を囲うステータコア、該ステータコアに巻回されるコイル、前記回転軸の延在方向に前記ステータコアから前記コイルの一部が露出したコイルエンド、を含むステータと、
   前記ハウジングの内部に冷却液を供給するとともに前記ハウジングの上部に前記回転軸の延在方向と平行に設けられる流路と、
   前記コイルエンドの上方の前記流路に設けられて前記冷却液を前記ハウジング内へ吐出する複数の第１の噴出孔と、
   前記ステータコアの上方の前記流路に設けられて前記第１の噴出孔の口径よりも小さい口径を有し前記冷却液を前記ハウジング内へ吐出する複数の第２の噴出孔と、
   前記流路に前記冷却液を供給する導入路と、を備え、
   前記導入路に近い前記第１の噴出孔の口径は、前記導入路に遠い前記第１の噴出孔の口径よりも小さく、
   前記導入路に近い前記第２の噴出孔の口径は、前記導入路に遠い前記第２の噴出孔の口径よりも小さい
   ことを特徴とする回転電機。
2. 前記第１の噴出孔が二つ形成され、
   前記導入路は、前記第１の噴出孔の間の前記流路に接続されている
   ことを特徴とする請求項１に記載された回転電機。
3. 前記流路の両端に前記軸受に前記冷却液を供給する第３の噴出孔を備える
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載された回転電機。
4. 前記第１の噴出孔および前記第２の噴出孔は、それぞれ前記ロータの回転方向に前記流路から少なくとも二つに分岐している
   ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載された回転電機。

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