JP6424645B2

JP6424645B2 - 回転電機

Info

Publication number: JP6424645B2
Application number: JP2015010236A
Authority: JP
Inventors: 武雄前川; 啓次近藤; 将由山本; 佐藤　卓; 卓佐藤; 知志眞貝
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2015-01-22
Filing date: 2015-01-22
Publication date: 2018-11-21
Anticipated expiration: 2035-01-22
Also published as: US20160218573A1; JP2016135066A; US10069360B2

Description

本発明は、ステータのコイルエンドを冷却するように構成したロータを備えた回転電機に関する。

通電によるＤＣ銅損や漏れ磁束によるＡＣ銅損により温度上昇する回転電機のステータ巻線は冷却する必要がある。そのため、ロータの外周底面より高い位置に貯留されロータの回転で掻き揚げられたオイルを巻線のコイルエンドに掛けることによって冷却する掻き揚げ方式が安価な冷却法として用いられている。

この掻き揚げ方式の一例は、例えば、特許文献１に開示されている。特許文献１の技術は、次に記載する通りである。

電動モータは、モータハウジングに固定されたステータと、ステータに対し半径方向内方に対向するように設けられたロータを備えている。ロータは、ロータコアの両端面を一対の保持プレートにより挟持して形成されている。それぞれの保持プレートにおいては、ロータコアに当接していない側の端面に、それぞれ複数の第１オイルキャッチャおよび第２オイルキャッチャが回転軸方向に突出している。各々のオイルキャッチャは、保持プレートの内周端近傍から外周端近傍へと半径方向に直線状に延びている。ロータが回転すると、オイルキャッチャは、モータハウジング内のオイルを保持し、ロータの回転方向に撥ね上げることができる。

特開２０１４−０７２９２１号公報

しかしながら、特許文献１の技術には、ロータの回転によりオイルを撥ね上げ可能なオイル掻揚部（オイルキャッチャ）は径方向に延びるように形成されているとともに、回転軸方向に突出して凹凸変化の大きい断面形状を有しているので、ロータの回転抵抗が増加して回転電機の効率を低下させるという問題がある。

本発明は、上述した問題に鑑みてなされたものであり、ロータの回転抵抗を増加させることなく、オイルをステータコイルエンドへ効果的に噴射することができる回転電機を提供することを目的とする。

上記目的を達成するためになされた第一の発明は、ハウジング（２）に固定され端面に突出するコイルエンド（８）を有するステータコア（４）でなるステータ（３）と、回転軸方向にコアシートを積層してなり前記ステータの内孔面と間隙（Ｇ）をもって対向し回転可能となるよう前記ハウジングに軸支されるロータコア（６）及び前記ロータコアの両端面を挟持する一対のロータ側板（７ａ〜７ｇ）を有するロータ（５）とを備え、前記ハウジングの底部に少なくとも前記ロータコアの外周底面が浸かる範囲で冷却用オイル（ＣＬ）が貯留されている回転電機（１）において、各前記ロータ側板のいずれか一方又は双方は、前記ロータコアに当接しない外側の面に、内径側から外径側に向うにつれ前記ロータコア端面からの距離が増し軸方向全長が延びる方向に変化する凹面（１３）を備えるとともに、前記凹面に周方向の溝（１５）を備え、前記溝の前記ロータ側板（７ｄ）外周側の側壁は、前記ロータコアの回転軸に平行か又はそれより開放角度（θ）で外方に開いた面であることを特徴とする。
この構成によれば、回転電機（１）は、各ロータ側板（７ａ〜７ｇ）のいずれか一方又は双方が、ロータコア（６）に当接しない外側の面に、内径側から外径側に向うにつれロータコア（６）端面からの距離が増し軸方向全長が延びる方向に変化する凹面（１３）を備える。よって、ロータ側板（７ａ〜７ｇ）の凹面（１３）に付着したオイル（ＣＬ）は遠心力で凹面（１３）に沿って流れ、コイルエンド（８）の内周面に効果的に散布されるので、巻線（９）の冷却効果を向上させることが出来る。また、凹面（１３）の曲面がロータコア（６）とステータコア（４）間の間隙（Ｇ）から離れる方向に向いているため間隙（Ｇ）内にオイル（ＣＬ）が侵入し難いとともに、ロータ側板（７ａ〜７ｇ）の円周方向における凹凸変化が少ないのでロータ回転時の引き擦り損を抑制することができるという優れた効果を奏する。
また、ロータ側板（７ａ〜７ｇ）は、凹面（１３）に周方向の溝（１５）を備えている。そのため、ロータ側板（７ａ〜７ｇ）に設けた溝（１５）が、遠心力により外径方向に流動するオイル（ＣＬ）の抵抗となり流動速度が抑制されるので、ロータ（５）がオイル（ＣＬ）液面より離れる近傍のコイルエンド（８）からオイル（ＣＬ）液面に近づく側のコイルエンド（８）まで全周に渡りオイル（ＣＬ）をかけることができる。これにより、コイルエンド（８）全体の冷却効果を向上させることが出来る。
さらに、溝（１５）のロータ側板（７ｄ）外周側の側壁は、ロータコア（６）の回転軸に平行か又はそれより開放角度（θ）で外方に開いた面である。そのため、溝（１５）内に溜ったオイル（ＣＬ）が遠心力を受けた際、オイル（ＣＬ）は溝（１５）内に残留することなくコイルエンド（８）側に放出されるので、ロータ側板（７ｄ）に取り込んだオイル（ＣＬ）を無駄なくコイルエンド（８）に掛けることができ、冷却効果を向上させることが出来る。

上記目的を達成するためになされた第二の発明は、ハウジング（２）に固定され端面に突出するコイルエンド（８）を有するステータコア（４）でなるステータ（３）と、回転軸方向にコアシートを積層してなり前記ステータの内孔面と間隙（Ｇ）をもって対向し回転可能となるよう前記ハウジングに軸支されるロータコア（６）及び前記ロータコアの両端面を挟持する一対のロータ側板（７ａ〜７ｇ）を有するロータ（５）とを備え、前記ハウジングの底部に少なくとも前記ロータコアの外周底面が浸かる範囲で冷却用オイル（ＣＬ）が貯留されている回転電機（１）において、各前記ロータ側板のいずれか一方又は双方は、厚みが一定の板材で形成され、前記ロータコアに当接しない外側の面に、内径側から外径側に向うにつれ前記ロータコア端面からの距離が増し軸方向全長が延びる方向に変化する凹面（１３）を備えることを特徴とする。
この構成によれば、回転電機（１）は、各ロータ側板（７ａ〜７ｇ）のいずれか一方又は双方が、ロータコア（６）に当接しない外側の面に、内径側から外径側に向うにつれロータコア（６）端面からの距離が増し軸方向全長が延びる方向に変化する凹面（１３）を備える。よって、ロータ側板（７ａ〜７ｇ）の凹面（１３）に付着したオイル（ＣＬ）は遠心力で凹面（１３）に沿って流れ、コイルエンド（８）の内周面に効果的に散布されるので、巻線（９）の冷却効果を向上させることが出来る。また、凹面（１３）の曲面がロータコア（６）とステータコア（４）間の間隙（Ｇ）から離れる方向に向いているため間隙（Ｇ）内にオイル（ＣＬ）が侵入し難いとともに、ロータ側板（７ａ〜７ｇ）の円周方向における凹凸変化が少ないのでロータ回転時の引き擦り損を抑制することができるという優れた効果を奏する。
また、各ロータ側板（７ａ〜７ｇ）のいずれか一方又は双方は、厚みが一定の板材で形成されている。そのため、ロータ側板（７ａ〜７ｇ）は、安価な材料が使用できるとともに、凹面（１３）、平坦面（１４）、溝（１５）及びディンプル（１７）がプレス加工により安価且つ容易に製造でき、コスト低減を図ることができる。

本発明に係る回転電機の構成を模式的に示すとともに、第一参考例のロータ側板を示す縦断面図である。図１に記載された対向するステータとロータの右上角部を拡大して第二参考例のロータ側板を示す縦断面図である。第二参考例のロータ側板を示す斜視図である。第一実施態様のロータ側板の半片を示す断面斜視図である。第二実施態様のロータ側板をロータコアとともに示す縦断面図である。第二実施態様を実施しないロータ側板をロータコアとともに示す縦断面図である。第三参考例のロータ側板を示す斜視図である。第一実施態様又は第二実施態様に第三参考例を加えて実施する第三実施態様のロータ側板の半片を示す断面斜視図である。第四実施態様のロータ側板をロータコアとともに示す縦断面図である。第四実施態様の第一変形態様をロータコアとともに示す縦断面図である。第四実施態様の第二変形態様をロータコアとともに示す縦断面図である。

以下、本発明を具体化した各実施形態について、図面を参照しつつ説明する。但し、本明細書中の全図において相互に対応する部分又は同様な機能を有する部分には同一符号を付し、重複部分においては後述での説明を適宜省略する。

図１に示す本発明の実施形態に係る回転電機１は、車両などに多用される電動機又は発電機を対象としたものである。回転電機１は、ステータ３とロータ５とを備える。

図１に示すように、ステータ３は、円筒状のステータコア４と、その内周面に刻設したスロット１０に卷回された巻線９とからなり、液密に構成されたハウジング２の内周面に固定されている。銅線などでなる巻線９は、ステータコア４の端面から突出して折り返されコイルエンド８を形成する。ステータコア４は磁性体で形成され、例えば珪素鋼の薄板でなる電磁鋼板をロータ５の回転軸方向に積層して形成される。

ロータ５は、円柱状のロータコア６とその両端面に固着されロータコア６を挟持する環状のロータ側板７ａとを有し、ロータコア６の回転軸に固定されたシャフト１２及びベアリング１１によってステータコア４の内孔面と間隙Ｇをもって対向し回転可能となるようにハウジング２に軸支されている。ロータコア６は磁性体で形成され、例えばケイ素鋼の薄板でなるコアシートとしての電磁鋼板を回転軸方向に積層して形成される。ロータコア６の外周には、ステータコア４の積層厚に応じた適宜な間隔で貼り付け又は埋め込み等の手段により磁石が設けられている。

オイルＣＬは、少なくともロータコア６の外周底面が浸かり、ロータコア６のシャフト１２が浸からないような範囲内でハウジング２の底部に貯留されている。オイルＣＬは、絶縁性の冷媒であればその種類は問わず、トランスミッションオイル、エンジンオイル、油圧制御オイルなどが利用され得る。

（第一参考例）
図１に示すように、ロータコア６の両端面に固着される各ロータ側板７ａのいずれか一方又は双方は、ロータコア６に当接しない外側の面に、内径側から外径側に向うにつれロータコア６端面からの距離が増し軸方向全長が延びる方向に変化する凹面１３を備える。但し、図１は各ロータ側板７ａの双方に凹面１３を備えた例を示す。凹面１３は、円錐面、球面又は放物面などの他、それらを組み合わせたものであってもよく、滑らかに窪んだものであれば如何なる面であってもよい。凹面１３は、シャフト１２を遊嵌させるための中心開口を有する。尚、その中心開口近傍の凹面１３には、平坦な面を設けてもよい。ロータ側板７ａの外径は、ロータコア６の外径と同等か又はそれより小さくなっている。また、ロータ側板７ａの外周端部は、ステータコア４の端面より軸方向外側に突出している。

このように構成することにより、図１に示すように、ロータ側板７ａの凹面１３に付着したオイルＣＬは遠心力で凹面に沿って流れ、コイルエンド８の内周面に効果的に散布されるので、巻線９の冷却効果を向上させることが出来る。また、凹面１３の曲面がロータコア６とステータコア４間の間隙Ｇから離れる方向に向き、ロータ側板７ａの外周端部が、ステータコア４の端面より軸方向外側に突出しているため間隙Ｇ内にオイルＣＬが侵入し難いとともに、ロータ側板７ａの軸方向における凹凸変化が少ないので引き擦り損を抑制することができる。

（第二参考例）
図２及び図３に示すように、ロータ側板７ｂの凹面１３側の外周端部には、ロータコア６の回転軸に直交する平面として凹面１３に連接しロータ側板７ｂの外周に交わる環状の平坦面１４が設けられている。但し図示しないが、平坦面１４は、環状ではなく等間隔の円弧状でなるものであってもよい。その他の事項は第一参考例と同様である。

このように構成することにより、掻揚げたオイルＣＬがロータ側板７ｂの平坦面１４に沿って噴射されコイルエンド８の軸方向に広い範囲へオイルＣＬが散布されるので冷却効果を向上させることが出来る。

（第一実施態様）
図４に示すように、ロータ側板７ｃの凹面１３に周方向の溝１５が複数設けられている。溝１５は、円環状として図示するが、図示しない円弧状であってもよい。溝１５の断面形状は、矩形として図示するが、半円状又はＵ字状などであってもよい。また、溝１５の寸法及び個数などは適宜に設定され得るものである。その他の事項は第一参考例と同様である。

このように構成することにより、ロータ側板７ｃに設けた溝１５が、遠心力により外径方向に流動するオイルＣＬの抵抗となり流動速度が抑制され、ロータ５がオイルＣＬ液面より離れる近傍のコイルエンド８からオイルＣＬ液面に近づく側のコイルエンド８まで全周に渡りオイルＣＬをかけることができコイルエンド８全体の冷却効果を向上させることが出来る。

（第二実施態様）
図５に示すように、第一実施態様における溝１５のロータ側板７ｄ外周側の側壁は、ロータコア６の回転軸に平行か又はそれより開放角度θで外方に開いた面となっている。その他の事項は第一参考例と同様である。

このように構成することにより、溝１５内に溜ったオイルＣＬが遠心力を受けた際、図６に示す残留オイル１６のように、オイルＣＬは溝１５内に残留することなくコイルエンド８側に放出されるため、ロータ側板７ｄに取り込んだオイルＣＬを無駄なくコイルエンド８に掛けることができ冷却効果を向上させることが出来る。尚、図６に示すように、溝１５のロータ側板７ｄ外周側側壁の開放角度θが負となり側壁が内方へ向いたときに、残留オイル１６が生成される。

（第三参考例）
図７に示すように、ロータ側板７ｅの凹面１３には、ディンプル１７が設けられている。ディンプル１７の寸法、形状及び個数などは適宜に設定され得るものである。その他の事項は第一参考例と同様である。

このように構成することにより、ロータ側板７ｅの凹面１３におけるオイルＣＬの流動抵抗が増加しロータ側板７ｅにオイルＣＬが留まる時間を伸ばすことができるので、コイルエンド８内周面の広い範囲にオイルＣＬをかけることができ冷却効果を向上させることが出来る。

（第三実施態様）
図８に示すように、第三実施態様は、第一参考例に第一実施態様又は第二実施態様と第三参考例とを加えて実施するものである。このように、第一参考例又は第二参考例に第一実施態様、第二実施態様及び第三参考例のいずれか一又は任意に組み合わせた二を加えて実施することができる。

このように構成することにより、溝１５とディンプル１７によりロータ側板７ｆの凹面１３におけるオイルＣＬの流動速度が抑制されるとともに流性抵抗が増加しロータ側板７ｆにオイルＣＬが留まる時間を伸ばすことができるので、コイルエンド８内周面の広い範囲にオイルＣＬをかけることができ冷却効果を向上させることが出来る。

（第四実施態様）
図９に示すように、第四実施態様は、凹面１３が形成されたロータ側板７ｇを厚みが一
定の板材で構成したものである。尚、ロータ側板７ｇは、シャフト１２を挿通する中心開
口の近傍にロータコア６を挟持するための平坦な面を備えている。

このように構成することにより、ロータ側板７ｇは、安価な材料が使用できるとともに、図９、図１０及び図１１に示すように、凹面１３、平坦面１４、溝１５及びディンプル１７がプレス加工により安価且つ容易に製造でき、コスト低減を図ることができる。

以上詳述したことから明らかなように、本実施形態の回転電機１は、各ロータ側板７ａ〜７ｇのいずれか一方又は双方が、ロータコア６に当接しない外側の面に、内径側から外径側に向うにつれロータコア６端面からの距離が増し軸方向全長が延びる方向に変化する凹面１３を備える。

そのため、ロータ側板７ａ〜７ｇの凹面１３に付着したオイルＣＬは遠心力で凹面１３に沿って流れ、コイルエンド８の内周面に効果的に散布されるので、巻線９の冷却効果を向上させることが出来る。また、凹面１３の曲面がロータコア６とステータコア４間の間隙Ｇから離れる方向に向いているため間隙Ｇ内にオイルＣＬが侵入し難いとともに、ロータ側板７ａ〜７ｇの円周方向における凹凸変化が少ないのでロータ回転時の引き擦り損を抑制することができるという優れた効果を奏する。

また、ロータ側板７ｂは、凹面１３側の外周端部に、ロータコア６の回転軸に直交する平面としての平坦面１４を備えるので、掻揚げたオイルＣＬがロータ側板７ｂの平坦面１４に沿って噴射されコイルエンド８の軸方向に広い範囲へオイルＣＬが散布され冷却効果を向上させることが出来る。

また、ロータ側板７ｃは、凹面１３に周方向の溝１５を備えるので、溝１５が、流動するオイルＣＬの抵抗となり流動速度が抑制され、ロータ５がオイルＣＬ液面より離れる近傍のコイルエンド８からオイルＣＬ液面に近づく側のコイルエンド８まで全周に渡りオイルＣＬをかけることができコイルエンド８全体の冷却効果を向上させることが出来る。

また、溝１５のロータ側板７ｄ外周側の側壁は、ロータコア６の回転軸に平行か又はそれより開放角度θで外方に開いた面であるから、ロータ側板７ｄに取り込んだオイルＣＬを無駄なくコイルエンド８に掛けることができ冷却効果を向上させることが出来る。

また、ロータ側板７ｅは、凹面１３にディンプル１７を備えるので、ロータ側板７ｅの凹面１３におけるオイルＣＬの流動抵抗が増加しロータ側板７ｅにオイルＣＬが留まる時間を伸ばすことができ、コイルエンド８内周面の広い範囲にオイルＣＬをかけることができて冷却効果を向上させることが出来る。

また、ロータ側板７ｇは、厚みが一定の板材で形成されるので、安価な材料が使用できるとともに、プレス加工で製造でき、コスト低減を図ることができる。

また、ロータ側板７ａ〜７ｇの外周端部は、ステータコア４の端面より軸方向外側に突出しているので、ロータコア６とステータコア４間の間隙ＧへのオイルＣＬ浸入が抑制され引きずり損を低減することができる。

なお、本発明は、当業者の知識に基づいて様々な変更、修正、改良等を加えた態様において実施され得るものを含む。また、前記変更等を加えた実施態様が、本発明の趣旨を逸脱しない限りいずれも本発明の範囲内に含まれるものであることは言うまでもない。

１回転電機
２ハウジング
３ステータ
４ステータコア
５ロータ
６ロータコア
７ａ〜７ｇロータ側板
８コイルエンド
１３凹面
１４平坦面
１５溝
１７ディンプル
ＣＬオイル
Ｇ間隙
θ 開放角度

Claims

ハウジング（２）に固定され端面に突出するコイルエンド（８）を有するステータコア（４）でなるステータ（３）と、回転軸方向にコアシートを積層してなり前記ステータの内孔面と間隙（Ｇ）をもって対向し回転可能となるよう前記ハウジングに軸支されるロータコア（６）及び前記ロータコアの両端面を挟持する一対のロータ側板（７ａ〜７ｇ）を有するロータ（５）とを備え、前記ハウジングの底部に少なくとも前記ロータコアの外周底面が浸かる範囲で冷却用オイル（ＣＬ）が貯留されている回転電機（１）において、
各前記ロータ側板のいずれか一方又は双方は、前記ロータコアに当接しない外側の面に、内径側から外径側に向うにつれ前記ロータコア端面からの距離が増し軸方向全長が延びる方向に変化する凹面（１３）を備えるとともに、前記凹面に周方向の溝（１５）を備え、前記溝の前記ロータ側板（７ｄ）外周側の側壁は、前記ロータコアの回転軸に平行か又はそれより開放角度（θ）で外方に開いた面であることを特徴とする回転電機。
ハウジング（２）に固定され端面に突出するコイルエンド（８）を有するステータコア（４）でなるステータ（３）と、回転軸方向にコアシートを積層してなり前記ステータの内孔面と間隙（Ｇ）をもって対向し回転可能となるよう前記ハウジングに軸支されるロータコア（６）及び前記ロータコアの両端面を挟持する一対のロータ側板（７ａ〜７ｇ）を有するロータ（５）とを備え、前記ハウジングの底部に少なくとも前記ロータコアの外周底面が浸かる範囲で冷却用オイル（ＣＬ）が貯留されている回転電機（１）において、
各前記ロータ側板のいずれか一方又は双方は、厚みが一定の板材で形成され、前記ロータコアに当接しない外側の面に、内径側から外径側に向うにつれ前記ロータコア端面からの距離が増し軸方向全長が延びる方向に変化する凹面（１３）を備えることを特徴とする回転電機。
前記ロータ側板（７ｂ）は、前記凹面側の外周端部に、前記ロータコアの回転軸に直交する平面としての平坦面（１４）を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の回転電機。
前記ロータ側板（７ｅ）は、前記凹面にディンプル（１７）を備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の回転電機。
前記ロータ側板の外周端部は、前記ステータコアの端面より軸方向外側に突出していることを特徴とする請求項１及至４のいずれか１項に記載の回転電機。