JP6651496B2

JP6651496B2 - 回転電機

Info

Publication number: JP6651496B2
Application number: JP2017246038A
Authority: JP
Inventors: 大樹梶野
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2017-12-22
Filing date: 2017-12-22
Publication date: 2020-02-19
Anticipated expiration: 2037-12-22
Also published as: CN109962578B; CN109962578A; JP2019115142A

Description

本発明は、永久磁石を有するロータと、ロータを回転駆動するステータとを備える回転電機に関し、特に冷却油によってロータ及びステータ巻線の冷却を行う回転電機に関する。

特許文献１には、ステータと、ステータの内側において回転軸に固定され、ステータが生成する磁束によって回転するロータとを備え、ロータは、閉塞端及び開口端を有する筒状部材に永久磁石を取り付けて構成された回転電機が示されている。この回転電機は、回転軸の一端側から筒状部材の閉塞端へ冷却油が供給され、筒状部材の閉塞端に設けられた２つの貫通孔を介して、筒状部材の内側に冷却油が流入するように構成されている。この構成によって、筒状部材の内側に配置された部材やロータに取り付けられた永久磁石の冷却が行われる。

特開２０１５−７０６５６号公報

回転電機の回転速度が比較的低い低回転速度領域（例えば４０００ｒｐｍ以下の領域）では、永久磁石の温度を低くすることが出力トルク特性の向上に寄与するが、中回転速度領域（例えば４０００〜６０００ｒｐｍの領域）では、永久磁石の冷却を抑制することによって永久磁石が生成する磁束密度を低下させて、弱め界磁電流を低減すること望ましく、さらに高回転速度領域（例えば６０００ｒｐｍ以上の領域）では、永久磁石の温度上昇が大きくなるため、永久磁石の冷却を十分に行う必要がある。すなわち、回転速度に依存して主たる冷却部位を変化させるという冷却要求を満たすことが求められる。

上記従来の回転電機の構成では、回転速度領域毎に異なる冷却要求を十分に満たすように冷却油を供給することは困難であった。

本発明はこの点に着目してなされたものであり、回転速度に依存して変化する要冷却部位を、適切に冷却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請求項１に記載の発明は、ケーシング（２）に固定され、磁束を生成するステータ（８）と、前記ケーシングに回転可能に支持された回転軸（３）と、前記ステータ（８）の内側において前記回転軸（３）に固定され、前記ステータ（８）が生成する磁束によって回転するロータ（４）とを備える回転電機（１）であって、前記ロータ（８）は、閉塞端及び開口端を有する筒状部材であって、前記閉塞端側で前記回転軸（３）に固定された筒状部材（５）と、該筒状部材（５）の外周部に取り付けられた永久磁石（６）とを備え、前記筒状部材（５）の閉塞端に冷却油を供給する冷却油供給手段（１２，１４）と、前記閉塞端に設けられ、前記ロータ（４）の回転速度に応じて前記冷却油の主たる供給先を変更する供給先変更手段とを備え、前記供給先変更手段は、前記閉塞端を閉塞する底部（２１）に設けられ、前記冷却油が前記筒状部材（５）の内側に流入する第１及び第２流入孔（２２，２３）と、前記底部（２１）の前記第１及び第２流入孔（２２，２３）の径方向外側に、前記回転軸（３）と同心円状に設けられ、前記閉塞端から前記冷却油供給手段側へ突出した第１及び第２突出部（２４，２５）と、前記第１突出部（２４）と第２突出部（２５）との間に前記回転軸（３）と同心状に設けられ、前記閉塞端から前記冷却油供給手段側へ突出した第３突出部（２６）と、該第３突出部（２６）の径方向内側に設けられた第３流入孔（２７）と、該第３流入孔（２７）から前記底部（２１）の内部を通り、前記底部（２１）の径方向外側に開口する冷却油通路（２８）とによって構成され、前記第２流入孔（２３）は前記第１流入孔（２２）の径方向外側に配置されるとともに、前記第３突出部（２６）の突出量（ＰＸ３）は、前記第１突出部の突出量（ＰＸ１）より大きく、かつ前記第２突出部（２５）の突出量（ＰＸ２）は前記第３突出部の突出量（ＰＸ３）より大きいものであり、前記回転速度が比較的低い低速運転状態、及び前記回転速度が比較的高い高速運転状態では、主として前記筒状部材（５）の内側において、前記永久磁石（６）の取り付け部に向けて前記冷却油を供給し、前記回転速度が前記低速運転状態と高速運転状態との間の回転速度である中速運転状態では、主として前記ステータ（８）の巻線（８ａ）に向けて前記冷却油を供給することを特徴とする。

この構成によれば、回転速度が比較的低い低速運転状態、及び回転速度が比較的高い高速運転状態では、主として筒状部材の内側において永久磁石の取り付け部に向けて冷却油が供給され、回転速度が低速運転状態と高速運転状態との間の回転速度である中速運転状態では、主としてステータの巻線に向けて冷却油が供給されるので、上述した冷却要求を満たし、回転速度領域に対応して適切な冷却を行うことができる。すなわち、低速運転状態では、冷却油に加わる遠心力が比較的小さいため、第１突出部から第１流入孔を介して筒状部材の内側に冷却油が流入し、永久磁石の冷却が促進される。高速運転状態では、冷却油に加わる遠心力が比較的大きいため、第２突出部から第２流入孔を介して筒状部材の内側に冷却油が流入し、永久磁石の冷却が促進される。一方中速運転状態では、第３突出部及び冷却油通路を介して、冷却油がロータの径方向外側に位置するステータの巻線に供給され、巻線の冷却が促進される。

請求項２に記載の発明は、ケーシング（２）に固定され、磁束を生成するステータ（８）と、前記ケーシングに回転可能に支持された回転軸（３）と、前記ステータ（８）の内側において前記回転軸（３）に固定され、前記ステータ（８）が生成する磁束によって回転するロータ（４）とを備える回転電機（１）であって、前記ロータ（８）は、閉塞端及び開口端を有する筒状部材であって、前記閉塞端側で前記回転軸（３）に固定された筒状部材（５）と、該筒状部材（５）の外周部に取り付けられた永久磁石（６）とを備え、前記筒状部材（５）の閉塞端に冷却油を供給する冷却油供給手段（１２，１４）と、前記閉塞端に設けられ、前記ロータ（４）の回転速度に応じて前記冷却油の主たる供給先を変更する供給先変更手段とを備え、前記供給先変更手段は、前記閉塞端を閉塞する底部（２１ａ）と、径方向外側へ向かう付勢力を有する薄板帯状の第１弾性部材（４２）と、該第１弾性部材（４２）を径方向内側へ向けて付勢する第２弾性部材（４３）とによって構成され、前記底部（２１ａ）は、前記冷却油が前記筒状部材（５ａ）の内側に流入する第１及び第２流入孔（４４，４５）と、前記第２流入孔（４５）の径方向外側に、前記回転軸（３）と同心円状に設けられ、前記閉塞端から前記冷却油供給手段側へ突出した第１突出部（４６）と、前記回転軸（３）に接する位置において前記回転軸（３）と同心円状に設けられ、前記閉塞端から前記冷却油供給手段側へ突出した第２突出部（４７）と、前記閉塞端の前記冷却油供給手段側に前記閉塞端から離間して配置され、前記第１流入孔（４４）と第２流入孔（４５）との間において前記閉塞端に対向する位置に前記回転軸（３）と同心状に設けられた環状部材（４１）とを備え、前記環状部材（４１）は前記第２突出部（４７）から径方向外側方向へ延びる支持部（４１ａ）によって支持されており、前記第１弾性部材（４２）は、前記第１突出部（４６）の径方向内側において前記回転軸（３）を囲む位置に前記回転速度が高くなるほど実質的な直径が増加可能に配設され、前記第２弾性部材（４３）は、前記第１弾性部材（４２）と前記第１突出部（４６）との間に配設され、前記第２流入孔（４５）は前記第１流入孔（４４）の径方向外側に配置されるとともに、前記第１弾性部材（１３）は前記第２流入孔（４５）を閉塞可能な厚みを有し、前記低速運転状態では前記第１弾性部材（４２）が前記環状部材（４１）と前記閉塞端との間隙を閉塞し、前記中速運転状態では前記第１弾性部材（４２）が前記第２流入孔（４５）を閉塞し、前記高速運転状態では前記第１弾性部材（４２）が前記第２流入孔（４５）の径方向外側に位置するように、前記第１及び第２弾性部材（４２，４３）の付勢力が設定されているものであり、前記回転速度が比較的低い低速運転状態、及び前記回転速度が比較的高い高速運転状態では、主として前記筒状部材（５）の内側において、前記永久磁石（６）の取り付け部に向けて前記冷却油を供給し、前記回転速度が前記低速運転状態と高速運転状態との間の回転速度である中速運転状態では、主として前記ステータ（８）の巻線（８ａ）に向けて前記冷却油を供給することを特徴とする。

この構成によれば、回転速度が比較的低い低速運転状態、及び回転速度が比較的高い高速運転状態では、主として筒状部材の内側において永久磁石の取り付け部に向けて冷却油が供給され、回転速度が低速運転状態と高速運転状態との間の回転速度である中速運転状態では、主としてステータの巻線に向けて冷却油が供給されるので、上述した冷却要求を満たし、回転速度領域に対応して適切な冷却を行うことができる。すなわち、低速運転状態では第１弾性部材によって環状部材と閉塞端との間隙が閉塞されるため、冷却油が主として第１流入孔を介して永久磁石の取り付け部に供給され、高速運転状態では、第１弾性部材の実質的な直径が遠心力によって拡大し、第１弾性部材が第２流入孔の径方向外側に位置するので、冷却油が主として第２流入孔を介して永久磁石の取り付け部に供給される。したがって、低速運転状態及び高速運転状態では、永久磁石の冷却が促進される。一方中速運転状態では、第１弾性部材によって第２流入孔が閉塞され、冷却油に作用する遠心力は低速運転状態より大きいので、冷却油が第１弾性部材を迂回してステータの巻線に供給され、巻線の冷却が促進される。

本発明の第１実施形態にかかる回転電機の要部断面図である。筒状部材（５）をより詳細に説明するための図である。本発明の第２実施形態にかかる供給先変更手段を説明するための図である（低速運転状態）。本発明の第２実施形態にかかる供給先変更手段を説明するための図である（中速運転状態）。本発明の第２実施形態にかかる供給先変更手段を説明するための図である（高速運転状態）。

以下本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
［第１実施形態］
図１は本発明の一実施形態にかかる回転電機の要部断面図であり、回転電機１は、ケーシング２に固定され、磁束を生成するステータ８と、軸受（図示せず）を介してケーシング２に回転可能に支持された回転軸３と、ステータ８の内側において回転軸３に固定され、ステータ８が生成する磁束によって回転するロータ４と、ケーシング２に固定されたサイドカバー１１とを備える。

ロータ４は、閉塞端及び開口端を有する筒状部材５であって、閉塞端側で回転軸３に固定された筒状部材５と、筒状部材５の外周部に取り付けられたロータ本体７とによって構成される。ロータ本体７は、磁性材からなる基部７ａ及び永久磁石６を備える。ステータ８には巻線８ａが巻回されている。

サイドカバー１１には、ケーシング２内に配置されるロータ本体７及びステータ８（巻線８ａ）などを冷却するための冷却油を供給する冷却油通路１２が形成されており、流入孔１３には図示しない冷却油ポンプ及び油路によって、冷却油が供給される。冷却油通路１２に流入した冷却油は吐出孔１４から吐出され、回転軸３の内部に設けられた通路１５に流入するとともに、回転電機１の作動中は遠心力によってロータ本体７及びステータ８（巻線８ａ）に冷却油が供給される。筒状部材５の内部、及びケーシング２内の空間３０には、回転軸３のトルクを伝達する機構が設けられているが、本発明と直接関係がないため図示を省略している。回転軸３には通路１５と空間３０とを連通する吐出孔１６が設けられており、冷却油が図示しない機構へ潤滑油として供給される。

図２は筒状部材５をより詳細に説明するための図であり、同図（ａ）は図１の左方向からみた筒状部材５の正面図であり、同図（ｂ）は同図（ａ）に示すＡ−Ａ線断面図（図１の一部に相当、ロータ本体７を含む）であり、同図（ｃ）は同図（ａ）に示すＢ−Ｂ線断面図（ロータ本体７、ステータ８、及び巻線８ａを含み、回転軸３の上側部分のみを示す）のである。

筒状部材５の閉塞端を閉塞する底部２１には、冷却油が筒状部材５の内側に流入する４個の第１流入孔２２及び４個の第２流入孔２３と、第１流入孔２２の径方向外側に、回転軸３と同心円状に設けられ、閉塞端からサイドカバー１１側へ突出した第１突出部２４と、第２流入孔２３の径方向外側に、回転軸３と同心円状に設けられ、閉塞端からサイドカバー１１側へ突出した第２突出部２５と、第１突出部２４と第２突出部２５との間に回転軸３と同心状に設けられ、閉塞端からサイドカバー１１側へ突出した第３突出部２６と、第３突出部２６の径方向内側に設けられた４個の第３流入孔２７と、第３流入孔２７から底部２１の内部を通り、底部２１の径方向外側に開口する冷却油通路２８とが設けられている。

第２流入孔２３は第１流入孔２２の径方向外側に配置されるとともに、第３突出部２６の突出量ＰＸ３は、第１突出部２２の突出量ＰＸ１より大きく、かつ第２突出部２５の突出量ＰＸ２は第３突出部の突出量ＰＸ３より大きくなるように構成されている。

図２に示した構成によれば、回転電機１が比較的低い回転速度（例えば４０００ｒｐｍ以下）で回転する低速運転状態では、冷却油に加わる遠心力が比較的小さいため、図２（ｂ）に実線の矢線（矢印を付した線）で示すように、主として第１突出部２４から第１流入孔２２を介して筒状部材５の内側に冷却油が流入し、永久磁石６の冷却が促進される。回転電機１が比較的高い回転速度（例えば６０００ｒｐｍ以上）で回転する高速運転状態では、冷却油に加わる遠心力が比較的大きいため、図２（ｂ）に破線の矢線で示すように、主として第２突出部２５から第２流入孔２３を介して筒状部材５の内側に冷却油が流入し、低速運転状態と同様に永久磁石６の冷却が促進される。一方中速運転状態（例えば回転速度が４０００から６０００ｒｐｍまでの範囲内にある状態）では、図２（ｃ）に実線の矢線で示すように、主として第３突出部２６、第３流入孔２７、及び冷却油通路２８を介して、冷却油がロータ本体７の径方向外側に位置するステータ８の巻線８ａに供給され、巻線８ａの冷却が促進される。その結果、低速運転状態及び高速運転状態において永久磁石６の冷却を促進し、中速運転状態ではステータ巻線８ａの冷却を促進するという回転速度に応じた冷却要求を満たすことができる。

本実施形態では、サイドカバー１１及び冷却油通路１２によって冷却油供給手段が構成され、筒状部材５の底部２１に設けられた第１〜第３突出部２４，２５，２６、第１及び第２流入孔２２，２３、第３流入孔２７、及び冷却油通路２８が、供給先変更手段を構成する。

［第２実施形態］
図３〜図５は、本発明の第２実施形態にかかる供給先変更手段を説明するための図であり、図３，図４，及び図５は、それぞれ回転電機１の低速運転状態、中速運転状態、及び高速運転状態に対応する。これらの図において各図（ａ）は、図１の左方向からみた筒状部材５を筒状部材５ａに代えた場合の正面図であり、各図（ｂ）は同図（ａ）に示すＡ−Ａ線断面図（ロータ本体７を含む）であり、図３（ｃ）は同図（ａ）に示すＢ−Ｂ線断面図（ロータ本体７を含む）である。なお、図４（ｂ）にはステータ８及び巻線８ａも示されている。

本実施形態では、供給先変更手段は、第１実施形態における筒状部材５を変形した筒状部材５ａの底部２１ａと、径方向外側へ向かう付勢力を有する薄板帯状の第１弾性部材４２と、第１弾性部材４２を径方向内側へ付勢する第２弾性部材４３とによって構成される。第１及び第２弾性部材４２，４３は、例えばステンレススチールで構成され、フォイル軸受を構成するトップフォイル及びバンプフォイル（バックフォイル）として知られているものと同様のものが適用可能である。

底部２１ａは、冷却油が筒状部材５ａの内側に流入する流入孔であって、それぞれ４個ずつ設けられた第１流入孔４４及び第２流入孔４５と、第２流入孔４５の径方向外側に、回転軸３と同心円状に設けられ、閉塞端からサイドカバー１１側へ突出した第１突出部４６と、回転軸３に接する位置において回転軸３と同心円状に設けられ、閉塞端からサイドカバー１１側へ突出した第２突出部４７と、閉塞端のサイドカバー１１側に閉塞端から離間して配置され、第１流入孔４４と第２流入孔４５との間において閉塞端に対向する位置に回転軸３と同心状に設けられた環状部材４１とを備え、環状部材４１は第２突出部４７から径方向外側方向へ延びる支持部４１ａによって支持されている。

第１弾性部材４２は、第１突出部４６の径方向内側において回転軸３を囲む位置に、回転速度が高くなるほど遠心力によって実質的な直径が増加可能に配設されている。第２弾性部材４３は、第１弾性部材４２と第１突出部４６との間に配設されている。第２流入孔４５は第１流入孔４４の径方向外側に配置されるとともに、第１弾性部材４２は第２流入孔４５を閉塞可能な厚みを有する。

回転電機１の低速運転状態では図３に示すように、第１弾性部材４２が環状部材４１と閉塞端との間隙を閉塞し、中速運転状態では図４に示すように第１弾性部材４２が第２流入孔４５を閉塞し、高速運転状態では図５に示すように第１弾性部材４２が第２流入孔４５の径方向外側に位置するように、第１及び第２弾性部材４２，４３の付勢力が設定されている。なお、図３（ａ）において第１弾性部材４２は、環状部材４１によって見えない部分が太い破線で示されている。また図５（ａ）においては第２弾性部材４３は破線で示されている。

以上ような構成によれば、低速運転状態では図３（ｂ）に矢線で示すように、冷却油が主として第１流入孔４４を介して永久磁石６の取り付け部に供給され、高速運転状態では図５（ｂ）に矢線で示すように、冷却油が主として第２流入孔４５を介して永久磁石６の取り付け部に供給され、中速運転状態では図４（ｂ）に矢線で示すように、冷却油が主として第１弾性部材４２を迂回してステータ８の巻線８ａに供給される。その結果、低速運転状態及び高速運転状態において永久磁石６の冷却を促進し、中速運転状態ではステータ巻線８ａの冷却を促進するという回転速度に応じた冷却要求を満たすことができる。

本実施形態では、筒状部材５ａの底部２１ａに設けられた第１及び第２突出部４６，４７と、第１及び第２流入孔４４，４５と、環状部材４１と、第１及び第２弾性部材４２，４３とによって、供給先変更手段が構成される。

なお、上述した実施形態では底部２１または２１ａに設ける流入孔２２，２３等の数は「４」としたが、これに限るものではなく、必要とされる冷却効果に応じて適宜変更可能である。

１回転電機
２ケーシング
３回転軸
５筒状部材
６永久磁石
７ロータ本体
８ステータ
８ａ巻線
１１サイドカバー
１２冷却油通路
２１，２１ａ底部
２２第１流入孔
２３第２流入孔
２４第１突出部
２５第２突出部
２６第３突出部
２７第３流入孔
２８冷却油通路
４１環状部材
４２第１弾性部材
４３第２弾性部材
４４第１流入孔
４５第２流入孔
４６第１突出部
４７第２突出部

Claims

ケーシングに固定され、磁束を生成するステータと、前記ケーシングに回転可能に支持された回転軸と、前記ステータの内側において前記回転軸に固定され、前記ステータが生成する磁束によって回転するロータとを備える回転電機であって、
前記ロータは、閉塞端及び開口端を有する筒状部材であって、前記閉塞端側で前記回転軸に固定された筒状部材と、該筒状部材の外周部に取り付けられた永久磁石とを備え、
前記筒状部材の閉塞端に冷却油を供給する冷却油供給手段と、
前記閉塞端に設けられ、前記ロータの回転速度に応じて前記冷却油の主たる供給先を変更する供給先変更手段とを備え、
前記供給先変更手段は、前記閉塞端を閉塞する底部に設けられ、前記冷却油が前記筒状部材の内側に流入する第１及び第２流入孔と、前記底部の前記第１及び第２流入孔の径方向外側に、前記回転軸と同心円状に設けられ、前記閉塞端から前記冷却油供給手段側へ突出した第１及び第２突出部と、前記第１突出部と第２突出部との間に前記回転軸と同心状に設けられ、前記閉塞端から前記冷却油供給手段側へ突出した第３突出部と、該第３突出部の径方向内側に設けられた第３流入孔と、該第３流入孔から前記底部の内部を通り、前記底部の径方向外側に開口する冷却油通路とによって構成され、
前記第２流入孔は前記第１流入孔の径方向外側に配置されるとともに、前記第３突出部の突出量は、前記第１突出部の突出量より大きく、かつ前記第２突出部の突出量は前記第３突出部の突出量より大きいものであり、
前記回転速度が比較的低い低速運転状態、及び前記回転速度が比較的高い高速運転状態では、主として前記筒状部材の内側において、前記永久磁石の取り付け部に向けて前記冷却油を供給し、前記回転速度が前記低速運転状態と高速運転状態との間の回転速度である中速運転状態では、主として前記ステータの巻線に向けて前記冷却油を供給することを特徴とする回転電機。
ケーシングに固定され、磁束を生成するステータと、前記ケーシングに回転可能に支持された回転軸と、前記ステータの内側において前記回転軸に固定され、前記ステータが生成する磁束によって回転するロータとを備える回転電機であって、
前記ロータは、閉塞端及び開口端を有する筒状部材であって、前記閉塞端側で前記回転軸に固定された筒状部材と、該筒状部材の外周部に取り付けられた永久磁石とを備え、
前記筒状部材の閉塞端に冷却油を供給する冷却油供給手段と、
前記閉塞端に設けられ、前記ロータの回転速度に応じて前記冷却油の主たる供給先を変更する供給先変更手段とを備え、
前記供給先変更手段は、前記閉塞端を閉塞する底部と、径方向外側へ向かう付勢力を有する薄板帯状の第１弾性部材と、該第１弾性部材を径方向内側へ向けて付勢する第２弾性部材とによって構成され、
前記底部は、前記冷却油が前記筒状部材の内側に流入する第１及び第２流入孔と、前記第２流入孔の径方向外側に、前記回転軸と同心円状に設けられ、前記閉塞端から前記冷却油供給手段側へ突出した第１突出部と、前記回転軸に接する位置において前記回転軸と同心円状に設けられ、前記閉塞端から前記冷却油供給手段側へ突出した第２突出部と、前記閉塞端の前記冷却油供給手段側に前記閉塞端から離間して配置され、前記第１流入孔と第２流入孔との間において前記閉塞端に対向する位置に前記回転軸と同心状に設けられた環状部材とを備え、前記環状部材は前記第２突出部から径方向外側方向へ延びる支持部によって支持されており、
前記第１弾性部材は、前記第１突出部の径方向内側において前記回転軸を囲む位置に前記回転速度が高くなるほど実質的な直径が増加可能に配設され、前記第２弾性部材は、前記第１弾性部材と前記第１突出部との間に配設され、
前記第２流入孔は前記第１流入孔の径方向外側に配置されるとともに、前記第１弾性部材は前記第２流入孔を閉塞可能な厚みを有し、
前記低速運転状態では前記第１弾性部材が前記環状部材と前記閉塞端との間隙を閉塞し、前記中速運転状態では前記第１弾性部材が前記第２流入孔を閉塞し、前記高速運転状態では前記第１弾性部材が前記第２流入孔の径方向外側に位置するように、前記第１及び第２弾性部材の付勢力が設定されているものであり、
前記回転速度が比較的低い低速運転状態、及び前記回転速度が比較的高い高速運転状態では、主として前記筒状部材の内側において、前記永久磁石の取り付け部に向けて前記冷却油を供給し、前記回転速度が前記低速運転状態と高速運転状態との間の回転速度である中速運転状態では、主として前記ステータの巻線に向けて前記冷却油を供給することを特徴とする回転電機。