JP6847136B2 - 回転電機 - Google Patents
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Description
回転電機は、作動に伴って熱を発生するため、冷媒によって冷却される。例えば、ロータの内部には、径方向内側から径方向外側に向かって冷媒流路が設けられている。例えば、ロータ内周部に一旦溜められた冷媒をロータの回転に伴う遠心力により冷媒流路を介して径方向内側から径方向外側に向けて移動させることで、冷媒により回転電機を冷却している。
(2)本発明の一態様において、前記冷媒通路溝において前記外周縁と接する部分の深さ
(例えば、実施形態における径方向外溝深さD1)は、前記冷媒通路溝において前記冷媒
流通孔と接する部分の深さ(例えば、実施形態における径方向内溝深さD2)以下であっ
てもよい。
上記(2)の態様によれば、冷媒通路溝において外周縁と接する部分の深さが冷媒通路溝において冷媒流通孔と接する部分の深さ以下であることで、冷媒通路溝において外周縁と接する部分の深さが冷媒通路溝において冷媒流通孔と接する部分の深さより深い場合と比較して、冷媒通路溝において外周縁と接する部分を流れる冷媒の流速を大きくすることができる。そのため、ロータの回転に伴う遠心力により、冷媒通路溝を流れる冷媒を径方向外方により一層飛び出しやすくすることができる。加えて、冷媒通路溝の深さを調整することで、端面板の重量バランスを調整することができる。
<回転電機>
図1は、第一実施形態に係る回転電機1の全体構成を示す概略構成図である。図1は、軸線Cを含む仮想平面で切断した断面を含む図である。
図1に示すように、回転電機1は、ケース2、ステータ3、ロータ4、出力シャフト5、および冷媒供給機構(不図示)を備える。
ステータコア11は、軸線Cと同軸に配置された筒状をなしている。ステータコア11は、ケース2の内周面に固定されている。例えば、ステータコア11は、電磁鋼板が軸方向に積層されて構成されている。なお、ステータコア11は、金属磁性粉末を圧縮成形した、いわゆる圧粉コアであってもよい。
図2に示すように、端面板23は、ロータ内部流路14(図1参照)に連通する冷媒流通孔30と、冷媒流通孔30と端面板23の外周縁23aとをつなぐ冷媒通路溝31と、を有する。冷媒流通孔30および冷媒通路溝31は、周方向に間隔をあけて複数(例えば本実施形態では12個)配置されている。
軸方向から見て、冷媒流通孔30は、径方向外側に頂部30aを有する三角形状をなしている。軸方向から見て、冷媒流通孔30の各角部は、角丸形状を有する。軸方向から見て、頂部30aは、径方向外側に凸の湾曲形状を有する。図中符号K1は、出力シャフト5の軸心(図1に示す軸線C)と冷媒流通孔30の頂部30a(径方向外端)とを通る仮想直線を示す。軸方向から見て、冷媒流通孔30は、仮想直線K1を対称軸とする線対称に形成されている。
断面視で、冷媒通路溝31の深さDgは、径方向で実質的に同じ深さである。ここで、冷媒通路溝31の深さDgは、軸方向において端面板23の表面と冷媒通路溝31の底面とを結ぶ直線の長さ(最短距離)を意味する。冷媒通路溝31において端面板23の外周縁23aと接する部分の深さD1(以下「径方向外溝深さD1」ともいう。)は、冷媒通路溝31において冷媒流通孔30と接する部分の深さD2(以下「径方向内溝深さD2」ともいう。)と実質的に同じ深さである(D1≒D2)。
以下、図1等を参照して第一実施形態における冷媒の流れを説明する。
実施形態においては、出力シャフト5に設けた軸心冷媒路5aを利用して、軸心冷却が行われる。冷媒供給機構(不図示)により、冷媒が軸心冷媒路5aに供給される。ロータ4の回転に伴う遠心力により、冷媒には、径方向外側に向かう力が作用する。軸心冷媒路5aに供給された冷媒は、遠心力により、径方向冷媒路5bを通ってロータ内部流路14に供給される。ロータ内部流路14に供給された冷媒は、径方向流路14a、軸方向流路14bを通って冷媒流通孔30からロータ4の外部へ排出される。このように、冷媒がロータ内部流路14を移動することにより、ロータコア21が冷却される。
ロータ4の外部へ排出される冷媒の一部は、コイルエンド部12に向かって飛散する。また、ロータ4の外部へ排出される冷媒の残りの一部は、冷媒通路溝31に沿って径方向外方へ移動し、コイルエンド部12に向かって飛散する。これにより、コイル12が冷却される。
以下、第一実施形態の回転電機1の作用について説明する。
まず、比較例について説明する。
図5は、比較例に係るロータ4Xを軸方向から見た、要部拡大図である。
図5に示すように、比較例におけるロータ4Xは、実施形態における冷媒通路溝31を有していない。比較例においては、冷媒流通孔30から流出した冷媒は、表面張力により、端面板23の外周縁23aに向けて濡れ広がる。図中符号S1は、冷媒が冷媒流通孔30から端面板23の外周縁23aに向けて濡れ広がる領域を示す。
第一実施形態においては、端面板23に冷媒流通孔30と端面板23の外周縁23aとをつなぐ冷媒通路溝31が設けられている(図3参照)。そのため、ロータ4の回転に伴う遠心力により、冷媒流通孔30から流出した冷媒を冷媒通路溝31に沿って流すことができる。
加えて、冷媒通路溝31における径方向外溝幅W1が径方向内溝幅W2と実質的に同じ幅である(図3参照、W1≒W2)。そのため、冷媒通路溝31における径方向外溝幅W1が径方向内溝幅W2よりも広い場合と比較して、冷媒通路溝31において外周縁23aと接する部分を流れる冷媒の流速を大きくすることができる。ここで、冷媒通路溝31を流れる冷媒の流量をQ、冷媒通路溝31の断面積をA、冷媒通路溝31を流れる冷媒の流速をVとすると、以下の式(1)が成り立つ。なお、冷媒通路溝31の断面積は、冷媒通路溝31を冷媒通路溝31の延在方向(仮想直線K1)と直交する面で切断した断面の面積を意味する。
Q=A×V ・・・(1)
上記式(1)より、流量Qが一定の場合、断面積Aが大きくなると、流速Vは小さくなる。すなわち、冷媒通路溝31を流れる流量が一定の場合、冷媒通路溝31における径方向外溝幅W1が径方向内溝幅W2よりも広くなると、冷媒通路溝31において外周縁23aと接する部分を流れる冷媒の流速は小さくなる。また、冷媒通路溝31を流れる流量が一定の場合、冷媒通路溝31における径方向外溝深さD1が径方向内溝深さD2よりも深くなると、冷媒通路溝31において外周縁23aと接する部分を流れる冷媒の流速は小さくなる。
これに対し、第一実施形態においては、冷媒通路溝31における径方向外溝幅W1が径方向内溝幅W2と実質的に同じ幅である。そのため、冷媒通路溝31における径方向外溝幅W1が径方向内溝幅W2よりも広い場合と比較して、冷媒通路溝31において外周縁23aと接する部分を流れる冷媒の流速を大きくすることができる。
また、冷媒通路溝31において径方向外溝深さD1が径方向内溝深さD2と実質的に同じ深さである。そのため、冷媒通路溝31における径方向外溝深さD1が径方向内溝深さD2よりも深い場合と比較して、冷媒通路溝31において外周縁23aと接する部分を流れる冷媒の流速を大きくすることができる。
よって、ロータ4の回転に伴う遠心力により、冷媒通路溝31を流れる冷媒を径方向外方に飛び出しやすくすることができる。冷媒通路溝31から径方向外方に飛び出した冷媒は、ステータ3の内周面とロータ4の外周面との間に入り込む可能性が低い。したがって、第一実施形態においては、冷媒がロータ4の回転に対する抵抗として作用する可能性は低く、回転電機1の回転効率が低下する可能性は低い。
この構成によれば、端面板23が冷媒流通孔30と端面板23の外周縁23aとをつなぐ冷媒通路溝31を有することで、ロータ4の回転に伴う遠心力により、冷媒流通孔30から流出した冷媒を冷媒通路溝31に沿って流すことができる。そのため、冷媒通路溝31を有しない場合と比較して、冷媒流通孔30から流出した冷媒が表面張力により端面板23の外周縁23aに向けて濡れ広がることを抑制することができる。加えて、軸方向から見て冷媒通路溝31における径方向外溝幅W1が径方向内溝幅W2と実質的に同じ幅であることで、軸方向から見て冷媒通路溝31における径方向外溝幅W1が径方向内溝幅W2よりも広い場合と比較して、冷媒通路溝31において外周縁23aと接する部分を流れる冷媒の流速を大きくすることができる。そのため、ロータ4の回転に伴う遠心力により、冷媒通路溝31を流れる冷媒を径方向外方に飛び出しやすくすることができる。加えて、ステータの内周面側に壁体を設けた構造と比較して、冷媒流通孔30から流出した冷媒がステータ3のコイル12に飛散しやすい。したがって、回転電機1の回転効率を向上し、かつ、コイル12を効率よく冷却することができる。加えて、冷媒通路溝31が軸方向両側の端面板23のそれぞれに設けられていることで、第一コイルエンド部12b1および第二コイルエンド部12b2のそれぞれを冷却することができる。したがって、冷媒通路溝31が片側の端面板23のみに設けられた場合と比較して、コイル12をより一層効率よく冷却することができる。
冷媒通路溝31において径方向外溝深さD1が径方向内溝深さD2より深い場合と比較して、冷媒通路溝31において外周縁23aと接する部分を流れる冷媒の流速を大きくすることができる。そのため、ロータ4の回転に伴う遠心力により、冷媒通路溝31を流れる冷媒を径方向外方により一層飛び出しやすくすることができる。加えて、冷媒通路溝31の深さDgを調整することで、端面板23の重量バランスを調整することができる。
ロータ4の回転に伴う遠心力により、冷媒流通孔30の頂部30aに溜まる冷媒を、冷媒通路溝31に沿ってスムーズに流すことができる。
図6は、第一実施形態の変形例に係る冷媒通路溝131の断面図である。図6は、第一実施形態の図4に相当する。本変形例において第一実施形態と同一の構成には同一の符号を付し、その詳細説明は省略する。
冷媒通路溝131において径方向外溝深さD1が径方向内溝深さD2以上の場合と比較して、冷媒通路溝131において外周縁23aと接する部分を流れる冷媒の流速を大きくすることができる。そのため、ロータ104の回転に伴う遠心力により、冷媒通路溝131を流れる冷媒を径方向外方により一層飛び出しやすくすることができる。加えて、冷媒通路溝131の深さDgを調整することで、端面板23の重量バランスを調整することができる。
第一実施形態では、冷媒通路溝31における径方向外溝幅W1が径方向内溝幅W2と実質的に同じ幅である例を挙げて説明したが、これに限らない。
図7は、第二実施形態に係るロータ204の斜視図である。図7は、第一実施形態の図2に相当する。
図8は、第二実施形態に係るロータ204を軸方向から見た、要部拡大図である。図8は、第一実施形態の図3に相当する。
第二実施形態において第一実施形態と同一の構成には同一の符号を付し、その詳細説明は省略する。
軸方向から見て冷媒通路溝231における径方向外溝幅W1が径方向内溝幅W2以上の場合と比較して、冷媒通路溝231において外周縁23aと接する部分を流れる冷媒の流速を大きくすることができる。そのため、ロータ204の回転に伴う遠心力により、冷媒通路溝231を流れる冷媒を径方向外方により一層飛び出しやすくすることができる。
3…ステータ
4,104,204…ロータ
11…ステータコア
12…コイル
14…ロータ内部流路(冷媒流路)
21…ロータコア
23…端面板
23a…外周縁
30…冷媒流通孔
30a…頂部
31,131,231…冷媒通路溝
W1…径方向外溝幅(冷媒通路溝において外周縁と接する部分の幅)
W2…径方向内溝幅(冷媒通路溝において冷媒流通孔と接する部分の幅)
D1…径方向外溝深さ(冷媒通路溝において外周縁と接する部分の深さ)
D2…径方向内溝深さ(冷媒通路溝において冷媒流通孔と接する部分の深さ)
Claims (2)
- 筒状のステータコアと、前記ステータコアに装着されたコイルと、を有するステータと、
前記ステータの径方向内側に配置されたロータと、を備え、
前記ロータは、
軸心冷却による冷媒が流通可能な冷媒流路を有するロータコアと、
前記ロータコアの軸方向端部に配置された端面板と、を備え、
前記端面板は、
前記冷媒流路に連通する冷媒流通孔と、
前記冷媒流通孔と前記端面板の外周縁とをつなぐ冷媒通路溝と、を有し、
軸方向から見て、前記冷媒通路溝において前記外周縁と接する部分の幅は、前記冷媒通路溝において前記冷媒流通孔と接する部分の幅以下であり、
前記軸方向から見て、前記冷媒通路溝において前記外周縁と接する部分の幅は、前記冷媒通路溝において前記冷媒流通孔と接する部分の幅よりも狭く、
前記軸方向から見て、前記冷媒流通孔は、径方向外側に頂部を有する三角形状をなし、
前記冷媒通路溝は、前記頂部から前記外周縁に向けて延在していることを特徴とする回転電機。 - 前記冷媒通路溝において前記外周縁と接する部分の深さは、前記冷媒通路溝において前記冷媒流通孔と接する部分の深さ以下であることを特徴とする請求項1に記載の回転電機。
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