JP2001275308A - 車両用回転電機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】回転子及び固定子の冷却性、特に、回転子及び
固定子のロ−タフレ−ム側の部分の冷却性に優れた固定
子鉄心一端支持構造のラジアルエアギャップ型の回転電
機を用いた車両用回転電機を提供すること。 【解決手段】回転軸に固定される回転子鉄心２０を有す
る回転子２の内外周面に一対の回転子３が個別に対面す
る。両回転子３の回転子鉄心３０はロ−タフレ−ム５を
通じて回転軸により支持され、ロ−タフレ−ム５は空気
吸入孔６０１、６０２と空気排出孔６０３とをもち、回
転子鉄心３１は軸方向に貫通して空気冷却通路をなす貫
通孔７００をもつ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、車輪の駆動に好適
な車両用回転電機に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のラジアルエアギャップ型の回転電
機は、固定子鉄心の外周面をハウジングの内周面に固定
するのが通常である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、ラジアルエア
ギャップ型の回転電機において、回転子の軸方向一端部
を回転軸に結合し、更に、固定子鉄心を回転子の径内側
に配置する固定子鉄心一端支持構造では、回転子鉄心の
軸方向一端をロ−タフレ−ムを通じて回転軸で支持し、
固定子鉄心の軸方向他端をハウジングで支持するため、
固定子及び回転子といった高発熱部材をハウジングやロ
−タフレ−ムといった部材で囲覆する必要が生じ、その
結果、固定子及び回転子が過熱することが新たに生じる
ことがわかった。

【０００４】この問題は、ハウジングの内周面に固定子
鉄心の外周面に固定する従来のラジアルエアギャップ型
の回転電機では、固定子鉄心及び回転子鉄心の両端面
が、外部に露出されるためにハウジングの開口を通じて
外部から取り込んだ冷却空気流に接触冷却されることが
でき、大きな問題とならなかった点である。

【０００５】本発明は上記の問題点に鑑みなされたもの
であり、回転子及び固定子の冷却性、特に、回転子及び
固定子のロ−タフレ−ム側の部分の冷却性に優れた固定
子鉄心一端支持構造のラジアルエアギャップ型の回転電
機を用いた車両用回転電機を提供することを、その目的
としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決する請求
項１記載の車両用回転電機は、回転軸に固定される回転
子鉄心を有する回転子と、前記回転子の周面に対面する
周面を有する固定子鉄心と前記固定子鉄心に巻装される
固定子巻線とを有してハウジングに固定される固定子と
を備える車両用回転電機において、前記回転子は、内周
面が前記固定子の外周面に電磁結合する外側ロータ部
と、外周面が前記固定子の内周面に電磁結合する内側ロ
ータ部と、前記両ロータ部の軸方向反ハウジング側にて
前記外側ロータ部及び前記内側ロータ部を前記回転軸に
結合するロ−タフレ−ムとを有し、前記固定子鉄心は、
反ロ−タフレ−ム側にて前記ハウジングに固定され、前
記ロ−タフレ−ムは、前記固定子と前記ロ−タフレ−ム
との間のギャップに外部から空気を流入させる空気吸入
孔を有することを特徴としている。

【０００７】すなわち、本構成では、ロ−タフレ−ム
は、回転子及び固定子とロ−タフレ−ムとの間の略径方
向へ延在するギャップに外部から空気を取り入れる空気
吸入孔をもつので、回転子及び固定子、特にそれらのロ
−タフレ−ムに面し、かつ、最も冷却性が劣り高温化し
やすい部分を良好に空気流接触冷却することができる。

【０００８】請求項２記載の構成によれば請求項１記載
の車両用回転電機において、前記ロ−タフレ−ムは、空
気吸入孔の径外側に形成されたギャップと外部とを連通
してギャップから空気を排出する空気排出孔を有するの
で、良好に前記ギャップに面する回転子及び固定子の部
分を冷却することができる。

【０００９】請求項３記載の構成によれば請求項１又は
２記載の車両用回転電機において、空気吸入孔は内部の
空気を前記ギャップ側へ、空気排出孔は前記内部の空気
を外部へ付勢することを特徴としている。

【００１０】すなわち、これらの孔は回転しているの
で、その開口方向を設定することにより容易に空気を軸
方向又は径方向へ付勢することができ、いわゆるファン
を兼ねることができる。

【００１１】これにより、簡素で小型の構成により冷却
流を形成することができる。なお、空気吸入孔又は空気
排出孔をロ−タフレ−ムに軸方向に貫設する場合には、
その空気流入側の開口より空気流出側の開口を回転方向
後方側へ設ければ軸流ファン効果を奏することができ、
空気吸入孔又は空気排出孔をロ−タフレ−ムに少なくと
も径方向に貫設する場合には、その遠心ファン効果を奏
することができる。また、上記ギャップ内の空気は回転
する回転子やロ−タフレ−ムとの摩擦により遠心側へ付
勢されるので、空気吸入孔はできるだけ径内側に、空気
排出孔はできるだけ径外側に形成されることが好まし
い。

【００１２】請求項４記載の構成によれば請求項１記載
の車両用回転電機において、回転子鉄心は、略軸方向に
貫設されて前記ギャップの空気を反ロ−タフレ−ム側へ
排出する貫通孔を有することを特徴としている。

【００１３】このようにすれば、空気吸入孔により上記
ギャップに押し込まれた空気流は、回転子鉄心内の貫通
孔を通じて回転子鉄心の反ロ−タフレ−ム側へ流出し、
回転子鉄心又はロ−タフレ−ムとハウジングとの間の隙
間を通じて外部に排出されることができ、送風抵抗を低
減して冷却空気流量を増大することができるとともに空
気回転により回転子鉄心の冷却性も向上する。

【００１４】好適な態様において、回転子鉄心内のこの
貫通孔は、回転子鉄心に設けられた永久磁石埋設用軸方
向貫通孔又は溝を兼用する。これにより温度に敏感な永
久磁石の冷却性が向上する。

【００１５】請求項５記載の構成によれば請求項１乃至
４のいずれか記載の車両用回転電機において、空気吸入
孔又は空気排出孔は、空気を流動経路の方向へ付勢する
請求項４記載の構成によれば請求項１乃至３のいずれ
か記載の車両用回転電機において、ロ−タフレ−ムは、
前記空気吸入孔よりも径外側に位置して固定子鉄心側の
端面に形成されて前記空気吸入孔を通じて吸入された空
気を径外側へ付勢する遠心翼を有することを特徴として
いる。

【００１６】このようにすれば、簡単な構成で冷却効果
を向上することができ、かつ、ロ−タフレ−ムと翼とを
一体成形することにより製造も容易となる。

【００１７】請求項６記載の構成によれば請求項１乃至
５のいずれか記載の車両用回転電機において、前記ロ−
タフレ−ムは、前記空気吸入孔よりも径外側に位置して
反固定子鉄心側の端面に形成されて冷却空気を前記空気
吸入孔に送り込む翼を有することを特徴としている。

【００１８】このようにすれば、簡単な構成で冷却効果
を向上することができ、かつ、ロ−タフレ−ムと翼とを
一体成形することにより製造も容易となる。

【００１９】請求項７記載の車両用回転電機によれば、
回転軸に固定される回転子鉄心を有する回転子と、前記
回転子の周面に対面する周面を有する固定子鉄心と前記
固定子鉄心に巻装される固定子巻線とを有してハウジン
グに固定される固定子とを備える車両用回転電機におい
て、前記回転子は、内周面が前記固定子の外周面に電磁
結合する外側ロータ部と、外周面が前記固定子の内周面
に電磁結合する内側ロータ部と、前記両ロータ部の軸方
向反ハウジング側にて前記外側ロータ部及び前記内側ロ
ータ部を前記回転軸に結合するロ−タフレ−ムとを有
し、前記固定子鉄心は、反ロ−タフレ−ム側にて前記ハ
ウジングに固定され、前記固定子鉄心は、軸方向に貫設
された貫通孔と、前記貫通孔に挿入されて前記ハウジン
グに達する熱移動部材とを有することを特徴としてい
る。

【００２０】このようにすれば、上記理由により冷却が
不足しがちな固定子鉄心を良好に冷却することができ、
かつ、この熱移動部材により固定子鉄心とハウジングと
を一体化することができるので、固定子鉄心の耐振性を
向上することができる。

【００２１】熱移動部材としては、金属又は熱伝導性に
優れた棒材やヒ−トパイプを採用することができるが、
渦電流を低減するために絶縁被膜を有する良熱伝導性の
細線を集合してもよい。

【００２２】

【発明の実施の形態】本発明の車両用回転電機の好適な
実施形態を図面を参照して以下に説明する。

【００２３】

【実施例１】本発明の車両用回転電機を内燃機関駆動車
に適用した実施例を以下に説明する。

【００２４】（全体構造）図１は、この内燃機関駆動車
のパワートレインの車両用回転電機近傍を示す軸方向模
式断面図を示す。

【００２５】１００はハウジング、１０１はエンジンの
クランクシャフト、４００はクラッチ機構、５００は図
示しないギヤ機構の入力軸、１は車両用回転電機であ
る。

【００２６】車両用回転電機１は、固定子２、外側ロー
タ部３、内側ロータ部４、回転子支持フレ−ム５、棒状
支持部材７を有している。

【００２７】外側ロータ部３及び内側ロータ部４は本発
明で言う回転子を構成しており、外側ロータ部３の内周
面は小電磁ギャップを隔てて固定子２の外周面に電磁結
合し、内側ロータ部４の外周面は小電磁ギャップを隔て
て固定子２の外周面に電磁結合している。

【００２８】両ロ−タ部３、４はそれぞれ内部に永久磁
石が埋設された積層電磁鋼板３１、４１からなる公知の
埋め込み永久磁石型ロ−タである。ロータ部３の永久磁
石は薄板状に形成されて、積層電磁鋼板３１内に軸方向
に周方向等ピッチで貫設された多数の永久磁石収容溝に
個別に埋設され、ロータ部４の永久磁石は薄板状に形成
されて、積層電磁鋼板４１内に軸方向に周方向等ピッチ
で貫設された多数の永久磁石収容溝７００（図５参照）
に個別に埋設されている。

【００２９】両ロータ部３、４の永久磁石は厚さ方向す
なわち略径方向に磁化されている。両ロータ部３、４の
永久磁石は周方向等位置に埋設されており、周方向同位
置の永久磁石は固定子２側に同極性の磁極を有する。こ
れにより、積層電磁鋼板３１の内周面及び積層電磁鋼板
４１の内周面には永久磁石と周方向同位置にて磁極面が
周方向所定ピッチで生じ、外側ロータ部３の磁極面と内
側ロータ部４の磁極面とは周方向同位置にて同一極性と
なっている。

【００３０】回転子支持フレ−ム５は、外側ロータ部３
の外周面が固定される外側筒部５１と、内側ロータ部４
の内周面が固定される内側筒部５２と、径方向へ延在し
て両筒部５１、５２のリア側の端部同士を連結する円盤
部５３とを有し、内側筒部５２の前端はクランクシャフ
ト１０１に締結されている。

【００３１】固定子２は、外側ロータ部３及び内側ロー
タ部４の間の径方向隙間に配置される固定子鉄心２０に
巻装されて両ロ−タ部３、４と電磁結合する固定子巻線
（電機子コイル）２１とからなる。

【００３２】固定子鉄心２０は、輪板形状をもつ多数の
電磁鋼板を軸方向に積層してなる積層電磁鋼板からな
り、図２の部分展開図を参照して説明すれば、コアバッ
ク２０１と、コアバック２０１の径方向外側に周方向所
定ピッチで形成された多数の外周側スロット２０２及び
ティース２０３と、コアバック２０１の径方向内側に周
方向所定ピッチで形成された多数の内周側スロット２０
４及びティース２０５とを有している。

【００３３】（固定子鉄心２０及び棒状支持部材７の説
明）固定子鉄心２０及び棒状支持部材７を図２、図３を
参照して説明する。固定子鉄心２０は、ティースの周方
向所定位置において軸方向に貫設された７個の孔２００
を有し、その中の１個は他の全てに対する回転対称位置
から１スロットピッチ反時計方向にずれている。

【００３４】各孔２００には、ボルト状の棒状支持部材
７が圧入されている。

【００３５】棒状支持部材７の先端部は、ハウジング１
００の径方向壁部１００ａに軸方向へ開口された貫通孔
１０２を貫通して、その先端部に形成された螺子部７０
にはナット７１が螺合している。

【００３６】棒状支持部材７は、径大部７２を有し、径
大部７２は貫通孔１０２内に形成された段差部１０３に
当接している。更に説明すると、径大部７２の前端面部
は段差部１０３の径方向に形成された座面（位置決め端
面）に当接し、これにより、ナット７１と径大部７２の
前端面部とでハウジング１００の径方向壁部１００ａを
軸方向に挟圧している。これにより固定子鉄心２０の軸
方向位置が決定される。

【００３７】径大部７２の外周面は段差部１０３の内周
面（位置決め周面）に当接し、これにより棒状支持部材
７の径方向位置が決定される。径大部７２よりも先端側
の部分は径大部７２よりも径小に形成され、容易に貫通
孔１０２に挿通可能となっている。７２ａは、棒状支持
部材７の径大頭部であり、固定子鉄心２０のリア側端面
に当接している。 （固定子巻線の巻装）固定子巻線２１は、図４の部分展
開図を参照して説明すれば、周方向同位置の外周側スロ
ット２０２及び内周側スロット２０４にそれぞれ集中巻
きされた集中巻きコイル部２１０を外周側スロット２０
２のスロット数（＝内周側スロット２０４のスロット
数）だけ有している。ただし、図４では、Ｕ相の集中巻
きコイル部２１０だけを図示している。したがって、棒
状支持部材７は、周方向に隣接する２つの集中巻きコイ
ル部２１０の間に位置してコアバック２０１を貫通して
いる。

【００３８】各集中巻きコイル部２１０の巻き初め端２
１０１及び巻き終わり端２１０２は軸方向フロント側に
突出され、星型接続の固定子巻線２１の各相巻線は、同
相のすべての集中巻きコイル部２１０を並列接続して構
成されている（図４参照）。なお、Ｕ相の各集中巻きコ
イル部２１０は、３スロットごとに巻装されている。た
だし、奇数番目の集中巻きコイル部２１０と偶数番目の
集中巻きコイル部２１０との通電方向を逆とするため
に、図４に示すように、奇数番目の集中巻きコイル部２
１０の巻き初め端２１０１及び偶数番目の集中巻きコイ
ル部２１０の巻き終わり端２１０２がＵ相出力端部９１
に接続され、同様に偶数番目の集中巻きコイル部２１０
の巻き初め端２１０１及び奇数番目の集中巻きコイル部
の巻き終わり端２１０２が中性点をなす中性点端子部９
４に接続されている。 （動作）次に、この車両用回転電機の動作を説明する。

【００３９】この車両用回転電機１は三相同期機であ
り、回転子の位置は図示しない回転センサで検出され
る。回転子の位置に応じた位相をもつ三相交流電圧を星
型接続の固定子巻線２１に印加すると、固定子巻線２１
がそれぞれ形成する回転磁界により外側ロータ部３及び
内側ロータ部４にトルクが生じ、車両用回転電機１はク
ランクシャフト１０１を通じて内燃機関を始動する。そ
の後、この車両用回転電機１は、トルクアシスト又は回
生制動又は発電を行うのは従来の車両用回転電機と同じ
である。

【００４０】この実施例の車両用回転電機によれば、小
型で高出力の車両用回転電機を実現することができ、特
に、固定子鉄心２０を分割することなく固定子巻線２１
のコイルエンド部を従来より格段に縮小することがで
き、固定子鉄心２０の一端支持も容易となる。 （回転子及び固定子の冷却構造）次にこの車両用回転電
機の冷却構造を図５を参照して以下に説明する。

【００４１】回転子支持フレ−ム５は、円盤部５３の径
内側の部位に空気吸入孔６０１、６０２をもち、円盤部
５３の外周縁近傍に空気排出孔６０３をもち、各孔６０
１〜６０３は、回転子３、３及び固定子２とロ−タフレ
−ム５との間に形成された所定軸方向隙間（本発明で言
うギャップ）ｇと外部とを連通している。

【００４２】ロ−タフレ−ム５の回転により、これら孔
６０１〜６０３は、遠心ファン効果を奏し、空気を外部
からギャップｇ内に吸入する。各孔６０１〜６０３は、
径内側開口に比較して径外側開口が反回転方向に所定角
度変位しており、これにより円滑な空気流を形成するこ
とができる。この空気流はギャップｇ内を回転子３及び
固定子２の表面に対してらせん状に接触しつつそれらを
冷却し、空気排出孔６０３から排出される。

【００４３】更に、この実施例では、２つの回転子鉄心
（ロータコア）３１は既述したようにそれぞれ軸方向に
貫通する永久磁石収容溝（貫通孔）７００をそれぞれ多
数もつ。永久磁石収容溝（貫通孔）７００は周方向一定
間隔で形成されて、ギャップｇの空気を軸方向に流す。
これにより、回転子鉄心３１も良好に冷却される。な
お、永久磁石収容溝（貫通孔）７００は永久磁石（図示
せず）の周方向両側に形成されるが、この永久磁石収容
溝（貫通孔）７００の両端を固定子２側に湾曲させるこ
とにより、回転子鉄心３１に磁気突極部を形成し、いわ
ゆるリラクタンストルクを発生させることができる。

【００４４】また、既に説明した棒状支持部材７は、鋼
鉄製で円筒状に形成され、中央部に貫通孔を有してい
る。この貫通孔には熱を良好に伝達する銅が埋めこまれ
ている。このようにすれば、棒状支持部材７は固定子鉄
心２０の熱を良好にハウジング１００の径方向壁部１０
０ａに伝達する。

【００４５】なお、この棒状支持部材７の内部に軸方向
に長い密閉空間を形成し、内部に数十℃で沸騰する液体
を一部密閉することにより、棒状支持部材７にヒ−トパ
イプ機能を付与してもよい。

【００４６】また、棒状支持部材７の表面に周方向一定
間隔で軸方向に延在する条溝を形成し、これら条溝を空
気流通路としてもよい。また、これら条溝に銅線を埋め
こんで棒状支持部材７の熱伝導性を改善してもよい。

【００４７】更に棒状支持部材７が配置されない位置か
つ集中巻きコイル部２１０が配置されない周方向ティー
ス位置にて、固定子鉄心２０に軸方向に貫通孔を多数設
け、これらの貫通孔を冷却空気通路としてもよく、これ
らの貫通孔に良熱伝導性の熱移動部材を埋めこんでもよ
い。

【００４８】

【実施例２】他の実施例を図６を参照して以下に説明す
る。

【００４９】この実施例では、ロ−タフレ−ム５の円盤
部５３の両面にはそれぞれ遠心翼８００、８０１がそれ
ぞれ周方向一定間隔で形成されている。遠心翼８００は
空気吸入孔６０２への空気送入を促進し、遠心翼８０１
はギャップｇ内の空気流の径方向速度を向上する。これ
らにより、ギャップｇ内での空気による回転子３及び固
定子２の冷却が促進される。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１の車両用回転電機を用いたパワ−トレ
インの車両用回転電機近傍の軸方向断面図である。

【図２】図１に示す車両用回転電機の固定子近傍の拡大
軸方向部分断面図である。

【図３】図１に示す車両用回転電機の固定子鉄心の径方
向拡大断面図である。

【図４】図１に示す車両用回転電機の固定子の部分展開
図である。

【図５】図１に示す車両用回転電機のロ−タフレ−ム近
傍の拡大軸方向側面図である。

【図６】実施例２の車両用回転電機の軸方向部分断面図
である。

【符号の説明】

１ 車両用回転電機 ２ 固定子 ３ 外側ロータ部（回転子） ４ 内側ロータ部（回転子） ５ 回転子支持フレ−ム ６ 固定子支持フレ−ム ７ 棒状支持部材 １００ ハウジング

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 香田 請司 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 株式会 社デンソー内 (72)発明者 今仁 雄一 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 株式会 社デンソー内 Ｆターム(参考） 5H605 AA01 BB01 BB05 CC01 CC02 CC05 DD07 DD11 DD14 5H607 BB01 BB02 BB07 BB09 BB14 BB17 CC01 DD01 DD02 DD03 EE13 FF02 FF04 5H609 BB03 BB13 BB16 PP02 PP05 PP06 PP07 PP08 PP09 QQ02 QQ23 RR03 RR19 RR20 RR35 RR36 RR43 RR59 RR63 RR69 RR70 5H621 BB07 GA01 GA04 GA11 JK11 JK13

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】回転軸に固定される回転子鉄心を有する回
   転子と、 前記回転子の周面に対面する周面を有する固定子鉄心と
   前記固定子鉄心に巻装される固定子巻線とを有してハウ
   ジングに固定される固定子と、 を備える車両用回転電機において、 前記回転子は、内周面が前記固定子の外周面に電磁結合
   する外側ロータ部と、外周面が前記固定子の内周面に電
   磁結合する内側ロータ部と、前記両ロータ部の軸方向反
   ハウジング側にて前記外側ロータ部及び前記内側ロータ
   部を前記回転軸に結合するロ−タフレ−ムとを有し、 前記固定子鉄心は、反ロ−タフレ−ム側にて前記ハウジ
   ングに固定され、 前記ロ−タフレ−ムは、前記固定子と前記ロ−タフレ−
   ムとの間のギャップと外部とを連通して前記ギャップに
   空気を流入させる空気吸入孔を有することを特徴とする
   車両用回転電機。
2. 【請求項２】請求項１記載の車両用回転電機において、 前記ロ−タフレ−ムは、前記空気吸入孔の径外側に形成
   された前記ギャップと外部とを連通して前記ギャップか
   ら空気を排出する空気排出孔を有することを特徴とする
   車両用回転電機。
3. 【請求項３】請求項１又は２記載の車両用回転電機にお
   いて、 前記空気吸入孔は、内部の空気を前記ギャップ側へ、前
   記空気排出孔は、前記内部の空気を外部へ付勢すること
   を特徴とする車両用回転電機。
4. 【請求項４】請求項１記載の車両用回転電機において、 前記回転子鉄心は、略軸方向に貫設されて前記ギャップ
   の空気を反ロ−タフレ−ム側へ排出する貫通孔を有する
   ことを特徴とする車両用回転電機。
5. 【請求項５】請求項１乃至４のいずれか記載の車両用回
   転電機において、 前記ロ−タフレ−ムは、前記空気吸入孔よりも径外側に
   位置して固定子鉄心側の端面に形成されて前記空気吸入
   孔を通じて吸入された空気を径外側へ付勢する遠心翼を
   有することを特徴とする車両用回転電機。
6. 【請求項６】請求項１乃至５のいずれか記載の車両用回
   転電機において、 前記ロ−タフレ−ムは、前記空気吸入孔よりも径外側に
   位置して反固定子鉄心側の端面に形成されて冷却空気を
   前記空気吸入孔に送り込む翼を有することを特徴とする
   車両用回転電機。
7. 【請求項７】回転軸に固定される回転子鉄心を有する回
   転子と、 前記回転子の周面に対面する周面を有する固定子鉄心と
   前記固定子鉄心に巻装される固定子巻線とを有してハウ
   ジングに固定される固定子と、 を備える車両用回転電機において、 前記回転子は、内周面が前記固定子の外周面に電磁結合
   する外側ロータ部と、外周面が前記固定子の内周面に電
   磁結合する内側ロータ部と、前記両ロータ部の軸方向反
   ハウジング側にて前記外側ロータ部及び前記内側ロータ
   部を前記回転軸に結合するロ−タフレ−ムとを有し、 前記固定子鉄心は、反ロ−タフレ−ム側にて前記ハウジ
   ングに固定され、 前記固定子鉄心は、軸方向に貫設された貫通孔と、前記
   貫通孔に挿入されて前記ハウジングに達する熱移動部材
   と、 を有することを特徴とする車両用回転電機。