JP2008289245A - 回転電機の冷却構造 - Google Patents
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Abstract
【課題】簡易な構成でロータコアが冷却される回転電機の冷却構造、を提供する。
【解決手段】回転電機であるモータジェネレータ11の冷却構造は、ロータコア30を含み、中心軸101を中心に回転するロータ26を備える。ロータ26は、ロータコア30に対して中心軸101を中心とする径方向内側に配置されるオイル溜め部41をさらに含む。オイル溜め部41は、中心軸101を中心とする径方向外側に向けて凹形状で、かつ中心軸101の軸方向においてロータコア30よりも突出した形状を有する。
【選択図】図1
【解決手段】回転電機であるモータジェネレータ11の冷却構造は、ロータコア30を含み、中心軸101を中心に回転するロータ26を備える。ロータ26は、ロータコア30に対して中心軸101を中心とする径方向内側に配置されるオイル溜め部41をさらに含む。オイル溜め部41は、中心軸101を中心とする径方向外側に向けて凹形状で、かつ中心軸101の軸方向においてロータコア30よりも突出した形状を有する。
【選択図】図1
Description
この発明は、一般的には、回転電機の冷却構造に関し、より特定的には、ステータのコイルエンド部に向けて供給された冷却油を利用して、ロータコアを冷却する回転電機の冷却構造に関する。
従来の回転電機の冷却構造に関して、たとえば、特開2006−248417号公報には、強制潤滑方式を用いることなく、簡単な構成によってオイル冷却することを目的とした車両用ホイール駆動装置が開示されている(特許文献1)。特許文献1では、モータ軸が、ギヤ収納室からモータ収納室に連通する油流通孔を有する。ギヤ収納室でギヤによって掻き上げられ、飛散した潤滑油が油流通孔を通ってモータ収納室に導かれる。その潤滑油がロータの磁石装着部の内面に当てられることにより、ロータが冷却される。
また、特開2006−74930号公報には、ケース内に貯留される冷却液の液面高さをモータの回転数に応じて適正に制御することを目的とした電動車両用モータのロータ冷却装置が開示されている(特許文献2)。特許文献2では、モータの駆動軸およびその駆動軸に連結されたロータ軸内に冷却液が流通する。冷却液は、モータの回転数に応じてロータ軸内からモータのケース内に開放される。
また、特開2003−9467号公報には、コイルの端末部に対する冷却効果を向上させることを目的としたモータ冷却構造が開示されている(特許文献3)。特許文献3では、ロータコアの外周側に、コイルが設けられたステータコアが配置されている。ロータシャフト内の軸方向油路に供給された冷却油が、ロータコアの両端のエンドプレートに形成した溝に案内されて、コイルの端末部に供給される。
また、特開2003−169448号公報には、電動モータを、余分な部品やシールの必要なしに、ロータの一部分形状変更のみで冷却し得るようにするハイブリッド車両の駆動装置が開示されている(特許文献4)。特許文献4では、ロータ内周部に油だまりが形成されている。ロータ軸の中空孔から径方向潤滑油孔を経て流出した潤滑油が、ロータの回転に伴う遠心力を受けた場合にも油だまり内に止まる。
特開2006−248417号公報
特開2006−74930号公報
特開2003−9467号公報
特開2003−169448号公報
モータ等の回転電機では、ステータコイルのみならずロータコアやロータコアに設けられる磁石も発熱する。このため、上述の特許文献1〜4ではロータコアに向けて冷却油が供給されている。しかしながら、ロータの軸内に油路を形成する必要があるため、冷却構造を簡易に構成することができない。
そこでこの発明の目的は、上記の課題を解決することであり、簡易な構成でロータコアが冷却される回転電機の冷却構造を提供することである。
この発明に従った回転電機の冷却構造は、ロータコアを含み、所定の軸線を中心に回転するロータを備える。ロータは、ロータコアに対して軸線を中心とする径方向内側に配置されるオイル溜め部をさらに含む。オイル溜め部は、軸線を中心とする径方向外側に向けて凹形状で、かつ軸線方向においてロータコアよりも突出した形状を有する。
このように構成された回転電機の冷却構造によれば、径方向外側に向けて凹形状で、かつロータコアよりも突出した形状を有するオイル溜め部をロータに設けることによって、オイルをオイル溜め部に溜め、そのオイルをロータの回転に伴う遠心力によりロータコアに向けて飛散させることができる。これにより、簡易な構成でロータコアを冷却することができる。
また好ましくは、ロータは、ロータコアを保持するロータコア保持部をさらに含む。ロータコア保持部には、オイル溜め部に対向してフィンが形成される。このように構成された回転電機の冷却構造によれば、オイル溜め部から飛散されたオイルと接触するロータコア保持部の面積を、フィンの形成によって増大させることができる。これにより、ロータコアの冷却を促進させることができる。
また好ましくは、回転電機の冷却構造は、コイルエンド部を含み、ロータの外周上に配置されるステータをさらに備える。コイルエンド部は、軸線方向においてオイル溜め部がロータコアよりも突出する位置で、オイル溜め部の外周上に配置される。コイルエンド部に供給された冷却油がオイル溜め部に滴下する。このように構成された回転電機の冷却構造によれば、コイルエンド部に供給された冷却油をオイル溜め部に溜め、その冷却油をロータコアに向けて飛散させることができる。
また好ましくは、オイル溜め部は、軸線方向においてロータコアの中心側で相対的に深く、端部側で相対的に浅い凹形状を有する。このように構成された回転電機の冷却構造によれば、軸線方向におけるロータコアの中心側で、より多くのオイルをオイル溜め部に溜めることができる。軸線方向におけるロータコアの中心側では、端部側と比較して、ロータコアで生じた熱が放熱され難い傾向がある。このため、そのロータコアの中心側に対してより多くのオイルを飛散させることで、ロータコアを効率良く冷却することができる。
以上説明したように、この発明に従えば、簡易な構成でロータコアが冷却される回転電機の冷却構造を提供することができる。
この発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、以下で参照する図面では、同一またはそれに相当する部材には、同じ番号が付されている。
(実施の形態1)
図1は、この発明の実施の形態1におけるモータジェネレータの冷却構造が適用された駆動ユニットを模式的に表わす断面図である。図中に示す駆動ユニットは、ガソリンエンジンやディーゼルエンジン等の内燃機関と、充放電可能な2次電池(バッテリ)とを動力源とするハイブリッド車両に搭載されている。
図1は、この発明の実施の形態1におけるモータジェネレータの冷却構造が適用された駆動ユニットを模式的に表わす断面図である。図中に示す駆動ユニットは、ガソリンエンジンやディーゼルエンジン等の内燃機関と、充放電可能な2次電池(バッテリ)とを動力源とするハイブリッド車両に搭載されている。
図1を参照して、駆動ユニットは、モータジェネレータ11を含む。モータジェネレータ11は、電動機もしくは発電機としての機能を有する回転電機である。モータジェネレータ11は、ロータ26と、ステータ28と、ケース体としてのモータケース21とを含む。ロータ26の外周上にステータ28が配置されている。ロータ26は、仮想軸である中心軸101を中心に回転する。中心軸101は、水平方向に延びる。ロータ26およびステータ28は、モータケース21に収容されている。ステータ28は、モータケース21に固定されている。
ロータ26は、ロータシャフト43を含む。ロータシャフト43は、中心軸101の軸方向に延びる。ロータシャフト43は、図示しない軸受けを介してモータケース21に対して回転自在に支持されている。ロータシャフト43は、複数の歯車を含んで構成された減速機構14に接続されている。ロータ26は、ロータコア保持部46を含む。ロータコア保持部46は、ロータシャフト43の外周上に配置されている。ロータコア保持部46は、ステータ28と対向して配置されている。ロータコア保持部46は、ロータシャフト43と一体に形成されている。
ロータ26は、ロータコア30を含む。モータジェネレータ11の駆動時、ロータコア30に磁界が発生する。ロータコア30は、中心軸101の軸方向に円筒状に延びる形状を有する。ロータコア30は、ロータコア保持部46により保持されている。ロータコア30は、複数の電磁鋼板32からなる。複数の電磁鋼板32は、中心軸101の軸方向に積層されている。積層された複数の電磁鋼板32の両側には、エンドプレート33が配置されている。ロータコア30には、永久磁石31が埋設されている。ロータ26は、IPM(Interior Permanent Magnet)ロータである。ロータ26は、これに限らず、ロータ表面に磁石が貼り付けられるSPM(surface permanent magnet)ロータであってもよい。
ステータ28は、ステータコア50を含む。ステータコア50は、中心軸101の軸方向に円筒状に延びる形状を有する。ステータコア50は、複数の電磁鋼板52からなる。複数の電磁鋼板52は、中心軸101の軸方向に積層されている。ステータコア50は、中心軸101が延びる方向の一方端に端面50aを含み、他方端に端面50bを含む。端面50aおよび50bは、中心軸101に直交する平面内で延在する。
ステータコア50には、コイル51が巻回されている。コイル51は、たとえば絶縁被膜された銅線から形成されている。コイル51は、U相、V相およびW相コイルを含む。これら各相コイルに対応する端子が、端子台17に接続されている。端子台17は、インバータ18を介してバッテリ19に電気的に接続されている。インバータ18は、バッテリ19からの直流電流をモータ駆動用の交流電流に変換するとともに、回生ブレーキにより発電された交流電流を、バッテリ19に充電するための直流電流に変換する。
モータジェネレータ11から出力された動力は、減速機構14からディファレンシャル機構15を介してドライブシャフト受け部16に伝達される。ドライブシャフト受け部16に伝達された動力は、ドライブシャフトを介して図示しない車輪に回転力として伝達される。
一方、ハイブリッド車両の回生制動時には、車輪は車体の慣性力により回転させられる。車輪からの回転力によりドライブシャフト受け部16、ディファレンシャル機構15および減速機構14を介してモータジェネレータ11が駆動される。このとき、モータジェネレータ11が発電機として作動する。モータジェネレータ11により発電された電力は、インバータ18を介してバッテリ19に蓄えられる。
図2は、図1中のII−II線上に沿ったモータジェネレータの端面図である。図中には、モータジェネレータ11の巻線構造が模式的に表わされている。
図1および図2を参照して、ステータコア50は、中心軸101を中心に環状に延びるヨーク部50yと、ヨーク部50yの周方向に所定の間隔を隔てて配列され、ヨーク部50yの内周面からその径方向内側に突出する複数のティース部50tとを含む。互いに隣り合うティース部50tと、ヨーク部50yとに囲まれた空間には、スロット部50sが形成されている。スロット部50sは、ロータ26に対向する位置で開口する。
コイル51は、U相コイル51U、V相コイル51VおよびW相コイル51Wを含む。コイル51は、いわゆる分布巻きによってステータコア50に巻回されている。
その形態について説明すると、U相コイル51U、V相コイル51VおよびW相コイル51Wは、周方向に連続して並ぶ複数個のティース部50tの周りを周回するように、それぞれ複数箇所に設けられている。U相コイル51U、V相コイル51VおよびW相コイル51Wは、その複数個のティース部50tの両側にあるスロット部50sと、端面50aおよび端面50b上を通るように巻回されている。U相コイル51U、V相コイル51VおよびW相コイル51Wは、挙げた順に外周側から内周側に並んで巻回されている。U相コイル51U、V相コイル51VおよびW相コイル51Wは、互いに周方向にずれた位置でティース部50tに巻回されている。
ステータ28は、コイルエンド部51Eを含む。ステータコア50の端面50aおよび端面50bから突出するコイル51の部分により、コイルエンド部51Eが形成されている。コイルエンド部51Eは、束ねられたコイル51の集まりからなる。コイルエンド部51Eは、中心軸101を中心として環状に延びるリング形状を有する。コイルエンド部51Eは、中心軸101の軸方向においてロータコア30よりも突出するように配置されている。
続いて、図1中のモータジェネレータ11の冷却構造について説明する。図1を参照して、ロータ26は、オイル溜め部41を含む。オイル溜め部41は、中心軸101を中心に環状に延在する。オイル溜め部41は、ロータコア30に対して、中心軸101を中心とする径方向内側に配置されている。中心軸101を中心とする径方向において、ロータコア30とロータシャフト43との間にオイル溜め部41が配置されている。中心軸101を中心とする径方向において、オイル溜め部41とステータ28との間にロータコア30が配置されている。オイル溜め部41は、ロータシャフト43と一体に形成されている。オイル溜め部41は、ロータシャフト43と別体に形成されてもよい。この場合、たとえば溶接やボルト等の固定手段を用いて、オイル溜め部41がロータシャフト43に対して固定される。
オイル溜め部41は、中心軸101を中心とする径方向外側に向けて凹となる凹形状を有する。すなわち、オイル溜め部41は、ロータコア30およびステータ28に向けて凹となる凹形状を有する。
オイル溜め部41は、底部41pと縁部41qとを含む。底部41pは、ロータコア30の内周側に配置されている。縁部41qは、中心軸101の軸方向において、底部41pの両端に配置されている。底部41pは、中心軸101の軸方向に沿って筒状に延在する。縁部41qは、底部41pから中心軸101を中心とする径方向外側に傾斜するように形成されている。縁部41qは、エンドプレート33と対向するように形成されている。
オイル溜め部41は、中心軸101の軸方向においてロータコア30よりも突出した形状を有する。オイル溜め部41がロータコア30よりも突出する位置で、オイル溜め部41の外周上にはコイルエンド部51Eが配置されている。オイル溜め部41とコイルエンド部51Eとが、ロータコア30を介在させずに直接、対向する。
なお、オイル溜め部41の形状は、図1中に示す形状に限られず適宜変更される。たとえば、縁部41qが底部41pから直角に立ち上がるように形成されてもよいし、オイル溜め部41が全体として湾曲した凹形状を有してもよい。
モータジェネレータ11は、オイル供給部61を含む。オイル供給部61は、モータケース21に形成された油路により構成されている。オイル供給部61は、ロータ26およびステータ28を収容するモータケース21内の空間に開口する。オイル供給部61は、ロータ26よりも鉛直方向の上側に配置されている。オイル供給部61は、オイル溜め部41よりも鉛直方向の上側に配置されている。オイル供給部61は、コイルエンド部51Eに向けてオイルを供給する。
オイル供給部61は、上記の構成に限られず適宜変更される。図1中では、端面50aから突出するコイルエンド部51Eにのみオイルが供給されるが、端面50bから突出するコイルエンド部51Eにもオイルが供給されるように、オイル供給部61が設けられてもよい。コイルエンド部51E以外のステータ28の部位にオイルを供給するように、オイル供給部61が設けられてよい。特定部位にオイルを供給するのではなく、モータケース21内の空間にオイルを飛散させるように、オイル供給部61が設けられてもよい。
オイル供給部61からコイルエンド部51Eに向けてオイルが供給される。重力によってコイルエンド部51Eから滴下したオイルは、凹形状を有するオイル溜め部41に溜まる。この際、オイル溜め部41は中心軸101の軸方向においてロータコア30よりも突出した形状を有するため、コイルエンド部51Eから滴下するオイルを効率良くオイル溜め部41に溜めることができる。オイル溜め部41に溜まったオイルは、ロータ26の回転に伴う遠心力によってロータコア30に向けて飛散する。この際、オイル溜め部41は中心軸101の軸方向においてロータコア30よりも突出した形状を有するため、オイルをロータコア30の全長に渡って飛散させることができる。また、縁部41qはエンドプレート33と対向するように形成されるため、ロータコア30とともに発熱するエンドプレート33に向けてオイルを飛散させることができる。ロータコア保持部46を介してオイルとロータコア30との間で熱交換が行なわれることにより、ロータコア30が冷却される。
この発明の実施の形態1における回転電機としてのモータジェネレータ11の冷却構造は、ロータコア30を含み、所定の軸線としての中心軸101を中心に回転するロータ26を備える。ロータ26は、ロータコア30に対して中心軸101を中心とする径方向内側に配置されるオイル溜め部41をさらに含む。オイル溜め部41は、中心軸101を中心とする径方向外側に向けて凹形状で、かつ中心軸101の軸方向においてロータコア30よりも突出した形状を有する。
このように構成された、この発明の実施の形態1におけるモータジェネレータ11の冷却構造によれば、コイルエンド部51Eの冷却のためオイル供給部61から供給されたオイルを利用して、ロータコア30を冷却することができる。本実施の形態では、ロータシャフト43等に特殊な油路を設ける必要がなく、部品点数も増やさずに、ロータコア30の冷却能力を向上させることができる。
特に本実施の形態では、コイル51が分布巻きによってステータコア50に巻回されている。この場合、図2中に示すように、U相、V相およびW相の各コイルがステータコア50の端面50aおよび50b上に重なって配置されるため、コイルエンド部51Eの体格が大きくなる。このため、ロータコア30に直接、オイルを吹き付けようとしても、コイルエンド部51Eによって遮られる懸念が生じる。これに対して、本実施の形態では、オイルを一時的にオイル溜め部41に溜め、このオイルを遠心力によってロータコア30に向けて飛散させるため、コイルエンド部51Eの形状にかかわらずロータコア30に十分なオイルを供給することができる。
なお、コイル51は、分布巻きに限定されず、コイル51が1つの磁極ごとにティース部50tに集中的に巻回される、いわゆる集中巻きによってステータコア50に巻回されてもよい。この場合、分布巻きの場合と比較してロータコア30で発生する熱量が大きくなるため、本発明をより有効に適用することができる。
本実施の形態では、ロータコア30およびステータコア50がそれぞれ電磁鋼板32および52から形成される場合を説明したが、電磁鋼板に限定されず、たとえば圧粉磁心等、他の磁性材料から形成されてもよい。また、本発明における回転電機の冷却構造を、電気自動車に搭載されるモータや、一般的な産業用モータに適用してもよい。本発明における回転電機の冷却構造を、車両用ホイールに配置され、車輪を駆動するモータ、いわゆるインホイールモータに適用してもよい。
(実施の形態2)
本実施の形態では、図1中のモータジェネレータ11の冷却構造の各種変形例について説明を行なう。以下、実施の形態1におけるモータジェネレータ11の冷却構造と重複する構造については、説明を繰り返さない。
本実施の形態では、図1中のモータジェネレータ11の冷却構造の各種変形例について説明を行なう。以下、実施の形態1におけるモータジェネレータ11の冷却構造と重複する構造については、説明を繰り返さない。
図3は、図1中のモータジェネレータの冷却構造の第1変形例を示す断面図である。図3を参照して、ロータコア保持部46は、内側面46cを含む。内側面46cは、オイル溜め部41と対向して延在する。本変形例では、内側面46cにフィン47が形成されている。このような構成により、オイル溜め部41から飛散したオイルがロータコア保持部46と接触する面積が増大する。これにより、ロータコア30の冷却能力を向上させることができる。
図4は、図1中のモータジェネレータの冷却構造の第2変形例を示す断面図である。図4を参照して、本変形例では、オイル溜め部41が、中心軸101の軸方向におけるロータコア30の中心側で相対的に深く、端部側で相対的に浅い凹形状を有する。オイル溜め部41が有する凹形状の深さは、中心軸101の軸方向においてロータコア30の端部側から中心側に向かうに従って徐々に深くなる。この場合、中心軸101の軸方向においてロータコア30の中心側で、より多くのオイルがオイル溜め部41に溜まる。
中心軸101の軸方向におけるロータコア30の中心側では、両側により多くの電磁鋼板32が配置されるため、ロータコア30で発生した熱が放熱され難い。このため、本変形例によれば、中心軸101の軸方向におけるロータコア30の中心側において、ロータコア30により多くのオイルを飛散させ、ロータコア30を効率良く冷却することができる。
このように構成された、この発明の実施の形態2におけるモータジェネレータ11の冷却構造によれば、実施の形態1に記載の効果と同様の効果を得ることができる。
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
11 モータジェネレータ、26 ロータ、28 ステータ、30 ロータコア、41 オイル溜め部、46 ロータコア保持部、47 フィン、50 ステータコア、51 コイル、51E コイルエンド部、101 中心軸。
Claims (4)
- ロータコアを含み、所定の軸線を中心に回転するロータを備え、
前記ロータは、前記ロータコアに対して前記軸線を中心とする径方向内側に配置されるオイル溜め部をさらに含み、
前記オイル溜め部は、前記軸線を中心とする径方向外側に向けて凹形状で、かつ前記軸線方向において前記ロータコアよりも突出した形状を有する、回転電機の冷却構造。 - 前記ロータは、前記ロータコアを保持するロータコア保持部をさらに含み、
前記ロータコア保持部には、前記オイル溜め部に対向してフィンが形成される、請求項1に記載の回転電機の冷却構造。 - コイルエンド部を含み、前記ロータの外周上に配置されるステータをさらに備え、
前記コイルエンド部は、前記軸線方向において前記オイル溜め部が前記ロータコアよりも突出する位置で、前記オイル溜め部の外周上に配置され、
前記コイルエンド部に供給された冷却油が前記オイル溜め部に滴下する、請求項1または2に記載の回転電機の冷却構造。 - 前記オイル溜め部は、前記軸線方向において前記ロータコアの中心側で相対的に深く、端部側で相対的に浅い凹形状を有する、請求項1から3のいずれか1項に記載の回転電機の冷却構造。
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Legal Events
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A521 | Written amendment |
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A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20100803 |