JP2009118714A - 回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】低回転時に潤滑用のオイルの供給を遮断することが可能で、かつその構成が機械的構成により構成される回転電機を提供する。
【解決手段】回転電機は、ロータシャフト５８と、シール部材２０１と、バネ部材２０２とを備える。ロータシャフト５８の回転数が所定値未満であれば、シール部材２０１に作用する遠心力よりも付勢力が大きく外周開口１４１にシール部材２０１が押付けられることでオイル１の流れが遮断される。ロータシャフト５８の回転数が所定値以上であれば、シール部材２０１に作用する遠心力より付勢力が小さく、外周開口１４１からシール部材２０１が離れてオイル１の流れが発生し、外周開口１４１からオイル１が放出される。
【選択図】図２

Description

この発明は回転電機に関し、より特定的には、オイルでロータが冷却される回転電機に関するものである。

従来、回転電機は、たとえば特開２００７−２０３３７号公報（特許文献１）、特開２００３−１０２１４７号公報（特許文献２）、特開２００２−３４５１８８号公報（特許文献３）および特開２００６−２５５４５号公報（特許文献４）に開示されている。
特開２００７−２０３３７号公報 特開２００３−１０２１４７号公報 特開２００２−３４５１８８号公報 特開２００６−２５５４５号公報

特許文献１では、エンドプレートに冷却油通路を形成し、ロータ内の永久磁石を冷却する構造が開示されている。

従来の技術では回転電機低回転時にロータへの冷却油供給が不要であるにも拘らず冷却オイルを供給するためロータ遠心力によるオイルの撹拌損失やオイルポンプ損失が大きい。また、電磁気的にオイルの流れを制御する技術では、制御が困難であるという問題があった。

そこで、この発明は上述のような問題を解決するためになされたものであり、簡単な構成で低回転時にオイルの供給を停止することが可能な構成の回転電機を提供することを目的とする。

この発明に従った回転電機は、ロータを冷却するオイルを外周に向けて放出するオイル通路が設けられたロータシャフトと、オイル通路から外周開口へ放出されるオイルの流れを遮断することが可能な弁体と、弁体を弾性力により内周側へ付勢する付勢部とを備える。ロータシャフトの回転数が所定値未満であれば、弁体に作用する遠心力よりも付勢力が大きく、外周開口に弁体が押付けられることでオイルの流れが遮断され、ロータシャフトの回転数が所定値以上であれば、弁体に作用する遠心力よりも付勢力が小さく、外周開口から弁体が離れてオイルが外周開口から放出される。

このように構成された回転電機では、弁体および付勢部により、ロータシャフトの回転数に応じてオイルの流れを遮断することができる。そのため、簡単な構成で、低回転時にオイルの供給を止めることが可能な回転電機を提供することができる。

好ましくは、弁体の外周側に溝が設けられ、リング状の付勢部材がその溝に嵌め合わせられて外周側から内周側へ弁体を押圧する。

好ましくは、弁体はボール状であり、付勢部材はリング状で内周側に溝が設けられ、その溝に弁体が嵌め合わせられ、外周側から内周側へ弁体を押圧する。

好ましくは、弁体はボール状であり、付勢部材は、コイルバネである。

以下、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、以下の実施の形態では同一または相当する部分については同一の参照符号を付し、その説明については繰返さない。また、各実施の形態を組合せることも可能である。

（実施の形態１）
図１は、この発明の実施の形態における回転電機を示す断面図である。図中に示す回転電機は、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）から電力供給されるモータとを動力源とするハイブリッド自動車に搭載されたモータである。そして、回転電機とは、電力が供給されてモータとしての機能と、発電機（ジェネレータ）としての機能との少なくとも一方の機能を有するモータジェネレータを意味する。

図１を参照して、回転電機１００は、ロータ１０と、ロータ１０の外周上に配置されたステータ５０とを備える。ロータ１０は、中心線１０１に沿って延びるロータシャフト５８に設けられている。ロータシャフト５８は、ロータ１０とともに中心線１０１を中心に回転する。

ロータ１０は、ロータコア２０と、ロータコア２０に埋設された永久磁石３１とを有する。すなわち、回転電機１００は、ＩＰＭ（Interior Permanent Magnet）モータである。

ロータコア２０は、中心線１０１に沿った円筒形状を有する。ロータコア２０は、中心線１０１の軸方向に積層された複数の電磁鋼板２１から構成されている。

中心線１０１方向に位置するロータ１０の軸方向端面には、エンドプレート２９が設けられている。

ステータ５０は、ステータコア５５と、ステータコア５５に巻回されたコイル５１とを有する。ステータコア５５は、中心線１０１の軸方向に積層された複数の電磁鋼板５２から構成されている。なお、ロータコア２０およびステータコア５５は、電磁鋼板に限定されず、たとえば圧粉磁心から構成されても良い。

コイル５１は、３相ケーブル６０によって制御装置７０に電気的に接続されている。３相ケーブル６０は、Ｕ相ケーブル６１、Ｖ相ケーブル６２およびＷ相ケーブル６３からなる。コイル５１は、Ｕ相コイル、Ｖ相コイルおよびＷ相コイルからなり、これらの３つのコイルの端子に、それぞれ、Ｕ相ケーブル６１、Ｖ相ケーブル６２およびＷ相ケーブル６３が接続されている。

制御装置７０には、ハイブリッド自動車に搭載されたＥＣＵ（Electrical Control Unit）８０から、回転電機１００が出力すべきトルク指令値が送られる。制御装置７０は、そのトルク指令値によって指定されたトルクを出力するためのモータ制御電流を生成し、そのモータ制御電流を、３相ケーブル６０を介してコイル５１に供給する。

図２は、図１で示すロータ１０の一部を拡大した拡大断面図である。図２で示すように、ロータ１０には、複数の磁極を規定する磁極群が設けられている。なお、それぞれの磁極は永久磁石３１によって構成されており、たとえば複数の永久磁石がロータ１０の周方向に配列している。

冷媒通路４３は、エンドプレート２９と、ロータコア２０の主表面２９ｃ，２９ｄとにより規定されており、オイル１が流れるための通路である。排出穴４４は冷媒通路４３からエンドプレート２９の主表面２９ａ，２９ｂまで延在している。永久磁石３１は、ロータの軸方向端面１０ａ，１０ｂまで延在している。永久磁石３１はロータコア２０内の貫通穴２４Ａに嵌め合わせられている。

回転電機１００は、永久磁石３１を冷却するための磁石冷却通路４０を備えている。この磁石冷却通路４０は、ロータシャフト５８に形成された冷媒通路４５と、この冷媒通路４５に連通し、エンドプレート２９に形成された冷媒通路４３と、冷媒通路４３に連通する排出穴４４とを備えている。

永久磁石３１は接着剤２６によって電磁鋼板２１に接続されている。冷媒通路４５は、回転軸としての中心線１０１方向に延びる冷媒通路４１と、半径方向に延びる冷媒通路４２とを有する。半径方向に延びる冷媒通路４２は、ロータシャフト５８の外周面１４０まで達しており、外周面１４０には外周開口１４１が設けられている。外周開口１４１は、エンドプレート２９沿いに設けられる冷媒通路４３に連通しており、ロータ１０の内周側から外周側へオイル１が供給される。

内周側から外周側へ供給されるオイルは、電磁鋼板２１および永久磁石３１の端面３１ａ，３１ｂに接触してこれらを冷却する。外周開口１４１を封止するようにシール部材２０１が設けられている。シール部材２０１は環状であり、外周面１４０に沿って周方向に延びるように設けられている。シール部材２０１の外周側には溝２０３が設けられており、この溝２０３にバネ部材２０２が嵌め合わせられている。バネ部材２０２は円環状であり、その一部分を切換えた形状とされており、シール部材２０１を内周側へ押圧して外周開口１４１からオイル１が漏れるのを防止している。バネ部材２０２は、たとえば金属バネで構成することができ、金属バネだけでなく、樹脂などのバネであってもよい。

図２で示す状態は、ロータシャフト５８の回転数が所定値未満の場合である。すなわち、所定値未満の回転数では、シール部材２０１およびバネ部材２０２に加わる遠心力は、バネ部材２０２がシール部材２０１を押圧する力よりも小さい。そのため、シール部材２０１が外周面１４０に押付けられることで、外周開口１４１からのオイル１の噴出を防止している。

図３は、高回転時のロータの一部分の断面図である。図３を参照して、回転数が所定値以上となると、シール部材２０１に加わる遠心力が、バネ部材２０２がシール部材２０１を内周側へ押す力よりも大きくなる。この場合、外周開口１４１が開いて外周開口１４１から外周に向けてオイル１が流れる。すなわち、オイルの経路が開きロータ内にオイルが導入される。バネ部材２０２による力は、オイルにより潤滑が欲しい回転数に応じて設定する。

図４は、車速とトルクとの関係を示すグラフである。図４で示すように、モータにおいて、車速が増えれば（モータ回転数が増えれば）トルクは減少する。回転数が低い領域では、ロータを積極的に冷却する必要がない。低回転部分でロータを冷却するとすれば、ロータがオイルを撹拌することでロータの回転抵抗が生じる。また、オイルを供給するためのオイルポンプを駆動させる必要があり、その動力損失ともなる。したがって、本発明では、高回転時での潤滑量を大きくしている。また、オイルの供給量を多くするために、図２および図３で示したようにバネ部材２０２およびシール部材２０１を用いて、機械的に回転数に応じてオイルを供給する構成を採用している。このため、電磁気的な制御を用いる場合に比べて、構成が簡単となり、故障の可能性が少なくなる。

すなわちこの発明の実施の形態に従った回転電機１００は、ロータを冷却するオイル１を外周に向けて放出する冷媒通路４２が設けられたロータシャフト５８と、冷媒通路４２からロータシャフト５８の外周へ放出されるオイル１の流れを遮断することが可能な弁体としてのシール部材２０１と、シール部材２０１を弾性力により内周側へ付勢する付勢部材としてのバネ部材２０２とを備える。ロータシャフト５８の回転数が所定値未満であれば、シール部材２０１に作用する遠心力よりも付勢力が大きく、外周開口１４１にシール部材２０１が押付けられることでオイル１の流れが遮断され、ロータシャフト５８の回転数が所定値を超えるシール部材２０１に作用する遠心力より付勢力が小さく、外周開口１４１からシール部材２０１が離れ、オイル１が外周開口１４１から放出される。シール部材２０１の外周側に溝２０３が設けられ、リング状のバネ部材２０２が溝２０３に嵌め合わせられて外周側から内周側へシール部材２０１を押圧する。

（実施の形態２）
図５は、この発明の実施の形態２に従ったロータであって低回転時の断面図である。図６は、この発明の実施の形態２に従ったロータであって高回転時の断面図である。図５を参照して、実施の形態２では、外周開口１４１にチェックボール２１２が嵌り合っており、このチェックボール２１２を樹脂のバンド２１１が押圧している。樹脂のバンド２１１の内周側には円環状の溝２１３が設けられており、バンド２１１にチェックボール２１２が嵌りやすくなるようにしている。図５で示すように、低回転時には、樹脂のバンド２１１による拘束力（弾性力）が、チェックボール２１２に働く遠心力よりも大きいため、外周開口１４１が開かず、ロータ内にオイル１が供給されない。

図６を参照して、回転数が高くなると、チェックボール２１２に働く遠心力が、バンド２１１によるバネ力よりも大きくなり、外周開口１４１が開く。これにより、ロータ内にオイル１が導入される。このときのバンド２１１の力は、オイルによる潤滑が必要な回転数により適宜変更することが可能である。

すなわち、実施の形態２に従った回転電機では、弁体としてのチェックボール２１２はボール状であり、付勢部材としてのバンド２１１はリング状で内周側に溝２１３が設けられており、その溝２１３にチェックボール２１２が嵌め合わせられてチェックボール２１２が外周側から内周側へバンド２１１がチェックボール２１２を押圧している。

（実施の形態３）
図７は、この発明の実施の形態３に従ったロータの断面図であって低回転時の断面図である。図８は、この発明の実施の形態３に従ったロータの断面図であって高回転時の断面図である。図７を参照して、この発明の実施の形態３に従ったロータでは、チェックスプリング２２１によりチェックボール２１２を押圧している点で、実施の形態２に従ったロータと異なる。チェックスプリングはいわゆるコイルバネであり、外周側からチェックボール２１２を内周側へ押圧している。チェックスプリング２２１はエンドプレート２９に取付けられており、内周側へチェックボール２１２を押圧する。

すなわち、実施の形態３に従ったロータでは、弁体としてのチェックボール２１２はボール状であり、付勢部材としてのチェックスプリング２２１はコイルバネである。

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。

この発明の実施の形態における回転電機を示す断面図である。 図１で示すロータ１０の一部を拡大した拡大断面図である。 高回転時のロータの一部分の断面図である。 車速とトルクとの関係を示すグラフである。 この発明の実施の形態２に従ったロータの断面図であって低回転時の断面図である。 この発明の実施の形態２に従ったロータの断面図であって高回転時の断面図である。 この発明の実施の形態３に従ったロータの断面図であって低回転時の断面図である。 この発明の実施の形態３に従ったロータの断面図であって高回転時の断面図である。

符号の説明

１ オイル、１０ ロータ、２０ ロータコア、２１ 電磁鋼板、２６ 接着剤、２９ エンドプレート、３１ 永久磁石、３１ａ，３１ｂ 端面、４０ 磁石冷却通路、４１，４３，４５ 冷媒通路、４２ 冷媒通路、４４ 排出穴、５０ ステータ、５１ コイル、５２ 電磁鋼板、５５ ステータコア、５８ ロータシャフト、７０ 制御装置、１００ 回転電機、１０１ 中心線、１４０ 外周面、１４１ 外周開口、２０１ シール部材、２０２ バネ部材、２０３ 溝、２１１ バンド、２１２ チェックボール、２２１ チェックスプリング。

Claims (4)

1. ロータを冷却するオイルを外周に向けて放出するオイル通路が設けられたロータシャフトと、
   前記オイル通路から前記ロータシャフトの外周開口へ放出されるオイルの流れを遮断することが可能な弁体と、
   前記弁体を弾性力により内周側へ付勢する付勢部とを備え、
   前記ロータシャフトの回転数が所定値未満であれば前記弁体に作用する遠心力より付勢力が大きく前記外周開口に前記弁体が押付けられることでオイルの流れが遮断され、
   前記ロータシャフトの回転数が所定値以上であれば前記弁体に作用する遠心力より付勢力が小さく前記外周開口から前記弁体が離れてオイルが外周開口から放出される、回転電機。
2. 前記弁体の外周側に溝が設けられ、リング状の前記付勢部材がその溝に嵌め合わせられて外周側から内周側へ前記弁体を押圧する、請求項１に記載の回転電機。
3. 前記弁体はボール状であり、前記付勢部材はリング状で内周側に溝が設けられ、その溝に弁体が嵌め合わせられ、外側から内側へ弁体を押圧する、請求項１に記載の回転電機。
4. 前記弁体はボール状であり、前記付勢部材はコイルバネである、請求項１に記載の回転電機。

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