JP2010041791A - 回転子 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明の目的は、高速回転時でも、回転フリクションロスの増大を抑制する回転子を提供することにある。
【解決手段】本発明の回転子１０は、電磁鋼板１４ｂを積層してなる回転子鉄心２２と、回転子鉄心２２の軸方向の両端面に配置される端板２４と、回転子鉄心２２及び端板２４の中央部に挿通固定される中空状の回転子軸２６と、回転子軸２６、及び回転子鉄心２２と端板２４との間に設けられ、回転子軸２６内に供給された冷却液が通過する冷却液通路（３２，３４）と、を有し、回転子鉄心２２と端板２４との間に設けられる冷却液通路３２には、回転子１０の回転速度の上昇に応じて、冷却液通路３２を遮蔽する遮蔽手段を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、冷却液を飛散して固定子を冷却する回転子の技術に関する。

回転電機は、固定子鉄心にスロット絶縁紙を介して固定子巻線を巻装してなる固定子と、固定子の界磁空間に配置される回転子とを有する。回転電機の回転子は、複数の電磁鋼板を積層してなる回転子鉄心と、回転子鉄心の軸方向の両端面に配置される端板と、これらの中央部に挿通固定した中空状の回転子軸と、を有する。そして、回転子軸、及び回転子鉄心と端板との間には、回転子軸の中空部内に供給された冷却液が通過する冷却液通路が形成されている（例えば特許文献１参照）。

そして、固定子の固定子巻線に通電されて回転子が回転すると、回転子軸の中空部に供給された冷却液は、遠心力により、冷却液通路に流入し、冷却液通路から固定子の固定子巻線に向け噴射飛散される。そして、固定子、特に固定子巻線が冷却される。

特開２００６−２５５４５号公報 特開２００７−３１２５８７号公報

冷却液による冷却能力は、回転子の回転による遠心力に依存し、回転子の回転速度が速いほど遠心力が増加し、飛散する冷却液の噴射能力も増大する。しかし、回転子の高速回転時では、固定子巻線への通電量が少なくて済むため、固定子巻線を冷却する必要はほとんどない。むしろ、回転子の高速回転時では、冷却液を冷却液通路内に通液させる仕事量や端板の外周面に付着した冷却液の引きずり等に起因して、回転子の回転フリクションロスが増大し、回転電機の運転効率が低下してしまう。

そこで、本発明の目的は、高速回転時でも、回転フリクションロスの増大を抑制することができる回転子を提供することにある。

本発明は、電磁鋼板を積層してなる回転子鉄心と、前記回転子鉄心の軸方向の両端面に配置される端板と、前記回転子鉄心及び前記端板の中央部に挿通固定される中空状の回転子軸と、前記回転子軸、及び前記回転子鉄心と前記端板との間に設けられ、前記回転子軸内に供給された冷却液が通過する冷却液通路と、を有し、前記回転子鉄心と前記端板との間に設けられる冷却液通路には、回転子の回転速度の上昇に応じて、前記冷却液通路を遮蔽する遮蔽手段を備える。

また、前記回転子において、前記遮蔽手段は、前記冷却液通路内に形成されるテーパー部と、前記テーパー部における開口部と間隔を空けて径方向内側に配置される弾性体と、を備え、回転子の回転速度の上昇に応じて、前記弾性体が前記テーパー部に沿って撓み、前記テーパー部における開口部を遮蔽することが好適である。

本発明によれば、回転子の高速回転時では、冷却液通路を遮断し、冷却液通路から冷却液が固定子に向かって飛散することが防止されるので、回転子の回転フリクションロスの増大を抑制することができる。

本発明の実施の形態について以下説明する。

図１は、本実施形態に係る回転電機の構成の一例を示す模式断面図である。回転電機１は、例えば、ガソリンエンジン、ディーゼルエンジン等の内燃機関と、充放電可能な二次電池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等に搭載されるモータ等である。

回転電機１は、回転子１０と、回転子１０の外周上に配置される固定子１２とを備える。固定子１２は、円環状の複数の電磁鋼板１４ａを積層してなる固定子鉄心１６と、この固定子鉄心１６の図示しないスロット内にスロット絶縁紙１８を介して巻装された固定子巻線２０とを備えている。そして、回転子１０は、固定子１２の磁界空間に配置されて、その回転子１０の回転子軸２６が図示しない軸受け部に支承されている。

回転子１０は、円環状の複数の電磁鋼板１４ｂを積層してなる回転子鉄心２２と、回転子鉄心２２の軸方向の両端面に配置される端板２４と、これらの中央部に挿通固定した中空状の回転子軸２６と、を有する。回転子鉄心２２の外周部には、図示しない複数の永久磁石が等角度を存して埋設されている。

ここで、回転子軸２６に回転子鉄心２２、端板２４を設置する方法の一例について説明する。回転子軸２６に端板２４を嵌め込んで、形成した鍔部２８に当接するまで移動させる。次に、回転子軸２６に回転子鉄心２２を嵌め込んで、端板２４に当接するまで移動させる。そして、回転子軸２６にもう一方の端板２４を嵌め込んで後、回転子軸２６にナット等の締結部材３０を螺合させて締め付ける。以上により、回転子軸２６に回転子鉄心２２、端板２４を設置することができる。

本実施形態の回転子１０において、回転子鉄心２２の軸方向の両端面と端板２４との間には、回転子１０の内周から外周側に延びる凹部３２が形成されており、また、回転子軸２６には、回転子軸２６の中空部と凹部３２とを連通する連通孔３４が形成されている。この凹部３２及び連通孔３４により、回転子軸２６内に供給された冷却液が通過する冷却液通路が構成される。冷却液通路の数は特に制限されるものではなく、少なくとも１つ以上形成されていればよい。

冷却液通路の凹部３２内には、回転子１０の回転速度の上昇に応じて、冷却液通路の凹部３２を遮蔽する遮蔽手段を備えている。図２は、遮蔽手段の構成の一例を示す一部拡大模式図であり、図３は、図２のＡ−Ａ線における遮蔽手段の構成の一例を示す一部拡大模式図である。図２，３に示すように、凹部３２内にはピット３６が形成されおり、ピット３６の出口側側面にテーパー部３７が形成されている。また、テーパー部３７における開口部３７ａ（ピット３６の出口）と間隔を開けて、（回転子の）径方向内側には、弾性体３８が配置されている。本実施形態では、弾性体３８の寸法、テーパー部３７の角度等の自由度を確保するために、凹部３２内にピット３６を形成しているが、必ずしもピット３６を形成する必要はなく、遮蔽手段は、凹部内に形成されるテーパー部と、上記弾性体とを有するものであればよい。

以下に、本実施形態の遮蔽手段の機能を説明する。本実施形態の回転電機１は、図示はしないが、冷却液は貯留されたケース内に収納されており、運転中は、その冷却液を汲み上げるポンプにより回転子軸２６の中空部内に冷却液が供給されるようになっている。そして、固定子１２の固定子巻線２０に通電されて回転子１０が回転すると、回転子軸２６の中空部内に供給された冷却液が、回転による遠心力により、連通孔３４から凹部３２へ流入する。

通常、回転子１０の回転速度を制御する方法として、インバータ制御が採用される。インバータ制御には、例えば、ＰＷＭ制御モード、可変調制御モード、矩形制御モード等がある。通常、インバータ制御は、回転子１０の回転速度が遅い場合にはＰＷＭ制御モード、それより回転速度が速い場合には可変調制御モード、そしてさらに回転速度が速い場合には矩形制御モードを採用する。ＰＷＭ制御モードのとき、すなわち回転子１０の回転速度が遅いときには、固定子巻線２０への通電量が高くなるため、固定子１２特に固定子巻線２０が高温になる。一方、その他の制御モードのとき、すなわち回転子１０の回転速度が速いとき、固定子巻線２０への通電量は、回転子１０の回転速度が遅いときより少なくて済むので、固定子巻線２０の発熱は抑制され高温になりにくくなる。

したがって、回転子１０の回転速度が速い場合においては、固定子巻線２０の発熱が抑えられるので、冷却液を凹部３２から噴射して、固定子巻線２０を冷却する必要はほとんどない。むしろ、回転子１０の高速回転時では、冷却液を冷却液通路内に通液させる仕事量や端板２４の外周面に付着した冷却液の引きずり等に起因する回転子１０の回転フリクションロスが増大し、回転電機１の運転効率が低下してしまう。

本実施形態では、回転子１０の回転速度が所定値未満である場合、すなわち、回転子１０の回転停止又は低速回転している場合、凹部３２からピット３６へ流入した冷却液は、図３に示すようにピット３６と弾性体３８との間に形成される隙間を通り、開口部３７ａから凹部３２を通過し、固定子１２に向かって噴射される。これにより、固定子１２特に固定子巻線２０が冷却される。

図４は、回転子の高速回転時における弾性体の状態を示す模式図である。回転子１０の回転速度が上昇していくと、遠心力及び冷却液通路内を流れる冷却液の流速も上昇する。そうすると、弾性体３８は、遠心力、冷却液に圧されて、ピット３６に形成されたテーパー部３７に沿って撓み、テーパー部３７における開口部３７ａを遮蔽する。ここで、回転子１０の回転速度が所定値以上、すなわち回転子１０が高速回転している場合、テーパー部３７における開口部３７ａを弾性体３８により完全に塞いで、冷却液が固定子１２に向かって噴射されることを防止することが好ましい。上記構成により、高速回転時において、冷却液が固定子１２に向かって噴射される冷却液の量が減少又は冷却液の噴射が停止されるため、冷却液を冷却液通路内に通液させる仕事量や端板２４の外周面に付着した冷却液の引きずり等に起因する回転子１０の回転フリクションロスの増大を抑制することが可能となる。

本実施形態に用いられる弾性体３８は、回転子１０の回転速度の上昇に応じて撓むもの、好ましくは回転子１０の高速回転時に、テーパー部３７における開口部３７ａを完全に塞ぐことができる程度に撓むものであれば、弾性体３８を構成する材料は特に制限されるものではない。

図５は、遮蔽手段の構成の他の一例を示す一部拡大模式図である。図５に示すように、凹部３２内にはピット３９が形成されており、ピット３９内には遮蔽板４０が配置されている。また、遮蔽板４０はバネ４２により支持されている。バネ４２は、その一端が遮蔽板４０に、他端がピット３９入口側側面に接続されている。バネ４２は、遮蔽板４０をピット３９の出口３９ａから所定の距離に位置するように付勢している。

回転子１０の回転速度が所定値未満である場合、すなわち、回転子１０の回転停止又は低速回転している場合、凹部３２からピット３９へ流入した冷却液は、ピット３９と遮蔽板４０との間に形成される隙間を通り、ピット３９の出口３９ａから凹部３２を通過し、固定子１２に向かって噴射される。これにより、固定子１２特に固定子巻線２０が冷却される。

図６は、回転子の高速回転時における遮蔽板の状態を示す模式図である。回転子１０の回転速度の上昇に伴い、遠心力及び冷却液通路内を流れる冷却液の流速が上昇すると、バネ４２が伸長し、遮蔽板４０がピット３９の出口３９ａ側へ移動し、ピット３９の出口３９ａを遮蔽する。ここで、回転子１０の回転速度が所定値以上、すなわち回転子１０が高速回転している場合、ピット３９の出口３９ａを遮蔽板４０により完全に塞いで、冷却液が固定子１２に向かって噴射されることを防止することが好ましい。上記構成によっても、高速回転時において、冷却液が固定子１２に向かって噴射される冷却液の量が減少又は冷却液の噴射が停止されるため、冷却液を冷却液通路内に通液させる仕事量や端板２４の外周面に付着した冷却液の引きずり等に起因する回転子１０の回転フリクションロスの増大を抑制することが可能となる。

本実施形態で用いる遮蔽板４０は、上記弾性体３８である必要はないが、非磁性の材料であることが好ましい。非磁性材料としては、非鉄の軽金属、樹脂材料等を用いることができる。また、本実施形態で用いるバネ４２は、回転子１０の回転速度に応じて伸縮するもの、好ましくは回転子１０の高速回転時に、遮蔽板４０をピット３９の出口３９ａまで移動させる程度の付勢力を有するものであればよい。

以上のように、本実施形態の回転子において、回転子鉄心と端板との間に設けられる冷却液通路に、回転子の回転速度の上昇に応じて、冷却液通路を遮蔽する遮蔽手段を備えることにより、回転子の回転速度が遅い時には、冷却液が冷却液通路内を通過し、固定子に噴射され、固定子を効果的に冷却することができる。一方、回転子の回転速度が速い時には、冷却液通路内を通る冷却液の流量を減少又は停止させることができるため、回転子の高速回転時における、回転子の回転フリクションロスの増大を抑制することができる。

なお、本発明は、上記し且つ図面に示す実施形態にのみ限定されるものではなく、例えば永久磁石式回転電機に限らず回転電機全般に適用できる等、要旨を変更しない範囲内で適宜変形して実施し得ることは勿論である。

本実施形態に係る回転電機の構成の一例を示す模式断面図である。 遮蔽手段の構成の一例を示す一部拡大模式図である。 図２のＡ−Ａ線における遮蔽手段の構成の一例を示す一部拡大模式図である。 回転子の高速回転時における弾性体の状態を示す模式図である。 遮蔽手段の構成の他の一例を示す一部拡大模式図である。 回転子の高速回転時における遮蔽板の状態を示す模式図である。

符号の説明

１ 回転電機、１０ 回転子、１２ 固定子、１４ａ，１４ｂ 電磁鋼板、１６ 固定子鉄心、１８ スロット絶縁紙、２０ 固定子巻線、２２ 回転子鉄心、２４ 端板、２６ 回転子軸、２８ 鍔部、３０ 締結部材、３２ 凹部、３４ 連通孔、３６，３９ ピット、３７ テーパー部、３７ａ 開口部、３８ 弾性体、３９ ピット、３９ａ 出口、４０ 遮蔽板、４２ バネ。

Claims (2)

1. 電磁鋼板を積層してなる回転子鉄心と、前記回転子鉄心の軸方向の両端面に配置される端板と、前記回転子鉄心及び前記端板の中央部に挿通固定される中空状の回転子軸と、前記回転子軸、及び前記回転子鉄心と前記端板との間に設けられ、前記回転子軸内に供給された冷却液が通過する冷却液通路と、を有し、
   前記回転子鉄心と前記端板との間に設けられる冷却液通路には、回転子の回転速度の上昇に応じて、前記冷却液通路を遮蔽する遮蔽手段を備えることを特徴とする回転子。
2. 請求項１記載の回転子であって、前記遮蔽手段は、前記冷却液通路内に形成されるテーパー部と、前記テーパー部における開口部と間隔を空けて径方向内側に配置される弾性体と、を備え、回転子の回転速度の上昇に応じて、前記弾性体が前記テーパー部に沿って撓み、前記テーパー部における開口部を遮蔽することを特徴とする回転子。

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