JP2011055594A - 回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】ロータコアとエンドプレートの間からオイルが漏れることを防止することが可能な回転電機を提供する。
【解決手段】回転電機のロータ２２５０においてロータコア側凹凸構造２２３３とエンドプレート側凹凸構造２２２３とが嵌合しラビリンス構造を構成している。
【選択図】図４

Description

この発明は、回転電機に関し、より特定的には、ロータコアの端面がエンドプレートで保持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２００５−７３３５１号公報（特許文献１）および特開２００６−２５５４５号公報（特許文献２）に開示されている。

特開２００５−７３３５１号公報 特開２００６−２５５４５号公報

特許文献１では、回転軸から噴霧された冷媒を保持する冷却油保持部材をステータコイルエンドの径方向外側に配置する構造が開示されている。

特許文献２では、ロータコア外面の外周側に、接着剤を介して端板を設置し、冷却油のロータ外周への飛散を阻止する技術が開示されている。

従来の技術では、ロータシャフト側から冷媒を供給した場合に、冷媒が外周側へ漏れ出し、熱が冷媒に伝達する前に噴出すると、磁石を効果的に冷却できない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点を解決するためになされたものであり、ロータを確実に冷却することが可能な構造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、冷媒通路を内部に有するロータシャフトと、ロータシャフトを中心に回転するロータコアと、ロータコアの周面に対向したステータと、ロータコアの端面と対向して設置されるエンドプレートとを備え、回転において生じる遠心力によって冷媒をロータシャフトからロータコアの端面とエンドプレートとの間の空間へ供給する回転電機であって、径方向において屈曲または湾曲しているロータコアの端面と、径方向において屈曲または湾曲しているエンドプレートの端部とを備え、ロータコアの端面とエンドプレートの端部の屈曲または湾曲部分が互いに嵌合している。

このように構成された回転電機では、ロータコアの端面とエンドプレートの端部とが径方向において湾曲または屈曲する面において接触しているため、この部分において冷媒の漏れを防止することができる。その結果、効率よく冷媒にロータの熱を伝達することが可能となる。

好ましくは、ロータコアの端面とエンドプレートの端部が接触する部位は、永久磁石が設置された位置より外周側に位置している。

好ましくは、エンドプレート端部において屈曲または湾曲している面はエンドプレート端部に設けられた凹凸であり、ロータコア端面において屈曲または湾曲している部分はロータ内に磁石を接着するための接着部材により突起で形成される。

この発明の実施の形態１に従ったロータが用いられる車両の駆動部分の電気回路を示す図である。 この発明の実施の形態１に従った回転電機におけるロータの構造を説明するための正面図である。 図２中のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿って見た、実施の形態１に従った回転電機のロータを示す断面図である。 この発明の実施の形態１に従ったロータにおいて、エンドプレート２２２０とロータコア２２３０との間にオイルが供給されている状態を示す断面図である。 この発明の実施の形態２に従った回転電機におけるロータの構造を説明するための正面図である。 図５中のＶＩ−ＶＩ線に沿って見た、実施の形態２に従った回転電機のロータを示す断面図である。 この発明の実施の形態２に従ったロータにおいて、エンドプレート２２２０とロータコア２２３０との間にオイルが供給されている状態を示す断面図である。

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１に従ったロータが用いられる車両の駆動部分の電気回路を示す図である。図１では、この発明に従った車輌に搭載される回転電機を駆動させるための電気回路をしている。図１を参照して、ＰＣＵ（パワーコントロールユニット）２７００は、コンバータ２７１０と、インバータ２７２０と、制御装置２７３０と、コンデンサＣ１，Ｃ２と、電源ラインＰＬ１〜ＰＬ３と、出力ライン２７４０Ｕ，２７４０Ｖ，２７４０Ｗとを含む。コンバータ２７１０は、バッテリ３０００とインバータ２７２０の間に接続され、インバータ２７２０は、出力ライン２７４０Ｕ，２７４０Ｖ，２７４０Ｗを介して回転電機２２００と接続される。

コンバータ２７１０に接続されるバッテリ３０００は、たとえばニッケル水素やリチウムイオン等の二次電池である。バッテリ３０００は、発生した直流電圧をコンバータ２７１０に供給し、また、コンバータ２７１０から受ける直流電圧によって充電される。

コンバータ２７１０は、パワートランジスタＱ１，Ｑ２とダイオードＤ１，Ｄ２と、リアクトルＬとからなる。パワートランジスタＱ１，Ｑ２は、電源ラインＰＬ２，ＰＬ３間
に直列に接続され、制御装置２７３０からの制御信号をベースに受取る。ダイオードＤ１，Ｄ２は、それぞれパワートランジスタＱ１，Ｑ２のエミッタ側からコレクタ側へ電流を流すようにパワートランジスタＱ１，Ｑ２のコレクタ−エミッタ間にそれぞれ接続される。リアクトルＬは、バッテリ３０００の正極と接続される電源ラインＰＬ１に一端が接続され、パワートランジスタＱ１，Ｑ２の接続点に他端が接続される。

このコンバータ２７１０は、リアクトルＬを用いてバッテリ３０００から受ける直流電圧を昇圧し、その昇圧した昇圧電圧を電源ラインＰＬ２に供給する。また、コンバータ２７１０は、インバータ２７２０から受ける直流電圧を降圧してバッテリ３０００を充電する。

インバータ２７２０は、Ｕ相アーム２７５０Ｕ、Ｖ相アーム２７５０ＶおよびＷ相アーム２７５０Ｗからなる。各相アームは、電源ラインＰＬ２，ＰＬ３間に並列に接続される。Ｕ相アーム２７５０Ｕは、直列に接続されたパワートランジスタＱ３，Ｑ４を含み、Ｖ相アーム２７５０Ｖは、直列に接続されたパワートランジスタＱ５，Ｑ６を含み、Ｗ相アーム２７５０Ｗは、直列に接続されたパワートランジスタＱ７，Ｑ８を含む。ダイオードＤ３〜Ｄ８は、それぞれパワートランジスタＱ３〜Ｑ８のエミッタ側からコレクタ側へ電流を流すようにパワートランジスタＱ３〜Ｑ８のコレクタ−エミッタ間にそれぞれ接続される。そして、各相アームにおける各パワートランジスタの接続点は、出力ライン２７４０Ｕ，２７４０Ｖ，２７４０Ｗを介してモータジェネレータとしての回転電機２２００の各相コイルの反中性点側にそれぞれ接続されている。

インバータ２７２０は、制御装置２７３０からの制御信号に基づいて、電源ラインＰＬ２から受ける直流電圧を交流電圧に変換して回転電機２２００へ出力する。また、インバータ２７２０は、回転電機２２００によって発電された交流電圧を直流電圧に整流して電源ラインＰＬ２に供給する。

コンデンサＣ１は、電源ラインＰＬ１，ＰＬ３間に接続され、電源ラインＰＬ１の電圧レベルを平滑化する。また、コンデンサＣ２は、電源ラインＰＬ２，ＰＬ３間に接続され、電源ラインＰＬ２の電圧レベルを平滑化する。

制御装置２７３０は、モータトルク指令値、回転電機２２００の各相電流値、およびインバータ２７２０の入力電圧に基づいて回転電機２２００の各相コイル電圧を演算し、その演算結果に基づいてパワートランジスタＱ３〜Ｑ８をオン／オフするＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号を生成してインバータ２７２０へ出力する。

また、制御装置２７３０は、上述したモータトルク指令値およびモータ回転数に基づいてインバータ２７２０の入力電圧を最適化するためのパワートランジスタＱ１，Ｑ２のデューティ比を演算し、その演算結果に基づいてパワートランジスタＱ１，Ｑ２をオン／オフするＰＷＭ信号を生成してコンバータ２７１０へ出力する。

さらに、制御装置２７３０は、回転電機２２００によって発電された交流電力を直流電力に変換してバッテリ３０００を充電するため、コンバータ２７１０およびインバータ２７２０におけるパワートランジスタＱ１〜Ｑ８のスイッチング動作を制御する。

ＰＣＵ２７００においては、コンバータ２７１０は、制御装置２７３０からの制御信号に基づいて、バッテリ３０００から受ける直流電圧を昇圧して電源ラインＰＬ２に供給する。そして、インバータ２７２０は、コンデンサＣ２によって平滑化された直流電圧を電源ラインＰＬ２から受け、その受けた直流電圧を交流電圧に変換して回転電機２２００へ出力する。

また、インバータ２７２０は、回転電機２２００の回生動作によって発電された交流電圧を直流電圧に変換して電源ラインＰＬ２へ出力する。そして、コンバータ２７１０は、コンデンサＣ２によって平滑化された直流電圧を電源ラインＰＬ２から受け、その受けた直流電圧を降圧してバッテリ３０００を充電する。

図２は、この発明の実施の形態１に従った回転電機におけるロータの構造を説明するための正面図である。図２を参照して、回転電機２２００を構成するロータ２２５０は、電磁鋼板により構成されるロータコア２２３０と、ロータコア２２３０に設けられた貫通穴２２３５と、貫通穴２２３５に埋込まれる永久磁石２２４０と、永久磁石２２４０を貫通穴２２３５に固定するための樹脂２２３８とを有する。ロータコア２２３０はロータシャフト２２１０に嵌合しており、ロータシャフト２２１０とともに回転する。

ロータコア２２３０には、軸方向に貫通するような貫通穴２２３５が設けられており、貫通穴２２３５には、円周方向に対して傾斜するような形状の永久磁石２２４０が嵌め合わせられている。永久磁石２２４０の数は特に限定されるものでなく、図２より多い、または少ない永久磁石２２４０を用いてもよい。

貫通穴２２３５の幅は永久磁石２２４０の周方向の幅よりも大きい。そのため、永久磁石２２４０が貫通穴２２３５内で周方向に移動することを防止するためにモールド用の樹脂２２３８により、貫通穴２２３５内で永久磁石２２４０が位置決めされている。

ロータコア２２３０の外周部には、傾斜面２２３１と平坦面２２３２とにより構成されるロータコア側凹凸構造２２３３が位置している。ロータコア側凹凸構造２２３３は、樹脂２２３８と同じ材料で構成されている。すなわち、永久磁石２２４０を固定するための樹脂２２３８を貫通穴２２３５へ流し込むのと同様に、ロータコア２２３０の端部にロータコア側凹凸構造２２３３を形成する。

図３は、図２中のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿って見た、実施の形態１に従った回転電機のロータを示す断面図である。図３を参照して、ロータ２２５０の中心部には、所定の方向に延びるロータシャフト２２１０が設けられている。ロータシャフト２２１０の中心部には穴２２１１が設けられており、ロータシャフト２２１０は中空構造である。中空構造のロータシャフト２２１０の穴２２１１にはオイルが供給される。このオイルがオイル通路２２１２を通って外周側へ供給される。このオイル通路２２１２を通って外周へ供給されるオイルは遠心力により外周側へ加速される。

ロータコア２２３０は、板状の電磁鋼板を複数枚軸方向に積層することで構成されている。各々の電磁鋼板に穴が設けられ、この穴が複数連なって貫通穴２２３５を構成している。貫通穴２２３５内には永久磁石２２４０が挿入されており、図３では示さない樹脂により貫通穴２２３５内に永久磁石２２４０が固定されている。

ロータシャフト２２１０の外周面に設けられたロータコア２２３０のスラスト端面（アキシャル端面）にはロータコア側凹凸構造２２３３が設けられている。ロータコア側凹凸構造２２３３は、永久磁石２２４０よりも外周側に位置している。平坦面２２３２と傾斜面２２３１により構成されるロータコア側凹凸構造２２３３において、この実施の形態では、２つの山がロータコア側凹凸構造２２３３を構成している。ロータコア側凹凸構造２２３３の断面は図３では矩形状に形成されているが、ロータコア側凹凸構造２２３３を構成する凹凸はなだらかな曲線状であってもよい。またロータコア側凹凸構造２２３３の平坦面２２３２および傾斜面２２３１を構成するそれぞれの凹凸は、必ずしも樹脂で形成される必要はない。すなわち、仮に樹脂で構成する場合であっても、図２で示す、永久磁石２２４０を貫通穴２２３５に固定するための樹脂２２３８と同一の樹脂を用いる必要はなく、違う材料の樹脂を用いてもよい。また、樹脂ではなく、ゴムなどでロータコア側凹凸構造２２３３を構成してもよい。

さらに、金属でロータコア側凹凸構造２２３３を構成してもよい。具体的には、ロータコア２２３０を構成する電磁鋼板のうち、最も端部に位置する電磁鋼板の一部を加工することによってロータコア側凹凸構造２２３３を構成してもよい。

ロータコア２２３０を構成する複数の電磁鋼板を付勢するためにエンドプレート２２２０が設けられる。エンドプレート２２２０はロータシャフト２２１０に嵌め合わされてロータシャフト２２１０にかしめられる。そのとき、エンドプレート２２２０は、オイル通路２２１２の出口を防がないように、ロータコア２２３０と一定の間隔をあけて位置決めされる。エンドプレート２２２０の外周側の端部には、エンドプレート側凹凸構造２２２３が設けられている。エンドプレート側凹凸構造２２２３は、平坦面２２２２と傾斜面２２２１とにより構成される屈曲構造であり、ロータコア側凹凸構造２２３３に嵌合する。なお、エンドプレート側凹凸構造２２２３は、図３で示すような矩形である必要はなく、なだらかな曲線によりエンドプレート側凹凸構造２２２３が構成されていてもよい。また、エンドプレート側凹凸構造２２２３を構成する凹凸の数は、凹部または凸部が少なくとも１つあればよい。

ロータコア側凹凸構造２２３３にエンドプレート側凹凸構造２２２３が嵌まり合う。
図４は、この発明の実施の形態１に従ったロータにおいて、エンドプレート２２２０とロータコア２２３０との間にオイルが供給されている状態を示す断面図である。図４を参照して、ロータコア側凹凸構造２２３３とエンドプレート側凹凸構造２２２３とが嵌合している状態においては、エンドプレート側凹凸構造２２２３とロータコア側凹凸構造２２３３との内周側においてエンドプレート２２２０とロータコア２２３０との間に隙間が生じる。この隙間に冷媒としてのオイル２２１３が供給される。オイル２２１３は、ロータシャフト２２１０に設けられた冷媒通路としてのオイル通路２２１２から遠心力によって供給される。

図４で示すように、ロータコア側凹凸構造２２３３とエンドプレート側凹凸構造２２２３との間の界面は屈曲した構造であるため、接触面積が広くなっている。その結果、この界面から外周部へ向かってオイル２２１３が漏れることを防止できる。

すなわち、この発明の実施の形態１に従った回転電機２２００は、径方向において屈曲または湾曲しているロータコア２２３０の端面であるロータコア側凹凸構造２２３３と、径方向において屈曲または湾曲しているエンドプレート２２２０の端部であるエンドプレート側凹凸構造２２２３とを備え、ロータコア側凹凸構造２２３３と、エンドプレート側凹凸構造２２２３とが互いに嵌合している。ロータコア側凹凸構造２２３３とエンドプレート側凹凸構造２２２３とが嵌合する位置は、永久磁石２２４０より外周側である。

すなわち、実施の形態１に従った回転電機２２００は、冷媒通路としてのオイル通路２２１２を内部に有するロータシャフト２２１０と、ロータシャフト２２１０を中心に回転するロータ２２５０と、ロータ２２５０の周面に対向したステータ２２６０と、ロータ２２５０の端面と隙間を設けて設置されるエンドプレート２２２０とを備える。回転において生じる遠心力によって冷媒をロータシャフト２２１０からロータコア２２３０の端面とエンドプレート２２２０との間の空間へ供給する。

（実施の形態２）
図５は、この発明の実施の形態２に従った回転電機におけるロータの構造を説明するための正面図である。図５を参照して、この発明の実施の形態２に従った回転電機２２００のロータ２２５０では、ロータコア側凹凸構造２２３３を構成する凸部の数が実施の形態１よりも少ない点で、実施の形態１に従った構造と異なる。

図６は、図５中のＶＩ−ＶＩ線に沿って見た、実施の形態２に従った回転電機のロータを示す断面図である。図７は、この発明の実施の形態２に従ったロータにおいて、エンドプレート２２２０とロータコア２２３０との間にオイルが供給されている状態を示す断面図である。

図６および図７を参照して、この実施の形態では、実施の形態１と比較して、凹部および凸部の数が少なく構成されている点で、実施の形態１と異なる。すなわち、実施の形態１ではロータコア側凹凸構造２２３３には凸部が２つ形成されていたのに対し、実施の形態２では、ロータコア側凹凸構造２２３３に凸部が１つのみ構成されている。また、実施の形態１ではエンドプレート側凹凸構造２２２３に凹部が２つ構成されていたのに対し、実施の形態２ではエンドプレート側凹凸構造２２２３において凹部が１つのみ構成されている。そしてエンドプレート側凹凸構造２２２３とロータコア側凹凸構造２２３３とが嵌合しあっている。

これらの実施の形態では、ロータシャフト２２１０から供給される冷媒としてのオイルを、ロータコア側凹凸構造２２３３およびエンドプレート側凹凸構造２２２３で構成されるラビリンス構造により閉じ込めており、ロータコア２２３０とエンドプレート２２２０との間から冷媒が漏れることを防ぎつつ、効率よく磁石に冷媒を当てることで冷却性能を向上させる。なお、ロータコア側凹凸構造２２３３は、永久磁石２２４０をモールドするための樹脂２２３８の形成工程で形成するため、部品点数や工数の増加が発生しない。

これにより、ラビリンス構造を採用しているため冷媒の噴出経路を複雑にし、冷媒の外周部への噴出を防止できる。

また、永久磁石２２４０の表面上に冷媒を溜めることができ、冷却効率が向上する。
さらに、ロータコア２２３０とエンドプレート２２２０との間の平面度の差を吸収でき、確実にロータコア２２３０とエンドプレート２２２０との間にオイル２２１３が溜まる通路を形成することができる。

また、ロータコア側凹凸構造２２３３は直接射出および圧縮成形することが可能である。

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。

２２００ 回転電機、２２１０ ロータシャフト、２２１１ 穴、２２１２ オイル通路、２２１３ オイル、２２２０ エンドプレート、２２２１ 傾斜面、２２２２ 平坦面、２２２３ エンドプレート側凹凸構造、２２３０ ロータコア、２２３３ ロータコア側凹凸構造、２２３５ 貫通穴、２２３８ 樹脂、２２４０ 永久磁石、２２５０ ロータ、２２６０ ステータ、２７１０ コンバータ、２７２０ インバータ、２７３０ 制御装置、２７４０Ｕ，２７４０Ｖ，２７４０Ｗ 出力ライン、３０００ バッテリ。

Claims (3)

1. 冷媒通路を内部に有するロータシャフトと、前記ロータシャフトを中心に回転するロータコアと、前記ロータコアの周面に対向したステータと、前記ロータコアの端面と対向して設置されるエンドプレートとを備え、
   回転において生じる遠心力によって冷媒をロータシャフトからロータコアの端面とエンドプレートとの間の空間へ供給する回転電機であって、
   径方向において屈曲または湾曲しているロータコアの端面と、
   径方向において屈曲または湾曲しているエンドプレートの端部とを備え、
   前記ロータコアの端面と前記エンドプレートの端部の屈曲または湾曲部分が互いに嵌合している、回転電機。
2. 前記ロータコアの端面と前記エンドプレートの端部が接触する部位は、永久磁石が設置された位置より外周側に位置している、請求項１に記載の回転電機。
3. 前記エンドプレート端部において屈曲または湾曲している面はエンドプレート端部に設けられた凹凸であり、前記ロータコア端面において屈曲または湾曲している部分はロータ内に磁石を接着するための接着部材により突起で形成される、請求項１または２に記載の回転電機。

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