JP2011254571A

JP2011254571A - 回転電機の冷却構造

Info

Publication number: JP2011254571A
Application number: JP2010124722A
Authority: JP
Inventors: Tetsuo Wakita; 哲夫脇田; Kuniaki Kuwabara; 邦昭桑原; Yasunobu Toyoda; 泰延豊田; Atsutoshi Ikegawa; 敦俊池川; Naoto Yumisashi; 直人弓指
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 2010-05-31
Filing date: 2010-05-31
Publication date: 2011-12-15

Abstract

【課題】回転電機のエネルギー効率を向上させることができる冷却構造を提供する。
【解決手段】回転軸８によってケースに軸支され、かつ、回転軸８の軸芯Ｘに沿う方向の両ロータ端面７ｂに亘って貫通する冷媒液流路１３を形成してあるロータ２と、ロータ２の径方向外側に配置され、かつ、ケースに固定されたステータとを備え、ロータ２に、冷媒液流路のロータ端面７ｂに開口する冷媒出口１３ｂを介して冷媒液を放出する際に、その冷媒液との接触により、当該ロータ２にその回転方向と同じ方向の回転力Ｆ１を付与する回転力付与部１７を設けてある。
【選択図】図２

Description

本発明は、回転軸によってケースに軸支され、かつ、前記回転軸の軸芯に沿う方向の両ロータ端面に亘って貫通する冷媒液流路を形成してあるロータと、前記ロータの径方向外側に配置され、かつ、前記ケースに固定されたステータとを備えた電動モータや発電機などの回転電機の冷却構造に関する。

上記回転電機の冷却構造では、従来、ロータを冷媒液流路内の冷媒液と共に回転させて、その冷媒出口から流出した冷媒液をロータの径方向外方に向けて放出させることにより、ステータのコイルなどに噴き掛けて冷却できるように構成してある（例えば、特許文献１参照）。

特開２００９−７１９２３号公報

しかしながら、ロータを冷媒液流路内の冷媒液と共に回転させるために、ロータの回転エネルギーの一部が、冷媒液流路内の冷媒液を回転させるためのエネルギーとして消費され、回転電機のエネルギー効率が低下するおそれがある。
本発明は上記実情に鑑みてなされたものであって、回転電機のエネルギー効率を向上させることができる冷却構造を提供することを目的とする。

本発明の第１特徴構成は、回転軸によってケースに軸支され、かつ、前記回転軸の軸芯に沿う方向の両ロータ端面に亘って貫通する冷媒液流路を形成してあるロータと、前記ロータの径方向外側に配置され、かつ、前記ケースに固定されたステータとを備え、前記ロータに、前記冷媒液流路の前記ロータ端面に開口する冷媒出口を介して冷媒液を放出する際に、前記冷媒液との接触により、当該ロータにその回転方向と同じ方向の回転力を付与する回転力付与部を設けてある点にある。

本構成であれば、ロータ端面に開口する冷媒出口を介して冷媒液を放出する際に、ロータの径方向外方側に移動しようとする冷媒液との接触により、その冷媒液が有する運動エネルギーを利用して、ロータに対してその回転方向と同じ方向の回転力を付与することができる。
したがって、冷媒液流路内の冷媒液を回転させるために消費されたエネルギーを、ロータの回転エネルギーとして回収することができる。
よって、本構成の回転電機の冷却構造であれば、回転電機のエネルギー効率を向上させることができる。

本発明の第２特徴構成は、前記回転力付与部が、前記ロータ端面に固定され、前記冷媒出口から放出された前記冷媒液に、前記ロータの回転方向後方側への方向性を付与する変向面を備えた羽根部材である点にある。

本構成であれば、冷媒出口から放出されてロータの径方向外方側に移動しようとする冷媒液が変向面に対して接触することにより、その冷媒液にロータの回転方向後方側に向く方向性を付与すると共に、その付与に伴って発生する反力によってロータに回転方向と同じ方向の回転力を付与することができる。
したがって、ロータ端面に羽根部材を固定してある簡易な構造により、冷媒液が有している運動エネルギーを、ロータの回転エネルギーとして回収することができる。

本発明の第３特徴構成は、前記回転力付与部として、前記冷媒液流路の流路軸芯を、前記冷媒出口の側ほど前記ロータの外周側に近づき、かつ、前記回転方向の後方側に変位するように配置してある点にある。

本構成であれば、冷媒液が、流路軸芯が冷媒出口の側ほどロータの外周側に近づき、かつ、回転方向の後方側に変位するように配置された冷媒液流路を、ロータの回転に伴う遠心力で冷媒液流路の内面をロータの回転方向に押圧しながら通過するので、ロータに対してその回転方向と同じ方向の回転力を付与することができる。
したがって、冷媒出口から放出された冷媒液の運動エネルギーに加えて、冷媒液流路内を移動する冷媒液の運動エネルギーも、ロータの回転エネルギーとして回収することができる。

回転電機（電動モータ）の縦断面図である。冷媒出口の側のロータ端面を示す正面図である。第２実施形態における回転電機（電動モータ）の縦断面図である。第２実施形態における冷媒出口の側のロータ端面を示す正面図である。図３におけるＶ−Ｖ線矢視断面図である。

以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
〔第１実施形態〕
図１，図２は、車両などに搭載される本発明による冷却構造を備えた回転電機の一例としての電動モータを示す。
電動モータは、ハウジング（ケース）１の内側に横向きの回転軸芯Ｘ周りで回転自在に支持されたロータ２と、ハウジング１の内側に固定されたステータ３とを備えている。

ロータ２は、多数の電磁鋼板を回転軸芯Ｘの方向に積層してあるロータコア４と、ロータコア４の回転軸芯Ｘの方向の両端面に固定したエンドプレート５ａ，５ｂとを備えている。ロータコア４の内部には、複数の永久磁石６がロータ周方向に間隔を隔てて取り付けられている。両エンドプレート５ａ，５ｂの外向き面がロータ端面７ａ，７ｂを形成している。
ロータ２は、動力伝達用の回転軸８に油密に外嵌固定され、この回転軸８によって一対のベアリング８ａ，８ｂを介してハウジング１に回転自在に軸支されている。

ステータ３は、多数の電磁鋼板を回転軸芯Ｘの方向に積層してあるステータコア９と、ステータコア９に巻き付けたステータコイル１０とを備えている。ステータ３は、ステータコア９をロータ２の径方向外側に僅かな隙間を隔てて配置して、ハウジング１の内側に固定されている。

ステータコア９の両端部におけるステータコイル１０の巻き返し部分がコイルエンド１１として形成され、ステータコイル１０に電流を流すことにより、ロータ２を回転させる磁界が発生する。

回転軸８は、冷媒液としての冷却油の供給路である冷却油供給路１２を内側に形成した中空軸で構成してある。
冷却油供給路１２は、冷却油を供給するための図示しないオイルポンプに接続されている。

ロータ２には、回転軸芯Ｘに沿う方向の両ロータ端面７ａ，７ｂに亘って回転軸芯Ｘと平行に貫通する複数の冷却油流路（冷媒液流路）１３をロータ周方向に等間隔で形成してある。
冷却油流路１３は、横断面形状が円形で、ロータコア４と両エンドプレート５ａ，５ｂとに亘って一連に形成され、円形の冷却油入口（冷媒入口）１３ａが一方のロータ端面７ａに開口しており、円形の冷却油出口（冷媒出口）１３ｂが他方のロータ端面７ｂに開口している。

回転軸８には、冷却油供給路１２に対して回転軸芯Ｘに直交する方向から連通する連通孔１４が形成され、この連通孔１４と各冷却油流路１３の冷却油入口１３ａとを連通する連通路１５が設けられている。
連通路１５は、回転軸８と冷媒入口１３ａを形成してあるエンドプレート５ａとに亘って油密に固定した円盤状の通路形成部材１６の内側に環状に形成されている。

冷却油は、冷却油供給路１２から連通孔１４と連通路１５とを経由して、各冷却油流路１３に供給され、ロータ２が回転している状態で、各冷却油流路１３を通過中の冷却油には遠心力が作用しており、冷却油出口１３ｂから流出した冷却油は、冷却油出口１３ｂの回転軌跡に接する接線方向に沿って、ロータ２の径方向外方に向けて放出される。

ロータ２には、図２に示すように、各冷却油出口１３ｂ毎に対応して、冷却油出口１３ｂを介して冷却油を放出する際に、その冷却油との接触により、当該ロータ２にその回転方向ａと同じ方向の回転力Ｆ１を付与する回転力付与部１７を各別に設けてある。

回転力付与部１７の夫々は、冷却油出口１３ｂが開口するエンドプレート５ｂの側のロータ端面７ｂに固定された板状の羽根部材１９で構成してある。
羽根部材１９は、冷却油出口１３ｂから放出された冷却油に、ロータ２の回転方向後方側への方向性を付与する変向面１８を備えている。

変向面１８は、回転軸芯方向視で、回転軸芯Ｘと冷却油出口１３ｂの中心Ｙとを結ぶ直線Ｌ１が冷却油出口１３ｂの周縁に回転軸８の側において交わる位置を始点Ｐとし、回転軸芯Ｘを通り、かつ、冷却油出口１３ｂの周縁に対して回転方向ａの上手側で接する直線Ｌ２がロータ端面７ｂの外縁に交わる位置よりも回転方向ａの上手側の位置を終点Ｑとする曲面状に形成してある。

したがって、冷却油出口１３ｂから放出されて、冷却油出口１３ｂの回転軌跡の接線方向に沿って放出され、ロータ２に対してはロータ２の径方向外方側に移動しようとする冷却油が変向面１８に接触することにより、その冷却油に対して変向面１８に沿ってロータ２の回転方向ａの後方側へ移動する方向性を付与することができる。また、その付与に伴って発生する反力によってロータ２に対して回転方向ａと同じ方向の回転力Ｆ１を付与することができる。

変向面１８を通過した冷却油は、ハウジング１の外周側に放出され、図外の循環機構によって再び冷却油供給路１２に戻される。
尚、ハウジング１の側に放出される冷却油は、ステータコイル１０の冷却にも利用される。しかし、ステータコイル１０の損傷を防止する上では、直接にステータコイル１０に飛散させない構成にするのが望ましい。

〔第２実施形態〕
図３〜図５は、本発明による冷却構造を備えた回転電機の一例としての別実施形態の電動モータを示す。
本実施形態では、回転力付与部１７として、第１実施形態で示した羽根部材１９に加えて、冷却油流路１３の流路軸芯Ｚを、冷却油流路１３の中間箇所において、冷却油出口１３ｂの側ほどロータ２の外周側に近づき、かつ、回転方向ａの後方側に変位するように配置してある。

つまり、冷却油流路１３の冷却油入口１３ａと冷却油出口１３ｂとの間における流路軸芯Ｚを、図５に示すように、冷却油流路１３の流路上手側から見て、冷却油出口１３ｂに向けてロータ２の回転方向ａとは逆方向に螺進し、かつ、冷却油出口１３ｂの側ほど螺旋径が大きくなる螺旋状に配置してある。
尚、図５はロータ２の断面を示しているが、図面を見易くするために、ロータコア４についてはハッチングを施していない。

このような冷却油流路１３は、例えばロータコア４を構成する電磁鋼板に形成する冷却油流路用の貫通孔の位置を、隣り合う電磁鋼板毎に少しずつずらせることにより設けることができる。

したがって、冷却油が、冷却油出口１３ｂの近くにおいて、ロータ２の回転に伴う遠心力で冷却油流路１３の内面をロータ２の回転方向に押圧しながら通過するので、図５に示すように、ロータ２に対してその回転方向と同じ方向の回転力Ｆ２を付与することができる。
その他の構成は第１実施形態と同様である。

〔その他の実施形態〕
１．本発明による回転電機の冷却構造は、電動モータの他に、発電機や、電動モータ又は発電機として択一的に機能するモータジェネレータの冷却構造であってもよい。
２．本発明による回転電機の冷却構造は、第１実施形態において、羽根部材１９が、冷却油出口１３ｂをその回転方向下手側から囲む状態で、始点Ｐと終点Ｑとを通る円弧形状に沿う内周面を変向面１８として備えていてもよい。

１ケース
２ロータ
３ステータ
７ａ，７ｂロータ端面
８回転軸
１３冷媒液流路
１３ｂ冷媒出口
１７回転力付与部
１８変向面
１９羽根部材
Ｘ軸芯
Ｆ１，Ｆ２回転力
Ｚ流路軸芯

Claims

回転軸によってケースに軸支され、かつ、前記回転軸の軸芯に沿う方向の両ロータ端面に亘って貫通する冷媒液流路を形成してあるロータと、前記ロータの径方向外側に配置され、かつ、前記ケースに固定されたステータとを備え、
前記ロータに、前記冷媒液流路の前記ロータ端面に開口する冷媒出口を介して冷媒液を放出する際に、前記冷媒液との接触により、当該ロータにその回転方向と同じ方向の回転力を付与する回転力付与部を設けてある回転電機の冷却構造。
前記回転力付与部が、前記ロータ端面に固定され、前記冷媒出口から放出された前記冷媒液に、前記ロータの回転方向後方側への方向性を付与する変向面を備えた羽根部材である請求項１記載の回転電機の冷却構造。
前記回転力付与部として、前記冷媒液流路の流路軸芯を、前記冷媒出口の側ほど前記ロータの外周側に近づき、かつ、前記回転方向の後方側に変位するように配置してある請求項２記載の回転電機の冷却構造。