JP2011254577A

JP2011254577A - 回転電機

Info

Publication number: JP2011254577A
Application number: JP2010124728A
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】簡便な構成でロータに冷媒を流すことができる回転電機を提供する。
【解決手段】複数の電磁鋼板５０を積層させて形成して回転軸４０によってケース３０に軸支され、回転軸４０の軸芯Ｚに直交する一方の側面から他方の側面に冷媒を流通させる冷媒流路１２を形成し、一方の側面に形成した冷媒流入口１２ａが、他方の側面に形成した冷媒流出口１２ｂに対して回転軸４０に近い位置に形成してあるロータ１０を備えた回転電機１。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数の電磁鋼板を積層させて形成して回転軸によってケースに軸支されるロータを備えた回転電機に関する。

永久磁石式の回転電機は、複数の電磁鋼板を積層させて形成したロータ鉄心と、当該ロータ鉄心に設けられた穴又は空洞に挿入される永久磁石とを備えるロータを有する。ロータを取り囲むステータは、ステータ鉄心と交流が流れるステータ巻線とからなる。このような回転電機は、モータとして、或いはジェネレータとして機能し得る。

例えば、特許文献１に記載の回転電機は、ロータの重量及び慣性モーメントを低減するため、ロータ鉄心に流路を設け、その流路を、放熱用の冷却オイル（冷媒）を流すために使用することが記載してある。

特開２００９−５０１５３号公報

特許文献１に記載のように、ロータ鉄心に設けた流路に冷却オイルを流すには、当該冷却オイルの供給機構や、冷却オイルの漏洩を防止するシール構造などを設ける必要があり、回転電機の構造が複雑になっていた。

従って、本発明の目的は、簡便な構成でロータに冷媒を流すことができる回転電機を提供することにある。

上記目的を達成するための本発明に係る回転電機の第一特徴構成は、複数の電磁鋼板を積層させて形成して回転軸によってケースに軸支され、前記回転軸の軸芯に直交する一方の側面から他方の側面に冷媒を流通させる冷媒流路を形成し、前記一方の側面に形成した冷媒流入口が、前記他方の側面に形成した冷媒流出口に対して前記回転軸に近い位置に形成したロータを備えた点にある。

本構成によれば、冷媒流出口が冷媒流入口よりも回転軸から遠い位置に設けてあるため、回転軸が駆動してロータが回転した場合の速度は、冷媒流出口の方が大きくなる。即ち、ロータが回転している場合、冷媒流出口付近の気圧は冷媒流入口付近の気圧よりも低くなるため、冷媒流入口から冷媒流出口の方向に冷媒の流れが生じる。このように当該冷媒が冷媒流路を流れて冷媒流出口から排出される間に、ロータで発生した熱を冷媒によって回収することができる。

このように本発明では、冷媒流入口および冷媒流出口の回転軸からの距離を異ならせるだけで、ロータの回転時に、冷媒流路に冷媒を流通させることができる。即ち、本発明の回転電機では冷媒を流通させる流通機構を設ける必要がないため、簡便な構成となる。

本発明に係る回転電機の第二特徴構成は、前記電磁鋼板は、複数の前記冷媒流路を構成する第一打抜穴を円周方向に等間隔に形成し、かつ、複数の前記冷媒流路を構成する第二打抜穴を円周方向に等間隔に形成し、前記第一打抜穴および前記第二打抜穴は、互いに重ならないように打ち抜き形成され、さらに、前記第一打抜穴の内径の内側の領域の前記軸芯からの距離と、前記第二打抜穴の内径の外側の領域の前記軸芯からの距離とが同じ範囲を有する点にある。

本構成のように、第一打抜穴の内径の内側の領域の軸芯からの距離と、第二打抜穴の内径の外側の領域の軸芯からの距離とが同じ範囲を有するように電磁鋼板を構成すれば、例えば二枚の電磁鋼板を重ねて上下の電磁鋼板どうしを所定の角度だけ相対回転させると、一方の電磁鋼板の第一打抜穴および他方の電磁鋼板の第二打抜穴を連通させることができる。その結果、ロータの円周方向には等間隔に複数の冷媒流路を形成できる。

このように、本発明では、一種類の電磁鋼板を積層して、回転軸からの冷媒流入口の位置および回転軸からの冷媒流出口の位置がそれぞれ異なるロータを構成することができる。そのため、ロータの製造コストを抑えることができる。

本発明に係る回転電機の第三特徴構成は、積層した前記電磁鋼板を少なくとも二つの積層群に区画し、各積層群のうちでは、前記第一打抜穴どうしを連通させ、かつ前記第二打抜穴どうしを連通させるように前記電磁鋼板を積層し、さらに、前記各積層群の何れか一方の積層群の第一打抜穴と、何れか他方の積層群の第二打抜穴とが連通するように、前記各積層群を積層した点にある。

本構成のように二つの積層群を区画すれば、各積層群を所定の角度だけ相対回転させる操作を行うだけで、冷媒流出口を冷媒流入口よりも回転軸から遠い位置に設けた冷媒流路を簡便に形成することができる。

本発明に係る回転電機の第四特徴構成は、前記冷媒流路の内周面に接するように、熱伝導性を有する伝熱管部材を挿入した点にある。

本構成のように熱伝導性を有する伝熱管部材を冷媒流路の内周面に接するように設ければ、ロータが有する熱を伝熱管部材に伝熱し易くすることができ、当該熱を、冷媒流路を流通する冷媒によって効率よく回収することができる。

本発明に係る回転電機の第五特徴構成は、前記冷媒流出口の周囲のうち、少なくとも前記ロータの回転方向の上流側に、前記冷媒流路から流出する冷媒の流出速度を向上させる凸部を設けた点にある。

本構成によれば、ロータの回転時に、凸部の付近を通過した空気は、当該凸部を乗り越える際に、凸部に近い空気ほど流速が増大して冷媒流出口付近の気圧が低くなる。これにより、冷媒流出口付近の気圧および冷媒流入口付近の気圧の差が大きくなり、冷媒流路を流通する冷媒の流速を早めることができる。従って、本構成では、冷媒による冷却効率を向上させることができる。

本発明の回転電機を示す断面図である。本発明の回転電機を示す平面図である。ロータを構成する電磁鋼板を示す平面図である。伝熱管部材を設けたロータを示す断面図である。冷媒の流出速度を向上させる凸部を設けたロータを示す断面図である。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
本発明は、ハイブリッド車や電気自動車の駆動源として利用可能な回転電機である。本実施形態では、当該回転電機を永久磁石型モータである電動モータとして使用し、回転電機の内部を流通する冷媒として空気を使用した場合について説明する。

図１に示したように、電動モータ１は、回転軸４０によってケース３０に軸支されるロータ１０と、ロータ１０の径方向外側に配置され、ケース３０に固定されるステータ２０とを備えて構成される。ケース３０は、図１において左側部分を構成するケース部材３０ａと、右側部分を構成するケース部材３０ｂとを接合して構成される。尚、回転軸４０を駆動するように構成すれば、本回転電機を発電機として機能させることも可能である。

図１〜３に示すように、それぞれの冷媒流路１２の径方向外側において、冷却流路１２とは別に設けた空間に永久磁石１１が配置され、ロータ１０に接着固定される。

ロータ１０は、回転軸４０の軸芯Ｚに直交する一方の側面から他方の側面に冷媒を流通させる冷媒流路１２を形成してあり、一方の側面に形成した冷媒流入口１２ａが、他方の側面に形成した冷媒流出口１２ｂに対して回転軸４０に近い位置に形成してある。

本構成では、冷媒流出口１２ｂが冷媒流入口１２ａよりも回転軸４０から遠い位置に設けてあるため、回転軸４０が駆動してロータ１０が回転した場合の速度は、冷媒流出口１２ｂの方が大きくなる。即ち、ロータ１０が回転している場合、冷媒流出口１２ｂ付近の気圧は冷媒流入口１２ａ付近の気圧よりも低くなるため、冷媒流入口１２ａから冷媒流出口１２ｂの方向に空気の流れが生じる。このように冷媒が冷媒流路１２を流れて冷媒流出口１２ｂから排出される間に、永久磁石１１の熱を冷媒によって回収することができ、永久磁石１１が高温により減磁するのを抑えることができる。

ロータ１０は、プレス加工により円周方向に等間隔に打ち抜き穴を作製した複数の電磁鋼板５０を積層させて構成される。図２，３に示したように、当該電磁鋼板５０は、複数の冷媒流路１２を構成する第一打抜穴５１を円周方向に等間隔に形成し、かつ、複数の冷媒流路１２を構成する第二打抜穴５２を円周方向に等間隔に形成し、第一打抜穴５１および第二打抜穴５２は、互いに重ならないように打ち抜き形成される。さらに、第一打抜穴５１の内径の内側の領域の軸芯Ｚからの距離ａと、第二打抜穴５２の内径の外側の領域の軸芯Ｚからの距離ｂとが同じ範囲を有する。

例えば、図３（ａ）に示した電磁鋼板５０に対して、軸芯Ｚのまわりを４５°回転させた電磁鋼板５０（図３（ｂ））を重ねると、第一打抜穴５１の内径の内側の領域および第二打抜穴５２の内径の外側の領域が連通する（図３（ｃ））。
従って、本構成のように第一打抜穴５１の内径の内側の領域の軸芯Ｚからの距離ａと、第二打抜穴５２の内径の外側の領域の軸芯Ｚからの距離ｂとが同じ範囲を有するように電磁鋼板５０を構成すれば、例えば二枚の電磁鋼板５０を重ねて上下の電磁鋼板５０どうしを所定の角度だけ相対回転させると、一方の電磁鋼板５０の第一打抜穴５１および他方の電磁鋼板５０の第二打抜穴５２を連通させることができる。その結果、ロータ１０の円周方向には等間隔に複数の冷媒流路１２を形成できる。

図１に示したように、積層した電磁鋼板５０を少なくとも二つの積層群Ｇ１，Ｇ２に区画した場合、各積層群のうちでは、第一打抜穴５１どうしを連通させ、かつ第二打抜穴５２どうしを連通させるように電磁鋼板５０を積層してある。さらに、各積層群の何れか一方の積層群Ｇ１の第一打抜穴５１と、何れか他方の積層群Ｇ２の第二打抜穴５２とが連通するように、各積層群Ｇ１，Ｇ２を積層してある。このとき、各積層群の何れか一方の積層群Ｇ１の第二打抜穴５２と、何れか他方の積層群Ｇ２の第一打抜穴５１とが連通するように、各積層群Ｇ１，Ｇ２を積層してある。

このように二つの積層群Ｇ１，Ｇ２を区画すれば、各積層群Ｇ１，Ｇ２を所定の角度だけ相対回転させる操作を行うだけで（図３（ａ），（ｂ））、冷媒流出口１２ｂを冷媒流入口１２ａよりも回転軸４０から遠い位置に設けた冷媒流路１２を簡便に形成することができる。

尚、図１に示したように、ロータ１０の右側から左側への冷媒の流れＦ１と、ロータ１０の左側から右側への冷媒の流れＦ２とが共存するようになっている。これにより、電動モータ１のケース３０の内部にて冷媒を循環させることができるため、永久磁石１１を効率よく冷却することができる。

ステータ２０は、ロータ１０と同様に、複数の電磁鋼板を積層させて構成される。ステータ２０にはコイル２１が配置され、コイル２１に通電を行うことにより、ステータ２０に磁界が発生し、永久磁石１１を備えたロータ１０が回転する。

回転軸４０は、ケース３０に設けられた一対のベアリング３１を介してケース３０に軸支される。回転軸４０は、内部空間４０ａを有する円筒状に構成されるとともに、周方向に、冷却オイルをロータ１０の側に流通させる連通孔４０ｂを複数形成している。

回転軸４０の一端には、回転軸４０と同心軸を有する出力軸４１が接続され、回転軸４０と一体に回転する。回転軸４０と同様に、出力軸４１は内部空間４１ａを有して円筒状に構成される。図示しないポンプより送られる冷却オイルは、出力軸４１の内部空間４１ａを経由して、回転軸４０の内部空間４０ａに導入される。尚、回転軸４０と出力軸４１とを一部材として構成してもよい。
ロータ１０の回転時に冷却オイルに遠心力が作用すると、冷却オイルは、電磁鋼板５０の間を染み込むように永久磁石１１の側に移動し、永久磁石１１の熱は電磁鋼板５０を介して冷却オイルによって回収される。このように、冷媒流路１２を流通する冷媒（空気）および冷却オイルの両方によって、永久磁石１１が効率的に冷却される。

〔別実施の形態１〕
上述した実施形態において、冷媒流路１２の内周面に接するように、熱伝導性を有する伝熱管部材６０を挿入してもよい（図４）。

当該伝熱管部材６０は、例えば電磁鋼板５０よりも熱伝動性の高い金属材料で構成するとよい。
永久磁石１１の熱は電磁鋼板５０を介して冷媒流路１２の側に伝熱する。本構成のように熱伝導性を有する伝熱管部材６０を冷媒流路１２の内周面に接するように設ければ、永久磁石１１の熱を伝熱管部材６０に伝熱し易くすることができ、これにより、永久磁石１１の熱を、冷媒流路１２を流通する冷媒によって効率よく回収することができる。

〔別実施の形態２〕
上述した実施形態において、冷媒流出口１２ｂの周囲において、冷媒流路１２から流出する冷媒の流出速度を向上させる凸部７０を設けてもよい（図５）。

冷媒流出口１２ｂの周囲に前記凸部７０を形成すると、ロータ１０の回転時に、凸部７０の付近を通過した空気は、当該凸部７０を乗り越える際に、凸部７０に近い空気ほど流速が増大して冷媒流出口１２ｂ付近の気圧が低くなる。これにより、冷媒流出口１２ｂ付近の気圧および冷媒流入口１２ａ付近の気圧の差が大きくなり、冷媒流路１２を流通する冷媒の流速を早めることができる。従って、本構成では、冷媒による冷却効率を向上させることができる。
このような凸部７０は、当該凸部７０を乗り越える際に流速が増すように構成すればよいため、少なくともロータ１０の回転方向の上流側に設けるとよい。

本発明の回転電機は、ハイブリッド車や電気自動車の駆動源として利用可能である。

１回転電機（電動モータ）
１０ロータ
１２冷媒流路
１２ａ冷媒流入口
１２ｂ冷媒流出口
３０ケース
４０回転軸
５０電磁鋼板
５１第一打抜穴
５２第二打抜穴
６０伝熱管部材
７０凸部
ａ第一打抜穴の内径の内側の領域の軸芯からの距離
ｂ第二打抜穴の内径の外側の領域の軸芯からの距離
Ｇ１，Ｇ２積層群
Ｚ軸芯

Claims

複数の電磁鋼板を積層させて形成して回転軸によってケースに軸支され、
前記回転軸の軸芯に直交する一方の側面から他方の側面に冷媒を流通させる冷媒流路を形成し、前記一方の側面に形成した冷媒流入口が、前記他方の側面に形成した冷媒流出口に対して前記回転軸に近い位置に形成してあるロータを備えた回転電機。
前記電磁鋼板は、複数の前記冷媒流路を構成する第一打抜穴を円周方向に等間隔に形成し、かつ、複数の前記冷媒流路を構成する第二打抜穴を円周方向に等間隔に形成し、前記第一打抜穴および前記第二打抜穴は、互いに重ならないように打ち抜き形成され、さらに、
前記第一打抜穴の内径の内側の領域の前記軸芯からの距離と、前記第二打抜穴の内径の外側の領域の前記軸芯からの距離とが同じ範囲を有する請求項１に記載の回転電機。
積層した前記電磁鋼板を少なくとも二つの積層群に区画し、
各積層群のうちでは、前記第一打抜穴どうしを連通させ、かつ前記第二打抜穴どうしを連通させるように前記電磁鋼板を積層し、さらに、
前記各積層群の何れか一方の積層群の第一打抜穴と、何れか他方の積層群の第二打抜穴とが連通するように、前記各積層群を積層してある請求項２に記載の回転電機。
前記冷媒流路の内周面に接するように、熱伝導性を有する伝熱管部材を挿入してある請求項１〜３の何れか一項に記載の回転電機。
前記冷媒流出口の周囲のうち、少なくとも前記ロータの回転方向の上流側に、前記冷媒流路から流出する冷媒の流出速度を向上させる凸部を設けてある請求項１〜４の何れか一項に記載の回転電機。