JP2012147601A - アウターロータ型回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】冷却流体によって回転電機を冷却可能であり、且つ冷却流体がロータとステータの間のエアギャップに介在することを抑制することが可能なアウターロータ型回転電機を提供する。
【解決手段】アウターロータ型回転電機１は、ステータ２と、ステータ２の径方向外側に所定のエアギャップＳを介して配置され、軸心Ｏ周りに回転可能なロータ１０と、を備える。ロータ１０は、径方向に磁化され且つ周方向で交互に磁化方向を反転させるように、周方向に所定の間隔で配置された複数の磁極部９と、磁極部９の径方向外側に配置された略円環状の外周部と、外周部の回転軸方向一端側に設けられ回転シャフト１３に連結された軸連結部１４ｂと、を備える。ロータ１０は回転軸方向他端側が開口しており、外周部の径方向内側に対して少なくともロータ１０を冷却するオイルが供給され、ロータ１０の外周部の内周面は、回転軸方向に沿って一端側から他端側に向かうにしたがい、軸心Ｏとの間の径方向距離が長くなる拡径部３１を有する。
【選択図】図２

Description

本発明は、アウターロータ型回転電機に関する。

従来、アウターロータ型回転電機としては、複数の永久磁石をロータヨークの内周面に配置し、ロータの径方向内側に対向配置したステータのコイルに通電して、コイルが発生する回転磁界によってロータを回転させるように構成したものが知られている。ここで、回転電機の出力は回転電機の温度と相関があるため、出力向上のためにはロータ回転中の回転電機の温度を下げることが非常に重要な課題となっている。

そこで、回転電機を冷却し、回転電機の出力を向上するために、特許文献１に記載されているような回転電機の冷却装置を用いることが考えられる。

図７は、特許文献１に記載された回転電機の冷却装置の構成を説明するための断面図であり、この冷却装置１００は、回転電機１０３を冷却するために用いられる。回転電機１０３は、クランクケース１０１に固定された発電機カバー１０４と、発電機カバー１０４の内面のステータボス１１４に固定され、コイル１１５を有するステータ１１３と、ステータ１１３の径方向外側においてステータ１１３と対向するようにクランク軸１０２のロータボス１０９に設けられたロータ１０８と、から構成される。

また、冷却装置１００は、主に、オイルポンプ１１９と、このオイルポンプ１１９に連通する油路１１８、油孔１１７、１２３、１２５によって構成される。具体的に説明すると、まず、クランク軸１０２の内部には、油孔１１７と、油孔１１７と連通しボルト１１１が螺合するネジ孔１２２と、が設けられている。そして、ボルト１１１の内部には、ネジ孔１２２と空間１２４とを連通する油孔１２３が設けられ、ロータボス１０９には、空間１２４から径方向外側に貫通する油孔１２５が形成されている。また、油孔１１７は、他の油路１１８を介してオイルポンプ１１９の吐出口に接続している。

このように構成された回転電機の冷却装置１００によれば、エンジンを駆動すると、エンジンの回転に伴ってオイルポンプ１１９が作動し、オイルポンプ１１９から吐出されたオイルは油路１１８、油孔１１７、１２３、１２５を順に通り、ステータ１１３に噴射され、ステータ１１３及びコイル１１５は冷却される。そして、オイルはその後、通路１０７を通ってクランクケース１０１内の油溜に向かう。

実公昭６０−３６５６号公報

しかしながら、特許文献１によれば、オイルは、ステータ１１３に噴射された後、クランクケース１０１内の油溜に向かう途中、ロータ１０８とステータ１１３との間のエアギャップに介在することになり、ロータ１０８回転時に抵抗となる。その結果、ロータ１０８の回転トルクが減少してしまう虞れがあった。

本発明は、前述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、冷却流体によって回転電機を冷却可能であり、且つ冷却流体がロータとステータの間のエアギャップに介在することを抑制し、ロータ回転時の冷却流体による抵抗を低減することが可能なアウターロータ型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に、請求項１に係る発明は、
ステータ（例えば、後述する実施形態におけるステータ２）と、
前記ステータの径方向外側に所定のエアギャップ（例えば、後述する実施形態におけるエアギャップＳ）を介して配置され、軸心（例えば、後述する実施形態における軸心Ｏ）周りに回転可能なロータ（例えば、後述する実施形態におけるロータ１０）と、
を備えたアウターロータ型回転電機（例えば、後述する実施形態におけるアウターロータ型回転電機１）において、
前記ロータは、径方向に磁化され且つ周方向で交互に磁化方向を反転させるように、周方向に所定の間隔で配置された複数の磁極部（例えば、後述する実施形態における磁極部９）と、該磁極部の径方向外側に配置された略円環状の外周部と、該外周部の回転軸方向一端側に設けられ回転シャフト（例えば、後述する実施形態における回転シャフト１３）に連結された軸連結部（例えば、後述する実施形態における軸連結部１４ｂと、を備え、
前記ロータは、回転軸方向他端側が開口しており、前記外周部の径方向内側に対して少なくとも該ロータを冷却する冷却流体が供給可能であって、
前記ロータの外周部の内周面は、回転軸方向に沿って一端側から他端側に向かうにしたがい、前記軸心との間の径方向距離が長くなる拡径部（例えば、後述する実施形態における拡径部３１）を有する
ことを特徴とするアウターロータ型回転電機。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の構成に加えて、
前記磁極部は、少なくとも１つの磁石（例えば、後述する実施形態における磁石１２）から構成され、
前記磁石は、前記外周部の内周面に固定されており、
前記拡径部は、周方向に隣り合う前記磁極部の間において、前記外周部の内周面に形成されている
ことを特徴とする。

請求項３に係る発明は、請求項２に記載の構成に加えて、
前記ロータは、
前記複数の磁極部と、
前記磁極部の径方向外側に設けられた略円環状の円環部（例えば、後述する実施形態における円環部１４ａ）と、該円環部の回転軸方向一端側に設けられた前記軸連結部と、から構成される保持部材（例えば、後述する実施形態におけるロータカップ１４）と、
前記円環部の内周面（例えば、後述する実施形態における内周面１４ｃ）に保持された略円環状のロータヨーク（例えば、後述する実施形態におけるロータヨーク１１）と、
を備え、
前記外周部は、前記円環部と前記ロータヨークとから構成され、
前記磁石は、前記ロータヨークの内周面（例えば、後述する実施形態における内周面１１ｂ）に固定されており、
前記拡径部は、周方向に隣り合う前記磁極部の間において、前記ロータヨークの内周面に形成されている
ことを特徴とする。

請求項４に係る発明は、請求項１〜３の何れか１項に記載の構成に加えて、
前記外周部は、周方向に隣り合う前記磁極部の間において、その内周面から外周面に貫通する貫通孔（例えば、後述する実施形態における貫通孔３２）を備える
ことを特徴とする。

請求項１の発明によれば、ロータの外周部の内周面は、回転軸方向に沿って一端側から他端側に向かうにしたがい、軸心との間の径方向距離が長くなる拡径部を有するため、ロータ回転時に遠心力が冷却流体に作用したとき、冷却流体が拡径部においてロータの開口側に導かれ、ロータの外部に排出されやすくなる。したがって、冷却流体によって回転電機を冷却しつつ、冷却流体がエアギャップに留まることを抑制でき、ロータ回転時の冷却流体による抵抗が大きくなることを防止できる。

請求項２の発明によれば、磁石とステータが対向するエアギャップの幅を均一に保ちつつ、拡径部を設けることができる。したがって、エアギャップの幅が不均一になることによるエアギャップにおける磁束の流れの変化を抑制しつつ、冷却流体がエアギャップに留まることを抑制でき、ロータ回転時の冷却流体による抵抗を低減することができる。

請求項３の発明によれば、磁石はロータヨークの内周面に固定されるため、磁極部の外周面から発生して周方向に隣り合う磁極部の外周面に向かう磁束が飽和することを抑制でき、磁束飽和によるトルク低下を抑制することが可能となる。
また、拡径部は、ロータヨークの内周面に形成されているため、冷却流体がエアギャップに介在することを抑制でき、ロータ回転時の冷却流体による抵抗を低減することができるとともに、冷却流体が拡径部を通過する際にロータヨークを冷却することが可能となる。

請求項４の発明によれば、ロータ回転時に作用する遠心力により、冷却流体を拡径部を介してロータの開口に導くとともに、貫通孔にも導くことができるため、冷却流体がロータの外部により排出されやすくなる。したがって、冷却流体がエアギャップに介在することをさらに抑制でき、冷却流体による抵抗を低減する効果をさらに高めることが可能となる。

本発明の実施形態のアウターロータ型回転電機の断面図である。 図１のＡ−Ａ線断面矢視図である。 図２のＢで示した部分の拡大図である。 ロータの側面図である。 ロータの正面斜視図である。 図５のロータの変形例である。 特許文献１に記載の回転電機の冷却装置の構成を説明するための断面図である。

以下、本発明の実施形態を、添付図面に基づいて説明する。

図１及び図２に示すように、本実施形態のアウターロータ型回転電機１は、軸心Ｏを中心として、モータハウジング２１にボルト２２により固定されたステータ２と、ステータ２の径方向外側に僅かなエアギャップＳを介して対向配置され、軸心Ｏ周りに回転可能な円環状のロータ１０とを備えて構成される。

ステータ２は、ステータコア３と複数のコイル４とを備える。ステータコア３は、複数の電磁鋼板が軸方向（図１において紙面と垂直方向）に積層されて構成され、円環状の支持部３ａから径方向外側に向かって放射状に突出形成された複数のティース３ｂを有する。支持部３ａの内側には、ボルト穴３ｃをそれぞれ有する複数の凸部３ｄが設けられ、ボルト穴３ｃに挿通されるボルト２２により、ステータコア３がモータハウジング２１に固定されている。コイル４は、巻線６を、絶縁特性を有する合成樹脂などで形成されたインシュレータ７を介してステータコア３のティース３ｂの周囲に巻回することで形成される。

ロータ１０は、複数の磁極部９と、磁極部９の径方向外側に配置された略円環状の円環部１４ａと該円環部１４ａの回転軸方向一端側（図１において紙面奥側、図２において右側）に設けられ回転シャフト１３に連結された軸連結部１４ｂとから構成されるロータカップ１４と、ロータカップ１４の円環部１４ａの内周面１４ｃに保持された略円環状のロータヨーク１１と、を備えている。

回転シャフト１３は、玉軸受２３により、モータハウジング２１に対して回転自在に支承されており、ステータ２が発生する回転磁界によってロータ１０が軸心Ｏ周りに回転駆動される。回転シャフト１３とステータ２との間には、回転シャフト１３の磁極位置を検出するレゾルバ２４が配設されている。

図４及び図５に示すように、ロータカップ１４は、円環部１４ａと軸連結部１４ｂとから構成され、回転軸方向一端側が塞がれた縁付円盤状となるように形成されている。したがって、ロータ１０は、回転軸方向他端側が開口することとなる。

複数の磁極部９は、径方向に磁化され且つ周方向で交互に磁化方向を反転させるように、周方向に所定の間隔で配置されており、略矩形状の一対の磁石１２から構成されている。一対の磁石１２は、ロータヨーク１１の内周面１１ｂに固定されている。具体的には、一対の磁石１２がロータヨーク１１の内周面１１ｂに固定されて構成された磁極部９ａにおいて、その径方向外側がＮ極とすると、所定の間隔を介して磁極部９ａと隣り合う磁極部９ｂは、その径方向外側がＳ極となるように一対の磁石１２がロータヨーク１１の内周面１１ｂに固定されて構成される。なお、磁極部９は必ずしも一対の磁石から構成される必要はなく、１つの磁石から構成されてもよい。

ロータヨーク１１は、複数の円環状の電磁鋼板を軸方向に積層することにより構成され、外周面１１ａが、ロータカップ１４の円環部１４ａの内周面１４ｃに保持される。そして、これらロータヨーク１１と円環部１４ａとは、ロータ１０の外周部を構成する。

また、ロータヨーク１１の内周面１１ｂには、周方向に隣り合う磁極部９の間において、拡径部３１がテーパー状に凹設されている。図５に示すように、拡径部３１は、ロータヨーク１１の回転軸方向一端側から他端側に向かって同一幅で形成されている。また、図３に示すように、拡径部３１は、回転軸方向に沿って一端側から他端側に向かうにしたがい、軸心Ｏとの間の径方向距離が長くなるように、すなわち、軸心Ｏとの間の径方向距離がＤ１からＤ２に変化するように、断面略直線状に形成されている（Ｄ１＜Ｄ２）。換言すれば、拡径部３１は、回転軸方向に沿って一端側から他端側に向かうにしたがい、ロータ１０の外周部の径方向幅が短くなるように、すなわち、拡径部３１と円環部１４ａの外周面１４ｄとの径方向距離がｄ１からｄ２に変化するように形成されている（ｄ１＞ｄ２）。

さらに、ロータヨーク１１及びロータカップ１４の円環部１４ａには、周方向に隣り合う磁極部９の間の拡径部３１において、ロータヨーク１１の内周面１１ｂからロータカップ１４の円環部１４ａの外周面１４ｄに貫通する貫通孔３２が形成されている。貫通孔３２は、その周方向長さが拡径部３１の周方向長さと略等しく、回転軸方向長さが拡径部３１の回転軸方向長さより短くなるように設定される。

このように構成されたアウターロータ型回転電機１では、図２に示すように、回転シャフト１３とモータハウジング２１との径方向における間には空間Ｓ１が画成されており、ステータ２とロータカップ１４の軸連結部１４ｂとの回転軸方向における間には他の空間Ｓ２が画成されている。

また、回転シャフト１３は、空間Ｓ１と連通するように径方向に延びた油孔１３ａを有しており、油孔１３ａから供給された冷却流体としてのオイルが、径方向内側から径方向外側に空間Ｓ１、玉軸受２３、空間Ｓ２を通ってステータ２及びロータ１０に噴射され、ステータ２及びロータ１０は冷却される。このとき、ロータヨーク１１の内周面１１ｂは、回転軸方向に沿って一端側から他端側に向かうにしたがい、軸心Ｏとの間の径方向距離が長くなる拡径部３１を備えるため、ロータ回転時に遠心力がオイルに作用し、オイルは拡径部３１によってロータ１０の開口に案内され、ロータ１０の外部に排出され易くなる。したがって、オイルによって回転電機１を冷却しつつ、オイルがエアギャップＳに留まることを抑制でき、ロータ回転時のオイルによる抵抗を低減することができる。さらに、拡径部３１には貫通孔３２が設けられているため、オイルが貫通孔３２からも排出され、オイルがエアギャップＳに介在することをさらに抑制できる。

以上説明したように、本実施形態に係るアウターロータ型回転電機１によれば、ロータ１０の外周部の内周面は、回転軸方向に沿って一端側から他端側に向かうにしたがい、軸心Ｏとの径方向距離が長くなる拡径部３１を備えるため、ロータ回転時に遠心力がオイルに作用したとき、オイルが拡径部３１においてロータ１０の開口側に導かれ、ロータ１０の外部に排出されやすくなる。したがって、オイルによって回転電機１を冷却しつつ、オイルがエアギャップＳに留まることを抑制でき、ロータ回転時のオイルによる抵抗が大きくなることを防止できる。

また、拡径部３１は周方向に隣り合う磁極部９の間に形成されるので、拡径部３１を設けることによって磁石１２とステータ２とが対向するエアギャップＳの径方向幅が不均一になることを防止できる。したがって、エアギャップＳにおける磁束の流れが変化することを防止しつつ、オイルがエアギャップＳに留まることを抑制でき、ロータ回転時のオイルによる抵抗を低減することが可能となる。

また、磁石１２はロータヨーク１１の内周面１１ｂに固定されるため、磁極部９の外周面から発生して周方向に隣り合う磁極部９の外周面に向かう磁束が飽和することを抑制でき、磁束飽和によるトルク低下を抑制することが可能となる。
また、拡径部３１は、ロータヨーク１１の内周面１１ｂに形成されているため、オイルがエアギャップＳに介在することを抑制でき、ロータ回転時のオイルによる抵抗を低減することができるとともに、オイルが拡径部３１を通過する際にロータヨーク１１を冷却することが可能となる。したがって、回転電機１の通電時に発熱するロータヨーク１１を効果的に冷却することが出来る。

さらに、ロータヨーク１１及びロータカップ１４の円環部１４ａは、周方向に隣り合う磁極部９の間の拡径部３１において、ロータヨーク１１の内周面１１ｂからロータカップ１４の円環部１４ａの外周面１４ｄに貫通する貫通孔３２を備えるため、ロータ回転時に作用する遠心力により、オイルを拡径部３１を介してロータ１０の開口に導くとともに、貫通孔３２にも導くことができる。したがって、オイルがロータの外部に排出されやすくなり、オイルがエアギャップＳに介在することをさらに抑制でき、オイルによる抵抗を低減する効果をさらに高めることが可能となる。

尚、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。
本実施形態では、ロータ１０は、周方向に隣り合う磁極部９の間の拡径部３１において、貫通孔３２を設ける構成としたが、必ずしもこれに限定されるわけではない。例えば、図６に示すように、ロータ１０は、周方向に隣り合う磁極部９の間において、ロータヨーク１１の内周面１１ｂに、拡径部３１のみを設けてもよい。この場合においても、オイルにはロータ回転時に遠心力が作用し、拡径部３１を介してロータ１０の開口に排出されるので、オイルによって回転電機１を冷却しつつ、オイルがエアギャップＳに留まることを抑制でき、ロータ回転時のオイルによる抵抗が大きくなることを防止できる。

また、本実施形態においては、ロータ１０の外周部は、ロータカップ１４の円環部１４ａとロータヨーク１１とから構成されるとしたが、必ずしもロータヨーク１１を備える必要はなく、円環部１４ａのみから構成されてもよい。この場合、磁極部９を構成する磁石１２は、円環部１４ａの内周面１４ｃに固定される。

また、拡径部３１は断面略直線状に形成されるとしたが、必ずしもこれに限定されず、回転軸方向に沿って一端側から他端側に向かうにしたがい、軸心Ｏとの間の径方向距離が長くなるような形状である限り、断面において複数の直線が接続された形状や、断面略曲線状、断面略階段状、又はこれらを組み合わせた形状などであってもよい。

１ アウターロータ型回転電機
２ ステータ
９ 磁極部
１０ ロータ
１１ ロータヨーク
１１ｂ 内周面
１２ 磁石
１３ 回転シャフト
１４ ロータカップ（保持部材）
１４ａ 円環部
１４ｂ 軸連結部
１４ｃ 内周面
３１ 拡径部
３２ 貫通孔
Ｏ 軸心
Ｓ エアギャップ

Claims (4)

1. ステータと、
   前記ステータの径方向外側に所定のエアギャップを介して配置され、軸心周りに回転可能なロータと、
   を備えたアウターロータ型回転電機において、
   前記ロータは、径方向に磁化され且つ周方向で交互に磁化方向を反転させるように、周方向に所定の間隔で配置された複数の磁極部と、該磁極部の径方向外側に配置された略円環状の外周部と、該外周部の回転軸方向一端側に設けられ回転シャフトに連結された軸連結部と、を備え、
   前記ロータは、回転軸方向他端側が開口しており、前記外周部の径方向内側に対して少なくとも該ロータを冷却する冷却流体が供給可能であって、
   前記ロータの外周部の内周面は、回転軸方向に沿って一端側から他端側に向かうにしたがい、前記軸心との間の径方向距離が長くなる拡径部を有する
   ことを特徴とするアウターロータ型回転電機。
2. 前記磁極部は、少なくとも１つの磁石から構成され、
   前記磁石は、前記外周部の内周面に固定されており、
   前記拡径部は、周方向に隣り合う前記磁極部の間において、前記外周部の内周面に形成されている
   ことを特徴とする請求項１に記載のアウターロータ型回転電機。
3. 前記ロータは、
   前記複数の磁極部と、
   前記磁極部の径方向外側に設けられた略円環状の円環部と、該円環部の回転軸方向一端側に設けられた前記軸連結部と、から構成される保持部材と、
   前記円環部の内周面に保持された略円環状のロータヨークと、
   を備え、
   前記外周部は、前記円環部と前記ロータヨークとから構成され、
   前記磁石は、前記ロータヨークの内周面に固定されており、
   前記拡径部は、周方向に隣り合う前記磁極部の間において、前記ロータヨークの内周面に形成されている
   ことを特徴とする請求項２に記載のアウターロータ型回転電機。
4. 前記外周部は、周方向に隣り合う前記磁極部の間において、その内周面から外周面に貫通する貫通孔を備える
   ことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載のアウターロータ型回転電機。

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