JP2013005531A - アウターロータ型回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】コイルを冷却するための構造を簡素化することができ、オイルを効率的にコイルへ導くことのできるアウターロータ型の回転電機を提供する。
【解決手段】オイル供給部４０は、オイル供給路４１と、オイル供給路４１とハウジング３０内とを連通するオイル噴射口４２と、を備える。軸方向においてオイル噴射口４２とコイル４との間に貫通孔５６が位置し、オイル噴射口４２から噴射方向に延びる仮想直線Ｍが、オイル噴射口４２と、貫通孔５６と、コイル４とを全て通過するように、オイル噴射口４２と、貫通孔５６と、コイル４とが配置されている。
【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。

従来から、アウターロータ型回転電機において、運転中にロータやステータのコイルから発熱することが知られており、回転電機が昇温することで回転電機の効率が低下するのを抑制するため、潤滑油（冷媒）を循環させて回転電機を冷却することが行われている。

例えば、特許文献１に記載のアウターロータ型回転電機においては、図７に示すように、ベアリング１１２及びスプラグ１０４からオイル溜まり１１５に流入したオイルを、ロータカップ１０３の軸連結部１０３ｂに形成された通孔１０３ｅに導入させ、さらに通孔１０３ｅに導入したオイルを慣性力によってロータカップの径方向外側に移動させて、発電コイル１０６ｂに噴射することで、回転電機を冷却することが開示されている。

特開２００１‐４５７１４号公報

しかしながら、特許文献１に記載のアウターロータ型回転電機では、オイルが、ベアリング１１２又はスプラグ１０４の隙間を通り、オイル溜まり１１５から発電コイル１０６ｂへ到達する構成となっているため、構造が複雑であり、また、そのためオイル溜まり１１５に到達できないオイルが生じてしまいオイルを効率的に発電コイル１０６ｂへ導くことができないおそれがあった。

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、コイルを冷却するための構造を簡素化することができ、オイルを効率的にコイルへ導くことのできるアウターロータ型の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、
ステータコア（例えば、後述の実施形態におけるステータコア３）と、前記ステータコアに巻回されたコイルとを備えたステータ（例えば、後述の実施形態におけるステータ１０）と、
前記ステータと径方向に対向するロータ（例えば、後述の実施形態におけるロータ２０）と、
前記ステータおよび前記ロータを収納するハウジング（例えば、後述の実施形態におけるハウジング３０）と、
前記ハウジング内へ冷媒を供給する冷媒供給手段（例えば、後述の実施形態におけるオイル供給部４０）と、を備えたアウターロータ型回転電機（例えば、後述の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、縁部（例えば、後述の実施形態における縁部２５）と底部（例えば、後述の実施形態における底部５０）とを備えたカップ状に形成されており、
前記底部は、径方向に延びる複数のスポーク（例えば、後述の実施形態におけるスポーク２６）によって、回転軸（例えば、後述の実施形態における回転軸１３）に連結される内周部（例えば、後述の実施形態における内周部５２）と前記縁部に連結される外周部（例えば、後述の実施形態における外周部５１）とが連結されるとともに、周方向に隣接するスポーク同士の間に、前記底部を軸方向に貫通する貫通孔（例えば、後述の実施形態における貫通孔５６）が形成されており、
前記冷媒供給手段は、前記冷媒の供給路（例えば、後述の実施形態におけるオイル供給路４１）と、前記供給路と前記ハウジング内とを連通する噴射口（例えば、後述の実施形態におけるオイル噴射口４２）と、を備え、
軸方向において前記噴射口と前記コイルとの間に前記貫通孔が位置し、
前記噴射口から噴射方向に延びる仮想直線（例えば、後述の実施形態における仮想直線Ｍ）が、前記噴射口と、前記貫通孔と、前記コイルとを全て通過するように、前記噴射口と、前記貫通孔と、前記コイルとが配置されていることを特徴とする。

請求項２に係る発明は、請求項１の構成に加えて、
前記スポークは、軸心より放射状に、且つ、前記内周部と前記外周部との間において略一定の幅で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１又は２の構成に加えて、
前記スポークは、軸方向に対する直交面に対して傾斜していることを特徴とする。

請求項１の発明によれば、ロータの回転時に冷媒が貫通孔を通過する際には、冷媒が回転するスポークに衝突することにより霧状化されるため、冷媒とコイルとの間の熱交換が起こりやすくなり、冷却効率が向上する。
さらに、噴射口から噴射方向に延びる仮想直線が、噴射口と、貫通孔と、コイルとを全て通過するように、噴射口と、貫通孔と、コイルとが配置されていることにより、噴射口から噴射された冷媒をコイルへ導きやすくすることができ、冷却効率がさらに向上する。
また、霧状化された冷媒は、ロータの回転により発生する空気の流れによって、周方向に飛散するため、供給路および噴射口を全周にわたって設けることなく、コイルを周方向全体にわたって冷却することができる。したがって、供給路における圧損を低減することができる。
また、コイルを冷却するための構造を簡単に構成することができるため、部品点数の増加を防ぐことが出来、コストの増加を抑制できる。

請求項２の発明によれば、貫通孔の面積を大きくすることができるため、噴射口から噴射された冷媒が貫通孔を通過しやすくなるとともに、回転するスポークの側面に衝突しやすくなる。したがって、冷却効率を向上することができる。

請求項３の発明によれば、軸方向一端側から他端側へ向かって空気の流れを形成することができるため、軸方向一端側において負圧が発生し、冷媒が貫通孔を通過しやすくなる。また、これによりオイルの供給圧が低下した際にもコイルを冷却することができる。

本発明のアウターロータ型回転電機の一実施形態の断面図である。 図１に示すアウターロータ型回転電機からハウジングを省略した斜視図である。 図１に示すアウターロータ型回転電機のステータの部分拡大図である。 第１変形例に係るアウターロータ型回転電機の斜視図である。 図４のＡ−Ａ線断面図である。 第２変形例に係るアウターロータ型回転電機の斜視図である。 特許文献１に記載のアウターロータ型回転電機の断面図である。

以下、本発明の各実施の形態を、添付図面に基づいて説明する。図１は本発明のアウターロータ型回転電機の一実施形態の断面図であり、図２は図１に示すアウターロータ型回転電機からハウジングを省略した斜視図であり、図３は図１に示すアウターロータ型回転電機のステータの部分拡大図である。なお、図面は符号の向きに見るものとする。

図１〜図３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、ステータ１０と、ステータ１０の径方向外側に僅かな隙間（以下、エアギャップＳと呼ぶ。）を介して対向配置される円環状のロータ２０と、ステータ１０およびロータ２０を収納するハウジング３０と、少なくともロータ２０を冷却する冷却オイルをハウジング３０内に供給するオイル供給部４０と、を備えて構成される。

ステータ１０およびロータ２０を収納するハウジング３０は、軸方向一端側に位置する円板状の側壁３１から軸方向に環状の円筒部３２が突出する。ハウジング３０の外側、即ち、側壁３１を挟んでステータ１０およびロータ２０と反対側には、ステータ１０の軸心から上方に位置する略半円状のオイル供給路４１が設けられ、オイル供給路４１には、周方向に所定の間隔でオイル噴射口４２が形成される。このオイル供給路４１とオイル噴射口４２とによりオイル供給部４０が構成されている。ハウジング３０の側壁３１には、オイル供給部４０のオイル噴射口４２に対応する位置にハウジング３０の内外を連通する連通孔３７が形成され、オイル供給部４０から冷媒としてのオイルが、ハウジング３０内に供給されるように構成される。

ステータ１０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１１により、ステータコア３がハウジング３０の軸方向他端側の側壁３５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。従って、複数のコイル４は、全体として略円環状に組みつけられている。

ロータ２０は、略円環状のロータヨーク２１と、ロータヨーク２１の内周面に固定される永久磁石からなる複数の磁極部２２と、ロータヨーク２１を径方向内側に保持すると共に回転軸１３に固定される縁付円盤状のロータカップ２４と、を備える。

ロータヨーク２１は、透磁可能な材料からなる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、外周面が、ロータカップ２４の内周面に圧入固定される。なお、圧入代は、スリップトルク以上のトルクが確保できるように設定されている。

複数の磁極部２２は、周方向で隣り合う磁極が異極となるように周方向で交互に設けられている。

ロータカップ２４は、縁付円板形状を有し、軸方向一端側に位置する略円板状の底部５０の外周部５１から軸方向他端側に縁部２５が延出して構成される。底部５０は、それぞれが径方向に一定の幅で延びて全体として軸心より放射状に形成された複数のスポーク２６によって、回転軸１３に連結される内周部５２と縁部２５に連結される外周部５１とが連結され、周方向に隣接するスポーク２６同士の間に、底部５０を軸方向に貫通する略三角形状の貫通孔５６が形成される。

この貫通孔５６は、オイル供給部４０のオイル噴射口４２から噴射されたオイルを通すように、言い換えると、オイル供給部４０のオイル噴射口４２のオイル噴射方向に伸びる仮想直線Ｍが貫通孔５６と交わるように配置される。従って、ロータ２０の角度位置によっては、オイル噴射口４２から噴射されたオイルは、スポーク２６の側面に衝突して霧状化することとなる。

また、図３に示すように、オイル噴射口４２のオイル噴射方向に伸びる仮想直線Ｍは、貫通孔５６を通って、コイル４の径方向中央部且つコイル４の周方向中央部と交わる部分Ｐ１に、又は、コイル４の径方向中央部且つ周方向で隣り合うコイル４間の部分Ｐ２でコイル４と交わる。これにより、効率的にオイルがコイル４全体に供給される。

回転軸１３は、軸受８により、ハウジング３０に対して回転自在に支承されており、ステータ１０に発生させる回転磁界によってロータ２０が回転駆動される。

以上より、本実施形態のアウターロータ型回転電機１では、軸方向においてオイル噴射口４２とコイル４との間に貫通孔５６が位置し、オイル噴射口４２から噴射方向に延びる仮想直線Ｍが、オイル噴射口４２と、貫通孔５６と、コイル４とを全て通過するように、オイル噴射口４２と、貫通孔５６と、コイル４とが配置されている。

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、運転中にオイル供給部４０のオイル噴射口４２からハウジング３０内にオイルが噴射される。オイル噴射口４２から噴射されたオイルは、ロータ２０の回転により貫通孔５６を通過する際に、スポーク２６と衝突して霧状化され、霧状化されたオイルが貫通孔５６を通ってコイル４に供給される。オイルが霧状化することで、複雑な形状を有するコイル４であっても、巻線６間の隙間や、直接オイルが当たらない箇所まで回りこんで冷却することができる。

また、ロータ２０の回転によって発生する周方向の風で、ステータ１０の軸心Ｏより上方に位置するオイル噴射口４２から噴射されたオイルは、ステータ１０の軸心より下方に位置するコイル４にも供給され、ステータ１０のコイル４全体に送られる。これにより、環状に配置されたコイル４に対応するように、オイル供給路４１を環状に形成する必要がなく、オイル供給路４１の配管取り回し量を削減することができる。

＜第１変形例＞
次に、第１変形例に係るアウターロータ型回転電機１について、図４及び図５を参照しながら説明する。なお、本変形例を含め以下に示す変形例は、ロータカップの構成が異なる以外、上記実施形態と同一の構成を有するので、同一部分には同一符号を付して説明を省略する。

本変形例のロータカップ２４Ａは、底部５０を構成する各スポーク２６Ａが、軸方向に対する直交面に対して所定の角度で傾斜している。傾斜方向は、ロータ２０が主に回転する方向（以下、主回転方向と呼ぶ。）に回転した際に、ロータ２０の回転に伴って発生する風が、底部５０側からコイル４側に流れるように設定される。例えば、アウターロータ型回転電機１をトラクションモータとして車両に搭載させる際には、車両の前進時のロータ２０の回転方向を主回転方向として、車両前進時にロータ２０の回転に伴って発生する風が、底部５０側からコイル４側に流れるように傾斜させる。

本変形例では、主回転方向を図４に示す矢印Ｎの方向とした場合、スポーク２６Ａのステータ対向面２７が、矢印Ｎ方向に進むにつれてコイル４との距離が離間するように傾斜しており、これにより、ロータ２０の回転に伴ってスポーク２６Ａのステータ対向面２７に空気が衝突してコイル４側に押し出されることで、底部５０側からコイル４側に空気の流れが発生する。

これにより、底部５０とオイル噴射口４２との間において負圧が発生し、軸方向一端側に配置されたオイル噴射口４２から軸方向他端側に配置されたコイル４へ向かって空気の流れを形成することができるため、オイルが貫通孔５６を通過しやすくなる。なお、オイルを供給するポンプは、回転軸１３と連動するメカポンプでも電動ポンプであってもよいが、メカポンプを用いる場合には、回転数が低下した場合にもコイル４を冷却できる。電動ポンプを用いる場合には、供給圧を低下させて、ポンプ駆動による損失を低減することができる。

＜第２変形例＞
次に、第２変形例に係るアウターロータ型回転電機１について、図６を参照して説明する。
本変形例のロータカップ２４Ｂは、底部５０を構成する各スポーク２６Ｂが、内周部５２の接線方向にそれぞれ等間隔で配置されている。なお、本変形例においても、第１変形例と同様に、各スポーク２６Ｂを、軸方向に対する直交面に対して所定の角度で傾斜させることで、軸方向一端側に配置されたオイル噴射口４２から軸方向他端側に配置されたコイル４へ向かって空気の流れを形成することができる。

尚、本発明は、前述した各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。
例えば、スポークの数や形状は任意に設定することができ、それに応じて貫通孔の数や形状も任意に設定することができる。
また、オイル供給路は、半円状に限らず、任意の形状、例えば環状に形成してもよい。ただし、オイル供給路の長さは、短いほうがオイル供給路における圧損を低減でき配管量を減らせる点で好ましい。

１ アウターロータ型回転電機
３ ステータコア
１０ ステータ
１３ 回転軸
２０ ロータ
２４、２４Ａ、２４Ｂ ロータカップ
２５ 縁部
２６、２６Ａ、２６Ｂ スポーク
３０ ハウジング
４０ オイル供給部（冷媒供給手段）
４１ オイル供給路（供給路）
４２ オイル噴射口（噴射口）
５０ 底部
５１ 外周部
５２ 内周部
５６ 貫通孔
Ｍ 仮想直線

Claims (3)

1. ステータコアと、前記ステータコアに巻回されたコイルとを備えたステータと、
   前記ステータと径方向に対向するロータと、
   前記ステータおよび前記ロータを収納するハウジングと、
   前記ハウジング内へ冷媒を供給する冷媒供給手段と、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、縁部と底部とを備えたカップ状に形成されており、
   前記底部は、径方向に延びる複数のスポークによって、回転軸に連結される内周部と前記縁部に連結される外周部とが連結されるとともに、周方向に隣接するスポーク同士の間に、前記底部を軸方向に貫通する貫通孔が形成されており、
   前記冷媒供給手段は、前記冷媒の供給路と、前記供給路と前記ハウジング内とを連通する噴射口と、を備え、
   軸方向において前記噴射口と前記コイルとの間に前記貫通孔が位置し、
   前記噴射口から噴射方向に延びる仮想直線が、前記噴射口と、前記貫通孔と、前記コイルとを全て通過するように、前記噴射口と、前記貫通孔と、前記コイルとが配置されていることを特徴とするアウターロータ型回転電機。
2. 前記スポークは、軸心より放射状に、且つ、前記内周部と前記外周部との間において略一定の幅で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. 前記スポークは、軸方向に対する直交面に対して傾斜していることを特徴とする請求項１又は２に記載のアウターロータ型回転電機。

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