JP2014107905A - 回転電機 - Google Patents

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Abstract

【課題】簡単な構成によってロータとステータの冷却及び軸受の潤滑を行なう液体の流路を備える回転電機を提供する。
【解決手段】モータ・ジェネレータ(回転電機)1は、ハウジング11とロータ12とステータ13と流路14と第1の噴出孔141と第2の噴出孔142とを備える。流路14は、ハウジング11の内部に冷却液Lを供給するとともにハウジング11の上部に回転軸10の延在方向と平行に設けられる。第1の噴出孔141は、コイルエンド132Aの上方の流路14に設けられ、冷却液Lをハウジング11内へ吐出する。第2の噴出孔142は、ステータコア131の上方の流路14に設けられて第1の噴出孔141の口径よりも小さい口径を有し、冷却液Lをハウジング11内へ吐出する。
【選択図】 図3

Description

本発明は、ハウジング内に冷却及び潤滑のための液体を供給する流路を備える車両用の回転電機に関する。
ロータのベアリングに潤滑油を供給するように構成された車両用モータユニットがある。特許文献1に記載されたモータユニットは、頂部近傍に潤滑油通路を備えており、この潤滑油通路を介してベアリングに潤滑油を供給している。ベアリングに供給された潤滑油は、ロータ側に流れ出たのち、回転するロータの遠心力によって径方向外側にはじき出される。潤滑油が飛散する先には、ステータのコイルの端部(突出部)が位置している。また、モータユニットは、ステータの全周を覆うようにウォータジャケットを有している。このモータユニットは、ウォータジャケットでステータを直接冷却することでステータ内のコイルを冷却し、ステータから突出した端部は、飛散した潤滑油で冷却している。
特開2010−130721号公報
ところで、モータユニットを冷却するために、特許文献1のような構成である場合、ステータ側のコイルを冷却することができるが、ロータ側の冷却について配慮されていない。また、ステータ側のコイルの冷却のためにウォータジャケットと潤滑油の飛沫を併用する場合、冷却液及び潤滑油を循環させるための独立した経路がそれぞれに必要になるとともに、温度管理も必要となる。
そこで、本発明は、簡単な構成によってロータとステータの冷却及び軸受の潤滑を行なう液体の流路を備える車両用の回転電機を提供する。
本発明に係る一実施形態の回転電機は、ハウジングとロータとステータと流路と第1の噴出孔と第2の噴出孔とを備える。ハウジングは、軸受を介して回転軸を保持する。ロータは、回転軸に取り付けられる。ステータは、ロータの外周を囲うステータコア、このステータコアに巻回されるコイル、回転軸の延在方向にステータコアからコイルの一部が露出したコイルエンド、を含む。流路は、ハウジングの内部に冷却液を供給するとともにハウジングの上部に回転軸の延在方向と平行に設けられる。第1の噴出孔は、コイルエンドの上方の流路に設けられて冷却液をハウジング内へ吐出する。第2の噴出孔は、ステータコアの上方の流路に設けられて第1の噴出孔の口径よりも小さい口径を有し、冷却液をハウジング内へ吐出する。
このとき、回転電機は、流路に冷却液を供給する導入路をさらに備える。そして、第1の噴出孔および第2の噴出孔を複数ずつ備える。導入路に近い第1の噴出孔の口径は、導入路に遠い第1の噴出孔の口径よりも小さく、導入路に近い第2の噴出孔の口径は、導入路に遠い第2の噴出孔の口径よりも小さい。また、第1の噴出孔は2つ形成される。導入路は、第1の噴出孔の間の流路に接続される。さらに、軸受に冷却液を供給する第3の噴出孔を流路の両端に設ける。
また、第1の噴出孔および第2の噴出孔は、それぞれロータの回転方向に流路から少なくとも2つに分岐している。
本発明に係る回転電機によれば、冷却液を供給する流路に対してコイルエンドの上方に設けられる第1の噴出孔の口径よりも、ステータの上方に設けられる第2の噴出孔の口径が小さい。したがって、第1の噴出孔からより多くの冷却液がハウジング内に提供される。このとき流路は回転軸の上方に位置するので、冷却液が回転軸に掛かり、回転軸を支持する軸受にも供給される。また、回転軸に掛った冷却液は、遠心力によってロータ側に濡れ広がるとともに飛散してステータにも掛る。このように、回転電機内に供給された冷却液は、ロータ、ステータ、および軸受に掛かることによって、これらを冷却する。構造が簡単であり、冷却液の循環経路も一系統にすることができるため、管理が容易になる。
また、第1の噴出孔および第2の噴出孔をそれぞれ複数ずつ有する場合に、流路の導入路に対し近い第1の噴出孔の口径は、導入路に対して遠い第1の噴出孔の口径よりも小さく、導入路に対して近い第2の噴出孔の口径は、導入路に対して遠い第2の噴出孔の口径よりも小さくする発明の回転電機によれば、流路内に生じる圧力損失に起因して冷却液の供給量に偏りが生じることを軽減することができる。
導入路を第1の噴出孔の間の流路に設ける発明の回転電機によれば、冷却液の供給量を等分に分配しやすい。また、第3の噴出孔を流路の両端に設ける発明によれば、軸受に供給する冷却液を別に確保することができるので、軸受の冷却及び潤滑が確実に保証される。また、第1の噴出孔及び第2の噴出孔をロータの回転方向に流路から少なくとも2つに分岐させている発明の回転電機によれば、冷却液を偏りなく供給することができる。
本発明の一実施形態のモータ・ジェネレータの循環経路の概略図。 図1のモータ・ジェネレータのハウジング内の流路及びステータの斜視図。 図2のモータ・ジェネレータの回転軸を横切る断面図。 図3のモータ・ジェネレータの流路から延びる噴出孔を通る断面図。
本発明に係る一実施形態の回転電機であるモータ・ジェネレータ1について、図1から図4を参照して説明する。図1に示すモータ・ジェネレータ1は、抵抗加熱によって発生する熱を除去するための冷却装置2を備えている。冷却装置2は、ハウジング11内に冷却液Lを供給し循環させるために、ポンプ21と循環経路22を有している。冷却液Lは、ハウジング11内に直接供給されるので、絶縁性材料であるとともに作動部分の潤滑も兼ねる必要がある。本実施形態では、油が冷却液Lとして採用されている。循環経路22は、ハウジング11の上部および下部に接続され、途中にポンプ21が配置されている。
このモータ・ジェネレータ1は、図2及び図3に示すように、ハウジング11とロータ12とステータ13と流路14と第1の噴出孔141と第2の噴出孔142とを備える。図3に示すように、ハウジング11は、軸受17を介して回転軸10を保持している。この実施形態においてハウジング11は、外周を囲うアウタケース111と、回転軸10の軸心Cに沿う方向にアウタケース111の両側の端部にそれぞれ装着されるエンドプレート112,113とを備える。軸受17は、エンドプレート112,113に装着されている。
ロータ12は、一対の軸受17の間の回転軸10に取り付けられており、複数の磁性体プレートを回転軸10の軸心Cに沿う方向に積層して作られたロータコア121の両端にエンドリング122が装着されている。ステータ13は、図2に示すようにロータ12の外周を囲ってハウジング11の内部に配置されている。
ステータ13は、ロータ12と同様に複数の磁性体プレートを回転軸10の軸心Cに沿う方向に積層して作られたステータコア131と、このステータコア131に形成された溝に捲回されたコイル132とを有する。回転軸10の軸心Cに沿う方向にステータ13のステータコア131は、ロータ12のロータコア121と同じ長さに配置されている。ステータ13のステータコア131に巻回されたコイル132のコイルエンド132Aは、図2及び図3に示すように回転軸10の延在方向にステータコア131から突出(露出)している。
流路14は、図2及び図3に示すように、回転軸10の上方に位置するハウジング11のアウタケース111に、回転軸10の延在方向に平行に、すなわち軸心Cに沿う方向に平行に設けられており、ハウジング11の内部へ冷却液Lを供給する。冷却液Lは、回転軸10の軸心Cに沿う方向にほぼ中央部分となる位置の流路14に設けられた図3に示す導入路140を介して、供給される。図3に示すように、第1の噴出孔141は、回転軸10の軸心Cに沿う方向に流路14の端部寄りに設けられ、第2の噴出孔142は、回転軸10の軸心Cに沿う方向に流路14の中央寄りに設けられている。第1の噴出孔141および第2の噴出孔142は、それぞれ流路14によって供給される冷却液Lを吐出する。第2の噴出孔142の口径は、第1の噴出孔141の口径よりも小さい。すなわち、第1の噴出孔141の口径は、第2の噴出孔142の口径よりも大きい。したがって、第1の噴出孔141が吐出する冷却液Lの流量は、第2の噴出孔142が吐出する冷却液Lの流量よりも多い。
また本実施形態では、第1の噴出孔141および第2の噴出孔142は、それぞれ複数ずつ設けられている。そして図3に示すように導入路140は、第1の噴出孔141どうし及び第2の噴出孔142どうしの間に配置されている。さらに図2及び図4に示すように第1の噴出孔141および第2の噴出孔142は、ロータ12の回転方向に角度の異なるように逆V字に、すなわち流路から回転方向に広がるように分岐して、少なくとも2つずつ形成されている。したがって、第1の噴出孔141および第2の噴出孔142は、それぞれ4つずつ設けられている。本実施形態ではさらに、第1の噴出孔141および第2の噴出孔142は、それぞれ導入路140を中心とする放射状にやや傾けて配置されている。第1の噴出孔141は、回転軸10の軸心Cに沿う方向にステータ13のステータコア131よりも外側、すなわちコイルエンド132Aの上方に配置され、第2の噴出孔142は、回転軸10の軸心Cに沿う方向にステータ13のステータコア131の範囲内、すなわちステータコア131の上方に配置されている。
また図3に示すように、導入路140は、第1の噴出孔141および第2の噴出孔142の配置の中心に対して、回転軸10の軸心Cに沿う方向にやや偏って配置されている。つまり、導入路140から第1の噴出孔141までの距離は、それぞれ異なり、同様に導入路140から第2の噴出孔142までの距離も、それぞれ異なっている。このような場合、導入路140に近い第1の噴出孔141の口径は、導入路140に遠い第1の噴出孔141の口径よりも小さく形成し、導入路140に近い第2の噴出孔142の口径は、導入路140に遠い第2の噴出孔142の口径よりも小さく形成される。
本実施形態のモータ・ジェネレータ1は、流路14の両端から延びる第3の噴出孔143を有している。この第3の噴出孔143は、ハウジング11のエンドプレート112,113の壁面に沿って冷却液Lを吐出する。そのために、図3中に向かって右側に図示された第3の噴出孔143のように、エンドプレート113の一部を通っていてもよい。また、回転軸10の上部の軸受17に面した部分のエンドプレート112,113には、第3の噴出孔143から供給された冷却液Lを効率よく軸受17に供給するためのガイド溝114が形成されている。
以上のように構成された、モータ・ジェネレータ1は、導入路140を通って流路14に冷却液Lが供給されると、第1の噴出孔141、第2の噴出孔142、第3の噴出孔143にそれぞれ冷却液Lが分配される。第1の噴出孔141の口径は、第2の噴出孔142の口径よりも大きいので、第2の噴出孔142よりも多い冷却液Lを吐出する。
第1の噴出孔141から吐出された冷却液Lは、ステータ13のコイル132のコイルエンド132Aの間を通り抜けて軸受17の近くの回転軸10に降り掛かる。冷却液Lの一部は、軸受17に供給されるとともに、別の一部は、ロータ12のエンドリング122に向かって流れる。遠心力が作用しているので、エンドリング122に付着した冷却液Lは、直ちに半径方向にロータ12の外周位置まで流れ、エンドリング122の縁から飛散してステータ13のコイル132のコイルエンド132Aに散布される。
この結果、第1の噴出孔141から吐出された冷却液Lは、軸受17の潤滑及び冷却、ロータ12の冷却、およびステータ13の冷却に寄与する。また、第2の噴出孔142から吐出された冷却液Lは、ステータ13のステータコア131の外周面に沿って下部まで流れ、ステータ13の冷却に寄与する。このとき、第1の噴出孔141から吐出される冷却液Lの流量の方が第2の噴出孔142から吐出される冷却液Lの流量よりも多いので、効率的にモータ・ジェネレータ1が冷却される。
さらに、第3の噴出孔143から吐出された冷却液Lは、軸受17に積極的に供給されて軸受17を冷やすとともに、軸受17を潤滑する。軸受17は潤滑されることによって、発熱量も抑えられる。したがって、軸受17の潤滑と冷却が確実に行われる。また、第1の噴出孔141から吐出され、エンドリング122の縁から回転軸10の上方へ飛散した冷却液Lの一部は、エンドプレート112,113に付着することで、第3の噴出孔143から吐出された冷却液Lとともに、軸受17に供給される。したがって、軸受17を潤滑及び冷却するための冷却液Lがより多くなる。
第1の噴出孔141、第2の噴出孔142、および第3の噴出孔143からハウジング11内に供給された冷却液Lは、ハウジング11の下部に接続された循環経路22から回収され、ポンプ21で再び流路14を経てハウジング11内へ供給される。
1…モータ・ジェネレータ(回転電機)、2…冷却装置、10…回転軸、C…(回転軸の)軸心、11…ハウジング、12…ロータ、13…ステータ、131…ステータコア、14…流路、140…導入路、141…第1の噴出孔、142…第2の噴出孔、143…第3の噴出孔、17…軸受、L…冷却液。

Claims (5)

  1. 軸受を介して回転軸を保持するハウジングと、
    前記回転軸に取り付けられたロータと、
    前記ロータの外周を囲うステータコア、該ステータコアに巻回されるコイル、前記回転軸の延在方向に前記ステータコアから前記コイルの一部が露出したコイルエンド、を含むステータと、
    前記ハウジングの内部に冷却液を供給するとともに前記ハウジングの上部に前記回転軸の延在方向と平行に設けられる流路と、
    前記コイルエンドの上方の前記流路に設けられて前記冷却液を前記ハウジング内へ吐出する第1の噴出孔と、
    前記ステータコアの上方の前記流路に設けられて前記第1の噴出孔の口径よりも小さい口径を有し前記冷却液を前記ハウジング内へ吐出する第2の噴出孔と、を備える
    ことを特徴とする回転電機。
  2. 前記流路に前記冷却液を供給する導入路をさらに有し、
    前記第1の噴出孔および前記第2の噴出孔を複数ずつ備え、
    前記導入路に近い前記第1の噴出孔の口径は、前記導入路に遠い前記第1の噴出孔の口径よりも小さく、
    前記導入路に近い前記第2の噴出孔の口径は、前記導入路に遠い前記第2の噴出孔の口径よりも小さい
    ことを特徴とする請求項1に記載された回転電機。
  3. 前記第1の噴出孔が二つ形成され、
    前記導入路は、前記第1の噴出孔の間の前記流路に接続されている
    ことを特徴とする請求項2に記載された回転電機。
  4. 前記流路の両端に前記軸受に前記冷却液を供給する第3の噴出孔を備える
    ことを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載された回転電機。
  5. 前記第1の噴出孔および前記第2の噴出孔は、それぞれ前記ロータの回転方向に前記流路から少なくとも二つに分岐している
    ことを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか1項に記載された回転電機。
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