JP2014230388A - 回転電機の冷却装置 - Google Patents

Abstract

【課題】回転電機の半径方向の体格増大を回避しつつステータを冷却できる回転電機の冷却装置を提供する。
【解決手段】冷却装置３０は、入力軸１０に形成され、第１ロータ支持部材１５に向かって開口する冷媒供給路３２と、第１ロータ支持部材１５に形成され、冷媒供給路３２と連通し第２ロータ支持部材１６に向かって開口する第１冷媒誘導路３３と、第２ロータ支持部材１６に形成され、一端３４ａが第１冷媒誘導路３３の開口部に向かって開口するとともに、他端３４ｂがステータ１３に向かって開口する第２冷媒誘導路３４と、を備え、第２ロータ支持部材１６のうち、巻線ロータ１１と対面する部位Ａが絶縁性を有している。
【選択図】図１

Description

本発明は、回転電機を冷却する冷却装置に関する。

互いに同軸上に配置されて相対回転する二重ロータを備え、二重ロータの最外周にステータが設けられた回転電機に適用される冷却装置として、内側のロータの中心側に軸線方向に延びる複数の冷媒路を形成し、その冷媒路に冷媒を導くことによって内側のロータを冷却するものが知られている（特許文献１）。その他、本発明に関連する先行技術文献として特許文献２及び３が存在する。

特開平９−３２２４９９号公報 特開２００９−２７４５３６号公報 特開２０１１−６２０６１号公報

特許文献１の冷却装置は、ロータの冷却に用いた冷媒をステータに供給することによってステータを冷却することができない。そのため、重力方向上方からステータに冷媒を滴下してステータを冷却するように変更することが考えられる。しかし、このような方法ではステータの外周に冷媒を導く経路を設ける必要があるため回転電機の半径方向の体格が大きくなる。

そこで、本発明は、回転電機の半径方向の体格増大を回避しつつステータを冷却できる回転電機の冷却装置を提供することを目的とする。

本発明の冷却装置は、回転軸の外周に配置された第１ロータと、前記第１ロータを前記回転軸の外周に支持する第１ロータ支持部材と、前記第１ロータの外周かつ前記第１ロータと同軸上に配置された第２ロータと、前記第１ロータ支持部材に隣接し、前記第２ロータを前記回転軸に支持する第２ロータ支持部材と、前記第２ロータの外周かつ前記第２ロータと同軸上に配置されたステータとを備えた回転電機に適用され、前記回転軸に形成され、前記第１ロータ支持部材に向かって開口する冷媒供給路と、前記第１ロータ支持部材に形成され、前記冷媒供給路と連通し前記第２ロータ支持部材に向かって開口する第１冷媒誘導路と、前記第２ロータ支持部材に形成され、一端が前記第１冷媒誘導路の開口部に向かって開口するとともに、他端が前記ステータに向かって開口する第２冷媒誘導路と、を備え、前記第２ロータ支持部材のうち、前記第１ロータと対面する部位が絶縁性を有しているものである（請求項１）。

この冷却装置によれば、回転軸に形成された冷媒供給路に冷媒を供給すると、第１ロータ支持部材に向かって冷媒が流出する。第１ロータ支持部材に形成された第１冷媒誘導路は冷媒供給路と連通しているため、第１ロータ支持部材に向かって流出した冷媒は第１冷媒誘導路に導かれて第２ロータ支持部材に向かう。第２ロータ支持部材に形成された第２冷媒誘導路はその一端が第１冷媒誘導路の開口部に向かって開口しているので、第１冷媒誘導路から流出した冷媒は第２冷媒誘導路に導かれる。第２冷媒誘導路に導かれた冷媒は第２ロータの回転に伴う遠心力によって他端から流出してステータに供給される。したがって、ステータの外周側から冷媒を供給する必要がないので、回転電機の半径方向の体格増大を回避しつつステータを冷却できる。また、第２ロータ支持部材のうち、第１ロータと対面する部位が絶縁性を有しているため、第２ロータ支持部材を第１ロータに近づけて配置することが可能である。第２ロータ支持部材を第１ロータに近づけることによって、第２ロータ支持部材に形成された第２冷媒誘導路を流れる冷媒と第１ロータとの熱交換が有効なものとなり、第１ロータに対する冷却性能が向上する。しかも、第２ロータ支持部材を第１ロータに近づけることにより回転軸の軸線方向の寸法増大も抑制できる。

本発明の冷却装置の一態様は、前記第２冷媒誘導路から分岐し、前記第１ロータに向かって開口する分岐路を更に備えてもよい（請求項２）。この態様によれば、第２冷媒誘導路に導かれた冷媒が分岐路を通じて第１ロータに供給される。これにより、第１ロータに対する冷却性能が分岐路を形成しない場合に比べて向上する。

本発明の冷却装置の一態様は、前記第２ロータの回転半径方向に前記第２ロータ支持部材を貫き、前記第１ロータ側及び前記ステータ側にそれぞれ開口する貫通路を更に備えてもよい（請求項３）。この態様によれば、第１ロータに供給された冷媒が貫通路を介してステータ側にも導かれるためステータに対する冷却性能が貫通路を形成しない場合に比べて向上する。

以上説明したように、本発明の冷却装置によれば、第２冷媒誘導路に導かれた冷媒が第２ロータの回転に伴う遠心力によって他端から流出してステータに供給される。そのため、ステータの外周側から冷媒を供給する必要がないので、回転電機の半径方向の体格増大を回避しつつステータを冷却できる。また、第２ロータ支持部材の所定の部位が絶縁性を有することによって第２ロータ支持部材を第１ロータに近づけることができるため、第１ロータに対する冷却性能が向上するとともに回転軸の軸線方向の寸法増大も抑制できる。

本発明の一形態に係る潤滑装置が適用された複合モータを示す図。 図１のII-II線における複合モータの一部の断面を示す図。

図１に示した回転電機としての複合モータ１は、自動車等の不図示の車両に搭載され、その走行用動力源である不図示の内燃機関と変速機との間の動力伝達経路中に組み込まれて使用される。複合モータ１は、回転軸としての入力軸１０と、入力軸１０の外周に配置された巻線ロータ１１と、巻線ロータ１１の外周かつ巻線ロータ１１と同軸上に配置された磁石ロータ１２と、磁石ロータ１２の外周かつ磁石ロータ１２と同軸上に配置されケース５に固定されたステータ１３とを備えている。

巻線ロータ１１は周方向に配置された複数のコイル１１ａを備え、これら複数のコイル１１ａに所定の順番で電流を流すことにより、周方向に回転する回転磁界が発生する。磁石ロータ１２は永久磁石を備えたロータコア１２ａを有している。ステータ１３は周方向に配置された複数のコイル１３ａを備え、これら複数のコイル１３ａに所定の順番で電流を流すことにより、周方向に回転する回転磁界が発生する。これにより、巻線ロータ１１及び磁石ロータ１２は相互に相対回転可能な状態で駆動される。巻線ロータ１１は本発明に係る第１ロータに、磁石ロータ１２は本発明に係る第２ロータにそれぞれ相当する。

巻線ロータ１１は第１ロータ支持部材１５によって入力軸１０の外周に支持されている。磁石ロータ１２は左右一対の第２ロータ支持部材１６によって入力軸１０の外周に回転自在に支持されている。各第２ロータ支持部材１６は、第１ロータ支持部材１５に隣接している。各第２ロータ支持部材１６は、ステータ１３のコイル１３ａと巻線ロータ１１のコイル１１ａとの間に配置された接続部１６ａと、接続部１６ａから半径方向内側に延びるプレート部１６ｂと、プレート部１６ｂから軸線Ａｘ１方向に延びた中空状のハブ部１６ｃとを含む。接続部１６ａとプレート部１６ｂとは周方向に配置された複数のボルト１７にて結合されている。ハブ部１６ｃは入力軸１０の外周に転がり軸受１８及び玉軸受１９を介して回転自在に装着される。ハブ部１６ｃの外周側は玉軸受２０を介してケース１５の開口部に回転自在に支持されている。

複合モータ１にはその各部を冷却及び潤滑する冷却装置３０が設けられている。冷却装置３０は、複合モータ１の各部に形成された流路３１に対して、冷媒としての潤滑油を不図示のオイルポンプにて圧送する。複合モータ１の各部に形成された流路３１は入力軸１０に形成された冷媒供給路３２と、第１ロータ支持部１５に形成された第１冷媒誘導路３３と、第２ロータ支持部材１６に形成された第２冷媒誘導路３４とを含む。

冷媒供給路３２は軸線Ａｘ１方向に延びており第１ロータ支持部材１５に向かって開口する。冷媒供給路３２には不図示の外部流路が接続されて潤滑油が供給される。第１冷媒誘導路３３は冷媒供給路３２と連通し、左右の第２ロータ支持部材１６に向かって開口している。図２にも示したように、第２冷媒誘導路３４は、各第２ロータ支持部材１６の中心側から放射状に延びるように複数本（本形態では中心角６０度毎に６本）設けられている。各第２冷媒誘導路３４はその一端３４ａが第１冷媒誘導路３３の開口部に向かって開口し、他端３４ｂがステータ１３に向かって開口している。更に、第２冷媒誘導路３４には巻線ロータ１１の内周側の位置で分岐する分岐路３５が設けられている。また、第２ロータ支持部材１６の接続部１６ａには、磁石ロータ１２の回転半径方向に接続部１６ａを貫き、巻線ロータ１１側及びステータ１３側にそれぞれ開口する貫通路３６が形成されている。

冷却装置３０がこうした構成の流路３１を備えているため、図１の矢印で示す経路にて潤滑油が複合モータ１の各部に供給される。すなわち、入力軸１０に形成された冷媒供給路３２に潤滑油が供給されると、冷媒供給路３２の開口部から第１ロータ支持部材１５に向かって潤滑油が流出する。第１ロータ支持部材１５に形成された第１冷媒誘導路３３は冷媒供給路３２と連通しているため、第１ロータ支持部材１５に向かって流出した潤滑油は第１冷媒誘導路１５に導かれて左右の第２ロータ支持部材１６に向かう。第２ロータ支持部材１６に形成された第２冷媒誘導路３４はその一端３４ａが第１冷媒誘導路３３の開口部に向かって開口しているので、第１冷媒誘導路３３から流出した潤滑油は第２冷媒誘導路３４に導かれる。第２冷媒誘導路３４に導かれた潤滑油は磁石ロータ１２の回転に伴う遠心力によって他端３４ｂから流出してステータ１３に供給される。更に、分岐路３５が第２冷媒誘導路３４から分岐しているため、第２冷媒誘導路３４に導かれた潤滑油の一部は分岐路３５に導かれて巻線ロータ１１に供給される。巻線ロータ１１に供給された潤滑油は貫通路３６を介してステータ１３側にも供給される。

このように、冷却装置３０によれば、ステータ１３の外周側、つまりケース５の外側から潤滑油を供給する必要がないので、複合モータ１の半径方向の体格増大を回避しつつステータ１３を冷却できる。また、第１ロータ支持部材１５及び第２ロータ支持部材１６のそれぞれに冷媒誘導路３３、３４が形成されているため、各部材間に存在する隙間を流路として利用する形態と比べて確実にステータ１３まで潤滑油を供給できる。また、第２冷媒誘導路３４に導かれた潤滑油が分岐路３５を通じて巻線ロータ１１に供給されるため巻線ロータ１１に対する冷却性能が分岐路３５を形成しない場合と比べて向上する。更に、巻線ロータ１１に供給された潤滑油が貫通路３６を介してステータ１３側にも導かれるためステータ１３に対する冷却性能が貫通路３６を形成しない場合と比べて向上する。

図１に示したように、第２冷媒誘導路３４が形成された第２ロータ支持部材１６の所定の部位Ａには絶縁処理が施されている。この絶縁処理によって部位Ａは絶縁性を有している。部位Ａは第２ロータ支持部材１６のうち巻線ロータ１１と対面する部位、詳しくは巻線ロータ１１のコイル１１ａと対面する部位である。この部位Ａに施される絶縁処理としては、部位Ａの表面を樹脂で覆う樹脂成長法が採用されている。その他、この絶縁処理として、部位Ａの表面にアルマイトやアルミナ等の絶縁性金属化合物を溶射する方法を採用することもできる。

第２ロータ支持部材１６の部位Ａが絶縁性を有しているため、第２ロータ支持部材１６を巻線ロータ１１に近づけて配置することが可能となる。第２ロータ支持部材１６を巻線ロータ１１に近づけることによって、第２ロータ支持部材１６に形成された第２冷媒誘導路３４を流れる潤滑油と巻線ロータ１１との熱交換が有効なものとなり、巻線ロータ１１に対する冷却性能が向上する。しかも、第２ロータ支持部材１６を巻線ロータ１１に近づけることにより軸線Ａｘ１方向の寸法増大も抑制できる。

本発明は上記形態に限定されず、本発明の要旨の範囲内において種々の形態にて実施できる。本発明の潤滑装置は上記形態の複合モータに限らず、２つのロータを含む限り、本発明は発電機やモータ・ジェネレータ等の各種の回転電機に適用可能である。

上記形態では第２ロータ支持部材１６の部位Ａに対して絶縁処理を施すことにより、部位Ａに絶縁性を与えているが、第２ロータ支持部材１６の一部又は全部を絶縁性材料で構成することによって部位Ａが絶縁性を有するように変更することもできる。

１ 複合モータ（回転電機）
１１ 巻線ロータ（第１ロータ）
１２ 磁石ロータ（第２ロータ）
１３ ステータ
１５ 第１ロータ支持部材
１６ 第２ロータ支持部材
３０ 冷却装置
３２ 冷媒供給路
３３ 第１冷媒誘導路
３４ 第２冷媒誘導路
３５ 分岐路
３６ 貫通路

Claims (3)

1. 回転軸の外周に配置された第１ロータと、前記第１ロータを前記回転軸の外周に支持する第１ロータ支持部材と、前記第１ロータの外周かつ前記第１ロータと同軸上に配置された第２ロータと、前記第１ロータ支持部材に隣接し、前記第２ロータを前記回転軸に支持する第２ロータ支持部材と、前記第２ロータの外周かつ前記第２ロータと同軸上に配置されたステータとを備えた回転電機に適用され、
   前記回転軸に形成され、前記第１ロータ支持部材に向かって開口する冷媒供給路と、
   前記第１ロータ支持部材に形成され、前記冷媒供給路と連通し前記第２ロータ支持部材に向かって開口する第１冷媒誘導路と、
   前記第２ロータ支持部材に形成され、一端が前記第１冷媒誘導路の開口部に向かって開口するとともに、他端が前記ステータに向かって開口する第２冷媒誘導路と、を備え、
   前記第２ロータ支持部材のうち、前記第１ロータと対面する部位が絶縁性を有していることを特徴とする回転電機の冷却装置。
2. 前記第２冷媒誘導路から分岐し、前記第１ロータに向かって開口する分岐路を更に備える請求項１に記載の冷却装置。
3. 前記第２ロータの回転半径方向に前記第２ロータ支持部材を貫き、前記第１ロータ側及び前記ステータ側にそれぞれ開口する貫通路を更に備える請求項２に記載の冷却装置。

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