JP2017169298A - 回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】ロータの磁石が温度上昇し難い回転電機を提供する。【解決手段】筒状のロータコア１１１と、ロータコア１１１に固定された磁石１１２とを有するロータ１１０と、ロータコア１１１の内側に配置された遊星歯車機構３０と、を備え、遊星歯車機構３０によって暖められた油が径方向外側に向かうモータ１００であって、ロータ１１０と遊星歯車機構３０との間に、冷媒を断熱する断熱スリーブ４０を備える。【選択図】図２

Description

本発明は、回転電機に関する。

ハイブリッド車等に搭載される電動式のモータは、非回転側のステータと、回転側のロータとを備えている（特許文献１）。ロータは、ロータコアと、ロータコアに埋設された磁石とを備えて構成されている。また、特許文献１では、ロータは円筒状で構成されており、その径方向内側にロータからの回転力を変速する遊星歯車機構が配置されている。

特許第５７１５２９９号公報

ところが、特許文献１では、遊星歯車機構を潤滑かつ冷却することで昇温した油（冷媒）が、ロータに付着し、ロータの磁石が昇温する虞がある。磁石の温度が変化すると、その磁気特性が不可逆的に変化する虞がある。

そこで、本発明は、ロータの磁石が温度上昇し難い回転電機を提供することを課題とする。

前記課題を解決するための手段として、本発明は、筒状のロータコア、及び、前記ロータコアに固定された磁石を有するロータと、前記ロータコアの内側に配置された内側熱源と、を備え、前記内側熱源によって暖められた冷媒が径方向外側に向かう回転電機であって、前記ロータと前記内側熱源との間に、冷媒を断熱する断熱部材を備えることを特徴とする回転電機である。

このような構成によれば、内側熱源によって暖められ径方向外側に向かう冷媒が、内側熱源とロータとの間に設けられた断熱部材で遮断されるので、冷媒がロータに付着し難くなり、ロータ及び磁石が高温の冷媒から断熱される。これにより、ロータの磁石が温度上昇し難くなる。したがって、磁石の磁気特性は変化し難くなり、回転電機の仕様は安定する。

また、前記内側熱源は、変速機、クラッチ、及び、内燃機関の少なくとも１つであることが好ましい。

このような構成によれば、変速機、クラッチ、及び、内燃機関の少なくとも１つで暖められた冷媒の熱を良好に断熱できる。

また、前記断熱部材は、環状であり、前記ロータと同軸で配置されていることが好ましい。

このような構成によれば、ロータと同軸で配置された環状の断熱部材によって、ロータ全体から冷媒の熱を良好に断熱できる。

また、回転軸から径方向外側に延出し前記ロータコアを支持するロータコア支持部材を備え、前記断熱部材は、前記ロータコア支持部材に固定されると共に、フィンを備えていることが好ましい。

このような構成によれば、断熱部材はロータコア支持部材に固定されているので、ロータ、ロータコア支持部材、断熱部材及びフィンは、一体で回転する。このようにフィンが回転すると、冷媒が掻き出され、ロータから遠ざかり易くなるので、磁石をさらに良好に断熱できる。

また、断熱部材はフィンを備えているので、その表面積は大きくなっている。これにより、冷媒の熱がフィンを介して良好に放熱されるようになっている。

また、前記ロータコア支持部材は、前記ロータコアの内周面に固定される筒状部と、前記筒状部から径方向内側に延び前記回転軸に固定される径方向部と、を備え、径方向において、前記断熱部材と前記筒状部との間に隙間が形成されていることが好ましい。

このような構成によれば、断熱部材と前記筒状部との間に隙間が形成されているので、断熱部材の熱が筒状部に伝達し難くなる。これにより、ロータコア及び磁石が良好に断熱される。

また、前記径方向部には、軸方向に延び前記隙間に連通する連通孔が形成されていることが好ましい。

このような構成によれば、空気が径方向部に形成された連通孔を通って隙間に流入し、空気が隙間を通流する。これにより、断熱部材の熱が通流する空気に放熱され、断熱部材が良好に冷却される。

また、前記径方向部において前記連通孔の開口の径方向内側に、前記連通孔に冷媒が浸入させない突起を備えることが好ましい。

このような構成によれば、径方向部において連通孔の開口の径方向内側に形成された突起によって、冷媒が連通孔に浸入し難くなる。

本発明によれば、ロータの磁石が温度上昇し難い回転電機を提供することができる。

本実施形態に係るモータの断面図である。 本実施形態に係るモータの拡大断面図である。 本実施形態に係る断熱スリーブの斜視図である。

本発明の一実施形態について、図１〜図３を参照して説明する。

≪モータの構成≫
本実施形態に係るモータ１００（回転電機）は、例えば、ハイブリッド車（車両）に搭載される薄型のモータである。モータ１００は、ハイブリッド車には横向きの状態、つまり、軸線Ｏ１方向が左右方向に沿った状態で搭載される。

モータ１００は、軸線Ｏ１を中心として回転する円筒状のロータ１１０と、ロータ１１０の径方向外側に同軸で配置された円筒状のステータ１２０と、第１回転軸１１と、ロータコア支持ブラケット２０（ロータコア支持部材）と、遊星歯車機構３０（内側熱源）と、断熱スリーブ４０（断熱部材）と、これらを収容するハウジング１３１及びカバー１３２と、を備えている。

＜ロータ＞
ロータ１１０は、ステータ１２０の生起する磁力によって回転する回転子である。ロータ１１０は、円筒状のロータコア１１１と、ロータコア１１１に埋設固定された複数の磁石１１２と、を備えている。ロータコア１１１は、薄リング板状のロータコア用板１１３が軸方向において複数積層されることで構成されている。磁石１１２は、永久磁石で構成され、ロータコア１１１の外周面側（径方向外側、ステータ１２０側）で周方向において等間隔で配置されている。

＜ステータ＞
ステータ１２０は、外部のインバータ（図示しない）から三相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）交流電流が供給されることで、ロータ１１０を回転させるための磁力を生起するものである。ステータ１２０は、ステータコア１２１と、複数のコイル１２２と、を備えている。ステータコア１２１は、薄リング板状のステータコア用板１２３が軸方向において複数積層されることで構成され、その径方向内側に周方向において等間隔で配置された複数のティース１２４を備えている。各ティース１２４にはコイル１２２が巻回されている。

＜ハウジング等＞
ハウジング１３１は、左側が開口した殻状の容器である。カバー１３２は、ハウジング１３１にボルトによって締結され、前記開口を塞いでいる。カバー１３２の内面（右面）には、中空部１３３ａを有する油路形成部材１３３が固定されている。油路形成部材１３３は、油ポンプ（図示しない）からの油（冷媒）を、その中空部１３３ａを介して吐出口１３３ｂから吐出し、第１回転軸１１の中空部１１ａに案内するものである。

＜第１回転軸等＞
第１回転軸１１は、軸受（図示しない）によって、左右方向に延びる軸線Ｏ１を中心として、回転自在に配置されている。第１回転軸１１は円筒状を呈しており、その中空部１１ａは油路となっている。第１回転軸１１の周壁部には、内外を連通する連通孔１１ｂが形成されている。そして、中空部１１ａの油は連通孔１１ｂを通って径方向外側に吐出されるようになっている。吐出された油は、熱源である遊星歯車機構３０（特に遊星ギヤ３２）で暖められた後、径方向外側に向かうようになっている。

第２回転軸１２は、軸受７１によって、第１回転軸１１の径方向外側において同軸で回転自在に配置されている。第２回転軸１２の外周面には後記する遊星キャリヤ３４が固定されており、遊星キャリヤ３４の回転力が第２回転軸１２に入力されるようになっている。また、第２回転軸１２には外歯車であるギヤ歯１２ａが形成されている。

第３回転軸１３は、軸受７２によって、第１回転軸１１及び第２回転軸１２と平行で回転自在に配置されている。第３回転軸１３には外歯車であるギヤ歯１３ａが形成されている、ギヤ歯１３ａはギヤ歯１２ａと噛合しており、第２回転軸１２の回転力が第３回転軸１３に入力されるようになっている。

＜ロータコア支持ブラケット＞
ロータコア支持ブラケット２０は、第１回転軸１１に対してロータコア１１１を支持する左側が閉じた有底円筒状のブラケットである。ロータコア支持ブラケット２０は、第１回転軸１１の外周面にスプライン結合した内円筒部２１と、ロータコア１１１の内周面に固定された外円筒部２２（筒状部）と、内円筒部２１の左端部及び外円筒部２２の左端部を一体にするリング状のリング壁部２３（径方向部）と、を備えている。すなわち、リング壁部２３は、外円筒部２２の左端部から径方向内側に延び、内円筒部２１を介して第１回転軸１１に固定されている。リング壁部２３には、軸方向に延びて、その左側及び右側を連通させ油路となる連通孔２３ａが形成されている。

リング壁部２３の径方向外側には、軸方向に延びて後記する隙間４５に連通する連通孔２３ｂが形成されている。各連通孔２３ｂは、軸方向視において、外フィン４４、４４の間に形成されている。そして、リング壁部２３の左側の空気が、連通孔２３ｂを通って、隙間４５に供給されるようになっている。

リング壁部２３において、各連通孔２３ｂの左側開口の径方向内側にガード２３ｃが形成されている。ガード２３ｃは、各連通孔２３ｂの左側開口の径方向内側において、左側に突出している。これにより、リング壁部２３の左面に沿って径方向外側に向かう油が、ガード２３ｃによって左向きに偏向するようになっている（図２、矢印Ａ１参照）。したがって、油が連通孔２３ｂに浸入しないようになっている。

＜遊星歯車機構＞
遊星歯車機構３０は、ロータ１１０の回転力を変速して出力する変速機（歯車機構）である。遊星歯車機構３０は、円筒状のロータコア１１１の概ね径方向内側に配置され、回転（作動）すると発熱する熱源である。具体的には、自転及び公転する遊星ギヤ３２がギヤ損失により最も発熱する。遊星歯車機構３０は、太陽ギヤ３１と、複数の遊星ギヤ３２と、内歯車３３と、遊星キャリヤ３４と、を備えている。

太陽ギヤ３１は、第１回転軸１１に外嵌し、スプライン結合している。これにより、太陽ギヤ３１は、第１回転軸１１と一体で回転する。

内歯車３３は、太陽ギヤ３１の径方向外側に所定間隔をあけて同軸で配置されている。また、内歯車３３は、ブラケット（図示しない）等を介してハウジング１３１に固定されており、非回転状態である。

複数の遊星ギヤ３２は、太陽ギヤ３１及び内歯車３３の間において周方向に等間隔で配置されると共に、太陽ギヤ３１及び内歯車３３に噛合している。したがって、各遊星ギヤ３２は、太陽ギヤ３１が回転すると、後記する軸部３４ａを中心として自転（回転）しながら、軸線Ｏ１を中心として公転（回転）するようになっている。

遊星キャリヤ３４は、複数の遊星ギヤ３２を周方向において所定間隔で保持しつつ、複数の遊星ギヤ３２の公転力を集合させる部材である。遊星キャリヤ３４は、各遊星ギヤ３２の回転中心となる軸部３４ａと、軸部３４ａの右端から径方向内側に延びると共に集合し、第２回転軸１２に外嵌しスプライン結合しかつ軸受７３で支持されたアーム部３４ｂと、を備えている。これにより、遊星ギヤ３２の公転力は、遊星キャリヤ３４を介して、第２回転軸１２に伝達するようになっている。

＜断熱スリーブ＞
断熱スリーブ４０は、ロータコア支持ブラケット２０の外円筒部２２と、遊星歯車機構３０の内歯車３３との間で、ロータ１１０と同軸で配置された短円筒状（環状）の樹脂製部材であり、暖められた油から磁石１１２を断熱している。断熱スリーブ４０は、外円筒部２２に内嵌することで、外円筒部２２に対して軸方向、周方向において固定されている。よって、断熱スリーブ４０は、外円筒部２２（ロータコア支持ブラケット２０）と一体で回転するようになっている。

断熱スリーブ４０は、軸方向に延びる短円筒状のスリーブ本体４１と、スリーブ本体４１の右端から径方向外側に延びるリング状のフランジ部４２と、複数の内フィン４３と、複数の外フィン４４と、を備えている。

スリーブ本体４１は、径方向外向き視において、外円筒部２２の内周面全体を略覆っている。これにより、径方向外側に向かう高温の油が外円筒部２２に付着せず、磁石１１２が昇温しないようになっている。

スリーブ本体４１の外径は、外円筒部２２の内径よりも小さくなっている。これにより、径方向において、スリーブ本体４１と外円筒部２２との間には、円筒状の隙間４５が形成されている。隙間４５は、軸方向に延びており、スリーブ本体４１の熱が外円筒部２２に伝達し難くなる断熱層として機能している。

また、隙間４５は、空気が通流可能な流路としても機能している。そして、隙間４５を空気が通流することで、スリーブ本体４１の熱が通流する空気に良好に放熱されるようになっている。

フランジ部４２と外円筒部２２の右端部との間には、Ｏリング６１が設けられている。Ｏリング６１は油の隙間４５への浸入を防止している。

フランジ部４２内には、軸方向に延びると共に左右を連通する複数の連通孔４２ａが、周方向において所定間隔で形成されている。連通孔４２ａは、ここでは、周方向において隣り合う外フィン４４、４４の中間に配置されている。

連通孔４２ａの右側開口の径方向内側にガード４２ｂが形成されている。ガード４２ｂは、各連通孔４２ａの右側開口の径方向内側において、右側に突出している。これにより、フランジ部４２の右面に沿って径方向外側に向かう油が、ガード４２ｂによって右向きに偏向するようになっている（図２、矢印Ａ２参照）。したがって、油が連通孔４２ａに浸入しないようになっている。

＜内フィン＞
複数の内フィン４３は、スリーブ本体４１の内周面から径方向内側に突出すると共に、周方向において等間隔で配置されている。各内フィン４３は、軸方向に延びる細長の板状片である。そして、断熱スリーブ４０が回転すると、油が撹拌されつつ右方に送られるようになっている（図２、矢印Ａ３参照）。なお、内フィン４３は、車両の前進方向に対応する正方向で断熱スリーブ４０及びロータ１１０が回転した場合に、油が効率的に右方に送られるように、軸方向（左右方向）に対して傾斜している（図３参照）。

＜外フィン＞
複数の外フィン４４は、スリーブ本体４１の外周面から径方向外側に突出すると共に、周方向において等間隔で配置されている。各外フィン４４は、軸方向に延びる細長の板状片である。そして、断熱スリーブ４０が回転すると、隙間４５の空気が撹拌されつつ右方に送られるようになっている（図２、矢印Ａ４参照）。なお、外フィン４４は、車両の前進方向に対応する正方向で断熱スリーブ４０及びロータ１１０が回転した場合に、空気が効率的に右方に送られるように、軸方向（左右方向）に対して傾斜している（図３参照）。

このように、複数の内フィン４３、複数の外フィン４４を備えているので、断熱スリーブ４０の表面積は大きくなっている。これにより、油の熱が、内フィン４３、外フィン４４介して、良好に放熱されるようになっている。

なお、ここでは、複数の内フィン４３と、複数の外フィン４４とは同数であり、周方向において、内フィン４３と外フィン４４とは同位置に配置されている。すなわち、径方向において、内フィン４３と外フィン４４とは重なっている。

≪モータの効果≫
モータ１００によれば、次の効果を得る。
遊星歯車機構３０によって暖められ径方向外側に向かう油が、遊星歯車機構３０とロータ１１０との間に設けられた断熱スリーブ４０で遮断されるので、油がロータ１１０に付着し難くなり、ロータ１１０及び磁石１１２が高温の冷媒から断熱される。これにより、磁石１１２が温度上昇し難くなる。したがって、磁石１１２の磁気特性は変化し難くなり、モータ１００の仕様（定格出力）は安定する。

≪変形例≫
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されず、例えば、次のように変更してもよい。

前記した実施形態では、断熱部材である断熱スリーブ４０が円筒状（環状）である構成を例示したが、その他の形状でもよい。例えば、断熱部材が１／３円筒状であり、この断熱部材が遊星歯車機構３０から外円筒部２２に向かい易い部分（例えば鉛直下方部分）のみに配置された構成でもよい。

前記した実施形態では、内側熱源が遊星歯車機構３０（変速機）であって、遊星ギヤ３２が主たる熱源である構成を例示したが、内側熱源は、太陽ギヤ３１、内歯車３３等のその他の歯車や、遊星キャリヤ３４を支持する軸受７３（ベアリング）である構成でもよい。また、内側熱源は、その他に例えば、動力を発生する内燃機関、動力を断接するクラッチである構成でもよい。

前記した実施形態では、回転電機がモータ１００（電動機）である構成を例示したが、その他に例えば、回転電機がジェネレータ（発電機）である構成でもよい。

１１ 第１回転軸
２０ ロータコア支持ブラケット（ロータコア支持部材）
２１ 内円筒部
２２ 外円筒部（筒状部）
２３ リング壁部（径方向部）
２３ｂ 連通孔
２３ｃ ガード（突起）
３０ 遊星歯車機構（内側熱源、変速機）
３２ 遊星ギヤ
４０ 断熱スリーブ（断熱部材）
４３ 内フィン
４４ 外フィン
４５ 隙間
１００ モータ（回転電機）
１１０ ロータ
１１１ ロータコア
１１２ 磁石

Claims (7)

1. 筒状のロータコア、及び、前記ロータコアに固定された磁石を有するロータと、
   前記ロータコアの内側に配置された内側熱源と、
   を備え、前記内側熱源によって暖められた冷媒が径方向外側に向かう回転電機であって、
   前記ロータと前記内側熱源との間に、冷媒を断熱する断熱部材を備える
   ことを特徴とする回転電機。
2. 前記内側熱源は、変速機、クラッチ、及び、内燃機関の少なくとも１つである
   ことを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
3. 前記断熱部材は、環状であり、前記ロータと同軸で配置されている
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の回転電機。
4. 回転軸から径方向外側に延出し前記ロータコアを支持するロータコア支持部材を備え、
   前記断熱部材は、前記ロータコア支持部材に固定されると共に、フィンを備えている
   ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の回転電機。
5. 前記ロータコア支持部材は、前記ロータコアの内周面に固定される筒状部と、前記筒状部から径方向内側に延び前記回転軸に固定される径方向部と、を備え、
   径方向において、前記断熱部材と前記筒状部との間に隙間が形成されている
   ことを特徴とする請求項４に記載の回転電機。
6. 前記径方向部には、軸方向に延び前記隙間に連通する連通孔が形成されている
   ことを特徴とする請求項５に記載の回転電機。
7. 前記径方向部において前記連通孔の開口の径方向内側に、前記連通孔に冷媒が浸入させない突起を備える
   ことを特徴とする請求項６に記載の回転電機。

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