JP2019126237A

JP2019126237A - 回転電機

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Publication number: JP2019126237A
Application number: JP2018007374A
Authority: JP
Inventors: 池田　暁彦; Akihiko Ikeda; 暁彦池田; 亜富荒川; Atomu Arakawa; 正幸池本; Masayuki Ikemoto
Original assignee: Aisin AW Co Ltd; Toyota Motor Corp
Current assignee: Aisin AW Co Ltd; Toyota Motor Corp
Priority date: 2018-01-19
Filing date: 2018-01-19
Publication date: 2019-07-25

Abstract

【課題】ロータ冷却用の油とベアリング潤滑用の油を適正量だけ供給することができる回転電機を提供する。【解決手段】回転電機１０は回転軸１６の中空部２８に整流機構４４を有する。整流機構４４は、第１径方向冷却路３８の開口を挟んで軸方向に離間した位置に第１軸方向仕切環状体４６および第２軸方向仕切環状体４８と、中空部２８の内周面を周方向に区画する複数の半筒体５０とを有する。第１軸方向仕切環状体４６および第２軸方向仕切環状体４８には半筒体５０の軸通路５６に連通する溝孔５４が設けられている。第１油供給路３０からはロータ１４に油が供給され、第２油供給路３２からはベアリング１８に油が供給される。【選択図】図１

Description

本発明は、ステータと、ステータの内径側に設けられたロータと、ロータの中心に固定された回転軸と、回転軸を軸支するベアリングとを有する回転電機に関する。

回転電機は例えばハイブリッド車両に搭載されてモータおよびジェネレータとして利用される。回転電機はステータとロータとを有し、ロータは回転軸がベアリングにより軸支されて回転する。高出力の回転電機ではステータやロータが発熱することから冷却液によって冷却する。

特許文献１に記載の回転電機では、回転軸が軸方向に延在する中空部を有する筒形状となっており、冷却液が軸の一端から中空部に供給される。回転軸の端部には冷却油の漏出を防止する環状堰が設けられ、冷却液は環状堰の中心孔から供給される。回転軸は中空部から径方向に連通する複数の油孔を有しており、冷却液は遠心力によってこれらの油孔を通ってロータと両端のエンドプレートとの隙間のロータオイル通路に流れ込みロータを冷却する。ロータを冷却したオイルは複数の軸方向孔から排出され、ハウジング下部のオイル溜まりで回収される。

特開２０１２−１６２４０号公報

回転電機を運転するにはロータの冷却だけでなく、回転軸を支持するベアリングの潤滑も必要であり、ロータを冷却する油を潤滑にも利用することができると好適である。ところが、特許文献１に記載の回転電機では、回転軸の中空部に供給された油は環状堰で堰き止められることからベアリングにはほとんど供給されない。環状堰を省略すると、ロータ冷却用の油とベアリング潤滑用の油が区別されていないため、個別に適切量の油を供給することができない。これにより、例えばロータ冷却に過剰な油が供給されてしまい粘性抵抗による引きずり損失が増大する懸念がある。また、供給する油量が少ない場合には、ロータ冷却に全ての油が吸われ、ベアリングへ油を供給できない懸念がある。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであって、回転軸を軸支するベアリングに油を供給することができるとともに、ロータ冷却用の油とベアリング潤滑用の油を適正量だけ供給することができる回転電機を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる回転電機は、ステータと、前記ステータの内径側に設けられたロータと、前記ロータの中心に固定され、軸方向に延在する中空部を備える回転軸と、前記回転軸を軸支するベアリングと、前記中空部から径方向に延在して前記ロータを冷却するロータ冷却路と、前記回転軸の一端から前記中空部に油を供給する第１油供給路と、前記回転軸の他端から前記中空部に油を供給する第２油供給路と、前記中空部に設けられた整流機構と、を有し、前記整流機構は、前記ロータ冷却路の開口を挟んで軸方向に離間した位置にそれぞれ設けられて外周が前記中空部の内面に当接する２つの軸方向仕切環状体と、前記２つの軸方向仕切環状体の間を接続し、前記中空部の内周面を周方向に区画する複数の周方向仕切板と、前記２つの軸方向仕切環状体における対向位置で、前記周方向仕切板と異なる角度位置に設けられた溝孔対と、を有し、前記複数の周方向仕切板で仕切られて形成される複数の軸通路のうち少なくとも１つが前記ロータ冷却路と連通して前記溝孔対と非連通であり、少なくとも１つが前記溝孔対と連通して前記ロータ冷却路と非連通であり、前記第１油供給路は前記２つの軸方向仕切環状体で挟まれる区域に油を供給し、前記第２油供給路は前記２つの軸方向仕切環状体で挟まれる区域以外に油を供給することを特徴とする。

本発明にかかる回転電機では、周方向仕切板で仕切られて形成される複数の軸通路のうち少なくとも１つが溝孔対と連通してロータ冷却路と非連通となっている。したがって、第２油供給路から供給される油は、溝孔対および軸通路を通って軸方向の反対側まで流れて、ベアリングに供給される。また、複数の軸通路のうち少なくとも１つが、ロータ冷却路と連通して溝孔対と非連通であることから、第１油供給路から供給される油はロータ冷却路に供給される。このようにして、ロータ冷却用の油とベアリング潤滑用の油を適正量だけ供給することができる。

図１は、第１の実施形態にかかる回転電機の断面側面図である。図２は、図１におけるＩＩ−ＩＩ線視による回転電機の軸断面図である。図３は、図２における回転軸および整流機構の拡大図である。図４は、第２の実施形態にかかる回転電機の断面側面図である。図５は、図４におけるＶ−Ｖ線視による回転電機の軸断面図である。図６は、図５における回転軸および整流機構の拡大図である。

以下に、本発明にかかる回転電機の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。本発明にかかる実施形態の回転電機１０および回転電機６０は、例えばハイブリッド車両に搭載されてモータおよびジェネレータとして作用するものである。

（第１の実施形態）
まず、本発明にかかる第１の実施形態である回転電機１０について図１〜図３を参照しながら説明する。図１は、本発明にかかる第１の実施形態である回転電機１０を示す断面側面図である。図１におけるステータ１２、ロータ１４および整流機構４４は、図２におけるＩ−Ｉ線視による断面で示している。また、図１においては煩雑となることを避けるため、後述する複数の半筒体５０のうち上下の２つだけを示している。

図１に示すように、回転電機１０はステータ１２と、ロータ１４と、回転軸１６と、ベアリング１８と、ベアリング２０と、ハウジング２２とを有する。

ステータ１２はハウジング２２に固定されている。ロータ１４はステータ１２の内径側に設けられ、中心に設けられた回転軸１６と一体的に回転する。ロータ１４とステータ１２との間には狭いギャップ２３が確保されている。回転軸１６は図１の左側端部をベアリング１８によって軸支され、右側端部をベアリング２０によって軸支されており、回転自在となっている。ベアリング１８，２０の外輪はハウジング２２に固定されている。ハウジング２２はベアリング１８，２０の内輪と接触しないように凹部２４および凹部２６が設けられている。

回転軸１６は軸方向に延在する中空部２８が設けられており筒形状となっている。ハウジング２２には、凹部２４の底部から突出して先端が中空部２８に挿入された第１油供給路３０が設けられている。回転軸１６の右側には、先端がハウジング２２の軸孔２２ａから突出した第２油供給路３２が設けられている。第２油供給路３２は回転電機１０の出力軸を兼ねる。

第１油供給路３０には第１油供給源３４が接続されており中空部２８に油を供給することができる。第２油供給路３２には第２油供給源３６が接続されており中空部２８に油を供給することができる。第１油供給源３４は、例えばエンジン駆動ポンプや流量制御弁であり、制御手段により任意のタイミングで油を供給できるものであるとよい。

ハウジング２２の底部２２ｂは油溜まりとして作用し、溜まった油は排出孔２２ｃから排出され、第１油供給源３４、第２油供給源３６またはその他の油圧機器に循環供給される。油の循環系統のいずれかの箇所には放熱手段やフィルターが設けられていてもよい。

図１および図２に示すように、回転軸１６には、中空部２８から径方向に延在して外周面まで貫通する複数の第１径方向冷却路（ロータ冷却路）３８が設けられている。ロータ１４には、内周面から径方向幅の略中間まで達する複数の第２径方向冷却路（ロータ冷却路）４０が設けられている。第１径方向冷却路３８と第２径方向冷却路４０は連通しており、ロータ１４の軸方向略中間位置に設けられている。第１径方向冷却路３８と第２径方向冷却路４０は、ロータ１４をその内部から冷却するものであるが、例えば特許文献１のようにロータ１４の軸方向端面から冷却する態様でもよい。

ロータ１４には、軸方向に貫通する複数の軸方向冷却路４２が設けられており、各第２径方向冷却路４０の外径側端部はそれぞれ軸方向冷却路４２と連通している。第１径方向冷却路３８、第２径方向冷却路４０および軸方向冷却路４２は、例えば４５°間隔で８組設けられる。

図１および図３に示すように、回転軸１６の中空部２８には整流機構４４が設けられている。整流機構４４は左端の第１軸方向仕切環状体４６と右端の第２軸方向仕切環状体４８とを有する。第１軸方向仕切環状体４６と第２軸方向仕切環状体４８は第１径方向冷却路３８の開口を挟んだ位置にあり、具体的には第１軸方向仕切環状体４６は中空部２８の左開口の近傍にあり、第２軸方向仕切環状体４８は第１径方向冷却路３８とロータ１４の右端部との略中間位置にある。第１軸方向仕切環状体４６および第２軸方向仕切環状体４８は、外周が中空部２８の内面に当接して内径側に突出しており、中空部２８の内面を軸方向に区画する。

整流機構４４は、さらに左端の第１軸方向仕切環状体４６と右端の第２軸方向仕切環状体４８とを軸方向に接続する複数の半筒体５０と、半筒体５０同士を接続する周板５２とを有する。半筒体５０は断面半円弧またはＵ字形状であって、開口側が外径方向を指向して中空部２８の内面に当接している。半筒体５０は周方向両側の壁部（周方向仕切板）５０ａおよび５０ｂと、内径側を塞ぐ天板５０ｃを備える。壁部５０ａおよび５０ｂは中空部２８の内周面を周方向に区画する作用がある。半筒体５０は第１径方向冷却路３８と同数設けられており、それぞれ第１径方向冷却路３８同士の中間の角度に配置されている。

第１軸方向仕切環状体４６および第２軸方向仕切環状体４８において半筒体５０が接続されている部分には、溝孔５４が形成されている。すなわち、溝孔５４は第１軸方向仕切環状体４６および第２軸方向仕切環状体４８において、半筒体５０を介して対向位置に一対になって設けられている。溝孔５４は半筒体５０の内側部と同形状である。中空部２８、半筒体５０および溝孔５４によってトンネル形状の軸通路５６が形成される。軸通路５６は第１軸方向仕切環状体４６よりも左側の部分と第２軸方向仕切環状体４８よりも右側の部分とを連通するとともに、内周側とは隔離されている。軸通路５６は少なくとも１以上、好ましくは円周対向箇所に２以上設けるとよい。

半筒体５０と同数の周板５２は中空部２８の内周面に当接するように設けられており、両側の半筒体５０を接続するとともに、第１軸方向仕切環状体４６と第２軸方向仕切環状体４８とを接続し強度を確保している。第１軸方向仕切環状体４６、第２軸方向仕切環状体４８、周板５２および隣接する壁部５０ａ，５０ｂにより窪部（軸通路）５８が形成されている。周板５２には、第１径方向冷却路３８の開口位置に油孔５２ａが設けられており、整流機構４４の内側部分と第１径方向冷却路３８が連通している。半筒体５０が第１軸方向仕切環状体４６と第２軸方向仕切環状体４８とを接続する十分な強度を有する場合には、周板５２は省略してもよい。

第１油供給路３０は、第１軸方向仕切環状体４６よりもやや右側まで延在しており、第１油供給路３０は第１軸方向仕切環状体４６と第２軸方向仕切環状体４８で挟まれる区域に油を供給する。第１油供給路３０によって供給された油は、窪部５８で一時的に溜められた後、遠心力によって油孔５２ａから第１径方向冷却路３８、第２径方向冷却路４０および軸方向冷却路４２に流れ、ロータ１４の軸方向両端から排出されて、ロータ１４の冷却作用を奏する。

第２油供給路３２は、第２軸方向仕切環状体４８よりも右側の区域に油を供給する。第２油供給路３２によって供給された油は第２軸方向仕切環状体４８の溝孔５４から軸通路５６に入り、整流機構４４の内側とは隔離・整流され、第１軸方向仕切環状体４６の溝孔５４から吐出され、凹部２４からベアリング１８に供給されて潤滑作用を奏する。第１油供給路３０および第２油供給路３２から供給された油はそれぞれ底部２２ｂで回収される。

このように、回転電機１０では整流機構４４の作用により第１油供給路３０から供給される油と第２油供給路３２から供給される油は分離・隔離された経路を通り、前者はロータ１４の冷却に供され、後者はベアリング１８の潤滑に供される。したがって、第１油供給源３４および第２油供給源３６により、個別に適切量の油を供給することができる。

これにより、例えば第１油供給路３０からはロータ１４の発熱量に応じて油を供給し、冷却が必要でないときには余分な油を供給する必要がなく、ギャップ２３の粘性抵抗による引きずり損失増大の懸念がない。また、第２油供給路３２から供給される油はロータ冷却用に分配されてしまうことがなく、必要十分量の油でベアリング１８を潤滑することができるとともに、ベアリング１８の寿命信頼性が向上する。

整流機構４４は回転軸１６の中空部２８内に設けられることから、余分なスペースを使うことがなく、例えばハイブリッド車両におけるトランスアクスルをコンパクトに設定できる。

ロータ冷却用の油とベアリング潤滑用の油は回転電機１０の内部で整流され、外部では配管等の別途の油路が不要であり、例えば車両のような狭所に搭載する用途には好適である。

（第２の実施形態）
次に、本発明にかかる第２の実施形態である回転電機６０について図４〜図６を参照しながら説明する。回転電機６０について第１の実施形態にかかる回転電機１０と同様の構成要素については同符号を付してその詳細な説明を省略する。図４は、本発明にかかる第２の実施形態である回転電機６０を示す断面側面図である。図４におけるステータ１２、ロータ１４および整流機構６２は、図５におけるＩＶ−ＩＶ線視による断面で示している。また、図４においては煩雑となることを避けるため、後述する複数の周方向仕切板６４のうち上下の２つだけを示している。

図４および図５に示すように、回転電機６０はステータ１２と、ロータ１４と、回転軸１６と、ベアリング１８と、ベアリング２０と、ハウジング２２については第１の実施形態にかかる回転電機１０と同様であり、整流機構６２だけが異なる。整流機構６２は回転電機１０における整流機構４４に相当する。

図４および図６に示すように、整流機構６２は整流機構４４と同様に中空部２８内に設けられ、整流機構４４と同様位置および同様長さに設定されており、左端の第１環状体６８と右端の第２環状体７０とを有する。

整流機構６２は、さらに左端の第１環状体６８と右端の第２環状体７０とを軸方向に接続する複数の周方向仕切板６４を有する。周方向仕切板６４の外径側は中空部２８の内面に当接している。第１環状体６８および第２環状体７０は各周方向仕切板６４の内径側に設けられている。第１環状体６８および第２環状体７０と同様の環状体は、周方向仕切板６４の軸方向中間位置にも設けられていてもよい。

周方向仕切板６４の枚数は第１径方向冷却路３８の数よりも多く、例えば１３枚設けられ、周方向に等間隔に配置されている。周方向仕切板６４の板厚ｗは第１径方向冷却路３８の内径Ｄよりも小さい。

周方向仕切板６４は中空部２８の内周面を周方向に区画しており、周方向仕切板６４と同じ数だけの軸通路６６が形成されている。軸通路６６は上記の軸通路５６とは異なり天板５０ｃに相当する部材はなく、内径方向に露呈されている。

周方向仕切板６４の枚数は第１径方向冷却路３８の数よりも多いことから、整流機構６２をどのような位相配置にしても軸通路６６のうち１以上は第１径方向冷却路３８の開口に対して非連通になる。また、周方向仕切板６４を第１径方向冷却路３８のＮ倍数でない枚数にすることにより、第１径方向冷却路３８の開口の１以上は周方向仕切板６４と重なってしまうことはない。さらに、第１径方向冷却路３８の開口と周方向仕切板６４が重なった部分でも、板厚ｗが内径Ｄよりも小さいことから第１径方向冷却路３８の開口が完全に塞がれてしまうことはない。したがって、整流機構６２は回転軸１６の中空部２８に対して任意の位相で配置することができ、位相管理が不要で組み立てが容易となる。

整流機構６２においては、第１油供給路３０から供給された油は軸通路６６のいずれかに入りその軸通路６６に沿って流れ、第１径方向冷却路３８と凹部２４の一方または両方に排出される。第１径方向冷却路３８に排出された油はロータ１４の冷却に供され、第１環状体６８から凹部２４に排出された油はベアリング１８の潤滑に供される。第２油供給路３２から供給された油は第２環状体７０の外周から軸通路６６に入りその軸通路６６に沿って流れ、反対側の第１環状体６８の外周から排出されてベアリング１８の潤滑に供される。

このような回転電機６０では、上記の回転電機１０と同様にロータ１４およびベアリング１８に対して適切に油を供給することができる。また、図６に示すように、第１油供給路３０からの油の供給を一時的に停止または減少させても、第２油供給路３２から油を供給することにより、軸通路６６のうち凹部２４と連通して第１径方向冷却路３８とは非連通となる部分では油Ｏが流通することになり、ベアリング１８に対する潤滑を継続させることができる。

本発明は、上記した実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で自由に変更できることは勿論である。

１０，６０回転電機
１２ステータ
１４ロータ
１６回転軸
１８，２０ベアリング
２８中空部
３０第１油供給路
３２第２油供給路
３４第１油供給源
３６第２油供給源
３８第１径方向冷却路（ロータ冷却路）
４０第２径方向冷却路（ロータ冷却路）
４２軸方向冷却路
４４，６２整流機構
４６第１軸方向仕切環状体
４８第２軸方向仕切環状体
５０半筒体
５０ａ，５０ｂ壁部（周方向仕切板）
５０ｃ天板
５４溝孔（溝孔対）
５６，６６軸通路
５８窪部（軸通路）
６４周方向仕切板

Claims

ステータと、
前記ステータの内径側に設けられたロータと、
前記ロータの中心に固定され、軸方向に延在する中空部を備える回転軸と、
前記回転軸を軸支するベアリングと、
前記中空部から径方向に延在して前記ロータを冷却するロータ冷却路と、
前記回転軸の一端から前記中空部に油を供給する第１油供給路と、
前記回転軸の他端から前記中空部に油を供給する第２油供給路と、
前記中空部に設けられた整流機構と、
を有し、
前記整流機構は、
前記ロータ冷却路の開口を挟んで軸方向に離間した位置にそれぞれ設けられて外周が前記中空部の内面に当接する２つの軸方向仕切環状体と、
前記２つの軸方向仕切環状体の間を接続し、前記中空部の内周面を周方向に区画する複数の周方向仕切板と、
前記２つの軸方向仕切環状体における対向位置で、前記周方向仕切板と異なる角度位置に設けられた溝孔対と、
を有し、
前記複数の周方向仕切板で仕切られて形成される複数の軸通路のうち少なくとも１つが前記ロータ冷却路と連通して前記溝孔対と非連通であり、少なくとも１つが前記溝孔対と連通して前記ロータ冷却路と非連通であり、
前記第１油供給路は前記２つの軸方向仕切環状体で挟まれる区域に油を供給し、
前記第２油供給路は前記２つの軸方向仕切環状体で挟まれる区域以外に油を供給することを特徴とする回転電機。