JP2019170082A - 回転電機及びこれを備えた車両 - Google Patents

Abstract

【課題】コイル全体にわたって均一に作動油をかけることができると共に、エアギャップへの作動油の進入を抑制すること。【解決手段】コイル２６のコイルエンド２８が軸方向に突出するステータ１４と、ステータ１４の内径側に配置されるロータコア３２と、ロータコア３２と共に一体的に回転するシャフト１８と、ロータコア３２の軸方向に延びる作動油流通路３４と、ロータコア３２の軸方向の一端部に配置されるエンドプレートユニット２０とを備え、エンドプレートユニット２０は、ロータコア３２の周方向に沿って複数設けられ、作動油流通路３４と連通する作動油溜まり部３８と、作動油溜まり部３８に連通しコイルエンドに向けて貫通する作動油吐出孔５６、５６とを有する。【選択図】図１

Description

本発明は、回転電機及びこれを備えた車両に関する。

例えば、特許文献１では、潤滑油がロータ内周部に溜まるように、ロータ軸とエンドプレートの潤滑油路との受け渡し部に、堰を設けることが開示されている。

特許文献１では、この堰によってロータ内周部に溜められた潤滑油を、潤滑油路を介してロータに導入すると共に、ロータの回転に伴う遠心力を利用してコイルを油冷している。

特許第３７０５１９３号公報

しかしながら、特許文献１に開示されたコイルの冷却構造では、潤滑油路から吐出される潤滑油が潤滑油路の吐出口の延長線上に位置するコイルエンドの一部にかかるだけであり、コイル全体にわたって均一に潤滑油をかけることが困難である。

また、特許文献１に開示されたコイルの冷却構造では、コイルエンドに向かって潤滑油を吐出する潤滑油路の吐出口が、ロータとステータとの間の間隙（エアギャップ）に近接した部位に設けられている。このため、特許文献１に開示されたコイルの冷却構造では、潤滑油路終端の吐出口から吐出された潤滑油が、直接的又は間接的にエアギャップ内に入り込むおそれがある。エアギャップ内に潤滑油が進入することにより、ロータのフリクションが増加しやすくなる。

本発明は、前記の点に鑑みてなされたものであり、コイル全体にわたって均一に作動油をかけることができると共に、エアギャップへの作動油の進入を抑制することが可能な回転電機及びこれを備えた車両を提供することを目的とする。

前記の目的を達成するために、本発明は、コイルを有し、前記コイルのコイルエンドが軸方向に突出するステータと、前記ステータの内径側に配置されるロータコアと、前記ロータコアと共に一体的に回転するシャフトと、前記ロータコアの軸方向に延びる作動油流路と、前記ロータコアの軸方向の少なくとも一方の端部に位置する作動油導出部と、を備え、前記作動油導出部は、前記ロータコアの周方向に沿って複数設けられ、前記作動油流路と連通する作動油溜まり部と、前記作動油溜まり部に連通し前記コイルエンドに向けて貫通する貫通孔とを有することを特徴とする。

なお、この「作動油」は、潤滑作用を有する潤滑油と、冷却作用を有する冷媒との両方の作用を有する流体である。

本発明では、コイル全体にわたって均一に作動油をかけることができると共に、エアギャップへの作動油の進入を抑制することが可能な回転電機及びこれを備えた車両を得ることができる。

本発明の実施形態に係る回転電機の軸方向に沿った要部断面模式図である。 図１に示す回転電機において、エンドプレートユニットを含むロータコア及びシャフトの一部省略斜視図である。 （ａ）は、エンドプレートユニットの表側を示す一部破断斜視図、（ｂ）は、エンドプレートユニットの裏側を示す斜視図である。 本発明の他の実施形態に係る回転電機のロータコア及びシャフトの斜視図である。 図４に示す他の実施形態において、ロータコアの一端面に装着された作動油導出ガイドの斜視図である。 （ａ）は、図４のＶＩ−ＶＩ線に沿った拡大断面図であって、作動油が第１傾斜板のガイド面に沿ってコイルエンドに向かって吐出される状態を示す説明図、（ｂ）は、図４のＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿った拡大断面図であって、作動油が第２傾斜板のガイド面に沿ってコイルエンドに向かって吐出される状態を示す説明図である。

本発明の実施形態に係る回転電機１０は、例えば、ハイブリッド自動車や電気自動車等の車両に搭載される走行用モータである。この回転電機１０は、図示しないハウジングと、ステータ１４と、ロータ１６と、シャフト（ロータシャフト）１８と、エンドプレートユニット２０とを備えて構成されている（図１参照）。

図示しないハウジングは、ステータ１４、及び、ロータ１６を収容すると共に、ハウジングに装着された一組のベアリング（図示せず）を介して回転可能に軸支されている。

図１に示されるように、ステータ１４は、ステータコア２４と、ステータコア２４に装着された複数層（例えば、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）のコイル２６と、ステータコア２４の軸歩行に向かって突出するコイルエンド２８とを有している。ステータ１４は、コイル２６に電流が流れることにより磁界が発生する。ステータコア２４は、軸方向に沿って延在する円筒状に形成されている。ステータコア２４は、例えば、電磁鋼板を軸線方向に複数枚積層することによって構成されている。

ステータコア２４は、コイル２６が挿入された図示しないコイルスロットが周方向に沿って並設されている。このコイル２６は、例えば、平角線によって構成された複数の導線セグメントをステータコア２４のコイルスロットに挿入し、ステータコア２４から軸線方向に突出した部分において連結されたセグメントコイルで構成されている。

ロータ１６は、例えば、埋込磁石形で構成され、ステータ１４の径方向内側に配置されている。ロータ１６は、ロータコア３２と、ロータコア３２に埋設（装着）された図示しない永久磁石と、ロータコア３２の軸方向に沿った一端面及び他端面にそれぞれ対向して配置された一対のエンドプレートユニット２０、２０とを有する。

なお、本実施形態では、エンドプレートユニット２０をロータコア３２の軸方向に沿った両端部にそれぞれ設けているが、これに限定されるものではなく、ロータコア３２の軸方向の少なくとも一方の端部に配置されていればよい。

ロータコア３２は、軸線方向に一様に延在する円筒状からなり、ステータコア２４の内周面に対向配置されている。ロータコア３２は、例えば、電磁鋼板を軸線方向に複数枚積層することによって構成されている。ロータコア３２には、シャフト１８の軸方向に沿って延在する作動油流通路（作動油流路）３４が形成されている。この作動油流通路３４の一端は、中空のシャフト１８の軸方向に沿って延在する作動油路３６に連通している。作動油流通路３４の他端は、後記する作動油溜まり部３８に連通するロータコア３２の端面まで延在している。なお、この「作動油」は、潤滑作用を有する潤滑油と、冷却作用を有する冷媒との両方の作用を有する流体である。

ロータコア３２の径方向内側には、シャフト１８が挿入され、例えば、圧入等によってロータコア３２の中心部に固定されている。シャフト１８及びロータコア３２は、シャフト１８の軸線を回転軸（回転中心）としてそれぞれ一体的に回転可能に設けられている。

また、ロータコア３２には、所定の周角度領域のそれぞれに、永久磁石を装着するための図示しない磁石装着部が設けられている。複数の磁石装着部は、ロータコア３２の外周部において、周方向に沿った所定の離間距離を有して等間隔に配置されている。磁石装着部は、軸線方向から視認して、径方向に直交する方向を長手方向とする矩形状に形成されている。

永久磁石は、図示しない磁石装着部に挿入され、例えば、樹脂や接着剤等によってロータコア３２に対して固定されている。

ロータコア３２には、周方向に沿って等角度離間して配置された図示しない複数の可動鉄心が設けられている。複数の可動鉄心は、それぞれ周方向で隣り合う一対の磁石装着部の間に配置されている。

図２に示されるように、ロータコア３２の軸方向に沿った一端部及び他端部には、それぞれ同一構成からなるエンドプレートユニット（作動油導出部）２０、２０が配置されている。なお、図２中では、一方のエンドプレートユニット２０のみを図示し、他方のエンドプレートユニット２０の図示を省略している。各エンドプレートユニット２０は、ロータコア３２と略同形の円環状体で形成されている。本実施形態では、一側のエンドプレートユニット２０を詳細に説明して、他側のエンドプレートユニット２０の説明を省略する。

図３（ａ）及び図３（ｂ）に示されるように、エンドプレートユニット２０は、外側に配置される端面板４０と、内側に配置される周縁付き環状体４２と、固定リング４４（図１参照）とによって構成されている。端面板４０は、固定リング４４を介してシャフト１８（図１参照）に固定される環状部４６と、環状部４６の内径側から外径側に向かい、ロータコア３２の端面からの離間距離が徐々に大きくなる袋形状部４８とを有する。

図１に示されるように、この袋形状部４８は、断面視して、環状部４６からコイルエンド２８に向かって立ち上がる傾斜面５０を有する傾斜壁によって形成されている。この袋形状部４８は、端面板４０の周方向に沿って等角度離間して複数配置されている（図３（ａ）参照）。袋形状部４８の内部には、傾斜壁の傾斜面５０とロータコア３２の端面との間で形成される空間部からなる作動油溜まり部３８が形成されている。この作動油溜まり部３８には、ロータコア３２の作動油流通路３４の下流口から供給された作動油が溜められる。

図１に示されるように、周縁付き環状体４２の外周縁部５４には、作動油溜まり部３８に連通しコイルエンド２８に指向して貫通する一組の作動油吐出孔（貫通孔）５６、５６が形成されている。この一組の作動油吐出孔５６、５６は、コイルエンド２８の軸方向に沿って外周縁部５４に複数個直線状に配置されていると共に、周方向に沿って所定角度離間して配置されている。なお、本実施形態では、複数の作動油吐出孔として２つの作動油吐出孔５６、５６を配置した場合を例示しているが、これに限定されるものではない。

図３（ｂ）に示されるように、周縁付き環状体４２の内周側には、軸方向から視認して貫通する開口部５８が形成されている。この開口部５８は、側面視して、外径側の矩形と内径側の半円とが結合した複合形状に形成され、作動油溜まり部３８と連通するように形成されている。開口部５８は、周方向に沿って所定角度離間して複数配置されている。

１個の作動油吐出孔５６の断面積をＳ１とし、ロータコア３２に形成された１個のフラックスバリア孔（図示せず）の油路断面積をＳ０とした場合、作動油吐出孔５６の総断面積（Ｓ１×個数）は、相対する１個のフラックスバリア孔の油路断面積Ｓ０よりも小さく設定されるとよい（（Ｓ１×個数）＜＜Ｓ０）。なお、相対する１個のフラックスバリア孔の油路断面積Ｓ０は、作動油溜まり部３８に臨み、作動油流通路３４の最下流口の油路断面積Ｓ（図１参照）に対応している。

本実施形態では、このように設定することで、作動油流通路３４の最下流口を流通する作動油の流量を規制する絞り効果を得ることができる。本実施形態では、この絞り効果により、端面板２０の袋形状部４８内の作動油溜まり部３８に対して作動油を確実に溜めることができる。この作動油溜まり部３８内に溜められた作動油は、ロータコア３２の遠心力によって、個々の作動油吐出孔５６、５６からコイル２６全体にわたって均一に作動油を吐出させることができる。

なお、端面板４０は、周縁付き環状体４２及びロータコア３２の端面と、固定リング４４との間で挟持されている（図１参照）。

本実施形態に係る回転電機１０は、基本的に以上のように構成されるものであり、次にその作用効果について説明する。

図１に示されるように、シャフト１８の軸方向に沿って延在する作動油路３６に連通する作動油流通路３４を介して作動油溜まり部３８に作動油が貯留される。この作動油溜まり部３８に貯留された作動油は、シャフト１８と一体的に回転するロータコア３２の遠心力によって複数の作動油吐出孔（貫通孔）５６、５６からコイルエンド２８に向かって吐出される（図１の破線矢印参照）。複数の作動油吐出孔５６、５６は、コイルエンド２８の軸方向に沿って直線状に配置されている。これにより、本実施形態では、コイルエンド２８の狙った位置でコイル２６全体にわたって均一に作動油をかけることができる。この結果、本実施形態では、コイル２６わたりの温度分布のバラツキを抑制することができる。

また、本実施形態では、複数の作動油吐出孔５６、５６が、コイルエンド２８の軸方向に沿って複数配置されている。これにより、本実施形態では、各作動油吐出孔５６の配置位置により、コイルエンド２８への吐出位置を特定することができる。この結果、作動油をコイルエンド２８の狙った位置に吐出することができる。

さらに、本実施形態では、複数の作動油吐出孔５６の配置位置を調整することで、作動油がステータコア２４とロータコア３２との間隙であるエアギャップ６０に進入することを抑制することができる。これにより、本実施形態では、エアギャップ６０に対する作動油の進入を抑制し、ロータ１６のフリクションを減少させることができる、

次に、本発明の他の実施形態に係る回転電機１０ａについて説明する。なお、図１〜図４に示す前記実施形態と同一の構成要素には同一の参照符号を付して、その詳細な説明を省略する。

図４は、本発明の他の実施形態に係る回転電機のロータコア及びシャフトの斜視図、
図５は、図４に示す他の実施形態において、ロータコアの一端面に装着された作動油導出ガイドの斜視図、図６（ａ）は、図４のＶＩ−ＶＩ線に沿った拡大断面図であって、作動油が第１傾斜板のガイド面に沿ってコイルエンドに向かって吐出される状態を示す説明図、図６（ｂ）は、図４のＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿った拡大断面図であって、作動油が第２傾斜板のガイド面に沿ってコイルエンドに向かって吐出される状態を示す説明図である。

他の実施形態に係る回転電機１０ａは、ロータコア３２の両端面に対して、それぞれ、エンドプレートユニット２０に代替する作動油導出ガイド７０が配置されている点で相違している。図４では、ロータコア３２の軸方向に沿った一端面に装着された作動油導出ガイド７０を図示し、ロータコア３２の軸方向に沿った他端面に装着された作動油導出ガイド７０の図示を省略している。ロータコア３２の両端面にそれぞれ装着される各作動油導出ガイド７０、７０は、同じ構成からなっている。

この作動油導出ガイド７０は、作動油流通路３４から導出された作動油を受領した後、所定角度傾斜するガイド面７２を有する複数の傾斜板７４を備えて構成されている。ガイド面７２は、内径側の作動油流通路３４から外径側のコイルエンド２８に向かって立ち上がる傾斜面で形成されている。ガイド面７２は、傾斜板７４の内側の面で形成されている（図６（ａ）、図６（ｂ）参照）。

また、図４、図５に示されるように、複数の傾斜板７４は、シャフト１８の軸方向からみて周方向に沿って配置されている。複数の傾斜板７４は、ガイド面７２の傾斜角度が大きい第１傾斜板７４ａ（図６（ａ）参照）と、ガイド面７２の傾斜角度が小さい第２傾斜板７４ｂ（図６（ｂ）参照）とから構成されている。本実施形態では、第１傾斜板７４ａと第２傾斜板７４ｂとをそれぞれ周方向に沿って交互に配置している。

図５に示されるように、作動油導出ガイド７０は、シャフト１８に装着される略円形の装着孔７６を有するガイド本体７８と、ガイド本体７８の外周縁に連続し半径外方向に向かって延びる複数の第１傾斜板７４ａ及び第２傾斜板７４ｂとを有する。互いに隣接する第１傾斜板７４ａと第２傾斜板７４ｂとの間には、側面視して略三角形状を呈する複数の支持壁８０が設けられている。複数の支持壁８０は、第１傾斜板７４ａ及び第２傾斜板７４ｂの傾斜角度に対応して設けられている。

なお、他の実施形態では、隣接する第１傾斜板７４ａと第２傾斜板７４ｂとの間で互いのガイド面７２の傾斜角度が異なるように設定しているが、これに限定されるものではない。例えば、複数の傾斜板７４のガイド面７２の傾斜角度を全て同じに設定してもよい。また、複数の傾斜板７４の周方向に沿った位相角度によって、傾斜板７４のガイド面７２の傾斜角度がそれぞれ異なるように設定してもよい。

他の実施形態では、複数の傾斜板７４（第１傾斜板７４ａ、第２傾斜板７４ｂ）のガイド面７２の傾斜角度を適宜設定することによって、コイルエンド２８に対する作動油吐出部位をそれぞれ特定することができる（図６（ａ）、図６（ｂ）参照）。すなわち、略鉛直面からなるロータコア３２の端面を基準として傾斜板７４のガイド面７２の傾斜角度を大きく設定することで、コイルエンド２８の軸方向に沿って作動油吐出位置を延長することができる。また、本実施形態では、周方向に沿って配置された複数の傾斜板７４のガイド面７２の傾斜角度を、複数の傾斜板７４の位相角度によって変更することで、コイルエンド２８に対する作動油吐出位置を調整することができる。

これにより、他の実施形態では、コイルエンド２８の狙った位置でコイル２６全体にわたって均一に作動油をかけることができる。この結果、本実施形態では、コイル２６わたりの温度分布のバラツキを抑制することができる。

さらに、複数の傾斜板７４のガイド面７２の傾斜角度を調整することによって、作動油がエアギャップ６０に進入することを抑制することができる。これにより、本実施形態では、エアギャップ６０に対する作動油の進入を抑制し、ロータ１６のフリクションを減少させることができる、

なお、他の実施形態において、その他の構成乃至作用効果は、図１〜図７に示す前記実施形態と同一であるため、その詳細な説明を省略する。

このような回転電機１０、１０ａを図示しない車両に搭載することが可能である。

１０、１０ａ 回転電機
１４ ステータ
１８ シャフト
２０ エンドプレートユニット（作動油導出部）
２６ コイル
２８ コイルエンド
３２ ロータコア
３４ 作動油流通路（作動油流路）
３８ 作動油溜まり部
５６ 作動油吐出孔（貫通孔）
７０ 作動油導出ガイド
７２ ガイド面
７４ 傾斜板

Claims (5)

1. コイルを有し、前記コイルのコイルエンドが軸方向に突出するステータと、
   前記ステータの内径側に配置されるロータコアと、
   前記ロータコアと共に一体的に回転するシャフトと、
   前記ロータコアの軸方向に延びる作動油流路と、
   前記ロータコアの軸方向の少なくとも一方の端部に位置する作動油導出部と、
   を備え、
   前記作動油導出部は、前記ロータコアの周方向に沿って複数設けられ、前記作動油流路と連通する作動油溜まり部と、前記作動油溜まり部に連通し前記コイルエンドに向けて貫通する貫通孔とを有することを特徴とする回転電機。
2. 請求項１記載の回転電機において、
   前記貫通孔は、前記コイルエンドの軸方向に沿って複数配置されていることを特徴とする回転電機。
3. コイルを有し、前記コイルのコイルエンドが軸方向に突出するステータと、
   前記ステータの内径側に配置されるロータコアと、
   前記ロータコアと共に一体的に回転するシャフトと、
   前記ロータコアの軸方向に延びる作動油流路と、
   前記ロータコアの軸方向の少なくとも一方の端部に位置する作動油導出ガイドと、
   を備え、
   前記作動油導出ガイドは、前記ロータコアの周方向に沿って複数設けられ、前記作動油流路からの作動油を受領した後、所定角度傾斜するガイド面によって作動油を前記コイルエンドに指向して導くことを特徴とする回転電機。
4. 請求項３記載の回転電機において、
   前記ガイド面は、少なくとも２つの相互に異なる傾斜角度を有することを特徴とする回転電機。
5. 請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載の回転電機を備えることを特徴とする車両。

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