JP4747980B2 - 回転電機 - Google Patents

Description

本発明は、回転軸の径方向に突出する突極が、周方向に配列されているロータを有する回転電機に関する。

電動機等の回転電機には、そのロータに、回転軸の径方向に突出する突極が、周方向に所定の間隔で配列されているものがある。このようなロータに突極を有する回転電機としてリラクタンスモータが知られている。突極が周方向に配列されていることで、リラクタンスすなわち磁気抵抗が低い部分と高い部分が、ロータ周方向に交互に配置されることになる。このようなロータの周囲に、ステータによって回転磁界を形成すると、突極が回転磁界に吸引され、ロータを回転させるトルクを発生することができる。

リラクタンスモータは、ロータに永久磁石を配しておらず、上記のようにリラクタンスの差によりトルクを発生するモータである。ロータに永久磁石を用いていないため、その分だけ安価であり、また、ロータに永久磁石を固定するための構造が不要で、構造を簡単なものとすることができる。もちろん、永久磁石が、回転による遠心力でロータより剥れることについての考慮も不要であり、高速回転での使用にも適している。このような利点から、リラクタンスモータは、例えば、自動車の動力源として採用することが有望視されている。

しかし、このような突極がロータに配列された回転電機は、ロータを回転させると、突極が、ロータの周囲にある空気を攪拌してしまうという問題がある。特に高速回転時において、ロータが略円柱形状の回転電機に比べて、空気の攪拌に起因する回転抵抗が増大するという問題がある。

このような回転抵抗を低減するため、ロータ端面において、隣り合う突極の間を覆う技術が知られている。例えば、下記の特許文献１に記載の電動機においては、ロータコアの回転軸の軸方向端部に、円盤状の板状部材を設けることで、ロータの突極間の溝と、ロータ端面より回転軸方向外側にある空間との間で、空気が出入りすることを防止し、ロータ回転時に生じる空気の攪拌に起因する回転抵抗を低減している。

特開平１１−６９６７４号公報

ところで、上述のような回転電機には、ロータの回転軸を支持するベアリングを潤滑するため、またロータやステータを冷却するために、これら部位に外部から潤滑油を供給するものがある。このような回転電機は、一般的に、ハウジング内の底部に、潤滑油が存在する状態で作動することとなる。

このような潤滑系を採用する回転電機が、上述の突極を備えたロータを有する場合、隣り合う突極の間の溝状の空隙（以下、スロットと記す）に、潤滑油が流入すると、突極が、この潤滑油を叩き、これがロータの回転抵抗となる。このような、潤滑油の攪拌に起因するロータの回転抵抗（以下、「油の攪拌抵抗」と記す）は、空気のみを攪拌する場合に比べて、極めて大きなものとなる。とりわけ、ロータを高速回転させる場合には、この油の攪拌抵抗は、顕著なものとなり、回転電機が出力するトルクを大幅に低下させることとなる。このような油の攪拌抵抗は、例えば、回転電機が、車両に動力源として搭載されている場合、車両の燃費悪化の要因となる。このため、回転電機には、高速回転時における油の攪拌抵抗を低減する技術が、特に要望されている。

そこで、本発明は、隣り合う突極の間であるスロットへの潤滑油の流入を抑制することで、高速回転時における油の攪拌抵抗を低減可能な、回転電機を提供する。

本発明に係る回転電機は、回転軸の径方向に突出する突極が、周方向に所定の間隔で配列されたロータを有し、ロータを収容するハウジング内の底部に油が存在する状態で作動する回転電機であって、ロータ端面に設けられ、当該端面より回転軸の軸方向の外側から、ロータの隣り合う突極の間であるスロットに流入する油を遮蔽する遮蔽手段を有する。油がスロットに流入することを抑制することで、ロータの高速回転時における、油の攪拌抵抗を低減することができる。

好ましくは、遮蔽手段は、ロータ回転速度の上昇に応じて前記径方向を外向きに突出し、スロットの開口を、より広い面積で覆う。

また好ましくは、遮蔽手段は、ロータ端面に沿って前記径方向に移動可能であり、スロットの開口を覆う遮蔽部材と、ロータの回転速度の上昇に応じて、遮蔽部材が前記径方向を外向きに移動するように遮蔽部材を支持する支持手段とを有する。

また好ましくは、支持手段は、一端が遮蔽部材に、他端がロータに接続されており、遮蔽部材を、回転軸から所定の距離に位置するように付勢する付勢部材であり、遮蔽部材は、ロータ回転速度の上昇に応じて作用する遠心力により、付勢手段の付勢力に抗して、前記径方向を外向きに移動する移動部材である。

また、好ましくは、付勢部材は、ロータ回転速度の上昇に応じて前記径方向に伸長するバネである。

また、本発明に係る他の態様の回転電機は、当該端面より回転軸の軸方向の外側から、ロータの隣り合う突極の間であるスロットに流入する油を遮蔽するように、ハウジング内に存在する油に前記軸方向外向きの流れを形成するファンを有する。ロータの回転速度が上昇しても、ファンが形成する軸方向外向きの流れにより、スロットに流入する油を遮蔽するため、ロータの高速回転時における油の攪拌抵抗を低減することができる。

好ましくは、ファンは、複数の羽根がロータの回転軸に結合されて構成される。

また、本発明に係る回転電機は、回転軸の径方向に突出する突極が、周方向に所定の間隔で複数配列されたロータを有し、ロータを収容するハウジング内の底部に油が存在する状態で作動する回転電機であって、ロータに設けられ、回転軸の外側から、ロータの隣り合う突極の間であるスロットに流入する油を遮蔽する遮蔽手段を有する。ロータに設けられる遮蔽手段によって、油がスロットに流入することが抑制され、ロータの高速回転時における油の攪拌抵抗を低減することができる。

また、好ましくは、遮蔽手段は、非磁性材料を用いて構成される突極間埋め込み部材である。突極の間を非磁性材料で埋め込むことで、回転電機としてのロータの性能をそのままにして、油がスロットに流入することがなくなり、スロットにおける油の攪拌抵抗をなくすことができる。

また、好ましくは、突極埋め込み部材と、少なくとも突極の１つとを相互に接続する接続部材を有する。これにより、遠心力等で、突極埋め込み部材がロータから分離等をすることを抑制できる。

また、本発明に係る回転電機は、回転軸の径方向に突出する突極が、周方向に所定の間隔で複数配列されたロータを有し、ロータを収容するハウジング内の底部に油が存在する状態で作動する回転電機であって、ロータまたはステータに設けられ、回転軸の外側から、ロータの隣り合う突極の間であるスロットに流入する油を遮蔽する遮蔽手段を有し、遮蔽手段は、スロットと外部とを結ぶ油流出口を有する流出口付き遮蔽板である。ロータに設けられる遮蔽手段によって、油がスロットに流入することが抑制され、また、スロットに入り込んだ油を油流出口より排除でき、ロータの高速回転時における油の攪拌抵抗を低減することができる。

また、好ましくは、遮蔽手段は、非磁性材料を用いて構成される遮蔽板である。遮蔽板を非磁性材料とすることで、回転電機としてのロータの性能をそのままにして、油の攪拌抵抗を低減することができる。

本発明の回転電機によれば、ロータの高速回転時における油の攪拌抵抗を低減することができる。

以下、本発明に係る実施形態について、図面を用いて詳細に説明する。一例として、車両の駆動装置に一体に結合された回転電機について説明する。

〔第１実施形態〕
まず、本実施形態の回転電機１０が適用される車両１の駆動装置５及びその制御系について、図１を用いて説明する。図１には、車両１の駆動装置５および制御系の概略構成を示している。車両１には、動力源として、発電可能な電動機である回転電機１０が設けられている。また、回転電機１０が出力した動力を駆動輪４８に伝達させる装置として、回転電機１０から伝達された回転を減速してトルクを増大する減速装置３０と、減速装置３０から伝達された動力を左右の駆動輪４８に分配する差動装置４０が設けられており、さらに、回転電機１０に供給する電力を貯蔵する二次電池５０と、二次電池５０と回転電機１０との間に介在して電力の授受を行うインバータ５２と、インバータ５２を制御することで回転電機１０の駆動を制御する電子制御装置５４（以下、ＥＣＵと記す）が設けられている。

回転電機１０は、インバータ５２から供給された電力を、動力に変換して回転軸１２から出力する電動機としての機能と、回転軸１２から入力された動力を、電力に変換してインバータ５２に出力する発電機としての機能とを兼ね備えており、これら電動機又は発電機としての機能は、ＥＣＵ５４により逐次、切換可能に制御される。回転電機１０は、電動機として、駆動輪４８に動力を伝達することができる。

回転電機１０は、ステータ１６とロータ１８とを有している。ステータ１６は、インバータ５２に電気的に接続されており、インバータ５２から電力供給を受けて回転磁界を形成することができる。ロータ１８は、ステータ１６に形成される回転磁界に吸引されて回転駆動する。ロータ１８には、回転軸１２が結合されており、ロータ１８に生じる回転駆動力は、この回転軸１２から減速装置３０に伝達される。ロータ１８の構造の詳細については、後述する。

減速装置３０は、回転電機１０の回転軸１２に連結されているメインシャフト３２と、メインシャフト３２に結合されているカウンタドライブギア３３と、カウンタドライブギア３３と噛み合うカウンタドリブンギア３４と、カウンタドリブンギア３４と結合されているカウンタシャフト３５と、カウンタシャフト３５に結合されており、差動装置４０のリングギア４２と噛み合うファイナルドライブギア３６とを有している。

回転電機１０の回転軸１２からメインシャフト３２に伝達された回転は、カウンタドライブギア３３とカウンタドリブンギア３４により、回転速度が減速しトルクが増大してカウンタシャフト３５に伝達される。カウンタシャフト３５に伝達された回転は、ファイナルドライブギア３６と差動装置４０のリングギア４２により、さらに回転速度が減速しトルクが増大して差動装置４０に伝達される。このようにして、減速装置３０は、回転電機１０の回転軸１２の回転を減速し、トルクを増大させて、差動装置４０に伝達する。

差動装置４０は、ファイナルドライブギア３６に噛み合うリングギア４２と、リングギア４２に固定された差動ケース４３とを有している。差動ケース４３は、左右の駆動軸４６にそれぞれ接続している左右のサイドギア４５と、このサイドギア４５と直交して噛み合うピニオンギア４４とを、回転可能に保持している。

減速装置３０のファイナルドライブギア３６からリングギア４２を介して差動ケース４３に伝達された回転は、差動ケース４３と共に公転するピニオンギア４４からサイドギア４５に伝達される。サイドギア４５の回転は、左右の駆動軸４６を介して駆動輪４８に伝達される。車両１が旋回する場合など、左右の駆動輪４８に回転速度の差が生じる場合は、サイドギア４５にも回転速度差が生じることとなるが、この場合は、ピニオンギア４４が自転することで、この回転速度差を吸収することができる。つまり、差動装置４０は、減速装置３０から入力された動力を左右の駆動軸４６、すなわち駆動輪４８に分配することができる。

以上のように車両１を構成することで、回転電機１０は、二次電池５０から供給された電力から発生した動力を、減速装置３０及び差動装置４０を介して、駆動輪４８に伝達させて、車両１を推進させることができる。なお、本構成例において、駆動装置５は、変速機構を有しておらず、車両１の速度は、回転電機１０のロータ１８の回転速度に比例している。

また、車両減速時においては、駆動輪４８から差動装置４０及び減速装置３０に入力された動力を、回転電機１０に伝達し、ここで電力に変換して、二次電池５０に回収することができる。回転電機１０の動力発生及び電力回収は、アクセルポジションセンサ５６の操作量に基づき算出された要求駆動力や、二次電池５０から検出された電池残存容量に応じて、ＥＣＵ５４により適宜、制御されている。

以上に説明した回転電機１０、減速装置３０、及び差動装置４０は、一体に結合されて駆動装置５を構成している。また、この駆動装置５内において、回転電機１０、減速装置３０、及び差動装置４０を、冷却及び潤滑する潤滑油は、共用されており、これら装置を、順次、潤滑油が循環するよう構成されている。以下に、駆動装置５内の構造と、駆動装置５内を循環する潤滑油の流れについて、図２及び図３を用いて説明する。図２は、駆動装置５の横断面図であり、矢印Ｙは、車両前方を、矢印Ｘは、車両左方を示している。図３は、図２のＡ−Ａ線による断面図であり、矢印Ｚは、車両上方を示している。

まず、駆動装置５内の構造について説明する。駆動装置５には、図２に示すように、回転電機１０のロータ１８、ステータ１６及び回転軸１２を収容するモータ室１０ａと、図１で説明した減速装置３０のギア３３，３４，３６及びシャフト３２，３５と差動装置４０のリングギア４２及び差動ケース４３を収容するギア室３０ａと、駆動装置５内の潤滑油を貯留するタンク室６０ａが形成されている。また、図３に示すように、回転電機１０のステータ１６の車両上方（矢印Ｚで示す側）には、図２で示されているタンク室６０ａに連通し、駆動装置５の作動時に潤滑油を一時的に貯留する上部タンク室６２ａが形成されている。

これらモータ室１０ａ、ギア室３０ａ、タンク室６０ａ及び上部タンク室６２ａは、駆動装置５のハウジング１４により仕切られている。タンク室６０ａとギア室３０ａの間には、図２に示すように、連通穴６４が形成されており、ギア室３０ａとモータ室１０ａの間には、図３に示すように、連通穴６６が形成されている。また、モータ室１０ａと上部タンク室６２ａの間には、連通穴６８が形成されている。このように、モータ室１０ａ、ギア室３０ａ、タンク室６０ａ、及び上部タンク室６２ａは連通しており、潤滑油が流通可能となっている。また、減速装置３０のメインシャフト３２及びカウンタシャフト３５、及び回転電機１０の回転軸１２は、内部が中空に形成されており、この中空部分の両端は、開放されている。つまり、シャフト及び回転軸１２の、一端から他端へ潤滑油が流通可能となっている。

次に駆動装置５内を循環する潤滑油の流れについて説明する。車両１が静止しているとき、すなわち駆動装置５が非作動状態にあるとき、モータ室１０ａ及びギア室３０ａには、所定の量の潤滑油が溜まっている。このとき回転電機１０のロータ１８は、潤滑油に浸かった状態となっている。

そして、駆動装置５が作動して車両１が動き出すと、リングギア４２が回転して、ギア室３０ａにある潤滑油を上部タンク６２ａに掻き揚げる。上部タンク６２ａに掻き揚げられた潤滑油は、連通穴６８から滴下してステータ１６を冷却すると共に、図示しない潤滑油通路からタンク室６０ａに流入する。タンク室６０ａに流入した潤滑油は、連通穴６４からギア室３０ａに流入する。

ギア室３０ａに流入した潤滑油は、ギア室３０ａにあるメインシャフト３２及びカウンタシャフト３５を保持するベアリング７１〜７４を潤滑する一方、図２に矢印Ｈで示すように、メインシャフト３２の端（車両右側）からメインシャフト３２の中空部分に流入する。この中空部分から、さらに矢印Ｉで示すように回転軸１２の中空部分に流れた潤滑油は、矢印Ｊで示すように回転軸１２を保持するベアリング７６，７７を潤滑してモータ室１０ａに流入する。

さらに、図３に示すように、モータ室１０ａに流入した潤滑油は、ステータ１６とハウジング１４の間に形成されている潤滑油通路６５やステータ１６とロータ１８の間を流れ、さらにモータ室１０ａとギア室３０ａの間にある連通穴６６を矢印Ｋで示すように流れて、再びギア室３０ａに戻る。

モータ室１０ａからギア室３０ａに流れた潤滑油と、タンク室６０ａからベアリング７１〜７４を潤滑してギア室３０ａに流れた潤滑油は、合流して図２に矢印Ｌで示すように差動装置４０に向けて流れる。差動装置４０に流れた潤滑油は、差動ケース４３を保持するベアリング７８，７９や、差動ケース４３内にあるサイドギア４５やピニオンギア４４を潤滑する一方、再びリングギア４２により、上部タンク室６２ａに掻き揚げられる。

このように、リングギア４２の回転により駆動装置５内に潤滑油を循環させることで、上部タンク室６２ａから滴下する潤滑油によりステータ１６を冷却する一方、モータ室１０ａ及びギア室３０ａにある各ベアリングを潤滑することができる。

次に、回転電機１０のロータ１８の詳細な構造について、図３及び図４を用いて説明する。図４には、図３にＢ−Ｂ線による断面を示す。本実施形態の回転電機１０は、リラクタンスモータであり、回転軸１２の径方向を外向きに突出する突極８０が、周方向（矢印Ｒで示す）に所定の間隔で配列されている。この突極８０は、回転軸１２の軸方向（矢印Ｔで示す）に所定の長さに亘って形成されており、隣り合う突極８０の間には、溝状の空隙８２が形成されている。以下、この「溝状の空隙」をスロット８２と記す。

ロータ１８が回転すると、スロット８２内の空気は、遠心力の作用により、回転軸１２の径方向に移動してステータ１６に押し付けられる。これにより、スロット８２の底部８４の圧力が低下する。ステータ１６に押し付けられた空気は、回転軸１２の軸方向を外向きに流れ、スロット８２外のモータ室１０ａ内に排出される。一方、圧力が低下したスロット８２の底部８４には、スロット８２の開口８６より回転軸１２の軸方向の外側から、モータ室１０ａ内の空気が流入しようとする。このようにして、ロータ１８が回転すると、突極８０がモータ室１０ａ内の空気を攪拌する。これにより、モータ室１０ａ内には、空気の流れが形成される。

回転電機１０が、ロータ１８を収容するハウジング１４内の底部８４、すなわちモータ室１０ａ内に、潤滑油が溜まっている状態、又は潤滑油が流れている状態など、「潤滑油が存在する状態」で作動するものである場合、回転電機１０を作動させロータ１８が回転すると、前述の空気の流れにより油面が大きく波立つことになる。波立った潤滑油を、ロータ１８の突極８０が叩いてしまうと、ロータ１８には、極めて大きな回転抵抗（油の攪拌抵抗）が生じることとなる。特に、ロータ１８を高速回転させる場合には、この油の攪拌抵抗は顕著なものとなり、回転電機１０が出力するトルクを大幅に低下させることとなる。

このような突極８０が潤滑油を叩くことによるロータ１８の回転抵抗を低減するために、本実施形態においては、高速回転時において、潤滑油がスロット８２に流入することを抑制している。以下に、本実施形態におけるロータ１８の構造について、図３を用いて説明する。

ロータ１８には、図３に示すように、その端面１８ａにおいてスロット８２に流入する潤滑油を遮蔽する遮蔽部材９０と、遮蔽部材９０を支持するバネ９２が設けられている。遮蔽部材９０は、回転軸１２の軸方向から見て扇形を呈する板状の部材であり、ロータ１８の端面に沿って移動可能に配置されている。遮蔽部材９０は、回転軸１２の径方向（矢印Ｓで示す）に突出することで、スロット８２の開口８６を、より広い面積で覆うことができる。一方、バネ９２は、その一端が遮蔽部材９０の回転軸１２側の端部に、他端がロータ１８の回転軸１２の外周面に接続されており、回転軸１２の径方向Ｓに伸縮するよう配置されている。バネ９２は、遮蔽部材９０を、回転軸１２から径方向に所定の距離に位置するよう付勢している。これら遮蔽部材９０とバネ９２は、各スロット８２に対応して、ロータ１８の周方向Ｒに所定の間隔で複数配列されている。

次に、遮蔽部材９０とバネ９２の動作について、図３及び図５を用いて、モータ室１０ａ内における潤滑油の流れと併せて説明する。図５は、図３に矢印Ｃで示す方向から見たロータ１８の端面図であり、図５（ａ）には、ロータ１８が停止、又は低速で回転している状態を、図５（ｂ）には、ロータ１８が高速で回転している状態を示す。

ロータ１８が回転を停止している、又は低速で回転している場合、図５（ａ）に示すように、バネ９２は収縮した状態にあり、遮蔽部材９０は、図３で説明したスロット８２の開口８６をほとんど覆っていない。つまり、ロータ１８とステータ１６間の流路が確保されている。これにより、ロータ１８が停止状態から回り出したとき、スロット８２内にある潤滑油は、突極８０により攪拌されて、スロット８２の開口８６より回転軸１２の軸方向（矢印Ｔで示す）を外側に排出され易くなる。

また、ロータ１８が低速で回転しており、図３に矢印Ｊで示すように、モータ室１０ａに流入した潤滑油が、油通路６５だけでなくスロット８２内をギア室３０ａ側に流れる場合に、ロータ端面１８ａにおいて十分な流路面積を確保することができており、遮蔽部材９０が、スロット８２内における潤滑油の流れを妨げてしまうことがない。

ロータ１８が高速で回転すると、図５（ｂ）に示すように、遮蔽部材９０が図３で説明したロータ端面１８ａに沿って回転軸１２の径方向を外向き（矢印Ｓで示す）に移動する。このとき、遮蔽部材９０には、回転速度に応じた遠心力が作用しており、バネ９２は、この遠心力により伸長している。つまり、遮蔽部材９０は、バネ９２の付勢力に抗して移動する。移動した遮蔽部材９０は、スロット８２の開口８６を、回転軸１２の径方向Ｓを内側から、より広い面積で覆う。これにより、図３に示すように、ロータ端面１８ａより軸方向外側から、スロット８２のうち特に圧力の低いスロット８２の底部８４に、モータ室１０ａ内の潤滑油が流入することを抑制できる。したがって、ロータ１８が高速で回転している時の、油の攪拌抵抗を低減することができる。

以上のように、遮蔽部材９０を、ロータ１８の回転速度の上昇に応じて、ロータ端面１８ａに沿って、回転軸１２の径方向外向きに突出させることで、スロット８２の開口８６を、より広い面積覆うことができる。

なお、遮蔽部材９０は、ロータ１８が高速で回転している状態において、スロット８２の開口８６を全て覆う必要はない。これについて図６を用いて説明する。図６には、遮蔽部材９０がスロット８２の底８４ａから突出する距離ｒと、ロータ１８に作用する抵抗により回転電機１０に生じる損失トルクとの関係を示す。なお、図６においては、車両１が高速（１３０ｋｍ／ｈ）で走行している状態、すなわちロータ１８が高速で回転している状態を示している。

図６に示すように、ロータ１８の高速で回転している状態において、遮蔽部材９０が突出する距離ｒをゼロに設定すると、最も損失トルクが大きく、突出する距離ｒを、ｒ１まで増大させるにつれて、損失トルクは急激に減少している。加えて、距離ｒを、ｒ１以上に設定しても、損失トルクは減少していない。

したがって、図５（ｂ）に示すように、ロータ１８が高速回転している状態において、遮蔽部材９０が、スロット８２の底からｒ１の距離を突出するように、バネ９２の定数を設定することで、この状態における回転電機１０の損失トルク、すなわちロータ１８に作用する油の攪拌抵抗を低減することができる。また、遮蔽部材９０が突出する距離を、ｒ１以上に、すなわち必要以上に突出させないことで、ロータ１８が停止状態から回り出したときの、スロット８２からの潤滑油の排出や、ロータ１８が低速で回転している状態におけるスロット８２内を横断する潤滑油の流れを、遮蔽部材９０が妨げてしまうことがない。つまり、ロータ１８の高速回転時における油の攪拌抵抗の低減と、ロータ１８が回り出したときのスロット８２内にある潤滑油の排出性とを、両立することができる。

以上説明したように本実施形態の回転電機１０によれば、ロータ端面１８ａに、当該端面より外側からスロット８２に流入する潤滑油を遮蔽する手段（遮蔽部材９０，バネ９２）が、ロータ端面１８ａに設けられているため、ロータ１８の高速回転時における油の攪拌抵抗を低減することができる。

なお、本実施形態において、スロット８２に流入する潤滑油を遮蔽する遮蔽手段は、ロータ１８の回転速度の上昇に応じて、径方向を外向きに突出する構成としたが、本発明は、これに限定されるものではない。ロータ端面１８ａより外側からスロット８２に流入する潤滑油が遮蔽できれば良く、例えば、ロータ端面１８ａに、当該端面と略同一の形状を呈する板状部材を設けて、これをロータ１８の回転速度の上昇に応じて、周方向にスライドさせてスロット８２の開口８６を覆うことも好適である。

また、本実施形態において、スロットの開口８６を覆う遮蔽部材９０を支持する支持手段として、バネ９２を設ける構成としたが、本発明は、これに限定されるものではない。ロータ１８の回転速度の上昇に応じて、遮蔽部材９０が径方向外向きに移動するよう支持できれば良く、例えば、支持手段としてアクチュエータを設け、回転速度の上昇に応じて遮蔽部材９０が径方向外向きに移動するよう、アクチュエータを駆動制御することも好適である。

〔第２実施形態〕
本実施形態の回転電機１０ｂについて、図７及び図８を用いて説明する。回転電機１０ｂは、図１及び図２に示す車両１の駆動装置５において、回転電機１０に替えて用いられる。図７には、回転電機１０ｂの縦断面図を示し、図８には、ロータ１８の回転軸１２の斜視を示す。本実施形態は、スロット８２に流入する潤滑油を遮蔽する手段として、ファン１００が設けられている点で、第１実施形態と異なり、以下に詳細を説明する。なお、第１実施形態と共通の構成については、同一の符号を付し、説明を省略する。

本実施形態において、ロータ端面１８ａのギア室３０ａ側には、図３で説明したスロット８２の開口８６を遮蔽するよう、ファン１００が設けられている。ファン１００は、ロータ１８の回転軸１２に一体に結合されており、回転電機１０が作動してロータ１８が回転すると、ロータ１８と共に回転軸１２を中心に回転する。このファン１００は、図８に示すように、複数の羽根１０２から構成されており、これらの羽根１０２が、回転軸１２に直接に結合されている。羽根１０２の形状は、ファン１００が回転したときに、ロータ端面１８ａから回転軸１２の軸方向外向きの流れ（矢印Ｎで示す）を形成するように設定されている。なお、羽根１０２の回転軸径方向（矢印Ｔで示す）の大きさは、少なくともスロット８２の開口８６を遮蔽することができる大きさであれば、ハウジング１４やステータ１６等の形状に応じて任意のものとすることができる。

ロータ１８が停止している状態においてロータ１８の突極８０に潤滑油が浸かっている場合は、ロータ１８が回転すると、スロット８２内にある潤滑油をファン１００が掻き出し、スロット８２内に空気と共に、回転軸方向外向きに流すことができる。この流れによって、モータ室１０ａのハウジング１４の底１４ａに溜まっている潤滑油に、矢印Ｋで示すギア室３０ａへの流れを形成する。また、突極８０に潤滑油が浸かっていない場合であっても、スロット８２内の空気を掻き出して、矢印Ｎで示す軸方向外向きの空気流を形成することで、ハウジング１４の底１４ａに溜まっている潤滑油に、ギア室３０ａへの流れを形成する。このように、ギア室３０ａ側のロータ端面１８ａにおいて、ファン１００は、空気と潤滑油に、ロータ回転速度に応じた強さの軸方向外向きの流れを形成することで、ロータ端面１８ａより回転軸１２の軸方向の外側から、スロット８２に流入する潤滑油を遮蔽する。

これにより、ロータ１８の停止状態においてモータ室１０ａ内に溜まっていた潤滑油を、ロータ１８が回り出すことによりギア室３０ａに汲み出して、モータ室１０ａ内における油面レベルを低下させることができると共に、ロータ１８の回転速度が上昇しても、ファン１００が形成する軸方向外向きの流れにより、スロット８２に流入する潤滑油を遮蔽するため、ロータ１８の高速回転時における油の攪拌抵抗を低減することができる。

なお、本実施形態において、ファン１００は、複数の羽根１０２が回転軸１２に結合されているものとしたが、本発明は、これに限定されるものではない。スロット８２に流入する潤滑油を遮蔽するよう、モータ室１０ａ内の潤滑油に軸方向外向きの流れが形成できれば良く、例えば、図９に示すように、ロータ端面１８ａにおいてスロット８２を遮蔽する円盤状部材１０４と、その外周に設けられた羽根１０６によりファンを構成することも好適である。

〔第３実施形態〕
上記においては、ロータ１８の隣り合う突極８０の間には溝状のスロット８２があり、軸方向からロータ１８を見ると、隣り合う突極８０の間に開口８６が存在する。図１０は、隣り合う突極８０の間に油が流入することを遮蔽する手段として、端的に、各スロット８２の部分を突極間埋め込み部材１１０で埋めたロータ１９を軸方向から見た様子を示す図である。

隣り合う突極８０の間を突極間埋め込み部材１１０でそれぞれ埋められたロータ１９は、その外周が一様な円周状となり、中心に回転軸１２を備える円筒形状を備えるものとなる。突極間埋め込み部材１１０は、隣り合う突極の間のスロット８２にそれぞれ分離した形態で配置されてもよく、ロータ１９の軸方向に沿った両端側、あるいは一方端側で互いに接続されて配置されてもよい。

ロータ１９の隣り合う突極８０の間を埋める突極間埋め込み部材１１０の材料は、ロータ１９回転電機としての性能をそのままにすることが好ましい。例えば、比質量が小さく、非磁性の材料が好ましい。かかる材料としては、非鉄の軽金属、樹脂材料等を用いることができる。樹脂材料を用いるときは、樹脂成形技術により、磁性材料のコア部分と突極間埋め込み部分とを一体として成形することができる。

図１０に示されるように、突極８０の側壁には、くぼみ１１２，１１３が設けられる。このくぼみ１１２，１１３は、ロータ１９から突極間埋め込み部材１１０が分離しないようにする接続部材である。図１０の例では、くぼみ１１２，１１３が各突極８０の両側壁に設けられるが、片側の側壁のみに設けるようにしてもよい。また、くぼみ１１２，１１３は、軸方向に延びる溝であってもよく、あるいは、適当なくぼみ形状で、各突極８０の側壁上に離散的に設けられてもよい。また、突極間埋め込み部材１１０が、ロータ１９の軸方向に沿った両端側、あるいは一方端側で互いに接続されて配置される形態の場合は、くぼみ１１２，１１３は、少なくとも突極８０の１つ、あるいはロータ１９の端部に設けられるのみでもよい。

図１１は、隣り合う突極８０の間を突極間埋め込み部材１１０でそれぞれ埋められたロータ１９を備える回転電機１０ｃを含む駆動装置５ｃにおける潤滑油の流れを説明する図である。図３、図７と同様の要素には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。図２、図３に関連して説明したように、駆動装置５ｃが作動して車両が動き出すと、リングギアの回転により、ギア室３０ａにある潤滑油が上部タンク６２ａに掻き揚げられる。上部タンク６２ａに掻き揚げられた潤滑油は、連通穴６８から滴下してステータ１６を冷却すると共に、タンク室を経由してギア室３０ａに流入する。

ギア室３０ａに流入した潤滑油は、矢印Ｉで示すように回転軸１２の中空部分に流れ、矢印Ｊで示すように回転軸１２を保持するベアリング７６，７７を潤滑してモータ室１０ａに流入する。そして、ステータ１６とハウジング１４の間に形成されている潤滑油通路６５、およびステータ１６とロータ１８の間を流れて、モータ室１０ａとギア室３０ａの間にある連通穴６６を矢印Ｋで示すように流れて、再びギア室３０ａに戻る。

このように、駆動装置５ｃが作動することで、潤滑油が掻き揚げられ循環することで、上部タンク室６２ａから滴下する潤滑油によりステータ１６を冷却する一方、モータ室１０ａ及びギア室３０ａにある各ベアリングを潤滑することができる。このときに、図１０の構成によれば、突極８０を有するロータ１９は、隣り合う突極８０の間が突極間埋め込み部材１１０でそれぞれ埋められているので、図１１に示されるように、隣り合う突極８０の間に潤滑油が流入することがなく、回転するロータ１９による油の攪拌抵抗を大幅に低減できる。

〔第４実施形態〕
上記においては、ロータ１８の隣り合う突極８０の間には溝状のスロット８２があり、軸方向からロータ１８を見ると、隣り合う突極８０の間に開口８６が存在する。図１２，１３は、隣り合う突極８０の間に油が流入することを遮蔽し、油の攪拌抵抗を低減する手段として、各スロット８２の部分に遮蔽板１２０を設けたものである。ここで、図１２は、回転電機の縦断面図の一部を示し、図１３は、回転電機を構成するロータの端面の様子を示す図である。

遮蔽板１２０は、スロット８２の部分を軸方向に渡って全部埋めるのではなく、ロータ１８の両端部において配置される板材である。したがって、ロータ１８の両端部に配置される遮蔽板１２０に挟まれる領域は、スロット８２がそのまま残される。そこでその残されたスロット８２に滞留する可能性のある油を外部に排出するために、スロット８２と外部とを結ぶ油流出口１２４が各スロット８２ごとに設けられる。図１２，１３に示されるように、油流出口１２４は、スロット８２の底面側、すなわち回転軸１２からの半径距離で最も短い位置に配置される。

隣り合う突極８０の間のスロット８２について、ロータ１８の端面において遮蔽板１２０がそれぞれ配置されることで、ロータ１８は、軸方向の両端部が平坦な形状を備えるものとなる。遮蔽板１２０は、図１２，１３において、隣り合う突極の間のスロット８２にそれぞれ分離した形態で配置されているが、ロータ１８の軸方向に沿った両端側で、それぞれ互いに接続されて配置されてもよい。この場合には、遮蔽板は、ロータ１８の両端側において接続された円環状板部材となる。

図１３に示されるように、突極８０の側壁には、くぼみ１２２，１２３が設けられる。このくぼみ１２２，１２３は、ロータ１８から遮蔽板１２０が分離しないようにする接続部材であり、図１１において説明したくぼみと同様のものである。特に、遮蔽板１２０を各スロットにおいてそれぞれ独立して分離して配置する場合には、このくぼみ１２２，１２３を設けることが好ましい。図１３の例では、くぼみ１２２，１２３が各突極８０の両側壁に設けられるが、片側の側壁のみに設けるようにしてもよい。なお、遮蔽手段として、円環状遮蔽板をロータ１８の両端側に設ける形態の場合には、くぼみ１２２，１２３は、少なくとも突極８０の１つに設けられるのみでもよい。

遮蔽板１２０の材料は、ロータ１８の回転電機としての性能をそのままにすることが好ましい。例えば、比質量が小さく、非磁性の材料が好ましい。かかる材料としては、非鉄の軽金属、樹脂材料等を用いることができる。樹脂材料を用いるときは、樹脂成形技術により、磁性材料のコア部分と突極間埋め込み部分とを一体として成形することができる。

図１４は、油流出口の設け方のいくつかの例を示す図で、ここではロータ端面の様子が示されている。図１４（ａ）は、突極８０の側壁にくぼみを設けない基本形を示す図である。この場合には、上記のように一体成形法、あるいは適当な接着技術によって遮蔽板１３０を隣り合う突極８０の間のスロットに設け、油流出口１２４をスロットの底部に設ける。この油流出口１２４によって、ロータ両端の遮蔽板１３０の間に残されたスロットに滞留する油を外部に排出できる。

図１４（ｂ）は、（ａ）に対し、さらに油流出口１４２を設ける遮蔽板１４０を示す図である。油流出口１４２は、遮蔽板１４０の頂部、すなわち、すなわち回転軸からの半径距離で最も長い位置に設けられる。この油流出口１４２によって、ロータにおいて重力方向に沿って下部の位置にあるスロットに滞留する油を外部に排出することができる。

図１４（ｂ）における油流出口１４２は、スロットに設けられる遮蔽板１４０の円周方向に沿ってほぼ中央部に配置されている。図１４（ｃ）に示される遮蔽板１５０においては、油流出口１５２が突極８０の側面に接して設けられる。油流出口１５２は、突極８０の両側壁の内、ロータが回転する方法に沿って下流側にある側壁に接して設けられることが好ましい。図１４（ｃ）ではロータの回転方向が矢印で示されているが、油流出口１５２は、その矢印に対して下流側にある突極側壁に接して設けられている。このように配置することで、ロータの回転に伴って油をスロットに誘導することを抑制し、入り込んだ油を外部に効率よく排出することができる。

図１２から図１４においては、ロータ１８の両端部に遮蔽板を設けたが、遮蔽板をステータに設けることもできる。図１５，図１６は、隣り合う突極８０の間に油が流入することを遮蔽する手段として、各スロット８２の部分を遮蔽するように、ロータ１８の両端に向かい合わせて遮蔽板１６０をステータに設ける例を示す図である。ここで、図１５は、回転電機の縦断面図の一部を示し、図１６は、回転電機を構成するロータ１８を端面側から見た様子を示す図である。図１６においては、遮蔽板１６０を一部破断し、ロータ１８の突極８０とスロット８２を示してある。

遮蔽板１６０は、ロータ１８の軸方向について、ロータ１８の回転を妨げない程度に隙間をあけて、ロータ１８の両端に向かい合わせて配置される。そして、遮蔽板１６０は、円環状の部材で、その内径の位置が、スロット８２の底部よりも外径側になるように設定される。すなわち、回転軸１２からの半径距離において、スロット８２の底部までの長さよりも、遮蔽板１６０の内径の半径の方が長い。つまり、遮蔽板１６０は、スロット８２全部を遮蔽するのではなく、スロット８２の底部のところの一部外部に露出する。したがって、このスロット８２が露出する隙間が、油流出口１６２として機能する。これによって、スロット８２に入り込んだ油を油流出口１６２として機能する隙間から外部に排出できる。

このように、ロータまたはステータに遮蔽板を設け、回転軸の外側から、ロータの隣り合う突極の間であるスロットに流入する油を抑制して、油の攪拌抵抗を低減し、スロットに入り込んだ油を、スロットと外部とを結ぶ油流出口を通して、外部に排出することができる。

第１実施形態の回転電機が適用される車両の概略構成を示す図である。 第１実施形態の回転電機が一体に結合される駆動装置の横断面図である。 第１実施形態の回転電機の縦断面図であり、図２のＡ−Ａ線による断面図である。 図３のＢ−Ｂ線によるロータの断面図である。 図３に矢印Ｃで示す方向から見たロータ端面図であり、（ａ）には、ロータが停止、又は低速で回転している状態を示し、（ｂ）には、ロータが高速で回転している状態を示している。 遮蔽部材がスロットの底から突出する距離ｒと、ロータに作用する油の攪拌抵抗により回転電機に生じる損失トルクとの関係を示す図である。 第２実施形態の回転電機の縦断面図であり、図２のＡ−Ａ線による断面図である。 第２実施形態の回転電機を構成する回転軸及びファンの斜視図である。 第２実施形態の回転電機を構成するファンの変形例を示す図である。 第３実施形態の回転電機を構成するロータの端面の様子を示す図である。 第３実施形態の回転電機における潤滑油の流れを説明する図である。 第４実施形態の回転電機の縦断面図の一部を示す図である。 第４実施形態の回転電機を構成するロータの端面の様子を示す図である。 第４実施形態において、遮蔽板における油流出口の他の例を示す図である。 第４実施形態における別の例の回転電機の縦断面図の一部を示す図である。 第４実施形態における別の例の回転電機を構成するロータを端面側から見た様子を示す図である。

符号の説明

１ 車両、５ 駆動装置、１０ 回転電機、１２ 回転軸、１４ ハウジング、１６ ステータ、１８，１９ ロータ、３０ 減速装置、４０ 差動装置、５０ 二次電池、５４ 電子制御装置（ＥＣＵ）、８０ 突極、８２ スロット、８６ スロットの開口、９０ 遮蔽部材、９２ バネ、１００ ファン、１０２ 羽根、１１０ 突極間埋め込み部材、１１２，１１３，１２２，１２３ くぼみ、１２０，１３０，１４０，１５０，１６０ 遮蔽板、１２４，１４２，１５２，１６２ 油流出口。

Claims (12)

1. 回転軸の径方向に突出する突極が、周方向に所定の間隔で配列されたロータを有し、ロータを収容するハウジング内の底部に油が存在する状態で作動する回転電機であって、
   ロータ端面に設けられ、当該端面より回転軸の軸方向の外側から、ロータの隣り合う突極の間であるスロットに流入する油を遮蔽する遮蔽手段を有する回転電機。
2. 請求項１に記載の回転電機であって、
   遮蔽手段は、ロータ回転速度の上昇に応じて前記径方向を外向きに突出し、スロットの開口を、より広い面積で覆う回転電機。
3. 請求項２に記載の回転電機であって、
   遮蔽手段は、
   ロータ端面に沿って前記径方向に移動可能であり、スロットの開口を覆う遮蔽部材と、
   ロータの回転速度の上昇に応じて、遮蔽部材が前記径方向を外向きに移動するように遮蔽部材を支持する支持手段と、
   を有する回転電機。
4. 請求項３に記載の回転電機であって、
   支持手段は、一端が遮蔽部材に、他端がロータに接続されており、遮蔽部材を、回転軸から所定の距離に位置するように付勢する付勢部材であり、
   遮蔽部材は、ロータ回転速度の上昇に応じて作用する遠心力により、付勢手段の付勢力に抗して、前記径方向を外向きに移動する移動部材である回転電機。
5. 請求項４に記載の回転電機であって、
   付勢部材は、ロータ回転速度の上昇に応じて前記径方向に伸長するバネである回転電機。
6. 回転軸の径方向に突出する突極が、周方向に所定の間隔で配列されたロータを有し、ロータを収容するハウジング内の底部に油が存在する状態で作動する回転電機であって、
   当該端面より回転軸の軸方向の外側から、ロータの隣り合う突極の間であるスロットに流入する油を遮蔽するように、ハウジング内に存在する油に前記軸方向外向きの流れを形成するファンを有する回転電機。
7. 請求項６に記載の回転電機であって、
   前記ファンは、複数の羽根がロータの回転軸に結合されて構成される回転電機。
8. 回転軸の径方向に突出する突極が、周方向に所定の間隔で複数配列されたロータを有し、ロータを収容するハウジング内の底部に油が存在する状態で作動する回転電機であって、
   ロータに設けられ、回転軸の外側から、ロータの隣り合う突極の間であるスロットに流入する油を遮蔽する遮蔽手段を有する回転電機。
9. 請求項８に記載の回転電機であって、
   遮蔽手段は、非磁性材料を用いて構成される突極間埋め込み部材である回転電機。
10. 請求項９に記載の回転電機であって、
    突極埋め込み部材と、少なくとも突極の１つとを相互に接続する接続部材を有する回転電機。
11. 回転軸の径方向に突出する突極が、周方向に所定の間隔で複数配列されたロータを有し、ロータを収容するハウジング内の底部に油が存在する状態で作動する回転電機であって、
    ロータまたはステータに設けられ、回転軸の外側から、ロータの隣り合う突極の間であるスロットに流入する油を遮蔽する遮蔽手段を有し、
    遮蔽手段は、スロットと外部とを結ぶ油流出口を有する流出口付き遮蔽板である回転電機。
12. 請求項１１に記載の回転電機であって、
    遮蔽手段は、非磁性材料を用いて構成される遮蔽板である回転電機。

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