JP5516022B2

JP5516022B2 - 回転電機

Info

Publication number: JP5516022B2
Application number: JP2010102566A
Authority: JP
Inventors: 浩平三宅
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2010-04-27
Filing date: 2010-04-27
Publication date: 2014-06-11
Anticipated expiration: 2030-04-27
Also published as: JP2011234505A

Description

この発明は、回転電機に関し、さらに詳しくは、ロータの内部における不純物の貯留および排出を適正に行い得る回転電機に関する。

近年の回転電機では、ロータの内部に潤滑油を導入して前記ロータを冷却する構造が採用されている。

ここで、冷却用の潤滑油は、一般に他の要素と共用されるため、鉄粉などの不純物を含んでいる。このため、潤滑油がロータ内部を素通りする構成では、ロータの高速回転で加速した不純物がステータに衝突して、ステータが劣化するおそれがある。

そこで、従来の回転電機は、永久磁石を備えており、この永久磁石の近傍に、潤滑油に含まれる鉄粉（不純物）を捕捉するためのコンタミナント区画を配設し、このコンタミナント区画に潤滑油を流して鉄粉を貯留している。かかる構成を採用する従来の回転電機には、特許文献１に記載される技術が知られている。

特開２００７−１７４７５５号公報

しかしながら、従来の回転電機では、不純物がロータ内部に堆積するため、潤滑油路が狭まりロータの冷却性能が悪化する、不純物（鉄粉）がロータの磁石にまとわりつき磁石のＮ極／Ｓ極間の磁束を短絡してモータ性能が悪化する、不純物の重量によりモータの回転バランスが崩れてモータ効率が低下するなどの問題が生じ得る。

そこで、この発明は、上記に鑑みてなされたものであって、ロータの内部における不純物の貯留および排出を適正に行い得る回転電機を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、この発明にかかる回転電機は、ロータの内部に潤滑油を導入して前記ロータを冷却する構造を備える回転電機であって、前記ロータが、前記ロータの内部から油抜き路を通って前記ロータの外部に至る潤滑油路と、前記潤滑油路のうち前記油抜き路よりも前記ロータの径方向外側に形成されると共に潤滑油の不純物を貯留する不純物貯留部と、前記不純物貯留部から前記ロータの外部に開口し、前記油抜き路よりも前記ロータの径方向外側に形成され、前記不純物貯留部に貯留された前記不純物を前記ロータの外部に排出可能な不純物排出路と、前記不純物排出路の開度を調整する調整弁とを備えることを特徴とする。

この回転電機では、調整弁の開度調整により、潤滑油の不純物を不純物貯留部に貯留し、また、この不純物貯留部内の不純物を不純物排出路からロータの外部に排出できる。これにより、ロータの内部における不純物の貯留および排出を適正に行い得る利点がある。

また、この発明にかかる回転電機は、前記調整弁が、前記ロータの回転数の増加に伴って前記不純物排出路の開度を減少させる構造を有する。

この回転電機では、ロータの高速回転で加速した不純物がステータに衝突して、ステータが劣化する事態が防止されるので、潤滑油の不純物によるステータの破損が抑制される利点がある。

この発明にかかる回転電機では、調整弁の開度調整により、潤滑油の不純物を不純物貯留部に貯留し、また、この不純物貯留部内の不純物を不純物排出路からロータの外部に排出できる。これにより、ロータの内部における不純物の貯留および排出を適正に行い得る利点がある。

図１は、この発明の実施の形態にかかる回転電機の不純物貯留排出構造を示す拡大断面図である。図２は、図１に記載した不純物貯留排出構造の作用を示す説明図である。図３は、図１に記載した不純物貯留排出構造の作用を示す説明図である。図４は、図１に記載した不純物貯留排出構造の変形例を示す説明図である。図５は、図１に記載した不純物貯留排出構造の変形例を示す説明図である。図６は、一般的な回転電機を示す構成図である。

以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、この実施の形態の構成要素には、発明の同一性を維持しつつ置換可能かつ置換自明なものが含まれる。また、この実施の形態に記載された複数の変形例は、当業者自明の範囲内にて任意に組み合わせが可能である。

［回転電機］
図６は、一般的な回転電機を示す構成図である。この回転電機１０は、例えば、ハイブリッド車両のモータ・ジェネレータに適用される。

回転電機１０は、ロータ２０およびステータ３０を備え（図６参照）、例えば、ハイブリッド車両のトランスアクスルのケーシング内に収容されて配置される（図示省略）。ロータ２０は、軸心２１と、モータコア２２と、コイル（図示省略）と、磁石２３と、一対の保持部材２４、２４とから構成される。軸心２１は、ロータ２０の回転軸であり、伝達軸４０に対して同軸に固定される。この軸心２１および伝達軸４０を介して、回転電機１０がトランスアクスルの遊星歯車機構（図示省略）に連結される。モータコア２２は、複数の磁性板を積層して成る。このモータコア２２に、導線が巻き廻されてコイルが形成される。磁石２３は、モータコア２２の外周部に軸方向から挿入されて配置される。一対の保持部材２４、２４は、円盤形状を有する枠状部材であり、モータコア２２を軸方向から挟み込んで保持する。そして、このモータコア２２、コイル、磁石２３および保持部材２４の組立体に軸心２１が挿入され、この軸心２１と保持部材２４とが固定されて、ロータ２０が構成される。ステータ３０は、導線を巻き廻して成るコイルから構成される。

この回転電機１０では、例えば、車両のモータ走行時にて、電力がステータ３０に供給されると、ロータ２０が回転して駆動トルクが発生する（モータとしての機能）。そして、この駆動トルクが伝達軸４０に出力されて、車両が走行する。また、例えば、車両の回生走行時にて、外部からの駆動トルクが伝達軸４０に入力されると、ロータ２０が回転して、ステータ３０のコイルに誘導起電力が発生する（発電機としての機能）。そして、この誘導起電力がバッテリに供給されて、バッテリの充電が行われる。

［ロータの冷却構造］
また、回転電機１０は、ロータ２０の回転による発熱を低減するために、ロータ２０の内部に潤滑油を導入してロータ２０を冷却する構造を有する。この冷却構造の潤滑油には、一般に変速機のＡＴＦ（Automatic Transmission Fluid）が用いられる。

例えば、この実施の形態では、軸心２１と伝達軸４０との嵌合面との間に隙間Ｒ１が設けられ、また、軸心２１がその内周面から径方向に開けられた貫通孔Ｒ２を有している。また、モータコア２２の端面と保持部材２４の内面との間に隙間Ｒ３が設けられ、また、保持部材２４がその縁部を軸方向に貫通する油抜き孔Ｒ４を有している。そして、これらの隙間Ｒ１、Ｒ３および孔Ｒ２、Ｒ４が相互に接続されて、潤滑油の油路（潤滑油路）が構成されている（ロータの冷却構造）。

このロータ２０の冷却構造では、ロータ２０の回転時にて、潤滑油が伝達軸４０と軸心２１との隙間Ｒ１に供給されると、ロータ２０の遠心力により、潤滑油が隙間Ｒ１から軸心２１の貫通孔Ｒ２を通ってモータコア２２端面の隙間Ｒ３に流入する。そして、この潤滑油が隙間Ｒ３から保持部材２４の油抜き孔Ｒ４を介してロータ２０の外部に排出される。そして、潤滑油が潤滑油路Ｒ１〜Ｒ４を流通することにより、ロータ２０と潤滑油との熱交換が行われて、ロータ２０の冷却が行われる。

［潤滑油路の不純物貯留排出構造］
一般に、ロータの冷却に用いられる潤滑油は、トランスアクスルの他の要素と共用されるため、鉄粉などの不純物を含んでいる。

かかる不純物がロータ内部に堆積すると、潤滑油路が狭まりロータの冷却性能が悪化する、不純物（鉄粉）がロータの磁石にまとわりつき磁石のＮ極／Ｓ極間の磁束を短絡してモータ性能が悪化する、不純物の重量によりモータの回転バランスが崩れてモータ効率が低下するなどの問題が生じ得るため、好ましくない。一方で、冷却用の潤滑油がロータ内部を素通りする構成では、ロータの高速回転で加速した不純物がステータに衝突して、ステータが劣化するおそれがある。

そこで、この回転電機１０は、かかる課題を解決するために、以下のような不純物貯留排出構造を備える。

図１は、この発明の実施の形態にかかる回転電機の不純物貯留排出構造を示す拡大断面図である。図２および図３は、図１に記載した不純物貯留排出構造の作用を示す説明図である。

この回転電機１０では、ロータ２０が、潤滑油路（隙間Ｒ３）上に、潤滑油の不純物を貯留する不純物貯留部Ｒ６を有する（図１参照）。また、ロータ２０が、この不純物貯留部Ｒ６からロータ２０の外部に開口する不純物排出孔Ｒ５と、不純物排出孔Ｒ５の開度を調整する調整弁２５とを有する（不純物貯留排出構造）。

例えば、この実施の形態では、モータコア２２の端面と保持部材２４の内面との間に隙間Ｒ３が形成され、この隙間Ｒ３がロータ冷却用の潤滑油路となっている（図１および図６参照）。また、保持部材２４がロータ２０の軸方向に開けられた油抜き孔Ｒ４を有している。これにより、ロータ２０内部の隙間Ｒ３から油抜き孔Ｒ４を通ってロータ２０外部に至る潤滑油路が形成されている。また、隙間Ｒ３には、潤滑油の不純物を貯留するための不純物貯留部Ｒ６が形成されている。この不純物貯留部Ｒ６は、隙間Ｒ３のうち油抜き孔Ｒ４よりもロータ２０の径方向外側にある油溜まり部であり、モータコア２２の端面の周縁部と保持部材２４の内面側の周縁部（フランジ部）とに区画されて成る環状空間である。また、保持部材２４が、不純物貯留部Ｒ６から不純物を排出するための不純物排出孔Ｒ５を有している。この不純物排出孔Ｒ５は、保持部材２４の端部をロータ２０の軸方向に貫通する孔であり、油抜き孔Ｒ４よりもロータ２０の径方向外側に形成されている。

また、不純物排出孔Ｒ５の入口部に、調整弁２５が設けられている。この調整弁２５は、ロータ２０の遠心力により変形する板バネ構造を有し、保持部材２４の内面に取り付けられている。また、調整弁２５は、遠心力が作用して変形したときに、不純物排出孔Ｒ５の入口部を塞ぐ方向に変形するように配置されている。具体的には、ロータ２０の回転数が所定値以上となったときに不純物排出孔Ｒ５の入口部がほぼ塞がれるように、調整弁２５（板バネ構造）の弾性係数が設定されている。

この回転電機１０では、ロータ２０が回転すると、その遠心力が潤滑油の不純物Ｄに作用して、不純物Ｄが隙間Ｒ３から不純物貯留部Ｒ６内に流れ込む。

ここで、ロータ２０の高速回転時には、ロータ２０の遠心力により調整弁２５が変形して、不純物排出孔Ｒ５の入口部を閉止する（図２参照）。このとき、ロータ２０の遠心力および磁石２３の磁力により、不純物Ｄが不純物貯留部Ｒ６内に滞留して貯留される。すると、油抜き孔Ｒ４からは、不純物Ｄを除去した上澄み油がロータ２０の外部に排出される。これにより、ロータの高速回転で加速した不純物がステータに衝突して、ステータが劣化する事態が防止されるので、潤滑油の不純物によるステータの破損が抑制される。

一方、ロータ２０の低速回転時（あるいは停止時）には、調整弁２５が元の形状に復帰して不純物排出孔Ｒ５を開放する（図３参照）。すると、不純物貯留部Ｒ６内の不純物Ｄが、潤滑油と共に不純物排出孔Ｒ５からロータ２０の外部に排出される。これにより、ロータ内部における不純物の堆積が防止されるので、不純物の堆積によるロータへの悪影響が防止される。また、このとき、ロータ２０の回転数が低い（あるいはロータ２０が停止している）ので、ロータの外部に排出された不純物によりステータが劣化する事態が生じ難い。

なお、この実施の形態では、不純物排出孔Ｒ５の開度調整手段として、板バネ構造を有する調整弁２５が採用されている（図１参照）。

しかし、これに限らず、弁体およびコイルバネから成るコイルバネ構造の調整弁２６が採用されても良い（図４および図５参照）。例えば、図４に示す構成では、不純物排出孔Ｒ５が不純物貯留部Ｒ６の壁面のうちロータ２０の径方向外側の壁面（例えば、保持部材２４のフランジ部）に開けられ、この不純物排出孔Ｒ５の内に、調整弁２６が配置されている。このとき、調整弁２６のコイルバネが不純物排出孔Ｒ５に挿入されて固定され、このコイルバネにより調整弁２６の弁体が保持されて不純物排出孔Ｒ５の入口部に位置している。

かかる構成では、ロータ２０の高速回転時には、ロータ２０の遠心力により、調整弁２６の弁体がロータ２０の径方向に押し込まれて、不純物排出孔Ｒ５の入口部を閉止する（図４参照）。このとき、ロータ２０の遠心力および磁石２３（図４では図示省略）の磁力により、不純物Ｄが不純物貯留部Ｒ６内に滞留して貯留される。すると、油抜き孔Ｒ４（図４では図示省略）からは、不純物Ｄを除去した上澄み油がロータ２０の外部に排出される。これにより、ロータの高速回転時にてロータから排出された不純物によりステータが劣化する事態が防止されるので、潤滑油の不純物によるステータの破損が抑制される。

一方、ロータ２０の低速回転時（あるいは停止時）には、調整弁２６の弁体が元の位置に復帰して不純物排出孔Ｒ５を開放する（図５参照）。すると、不純物貯留部Ｒ６内の不純物Ｄが、潤滑油と共に不純物排出孔Ｒ５からロータ２０の外部に排出される。これにより、ロータ２０の内部における不純物Ｄの堆積が防止されるので、不純物Ｄの堆積によるロータ２０への悪影響が防止される。また、このとき、ロータ２０の回転数が低い（あるいはロータ２０が停止している）ので、ロータの外部に排出された不純物によりステータが劣化する事態が生じ難い。

また、この実施の形態では、保持部材２４の油抜き孔Ｒ４の開度が一定に設定されている（図１参照）。すなわち、油抜き孔Ｒ４には、その開度を調整する手段が設置されていない。

しかし、これに限らず、油抜き孔Ｒ４がロータ２０の回転数に応じて開度を変更できる構造を有しても良い。かかる構造としては、例えば、油抜き孔Ｒ４に板バネ構造あるいはコイルバネ構造を有する調整弁（例えば、調整弁２５、２６）を設けた構成が想定（図示省略）される。また、このとき、油抜き孔Ｒ４の調整弁（図示省略）が、ロータ２０の回転数の増加に伴って油抜き孔Ｒ４の開度を増加させる構造を有することが好ましい。かかる構成では、ロータ２０の高速回転時にて、調整弁２５が閉じて不純物排出路Ｒ５の開度が減少したときに、油抜き孔Ｒ４の開度が増加することにより、油抜き孔Ｒ４からロータ２０の外部への潤滑油路を確保できるので、好ましい。

［効果］
以上説明したように、この回転電機１０では、ロータ２０が、ロータ２０の内部から油抜き路（油抜き孔Ｒ４）を通ってロータ２０の外部に至る潤滑油路Ｒ１〜Ｒ４と、潤滑油路Ｒ１〜Ｒ４（この実施の形態では、隙間Ｒ３）上に形成されると共に潤滑油の不純物Ｄを貯留する不純物貯留部Ｒ６と、この不純物貯留部Ｒ６からロータ２０の外部に開口する不純物排出路（不純物排出孔Ｒ５）と、この不純物排出路Ｒ５の開度を調整する調整弁２５（２６）とを備える（図１および図３参照）。

かかる構成では、調整弁２５（２６）の開度調整により、潤滑油の不純物Ｄを不純物貯留部Ｒ６に貯留し（図２および図４参照）、また、この不純物貯留部Ｒ６内の不純物Ｄを不純物排出路Ｒ５からロータ２０の外部に排出できる（図３および図５参照）。これにより、ロータ２０の内部における不純物Ｄの貯留および排出を適正に行い得る利点がある。

また、この回転電機１０では、調整弁２５（２６）が、ロータ２０の回転数の増加に伴って不純物排出路Ｒ５の開度を減少させる構造を有する（図２および図４参照）。かかる構成では、ロータの高速回転で加速した不純物がステータに衝突して、ステータが劣化する事態が防止されるので、潤滑油の不純物によるステータの破損が抑制される利点がある。

また、この回転電機１０では、調整弁２５（２６）が、ロータ２０の回転数の減少に伴って不純物排出路Ｒ５の開度を増加させる構造を有する（図３および図５参照）。かかる構成では、ロータ内部における不純物の堆積が防止されるので、不純物の堆積によるロータへの悪影響が防止される利点がある。

また、この回転電機１０では、調整弁２５（２６）がロータ２０の遠心力の変化により変形して不純物排出路Ｒ５の開度を変化させる構造を有することが好ましい。かかる構成では、不純物排出路Ｒ５の調整弁２５（２６）を機械的構造により構成できるので、ロータ２０の構成を簡素化できる利点がある。

また、この回転電機１０では、不純物貯留部Ｒ６が油路Ｒ３に対してロータ２０の径方向外側に形成されることが好ましい（図１参照）。さらに、不純物貯留部Ｒ６が磁石２３の近傍に配置されることが好ましい。かかる構成では、潤滑油内の不純物が、ロータ２０の遠心力および磁石２３の磁力により、油路Ｒ３から不純物貯留部Ｒ６に流れ込み易くなる。これにより、不純物貯留部Ｒ６への不純物の貯留が効率的に行われる利点がある。

以上のように、この発明にかかる回転電機は、ロータの内部における不純物の貯留および排出を適正に行い得る点で有用である。

１０回転電機、２０ロータ、２１軸心、２２モータコア、２３磁石、２４保持部材、２５、２６調整弁、３０ステータ、４０伝達軸

Claims

ロータの内部に潤滑油を導入して前記ロータを冷却する構造を備える回転電機であって、
前記ロータが、前記ロータの内部から油抜き路を通って前記ロータの外部に至る潤滑油路と、
前記潤滑油路のうち前記油抜き路よりも前記ロータの径方向外側に形成されると共に潤滑油の不純物を貯留する不純物貯留部と、
前記不純物貯留部から前記ロータの外部に開口し、前記油抜き路よりも前記ロータの径方向外側に形成され、前記不純物貯留部に貯留された前記不純物を前記ロータの外部に排出可能な不純物排出路と、
前記不純物排出路の開度を調整する調整弁と
を備えることを特徴とする回転電機。
前記調整弁が、前記ロータの回転数の増加に伴って前記不純物排出路の開度を減少させる構造を有する請求項１に記載の回転電機。