JP5812047B2

JP5812047B2 - 回転電機

Info

Publication number: JP5812047B2
Application number: JP2013141974A
Authority: JP
Inventors: 晋吾雪吹
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2013-07-05
Filing date: 2013-07-05
Publication date: 2015-11-11
Anticipated expiration: 2033-07-05
Also published as: US20150008770A1; CN104283347A; US9257881B2; CN104283347B; JP2015015851A

Description

本発明は、回転電機に係り、特に、ステータの内周側とロータの外周側との間のギャップに冷媒を供給して冷却を行う回転電機に関する。

回転電機は動作によってコイルが発熱するので、冷却が行われる。例えば、特許文献１には、回転電機の冷却構造として、ロータ軸の内部に設けた冷却流路からロータ外周側へ径方向に延びる流路として、積層鋼板の各鋼板に周方向に９０度ずつ位相をずらした切欠きを設けることが開示される。

特許文献２には、モータの冷却構造として、ロータ外周に回転方向に対し山形の突起または溝を付けて、ロータとステータとの間の冷却用流体をロータの軸方向端部側に流れやすくすることが開示される。

特許文献３には、回転電機のロータ構造として、ロータの外周に螺旋状の溝を設け、回転時の遠心力で冷却風を生じさせることが開示される。

特開２００６−０６７７７７号公報特開２０１１−１２５０９０号公報特開平８−２７５４２１号公報

回転電機の冷却として、特許文献１に示されるように、ステータの内周側とロータの外周側との間のギャップに冷媒を供給する方法で冷却を行う場合、ギャップは隙間量が少ないので、ここに冷媒が滞留すると、ロータの回転の際の引きずり摩擦が大きくなって損失が増加する。そこで、ギャップに冷媒が滞留しないようにすることが好ましい。

本発明の目的は、ステータの内周側とロータの外周側との間のギャップに冷媒が滞留しないようにして、効率よい冷却を行うことができる回転電機を提供することである。他の目的は、ステータの内周側とロータの外周側との間のギャップに冷媒が滞留しないようにして、ロータの回転の際の引きずり損失を抑制できる回転電機を提供することである。以下の手段は、上記目的の少なくとも１つに貢献する。

本発明に係る回転電機は、複数のティースにそれぞれコイルが巻回されたステータと、ステータの複数のティースの先端面と同心状に一定のギャップを保つ外周面を有するロータと、ロータの内部の冷媒が流れる流路から分岐し、ロータの外周面の冷媒排出口からティースの先端面に向かってギャップに冷媒を供給する冷媒供給路と、を備え、ティースの先端面は、ロータの外周面の冷媒排出口に対向する軸方向の位置である冷媒供給位置から所定の溝幅でティースの先端面の周方向端に向かって傾斜して冷媒を排出する周方向傾斜溝を有し、周方向傾斜溝の周方向の両端のうち少なくとも一方が、周方向傾斜溝の他の部位に対して径方向外側に位置することを特徴とする。

また、本発明に係る回転電機において、ティースの先端面の周方向傾斜溝は、冷媒供給位置の周方向に沿った中心位置からティースの先端面の周方向の両端に向かってそれぞれ傾斜する両側傾斜溝であることが好ましい。

また、本発明に係る回転電機において、ティースの先端面は、ティースの先端面の冷媒供給位置から所定の溝幅でステータの軸方向に沿ってコイルエンド側に傾斜する軸方向傾斜溝を有することが好ましい。

また、本発明に係る回転電機において、ティースの先端面の軸方向傾斜溝は、冷媒供給位置の軸方向に沿った中心位置からティースの先端面の軸方向の両端のコイルエンド側に向かってそれぞれ傾斜する両側傾斜溝であることが好ましい。

上記構成の回転電機によれば、ティースの先端面には、ロータの外周面の冷媒排出口に対向する軸方向の位置である冷媒供給位置からティースの先端面の外周端方向に向かって冷媒を排出する傾斜排出溝が設けられるので、ステータの内周側とロータの外周側との間のギャップに冷媒が滞留しない。これによって、効率よい冷却を行うことができ、また、ロータの回転の際の冷媒による引きずり損失を抑制できる。また、傾斜排出溝は、冷媒供給位置から所定の溝幅でティースの先端面の外周端方向に向かって設けられるので、溝を設けることによるモータ性能の低下を最小限に抑制することができる。

本発明の実施の形態における回転電機の断面図である。（ａ）は、回転電機の全体断面図、（ｂ）は、（ａ）のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。図１（ｂ）の拡大図である。本発明の実施の形態における回転電機のステータのティースの斜視図である。冷媒の滞留を抑制できる他の例を示す図で、（ａ）は、図２に対応する上面図、（ｂ）は、１つのティースの部分についての側面図である。

以下に図面を用いて本発明に係る実施の形態につき、詳細に説明する。以下では、車両に搭載される回転電機を述べるが、これは説明のための例示であって、これ以外であっても、冷媒で冷却される回転電機であればよい。以下で述べるロータ内の冷却流路の配置方法、ステータのティースに巻回されるコイルの形状や巻数は、説明のための例示であって、回転電機の仕様に合わせ、適宜変更が可能である。以下では、全ての図面において同様の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

図１は、回転電機１０の断面図である。（ａ）は、回転電機の全体断面図、（ｂ）は、（ａ）のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。

回転電機１０は、車両に搭載される三相同期型のモータ・ジェネレータである。回転電機１０は、モータケース１２の内部に、軸受１４で支持される回転軸１８に一体化して固定されるロータ２０と、モータケース１２に外周側を固定されて支持されるステータ３０を含む。この回転電機１０は、ロータ２０の内部の冷媒供給管路５０からステータ３０の内周側とロータ２０の外周側との間のギャップ２４に冷媒を供給して冷却を行うものである。

ロータ２０は、所定の形状に成形された複数の積層鋼板を積層して形成される円環状の磁性体部品である。電磁鋼板の積層体に代えて、磁性粉末を一体化成形したものを用いることもできる。永久磁石２２は、ロータ２０の外周側に所定の配置で配置され、ロータ２０の磁極を形成する部材である。永久磁石２２は、ステータ３０に巻回されるコイルに所定の通電を行うことで発生する回転磁界と協働してトルクを発生し、これによってロータ２０は、ロータ２０と一体化された回転軸１８を回転させる。

ステータ３０は、円環状のステータコア３６と、ステータコア３６の円環状の内周側の周方向に沿って複数設けられるティース３７，３８，３９と、隣接するティースの間の空隙である複数のスロット４０，４２と、スロット４０，４２に挿入されティース３７，３８，３９に巻回されるコイル４４を含む。ステータコア３６は、ロータ２０と同様に、所定の形状に成形された複数の積層鋼板を積層して形成される円環状の磁性体部品である。電磁鋼板の積層体に代えて、磁性粉末を一体化成形したものを用いることもできる。コイルエンド３２，３４は、ティース３７，３８，３９に巻回されたコイル４４がステータコア３６の軸方向の両端部に突き出る部分である。なお、図１に、回転電機１０における軸方向、径方向、周方向を示した。

冷媒供給管路５０は、回転軸１８の内部に設けられ、図示されていない冷媒循環装置から冷媒８０が供給されて流れる流路である。冷媒８０としては、車両の変速機等を潤滑しながら冷却も行うＡＴＦ（ＡｕｔｏｍａｔｉｃＴｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎＦｌｕｉｄ）が用いられる。ＡＴＦ以外の冷媒、例えば、ＬＬＣ（ＬｏｎｇＬｉｆｅＣｏｏｌａｎｔ）を用いてもよい。

冷媒供給路５２は、冷媒供給管路５０から分岐して、ロータ２０の内部を径方向に外周側に延びる流路である。冷媒排出口５４は、冷媒供給路５２がロータ２０の外周面に開口する開口部で、冷媒８０をステータ３０のティース３７，３８，３９の先端面に向かって噴出し、ギャップ２４に冷媒を供給する。

ティース３７，３８，３９の先端面の冷媒受け止め部６０は、ロータ２０の冷媒排出口５４に対向するティース３７，３８，３９の軸方向の位置である冷媒供給位置の部分である。

図２は、図１（ｂ）におけるティース３８の周辺部分を拡大した部分拡大図である。図２に示されるように、冷媒受け止め部６０には、冷媒供給位置から所定の溝幅で、ティース３８の先端面の外周端方向に向かって傾斜して冷媒８０を排出する周方向の傾斜排出溝６１が設けられる。ティース３８の先端面の外周端方向とは、周方向に沿った端部で、図２の例では、ティース３８の先端面で、スロット４０，４２側の端部の方向である。傾斜排出溝６１は、冷媒供給位置の周方向に沿って設けられる中心位置６３を頂点として、ティース３８の先端面の周方向の両端に向かってそれぞれ傾斜する周方向傾斜面６２，６４を有する。このように、傾斜排出溝６１は、中心位置６３から両側にテーパ状に傾斜する両側傾斜排出溝である。図２で示す周方向傾斜面６２，６４は、傾斜平面であるが、冷媒８０を排出しやすい形状の傾斜曲面でもよい。

このように、冷媒受け止め部６０に周方向傾斜面６２，６４で構成される傾斜排出溝６１を設けることで、冷媒供給路５２から冷媒排出口５４を介して噴出してギャップ２４に供給された冷媒８０は、狭い隙間であるギャップ２４に滞留することなく、スロット４０，４２側に流れることができる。これにより、ロータ２０の回転による冷媒８０の引きずり損失を低減できる。特に、ロータ２０が回転することで、この流れが効果的に形成される。

図３は、ステータ３０のティース３８の斜視図である。図３に示されるように、周方向傾斜面６２，６４で構成される傾斜排出溝６１は、ティース３８の先端面の軸方向と径方向に関して狭い範囲に限定して設けられる。図２の例では、傾斜排出溝６１の径方向については、ティース３８の先端部で、コイル４４が巻回される部分から突き出す部分の範囲に限定される。また、傾斜排出溝６１の軸方向の寸法である溝幅Ｗについては、ティース３８の先端部で軸方向の長さ寸法の数分の１に設定される。

このように、磁性体であるティース３８の先端面において、周方向傾斜面６２，６４で構成される傾斜排出溝６１を限定した範囲に設けるものとすることで、ティース３８の磁気特性への影響を最小限とできる。これにより、傾斜排出溝６１を設けることによる回転電機１０の性能低下を最小限とできる。

上記では、冷媒受け止め部６０に噴出される冷媒８０をギャップ２４に滞留させずに流す方向をティース３８の周方向としたが、これに加えて、冷媒８０をティース３８の軸方向にも流すようにしてもよい。図４は、ティース３８の先端面の冷媒受け止め部６０からステータ３０の軸方向に沿って、所定の溝幅で、コイルエンド３２，３４側に傾斜する軸方向の傾斜排出溝７１が設けられる構成を示す図である。図４（ａ）は、図２に対応する図であるが、ロータ２０とステータ３０を軸方向の上方側から見た上面図であり、（ｂ）は１つのティース３８についての側面図で、コイルエンド３２，３４が示されている。

図４の構成においては、軸方向の傾斜排出溝７１としては、ティース３８の先端面の冷媒受け止め部６０からステータ３０の軸方向に沿って、コイルエンド３２，３４の側に傾斜する軸方向傾斜面７０，７２が設けられる。軸方向傾斜面７０，７２は、冷媒供給位置の軸方向に沿って設けられる中心位置６３を頂点として、ティース３８の先端面の軸方向の両端であるコイルエンド３２，３４の側に向かってそれぞれ傾斜する軸方向傾斜面７０，７２を有する。このように、軸方向の傾斜排出溝７１は、中心位置６３から軸方向に沿って両側にテーパ状に傾斜する両側傾斜排出溝である。

図４（ｂ）に示されるように、軸方向傾斜面７０，７２で構成される軸方向の傾斜排出溝７１は、ティース３８の先端面の径方向に関して狭い範囲に限定される。すなわち、軸方向傾斜面７０，７２の径方向については、ティース３８の先端部で、コイル４４が巻回される部分から突き出す部分に限定される。図４では図示されていないが、軸方向の傾斜排出溝７１の周方向の寸法である溝幅は、ティース３８の先端部で周方向の長さ寸法の数分の１に設定される。

このように、冷媒受け止め部６０からティース３８の先端面に、軸方向に沿って軸方向傾斜面７０，７２で構成される軸方向の傾斜排出面を設けることで、冷媒供給路５２から冷媒排出口５４を介して噴出してギャップ２４に供給された冷媒８０は、狭い隙間であるギャップ２４に滞留することなく、コイルエンド３２，３４の側に流れることができる。これによって、コイルエンド３２，３４の冷却も行うことができる。

上記では、周方向傾斜面も軸方向傾斜面も、冷媒供給位置の軸方向に沿った中心位置から両側に傾斜する両側傾斜面として説明したが、片側傾斜面であってもよい。例えば、正逆回転を行う回転電機について両側傾斜面とし、予め回転方向が一方向に定まっている回転電機について片側傾斜面とすることができる。その場合、回転方向の下流側に向かって傾斜する傾斜面とすることがよい。また、図４の例では、軸方向傾斜面は周方向傾斜面に加えて設けられるものとしたが、軸方向傾斜面を単独で設けるものとしてもよい。

１０回転電機、１２モータケース、１４軸受、１８回転軸、２０ロータ、２２永久磁石、２４ギャップ、３０ステータ、３２，３４コイルエンド、３６ステータコア、３７，３８，３９ティース、４０，４２スロット、４４コイル、５０冷媒供給管路、５２冷媒供給路、５４冷媒排出口、６０冷媒受け止め部、６１（周方向の）傾斜排出溝、６２，６４周方向傾斜面、６３中心位置、７０，７２軸方向傾斜面、７１（軸方向の）傾斜排出溝、８０冷媒。

Claims

複数のティースにそれぞれコイルが巻回されたステータと、
ステータの複数のティースの先端面と同心状に一定のギャップを保つ外周面を有するロータと、
ロータの内部の冷媒が流れる流路から分岐し、ロータの外周面の冷媒排出口からティースの先端面に向かってギャップに冷媒を供給する冷媒供給路と、
を備え、
ティースの先端面は、ロータの外周面の冷媒排出口に対向する軸方向の位置である冷媒供給位置から所定の溝幅でティースの先端面の周方向端に向かって傾斜して冷媒を排出する周方向傾斜溝を有し、
周方向傾斜溝の周方向の両端のうち少なくとも一方が、周方向傾斜溝の他の部位に対して径方向外側に位置することを特徴とする回転電機。
請求項１に記載の回転電機において、
ティースの先端面の周方向傾斜溝は、冷媒供給位置の周方向に沿った中心位置からティースの先端面の周方向の両端に向かってそれぞれ傾斜する両側傾斜溝であることを特徴とする回転電機。
請求項１または２に記載の回転電機において、
ティースの先端面は、ティースの先端面の冷媒供給位置から所定の溝幅でステータの軸方向に沿ってコイルエンド側に傾斜する軸方向傾斜溝を有することを特徴とする回転電機。
請求項３に記載の回転電機において、
ティースの先端面の軸方向傾斜溝は、冷媒供給位置の軸方向に沿った中心位置からティースの先端面の軸方向の両端のコイルエンド側に向かってそれぞれ傾斜する両側傾斜溝であることを特徴とする回転電機。