JP5966939B2 - 回転電機のロータ - Google Patents

Description

本発明は、回転電機のロータ、特にその構造に関する。

電気エネルギを回転の運動エネルギに変換する電動機、回転の運動エネルギを電気エネルギに変換する発電機、さらに電動機と発電機どちらにも機能する電気機器が知られている。以下において、これらの電気機器を回転電機と記す。

下記特許文献１には、回転電機において、液冷媒を、回転シャフト（１４０）からロータの半径方向外側に向けて送出し、ステータ（１７０）のコイルエンド（１７３）の冷却を行う技術が開示されている。ロータコア（１２１）の端に配置されたマグネットプレート（１３０）およびエンドプレート（１３１）に設けられた切欠部（１６０，１６１）と、ロータコア（１２１）をロータの回転軸線方向から支持する台（１４２）および固定部材（１４５）とで液冷媒を半径方向外側に送る流路を形成している。この流路により送られた液冷媒でコイルエンドが冷却される。なお、引用文献１に関する説明で用いている括弧付きの符号は、当該文献中で用いられている符号である。

特開２００９−８１９５３号公報

上記特許文献１に記載された構造において、台（１４２）および固定部材（１４５）はロータコア（１２１）を支持する機能を有しており、この支持機能を維持しつつ液冷媒送出方向を変更する設計変更は容易ではない。

本発明は、冷却液（液冷媒）の送出方向を変更する設計変更が容易なロータの構造を提供する。

本発明の回転電機のロータは、ロータ軸のコア装着部に特徴的な構造を有する。コア装着部は、その外周にロータコア部が装着される。ロータコア部には、その回転軸線方向端面に開口する冷却液吐出口が設けられている。コア装着部には、ロータコア部を支持する支持部と、冷却液を案内する冷却液案内片が設けられる。支持部は、ロータコア部の端面を回転軸線方向から支持する。冷却液案内片は、冷却液吐出口から間隔を開けて配置され、ロータコア部の端面に開口する冷却液吐出口に対向するように位置する。冷却液案内片は、冷却液吐出口から吐出された冷却液を回転の半径方向外側に向ける。

支持部と冷却液案内片は、回転周方向において異なる位置に配置することができる。また、冷却液案内片の先端が、冷却液吐出口より半径方向外側に位置するようにできる。さらに、冷却液案内片の、回転周方向の側辺に壁を設け、冷却液案内片が、冷却液が流れる溝形状を有するようにできる。

ロータコア部を支持する支持部と、冷却液を案内する冷却液案内片を別個に設けることにより、支持の態様とは独立して冷却液の案内を行うことができる。

本実施形態の回転電機の概略構成を示す断面図である。 支持部４８によるロータコア部１８の支持態様を説明する図である。 冷却液案内片５０の説明図である。 ロータの製作過程の説明図であり、特にコア装着部３４にロータコア部１８を配置した状態を示す図である。 ロータの製作過程の説明図であり、図４の状態からコア装着部３４の端部を曲げて支持部４８および冷却液案内片５０を形成した状態を示す図である。 冷却液案内片の他の例である冷却液案内片６０の形成過程を示す図である。 冷却液案内片６０の形成過程を示す図であり、図６の状態から側壁形成部７０を折り曲げた状態を示す図である。 冷却液案内片６０が形成された状態を示す図である。

以下、本発明の実施形態を図面に従って説明する。図１は、本実施形態の回転電機１０の概略構成を示す図であり、回転電機１０の回転軸線１２を含む断面を示す図である。以降の説明において、回転軸線１２に平行な方向を回転軸線方向、回転軸線１２を中心として周回する方向を回転周方向、回転軸線１２に直交する方向を半径方向と記す。

回転電機１０は、回転軸線１２回りに回転するロータ１４と、ロータ１４の周囲を囲むように設けられたステータ１６を含む。ロータ１４は、略円筒形のロータコア部１８を有する。ロータコア部１８は、所定の断面形状を有する電磁鋼板を回転軸線方向に積層したロータコア２０と、ロータコア２０の回転軸線方向両端に配置される端面板２２を有する。端面板２２は、ロータコア２０を形成する電磁鋼板を回転軸線方向より押さえ、電磁鋼板の変形を抑制する。電磁鋼板の変形が問題とならない場合には、端面板２２の一方、または両方を省略することができる。端面板２２が省略された態様においては、ロータコア２０がロータコア部１８を形成する。

ステータ１６は、ロータコア２０を取り囲むように位置するステータコア２４を含む。ステータコア２４は、ロータコア部１８の外周面と対向する内周面を有する略円筒形状を有する。ステータコア２４は、所定の断面形状を有する電磁鋼板を積層して形成される。ステータコア２４の内周面には、ティース（不図示）が周方向に間隔を空けて配列され、ティースには導線が巻回されてコイル２６が形成されている。図１において、コイル２６は、ステータコア２４の回転軸線方向における端面から出た部分のみが示されており、ティース間に収められた部分は示されていない。このステータコア２４の端面から出た部分は、コイルエンド２８と呼ばれている。

コイル２６に電力を供給するとステータ１６により回転磁界が形成され、この回転磁界とロータコア２０との相互作用によりロータ１４が回転する。回転磁界との相互作用を生じさせるために、例えばロータコア２０に永久磁石（不図示）を内蔵させることができる。

ロータ１４は、ロータコア部１８が装着されるロータ軸３０を有する。ロータ軸３０は、動力伝達軸となる軸部３２と、軸部３２より半径方向外側に位置し、ロータコア部１８が外周に装着されるコア装着部３４とを有する。コア装着部３４の円筒形の外周面３６上にロータコア部１８が装着される。

ロータコア部１８内部には、冷却液が流れる冷却液流路３８が設けられている。この回転電機１０において、冷却液流路３８は、ロータコア部１８の内周面に設けられ回転軸線方向に延びる溝と、コア装着部の外周面３６とにより囲まれて形成される。コア装着部３４には、冷却液流路３８に冷却液を供給する冷却液供給孔４０が設けられている。冷却液供給孔４０は、コア装着部３４の円筒部分の内周面と外周面を繋ぐように貫通して設けられ、コア装着部３４の内側の空間４２内の冷却液を遠心力によって冷却液流路３８に送る。冷却液流路３８は、ロータコア部１８の回転軸線方向における端面（図１中のロータコア部１８の左端）に開口している。この開口から、冷却液が吐出される。よって、この開口は、ロータコア部１８の端面に設けられた冷却液を吐出する冷却液吐出口４４である。

冷却液流路は、回転軸線１２に対して傾斜して配置されてもよい。例えば、回転軸線１２を中心軸線とする一つの円筒面内に位置し、かつ回転軸線１２に対して傾斜して配置されてよい。これは、ロータコア部１８を形成する電磁鋼板および端面板２２を、これらに設けられる穴または切り欠きを徐々に周方向にずらすようにして積層することにより達成される。冷却液は、回転電機１０の摺動部分を潤滑する潤滑油と兼用することができる。

図１〜図３を参照して、ロータコア部１８の支持の態様について説明する。コア装着部３４の回転軸線方向の一端（図１において右端）には、フランジ４６が設けられ、これにロータコア部１８が突き当たっている。他端においては、コア装着部３４の円筒形状の端部が半径方向外側に曲げられてロータコア部１８の端面に当接している。この部分を支持部４８と記す。支持部４８は、ロータコア部１８の端面を回転軸線方向において支持し、フランジ４６と協働してロータコア部１８の回転軸線方向の位置を決めている。

図２は、支持部４８による支持の態様の詳細を示す斜視図であり、支持部４８を通る回転軸線１２を含む断面が示されている。ロータコア部１８の内周面は、コア装着部の外周面３６に密着している。コア装着部３４の端は、ロータコア部１８の回転軸線方向における端面を越えて延び、この延びている部分が半径方向外側に曲げられて、ロータコア部１８の端面に当接している。

図１に戻って説明する。コア装着部３４の端（図１において左端）には、冷却液吐出口４４に対向する位置に冷却液案内片５０が設けられている。冷却液案内片５０は、ロータコア部１８の端面から間隔を空けて位置しており、これにより冷却液吐出口４４を塞がずに、開放している。冷却液案内片５０は、ロータコア部１８の端面に当接しておらず、ロータコア部１８の回転軸線方向における支持の機能を担っていない。また、冷却液案内片５０の先端は、冷却液吐出口４４より半径方向外側に位置している。この配置により、冷却液吐出口４４から吐出された冷却液が確実に冷却液案内片５０に当たるようにできる。

図３は、冷却液案内片５０を通り回転軸線１２を含む断面を示す斜視図である。コア装着部３４の端の一部が、半径方向外側に曲げられ冷却液案内片５０を形成している。冷却液案内片５０とロータコア部１８の端面の間には、隙間が形成されている。冷却液吐出口４４から吐出された冷却液は、冷却液吐出口４４に対向している冷却液案内片５０に当たり、半径方向外側に向きを変えられる。効率的に向きを変えるために、冷却液案内片５０の、冷却液吐出口４４に対向する部分を曲面とすることができる。図１および図３の断面で示されるように、冷却液案内片５０は、冷却液吐出口４４に対向する部分は略円弧形状とされ、この曲面部分によって、冷却液の向きが変えられる。半径方向外側に向かった冷却液は、コイルエンド２８に達し、これを冷却する。冷却液案内片５０の、冷却液吐出口４４に対向する部分を斜面とすることもできる。傾斜の向きおよび角度は、この斜面に当たった冷却液が半径方向外側、特にコイルエンド２８に向かうように定められる。また、前述のように冷却液案内片５０の先端が冷却液吐出口４４より半径方向外側に位置していることにより、送出される冷却液の向きをより確実に変更することができる。

支持部４８と冷却液案内片５０は、回転周方向において異なる位置に設けられている。したがって、冷却液案内片５０は、支持部４８の形状等に影響されずに、それ自身の形状を決定することができる。よって、冷却液を送出する方向の調節等を冷却液案内片５０の形状変更のみで対応することができ、ロータコア部１８の支持に影響を及ぼさない。

冷却液案内片５０と支持部４８の回転周方向の間には、これらを曲げ加工するとき互いに干渉しないように切り込み５２を設けることが好ましい。この切り込み５２の回転周方向の幅は、小さいことが好ましい。切り込みの幅を小さくすることで、コア装着部端部の、支持部４８および冷却液案内片５０ではない利用されない部分を少なくすることができる。また、冷却液案内片５０は、１個であっても、複数であっても良い。また、複数設ける場合は、回転周方向に等間隔で配置することが好ましい。

以上のように、冷却液は、図１中の矢印に従って、コア装着部３４の円筒内側の空間４２から冷却液供給孔４０および冷却液流路３８を通って冷却液吐出口４４に達し、ここから吐出され、冷却液案内片５０により半径方向外側に向けられ、コイルエンド２８に向けて送出される。

ロータ１４の製造過程の概略は次のとおりである。
（１）コア装着部を有するロータ軸を準備する。
（２）略円筒形かつ円筒端面に冷却液吐出口を有するロータコア部を準備する。
（３）コア装着部の周囲を取り囲むようにロータコア部を配置する。
（４）コア装着部の、ロータ軸の軸線方向における端部を曲げて、ロータコア部端面に当接させ、ロータコア部を支持する支持部を形成する。
（５）コア装着部の、ロータ軸の軸線方向における端部であって、支持部となる部分以外の部分の少なくとも一部を曲げて、冷却液吐出口から間隔を空けて対向し、冷却液吐出口から吐出された冷却液をロータの半径方向外側に向ける冷却液案内片を形成する。

図４および図５は、ロータ１４の製造過程、特にロータコア部１８の装着に係る過程の説明図である。図４は、ロータコア部１８をコア装着部３４の周囲を囲むように配置した状態を示す図である。ロータ軸のコア装着部３４の一端（図４，５において上端）は、回転軸線方向にまっすぐに延びた状態となっている。図４において、後に支持部４８となる部分が符号５４で示されており、この部分を以降、支持部形成部５４と記す。同様に、後に冷却液案内片５０となる部分が符号５６で示されており、この部分を以降、案内片形成部５６と記す。支持部形成部５４と案内片形成部５６の間には、切り込み５２が設けられている。切り込み５２は、ロータコア部１８をコア装着部３４の周囲に配置したとき、ロータコア部１８の端面と少なくとも同じ位置（深さ）まで切り込まれている。また、ロータコア部１８をコア装着部３４に配置する際には、冷却液吐出口４４の位置と案内片形成部５６の位置がそろうようにする。

ロータコア部１８を配置した後、支持部形成部５４および案内片形成部５６を半径方向外側に曲げる。支持部形成部５４は、図２に示したように、ロータコア部１８の端面に当接するように曲げられて支持部４８を形成する。前述のように、この支持部４８は、ロータコア部１８を回転軸線方向において支持する。冷却液案内片５０は、ロータコア部１８の端面から離した状態に曲げられる。これにより、冷却液吐出口４４から吐出される冷却液が冷却液案内片５０によって妨げられずに送出される。支持部形成部５４と案内片形成部５６の間に切り込み５２が位置することにより、支持部形成部５４と案内片形成部５６の曲げが、互いに相手に影響を与えないようにしている。支持部形成部５４と案内片形成部５６の曲げ加工は、同時に行うことができ、また別々に行うこともできる。

図６〜８は、冷却液案内片の他の実施形態を示す図である。冷却液案内片以外の構成は、前述の実施形態の構成と同じであり、同一の符号を付して説明を省略する。これらの図に示される冷却液案内片６０は、前述の冷却液案内片５０に相当する底部６２と、底部６２の、周方向の側辺に設けられた側壁６４を有する（図８参照）。図８には、底部６２の図中の奥側に設けられた一つの側壁６４しか示されていないが、底部６２の手前側側辺にも側壁６４が設けられている。底部６２と二つの側壁６４により、略コの字形の断面形状を有する溝が形成される。

図６は、支持部４８および冷却液案内片６０が形成される前の状態が示されている。後に冷却液案内片６０となる案内片形成部６６は、回転軸線方向に延びた状態である。案内片形成部６６は、後に底部６２となる底部形成部６８と、後に側壁６４となる側壁形成部７０を有する。側壁形成部７０は、底部形成部６８から周方向に延びている。図においては、奥に延びる側壁形成部７０が示されているが、手前側にも側壁形成部７０が設けられている。冷却液案内片６０を形成するために、まず図７に示すように側壁形成部７０が、半径方向外側に向くように折り曲げられる。図には示されていない手前側の側壁形成部７０も同様に折り曲げられる。この結果、案内片形成部６６は、略コの字形の断面形状に成形される。そして、底部形成部６８が半径方向外側に向くように曲げられ、図８のように冷却液案内片６０が形成される。冷却液案内片６０は、前述の冷却液案内片５０と同様にステータコア部１８の端面から間隔を空け、かつ冷却液吐出口４４に対向するように位置する。冷却液案内片６０は、側壁６４の先端がロータコア部１８の端面に達するまで曲げるようにできる。

冷却液案内片６０の側壁６４は、冷却液が周方向に逸れることを防止するのに役立つ。つまり、冷却液案内片６０が、半径方向に延びる溝形状であることにより、この溝に沿って冷却液が流れ、半径方向外側に向けて送出される。

上述した実施形態の冷却液案内片５０，６０は、支持部４８とは別個に設けられ、支持部４８の態様を変えることなく、形状の変更を実施することができる。これにより、例えば冷却液の送出方向の変更を容易に行うことができる。

１０ 回転電機、１４ ロータ、１６ ステータ、１８ ロータコア部、２０ ロータコア、２２ 端面板、３２ 軸部、３４ コア装着部、３８ 冷却液流路、４４ 冷却液吐出口、４８ 支持部、５０，６０ 冷却液案内片、５４ 支持部形成部、５６ 案内片形成部、６２ 底部、６４ 側壁。

Claims (4)

1. 回転電機のロータであって、
   コア装着部を有し、回転軸線回りに回転可能なロータ軸と、
   コア装着部の外周に装着されたロータコア部と、
   コア装着部に設けられ、ロータコア部の回転軸線方向端面に当接し、ロータコア部を回転軸線方向から支持する支持部と、
   支持部が当接するロータコア部の回転軸線方向端面に設けられた開口である冷却液吐出口と、
   コア装着部から延び、回転軸線方向において冷却液吐出口から間隔を空けて冷却液吐出口に対向するように位置し、冷却液吐出口から吐出された冷却液を半径方向外側に向ける冷却液案内片と、
   を有する、回転電機のロータ。
2. 請求項１に記載の回転電機のロータであって、支持部と冷却液案内片は、回転周方向において異なる位置に設けられている、回転電機のロータ。
3. 請求項１または２に記載の回転電機のロータであって、冷却液案内片の先端は、冷却液吐出口より半径方向外側に位置する、回転電機のロータ。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の回転電機のロータであって、冷却液案内片は、回転周方向の側辺に壁を有し、冷却液が流れる溝形状となっている、回転電機のロータ。
   

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