JP5968487B1 - 回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】回転電機の回転軸を冷却オイルが通って回転電機を冷却する構造において、冷却オイルの利用率を向上できる回転電機を得る。【解決手段】回転軸３に、回転軸３の端部から所定の長さのオイル流路３ａと、オイル流路３ａに連通して回転電機１００の内部に開口する流通孔Ａを設けると共に、支持部材５を円筒部５ａと円筒部５ａを軸方向に仕切る円盤部５ｂから構成し、円筒部５ａの端部に排出孔Ｂを設け、流通孔Ａと排出孔Ｂとの間に、支持部材５と回転軸３で形成される空間部を囲うと共に、流通孔Ａから回転電機１００の内部に流通する冷却オイルを排出孔Ｂへ導く仕切り板１２を設けた。【選択図】図１

Description

この発明は回転電機に係り、特に、回転電機を冷却する構造に関するものである。

従来、回転電機を冷却する構造として、例えば特開２０１２−１００４７７号公報（特許文献１）に、回転軸の外周側に位置し永久磁石が装着された回転子鉄心と、この回転子鉄心と回転軸を連結支持する支持部材とを有する回転子を備え、回転子の冷却を行う回転電機の冷却構造が開示されている。この回転電機には、回転軸の軸心に冷却オイルを供給するオイル流路が設けられると共に、前記支持部材には、回転子鉄心の内周面に固定される外筒部と、この外筒部を回転軸の軸方向に２つに仕切る円盤状の支持体が設けられている。そして、前記支持体によって仕切られる一方の側の外筒部内周面にオイルを供給するオイル供給手段を有し、前記支持体の前記外筒部への取り付け面に支持体を貫通する貫通孔が設けられている。

前記特許文献１に開示された構成において、回転軸の軸心に設けられたオイル流路を通った冷却オイルが、オイル供給手段により外筒部の内周面に噴射（供給）され、回転子鉄心に埋め込まれた永久磁石の冷却が行われる。

特開２０１２−１００４７７号公報

前記回転電機の冷却構造では、冷却オイルを遠心力により外筒部の内周面に噴射（供給）するために、冷却オイルが目的の箇所に噴射（供給）できないことがあり、回転電機の冷却効率が低下する課題がある。特に、回転子が高回転になれば回転電機の内部における気流が強くなりその現象がより顕著になる。

この発明は、前記課題を解決するためになされたもので、回転電機の回転軸を冷却オイルが通って回転電機を冷却する構造において、冷却オイルの利用率を向上できる回転電機を得ることを目的とするものである。

この発明による回転電機は、回転軸と、前記回転軸の外周に位置し、磁石が装着された回転子鉄心と、前記回転軸の外周に配置され、前記回転子鉄心と前記回転軸を連結支持する支持部材と、を有する回転子を備えた回転電機において、
前記回転軸に、前記回転軸の端部から所定の長さのオイル流路と、前記オイル流路に連通して前記回転電機の内部に開口する流通孔を設けると共に、前記支持部材を円筒部と前記円筒部の内部を軸方向に仕切る円盤部から構成し、前記円筒部の端部に排出孔を設け、前記流通孔と前記排出孔との間に、前記支持部材と前記回転軸で形成される空間部を囲うと共に、前記流通孔から前記回転電機の内部に流通する冷却オイルを前記排出孔へ導く仕切り部材を設け、前記仕切り部材の一端を前記円筒部の前記排出孔側端部に取り付けたものである。

この発明によれば、回転電機の回転軸を冷却オイルが通って回転電機を冷却する構造において、冷却オイルの利用率が向上でき、高い冷却効果の回転電機を得ることができる。

この発明の実施の形態１による回転電機の構成を示す断面図である。 この発明の実施の形態２による回転電機の構成を示す断面図である。 この発明の実施の形態３による回転電機の構成を示す断面図である。 この発明の実施の形態４による回転電機の構成を示す断面図である。 この発明の実施の形態５による回転電機の回転子を示す斜視図である。 この発明の実施の形態６による回転電機の仕切り板を示す斜視図である。 この発明の実施の形態７による回転電機の回転子を示す斜視図である。

以下、この発明による回転電機の好適な実施の形態について図面を参照して説明する。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１による回転電機の構成を示す断面図である。図１に示すように、回転電機１００は、回転子１と固定子２を有しており、回転子１の外周は固定子２の内周と所定の間隙を介して対向している。回転子１は回転軸３、回転子鉄心４、回転軸３と回転子鉄心４を連結支持する支持部材５、および磁石６を備えている。支持部材５は回転軸３の外周に配置され、回転子鉄心４は支持部材５の外周に嵌合固定されている。そして、磁石６は回転子鉄心４に形成された磁石収容孔７に配置される。

固定子２は、円環状に形成された固定子鉄心８と固定子鉄心８に巻回された固定子巻線９を有する。回転軸３には端部から所定の長さのオイル流路３ａが設けられると共に、オイル流路３ａに連通し、回転電機１００の内部に開口する流通孔Ａが設けられている。支持部材５は、円筒部５ａとこの円筒部５ａを軸方向に２つに仕切る円盤部５ｂを有し、円筒部５ａの一方の端部には冷却オイルの排出孔Ｂが設けられ、円盤部５ｂは回転軸３の突出部３ｂにねじ１０で固定されている。冷却オイルは図１中に矢印Ｌで示すように、流通孔Ａと排出孔Ｂを通過し、回転子鉄心４の磁石収容孔７に隣接して形成された流路Ｃを通って回転電機１００の外径側へ吐出される。なお、固定子２は軸受１１により回転軸３を支え、回転子１は固定子２に対して回転可能に支えられている。

前記のように構成された回転電機１００においては、回転子１が支持部材５を有しており、冷却を必要とする磁石６や固定子巻線９までの距離が長くなるため、回転軸３に形成されたオイル流路３ａと流通孔Ａを通過し、流通孔Ａから排出された冷却オイルが排出孔Ｂに届かず無駄になる問題がある。

また、回転電機１００が高回転になると、回転電機１００の内部に気流が発生し、冷却オイルが霧散してしまう問題がある。特に、電気自動車、ハイブリッド自動車などに搭載される回転電機においては、高い冷却性が求められ、温度上昇が大きい場合、磁石６が減磁したり、電流密度を下げる必要が生じて性能面において低下する問題がある。

そこで、実施の形態１では、回転子１に仕切り部材、例えば仕切り板１２を設け、支持部材５と回転軸３で形成される空間部を囲うようにしている。仕切り板１２の一端は、支持部材５の円筒部５ａに形成された排出孔Ｂ側の端部に溶接により取り付けられ、他端は回転軸３と僅かな間隙を有し、流通孔Ａからの冷却オイルを排出孔Ｂへと導くように設けられている。なお、図１では、仕切り板１２は断面がクランク形状に形成されているが、流通孔Ａからの冷却オイルを排出孔Ｂへと導くことができれば如何なる形状でもよく、円弧状あるいは直線状に形成してもよい。

実施の形態１による回転電機１００は、前記のように構成されているので、回転軸３に形成されたオイル流路３ａから流通孔Ａを通過し、流通孔Ａから排出された冷却オイルを仕切り板１２が排出孔Ｂに無駄なく届けることになる。従って、回転電機１００が高回転になっても、冷却オイルが霧散してしまう問題がなくなり、冷却を必要とする磁石６や固定子巻線９を効果的に冷却することができる。

また、回転子１に支持部材５と回転軸３を囲う仕切り板１２を別部材として取り付けるので、支持部材５や回転軸３の形状が簡易になって加工費が低減し、また、支持部材５や回転軸３の鍛造ブランク材を小さくできて加工性が向上し、回転電機１００のコスト低減に寄与する。

更に、支持部材５や回転軸３に同様の効果を得るための油路を設ける構造に比較して軽量化することができると共に、仕切り板１２を回転子１に設けているため、回転子１と同期して回転し、回転軸３と仕切り板１２のクリアランスを小さくすることができる。

また、支持部材５の円筒部５ａと円盤部５ｂで囲まれた空間部に冷却オイルを溜めることが可能となって冷却効率が上昇すると共に、支持部材５に設けられた排出孔Ｂから回転子鉄心４に設けられた流路Ｃを通過した冷却オイルが遠心力で固定子巻線９の内径側にもあたり、固定子２の冷却も可能となる。そのために回転子鉄心４には流路Ｃ以外のオイル流路を必要としない。

また、仕切り板１２の一端が支持部材５の円筒部５ａの排出孔Ｂ側の端部に溶接により取り付けられているので、固定に別部材を必要とせず部品点数を削減でき、全周溶接した場合には仕切り板１２と支持部材５の円筒部５ａとのシール性を確保できて、より効率よく冷却油を利用できる。更に、軸方向の寸法を延長することなく固定できるため、回転電機１００の小型化ができる。また、固定部に油が浸入しても固定力が変化しづらいという利点がある。

なお、前記においては、仕切り板１２の一端が支持部材５の円筒部５ａの排出孔Ｂ側の端部に溶接により取り付けられている実施の形態について説明したが、仕切り板１２の一端を支持部材５の円筒部５ａの内径側に圧入によって固定してもよい。この場合においても、固定に別部材を必要とせず部品点数を削減できると共に、軸方向の寸法を延長することなく固定できるため、回転電機１００の小型化ができる。また、仕切り板１２の一端と支持部材５の円筒部５ａとの接合部のシール性を確保することができ、より効率よく冷却オイルを利用することができる。

実施の形態２．
次に、この発明の実施の形態２による回転電機について説明する。図２は、実施の形態２による回転電機の構成を示す断面図である。実施の形態２による回転電機２００は、図２に示すように、回転子１に設けられた仕切り板１２の一端は、実施の形態１と同様に支持部材５の円筒部５ａの排出孔Ｂ側の端部に取り付けられている。そして、他端は回転軸３との間隙を有することなく、回転軸３に流通孔Ａからの冷却オイルを排出孔Ｂへと導くことができるように取り付けられている。即ち、仕切り板１２、支持部材５、及び回転軸３の三者で形成される空間部の隙間をなくしている。なお、その他の構成については、実施の形態１と同様であり、同一符号を付すことにより説明を省略する。

実施の形態２による回転電機２００によれば、流通孔Ａから排出された冷却オイルが排出孔Ｂにすべて流入するため回転電機２００の冷却効率を一層上昇させることができる。

実施の形態３．
次に、この発明の実施の形態３による回転電機について説明する。図３は、実施の形態３による回転電機の構成を示す断面図である。実施の形態３による回転電機３００は、回転軸３の突出部３ｂを介して流通孔Ａを２箇所有すると共に、支持部材５の円筒部５ａの両端部に排出孔Ｂを２箇所有している。更に、支持部材５の円筒部５ａの両端部に仕切り板１２が設けられ、それぞれの仕切り板１２の一端は支持部材５の円筒部５ａの排出孔Ｂ側の端部に取り付けられ、他端は回転軸３と僅かな間隙を有し、流通孔Ａからの冷却オイルを排出孔Ｂへと導くことができるように取り付けられている。仕切り板１２の他端は、実施の形態２のように、回転軸３との間隙を有することなく、回転軸３に流通孔Ａからの冷却オイルを排出孔Ｂへと導くことができるように取り付けてもよい。なお、その他の構成については、実施の形態１と同様であり、同一符号を付すことにより説明を省略する。

実施の形態３による回転電機３００は、回転軸３の突出部３ｂを介して流通孔Ａを２箇所設けると共に、支持部材５の円筒部５ａの両端部に排出孔Ｂを２箇所設け、更に、仕切り板１２を支持部材５の円筒部５ａの両端部に取り付けたので、冷却オイルを図３中の２本の矢印で示すように流通させることができ、回転子１の全長にわたって冷却を行うことができる。

また、支持部材５の円筒部５ａと円盤部５ｂで囲まれた空間部が、円盤部５ｂを介して２箇所に形成でき、この２箇所の空間部に冷却オイルを溜めることが可能となって冷却効率が上昇すると共に、支持部材５に設けられた２箇所の排出孔Ｂから回転子鉄心４に設けられた流路Ｃを通過した冷却オイルが遠心力で固定子巻線９の両側部にあたり、固定子２の冷却も向上する。なお、この場合、流路Ｃの内部に冷却オイルの流れを整流する整流体（図示せず）を設け、図３において左側から右側に通過する冷却オイルの流れと、右側から左側に通過する冷却オイルの流れを区分するように構成するとよい。

実施の形態４．
次に、この発明の実施の形態４による回転電機について説明する。図４は、実施の形態４による回転電機の構成を示す断面図である。実施の形態４による回転電機４００は、回転子鉄心４の磁石収容孔７に隣接して設けた流路Ｃを無くし、流通孔Ａから排出孔Ｂに入った冷却オイルが磁石収容孔７を通過して固定子２を冷却するように構成したものである。なお、その他の構成については、実施の形態１と同様であり、同一符号を付すことにより説明を省略する。

実施の形態４による回転電機４００は、回転子鉄心４の磁石収容孔７に隣接して設けた流路Ｃを無くし、流通孔Ａから排出孔Ｂに入った冷却オイルが磁石収容孔７を通過して固定子２を冷却するようにしたので、磁石６を直接冷却できる効果がある。例えば電気自動車、ハイブリッド自動車などに搭載される大型の回転電機においては、磁石６の中でも強力な磁力を発揮する高価な希土類磁石が使用される。希土類磁石には保持力上昇のため重希土類元素が添加される。実施の形態４によれば、磁石の冷却効率を上げることで磁石に含まれる保持力を上昇させる高価な希土類元素を削減でき、コスト低減を図ることができる。

実施の形態５．
次に、この発明の実施の形態５による回転電機について説明する。図５は、実施の形態５による回転電機の回転子を示す斜視図である。実施の形態５による回転電機は、仕切り板１２を支持部材５の円筒部５ａの端部に、ねじ５０で取り付けたものである。なお、その他の構成については、実施の形態１と同様であり、同一符号を付すことにより説明を省略する。

実施の形態５による回転電機は、仕切り板１２を支持部材５の円筒部５ａの端部に、ねじ５０で固定して取り付けたので、仕切り板１２を円筒部５ａに取り付けたあとでも、仕切り板１２を取り外せるという効果がある。また、取り外しに特殊な治工具を必要とせず設備費の低減も可能となる。

実施の形態６．
次に、この発明の実施の形態６による回転電機について説明する。図６は、実施の形態６による回転電機の仕切り板を示す斜視図である。実施の形態６による回転電機は、仕切り板１２を板金部材によって作製したものである。なお、その他の構成については、実施の形態１と同様であり、図示説明を省略する。

実施の形態６による回転電機は、仕切り板１２を板金部材によって作製したので、仕切り板１２の低コスト化が図られる。また、仕切り板１２を支持部材５の円筒部５ａの端部に固定するにあたり、スポット溶接等が使用でき、溶接時間が短縮されて低コスト化が図られる。

実施の形態７．
次に、この発明の実施の形態７による回転電機について説明する。図７は、実施の形態７による回転電機の回転子を示す斜視図である。実施の形態７による回転電機は、仕切り板１２に複数の孔７０を形成したものである。なお、その他の構成については、実施の形態１と同様であり、同一符号を付すことにより説明を省略する。

実施の形態７による回転電機は、仕切り板１２に複数の孔７０を形成したので、仕切り板１２を支持部材５の円筒部５ａの端部に固定したまま、回転軸３と仕切り板１２、回転子鉄心４を固定するボルト（図示せず）を外して分解することができる。また、孔７０の個数をボルトの個数と同一とし、回転軸３に形成された流通孔の個数の倍数とすることにより、仕切り板１２を軽量化しつつ油路を制御する機能を阻害することを防止できる。

以上、この発明の実施の形態１から７について説明したが、この発明はこれに限定されるものではなく、この発明の趣旨を逸脱しない範囲において、これらの構成を適宜組み合わせたり、その構成に一部変形を加えたり、一部省略することが可能である。

１ 回転子、２ 固定子、３ 回転軸、３ａ オイル流路、３ｂ 突出部、４ 回転子鉄心、５ 支持部材、５ａ 円筒部、５ｂ 円盤部、６ 磁石、７ 磁石収容孔、８ 固定子鉄心、９ 固定子巻線、１０、５０ ねじ、１１ 軸受、１２ 仕切り板、７０ 孔
１００、２００、３００、４００ 回転電機、Ａ 流通孔、Ｂ 排出孔、Ｃ 流路

Claims (7)

1. 回転軸と、
   前記回転軸の外周に位置し、磁石が装着された回転子鉄心と、
   前記回転軸の外周に配置され、前記回転子鉄心と前記回転軸を連結支持する支持部材と、
   を有する回転子を備えた回転電機において、
   前記回転軸に、前記回転軸の端部から所定の長さのオイル流路と、前記オイル流路に連通して前記回転電機の内部に開口する流通孔を設けると共に、
   前記支持部材を円筒部と前記円筒部の内部を軸方向に仕切る円盤部から構成し、前記円筒部の端部に排出孔を設け、
   前記流通孔と前記排出孔との間に、前記支持部材と前記回転軸で形成される空間部を囲うと共に、前記流通孔から前記回転電機の内部に流通する冷却オイルを前記排出孔へ導く仕切り部材を設け、前記仕切り部材の一端を前記円筒部の前記排出孔側端部に取り付けたことを特徴とする回転電機。
2. 前記回転子鉄心に前記磁石を収容する磁石収容孔を形成し、前記排出孔へ導かれた前記冷却オイルを前記磁石収容孔を通過させることを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
3. 前記仕切り部材の他端は、前記回転軸と間隙を有して取り付けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の回転電機。
4. 前記仕切り部材の他端を前記回転軸に取り付け、前記支持部材、前記仕切り部材、及び前記回転軸の三者で形成される空間部の隙間をなくしたことを特徴とする請求項１または２に記載の回転電機。
5. 前記仕切り部材の一端を前記円筒部の排出孔側端部にねじで取り付けたことを特徴とする請求項１から４の何れか一項に記載の回転電機。
6. 前記仕切り部材は、板金部材で構成されていることを特徴とする請求項１から５の何れか一項に記載の回転電機。
7. 前記仕切り部材には、複数の孔が形成されていることを特徴とする請求項１から６の何れか一項に記載の回転電機。

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