JP6295881B2 - 回転電機 - Google Patents

Description

本発明は、モータ等の回転電機に関するものである。

回転電機であるモータには、モータの回転時に循環されるオイルによって高温部位の冷却と摺動部分の潤滑とを行なうようにしたものがある。この種のモータにおいて、オイルの粘性が高くなるオイルの低温時にオイルを循環させると、エネルギーが無駄に消費されて、モータの稼働効率が低下する。

特許文献１に記載されたモータにおいては、モータハウジングの高低２箇所にオイルの出口を設け、オイルの温度が低く、高粘度により十分なオイル循環ができないときには、少量のオイルが高い位置の出口を通って循環するとともに、ハウジング内に多量のオイルが溜まって、ロータのベアリングがオイルに浸るようにしている。このため、特許文献１においては、オイルが低温で粘性が高いときでもベアリングの潤滑を行ない得るとしている。

特開２０１３−１９８３７８号公報

しかしながら、特許文献１においては、前記のように、オイルの低温時に同オイルをロータのベアリングの位置までオイルを溜めるようになっているため、そのオイルの油面はステータやロータの軸心部に達する。つまり、ステータやロータのほぼ半部が粘性の高い状態のオイルに浸漬されることになる。このため、ロータの回転にともなってステータとロータとの間に高いひきずり抵抗が生じて、稼働効率が大きく低下する。

本発明は、このような問題点を解消して、稼働効率を向上できる回転電機を提供することを目的とする。

以上の目的を達成するために、本発明においては、オイルの貯留室を設け、そのオイル貯留室内のオイルをモータ回転部との間で循環させるオイル循環手段を設けた回転電機において、前記貯留室を複数の分割室によって構成するとともに、各分割室間には連通部を設け、オイルの昇温に従ってオイル循環に関与する分割室数が増えるように調節する調節手段を設けたことを特徴とする。

従って、本発明においては、オイルの温度に応じてオイル循環に関与する分割室が割り当てられる。このため、オイルの温度に応じて循環されるオイルの量が調節されて、オイルが速やかに昇温されて粘性が低下する。従って、モータの稼働効率の低下を大幅に抑えることができる。

本発明によれば、オイルの低温によるモータの稼働効率の低下を大幅に抑えることができるという効果を発揮する。

第１実施形態のモータのオイル低温時における簡略図。 同じくオイル高温時における簡略図。 第２実施形態のモータのオイル低温時における簡略図。 同じくオイル高温時における簡略図。 第３実施形態のモータのオイル低温時における簡略図。 同じくオイル高温時における簡略図。 同じくさらにオイル高温時における簡略図。 変更例を示す簡略図。 別の変更例を示す簡略図。

（第１実施形態）
第１実施形態においては、図１及び図２に示すように、モータ１０のハウジング１１の上部にモータ室１２が設けられている。このモータ室１２の内部には環状のステータ１３が固定されている。ステータ１３の中心部に位置するように、モータ室１２にはロータ１４が回転可能に支持されている。

ハウジング１１の下部にはオイル１００の貯留室１５が設けられている。貯留室１５の上部には、貯留室１５を下部分割室１６と上部分割室１７とに区画するための区画壁１８が設けられている。下部分割室１６は上部分割室１７より大容積に形成されている。区画壁１８は中央部が窪む漏斗形状に形成されており、その下端には連通口１９が透設されている。ハウジング１１の下部にはソレノイド等のアクチュエータ２０が設けられ、このアクチュエータ２０の出力作動部には開閉バルブ２１が取付けられている。この開閉バルブ２１は、前記連通口１９を開閉する。

前記貯留室１５とモータ室１２の上部との間にはポンプ３２を有する供給路３１が介在されている。この供給路３１及びポンプ３２はオイル循環手段を構成している。そして、ポンプ３２の駆動により貯留室１５内のオイル１００が供給路３１を介してモータ室１２の上部に供給される。このオイル１００は、ロータ１４の回転のための潤滑に供されるとともに、ステータ１３やロータ１４等の高温部位の冷却に供される。

前記ポンプ３２の上流側において、供給路３１には切換バルブ３３が接続されている。この切換バルブ３３の一次側には第１支流路３４と第２支流路３５とが接続されている。第１支流路３４は貯留室１５の前記下部分割室１６に接続され、第２支流路３５は前記上部分割室１７に接続されている。そして、切換バルブ３３の切換動作により、第１支流路３４及び第２支流路３５のいずれか一方が選択されて、下部分割室１６または上部分割室１７内のオイル１００がモータ室１２内に供給される。

前記ハウジング１１には、下部分割室１６及び上部分割室１７内のオイル１００の温度をそれぞれ計測するためのセンサ３７，３８が設けられている。このセンサ３７，３８の検出に基づいて、前記開閉バルブ２１及び切換バルブ３３が切換動作される。このセンサ３７，３８、前記ポンプ３２、切換バルブ３３及び第１，第２支流路３４，３５によりオイル１００の昇温にともなってオイル循環に関与する分割室１６，１７の数が増えるように調節する調節手段が構成されている。

以下に、第１実施形態の作用を説明する。
モータ１０の始動時等において、センサ３７，３８により検出されるオイル１００の温度が低い場合は、前記開閉バルブ２１及び切換バルブ３３が第１の位置に切換られる。このため、図１に示すように、開閉バルブ２１によって連通口１９が閉鎖されるとともに、切換バルブ３３によって第２支流路３５が選択される。そして、この状態においてポンプ３２が稼働されると、貯留室１５の小容積の上部分割室１７内の少量のオイル１００がモータ室１２内に供給される。このことにより、少量のオイル１００がモータ室１２や上部分割室１７等を通って循環される。

また、高気温の場合やモータ１０の稼働にともないモータ１０が温度上昇した場合は、オイル１００の温度も上昇する。このような場合は、センサ３７，３８の検出に従い、開閉バルブ２１及び切換バルブ３３が第２の位置に切換られる。このため、図２に示すように、連通口１９が開放されるとともに、切換バルブ３３によって第１支流路３４が選択される。そして、この状態においてポンプ３２が稼働されると、貯留室１５の下部分割室１６及び上部分割室１７内の大量のオイル１００がモータ室１２内に供給されて、循環される。

従って、本実施形態によれば、以下の効果を得ることができる。
（１）オイル１００の温度が低い場合は、大容積の下部分割室１６内のオイル１００は循環されず、小容積の上部分割室１７内の少量のオイル１００が貯留室１５とモータ室１２との間で循環される。従って、オイル１００を短時間で昇温させて、同オイル１００の粘度を低下させることができるため、高粘度のオイル１００によるモータ１０の稼働時の損失を低下させることができる。

（２）オイル１００が昇温された場合は、連通口１９が開放されるとともに、第１支流路３４が選択されて、下部分割室１６及び上部分割室１７内の大量のオイル１００が循環される。このため、温度上昇したモータ１０の冷却を適切に行なうことができる。

（３）モータ１０が高温になる前において循環に関与する上部分割室１７の容積が小さいため、循環されるオイル１００は少量である。このため、オイル１００は短時間で昇温されて粘度が低下するため、高粘度オイルによって高い抵抗を受ける時間は短い。従って、モータ１０の稼働効率低下を抑制できる。

（４）前記特許文献１とは異なり、ステータやロータをオイル中に浸漬させるものではないため、オイルによるひきずり抵抗を極めて小さくすることができる。従って、モータ１０の稼働効率を高い状態に維持できる。

（第２実施形態）
次に、図３及び図４に基づいて第２実施形態を説明する。なお、第２実施形態以降の実施形態及び変更例については、第１実施形態と相違する部分を中心に説明する。

第２実施形態においては、ハウジング１１の下部に分割室を構成する小容積の内部貯留室４０が設けられるとともに、ハウジング１１の外部に分割室を構成する大容積の外部貯留室４１が設けられている。この外部貯留室４１はポンプ３２の下流側において循環路を構成する供給路３１の途中に接続されている。外部貯留室４１の上流側、すなわち外部貯留室４１に対する供給路３１の一次側３１１において、ポンプ３２と外部貯留室４１との間には切換バルブ３３が接続されている。供給路３１の一次側３１１は外部貯留室４１の下部に接続されるとともに、外部貯留室４１に対する供給路３１の二次側３１２は外部貯留室４１の一次側３１１より上部に接続されている。ポンプ３２は外部貯留室４１より下方に位置している。切換バルブ３３と前記二次側３１２との間にはバイパス流路４２が接続されている。切換バルブ３３の下流側における前記一次側３１１と、前記二次側３１２とにはそれぞれチェックバルブ４３，４４が接続されており、これらのチェックバルブ４３，４４は、ポンプ３２側へのオイル１００の逆流を阻止する。

そして、オイル１００の低温時には、切換バルブ３３が第１位置に切換えられて、ハウジング１１の小容積の内部貯留室４０からの少量のオイル１００が切換バルブ３３及びバイパス流路４２を経て、外部貯留室４１を経ることなく、モータ室１２に供給されて、循環される。

また、オイル１００が高温になると、切換バルブ３３が第２位置に切換えられて、バイパス流路４２が不通状態になり、ハウジング１１の内部貯留室４０内のオイル１００が供給路３１の一次側３１１を経て大容積の外部貯留室４１に到り、その外部貯留室４１から二次側３１２を経てモータ室１２に供給される。従って、この場合には大量のオイル１００が循環される。

この第２実施形態は以下の効果がある。
（５）大容積のモータハウジング１１が大容積の外部貯留室４１と別体であるため、オイル１００の量を多くしてもモータ１０を小型化できる。

（第３実施形態）
次に、図５〜図７に基づいて第３実施形態について説明する。
この第３実施形態においては、貯留室１５が２箇所の区画壁５０により、下部分割室５１，中間分割室５２及び上部分割室５３に区画されている。各区画壁５０には各室５１，５２，５３間を連通する連通口５４が形成されており、各連通口５４にはそれぞれ開閉バルブ５５，５６が設けられている。

切換バルブ５７と各室５１，５２，５３との間には供給路３１の第１，第２，第３支流路５８，５９，６０が接続されている。切換バルブ５７は、第３支流路６０のみを開放する状態、第２，第３支流路５９，６０の双方を開放する状態，第１，第２，第３支流路５８，５９．６０の全てを開放する状態に切換えられる。

そして、オイル１００が最も低温の場合には、下部開閉バルブ５５及び上部開閉バルブ５６が閉鎖されるとともに、切換バルブ５７により第３支流路６０が開放されて上部分割室５３内の少量のオイル１００が循環される。オイル１００が昇温された場合には、下部開閉バルブ５５が閉鎖され、上部開閉バルブ５６が開放されるとともに、切換バルブ５７により第２支流路５９及び第３支流路６０が開放されて上部分割室５３及び中間分割室５２内の中間量のオイル１００が循環される。オイル１００がさらに昇温された場合には、上部開閉バルブ５６及び下部開閉バルブ５５が開放されるとともに、切換バルブ５７により第１，第２，第３支流路５８，５９，６０が開放されて上部分割室５３，中間分割室５２，下部分割室５１内の大量のオイル１００が循環される。このように、オイル１００の温度に応じて同オイル１００の循環量が３段階に分けられる。

従って、第３実施形態では、以下の効果がある。
（４）オイル１００の温度に応じて、オイル１００の循環量を小刻みに調整できる。従って、冷却に供せられるオイル１００の温度変化を緩やかにできて、モータ１０のトルク変動や振動を少なくすることができる。

（変更例）
本発明は前記各実施形態に限定されるものではなく、以下のように具体化することも可能である。

・第１実施形態において、オイル１００の昇温時には、第１，第２支流路３４，３５の双方が開放されるようにすること。
・連通口１９を開閉するバルブ２１をバイメタルの作動によって開閉されるように構成すること。

・連通口１９を開閉するバルブ２１を形状記憶合金の作動によって開閉されるように構成すること。
・図８に示すように、開閉バルブ２１，５５，５６を省略し、切換バルブ３３，５７の切換によってのみオイル循環に関与する分割室を選択すること。このように構成した場合、例えば第１実施形態において上部分割室１７に接続された第２支流路３５を開放にともない上部分割室１７内のオイル１００が循環に関与するが、同時に連通口１９を介して下部分割室１６内のオイル１００の一部も循環に関与する。このため、オイル１００の温度変化を緩やかにすることが可能になる。

・図９に示すように、切換バルブ３３，５７を省略し、開閉バルブ２１，５５，５６の開閉によってオイル循環に関与する分割室を選択すること。
・前記各実施形態においては、開閉バルブ２１，５５，５６や切換バルブ３３，５７がオイル１００の温度に応じて開閉動作されるように構成したが、モータ１０の稼働時間に応じて開閉されるように構成すること。つまり、オイル１００の所定温度までの温度上昇に要する時間を見込んで開閉バルブ２１，５５，５６や切換バルブ３３，５７の開閉を制御すること。

・循環されるオイル１００の温度がある上昇したときに、開閉バルブ２１，５５，５６や切換バルブ３３，５７を開いて、低温のオイル１００を混入させて循環に関与させ、これによって循環オイル１００の温度がある程度降下したら、開閉バルブ２１，５５，５６や切換バルブ３３，５７を再度閉じて、循環に関与する分割室を元に戻す。このようにして、オイル１００が小刻みに昇温されるように構成すること。

・第２実施形態において、外部分割室を複数設けたり、内部分割室を複数設けたりすること。
・本発明を発電機において具体化すること。

（他の技術的思想）
前記実施形態から把握される技術的思想は以下のとおりである。
（Ａ）少なくともひとつの分割室をモータハウジングの外部に設けた請求項１〜４のうちのいずれか一項に記載の回転電機。

このように構成すれば、モータを小形化できる。
（Ｂ）オイルが低温のときにオイル循環に関与する分割室の容積を他の分割室の容積より小さくした請求項１〜４，前記技術的思想（Ａ）項に記載の回転電機。このように構成すれば、循環されるオイルの温度を短時間で上げることができる。

１０…モータ、１１…ハウジング、１２…モータ室、１５…貯留室、１７…分割室、１９…連通口、２１…開閉バルブ、３１…供給路、３２…ポンプ、３３…切換バルブ、１００…オイル。

Claims (3)

1. オイルの貯留室を設け、そのオイル貯留室内のオイルを回転部との間で循環させるオイル循環手段を設けた回転電機において、
   前記貯留室を複数の分割室によって構成するとともに、各分割室間には連通部を設け、オイルの昇温に従ってオイル循環に関与する分割室数が増えるように調節する調節手段を設け、
   前記貯留室には、前記貯留室内のオイルの温度を計測するためのセンサが設けられており、
   前記貯留室は、第１分割室と、前記第１分割室よりも容積が小さく形成された第２分割室とを有し、
   前記回転部は、前記第２分割室の上部に位置しており、
   前記調節手段は、前記センサにより検出される前記オイルの温度に基づいて、前記第２分割室内のオイルのみを前記回転部の上部に供給して循環させる状態と、前記連通部を通じて前記第２分割室内のオイルを前記第１分割室に供給しつつ、前記第１分割室内のオイルを前記回転部の上部に供給して循環させる状態とを切換え、
   前記回転部は、前記第２分割室内のオイルのみが供給される状態にあるときに前記第２分割室内のオイルに浸漬されない位置に配置されている回転電機。
2. 前記第１分割室及び前記第２分割室と前記回転部との間には、ポンプを有した供給路が介在されており、
   前記連通部は、前記第１分割室と前記第２分割室とを区画する区画壁に透設されて前記第１分割室と前記第２分割室とを連通する連通口と、前記連通口を開閉する開閉バルブとを有し、
   前記調節手段は、
   前記第１分割室と前記供給路における前記ポンプの上流側との間に接続される第１支流路と、
   前記第２分割室と前記供給路における前記ポンプの上流側との間に接続される第２支流路と、
   前記供給路に接続される前記第１支流路と前記第２支流路のうち、前記第２支流路を選択する第１位置と、前記第１支流路を選択する第２位置とに切換え可能な切換バルブとを有し、
   前記センサにより検出される前記オイルの温度が低い場合には、前記切換バルブを前記第１位置に切換え、前記開閉バルブが前記連通口を閉鎖した状態で前記ポンプを稼動することにより前記第２支流路を介して前記第２分割室内のオイルのみを前記回転部に供給して循環させ、
   前記センサにより前記オイルの昇温が検出された場合には、前記切換バルブを前記第２位置に切換え、前記開閉バルブが前記連通口を開放した状態で前記ポンプを稼動することにより、前記連通口を通じて前記第２分割室内のオイルを前記第１分割室に供給しつつ、前記第１支流路を介して前記第１分割室内のオイルを前記回転部に供給して循環させる請求項１に記載の回転電機。
3. 前記第２分割室と前記回転部との間には、ポンプを有した供給路が介在されており、
   前記供給路における前記ポンプの下流側には前記第１分割室が接続されており、
   前記調節手段は、
   前記供給路における前記ポンプと前記回転部との間を前記第１分割室を迂回して接続するバイパス流路と、
   前記バイパス流路を開放状態として前記第１分割室へ前記オイルを供給しない第１位置と、前記バイパス流路を不通状態として前記第１分割室へ前記オイルを供給する第２位置とに切換える切換バルブとを有し、
   前記センサにより検出される温度が低い場合には、前記切換バルブを前記第１位置に切換えた状態で前記ポンプを稼動することにより、前記バイパス流路を介して前記第２分割室内のオイルのみを前記回転部に供給して循環させ、
   前記センサにより前記オイルの昇温が検出された場合には、前記切換バルブを前記第２位置に切換えた状態で前記ポンプを稼動することにより、前記第２分割室内のオイルを前記第１分割室に供給するとともに、前記第１分割室内のオイルを前記回転部に供給して循環させる請求項１に記載の回転電機。