JP6295902B2 - 回転電機の冷却構造 - Google Patents

Description

本発明は、ロータ軸に冷媒を循環させて回転電機のロータ軸を冷却する回転電機の冷却構造に関する。

従来、モータ、ジェネレータおよび両者を兼用するモータジェネレータなどの回転電機の発熱を抑制する冷却構造として、ロータ軸に冷媒を循環させるようにしたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
この従来技術は、ロータ軸は内筒と外筒とにより内側通路と外側通路とを有した二重筒構造となっており、内筒の先端部は、外側通路に開口されている。
そして、従来技術では、減速機によってかき上げられた冷媒が、ロータ軸端部から内筒の内側通路に供給され、内側通路を軸方向に流れた後、内筒の先端から外側通路に供給され、外側通路を折り返して外筒の軸端部から遠心力により径方向に排出される。この外側通路を流れる冷媒により、外筒と一体のロータを冷却する。

特開平９−１５０３４６号公報

上述の従来技術では、ロータ軸への冷媒供給量は減速機の掻き上げ量により決まる。一方、ロータ軸の冷媒輸送能力（ポンプ能力）はロータ回転数によって決まる。このように、ロータ軸への冷媒供給量と、ロータ軸における輸送量（ロータ軸からの排出量）が、異なる因子により決定される。
このため、ロータ軸における冷媒輸送量が、ロータ軸への冷媒供給量を上回ると、ロータ軸の内部で、冷媒の液膜切れが発生し、冷却性能が低下してしまうという問題点があった。

本発明は、上記問題に着目してなされたもので、ロータ軸における冷媒輸送量が、ロータ軸への冷媒供給量を上回った場合の冷却性能を向上可能な回転電機の冷却構造を提供することを目的としている。

上記目的を達成するため、本発明は、
内筒と外筒との二重構造により前記内筒の内外に内側通路および外側通路を有したロータ軸と、
前記内筒の軸方向の一端側に設けられた冷媒流入口、および、前記内筒の軸方向の他端側に設けられて前記内側通路を前記外側通路に連通した内外連通口と、
を備えた回転電機の冷却構造であって、
前記内外連通口よりも前記冷媒流入口側の位置で前記内筒を貫通し、前記内側通路の冷媒を前記外側通路に供給する噴流孔を１以上設けるとともに、前記噴流孔よりも前記内外連通口側の位置に、前記内外連通口への冷媒の流れを制限する制限部を設けたことを特徴とする。

本発明の回転電機の冷却構造では、内側通路に供給された冷媒を、噴流孔を介した経路と、連通部を介した経路との２系統の経路により外側経路に供給可能である。
冷媒供給量が冷媒輸送量を下回る場合、制限部により連通部への流量を制限することで内側通路に確保した冷媒を、噴流孔を介して外側通路へ供給する。したがって、外側通路における液膜切れの発生を抑制して、冷却性能を向上できる。
一方、冷媒供給量が冷媒輸送量を上回る場合には、噴流孔に連通部を加えた２系統の経路で外側通路に冷媒を供給する。したがって、噴流孔のみにより冷媒輸送を行う場合と比較して、外側通路への冷媒供給量を確保して、冷却性能を確保できる。

実施の形態１の回転電機の冷却構造を適用した駆動ユニットを示す断面図である。 図１の駆動ユニットの減速機ケースを矢印ＯＵＴ方向から見た状態を示す正面図である。 図１の駆動ユニットのロータ軸を示す断面図であって、図６の領域１に示す潤滑油供給量がロータ軸冷媒輸送量を下回った場合の潤滑油の流れを示している。 図３のロータ軸をＳ４Ａ−Ｓ４Ａ線の位置で切断した状態を示す断面図である。 図３のロータ軸をＳ４Ｂ−Ｓ４Ｂ線の位置で切断した状態を示す断面図である。 図３のロータ軸をＳ４Ｃ−Ｓ４Ｃ線の位置で切断した状態を示す断面図である。 図１の駆動ユニットのロータ軸を示す断面図であって、図６の領域２に示す潤滑油供給量がロータ軸冷媒輸送量を上回った場合の潤滑油の流れを示している。 ロータの回転数と、潤滑油供給量およびロータ軸冷媒輸送量との関係を示す潤滑油供給量・輸送量特性図である。 実施の形態１の回転電機の冷却構造の作用を説明するための、比較例における潤滑油の流れを示す断面図である。 実施の形態２の回転電機の冷却構造の要部を説明するためのロータ軸の断面図であって、図４Ａと同様の位置における切断面を示している。 実施の形態３の回転電機の冷却構造の要部を説明するためのロータ軸の断面図であって、図４Ａと同様の位置における切断面を示している。

以下、本発明の回転電機の冷却構造を実現する最良の形態を、図面に示す実施の形態に基づいて説明する。
（実施の形態１）
まず、実施の形態１のモータ軸冷却構造を備えた駆動ユニットＡを示す断面図である図１に基づいて、駆動ユニットＡの全体構成を説明する。

[駆動ユニットＡの全体構成]
この駆動ユニットＡは、車両の駆動輪を駆動させるいわゆるインホイール形式の駆動ユニットである。
図１に示すように、この駆動ユニットＡは、ユニットケース１からユニット出力軸２が車外方向（矢印ＯＵＴ方向）に突出されている。なお、図において矢印ＩＮが車内方向を、矢印ＵＰが車両上方を示している。
ユニットケース１の内部には、回転電機（以下、モータという）３と減速機構４とが収容されており、モータ３の回転が減速機構４により減速されてユニット出力軸２に伝達される。

なお、ユニット出力軸２の先端部にはホイールハブ軸１０１がセレーション結合され、このホイールハブ軸１０１が、ユニットケース１に、ハブベアリング１０２を介して支持されている。また、ホイールハブ軸１０１には、駆動輪（図示省略）の内周を支持するタイヤホイール（図示省略）が一体的に回転可能にボルト止めされる。
以下に、駆動ユニットＡの構成を、ユニットケースの構造、モータの構成、減速機構の構成、冷却構造の順に説明する。

（ユニットケースの構造）
まず、ユニットケース１の構造について説明する。
ユニットケース１は、モータケース１１と減速機ケース１２とモータカバー１３との３部品をボルトにより結合して構成されている。
モータケース１１は、モータ３の外径方向および車外方向の側部を覆って、断面略凹形状に形成されている。減速機ケース１２は、減速機構４の外径方向および車外方向の側部を覆って、断面略凹形状に形成されて、モータケース１１に結合されている。モータカバー１３は、モータ３の車内方向の側部を覆って、モータケース１１に結合されている。なお、モータカバー１３の軸心部には、後述するレゾルバ３７を覆う側部カバー１３ａが設けられている。

ユニットケース１は、内部に、モータ３を収容するモータ室１４と減速機構４を収容する減速機室１５とを備えている。なお、減速機室１５は、後述のギヤ類や軸受け類の潤滑を行うとともに冷媒として機能とする潤滑油が収容されたウエット空間とされている。そして、このウエット空間である減速機室１５と、ドライ空間であるモータ室１４との間は、オイルシール１６によりシールされている。また、減速機室１５の下部は、重力により落下した潤滑油を貯留する潤滑油貯留部１５ａとなっている。一点鎖線のＯＩＬは、制支持の潤滑油面を表している。
なお、モータケース１１には、モータ室１４と減速機室１５とを区画する仕切壁１１ａが設けられている。

（モータの構成）
次に、モータ３の構成について説明する。
モータ３は、ロータ軸３１と、ロータ３２と、ステータ３３と、ステータコイル３４と、を有している。
ロータ軸３１は、軸方向であって車幅方向の車両中央方向（矢印ＩＮ方向）の端部が第１ベアリング６１によりモータカバー１３の内周に回転可能に支持されている。一方、ロータ軸３１の軸方向で車幅方向の車外方向（矢印ＯＵＴ方向）の端部が、第２ベアリング６２ａ，６２ｂによりモータケース１１の仕切壁１１ａならびに減速機ケース１２に回転可能に支持されている。

ロータ３２は、ロータ軸３１の外周に固定され、永久磁石を埋設した積層鋼板により構成されている。
ステータ３３は、複数のステータティース（図示省略）にステータコイル３４を巻き付けて構成され、ロータ３２の外周側にロータ３２との間に径方向のエアギャップを介して配置されてモータケース１１に固定されている。

以上の構成のモータ３は、複数相交流の電流をステータコイル３４に印加することでロータ軸３１を回転させること（力行）ができる一方、ロータ軸３１の回転によりステータコイル３４に複数相交流の電流を発生させること（回生）ができる。また、ロータ軸３１の車内方向側の端部位置には、モータ回転角度を検出するレゾルバ３７が設けられている。
なお、本実施の形態１では、ロータ軸３１に冷媒としての潤滑油を循環させてロータ軸３１を介してロータ３２を冷却する冷却構造を備えており、その詳細は後述する。

（減速機構の構成）
次に、減速機構４の構成について説明する。
減速機構４は、軸方向で車内側に配置された平行軸歯車列４０と、軸方向で車外方向側に配置された遊星歯車機構５０と、を備えている。
平行軸歯車列４０は、モータ３のロータ軸３１の回転を第１段階の減速を行って、遊星歯車機構５０に伝達し、遊星歯車機構５０は、第２段階の減速を行ってユニット出力軸２に伝達する。したがって、平行軸歯車列４０は相対的に高速回転を行い、遊星歯車機構５０は相対的に低速回転を行う。

平行軸歯車列４０は、ロータ軸３１の車外方向の端部の外周にセレーション結合された駆動歯車４１と、駆動歯車４１に噛み合うと共に駆動歯車４１よりも大径とした従動歯車４２と、従動歯車４２を一体に有する従動軸４３と、を有する。

駆動歯車４１は、前述した第２ベアリング６２ａ，６２ｂにより、ロータ軸３１と共にモータケース１１の仕切壁１１ａならびに減速機ケース１２に対し回転可能に支持されている。
従動歯車４２は、下端部が潤滑油貯留部１５ａの潤滑油に一部浸漬して配置されている。

従動歯車４２の軸心部分に一体に設けられた従動軸４３は、車両中央方向端部が仕切壁１１ａに第３ベアリング６３を介して回転可能に支持され、車外方向端部が減速機ケース１２に第４ベアリング６４を介して回転可能に支持されている。

遊星歯車機構５０は、平行軸歯車列４０の軸方向で車外方向側に隣接して設けられている。遊星歯車機構５０は、従動軸４３と一体のサンギヤ５１と、サンギヤ５１に噛み合う複数のピニオンギヤ５２を支持するピニオンキャリア５３と、ピニオンギヤ５２と噛み合い、減速機ケース１２に固定されたリングギヤ５４とを有する。すなわち、遊星歯車機構５０は、リングギヤ５４をケース固定とすることで、サンギヤ５１からの入力回転を減速してピニオンキャリア５３に出力する減速ギヤ機構である。

（冷却構造）
次に、ロータ軸３１における冷却構造について説明する。
この冷却構造は、減速機室１５の潤滑油を、ロータ軸３１に供給し、これを再び減速機室１５に戻す循環を繰り返すことにより、ロータ軸３１を介して、ロータ３２を冷却する構造である。

この冷却構造として、図１の一点鎖線の矢印により示す冷媒供給経路Ｂと、図１の二点鎖線の矢印により示すロータ軸冷媒輸送経路Ｃと、を備えている。
すなわち、冷媒供給経路Ｂは、減速機室１５にて従動歯車４２で掻き上げられた潤滑油を、減速機室１５の上部で受け止め、ロータ軸３１に供給する経路である。
また、ロータ軸冷媒輸送経路Ｃは、ロータ軸３１の回転に伴って、ロータ軸３１に供給された潤滑油をロータ軸３１の内部を循環させた後、ロータ軸３１から減速機室１５へ戻す経路である。
以下に、冷媒供給経路Ｂおよびロータ軸冷媒輸送経路Ｃについてその構成を説明する。

まず、冷媒供給経路Ｂについて説明する。
この冷媒供給経路Ｂは、減速機ケース１２を、図１において車内方向側から車外方向側を見た正面図である図２に示すように、一対の潤滑油キャッチ部７０，７０を備えている。

これらの潤滑油キャッチ部７０，７０は、従動歯車４２により掻き上げられた潤滑油を受け止めるもので、車両前後方向（矢印Ｆ、Ｒ方向）でロータ軸３１（図２にあっては、Ｃｅがロータ軸３１の軸心を示す）を挟んでその両側に設けられている。
また、各潤滑油キャッチ部７０は、減速機ケース１２からロータ軸３１（図１参照）に向かって延び、かつ、先端部を車両上方（矢印ＵＰ方向）に折曲されたフランジ７１により、潤滑油を受け止め可能に凹状に形成されている。

さらに、各潤滑油キャッチ部７０は、連通路７２を介して、第２ベアリング６２ｂ（図１参照）を支持する円筒部１２ｂの内周に設けた冷媒集積部７３に連通されている。なお、連通路７２は、冷媒集積部７３において軸方向に凹ませた凹部７３ａに連通されている。

冷媒集積部７３には、図１に示すように、冷媒集積部７３に供給された潤滑油を、ロータ軸３１に導くロート状のガイド７４が設けられている。このガイド７４は、冷媒集積部７３の略全周に円盤状に拡がり、冷媒集積部７３の実質的な容積を狭める円盤部７４ａと、この円盤部７４ａの軸心部から軸方向に延在され、ロータ軸３１内に挿入された筒状ガイド部７４ｂと、を備えている（図３参照）。

したがって、冷媒供給経路Ｂは、減速機室１５にて掻き上げられた潤滑油を潤滑油キャッチ部７０で受け止め、潤滑油の自重により、連通路７２から冷媒集積部７３に供給し、ガイド７４の筒状ガイド部７４ｂから、ロータ軸３１に供給する経路としている。

次に、ロータ軸冷媒輸送経路Ｃについて説明する。
前述のように、ロータ軸冷媒輸送経路Ｃは、ロータ軸３１を循環する経路であり、このため、ロータ軸３１は、図３に示すように、外筒３１１と内筒３１２との二重構造として、内筒３１２の内外に内側通路３１４および外側通路３１５を有している。

外筒３１１は、筒状に形成され、一端の車外方向側は開口されている一方で、他端は、蓋部材３１３により塞がれている。また、外筒３１１の車外方向の端部には、冷媒排出口３１１ａが径方向に貫通して形成されている。なお、この冷媒排出口３１１ａは、図４Ｃに示すように、周方向に略等間隔で複数箇所（本実施の形態１では、４箇所）に形成されている。

図３に戻り、内筒３１２は、車外方向側の端部である基端部３１２ａが、外筒３１１の内周に嵌合され、この嵌合部分よりも車内方向側は、外筒３１１の内周から径方向に離れて配置されて、外筒３１１の内周との間に外側通路３１５が形成されている。また、内筒３１２の軸方向の両端部は開口され、車外方向側の端部を、冷媒としての潤滑油が供給される冷媒流入口３１２ｂとし、車内方向側の端部を内側通路３１４と外側通路３１５とを連通する内外連通口３１２ｃとしている。
なお、冷媒流入口３１２ｂには、ガイド７４の筒状ガイド部７４ｂが挿入されて、冷媒供給経路Ｂから潤滑油が供給されるようになっている。

したがって、ロータ軸冷媒輸送経路Ｃは、ロータ軸３１の回転に伴い、冷媒流入口３１２ｂから内側通路３１４に供給された潤滑油を、内外連通口３１２ｃ、外側通路３１５を経て冷媒排出口３１１ａから減速機室１５に排出する経路を備えている。

なお、冷媒排出口３１１ａから減速機室１５へ潤滑油を戻すための経路として、図１に示すように、モータケース１１の仕切壁１１ａに、連通路１１ｃが形成されている。すなわち、仕切壁１１ａにおいて、冷媒排出口３１１ａの外径方向位置に、連通路１１ｃの一端が開口されている。また、連通路１１ｃの他端は、仕切壁１１ａにおいて、減速機室１５に面して設けられた凹部１１ｅに連通されている。この凹部１１ｅは、第３ベアリング６３を支持した筒部１１ｄの内側に設けられている。
また、本実施の形態１では、筒部１１ｄに戻された潤滑油は、従動軸４３の内側を通り、第４ベアリング６４を潤滑した後、減速機室１５に戻されるが、その詳細な構造については説明を省略する。

ロータ軸冷媒輸送経路Ｃは、上述の内外連通口３１２ｃを用いた経路の他に、内筒３１２の軸方向の中間部を貫通して内側通路３１４と外側通路３１５とを連通する噴流孔３１２ｄを通る経路を有している。

この噴流孔３１２ｄは、図３に示すように、軸方向で、ロータ３２の中央位置近傍に配置されている。そして、噴流孔３１２ｄは、周方向に複数設けられており、本実施の形態１では、図４Ａに示すように、周方向の４箇所に設けられている。
この噴流孔３１２ｄは、ロータ軸３１の低速回転時に、潤滑油による噴流を形成可能に、その内径がある程度小径に形成されている。
そして、噴流孔３１２ｄの総流路断面積は、冷媒排出口３１１ａの総流路断面積よりも小さく形成するとともに、外側通路３１５の流路断面積および内外連通口３１２ｃの流路断面積よりも小さく形成している。

さらに、本実施の形態１では、噴流孔３１２ｄを通過する潤滑油量を常時、確保するために、内側通路３１４から内外連通口３１２ｃに向かう潤滑油の流れを制限する制限用凸部３１２ｅを、噴流孔３１２ｄよりも内外連通口３１２ｃ側の位置に設けている。具体的には、本実施の形態１では、この制限用凸部３１２ｅは、内外連通口３１２ｃの位置において、その内周を内側通路３１４よりも狭めるように形成している。

（実施の形態１の作用）
以下に、実施の形態１の回転電機の冷却構造の作用について説明する。
モータ３の駆動時には、ロータ軸３１が回転し、この回転が平行軸歯車列４０により減速されて従動軸４３に伝達される。そして、この従動軸４３の回転が、さらに、遊星歯車機構５０により減速されてユニット出力軸２に伝達され、駆動輪（図示省略）が回転される。

このモータ３の駆動がなされた際に、潤滑油貯留部１５ａに貯留されたオイルは、従動歯車４２と、遊星歯車機構５０のピニオンギヤ５２およびピニオンキャリア５３とにより掻き上げられる。そして、この掻き上げられた潤滑油により、各ベアリング６２ａ，６２ｂ，６３，６４及び減速機構４が潤滑される。
また、減速機室１５において掻き上げられた潤滑油は、潤滑油キャッチ部７０にて受け止められてロータ軸３１内に供給され（冷媒供給経路Ｂ）、ロータ軸冷媒輸送経路Ｃを通過する際にロータ軸３１を冷却した後、減速機室１５に戻される。
なお、潤滑油キャッチ部７０，７０は、ロータ軸３１の軸心Ｃｅに対して車両前後方向（図２の左右方向）の両側に設けているため、前進時、後退時のいずれの場合も潤滑油を受け止めることができる。

次に、潤滑油が上述のロータ軸冷媒輸送経路Ｃを通過する際のロータ軸３１の冷却作用について詳述する。
ロータ軸冷媒輸送経路Ｃでは、潤滑油が外側通路３１５を通過する際に、潤滑油は、外筒３１１の内周に沿って移動し、このとき、外筒３１１と熱交換を行って、外筒３１１を冷却する。すなわち、ロータ３２の発熱を、潤滑油により吸収する。

ところで、上述の潤滑油キャッチ部７０によるロータ軸３１への冷媒供給量、すなわち、冷媒供給経路Ｂによる潤滑油の供給量は減速機構４による潤滑油の掻き上げ量により決まる。一方、ロータ軸３１における冷媒輸送量（ポンプ能力）、すなわち、潤滑油の輸送量は、ロータ回転数によって決まる。

このため、ロータ回転数によって、潤滑油の供給量と潤滑油の輸送能力とで、潤滑油の供給量の方が上回る領域と、潤滑油の輸送能力の方が上回る領域とが生じる。
具体的には、図６に示すように、ロータ回転数が相対的に低回転数の領域１では、減速機構４による潤滑油の掻き上げ量が相対的に少ない。この場合、潤滑油キャッチ部７０による受け止め量、すなわち、潤滑油の供給量が相対的に少なく、潤滑油の輸送量が上回る。
一方、ロータ回転数が相対的に高回転数の領域２では、減速機構４による潤滑油の掻き上げ量が増加し、潤滑油キャッチ部７０による受け止め量、すなわち、潤滑油の供給量が増加する。この場合、潤滑油の供給量が潤滑油の輸送量を上回る。
本実施の形態１は、このような潤滑油の供給量と潤滑油の輸送量との変化に関わらず安定した冷却性能を得るようにしており、この作用効果を説明する前に、まず、このような変化が生じた場合の問題を、比較例に基づいて説明する。

（比較例）
この比較例は、図７に示すように、ロータ軸００１が、実施の形態１と同様に、外筒０１１と内筒０１２とにより二重構造に形成され、内筒０１２の内外に内側通路０１４および外側通路０１５を有している。
内筒０１２は、冷媒供給口０１２ｂを備えるとともに、内外連通口０１２ｃとを備えており、この比較例では、内外連通口０１２ｃは、内筒０１２の一般部の内径と同径に形成されている。また、外筒０１１には、実施の形態１と同様に、冷媒排出口０１１ａが、周方向に間隔を空けて複数形成されている。

ロータ軸００１の回転時には、潤滑油（図７において符号０Ｇを付して示す）が、冷媒供給口０１２ｂから内側通路０１４に供給され、さらに、内外連通口０１２ｃから外側通路０１５に供給される。そして、外側通路０１５に供給された潤滑油は、ロータ軸００１の回転による遠心力および冷媒排出口０１１ａにおける負圧により、外筒０１１の内周に沿って移動し、冷媒排出口０１１ａから外径方向に排出される。

ここで、ロータ軸００１の回転が相対的に低回転の図６に示す領域１の場合、冷媒供給口０１２ｂにおける潤滑油の供給量に対し、ロータ軸００１の潤滑油０Ｇの輸送量が上回る。このため、外側通路０１５では、内外連通口０１２ｃからの供給量よりも、冷媒排出口０１１ａからの排出量が多く、内側通路０１４および外側通路０１５において、矢印Ｄにより示す個所などに液膜切れが発生する。このような、液膜切れが生じると、その部位では、潤滑油との熱交換を行うことができず、このような液膜切れが生じない場合と比較して冷却性能が低下するという問題点が生じる。

（作用の詳細）
本実施の形態１では、このように潤滑油の供給量に対して潤滑の輸送量が上回る場合であっても、外側通路３１５における液膜切れの発生を抑制しつつ、潤滑油の輸送量に対して潤滑の供給量が上回る領域２においても、十分な冷却性能を確保できる。

以下、その作用の詳細について説明する。
まず、潤滑油の輸送量＞潤滑油の供給量の領域１における作用を説明する。
潤滑油の輸送量が、潤滑油の供給量を上回る領域１では、図３に示すように、内外連通口３１２ｃへの潤滑油（図３において符号Ｇを付して示す）の流れが制限用凸部３１２ｅにより制限される。これにより、内側通路３１４に供給された潤滑油は、ロータ軸３１の潤滑油輸送量が潤滑油供給量を上回っていても、制限用凸部３１２ｅよりも上流側に潤滑油を常に確保できる。

そして、この制限用凸部３１２ｅよりも上流に確保された潤滑油は、遠心力により、内側通路３１４において、液膜を形成して内筒３１２の内周に張り付き、かつ、遠心力により、噴流孔３１２ｄを通って、外側通路３１５に供給される。
このとき、潤滑油は、小径の噴流孔３１２ｄを通過する際に流路断面積が絞られることにより高流速の噴流となって噴出される。このため、潤滑油は、外側通路３１５において軸方向および周方向に拡散し、外筒３１１の内周全体に液膜を形成する。

したがって、潤滑油が、単に冷媒排出口３１１ａにより形成される負圧により外側通路３１５を移動する場合と比較して、少量の潤滑油により広い範囲に確実に液膜を形成することができる。これにより、内側通路３１４および外側通路３１５において液膜切れの発生を抑制することができ、熱伝達効率を向上できる。よって、ロータ冷却性能を向上できる。なお、噴流孔３１２ｄの軸方向の位置は、噴流により潤滑油をロータ３２の軸方向の車内側の端部の位置まで供給可能な位置とする。また、ロータ３２の軸方向の車外側の端部は、噴流孔３１２ｄからの噴流が直接届かない場合であっても、冷媒排出口３１１ａによる負圧により、冷媒排出口３１１ａに向かって移動する際に、液膜を形成することができる。

また、噴流孔３１２ｄの総流路断面積は、冷媒排出口３１１ａの総流路断面積よりも小さく形成しているため、この面積の関係を逆に形成したものと比較して、外側通路３１５における潤滑油の排出を円滑に行うことができる。よって、外側通路３１５においてロータ３２の熱を吸収した潤滑油が、円滑に排出されるため、潤滑油の輸送量＞潤滑油の供給量の領域１におけるロータ冷却性能を向上できる。

次に、潤滑油の輸送量＜潤滑油の供給量の領域２における作用を説明する。
ロータ軸３１の回転数が上昇し、減速機構４の潤滑油の掻き上げ量が増加し、冷媒流入口３１２ｂへの潤滑油の供給量が増加した場合には、外側通路３１５への潤滑油の供給を、噴流孔３１２ｄに加え、図５に示すように、内外連通口３１２ｃからも行う。
このように、潤滑油（図５において符号Ｇを付して示す）の供給を、２系統の経路で行うため、潤滑油の供給量が増加しても、潤滑油を円滑に外側通路３１５に供給して、十分なロータ冷却性能を得ることができる。
すなわち、上述の領域１の改善のみに着目して、潤滑油の供給を噴流孔３１２ｄのみにより行った場合、この領域２では、潤滑油の供給量が過剰となって、潤滑油が減速機室１５に押し戻されるおそれがある。本実施の形態１では、このような潤滑油の押し戻しが生じるのを抑え、比較例と同様の冷却性能が得られる。

しかも、噴流孔３１２ｄの総流路断面積を、内外連通口３１２ｃおよび外側通路３１５の流路断面積よりも小さく形成している。このため、領域２において、潤滑油の供給量が増加した場合には、潤滑油を、噴流孔３１２ｄよりも流路抵抗が少ない内外連通口３１２ｃに導き、さらに、外側通路３１５にも円滑に導くことができる。
これによっても、潤滑油の輸送量＜潤滑油の供給量時の冷却性能を十分に確保することができる。

以上のように、本実施の形態１では、潤滑油の輸送量＞潤滑油の供給量の領域１と、潤滑油の輸送量＜潤滑油の供給量の領域２と、のいずれの領域でも、十分なロータ冷却性能を得ることができる。

（実施の形態１の効果）
以下に、実施の形態１の回転電機の冷却構造の効果を列挙する。
１）実施の形態１の回転電機の冷却構造は、
ロータ３２と一体的に回転可能にユニットケース１に支持され、内筒３１２と外筒３１１との二重構造により前記内筒３１２の内外に内側通路３１４および外側通路３１５を有したロータ軸３１と、
前記内筒３１２の軸方向の一端側に設けられた冷媒流入口３１２ｂ、および、前記内筒３１２の軸方向の他端側に設けられて前記内側通路３１４を前記外側通路３１５に連通した内外連通口３１２ｃと、
前記外筒３１１の前記一端側に設けられ、前記外側通路３１５の冷媒を前記ロータ軸３１の外部に排出する冷媒排出口３１１ａと、
を備えた回転電機の冷却構造であって、
前記内外連通口３１２ｃよりも前記冷媒流入口３１２ｂ側の位置で前記内筒３１２を貫通し、前記内側通路３１４の冷媒を前記外側通路３１５に供給する噴流孔３１２ｄを１以上設けるとともに、前記噴流孔３１２ｄよりも前記内外連通口３１２ｃ側の位置に、前記内外連通口３１２ｃへの冷媒の流れを制限する制限部としての制限用凸部３１２ｅを設けたことを特徴とする。
したがって、潤滑油の輸送量（冷媒排出口３１１ａの排出量）＞潤滑油の供給量（冷媒流入口３１２ｂへの流入量）となる領域１でも、制限用凸部３１２ｅにより潤滑油を常時一定量確保した潤滑油を、噴流孔３１２ｄから外側通路３１５に常時供給できる。
よって、少量の潤滑油供給量であっても、外筒３１１の内周に確実に液膜を形成し、液膜切れの発生を抑制することができるとともに、熱伝達効率を向上でき、これにより、ロータ冷却性能を向上できる。
また、潤滑油の輸送量（冷媒排出口３１１ａの排出量）＜潤滑油の供給量（冷媒流入口３１２ｂへの流入量）となる領域２では、噴流孔３１２ｄと内外連通口３１２ｃとの２系統の経路で潤滑油を内側通路３１４から外側通路３１５へ供給できる。
したがって、冷媒流入口３１２ｂへの潤滑油供給量が増加した場合でも、噴流孔３１２ｄのみで外側通路３１５へ供給する場合と比較して、十分な量の潤滑油を供給して、ロータ冷却性能を確保できる。
加えて、本実施の形態１では、各噴流孔３１２ｄの内径を、潤滑油の流通時に噴流を形成可能な内径に形成している。
これにより、潤滑油が噴流孔３１２ｄを通過して外側通路３１５に供給する際に、潤滑油を広範囲に供給することができ、外側通路３１５における液膜切れ抑制性能をより確実に得ることができる。よって、一層高いロータ冷却性能を得ることができる。

２）実施の形態１の回転電機の冷却構造は、
前記噴流孔３１２ｄの流路断面積を、前記冷媒排出口３１１ａの流路断面積よりも小さく形成したことを特徴とする。
したがって、噴流孔３１２ｄから外側通路３１５に供給されてロータ３２の熱を吸収した潤滑油は、外側通路３１５に長時間留まることなく、冷媒排出口３１１ａから円滑に排出できる。
よって、ロータ３２と潤滑油との熱交換を円滑に行うことができ、ロータ冷却性能がより向上する。

３）実施の形態１の回転電機の冷却構造は、
前記噴流孔３１２ｄの流路断面積を、前記外側通路３１５の流路断面積および前記内外連通口３１２ｃの流路断面積よりも小さく形成したことを特徴とする。
したがって、潤滑油の輸送量（冷媒排出口３１１ａの排出量）＜潤滑油の供給量（冷媒流入口３１２ｂへの流入量）となる領域２において、内側通路３１４の潤滑油を、噴流孔３１２ｄよりも流路抵抗の低い内外連通口３１２ｃに積極的に導くことができる。
これにより、潤滑油の輸送量＜潤滑油の供給量の領域２における冷却性能を、より確実に確保することができる。

（他の実施の形態）
次に、他の実施の形態の回転電機の冷却構造について説明する。
なお、他の実施の形態を説明するのにあたり、実施の形態１と共通する構成には実施の形態１と同じ符号を付して説明を省略し、実施の形態１との相違点のみ説明する。

（実施の形態２）
実施の形態２の回転電機の冷却構造は、図８に示すように、噴流孔２０１ｄの軸心Ｃｄの向きを、内筒３１２の軸心Ｃｅ（ロータ軸３１の軸心Ｃｅと共通とする）に直交する方向に対して、ロータ軸３１の正回転方向とは逆方向に傾けて設けた例である。なお、ロータ軸３１の正回転方向は、車両前進時の回転方向であって、図において矢印により示す方向としている。

次に、実施の形態２の作用を説明する。
ロータ軸３１の正転時には、内側通路３１４の潤滑油は、ロータ回転方向とは反対方向の相対速度を有している。したがって、本実施の形態２では、ロータ正転時の潤滑油の相対速度方向と、噴流孔２０１ｄの軸心Ｃｄの傾斜方向とが、同一方向となる。これにより、本実施の形態２では、軸心Ｃｄの方向を、内筒３１２の軸心Ｃｅの直交方向としたり、正回転方向に傾けたりしたものと比較して、潤滑油が噴流孔２０１ｄから排出されやすく、噴流速度が増大する。
よって、噴流孔２０１ｄから噴出する潤滑油を、外筒３１１の内周に向けて、より広く拡散でき、ロータ３２の冷却性能が、一層向上する。

以上説明した実施の形態２の回転電機の冷却構造は、上記の１）〜３）の効果に加え、下記の効果を奏する。
2-1）実施の形態２の回転電機の冷却構造は、
前記噴流孔２０１ｄの軸心Ｃｄの向きを、前記内筒３１２の軸心Ｃｅに直交する方向に対して前記ロータ３２の正回転方向とは逆方向に傾けたことを特徴とする。
したがって、ロータ正回転時に、内側通路３１４の潤滑油が噴流孔２０１ｄから排出されやすくなり、噴流速度が増大して、冷却性能がより向上する。

（実施の形態３）
実施の形態３の回転電機の冷却構造は、図９に示すように、噴流孔３０１ｄ，３０２ｄを、内筒３１２において軸方向に離して設けた例である。
なお、本実施の形態３では、噴流孔３０１ｄを周方向に一定の間隔で設けた第１列３０１と、この第１列３０１から軸方向に離れた位置で、噴流孔３０２ｄを周方向に一定の間隔で設けた第２列３０２との２列設けた。
さらに、第１列３０１の噴流孔３０１ｄと、第２列３０２の噴流孔３０２ｄとは、周方向の位相をずらして配置した。

（実施の形態３の作用）
以上説明した実施の形態３の回転電機の冷却構造では、噴流孔３０１ｄ，３０２ｄを軸方向に離した複数個所に設けたため、軸方向の１個所に設けたものと比較して、潤滑油を軸方向に拡散させることができる。よって、発熱部位であるロータ３２を、より広範囲で冷却することができる。
よって、ロータ冷却性能が、さらに向上する。

加えて、実施の形態３では、軸方向に離した噴流孔３０１ｄを有する第１列３０１と、噴流孔３０２ｄを有する第２列３０２とは、各噴流孔３０１ｄ，３０２ｄの位相をずらして配置した。このため、両噴流孔３０１ｄ，３０２ｄの位相を一致させたものと比較して、潤滑油を、周方向にも確実に拡散できる。
したがって、潤滑油を軸方向および周方向に拡散して、潤滑油をより一層広範囲に、満遍なく行きわたらせることが可能になる。
よって、潤滑油の液膜切れが、より一層生じにくくなり、ロータ冷却性能を一層向上させることができる。

以上説明した実施の形態３の回転電機の冷却構造は、上記の１）〜３）の効果に加え、下記の効果を奏する。
3-1）実施の形態３の回転電機の冷却構造は、
前記噴流孔３０１ｄ，３０２ｄを、軸方向で前記ロータ３２と重なる範囲内で、軸方向に離れた複数箇所（２箇所）に設けたことを特徴とする。
したがって、噴流孔を軸方向の１箇所のみに設けた場合と比較して、潤滑油を、外側通路３１５に対して、軸方向でより広範囲に噴出させることができる。よって、ロータ発熱部位をより広範囲で冷却可能であり、冷却性能をより一層向上できる。

3-2）実施の形態３の回転電機の冷却構造は、
前記軸方向に離れた各箇所に設けた第１列３０１に設けた前記噴流孔３０１ｄと第２列３０２に設けた噴流孔３０２ｄとを、それぞれ、周方向に複数設けるとともに、異なる箇所の前記噴流孔３０１ｄと噴流孔３０２ｄとは周方向の位相をずらして配置したことを特徴とする。
したがって、噴流孔３０１ｄと噴流孔３０２ｄとで、潤滑油を、軸方向のみならず周方向にも異なる位置に噴出させることにより、さらに広範囲に潤滑油を噴出させることができる。よって、ロータ発熱部位を、さらに広範囲で冷却可能であり、冷却性能をより一層向上できる。

以上、本発明の回転電機の冷却構造を実施の形態に基づき説明してきたが、具体的な構成については、この実施の形態に限られるものではなく、特許請求の範囲の各請求項に係る発明の要旨を逸脱しない限り、設計の変更や追加等は許容される。

例えば、実施の形態では、冷媒として、潤滑油を示したが、これに限定されず、ロータ軸の冷却専用の液体から成る冷媒を用いてもよい。
また、実施の形態では、回転電機の冷却構造として、インホイールモータ形式の駆動ユニットに適用した例を示したが、この冷却構造は、冷媒を循環させてロータ軸を冷却するものであれば、産業用など車両用以外の回転電機にも適用可能である。また、車両用に適用する場合でも、インホイールモータ式に限定されず、ディファレンシャルを介して左右輪との間で回転を伝達する回転電機にも適用可能である。

また、実施の形態では、冷媒を供給する冷媒供給源として、掻き上げられる潤滑油を受け止めて重力を利用して供給する構造のものを示したが、これに限定されず、ポンプなどを用いて冷媒を圧送する構造としてもよい。この場合、減速機構を設けない構成としてもよい。

また、実施の形態では、内外連通口を、内筒の軸方向に開口した例を示したが、これに限定されず、内筒を径方向に貫通して形成してもよい。また、内外連通口は、軸方向、径方向のいずれに開口した場合でも、その数は、実施の形態にて示した「１」に限定されるものではなく、複数箇所に設けてもよい。

また、噴流孔および冷媒排出口の数も、実施の形態にて示した数に限定されるものではなく、少なくとも１個所有していればよく、複数設ける場合も、実施の形態にて示した４箇所に限定されるものではない。また、軸方向に離れた複数個所に設ける場合も、実施の形態では２か所に設けた例を示したが、３か所以上設けてもよい。

また、制限部は、内筒の軸方向の先端部に形成した例を示したが、その位置は、噴流孔よりも内外連通口側の位置であれば、これに限定されない。その場合、制限部は、実施の形態にて示したように、内径方向に突出した形状に限定されず、制限部よりも流入部側の内径を相対的に大径に形成し、内外連通口側の内径を相対的に小径に形成し、径差による段差により制限部を形成してもよい。
あるいは、制限部として、内筒とは別体の部材を内筒の内周に取り付けてもよい。
また、実施の形態では、冷媒流入口として、内筒の軸方向の一端に、軸方向に開口した冷媒流入口を示したが、これに限定されず、内筒の一端部に径方向に開口して設けてもよい。

１ ユニットケース
３ モータ（回転電機）
３１ ロータ軸
３２ ロータ
３１１ 外筒
３１１ａ 冷媒排出口
３１２ 内筒
３１２ｂ 冷媒流入口
３１２ｃ 内外連通口
３１２ｄ 噴流孔
３１２ｅ 制限用凸部（制限部）
３１４ 内側通路
３１５ 外側通路

Claims (6)

1. ロータと一体的に回転可能にケースに支持され、内筒と外筒との二重構造により前記内筒の内外に内側通路および外側通路を有したロータ軸と、
   前記内筒の軸方向の一端側に設けられた冷媒流入口、および、前記内筒の軸方向の他端側に設けられて前記内側通路を前記外側通路に連通した内外連通口と、
   前記外筒の前記一端側に設けられ、前記外側通路の冷媒を前記ロータ軸の外部に排出する冷媒排出口と、
   を備えた回転電機の冷却構造であって、
   前記内外連通口よりも前記冷媒流入口側の位置で前記内筒を貫通し、前記内側通路の冷媒を前記外側通路に供給する噴流孔を１以上設けるとともに、前記噴流孔よりも前記内外連通口側の位置に、前記内外連通口への冷媒の流れを制限する制限部を設けたことを特徴とする回転電機の冷却構造。
2. 請求項１に記載の回転電機の冷却構造において、
   前記噴流孔の流路断面積を、前記冷媒排出口の流路断面積よりも小さく形成したことを特徴とする回転電機の冷却構造。
3. 請求項１または請求項２に記載の回転電機の冷却構造において、
   前記噴流孔の流路断面積を、前記外側通路の流路断面積および前記内外連通口の流路断面積よりも小さく形成したことを特徴とする回転電機の冷却構造。
4. 請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の回転電機の冷却構造において、
   前記噴流孔の軸心の向きを、前記内筒軸心に直交する方向に対して前記ロータの正回転方向とは逆方向に傾けたことを特徴とする回転電機の冷却構造。
5. 請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の回転電機の冷却構造において、
   前記噴流孔を、軸方向で前記ロータと重なる範囲内で、軸方向に離れた複数箇所に設けたことを特徴とする回転電機の冷却構造。
6. 請求項５に記載の回転電機の冷却構造において、
   前記軸方向に離れた前記複数箇所では、それぞれ、前記噴流孔を周方向に複数設けるとともに、異なる箇所の前記噴流孔同士で周方向の位相をずらして配置したことを特徴とする回転電機の冷却構造。