JP6880348B1

JP6880348B1 - 回転電機

Info

Publication number: JP6880348B1
Application number: JP2021505999A
Authority: JP
Inventors: 祐太朗北川
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2020-07-31
Filing date: 2020-07-31
Publication date: 2021-06-02
Anticipated expiration: 2040-07-31
Also published as: DE112020007467T5; JPWO2022024365A1; CN116114151A; US20230261550A1; WO2022024365A1

Abstract

回転軸（１２）と、回転子鉄心（１１）とを有する回転子（１０）と、固定子鉄心（３１）と、固定子巻線（３２）とを有する固定子（３０）と、軸受（２０）と、固定子鉄心（３１）に固定され、軸受（２０）に接続され、回転子（１０）および固定子（３０）を収容する筐体（４０）と、筐体（４０）に接続される静電シールド（５１）と、を備え、静電シールド（５１）は、固定子（３０）が配置される空間と回転子（１０）が配置される空間とを連通させる複数の開口孔（５１ａ）を有する。

Description

本開示は、インバータを含む電力変換回路によって駆動される回転電機に関する。

インバータを含む電力変換回路で駆動される回転電機においては、インバータに含まれる半導体素子のスイッチング動作に起因して軸受の電食が発生する。このような電食は軸受の摩耗、損傷を引き起こし、回転電機の信頼性を低下させる。

このため、従来の回転電機では、電食を低減するために、静電シールドを用いて回転電機の内部の浮遊容量分布を調整することで、軸受に発生する軸電圧を低減している。例えば、特許文献１では、非磁性体かつ金属導体である静電遮蔽材を固定子のスロットの開口部を塞ぐように配置することによって軸電圧を低減している。

特開２０００−２７０５０７号公報

しかしながら、特許文献１では、静電遮蔽材によって回転子と固定子とを空間的に分断するため、回転子および固定子で発生した熱が狭い空間に滞留する課題がある。これにより、たとえば回転子側では、回転子に埋め込まれた永久磁石の減磁が発生し、回転電機の性能が低下する。また固定子側では、固定子巻線の温度上昇により絶縁被膜の劣化、すなわち絶縁性能が低下してしまう。

本開示は、上記に鑑みてなされたものであって、軸電圧を低減しかつ冷却性能も確保できる回転電機を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本開示の回転電機は、回転軸と、複数の磁石が埋設され、回転軸が固着された回転子鉄心とを有する回転子と、回転子鉄心に対向して配置された固定子鉄心と、固定子鉄心に巻回された固定子巻線とを有する固定子と、回転軸を支持する一対の第１の軸受および第２の軸受と、固定子鉄心に固定され、第１の軸受および第２の軸受に接続され、回転子および固定子を収容する筐体と、筐体に接続される静電シールドと、を備える。筐体は、固定子鉄心に固定される円筒形状のハウジングと、ハウジングの一端と第１の軸受とを接続する第１のブラケットと、ハウジングの一端と第２の軸受とを接続する第２のブラケットと、を有し、静電シールドは、第１の静電シールドおよび第２の静電シールドを有し、第１の静電シールドの一端が第１のブラケットに接続され、第１の静電シールドの他端が固定子鉄心に接続され、第２の静電シールドの一端が第２のブラケットに接続され、第２の静電シールドの他端が固定子鉄心に接続される。第１の静電シールドおよび第２の静電シールドは、固定子が配置される空間と回転子が配置される空間とを連通させる複数の開口孔を有する。

本開示の回転電機によれば、軸電圧を低減し、かつ冷却性能も確保できるという効果を奏する。

実施の形態１に係る回転電機の回転軸に平行な断面図実施の形態１に係る回転電機の回転軸に垂直な断面図実施の形態１に係る回転電機の周辺回路の構成を示す図実施の形態１に係る回転電機における軸電圧の発生原理を示す等価回路図実施の形態１に係る回転電機における軸電圧の時間波形を示す図比較例の回転電機を示す図実施の形態１に係る回転電機における静電シールドの周方向の配置例を示す拡大断面図実施の形態１に係る回転電機における静電シールドの周方向の他の配置例を示す拡大断面図実施の形態１に係る回転電機における静電シールドの軸方向の配置例を示す拡大断面図実施の形態２に係る回転電機の回転軸に平行な断面図実施の形態２に係る回転電機の回転軸に垂直な断面図実施の形態３に係る回転電機の回転軸に平行な断面図実施の形態４に係る回転電機の回転軸に平行な断面図

以下、実施の形態にかかる回転電機を図面に基づいて詳細に説明する。

実施の形態１．
実施の形態１に係る回転電機であるモータ１００の構成について、図１および図２を用いて説明する。図１は実施の形態１に係るモータ１００の回転軸に平行な面で切り取った断面図である。図２は実施の形態１に係るモータ１００の回転軸に垂直な面で切り取った断面図である。

図１および図２において、モータ１００は、いわゆるブラシレスモータの構成をとる。モータ１００は、回転子１０と、軸受２０と、固定子３０と、筐体４０と、静電シールド５１を有する。静電シールド５１は、複数の開口孔５１ａを有する。静電シールド５１については、後で詳述する。

回転子１０は、回転子鉄心１１と、回転軸１２と、複数の永久磁石１３とを有する。回転子鉄心１１の中央には、回転軸１２を挿入するための空孔が形成されており、回転軸１２が空孔と同芯に固着される。回転子鉄心１１と、回転軸１２とは電気的に導通している。回転軸１２は、その負荷接続側と負荷非接続側のそれぞれを一対の軸受２０に保持されており、回転軸１２はハウジング４１に対して、回転可能となっている。一対の軸受２０が、第１の軸受および第２の軸受に対応する。軸受２０は、内輪２１ａ、複数の剛体球２１ｂ、外輪２１ｃを有し、外輪２１ｃがハウジング４１に固定され、内輪２１ａが回転軸１２に固定される。回転子鉄心１１の内部には、複数の永久磁石１３が埋め込まれている。回転子鉄心１１は、たとえば、電磁鋼板の薄板を回転軸方向に積層して、一体形成することで得られる。

固定子３０は、固定子鉄心３１と、固定子巻線３２から構成される。固定子鉄心３１は、円環状のコアバック部３３と、コアバック部３３の内周から径方向に向けて延びたティース部３４と、ティース部３４の先端から周方向に突出する鍔部３５を備える。径方向とは、回転軸１２を原点とし回転軸１２に直交して放射状に向かう方向を指し、周方向とは回転軸１２を原点とする同心円の円周上の方向を指している。固定子鉄心３１は、例えば、電磁鋼板の薄板を回転軸方向に積層して、一体化することで得られる。固定子巻線３２はティース部３４に巻回され、スロット部３６に収納される。固定子巻線３２のうち、固定子鉄心３１の最外層から突出した部位をコイルエンド部と称する。固定子巻線３２の巻回方式としては、固定子巻線３２が各々のティース部３４に巻回される集中巻と呼ばれる巻回方式と、複数のティース部３４にまたがって巻回される分布巻と呼ばれる巻回方式がある。いずれの巻回方式であっても、後述する実施の形態の効果は同様に得られる。

筐体４０はハウジング４１、ブラケット４２ａ，４２ｂから構成される。ブラケット４２ａ，４２ｂが、第１のブラケットおよび第２のブラケットに対応する。ハウジング４１は円筒形状を有しており、ハウジング４１の内周面と固定子鉄心３１のコアバック部３３の外周面とが向き合う形で、互いに一体に固定される。ハウジング４１と固定子鉄心３１のコアバック部３３とは、電気的に導通している。ハウジング４１の両端、すなわち負荷接続側と負荷非接続側の各開口部にはそれぞれブラケット４２ａ，４２ｂがボルト等で締結される。またブラケット４２ａ，４２ｂは軸受２０の外輪２１ｃに固定されている。これら一体化したハウジング４１、ブラケット４２ａ，４２ｂは、モータ１００の筐体４０として、その内部に回転子１０と、軸受２０と、固定子３０を収容する。

次に、図３を用いて、実施の形態１に係るモータ１００を駆動する周辺回路の構成を説明する。図３はモータ１００の周辺回路の構成を示す図である。周辺回路は、インバータ部８０と、電源部９０と、それらを繋ぐ配線を有する。

電源部９０は、モータ１００を駆動するのに必要な電力を供給する直流電源である。直流電源として、たとえばリチウムイオンバッテリ、ニッケル水素電池、鉛蓄電池を用いることができる。

インバータ部８０は、第１ノイズフィルタ部８２と、第１電力変換回路部８３、第２ノイズフィルタ部８４と、第２電力変換回路部８５が縦列接続された構成を有する。

第１電力変換回路部８３は半導体スイッチング素子を含む。第１電力変換回路部８３は、第１ノイズフィルタ部８２を介して電源部９０から供給された電圧を、半導体スイッチング素子のオン時間とオフ時間の比を調整することによって電源部９０から供給される直流電圧を他の電圧の直流電圧に昇圧または降圧する。第１電力変換回路部８３は、いわゆるコンバータ回路として機能する。

第２電力変換回路部８５は、第２ノイズフィルタ部８４を介して、第１電力変換回路部８３と接続される。第２電力変換回路部８５は、半導体スイッチング素子を有する。第２電力変換回路部８５は、第１電力変換回路部８３から出力された直流電圧を入力とし、スイッチング素子のオン時間とオフ時間の比を調整することによってモータ１００の駆動に必要な３相交流電流を出力する。第２電力変換回路部８５は、いわゆるインバータ回路として機能する。

第１電力変換回路部８３および第２電力変換回路部８５に含まれるスイッチング素子は、例えば、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）等を用いることができる。

第１ノイズフィルタ部８２は、電源部９０と第１電力変換回路部８３との間に設けられ、第１電力変換回路部８３の半導体スイッチング素子のスイッチング動作によって発生した高周波ノイズを電源部９０側に漏洩させないために設けられている。第２ノイズフィルタ部８４は、第１電力変換回路部８３と第２電力変換回路部８５との間に設けられ、第２電力変換回路部８５の半導体スイッチング素子のスイッチング動作によって発生した高周波ノイズを電源部９０側に漏洩させないために設けられている。

第１ノイズフィルタ部８２および第２ノイズフィルタ部８４は、インダクタおよびキャパシタを含んでいる。インダクタは直流電力線のうち、電源部９０の正極側に直列に挿入される。インダクタとしては、例えば、フェライト等の磁性体コアに導線を巻回したコイルを用いることができる。キャパシタは直流電源線の正極側と負極側に並列に挿入される、いわゆるＸコンデンサと、正極側電源線とグランドＧＮＤとの間、負極側電源線とグランドＧＮＤとの間に並列に挿入される、いわゆるＹコンデンサとを有する。第１ノイズフィルタ部８２および第２ノイズフィルタ部８４のグランドＧＮＤとはインバータ部８０の筐体を指す。

第１ノイズフィルタ部８２、第１電力変換回路部８３、第２ノイズフィルタ部８４、第２電力変換回路部８５は同じ電子基板上に実装されてもよいし、あるいは独立した電子基板に実装されてもよい。

インバータ部８０の筐体は、導電性を有する金属からなり、外部からの電磁波の侵入を防ぐとともに、第１電力変換回路部８３および第２電力変換回路部８５から発生した電磁波が外部に漏洩するのを防ぐ電磁ノイズシールドとしても機能する。インバータ部８０の筐体は、例えば、アルミニウム等の導電性の金属によって形成される。

電源部９０の負極側、インバータ部８０の筐体、およびモータ１００のハウジング４１は、同一のリファレンス導体に接地される。

なお、本実施の形態では、電源部９０に直流電源を用いた構成を示したが、電源部９０は、直流電源である必要はなく、交流電源を用いてもよい。この場合、第１電力変換回路部８３は、交流電圧を入力とし、異なる電圧の直流電圧に変換する回路で置き換えれば良い。

次に、静電シールド５１の構成を、図１、図２を用いて説明する。静電シールド５１は、回転軸１２と同芯の円筒形状を有する。静電シールド５１の材質としては非磁性かつ電気伝導率の高い金属が望ましく、例えば、アルミニウム合金、または銅等で構成される。

静電シールド５１は、回転子鉄心１１の外周面と固定子鉄心３１の内周面との間に形成される空隙に配置される。静電シールド５１の一端は負荷接続側のブラケット４２ａに電気的に接続され、もう一端も同様に負荷非接続側のブラケット４２ｂに電気的に接続される。静電シールド５１はネジ等でブラケット４２ａ，４２ｂに締結してもよく、あるいはブラケット４２ａ，４２ｂと一体成型することでブラケット４２ａ，４２ｂに対する位置決め手順を省略することが可能である。その場合、静電シールド５１の材質は、ブラケット４２ａ，４２ｂと同じ材質で構成されることになる。またブラケット４２ａ，４２ｂとハウジング４１は電気的に導通していることから、静電シールド５１の一端の接続先はハウジング４１としてもよい。静電シールド５１は、回転子鉄心１１の外周面と固定子鉄心３１の内周面との間に形成される空隙に配置されるのであれば、固定子鉄心３１の一部に接してもよいし、固定子鉄心３１に対し間隔をあけてもよい。

静電シールド５１には、回転子１０側と固定子３０側とを貫通する開口孔５１ａが複数設けられており、冷媒が回転子１０側と固定子３０側を自由に流通できる構成となっている。別言すれば、複数の開口孔５１ａは、固定子３０が配置される空間と回転子１０が配置される空間とを連通させる。

図２、図７を用いて、開口孔５１ａの周方向の配置の一例について説明する。図７は、静電シールド５１の周方向の配置例を示す拡大断面図である。図２、図７に示すように、開口孔５１ａは固定子鉄心３１のティース部３４に対向するように配置される。開口孔５１ａの数に関しては、ティース部３４と同数だけ配置してもよく、あるいは一部の特定のティース部３４に対向するように配置してもよい。

次に、実施の形態１に係るモータ１００の作用について説明する。まず、モータ１００の回転子１０が回転する原理について説明する。

電源部９０から供給された直流電圧は、インバータ部８０において電力変換され、規定の或る電圧に昇圧または降圧され、直流から或る周波数を有する三相交流に変換される。インバータ部８０は三相動力線を通じて、モータ１００の固定子巻線３２に三相交流電流を供給する。固定子巻線３２に流れる三相交流電流によって各ティース部３４に誘導された磁束はコアバック部３３を介して１つの磁気回路を形成し、回転磁界を発生させる。固定子巻線３２に三相交流電流が流れて、上記の原理によって回転磁界が発生すると、回転磁界によって誘起される電磁力によって回転子鉄心１１に装着された永久磁石１３が電磁力を受け、回転子鉄心１１が回転する。回転子鉄心１１は、固定子鉄心３１の内周側の各鍔部３５によって囲まれた空間に回転自在に配設されており、回転子鉄心１１と回転軸１２は互いに固着している。このため、回転子鉄心１１の回転による駆動力は、回転軸１２に負荷を接続することで、モータ１００の外部に取り出すことができる。このとき、回転軸１２と負荷の間に回転比を変換するギアを介してもよい。

次に、インバータ部８０によって駆動されるモータ１００において、軸電圧が発生する原理を図４を用いて説明する。図４はモータ１００における軸電圧の発生原理を示す等価回路図である。ここで、軸電圧を、筐体４０の電位を基準として測定した回転軸１２の電位と定義する。図４において、Ｇ点は筐体４０の電位を表し、Ｎ点は固定子巻線３２の中性点電位を表し、Ｓ点は回転軸１２の電位を表す。ここでＮ点とＧ点との間の電位差Ｖ１は、モータ１００の中性点電圧を表し、Ｓ点とＧ点との間の電位差Ｖ２はモータ１００の軸電圧を表す。またＣ１は固定子巻線３２と回転子１０との間の浮遊容量を表し、Ｃ２は回転子１０と筐体４０との間の浮遊容量を表している。

モータ１００を駆動するために第２電力変換回路部８５に含まれる半導体スイッチング素子群はＰＷＭ制御に基づきキャリア周波数ｆｃでスイッチング動作をおこなう。このとき中性点電圧Ｖ１の大きさもキャリア周波数ｆｃの周期で階段状に時間変動する。

筐体４０と固定子巻線３２との間に発生した中性点電圧Ｖ１の変動が、モータ１００の内部に分布する浮遊容量Ｃ１と浮遊容量Ｃ２によって分圧されることで、回転軸１２には筐体４０に対して有限の電位差、すなわち軸電圧が誘起される。

浮遊容量Ｃの周波数ｆにおけるインピーダンスＺは次式（１）のように表せる。
Ｚ（Ｃ）＝１／（２πｆＣ）・・・（１）
したがって、軸電圧Ｖ２は次式（２）で表される。
Ｖ２＝｛Ｚ（Ｃ２）／（Ｚ（Ｃ１）＋Ｚ（Ｃ２））｝×Ｖ１
＝｛Ｃ１／（Ｃ１＋Ｃ２）｝×Ｖ１・・・（２）

次に固定子巻線３２と回転子１０の間の静電遮蔽の作用について説明する。静電遮蔽がおこなわれない場合には、軸受２０の内輪２１ａと外輪２１ｃとの間に軸電圧Ｖ２が印加される。軸電圧Ｖ２が剛体球２１ｂに塗布された潤滑油の絶縁破壊電圧値を超えると、内輪２１ａと外輪２１ｃとの間に突入電流が流れ、電食と呼ばれる軸受の摩耗および損傷が発生することになる。これらはモータの信頼性を著しく低下させ、電食による損傷が著しい場合には、軸受の交換が必要となる。このような軸電圧の発生を低減するには、式（２）によれば、Ｃ１とＣ２の容量比を調整すればよく、特にＣ１の大きさをＣ２に対して十分小さくすることで、軸電圧Ｖ２の発生量を抑制できることがわかる。

Ｃ１は固定子巻線３２と回転子１０との間の浮遊容量であるから、Ｃ１の大きさを小さくするには、固定子巻線３２と回転子１０との間を静電遮蔽すればよい。

さらに、モータ１００の筐体４０の内部の発熱にともなう温度上昇によるモータ１００の性能劣化について説明する。モータ１００の高出力化、または筐体４０の小型化をすることは、産業上重要であるが、これらは筐体４０の内部の温度上昇をともなう。その結果、回転子鉄心１１に埋め込まれた永久磁石１３の温度が上昇し、永久磁石１３の保持力が減少し、モータ１００の性能が大きく劣化する。また、固定子巻線３２の絶縁被膜は温度上昇により絶縁性能が劣化する。いずれの場合も温度上昇によりモータ１００の信頼性の低下をもたらし、モータ１００の性能が大きく制限されることになる。

以上より、信頼性が高く、高出力化、小型化に対応したモータを得るためには、軸電圧による電食の発生を抑制しつつ、筐体内部の温度上昇を抑制する必要がある。

次に、静電シールド５１の効果について説明する。図４および式（２）を参照して説明したように、軸電圧Ｖ２は固定子巻線３２に生じる中性点電圧Ｖ１が、筐体４０の内部の浮遊容量分布に応じて回転軸１２に分圧され生じる電圧であり、固定子巻線３２と回転子１０との間を静電遮蔽することで軸電圧Ｖ２の抑制が可能である。

前述したように、静電シールド５１は円筒形状を有し、図１に示すように回転子鉄心１１と固定子鉄心３１との間の空隙に配置される。また静電シールド５１の両端は、ブラケット４２ａ，４２ｂにそれぞれ電気的に接続される。静電シールド５１は筐体４０と同電位の導体となることから、固定子巻線３２と回転子１０との間の容量結合を遮蔽する、すなわち静電遮蔽の効果を有する。これにより、固定子巻線３２と回転子１０との間に生じる浮遊容量Ｃ１を浮遊容量Ｃ２に対して、相対的に小さくすることができ、その結果、式（２）によって回転軸に分圧される軸電圧Ｖ２を低減することができる。

図５は、静電シールド５１のシールド効果を検証するための軸電圧の時間波形の実測結果が示す図である。符号Ｓ１で示す線が静電シールドがない状態を示し、符号Ｓ２で示す線が静電シールド５１がある状態を示している。図５では、筐体４０を基準電位とし、回転軸１２の電位を、軸電圧として表示している。図５から判るように、静電シールド５１を設けることで観測される軸電圧を低減することができる。

次に実施の形態１において、静電シールド５１が開口孔５１ａを備えることによる冷却の効果を、比較例の構成と対比して説明する。図６は、比較例のモータ２００を示す図である。図６に示すように、比較例のモータ２００は、回転子鉄心２１１と回転軸２１２とを有する回転子２１０と、固定子鉄心２３１と固定子巻線２３２とを有する固定子２３０と、開口孔を持たない静電シールド２５３とを備える。静電シールド２５３においては、軸電圧低減を目的として、固定子２３０と回転子２１０との間を導電部材を隔壁として静電遮蔽をおこなっていた。しかしながら、そのような構成においては、固定子２３０と回転子２１０とを空間的に分断するため、固定子２３０および回転子２１０で発生した熱は、それぞれの空間に滞留し、温度勾配は導体壁の熱交換の効率によって制限される。その結果、たとえば回転子２１０側では温度上昇により、回転子２１０に埋め込まれた永久磁石の減磁が発生し、モータ２００の性能を損なうことになる。また固定子２３０側においても温度上昇により、固定子巻線２３２の絶縁被覆の劣化をもたらし、絶縁性能の劣化、ひいてはモータ２００の信頼性の低下をもたらすことになる。

一方、実施の形態１にかかるモータ１００が備える静電シールド５１は、円筒形状の壁体に開口孔５１ａを備えている。この開口孔５１ａは静電シールド５１の内周面と外周面を貫通しており、冷媒が回転子１０側と固定子３０側との間で自在に通流可能となっている。これにより導体壁を介した熱交換に加えて、冷媒による熱交換が実現し、回転子１０と固定子３０とを効率的に冷却することが可能になる。モータ１００の構成における冷媒としては空気を用いた空冷が可能である。

図７は、モータ１００における静電シールド５１の周方向の配置例を示す拡大断面図である。図７に示すように、開口孔５１ａが周方向に関して固定子３０のティース部３４に対向するように配置されることで、冷媒をティース部３４に選択的に導くことが可能である。これにより、より直接的にティース部３４と固定子巻線３２のうちコイルエンド部を冷却することが可能である。

図８は、モータ１００における静電シールド５１の周方向の他の配置例を示す拡大断面図である。周方向の別の配置として、図８に示すように、開口孔５１ａを固定子３０のスロット部３６に対向するように配置することで、冷媒をスロット部３６に選択的に導くことが可能である。これにより、より直接的にスロット部３６と固定子巻線３２のうちスロット部３６に収容されている箇所を冷却することが可能である。

図９は、モータ１００における静電シールド５１の軸方向の配置例を示す拡大断面図であり、静電シールド５１の開口孔５１ａと固定子３０との軸方向の位置関係を示す図である。静電シールド５１の開口孔５１ａは、軸方向に沿って複数個、間欠的に設けられているが、一部の開口孔５１ａが、図９に示すように、固定子巻線３２のコイルエンド部に対向するように配置されることで、冷媒をコイルエンド部に選択的に導くことが可能である。これにより、より直接的にコイルエンド部を冷却することが可能である。

以上に示した開口孔５１ａの形状は矩形形状でも楕円形状でもよい。また開口孔５１ａの回転子１０側の開口面積と固定子３０側の開口面積とが異なっていてもよい。すなわち開口孔５１ａにおける径方向の断面形状は一様でなくてもよく、周方向の断面形状についても同様である。

以上説明したように、実施の形態１によれば、静電シールド５１が開口孔５１ａを有しているため、軸電圧を低減しつつ、回転子１０と固定子３０の冷却が可能なモータ１００を得ることができる。

実施の形態２．
実施の形態２に係るモータ３００の構成について、図１０および図１１を用いて説明する。図１０は実施の形態２に係るモータ３００の回転軸に平行な面で切り取った断面図である。図１１は実施の形態２に係るモータ３００の回転軸に垂直な面で切り取った断面図である。

実施の形態２では、静電シールド５２は、固定子鉄心３１と回転子１０との間の空間を隔絶していない。静電シールド５２は、第１の静電シールド５２ｃと、第２の静電シールド５２ｄによって構成されている。第１の静電シールド５２ｃは、固定子鉄心３１の最外層とブラケット４２ａとを接続するように配設される。第２の静電シールド５２ｄは、固定子鉄心３１の最外層とブラケット４２ｂとを接続するように配設される。第１の静電シールド５２ｃと第２の静電シールド５２ｄは、回転子１０側と固定子３０側とを連通する複数の開口孔５２ａを有する。開口孔５２ａの周方向の配置位置としては、図７および図８に示した位置のうちのいずれを採用してもよい。開口孔５２ａの軸方向の配置位置としては、図９に示した位置を採用してもよい。ブラケット４２ａ，４２ｂとハウジング４１は電気的に導通していることから、第１の静電シールド５２ｃ、第２の静電シールド５２ｄの一端の接続先をハウジング４１にしてもよい。

このような実施の形態２においては、静電シールド５２は筐体４０と同電位の導体となるので、固定子巻線３２のうちコイルエンド部と回転子１０の間の容量結合を遮蔽する。これにより固定子巻線３２と回転子１０との間に生じる浮遊容量Ｃ１を浮遊容量Ｃ２に対して、相対的に小さくすることができ、その結果、式（２）よって回転軸に分圧される軸電圧Ｖ２を低減することができる。

また実施の形態２においては、固定子鉄心３１は回転子１０側の空間と隔絶されていないので、冷却の観点から有利な構成となる。

固定子鉄心３１の最外層のうち、第１の静電シールド５２ｃ、第２の静電シールド５２ｄと接続される箇所については、固定子鉄心３１の絶縁被覆を一部除去し、第１の静電シールド５２ｃ、第２の静電シールド５２ｄと電気的に接触できるようにすることで、より効果的な静電遮蔽効果が得られる。

なお、第１の静電シールド５２ｃ、第２の静電シールド５２ｄは、必ずしも固定子鉄心３１の最外層に固着される必要はなく、開口孔５２ａと同程度の凹部を設け、固定子鉄心３１の内層に固着してもよい。あるいは導電性ガスケットのような伸縮性のある部材で、第２の静電シールド５２ｄを固定子鉄心３１に接触させてもよい。これらはモータ３００の振動にともなう、静電シールド５２への衝撃を緩衝する効果がある。また製造公差、組み立て時の公差を吸収することで、モータ３００の組み立て性を向上させる効果がある。

以上説明したように、実施の形態２によれば、固定子鉄心３１は回転子１０側の空間と隔絶されていないので、実施の形態１よりも冷却の観点から有利な構成となる。

実施の形態３．
実施の形態３に係るモータ４００の構成について、図１２を用いて説明する。図１２は実施の形態３に係るモータ４００の回転軸に平行な面で切り取った断面図である。

モータ４００は、実施の形態１にかかるモータ１００の構成に加えて、更に冷媒路７１〜７７、ポンプ６１、および熱交換器６２を備える。

回転子１０および固定子３０を冷却するための冷媒が通過する経路すなわち冷媒路に関する部分について説明する。回転子１０は、冷媒路７１，７２，７３，７４を備える。冷媒路７１は回転軸１２の負荷非接続側に設けられ、回転軸１２の軸長方向に伸長した空孔であり、負荷非接続側は冷媒供給孔としての開口となっている。冷媒路７２は冷媒路７１と連通し、回転子鉄心１１の周方向に放射状に伸長した空孔である。冷媒路７３は冷媒路７２と連通し、回転子鉄心１１の軸長方向に伸長した空孔である。冷媒路７４は冷媒路７３と連通し、回転子鉄心１１の周方向に放射状に伸長した空孔であり、回転子鉄心１１の外周部に開口をもつ。冷媒路７４は、回転子鉄心１１内の軸方向についての複数の個所に設けられている。これら冷媒路７１，７２，７３，７４は互いに連通し、回転軸１２の負荷非接続側に設けられた開口から、回転子鉄心１１の外周部の開口までの冷媒路を形成する。

筐体４０は冷媒路７５，７６を備える。冷媒路７５はハウジング４１に設けられた空孔で、負荷接続側のコイルエンド部と、負荷非接続側のコイルエンド部の近くにそれぞれ開口を有する。冷媒路７６は負荷非接続側のブラケット４２ｂに設けられた冷媒排出孔としての空孔である。

モータ４００の外部には、冷媒路７７としての配管７７ａ，７７ｂ，７７ｃと、ポンプ６１と、熱交換器６２を備える。配管７７ａは冷媒路７６と連通し、熱交換器６２と接続される。配管７７ｂは熱交換器６２とポンプ６１とを接続する。配管７７ｃはポンプに接続され、冷媒路７１と連通する。

実施の形態３に係るモータ４００の作用について説明する。ポンプ６１によって駆動された冷媒は配管７７ｃを通り、冷媒供給孔を有する冷媒路７１に冷媒が供給される。冷媒は互いに連通した冷媒路７１，７２，７３，７４を通る。冷媒は回転子鉄心１１に設けられた開口から固定子３０に向けてポンプの駆動力に加えて、回転子１０の回転による遠心力で、静電シールド５１に向けて噴霧される。冷媒は、静電シールド５１に設けられた開口孔５１ａを通ることで、固定子鉄心３１と固定子巻線３２へと導かれる。固定子３０から滴下した冷媒は再び開口孔５１ａを通り、最終的に冷媒路７５を介して冷媒路７６に設けられた冷媒排出口から筐体４０の外部へと排出される。排出された冷媒は配管７７ａを通り、熱交換器６２に送り込まれる。熱交換器６２では筐体４０の内部で温度上昇した冷媒の熱を下げて、冷却された冷媒を配管７７ｂを通じて、ポンプ６１に再び供給する。

次に、実施の形態３に係るモータ４００の効果について説明する。冷媒が回転子１０に設けられた冷媒路７１，７２，７３，７４を通る過程において、冷媒と回転子鉄心１１および永久磁石１３とが熱交換をおこなう。これにより回転子鉄心１１、永久磁石１３が有する熱を冷媒が奪うことで、回転子鉄心１１、永久磁石１３の温度上昇を抑制することができる。特に静電シールド５１が開口孔５１ａを有することで、冷媒を固定子３０側へと通流することが可能になる。これにより、冷媒と固定子巻線３２とが熱交換を行い、固定子巻線３２の熱を冷媒が奪うことで固定子巻線３２の温度上昇を抑制することができる。冷媒が奪った熱は熱交換器６２においてモータ４００の外部に排出されるため、本実施の形態のモータ４００では、軸電圧を低減しつつ、回転子１０と固定子３０の温度上昇を冷媒を用いて効率的に抑制することが可能である。冷媒としては、たとえば絶縁油、または空気を用いることができる。

開口孔５１ａの周方向の配置として、図７に示すようにティース部３４に対向するように開口孔５１ａを設けることで、冷媒をティース部３４に選択的に導くことが可能である。これにより、より直接的にティース部３４と固定子巻線３２のうちコイルエンド部を冷却することが可能である。

また開口孔５１ａの周方向の別の配置として、図８に示すようにスロット部３６に対向するように開口孔５１ａを設けることで、冷媒をスロット部３６に選択的に導くことが可能である。これにより、より直接的にスロット部３６と固定子巻線３２のうちスロット部３６に収容されている箇所を冷却することが可能である。

また開口孔５１ａの軸方向の配置として、図９に示すようにコイルエンド部に対向するように開口を設けることで、冷媒をコイルエンド部に選択的に導くことが可能である。これにより、より直接的にコイルエンド部を冷却することが可能である。

以上説明したように、実施の形態３によれば、モータ４００がその内部に冷媒を循環させる冷媒路７１〜７７を有し、静電シールド５１が備える開口孔５１ａが冷媒路の一部を形成することで、軸電圧を低減しつつ、回転子１０と固定子３０の効率的な冷却が可能なモータ４００を得ることができる。

実施の形態４．
実施の形態４に係るモータ５００の構成について、図１３を用いて説明する。図１３は実施の形態４に係るモータ５００の回転軸に平行な面で切り取った断面図である。モータ５００は、実施の形態２にかかるモータ３００の構成に加えて、更に冷媒路７１〜７７と、ポンプ６１と、熱交換器６２を備える。

こうした構成をとることで、固定子鉄心３１を冷媒で直接冷却することが可能になる。これにより、より効率的な冷却性能を実現可能である。一方で、コイルエンド部は静電シールド５２で静電遮蔽されていることから、軸電圧も低減可能である。

以上説明したように、実施の形態４によれば、モータ５００がその内部に冷媒を循環させる冷媒路７１〜７７を有し、静電シールド５２が備える開口孔５２ａが冷媒路の一部を形成することで、軸電圧を低減しつつ、回転子１０と固定子３０の効率的な冷却が可能なモータ５００を得ることができる。

以上の実施の形態に示した構成は、本開示の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本開示の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

１０回転子、１１回転子鉄心、１２回転軸、１３永久磁石、２０軸受、３０固定子、３１固定子鉄心、３２固定子巻線、３３コアバック部、３４ティース部、３５鍔部、３６スロット部、４０筐体、４１ハウジング、４２ａ，４２ｂブラケット、５１，５２静電シールド、５１ａ，５２ａ開口孔、６１ポンプ、６２熱交換器、７１〜７７冷媒路、８０インバータ部、８２第１ノイズフィルタ部、８３第１電力変換回路部、８４第２ノイズフィルタ部、８５第２電力変換回路部、９０電源部、１００，２００，３００，４００，５００モータ。

Claims

回転軸と、複数の磁石が埋設され、前記回転軸が固着された回転子鉄心とを有する回転子と、
前記回転子鉄心に対向して配置された固定子鉄心と、前記固定子鉄心に巻回された固定子巻線とを有する固定子と、
前記回転軸を支持する一対の第１の軸受および第２の軸受と、
前記固定子鉄心に固定され、前記第１の軸受および前記第２の軸受に接続され、前記回転子および固定子を収容する筐体と、
前記筐体に接続される静電シールドと、
を備え、
前記筐体は、前記固定子鉄心に固定される円筒形状のハウジングと、前記ハウジングの一端と前記第１の軸受とを接続する第１のブラケットと、前記ハウジングの一端と前記第２の軸受とを接続する第２のブラケットと、を有し、
前記静電シールドは、第１の静電シールドおよび第２の静電シールドを有し、
前記第１の静電シールドの一端が前記第１のブラケットに接続され、前記第１の静電シールドの他端が前記固定子鉄心に接続され、
前記第２の静電シールドの一端が前記第２のブラケットに接続され、前記第２の静電シールドの他端が前記固定子鉄心に接続され、
前記第１の静電シールドおよび前記第２の静電シールドは、前記固定子が配置される空間と前記回転子が配置される空間とを連通させる複数の開口孔を有することを特徴とする回転電機。
前記複数の開口孔は、前記回転子の周方向に関して、前記固定子のティース部に対向して配置されることを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
前記複数の開口孔は、前記回転子の周方向に関して、前記固定子のスロット部に対向して配置されることを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
前記複数の開口孔は、前記回転軸の軸方向に関して、前記固定子の前記固定子巻線のコイルエンド部に対向して配置されることを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
前記回転軸は冷媒が流通する第１の冷媒路を有し、前記回転子は前記冷媒が流通する第２の冷媒路を備え、
前記第１の冷媒路、前記第２の冷媒路、および前記開口孔を介して、前記固定子巻線に向けて冷媒が流通可能であることを特徴とする請求項１から請求項４の何れか一つに記載の回転電機。