JP7367087B2

JP7367087B2 - 回転電機

Info

Publication number: JP7367087B2
Application number: JP2022008959A
Authority: JP
Inventors: 康宏河村; 行博脇畑; 宏樹田中; 紘士朗馬場
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2022-01-24
Filing date: 2022-01-24
Publication date: 2023-10-23
Anticipated expiration: 2042-01-24
Also published as: CN116488384A; US20230238852A1; JP2023107665A

Description

本発明は、回転電機に関する。

近年、地球の気候変動に対する具体的な対策として、低炭素社会又は脱炭素社会の実現に向けた取り組みが活発化している。車両等の移動体においても、ＣＯ２排出量の削減やエネルギー効率の改善が強く要求され、駆動源の電動化が急速に進んでいる。具体的には、電気自動車（Electrical Vehicle）あるいはハイブリッド電気自動車（Hybrid Electrical Vehicle）といった、車両の駆動源としての電動機と、この電動機に電力を供給可能な二次電池としてのバッテリと、を備える車両の開発が進められている。

電動機、発電機等の回転電機では、回転電機の回転に伴って軸電流が発生する場合がある。特に、高回転、高出力の回転電機では、軸電流の影響を受けやすい。例えば、特許文献１に記載の回転電機では、軸電流によるベアリングの電蝕を抑制するため、フレーム（ケース）の側板を外側側板と内側側板とに２分割し、その間に絶縁物を挟むことが記載されている。

特開平０４－１５６２４６号公報

しかしながら、特許文献１に記載の軸電流対策では、部品点数が増加してしまうなど改善の余地があった。

本発明は、適切に軸電流の発生を抑制可能な回転電機を提供する。

本発明は、
ロータと、
ステータと、
前記ロータ及び前記ステータを収容するケースと、を備える回転電機であって、
前記ロータのロータシャフトは、前記ロータを挟んで軸方向で一端側と他端側とがそれぞれベアリングを介して前記ケースに支持され、
前記ベアリングは、前記ロータシャフトと前記ケースとを電気的に絶縁し、
前記ケースは、
前記ロータ及び前記ステータを収容するロータ収容空間と、
前記ベアリングが配置されるベアリング収容空間と、を有し、
前記ロータ収容空間及び前記ベアリング収容空間は、第１シール機構によって互いに液密に封止されており、
前記ベアリングは、前記ベアリング収容空間に供給される液状媒体により潤滑され、
前記ロータ収容空間には、液状媒体が供給されない。

本発明によれば、回転電機の動作に伴う軸電流の発生を抑制することができる。

モータ１０の斜視図である。モータ１０の断面図である。図２の部分拡大図である。モータ１０の動作に伴って発生する軸電流の経路示す図である。

以下、本発明の回転電機の一実施形態について図面を参照しながら説明する。
本発明の回転電機の一実施形態であるモータ１０は、図１及び図２に示すように、ロータシャフト２０と、ロータシャフト２０と一体回転するように取り付けられたロータ３０と、ロータ３０の外周側に隙間を介して対向配置されたステータ３１と、ロータ３０及びステータ３１を収容するケース４０と、ロータ３０を挟んで軸方向で一端側と他端側に配置されケース４０に対しロータシャフト２０を回転可能に支持する一対のベアリング５０と、を備える。

ケース４０は、ステータ３１の外周に嵌合する円筒状のメインケース４１と、メインケース４１を挟んで軸方向で一端側と他端側に配置される板状且つ円盤状のサイドケース４２と、サイドケース４２を挟んで軸方向で一端側と他端側に配置される薄板状且つ円盤状のエンドケース４３と、を備え、全体が円柱形状を有する。

一対のベアリング５０は、それぞれサイドケース４２の内周部に配置され、ロータシャフト２０の一端部２０Ｌ及び他端部２０Ｒは、エンドケース４３のシャフト孔４５から外部に露出する。各ベアリング５０は、ロータシャフト２０の段差部に当接する第１シール機構６１と該ベアリング５０を挟んで軸方向で第１シール機構６１と反対側に配置される第２シール機構６２とで位置決めされる。

一対の第１シール機構６１は、それぞれサイドケース４２の内周部に配置され、一対の第２シール機構６２は、それぞれエンドケース４３の内周部に配置される。

このように構成されたケース４０には、一対の第１シール機構６１によってシールされたロータ収容空間Ｓ１と、ロータ収容空間Ｓ１を挟んで軸方向で一端側と他端側に配置され、第１シール機構６１と第２シール機構６２とによってシールされた一対のベアリング収容空間Ｓ２と、が形成される。

より具体的に説明すると、ロータ収容空間Ｓ１は、ロータシャフト２０、メインケース４１、一対のサイドケース４２、及び一対の第１シール機構６１により囲まれた空間であって、ロータ３０及びステータ３１を収容する。ベアリング収容空間Ｓ２は、ロータシャフト２０、サイドケース４２に形成された環状の切欠き部４２ａ、エンドケース４３に形成された環状の切欠き部４３ａ、第１シール機構６１、及び第２シール機構６２により囲まれた空間であって、ベアリング５０が配置される。ロータ収容空間Ｓ１は、第１シール機構６１によってベアリング収容空間Ｓ２からの液状媒体の移動が不能になっており、ベアリング収容空間Ｓ２は、第１シール機構６１と第２シール機構６２によって外部から液密に封止されている。なお、ベアリング収容空間Ｓ２には、後述するオイル流路７０が連通する。

ここで、第１シール機構６１及び第２シール機構６２について説明する。なお、第１シール機構６１及び第２シール機構６２は同一の構成を有するので、第１シール機構６１についてのみ説明する。また、第１シール機構６１は、ロータ３０を挟んで一端側と他端側でロータ３０を基準に線対称の構成を有するため、一端側（図２の左側）の第１シール機構６１を例に図３を参照しながら説明する。

第１シール機構６１は、図３に示すように、ロータシャフト２０と一体に回転するようロータシャフト２０に取り付けられたランナー２１と、ランナー２１の外周側に所定の隙間を介して対向配置されたスリーブ２２と、スリーブ２２の内周部に取り付けられたシール部材２３と、を備える。

ランナー２１には、断面が矩形状を有する溝部２１ａが外周面に環状に設けられる。スリーブ２２は、一端にフランジ２２ａが設けられ、シール部材２３がランナー２１の溝部２１ａに収容されるようにサイドケース４２に取り付けられる。シール部材２３は、例えば、Ｃ字形状のリング部材を軸方向に複数並べたシールリングである。第１シール機構６１では、固定側であるスリーブ２２及びシール部材２３に対し、回転側であるランナー２１が所定の隙間を介して対向する。これにより、ロータシャフト２０と一体に回転するランナー２１の回転を許容しながら、シール部材２３の一方側と他方側での液状媒体の移動が規制される。

ベアリング収容空間Ｓ２には、サイドケース４２に形成されたオイル流路７０から延びるオイルジェットノズル７１が設けられる。ベアリング収容空間Ｓ２に配置されたベアリング５０は、オイルジェットノズル７１から噴射されるオイルにより潤滑される。これにより、高負荷及び／又は高回転環境下であってもベアリング５０の損傷が抑制され高負荷及び／又は高回転環境下の使用が可能となる。

一方、第１シール機構６１によってベアリング収容空間Ｓ２から液密に封止されたロータ収容空間Ｓ１には、オイル等の液状媒体が供給されず、液状媒体が収容されていない。これにより、ロータ３０が回転しても液状媒体によるフリクションが発生せず、ロータ３０を高負荷及び／又は高回転環境下で回転させることができる。

図２に戻って、メインケース４１には、ステータ３１に対しロータ３０と反対側にステータ３１を冷却するウォータージャケット８０が形成される。ウォータージャケット８０に供給される冷媒により、ロータ収容空間Ｓ１に液状媒体を供給しなくても、モータ１０の駆動中に発熱するステータ３１及びステータ３１に巻回される不図示のコイルを冷却することができ、ケース４０内の温度上昇を抑制できる。

このように構成されたモータ１０は、高負荷及び／又は高回転環境下での使用が想定される。しかしながら、特に高負荷及び／又は高回転環境下では、回転側であるロータシャフト２０と固定側であるケース４０との間がベアリング５０を介して電気的に接続されることで、モータ１０に軸電流が発生する場合がある。図４の矢印Ｐは、モータ１０の動作に伴って発生する軸電流の経路を示している。

そこで、ベアリング５０は、ロータシャフト２０とケース４０とを電気的に絶縁するように構成される。絶縁方法としては、ベアリング５０の一部又は全部に絶縁処理を施してもよく、ベアリング５０の一部又は全部を絶縁体で構成してもよい。例えば、ベアリング５０の転動体をセラミックボールとしてもよい。絶縁処理及び／又は絶縁体の材料は、特に限定されるものではないが、ＰＴＦＥ、ガラス繊維、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）セラミックス、窒化ケイ素（Ｓｉ_３Ｎ_４）セラミックス等が使用可能である。これによりベアリングがロータシャフト２０とケース４０とを電気的に絶縁するので、モータ１０の動作に伴う軸電流の発生を抑制することができる。

また、ベアリング５０のみならず、ロータシャフト２０とケース４０との間が、第１シール機構６１及び／又は第２シール機構６２を介して電気的に接続されることで、モータ１０に軸電流が発生する場合がある。通常、第１シール機構６１及び／又は第２シール機構６２のシール部材２３とランナー２１の溝部２１ａとの間には軸方向においてスラスト隙間が設けられているため導通しない。しかしながら、モータ１０の駆動中にロータシャフト２０が軸方向に変位又は振動すると、シール部材２３と溝部２１ａとが接触し導通する場合がある。

そこで、第１シール機構６１及び第２シール機構６２は、ロータシャフト２０とケース４０（第１シール機構６１ではサイドケース４２、第２シール機構６２ではエンドケース４３）とを電気的に絶縁するように構成される。具体的には、スリーブ２２とスリーブ２２を保持するケース４０の間に、電気絶縁部９０が設けられている。本実施形態では、電気絶縁部９０が、スリーブ２２のケース４０と対向する部分に設けられた第１電気絶縁層９１と、ケース４０のスリーブ２２と対向する部分に設けられた第２電気絶縁層９２と、から構成されている。電気絶縁部９０を多層構造とすることで、より適切に軸電流の発生を抑制できる。

なお、電気絶縁部９０は、第１電気絶縁層９１及び第２電気絶縁層９２のいずれか一方のみから構成されてもよい。第１電気絶縁層９１をケース４０とは別のスリーブ２２に設けることで、ケース４０に電気絶縁層を設置するよりも容易に電気絶縁層を形成できる。一方、ケース４０に第２電気絶縁層９２を配置することで、モータ１０の動作に伴うケース４０を通る軸電流の発生をより確実に抑制することができる。

このように、第１シール機構６１及び第２シール機構６２は、ロータシャフト２０とケース４０とを電気的に絶縁するように構成されるので、ロータシャフト２０がシール部材２３と接触しても、スリーブ２２とケース４０の間が絶縁されるため、モータ１０の動作に伴う軸電流の発生を抑制することができる。また、電気絶縁部９０が、共に固定側であるスリーブ２２とケース４０との間に設けられるので、ロータシャフト２０の回転に伴う電気絶縁部９０の損傷を抑制できる。

また、軸電流の発生を抑制することでセンサーノイズの発生が抑制される。したがって、センサ類を、ロータ３０の近傍に配置することが可能となる。本実施形態では、図２に示すように、ロータ収容空間Ｓ１に、ロータ３０の回転状態を取得する回転センサであるレゾルバ３５が配置されている。より具体的に説明すると、ロータ収容空間Ｓ１のロータ３０の一端側（図中左側）、即ち、軸方向で一端側（図中左側）の第１シール機構６１とロータ３０との間にレゾルバ３５が配置される。レゾルバ３５は、ロータシャフト２０と一体に回転するようロータシャフト２０に取り付けられるレゾルバロータ３６と、レゾルバロータ３６の外周側にレゾルバロータ３６と対向配置されたレゾルバステータ３７と、メインケース４１とサイドケース４２に取り付けられレゾルバステータ３７を保持するレゾルバホルダ３８と、を備える。

従来、レゾルバ３５は、センサーノイズの影響を抑制するためロータ３０から離間して配置することが一般的であった。しかしながら、上記したように絶縁対策を施すことにより、レゾルバ３５をロータ３０の近傍に配置してもセンサーノイズを抑制することが可能となった。このように、本発明によればレゾルバ３５のレイアウトの自由度が向上し、モータ１０を小型化することができる。

以上、図面を参照しながら各種の実施の形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例又は修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。また、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上記実施の形態における各構成要素を任意に組み合わせてもよい。

例えば、ロータシャフト２０、ランナー２１、スリーブ２２、シール部材２３を絶縁材もしくは絶縁処理を施した材料に置換することで更に絶縁性を高めることができる。また、メインケース４１、サイドケース４２、エンドケース４３に軸電流のループを遮断する構造を持たせることも更に絶縁性を高めることに寄与する。

また、上記実施形態では、シール部材２３がロータシャフト２０と一体に回転するランナー２１に対向し、シール部材２３とランナー２１との間を封止するように配置されたが、必ずしもランナー２１は必要ではなく、シール部材２３がロータシャフト２０に対向し、シール部材２３とロータシャフト２０との間を封止してもよい。

本明細書には少なくとも以下の事項が記載されている。なお、括弧内には、上記した実施形態において対応する構成要素等を示しているが、これに限定されるものではない。

（１）ロータ（ロータ３０）と、
ステータ（ステータ３１）と、
前記ロータ及び前記ステータを収容するケース（ケース４０）と、を備える回転電機（モータ１０）であって、
前記ロータのロータシャフト（ロータシャフト２０）は、前記ロータを挟んで軸方向で一端側と他端側とがそれぞれベアリング（ベアリング５０）を介して前記ケースに支持され、
前記ベアリングは、前記ロータシャフトと前記ケースとを電気的に絶縁する、回転電機。

（１）によれば、ベアリングがロータシャフトとケースとを電気的に絶縁するので、回転電機の動作に伴う軸電流の発生を抑制することができる。

（２）（１）に記載の回転電機であって、
前記ケースは、
前記ロータ及び前記ステータを収容するロータ収容空間（ロータ収容空間Ｓ１）と、
前記ベアリングが配置されるベアリング収容空間（ベアリング収容空間Ｓ２）と、を有し、
前記ロータ収容空間及び前記ベアリング収容空間は、第１シール機構（第１シール機構６１）によって互いに液密に封止されており、
前記ベアリングは、前記ベアリング収容空間に供給される液状媒体により潤滑されている、回転電機。

（２）によれば、ベアリングはベアリング収容空間に供給される液状媒体により潤滑されるので、高負荷及び／又は高回転環境下での使用が可能となる。

（３）（２）に記載の回転電機であって、
前記ロータ収容空間には、液状媒体が供給されない、回転電機。

（３）によれば、ロータ収容空間には液状媒体が供給されないので、ロータを高負荷及び／又は高回転環境下で回転させることができる。

（４）（２）又は（３）に記載の回転電機であって、
前記第１シール機構は、前記ロータシャフトと前記ケースとを電気的に絶縁する、回転電機。

（４）によれば、第１シール機構でも絶縁することで、回転電機の動作に伴う軸電流の発生を抑制することができる。

（５）（４）に記載の回転電機であって、
前記ロータの回転状態を取得する回転状態取得部（レゾルバ３５）をさらに備え、
前記回転状態取得部は、前記軸方向で前記第１シール機構と前記ロータとの間に配置される、回転電機。

（５）によれば、軸電流の発生を抑制した領域内に回転状態取得部が設置されるため、軸電流の影響を抑制して回転電機の回転状態を取得することができる。また、従来、センサーノイズの影響を抑制するためロータと離間して配置する必要があったが、絶縁対策を施すことによりセンサーノイズを抑制することが可能となり、レイアウトの自由度が向上する。これにより、回転電機を小型化することができる。

（６）（５）に記載の回転電機であって、
前記軸方向で前記ベアリングに対して前記ロータと反対側には、第２シール機構（第２シール機構６２）が配置され、
前記第２シール機構は、前記ロータシャフトと前記ケースとを電気的に絶縁する、回転電機。

（６）によれば、第２シール機構でも絶縁することで、回転電機の動作に伴う軸電流の発生を抑制することができる。

（７）（６）に記載の回転電機であって、
前記第１シール機構及び第２シール機構は、それぞれ
前記ロータシャフト又は前記ロータシャフトと一体に回転する回転部材と対向するシール部（シール部材２３）と、
前記シール部の外周側に配置され、前記シール部を保持するシール保持部（スリーブ２２）と、を有し、
前記シール保持部と前記ケースとの間に、電気絶縁部（電気絶縁部９０）が設けられている、回転電機。

（７）によれば、ロータシャフトがシール部と接触しても、シール保持部とケースの間が絶縁されるため、回転電機の動作に伴う軸電流の発生を抑制することができる。また、電気絶縁部がシール保持部とケースとの間に設けられるので、電気絶縁部の損傷を抑制できる。

（８）（７）に記載の回転電機であって、
前記電気絶縁部は、前記シール保持部の前記ケースと対向する部分に設けられた第１電気絶縁層（第１電気絶縁層９１）を含む、回転電機。

（８）によれば、ケースとは別のシール保持部に第１電気絶縁層が配置されるため、ケース側に電気絶縁層を設置するよりも容易に電気絶縁層を形成できる。

（９）（７）又は（８）に記載の回転電機であって、
前記電気絶縁部は、前記ケースの前記シール保持部と対向する部分に設けられた第２電気絶縁層（第２電気絶縁層９２）を含む、回転電機。

（９）によれば、ケースに第２電気絶縁層が設けられるため、回転電機の動作に伴うケースを通る軸電流の発生を抑制することができる。

（１０）（１）から（９）のいずれかに記載の回転電機であって、
前記ケースは、前記ステータに対し前記ロータと反対側に設けられ、前記ステータを冷却する冷却部（ウォータージャケット８０）を有する、回転電機。

（１０）によれば、ステータ及びロータを収容するロータ収容空間に液状媒体を供給しなくてもケース内の温度上昇を抑制でき、高負荷及び／又は高回転環境下での使用が可能となる。

１０モータ（回転電機）
２０ロータシャフト
２２スリーブ（シール保持部）
２３シール部材（シール部）
３０ロータ
３１ステータ
３５レゾルバ（回転状態取得部）
４０ケース
５０ベアリング
６１第１シール機構
６２第２シール機構
８０ウォータージャケット（冷却部）
９０電気絶縁部
９１第１電気絶縁層
９２第２電気絶縁層
Ｓ１ロータ収容空間
Ｓ２ベアリング収容空間

Claims

ロータと、
ステータと、
前記ロータ及び前記ステータを収容するケースと、を備える回転電機であって、
前記ロータのロータシャフトは、前記ロータを挟んで軸方向で一端側と他端側とがそれぞれベアリングを介して前記ケースに支持され、
前記ベアリングは、前記ロータシャフトと前記ケースとを電気的に絶縁し、
前記ケースは、
前記ロータ及び前記ステータを収容するロータ収容空間と、
前記ベアリングが配置されるベアリング収容空間と、を有し、
前記ロータ収容空間及び前記ベアリング収容空間は、第１シール機構によって互いに液密に封止されており、
前記ベアリングは、前記ベアリング収容空間に供給される液状媒体により潤滑され、
前記ロータ収容空間には、液状媒体が供給されない、回転電機。
請求項１に記載の回転電機であって、
前記第１シール機構は、前記ロータシャフトと前記ケースとを電気的に絶縁する、回転電機。
請求項２に記載の回転電機であって、
前記ロータの回転状態を取得する回転状態取得部をさらに備え、
前記回転状態取得部は、前記軸方向で前記第１シール機構と前記ロータとの間に配置される、回転電機。
請求項３に記載の回転電機であって、
前記軸方向で前記ベアリングに対して前記ロータと反対側には、第２シール機構が配置され、
前記第２シール機構は、前記ロータシャフトと前記ケースとを電気的に絶縁する、回転電機。
請求項４に記載の回転電機であって、
前記第１シール機構及び第２シール機構は、それぞれ
前記ロータシャフト又は前記ロータシャフトと一体に回転する回転部材と対向するシール部と、
前記シール部の外周側に配置され、前記シール部を保持するシール保持部と、を有し、
前記シール保持部と前記ケースとの間に、電気絶縁部が設けられている、回転電機。
請求項５に記載の回転電機であって、
前記電気絶縁部は、前記シール保持部の前記ケースと対向する部分に設けられた第１電気絶縁層を含む、回転電機。
請求項５又は６に記載の回転電機であって、
前記電気絶縁部は、前記ケースの前記シール保持部と対向する部分に設けられた第２電気絶縁層を含む、回転電機。
請求項１から７のいずれか一項に記載の回転電機であって、
前記ケースは、前記ステータに対し前記ロータと反対側に設けられ、前記ステータを冷却する冷却部を有する、回転電機。