JPWO2015098328A1 - 回転電機 - Google Patents

Abstract

高い冷却効率と低い圧力損失とを両立した回転電機を提供する。固定子と、固定子の内部に所定のギャップを介して回転可能に保持された回転子と、固定子の外周に位置し、ハウジング内に形成された冷却液通路１５と、を有し、冷却液通路は、一端に設けられた冷却液導入口１１１と、他端に設けられた冷却液排出口１１２と、軸方向に複数段配置され、周方向に直行する周方向通路１５１，１５２，１５３と、それぞれの周方向通路を軸方向に接続する斜行通路１６１とにより構成され、それぞれの周方向通路の冷却液の流れる方向が、周方向に同じ方向になるように、周方向通路と斜行通路とが接続されるように回転電機を構成する。

Description

本発明は回転電機に関する。

自動車に使用される電気／電子機器は小型化ならびに高出力化が求められており、回転電機においては電流量の増加によって固定子導体で発生した熱を冷却するため、冷却液やオイルによる強制冷却が不可欠になってきている。

水冷式の回転電機としては、固定子を保持するハウジング内に帯状の冷却液通路と冷却液通路の境界壁とを設け、周方向に冷却液を流すものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

また、固定子を効果的に冷却するために、冷却液通路内に別部材による境界壁を挿入したものが知られている（例えば、特許文献２参照）。

特開２００９−２４７０８５号公報 特開２００４−３６４４２９号公報

しかしながら、上記のような従来技術では液体の流れによどみが発生し、よどんだ部分の冷却効率が下がる。また、よどみを避けるために冷却液通路構造を複雑にしたものは、冷却液通路内の圧力損失を低く抑えることが困難であった。圧力損失が高いと、冷却液を循環させるためのポンプの出力を上げる必要があり、車両全体の効率が低下する。従来技術では、これらの問題が十分に考慮されていなかった。

そこで本発明は、高い冷却効率と低い圧力損失とを両立した回転電機の冷却構造を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、例えば請求の範囲に記載の構成を採用する。本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、固定子と、前記固定子の内部に所定のギャップを介して回転可能に保持された回転子と、前記固定子の外周に位置し、ハウジング内に形成された冷却液通路と、を有し、前記冷却液通路は、一端に設けられた冷却液導入口と、他端に設けられた冷却液排出口と、軸方向に複数段配置され、周方向に直行する周方向通路と、それぞれの前記周方向通路を軸方向に接続する斜行通路とにより構成され、それぞれの前記周方向通路の冷却液の流れる方向が、周方向に同じ方向になるように、前記周方向通路と前記斜行通路とが接続されていることを特徴とする。

本発明によれば、高い冷却効率と低い圧力損失とを両立した回転電機を提供することができる。上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施例の説明により明らかにされる。

実施例１を示す側断面図。 実施例１のセンターブラケット内部の冷却液通路を示す上面図。 実施例１の冷却液通路形状を示す斜視図。 冷却液通路の段数を減らした場合の冷却液通路形状を示す斜視図。 冷却液通路の段数を増やした場合の冷却液通路形状を示す斜視図。 実施例１の冷却液通路を形成するための型構造を示す概念図。 実施例１の固定子の種類を変えた例を示す側断面図。 実施例２を示す側断面図。 実施例２のインナーハウジングの形状を示す斜視図。 実施例２の固定子の種類を変えた例を示す側断面図。

以下、図面を用いて本発明の実施例を説明する。

なお、以下の説明では、電動自動車に使用される回転電機を例として用いる。この回転電機は、車両の車輪を駆動するモータの機能と、回生を利用して発電を行う発電機の機能を有しており、車両の走行状況に応じてそれらの機能を切り替えて使用される。

本発明に係る実施例を図１から図７を用いて説明する。

略円筒型のセンターハウジング１１と、その開口部を塞ぐフロントハウジング１２、リアハウジング１３を有する。センターハウジング１１には焼き嵌め或いは圧入等により固定される固定子３を有し、その内側に回転可能に保持された回転子４を有する。固定子３は、電磁鋼板を積層してなる固定子鉄心３１に設けられた複数のスロットに固定子コイル３２を巻装してなる。

回転子４は、電磁鋼板を積層してなる回転子鉄心４１は軸４４と焼き嵌め或いは圧入によって締結され、軸４４はリアハウジング１１とフロントハウジング１２に設けられた軸受５を介して回転可能に保持され、フロントハウジング１２より突出した部分から動力を伝える。

上記構成の回転電機は車両（図示せず）のエンジンルーム内に設置され、軸４４の先端に設けられたスプライン等を介して駆動力を伝達する。また、３相の電源ケーブルでインバータ等の制御装置（図示せず）と接続され、駆動及び発電の制御が行われる。

センターハウジング１１の外周部には冷却液導入口１１１と冷却液排出口１１２を設けている。センターハウジング１１は軸方向端部にてリアハウジング１１とフロントハウジング１２に挟まれており、ボルト等によって固定されている。センターハウジング１１内に一体で成形された冷却液通路１５は、固定子３の外周に帯状に形成されている。

冷却液通路１５は軸方向に３段配置された周方向通路１５１、１５２、１５３と、各周方向通路を直列に接続する斜行通路１６１、１６２とにより構成される。周方向通路１５１の上流側端は冷却液導入口１１１と接続され、下流側端は斜行通路１６１と接続される。以降、斜行通路１６１、中段の周方向通路１５２、斜行通路１６２、周方向通路１５３、冷却液排出口１１２へと連続して接続されることで、一連の冷却液通路１５が構成される。各周方向通路を接続する斜行通路は折り返しがなく、周方向通路の流れ方向が各段で同じ方向にすることでよどみがなく、圧力損失の上昇を抑えることができる。

周方向通路１５１、１５２、１５３は、周方向に直行するように、すなわち回転子の回転軸と直交する面上において円周方向に延びるように設けられる。なお、冷却液通路として機能する範囲内であれば、厳密に回転子の回転軸と直交する面上に配置される必要はなく、また、厳密に円周状に設けられる必要もない。

圧力損失の上昇を抑えるために斜行通路１６１の幅は周方向通路１５１と同一で、周方向通路１５１、１５２と斜行通路１６１、１６２とがなす角度θが小さいことが好ましい。本実施例では冷却液導入口１１１と冷却液排出口１１２を回転軸方向において異なる軸上に配置することで、同一軸線上に配置する場合と比較して冷却液導入口１１１と冷却液排出口１１２との距離を長くすることで斜行通路を配置する領域を確保し、斜行通路幅、角度θを調整して冷却液通路１５の圧力損失が抑えられる形状を実現している。図４、５に示すように、冷却液の流量やセンターハウジング１１や固定子３の長さにより冷却液通路の幅や段数を変えることで調整が可能である。

冷却液通路１５はセンターハウジング１１をダイカスト等の鋳造により生産する際に、砂や樹脂により構成された崩壊性中子により一体に成形される。崩壊性中子は金型等により成形されるため、例えばすべての周方向通路が平行ならせん型の水路の場合、アンダーカットを避けるために型分割数が増加する。図６に示すように、本実施例の冷却液通路１５では斜行通路が周方向の一方向に集中して配置されることで、崩壊性中子を製作する際の金型の抜き方向を減らし、構成を単純にすることでコストを抑えることができる。ここで崩壊性中子を型内で保持するための突起が冷却液通路に設けられていても本発明による効果は変わらない。

冷却液通路１５はセンターハウジング１１の内部を連続して周回しており、冷却液通路を仕切る壁がリブとして働き、冷却液通路を設けたことによるセンターハウジング１１の剛性の低下を抑えることが出来るため、センターハウジング１１の内側に固定される固定子３が磁気加振力によって変形することを抑え、磁気騒音を低減させることが出来る。

図７に示すとおり、固定子３は分割した固定子鉄心に各々固定子コイルを巻装したものを結合したものでも良い。

第２の実施例を図８、図９を用いて説明する。ただし、実施例１と同様の箇所は説明を省略する。

本実施例ではアウターハウジング１７とインナーハウジング１８とに挟まれた隙間をＯリング１９により封止し、冷却液通路１５として形成している。略円筒形状のインナーハウジング１８の外周には各周方向通路と斜行通路を仕切るための境界壁１８１が形成され、外周の軸方向両端にはＯリング溝１８５が形成されている。境界壁１８１により仕切られた冷却液通路１５の各周方向通路を接続する斜行通路は折り返しがなく、周方向通路の流れ方向が各段同じ方向になることでよどみがなく、圧力損失の上昇を抑えることができる。

インナーハウジング１８はダイカスト等により鋳造され、境界壁１８１、Ｏリング溝１８５は金型により成形されるため、大量生産に好適である。冷却液導入口１１１、冷却液排出口１１２、斜行通路１６１、１６２を外周側面の一方向に集中して配置することでインナーハウジング１８の金型の抜き方向を減らし、構成を単純にすることでコストを抑えることができる。

インナーハウジング１８の外周はアウターハウジング１７の内周部に焼き嵌めや圧入等の方法により接触固定され、インナーハウジング１８と固定子３に働く振動による慣性力やモータのトルク反力に対して、接触面が滑らない締結力が発生するように締め代が設定される。締め代はインナーハウジング１８の境界壁１８１の外周面と、アウターハウジング１７の内周面との間に設けられている。境界壁１８１はインナーハウジング１８の外周を連続して周回しており、インナーハウジング１８の締結力を全周で得られるため、インナーハウジング１８の内側に固定される固定子３が磁気加振力によって変形することを抑え、磁気騒音を低減させることが出来る。

冷却液通路１５を封止するＯリングは、インナーハウジング１８の外周に設けられたＯリング溝１８５に軸方向外側から外挿される。Ｏリングを外挿するためにはインナーハウジング１８の外周には突起部がなく、Ｏリング溝１８５はインナーハウジング１８の両端に近いことが望ましい。本発明によれば、インナーハウジング１８は焼き嵌めや圧入で固定するため、固定のためのフランジ等の突起物を外周に設ける必要がないため、Ｏリングの装着を容易に行うことが出来る。

図１０に示すとおり、固定子３は分割した固定子鉄心に各々固定子コイルを巻装したものを結合したものでも良い。

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。
例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

１ 回転電機
３ 固定子
４ 回転子
５ 軸受
１１ センターハウジング
１２ フロントハウジング
１３ リアハウジング
１５ 冷却液通路
１６ 斜行通路
１７ アウターハウジング
１８ インナーハウジング
１９ Ｏリング
３１ 固定子鉄心
３２ 固定子コイル
４１ 回転子鉄心
４４ 回転子軸
１１１ 冷却液導入口
１１２ 冷却液排出口
１５１ 周方向通路（１段目）
１５２ 周方向通路（２段目）
１５３ 周方向通路（３段目）
１６１ 斜行通路（１段目）
１６２ 斜行通路（２段目）
１８１ 境界壁
１８５ Ｏリング溝

Claims (6)

1. 固定子と、
   前記固定子の内部に所定のギャップを介して回転可能に保持された回転子と、
   前記固定子の外周に位置し、ハウジング内に形成された冷却液通路と、を有し、
   前記冷却液通路は、
   一端に設けられた冷却液導入口と、
   他端に設けられた冷却液排出口と、
   軸方向に複数段配置され、周方向に直行する周方向通路と、
   それぞれの前記周方向通路を軸方向に接続する斜行通路とにより構成され、
   それぞれの前記周方向通路の冷却液の流れる方向が、周方向に同じ方向になるように、前記周方向通路と前記斜行通路とが接続されている回転電機。
2. 請求項１に記載の回転電機において、
   前記冷却液通路が、一体で形成されたハウジング内部に形成されている回転電機。
3. 請求項１に記載の回転電機において、
   前記冷却液通路が、内側と外側の２つのハウジングに挟まれた隙間に形成されている回転電機。
4. 請求項１乃至３のいずれかに記載の回転電機において、
   前記冷却液導入口と冷却液排出口が、前記回転子の回転軸方向において、各々異なる軸線上に配置されている回転電機。
5. 固定子の外周に設けられた内壁部とその外周に設けられた外壁との間に周方向に周回する複数本の冷却流体通路を有する回転電機において、
   前記冷却水通路は、
   軸方向両側面を形成する２本の側壁と、
   前記２本の側壁の間に形成された分割壁とを備え、
   前記分割壁と側壁とで形成される連続した周回通路が形成されており、
   前記周回通路の始端と終端にそれぞれ入口部と出口部が形成されており、
   前記入口部と前記出口部との間に、前記分割壁の少なくとも一部が設けられ、
   前記分割壁の一部によって、前記入り口部と出口部とが仕切られている回転電機。
6. 請求項５に記載された回転電機において、
   前記入り口部と出口部とを仕切る前記分割壁の一部が、前記周回流体通路に対して斜行している回転電機。

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