WO2013136405A1 - 回転電機 - Google Patents

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side refrigerant
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昇治 菱沼
大輔 北田
松本　隆志
勉 平林
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Toyota Motor Corp
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    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
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    • H02K9/19—Arrangements for cooling or ventilating for machines with closed casing and closed-circuit cooling using a liquid cooling medium, e.g. oil
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/22—Rotating parts of the magnetic circuit
    • H02K1/32—Rotating parts of the magnetic circuit with channels or ducts for flow of cooling medium
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K7/00—Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
    • H02K7/04—Balancing means

Definitions

  • the present invention includes a rotatable rotor shaft including a shaft-side refrigerant passage provided therein, and a plurality of rotor-side refrigerant passages provided in the axial direction so as to communicate with the shaft-side refrigerant passage at a plurality of circumferential positions.
  • the present invention relates to a rotating electrical machine including a rotor fixed to the outer diameter side of a rotor shaft and a stator.
  • Conventionally known rotary electric machines such as motors for vehicles have a configuration including a rotor fixed to the outer diameter side of the rotor shaft and a stator disposed to face the outer diameter side of the rotor.
  • the rotor may be composed of a rotor core and a plurality of permanent magnets embedded in the rotor core.
  • the rotor is cooled in order to generate heat during use or the permanent magnet is demagnetized at a high temperature.
  • the shaft side refrigerant passages are formed inside the rotor shaft, the rotor side refrigerant passages are formed in the axial direction at a plurality of locations in the circumferential direction inside the rotor, and the refrigerant is supplied to each rotor side refrigerant passage via the shaft side refrigerant passage.
  • a so-called axial cooling structure in which the rotor is cooled by supplying a coolant (for example, cooling oil).
  • Patent Document 1 the rotor unbalance that cools the rotor by axially cooling the coolant that has flowed from the inside of the rotor shaft to the inside of the end plate in the shaft center cooling structure.
  • An automatic adjustment device is described.
  • a rotor unbalance adjusting member is provided between the rotor core and the end plate. The rotor unbalance adjusting member rotates integrally with the rotor and decenters more greatly than the rotor with the eccentricity of the rotor.
  • the adjusting member is located at the end of each lubricating oil passage and has a discharge hole for discharging the lubricating oil from each lubricating oil passage, and the liquid level of each lubricating oil passage at the time of rotor rotation is adjusted by the edge of each discharging hole. It is supposed to prescribe.
  • Patent Document 2 includes a rotor yoke fixed to a rotating shaft of a rotating electrical machine, and a porous member fixed to the rotor yoke. An impregnated rotating body device is described. Thereby, it is said that balance adjustment can be automatically performed.
  • Patent Document 3 is a liquid balancer that is mounted on a washing machine, and includes an outer peripheral side wall surface and an inner peripheral side wall surface that are formed around a rotation axis, contains liquid, and rotates around the rotation axis.
  • a liquid balancer is described that includes an annular container that is arranged so as to be able to be provided and a buffer member that is fixed to the inner wall surface on the outer periphery side of the annular container.
  • Patent Document 1 since the adjustment member is arrange
  • the configuration described in Patent Document 2 and Patent Document 3 is not an axial center cooling structure, and in Patent Document 2, a porous member impregnated with a fluid is provided, and in Patent Document 3, an annular body that contains a fluid is provided. A container is provided. For this reason, the fluid used for resolving the rotational imbalance is not used for cooling the rotor, but the structure becomes complicated when used in the shaft center cooling structure, which may also increase the cost.
  • An object of the present invention is to automatically eliminate a rotational unbalance of a rotor with a simple configuration in a rotating electrical machine having a shaft center cooling structure.
  • the rotating electrical machine includes a rotatable rotor shaft including a shaft-side refrigerant passage provided therein, and a plurality of rotors provided in the axial direction so as to communicate with the shaft-side refrigerant passage at a plurality of circumferential positions.
  • a rotary electric machine including an annular refrigerant passage provided in an annular shape centering on a rotation center axis of the rotor so as to communicate with a side refrigerant passage, and for circulating a coolant in a circumferential direction.
  • the coolant used for cooling the rotor flows in the circumferential direction through the annular refrigerant passage and serves as a balance weight.
  • the rotational unbalance of the rotor can be eliminated.
  • FIG. 3 is a perspective view of only the rotor shaft and the rotor taken out from FIG. 2 and viewed from the right side to the left side in FIG. 2. It is the figure which looked at the rotor core of FIG. 2 to the axial direction which shows a mode that a cooling fluid is biased in the internal channel
  • FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 3.
  • FIG. 3 is a partially enlarged perspective view showing a state in which a coolant flows inside the rotor of FIG. 2.
  • FIG. 10 is a perspective view illustrating a state in which cooling liquid concentrates and accumulates on a part of the end plate of FIG. 9.
  • FIG. 10 shows the 2nd example of another example of the end plate which comprises the rotary electric machine of embodiment which concerns on this invention.
  • FIG. 6 is a view corresponding to FIG. 5 and showing a rotor of another example of the rotating electrical machine according to the embodiment of the present invention.
  • the rotating electrical machine of the present embodiment flows coolant and cools the rotor and stator, and drives, for example, an electric vehicle, a fuel cell vehicle, and a hybrid vehicle equipped with an engine and a motor as a vehicle drive source.
  • the present invention is applied to a rotating electric machine that is used as a motor for traveling, as a generator, or as a motor generator having both functions.
  • a rotating electric machine that is used as a motor generator, both the first motor generator (MG1) mainly used as a generator and the second motor generator (MG2) mainly used as a traveling motor are used in the rotation of the present embodiment. Electric can be applied.
  • FIG. 1 is a partial cross-sectional view showing a state in which the rotating electrical machine of the present embodiment is arranged in a case.
  • the rotating electrical machine 10 includes a rotor shaft 16 rotatably supported by a bearing 14 on a casing 14 that is a motor case, a rotor 18 fixed to an outer diameter side of an intermediate portion of the rotor shaft 16, And a stator 20 disposed opposite to the outer diameter side of the rotor 18 with an air gap interposed therebetween.
  • the stator 20 is fixed to the inner peripheral surface of the casing 14.
  • Such a rotary electric machine employs a so-called shaft cooling structure, is a refrigerant, and cools the rotor 18 and the stator 20 with oil (cooling oil) such as ATF which is a coolant.
  • oil cooling oil
  • the stator 20 is configured by laminating a plurality of electromagnetic steel plates in the axial direction, and is formed so as to protrude in the radial direction at a plurality of locations in the circumferential direction on the inner circumferential surface of the stator core 24 and a stator core 24 formed of a magnetic material such as a laminate. Teeth 26 and a plurality of (for example, three-phase) stator coils 28 wound around the teeth 26. In the stator coil 28, a pair of coil ends 29 are formed by portions protruding outward from both axial side surfaces of the stator core 24.
  • the stator core 24 is fixed to the inner surface of the casing 14.
  • the multi-phase stator coil 28 is wound around the stator core 24 by concentrated winding or distributed winding.
  • Casing 14 accommodates stator 20 and rotor 18.
  • the rotor 18 includes a substantially cylindrical rotor core 30 formed of a magnetic material such as a laminate formed by laminating a plurality of electromagnetic steel plates in the axial direction, and the rotor core 30.
  • permanent magnets 32 embedded at a plurality of locations in the inner circumferential direction.
  • the permanent magnet 32 is adjacent to the circumferential direction (the “circumferential direction” refers to the circumferential direction of the rotor unless otherwise specified. The same applies throughout the present specification and claims).
  • Two matching magnets are set as one set, and in each set, two permanent magnets 32 are arranged in a V shape so as to spread radially outward.
  • each permanent magnet 32 is inserted into each magnet hole.
  • Each permanent magnet 32 is in a direction inclined with respect to the radial direction (the “radial direction” means the radial direction of the rotor unless otherwise specified. The same applies throughout the present specification and claims). Magnetized. The magnetizing direction with respect to the radial direction of the permanent magnet 32 in each set is substantially the same.
  • two substantially disc-shaped end plates 36 and 37 are arranged on both sides in the axial direction of the rotor core 30, and the rotor core 30 is sandwiched from both sides in the axial direction by the two end plates 36 and 37. Has been.
  • an inner shaft member 38 is inserted inside the rotor shaft 16, an axial passage 40 through which cooling oil flows to the inner shaft member 38, and a radial passage 42 that communicates with the axial passage 40. And are formed.
  • a substantially cylindrical intermediate passage 44 which is a shaft-side refrigerant passage, is formed between the outer peripheral surface of the intermediate portion of the inner shaft member 38 and the inner peripheral surface of the intermediate portion of the rotor shaft 16, and the intermediate passage 44 is a radial passage 42. It is connected to the radial direction passage 42 by being connected to the radially outer end.
  • the rotor shaft 16 is formed with a through hole 48 penetrating in the axial direction at the center.
  • the intermediate passage 44 is formed by the inner peripheral surface of the intermediate portion of the through hole 48 and the outer peripheral surface of the inner shaft member 38 in a state where the inner shaft member 38 is disposed inside the rotor shaft 16.
  • an inclined hole 50 that is inclined with respect to the axial direction is formed at one or a plurality of locations in the circumferential direction of one end portion (left end portion in FIG. 2) of the rotor shaft 16.
  • the inclined hole 50 communicates with the intermediate passage 44 (FIG. 1).
  • the inclined hole 50 may be a radial hole provided along the radial direction of the rotor shaft 16.
  • FIG. 7 is a perspective view showing only the right end plate in FIG.
  • the right end plate 36 in FIG. 2 is formed to be recessed in an annular shape centering on the rotation center axis O in the radially intermediate portion of the inner surface facing the rotor core 30 (FIG. 2).
  • An annular refrigerant passage 52 that is a plate-side refrigerant passage is included.
  • the annular refrigerant passage 52 has a cylindrical outer peripheral inner wall surface 54 and a cylindrical inner peripheral inner wall surface 56 facing the outer peripheral inner wall surface 54.
  • Each inner wall surface 54, 56 is formed in a cylindrical surface centered on the rotation center axis O.
  • through holes 58 are formed through the axial direction so as to communicate with the outer surface at a plurality of locations in the circumferential direction at the bottom of the annular refrigerant passage 52.
  • the left end plate 37 in FIG. 2 has a shape in which a through-hole 58 is omitted in the right end plate 36 shown in FIG. That is, as shown in FIG. 5, the inner peripheral surface of the end plate 37 and the inside of the annular refrigerant passage 52 are communicated with one or a plurality of axially intermediate portions of the inner peripheral portion of the left end plate 37.
  • a plate-side radial passage 60 is formed. The plate-side radial passage 60 communicates with an inclined hole 50 (or a radial hole) provided in the rotor shaft 16 at its inner peripheral side end (lower end in FIG. 5).
  • the rotor core 30 has a plurality of core side refrigerant passages 62 which are provided at a plurality of locations in the circumferential direction and are respectively rotor side refrigerant passages penetrating in the axial direction. That is, the core-side refrigerant passage 62 penetrating in the axial direction is formed at a plurality of locations in the circumferential direction in the inner portion of the rotor core 30 with respect to the radial direction in the radial direction. Both axial openings of each core-side refrigerant passage 62 are opposed to the annular refrigerant passage 52 of the corresponding end plate 36 (or 37) in the axial direction.
  • Each core-side refrigerant passage 62 is provided in the axial direction of the rotor core 30 so as to communicate with the intermediate passage 44 (FIG. 1) that is the shaft-side refrigerant passage and each annular refrigerant passage 52.
  • the outer peripheral side inner wall surface 54 of each annular refrigerant passage 52 is provided on the outer side in the radial direction than the circumscribed circle (circle indicated by the broken line P in FIG. 4) of the plurality of core side refrigerant passages 62.
  • Each annular refrigerant passage 52 is configured to allow cooling oil to flow in the circumferential direction.
  • the inner shaft member 38 (FIG. 1) is pushed or sucked by a fluid supply source such as an oil pump (not shown).
  • the cooling oil supplied to the intermediate passage 44 (FIG. 1) of the rotor shaft 16 through the radial passage 42) is supplied to the annular refrigerant passage 52 of the end plate 37 on one side through the inclined holes 50, and then a plurality of After flowing in the core-side refrigerant passage 62 in the axial direction, it is supplied to the annular refrigerant passage 52 of the other end plate 36 and ejected to the outside from each through hole 58.
  • the rotor 18 including the permanent magnet 32 (FIG. 1) is cooled.
  • the cooling oil jetted to the outside is shaken off radially outward by the centrifugal force when the rotor 18 rotates, collides with the coil end 22 of the stator 20, and the coil end 22 is also cooled.
  • the fluid supply source is driven by a power source such as an engine.
  • the rotation speed also changes.
  • the cooling oil 82 flowing through the plurality of core-side refrigerant passages 62 provided in the rotor core 30 is reduced, and the inside of the core-side refrigerant passage 62 may not be completely filled.
  • the amount of the cooling oil 82 inside the core-side refrigerant passages 62 varies.
  • a large amount of cooling oil 82 is accumulated in a portion indicated by a symbol Q.
  • the rotational unbalance based on the unbalance of the weight of the rotor 18 becomes large, which may cause vibration deterioration and noise deterioration.
  • the annular refrigerant passages 52 communicating with the respective core side refrigerant passages 62 are provided in the end plates 36 and 37 as described above.
  • the cooling oil 82 gradually accumulates from the outer peripheral side inside each annular refrigerant passage 52 by the action of centrifugal force when the rotor 18 rotates, and the cooling oil 82 is at least in the high-speed rotation region. This acts to eliminate the rotational imbalance of the rotor 18.
  • the cooling oil 82 used for cooling the rotor 18 flows in the circumferential direction while changing the storage form of the annular refrigerant passage 52, and serves as a balance weight.
  • the number of parts does not increase for eliminating the rotation imbalance, and the cost can be reduced.
  • the rotational unbalance of the rotor 18 can be automatically eliminated with a simple configuration.
  • the cooling oil 82 accumulated from the outer peripheral side of each annular refrigerant passage 52 reaches a portion facing each core-side refrigerant passage 62, it leaks into each core-side refrigerant passage 62 as shown by an arrow ⁇ in FIG. Since it flows out and flows into each core side refrigerant passage 62, the surplus oil can be used for rotor cooling for resolving rotation imbalance. For this reason, it becomes easy to appropriately regulate the maximum storage amount of the cooling oil 82 accumulated on the outer peripheral side of each annular refrigerant passage 52.
  • each core-side refrigerant passage 62 provided in the rotor core 30 is illustrated as having a substantially triangular cross-sectional shape with only one apex provided radially outward.
  • the shape of the core-side refrigerant passage 62 is not limited to this, and one having various shapes such as a circular shape, a rectangular shape, and a rhombus shape can be adopted.
  • each core-side refrigerant passage 62 may have a substantially triangular cross-sectional shape in which only one vertex is provided on the radially inner side.
  • the present embodiment may be applied to a configuration in which the end plate is provided only on one axial side of the rotor core. it can.
  • FIG. 9 is a view showing a first example of another example of the end plate constituting the rotating electrical machine according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a perspective view showing a state in which the cooling liquid concentrates and accumulates on a part of the end plate of FIG.
  • the end plate 37 in FIGS. 9 and 10 corresponds to the left end plate 37 in FIG. 2 described above.
  • the same or corresponding elements as those shown in FIGS. 1 to 8 are given the same reference numerals.
  • the radial refrigerant passage 52 in the radial direction intermediate portion on the inner surface facing the rotor core 30, and the radial diameter communicating the annular refrigerant passage 52 and the inner peripheral surface of the end plate 37 are given the same reference numerals.
  • a direction passage 64 is formed.
  • Each radial passage 64 communicates with, for example, the inclined holes 50 or radial holes formed at a plurality of locations in the circumferential direction of the rotor shaft 16 of FIG. Even in such a configuration, as shown in FIG. 10, the cooling oil 82 is biased to a part of the circumferential direction in the annular refrigerant passage 52 during rotation according to the unbalance of the weight of the rotor 18 and automatically unrotated. Balance can be eliminated.
  • Other configurations and operations are the same as those of the above-described embodiment shown in FIGS.
  • FIG. 11 is a view corresponding to FIG. 10 and showing a second example of another example of the end plate constituting the rotating electrical machine of the embodiment according to the present invention.
  • the end plate 37 in FIG. 11 also corresponds to the left end plate 37 in FIG.
  • the end plate 37 of FIG. 11 is integrally provided with a cylindrical portion 68 on the outer peripheral portion of the inner surface in the axial direction of the disc portion 66 having an axial through hole formed in the center.
  • An inner portion of the cylindrical portion 68 is an annular refrigerant passage 52.
  • FIG. 12 is a view corresponding to FIG. 5 and showing a rotor of another example of the rotating electrical machine according to the embodiment of the present invention.
  • the annular refrigerant passage 52 (see FIG. 2 and the like) is not formed in each end plate 70 in the above-described embodiments of FIGS. Instead, a plurality of plate-side refrigerant passages 72 are formed in portions of the end plates 70 facing the core-side refrigerant passages 62 at a plurality of positions in the circumferential direction, and penetrate through the bottom of each plate-side refrigerant passage 72 in the axial direction. A hole 74 is formed.
  • an axial-side radial passage 76 penetrating in the radial direction is formed at one or a plurality of axially intermediate portions of the rotor shaft 16, and each core is disposed at a plurality of circumferential locations on the inner peripheral side portion of the rotor core 30.
  • a core-side radial passage 78 that connects the side refrigerant passage 62 and the inner peripheral surface of the rotor core 30 is formed.
  • the shaft-side radial passage 76 and each core-side radial passage 78 communicate with each other.
  • each annular refrigerant passage 80 is formed in an annular shape so as to communicate with each core-side refrigerant passage 62 at two locations in the axial direction of the rotor core 30.
  • the cooling oil supplied between the outer peripheral surface of the inner shaft member 38 (see FIG. 1) and the inner peripheral surface of the rotor shaft 16 is in the direction indicated by the arrow ⁇ in FIG.
  • the flow passes through the direction passage 76, the core side radial passage 78, and the core side refrigerant passage 62 in this order, and is ejected to the outside through the plate side refrigerant passage 72 and the through hole 74 from both axial sides of each core side refrigerant passage 62.
  • the cooling oil is also supplied to the annular refrigerant passages 80 provided in the rotor core 30 by the action of centrifugal force when the rotor 18 rotates, and flows in the circumferential direction.
  • annular refrigerant passage 52 provided in the rotor core 30 only needs to be provided in at least a part of the rotor core 30 in the axial direction. For example, only one may be provided in the central portion in the axial direction.
  • the inner shaft member 38 is disposed on the inner side of the rotor shaft 16, but the inner shaft member 38 is omitted and the shaft-side refrigerant passage formed by the through hole 48 of the rotor shaft 16.
  • the cooling oil can be supplied to the rotor 18 to cool the rotor 18.
  • the rotor core 30 can be constituted by a powder magnetic core formed by press-molding magnetic powder in addition to a laminated body formed by laminating a plurality of steel plates.
  • cooling water or the like can be used as the cooling liquid.
  • the permanent magnet 32 is not limited to the configuration in which the permanent magnet 32 is disposed in a V shape on the rotor core 30.
  • the permanent magnets can be disposed at a plurality of locations on concentric circles centering on the central axis of the rotor core 30.
  • the rotor is not limited to a configuration having permanent magnets, and the present invention can also be applied to a configuration in which rotor coils are provided at a plurality of locations in the circumferential direction.

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Abstract

　回転電機は、内部に設けられた軸側冷媒通路である中間通路を含み回転可能なロータシャフト１６と、周方向複数個所に中間通路と連通するように軸方向に設けられた複数のロータ側冷媒通路であるコア側冷媒通路６２を有し、ロータシャフト１６の外径側に固定されるロータ１８と、ロータ１８の外径側に対向配置されるステータとを含む。ロータ１８は、軸方向の少なくとも一部にロータ側冷媒通路である各コア側冷媒通路６２と連通するように、ロータ１８の回転中心軸を中心とする円環状に設けられ、内部に冷却液を周方向に流通させる環状冷媒通路５２を含む。

Description

回転電機
　本発明は、内部に設けられた軸側冷媒通路を含み回転可能なロータシャフトと、周方向複数個所に軸側冷媒通路と連通するように軸方向に設けられた複数のロータ側冷媒通路を含み、ロータシャフトの外径側に固定されるロータと、ステータとを含む回転電機に関する。
　従来から知られている、車両用電動機等の回転電機として、ロータシャフトの外径側に固定されたロータと、ロータの外径側に対向配置されたステータとを備える構成がある。また、ロータは、ロータコアと、ロータコアの内部に埋め込まれた複数の永久磁石とにより構成する場合がある。このような回転電機では、使用時にロータが発熱したり、永久磁石が高温で減磁する等のためにロータを冷却することが行われている。例えば、ロータシャフトの内部に軸側冷媒通路を形成するとともに、ロータの内部の周方向複数個所に軸方向にロータ側冷媒通路を形成し、軸側冷媒通路を介して各ロータ側冷媒通路に冷媒である冷却液（例えば冷却油）を供給することにより、ロータを冷却する、いわゆる軸心冷却構造とすることが考えられる。
　また、特許文献１では、軸心冷却構造でロータシャフトの内部からエンドプレートの内側を流れた冷却液がロータの内部に設けられた潤滑油通路を軸方向に流れてロータを冷却するロータアンバランス自動調整装置が記載されている。この装置では、ロータコアとエンドプレートとの間に、ロータと一体に回転し、ロータの偏心に伴ってロータよりも大きく偏心するロータアンバランス調整部材が設けられている。調整部材は、各潤滑油通路の端部に位置して各潤滑油通路から潤滑油を排出する排出孔を有し、各排出孔の縁部によってロータ回転時の各潤滑油通路の液面を規定するとされている。
　一方、特許文献２には、回転電機の回転軸に固定された回転子ヨークと、回転子ヨークに固定された多孔質部材とを有し、多孔質部材は、円環状に形成され、流体が含浸された回転体装置が記載されている。これにより自動的にバランス調整を行うことができるとされている。
　また、特許文献３には、洗濯機に装着される液体バランサであって、回転軸線の周りに形成された外周側壁面及び内周側壁面を含み、液体を収容して回転軸線を中心に回転できるように配置された環状容器と、環状容器の外周側内壁面に固着された緩衝部材とを備える液体バランサが記載されている。
特開２００９－２６８１９２号公報 特開２００４－２６６８９６号公報 特開２０１１－３０９５３号公報
　上記のようにロータの周方向複数個所に複数のロータ側冷媒通路が形成された軸心冷却構造で軸側冷媒通路を介して各ロータ側冷媒通路に冷却液を流す構成では、オイルポンプ等の冷却液供給源の吐出流量が場合により変化して吐出流量が少なくなる等の場合に、各ロータ側冷媒通路同士で内部を流れる冷却液が変化するという、冷却液の供給ばらつきが生じる可能性がある。この場合、各ロータ側冷媒通路の内部同士で冷却液の量に偏りが発生する。このため、ロータの重心の回転軸に対する芯ズレが生じて、ロータの回転バランスが悪化し、主に回転１次の振動や騒音が発生し、ＮＶ性能が悪化する可能性がある。このため、回転電機において、ロータの回転アンバランスを自動的に解消できる構成の実現が望まれている。
　これに対して、特許文献１ではエンドプレートの内側に調整部材を配置し、調整部材の複数個所を潤滑油通路に挿入しているため、特殊な形状を有する調整部材を必要とし、コストが上昇する可能性がある。また、特許文献２及び特許文献３に記載された構成は軸心冷却構造ではなく、しかも特許文献２では流体が含浸された多孔質部材が設けられ、特許文献３では内部に流体を収容する環状容器が設けられている。このため、回転アンバランスの解消に用いられる流体はロータの冷却のために用いられるものではなく、軸心冷却構造に使用する場合に構造が複雑になり、やはりコストが上昇する可能性がある。
　本発明の目的は、軸心冷却構造の回転電機において、簡易な構成で自動的にロータの回転アンバランスを解消することである。
　本発明に係る回転電機は、内部に設けられた軸側冷媒通路を含み回転可能なロータシャフトと、周方向複数個所に前記軸側冷媒通路と連通するように軸方向に設けられた複数のロータ側冷媒通路を含み、前記ロータシャフトの外径側に固定されるロータと、前記ロータの外径側に対向配置されるステータとを備え、前記ロータは、軸方向の少なくとも一部に前記各ロータ側冷媒通路と連通するように、前記ロータの回転中心軸を中心とする円環状に設けられ、内部に冷却液を周方向に流通させる環状冷媒通路を含むことを特徴とする回転電機である。
　本発明に係る回転電機によれば、軸心冷却構造の構成において、ロータの冷却のために用いる冷却液が環状冷媒通路を周方向に流れてバランスウェイトの役目を果たすので、簡易な構成で自動的にロータの回転アンバランスを解消できる。
本発明に係る実施形態の回転電機をケース内に配置した様子を示す部分断面図である。 図１から回転電機を取り出して示す部分断面図である。 図２からロータシャフト及びロータのみを取り出して、図２の右側から左側に見た斜視図である。 冷却液が内部の通路で偏っている様子を示す、図２のロータコアを軸方向に見た図である。 図２からステータを省略して示す図である。 図３のＡ－Ａ断面図である。 図２の右側のエンドプレートのみを取り出して示す斜視図である。 図２のロータで内部を冷却液が流れる様子を示す部分拡大斜視図である。 本発明に係る実施形態の回転電機を構成するエンドプレートの別例の第１例を示す図である。 図９のエンドプレートの一部に冷却液が集中して溜まる様子を示す斜視図である。 本発明に係る実施形態の回転電機を構成するエンドプレートの別例の第２例を示す、図１０に対応する図である。 本発明に係る実施形態の回転電機の別例のロータを示す、図５に対応する図である。
　以下において、図１～８を用いて本発明に係る実施形態を説明する。本実施形態の回転電機は、冷却液を流し、ロータ及びステータを冷却するものであって、例えば電気自動車や、燃料電池車や、エンジン及びモータを車両の駆動源として搭載するハイブリッド車両を駆動する走行用のモータとして、または、発電機として、または、その両方の機能を有するモータジェネレータとして使用する回転電機に適用する。例えば、回転電機をモータジェネレータとして使用する場合、主として発電機として使用する第１モータジェネレータ（ＭＧ１）でも、主として走行用モータとして使用する第２モータジェネレータ（ＭＧ２）でも、いずれでも本実施形態の回転電機を適用できる。
　図１は、本実施形態の回転電機をケース内に配置した様子を示す部分断面図である。図１に示すように、回転電機１０は、モータケースであるケーシング１４に軸受により回転可能に支持されたロータシャフト１６と、ロータシャフト１６の中間部の外径側に固定されたロータ１８と、ロータ１８の外径側にエアギャップを介して対向配置されたステータ２０とを備える。ステータ２０は、ケーシング１４の内周面に固定されている。このような回転電機は、いわゆる軸心冷却構造を採用し、冷媒であり、冷却液であるＡＴＦ等の油（冷却油）により、ロータ１８とステータ２０とを冷却している。
　ステータ２０は、複数の電磁鋼板を軸方向に積層することにより構成され、積層体等の磁性材により形成されるステータコア２４と、ステータコア２４の内周面の周方向複数個所に径方向に突出形成されたティース２６と、ティース２６に巻装された複数相（例えば３相の）のステータコイル２８とを含む。ステータコイル２８において、ステータコア２４の軸方向両側面よりも外側に突出する部分により、一対のコイルエンド２９が形成されている。ステータコア２４は、ケーシング１４の内面に固定されている。複数相のステータコイル２８は、集中巻きまたは分布巻きでステータコア２４に巻装されている。
　ケーシング１４は、ステータ２０とロータ１８とを収容している。図２～図６に示すように、ロータ１８は、複数の電磁鋼板を軸方向に積層することにより構成される積層体等の磁性材により形成される略円筒状のロータコア３０と、ロータコア３０の内部の周方向複数個所に埋め込まれた永久磁石３２とを含む。図４に示すように、永久磁石３２は、周方向（「周方向」とは特に断らない限り、ロータの周方向をいう。本明細書全体及び特許請求の範囲で同じとする。）に隣り合う２つを１組として、各組で、２つの永久磁石３２がＶ字形に径方向外側に広がるように配置されている。すなわち、ロータコア３０の内部の外周寄り部分に軸方向に貫通する複数の磁石孔が形成されており、各永久磁石３２は各磁石孔に挿入されている。また、各永久磁石３２は、径方向（「径方向」とは特に断らない限り、ロータの径方向をいう。本明細書全体及び特許請求の範囲で同じとする。）に対し傾斜する方向に着磁されている。各組で永久磁石３２の径方向に関する着磁方向は略同じとしている。
　また、図５に示すように、ロータコア３０の軸方向両側に２つの略円板状のエンドプレート３６，３７が配置されており、２つのエンドプレート３６，３７によりロータコア３０が軸方向両側から挟持されている。
　また、図１に示すように、ロータシャフト１６の内側に内側軸部材３８が挿入されており、内側軸部材３８に冷却油を流す軸方向通路４０と、軸方向通路４０に通じる径方向通路４２とが形成されている。内側軸部材３８の中間部外周面とロータシャフト１６の中間部内周面との間に軸側冷媒通路である略円筒状の中間通路４４が形成されており、中間通路４４は、径方向通路４２の径方向外端に接続されることで、径方向通路４２に連通している。
　図２に示すように、ロータシャフト１６は、中心部に軸方向に貫通する貫通孔４８が形成されている。図１に示すようにロータシャフト１６の内側に内側軸部材３８が配置された状態で、貫通孔４８の中間部内周面と内側軸部材３８の外周面とにより上記の中間通路４４が形成される。また、ロータシャフト１６の一端部（図２の左端部）の周方向１個所または複数個所に、軸方向に対し傾斜した傾斜孔５０が形成されている。傾斜孔５０は、中間通路４４（図１）と連通している。なお、傾斜孔５０は、ロータシャフト１６の径方向に沿って設けた径方向孔とすることもできる。
　図７は、図２の右側のエンドプレートのみを取り出して示す斜視図である。図７に示すように、図２の右側のエンドプレート３６は、ロータコア３０（図２）と対向する内側面の径方向中間部に回転中心軸Ｏを中心とする円環状に窪んで形成されたプレート側冷媒通路である環状冷媒通路５２を含む。環状冷媒通路５２は、円筒面状の外周側内壁面５４と外周側内壁面５４に対向する円筒面状の内周側内壁面５６とを有する。各内壁面５４，５６は、回転中心軸Ｏを中心とする円筒面状に形成されている。また、図３、図７に示すように、環状冷媒通路５２の底部の周方向複数個所に外側面に通じるように軸方向に貫通させた貫通孔５８が形成されている。
　なお、図２の左側のエンドプレート３７は、図７に示した右側のエンドプレート３６において、貫通孔５８を省略するが、後述するプレート側径方向通路６０が形成された形状を有する。すなわち、図５に示すように、左側のエンドプレート３７の内周寄り部分の軸方向中間部の１個所または複数個所に、エンドプレート３７の内周面と環状冷媒通路５２の内部とを連通させるプレート側径方向通路６０が形成されている。プレート側径方向通路６０は、その内周側端部（図５の下端部）でロータシャフト１６に設けられた傾斜孔５０（または径方向孔）と連通している。
　また、ロータコア３０は、周方向複数個所に設けられ、それぞれ軸方向に貫通するロータ側冷媒通路である複数のコア側冷媒通路６２を有する。すなわち、ロータコア３０の内部で径方向に関して永久磁石３２よりも内側部分の周方向複数個所に軸方向に貫通するコア側冷媒通路６２が形成されている。各コア側冷媒通路６２の軸方向両端開口はそれぞれ対応する側のエンドプレート３６（または３７）の環状冷媒通路５２と軸方向に対向している。各コア側冷媒通路６２は、軸側冷媒通路である中間通路４４（図１）及び各環状冷媒通路５２と連通するようにロータコア３０の軸方向に設けられている。各環状冷媒通路５２の外周側内壁面５４は、複数のコア側冷媒通路６２の外接円（図４の破線Ｐで示す円）よりも径方向に関して外側に設けられている。また、各環状冷媒通路５２は、内部に冷却油を周方向に流通させるように構成されている。
　このように構成されるので、図１、図５、図８で矢印αで示すように、図示しないオイルポンプ等の流体供給源により押し出されるまたは吸引される等により、内側軸部材３８（図１）の径方向通路４２を通じてロータシャフト１６の中間通路４４（図１）に供給された冷却油は、傾斜孔５０を介して片側のエンドプレート３７の環状冷媒通路５２に供給され、その後、複数のコア側冷媒通路６２に軸方向に流れた後、他側のエンドプレート３６の環状冷媒通路５２に供給されて、各貫通孔５８から外側に噴出される。これにより、永久磁石３２（図１）を含むロータ１８が冷却される。外側に噴出された冷却油は、ロータ１８回転時の遠心力により径方向外側に振り飛ばされてステータ２０のコイルエンド２２に衝突し、コイルエンド２２も冷却される。
　一方、流体供給源は、エンジン等の動力源により駆動され、回転電機１０を搭載する車両の速度変化や要求冷却量の変化等に基づくこの動力源の回転速度の変化に応じて流体供給源の回転速度も変化する。このため、図４に示すように、ロータコア３０に設けられた複数のコア側冷媒通路６２に流れる冷却油８２が少なくなり、コア側冷媒通路６２の内部を完全には満たすことがない場合が生じる可能性がある。また、この場合に、複数のコア側冷媒通路６２同士で内部の冷却油８２の量にばらつきが生じる可能性もある。例えば、図４では、符号Ｑを付した部分に集中して多くの冷却油８２が溜まっている。このため、何らの工夫をしない場合には、ロータ１８の重量のアンバランスに基づく回転アンバランスが大きくなり、振動悪化や騒音悪化の要因となる可能性がある。
　これに対して、本実施形態では、上記のように各コア側冷媒通路６２と連通する環状冷媒通路５２が各エンドプレート３６，３７に設けられている。このため、図８に示すように、ロータ１８の回転時に遠心力の作用で各環状冷媒通路５２の内部に外周側から徐々に冷却油８２が溜まり、さらにこの冷却油８２が少なくとも高速回転領域でロータ１８の回転アンバランスを解消するように作用する。すなわち、各コア側冷媒通路６２同士で内部に溜まる冷却油８２の量にばらつきが生じてロータ１８の重心が回転中心からずれる場合、高速回転ではその重心のずれた側と反対側に各環状冷媒通路５２内で冷却油８２が分離または集中して溜まる傾向となる。このため、少なくとも高速回転領域でロータ１８の回転アンバランスが修正され、振動及び騒音を抑制することができる。すなわち、ロータ１８の冷却のために用いる冷却油８２が環状冷媒通路５２を貯留形態を変える等しながら周方向に流れてバランスウェイトの役目を果たす。また、回転アンバランスの解消のために部品点数が多くなることがなく、コストを低減できる。この結果、軸心冷却構造の構成において、簡易な構成で自動的にロータ１８の回転アンバランスを解消できる。また、各環状冷媒通路５２の外周側から溜まった冷却油８２が各コア側冷媒通路６２と対向する部分にまで達すると、図８に矢印βで示すように、各コア側冷媒通路６２に漏れ出て各コア側冷媒通路６２に流れるので、回転アンバランスの解消用としては余った油をロータ冷却用として使用できる。このため、各環状冷媒通路５２の外周側に溜まる冷却油８２の最大貯留量を適切に規制しやすくなる。
　なお、上記の実施形態では、ロータコア３０に設けられた各コア側冷媒通路６２が径方向外側に頂点が１つのみ設けられた略三角形の断面形状を有するような図示をしているが、各コア側冷媒通路６２の形状はこれに限定するものではなく、断面が円形、矩形、ひし形等、種々の形状を有するものを採用できる。例えば、各コア側冷媒通路６２は、径方向内側に頂点が１つのみ設けられた略三角形の断面形状を有するものも採用できる。また、上記ではロータコア３０の両側に２つのエンドプレート３６，３７が設けられた場合を説明したが、本実施形態は、ロータコアの軸方向片側のみにエンドプレートが設けられた構成に適用することもできる。
　図９は、本発明に係る実施形態の回転電機を構成するエンドプレートの別例の第１例を示す図である。図１０は、図９のエンドプレートの一部に冷却液が集中して溜まる様子を示す斜視図である。図９、図１０のエンドプレート３７は、上記の図２の左側のエンドプレート３７に対応する。なお、以下の説明では、上記の図１～８に示した要素と同一または対応する要素には同一の符号を付して説明する。図９、図１０に示すエンドプレート３７では、ロータコア３０と対向する内側面に径方向中間部の環状冷媒通路５２と、環状冷媒通路５２とエンドプレート３７の内周面とを連通させる放射状の径方向通路６４とが形成されている。各径方向通路６４は、例えば図５のロータシャフト１６の周方向複数個所に形成された傾斜孔５０または径方向孔と連通させる。このような構成でも、図１０に示すように、ロータ１８の重量のアンバランスに応じて回転時に環状冷媒通路５２内で周方向の一部等に冷却油８２を偏らせて自動的に回転アンバランスを解消することができる。その他の構成及び作用は、上記の図１～８の実施形態と同様である。
　図１１は、本発明に係る実施形態の回転電機を構成するエンドプレートの別例の第２例を示す、図１０に対応する図である。図１１のエンドプレート３７も、上記の図２の左側のエンドプレート３７に対応する。図１１のエンドプレート３７は、中心部に軸方向の貫通孔が形成された円板部６６の軸方向内側面の外周部に円筒部６８が一体に設けられている。この円筒部６８の内側部分が環状冷媒通路５２となっている。このようなエンドプレート３７はロータシャフト１６の外側に嵌合固定した状態で、ロータシャフト１６の傾斜孔５０または径方向孔と環状冷媒通路５２とを連通させる。その他の構成及び作用は、上記の図１～８の実施形態または図９の構成と同様である。
　図１２は、本発明に係る実施形態の回転電機の別例のロータを示す、図５に対応する図である。図１２のロータ１８では、上記の図１～８の実施形態において、各エンドプレート７０に環状冷媒通路５２（図２等参照）が形成されていない。その代わりに各エンドプレート７０の周方向複数個所で各コア側冷媒通路６２と対向する部分に複数のプレート側冷媒通路７２が形成され、各プレート側冷媒通路７２の底部に軸方向に貫通する貫通孔７４が形成されている。また、ロータシャフト１６の軸方向中間部の１個所または複数個所に径方向に貫通する軸側径方向通路７６が形成されるとともに、ロータコア３０の内周側部分の周方向複数個所に、各コア側冷媒通路６２とロータコア３０の内周面とを連通させるコア側径方向通路７８が形成されている。そして軸側径方向通路７６と各コア側径方向通路７８とが連通している。
　また、ロータコア３０の軸方向両端寄りの２個所位置に、各コア側冷媒通路６２の径方向外端部に連通するようにロータ１８の回転中心Ｏを中心とする円環状に形成された環状冷媒通路８０が設けられている。すなわち、各環状冷媒通路８０は、ロータコア３０の軸方向の２個所に、各コア側冷媒通路６２と連通するように円環状に形成されている。
　このような構成では、内側軸部材３８（図１参照）の外周面とロータシャフト１６の内周面との間に供給された冷却油が、図１２の矢印γで示す方向に、軸側径方向通路７６、コア側径方向通路７８、コア側冷媒通路６２に順に流れて、各コア側冷媒通路６２の軸方向両側から各プレート側冷媒通路７２及び貫通孔７４を通じて外側に噴出される。この場合、ロータコア３０に設けられた各環状冷媒通路８０にもロータ１８回転時の遠心力の作用により冷却油が供給され、内部を周方向に流れる。このため、各コア側冷媒通路６２同士の間で内部の冷却油のばらつきが生じる場合でも、各環状冷媒通路８０内の冷却油が各環状冷媒通路８０を周方向に流れてバランスウェイトの役目を果たすので、簡易な構成で自動的にロータ１８の回転アンバランスを解消できる。その他の構成及び作用は、上記の図１～図８の実施形態と同様である。なお、ロータコア３０に設けられた環状冷媒通路５２は、ロータコア３０の少なくとも軸方向の一部に設けられていればよく、例えば軸方向中央部に１つのみを設けることもできる。
　なお、上記の各実施形態では、ロータシャフト１６の内側に内側軸部材３８を配置しているが、内側軸部材３８を省略して、ロータシャフト１６の貫通孔４８により形成される軸側冷媒通路に冷却油を供給し、ロータ１８を冷却することもできる。
　また、ロータコア３０は、複数の鋼板を積層してなる積層体により構成する以外に、磁性粉末を加圧成形してなる圧粉磁心により構成することもできる。また、冷却液として、油以外、例えば冷却水等を用いることもできる。また、永久磁石３２はロータコア３０にＶ字形に配置する構成に限定するものではなく、例えば、ロータコア３０の中心軸を中心とする同心円上の複数個所に永久磁石を配置することもできる。また、ロータは、永久磁石を有する構成に限定せず、周方向複数個所にロータコイルが設けられた構成に本発明を適用することもできる。
　１０　回転電機、１４　ケーシング、１６　ロータシャフト、１８　ロータ、２０　ステータ、２２　コイルエンド、２４　ステータコア、２６　ティース、２８　ステータコイル、２９　コイルエンド、３０　ロータコア、３２　永久磁石、３６，３７　エンドプレート、３８　内側軸部材、４０　軸方向通路、４２　径方向通路、４４　中間通路、４８　貫通孔、５０　傾斜孔、５２　環状冷媒通路、５４　外周側内壁面、５６　内周側内壁面、５８　貫通孔、６０　プレート側径方向通路、６２　コア側冷媒通路、６４　径方向通路、６６　円板部、６８　円筒部、７０　エンドプレート、７２　プレート側冷媒通路、７４　貫通孔、７６　軸側径方向通路、７８　コア側径方向通路、８０　環状冷媒通路、８２　冷却油。

Claims (4)

  1. 　内部に設けられた軸側冷媒通路を含み回転可能なロータシャフトと、
    　周方向複数個所に前記軸側冷媒通路と連通するように軸方向に設けられた複数のロータ側冷媒通路を含み、前記ロータシャフトの外径側に固定されるロータと、
    　前記ロータの外径側に対向配置されるステータとを備え、
    　前記ロータは、
    　軸方向の少なくとも一部に前記各ロータ側冷媒通路と連通するように、前記ロータの回転中心軸を中心とする円環状に設けられ、内部に冷却液を周方向に流通させる環状冷媒通路を含むことを特徴とする回転電機。
  2. 　請求項１に記載の回転電機において、
    　前記ロータは、
    　周方向複数個所に設けられ、それぞれ軸方向に貫通する前記ロータ側冷媒通路である複数のコア側冷媒通路を有するロータコアと、
    　前記ロータコアの軸方向両側のうち、少なくとも軸方向片側に設けられたエンドプレートとを含み、
    　前記環状冷媒通路は、前記エンドプレートに前記各コア側冷媒通路と連通するように円環状に形成されていることを特徴とする回転電機。
  3. 　請求項１に記載の回転電機において、
    　前記ロータは、
    　周方向複数個所に設けられ、それぞれ軸方向に貫通する前記ロータ側冷媒通路である複数のコア側冷媒通路を有するロータコアを含み、
    　前記環状冷媒通路は、前記ロータコアの少なくとも軸方向の一部に前記各コア側冷媒通路と連通するように円環状に形成されていることを特徴とする回転電機。
  4. 　請求項１から請求項３のいずれか１に記載の回転電機において、
    　前記環状冷媒通路は、前記複数のロータ側冷媒通路の外接円よりも径方向に関して外側に設けられる円環状の外周側内壁面を有することを特徴とする回転電機。
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