(57)【要約】【課題】界磁コイルへの通電に対し、効果的な冷却を可能とする機能を備えた回転電機を提供することを課題とする。【解決手段】回転電機は、非回転部材１と、前記非回転部材１に固定された固定子３と、前記非回転部材１に固定され、前記固定子３の内径側に配置され、鉄心４に巻線を巻回した界磁コイル１８と、前記固定子３と前記界磁コイル１８の間に回転可能に配置される回転子５と、を備える。前記界磁コイル１８の鉄心４には、熱交換媒体が供給及び排出される流路２４，２５が軸方向に沿って形成されている。【選択図】図１
2020188560.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
非回転部材と、
前記非回転部材に固定された固定子と、
前記非回転部材に固定され、前記固定子の内径側に配置され、鉄心に巻線を巻回した界磁コイルと、
前記固定子と前記界磁コイル鉄心の間に回転可能に配置される回転子と、
を備え、
前記界磁コイルの鉄心には、熱交換媒体が供給及び排出される流路が軸方向に沿って形成されている、回転電機。
【請求項２】
前記鉄心の前記流路は、前記鉄心の一端から他端側に向かって形成された流動穴と、前記流動穴内に挿通されるパイプとを備え、前記パイプ内の第１流路と、前記第１流路と連通し、かつ、前記流動穴と前記パイプとの間の第２流路とで構成されている、請求項１に記載の回転電機。
【請求項３】
前記鉄心の流路は、前記鉄心の一端から他端側に向かって形成された複数の流動穴と、前記全ての流動穴を他端側で連通する連通穴とで構成されている、請求項１に記載の回転電機。
【請求項４】
前記流動穴は、前記鉄心の軸心を除く外径側に形成されている、請求項３に記載の回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、シャフトと、前記シャフトと一体回転する磁極を備えた回転子と、前記回転子の外側に対向配置された固定子と、前記シャフトを回転自在に支持し、前記回転子および前記固定子を収納するブラケットと、前記ブラケットに固定され、内周面が空隙を介して前記回転子と対向し、前記回転子および前記固定子とともに磁気回路を形成する継鉄部と、前記継鉄部のうち外径が他の部分より小さい薄肉部の外周面と係合するボビンと、前記ボビンに巻回され、磁束を発生させる界磁コイルと、前記薄肉部に接合され、前記ボビンを軸方向に保持する保持材とを備えた回転電機が公知である（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
しかしながら、前記従来の回転電機では、駆動時の通電による発熱を抑制するための構成については考慮されてない。このため、界磁コイルに通電すると、巻線の電気抵抗によって発熱し、巻線の絶縁被膜が破壊される虞があった。逆に、巻線の絶縁被膜が破壊されないようにするために、電流値に制限を設ける必要があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−２４４８０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、界磁コイルの効果的な冷却を可能とする機能を備えた回転電機を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、前記課題を解決するための手段として、非回転部材と、前記非回転部材に固定された固定子と、前記非回転部材に固定され、前記固定子の内径側に配置され、鉄心に界磁コイルを巻回した界磁コイルと、前記固定子と前記界磁コイルの間に回転可能に配置される回転子と、を備え、前記界磁コイルの鉄心には、熱交換媒体が供給及び排出される流路が軸方向に沿って形成されている、回転電機を提供する。
【０００７】
この構成により、鉄心に形成した流路で熱交換媒体を流動させることにより、界磁コイルの巻線を効果的に冷却できる。また、界磁コイルを回転子の内径側に配置することが可能となり、軸方向に大型化しないコンパクトな構成とすることができる。
【０００８】
前記鉄心の前記流路は、前記鉄心の一端から他端側に向かって形成された流動穴と、前記流動穴内に挿通されるパイプとを備え、前記パイプ内の第１流路と、前記第１流路と連通し、かつ、前記流動穴と前記パイプとの間の第２流路とで構成されているのが好ましい。
【０００９】
この流動穴とパイプによる簡単な構成で熱交換媒体を循環させる流路を形成でき、効果的な冷却を実現できる。
【００１０】
前記鉄心の流路は、前記鉄心の一端から他端側に向かって形成された複数の流動穴と、前記複数の流動穴を他端側で連通する連通穴とで構成されているのが好ましい。
【００１１】
この構成により、いずれかの流動穴から熱交換媒体を供給し、連通穴を介して他の流動穴から排出する流路を形成できる。これにより、別部材を必要とすることなく、鉄心だけで流路を構成できる。
【００１２】
前記流動穴は、前記鉄心の軸心を除く外径側に形成されているのが好ましい。
【００１３】
この構成により、冷却対象である界磁コイルの巻線の近傍に流路を形成することができ、冷却効果を高めることができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、界磁コイルの鉄心に熱交換媒体が供給及び排出される流路を形成するようにしたので、界磁コイルの巻線への通電による発熱に対して効果的な冷却が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本実施形態に係る回転電機の部分破断斜視図である。
【図２】図１のハウジングを示す部分破断斜視図である。
【図３】図１の界磁コイル鉄心を示す部分破断斜視図である。
【図４】図１の回転子を示す部分破断斜視図である。
【図５】他の実施形態に係る回転電機の部分破断斜視図である。
【図６】他の実施形態に係る回転電機の部分破断斜視図である。
【図７】他の実施形態に係る回転子の部分破断斜視図である。
【図８】他の実施形態に係る回転子の部分破断斜視図である。
【図９】他の実施形態に係る回転子の部分破断斜視図である。
【図１０】他の実施形態に係る回転子及び界磁コイル鉄心の部分破断斜視図である。
【図１１】他の実施形態に係る界磁コイル鉄心の部分破断斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明に係る実施形態を添付図面に従って説明する。なお、以下の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物、あるいは、その用途を制限することを意図するものではない。
【００１７】
本発明の回転電機は、ＨＥＶ（ハイブリッド電気自動車）、ＥＶ（電気自動車）、その他電動機を構成として含む機器に適用できる。本実施形態では、一例としてＥＶ（電気自動車）用の回転電機について説明する。
【００１８】
図１は、本実施形態に係る回転電機の部分破断斜視図である。この回転電機は、非回転部材の一例であるハウジング１と、ハウジング１の外周面を覆うジャケット２と、ハウジング１内に設けられる、固定子３、界磁コイル鉄心４及び回転子５とを備え、回転子５が、ハウジング１、固定子３及び界磁コイル鉄心４に対して回転するように構成されている。
【００１９】
ハウジング１は、図２に示すように、有底筒状のハウジング本体６と、このハウジング本体６の一端側開口部を覆う蓋体（図示せず）とで構成されている。ハウジング本体６の他端側の壁部７の中央には段付き凹部８が形成されている。段付き凹部８の中心には貫通穴９が形成されている。壁部７の内面側には、段付き凹部８によってガイド部１０が形成されている。ガイド部１０は、段付き形状で、先端側から第１凸部１０ａ、第２凸部１０ｂ及び第３凸部１０ｃで構成されている。壁部７の外端面には、段付き凹部８の周囲の内径側環状リブ１１ａと、外周縁の外径側環状リブ１１ｂと、径方向に延び、内径側環状リブ１１ａと外径側環状リブ１１ｂとを接続する複数の直線リブ１１ｃとが形成されている。また、ハウジング本体６の外周面には全周に亘って環状溝１２が形成されている。
【００２０】
ジャケット２は、図１に示すように、ハウジング１の外周面を覆う円筒状に形成されている。ジャケット２は、ハウジング１の環状溝１２を覆って熱交換媒体の一例としての冷却水を流動させる冷却水路１３を区画する。ジャケット２には、冷却水路１３に連通する複数の連通穴（図示せず）が形成され、これら連通穴を介して冷却水路１３で冷却水を流動できるように構成されている。
【００２１】
固定子３は、固定子鉄心１４とコイル１５を備える。固定子鉄心１４は、複数の電磁鋼板を積層することにより得られる。固定子鉄心１４は、電磁鋼板の積層方向が界磁コイル鉄心４の軸方向に合致するようにしてハウジング１に取り付けられている。コイル１５は、固定子鉄心１４にその軸方向両端部からはみ出すように巻回されている。
【００２２】
界磁コイル鉄心４は、図３に示すように、界磁コイル鉄心本体１６、界磁コイル鉄心鍔部１７及び界磁コイル１８を備える。界磁コイル鉄心本体１６は、鉄心部１９と鍔部２０で構成されている。鍔部２０の端面中央には円形状の位置決め凹部２１が形成されている。位置決め凹部２１の中心には流動穴２２が形成されている。流動穴２２は、鉄心部１９の長手方向の中央位置を超えて延び、先端近傍に到達している。また鍔部２０の端面外周側には環状凸部２３が形成されている。界磁コイル鉄心鍔部１７は鉄心部１９の先端に固定されている。界磁コイル１８は、鍔部２０との間に形成されるコイル巻回部に巻回されている。
【００２３】
界磁コイル鉄心４は、その界磁コイル鉄心鍔部１７をハウジング１の壁部７の内面に形成したガイド部１０に固定されている。すなわち、界磁コイル鉄心鍔部１７の位置決め凹部２１にはガイド部１０の第１凸部１０ａが嵌合し、環状凸部２３にはガイド部１０の第２凸部１０ｂが嵌合している。これにより、界磁コイル鉄心４は、ハウジング１に対していわゆる片持ち状態で支持される。この状態で、ハウジング１の貫通穴９と、界磁コイル鉄心４の流動穴２２とが連通する。流動穴２２には、貫通穴９を介して、流動穴２２よりも小さい外径寸法を有するパイプ２４が挿入されている。これにより、パイプ２４の中心穴（第１流路）を介して流動穴２２内に冷却水を供給すると、この冷却水は、パイプ２４の中心穴を通って流動穴２２の底部まで到達し、流動穴２２とパイプ２４の間に形成される環状通路２５（第２流路）を貫通穴８側まで流動した後、流動穴２２の外部に排出されることになる。なお、環状凸部２３と第２凸部１０ｂとが嵌合することにより、第２凸部１０ｂの外周部分に環状につながった溝が形成されている。この溝にはベアリング２６が配置されている。
【００２４】
回転子５は、図４に示すように、第１回転子部２７と第２回転子部２８を備え、界磁コイル鉄心４の外周側で、固定子３と界磁コイル鉄心４に対して回転可能に支持されている。
【００２５】
第１回転子部２７は、第１環状部２９を備える。第１環状部２９からは、この第１環状部２９よりも小径の筒部３０が突出している。第１環状部２９は、ベアリング２６を介してハウジング１のガイド部１０に回転可能に支持されている。また、第１環状部２９からは、筒部３０とは反対側に複数の第１延在部３１が突出している。第１延在部３１は、第１環状部２９の周方向に所定ピッチで形成され、隣接する２つの第１延在部３１の間は第１逃がし部３２となっている。第１回転子部２７は磁性材料からなり、界磁コイル３１の巻線への通電により例えばＳ極となる。
【００２６】
第２回転子部２８は、第２環状部３３を備える。第２環状部３３は、固定子５と界磁コイル３１に対して回転可能に支持されている。第２環状部３３からは、この第２環状部３３よりも小径の台座部３４が突出している。台座部３４の中央からは回転軸３５が突出している。回転軸３５の回転力が図示しない被駆動部へと伝達される。また、第２環状部３３からは、台座部３４とは反対側に、複数の第２延在部３６が突出している。第２延在部３６は、第２環状部３３の周方向に所定ピッチで形成され、隣接する２つの第２延在部３６の間は第２逃がし部３７となっている。第２回転子部２８は磁性材料からなり、界磁コイル３１の巻線への通電により例えばＮ極となる。
【００２７】
第１回転子部２７と第２回転子部２８は、第１回転子部２７の第１延在部３１を第２回転子部２８の第２逃がし部３７に、第２回転子部２８の第２延在部３６を第１回転子部２７の第１逃がし部３２にそれぞれ位置させた状態で、磁気的に絶縁された位置決めピン３８によって互いに連結される。これにより、第１回転子部２７と第２回転子部２８とは、周方向及び軸方向への位置ずれが防止され、第１延在部３１と第２延在部３６とで筒状部３９が形成される。
【００２８】
前記構成の回転電機では、図示しないインバータからコイル１５に通電して回転子５を電気的に回転させることにより回転軸３５を介して被駆動部を駆動する。このとき、コイル１５への通電によりコイル１５自体が発熱する。そこで、ハウジング１とジャケット２とで形成された冷却水路１３に冷却水を供給する。供給された冷却水は冷却水路１３を流動し、ハウジング１の外周面から内部の熱を吸収する。また、パイプ２４を介して界磁コイル鉄心４の流動穴２２に冷却水を供給する。供給された冷却水は、流動穴２２とパイプ２４との間に形成される環状通路２５を流動して界磁コイル鉄心４を介して界磁コイル３１の熱を吸収する。
【００２９】
このように、前記実施形態に係る回転電機によれば、ハウジング１とジャケット２の間の冷却水路１３だけでなく、界磁コイル鉄心４内にも冷却水を供給することにより、内側からも冷却できるようにしている。したがって、界磁コイル１８を有する界磁コイル鉄心４を回転子５の内径側に配置した構成であるにも拘わらず、界磁コイル１８から発生する熱を効果的に除去し、良好な駆動状態を確保できる。
【００３０】
なお、本発明は、前記実施形態に記載された構成に限定されるものではなく、種々の変更が可能である。
【００３１】
前記実施形態では、水冷式としたが、油冷式等の他の熱交換媒体を利用した冷却方式としてもよい。
【００３２】
前記実施形態では回転子５の筒状部３９は、ほぼ均一厚さの円筒状に形成したが、その一部を、薄肉としたり、あるいは、厚肉としたりしてもよい。
【００３３】
図５では、第１回転子部２７の外周面と、第２回転子部２８の外周面とに、周方向につながる溝部４０（第１環状部２９側のみ図示）がそれぞれ形成されている。各溝部４０は、固定子３の両端部側にそれぞれ対向している。これにより、固定子３の中央部から回転子５に向かう部分に磁束を集中させることができ、回転子５の回転状態を安定させることができる。
【００３４】
図６では、第１回転子部２７の第１延在部３１及び第２回転子部２８の第２延在部３６の内面が、先端に向かうに従って徐々に外径側に肉厚が除変する湾曲面３５ａで構成されている。つまり、第１延在部３１及び第２延在部３６の肉厚を基部側で厚く、先端に向かうに従って徐々に薄くなるようにしている。これにより、第２延在部３６の固定子３に対向する部分で、ほぼ均一な磁束分布を得ることができるようにしている。
【００３５】
この場合、界磁コイル鉄心４の鉄心部１９に巻回する界磁コイル１８の形状を段付き形状とするのが好ましい。ここでは、界磁コイル１８を、複数の階段状を成すように巻回することで、全体としてラグビーボール状とし、第１延在部３１及び第２延在部３６の内面形状に沿うように形成している。これにより、回転子５の内側のスペースを有効利用して、界磁コイル１８の有効断面積を多くすることができる。
【００３６】
前記実施形態では、第１回転子部２７と第２回転子部２８を位置決めピン３８で連結するようにしたが、次のように構成してもよい。
【００３７】
図７では、第１回転子部２７と第２回転子部２８の間に、非磁性材料からなる第１中間部材４１が配置されている。詳しくは、第１中間部材４１は、第１延在部３１と第２延在部３６の周方向の隙間を埋めるようにして配置されている。第１延在部３１と第２延在部３６には、幅方向の中心に、先端から基部側に向かって溝３６ａ（第１延在部３１側は図示せず）が形成されている。第１中間部材４１の両側面には、幅方向の中心に長手方向に延び、この溝に嵌合する突条部４１ａがそれぞれ形成されている。溝３６ａ及び突条部４１ａは、断面矩形状であってもよいが、断面Ｔ字形とすることにより端面側からスライドさせて係合させる構成とすれば、径方向への位置ずれを確実に防止できる点で好ましい。
【００３８】
図８では、第１回転子部２７と第２回転子部２８の間に、永久磁石からなる第１中間部材４１が配置されている。
【００３９】
図９では、さらに、第１延在部３１の先端と第２逃がし部３７の間、及び、第２延在部３６の先端と第１逃がし部３２の間に、永久磁石からなる第２中間部材４２が配置されている。また、第２中間部材４２も、前記第１中間部材４１と同様に非磁性材料で構成することも可能である。この場合も、前記第１中間部材４１と同様に、第１回転子部２７と第２回転子部２８に溝を形成する一方、第２中間部材４２に突条部を形成して両者を嵌合するようにすればよい。これにより、回転子５の周方向には第１中間部材４１によって、回転子５の軸方向には第２中間部材４２によってそれぞれ位置ずれが防止される。
【００４０】
図１０では、回転子５の内径側に補強リング４３が配置されている。補強リング４３は、中空の円筒状で、両端開口縁から長手方向に延びる複数のスリット４４がそれぞれ形成されている。補強リング４３の一端側では、第１回転子部２７の各第１延在部３１にそれぞれ対応する位置に形成され、他端側では、第２回転子部２８の各第２延在部３６にそれぞれ対応する位置に形成されている。各第１延在部３１及び各第２延在部３６には、各スリット４４に係合する断面Ｔ字形の突条部３６ｂ（第１延在部３１側は図示せず）がそれぞれ形成されている。図１０の構成によれば、図９に示すような第１中間部材４１や第２中間部材４２を不要としても、回転子５の回転強度を向上しつつ、第１回転子部２７と第２回転子部２８を位置決めすることができる。
【００４１】
前記実施形態では、界磁コイル鉄心４の鉄心部１９の中心に流動穴２２を形成するようにしたが、この流動穴２２は次のように構成することもできる。
【００４２】
図１１では、鉄心部１９の外周側の同一円周上に複数の流動穴４５が形成されている。各流動穴４５は鉄心部１９の両端に貫通している。界磁コイル鉄心鍔部１７には、前記複数の流動穴４５が連通する溝４６が形成されている。この構成により、鉄心部１９の一端側からいずれかの流動穴４５から流入した熱交換媒体は、他端側へと流動した後、溝４６を流動して残る他の流動穴４５のいずれかを介して一端側へと流動する。これによれば、鉄心部１９の外周側での冷却が可能となり、中心部に設ける場合に比べてより一層冷却効果を発揮させることができる。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明は、例えば、ＨＥＶ（ハイブリッド電気自動車）、ＥＶ（電気自動車）、その他電動機を構成として含む機器に適用できる。
【符号の説明】
【００４４】
１…ハウジング
２…ジャケット
３…固定子
４…界磁コイル鉄心
５…回転子
６…ハウジング本体
７…壁部
８…段付き凹部
９…貫通穴
１０…ガイド部
１１…リブ
１２…環状溝
１３…冷却水路
１４…固定子鉄心
１５…コイル
１６…界磁コイル鉄心本体
１７…界磁コイル鉄心鍔部
１８…界磁コイル
１９…鉄心部
２０…鍔部
２１…位置決め凹部
２２…流動穴
２３…環状凸部
２４…パイプ（流路）
２５…環状通路（流路）
２６…ベアリング
２７…第１回転子部
２８…第２回転子部
２９…第１環状部
３０…筒部
３１…第１延在部
３２…第１逃がし部
３３…第２環状部
３４…台座部
３５…回転軸
３６…第２延在部
３７…第２逃がし部
３８…位置決めピン
３９…筒状部
４０…溝部
４１…第１中間部材
４２…第２中間部材
４３…補強リング
４４…スリット
４５…流動穴
４６…溝
【図１】
2020188560.tif 000003
【図２】
2020188560.tif 000004
【図３】
2020188560.tif 000005
【図４】
2020188560.tif 000006
【図５】
2020188560.tif 000007
【図６】
2020188560.tif 000008
【図７】
2020188560.tif 000009
【図８】
2020188560.tif 000010
【図９】
2020188560.tif 000011
【図１０】
2020188560.tif 000012
【図１１】
2020188560.tif 000013