(57)【要約】【課題】冷媒によるステータ巻き線の絶縁性低下を抑制する。【解決手段】シャフト２１に固定されたロータコア２２と、ロータコア２２の中心軸１２方向の両端面に取り付けられたエンドプレート２３とを含むモータジェネレータ１０のロータ２０であって、エンドプレート２３に形成される半径方向油路２８と、エンドプレート２３に設けられ、半径方向油路２８に連通してロータ２０の中心軸１２方向に冷却油を排出する油排出孔２９と、エンドプレート２３の表面２３ａからロータコア２２と反対側に突出し、ロータ２０の周方向に延びる第１フランジ２５と、第１フランジ２５に接続し、エンドプレート２３の表面２３ａに沿った方向に延びる第２フランジ２６と、を含むＬ型断面の油受け板２４と、油受け板２４の第２フランジ２６のエンドプレート２３側面から油排出孔２９に向かって突出する突部２７を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸に固定されたコアと、コアの軸方向の両端面に取り付けられたエンドプレートと、を含む回転電機のロータであって、
エンドプレートに形成される冷媒流路と、
エンドプレートに設けられ、冷媒流路に連通してロータの軸方向に冷媒を排出する冷媒排出孔と、
冷媒排出孔の半径方向外側でコアと反対側のエンドプレート表面からコアと反対側に突出し、ロータの周方向に延びる第１フランジと、第１フランジに接続し、冷媒排出孔に対向してエンドプレート表面に沿った方向に延びる第２フランジと、を含むＬ型断面の冷媒受け板を有すること、
を特徴とする回転電機のロータ。
【請求項２】
請求項１に記載の回転電機のロータであって、
冷媒排出孔と対向し、冷媒受け板の第２フランジのエンドプレート側面から冷媒排出孔に向かって突出する突部を有すること、
を特徴とする回転電機のロータ。
【請求項３】
請求項１または２に記載の回転電機のロータであって、
冷媒流路は、回転軸から半径方向外側に延びる第１流路と、第１流路に接続され第１流路との接続部から半径方向内側に延びる第２流路と、を有すること、
を特徴とする回転電機のロータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転電気のロータの構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
ハイブリッド車両や電気自動車などの電動車両に搭載されるモータや発電機あるいはモータと発電機の双方の機能を備えるモータジェネレータなどの回転電機は、永久磁石が取り付けられたロータと、その周囲に配置されたステータとを備えている。ステータは電磁鋼板を積層して構成されるステータコアのスロットに巻き線を巻きつけたものである。モータまたはモータとして機能する際のモータジェネレータは、ステータの巻き線に通電してロータを回転させる回転力を取り出し、発電機または発電機として機能する際のモータジェネレータは、ロータの回転によってステータ巻き線に流れる電流を取り出す。
【０００３】
この様な回転電機が回転すると、永久磁石の発熱によってロータの温度が上昇するとともに、ステータの巻き線に電流が流れる際の損失によってステータの巻き線が発熱し、ステータの温度が上昇するので、ロータに冷却油を流して冷却するとともにその冷却油をステータの巻き線に吹き付けてステータの巻き線を冷却する方法が提案されている。
【０００４】
例えば、特許文献１には、回転電機におけるロータ構造として、ロータ回転軸の中を通ってきた冷却油がロータ両側の端面に設けられた傾斜面に沿って遠心力によってステータのコイルエンドに飛沫されることが開示されている。ここでは、傾斜面の回転軸方向先端部がステータコイルエンドの位置であって絶縁紙の位置よりも軸方向に外側となる位置とされているので、傾斜部から飛沫される冷却油が絶縁紙に当たらないと述べられている。
【０００５】
また、特許文献２には、ロータシャフトに第１油路となる中空部を設け、そこから径方向に延びる第２油路、第２油路から軸方向に延びて外周の永久磁石との間で形成される第３油路を設けてロータ表面を冷却し、第３油路の軸方向端面近傍に油留め部を設け、油留め部より狭められた断面形状の吹き出し口をロータ端面に設けて、そこからミスト状に冷却油を噴き出してステータの巻き線を冷却する方法が提案されている。
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−６４２９号公報
【特許文献２】特開２００１−１６８２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、ステータの巻き線には、エナメル被覆線が用いられ、巻き線間の絶縁を確保するためにステータコアと巻き線との間あるいはコイルエンドの各相の巻き線間に絶縁紙が装着されている。これらの絶縁紙は樹脂などの強度の低い材料で構成されているため、冷却油が当たると損傷して絶縁性が低下する恐れがある。また同様に巻き線のエナメル被覆も冷却油が当たると損傷を受け、絶縁性が低下するおそれがある。
【０００８】
特許文献１に記載された従来技術では、冷却油がステータコアの表面から軸方向に突出した絶縁紙には当たらないようにロータの傾斜面によって絶縁紙よりも外側の位置まで冷却油を導いているが、冷却油は傾斜面の端からコイルエンドに向かって半径方向に飛沫するのでコイルエンドの各相の巻き線の間の絶縁紙あるいは巻き線に速い速度で当たり、これらの絶縁紙やエナメル被覆を損傷させて絶縁性の低下を招く場合があるという問題があった。また、特許文献２に記載された従来技術では、冷却油をミスト状にしてロータの軸方向に噴き出しているが、噴き出された冷却油はすぐに遠心力によって半径方向に流れてコイルエンドに早い速度で当たり、コイルエンドの絶縁紙あるいは巻き線のエナメル被覆を損傷させて絶縁性の低下を招く場合があるという問題があった。
【０００９】
本発明は、冷媒によるステータ巻き線の絶縁性低下を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の回転電機のロータは、回転軸に固定されたコアと、コアの軸方向の両端面に取り付けられたエンドプレートと、を含む回転電機のロータであって、エンドプレートに形成される冷媒流路と、エンドプレートに設けられ、冷媒流路に連通してロータの軸方向に冷媒を排出する冷媒排出孔と、冷媒排出孔の半径方向外側でコアと反対側のエンドプレート表面からコアと反対側に突出し、ロータの周方向に延びる第１フランジと、第１フランジに接続し、冷媒排出孔に対向してエンドプレート表面に沿った方向に延びる第２フランジと、を含むＬ型断面の冷媒受け板を有すること、を特徴とする。
【００１１】
本発明の回転電機のロータにおいて、冷媒排出孔と対向し、油受け板の第２フランジのエンドプレート側面から冷媒排出孔に向かって突出する突部を有すること、としても好適であるし、冷媒流路は、回転軸から半径方向外側に延びる第１流路と、第１流路に接続され第１流路との接続部から半径方向内側に延びる第２流路と、を有すること、としても好適である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明は、冷媒によるステータ巻き線の絶縁性低下を抑制することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の好適な実施形態について図面を参照しながら説明する。図１に示すように、本実施形態のロータ２０が取り付けられている回転電機であるモータジェネレータ１０は、中心軸１２の周りに回転するロータ２０と、ロータ２０の外周に配置されたステータ４０と、ロータ２０を回転自在に支持すると共にステータ４０を固定するケーシング１１とを備えている。
【００１４】
ロータ２０は回転軸であるシャフト２１と、シャフト２１に固定された円筒形のロータコア２２と、ロータコア２２のシャフト２１の中心軸１２方向の両端面に取り付けられたエンドプレート２３と、を備えている。ロータコア２２は電磁鋼板を中心軸１２の方向に積層して構成され、その内部に永久磁石３１が取り付けられている。
【００１５】
図１に示すように、ステータ４０はロータ２０の中心軸１２の方向に電磁鋼板を積層して構成されたステータコア４１とステータコア４１に設けられたスロットに巻きつけられた巻き線とを含んでいる。巻き線はステータコア４１の中心軸１２方向の両端面で各スロット間を渡るコイルエンド４２を形成している。スロットに巻き線を巻く際にはスロットとステータコア４１との間に絶縁紙４３が装着され、その一部はステータコア４１の中心軸１２の両端面から突出し、ステータコア４１の中心軸１２方向の両端面とコイルエンド４２との間に挟まれている。
【００１６】
ロータ２０の中心には中心軸１２に沿ってロータ２０を冷却する冷媒である冷却油をロータ２０に供給する中心油路３０が設けられている。中心油路３０にはシャフト２１の半径方向に延びる半径方向油供給路３６が形成され、半径方向油供給路３６はエンドプレート２３に形成された半径方向油路２８に連通している。半径方向油路２８は、エンドプレート２３の中心軸１２の方向に延び、冷却油を中心軸１２の方向に排出する油排出孔２９に連通している。エンドプレート２３に形成された半径方向油路２８はエンドプレート２３のロータコア２２側の裏面２３ｂに設けられた溝とロータコア２２の中心軸１２の方向の両端面とによって囲まれた流路である。
【００１７】
エンドプレート２３のロータコア２２と反対側の表面２３ａには、Ｌ字型の断面を有し、油排出孔２９から中心軸１２に沿った方向に排出された冷却油を受ける冷媒受け板である油受け板２４が取り付けられている。油受け板２４は、油排出孔２９の半径方向外側でエンドプレート２３の表面２３ａから中心軸１２方向でロータコア２２と反対側に突出した第１フランジ２５と、第１フランジ２５に接続し、油排出孔２９に対向してエンドプレート２３の表面２３ａに沿った方向に延びる第２フランジ２６とを備えている。油受け板２４の第２フランジ２６のエンドプレート２３側面には、油排出孔２９と対向し、油排出孔２９に向かって突出する突部２７が設けられている。油受け板２４はＬ型断面であり、油排出孔２９の半径方向内側には、半径方向開口３３が形成されている。
【００１８】
図２に示すように、ロータ２０に設けられた永久磁石３１は、それぞれ２つの永久磁石によって構成された永久磁石群がロータ２０の周方向に沿って複数設けられている。各永久磁石群は複数の磁極を形成する。そして、共通の中心油路３０からそれぞれの磁石群に向かって複数の半径方向油供給路３６と半径方向油路２８と円形の油排出孔２９とが設けられている。そして、各油排出孔２９の中心軸１２の方向には油受け板２４の第２フランジ２６が配置され、各油排出孔２９の半径方向外側には油受け板２４の第１フランジ２５が配置されている。第１フランジ２５はロータ２０の周方向に延びる板で部分円筒形状であり、第２フランジ２６はロータ２０の周方向に沿って延びる部分円環板形状である。図３（ａ）、図３(ｂ)に示すように、第１フランジ２５と、第２フランジ２６と、エンドプレート２３の表面２３ａとによって円周方向に延びる溝型の流路３７が形成される。油受け板２４はＬ字型の断面形状でロータ２０の周方向の両端側は解放端となっている。このため、流路３７のロータ２０の回転方向の側には周方向入口開口３２が形成され、流路３７のロータ２０の回転方向と反対側には周方向出口開口３４が形成されている。
【００１９】
図３(ａ)、図３(ｂ)に示すように、油排出孔２９に対向して設けられた突部２７は、ロータコア２２の方向に向いて突出した円錐台形状となっており、突部２７の設けられていない部分のエンドプレート２３の表面２３ａとの間隔よりも突部２７のある部分の表面２３ａとの間隔が狭くなっている。
【００２０】
以上のように構成されたモータジェネレータ１０が回転する際の冷却油の流れについて説明する。図１から図３において、矢印は冷却油の流れを示し、実線の矢印は液状の冷却油を示し点線の矢印は後で説明する霧状飛沫となった冷却油の流れを示す。図１及び図２に実線の矢印で示すように、中心油路３０に中心軸１２の軸方向から供給された冷却油は、ロータ２０の回転による遠心力によって半径方向油供給路３６から半径方向油路２８に向かってロータ２０の半径方向外側に流れていく。そして、半径方向油路２８に流れ込んだ冷却油は加圧されて油排出孔２９を通ってエンドプレート２３から中心軸１２の方向にエンドプレート２３の表面２３ａに向かって流れていく。一方、図２、図３(ｂ)に示す様に、ロータ２０が回転すると、油受け板２４の周方向入口開口３２からはモータジェネレータ１０の内部にある空気が油受け板２４の第２フランジ２６とエンドプレート２３の表面２３ａとの間に流れ込んでくる。流れ込んだ空気は溝型の流路３７に沿って周方向に流れていく。そして、エンドプレート２３の表面２３ａとの間隔が狭くなっている突部２７が設けられている領域に入ると、流路幅が狭くなるため空気の流速が突部２７のない部分よりも早くなる。このため突部２７の設けられている領域の空気の圧力が低下し、半径方向油路２８に連通している油排出孔２９の冷却油は中心軸１２の方向に流路３７に向かって吸引される。
【００２１】
図３(ａ)、図３(ｂ)に示す様に、冷却油はロータ２０の回転による遠心力で加圧されるとともに、突部２７の設けられた領域の吸引力によって油排出孔２９からエンドプレート２３の中心軸１２の方向に噴出する。図３(ａ)、図３(ｂ)の点線の矢印に示す様に、噴出した冷却油は突部２７に衝突して飛沫となると共に、圧力の低い領域に噴出されることによって液滴の大きさが非常に小さくなり、霧状飛沫となって流路３７に沿って周方向出口開口３４に向かってロータ２０の回転方向と逆の周方向に流れていく。また、一部の霧状飛沫は突部２７のある領域から空気とともに油受け板２４の半径方向開口３３から半径方向内側に流れていく。このように冷却油は油受け板２４によって霧状飛沫となるとともに、周方向あるいは半径方向内側に流れの方向が変化させられ、半径方向の流れの勢いが弱められる。
【００２２】
図２に示すように、周方向出口開口３４及び半径方向開口３３から油受け板２４の外に流れだした霧状飛沫の冷却油は、各油受け板２４の間からロータ２０の回転による遠心力によって半径方向外側に向かって流れていく。この霧状飛沫の冷却油は、油受け板２４によって一旦半径方向の流れの勢いが弱められているので、ゆっくりとステータ４０のコイルエンド４２に当たる。また、霧状飛沫となっているので各飛沫がコイルエンド４２に当たる際の衝撃力は非常に小さくなっている。そして、コイルエンド４２を冷却した冷却油はモータジェネレータ下部に設けられた図示しない油溜めに戻り、再び中心油路３０に供給されていく。
【００２３】
以上述べたように、本実施形態のモータジェネレータ１０のロータ２０は、油受け板２４によって冷却油を霧状飛沫とするとともに、一旦周方向あるいは半径方向内側にその流れの方向を変化させて半径方向の流れの勢いを弱めることができるので、冷却油をゆっくりとステータ４０のコイルエンド４２に当て、各飛沫がコイルエンド４２に当たる際の衝撃力を非常に小さくすることができる。このため、冷却油が当たることによってコイルエンド４２に設けられた絶縁紙４３や巻き線のエナメル被覆などを損傷させることが少なくなり、ステータ４０の巻き線の絶縁性が低下することを抑制することができる。
【００２４】
図４を参照しながら本発明の他の実施形態について説明する。先に図１から図３を参照して説明した実施形態と同様の部位には同様の符号を付して説明は省略する。
【００２５】
図４に示すように、本実施形態のロータ２０は、半径方向油供給路３６に連通して半径方向外側に延びる第１流路である半径方向油路２８が永久磁石３１の半径方向外側まで延び、半径方向油路２８に接続されて半径方向油路２８との接続部２８ａから半径方向内側に向かって延びる折り返し油路２８ｂとを備え、油排出孔２９は折り返し油路２８ｂに接続されている。
【００２６】
本実施形態は、折り返し油路２８ｂによって冷却油を半径方向の内側に流してその半径方向外側に向かう勢いを弱めた上で、油排出孔２９から油受け板２４に向かって冷却油を噴出させるので、先に説明した実施形態よりもゆっくりとステータ４０のコイルエンド４２に冷却油を当てることができ、冷却油が当たることによってコイルエンド４２に設けられた絶縁紙４３や巻き線のエナメル被覆などを損傷させることがより少なくなり、ステータ４０の巻き線の絶縁性が低下することをより抑制することができる。
【００２７】
以上説明した各実施形態は、永久磁石３１を用いたモータジェネレータ１０に本発明を適用した場合について説明したが、モータジェネレータ１０以外のモータ、または発電機にも適用することができるし、永久磁石３１を用いないロータあるいは巻き線を有するロータにも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の実施形態における回転電機のロータが取り付けられたモータジェネレータを示す軸方向の断面図である。
【図２】本発明の実施形態におけるモータジェネレータのロータを軸方向から見た図である。
【図３】本発明の実施形態におけるモータジェネレータのロータに設けられた油受け板と油路とを示す説明図である。
【図４】本発明の他の実施形態におけるモータジェネレータのロータに設けられた油受け板と油路とを示す説明図である。
【符号の説明】
【００２９】
１０  モータジェネレータ、１１  ケーシング、１２  中心軸、２０  ロータ、２１  シャフト、２２  ロータコア、２３  エンドプレート、２３ａ  表面、２３ｂ  裏面、２４  油受け板、２５  第１フランジ、２６  第２フランジ、２７  突部、２８  半径方向油路、２８ａ  接続部、２８ｂ  折り返し油路、２９  油排出孔、３０  中心油路、３１  永久磁石、３２  周方向入口開口、３３  半径方向開口、３４  周方向出口開口、３６  半径方向油供給路、３７  流路、４０  ステータ、４１  ステータコア、４２  コイルエンド、４３  絶縁紙。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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