(57)【要約】【課題】ロータから飛散する冷却油の衝突によるコイルエンドの劣化、損傷を抑制する。【解決手段】ロータコア１１２を軸方向から挟持するエンドプレートの少なくとも一方１１３において、エンドプレート１１３の第１の排出口ｃで開口する冷却油の案内路ｂを形成する。回転電機１の運転時において、供給路ａの冷却油を遠心力により第１の排出口ｃからコイルエンド１２３に向けて飛散させて、コイル１２２を冷却する。また、エンドプレート１１３において、案内路ｂから分岐させて、第１の排出口ｃよりも径方向内側の第２の排出口ｆで開口する分岐路ｄを形成し、余剰の冷却油を第２の排出口ｆから排出する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コイルを有するステータと、
このステータに対して径方向内方に配置されたロータと、
を含んで構成される回転電機であって、
前記ロータは、
冷媒の供給源に接続される軸中空部を有する回転軸と、
この回転軸に固定されたロータコアと、
このロータコアを軸方向両側から挟持するように設けられた一対のエンドプレートと、を有し、
前記一対のエンドプレートのうち少なくとも一方は、
前記軸中空部に開口する冷媒の導入口と、前記エンドプレートの外面に開口する第１の排出口と、を連通接続して径方向に延在し、前記軸中空部から導入された冷媒を前記第１の排出口から前記コイルのエンド部分に供給可能に構成された案内路と、
前記案内路から分岐して、前記第１の排出口よりも径方向内側の位置で前記エンドプレートの外面に開口する第２の排出口に連通接続し、前記第１の排出口の排出限界を超える前記案内路の余剰の冷媒を、前記第２の排出口から排出する分岐路と、
が設けられた回転電機。
【請求項２】
前記第２の排出口から排出された冷媒を、前記コイルのエンド部分を避ける経路に案内する手段を更に含んで構成される請求項１に記載の回転電機。
【請求項３】
前記ロータ及び前記ステータを収容するハウジングを更に含んで構成され、
前記冷媒案内手段は、径方向に関して前記第２の排出口と前記コイルのエンド部分との間で前記ハウジングの内面から前記エンドプレートに向けて延伸させて設けられた第１の壁部である請求項２に記載の回転電機。
【請求項４】
前記第１の壁部は、前記回転軸の軸中心線に関する周方向全体に亘って鍔状に形成された請求項３に記載の回転電機。
【請求項５】
前記冷媒案内手段は、前記第２の排出口と前記第１の壁部との間で前記エンドプレートの外面から突出させて設けられた第２の壁部を含んで構成される請求項３又は４に記載の回転電機。
【請求項６】
前記冷媒案内手段は、前記第１の排出口と前記第２の排出口との間で前記エンドプレートの外面から突出させて設けられた壁部である請求項２に記載の回転電機。
【請求項７】
前記第２の排出口は、前記第１の排出口よりも大径である請求項１〜６のいずれかに記載の回転電機。
【請求項８】
前記冷媒案内手段は、前記排出された冷媒を前記回転軸の軸受部に供給可能に設けられた請求項１〜７のいずれかに記載の回転電機。
【請求項９】
コイルを有するステータと、このステータに対して径方向内方に配置されたロータと、を備えた回転電機において、前記ロータが、ロータコアと、このロータコアをその軸方向両側から挟持するエンドプレートとを有し、前記ロータの軸中空部に供給された冷媒をロータの回転に基づく遠心力により飛散させて前記コイルのエンド部分を冷却する方法であって、
低速運転時及び高速運転時を含む回転電機の運転時において、前記軸中空部に供給された冷媒を前記遠心力により前記エンドプレートの外面に開口する第１の排出口に案内し、
前記低速運転時では、前記案内された冷媒を前記コイルのエンド部分に対して前記第１の排出口から供給し、
前記高速運転時では、前記案内された冷媒を前記コイルのエンド部分に対して前記第１の排出口から供給するとともに、前記第１の排出口の排出限界を超える余剰の冷媒を、前記第１の排出口よりも径方向内側の位置で前記エンドプレートの外面に開口した第２の排出口から排出する回転電機の冷却方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転電機に関し、詳細には、ステータにコイルが形成される回転電機において、ロータの軸中空部に供給された冷媒を遠心力により飛散させてステータのコイルを冷却する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
交流型の回転電機では、ステータに形成されるコイルの冷却のため、ロータのエンドプレートに冷媒の流出孔を設け、コイルのエンド部分（コイルエンド）に対してこの流出孔から冷媒を供給する。典型的には、ロータの回転軸に冷媒の供給路となる軸中空部を形成するとともに、エンドプレートのうちロータコア側の接合面にこの軸中空部と連通させて冷媒の案内路を形成する。そして、回転電機の運転時において、軸中空部からロータの回転に基づく遠心力によりこの案内路を介して流出孔に冷媒を案内し、流出孔からステータのコイルエンドに向けて冷媒を飛散させる（特許文献１）。
【特許文献１】特開２００６−０２５５４５号公報（段落番号００１６）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ここで、上記の回転電機では、軸中空部の冷媒を遠心力により流出孔から飛散させてステータのコイルを冷却することとしているため、ロータの回転速度が上昇した場合に、増大した遠心力の作用により冷媒がコイルエンドに衝突する際の勢いが増し、コイルエンドへの攻撃性が増大して、コイルエンドの損傷、劣化などを引き起こすことが懸念される。また、流出孔から噴出される過剰な冷媒は、ロータの運動エネルギーの損失を招き、回転電機の効率を低下させる不具合を生じさせる。
【０００４】
本発明は、以上の問題を考慮した回転電機を提供するものであり、ロータからコイルエンドに適量の冷媒を供給してコイルを冷却することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明に係る回転電機は、コイルを有するステータと、このステータに対して径方向内方に配置されたロータと、を備え、ロータは、冷媒の供給源に接続される軸中空部を有する回転軸と、この回転軸に固定されたロータコアと、このロータコアを軸方向両側から挟持するように設けられた一対のエンドプレートと、を有する。本発明では、一対のエンドプレートのうち少なくとも一方において、前記軸中空部に開口する冷媒の導入口と、前記エンドプレートの外面に開口する第１の排出口と、を連通接続して径方向に延在し、前記軸中空部から導入された冷媒を前記第１の排出口から前記コイルのエンド部分に供給可能に構成された案内路と、前記案内路から分岐して、前記第１の排出口よりも径方向内側の位置で前記エンドプレートの外面に開口する第２の排出口に連通接続し、前記第１の排出口の排出限界を超える前記案内路の余剰の冷媒を、前記第２の排出口から排出する分岐路と、を設ける。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、ロータの軸中空部に供給された冷媒を、ロータの回転に基づく遠心力により案内路を介して第１の排出口に案内し、第１の排出口から飛散させてステータコイルのエンド部分（コイルエンド）に供給して、コイルを冷却することが出来る。ここで、本発明では、案内路の通路抵抗、通路径（通路若しくは第１の排出口にオリフィスを介在させた場合は、オリフィス径を含む。）などを予め適正に設計しておくことにより、第１の排出口から遠心力により飛散させる冷媒の量を、コイルエンドの冷却に適当な量に制限することが出来る。そして、ロータの高速回転時に遠心力が増大して第1の排出口の排出限界を超える余剰の冷媒が案内路に導入されても、分岐路を介して第２の排出口からこれを排出させることが出来るので、冷媒の円滑な循環を維持しながらコイルエンドに向けて飛散させる冷媒の量を最適な値に維持することが出来、過量な冷媒の衝突によりコイルエンドへの攻撃性を軽減することが出来る。更に、排出される冷媒は、第１の排出口よりも径方向内側の第２の排出口から、第１の排出口から飛散する際の遠心力よりも小さな遠心力により排出されるので、その分、ロータの運動エネルギーの損失を軽減し、回転電機の効率を向上させることが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
【０００８】
図１は、本発明の第１の実施形態に係る回転電機としてのモータジェネレータ１の構成を示している。
【０００９】
本実施形態に係るモータジェネレータ１は、三相誘導型の回転電機であり、本実施形態では、内燃機関とこのモータジェネレータ１とを組み合わせてハイブリッド車の駆動源を構成している。モータジェネレータ１により燃料電池車の駆動源を構成することも可能である。モータジェネレータ１は、電動機として機能させるばかりでなく、後述する回転軸１１１を駆動することにより発電機として機能させることも可能である。
【００１０】
モータジェネレータ１は、ロータ１０１と、このロータ１０１を径方向内方に収容配設し、ロータ１０１と同心に配置されたステータ１０２とを備え、ロータ１０１及びステータ１０２は、ハウジング１０３に収容されている。ロータ１０１には、永久磁石（図示せず。）が埋設されており、ステータ１０２には、コイル１２２が形成されている。
【００１１】
ロータ１０１は、モータジェネレータ１の出力軸となる回転軸１１１にロータコア１１２を固定して構成される。回転軸１１１は、ハウジング１０３に設けられた一対のベアリング１３１，１３１により支持されている。ロータコア１１２は、珪素鋼板等の複数の電磁鋼板を積層させて構成したものであり、各電磁鋼板は、プレス機による打抜加工により作製される。ロータコア１１２の外周部には、複数の永久磁石が周方向に並べて埋設されている。一対のエンドプレート１１３，１１３は、ロータコア１１２を軸方向（回転軸１１１の軸中心線の方向をいい、以下、単に「軸方向」という。）両側から挟持して回転軸１１１に固定するためのものである。回転軸１１１には、後述する冷媒の供給路ａとなる軸中空部が形成されており、エンドプレート１１３には、この軸中空部に導入された冷媒の案内路ｂ及び分岐路ｄが形成されている。
【００１２】
ここで、上記冷媒の案内路ｂ及び分岐路ｄについて説明する。
【００１３】
図２は、本実施形態に係るモータジェネレータ１を構成するエンドプレート１１３を、軸方向前方又は後方から見た状態の平面視により示している。
【００１４】
エンドプレート１１３において、ロータコア１１２側の接合面（以下「ロータコア接合面」という。）には、エンドプレート１１３の径方向（回転軸１１１の軸中心線に関する方向をいい、以下、単に「径方向」という。）内端部から径方向外側に向けて複数の案内路ｂが形成されている。本実施形態では、ロータコア接合面に設けられた溝と、エンドプレート１１３をその外周部で軸方向に貫通させて設けられた孔とにより直線状の案内路ｂが形成され、６つの案内路ｂ，ｂ・・・が一定の角度毎に、放射状に配列されている（図２には、１つの案内路ｂのみを点線により示す）。
【００１５】
案内路ｂは、エンドプレート１１３の内端部に冷媒の導入口を有し、回転軸１１１の管壁を周方向の複数の位置で貫通させて設けられた分配孔ｅ（図１）を介して軸中空部と連通接続し、エンドプレート１１３の外周部において、エンドプレート１１３の軸方向外側端面（以下、単に「端面」という。）に開口して、この端面に第１の排出口ｃを形成する。第１の排出口ｃは、モータジェネレータ１の運転時に、コイルエンド１２３に供給する冷媒を流出させるためのものであり、コイル１２２の冷却に必要な適量の冷媒が供給されるように流量制限して設計された、比較的小さな径を持たせて形成されている。勿論、オリフィスにより制限しても良い。
【００１６】
分岐路ｄは、第１の排出口ｃよりも径方向内側の位置で、対応する案内路ｂから分岐され、かつエンドプレート１１３の端面に開口した第２の排出口ｆを介して外部に開放されている。この第２の排出口ｆは、エンドプレート１１３の端面において、第１の排出口ｃよりも径方向内側の位置に形成されている。第２の排出口ｆは、モータジェネレータ１の運転時に、第１の排出口ｃの排出限界を超える余剰の冷媒を案内路ｂから流出させるためのものであり、本実施形態では、第１の排出口ｃよりも大きな径を持たせて形成されている。
【００１７】
なお、本実施形態において、案内路ｂは、第１の排出口ｃ及び第２の排出口ｆの径の違いを考慮して、分岐路ｄが設けられる部分よりも径方向外側で口径が縮小されている。
【００１８】
図１に戻り、ステータ１０２は、複数の電磁鋼板を積層させて構成したステータコア１２１を備え、ハウジング１０３に対し、ロータ１０１と同心に収容配置された状態で固定されている。ステータコア１２１の内周部には、図示しないスロットが形成されており、このスロットにコイル１２２の巻き線が収容されている。スロット絶縁紙１２４は、ステータコア１２１と巻き線との間の絶縁を形成するためのものである。
【００１９】
ハウジング１０３には、ロータ１０１を支持するベアリング１３１，１３１が設けられるとともに、エンドプレート１１３の端面に向かい合う内面を軸方向に突出させて形成された壁部（「第１の壁部」に相当し、以下「隔壁」という。）１０３ａが設けられている。この隔壁１０３ａは、径方向に関して第１及び第２の排出口ｃ，ｆの中間位置でロータの回転軸１１１を中心とする周方向全体に亘って鍔状に形成されている。なお、隔壁１０３ａは、モータジェネレータ１の運転時（特に、高速運転時）において、本実施形態に係る「冷媒案内手段」として機能するものである。
【００２０】
以下、本実施形態のモータジェネレータ１における冷媒の流れ及び本実施形態により得られる効果について説明する。
【００２１】
図３及び図４は、モータジェネレータ１における冷媒の流れを示しており、図３は、モータジェネレータ１の低速運転時における流れを、図４は、高速運転時における流れを示している。
【００２２】
本実施形態では、冷媒の供給源としてのオイルポンプ２（図１）が設けられており、このオイルポンプ２からロータ１０１の軸中空部に冷媒としての潤滑油（以下「冷却油」という。）が供給され、コイル１２２の冷却に用いられる。ロータ１０１の軸中空部は、モータジェネレータ１の運転時において、ロータ１０１に対する冷媒（冷却油）の供給路ａを形成する。
【００２３】
モータジェネレータ１の低速運転時において、オイルポンプ２により圧送された冷却油は、図３に示すように、ロータの回転軸１１１内に形成された供給路ａを介してロータ１０１に供給される（矢印ｆ１）。冷却油は、回転軸１１１に形成された複数の分配孔ｅを介してエンドプレート１１３の案内路ｂに流入し、案内路ｂをエンドプレート１１３の内端部から外周部に向けて径方向に流通する（ｆ２）。エンドプレート１１３の外周部に達した冷却油は、第１の排出口ｃから流出して、コイルエンド１２３に向けて飛散する（ｆ３）。低速運転時では、供給路ａの冷却油に作用する遠心力が小さいため、案内路ｂに流入する冷却油の量自体が少なく、かつ第1の排出口ｃから飛散する冷却油の量も少ない。
【００２４】
これに対し、高速運転時では、遠心力の増大に伴って案内路ｂに流入する冷却油の量が増大する。ここで、増大した遠心力の作用により第１の排出口ｃから飛散する冷却油の量が増大するものの、第１の排出口ｃがコイル１２２の冷却に必要な最小限の量を排出限界とするように比較的に小さな径を持たせて形成されているため、図４に示すように、この排出限界を超える余剰の冷却油が分岐路ｄを介して第２の排出口ｆから排出されることとなる（ｆ４）。
【００２５】
第２の排出口ｆから排出された冷却油は、ハウジング１０３に設けられた隔壁１０３ａに受け止められることで、コイルエンド１２３への到達が阻害される。隔壁１０３ａに受け止められた冷却油は、ハウジング１０３内をその壁面に沿って案内され、ベアリング１３１に供給される。
【００２６】
本実施形態によれば、次のような効果を得ることが出来る。
【００２７】
本実施形態では、ロータ１０１の軸中空部（供給路ａ）に供給された冷却油を、ロータ１０１の回転に基づく遠心力により第１の排出口ｃから飛散させてコイルエンド１２３に供給し、コイル１２２を冷却することが出来る。
【００２８】
また、本実施形態では、第１排出口ｃを比較的に小径に設計し、コイルエンド１２３に向けて飛散させる冷却油の量がコイル１２２の冷却に必要な適量に制限されるように、第１の排出口ｃの排出限界を設定したことで、コイル１２２の最適な冷却と、冷却油の衝突によるコイルエンド１２３の損傷の防止と、を両立させることが出来る。更に、案内路ｂに対して分岐路ｄを設けたことで、案内路ｂに滞留する余剰の冷却油を分岐路ｄを介して円滑に排出させ、モータジェネレータ１における冷却油の円滑な循環を維持することが出来る。特に、第２の排出口ｆを第１の排出口ｃよりも大径としたことで、第２の排出口ｆからの冷却油の排出がより良好となる。
【００２９】
更に、本実施形態では、第２の排出口ｆを第1の排出口ｃよりも径方向内側の位置に開口したことで、第２の排出口ｆから飛散排出される冷却油に対する遠心力の影響は、第１の排出口ｃから飛散させる冷却油に対する影響に比べて小さい。これにより、飛散時にロータ１０１から持ち去られる運動エネルギーも小さいことから、冷却油の排出に伴うエネルギーの損失を抑えることができ、回転電機全体の効率を向上させることができる。
【００３０】
更に、本実施形態では、ハウジング１０３に隔壁１０３ａを設け、第２の排出口ｆから排出された冷却油がこの隔壁１０３ａに受け止められるようにしたことで、排出された冷却油のコイルエンド１２３に対する衝突を確実に回避することが出来る。隔壁１０３ａにより受け止められた冷却油を回収し、ベアリング１３１に案内されるようにしたことで、モータジェネレータ１全体を効率的に潤滑することが出来る。
【００３１】
以下、本発明の他の実施形態について説明する。以下に示す各実施形態において、特に説明する部品又は要素以外の部品等については、第１の実施形態のものと同様の構成である。
【００３２】
図５は、本発明の第２の実施形態に係る回転電機としてのモータジェネレータ１’の高速運転時における冷却油の流れを示している。
【００３３】
本実施形態では、エンドプレート１１３において、ハウジング１０３の内面に対向する端面を軸方向に突出させて鍔部（「第２の壁部」に相当する。）１１３ａが設けられている。この鍔部１１３ａは、エンドプレート１１３の端面のうち、径方向に関する第２の排出口ｆと隔壁１０３ａとの間の部分において、回転軸１１１を中心とした周方向全体に亘って設けられている。
【００３４】
本実施形態のモータジェネレータ１’における冷却油の流れを説明すると、概略次のようである。
【００３５】
モータジェネレータ１’の低速運転時では、第１の排出口ｃから飛散した冷却油によりコイル１２２が冷却される。ここで、低速運転時では、供給路ａの冷却油に作用する遠心力が小さく、案内路ｂに流入する冷却油の量が少ないため、案内路ｂに流入する冷却油の量と、第１の排出口ｃから飛散する冷却油の量とが均衡し、冷却油は、主として第1の排出口ｃから排出される。
【００３６】
他方、高速運転時では、図５に示すように、案内路ｂに流入する冷却油の量が増し、これが第１の排出口ｃの排出限界を上回ることで、案内路ｂに滞留する余剰の冷却油が第２の排出口ｆから排出される。排出された冷却油は、エンドプレート１１３に設けられた鍔部１１３ａの先端から飛散し、ハウジングの隔壁１０３ａに受け止められて、回収される。回収された冷却油がハウジング１０３の内面に沿って案内され、ベアリング１３１に供給されることは、第１の実施形態におけると同様である。
【００３７】
本実施形態によれば、特に、エンドプレート１１３の端面に鍔部１１３ａを設けたことで、第２の排出口ｆから排出された冷却油を隔壁１０３ａにより確実に受け止めさせることが出来る。したがって、第２の排出口ｆから排出された冷却油のコイルエンド１２３に対する衝突を回避して、コイルエンド１２３の損傷、劣化をより良好に抑制することが出来る。なお、鍔部１１３ａを延設し、その先端を隔壁１０３ａにより包囲される空間内に位置させることで、第２の排出口ｆからの冷却油の衝突をより確実に回避することが可能である。
【００３８】
図６は、本発明の第３の実施形態に係る回転電機としてのモータジェネレータ１”の高速運転時における冷却油の流れを示している。
【００３９】
本実施形態では、エンドプレート１１３に、「第２の壁部」としての大型の鍔部１１３ｂが設けられている。この大型の鍔部１１３ｂは、ハウジング１０３の端面において、周方向全体に亘って環状に形成されており、第２の排出口ｆは、鍔部１１３ｂによりエンドプレート１１３の径方向に関する外側から周方向全体に亘って包囲されている。
【００４０】
モータジェネレータ１”の高速運転時において、第２の排出口ｆから排出された余剰の冷却油は、鍔部１１３ｂにより案内され、ハウジング１０３の内面付近で鍔部１１３ｂの先端から飛散する。飛散した冷却油は、ハウジング１０３の内面に付着し、ハウジング１０３の内面を滴下して、ベアリング１３１に供給される。なお、低速運転時における冷却油の流れは、第１の実施形態におけると同様であり、第１の排出口ｃから飛散した冷却油によりコイル１２２が冷却される。
【００４１】
本実施形態によれば、特に、エンドプレートの鍔部１１３ｂとして大型のものを設けたことで、第２の排出口ｆから排出された冷却油をハウジング１０３の内面付近で飛散させ、ハウジング１０３の内面に付着させることが出来る。したがって、ハウジング１０３に隔壁１０３ａ（図１）を設けることなく、既存のハウジング１０３を利用して第２の排出口ｆからの冷却油の飛散を抑制することが可能となる。
【００４２】
以上では、第１の排出口ｃと第２の排出口ｆとを１つの径方向線上に配置する場合について説明したが（図２）、これらの排出口ｃ，ｆは、エンドプレート１１３の周方向にずらして配置してもよい。図７は、第１及び第２の排出口ｃ，ｆを周方向に３０度ずつずらして配置した場合の例として、本発明の第４の実施形態に係る回転電機を構成するエンドプレート１１３を示している。本実施形態において、冷却油の案内路ｂは、エンドプレート１１３のロータコア接合面において、分岐路ｄが設けられる内側の部分では円形の溝により、これよりも外側の部分では内側の部分から放射状に伸びる直線状の溝により形成すればよい。
【００４３】
なお、上記の実施形態では、第１及び第２の排出口ｃ，ｆをそれぞれエンドプレートの周方向等間隔に複数(実施形態では、６)個を開設させたが、それぞれ単一でも同様な効果を奏することは明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る回転電機としてのモータジェネレータの断面図
【図２】同上モータジェネレータを構成するエンドプレートの平面図
【図３】同上モータジェネレータの低速運転時における冷却油の流れを示す説明図
【図４】同上モータジェネレータの高速運転時における冷却油の流れを示す説明図
【図５】本発明の第２の実施形態に係るモータジェネレータの高速運転時における冷却油の流れを示す説明図
【図６】本発明の第３の実施形態に係るモータジェネレータの高速運転時における冷却油の流れを示す説明図
【図７】本発明の第４の実施形態に係る回転電機を構成するエンドプレートの平面図
【符号の説明】
【００４５】
１，１’，１”…「回転電機」としてのモータジェネレータ、１０１…ロータ、１０２…ステータ、１０３…ハウジング、１０３ａ…「第１の壁部」としての隔壁、１１１…回転軸、１１２…ロータコア、１１３…エンドプレート、１１３ａ，１１３ｂ…「第２の壁部」としての鍔部、１２１…ステータコア、１２２…コイル、１２３…コイルエンド、１２４…ステータ絶縁紙、１３１…ベアリング、ａ…供給路、ｂ…案内路、ｃ…第１の排出口、ｄ…分岐路、ｆ…第２の排出口。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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