(57)【要約】【課題】液体冷媒によるロータの冷却能力がロータの回転速度に応じて変動するのを抑制する。【解決手段】ロータ回転速度が低いときは、冷却油が冷媒導入口３８から冷却流路３４に流入する際に通る連通流路の数が増加するため、冷媒導入口３８から冷却流路３４への冷却油の送出量の低下を抑制することができる。一方、ロータ回転速度が高いときは、冷却油が冷媒導入口３８から冷却流路３４に流入する際に通る連通流路の数が減少するため、冷媒導入口３８から冷却流路３４への冷却油の送出量が過剰に増加するのを抑制することができる。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に液体冷媒が供給される空間が形成されたロータシャフトと、
ロータシャフト外周に取り付けられ、内部に液体冷媒が通る冷却流路が形成されたロータと、
を備え、
ロータシャフト及びロータには、ロータシャフト内部空間とロータ内部冷却流路を連通させるための複数の連通流路が形成され、
ロータシャフト及びロータの回転速度が高くなるにつれて液体冷媒が通る連通流路の数が少なくなるように、ロータシャフト内部空間に供給された液体冷媒が、ロータシャフト及びロータの回転により連通流路を通ってロータ内部冷却流路に流入する、回転電機。
【請求項２】
請求項１に記載の回転電機であって、
ロータシャフト内部空間に液体冷媒を供給する冷媒供給部材がロータシャフト内部空間に配置され、
複数の連通流路と連通し、冷媒供給部材から供給された液体冷媒を連通流路に導入するための冷媒導入口がロータシャフト内周に形成され、
複数の連通流路と冷媒導入口との連通部分のロータ回転中心軸に対する距離が複数通りに変化するように、冷媒導入口が形成された位置でのロータシャフト内周の内径が変化している、回転電機。
【請求項３】
請求項２に記載の回転電機であって、
冷媒導入口におけるロータシャフト内周の内径が最大である部分と径方向に対向する位置に、冷媒供給部材の冷媒供給口が配置されている、回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転電機に関し、特にロータの冷却構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
下記特許文献１の回転電機では、ロータの回転に伴う遠心力を利用してロータの冷却流路に冷却油を供給することで、ロータの永久磁石を冷却している。さらに、ロータの回転速度が高くなるにつれて冷却流路の入口を絞ることで、ロータの高回転時にロータとステータの空隙に介在し抵抗となる冷却油を減少させて、回転電機の運転効率の向上を図っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２９０９７９号公報
【特許文献２】特開２００９−１１８６８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１では、冷却流路の入口のみを絞る構成であり、冷却油が流れる流路面積はロータの回転速度によらず一定であるため、遠心力の過不足によって冷却油の送出能力に差が生じる。その結果、冷却油によるロータの冷却能力がロータの回転速度に応じて変動する。
【０００５】
本発明は、ロータの回転に伴う遠心力を利用してロータの冷却流路に冷却油を供給してロータの冷却を行う場合に、液体冷媒によるロータの冷却能力がロータの回転速度に応じて変動するの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】
【０００６】
本発明に係る回転電機は、上述した目的を達成するために以下の手段を採った。
【０００７】
本発明に係る回転電機は、内部に液体冷媒が供給される空間が形成されたロータシャフトと、ロータシャフト外周に取り付けられ、内部に液体冷媒が通る冷却流路が形成されたロータと、を備え、ロータシャフト及びロータには、ロータシャフト内部空間とロータ内部冷却流路を連通させるための複数の連通流路が形成され、ロータシャフト及びロータの回転速度が高くなるにつれて液体冷媒が通る連通流路の数が少なくなるように、ロータシャフト内部空間に供給された液体冷媒が、ロータシャフト及びロータの回転により連通流路を通ってロータ内部冷却流路に流入することを要旨とする。
【０００８】
本発明の一態様では、ロータシャフト内部空間に液体冷媒を供給する冷媒供給部材がロータシャフト内部空間に配置され、複数の連通流路と連通し、冷媒供給部材から供給された液体冷媒を連通流路に導入するための冷媒導入口がロータシャフト内周に形成され、複数の連通流路と冷媒導入口との連通部分のロータ回転中心軸に対する距離が複数通りに変化するように、冷媒導入口が形成された位置でのロータシャフト内周の内径が変化していることが好適である。
【０００９】
本発明の一態様では、冷媒導入口におけるロータシャフト内周の内径が最大である部分と径方向に対向する位置に、冷媒供給部材の冷媒供給口が配置されていることが好適である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、ロータシャフト内部空間に供給された液体冷媒が、ロータシャフト及びロータの回転により連通流路を通ってロータ内部冷却流路に流入する際に、ロータシャフト及びロータの回転速度が高くなるにつれて液体冷媒が通る連通流路の数が少なくなることで、遠心力による液体冷媒のロータ内部冷却流路への送出能力がロータの回転速度に応じて変動するのを抑制することができる。その結果、液体冷媒によるロータの冷却能力がロータの回転速度に応じて変動するのを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】ロータ回転中心軸と直交する方向から見たステータ及びロータの概略構成を示す断面図である。
【図２】ロータ回転中心軸と直交する方向から見たロータ及びロータシャフトの概略構成を示す断面図である。
【図３】ロータ回転速度が低いときの冷却油の流れを説明する図である。
【図４】ロータ回転速度が高くなったときの冷却油の流れを説明する図である。
【図５】ロータ回転速度がさらに高くなったときの冷却油の流れを説明する図である。
【図６】ロータ回転速度の変化に対する冷媒送出能力の変化を説明する図である。
【図７】本発明の実施形態に係る回転電機において、ロータ回転速度に対する冷媒送出能力の関係を示す図である。
【図８】ロータ回転速度が低いときの冷却油の流れを説明する図である。
【図９】ロータ回転速度が高くなったときの冷却油の流れを説明する図である。
【図１０】ロータ回転速度がさらに高くなったときの冷却油の流れを説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明を実施するための形態（以下実施形態という）を図面に従って説明する。
【００１３】
図１，２は本発明の実施形態に係る回転電機の概略構成を示す図である。図１はロータ回転中心軸（以下単に回転中心軸とする）１６ａと直交する方向から見たステータ１２及びロータ１４の断面図を示し、図２は回転中心軸１６ａと直交する方向から見たロータ１４及びロータシャフト１６の断面図を示す。本実施形態に係る回転電機は、回転が固定されたステータ１２と、ステータ１２に対し相対回転可能なロータ１４と、ロータ１４とともに回転するロータシャフト１６とを備え、回転中心軸１６ａと直交する径方向においてステータ１２とロータ１４が所定の微小空隙を空けて対向配置され、ロータ１４がステータ１２の内周側に配置されている。
【００１４】
ロータシャフト１６は、その内部に空間１７が形成された筒形状であり、ロータシャフト１６の外周面にはロータ１４が取り付けられている。ロータ１４は、ロータコア３１と、ロータコア３１に配設された永久磁石３２と、を含む。ステータ１２は、ステータコア２１と、ステータコア２１に配設された複数相（例えば３相）のコイル２２と、を含む。複数相（３相）のコイル２２に交流電流を流すことで、周方向に回転する回転磁界がステータ１２に形成される。そして、ステータ１２に発生した回転磁界とロータ１４の永久磁石３２で発生した界磁束との電磁気相互作用（吸引及び反発作用）により、ロータ１４にトルク（磁石トルク）を作用させてロータ１４を回転駆動することができる。このように、回転電機を、コイル２２への供給電力を利用してロータ１４に動力を発生させる電動機として機能させることができる。一方、回転電機を、ロータ１４の動力を利用してコイル２２に電力を発生させる発電機として機能させることもできる。
【００１５】
ステータ１２とロータ１４との間にトルク（磁石トルク）を作用させる際には、ロータ１４の永久磁石３２が発熱する。以下、ロータ１４（永久磁石３２）を冷却するための構成について説明する。
【００１６】
ロータ１４（ロータコア３１）の内部には、冷却流路３４が永久磁石３２と近接して形成されている。図１，２に示す例では、冷却流路３４が回転中心軸１６ａと平行に形成されており、回転中心軸方向における冷却流路３４の両端部がロータ外部に開口している。
【００１７】
ロータシャフト１６の内部空間１７には、筒形状の冷媒供給シャフト４６が回転中心軸１６ａに沿って配置されている。冷媒供給シャフト４６の回転は固定されている。冷媒供給シャフト４６の内部には冷媒流路４６ａが形成されており、図３の矢印ａに示すように、液体冷媒としての冷却油が油圧ポンプ等の油圧源から冷媒流路４６ａに供給される。冷媒供給シャフト４６には、冷媒流路４６ａと連通する冷媒吐出口４６ｂが形成されており、図３の矢印ｂに示すように、冷媒流路４６ａに供給された冷却油が冷媒吐出口４６ｂからロータシャフト１６の内部空間１７に吐出する。
【００１８】
ロータシャフト１６及びロータ１４（ロータコア３１）には、ロータシャフト１６の内部空間１７と冷却流路３４とを連通させるための複数の連通流路３６−１〜３６−３が互いに並列に形成されている。さらに、ロータシャフト１６の内周面（連通流路３６−１〜３６−３が形成された位置）には、窪みが形成されていることで、複数の連通流路３６−１〜３６−３と連通し、冷媒供給シャフト４６の冷媒吐出口４６ｂからロータシャフト１６の内部空間１７に吐出した冷却油を連通流路３６−１〜３６−３に導入するための冷媒導入口３８が形成されている。冷媒供給シャフト４６の冷媒吐出口４６ｂは、冷媒導入口３８と径方向に対向配置されている。図１，２に示す例では、各連通流路３６−１〜３６−３が径方向に沿って形成され、各連通流路３６−１〜３６−３の径方向内側端部が冷媒導入口３８と連通し、各連通流路３６−１〜３６−３の径方向外側端部が冷却流路３４と連通する。そして、複数の連通流路３６−１〜３６−３が回転中心軸方向に互いに間隔をおいて配置されている。
【００１９】
本実施形態では、ロータシャフト１６の内周面に形成された窪みの深さが複数通りに段階的に変化している。つまり、冷媒導入口３８が形成された位置でのロータシャフト内周面の内径が複数通りに段階的に変化している。図１，２に示す例では、冷媒導入口３８が形成された位置でのロータシャフト内周面の内径（窪みの深さ）が、回転中心軸方向において３通り（３段階）に変化している。そして、冷媒導入口３８におけるロータシャフト内周面の内径が最大である部分３８ａが連通流路３６−１と連通し、冷媒導入口３８におけるロータシャフト内周面の内径が最小である部分３８ｃが連通流路３６−３と連通し、冷媒導入口３８におけるロータシャフト内周面の内径が最大と最小の間である部分３８ｂが連通流路３６−２と連通する。そのため、連通流路３６−１の径方向内側端部は、連通流路３６−２の径方向内側端部よりも径方向外側に位置し、連通流路３６−１と冷媒導入口３８との連通部分３９−１の回転中心軸１６ａに対する距離は、連通流路３６−２と冷媒導入口３８との連通部分３９−２の回転中心軸１６ａに対する距離よりも大きい。そして、連通流路３６−３の径方向内側端部は、連通流路３６−２の径方向内側端部よりも径方向内側に位置し、連通流路３６−３と冷媒導入口３８との連通部分３９−３の回転中心軸１６ａに対する距離は、連通流路３６−２と冷媒導入口３８との連通部分３９−２の回転中心軸１６ａに対する距離よりも小さい。このように、複数の連通流路３６−１〜３６−３と冷媒導入口３８との連通部分３９−１〜３９−３の回転中心軸１６ａに対する距離は、複数通り（図１，２に示す例では３段階）に変化する。冷媒供給シャフト４６の冷媒吐出口４６ｂは、冷媒導入口３８におけるロータシャフト内周面の内径が最大である部分３８ａと径方向に対向する位置に配置され、さらに、冷媒導入口３８と連通流路３６−１との連通部分３９−１と径方向に対向する位置に配置されることが好ましい。
【００２０】
冷媒供給シャフト４６の冷媒吐出口４６ｂからロータシャフト１６の内部空間１７に吐出した冷却油は、ロータシャフト１６及びロータ１４の回転による遠心力によって、冷媒導入口３８に導入され、複数の連通流路３６−１〜３６−３のいずれかを通って冷却流路３４に流入する。図３の矢印ｄに示すように、冷却油が冷却流路３４を流れることで、ロータ１４（永久磁石３２）の冷却が行われる。ロータ１４（永久磁石３２）の冷却に用いられた冷却油は、回転中心軸方向における冷却流路３４の両端部からロータ外部へ流出する。
【００２１】
ロータシャフト１６及びロータ１４の回転速度が低いときは、冷却油に作用する遠心力が小さく、遠心力により冷却油を冷媒導入口３８から径方向外側へ送る能力が低くなる。その結果、ロータシャフト１６内（冷媒導入口３８）における冷却油液面が、例えば図３のＡに示すような、冷媒導入口３８と連通流路３６−３との連通部分３９−３よりも径方向内側の位置となる。その場合は、冷媒吐出口４６ｂから冷媒導入口３８に導入された冷却油は、図３の矢印ｃに示すように、連通流路３６−１〜３６−３のそれぞれを通って冷却流路３４に流入する。
【００２２】
ロータシャフト１６及びロータ１４の回転速度が高くなると、冷却油に作用する遠心力が大きくなり、遠心力により冷却油を冷媒導入口３８から径方向外側へ送る能力が高くなる。その結果、冷媒導入口３８における冷却油液面が径方向外側へ変化し、例えば図４のＢに示すような、冷媒導入口３８と連通流路３６−３との連通部分３９−３よりも径方向外側で、且つ冷媒導入口３８と連通流路３６−２との連通部分３９−２よりも径方向内側の位置となる。その場合は、冷媒吐出口４６ｂから冷媒導入口３８に導入された冷却油は、図４の矢印ｃに示すように、連通流路３６−３を通らずに、連通流路３６−１，３６−２のそれぞれを通って冷却流路３４に流入する。
【００２３】
ロータシャフト１６及びロータ１４の回転速度がさらに高くなり、冷却油に作用する遠心力がさらに大きくなると、遠心力により冷却油を冷媒導入口３８から径方向外側へ送る能力がさらに高くなる。その結果、冷媒導入口３８における冷却油液面が径方向外側へさらに変化し、例えば図５のＣに示すような、冷媒導入口３８と連通流路３６−２との連通部分３９−２よりも径方向外側の位置となる。その場合は、冷媒吐出口４６ｂから冷媒導入口３８に導入された冷却油は、図５の矢印ｃに示すように、連通流路３６−２，３６−３を通らずに、連通流路３６−１を通って冷却流路３４に流入する。このように、ロータシャフト１６及びロータ１４の回転速度が高くなるにつれて、ロータシャフト１６内（冷媒導入口３８）における冷却油液面が、図３のＡ→図４のＢ→図５のＣと径方向外側へ変化し、冷却油が冷却流路３４に流入する際に通る連通流路が、連通流路３６−１〜３６−３→連通流路３６−１，３６−２→連通流路３６−１と変化し、冷却油が通る連通流路の数が少なくなる。
【００２４】
ロータ回転速度が低いときは、遠心力により冷却油を冷却流路３４へ送る能力が低下しやすくなる。冷媒供給シャフト４６の冷媒吐出口４６ｂからロータシャフト１６の内部空間１７への冷却油の供給量に対して、ロータシャフト１６の内部空間１７から冷却流路３４への冷却油の送出量が低下し過ぎると、図６の低回転時に示すように、ロータ１４（永久磁石３２）の冷却油による冷却能力が不足して温度が上昇する。さらに、ロータシャフト１６の内部空間１７に溜まった冷却油がロータシャフト外部へ漏れ出し、引き摺り損失の原因となる。これに対して本実施形態では、ロータ回転速度が低いときは、冷却油が冷媒導入口３８から冷却流路３４に流入する際に通る連通流路の数が増加するため、冷媒導入口３８から冷却流路３４への冷却油の送出量の低下を抑制することができる。そのため、図７の低回転時に示すように、冷却流路３４への冷却油の送出能力不足によるロータ１４（永久磁石３２）の冷却能力の低下を抑制して温度上昇を防止することができる。さらに、ロータシャフト１６の内部空間１７に溜まった冷却油がロータシャフト外部へ漏れ出すのを抑制することができ、引き摺り損失を抑制することができる。
【００２５】
一方、ロータ回転速度が高いときは、遠心力により冷却油を冷却流路３４へ送る能力が過剰に高くなりやすくなる。冷媒供給シャフト４６の冷媒吐出口４６ｂからロータシャフト１６の内部空間１７への冷却油の供給能力に対して、ロータシャフト１６の内部空間１７から冷却流路３４への冷却油の送出能力が高くなり過ぎると、ロータシャフト１６の内部空間１７で冷却油が不足してエアレーションが発生する。エアレーションが発生すると、冷却油の泡立ちによる引き摺り損失が発生し、図６の高回転時に示すように、冷却油によるロータ１４（永久磁石３２）の冷却能力が低下する。これに対して本実施形態では、ロータ回転速度が高いときは、冷却油が冷媒導入口３８から冷却流路３４に流入する際に通る連通流路の数が減少するため、冷媒導入口３８から冷却流路３４への冷却油の送出量が過剰に増加するのを抑制することができる。そのため、ロータシャフト１６の内部空間１７で冷却油が不足することによるエアレーションの発生を抑制することができ、図７の高回転時に示すように、冷却油の泡立ちによるロータ１４（永久磁石３２）の冷却能力の低下及び引き摺り損失を抑制することができる。
【００２６】
このように、本実施形態では、ロータ回転速度が低く遠心力が小さいときは、冷却油が冷却流路３４に流入する際に通る連通流路の数を増加させ、ロータ回転速度が高く遠心力が大きいときは、冷却油が冷却流路３４に流入する際に通る連通流路の数を減少させる。これによって、図７に示すように、冷却油の冷却流路３４への送出能力を、ロータ回転速度（遠心力）に関係なく常に適切に維持することができ、ロータ回転速度に応じて変動するのを抑制することができる。その結果、冷却油によるロータ１４（永久磁石３２）の冷却能力を、ロータ回転速度に関係なく常に適切に維持することができ、ロータ回転速度に応じて変動するのを抑制することができる。さらに、ロータシャフト外部への冷却油の漏出による引き摺り損失、及びロータシャフト１６の内部空間１７での冷却油不足によるエアレーションの発生を抑制することができる。
【００２７】
さらに、本実施形態では、複数の連通流路３６−１〜３６−３と冷媒導入口３８との連通部分３９−１〜３９−３の回転中心軸１６ａに対する距離を複数通りに変化させるように、冷媒導入口３８が形成された位置でのロータシャフト内周面の内径を複数通りに変化させる。これによって、冷却油が冷却流路３４に流入する際に通る連通流路の数を、可変機構を用いずに簡素な構成で、ロータ回転速度（遠心力）の増加に対して減少させることができる。さらに、冷媒導入口３８におけるロータシャフト内周面の内径が最大である部分３８ａと径方向に対向する位置に、冷媒供給シャフト４６の冷媒吐出口４６ｂを配置することで、ロータ回転速度が高いときに冷却油が通る連通流路を、確実に連通流路３６−１に限定することができる。
【００２８】
以上の実施形態では、冷媒供給シャフト４６の回転が固定されている場合について説明したが、冷媒供給シャフト４６は回転していてもよい。
【００２９】
また、本実施形態では、例えば図８に示す構成によっても、冷却油が冷却流路３４に流入する際に通る連通流路の数を、ロータ回転速度（遠心力）の増加に対して減少させることも可能である。図８に示す構成例では、ロータシャフト１６の内部空間１７にピストン５２が配置されている。ピストン５２は、冷媒供給シャフト４６に対して径方向に摺動可能であり、ばね５３により径方向内側への付勢力が作用する。ピストン５２の上面（径方向外側端面）５２ａには突起部５２ｃ，５２ｄが設けられており、突起部５２ｄの高さが突起部５２ｃの高さよりも高い。突起部５２ｄは連通流路３６−３と径方向に対向し、突起部５２ｃは連通流路３６−２と径方向に対向する。ピストン５２の下面（径方向内側端面）５２ｂは、冷媒流路４６ａに面している。冷媒供給シャフト４６及びピストン５２は、ロータシャフト１６及びロータ１４とともに同じ回転速度で回転する。
【００３０】
ロータ回転速度が低いときは、冷却油の遠心力によりピストン５２の下面５２ｂに作用する径方向外側への荷重は小さく、図８に示すように、ピストン５２は、ばね５３により径方向内側へ付勢され、冷媒供給シャフト４６の冷媒吐出口４６ｂが連通流路３６−１〜３６−３と連通している。その場合は、冷媒吐出口４６ｂから吐出した冷却油は、図８の矢印ｃに示すように、連通流路３６−１〜３６−３のそれぞれを通って冷却流路３４に流入する。
【００３１】
ロータ回転速度が高くなると、冷却油の遠心力によりピストン５２の下面５２ｂに作用する径方向外側への荷重が大きくなり、図９に示すように、ピストン５２が径方向外側へ摺動し、突起部５２ｄにより連通流路３６−３が閉じられることで、冷媒吐出口４６ｂが連通流路３６−３と連通せず且つ連通流路３６−１，３６−２と連通する。その場合は、冷媒吐出口４６ｂから吐出した冷却油は、図９の矢印ｃに示すように、連通流路３６−３を通らずに、連通流路３６−１，３６−２のそれぞれを通って冷却流路３４に流入する。
【００３２】
ロータ回転速度がさらに高くなると、遠心力によりピストン５２に作用する径方向外側への荷重がさらに大きくなり、図１０に示すように、ピストン５２が径方向外側へさらに摺動し、突起部５２ｃにより連通流路３６−２が閉じられることで、冷媒吐出口４６ｂが連通流路３６−２，３６−３と連通せず且つ連通流路３６−１と連通する。その場合は、冷媒吐出口４６ｂから吐出した冷却油は、図１０の矢印ｃに示すように、連通流路３６−２，３６−３を通らずに、連通流路３６−１を通って冷却流路３４に流入する。このように、図８に示す構成例によっても、ロータ回転速度が高くなるにつれて、冷却油が冷却流路３４に流入する際に通る連通流路が、連通流路３６−１〜３６−３→連通流路３６−１，３６−２→連通流路３６−１と変化し、冷却油が通る連通流路の数が少なくなる。
【００３３】
以上、本発明を実施するための形態について説明したが、本発明はこうした実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。
【符号の説明】
【００３４】
１２  ステータ、１４  ロータ、１６  ロータシャフト、１６ａ  回転中心軸、１７  内部空間、２１  ステータコア、２２  コイル、３１  ロータコア、３２  永久磁石、３４  冷却流路、３６−１〜３６−３  連通流路、３８  冷媒導入口、３９−１〜３９−３  連通部分、４６  冷媒供給シャフト、４６ａ  冷媒流路、４６ｂ  冷媒吐出口。
【図１】
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【図２】
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【図３】
2014230393.tif 000005
【図４】
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【図５】
2014230393.tif 000007
【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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