(57)【要約】【課題】回転電機において、ロータシャフトの低回転時にロータシャフト内で冷媒が過剰となる事態を確実に抑制し、引き摺り損失の増大を抑制する。【解決手段】ロータ１６の内部に形成された第１冷媒流路２８と、ロータ１６の端部のエンドプレート２０に形成され、第１冷媒流路２８に連通してロータシャフト２２から供給された冷媒を第１冷媒流路２８に導く第２冷媒流路３０と、エンドプレート２０に形成され、第１冷媒流路２８との連通位置よりも内径側で第２冷媒流路３０に連通し、第２冷媒流路３０内の一定量以上の冷媒をロータ外部に排出する排出部３２を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロータシャフトからロータ内部に冷媒を供給する回転電機であって、
前記ロータ内部に形成された第１冷媒流路と、
ロータ端部のエンドプレートに形成され、前記第１冷媒流路に連通して前記ロータシャフトから供給された冷媒を前記第１冷媒流路に導く第２冷媒流路と、
前記エンドプレートに形成され、前記第１冷媒流路との連通位置よりも内径側で前記第２冷媒流路に連通し、前記第２冷媒流路内の一定量以上の冷媒をロータ外部に排出する排出部と、
を備えることを特徴とする回転電機。
【請求項２】
請求項１記載の回転電機において、
前記排出部は、前記ロータシャフトの回転数が閾回転数以上の場合に前記第２冷媒流路内の冷媒を排出せず、前記ロータシャフトの回転数が閾回転数未満の場合に前記第２冷媒流路内の一定量以上の冷媒を排出する
ことを特徴とする回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は回転電機に関し、特に回転電機の冷却構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、回転電機のロータを構成する積層鋼板や永久磁石を冷却するために、回転電機のロータシャフト内部に冷媒流路を形成し、冷媒流路から回転遠心力を利用してロータ内部に冷媒を供給することでロータを冷却する構造が提案されている。
【０００３】
下記の特許文献１には、ロータシャフト内部に油が流通する軸側冷媒流路を形成し、ロータコアとエンドプレートとの間に、軸側冷媒流路と連通する冷媒流路を設ける構成が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−１６２４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ロータシャフト内部の冷媒流路に供給された油等の冷媒は、ロータの回転遠心力を利用してロータ内部に供給される構成であるため、回転遠心力が比較的大きいロータ高回転時にはロータ内部に供給し得るものの、回転遠心力が比較的小さいロータ低回転時には冷媒流路抵抗のため、ロータ内部に冷媒が十分供給されないおそれがある。この場合、ロータシャフト内で冷媒が過剰となり、過剰となった冷媒がロータ内部方向ではなく、他の部材、例えばプラネタリギア側に流れ込むこととなり、引き摺り損失が増大してしまう懸念がある。
【０００６】
図４に、ロータシャフトの冷媒流路からロータに冷媒を供給することで冷却する構造の一例を示す。なお、説明の都合上、回転電機のケースやステータ等を省き、要部のみを示す。
【０００７】
図において、回転電機のロータシャフト内には油溜り２４が形成されており、冷媒として油が貯留されている。ロータシャフトにはロータ１６が固定されており、ロータ１６の端部には、エンドプレート２０が形成される。ロータ１６内には、軸方向に冷媒流路２８が形成されており、冷媒流路２８の一端はロータ１６内の永久磁石１８に達する。また、エンドプレート２０内には、径方向に冷媒流路３０が形成されており、冷媒流路３０の一端は冷媒流路２８に連通している。冷媒流路３０の他端は、ロータシャフト内冷媒流路２６を介して油溜り２４に連通している。
【０００８】
以上のような構成において、回転遠心力が作用すると、冷媒は油溜りから冷媒流路２６へと流れ、さらに冷媒流路３０、冷媒流路２８と流れて、ロータ１６及び永久磁石１８を冷却することができる。
【０００９】
しかしながら、ロータ低回転時には、回転遠心力も小さいから冷媒は上記の経路を円滑に流れることができず、特に、軸方向の冷媒流路２８での管路抵抗によって冷媒が円滑に流れず、冷却効率が低下する。また、冷媒が円滑に流れないと油溜り２４に過剰に残留してしまい、油溜り２４に過剰に残留した冷媒はロータシャフトからオーバフローしてプラネタリギア等に流れ込むこととなるため、プラネタリギアの油量過多となって引き摺り損失が増大してしまう。
【００１０】
本発明は、上記の課題に鑑みなされたものであり、その目的は、ロータシャフトの回転数によらずロータを確実に冷却することにある。また、本発明の目的は、特にロータシャフトの低回転時においてロータシャフト内で冷媒が過剰となる事態を確実に抑制し、引き摺り損失の増大を抑制することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の回転電機は、ロータシャフトからロータ内部に冷媒を供給する回転電機であって、前記ロータ内部に形成された第１冷媒流路と、ロータ端部のエンドプレートに形成され、前記第１冷媒流路に連通して前記ロータシャフトから供給された冷媒を前記第１冷媒流路に導く第２冷媒流路と、前記エンドプレートに形成され、前記第１冷媒流路との連通位置よりも内径側で前記第２冷媒流路に連通し、前記第２冷媒流路内の一定量以上の冷媒をロータ外部に排出する排出部とを備えることを特徴とする。
【００１２】
本発明において、油等の冷媒は、ロータシャフトから第２冷媒流路を経て第１冷媒流路に流れ、ロータ内部に供給されてロータを冷却する。ロータシャフトの低回転時に回転遠心力が比較的小さく、第１冷媒流路の抵抗により冷媒が流れ難くなると第２冷媒流路に冷媒が滞留することになるが、冷媒が一定量以上滞留すると排出部から冷媒が排出されるため、ロータシャフト内の冷媒過剰が抑制される。また、ロータ外部に排出された余分な冷媒もロータ外部、特にロータ端部の冷却に利用され得るため、ロータが効率的に冷却される。
【００１３】
本発明の１つの実施形態では、前記排出部は、前記ロータシャフトの回転数が閾回転数以上の場合に前記第２冷媒流路内の冷媒を排出せず、前記ロータシャフトの回転数が閾回転数未満の場合に前記第２冷媒流路内の一定量以上の冷媒を排出することを特徴とする。
【００１４】
ロータシャフトの回転数が閾回転数以上の高回転時には、冷媒はロータシャフトから第２冷媒流路を経て第１冷媒流路に流れ、ロータ内部に供給されてロータを冷却する。ロータシャフトの回転数が閾回転数未満の低回転時には、冷媒は上記の流路に加えて、第２冷媒流路から一定量を超える余分量がロータ外部に排出される。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、ロータシャフトの回転数によらずロータを確実に冷却できる。また、本発明によれば、特にロータシャフトの低回転時においてロータシャフト内で冷媒が過剰となる事態を抑制し、引き摺り損失の増大を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】実施形態の回転電機の略断面図である。
【図２】実施形態の高回転時の動作説明図である。
【図３】実施形態の低回転時の動作説明図である。
【図４】従来の回転電機の略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面に基づき本発明の実施形態について説明する。但し、以下の実施形態は単なる例示であり、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。
【００１８】
＜回転電機の基本構成＞
まず、本実施形態における回転電機の基本構成について説明する。図１に、回転電機の略断面図を示す。回転電機は、ハイブリッド自動車や電気自動車を駆動するモータとして、あるいは発電するための発電機として使用され得る。
【００１９】
図において、回転電機１０は、ハウジングとしてのモータケース１２と、モータケース１２の内面に固定されたステータ１４と、ステータ１４の径方向内側に対向配置されたロータ１６と、ロータ１６を固定するロータシャフト２２とを備える。
【００２０】
ステータ１４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ステータコアと、ステータコアの内周面の周方向複数個所に設けられたティースに巻装されたステータコイルを含む。ステータコアは、モータケース１２の内面に固定される。
【００２１】
ロータ１６は、ロータシャフト２２の軸方向外径側に固定され、ステータ１４の径方向内側に、エアギャップ１５を介して対向配置される。ロータ１６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を有するロータコアと、ロータコアの周方向複数個所に配置された永久磁石１８と、エンドプレート２０を含む。永久磁石１８は、ロータ１６の径方向、あるいは径方向に対して傾斜した方向に着磁される。
【００２２】
ロータシャフト２２は、ロータ１６を固定し、かつモータケース１２の軸受に回転可能に軸支される。ロータシャフト２２内には、冷媒である油が流通する冷媒流路と、この冷媒流路に連通する油溜り２４が形成される。冷媒である油は、ロータ１６を冷却する冷媒として機能するだけでなく、潤滑油としても同時に機能する。ロータシャフト２２内の冷媒流路は、好適にはロータシャフト２２の回転軸上に形成され、この冷媒流路から複数個所を介して油溜りに冷媒が供給される構成とすることができるが、冷媒流路及び油溜り２４の形状は特に限定されず任意でよい。因みに、特開２００６−６７７７７号公報には、ロータシャフト内の中心軸上に形成された冷媒流路と、この冷媒流路から放射状に延びる冷媒流路が開示されているが、このような構成も含まれ得る。
【００２３】
モータケース１２は、ステータ１４及びロータ１６を収容するが、その下部内側に冷媒としての油を溜めるケース内油溜り部４０を有する。ケース内油溜り部４０の油は、オイルポンプ４２により汲み上げられ、ロータシャフト２２に供給される。
【００２４】
＜冷媒流路の構成＞
次に、本実施形態における回転電機１０の冷媒流路について説明する。
【００２５】
図１において、ロータ１６内には、軸方向にロータコア内部に向けて冷媒流路２８が形成されており、冷媒流路２８の一端はロータ１６内の永久磁石１８に達する。すなわち、軸方向の冷媒流路２８は、ロータ１６の端部であってエンドプレート２０に当接する端部から軸方向にロータコア内部に延び、ロータ１６の軸方向の略中心部において永久磁石１８の方向に屈曲し、屈曲した通路の端部が永久磁石１８に達する。
【００２６】
また、エンドプレート２０内には、ロータ１６の径方向に冷媒流路３０が形成されており、冷媒流路３０の一端は冷媒流路２８に連通している。すなわち、エンドプレート２０内の径方向に冷媒流路３０が形成され、この冷媒流路３０と冷媒流路２８は、エンドプレート２０とロータ１６の当接面において互いに連通している。冷媒流路３０は、エンドプレート２０の、ロータ１６との当接面側に形成された径方向の溝と言うこともできる。また、冷媒流路３０は、油溜り２４から軸方向の冷媒流路２８に油を供給するためのエンドプレート内油溜り部と表現することもできる。あるいは、軸方向の冷媒流路２８は、ロータコア内部を冷却するための流路であるから、冷媒流路２８に連通する冷媒流路３０は、ロータコア内部に油を供給するためのエンドプレート内油溜り部と表現し得る。  
【００２７】
また、ロータシャフト２２内には、ロータ１６の径方向に冷媒流路２６が形成されており、冷媒流路２６の一端は油溜り２４に連通し、他端は冷媒流路３０に連通する。
【００２８】
従って、回転電機１０には、冷媒流路として、油溜り２４から順に、冷媒流路２６、冷媒流路３０、冷媒流路２８が存在し、油溜り２４の油は、回転遠心力の作用を受けて、
油溜り２４→冷媒流路２６→冷媒流路３０→冷媒流路２８
と流れることになる。
【００２９】
本実施形態において、冷媒流路２８は、ロータコア内部に冷媒を供給する第１冷媒流路として機能し、冷媒流路３０は、ロータシャフト２２の冷媒を冷媒流路２８に導く第２冷媒流路として機能する。
【００３０】
ロータ１６の各冷媒流路を流れてロータ１６を冷却した油は、さらにステータ１４を冷却してケース内油溜り部４０に溜る。ケース内油溜り部４０に溜った油は、オイルポンプ４２により汲み上げられて再びロータシャフト２２の油溜り２４に循環供給される。なお、油を循環供給する際には、オイルパン等で冷却する、あるいは外気や冷却水と油とを熱交換させる公知の熱交換器で冷却した後に循環供給する。
【００３１】
本実施形態の回転電機１０には、さらに、エンドプレート２０内に、軸方向に排出部３２が形成されており、排出部３２の一端は冷媒流路（あるいはエンドプレート内油溜り部）３０に連通し、他端はエンドプレート２０の外面まで延在する。排出部３２の冷媒流路３０との連通位置は、冷媒流路２８の冷媒流路３０との連通位置に対して所定の関係を満たすように形成される。具体的には、ロータシャフト２２を基準とすると、排出部３２の冷媒流路３０との連通位置は、冷媒流路２８の冷媒流路３０との連通位置よりも、所定量ｄ（ｄ＞０）だけ内径側（ロータシャフト２２側）に形成される。図１に、両者の連通位置関係を所定量ｄと共に示す。所定量ｄは、図において、排出部３２の最外径部と冷媒流路３０との連通位置と、冷媒流路２８の最内径部と冷媒流路３０との連通位置との距離として定義される。
【００３２】
排出部３２は、冷媒流路３０に溜る油の量を調整する調整弁として機能する。すなわち、排出部３２は、冷媒流路２８の冷媒流路３０との連通位置よりも内径側に形成されているため、冷媒流路３０内の油が一定量に留まっている場合は、排出部３２から排出されることはないが、冷媒流路３０内の油が一定量を超えて排出部３２の連通位置まで達すると、排出部３２からロータ１６外部に排出される。この意味で、排出部３２は、冷媒流路３０内の油を一定量に抑制する調整弁として機能し得る。回転遠心力が比較的大きい場合には、軸方向の冷媒流路２８の管路抵抗に抗して油が流れるため、冷媒流路３０に溜る油の量は一定量に収まるが、ロータシャフト２２の低回転時は回転遠心力が比較的小さいため、冷媒流路２８の管路抵抗により油が流れず、冷媒流路３０に溜る油の量が増大する。冷媒流路３０に油が溢れると、油溜り２４の過剰な油はプラネタリギア側に流れ込むことは既述した通りであるが、冷媒流路３０内の油が一定量を超えると排出部３２から油がロータ１６の外部に排出されるため、油溜り２４の油が過剰となる事態が防止される。
【００３３】
図２及び図３に、本実施形態の動作説明を示す。図２は、ロータシャフト２２の回転数Ｎ１が閾回転数以上の高回転時の動作である。冷媒としての油は、ケース内油溜り部４０からオイルポンプ４２により汲み上げられ、ロータシャフト２２の油溜り２４に供給される。ロータシャフト２２（及びロータ１６）が回転すると、回転遠心力により油は油溜り２４から冷媒流路２６に流れ込む。高回転時には、油溜り２４には図中矢印ａで示す比較的大きな回転遠心力が作用し、油は、
油溜り２４→冷媒流路２６→冷媒流路３０→冷媒流路２８
と流れてロータ１６の内部及び永久磁石１８を冷却する。油は、さらにステータ１４を冷却し、ケース内油溜り部４０に溜る。このとき、油は排出部３２から排出されないか、あるいは排出されたとしても少量である。
【００３４】
図３は、ロータシャフト２２の回転数Ｎ２が閾回転数未満の低回転時の動作である。油溜り２４には、図中矢印ａで示す比較的小さな回転遠心力しか作用せず、油が滞留して冷媒流路３０内の油の量が増大する。冷媒流路３０内の油の量が増大し、排出部３２に達すると、排出部３２から図中矢印ｂで示すように油がロータ１６外部に排出される。すなわち、油は、
油溜り２４→冷媒流路２６→冷媒流路３０→冷媒流路２８  
と流れるだけでなく、
油溜り→冷媒流路２６→冷媒流路３０→排出部３２
と流れてロータ１６の内部及び永久磁石１８を冷却する。しかも、油溜り２４から冷媒流路２６への油の供給が可能であるため、プラネタリギア側に流れ込む油が過多となることもない。
【００３５】
なお、排出部３２からロータ１６外部に排出された油は、コイルエンドを流れてケース内油溜り部４０に溜るため、コイルエンド部も冷却できる付加的効果を奏する。
【００３６】
本実施形態によれば、ロータシャフト２２の回転数が閾回転数以上の高回転時はもとより、閾回転数未満の低回転時においても、排出部３２から余分な油を排出してロータシャフト２２内で油が過剰となることを抑制して引き摺り損失増大を抑制するとともに、排出部３２から排出した油によりコイルエンドを冷却することで冷却効率の低下を抑制し得る。
【００３７】
＜変形例＞
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、種々の変形が可能であり、これらの変形例はいずれも本発明に包含される。
【００３８】
例えば、本実施形態において、排出部３２の冷媒通路３０との連通位置は、冷媒流路２８の冷媒流路３０との連通位置よりも内径側としているが、両者の距離ｄ（ｄ＞０）は任意に調整でき、冷媒流路３０に貯留し得る許容量に応じ、あるいは、閾回転数に応じて適応的に設定し得る。すなわち、冷媒流路３０に貯留し得る許容量が大きいほど、距離ｄは大きく設定することができ、閾回転数が大きいほど、距離ｄは大きく設定することができる。
【００３９】
また、本実施形態の冷媒流路３０は、ロータの径方向に、回転軸を中心として互いに９０度位相をずらせて放射状に形成することができるが、排出部３２は、これら複数の冷媒
流路３０の全てに形成する他、任意に選択した１又は複数の冷媒流路３０に形成してもよい。例えば、互いに１８０度位相がずれた冷媒流路３０のみに排出部３２を形成する等である。
【００４０】
また、排出部３２は、１つの冷媒流路３０に対して複数形成することも可能であり、複数の排出部３２の距離ｄを全て同一とする他、距離ｄを互いに異にすることも可能であろう。例えば、図１において、冷媒流路３０の径方向に複数の排出部３２を形成し、それぞれの距離ｄをｄ１，ｄ２，ｄ３，・・とする等である。但し、ｄ１，ｄ２，ｄ３，・・・＞０である。
【００４１】
また、排出部３２の流路形状は必ずしも管状である必要はなく、円、楕円、矩形等任意の断面形状を採用し得る。排出部３２の流路についても、必ずしも直線状でなくてもよく、屈曲状あるいは円弧状でもよい。
【００４２】
また、本実施形態の排出部３２は、ロータシャフト２２の軸方向に略平行に形成されているが、略平行ではなく、冷媒流路３０との連通位置からエンドプレート２０の外表面に向けて傾斜（内径から外径に向かう傾斜）を有していてもよい。
【００４３】
また、本実施形態では、排出部３２から排出された余分な油はロータ端部を流れてロータ１６を冷却することができるが、排出された油がロータ１６とステータ１４との間のエアギャップ１５に流れ込むと、油の粘性により引き摺り抵抗が生じ、引き摺り損失が生じる可能性も想定されるため、エアギャップ１５への油の流れ込みを防止する機構を付加してもよい。
【００４４】
さらに、本実施形態において、ロータシャフト２２の回転数が閾回転数以上の場合に油が排出部３２から排出されてしまうことを防止すべく、排出部３２に開閉弁を設けてもよい。ロータシャフト２２の回転数をコントローラでモニタし、ロータシャフト２２の回転数が閾回転数未満の場合に開制御し、ロータシャフト２２の回転数が閾回転数以上となった場合に閉制御するようにコントローラで開閉弁を制御すればよい。開閉弁の開閉度合は０％と１００％の間で２段階に変化させる他、３段階あるいはそれ以上の段数でステップ的に変化させてもよい。具体的には、ロータシャフト２２の回転数と閾回転数との大小関係に応じ、回転数Ｎが閾回転数Ｎｔｈ１以上であれば開閉度を０％（全閉）とし、回転数Ｎが閾回転数Ｎｔｈ１未満であって閾回転数Ｎｔｈ２以上であれば開閉度を５０％（半開）、回転数Ｎが閾回転数Ｎｔｈ２未満であれば開閉度を１００％（全開）とする等である。ここで、閾回転数Ｎｔｈ１、Ｎｔｈ２は、Ｎｔｈ１＞Ｎｔｈ２と定義される。
【符号の説明】
【００４５】
１０  回転電機、１２  モータケース、１４  ステータ、１６  ロータ、１８  永久磁石、２０  エンドプレート、２２  ロータシャフト、２４  油溜り、２６  冷媒流路、２８  冷媒流路（第１冷媒流路）、３０  冷媒流路（第２冷媒流路）、３２  排出部、４０  ケース内油溜り部、４２  オイルポンプ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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