(57)【要約】【課題】ロータシャフトの中空部に供給された液状冷媒をロータコアに適切に供給できる回転電機を提供する。【解決手段】ロータシャフト５には、ＡＴＦ１０が供給され軸線Ａｘ方向に延びる中空部１５と、中空部１５に通じていて外周面５ｂに開口しロータコア４の冷却流路８に接続される冷媒流入口１６とが形成されている。ロータシャフト５の内周面５ａには、冷媒流入口１６を挟むようにして軸線Ａｘ方向に間隔を空けて配置され、かつ半径方向内側に突出しつつ周方向に一巡する一対の環状堰２０と、一対の環状堰２０の間に配置され、半径方向内側に突出しつつ軸線Ａｘ方向に延びる軸線方向堰２１とが設けられている。【選択図】図２
2019097220.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体冷媒を導く冷却流路が形成されたロータコアと、前記ロータコアが一体回転可能に取り付けられたロータシャフトとを有するロータを備えた回転電機であって、
前記ロータシャフトには、前記液体冷媒が供給され軸線方向に延びる中空部と、前記中空部に通じていて外周面に開口し前記ロータコアの前記冷却流路に接続される冷媒流入口とが形成され、
前記ロータシャフトの内周面には、前記冷媒流入口を挟むようにして前記軸線方向に間隔を空けて配置され、かつ半径方向内側に突出しつつ周方向に一巡する一対の環状突出部と、前記一対の環状突出部の間に配置され、前記半径方向内側に突出しつつ前記軸線方向に延びる軸線方向突出部とが設けられた回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロータコアに液状冷媒を供給して冷却する回転電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
冷却流路が形成されたロータコアが固定された中空状のロータシャフトを有するロータと、ロータシャフトの中空部に液状冷媒を供給する冷媒供給シャフトとを備え、ロータコアの冷却流路とロータシャフトの中空部とを接続する冷媒流入口がロータシャフトに形成された回転電機が知られている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１６−１４６７０４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の回転電機は、ロータシャフトの中空部に供給された液状冷媒を遠心力によって冷媒流入口に導いてロータコアに供給できる。しかしながら、ロータの低速回転時には、ロータシャフトの中空部に供給された液状冷媒が遠心力の不足によって中空部の鉛直下方に淀みロータコアへの液状冷媒の供給量が低下するおそれがある。一方、ロータの高速回転時には、液状冷媒の流れ場がロータシャフトの内周面に近い側が層流になり内周面から遠い側が乱流になることがある。この場合にはロータシャフトの内周面から遠い側の液状冷媒が冷媒流入口に適切に誘導されずにロータシャフトの開口端から漏出してロータコアへの液状冷媒の供給量が低下するおそれがある。
【０００５】
そこで、本発明は、ロータシャフトの中空部に供給された液状冷媒をロータコアに適切に供給できる回転電機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様に係る回転電機は、液体冷媒を導く冷却流路が形成されたロータコアと、前記ロータコアが一体回転可能に取り付けられたロータシャフトとを有するロータを備えた回転電機であって、前記ロータシャフトには、前記液体冷媒が供給され軸線方向に延びる中空部と、前記中空部に通じていて外周面に開口し前記ロータコアの前記冷却流路に接続される冷媒流入口とが形成され、前記ロータシャフトの内周面には、前記冷媒流入口を挟むようにして前記軸線方向に間隔を空けて配置され、かつ半径方向内側に突出しつつ周方向に一巡する一対の環状突出部と、前記一対の環状突出部の間に配置され、前記半径方向内側に突出しつつ前記軸線方向に延びる軸線方向突出部とが設けられたものである。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の一形態に係るモータ・ジェネレータの要部を示した断面図。
【図２】図１のII-II線に関する断面を拡大した拡大断面図。
【図３】ロータシャフトの組立図。
【図４】第２の形態に係るロータシャフトを示した断面図。
【図５】図４のV-V線に関する断面を拡大した拡大断面図。
【図６】第１の変形例の構成を示した図。
【図７】第２の変形例の構成を示した図。
【図８】第３の変形例の構成を示した図。
【図９】第４の変形例の構成を示した図。
【図１０】第５の変形例の構成を示した図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
（第１の形態）
図１に示すように、モータ・ジェネレータ１は、不図示のケースに固定されたステータ２と、ステータ２の内周に同軸上に配置され、軸線Ａｘを中心として回転自在な状態でケースに支持されたロータ３とを備えている。ステータ２はコイル２ａを含み、コイル２ａには不図示の電気回路が接続される。
【０００９】
ロータ３は、複数の鋼板が積層された中空状のロータコア４と、ロータコア４の内周に挿入された状態でロータコア４が一体回転可能に取り付けられたロータシャフト５とを備える。ロータコア４には、オートマチックトランスミッションフルード（ＡＴＦ）１０を導く冷却流路１１が形成されている。冷却流路１１は軸線Ａｘ方向に延びてロータコア４を貫通する貫通路１２と、貫通路１２から半径方向に延びてロータコア４の内周面４ａに開口する導入路１３とを含む。なお、図示を省略したが、導入路１３は周方向に９０°間隔で４つ配置されている。
【００１０】
図１及び図２に示すように、ロータシャフト５には、ＡＴＦ１０が供給され軸線Ａｘ方向に延びる中空部１５と、内周面５ａにて中空部１５と通じていて外周面５ｂに開口する４つの冷媒流入口１６とが形成されている。図２に示すように、各冷媒流入口１６は周方向に関して９０°毎に等間隔で配置されている。各冷媒流入口１６はロータコア４の冷却流路８の導入路１３に接続されている。ロータシャフト５の中空部１５にはＡＴＦ１０を供給するための供給パイプ１７が挿入されている。供給パイプ１７にはオイルポンプＰにて圧送されたＡＴＦ１０が導かれる。供給パイプ１７に導かれたＡＴＦ１０は、矢印で示すように供給パイプ１７の先端部から半径方向外側に向かって吐出されることによりロータシャフト５の中空部１５に供給される。
【００１１】
図１及び図２に示すように、ロータシャフト５の内周面５ａには、冷媒流入口１６を挟むようにして軸線Ａｘ方向に間隔を空けて配置された一対の環状堰２０と、一対の環状堰２０の間に配置されて半径方向内側に突出しつつ軸線Ａｘ方向に延びる複数の（本形態は４つの）軸線方向堰２１とが設けられている。各環状堰２０は半径方向内側に突出しつつ周方向に一巡している。図２に示すように、各軸線方向堰２１は周方向に関して９０°毎に等間隔に配置されている。また、各軸線方向堰２１は、断面形状が概略矩形状であり、周方向に並ぶ一対の側面が接線方向と直交する平面でそれぞれ構成されている。
【００１２】
図３に示すように、各軸線方向堰２１は両端が一対の環状堰２０に結合している。一対の環状堰２０と各軸方向堰２１とは、これらが一体となったインナースリーブ２５を構成する。ロータシャフト５の中空部１５にインナースリーブ２５が圧入されることにより、一対の環状堰２０と各軸線方向堰２１とがロータシャフト５と一体回転可能な状態で内周面５ｂに設けられる。
【００１３】
（第１の形態の効果）
以上の構成により、ロータシャフト５の中空部１５にＡＴＦ１０が供給されると、ＡＴＦ１０は一対の環状堰２０によって堰き止められる。図２に示したように、ロータ３が矢印の方向に回転すると、一対の環状堰２０に堰き止められたＡＴＦ１０は各軸線方向堰２１にて掻き上げられるためロータ３の回転方向と同方向の回転力が付与される。回転力が付与されたＡＴＦ１０は遠心力によって各冷媒流入口１６から半径方向外側に押し出される吐出圧力を得る。これにより、ローシャフト５の中空部１５に供給されたＡＴＦ１０は矢印で示すように各冷媒流入口１６を通じてロータコア４の冷却流路８に導かれる。そのため、ロータ３の回転速度が低速であってもＡＴＦ１０がロータシャフト５の下方に淀むことを回避できるからロータコア４に対するＡＴＦ１０の供給量の低下を抑制できる。
【００１４】
また、各軸線方向堰２１にてＡＴＦ１０が掻き上げられることにより、ロータシャフト５の内周面５ａから半径方向のＡＴＦ１０の流速分布が各軸線方向堰２１の突出高さの範囲で平坦化される。なお、突出高さの方向に延びていてＡＴＦを掻き上げる軸線方向堰２１の側面が接線方向に対して直交しているため、ＡＴＦ１０の流速分布は突出高さの範囲でより平坦化される。そのため、ロータ３の回転速度が高速の場合でも、ＡＴＦ１０の流れ場がロータシャフト５の内周面５ａに近い側だけ層流となりそれ以外で乱流となることを抑制できる。これにより、ＡＴＦ１０の流れ場が乱流となってロータシャフト５の開口端からＡＴＦ１０が漏出してロータコア４に対するＡＴＦ１０の供給量が低下することを抑制できる。
【００１５】
（第２の形態）
次に、図４及び図５を参照しながら第２の形態を説明する。以下、第１の形態と共通する構成の説明を省略する。第２の形態に係るロータシャフト３０は第１の形態のロータシャフト５と置き換えることができる。ロータシャフト３０には、ＡＴＦ１０が供給される中空部３１と、内周面３０ａにて中空部３１に通じていて外周面３０ｂに開口する４つの冷媒流入口３２とが形成され、ロータシャフト３０の内周面３０ａには、一対の環状堰３３と４つの軸線方向堰３４とが設けられている。各軸線方向堰３４はロータシャフト３０の内周面３０ａがブローチ加工等の機械加工されることによってロータシャフト３０と一体に設けられている。このように加工されたロータシャフト３０に対して環状部品として構成された環状堰３３が各軸線方向堰３４の端部に突き当たるまで一つずつ圧入されている。これにより、一対の環状堰３３はロータシャフト３０と一体回転可能な状態でロータシャフト３０の内周面３０ａに設けられる。第２の形態は、第１の形態と同じ効果を得ることができるが、特に、一対の環状堰３３の高さ（突出量）を各軸線方向堰３４と独立して変更することが容易となる利点がある。
【００１６】
（変形例）
次に、第１の形態に係る軸線方向堰等を変更した第１〜第５の変形例を、図６〜図１０を参照しながら説明する。なお、以下の説明では、第１の形態と共通の構成には同一の参照符号を付して説明を省略する。
【００１７】
図６に示した第１の変形例は、第１の形態に係る各軸線方向堰２１よりも突出高さが低い軸線方向堰２１Ａを有している。第１の変形例によれば、ロータ３の回転によって各軸線方向堰２１Ａにて掻き上げられるＡＴＦ１０の量が減少し遠心力がかかるＡＴＦ１０の分量が減少する。そのため、ＡＴＦ１０の吐出圧力が第１の形態よりも低下するので、ロータコア４に対するＡＴＦ１０の供給量を第１の形態よりも減量できる。
【００１８】
図７に示した第２の変形例は、第１の形態に係る各軸線方向堰２１よりも突出高さが高い軸線方向堰２１Ｂを有している。第２の変形例によれば、ロータ３の回転によって各軸線方向堰２１Ｂにて掻き上げられるＡＴＦ１０の量が増加し遠心力がかかるＡＴＦ１０の分量が増加する。そのため、ＡＴＦ１０の吐出圧力が第１の形態よりも増加するので、ロータコア４に対するＡＴＦ１０の供給量を第１の形態よりも増量できる。
【００１９】
図８に示した第３の変形例は、第１の変形例と第２の変形例とを組み合わせたものに相当し、高低２種類の軸線方向堰２１Ａ、２１Ｂが周方向に交互に設けられている。第３の変形例によれば、冷媒流入口１６毎にＡＴＦ１０の供給量を変えることができるため緻密な冷却が可能となる。
【００２０】
図９に示した第４の変形例は、第１の形態に係る軸線方向堰２１の周方向の間隔を変更したものである。第４の変形例によれば、間隔が広い軸線方向堰２１の間に存在するＡＴＦ１０の分量と、間隔が狭い軸線方向堰２１の間に存在するＡＴＦ１０の分量とが相違するため、これらの作用する遠心力も相違する。したがって、間隔の広い軸線方向堰２１の間に位置する冷媒流入口１６へのＡＴＦ１０の供給量を多く、間隔の狭い軸線方向堰２１の間に位置する冷媒流入口１６へのＡＴＦ１０の供給量を少なくできるなど、冷媒流入口１６毎にＡＴＦ１０の供給量を変えることができるため緻密な冷却が可能となる。
【００２１】
図１０に示した第５の変形例は、各軸線方向堰２１に接近し、かつ各軸線方向堰２１の両側に配置された冷媒流入口１６′がロータシャフト５に形成されている。第５の変形例によれば、軸線方向堰２１に冷媒流入口１６′が接近することによりロータ３の回転速度が極めて低速でもＡＴＦ１０の吐出圧力が得られる。また、各軸線方向堰２１の両側に冷媒流入口１６′が配置されているため、ロータ３の回転方向が正転方向Ｒ１と逆転方向Ｒ２との間で切り替わる場合でも両方向でＡＴＦ１０の吐出条件を揃えることができる。したがって、ロータ３の回転方向が頻繁に切り替わりしかも回転速度が極めて低速な条件で運転される用途の回転電機に適用することに利点がある。
【００２２】
（その他の変形例）
上記の各形態は回転電機をモータ・ジェネレータとして実施した形態であるが、電動機又は発電機とした形態に変更することもできる。また、上記の各形態における軸線方向堰の個数に制限はなく、軸線方向堰の個数を変更した形態に変更できる。
【００２３】
上記の各形態において、軸線方向堰は軸線方向に延びていてその両端が一対の環状堰のそれぞれに結合して軸線方向堰と環状堰とが一体化され、又は軸線方向堰の両端が一対の環状堰のそれぞれに突き当たっている。換言すれば、軸線方向堰が一対の環状堰の間に亘って軸線方向に連続して延びている。しかしながら、軸線方向堰が一対の環状堰のそれぞれに結合又は突き当たることは一例である。例えば、軸線方向堰がいずれか一方の環状堰だけに結合又は突き当たる形態に変更できる。また、軸線方向堰と一対の環状堰とが結合しない又は突き当たらない形態、換言すれば、軸線方向堰の両端と一対の環状堰のそれぞれとの間に間隔が設けられた形態にも変更できる。
【００２４】
上記の各形態において、軸線方向堰は、一対の環状堰の間で連続して軸線方向に延びているが、例えば、軸線方向堰が、全体として軸線方向に延びているが、その途中で一箇所又は複数箇所で分断された形態に変更することもできる。
【００２５】
上記の各形態において、軸線方向堰が延びる方向はロータシャフトの軸線方向と一致する方向になっているが、軸線方向堰の両端が軸線方向の一方と他方とに位置している限り種々の形態に変更できる。例えば、軸線方向堰の両端が軸線方向の一方と他方とに位置していて軸線方向に対して斜め方向に延びる形態や、軸線方向堰の両端が軸線方向の一方と他方とに位置していて軸線方向に対して斜め方向に延びて途中で反対方向に傾斜角を変化させた形態や、軸線方向堰が湾曲や蛇行するなど非直線的に延びる形態に変更することもできる。
【００２６】
上述した実施の形態及び変形例のそれぞれから導き出される本発明の態様を以下に記載する。
【００２７】
本発明の一態様に係る回転電機は、液体冷媒を導く冷却流路が形成されたロータコアと、前記ロータコアが一体回転可能に取り付けられたロータシャフトとを有するロータを備えた回転電機であって、前記ロータシャフトには、前記液体冷媒が供給され軸線方向に延びる中空部と、前記中空部に通じていて外周面に開口し前記ロータコアの前記冷却流路に接続される冷媒流入口とが形成され、前記ロータシャフトの内周面には、前記冷媒流入口を挟むようにして前記軸線方向に間隔を空けて配置され、かつ半径方向内側に突出しつつ周方向に一巡する一対の環状突出部と、前記一対の環状突出部の間に配置され、前記半径方向内側に突出しつつ前記軸線方向に延びる軸線方向突出部とが設けられたものである。例えば、上記各形態及び上記各変形例においては、モータ・ジェネレータ１、電動機又は発電機が、回転電機の一例に相当し、ＡＴＦ１０が、液状冷媒の一例に相当し、一対の環状堰２０又は一対の環状堰３３が、一対の環状突出部の一例に相当し、軸線方向堰２１、３４、２１Ａ、２１Ｂ又は上記変形例に係る各種の軸線方向堰が、軸線方向突出部の一例に相当する。
【００２８】
この態様の回転電機によれば、ロータシャフトの中空部に液状冷媒が供給されると、液状冷媒は一対の環状突出部によって堰き止められる。一対の環状突出部に堰き止められた液状冷媒はロータの回転により軸線方向突出部にて掻き上げられるためロータの回転方向と同方向の回転力が付与される。回転力が付与された液状冷媒は遠心力によって冷媒流入口から半径方向外側に押し出される吐出圧力を得る。これにより、ローシャフトの中空部に供給された液状冷媒は冷媒流入口を通じてロータコアの冷却流路に導かれる。そのため、ロータの回転速度が低速であっても液状冷媒がロータシャフトの下方に淀むことを回避できるからロータコアに対する液状冷媒の供給量の低下を抑制できる。
【００２９】
また、軸線方向突出部にて液状冷媒が掻き上げられることにより、ロータシャフトの内周面から半径方向の液状冷媒の流速分布が軸線方向突出部の突出高さの範囲で平坦化される。そのため、ロータの回転速度が高速の場合でも、液状冷媒の流れ場がロータシャフトの内周面に近い側だけ層流となりそれ以外で乱流となることを抑制できる。これにより、液状冷媒の流れ場が乱流となってロータシャフトの開口端から液状冷媒が漏出してロータコアに対する液状冷媒の供給量が低下することを抑制できる。
【符号の説明】
【００３０】
１  モータ・ジェネレータ（回転電機）
３  ロータ
４  ロータコア
５、３０  ロータシャフト
５ａ、３０ａ  内周面
５ｂ、３０ｂ  外周面
１０  ＡＴＦ（液状冷媒）
１１  冷却流路
１５  中空部
１６、３２、１６′  冷媒流入口
２０、３３  環状堰（環状突出部）
２１、３４、２１Ａ、２１Ｂ  軸線方向堰（軸線方向突出部）
【図１】
2019097220.tif 000003
【図２】
2019097220.tif 000004
【図３】
2019097220.tif 000005
【図４】
2019097220.tif 000006
【図５】
2019097220.tif 000007
【図６】
2019097220.tif 000008
【図７】
2019097220.tif 000009
【図８】
2019097220.tif 000010
【図９】
2019097220.tif 000011
【図１０】
2019097220.tif 000012