(57)【要約】【課題】車両用回転電機の冷却装置において、簡易な構造で、登坂走行により車両が傾斜した場合であっても、回転電機に対する冷却性能の低下を抑制する。【解決手段】車両用回転電機１０は、ロータ１４を固定するとともに、軸線方向２０に延びる中空孔が形成されたロータシャフト１２と、中空孔に設けられ、ロータシャフト１２に対して相対的に回転可能な回転シャフト２６とを有する。回転シャフト２６は、これの外周面に形成された流出口を有する。一方、ロータシャフト１２は、これの内周面に窪むように形成された冷媒溜まり４０と、この冷媒溜まり４０に設けられた流入口とを有する。流出口は、径方向において冷媒溜まり４０に対向するように設けられるとともに、流入口に対して車両前方に設けられる。この構成により、登坂走行中であっても回転電機１０を冷却することができる。【選択図】図１
2012095381.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸線方向に延びる中空孔が形成されたロータシャフトと、
ロータシャフトに固定されるロータと、
ロータの周囲に配置されるステータと、
前記中空孔に設けられ、ロータシャフトに対して相対的に回転可能な回転シャフトと、
を備える車両用回転電機の冷却装置において、
回転シャフトは、これの外周面に形成され、冷媒が流れ出る流出口を有し、
ロータシャフトは、これの内周面に窪むように形成され、流出口から流れ出る冷媒を溜め込む冷媒溜まりと、この冷媒溜まりに設けられ、冷媒溜まりの冷媒がロータへ供給されるために流れ込む流入口とを有し、
流出口は、径方向において冷媒溜まりに対向するように設けられるとともに、流入口に対して車両前方に設けられる、
ことを特徴とする車両用回転電機の冷却装置。
【請求項２】
請求項１に記載の車両用回転電機の冷却装置において、
冷媒溜まりは、周方向に連続して形成され、
流出口及び流入口は、周方向に所定の間隔を空けてそれぞれ配置される、
ことを特徴とする車両用回転電機の冷却装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の車両用回転電機の冷却装置において、
軸線方向と車両進行方向とは同一方向である、
ことを特徴とする車両用回転電機の冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両に搭載される車両用回転電機の冷却装置に関し、特に回転電機を冷媒により冷却する冷却構造の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
回転電機は、ロータと、ロータの周囲に配置されるステータとを有する。ステータは、コイルを有し、このコイルに電流が流れることにより回転磁界が発生する。この回転磁界とロータとの間に働く電磁的作用により、ロータが回転する。
【０００３】
一般的に、回転電機は、この回転電機の駆動により発熱する。回転電機が永久磁石型回転電機である場合、ロータに設けられる永久磁石またはステータのコイルエンドが発熱する。これらが発熱して温度が上昇すると、回転電機の運転効率が低下してしまう。そこで、冷媒により回転電機を冷却する例がある。
【０００４】
下記特許文献１には、車両に搭載される回転電機を冷媒により冷却する冷却装置が記載されている。この冷却装置は、回転電機のロータが固定される中空のロータシャフトと、ロータシャフトの内周面に間隔を空けて設けられるポンプシャフトとを有する。ポンプシャフトは、このシャフトの中心軸部に形成され、冷媒を導入する冷媒導入路と、冷媒導入路から径方向に分岐してポンプシャフトの外周面に延びる分岐路とを有する。ロータシャフトは、このシャフトの内周面に窪むように形成され、冷媒を溜める冷媒溜まりと、冷媒溜まりに設けられ、冷媒溜まりの冷媒をロータ及びコイルエンドへ導入する冷媒導入孔とを有する。
【０００５】
このように構成される冷却装置においては、冷媒導入路に導入される冷媒が、分岐路から、ポンプシャフトとロータシャフトとの隙間を介して冷媒溜まりへ供給される。そして、冷媒溜まりに溜まった冷媒は、ロータシャフトの回転で発生する遠心力により冷媒導入孔に導入され、ロータ及びコイルエンドへ供給されることで、これらが冷却される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−２９６７７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述のような車両用回転電機の冷却装置においては、登坂走行により車両が傾斜した場合、ロータ及びステータに供給される冷媒量が低下してしまう可能性がある。具体的には、車両が傾斜すると、冷媒溜まりに溜まるはずの冷媒の一部が、この冷媒溜まりより車両後方側のポンプシャフトとロータシャフトとの隙間へ溢れ出てしまい、その結果、冷媒導入孔に導入される冷媒量が低下してしまう可能性がある。回転電機の駆動により登坂走行する場合、回転電機の出力が増加傾向になるので回転電機の温度は上昇するが、上述のようにロータ及びステータに供給される冷媒量が低下してしまうと冷却性能が低下してしまい、回転電機の運転効率が低下してしまうという問題がある。
【０００８】
本発明の目的は、簡易な構造で、登坂走行により車両が傾斜した場合であっても、回転電機に対する冷却性能の低下を抑制することができる車両用回転電機の冷却装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、軸線方向に延びる中空孔が形成されたロータシャフトと、ロータシャフトに固定されるロータと、ロータの周囲に配置されるステータと、前記中空孔に設けられ、ロータシャフトに対して相対的に回転可能な回転シャフトと、を備える車両用回転電機の冷却装置において、回転シャフトは、これの外周面に形成され、冷媒が流れ出る流出口を有し、ロータシャフトは、これの内周面に窪むように形成され、流出口から流れ出る冷媒を溜め込む冷媒溜まりと、この冷媒溜まりに設けられ、冷媒溜まりの冷媒がロータへ供給されるために流れ込む流入口とを有し、流出口は、径方向において冷媒溜まりに対向するように設けられるとともに、流入口に対して車両前方に設けられることを特徴とする。
【００１０】
また、冷媒溜まりは、周方向に連続して形成され、流出口及び流入口は、周方向に所定の間隔を空けてそれぞれ配置されることが好適である。
【００１１】
また、軸線方向と車両進行方向とは同一方向であることが好適である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の車両用回転電機の冷却装置によれば、簡易な構造で、登坂走行により車両が傾斜した場合であっても、回転電機に対する冷却性能の低下を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本実施形態に係る車両用回転電機の冷却装置の構成を示す断面図である。
【図２】図１のＡ部を拡大して示す図である。
【図３】登坂走行により車両が傾斜した場合における図１のＡ部を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明に係る車両用回転電機の冷却装置の実施形態について、図を用いて説明する。図１は、本実施形態に係る車両用回転電機の冷却装置の構成を示す断面図であり、図２は、図１のＡ部を拡大して示す図である。なお、これらの図の左側が車両の前方であり、右側が車両の後方である。
【００１５】
車両用回転電機（以降、単に「回転電機」と記す）１０は、車両の原動機である。回転電機１０は、ロータシャフト１２に固定されるロータ１４と、ロータ１４を囲うように回転電機１０のケース１６に固定されたステータ１８とを有する。
【００１６】
ロータ１４は、ロータシャフト１２と同心の円筒状の磁性体であり、例えば積層鋼板を軸線方向２０に積層して構成される。積層鋼板には軸線方向に延びる孔が形成され、この孔に永久磁石２２が配置される。なお、永久磁石２２は、積層鋼板の内部ではなく、積層鋼板の外周に配置することもできる。
【００１７】
ロータシャフト１２は、ケース１６に設けられる第一軸受２４により回転可能に支持される。ロータシャフト１２は、軸線方向２０に延びる孔が形成された中空軸であり、その孔に回転シャフト２６が貫通している。軸線方向２０は、図１に示されるように、車両進行方向と同一方向である。しかし、本発明はこの構成に限定されず、軸線方向２０が車両進行方向に対して交差する方向であってもよい。
【００１８】
回転シャフト２６は、ケース１６に設けられる第二軸受２８により回転可能に支持される。ロータシャフト１２と回転シャフト２６とは、相対的に回転可能となっている。本実施形態の回転シャフト２６は、回転電機１０の出力を車両の駆動輪（図示せず）に伝達する出力シャフトであり、ロータシャフト１２と回転シャフト２６とは、歯車機構（図示せず）を介して接続される。なお、本発明は、この構成に限定されず、回転シャフト２６が、後述する冷媒を循環させるポンプに動力を伝達するポンプシャフトであってもよい。
【００１９】
ステータ１８は、ロータ１４の周囲に空隙を空けて配置される。ステータ１８には、このステータ１８の内周側に突出し、周方向に所定の間隔を空けて配置される磁極（図示せず）を有する。この磁極の間の空間であるスロット（図示せず）には、導線を磁極に巻きつけて形成されるコイル３０が配置される。図１には、ステータ１８の両端において、スロット間を橋渡しするコイル３０、すなわちコイルエンドが示される。このコイル３０の通電により、ステータ１８に回転磁界が発生し、この回転磁界に吸引される力が、永久磁石２２を有するロータ１４に発生して、ロータ１４が回転する。
【００２０】
一般的に、回転電機は、この回転電機の駆動により発熱する。回転電機が永久磁石型回転電機である場合、ロータに設けられる永久磁石とステータのコイルとが発熱する。これらが発熱して温度が上昇すると、回転電機の運転効率が低下してしまう。この運転効率の低下を防ぐために、本実施形態の車両においては、冷媒、例えば潤滑油（ＡＴＦ）により回転電機１０を冷却する冷却装置３２が設けられる。以下に、その冷却装置３２について説明する。
【００２１】
ケース１６には、冷媒を循環させるポンプ（図示せず）が収容される。このポンプは、ロータシャフト１２または回転シャフト２６の回転と同期して廻る構成となっている。なお、本発明はこの構成に限定されず、ポンプが専用モータにより駆動する電動ポンプであってもよい。
【００２２】
回転シャフト２６には、その内部に軸線方向２０に沿って、ポンプから送り出された冷媒を導入する冷媒導入路３４が形成される。また、回転シャフト２６には、冷媒導入路３４から径方向に分岐して回転シャフト２６の外周面に延びる分岐路３６が形成される。なお、回転シャフト２６の外周面における分岐路３６の部分は、冷媒が流れ出る部分であり、ここを以降、流出口３８と記す。また、各図における分岐路３６の数は１本であるがこの数は一例であって、本発明は分岐路３６の数１個に限定されない。分岐路３６は、同一円周上の周方向に間隔を空けて複数設けることが好適である。この構成により、冷媒の循環量が多くなるので、回転電機１０に対する冷却性能の向上を図ることができる。
【００２３】
一方、ロータシャフト１２の内周面には、冷媒を溜める冷媒溜まり４０が形成される。この冷媒溜まり４０は、ロータシャフト１２の内周面に対して窪むように形成される。具体的には、図２に示されるように、冷媒溜まり４０は、径方向と軸線方向２０に対してそれぞれ所定の長さを有する窪みである。また、周方向に対しては、本実施形態の冷媒溜まり４０は、ロータシャフト１２の内周面に同一円周上の溝が形成されるように、周方向に連続して形成される。この構成により、ロータシャフト１２の製造工程において、冷媒溜まり４０を容易に形成することができる。なお、本発明はこの構成に限定されず、冷媒溜まり４０が、周方向に間隔を空けて形成されてもよい。
【００２４】
そして、ロータシャフト１２及びロータ１４には、冷媒溜まり４０から径方向外側に延び、冷媒をロータ１４へ供給する冷媒供給路４２が形成される。この冷媒供給路４２は、ロータ１４に形成され、ロータ１４の積層鋼板を軸線方向２０に貫通するロータ冷却路４４に接続する。ロータ冷却路４４は永久磁石２２の近傍に形成される。なお、冷却溜まり４０における冷媒供給路４２の部分は、冷媒がロータ１４へ供給されるために流れ込む部分であり、ここを以降、流入口４６と記す。また、各図における冷媒供給路４２及びロータ冷却路４４の数は１本であるがこの数は一例であって、本発明は冷媒供給路４２及びロータ冷却路４４の数１個に限定されない。冷媒供給路４２及びロータ冷却路４４は、同一円周上の周方向に間隔を空けて複数設けることが好適である。この構成により、ロータ１４及びステータ１８へ供給される冷媒量が多くなるので、回転電機１０に対する冷却性能の向上を図ることができる。
【００２５】
本実施形態の冷却装置３２は、流出口３８が、径方向において冷媒溜まり４０に対向するように設けられるとともに、流入口４６に対して車両前方に設けられる。この構成により、車両が水平状態である場合、登坂走行により車両が傾斜した場合であっても、冷媒溜まり４０が、流出口３８から流れ出る冷媒を受けて確実に溜めることができる。しかも、登坂走行により車両が傾斜した場合であっても、流入口４６が、冷媒溜まり４０が受けて溜めた冷媒を、冷媒溜まり４０より車両後方側のロータシャフト１２と回転シャフト２６との隙間へ溢れ出てしまう前に、直ちに流し込むことができる。
【００２６】
次に、上記構成の作用を、冷却装置３２の動作とともに説明する。冷却装置３２の動作説明は、車両が水平状態である場合と、車両が登坂走行により傾斜した場合とに分けて説明する。
【００２７】
まず、車両が水平状態である場合における冷却装置３２の動作について、図１，２を用いて説明する。ポンプにより送り出された冷媒は、冷媒導入路３４及び分岐路３６を通り、その出口である流出口３８から流れ出る。そして、流出口３８から流れ出る冷媒は、ポンプの吐出圧と回転シャフト２６の回転で発生する遠心力とにより、流出口３８に対向する冷媒溜まり４０へ向かい、冷媒溜まり４０で確実に受け止められて溜められる。このとき、冷媒溜まり４０においては、所定量の冷媒が、ロータシャフト１２の回転で発生する遠心力により落下することなく保持される。
【００２８】
冷媒溜まり４０からオーバーブローして溢れ出る冷媒は、ロータシャフト１２と回転シャフト２６との隙間を通り、第一及び第二軸受２４，２８を潤滑した後、冷媒受け（図示せず）に戻され、再びポンプに供給される。
【００２９】
一方、冷媒溜まり４０に溜められた冷媒は、上述の遠心力により流入口４６に流れ込み、冷媒供給路４２及びロータ冷却路４４を流れることで、永久磁石２２及び積層鋼板を冷却する。そして、ロータ冷却路４４の冷媒は、ロータ１４のエンドプレートに形成されるロータ冷却路４４の端部からロータ１４の外部に流出し、上述の遠心力により径方向外側、すなわちステータ１８側に流れてコイル３０を冷却した後、冷媒受けに戻され、再びポンプに供給される。
【００３０】
次に、車両が登坂走行により傾斜した場合における冷却装置３２の動作について、図３を用いて説明する。図３は、登坂走行により車両が傾斜した場合における図１のＡ部を示す図である。なお、車両が水平状態である場合における冷却装置３２の動作と同一の動作については、その詳細な説明は省略する。
【００３１】
ポンプにより送り出され、冷媒導入路３４及び分岐路３６を通った冷媒は、流出口３８から流れ出る。そして、流出口３８から流れ出る冷媒は、ポンプの吐出圧と回転シャフト２６の回転で発生する遠心力とにより、流出口３８に対向する冷媒溜まり４０へ向かい、冷媒溜まり４０で確実に受け止められて溜められる。このとき、冷媒溜まり４０においては、所定量の冷媒が、ロータシャフト１２の回転で発生する遠心力により落下することなく保持される。
【００３２】
車両が登坂走行により傾斜している場合においては、図３に示されるように、車両が水平状態であるときに冷媒溜まり４０に溜まって保持されるはずの冷媒の一部が、この冷媒溜まり４０より車両後方側のロータシャフト１２と回転シャフト２６との隙間へ溢れ出てしまう。
【００３３】
しかし、流出口３８が流入口４６に対して車両前方に設けられる、言い換えれば流入口４６が流出口３８に対して車両後方に設けられることにより、流出口３８から冷媒溜まり４０に向かった冷媒は、冷媒溜まり４０より車両後方側のロータシャフト１２と回転シャフト２６との隙間へ向かう前に流入口４６を必ず通る。よって、その冷媒は、ロータシャフト１２と回転シャフト２６との隙間へ溢れ出てしまうに、流入口４６に確実に流し込まれる。そして、流入口４６に流入した冷媒が、冷媒供給路４２及びロータ冷却路４４を流れることで、永久磁石２２及び積層鋼板を冷却し、ロータ冷却路４４からロータ１４の外部に流出した冷媒がコイル３０を冷却する。
【００３４】
本実施形態の冷却装置３２によれば、車両が登坂走行により傾斜した場合であっても、ロータ１４及びステータ１８に供給される冷媒量が確保されるので、回転電機１０に対する冷却性能の低下を抑制することができる。
【００３５】
本実施形態においては、回転電機１０が永久磁石型モータである場合について説明したが、本発明はこの構成に限定されず、回転電機１０が、他の種類、例えば誘導巻線型またはリラクタンス型であってもよい。
【符号の説明】
【００３６】
１０  回転電機、１２  ロータシャフト、１４  ロータ、１６  ケース、１８  ステータ、２０  軸線方向、２２  永久磁石、２４  第一軸受、２６  回転シャフト、２８  第二軸受、３０  コイル、３２  冷却装置、３４  冷媒導入路、３６  分岐路、３８  流出口、４０  冷媒溜まり、４２  冷媒供給路、４４  ロータ冷却路、４６  流入口。
【図１】
2012095381.tif 000003
【図２】
2012095381.tif 000004
【図３】
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