(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸に固定される回転子鉄心を有する回転子と、前記回転子の周面に対面する周面を有する固定子鉄心と前記固定子鉄心に巻装される固定子巻線とを有してハウジングに固定される固定子と、を備える車両用回転電機において、
前記回転子は、内周面が前記固定子の外周面に電磁結合する外側ロータ部と、外周面が前記固定子の内周面に電磁結合する内側ロータ部と、前記両ロータ部の軸方向反ハウジング側にて前記外側ロータ部及び前記内側ロータ部を前記回転軸に結合するロータフレームとを有し、
前記固定子鉄心は、反ロータフレーム側にて前記ハウジングに固定され、
前記ロータフレームは、前記固定子と前記ロータフレームとの間のギャップと外部とを連通して前記ギャップに空気を流入させる空気吸入孔と、前記空気吸入孔よりも径外側に位置して固定子鉄心側の端面に形成されて前記空気吸入孔を通じて吸入された空気を径外側へ付勢する遠心翼を有し、
前記ロータフレームは、前記空気吸入孔よりも径内側に位置して反固定子鉄心側の端面に形成されて冷却空気を前記空気吸入孔に送り込む翼を有することを特徴とする車両用回転電機。
【請求項２】
回転軸に固定される回転子鉄心を有する回転子と、前記回転子の周面に対面する周面を有する固定子鉄心と前記固定子鉄心に巻装される固定子巻線とを有してハウジングに固定される固定子と、を備える車両用回転電機において、
前記回転子は、内周面が前記固定子の外周面に電磁結合する外側ロータ部と、外周面が前記固定子の内周面に電磁結合する内側ロータ部と、前記両ロータ部の軸方向反ハウジング側にて前記外側ロータ部及び前記内側ロータ部を前記回転軸に結合するロータフレームとを有し、
前記固定子鉄心は、反ロータフレーム側にて前記ハウジングに固定され、
前記ロータフレームは、前記固定子と前記ロータフレームとの間のギャップと外部とを連通して前記ギャップに空気を流入させる空気吸入孔と、前記空気吸入孔よりも径外側に位置して固定子鉄心側の端面に形成されて前記空気吸入孔を通じて吸入された空気を径外側へ付勢する遠心翼を有し、
前記ロータフレームは、前記空気吸入孔よりも径内側に位置して反固定子鉄心側の端面に形成されて冷却空気を前記空気吸入孔に送り込む遠心翼を有し、前記空気吸入孔は、前記遠心翼により送り込まれた内部の空気を前記ギャップ側へ付勢することを特徴とする車両用回転電機。
【請求項３】
請求項１又は２記載の車両用回転電機において、前記固定子鉄心は、軸方向に貫設された貫通孔と、前記貫通孔に挿入されて前記ハウジングに達する熱移動部材と、を有することを特徴とする車両用回転電機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車輪の駆動に好適な車両用回転電機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のラジアルエアギャップ型の回転電機は、固定子鉄心の外周面をハウジングの内周面に固定するのが通常である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、ラジアルエアギャップ型の回転電機において、回転子の軸方向一端部を回転軸に結合し、更に、固定子鉄心を回転子の径内側に配置する固定子鉄心一端支持構造では、回転子鉄心の軸方向一端をロ−タフレ−ムを通じて回転軸で支持し、固定子鉄心の軸方向他端をハウジングで支持するため、固定子及び回転子といった高発熱部材をハウジングやロ−タフレ−ムといった部材で囲覆する必要が生じ、その結果、固定子及び回転子が過熱することが新たに生じることがわかった。
【０００４】
この問題は、ハウジングの内周面に固定子鉄心の外周面に固定する従来のラジアルエアギャップ型の回転電機では、固定子鉄心及び回転子鉄心の両端面が、外部に露出されるためにハウジングの開口を通じて外部から取り込んだ冷却空気流に接触冷却されることができ、大きな問題とならなかった点である。
【０００５】
本発明は上記の問題点に鑑みなされたものであり、回転子及び固定子の冷却性、特に、回転子及び固定子のロ−タフレ−ム側の部分の冷却性に優れた固定子鉄心一端支持構造のラジアルエアギャップ型の回転電機を用いた車両用回転電機を提供することを、その目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する請求項１記載の車両用回転電機は、回転軸に固定される回転子鉄心を有する回転子と、前記回転子の周面に対面する周面を有する固定子鉄心と前記固定子鉄心に巻装される固定子巻線とを有してハウジングに固定される固定子とを備える車両用回転電機において、
前記回転子は、内周面が前記固定子の外周面に電磁結合する外側ロータ部と、外周面が前記固定子の内周面に電磁結合する内側ロータ部と、前記両ロータ部の軸方向反ハウジング側にて前記外側ロータ部及び前記内側ロータ部を前記回転軸に結合するロータフレームとを有し、前記固定子鉄心は、反ロータフレーム側にて前記ハウジングに固定され、前記ロータフレームは、前記固定子と前記ロータフレームとの間のギャップに外部から空気を流入させる空気吸入孔と、前記空気吸入孔よりも径外側に位置して固定子鉄心側の端面に形成されて前記空気吸入孔を通じて吸入された空気を径外側へ付勢する遠心翼を有することを特徴としている。
【０００７】
すなわち、本構成では、ロータフレームは、回転子及び固定子とロータフレームとの間の略径方向へ延在するギャップに外部から空気を取り入れる空気吸入孔をもつので、回転子及び固定子、特にそれらのロータフレームに面し、かつ、最も冷却性が劣り高温化しやすい部分を良好に空気流接触冷却することができる。また、このようにすれば、簡単な構成で冷却効果を向上することができ、かつ、ロータフレームと翼とを一体成形することにより製造も容易となる。
【００１７】
また、請求項１記載の構成によれば、前記ロ−タフレ−ムは、前記空気吸入孔よりも径内側に位置して反固定子鉄心側の端面に形成されて冷却空気を前記空気吸入孔に送り込む翼を有することを特徴としている。
【００１８】
このようにすれば、簡単な構成で冷却効果を向上することができ、かつ、ロータフレームと翼とを一体成形することにより製造も容易となる。請求項２記載の構成によれば請求項１記載の車両用回転電機において、前記ロータフレームは、前記空気吸入孔よりも径内側に位置して反固定子鉄心側の端面に形成されて冷却空気を径外側へ付勢し前記空気吸入孔に送り込む翼を有し、前記空気吸入孔は、前記送り込む翼により送り込まれた内部の空気を前記ギャップ側へ付勢することを特徴としている。このようにすれば、空気吸入孔の開口方向を設定することにより容易に空気を軸方向又は径方向へ付勢することができ、いわゆるファンを兼ねることができる。さらに、簡単な構成で冷却効果を向上することができ、かつ、ロータフレームと翼とを一体成形することにより製造も容易となる。
【００１９】
請求項３記載の車両用回転電機によれば請求項１又は２記載の車両用回転電機において、前記固定子鉄心は、軸方向に貫設された貫通孔と、前記貫通孔に挿入されて前記ハウジングに達する熱移動部材とを有することを特徴としている。
【００２０】
このようにすれば、上記理由により冷却が不足しがちな固定子鉄心を良好に冷却することができ、かつ、この熱移動部材により固定子鉄心とハウジングとを一体化することができるので、固定子鉄心の耐振性を向上することができる。
【００２１】
熱移動部材としては、金属又は熱伝導性に優れた棒材やヒ−トパイプを採用することができるが、渦電流を低減するために絶縁被膜を有する良熱伝導性の細線を集合してもよい。
【００２２】
【発明の実施の形態】
本発明の車両用回転電機の好適な実施形態を図面を参照して以下に説明する。
【００２３】
【実施例１】
本発明の車両用回転電機を内燃機関駆動車に適用した実施例を以下に説明する。
【００２４】
（全体構造）
図１は、この内燃機関駆動車のパワートレインの車両用回転電機近傍を示す軸方向模式断面図を示す。
【００２５】
１００はハウジング、１０１はエンジンのクランクシャフト、４００はクラッチ機構、５００は図示しないギヤ機構の入力軸、１は車両用回転電機である。
【００２６】
車両用回転電機１は、固定子２、外側ロータ部３、内側ロータ部４、回転子支持フレ−ム５、棒状支持部材７を有している。
【００２７】
外側ロータ部３及び内側ロータ部４は本発明で言う回転子を構成しており、外側ロータ部３の内周面は小電磁ギャップを隔てて固定子２の外周面に電磁結合し、内側ロータ部４の外周面は小電磁ギャップを隔てて固定子２の外周面に電磁結合している。
【００２８】
両ロ−タ部３、４はそれぞれ内部に永久磁石が埋設された積層電磁鋼板３１、４１からなる公知の埋め込み永久磁石型ロ−タである。ロータ部３の永久磁石は薄板状に形成されて、積層電磁鋼板３１内に軸方向に周方向等ピッチで貫設された多数の永久磁石収容溝に個別に埋設され、ロータ部４の永久磁石は薄板状に形成されて、積層電磁鋼板４１内に軸方向に周方向等ピッチで貫設された多数の永久磁石収容溝７００（図５参照）に個別に埋設されている。
【００２９】
両ロータ部３、４の永久磁石は厚さ方向すなわち略径方向に磁化されている。両ロータ部３、４の永久磁石は周方向等位置に埋設されており、周方向同位置の永久磁石は固定子２側に同極性の磁極を有する。これにより、積層電磁鋼板３１の内周面及び積層電磁鋼板４１の内周面には永久磁石と周方向同位置にて磁極面が周方向所定ピッチで生じ、外側ロータ部３の磁極面と内側ロータ部４の磁極面とは周方向同位置にて同一極性となっている。
【００３０】
回転子支持フレ−ム５は、外側ロータ部３の外周面が固定される外側筒部５１と、内側ロータ部４の内周面が固定される内側筒部５２と、径方向へ延在して両筒部５１、５２のリア側の端部同士を連結する円盤部５３とを有し、内側筒部５２の前端はクランクシャフト１０１に締結されている。
【００３１】
固定子２は、外側ロータ部３及び内側ロータ部４の間の径方向隙間に配置される固定子鉄心２０に巻装されて両ロ−タ部３、４と電磁結合する固定子巻線（電機子コイル）２１とからなる。
【００３２】
固定子鉄心２０は、輪板形状をもつ多数の電磁鋼板を軸方向に積層してなる積層電磁鋼板からなり、図２の部分展開図を参照して説明すれば、コアバック２０１と、コアバック２０１の径方向外側に周方向所定ピッチで形成された多数の外周側スロット２０２及びティース２０３と、コアバック２０１の径方向内側に周方向所定ピッチで形成された多数の内周側スロット２０４及びティース２０５とを有している。
【００３３】
（固定子鉄心２０及び棒状支持部材７の説明）
固定子鉄心２０及び棒状支持部材７を図２、図３を参照して説明する。固定子鉄心２０は、ティースの周方向所定位置において軸方向に貫設された７個の孔２００を有し、その中の１個は他の全てに対する回転対称位置から１スロットピッチ反時計方向にずれている。
【００３４】
各孔２００には、ボルト状の棒状支持部材７が圧入されている。
【００３５】
棒状支持部材７の先端部は、ハウジング１００の径方向壁部１００ａに軸方向へ開口された貫通孔１０２を貫通して、その先端部に形成された螺子部７０にはナット７１が螺合している。
【００３６】
棒状支持部材７は、径大部７２を有し、径大部７２は貫通孔１０２内に形成された段差部１０３に当接している。更に説明すると、径大部７２の前端面部は段差部１０３の径方向に形成された座面（位置決め端面）に当接し、これにより、ナット７１と径大部７２の前端面部とでハウジング１００の径方向壁部１００ａを軸方向に挟圧している。これにより固定子鉄心２０の軸方向位置が決定される。
【００３７】
径大部７２の外周面は段差部１０３の内周面（位置決め周面）に当接し、これにより棒状支持部材７の径方向位置が決定される。径大部７２よりも先端側の部分は径大部７２よりも径小に形成され、容易に貫通孔１０２に挿通可能となっている。７２ａは、棒状支持部材７の径大頭部であり、固定子鉄心２０のリア側端面に当接している。
（固定子巻線の巻装）
固定子巻線２１は、図４の部分展開図を参照して説明すれば、周方向同位置の外周側スロット２０２及び内周側スロット２０４にそれぞれ集中巻きされた集中巻きコイル部２１０を外周側スロット２０２のスロット数（＝内周側スロット２０４のスロット数）だけ有している。ただし、図４では、Ｕ相の集中巻きコイル部２１０だけを図示している。したがって、棒状支持部材７は、周方向に隣接する２つの集中巻きコイル部２１０の間に位置してコアバック２０１を貫通している。
【００３８】
各集中巻きコイル部２１０の巻き初め端２１０１及び巻き終わり端２１０２は軸方向フロント側に突出され、星型接続の固定子巻線２１の各相巻線は、同相のすべての集中巻きコイル部２１０を並列接続して構成されている（図４参照）。なお、Ｕ相の各集中巻きコイル部２１０は、３スロットごとに巻装されている。ただし、奇数番目の集中巻きコイル部２１０と偶数番目の集中巻きコイル部２１０との通電方向を逆とするために、図４に示すように、奇数番目の集中巻きコイル部２１０の巻き初め端２１０１及び偶数番目の集中巻きコイル部２１０の巻き終わり端２１０２がＵ相出力端部９１に接続され、同様に偶数番目の集中巻きコイル部２１０の巻き初め端２１０１及び奇数番目の集中巻きコイル部の巻き終わり端２１０２が中性点をなす中性点端子部９４に接続されている。
（動作）
次に、この車両用回転電機の動作を説明する。
【００３９】
この車両用回転電機１は三相同期機であり、回転子の位置は図示しない回転センサで検出される。回転子の位置に応じた位相をもつ三相交流電圧を星型接続の固定子巻線２１に印加すると、固定子巻線２１がそれぞれ形成する回転磁界により外側ロータ部３及び内側ロータ部４にトルクが生じ、車両用回転電機１はクランクシャフト１０１を通じて内燃機関を始動する。その後、この車両用回転電機１は、トルクアシスト又は回生制動又は発電を行うのは従来の車両用回転電機と同じである。
【００４０】
この実施例の車両用回転電機によれば、小型で高出力の車両用回転電機を実現することができ、特に、固定子鉄心２０を分割することなく固定子巻線２１のコイルエンド部を従来より格段に縮小することができ、固定子鉄心２０の一端支持も容易となる。
（回転子及び固定子の冷却構造）
次にこの車両用回転電機の冷却構造を図５を参照して以下に説明する。
【００４１】
回転子支持フレ−ム５は、円盤部５３の径内側の部位に空気吸入孔６０１、６０２をもち、円盤部５３の外周縁近傍に空気排出孔６０３をもち、各孔６０１〜６０３は、回転子３、３及び固定子２とロ−タフレ−ム５との間に形成された所定軸方向隙間（本発明で言うギャップ）ｇと外部とを連通している。
【００４２】
ロ−タフレ−ム５の回転により、これら孔６０１〜６０３は、遠心ファン効果を奏し、空気を外部からギャップｇ内に吸入する。各孔６０１〜６０３は、径内側開口に比較して径外側開口が反回転方向に所定角度変位しており、これにより円滑な空気流を形成することができる。この空気流はギャップｇ内を回転子３及び固定子２の表面に対してらせん状に接触しつつそれらを冷却し、空気排出孔６０３から排出される。
【００４３】
更に、この実施例では、２つの回転子鉄心（ロータコア）３１は既述したようにそれぞれ軸方向に貫通する永久磁石収容溝（貫通孔）７００をそれぞれ多数もつ。永久磁石収容溝（貫通孔）７００は周方向一定間隔で形成されて、ギャップｇの空気を軸方向に流す。これにより、回転子鉄心３１も良好に冷却される。なお、永久磁石収容溝（貫通孔）７００は永久磁石（図示せず）の周方向両側に形成されるが、この永久磁石収容溝（貫通孔）７００の両端を固定子２側に湾曲させることにより、回転子鉄心３１に磁気突極部を形成し、いわゆるリラクタンストルクを発生させることができる。
【００４４】
また、既に説明した棒状支持部材７は、鋼鉄製で円筒状に形成され、中央部に貫通孔を有している。この貫通孔には熱を良好に伝達する銅が埋めこまれている。このようにすれば、棒状支持部材７は固定子鉄心２０の熱を良好にハウジング１００の径方向壁部１００ａに伝達する。
【００４５】
なお、この棒状支持部材７の内部に軸方向に長い密閉空間を形成し、内部に数十℃で沸騰する液体を一部密閉することにより、棒状支持部材７にヒ−トパイプ機能を付与してもよい。
【００４６】
また、棒状支持部材７の表面に周方向一定間隔で軸方向に延在する条溝を形成し、これら条溝を空気流通路としてもよい。また、これら条溝に銅線を埋めこんで棒状支持部材７の熱伝導性を改善してもよい。
【００４７】
更に棒状支持部材７が配置されない位置かつ集中巻きコイル部２１０が配置されない周方向ティース位置にて、固定子鉄心２０に軸方向に貫通孔を多数設け、これらの貫通孔を冷却空気通路としてもよく、これらの貫通孔に良熱伝導性の熱移動部材を埋めこんでもよい。
【００４８】
【実施例２】
他の実施例を図６を参照して以下に説明する。
【００４９】
この実施例では、ロ−タフレ−ム５の円盤部５３の両面にはそれぞれ遠心翼８００、８０１がそれぞれ周方向一定間隔で形成されている。遠心翼８００は空気吸入孔６０２への空気送入を促進し、遠心翼８０１はギャップｇ内の空気流の径方向速度を向上する。これらにより、ギャップｇ内での空気による回転子３及び固定子２の冷却が促進される。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１の車両用回転電機を用いたパワ−トレインの車両用回転電機近傍の軸方向断面図である。
【図２】図１に示す車両用回転電機の固定子近傍の拡大軸方向部分断面図である。
【図３】図１に示す車両用回転電機の固定子鉄心の径方向拡大断面図である。
【図４】図１に示す車両用回転電機の固定子の部分展開図である。
【図５】図１に示す車両用回転電機のロ−タフレ−ム近傍の拡大軸方向側面図である。
【図６】実施例２の車両用回転電機の軸方向部分断面図である。
【符号の説明】
１  車両用回転電機
２  固定子
３  外側ロータ部（回転子）
４  内側ロータ部（回転子）
５  回転子支持フレ−ム
６  固定子支持フレ−ム
７  棒状支持部材
１００  ハウジング
【図１】
0004325065.tif 000002
【図２】
0004325065.tif 000003
【図３】
0004325065.tif 000004
【図４】
0004325065.tif 000005
【図５】
0004325065.tif 000006
【図６】
0004325065.tif 000007