特開 2022-185845 回転電機

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022185845

(43)【公開日】2022-12-15

(54)【発明の名称】回転電機

(51)【国際特許分類】

   H02K 9/19 20060101AFI20221208BHJP

【ＦＩ】

H02K9/19 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】2

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021093727

(22)【出願日】2021-06-03

(71)【出願人】

【識別番号】000006105

【氏名又は名称】株式会社明電舎

(74)【代理人】

【識別番号】100114775

【弁理士】

【氏名又は名称】高岡 亮一

(74)【代理人】

【識別番号】100121511

【弁理士】

【氏名又は名称】小田 直

(74)【代理人】

【識別番号】100116001

【弁理士】

【氏名又は名称】森 俊秀

(74)【代理人】

【識別番号】100208580

【弁理士】

【氏名又は名称】三好 玲奈

(72)【発明者】

【氏名】大石 貴彦

【テーマコード（参考）】

5H609

【Ｆターム（参考）】

5H609BB01

5H609PP02

5H609PP05

5H609PP06

5H609PP09

5H609QQ05

5H609QQ13

5H609QQ16

5H609QQ20

5H609QQ21

5H609RR27

5H609RR43

5H609RR46

5H609RR48

5H609RR50

5H609RR51

5H609RR67

5H609SS20

5H609SS21

(57)【要約】

【課題】従来よりも低コストでコイルエンドの温度分布の偏りを抑制できる回転電機の冷却構造を提供する。
【解決手段】回転電機は、ロータと、コイルが巻回されたステータとを収容するハウジングと、ハウジング内でハウジングの上側からオイルを散布してコイルのコイルエンドを冷却するオイル散布部と、コイルエンドに散布されたオイルをハウジング内で貯留するオイルパン部と、オイルパン部からオイルを吸い出すオイルポンプと、オイルパン部から吸い出されたオイルを冷却するオイルクーラと、オイルクーラで冷却されたオイルをオイル散布部に供給する油路と、を備える。コイルエンドの一部は、オイルパン部に貯留されたオイルに浸される。油路は、オイルクーラで冷却されたオイルの一部をオイルパン部に戻す還流路を有する。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ロータと、コイルが巻回されたステータとを収容するハウジングと、
前記ハウジング内で前記ハウジングの上側からオイルを散布して前記コイルのコイルエンドを冷却するオイル散布部と、
前記コイルエンドに散布された前記オイルを前記ハウジング内で貯留するオイルパン部と、
前記オイルパン部から前記オイルを吸い出すオイルポンプと、
前記オイルパン部から吸い出された前記オイルを冷却するオイルクーラと、
前記オイルクーラで冷却されたオイルを前記オイル散布部に供給する油路と、を備え、
前記コイルエンドの一部は、前記オイルパン部に貯留された前記オイルに浸され、
前記油路は、前記オイルクーラで冷却されたオイルの一部を前記オイルパン部に戻す還流路を有する
ことを特徴とする回転電機。

【請求項2】

前記オイルパン部のオイル温度を検出する温度検出部と、
前記還流路のオイルの流量を変化させる流量制御部をさらに備え、
前記流量制御部は、前記オイル温度が閾値未満のときに、前記オイル温度が閾値以上のときよりも前記還流路のオイルの流量を低下させる
請求項１に記載の回転電機。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、回転電機の冷却構造に関する。

【背景技術】

【0002】

従来から、ステータコアに巻回されたコイルの冷却効率を高めるために、ステータのコイルエンド部に冷却油を接触させて冷却する回転電機が知られている。

【0003】

この種の回転電機では、オイルパンに貯留されているオイルをポンプで吸い上げてオイルクーラで冷却する。そして、冷却後のオイルは、回転電機の軸方向端部からコイルエンドに向けて下向きに噴射される。その後、オイルはコイルエンドから熱を奪い、コイルエンドの周方向に沿って下側に流れてオイルパンに戻る（例えば、特許文献１参照）。

【0004】

例えば、特許文献２には、ラジエータを通過した冷媒によってインバータのパワー半導体とオイルパンのオイルを冷却する構成が提案されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１１－１３５９６８号公報

【特許文献2】特開２００８－９２９２７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

上記の回転電機において、コイルエンドの下側はオイルパンに貯留されたオイルに浸される。そして、オイルパンに貯留されるオイルの温度は、コイルエンドとの熱交換によりオイルクーラの出口部分と比べて高温となる。そのため、上記の回転電機では、コイルエンドの上側と下側で冷却にむらが生じてしまう。

【0007】

例えば、特許文献２のように、冷媒を循環させてオイルパンのオイルを冷却すれば、コイルエンド下側の冷却効果を改善できる。しかし、上記の場合、オイルの配管とは別に冷媒の配管をオイルパンの近傍に配置する必要が生じるので、回転電機の製造コストが増加してしまう。

【0008】

本発明は、上記の状況に鑑みてなされたものであって、従来よりも低コストでコイルエンドの温度分布の偏りを抑制できる回転電機を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明の一態様に係る回転電機は、ロータと、コイルが巻回されたステータとを収容するハウジングと、ハウジング内でハウジングの上側からオイルを散布してコイルのコイルエンドを冷却するオイル散布部と、コイルエンドに散布されたオイルをハウジング内で貯留するオイルパン部と、オイルパン部からオイルを吸い出すオイルポンプと、オイルパン部から吸い出されたオイルを冷却するオイルクーラと、オイルクーラで冷却されたオイルをオイル散布部に供給する油路と、を備える。コイルエンドの一部は、オイルパン部に貯留されたオイルに浸される。油路は、オイルクーラで冷却されたオイルの一部をオイルパン部に戻す還流路を有する。

【0010】

上記の回転電機は、オイルパン部のオイル温度を検出する温度検出部と、還流路のオイルの流量を変化させる流量制御部をさらに備えていてもよく、流量制御部は、オイル温度が閾値未満のときに、オイル温度が閾値以上のときよりも還流路のオイルの流量を低下さてもよい。

【発明の効果】

【0011】

本発明の一態様の回転電機によれば、従来よりも低コストでコイルエンドの温度分布の偏りを抑制できる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本実施形態の回転電機の一例を示す縦断面図である。

【図2】本実施形態における回転電機の冷却構造を模式的に示す図である。

【図3】比較例での回転電機の冷却構造を模式的に示す図である。

【図4】本実施形態の変形例における回転電機の冷却構造を模式的に示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
実施形態では説明を分かり易くするため、本発明の主要部以外の構造や要素については、簡略化または省略して説明する。また、図面において、同じ要素には同じ符号を付す。なお、図面に示す各要素の形状、寸法などは模式的に示したもので、実際の形状、寸法などを示すものではない。

【0014】

図１は、本実施形態の回転電機の一例を示す縦断面図である。図２は、本実施形態における回転電機の冷却構造を模式的に示す図である。本実施形態の回転電機１は、インナーロータ型モータであって、ロータ２と、ステータ３と、ハウジング４とを備える。

【0015】

ロータ２は、例えば磁石埋込型または表面磁石型のロータである。ロータ２の中心には、回転軸ＡＸに沿って鉄心を貫通するようにシャフト５が嵌入されている。なお、以下の説明では、回転軸ＡＸを中心とする周方向を単に周方向と称し、回転軸ＡＸを中心とする径方向を単に径方向と称する。

【0016】

ステータ３は、円筒状のステータコアを有し、僅かなエアギャップを隔ててロータ２の外周に同心状に配置される。ステータ３の内周には軸方向に沿って複数のスロット（不図示）が形成され、スロットにはコイルが巻回されている。コイルのコイルエンド部６は、ステータ３の軸方向両端においてそれぞれステータ３から張り出し、周方向に環状をなしている。

【0017】

回転電機１においては、コイルの電流制御によりステータ３の磁界を順番に切り替えることで、ロータ２の磁界との吸引力または反発力が生じる。これにより、ロータ２およびシャフト５が回転し、回転電機１が駆動する。このとき、通電によってコイルは発熱する。

【0018】

ハウジング４は、軸方向の一方側および他方側が開口した円筒状の空間を有する筐体である。ハウジング４の円筒状の空間内には、ロータ２およびステータ３が配置される。例えば、ステータ３はハウジング４の内周に嵌合され、ハウジング４はステータ３の外周面を覆うように取り付けられる。

【0019】

また、ハウジング４の一方側および他方側には、軸受７を有する蓋体４ａ，４ｂがそれぞれ取り付けられ、ハウジング４の両側の開口は蓋体４ａ，４ｂにより塞がれる。ハウジング４の底面近傍は、ハウジング４内で後述のオイルを貯留するオイルパン部８として機能する。なお、ハウジング４と各蓋体４ａ，４ｂはいずれも鋳造で製造される。

【0020】

なお、シャフト５は、蓋体４ａ，４ｂの軸受７により回転可能に軸支される。シャフト５の一方側（負荷側）は、蓋体４ａを貫通して回転電機１の外側に突出している。

【0021】

また、本実施形態の回転電機１は、コイルエンド部６を油冷するための油冷部を有する。油冷部は、オイルポンプ１１と、オイルクーラ１２と、吐出油路１３とを有する。

【0022】

オイルポンプ１１は、図２に示すように、ハウジング４のオイルパン部８と連通する第１油路１４と、オイルクーラ１２に接続される第２油路１５に接続される。オイルポンプ１１は、ハウジング４のオイルパン部８に貯留されたオイルを吸い出してオイルクーラ１２に送出する機能を担う。

【0023】

オイルクーラ１２は、不図示の冷媒路と、冷媒路に隣接する冷却流路とを有している。オイルクーラ１２の冷媒路には、外部から送られてくるクーラント等の冷媒が通る。第２油路１５からオイルクーラ１２内に流入したオイルは、冷却流路を流れる過程で冷媒路の冷媒との熱交換によって冷却される。なお、オイルクーラ１２の冷却流路の出口側は、第３油路１６に接続されている。

【0024】

第３油路１６は、オイルクーラ１２で冷却されたオイルが流れる油路であり、途中で２方向に分岐する。分岐した一方の油路１６ａはハウジング４に設けられた吐出油路１３に接続され、冷却されたオイルの一部を吐出油路１３に導く。また、分岐した他方の油路１６ｂはオイルパン部８に接続され、冷却されたオイルの一部をオイルパン部８に戻す還流路として機能する。

【0025】

吐出油路１３は、図１に示すように、ステータ３よりも図１中上側に配置され、軸方向に沿ってハウジング４内を延びている。また、ハウジング４の一方側および他方側における吐出油路１３の両端部には、コイルエンド部６に冷却油を散布するシャワーヘッド１７がそれぞれ取り付けられている。

【0026】

ここで、シャワーヘッド１７はオイル散布部の一例である。また、油路１６ａと吐出油路１３は、オイルクーラ１２で冷却されたオイルをオイル散布部に供給する油路の一例であり、油路１６ｂは、オイルクーラ１２で冷却されたオイルの一部をオイルパン部８に戻す還流路の一例である。

【0027】

第３油路１６から吐出油路１３に流入したオイルは、吐出油路１３の両端に向けて流れる。吐出油路１３からハウジング４の一方側に流れる冷却油は、一方側のシャワーヘッド１７を通過して一方側のコイルエンド部６に上側から散布される。同様に、吐出油路１３からハウジング４の他方側に流れる冷却油は、他方側のシャワーヘッド１７を通過して他方側のコイルエンド部６に上側から散布される。これにより、コイルエンド部６に接触したオイルが熱を奪うことで、コイルエンド部６が冷却される。

【0028】

そして、シャワーヘッド１７を経て上側から散布されるオイルは、ハウジング４の底面近傍のオイルパン部８に貯留される。また、コイルエンド部６の下側は、オイルパン部８のオイルに浸されることでオイルと熱交換を行う。また、オイルパン部８のオイルは、オイルポンプ１１の駆動によってオイルクーラ１２に向けて再び送出される。

【0029】

ここで、本実施形態の第３油路１６は途中で分岐し、分岐した油路１６ｂはオイルパン部８に接続される還流路を構成する。これにより、オイルクーラ１２で冷却されたオイルの一部は、オイルパン部８に還流されてオイルパン部８のオイルを冷却する。

【0030】

以下、図３に示す比較例と対比しつつ、本実施形態の回転電機１の作用について説明する。図３の比較例の回転電機１ａは、第３油路１６が吐出油路１３にのみ接続され、還流路がない点で図２に示す本実施形態の構成と相違する。

【0031】

比較例のオイルパン部８には、コイルエンド部６との熱交換後のオイルが貯留される。コイルエンド部６の下側は、オイルクーラ１２を通過したオイルと比べて高温のオイルに浸されるので、オイルクーラ１２を通過したオイルと接触するコイルエンド部６の上側と比べて冷却効果が低くなる。そのため、比較例の場合には、コイルエンド部６の上側と下側で温度のむらが生じて回転電機１ａのコイル温度も上昇しやすくなる。

【0032】

一方、図２の本実施形態の構成では、オイルクーラ１２で冷却されたオイルの一部は、還流路（１６ｂ）からオイルパン部８に還流される。そして、本実施形態のオイルパン部８では、熱交換後のオイルに冷却されたオイルが合流するため、比較例の回転電機１ａと比べてオイルパン部８に貯留されるオイルの温度が低下する。したがって、本実施形態では、オイルパン部８のオイルによってコイルエンド部６の下側もよく冷却されるので、比較例と比べてコイルエンド部６の温度むらが抑制され、回転電機１のコイル温度も上昇しにくくなる。換言すれば、本実施形態の回転電機１は、比較例の回転電機１ａよりもコイル温度の上昇に起因する異常の発生を抑制できる。

【0033】

また、本実施形態の構成では、オイルパン部８でのオイル温度が低くなるので、比較例と比べて熱によるオイルの劣化も抑制される。

【0034】

また、本実施形態の構成では、オイルクーラ１２で冷却されたオイルの一部をオイルパン部８に還流させてオイルを冷却するので、オイルパン部８を冷媒等で冷却する配管等を別途設けなくてもよい。そのため、オイルパンの近傍に冷媒の配管を配置する構成と比べると、回転電機の製造コストを抑制できる。

【0035】

本発明は、上記実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の改良並びに設計の変更を行ってもよい。

【0036】

上記実施形態では、回転電機の一例としてモータの構成例を説明したが、本発明の回転電機は、油冷型の発電機に適用することも可能である。

【0037】

また、上記実施形態の変形例として、オイルパン部８のオイル温度に応じて還流路１６ｂから還流させるオイルの流量を制御してもよい。図４は、本実施形態の変形例における回転電機の冷却構造を模式的に示す図である。なお、以下の変形例の説明では、上記実施形態と同様の構成には同じ符号を付して重複説明を省略する。

【0038】

図４に示す変形例のオイルパン部８には、オイルパン部８のオイルの温度を検知する温度検知部１８が配置される。温度検知部１８は、例えばサーミスタなどで構成される。また、還流路１６ｂには、還流路１６ｂのオイル流量を変化させる流量制御部１９が設けられている。流量制御部１９は、例えば弁で構成される。また、流量制御部１９は、温度検知部１８からオイルの温度情報を受けて例えば以下のように動作する。

【0039】

オイルパン部８のオイル温度が閾値以上となる第１の状態において、流量制御部１９は、還流路１６ｂのオイル流量を第１の流量とする。この第１の状態では、オイルパン部８のオイルの温度は、上記実施形態と同様に、オイルクーラ１２から還流路１６ｂを介して還流するオイルにより低下しやすくなる。

【0040】

一方、オイルパン部８のオイル温度が閾値未満となる第２の状態において、流量制御部１９は、還流路１６ｂのオイル流量を第１の流量よりも少ない第２の流量とする。第２の状態での流量制御部１９は、還流路１６ｂのオイルの流れを遮断してもよい。この第２の状態では、第１の状態と比べて還流路１６ｂのオイル流量が低下するが、油路１６ａおよび吐出油路１３では第１の状態よりもオイル流量が多くなる。このように、変形例の構成によれば、オイルパン部８のオイル温度が比較的低く、オイルパン部８のオイルを冷却しなくてもよい第２の状態では、コイルエンドの上側を効率的に冷却することが可能となる。なお、変形例の流量制御部１９は、オイルの温度に応じて還流路１６ｂのオイルの流量を３段階以上変化させてもよい。

【0041】

加えて、今回開示された実施形態は、全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

【符号の説明】

【0042】

１…回転電機、２…ロータ、３…ステータ、４…ハウジング、５…シャフト、６…コイルエンド部、８…オイルパン部、１１…オイルポンプ、１２…オイルクーラ、１３…吐出油路、１６ｂ…還流路、１７…シャワーヘッド、１８…温度検知部、１９…流量制御部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】