特開 2023-152327 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】P2023152327

(43)【公開日】2023-10-17

(54)【発明の名称】回転電機

(51)【国際特許分類】

   H02K 9/19 20060101AFI20231010BHJP

【ＦＩ】

H02K9/19 B

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022062239

(22)【出願日】2022-04-04

(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】植松 拓

【テーマコード（参考）】

5H609

【Ｆターム（参考）】

5H609BB03

5H609BB19

5H609PP02

5H609PP07

5H609PP10

5H609QQ05

5H609QQ08

(57)【要約】

【課題】マグネットの冷却について改善した回転電機を提供することである。
【解決手段】回転電機は、中心軸に沿って延びるシャフトを有するロータと、前記ロータの径方向外側にエアギャップを介して配置されるステータと、前記ステータを収容するフレームと、を備え、前記ロータは、ロータコアと、前記ロータコア内に配置され軸方向に延びる複数のマグネットと、を有し、前記シャフトは、軸方向に延びる冷媒液の流路である第１流路と、前記第１流路から径方向外側に貫通する第２流路と、を有し、前記ロータコアは、前記第２流路と連通し周方向に延びる第３流路と、前記第３流路と連通し径方向に延びる複数の第４流路と、前記複数の第４流路のそれぞれと連通し軸方向に延び前記複数のマグネットのそれぞれを冷却する複数の第５流路と、を有する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

中心軸に沿って延びるシャフトを有するロータと、
前記ロータの径方向外側にエアギャップを介して配置されるステータと、
前記ステータを収容するフレームと、
を備え、
前記ロータは、ロータコアと、前記ロータコア内に配置され軸方向に延びる複数のマグネットと、を有し、
前記シャフトは、軸方向に延びる冷媒液の流路である第１流路と、前記第１流路から径方向外側に貫通する第２流路と、を有し、
前記ロータコアは、前記第２流路と連通し周方向に延びる第３流路と、前記第３流路と連通し径方向に延びる複数の第４流路と、前記複数の第４流路のそれぞれと連通し軸方向に延び前記複数のマグネットのそれぞれを冷却する複数の第５流路と、を有する、
回転電機。

【請求項2】

前記第３流路は、周方向全周に亘って延びる、
請求項１に記載の回転電機。

【請求項3】

前記第３流路は、周方向に複数配置される、
請求項１に記載の回転電機。

【請求項4】

前記複数の第４流路と前記複数の第５流路とが連通する位置は、前記ロータコアの軸方向中央位置である、
請求項１から３のいずれか１項に記載の回転電機。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、回転電機に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、回転電機のロータに設けられたマグネットを冷却する技術が知られている。特許文献１では、回転軸が軸方向に延びる冷媒流路を有するとともに、ロータコアも軸方向に延びる冷媒流路を有する構成を開示している。この構成では、回転軸の冷媒流路とロータコアの冷媒流路とを繋ぐことで、回転軸の軸方向端部から供給した冷媒をロータコアの冷媒流路に流し、ロータコアの冷媒流路の近傍のマグネットを冷却しようとしている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１４－１８７８３４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

マグネットは、回転電機の極数に応じて周方向に複数配置される。この複数のマグネットを冷却するためには、それぞれの近傍にロータコアの冷媒流路が必要になり、回転軸の冷媒流路とロータコアの冷媒流路とを繋ぐ流路も、ロータコアの冷媒流路と同じ数だけ必要となる。このため、従来、回転軸の冷媒流路内から外部へと回転軸を径方向に貫通する貫通孔も、ロータコアの冷媒流路と同じ数だけ必要であった。この場合、回転電機の極数が変われば、マグネットの冷却のためだけに回転軸を変更する必要があり、コスト増を招くという問題があり、マグネットの冷却ついて改善の余地があった。

【0005】

本発明は、マグネットの冷却について改善した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、中心軸に沿って延びるシャフトを有するロータと、前記ロータの径方向外側にエアギャップを介して配置されるステータと、前記ステータを収容するフレームと、を備え、前記ロータは、ロータコアと、前記ロータコア内に配置され軸方向に延びる複数のマグネットと、を有し、前記シャフトは、軸方向に延びる冷媒液の流路である第１流路と、前記第１流路から径方向外側に貫通する第２流路と、を有し、前記ロータコアは、前記第２流路と連通し周方向に延びる第３流路と、前記第３流路と連通し径方向に延びる複数の第４流路と、前記複数の第４流路のそれぞれと連通し軸方向に延び前記複数のマグネットのそれぞれを冷却する複数の第５流路と、を有する。

【0007】

上記の一態様の回転電機において、前記第３流路は、周方向全周に亘って延びる。

【0008】

上記の一態様の回転電機において、前記第３流路は、周方向に複数配置される。

【0009】

上記の一態様の回転電機において、前記複数の第４流路と前記複数の第５流路とが連通する位置は、前記ロータコアの軸方向中央位置である。

【発明の効果】

【0010】

本発明の一態様によれば、コイルの冷却について改善した回転電機を提供することが出来る。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明の第１実施形態に係るモータの斜視図である。

【図2】図１のモータ１００を、中心軸Ｊを通りＸ軸と直交する面で切断し、－Ｘ側から見た側断面図である。

【図3】軸方向と直交し流路１３１ｋを通る位置で切断し、－Ｚ側から見た側断面図である。

【図4】モータ１００内のオイルの流路を抜き出して示す斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態に係る回転電機について説明する。なお、以下の図面においては、各構成をわかり易くするために、実際の構造と各構造における縮尺及び数等を異ならせる場合がある。

【0013】

また、図面においては、適宜３次元直交座標系としてＸＹＺ座標系を示す。ＸＹＺ座標系において、Ｚ軸方向は、図１に示す中心軸Ｊの軸方向と平行な方向とする。Ｙ軸方向は、中心軸Ｊに対する径方向のうち図１の上下方向とする。Ｘ軸方向は、Ｚ軸方向及びＹ軸方向の両方と直交する方向とする。Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、及びＺ軸方向のいずれにおいても、図中に示す矢印が指す側を＋側、反対側を－側とする。

【0014】

また、以下の説明においては、Ｚ軸方向の正の側（＋Ｚ側）を「一方側」と呼び、Ｚ軸方向の負の側（－Ｚ側）を「他方側」と呼ぶ。なお、一方側及び他方側とは、単に説明のために用いられる名称であって、実際の位置関係及び方向を限定しない。また、特に断りのない限り、中心軸Ｊに平行な方向（Ｚ軸方向）を単に「軸方向」と呼び、中心軸Ｊを中心とする径方向を単に「径方向」と呼び、中心軸Ｊを中心とする周方向、すなわち、中心軸Ｊの軸周りを単に「周方向」と呼ぶ。径方向において中心軸Ｊに近づく側を「径方向内側」と呼び、中心軸Ｊから遠ざかる側を「径方向外側」と呼ぶ。

【0015】

なお、本明細書において、「軸方向に延びる」とは、厳密に軸方向（Ｚ軸方向）に延びる場合に加えて、軸方向に対して、４５°未満の範囲で傾いた方向に延びる場合も含む。また、本明細書において、「径方向に延びる」とは、厳密に径方向、すなわち、軸方向（Ｚ軸方向）に対して垂直な方向に延びる場合に加えて、径方向に対して、４５°未満の範囲で傾いた方向に延びる場合も含む。また「平行」とは、厳密に平行な場合に加えて、互いに成す角が４５°未満の範囲で傾いた場合も含む。

【0016】

＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態に係るモータの斜視図である。図１のモータ１００は、回転電機の一例である。モータ１００は、中心軸Ｊに沿って延びるシャフト１１０を有するロータ１３０（図２参照）と、ロータ１３０の径方向外側にエアギャップを介して配置されるステータ１５０（図２参照）と、を有する。シャフト１１０は、中心軸Ｊを回転軸にして回転可能である。

【0017】

モータ１００は、ステータ１５０を収容するフレーム１０１と、フレーム１０１の軸方向他方側に配置されたブラケット１０２と、フレーム１０１の軸方向一方側に配置されたブラケット１０３と、ブラケット１０３の軸方向一方側を覆うカバー１０４と、を有する。フレーム１０１は、モータ１００内にオイルを供給するオイル入口１０５を有する。フレーム１０１は、モータ１００内のオイルを排出するオイル出口１０６を有する。オイルは冷媒液の一例である。本実施形態のモータ１００ではオイルによってマグネットの冷却を行うが、本発明の回転電機は、オイル以外の冷媒液でマグネットを冷却するものであってもよい。

【0018】

フレーム１０１は、軸方向両端部が開放された筒状部材である。フレーム１０１は、例えばアルミダイキャストである。ブラケット１０２は、フレーム１０１の軸方向他方側の開口を塞ぐ板状部材である。ブラケット１０２は、例えばボルトによってフレーム１０１の軸方向他方側に固定される。ブラケット１０２は、例えばアルミダイキャストである。ブラケット１０３は、フレーム１０１の軸方向一方側の開口を塞ぐ板状部材である。ブラケット１０３は、例えばボルトによってフレーム１０１の軸方向一方側に固定される。ブラケット１０３は、例えばアルミダイキャストである。カバー１０４は、例えばボルトによってブラケット１０３の軸方向一方側に固定される。カバー１０４は、例えばアルミダイキャストである。

【0019】

図２は、図１のモータ１００を、中心軸Ｊを通りＸ軸と直交する面で切断し、－Ｘ側から見た側断面図である。ステータ１５０は、ステータコア１５１及びコイル１５２を有する。ステータコア１５０は、例えば焼き嵌めによりフレーム１０１に固定される。

【0020】

モータ１００は、軸受１１２及び軸受１１３を有する。シャフト１１０の軸方向他方側端は、軸受１１２の内輪に固定される。シャフト１１０の軸方向一方側端は、軸受１１３の内輪に固定される。軸受１１２の外輪は、ブラケット１０２に固定される。軸受１１３の外輪は、ブラケット１０３に固定される。シャフト１１０は、中心軸Ｊを回転軸にして回転可能なように軸受１１２及び軸受１１３によって軸支される。

【0021】

フレーム１０１は、オイル入口１０５からのオイルが流入する流路１０１ａを有する。流路１０１ａは、軸方向に延びる。流路１０１ａは、フレーム１０１を軸方向に貫通する。

【0022】

ブラケット１０３は、軸方向に貫通する流路１０３ａを有する。流路１０３ａは、軸方向他端側端で、流路１０１ａの軸方向一方側端に連通する。

【0023】

カバー１０４は、＋Ｙ側で流路１０３ａの軸方向一方側端に連通し、－Ｙ軸方向に延びる流路１０４ａを有する。カバー１０４は、軸方向一方側端で、流路１０４ａの－Ｙ側端に連通し軸方向他端側に延びる流路１０４ｂを有する。カバー１０４は、軸方向一方側端で、流路１０４ｂに連通し軸方向他端側に延びる孔１０４ｃを有する。孔１０４ｃは、流路１０４ｂよりも大径である。

【0024】

シャフト１１０は、軸方向一方側で開口し軸方向他端側に延びる流路１１０ａを有する。シャフト１１０の軸方向一方側端は、軸方向と直交する方向で孔１０４ｃとオーバーラップする。モータ１００は、このオーバーラップ位置にオイルシール１０４ｄを有する。オイルシール１０４ｄによって、孔１０４ｃとシャフト１１０との間からのオイル漏れを防ぐことができる。流路１１０ａの軸方向一方側端は、流路１０４ｂと連通する。

【0025】

シャフト１１０は、軸方向一方側で流路１１０ａと連通し、軸方向他端側に延びる流路１１０ｂを有する。ロータ１３０は、ロータコア１３１及びマグネット１３２（図３参照）を有する。流路１１０ｂは、ロータコア１３１の軸方向中央位置よりも軸方向他端側に延びる。流路１１０ｂは、軸方向他端側に貫通しない。ロータコア１３１は、詳しくは後述する流路１３１ａ、１３１ｂ、１３１ｃ、１３１ｇ、１３１ｋ及び１３１ｑを有する。

【0026】

オイル入口１０４から流入したオイルは、詳しくは後述する各流路を通ってモータ１００内を流れてオイルパン１１１に達する。オイルパン１１１のオイルはオイル出口１０６から外部に排出される。

【0027】

図３は、軸方向と直交し流路１３１ｋを通る位置で切断し、－Ｚ側から見た側断面図である。ロータ１３０は、ロータコア１３１と、ロータコア１３１内に配置され軸方向に延びる複数のマグネット１３２と、を有する。

【0028】

シャフト１１０は、軸方向に延びるオイルの流路である流路１１０ｂを有する。シャフト１１０は、流路１１０ｂから径方向外側に貫通する流路１１０ｃ及び流路１１０ｄを有する。

【0029】

ロータコア１３１の流路１３１ａは、流路１１０ｃと連通し周方向に延びる。ロータコア１３１の流路１３１ｃは、径方向内側で流路１３１ａと連通し径方向外側に延びる。ロータコア１３１の流路１３１ｋは、ロータコア１３１の軸方向中央位置で流路１３１ｃと連通し軸方向両側に延び、ロータコア１３１を軸方向に貫通する。流路１３１ｋは、軸方向に延びるマグネット１３２に近接して配置され、流路１３１ｋを流れるオイルは、マグネット１３２を冷却する。オイルは、流路１３１ｋの軸方向両端から流れ出てオイルパン１１１に溜まる。

【0030】

ロータコア１３１の流路１３１ｂは、流路１１０ｄと連通し周方向に延びる。ロータコア１３１の流路１３１ｇは、径方向内側で流路１３１ｂと連通し径方向外側に延びる。ロータコア１３１の流路１３１ｑは、ロータコア１３１の軸方向中央位置で流路１３１ｇと連通し軸方向両側に延び、ロータコア１３１を軸方向に貫通する。流路１３１ｑは、軸方向に延びるマグネット１３２に近接して配置され、流路１３１ｑを流れるオイルは、マグネット１３２を冷却する。オイルは、流路１３１ｑの軸方向両端から流れ出てオイルパン１１１に溜まる。

【0031】

本実施形態では、シャフト１１０の径方向に貫通する流路（流路１１０ｃ又は流路１１０ｄ）と連通し周方向に延びる流路として、流路１３１ａ及び流路１３１ｂを設け、周方向に複数配置しているが、本発明はこれに限られるものではなく、周方向全周に亘って延びる一つの流路としてもよい。流路１１０ｃ及び流路１１０ｄは、例えば、ロータコア１３１の内周面から径方向外側に凹む溝である。

【0032】

図４は、モータ１００内のオイルの流路を抜き出して示す斜視図である。

【0033】

ロータコア１３１の流路１３１ｄは、径方向内側で流路１３１ａと連通し径方向外側に延びる。ロータコア１３１の流路１３１ｍは、ロータコア１３１の軸方向中央位置で流路１３１ｄと連通し軸方向両側に延び、ロータコア１３１を軸方向に貫通する。流路１３１ｍは、軸方向に延びるマグネット１３２に近接して配置され、流路１３１ｍを流れるオイルは、マグネット１３２を冷却する。オイルは、流路１３１ｍの軸方向両端から流れ出てオイルパン１１１に溜まる。

【0034】

ロータコア１３１の流路１３１ｅは、流路１３１ｄと同様の構成である。ロータコア１３１の流路１３１ｎ及び流路１３１ｐは、流路１３１ｍと同様の構成である。

【0035】

ロータコア１３１の流路１３１ｈは、径方向内側で流路１３１ｂと連通し径方向外側に延びる。ロータコア１３１の流路１３１ｒは、ロータコア１３１の軸方向中央位置で流路１３１ｈと連通し軸方向両側に延び、ロータコア１３１を軸方向に貫通する。流路１３１ｒは、軸方向に延びるマグネット１３２に近接して配置され、流路１３１ｒを流れるオイルは、マグネット１３２を冷却する。オイルは、流路１３１ｒの軸方向両端から流れ出てオイルパン１１１に溜まる。

【0036】

ロータコア１３１の流路１３１及び流路１３１ｊは、流路１３１ｈと同様の構成である。ロータコア１３１の流路１３１ｓ及び流路１３１ｔは、流路１３１ｒと同様の構成である。

【0037】

流路１３１ｋ、流路１３１ｍ、流路１３１ｎ、流路１３１ｐ、流路１３１ｑ、流路１３１ｒ、流路１３１ｓ及び流路１３１ｔは、周方向に等間隔で配置される。流路１３１ｋ、流路１３１ｍ、流路１３１ｎ、流路１３１ｐ、流路１３１ｑ、流路１３１ｒ、流路１３１ｓ及び流路１３１ｔは、マグネット１３２の数に応じた数が設けられる。一方、流路１１０ｃ及び流路１１０ｄは、マグネットの数によらず、流路１１０ｃ及び流路１１０ｄにオイルを供給可能な数であればよい。

【0038】

本実施形態によれば、ロータ１３０の回転遠心力によりオイルを搬送することができるため、回転方向均一にオイルを供給し、軸方向均一にマグネット１３２を冷却することができる。

【0039】

また本実施形態によれば、マグネット１３２ｎ近傍にオイルを供給することができるため、効率よくマグネットを冷却できる。

【0040】

また本実施形態によれば、流路１３１ｋ、流路１３１ｍ、流路１３１ｎ、流路１３１ｐ、流路１３１ｑ、流路１３１ｒ、流路１３１ｓ及び流路１３１ｔは、マグネット１３２が延びる方向（マグネット１３２の長手方向、軸方向）と平行な方向に延びるため、マグネット１３２を軸方向に亘って冷却することができる。

【0041】

また本実施形態によれば、流路１３１ｋ、流路１３１ｍ、流路１３１ｎ、流路１３１ｐ、流路１３１ｑ、流路１３１ｒ、流路１３１ｓ及び流路１３１ｔの軸方向両端から排出されるオイルにより、ステータ１５０のコイル１５２のコイルエンド内周側を冷却することができる。

【0042】

また本実施形態によれば、流路１３１ｋ、流路１３１ｍ、流路１３１ｎ、流路１３１ｐ、流路１３１ｑ、流路１３１ｒ、流路１３１ｓ及び流路１３１ｔは、フラックスバリアとして機能することができる。

【0043】

また本実施形態によれば、流路１３１ａ及び流路１３１ｂを有することで、極数の変更があってマグネットを冷却する流路の数が変更になっても、シャフト１１０を変更する必要がなく、コスト面で有利である。

【0044】

また本実施形態によれば、流路１３１ａ及び流路１３１ｂを有することで、シャフト１１０において径方向に貫通する流路の数を削減することができ、コストを低減することができる。

【0045】

また本実施形態によれば、流路１３１ａ及び流路１３１ｂを有することで、ロータコア１３１の断面面積を縮小し、モータ１００の軽量化を実現することができる。

【0046】

また本実施形態によれば、流路１３１ａ及び流路１３１ｂを有することで、ロータコア１３１の内周側を冷却し、シャフト１１０との締め代低減を防止することができる。

【0047】

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。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】

【0048】

１００…モータ、１０１…フレーム、１１０…シャフト、１３０…ロータ、１５０…ステータ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】