(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B1)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-12-12
(45)【発行日】2022-12-20
(54)【発明の名称】回転電機
(51)【国際特許分類】
H02K 9/19 20060101AFI20221213BHJP
H02K 1/32 20060101ALI20221213BHJP
【FI】
H02K9/19 A
H02K1/32 Z
(21)【出願番号】P 2021154029
(22)【出願日】2021-09-22
【審査請求日】2022-09-01
【早期審査対象出願】
(73)【特許権者】
【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
【氏名又は名称】高岡 亮一
(74)【代理人】
【識別番号】100121511
【氏名又は名称】小田 直
(74)【代理人】
【識別番号】100116001
【氏名又は名称】森 俊秀
(74)【代理人】
【識別番号】100208580
【氏名又は名称】三好 玲奈
(72)【発明者】
【氏名】植松 拓
【審査官】三澤 哲也
(56)【参考文献】
【文献】特開2010-28978(JP,A)
【文献】特開2014-30284(JP,A)
【文献】韓国公開特許第10-2020-0092680(KR,A)
【文献】特開2020-96455(JP,A)
【文献】特開2021-136834(JP,A)
【文献】特開2009-171755(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
H02K 9/19
H02K 1/32
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
ロータと、
回転軸に沿って前記ロータを貫通し、軸受に軸支されるシャフトと、
前記ロータを内側に収容するとともに、内周側にコイルが巻回される円筒状のステータと、
前記ロータの軸方向端面に取り付けられるロータカバーと、
前記軸受にオイルを供給する流路を有する筐体と、を備え、
前記ロータカバーは、前記シャフトとの間に同心状の隙間を形成し、前記軸受からの前記オイルを前記隙間で受けるオイル受け部を有し、
前記オイル受け部は、前記隙間に導かれたオイルを前記コイルの内周に向けて遠心力で噴射する噴射口を有する
ことを特徴とする回転電機。
【請求項2】
前記シャフトは、前記隙間の内側で径方向に突出し、前記オイル受け部に前記オイルを送出する送出部を有する
請求項1に記載の回転電機。
【請求項3】
前記ロータカバーは、前記オイル受け部よりも外周側にオイル案内部を有し、
前記オイル案内部は、前記噴射口から噴射された前記オイルを反射する傾斜面を含み、前記オイルによる前記コイルの冷却位置を調整する
請求項1または請求項2に記載の回転電機。
【請求項4】
前記ロータカバーは金属で形成されるとともに、前記ロータの前記軸方向端面を覆い、
前記ロータの前記軸方向端面は、前記ロータカバーを介して前記オイルで冷却される
請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の回転電機。
【請求項5】
前記筐体は、前記コイルの上側から前記オイルを散布するオイル散布部と、前記オイル散布部に前記オイルを供給する給油路と、をさらに有し、
前記流路は、前記給油路から分岐した前記オイルを供給する
請求項1から請求項4のいずれか一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冷却構造を備えた回転電機が知られている。
【0003】
この種の冷却構造を備えた回転電機では、回転電機の軸方向端部の上側からそれぞれコイルエンド部に対して下向きに冷却油が噴射される。冷却油はコイルエンド部と接触すると熱を奪い、コイルエンド部の外周に沿って下側のオイルパンに向けて流れる。
【0004】
回転電機の上側から冷却油を噴射する場合、一般的にコイルエンド部の内周側には冷却油が直接供給されず、熱交換後に跳ね返ったオイルやハウジング内のオイルミストなどで間接的に冷却されるにすぎない。そのため、上記の構成では、コイルエンド部の内周側でのオイルによる冷却効果は限定的であり、当該冷却効果を高めるためには全体的な冷却油の供給量を増加させる必要が生じてしまう。
【0005】
また、例えば特許文献1、2のように、ロータシャフトの内部に軸方向に沿って給油路を形成し、ロータシャフトからの冷却油を遠心力でコイルの内側に噴射する冷却構造も提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【文献】特開2011-10489号公報
【文献】特開2007-159325号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
しかし、特許文献1、2のようにロータシャフト内からオイルを噴射する冷却構造では、シャフト内にオイルを送り出すために冷却油の圧力をポンプで十分に高める必要があり、また回転するシャフトに対してオイルを送出する部分でのオイルシールも必要となる。そのため、冷却構造のコストが増加してしまう。また、特許文献1、2では、ロータシャフトが中空構造になるためロータシャフトの剛性も低下しうる。
【0008】
本発明は、上記の状況に鑑みてなされたものであって、ロータシャフト内にオイルを供給することなく、コイル内周にオイルを噴射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】
本発明の一態様の回転電機は、ロータと、回転軸に沿ってロータを貫通し、軸受に軸支されるシャフトと、ロータを内側に収容するとともに、内周側にコイルが巻回される円筒状のステータと、ロータの軸方向端面に取り付けられるロータカバーと、軸受にオイルを供給する流路を有する筐体と、を備える。ロータカバーは、シャフトとの間に同心状の隙間を形成し、軸受からのオイルを隙間で受けるオイル受け部を有する。オイル受け部は、隙間に導かれたオイルをコイルの内周に向けて遠心力で噴射する噴射口を有する。
【0010】
上記の一態様の回転電機において、シャフトは、隙間の内側で径方向に突出し、オイル受け部にオイルを送出する送出部を有していてもよい。
【0011】
上記の一態様の回転電機において、ロータカバーは、オイル受け部よりも外周側にオイル案内部を有していてもよい。オイル案内部は、噴射口から噴射されたオイルを反射する傾斜面を含み、オイルによるコイルの冷却位置を調整してもよい。
また、ロータカバーは金属で形成されるとともに、ロータの軸方向端面を覆ってもよい。そして、ロータの軸方向端面は、ロータカバーのオイル案内部を介してオイルで冷却されてもよい。
【0012】
上記の一態様の回転電機において、筐体は、コイルの上側からオイルを散布するオイル散布部と、オイル散布部にオイルを供給する給油路と、をさらに有していてもよい。また、流路は、給油路から分岐したオイルを供給してもよい。
【発明の効果】
【0013】
本発明の一態様によれば、ロータシャフト内にオイルを供給することなく、コイル内周にオイルを噴射できる。
【図面の簡単な説明】
【0014】
【
図1】本実施形態の回転電機の一例を示す斜視図である
【
図3】負荷側のハウジングカバーを外した状態の回転電機の正面図である。
【
図4】負荷側のハウジングカバーの内面側を示す図である。
【
図6】
図2における負荷側の軸受近傍の拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【0015】
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。
【0016】
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方向は回転軸と平行な方向とする。X方向は、Z方向と直交する方向であって、
図2の紙面垂直方向に対応する。Y方向は、X方向とZ方向との両方と直交する方向であって、
図2の上下方向に対応する。また、図面において、必要に応じて回転電機の回転軸を符号AXで示す。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。
【0017】
図1は、本実施形態の回転電機1の一例を示す斜視図である。
図2は、
図1のA-A線断面図である。
図3は、負荷側のハウジングカバー6を外した状態の回転電機1の正面図である。
図4は、負荷側のハウジングカバー6の内面側を示す図である。
【0018】
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、シャフト3と、ステータ4とを備えている。ロータ2、シャフト3およびステータ4は、ハウジング本体5およびハウジングカバー6を有する筐体に収容されている。なお、ハウジング本体5およびハウジングカバー6はいずれも鋳造で製造される。
【0019】
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の鉄心は、電磁鋼板等を軸方向に複数積層して形成される。また、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3が嵌入されている。また、ロータ2の軸方向両端には、それぞれエンドプレート11a,11bとロータカバー12a,12bが取り付けられる。
【0020】
シャフト3は、ロータ2の鉄心から反負荷側(
図2の右側)に露出している部位にフランジ部3cと、第1のテーパー領域3aとを有する。また、シャフト3は、ロータ2の鉄心から負荷側(
図2の左側)に露出している部位に第2のテーパー領域3bを有する。
【0021】
シャフト3のフランジ部3cはシャフト3の径方向に環状に突出し、反負荷側のエンドプレート11aと当接する。また、シャフト3の第1のテーパー領域3aは、フランジ部3cの反負荷側の面から軸方向に沿って形成され、ロータ2から離れるにつれて縮径して反負荷側に先細となるテーパー形状をなしている。また、シャフト3の第2のテーパー領域3bは、ロータ2から離れるにつれて縮径して負荷側に先細となるテーパー形状をなしている。テーパー領域3a,3bは送出部の一例である。
【0022】
エンドプレート11a,11bは、中央部にシャフト3を挿通する穴が開口され、ロータ2よりも小径のリング状の部材である。反負荷側に配置されるエンドプレート11aは、シャフト3のフランジ部3cとロータ2との間に介在し、ロータ2の反負荷側の軸方向端面(第1の端面)と密着する。また、負荷側(
図2の左側)に配置されるエンドプレート11bは、ロータ2の負荷側の軸方向端面(第2の端面)と密着する。エンドプレート11a,11bは、軸方向の両側からロータ2を押さえ付け、積層鋼板で構成されたロータ2の鉄心を保持する機能を担う。
【0023】
反負荷側に配置されるロータカバー12aは、エンドプレート11aとロータ2の第1の端面を外側から覆い、第1の端面に密着してロータ2に固定される。また、負荷側に配置されるロータカバー12bは、エンドプレート11bとロータ2の第2の端面を外側から覆い、第2の端面に密着してロータ2に固定される。なお、ロータカバー12a,12bの詳細な構成については後述する。
【0024】
ステータ4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を内側に収容する。ステータ4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7は、ステータ4の軸方向両端においてそれぞれステータ4から張り出し、周方向に環状をなしている。
【0025】
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4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3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。また、電磁誘導によってロータ2に収容されている永久磁石も熱を帯びる。
【0026】
回転電機1のハウジング本体5は、軸方向の両側が開口した円筒状の空間を有する筐体である。ハウジング本体5の円筒状の空間内には、シャフト3が嵌入されたロータ2と、ステータ4が同心状に配置される。ステータ4はハウジング本体5の内周に嵌合され、ハウジング本体5はステータ4の外周面を覆うように取り付けられる。
【0027】
ハウジング本体5の軸方向の両側には、ハウジングカバー6がそれぞれ取り付けられる。これにより、ハウジング本体5の両側の開口はハウジングカバー6でそれぞれ塞がれる。また、各々のハウジングカバー6にはそれぞれ軸受8が設けられ、シャフト3は、ハウジングカバー6の軸受8により回転可能に軸支される。なお、シャフト3の負荷側の端部は、ハウジングカバー6を貫通して外側に突出している。
【0028】
また、ハウジング本体5は、コイルエンド部7を油冷するための給油路13を有する。給油路13は、オイルクーラおよびオイルポンプ(いずれも不図示)を経由した冷却油が流れる油路であって、冷却油を受けるオイル入口14と接続されている。給油路13は、ステータ4よりも
図2中上側に配置されている。給油路13は、ハウジング本体5内で軸方向に延び、両側がハウジングカバー6で塞がれる。また、給油路13の端部は、第1流路15と第2流路16に接続されている。なお、第1流路15および第2流路16は、回転電機1の負荷側および反負荷側にそれぞれ形成され、両者の構成はほぼ同様である。
【0029】
第1流路15は、給油路13から分岐して周方向に延びる流路であって、流路には複数の孔が下向きに開口されている。第1流路15の各々の孔は、コイルエンド部7の外周面に臨む位置でハウジング本体5の内部空間と連通する。第1流路15は、オイル散布部の一例であって、給油路13からの冷却油をコイルエンド部に上側から散布する機能を担う。
【0030】
第2流路16は、ハウジングカバー6を介して軸受8にオイルを供給する流路である。第2流路16は、ハウジングカバー6に形成された溝部17と、給油路13と溝部17をつなぐ連絡孔18を有する。
【0031】
第2流路16の溝部17は、ハウジングカバー6の内面側に形成され、
図2、
図4に示すように、給油路13から軸受8にかけて回転電機1の径方向に沿って上下に延びている。
図4では、負荷側のハウジングカバー6の溝部17を示すが、反負荷側のハウジングカバー6の溝部17も負荷側と同様に構成される。
【0032】
第2流路16の連絡孔18は、ハウジングカバー6において給油路13の端部から軸方向に対して下側に傾いて形成され、溝部17の上端と連通している。これにより、給油路13からの冷却油の一部は、第2流路16の連絡孔18および溝部17を経て軸受8に供給される。
【0033】
また、ハウジング本体5の底面近傍は、コイルエンド部7と熱交換されたオイルが貯留されるオイルパンとして機能する。ハウジング本体5にはオイルパンに貯留されたオイルを吸い出すオイル出口19が設けられている。ハウジング本体5のオイル出口19は、オイルポンプと接続されている。
【0034】
また、本実施形態のロータカバー12a,12bは、軸受8に供給されたオイルをシャフト3側からコイルエンド部7の内周に向けて遠心力で散布できる。以下、ロータカバー12a,12bによるオイル散布について説明する。以下、ロータカバー12a,12bに共通する事項を説明するときにはロータカバー12とも表記する。
【0035】
図5は、ロータカバー12の切断斜視図である。
図6は、
図2における負荷側の軸受近傍の拡大図である。
【0036】
ロータカバー12は、金属製の円板状部材であって、カバー本体21と、オイル受け部22と、オイル案内部23とを有する。ロータカバー12のカバー本体21は、中央部にシャフト3を挿通可能な開口部を有し、ロータ2の外径に対応する寸法の円板状である。カバー本体21の正面はハウジングカバー6の内面に臨み、カバー本体21の背面はエンドプレートとロータ2の軸方向端面に臨む。カバー本体21は、ロータ2の軸方向端面を覆うことでロータ2に挿入された永久磁石が脱落することを抑制する機能を担う。
【0037】
オイル受け部22は、カバー本体21の内周側の外縁に環状に形成されており、シャフト3の外周面との間に形成される隙間で軸受8からのオイルを受ける機能を担う。オイル受け部22は、回転電機1の軸方向においてカバー本体21の正面よりも突出するともに、ロータカバー12の正面側から背面側に向かうにつれて内周面が拡径してゆくテーパー形状をなしている。
【0038】
オイル受け部22は、シャフト3のテーパー領域に対して同心状に配置され、当該テーパー領域を外側から覆う。
図2、
図6に示すように、ロータカバー12bのオイル受け部22は、シャフト3の第2のテーパー領域3bと対応する位置に配置される。同様に、
図2に示すように、ロータカバー12aのオイル受け部22は、シャフト3の第1のテーパー領域3aと対応する位置に配置される。
【0039】
オイル受け部22の内径はシャフト3の外径よりも大きく設定されており、シャフト3の周囲にはオイル受け部22との間に同心状の隙間が形成される。また、ロータカバー12は、軸方向においてオイル受け部22の先端が軸受8と対向するようにロータ2に取り付けられる。
【0040】
また、オイル受け部22には、オイル受け部22を径方向に連通するオイル噴射口24が少なくとも1以上形成されている。オイル噴射口24は、例えば、周方向に一定間隔(例えば45度間隔)を空けてオイル受け部22に複数形成されている。なお、オイル受け部22におけるオイル噴射口24の数や配置間隔は適宜変更できる。
【0041】
オイル案内部23は、カバー本体21の正面外周側に環状に形成されている。オイル案内部23は、テーパー状の傾斜面を有し、オイル噴射口24から噴射されたオイルを傾斜面で反射してコイルエンド部7に導く機能を担う。
図5では、カバー本体21の正面に対して傾斜面の外周側が立ち上がる形状のオイル案内部23を示している。しかし、オイル案内部23の形状は上記に限定されることなく、例えば、カバー本体21の正面から外周側に向けて下る形状の傾斜面を形成してもよい。
【0042】
以下、本実施形態の回転電機1におけるオイルの流れについて説明する。
回転電機1において、ハウジング本体5のオイルパンに貯留されたオイルは、オイルポンプの駆動によりオイル出口19から吸い出され、オイルクーラで冷却される。オイルクーラで冷却されたオイルは、オイル入口14からハウジング本体5の上側に位置する給油路13に送出される。給油路13においてオイルは軸方向の一方側(反負荷側)と他方側(負荷側)に流れるが、以下の説明では、給油路13の負荷側に向けて流れるオイルについて説明し、反負荷側に向けて流れるオイルに関する重複説明は省略する。
【0043】
給油路13の負荷側に流れるオイルは、給油路13の端部で第1流路15および第2流路16にそれぞれ分岐する。第1流路15に流入したオイルは、コイルエンド部7に上側から散布され、コイルエンド部7の外周を左回り方向と右回り方向の両側から下側にむけて流れる。このとき、コイルエンド部7に接触したオイルが熱を奪うことで、コイルエンド部7が外周側から冷却される。
【0044】
一方、第2流路16に流入したオイルは、
図6に矢印で示すように、連絡孔18および溝部17を経て軸受8に導かれる。そして、軸受8に対しては、ハウジングカバー6と軸受8の間から第2流路16を経由したオイルが供給され、軸受8の潤滑が確保される。
【0045】
また、
図6に矢印で示すように、ハウジングカバー6と軸受8の間から軸受8に供給されたオイルは例えば軸受8内を通ってロータ2側に到達し、その後にシャフト3を伝ってシャフト3とオイル受け部22の間に形成された隙間に流れ込む。ここで、回転電機1の駆動時にロータ2およびシャフト3は回転しているため、シャフト3とオイル受け部22の隙間に流れ込んだオイルには遠心力が作用する。また、シャフト3とオイル受け部22の隙間に流れ込んだオイルは、径方向に突出するシャフト3のテーパー領域によって径方向外側に向けて掻き出されて送出される。
【0046】
上記の作用により、隙間に流れ込んだオイルはオイル受け部22の内周面に向けて移動し、遠心力によりオイル噴射口24から噴射される。オイル噴射口24から噴射されたオイルは、カバー本体21のオイル案内部23で反射してからコイルエンド部7の内周に接触する。そして、コイルエンド部7に接触したオイルが熱を奪うことで、コイルエンド部7が内周側からも冷却される。
【0047】
ここで、コイルエンド部7に対するオイル噴射口24の位置はロータ2の回転に伴って周方向に変化するため、オイル噴射口24からのオイルはコイルエンド部7の内周全体に噴射される。また、オイル噴射口24からのオイルがオイル案内部23で一度反射することで、コイルエンド部7の内周でオイルの当たる位置(冷却位置)は傾斜面の角度に応じて所望の位置に調整される。また、オイル案内部23との接触でオイルが拡散することで、コイルエンド部7の内周のより広い範囲にオイルを接触させることができる。
【0048】
また、ロータ2に収容された永久磁石は、ロータ2の軸方向端面に密着する金属製のロータカバー12と熱的に接続される。ロータカバー12は、オイル受け部22でのオイルとの接触に加え、オイル案内部23にオイルが当たることでもオイルで冷却されるので、これによりロータ2の永久磁石も軸方向端部側から冷却されうる。
【0049】
なお、コイルエンド部7に上側から散布されるオイルと、コイルエンド部7の内周に噴射された後に滴下するオイルは、いずれもオイルパンに還流して貯留される。そして、オイルパンのオイルは、オイルポンプの駆動によってオイルクーラに向けて再び送出される。
【0050】
以上のように、本実施形態の回転電機1では、オイル受け部22を有するロータカバー12がロータ2に取り付けられる。オイル受け部22はシャフト3との間に同心状の隙間を形成し、軸受8からのオイルを隙間で受ける。また、隙間に導かれたオイルは、オイル受け部22のオイル噴射口24からコイルの内周に向けて遠心力で噴射される。これにより、本実施形態の回転電機1では、コイルの内周側をオイルで冷却することができる。
【0051】
また、本実施形態の構成では、軸受8に供給されたオイルをオイル受け部22とシャフト3の隙間で受け、オイル噴射口24から遠心力で噴射する。本実施形態では、シャフト内にオイルの流路を設けずに済むため、冷却構造のコストを抑制することができ、またシャフトの剛性低下を生じさせることもない。
【0052】
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。
【0053】
上記実施形態では、回転電機1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。
【0054】
また、上記実施形態では、送出部としてシャフト3にテーパー領域を形成し、ロータカバー12のオイル受け部22と対向させる構成例を説明したが、送出部の構成は上記に限定されない。例えば、シャフト3の周方向に一以上の突起を形成し、軸受8からのオイルを突起で掻き上げてオイル受け部22に送出してもよい。また、シャフト3側にテーパーや突起を形成せずに、軸受8からのオイルを遠心力でオイル受け部22に移動させてもよい。
【0055】
また、上記実施形態では、オイル噴射口24からのオイルをオイル案内部23の傾斜面で反射させる構成例を説明したが、ロータカバー12にはオイル案内部23を必ずしも設けなくてもよい。また、軸方向への傾きが異なる複数のオイル噴射口24をオイル受け部22に形成し、オイル案内部23にオイルを反射させる流れと、コイルエンド部7にオイルを直接噴射する流れを生じさせてもよい。
【0056】
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】
【0057】
1…回転電機、2…ロータ、3…シャフト、3a,3b…テーパー領域、4…ステータ、5…ハウジング本体、6…ハウジングカバー、7…コイルエンド部、8…軸受、12,12a,12b…ロータカバー、13…給油路、15…第1流路、16…第2流路、17…溝部、18…連絡孔、21…カバー本体、22…オイル受け部、23…オイル案内部、24…オイル噴射口
【要約】
【課題】ロータシャフト内にオイルを供給することなく、コイル内周にオイルを噴射できる回転電機を提供する。
【解決手段】回転電機は、ロータと、回転軸に沿ってロータを貫通し、軸受に軸支されるシャフトと、ロータを内側に収容するとともに、内周側にコイルが巻回される円筒状のステータと、ロータの軸方向端面に取り付けられるロータカバーと、軸受にオイルを供給する流路を有する筐体と、を備える。ロータカバーは、シャフトとの間に同心状の隙間を形成し、軸受からのオイルを隙間で受けるオイル受け部を有する。オイル受け部は、隙間に導かれたオイルをコイルの内周に向けて遠心力で噴射する噴射口を有する。
【選択図】
図6