特許 7322658 回転電機

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-07-31

(45)【発行日】2023-08-08

(54)【発明の名称】回転電機

(51)【国際特許分類】

   H02K 9/19 20060101AFI20230801BHJP

【ＦＩ】

H02K9/19 A

H02K9/19 B

【請求項の数】 2

(21)【出願番号】P 2019190033

(22)【出願日】2019-10-17

(65)【公開番号】P2021065067

(43)【公開日】2021-04-22

【審査請求日】2022-02-21

(73)【特許権者】

【識別番号】000241500

【氏名又は名称】トヨタ紡織株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100105957

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 誠

(74)【代理人】

【識別番号】100068755

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 博宣

(72)【発明者】

【氏名】竹本 雅昭

【審査官】稲葉 礼子

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１２－０７５２４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－１２９５７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－１７２３７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－１２９９４４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｋ ９／１９

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

円筒状をなすロータコアと、前記ロータコアの回転軸方向において同ロータコアを貫通する態様で延設されるとともに液体冷媒が供給される冷却通路と、前記回転軸方向において前記ロータコアを間に挟むように配置された一対のエンドプレートと、前記回転軸方向において前記エンドプレートを貫通して前記冷却通路の内外を連通する放出孔と、前記ロータコアおよび前記エンドプレートの外周に配置される円筒状のステータコアと、前記ステータコアに巻回されるとともに同ステータコアから前記回転軸方向に突出した部分であるコイルエンドを有するステータコイルと、を備えた回転電機であって、
前記エンドプレートにおける前記放出孔の周縁を含む特定部分が、同特定部分よりも外周側の部分に対して前記ロータコアから離間する方向に膨出した形状をなしており、
前記放出孔の前記回転軸方向における配設位置が前記コイルエンドの前記回転軸方向における配設範囲に含まれており、
前記エンドプレートは、各部の板厚が同一になっている、回転電機。

【請求項2】

前記特定部分における前記ロータコアから遠い側の外面のうち、前記放出孔よりも外周側の部分の少なくとも一部が、前記外周側に向かうに連れて前記ロータコアから離れる態様で傾斜した傾斜面をなしている
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、液体冷媒が供給される冷却通路がロータコアの内部に設けられた回転電機に関するものである。

【背景技術】

【0002】

特許文献１に記載の回転電機では、上記冷却通路が、ロータコアの回転軸方向において同ロータコアを貫通する態様で延設されている。この回転電機では、ロータコアの内部を流れる液体冷媒としてのオイルとの熱交換を通じて、同ロータコアが冷却される。

【0003】

また上記回転電機では、冷却通路内のオイルが同冷却通路の回転軸方向における端部からロータコアの外部に放出される。このオイルは、ロータコアの回転に伴い発生する遠心力によって外周側に飛散して、同ロータコアの外周側に配置されるステータ、詳しくはステータコアに巻回されたステータコイルにおける同ステータコア外面から回転軸方向に突出した部分であるコイルエンドにかかる。上記回転電機では、このようにしてステータコイルにかかるオイルとの熱交換を通じて、同ステータコイルが冷却される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開平９－１８２３７５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

上記回転電機では、冷却通路の回転軸方向における端部からロータコアの外部に放出されたオイルは主に、同ロータコアの回転軸方向における外面を伝い流れる等して、同外面の近傍を外周側に流れるようになる。そのため、このオイルは、ステータコアから回転軸方向に突出した部分であるコイルエンドに対して、その突出方向における基端側に偏った状態でかかるようになる。こうした回転電機の構造は、オイルによってステータコイルを効率良く冷却する上では、好ましくない。

【0006】

本発明は、そうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、ステータコイルを効率良く冷却することのできる回転電機を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記課題を解決するための回転電機は、円筒状をなすロータコアと、前記ロータコアの回転軸方向において同ロータコアを貫通する態様で延設されるとともに液体冷媒が供給される冷却通路と、前記回転軸方向において前記ロータコアを間に挟むように配置された一対のエンドプレートと、前記回転軸方向において前記エンドプレートを貫通して前記冷却通路の内外を連通する放出孔と、前記ロータコアおよび前記エンドプレートの外周に配置される円筒状のステータコアと、前記ステータコアに巻回されるとともに同ステータコアから前記回転軸方向に突出した部分であるコイルエンドを有するステータコイルと、を備えた回転電機であって、前記エンドプレートにおける前記放出孔の周縁を含む特定部分が、同特定部分よりも外周側の部分に対して前記ロータコアから離間する方向に膨出した形状をなしており、前記放出孔の前記回転軸方向における配設位置が前記コイルエンドの前記回転軸方向における配設範囲に含まれている。

【0008】

上記構成によれば、エンドプレートの特定部分、すなわち膨出した形状の膨出部に形成された放出孔を介して、ロータコアの冷却通路内の液体冷媒が同ロータコアの外部に放出されるようになる。そのため、上記液体冷媒は、エンドプレートの膨出部よりも外周側においては主に、同エンドプレートの外面から離れた位置、すなわちロータコアから離れた位置において外周側に飛散するようになる。したがって液体冷媒を、コイルエンドの回転軸方向における配設範囲のうちの上記ステータコイル側の端部にかけるのではなく、同配設範囲の中央に近い部分を中心に広い範囲にわたってかけることが可能になる。これにより、コイルエンドと液体冷媒との熱交換が効率よく行われるようになるため、ステータコイルを効率良く冷却することができるようになる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】一実施形態の電動機の側断面図。

【図2】ロータコアおよびエンドプレートの図１における２矢視図。

【図3】エンドプレートの図２の３－３線に沿った側端面図。

【図4】エンドプレートの膨出部およびその周辺を拡大して示す側断面図。

【図5】変形例のエンドプレートの膨出部およびその周辺を拡大して示す側断面図。

【図6】変形例のエンドプレートの膨出部およびその周辺を拡大して示す側断面図。

【図7】変形例のエンドプレートの膨出部およびその周辺を拡大して示す側断面図。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、回転電機の一実施形態について説明する。
図１に示すように、回転電機としての電動機１０は永久磁石界磁式の同期モータであり、固定子としてのステータ１１や、回転子としてのロータ１２、それらステータ１１およびロータ１２を収容するケース１３を有している。

【0011】

ステータ１１は、ステータコア２０やステータコイル２１を有している。ステータコア２０は、中心孔を有する円板状の電磁鋼板が複数枚積層された積層構造の略円筒状をなしており、ケース１３の内部に固定されている。ステータコイル２１は、上記ステータコア２０における中心孔の周囲に巻回されている。ステータコイル２１は、上記ロータ１２の回転軸Ｌの延びる方向（以下、回転軸Ｌ方向）における両端において、ステータコア２０の外面から回転軸Ｌ方向に突出した部分、いわゆるコイルエンド２２を有している。各コイルエンド２２は、ステータコア２０の中心孔の周囲において円環状で突出している。

【0012】

ロータ１２は、ロータコア３０と回転軸であるロータシャフト３１とを有している。ロータコア３０は、中心孔を有する円板状の電磁鋼板が複数枚積層された積層構造の略円筒状をなしている。本実施形態の電動機１０では、ロータコア３０の回転軸Ｌ方向における両端面とステータコア２０の回転軸Ｌ方向における両端面とが略同一面において延びている。ロータシャフト３１はロータコア３０の中心孔３２に挿通された状態で同ロータコア３０と一体になっている。ロータシャフト３１はケース１３に回転可能に支持されている。ロータ１２は、ステータコア２０の内周面がロータコア３０の外周面に沿って延びる態様で、ステータ１１の内周側に配置されている。

【0013】

ロータ１２は、回転軸Ｌ方向においてロータコア３０を間に挟むように配置された一対のエンドプレート４０を有している。各エンドプレート４０は、中心孔を有する円板状をなしてロータコア３０の外面を覆うように設けられている。各エンドプレート４０は、板厚が一定の金属板材を用いたプレス加工を通じて形成されている。したがって、エンドプレート４０の各部の板厚は略同一になっている。

【0014】

図２に示すように、ロータコア３０には、回転軸Ｌ方向に貫通する磁石収容孔３３が複数（本実施形態では、１６個）設けられている。これら磁石収容孔３３は、ロータコア３０の周囲方向に間隔を置いて並ぶ態様で配置されている。各磁石収容孔３３の内部には、永久磁石１４が収容されて固定されている。本実施形態のロータコア３０では、図２中において二点鎖線で囲まれた２つの磁石収容孔３３に挿入して固定される一対の永久磁石１４によって、電動機１０の各磁極が構成される。このロータコア３０は磁極数が８極、すなわち極対数が４個のものである。

【0015】

図１に示すように、本実施形態のロータ１２は、液体冷媒としてのオイルをロータ１２の内部に流すための通路として、ロータシャフト３１の内部に形成された第１通路５１や、上記ロータコア３０の内部に形成された第２通路５２および第３通路５３を有している。本実施形態では、第２通路５２が冷却通路に相当する。

【0016】

本実施形態の電動機１０では、ロータシャフト３１として中空構造のものが採用されている。そして、上記第１通路５１としては、ロータシャフト３１の内部において回転軸Ｌ方向に延びるスペースが利用されている。本実施形態では、電動機１０の運転に際してロータ１２に供給されるオイルは先ず、第１通路５１の内部に流入するようになっている。

【0017】

また図１および図２に示すように、前記第２通路５２としては、ロータコア３０を回転軸Ｌ方向において貫通する貫通孔が設けられている。第２通路５２は、ロータコア３０の周囲方向に間隔を置いて並ぶ態様で複数（本実施形態では、８個）設けられている。第２通路５２は、隣合う磁極に挟まれた位置に１つずつ設けられている。

【0018】

本実施形態の電動機１０は、ロータコア３０内の第２通路５２の回転軸Ｌ方向の両端が、一対のエンドプレート４０によって塞がれた構造になっている。各エンドプレート４０における第２通路５２に対応する位置、詳しくはロータ１２を回転軸Ｌ方向から見て第２通路５２と重なる位置には、回転軸Ｌ方向において断面円形状で貫通する放出孔４１が形成されている。放出孔４１は、１枚のエンドプレート４０に８個ずつ、合計１６個設けられている。各放出孔４１は回転軸Ｌ方向においてエンドプレート４０を貫通して、第２通路５２の内部とロータコア３０の外部とを連通している。

【0019】

図２および図３に示すように、エンドプレート４０における上記ロータ１２を回転軸Ｌ方向から見て第２通路５２と重なる部分や放出孔４１の周縁を含む特定部分（以下、膨出部４３）は、膨出部４３以外の部分に対して、ロータコア３０から離間する方向に膨出した形状をなしている。膨出部４３の外形は、全ての角が丸められた形状であって、図２に示すように回転軸Ｌ方向から見て略四角形状をなしており、図３に示すように回転軸Ｌと直交する方向から見て断面略台形状をなしている。また、膨出部４３の頂壁４４の外面は回転軸Ｌと直交する方向に延びている。本実施形態では、こうした膨出部４３が１枚のエンドプレート４０に８箇所ずつの合計１６箇所に設けられている。

【0020】

図４に示すように、本実施形態の電動機１０では、放出孔４１の回転軸Ｌ方向における配設位置が、コイルエンド２２の回転軸Ｌ方向における配設範囲ＡＲに含まれている。詳しくは、回転軸Ｌ方向における配設位置が上記膨出部４３の頂壁４４の外面とコイルエンド２２の上記配設範囲ＡＲにおける回転軸Ｌ方向の中央ＣＮとで一致するように、膨出部４３の膨出形状が定められている。そして、そうした膨出部４３の頂壁４４の外面において上記放出孔４１は開口している。

【0021】

図１に示すように、第３通路５３は、ロータコア３０の径方向において、ロータシャフト３１内の第１通路５１とロータコア３０の第２通路５２とを連通する態様で延びている。詳しくは、一対のエンドプレート４０の一方（図１の左側）には、ロータコア３０から離間する方向に突出する突条をなす突条部４５が複数（本実施形態では、８つ）設けられている。これら突条部４５は、エンドプレート４０の径方向において各膨出部４３の内周側の端部から中心孔まで延びている。第３通路５３は、上記突条部４５の内面とロータコア３０の外面との間に区画形成されている。

【0022】

以下、本実施形態の電動機１０による作用について説明する。
図１に示すように、本実施形態の電動機１０では、ロータ１２に供給されるオイルは先ず、ロータシャフト３１内の第１通路５１に流入するようになる。そして、このオイルは第１通路５１、第３通路５３、第２通路５２の順に流れた後、エンドプレート４０の膨出部４３に設けられた放出孔４１を通じて第２通路５２の外部、すなわちロータ１２の外部に放出される。本実施形態の電動機１０では、第１通路５１、第２通路５２および第３通路５３をオイルが流れる際に、オイルとロータ１２における各通路５１～５３の内壁との熱交換を通じて、同ロータ１２が冷却される。

【0023】

電動機１０の運転時には、ロータ１２の回転に伴って同ロータ１２内のオイルに遠心力が作用する。そのため、図４中に白抜きの矢印で示すように、エンドプレート４０の放出孔４１からロータ１２の外部に放出されたオイルは、上記遠心力によって外周側、詳しくは回転軸Ｌと直交する方向に飛散するようになる。このオイルは、ロータ１２の外周側に配置されたステータ１１のコイルエンド２２にかかる。本実施形態の電動機１０では、コイルエンド２２にかかるオイルと同コイルエンド２２との熱交換を通じて、コイルエンド２２、ひいてはステータコイル２１が冷却される。

【0024】

本実施形態の電動機１０では、ロータ１２の外部にオイルを放出する放出孔４１が、エンドプレート４０の膨出部４３の頂壁４４の外面において開口している。そのため、放出孔４１から放出されたオイルは、膨出部４３の頂壁４４の外面に沿って外周側に流れた後に、図４中に矢印Ａで示すように同頂壁４４の外周側の端部で同頂壁４４の外面を離れて、エンドプレート４０の外面から離れた位置、すなわちロータコア３０から離れた位置において外周側に飛散するようになる。

【0025】

しかも、本実施形態の電動機１０では、放出孔４１が開口している膨出部４３の頂壁４４の外面とコイルエンド２２の上記配設範囲ＡＲにおける回転軸Ｌ方向の中央ＣＮとで、回転軸Ｌ方向における配設位置が同一になっている。そのため、エンドプレート４０の膨出部４３の頂壁４４の外面を離れて外周側に飛散するオイルは、コイルエンド２２に対して上記中央ＣＮにあたる部分を中心にかかるようになる。

【0026】

このように本実施形態によれば、冷却用のオイルを、コイルエンド２２の上記配設範囲ＡＲにおける上記ステータコア２０側の端部付近にかけるのではなく、同配設範囲ＡＲにおける回転軸Ｌ方向の中央ＣＮにあたる部分を中心に広い範囲にわたってかけることができる。これにより、コイルエンド２２とオイルとの熱交換が効率よく行われるようになる。

【0027】

通常、コイルエンド２２における上記ステータコア２０側の端部（以下、基端部）付近には、ステータコイル２１とステータコア２０との絶縁のために、絶縁シートなどの絶縁部材が設けられている。そのため、コイルエンド２２の基端部付近においては、上記絶縁部材に遮られることによって、コイルエンド２２とオイルとの熱交換がなされ難くなっている。本実施形態では、そうしたコイルエンド２２の基端部にオイルをかけるのではなく、同コイルエンド２２の配設範囲ＡＲにおける回転軸Ｌ方向の中央ＣＮ付近にオイルをかけることができる。こうしたことからも、コイルエンド２２とオイルとの熱交換が効率よく行われるようになる。

【0028】

本実施形態によれば、以下に記載する効果が得られるようになる。
（１）回転軸Ｌ方向における配設位置が、ロータ１２の外部にオイルを放出する放出孔４１が開口している膨出部４３の頂壁４４の外面とコイルエンド２２の上記配設範囲ＡＲにおける回転軸Ｌ方向の中央ＣＮとで一致している。これにより、コイルエンド２２とオイルとの熱交換が効率よく行われるようになるため、同コイルエンド２２、ひいてはステータコイル２１を効率良く冷却することができるようになる。

【0029】

（２）板厚が一定のエンドプレート４０を、プレス加工を通じて容易に形成することができる。
なお、上記実施形態は、以下のように変更して実施することができる。上記実施形態および以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。

【0030】

・エンドプレート４０を各部の板厚が異なる形状に形成してもよい。
・膨出部４３の頂壁４４の外面における前記放出孔４１よりも外周側の部分の少なくとも一部を、外周側に向かうに連れてロータコア３０から離れる態様で傾斜した傾斜面にしてもよい。そうした膨出部の一例を図５に示す。図５に示す例では、膨出部６３の頂壁６４の外面の略全体が、外周側に向かうに連れてロータコア３０から離れる態様で傾斜した傾斜面になっている。

【0031】

こうした構成によれば、放出孔６１から放出されたオイルを、膨出部６３の頂壁６４の外面、すなわち傾斜面に沿って流すことによって、ロータコア３０から離間する方向に向かわせることができる。これにより、オイルの流れが膨出部６３の傾斜面の外周側の端部に到達したときに同膨出部６３の外面から剥離し易くなる。そのため、オイルを膨出部６３の外面から離間させて外周側に飛散させることができるようになる。したがって、オイルがエンドプレート６０の膨出部６３よりも外周側において同エンドプレート６０の外面を伝って流れてしまうといった好ましくない状況になることが抑えられるようになる。これにより、「放出孔６１からロータ１２の外部に放出されたオイルをコイルエンド２２の配設範囲ＡＲの中央ＣＮを中心に広い範囲にわたってかける」といった構成を好適に実現することができる。

【0032】

上記膨出部の他の例を図６に示す。図６に示す例では、膨出部７３の頂壁７４の外面における外周側の端部に、周囲方向に延びる凹溝７６が形成されている。この膨出部７３では、凹溝７６の内面における外周側の部分が、外周側に向かうに連れてロータコア３０から離れる態様で傾斜した傾斜面になっている。

【0033】

・膨出部４３の外周側の端部に、同外周側に突出する形状の庇部を設けてもよい。そうした庇部の一例を図７に示す。図７に示す例では、膨出部８３の頂壁８４の外周側の端部が外周側に延長されて突出した形状をなしており、その突出した部分が庇部８７を構成している。なお、この庇部８７は、膨出部８３になる部分をプレス加工によって形成した後に、同部分を頂壁８４に当たる部分側（図７の右側）から所定量だけ押し潰す加工を施すといった手順で形成することができる。

【0034】

上記構成によれば、放出孔８１から放出されてエンドプレート８０の外面に沿って流れるオイルが膨出部８３の外周側の端部に形成された庇部８７によって邪魔されるようになる。これにより、オイルがエンドプレート８０の膨出部８３よりも外周側において同エンドプレート８０の外面を伝って流れてしまうといった好ましくない状況になることが抑えられる。しかも上記構成によれば、放出孔８１から放出されてエンドプレート８０の膨出部８３の外面に沿って流れたオイルを、同膨出部８３の外周側の端部に設けられた庇部８７の突端においてエンドプレート８０の外面から離間させて、外周側に飛散させることができる。これにより、放出孔８１からロータ１２の外部に放出されたオイルをコイルエンド２２の配設範囲ＡＲの中央ＣＮを中心に広い範囲にわたってかけるといった構成を、好適に実現することができるようになる。

【0035】

・第２通路５２を間に挟む一対の膨出部４３のうちの一方のみに放出孔４１を形成するようにしてもよい。
・放出孔４１の形成位置は、同放出孔４１が膨出部４３の外面において開口する位置であれば、任意に変更可能である。放出孔４１の形成位置が外周側の位置になるほど、放出孔４１から放出されるオイルをコイルエンド２２の適正な部位に精度よく当てることができるようになる。

【0036】

・膨出部４３の膨出形状を、同膨出部４３の頂壁４４の外面の回転軸Ｌ方向における配設位置とコイルエンド２２の前記中央ＣＮの回転軸Ｌ方向における配設位置とがずれた位置になるように定めてもよい。要は、放出孔４１の回転軸Ｌ方向における配設位置がコイルエンド２２の回転軸Ｌ方向における配設範囲ＡＲに含まれていればよい。

【0037】

・膨出部４３の形成位置は、同膨出部４３の内部とロータコア３０の第２通路５２とが連通される位置であれば、任意に変更可能である。
・エンドプレート４０における膨出部４３の配設範囲は任意に変更可能である。例えば上記実施形態における８つの膨出部４３（図２参照）を繋ぐように、エンドプレート４０の中心孔の周囲において円環状で膨出する態様で、膨出部を配設するようにしてもよい。その他、上記実施形態における８つの膨出部４３を繋いだ部分を含むエンドプレート４０の内周側の部分全体が膨出する態様で、膨出部を配設することも可能である。これら構成では、一枚のエンドプレートの膨出部に１つ以上の放出孔を形成することにより、全ての第２通路内のオイルを同放出孔からロータの外部に放出することができる。したがって、放出孔の形成位置や形成数の設定の自由度を高くすることができる。

【0038】

・第３通路５３を、ロータコア３０の内部において延びる態様で設けるようにしてもよい。
・上記実施形態にかかる回転電機は、磁極数が８極の回転電機に限らず、任意の磁極数（２極、４極、６極、１０極、１２極など）の回転電機に適用することができる。

【符号の説明】

【0039】

１０…電動機、１１…ステータ、１２…ロータ、１３…ケース、１４…永久磁石、２０…ステータコア、２１…ステータコイル、２２…コイルエンド、３０…ロータコア、３１…ロータシャフト、３２…中心孔、３３…磁石収容孔、４０，６０，８０…エンドプレート、４１，６１，８１…放出孔、４３，６３，７３，８３…膨出部、４４，６４，７４，８４…頂壁、４５…突条部、５１…第１通路、５２…第２通路、５３…第３通路、７６…凹溝、８７…庇部。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】