特許 7571812 回転機

(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】2024-10-15

(45)【発行日】2024-10-23

(54)【発明の名称】回転機

(51)【国際特許分類】

   H02K 9/19 20060101AFI20241016BHJP

【ＦＩ】

H02K9/19 A

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2023042992

(22)【出願日】2023-03-17

(65)【公開番号】P2024132271

(43)【公開日】2024-09-30

【審査請求日】2024-03-15

【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

【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

【審査官】津久井 道夫

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１９－１６１９９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－１０２１３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－０９０４１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２１－１９７８４３（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】

ロータと、前記ロータの径方向外側にギャップを介して対向するステータと、を有する回転機であって、
前記ステータは、ステータコイルと、前記ステータコイルを収容するスロットを有するステータコアと、を有し、
前記ステータは、少なくとも前記ステータコアの内周面の一部を覆う薄膜部材を有し、
前記薄膜部材は、軸方向中央で前記ステータコアが径方向内側に露出する窓部と、前記窓部の軸方向両側で前記ステータコアの内周面を覆う円筒部と、を有し、
前記薄膜部材は、前記スロットの側壁に沿って前記円筒部から径方向外側に拡がる放射部を有し、
前記薄膜部材は、前記窓部から前記円筒部の径方向外側に至り、前記放射部に沿って軸方向両端に延びる第１流路を有する、
ことを特徴とする回転機。

【請求項2】

前記ロータは、回転軸となるシャフトと、前記シャフトの軸方向一方側に固定された第１ロータコアと、前記シャフトの軸方向他方側に固定された第２ロータコアと、前記第１ロータコアと前記第２ロータコアとに挟まれてその内周面が前記シャフトの外周面に固定されたリング部材と、を有し、
前記シャフトは、軸方向一端から少なくとも軸方向中央まで軸方向に延びる第２流路と、前記第２流路から径方向外側に貫通する第３流路と、を有し、
前記リング部材は、その軸方向位置が前記第３流路と軸方向で一致する位置であり、
前記リング部材は、その内周面に前記第３流路と連通し周方向の全周に亘って径方向外側に凹む第４流路と、前記第４流路から径方向外側に貫通する第５流路と、を有し、
前記第５流路の径方向外側の開口は、前記窓部と軸方向で対向する、
ことを特徴とする請求項１に記載の回転機。

【請求項3】

前記シャフトは、周方向に等間隔で複数の前記第３流路を有し、
前記リング部材は、周方向に等間隔で複数の前記第５流路を有する、
ことを特徴とする請求項２に記載の回転機。

【請求項4】

前記第５流路の数は、前記第３流路の数よりも多い、
ことを特徴とする請求項３に記載の回転機。

【請求項5】

前記ロータは、前記第１ロータコアに埋め込まれた第１マグネットと、前記第２ロータコアに埋め込まれた第２マグネットと、を有し、
前記リング部材は、前記第１マグネット及び前記第２マグネットの埋め込まれた径方向位置よりも径方向内側に位置する、
ことを特徴とする請求項２に記載の回転機。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、回転機に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、回転機の冷却においては、冷媒としてのオイルをステータコイルのコイルエンドに直接かける方式が知られている。しかしながら、この方式では、ステータコイルのうちコイルエンド以外の部分、特にステータコアのスロット内の軸方向中央付近でコイル温度が上がりやすいという問題があった。

【0003】

これに対し、特許文献１に記載の発明では、軸方向に延びる中心孔をシャフトに設け、更に軸方向中央付近で中心孔からシャフトの外周面に延びる複数の貫通孔を設けるとともに、ロータやステータに内部から外周面に連通する冷媒流路を設ける構成を開示している。この構成によれば、シャフトの軸方向から冷媒を供給することで、シャフトの外周面に延びる貫通孔の軸方向位置において、ロータの冷媒流路を介してステータに冷媒を供給することができ、ステータコアのスロット内の軸方向中央付近でステータコア冷却し、また、ステータコアの外周面に沿って流れた冷媒によりコイルエンドを冷却しようとしている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０２１－９７５５６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかし、特許文献１では、ロータやステータに冷媒流路を形成しなければならず、製造工程が煩雑であるという問題があった。また、シャフトの外周面に延びる貫通孔の数が少ないとロータの周方向において冷却ムラが発生するおそれがあり、一方貫通孔の数を増やすと機械的強度が低くなってしまうという問題があった。したがって、従来、回転機の冷却構造に改善の余地があった。

【0006】

本発明は、回転機の冷却構造を改善することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の一態様に係る回転機は、ロータと、前記ロータの径方向外側にギャップを介して対向するステータとを有する回転機であって、前記ステータは、ステータコイルと、前記ステータコイルを収容するスロットを有するステータコアと、を有し、前記ステータは、少なくとも前記ステータコアの内周面の一部を覆う薄膜部材を有し、前記薄膜部材は、軸方向中央で前記ステータコアが径方向内側に露出する窓部と、前記窓部の軸方向両側で前記ステータコアの内周面を覆う円筒部と、を有し、前記薄膜部材は、前記スロットの側壁に沿って前記円筒部から径方向外側に拡がる放射部を有し、前記薄膜部材は、前記窓部から前記円筒部の径方向外側に至り、前記放射部に沿って軸方向両端に延びる第１流路を有する。

【0008】

上記の一態様の回転機において、前記ロータは、回転軸となるシャフトと、前記シャフトの軸方向一方側に固定された第１ロータコアと、前記シャフトの軸方向他方側に固定された第２ロータコアと、前記第１ロータコアと前記第２ロータコアとに挟まれてその内周面が前記シャフトの外周面に固定されたリング部材と、を有し、前記シャフトは、軸方向一端から少なくとも軸方向中央まで軸方向に延びる第２流路と、前記第２流路から径方向外側に貫通する第３流路と、を有し、前記リング部材は、その軸方向位置が前記第３流路と軸方向で一致する位置であり、前記リング部材は、その内周面に前記第３流路と連通し周方向の全周に亘って径方向外側に凹む第４流路と、前記第４流路から径方向外側に貫通する第５流路と、を有し、前記第５流路の径方向外側の開口は、前記窓部と軸方向で対向する。

【0009】

上記の一態様の回転機において、前記シャフトは、周方向に等間隔で複数の前記第３流路を有し、前記リング部材は、周方向に等間隔で複数の前記第５流路を有する。

【0010】

上記の一態様の回転機において、前記第５流路の数は、前記第３流路の数よりも多い。

【0011】

上記の一態様の回転機において、前記ロータは、前記第１ロータコアに埋め込まれた第１マグネットと、前記第２ロータコアに埋め込まれた第２マグネットと、を有し、前記リング部材は、前記第１マグネット及び前記第２マグネットの埋め込まれた径方向位置よりも径方向内側に位置する。

【発明の効果】

【0012】

本発明の一態様によれば、回転機の冷却構造を改善することができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本発明の第１実施形態に係るモータの断面図である。

【図2】モータ１００を図１とは異なる面で切断した断面図である。

【図3】リング部材１０８の斜視図である。

【図4】モータ１００からロータ１０２を取り除いて、内周面が見える状態のステータ１０１の斜視図である。

【図5】図４のステータ１０１を、Ｚ軸と平行な面で切断して示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態に係る回転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。また、各構成を見易さのため、実際の形状と異なる概略で示している。

【0015】

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、Ｙ軸方向及びＺ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。

【0016】

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。

【0017】

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。

【0018】

＜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断面図である。図１は、モータ１００を、中心軸Ｊを通り、Ｘ軸と直交する面で切断して示す図である。モータ１００は、本発明に係る回転機の一例である。モータ１００は、インナーロータ型のラジアルギャップモータである。

【0019】

モータ１００は、ロータ１０２と、ロータ１０２の径方向外側にギャップを介して対向する円筒形状のステータ１０１とを有する。モータ１００は、円筒形状のケース１０４を有する。ステータ１０１及びロータ１０２は、ケース１０４に収容される。モータ１００は、ケース１０４の軸方向一方側を塞ぐブラケット１０５と、ケース１０４の軸方向他方側を塞ぐブラケット１０６と、ブラケット１０６の軸方向他方側に位置する補助部材１０７と、を有する。ブラケット１０５は、ケース１０４に固定される。ブラケット１０６は、ケース１０４に固定される。補助部材１０７は、ブラケット１０６に固定される。

【0020】

ケース１０４は、冷媒としてのオイルを外部から供給するための供給口１１０と、供給口１１０と連通する流路１１１と、を有する。流路１１１は、軸方向に延びる。ブラケット１０６は、軸方向に延びる流路１１２を有する。流路１１２の軸方向一方端は、流路１１１の軸方向他方端と連通する。補助部材１０７は、径方向に延びる流路１１３を有する。流路１１３の径方向外側端は、流路１１２の軸方向他方端と連通する。

【0021】

ロータ１０２は、回転軸となるシャフト１０３と、シャフト１０３の軸方向一方側に固定されたロータコア１０２ａと、シャフト１０３の軸方向他方側に固定されたロータコア１０２ｂと、ロータコア１０２ａとロータコア１０２ｂとに挟まれたリング部材１０８と、を有する。

【0022】

シャフト１０３は、中心軸Ｊに沿って延びる。シャフト１０３は、軸受１０３ａによって軸支され、ブラケット１０５及びブラケット１０６に対して回転可能に支持される。シャフト１０３は、軸方向他方端から軸方向一方側に延びる流路１１４を有する。流路１１４の軸方向他方側端は、流路１１３の径方向内側端と連通する。シャフト１０３は、軸方向に延びる流路１１５を有する。流路１１５の軸方向他方側端は、流路１１４の軸方向一方側端と連通する。流路１１５は、少なくとも軸方向中央まで延びる。流路１１５の軸方向一方側端は塞がっている。流路１１４及び流路１１５は、シャフト１０３と同軸である。流路１１５の流路径は、流路１１４の流路径よりも大きい。シャフト１０３は、流路１１５から径方向外側に貫通する流路１１６を有する。

【0023】

ステータ１０１は、ステータコイル１０１と、ステータコイル１０１ｂを収容するスロット１０１ａｂ（図２参照）を有するステータコア１０１ａと、を有する。ステータ１０１は、少なくともステータコア１０１ａの内周面の一部を覆う薄膜部材１２５を有する。薄膜部材１２５は、例えば樹脂製の部材である。薄膜部材１２５の詳細は後述する。

【0024】

図２は、モータ１００を図１とは異なる面で切断した断面図である。図２は、リング部材１０８の流路１１８を通り、Ｚ軸と直交する面で切断して示す図である。図２に示すように、本実施形態では、シャフト１０３は、周方向に等間隔で２つの流路１１６を有する。

【0025】

図３は、リング部材１０８の斜視図である。リング部材１０８は、平板リング状の部材である。リング部材１０８は、軸方向に貫通する固定穴１０８ａを周方向に複数有する。リング部材１０８は、例えば固定穴１０８ａでロータコア１０２ａ及びロータコア１０２ｂに固定される。

【0026】

リング部材１０８は、その内周面がシャフト１０３の外周面に固定される。リング部材１０８は、その内周面に周方向の全周に亘って径方向外側に凹む溝状の流路１１７を有する。リング部材１０８は、その軸方向位置が流路１１６と軸方向で一致する位置であり、リング部材１０８の流路１１７は、流路１１６と連通する。

【0027】

リング部材１０８は、流路１１７から径方向外側に貫通する流路１１８を有する。図２に示すように、本実施形態では、リング部材１０８は、周方向に等間隔で８つの流路１１８を有する。流路１１８の数は、流路１１６の数よりも多い。流路１１６の数が多いとシャフト１０３の機械的強度上の問題が生じる可能性がある。一方、シャフト１０３からステータ１０１に冷媒を噴射する噴射口の数が少ないと冷却の際の冷却ムラが生じる可能性がある。本実施形態によれば、流路１１６の数を少なくすることでシャフト１０３の機械的強度を確保しつつ、流路１１８の数すなわちステータ１０１に冷媒を噴射する噴射口の数を多くすることで冷却ムラを低減することができる。

【0028】

また、図２に示すように、ロータ１０２は、ロータコア１０２ｂに埋め込まれたマグネット１０２ｂａを有する。ロータ１０２は、マグネット１０２ｂａと同じ径方向位置及び周方向位置に、ロータコア１０２ａに埋め込まれたマグネットを有するが、図示は省略する。リング部材１０８は、ロータコア１０２ｂに埋め込まれたマグネット１０２ｂａ及びロータコア１０２ａに埋め込まれたマグネットの径方向位置よりも径方向内側に位置する。この構成によれば、ロータコア１０２ｂに埋め込まれたマグネット１０２ｂａ及びロータコア１０２ａに埋め込まれたマグネットの磁路へのリング部材１０８の影響がなく、損失（鉄損）を生じることがない。

【0029】

図４は、モータ１００からロータ１０２を取り除いて、内周面が見える状態のステータ１０１の斜視図である。薄膜状の部材である薄膜部材１２５は、軸方向中央でステータコア１０１ａが径方向内側に露出する窓部１３０を有する。

【0030】

図５は、図４のステータ１０１を、Ｚ軸と平行な面で切断して示す断面図である。薄膜部材１２５は、窓部１３０の軸方向両側でステータコア１０１ａの内周面を、周方向の全周に亘って覆う円筒部１２５ａを有する。

【0031】

また、薄膜部材１２５は、スロット１０１ａｂの側壁に沿って、円筒部１２５ａから径方向外側に拡がる放射部１２５ｂを有する。薄膜部材１２５は、窓部１３０から円筒部１２５ａの径方向外側に至り、放射部１２５ｂに沿って軸方向両端に延びる流路１１９を有する。リング部材１０８の流路１１８の径方向外側の開口は、窓部１３０と軸方向で対向する。

【0032】

上述の構成により、外部から供給口１１０に供給された冷媒としてのオイルは、流路１１１、流路１１２及び流路１１３を介して、流路１１４からシャフト１０３に流入する。さらに、流路１１４からシャフト１０３に流入したオイルは、流路１１５及び流路１１６を介して、流路１１７からリング部材１０８に流入する。流路１１７からリング部材１０８に流入したオイルは、流路１１８の径方向外側の開口から窓部１３０に向けて噴射される。窓部１３０に噴射されたオイルは、流路１１９を介して軸方向両端に流れ、ステータコイル１０１ｂの両端のコイルエンドに達した後、流れ落ちて排出口１２０から外部に排出される。

【0033】

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】

【0034】

１００…モータ、１０１…ステータ、１０２…ロータ、１０３…シャフト

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】