特許 7578081 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】2024-10-28

(45)【発行日】2024-11-06

(54)【発明の名称】回転電機

(51)【国際特許分類】

   H02K 9/19 20060101AFI20241029BHJP

   H02K 3/24 20060101ALI20241029BHJP

   H02K 1/32 20060101ALI20241029BHJP

【ＦＩ】

H02K9/19 B

H02K3/24 P

H02K1/32 Z

【請求項の数】 2

(21)【出願番号】P 2021140466

(22)【出願日】2021-08-30

(65)【公開番号】P2023034301

(43)【公開日】2023-03-13

【審査請求日】2024-01-25

(73)【特許権者】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002147

【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】服部 宏之

(72)【発明者】

【氏名】北山 武志

【審査官】北川 大地

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１３－２５８８８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０２０／０２１２７４２（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０２０－３９２３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－８２６２８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｋ ９／１９

Ｈ０２Ｋ ３／２４

Ｈ０２Ｋ １／３２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ステータに対向配置され、回転軸とともに回転するロータを含み、
前記ロータは、複数のロータ突極、及び、隣り合うロータ突極間にスロットが形成されたロータコアと、前記スロットを通って前記ロータ突極に巻き回されたロータコイルと、有する回転電機であって、
前記回転軸の軸線方向で前記ロータコアの軸線方向外側面に対向して配置された円環状の冷却プレートが、前記回転軸とともに回転可能に設けられており、
前記冷却プレートは、
前記軸線方向から見て、前記冷却プレートの軸線方向外側面における前記ロータ突極と前記ロータコアの周方向で対応する位置に形成された第１吐出口と、
前記回転軸の内部に供給された冷媒を、前記回転軸の内部から前記冷却プレートの内部を経由して前記第１吐出口まで導く第１冷媒路と、
前記軸線方向から見て、前記冷却プレートの外周面における前記スロットと前記周方向で対応する位置に形成された第２吐出口と、
前記回転軸の内部に供給された冷媒を、前記回転軸の内部から前記冷却プレートの内部を経由して前記第２吐出口まで導く第２冷媒路と、
を有することを特徴とする回転電機。

【請求項2】

前記第１吐出口は、前記ロータコアの軸線方向外側面からの距離が、前記ロータコイルのコイルエンドまでの距離と同等以上であることを特徴とする請求項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、回転電機に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、回転電機において、入力側ロータの回転時にオイル貯留部材に貯留された冷媒としてのオイルが、遠心力によって軸線方向両端部からロータコイルのコイルエンドに飛散することにより、オイルによってロータコイルを冷却する技術が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１１－０６２０６１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、特許文献１に開示された技術では、オイルがコイルエンドの内周面に衝突して広範囲に広がり難かったり、コイルエンドへ届くまでにオイルが拡散してしまったりするため、オイルによるロータコイルの冷却効率を高めるには改善の余地がある。

【0005】

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、冷媒によるロータコイルの冷却効率を高めることができる回転電機を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る回転電機は、ステータに対向配置され、回転軸とともに回転するロータを含み、前記ロータは、複数のロータ突極、及び、隣り合うロータ突極間にスロットが形成されたロータコアと、前記スロットを通って前記ロータ突極に巻き回されたロータコイルと、有する回転電機であって、前記回転軸の軸線方向で前記ロータコアの軸線方向外側面に対向して配置された円環状の冷却プレートが、前記回転軸とともに回転可能に設けられており、前記冷却プレートは、前記軸線方向から見て、前記冷却プレートの軸線方向外側面における前記ロータ突極と前記ロータコアの周方向で対応する位置に形成された第１吐出口と、前記回転軸の内部に供給された冷媒を、前記回転軸の内部から前記冷却プレートの内部を経由して前記第１吐出口まで導く第１冷媒路と、前記軸線方向から見て、前記冷却プレートの外周面における前記スロットと前記周方向で対応する位置に形成された第２吐出口と、前記回転軸の内部に供給された冷媒を、前記回転軸の内部から前記冷却プレートの内部を経由して前記第２吐出口まで導く第２冷媒路と、を有するものである。

【0007】

これにより、本発明に係る回転電機においては、ロータを回転させることにより、冷却プレートに形成された第１吐出口と第２吐出口とから冷媒を吐出させることによって、ロータコイルにおけるコイルエンドの軸線方向外側面とロータコイル（コイルエンド）の周方向外側面とに冷媒を流すことができ、コイルエンドも含めたロータコイルにおける冷媒の被覆面積が大きくなり、冷却コイルによるロータコイル（コイルエンド）の冷却効率を高めることができる。

【0008】

また、上記において、前記第１吐出口は、前記ロータコアの軸線方向外側面からの距離が、前記ロータコイルのコイルエンドまでの距離と同等以上であるようにしてもよい。

【0009】

これにより、第１吐出口から吐出した冷媒をコイルエンドへより供給されやすくすることが可能となる。

【発明の効果】

【0010】

本発明に係る回転電機は、冷媒によるロータコイルの冷却効率を高めることができるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】図１は、実施形態に係る回転電機を軸線方向から見た概略構成を示した図である。

【図2】図２は、図１に示したロータのＡ－Ａ断面図である。

【図3】図３は、冷却オイルが流れる経路の例を示した図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下に、本発明に係る回転電機１の実施形態について説明する。なお、本実施形態により本発明が限定されるものではない。

【0013】

図１は、実施形態に係る回転電機１を軸線方向から見た概略構成を示した図である。図２は、図１に示したロータ２０のＡ－Ａ断面図である。

【0014】

実施形態に係る回転電機１は、ステータ１０及びロータ２０など含んで構成された三相同期型の回転電機である。

【0015】

ステータ１０は、ステータコア１２、ステータコア１２の周方向に沿って配置される複数のティース１４、及び、ティース１４に複数回巻回されるステータコイル１６などによって構成されている。なお、図１には、ステータ１０の一部分のみを示しているが、ロータ２０の全周を囲むように円環状のステータ１０が設けられている。

【0016】

ステータコア１２は、内周側に複数のティース１４が配置される円環状の磁性体部材である。かかるステータコア１２は、所定の形状の電磁鋼板を複数枚積層して形成される。

【0017】

ステータコイル１６は、Ｕ相巻線、Ｖ相巻線、Ｗ相巻線の三相巻線を含む。各相巻線は、予め定められた分布巻配置方法に従い、隣接するティース１４の間の空間であるスロット１８を順次通って、所定のティース１４に順次巻回される。ティース１４に巻回されるステータコイル１６の各巻線は、ステータコア１２の周方向に沿って、Ｕ相巻線、Ｖ相巻線、Ｗ相巻線が順次配置され一周する。

【0018】

ロータ２０は、ロータコア２２、ロータコア２２の周方向に沿って配置される複数のロータ突極２４、及び、ロータ突極２４に巻回されるロータコイル２６などによって構成されている。

【0019】

ロータコア２２は、外周側に複数のロータ突極２４が配置され、中心部に回転軸であるシャフト３０が固定されるシャフト穴を有する円環状の磁性体部材である。かかるロータコア２２は、所定の形状の電磁鋼板を複数枚積層して形成される。

【0020】

ロータコイル２６は、ロータ突極２４に巻回された複数の巻線によって構成される。ロータコイル２６は、隣接するロータ突極２４の間に形成されるスロット２８を通って、ロータ突極２４に所定の巻数で巻回される。また、ロータコイル２６は、コイルエンド２７がロータコア２２よりも軸線方向両側へ張り出した状態で、ロータ突極２４に巻回されている。なお、本実施形態において「軸線方向」は、シャフト３０の軸線が延びる方向（シャフト３０の長手方向）とする。

【0021】

シャフト３０は円筒状であって、シャフト３０の内部には、ロータコイル２６などを冷却するための冷媒である冷却オイルを流すためのシャフト内冷媒路３０１が軸線方向にわたって形成されている。シャフト内冷媒路３０１には、例えば、オイルポンプなどによって軸線方向の一方側から冷却オイルが供給される。

【0022】

実施形態に係る回転電機１においては、シャフト３０の軸線方向でロータコア２２の軸線方向外側面２２１に対向して配置された円環状の冷却プレート４０が、シャフト３０とともに回転可能に設けられている。図２に示すように、冷却プレート４０は、軸線方向から見て、冷却プレート４０の軸線方向外側面４０１におけるロータ突極２４と周方向で対応する位置に形成された第１吐出口５１を有している。なお、本実施形態において「周方向」は、ロータコア２２の外周に沿った方向とする。また、冷却プレート４０は、シャフト３０のシャフト内冷媒路３０１に供給された冷媒である冷却オイルを、シャフト３０の内部から冷却プレート４０の内部を経由して第１吐出口５１まで導く第１冷媒路６１を有している。また、冷却プレート４０は、軸線方向から見て、冷却プレート４０の外周面４０２におけるスロット２８と周方向で対応する位置に形成された第２吐出口５２を有している。言い換えると、第２吐出口５２は、軸線方向から見て、周方向で隣り合うロータ突極２４間のほぼ中央に対応する位置に、冷却プレート４０の外周面４０２に形成されている。また、冷却プレート４０は、シャフト内冷媒路３０１に供給された冷却オイルを、シャフト３０の内部から冷却プレート４０の内部を経由して第２吐出口５２まで導く第２冷媒路６２と、を有する。

【0023】

実施形態に係る回転電機１においては、ロータコア２２に設けられた複数のロータ突極２４の全てに対応させて、複数の第１吐出口５１が冷却プレート４０の軸線方向外側面４０１に形成されている。また、実施形態に係る回転電機１においては、ロータコア２２に設けられた複数のスロット２８の全てに対応させて、複数の第２吐出口５２が冷却プレート４０の外周面４０２に形成されている。また、実施形態に係る回転電機１において、第１冷媒路６１及び第２冷媒路６２の形状としては、シャフト３０とともにロータ２０が回転することによって生じる遠心力によって、シャフト内冷媒路３０１から第１吐出口５１及び第２吐出口５２まで冷却オイルが導かれる形状であれば、特に限定されるものではない。

【0024】

図３は、冷却オイルが流れる経路の例を示した図である。実施形態に係る回転電機１においては、シャフト３０とともにロータ２０が回転することによって生じる遠心力により、図３中の矢印ＦＬ１で示すように、シャフト内冷媒路３０１の内周面に沿って軸線方向に流れる冷却オイルが、図３中の矢印ＦＬ２で示すように、第１冷媒路６１を通って第１吐出口５１に導かれる。そして、第１吐出口５１に導かれた冷却オイルは、前記遠心力によって第１吐出口５１から吐出し、コイルエンド２７の軸線方向外側面２７１に供給される。コイルエンド２７の軸線方向外側面２７１に供給された冷却オイルは、前記遠心力により、図３中の矢印ＦＬ３で示すように、ロータコア２２の径方向でコイルエンド２７の内周側から外周側に向かって、コイルエンド２７の軸線方向外側面２７１に沿って流れてコイルエンド２７を冷却する。

【0025】

また、実施形態に係る回転電機１においては、前記遠心力により、図３中の矢印ＦＬ４で示すように、シャフト内冷媒路３０１の内周面３１１に沿って軸線方向に流れる冷却オイルが、図３中の矢印ＦＬ５で示すように、第２冷媒路６２を通って第２吐出口５２に導かれる。そして、第２吐出口５２に導かれた冷却オイルは、前記遠心力によって第２吐出口５２から吐出し、周方向でスロット２８を挟んで対向する、ロータコイル２６におけるコイルエンド２７の周方向外側面２７２に供給される。コイルエンド２７の周方向外側面２７２に供給された冷却オイルは、前記遠心力により、図３中の矢印ＦＬ６で示すように、ロータコア２２の径方向でコイルエンド２７の内周側から外周側に向かって、コイルエンド２７の周方向外側面２７２に沿って流れてコイルエンド２７を冷却する。また、第２吐出口５２から吐出された冷却オイルの一部は、前記遠心力によって、スロット２８内に位置するロータコイル２６の部分にも供給されてロータコイル２６を冷却する。

【0026】

このように、実施形態に係る回転電機１では、ロータ２０を回転させることにより、冷却プレート４０に形成された第１吐出口５１と第２吐出口５２とから冷却オイルを吐出させることによって、コイルエンド２７の軸線方向外側面とロータコイル２６（コイルエンド２７）の周方向外側面とに冷却オイルを流すことができる。よって、実施形態に係る回転電機１では、第１吐出口５１と第２吐出口５２とのどちらか一方だけを冷却プレート４０に形成して、冷却オイルを吐出させる場合よりも、コイルエンド２７も含めたロータコイル２６における冷却オイルの被覆面積が大きくなり、冷却オイルによるロータコイル２６（コイルエンド）２７の冷却効率を高めることができる。

【0027】

また、第１吐出口５１は、ロータコア２２の軸線方向外側面２２１から第１吐出口５１までの距離が、第１吐出口５１からコイルエンド２７までの距離と同等以上であるようにしてもよい。これにより、第１吐出口５１から吐出した冷却オイルをコイルエンド２７へより供給されやすくすることが可能となる。

【符号の説明】

【0028】

１ 回転電機
１０ ステータ
１２ ステータコア
１４ ティース
１６ ステータコイル
１８ スロット
２０ ロータ
２２ ロータコア
２４ ロータ突極
２６ ロータコイル
２７ コイルエンド
２８ スロット
３０ シャフト
４０ 冷却プレート
５１ 第１吐出口
５２ 第２吐出口
６１ 第１冷媒路
６２ 第２冷媒路
２２１ 軸線方向外側面
２７１ 軸線方向外側面
２７２ 周方向外側面
３０１ シャフト内冷媒路
３１１ 内周面
４０１ 軸線方向外側面
４０２ 外周面

【図1】

【図2】

【図3】