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公開番号2021013286
公報種別公開特許公報(A)
公開日20210204
出願番号2019127902
出願日20190709
発明の名称回転電機
出願人株式会社SOKEN,トヨタ自動車株式会社
代理人特許業務法人YKI国際特許事務所
主分類H02K 9/19 20060101AFI20210108BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】冷媒が流れる流路を有する回転電機において、ロータを回転自在に支持する軸受への冷媒の供給量が不足することを抑制する。
【解決手段】ロータ14と共に回転する回転軸24の内部には、ロータ14の軸方向に延びて冷媒が流れる回転軸心流路32が形成されている。回転軸24を回転自在に支持する軸受26が、回転軸心流路32を流れる冷媒の流れ方向の上流側に配置されている。回転軸心流路32の上流側にて、軸受26に冷媒を導く軸受流路48が設けられている。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項1】
ロータと、
前記ロータの中心に固着されて前記ロータと共に回転する回転軸と、
前記回転軸の内部に形成され、前記ロータの軸方向に延びて、外部から冷媒が供給されて冷媒が流れる回転軸心流路と、
前記ロータの内部に形成され、前記ロータの軸方向に延びて冷媒が流れるロータ軸方向流路と、
前記回転軸心流路から前記ロータの軸方向まで延びて、前記回転軸心流路と前記ロータ軸方向流路とを接続する径方向流路と、
前記回転軸心流路を流れる冷媒の流れ方向の上流側に配置され、前記回転軸を回転自在に支持する軸受と、
前記回転軸心流路の上流側にて、前記軸受に冷媒を導く軸受流路と、
を有することを特徴とする回転電機。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本開示は、冷媒が流れる流路を有する回転電機に関する。
続きを表示(約 5,200 文字)【背景技術】
【0002】
回転電機は、その駆動に伴い発熱し、温度が上昇する。かかる回転電機を冷却するために、回転電機の各部に冷媒を流して冷却することが提案されている。
【0003】
特許文献1には、ロータシャフトの内部に形成された回転軸心流路と、ロータコアの内部に形成されたロータ軸方向流路と、回転軸心流路とロータ軸方向とに連通する径方向流路とを有する回転電機が記載されている。回転軸心流路に供給された冷媒は、回転軸心流路から径方向流路を介してロータ軸方向流路に供給され、ロータコアの軸方向両端面に設けられた出口から外部に出る。その出口から外部に出た冷媒の一部は、その出口よりも外周側に配置された遮蔽壁部材によって内周側に跳ね返ることで、ロータを回転自在に支持する軸受に向かって飛散する。これにより、軸受も冷却される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
国際公開第2017/018067号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
特許文献1に記載された回転電機においては、ロータが高速に回転すると、上記の出口から外部に出た冷媒が遮蔽壁部材に衝突しても、遠心力によって、軸受まで跳ね返ってくる冷媒の量が減少し、軸受への冷媒の供給量が不足するおそれがある。
【0006】
本開示は、冷媒が流れる流路を有する回転電機において、ロータを回転自在に支持する軸受への冷媒の供給量が不足することを抑制することにある。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本開示に係る回転電機は、ロータと、前記ロータの中心に固着されて前記ロータと共に回転する回転軸と、前記回転軸の内部に形成され、前記ロータの軸方向に延びて、外部から冷媒が供給されて冷媒が流れる回転軸心流路と、前記ロータの内部に形成され、前記ロータの軸方向に延びて冷媒が流れるロータ軸方向流路と、前記回転軸心流路から前記ロータの軸方向まで延びて、前記回転軸心流路と前記ロータ軸方向流路とを接続する径方向流路と、前記回転軸心流路を流れる冷媒の流れ方向の上流側に配置され、前記回転軸を回転自在に支持する軸受と、前記回転軸心流路の上流側にて、前記軸受に冷媒を導く軸受流路と、を有することを特徴とする。
【0008】
上記の構成によれば、回転軸心流路に供給された冷媒の一部が、ロータの回転に伴う遠心力によって軸受流路に流れ込み、軸受流路を介して直接的に軸受に供給される。これにより、軸受への冷媒の供給量が不足することを抑制することができる。
【発明の効果】
【0009】
本開示に係る回転電機によれば、冷媒が流れる流路を有する回転電機において、ロータを回転自在に支持する軸受への冷媒の供給量が不足することを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
回転電機の概略縦断面図である。
図1のA部の概略拡大図である。
図1の一部の概略拡大図である。
冷媒の供給量の関係を示す図である。
変形例1に係る回転電機の一部を示す概略縦断面図である。
変形例1に係る冷媒の供給量の関係を示す図である。
変形例2に係る冷媒供給管の斜視図である。
変形例2に係る回転電機の一部を示す概略縦断面図である。
変形例2に係る回転電機の一部を示す概略縦断面図である。
その他の変形例に係る回転電機の一部を示す概略縦断面図である。
その他の変形例に係る回転電機の一部を示す概略縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0011】
以下、図1を参照して、本実施形態に係る回転電機10の構成について説明する。図1は、回転電機10の概略縦断面図である。以下の説明において、「軸方向」とはロータの軸方向の意味であり、「径方向」とはロータの径方向の意味であり、「周方向」とはロータの周方向の意味である。
【0012】
回転電機10は、ステータ12とロータ14とを有する永久磁石同期回転電機である。ステータ12は、その内周に複数のティースが形成された略環状のステータコア16と、各ティースに巻回されたステータコイル18とを有する。ロータ14は、ステータ12の内側にステータ12と同心に配置されている。ステータ12の内周面とロータ14の外周面との間には、ほぼ均一な距離のギャップが存在している。
【0013】
ロータ14は、ロータコア20と、ロータコア20の内部に埋め込まれた永久磁石22とを有する。ロータコア20の中心には、回転軸24が挿通されている。回転軸24は、ロータコア20に強固に固着されており、ロータ14と共に回転する。また、回転軸24は、軸受26,28によってケース30に回転自在に支持されている。
【0014】
ロータコア20は、軸方向に積層された複数の電磁鋼板によって構成されている。各電磁鋼板は、例えば、円盤状の形状を有するケイ素電磁鋼板等である。ロータコア20の外周近傍には、永久磁石22を埋め込むための複数の磁石孔が形成されている。複数の磁石孔は、ロータコア20の周方向に均等に並んでおり、各磁石孔は、ロータコア20を軸方向に貫通している。各磁石孔には、磁極を構成する永久磁石22が埋め込まれている。
【0015】
ロータコア20及び回転軸24には、ステータ12及びロータ14を冷却するための冷媒が通る流路が形成されている。流路は、孔であり、大別して、回転軸24内に形成された回転軸内流路と、ロータコア20内に形成されたロータ内流路とを含む。
【0016】
回転軸内流路は、回転軸24の軸心を通り、回転軸24の一端から回転軸24のほぼ中央まで延びる回転軸心流路32と、回転軸心流路32から径方向外側に向けて分岐し、ロータコア20の内周端まで延びる径方向流路34とを含む。
【0017】
ロータ内流路は、軸方向に延びるロータ軸方向流路36と、ロータ軸方向流路36から径方向内側に向けて分岐し、ロータコア20の内周端まで延びる径方向流路38とを含む。ロータ軸方向流路36は、ロータコア20を軸方向に貫通しており、ロータ14の外部と連通している流路である。ロータコア20内に形成された径方向流路38は、回転軸24内に形成された径方向流路34に接続されている。径方向流路34,38は、回転軸心流路32とロータ軸方向流路36とに連通し、回転軸心流路32とロータ軸方向流路36とを接続する流路である。
【0018】
回転軸24の軸方向の一端は軸受26によって支持されており、その一端には、冷媒を回転軸心流路32に供給する冷媒供給管40が設けられている。冷媒供給管40の先端は回転軸心流路32内に挿入されており、冷媒供給管40の後端はケース30に支持されている。
【0019】
以下、図2を参照して、冷媒供給管40及びその周囲の構成について説明する。図2は、図1のA部の概略拡大図である。
【0020】
冷媒供給管40の先端には先端孔42が形成されており、冷媒供給管40の後端には後端孔44が形成されており、冷媒供給管40の側面には冷媒供給管40内に通じる中間孔46が形成されている。先端孔42と中間孔46は、回転軸心流路32内に配置されている。なお、中間孔46の個数に限定はなく、1又は複数の中間孔46が、冷媒供給管40の側面に形成されている。
【0021】
回転軸24の軸方向一端及び軸受26と、ケース30との間には、冷媒が供給される空間である軸受流路48が形成されている。軸受流路48は、回転軸24の軸方向一端にて回転軸心流路32に連通し、回転軸心流路32から供給された冷媒を軸受26に供給する流路である。
【0022】
回転軸心流路32の内面には円環状の分離部材50が設けられている。分離部材50は、冷媒供給管40に形成された中間孔46の位置よりも回転軸心流路32の内側の位置に設けられている。具体的には、分離部材50は、冷媒供給管40の先端と中間孔46との間に配置されている。
【0023】
以下、図3を参照して、回転電機10の冷却方法について説明する。図3は、図1の一部の概略拡大図である。図3には、冷媒の流れが矢印によって示されている。
【0024】
オイル(例えば、ATF:Automatic Transmission Fluid)等の冷媒は、ポンプ等によって、回転電機10の外部に設けられた冷媒供給源(図示しない)から冷媒供給管40の後端孔44を介して冷媒供給管40内に供給される。冷媒供給管40内に供給された冷媒は、冷媒供給管40の先端孔42及び中間孔46から回転軸心流路32に流れ込む。
【0025】
先端孔42から回転軸心流路32に流れ込んだ冷媒は、冷媒の流れ方向の下流側である径方向流路34に向けて流れる。冷媒の一部は、径方向流路34とは反対側の上流側に流れようとするが、分離部材50によって堰き止められ、その結果、下流側である径方向流路34に向けて流れる。径方向流路34に流れ込んだ冷媒は、径方向流路38を介してロータ軸方向流路36に流れ込む。ロータ軸方向流路36に流れ込んだ冷媒は、軸方向両側に分岐してロータ軸方向流路36内を通過する。この通過の過程で、ロータコア20からの熱が冷媒に奪われることで、ロータコア20の冷却が図られる。
【0026】
ロータ軸方向流路36を通過した冷媒は、最終的には、ロータ14の軸方向端面から外部に放出される。このとき、冷媒は、ロータ14の回転に伴い生じる遠心力を受けているため、径方向外側に吹き出し、ステータ12、特に、ステータコイル18のコイルエンドへと向かう。そして、冷媒が、ステータ12に当たることで、ステータ12も冷却されることになる。その後、冷媒は、重力によって、ケース30の底部に落下する。落下した冷媒は、適宜、回収され、冷却された後、冷媒供給源に戻される。
【0027】
また、中間孔46から回転軸心流路32に流れ込んだ冷媒は、冷媒の流れ方向の上流側である軸受流路48に向けて流れる。冷媒の一部は、軸受流路48とは反対側の下流側に流れようとするが、分離部材50によって堰き止められ、その結果、上流側である軸受流路48に向けて流れる。上流側に流れた冷媒は、回転軸心流路32の軸方向一端から軸受流路48に流れ込む。軸受流路48に流れ込んだ冷媒が軸受26に当たることで、軸受26が冷却されることになる。このように、軸受流路48は、冷媒の流れ方向の上流側に配置された軸受26に冷媒を導く流路として機能する。その後、冷媒は、回収され、冷却された後、冷媒供給源に戻される。
【0028】
以上のように、回転軸心流路32に流れ込んだ冷媒を軸受流路48によって直接的に軸受26に供給することができるので、軸受26への冷媒の供給量が不足することを抑制することができる。
【0029】
また、ロータ14が高速で回転しているときには、回転軸心流路32に流れ込んだ冷媒は、遠心力によって、回転軸24の内周面に薄い液膜を形成し、上流側である軸受流路48に向けて流れ易くなる。先端孔42から回転軸心流路32に流れ込んだ冷媒も、上流側へと流れようとするが、分離部材50によって堰き止められるため、下流側に流れて径方向流路34,38に流れ込む。このように、分離部材50を設けることで、ロータ14が高速で回転しても、ロータ軸方向流路36へ冷媒を導くことができる。
【0030】
図4には、冷媒の磁石供給量と軸受供給量との関係が模式的に示されている。横軸は、ロータ14の回転速度を示し、縦軸は、冷媒の供給割合を示す。磁石供給量は、ロータ軸方向流路36に供給された冷媒の割合である。軸受供給量は、軸受流路48に供給された冷媒の割合である。分離部材50が設けられているため、回転速度に関わらず、磁石供給量及び軸受供給量はほぼ一定である。つまり、回転速度に依存せずに、ロータ軸方向流路36と軸受流路48のそれぞれにほぼ一定量の冷媒を供給することができる。
(【0031】以降は省略されています)

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