回転電機の冷却構造
【課題】冷媒をロータに供給するために必要とするエネルギーを小さくして回転電機のエネルギー損失の低減可能な冷却構造を得る。
【解決手段】ロータ３０と一体的に回転する支軸２０に小半径となる内径の第１空間Ｓ１と大半径となる内径の第２空間Ｓ２とを形成する。ロータ３０の回転時の遠心力によって作り出される圧力差により第１空間Ｓ１のオイル１をロータ３０の冷却路３２に供給する供給路Ｔ１と、冷却路３２からのオイル１を第２空間に送る還元路Ｔ２とを形成する。
【解決手段】ロータ３０と一体的に回転する支軸２０に小半径となる内径の第１空間Ｓ１と大半径となる内径の第２空間Ｓ２とを形成する。ロータ３０の回転時の遠心力によって作り出される圧力差により第１空間Ｓ１のオイル１をロータ３０の冷却路３２に供給する供給路Ｔ１と、冷却路３２からのオイル１を第２空間に送る還元路Ｔ２とを形成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転電機の冷却構造に関し、詳しくは、回転電機の回転時に冷媒の供給により冷却を行う技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
上記のように構成された回転電機として特許文献１には、モータハウジングの内部にロータシャフトと一体的に回転するロータコアと、これを取り囲む位置にステータコイルとを備えると共に、ロータコアには冷却油通路が形成され、モータハウジングの底部の油溜りの油を冷却油供給流路に圧送するポンプを備えた冷却構造が記載されている。
【０００３】
この特許文献１の回転電機（文献では電動モータ）ではロータシャフトを垂直方向に配置して使用されるものであり、ロータコアは、上端の上部プレートと下端の下部プレートとの間に複数枚の電磁鋼板を積層した構造を有している。ロータコアには周方向で所定個数の永久磁石が埋設され、ロータを縦方向に貫通する複数の冷却油通路が形成されている。ポンプは、ロータの下部プレートに複数の吸入口を形成した構造であり、ロータシャフトの回転時には吸入口で油を掬い取るように吸入し、冷却油通路に対して下方から上方に油を供給する。
【０００４】
このような構成から、回転電機の回転時にはポンプの吸入口からハウジング底部の油が吸引され、冷却油通路に送られることによりロータコアの冷却を実現すると共に、このように送られた油を上部プレートのノズルから上方に噴出させ、ステータコイルの上面に供給することでステータコイルの冷却も実現している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９‐７１９２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載される冷却構造では、ロータと共に回転するポンプが油溜りの油面より低いレベルに配置されているため、ロータの回転時にはポンプの回転部に対して油から抵抗が作用しエネルギー損失に繋がるものである。
【０００７】
特に、特許文献１に記載される冷却構造では、ロータの上端の上端プレートから油を上方に噴出させる圧力を必要とする構成であるため、ロータの回転に作用する抵抗は比較的大きく、エネルギーの損失も大きいものとなり改善の余地がある。
【０００８】
本発明の目的は、冷媒をロータに供給するために必要とするエネルギーを小さくして回転電機のエネルギー損失の低減が可能な冷却構造を得る点にある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の特徴は、支軸と一体回転するロータと、このロータを取り囲む位置から前記ロータに磁力を作用させるステータとを備えて回転電機が構成されると共に、
前記支軸の軸芯から第１距離だけ離間する第１内壁を有する第１空間と、前記支軸の軸芯から第１距離より長い第２距離だけ離間する第２内壁を有する第２空間とが独立した状態で前記支軸に備えられ、
前記第１空間から前記ロータに形成された冷却路を介して前記第２空間に冷媒を送る冷媒流路と、前記第２空間から冷媒を排出することで前記第２空間において前記軸芯から冷媒の液面位置までの距離を前記第１距離より長くする冷媒排出流路と、前記第１空間に冷媒を補給する冷媒補給手段とが備えられている点にある。
【００１０】
この構成によると、第１空間と第２空間とがロータと一体的に回転することから、この遠心力の作用によって第１空間における冷媒の液面から軸芯までの距離が、第２空間における冷媒の液面から軸芯までの距離より短くなる。このように液面にレベル差が形成されるため、第１空間からロータの冷却路に対して作用する圧力が第２空間から冷却路に対して作用する圧力より高くなる。この圧力差が、第１空間の冷媒を冷却路に供給し、この冷却路の冷媒を第２空間に還元する流れを作り出すことになり冷却路に対して冷媒を送るためのポンプ類を備えずに済むのである。特に、液面のレベル差によって冷媒を送るので、このレベル差が小さいほど冷媒の流速も低くなり、この冷媒に流れを作り出す力も小さくすることが可能となりエネルギーの損失も小さくできる。
その結果、冷媒をロータに供給するために必要とするエネルギーを小さくして回転電機のエネルギー損失の低減が可能な冷却構造が得られた。
【００１１】
本発明は、前記支軸として一端側の内径が他端側の内径より小さい筒状体が用いられ、この筒状体の軸芯方向での中間位置に隔壁を備えることより、この筒状体の前記一端側に前記第１空間が形成され、この筒状体の前記他端側に前記第２空間が形成されても良い。
【００１２】
これによると、内径（半径）が異なる筒状体の中間位置に隔壁を備えることにより、支軸の外部に対して第１空間と第２空間とを形成する等、複雑な構造を採用することなく、第１空間と第２空間とを形成できる。
【００１３】
本発明は、前記筒状体を半径方向に貫通することで前記第１空間に連通する供給孔と、前記筒状体を半径方向に貫通することで前記第２空間に連通する還元孔とが形成されると共に、前記冷媒流路が、前記供給孔から前記冷却路に冷媒を送る供給路を形成するための供給路形成部材と、前記冷却路からの冷媒を前記還元孔に送る還元路を形成する還元路形成部材とで構成されても良い。
【００１４】
これによると、ロータに対して供給路形成部材と還元路形成部材とを備えることにより、第１空間の冷媒が、供給孔から供給路形成部材の供給路を介して冷却路に送られることになる。また、冷却路の冷媒が還元路形成部材の還元路から還元孔に送られ第２空間に戻される。その結果、ロータを特別に加工することなく冷媒を送る経路を形成できるのである。
【００１５】
本発明は、前記冷媒補給手段が、前記冷媒排出流路によって排出された冷媒を前記第１空間に供給するポンプを備えても良い。
【００１６】
これによると、冷媒排出流路により排出された冷媒をポンプにより第１空間に供給することになり、冷媒を循環させることができる。特に、このポンプは冷媒を循環させる程度の小型のもので済み、冷媒を循環させる構成の小型化も実現する。
【００１７】
本発明は、前記冷媒排出流路から排出された前記冷媒を冷却する放熱手段が備えられても良い。
【００１８】
これによると、冷媒の温度が上昇しても放熱手段により冷媒の温度低下を図ることができ、温度上昇に伴う永久磁石の性能低下等を招くことがなく回転電機の性能を高く維持できる。
【００１９】
本発明は、前記軸芯が水平姿勢に設定されると共に、前記冷媒排出流路が前記第２空間の冷媒を取り出す取出管で構成され、前記冷媒補給手段が、前記取出管で取り出された冷媒を自重によって前記第１空間に流すように前記軸芯に沿って配置された還元管で構成されても良い。
【００２０】
これによると、第２空間の冷媒を取出管で取り出し、この冷媒を自重によって還元管により第２空間に流すことが可能となり、ポンプ類を備えずとも、第２空間の冷媒を第１空間に補給することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】回転電機の断面と冷却構造とを示す図である。
【図２】冷媒流路の構造を示す断面図である。
【図３】ロータ、供給路形成部材、還元路形成部材等を示す分解斜視図である。
【図４】別実施形態の回転電機の断面と冷却構造とを示す図である。
【図５】別実施形態の冷媒流路の構造を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
〔基本構成〕
図１に示すように、ケース１０の内部に支軸２０により回転自在にロータ３０を支持し、ケース１０の内部においてロータ３０の外周に近接する位置でこのロータ３０を囲む位置にステータ４０を備えてブラシレス型の回転電機が構成されている。
【００２３】
この回転電機は、ハイブリッド型の自動車や電気自動車の駆動源に用いられるものであり、支軸２０の軸芯Ｘを水平姿勢に設定して使用される。ケース１０は、第１ケース１１と第２ケース１２とを支軸２０の軸芯Ｘに沿う方向に分離可能に連結した構造を有している。第１ケース１１の下側には冷媒としてオイル１（潤滑油としても機能する）の貯留空間１３が形成され、このオイル１をロータ３０に供給する冷却構造を備えている（この冷却構造については後述する）。
【００２４】
図１〜図３に示すように、前記ロータ３０は、軸芯Ｘを中心にした円板状で円周方向で所定の間隔で貫通孔をプレス加工によって形成した磁性鋼板３１が用いられている。このロータ３０は、前述のようにプレス加工された磁性鋼板３１の表面に絶縁膜を形成したものを複数枚積層し、貫通孔として形成された複数の冷却路３２の内部でロータ３０の外周側に永久磁石３３を埋め込んだ構造を有している。このロータ３０を挟む位置の支軸２０を軸芯Ｘを中心として回転自在に支持するようにボールベアリングで成る軸受１５が第１ケース１１と第２ケース１２とに備えられている。この軸受１５に回転自在に支承される支軸２０の一端側をケース１０の外部に突出し、この突出部に対して出力ギヤ２０Ａが備えられている。尚、永久磁石３３の配置や冷却路３２の配置は、図面に示されるものに限るものではない。
【００２５】
前記ステータ４０は、表面に絶縁膜が形成された磁性鋼板４１を積層し、周方向で所定角度で並ぶ複数のティース部にコイル４２を巻回した構造を有している。このステータ４０が前記第１ケース１１の内面側に嵌め込む形態で回転不能に支持されている。
【００２６】
このような構成から、回転制御装置（図示せず）が複数のコイル４２の何れかに対して選択的に電流を供給することで、ステータ４０からロータ３０に作用する磁力によりロータ３０を駆動回転させ、その回転駆動力を出力ギヤ２０Ａから取り出せる。尚、この回転電機では支軸２０を駆動回転することによりステータ４０から電力を取り出す発電機として機能させることも可能である。
【００２７】
〔冷却構造〕
この回転電機では、回転時に冷媒としてのオイル１を図１、図２に矢印として示すように流動させる形態でロータ３０に供給することによりロータ３０と永久磁石３３との冷却を実現する冷却構造を備えている。この冷却構造は、支軸２０に備えた第１空間Ｓ１から冷媒としてのオイル１をロータ３０の冷却路３２に供給してロータ３０と永久磁石３３との冷却を行い、この冷却路３２から支軸２０に備えた第２空間Ｓ２に戻す冷媒流路Ｔを備えている。更に、この冷却構造は、第２空間Ｓ２からオイル１を排出する冷媒排出流路ＥＸと、この冷媒排出流路ＥＸからケース内部の貯留空間１３に送り出されたオイル１を第１空間Ｓ１に送る冷媒補給手段Ｕとを備えている。
【００２８】
〔冷却構造：冷媒流路〕
前記支軸２０は、一端側の内径が他端側の内径より小さい筒状体が用いられている。具体的には、筒状体として、一端側（第１空間側）の内壁の第１半径Ｒ１（第１距離の一例）が、他端側（第２空間側）の内壁の第２半径Ｒ２（第２距離の一例）より小さく断面形状が円筒となる形状のものが用いられている。この支軸２０（筒状体）の中間部分に隔壁２３を備えることにより、この支軸２０の一端側に第１空間Ｓ１と、他端側に第２空間Ｓ２とが独立した状態で支軸２０に備えられている。
【００２９】
この実施形態では、支軸２０は、棒状の材料に対して軸芯Ｘに沿って内径が異なる孔を穿設することで第１空間Ｓ１と第２空間Ｓ２とを形成し、これらの中間位置に支軸２０と一体的に隔壁２３が形成される構造を示している。本発明の支軸２０は、このような構造に限るものではなく、例えば、プレス絞り加工や、へら絞り加工等により第１空間Ｓ１と第２空間Ｓ２とを形成し、これらの中間位置に隔壁２３を挿入して固定する構造のものでも良い。
【００３０】
図２に示すように、支軸２０に第１空間Ｓ１と第２空間Ｓ２とが形成されることにより、軸芯Ｘから第１空間Ｓ１の第１内壁Ｆ１までの距離（第１半径Ｒ１）が、軸芯Ｘから第２空間Ｓ２の第２内壁Ｆ２までの距離（第２半径Ｒ２）に対して距離差Ｇだけ長く設定される。この実施形態では第１空間Ｓ１と第２空間Ｓ２とを支軸２０の内部に形成していたが、支軸２０の画面に対して、例えば、筒状部材を備えることにより、支軸２０の外面に対して第１空間Ｓ１と第２空間Ｓ２とを形成しても良い。
【００３１】
支軸２０を構成する筒状体を半径方向に貫通することで第１空間Ｓ１と連通する複数の供給孔２１が形成され、これと同様に支軸２０を構成する筒状体を半径方向に貫通することで第２空間Ｓ２と連通する複数の還元孔２２とが形成されている。複数の供給孔２１からのオイル１を冷却路３２に送る供給路Ｔ１を形成するための供給路形成部材２４がロータ３０の一方の側面に備えられ、供給路Ｔ１からのオイル１を還元孔２２に戻す還元路Ｔ２を形成するための還元路形成部材２５がロータ３０の他方の側面に備えられている。この供給路Ｔ１と還元路Ｔ２とで前述した冷媒流路Ｔが構成されている。
【００３２】
供給路形成部材２４と、還元路形成部材２５とは樹脂材料を用いて皿状に成形されたものであり、夫々とも支軸２０に外嵌すると共に、支軸２０の外周に備えたブッシュ２６により、その外周部分がロータ３０の側面に押し付けられる状態で配置される。前述した供給孔２１と還元孔２２との数は、ロータ３０に形成される冷却路３２の数と一致させる必要はないが、複数の冷却路３２のうちの特定のものに偏ってオイル１が供給される不都合を避けるために、供給孔２１から半径方向の延長上から外れた位置に冷却路３２が配置されるように夫々の相対的な位置が設定されている。
【００３３】
尚、これら供給路形成部材２４と、還元路形成部材２５とは金属を用いて構成されるものであっても良い。また、これら供給路形成部材２４と、還元路形成部材２５とはロータ３０の側面に対して接着固定される形態で備えて良く、樹脂を用いてロータ３０の外面に一体化する状態で形成されても良い。特に、供給路形成部材２４と、還元路形成部材２５とがロータ３０の側面に接触する部位にＯ−リング等のシール部材を備えても良い。
【００３４】
〔冷却構造：冷媒排出流路〕
図１に示すように支軸２０の他端側を第２空間Ｓ２を軸芯Ｘに沿う方向に開放させる形態となるように冷媒排出流路ＥＸが形成されている。また、この冷媒排出流路ＥＸから送り出されたオイル１を貯留空間１３に送る排出油路１４が第１ケース１１に形成されている。
【００３５】
〔冷却構造：冷媒補給手段〕
貯留空間１３のオイル１は、第１補給油路Ｕ１を介して油圧ポンプＰに送られ、この油圧ポンプＰから第２補給油路Ｕ２に介装された放熱手段としてのラジエータ２を通過して第１空間Ｓ１に戻す循環系が構成されている。この第１補給油路Ｕ１と第２補給油路Ｕ２と油圧ポンプＰとで前述した冷媒補給手段Ｕが構成されている。
【００３６】
この冷媒補給手段Ｕでは、油圧ポンプＰを駆動する電動型のポンプモータＭを備え、ラジエータ２に冷却風を供給する電動型の冷却ファン３を備えている。更に、第１補給油路Ｕ１に送られるオイル１の油温を計測する油温センサ４を備え、この油温センサ４の計測結果を取得しポンプモータＭと冷却ファン３とを制御する温度制御装置５を備えている。
【００３７】
〔冷却作動形態〕
このような構成から、回転電機の稼動時（ロータ３０の回転時）には遠心力によって第１空間Ｓ１に存在するオイル１は第１内壁Ｆ１の方向に押し付けられ、第２空間Ｓ２に存在するオイル１は第２内壁Ｆ２に押し付けられる。第２空間Ｓ２には軸端側に開放する冷媒排出流路ＥＸが形成されているため、この第２空間Ｓ２に存在するオイル１の液面は第２内壁Ｆ２と略一致することになり、この液面は第１空間Ｓ１に存在するオイル１の液面より軸芯Ｘから長い距離に存在することになる。尚、図１、図２では第２空間Ｓ２に存在するオイル１を所定の厚さで示しているが、これは理解を助けるために誇張して示したものである。
【００３８】
このように第１空間Ｓ１に存在するオイル１と、第２空間Ｓ２に存在するオイル１とにレベル差があるため、第１空間Ｓ１のオイル１の液面から冷却路３２までの距離が、第２空間Ｓ２のオイル１の液面から冷却路３２までの距離より必ず長くなる。従って、供給路Ｔ１の圧力が還元路Ｔ２の圧力より高くなる。この圧力差から第１空間Ｓ１のオイル１が供給孔２１から供給路Ｔ１を介して冷却路３２に送られ、この冷却路３２からのオイル１は還元路Ｔ２から還元孔２２を介して第２空間Ｓ２に戻されることになる。そして、冷却路３２にオイル１が送られる際に、オイル１がロータ３０と永久磁石３３との熱を奪い冷却が実現する。
【００３９】
次に、第２空間Ｓ２に戻されたオイル１は支軸２０の他方側の端部の冷媒排出流路ＥＸから支軸外に排出され、排出油路１４から下方に送り出され貯留空間１３に回収される。この実施形態では支軸２０の他端側を開放させることで冷媒排出流路ＥＸを構成していたが、この冷媒排出流路ＥＸを第２空間Ｓ２に連通するように支軸２０に穿設した貫通孔で構成しても良い。
【００４０】
そして、この貯留空間１３のオイル１は第１補給油路Ｕ１を介して油圧ポンプＰに送られ、この油圧ポンプＰからのオイル１が第２補給油路Ｕ２のラジエータ２に送られ、このラジエータ２から支軸２０の突出側の軸端に備えたロータリ型のジョイント６を介して第１空間Ｓ１に戻される。これによりオイル循環系が構成されている。
【００４１】
このオイル循環系には前述したように温度制御装置５を備えており、この温度制御装置５は、回転電機が稼働する状況において、設定された温度を超える油温を油温センサ４で計測した場合にのみ冷却ファン３を駆動することにより、冷却ファン３を無駄に駆動する不都合を解消している。
【００４２】
〔別実施形態〕
本発明は、上記した実施の形態以外に以下のように構成しても良い（この別実施形態で実施形態と同じ機能を有するものには、実施形態と共通の番号、符号を付している）。
【００４３】
図４及び図５に示すように、この別実施形態では、ケース１０に対して支軸２０が軸受１５により回転自在に支持され、この支軸２０のうちケース１０から外部に突出する一端側に出力部２０Ｂが形成されている。支軸２０の内部には第１半径Ｒ１の第１空間Ｓ１と、第２半径Ｒ２の第２空間Ｓ２とが形成され、第１空間Ｓ１の第１内壁Ｆ１と、第２空間Ｓ２の第２内壁Ｆ２との半径方向で距離差Ｇが設定されている。第１空間Ｓ１のオイル１を供給孔２１から供給路形成部材２４の供給路Ｔ１を介して冷却路３２に送り、この冷却路３２のオイル１を還元路形成部材２５の還元路Ｔ２から還元孔２２を介して第２空間Ｓ２に戻すように冷媒流路Ｔが構成されている。特に、この別実施形態では第２空間Ｓ２のオイル１をポンプ類を用いずに第１空間Ｓ１に戻すため冷媒補給手段Ｕとしての還元ユニット５０を備えている。
【００４４】
還元ユニット５０は、支軸２０の相対回転を許しながら第１ケース１１に回転不能に支持されている。この還元ユニット５０は、支軸２０の軸端に套嵌される筒状部５１と、支軸２０の他端側の開放部を閉塞する壁部５２と、筒状部５１と支軸２０の外面とに間に配置されるオイルシール５３と、壁部５２の上側（高いレベル）から第２空間Ｓ２のオイル１を取り出す取出管５４と、この取出管５４からのオイル１を第２空間Ｓ２に戻す還元管５５とを備えている。
【００４５】
前述した取出管５４が壁部５２の上側に形成され、この取出管５４の下側で取出管５４からのオイル１を第１空間Ｓ１に送り込むように取出管５４に連通する還元管５５が配置されている。この還元管５５は、軸芯Ｘに沿う姿勢で配置されるものであり、隔壁２３の中央位置に形成された孔部２３Ａを貫通する位置に配置されている。第２空間Ｓ２に貯留されるオイル１の液面が、第１内壁Ｆ１のレベルを超えて軸芯Ｘに接近しないように壁部５２にはオイル１を排出するオーバーフロー孔５６が形成されている。この別実施形態では、取出管５４が本発明の冷媒排出流路ＥＸを構成する。
【００４６】
還元管５５には油量と油温とを計測するように複数のセンサを組み合わせた複合センサ５７を備え、ケース１０の外部には、貯留空間１３のオイル１を還元管５５に戻す補充油路Ｄを備えている。この補充油路Ｄには油圧ポンプＰと、ラジエータ２とを備えている。油圧ポンプＰを駆動する電動型のポンプモータＭを備え、ラジエータ２に冷却風を供給する電動型の冷却ファン３を備えている。また、前述した複合センサ５７の計測結果に基づいてポンプモータＭと冷却ファン３とを制御する補充制御装置８を備えている。
【００４７】
尚、複合センサ５７のうち油温を計測するセンサとしてサーミスタを用いることが考えられ、複合センサ５７のうち油量を計測するセンサとしてオイル１の圧力を計測する圧力センサを用いることや、オイル１の量を静電容量から計測する静電容量センサを用いることが考えられる。
【００４８】
このような冷却構造を備えているので、回転電機の稼動時（ロータ３０の回転時）には遠心力によって第１空間Ｓ１に存在するオイル１と、第２空間Ｓ２に存在するオイル１とのレベル差に起因して圧力差が生ずる。これにより、第１空間Ｓ１のオイル１は供給孔２１から供給路Ｔ１を介して冷却路３２に送られ、この冷却路３２からのオイル１は還元路Ｔ２から還元孔２２を介して第２空間Ｓ２に戻されることになる。そして、冷却路３２にオイル１が送られる際にロータ３０と永久磁石３３との熱を奪い冷却を実現する。
【００４９】
次に、第２空間Ｓ２に戻されたオイル１は支軸２０の他方側の端部の還元ユニット５０の取出管５４から取り出され、次に、還元管５５から第１空間Ｓ１に戻される。これにより、ポンプ類を用いることなく冷媒としてのオイル１を循環させてロータ３０と永久磁石３３との冷却を実現することになる。つまり、第２空間Ｓ２に存在するオイル１は、遠心力により第２内壁Ｆ２の内面に沿う領域に存在することになり、この領域のうち軸芯Ｘより上側に存在するものを取出管５４で取り出し、レベル差を利用してオイル１の自重による流れにより還元管５５に送り、この還元管５５により第１空間Ｓ１に戻すように、取出管５４の位置と還元管５５との位置関係が設定されている。
【００５０】
このようにオイル１を循環させて冷却が行われている際にオイル１のリークによりオイル量が減少した場合には、この減少を複合センサ５７が検出し、補充制御装置８が油圧ポンプＰを作動させる。そして、この油圧ポンプＰの作動によりオイル１は補充油路Ｄから還元管５５に対して直接的に補給され、このように補給されたオイル１の量が必要とする量に達したことを複合センサ５７で検出することで補給が停止する。
【００５１】
また、複合センサ５７によりオイル１の油温が設定値を超えたことが検出された場合には補充制御装置８が冷却ファン３を駆動させ、油圧ポンプＰを作動させることで低温のオイル１を補充する制御が行われる。このように低温のオイル１を補充する際には、オイル１の熱をラジエータ２で放熱させることが目的であるので、油圧ポンプＰを継続的に作動させることでオイル１が補充油路Ｄから還元管５５に対して直接的に補給され、第１空間Ｓ１に補充される。
【００５２】
このように補充されたオイル１は冷媒流路Ｔに送られると同時に、オイル１の一部が隔壁２３の孔部２３Ａを介して第２空間Ｓ２にオーバーフローし、更に、第２空間Ｓ２からオーバーフロー孔５６を介して排出される。そして、オイル１の温度が適正な値まで低下したことを複合センサ５７で検出することで補給が停止する。尚、このようにオーバーフロー孔５６から排出されたオイル１は、貯留空間１３に貯留され、再び油圧ポンプＰにより第１空間Ｓ１に補給されるのである。
【００５３】
この別実施形態では、還元ユニット５０が、第２空間Ｓ２のオイル１を支軸２０の内部の還元管５５を介して第１空間Ｓ１に戻すように構成されていた。この別実施形態の異なる構成として、ポンプ類を用いずにオイル１の自重を利用してオイル１を第１空間Ｓ１に戻すものであれば、ケース１０の外部を介して第１空間Ｓ１に対してオイル１を送るチューブを備えて還元ユニット５０を構成されるものであっても良い。
【００５４】
〔実施形態（別実施形態）の作用・効果〕
このように、回転電機の駆動時にはロータ３０と一体的に回転する支軸２０に備えられた第１空間Ｓ１と第２空間Ｓ２との構造から圧力差を作り出し、ポンプ類を用いることなく冷媒としてのオイル１の流れを作り出し、ロータ３０と永久磁石３３との冷却を実現している。また、このオイル１の流れは、遠心力により第１空間Ｓ１から供給路Ｔ１に存在するオイル１に作用する圧力と、遠心力により第２空間Ｓ２から還元路Ｔ２に存在するオイル１に作用する圧力との差によって作り出されることから、還元路Ｔ２において第２空間Ｓ２の方向にオイル１が流れる際にも、この流れを遠心力が抑制することになり、オイル１の流れの高速化が抑制される。このような理由から回転電機の駆動力がオイル１の流れを作り出すエネルギーとして無駄に消費される不都合を解消する。
【００５５】
オイル１の温度が上昇した場合にはケース１０の外部のラジエータ２によってオイル１の冷却を行い、オイル１の温度の過剰な上昇の抑制が可能となる。
【００５６】
特に、別実施形態のように還元ユニット５０を備えるものでは、第２空間Ｓ２のオイル１を第１空間Ｓ１に戻すために専用のポンプ類を必要とすることなく、単純で小型な構成とすることを可能にする。
【００５７】
また、別実施形態では、オイル１を補充時に過剰な量のオイル１が第１空間Ｓ１に供給された場合でも、そのオイル１が隔壁２３の孔部２３Ａを介して第２空間Ｓ２にオーバーフローし、更に、還元ユニット５０のオーバーフロー孔５６から支軸２０の外部に排出されるので適正なオイル１の使用が可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
本発明は、ロータの冷却を必要とする回転電機全般に利用することができる。
【符号の説明】
【００５９】
１ 冷媒（オイル）
２ 放熱手段（ラジエータ）
２０ 支軸
２１ 供給孔
２２ 還元孔
２３ 隔壁
２４ 供給路形成部材
２５ 還元路形成部材
３０ ロータ
３２ 冷却路
４０ ステータ
５４ 取出管
５５ 還元管
Ｆ１ 第１内壁
Ｆ２ 第２内壁
Ｐ ポンプ（油圧ポンプ）
Ｒ１ 第１距離（第１半径）
Ｒ２ 第２距離（第２半径）
Ｓ１ 第１空間
Ｓ２ 第２空間
Ｕ 冷媒補給手段
Ｔ 冷媒流路
Ｔ１ 供給路
Ｘ 軸芯
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転電機の冷却構造に関し、詳しくは、回転電機の回転時に冷媒の供給により冷却を行う技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
上記のように構成された回転電機として特許文献１には、モータハウジングの内部にロータシャフトと一体的に回転するロータコアと、これを取り囲む位置にステータコイルとを備えると共に、ロータコアには冷却油通路が形成され、モータハウジングの底部の油溜りの油を冷却油供給流路に圧送するポンプを備えた冷却構造が記載されている。
【０００３】
この特許文献１の回転電機（文献では電動モータ）ではロータシャフトを垂直方向に配置して使用されるものであり、ロータコアは、上端の上部プレートと下端の下部プレートとの間に複数枚の電磁鋼板を積層した構造を有している。ロータコアには周方向で所定個数の永久磁石が埋設され、ロータを縦方向に貫通する複数の冷却油通路が形成されている。ポンプは、ロータの下部プレートに複数の吸入口を形成した構造であり、ロータシャフトの回転時には吸入口で油を掬い取るように吸入し、冷却油通路に対して下方から上方に油を供給する。
【０００４】
このような構成から、回転電機の回転時にはポンプの吸入口からハウジング底部の油が吸引され、冷却油通路に送られることによりロータコアの冷却を実現すると共に、このように送られた油を上部プレートのノズルから上方に噴出させ、ステータコイルの上面に供給することでステータコイルの冷却も実現している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９‐７１９２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載される冷却構造では、ロータと共に回転するポンプが油溜りの油面より低いレベルに配置されているため、ロータの回転時にはポンプの回転部に対して油から抵抗が作用しエネルギー損失に繋がるものである。
【０００７】
特に、特許文献１に記載される冷却構造では、ロータの上端の上端プレートから油を上方に噴出させる圧力を必要とする構成であるため、ロータの回転に作用する抵抗は比較的大きく、エネルギーの損失も大きいものとなり改善の余地がある。
【０００８】
本発明の目的は、冷媒をロータに供給するために必要とするエネルギーを小さくして回転電機のエネルギー損失の低減が可能な冷却構造を得る点にある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の特徴は、支軸と一体回転するロータと、このロータを取り囲む位置から前記ロータに磁力を作用させるステータとを備えて回転電機が構成されると共に、
前記支軸の軸芯から第１距離だけ離間する第１内壁を有する第１空間と、前記支軸の軸芯から第１距離より長い第２距離だけ離間する第２内壁を有する第２空間とが独立した状態で前記支軸に備えられ、
前記第１空間から前記ロータに形成された冷却路を介して前記第２空間に冷媒を送る冷媒流路と、前記第２空間から冷媒を排出することで前記第２空間において前記軸芯から冷媒の液面位置までの距離を前記第１距離より長くする冷媒排出流路と、前記第１空間に冷媒を補給する冷媒補給手段とが備えられている点にある。
【００１０】
この構成によると、第１空間と第２空間とがロータと一体的に回転することから、この遠心力の作用によって第１空間における冷媒の液面から軸芯までの距離が、第２空間における冷媒の液面から軸芯までの距離より短くなる。このように液面にレベル差が形成されるため、第１空間からロータの冷却路に対して作用する圧力が第２空間から冷却路に対して作用する圧力より高くなる。この圧力差が、第１空間の冷媒を冷却路に供給し、この冷却路の冷媒を第２空間に還元する流れを作り出すことになり冷却路に対して冷媒を送るためのポンプ類を備えずに済むのである。特に、液面のレベル差によって冷媒を送るので、このレベル差が小さいほど冷媒の流速も低くなり、この冷媒に流れを作り出す力も小さくすることが可能となりエネルギーの損失も小さくできる。
その結果、冷媒をロータに供給するために必要とするエネルギーを小さくして回転電機のエネルギー損失の低減が可能な冷却構造が得られた。
【００１１】
本発明は、前記支軸として一端側の内径が他端側の内径より小さい筒状体が用いられ、この筒状体の軸芯方向での中間位置に隔壁を備えることより、この筒状体の前記一端側に前記第１空間が形成され、この筒状体の前記他端側に前記第２空間が形成されても良い。
【００１２】
これによると、内径（半径）が異なる筒状体の中間位置に隔壁を備えることにより、支軸の外部に対して第１空間と第２空間とを形成する等、複雑な構造を採用することなく、第１空間と第２空間とを形成できる。
【００１３】
本発明は、前記筒状体を半径方向に貫通することで前記第１空間に連通する供給孔と、前記筒状体を半径方向に貫通することで前記第２空間に連通する還元孔とが形成されると共に、前記冷媒流路が、前記供給孔から前記冷却路に冷媒を送る供給路を形成するための供給路形成部材と、前記冷却路からの冷媒を前記還元孔に送る還元路を形成する還元路形成部材とで構成されても良い。
【００１４】
これによると、ロータに対して供給路形成部材と還元路形成部材とを備えることにより、第１空間の冷媒が、供給孔から供給路形成部材の供給路を介して冷却路に送られることになる。また、冷却路の冷媒が還元路形成部材の還元路から還元孔に送られ第２空間に戻される。その結果、ロータを特別に加工することなく冷媒を送る経路を形成できるのである。
【００１５】
本発明は、前記冷媒補給手段が、前記冷媒排出流路によって排出された冷媒を前記第１空間に供給するポンプを備えても良い。
【００１６】
これによると、冷媒排出流路により排出された冷媒をポンプにより第１空間に供給することになり、冷媒を循環させることができる。特に、このポンプは冷媒を循環させる程度の小型のもので済み、冷媒を循環させる構成の小型化も実現する。
【００１７】
本発明は、前記冷媒排出流路から排出された前記冷媒を冷却する放熱手段が備えられても良い。
【００１８】
これによると、冷媒の温度が上昇しても放熱手段により冷媒の温度低下を図ることができ、温度上昇に伴う永久磁石の性能低下等を招くことがなく回転電機の性能を高く維持できる。
【００１９】
本発明は、前記軸芯が水平姿勢に設定されると共に、前記冷媒排出流路が前記第２空間の冷媒を取り出す取出管で構成され、前記冷媒補給手段が、前記取出管で取り出された冷媒を自重によって前記第１空間に流すように前記軸芯に沿って配置された還元管で構成されても良い。
【００２０】
これによると、第２空間の冷媒を取出管で取り出し、この冷媒を自重によって還元管により第２空間に流すことが可能となり、ポンプ類を備えずとも、第２空間の冷媒を第１空間に補給することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】回転電機の断面と冷却構造とを示す図である。
【図２】冷媒流路の構造を示す断面図である。
【図３】ロータ、供給路形成部材、還元路形成部材等を示す分解斜視図である。
【図４】別実施形態の回転電機の断面と冷却構造とを示す図である。
【図５】別実施形態の冷媒流路の構造を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
〔基本構成〕
図１に示すように、ケース１０の内部に支軸２０により回転自在にロータ３０を支持し、ケース１０の内部においてロータ３０の外周に近接する位置でこのロータ３０を囲む位置にステータ４０を備えてブラシレス型の回転電機が構成されている。
【００２３】
この回転電機は、ハイブリッド型の自動車や電気自動車の駆動源に用いられるものであり、支軸２０の軸芯Ｘを水平姿勢に設定して使用される。ケース１０は、第１ケース１１と第２ケース１２とを支軸２０の軸芯Ｘに沿う方向に分離可能に連結した構造を有している。第１ケース１１の下側には冷媒としてオイル１（潤滑油としても機能する）の貯留空間１３が形成され、このオイル１をロータ３０に供給する冷却構造を備えている（この冷却構造については後述する）。
【００２４】
図１〜図３に示すように、前記ロータ３０は、軸芯Ｘを中心にした円板状で円周方向で所定の間隔で貫通孔をプレス加工によって形成した磁性鋼板３１が用いられている。このロータ３０は、前述のようにプレス加工された磁性鋼板３１の表面に絶縁膜を形成したものを複数枚積層し、貫通孔として形成された複数の冷却路３２の内部でロータ３０の外周側に永久磁石３３を埋め込んだ構造を有している。このロータ３０を挟む位置の支軸２０を軸芯Ｘを中心として回転自在に支持するようにボールベアリングで成る軸受１５が第１ケース１１と第２ケース１２とに備えられている。この軸受１５に回転自在に支承される支軸２０の一端側をケース１０の外部に突出し、この突出部に対して出力ギヤ２０Ａが備えられている。尚、永久磁石３３の配置や冷却路３２の配置は、図面に示されるものに限るものではない。
【００２５】
前記ステータ４０は、表面に絶縁膜が形成された磁性鋼板４１を積層し、周方向で所定角度で並ぶ複数のティース部にコイル４２を巻回した構造を有している。このステータ４０が前記第１ケース１１の内面側に嵌め込む形態で回転不能に支持されている。
【００２６】
このような構成から、回転制御装置（図示せず）が複数のコイル４２の何れかに対して選択的に電流を供給することで、ステータ４０からロータ３０に作用する磁力によりロータ３０を駆動回転させ、その回転駆動力を出力ギヤ２０Ａから取り出せる。尚、この回転電機では支軸２０を駆動回転することによりステータ４０から電力を取り出す発電機として機能させることも可能である。
【００２７】
〔冷却構造〕
この回転電機では、回転時に冷媒としてのオイル１を図１、図２に矢印として示すように流動させる形態でロータ３０に供給することによりロータ３０と永久磁石３３との冷却を実現する冷却構造を備えている。この冷却構造は、支軸２０に備えた第１空間Ｓ１から冷媒としてのオイル１をロータ３０の冷却路３２に供給してロータ３０と永久磁石３３との冷却を行い、この冷却路３２から支軸２０に備えた第２空間Ｓ２に戻す冷媒流路Ｔを備えている。更に、この冷却構造は、第２空間Ｓ２からオイル１を排出する冷媒排出流路ＥＸと、この冷媒排出流路ＥＸからケース内部の貯留空間１３に送り出されたオイル１を第１空間Ｓ１に送る冷媒補給手段Ｕとを備えている。
【００２８】
〔冷却構造：冷媒流路〕
前記支軸２０は、一端側の内径が他端側の内径より小さい筒状体が用いられている。具体的には、筒状体として、一端側（第１空間側）の内壁の第１半径Ｒ１（第１距離の一例）が、他端側（第２空間側）の内壁の第２半径Ｒ２（第２距離の一例）より小さく断面形状が円筒となる形状のものが用いられている。この支軸２０（筒状体）の中間部分に隔壁２３を備えることにより、この支軸２０の一端側に第１空間Ｓ１と、他端側に第２空間Ｓ２とが独立した状態で支軸２０に備えられている。
【００２９】
この実施形態では、支軸２０は、棒状の材料に対して軸芯Ｘに沿って内径が異なる孔を穿設することで第１空間Ｓ１と第２空間Ｓ２とを形成し、これらの中間位置に支軸２０と一体的に隔壁２３が形成される構造を示している。本発明の支軸２０は、このような構造に限るものではなく、例えば、プレス絞り加工や、へら絞り加工等により第１空間Ｓ１と第２空間Ｓ２とを形成し、これらの中間位置に隔壁２３を挿入して固定する構造のものでも良い。
【００３０】
図２に示すように、支軸２０に第１空間Ｓ１と第２空間Ｓ２とが形成されることにより、軸芯Ｘから第１空間Ｓ１の第１内壁Ｆ１までの距離（第１半径Ｒ１）が、軸芯Ｘから第２空間Ｓ２の第２内壁Ｆ２までの距離（第２半径Ｒ２）に対して距離差Ｇだけ長く設定される。この実施形態では第１空間Ｓ１と第２空間Ｓ２とを支軸２０の内部に形成していたが、支軸２０の画面に対して、例えば、筒状部材を備えることにより、支軸２０の外面に対して第１空間Ｓ１と第２空間Ｓ２とを形成しても良い。
【００３１】
支軸２０を構成する筒状体を半径方向に貫通することで第１空間Ｓ１と連通する複数の供給孔２１が形成され、これと同様に支軸２０を構成する筒状体を半径方向に貫通することで第２空間Ｓ２と連通する複数の還元孔２２とが形成されている。複数の供給孔２１からのオイル１を冷却路３２に送る供給路Ｔ１を形成するための供給路形成部材２４がロータ３０の一方の側面に備えられ、供給路Ｔ１からのオイル１を還元孔２２に戻す還元路Ｔ２を形成するための還元路形成部材２５がロータ３０の他方の側面に備えられている。この供給路Ｔ１と還元路Ｔ２とで前述した冷媒流路Ｔが構成されている。
【００３２】
供給路形成部材２４と、還元路形成部材２５とは樹脂材料を用いて皿状に成形されたものであり、夫々とも支軸２０に外嵌すると共に、支軸２０の外周に備えたブッシュ２６により、その外周部分がロータ３０の側面に押し付けられる状態で配置される。前述した供給孔２１と還元孔２２との数は、ロータ３０に形成される冷却路３２の数と一致させる必要はないが、複数の冷却路３２のうちの特定のものに偏ってオイル１が供給される不都合を避けるために、供給孔２１から半径方向の延長上から外れた位置に冷却路３２が配置されるように夫々の相対的な位置が設定されている。
【００３３】
尚、これら供給路形成部材２４と、還元路形成部材２５とは金属を用いて構成されるものであっても良い。また、これら供給路形成部材２４と、還元路形成部材２５とはロータ３０の側面に対して接着固定される形態で備えて良く、樹脂を用いてロータ３０の外面に一体化する状態で形成されても良い。特に、供給路形成部材２４と、還元路形成部材２５とがロータ３０の側面に接触する部位にＯ−リング等のシール部材を備えても良い。
【００３４】
〔冷却構造：冷媒排出流路〕
図１に示すように支軸２０の他端側を第２空間Ｓ２を軸芯Ｘに沿う方向に開放させる形態となるように冷媒排出流路ＥＸが形成されている。また、この冷媒排出流路ＥＸから送り出されたオイル１を貯留空間１３に送る排出油路１４が第１ケース１１に形成されている。
【００３５】
〔冷却構造：冷媒補給手段〕
貯留空間１３のオイル１は、第１補給油路Ｕ１を介して油圧ポンプＰに送られ、この油圧ポンプＰから第２補給油路Ｕ２に介装された放熱手段としてのラジエータ２を通過して第１空間Ｓ１に戻す循環系が構成されている。この第１補給油路Ｕ１と第２補給油路Ｕ２と油圧ポンプＰとで前述した冷媒補給手段Ｕが構成されている。
【００３６】
この冷媒補給手段Ｕでは、油圧ポンプＰを駆動する電動型のポンプモータＭを備え、ラジエータ２に冷却風を供給する電動型の冷却ファン３を備えている。更に、第１補給油路Ｕ１に送られるオイル１の油温を計測する油温センサ４を備え、この油温センサ４の計測結果を取得しポンプモータＭと冷却ファン３とを制御する温度制御装置５を備えている。
【００３７】
〔冷却作動形態〕
このような構成から、回転電機の稼動時（ロータ３０の回転時）には遠心力によって第１空間Ｓ１に存在するオイル１は第１内壁Ｆ１の方向に押し付けられ、第２空間Ｓ２に存在するオイル１は第２内壁Ｆ２に押し付けられる。第２空間Ｓ２には軸端側に開放する冷媒排出流路ＥＸが形成されているため、この第２空間Ｓ２に存在するオイル１の液面は第２内壁Ｆ２と略一致することになり、この液面は第１空間Ｓ１に存在するオイル１の液面より軸芯Ｘから長い距離に存在することになる。尚、図１、図２では第２空間Ｓ２に存在するオイル１を所定の厚さで示しているが、これは理解を助けるために誇張して示したものである。
【００３８】
このように第１空間Ｓ１に存在するオイル１と、第２空間Ｓ２に存在するオイル１とにレベル差があるため、第１空間Ｓ１のオイル１の液面から冷却路３２までの距離が、第２空間Ｓ２のオイル１の液面から冷却路３２までの距離より必ず長くなる。従って、供給路Ｔ１の圧力が還元路Ｔ２の圧力より高くなる。この圧力差から第１空間Ｓ１のオイル１が供給孔２１から供給路Ｔ１を介して冷却路３２に送られ、この冷却路３２からのオイル１は還元路Ｔ２から還元孔２２を介して第２空間Ｓ２に戻されることになる。そして、冷却路３２にオイル１が送られる際に、オイル１がロータ３０と永久磁石３３との熱を奪い冷却が実現する。
【００３９】
次に、第２空間Ｓ２に戻されたオイル１は支軸２０の他方側の端部の冷媒排出流路ＥＸから支軸外に排出され、排出油路１４から下方に送り出され貯留空間１３に回収される。この実施形態では支軸２０の他端側を開放させることで冷媒排出流路ＥＸを構成していたが、この冷媒排出流路ＥＸを第２空間Ｓ２に連通するように支軸２０に穿設した貫通孔で構成しても良い。
【００４０】
そして、この貯留空間１３のオイル１は第１補給油路Ｕ１を介して油圧ポンプＰに送られ、この油圧ポンプＰからのオイル１が第２補給油路Ｕ２のラジエータ２に送られ、このラジエータ２から支軸２０の突出側の軸端に備えたロータリ型のジョイント６を介して第１空間Ｓ１に戻される。これによりオイル循環系が構成されている。
【００４１】
このオイル循環系には前述したように温度制御装置５を備えており、この温度制御装置５は、回転電機が稼働する状況において、設定された温度を超える油温を油温センサ４で計測した場合にのみ冷却ファン３を駆動することにより、冷却ファン３を無駄に駆動する不都合を解消している。
【００４２】
〔別実施形態〕
本発明は、上記した実施の形態以外に以下のように構成しても良い（この別実施形態で実施形態と同じ機能を有するものには、実施形態と共通の番号、符号を付している）。
【００４３】
図４及び図５に示すように、この別実施形態では、ケース１０に対して支軸２０が軸受１５により回転自在に支持され、この支軸２０のうちケース１０から外部に突出する一端側に出力部２０Ｂが形成されている。支軸２０の内部には第１半径Ｒ１の第１空間Ｓ１と、第２半径Ｒ２の第２空間Ｓ２とが形成され、第１空間Ｓ１の第１内壁Ｆ１と、第２空間Ｓ２の第２内壁Ｆ２との半径方向で距離差Ｇが設定されている。第１空間Ｓ１のオイル１を供給孔２１から供給路形成部材２４の供給路Ｔ１を介して冷却路３２に送り、この冷却路３２のオイル１を還元路形成部材２５の還元路Ｔ２から還元孔２２を介して第２空間Ｓ２に戻すように冷媒流路Ｔが構成されている。特に、この別実施形態では第２空間Ｓ２のオイル１をポンプ類を用いずに第１空間Ｓ１に戻すため冷媒補給手段Ｕとしての還元ユニット５０を備えている。
【００４４】
還元ユニット５０は、支軸２０の相対回転を許しながら第１ケース１１に回転不能に支持されている。この還元ユニット５０は、支軸２０の軸端に套嵌される筒状部５１と、支軸２０の他端側の開放部を閉塞する壁部５２と、筒状部５１と支軸２０の外面とに間に配置されるオイルシール５３と、壁部５２の上側（高いレベル）から第２空間Ｓ２のオイル１を取り出す取出管５４と、この取出管５４からのオイル１を第２空間Ｓ２に戻す還元管５５とを備えている。
【００４５】
前述した取出管５４が壁部５２の上側に形成され、この取出管５４の下側で取出管５４からのオイル１を第１空間Ｓ１に送り込むように取出管５４に連通する還元管５５が配置されている。この還元管５５は、軸芯Ｘに沿う姿勢で配置されるものであり、隔壁２３の中央位置に形成された孔部２３Ａを貫通する位置に配置されている。第２空間Ｓ２に貯留されるオイル１の液面が、第１内壁Ｆ１のレベルを超えて軸芯Ｘに接近しないように壁部５２にはオイル１を排出するオーバーフロー孔５６が形成されている。この別実施形態では、取出管５４が本発明の冷媒排出流路ＥＸを構成する。
【００４６】
還元管５５には油量と油温とを計測するように複数のセンサを組み合わせた複合センサ５７を備え、ケース１０の外部には、貯留空間１３のオイル１を還元管５５に戻す補充油路Ｄを備えている。この補充油路Ｄには油圧ポンプＰと、ラジエータ２とを備えている。油圧ポンプＰを駆動する電動型のポンプモータＭを備え、ラジエータ２に冷却風を供給する電動型の冷却ファン３を備えている。また、前述した複合センサ５７の計測結果に基づいてポンプモータＭと冷却ファン３とを制御する補充制御装置８を備えている。
【００４７】
尚、複合センサ５７のうち油温を計測するセンサとしてサーミスタを用いることが考えられ、複合センサ５７のうち油量を計測するセンサとしてオイル１の圧力を計測する圧力センサを用いることや、オイル１の量を静電容量から計測する静電容量センサを用いることが考えられる。
【００４８】
このような冷却構造を備えているので、回転電機の稼動時（ロータ３０の回転時）には遠心力によって第１空間Ｓ１に存在するオイル１と、第２空間Ｓ２に存在するオイル１とのレベル差に起因して圧力差が生ずる。これにより、第１空間Ｓ１のオイル１は供給孔２１から供給路Ｔ１を介して冷却路３２に送られ、この冷却路３２からのオイル１は還元路Ｔ２から還元孔２２を介して第２空間Ｓ２に戻されることになる。そして、冷却路３２にオイル１が送られる際にロータ３０と永久磁石３３との熱を奪い冷却を実現する。
【００４９】
次に、第２空間Ｓ２に戻されたオイル１は支軸２０の他方側の端部の還元ユニット５０の取出管５４から取り出され、次に、還元管５５から第１空間Ｓ１に戻される。これにより、ポンプ類を用いることなく冷媒としてのオイル１を循環させてロータ３０と永久磁石３３との冷却を実現することになる。つまり、第２空間Ｓ２に存在するオイル１は、遠心力により第２内壁Ｆ２の内面に沿う領域に存在することになり、この領域のうち軸芯Ｘより上側に存在するものを取出管５４で取り出し、レベル差を利用してオイル１の自重による流れにより還元管５５に送り、この還元管５５により第１空間Ｓ１に戻すように、取出管５４の位置と還元管５５との位置関係が設定されている。
【００５０】
このようにオイル１を循環させて冷却が行われている際にオイル１のリークによりオイル量が減少した場合には、この減少を複合センサ５７が検出し、補充制御装置８が油圧ポンプＰを作動させる。そして、この油圧ポンプＰの作動によりオイル１は補充油路Ｄから還元管５５に対して直接的に補給され、このように補給されたオイル１の量が必要とする量に達したことを複合センサ５７で検出することで補給が停止する。
【００５１】
また、複合センサ５７によりオイル１の油温が設定値を超えたことが検出された場合には補充制御装置８が冷却ファン３を駆動させ、油圧ポンプＰを作動させることで低温のオイル１を補充する制御が行われる。このように低温のオイル１を補充する際には、オイル１の熱をラジエータ２で放熱させることが目的であるので、油圧ポンプＰを継続的に作動させることでオイル１が補充油路Ｄから還元管５５に対して直接的に補給され、第１空間Ｓ１に補充される。
【００５２】
このように補充されたオイル１は冷媒流路Ｔに送られると同時に、オイル１の一部が隔壁２３の孔部２３Ａを介して第２空間Ｓ２にオーバーフローし、更に、第２空間Ｓ２からオーバーフロー孔５６を介して排出される。そして、オイル１の温度が適正な値まで低下したことを複合センサ５７で検出することで補給が停止する。尚、このようにオーバーフロー孔５６から排出されたオイル１は、貯留空間１３に貯留され、再び油圧ポンプＰにより第１空間Ｓ１に補給されるのである。
【００５３】
この別実施形態では、還元ユニット５０が、第２空間Ｓ２のオイル１を支軸２０の内部の還元管５５を介して第１空間Ｓ１に戻すように構成されていた。この別実施形態の異なる構成として、ポンプ類を用いずにオイル１の自重を利用してオイル１を第１空間Ｓ１に戻すものであれば、ケース１０の外部を介して第１空間Ｓ１に対してオイル１を送るチューブを備えて還元ユニット５０を構成されるものであっても良い。
【００５４】
〔実施形態（別実施形態）の作用・効果〕
このように、回転電機の駆動時にはロータ３０と一体的に回転する支軸２０に備えられた第１空間Ｓ１と第２空間Ｓ２との構造から圧力差を作り出し、ポンプ類を用いることなく冷媒としてのオイル１の流れを作り出し、ロータ３０と永久磁石３３との冷却を実現している。また、このオイル１の流れは、遠心力により第１空間Ｓ１から供給路Ｔ１に存在するオイル１に作用する圧力と、遠心力により第２空間Ｓ２から還元路Ｔ２に存在するオイル１に作用する圧力との差によって作り出されることから、還元路Ｔ２において第２空間Ｓ２の方向にオイル１が流れる際にも、この流れを遠心力が抑制することになり、オイル１の流れの高速化が抑制される。このような理由から回転電機の駆動力がオイル１の流れを作り出すエネルギーとして無駄に消費される不都合を解消する。
【００５５】
オイル１の温度が上昇した場合にはケース１０の外部のラジエータ２によってオイル１の冷却を行い、オイル１の温度の過剰な上昇の抑制が可能となる。
【００５６】
特に、別実施形態のように還元ユニット５０を備えるものでは、第２空間Ｓ２のオイル１を第１空間Ｓ１に戻すために専用のポンプ類を必要とすることなく、単純で小型な構成とすることを可能にする。
【００５７】
また、別実施形態では、オイル１を補充時に過剰な量のオイル１が第１空間Ｓ１に供給された場合でも、そのオイル１が隔壁２３の孔部２３Ａを介して第２空間Ｓ２にオーバーフローし、更に、還元ユニット５０のオーバーフロー孔５６から支軸２０の外部に排出されるので適正なオイル１の使用が可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
本発明は、ロータの冷却を必要とする回転電機全般に利用することができる。
【符号の説明】
【００５９】
１ 冷媒（オイル）
２ 放熱手段（ラジエータ）
２０ 支軸
２１ 供給孔
２２ 還元孔
２３ 隔壁
２４ 供給路形成部材
２５ 還元路形成部材
３０ ロータ
３２ 冷却路
４０ ステータ
５４ 取出管
５５ 還元管
Ｆ１ 第１内壁
Ｆ２ 第２内壁
Ｐ ポンプ（油圧ポンプ）
Ｒ１ 第１距離（第１半径）
Ｒ２ 第２距離（第２半径）
Ｓ１ 第１空間
Ｓ２ 第２空間
Ｕ 冷媒補給手段
Ｔ 冷媒流路
Ｔ１ 供給路
Ｘ 軸芯
【特許請求の範囲】
【請求項１】
支軸と一体回転するロータと、このロータを取り囲む位置から前記ロータに磁力を作用させるステータとを備えて回転電機が構成されると共に、
前記支軸の軸芯から第１距離だけ離間する第１内壁を有する第１空間と、前記支軸の軸芯から前記第１距離より長い第２距離だけ離間する第２内壁を有する第２空間とが独立した状態で前記支軸に備えられ、
前記第１空間から前記ロータに形成された冷却路を介して前記第２空間に冷媒を送る冷媒流路と、前記第２空間から冷媒を排出することで前記第２空間において前記軸芯から冷媒の液面位置までの距離を前記第１距離より長くする冷媒排出流路と、前記第１空間に冷媒を補給する冷媒補給手段とが備えられている回転電機の冷却構造。
【請求項２】
前記支軸として一端側の内径が他端側の内径より小さい筒状体が用いられ、この筒状体の軸芯方向での中間位置に隔壁を備えることより、この筒状体の前記一端側に前記第１空間が形成され、この筒状体の前記他端側に前記第２空間が形成されている請求項１記載の回転電機の冷却構造。
【請求項３】
前記筒状体を半径方向に貫通することで前記第１空間に連通する供給孔と、前記筒状体を半径方向に貫通することで前記第２空間に連通する還元孔とが形成されると共に、前記冷媒流路が、前記供給孔から前記冷却路に冷媒を送る供給路を形成するための供給路形成部材と、前記冷却路からの冷媒を前記還元孔に送る還元路を形成する還元路形成部材とで構成されている請求項２記載の回転電機の冷却構造。
【請求項４】
前記冷媒補給手段が、前記冷媒排出流路によって排出された冷媒を前記第１空間に供給するポンプを備えている請求項１〜３のいずれか一項に記載の回転電機の冷却構造。
【請求項５】
前記冷媒排出流路から排出された前記冷媒を冷却する放熱手段が備えられている請求項１〜４のいずれか一項に記載の回転電機の冷却構造。
【請求項６】
前記軸芯が水平姿勢に設定されると共に、前記冷媒排出流路が前記第２空間の冷媒を取り出す取出管で構成され、前記冷媒補給手段が、前記取出管で取り出された冷媒を自重によって前記第１空間に流すように前記軸芯に沿って配置された還元管で構成されている請求項１〜３のいずれか一項に記載の回転電機の冷却構造。
【請求項１】
支軸と一体回転するロータと、このロータを取り囲む位置から前記ロータに磁力を作用させるステータとを備えて回転電機が構成されると共に、
前記支軸の軸芯から第１距離だけ離間する第１内壁を有する第１空間と、前記支軸の軸芯から前記第１距離より長い第２距離だけ離間する第２内壁を有する第２空間とが独立した状態で前記支軸に備えられ、
前記第１空間から前記ロータに形成された冷却路を介して前記第２空間に冷媒を送る冷媒流路と、前記第２空間から冷媒を排出することで前記第２空間において前記軸芯から冷媒の液面位置までの距離を前記第１距離より長くする冷媒排出流路と、前記第１空間に冷媒を補給する冷媒補給手段とが備えられている回転電機の冷却構造。
【請求項２】
前記支軸として一端側の内径が他端側の内径より小さい筒状体が用いられ、この筒状体の軸芯方向での中間位置に隔壁を備えることより、この筒状体の前記一端側に前記第１空間が形成され、この筒状体の前記他端側に前記第２空間が形成されている請求項１記載の回転電機の冷却構造。
【請求項３】
前記筒状体を半径方向に貫通することで前記第１空間に連通する供給孔と、前記筒状体を半径方向に貫通することで前記第２空間に連通する還元孔とが形成されると共に、前記冷媒流路が、前記供給孔から前記冷却路に冷媒を送る供給路を形成するための供給路形成部材と、前記冷却路からの冷媒を前記還元孔に送る還元路を形成する還元路形成部材とで構成されている請求項２記載の回転電機の冷却構造。
【請求項４】
前記冷媒補給手段が、前記冷媒排出流路によって排出された冷媒を前記第１空間に供給するポンプを備えている請求項１〜３のいずれか一項に記載の回転電機の冷却構造。
【請求項５】
前記冷媒排出流路から排出された前記冷媒を冷却する放熱手段が備えられている請求項１〜４のいずれか一項に記載の回転電機の冷却構造。
【請求項６】
前記軸芯が水平姿勢に設定されると共に、前記冷媒排出流路が前記第２空間の冷媒を取り出す取出管で構成され、前記冷媒補給手段が、前記取出管で取り出された冷媒を自重によって前記第１空間に流すように前記軸芯に沿って配置された還元管で構成されている請求項１〜３のいずれか一項に記載の回転電機の冷却構造。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１１−２５４５８０（Ｐ２０１１−２５４５８０Ａ）
【公開日】平成２３年１２月１５日（２０１１．１２．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１２４７３１（Ｐ２０１０−１２４７３１）
【出願日】平成２２年５月３１日（２０１０．５．３１）
【出願人】（０００００００１１）アイシン精機株式会社 (5,421)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１２月１５日（２０１１．１２．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年５月３１日（２０１０．５．３１）
【出願人】（０００００００１１）アイシン精機株式会社 (5,421)
【Ｆターム（参考）】
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