JP2019146332A - 回転電機のロータ - Google Patents

Abstract

【課題】回転電機において、シャフト冷媒流路に連通する冷媒供給口を外周面に有するロータシャフトを、ロータコア冷媒流路に連通する冷媒受入口を内周面に有するロータコアに圧入した際に、ロータコアの冷媒受入口の目詰まりが生じることを抑制することである。【解決手段】回転電機のロータ１０は、ロータシャフト１２とロータコア２０を備える。ロータシャフト１２は、軸方向に延びるシャフト冷媒流路１４及びシャフト冷媒流路１４に連通する冷媒供給口１６を外周面に有する。ロータコア２０は、軸方向に延びるロータコア冷媒流路３０及びロータコア冷媒流路３０に連通しロータシャフト１２の冷媒供給口１６に向かい合う冷媒受入口３２を内周面に有する。そして、ロータコア２０の内周面のロータシャフト１２の冷媒供給口１６に向かい合う部分に、軸方向に延びる逃がし溝部４０が設けられる。【選択図】図２

Description

本開示は、回転電機のロータに係り、特に、ロータシャフトをロータコアに圧入して形成される回転電機のロータに関する。

回転電機は動作と共に発熱し、ロータに設けられる永久磁石の特性に影響を与えるので、ロータの冷却が必要になる。

特許文献１には、軸方向に延びる冷媒流路及び径方向に延びる冷媒供給口を有するロータシャフトと、軸方向に延びる第１冷媒流路及びロータシャフトの冷媒供給口に向かい合う第２冷媒流路を有するロータコアとを備える回転電機のロータが開示されている。

本開示に関連する技術として、特許文献２には、キー溝を外周側に有するロータシャフトと、ロータシャフトが挿入される中心穴、中心穴よりもさらに内径側に突出しキー溝に嵌合するキー部を有するロータコアとを備える回転電機のロータが述べられている。ここで、キー部は、径方向に沿った切欠を有し、これによってキー部の根元に生じ得る応力集中を緩和できると述べている。

特開２０１４−１７６２３５号公報 特開２０１５−１０４１７６号公報

回転電機のロータにおいて、ロータシャフトをロータコアに圧入すると、圧入に伴ってロータコアの内周面やロータシャフトの外周面が削られ削り屑等になることがある。ロータコアの冷却のために、ロータコアの内周面に冷媒受入口を設け、ロータシャフトの外周面に設けられた冷媒供給口から冷媒の供給を受ける場合、ロータシャフトをロータコアに圧入することで、冷媒受入口が削り屑等で目詰まりする恐れがある。そこで、シャフト冷媒流路に連通する冷媒供給口を外周面に有するロータシャフトを、ロータコア冷媒流路に連通する冷媒受入口を内周面に有するロータコアに圧入した際に、ロータコアの冷媒受入口の目詰まりを抑制できる回転電機が要望される。

本開示に係る回転電機は、軸方向に延びるシャフト冷媒流路及びシャフト冷媒流路に連通する冷媒供給口を外周面に有するロータシャフトと、軸方向に延びるロータコア冷媒流路及びロータコア冷媒流路に連通しロータシャフトの冷媒供給口に向かい合う冷媒受入口を内周面に有するロータコアと、を備え、ロータシャフトの冷媒供給口に向かい合うロータコアの内周面の部分に、軸方向に延びる逃がし溝部が設けられる。

上記構成の回転電機によれば、ロータシャフトをロータコアに圧入しても、逃がし溝部に対応するロータシャフトの部分及びロータコアの部分は削られない。これによって、ロータコアの冷媒受入口の目詰まりが抑制される。

実施の形態の回転電機の軸方向端面を示す図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。 実施の形態の回転電機の作用効果を説明する図で、ロータコアにロータシャフトを圧入する前の状態を示す断面図である。 図３に引き続き、ロータコアにロータシャフトを圧入中の状態を示す断面図である。 図４に引き続き、ロータコアに対するロータシャフトの圧入が終了した状態を示す断面図である。 比較例として、逃がし溝部を備えない従来技術の回転電機において、ロータコアにロータシャフトを圧入する前の状態を示す断面図である。 図６に引き続き、ロータコアにロータシャフトを圧入中の状態を示す断面図である。 図７に引き続き、ロータコアに対するロータシャフトの圧入が終了した状態を示す断面図である。

以下に図面を用いて本実施の形態につき詳細に説明する。以下に述べる寸法、形状、材質、ロータの磁極の数、冷媒供給口の数、冷媒受入口の数等は、説明のための例示であって、回転電機のロータの仕様等により、適宜変更が可能である。また、以下では、全ての図面において同様の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

図１は、車両に搭載される回転電機に用いられる回転電機のロータ１０の軸方向端面を示す図である。図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。以下では、特に断らない限り、回転電機のロータ１０を、ロータ１０と呼ぶ。ロータ１０が用いられる回転電機は、車両が力行するときは電動機として機能し、車両が制動時にあるときは発電機として機能するモータ・ジェネレータで、三相同期型回転電機である。回転電機は、図１に示されるロータ１０と、ロータ１０の外周側に所定の隙間間隔を隔てて配置されて巻線コイルが巻回される円環状のステータとで構成される。図１ではステータの図示を省略した。

図１に、ロータ１０についての三軸として、軸方向、径方向、周方向を示す。軸方向は、ロータ１０の回転中心軸Ｃ−Ｃの延びる方向である。径方向は、回転中心軸Ｃ−Ｃを通り、外周側に放射状に延びる方向である。周方向は、回転中心軸Ｃ−Ｃ周りの方向である。

ロータ１０は、ロータシャフト１２と、ロータコア２０とを含む。ロータシャフト１２は、ロータコア２０に圧入されて固定されるロータ１０の回転軸で、軸方向の両端は図示しない軸受を介して回転自在にモータケース（図示省略）に支持される。

図１に、圧入後の（ロータシャフト１２の外径）＝（ロータコア２０の内径）＝Ｄ０を示す。圧入前のロータシャフト１２の外径をＤＳとし、圧入前のロータコア２０の内径をＤＣとする（図３参照）と、ＤＳ＞Ｄ０＞ＤＣの関係がある。

ロータシャフト１２は、内部に軸方向に延びるシャフト冷媒流路１４を有する。ロータシャフト１２の外周面には、シャフト冷媒流路１４に連通する冷媒供給口１６が設けられる。シャフト側接続流路１８は、シャフト冷媒流路１４と冷媒供給口１６とを結び径方向に延びる流路である。冷媒供給口１６とシャフト側接続流路１８は、周方向に沿って８つずつ設けられる。

ロータコア２０は、ロータシャフト１２を通す中心穴２１を有する。ロータシャフト１２が圧入される前の中心穴２１の内径がＤＣである。ロータコア２０は、ロータ１０の磁極Ｐを形成する永久磁石２２，２３を含む。各磁極Ｐは、２つの永久磁石２２，２３を一対として構成される。図１の例では、磁極Ｐの数は８である。各磁極Ｐにおける一対の永久磁石２２，２３は、互いに所定の傾斜角度をなして略Ｖ字形に配置される。略Ｖ字形とは、一対の永久磁石２２，２３の互いに向かい合う間隔が外周側に向かうほど大きくなる配置形状である。永久磁石２２，２３は、略矩形形状の断面を有する細長い棒状の磁石で、棒状の長さは、それぞれロータコア２０の軸方向の全長ＬＣよりやや短く設定される。永久磁石２２，２３は、磁石挿入孔２４，２５に挿入され、樹脂で固定されて埋め込まれる。

ロータコア２０は、永久磁石２２，２３の近傍であって、永久磁石２２，２３よりも内径側に軸方向に延びるロータコア冷媒流路３０を有する。ロータコア冷媒流路３０の数は、磁極Ｐの数と同じ８つである。各ロータコア冷媒流路３０は、隣接する磁極Ｐの境界線上に配置される。ロータコア２０の内周面には、ロータコア冷媒流路３０に連通する冷媒受入口３２が設けられる。コア側接続流路３４は、ロータコア冷媒流路３０と冷媒受入口３２とを結び径方向に延びる流路である。

図２において、コア側接続流路３４は、冷媒受入口３２側の１本の流路が二股に分かれてロータコア冷媒流路３０側に接続される。図２の二股型のコア側接続流路３４は説明のための例示であって、冷媒受入口３２から径方向に延びてロータコア冷媒流路３０に接続する形態であれば、二股型でなくてもよい。径方向に延びる１本の流路でコア側接続流路３４としてもよく、二段に曲った二股型であってもよい。

冷媒受入口３２とコア側接続流路３４は、ロータコア２０の軸方向に沿った全長ＬＣの中央部に、周方向に沿って、ロータコア冷媒流路３０の数と同じ数の８つ設けられる。ロータコア２０にロータシャフト１２が仕様に従って正しい位置に圧入された場合には、図２に示すように、ロータコア２０の冷媒受入口３２は、ロータシャフト１２の冷媒供給口１６に向い合う。圧入によって組み立てられたロータ１０が図示しないステータと共にモータケースに収められて回転電機となる。

図２において、太線は、回転電機が動作するときのロータ１０における冷媒５０の流れである。冷媒５０は、図示しない冷媒循環ポンプ等によって、ロータシャフト１２のシャフト冷媒流路１４に導かれ、図２の場合、軸方向の左側から右側に流れる。回転電機が動作してロータ１０が回転中心軸Ｃ−Ｃの周りに回転すると、遠心力によって冷媒５０は８つの冷媒供給口１６から噴出する。噴出した冷媒５０は、向い合うロータコア２０の冷媒受入口３２からコア側接続流路３４を径方向に沿って流れ、ロータコア冷媒流路３０に入り、ロータコア冷媒流路３０を軸方向に沿って流れる。コア側接続流路３４を流れる冷媒５０によって、ロータコア２０を介して永久磁石２２，２３は軸方向の中央付近が冷却される。さらに、ロータコア冷媒流路３０を軸方向に流れる冷媒５０によって、永久磁石２２，２３は軸方向の全長に渡って冷却される。ロータコア冷媒流路３０を軸方向に流れた冷媒５０は、ロータコア２０の軸方向両端面から噴出して回収される。例えば、モータケースの底部に貯留され、冷媒循環ポンプによって再びロータシャフト１２のシャフト冷媒流路１４に供給される。

図１、図２に示す逃がし溝部４０は、ロータコア２０の内周面においてロータシャフト１２の冷媒供給口１６に向かい合う部分に、軸方向に延びる溝である。逃がし溝部４０は、図１に示すように、ロータコア２０の内周面の周方向に沿って、冷媒受入口３２が設けられる位置に対応して８つ設けられる。ロータコア２０の内周面のうち、逃がし溝部４０が設けられない面が、ロータシャフト１２との圧入面になる。逃がし溝部４０の溝深さは、ロータシャフト１２が圧入されても、溝底がロータシャフト１２の外周面と接触しない程度の深さに設定される。逃がし溝部４０の周方向に沿った幅寸法は、少なくともロータコア２０の内周面における冷媒受入口３２の幅寸法よりも大きい条件の下で、ロータコア２０とロータシャフト１２の圧入による保持力の仕様によって定めることができる。逃がし溝部４０を設けることで、ロータシャフト１２を圧入する際に、ロータコア２０の冷媒受入口３２の部分は、ロータシャフト１２に接触することがない。

かかるロータコア２０としては、所定枚数の磁性体材料の薄板２６を積層して形成される積層体が用いられる。磁性体材料の薄板２６は、所定枚数の全部について、ロータシャフト１２が圧入される中心穴２１、複数の永久磁石２２，２３を挿入するための磁石挿入孔２４，２５、ロータコア冷媒流路３０、逃がし溝部４０を含む。磁性体材料の薄板２６の全部は、これらを含んで磁性体の薄板シートを打ち抜き加工等で所定の形状に成形される。なお、所定枚数のうち、積層体の軸方向の全長ＬＣの中央部に積層される数枚には、軸方向に沿って二股型のコア側接続流路３４を形成するための穴、スリット等が成形される。積層は、中心穴２１、磁石挿入孔２４，２５、ロータコア冷媒流路３０、逃がし溝部４０、二股型のコア側接続流路３４が所定の形状に形成されるように位置合わせされながらカシメ等で固定され、円環状の積層体となる。かかる磁性体材料の薄板２６としては、電磁鋼板を用いることができる。

上記構成の作用効果を、逃がし溝部４０を有さない従来技術と比較して、図３から図８を用いてさらに詳細に説明する。図３から図５は、逃がし溝部４０を有するロータ１０について圧入工程の経過を示す図であり、図６から図８は、逃がし溝部４０を有さないロータ９について圧入工程の経過を示す図である。これらの図は、図２のＣ−Ｃ線より下半分の部分のうち、特に冷媒供給口１６、冷媒受入口３２が向かい合う部分について拡大して示す図である。

ロータ１０についての図３は、ロータコア２０にロータシャフト１２が圧入される前の状態を示す図である。ロータコア２０の内径は、初期状態のＤＣであり、ロータシャフト１２の外径は初期状態のＤＳである。

図４は、ロータコア２０にロータシャフト１２が白抜矢印の方向に沿って圧入され、ロータシャフト１２の先端が冷媒受入口３２の手前まで来た状態である。この圧入の際に、逃がし溝部４０があるので、冷媒受入口３２付近の周方向内周面にロータシャフト１２の外周面は接触しない。逃がし溝部４０が設けられない部分で、圧入に伴ってロータシャフト１２の外周面、ロータコア２０の内周面が削られたとしても、逃がし溝部４０の部分については、圧入に伴ってロータシャフト１２の外周面、ロータコア２０の内周面が削られることがない。

図５は、圧入工程が終了して、ロータコア２０の冷媒受入口３２とロータシャフト１２の冷媒供給口１６が向かい合った位置になった状態である。圧入に伴って逃がし溝部４０が設けられない部分でロータシャフト１２の外周面、ロータコア２０の内周面が削られたとしても、冷媒受入口３２は、その削り屑等で塞がれることがない。

ロータ９についての図６は、ロータ１０についての図３に対応する図である。ロータ９を構成するロータコア１９には逃がし溝部４０が設けられていない。

ロータ９についての図７は、ロータ１０についての図４に対応する図で、ロータコア１９にロータシャフト１２が白抜矢印の方向に沿って圧入され、ロータシャフト１２の先端が冷媒受入口３２の手前まで来た状態である。この圧入の際に、ロータコア１９のない主面とロータシャフト１２の外周面は、周方向の全体に渡って接触し、圧入に伴ってロータシャフト１２の外周面、ロータコア１９の内周面が削られる。図７では、その削り屑６０がロータシャフト１２の先端部に付着している状態が示される。

ロータ９についての図８は、ロータ１０についての図５に対応する図で、圧入工程が終了して、ロータコア１９の冷媒受入口３２とロータシャフト１２の冷媒供給口１６が向かい合った位置になった状態である。圧入に伴ってロータシャフト１２の外周面、ロータコア１９の内周面が削られたことによる削り屑６０は、冷媒受入口３２に入り込み、冷媒受入口３２は、削り屑６０で塞がれた状態になる。この状態では、ロータ９が図示しないステータと共にモータケースに収められて回転電機となり、回転電機が動作してロータシャフト１２に冷媒５０が供給され、ロータ９が回転して冷媒供給口１６から噴出しても、冷媒受入口３２に供給できない。したがって、ロータコア１９、永久磁石２２，２３を冷却することができない。

上記構成の回転電機のロータ１０によれば、ロータシャフト１２をロータコア２０に圧入しても、逃がし溝部４０に対応するロータシャフト１２の部分及びロータコア２０の部分は削られない。これによって、ロータコア２０の冷媒受入口３２の目詰まりが抑制され、ロータコア２０、永久磁石２２，２３の冷却を行うことができる。

９，１０ ロータ、１２ ロータシャフト、１４ シャフト冷媒流路、１６ 冷媒供給口、１８ シャフト側接続流路、１９，２０ ロータコア、２１ 中心穴、２２，２３ 永久磁石、２４，２５ 磁石挿入孔、２６ 磁性体材料の薄板、３０ ロータコア冷媒流路、３２ 冷媒受入口、３４ コア側接続流路、４０ 逃がし溝部、５０ 冷媒、６０ 削り屑。

回転電機のロータにおいて、ロータシャフトをロータコアに圧入すると、圧入に伴ってロータコアの内周面やロータシャフトの外周面が削られ削り屑等になることがある。ロータコアの冷却のために、ロータコアの内周面に冷媒受入口を設け、ロータシャフトの外周面に設けられた冷媒供給口から冷媒の供給を受ける場合、ロータシャフトをロータコアに圧入することで、冷媒受入口が削り屑等で目詰まりする恐れがある。そこで、シャフト冷媒流路に連通する冷媒供給口を外周面に有するロータシャフトを、ロータコア冷媒流路に連通する冷媒受入口を内周面に有するロータコアに圧入した際に、ロータコアの冷媒受入口の目詰まりを抑制できる回転電機のロータが要望される。

本開示に係る回転電機のロータは、軸方向に延びるシャフト冷媒流路及びシャフト冷媒流路に連通する冷媒供給口を外周面に有するロータシャフトと、軸方向に延びるロータコア冷媒流路及びロータコア冷媒流路に連通しロータシャフトの冷媒供給口に向かい合う冷媒受入口を内周面に有するロータコアと、を備え、ロータシャフトの冷媒供給口に向かい合うロータコアの内周面の部分に、軸方向に延びる逃がし溝部が設けられる。
本開示に係る回転電機のロータにおいて、逃がし溝部は、冷媒受入口を跨ぐように、ロータコアの軸方向一方端から他方端にわたって、ロータコアの内周面に設けられていることが好ましい。

上記構成の回転電機のロータによれば、ロータシャフトをロータコアに圧入しても、逃がし溝部に対応するロータシャフトの部分及びロータコアの部分は削られない。これによって、ロータコアの冷媒受入口の目詰まりが抑制される。

実施の形態に係る回転電機のロータの軸方向端面を示す図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。 実施の形態に係る回転電機のロータの作用効果を説明する図で、ロータコアにロータシャフトを圧入する前の状態を示す断面図である。 図３に引き続き、ロータコアにロータシャフトを圧入中の状態を示す断面図である。 図４に引き続き、ロータコアに対するロータシャフトの圧入が終了した状態を示す断面図である。 比較例として、逃がし溝部を備えない従来技術の回転電機のロータにおいて、ロータコアにロータシャフトを圧入する前の状態を示す断面図である。 図６に引き続き、ロータコアにロータシャフトを圧入中の状態を示す断面図である。 図７に引き続き、ロータコアに対するロータシャフトの圧入が終了した状態を示す断面図である。

ロータ９についての図７は、ロータ１０についての図４に対応する図で、ロータコア１９にロータシャフト１２が白抜矢印の方向に沿って圧入され、ロータシャフト１２の先端が冷媒受入口３２の手前まで来た状態である。この圧入の際に、ロータコア１９の内周面とロータシャフト１２の外周面は、周方向の全体に渡って接触し、圧入に伴ってロータシャフト１２の外周面、ロータコア１９の内周面が削られる。図７では、その削り屑６０がロータシャフト１２の先端部に付着している状態が示される。

Claims (1)

1. 軸方向に延びるシャフト冷媒流路及び前記シャフト冷媒流路に連通する冷媒供給口を外周面に有するロータシャフトと、
   軸方向に延びるロータコア冷媒流路及び前記ロータコア冷媒流路に連通し前記ロータシャフトの前記冷媒供給口に向かい合う冷媒受入口を内周面に有するロータコアと、
   を備え、
   前記ロータシャフトの前記冷媒供給口に向かい合う前記ロータコアの内周面の部分に、軸方向に延びる逃がし溝部が設けられる、回転電機のロータ。

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