アウターロータ型回転電機

【課題】ロータとステータとの間のエアギャップに冷媒が介在することを抑制し、回転抵抗を低減可能なアウターロータ型の回転電機を提供する。
【解決手段】オイル供給部４０は、ロータ２０の円環部２５よりも径方向外側に設けられたオイル供給口４１を備え、ハウジング３０には、底面３４上に所定量のオイルを貯留する貯留部３３が設けられる。ロータ２０の外周面である円環部外周面２４ｂは、軸心Ｏとの間の径方向距離が軸連結部から開口側に向かうにしたがい拡径しており、ハウジング３０の底面３４とロータ２０の円環部外周面２４ｂとの径方向隙間が、軸連結部側から開口側に向かうに従って小さくなる。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アウターロータ型回転電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、アウターロータ型回転電機において、運転中にロータやステータのコイルから発熱することが知られており、回転電機が昇温することで回転電機の効率が低下するのを抑制するため、潤滑油（冷媒）を循環させて回転電機を冷却することが行われている。
【０００３】
例えば、特許文献１に記載のアウターロータ型回転電機においては、図９に示すように、ベアリング１１２及びスプラグ１０４からオイル溜まり１１５に流入したオイルを、ロータカップ１０３の軸連結部１０３ｂに形成された通孔１０３ｅに導入させ、さらに通孔１０３ｅに導入したオイルを慣性力によってロータカップの径方向外側に移動させて、発電コイル１０６ｂに噴射することで、回転電機を冷却することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１‐４５７１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、アウターロータ型回転電機の場合、磁石の表面積、又はロータカップの軸連結部が大きくなることにより高出力化が可能となるが、エアギャップ位置がインナーロータ型に比べて外径に位置するため、油冷を行う場合には、ハウジングの底面に貯留したオイルがエアギャップへ浸入しやすく、回転抵抗の増加、即ち回転電機の効率の低下につながるおそれがあった。
【０００６】
本発明は、前述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、ロータとステータとの間のエアギャップに冷媒が介在することを抑制し、回転抵抗を低減可能なアウターロータ型の回転電機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、
ステータ（例えば、後述の実施形態におけるステータ１０）と、
前記ステータの径方向外側に所定のエアギャップ（例えば、後述の実施形態におけるエアギャップＳ）を介して配置され、軸心周りに回転可能なロータ（例えば、後述の実施形態におけるロータ２０）と、
前記ステータおよび前記ロータを収納するハウジング（例えば、後述の実施形態におけるハウジング３０）と、
少なくとも前記ロータを冷却する冷媒（例えば、後述の実施形態におけるオイル）を前記ハウジング内に供給する冷媒供給部（例えば、後述の実施形態におけるオイル供給部４０）と、を備えたアウターロータ型回転電機（例えば、後述の実施形態におけるアウターロータ型回転電機１）であって、
前記ロータは、前記ステータの径方向外側に配置される円環部（例えば、後述の実施形態における円環部２５）と、該円環部の軸方向一端側に設けられ回転軸（例えば、後述の実施形態における回転軸１３）に連結された軸連結部（例えば、後述の実施形態における軸連結部２６）と、を備え、軸方向他端側が開口しており、
前記冷媒供給部は、前記ロータの前記円環部よりも径方向外側に設けられた供給口（例えば、後述の実施形態におけるオイル供給口４１）を備え、
前記ハウジングには、底面（例えば、後述の実施形態における底面３４）上に所定量の前記冷媒を貯留する貯留部（例えば、後述の実施形態における貯留部３３）が設けられ、
前記ロータの外周面（例えば、後述の実施形態における円環部外周面２４ｂ）は、軸心（例えば、後述の実施形態における軸心Ｏ）との間の径方向距離が軸方向一端側（例えば、後述の実施形態における軸連結部側）から他端側（例えば、後述の実施形態における開口側）に向かうにしたがい拡径しており、前記ハウジングの底面と前記ロータの外周面との径方向隙間が、軸方向一端側から軸方向他端側に向かうに従って小さくなることを特徴とする。
【０００８】
請求項２に係る発明は、請求項１の構成に加えて、
前記ロータの前記軸連結部と前記ハウジングの側面との間に仕切り部材（例えば、後述の実施形態におけるバッフルプレート６０）が設けられ、
前記仕切り部材は、前記ロータの軸心よりも下方で前記ロータの前記軸連結部と前記ハウジングの側面を仕切る仕切り部（例えば、後述の実施形態における仕切り部６５）と、該仕切り部の下端部から軸方向他端側に伸びるとともに湾状に窪んだ受け部（例えば、後述の実施形態における受け部６６）と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
請求項１の発明によれば、ハウジングの底面とロータの外周面との径方向隙間で発生する圧力差により、ハウジングの底面とロータの外周面との径方向隙間に貯留した液体が軸方向他端側から軸方向一端側に流動することにより、ロータとステータとの間のエアギャップに冷媒が介在することを抑制することができ、回転抵抗を低減することができる。
【００１０】
請求項２の発明によれば、ロータの回転時に、ロータ側の貯留部に貯留される冷媒上面の高さを、ハウジングの側面側の貯留部に貯留される冷媒上面の高さよりも低くすることができ、これにより、貯留した冷媒中に浸かるロータの表面積が小さくなり、ロータが回転する際の冷媒の抵抗を小さくすることができ、回転電機の効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明のアウターロータ型回転電機の一実施形態の断面図である。
【図２】図１に示すアウターロータ型回転電機の正面図である。
【図３】図１に示すアウターロータ型回転電機の側面図である。
【図４】図１のロータ上部の拡大断面図である。
【図５】（ａ）は本実施形態の図１のロータ下部の部分拡大図であり、（ｂ）は比較例のアウターロータ型回転電機のロータ下部の部分拡大図である。
【図６】変形例に係るアウターロータ型回転電機の正面図である。
【図７】図６に示すアウターロータ型回転電機の側面図である。
【図８】（ａ）はバッフルプレートを取り付けた場合のロータの回転時の模式図であり、（ｂ）はバッフルプレートを取り付けていない場合のロータの回転時の模式図である。
【図９】特許文献１に記載のアウターロータ型回転電機の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の各実施の形態を、添付図面に基づいて説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。
図１〜図３に示すように、本実施形態のアウターロータ型回転電機１は、ステータ１０と、ステータ１０の径方向外側に僅かな隙間（以下、エアギャップＳと呼ぶ。）を介して対向配置される円環状のロータ２０と、ステータ１０およびロータ２０を収納するハウジング３０と、少なくともロータ２０を冷却する冷媒としてのオイルをハウジング３０内に供給するオイル供給部４０と、を備えて構成される。
【００１３】
ステータ１０およびロータ２０を収納するハウジング３０は、軸方向一端側に位置する円板状の側壁３１から軸方向に環状の円筒部３２が突出し、円筒部３２の上方（径方向外側）には、オイル供給部４０のオイル供給口４１が設けられている。ロータ２０の回転中には、オイル供給口４１からロータ２０にオイルが供給され、供給されたオイルがハウジング３０の円筒部３２下方の貯留部３３に貯留するように構成される。
【００１４】
ステータ１０は、ステータコア３と、複数のコイル４とを備える。ステータコア３は、複数の電磁鋼板が軸方向に積層されて構成され、円環状の支持部３ａから径方向外側に向かって放射状に突出形成された複数のティース３ｂを有する。支持部３ａの内側には、ボルト穴３ｃをそれぞれ有する複数の凸部３ｄが設けられ、ボルト穴３ｃに挿通されるボルト１１により、ステータコア３がハウジング３０の軸方向他端側の側壁３５に固定されている。コイル４は、巻線６を、絶縁特性を有する合成樹脂などで形成されたインシュレータ７を介してステータコア３のティース３ｂの周囲に巻回することで形成される。従って、複数のコイル４は、全体として略円環状に組みつけられている。
【００１５】
ロータ２０は、略円環状のロータヨーク２１と、ロータヨーク２１の内周面に固定される永久磁石２２ａからなる複数の磁極部２２と、ロータヨーク２１を径方向内側に保持すると共に回転軸１３に固定される縁付円盤状のロータカップ２４と、を備える。
【００１６】
ロータヨーク２１は、透磁可能な材料からなる複数の円環状の電磁鋼板を軸方向に積層することにより構成され、外周面２１ａが、ロータカップ２４の内周面２４ａに圧入固定される。なお、圧入代は、スリップトルク以上のトルクが確保できるように設定されている。
【００１７】
複数の磁極部２２は、周方向で隣り合う磁極が異極となるように周方向で交互に設けられており、各磁極部２２は、２つの永久磁石２２ａから構成される。なお、各磁極部２２は、１つの永久磁石２２ａで構成されていてもよい。
【００１８】
ロータカップ２４は、ステータ１０の径方向外側に配置される円環部２５の軸方向一端側に、回転軸１３に連結された軸連結部２６が一体に取り付けられている。言い換えると、ロータカップ２４は、軸方向一端側に軸連結部２６が形成され、軸方向他端側が開口している。また、ロータカップ２４の円環部外周面２４ｂは、図３及び４に示すように、軸心Ｏとの間の径方向距離が軸連結部側から開口側に向かうにしたがい拡径する傾斜面をなしている。これに対しロータカップ２４の円環部外周面２４ｂと対向するハウジング３０の円筒部３２は、軸心Ｏとの間の径方向距離が一定なので、ハウジング３０の円筒部３２の底面３４と円環部外周面２４ｂと径方向隙間が、軸連結部側から開口側に向かうに従って小さくなっている。
【００１９】
図１に戻って、回転軸１３は、軸受８により、ハウジング３０に対して回転自在に支承されており、ステータ１０に発生させる回転磁界によってロータ２０が回転駆動される。
【００２０】
このように構成されたアウターロータ型回転電機１では、運転中にオイル供給部４０のオイル供給口４１からハウジング３０内にオイルが、ロータカップ２４の円環部外周面２４ｂに向かって噴射又は滴下される。
【００２１】
ここで、本実施形態のアウターロータ型回転電機１の作用を説明する前に、比較例としての回転電機の場合について図５（ｂ）を参照して説明する。比較例の回転電機では、図５（ｂ）に示すように、ロータカップ２４の円環部外周面２４ｂは、軸心Ｏとの間の径方向距離が一定な円筒面として形成されている。従って、ハウジング３０の円筒部３２の底面３４と円環部外周面２４ｂと径方向隙間が、一定となっている。
【００２２】
ロータ２０の回転時に、ロータ２０の外周面であるロータカップ２４の円環部外周面２４ｂとハウジング３０の底面３４との間においては、ロータ２０の回転によりオイルが下方へ向かって押圧されるため、オイルの圧力が貯留部３３の他の位置よりも高くなる。圧力の高いオイルは、ロータカップ２４の円環部外周面２４ｂとハウジング３０の底面３４との間から、軸方向両側へ流動するが、ロータカップ２４の円環部外周面２４ｂとハウジング３０の底面３４との間の径方向距離が一定の場合には、軸方向両側へほぼ均等に流動する。
【００２３】
これに対し、本実施形態のアウターロータ型回転電機１では、図５（ａ）に示すように、ロータカップ２４の円環部外周面２４ｂは、軸心Ｏとの間の径方向距離が軸連結部側から開口側に向かうに従い拡径する傾斜面をなしているので、供給されたオイルは、開口側から軸連結部側に向かって、且つ、上方から下方に向かって円環部外周面２４ｂに沿って移動し、軸連結部側の貯留部３３に導かれる。
【００２４】
また、ハウジング３０の円筒部３２の底面３４と円環部外周面２４ｂと径方向隙間が、軸連結部側から開口側に向かうに従って小さくなっているので、ロータ２０の回転時に、ロータ２０の円環部外周面２４ｂとハウジング３０の底面３４との間において、オイルの圧力が軸連結部側から開口側に向かうに従い大きくなるように分布する。従って、ロータ２０の回転時に、ロータ２０の円環部外周面２４ｂとハウジング３０の底面３４との間から、ロータ２０の開口側へ流動するオイルの量に比べて、ロータ２０の軸連結部側へ流動するオイルの量が多くなる。
【００２５】
以上のことから、ロータ２０の開口側における貯留部３３の高さが、ロータ２０の軸連結部側における貯留部３３の高さよりも低くなる。これにより、ロータ２０とステータ１０との間のエアギャップＳにオイルが介在することを抑制することができ、回転抵抗を低減することができる。
【００２６】
以上説明したように、本実施形態によれば、オイル供給部４０は、ロータ２０の円環部２５よりも径方向外側に設けられたオイル供給口４１を備え、ハウジング３０には、底面３４上に所定量のオイルを貯留する貯留部３３が設けられ、ロータ２０の外周面である円環部外周面２４ｂは、軸心Ｏとの間の径方向距離が軸連結部側（軸方向一端側）から開口側（他端側）に向かうにしたがい拡径しており、ハウジング３０の底面３４とロータ２０の円環部外周面２４ｂとの径方向隙間が、軸連結部側から開口側に向かうに従って小さくなるので、ハウジング３０の底面３４と円環部外周面２４ｂとの径方向隙間で発生する圧力差により、ハウジング３０の底面３４と円環部外周面２４ｂとの径方向隙間に貯留したオイルが開口側から軸連結部側に流動することにより、ロータ２０とステータ１０との間のエアギャップＳにオイルが介在することを抑制することができ、回転抵抗を低減することができる。
【００２７】
次に、本実施形態のアウターロータ型回転電機１の変形例について図６及び図７を参照しながら説明する。
本変形例では、ロータ２０の軸連結部２６とハウジング３０の側面との間にバッフルプレート６０が設けられている。
【００２８】
バッフルプレート６０は、ロータ２０の軸心Ｏよりも下方でロータの軸連結部２６とハウジングの側壁３１を仕切る仕切り部６５が軸連結部２６に沿って径方向に延びており、仕切り部６５の周縁下端部に、周縁下端部から開口側に延び、且つ、湾状に窪んだ受け部６６が形成される。仕切り部６５は、ロータ２０の円環部外周面２４ｂの軸連結部側の外径と略等しい径寸法を有する円板を水平に切断したものである。また、受け部６６は、ハウジング３０の円筒部３２の底面３４と円環部外周面２４ｂと径方向隙間に干渉しない位置に配置される。符号６７は、バッフルプレート６０をハウジング３０に固定する取り付け孔である。
【００２９】
このように、バッフルプレート６０を備える本変形例のアウターロータ型回転電機１では、ロータ２０の回転停止時におけるオイルの液面の高さは、バッフルプレート６０を挟んで同じ高さとなっているが、図８（ａ）に示すように、ロータ２０が回転すると、ロータ２０の回転に伴ってバッフルプレート６０の上方、即ち、ロータ側貯留部３３ａに貯留されているオイルがロータ側貯留部３３ａの外部にかき出される。これにより、ロータ側貯留部３３ａから流出するオイルの量が、ロータ側貯留部３３ａに流入するオイルの量よりも多くなって、ロータ側貯留部３３ａに貯留されるオイルの液面の高さＨがハウジング側貯留部３３ｂに貯留されるオイルの液面の高さｈよりも低下する。従って、図８（ｂ）に示すバッフルプレートを備えていないアウターロータ型回転電機に比べて、ロータ２０の回転時には、オイルに浸漬しているロータ２０の表面積が少なくなり、オイルによる回転抵抗が低減することで、アウターロータ型回転電機１の効率が向上する。
【００３０】
尚、本発明は、前述した各実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。
【符号の説明】
【００３１】
１アウターロータ型回転電機
１０ステータ
１３回転軸
２０ロータ
２４ｂ円環部外周面（ロータの外周面）
２５円環部
２６軸連結部
３０ハウジング
３３貯留部
３４底面
４０オイル供給部（冷媒供給部）
４１オイル供給口
６０バッフルプレート（仕切り部材）
６５仕切り部
６６受け部
Ｓエアギャップ
Ｏ軸心

【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステータと、
前記ステータの径方向外側に所定のエアギャップを介して配置され、軸心周りに回転可能なロータと、
前記ステータおよび前記ロータを収納するハウジングと、
少なくとも前記ロータを冷却する冷媒を前記ハウジング内に供給する冷媒供給部と、を備えたアウターロータ型回転電機であって、
前記ロータは、前記ステータの径方向外側に配置される円環部と、該円環部の軸方向一端側に設けられ回転軸に連結された軸連結部と、を備え、軸方向他端側が開口しており、
前記冷媒供給部は、前記ロータの前記円環部よりも径方向外側に設けられた供給口を備え、
前記ハウジングには、底面上に所定量の前記冷媒を貯留する貯留部が設けられ、
前記ロータの外周面は、軸心との間の径方向距離が軸方向一端側から他端側に向かうにしたがい拡径しており、前記ハウジングの底面と前記ロータの外周面との径方向隙間が、軸方向一端側から軸方向他端側に向かうに従って小さくなることを特徴とするアウターロータ型回転電機。
【請求項２】
前記ロータの前記軸連結部と前記ハウジングの側面との間に仕切り部材が設けられ、
前記仕切り部材は、前記ロータの軸心よりも下方で前記ロータの前記軸連結部と前記ハウジングの側面を仕切る仕切り部と、該仕切り部の下端部から軸方向他端側に伸びるとともに湾状に窪んだ受け部と、を有することを特徴とする請求項１に記載のアウターロータ型回転電機。

【図１】