回転電機及び冷却機構
【課題】各部を適正に冷却することができる回転電機及び冷却機構を提供することを目的とする。
【解決手段】内側に中空部分を形成するステータ２と、ステータ２の内側に回転軸線Ｘ１を中心として回転自在に設けられるロータ３と、ロータ３の回転軸線Ｘ１に沿った方向の端部に設けられ、内部を媒体が流動可能であると共に、ロータ３の回転軸線Ｘ１に沿った方向の端面に媒体が流出可能な流出開口７２ｃを有する媒体通路７２とを備え、ロータ３は、媒体通路７２が設けられた端部に、媒体をはじく表面処理が施されていることを特徴する。したがって、各部を適正に冷却することができる、という効果を奏する。
【解決手段】内側に中空部分を形成するステータ２と、ステータ２の内側に回転軸線Ｘ１を中心として回転自在に設けられるロータ３と、ロータ３の回転軸線Ｘ１に沿った方向の端部に設けられ、内部を媒体が流動可能であると共に、ロータ３の回転軸線Ｘ１に沿った方向の端面に媒体が流出可能な流出開口７２ｃを有する媒体通路７２とを備え、ロータ３は、媒体通路７２が設けられた端部に、媒体をはじく表面処理が施されていることを特徴する。したがって、各部を適正に冷却することができる、という効果を奏する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転電機及び冷却機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、車両を駆動する駆動装置等には、電気エネルギを機械的動力に変換して出力する電動機や、機械的動力を電気エネルギに変換して回収する発電機等のいわゆる回転電機を備えたものが知られている。このような回転電機は、例えば、ハイブリッド車両（ＨＶ：Ｈｙｂｒｉｄ Ｖｅｈｉｃｌｅ）、電気車両（ＥＶ：Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ）、燃料電池車両（ＦＣＶ：Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ Ｖｅｈｉｃｌｅ）等に走行用駆動源として搭載される。そして、この回転電機は、作動に伴って熱を発生するものであるため、種々の冷却機構を備え、例えば、潤滑油等の冷却媒体によって冷却される。
【０００３】
従来の回転電機として、例えば、特許文献１には、ロータの軸方向端部に設けられたエンドプレートに、冷媒が流通可能な冷媒通路が形成され、この冷媒通路に連通した排出孔がロータの径方向内方に位置する回転電機が開示されている。この回転電機は、ロータの回転に伴う遠心力により冷媒が冷媒通路を通って径方向内側から外側に向けて移動し排出孔から排出されることで、ステータに設けられた永久磁石を含む冷却対象部を冷媒によって冷却することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−０２７８３７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、上述のような特許文献１に記載の回転電機は、例えば、より適正に各部を冷却することが望まれている。
【０００６】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであって、各部を適正に冷却することができる回転電機及び冷却機構を提供することを目的とする。
【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、本発明に係る回転電機は、内側に中空部分を形成するステータと、前記ステータの内側に回転軸線を中心として回転自在に設けられるロータと、前記ロータの前記回転軸線に沿った方向の端部に設けられ、内部を媒体が流動可能であると共に、前記ロータの前記回転軸線に沿った方向の端面に前記媒体が流出可能な流出開口を有する媒体通路とを備え、前記ロータは、前記媒体通路が設けられた前記端部に、前記媒体をはじく表面処理が施されていることを特徴する。
【０００８】
また、上記回転電機では、前記ロータは、前記回転軸線に沿った方向の端部を構成し、前記媒体通路が設けられると共に前記表面処理が施されたエンドプレートを有するものとすることができる。
【０００９】
また、上記回転電機では、前記エンドプレートは、前記ロータのロータコアとの間に、少なくとも前記媒体通路の一部を形成するものとすることができる。
【００１０】
また、上記回転電機では、前記媒体通路は、前記回転軸線に沿った方向及び前記回転軸線と直交する方向に対して、前記流出開口側が前記ロータの外側に向かって傾斜する傾斜部を有するものとすることができる。
【００１１】
また、上記回転電機では、前記ロータのロータコアの前記媒体通路に面する表面、及び、前記ロータコアの前記媒体通路に面する表面と向き合い前記表面処理が施された表面に凹凸が設けられるものとすることができる。
【００１２】
上記目的を達成するために、本発明に係る冷却機構は、回転電機のロータの前記回転軸線に沿った方向の端部に設けられ、内部をオイルが流動可能であると共に、前記ロータの前記回転軸線に沿った方向の端面に前記オイルが流出可能な流出開口を有する通路を備え、前記ロータは、前記通路が設けられた前記端部に、前記オイルをはじく撥油処理が施されていることを特徴する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る回転電機、冷却機構は、各部を適正に冷却することができる、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、実施形態１に係る回転電機の模式的な概略構成図である。
【図２】図２は、実施形態１に係る回転電機におけるオイルの流れを説明する部分断面図である。
【図３】図３は、実施形態２に係る回転電機のロータ通路を含む部分断面図である。
【図４】図４は、実施形態２に係る回転電機のロータ回転数とコイルエンド部へのオイル供給量との関係の一例を示す線図である。
【図５】図５は、実施形態３に係る回転電機のロータ通路を含む部分断面図である。
【図６】図６は、実施形態３に係るロータコアの端面の接触角を説明する模式図である。
【図７】図７は、実施形態３に係るエンドプレートの対向面の接触角を説明する模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下に、本発明に係る実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、或いは実質的に同一のものが含まれる。
【００１６】
［実施形態１］
図１は、実施形態１に係る回転電機の模式的な概略構成図、図２は、実施形態１に係る回転電機におけるオイルの流れを説明する部分断面図である。
【００１７】
本実施形態の回転電機１は、図１に示すように、固定子であるステータ２と回転子であるロータ３とを備えるものである。この回転電機１は、電気エネルギを機械的動力に変換して出力する電動機や機械的動力を電気エネルギに変換して回収する発電機等として適用されるものである。回転電機１は、例えば、ハイブリッド車両（ＨＶ：Ｈｙｂｒｉｄ Ｖｅｈｉｃｌｅ）、電気車両（ＥＶ：Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ）、燃料電池車両（ＦＣＶ：Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ Ｖｅｈｉｃｌｅ）等の車両を駆動するための駆動装置に主として走行用回転電機として搭載される。
【００１８】
なお、以下の説明では、特に断りのない限り、ロータ３の回転中心である回転軸線Ｘ１に沿った方向を軸方向といい、回転軸線Ｘ１に直交する方向、すなわち、軸方向に直交する方向を径方向といい、回転軸線Ｘ１周りの方向を周方向という。また、径方向において回転軸線Ｘ１側を径方向内側といい、反対側を径方向外側という。また、以下で説明する回転電機は、電動機と発電機とはほぼ同じ構造を有するため、ここでは主として電動機（電動モータ）について説明し発電機に関する説明をできるだけ省略する。
【００１９】
具体的には、本実施形態の回転電機１は、ステータ２と、ロータ３と、ケース４と、ロータ軸５とを備えている。回転電機１は、例えば両端が閉塞した円筒状のケース４の内部空間部にステータ２、ロータ３、ロータ軸５等が収容される。回転電機１は、ステータ２がケース４の内部空間部に固定されて支持されるのに対して、ロータ３がケース４の内部空間部に回転軸線Ｘ１を回転中心として回転可能に支持される。この回転電機１は、ステータ２、ロータ３、ロータ軸５の中心軸線が回転軸線Ｘ１で一致するようにケース４に位置決めされる。
【００２０】
具体的には、ステータ２は、円筒状に形成され内側に中空部分を形成する。ステータ２は、円筒形の中心軸線がロータ３の回転軸線Ｘ１と一致するようにケース４の内周面に固定される。すなわち、ステータ２は、回転軸線Ｘ１と同軸の円筒状に形成され、ケース４の内部空間部にこのケース４に対して相対回転不能に支持される。
【００２１】
ステータ２は、ステータコア（ステータ鉄心）２１と、ステータコイル２２とを含んで構成される。
【００２２】
ステータコア２１は、ステータ２の円筒状の鉄心をなし、軸方向に沿って複数の電磁鋼板（積層鋼板）を積層させて構成される。なお、このステータコア２１は、電磁鋼板に限定されず、例えば圧粉磁心から構成されてもよい。
【００２３】
ステータコイル２２は、ステータコア２１に巻回されて設けられる。ステータコイル２２は、例えば、三相ケーブル等を介して車両の制御装置（不図示）に電気的に接続されている。例えば、この制御装置には、車両に搭載されたＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）から回転電機１が出力すべきトルク指令値が送られる。そして、この制御装置は、そのトルク指令値によって指定されたトルクを出力するための制御電流を生成し、その制御電流を三相ケーブルを介してステータコイル２２に供給する。
【００２４】
ロータ３は、円筒状に形成される。ロータ３は、ステータ２の内周面２３側、すなわち、ステータ２の径方向内側に回転軸線Ｘ１を中心として回転自在に設けられる。ロータ３は、円柱状に形成されるロータ軸５の外周面に設けられる。このロータ軸５は、軸受を介して回転軸線Ｘ１を回転中心として回転可能にケース４に支持される。つまり、ロータ３は、ケース４の内部空間部にロータ軸５やロータ軸５を回転自在に支持する軸受を介して回転軸線Ｘ１を回転中心として回転可能に支持される。ロータ３は、ロータ軸５と共にケース４、ステータ２に対して回転軸線Ｘ１を中心として相対回転可能である。
【００２５】
ロータ３は、ロータコア（ロータ鉄心）３１と、永久磁石３２と、エンドプレート３３とを含んで構成される。
【００２６】
ロータコア３１は、ロータ３の円筒状の鉄心をなし、軸方向に沿って複数の電磁鋼板（積層鋼板）を積層させて構成される。なお、このロータコア３１は、電磁鋼板に限定されず、例えば圧粉磁心から構成されてもよい。
【００２７】
永久磁石３２は、ロータコア３１に複数埋め込まれて設けられている。複数の永久磁石３２は、例えば、ロータコア３１の周方向に沿って等間隔で設けられており、周方向にとなりあう２つの永久磁石３２の極性が互いに異なるように設定されている。なおここでは、ロータ３は、埋込磁石型の永久磁石ロータを使用することとしたが、これに限らず、例えば、表面磁石型の永久磁石ロータを使用することにしてもよい。
【００２８】
エンドプレート３３は、ロータ３の回転軸線Ｘ１に沿った軸方向の端部を構成する。エンドプレート３３は、回転軸線Ｘ１を中心軸線とする円環板状に形成され、ロータコア３１の軸方向両端部に一対で設けられる。つまり、ロータコア３１は、軸方向に対して一対のエンドプレート３３で挟まれている。各エンドプレート３３は、ロータコア３１の軸方向の各端面３１ａにそれぞれ対向して密着して設けられる。
【００２９】
そして、ステータ２とロータ３とは、ステータ２の内周面２３とロータ３の外周面３４とが径方向に対向する。また、ステータ２とロータ３とは、ステータ２の軸方向に沿った長さがロータ３の軸方向に沿った長さより長く設定されている。ここでは、ステータ２とロータ３とは、ステータコア２１とロータコア３１の軸方向に沿った長さがほぼ同等に設定されているが、ステータコア２１から軸方向両側に突出したステータコイル２２のコイルエンド部２４の分だけステータ２がロータ３よりも軸方向の両側に突出した形状となっている。
【００３０】
各コイルエンド部２４は、ステータ２の軸方向の両端部において周方向に沿って円環状に形成される。ステータ２は、ステータコア２１の軸方向両端面から軸方向両側に突出するこの一対のコイルエンド部２４を例えば樹脂モールドすることで両端部に一対の樹脂モールドコイルエンド部を有する構成としてもよい。
【００３１】
そして、この回転電機１は、作動に伴って熱を発生するものであるため、冷却機構６を備え、冷却媒体、ここではオイル（潤滑油）によって冷却している。回転電機１は、いわゆる軸芯油冷型の回転電機であり、冷却機構６は、典型的には、ロータ３の内部にオイルを導入してこのロータ３等を冷却するものである。具体的には、冷却機構６は、内部を冷却媒体としてのオイルが流動可能なオイル通路７を含んで構成され、このオイル通路７にオイル供給装置８からオイルが供給される。オイル通路７は、ロータ軸通路７１と、媒体通路としてのロータ通路７２とを含んで構成される。
【００３２】
ロータ軸通路７１は、ロータ軸５の内部に設けられオイルが流動可能なものである。ロータ軸５は、内部に中空部が形成されこの中空部がロータ軸通路７１をなす。このロータ軸通路７１は、オイル供給装置８から供給されるオイルをロータ通路７２に導くものである。ロータ軸通路７１は、主通路部７１ａと、分岐通路部７１ｂとを含んで構成される。主通路部７１ａは、ロータ軸５の内部に軸方向に沿って設けられる。主通路部７１ａは、軸方向の一端部が閉塞して形成される一方、軸方向の他端部が種々の通路を介してオイル供給装置８に接続される。分岐通路部７１ｂは、ロータ軸５の内部に、主通路部７１ａから分岐して径方向に沿って設けられる。分岐通路部７１ｂは、複数設けられ、それぞれ径方向内側の端部が主通路部７１ａと連通する一方、径方向外側の端部が後述のロータ通路７２と連通する。
【００３３】
ロータ通路７２は、ロータ３の内部に設けられ、内部をオイルが流動可能なものである。ロータ通路７２は、ロータ３の軸方向の端部に設けられ、ここでは、ロータ３の軸方向の端部を構成するエンドプレート３３に設けられる。ロータ通路７２は、ロータ軸通路７１から導入されるオイルを径方向内側から外側に向かって導くものである。
【００３４】
ロータ通路７２は、永久磁石３２の軸方向の端部近傍を経由してオイルが流通可能であり、ここでは、径方向通路７２ａと、流出通路７２ｂと、流出開口７２ｃとを含んで構成される。径方向通路７２ａは、ロータ３の内部に軸方向に交差する方向に沿って、ここでは径方向に沿って設けられる。流出通路７２ｂは、ロータ３の内部に軸方向に沿って設けられる。流出開口７２ｃは、オイルが流出可能な排出口である。
【００３５】
具体的には、径方向通路７２ａは、ロータ３の軸方向の両端部側に、すなわち、一対のエンドプレート３３にそれぞれ設けられ、永久磁石３２を軸方向に挟むようにして複数設けられる。複数の径方向通路７２ａは、例えば、各エンドプレート３３において、ロータ３の周方向に沿って等間隔で設けられている。径方向通路７２ａは、エンドプレート３３の対向面３３ａに溝状に形成され、このエンドプレート３３の対向面３３ａとロータコア３１の端面３１ａとの間に区画される。ここで、対向面３３ａは、エンドプレート３３において軸方向に端面３１ａと対向する側の面である。つまり、各エンドプレート３３は、各対向面３３ａとロータコア３１の各端面３１ａとの間に、少なくともロータ通路７２の一部として径方向通路７２ａを形成する。各径方向通路７２ａは、径方向内側の端部がそれぞれ対応する分岐通路部７１ｂを介してロータ軸通路７１の主通路部７１ａと連通する一方、径方向外側の端部が永久磁石３２の軸方向の端部近傍で閉塞して形成される。
【００３６】
流出通路７２ｂは、径方向通路７２ａに対応して複数設けられる。各流出通路７２ｂは、一方の端部がそれぞれ対応する径方向通路７２ａと連通する一方、他方の端部が流出開口７２ｃにて開口する。流出開口７２ｃは、ロータ３の軸方向の端面、ここでは、各エンドプレート３３の軸方向端面３３ｂに設けられる。軸方向端面３３ｂは、軸方向における対向面３３ａの背面側の面である。
【００３７】
上記のように構成される回転電機１は、ステータコイル２２に電力が供給されることで、ステータ２に電磁力が生じ、この電磁力によりロータ３が回転駆動する。すなわち、回転電機１は、ステータ２のステータコイル２２からの磁束がロータ３内を通りロータ３が回転する。ロータ３の回転は、ロータ軸５から車両の動力伝達部材に入力され、最終的には車両の駆動輪に伝達され、この駆動輪を回転駆動させる。
【００３８】
この間、冷却機構６は、回転電機１の全体を冷却する。すなわち、回転電機１は、オイル供給装置８からロータ軸通路７１の主通路部７１ａに冷却用のオイルが供給される。主通路部７１ａに供給されたオイルは、ロータ３及びロータ軸５の回転に伴って径方向内側から外側に向けて遠心力が作用することにより、各分岐通路部７１ｂにて分岐し、各分岐通路部７１ｂを介して各ロータ通路７２の各径方向通路７２ａに導入される。各径方向通路７２ａに導入されたオイルは、ロータ３及びロータ軸５の回転に伴って遠心力が作用することにより、この径方向通路７２ａの内部を径方向内側から外側に向かって導かれて流動し、永久磁石３２の軸方向端部近傍まで流れ、また、各流出通路７２ｂに流入した後、各流出開口７２ｃを介してロータ３の外部に流出する。この間、オイルは、ロータ軸通路７１の主通路部７１ａ、分岐通路部７１ｂ、ロータ通路７２の径方向通路７２ａ、流出通路７２ｂ等を通過することで、ロータコア３１や永久磁石３２等の回転電機１の各部を冷却し、この結果、この回転電機１は、過剰な温度上昇が抑制される。
【００３９】
そして、本実施形態の回転電機１は、ロータ３のロータ通路７２が設けられた端部に、オイルをはじく表面処理が施されることで、より適正に各部を冷却することを可能としている。ここでは、回転電機１は、ロータ３の軸方向の端部を構成するエンドプレート３３にロータ通路７２が設けられると共にオイルをはじく表面処理として、撥油処理（冷却媒体が水である場合には撥水処理）が施される。
【００４０】
本実施形態のエンドプレート３３は、対向面３３ａ、軸方向端面３３ｂ、流出開口７２ｃを形成する開口部３３ｃ、径方向外側端面３３ｄ等を含む表面全体に撥油処理が施される。エンドプレート３３の表面に対する撥油処理は、典型的には、フッ素系処理剤（例えばフルオロアルキルシラン等）、フッ素系樹脂（例えばポリテトラフルオロエチレン等）等であって表面張力が２０ｍＮ／ｍ程度以下の処理液を使用した表面処理を用いることができる。また、処理方法は、例えば、エンドプレート３３を上記の処理液中に沈めた後、引き出し速度を調節しながら当該エンドプレート３３を引き出し、その後、熱処理等を行う方法（例えば、ディッピング処理方法、ゾルゲル処理方法等）を用いることができる。
【００４１】
エンドプレート３３は、表面に撥油処理が施されることで、表面のオイルに対する濡れ性が相対的に低下し、相対的に高い撥油性（オイルをはじく性質）を有することとなる。これにより、エンドプレート３３は、表面が撥油表面として作用し、表面にてオイルがはじきやすくなる。
【００４２】
上記のように構成される回転電機１の冷却機構６は、ロータ３の軸方向の端部、すなわち、エンドプレート３３に撥油処理が施されることで、エンドプレート３３の表面全体でオイルがはじきやすくなることから、適正に各部を冷却することができる。
【００４３】
すなわち、冷却機構６は、エンドプレート３３の軸方向端面３３ｂにおいてオイルがはじきやすくなることで、この軸方向端面３３ｂにオイルが付着することを抑制することができ、例えば、軸方向端面３３ｂの図２中に囲み線Ａで示す領域にてロータ３の回転に伴ったオイルの攪拌を抑制することができる。これにより、回転電機１は、ロータ３が回転した際に、エンドプレート３３の軸方向端面３３ｂにおけるオイルの攪拌損失を低減することができる。この結果、回転電機１は、回転効率を向上した上で、各部を適正に冷却することができる。
【００４４】
また、冷却機構６は、エンドプレート３３の開口部３３ｃにおいてオイルがはじきやすくなることで、流出通路７２ｂの内壁面や開口部３３ｃの図２中に囲み線Ｂで示す領域にて流出開口７２ｃから流出したオイルをエンドプレート３３からすばやくはじき飛ばすことができ、オイルがロータ３に付着することを抑制することができ、また、ステータ２の内周面２３とロータ３の外周面３４との間の図２中に囲み線Ｃで示す領域にオイルが入り込むことを抑制し、入り込むオイル量を低減することができる。冷却機構６は、例えば、流出開口７２ｃから流出するオイルの流速が比較的に遅い状態であっても、流出通路７２ｂの内壁面や開口部３３ｃの撥油性によりオイルがはじき飛ばされることで、このオイルがエンドプレート３３に付着したりステータ２の内周面２３とロータ３の外周面３４との間にオイルが侵入したりすることを抑制することができる。さらに、冷却機構６は、エンドプレート３３の開口部３３ｃと共に径方向外側端面３３ｄにおいてオイルがはじきやすくなることで、ステータ２の内周面２３とロータ３の外周面３４との間にオイルが入り込むことをより確実に抑制することができる。これにより、回転電機１は、ロータ３が回転した際に、エンドプレート３３の軸方向端面３３ｂにおけるオイルの攪拌損失やステータ２とロータ３との間におけるオイルの引き摺り損失を低減することができる。この結果、回転電機１は、回転効率を向上した上で、各部を適正に冷却することができる。
【００４５】
さらに、冷却機構６は、エンドプレート３３の対向面３３ａ、例えば、図２中に囲み線Ｄで示す領域においてオイルがはじきやすくなることで、各径方向通路７２ａの端面３１ａ側を流れるオイルの流速が対向面３３ａ側を流れるオイルの流速より相対的に高くなる。これにより、回転電機１は、端面３１ａ側を流れるオイルの流速が高くなることで、例えば、下記の数式（１）に例示するように、流速ｕが大きくなることで、端面３１ａ側にてオイルによる冷却の際の熱伝導率が向上することから、ロータコア３１や永久磁石３２の冷却性能を向上することができる。
【００４６】
【数１】
【００４７】
また、回転電機１は、流出開口７２ｃから流出したオイルがステータ２の内周面２３とロータ３の外周面３４との間に入り込むことが抑制されるので、オイルがロータ３の回転に対する引き摺り抵抗や攪拌抵抗として作用することによる摩擦熱等の発熱を抑制することができる。これにより、回転電機１は、オイルがロータ３の回転に対する引き摺り抵抗や攪拌抵抗として作用することによる発熱を抑制することができることから、オイル自体の温度上昇を抑制することができ、回転電機１の冷却効率が悪化することを抑制することができ、回転電機１の温度が過剰に上昇することを確実に抑制することができる。この結果、回転電機１は、回転電機１の冷却効率が悪化することを抑制することができ、回転電機１の温度が過剰に上昇することを確実に抑制することができるので、耐熱性の相対的に低い永久磁石３２が高温となることを防止することができ、永久磁石３２の減磁を抑制することができ、永久磁石３２の磁石としての特性が低下することを抑制することができる。したがって、回転電機１は、永久磁石３２の磁石としての特性が低下することを抑制することができるので、モータトルクが減少しモータ効率が悪化することを抑制することができる。
【００４８】
以上で説明した実施形態に係る回転電機１によれば、内側に中空部分を形成するステータ２と、ステータ２の内側に回転軸線Ｘ１を中心として回転自在に設けられるロータ３と、ロータ３の回転軸線Ｘ１に沿った方向の端部に設けられ、内部をオイルが流動可能であると共に、ロータ３の回転軸線Ｘ１に沿った方向の端面にオイルが流出可能な流出開口７２ｃを有するロータ通路７２とを備え、ロータ３は、ロータ通路７２が設けられた端部に、オイルをはじく表面処理が施されている。以上で説明した実施形態に係る冷却機構６によれば、回転電機１のロータ３の回転軸線Ｘ１に沿った方向の端部に設けられ、内部をオイルが流動可能であると共に、ロータ３の回転軸線Ｘ１に沿った方向の端面にオイルが流出可能な流出開口７２ｃを有するロータ通路７２を備え、ロータ３は、ロータ通路７２が設けられた端部に、オイルをはじく撥油処理が施されている。したがって、回転電機１、冷却機構６は、各部を適正に冷却することができる。
【００４９】
［実施形態２］
図３は、実施形態２に係る回転電機のロータ通路を含む部分断面図、図４は、実施形態２に係る回転電機のロータ回転数とコイルエンド部へのオイル供給量との関係の一例を示す線図である。実施形態２に係る回転電機、冷却機構は、媒体通路が傾斜部を有する点で実施形態１とは異なる。その他、上述した実施形態と共通する構成、作用、効果については、重複した説明はできるだけ省略するとともに、主要な構成については適宜図１を参照する（以下で説明する実施形態も同様である。）。
【００５０】
図３に示す実施形態の回転電機２０１は、冷却機構２０６を備え、冷却機構２０６は、媒体通路としてのロータ通路２７２を含んで構成される。ロータ通路２７２は、径方向通路７２ａと、傾斜部としての流出通路２７２ｂと、流出開口７２ｃとを含んで構成される。
【００５１】
流出通路２７２ｂは、径方向通路７２ａに対応して複数設けられる。各流出通路２７２ｂは、一方の端部がそれぞれ対応する径方向通路７２ａと連通する一方、他方の端部が流出開口７２ｃにて開口する。本実施形態の流出通路２７２ｂは、回転軸線Ｘ１に沿った軸方向及び回転軸線Ｘ１と直交する径方向に対して、傾斜するように設けられる。流出通路２７２ｂは、流出開口７２ｃ側がロータ３の外側、すなわち、径方向外側に向かって傾斜している。
【００５２】
上記のように構成される回転電機２０１、冷却機構２０６は、流出通路２７２ｂが径方向外側に向かって傾斜していることから、ロータ３の回転に伴って流出開口７２ｃからオイルが流出する際に、流出開口７２ｃにおけるオイルの流出方向が径方向外側に向かう方向となると共に、オイルに作用する遠心力が増大し流出開口７２ｃから流出したオイルの飛距離が相対的に増加する。そして、回転電機２０１、冷却機構２０６、図４中に実線Ｌ１で例示するように、流出通路２７２ｂの内壁面や開口部３３ｃの撥油性による作用と、径方向外側に傾斜した流出通路２７２ｂの作用とによって、例えば、コイルエンド部２４に達するオイルの量が相対的に増加するので、ステータ２の内周面２３とロータ３の外周面３４との間にオイルが入り込むことを大幅に抑制することができると共に、コイルエンド部２４をより効果的に冷却することができる。なお、図４中、点線Ｌ２は、エンドプレートに撥油処理が施されておらず流出通路が軸方向に沿っている場合、点線Ｌ３は、エンドプレートに撥油処理が施されておらず流出通路が径方向外側に向かって傾斜している場合を示している。
【００５３】
以上で説明した実施形態に係る回転電機２０１、冷却機構２０６によれば、ロータ通路２７２は、回転軸線Ｘ１に沿った方向及び回転軸線Ｘ１と直交する方向に対して、流出開口７２ｃ側がロータ３の外側に向かって傾斜する流出通路２７２ｂを有する。したがって、回転電機２０１、冷却機構２０６は、オイルの引き摺り損失の大幅な低減と冷却性能の向上とを両立することができる。
【００５４】
［実施形態３］
図５は、実施形態３に係る回転電機のロータ通路を含む部分断面図、図６は、実施形態３に係るロータコアの端面の接触角を説明する模式図、図７は、実施形態３に係るエンドプレートの対向面の接触角を説明する模式図である。実施形態３に係る回転電機、冷却機構は、所定の表面に凹凸が設けられている点で実施形態１とは異なる。
【００５５】
図５に示す実施形態の回転電機３０１は、冷却機構３０６を備え、冷却機構３０６は、媒体通路としてのロータ通路７２を含んで構成される。そして、本実施形態の回転電機３０１は、ロータコア３１のロータ通路７２に面する表面、ここでは、図５中に囲み線Ｅで示すロータコア３１の端面３１ａに凹凸３３５が設けられる。さらに、回転電機３０１は、ロータコア３１のロータ通路７２に面する表面である端面３１ａと向き合い表面処理が施された表面、ここでは、図５中に囲み線Ｄで示すエンドプレート３３の対向面３３ａに凹凸３３６が設けられる。凹凸３３５、３３６は、微細な凹凸であり、いわゆるフラクタル構造をなす。凹凸３３５、３３６は、例えば、端面３１ａ、対向面３３ａに対してエッチング処理やショットブラスト処理等を行うことで設けることができる。
【００５６】
ロータコア３１は、図６に示すように、端面３１ａに凹凸３３５が設けられることで、端面３１ａにおけるオイル（媒体）との接触角θ１が相対的に小さくなる。ここでは、ロータコア３１は、端面３１ａにおけるオイルとの接触角θ１が５°未満となるように端面３１ａに凹凸３３５が設けられる（θ１＜５°）。
【００５７】
ここで、端面３１ａとオイルとの接触角θ１は、液体側からみた固体表面、ここでは端面３１ａとオイルとがなす角度である。ロータコア３１は、この接触角θ１が０°に近くなると端面３１ａ上のオイルと面的に接触するような状態となりオイルが付着しやすくなることから、端面３１ａのオイルに対する濡れ性が相対的に増加し高い親油性、ここでは、超親油性を有することとなる。つまり、端面３１ａは、超親油表面として作用する。
【００５８】
エンドプレート３３は、図７に示すように、対向面３３ａに凹凸３３６が設けられた上で、上記で説明した撥油処理が施され、フッ素系処理剤（例えばフルオロアルキルシラン等）、フッ素系樹脂（例えばポリテトラフルオロエチレン等）等によって表面処理膜３３７が形成されることで、凹凸３３６におけるオイル（媒体）との接触角θ２が相対的に大きくなる。ここでは、エンドプレート３３は、対向面３３ａにおけるオイルとの接触角θ２が１３０°より大きくなるように対向面３３ａに凹凸３３６が設けられる（θ２＞１３０°）。
【００５９】
ここで、対向面３３ａとオイルとの接触角θ２は、液体側からみた固体表面、ここでは対向面３３ａとオイルとがなす角度である。エンドプレート３３は、この接触角θ２が１８０°に近くなると対向面３３ａ上のオイルとほぼ点的に接触するような状態となりオイルがはじかれやすくなることから、対向面３３ａのオイルに対する濡れ性が相対的に低下し高い撥油性、ここでは、超撥油性を有することとなる。 つまり、対向面３３ａは、超撥油表面として作用する。
【００６０】
上記のように構成される回転電機３０１、冷却機構３０６は、端面３１ａが超親油表面として作用することで、ロータコア３１の端面３１ａとオイルとの接触面積が相対的に大きくなる。また、回転電機３０１、冷却機構３０６は、対向面３３ａが超撥油表面として作用することで、エンドプレート３３の対向面３３ａにおいてオイルがよりはじきやすくなり、これにより、各径方向通路７２ａの端面３１ａ側を流れるオイルの流速が対向面３３ａ側を流れるオイルの流速より相対的に高くなる作用が、さらに顕著になる。
【００６１】
この結果、回転電機３０１、冷却機構３０６は、例えば、上述した数式（１）に例示するように、対向面３３ａの超撥油性の作用により流速ｕがさらに大きくなり、端面３１ａの超親油性の作用により長さＬが長くなることで、端面３１ａ側にてオイルによる冷却の際の熱伝導率がさらに向上することから、ロータコア３１や永久磁石３２の冷却性能をさらに向上することができる。また、回転電機３０１、冷却機構３０６は、冷却性能が向上することから、ロータ軸通路７１、ロータ通路７２に供給するオイル量を相対的に低減しても十分な冷却性能を確保することができ、これにより、攪拌されたり引き摺られたりするオイルの量を低減することができ、攪拌損失や引き摺り損失を低減することができる。この結果、回転電機３０１は、さらに回転効率を向上することができる。
【００６２】
以上で説明した実施形態に係る回転電機３０１、冷却機構３０６によれば、ロータ３のロータコア３１のロータ通路７２に面する表面（端面３１ａ）、及び、ロータコア３１のロータ通路７２に面する表面と向き合い表面処理が施された表面（対向面３３ａ）に凹凸３３５、３３６が設けられる。したがって、回転電機３０１、冷却機構３０６は、冷却性能をさらに向上することができる。
【００６３】
なお、上述した本発明の実施形態に係る回転電機及び冷却機構は、上述した実施形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された範囲で種々の変更が可能である。本実施形態に係る回転電機及び冷却機構は、以上で説明した実施形態を複数組み合わせることで構成してもよい。
【００６４】
以上の説明では、回転電機は、車両を駆動するための駆動装置に備えられる走行用回転電機であるものとして説明したが、これに限らない。回転電機は、車両の作業用回転電機や補機用回転電機等として適用してもよいし、車両に限らず他の装置の電動機又は発電機として適用してもよい。
【００６５】
以上で説明した回転電機、冷却機構は、エンドプレートを備えず、ロータコアの軸方向端部に直接的に媒体通路が設けられ、表面処理が施される構成であってもよい。また、冷却媒体は、オイル（潤滑油）以外の液体、例えば、水等であってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
以上のように本発明に係る回転電機及び冷却機構は、種々の車両に搭載される回転電機及び冷却機構に適用して好適である。
【符号の説明】
【００６７】
１、２０１、３０１ 回転電機
２ ステータ
３ ロータ
６、２０６、３０６ 冷却機構
２１ ステータコア
２２ ステータコイル
２４ コイルエンド部
３１ ロータコア
３１ａ 端面
３３ エンドプレート
３３ａ 対向面
３３ｂ 軸方向端面
３３ｃ 開口部
３３ｄ 径方向外側端面
７２、２７２ ロータ通路（媒体通路）
７２ａ 径方向通路
７２ｂ 流出通路
７２ｃ 流出開口
２７２ｂ 流出通路（傾斜部）
３３５、３３６ 凹凸
Ｘ１ 回転軸線
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転電機及び冷却機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、車両を駆動する駆動装置等には、電気エネルギを機械的動力に変換して出力する電動機や、機械的動力を電気エネルギに変換して回収する発電機等のいわゆる回転電機を備えたものが知られている。このような回転電機は、例えば、ハイブリッド車両（ＨＶ：Ｈｙｂｒｉｄ Ｖｅｈｉｃｌｅ）、電気車両（ＥＶ：Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ）、燃料電池車両（ＦＣＶ：Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ Ｖｅｈｉｃｌｅ）等に走行用駆動源として搭載される。そして、この回転電機は、作動に伴って熱を発生するものであるため、種々の冷却機構を備え、例えば、潤滑油等の冷却媒体によって冷却される。
【０００３】
従来の回転電機として、例えば、特許文献１には、ロータの軸方向端部に設けられたエンドプレートに、冷媒が流通可能な冷媒通路が形成され、この冷媒通路に連通した排出孔がロータの径方向内方に位置する回転電機が開示されている。この回転電機は、ロータの回転に伴う遠心力により冷媒が冷媒通路を通って径方向内側から外側に向けて移動し排出孔から排出されることで、ステータに設けられた永久磁石を含む冷却対象部を冷媒によって冷却することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−０２７８３７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、上述のような特許文献１に記載の回転電機は、例えば、より適正に各部を冷却することが望まれている。
【０００６】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであって、各部を適正に冷却することができる回転電機及び冷却機構を提供することを目的とする。
【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、本発明に係る回転電機は、内側に中空部分を形成するステータと、前記ステータの内側に回転軸線を中心として回転自在に設けられるロータと、前記ロータの前記回転軸線に沿った方向の端部に設けられ、内部を媒体が流動可能であると共に、前記ロータの前記回転軸線に沿った方向の端面に前記媒体が流出可能な流出開口を有する媒体通路とを備え、前記ロータは、前記媒体通路が設けられた前記端部に、前記媒体をはじく表面処理が施されていることを特徴する。
【０００８】
また、上記回転電機では、前記ロータは、前記回転軸線に沿った方向の端部を構成し、前記媒体通路が設けられると共に前記表面処理が施されたエンドプレートを有するものとすることができる。
【０００９】
また、上記回転電機では、前記エンドプレートは、前記ロータのロータコアとの間に、少なくとも前記媒体通路の一部を形成するものとすることができる。
【００１０】
また、上記回転電機では、前記媒体通路は、前記回転軸線に沿った方向及び前記回転軸線と直交する方向に対して、前記流出開口側が前記ロータの外側に向かって傾斜する傾斜部を有するものとすることができる。
【００１１】
また、上記回転電機では、前記ロータのロータコアの前記媒体通路に面する表面、及び、前記ロータコアの前記媒体通路に面する表面と向き合い前記表面処理が施された表面に凹凸が設けられるものとすることができる。
【００１２】
上記目的を達成するために、本発明に係る冷却機構は、回転電機のロータの前記回転軸線に沿った方向の端部に設けられ、内部をオイルが流動可能であると共に、前記ロータの前記回転軸線に沿った方向の端面に前記オイルが流出可能な流出開口を有する通路を備え、前記ロータは、前記通路が設けられた前記端部に、前記オイルをはじく撥油処理が施されていることを特徴する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る回転電機、冷却機構は、各部を適正に冷却することができる、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、実施形態１に係る回転電機の模式的な概略構成図である。
【図２】図２は、実施形態１に係る回転電機におけるオイルの流れを説明する部分断面図である。
【図３】図３は、実施形態２に係る回転電機のロータ通路を含む部分断面図である。
【図４】図４は、実施形態２に係る回転電機のロータ回転数とコイルエンド部へのオイル供給量との関係の一例を示す線図である。
【図５】図５は、実施形態３に係る回転電機のロータ通路を含む部分断面図である。
【図６】図６は、実施形態３に係るロータコアの端面の接触角を説明する模式図である。
【図７】図７は、実施形態３に係るエンドプレートの対向面の接触角を説明する模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下に、本発明に係る実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、或いは実質的に同一のものが含まれる。
【００１６】
［実施形態１］
図１は、実施形態１に係る回転電機の模式的な概略構成図、図２は、実施形態１に係る回転電機におけるオイルの流れを説明する部分断面図である。
【００１７】
本実施形態の回転電機１は、図１に示すように、固定子であるステータ２と回転子であるロータ３とを備えるものである。この回転電機１は、電気エネルギを機械的動力に変換して出力する電動機や機械的動力を電気エネルギに変換して回収する発電機等として適用されるものである。回転電機１は、例えば、ハイブリッド車両（ＨＶ：Ｈｙｂｒｉｄ Ｖｅｈｉｃｌｅ）、電気車両（ＥＶ：Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ）、燃料電池車両（ＦＣＶ：Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ Ｖｅｈｉｃｌｅ）等の車両を駆動するための駆動装置に主として走行用回転電機として搭載される。
【００１８】
なお、以下の説明では、特に断りのない限り、ロータ３の回転中心である回転軸線Ｘ１に沿った方向を軸方向といい、回転軸線Ｘ１に直交する方向、すなわち、軸方向に直交する方向を径方向といい、回転軸線Ｘ１周りの方向を周方向という。また、径方向において回転軸線Ｘ１側を径方向内側といい、反対側を径方向外側という。また、以下で説明する回転電機は、電動機と発電機とはほぼ同じ構造を有するため、ここでは主として電動機（電動モータ）について説明し発電機に関する説明をできるだけ省略する。
【００１９】
具体的には、本実施形態の回転電機１は、ステータ２と、ロータ３と、ケース４と、ロータ軸５とを備えている。回転電機１は、例えば両端が閉塞した円筒状のケース４の内部空間部にステータ２、ロータ３、ロータ軸５等が収容される。回転電機１は、ステータ２がケース４の内部空間部に固定されて支持されるのに対して、ロータ３がケース４の内部空間部に回転軸線Ｘ１を回転中心として回転可能に支持される。この回転電機１は、ステータ２、ロータ３、ロータ軸５の中心軸線が回転軸線Ｘ１で一致するようにケース４に位置決めされる。
【００２０】
具体的には、ステータ２は、円筒状に形成され内側に中空部分を形成する。ステータ２は、円筒形の中心軸線がロータ３の回転軸線Ｘ１と一致するようにケース４の内周面に固定される。すなわち、ステータ２は、回転軸線Ｘ１と同軸の円筒状に形成され、ケース４の内部空間部にこのケース４に対して相対回転不能に支持される。
【００２１】
ステータ２は、ステータコア（ステータ鉄心）２１と、ステータコイル２２とを含んで構成される。
【００２２】
ステータコア２１は、ステータ２の円筒状の鉄心をなし、軸方向に沿って複数の電磁鋼板（積層鋼板）を積層させて構成される。なお、このステータコア２１は、電磁鋼板に限定されず、例えば圧粉磁心から構成されてもよい。
【００２３】
ステータコイル２２は、ステータコア２１に巻回されて設けられる。ステータコイル２２は、例えば、三相ケーブル等を介して車両の制御装置（不図示）に電気的に接続されている。例えば、この制御装置には、車両に搭載されたＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）から回転電機１が出力すべきトルク指令値が送られる。そして、この制御装置は、そのトルク指令値によって指定されたトルクを出力するための制御電流を生成し、その制御電流を三相ケーブルを介してステータコイル２２に供給する。
【００２４】
ロータ３は、円筒状に形成される。ロータ３は、ステータ２の内周面２３側、すなわち、ステータ２の径方向内側に回転軸線Ｘ１を中心として回転自在に設けられる。ロータ３は、円柱状に形成されるロータ軸５の外周面に設けられる。このロータ軸５は、軸受を介して回転軸線Ｘ１を回転中心として回転可能にケース４に支持される。つまり、ロータ３は、ケース４の内部空間部にロータ軸５やロータ軸５を回転自在に支持する軸受を介して回転軸線Ｘ１を回転中心として回転可能に支持される。ロータ３は、ロータ軸５と共にケース４、ステータ２に対して回転軸線Ｘ１を中心として相対回転可能である。
【００２５】
ロータ３は、ロータコア（ロータ鉄心）３１と、永久磁石３２と、エンドプレート３３とを含んで構成される。
【００２６】
ロータコア３１は、ロータ３の円筒状の鉄心をなし、軸方向に沿って複数の電磁鋼板（積層鋼板）を積層させて構成される。なお、このロータコア３１は、電磁鋼板に限定されず、例えば圧粉磁心から構成されてもよい。
【００２７】
永久磁石３２は、ロータコア３１に複数埋め込まれて設けられている。複数の永久磁石３２は、例えば、ロータコア３１の周方向に沿って等間隔で設けられており、周方向にとなりあう２つの永久磁石３２の極性が互いに異なるように設定されている。なおここでは、ロータ３は、埋込磁石型の永久磁石ロータを使用することとしたが、これに限らず、例えば、表面磁石型の永久磁石ロータを使用することにしてもよい。
【００２８】
エンドプレート３３は、ロータ３の回転軸線Ｘ１に沿った軸方向の端部を構成する。エンドプレート３３は、回転軸線Ｘ１を中心軸線とする円環板状に形成され、ロータコア３１の軸方向両端部に一対で設けられる。つまり、ロータコア３１は、軸方向に対して一対のエンドプレート３３で挟まれている。各エンドプレート３３は、ロータコア３１の軸方向の各端面３１ａにそれぞれ対向して密着して設けられる。
【００２９】
そして、ステータ２とロータ３とは、ステータ２の内周面２３とロータ３の外周面３４とが径方向に対向する。また、ステータ２とロータ３とは、ステータ２の軸方向に沿った長さがロータ３の軸方向に沿った長さより長く設定されている。ここでは、ステータ２とロータ３とは、ステータコア２１とロータコア３１の軸方向に沿った長さがほぼ同等に設定されているが、ステータコア２１から軸方向両側に突出したステータコイル２２のコイルエンド部２４の分だけステータ２がロータ３よりも軸方向の両側に突出した形状となっている。
【００３０】
各コイルエンド部２４は、ステータ２の軸方向の両端部において周方向に沿って円環状に形成される。ステータ２は、ステータコア２１の軸方向両端面から軸方向両側に突出するこの一対のコイルエンド部２４を例えば樹脂モールドすることで両端部に一対の樹脂モールドコイルエンド部を有する構成としてもよい。
【００３１】
そして、この回転電機１は、作動に伴って熱を発生するものであるため、冷却機構６を備え、冷却媒体、ここではオイル（潤滑油）によって冷却している。回転電機１は、いわゆる軸芯油冷型の回転電機であり、冷却機構６は、典型的には、ロータ３の内部にオイルを導入してこのロータ３等を冷却するものである。具体的には、冷却機構６は、内部を冷却媒体としてのオイルが流動可能なオイル通路７を含んで構成され、このオイル通路７にオイル供給装置８からオイルが供給される。オイル通路７は、ロータ軸通路７１と、媒体通路としてのロータ通路７２とを含んで構成される。
【００３２】
ロータ軸通路７１は、ロータ軸５の内部に設けられオイルが流動可能なものである。ロータ軸５は、内部に中空部が形成されこの中空部がロータ軸通路７１をなす。このロータ軸通路７１は、オイル供給装置８から供給されるオイルをロータ通路７２に導くものである。ロータ軸通路７１は、主通路部７１ａと、分岐通路部７１ｂとを含んで構成される。主通路部７１ａは、ロータ軸５の内部に軸方向に沿って設けられる。主通路部７１ａは、軸方向の一端部が閉塞して形成される一方、軸方向の他端部が種々の通路を介してオイル供給装置８に接続される。分岐通路部７１ｂは、ロータ軸５の内部に、主通路部７１ａから分岐して径方向に沿って設けられる。分岐通路部７１ｂは、複数設けられ、それぞれ径方向内側の端部が主通路部７１ａと連通する一方、径方向外側の端部が後述のロータ通路７２と連通する。
【００３３】
ロータ通路７２は、ロータ３の内部に設けられ、内部をオイルが流動可能なものである。ロータ通路７２は、ロータ３の軸方向の端部に設けられ、ここでは、ロータ３の軸方向の端部を構成するエンドプレート３３に設けられる。ロータ通路７２は、ロータ軸通路７１から導入されるオイルを径方向内側から外側に向かって導くものである。
【００３４】
ロータ通路７２は、永久磁石３２の軸方向の端部近傍を経由してオイルが流通可能であり、ここでは、径方向通路７２ａと、流出通路７２ｂと、流出開口７２ｃとを含んで構成される。径方向通路７２ａは、ロータ３の内部に軸方向に交差する方向に沿って、ここでは径方向に沿って設けられる。流出通路７２ｂは、ロータ３の内部に軸方向に沿って設けられる。流出開口７２ｃは、オイルが流出可能な排出口である。
【００３５】
具体的には、径方向通路７２ａは、ロータ３の軸方向の両端部側に、すなわち、一対のエンドプレート３３にそれぞれ設けられ、永久磁石３２を軸方向に挟むようにして複数設けられる。複数の径方向通路７２ａは、例えば、各エンドプレート３３において、ロータ３の周方向に沿って等間隔で設けられている。径方向通路７２ａは、エンドプレート３３の対向面３３ａに溝状に形成され、このエンドプレート３３の対向面３３ａとロータコア３１の端面３１ａとの間に区画される。ここで、対向面３３ａは、エンドプレート３３において軸方向に端面３１ａと対向する側の面である。つまり、各エンドプレート３３は、各対向面３３ａとロータコア３１の各端面３１ａとの間に、少なくともロータ通路７２の一部として径方向通路７２ａを形成する。各径方向通路７２ａは、径方向内側の端部がそれぞれ対応する分岐通路部７１ｂを介してロータ軸通路７１の主通路部７１ａと連通する一方、径方向外側の端部が永久磁石３２の軸方向の端部近傍で閉塞して形成される。
【００３６】
流出通路７２ｂは、径方向通路７２ａに対応して複数設けられる。各流出通路７２ｂは、一方の端部がそれぞれ対応する径方向通路７２ａと連通する一方、他方の端部が流出開口７２ｃにて開口する。流出開口７２ｃは、ロータ３の軸方向の端面、ここでは、各エンドプレート３３の軸方向端面３３ｂに設けられる。軸方向端面３３ｂは、軸方向における対向面３３ａの背面側の面である。
【００３７】
上記のように構成される回転電機１は、ステータコイル２２に電力が供給されることで、ステータ２に電磁力が生じ、この電磁力によりロータ３が回転駆動する。すなわち、回転電機１は、ステータ２のステータコイル２２からの磁束がロータ３内を通りロータ３が回転する。ロータ３の回転は、ロータ軸５から車両の動力伝達部材に入力され、最終的には車両の駆動輪に伝達され、この駆動輪を回転駆動させる。
【００３８】
この間、冷却機構６は、回転電機１の全体を冷却する。すなわち、回転電機１は、オイル供給装置８からロータ軸通路７１の主通路部７１ａに冷却用のオイルが供給される。主通路部７１ａに供給されたオイルは、ロータ３及びロータ軸５の回転に伴って径方向内側から外側に向けて遠心力が作用することにより、各分岐通路部７１ｂにて分岐し、各分岐通路部７１ｂを介して各ロータ通路７２の各径方向通路７２ａに導入される。各径方向通路７２ａに導入されたオイルは、ロータ３及びロータ軸５の回転に伴って遠心力が作用することにより、この径方向通路７２ａの内部を径方向内側から外側に向かって導かれて流動し、永久磁石３２の軸方向端部近傍まで流れ、また、各流出通路７２ｂに流入した後、各流出開口７２ｃを介してロータ３の外部に流出する。この間、オイルは、ロータ軸通路７１の主通路部７１ａ、分岐通路部７１ｂ、ロータ通路７２の径方向通路７２ａ、流出通路７２ｂ等を通過することで、ロータコア３１や永久磁石３２等の回転電機１の各部を冷却し、この結果、この回転電機１は、過剰な温度上昇が抑制される。
【００３９】
そして、本実施形態の回転電機１は、ロータ３のロータ通路７２が設けられた端部に、オイルをはじく表面処理が施されることで、より適正に各部を冷却することを可能としている。ここでは、回転電機１は、ロータ３の軸方向の端部を構成するエンドプレート３３にロータ通路７２が設けられると共にオイルをはじく表面処理として、撥油処理（冷却媒体が水である場合には撥水処理）が施される。
【００４０】
本実施形態のエンドプレート３３は、対向面３３ａ、軸方向端面３３ｂ、流出開口７２ｃを形成する開口部３３ｃ、径方向外側端面３３ｄ等を含む表面全体に撥油処理が施される。エンドプレート３３の表面に対する撥油処理は、典型的には、フッ素系処理剤（例えばフルオロアルキルシラン等）、フッ素系樹脂（例えばポリテトラフルオロエチレン等）等であって表面張力が２０ｍＮ／ｍ程度以下の処理液を使用した表面処理を用いることができる。また、処理方法は、例えば、エンドプレート３３を上記の処理液中に沈めた後、引き出し速度を調節しながら当該エンドプレート３３を引き出し、その後、熱処理等を行う方法（例えば、ディッピング処理方法、ゾルゲル処理方法等）を用いることができる。
【００４１】
エンドプレート３３は、表面に撥油処理が施されることで、表面のオイルに対する濡れ性が相対的に低下し、相対的に高い撥油性（オイルをはじく性質）を有することとなる。これにより、エンドプレート３３は、表面が撥油表面として作用し、表面にてオイルがはじきやすくなる。
【００４２】
上記のように構成される回転電機１の冷却機構６は、ロータ３の軸方向の端部、すなわち、エンドプレート３３に撥油処理が施されることで、エンドプレート３３の表面全体でオイルがはじきやすくなることから、適正に各部を冷却することができる。
【００４３】
すなわち、冷却機構６は、エンドプレート３３の軸方向端面３３ｂにおいてオイルがはじきやすくなることで、この軸方向端面３３ｂにオイルが付着することを抑制することができ、例えば、軸方向端面３３ｂの図２中に囲み線Ａで示す領域にてロータ３の回転に伴ったオイルの攪拌を抑制することができる。これにより、回転電機１は、ロータ３が回転した際に、エンドプレート３３の軸方向端面３３ｂにおけるオイルの攪拌損失を低減することができる。この結果、回転電機１は、回転効率を向上した上で、各部を適正に冷却することができる。
【００４４】
また、冷却機構６は、エンドプレート３３の開口部３３ｃにおいてオイルがはじきやすくなることで、流出通路７２ｂの内壁面や開口部３３ｃの図２中に囲み線Ｂで示す領域にて流出開口７２ｃから流出したオイルをエンドプレート３３からすばやくはじき飛ばすことができ、オイルがロータ３に付着することを抑制することができ、また、ステータ２の内周面２３とロータ３の外周面３４との間の図２中に囲み線Ｃで示す領域にオイルが入り込むことを抑制し、入り込むオイル量を低減することができる。冷却機構６は、例えば、流出開口７２ｃから流出するオイルの流速が比較的に遅い状態であっても、流出通路７２ｂの内壁面や開口部３３ｃの撥油性によりオイルがはじき飛ばされることで、このオイルがエンドプレート３３に付着したりステータ２の内周面２３とロータ３の外周面３４との間にオイルが侵入したりすることを抑制することができる。さらに、冷却機構６は、エンドプレート３３の開口部３３ｃと共に径方向外側端面３３ｄにおいてオイルがはじきやすくなることで、ステータ２の内周面２３とロータ３の外周面３４との間にオイルが入り込むことをより確実に抑制することができる。これにより、回転電機１は、ロータ３が回転した際に、エンドプレート３３の軸方向端面３３ｂにおけるオイルの攪拌損失やステータ２とロータ３との間におけるオイルの引き摺り損失を低減することができる。この結果、回転電機１は、回転効率を向上した上で、各部を適正に冷却することができる。
【００４５】
さらに、冷却機構６は、エンドプレート３３の対向面３３ａ、例えば、図２中に囲み線Ｄで示す領域においてオイルがはじきやすくなることで、各径方向通路７２ａの端面３１ａ側を流れるオイルの流速が対向面３３ａ側を流れるオイルの流速より相対的に高くなる。これにより、回転電機１は、端面３１ａ側を流れるオイルの流速が高くなることで、例えば、下記の数式（１）に例示するように、流速ｕが大きくなることで、端面３１ａ側にてオイルによる冷却の際の熱伝導率が向上することから、ロータコア３１や永久磁石３２の冷却性能を向上することができる。
【００４６】
【数１】
【００４７】
また、回転電機１は、流出開口７２ｃから流出したオイルがステータ２の内周面２３とロータ３の外周面３４との間に入り込むことが抑制されるので、オイルがロータ３の回転に対する引き摺り抵抗や攪拌抵抗として作用することによる摩擦熱等の発熱を抑制することができる。これにより、回転電機１は、オイルがロータ３の回転に対する引き摺り抵抗や攪拌抵抗として作用することによる発熱を抑制することができることから、オイル自体の温度上昇を抑制することができ、回転電機１の冷却効率が悪化することを抑制することができ、回転電機１の温度が過剰に上昇することを確実に抑制することができる。この結果、回転電機１は、回転電機１の冷却効率が悪化することを抑制することができ、回転電機１の温度が過剰に上昇することを確実に抑制することができるので、耐熱性の相対的に低い永久磁石３２が高温となることを防止することができ、永久磁石３２の減磁を抑制することができ、永久磁石３２の磁石としての特性が低下することを抑制することができる。したがって、回転電機１は、永久磁石３２の磁石としての特性が低下することを抑制することができるので、モータトルクが減少しモータ効率が悪化することを抑制することができる。
【００４８】
以上で説明した実施形態に係る回転電機１によれば、内側に中空部分を形成するステータ２と、ステータ２の内側に回転軸線Ｘ１を中心として回転自在に設けられるロータ３と、ロータ３の回転軸線Ｘ１に沿った方向の端部に設けられ、内部をオイルが流動可能であると共に、ロータ３の回転軸線Ｘ１に沿った方向の端面にオイルが流出可能な流出開口７２ｃを有するロータ通路７２とを備え、ロータ３は、ロータ通路７２が設けられた端部に、オイルをはじく表面処理が施されている。以上で説明した実施形態に係る冷却機構６によれば、回転電機１のロータ３の回転軸線Ｘ１に沿った方向の端部に設けられ、内部をオイルが流動可能であると共に、ロータ３の回転軸線Ｘ１に沿った方向の端面にオイルが流出可能な流出開口７２ｃを有するロータ通路７２を備え、ロータ３は、ロータ通路７２が設けられた端部に、オイルをはじく撥油処理が施されている。したがって、回転電機１、冷却機構６は、各部を適正に冷却することができる。
【００４９】
［実施形態２］
図３は、実施形態２に係る回転電機のロータ通路を含む部分断面図、図４は、実施形態２に係る回転電機のロータ回転数とコイルエンド部へのオイル供給量との関係の一例を示す線図である。実施形態２に係る回転電機、冷却機構は、媒体通路が傾斜部を有する点で実施形態１とは異なる。その他、上述した実施形態と共通する構成、作用、効果については、重複した説明はできるだけ省略するとともに、主要な構成については適宜図１を参照する（以下で説明する実施形態も同様である。）。
【００５０】
図３に示す実施形態の回転電機２０１は、冷却機構２０６を備え、冷却機構２０６は、媒体通路としてのロータ通路２７２を含んで構成される。ロータ通路２７２は、径方向通路７２ａと、傾斜部としての流出通路２７２ｂと、流出開口７２ｃとを含んで構成される。
【００５１】
流出通路２７２ｂは、径方向通路７２ａに対応して複数設けられる。各流出通路２７２ｂは、一方の端部がそれぞれ対応する径方向通路７２ａと連通する一方、他方の端部が流出開口７２ｃにて開口する。本実施形態の流出通路２７２ｂは、回転軸線Ｘ１に沿った軸方向及び回転軸線Ｘ１と直交する径方向に対して、傾斜するように設けられる。流出通路２７２ｂは、流出開口７２ｃ側がロータ３の外側、すなわち、径方向外側に向かって傾斜している。
【００５２】
上記のように構成される回転電機２０１、冷却機構２０６は、流出通路２７２ｂが径方向外側に向かって傾斜していることから、ロータ３の回転に伴って流出開口７２ｃからオイルが流出する際に、流出開口７２ｃにおけるオイルの流出方向が径方向外側に向かう方向となると共に、オイルに作用する遠心力が増大し流出開口７２ｃから流出したオイルの飛距離が相対的に増加する。そして、回転電機２０１、冷却機構２０６、図４中に実線Ｌ１で例示するように、流出通路２７２ｂの内壁面や開口部３３ｃの撥油性による作用と、径方向外側に傾斜した流出通路２７２ｂの作用とによって、例えば、コイルエンド部２４に達するオイルの量が相対的に増加するので、ステータ２の内周面２３とロータ３の外周面３４との間にオイルが入り込むことを大幅に抑制することができると共に、コイルエンド部２４をより効果的に冷却することができる。なお、図４中、点線Ｌ２は、エンドプレートに撥油処理が施されておらず流出通路が軸方向に沿っている場合、点線Ｌ３は、エンドプレートに撥油処理が施されておらず流出通路が径方向外側に向かって傾斜している場合を示している。
【００５３】
以上で説明した実施形態に係る回転電機２０１、冷却機構２０６によれば、ロータ通路２７２は、回転軸線Ｘ１に沿った方向及び回転軸線Ｘ１と直交する方向に対して、流出開口７２ｃ側がロータ３の外側に向かって傾斜する流出通路２７２ｂを有する。したがって、回転電機２０１、冷却機構２０６は、オイルの引き摺り損失の大幅な低減と冷却性能の向上とを両立することができる。
【００５４】
［実施形態３］
図５は、実施形態３に係る回転電機のロータ通路を含む部分断面図、図６は、実施形態３に係るロータコアの端面の接触角を説明する模式図、図７は、実施形態３に係るエンドプレートの対向面の接触角を説明する模式図である。実施形態３に係る回転電機、冷却機構は、所定の表面に凹凸が設けられている点で実施形態１とは異なる。
【００５５】
図５に示す実施形態の回転電機３０１は、冷却機構３０６を備え、冷却機構３０６は、媒体通路としてのロータ通路７２を含んで構成される。そして、本実施形態の回転電機３０１は、ロータコア３１のロータ通路７２に面する表面、ここでは、図５中に囲み線Ｅで示すロータコア３１の端面３１ａに凹凸３３５が設けられる。さらに、回転電機３０１は、ロータコア３１のロータ通路７２に面する表面である端面３１ａと向き合い表面処理が施された表面、ここでは、図５中に囲み線Ｄで示すエンドプレート３３の対向面３３ａに凹凸３３６が設けられる。凹凸３３５、３３６は、微細な凹凸であり、いわゆるフラクタル構造をなす。凹凸３３５、３３６は、例えば、端面３１ａ、対向面３３ａに対してエッチング処理やショットブラスト処理等を行うことで設けることができる。
【００５６】
ロータコア３１は、図６に示すように、端面３１ａに凹凸３３５が設けられることで、端面３１ａにおけるオイル（媒体）との接触角θ１が相対的に小さくなる。ここでは、ロータコア３１は、端面３１ａにおけるオイルとの接触角θ１が５°未満となるように端面３１ａに凹凸３３５が設けられる（θ１＜５°）。
【００５７】
ここで、端面３１ａとオイルとの接触角θ１は、液体側からみた固体表面、ここでは端面３１ａとオイルとがなす角度である。ロータコア３１は、この接触角θ１が０°に近くなると端面３１ａ上のオイルと面的に接触するような状態となりオイルが付着しやすくなることから、端面３１ａのオイルに対する濡れ性が相対的に増加し高い親油性、ここでは、超親油性を有することとなる。つまり、端面３１ａは、超親油表面として作用する。
【００５８】
エンドプレート３３は、図７に示すように、対向面３３ａに凹凸３３６が設けられた上で、上記で説明した撥油処理が施され、フッ素系処理剤（例えばフルオロアルキルシラン等）、フッ素系樹脂（例えばポリテトラフルオロエチレン等）等によって表面処理膜３３７が形成されることで、凹凸３３６におけるオイル（媒体）との接触角θ２が相対的に大きくなる。ここでは、エンドプレート３３は、対向面３３ａにおけるオイルとの接触角θ２が１３０°より大きくなるように対向面３３ａに凹凸３３６が設けられる（θ２＞１３０°）。
【００５９】
ここで、対向面３３ａとオイルとの接触角θ２は、液体側からみた固体表面、ここでは対向面３３ａとオイルとがなす角度である。エンドプレート３３は、この接触角θ２が１８０°に近くなると対向面３３ａ上のオイルとほぼ点的に接触するような状態となりオイルがはじかれやすくなることから、対向面３３ａのオイルに対する濡れ性が相対的に低下し高い撥油性、ここでは、超撥油性を有することとなる。 つまり、対向面３３ａは、超撥油表面として作用する。
【００６０】
上記のように構成される回転電機３０１、冷却機構３０６は、端面３１ａが超親油表面として作用することで、ロータコア３１の端面３１ａとオイルとの接触面積が相対的に大きくなる。また、回転電機３０１、冷却機構３０６は、対向面３３ａが超撥油表面として作用することで、エンドプレート３３の対向面３３ａにおいてオイルがよりはじきやすくなり、これにより、各径方向通路７２ａの端面３１ａ側を流れるオイルの流速が対向面３３ａ側を流れるオイルの流速より相対的に高くなる作用が、さらに顕著になる。
【００６１】
この結果、回転電機３０１、冷却機構３０６は、例えば、上述した数式（１）に例示するように、対向面３３ａの超撥油性の作用により流速ｕがさらに大きくなり、端面３１ａの超親油性の作用により長さＬが長くなることで、端面３１ａ側にてオイルによる冷却の際の熱伝導率がさらに向上することから、ロータコア３１や永久磁石３２の冷却性能をさらに向上することができる。また、回転電機３０１、冷却機構３０６は、冷却性能が向上することから、ロータ軸通路７１、ロータ通路７２に供給するオイル量を相対的に低減しても十分な冷却性能を確保することができ、これにより、攪拌されたり引き摺られたりするオイルの量を低減することができ、攪拌損失や引き摺り損失を低減することができる。この結果、回転電機３０１は、さらに回転効率を向上することができる。
【００６２】
以上で説明した実施形態に係る回転電機３０１、冷却機構３０６によれば、ロータ３のロータコア３１のロータ通路７２に面する表面（端面３１ａ）、及び、ロータコア３１のロータ通路７２に面する表面と向き合い表面処理が施された表面（対向面３３ａ）に凹凸３３５、３３６が設けられる。したがって、回転電機３０１、冷却機構３０６は、冷却性能をさらに向上することができる。
【００６３】
なお、上述した本発明の実施形態に係る回転電機及び冷却機構は、上述した実施形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された範囲で種々の変更が可能である。本実施形態に係る回転電機及び冷却機構は、以上で説明した実施形態を複数組み合わせることで構成してもよい。
【００６４】
以上の説明では、回転電機は、車両を駆動するための駆動装置に備えられる走行用回転電機であるものとして説明したが、これに限らない。回転電機は、車両の作業用回転電機や補機用回転電機等として適用してもよいし、車両に限らず他の装置の電動機又は発電機として適用してもよい。
【００６５】
以上で説明した回転電機、冷却機構は、エンドプレートを備えず、ロータコアの軸方向端部に直接的に媒体通路が設けられ、表面処理が施される構成であってもよい。また、冷却媒体は、オイル（潤滑油）以外の液体、例えば、水等であってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
以上のように本発明に係る回転電機及び冷却機構は、種々の車両に搭載される回転電機及び冷却機構に適用して好適である。
【符号の説明】
【００６７】
１、２０１、３０１ 回転電機
２ ステータ
３ ロータ
６、２０６、３０６ 冷却機構
２１ ステータコア
２２ ステータコイル
２４ コイルエンド部
３１ ロータコア
３１ａ 端面
３３ エンドプレート
３３ａ 対向面
３３ｂ 軸方向端面
３３ｃ 開口部
３３ｄ 径方向外側端面
７２、２７２ ロータ通路（媒体通路）
７２ａ 径方向通路
７２ｂ 流出通路
７２ｃ 流出開口
２７２ｂ 流出通路（傾斜部）
３３５、３３６ 凹凸
Ｘ１ 回転軸線
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内側に中空部分を形成するステータと、
前記ステータの内側に回転軸線を中心として回転自在に設けられるロータと、
前記ロータの前記回転軸線に沿った方向の端部に設けられ、内部を媒体が流動可能であると共に、前記ロータの前記回転軸線に沿った方向の端面に前記媒体が流出可能な流出開口を有する媒体通路とを備え、
前記ロータは、前記媒体通路が設けられた前記端部に、前記媒体をはじく表面処理が施されていることを特徴する、
回転電機。
【請求項２】
前記ロータは、前記回転軸線に沿った方向の端部を構成し、前記媒体通路が設けられると共に前記表面処理が施されたエンドプレートを有する、
請求項１に記載の回転電機。
【請求項３】
前記エンドプレートは、前記ロータのロータコアとの間に、少なくとも前記媒体通路の一部を形成する、
請求項２に記載の回転電機。
【請求項４】
前記媒体通路は、前記回転軸線に沿った方向及び前記回転軸線と直交する方向に対して、前記流出開口側が前記ロータの外側に向かって傾斜する傾斜部を有する、
請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の回転電機。
【請求項５】
前記ロータのロータコアの前記媒体通路に面する表面、及び、前記ロータコアの前記媒体通路に面する表面と向き合い前記表面処理が施された表面に凹凸が設けられる、
請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の回転電機。
【請求項６】
回転電機のロータの前記回転軸線に沿った方向の端部に設けられ、内部をオイルが流動可能であると共に、前記ロータの前記回転軸線に沿った方向の端面に前記オイルが流出可能な流出開口を有する通路を備え、
前記ロータは、前記通路が設けられた前記端部に、前記オイルをはじく撥油処理が施されていることを特徴する、
冷却機構。
【請求項１】
内側に中空部分を形成するステータと、
前記ステータの内側に回転軸線を中心として回転自在に設けられるロータと、
前記ロータの前記回転軸線に沿った方向の端部に設けられ、内部を媒体が流動可能であると共に、前記ロータの前記回転軸線に沿った方向の端面に前記媒体が流出可能な流出開口を有する媒体通路とを備え、
前記ロータは、前記媒体通路が設けられた前記端部に、前記媒体をはじく表面処理が施されていることを特徴する、
回転電機。
【請求項２】
前記ロータは、前記回転軸線に沿った方向の端部を構成し、前記媒体通路が設けられると共に前記表面処理が施されたエンドプレートを有する、
請求項１に記載の回転電機。
【請求項３】
前記エンドプレートは、前記ロータのロータコアとの間に、少なくとも前記媒体通路の一部を形成する、
請求項２に記載の回転電機。
【請求項４】
前記媒体通路は、前記回転軸線に沿った方向及び前記回転軸線と直交する方向に対して、前記流出開口側が前記ロータの外側に向かって傾斜する傾斜部を有する、
請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の回転電機。
【請求項５】
前記ロータのロータコアの前記媒体通路に面する表面、及び、前記ロータコアの前記媒体通路に面する表面と向き合い前記表面処理が施された表面に凹凸が設けられる、
請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の回転電機。
【請求項６】
回転電機のロータの前記回転軸線に沿った方向の端部に設けられ、内部をオイルが流動可能であると共に、前記ロータの前記回転軸線に沿った方向の端面に前記オイルが流出可能な流出開口を有する通路を備え、
前記ロータは、前記通路が設けられた前記端部に、前記オイルをはじく撥油処理が施されていることを特徴する、
冷却機構。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１２−７５２４４（Ｐ２０１２−７５２４４Ａ）
【公開日】平成２４年４月１２日（２０１２．４．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２１７７７２（Ｐ２０１０−２１７７７２）
【出願日】平成２２年９月２８日（２０１０．９．２８）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【出願人】（０００００３６０９）株式会社豊田中央研究所 (4,200)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年４月１２日（２０１２．４．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月２８日（２０１０．９．２８）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【出願人】（０００００３６０９）株式会社豊田中央研究所 (4,200)
【Ｆターム（参考）】
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