JP2009219186A - ロータ冷却構造 - Google Patents

Abstract

【課題】ロータ回転時の遠心力による冷却油の漏れを防止すること。
【解決手段】ロータ冷却構造は、ロータシャフト５と一体回転するロータコア６の軸方向端面に当接して設けられ、内周部１１ａ，１２ａがロータシャフト５に固定されたエンドプレート１１，１２を備え、ロータコア６とエンドプレート１１，１２との間に冷却液２４を供給してロータコア６を冷却するように構成される。ロータコア６とエンドプレート１１，１２との当接部は、各エンドプレート１１，１２の最外周部１１ｂ，１２ａである。エンドプレート１１，１２の内周部１１ａ，１２ａは、ロータコア６の方向へ予荷重を付与した状態でロータシャフト５に固定される。エンドプレート１１，１２の剛性が、その外周側に比べて内周側で高く設定される。
【選択図】 図２

Description

この発明は、モータを構成するロータに係り、詳しくは、ロータを冷却するためのロータ冷却構造に関する。

従来、この種の技術として、例えば、下記の特許文献１乃至３に記載される技術が知られている。特に、特許文献１には、ロータとエンドプレートとの間に形成される通路に冷却液を流してロータを冷却する冷却構造が記載されている。詳しくは、モータハウジングに回転可能に支持されたロータシャフトにロータが一体回転可能に固定され、モータハウジングの内壁部には、ロータの外周面と微小な間隙をおいてステータが固定される。ロータに設けられる永久磁石の近傍には、軸方向に貫通する複数の冷却液通路が形成され、ロータシャフトの中心線に沿って冷却液圧送通路が形成され、ロータの一端面にはエンドプレートが密接して設けられ、そのエンドプレートのロータ端面との密着面には、上記した冷却液圧送通路と複数の冷却液通路にそれぞれ連通する複数の冷却液連結通路が形成される。一方、ロータの他端面には同じくエンドプレートが密接して設けられ、そのエンドプレートのロータ端面との密着面には、上記した複数の冷却液通路にそれぞれ連通し、ステータのコイルエンドに向けて開口する冷却液噴出孔が設けられる。このようにしてロータとエンドプレートとの間の通路に冷却液が流れるようになっている。

特開２００７−２０３３７号公報 特開２００２−３４５１８８号公報 実開昭６２−１９８８５７号公報

ところが、特許文献１に記載の冷却構造では、図１０に示すように、ロータシャフト４１と共にロータコア４２が回転するとき、冷却液４３に遠心力が作用してロータコア４２の外周側にて冷却液４３の圧力が上昇する。このため、ロータコア４２とエンドプレート４４との間では、冷却液４３の圧力上昇によりエンドプレート４４の自由端部が外側へ開いてエンドプレート４４とロータコア４２との間から冷却液４３が漏れ出るおそれがあった。この結果、冷却液４３が減少して冷却効果が低下する懸念があった。また、ロータコア４２を構成する複数の板材（積層板）の間では、圧力上昇した冷却液４３がステータ４５の側へ漏れ出るおそれがあった。これによっても冷却効果が低下するおそれがあった。また、ロータコア４２の回転時に冷却液４３をせん断する力が発生して大きなトルク損失となる懸念もあった。

この発明は上記の事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、ロータ回転時の遠心力による冷却液の漏れを防止することを可能としたロータ冷却構造を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、ロータシャフトと一体回転するロータコアの軸方向端面に当接して設けられ、内周部がロータシャフトに固定されたエンドプレートを備え、前記ロータコアと前記エンドプレートとの間に冷却液を供給して前記ロータコアを冷却するロータ冷却構造において、ロータコアとエンドプレートとの当接部をエンドプレートの最外周部とし、エンドプレートの内周部を、ロータコアの方向へ予荷重を付与した状態でロータシャフトに固定したことを趣旨とする。

上記発明の構成によれば、ロータコアとエンドプレートとの間に供給される冷却液は、ロータコアとエンドプレートとの当接部である最外周部にて封止される。ここで、ロータシャフトと共にロータコアが回転するとき、ロータコアとエンドプレートとの間の冷却液には遠心力が作用してロータコアの外周側にて冷却液の圧力が上昇する。しかし、エンドプレートの内周部は、ロータコアの方向へ予荷重を付与した状態でロータシャフトに固定されるので、エンドプレートの最外周部にて冷却液の圧力が上昇してもその圧力に抗してエンドプレートに曲げ応力が生じ、その最外周部の変形が抑えられ、最外周部による封止状態が保持される。

上記目的を達成するために、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、エンドプレートの剛性を、その外周側に比べて内周側で高くしたことを趣旨とする。

上記発明の構成によれば、請求項１に記載の発明の作用に加え、エンドプレートを変形させたときの応力はその内周側に集中することから、外周側に比べて内周側の剛性を高くすることにより、エンドプレートの最外周部の変形が更に抑えられる。

上記目的を達成するために、請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の発明において、ロータコアはその外周部に磁石を収容する磁石孔を含み、ロータコアとエンドプレートとの間に磁石孔の端面を塞ぐ閉塞部材を設け、エンドプレートと閉塞部材との間を封止したことを趣旨とする。

上記発明の構成によれば、請求項１又は２に記載の発明の作用に加え、磁石孔の端面が閉塞部材により塞がれるので、エンドプレートと閉塞部材との間に冷却液が供給されても、その冷却液は磁石孔と磁石との間の隙間へ流れない。また、エンドプレートと閉塞部材との間が封止されるので、それらの間からの冷却液の漏れが抑えられる。

上記目的を達成するために、請求項４に記載の発明は、請求項１又は２に記載の発明において、ロータコアはその外周部に磁石を収容する磁石孔を含み、エンドプレートとロータコアとの当接部に封止部材を設け、封止部材を磁石孔よりも外周側又は内周側に配置したことを趣旨とする。

上記発明の構成によれば、請求項１又は２に記載の発明の作用に加え、エンドプレートとロータコアとの間に供給される冷却液は、エンドプレートとロータコアとの当接部に設けられた封止部材により封止される。ここで、封止部材が磁石孔よりも外周側に配置される場合、磁石孔と磁石との間へ流れる冷却液は、当接部では封止部材によっても封止される。また、封止部材が磁石孔よりも内周側に配置される場合、磁石孔と磁石との間へ冷却液が流れることがない。

請求項１に記載の発明によれば、ロータ回転時にエンドプレートの最外周部からの遠心力による冷却液の漏れを防止することができる。

請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明の効果に対し、エンドプレートの最外周部からの遠心力による冷却液の漏れをより確実に防止することができる。

請求項３に記載の発明によれば、請求項１又は２に記載の発明の効果に加え、磁石孔と磁石との間の隙間からの冷却液の漏れを防止することができる。

請求項４に記載の発明によれば、請求項１又は２に記載の発明の効果に加え、磁石孔と磁石との間の隙間からの冷却液の漏れを防止することができる。

［第１実施形態］
以下、本発明のロータ冷却構造を具体化した第１実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。

図１に、この実施形態のロータ冷却構造を具体化した電気自動車用のモータ１の概略的構成を断面図により示す。モータ１は、ハウジング２と、ハウジング２に収容されたステータ３及びロータ４を備える。ロータ４は、ロータシャフト５と、ロータコア６と、磁石７とを含む。ロータシャフト５は、ハウジング２に回転可能に支持される。ロータコア６は、ロータシャフト５に一体回転可能に固定される。磁石７は、ロータコア６の外周部に組み付けられる。ステータ３は、ハウジング２の内部にて、ロータコア６の外周面と微小な間隙をおいて配置され、ボルト８により固定される。ステータ３は、円環状のステータコア９と、ステータコア９に組み付けられたコイル１０とを含む。

この実施形態のモータ１は、その高出力時に発熱するロータ４を有効に冷却するためにロータ冷却構造を備える。このロータ冷却構造について以下に説明する。ロータシャフト５と一体回転するロータコア６の軸方向両端面には、それぞれエンドプレート１１，１２が設けられる。各エンドプレート１１，１２は、それぞれ略円板形状をなし、その内周部１１ａ，１２ａがロータシャフト５に固定される。そして、ロータコア６とエンドプレート１１，１２との間に冷却液としての冷却油を供給することによりロータコア６を冷却するようになっている。そのために、ハウジング２及びロータシャフト５には、ロータコア６に冷却油を供給するための油通路１３，１４が形成される。これら油通路１３，１４に供給された冷却油は、太矢印で示すように、ロータコア６とエンドプレート１１，１２との間を流れるようになっている。

図２に、図１におけるロータ４の下半分に係る構成を概略的に断面図により示す。ロータコア６は複数の板材２１を積層して形成される。ロータコア６の外周部６ａには、磁石孔２２が形成され、その磁石孔２２に磁石７が収容されて固定される。この実施形態では、従来例と同様にロータコア６と各エンドプレート１１，１２との間に冷却油２４が供給されることから、ロータ４の回転時には、その冷却油２４に遠心力が作用してロータコア６の外周側にて冷却油２４の圧力が上昇することとなる。この冷却油２４の圧力上昇に抗して各エンドプレート１１，１２の変形を抑えるために、この実施形態のロータ冷却構造は、以下のような構成を備える。

すなわち、第１に、この実施形態では、ロータコア６と各エンドプレート１１，１２との当接部が各エンドプレート１１，１２の最外周部１１ｂ，１２ｂとなっている。これら最外周部１１ｂ，１２ｂは、ロータコア６の軸方向両端面の外周縁に当接して配置される。また、これら最外周部１１ｂ，１２ｂには、ロータコア６に面して周溝２５がそれぞれ形成される。この周溝２５の中には、本発明の封止部材としての柔軟性のあるＯリング２６が装着される。

この実施形態では、エンドプレート１１，１２の最外周部１１ｂ，１２ｂが、磁石孔２２と干渉しないように磁石孔２２より外周側に配置される。これにより、ロータコア６と各エンドプレート１１，１２との間に供給される冷却油２４が、磁石孔２２と磁石７との間の隙間にも流れるようになっている。図３に、図２の鎖線円Ｓ１の中のを拡大して断面図により示す。図３に示すように、ロータコア６の外周部６ａにおいて、ロータコア６を構成する複数の板材２１の間には、磁石孔２２と磁石７との隙間を流れる冷却油２４の漏れを防止するための接着剤２７が設けられる。この接着剤２７は、板材２１を積層する際に塗布されたものである。

また、この実施形態では、各エンドプレート１１，１２の内周部１１ａ，１２ａは、それぞれロータコア６の方向へ予荷重が付与された状態でロータシャフト５に固定される。具体的には、各エンドプレート１１，１２の内周部１１ａ，１２ａは、ロータコア６の方向へ予め変形させた状態で、弾性を有するかしめ部品２８により押圧した状態でロータシャフト５に固定される。かしめ部品２８は、ロータシャフト５に掛け止めされた状態でその弾性力により各エンドプレート１１，１２の内周部１１ａ，１２ａをロータコア６の方向へ付勢している。

更に、この実施形態では、各エンドプレート１１，１２の剛性が、その外周側に比べて内周側で高く設定される。具体的には、図２に示すように、各エンドプレート１１，１２の肉厚が、外周側に比べて内周側で大きく設定される。より詳しくは、各エンドプレート１１，１２は、最外周部１１ｂ，１２ｂを除いては、外周側から内周側へ向けて徐々に肉圧が大きくなるように形成される。

以上説明したこの実施形態のロータ冷却構造によれば、ロータコア６と各エンドプレート１１，１２との間に供給される冷却油２４は、ロータコア６と各エンドプレート１１，１２との当接部である最外周部１１ｂ，１２ｂにより封止される。ここで、ロータシャフト５と共にロータコア６が回転するとき、ロータコア６と各エンドプレート１１，１２との間の冷却油２４には遠心力が作用し、ロータコア６の外周側にて冷却油２４の圧力が上昇する。しかしながら、各エンドプレート１１，１２の内周部１１ａ，１２ａは、ロータコア６の方向へ予荷重を付与した状態でロータシャフト５に固定されるので、各エンドプレート１１，１２の最外周部１１ｂ，１２ｂにて冷却油２４の圧力が上昇しても、その圧力に抗して各エンドプレート１１，１２に曲げ応力が生じ、その最外周部１１ｂ，１２ｂの変形が抑えられ、最外周部１１ｂ，１２ｂによる封止状態が保持される。この結果、各エンドプレート１１，１２の最外周部１１ｂ，１２ｂからの遠心力による冷却油２４の漏れを防止することができる。このため、冷却油２４が漏れない分だけロータ冷却構造による冷却効果の低下を抑えることができる。

この実施形態では、各エンドプレート１１，１２の剛性が、その外周側に比べて内周側で高く設定される。また、各エンドプレート１１，１２を変形させたときの応力は、それらの内周側に集中することとなる。従って、外周側に比べて内周側の剛性を高くすることにより、各エンドプレート１１，１２の最外周部１１ｂ，１２ｂの変形が更に抑えられる。この結果、各最外周部１１ｂ，１２ｂからの遠心力による冷却油２４の漏れをより確実に防止することができる。このため、ロータ冷却構造による冷却効果の低下をより確実に抑えることができる。

この実施形態では、各エンドプレート１１，１２とロータコア６との間に供給される冷却油２４は、ロータコア６との当接部である各エンドプレート１１，１２の最外周部１１ｂ，１２ｂにてＯリング２６により封止される。この実施形態では、Ｏリング２６が磁石孔２２よりも外周側に配置されるので、磁石孔２２と磁石７との間へ流れる冷却油２４は、各最外周部１１ｂ，１２ｂではＯリング２６によっても封止される。例えば、ロータ４の回転時に遠心力により各エンドプレート１１，１２が多少変形しても、Ｏリング２６がロータコア６と最外周部１１ｂ，１２ｂとの隙間を埋めることとなる。この意味で、磁石孔２２と磁石７との間の隙間から外部への冷却油２４の漏れを防止することができる。この意味でもロータ冷却構造による冷却効果の低下を抑えることができる。

また、この実施形態では、ロータコア６を構成する複数の板材２１の間に接着剤２７が介在するので、ロータ４の回転時に冷却油２４の圧力が上昇しても、その圧力が隣り合う板材２１の間に作用することがなく、板材２１の間の隙間から冷却油２４が外部へ漏れることがない。この意味でも、冷却油２４の減少による冷却効果の低下を抑えることができる。また、冷却油２４が、ロータコア６とステータ３との間の隙間に浸入することがないので、ロータ４の回転時に冷却油２４をせん断する力によるトルク損失が発生することがない。
［第２実施形態］
次に、本発明のロータ冷却構造を具体化した第２実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。

なお、以下に説明する各実施形態において前記第１実施形態と同じ構成要素については同一の符号を付して説明を省略し、以下には異なった点を中心に説明するものとする。

この実施形態では、各エンドプレート１１，１２の最外周部１１ｂ，１２ｂの形状の点で第１実施形態と構成が異なる。図４には、この実施形態のエンドプレート１１の最外周部１１ｂに係る構成を拡大断面図により示す。図５には、比較のために、第１実施形態のエンドプレート１１の最外周部１１ｂに係る構成を拡大断面図により示す。この実施形態では、図４に示すように、最外周部１１ｂにＯリング２６を設けるための周溝２５につき、その周溝２５を形成する内側の堤部２９が外側の堤部２５ｂよりも低く設定される。エンドプレート１２の最外周部１２ｂについても同様の構成である。この点で、本実施形態は第１実施形態と構成が異なる。

従って、この実施形態のロータ冷却構造によれば、ロータコア６とエンドプレート１１との間に供給された冷却油２４は、図４に示すように、エンドプレート１１の最外周部１１ｂにてＯリング２６を収容する周溝２５にも入り込むこととなる。このため、周溝２５に入る冷却油２４によりロータコア６の外周部６ａ及びエンドプレート１１の最外周部１１ｂを冷却することができ、その分だけロータ冷却構造による冷却効果を高めることができる。これに対し、第１実施形態では、図５に示すように、冷却油２４が周溝２５には入らないので、ロータコア６の外周部６ａ及びエンドプレート１１の最外周部１１ｂが冷却油２４により冷却されることがない。本実施形態のその他の作用効果は、第１実施形態のそれと同じである。

［第３実施形態］
次に、本発明のロータ冷却構造を具体化した第３実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。

図６に、ロータコア６の端面の一部を概念図により示す。第１実施形態のロータ冷却構造では、各エンドプレート１１，１２の最外周部１１ｂ，１２ｂにＯリング２６を設けたが、図６に示すように、このＯリング２６と磁石孔２２が干渉する位置関係となる場合がある。この場合、磁石孔２２と磁石７との隙間の一部がＯリング２６より外側にはみ出ることがあり、Ｏリング２６より内側にて封止される冷却油が、磁石孔２２の隙間を経由してロータコア６の外へ漏れ出るおそれがある。この実施形態では、上記課題に対処した。

図７に、この実施形態のロータ冷却構造につきロータコア６の右側下半分に係る構成を断面図により示す。すなわち、この実施形態では、ロータコア６とエンドプレート１１との間に磁石孔２２の端面を塞ぐ閉塞部材としての中間プレート２９が設けられ、エンドプレート１１と中間プレート２９との間がエンドプレート１１により封止される。すなわち、エンドプレート１１の最外周部１１ｂが中間プレート２９の外周部に当接して設けられ、その最外周部１１ｂの周溝２５にＯリング２６が装着される。そして、エンドプレート１１と中間プレート２９との間に冷却油２４が供給されるようになっている。ロータコア６の左側の構成についても上記と同様であることから、以下においてロータコア６の左側の説明は省略する（以下同様）。この実施形態では、ロータコア６を構成する板材２１の間に接着剤は塗布されていない。これらの点で、本実施形態は第２実施形態と構成が異なる。

従って、この実施形態では、図７に示すように、磁石孔２２の端面が中間プレート２９により塞がれるので、エンドプレート１１と中間プレート２９との間に冷却油２４が供給されても、その冷却油２４が磁石孔２２と磁石７との間の隙間へは流れない。また、エンドプレート１１と中間プレート２９との間が最外周部１１ｂにより封止されるので、それらの間からの冷却油２４の漏れが抑えられる。このため、磁石孔２２と磁石７との隙間を冷却油２４が流れることがなく、それらの隙間やロータコア６の外周部６ａの板材２１の間隙から冷却油２４が漏れ出ることを防止することができる。この意味で、ロータ冷却構造による冷却効果の低下を抑えることができる。その他の作用効果は、第２実施形態のそれと同じである。

［第４実施形態］
次に、本発明のロータ冷却構造を具体化した第４実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。

この実施形態では、第３実施形態と同様の課題に対処するための構成を備える。図８に、この実施形態のロータ冷却構造につきロータコア６の右側下半分に係る構成を断面図により示す。この実施形態では、上記した中間プレート２９を省略する代わりに、エンドプレート１１の外径を上記各実施形態よりも小さくし、ロータコア６に対するエンドプレート１１の最外周部１１ｂを磁石孔２２よりも内周側に配置している。これにより、最外周部１１ｂに設けられたＯリング２６の位置を磁石孔２２よりも内周側に配置している。その他の構成は第２実施形態のそれと同じである。

従って、この実施形態では、Ｏリング２６が磁石孔２２よりも内周側に配置されるので、磁石孔２２と磁石７との間へ冷却油２４が流れることがない。このため、磁石孔２２と磁石７との隙間へ冷却油２４が流れることがなく、それらの隙間やロータコア６の外周部６ａの板材２１の間隙から冷却油２４が漏れ出ることを防止することができる。この意味で、ロータ冷却構造による冷却効果の低下を抑えることができる。その他の作用効果は、第２実施形態のそれと同じである。

なお、この発明は前記各実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱することのない範囲で構成の一部を適宜変更することにより以下のように実施することもできる。

例えば、前記第１実施形態では、エンドプレート１１，１２の剛性を、その外周側に比べて内周側で高くするために、内周部１１ａ，１２ａの肉厚を外周部の肉厚よりも大きく設定した。これに対し、図９に示すように、エンドプレート１１の肉厚をその最外周部１１ｂを除いて、内周側から外周側にかけて同じに設定してもよい。この場合、エンドプレート１１は、その内周部１１ａに与えられた予荷重のみにより変形が抑えられる。この場合、遠心力によるエンドプレート１１の変形をエンドプレート１１に対する予荷重によって抑えることができるのは第１実施形態と同様である。

第１実施形態に係り、ロータ冷却構造を具体化した電気自動車用モータの概略的構成を示す断面図。 同じく、図１におけるロータの下半分に係る構成を概略的に示す断面図。 図２の鎖線円の中のを拡大して示す断面図。 第２実施形態に係り、エンドプレート最外周部に係る構成を示す拡大断面図。 同じく、比較のためのエンドプレート最外周部に係る構成を示す拡大断面図。 第３実施形態に係り、ロータコアの端面の一部を示す概念図。 同じく、ロータコアの右側下半分に係る構成を示す断面図。 第４実施形態に係り、ロータコアの右側下半分に係る構成を示す断面図。 別の実施形態に係り、ロータコアの右側下半分に係る構成を示す断面図。 従来例に係り、ロータコアの右側下半分に係る構成を示す断面図。

符号の説明

４ ロータ
５ ロータシャフト
６ ロータコア
７ 磁石
１１ エンドプレート
１１ａ 内周部
１１ｂ 最外周部
１２ エンドプレート
１２ａ 内周部
１２ｂ 最外周部
２２ 磁石孔
２４ 冷却油（冷却液）
２５ 周溝
２６ Ｏリング（封止部材）
２８ かしめ部品
２９ 中間プレート（閉塞部材）

Claims (4)

1. ロータシャフトと一体回転するロータコアの軸方向端面に当接して設けられ、内周部がロータシャフトに固定されたエンドプレートを備え、前記ロータコアと前記エンドプレートとの間に冷却液を供給して前記ロータコアを冷却するロータ冷却構造において、
   前記ロータコアと前記エンドプレートとの当接部を前記エンドプレートの最外周部とし、前記エンドプレートの内周部を、前記ロータコアの方向へ予荷重を付与した状態で前記ロータシャフトに固定したことを特徴とするロータ冷却構造。
2. 前記エンドプレートの剛性を、その外周側に比べて内周側で高くしたことを特徴とする請求項１に記載のロータ冷却構造。
3. 前記ロータコアはその外周部に磁石を収容する磁石孔を含み、前記ロータコアと前記エンドプレートとの間に前記磁石孔の端面を塞ぐ閉塞部材を設け、前記エンドプレートと前記閉塞部材との間を封止したことを特徴とする請求項１又は２に記載のロータ冷却構造。
4. 前記ロータコアはその外周部に磁石を収容する磁石孔を含み、前記エンドプレートと前記ロータコアとの当接部に封止部材を設け、前記封止部材を前記磁石孔よりも外周側又は内周側に配置したことを特徴とする請求項１又は２に記載のロータ冷却構造。

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