JP2010252598A - 電動機 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構成で永久磁石およびコイルを冷却することが可能な電動機を提供する。
【解決手段】回転駆動するシャフト２４と、シャフトの周面に設けられたロータコアと、ロータコアの周方向に略等間隔に形成された収容孔４３に配された複数の永久磁石３０と、を有するロータ２２と、コイルが巻き回され、ロータの周面に沿って対向配置されたステータと、ロータの軸方向両端に設けられ、収容孔の少なくとも一部を閉塞可能な端面板６０と、を備えた電動機において、端面板にフィン６５が設けられ、フィンは軸方向視において永久磁石と重なる位置に形成されている。
【選択図】図４

Description

本発明は、電動機に関するものである。

従来から、コイルが巻装されたステータと、ステータの内側に配置されたロータと、ロータと同軸状に圧入固定され回転可能に支持されたシャフトとを備えたモータが知られている。上述したモータのロータは、複数の磁性板材が積層されたロータコアと、ロータコアの端面から軸方向に沿って形成された収容孔内に収容された永久磁石とを備えている。また、ロータの軸方向両端面には収容孔から永久磁石が脱落しないように端面板が設けられている。そして、ステータに巻装されたコイルに電流が流れることにより、ロータの永久磁石とステータとの間に吸引又は反発力が生じて、ロータが回転するようになっている。

モータ駆動時には、永久磁石やステータに巻装されたコイル（特に中性点）などが発熱する。そこで、特許文献１では、シャフトにファンを設け、シャフトが回転するとそれに応じてファンも回転し、その風力でコイル（中性点）を冷却するものが提案されている。

特開２００４−２１５３５８号公報

ところで、上述した特許文献１では、シャフトにファンを設ける必要があるため、モータが大型化してしまう問題がある。また、シャフトにファンを設けるには技術的にも困難であり、製造コストの上昇を招いてしまうという問題もある。さらに、モータ駆動時にはコイル以外の永久磁石なども発熱するが、ファンだけでは永久磁石の冷却は困難である。

そこで、本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであり、簡易な構成で永久磁石およびコイルを冷却することが可能な電動機を提供するものである。

上記の課題を解決するために、請求項１に記載した発明は、回転駆動するシャフト（例えば、実施形態におけるシャフト２４）と、該シャフトの周面に設けられたロータコア（例えば、実施形態におけるロータコア４１）と、該ロータコアの周方向に略等間隔に形成された収容孔（例えば、実施形態における収容孔４３）に配された複数の永久磁石（例えば、実施形態における永久磁石３０）と、を有するロータ（例えば、実施形態におけるロータ２２）と、コイル（例えば、実施形態におけるコイル２０）が巻き回され、前記ロータの周面に沿って対向配置されたステータ（例えば、実施形態におけるステータ２１）と、前記ロータの軸方向両端に設けられ、前記収容孔の少なくとも一部を閉塞可能な端面板（例えば、実施形態における端面板６０）と、を備えた電動機（例えば、実施形態におけるモータ２３）において、前記端面板にフィン（例えば、実施形態におけるフィン６５）が設けられ、該フィンは軸方向視において前記永久磁石と重なる位置に形成されていることを特徴としている。

請求項２に記載した発明は、前記フィンは、前記シャフトの正転方向（例えば、実施形態における正転方向Ｆ）側が前記ロータの内周側に位置し、前記シャフトの後転方向側が前記ロータの外周側に位置するように傾斜配置されていることを特徴としている。

請求項３に記載した発明は、前記ステータにおける前記ロータの周面に形成されたティース部（例えば、実施形態におけるティース部４８）に前記コイルが巻き回され、前記ロータの軸方向両端に前記コイルの渡り部（例えば、実施形態における渡り部５１）が形成され、前記ステータを収容するハウジング（例えば、実施形態におけるモータハウジング１１）には油（例えば、実施形態における冷却油７１）が貯留されており、前記コイルの中性点（例えば、実施形態における中性点５２）が、前記渡り部における前記油の油面（例えば、実施形態における油面７４）近傍に配されていることを特徴としている。

請求項４に記載した発明は、前記中性点が、車両進行方向とは逆の後方側に配されていることを特徴としている。

請求項５に記載した発明は、前記軸方向の一方側に配された前記端面板にのみ前記フィンが形成されているとともに、前記ロータコアおよび前記端面板には肉抜孔（例えば、実施形態における肉抜孔４５，６７）が形成されていることを特徴としている。

請求項１に記載した発明によれば、端面板にフィンを設け、該フィンを軸方向から見たときに永久磁石と重なる位置に形成したため、永久磁石から発せられる熱を効率よく放熱することができる。また、端面板はロータとともに回転するため、フィンが形成された端面板が回転することで風が発生し、その風力によりコイルを冷却することができる。したがって、端面板にフィンを設けるという簡易な構成で、永久磁石およびコイルを冷却することができる。

請求項２に記載した発明によれば、端面板が正転するときに、フィンによって生じる風の方向を径方向外側にすることができる。したがって、効率よくコイルを冷却することができる。

請求項３に記載した発明によれば、コイルの渡り部における油面近傍に中性点を配することで、特に発熱しやすい中性点をフィンによる風力および冷却用の油の両方で冷却することができる。したがって、中性点を効率よく冷却することができる。

請求項４に記載した発明によれば、中性点を電動機における車両後方側に配することにより、車両の前進時や登坂時に中性点が冷却用の油に浸漬させることができる。したがって、中性点をさらに効率よく冷却することができる。

請求項５に記載した発明によれば、端面板およびロータコアを軽量化することができるため、電動機の軽量化を図ることができる。したがって、電動機の高効率化を図ることができる。

本発明の実施形態における車両用モータユニットの概略縦断面図である。 本発明の実施形態におけるロータの正面図である。 本発明の実施形態における車両用モータユニットのシャフトおよびモータ部分を抜き出した斜視図である。 本発明の実施形態における端面板の正面図である。

次に、本発明の実施形態を図１〜図４に基づいて説明する。なお、本実施形態では燃料電池車両の車両駆動用モータユニットを用いて説明する。
図１は車両用モータユニットの概略構成断面図である。図１に示すように、車両用モータユニット（以下、モータユニットという。）１０は、ステータ２１およびロータ２２を備えたモータ２３を収容するモータハウジング１１と、モータハウジング１１の一方側に締結され、モータ２３のシャフト２４からの動力を伝達する動力伝達部（不図示）を収容するミッションハウジング１２と、モータハウジング１１の他方側に締結され、モータ２３の回転センサ２５を収容するセンサハウジング１３と、を備えている。

モータハウジング１１の内部はモータ室３６として、ミッションハウジング１２の内部はミッション室３７として、センサハウジング１３の内部はセンサ室３８として、それぞれ構成されている。

モータハウジング１１は、モータ２３全体を覆うような略円筒形状で形成されている。モータハウジング１１とミッションハウジング１２との境界部のミッションハウジング１２側には、モータ２３のシャフト２４の一端を回転自在に支持するベアリング２６が設けられ、モータハウジング１１とセンサハウジング１３との境界部のセンサハウジング１３側には、モータ２３のシャフト２４の他端を回転自在に支持するベアリング２７が設けられている。また、シャフト２４に連接されたロータ２２の外周縁には永久磁石３０が取り付けられている。

図２は軸方向から見たロータの正面図である。図２に示すように、ロータ２２は、磁性板材３３が積層された略円筒状のロータコア４１を備えている。ロータコア４１の径方向中央部に形成された貫通孔４２には、シャフト２４が固定されている。ロータコア４１の径方向外側端部近傍には、ロータコア４１を軸方向に貫通する複数の収容孔４３が形成されている。各収容孔４３の内部には、ネオジウムなどの希土類からなる永久磁石３０が収容されている。この永久磁石３０は、ロータコア４１の径方向に磁化されている。また、永久磁石３０はロータコア４１の周方向に沿って略等間隔に複数（本実施形態では、８個）配置され、周方向に隣接する永久磁石３０は交互に逆方向に着磁されている。つまり、本実施形態のモータ２３は、ロータコア４１に永久磁石３０が埋め込まれた、所謂ＩＰＭ（Ｉｎｔｅｒｉｏｒ Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ Ｍａｇｎｅｔ）モータである。さらに、ロータコア４１には、軽量化を図るために肉抜孔４５が複数形成されている。肉抜孔４５は、貫通孔４２と収容孔４３との間に周方向に略等間隔に複数（本実施形態では８個）形成されている。

図３はモータユニット１０のモータ２３およびシャフト２４のみを示す斜視図である。図３に示すように、シャフト２４にはロータ２２が回転可能に取り付けられており、ロータ２２の周面にステータ２１が対向配置されている。ステータ２１は、軸方向から見て外形略円形に形成されており、外周部分を構成するヨーク部４７と、ヨーク部４７から内径方向（ロータ２２方向）に向かって延設された複数のティース部４８と、を備えている。ティース部４８は、周方向に等間隔に複数形成されており、隣り合うティース部４８，４８間に形成されたスロット４９にはコイル２０が巻き回されている。本実施形態では、コイル２０は分布巻きで巻き回されており、コイル２０Ｕ，２０Ｖ，２０Ｗがそれぞれ所定のスロット４９に巻き回されている。したがって、コイル２０Ｕ，２０Ｖ，２０Ｗには、ステータ２１の軸方向両端面から外側に突出した渡り部５１（５１Ｕ，５１Ｖ，５１Ｗ）が形成されている。

ここで、図３、図４に示すように、ロータコア４１の両端面４１ａ，４１ｂに当接するように端面板６０，６０が配置されている。端面板６０は、ロータコア４１の外径と同等の外径を有するリング状の部材であり、シャフト２４に圧入固定され、その周縁部において収容孔４３の少なくとも一部を閉塞している。このように収容孔４３を閉塞することにより、収容孔４３から永久磁石３０が飛び出すのを防止している。なお、端面板６０は、例えば熱伝導率の高いステンレス製の板材により形成されている。熱伝導率の高い端面板６０を用いることにより、永久磁石３０に生じる熱を効率よく吸収することができ、永久磁石３０の温度上昇を効果的に抑制することができる。

さらに、本実施形態の端面板６０には、軸方向に立設されたフィン６５が形成されている。フィン６５は、軸方向視において永久磁石３０と重なる位置に形成されている。また、フィン６５は、シャフト２４の正転方向Ｆ側の端部６５ａがロータ２２の内周側に位置し、シャフト２４の後転方向側の端部６５ｂがロータ２２の外周側に位置するように傾斜配置されている。このように構成することで、シャフト２４が正転方向Ｆに回転したときに、フィン６５により風が生じ、その風が効率よくステータ２１やコイル２０の渡り部５１に当たり、ステータ２１およびコイル２０を冷却することができる。また、端面板６０は、永久磁石３０の飛び出しを防止するための領域以外の箇所に肉抜孔６７を形成し、軽量化を図っている。

さらに、モータユニット１０の内部には、ベアリング２６，２７やモータ２３などを冷却するための油冷機構７０が設けられている（図１参照）。油冷機構７０は、冷却油７１と、冷却油７１を循環させるオイルポンプ７２と、冷却油７１が通流する油路７３と、を備えている。冷却油７１はモータ室３６の下部に貯留されており、ミッション室３７に設けられたオイルポンプ７２により冷却油７１が汲み上げられ、油路７３を通ってモータユニット１０内を循環するように構成されている。

ここで、冷却油７１の油面７４は、モータユニット１０が水平に保持された状態で、シャフト２４の下方でステータ２１およびロータ２２の一部が油中に浸漬する高さで保持されている。このように油面７４の高さを設定することで、ロータ２２が回転した際に、冷却油７１をフィン６５で掻き揚げることができ、コイル２０の渡り部５１などを冷却することができる。

また、本実施形態では、コイル２０の中性点５２が油面７４近傍の位置に形成されている。このように構成することで、モータユニット１０の駆動時にかなり高温に発熱する中性点５２をより効率よく冷却することができる。また、中性点５２は、モータユニット１０における車両後方側に配されている。中性点５２を車両後方側に配することで、例えば、直進時や登坂時などの高負荷時に中性点５２を冷却油７１の油中に埋没させることが可能となり、中性点５２の温度上昇を抑制することができる。

このように構成されたモータユニット１０の駆動時について説明する。モータユニット１０の駆動時には、ロータ２２及びシャフト２４が回転する。ロータ２２が回転することにより、ロータ２２の軸方向両端面に配された端面板６０も回転する。端面板６０が正転方向Ｆに回転すると、端面板６０に形成されたフィン６５により風が生じる。この風により、フィン６５の径方向外側に位置しているステータ２１およびコイル２０の渡り部５１に風が当たり、ステータ２１およびコイル２０を冷却することができる。

また、ロータ２２および端面板６０の下方の一部が冷却油７１内に浸漬しているため、端面板６０が回転すると、フィン６５により冷却油７１を掻き揚げることができる。すると、冷却油７１がステータ２１やコイル２０の渡り部５１に供給され、ステータ２１およびコイル２０を冷却することができる。

さらに、コイル２０の中性点５２が冷却油７１の油面７４近傍に配しているため、中性点５２もフィン６５から生じる風やフィン６５に掻き揚げられた冷却油７１により冷却されることとなる。

本実施形態によれば、端面板６０にフィン６５を設け、該フィン６５を軸方向から見たときに永久磁石３０と重なる位置に形成したため、永久磁石３０から発せられる熱をフィン６５を介して効率よく放熱することができる。また、端面板６０はロータ２２とともに回転するため、フィン６５が形成された端面板６０が回転することで風が発生し、その風力によりコイル２０を冷却することができる。したがって、端面板６０にフィン６５を設けるという簡易な構成で、永久磁石３０およびコイル２０を冷却することができる。

また、端面板６０が正転するときに、フィン６５によって生じる風が径方向外側方向に向かうようにすることができる。したがって、効率よくステータ２１やコイル２０を冷却することができる。

また、コイル２０の渡り部５１における油面７４近傍に中性点５２を配することで、特に発熱しやすい中性点５２をフィン６５による風力および冷却油７１の両方で冷却することができる。したがって、中性点５２を効率よく冷却することができる。

さらに、中性点５２をモータユニット１０における車両後方側に配することにより、車両の前進時や登坂時に中性点５２を冷却油７１に浸漬させることができる。したがって、中性点５２をさらに効率よく冷却することができる。

そして、端面板６０に肉抜孔６７を形成し、ロータコア４１にも肉抜孔４５を形成したため、モータ２３を軽量化することができる。したがって、モータユニット１０の軽量化を図ることができ、モータユニット１０の高効率化を図ることができる。

尚、本発明は上述した実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述した実施形態に種々の変更を加えたものを含む。すなわち、実施形態で挙げた具体的な構造や形状などはほんの一例に過ぎず、適宜変更が可能である。
例えば、本実施形態においては、端面板のフィンを永久磁石に軸方向視で重なる位置に形成しているが、その位置以外の箇所にフィンを形成しても構わない。また、フィンの形状や傾斜角度などは任意に設定することができる。

１１…モータハウジング（ハウジング） ２０…コイル ２１…ステータ ２２…ロータ ２３…モータ（電動機） ２４…シャフト ３０…永久磁石 ４１…ロータコア ４３…収容孔 ４５…肉抜孔 ４８…ティース部 ５１…渡り部 ５２…中性点 ６０…端面板 ６５…フィン ６７…肉抜孔 ７１…冷却油 ７４…油面 Ｆ…正転方向

Claims (5)

1. 回転駆動するシャフトと、
   該シャフトの周面に設けられたロータコアと、該ロータコアの周方向に略等間隔に形成された収容孔に配された複数の永久磁石と、を有するロータと、
   コイルが巻き回され、前記ロータの周面に沿って対向配置されたステータと、
   前記ロータの軸方向両端に設けられ、前記収容孔の少なくとも一部を閉塞可能な端面板と、を備えた電動機において、
   前記端面板にフィンが設けられ、該フィンは軸方向視において前記永久磁石と重なる位置に形成されていることを特徴とする電動機。
2. 前記フィンは、前記シャフトの正転方向側が前記ロータの内周側に位置し、前記シャフトの後転方向側が前記ロータの外周側に位置するように傾斜配置されていることを特徴とする請求項１に記載の電動機。
3. 前記ステータにおける前記ロータの周面に形成されたティース部に前記コイルが巻き回され、前記ロータの軸方向両端に前記コイルの渡り部が形成され、
   前記ステータを収容するハウジングには油が貯留されており、
   前記コイルの中性点が、前記渡り部における前記油の油面近傍に配されていることを特徴とする請求項１または２に記載の電動機。
4. 前記中性点が、車両進行方向とは逆の後方側に配されていることを特徴とする請求項３に記載の電動機。
5. 前記軸方向の一方側に配された前記端面板にのみ前記フィンが形成されているとともに、前記ロータコアおよび前記端面板には肉抜孔が形成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の電動機。

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