JP2013046463A - 回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】発熱部を効率的に冷却可能な小型で低コストの回転電機の提供。
【解決手段】電動モータ１は、モータハウジング２に固定されたステータ３と、ステータ３に対して半径方向外方に配置され、モータハウジング２内に回転可能に取り付けられたロータ４を備えている。ロータ４を形成する回転ボデー４１のスリーブ４１ｃの内周面には、ロータコア４２を介して複数のマグネット４３が円周上に固着されている。スリーブ４１ｃには、ロータコア４２を避けるように、ロータコア４２の両端部に対する回転軸方向の外側に、スリーブ４１ｃを貫通するオイル流入孔４１ｆと冷却羽４１ｇが形成されている。冷却羽４１ｇは、ロータ４の回転方向に対して、オイル流入孔４１ｆの直後に位置するとともに半径方向外方へ突出している。ロータ４が回転すると、冷却羽４１ｇがモータハウジング２内の冷却オイルＣを撥ね上げ、オイル流入孔４１ｆを介してスリーブ４１ｃの内方に流入させる。
【選択図】図２

Description

本発明は、ステータに対して半径方向外方に対向するように配置されたロータを備えた回転電機に関する。

ディスクホイル内に配置されて車輪を回転させるインホイールモータによってポンプを駆動し、ポンプから吐出したオイルによりステータコイルを冷却するインホイールモータの冷却構造に関する従来技術があった（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１に開示された冷却構造においては、ポンプから吐出されたオイルを、インホイールモータに供給するとともに冷却部材へと導き、冷却部材においてオイルの有する熱を大気によって奪っている。これにより、上述した冷却構造においては、車輪を駆動するインホイールモータを効率的に冷却することが可能となる。

特開２００９−２９２１８４号公報（第８頁、図１および図２）

しかしながら、特許文献１に開示された冷却構造は、インホイールモータを冷却するためにポンプおよびそれに付随したオイル通路等を必要とし、装置が大型化するとともにコストの増大が避けられない。また、ポンプを駆動するために、インホイールモータの駆動力において、損失が発生するという問題もある。
ポンプを使用せずに、回転されたロータによってリザーバ内のオイルを撥ね上げ、モータの発熱部にオイルを供給するという冷却方法もある。しかし、当該方法をロータがステータに対して半径方向外方に配置されたアウタロータ型のモータに適用した場合、撥ね上げられたオイルが遠心力によって外方へと飛散し、モータの発熱部にオイルを供給することは困難であった。
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、発熱部を効率的に冷却可能な小型で低コストの回転電機を提供することにある。

上述した課題を解決するために、請求項１に係る回転電機の発明の構成は、冷却油が貯蔵されたハウジングと、ハウジングに対して固定されたステータボデーを有するステータと、ハウジング内に回転可能に取り付けられ、ステータに対して半径方向外方に対向するロータ円筒部を有する回転ロータと、を備え、ステータボデーの外周面およびロータ円筒部の内周面のうちの一方には、半径方向外方または半径方向内方に突出するとともに、それぞれコイルが巻回された複数のティースが互いの間に所定の間隔を有して円周上に並設され、ステータボデーの外周面およびロータ円筒部の内周面のうちの他方には、互いの間に所定の間隔を有するように円周上に配置された複数の磁石が設けられており、ロータ円筒部には、内外を連通する貫通孔と、回転ロータの回転方向に対して、貫通孔の直後に位置するとともに半径方向外方へ突出し、回転ロータの駆動により冷却油を撥ね上げ可能なオイルキャッチ片と、が形成されたことである。
尚、上述した貫通孔は周囲が閉じられた孔のみではなく、ロータ円筒部の端部に形成されることにより、その一部が開口したスリット状を呈するものも含まれるものとする。

請求項２に係る発明の構成は、請求項１の回転電機において、ロータ円筒部の内周面には、積層鋼板を介して磁石が取り付けられており、貫通孔およびオイルキャッチ片は、ロータ円筒部において積層鋼板が設けられていない回転軸方向の外側に形成されたことである。

請求項３に係る発明の構成は、請求項１の回転電機において、貫通孔およびオイルキャッチ片は、ロータ円筒部の磁石同士の間において回転軸方向に延在していることである。

請求項４に係る発明の構成は、請求項１乃至３のうちのいずれかの回転電機において、オイルキャッチ片および貫通孔は、ロータ円筒部を半径方向外方へ切り起こすことにより形成されたことである。

請求項１に係る回転電機によれば、ロータ円筒部には、内外を連通する貫通孔と、回転ロータの回転方向に対して、貫通孔の直後に位置するとともに半径方向外方へ突出し、回転ロータの駆動により冷却油を撥ね上げ可能なオイルキャッチ片と、が形成されたことにより、回転ロータが駆動されると、オイルキャッチ片によってハウジング内に貯蔵された冷却油が撥ね上げられて、貫通孔を介してロータ円筒部の内方へと供給されるため、ロータ円筒部の内方において飛散した冷却油により、発熱部を効率的に冷却することができる。また、ポンプ等を必要としないため、小型で低コストの回転電機にすることができる。
尚、上述した構成において、「貫通孔の直後に位置する」とは、撥ね上げられた冷却油が、貫通孔を介してロータ円筒部の内方へと供給され得るオイルキャッチ片の位置範囲を全て含むものとする。

請求項２に係る回転電機によれば、貫通孔およびオイルキャッチ片が、ロータ円筒部において積層鋼板が設けられていない回転軸方向の外側に形成されたことにより、磁石による磁力が大きいために積層鋼板が設けられた回転ロータにおいても、オイルキャッチ片による冷却機能を備わせることができる。

請求項３に係る回転電機によれば、貫通孔およびオイルキャッチ片は、ロータ円筒部の磁石同士の間において回転軸方向に延在していることにより、ステータあるいは回転ロータを広範囲に冷却することが可能になる。

請求項４に係る回転電機によれば、オイルキャッチ片および貫通孔は、ロータ円筒部を半径方向外方へ切り起こして形成されたことにより、プレス工程によってロータ円筒部にオイルキャッチ片および貫通孔を同時に形成することができ、低コストの回転電機にすることができる。

本発明の実施形態１による電動モータの軸方向断面図 図１のＡ−Ａ断面図 図２に示したロータのスリーブを下方から見た場合の部分拡大図 実施形態２による電動モータの軸方向断面図 図４のＢ−Ｂ断面図 図５に示したロータのスリーブを下方から見た場合の部分拡大図 実施形態３による電動モータの軸方向断面図

＜実施形態１＞
図１乃至図３に基づき、本発明の実施形態１による電動モータ１（回転電機に該当する）について説明する。尚、説明中において半径方向または円周方向といった場合、ロータ４の回転軸φ（図１示）を中心とした半径方向または円周方向を意味しているものとする。また、説明中において回転軸といった場合、特に断らなければ、上述した回転軸φを意味している。

図１に示したように、電動モータ１はモータハウジング２（ハウジングに該当する）に固定されたステータ３と、モータハウジング２内に回転可能に取り付けられたロータ４（回転ロータに該当する）とを備えている。電動モータ１は、ロータ４がステータ３に対して半径方向外方に対向するように配置されているアウタロータ型の同期モータである。
モータハウジング２は、椀状のハウジングケース２１と、ハウジングケース２１の開口２１ａを封止する円板状のハウジングカバー２２とにより形成されている。ハウジングケース２１とハウジングカバー２２とは液密的に固着しており、モータハウジング２内の下方には、冷却オイルＣ（冷却油に該当する）が貯留している。

図１に示すように、ハウジングケース２１には、回転軸φを中心としてハウジングカバー２２に向けて突出した凸部２１ｂが形成されている。凸部２１ｂの外周面は真円状に形成されており、周上にはステータ３に含まれるステータコア３１が嵌着されている（図２示）。
ステータコア３１は、回転軸方向に複数の電磁鋼板が積層されて形成されており、凸部２１ｂに固着された軸部３１ａ（ステータボデーに該当する）と、軸部３１ａの外周面から半径方向外方に突出した複数のコアティース３１ｂ（ティースに該当する）を有している。コアティース３１ｂは、互いの間に所定の間隔を有して円周上に並ぶように設けられている。
図２に示すように、それぞれのコアティース３１ｂには、ステータコイル３２（コイルに該当する）が巻回されている。各々のステータコイル３２は、各給電相ごとに外部から交流電流が印加可能に構成されている。本実施形態においては、ステータコア３１とステータコイル３２とによってステータ３が形成されている。

一方、ハウジングカバー２２の中心部には、シャフト支持孔２２ａが貫通している。シャフト支持孔２２ａには、軸受２３を介してロータ４の回転ボデー４１が、回転軸を中心に回転可能に取り付けられている。
回転ボデー４１は、ハウジングカバー２２に支持された支持部４１ａと、支持部４１ａから半径方向に延びた拡張部４１ｂと、拡張部４１ｂから回転軸方向に延びる円筒形状のスリーブ４１ｃ（ロータ円筒部に該当する）とにより形成されている。図１に示すように、スリーブ４１ｃはステータ３に対して半径方向外方に対向するように配置されている。支持部４１ａの内部には駆動軸４１ｄが固着されており、ロータ４の回転が駆動軸４１ｄを介して外部へと伝達可能に形成されている。
スリーブ４１ｃには薄肉部４１ｅが形成されており、薄肉部４１ｅの内周面にはロータコア４２（積層鋼板に該当する）が圧入されている。ロータコア４２は、回転軸方向に複数のケイ素鋼板（電磁鋼板）が積層されて形成されている。

さらに、ロータコア４２の内周面には、複数のマグネット４３（磁石に該当する）が接着剤等により固着されている。マグネット４３は、互いの間に所定の間隔を有するように円周上に配置されている（図２示）。本実施形態においては、回転ボデー４１、ロータコア４２およびマグネット４３によりロータ４が形成されている。
上述した構成を有する電動モータ１において、外部からステータコイル３２に交流電流が流入することにより、ステータ３において回転磁界が発生し、半径方向に対向するロータ４が図２において反時計回り（図２における矢印方向）に回転する。

スリーブ４１ｃには、回転ボデー４１の内外を連通する矩形状のオイル流入孔４１ｆ（貫通孔に該当する）が形成されている（図３示）。オイル流入孔４１ｆは、スリーブ４１ｃにおいてロータコア４２が設けられていない部位である、ロータコア４２の両端部に対する回転軸方向の外側に形成されている。
尚、回転軸方向に並んだ一対のオイル流入孔４１ｆの内、スリーブ４１ｃの端部側に形成されたものは、その一部（図１における左端）が開口しており、スリット状に形成されている（図３示）。図２に示したように、オイル流入孔４１ｆは、スリーブ４１ｃの円周上において対向する２か所に形成されており、したがって、本実施形態によるロータ４においては合計４個設けられている。
また、スリーブ４１ｃには、ロータ４の回転方向に対して、オイル流入孔４１ｆの直後に位置するように、冷却羽４１ｇ（オイルキャッチ片に該当する）が形成されている。冷却羽４１ｇは、スリーブ４１ｃの外周面から半径方向外方へ突出するとともに、ロータ４の回転方向に傾斜しており、オイル流入孔４１ｆの外方に被っている（図２示）。
冷却羽４１ｇはオイル流入孔４１ｆと同様に、スリーブ４１ｃにおいてロータコア４２が設けられていない部位である、ロータコア４２の両端部に対する回転軸方向の外側に形成されている。また、オイル流入孔４１ｆと同様に、冷却羽４１ｇは、スリーブ４１ｃの円周上において対向する２か所に形成されており、ロータ４において合計４個設けられている。
オイル流入孔４１ｆおよび冷却羽４１ｇは、スリーブ４１ｃの薄肉部４１ｅを半径方向外方に切り起こすことにより形成されている。

以上、説明した電動モータ１において、ロータ４が回転すると、スリーブ４１ｃに設けられた冷却羽４１ｇによって、モータハウジング２内に貯蔵された冷却オイルＣが撥ね上げられ、オイル流入孔４１ｆを介してスリーブ４１ｃの内方へと供給される。
スリーブ４１ｃ内部において飛散した冷却オイルＣは、ステータコイル３２のコイルエンドの隙間に入り込んで、ステータコイル３２を効率的に冷却する。また、スリーブ４１ｃの内方へと供給された冷却オイルＣは、ロータ４のマグネット４３も冷却することが可能である。発熱部を冷却した冷却オイルＣは、モータハウジング２に対して放熱することにより再度冷却される。

本実施形態によれば、ポンプ等を必要とせずに、冷却羽４１ｇによって撥ね上げられた冷却オイルＣによって、発熱部を効率的に冷却することができるため、小型で低コストの電動モータ１にすることができる。
また、オイル流入孔４１ｆおよび冷却羽４１ｇがスリーブ４１ｃにおいてロータコア４２が設けられていない部位である、ロータコア４２の両端部に対する回転軸方向の外側に形成されたことにより、マグネット４３による磁力が大きいためにロータコア４２が設けられたロータ４においても、冷却羽４１ｇによる冷却機能を備わせることができる。

すなわち、マグネット４３による磁力が大きいために、渦電流損を低減することを目的としてスリーブ４１ｃの内周面にロータコア４２が設けられている場合、積層されたケイ素鋼板であるロータコア４２を貫通させることができないため、冷却オイルＣをスリーブ４１ｃ内に流入させることが困難になる。しかしながら、本実施形態においては、オイル流入孔４１ｆおよび冷却羽４１ｇが回転軸方向の外側に形成されたことにより、ロータコア４２を貫通させずに冷却オイルＣをスリーブ４１ｃ内に流入させることができる。
また、オイル流入孔４１ｆおよび冷却羽４１ｇは、スリーブ４１ｃを半径方向外方へ切り起こして形成されたことにより、プレス工程によってスリーブ４１ｃにオイル流入孔４１ｆおよび冷却羽４１ｇを同時に形成することができ、低コストの電動モータ１にすることができる。

＜実施形態２＞
図４乃至図６に基づき、本発明の実施形態２による電動モータ１Ａ（回転電機に該当する）について説明する。尚、本実施形態において、実施形態１の場合と同様の構成については同じ符号を付している。
図４に示したように、本実施形態による電動モータ１Ａにおいて、モータハウジング２およびステータ３については、実施形態１の場合と同様に形成されている。

本実施形態のロータ４Ａは、実施形態１の場合と異なりロータコア４２を備えておらず、回転ボデー４１Ａの薄肉部４１ｅ上に、複数のマグネット４３が接着剤等により固着されている。マグネット４３は、互いの間に所定の間隔を有するように円周上に配置されている（図５示）。本実施形態においては、回転ボデー４１Ａおよびマグネット４３によりロータ４Ａが形成されている。

マグネット４３同士の間において、薄肉部４１ｅは半径方向外方に切り起こされ、オイル流入孔４１ｈ（貫通孔に該当する）および冷却羽４１ｉ（オイルキャッチ片に該当する）が形成されている。オイル流入孔４１ｈおよび冷却羽４１ｉは、ともにスリーブ４１ｃ上のマグネット４３同士の間において回転軸方向に延びている（図６示）。
オイル流入孔４１ｈは、その一端（図４における左端）がスリーブ４１ｃの端部において開口しており、スリット状に形成されている。図５に示したように、オイル流入孔４１ｈおよび冷却羽４１ｉは、スリーブ４１ｃの円周上において対向する２か所に形成されており、本実施形態によるロータ４Ａにおいてはそれぞれ合計２個設けられている。

本実施形態による電動モータ１Ａにおける、その他の構成および作動方法については実施形態１の場合と同様であるため、説明は省略する。
本実施形態によれば、オイル流入孔４１ｈおよび冷却羽４１ｉは、スリーブ４１ｃのマグネット４３同士の間において回転軸方向に延びていることにより、ステータ３あるいはロータ４Ａを広範囲に冷却することが可能になる。

＜実施形態３＞
図７に基づき、本発明の実施形態３による電動モータ１Ｂ（回転電機に該当する）について説明する。尚、本実施形態において、実施形態１の場合と同様の構成については同じ符号を付している。
図７に示したように、本実施形態による電動モータ１Ｂにおけるステータ３Ｂは、ハウジングケース２１の凸部２１ｂ上に固着されたステータコア３３（ステータボデーに該当する）を備えている。ステータコア３３は、複数の電磁鋼板が回転軸方向に積層され円環状に形成されている。

ステータコア３３の外周面上には、複数のマグネット３４（磁石に該当する）が接着剤等により固着されている。マグネット３４は、互いの間に所定の間隔を有するように円周上に配置されている。本実施形態においては、ステータコア３３およびマグネット３４によりステータ３Ｂが形成されている。

一方、本実施形態によるロータ４Ｂは、実施形態１の場合と同様に、スリーブ４１ｃを具備した回転ボデー４１を備えている。スリーブ４１ｃの薄肉部４１ｅ上には、複数のコアティース４４（ティースに該当する）が固着されている。各々のコアティース４４は、複数の電磁鋼板が回転軸方向に積層されて形成されており、互いの間に所定の間隔を有するように円周上に配置されている。

また、それぞれのコアティース４４には、ロータコイル４５（コイルに該当する）が巻回されている。各々のロータコイル４５には、図示しないブラシを介して、各給電相ごとに外部から交流電流が印加され、ロータ４Ｂが回転される。本実施形態においては、回転ボデー４１、コアティース４４およびロータコイル４５によりロータ４Ｂが形成されている。

スリーブ４１ｃの薄肉部４１ｅには、実施形態１の場合と同様に、回転ボデー４１の内外を連通するオイル流入孔４１ｆと、ロータ４Ｂの回転方向に対して、オイル流入孔４１ｆの直後に位置する冷却羽４１ｇとが形成されている。オイル流入孔４１ｆおよび冷却羽４１ｇは、スリーブ４１ｃにおいてコアティース４４が設けられていない部位である、コアティース４４の両端部に対する回転軸方向の外側に形成されている。
本実施形態による電動モータ１Ｂにおける、その他の構成および作動方法については実施形態１の場合と同様であるため、説明は省略する。

＜他の実施形態＞
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、次のように変形または拡張することができる。
実施形態１または実施形態３による電動モータ１、１Ｂにおいて、オイル流入孔４１ｆおよび冷却羽４１ｇは、スリーブ４１ｃ上において、ロータコア４２またはコアティース４４の一方の端部の外側のみに形成してもよい。

また、実施形態３による電動モータ１Ｂにおいて、オイル流入孔４１ｆおよび冷却羽４１ｇは、スリーブ４１ｃ上のコアティース４４同士の間において回転軸方向に延在するように形成してもよい。
また、本発明は、同期モータ、誘導モータあるいはそれ以外のあらゆる電動モータもしくは発電機といった回転電機に適用可能である。

図面中、１，１Ａ，１Ｂは電動モータ（回転電機）、２はモータハウジング（ハウジング）、３，３Ｂはステータ、４，４Ａ，４Ｂはロータ（回転ロータ）、３１ａは軸部（ステータボデー）、３１ｂ，４４はコアティース（ティース）、３２はステータコイル（コイル）、３３はステータコア（ステータボデー）、３４，４３はマグネット（磁石）、４１ｃはスリーブ（ロータ円筒部）、４１ｆ，４１ｈはオイル流入孔（貫通孔）、４１ｇ，４１ｉは冷却羽（オイルキャッチ片）、４２はロータコア（積層鋼板）、４５はロータコイル（コイル）、Ｃは冷却オイル（冷却油）、φは回転軸を示している。

Claims (4)

1. 冷却油が貯蔵されたハウジングと、
   前記ハウジングに対して固定されたステータボデーを有するステータと、
   前記ハウジング内に回転可能に取り付けられ、前記ステータに対して半径方向外方に対向するロータ円筒部を有する回転ロータと、
   を備え、
   前記ステータボデーの外周面および前記ロータ円筒部の内周面のうちの一方には、半径方向外方または半径方向内方に突出するとともに、それぞれコイルが巻回された複数のティースが互いの間に所定の間隔を有して円周上に並設され、
   前記ステータボデーの外周面および前記ロータ円筒部の内周面のうちの他方には、互いの間に所定の間隔を有するように円周上に配置された複数の磁石が設けられており、
   前記ロータ円筒部には、
   内外を連通する貫通孔と、
   前記回転ロータの回転方向に対して、前記貫通孔の直後に位置するとともに半径方向外方へ突出し、前記回転ロータの駆動により前記冷却油を撥ね上げ可能なオイルキャッチ片と、
   が形成された回転電機。
2. 前記ロータ円筒部の前記内周面には、積層鋼板を介して前記磁石が取り付けられており、前記貫通孔および前記オイルキャッチ片は、前記ロータ円筒部において前記積層鋼板が設けられていない回転軸方向の外側に形成された請求項１記載の回転電機。
3. 前記貫通孔および前記オイルキャッチ片は、前記ロータ円筒部の前記磁石同士の間において前記回転軸方向に延在している請求項１記載の回転電機。
4. 前記オイルキャッチ片および前記貫通孔は、前記ロータ円筒部を半径方向外方へ切り起こすことにより形成された請求項１乃至３のうちのいずれか一項に記載の回転電機。

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