JP2013183508A - モータ - Google Patents

Abstract

【課題】冷却の必要性が高いロータコア内の部位に冷却能力の高い油を供給することができるモータの提供。
【解決手段】モータ１，２は、ステータ２１と、軸方向に貫通する空隙を有するロータコア３２と、径方向に貫通し、ロータコアに対し軸方向にずれた位置に配置された第１噴出孔３４２を有する中空のロータ軸３４と、ロータ軸内に油を供給する油供給源と、空隙内に軸方向に延在し、空隙内で開口する第２噴出孔７２４、７２４’を有するノズル７２、７２’を有する油路部材７０であって、第１噴出孔３４２と第２噴出孔７２４、７２４’とを連通する油路を画成する油路部材７０とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、冷却油による冷却構造を備えるモータに関する。

従来から、ロータコアの端面にプレート部材を設け、ロータ軸内の冷却油をプレート部材とロータコアの間を通して、ロータコア内へと供給する構造が知られている(例えば、特許文献１参照）。

特開２０１１‐２５４５７８号公報

しかしながら、上記の特許文献１に記載の構成は、冷却油がロータコアの軸方向端部を通ってロータコア内へと流入する構成であり、冷却の必要性が高いロータコア内の部位（特に軸方向の中央部）に冷却油が直接導入されない構成となっている。冷却油は、ロータコアの軸方向一端側から他端側へとロータコアの熱を局所的に奪いながら流れるので、上記の特許文献１に記載の構成では、冷却の必要性が高いロータコア内の部位（特に軸方向の中央部）に至るまでに冷却油の冷却能力が低下してしまうという問題がある。

そこで、本発明は、冷却の必要性が高いロータコア内の部位に冷却能力の高い油を供給することができるモータの提供を目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の一局面によれば、ステータと、
軸方向に貫通する空隙を有するロータコアと、
径方向に貫通し、前記ロータコアに対し軸方向にずれた位置に配置された第１噴出孔を有する中空のロータ軸と、
前記ロータ軸内に油を供給する油供給源と、
前記空隙内に軸方向に延在し、前記空隙内で開口する第２噴出孔を有するノズルを有する油路部材であって、前記第１噴出孔と前記第２噴出孔とを連通する油路を画成する油路部材とを備えることを特徴とする、モータが提供される。

本発明によれば、冷却の必要性が高いロータコア内の部位に冷却能力の高い油を供給することができるモータが得られる。

本発明の一実施例（実施例１）によるモータ１の主要断面を示す断面図である。 図１のラインＹ−Ｙに沿ってモータ１を切断した際の要部の断面図である。 油路部材７０の単品状態を示す斜視図である。 本実施例によるモータ１における冷却油の代表的な流れ方を模式的に示す図である。 本発明の一実施例（実施例２）によるモータ１の主要断面を示す断面図である。

以下、図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態の説明を行う。

図１は、本発明の一実施例（実施例１）によるモータ１の主要断面を示す断面図である。図１の紙面上下方向は、鉛直方向に対応する。図２は、図１のラインＹ−Ｙに沿ってモータ１を切断した際の要部の断面図である。尚、図２においては、図１には示されるステータ２１は図示が省略されている。図３は、油路部材７０の単品状態を示す斜視図である。

以下の説明において、軸方向とは、モータ１の回転軸（回転中心）１２が延在する方向を指し、径方向とは、回転軸１２を中心とした径方向を指す。従って、径方向外側又は外周側とは、回転軸１２から離れる側を指し、径方向内側とは、回転軸１２に向かう側を指す。また、周方向とは、回転軸１２まわりの回転方向に対応する。

モータ１は、例えばハイブリッド車両や電気自動車で使用される車両駆動用のモータであってよい。但し、モータ１は、他の任意の用途に使用されるものであってもよい。

モータ１は、インナロータタイプであり、ステータ２１がロータ３０の径方向外側を囲繞するように設けられる。ステータ２１は、外周側がモータハウジング１０に固定される。ステータ２１は、例えば円環状の強磁性体の積層鋼板からなり、ステータ２１の内周部には、コイル２２が巻回される複数のスロット（図示せず）が形成される。

ロータ３０は、ステータ２１の径方向内側に配置される。ロータ３０は、ロータコア３２と、ロータ軸３４とを備える。ロータコア３２は、ロータ軸３４の外周側に固定され、ロータ軸３４と一体となって回転する。ロータ軸３４は、モータハウジング１０にベアリング１４を介して回転可能に支持される。尚、ロータ軸３４は、モータ１の回転軸１２を画成する。

ロータコア３２は、例えば円環状の強磁性体の積層鋼板からなる。図２に示す例では、ロータコア３２の内部には、永久磁石３６，３８が埋め込まれている。永久磁石３６，３８は、互いに磁極が異なり、周方向に交互に配置される。図示の例では、永久磁石３６は、例えばＳ極が径方向外側に向く２つの永久磁石３６ａ，３６ｂの組み合わせからなる。永久磁石３６ａ，３６ｂは、径方向外側に開く“ハ”の字状に配置されている。同様に、永久磁石３８は、例えばＮ極が径方向外側に向く２つの永久磁石３８ａ，３８ｂの組み合わせからなる。永久磁石３８ａ，３８ｂは、径方向外側に開く“ハ”の字状に配置されている。尚、ロータコア３２の内部の永久磁石３６，３８の配置態様は任意であり、他の態様であってもよい。例えば、径方向外側に開口する“コ”の字状に配置されてもよいし、単に接線方向に直線状に配置されてもよい。

ロータコア３２は、図１及び図２に示すように、軸方向に貫通する空隙３２２を有する。空隙３２２は、軸方向に平行に延在する。空隙３２２は、ロータコア３２の外周面よりも径方向内側に形成される。即ち、空隙３２２は、ロータコア３２の外周面側が開口しない態様でロータコア３２内部に形成される。図示の例では、空隙３２２は、図２に示すように、永久磁石３６，３８よりも径方向内側に形成される。尚、空隙３２２の数や断面形状（軸方向視での開口形状）は任意である。例えば、空隙３２２は、図２に示すように、周方向に沿って等間隔に配置されてもよい。図示の例では、空隙３２２は、永久磁石３６ａ，３６ｂの間、及び、永久磁石３８ａ，３８ｂの間に、それぞれ周方向に沿って形成される。この場合、空隙３２２は、磁気抵抗を変化させるためのフレックスバリアとして機能する。

ロータ軸３４は、図１に示すように、中空に形成され、内部が油路を画成する。ロータ軸３４は、中空内部から外部へと径方向に貫通する第１噴出孔３４２を有する。第１噴出孔３４２は、好ましくは径方向に直線状に形成される。尚、第１噴出孔３４２は、必ずしも径方向に平行に形成される必要は無く、周方向の成分を有する径方向に形成されてもよい。第１噴出孔３４２は、ロータコア３２に対し軸方向にずれた位置に配置される。即ち、第１噴出孔３４２は、ロータコア３２の軸方向端面よりも軸方向外側に配置される。従って、第１噴出孔３４２の径方向外側には、ロータコア３２が存在しないことになる。尚、第１噴出孔３４２は、周方向に複数個形成されてもよい。

ロータ軸３４内は、油供給源９０に接続される。油供給源９０は、ポンプを含んでよい。この場合、ポンプの種類や駆動態様は任意である。例えば、ポンプは、モータ１の回転トルクにより動作するギアポンプであってもよい。図示の例では、ロータ軸３４内には、ロータ軸３４の一端（図の左側の端部)側から油が供給される。油供給源９０は、管路部材９２と、管路部材９２の一端（図の左側の端部)側に接続されるポンプ９４とを含む。管路部材９２は、ロータ軸３４内に延在し、内部から外部へと径方向に貫通する吐出孔９２ａを備える。吐出孔９２ａは、ロータコア３２の軸方向の略中央位置に対応する軸方向の位置に設けられる。

ロータ軸３４には、図１に示すように、第１噴出孔３４２とロータコア３２の空隙３２２内とを連通する油路部材７０(図３参照)が設けられる。油路部材７０は、円盤状の基部７１と、空隙３２２内に軸方向に延在するノズル７２とを含む。基部７１とノズル７２とは、別部材で構成されてよく、この場合、図３に示すように、アセンブリされて油路部材７０を構成してもよい。基部７１とノズル７２とが別部材で構成される場合、基部７１とノズル７２とは、別の材料で構成されてもよい。例えば、基部７１は、ロータ軸３４の材料（鉄）に対して熱膨張係数の差が小さい材料（例えば、SUS）で形成されてもよく、ノズル７２は、遠心力による動力ロスを低減する観点から軽量の材料（例えば、アルミ）で形成されてもよい。但し、基部７１とノズル７２とは、一体成形されてもよい。

油路部材７０の基部７１は、ロータ軸３４まわりに固定される。例えば、基部７１は、ロータ軸３４まわりに焼嵌めにより固定されてもよい。基部７１は、第１噴出孔３４２に直接連通する油路７１２を有する。即ち、油路部材７０は、基部７１がロータコア３２の軸方向端面よりも軸方向外側に位置し、且つ、基部７１の油路７１２がロータ軸３４の第１噴出孔３４２に直接連通するように、ロータ軸３４に対して配置される。油路７１２は、第１噴出孔３４２との接続位置（径方向内側）から径方向外側へと（空隙３２２の径位置に）延在する。図示の例では、油路７１２は、回転軸１２を中心とした円環状の空間により画成されているが、回転軸１２を中心として放射状に径方向に延在する複数の油路により構成されてもよい。後者の場合、油路７１２は、必ずしも径方向に平行に形成される必要は無く、周方向の成分を有する径方向に形成されてもよい。

油路部材７０のノズル７２は、基部７１から空隙３２２内へと軸方向に延在する。ノズル７２は、複数の空隙３２２に対してそれぞれ形成されてもよいし、複数の空隙３２２のうちのいずれかに対して形成されてもよい。図示の例では、ノズル７２は、図３に示すように、１０個の空隙３２２に対してそれぞれ形成され、計１０本である。尚、空隙３２２は、１つしかなくてもよく、この場合、ノズル７２は、当該空隙３２２に対して１つ形成されてもよい。また、ノズル７２は、１つの空隙３２２に対して複数本形成されてもよい。

ノズル７２は、軸方向視で、空隙３２２内の任意の位置に配置されてもよいが、径方向に関しては、好ましくは、遠心力による動力ロスを低減する観点から、可能な限り径方向内側に配置される。具体的には、ノズル７２の中心は、好ましくは、軸方向視で、径方向に平行に測ったときの空隙３２２の寸法L（図２参照）が最大となる周位置での空隙３２２の径方向中心よりも、径方向内側に位置する。図２に示す例では、径方向に平行に測ったときの空隙３２２の寸法が最大となる周位置は、空隙３２２の周方向の中心位置である。この周位置での空隙３２２の径方向中心は、図２において記号Cにて指示されている。図２に示す例では、ノズル７２の中心は、空隙３２２の径方向中心Cよりも径方向内側に配置されており、ノズル７２は、空隙３２２の径方向内側の周面に接する態様で配置されている。尚、図２に示す例では、周方向に関しては、ノズル７２の中心は、空隙３２２の周方向中心に位置しているが、一方側に偏って配置されてもよい。

ノズル７２は、中空に形成され、内部が油路７２２を画成する。軸方向に延在する油路７２２の一端は、基部７１内の油路７１２に直接連通し、他端は、第２噴出孔７２４にて空隙３２２内で開口する。即ち、ノズル７２は、空隙３２２内で開口する第２噴出孔７２４を有する。第２噴出孔７２４は、中空内部（油路７２２）から外部へと径方向に貫通するように形成される。第２噴出孔７２４は、好ましくは径方向に直線状に形成される。尚、第２噴出孔７２４は、必ずしも径方向に平行に形成される必要は無く、周方向の成分を有する方向で形成されてもよい。また、第２噴出孔７２４は、遠心力により空隙３２２内の径方向外側の周面（即ち永久磁石３６，３８側の周面）に冷却油が効率的に供給されるように、好ましくは径方向外向きに形成される。但し、遠心力の作用があるので、第２噴出孔７２４は、他の向きで形成されてもよく、例えば周方向に向くように形成されてもよいし、径方向内向きに形成されてもよい。

ノズル７２の第２噴出孔７２４は、好ましくは、ロータコア３２の軸方向中央部に位置する。これは、ロータコア３２の軸方向内部において、ロータコア３２の軸方向中央部が冷却の必要性が最も高いためである。即ち、ロータコア３２の軸方向中央部は、冷却を行わない場合に他の部位に比べて高温となる部位であるためである。尚、ロータコア３２の軸方向中央部とは、ロータコア３２の軸方向の厳密な中心位置を意味せず、例えば、ロータコア３２の軸方向の厳密な中心位置に対してロータコア３２の軸方向の全長の±１０％の範囲内を含んでよい。

油路部材７０は、好ましくは、ノズル７２が挿入される空隙３２２を完全に塞がない態様で配置される。即ち、油路部材７０は、好ましくは、ロータコア３２の軸方向端部において空隙３２２（ノズル７２が内部に挿入される空隙３２２）が開口する態様で配置される。これにより、後述の如く、油路部材７０により空隙３２２内に導入された冷却油が、ロータコア３２の軸方向端部（油路部材７０側の端部）から外へと出て、その径方向外側に位置するコイルエンド２２ａを冷却することができる。

図４は、本実施例によるモータ１における冷却油の代表的な流れ方を模式的に示す図である。図４では、代表として、モータ１の下側における流れ方のみ（１つのノズル７２に関連する部分の流れ方のみ）が矢印Ａ１−Ａ９により示される。

先ず、矢印Ａ１に示すように、油供給源９０からロータ軸３４内に新鮮な冷却油（又は比較的冷却能力の高い冷却油）が供給される。即ち、ポンプ９４から吐出される油は管路部材９２の吐出孔９２ａを通ってロータ軸３４内に供給される。尚、ロータ軸３４内は、第１噴出孔３４２以外の経路（油供給源９０からの供給路を除く）でもロータ軸３４の外部に連通するものであってもよいし、第１噴出孔３４２のみでロータ軸３４の外部に連通するものであってもよい。いずれにしても、ロータ軸３４内に供給された冷却油は、矢印Ａ２に示すように、ロータ軸３４内から第１噴出孔３４２を通って径方向外側に向かって流れる。次いで、冷却油は、油路部材７０内に入り、矢印Ａ３に示すように、基部７１の油路７１２を径方向外側に向かって流れる。次いで、冷却油は、矢印Ａ４に示すように、基部７１の油路７１２からノズル７２内の油路７２２に入り、軸方向に流れる。次いで、冷却油は、ノズル７２内の油路７２２の端部から、矢印Ａ５に示すように、第２噴出孔７２４を介してロータコア３２の空隙３２２内に導入される。

このようにして、本実施例によれば、ロータ軸３４内に導入された冷却油は、直接ロータコア３２の空隙３２２内に導入される。即ち、ロータ軸３４内に導入された冷却油は、第１噴出孔３４２から、実質的にロータコア３２に直接触れることなく、第２噴出孔７２４を介してロータコア３２の空隙３２２内に噴出され、ロータコア３２の空隙３２２の径方向外側の周面に供給される。これにより、冷却の必要性が高いロータコア３２内に冷却能力の高い冷却油を供給することができる。特に、ノズル７２の第２噴出孔７２４がロータコア３２の軸方向中央部に位置する場合は、最も高温になりやすいロータコア３２の軸方向中央部に冷却能力の高い冷却油をダイレクトに供給することができ、効果的な冷却を実現することができる。また、図示の例では、ノズル７２は、空隙３２２内において径方向内側に偏って配置されているので、第２噴出孔７２４から噴出した冷却油がロータコア３２の空隙３２２の径方向外側の周面に反射してしまう量を低減することができる。

ロータコア３２の空隙３２２内に導入された冷却油は、次いで、矢印Ａ６，Ａ７に示すように、ロータコア３２の軸方向両端部に向けて流れ、軸方向に沿ってロータコア３２の内部を冷却していく。これにより、ロータコア３２を軸方向に沿ってムラなく冷却することが可能となる。特に、ノズル７２の第２噴出孔７２４がロータコア３２の軸方向中央部に位置する場合は、軸方向に沿った略均一なロータコア３２の冷却を実現することができる。

冷却油は、次いで、矢印Ａ８，Ａ９に示すように、ロータコア３２の軸方向端部から径方向外側に流れ、コイルエンド２２ａを冷却する。このように、冷却油がロータコア３２の軸方向両端部から径方向外側に流れることで、ステータ２１の軸方向両端部のコイルエンド２２ａを効果的に冷却することができる。

図５は、他の実施例（実施例２）によるモータ２の主要断面を示す断面図である。本実施例２によるモータ２は、上述の実施例１によるモータ１に対して、ノズル７２’の第２噴出孔７２４’の噴出方向のみが異なり、他の構成は同様であってよい。具体的には、本実施例２によるモータ２では、ノズル７２’の第２噴出孔７２４’の噴出方向は、軸方向である。この場合も、ノズル７２’の第２噴出孔７２４’から噴出された冷却油は、遠心力の作用でロータコア３２の空隙３２２の径方向外側の周面に供給され、上述の実施例１によるモータ１と同様の効果を得ることができる。

以上、本発明の好ましい実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。

例えば、上述した実施例では、モータ１（モータ２も同様、以下同じ）は、径方向が鉛直方向に対応する向きで実装されることが予定されているが、モータ１の実装時の向きは任意であってよい。例えば、モータ１は、軸方向が鉛直方向に対応する向きで実装されてもよい。この場合、重力加速度の影響を考慮して、ノズル７２の第２噴出孔７２４は、ロータコア３２の軸方向の中心位置に対して鉛直方向上方寄りに配置されてもよい。

また、上述した実施例では、油路部材７０は、ロータコア３２に対して軸方向で油供給源９０に近い側の端部に配置されているが、逆側の端部（油供給源９０から遠い側の端部）に配置されてもよい。この場合、図１では、油路部材７０は、左右反転した絵となる。これに伴い、第１噴出孔３４２についても、油路部材７０の基部７１の油路７１２に直接連通するように、ロータ軸３４における油供給源９０から遠い側（ロータコア３２の油供給源９０から遠い側の端部よりも軸方向外側）に形成される。

また、上述した実施例では、１つのノズル７２に対して１つの第２噴出孔７２４が形成されているが、１つのノズル７２に対して複数個の第２噴出孔７２４が形成されてもよい。この場合、第２噴出孔７２４は、軸方向に沿って複数個配置されてもよいし、周方向に沿って複数個配置されてもよいし、これらの組み合わせであってもよい。

また、上述した実施例では、ノズル７２の端部に第２噴出孔７２４が形成されているが、ノズル７２の長さを延長して、ノズル７２の端部よりも手前に第２噴出孔７２４が形成されてもよい。この場合、ノズル７２の端部にも他の同様の第２噴出孔が形成されてもよい。また、この場合、ノズル７２の端部は、ロータコア３２の軸方向端面（油路部材７０の基部７１から遠い側の端面）付近まで延在してもよいし、当該軸方向端面を越えて延在してもよい（即ち、逆側でロータコア３２内から突出してもよい）。

また、上述した実施例では、モータ１は、ロータ３０の内部に永久磁石３６，３８が埋め込まれたタイプのＩＰＭ（Interior Permanent Magnet）モータであるが、モータの種類は任意である。例えば、ロータ３０の表面に永久磁石が設けられるタイプのＳＰＭ（Surface Permanent Magnet）モータであってもよい。また、永久磁石と電磁石とを混成して使用するハイブリッド式モータであってもよい。また、ロータコア３２は、ロータ軸３４に対して軸方向に可動であってもよい。この場合、モータ１は、ステータ２１に対するロータコア３２の軸方向の相対位置を変化させることでトルク定数を可変する可変磁束モータを構成する。また、上述した実施例では、空隙３２２は、フレックスバリアとして機能しているが、専用の空隙であってもよい。

１、２ モータ
１０ モータハウジング
１２ 回転軸
１４ ベアリング
２１ ステータ
２２ コイル
２２ａ コイルエンド
３０ ロータ
３２ ロータコア
３２２ 空隙
３４ ロータ軸
３４２ 第１噴出孔
３６、３８ 永久磁石
７０ 油路部材
７１ 基部
７１２ 油路
７２、７２’ ノズル
７２２ 油路
７２４、７２４’ 第２噴出孔
９０ 油供給源

Claims (5)

1. ステータと、
   軸方向に貫通する空隙を有するロータコアと、
   径方向に貫通し、前記ロータコアに対し軸方向にずれた位置に配置された第１噴出孔を有する中空のロータ軸と、
   前記ロータ軸内に油を供給する油供給源と、
   前記空隙内に軸方向に延在し、前記空隙内で開口する第２噴出孔を有するノズルを有する油路部材であって、前記第１噴出孔と前記第２噴出孔とを連通する油路を画成する油路部材とを備えることを特徴とする、モータ。
2. 前記第２噴出孔は、径方向外向きに開口する、請求項１に記載のモータ。
3. 前記第２噴出孔は、前記ロータコアの軸方向中央部に位置する、請求項１又は２に記載のモータ。
4. 前記ノズルの中心は、軸方向視で、径方向に測ったときの前記空隙の寸法が最大となる周位置での前記空隙の径方向中心よりも、径方向内側に位置する、請求項１〜３のうちのいずれか１項に記載のモータ。
5. 前記ステータは、前記ロータコアの外周側に配置され、軸方向端部に突出したコイルエンドを備え、
   前記油路部材は、前記ロータコアの軸方向端部において前記空隙が開口する態様で設けられる、請求項１〜４のうちのいずれか１項に記載のモータ。

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