JP2015027173A - Motor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、モータ(電動機)に関する。特に、ロータコア内に冷媒流路を備えたモータに関する。 The present invention relates to a motor (electric motor). In particular, the present invention relates to a motor having a refrigerant flow path in a rotor core.
モータのロータコアを冷却すべく、ロータコア内に冷媒流路を備えたモータが知られている(特許文献1、2)。特許文献1と2に開示されたモータでは、いずれも、シャフトからロータコアの半径方向に伸びる第1流路と、第1流路に接続しておりロータコアの軸線方向に伸びる第2流路を備える。第2流路はロータコアの軸線方向の端面で開口している。シャフト内に供給された冷媒はロータが回転することによる遠心力で第1流路を半径方向外側に移動し、その勢いで第2流路を流れ、開口からロータコア外へ流れ出る。冷媒は典型的にはモータのケース内の潤滑油である。
In order to cool the rotor core of the motor, a motor having a refrigerant flow path in the rotor core is known (Patent Documents 1 and 2). Each of the motors disclosed in
ロータコアの端面から噴出した冷媒は、ロータを囲んでいるステータに当たり、これを冷却する。特に、ステータでは、軸線方向でロータコアの外側に相当する領域にはコイルエンドが位置しており、冷媒はコイルエンドを冷却する。第2流路内の冷媒は、遠心力により第1流路を流れてくる後続の冷媒の圧力によりロータコア端面の開口から相応の勢いで流出する。しかし、開口から流出した冷媒の一部はロータコアとステータコアの間のギャップへ侵入する。ギャップに侵入する冷媒の量が多くなると、ロータコアの回転抵抗となりモータの出力損失が増加する。本明細書は、ロータコア端面から流出する冷媒がギャップに侵入する量を低減する技術を提供する。ギャップに侵入する冷媒量が減れば、モータの出力損失の増加を抑制することができる。 The refrigerant ejected from the end face of the rotor core hits the stator surrounding the rotor and cools it. In particular, in the stator, the coil end is located in a region corresponding to the outside of the rotor core in the axial direction, and the refrigerant cools the coil end. The refrigerant in the second flow path flows out of the opening at the end face of the rotor core with a suitable force by the pressure of the subsequent refrigerant flowing through the first flow path due to centrifugal force. However, a part of the refrigerant flowing out from the opening enters the gap between the rotor core and the stator core. If the amount of the refrigerant entering the gap increases, the rotational resistance of the rotor core becomes a cause and the output loss of the motor increases. The present specification provides a technique for reducing the amount of refrigerant flowing out from the rotor core end face entering the gap. If the amount of refrigerant entering the gap decreases, an increase in motor output loss can be suppressed.
本明細書が開示するモータは、ロータコア内に冷媒流路を備える。冷媒流路は、シャフトからロータコアの半径方向に伸びている第1流路と、第1流路に接続しており、ロータコアの軸線に沿ってロータコアの端部まで伸びている第2流路を含む。その第2流路は、ロータコアの端部でロータコアの径方向の中心に向かって曲がった後にロータコアの端面で開口している。 The motor disclosed in this specification includes a refrigerant flow path in the rotor core. The refrigerant flow path includes a first flow path extending from the shaft in the radial direction of the rotor core, and a second flow path connected to the first flow path and extending to the end of the rotor core along the axis of the rotor core. Including. The second flow path opens at the end face of the rotor core after bending toward the radial center of the rotor core at the end of the rotor core.
上記の構造によれば、冷媒はロータコアの端部で半径方向の内側に曲がった後に開口から噴出する。従って開口における冷媒の噴出方向が軸線とは平行ではなく、やや半径方向内側を向く。開口から噴出した冷媒は、ややロータコアの中心方向に向かって飛び出し、その後、回転の遠心力により半径方向の外側へと流れの方向を変える。一方、特許文献1や2のモータでは、冷媒は、ロータコア端面から軸線と平行に飛び出す。この飛び出し方向の差により、本明細書が開示するモータでは、ロータコアの端面から飛び出した冷媒は軸線方向でロータコアからより離れた位置でステータコアに当たる。冷媒がステータコアに到達する位置が軸線方向でロータコアから遠くなるので、ギャップに侵入する冷媒の量が従来よりも少なくなる。
According to the above structure, the refrigerant is ejected from the opening after bending inward in the radial direction at the end of the rotor core. Therefore, the direction in which the refrigerant is ejected from the opening is not parallel to the axis, and is slightly inward in the radial direction. The refrigerant ejected from the opening slightly jumps out toward the center of the rotor core, and then changes the flow direction outward in the radial direction by the centrifugal force of rotation. On the other hand, in the motors of
本明細書が開示する技術は、ロータコア内に冷媒流路を有するモータにおいて、ロータコアの端面から流出する冷媒がギャップに侵入する量を従来よりも低減することができる。 The technology disclosed in this specification can reduce the amount of refrigerant flowing out from the end face of the rotor core into the gap in a motor having a refrigerant flow path in the rotor core.
本明細書が開示する技術の詳細とさらなる改良は以下の「発明を実施するための形態」にて説明する。 Details and further improvements of the technology disclosed in this specification will be described in the following “DETAILED DESCRIPTION”.
図面を参照して実施例のモータの構造を説明する。図1は、モータ2の縦断面図(ロータの軸線CLを含む断面図)である。モータ2は、ロータコア5に複数の磁石(永久磁石)が挿通されたIPM(Interior Permanent Magnet)モータである。モータ2は、ケース31に収められたロータ3とステータ12で構成される。ステータ12は、電磁鋼板を積層したステータコア13とコイル14で構成される。なお、符号14が示す部位は、コイルエンドに相当する。
The structure of the motor of the embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a longitudinal sectional view of the motor 2 (a sectional view including the rotor axis CL). The
ロータ3の構造について説明する。ロータ3は、シャフト4とロータコア5を備える。ロータコア5は、円筒形状であり、軸線CLに沿った方向に貫通孔を有する。その貫通孔にシャフト4が挿通されている。シャフト4は、ロータコア5の軸線方向の両端に伸びており、軸受33を介してモータのケース31に支持されている。なお、符号32は、ケース31と回転するシャフト4との間を封止するシール材である。また、符号Gは、ロータコア5とステータコア13の間のギャップ(隙間)を示している。
The structure of the
ロータコア5は、円板状の複数の電磁鋼板を積層したものである。各電磁鋼板は絶縁コーティングされており、隣接する電磁鋼板とは絶縁されている。ロータコア5が相互に絶縁された電磁鋼板の積層体で作られていることにより、磁力が通過するときに発生するうず電流を抑制することができる。ロータコア5は、両端にエンドプレート6が配置され、さらに、軸線CL方向の両端の外側からナット15、16で締め付けられている。
The
ロータ3は、ロータコア5をその内部から冷却するための冷媒流路を備えている。冷媒流路は、シャフト4の内部からロータコア5にかけて形成されている。シャフト4の内部には、シャフト内流路22が形成されている。シャフト内流路22の一端は、ロータリージョイント17を介して外部流路21、そしてポンプ18に通じている。ロータリージョイント17は、回転しているシャフト4の内側の流路へシャフトの外側から流体を送り込む継手である。
The
シャフト内流路22の他端は第1流路23に通じている。第1流路23は、シャフト4からロータコア5の内部へ、ロータコア5の半径方向に伸びている。第1流路23は、シャフト4から放射状に複数本がロータコア内に伸びている。複数の第1流路23の夫々に第2流路24が接続している。第2流路24は、シャフト4から放射状に伸びる第1流路23の半径方向外側の端部と接続している。
The other end of the in-
第2流路24は、ロータコア5の内部を軸線CLと平行に伸びている。第2流路24は、ロータコアの両端にてエンドプレート6を通過しており、エンドプレート6の外側で開口している。モータ2は、ケース31に封止されている潤滑油を冷媒として用いる。ポンプ18が、ケース内の潤滑油を外部流路21に供給する。潤滑油は、ポンプ18の圧送力、及び、ロータコア5が回転することによる遠心力により、シャフト内流路22、第1流路23、第2流路24へと流れ、最後はロータコア両端の開口25からケース内へと放出される。図1の流路21、22、23、24に描かれている矢印、及び、開口25から外側に描かれている矢印が冷媒の流れを表している。
The
図1に示した破線IIの範囲、即ち、開口25の周辺の拡大図を図2に示す。ロータコア5に設けられたコア孔5aとエンドプレート6に設けられたプレート孔6aが第2流路24を構成する。図2によく示されているように、プレート孔6aは、コア孔5aよりも半径方向で軸線CL寄りにずらして設けられている。それゆえ、第2流路24は、ロータコア5の内部では軸線CLと平行に伸びているが、ロータコアの端部において半径方向の中心に向かって(即ち、半径方向で軸線CLに向かって)曲がっている。図2に示す矢印Aが第2流路24の湾曲を表している。この湾曲により、潤滑油(冷媒)は、開口25から軸線CLと平行に噴出するのではなく、やや軸線CL寄りに向けて噴出する。ロータコア5は回転しているため、やや軸線CL寄りに向けて噴出した潤滑油は、飛び出し直後に軸線CLに近づいた後にその進行方向を半径方向の外側に向け曲げ、ステータ12に向かう。より正確には、ロータコア端面の開口25から噴出した潤滑油は、ステータ12のコイル14(コイルエンド)に向かう。図2中の矢印Bが、遠心力によって径方向外側に向かってカーブする冷媒の流れを示している。ロータコア端部における第2流路24の上記構造の結果、潤滑油は、ロータコア5の端面から軸線CLに平行に飛び出す場合と比較して、軸線CLに沿ってロータコア5からより遠くまで到達することになる。別言すれば、潤滑油は、ロータコア5の端面から軸線CLに平行に飛び出す場合と比較して、軸線CLに沿ってギャップG(ロータコア5とステータコア13の間の隙間)からより遠くまで到達することになる。矢印Aと矢印Bが、第2流路24を通り開口25から流出し、一旦軸線CLに近づいた後に遠心力によりロータ外側のコイル14(コイルエンド)に向かう冷媒の流れを示す。このように開口25から流出した冷媒は、コイル14(コイルエンド)の比較的ステータコア13から遠い位置に到達する。
FIG. 2 shows an enlarged view of the range of the broken line II shown in FIG. The
冷媒流路の上記の構造により、開口25から飛び出した潤滑油がギャップGに入り込む量を低減することができる。ギャップGに潤滑油が多く溜まると回転抵抗が増加し、モータ2の回転損失が増える。本実施例のモータ2は、ギャップGに潤滑油が多く溜まることがなく、回転損失の増大を抑制することができる。
With the above-described structure of the refrigerant flow path, the amount of the lubricating oil that has jumped out of the
ロータコア5の端面の構造とエンドプレート6の構造について詳しく説明する。図3は、図1のIII−III線に沿ったロータコア5(エンドプレートを除く)の断面図である。図4は、エンドプレート6の平面図である。図3によく表れているように、ロータコア5には、複数の磁石7(永久磁石)がロータコアの周方向に等間隔に配置されている。複数の磁石は2個一対で一つの磁極を構成する、例えば、符号7aが、一対の磁石を示しており、符号7bは他の一対の磁石を示している。一対の磁石7a(7b)は、その長手方向が軸線CLに平行となるようにロータコア5に埋設されているとともに、ロータコア5の半径方向に山型となるように埋設されている。別言すれば、一対の磁石7a(7b)は、その長手方向が軸線CLに平行となるようにロータコア5に埋設されているとともに、ロータコア5の中心CLから遠い側で両者の間隔が狭く、中心CLに近い側で両者の間隔が広くなるようにロータコア5に埋設されている。軸線CLの方向(図3のZ軸方向)からみたときに、山型に配置された一対の磁石7a(7b)の内側にコア孔5aが設けられている。コア孔5aは第2流路24を構成する。符号R1は、軸線CLからコア孔5aまでの距離を示しており、符号W1はコア孔5aの半径方向の孔径を示している。
The structure of the end face of the
図4に示すように、エンドプレート6には、ロータコア5のコア孔5aの夫々に対応してプレート孔6aが設けられている。プレート孔6aは、第2流路24の開口25を構成する。図4において、符号R2は、軸線CLからプレート孔6aまでの距離を示しており、符号W2はプレート孔6aの半径方向の孔径を示している。プレート孔6aの半径方向孔径W2は、コア孔5aの孔径W1と同じである。軸線CLからプレート孔6aまでの距離R2は、軸線CLからコア孔5aまでの距離R1より、孔径の半ピッチ(W1/2)だけ短い。それゆえ、第2流路24は、エンドプレート6を含むロータコア5の端部で半径方向の内側へとカーブする形状となる。このようにエンドプレート6に設ける孔(プレート孔6a)の成形位置をコア孔5aの位置から半径方向の内側ずらすことで、端部でカーブする流路を簡単に実現することができる。
As shown in FIG. 4, the
実施例で説明したモータについての留意点を述べる。実施例のモータでは、ロータコア5は円盤状の電磁鋼板を積層したものであった。ロータコアは、そのようなタイプでなくともよく、例えば、絶縁被膜された磁性粉体と樹脂粉末を合わせて焼成したものであってもよい。
Points to note about the motor described in the embodiment will be described. In the motor of the example, the
ロータコアに挿入される磁石の数や形状は、実施例の態様に限られない。例えば、実施例のモータ2では、一対の磁石7a(7b)が、軸線CLの方向からみて山型となるように配置された。本明細書が開示する技術は、磁石が他の態様でロータコアに埋設されていてもよい。また、軸線CLと平行に伸びる第2流路24の数も実施例の態様に限られない。ただし、冷媒流路は、磁石の近傍に設けられることが好ましい。
The number and shape of the magnets inserted into the rotor core are not limited to the embodiments. For example, in the
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。 Specific examples of the present invention have been described in detail above, but these are merely examples and do not limit the scope of the claims. The technology described in the claims includes various modifications and changes of the specific examples illustrated above. The technical elements described in this specification or the drawings exhibit technical usefulness alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. In addition, the technology exemplified in this specification or the drawings can achieve a plurality of objects at the same time, and has technical usefulness by achieving one of the objects.
2:モータ
3:ロータ
4:シャフト
5:ロータコア
5a:コア孔
6:エンドプレート
6a:プレート孔
7(7a、7b):磁石
12:ステータ
13:ステータコア
14:コイル
15、16:ナット
17:ロータリージョイント
18:ポンプ
21:外部流路
22:シャフト内流路
23:第1流路
24:第2流路
25:開口
31:ケース
32:シール材
33:軸受
CL:軸線
G:ギャップ
2: Motor 3: Rotor 4: Shaft 5:
Claims (1)
前記冷媒流路は、
シャフトからロータコアの半径方向に伸びている第1流路と、
第1流路と接続しており、ロータコアの軸線に沿ってロータコアの端部まで伸びているとともに、前記端部でロータコアの径方向の中心に向かって曲がった後にロータコアの端面に開口している第2流路と、
を備えることを特徴とするモータ。 A motor having a refrigerant flow path in the rotor core;
The refrigerant flow path is
A first flow path extending in a radial direction of the rotor core from the shaft;
It is connected to the first flow path, extends to the end of the rotor core along the axis of the rotor core, and opens at the end face of the rotor core after bending toward the radial center of the rotor core at the end. A second flow path;
A motor comprising:
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