JP2019062644A - 回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】積層された鋼板の間から冷却用潤滑油が漏出して、エアギャップに浸入することによる引摺り損失を低減する。
【解決手段】シャフト２から連通路２１を介して冷却用油路１９に潤滑油が供給される。該潤滑油は、積層鋼板６からなるロータ３の磁石１６部分を冷却しつつ、左右端の開口から排出される。冷却用油路１９の外径側壁面に軸方向に連続して溶接部２６が形成される。該溶接部２６により冷却用油路１９から各積層鋼板６の隙間に潤滑油が漏出することを抑制する。溶接による熱収縮により各積層鋼板６は、その間を密着され、鋼板の間から潤滑油が漏出することを抑制する。
【選択図】図２

Description

本発明は、電気モータ等の回転電機に係り、詳しくは永久磁石をロータに配置した回転電機に関する。なお、回転電機は、電気エネルギーを回転力に変換するもの（力行）、回転力を電気エネルギーに変換するもの（回生）を含むが、以下、電気エネルギーを回転力に変換するモータについて代表して説明する。

一般に、ハイブリッド車両、ＥＶ車両等の高出力を要求されるモータとして、永久磁石をロータ（回転子）に配置し、コイル（電機子巻線）をステータ（固定子）に配置した同期モータが用いられている。該同期モータのロータは、鋼板がロータの軸方向に複数枚積層され、該積層鋼板に永久磁石が組込まれており、該永久磁石が積層鋼板の内部に埋込んだ埋込磁石構造と、積層鋼板の表面に組込んだ表面磁石構造がある。

従来、上記ロータにおける磁石の内径側近傍に軸方向に貫通する冷却用流路が形成され、該流路に潤滑油を供給して、冷却効率を高めたモータが提案されている（特許文献１）。

特開２０１５−８９３１６号公報

前記ロータは、シャフトに多数の積層鋼板を嵌合して組立てられており、これら積層鋼板の外径部分に軸方向に貫通する上記冷却用流路が複数個形成されている。このため、これら流路に供給される潤滑油は、ロータの回転による遠心力又はロータとステータの間に発生する斥力により積層鋼板の間から漏出して、その外周面からステータとの間のエアギャップに浸入する。特に、多数の積層鋼板は、その中心部分でシャフトにナットにより締付けられているので、上記軸方向の冷却用流路が形成されている外径側部分にあっては、積層鋼板間に隙間が生じ易く、上記冷却用流路から潤滑油が漏出し易い。

上記ロータからエアギャップに浸入した潤滑油は、ステータとの間でロータの引摺り抵抗となり、モータの引摺り損失となる。

そこで、本発明は、潤滑油（冷却用液体）が積層鋼板の間からロータ外周面に浸出することを防止し、もって上述した課題を解決した回転電機を提供することを目的とするものである。

本発明は、コイル（７）が巻回されたステータ（５）と、
シャフト（２）に固定されて積層された複数の積層鋼板（６）及び該積層鋼板に組込まれた複数の磁石（１６）を有するロータ（３）と、
前記シャフト（２）から冷却用液体が供給され、前記磁石（１６）の近傍において前記積層鋼板を軸方向に貫通して形成された冷却用流路（１９）と、
該冷却用流路の外径側壁面に軸方向に連続して形成された溶接部（２６）と、
を備えたことを特徴とする回転電機（１）にある。

例えば図２を参照して、前記冷却用流路（１９）は、断面が略三角形状からなり、該略三角形状の外径側頂部分に前記溶接部（２６）が形成されてなる。

前記複数の磁石（１６）は、隣接する磁石が傾斜方向を逆にして交互に傾斜して配置され、
前記冷却用流路（１９）は、前記略三角形状の外径側頂部分が隣接する各磁石の外径方向端部の間部分（Ｃ）に対向し、前記略三角形状の外径側壁面（１９ａ）が前記各磁石（１６）に略平行になるように配置されてなる。

前記シャフト（２）からの冷却用液体を前記冷却用流路に供給する連通路（２１）が、前記冷却用流路（１９）の前記溶接部（２６）に対向する内径側壁面（１９ｃ）に開口してなる。

なお、上記カッコ内の符号は、図面と対照するためのものであるが、これにより特許請求の範囲の記載に何等影響を及ぼすものではない。

本発明に係る回転電機は、ロータを構成する積層鋼板を軸方向に貫通して形成された冷却用流路により効率よく冷却される。冷却用流路の外径側壁面に軸方向に連続して溶接部が形成されており、冷却用流路の冷却用液体は、積層鋼板の隙間から漏出することが抑制される。また、冷却用流路の外径側壁面を連続して溶接されるので、積層鋼板は、熱収縮により各積層鋼板の間が密着され、冷却用液体が漏出することを阻止される。これにより、積層鋼板の隙間から漏出した冷却用液体がロータとステータとの間のエアギャップに浸入することが抑制されて、引摺り損失を低減することができる。

上記冷却用流路が、略三角形状からなり、その外径側頂部分に上記溶接部が形成されるので、冷却用液体は、ロータの回転による遠心力が作用していても、積層鋼板を冷却しつつかつその間からの漏出を防止されて軸方向に流れて端部の開口から排出される。

傾斜方向を逆にして交互に配置された磁石に対し、隣接する各磁石の外径方向端部の間部分に、略三角形状の冷却用流路の外径側頂部が対向するように位置するので、冷却用流路をロータの外径側に配置することが可能となり、かつ上記外径側頂部に溶接部を形成したので、各積層鋼板の外径側部分に熱収縮が作用して、積層鋼板の外径部分を密着して冷却用液体のエアギャップへの浸入を高い効率で抑制することができる。また、略三角形状の冷却用流路の外径側壁面が各磁石に略平行となるので、冷却効率を向上することができる。

シャフトからの冷却用液体が、冷却用流路の溶接部に対向する内径側壁面から供給されるので、遠心力により冷却用液体が、連通路から冷却用流路に勢いよく噴出しても、溶接部で積層鋼板の間に浸入することなく受けられ、積層鋼板の間から冷却用液体が漏出することを抑制することができる。

本発明の実施の形態による回転電機（モータ）を示し、図２のＡ−Ａ線断面図。 回転電機のロータを示す側面断面図。 ロータの外周部分の概略を示す正面断面図で、（Ａ）は、溶接をしていない場合、（Ｂ）は、溶接をした場合を示す。

以下、図面に沿って、本発明を同期モータ（回転電機）に用いた実施の形態について説明する。同期モータ１は、図１に示すように、シャフト２に組込まれたロータ３と、固定部材であるケース（図示せず）に固定されたステータ５とを有する。ロータ３は、多数枚のケイ素鋼板６…が軸方向に積層されており、ステータ５は、コイル７が巻回されている。上記シャフト２は、ケースにベアリングにより回転自在に支持されており、中心部に油孔９を有し、かつ外周部にキー溝１０が形成され、軸方向一方に外径方向に突出したフランジ１１が形成され、軸方向他方にネジ溝１２が形成されている。

前記ロータ３を構成する鋼板６は、内径方向に突出する突部を上記キー溝１０に嵌合して、上記シャフト２に嵌挿され、該シャフト２に多数枚回り止めされて積層される。これら積層鋼板６は、その一端（始めの１枚）を上記フランジ１１に当接して、その他端（最後の１枚）にワッシャ１３を当接してナット１５を上記ネジ溝１２に螺合することにより、締付けられてロータ３を構成する。これら積層鋼板の外径側部分には、図２に示すように、交互に傾斜方向を逆にして傾斜した貫通孔が多数形成され、これら貫通孔に永久磁石１６が埋込まれている。従って、磁石１６は、表面側と裏面側とが交互にＳ極とＮ極とになり、ロータ３の外周部分に交互に所定量傾斜して円周状に多数個埋込まれる。

前記ロータ３を構成する鋼板６には、上記交互に傾斜して隣接する磁石１６の外径側の間部分Ｃを中央として側面視（図２参照）に周方向に拡がる略三角形状の冷却用油（流）路１９が貫通して形成される。該冷却用油路１９は、ロータ３を軸方向に貫通して形成され、その外径側壁面１９ａが上記傾斜した磁石１６の内径側面と略平行となり、その外径側頂部分が磁石１６の外径側隣接間隔Ｃの中央部に対向して、各磁石の内径側に近接して配置される。前記シャフト２の上記ロータ３の軸方向中央部分には上記油孔９と外周面とを貫通する多数の孔２０が形成されている。各孔２０と前記各冷却用油路１９とは、図２に破線で示すように、前記ロータ３の鋼板６に形成された連通路２１により連通されており、シャフト２の油孔９に供給された潤滑油（冷却用液体）が該連通路２１を通って各冷却用油路１９に導かれる。

具体的には、図１に示すように、ロータ３における軸方向中央側の所定枚数（例えば２枚）の積層鋼板６は、その内径側部分に上記シャフト２の孔２０に連通する切欠き２２が形成され、該積層鋼板６に隣接する軸方向外側の所定枚数（例えば２枚）の積層鋼板６の径方向中間部分には上記切欠き２２に連通する切欠き２３が形成され、該積層鋼板６に隣接する軸方向外側の所定枚数（例えば２枚）の積層鋼板６の外径側部分には上記切欠き２３に連通する切欠き２５が形成されて、該切欠き２３は、上記各冷却用油路１９における円弧状の内径側壁面１９ｃの中央部分に開口している。従って、上記積層鋼板６に形成された内径側切欠き２２、中間部切欠き２３、外径側切欠き２５が前記連通路２１を構成する。

そして、上述したようにナット１５で締付けて組付けられた積層鋼板６からなるロータ３は、その上記冷却用油路１９の略三角形状の外径側頂部分にレーザ溶接等により溶接部２６が軸方向に連続して形成されている。該溶接部２６は、レーザ等の高エネルギーにより各積層鋼板６が溶融されて接合される。更に、各積層鋼板６は、上記溶融金属が冷える際熱収縮を生じ、ロータ３の外径側を構成する各積層鋼板６は、各鋼板の間が密着するように引き付き合う。

上述した本モータ（回転電機）１は、ステータ５のコイルに電力が供給されると、ロータ３が回転して、シャフト２から車両の走行装置に伝達される。また、車両の慣性力又はエンジンからの回転トルクがシャフト２に伝達され、ロータ３が回転すると、ステータ５に発生した電力がバッテリ等に送られる。いずれの場合では、ロータ３は、高速で回転し、ロータ３における磁石１６の近くの積層鋼板６に界磁を生じ、ステータ５のコイル７に電流が流れて、発熱する。

シャフト２の油孔９にオイルポンプからの潤滑油が供給され、該潤滑油は、シャフト２の放射方向の孔２０及び連通路２１を通って各冷却用油路１９に供給される。該冷却用油路１９の潤滑油は、上記界磁によるロータ３の磁石１６及び積層鋼板６の発熱を冷却しつつ、軸方向左右に流れ、ロータ３の側端の開口から排出され、該排出された潤滑油は、ロータ３の回転に伴う遠心力により外径方向に飛散して、ステータ５のコイルエンド部の発熱を冷却する。

ロータ３の積層鋼板６は、ロータの内径側部分にあってはフランジ１１とナット１５により締付けられており、各積層鋼板６の間が詰められて密着されており、上記油孔９，２０及び連通路２１から各鋼板の間に漏出する潤滑油は少ない。図３（Ａ）に示すように、冷却用油路１９の外径側壁面を溶接していない場合、ロータ３の外径側は、ロータ３の内径側での上記ナット１５による締付け力が殆ど作用せず、各鋼板６の積層間隔ｓが生じる傾向となる。この状態では、冷却用油路１９の潤滑油（冷却油）が上記鋼板６の積層間隔ｓから漏出し、該漏出した冷却油が、ロータ３とステータ５との間のエアギャップＧに浸入して、ロータ３の回転の引摺り損失が大きくなり、その分モータ１の効率を低下する。

本実施の形態によるモータ１にあっては、図３（Ｂ）に示すように、冷却用油路１９の外径側壁面が溶接され、各積層鋼板６を連続して一体結合した溶接部２６となっている。連通路２１から冷却用油路１９に供給される潤滑油は、遠心力により冷却用油路１９の内径側壁面１９ｃの周方向中央部に供給され、断面略三角形状の冷却用油路１９の外径側頂部分に上記潤滑油が集中して作用する。冷却用油路１９は、該頂部分が溶接されており、上記潤滑油の噴出圧は溶接部２６により受けられて、各鋼板６の間に潤滑油が漏出することを有効に抑制する。

更に、上記溶接による熱収縮により、ロータ３における外径側部分の各積層鋼板６は、互いに密着して隙間が生じないように接合されており、上記冷却用油路１９を流れる潤滑油は、遠心力が作用しても各鋼板６の積層間から漏出して、上記エアギャップＧに浸入することはなく、図３（Ａ）に示すような引摺り損失を生じることを抑制する。また、例え連通路２１から漏出した潤滑油があっても、上記熱収縮により外径部分の各鋼板６は、密着しており、上記潤滑油のエアギャップＧへの浸入は阻止される。

なお、上記モータ１のロータ３は、磁石１６を積層鋼板６の内部に埋込んだ埋込み磁石構造としたが、これは、ロータの外周面に磁石を組付けた表面磁石構造でもよい。また、磁石１６の配置は、図２に示すような八字状構造に限らず、どのような配置構造でもよい。また、レーザ溶接により冷却用油路１９の外径側壁面を溶接したが、これはレーザ溶接に限らず、電気抵抗溶接等の他の溶接でもよい。冷却用油路１９は、略三角形状に限らず、断面円形、矩形等の他の形状でもよく、また磁石１６に対する配置も、傾斜する磁石の外径側端が互いに隣接する間に冷却用油路の周方向中央が対抗するように配置したが、これはどのような配置でもよい。高い出力が要求される車両駆動用のモータ（回転電機）に通用して好適であるが、これに限らず、どのようなモータに適用してもない。

１ 回転電機（モータ）
２ シャフト
３ ロータ
５ ステータ
６ 積層鋼板
７ コイル
９ 油孔
１６ 磁石
１９ 冷却用流路（油路）
１９ａ 外径側壁面
１９ｃ 内径側壁面
２１ 連通路
２６ 溶接部

Claims (4)

1. コイルが巻回されたステータと、
   シャフトに固定されて積層された複数の積層鋼板及び該積層鋼板に組込まれた複数の磁石を有するロータと、
   前記シャフトから冷却用液体が供給され、前記磁石の近傍において前記積層鋼板を軸方向に貫通して形成された冷却用流路と、
   該冷却用流路の外径側壁面に軸方向に連続して形成された溶接部と、
   を備えたことを特徴とする回転電機。
2. 前記冷却用流路は、断面が略三角形状からなり、該略三角形状の外径側頂部分に前記溶接部が形成されてなる、
   請求項１記載の回転電機。
3. 前記複数の磁石は、隣接する磁石が傾斜方向を逆にして交互に傾斜して配置され、
   前記冷却用流路は、前記略三角形状の外径側頂部分が隣接する各磁石の外径方向端部の間部分に対向し、前記略三角形状の外径側壁面が前記各磁石に略平行になるように配置されてなる、
   請求項２記載の回転電機。
4. 前記シャフトからの冷却用液体を前記冷却用流路に供給する連通路が、前記冷却用流路の前記溶接部に対向する内径側壁面に開口してなる、
   請求項２又は３記載の回転電機。

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