JP2019134564A

JP2019134564A - 回転電機のロータ

Info

Publication number: JP2019134564A
Application number: JP2018014090A
Authority: JP
Inventors: 健悟大平; Kengo Ohira
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2018-01-30
Filing date: 2018-01-30
Publication date: 2019-08-08
Anticipated expiration: 2038-01-30
Also published as: US20190238017A1; CN110098673A; JP6688327B2; CN110098673B; US10770941B2

Abstract

【課題】冷却通路内に溜まった冷媒によるアンバランスの発生を防止できる回転電機のロータを提供する。【解決手段】ロータヨーク３０は、同じ形状の電磁鋼板３３が積層された第一コアブロック３２Ａ及び第二コアブロック３２Ｂを少なくとも有し、該電磁鋼板３３は、冷媒流路となるヨーク空洞部３７を有する。軸方向から見て、最外径側に位置するヨーク空洞部３７は、ロータ１０の軸心ＣＬを中心とする半径Ｒの仮想円Ｃ１上に、周方向幅Ｗを有する外径側内壁部３８を有し、第二コアブロック３２Ｂは、第一コアブロック３２Ａに対してスキュー角度θだけ回転した状態で、第一コアブロック３２Ａに隣接して配置される。周方向幅Ｗは、軸方向から見て、第一コアブロック３２Ａ及び第二コアブロック３２Ｂの外径側内壁部３８Ａ、３８Ｂがオーバーラップする長さである。【選択図】図３

Description

本発明は、電動車両などに搭載される回転電機のロータに関する。

一般的に回転電機のロータでは、ロータヨークが、略円環状に形成された複数の鋼板を積層して形成され、ロータヨークの外周側には、磁極部を形成する複数の磁石が埋設されている。また、近年、回転電機の高出力化に伴う磁石の発熱を抑制するため、ロータヨークには、ロータを内部から冷却するための冷却通路が設けられている。

特許文献１には、複数の磁石が埋設されたロータヨークの内部に軸方向に延びる冷却通路を設け、冷却通路を流れる冷媒によりロータヨークを冷却した後、エンドプレートに設けられた穴から冷媒を排出するようにした電動機が開示されている。

また、回転電機のロータにおいて、ロータヨークの製造に際し、鋼板の歪みや磁気特性を均一化するため、複数の鋼板を積層することで構成されるコアブロックを所定角度回転させて（以下、スキューとも呼ぶ。）組み付ける技術が知られている。

特開２０１１−２２３７１７号公報

しかしながら、従来の電動機のロータでは、コアブロックのスキューを行うと、コアブロック間でロータヨークに形成された冷却通路に冷媒溜まりが生じて冷媒が排出しきれず、冷却通路内に残る可能性がある。冷却通路内に溜まった冷媒は、ロータのアンバランスの要因となり、ロータの起動時に該アンバランスに起因して振動が発生する虞がある。

本発明は、冷却通路内に溜まった冷媒によるアンバランスの発生を防止できる回転電機のロータを提供する。

本発明は、
磁石と、
該磁石を収容する磁石挿入孔と冷媒流路とが形成されたロータヨークと、を備える回転電機のロータであって、
前記ロータヨークは、同じ形状の鋼板が積層された第一コアブロック及び第二コアブロックを少なくとも有し、
該鋼板は、前記冷媒流路となる開口部を有し、
軸方向から見て、最外径側に位置する前記開口部は、前記ロータの軸心を中心とする仮想円上に、周方向において所定幅を有する外径側内壁部を有し、
前記第二コアブロックは、前記第一コアブロックに対して所定角度だけ回転した状態で、前記第一コアブロックに隣接して配置されており、
前記所定幅は、前記軸方向から見て、前記第一コアブロック及び前記第二コアブロックの前記開口部の前記外径側内壁部がオーバーラップする長さである。

本発明によれば、第一コアブロック及び第二コアブロックを所定角度だけ回転した状態で積層しても冷媒流路の外径側内壁部が仮想円上でオーバーラップするので、隣接する第一コアブロック及び第二コアブロックの冷媒流路同士が段差や冷媒溜りのない円弧面を介して軸方向に連通し、冷媒流路の内部に冷媒が溜まることが抑制される。したがって、ロータ停止時に冷媒流路に冷媒が溜まることで、始動時に冷媒のアンバランスに起因して振動が発生するのを抑制できる。

本発明の一実施形態の回転電機のロータの斜視図である。図１のＡ−Ａ線断面図及び図３のＢ−Ｂ線断面図である。エンドプレートを取り外してスキューした一対のコアブロック（第一コアブロック及び第二コアブロック）を示す正面拡大図である。

以下、本発明の一実施形態の回転電機のロータを、図１〜図３を参照しながら説明する。

図１及び図２に示すように、本実施形態に係る回転電機のロータ１０は、ロータシャフト２０と、ロータシャフト２０に固定されるロータヨーク３０と、ロータヨーク３０の軸方向の一側に配置される第一エンドプレート５０と、ロータヨーク３０の軸方向の他側に配置される第二エンドプレート６０と、ロータ１０の回転角度を検出するレゾルバ７０と、を備える。

ロータシャフト２０には、その内側に冷媒が流通する冷却流路２１が形成される。冷却流路２１は、ロータシャフト２０の内部で軸方向に延びており、冷媒が外部から供給可能に構成される。冷媒としては、例えば、ＡＴＦ（Automatic Transmission Fluid）が用いられ、ＡＴＦがトランスミッションケースとモータハウジングとを循環するように供給経路が形成される。

ロータシャフト２０には、冷却流路２１からロータヨーク３０と第二エンドプレート６０との間に冷媒を送り込むための冷媒供給孔部２２が形成される。また、ロータシャフト２０の一端（図２において左側端部）には、第一及び第二段部２３、２４を有する大径部２５が形成されている。

ロータヨーク３０は、筒形状を有し、その中央に軸方向に貫通するロータ挿通孔３１が形成される。ロータヨーク３０がロータシャフト２０に圧入されることで、ロータ挿通孔３１の内周面とロータシャフト２０の外周面との間には摩擦力が発生しロータヨーク３０がロータシャフト２０に固定される。

第一エンドプレート５０には、中央にシャフト挿通孔５１が形成され、ロータシャフト２０に遊嵌する。第一エンドプレート５０は、ロータヨーク３０の軸方向一側の端面と第一段部２３とで挟持されて軸方向位置に位置決めされる。

シャフト挿通孔５１よりも径方向の外側には、エンドプレート孔部５２が周方向に等間隔で形成される。エンドプレート孔部５２は、後述するヨーク空洞部３７と同様に、断面略矩形状に形成され、ヨーク空洞部３７と径方向同一位置、且つ周方向同一間隔で、ヨーク空洞部３７と同数が形成される。

第二エンドプレート６０には、中央にシャフト挿通孔６１が形成され、ロータシャフト２０に遊嵌する。第二エンドプレート６０は、ロータヨーク３０の軸方向他側の端面に当接し、ロータシャフト２０に圧入されるエンドプレートカラー６６により軸方向位置が位置決めされる。

第二エンドプレート６０のロータヨーク３０側の内側面には、ロータシャフト２０の冷媒供給孔部２２と連通するとともに後述するヨーク空洞部３７に連通する環状溝６４が形成されている。

レゾルバ７０は、ロータ１０の回転角度を検出するためのものであり、大径部２５に圧入され、同じく大径部２５に圧入されたレゾルバカラー７１と第二段部２４とで挟持されてロータシャフト２０に固定されている。

図３に示すように、ロータヨーク３０には、その重量を軽減するために、複数の空胴部３４〜３７が軸方向に貫通するとともに、周方向に所定の間隔で複数形成されている。空洞部３５、３６は断面略台形状を有し、断面略長円状の空洞部３４を挟んで互いに対称に形成されている。また、空洞部３７（以下、この空洞部をヨーク空洞部３７と呼ぶ。）は、空洞部３４〜３６よりも外周側に位置し、断面略矩形状を有する。

ヨーク空洞部３７は、コアブロック３２の最外径側に位置する冷媒流路である。空胴部３４〜３６は冷媒流路であってもよく、冷媒流路でなくてもよい。ヨーク空洞部３７の外径側内壁部３８は、ロータ１０の軸心ＣＬを中心とする半径Ｒの仮想円Ｃ１上に設けられている。

ロータヨーク３０には、ヨーク空洞部３７のさらに外周側に、磁石４０を埋設するための磁石挿入孔４１、４２が略Ｖ字形状に形成されるとともに、周方向に沿って所定の間隔で複数形成されている。磁石４０は、例えばネオジム磁石等の永久磁石であり、本実施形態においては、磁石挿入孔４１、４２に配置される２つの磁石４０で１つの磁極部４３を構成する。ヨーク空洞部３７は、周方向で隣り合う磁極部４３間に配置されている。

ヨーク空洞部３７の外径側内壁部３８を通る仮想円Ｃ１の半径Ｒは、軸心ＣＬから磁石４０の最内径部までの距離ｒよりも長く設定されている。

このように構成されたロータ１０において、不図示の冷却ポンプから圧送されて冷却流路２１に供給された冷媒は、冷媒供給孔部２２、環状溝６４、ヨーク空洞部３７に供給され、ヨーク空洞部３７を第二エンドプレート６０側から第一エンドプレート５０側に向かって流れた後、第一エンドプレート５０のエンドプレート孔部５２から排出される。ヨーク空洞部３７の外径側内壁部３８を通る仮想円Ｃ１の半径Ｒは、軸心ＣＬから磁石４０の最内径部までの距離ｒよりも長く設定されているので、温度が上昇しやすい磁石４０をより近い位置から効果的に冷却することできる。

ここで、ロータヨーク３０は、複数のコアブロック３２（図２に示す実施例では４個のコアブロック３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃ、３２Ｄ）を備え、周方向に所定のスキュー角度θずつ回転させながら積層（転積）することで形成される。なお、以下の説明において、４個のコアブロック３２Ａ〜３２Ｄは、第一エンドプレート５０側から順に第一コアブロック３２Ａ、第二コアブロック３２Ｂ、第三コアブロック３２Ｃ、第四コアブロック３２Ｄと呼ぶことがある。

具体的には、軸方向に隣接配置された第一コアブロック３２Ａと第二コアブロック３２Ｂ、第二コアブロック３２Ｂと第三コアブロック３２Ｃ、第三コアブロック３２Ｃと第四コアブロック３２Ｄが周方向に所定のスキュー角度θずつ異なる位相で積層される。これにより、積層するコアブロック３２の歪みや、磁気特性を均一化することができる。

各コアブロック３２は、略同一形状の電磁鋼板３３を図２において左右方向に沿って積層し、カシメ加工、接着または溶接によって相互に結合して形成されている。積層される電磁鋼板３３の枚数は、コアブロック３２Ａ〜３２Ｄで異なってもよい。コアブロック３２Ａ〜３２Ｄは、同一断面形状を有し、厚み方向寸法のみが異なるものを含む。

なお、第一コアブロック３２Ａと第二コアブロック３２Ｂとの位置関係は、第二コアブロック３２Ｂと第三コアブロック３２Ｃ、及び第三コアブロック３２Ｃと第四コアブロック３２Ｄとの位置関係と同じであるので、以後、第一コアブロック３２Ａと第二コアブロック３２Ｂについて主に説明して、第二コアブロック３２Ｂと第三コアブロック３２Ｃ、及び第三コアブロック３２Ｃと第四コアブロック３２Ｄの詳細な説明を簡略化又は省略する。図３には、理解を容易にするため、第一コアブロック３２Ａ及び第二コアブロック３２Ｂのみを示している。

図３に示すように、ヨーク空洞部３７は、上述したようにコアブロック３２の最外径側に位置する冷媒流路であり、その外径側内壁部３８は、ロータ１０の軸心ＣＬを中心とする半径Ｒの仮想円Ｃ１上に設けられている。これにより、コアブロック３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃ、３２Ｄのヨーク空洞部３７Ａ、３７Ｂ、３７Ｃ、３７Ｄの外径側内壁部３８Ａ、３８Ｂ、３８Ｃ、３８Ｄは、同一の半径Ｒの仮想円Ｃ１上にある。

また、外径側内壁部３８の周方向幅Ｗは、コアブロック３２が所定のスキュー角度θずつ異なる位相で積層されたとき、隣接するコアブロック３２の外径側内壁部３８同士が周方向でオーバーラップする長さに設定されている。即ち、外径側内壁部３８の周方向幅Ｗ＞２πＲ×（θ／３６０）となっている。

詳細には、ロータヨーク３０が組み付けられたとき、図３に示すように、第一コアブロック３２Ａの外径側内壁部３８Ａと第二コアブロック３２Ｂの外径側内壁部３８Ｂとが、周方向でオーバーラップする。これにより、第一コアブロック３２Ａのヨーク空洞部３７Ａと、第二コアブロック３２Ｂのヨーク空洞部３７Ｂが軸方向に連通すると共に、第一コアブロック３２Ａの外径側内壁部３８Ａと第二コアブロック３２Ｂの外径側内壁部３８Ｂとにより、段差や冷媒溜りのない円弧面が形成される。

また、第二コアブロック３２Ｂの外径側内壁部３８Ｂと第三コアブロック３２Ｃの外径側内壁部３８Ｃ、及び第三コアブロック３２Ｃの外径側内壁部３８Ｃと第四コアブロック３２Ｄの外径側内壁部３８Ｄも同様に周方向でオーバーラップする。したがって、第二コアブロック３２Ｂのヨーク空洞部３７Ｂと第三コアブロック３２Ｃのヨーク空洞部３７Ｃ、及び第三コアブロック３２Ｃのヨーク空洞部３７Ｃと第四コアブロック３２Ｄのヨーク空洞部３７Ｄも同様に、段差や冷媒溜りのない円弧面を形成する。

これにより、隣接するコアブロック３２のヨーク空洞部３７（冷媒流路）同士が段差や冷媒溜りのない円弧面を介して軸方向に連通するので、冷媒はヨーク空洞部３７内に溜まることが防止され、ヨーク空洞部３７内に残る冷媒に起因するアンバランスの発生が防止されて起動時の振動などの障害が抑制される。

ロータ１０の回転時には、ヨーク空洞部３７に供給された冷媒は、上記したように遠心力によりエンドプレート孔部５２から排出される。一方、ロータ１０の停止時には、冷媒は重力により下方に位置するヨーク空洞部３７に流れ込む。このとき、ヨーク空洞部３７に冷媒溜りがあると冷媒溜りに冷媒が残り、ロータ１０のアンバランスの要因となる。しかし、ヨーク空洞部３７の外径側内壁部３８は、半径Ｒの仮想円Ｃ１上にあり、隣接するコアブロック３２のヨーク空洞部３７（冷媒流路）同士が段差や冷媒溜りのない円弧面を介して軸方向に連通するので、冷媒はヨーク空洞部３７内に残ることなく、第一エンドプレート５０のエンドプレート孔部５２から重力により排出される。

また、各ヨーク空洞部３７の内径側内壁部３９（図３の内径側内壁部３９Ａ、３９Ｂ）も、ロータ１０の軸心ＣＬを中心とする同一の半径Ｒ１の仮想円Ｃ２上に形成されて冷媒溜りを形成しないことが望ましい。また、内径側内壁部３９の周方向幅も、コアブロック３２が所定のスキュー角度θずつ異なる位相で積層されたとき、隣接するコアブロック３２の外径側内壁部３８同士が周方向でオーバーラップする長さに設定されていることが好ましい。これにより、ロータ１０の低速回転時等において内径側内壁部３９における冷媒の流動性を向上できる。なお、内径側内壁部３９の周方向幅は、外径側内壁部３８の周方向幅Ｗと同じでもよく、異なっていてもよい。

なお、前述した実施形態は、適宜、変形、改良、等が可能である。例えば、上記した実施形態では、エンドプレート孔部５２はヨーク空洞部３７と同一形状の孔部として説明したが、エンドプレート孔部５２は、ヨーク空洞部３７より大きく形成されて、ロータ１０が組み付けられたとき、ヨーク空洞部３７に連通すると共に、正面視において、ヨーク空洞部３７がエンドプレート孔部５２から露出する大きさであればよい。

また、エンドプレート孔部は、第二エンドプレート６０にあってもよく、第一エンドプレート５０及び第二エンドプレート６０の両方にあってもよい。

また、外径側内壁部３８の周方向幅Ｗは、隣接するコアブロック３２に限らず、全てのコアブロック３２のヨーク空洞部３７の外径側内壁部３８がオーバーラップするように設定されていてもよい。これにより、より確実に冷媒がヨーク空洞部３７内に溜まることが防止される。

また、スキュー方向は同一方向でもよく、逆方向でもよい。さらにスキュー角度θは同一でもよく異なっていてもよい。

また、本明細書には少なくとも以下の事項が記載されている。なお、括弧内には、上記した実施形態において対応する構成要素等を示しているが、これに限定されるものではない。

（１）磁石（磁石４０）と、
該磁石を収容する磁石挿入孔（磁石挿入孔４１、４２）と冷媒流路（ヨーク空洞部３７）とが形成されたロータヨーク（ロータヨーク３０）と、を備える回転電機のロータ（回転電機のロータ１０）であって、
前記ロータヨークは、同じ形状の鋼板（電磁鋼板３３）が積層された第一コアブロック（第一コアブロック３２Ａ）及び第二コアブロック（第二コアブロック３２Ｂ）を少なくとも有し、
該鋼板は、前記冷媒流路となる開口部（ヨーク空洞部３７）を有し、
軸方向から見て、最外径側に位置する前記開口部は、前記ロータの軸心（軸心ＣＬ）を中心とする仮想円（仮想円Ｃ１）上に、周方向において所定幅（周方向幅Ｗ）を有する外径側内壁部（外径側内壁部３８）を有し、
前記第二コアブロックは、前記第一コアブロックに対して所定角度（スキュー角度θ）だけ回転した状態で、前記第一コアブロックに隣接して配置されており、
前記所定幅は、前記軸方向から見て、前記第一コアブロック及び前記第二コアブロックの前記外径側内壁部がオーバーラップする長さである、回転電機のロータ。

（１）によれば、第一コアブロック及び第二コアブロックを所定角度だけ回転した状態で積層しても冷媒流路の開口部の外径側内壁部が仮想円上でオーバーラップするので、隣接する第一コアブロック及び第二コアブロックの冷媒流路同士が段差や冷媒溜りのない円弧面を介して軸方向に連通し、冷媒流路の内部に冷媒が溜まることが抑制される。したがって、ロータ停止時に冷媒流路に冷媒が溜まることで、始動時に冷媒のアンバランスに起因して振動が発生するのを抑制できる。

（２）（１）に記載の回転電機のロータであって、
前記ロータヨークは、同じ形状の前記鋼板が積層された複数のコアブロック（コアブロック３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃ、３２Ｄ）が所定角度だけ回転した状態で隣接して配置され、
前記所定幅は、前記軸方向から見て、前記複数のコアブロックの前記外径側内壁部がオーバーラップする長さである、回転電機のロータ。

（２）によれば、複数のコアブロックを所定角度だけ回転した状態で積層しても冷媒流路の開口部の外径側内壁部が仮想円上でオーバーラップするので、複数のコアブロックの冷媒流路同士が段差や冷媒溜りのない円弧面を介して軸方向に連通するため、冷媒流路の内部に冷媒が溜まることがより確実に抑制される。

（３）（１）又は（２）に記載の回転電機のロータであって、
前記仮想円の半径（半径Ｒ）は、前記軸心から前記磁石の最内径部までの距離（距離ｒ）よりも長い、回転電機のロータ。

（３）によれば、冷媒流路を磁石に近接配置でき、磁石に近い位置から冷却することでロータの冷却効率が向上する。

（４）（１）〜（３）のいずれかに記載の回転電機のロータであって、
前記ロータは、少なくとも一つの前記磁石により磁極部（磁極部４３）が構成され、
前記冷媒流路は、周方向で隣り合う前記磁極部間に配置されている、回転電機のロータ。

（４）によれば、冷媒流路によって磁路を妨げることが抑制され、冷媒流路を設けることによるトルク特性の低下が防止できる。

１０回転電機のロータ
３０ロータヨーク
３２Ａ第一コアブロック（コアブロック）
３２Ｂ第二コアブロック（コアブロック）
３２Ｃ第三コアブロック（コアブロック）
３２Ｄ第四コアブロック（コアブロック）
３３電磁鋼板（鋼板）
３７、３７Ａ、３７Ｂ、３７Ｃ、３７Ｄヨーク空洞部（冷媒流路、開口部）
３８、３８Ａ、３８Ｂ、３８Ｃ、３８Ｄ外径側内壁部
４０磁石
４１、４２磁石挿入孔
４３磁極部
Ｃ１仮想円
ＣＬロータの軸心
ｒ軸心から磁石の最内径部までの距離
Ｒ仮想円の半径
Ｗ周方向幅（所定幅）
θ スキュー角度（所定角度）

Claims

磁石と、
該磁石を収容する磁石挿入孔と冷媒流路とが形成されたロータヨークと、を備える回転電機のロータであって、
前記ロータヨークは、同じ形状の鋼板が積層された第一コアブロック及び第二コアブロックを少なくとも有し、
該鋼板は、前記冷媒流路となる開口部を有し、
軸方向から見て、最外径側に位置する前記開口部は、前記ロータの軸心を中心とする仮想円上に、周方向において所定幅を有する外径側内壁部を有し、
前記第二コアブロックは、前記第一コアブロックに対して所定角度だけ回転した状態で、前記第一コアブロックに隣接して配置されており、
前記所定幅は、前記軸方向から見て、前記第一コアブロック及び前記第二コアブロックの前記開口部の前記外径側内壁部がオーバーラップする長さである、回転電機のロータ。
請求項１に記載の回転電機のロータであって、
前記ロータヨークは、同じ形状の前記鋼板が積層された複数のコアブロックが所定角度だけ回転した状態で隣接して配置され、
前記所定幅は、前記軸方向から見て、前記複数のコアブロックの前記開口部の前記外径側内壁部がオーバーラップする長さである、回転電機のロータ。
請求項１又は２に記載の回転電機のロータであって、
前記仮想円の半径は、前記軸心から前記磁石の最内径部までの距離よりも長い、回転電機のロータ。
請求項１〜３のいずれか１項に記載の回転電機のロータであって、
前記ロータは、少なくとも一つの前記磁石により磁極部が構成され、
前記冷媒流路は、周方向で隣り合う前記磁極部間に配置されている、回転電機のロータ。