JP2022094848A

JP2022094848A - ロータの磁石油冷構造

Info

Publication number: JP2022094848A
Application number: JP2020207967A
Authority: JP
Inventors: 知紀神山; Tomoki Kamiyama
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2020-12-15
Filing date: 2020-12-15
Publication date: 2022-06-27

Abstract

【課題】ロータコア内に配設された磁石の冷却効率を向上させることができるロータの磁石油冷構造を得る。【解決手段】ロータの磁石油冷構造１０は、回転軸の外周に固定されたロータコアと、ロータコアに対して固定される複数の磁石２０と、各磁石２０をロータコアに固定する複数の固定材４０と、複数の固定材４０を回転軸の軸方向Ｄに沿って配置することにより各固定材４０の間に形成された複数の油路３４と、を含む。【選択図】図３

Description

本発明は、ロータの磁石油冷構造に関する。

回転軸と一体に回転可能にされたロータと、ロータの外周部に対向して設けられたステータとを備え、ロータ内に磁石が配設された構造を有するモータにおいて、磁石の冷却効率の向上が望まれている。特許文献１には、ロータの内周側に設けられたオイル貯留部と磁石近傍の油路とをロータの軸方向中央付近において連通させ、オイル貯留部から流入するオイルを、磁石の回転軸側表面に沿って軸方向に流し、ロータの軸方向の両端から排出させる油路の構造が開示されている。

特開２０１６－１５８３６５号公報

しかしながら、特許文献１に記載の発明においては、図４に示されるように、磁石１２０の回転軸側表面に設けられた油路１４２は、軸方向に沿った断面が一様な構造となっている。そのため、オイル貯留部（図示せず）から油路１４０を通って軸方向中央に供給される冷却油は、ロータが回転される際に磁石１２０の回転軸側表面（図中、点線Ａで囲まれる領域を有する表面）に加わる遠心力Ｒ(図４の白抜き矢印Ｒ方向の力）によって、図中の矢印Ｆで示されるように、すぐに磁石１２０の外周側に流れてしまう。これにより、磁石１２０の回転軸側表面における冷却油の濡れ領域が小さくなってしまい、磁石１２０を効率よく冷却できない可能性がある。

そこで、本発明は、ロータコア内に配設された磁石の冷却効率を向上させることができるロータの磁石油冷構造を得ることを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明に係る請求項１に記載のロータの磁石油冷構造は、回転軸の外周に固定されたロータコアと、該ロータコアに対して固定される複数の磁石と、各磁石を前記ロータコアに固定する複数の固定材と、該複数の固定材を前記回転軸の軸方向に沿って配置することにより各固定材の間に形成された複数の油路と、を含む。

請求項１に記載の発明によれば、ロータの磁石油冷構造は、ロータコアに磁石を固定する複数の固定材を回転軸の軸方向に沿って配置することにより各固定材の間に形成された複数の油路を備えている。そのため、ロータが回転される際に磁石の表面に遠心力が加わったとしても、磁石の表面に向けて供給される冷却油は油路に誘導されて各固定材間を流れる。これにより、従来技術と比較して磁石表面の冷却油の濡れ領域が拡大されるので、磁石を効率よく冷却することができる。

以上のように、本発明によれば、ロータコア内に配設された磁石の冷却効率を向上させることができる。

本実施形態に係るモータの構造を示す断面図である。図１の主要部拡大断面図である。本実施形態に係る冷却油の流れ方を模式的に示す模式図である。従来の冷却油の流れ方を模式的に示す模式図である。

以下、本発明に係る実施の形態について、図１～図３の図面を参照して詳細に説明する。図１は本実施形態に係るモータ１２の構造を示す断面図、図２は図１の主要部拡大断面図、図３は本実施形態に係る冷却油の流れ方を模式的に示す模式図である。本実施形態に係るロータ１４の磁石油冷構造１０は、ハイブリッド車や車電気自動車等の車両（図示省略）に搭載されるモータ１２に採用されており、モータ１２は、その車両の動力源として用いられる。

なお、説明の便宜上、図１～図３において示す矢印ＵＰをモータ１２の上方向とし、紙面に垂直な方向をモータ１２の回転軸１８の軸方向とする。つまり、本実施形態に係るモータ１２は、車両に横置きされている（回転軸１８の軸方向が水平方向となるように配置されている）。

また、説明の便宜上、図１～図３においては、各部品の大きさや形状は、必ずしも実際と同じではなく、実際とは異なる大きさや形状で示されている場合もある。また、図１及び図２においては、永久磁石２０の表面及び近傍に設けられた油路及び固定材４０等が省略されているが、実際には一例として図３に示されるように油路及び固定材４０等は存在している。さらに、説明の便宜上、図１～図３において、冷却油を矢印で表現し、油路を流れる冷却油の流れ方も矢印で表現する。

図１に示されるように、本実施形態に係るモータ１２は、略円環形状のステータ（図示省略）と、略円筒形状のロータ１４とを備え、ロータ１４とステータは、モータケース（図示省略）に収容されている。ステータは、円環形状の磁性体のステータコア(図示省略）と、ステータコアに設けられたコイル（図示省略）とを有しており、モータケースに固定されている。ロータ１４は、円筒形状のロータコア１６と、ロータコア１６の中心に固定された回転軸１８と、ロータコア１６の内部に設けられた複数の永久磁石２０とを有しており、ロータコア１６は回転軸１８と一体に回転するように構成されている。なお、本実施形態の永久磁石２０は、本発明の磁石に対応する。

ロータコア１６及びステータコアは、それぞれ例えば打ち抜き加工された複数の電磁鋼板を、回転軸１８の軸方向に積層して一体化することにより形成されている。また、ロータコア１６の外周面とステータコアの内周面とは、所定幅（径方向の幅が一定）の空隙を挟んで径方向で対向するように配置されている。

回転軸１８は、図示しない軸受けを介してモータケースに対して回転自在に支持されている。回転軸１８の内部には、冷媒としての冷却油が流れる供給路１８Ａが軸方向に延在するように形成されている。供給路１８Ａは、冷却油を供給する供給手段としての供給装置（図示省略）に接続されている。また、回転軸１８の軸方向中央部における外周面には、冷却油の出口となる複数（例えば１６個）の円形状の開口１８Ｂが形成されている。

ロータコア１６の内部には、供給路１８Ａから開口１８Ｂを介して冷却油が流れ込む複数（例えば１６本）の分流路３０が形成されている。各分流路３０は、ロータコア１６を構成する電磁鋼板を打ち抜いて形成された断面円形状の貫通孔であり、ロータコア１６の軸方向中央部において、開口１８Ｂからロータコア１６の径方向に向かって、放射状に延設されている。分流路３０の個数は、永久磁石２０と同じ個数とされており、各分流路３０は永久磁石２０の回転軸１８側表面に向かって延設される。

複数の永久磁石２０は、各々略直方体に形成されており、ロータコア１６に設けられた装着穴に埋設される。複数の永久磁石２０は、ロータコア１６に埋設された際にロータコア１６と対向する各側面（以下、外周面という）において、少なくとも一部が固定材によってロータコア１６に固定されている。

また、複数の永久磁石２０は、２個の永久磁石２２，２４によって１つの磁極が構成されている。２個の永久磁石２２，２４は、外方に向けて線対称で広がるＶ字状に配置されており、周方向に隣接する磁極（径方向外側）が交互にＮ極、Ｓ極となるように配置されている。永久磁石２０には、コイル（図示省略）から発生する回転磁界によって吸引力及び反発力が作用するようになっており、ロータコア１６（ロータ１４）は、その作用によって、回転軸１８を中心に一方向に回転するようになっている。なお、２個の永久磁石２２，２４においては、回転軸１８側に位置する軸側外周面２０Ａにおいてより回転軸１８側の端部側に、分流路３０が接続される。

ロータ１４の回転時には、その遠心力（図１中の矢印Ｒ）により、冷却油が、供給路１８Ａから各分流路３０に分流されて、図２に示されるように、永久磁石２０の外周面に沿って流れ、さらにはロータコア１６の外周面とステータコアの内周面との間の空隙へ流出されるようになっている。これにより、ロータコア１６及び永久磁石２０が冷却油によって冷却されるようになっている。

本実施形態では、図３に示されるように、永久磁石２０の軸側外周面２０Ａにおいてロータコア１６への固定に使用される複数の固定材４０は、各々硬化樹脂によって略直方体に形成されており、回転軸１８の軸方向Ｄ（図中、白抜き矢印Ｄ方向）に分割されている。本実施形態においては、一例として、複数の固定材４０は６個使用されている。固定材４０は、永久磁石２０の軸方向Ｄに直交する方向（短辺方向）の幅Ｈ１よりも小さい幅Ｈ２（Ｈ２＜Ｈ１）を長辺とする直方体状に形成されている。

複数の固定材４０は、軸側外周面２０Ａの幅Ｈ１方向において、分流路３０が接続される側とは反対側の外周面（側面）と、各々の固定材４０の端面とが同一面上になるように、軸方向Ｄに間隔を空けて配置される。このように複数の固定材４０を各々配置することにより、永久磁石２０の軸側外周面２０Ａにおいて、分流路３０が接続される側の端部には固定材４０が配置されず、この端部が、冷却油が流れる軸方向の油路３２となる。ここで油路３２は、永久磁石２０の軸側外周面２０Ａと、永久磁石２０が埋没されるロータコア１６に設けられた装着穴の壁とで構成される。

また、各固定材４０の間に設けられた間隙が、冷却油が流れる外周方向の油路３４となる。ここで油路３４は、隣り合う固定材４０の各々対向する面と、上記装着穴の壁とで構成される。

図３に示されるように、永久磁石２０の軸側外周面２０Ａとは反対側の外周面近傍には、ロータコア１６の外周面とステータコアの内周面との間の空隙へ連通する油路３６が軸方向に沿って形成されている。

本実施形態においては、ロータ１４、複数の永久磁石２０（２２，２４）、複数の固定材４０、軸方向の油路３２、及び固定材４０の間に形成された油路３４（外周方向の油路３４）により、ロータ１４の磁石油冷構造１０が構成される。

次に、上記のように構成されたロータ１４の磁石油冷構造１０による作用効果について説明する。

本実施形態においては、図３に示されるように、ロータ１４が回転されて、分流路３０から永久磁石２０に向けて冷却油が供給される。この際に、永久磁石２０の軸側外周面２０Ａに遠心力Ｒ(図３の白抜き矢印Ｒ方向の力）が加わったとしても、冷却油は軸方向Ｄの油路３２に誘導されて軸方向Ｄに沿って油路３２を流れる。また、油路３２を流れる冷却油は、外周方向の油路３４に誘導されて永久磁石２０の外周方向に沿って油路３４を流れる。そして油路３４から排出された冷却油は、軸側外周面２０Ａとは反対側の外周面近傍に形成された油路３６に沿って流れ、ロータコア１６の外周面とステータコアの内周面との間の空隙へ排出される。

本実施形態のロータ１４の磁石油冷構造１０によれば、ロータ１４が回転される際に永久磁石２０の軸側外周面２０Ａに遠心力Ｒが加わったとしても、永久磁石２０の軸側外周面２０Ａに向けて供給される冷却油は外周方向の油路３４に誘導されて各固定材４０間を流れる。これにより、従来技術と比較して永久磁石２０の表面の冷却油の濡れ領域が拡大されるので、永久磁石２０を効率よく冷却することができる。従ってロータコア１６内に配設された永久磁石２０の冷却効率を向上させることができる。

また、本実施形態のロータ１４の磁石油冷構造１０によれば、各固定材４０の軸方向Ｄの幅、各固定材４０の配置間隔、及び永久磁石２０の幅Ｈ１に対する各固定材４０の幅Ｈ２の比率の少なくとも１つを変更することで、永久磁石２０の表面を流れる冷却油の流量分配を調整することができる。これにより、永久磁石２０の表面の冷却油の濡れ領域の更なる拡大や均一化が可能となるので、永久磁石２０の冷却効率をさらに向上させることが可能となる。

なお、上記実施形態において、ロータ１４は、２個の永久磁石２２，２４によって１つの磁極が構成されており、２個の永久磁石２２，２４は、Ｖ字状に配設されているが、本発明はこれに限られない。本発明の磁石油冷構造１０を有する面が回転軸１８側を向いていれば、何れの形状に配設されていてもよい。例えば、１個の永久磁石２０によって１つの磁極が構成されていてもよい。この場合、永久磁石２０は径方向に直交するように配置され、外側に向けてＮ極またはＳ極の磁極となる。ただし、永久磁石２０を上記実施形態のようにＶ字状に配設することにより、永久磁石２０の冷却効率をより向上させることができるので、永久磁石２０はＶ字状に配設することが好ましい。

また、本実施形態において、各開口１８Ｂは、一例として円形状としたが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば四角形状とされていてもよいし、適宜変更することができる。

また、本実施形態において、各固定材４０は、一例として直方体としたが、本発明はこれに限られるものではなく、軸側外周面２０Ａの幅Ｈ１方向において、軸方向の油路３２側の一端部から他端部まで冷却油が流れる形状であればよい。例えば三角柱状等の他の多角柱状であってもよいし、アーチ状であってもよいし、適宜変更することができる。

また、本実施形態においては、図１に示されるように、各分流路３０が回転軸１８の軸方向Ｄの同一平面上に形成されているが、本発明はこれに限られない。例えば、２個の永久磁石２２，２４のうち一方の永久磁石２２に接続される分流路３０を同一平面上に形成し、他方の永久磁石２４に接続される分流路３０を軸方向Ｄにおいて異なる位置の同一平面上に形成するようにしてもよい。

以上、本発明の一例について説明したが、本発明は、上記に限定されるものでなく、上記以外にも、その主旨を逸脱しない範囲内において種々変形して実施可能であることは勿論である。

１０磁石油冷構造
１２モータ
１４ロータ
１６ロータコア
１８回転軸
２０永久磁石（磁石）
４０固定材
Ｄ軸方向
Ｒ遠心力

Claims

回転軸の外周に固定されたロータコアと、
該ロータコアに対して固定される複数の磁石と、
各磁石を前記ロータコアに固定する複数の固定材と、
該複数の固定材を前記回転軸の軸方向に沿って配置することにより各固定材の間に形成された複数の油路と、
を含むロータの磁石油冷構造。