JP4664737B2 - 回転電機の冷却構造 - Google Patents

Description

本発明は、複数枚の鋼板を積層してなるコアの外周部に永久磁石を固定したロータと、ロータを回転自在に支持するロータ軸と、ロータを取り囲むステータとを備え、ロータ軸の内部に形成した供給油路から供給したオイルをコアの内部に形成した複数の冷却油路を経て排出することでロータを冷却する回転電機の冷却構造に関する。

モータのロータコアを冷却風で冷却すべく、そのロータコアに冷却用孔をロータ軸を中心として螺旋状に形成し、冷却ファンから供給した冷却風をロータコアの冷却用孔を通過させるものが、下記特許文献１により公知である。

またモータのロータおよびステータを冷却すべく、そのロータコアに径方向に延びる第１の油路と、この第１の油路に連なって円周方向に延びる第２の油路と、この第２の油路に連なって軸方向に延びる第３の油路とを設け、ロータ軸から供給したオイルを第１〜第３の油路を通過させるものが、下記特許文献２により公知である。
特開２００３−１８７７５号公報 特開２００１−１６８２６号公報

ところで、上記特許文献１に記載されたものは、ロータコアの冷却用孔が軸方向に形成されているため、冷却用孔内の冷却風を遠心力で径方向外側に付勢することができず、冷却風による効率的な冷却が難しいという問題があった。また上記特許文献２に記載されたものは、ロータコアの冷却用の油路が径方向、円周方向および軸方向に形成されているため、冷却用の油路の構造が複雑になって加工工数および加工コストが増加するという問題があった。

本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、簡単な構造でモータのロータを効率的に冷却することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載された発明によれば、複数枚の鋼板を積層してなるロータコアの外周部に永久磁石を固定したロータと、ロータを回転自在に支持するロータ軸と、ロータを取り囲むステータとを備え、ロータ軸の内部に形成した供給油路から供給したオイルをロータコアの内部に形成した複数の冷却油路を経て排出することでロータを冷却する回転電機の冷却構造において、ロータコアに永久磁石が嵌合する永久磁石支持孔を形成するとともに、内周から外周に連通しない切欠を有する同一形状の前記複数枚の鋼板を位相を周方向にずらして積層することで、隣接する鋼板の切欠を相互に連通させてロータコアの内部に放射状に延びる冷却油路を形成し、この冷却油路を永久磁石支持孔に連通させたことを特徴とする回転電機の冷却構造が提案される。

また請求項２に記載された発明によれば、請求項１の構成に加えて、冷却油路から排出されたオイルを遠心力でステータに飛散させることを特徴とする回転電機の冷却構造が提案される。

また請求項３に記載された発明によれば、請求項１の構成に加えて、永久磁石支持孔の径方向外周部に合成樹脂を充填して永久磁石を固定するとともに、冷却油路から供給されたオイルを排出する排出油路を永久磁石支持孔の径方向内周部に沿って形成したことを特徴とする回転電機の冷却構造が提案される。

尚、本発明でいう切欠（２０ｃ〜２０ｋ）とは、一部が開放したものおよび閉じたものの両方を指すものとする。

請求項１の構成によれば、ロータコアを構成する複数の鋼板に切欠を形成し、これらの鋼板を位相を周方向にずらして積層することで放射状に延びる冷却油路を構成したので、冷却油路内のオイルを遠心力で付勢して径方向外側に効率的に流すことでロータの冷却効率を高めることができるだけでなく、冷却油路に連通する永久磁石支持孔に嵌合する永久磁石をも効果的に冷却することができる。しかもロータコアに複雑な冷却油路を機械加工する必要がないため、加工工数および加工コストを削減することができる。また鋼板の切欠は内周から外周に連通していないので、鋼板の剛性を高めて変形の発生を防止するとともに、組付作業の作業効率を高めることができる。更にロータコアを構成する各々の鋼板が同一形状なので、複数種類の鋼板を製造する必要をなくしてコストを削減するととともに、誤組みの発生を防止することができる。

請求項２の構成によれば、冷却油路から排出されたオイルを遠心力でステータに飛散させるので、ロータを冷却したオイルを利用してステータを効果的に冷却することができる。

請求項３の構成によれば、永久磁石支持孔の径方向外周部に合成樹脂を充填したので、永久磁石支持孔の内部で永久磁石を確実に固定してガタの発生を防止することができる。しかも冷却油路から供給されたオイルを排出する排出油路を永久磁石支持孔の径方向内周部に沿って形成したので、冷却油路から供給されたオイルをスムーズに排出して新たなオイルの供給を可能にするとともに、排出油路を流れるオイルで永久磁石を冷却することができる。

以下、本発明の実施の形態を、添付の図面に示した本発明の実施例に基づいて説明する。

図１〜図４は本発明の第１実施例を示すもので、図１はモータの縦断面図、図２は図１の２−２線断面図、図３は図２の３−３線断面図、図４はロータコアを構成する鋼板の単品図である。

図１に示すように、モータＭはフロントハウジング１１、センターハウジング１２およびリヤハウジング１３をボルト１４で結合したモータハウジング１５を備えており、フロントハウジング１１およびリヤハウジング１３にボールベアリング１６，１７を介してロータ軸１８が回転自在に支持される。ロータ軸１８の外周に固定されたロータ１９は多数の鋼板２０…を積層したロータコア２１と、ロータコア２１の外周部に円周方向に離間して支持された複数（実施例では４個）の永久磁石２２…とで構成される。ロータ１９の外側を取り囲むようにモータハウジング１５に固定されたステータ２３は、多数の鋼板を積層したステータコア２４…と、ステータコア２４…に巻回したコイル２５…とで構成される。ロータ軸１８の一方の軸端には、ロータ１９の回転数を検出するレゾルバ２６が設けられる。

図２〜図４に示す鋼板２０の厚さは例えば３．５ｍｍであり、実際には１枚の厚さが０．３５ｍｍの同一形状の鋼板を同一位相で１０枚積層して構成される。図４に示すように、鋼板２０はロータ軸１８の外周に嵌合する軸孔２０ａと、永久磁石２２…を支持すべく９０°間隔で形成された４個の永久磁石支持孔２０ｂ…と、軸孔２０ａから１個の永久磁石支持孔２０ｂを経て鋼板２０の外周まで延びる１個の所定幅（実施例では３ｍｍ）の直線状の切欠２０ｃとを備える。

このように構成された複数枚の鋼板２０を９０°ずつ位相をずらして積層すると、一つの鋼板２０の切欠２０ｃが、その両側の二つの鋼板２０，２０に挟まれて放射状の冷却油路２７が形成される。この冷却油路２７はロータ軸１８の周囲を９０°づつ位相をずらしてらせん状に囲むように配置される。従って、積層された鋼板２０の４枚毎に冷却油路２７の位相が一致することになる。鋼板２０の各永久磁石支持孔２０ｂと永久磁石２２の両端面との間にはオイルが通過可能な隙間α，αが形成されており、また永久磁石支持孔２０ｂの径方向内外面と永久磁石２２の径方向内外面との間にもオイルが通過可能な微小な隙間が存在する。

ロータ軸１８の中心に形成された第１供給油路１８ａの中間の三か所から各々４本の第２供給油路１８ｂ…が放射状に延びており、それらの第２供給油路１８ｂ…はロータ軸１８の外周面に軸線方向に９０°間隔で形成された４本の第３供給油路１８ｃ…に連通する。そして４本の第３供給油路１８ｃ…は、ロータコア２１に９０°間隔で形成された冷却油路２７…の径方向内端の何れかに連通する。

図１に示すように、モータハウジング１５の底部に形成されたオイルパン１５ａとロータ軸１８の第１供給油路１８ａとを接続するオイル通路２８に、オイルポンプ２９、アキュムレータ３０および制御弁３１と配置される。

次に、上記構成を備えた第１実施例の作用を説明する。

モータハウジング１５のオイルパン１５ａに溜まったオイルはオイルポンプ２９により吸い上げられ、制御弁３１を介してロータ軸１８の第１供給油路１８ａに供給される。第１供給油路１８ａのオイルは第２供給油路１８ｂ…および第３供給油路１８ｃ…を経てロータコア２１に放射状に形成された冷却油路２７…に流入し、そこを遠心力で径方向外側に流れる間にロータコア２１を冷却する。その間に冷却油路２７…の中間部に連通する永久磁石支持孔２０ｂ…にオイルが流入し、そこに嵌合する永久磁石２２…を冷却する。このようにしてロータ１９を冷却したオイルは冷却油路２７…の径方向外端から遠心力で飛散し、ロータ１９を取り囲むステータ２３を冷却した後に重力でオイルパン１５ａに戻される。

このように、ロータコア２１の内部を径方向に貫通する冷却油路２７…を設けてロータ１９およびステータ２３を冷却するので、ロータの一部をオイル中に漬けて該オイルを飛散させることでロータおよびステータを冷却する場合に比べて、オイルの攪拌抵抗がなくなる分だけ効率を高めることができ、しかも攪拌抵抗による損失の増加に伴う発熱を抑制することができる。

また鋼板２０…をプレスにより打ち抜く際に切欠２０ｃ…を同時に形成しておき、この切欠２０ｃ…によって冷却油路２７…を形成するので、ロータコア２１に後から冷却油路２７…を機械加工する場合に比べて、加工工数および加工コストを削減することができる。しかも鋼板２０…は全て同一部材で済むため、それをプレス加工する金型の種類を最小限に抑えてコストダウンを図ることができるだけでなく、鋼板２０…の種類の取り違えによる誤組みを回避することができる。

図５〜図７は本発明の第２実施例を示すもので、図５は前記図２に対応する図、図６は図５の６−６線断面図、図７はロータコアを構成する鋼板の単品図である。

図５に示すように、第２実施例は鋼板２０の形状が第１実施例と異なっている。即ち、第１実施例の鋼板２０は冷却油路２７を形成するために１個の切欠２０ｃを備えているが、第２実施例は冷却油路２７を形成するために複数個の切欠２０ｄ〜２０ｇ，２０ｈ〜２０ｋを備えている。

第１群の切欠２０ｄ〜２０ｇは鋼板２０の中心を挟んで点対称な位置に二組設けられており、切欠２０ｄは閉じており、切欠２０ｅは永久磁石支持孔２０ｂに連通し、切欠２０ｆは永久磁石支持孔２０ｂに連通し、切欠２０ｇは鋼板２０の外周に連通する。また第２群の切欠２０ｈ〜２０ｋは鋼板２０の中心を挟んで点対称であり、かつ前記第１群の切欠２０ｄ〜２０ｇに対して９０°ずれた位置に二組設けられており、切欠２０ｈは軸孔２０ａに連通し、切欠２０ｉは閉じており、切欠２０ｊは鋼板２０の外周に連通し、切欠２０ｋは永久磁石支持孔２０ｂに連通する。

このように構成された複数の鋼板２０…を９０°ずつ位相をずらして積層すると、切欠２０ｈ→切欠２０ｄ→切欠２０ｉ→切欠２０ｅ→永久磁石支持孔２０ｂ→切欠２０ｆあるいは切欠２０ｊ→切欠２０ｋあるいは切欠２０ｇが交互に連通して冷却油路２７…が形成される。そしてロータコア２１に形成される複数の冷却油路２７…の全ては相互に連通する（図５参照）。

この第２実施例によれば、前述した第１実施例の作用効果に加えて、以下のような更なる作用効果を達成することができる。

即ち、第１実施例の鋼板２０は内周から外周に連なる切欠２０ｃを備えているため、鋼板２０を構成する厚さ０．３５ｍｍの鋼板の剛性が低くなってプレス成形時に変形し易くなるだけでなく、切欠２０ｃ，２０ｃどうしが絡み合って鋼板の組付性が悪化する可能性がある。しかしながら、第２実施例の鋼板２０の切欠２０ｄ〜２０ｋは複数に分割されていて該鋼板２０の内外を連通させていないため、鋼板２０を構成する薄い１枚の鋼板の剛性を確保して変形を防止するとともに、鋼板どうしが絡み合うのを防止して組付性を高めることができる。

図８〜図１０は本発明の第３実施例を示すもので、図８は前記図２に対応する図、図９は図８の９−９線断面図、図１０はロータコアを構成する鋼板の単品図である。

第３実施例の鋼板２０は第１実施例の鋼板２０（図４参照）と類似した形状を有しているが、４個の永久磁石支持孔２０ｂ…のうち、切欠２０ｃ…が連通していない３個の永久磁石支持孔２０ｂ…の径方向内周部に、小さな切欠２０ｍ…が形成されている点で異なっている。

永久磁石２２…が嵌合する永久磁石支持孔２０ｂ…の径方向外周部には、切欠２０ｃ…の径方向外端から合成樹脂３２…が充填されており、これにより永久磁石２２…を永久磁石支持孔２０ｂ…の内部に固定してガタの発生を抑制し、振動による永久磁石２２…の破損を防止することができる。

永久磁石支持孔２０ｂ…よりも径方向外側の切欠２０ｃ…が合成樹脂３２…で閉塞されると、冷却通路２７…からオイルを排出できなくなるが、本実施例によれば、永久磁石支持孔２０ｂ…の径方向内周部に形成された切欠２０ｃ…の一部と、新たに追加された切欠２０ｍ…とによって、永久磁石支持孔２０ｂ…の径方向内周部に沿って軸方向に延びる排出油路３３…が形成される。この排出油路３３…の両端はロータ１９の端面に開口しているため、冷却通路２７…から供給されたオイルは、永久磁石支持孔２０ｂ…で永久磁石２２…に遮られて排出油路３３…を流れ、その間に永久磁石２２…の径方向内周部に接触して冷却効果を発揮する。そして排出油路３３…を出たオイルは遠心力で飛散してステータ２３を冷却する。

次に、図１１に基づいて本発明の第４実施例を説明する。

第４実施例は第３実施例の変形であって、第３実施例の切欠２０ｍ…が、切欠２０ｃ…と同じ幅の小さいものであるのに対し、第４実施例の切欠２０ｍ…は永久磁石２２…の径方向内周部に沿って円周方向に延びた矩形状を成している。この第４実施例によれば、切欠２０ｍ…によって形成された排出油路３３…が永久磁石２２…の径方向内周部に臨む面積を増加させ、永久磁石２２…の冷却効果を更に高めることができる。

次に、図１２に基づいて本発明の第５実施例を説明する。

第５実施例は第４実施例の変形であって、第４実施例の切欠２０ｍ…が矩形状であるのに対し、第５実施例の切欠２０ｍ…は二等辺三角形状である点で異なっているが、この第５実施例によっても前記第４実施例と同じ作用効果を達成することができる。

以上、本発明の実施例を説明したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。

例えば、実施例では１０枚の鋼板を同位相で積層した鋼板２０を９０°ずつ位相をずらして積層しているが、前記１０枚という枚数は一例であり、任意の複数枚であっても良く、また前記９０°という角度は一例であり、４５°、６０°、１２０°等の任意の角度であっても良い。

モータの縦断面図 図１の２−２線断面図 図２の３−３線断面図 ロータコアを構成する鋼板の単品図 第２実施例に係る、前記図２に対応する図 図５の６−６線断面図 ロータコアを構成する鋼板の単品図 第３実施例に係る、前記図２に対応する図 図８の９−９線断面図 ロータコアを構成する鋼板の単品図 第４実施例に係る、前記図２に対応する図 第５実施例に係る、前記図２に対応する図

１８ ロータ軸
１８ａ〜１８ｃ 供給油路
１９ ロータ
２０ 鋼板
２０ｃ 切欠
２０ｂ 永久磁石支持孔
２０ｃ〜２０ｋ 切欠
２１ ロータコア
２２ 永久磁石
２３ ステータ
２７ 冷却油路
３２ 合成樹脂
３３ 排出油路

Claims (3)

1. 複数枚の鋼板（２０）を積層してなるロータコア（２１）の外周部に永久磁石（２２）を固定したロータ（１９）と、ロータ（１９）を回転自在に支持するロータ軸（１８）と、ロータ（１９）を取り囲むステータ（２３）とを備え、ロータ軸（１８）の内部に形成した供給油路（１８ａ〜１８ｃ）から供給したオイルをロータコア（２１）の内部に形成した複数の冷却油路（２７）を経て排出することでロータ（１９）を冷却する回転電機の冷却構造において、
   ロータコア（２１）に永久磁石（２２）が嵌合する永久磁石支持孔（２０ｂ）を形成するとともに、内周から外周に連通しない切欠（２０ｄ〜２０ｋ）を有する同一形状の前記複数枚の鋼板（２０）を位相を周方向にずらして積層することで、隣接する鋼板（２０）の切欠（２０ｄ〜２０ｋ）を相互に連通させてロータコア（２１）の内部に放射状に延びる冷却油路（２７）を形成し、この冷却油路（２７）を永久磁石支持孔（２０ｂ）に連通させたことを特徴とする回転電機の冷却構造。
2. 冷却油路（２７）から排出されたオイルを遠心力でステータ（２３）に飛散させることを特徴とする、請求項１に記載の回転電機の冷却構造。
3. 永久磁石支持孔（２０ｂ）の径方向外周部に合成樹脂（３２）を充填して永久磁石（２２）を固定するとともに、冷却油路（２７）から供給されたオイルを排出する排出油路（３３）を永久磁石支持孔（２０ｂ）の径方向内周部に沿って形成したことを特徴とする、請求項１に記載の回転電機の冷却構造。

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