JP6085267B2

JP6085267B2 - 回転電機

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Publication number: JP6085267B2
Application number: JP2014081721A
Authority: JP
Inventors: 正人河野
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2014-04-11
Filing date: 2014-04-11
Publication date: 2017-02-22
Anticipated expiration: 2034-04-11
Also published as: JP2015204653A

Description

この発明は、モータや発電機等の回転電機に関し、特に、ロータの冷却構造を改良した回転電機に関するものである。

車両の駆動源等として用いられる回転電機として、複数の磁性板が軸方向に積層され、外周縁部に永久磁石が保持されたモータコアを用いたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１に記載の回転電機は、ロータコアの積層された複数の磁性板の軸方向の端部が一対のエンドプレートによって挟み込まれて固定されるとともに、各磁性板の径方向内側の領域に軽量化のための肉抜き孔が設けられている。また、この回転電機では、ロータコアの径方向外側からはステータを冷却した冷却液が流れ込み、その冷却液はロータコアを冷却した後に下方に滴下する。
ところで、この種の回転電機においては、ロータコアの径方向外側から冷却液が流れ込むと、ロータコアの積層された磁性板の隙間から径方向内側の領域の肉抜き孔部分に冷却液が入り込み、その流れ込んだ冷却液がロータの回転バランスを悪化させる原因となり易い。このため、特許文献１に記載の回転電機では、エンドプレート上の磁性板の肉抜き孔と軸方向で重なる位置に複数の開口が設けられ、肉抜き孔に入り込んだ冷却液がエンドプレートの開口を通して迅速に外部に排出されるように工夫されている。

特開２０１０−００４６０９号公報

しかしながら、上記従来の回転電機においては、磁性板が積層されたロータコアの軸方向の端部にエンドプレートが密着しているため、ロータコア上に保持された永久磁石の軸方向の端部付近を効率良く冷却することが難しい。
また、上記従来の回転電機においは、エンドプレートに磁性板の肉抜き孔と軸方向で重なる位置に開口が設けられているため、ロータの回転時にエンドプレートの開口が周囲の空気を切り、そのことが騒音の発生や回転抵抗の増大の原因となり易い。

そこでこの発明は、永久磁石の冷却性の向上とロータの回転時における風切の抑制を図りつつ、肉抜き孔に流れ込んだ冷却液を効率良く外部に排出することのできる回転電機を提供しようとするものである。

この発明に係る回転電機は、上記課題を解決するために、複数の磁性板（例えば、実施形態の磁性板３０ａ）が軸方向に積層され、外周縁部に複数の永久磁石（例えば、実施形態の永久磁石３６）が保持されるロータコア（例えば、実施形態のロータコア３０）と、前記複数の磁性板を軸方向の両端部で挟み込む一対のエンドプレート（例えば、実施形態のエンドプレート３１）と、を備えたロータ（例えば、実施形態のロータ３）を有し、前記複数の磁性板の径方向内側領域には肉抜き孔（例えば、実施形態の肉抜き孔４２）が設けられ、前記ロータコアには外周側から冷却液が供給され、前記複数の磁性板の前記肉抜き孔に流れ込んだ前記冷却液が前記エンドプレートを通して外部に排出される回転電機において、少なくとも一方の前記エンドプレートには、隣接する磁性板との間で、前記肉抜き孔から流れ出た前記冷却液を捕捉する捕捉室（例えば、実施形態の捕捉室４３）を形成する凹部（例えば、実施形態の凹部４４）が設けられ、前記凹部内には、前記捕捉室内を径方向内側の第１室（例えば、実施形態の第１室４５）と径方向外側の第２室（例えば、実施形態の第２室４６）とに隔成する環状の隔壁（例えば、実施形態の隔壁４７）が突設され、前記隔壁は、その外周面と内周面の少なくとも一方が前記複数の永久磁石のいずれかと軸方向でラップする位置に配置されるとともに、前記第１室と前記第２室とを連通する連通孔（例えば、実施形態の連通孔４８）が設けられ、前記少なくとも一方のエンドプレートの前記第２室に臨む部位には、前記第２室から前記冷却液を外部に排出する排出孔（例えば、実施形態の排出孔４９）が設けられるようにした。

これにより、磁性板の肉抜き孔に冷却液が流れ込んだ状態でロータが回転すると、その冷却液が磁性板とエンドプレートの間の捕捉室の第１室側に流れ込む。第１室に流れ込んだ冷却液は、ロータの回転とそれに伴う遠心力よって環状の隔壁の内周面に沿って流れ、その後に連通孔を通って第２室内に流れ込む。第２室に流れ込んだ冷却液は、環状の隔壁の外周面に沿って第２室内を流れ、その後に排出孔を通って外部に排出される。冷却液は、こうして第１室と第２室の内部を流動する間に、ロータコアの外周縁部に保持された永久磁石の端部付近を冷却する。また、エンドプレートの径方向内側領域には、ロータの外部に直接開口する部分が存在しないため、ロータの回転時には風切が抑制される。

前記連通孔と前記排出孔とは、前記エンドプレートの円周方向で相互にずれた位置に配置され、前記エンドプレートの円周上における前記連通孔と前記排出孔の間には前記複数の永久磁石のうちの少なくとも一つが配置されることが望ましい。
この場合、連通孔を通って第２室内に流れ込んだ冷却液が少なくとも一つの永久磁石の近傍を通過して排出孔から外部に排出される。

前記連通孔は、前記隔壁上の１８０°離間した位置に二つ設けられ、前記排出孔は、前記エンドプレート上の前記二つの連通孔と９０°離間した位置に二つ設けられるようにしても良い。
この場合、第１室内に流入した冷却液は、隔壁上の１８０°離間した二つ連通孔の少なくともいずれかを通って第２室内に流れ込む。その冷却液は少なくとも第２室内を９０°流動したところで排出孔から外部に排出される。

また、前記排出孔は、前記エンドプレート内の冷却液の流動回転方向について、前記連通孔から最も離間した位置に設けられることが好ましい。
この場合、隔壁の連通孔から第２室内に流れ込んだ冷却液は、エンドプレート内の流動回転方向において連通孔から最も離間した位置に設けられていることから、磁性板の円周方向に沿って第２室内を充分な距離流動する。したがって、この間永久磁石の端部近傍を充分に冷却することが可能になる。

前記凹部は、前記第２室に臨む部位の深さが前記第1室に臨む部位の深さよりも浅く設定されるようにしても良い。
この場合、第１室の深さが深くなるため、磁性板の肉抜き孔からは冷却液が流入し易くなる。また、第２室内に流れ込んだ冷却液は、第１室内の冷却液に比較して流動しにくくなり、その分充分な時間をもって永久磁石の端部近傍を冷却することが可能になる。

前記排出孔は、前記第２室の最も径方向外側位置に配置されることが望ましい。
この場合、排出孔の近傍部分では冷却液に大きな遠心力が作用し、排出孔からは冷却液が排出され易くなる。

この発明によれば、磁性板の肉抜き孔から冷却液が外部に排出されるときに、その冷却液が永久磁石の軸方向の端部付近を流動するため永久磁石の冷却性を高めることができ、しかも、エンドプレートの径方向内側領域に、ロータの外部に直接開口する部分が存在しないことから、ロータの回転時における風切を抑制することができる。したがって、この発明によれば、ロータの冷却性の向上を図りつつつ、回転電機の動力損失の低減と静粛性の向上を図ることができる。

この発明の第１の実施形態のモータユニットの概略断面図である。この発明の第１の実施形態のモータユニットの端面図である。この発明の第１の実施形態のモータユニットのロータ部分の斜視図である。この発明の第１の実施形態のエンドプレートの裏面図である。この発明の第１の実施形態のロータヨークの端面図である。この発明の第１の実施形態のモータユニットの図１ＶのＩ部の拡大図である。この発明の第２の実施形態のエンドプレートの裏面図である。この発明の第３の実施形態のエンドプレートの裏面図である。

以下、この発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下で説明する実施形態に係る回転電機は、ハイブリッド車両や燃料電池車両の動力源として用いられるモータである。
最初に、図１〜図６に示す第１の実施形態について説明する。
図１は、車両のモータユニット１の概略断面図であり、図２は、モータユニット１の図１の左端面図である。
図１に示すように、モータユニット１は、モータ４と、そのモータ４を収容するユニットハウジング５と、を備えている。なお、以下の説明では、モータ４の中心軸Ｏに沿う方向を軸方向といい、中心軸Ｏと直交する方向を径方向といい、中心軸Ｏ周りに周回する方向を周方向というものとする。

モータ４は、いわゆるインナーロータ型のモータであって、筒状のステータ２と、そのステータ２の内側に配置されたロータ３と、そのロータ３の軸心部に同軸に圧入固定されたシャフト６と、を備えている。

ステータ２は、複数の電磁鋼板が軸方向に積層されて形成されたステータコア２０を有している。ステータコア２０は、径方向の内側に向かって延びるティース２１を備えている。ティース２１には、インシュレータ２２を介してコイル２３が巻装されている。

ユニットハウジング５は、略筒状に形成されてモータ４の外周域を覆うモータハウジング５Ａと、モータハウジング５Ａの軸方向の一端側に設けられた図外のセンサハウジングと、を備えている。
モータハウジング５Ａには、ステータ２のステータコア２０が例えば不図示のボルト等により固定されている。

センサハウジングには、ロータ３の回転角度を検出可能な例えばレゾルバ等の不図示の回転センサが、ロータ３と同軸となるように取り付けられている。また、センサハウジングには、ロータ３のシャフト６の一端を回転自在に支持する不図示のベアリングが設けられている。なお、ロータ３のシャフト６の他端は、不図示のミッションハウジング等に設けられたベアリングにより回転自在に支持されている。これにより、ロータ３は、ステータ２の内側において回転可能となっている。

また、モータハウジング５Ａの上壁には、不図示のオイルポンプによって汲み上げられた冷却液（例えば、潤滑オイル）をモータ４の上部に滴下させる冷却液通路２５が設けられている。なお、図２５ａは、モータハウジング５Ａの上壁の端部から冷却液を滴下させるための開口である。

図３は、ロータ３の斜視図である。
図１，図３に示すように、ロータ３は、磁性板３０ａ（例えば、電磁鋼板）が軸方向に複数積層されて形成されたロータコア３０と、ロータコア３０の軸方向両端の磁性板３０ａに当接して、複数の磁性板３０ａを軸方向の両側から挟み込んで固定する一対のエンドプレート３１，３１と、を備えている。

ロータコア３０（磁性板３０ａ）とエンドプレート３１の中心部には、それぞれ貫通孔４０，４１が形成されている。これらの貫通孔４０，４１にはシャフト６が圧入され、ロータコア３０と、その軸方向の両側の一対のエンドプレート３１とがシャフト６に一体回転可能に固定されている。また、ロータコア３０（磁性板３０ａ）の貫通孔４０まわりの内周縁部には、軽量化のための複数の肉抜き孔４２が形成されている。

ロータコア３０（磁性板３０ａ）は、周方向にわたって等間隔に配される複数のスロット群３５を有している。スロット群３５は、肉抜き孔４２よりも径方向の外側において、周方向に約４５°ピッチとなるように８か所に設けられている。
スロット群３５は、円周方向で隣接する第一スロット３５Ａと第二スロット３５Ｂとによって構成されている。第一スロット３５Ａと第二スロット３５Ｂには、それぞれ永久磁石３６が挿入される。

ロータコア３０（磁性板３０ａ）には、スロット群３５の周辺部分が永久磁石３６により磁化されることにより磁極部３７が形成されている。この実施形態のロータ３は、スロット群３５が８か所に設けられており、８極（４極対）の磁極部３７を有している。周方向で隣り合う磁極部３７は、永久磁石３６によりそれぞれ異なる極に磁化されている。すなわち、ロータ３の磁極部３７は、周方向にＮ極とＳ極とが交互に並ぶように形成されている。

第一スロット３５Ａと第二スロット３５Ｂは、平面視で略矩形状に形成されており、これらの各内部に永久磁石３６が挿入配置されている。永久磁石３６は、例えばネオジム磁石等の永久磁石であって、矩形板状に形成されている。各スロット３５Ａ，３５Ｂと永久磁石３６の間の隙間には樹脂が充填されている。
第一スロット３５Ａと第二スロット３５Ｂは、径方向の内側から外側に向かって、互いの離間幅が漸次広がるように、径方向に対して傾斜して形成されている。

ところで、モータハウジング５Ａの上壁の冷却液通路２５から下方に滴下した冷却液は、図１中の矢印で示すように、モータ４のステータ２上を流動してステータ２を冷却した後にロータコア３０の外周面上に流れ込む。そして、ロータコア３０に流れ込んだ冷却液の一部は、磁性板３０ａ間の隙間を通ってロータコア３０の径方向内側の肉抜き孔４２内に流れ込み、その間にロータコア３０を冷却する。

図４は、一方のエンドプレート３１の裏面（磁性板３０ａと対向する側の面）を示す図であり、図５は、ロータコア３０（磁性板３０ａ）の端面にエンドプレート３１を仮想線で重ね合せて描いた図である。また、図６は、図１のＶＩ部を拡大した断面図である。
この実施形態では、ロータコア３０の両側に配置されるエンドプレート３１，３１は同様の構造とされている。エンドプレート３１には、図４〜図６に示すように、隣接する磁性板３０ａと対向する側の端面に円環状の凹部４４が形成されている。この凹部４４は、隣接する磁性板３０ａとの間で捕捉室４３を形成し、肉抜き孔４２から流れ出た冷却液を捕捉室４３内に流れ込ませるようになっている。

エンドプレート３１の磁性板３０ａと対向する側の面は、内周縁部と外周縁部が隣接する磁性板３０ａと環状に当接している。また、エンドプレート３１の凹部４４の底面には、捕捉室４３内を径方向内側の第１室４５と径方向外側の第２室４６とに隔成する円環状の隔壁４７が突設されている。隔壁４７は、エンドプレート３１と同軸に形成され、先端面が隣接する磁性板３０ａと永久磁石３６とに当接するようになっている。径方向内側の第１室４５は、ロータコア３０の肉抜き孔４２に対して直接対向し、第２室４６は、肉抜き孔４２と対向する位置よりも径方向外側に位置している。

隔壁４７は、図５に示すように、その内周面４７ｉと外周面４７ｏとがすべての永久磁石３６と軸方向でラップする位置に配置されている。この実施形態の場合、隔壁４７は、各スロット群３５の第一スロット３５Ａ内と第二スロット３５Ｂ内の永久磁石３６の中央領域の一部を横切るように配置されている。そして、隔壁４７の円周上の相互に１８０°離間した位置には、第１室４５と第２室４６を連通する一対の連通孔４８，４８が設けられている。ロータコア３０の肉抜き孔４２から第１室４５内に流入した冷却液は、連通孔４８，４８を通って第２室４６内に流れ込む。

また、エンドプレート３１の底壁のうちの、第２室４６内に臨む最も径方向外側の位置には、第２室４６内の冷却液をロータ３の外部に排出するための一対の排出孔４９，４９が形成されている。一対の排出孔４９，４９は、エンドプレート３１の円周方向において、連通孔４８，４８と９０°離間した位置に配置されている。

また、エンドプレート３１の凹部４４は、第１室４５に臨む部位と第２室４６に臨む部位で同深さではなく、第２室４６に臨む部位の深さが第１室４５に臨む部位の深さよりも浅く設定されている。

以上の構成において、図１中の矢印で示すように、モータ４のステータ２を冷却した冷却液がロータコア３０の内部の肉抜き孔４２に流れ込むと、その冷却液は、軸方向両側のエンドプレート３１と磁性板３０ａの間に形成された捕捉室４３の第１室４５側に流入する。こうして、第１室４５内に流入した冷却液は、図４中の矢印で示すようにロータ３（エンドプレート３１）の回転に伴う遠心力によって径方向外側に押しやられる。このとき、冷却液は、ロータ３の回転に遅れて回転するようになるため、エンドプレート３１やロータコア３０に対しては図中矢印で示すように相対回転する。
これにより、第１室４５内で径方向外側に押しやられた冷却液は、隔壁４７の内周面に沿って流動し、その一部が連通孔４８を通して第２室４６内に流入する。第２室４６内に流入した冷却液は、隔壁４７の外周面に沿って流動した後、排出孔４９を通って外部に排出される。

第１室４５内の冷却液が隔壁４７の内周面に沿って流動する間は、その冷却液が永久磁石３６の端面の一部に接して流れ、永久磁石３６のその部位の熱を奪って冷却する（図５参照）。

一方、第２室４６内の冷却液が隔壁４７の外周面４７ｏに沿って流動する間は、その冷却液が永久磁石３６の端面の残余の一部に接して流れ、永久磁石３６のその部位の熱を奪って冷却する。このとき、各スロット群３５の二つの永久磁石３６は、隔壁４７よりも径方向外側に大きくはみ出しているため、この隔壁４７の外周面４７ｏに沿う冷却液の流れによって効率良く冷却される。特に、各スロット群３５の二つの永久磁石３６は、隔壁４７の延在する円周の接線と交差するように傾斜しているため、発熱し易い角部が効率良く冷却される。

また、この実施形態に係るモータ４の場合、エンドプレート３１の凹部４４（第１室４５を構成する部分）が、磁性板３０ａの径方向内側領域の肉抜き孔４２の存在する部分に対向しているため、磁性板３０ａの肉抜き孔４２の周縁部が変形して、エンドプレート３１に離反方向の荷重が作用するのを未然に防止することができる。

この実施形態に係るモータ４においては、ロータコア３０の肉抜き孔４２から冷却液が外部に排出されるときに、その冷却液が捕捉室４３内の隔壁４７に沿って永久磁石３６に接して流れるため、ロータコア３０、特にロータコア３０の永久磁石３６の端部付近を効率良く冷却することができ、しかも、エンドプレート３１の径方向内側領域に、ロータ３の外部に直接開口する部分が存在しないことから、ロータ３の回転時における風切を抑制することができる。
したがって、この実施形態に係るモータ４において、ロータ３の冷却性の向上を図りつつつ、風切の抑制によって動力損失の低減と静粛性の向上を図ることができる。

また、この実施形態に係るモータ４では、エンドプレート３１に形成される連通孔４８と排出孔４９がエンドプレート３１の円周方向で相互にずれた位置に配置され、エンドプレート３１の円周方向における連通孔４８と排出孔４９の間の位置に永久磁石３６が配置されているため、連通孔４８を通って第２室４６内に流れ込んだ冷却液が必ずいくつかの永久磁石３６の近傍を通過して排出孔４９から外部に排出される。このため、永久磁石３６を効率良く冷却することができる。

特に、この実施形態に係るモータ４は、連通孔４８が隔壁４７上の１８０°離間した位置に二つ設けられ、排出孔４９がエンドプレート３１上の連通孔と９０°離間した位置に二つ設けられているため、連通孔４８を通って第２室４６内に流れ込んだ冷却液が少なくとも９０°以上第２室４６内を流動して永久磁石３６の近傍を充分に冷却してから外部に排出される。したがって、ロータ３の冷却性が充分に高まる。

また、この実施形態に係るモータ４においては、エンドプレート３１の凹部４４の第２室４６に臨む部位の深さが第1室４５に臨む部位の深さよりも浅く設定されているため、ロータコア３０の肉抜き孔４２から第１室４５へは冷却液が流入し易くなり、第２室４６内に流れ込んだ冷却液は、第１室４５内の冷却液に比較して流動しにくくなる。このため、第２室４６内においては、内部に流入した冷却液によって充分な時間をもって永久磁石３６の端部近傍を冷却することができる。

さらに、この実施形態に係るモータ４では、排出孔４９が、エンドプレート３１上の第２室４６に臨む部位のうちの最も径方向外側位置に配置されているため、冷却液に作用する大きな遠心力によって排出孔４９から冷却液を容易に排出することができる。

また、この実施形態においては、連通孔４８と排出孔４９がエンドプレート３１上に９０°ずつずれて各二つ配置されているが、ロータ３の回転方向が一方向に決まっている場合には、図７に示す第２の実施形態や、図８に示す第３の実施形態のように、排出孔１４９，２４９はエンドプレート１３１，２３１内の冷却液の流動回転方向について、連通孔４８から最も離間した位置に設けるようにしても良い。

図７に示す第２の実施形態においては、連通孔４８が隔壁４７上の１８０°離間した位置に二つ設けられるとともに、二つの排出孔１４９がエンドプレート１３１内の流動方向について、各連通孔４８から１８０°弱進んだ位置に設けられている。

図８に示す第３の実施形態においては、連通孔４８が隔壁４７上に一つのみ設けられ、一つの排出孔２４９がエンドプレート２３１内の流動方向について、連通孔４８から３６０°弱進んだ位置に設けられている。
なお、これら第２，第３の実施形態は、エンドプレート以外の構造は第１の実施形態と同様とされている。

上述した第２，第３の実施形態に係るモータは、いずれも排出孔１４９，２４９がエンドプレート１３１，２３１内の冷却液の流動回転方向について、連通孔４８から最も離間した位置に設けられているため、第２室４６内に流入した冷却液がロータコアの円周方向に沿って充分な距離移動することになる。
したがって、これらの第２，第３の実施形態においては、ロータの回転時に冷却液によって永久磁石の近傍を充分に冷却することができる。

なお、この発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更が可能である。例えば、上記の実施形態においては、隔壁４７の外周面４７ｏと内周面４７ｉの両方がすべの永久磁石３６と軸方向でラップするように設定されているが、隔壁４７は、その外周面４７ｏと内周面４７ｉの少なくとも一方がいずれかの永久磁石３６と軸方向でラップする配置であれば良い。
また、上記の実施形態においては、車両駆動用のモータを回転電機の一例とし説明しているが、回転電機は、車両駆動用途以外のモータや、発電機であっても良い。

３…ロータ
４…モータ
３０…ロータコア
３０ａ…磁性板
３１，１３１，２３１…エンドプレート
３６…永久磁石
４２…肉抜き孔
４３…捕捉室
４４…凹部
４５…第１室
４６…第２室
４７…隔壁
４８…連通孔
４９，１４９，２４９…排出孔

Claims

複数の磁性板が軸方向に積層され、外周縁部に複数の永久磁石が保持されるロータコアと、前記複数の磁性板を軸方向の両端部で挟み込む一対のエンドプレートと、を備えたロータを有し、
前記複数の磁性板の径方向内側領域には肉抜き孔が設けられ、
前記ロータコアには外周側から冷却液が供給され、
前記複数の磁性板の前記肉抜き孔に流れ込んだ前記冷却液が前記エンドプレートを通して外部に排出される回転電機において、
少なくとも一方の前記エンドプレートには、隣接する磁性板との間で、前記肉抜き孔から流れ出た前記冷却液を捕捉する捕捉室を形成する凹部が設けられ、
前記凹部内には、前記捕捉室内を径方向内側の第１室と径方向外側の第２室とに隔成する環状の隔壁が突設され、
前記隔壁は、その外周面と内周面の少なくとも一方が前記複数の永久磁石のいずれかと軸方向でラップする位置に配置されるとともに、前記第１室と前記第２室とを連通する連通孔が設けられ、
前記少なくとも一方のエンドプレートの前記第２室に臨む部位には、前記第２室から前記冷却液を外部に排出する排出孔が設けられていることを特徴とする回転電機。
前記連通孔と前記排出孔とは、前記エンドプレートの円周方向で相互にずれた位置に配置され、
前記エンドプレートの円周上における前記連通孔と前記排出孔の間には前記複数の永久磁石のうちの少なくとも一つが配置されていることを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
前記連通孔は、前記隔壁上の１８０°離間した位置に二つ設けられ、
前記排出孔は、前記エンドプレート上の前記二つの連通孔と９０°離間した位置に二つ設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の回転電機。
前記排出孔は、前記エンドプレート内の冷却液の流動回転方向について、前記連通孔から最も離間した位置に設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の回転電機。
前記凹部は、前記第２室に臨む部位の深さが前記第1室に臨む部位の深さよりも浅く設定されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の回転電機。
前記排出孔は、前記第２室の最も径方向外側位置に配置されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の回転電機。