JP6795352B2

JP6795352B2 - 電動電機

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Publication number: JP6795352B2
Application number: JP2016158627A
Authority: JP
Inventors: 博和三輪
Original assignee: Subaru Corp
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 2016-08-12
Filing date: 2016-08-12
Publication date: 2020-12-02
Anticipated expiration: 2036-08-12
Also published as: JP2018026978A

Description

本発明は、固定子と回転子とを有する永久磁石式の電動電機についての技術分野に関する。

永久磁石式の電動電機として、永久磁石が回転子の内部に埋め込まれたＩＰＭ(Interior Permanent Magnet)モータが広く用いられている。このようなＩＰＭモータの回転子は、永久磁石と回転支点であるシャフトと複数の電磁鋼板が積層されたロータコアとを有し、ロータコアと永久磁石がシャフトの回転に伴い回転される。

回転子のロータコアには、一般に永久磁石を冷却する冷却液の流路が形成されている。しかし、回転子は高速で回転されるため、冷却液が回転時の遠心力により流路から電磁鋼板間の隙間に入り込み回転子と固定子との間の空間に漏れ出す虞がある。回転子と固定子との間の空間に入り込んだ冷却液は回転子に対する回転抵抗となり、電動電機の出力効率を低下させる。そこで、ロータコアにおける流路の近傍に樹脂壁等の部材を埋め込むことで冷却液を堰き止める技術がある(例えば、特許文献１参照）。

特開２０１３−１８３４８０号公報

ところが、ロータコアの内部に樹脂壁等の部材を設けた従来の回転子においては、部品点数の増加に伴い回転子の回転バランスが悪化し、軸ぶれ等により電動電機の出力効率が損なわれる虞があった。

そこで、本発明は、電動電機の出力効率の向上を図ることを目的とする。

本発明に係る電動電機は、固定子と前記固定子の内部に配置され前記固定子に対して回転される回転子とを備えた電動電機であって、前記回転子は回転支点とされたシャフトと前記シャフトに固定され複数の電磁鋼板が軸方向において積層されたロータコアと前記ロータコアに埋め込まれた磁石とを有し、前記ロータコアに冷却液が流動される流路が形成され、前記ロータコアに前記電磁鋼板同士が密着されることにより前記冷却液を堰き止める堰き止め部が設けられ、前記堰き止め部が前記流路より径方向における外側に位置されたものである。

これにより、遠心力によって流路から径方向における外側の電磁鋼板間の隙間に入り込んだ冷却液が堰き止め部により堰き止められ、固定子と回転子の間に漏れ出しにくくされる。

上記した電動電機においては、前記堰き止め部が前記流路と径方向において並んで位置され、前記流路が前記堰き止め部と前記シャフトの間に位置されることが望ましい。

これにより、遠心力によって流路から径方向における外側へ漏れ出した冷却液が、流路の径方向における外側に位置された堰き止め部により堰き止められる。

上記した電動電機においては、前記磁石が前記堰き止め部と径方向において並んで位置され、前記堰き止め部が前記磁石と前記流路の間に位置されることが望ましい。

これにより、径方向において流路と堰き止め部と磁石が径方向において内側から外側へこの順で位置されているため、流路の冷却液が磁石の近傍を流動され、冷却液が流路から漏れ出した場合においても冷却液は堰き止め部によって堰き止められる。

上記した電動電機においては、前記堰き止め部は前記複数の電磁鋼板が押し潰されて形成されることが望ましい。

これにより、専用の部材を用いて堰き止め部を形成する必要がない。

上記した電動電機においては、前記複数の電磁鋼板は積層方向に突出された突部を有する少なくとも一つの第１の電磁鋼板と孔部を有する少なくとも一つの第２の電磁鋼板とからなり、前記堰き止め部は前記孔部に前記突部が嵌合されて形成されることが望ましい。

これにより、漏れ出した冷却液が孔部に突部が嵌合されて形成された堰き止め部によって堰き止められる。

上記した電動電機においては、前記堰き止め部が前記ロータコアの一端部から他端部にわたって形成されることが望ましい。

これにより、漏れ出した冷却液がロータコアの一端部から他端部にかけて堰き止め部によって堰き止められる。

上記した電動電機においては、前記堰き止め部は、前記堰き止め部が前記シャフトを基準とする外側に凸の屈曲形状に形成されることが望ましい。

これにより、流路が径方向における外側から堰き止め部に囲まれる。

本発明によれば、遠心力によって流路から径方向における外側の電磁鋼板間の隙間に入り込んだ冷却液が堰き止め部により堰き止められ、固定子と回転子の間に漏れ出しにくくされるため、冷却液による回転抵抗の発生が抑制され、電動電機の出力効率の向上を図ることができる。

図２乃至図６と共に本発明電動電機の実施の形態を示すものであり、本図は、電動電機の軸方向における断面図である。電動電機の径方向における断面図である。電動電機の斜視図である。堰き止め部の形成方法を示す断面図である。回転時における電動電機の軸方向における断面図である。変形例における電動電機の軸方向における拡大断面図である。

＜電動電機の構成＞
以下に、本発明の電動電機を実施するための形態について添付図面を参照して説明する。

電動電機１は、例えば、電気自動車やハイブリッド電気自動車等の電気を動力とする車両に搭載され、駆動用モータとして用いられる。

電動電機１は円筒状の固定子２と固定子２の内部に配置された回転子３とを有している（図１乃至図３参照）。固定子２は図示しないハウジングの内部に固定されている。回転子３はハウジングに設けられた軸受部に回転可能に支持され、固定子２及びハウジングに対して回転される。固定子２の内周面と回転子３の外周面との間にはエアギャップ１０が形成されている（図１及び図２参照）。

固定子２は円筒状のステータコア２ａとステータコア２ａに巻回されたコイル２ｂとを有している。ステータコア２ａは、例えば、複数の電磁鋼板が積層されて形成されている。

回転子３は回転支点となるシャフト４とシャフト４に固定されたロータコア５とロータコア５に埋め込まれた磁石６とを有している。

シャフト４の軸方向における両端部はそれぞれハウジングの軸受部に回転可能に支持されている。

シャフト４の内部には、シャフト４の軸方向に貫通された中央流動路４ａが形成されている。中央流動路４ａの一端部は図示しないオイルポンプに連通され、オイルポンプから中央流動路４ａに回転子３を冷却するための冷却液が供給されている。冷却液としては、例えば、冷却油が用いられている。

シャフト４には、径方向に延びる複数の連通孔４ｂが形成されている。連通孔４ｂは軸方向に離隔して形成され、径方向において貫通されている。従って、中央流動路４ａを流動される冷却液は、回転時の遠心力により連通孔４ｂを介してシャフト４の外周側に流入される。

ロータコア５は複数の電磁鋼板５ｘが回転子３の軸方向に積層されて形成されている。電磁鋼板５ｘは略環状に形成され、軸方向において貫通された複数の孔部を有している。複数の電磁鋼板５ｘは、径方向において所定の間隔でかしめ、溶接、溶着等が施されることにより固定されている。

ロータコア５の中心部には、ロータコア５を軸方向に貫通する軸孔５ａが形成されている。ロータコア５には、軸孔５ａにシャフト４が貫通された状態で固定されている。従って、ロータコア５はシャフト４の回転とともに回転される。

ロータコア５の内周部には、径方向に延びる複数の横断流動路５ｂが軸方向に離隔して形成されている。横断流動路５ｂの一端は、シャフト４の連通孔４ｂに連通されている。従って、中央流動路４ａを流動される冷却液は、回転時の遠心力により連通孔４ｂから横断流動路５ｂに流入される。

ロータコア５の内周部には、ロータコア５を軸方向に貫通する複数の流路５ｃが周方向に所定の間隔で形成されている。流路５ｃには横断流動路５ｂの他端が連通されている。従って、冷却液は回転時の遠心力により横断流動路５ｂから流路５ｃに流入される。尚、流路５ｃはフラックスバリアとしての機能も有している。

ロータコア５の外周部には、ロータコア５を軸方向に貫通する複数の磁石孔５ｄが周方向に所定の間隔で形成されている。磁石孔５ｄは、例えば、径方向に対して傾斜した状態で形成されている（図２参照）。図２には、一対の磁石孔５ｄ、５ｄがハの字状に配置され、隣り合う一対の磁石孔５ｄ、５ｄの内側の端部が外側の端部より固定子２側に位置されている状態を例として示している。

磁石孔５ｄには、複数の磁石６が軸方向に離隔して配置されている。磁石孔５ｄには磁石６を固定するための樹脂が充填されている。

ロータコア５には、積層方向において隣接する電磁鋼板５ｘ同士が密着された堰き止め部７が周方向に所定の間隔で設けられている。堰き止め部７は、例えば、軸方向に離隔して位置された一対の固定具２０にロータコア５が固定された状態において、パンチ等の治具３０によって積層された電磁鋼板５ｘの一部が押し潰されることで形成されている（図４参照）。

堰き止め部７は流路５ｃより径方向における外側に位置されている（図１及び２参照）。

堰き止め部７は流路５ｃと径方向において並んで位置され、流路５ｃは堰き止め部７とシャフト４の間に位置されている。すなわち、流路５ｃと堰き止め部７は、この順でロータコア５の径方向において内側から外側へ位置されている。

磁石６は堰き止め部７と径方向において並んで位置され、堰き止め部７は磁石６と流路５ｃとの間に挟まれて位置されている（図２参照）。すなわち、流路５ｃと堰き止め部７と磁石６はこの順でロータコア５の径方向において内側から外側へ位置されている。

堰き止め部７は、ロータコア５の軸方向における一端部から他端部にわたって形成されている。すなわち、堰き止め部７はロータコア５の軸方向全長にわたって流路５ｃの外側に設けられている。

堰き止め部７は、径方向においてシャフト４を基準とする外側に凸の屈曲形状に形成されている（図２参照）。堰き止め部７は、例えば、軸方向から見て径方向における外側に凸のＶ字状に形成されている。堰き止め部７の径方向におけるＶの内側には、流路５ｃが位置されている。

堰き止め部７は、径方向に対して傾斜した一対の傾斜部７ａ、７ａからなり、傾斜部７ａ、７ａの内側の端部が連続されてＶ字状に形成されている。傾斜部７ａ、７ａは、例えば、それぞれハの字状に位置された磁石孔５ｄ、５ｄに対向して位置されている。流路５ｃの周方向における両端は、それぞれ傾斜部７ａ、７ａの周方向における両端よりも内側に位置されている。従って、流路５ｃは径方向における外側から堰き止め部７の傾斜部７ａ、７ａにより囲まれている。

＜電動電機の動作＞
上記した電動電機１において、回転子３が回転される際の動作を説明する（図５参照）。

回転子３は、固定子２のコイル２ｂに通電されることにより回転される。

回転子３の回転時には、磁石６を冷却する冷却液１００が回転子３に供給されている。

回転子３に供給される冷却液１００は、先ず、図示しないオイルポンプ等からシャフト４の中央流動路４ａに流入され、中央流動路４ａを軸方向に流動される。中央流動路４ａを流動される冷却液１００は、回転時の遠心力により連通孔４ｂを介してロータコア５の横断流動路５ｂへ流動され、流路５ｃへ流入される。

流路５ｃへ流入された冷却液１００は、流路５ｃを軸方向に流動される。これにより、流路５ｃの近傍に配置された磁石６に発生する熱が電磁鋼板５ｘを介して冷却液１００に伝達され、冷却液１００の冷媒作用により磁石６が冷却される。

このとき、流路５ｃを流動する冷却液１００は、回転時の遠心力により、積層された電磁鋼板５ｘの間に存在する隙間を介して流路５ｃから径方向における外側に漏れ出す虞がある。

しかし、本願の電動電機１にあっては、堰き止め部７が流路５ｃより径方向における外側に位置されている。これにより、遠心力によって流路５ｃから径方向における外側の電磁鋼板５ｘ間の隙間に入り込んだ冷却液１００は堰き止め部７により堰き止められ、固定子２と回転子３の間のエアギャップ１０に漏れ出しにくくされる。従って、流路５ｃから漏れ出した冷却液１００による回転抵抗の発生が抑制され、電動電機１の出力効率の向上を図ることができる。

また、電動電機１にあっては、堰き止め部７が流路５ｃと径方向において並んで位置され、流路５ｃが堰き止め部７とシャフト４の間に位置されている。これにより、遠心力によって流路５ｃから径方向における外側へ漏れ出した冷却液１００は、流路５ｃの径方向における外側に位置された堰き止め部７によって堰き止められる。従って、冷却液１００のエアギャップ１０への漏れ出しを確実に抑制することができる。

さらに、電動電機１にあっては、磁石６が堰き止め部７と径方向において並んで位置され、堰き止め部７が磁石６と流路５ｃの間に位置されている。これにより、径方向において流路５ｃと堰き止め部７と磁石６とがこの順で径方向において内側から外側へ位置されているため、流路５ｃの冷却液１００は磁石６の近傍を流動され、冷却液１００が流路５ｃから漏れ出した場合においても堰き止め部７によって堰き止められる。従って、冷却液１００の磁石６に対する良好な冷却状態を確保した上で、冷却液１００の漏れ出しを確実に抑制することができる。

さらにまた、電動電機１にあっては、堰き止め部７は複数の電磁鋼板５ｘが押し潰されて形成されている。従って、専用の部材を用いて堰き止め部７を形成する必要がないため、部品点数を増加させることなく冷却液１００の漏れ出しを抑制することができる。さらに、ロータコア５に部品を追加することで発生しうる回転子３のアンバランス量の増大も生じず、回転子３の回転に伴う振動及び騒音を抑制することができる。

加えて、電動電機１にあっては、堰き止め部７が軸方向においてロータコア５の一端部から他端部にわたって形成されている。これにより、流路５ｃから漏れ出した冷却液１００はロータコア５の一端部から他端部にかけて堰き止め部７によって堰き止められる。従って、ロータコア５の軸方向における全領域にわたって冷却液１００の漏れ出しを抑制することができる。

さらに、電動電機１にあっては、堰き止め部７は径方向においてシャフト４を基準とする外側に凸の屈曲形状に形成されている。これにより、流路５ｃは径方向における外側から堰き止め部７に覆われる。従って、遠心力によって流路５ｃから径方向に漏れ出した冷却液１００が堰き止め部７によって堰き止められるため、冷却液１００の漏れ出しを確実に抑制することができる。

＜変形例＞
上記には堰き止め部７を、例えば、パンチ等の治具３０によって積層された電磁鋼板５ｘの一部が押し潰されることで形成する例を示したが、堰き止め部７は他の方法で形成されてもよい。

例えば、堰き止め部７は、積層された電磁鋼板５ｘの一部が溶着され密着されることにより形成されてもよい。

また、堰き止め部７は、予め一方向から押圧されて突部が形成された複数の電磁鋼板５ｘを用い、突部同士を密着させて複数の電磁鋼板５ｘ組み合わせることにより形成されてもよい。尚、突部を有する複数の電磁鋼板５ｘが積層された状態において、堰き止め部７をパンチ等の治具により押し潰してもよい。これにより、堰き止め部７における電磁鋼板５ｘの突部同士の密着をより強固にすることができる。

さらに、堰き止め部７は、異なる形状を有する電磁鋼板５ｘを組み合わせることにより形成されてもよい。

例えば、積層方向に突出された突部８を有する少なくとも一つの第１の電磁鋼板５ｙと孔部９を有する少なくとも一つの第２の電磁鋼板５ｚとを用いる（図６参照）。堰き止め部７は、孔部９に突部８が嵌合されて形成されている。このように、第１の電磁鋼板５ｙと第２の電磁鋼板５ｚを用いる場合においても、漏れ出した冷却液１００が堰き止め部７に堰き止められ、固定子２と回転子３のエアギャップ１０への冷却液１００の漏れ出しを抑制して電動電機１の出力効率の向上を図ることができる。

尚、孔部９に突部８が嵌合されて形成される一組の堰き止め部７は、複数がロータコア５の軸方向に連続して設けられていてもよく、一組ずつ径方向において位置を変えて互い違いに設けられていてもよい。

１…電動電機、２…固定子、３…回転子、４…シャフト、５…ロータコア、５ｃ…流路、５ｄ…磁石孔、５ｘ…電磁鋼板、６…磁石、７…堰き止め部、１０…エアギャップ、１００…冷却液

Claims

固定子と前記固定子の内部に配置され前記固定子に対して回転される回転子とを備えた電動電機であって、
前記回転子は回転支点とされたシャフトと前記シャフトに固定され複数の電磁鋼板が軸方向において積層されたロータコアと前記ロータコアに埋め込まれた磁石とを有し、
前記ロータコアに冷却液が流動される流路が形成され、
前記ロータコアに前記電磁鋼板同士が密着されることにより前記冷却液を堰き止める堰き止め部が設けられ、
前記堰き止め部が前記流路より径方向における外側に位置され、前記シャフトを基準とする外側に凸の屈曲形状に形成された
電動電機。
前記堰き止め部が前記流路と径方向において並んで位置され、
前記流路が前記堰き止め部と前記シャフトの間に位置された
請求項１に記載の電動電機。
前記磁石が前記堰き止め部と径方向において並んで位置され、
前記堰き止め部が前記磁石と前記流路の間に位置された
請求項２に記載の電動電機。
前記堰き止め部は前記複数の電磁鋼板が押し潰されて形成された
請求項１、請求項２又は請求項３に記載の電動電機。
前記複数の電磁鋼板は積層方向に突出された突部を有する少なくとも一つの第１の電磁鋼板と孔部を有する少なくとも一つの第２の電磁鋼板とからなり、
前記堰き止め部は前記孔部に前記突部が嵌合されて形成された
請求項１、請求項２又は請求項３に記載の電動電機。