KR20130112922A - 회전기 - Google Patents

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KR20130112922A
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Abstract

본 발명은, 비용의 증대 및 성능 저하를 일으키지 않고, 효율적인 냉각을 행할 수 있는 회전기를 제공한다. 회전기로서의 모터(1)는, 회전축(10)의 주위에서 회전 가능하게 구성된 로터(20)와, 로터(20)의 주위에 설치된 스테이터 코어(stator core)(31) 및 스테이터 코어(31)에 대하여 양 단부(端部)로부터 코일 엔드부(32a)가 돌출된 상태로 장착되는 코일(32)을 가지는 스테이터(30)와, 코일 엔드부(32a)의 근본 부분을 덮도록 스테이터 코어(31)의 양 단부에 형성되는 몰드 부재(33a, 33b)와, 몰드 부재(33a, 33b)에 접촉된 상태로 장착되고, 로터(20)가 설치되는 공간(S1)과 코일 엔드부(32a)가 설치되는 공간(S2)을 분리하는 격벽부(42b, 43b)를 구비한다.

Description

회전기{ROTATOR}
본 발명은, 냉각 매체를 사용하여 모터를 냉각시키는 회전기에 관한 것이다.
전기 자동차 등에 사용하는 회전기를 냉각 매체를 사용하여 냉각시키는 것은, 전력으로부터 추진력(회전력)을 효율적으로 발생시키는 데 있어서 유용하다. 이와 같은 회전기의 냉각 기술의 하나로서, 스테이터(stator)에 설치된 코일의 코일 엔드부에 냉각 매체를 직접 부어 냉각시키는 기술이 있다. 코일 엔드부를 냉각시킬 때는, 스테이터와 로터와의 사이의 간극(에어갭)에 냉각 매체가 침입하는 것을 방지하는 것이 바람직하다. 에어갭에 대한 냉각 매체의 침입을 방지함으로써, 회전기의 기계 손실의 증대를 방지할 수 있다. 관련된 기술은, 일본특허 제2716286호 공보, 일본공개특허 제2010-213413호 공보에 개시되어 있다.
일본특허 제2716286호 공보 일본공개특허 제2010-213413호 공보
냉각 매체를 사용하여 회전기의 스테이터의 코일 엔드부를 냉각시키는 데 있어서, 본 발명자들은, 냉각 효율의 새로운 향상을 도모하기 위해, 회전기의 구체적인 구조를 검토했다. 이 과정에서, 회전기의 기계 손실을 더욱 억제하기 위해, 코일 엔드부를 냉각 매체로 냉각시키기 위한 구조에 관하여 개선의 여지가 있는 것이 판명되었다. 본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위해 행해진 것이며, 본 발명의 목적은, 전력으로부터 회전력으로, 또는 회전력으로부터 전력으로, 더욱 높은 효율로 변환하는 회전기를 제공하는 것에 있다.
본 발명의 측면은,
로터축의 중심축 주위에 회전 가능하게 구성된 로터와,
상기 로터의 주위에 설치된 스테이터 코어 및 상기 스테이터 코어에 대하여 양 단부(端部)로부터 코일 엔드부가 돌출된 상태로 장착되는 코일을 가지는 스테이터와,
상기 코일 엔드부의 근본 부분을 덮도록 상기 스테이터 코어의 양 단부에 형성되는 몰드 부재와,
상기 몰드 부재에 접촉된 상태로 장착되고, 상기 로터가 설치되는 제1 공간과 상기 코일 엔드부가 설치되는 제2 공간을 분리하는 격벽 부재
를 포함하는 회전기에 있다.
본 발명의 회전기에 의하면, 코일 엔드부의 근본 부분을 덮도록 스테이터 코어의 양 단부에 몰드 부재가 형성되어 있는 동시에, 로터가 설치되는 제1 공간과 코일 엔드부가 설치되는 제2 공간을 분리하는 격벽 부재가 몰드 부재에 접촉된 상태로 장착되어 있으므로, 비용의 증대 및 성능 저하를 일으키지 않고, 효율적인 냉각을 행할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시형태에 의한 회전기로서의 모터의 구성을 나타낸 측단면도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시형태에 의한 회전기가 구비하는 스테이터를 인출하여 나타낸 측단면도이다.
도 3은 도 2 중의 B-B선을 따른 단면(斷面)에서 본 도면이다.
도 4는 도 1 중의 A-A선을 따른 단면에서 본 도면이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시형태에 있어서의 격벽 부재의 실링 방법을 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시형태에 의한 회전기로서의 모터의 구성을 나타낸 측단면도이다.
도 7은 본 발명의 제3 실시형태에 의한 회전기로서의 모터의 구성을 나타낸 측단면도이다.
도 8은 본 발명의 제4 실시형태에 의한 회전기로서의 모터의 구성을 나타낸 측단면도이다.
도 9는 도 8 중의 C-C선을 따른 단면에서 본 도면이다.
도 10은 본 발명의 제4 실시형태에 의한 회전기로서의 모터가 구비하는 회전축의 사시도이다.
도 11은 본 발명의 제4 실시형태에 의한 회전기로서의 모터가 구비하는 회전축에 형성되는 홈의 단면 형상을 나타낸 도면이다.
도 12는 본 발명의 제5 실시형태에 의한 회전기로서의 모터의 구성을 나타낸 측단면도이다.
도 13은 도 12 중의 D-D선을 따른 단면에서 본 도면이다.
도 14는 도 9 또는 도 13의 슬리브(sleeve)에 형성되는 홈의 단면 형상을 나타낸 단면도이다.
도 15는 도 9 또는 도 13의 회전체 및 슬리브에 형성되는 홈의 단면 형상을 나타내는 단면도이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태에 의한 회전기에 대하여 상세하게 설명한다. 그리고, 이하의 실시형태에서는, 회전기가, 외부로부터 공급되는 전류(예를 들면, 3상 교류 전류)에 의해 회전 구동되는 모터(전동기)인 경우를 예로 들어 설명한다.
[제1 실시형태]
도 1은, 본 발명의 제1 실시형태에 의한 회전기로서의 모터의 구성을 나타낸 측단면도이다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 모터(1)는, 회전축(10)(로터축), 로터(20)(회전자), 스테이터(30)(고정자), 및 하우징(40)을 구비하고 있고, 외부로부터 공급되는 전류에 의해 로터(20)와 스테이터(30)와의 사이에 전자력(電磁力)이 작용하여 로터(20)가 회전함으로써 회전축(10)이 회전 구동된다. 그리고, 이하에서는, 회전축(10)이 연장되어 있는 도 1 중의 좌우 방향을 「축 방향」이라고 한다.
회전축(10)은, 로터(20)의 회전 구동력을 외부에 전달하기 위한 축부재이다. 이 회전축(10)은, 로터(20)에 삽통(揷通)되어 고정되어 있고, 하우징(40)에 설치된 베어링(B1, B2)에 의해 회전 가능하게 지지되어 있다. 그러므로, 회전축(10) 및 로터(20)는, 회전축(10)의 회전축선의 주위에서 일체로 회전한다. 그리고, 베어링(B1, B2)으로서는, 예를 들면, 앵귤러 볼베어링 등의 롤링 베어링을 사용할 수 있다.
로터(20)는, 회전축(10)에 장착되어 회전축(10)의 주위에서 회전 가능하게 구성되어 있다. 구체적으로, 로터(20)는, 로터 코어, 영구 자석, 및 엔드 플레이트를 구비한다. 로터 코어는, 자성체로 이루어지는 판재로서의 전자(電磁) 강판(鋼板)을 복수 적층하여 구성되며, 전술한 회전축(10)이 삽통되는 원환형상(圓環形狀)의 부재이다. 영구 자석은, 예를 들면, 축 방향으로 연장되는 직육면체 형상의 자석이며, 로터 코어의 스테이터(30) 측에, 로터 코어의 외주를 따라 일정한 간격을 두고 복수 매설되어 있다. 이로써, 로터 코어의 외주를 따라 교번(交番) 자계가 형성된다. 엔드 플레이트는, 로터 코어의 축 방향(전자 강판의 적층 방향) 양측 단부에 설치되고, 로터 코어를 축 방향으로 협지(sandwich)하는 원반 형상의 부재이다.
스테이터(30)는, 스테이터 코어(31) 및 코일(32)을 구비하고 있고, 회전축(10)의 회전 방향을 따라 로터(20)의 주위를 에워싸도록 하우징(40)의 일부를 이루는 동체 부재(41)의 내주면에 고정되어, 외부로부터 코일(32)에 공급되는 전류를 따라 로터(20)의 외주 방향을 따른 회전 자계를 형성한다. 도 2는 본 발명의 제1 실시형태에 의한 회전기가 구비하는 스테이터를 인출하여 나타낸 측단면도이다. 또한, 도 3은 도 2 중의 B-B선을 따른 단면에서 본 도면이다.
도 2, 도 3에 나타낸 바와 같이, 스테이터(30)에 설치되는 스테이터 코어(31)는, 전술한 로터(20)의 로터 코어와 마찬가지로, 자성체로 이루어지는 판재로서의 전자 강판을 복수 적층하여 구성되는 원환형상의 부재이며, 그 내주측에는 로터(20)가 설치된다. 이 스테이터 코어(31)는, 그 내주면과 로터(20)의 외주면과의 사이에 미리 설정된 크기의 환형의 간격[에어갭(G)：도 1 참조]이 형성되도록, 그 내경(內徑)이 설정되어 있다.
구체적으로, 스테이터 코어(31)는, 도 3에 나타낸 바와 같이, 원환형상의 요크(31a)와, 요크(31a)의 주위 방향을 따라 요크(31a)의 중심축을 향해 돌출된 상태로 배열된 복수의 티스(teeth)(31b)를 가진다. 인접하는 티스(31b)의 사이의 간극은, 코일(32)이 삽입되는 슬롯(31c)으로 된다. 그리고, 도 3에 있어서는, 복잡화를 피하기 위해, 티스(31b) 및 슬롯(31c)이 8개씩 설치된 스테이터 코어(31)를 도시하고 있지만, 이들의 수는 임의로 설정할 수 있다.
스테이터 코어(31)에 설치되는 티스(31b)는, 슬롯(31c)에 삽입된 코일(32)에 3상 교류가 공급되는 것에 의해 자극(磁極)으로서 기능한다. 스테이터 코어(31)는, 각각의 티스(31b)의 돌출 방향이 회전축(10)의 회전축선을 향하도록 로터(20)의 주위에 배치되고, 이러한 배치에 있어서 로터 코어와의 사이의 간격이 전술한 에어갭(G)으로 되도록, 티스(31b)의 돌출량이 설정되어 있다.
코일(32)은, 스테이터 코어(31)에 형성된 슬롯(31c)에 삽입되어 있고, 외부로부터 공급되는 전류에 따른 자극磁極을 형성한다. 여기서, 코일(32)은, 3상 교류 중, U상의 전류가 공급되는 제1 코일, V상의 전류가 공급되는 제2 코일, 및 W상의 전류가 공급되는 제3 코일로 이루어지고, 이들 제1 ~ 제3 코일이, 스테이터 코어(31)의 주위 방향으로 순차적으로 배열되어 있다. 그러므로, 코일(32)에 3상 교류가 공급되면, 스테이터 코어(31)의 내주면을 따라 회전 자계가 형성된다.
코일(32)은, 스테이터 코어(31)에 대하여 코일 엔드부(32a)가 스테이터 코어(31)의 양 단부로부터 돌출하는 상태로 장착된다. 즉, 도 2에 나타낸 바와 같이, 스테이터 코어(31)의 좌측의 단부(E1)로부터 코일 엔드부(32a)가 좌측 방향으로 돌출하는 동시에, 스테이터 코어(31)의 우측의 단부(E2)로부터 코일 엔드부(32a)가 돌출된 상태로 장착된다. 그리고, 코일(32) 모두가 이와 같은 상태로 스테이터 코어(31)에 장착되므로, 코일 엔드부(32a)는, 도 2에 나타낸 바와 같이, 스테이터 코어(31)의 단부(E1, E2)를 따라 원형으로 배열된다.
또한, 스테이터 코어(31)의 단부(E1, E2)에는, 코일 엔드부(32a)의 근본 부분을 덮도록, 단부(E1, E2)를 따르는 원환형상의 몰드 부재(33a, 33b)가 각각 형성되어 있다. 여기서, 코일 엔드부(32a)의 모두를 덮지 않고, 코일 엔드부(32a)의 근본 부분만을 몰드 부재(33a, 33b)로 덮는 것은, 냉각용의 오일 OL을 사용한 냉각을 가능하게 하면서, 그 오일이 로터(20)와 스테이터(30)와의 간극인 에어갭(G)에 침입하는 것을 방지하기 위해서이다.
즉, 코일 엔드부(32a)의 근본 부분만을 몰드 부재(33a, 33b)로 덮고, 근본 부분 이외의 부분을 노출시킴으로써, 냉각용의 오일 OL을 코일 엔드부(32a)의 노출 부분에 직접 붓는 것이 가능해지고, 이로써, 스테이터(30)[코일(32)]을 효율적으로 냉각시키는 것으로 하고 있다. 또한, 자세한 것은 후술하지만, 하우징(40)을 구성하는 좌측벽 부재(42) 및 우측벽 부재(43)의 일부를 이루는 격벽부(42b, 43b)의 선단부를 몰드 부재(33a, 33b)로 실링하고, 로터(20)가 설치되는 공간(S1)(제1 공간)과 코일 엔드부(32a)가 설치되는 공간(S2)(제2 공간)를 분리함으로써, 오일이 에어갭(G)에 침입하는 것을 방지하고 있다.
여기서, 몰드 부재(33a, 33b)의 두께는, 실링의 정도와 냉각 효율을 고려하여 설정된다. 즉, 격벽부(42b, 43b)의 선단부를 실링할 수 없으면 오일이 에어갭(G)에 침입하므로, 몰드 부재(33a, 33b)의 두께는, 적어도 격벽부(42b, 43b)의 선단부를 실링할 수 있는 두께일 필요가 있다. 또한, 몰드 부재(33a, 33b)의 두께가 증가됨에 따라 코일 엔드부(32a)의 노출 부분이 적게 되어, 오일을 사용한 냉각 효율이 저하된다. 그러므로, 몰드 부재(33a, 33b)의 두께는, 필요한 냉각 효율을 확보할 수 있는 두께 이하일 필요가 있다. 구체적인 몰드 부재(33a, 33b)의 두께는, 예를 들면, 코일 엔드부(32a)의 돌출량의 50% 정도의 두께, 바람직하게는 코일 엔드부(32a)의 돌출량의 20~30% 정도의 두께로 설정된다.
또한, 도 3에 나타낸 바와 같이, 스테이터 코어(31) 내부에는, 스테이터 코어(31)에 형성된 슬롯(31c) 내부의 간극을 메우도록, 몰드 부재(33a, 33b)와 마찬가지의 몰드 부재(33c)가 형성된다. 이 몰드 부재(33c)는, 슬롯(31c)에 삽입된 코일(32)을 고정하여 슬롯(31c) 내에 있어서의 코일(32)의 진동을 방지하는 동시에, 코일(32)의 냉각 효율을 높이기 위해 설치된다.
코일(32)은, 전류가 흐름으로써 발열원으로 되기 때문에, 코일 엔드부(32a)의 근본 부분을 덮는 몰드 부재(33a, 33b) 및 슬롯(31c) 내에 있어서 코일(32)을 고정시키는 몰드 부재(33c)는, 높은 열전도율을 가지는 것이 바람직하다. 예를 들면, 산화규소(SiO2)나 산화 알루미늄(Al2O3) 등의 절연성을 가지는 열전도 필러(filler)가 혼입된 열전도성 수지를 사용하여 몰드 부재(33a, 33b, 33c)를 형성하는 것이 바람직하다.
여기서, 몰드 부재(33a, 33b) 및 몰드 부재(33c)는, 같은 열전도율을 가지는 재료를 사용하여 형성되어 있어도 되고, 서로 상이한 열전도율을 가지는 재료로 형성되어 있어도 된다. 예를 들면, 스테이터 코어(31)에 장착되는 코일(32)은, 슬롯(31c)에 삽입되는 부분 및 코일 엔드부(32a)의 선단 부분에 있어서 선재[코일(32)을 이루는 선재]의 밀도가 높고, 코일 엔드부(32a)의 근본 부분에 있어서 선재의 밀도가 낮다. 열저항은, 선재의 밀도가 높은 부분[슬롯(31c) 내부 및 코일 엔드부(32a)의 선단 부분]보다 선재의 밀도가 낮은 부분[코일 엔드부(32a)의 근본 부분]이 높아진다. 따라서, 몰드 부재(33c)의 재료보다 높은 열전도율을 가지는 재료를 사용하여 몰드 부재(33a, 33b)를 형성하는 것이 바람직하다.
또한, 스테이터 코어(31)의 단부(E1, E2)에 형성되는 몰드 수지(33a, 33b)에 대하여, 예를 들면, 형성 후의 열전도율보다 형성시의 점도가 우선되는 경우에는, 몰드 부재(33c)의 재료보다 낮은 열전도율 및 점성을 가지는 재료를 사용하여 몰드 수지(33a, 33b)를 형성해도 된다. 이와 같은 재료는, 예를 들면, 몰드 부재(33c)의 재료에서는, 코일 엔드부(32a)의 근본 부분에 있어서의 간극[코일(32)을 이루는 선재와 선재와의 간극]을 충분히 매립할 수 없는 경우에 필요해진다.
또한, 몰드 부재(33a, 33b)와 몰드 부재(33c)와의 기능의 상위에 착안하여, 몰드 부재(33a, 33b)와 몰드 부재(33c)를 상이한 재료로 형성해도 된다. 예를 들면, 몰드 부재(33a, 33b)는 격벽부(42b, 43b)의 선단부를 실링하기 위해서도 사용되는 것이므로, 몰드 부재(33a, 33b)는 경화 후에도 탄력성이 있는 재료를 사용하여 형성하는 한편, 몰드 부재(33c)는 슬롯(31c) 내에 있어서 코일(32)을 확실하게 고정시키기 위해, 경화 후에는 경도가 높아지는 재료를 사용하여 형성하는 것이다.
하우징(40)은, 동체 부재(41), 좌측벽 부재(42), 및 우측벽 부재(43)로 이루어지고, 그 내부에 회전축(10)의 일부, 로터(20), 및 스테이터(30)를 수용하고, 모터(1)의 외형을 이룬다. 동체 부재(41)는, 철 합금 등에 의해 형성되어 있고, 축 방향 양단이 개구되어 있는 원통형상의 부재이다. 이 동체 부재(41)의 내주면에는, 전술한 스테이터(30)가 고정되어 있다.
또한, 동체 부재(41)의 연직(鉛直) 방향 상부에는, 외부로부터 공급되는 냉각용의 오일 OL을 하우징(40)의 내부에 설치된 코일 엔드부(32a)에 안내하는 오일 공급구(P1)(냉매 공급구)가 설치되어 있다. 이 오일 공급구(P1)는, 스테이터 코어(31)의 단부(E1)로부터 좌측으로 돌출된 코일 엔드부(32a)의 노출 부분[몰드 부재(33a)에 의해 덮혀 있지 않은 부분]의 위쪽, 및 단부(E2)로부터 우측으로 돌출된 코일 엔드부(32a)의 노출 부분[몰드 부재(33b)에 의해 덮혀 있지 않은 부분]의 위쪽의 각각에 있어서, 회전축(10)의 회전 방향을 따른 복수 개소에 설치되어 있다.
도 4는 도 1 중의 A-A선을 따른 단면에서 본 도면이다. 도 4에 나타낸 바와 같이, 오일 공급구(P1)는, 코일 엔드부(32a)의 노출 부분의 위쪽에 있어서, 회전축(10)의 회전 방향을 따른 3개소(箇所)에 설치되어 있다. 이들 오일 공급구(P1)는, 예를 들면, 20~70°의 간격을 가지고, 회전축(10)의 회전 방향으로 배열되어 있다. 오일 공급구(P1)의 각각으로부터 공급되는 오일 OL은, 코일 엔드부(32a)의 상이한 부분에 적하(適下)되어, 도 4 중의 화살표로 나타낸 바와 같이, 코일 엔드부(32a)의 노출부를 따라 아래쪽으로 이동한다. 그리고, 동체 부재(41)의 바닥부는, 코일 엔드부(32a)의 노출부를 따라 아래쪽으로 이동한 오일 OL이 일시적으로 머무르는 오일 체류부 OP(오일 체류)로 된다.
회전축(10)의 회전 방향을 따른 3개소에 오일 공급구(P1)를 설치하고, 이들 오일 공급구(P1)의 각각으로부터 오일 OL을 적하함으로써, 1개소의 오일 공급구(P1)만으로부터 오일 OL을 적하하는 경우와 비교하여, 코일 엔드부(32a)의 노출 부분의 전체에 대하여 오일 OL을 널리 퍼지게 할 수 있으므로, 냉각 효율을 높일 수 있다. 그리고, 도 4에 나타낸 예에서는, 회전축(10)의 회전 방향을 따른 3개소에 오일 공급구(P1)가 형성된 예를 도시하고 있지만, 오일 공급구(P1)는, 모터(1)의 크기 등에 따라, 회전축(10)의 회전 방향을 따른 2개소 또는 4개소 이상에 형성되어 있어도 된다. 또한, 오일 공급구(P1)는, 회전축(10)의 회전 방향에 있어서 반드시 일직선 상에 배열되어 있을 필요는 없고, 축 방향의 위치가 상이하도록 배열되어 있어도 된다.
좌측벽 부재(42)는, 원판 형상의 바닥판부(42a)와 원통형상의 격벽부(42b)(격벽 부재)를 가지는 부재이다. 이 좌측벽 부재(42)는, 격벽부(42b)가 동체 부재(41)의 내부에 설치되도록, 바닥판부(42a)가 동체 부재(41)의 좌단부에 장착된다. 좌측벽 부재(42)의 일부를 이루는 바닥판부(42a)는, 그 중심부에 베어링(B1)의 장착공이 형성되어 있고, 그 외주부에 오일 체류부 OP의 오일 OL을 외부로 배출하는 오일 배출구(P2)가 설치되어 있다.
또한, 좌측벽 부재(42)의 일부를 이루는 격벽부(42b)는, 스테이터 코어(31)[몰드 부재(33a)]의 내경과 같은 정도의 외경(外徑)을 가지고, 그 선단부가 몰드 부재(33a)에 접촉된 상태로 장착되어, 로터(20)가 설치되는 공간(S1)과 스테이터 코어(31)의 좌측에 있어서 코일 엔드부(32a)가 설치되는 공간(S2)을 분리한다. 즉, 격벽부(42b)의 선단부가 몰드 부재(33a)에 의해 실링되는 것에 의해, 공간(S1, S2)이 분리된다.
우측벽 부재(43)는, 좌측벽 부재(42)와 마찬가지로, 원판 형상의 바닥판부(43a)와 원통형상의 격벽부(43b)(격벽 부재)를 가지는 부재이다. 이 우측벽 부재(43)는, 격벽부(43b)가 동체 부재(41)의 내부에 설치되도록, 바닥판부(43a)가 동체 부재(41)의 우단부에 장착된다. 우측벽 부재(43)의 일부를 이루는 바닥판부(43a)는, 그 중심부에 베어링(B2)의 장착공이 형성되어 있고, 그 외주부에 오일 체류부(oil pool) OP의 오일 OL을 외부로 배출하는 오일 배출구(P2)가 설치되어 있다.
또한, 우측벽 부재(43)의 일부를 이루는 격벽부(43b)는, 스테이터 코어(31)[몰드 부재(33a)]의 내경과 같은 정도의 외경을 가지고, 그 선단부가 몰드 부재(33b)에 접촉된 상태로 장착되어, 로터(20)가 설치되는 공간(S1)과 스테이터 코어(31)의 우측에 있어서 코일 엔드부(32a)가 설치되는 공간(S2)을 분리한다. 즉, 격벽부(43b)의 선단부가 몰드 부재(33b)에 의해 실링되는 것에 의해, 공간(S1, S2)이 분리된다.
도 5는 본 발명의 제1 실시형태에 있어서의 격벽 부재의 실링 방법을 나타낸 도면이다. 전술한 바와 같이 좌측벽 부재(42) 및 우측벽 부재(43)에 설치된 격벽부(42b, 43b)는, 그 선단부가 몰드 부재(33a, 33b)에 접촉하는 것에 의해 실링되는 이유이지만, 격벽부(42b, 43b)의 선단부와 몰드 부재(33a, 33b)를 접촉시키는 방법(실링 방법)은, 도 5에 나타낸 바와 같이, 다양한 방법을 생각할 수 있다. 이하, 몰드 부재(33a)에 의한 격벽부(42b)의 실링 방법에 대하여 설명하지만, 몰드 부재(33b)에 의한 격벽부(43b)의 실링 방법에 대하여도 동일한 방법을 적용할 수 있다.
도 5의 (a)에 나타낸 실링 방법은, 격벽부(42b)의 선단부에 있어서의 외주면 및 몰드 부재(33a)의 내주면을 함께 테이퍼형으로 형성하고, 격벽부(42b)의 선단부를 전체 주위에 걸쳐 몰드 부재(33a)의 내주면에 걸리게 함으로써, 격벽부(42b)와 몰드 부재(33a)와의 접촉 면적을 증대시키는 방법이다. 도 5의 (b)에 나타낸 실링 방법은, 격벽부(42b)의 선단부에 있어서의 외주면을 테이퍼형으로 형성하는 동시에, 몰드 부재(33a)의 내주면을 계단형으로 형성하고, 격벽부(42b)의 선단부를 전체 주위에 걸쳐 몰드 부재(33a)의 내주면에 걸리게 함으로써, 격벽부(42b)와 몰드 부재(33a)와의 접촉 개소를 증대시키는 방법이다.
도 5의 (c)에 나타낸 실링 방법은, 격벽부(42b)의 선단부에 플랜지(F)를 형성하는 동시에, 몰드 부재(33a)의 내주면에 홈(M)을 형성하고, 격벽부(42b)의 선단부에 형성된 플랜지(F)를 전체 주위에 걸쳐 몰드 부재(33a)의 내주면에 형성된 홈(M)에 끼워맞춤으로써, 격벽부(42b)와 몰드 부재(33a)와의 실링 정도를 높이는 방법이다. 도 5의 (d)에 나타낸 실링 방법은, 격벽부(42b)의 선단부에 홈을 형성하여 O링(R)을 설치하고, 격벽부(42b)의 선단부에 설치된 O링(R)을 전체 주위에 걸쳐 몰드 부재(33a)의 내주면에 접촉시킴으로써, 격벽부(42b)와 몰드 부재(33a)와의 실링 정도를 높이는 방법이다.
도 5의 (e)에 나타낸 실링 방법은, 격벽부(42b)의 선단부에 있어서의 외주면의 전체 주위에 걸쳐 돌기부(Q)를 형성하고, 이 돌기부(Q)를 전체 주위에 걸쳐 몰드 부재(33a)의 내주면에 접촉시킴으로써, 격벽부(42b)와 몰드 부재(33a)와의 실링 정도를 높이는 방법이다. 도 5의 (f)에 나타낸 실링 방법은, 몰드 부재(33a)의 내주면 측에 절결(K)을 형성하고, 격벽부(42b)의 선단부를 전체 주위에 걸쳐 몰드 부재(33a)에 형성된 절결(K)에 걸어맞춤으로써, 격벽부(42b)와 몰드 부재(33a)와의 실링 정도를 높이는 방법이다.
다음에, 상기 구성에 있어서의 모터(1)의 동작에 대하여 간단하게 설명한다. 외부로부터의 3상 교류가 모터(1)에 공급되면, 3상 교류의 각 상의 전류가 스테이터(30)에 설치된 코일(32)(제1 ~ 제3 코일)에 흘러 공급되는 전류를 따라 로터(20)의 회전 방향을 따라 회전 자계가 형성된다. 그러면, 외주를 따라 교번 자계가 형성된 로터 코어가 이 회전 자계와 상호 작용하고, 흡인력 및 반발력이 발생함으로써 로터(20)가 회전하고, 이로써, 회전축(10)이 로터(20)와 일체로 회전하여 회전축(10)의 회전 구동력이 외부에 전달된다.
또한, 모터(1)의 구동 시에는, 도시하지 않은 펌프 등에 의해 냉각용의 오일 OL이 오일 공급구(P1)에 각각 공급되고, 공간(S2) 내에 설치된 코일 엔드부(32a)의 노출 부분에 있어서의 복수 개소에 적하된다. 코일 엔드부(32a)에 적하된 오일 OL은, 도 4 중의 화살표로 나타낸 바와 같이, 코일 엔드부(32a)의 노출부를 따라 아래쪽으로 이동한다. 여기서, 코일 엔드부(32a)의 복수 개소에 오일 OL이 적하되는 것에 의해, 스테이터 코어(31)의 단부를 따라 배열된 코일 엔드부(32a)의 전체에 대하여 오일 OL을 널리 퍼지게 할 수 있으므로, 코일 엔드부(32a)를 효율적으로 냉각할 수 있다.
또한, 좌측벽 부재(42)의 격벽부(42b)가 몰드 부재(33a)에 의해 실링되고, 우측벽 부재(43)의 격벽부(43b)가 몰드 부재(33b)에 의해 실링되는 것에 의해, 스테이터 코어(31)의 좌우 양측에 있어서, 로터(20)가 설치되는 공간(S1)과 코일 엔드부(32a)가 설치되는 공간(S2)이 분리된다. 그러므로, 오일 공급구(P1)로부터 공간(S2) 내에 오일 OL이 공급되어도, 오일 OL이 에어갭(G)에 침입하는 것을 방지할 수 있다.
이상과 같이, 본 실시형태에서는, 코일 엔드부(32a)의 근본 부분을 덮도록 스테이터 코어(31)의 양 단부에 몰드 부재(33a, 33b)를 형성하는 동시에, 로터(20)가 설치되는 공간(S1)과 코일 엔드부(32a)가 설치되는 공간(S2)을 분리하는 격벽부(42b, 43b)를 몰드 부재(33a, 33b)에 각각 접촉된 상태로 장착하고 있다. 이로써, 비용의 증대 및 성능 저하를 일으키지 않고, 효율적인 냉각을 행할 수 있다.
[제2 실시형태]
도 6은 본 발명의 제2 실시형태에 의한 회전기로서의 모터의 구성을 나타낸 측단면도이다. 도 6에 나타낸 본 실시형태의 모터(2)는, 회전축(10)에 리졸버(resolver)(50)를 장착하는 동시에, 몰드 부재(33a) 대신에 몰드 부재(51)를 설치하고, 좌측벽 부재(42) 및 우측벽 부재(43) 대신에 좌측벽 부재(52) 및 우측벽 부재(53)를 각각 설치한 점이 도 1에 나타낸 모터(1)와는 상위하다.
리졸버(50)는, 회전축(10)의 회전 각도를 검출하는 센서이며, 도 6에 나타낸 예에서는, 베어링(B2)의 우측에 장착되어 있다. 몰드 부재(51)는, 스테이터 코어(31)의 우측에 형성되는 몰드 부재(33b)는, 회전축(10)의 축 방향에 관한 형상이 비대칭으로 되도록 형성되어 있다. 구체적으로, 몰드 부재(51)는, 코일 엔드부(32a)의 근본 부분을 덮도록 스테이터 코어(31)의 단부[단부(E1)]을 따르는 원환형상으로 형성된 원환부(圓環部)(51a)와, 원환부(51a)로부터 좌측으로 돌출하는 원통형상의 돌출부(51b)를 가지는 형상이다. 그리고, 원환부(51a)는, 도 1에 나타낸 몰드 부재(33a)와 같은 형상이다.
좌측벽 부재(52)는, 도 1에 나타낸 좌측벽 부재(42)와 마찬가지로, 원판 형상의 바닥판부(52a)와 원통형상의 격벽부(52b)(격벽 부재)를 가지는 부재이다. 단, 좌측벽 부재(52)의 격벽부(52b)는, 좌측벽 부재(42)의 격벽부(42b)보다 축 방향의 길이가 짧게 형성되어 있다. 이것은, 전술한 몰드 부재(51)가 원환부(51a)로부터 좌측으로 돌출된 원통형상의 돌출부(51b)를 가지는 형상이므로, 격벽부(52)가 몰드 부재(51)의 원환부(51a)까지의 길이를 갖지 않아도, 격벽부(52b)를 몰드 부재(51)에 접촉시킬 수 있기 때문이다.
우측벽 부재(53)는, 원판 형상의 바닥판부(53a), 원통형상의 지지부(53b), 및 원통형상의 격벽부(53c)(격벽 부재)를 가지는 부재이다. 지지부(53b)는, 그 내주면에, 베어링(B2) 및 리졸버(50)의 일부를 지지한다. 격벽부(53c)는, 도 1에 나타낸 격벽부(43b)와 마찬가지의 것이지만, 지지부(53b)가 설치된 분만큼 축 방향의 길이가 짧게 형성되어 있다. 이와 같이, 본 실시형태의 모터(2)는, 리졸버(50)를 장착하기 위해, 몰드 부재(33b, 51)의 형상이 비대칭으로 되는 동시에, 좌측벽 부재(52) 및 우측벽 부재(53)의 형상이 비대칭으로 되어 있다.
본 실시형태에 있어서는, 코일 엔드부(32a)의 근본 부분을 덮도록 스테이터 코어(31)의 양 단부에 몰드 부재(51)와 몰드 부재(33b)를 형성하고, 로터(20)가 설치되는 공간(S1)과 코일 엔드부(32a)가 설치되는 공간(S2)을 분리하는 격벽부(52b, 53c)를 몰드 부재(51, 33b)에 각각 접촉된 상태로 장착하고 있다. 이로써, 제1 실시형태와 마찬가지로, 비용의 증대 및 성능 저하를 일으키지 않고, 효율적인 냉각을 행할 수 있다.
[제3 실시형태]
도 7은 본 발명의 제3 실시형태에 의한 회전기로서의 모터의 구성을 나타낸 측단면도이다. 도 1 내지 도 6에 나타낸 제1 실시형태 및 제2 실시형태의 모터(1, 2)는, 로터(20)가 회전축(10)과 함께 회전하는 내륜 회전형이었다. 이에 대하여, 도 7에 나타낸 제3 실시형태의 모터(3)는, 고정된 중심축(70)의 주위를 로터(20)가 회전하는 외륜 회전형이다.
본 실시형태의 모터(3)에서는, 도 7 중에 있어서의 하우징(40)의 좌우의 외측에 각각 아우터 하우징(61, 62)을 장착하고 있다. 그리고, 각 아우터 하우징(61, 62)으로 양단을 고정 지지한 중심축(70)에, 베어링(B1, B2)을 통하여 로터(20)를 회전 가능하게 지지하고 있다.
본 실시형태의 모터(3)의 로터(20)는, 자성체로 이루어지는 판재로서의 전자 강판을 복수 적층하여 구성한 적층체의 로터 코어(21)와, 로터 코어(21)의 축 방향(전자 강판의 적층 방향) 양측 단부에 설치한 엔드링(22)과, 로터 코어(21)의 내부에 적층체의 적층 방향을 따라 매설한 영구 자석(23)을 구비하고 있다.
로터(20)의 내부에는, 로터 코어(21)와 엔드링(22)에 걸쳐, 로터(20)를 냉각시키기 위한 오일이 흐르는 오일 유로(24)(냉매 유로)를 형성하고 있다. 이 오일 유로(24)는, 로터 코어(21)와 영구 자석(23)과의 간극을 유로의 일부로서 포함하고 있다.
중심축(70)의 축 방향에 있어서의 엔드링(22)의 양측에는, 원통형상의 회전 지지 부재(25, 26)을 고정되어 있다. 이 회전 지지 부재(25, 26)는, 하우징(40)의 좌측벽 부재(42) 및 우측벽 부재(43)의 중심에 형성되어 있는 개구(42c, 43c)에 적절한 간극을 통하여 삽입한 상태로, 축 방향 외측으로 돌출되어 있고, 베어링(B1, B2)을 통하여 중심축(70)에 회전 가능하게 지지되어 있다. 그리고, 상기한 회전 지지 부재(25, 26)는 로터(20)의 일부를 구성하고 있다.
회전 지지 부재(25, 26)는, 오일 유로(24)로 베어링(B1, B2)의 내부 공간을 접속하는 통로를 가지고 있다. 이 통로는, 오일 유로(24)로부터의 오일을, 베어링(B1, B2)의 내부 공간을 통하여 회전 지지 부재(25, 26)의 개구측으로 안내한다.
중심축(70)의 한쪽 단부를 고정 지지하고 있는 도 7 중에서 좌측의 아우터 하우징(61)은, 축 방향 내단부를 하우징(40)의 좌측벽 부재(42)에 고정되어 있는 동체 부재(61a)와, 동체 부재(61a)의 하우징(40)으로 반대측을 폐색(閉塞)하는 좌측벽 부재(61b)를 구비하고 있다. 이 좌측벽 부재(61b)의 중심에 형성되어 있는 장착공(61c)에, 중심축(70)의 한쪽 단부가 외부로 돌출된 상태로 고정되어 있다.
동일하게 하여, 중심축(70)의 다른 쪽 단부를 고정 지지하고 있는 도 7 중에서 우측의 아우터 하우징(62)는, 축 방향 내단부를 하우징(40)의 우측벽 부재(42)에 고정되어 있는 동체 부재(62a)와, 동체 부재(62a)의 하우징(40)과 반대측을 폐색하는 우측벽 부재(62b)를 구비하고 있다. 이 우측벽 부재(62b)의 중심에 형성되어 있는 장착공(62c)에, 중심축(70)의 다른 쪽 단부가 외부로 돌출된 상태로 고정되어 있다.
중심축(70)의 내부에는, 중심축(70)의 양단에 개구된 로터 오일 도입 유로(71)를 형성하고 있다. 로터 오일 도입 유로(71)에는, 도시하지 않은 오일 펌프 등의 오일 공급 수단에 의해, 로터(20)를 냉각시키기 위한 오일이 도입된다.
중심축(70)이 삽입되는 로터(20)의 중심의 관통공의 내벽에는, 로터 코어(21)로부터 그 축 방향 양측의 엔드링(22)의 일부에 걸쳐, 원통형상의 슬리브(27)를 고정하고 있다. 그리고, 슬리브(27)나 엔드링(22)의 내주면과 중심축(70)의 외주면과의 사이에, 환형의 간극(28)(환형 공간)을 형성하고 있다. 이 간극(28)은, 중심축(70)의 외주면에 개구된 로터 오일 도입 유로(71)와 로터(20)의 오일 유로(24)에 각각 연통되어 있다.
중심축(70)의 로터 오일 도입 유로(71)에 도입된 오일은, 간극(28)을 거쳐 로터(20)의 오일 유로(24)에 도입된다. 오일 유로(24)의 오일은 베어링(B1, B2)의 내부 공간을 거쳐 회전 지지 부재(25, 26)의 개구에 도달하고, 하우징(40)의 좌측벽 부재(42) 및 우측벽 부재(43)와, 아우터 하우징(61, 62)의 좌측벽 부재(61b) 및 우측벽 부재(62b)와의 사이의 공간으로 배출된다.
본 실시형태에 있어서는, 중심축(70)의 주위에 로터(20)가 회전하는 외륜 회전형의 모터(3)에 있어서, 코일 엔드부(32a)의 근본 부분을 덮도록 스테이터 코어(31)의 양 단부에 몰드 부재(33a, 33b)를 형성하고, 로터(20)가 설치되는 공간(S1)과 코일 엔드부(32a)가 설치되는 공간(S2)을 분리하는 격벽부(42b, 43c)를 몰드 부재(33a, 33b)에 각각 접촉된 상태로 장착하고 있다. 이로써, 제1 실시형태와 마찬가지로, 비용의 증대 및 성능 저하를 일으키지 않고, 효율적인 냉각을 행할 수 있다.
[제4 실시형태]
도 8 내지 도 11에 나타낸 제4 실시형태의 모터(4)에서는, 전술한 제3 실시형태의 모터(3)와 마찬가지로, 제1 및 제2 실시형태의 모터(1, 2)에 있어서의 로터(20)를 냉각 매체로서의 오일을 사용하여 냉각시키도록 하고 있다. 특히, 회전 시에 있어서의 로터(20)의 고열화에 따라 로터 코어(21)를 구성하는 적층 전자 강판 사이의 접착력이 저하되는 경우를 상정(想定)하여, 적층 전자 강판 사이로부터의 에어갭(G)으로의 오일 누출을 방지하고 있다. 그리고, 도 8에 있어서는, 코일 엔드부(32a)를 오일에 의해 냉각시키기 위한 구성의 도시를 생략하고 있다. 이하, 제4 실시형태의 모터(4)의 상세한 구성에 대하여 설명한다.
본 실시형태에서는, 회전축(10)은, 제1 축부(10a)(제1 회전체부)와 제2 축부(10b)(제2 회전체부)로 이루어진다. 제1 축부(10a)는, 제2 축부(10b)의 좌측면 중앙부로부터 축 방향 좌측으로 연장되는 동시에, 제2 축부(10b)의 우측면 중앙부로부터 축 방향 우측으로 연장되도록 형성된 원기둥 형상의 부위이다. 제2 축부(10b)는, 제1 축부(10a)보다 대경인 원기둥 형상의 부위이다.
이 회전축(10)은, 제2 축부(10b)가 로터(20)의 중심부에 삽통되어 슬리브(27)(슬리브 부재)와 함께 로터(20)에 고정되어 있고, 제1 축부(10a)의 한쪽이 하우징(40)으로부터 좌측 방향으로 돌출하는 동시에 제1 축부(10a)의 다른 쪽이 하우징(40)으로부터 우측 방향으로 돌출된 상태로 하우징(40)에 설치된 베어링(B1, B2)에 의해 회전 가능하게 지지된다. 그러므로, 회전축(10), 로터(20), 및 슬리브(27)는, 회전축(10)의 회전축선의 주위에서 일체로 회전한다.
회전축(10)의 제1 축부(10a)의 내부에는, 그 중심축을 따라 제2 축부(10b)의 내부까지 연장되는 냉매 유로(11)(제1 유로)가 형성되어 있다. 또한, 회전축(10)의 제2 축부(10b)의 외주면에는, 로터(20)에 설치된 영구 자석(23)을 냉각시키기 위한 냉매(예를 들면, 냉각용 오일)를 안내하는 냉매 유로를 이루는 홈(12)(오목부)가 형성되어 있다. 본 실시형태에서는, 도 9에 나타낸 바와 같이, 단면 형상이 직사각형 형상인 8개의 홈(12)이, 제2 축부(10b)의 주위 방향을 따라 등간격으로 형성되어 있다.
도 10은, 본 실시형태에 의한 회전기로서의 모터(4)가 구비하는 회전축의 사시도이다. 도 10의 (a)에 나타낸 바와 같이, 홈(12)은, 축 방향으로 직선형으로 연장되도록, 회전축(10)의 제2 축부(10b)에 형성된다. 단, 홈(12)은, 제2 축부(10b)의 축 방향에 있어서의 양 단부에 이르도록 형성되어 있는 것은 아니고, 제2 축부(10b)의 축 방향에 있어서의 한쪽 단부의 근방으로부터 다른 쪽의 단부의 근방까지 연장되도록 형성되어 있다. 이것은, 냉매 유로를 이루는 홈(12)에 공급된 냉매가, 회전축(10)[제2 축부(10b)]와 슬리브(27)와의 사이로부터 누출되는 것을 최대한 방지하기 위해서이다.
여기서, 회전축(10)의 외주면에 형성되는 홈(12)은, 도 10의 (b)에 나타낸 바와 같이, 축 방향을 따라 나선형으로 형성된 것이라도 되고, 도 10의 (c)에 나타낸 바와 같이, 축 방향을 따라 지그재그형으로 형성된 것이라도 된다. 홈(12)을 도 10의 (b)에 나타낸 나선형으로 형성한 경우에는, 홈(12)을 도 10의 (a)에 나타낸 직선형으로 형성한 경우에 비하여, 로터(20)의 주위 방향에 있어서의 온도 분포를 균일화할 수 있다. 또한, 홈(12)을 도 10의 (c)에 나타낸 지그재그형으로 형성한 경우에는, 홈(12)을 도 10의 (a)에 나타낸 직선형으로 형성한 경우에 비하여, 로터(20)의 냉각 효율을 높일 수 있다.
도 11은, 본 실시형태에 의한 회전기로서의 모터(4)가 구비하는 회전축에 형성되는 홈의 단면 형상을 나타낸 도면이다. 본 실시형태에 있어서는, 도 11의 (a)에 나타낸 바와 같이, 단면 형상이 직사각형 형상인 홈(12)이 회전축(10)의 제2 축부(10b)의 외주면에 형성되어 있는 것으로 한다. 단, 홈(12)의 단면 형상은, 도 11의 (b)에 나타낸 원호형상(회전축선을 향해 볼록한 원호형상)이라도 되고, 도 11의 (c)에 나타낸 삼각형상[1개의 정상점(頂点)이 회전축선을 향하는 삼각형상)이라도 된다.
또한, 도 11의 (A)~(C)에 나타낸 바와 같은 축 방향으로 연장되는 가늘고 긴의 홈(12)을 제2 축부(10b)의 주위 방향을 따라 복수 형성하지는 없고, 도 11의 (d)에 나타낸 바와 같이, 제2 축부(10b)의 외주면을 전체적으로 오목부로 해도 된다. 즉, 제2 축부(10b)의 축 방향에 있어서의 양 단부를 제외한 제2 축부(10b)의 외주면을 전체적으로 오목한 오목부를 형성해도 된다. 이와 같은 오목부는, 예를 들면, 도 11의 (a)에 나타낸 직선형의 홈(12)을 주위 방향을 따라 무수히 형성하는 것에 의해 실현할 수 있다.
또한, 회전축(10)의 제2 축부(10b)의 내부에는, 제1 축부(10a)에 형성된 냉매 유로(11)와, 제2 축부(10b)의 외주면에 형성된 홈(12)을 연통시키는 연통 유로(13)(제2 유로)가 형성되어 있다. 이 연통 유로(13)는, 도 9에 나타낸 바와 같이, 냉매 유로(11)로부터 홈(12)을 향해, 제2 축부(10b)의 직경 방향(구체적으로는, 서로 다른 8방향)으로 연장되도록 형성되어 있다.
여기서, 회전축(10)은, 도 9에 나타낸 바와 같이, 제2 축부(10b)의 외주면에 형성된 홈(12)의 각각이 로터(20)의 영구 자석(23)의 각각에 가장 근접하도록, 로터(20)에 대한 회전 방향의 위치결정이 되어 있다. 이것은, 냉매가 안내되는 냉매 유로인 홈(12)을, 발열원인 영구 자석(23)에 최대한 근접시키는 것에 의해 로터(20)의 냉각 효율을 높이기 위해서이다.
로터(20)는, 로터 코어(21), 엔드링(22), 및 영구 자석(23)을 구비하고 있고, 슬리브(27)과 함께 회전축(10)에 장착되어 회전축(10)의 주위에서 회전 가능하게 구성되어 있다. 도 8에 나타낸 바와 같이, 로터 코어(21)는, 자성체로 이루어지는 판재로서의 전자 강판을 접착제로 복수 적층하여 구성되며, 전술한 회전축(10)이 중심부에 삽통되는 원환형상의 부재이다.
영구 자석(23)은, 예를 들면, 축 방향으로 연장되는 직육면체 형상의 자석이며, 로터 코어(21)에 형성된 삽통공에 삽입되는 것에 의해, 로터 코어(21)의 외주면을 따라 일정한 간격을 두고 복수 배열되어 있다. 도 9에 나타낸 예에서는, 단면 형상이 직사각형인 8개의 영구 자석(23)이, 로터 코어(21)의 주위 방향을 따라 등간격으로 설치되어 있다. 이로써, 로터 코어(21)의 외주면을 따라 교번 자계가 형성된다.
엔드링(22)은, 로터 코어(21)의 축 방향(전자 강판의 적층 방향) 양 측부에 설치되고, 로터 코어(21)를 축 방향으로 협지하는 원환형상의 부재이다. 그리고, 로터 코어(21)의 축 방향의 길이는, 로터 코어(21)의 축 방향 양 측부에 설치되는 엔드링(22)의 두께를 부가한 길이가, 회전축(10)의 제2 축부(10b)의 축 방향의 길이와 같아지도록 설정되어 있다.
슬리브(27)는, 회전축(10)의 제2 축부(10b)와 로터(20)와의 사이에 설치된 원환형상의 부재이며, 예를 들면, 회전축(10)과 같은 재질에 의해 형성되어 있다. 이 슬리브(27)는, 축 방향의 길이가 회전축(10)의 제2 축부(10b)의 축 방향의 길이와 같아지도록 설정되어 있고, 예를 들면, 수축 끼워맞춤(shrinkge fitting) 등에 의해 회전축(10)의 제2 축부(10b)의 외주면에 끼워맞추어져 있다. 슬리브(27)가 회전축(10)의 제2 축부(10b)의 외주면에 끼워맞추어지는 것에 의해, 회전축(10)과 슬리브(27)와의 사이에 홈(12)에 의한 냉매 유로가 형성된다.
냉매 유로로서의 홈(12)으로 안내된 냉매는, 회전축(10)[제2 축부(10b)]와 슬리브(27)와의 사이를 흐른다. 그러므로, 모터(4)의 온도 상승에 의해 로터 코어(21)를 구성하는 전자 강판을 접착하고 있는 접착제의 접착 강도가 저하된 상황 하에 있어서 로터(20)가 고속 회전을 했다고 해도, 냉매 유로로서의 홈(12)으로 안내된 냉매의 누출을 방지할 수 있다. 그리고, 전술한 로터 코어(21)는, 예를 들면, 수축 끼워맞춤 등에 의해 슬리브(27)의 외주면에 끼워맞추어져 있다.
여기서, 슬리브(27)는 제2 축부(10b)의 외주면에 수축 끼워맞춤 등에 의해 끼워맞추어져 있으므로, 홈(12)으로 안내된 냉매의 누출이 거의 발생하지 않지만, 홈(12)으로 안내되는 냉매의 압력이 높을 경우에는 누출이 생길 우려도 생각된다. 그러므로, 축 방향의 양 단부에 있어서, 슬리브(27)를 회전축(10)의 제2 축부(10b)에 왁스 접착하고, 용접하거나, 또는 슬리브(27)와 회전축(10)의 제2 축부(10b)와의 사이에 O링 등의 실링 부재를 설치하여 실링하는 것이 바람직하다.
다음에, 상기 구성에 있어서의 모터(4)의 동작에 대하여 간단하게 설명한다. 외부로부터의 3상 교류가 모터(4)에 공급되면, 3상 교류의 각 상의 전류가 스테이터(30)에 설치된 코일(32)(제1 ~ 제3 코일)에 흘러 공급되는 전류를 따라 로터(20)의 회전 방향을 따라 회전 자계가 형성된다. 그러면, 외주를 따라 교번 자계가 형성된 로터 코어(21)가 이 회전 자계와 상호 작용하고, 흡인력 및 반발력이 발생함으로써 로터(20)가 회전하고, 이로써, 회전축(10), 로터(20), 및 슬리브(27)가 일체로 되어 회전하여 회전축(10)의 회전 구동력이 외부로 전달된다.
또한, 모터(4)의 구동 시에는, 도시하지 않은 펌프 등에 의해 냉매가 회전축(10)의 제1 축부(10a)의 한쪽에 형성된 냉매 유로(11)에 공급된다. 냉매 유로(11)에 공급된 냉매는, 제2 축부(10b)의 일단측(좌측)에 형성된 연통 유로(13)를 통하여 제2 축부(10b)의 외주면에 형성된 홈(12)으로 안내된다. 여기서, 회전축(10)과 슬리브(27)와의 사이에는, 홈(12)에 의한 냉매 유로가 형성되어 있으므로, 홈(12)으로 냉매가 인도되면 영구 자석(23)이 냉각된다. 여기서, 이 냉매 유로는 로터(20)에 설치된 영구 자석(23)에 가장 근접하도록 배치되어 있으므로, 로터 코어(21) 및 영구 자석(23)을 효율적으로 냉각할 수 있다. 홈(12)에 의한 냉매 유로를 통한 냉매는, 제2 축부(10b)의 타단측(우측)에 형성된 연통 유로(13)를 통하여 제1 축부(10a)의 다른 쪽에 형성된 냉매 유로(11)로 안내되어 외부로 배출된다.
이상과 같이, 본 실시형태에서는, 회전축(10)의 외주면에 냉매를 안내하는 냉매 유로를 이루는 홈(12)을 형성하고, 이 홈(12)이 형성된 회전축(10)과 로터(20)와의 사이에 원환형상의 슬리브(27)를 설치함으로써, 홈(12)으로 안내된 냉매가 회전축(10)과 슬리브(27)와의 사이를 흐르도록 하고 있다. 그러므로, 모터(4)의 온도 상승에 의해 로터 코어(21)를 구성하는 전자 강판을 접착하고 있는 접착제의 접착 강도가 저하된 상황 하에 있어서 로터(20)가 고속 회전을 했다고 해도, 홈(12)으로 안내된 냉매의 누출을 방지할 수 있다.
또한, 본 실시형태에서는, 회전축(10)의 제1 축부(10a)보다 대경으로 된 제2 축부(10b)의 외주면에 홈(12)을 형성하고, 이 홈(12)이 형성된 제2 축부(10b)와 로터(20)와의 사이에 슬리브(27)를 설치함으로써, 영구 자석(23)에 근접한 위치에 냉매 유로를 형성하고 있다. 그러므로, 영구 자석(23)을 포함하는 로터(20)를 간단하고 또한 효율적으로 냉각시킬 수 있다.
그리고, 예를 들면, 회전축(10)에 형성되는 홈(12)의 수, 길이, 형상(단면 형상 포함함)은, 전술한 실시형태에 제한되지 않는다. 또한, 회전축(10)에 형성되는 홈(12)과, 로터(20)에 설치되는 영구 자석(23)의 회전 방향(주위 방향)에 있어서의 배치 및 위치 관계도, 전술한 실시형태에 제한되지 않고, 임의의 배치 및 위치 관계로 할 수 있다.
또한, 상기 실시형태에서는, 회전축(10)이, 제1 축부(10a)와 제2 축부(10b)로 이루어지는 것[제1 축부(10a)와 제2 축부(10b)가 일체로 형성된 것]을 예로 들어 설명하였다. 그러나, 본 발명은, 제1 축부(10a)와 제2 축부(10b)가 다른 부재로 구성되는 회전축이라도 적용할 수 있다. 예를 들면, 제1 축부(10a)와 마찬가지의 외경을 가지는 원통형의 축부재에 대하여, 제2 축부(10b)와 마찬가지의 외경을 가지는 동시에 제1 축부(10a)와 마찬가지의 내경을 가지는 원환형의 보조 부재가 고정된 것을 회전축(10)으로서 사용할 수 있다.
[제5 실시형태]
도 12는, 본 발명의 제5 실시형태에 의한 회전기로서의 모터의 구성을 나타낸 단면도이다. 도 12에 나타낸 제5 실시형태의 모터(5)에서는, 원통형상의 슬리브(27)(원환형상의 슬리브 부재)를, 외경 및 내경 모두, 전술한 제3 실시형태보다 큰 직경으로 하여, 그만큼, 로터 코어(21) 및 엔드링(22)의 직경 방향에 있어서의 치수를 짧게 하고 있다. 그리고, 로터(20)의 일부를 이루는 원통형상의 회전체(80)(제2 회전체부)의 외주면에 슬리브(27)를 장착하여, 슬리브(27)의 외주면에 로터 코어(21) 및 엔드링(22)을 장착하고 있다.
그리고, 본 실시형태에서는, 로터(20)의 오일 유로(24)를, 로터 코어(21) 및 엔드링(22)이 아니고, 후술하는 바와 같이 회전체(80)에 형성하고 있다.
회전체(80)의 양 단면에는, 서로 중심축의 위치를 일치시켜 회전 지지 부재(25, 26)(제1 회전체부)가 각각 장착되어 있다. 회전 지지 부재(25, 26)는, 중심축(70)의 축 방향으로 오일을 안내하는 환형의 간극(25a, 26a)(제1 유로)을 중심축(70)과의 사이에 형성한다. 회전체(80)는, 회전 지지 부재(25, 26)보다 큰 직경으로 형성되어 있다.
회전체(80)의 외주면에는, 슬리브(27)의 내주면에 오일 유로(24)의 일부를 구성하는 홈(12)(오목부)이 형성되어 있다. 본 실시형태에서는, 도 13에 나타낸 바와 같이, 단면 형상이 직사각형 형상인 8개의 홈(12)이, 회전체(80)의 주위 방향을 따라 등간격으로 형성되어 있다.
또한, 회전체(80)의 내부에는, 회전체(80)의 내주면과 중심축(70)의 외주면과의 사이에 형성되는 환형의 간극(28)과 연통되는 오일 유로(24)(제2 유로)가 형성되어 있다. 이 오일 유로(24)는, 전술한 영구 자석(23)에 대응하여 원주 방향을 따라 복수 형성되어 있다. 즉, 오일 유로(24)는, 도 12에 나타낸 바와 같이, 영구 자석(23)에 접근하여 회전체(80)의 외주면에 형성하고 있다. 상기 회전체(80)의 원주 방향을 따라 복수 형성하고 있는 오일 유로(24)는, 내부를 흐르는 오일의 방향을, 교호적(交互的)으로 반대 방향으로 하고 있다.
여기서, 회전체(80)는, 도 13에 나타낸 바와 같이, 회전체(80)의 외주면에 형성된 홈(12)의 각각이 로터 코어(21)의 영구 자석(23)의 각각에 가장 근접하도록, 로터 코어(21)에 대한 회전 방향의 위치결정이 되어 있다. 이것은, 오일이 안내되는 오일 유로(24)의 일부를 구성하는 홈(12)을, 발열원인 영구 자석(23)에 최대한 근접시키는 것에 의해 로터(20)의 냉각 효율을 높이기 위해서이다.
로터(20)는, 로터 코어(21), 영구 자석(23), 및 엔드링(22)을 구비하고 있고, 슬리브(27)와 함께 회전체(80)에 장착되어, 회전체(80)와 함께, 중심축(70)의 주위에서 회전 가능하게 구성되어 있다. 도 12에 나타낸 바와 같이, 로터 코어(21)는, 자성체로 이루어지는 판재로서의 전자 강판을 접착제로 복수 적층하여 구성되며, 전술한 회전체(80)가 슬리브(27)와 함께 중심부에 삽통되는 원환형상의 부재이다.
엔드링(22)은, 로터 코어(21)의 축 방향(전자 강판의 적층 방향) 양 측부에 설치되고, 로터 코어(21)를 축 방향으로 협지하는 원환형상의 부재이다. 그리고, 로터 코어(21)의 축 방향의 길이는, 로터 코어(21)의 축 방향 양 측부에 설치되는 엔드링(22)의 두께를 부가한 길이가, 회전체(80)의 축 방향의 길이와 같아지도록 설정되어 있다.
슬리브(27)는, 회전체(80)와 로터(20)와의 사이에 설치된 원환형상의 부재이며, 예를 들면, 중심축(70)이나 회전체(80)와 같은 재질에 의해 형성되어 있다. 이 슬리브(27)는, 축 방향의 길이가 회전체(80)의 축 방향의 길이와 같아지도록 설정되어 있고, 예를 들면, 수축 끼워맞춤 등에 의해 회전체(80)의 외주면에 끼워맞추어져 있다. 슬리브(27)가 회전체(80)의 외주면에 끼워맞추어지는 것에 의해, 회전체(80)와 슬리브(27)와의 사이에 홈(12)에 의한 간극 유로(35)가 형성된다.
오일 유로(24)의 일부를 구성하는 홈(12)으로 안내된 오일은, 회전체(80)와 슬리브(27)와의 사이를 흐른다. 그러므로, 모터(5)의 온도 상승에 의해 로터 코어(21)를 구성하는 전자 강판을 접착하고 있는 접착제의 접착 강도가 저하된 상황 하에 있어서 로터(20)가 고속 회전을 했다고 해도, 오일 유로(24)의 일부를 구성하는 홈(12)으로 안내된 오일의 누출을 방지할 수 있다. 그리고, 전술한 로터 코어(21)는, 예를 들면, 수축 끼워맞춤 등에 의해 슬리브(27)의 외주면에 끼워맞추어져 있다.
여기서, 슬리브(27)는 회전체(80)의 외주면에 수축 끼워맞춤 등에 의해 끼워맞추어져 있으므로, 홈(12)으로 안내된 오일의 누출은 거의 발생하지 않지만, 홈(12)으로 안내되는 오일의 압력이 높을 경우에는 누출이 생길 우려도 생각된다. 그러므로, 축 방향의 양 단부에 있어서, 슬리브(27)를 회전체(80)에 왁스 접착하고, 용접하거나, 또는 슬리브(27)와 회전체(80)와의 사이에 O링 등의 실링 부재를 설치하여 실링하는 것이 바람직하다.
다음에, 상기 구성에 있어서의 모터(5)의 동작에 대하여 간단하게 설명한다. 모터(5)의 구동 시에는, 도시하지 않은 펌프 등에 의해 오일이 중심축(70)의 단부 개구로부터 로터 오일 도입 유로(71)에 도입된다. 도입된 오일은, 로터 오일 도입 유로(71)로부터 중심축(70)의 외주측의 간극(28)으로 유출된 후, 상기 간극(28)을 축 방향 외측을 향해 흘러가 오일 유로(24)에 흘러든다.
오일 유로(24)에 흘러든 오일은, 회전체(80)의 외주면에 형성된 홈(12)으로 안내된다. 여기서, 회전체(80)와 슬리브(27)와의 사이에는, 홈(12)에 의한 유로가 형성되어 있으므로, 홈(12)에 오일이 안내되면 영구 자석(23)이 냉각된다. 여기서, 홈(12)은 로터 코어(21)에 설치된 영구 자석(23)에 가장 근접하도록 배치되어 있으므로, 로터 코어(21) 및 영구 자석(23)을 효율적으로 냉각할 수 있다. 홈(12)에 의한 유로를 통과한 오일은, 오일 유로(24)로부터 베어링(B1, B2)의 내부 공간을 거쳐, 회전 지지 부재(25, 26)의 개구에 도달한다. 그리고, 하우징(40)의 좌측벽 부재(41) 및 우측벽 부재(42)와 아우터 하우징(61, 62)의 좌측벽 부재(61b) 및 우측벽 부재(62b)와의 사이의 공간으로 배출된다.
이상과 같이, 본 실시형태에서는, 로터(20)의 회전체(80)의 외주면에 오일 유로(24)의 일부를 구성하는 홈(12)을 형성하고, 이 홈(12)이 형성된 회전체(80)와 로터 코어(21)와의 사이에 원환형상의 슬리브(27)를 설치함으로써, 홈(12)으로 안내된 오일이 회전체(80)와 슬리브(27)와의 사이를 흐르도록 하고 있다. 그러므로, 모터(5)의 온도 상승에 의해 로터 코어(21)를 구성하는 전자 강판을 접착하고 있는 접착제의 접착 강도가 저하된 상황 하에 있어서 로터(20)가 고속 회전을 했다고 해도, 홈(12)으로 안내된 냉매의 누출을 방지할 수 있다.
또한, 본 실시형태에서는, 회전 지지 부재(25, 26)보다 대경으로 된 회전체(80)의 외주면에 홈(12)을 형성하고, 이 홈(12)이 형성된 회전체(80)와 로터 코어(21)와의 사이에 슬리브(27)를 설치함으로써, 영구 자석(23)에 근접한 위치에 냉매 유로를 형성하고 있다. 그러므로, 영구 자석(23)을 포함하는 로터(20)를 간단하고 또한 효율적으로 냉각할 수 있다.
그리고, 예를 들면, 회전체(80)의 외주면에 형성되는 홈(12)의 수, 길이, 형상(단면 형상 포함함)은, 전술한 형상에 한정되지 않는다. 또한, 회전체(80)의 외주면에 형성되는 홈(12)과 로터 코어(21)에 설치되는 영구 자석(23)의 회전 방향(주위 방향)에 있어서의 배치 및 위치 관계도, 전술한 위치 관계에 한정되지 않고, 임의의 배치 및 위치 관계로 할 수 있다.
또한, 상기 실시형태에서는, 회전 지지 부재(25, 26)와 회전체(80)가 일체로 형성된 것을 예로 들어 설명하였다. 그러나, 회전 지지 부재(25, 26)와 회전체(80)가 다른 부재로 구성되어 있어도 된다.
또한, 도 8 내지 도 11의 제4 실시형태에서는, 냉매 유로를 이루는 오목부로서의 홈(12)이 회전축(10)의 외주면에 형성되어 있는 예에 대하여 설명하였다. 마찬가지로, 도 12 및 도 13의 제5 실시형태에서는, 오일 유로(24)의 일부를 구성하는 오목부로서의 홈(12)이 회전체(80)의 외주면에 형성되어 있는 예에 대하여 설명하였다. 그러나, 이 홈(12)은, 도 14에 나타낸 바와 같이, 슬리브(27)의 내주면에 형성되어 있어도 되고, 도 15에 나타낸 바와 같이, 회전축(10)의 외주면 또는 회전체(80)의 외주면과 슬리브(27)의 내주면과의 양쪽에 형성되어 있어도 된다.
[산업 상의 이용 가능성]
전기 자동차의 모터 이외에도, 전력으로부터 회전력으로 변환하는 회전기, 또는, 예를 들면, 발전기와 같은 회전력으로부터 전력으로 변환하는 회전기의 전반에, 널리 적용 가능하다.
1, 2, 3, 4, 5: 모터
10: 회전축(로터축)
10a: 제1 축부(제1 회전체부)
10b: 제2 축부(제2 회전체부)
11: 냉매 유로
12: 홈
13: 연통 유로
20: 로터
21: 로터 코어
23: 영구 자석
24: 오일 유로(냉매 유로, 제2 유로)
25, 26 회전 지지 부재(제1 회전체부)
25a, 26a: 간극(제1 유로)
27: 슬리브(슬리브 부재)
30: 스테이터
31: 스테이터 코어
32: 코일
32a: 코일 엔드부
33a, 33b: 몰드 부재
33c: 몰드 부재
42b, 43b: 격벽부(격벽 부재)
51: 몰드 부재
51a: 원환부
51b: 돌출부
52b, 53c: 격벽부(격벽 부재)
70: 중심축(로터축)
80: 회전체(제2 회전체부)
P1: 오일 공급구(냉매 공급구)
S1: 제1 공간
S2 제2 공간

Claims (12)

  1. 로터축의 중심축 주위에 회전 가능하게 구성된 로터;
    상기 로터의 주위에 설치된 스테이터 코어(stator core) 및 상기 스테이터 코어에 대하여 양 단부(端部)로부터 코일 엔드부가 돌출된 상태로 장착되는 코일을 가지는 스테이터;
    상기 코일 엔드부의 근본 부분을 덮도록 상기 스테이터 코어의 양 단부에 형성되는 몰드 부재; 및
    상기 몰드 부재에 접촉된 상태로 장착되고, 상기 로터가 설치되는 제1 공간과 상기 코일 엔드부가 설치되는 제2 공간을 분리하는 격벽 부재;
    를 포함하는, 회전기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 코일을 수용하는 상기 스테이터 코어에 형성된 슬롯 내부의 간극을 메우도록 상기 스테이터 코어 내부에 형성되는 몰드 부재를 더 포함하는, 회전기.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 스테이터 코어의 양 단부에 형성되는 몰드 부재와 상기 스테이터 코어 내부에 형성되는 몰드 부재는, 서로 상이한 열전도율을 가지는 재료로 형성되는, 회전기.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 스테이터 코어의 한쪽 단부에 형성된 몰드 부재와 다른 쪽의 단부에 형성된 몰드 부재는, 상기 로터축의 중심축 방향에 대한 형상이 비대칭인, 회전기.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 스테이터 코어의 한쪽 단부에 형성된 상기 몰드 부재는, 상기 스테이터 코어의 단부를 따르는 원환형상(圓環形狀)이며,
    상기 스테이터 코어의 다른 쪽 단부에 형성된 상기 몰드 부재는, 상기 스테이터 코어의 단부를 따르는 원환형상의 원환부와, 상기 원환부로부터 상기 로터축의 중심축 방향으로 돌출하는 원통형상의 돌출부를 가지는 형상인, 회전기.
  6. 제1항에 있어서,
    외부로부터의 냉매를 상기 제2 공간에 설치되는 상기 코일 엔드부에 공급하는 냉매 공급구를 구비하는, 회전기.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 냉매 공급구는, 상기 코일 엔드부의 위쪽에 있어서, 상기 로터의 회전 방향을 따른 복수 개소에 설치되어 있는, 회전기.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 격벽 부재는, 상기 몰드 부재에 대하여 단부가 상기 몰드 부재의 내주 전체 주위에 걸쳐 걸어맞춤, 걸림, 맞닿음, 또는 끼워맞추어짐으로써, 상기 제1 공간과 상기 제2 공간을 분리하는, 회전기.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 로터는, 상기 로터축의 중심축 주위에 회전 가능한 회전체와, 상기 회전체의 외주면에 장착된 슬리브(sleeve) 부재를 가지고 있고, 상기 슬리브 부재의 외주면에, 복수의 전자(電磁) 강판을 적층한 로터 코어가 장착되어 있고, 상기 회전체의 외주면과 상기 슬리브 부재의 내주면 중 적어도 한쪽에, 냉매를 안내하는 냉매 유로를 이루는 오목부가 형성되어 있는, 회전기.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 회전체는, 상기 냉매를 축 방향으로 안내하는 제1 유로를 가지는 제1 회전체부와, 상기 제1 회전체부보다 대경(大徑)으로서, 상기 제1 유로와 상기 냉매 유로를 연통시키는 제2 유로가 내부에 형성된 제2 회전체부를 구비하고, 상기 제2 회전체부의 외주면에 상기 오목부가 형성되어 있는, 회전기.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 오목부는, 상기 로터에 설치되는 영구 자석의 개수와 같은 개수로 형성되어 있는, 회전기.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 회전체 및 상기 슬리브 부재는, 각각의 상기 오목부가 각각의 상기 영구 자석에 각각 가장 근접하도록, 상기 로터에 대하여 상기 로터의 회전 방향으로 위치결정되어 있는, 회전기.
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