WO2018181244A1

WO2018181244A1 - ロータ

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Publication number: WO2018181244A1
Application number: PCT/JP2018/012291
Authority: WO
Inventors: 拓也吉澤
Original assignee: 本田技研工業株式会社
Priority date: 2017-03-28
Filing date: 2018-03-27
Publication date: 2018-10-04
Also published as: JPWO2018181244A1; JP6804633B2; US11081921B2; CN110495074B; CN110495074A; US20200099265A1

Abstract

回転電機のロータを適切に冷却できるようにする。そのために、冷却油を通流させるシャフト１００と、シャフト１００に装着された略円筒状のロータヨーク１１０と、ロータヨーク１１０に装着される磁石１３０と、ロータヨーク１１０の一端に衝合する第１のエンドプレート１６０と、を設け、ロータヨーク１１０は、磁石１３０よりも内周側に形成され冷却油を軸方向に通流される冷却油通路１１３を有し、ロータヨーク１１０は、第１のエンドプレート１６０を介して軸方向の押圧力を受け、ロータヨーク１１０と第１のエンドプレート１６０とは、半径方向の位置が冷却油通路１１３と磁石１３０との間の区間において、冷却油をシールするシール部を形成する。

Description

ロータ

　本発明は、回転電機のロータに関する。

　車両等に適用される回転電機のロータは、電磁鋼板を積層したロータヨークと、ロータヨークに装着される磁石と、を有している。下記特許文献１には、磁石の飛散を防止するため、一対のエンドプレートでロータヨークおよび磁石を保持する技術が記載されている。すなわち、これらエンドプレートは、撓み変形しながらロータヨークおよび磁石を押圧し、これらを挟持する。

特開２０１０－４６１９号公報

　ところで、ロータの軸心からロータの各部に冷却油を供給し、ロータを冷却できれば好ましい。しかし、エンドプレートによってロータの各部を押圧すると、ロータヨークが変形し冷却油が意図せぬ箇所から漏れ出し、ロータが適切に冷却できない場合が生じる。
　この発明は上述した事情に鑑みてなされたものであり、適切に冷却できるロータを提供することを目的とする。

　上記課題を解決するため本発明のロータにあっては、冷却油を通流させるシャフトと、前記シャフトに装着された略円筒状のロータヨークと、前記ロータヨークに装着される磁石と、前記ロータヨークの一端に衝合する第１のエンドプレートと、を有し、前記ロータヨークは、前記磁石よりも内周側に形成され前記冷却油を軸方向に通流される冷却油通路を有し、前記ロータヨークは、前記第１のエンドプレートを介して、軸方向の押圧力を受け、前記ロータヨークと前記第１のエンドプレートとは、半径方向の位置が前記冷却油通路と前記磁石との間の区間において、前記冷却油をシールするシール部を形成することを特徴とする。

　本発明によれば、ロータを適切に冷却できる。

本発明の第１実施形態によるロータの一部切欠正面図である。図１におけるＩ－Ｉ断面図である。図２におけるＡ部の詳細図である。図１におけるII－II断面図である。エンドプレートの模式的断面図である。ロータヨークに歪みが生じた場合におけるロータの模式図である。本実施形態によるロータの一部切欠斜視図である。本発明の第２実施形態によるロータの模式図である。本発明の第３実施形態によるロータの模式図である。

［第１実施形態］
〈第１実施形態の構成〉
　図１は、本発明の第１実施形態によるロータＲＴ１の一部切欠正面図である。
　なお、該ロータＲＴ１は、車両用の回転電機に適用されるものであり、電動機または発電機として動作する。図中に示す「前後」「上下」の向きは、車両にロータＲＴ１が装着された際、車両の進行方向に対する向きである。そして、紙面に垂直な方向が左右方向になる。

　ロータＲＴ１は、略円筒状に形成されたシャフト１００と、シャフト１００に挿入された略円筒状のロータヨーク１１０と、ロータヨーク１１０に埋設された磁石１３０と、を有している。ロータヨーク１１０は、略同一形状の電磁鋼板を左右方向（紙面に垂直な方向）に沿って積層し、カシメ加工、接着または溶接によって相互に結合したものである。シャフト１００の中空部１０４は、冷却油（図示せず）を通流させる流路である。

　図２は、図１におけるＩ－Ｉ断面図である。
　ロータヨーク１１０の左右両端面には、エンドプレート１５０（第２のエンドプレート）と、エンドプレート１６０（第１のエンドプレート）と、が衝合している。これらエンドプレート１５０，１６０は、ロータヨーク１１０内の磁石１３０を固定し、磁石１３０の飛散を防止している。また、シャフト１００には、圧入リング１７０が圧入されている。

　エンドプレート１６０の右方において、シャフト１００には、外径が広がっている大径部１０２が形成されている。エンドプレート１５０，１６０およびロータヨーク１１０は、大径部１０２と圧入リング１７０とに挟まれ、これらによって軸方向（左右方向）に押圧されている。また、シャフト１００において、大径部１０２よりも若干左方には、シャフト１００の中空部１０４から外周面まで挿通する給油穴１０６が形成されている。図２のエンドプレート１６０において、空洞１１３から磁石１３０までの区間は、左面が平坦になっており、当該部分を平坦部１６６と呼ぶ。平坦部１６６は、その何れかの箇所においてエンドプレート１６０とロータヨーク１１０とが接触する部分である。

　図１に戻り、ロータヨーク１１０は、その重量を軽減するために、複数の空胴部１１１～１１８が形成されている。まず、ロータヨーク１１０の内周付近には、断面略長円状の空洞１１１と、断面略三角形状の空洞１１２と、が周回方向に沿って交互に形成されている。また、空洞１１１，１１２よりも外周側には、断面略三角形状の空洞１１３と、断面略台形状の空洞１１４が周回方向に沿って交互に形成されている。ここで、本実施形態においては、空洞１１３，１１４（冷却油通路）は、外周面１１３ａ，１１４ａが同一円周上に配列されていることが一つの特徴である。

　また、空洞１１３，１１４のさらに外周側には、断面略三角形状の空洞１１５が等間隔に形成されている。空洞１１５のさらに外周側には、磁石１３０を埋設するための空洞１１６，１１７，１１８が、周回方向に沿って所定間隔で形成されている。また、エンドプレート１５０において、空洞１１５に対向する位置には、空洞１１５と略同形状の貫通孔１５５が形成されている。なお、エンドプレート１６０（図２参照）においても、図示を省略するが、空洞１１５に対向する位置には、貫通孔１５５と同様の貫通孔が形成されている。

　図３は、図２におけるＡ部の詳細図である。エンドプレート１６０において、給油穴１０６に対向する箇所は周回方向に沿って溝状に切り欠かれ、環状切欠部１６２が形成されている。また、エンドプレート１６０の左面には、環状切欠部１６２から空洞１１３の開口部まで、略円環状に凹んだ凹部１６４が形成されている。また、凹部１６４には、左方に突出し、ロータヨーク１１０に衝合する突出部１６３が随所に形成されている。

　この突出部１６３がロータヨーク１１０に衝合することにより、凹部１６４とロータヨーク１１０との間隔が維持されている。給油穴１０６から環状切欠部１６２に冷却油が供給されると、冷却油は環状切欠部１６２の全周に渡って充填される。ここで、ロータＲＴ１が回転すると、環状切欠部１６２に充填された冷却油は、遠心力によって凹部１６４に沿って外周方向に流れ、空洞１１３および空洞１１４（図１参照）に到達する。なお、図３においては、給油穴１０６を一ヶ所のみ図示するが、給油穴１０６は、周回方向に沿って２～６等分位置に複数形成し、冷却油を迅速に供給できるようにすることが好ましい。

　図４は、図１におけるII－II断面図である。
　エンドプレート１５０の右面には、略円環状に凹んだ凹部１５４が形成されている。また、凹部１５４には、右方に突出し、ロータヨーク１１０に衝合する突出部１５３が随所に形成されている。この突出部１５３がロータヨーク１１０に衝合することにより、凹部１５４とロータヨーク１１０との間隔が維持されている。

　図１において、ロータＲＴ１が回転すると、空洞１１４および空洞１１３（図１参照）内の冷却油は、遠心力によってこれらの外周面１１３ａ，１１４ａに集まり、さらに図４に示す凹部１５４を介して貫通孔１５５に到達し、貫通孔１５５からロータＲＴ１の外部に放出される。

　図５は、エンドプレート１６０の模式的断面図である。
　すなわち、図５において、エンドプレート１６０の各部の凹凸は誇張して示している。
　図５において、シャフト１００（図１参照）の中心軸をＣＬとし、エンドプレート１６０の外周端１６０ａの中心軸ＣＬからの半径をＲ１とする。エンドプレート１６０の左端位置すなわち突出部１６３の左端位置に対して、平坦部１６６は、オフセット値Ｌ１だけ右方向に凹んでいる。ここで、オフセット値Ｌ１［ｍｍ］（ミリメートル）は、本実施形態で想定している具体例においては、「０．２≦Ｌ１≦０．６」の範囲にすることが好ましく、「０．３５≦Ｌ１≦０．４８」の範囲にすることがより好ましい。その理由については後述する。

　図６は、本実施形態において、ロータヨーク１１０に歪みが生じた場合におけるロータＲＴ１の模式図である。
　上述したように、ロータヨーク１１０は、略同一形状の電磁鋼板を積層し、カシメ加工、接着または溶接によって相互に結合したものである。従って、電磁鋼板は、その密度が低い箇所（例えば、図１における空洞１１３，１１４の近辺）において、軸方向に歪みやすくなる。そのことは、ロータヨーク１１０全体が、特に空洞１１３，１１４の近辺において軸方向に沿って歪みやすくなることを意味する。

　但し、図６において、ロータＲＴ１の各部の歪みや凹凸は誇張して示している。
　例えば、ロータヨーク１１０に一般的な電磁鋼板を適用し、半径Ｒ１（図５参照）を９５［ｍｍ］とし、圧入リング１７０の締め代を０．０５～０．１［ｍｍ］程度にすると、エンドプレート１６０の反り量Ｐ１は、０．６～１．２［ｍｍ］程度になる。

　このような場合、上述したようにオフセット値Ｌ１［ｍｍ］を「０．２≦Ｌ１≦０．６」の範囲にすると、空洞１１３の外周面１１３ａの端部１１３ｂ（シール部）が角部になり、ロータヨーク１１０は、端部１１３ｂにおいてエンドプレート１６０に接触するようになる。この端部１１３ｂが角部になって平坦部１６６に衝合すると、当該箇所において冷却油がシールされ、外周方向には、冷却油が漏れにくくなる。換言すれば、端部１１３ｂは、「シール部」として機能する。さらに、図５に示したオフセット値Ｌ１を「０．３５≦Ｌ１≦０．４８」の範囲にすると、端部１１３ｂにおいて、冷却油を一層適切にシールすることができる。

　また、空洞１１４の外周面１１４ａ（図１参照）の端部も、同様にエンドプレート１６０に角部すなわちシール部となって接触する。従って、ロータヨーク１１０は、外周面１１３ａ，１１４ａに沿った円形の経路に沿った角部がエンドプレート１６０に接触する。ここで、オフセット値Ｌ１および反り量Ｐ１の関係をさらに一般的に表現すると、次のようになる。すなわち、反り量Ｐ１に対して、「Ｐ１／Ｌ１」が「１」～「６」の範囲、より好ましくは「２」～「３」の範囲になるようにオフセット値Ｌ１を決定することが好ましい。

　また、図６において、シール部となる端部１１３ｂが現れる軸方向の位置をＸ１とし、エンドプレート１６０がシャフト１００に接する箇所におけるロータヨーク１１０との衝合位置をＸ２とすると、位置Ｘ１，Ｘ２は、上述したオフセット値Ｌ１以上離れていることになる。

〈第１実施形態の動作〉
　次に、図７を参照し、本実施形態の動作を説明する。なお、図７は、本実施形態によるロータＲＴ１の一部切欠斜視図である。
　図７において、ロータＲＴ１が回転すると、中空部１０４内の冷却油は、給油穴１０６を介して凹部１６４に至る。凹部１６４に至った冷却油は、図１に示す空洞１１３，１１４の外周面１１３ａ，１１４ａに向かう。先に図６において説明したように、ロータヨーク１１０およびエンドプレート１６０は、外周面１１３ａ，１１４ａに沿った円形の経路に沿って相互に接触し、冷却油をシールする。換言すれば、平坦部１６６における外周方向への冷却油の流れが抑制される。

　従って、空洞１１３，１１４に到達した冷却油は、図７の経路Ｅ１で示すように、外周面１１３ａ，１１４ａに沿って右から左方向に流れ、凹部１５４に到達する。すなわち、図６に示したようにロータヨーク１１０が歪んでいる場合においても、ロータヨーク１１０の内部に、左右方向に流れる冷却油の適切な経路を形成することができる。そして、エンドプレート１５０の凹部１５４に到達した冷却油は、貫通孔１５５からロータＲＴ１の外部に放出される。

〈比較例〉
　次に、本実施形態の効果を明らかにするため、比較例の構成を説明する。本比較例の構成は、オフセット値Ｌ１（図５参照）が「０」であることを除き、上記実施形態のものと同様である。
　本比較例においては、角部（例えば図６に示した端部１１３ｂ）が、エンドプレート１５０と平坦部１６６との接触箇所にて形成されにくいという問題がある。そのため、空洞１１３および空洞１１４（図１参照）に到達した冷却油は、図７に示す経路Ｅ２に沿って漏れる割合が大きくなる。すなわち、冷却油は、ロータヨーク１１０のほぼ右側面のみに接触し、右側面のみを冷却するため、ロータヨーク１１０の内部を充分に冷却できなくなる。

〈第１実施形態の効果〉
　以上説明したように、本実施形態のロータＲＴ１は、冷却油を通流させるシャフト（１００）と、シャフト（１００）に装着された略円筒状のロータヨーク（１１０）と、ロータヨーク（１１０）に装着される磁石（１３０）と、ロータヨーク（１１０）の一端に衝合する第１のエンドプレート（１６０）と、を有し、ロータヨーク（１１０）は、磁石（１３０）よりも内周側に形成され冷却油を軸方向に通流される冷却油通路（１１３，１１４）を有し、ロータヨーク（１１０）は、第１のエンドプレート（１６０）を介して軸方向の押圧力を受け、ロータヨーク（１１０）と第１のエンドプレート（１６０）とは、半径方向の位置が冷却油通路（１１３，１１４）と磁石（１３０）との間の区間において、冷却油をシールするシール部（１１３ｂ）を形成する。
　これにより、冷却油通路（１１３，１１４）に冷却油を通流させることができ、ロータＲＴ１を適切に冷却することができる。

　さらに、本実施形態においては、第１のエンドプレート（１６０）は、シャフト（１００）の軸方向に沿って外周部が反るように変形するものであり、シール部（１１３ｂ）は、第１のエンドプレート（１６０）に押圧されるロータヨーク（１１０）の角部であることを特徴とする。
　これにより、シール部（１１３ｂ）の面積が小さい場合においても、冷却油通路（１１３，１１４）に冷却油を通流させることができ、ロータＲＴ１を一層適切に冷却することができる。

　さらに、本実施形態においては、シール部（１１３ｂ）が形成される軸方向の位置（Ｘ１）と、第１のエンドプレート（１６０）がシャフト（１００）に接する箇所におけるロータヨーク（１１０）との衝合位置（Ｘ２）とは、所定のオフセット値（Ｌ１）以上離れている。
　これにより、ロータヨーク（１１０）の歪みに対応しつつ、シール部（１１３ｂ）の位置を定めることができる。

［第２実施形態］
　図８は、本発明の第２実施形態によるロータＲＴ２の模式図である。
　本実施形態のロータＲＴ２においては、第１実施形態のロータＲＴ１におけるエンドプレート１６０に代えて、エンドプレート２６０が適用される。エンドプレート２６０のオフセット値Ｌ１（図５参照）は、「０」である。但し、エンドプレート２６０は、エンドプレート１６０と比較して剛性が高いため、反り量Ｐ１（図６参照）もほぼ「０」になる。

　本実施形態においては、反り量Ｐ１が「０」になるため、オフセット値Ｌ１が「０」であっても、空洞１１３の端部１１３ｂを角部として、エンドプレート２６０に接触させることができる。これにより、オフセット値Ｌ１が「０」であっても、第１実施形態と同様に、冷却油を適切にシールすることができる。

［第３実施形態］
　図９は、本発明の第３実施形態によるロータＲＴ３の模式図である。
　本実施形態のロータＲＴ３においては、第１実施形態のロータＲＴ１におけるエンドプレート１６０に代えて、エンドプレート３６０が適用される。エンドプレート３６０には、凹部１６４（図３参照）と同様に凹部３６４が形成されている。但し、凹部３６４の上端部は、空洞１１３の外周面１１３ａよりも外周側に位置している。また、これにより、エンドプレート３６０の平坦部３６６も、空洞１１３の外周面１１３ａよりも外周側に位置している。

　上述したように、圧入リング１７０による押圧力によって、ロータヨーク１１０は軸方向に沿って歪みやすくなる。但し、空洞１１３，１１４（図１参照）よりも外周側では、空洞１１５～１１８の占める面積比は比較的小さくなるため、電磁鋼板の密度が高くなる。このため、空洞１１５～１１８の周辺領域では、ロータヨーク１１０は歪みにくくなる。従って、図９において、空洞１１３よりも外周側において、ロータヨーク１１０の右端面は「平面」として扱って差し支えない場合がある。

　かかる場合には、ロータヨーク１１０の右端面に現れる平面に合わせてエンドプレート３６０の平坦部３６６の面を形成すると、平坦部３６６においてロータヨーク１１０とエンドプレート３６０とを面接触させることができる。これにより、平坦部３６６において、冷却油を一層適切にシールすることができる。すなわち、本実施形態においては、半径方向に所定の幅を有する平坦部３６６の全体をシール部とすることができる。

　以上のように、本実施形態によれば、シール部（３６６）を、半径方向に所定の幅を有する面にすることができる。これにより、一層適切に冷却油をシールすることができる。
　さらに、本実施形態においては、ロータヨーク（１１０）の他端に衝合する第２のエンドプレート（１５０）をさらに備え、冷却油通路（１１３，１１４）は、第１のエンドプレート（１６０）から第２のエンドプレート（１５０）に向かって冷却油を通流させるものであり、シール部（３６６）は、冷却油通路（１１３，１１４）よりも外周側に形成される。これにより、シール部（３６６）の平坦性を維持し、一層適切に冷却油をシールすることができる。

［変形例］
　本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。上述した実施形態は本発明を理解しやすく説明するために例示したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について削除し、若しくは他の構成の追加・置換をすることが可能である。上記実施形態に対して可能な変形は、例えば以下のようなものである。

（１）上記各実施形態においては、ロータヨーク１１０に空洞１１１～１１８を形成した例について説明したが、空洞１１１～１１８を形成していないロータヨークであっても、押圧されると形状が歪むため、本発明を適用することができる。

（２）また、上記各実施形態においては、磁石１３０をロータヨーク１１０の空洞１１６～１１８に埋設したが、磁石１３０はロータヨーク１１０の外周面に固着させるようにしてもよい。

（３）また、上記各実施形態は、車両のみならず、種々の電気機器に適用することができる。これにより、これらの電気機器においては、その用途に応じて、ロータを適切に冷却できるようになる。

１００　シャフト
１１０　ロータヨーク
１１３，１１４　空洞（冷却油通路）
１１３ｂ　端部（シール部）
１３０　磁石
１５０　エンドプレート（第２のエンドプレート）
１６０　エンドプレート（第１のエンドプレート）
３６６　平坦部（シール部）
ＲＴ１～ＲＴ３　ロータ

Claims

　冷却油を通流させるシャフトと、
　前記シャフトに装着された略円筒状のロータヨークと、
　前記ロータヨークに装着される磁石と、
　前記ロータヨークの一端に衝合する第１のエンドプレートと、
　を有し、
　前記ロータヨークは、前記磁石よりも内周側に形成され前記冷却油を軸方向に通流される冷却油通路を有し、
　前記ロータヨークは、前記第１のエンドプレートを介して軸方向の押圧力を受け、
　前記ロータヨークと前記第１のエンドプレートとは、半径方向の位置が前記冷却油通路と前記磁石との間の区間において、前記冷却油をシールするシール部を形成する
　ことを特徴とするロータ。
　前記第１のエンドプレートは、前記シャフトの軸方向に沿って外周部が反るように変形するものであり、
　前記シール部は、前記第１のエンドプレートに押圧される前記ロータヨークの角部である
　ことを特徴とする請求項１に記載のロータ。
　前記シール部は、半径方向に所定の幅を有する面である
　ことを特徴とする請求項１に記載のロータ。
　前記ロータヨークの他端に衝合する第２のエンドプレートをさらに備え、
　前記冷却油通路は、前記第１のエンドプレートから前記第２のエンドプレートに向かって前記冷却油を通流させるものであり、
　前記シール部は、前記冷却油通路よりも外周側に形成される
　ことを特徴とする請求項３に記載のロータ。
　前記シール部が形成される軸方向の位置と、前記第１のエンドプレートが前記シャフトに接する箇所における前記ロータヨークとの衝合位置とは、所定のオフセット値以上離れている
　ことを特徴とする請求項１に記載のロータ。