JP2021112071A - モータ - Google Patents

Abstract

【課題】 冷媒をロータコアとステータコアに適切に分配することができるモータを提供する。【解決手段】 モータは、冷媒が流れる供給路が内部に設けられ、供給路の複数の出口が外周に沿って設けられた回転軸と、回転軸の外周に固定されたロータコアと、ロータコアの外周面と対向する内周面に、コイルを収容する複数のスロットが設けられたステータコアとを有し、ロータコアは、供給路から冷媒が複数の出口を介してそれぞれ流れ込む複数の分流路を有し、複数の分流路は、それぞれ、冷媒をロータコアから排出する排出口を有し、ロータコアの径方向に延び、軸方向のロータコアの端面ではなく、ロータコアの外周面に排出口を有する第１分流路と、軸方向に延び、ロータコアの外周面ではなく、ロータコアの端面に排出口を有する第２分流路とを含み、第１分流路及び第２分流路は、ロータコア内で互いに連通していない。【選択図】図１

Description

本発明は、モータに関する。

モータのロータコア内には、例えば中心の回転軸を介して冷媒である冷却油が供給され、回転軸の周囲には、冷却油が流れる複数の経路が設けられている（例えば特許文献１及び２）。各経路は、ロータコアの径方向及び回転軸方向の両方に延び、ロータコアの外周面及び回転軸方向の端面にそれぞれ冷却油の排出口を有する。外周面の排出口から排出される冷却油は、主にステータコア内のコイルを冷却し、端面の排出口から排出される冷却油は、主にロータコア内部の磁石などを冷却する。

特開２０１６−１４４３５６号公報 特開２０１６−９６６１１号公報

しかし、各流路内の冷却油は径方向及び回転軸方向に分かれて別々の排出口から排出されるため、外周面の排出口から排出される冷却油の流量、及び端面の排出口から排出される冷却油の流量の間のバランスは、冷却油の供給量及びロータコアの回転数などの各種の状態に応じて変動する。このため、コイル及びロータコアの両方を十分に冷却するためには、冷却油を過剰に多く供給する必要がある。

しかし、冷却油が過剰に多く供給されると、冷却油の無駄が増加するだけでなく、ロータコアとステータコアの間で生ずる冷却油の引きずり損も増加するおそれがある。

そこで本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、コイル及びロータコアに適切な流量の冷媒を分配することができるモータを提供することを目的とする。

本発明のモータは、冷媒が流れる供給路が内部に設けられ、前記供給路の複数の出口が外周に沿って設けられた回転軸と、前記回転軸の外周に固定されたロータコアと、前記ロータコアの外周面と対向する内周面に、コイルを収容する複数のスロットが設けられたステータコアとを有し、前記ロータコアは、前記供給路から前記冷媒が前記複数の出口を介してそれぞれ流れ込む複数の分流路を有し、前記複数の分流路は、それぞれ、前記冷媒を前記ロータコアから排出する排出口を有し、前記ロータコアの径方向に延び、前記回転軸の軸方向における前記ロータコアの端面ではなく、前記ロータコアの外周面に前記排出口を有する第１分流路と、前記軸方向に延び、前記ロータコアの外周面ではなく、前記軸方向における前記ロータコアの端面に前記排出口を有する第２分流路とを含み、前記第１分流路及び前記第２分流路は、前記ロータコア内で互いに連通していない。

本発明によれば、コイル及びロータコアに適切な流量の冷媒を分配することができる。

回転軸と直交する平面に沿ったモータの断面図である。 図１のＡ−Ａ線に沿ったモータの断面図である。 図１のＢ−Ｂ線に沿ったモータの断面図である。

図１は、回転軸２と直交する平面に沿ったモータ１の断面図である。モータ１は、一例として電気自動車に搭載され、動力源として用いられる。

モータ１は、略円環形状のステータＳＴ、及びステータＳＴの内側に配置される略円筒形状のロータＲＴを有する。ステータＳＴは、円環形状の磁性体のステータコア４、及びステータコア４の内周面Ｓｉに設けられたコイル５を有する。ロータＲＴは、円筒形状のロータコア３、ロータコア３内部に設けられた複数の永久磁石６、及びロータコア３の中心に固定された回転軸２を有する。ステータコア４及びロータコア３は、例えば打ち抜き加工された複数の電磁鋼板を、回転軸２の延びる方向（以下、「軸方向」と表記）Ｌに積層して一体化したものである。

ステータコア４の内周面Ｓｉとロータコア３の外周面Ｓｏは所定幅のギャップＧを挟んで対向する。ステータコア４の内周面Ｓｉには、軸方向Ｌに沿って延びるようにティース４０及びスロット４１が交互に設けられている。ティース４０は内周面Ｓｉから径方向に突出し、スロット４１は内周面Ｓｉから径方向に凹んでいる。

コイル５は、スロット４１に収容されるようにティース４０に巻き回されている。このため、軸方向Ｌにおいて、コイル５の両端部はステータコア４の両端面から突出する。コイル５は、例えば不図示の電源装置と電気的に接続され、電源装置から三相交流電流が流される。これにより、コイル５は回転磁界を発生する。

スロット４１とコイル５の隙間には、不図示の絶縁紙が詰め込んであるが、軸方向の中央部分には絶縁紙がない領域が存在する。その領域には、コイル５を冷却する冷却油が流れる流路が設けられており、ティース４０にも、冷却油の流路となる溝が設けられている。また、冷却油の流路の奥には、ロータコア３の径方向の外周側に向かう冷却油の流出口４２が設けられている。なお、冷却油は冷媒の一例であり、冷却油以外の冷媒がコイル５の冷却に用いられてもよい。

ロータコア３には、外周面Ｓｏに沿って、例えば８極分の複数の永久磁石６が設けられている。複数の永久磁石６には、コイル５から発生する回転磁界によって吸引力及び反発力が作用する。ロータコア３は回転軸２の外周２ｓに固定されている。このため、ロータコア３は回転軸２を中心として所定方向Ｋｒに回転する。

回転軸２の内部には、冷却油が流れる供給路２０が軸方向Ｌに延びるように設けられている。供給路２０は、不図示の冷却油の供給装置に接続されている。また、回転軸２には、その外周２ｓに沿って供給路２０の出口２１，２２が設けられている。出口２１，２２は、一例として円形であるが、これに限定されず、例えば四角形であってもよい。

ロータコア３は、その内部に、供給路２０から出口２１，２２を介して冷却油が流れ込む複数の分流路３１，３２を有する。このため、冷却油は、供給路２０から複数の分流路３１，３２に分流される。複数の分流路３１，３２は、ロータコア３の電磁鋼板を打ち抜いて形成された円形状の貫通孔であり、例えば同一の径Ｄｓの円形状の流路断面を有する。複数の分流路３１，３２は、それぞれ、冷却油を排出する排出口を有する。

分流路３１は、ロータコア３の径方向に延び、ロータコア３の外周面Ｓｏに冷却油の排出口３１ａを有する。つまり、分流路３１はロータコア３を径方向に貫通する。分流路３１は供給路２０の出口２１に接続されている。出口２１から流出した冷却油は、矢印Ｋａで示されるように分流路３２を流れて排出口３１ａからギャップＧに排出される。冷却油は、矢印Ｋｂで示されるように、ギャップＧからスロット４１とコイル５の隙間を流れて流出口４２から流出することによりコイル５を冷却する。

また、分流路３２は、ロータコア３の軸方向Ｌに延び、軸方向Ｌにおけるロータコア３の各端面に排出口３２ａ，３２ｂを有する。つまり、分流路３２はロータコア３を軸方向Ｌに貫通する。分流路３２は供給路２０の出口２２に接続されている。出口２２から流出した冷却油は分流路３２を流れてロータコア３を冷却する。なお、分流路３１は第１分流路の一例であり、分流路３２は第２分流路の一例である。また、ロータコア３の径方向において、分流路３２の外側には、永久磁石６が冷却されるように冷却油が流れる補助流路３５が設けられている。

分流路３１，３２は、回転軸２を中心として４５度おきに放射状に交互に設けられており、供給路２０を介して連通しているが、ロータコア３内では互いに連通していない。このため、分流路３１，３２が互いに独立しており、各分流路３１，３２の冷却油の流量の比率を個別に調整することが可能となる。

各分流路３１，３２の冷却油の流量の比率を個別に調整するため、分流路３１に接続される出口２１の径Ｄａと、分流路３２に接続される出口２２の径Ｄｂとは相違する。一例として、出口２１の径Ｄａは分流路３１，３２の径Ｄｓと同一であり、出口２２の径Ｄｂは分流路３１，３２の径Ｄｓより小さい。

このため、径Ｄａ＞径Ｄｂの関係が成立する。分流路３１と分流路３２はロータコア３内で互いに連通しないため、分流路３１に流れる冷却油の流量は、分流路３２に流れる冷却油の流量より多くなる。つまり、出口２１，２２の大きさに応じて分流路３１及び分流路３２の各流量の比が決定される。以下に分流路３１，３２の詳細を述べる。

図２は、図１のＡ−Ａ線に沿ったモータ１の断面図である。具体的には、図２は、軸方向Ｌ、かつ分流路３１の延びる方向に沿った断面を示す。なお、図２において、図１と共通する構成には同一の符号を付し、その説明は省略する。

分流路３１は、ロータコア３の径方向に延び、その断面積は例えば一定である。分流路３１の一端には冷却油の流入口３１ｂが設けられ、分流路３１の他端には冷却油の排出口３１ａが設けられている。流入口３１ｂは供給路２０の出口２１に接続されている。なお、本例の分流路３１は、軸方向Ｌに対して直交する角度で設けられているが、これに限定されず、径方向に延びるのであれば、上記の角度とは異なる角度で設けられてもよい。

また、ステータコア４のスロット４１にはコイル５が収容されている。コイル５は、スロット４１内に収容されて軸方向Ｌに延びるコイル主部５１、及びスロット４１の外部にはみ出して軸方向Ｌと直交する方向に延びる一対のコイル端部５０を含む。一対のコイル端部５０は、軸方向Ｌにおいてロータコア３の各端部３ａ，３ｂから外側に位置する。

軸方向Ｌにおけるスロット４１の中央部分には、冷却油が流れるように絶縁紙が設けられていない領域（以下、「冷却領域」と表記）４１０がある。また、冷却領域４１０に対向するティース４０の一部には、冷却油が流れる凹みが設けられている。さらにステータコア４の径方向における冷却領域４１０の外周側は冷却油の流出口４２が設けられている。

以上の構成によると、冷却油は、矢印Ｒ１ａで示されるように供給路２０を流れ、矢印Ｒ２ａで示されるように供給路２０から出口２１を通って分流路３１を流れて排出口３１ａからギャップＧに排出される。このとき、冷却油は、ロータコア３の回転による遠心力の作用により供給路２０から分流路３１に流れる。

また、ギャップＧ内の冷却油は、上記と同様に遠心力の作用により、矢印Ｒ３ａで示されるようにスロット４１内の冷却領域４１０を流れて流出口４２から排出される。このため、コイル５が冷却油により冷却される。流出口４２から流出した冷却油は、例えば不図示の流路を流れて冷却装置に循環する。

また、ロータコア３の内部には、分流路３１と直交する方向に延びる補助流路３３，３４が設けられている。補助流路３３，３４は、軸方向Ｌの同一直線上に設けられ、隔壁３３ｂ，３４ｂをそれぞれ介して分流路３１から隔てられている。補助流路３３，３４の一端は隔壁３３ｂ，３４ｂにより塞がれているが、補助流路３３，３４の他端は、それぞれ、軸方向Ｌにおけるロータコア３の端面３ａ，３ｂ上の開口３３ａ，３４ａとなる。

隔壁３３ｂ，３４ｂは、分流路３１に最も近い位置に設けられている。このため、冷却油は分流路３１から補助流路３３，３４には流れない。

しかし、隔壁３３ｂ，３４ｂは、これに限定されず、点線で示されるように分流路３１から離れた位置に設けられてもよい。この場合、補助流路３３，３４の一部が分流路３１に接続されるため、その一部に分流路３１から冷却油が流れ込む。これにより、ロータコア３内に埋設された永久磁石６の冷却効果を向上することができる。

図３は、図１のＢ−Ｂ線に沿ったモータ１の断面図である。具体的には、図３は、軸方向Ｌ、かつ分流路３２の延びる方向に沿った断面を示す。なお、図３において、図１及び図２と共通する構成には同一の符号を付し、その説明は省略する。

各分流路３２は、ロータコア３の径方向に延びる径方向流路３２０、及び軸方向Ｌに延びる軸方向流路３２１を含み、その断面積は例えば一定である。径方向流路３２０の一端には冷却油の流入口３２ｃが設けられ、径方向流路３２０の他端は軸方向流路３２１と接続されている。流入口３２ｃは供給路２０の出口２２に接続されている。径方向流路３２０の一端は、軸方向Ｌにおけるロータコア３の一方の端面３ａ上の排出口３２ａであり、径方向流路３２０の他端は、軸方向Ｌにおけるロータコア３の他方の端面３ｂ上の排出口３２ｂである。なお、本例の軸方向流路３２１は、軸方向Ｌに対して平行な角度で設けられているが、これに限定されず、軸方向Ｌに延びるのであれば、上記の角度とは異なる角度で設けられてもよい。

以上の構成によると、冷却油は、矢印Ｒ１ｂで示されるように供給路２０を流れ、矢印Ｒ２ｂで示されるように供給路２０から出口２２を通って径方向流路３２０を流れて軸方向流路３２１に入る。冷却油は、軸方向流路３２１を２方向に分岐して流れて各排出口３２ａ，３２ｂからロータコア３の外部に排出される。これにより、ロータコア３は冷却油により冷却される。

ロータコア３の外部に排出された冷却油は、矢印Ｒ３ｂ，Ｒ４ｂで示されるようにロータコア３の端面３ａ，３ｂの近傍をコイル端部５０に向かって流れる。これにより、コイル端部５０は冷却油により冷却される。

なお、本例では出口２１の径Ｄａは出口２２の径Ｄｂより大きいが、これとは逆に、出口２２の径Ｄｂが出口２１の径Ｄａより大きくてもよい。また、径Ｄａ，Ｄｂの一方は分流路３１，３２の径Ｄｓより大きくてもよいが、この場合、径Ｄａ，Ｄｂの他方は分流路３１，３２の径Ｄｓより小さくなる。

また、径方向流路３２０と同一直線上には、ロータコア３の径方向に延びる補助流路３５が設けられている。補助流路３５は一端側において隔壁３５ｂにより軸方向流路３２１から隔てられている。補助流路３５の他端は、ロータコア３の外周面Ｓｏ上の開口３５ａである。補助流路３５には、矢印ｍで示されるように、ギャップＧ内の冷却油が開口３５ａから流れ込む。

これにより、ロータコア３内に埋設された永久磁石６の冷却効果を向上することができる。なお、本例において隔壁３５ｂは、軸方向流路３２１に最も近い位置に設けられているが、これに限定されず、図示の位置よりも軸方向流路３２１から離れた位置に設けられてもよい。

これまで述べたように、回転軸２の内部には、冷却油が流れる供給路２０が設けられ、回転軸２の外周２ｓに沿って供給路２０の複数の出口２１，２２が設けられている。回転軸２の外周２ｓにはロータコア３が固定されている。ロータコア３は、供給路２０から冷却油が複数の出口２１，２２を介してそれぞれ流れ込む複数の分流路３１，３２を有する。

複数の分流路３１，３２は、それぞれ、冷却油をロータコア３から排出する排出口３１ａ，３２ａ，３２ｂが設けられている。分流路３１は、ロータコア３の軸方向Ｌの端面３ａ，３ｂではなく、ロータコア３の外周面Ｓｏに排出口３１ａを有する。ステータコア４は、ロータコア３の外周面Ｓｏと対向する内周面Ｓｉに、コイル５を収容する複数のスロット４１が設けられている。このため、供給路２０から分流路３１を流れて排出口３１ａから排出される冷却油はコイル５を冷却する。

また、分流路３２は、ロータコア３の外周面Ｓｏではなく、ロータコア３の軸方向Ｌの端面３ａ，３ｂに排出口３２ａ，３２ｂを有する。このため、供給路２０から分流路３２を流れて排出口３２ａ，３２ｂから排出される冷却油はロータコア３を冷却する。

分流路３１，３２は、ロータコア３内で互いに連通しない。このため、分流路３１，３２が互いに独立しており、各分流路３１，３２の冷却油の流量の比率を個別に調整することが可能となる。

したがって、モータ１は、冷却油を共通の供給路２０から分流路３１，３２を介してロータコアとステータコアに適切に分配することができる。

上述した実施形態は本発明の好適な実施の例である。但し、これに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変形実施可能である。

１ モータ
２ 回転軸
３ ロータコア
３ａ，３ｂ 端面
４ ステータコア
２０ 供給路
２１，２２ 出口
３１，３２ 分流路（第１及び第２分流路）
４１ スロット
３１ａ，３２ａ，３２ｂ 排出口

Claims (1)

1. 冷媒が流れる供給路が内部に設けられ、前記供給路の複数の出口が外周に沿って設けられた回転軸と、
   前記回転軸の外周に固定されたロータコアと、
   前記ロータコアの外周面と対向する内周面に、コイルを収容する複数のスロットが設けられたステータコアとを有し、
   前記ロータコアは、前記供給路から前記冷媒が前記複数の出口を介してそれぞれ流れ込む複数の分流路を有し、
   前記複数の分流路は、
   それぞれ、前記冷媒を前記ロータコアから排出する排出口を有し、
   前記ロータコアの径方向に延び、前記回転軸の軸方向における前記ロータコアの端面ではなく、前記ロータコアの外周面に前記排出口を有する第１分流路と、前記軸方向に延び、前記ロータコアの外周面ではなく、前記軸方向における前記ロータコアの端面に前記排出口を有する第２分流路とを含み、
   前記第１分流路及び前記第２分流路は、前記ロータコア内で互いに連通していないことを特徴とするモータ。
   
   

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