(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロータシャフトと、該ロータシャフト上に嵌合され、複数の鋼板を積層して構成されたコアと、からなるロータと、
該ロータの径方向外方に配設され、軸方向端に張り出すコイルエンドを有するステータと、からなるモータの冷却回路において、
前記ロータシャフトは、軸方向油路及び該軸方向油路に連通する径方向油路を有し、
前記コアは、該コアを軸方向に貫通する軸方向油路を有し、
前記ロータのコアの軸方向両端に前記ロータシャフトに嵌合させてコアを挟持する第１及び第２のプレートが設けられ、
該第１のプレー卜には、前記ロータシャフトの径方向油路の油を前記コアの軸方向油路の一端へ導く連絡油路が前記コアの端面に当て付けられる面側に形成され、
前記第２のプレートには、前記コアの軸方向油路の他端に連通し、前記ステータのコイルエンドの径方向内側で開口する油孔が形成され、
前記ロータシャフトの軸方向油路に油を供給する供給手段が設けられたことを特徴とするモータの冷却回路。
【請求項２】
ロータシャフトと、該ロータシャフト上に嵌合され、複数の鋼板を積層して構成されたコアと、からなるロータと、
該ロータの径方向外方に配設され、軸方向両端に張り出す第１及び第２のコイルエンドを有するステータと、
からなるモータの冷却回路において、
前記ロータシャフトは、軸方向油路及び該軸方向油路に連通する第１及び第２の径方向油路を有し、
前記コアは、該コアを軸方向に貫通する第１及び第２の軸方向油路を有し、
前記ロータのコアの軸方向両端に前記ロータシャフトに嵌合させてコアを挟持する第１及び第２のプレートが設けられ、
該第１のプレートには、前記ロータシャフトの第１の径方向油路の油を前記コアの第１の軸方向油路の一端へ導く第１の連絡油路と、前記コアの第２の軸方向油路の一端に連通し、前記ステータの第１のコイルエンドの径方向内側で開口する第１の油孔が形成され、
前記第２のプレートには、前記ロータシャフトの第２の径方向油路の油を前記コアの第２の軸方向油路の他端へ導く第２の連絡油路と、前記コアの第１の軸方向油路の他端に連通し、前記ステータの第２のコイルエンドの径方向内側で開口する第２の油孔が形成され、
前記ロータシャフトの軸方向油路に油を供給する供給手段が設けられたことを特徴とするモータの冷却回路。
【請求項３】
前記第１の連絡油路が、前記プレートの前記コアの端面に当て付けられる面側に形成された、請求項２記載のモータの冷却回路。
【請求項４】
前記第２の連絡油路が、前記プレートの前記コアの端面に当て付けられる面側に形成された、請求項２又は３記載のモータの冷却回路。
【請求項５】
前記ロータは、永久磁石を有する、請求項１〜４のいずれか１項記載のモータの冷却回路。
【請求項６】
前記供給手段は、オイルレシーバと、該オイルレシーバを前記ロータシャフトの軸方向油路に連通させる給油パイプで構成された、請求項１〜５のいずれか１項記載のモータの冷却回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気モータに関し、特に、該モータの発熱による特性変化を防ぐ技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電気モータのロータは、該ロータを構成するコア鉄心に生じるうず電流損及びヒステリシス損により発熱する。こうした損失は、モータの負荷が大きく、供給される電流が大きいほど大きくなり、それにつれて発熱量も大きくなる。そのため、米国特許第４，４１８，７７７号明細書には、モータを油で冷却すべく、オイルポンプからの油をロータシャフトの軸方向油路に供給し、そこからロータシャフトの径方向油路を介し、更に鋼板を積層して構成されたコア内の径方向油路を経て、コア内を貫通する軸方向油路に供給し、コア内を流れる油によりロータを冷却する電気自動車駆動用モータの冷却回路が開示されている。この冷却回路では、コアの軸方向油路への油の供給は、その軸方向中央位置の径方向油路からなされるようにしているので、軸方向油路内の油の流れは、２つに分かれて互いに逆方向へ向かう流れとなる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記従来技術のような冷却回路では、車両が旋回するときのように油に遠心力が作用した場合や、道路傾斜により走行時にモータに与えられる傾斜や車両へのモータの取付け姿勢により当初からモータに与えられる傾斜等により、モータのロータシャフトが水平面に対して傾斜している場合には、コアの軸方向油路にその中央位置から供給される油は、その位置から一方に偏って流れ、反対方向に向かう流れが滞るため、油の定常的な流れを確保してロータ全体を常に効率よく冷却することができないという問題点があった。
【０００４】
そこで、本発明は、ロータを通る油の流れが定常的にロータを軸方向に横断する流れとなるようにすることで、ロータ全体を常時確実に冷却しながら、更に、ステータのコイルエンドをも確実に冷却して、コイルを熱から保護し、更にコイルの電気抵抗の増加を抑えることのできるモータの冷却回路を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明は、ロータシャフトと、該ロータシャフト上に嵌合され、複数の鋼板を積層して構成されたコアと、からなるロータと、該ロータの径方向外方に配設され、軸方向端に張り出すコイルエンドを有するステータと、からなるモータの冷却回路において、前記ロータシャフトは、軸方向油路及び該軸方向油路に連通する径方向油路を有し、前記コアは、該コアを軸方向に貫通する軸方向油路を有し、前記ロータのコアの軸方向両端に前記ロータシャフトに嵌合させてコアを挟持する第１及び第２のプレートが設けられ、該第１のプレー卜には、前記ロータシャフトの径方向油路の油を前記コアの軸方向油路の一端へ導く連絡油路が前記コアの端面に当て付けられる面側に形成され、前記第２のプレートには、前記コアの軸方向油路の他端に連通し、前記ステータのコイルエンドの径方向内側で開口する油孔が形成され、前記ロータシャフトの軸方向油路に油を供給する供給手段が設けられたことを特徴とする。
【０００６】
次に、上記の目的を達成する他の構成として、本発明は、ロータシャフトと、該ロータシャフト上に嵌合され、複数の鋼板を積層して構成されたコアと、からなるロータと、該ロータの径方向外方に配設され、軸方向両端に張り出す第１及び第２のコイルエンドを有するステータと、からなるモータの冷却回路において、前記ロータシャフトは、軸方向油路及び該軸方向油路に連通する第１及び第２の径方向油路を有し、前記コアは、該コアを軸方向に貫通する第１及び第２の軸方向油路を有し、前記ロータのコアの軸方向両端に前記ロータシャフトに嵌合させてコアを挟持する第１及び第２のプレートが設けられ、該第１のプレートには、前記ロータシャフトの第１の径方向油路の油を前記コアの第１の軸方向油路の一端へ導く第１の連絡油路と、前記コアの第２の軸方向油路の一端に連通し、前記ステータの第１のコイルエンドの径方向内側で開口する第１の油孔が形成され、前記第２のプレートには、前記ロータシャフトの第２の径方向油路の油を前記コアの第２の軸方向油路の他端へ導く第２の連絡油路と、前記コアの第１の軸方向油路の他端に連通し、前記ステータの第２のコイルエンドの径方向内側で開口する第２の油孔が形成され、前記ロータシャフトの軸方向油路に油を供給する供給手段が設けられたことを特徴とする。
この場合、前記第１の連絡油路が、前記プレートの前記コアの端面に当て付けられる面側に形成された構成とするのが有効である。
また、前記第２の連絡油路が、前記プレートの前記コアの端面に当て付けられる面側に形成された構成とするのも有効である。
【０００７】
上記の各構成における前記ロータは、永久磁石を有する構成とすることもできる。
【０００８】
上記の各構成における供給手段は、具体的には、オイルレシーバと、該オイルレシーバを前記ロータシャフトの軸方向油路に連通させる給油パイプで構成される。
【０００９】
【発明の作用及び効果】
上記請求項１記載の構成では、冷却回路の供給手段によりロータシャフトの軸方向油路から供給された油は、ロータシャフトの軸方向油路、ロータシャフトの径方向油路、第１のプレートの連絡油路を経て、コアの軸方向油路の端部から他端に向かう一方通行の流れとなる。したがって、モータのロータシャフトが水平面に対して傾斜している場合や、油に遠心力が作用している場合でも、コアの軸方向油路内の油の流れが滞ることがなく、常にコア内を軸方向に横断する油の流れが確保され、それによりロータ全体を確実に冷却することができる。
【００１０】
更に、上記コアの軸方向油路への油の供給を、コアとは別体のコアの端面に当て付けられる面側に連絡油路が形成された第１のプレートを介して行うようにしているので、ロータの加工が簡素化される。また、これにより、コアを構成する複数の積層鋼板の一部のものに油をロータシャフトから軸方向油路に導くための連絡油路を形成する必要がないので、積層鋼板の形状を全て同一形状に統一することができるため、部品品種数を減らすことができる。
【００１１】
更に、コアの軸方向油路で一方通行となった油は、第２のプレートの油孔からロータの遠心力によりステータのコイルエンドに供給される。したがって、コアの軸方向油路に供給された油は、軸方向油路を通り、一端から他端に達する一方通行の流れとなり、ロータの軸方向全長に及び、熱交換によるコアの冷却が可能となり、しかも、その後にステータのコイルエンドに供給されて、コイルエンドとの熱交換によるコイルの冷却により、エナメル、ワニス、絶縁紙の熱に対する保護と、電気抵抗の増加を抑えることができる。
【００１２】
次に、請求項２記載の構成では、冷却回路の供給手段からロータシャフトの軸方向油路に供給された油は、一方で、ロータシャフトの第１の径方向油路、プレートの第１の連絡油路を経て、コアの第１の軸方向油路を一方通行の流れとなって流れ、第２油孔からロータの遠心力によりステータの第２のコイルエンドに供給される。また、他方で、ロータシャフトの第２の径方向油路、プレートの第２の連絡油路を経てコアの第２の軸方向油路を逆向きの一方通行の流れとなって流れ、第１の油孔からロータの遠心力によりステータの第１のコイルエンドに供給される。
【００１３】
したがって、コアの第１及び第２の軸方向油路に供給された油は、第１及び第２の軸方向油路それぞれについて、一端から他端に達する相互に逆向きの一方通行の流れとなり、ロータの軸方向全長に及び、しかもロータの周方向についても複数箇所で行われる熱交換によるコアの冷却が可能となり、しかも、その後にステータの第１及び第２のコイルエンドに供給されて、コイルエンドとの熱交換によるコイルの冷却により、エナメル、ワニス、絶縁紙の熱に対する保護と、電気抵抗の増加を抑えることができる。
【００１４】
更に、コアの第１及び第２の軸方向油路への油の供給を、コアの端部に配設された別体の第１及び第２のプレートを介して行うようにしているので、コア自体に連絡油路を形成することによるロータの加工の複雑化を避けることができる。また、これにより、コアを構成する複数の積層鋼板の一部のものに油をロータシャフトから軸方向油路に導くための連絡油路を形成する必要がないので、積層鋼板の形状を全て同一形状に統一することができるため、部品品種数を減らすことができる。
そして、請求項３又は４記載の構成では、ロータのコアとプレートとの間に連絡油路が形成されることにより、プレートの加工が容易となる。
【００１５】
そして、請求項５記載の構成では、連絡油路を構成するプレートを、コアを構成する複数の積層鋼板の挟持手段と共通部品とすることができる。
【００１６】
また、請求項６記載の構成では、コアと永久磁石を確実に冷却して、コアのうず電流損やヒステリシス損による発熱と、永久磁石の不可逆減磁を抑えることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図面に沿い、本発明の実施形態を説明する。この形態に係るモータは、直流ブラシレスモータとされている。まず概略構成から説明すると、図１に軸方向展開断面を示すように、モータは、モータケース１０に両端をベアリング１１を介して回転自在に支持されたロータシャフト２と、ロータシャフト２上に回り止め嵌合され、極数（本実施形態において６極）に対応する複数（周方向に６個）の永久磁石３１が等ピッチ角度で配設され、電磁鋼板からなる鉄心を軸方向に多数積層したコア３０からなるロータ３と、モータケース１０に外周を回り止め嵌合され、ロータ３の径方向外方に配設され、同じく電磁鋼板からなる鉄心を軸方向に多数積層したコア４０と、コア４０のスロットにコイル部を挿通され、コア４０の軸方向両端から張り出す第１及び第２のコイルエンド４１ａ，４１ｂ（以下、位置関係を区別する意味で、必要に応じて、各部材の参照符号数字の末尾に英小文字の識別符号を付す）を有するステータ４とを備える。なお、図において、符号６はロータシャフト２の一端に固定されて、ロータシャフト２の回転から磁極位置を検出するレゾルバを示す。
【００１８】
このような構成からなるモータは、本形態では、そのモータケース１０をギヤケース９０に結合して組み合わされ、差動装置９と一体化された電気自動車駆動装置とされている。したがって、ロータシャフト２の一端に固定された歯車９１は、大径歯車９２、カウンタ軸９３、小径歯車９４及びリングギヤ９５を介してデフケース９６に駆動連結されている。なお、差動装置９は、ユニバーサルジョイントを介して、左右の車軸に連結されている。
【００１９】
図３に詳細を示すように、ロータ３は、そのコア３０の軸方向両端に配設され、複数の永久磁石３１を軸方向に位置決めするとともに、コア３０を構成する鋼板を挟持する第１及び第２のプレート２１ａ，２１ｂを有する。これらのプレートは、双方とも全く同一の形状とされており、図５に詳細を示すように、コア３０の端面に当付けられる面側に連絡油路を構成する３つの溝２４を形成されている。これらの溝２４は、内周側の周回溝２４’により相互に連結されて、等角度（本形態において１２０°）間隔で放射方向に延び、ロータ３の後に詳記する軸方向油路３２の端部に対応する位置で終端している。プレート２１には、更に３つの油孔２５が形成されている。これらは、上記各溝２４の終端部位置と同径位置に、各溝２４の中間部に位置して等角度（本形態において１２０°）間隔で設けられており、プレート２１を板厚方向に貫通している。
【００２０】
図３に戻って、モータ内の冷却回路は、ロータシャフト２に形成され、軸方向油路２２及びそれに連通された第１及び第２の径方向油路２３ａ，２３ｂと、コア３０に形成され、永久磁石３１の径方向内側を軸方向に貫通する第１及び第２軸方向油路３２ａ，３２ｂと、第１のプレート２１ａに形成され、ロータシャフト２の第１の径方向油路２３ａとコア３０の第１の軸方向油路３２ａとを連通する第１の連絡油路２４ａと、コア３０の第２の軸方向油路３２ｂに連通され、ステータ４の第１のコイルエンド４１ａの径方向内方に開口する第１の油孔２５ａと、第２のプレート２１ｂに形成され、ロータシャフト２の第２の軸方向油路２３ｂとコア３０の第２の軸方向油路３２ｂとを連結する第２の連絡油路２４ｂと、第１の軸方向油路３２ａに連結され、ステータ４の第２のコイルエンド４１ｂの径方向内方に開口する第２の油孔２５ｂと、ロータシャフト２の軸方向油路２２に油を供給する供給手段５（図１参照）とから構成されている。
【００２１】
図４に示すように、コア３０内の軸方向油路３２は、この形態では、各永久磁石３１の径方向内側に、永久磁石３１に隣接する油路周面３２’を永久磁石３１の外形面３１’に沿わせて、ほぼ匹敵する幅の並行面を形成されている。そして、ロータ３のコア３０は、同一形状の複数の鋼板３０’からなる鉄心を軸方向に積層して構成されている。
【００２２】
図１に示すように、冷却回路の供給手段５は、この実施形態では、ロータシャフト２の軸方向油路２２の一端に、モータケース１０に接続されたギヤケース９０側から挿入された給油パイプ５０で構成されている。図２にその構成をギヤケース９０側から見て示すように、給油パイプ５０は、その一端にオイルレシーバ５１を備えている。オイルレシーバ５１は、ギヤケース９０内に配設されたリングギヤ９５と大径歯車９２（図２では、その輪郭のみ示す）の外周部に跨がるように位置付けられ、リングギヤ９５と大径歯車９２の回転により掻き上げられた油をロータシャフト２のレベルで捕集する機能を果たす。なお、モータケース１０とギヤケース９０とは、開口５２で連通されており、この開口５２の下面は、モータケース１０側のオイルレベルを、図に点線で示すロータ３の外周最下方に保つ堰としての機能を果たす。更に、両ケース１０，９０は、開口５２の下方に形成されたオリフィス５３で連通されており、このオリフィス５３は、両者のオイルレベルを均衡させる機能を果たす。
【００２３】
このように構成されたモータの冷却回路において、潤滑と冷却を兼ねる油は、主としてギヤケース９０内に、図２に中段の点線で示すレベルまで入れられている。この状態からモータの運転が開始されると、それにより駆動されるリングギヤ９５が、図２において反時計回りに、また、大径歯車９２が時計周りに回転し、それらにより掻き上げられた油がオイルレシーバ５１に捕集される。捕集された油は、給油パイプ５０に導かれてギヤケース９０側からロータシャフト２の軸方向油路２２内に供給される。
【００２４】
図３には、上記のように構成されたモータの冷却回路におけるモータ側の油の流れが矢印で示されており、上記のようにしてロータシャフト２の軸方向油路２２に供給された油は、ロータシャフト２の回転による遠心力で軸方向油路２２の周面に沿って流れ、一方で第１の径方向油路２３ａに入り、プレート２１ａの第１の連絡油路２４ａ、コア３０の第１の軸方向油路３２ａを経て、プレート２１ｂの第２の油孔２５ｂからロータ３の遠心力により一方のコイルエンド４１ｂに吹きかけられる。また、他方で第２の径方向油路２３ｂ、プレート２１ｂの第２の連絡油路２４ｂ、コア３０の第２の軸方向油路３２ｂを経て、プレート２１ａの第１の油孔２５ａからロータ３の遠心力により他方のコイルエンド４１ａに吹きかけられる。したがって、油はコア３０の第１及び第２の軸方向油路３２を流れる際に、コア３０とその外周の永久磁石３１を一方通行の流れで確実に冷却して、コア３０のうず電流損やヒステリシス損による発熱と、永久磁石３１の不可逆減磁を抑えるとともに、第１及び第２の油孔２５から放出されて、ステータ４の両端のコイルエンド４１に油を供給されてそれらを確実に冷却し、コイルのエナメル、ワニス、絶縁紙の熱に対する保護と、電気抵抗の増加を抑えることができる。
【００２５】
このようにモータを冷却した後の油は、モータケース１０を伝わり、あるいは各部から滴下して、モータケース１０の下方に集まり、開口５２の下面レベルを越えた分がギヤケース９０側に戻る。こうしたモータの運転中は、上記の各油路等に油が流れているので、ギヤケース９０内のオイルレベルは図２の最下方の点線のレベルまで低下し、モータケース１０内のオイルレベルは最上方の点線のレベルを保つ。そして、モータの運転を停止すると、オリフィス５３を通る油の流れで、両オイルレベルが徐々に均衡し、やがて図の中段に示す点線のレベルとなる。
【００２６】
以上、詳述したように、この冷却回路では、ステータ４側のコイルとロータ３側のコア３０の油冷却を両立させるため、ロータシャフト２の軸方向油路２２に導入された油が、ロータシャフト２の径方向油路２３を通ってロータコア３０の両側面に配設されたプレート２１の連絡油路２４からコア３０内に導かれる。コア３０内の軸方向油路３２は、コア３０内にそれぞれ流れの方向が逆な油路として周方向に均等に配置されており、これによりコア３０を万遍なく冷却する。そして、この油は反対側のプレート２１から出て、遠心力によってコイルエンド４１の内側に吹きかけられる。これらコア３０内の軸方向油路数は、図４に示すように、６極の極数に対応して６本設けられており、それらの内半数の３本ずつが交互に片側のプレート２１からの油の供給を受け、もう一方のプレート２１に排出する。これによって各軸方向油路の油の流れは一端から他端に達する一方向の流れとなり、常時油の流動が確保され、しかも最終的に両側のコイルエンド４１まで油を確実に導出することができ、かくして冷却部において枝別れのない冷却油の流れが常時形成される。しかも、油路を構成する部品としてのコア３０の両側面のプレート２１は、全く同じ形状とすることで部品として共通化され、また、コア３０を構成する各鋼板３０’についても、統一された全て同一形状のものとすることで、部品として共通化されている。
【００２７】
以上、本発明を実施形態に基づき詳説したが、本発明はこれらの実施形態に限るものではなく、特許請求の範囲に記載の事項の範囲内で種々に具体的構成を変更して実施することができる。特に供給手段については、モータ又はギヤ部の回転により駆動されるオイルポンプで構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係るモータの軸方向断面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ方向矢視図である。
【図３】上記モータのステータとロータを取り出して油路配置を示す軸方向断面図である。
【図４】上記モータのロータとプレートの位置関係を示すロータコアの軸横断方向断面図である。
【図５】上記プレートの詳細を示す斜視図である。
【符号の説明】
２  ロータシャフト
３  ロータ
４  ステータ
５  供給手段
２１ａ  第１のプレート
２１ｂ  第２のプレート
２２  軸方向油路
２３ａ  第１の径方向油路
２３ｂ  第２の径方向油路
２４ａ  第１の連絡油路
２４ｂ  第２の連絡油路
２５ａ  第１の油孔
２５ｂ  第２の油孔
３０  コア
３０’  鋼板
３２ａ  第１の軸方向油路
３２ｂ  第２の軸方向油路
４１ａ  第１のコイルエンド
４１ｂ  第２のコイルエンド
５０  給油パイプ
５１  オイルレシーバ
【図１】
0003570450.tif 000002
【図２】
0003570450.tif 000003
【図３】
0003570450.tif 000004
【図４】
0003570450.tif 000005
【図５】
0003570450.tif 000006