(57)【要約】【課題】コストおよび体格の増加を抑え、ステータやロータを冷却する油量を回転数に応じた遠心力によって連続的に制御する冷却装置を提供する。【解決手段】回転自在に支持されたシャフトの内部にロータを冷却するオイルを流通させる油通路が形成されるとともに、その油通路に連通する油路が前記ロータの軸線方向での少なくとも一方の端部に設けられたエンドプレートを貫通して形成され、その油路が前記エンドプレートの側面に開口しているモータの冷却装置であって、前記油路の開口端に、前記ロータの回転数が高回転数ほど前記開口端から流出するオイルの流動抵抗を低下させるように、遠心力によって半径方向で外側に変形する弾性部材が設けられている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転自在に支持されたシャフトの内部にロータを冷却するオイルを流通させる油通路が形成されるとともに、その油通路に連通する油路が前記ロータの軸線方向での少なくとも一方の端部に設けられたエンドプレートを貫通して形成され、その油路が前記エンドプレートの側面に開口しているモータの冷却装置において、
前記油路の開口端に、前記ロータの回転数が高回転数ほど前記開口端から流出するオイルの流動抵抗を低下させるように、遠心力によって半径方向で外側に変形する弾性部材が設けられていることを特徴とするモータの冷却装置。
【請求項２】
前記弾性部材は、前記ロータが回転することによる遠心力を受けて弾性変形するパイプを含み、
そのパイプは、軸線方向に沿うリブを備えたパイプ、もしくは前記開口端に取り付けられた端部とは反対側の先端部に重りが付設されたパイプ、蛇腹状のパイプの少なくともいずれかを含む
ことを特徴とする請求項１に記載のモータの冷却装置。
【請求項３】
前記弾性部材は、温度の上昇によって内径が増大するパイプを含むことを特徴とする請求項１に記載のモータの冷却装置。
【請求項４】
前記シャフトを回転自在に支持するとともに前記油通路から供給されるオイルで潤滑される軸受を更に備え、
前記弾性部材は、前記モータの負荷が増大し、あるいはモータの温度が上昇することにより内径が減少するパイプによって構成されている
ことを特徴とする請求項１に記載のモータの冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、モータのロータシャフト内を通るオイルを遠心力によって流動させて主としてロータを冷却するように構成されたモータの冷却装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種のモータの冷却装置が車両用のモータの冷却装置として多用されており、車両用のモータの冷却装置では可及的に小型・軽量であると同時にオイルの油量をモータの回転数などの動作状態に応じて制御することが望まれる。その一例が特許文献１に記載されている。特許文献１に記載された装置は、チェックボールおよびチェックスプリングによって開閉弁を構成し、ロータの回転に伴う遠心力がチェックボールに作用してチェックスプリングを圧縮して開弁動作することにより、油の流れる通路を、ロータの回転数に応じて開閉し、あるいはその開口面積を変化させるように構成されている。
【０００３】
また、特許文献２には、ロータシャフトの内部を貫通して油通路が形成され、その油通路からロータシャフトの外周側に供給された潤滑油が、ロータに形成されているスロットに軸線方向に流通することを、ロータの回転数に応じて制限するように構成された装置が記載されている。より具体的には、ロータの軸線方向での両端部に、ロータの回転数が増大するのに従って半径方向で外側に移動する遮蔽部材が設けられ、ロータの回転数が増大することによりその遮蔽部材に対する遠心力が大きくなって、スロットの端部を次第に閉じるように構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−１１８７１４号公報
【特許文献２】特開２００７−３１２５８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した特許文献１に記載されている冷却装置では、チェックスプリングによる閉弁方向の力とチェックボールに作用する遠心力との大小に応じて油路が開き、あるいは閉じる。したがって、開閉弁は、開状態と閉状態との二つの状態となるのみであって、ロータの冷却のための油の供給と遮断との切り替えを行うことができるものの、ロータの回転数に応じて流量の制御を行うことができない可能性がある。
【０００６】
また、特許文献２に記載された装置は、ロータの回転数が増大するのに応じて、スロットに対する潤滑油の流量を制限するように構成されているので、高回転数時に十分な冷却を行うことができない可能性がある。
【０００７】
この発明は、上述した技術的課題に着目してなされたものであって、ロータの回転数が増大するのに従って、ロータを冷却するオイルの流量を増大させることにより、ロータの回転数に応じた冷却を行うことができ、しかも構成が簡単な冷却装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するために、請求項１の発明は、回転自在に支持されたシャフトの内部にロータを冷却するオイルを流通させる油通路が形成されるとともに、その油通路に連通する油路が前記ロータの軸線方向での少なくとも一方の端部に設けられたエンドプレートを貫通して形成され、その油路が前記エンドプレートの側面に開口しているモータの冷却装置において、前記油路の開口端に、前記ロータの回転数が高回転数ほど前記開口端から流出するオイルの流動抵抗を低下させるように、遠心力によって半径方向で外側に変形する弾性部材が設けられていることを特徴とするモータの冷却装置である。
【０００９】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記弾性部材は、前記ロータが回転することによる遠心力を受けて弾性変形するパイプを含み、そのパイプは、軸線方向に沿うリブを備えたパイプ、もしくは前記開口端に取り付けられた端部とは反対側の先端部に重りが付設されたパイプ、蛇腹状のパイプの少なくともいずれかを含むことを特徴とするモータの冷却装置である。
【００１０】
請求項３の発明は、請求項１の発明において、前記弾性部材は、温度の上昇によって内径が増大するパイプを含むことを特徴とするモータの冷却装置である。
【００１１】
請求項４の発明は、請求項１の発明において、前記シャフトを回転自在に支持するとともに前記油通路から供給されるオイルで潤滑される軸受を更に備え、前記弾性部材は、前記モータの負荷が増大し、あるいはモータの温度が上昇することにより内径が減少するパイプによって構成されていることを特徴とするモータの冷却装置である。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１の発明によれば、ロータの回転数が増大すると、その開口端から流出するオイルに対する流動抵抗が低減するので、オイルの流通量がロータの回転数に応じて増大し、それに伴ってロータあるいはモータの冷却を促進することができる。
【００１３】
請求項２の発明によれば、請求項１の発明と同様の効果に加えて、遠心力によるパイプの弾性変形量すなわち前記開口端から流出するオイルに対する流動抵抗を、リブの形状や重りの量、あるいは蛇腹の変形量によって調整でき、したがって簡単な構成でモータの冷却の程度を容易に調整することができる。
【００１４】
請求項３の発明によれば、モータの温度が上昇するなどのことに伴って弾性部材の温度が上昇すると、前記油通路に連通されているパイプの内径、すなわちオイルの流動部の開口径が増大するので、モータを冷却するためのオイルの流量を増大させて冷却能力を向上させることができる。
【００１５】
請求項４の発明によれば、モータの負荷が増大したりモータの温度が上昇した場合、パイプを流れるオイルの量が絞られるので、前記油通路から分岐して軸受に供給されるオイルの量が相対的に増大し、軸受の潤滑を促進することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】この発明に係る冷却装置の断面図である。
【図２】図１に示す冷却装置の高速回転時の断面図である。
【図３】図１に示す冷却装置における弾性部材のモータの回転時の形状を示した模式図である。
【図４】（ａ）〜（ｃ）は、エンドプレートの内側、断面、外側を示す図である。
【図５】（ａ）、（ｂ）は、弾性部材をそれぞれリブや蛇腹の形状にした状態を示す図である。
【図６】弾性部材の一端に重りを設けた状態を示す図である。
【図７】（ａ）、（ｂ）は、常温から高温時のパイプの内径が増大する状態を示す図である。
【図８】（ａ）、（ｂ）は、常温から高温時にパイプの内径が減少する状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、この発明を具体例に基づいて説明する。図１は、この発明にかかる冷却装置の一例を示す断面図である。同図において、モータの冷却装置１（以下、単に冷却装置１という）は、モータＡを冷却するように構成されたものであり、軸受１１によって回転自在に支持されたシャフト２の外周面２ａに、互いに積層された多数の積層板３が嵌合されかつこれらの積層板３が前記シャフト２の外周面２ａに取り付けられている。そして、この積層板３をエンドプレート４によって挟み付けられてロータ５が構成されている。このロータ５を冷却するオイル６を流通させる油通路７が前記シャフト２の内部を通って形成される。さらに、その油通路７に連通する油路８が前記エンドプレート４を貫通して形成されている。その油路８が前記エンドプレート４の前記積層板３とは反対側の背面でかつその背面の外周側に開口端９が形成されている。前記油路８の開口端９に、前記ロータ５の回転数が高回転数ほど前記開口端９から流出するオイルの流動抵抗を低下させる弾性部材１０が設けられている。この油路８は図示しないオイル溜まりからシャフト２に至るまで形成されている。そして、このエンドプレート４の開口端９に弾性部材１０の一端部１０ａが取り付けられている。この弾性部材１０の形状は、例えば中空のパイプ状に形成されている。したがって、前記油路８は弾性部材１０に連通しており、そのパイプ状の弾性部材１０の内部をオイル６が流通するようになっている。このオイル６は前記シャフト２、エンドプレート４、ロータ５、オイル６が流通する油路８などを通った後に弾性部材１０の内部に到達する。そして、この弾性部材の一端部１０ａから内部を通ったオイル６は弾性部材１０の他端部１０ｂから放出されるように形成されている。そして、前記油路８は軸受１１にも形成されていて、この軸受１１がオイル６によって潤滑するように形成されている。そして、前記ロータ５の外周側にはステータ１２が配置されている。
【００１８】
この構成の冷却装置１の作用について説明すると、冷却装置１は、モータＡを冷却するように構成されたものであり、このモータＡが回転した場合、シャフト２、ロータ５、エンドプレート４、弾性部材１０の各構成部材にオイル６が流通する。より具体的には、前記シャフト２の内部に形成されている油通路７から供給されたオイル６の一部は、油通路７の先端開口部が漏れ出て軸受１１を潤滑もしくは冷却し、また他の部分はエンドプレート４に形成されている油路８を経て前述したたパイプ状の弾性部材１０に到り、ここから外部に放出される。そして、このように流動する過程でオイル６がシャフト２やロータ５から熱を奪うので、ロータ５の冷却が行われる。なお、外部に放出されたオイル６は図示しない油溜まりに戻る。
【００１９】
図１は、モータＡの回転が比較的低速回転時の場合の状態を示している。このモータＡの回転が低速回転時の場合には弾性部材１０に対して作用する遠心力が小さいので、弾性部材１０は自らの弾性力がバランスする形状を維持している。図に示す例では、弾性部材１０は直管状に形成され、エンドプレート４の側面にほぼ垂直に（シャフト２の軸線方向に向けて）取り付けられているので、その状態を保っている。つまり、弾性部材１０の形状はほぼ直線状である。したがって、オイル６は、ロータ５の回転数に応じて遠心力を受けているのに対して、その流出方向は半径方向で外側ではなく、ロータ５の軸線方向であるから、オイル６に作用する流動抵抗は大きくなっている。それに伴いシャフト２の先端開口部側に流れるオイル６の量が相対的に多くなり、軸受１１の対するオイル６の供給量が多くなる。その場合、ロータ５の回転数が相対的に低回転数であるから、軸受１１でのオイル６の撹拌は特には激しくなく、軸受１１での動力損失は低減されている。
【００２０】
一方、図２は、モータＡが高速回転をしている状態を示す図である。この状態では、ロータ５の回転数が高回転数であることにより弾性部材１０に作用する遠心力が大きくなり、その結果、その先端部側がロータ５の半径方向で外側に弾性的に撓む。その結果、前記エンドプレート４の内部に形成されている油路８を通って流れるオイル６に対する流動抵抗が低下し、オイル６が流れやすくなる。しかも、ロータ５の回転数が高回転数であることによりオイル６に作用する遠心油圧も高くなっているので、油通路７および油路８を流れるオイル６の流量が増大し、それに伴ってオイル６が持ち去る熱量が多くなる。すなわち、ロータ５もしくはモータＡの冷却量が増大する。したがって、モータＡの高回転時の温度上昇を防止もしくは抑制することができる。またこの場合、油通路７から油路８側に流れるオイル６の量が増えるから、軸受１１に対して供給されるオイル６の量がその分低下する。そのため、ロータ５が高速回転していても軸受１１でのオイル６の撹拌が少なくなり、それに伴って軸受１１での動力損失が抑制される。
【００２１】
ここで、上記のように遠心力で撓む弾性部材１０の作用について図３を参照して更に説明する。エンドプレート４に弾性部材１０の一端部１０ａが所定の取り付け部材（例えばネジや接着剤など）により取り付けられている。このとき、たとえば冷却油であるオイル６の密度をρ、オイルの流量をＱ、オイルの流速をｖ、回転角速度をω、ロータの回転軸からたわんだ状態の弾性部材１０の中心までの距離をｒ、エンドプレート４からオイル６の向かう角度をθとし、弾性部材９の質量をｍ、弾性部材１０のヤング率をＥ、弾性部材１０の断面２次モーメントをＩ、たわんだ状態の弾性部材１０のエンドプレート４からの距離をＬ、遠心力をｍｒω2、とすると、たわみ量δとしてこのδをこれらの数値で示すと
δ＝（ｍｒω2・ρＱｖｓ・θｃoｓθ）Ｌ3／３ＥＩ
となる。この式により、オイルの流量Ｑが多いほど弾性部材１０のたわみ量δが大きくなる。つまり、弾性部材１０のたわみ量δが大きくなるほど必然的にオイルの流量が多くなるので冷却装置１の冷却効果が高まる。
【００２２】
さらに、図４（ａ）〜（ｃ）に前記エンドプレートの各状態を示す。同図（ａ）において、エンドプレート４の内側を示している。この図に示すようにオイル６の流れを矢印で表すとシャフト２の中心方向から外側に向かって、つまり軸線方向にオイル６が流れ、このオイル６の流れを次に回転軸方向に向かわせて流れさせる。この例では、４つの方向にそれぞれ油路８が形成されている。そして、同図（ｂ）に示すように（ａ）のＡ−Ａ断面図では、前記油路８から４つの流通孔１３にオイルが通される。そして、エンドプレート４の外側面に形成される前記流通孔１３に合わせて配置される弾性部材１０の中をオイル６が通る。そして同図（ｃ）に示されるように正面が円形状に形成されるエンドプレート４の外側面には４本の弾性部材１０が均等の間隔となるように配置されている。
【００２３】
次に弾性部材１０の他の例を示すと、図５（ａ）は、弾性部材１０を、その外周部の軸線方向に沿ってリブ１４を設けた構成として例を示し、図５（ｂ）は、パイプ状の弾性部材１０を蛇腹状に構成した例を示している。同図（ａ）に示すようにリブ１４を設けたことにより、弾性部材１０のたわみ量がその上下方向に調整される。そして、不図示のモータの回転数が大きくなり、それにともない弾性部材１０のたわみ量が大きくなる。したがって弾性部材１０のたわみ量が大きいほど前記流量が大きくなる。つまり、図５（ａ）に示す構成では、弾性部材１０の断面二次モーメントが前述した例におけるよりも大きくなって撓みにくくなるから、ある程度回転数が増大するまではロータ５の冷却のために流れるオイル６の量が相対的に少なく抑えられる。これとは反対に図５（ｂ）に示す例では、蛇腹１５が形成されていることにより、弾性部材１０が撓みやすく、したがって相対的に低回転数の状態で弾性部材１０が撓んでオイル６に対する流動抵抗が小さくなり、低回転数域から冷却性能を高くすることができる。
【００２４】
さらに、図６に示す例は、弾性部材１０の先端側の質量を増大させて撓みやすく構成した例である。すなわち、弾性部材１０の先端部（エンドプレート側の端部とは反対側の端部）に重り１６が付設されたパイプが設けられている。この重り１６により弾性部材１０の先端部の質量が増加することとなる。それによりモータＡが相対的に低回転数で回転したとしても、遠心力が大きくなり、弾性部材１０のたわみ量が大きくなる。したがって、弾性部材１０に上記の重り１６を設けることにより、ロータ５の回転数に対応して弾性部材１０の内部を流れるオイルの量が調整される。
【００２５】
なお、この発明では、遠心力に併せて、温度が上昇することによってもオイル６の流量が増大するように構成してもよい。その例を図７（ａ）、（ｂ）に示してあり、ここに示す例では、高温度時には内径が増大し、低温時には内径が小さくなる形状記憶材料によって弾性部材１０が構成されている。すなわち、弾性部材１０は常温時の場合には、同図（ａ）に示されるように所定の大きさの内径を有するパイプ状になっている。この弾性部材１０が、例えばモータＡの高速回転などにより高温になった場合に温度上昇にともない弾性部材１０の内径が増大する。すると、同図（ｂ）に示されるように、弾性部材１０の内径が増大する。このとき弾性部材１０内部を流れるオイルの量が多くなるので、必然的にモータを構成する各部材がオイルによって効果的に冷却される。
【００２６】
これとは反対に、図８（ａ）、（ｂ）に示す例は、高温度時には内径が小さくなり、低温時には内径が大きくなる形状記憶材料によって弾性部材１０が構成されている。したがって、弾性部材１０が常温時の場合には、同図（ａ）に示されるように所定の大きさの内径を有するパイプ状になっている。そして、同図（ｂ）に示されるように、モータの高速回転などにより高温になった場合に温度上昇にともない弾性部材１０の内径が減少する。このとき、弾性部材１０内を流れるオイルの流量は減ることとなる。それにともない、高温時にモータＡの冷却を抑えつつ軸受１１を冷却するオイル量を増やして軸受の冷却効率を高めることができる。
【符号の説明】
【００２７】
１…冷却装置、  Ａ…モータ、  ２…シャフト、  ２ａ…外周面、  ３…積層板、  ４…エンドプレート、  ５…ロータ、  ６…オイル、  ７…油通路、  ８…油路、  ９…開口端、  １０…弾性部材、  １０ａ…一端部、  １１…軸受、  １２…ステータ、  １３…流通孔、  １４…リブ、  １５…蛇腹、  １６…重り。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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