(57)【要約】【課題】潤滑油の撹拌や引き摺りなどによる動力損失を増大させることなく効果的に冷却を行うことができるモータの冷却装置を提供する。【解決手段】ステータ９の内周側にロータ５が回転自在に配置され、そのロータ５の軸線方向での少なくとも一方の端部にエンドプレート１２が配置され、そのエンドプレート１２にはその内周部から外周部に向けた遠心力によって潤滑油を流す油路１３が形成されているモータの冷却装置において、前記遠心力によって前記油路１３の潤滑油に生じる遠心油圧を、前記ロータ５を前記エンドプレート１２側から軸線方向での中心部に向けて押圧する軸方向推力に変換する変換部１９が設けられている。【選択図】図１
2011142786.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステータの内周側にロータが回転自在に配置され、そのロータの軸線方向での少なくとも一方の端部にエンドプレートが配置され、そのエンドプレートにはその内周部から外周部に向けた遠心力によって潤滑油を流す油路が形成されているモータの冷却装置において、
前記遠心力によって前記油路の潤滑油に生じる遠心油圧を、前記ロータを前記エンドプレート側から軸線方向での中心部に向けて押圧する軸方向推力に変換する変換部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】
前記変換部は、前記エンドプレートの外周部から前記油路の外周側開口部を覆うように延びかつ前記ロータの軸線方向での端面から軸線方向に離れるほど内径が次第に大きく傾斜面を有するテーパー環状部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。
【請求項３】
前記エンドプレートは、前記ロータの軸線方向での端面に密着する第１の側板部とその第１の側板部に対向して配置される第２の側板部とを有するとともに、これら第１の側板部と第２の側板部との間に前記油路が形成され、
前記テーパー環状部は、前記第１の側板部の外周部に一体に形成されている
ことを特徴とする請求項２に記載のモータの冷却装置。
【請求項４】
前記ロータは、永久磁石を備え、
前記第１の側板部には、前記永久磁石に向けて開口して前記油路の潤滑油を永久磁石に導く貫通孔が形成されている
ことを特徴とする請求項３に記載のモータの冷却装置。
【請求項５】
前記第１の側板部と第２の側板部とは、弾性変形してこれら各側板部の間隔が狭くなるようにそれぞれの内周端部で連結され、かつ
前記エンドプレートは、前記各側板部の間隔が狭くなるよう弾性変形させられた状態で、前記ロータの軸線方向での端面と、その端面から離隔した位置に設けられたロック部との間に挟み込まれている
ことを特徴とする請求項３または４に記載のモータの冷却装置。
【請求項６】
前記各側板部の間に、これらの側板部の間隔を広げるように弾性力を作用させる弾性部材が配置されていることを特徴とする請求項３ないし５のいずれか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、ロータが回転することによる遠心力を利用して潤滑油をロータの半径方向で外側に流動もしくは飛散させてロータやステータを冷却するように構成された冷却装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
モータは、コイルに通電することによる不可避的な損失で発熱し、また潤滑油を使用する場合には、潤滑油を撹拌することによる動力損失で熱が生じ、一方、温度が高くなると磁気特性が低下するなどの不都合が生じる。特にハイブリッド車や電気自動車などに使用されるモータは、大きい駆動力を得るために大電流が流され、また駆動とエネルギ回生とが繰り返されるなど使用環境が厳しいので、発熱による温度上昇を抑制することが重要になっている。また併せて、車両の駆動力源として使用されるモータおよびこれに関連する機器は、車載性を良好にするために、可及的に小型・軽量であることが望まれる。
【０００３】
このような事情を背景として開発された装置が特許文献１に記載されている。その特許文献１に記載された装置は、ハイブリッド車の駆動装置であって、そのモータにおけるロータの軸線方向での両端部にエンドプレートが設けられ、そのエンドプレートは環状に形成されるとともに、その内周面から外周面に到る半径方向に向けた潤滑油路が形成されている。したがって特許文献１に記載された発明では、ロータが回転すると、ロータを支持している軸受を経た潤滑油が遠心力により前記エンドプレートの内周端に到り、ここから潤滑油路を通ってロータの外周側に送られ、その過程でロータを冷却するとともに、ステータに潤滑油が吹き付けられる状態になり、その潤滑油によってステータが冷却される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−１６９４４８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に記載されている装置は、ロータの一部の形状を変更することにより冷却を行い得るようにすることを目的としたものであり、ステータに向けて潤滑油を供給する前記の潤滑油路はステータの内周面にほぼ垂直に向けて開口している。したがって、ステータの内周面に対して十分な量の潤滑油を供給することができるが、その潤滑油はロータとステータとの間の狭いギャップにも多量に流入する。そのため、ロータが回転することにより、そのギャップ内の潤滑油に剪断力や撹拌力が作用し、それに伴って動力損失が生じ、また発熱する可能性がある。さらに、発熱によってロータあるいはステータの温度が高くなった場合には、磁力（もしくは磁束）が低下する減磁などの問題も生じる可能性がある。
【０００６】
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、潤滑油による冷却を効率良く行うことができ、しかも動力損失や撹拌による発熱などを防止もしくは抑制することのできるモータの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】
【０００７】
上記の目的を達成するために、請求項１の発明は、ステータの内周側にロータが回転自在に配置され、そのロータの軸線方向での少なくとも一方の端部にエンドプレートが配置され、そのエンドプレートにはその内周部から外周部に向けた遠心力によって潤滑油を流す油路が形成されているモータの冷却装置において、前記遠心力によって前記油路の潤滑油に生じる遠心油圧を、前記ロータを前記エンドプレート側から軸線方向での中心部に向けて押圧する軸方向推力に変換する変換部が設けられていることを特徴とするものである。
【０００８】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記変換部は、前記エンドプレートの外周部から前記油路の外周側開口部を覆うように延びかつ前記ロータの軸線方向での端面から軸線方向に離れるほど内径が次第に大きくなる傾斜面を有するテーパー環状部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。
【０００９】
請求項３の発明は、請求項２の発明において、前記エンドプレートは、前記ロータの軸線方向での端面に密着する第１の側板部とその第１の側板部に対向して配置される第２の側板部とを有するとともに、これら第１の側板部と第２の側板部との間に前記油路が形成され、前記テーパー環状部は、前記第１の側板部の外周部に一体に形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。
【００１０】
請求項４の発明は、請求項３の発明において、前記ロータは、永久磁石を備え、前記第１の側板部には、前記永久磁石に向けて開口して前記油路の潤滑油を永久磁石に導く貫通孔が形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。
【００１１】
請求項５の発明は、請求項３または４の発明において、前記第１の側板部と第２の側板部とは、弾性変形してこれら各側板部の間隔が狭くなるようにそれぞれの内周端部で連結され、かつ前記エンドプレートは、前記各側板部の間隔が狭くなるよう弾性変形させられた状態で、前記ロータの軸線方向での端面と、その端面から離隔した位置に設けられたロック部との間に挟み込まれていることを特徴とするモータの冷却装置である。
【００１２】
請求項６の発明は、請求項３ないし５のいずれかの発明において、前記各側板部の間に、これらの側板部の間隔を広げるように弾性力を作用させる弾性部材が配置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】
【００１３】
請求項１および請求項２の発明によれば、潤滑油は遠心力によってロータの半径方向で外側に飛散させられるので、油路をその外周側に流れる。そして、油路の外周側の開口端では、変換部によって遠心油圧が軸方向推力に変換させられ、それに伴う反力で潤滑油は斜め外側に向けて飛散させられ、その潤滑油がステータに供給されてステータが冷却される。したがって、潤滑油は、ロータとステータとの間のギャップに侵入することが抑制され、また前記軸方向推力によってロータが締め付けられるので、ロータが積層鋼板によって構成されている場合であっても、潤滑油がそれらの積層鋼板の間に侵入したり、その潤滑油が前記ギャップに供給されたりすることが抑制される。その結果、ロータとステータとの間のギャップにおける潤滑油の量が相対的に少なくなるので、潤滑油の撹拌もしくは引き摺りによる動力損失や発熱を防止もしくは抑制することができる。
【００１４】
また、請求項３の発明によれば、各側板部の間に保持できる潤滑油の量が多くなるので、ロータの冷却を、より積極的に行うことができる。
【００１５】
さらに、請求項４の発明によれば、上述した各効果に加えて、永久磁石の冷却を促進してその温度の上昇を抑制できるから、減磁やそれに伴う電気的損失が増大することを抑制することができる。
【００１６】
そして、請求項５あるいは請求項６の発明によれば、上述した冷却効果に加えて、ロータを軸線方向に締め付ける力を増大させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】この発明に係るモータ冷却装置の一例を模式的に示す断面図である。
【図２】図１のII−II線に沿う断面図である。
【図３】この発明に係るモータ冷却装置で使用されるエンドプレートの一例を示す断面図である。
【図４】図１のIV部の拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
この発明を図に示す具体例に基づいて説明する。この発明に係るモータの冷却装置は、ロータが回転することによる遠心力によって潤滑油をロータの半径方向で外側に流動させ、その結果、ロータから飛散もしくは流出した潤滑油をステータに供給することにより、ロータおよびステータから潤滑油によって熱を奪い、これらを冷却するように構成されている。そのロータおよびステータ自体は従来知られている一般的な構成のものであってよく、図１に示す例では、ロータ軸１はその両端部に配置された軸受２を介してケーシング３によって回転自在にされている。このロータ軸１は中空軸であって、その一方の端部は、ケーシング３に形成されている油路４に連通させられている。なお、一方の軸受２に対しても油路４から潤滑油を供給できるようになっている。
【００１９】
ロータ軸１の軸線方向でのほぼ中央部には、積層鋼板が回り止めした状態で嵌合させられてロータ５が形成されている。これらの積層鋼板は、薄い環状板であり、図２に示すように、その内周縁の一部に、中心部に向けて突出した爪部６が形成され、これに対してロータ軸１の外周面には、軸線方向に沿って溝７が形成されており、上記の爪部６をロータ軸１の溝７に嵌め込むことにより、各積層鋼板すなわちロータ５はロータ軸１に対して回り止めされている。
【００２０】
ロータ５の外周部に近い箇所には、永久磁石８が嵌め込まれている。このロータ５の外周側にステータ９が配置されている。ステータ９は、従来の永久磁石式同期電動機におけるステータと同様に環状をなすものであって、前記ケーシング３に固定されており、詳細は図示しないが、複数の電磁コイルを備え、その電磁コイルに流す電流を変化させて磁界を変化させることにより、ロータ５にトルクを生じさせるようになっている。したがって、ロータ５の外周面とステータ９の間に僅かな隙間であるギャップ１０が形成されている。
【００２１】
ロータ５は、上述したように、積層鋼板によって構成されているので、各鋼板が密着するように軸線方向に荷重を掛けて締め付けた状態でロータ軸１に取り付けられている。具体的に説明すると、ロータ５の軸線方向での少なくとも一方の端部側（図１に示す例では両端部側）に、ロータ軸１と一体のロック部１１が設けられ、そのロック部１１とロータ５との間にエンドプレート１２が挟み込まれている。そのロック部１１は、要は、ロータ軸１と一体でかつロータ軸１の外周側に突出した部分であり、図１に示す例では、外周側に突出したフランジ部を有するカシメ部材をロータ軸１に嵌合させることにより形成されている。なお、ロータ軸１にロックナットをねじ込んでロック部１１としてもよい。
【００２２】
エンドプレート１２は、ロータ５を構成している積層鋼板に軸線方向の締め付け力を付与するためのものであり、併せて冷却のための構成あるいは機能を備えている。すなわち、潤滑油をロータ５の軸線方向での端部においてその内周側から外周側に向けて流す油路１３を備えている。具体的に説明すると、各エンドプレート１２は、ロータ軸１に嵌合させられるように全体として環状に形成されており、図３に示すように、相対的に外径が大きい第１側板部１４と相対的に外径が小さい第２側板部１５とを、それぞれの内周縁部で連結して構成されている。なお、その内周縁部の連結部分を、以下、仮に円筒部１６とする。その円筒部１６には、内周面と外周面とに開口する貫通孔１７が形成されている。これに対して、前記ロータ軸１にはその内周部から外周面に貫通した油孔１８が形成されており、エンドプレート１２をロータ軸１の所定箇所に嵌合させて取り付けた状態では、ロータ軸１の油孔１８とエンドプレート１２の貫通孔１７とが連通するように構成されている。すなわち、各側板部１４，１５の間の部分は、貫通孔１７および油孔１８を介してロータ軸１の内周部に連通するように構成されており、したがってこれら各側板部１４，１５の間の部分が油路１３となっている。
【００２３】
外径が大きい前記第１側板部１４は、ロータ５の軸線方向での端面に密着させる部分であり、その外周側の部分は、油路１３の外周側の開口部を覆うようにいわゆる庇（ひさし）状に延びている。すなわち、第１側板部１４における外周側の部分は、ロータ５から離れるのに従って次第に内径が大きくなるテーパー状になっており、そのテーパー環状部１９が油路１３の開口端の外周側を覆っている。したがって、油路１３における潤滑油の遠心油圧が半径方向で外向きに作用するのに対して、その遠心油圧を受けるテーパー環状部１９が半径方向に対して斜めに交差する状態になっているので、テーパー環状部１９に遠心油圧が作用すると、その力が軸線方向の推力に変換され、その軸方向推力が第１側板部１４を介してロータ５を軸線方向に押圧する。その結果、ロータ５を構成している積層鋼板が軸線方向に締め付けられて互いに密着させられる。したがって、上記のテーパー環状部１９がこの発明における変換部に相当している。なお、テーパー環状部１９は油路１３から潤滑油が流出することに対する抵抗としても機能して油路１３での油圧を高めるから、そのようにして高められた油圧が第１側板部１４を介してロータ５を軸線方向に締め付ける作用も生じる。したがって、この発明における変換部は、要は、油路１３での油圧を上昇させるように機能する部分であってもよい。
【００２４】
さらに、各第１側板部１４には、その表裏両面（ロータ５に接する面と油孔１８側の面）とに開口する貫通孔２０が形成されている。その貫通孔２０の位置は、前述した永久磁石８に対応する位置であり、したがって油路１３を流れる潤滑油の一部が、永久磁石８に対して供給されるように構成されている。
【００２５】
上述した各側板部１４，１５およびこれらを繋いでいる円筒部１６は金属あるいは合成材料によって一体に形成されており、その各側板部１４，１５は、外力が作用してないいわゆるフリー状態では、両者の間の間隔が外周側で次第に大きくなり、軸線方向に作用する外力を受けた場合に弾性的に撓んで、両者の間隔が相対的に狭くなるように構成されている。そして、そのエンドプレート１２は、それらの側板部１４，１５の間隔が狭くなるように撓まされて前述したロータ５とロック部１１との間に挟み込まれている。したがって、そのような弾性変形に伴う反力がロータ５に対する軸方向推力となっており、エンドプレート１２がロータ５の締め付け部材としても機能している。なお、そのような締め付け力をより大きくするために、各側板部１４，１５の間隔を広げるように弾性力を作用させる弾性部材２１を各側板部１４，１５の間に配置してもよい。その例を図３に模式的に示してある。
【００２６】
なお、ステータ９の軸線方向での少なくとも一方（図１に示す例では両方）には、前述したテーパー環状部１９と協働して前記ギャップ１０から潤滑油を積極的に排出する吸引部２２が設けられている。その吸引部２２は、ロータ５の回転数が増大するほど、ギャップ１０から吸引する負圧が高くなるように構成された部分であり、具体的には、ステータ９の軸線方向での両端部には、前記ギャップ１０と同程度の間隔を空けて前記テーパー環状部１９の外周面とほぼ平行に対向する傾斜面２３が形成されている。すなわち、その傾斜面２３とテーパー環状部１９の外周面との間の隙間は、前記のギャップ１０に連通するとともに、テーパー環状部１９の先端部側で半径が次第に増大するように構成されている。したがって、傾斜面２３とテーパー環状部１９の外周面との間に入った潤滑油にはロータ５が回転することによる遠心力が作用し、その潤滑油がロータ５の軸線方向での端部側に流動するので、ここに連通しているギャップ１０には、その軸線方向での端部側に吸引する負圧が作用するようになっている。
【００２７】
ところで、上述した構造のモータを組み立てる場合、ロータ軸１に組付の完了したロータ５をステータ９の内周側に挿入するのが通常であり、これに対してこの発明に係る冷却装置は上述したテーパー環状部１９を備えているので、モータの組立を容易にするために、下記の構造を備えている。先ず、ロータ５をステータ９の内周側に挿入する際にロータ５の先端側となる端部に設けられているエンドプレート１２（図１での右側のエンドプレート１２）の最大外径（そのテーパー環状部１９の先端部の外径）は、ステータ９の内径以下に設定されている。これに対して、ステータ９の軸線方向での端部のうちロータ５の組み付け時の先端側に位置する端部（図１の右側の端部）には、前述した傾斜面２３を備えたテーパー状ブロック２４が取り付けられている。このテーパー状ブロック２４は、内周面をテーパー状の前記傾斜面２３とした環状の部材であって、その最小内径は、ロータ５の外径および前記先端側のエンドプレート１２の最外周部の外径より小さくなっている。そして、このテーパー状ブロック２４は、ゴムなどの弾性材料によって構成されている。したがって、ロータ５をステータ９の内周側に挿入する場合、その先端側のエンドプレート１２はステータ９の内周面に接触することなく、もしくは軽く接触して進行するが、前記先端側のテーパー状ブロック２４に対してはその小径側の部分に当接する。しかしながら、テーパー状ブロック２４は弾性材料によって構成され、容易に撓ませることができるから、ロータ５を更に押し込むことにより、その先端側のテーパー状環状部１９がテーパー状ブロック２４を撓ませて更に進行し、図１に示す状態に組み付けられる。弾性的に撓んだテーパー状ブロック２４は、エンドプレート１２が通り過ぎることにより元の形状に復帰するから、テーパー状ブロック２４の内周面とテーパー環状部１９の外周面とは僅かな隙間を空けて対向し、遠心力によって外周方向に流れる潤滑油の流路が形成される。
【００２８】
つぎに上述した冷却装置による冷却作用について説明する。潤滑油４はケーシング３に形成されている前記油路４を介して供給されており、したがってその潤滑油の一部は軸受２に供給されてその潤滑を行うとともに、他の潤滑油はロータ軸１の内部から前記油孔１８を通ってエンドプレート１２の油路１３に流入する。そして、油路１３から第１側板部１４に形成されている貫通孔２０を通って永久磁石８に潤滑油が供給され、その結果、永久磁石８が潤滑油によって直接冷却される。また、ロータ５を構成している積層鋼板の間に潤滑油が浸透してロータ５がその潤滑油によって冷却される。
【００２９】
ロータ５が回転すると、これと一体の油路１３内の潤滑油に遠心力が作用するので、その潤滑油は積極的に外周側に流動させられ、また遠心油圧が発生する。エンドプレート１２は前述したロック部１１によってロータ軸１に固定されているから、油路１３内で遠心油圧によって圧力が高くなると、図１のIV部を拡大した図４に矢印で示すように、第１側板部１４を介してロータ５が軸線方向に押圧され、ロータ５を構成している積層鋼板が互いに強く密着させられる。また同様に、油路１３からその外周側に流出する潤滑油が、油路１３の外周側に開口部を覆っている前記テーパー環状部１９を押すことになり、その場合、テーパー環状部１９が前述したように半径方向に対して傾斜しているので、遠心油圧に応じて軸線方向の推力が発生し、その軸方向推力によってロータ５を構成している積層鋼板が互いに強く密着させられる。このようにして積層鋼板が強く密着することによりそれらの間の潤滑油の量が減じられ、ロータ５の外周面とステータ９の内周面との間のギャップ１０に入り込む潤滑油の量を減じることができる。したがって、ロータ５の回転数が増大しても、ギャップ１０に存在する潤滑油を引き摺ったり、剪断したりする作用が低下し、動力損失や発熱を低減し、ひいてはエネルギ効率を向上させることができる。
【００３０】
また、潤滑油はエンドプレート１２における油路１３に連続的に供給されることにより油路１３には常時新たな潤滑油によって満たされる。したがってその潤滑油によってロータ５から熱を奪うことができるから、ロータ５を冷却することができる。さらに、油路１３から外周側に飛散した潤滑油は、図４に矢印で示すように、ロータ５の外周側に位置するステータ９に供給されることになるので、ステータ９がその潤滑油によって熱を奪われて冷却される。
【００３１】
なお、この発明は上述した具体例に限定されないのであって、ロータは永久磁石に替えて電磁コイルを備えたものであってもよい。また、ロータはロータ軸の外周面に直接嵌合させられた構成のものでなくてよく、要は、ロータ軸と一体に回転するように構成されていればよく、したがってロータに対する潤滑油の供給はロータの内周側から行われるようになっていればよいので、ロータ軸に油路が形成されていなくてもよい。
【符号の説明】
【００３２】
１…ロータ軸、  ２…軸受、  ３…ケーシング、  ４…油路、  ５…ロータ、  ６…爪部、  ７…溝、  ８…永久磁石、  ９…ステータ、  １０…ギャップ、  １１…ロック部、  １２…エンドプレート、  １３…油路、  １４…第１側板部、  １５…第２側板部、  １６…円筒部、  １７…貫通孔、  １８…油孔、  １９…テーパー環状部、  ２０…貫通孔、  ２１…弾性部材、  ２２…吸引部、  ２３…傾斜面、  ２４…テーパー状ブロック。
【図１】
2011142786.tif 000003
【図２】
2011142786.tif 000004
【図３】
2011142786.tif 000005
【図４】
2011142786.tif 000006