(57)【要約】【課題】冷却機能を有する電気自動車の走行用モータにおいて、シャフトとロータコアの間の隙間から冷媒が漏洩することを抑制する。【解決手段】  電気自動車の走行用モータは、内部に冷媒流路を有し、軸穴を有するロータコアと、シャフト内部からロータコアの冷媒流路に冷媒を供給する冷媒供給孔を有するシャフトと、ロータコアをシャフトに固定するナットと、シャフトの外周に嵌合しつつ、ナットとロータコアとの間の位置し、かつ、ロータコアの端面と接触するワッシャを備えている。ワッシャの内周面は、軸方向の一方から他方に向かって徐々に直径が小さくなっている。ワッシャの内周面と、シャフトの外周面とが、シャフトの全周にわたって密着している。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に冷媒流路を有し、軸穴を有するロータコアと、
前記軸穴に挿入され、シャフト内部から前記ロータコアの冷媒流路に冷媒を供給する冷媒供給孔を有すると共に、外周の一部にオネジを有するシャフトと、
前記オネジに螺合すると共に、前記シャフトに設けられた位置決め部との間で前記ロータコアを挟むことにより前記ロータコアを前記シャフトに固定するナットと、
前記シャフトの外周に嵌合しつつ、前記ナットと前記ロータコアとの間の位置し、かつ、前記ロータコアの端面と接触するワッシャと、
を備え、
前記ワッシャの内周面は、軸方向の一方から他方に向かって徐々に直径が小さくなっており、
前記ワッシャの内周面と、前記シャフトの外周面とが、前記シャフトの全周にわたって密着することを特徴とする、電気自動車の走行用モータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気自動車の走行用モータに関する。本明細書において電気自動車とは、燃料電池車、及び、モータとエンジンの双方を搭載するハイブリッド車を含む。
【背景技術】
【０００２】
ハイブリッド車に搭載される走行用モータは大出力であるため発熱量が大きい。このため、このような発熱量の大きいモータを冷媒の循環によって冷却する技術が開発されている。特許文献１に開示されているモータ（かご形誘導機）では、モータの回転子が、軸穴を有するロータコアと、この軸穴に組み付けられたシャフトから構成されている。シャフトの内部とロータコアの内部のそれぞれには冷媒が通る冷媒流路が設けられている。シャフトの冷媒流路とロータコアの冷媒流路とは、上記の軸穴の内壁の位置において互いに接続されている。ロータコアが回転すると遠心力が発生し、冷媒はシャフトの冷媒流路からロータコアの冷媒流路へと流れ、その後回転子の外側へと流出する。回転子の内部を冷媒が流れることによってモータが冷却される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−２６３７５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このようなモータが適正に冷却されるためには、冷媒がシャフトの冷媒流路からロータコアの冷媒経路へと正しく流れなくてはならない。しかしながら、シャフトの外周面とロータコアの軸穴の内面との間のわずかな隙間から冷媒の一部が漏洩することがある。この場合、シャフトの冷媒流路からロータコアの冷媒流路へと流入する冷媒の量が減少してモータの冷却性能が低下する。
【０００５】
本明細書は、上記の課題を解決する技術を提供する。本明細書は、冷却機能を有する電気自動車の走行用モータにおいて、シャフトとロータコアの間の隙間から冷媒が漏洩することを抑制する技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本明細書が開示する電気自動車の走行用モータは、内部に冷媒流路を有し、軸穴を有するロータコアを備えている。その走行用モータは、軸穴に挿入され、シャフト内部からロータコアの冷媒流路に冷媒を供給する冷媒供給孔を有すると共に、外周の一部にオネジを有するシャフトを備えている。その走行用モータは、シャフトのオネジに螺合すると共に、シャフトに設けられた位置決め部との間でロータコアを挟むことによりロータコアをシャフトに固定するナットを備えている。その走行用モータは、シャフトの外周に嵌合しつつ、ナットとロータコアとの間の位置し、かつ、ロータコアの端面と接触するワッシャを備えている。ワッシャの内周面は、軸方向の一方から他方に向かって徐々に直径が小さくなっている。ワッシャの内周面と、シャフトの外周面とが、シャフトの全周にわたって密着している。
【０００７】
上記の電気自動車の走行用モータでは、ワッシャの内周面と、シャフトの外周面とが、シャフトの全周にわたって密着している。これにより、ワッシャとシャフトの間における冷媒の通過が抑制される。このため、シャフトとロータコアとの接続部から冷媒が漏洩することが抑制される。これにより、走行用モータの冷却性能が低下することが抑制される。
【０００８】
また、上記のワッシャでは、ワッシャの内周面は、軸方向の一方から他方に向かって徐々に直径が小さくなっている。このため、ワッシャがシャフトに配置されると、ワッシャにおける直径が最も小さい位置と、シャフトとが接触する。このため、ワッシャとシャフトとの接触面積が小さくなり、接触圧力が高まる。これにより、冷媒の通過を好適に妨げることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施例の電気自動車の走行用モータ用の回転子２を示す斜視図である。
【図２】実施例の電気自動車の走行用モータ用の回転子２の部分断面図（ナット６側）である。
【図３】実施例の電気自動車の走行用モータ用の回転子２の部分断面図（固定部材４６側）である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
電気自動車の走行用モータを冷媒で冷却する技術が開発されている。本実施例の回転子２は、このような冷却機能を有する走行用モータに用いられる回転子である。電気自動車の走行用モータの回転子２以外の部分は、従来公知であるので図示及び詳しい説明を省略する。但し、以下の説明の便宜のために、走行用モータの一例を簡単に説明する。走行用モータはケースを有し、ケース内に回転子２及び固定子が備えられる。回転子２は、複数の磁石７を有している（図２参照）。磁石７は、具体的には、ネオジム磁石等の永久磁石である。磁石７は、回転子２の外周に沿って複数配置されている。固定子は、回転子を取り巻くように配置されている。固定子は、複数の電磁石を有している。走行用モータのケースは、流入口と流出口を有している。回転子２は、その内部を通過する冷媒流路８、９
を有している（後に詳述する）。冷媒は、ケースの流入口からケース内に流入し、回転子２の冷媒流路８、９（図２参照）を通過した後、ケースの流出口からケース外に流出する。なお、冷媒は、電気自動車に別途設けられたポンプによって強制的に流されている。また、回転子が回転する際に発生する遠心力は、冷媒の流れを促進する。冷媒としては、例えばオイル（具体的にはＡＴＦ：Ａｕｔｏｍａｔｉｃ  ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  ｆｌｕｉｄ）や、ＬＬＣ（Ｌｏｎｇ  Ｌｉｆｅ  Ｃｏｏｌａｎｔ）が使用される。冷媒が回転子の冷媒流路８、９を通過することにより、回転子の温度上昇が抑制される。これにより、磁石７が高温により劣化することが抑制される。
【００１１】
以下に、図１〜図３を用いて、回転子２の全体構成を説明する。回転子２は、シャフト４にロータコア３を固定したものである。ロータコア３は軸穴３１（図２参照）を有し、軸穴３１にシャフト４が貫通している。以下に説明するように、シャフト４の図１下側の端部には固定部材４６が配置され、シャフト４の図１上側の端部にはナット６が配置される。このため、以下の説明では、シャフト４の図１下側を「シャフト４の固定部材４６側」と呼び、また、シャフト４の図１上側を「シャフト４のナット６側」と呼ぶことがある。なお、図１では、シャフト４の固定部材４６側は、構造を簡略化して描いてある。シャフト４の固定部材４６側は、後に図３を使って詳しく説明する。シャフト４のナット６側の端部（図１上側の端部）の詳細を図２に示し、シャフト４の固定部材４６側の端部（図１下側の端部）の詳細を図３に示す。なお、図２と図３は共に、回転子２の軸線を通る断面における断面図である。ただし、図２と図３とでは、切断している断面の向きが異なることに注意されたい。図２に示すように、ナット６は、シャフト４に形成されたオネジ４２に螺合している。ロータコア３とナット６との間には、ワッシャ５が配置されている（図２）。ワッシャ５はシャフト４の外周面４１に嵌合しつつ、ロータコア３の図２上側の端面に接している。ロータコア３の図３下側の端面は、固定部材４６に当接している。
【００１２】
以下に、シャフト４、ロータコア３、ワッシャ５のそれぞれについて詳しく説明する。シャフト４は、軸方向の中央部に取付け部４１を有する（図２）。取付け部４１の外周面には、ロータコア３が取り付けられる。なお以下の説明では、シャフト４の取付け部４１の外周面のことを、単にシャフト４の外周面４１と呼ぶことがある。シャフト４は、取付け部４１の図２上側に隣接してオネジ４２を有する。また、シャフト４は、オネジ４２の図２上側に隣接して軸受け取付け部４３を有する。軸受け取付け部４３は、回転子２が走行用モータに組み付けられる際に、軸受け（不図示）が組み付けられる部分である。なお、シャフト４は、図３に示すように、固定部材４６側の端部にも軸受け取付け部４３を有する。また、シャフト４は、固定部材４６側における軸受け取付け部４３の図３上側に溝４７を有する。溝４７については後述する。
【００１３】
シャフト４は、内部に冷媒流路９を有している（図２）。冷媒流路９は、軸方向流路９１と半径方向流路９２とを有している。軸方向流路９１は、シャフト４の図２下側の端部（図３に図示されている）からシャフト４の内部に向かって形成されている。軸方向流路９１は、シャフト４の内部において半径方向流路９２に接続している（図２）。半径方向流路９２は複数本（例えば４本）形成されている。半径方向流路９２は、シャフト４の軸線の位置から半径方向外側に向かって放射状に形成されている。半径方向流路９２は、シャフト４の外周面４１において開口する開口部（冷媒供給孔９３）を有する。
【００１４】
ロータコア３は円柱状である（図１参照）。上述のように、ロータコア３は軸穴３１を有している（図２）。ロータコア３は、複数の円板状の鋼板（不図示）を図１の上下方向に積層することにより形成されている（すなわち、ロータコア３は、いわゆる積層鋼板で形成されている）。図２に示すように、ロータコア３は、内部に冷媒流路８を有している。冷媒流路８は、半径方向流路８１と軸方向流路８２を有している。半径方向流路８１は、ロータコア３の軸穴３１の内周面から、ロータコア３の半径方向外側に向かって形成されている。ロータコア３の半径方向流路８１は、上述のシャフト４の半径方向流路９２と同様に複数本（例えば４本）形成されている。ロータコア３の半径方向流路８１の軸穴３１側の端部は、シャフト４の半径方向流路９２の開口部（シャフト４の外周面４１上の開口部）と同じ位置に形成されている。つまり、シャフト４の冷媒流路９と、ロータコア３の冷媒流路８とは、軸穴３１の内壁の位置で接続されている。ロータコア３の半径方向流路８１は、ロータコア３の内部で軸方向流路８２に接続されている。軸方向流路８２の端部（図２上側の端部）は、ロータコア３の図２上側の端面に開口している。なお、図３に示すように、軸方向流路８２は、シャフト４の固定部材４６側においても同様に開口している。軸方向流路８２は、上述の磁石７に近接して配置されている。
【００１５】
ワッシャ５は板状であり、平面視において円環状である。ワッシャ５は、鋼、アルミ等の金属で形成されている。但し、ワッシャ５は、樹脂、セラミック等の他の材質で形成されていてもよい。ワッシャ５の内周面５１は、軸方向の図２上側から図２下側に向かって徐々に直径が小さくなっている。
【００１６】
ワッシャ５の内周面５１における直径が最も小さい位置（すなわちワッシャ５の内周面５１の図２下側の端部５２）と、シャフト４の外周面４１とは、シャフト４の全周にわたって密着している。また、ワッシャ５の内径寸法とシャフト４の外径寸法は、ワッシャ５とシャフト４とを組み付けた際に、締め付け力が生じるように予め設計されている。なお、ワッシャ５とシャフト４との間に締め付け力が生じているため、ワッシャ５とシャフト４との間に生じる摩擦力は比較的大きい（後に詳述する）。
【００１７】
ワッシャ５は、本明細書で開示する技術に関する機能とは別に、一般的な機械部品としてのワッシャの機能も備えている。例えば、後述するように、本実施例の回転子２では、ナット６を回転させてロータコア３を固定する。ワッシャ５は、ナット６とロータコア３との間に配置されている。これにより、ロータコア３がナット６によって傷付けられることが防止される。また、ワッシャ５とロータコア３とが、ナット６の座面面積よりも広い面積で接触することにより、ナット６を締めつけた際にロータコア３に生じる圧縮応力が緩和される。
【００１８】
以下に、回転子２の各構成要素を組み立てる際の手順の一例を示す。まず、ワッシャ５を、ロータコア３の図２上側の端面に接して配置する（図２の状態）。この際、ワッシャ５は、内周面５１の直径が小さい側がロータコア３側に位置するように配置する（換言すると、内周面５１の直径が大きい側が図２上側に位置するように配置する）。
【００１９】
次に、シャフト４を、図２上側からロータコア３の軸穴に挿入する。シャフト４が、ワッシャ５の内周面５１の直径が大きい側から挿入されるため、シャフト４がワッシャ５の内周面５１に引っかかることが防止される。つまり、ワッシャ５の内周面５１の内側にシャフト４を組み付ける際の組み付け作業が容易化される。
【００２０】
ここで、シャフト４の外周面４１と、ロータコア３の軸穴３１の内面との間には、隙間が形成されている（図２）。図２では誇張して図示しているが、実際には、隙間は非常に小さい。隙間が形成される理由を以下に示す。ロータコア３は上述のように積層鋼板で形成されている。また、ロータコア３は、その内部に冷媒流路８を有している。このため、ロータコア３は、比較的強度が低い場合がある。仮に、シャフト４の外周面４１の外径に対してロータコア３の軸穴３１の内径をわずかに小さく設計すると、締め代を設けることができる。この場合、上記の隙間の発生を防止することができる。しかし、締め代を設けた場合には、ロータコア３に大きな応力が発生して、ロータコア３が破損する虞がある。上記の理由により、一般に、シャフトにロータコアを組み付ける構造の回転子は、シャフトとロータコアの間に隙間が形成されるように設計される。
【００２１】
シャフト４を、ロータコア３の軸穴に挿入することによりシャフト４とロータコア３とが所定の位置関係（図１〜図３に示す位置関係）となったら、シャフト４の図１下側の端部（図３参照）に固定部材４６を取り付ける。固定部材４６は、一般にエンドプレート、あるいはＣリング等と称される部材である。シャフト４の外周面には、予め溝４７が設けられている。溝４７は、シャフト４の外周面を一周するように設けられている。固定部材４６は、シャフト４の溝４７に取り付けられる。ロータコア３の図２下方向への移動は、固定部材４６によって妨げられる。
【００２２】
次に、シャフト４にナット６を組み付ける（このとき、シャフト４には、すでにロータコア３とワッシャ５が組み付けられている）。ナット６は、ワッシャ５の図２上側において、シャフト４のオネジ４２に螺合する。ナット６を締めつけ方向に回転させると、ロータコア３及びワッシャ５が、固定部材４６とナット６との間に挟まれる。これにより、ロータコア３がシャフト４に固定される。
【００２３】
以下に、ナット６の締め付けに関するワッシャ５の効果について説明する。上述したように、ワッシャ５とシャフト４との間には締め付け力が生じている。このため、ワッシャ５とシャフト４との間には比較的大きな摩擦力が生じる。ナット６を回転させてロータコア３を固定する際には、ナット６からワッシャ５を介してロータコア３に軸力が伝達される。換言すると、ナット６からワッシャ５に図２下向きの力が伝達されると共に、ワッシャ５からロータコア３に下向きの力が伝達される。
【００２４】
この際、ワッシャ５とシャフト４との間に生じる摩擦力は、ナット６からワッシャ５に伝達される図２下向きの力を打ち消す方向（すなわち図２上向き）に生じる。その結果、ワッシャ５からロータコア３に伝達される下向きの力は、ナット６からワッシャ５に伝達される下向きの力と比較して小さい。このため、実施例の回転子２では、ナット６を比較的強い締め付けトルクで締めつけた場合にも、ワッシャ５からロータコア３に大きな力が加えられることが防止される。これにより、ロータコア３が破損することが防止される。
【００２５】
なお、上記したように、ワッシャ５からロータコア３に伝達される下向きの力を低減した場合であっても、ナット６からワッシャ５に伝達される下向きの力には影響が無い。つまり、ナット６の座面とワッシャ５との間に生じる摩擦力の大きさに影響はない。このため、上記の場合であっても、ナット６が緩み易くなることはない。
【００２６】
また、以下に説明するように、シャフト４とロータコア３との間の周方向における相対移動は、キーによって防止されている。このため、ワッシャ５からロータコア３に対して加えられる下向きの力が低減された場合であっても、シャフト４とロータコア３とが周方向において相対移動してしまうことはない。
【００２７】
図３に示すように、シャフト４とロータコア３との周方向の相対移動は、キー４５によって防止されている。具体的には、シャフト４の軸方向の中央部付近にキー溝４４が形成されている。キー溝４４は、シャフト４の下端部には達しているが、シャフト４の上端部（ロータコア３の上側の端面が位置する場所）には達していない。このため、上述したように、ワッシャ５の内周面５１とシャフト４の外周面４１とを、シャフト４の全周にわたって密着させることが可能である。一方、ロータコア３側には、ロータコア３の上下の端面に達するキー溝３２が形成されている。なお、ロータコア３のキー溝３２は、ロータコア３の冷媒流路８と重ならない位置に形成されている。キー４５は、これらシャフト４のキー溝４４、及びロータコア３のキー溝３２とにまたがるように配置される。なお、ロータコア３のキー溝３２のワッシャ５側の開口部（不図示）は、ワッシャ５によって塞がれている。同様に、ロータコア３のキー溝３２の固定部材４６側の開口部（図３）及び、シャフト４のキー溝４４の固定部材４６側の開口部（図３）は、固定部材４６によって塞がれている。
【００２８】
以下に、回転子２内の冷媒の流れについて詳しく説明する。冷媒は、シャフト４の固定部材４６側の端部（図３下側の端部）から、シャフト４の軸方向流路９１に流入し、その後、半径方向流路９２に流入する（図２）。シャフト４の冷媒供給孔９３から流出した冷媒の大部分は、ロータコア３の半径方向流路８１に流入する（例外については後述する）。換言すると、シャフト４の冷媒供給孔９３からロータコア３の冷媒流路８（詳しくは半径方向流路８１）に冷媒が供給される。ロータコア３の半径方向流路８１を流れた冷媒は、軸方向流路８２を経て、ロータコア３の端面（例えば図２上側の端面）からロータコア３の外側に流出する。冷媒がロータコア３の軸方向流路８２を通過することにより、磁石７が冷却される。
【００２９】
ここで、シャフト４の半径方向流路９２から流出した冷媒の一部は、上述した、シャフト４の外周面４１と、ロータコア３の軸穴３１の内面との間の隙間に浸入する（図２）。しかし、上述したように、ワッシャ５の内周面５１における直径が最も小さい位置と、シャフト４の外周面４１とが、シャフト４の全周にわたって密着している。このため、シャフト４とロータコア３との間の隙間に浸入した冷媒が、シャフト４とワッシャ５との間を通過することが妨げられる。つまり、冷媒が、冷媒流路８及び冷媒流路９によって形成された経路の外へと漏洩することが抑制される。すなわち、磁石７の冷却に寄与する冷媒の量が減少することが抑制される。換言すると、走行用モータの冷却性能が低下することが抑制される。
【００３０】
また、上記のワッシャ５では、ワッシャ５とシャフト４との接触面積が小さいため、接触圧力が高まる。このため、冷媒の通過を好適に妨げることができる。
【００３１】
なお、上述のように、ナット６を締めつけることによって、ロータコア３の上側の端面とワッシャ５の下面とは密着している（図２）。このため、冷媒は、ロータコア３の上側の端面とワッシャ５の下面との間を通過し難い。同様に、ロータコア３の下側の端面と固定部材４６の上面とは密着している（図３）。このため、冷媒は、ロータコア３の下側の端面と固定部材４６の上面との間を通過し難い。さらに、シャフト４の溝４７と固定部材４６との間も密着しているので、冷媒が通過し難い（図３）。従って、本実施例の回転子２では、ワッシャ５の内周面５１以外の位置から冷媒が漏洩することも抑制されている。
【００３２】
上記の実施例では、シャフト４とロータコア３との間の周方向の相対移動は、キー４５によって防止されていた。しかしながら、シャフト４とロータコア３との間の周方向の相対移動は、他の従来公知の技術によって防止してもよい。例えば、シャフト４とロータコア３とをビス止めしてもよい。
【００３３】
上記の実施例では、シャフト４の図２上側に位置するワッシャ５は、その内周面５１が図２上側から図２下側に向かって徐々に直径が小さくなるように配置されていた。ワッシャ５の上下の向きをこのように配置するのは、上記の説明において示した回転子２の組立手順において、シャフト４が、ワッシャ５における内周面５１の直径が大きい側から挿入されるようにするためである。このため、上記の説明と異なる手順で組み立てる場合には、ワッシャ５の上下の向きを適宜変更してもよい。なお、ワッシャ５の上下の向きを変更する際には、ワッシャ５の内周面５１における直径が最も小さい位置と、シャフト４の外周面４１とが、シャフト４の全周にわたって密着するように、関係する部分の寸法関係を適宜調節するのが好ましい。また、組み付けが可能である限り、シャフト４をワッシャ５における内周面５１の直径が小さい側から挿入してもよい。組み付けが可能である場合とは、例えば、シャフト４の端部に面取りが設けられており、シャフト４を、ワッシャ５における内周面５１の直径が小さい側から挿入することが可能な場合等である。
【００３４】
上記の実施例では、シャフト４の図１上側の端部にナット６が配置され、図１下側の端部に固定部材４６が配置されていた。この場合、固定部材４６は、請求項における「位置決め部」の一例である。また、上記の実施例では、シャフト４の図１下側の端部に固定部材４６を配置する代わりに、上側の端部と同様に下側の端部にもナット６及びワッシャ５を配置してもよい。この構成であっても、ロータコア３をシャフト４に固定することができる。シャフト４の図１上側に位置するナット６を基準にみた場合、シャフト４の図１下側に位置するナット６は、請求項における「位置決め部」の一例である。また、請求項における「位置決め部」の他の例として、シャフト４自体に設けられた段差や、シャフト４の外周面から一部が突出するようにシャフト４に挿入されたピン等がある。
【００３５】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項に記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数の目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【符号の説明】
【００３６】
２         回転子
３         ロータコア
４         シャフト
５         ワッシャ
６         ナット
７         磁石
８         冷媒流路
９         冷媒流路
３１       軸穴
４１       外周面
４２       オネジ
４６       固定部材
９３       冷媒供給孔
【図１】
2015089312.tif 000003
【図２】
2015089312.tif 000004
【図３】
2015089312.tif 000005