(57)【要約】【課題】本明細書は、ロータコアのシャフトが貫通する孔の内周面とシャフトの外周面との間の隙間に流入する冷媒をロータの外部に排出しつつ、その冷媒を利用してモータの冷却効率を高める技術を提供する。【解決手段】本明細書が開示するモータ２は、貫通孔８ａを有するロータコア８と、貫通孔を貫通しているシャフト１３と、その軸線方向の両端に配置されているワッシャ１６と、ロータコア８とワッシャ１６を挟持してシャフト１３に固定する固定部材１８を備えている。ロータコア８及びシャフト１３の内部には、相互に連通している冷媒流路１２、１４が設けられている。また、貫通孔８ａの内周面とシャフト１３の外周面との間に隙間１５が存在する。隙間１５は、冷媒流路１２及び冷媒流路１４と繋がっている。そして、ワッシャ１６のロータコア８と接している面に、径方向に伸びており、上記の隙間とロータコアの外部空間とを連通する溝１７が設けられている。【選択図】図１
2015100177.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
中心軸線に沿って貫通孔が設けられているロータコアと、
前記ロータコアの内部に設けられており、一端が前記貫通孔の内周面に開口しているコア内冷媒流路と、
前記貫通孔を貫通しているシャフトと、
前記シャフト内に設けられており、一端がシャフト外周面で前記コア内冷媒流路の開口と対向して開口しているシャフト内冷媒流路と、
前記ロータコアの軸線方向の両端に配置されているワッシャと、
前記ロータコアと前記ワッシャを軸線方向に挟持して前記シャフトに固定する固定部材と、
を備えており、
前記貫通孔と前記シャフトとの間に、前記コア内流路の開口の周縁から前記ロータコアの一端まで繋がっている隙間が存在しており、
前記ワッシャの前記ロータコアの前記一端と接している面に、径方向に伸びており、前記隙間をロータコアの外部の空間と連通する溝が設けられている、
ことを特徴とするモータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書が開示する技術は、モータに関する。
【背景技術】
【０００２】
モータは、コイルが巻回されたステータと、ケースに回転可能に支持されているロータを備えている。ロータは、ステータの内側に配置されたロータコアと、ロータコアを貫通するシャフトを備えている。近年では、電気自動車の普及に伴いモータの高出力化が進んでいる。一般に、高出力のモータは発熱量も大きい。
【０００３】
特許文献１、２では、モータの冷却効率を高めるために、シャフト内からロータコア内へと繋がる冷媒流路を備えたモータが開示されている。ここで、ロータコアは複数の積層鋼板を積層することで組み立てられている。また、ロータコアをシャフトに固定する技術として、シャフトの軸方向においてロータコアの両端を挟持する技術がある。例えば、特許文献３では、ロータコアをナット締付による軸力でシャフトに固定する技術が開示されている。ロータコアをシャフトに圧入すると、圧入の際の応力で積層鋼板が変形する虞がある。それゆえ、圧入は採用されず、シャフトを通すロータコアの貫通孔の内周面とシャフトの外周面の間にはわずかな隙間が設けられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２２８５２３号公報
【特許文献２】特開２０１３−０１３１８２号公報
【特許文献３】特開２００２−０９５１９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１、２に開示されるモータでは、シャフトに設けられている冷媒流路からロータコアに設けられている冷媒流路へ冷媒が流れる。この場合、シャフトと貫通孔の間の隙間に冷媒が流入する。その隙間に流入した冷媒はその隙間内に滞留するため、冷却効率が低下する虞がある。
【０００６】
本明細書が開示する技術は、上記課題に鑑みて創作された。その目的は、貫通孔とシャフトの間の隙間に流入する冷媒をロータ外部に排出させて冷却効率を向上させることである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本明細書が開示する技術は、ロータコアが軸方向に挟持されることでシャフトに固定されるモータにおいて、一般に使用される部品であるワッシャを利用して実現される。ワッシャはロータコアの両端に配置され、そのロータコアと接する面に径方向に伸びる溝を設ける。この溝により、貫通孔とシャフトの隙間に流入した冷媒は、この隙間からワッシャに設けられた溝に流れ込み、ロータ外へ排出される。
【０００８】
本明細書が開示するモータは、中心軸線に沿って貫通孔が設けられているロータコアと、貫通孔を貫通しているシャフトと、ロータコアの軸線方向の両端に配置されているワッシャと、ロータコアとワッシャを軸線方向に挟持してシャフトに固定する固定部材を備えている。ロータコアの内部には、コア内冷媒流路が設けられており、その一端が貫通孔の内周面に開口している。一方、シャフトの内部にも、シャフト内冷媒流路が設けられており、その一端がシャフト外周面で、上記のコア内流路の開口と対向して開口している。また、ロータコアのシャフトが貫通する貫通孔の内周面とシャフトの外周面との間に、上記のコア内冷媒流路の開口の周縁から軸線方向におけるロータコアの一端まで繋がっている隙間が存在する。そして、ワッシャのロータコアの上記の一端と接している面に、径方向に伸びる溝が設けられている。さらに、この溝は、上記の隙間及びロータコアの外部の空間と連通している。別言すれば、上記の溝とロータコアの端面により形成される空間が上記の隙間及びロータコアの外部の空間と繋がっている。
【０００９】
この構成によれば、貫通孔とシャフトの間の隙間に流入した冷媒は、ロータコアの両端に向かって流れ、ロータコアの両端に配置されたシャフトに設けられた溝に沿って、ロータ外へ排出される。これにより、上記の隙間に、冷媒が滞留することが防止される。
【００１０】
また、冷媒の流れる経路は、ロータコア内に設けられた冷媒流路を通る経路（第１経路）と、上記の隙間からワッシャに設けられた溝を通る経路（第２経路）の２パターンとなる。モータの回転速度が低いときは、冷媒に作用する遠心力が低いため、上記の隙間に多くの冷媒が流入し、第２経路に多くの冷媒が通る。モータの回転速度が高いときは、冷媒に作用する遠心力が高いため、第１経路に多くの冷媒が通る。つまり、モータの回転速度に応じて、第１経路及び第２経路に流れる冷媒の流量を変化させることができる。したがって、第１経路及び第２経路をモータの回転速度に応じて変化する発熱箇所に対応して配置することで、冷媒によるモータの冷却効率を向上させることができる。
【発明の効果】
【００１１】
本明細書が開示する技術によれば、ロータコアのシャフトが貫通する孔とシャフトの間の隙間に流入する冷媒をロータの外部に排出することができる。本明細書が開示する技術の詳細とさらなる改良は以下の「発明を実施するための形態」にて説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１実施例のモータをその回転軸方向に垂直な方向からみた模式的断面図である。
【図２】第１実施例のモータに備えられるワッシャの正面図である。
【図３】図２のIII−III線におけるワッシャの断面図である。
【図４】第１実施例のモータが低速回転している場合において、冷媒の流れる経路を示す模式的断図面である。
【図５】第１実施例のモータが高速回転している場合において、冷媒の流れる経路を示す模式的断図面である。
【図６】第２実施例のモータに備えられるワッシャの正面図である。
【図７】図６のVII−VII線におけるワッシャの断面図である。
【図８】第３実施例のモータに備えられるワッシャの正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図１を参照して第１実施例のモータ２を説明する。モータ２は、ロータコア５に複数の磁石（永久磁石）が挿通された同期モータの一種であるＩＰＭ（Interior Permanent Magnet）モータである。モータ２は外郭であるケース３を有し、その内部にロータ７とステータ６が収容されている。ステータ６は、電磁鋼板を積層したステータコア５とステータコア５に巻回されているステータコイル４で構成されている。なお、図面において、モータの回転軸方向がＺ軸方向と一致している。
【００１４】
ロータ７について説明する。ロータ７は、シャフト１３とロータコア８により構成されている。ロータコア８は、円筒形状であり、その中心軸線に沿って貫通孔８ａが設けられている。また、ロータコア８は、複数の電磁鋼板が積層されて構成されている。シャフト１３は、ロータコア８の両端から伸びるように、貫通孔８ａに挿入されている。ロータコア８は、ワッシャ１６及びナット１８がその両端を挟持することでシャフト１３に固定されている。シャフト１３の両端は、ケース３に固定されている軸受２１により、回転可能に支持されている。そして、ロータコア８はステータコア５の内側に配置されている。
【００１５】
ここで、ロータコア８の貫通孔８ａの内径は、シャフト１３の外径よりも大きく形成されている。上述のように、シャフト１３が貫通孔８ａに対して圧入とならないように、貫通孔８ａの内径が設計されるからである。典型的には、シャフト１３の外径と貫通孔８ａの内径との間のはめ合いが「すきまばめ」となるような公差で、シャフト１３と貫通孔８ａが形成されている。したがって、貫通孔８ａの内周面とシャフト１３の外周面１３ａの間には隙間１５が存在する。隙間１５はシャフト１３の外周を一巡するように存在し、その両端はロータコア８の回転軸方向における両端で開口している。なお、隙間１５の幅は極小さいが、図１では隙間を強調すべく、実際よりも幅を大きく描いてある。
【００１６】
ロータコア８について説明する。ロータコア８には、外周の近傍に、永久磁石９が回転軸と平行に配置されている。さらに、永久磁石９は、ロータコア８の周方向に等間隔に複数配置されている。また、ロータコア８には、その内部に冷媒流路（以下、コア内冷媒流路１２）が設けられている。コア内冷媒流路１２は、第１流路１２ａと第２流路１２ｂにより構成されている。第１流路１２ａはロータコア８の回転軸方向における中心から半径方向に伸びており、その一端は貫通孔８ａの内周面に開口している。そして、他端は第２流路１２ｂに繋がっている。第２流路１２ｂは、永久磁石９の近傍に、永久磁石９と平行に設けられている。第２流路１２ｂの両端は、ロータコア８の両端で開口している。さらに、コア内冷媒流路１２は、ロータコア８の周方向に等間隔に永久磁石９と同数配置されている。
【００１７】
シャフト１３について説明する。シャフト１３の内部には、冷媒流路（以下、シャフト内冷媒流路１４）が設けられている。シャフト内冷媒流路１４は回転軸に沿って伸びており、その一端はロータコア８の回転軸方向における中心で半径方向に伸びて、シャフト１３の外周面１３ａに開口している。その開口は、第１流路１２ａの開口に対向するように位置している。また、シャフト内冷媒流路１４の他端は、ロータリージョイント２０ａにより外部流路２０と繋がっている。外部流路２０はポンプ１９に通じており、ポンプ１９により昇圧された冷媒が外部流路２０を通り、シャフト内冷媒流路１４に流入する。なお、シャフト１３の外周面１３ａに設けられたシャフト流路１４の開口部と貫通孔８ａの内周面に設けられた第１流路１２ａの開口部は、回転軸方向から視たときに一直線上に位置している。
【００１８】
前述したように、貫通孔８ａの内周面とシャフト１３の外周面１３ａの間には隙間１５が存在しており、シャフト１３の外周面１３ａに設けられたシャフト内冷媒流路１４の開口部と貫通孔８ａの内周面に設けられた第１流路１２ａの開口部は、隙間１５と通じることになる。別言すれば、コア内冷媒流路１２の貫通孔８ａの内周面における開口の周縁から、ロータコア８の一端まで繋がっている隙間が存在する。
【００１９】
ワッシャ１６について説明する。ワッシャ１６はロータコア８の回転軸方向の両端に配置され、その外側にナット１８が取り付けられる。ナット１８の締付力がワッシャ１６により分散され、シャフト１３にロータコア８が強固に固定される。図２、図３に示すように、ワッシャ１６は円形の平板で、その中心に貫通孔１６ａが設けられている。ワッシャ１６は、貫通孔１６ａをシャフト１７に挿入することで、ロータコア８の端面に配置される。また、ワッシャ１６には、その中心から径方向に伸びる溝１７が設けられている。溝１７は、ワッシャ１６の内周面から外周面に通じている。溝１７は、ワッシャ１６の周方向に等間隔に４本設けられている。図１に示すように、ワッシャ１６の溝１７が設けられている面は、ロータコア８の端面に接している。したがって、溝１７とロータコア８の端面の間に冷媒流路（以下、ワッシャ内冷媒流路１７ａ）が形成される。ワッシャ内冷媒流路１７ａは、一端で隙間１５と繋がっており、他端はロータコア８の外部空間と繋がっている。即ち、ワッシャ内冷媒流路１７ａは、隙間１５とロータコア８の外部空間とを連通する。
【００２０】
図４、図５を参照してモータ２内を流れる冷媒の経路について説明する。図４、図５に示すように、シャフト内冷媒流路１４を流れる冷媒は２つの経路を通りロータ７の外部に排出される。１つ目の経路（以下、第１経路）は、冷媒が隙間１５、ワッシャ内冷媒流路１７ａの順番に流れる経路である。２つ目の経路（以下、第２経路）は、冷媒が第１流路１２ａ、第２流路１２ｂの順番に流れる経路である。第１経路を通る冷媒は、ワッシャ内冷媒流路１７ａの径方向の開口部からロータ７の外部に流出する。第２経路を通る冷媒は、第２流路１２ｂにおけるロータコア８の両端に設けられた開口部からロータ７の外部に流出する。
【００２１】
この２つの経路を流れる冷媒の流量は、モータ２の回転速度に応じて変化する。図４に示すように、モータ２の回転速度が低い場合、冷媒は第１経路に多く流れる。モータ２の回転速度が低いため、冷媒に作用する遠心力が低く、多くの冷媒が隙間１５に流入するからである。なお、図に描かれている矢印が、第１経路及び第２経路を流れる冷媒を表している。実線矢印が流量の多い冷媒の流れを示し、破線矢印が流量の少ない冷媒の流れを示す。なお、後述する図５においても同様である。
【００２２】
また、図５に示すように、モータ２の回転速度が高い場合、冷媒は第２流路に多く流れる。モータ２の回転速度が高まるにつれて冷媒に作用する遠心力が高くなり、多くの冷媒が隙間１５に流入することなく第１流路１２ａに流入するからである。
【００２３】
このような構成によれば、隙間１５に流入した冷媒は、ロータコア８の両端に向かって流れ、シャフト内冷媒流路１７ａを通り、ロータ７の外部に流出する。したがって、ロータコア８に設けられた貫通孔８ａとシャフト１３の間に存在する隙間１５に冷媒が滞留することは無い。
【００２４】
また、ロータコア内に永久磁石を有する同期モータであるモータ２では、ステータ６と永久磁石９から熱が発生する。さらに、モータ２では、回転速度に応じて主に発熱する要素が変化する。モータ２の回転速度が低い場合には、ステータ６が主に発熱する。一方、モータ２の回転速度が高い場合には、永久磁石９が主に発熱する。図４に示すように、モータ２の回転速度が低い場合には、冷媒は主に第１経路を通り、ワッシャ内冷媒流路１７ａの開口部から噴出する。この噴出した冷媒は、隙間１５及びワッシャ内冷媒流路１７ａを通る。したがって、冷媒は、永久磁石９の発熱の影響を受けることなく、直接ステータ６に当たる。よって、ステータ６の冷却効率を高めることができる。
【００２５】
また、モータ２の回転速度が高くなるにつれて、主に発熱する要素がステータ６から永久磁石９に変化する。この場合、図５に示すように、冷媒が主に流れる経路は、第１経路から第２経路に変化する。第２経路はコア内冷媒流路１２の第２流路１２ｂを通るため、第２流路１２ｂの近傍に位置する永久磁石９が冷却される。よって、永久磁石９の冷却効率を高めることができる。
【００２６】
第２実施例のモータ２について説明する。第２実施例のモータ２は、第１実施例と比べワッシャ１６の形状が異なり、他の構造は第１実施例と同様である。図６に示す第２実施例のモータ２に採用されるワッシャー２２には、第１実施例と同様に貫通孔２２ａ及び溝２３が設けられている。図７に示すように溝２３の底面は径方向に沿って傾斜している。溝２３は、ワッシャ２２の内周面から外周面に向かって徐々に広がっている。
【００２７】
この構成によれば、溝２３の傾斜角度により、溝２３とロータコア８の端面により形成される流路から噴出される冷媒の飛散角度及び飛散範囲を調整することができる。したがって、冷媒のステータ６に当たる箇所を調整することができ、さらに冷却効率を高めることができる。
【００２８】
第３実施例のモータ２について説明する。第３実施例のモータ２は、第１実施例と比べワッシャ１６の形状が異なり、他の構造は第１実施例と同様である。図８に示す第２実施例のモータ２に採用されるワッシャー２４には、第１実施例と同様に貫通孔２４ａ及び溝２５が設けられている。溝２５は、貫通孔２４ａから径方向に伸びているとともに、径方向に対して角度がつけられている。この構成によれば、第２実施例と同様に、溝２５とロータコア８の端面より形成される流路から噴出される冷媒の飛散角度及び飛散範囲を調整することででき、冷却効率を高めることができる。
【００２９】
以下、実施例で示した技術に関する留意点を述べる。隙間１５の一部が拡大されていてもよい。例えば、シャフト内冷媒流路１４のシャフト外周面に設けられている開口の周縁からワッシャ内冷媒流路１７ａへと連続する箇所を拡大することで、隙間１５からワッシャ内冷媒流路１７ａに流れる冷媒の流量を増やすことができる。したがって、モータの冷却効率をより高めることができる。
【００３０】
また、ワッシャ１６に設けられる溝１７は４本であるが、それ以上であっても、それ以下であってもよい。ワッシャ内冷媒流路１７ａの数を変化させることで、ワッシャ内冷媒流路１７ａからロータコア８の外部空間へ噴出する冷媒の量を調整することができる。
【００３１】
また、上記の実施例におけるシャフト内冷媒流路１４の一部である回転軸に沿って伸びる流路は、シャフト１３のポンプ１９が配置されていない側の端面まで伸び、その端面で開口していてもよい。また、この流路は、シャフト１３の一方の端面から他方の端面まで伸び、その両端で開口してもよい。したがって、シャフト内冷媒流路１４において、半径方向に伸び第１流路１２ａの開口部と対向するように一端が開口する流路は、上記の回転軸に沿って伸びる流路の中間地点でその流路と繋がっている。
【００３２】
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。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、出願時請求項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】
【００３３】
２：モータ
３：ケース
４：ステータコイル
５：ステータコア
６：ステータ
７：ロータ
８：ロータコア
９：永久磁石
１２：コア内冷媒流路
１３：シャフト
１４：シャフト内冷媒流路
１５：隙間
１６、２２、２４：ワッシャ
１７、２３、２５：溝
１７ａ：ワッシャ内冷媒流路
１８：ナット
【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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