(57)【要約】【課題】ロータコアとリテーナとの間からの冷媒の漏れを防止して、ロータに備わる永久磁石を効果的に冷却することができる回転電機を提供すること。【解決手段】モータ１０において、ロータ３０は、内部に冷媒が流れるロータシャフト３２と、ロータシャフト３２に固定され、永久磁石３６を備えるロータコア３１と、ロータコア３１の端面に配設されたリテーナ３３とを有し、リテーナ３３は、厚み方向中央にて径方向へ形成され、ロータシャフト３２の内部に連通する第１径方向油路４１ａ，４１ｂと、厚み方向へ形成され第１径方向油路４１ａ，４１ｂに連通する軸方向油路４５とを有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コイルを備えるステータと、前記ステータの内周に回転可能に配置されたロータとを備える回転電機において、
前記ロータは、
内部に冷媒が流れるロータシャフトと、
前記ロータシャフトに固定され、永久磁石を備えるロータコアと、
前記ロータコアの端面に配設されたリテーナとを有し、
前記リテーナは、
厚み方向中央にて径方向へ形成され、前記ロータシャフトの内部に連通する第１の径方向冷媒通路と、
厚み方向へ形成され前記第１の径方向冷媒通路に連通する軸方向冷媒通路とを有する
ことを特徴とする回転電機。
【請求項２】
請求項１に記載する回転電機において、
前記軸方向冷媒通路は、前記ロータコアを軸方向に貫通する貫通孔に連通している
ことを特徴とする回転電機。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載する回転電機において、
前記軸方向冷媒通路は、前記リテーナの端面から突出した突出部を備えている
ことを特徴とする回転電機。
【請求項４】
請求項１から請求項３に記載するいずれか１つの回転電機において、
前記リテーナは、厚み方向中央にて径方向に貫通するように形成された第２の径方向冷媒通路を有する
ことを特徴とする回転電機。
【請求項５】
請求項２に記載する回転電機において、
前記貫通孔は、永久磁石を収容する磁石孔である
ことを特徴とする回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ステータとロータとを備える回転電機に関する。より詳細には、リテーナを利用した冷媒通路を介してロータに冷媒を供給して、ロータに備わる永久磁石を冷却する回転電機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、誘導モータ、直流モータ（ジェネレータを含む）等の回転電機は、産業用又は車輌用の動力源として広く用いられている。近年、ハイブリッド駆動車輌及び電気自動車に用いられるモータに対して、モータの性能向上の要請が高まっている。そのため、ステータ及びロータを油等の冷媒により冷却している。ここで、ロータに備わる永久磁石の温度が高くなると、永久磁石が熱により不可逆減磁を起こして、モータの性能が低下してしまう。そこで、冷媒をロータコアに流して永久磁石を冷却している。
【０００３】
このように永久磁石を冷却する回転電機では、例えば、リテーナ（エンドプレート）の片面（ロータコア側面）に溝を設け、そのリテーナをロータコアに密着させることにより、溝とロータコアの端面とで冷媒通路を形成して、ロータシャフト内を流れる冷媒を、リテーナ及びロータコアにより形成された冷媒通路を介してロータコアに供給して永久磁石を冷却するようになっている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２２１４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記した回転電機では、リテーナの片面に溝が設けられているため、リテーナの表裏の剛性が変化（溝が設けられた側の剛性が低下）するので、遠心力によって、リテーナがロータコアから離れる方向に変形してしまう。その結果、ロータコアとリテーナとの間に隙間が生じてしまい、その隙間から冷媒が漏れ出るおそれがあった。
【０００６】
そして、ロータコアとリテーナとの間から冷媒が漏れ出ると、ロータコアに供給される冷媒が減少して永久磁石の冷却効果が低下してしまう。また、漏れ出た冷媒が、ロータコアの端面を伝わってロータとステータとの間に存在するエアギャップに入り込み、ロータの回転時に冷媒をせん断する力が発生するため、大きなトルク損失（ロータの引きずりロス）が発生して性能低下を招いてしまう。
【０００７】
そこで、本発明は上記した問題点を解決するためになされたものであり、ロータコアとリテーナとの間からの冷媒の漏れを防止して、ロータに備わる永久磁石を効果的に冷却することができる回転電機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するためになされた本発明の一形態は、コイルを備えるステータと、前記ステータの内周に回転可能に配置されたロータとを備える回転電機において、前記ロータは、内部に冷媒が流れるロータシャフトと、前記ロータシャフトに固定され、永久磁石を備えるロータコアと、前記ロータコアの端面に配設されたリテーナとを有し、前記リテーナは、厚み方向中央にて径方向へ形成され、前記ロータシャフトの内部に連通する第１の径方向冷媒通路と、厚み方向へ形成され、前記第１の径方向冷媒通路に連通するとともにロータコア側に開口する軸方向冷媒通路とを有することを特徴とする。
【０００９】
この回転電機では、冷媒が、ロータシャフトの内部からリテーナに設けられた第１の径方向冷媒通路に供給される。そして、第１の径方向冷媒通路に流れ込んだ冷媒が、軸方向冷媒通路を介してロータコアに供給される。その結果、冷媒により永久磁石が冷却される。
【００１０】
ここで、第１の径方向冷媒通路をリテーナの厚み方向中央に形成しているため、リテーナはほぼ表裏対称形状となっており、リテーナの表裏における剛性がほぼ等しい。このため、ロータ回転時に発生する遠心力によってリテーナが変形しない。これにより、ロータ回転時に、ロータコアとリテーナとの間に隙間が生じないため、ロータコアとリテーナとの間からの冷媒の漏れを防止することができる。その結果、永久磁石を効果的に冷却することができるとともに、ロータの引きずりロスが発生しないようにすることができる。
【００１１】
上記した回転電機において、前記軸方向冷媒通路は、前記ロータコアを軸方向に貫通する貫通孔に連通していることが望ましい。
【００１２】
このような構成にすることにより、ロータコアとリテーナとの間からの冷媒の漏れを防止しつつ、冷媒をロータコア内部に流すことができるため、永久磁石の冷却効果を高めることができる。
【００１３】
上記した回転電機において、前記軸方向冷媒通路は、前記リテーナの端面から突出した突出部を備えていることが望ましい。
【００１４】
このような構成にすることにより、突出部がロータコア内に入り込むため、ロータコアとリテーナとの間からの冷媒の漏れを確実に防止することができる。これにより、リテーナを介して冷媒を漏れなくロータコア内部へと確実に供給することができる。従って、永久磁石の冷却効果をより高めることができる。
【００１５】
上記した回転電機において、前記リテーナは、厚み方向中央にて径方向に貫通するように形成された第２の径方向冷媒通路を有することが望ましい。
【００１６】
このような構成にすることにより、第２の径方向冷媒通路を介して、ステータに備わるコイルのコイルエンドの根元（ステータコアの端面付近）に冷媒を供給することができる。これにより、ステータの軸方向における中央に近い部分を冷媒により冷却することができるため、効率よくステータを冷却することができる。従って、永久磁石を効果的に冷却するとともに、ステータも効果的に冷却することができる。
【００１７】
上記した回転電機において、前記貫通孔は、永久磁石を収容する磁石孔であることが望ましい。
【００１８】
このような構成にすることにより、冷媒により直接、永久磁石を冷却することができるため、永久磁石の冷却効果をより一層高めることができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明に係る回転電機によれば、上記した通り、ロータコアとリテーナとの間からの冷媒の漏れを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】実施の形態に係るモータの概略構成を示す断面図である。
【図２】ロータコアの端面側から見たリテーナの平面図である。
【図３】リテーナの側面図である。
【図４】図３に示すＡ−Ａ線における断面図であり、リテーナと磁石孔との位置関係を示す図である。
【図５】リテーナに備わる突出部（回り止め）と磁石孔との位置関係を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明に係る回転電機を具体化した実施の形態について、図面に基づき詳細に説明する。ここでは、ハイブリッド車輌に搭載されたモータを例示して説明する。
そこで、本実施の形態に係るモータについて、図１〜図５を参照しながら説明する。図１は、本実施の形態に係るモータの概略構成を示す断面図である。図２は、ロータコアの端面側から見たリテーナの平面図である。図３は、リテーナの側面図である。図４は、図３に示すＡ−Ａ線における断面図であり、リテーナと磁石孔との位置関係を示す図でもある。図５は、リテーナに備わる突出部（回り止め）と磁石孔との位置関係を説明するための図である。
【００２２】
図１に示すように、モータ１０は、ステータ２０と、ロータ３０とを有している。ステータ２０はモータケース１１に固定されており、このステータ２０の内側にロータ３０が回転自在に配置されている。本実施の形態では、モータケース１１は車輌の駆動装置のケースの一部をなしている。
【００２３】
ステータ２０は、円環状の薄い電磁鋼板を軸方向に複数枚を積層したステータコア２１と、このステータコア２１に装着されたコイル２２とを有している。そして、ステータコア２１の軸方向両側でコイル２２が張り出してコイルエンド２２ａ，２２ｂが形成されている。
【００２４】
そして、このようなステータ２０の内側にロータ３０が配置されている。ロータ３０は、円環状の薄い電磁鋼板を軸方向に複数枚を積層したロータコア３１と、このロータコア３１の中心に嵌合されたロータシャフト３２とを有している。ロータコア３１の両端部には、リテーナ（エンドプレート）３３，３４が取り付けられている。
【００２５】
ロータコア３１には、外周側に複数の磁石孔３５が形成されている。各磁石孔３５は、永久磁石３６を収容して固定するための孔である。これらの磁石孔３５は、隣接する２つの磁石孔３５，３５が平面視で略Ｖ字形をなすように形成されている（図４参照）。各磁石孔３５は、軸方向にロータコア３１を貫通するよう形成されている。つまり、磁石孔３５は、本発明の「貫通孔」の一例である。なお、ロータコア３１に、軽量化を図るために、ロータコア３１を貫通するように形成した肉抜き孔を設けることもできる。このような肉抜き孔も、本発明の「貫通孔」の一例である。
【００２６】
ロータシャフト３２は、モータケース１１に保持された軸受１２，１３により両端部を回転可能に支持されている。ロータシャフト３２は、中空軸であって、その中空部分が油路３８とされている。この油路３８は、不図示のオイルポンプに接続されている。これにより、オイルパンに貯められたオイル（冷媒）が、オイルポンプによって油路３８に供給されるようになっている。また、ロータシャフト３２には、油路３８とシャフト外部とを連通する分岐油路３９が形成されている。
【００２７】
リテーナ３３は、図２、図３に示すように、円板形状をなし、その中心部にロータシャフト３２が貫通する貫通穴３３ａが形成されている。貫通穴３３ａの外側（リテーナ３３の内周部）には、図４に示すように、リング状のオイル溜め部３７が設けられている。このオイル溜め部３７は、ロータシャフト３２の分岐油路３９と連通している。これにより、オイル溜め部３７に対し、ロータシャフト３２の油路３８から分岐油路３９を介してオイルが供給され、オイル溜め部３７にオイルが一時的に溜められるようになっている。
【００２８】
また、リテーナ３３の内部には、第１径方向油路４１ａ，４１ｂと、第２径方向油路４２とが複数設けられている。これら第１径方向油路４１ａ，４１ｂ及び第２径方向油路４２は、ともにリテーナ３３の厚み方向（軸方向）中央に形成されている。第１径方向油路４１ａ，４１ｂ及び第２径方向油路４２の一端は、それぞれ連通油路４３ａ，４３ｂ及び４４を介して、オイル溜め部３７に連通している。なお、連通油路４３ａ，４３ｂ及び４４も、リテーナ３３の厚み方向（軸方向）中央に形成されている。これにより、オイル溜め部３７から連通油路４３ａ，４３ｂ及び４４を介して、第１径方向油路４１ａ，４１ｂ及び第２径方向油路４２へとオイルが供給されるようになっている。なお、連通油路４３ａ，４３ｂ及び４４の断面積（流路面積）を調整することにより、第１径方向油路４１ａ，４１ｂ及び第２径方向油路４２に供給するオイル量を制御することができるようになっている。
【００２９】
このように第１径方向油路４１ａ，４１ｂ、及び第２径方向油路４２がリテーナ３３の厚み方向中央に形成されているため、リテーナ３３はほぼ表裏対称形状となっている。これにより、リテーナ３３の剛性が表裏においてほぼ等しくなっている。
【００３０】
そして、第１径方向油路４１ａ，４１ｂの他端は、リテーナ３３の厚み方向（軸方向）へ形成された軸方向油路４５に連通している（図１参照）。軸方向油路４５の他端部には、図２、図３に示すように、リテーナ３３のロータコア側端面から突出した突出部４６，４７が設けられている。なお、突出部４６，４７の内側は、軸方向油路４５の一部をなしている。これらの突出部４６，４７は、図４に示すように、ロータコア３１の磁石孔３５に配置されるようになっている。これにより、第１径方向油路４１ａ，４１ｂに供給されたオイルは、軸方向油路４５を介して磁石孔３５に供給されるようになっている。そして、図１に示すように、突出部４６，４７がロータコア３１内に入り込んでいるため、ロータコア３１とリテーナ３３との間からオイルが漏れないようになっている。
【００３１】
一方、第２径方向油路４２の他端は、図４に示すように、リテーナ３３の外周側面に開口している。これにより、第２径方向油路４２に供給されたオイルは、リテーナ３３の外周側面の開口部からコイルエンド２２ａの根元（ステータコア２１の端面近傍）に供給されるようになっている。
【００３２】
ここで、突出部４７は、突出部４６と形状が異なっており、図５に示すように、磁石孔３５の内壁面３５ａに対向するフラットな接触面４７ａが形成されている。このような突出部４７は、リテーナ３３をロータコア３１の端面に配設する際にリテーナ３３の位置決め機構として機能し、配設後には、接触面４７ａが磁石孔３５の内壁面に当接することにより、リテーナ３３の回り止めとして機能するようになっている。
【００３３】
また、各突出部４６は、その突出量を調整することにより、ロータ３０の回転アンバランス量を低減することができるようになっている。具体的には、図３に示すように、一部の突出部４６を短くしてロータ３０の回転バランス調整を行えばよい。
【００３４】
なお、ロータコア３１の反対側（コイルエンド２２ｂ側）に配設されるリテーナ３４には、図１に示すように、厚み方向に貫通するとともに磁石孔３５に連通する貫通孔３４ａが形成されている。これにより、磁石孔３５に供給されたオイルが、磁石孔３５から流れ出ると、貫通孔３４ａを通過した後、遠心力によってコイルエンド２２ｂに供給されるようになっている。
【００３５】
次に、上記したモータ１０の動作について、永久磁石３６の冷却を中心に説明する。永久磁石３６を冷却するのは、モータ１０に発生する渦電流によって永久磁石３６が発熱し、熱による不可逆減磁の発生や、可逆減磁領域におけるトルクの低下を起こさないようにして、モータ１０の性能低下を防止するためである。また、ステータコア２１に装着されたコイル２２に所定の電流が流れると、この電流によりコイル２２が発熱し、コイル２２の抵抗値が増加することによって、モータ損失が悪化する。このため、モータ１０の性能低下を防止するためには、コイル２２（ステータ２０）も冷却する必要がある。
【００３６】
そこで、モータ１０では、以下のようにしてオイルをステータ２０及びロータ３０に供給することにより冷却して、性能の低下を防止している。具体的には、まず、オイルポンプによってロータシャフト３２内に形成されている油路３８に供給されたオイルが、ロータ３０が回転することにより発生する遠心力によって、油路３８の外周側に片寄る。そして、油路３８の外周側に片寄ったオイルは、分岐油路３９からリテーナ３３のオイル溜め部３７に供給され、ここに一時的に貯留される。
【００３７】
そして、オイル溜め部３７内のオイルの一部は、連通油路４３ａ，４３ｂ及び４４を介して第１径方向油路４１ａ，４１ｂ及び第２径方向油路４２に流れ込む。そうすると、第１径方向油路４１ａ，４１ｂを流れるオイルが、軸方向油路４５を介して磁石孔３５に供給される。
【００３８】
このとき、ロータ３０の回転により発生する遠心力がリテーナ３３に作用しているが、リテーナ３３はほぼ表裏対称形状となっており、リテーナ３３の表裏における剛性がほぼ等しいため、リテーナ３３は変形しない。そのため、ロータコア３１とリテーナ３３との間に隙間が生じない。さらに、軸方向油路４５の先端部に突出部４６，４７が設けられ、それらの突出部４６，４７が磁石孔３５に配置されているため、ロータコア３１とリテーナ３３との間からのオイルの漏れを確実に防止することができる。これにより、リテーナ３３を介してオイルを漏れなく磁石孔３５の内部へと確実に供給することができる。従って、オイルで直接、永久磁石３６を冷却することができるため、永久磁石３６の冷却効果を高めることができる。その結果、永久磁石３６の熱による不可逆減磁の発生や、可逆減磁領域におけるトルクの低下を防止することができる。また、ロータコア３１とリテーナ３３との間からオイルが漏れないため、ステータ２０とロータ３０との間にオイルが入り込むことがないのでロータ３０の引きずりロスも発生しない。
【００３９】
一方、第２径方向油路４２を流れるオイルは、リテーナ３３の外周側面の開口部からコイルエンド２２ａの根元付近（ステータコア２１の端面付近）に供給される。これにより、ステータ２０（コイル２２）の中央により近い部分をオイルにより冷却することができるため、効率よくステータ２０（コイル２２）を冷却することができる。その結果、コイル２２の発熱を抑制することができるため、コイル２２の抵抗値の増加を防止することができ、モータ１０の性能低下を防止することができる。
【００４０】
なお、第２径方向油路４２を介してコイルエンド２２ａの根元付近に供給されるオイルは、ロータ３０とステータ２０との間に存在するエアギャップに入り込むことはない。なぜなら、第２径方向油路４２からコイルエンド２２ａに供給されるオイルは、ロータコア３１の端面を伝わることなく、飛散して供給されるからである。
【００４１】
そして、磁石孔３５を通過したオイルは、ロータコア３１の反対側端面からリテーナ３４の貫通孔３４ａを介して、ロータコア３１の外へ排出される。このロータコア３１外に排出されたオイルは、遠心力によって外周方向へ飛ばされてコイルエンド２２ｂに供給される。これにより、コイル２２をコイルエンド２２ｂ側からも冷却することができる。従って、コイル２２を効率よく冷却することができる。
【００４２】
以上、詳細に説明したように本実施の形態に係るモータ１０によれば、ロータシャフト３２内を流れるオイルが、リテーナ３３に設けられた第１径方向油路４１ａ，４１ｂ及び軸方向油路４５を介して、ロータコア３１の磁石孔３５に供給される。これにより、オイルにより直接、永久磁石３６を冷却することができる。そして、第１径方向油路４１ａ，４１ｂがリテーナ３３の厚み方向中央に形成されているため、リテーナ３３がほぼ表裏対称形状であり、リテーナ３３の表裏における剛性がほぼ等しいので、ロータ３０の回転時に発生する遠心力によってリテーナ３３が変形しない。従って、ロータ３０の回転時に、ロータコア３１とリテーナ３３との間に隙間が生じないため、ロータコア３１とリテーナ３３との間からのオイルの漏れを防止することができる。これにより、永久磁石３６を効果的に冷却することができるとともに、ロータ３０の引きずりロスも発生しない。
【００４３】
なお、上記した実施の形態は単なる例示にすぎず、本発明を何ら限定するものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変形が可能であることはもちろんである。例えば、上記した実施の形態では、第１径方向油路４１ａ，４１ｂ及び第２径方向油路４２を径方向に直線的に形成しているが、これらの径方向油路は直線的に形成されている必要はなく、例えば肉抜き孔などを避けるため、オイルの流れを阻害しない程度に湾曲等させて形成することもできる。
【００４４】
また、上記した実施の形態では、本発明の回転電機をハイブリッド車輌の駆動装置に搭載されたモータへ適用した例を説明したが、本発明は駆動装置内のモータに限らず、永久磁石を冷却したいという要求のある様々な用途のモータ、あるいはジェネレータやオルタネータなどの発電機にも適用することができる。
【００４５】
さらに、上記した実施の形態では、冷媒としてオイル（冷却油）を例示したが、絶縁性を確保できるオイル以外の冷却媒体を用いることもできる。
【符号の説明】
【００４６】
１０    モータ
２０    ステータ
２１    ステータコア
２２    コイル
３０    ロータ
３１    ロータコア
３２    ロータシャフト
３３    リテーナ
３５    磁石孔
３６    永久磁石
３８    油路
３９    分岐油路
４１ａ  第１径方向油路
４１ｂ  第１径方向油路
４２    第２径方向油路
４５    軸方向油路
４６    突出部
４７    突出部（回り止め）
【図１】
2012210120.tif 000003
【図２】
2012210120.tif 000004
【図３】
2012210120.tif 000005
【図４】
2012210120.tif 000006
【図５】
2012210120.tif 000007