(57)【要約】【課題】本発明は、ロータコアと端面板との間に形成された径方向流路を備えつつも、軸方向流路において所望の部位に優先的に冷媒を供給することができるロータを提供することを課題とする。【解決手段】  本発明に係るロータ１は、ロータコア２と複数の永久磁石３と一対の端面板４を備え、冷媒流路１０が形成され、冷媒流路１０は、ロータコア２と端面板４との間に形成された径方向流路１１と、ロータコア２を軸方向に貫通する軸方向流路１２を備え、軸方向流路１２内には、軸方向に延びて軸方向流路１２を径方向内側の第１軸方向流路１４と径方向外側の第２軸方向流路１５とに仕切る仕切り板が配置され、第１軸方向流路１４は、径方向流路１１と連通し、仕切り板６には、第１軸方向流路１４と第２軸方向流路１５とを連通させる連通孔６ａが形成されていることを特徴とする。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シャフトに貫通される円筒状のロータコアと、前記ロータコア内に配置される複数の永久磁石と、前記シャフトに貫通され、前記ロータコアを軸方向から挟む一対の端面板と、を備え、前記シャフトから供給された冷媒が流れる冷媒流路が形成されたロータであって、
前記冷媒流路は、
前記ロータコアと前記端面板との間に形成された径方向流路と、
前記ロータコアを軸方向に貫通する軸方向流路と、
を備え、
前記軸方向流路内には、前記軸方向に延びて前記軸方向流路を径方向内側の第１軸方向流路と径方向外側の第２軸方向流路とに仕切る仕切り板が配置され、
前記第１軸方向流路は、前記径方向流路と連通し、
前記仕切り板には、前記第１軸方向流路と前記第２軸方向流路とを連通させる連通孔が形成されていることを特徴とするロータ。
【請求項２】
前記連通孔は、前記ロータコアの熱エネルギーが比較的大きい箇所に対応して形成されていることを特徴とする請求項１に記載のロータ。
【請求項３】
前記連通孔は、前記仕切り板の軸方向中央部に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のロータ。
【請求項４】
前記仕切り板の両端部は、前記一対の端面板に支持され、
前記仕切り板は、軸方向から視て屈曲又は湾曲していることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のロータ。
【請求項５】
前記仕切り板は、幅方向中央部が径方向外側に突出する凸状に形成され、
前記連通孔は、幅方向中央部に位置していることを特徴する請求項４に記載のロータ。
【請求項６】
前記一対の端面板には、前記仕切り板の端部が嵌合するための溝部が形成されていることを特徴とする請求項４又は請求項５に記載のロータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロータに関する。
【背景技術】
【０００２】
ハイブリッド車、プラグインハイブリッド車、電気自動車及び燃料電池車は、電力を駆動輪の駆動力に変換するため、電動機を搭載している。
このような電動機においては、永久磁石の熱減磁を防止するため、シャフトを介してロータ内に冷媒（冷却用油）を供給してロータを冷却している。
【０００３】
ここで、ロータの冷却構造に用いられるシャフトは、内部に冷媒が流入可能になっている。また、シャフトには、内周面から外周面に向って貫通する冷媒供給孔が形成されている。そして、シャフトの回転によってシャフト内の冷媒に遠心力が作用すると、冷媒は、冷媒供給孔を通過してシャフトの径方向外側に、言い換えるとロータコアの内周面側に移動する。
【０００４】
一方で、ロータに形成される冷媒流路は、ロータコアの内周面から径方向外側に延びる径方向流路と、径方向流路から軸方向に延びる軸方向流路と、を備える。
径方向流路は、ロータコアと端面板との合わせ面の一方を凹ませて成るため、ロータの一端側に位置している（下記特許文献参照）。
この結果、軸方向流路は、ロータコアの一端側から他端側に向って延びる流路となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１２−２３５５４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記する軸方向流路によれば、軸方向において比較的温度が高い部位である中央部に、軸方向流路の一端側で温められた冷媒が供給され、ロータコアを効果的に冷却することができない。
これに対し、径方向流路を軸方向中央部に位置するように形成することが考えられるものの、ロータコアの製造工程の複雑化を招き、好ましくない。
以上から、ロータコアと端面板との間に形成された径方向流路を利用しつつも、軸方向流路の所望の部位に優先的に冷媒を供給することができるロータの開発が望まれていた。
【０００７】
そこで、本発明は、前記する背景に鑑みて創案された発明であって、ロータコアと端面板との間に形成された径方向流路を備えつつも、軸方向流路において所望の部位に優先的に冷媒を供給することができるロータを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題を解決するための手段として、本発明に係るロータは、シャフトに貫通される円筒状のロータコアと、前記ロータコア内に配置される複数の永久磁石と、前記シャフトに貫通され、前記ロータコアを軸方向から挟む一対の端面板と、を備え、前記シャフトから供給された冷媒が流れる冷媒流路が形成されたロータであって、前記冷媒流路は、前記ロータコアと前記端面板との間に形成された径方向流路と、前記ロータコアを軸方向に貫通する軸方向流路と、を備え、前記軸方向流路内には、前記軸方向に延びて前記軸方向流路を径方向内側の第１軸方向流路と径方向外側の第２軸方向流路とに仕切る仕切り板が配置され、前記第１軸方向流路は、前記径方向流路と連通し、前記仕切り板には、前記第１軸方向流路と前記第２軸方向流路とを連通させる連通孔が形成されていることを特徴とする。
【０００９】
前記発明によれば、第１軸方向流路内に流れる冷媒は、連通孔を通過して第２軸方向流路に供給される。このため、第２軸方向流路において、連通孔に対応する部位に優先的に冷媒が供給されるようになる。
また、ロータの回転による遠心力が冷媒に作用することから、第１軸方向流路内を流れる冷媒は、第１軸方向流路の径方向外側の壁面を構成する仕切り板に沿って流れる。このため、第１軸方向を流れる冷媒、言い換えると、第２軸方向流路に供給される冷媒がロータコアにおける軸方向流路の径方向外側の壁面に接触して温められる、ということが抑制されている。
以上から、前記発明によれば、第２軸方流路の所望の部位に温められていない冷媒を優先的に供給することができ、効率良くロータコアを冷却できる。
【００１０】
また、前記発明において、前記連通孔は、前記ロータコアの熱エネルギーが比較的大きい箇所に対応して形成されていることが好ましい。
若しくは、前記発明において、前記連通孔は、前記仕切り板の軸方向中央部に形成されていることが好ましい。
【００１１】
前記構成によれば、効率良くロータコアを冷却でき、永久磁石の熱減磁を抑制できる。
【００１２】
また、前記仕切り板の両端部は、前記一対の端面板に支持され、前記仕切り板は、軸方向から視て屈曲又は湾曲していることが好ましい。
【００１３】
前記構成によれば、仕切り板の軸方向の剛性が高くなり、両端を一対の端面板に支持されても変形し難くなる。
【００１４】
また、前記発明において、前記仕切り板は、幅方向中央部が径方向外側に突出する凸状に形成され、前記連通孔は、幅方向中央部に位置していることが好ましい。
【００１５】
前記構成によれば、仕切り板の幅方向中央部に冷媒が集まるため、仕切り板に沿って流れる冷媒が連通孔に案内され易くなり、第２軸方向流路に安定して冷媒を供給することができる。
【００１６】
また、前記発明において、前記一対の端面板には、前記仕切り板の端部が嵌合するための溝部が形成されていることが好ましい。
【００１７】
前記構成によれば、ロータの回転により仕切り板に遠心力が作用しても仕切り板が位置ずれ難く、所望の部位に冷媒を安定して供給し続けることができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、ロータコアと端面板との間に形成された径方向流路を備えつつも、軸方向流路において所望の部位に優先的に冷媒を供給することができるロータを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】電動機をシャフトに沿って切った断面図である。
【図２】図１のＩＩ-ＩＩ線矢視断面図（軸方向流路に沿って切ったロータの断面）である。
【図３】図１のＩＩＩ-ＩＩＩ線矢視断面図（ロータコアの右端面に沿って切ったロータの断面）である。
【図４】図１の枠線ＩＶで囲まれた範囲の拡大図である。
【図５】図２の一部を拡大した拡大図である。
【図６】図３の一部を拡大した拡大図である。
【図７】実施形態の仕切り板の斜視図である。
【図８】第１変形例の仕切り板の斜視図である。
【図９】第２変形例の仕切り板の斜視図である。
【図１０】第３変形例の仕切り板の斜視図である。
【図１１】第４変形例の仕切り板の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
つぎに、本発明に係るロータを備えた電動機について図面を参照しながら説明する。
【００２１】
電動機１００は、電気エネルギーをシャフト１３０の回転運動に変換するためのものである。また、電動機１００には、電動機１００内に冷却用油（冷媒）を供給し（図１の矢印Ａ１参照）、かつ、電動機１００内から冷却用油を回収する（矢印Ａ９参照）ための循環回路（不図示）が接続している。
【００２２】
図１に示すように、電動機１００は、ハウジング１１０と、ハウジング１１０に固定される円筒状のステータ１２０と、左右方向に延び、回転自在にハウジング１１０に取り付けられたシャフト１３０と、シャフト１３０に固定されるロータ１と、を備える。
【００２３】
ハウジング１１０は、内部にステータ１２０が圧入される略円筒状の中央ハウジング１１１と、中央ハウジング１１１の左開口部を閉塞し、ステータ１２０との間で左側貯留槽１１３を形成する略有底円筒状の左部ハウジング１１２と、中央ハウジング１１１の右開口部を閉塞し、ステータ１２０との間で右側貯留槽１１５を形成する略有底円筒状の左部ハウジング１１４と、を備える。
なお、左部ハウジング１１４の下部側には、循環回路が左側貯留槽１１３内の冷却用油を回収するための冷却用油回収口１１２ａが形成されている。
【００２４】
ステータ１２０は、ロータ１を回転させるための回転磁界を生成するためのものであり、略円筒状のステータコア１２１と、ステータコア１２１に設けられたステータコイル１２２とを備える。
ステータコア１２１の下部側には、左右方向に貫通し、左側貯留槽１１３と右側貯留槽１１５とを連通させる流路１２５が形成されている。
これにより、左側貯留槽１１３内の冷却用油が循環回路に回収されると、右側貯留槽１１５内の冷却用油は、流路１２５を介して左側貯留槽１１３へ移動する。
ステータコイル１２２のコイルエンド１２３、１２４は、左側貯留槽１１３及び右側貯留槽１１５に貯留される冷却用油に油没し、ステータコイル１２２が冷却されている。
【００２５】
シャフト１３０は、両端部が軸受１３１、１３２に支持され、回転軸Ｏ回りに回転自在になっている。
シャフト１３０は、円筒状を呈し、内部空間が冷媒流路になっている。
シャフト１３０の左開口部には、循環回路の供給側の配管が接続し、シャフト１３０内に冷却用油が供給されるようになっている。
【００２６】
なお、シャフト１３０の両端側には、左側封止部材１３３と右側封止部材１３４とが内嵌され、シャフト１３０の両端部から冷却用油が漏出しないようになっている。
また、左側封止部材１３３には、冷却用油供給口１３５が形成され、この冷却用油供給口１３５を介してシャフト１３０内に冷却用油が供給される。
【００２７】
また、シャフト１３０は、径方向に貫通し、ロータ１に冷却用油を供給するための供給口１３６が形成されている。
図２に示すように、供給口１３６は、回転軸Ｏを中心として９０度間隔で４つ形成されている。
そして、シャフト１３０が回転しシャフト１３０内の冷却用油に径方向外側に向う遠心力が作用すると、シャフト１３０内の冷却用油は、供給口１３６を通過してシャフト１３０の径方向外側に流出する（図２矢印Ａ２参照）。
【００２８】
図１に示すように、ロータ１は、ステータ１２０が生成する回転磁界により回転する電機子である。
ロータ１は、円筒状のロータコア２と、ロータコア２内に埋設された複数の永久磁石３（図１において不図示、図３参照）と、ロータコア２の回転軸Ｏ方向から挟む一対の端面板４，５と、を備える。
また、ロータ１には、シャフト１３０から供給される冷却用油が流れる冷媒流路１０が形成されている。
【００２９】
ロータコア２は、積層された複数の電磁鋼板２０を接着剤、カシメ等により一体に形成し、略円筒状を呈している。ロータコア２内には、シャフト１３０が圧入され、ロータコア２とシャフト１３０とが一体になっている。
【００３０】
図３に示すように、ロータコア２には、永久磁石３を収容するため、右端面２ａ及び左端面２ｂ（図４参照）を貫通し回転軸Ｏ方向に延びる磁石収容孔２１が形成されている。
磁石収容孔２１は、ロータコア２の外周縁側に位置するとともに、周方向に複数形成されている。
複数の磁石収容孔２１は、３つ一組で径方向外側に向って開口するように略Ｖ字状に配置されている。
【００３１】
なお、ロータコア２の外周縁側に永久磁石３が収容されることから、ロータコア２において磁石収容孔２１の径方向内側の領域（以下、「伝熱領域Ｒ」と称する。図３の破線の範囲を参照）は、永久磁石３の熱エネルギーが伝達し、比較的温度が高くなっている。
また、図４に示すように、伝熱領域Ｒにおいて軸方向の中央領域Ｒ１は、端部領域Ｒ２よりもロータコア２の右端面２ａ、左端面２ｂから離れているため、放熱し難く、最も蓄熱し易い領域である。
【００３２】
図２に示すように、一対の端面板４，５は、リング状の部材であり、図示しない係止具によりシャフト１３０に固定されている。
図１に示すように、一対の端面板４，５は、ロータコア２のロータコア２の右端面２ａ、左端面２ｂに当接し、ロータコア２を左右方向から挟持している。
なお、説明の都合上、一対の端面板４，５のうちロータコア２の右側に配置されるものを右端面板４と称し、左側に配置されるものを左端面板５と称する。
【００３３】
循環回路は、特に図示しないが、冷却用油を冷却するためのオイルクーラーと、循環ポンプと、冷却用油回収口１１２ａと冷却用油供給口１３５とを接続する配管と、を備える。循環ポンプが駆動すると、左側貯留槽１１３の冷却用油が、冷却用油回収口１１２ａ、配管を介してオイルクーラーに送り込まれ、冷却される。
そして、冷却された冷却用油は、配管、冷却用油供給口１３５を介してシャフト１３０内に供給される。
【００３４】
つぎに、冷媒流路１０について説明する。
図４に示すように、冷媒流路１０は、ロータ１の内周面から径方向外側に延びる径方向流路１１と、径方向流路１１から左側（回転軸Ｏ方向）に延びる軸方向流路１２と、軸方向流路１２に連通して冷却用油をロータ１外に排出する２つの排出口１３，１３と、を備える。
【００３５】
径方向流路１１は、ロータコア２の右端面２ａに当接する右端面板４の左面４ａの一部を凹ませて成る流路である。具体的には、径方向流路１１は、右端面板４の左面４ａに右側に凹む凹部４０を形成し、ロータコア２の右端面２ａと右端面板４の左面４ａとの間に形成された空間である。
【００３６】
径方向流路１１は、シャフト１３０の供給口１３６と軸方向で重なっている。このため、供給口１３６を介して、径方向流路１１とシャフト１３０の内部空間とが連通し、シャフト１３０内の冷却用油がロータ１内に流れ込むようになっている（矢印Ａ２参照）。
【００３７】
図２に示すように、径方向流路１１は、回転軸Ｏを中心とするリング状に形成されている。このため、４つの供給口１３６から供給された冷却用油は、径方向外側に移動するとともに周方向にも移動可能になっている（矢印Ａ３参照）。
【００３８】
なお、図５に示すように、右端面板４の左面４ａに凹部４０が形成されていることから、右端面板４の左面４ａは、凹部４０の底面を構成する凹部底面４１と、凹部４０の側周面を構成する凹部側周面４２と、ロータコア２の右端面２ａと当接する当接面４３と、を備える。
【００３９】
図４に示すように、軸方向流路１２は、ロータコア２の右端面２ａと左端面２ｂとを貫通し、軸方向に延びる孔である。また、軸方向流路１２は、伝熱領域Ｒの近傍であり、かつ、伝熱領域Ｒの径方向内側に形成されている。
【００４０】
図３に示すように、軸方向流路１２は、回転軸Ｏを中心に周方向に複数配置されている。また、複数の軸方向流路１２は、軸方向から視て略台形状の軸方向流路と、略三角形状の軸方向流路が周方向に交互に並べられている。
なお、図６に示すように、軸方向流路１２を囲む壁面において、径方向に延びる壁面を側壁面１２ａと称し、周方向に延びて側壁面１２ａの径方向端部に連続する壁面を外周壁面１２ｂと称する。また、軸方向流路１２の外周壁面１２ｂに冷却用油が接触すると、伝熱領域Ｒが冷却される。
【００４１】
図４に示すように、軸方向流路１２内には、左右方向（回転軸Ｏ方向）に延びて軸方向流路１２を径方向内側の空間と外側の空間とに仕切る仕切り板６が配置されている。
このため、軸方向流路１２は、径方向内側の空間である第１軸方向流路１４と、径方向外側の空間である第２軸方向流路１５と、を備える。
【００４２】
また、仕切り板６は、軸方向流路１２よりも左右方向（軸方向）に長く形成され、仕切り板６の両端部６ｂが軸方向流路１２から外側に突出している。
このため、軸方向流路１２の右側開口部１２ｃは、第１軸方向流路１４の右側第１開口部１４ａと、第２軸方向流路１５の右側第２開口部１５ａとに分かれている。
【００４３】
また、仕切り板６の右端部６ｂは、右端面板４の凹部側周面４２に当接している。
このため、第１軸方向流路１４の右側第１開口部１４ａは、径方向流路１１に連通し、第２軸方向流路１５の右側第２開口部１５ａは、径方向流路１１に連通していない。
よって、径方向流路１１内の冷却用油は、第１軸方向流路１４のみに流入する（矢印Ａ４参照）。
【００４４】
ここで、第１軸方向流路１４に流入した冷却用油には、ロータ１の回転による遠心力が作用する。よって、第１軸方向流路１４の径方向外側の壁部を構成する仕切り板６に沿って、冷却用油が移動する（矢印Ａ５参照）。この結果、仕切り板６がなく冷却用油が軸方向流路１２の外周壁面１２ｂに沿って移動する場合よりも、冷却用油の温度の上昇が抑えられる。
【００４５】
また、仕切り板６には、第１軸方向流路１４と第２軸方向流路１５とを連通させる連通孔６ａが形成されている。このため、第１軸方向流路１４に流入した冷却用油は、連通孔６ａを介して第２軸方向流路１５に供給される（矢印Ａ６参照）。
【００４６】
連通孔６ａは、軸方向流路１２の中央部に位置するように形成されている。このため、第１軸方向流路１４内の冷却用油は、第２軸方向流路１５の軸方向中央部に優先的に供給される。
これによれば、第２軸方向流路１５の外周壁面１２ｂにおいて、軸方向の中央部が優先的に冷却され、言い換えると、最も冷却したい部位（中央領域Ｒ１）が冷却され、ロータコア２の冷却が効果的となる。
【００４７】
なお、仕切り板６の両端６ｂは、一対の端面板４，５に形成された嵌合部４５に差し込まれ、嵌合部４５に嵌合している。このため、仕切り板６は、一対の端面板４，５に支持され、固定強度が高い。
【００４８】
図６に示すように、仕切り板６は、右端面板４の凹部側周面４２に沿っている。言い換えると、仕切り板６は、曲げ加工により円弧状に形成され、軸方向（左右方向）の剛性が高い。このため、仕切り板６に対して一対の端面板４，５の支持による（軸方向の）荷重が作用しても、仕切り板６が変形難くなっている。
また、仕切り板６の幅方向の端面６ｃ，６ｃは、軸方向流路１２の側壁面１２ａに当接し、仕切り板６と側壁面１２ａの間から冷却用油が漏出しないようになっている。
【００４９】
図４に示すように、排出口１３は、一対の端面板４、５を左右方向に貫通してなる流路である。
また、排出口１３は、一対の端面板４、５の両方に形成されるとともに、第２軸方向流路１５の右側第２開口部１５ａと左側第２開口部１５ｂとに連通している。
これにより、第２軸方向流路１５の中央部に供給された冷却用油は、外周壁面１２ｂに沿って、左右方向に分かれて流れ（矢印Ａ７参照）、第２軸方向流路１５の左右端部側の外周壁面１２ｂ（端部領域Ｒ２）が冷却される。
そして、第２軸方向流路１５の左右端部側の外周壁面１２ｂ（端部領域Ｒ２）を冷却した冷却用油は、排出口１３を介してロータ１の両端面から排出する（矢印Ａ８）。
【００５０】
以上、実施形態によれば、ロータコア２内において最も冷却したい中央領域Ｒ１を温められていない冷却用油で冷却できるため、ロータを効果的に冷却することができる。
【００５１】
以上、実施形態について説明したが、本発明は実施形態で説明した例に限定されない。
例えば、仕切り板６は、一対の端面板４，５の嵌合部４５に嵌合させることで、軸方向流路１２内に固定しているが、本発明は、軸方向流路１２内に接着剤によって固着してもよい。
【００５２】
また、実施形態の連通孔６ａは、軸方向流路１２の軸方向長さ（左右方向長さ）の中央部となるように形成されているが、他の部位に形成してもよく、適宜、熱エネルギーが比較的大きい箇所に対応して形成してもよい。
【００５３】
また、実施形態の仕切り板６では、連通孔６ａが一つであったが、図８に示すように、３つの連通孔６ａを形成してもよい。
また、連通孔６ａを複数形成する場合においては、各連通孔６ａの大きさを変えることで、第２軸方向流路１５の各部位に供給する量を調整してもよい。
【００５４】
また、実施形態の仕切り板６では、幅方向の端面６ｃが直線状に形成され、軸方向流路１２の側壁面１２ａに当接するようになっているが、図９に示すように、端部から中央部に向うにつれて幅狭に形成された端面６ｃの仕切り板６Ｂや、図１０に示すように、端面６ｃが波形状の仕切り板６Ｃであってもよい。
これによれば、仕切り板６Ｂ，６Ｃの端面６ｃと軸方向流路１２の側壁面１２ａとの間に隙間Ｓが形成され、その隙間Ｓから冷却用油を供給することができる。
【００５５】
また、実施形態の仕切り板６の連通孔６ａは円形状であるが、図１０に示すように、矩形状であってもよい。または、三角形や五角形等の種々の形でもよい。
【００５６】
また、実施形態の仕切り板６は、軸方向からの剛性を向上させるため、円弧状に形成されているが、図１１に示すように、幅方向中央部が外側に突出するように二つ折り形状であってもよい。
【００５７】
また、実施形態の仕切り板６は、円弧状を呈し、幅方向の一端部から他端部にかけて、ロータ１の回転軸から同距離に形成されているが、例えば、幅方向の中央部が最も径方向外側に位置するようにしてもよい。これによれば、第１軸方向流路１４内に流れ込んだ冷却用油は、遠心力により幅方向中央部に集まり易くなっている。この結果、仕切り板６に沿って流れる冷却用油が連通孔６ａに案内され易くなり、第２軸方向流路１５に安定して冷却用油を供給することができる。
【００５８】
また、実施形態のロータ１は、電動機に適用して例を挙げたが、発電機に適用してもよい。
【符号の説明】
【００５９】
１      ロータ
２      ロータコア
３      永久磁石
４，５  端面板
６，６Ａ，６Ｂ，６Ｃ  仕切り板
６ａ    連通孔
１０    冷媒流路
１１    径方向流路
１２    軸方向流路
１３    排出口
１４    第１軸方向流路
１５    第２軸方向流路
４５    嵌合部
１００  電動機
１１０  ハウジング
１２０  ステータ
１３０  シャフト
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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