JP7816111B2 - ロータ - Google Patents

Description

本明細書が開示する技術は、ロータに関する。

ロータは、ステータコアとともにモータを構成する。ロータコアは内部に設けた磁石スロットに磁石を備えた円筒状体であり、中央にロータシャフトを備えている。モータ作動時には、ロータコア内部に保持する磁石を冷却する必要がある。例えば、磁石スロット内に収容した磁石の短尺端縁側面を冷却する構造が知られている（特許文献1）。

特開２０２２－４５５４２号公報

しかしながら、短尺端縁側面のみを冷却しても磁石全体を十分に冷却できるとはいえなかった。

本明細書は、ロータコアに保持される磁石を効果的に冷却する技術を提供する。

本明細書が開示する技術は、ロータに具現化される。ロータは、ロータシャフトと、ロータシャフトに取り付けられて複数の磁石スロットを備えるロータコアと、磁石スロットを規定するロータコアの内面の一部に対して押圧されることによって固定されている、細長形状断面を有する磁石と、を備えている。このロータは、ロータシャフトを流通する冷媒が、磁石スロットにおいてロータコアの径方向内側に露出された磁石の長尺端縁側面に到達するとともにロータコアの軸方向に沿って移動可能に構成されている。

本明細書に開示されるロータによれば、ロータシャフトを流通する冷媒が、磁石スロット内の磁石の長尺端縁側面に到達し、ロータコアの軸方向に沿って移動する。磁石は、長尺端縁側面が冷媒により冷却されるため、効果的に磁石が冷却される。

本明細書に開示されるロータの一実施形態の軸方向に沿った断面構造を示す図である。 図１の一部拡大図である。 図１ＡにおけるII-II線断面図を示す。

本開示のロータは、ロータシャフトと、ロータシャフトに取り付けられて複数の磁石スロットを備えるロータコアと、磁石スロットを規定するロータコアの内面の一部に対して押圧されることによって固定されている、細長形状断面を有する磁石と、を備え、ロータシャフトを流通する冷媒が、磁石スロットにおいてロータコアの径方向内側に露出された磁石の長尺端縁側面に到達するとともにロータコアの軸方向に沿って移動可能に構成されている。

本開示の一実施形態では、ロータシャフトの内部を流通する冷媒流路と連通し、ロータコア内部を、ロータコアの径方向外側を指向して長尺端縁側面に延びる第１流路と、第１流路から長尺端縁側面に沿って径方向外側に延びる第２流路と、を備えることができる。こうすることで、ロータシャフトの内部から効率的に冷媒を磁石の長尺端縁側面に供給できる。

本開示の一実施形態では、第２流路は、長尺端縁側面の径方向内側から径方向外側に沿って延びるようにしてもよい。こうすることで、磁石を効果的に冷却できる。

本開示の一実施形態では、前第２流路は、長尺端縁側面からロータコアの径方向外側に連続して磁石スロットにおいて露出される短尺端縁側面にまで延びるようにしてもよい。こうすることで、より広い面積で磁石を冷却できる。

本開示の一実施形態では、第２流路は、ロータコアの径方向内側への冷媒の流通を抑止する冷媒流通抑止部を備えていてもよい。こうすることで、ロータコアの回転に基づく遠心力に抗して、冷媒を長尺端縁側面に到達させて磁石を効果的に冷却できる。

本開示の一実施形態では、第１流路は、長尺端縁側面に対して直進する流路を有するようにしてもよい。こうすることで、冷媒を、長尺端縁側面に確実に接触させることができる。

本開示の一実施形態では、磁石スロットの径方向内側を規定するロータコアの内面から磁石の長尺端縁側面を指向して延びて磁石を固定する爪部を備えていてもよい。こうすることで、磁石を固定するために用いる長尺端縁側面を同時に冷媒による濡れ面としても利用できる。また、爪部が長尺端縁側面に沿う冷媒の流れを妨げることが抑制される。

本開示の一実施形態では、磁石スロットの径方向内側を規定するロータコアの内面から長尺端縁側面に当接してロータコアの軸方向に沿って屈曲して磁石を固定する爪部を備えていてもよい。こうすることで、磁石を固定するために用いる長尺端縁側面を同時に冷媒による濡れ面としても利用できる。

本開示の一実施形態では、磁石と隣接する他の磁石とが、互いに近接する端部が径方向内側に近接するように傾斜する略Ｖ字形状に配置されていてもよい。こうすることで、磁石を効率的に用いる配置できるとともに、各磁石の径方向内側の長尺端縁側面を効果的に冷却できる。

本開示の一実施形態では、ステータと、上記いずれかのロータと、備える、モータが提供されてもよい。こうしたロータを備えるモータは、磁石が効果に冷却されるため、例えば、磁石が高温になるような高負荷状態であってもモータの動力性能を確保しやすくなっている。

以下、本開示のロータの実施形態について、適宜図面を参照して説明する。なお、本明細書において、単に「径方向」というとき、ロータコアの径方向を意味し、単に「周方向」というとき、ロータコアの周方向を意味し、単に「軸方向」というとき、ロータシャフトの軸方向を意味している。

図１Ａ及び図２には、ロータの断面を示す。図１Ａは、本実施形態に係るロータ２の軸方向に沿う断面を示し、図１Ｂは、図１Ａのロータ２の一部拡大図を示し、図２は、図１ＡのII―II線断面であって、ロータ２の回転方向前方側にある磁石１４に関する断面を示す。なお、ロータ２は、モータの構成要素である。特に限定するものではないが、モータは、例えば、電動機又は発電機としての機能を有するモータジェネレータである。例えば、それ自体又は内燃機関とともに、車両の駆動源を構成することができる。

図１Ａ及び図２に示すように、ロータ２は、ロータシャフト４と、ロータシャフト４とともに中心軸Ｊ周りに回転可能に固定されたロータコア１０、エンドプレート３４、３６とを備えている。ロータシャフト４は、図示しないモータのハウジングに取り付けられた軸受けによって回転可能に支持されている。

ロータシャフト４の内部には、その軸方向に、冷媒が流通可能な冷媒流路５０が形成されている。冷媒は、特に限定するものではないが、例えば、オイルなどを適宜用いることができる。ロータシャフト４は、さらに、この冷媒流路５０からロータシャフト４の内部を貫通して径方向外側に延び、さらにロータコア１０における冷媒流路５４に連通する冷媒流路５２を備えている。

ロータコア１０は、鉄又は鉄合金などの磁性体の電磁鋼板を軸方向に積層させた積層鋼板によって構成されている。ロータコア１０は、ロータコア１０を軸方向に貫通する中央孔を介してロータシャフト４に固定されている。

ロータコア１２の軸方向に沿う一方の端部と他方の端部にそれぞれには、エンドプレート３４、３６が固定されている。エンドプレート３４、３６は、それぞれ、平板状のプレート状である。エンドプレート３４、３６は、それぞれ、後述する冷媒流路５６と連通するとともに、エンドプレート３４、３６の径方向外側に開口する冷媒溝３５、３７を備えている。冷媒溝３５、３７は、図示しないモータのコイルのコイル端部に向かって冷媒を吐出可能となっている。

ロータコア１０は、軸方向に貫通させた磁石スロット１２を、ロータコア１０の外周側に沿って複数個備えている。各磁石スロット１２には、磁石（永久磁石）１４が収容されている。ロータコア１０における磁石スロット１２の配置パターンは、特に限定するものではないが、例えば、ロータコア１０の周方向に延びる断面細長形状の２つの磁石１４が、一対となって、１つの極を形成するように配置できる。一対の磁石１４は、例えば、向かい合う端部が径方向内側においてより近づくようにロータシャフト４方向に対称的に傾斜して略Ｖ字形状に配置される。ロータコア１０には、特に限定するものではないが、例えば、６個～８個の極が形成される。

磁石１４の形状は、特に限定するものではないが、例えば、断面細長形状でロータコア１０の軸方向に延在する柱状体であってもよい。また、磁石スロット１２は、磁石１４を収容可能な開口を有して軸方向に延在する孔部として形成される。磁石スロット１２は、例えば、断面細長形状の磁石１４を収容可能な略細長形状の開口を有する孔部であってもよい。

磁石１４は、磁石スロット１２を規定するロータコア１０の内面（以下、当該内面を磁石スロット１２の内面という。）の一部に対して押圧されることによって固定されている。磁石１４は、例えば、磁石スロット１２の径方向外側の内面を規定するロータコアの内面（以下、当該内面を、磁石スロット１２の特定部位の内面という。）に対して磁石１４の径方向外側の長尺端縁側面１８が押圧されて固定される。このとき、図１Ｂ及び図２に示すように、磁石スロット１２の径方向内側の内面から磁石１４の径方向内側の長尺端縁側面２０を指向して伸びる爪部４０を備えることができる。爪部４０は、磁石１４を磁石スロット１２の径方向外側の内面、すなわち、ロータコア１０の径方向外側に押圧する。図１Ｂ及び図２に示すように、爪部４０は、磁石１４の長尺端縁側面２０と磁石スロット１２の径方向内側の内面との間の軸方向にわたって形成されている間隙２２に軸方向に適数個介在される。

図１Ｂに特に示すように、爪部４０は、磁石スロット１２の径方向内側の内面から軸方向の一方を指向して傾斜ないし屈曲している。爪部４０を有する磁石スロット１２に磁石１４を挿入すると、磁石１４の挿入方向に爪部４０が傾斜又は屈曲することにより、磁石１４が磁石スロット１２の径方向外側に押圧して固定される。

図２に示すように、磁石スロット１２は、磁石１４の長尺端縁側面２０とロータコア１０との間に位置する間隙２２と、磁石１４の短尺端縁側面２４とロータコア１０との間に位置する間隙２６と、を含む。間隙２２と間隙２６とは軸方向にわたって連通されている。間隙２６の径方向外側は、磁石スロット１２の径方向外側の内面で取り囲まれて終端している。

また、磁石スロット１２は、磁石１４の径方向内側にあるもう１つの短尺端縁側面２８と磁石スロット１２との間にも軸方向にわたって間隙３０を有している。間隙２２と間隙３０との間には、軸方向にわたって封止されているか又は冷媒の流通を大きく妨げるように狭小化されて冷媒流通抑止部３２が形成されている。例えば、図２に示すように、磁石スロット１２の内面が開口の内側に突出して磁石１４の長尺端縁側面２０と短尺端縁側面２８とのコーナ１４ａと軸方向にわたって当接ないし近接することにより、冷媒流通抑止部３２が形成されている。

図１Ａ及び図２に示すように、ロータコア１０は、冷媒をロータシャフト４から径方向外側に流通させる冷媒流路５４、５６を備えている。冷媒流路５４は、ロータシャフト４から、磁石スロット１２内の磁石１４の長尺端縁側面２０に対して、冷媒を供給する。冷媒流路５４は、本明細書に開示される第１流路の一例である。

冷媒流路５４は、ロータシャフト４を径方向外側に貫通する冷媒流路５２からロータコア１０の内部を磁石スロット１２における間隙２２にまで連通する。冷媒流路５４は、例えば、ロータコア１０を構成する積層鋼板を適所で切り欠くようにして形成される。冷媒流路５４は、図１Ａに示すように、ロータコア１０の内部で軸方向に複数に分岐していてもよい。

図２に示すように、冷媒流路５４は、磁石スロット１２の間隙２２において露出される長尺端縁側面２０に向かってほぼ直進する流路５４ａを備えるように形成されている。流路５４ａが長尺端縁側面２０に対してほぼ直進するとは、流路５４ａが長尺端縁側面２０に対して、例えば、７５°以上１０５°以下の角度、また例えば、８０°以上１００°以下の角度、また例えば、８５°以上９５°以下の角度で突き当たるように構成されていることを意味している。このため、冷媒流路５４は、磁石１４がＶ字形状配置されている場合には、図２に示すように、ロータシャフト４の外周近傍にて屈曲して長尺端縁側面２０を指向する。

図２に示すように、冷媒流路５４は、長尺端縁側面２０の最も径方向内側よりも外側に冷媒を到達させるように形成される。すなわち、冷媒流路５４は、冷媒流路５６が備える冷媒流通抑止部３２よりも径方向外側の長尺端縁側面２０に冷媒を到達するように形成される。

冷媒流路５６は、冷媒を、冷媒流路５４からさらに径方向外側に流通させる流路である。冷媒流路５６は、長尺端縁側面２０に沿って径方向内側から径方向外側の範囲のほぼ全体にわたって延在する。すなわち、磁石スロット１２との間隙２２が冷媒流路５６を形成する。間隙２２は、ロータコア１０内部を軸方向にわたって延在しており、冷媒流路５６は、冷媒を軸方向にも流通させることができるようになっている。さらに、冷媒流路５６は、エンドプレート３４、３６の冷媒溝３５、３７と連通している。冷媒流路５６は、本明細書の開示される第２流路の一例である。

さらに、ロータコア１０は、冷媒流路５８を備えている。冷媒流路５８は、冷媒を、長尺端縁側面２０からさらに径方向外側の短尺端縁側面２４にまで流通させる流路である。冷媒流路５８は、短尺端縁側面２４と磁石スロット１２との間隙２６で構成される。間隙２６は、ロータコア１０内部を軸方向にわたって延在しており、冷媒流路５８は、冷媒を軸方向にも流通させることができるようになっている。冷媒流路５８は、本明細書に開示される第２流路の一部である。

次に、こうして構成されたロータ２におけるモータの動作時における冷媒の流通形態について図２を参照して説明する。

図２においては、矢印で冷媒の流通方向を示し、ロータ２の回転方向を太矢印で示す。図２に示すように、冷媒は、ロータシャフト４の冷媒流路５０、５２からロータコア１０の冷媒流路５４に流入される。冷媒流路５４に流入した冷媒は、ロータ２の回転に伴う遠心力によって冷媒流路５４の回転方向後方側に張り付きながら径方向外側に移動する。

冷媒流路５４は、磁石１４の長尺端縁側面２０にほぼ直進する流路５４ａを備えているため、冷媒を、確実に長尺端縁側面２０に当てることができる。

さらに冷媒は、冷媒流路５６に到達する。冷媒流路５６の径方向最内側には、冷媒流通抑止部３２が形成されている。冷媒流通抑止部３２により、冷媒が間隙３０側を含む回転方向後方側に移動するのが抑制されている。すなわち、冷媒が冷媒流通抑止部３２よりも径方向外側寄りに貯留される。その結果として、冷媒が冷媒流通抑止部３２よりも径方向外側寄りに貯留されるため、結果として、冷媒は、冷媒流路５６を、長尺端縁側面２０に沿って径方向外側に移動するように規制される。すなわち、冷媒は、長尺端縁側面２０に張り付きながら径方向外側に移動する。同時に、冷媒は、冷媒流路５６を長尺端縁側面２０に張り付きながら軸方向にも移動する。

この結果、磁石１４の長尺端縁側面２０は、径方向内側から外側にわたって及び軸方向にわたって冷媒によって濡れて冷却される。

さらに、冷媒は、冷媒流路５８に到達する。短尺端縁側面２４は、径方向外側及び回転方向後側にあるため、冷媒は、遠心力によって短尺端縁側面２４に張り付きながら移動する。同時に、冷媒は、冷媒流路５８を軸方向にも短尺端縁側面２４に張り付きながら移動する。さらに、冷媒は、冷媒流路５８の径方向最外側で貯留される場合もある。この結果、磁石１４の短尺端縁側面２４は、径方向内側から外側にわたって及び軸方向にわたって冷媒によって濡れて冷却される。

本実施形態によれば、ロータシャフト４の内部からロータコア１０の内部を介して磁石スロット１２に収容される磁石１４の長尺端縁側面２０及び短尺端縁側面２４を冷媒で濡らすことができる。遠心力を利用して冷媒によって磁石１４を効果的に冷却できる。また、磁石１４を冷媒で冷却することを目的として、エンドプレート３４、３６への加工を要することなく、磁石１４を効果的に冷却することができる。さらにまた、エンドプレート３４、３６などの追加の要素を省略できる場合もある。

本実施形態によれば、爪部４０で磁石１４を磁石スロット１２に固定するための間隙２２や他の間隙２６を冷媒流路５６、５８として利用することができる点においても有用である。

また、本実施形態によれば、冷媒流通抑止部３２を備えているために、冷媒流通抑止部３２の近傍に冷媒を貯留することで、磁石１４の長尺端縁側面２０及び短尺端縁側面２４に多くの冷媒を到達させることができる場合がある点においても有用である。

なお、以上の実施形態では、冷媒流通抑止部３２を磁石１４のコーナ１４ａと磁石スロット１２の内面とによって形成するものしたが、これ限定するものではなく、当該部位に樹脂等の封止材料を充填することによっても形成することができる。また、冷媒流通抑止部３２は、軸方向にわたって完全に封止することを要するものではなく、長尺端縁側面２０への冷媒流通を確保できる範囲で、部分的に間隙２２、３０が連通していてもよい。

以上の実施形態では、爪部４０は、磁石１４の長尺端縁側面２０において１つ設ける構成としたがこれに限定するものではなく、必要に応じて複数個備えることもできる。

なお、以上の実施形態では、１つの極を形成する、回転方向前方にある１つの磁石スロット１２と磁石１４についてのみ説明したが、これに限定するものではない。例えば、図２において仮想線で示すように、磁石１４とＶ字状に配置されて１つの極を構成する他の磁石１４’と磁石スロット１２’とについても、磁石スロット１２及び磁石１４と対称的な構造を形成することで、磁石１４’の径方向内側にある長尺端縁側面を冷媒で効果的に冷却できる。なお、回転方向後方側にある磁石１４’と磁石スロット１２’においては、冷媒流通抑止部を省略できる。かかる抑止部を形成しなくても、冷媒は、回転方向後方側かつ径方向外側にある長尺端縁側面に遠心力によって押圧されて到達されるからである。

本明細書は以上の説明に基づいて以下の項目を含んでいる。
［１］ロータシャフトと、
前記ロータシャフトに取り付けられて複数の磁石スロットを備えるロータコアと、
前記磁石スロットを規定するロータコアの内面の一部に対して押圧されることによって固定されている、細長形状断面を有する磁石と、
を備え、
前記ロータシャフトを流通する冷媒が、前記磁石スロットにおいて前記ロータコアの径方向内側に露出された前記磁石の長尺端縁側面に到達するとともに前記ロータコアの軸方向に沿って移動可能に構成されている、ロータ。
［２］前記ロータシャフトの内部を流通する冷媒流路と連通し、前記ロータコア内部を径方向外側を指向して前記長尺端縁側面に延びる第１流路と、前記第１流路から前記長尺端縁側面に沿って径方向外側に伸びる第２流路と、を備える、［１］に記載のロータ。
［３］前記第２流路は、前記長尺端縁側面の径方向内側から径方向外側への範囲のほぼ全体にわたって延びる、［２］に記載のロータ。
［４］前第２流路は、前記長尺端縁側面から前記ロータコアの径方向外側に連続して前記磁石スロットにおいて露出される前記磁石の短尺端縁側面に到達する、［２］又は［３］に記載のロータ。
［５］前記第２流路は、前記ロータコアの径方向内側への冷媒の流通を抑止する冷媒流通抑止部を備える、［２］～［４］のいずれかに記載のロータ。
［６］前記第１流路は、前記長尺端縁側面に対して直進する流路を有する、［２］～［５］のいずれかに記載のロータ。
［７］前記磁石スロットの径方向内側を規定するロータコアの内面から前記長尺端縁側面を指向して延びて前記磁石を固定する爪部を備える、［１］～［６］のいずれかに記載のロータ。
［８］前記磁石スロットの径方向内側を規定するロータコアの内面から前記長尺端縁側面に当接して前記ロータコアの軸方向に沿って屈曲して前記磁石を固定する爪部を備える、［１］～［７］のいずれかに記載のロータ。
［９］前記磁石と隣接する他の磁石とが、互いに近接する端部が径方向内側に近接するように傾斜する略Ｖ字形状に配置されている、［１］～［８］のいずれかに記載のロータ。

以上、本明細書が開示する技術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、又は、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。本明細書又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。

２：ロータ、４：ロータシャフト、１０：ロータコア、１２：磁石スロット、１４：磁石、１４ａ：磁石のコーナ、１８：径方向外側の長尺端縁側面、２０：径方向内側の長尺端縁側面、２２：間隙、２４：径方向外側の短尺端縁側面、２６：間隙、２８：径方向内側の短尺端縁側面、３０：間隙、３２：冷媒流通抑止部、３４、３６：エンドプレート、３５，３７：冷媒溝、４０：爪部、５２、５４、５４ａ、５６、５８：冷媒流路

Claims (8)

1. ロータシャフトと、
   前記ロータシャフトに取り付けられて複数の磁石スロットを備えるロータコアと、
   前記ロータコアの前記磁石スロットを規定する内面の一部に対して押圧されることによって固定されている、細長形状断面を有する磁石と、
   を備え、
   前記ロータシャフトを流通する冷媒が、前記磁石スロットにおいて前記ロータコアの径方向内側に露出された前記磁石の長尺端縁側面に到達するとともに前記ロータコアの軸方向に沿って移動可能に構成され、
   前記磁石スロットの径方向内側を規定するロータコアの内面から前記長尺端縁側面に当接して前記ロータコアの軸方向に沿って屈曲又は傾斜して前記磁石を固定する爪部を備える、ロータ。
2. 前記ロータシャフトの内部を流通する冷媒流路と連通し、前記ロータコア内部を、径方向外側を指向して前記長尺端縁側面に延びる第１流路と、前記第１流路から前記長尺端縁側面に沿って径方向外側に延びる第２流路と、を備える、請求項１に記載のロータ。
3. 前記第２流路は、前記長尺端縁側面の径方向内側から径方向外側に沿って延びる、請求項２に記載のロータ。
4. 前第２流路は、前記長尺端縁側面から前記ロータコアの径方向外側に連続して前記磁石スロットにおいて露出される前記磁石の短尺端縁側面にまで延びる、請求項２に記載のロータ。
5. 前記第２流路は、前記ロータコアの径方向内側への冷媒の流通を抑止する冷媒流通抑止部を備える、請求項２に記載のロータ。
6. 前記第１流路は、前記長尺端縁側面に対して直進する流路を有する、請求項２に記載のロータ。
7. 前記磁石スロットの径方向内側を規定するロータコアの内面から前記長尺端縁側面を指向して延びて前記磁石を固定する爪部を備える、請求項１に記載のロータ。
8. 前記磁石と隣接する他の磁石とが、互いに近接する端部が径方向内側に近接するように傾斜する略Ｖ字形状に配置されている、請求項１に記載のロータ。