JP2014030284A - 車両用回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】ロータやベアリングにも十分な量の油を供給することができる車両用回転電機を提供する。
【解決手段】モータ１０において、ステータ１３の上方に配置されると共に、後方側から供給された油を前方側に流すように延在する油路２１と、ロータ１２より前方側に設けられて、油路２１から油を噴出する噴出口２２ａと、ロータ１２より後方側に設けられて、油路２１から油を噴出すると共に、噴出口２２ａより口径が大きい噴出口２２ｂと、ロータ１２の前方側の端面と後方側の端面との間を貫通して設けられた貫通孔２３と、ロータ１２より他方側の端面に設けられると共に、噴出口２２ｂから流れ落ちてくる油を受け集め、貫通孔２３に油をガイドする溝構造１７ｄとを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両用回転電機に関する。

電気自動車やハイブリッド車などの電動車両で用いられる車両駆動用の回転電機（モータ）は、その内部を冷却するため、冷却及び潤滑用の油を循環するようにしており、例えば、ハウジングの油路にステータコイル用及びベアリング用の噴出口をそれぞれ設けている。

特開２０１０−１３０７２１号公報

図４に従来のモータの構造を図示し、図４を参照して、その構造及び問題点を説明する。なお、図４では、モータの上半分の断面構造を図示している。又、モータシャフトの出力側を前方側（一方側）とする。図４に示すように、従来のモータ５０は、回転軸となるシャフト５１と、シャフト５１に同軸に支持されたロータ５２と、ロータ５２と適宜な間隔を保ち、ロータ５２の周囲に配設された筒状のステータ５３と、ステータ５３の内部に配設されたステータコイル５４とを有しており、ステータ５３は、モータ５０の筐体となるハウジング５５の内周側に支持されており、シャフト５１は、シャフト５１を回転可能に支持するベアリング５６を介して、ハウジング５５の端面５５ａの中央部に支持されている。又、ロータ５２の端面には、ロータ５２を構成する積層コア部及び永久磁石を保持するため、平板状のエンドリング５７が設けられている。

ハウジング５５には、オイルポンプ（図示省略）から供給された冷却及び潤滑用の油をモータ５０の内部に供給するための油路６１が設けられており、この油路６１にステータコイル５４用の噴出口６２、ベアリング５６用の噴出口６３が設けられている。図４では、モータ５０の前方側（一方側）と後方側（他方側）の各々において、ステータコイル５４用の噴出口６２とベアリング５６用の噴出口６３が配置されている。又、ハウジング５５の端面５５ａの内側には、ベアリング５６用の噴出口６３から噴射された油をベアリング５６へ導くための油溝６４が形成されている。このような構造により、モータ５０の内部に油を供給して、モータ５０の内部を冷却すると共に、ベアリング５６の潤滑を維持するようにしている。

上述した構造の場合、ステータコイル５４、ベアリング５６は冷却可能であるが、ロータ５２を冷却可能な構造ではない。モータ５０においては、ステータコイル５４だけでなく、ロータ５２も発熱するが、ロータ５２の端面にはエンドリング５７が設けられているため、ロータ５２が油に直接触れることはなく、ロータ５２を冷却可能な構造とはなっていない。そのため、モータ５０の内部を冷却する際に、ロータ５２にも十分な量の油を供給して、ロータ５２も冷却できる構造が望まれている。

又、上述した構造の場合、油路６１に油を供給するオイルポンプの吐出量が少ないときなどに、各噴出口６２、６３からの油量に差が生じ、モータ５０内部の冷却が不均一となり、冷やしたい部分に効率良く油を供給できない場合がある。特に、ベアリング５６への油の供給が不足すると、焼付き等の不具合の可能性が高くなり、モータ５０の信頼性が低下するおそれがある。そのため、ベアリング５６に十分な量の油を供給できる構造が望まれている。

本発明は上記課題に鑑みなされたもので、ロータやベアリングにも十分な量の油を供給することができる車両用回転電機を提供することを目的とする。

上記課題を解決する第１の発明に係る車両用回転電機は、
ハウジングに回転可能に支持されたシャフトと、
前記シャフトと同期して回転するロータと、
前記ロータの外周を覆うと共に前記シャフトの軸方向に延在するステータと、
前記ロータより前記軸方向の一方側に配置されて、前記シャフトを支持する第１ベアリングと、
前記ロータより前記軸方向の一方側とは逆の他方側に配置されて、前記シャフトを支持する第２ベアリングと、を備える車両用回転電機において、
前記ステータの上方に配置されると共に、前記他方側から供給された油を前記一方側に流すように延在する油路と、
前記ロータより前記一方側に設けられて、前記油路から前記油を噴出する第１の噴出口と、
前記ロータより前記他方側に設けられて、前記油路から前記油を噴出すると共に、前記第１の噴出口より口径が大きい第２の噴出口と、
前記ロータの前記一方側の端面と前記他方側の端面との間を貫通して設けられた貫通孔と、
前記ロータの前記他方側の端面に設けられると共に、前記第２の噴出口から流れ落ちてくる前記油を受け集め、前記貫通孔に前記油をガイドするガイド部とを有することを特徴とする。

上記課題を解決する第２の発明に係る車両用回転電機は、
上記第１の発明に記載の車両用回転電機において、
前記貫通孔は、前記一方側の端面と前記他方側の端面とで高低差を有するように、前記シャフトの軸方向に対して斜めに形成されることを特徴とする。

上記課題を解決する第３の発明に係る車両用回転電機は、
上記第１又は第２の発明に記載の車両用回転電機において、
前記ガイド部より外周側の前記ロータの端部に、前記ロータの端部から遠ざかる方向に向けて凸設した凸部を形成したことを特徴とする。
ガイド部に受け集められた油は、シャフトの回転に伴う遠心力により、凸部の方へ流れて行くが、流れてきた油は、凸部の内周面に沿って流れ、その先端から放出されることより、ロータの端部から遠ざかる方向に向けて油を供給することになる。

本発明によれば、ロータに設けた貫通孔、ガイド部、凸部を用いて、ロータやベアリングに十分な量の油を供給することができ、その結果、ロータを冷却し、ベアリングにおける焼付き等の不具合を防止して、車両用回転電機の信頼性を向上させることができる。

本発明に係る車両用回転電機の実施形態の一例を説明する断面構造図である。 図１に示した車両用回転電機のロータ部分を説明する斜視図である。 図１に示した車両用回転電機のエンドリング部分を説明する側面図である。 従来の車両用回転電機を説明する断面構造図である。

本発明に係る車両用回転電機（以降、モータと呼ぶ。）について、図１〜図３を参照して、その実施形態の一例を説明する。

（実施例１）
図１は、本実施例のモータを説明する断面構造図であり、図２は、図１に示したモータのロータ部分を説明する斜視図であり、図３は、図１に示したモータのエンドリング部分を説明する側面図である。なお、図１でも、モータの上半分の断面構造を図示している。又、モータシャフトの出力側を前方側（一方側）としている。

図１に示すように、本実施例のモータ１０も、従来と同様に、回転軸となるシャフト１１と、シャフト１１と同軸に取り付けられ、シャフト１１と同期して回転するロータ（回転子）１２と、ロータ１２と適宜な間隔を保って、ロータ１２の外周を覆うと共にシャフト１１の軸方向に延在する筒状のステータ（固定子）１３と、ステータ１３の内部に配設されたステータコイル１４ａ、１４ｂとを有しており、ステータ１３は、モータ１０の筐体となるハウジング１５の内周側に取り付けられており、シャフト１１は、ロータ１２より前方側（一方側）に配置されて、シャフト１１を支持する第１ベアリング１６ａとロータ１２より後方側（他方側）に配置されて、シャフト１１を支持する第２ベアリング１６ｂとを介して、ハウジング１５の端面１５ａの中央部に回転可能に支持されている。そして、ロータ１２とステータ１３との間の磁力の作用により、シャフト１１が回転することになる。

ハウジング１５には、オイルポンプ（図示省略）から供給された冷却及び潤滑用の油をモータ１０の内部に供給するための油路２１が、ステータ１３の上方に少なくとも一列配置されている。この油路２１は、後方側（他方側）から供給された油を前方側（一方側）に流すように延在されており、油路２１の油を噴出する噴出口２２ａ、２２ｂが前方側と後方側に各々設けられている。図１では、ロータ１２より前方側に噴出口２２ａ（第１の噴出口）を配置して、前方側のステータコイル１４ａに油を直接噴出しており、ロータ１２より後方側に噴出口２２ｂ（第２の噴出口）を配置して、後方側のステータコイル１４ｂに油を直接噴出するようにしている。又、噴出口２２ｂの口径を噴出口２２ａの口径より大きくしている。

ロータ１２は、積層コア部及び永久磁石（図示省略）から構成されるが、本実施例では、ロータ１２の前方側（一方側）の端面と後方側（他方側）の端面との間を貫通するように、その積層コア部に複数の貫通孔２３を設けている。複数の貫通孔２３は、シャフト１１の軸方向と同じ方向に（軸方向と平行に）貫通するように形成されると共に、その軸中心から同じ位置に配置するようにしてもよいが、望ましくは、図２に示すように、複数の貫通孔２３が緩やかな螺旋状となるように配置してもよい。

例えば、シャフト１１の軸方向と平行であって、軸中心から同じ位置に配置された複数の貫通孔を基準に考えると、図２に示す複数の貫通孔２３は、各貫通孔２３がシャフト１１の軸方向に対して斜めに形成されており、複数の貫通孔２３全体としては、一方の端部をシャフト１１の周方向に捩るように形成されている。そのため、複数の開口部２３ａの周方向位置が、複数の開口部２３ｂの周方向位置から一方の周方向にずれることになる。このようにすると、各々の貫通孔２３において、一方側の端面の開口部２３ａと他方側の端面の開口部２３ｂとで高低差を有することになる。

ここで、シャフト１１の回転方向をＲとすると、図２においては、油の入口側としたい複数の開口部２３ｂの周方向位置を回転方向Ｒと同じ周方向にずらした位置としている。逆に言えば、油の出口側としたい複数の開口部２３ａの周方向位置を回転方向Ｒとは逆の周方向にずらした位置としている。このような配置にすると、１つの貫通孔２３において、その開口部２３ｂが一番高い位置にあるとき、反対側の開口部２３ａの位置は開口部２３ｂより低い位置となるので、貫通孔２３に供給された油がロータ１２の後方側から前方側へ流れることになる。特に、シャフト１１の回転方向Ｒについて、貫通孔２３の開口部２３ｂが回転方向Ｒの進行方向前側であり、開口部２３ａが回転方向Ｒの進行方向後側である方が、貫通孔２３に供給された油がロータ１２の後方側から前方側へとスムーズに流れることになる。

なお、貫通孔２３において、油の流れる方向を前方側から後方側に変更したい場合は、図２とは逆の方向に、具体的には、貫通孔２３の開口部２３ａが一番高い位置にあるとき、反対側の開口部２３ｂの位置が開口部２３ｂより低い位置となるように、シャフト１１の軸方向に対して貫通孔２３を斜めに形成すればよい。

複数の貫通孔２３を、図２に示すような構成とすることにより、貫通孔２３に供給される油を、貫通孔２３の後方側から前方側へ向かう方向に流すことになり、貫通孔２３に流れる油により、ロータ１２の内部からロータ１２を冷却することができる。又、貫通孔２３の後方側から前方側へ流れた油は、そのまま排出するのではなく、後述するエンドリング１７を用いて、前方側のベアリング１６ａへ供給するようにしている。

本実施例の場合、前述したように、噴出口２２ｂの口径を噴出口２２ａの口径より大きくしており、そのため、噴出口２２ｂから供給される油が多くなる。そこで、噴出口２２ｂから供給された油が、そのまま下方に流れ落ちるのではなく、貫通孔２３の方に（特に、上方側にある貫通孔２３の開口部２３ｂに）油を供給するようにしている。ロータ１２の端面には、ロータ１２の積層コア部及び永久磁石を保持するためのエンドリング１７が設けられているが、従来のような平板状の形状とするのではなく、エンドリング１７の形状を工夫することにより、貫通孔２３に油を導く構造としている。

ここで、図３を参照して、エンドリング１７の形状について説明する。ここでは、モータ１０の後方側（他方側）のエンドリング１７を図示して説明を行うが、前方側（一方側）のエンドリング１７も同様の構造である。

ロータ１２の後方側の端面のエンドリング１７には、図３に示すように、その中央部分において、その平板部１７ａからシャフト１１の軸表面に沿って環状に延設した延設部１７ｂを形成すると共に、延設した延設部１７ｂの先端部分をシャフト１１の外周方向に折り曲げた折曲部１７ｃを形成することで、溝構造（ガイド部）１７ｄを構成している。この溝構造１７ｄは、貫通孔２３の開口部２３ｂに近接して配置されており、溝構造１７ｄにより、噴出口２２ｂから流れ落ちてくる油を受け集め、開口部２３ｂの方へガイドして、貫通孔２３に油を供給するようにしている。なお、エンドリング１７において、貫通孔２３の開口部２３ａ、２３ｂに対応する位置には、開口部１７ｅを設けている。

加えて、溝構造１７ｄより外周側のエンドリング１７の部分において、平板部１７ａからシャフト１１の軸方向（ロータ１２の端部から遠ざかる方向）に凸設した環状の凸部１７ｆを形成しており、凸部１７ｆの内周側にはスロープ部１７ｇが形成されている。この環状の凸部１７ｆは、溝構造１７ｄで受け集めた油をロータ１２の端部から遠ざかる方向に導く役割を担っている。例えば、ハウジング１５の端面１５ａの内側には、第１ベアリング１６ａ、第２ベアリング１６ｂへ油を導くための油溝２４ａ、２４ｂが形成されているが、この環状の凸部１７ｆにより、溝構造１７ｄで受け集めた油を油溝２４ａ、２４ｂの方へ導くことになる。なお、この凸部１７ｆの軸方向の長さは、溝構造１７ｄを構成する延設部１７ｂ及び折曲部１７ｃの軸方向の長さより短い方が良い。

具体的には、溝構造１７ｄで受け集めた油は、シャフト１１の回転に伴う遠心力により、エンドリング１７の表面に沿って、その外周方向に流れるが、エンドリング１７の外周部分に環状の凸部１７ｆを形成しているので、エンドリング１７の表面に沿って外周方向に流れた油は、凸部１７ｆの内周側のスロープ部１７ｇに導かれて、シャフト１１の軸方向に放出されて、油溝２４ａ、２４ｂの方へ油を導くことになる。なお、スロープ部１７ｇにおいては、油溝２４ａ、２４ｂの位置に向けて、その傾斜を形成しているが、障害となる構造物がない場合には、第１ベアリング１６ａ、第２ベアリング１６ｂの位置に向けて、その傾斜を形成して、油を直接供給してもよい。

ここで、モータ１０の内部に供給した油の流れを、図１を参照して説明する。

図示していないオイルポンプから、油路２１へ油が供給される（流れＦ１）。油路２１へ供給された油は、噴出口２２ａ、２２ｂからステータコイル１４ａ、１４ｂへ直接噴出される。このとき、噴出口２２ｂから噴出される油の量が噴出口２２ａから噴出される油の量より多くなっている。噴出口２２ａ、２２ｂから噴出された油は、その一部がステータコイル１４ａ、１４ｂの内部を流れ伝って、ステータコイル１４ａ、１４ｂを冷却しながら下方へ流れて行くが、他の一部がステータコイル１４ａ、１４ｂの隙間を通り抜けて、その直下に流れ落ちていく（流れＦ２、Ｆ５）。

そして、モータ１０の後方側では、ステータコイル１４ｂから流れ落ちた油が、後方側のエンドリング１７の溝構造１７ｄで受け集められて、受け集められた油の一部が貫通孔２３へ導かれ、油が貫通孔２３を通って前方側に流れることにより、ロータ１２を直接冷却することになる（流れＦ３）。つまり、モータ１０の後方側では、噴出口２２ｂから噴出される油の量が噴出口２２ａから噴出される油の量より多いが、その分、余剰な油は、貫通孔２３へ導かれて、ロータ１２を直接冷却し、その後、前方側に供給されることになる。又、その残りの油は、凸部１７ｆにより油溝２４ｂの方へ放出されて、その後、油溝２４ｂを通って、第２ベアリング１６ｂへ供給されることになる（流れＦ４）。

一方、モータ１０の前方側では、ステータコイル１４ａから流れ落ちた油と貫通孔２３へ導かれて前方側へ流れてきた油が、前方側のエンドリング１７の溝構造１７ｄで受け集められ、受け集められた油が、凸部１７ｆにより油溝２４ａの方へ放出されて、その後、油溝２４ａを通って、第１ベアリング１６ａへ供給されることになる（流れＦ６）。

前方側の噴出口２２ａから噴出される油の量は、後方側の噴出口２２ｂから噴出される油の量より少ないが、後方側の噴出口２２ｂから噴出される油の一部を、貫通孔２３を用いて、前方側に導いているので、噴出口２２ａ及び噴出口２２ｂの口径の大きさのバランスを適宜に設定することにより、第１ベアリング１６ａ、第２ベアリング１６ｂに供給される油の量を略同等としたり、第１ベアリング１６ａ、第２ベアリング１６ｂのうち、より高温側の方に供給する油の量を多くしたりすることができる。このようにして、第１ベアリング１６ａ、第２ベアリング１６ｂに供給される油の量を十分に確保することができ、第１ベアリング１６ａ、第２ベアリング１６ｂでの冷却性能及び潤滑性能を十分に確保することができる。なお、本実施例とは逆に、噴出口２２ａの口径を噴出口２２ｂの口径より大きくしてもよい。

発熱するステータコイル１４ａ、１４ｂ、ロータ１２を冷却して、第１ベアリング１６ａ、第２ベアリング１６ｂに供給された油は、その後、ハウジング１５の下方側に設けた排出用の油路（図示省略）を通って、オイルポンプへ戻り、その後、再び、モータ１０の油路２１へ供給されており、このようにして、冷却及び潤滑用の油を循環させている。

このように、本実施例では、油路２１に設ける噴出口２２ａ、２２ｂを、ステータコイル１４ａ、１４ｂ用と第１ベアリング１６ａ、第２ベアリング１６ｂ用とに分けるのではなく、噴出口２２ａ、２２ｂから噴出した油を、ステータコイル１４ａ、１４ｂに供給した後、ロータ１２及び第１ベアリング１６ａ、第２ベアリング１６ｂに供給するようにしている。

以上のような構造を採用して、モータ１０の内部に油を供給することにより、モータ１０の内部、特に、ステータコイル１４ａ、１４ｂ、ロータ１２、第１ベアリング１６ａ、第２ベアリング１６ｂに十分な油を供給して、その冷却性能及び潤滑性能を十分に確保するようにしている。

本発明は、電気自動車やハイブリッド車などの電動車両の車両用回転電機として好適なものである。

１０ モータ
１１ シャフト
１２ ロータ
１３ ステータ
１４ａ、１４ｂ ステータコイル
１５ ハウジング
１６ａ 第１ベアリング
１６ｂ 第２ベアリング
１７ エンドリング
２１ 油路
２２ａ、２２ｂ 噴出口
２３ 貫通孔
２４ａ、２４ｂ 油溝

Claims (3)

1. ハウジングに回転可能に支持されたシャフトと、
   前記シャフトと同期して回転するロータと、
   前記ロータの外周を覆うと共に前記シャフトの軸方向に延在するステータと、
   前記ロータより前記軸方向の一方側に配置されて、前記シャフトを支持する第１ベアリングと、
   前記ロータより前記軸方向の一方側とは逆の他方側に配置されて、前記シャフトを支持する第２ベアリングと、を備える車両用回転電機において、
   前記ステータの上方に配置されると共に、前記他方側から供給された油を前記一方側に流すように延在する油路と、
   前記ロータより前記一方側に設けられて、前記油路から前記油を噴出する第１の噴出口と、
   前記ロータより前記他方側に設けられて、前記油路から前記油を噴出すると共に、前記第１の噴出口より口径が大きい第２の噴出口と、
   前記ロータの前記一方側の端面と前記他方側の端面との間を貫通して設けられた貫通孔と、
   前記ロータの前記他方側の端面に設けられると共に、前記第２の噴出口から流れ落ちてくる前記油を受け集め、前記貫通孔に前記油をガイドするガイド部とを有することを特徴とする車両用回転電機。
2. 請求項１に記載の車両用回転電機において、
   前記貫通孔は、前記一方側の端面と前記他方側の端面とで高低差を有するように、前記シャフトの軸方向に対して斜めに形成されることを特徴とする車両用回転電機。
3. 請求項１又は請求項２に記載の車両用回転電機において、
   前記ガイド部より外周側の前記ロータの端部に、前記ロータの端部から遠ざかる方向に向けて凸設した凸部を形成したことを特徴とする車両用回転電機。

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