JP5304617B2 - 電動機の冷却構造 - Google Patents

Description

この発明は、電動機の冷却構造に関し、特に回転子（ロータ）および固定子（ステータ）を冷却する電動機の冷却構造に関するものである。

電動機は産業機械や車両の動力源として広く利用されているが、特に、車両の駆動力源として用いられる場合、その電動機には小型・高出力化あるいは高効率化が要求される。また、電動機を運転すると、各部位が電気抵抗や磁界等の作用による内部損失から発熱して温度が上昇する。発熱した部位の温度と周囲の温度との差を温度上昇といい、この値が高くなりすぎると、電動機の最大出力は電動機の温度上昇によって制限される場合が多い。そのため、電動機の高出力化あるいは高効率化を図るためには、電動機の温度上昇を抑制するための冷却性能を向上させる必要がある。

このように、電動機の冷却性能は、電動機の出力性能、効率および耐久性に影響を与える。これらの要請から、従来より冷媒を用いてロータ（回転子）の磁石やステータ（固定子）のコイルエンドを冷却する冷却構造を有する電動機等が存在する。電動機の冷却構造は、電動機の設置環境や運転環境等に応じて、ファンなどを用いた空気を冷媒とする空冷方式や、水や油などの液体を循環冷媒とした水冷方式や油冷方式などの循環冷媒供給方式が採用されている。そのような、液体を循環冷媒とした循環冷媒供給方式には、固定子や回転子と共に流路が設けられて、これらの流路を内燃機関や別の電動機などの動力源により駆動するポンプ式や、このようなポンプ式と併用されるか、もしくは個別に設けられる、回転子の遠心力を利用する流路（冷却構造）が設けられたものがある。

このようなロータやコイルエンドなどを冷却する冷却構造を備えた電動機が特許文献１ないし４に記載されている。特許文献１に記載の回転電機（電動機）は、回転可能に設けられた回転シャフトと、回転シャフトに固設されたコア体と、コア体に埋設された永久磁石と、コア体の軸方向端面に対向して設けられたエンドプレートとを有する。回転シャフトには、冷媒が流通可能な第１冷媒通路が形成されている。エンドプレートとコア体の軸方向端面との間には、第１冷媒通路に連通する第２冷媒通路が形成されている。第２冷媒通路の内部には、第２冷媒通路を周方向に仕切る隔壁と、第２冷媒通路へ導入された冷媒を永久磁石が配置されている軸方向端面の外周縁領域にまで導く経路壁が形成されている。このように構成されることから、ロータの外表面における冷媒の滞留を抑制している。

また、特許文献２にも、ステータに設けられた永久磁石を含む冷却対象部を冷媒によって冷却する回転電機（電動機）が記載されている。この回転電機は、回転可能に設けられたシャフトと、永久磁石を収容可能な収容孔と、収容孔内に収容された永久磁石とを含む、シャフトに固設されたロータとを備えている。また、このロータと対向し、コイルを有するステータと、ロータの軸方向端部に設けられたエンドプレートとを備えている。そして、このエンドプレートに形成され、永久磁石の軸方向端部を経由し、冷媒が流通可能な冷媒通路と、永久磁石の内径方向端部からロータの外周側に位置し、永久磁石を含む冷却対象部に対して、ロータの径方向内方に位置すると共に、冷媒通路に連通し、冷媒を排出可能な排出孔とを備える。このように構成されることから、コイルエンドに吹き付けられる冷媒を低減している。

さらに、特許文献３に記載のモータの冷却装置は、モータジェネレータを冷却する冷却液が流通される複数の冷却用流路が設けられており、複数の冷却用流路に冷却液を供給する冷却液供給口を備えている２つのジャケットから構成される冷却装置において、前記複数の冷却用流路の上部に前記冷却液供給口が連通されている。このように構成されることから、このモータの冷却装置は冷却効率を向上させている。

そして、特許文献４には、固定子の内側に軸受け部材を介して回転子が配設され、前記固定子に対する冷却を循環冷媒の供給により行う液冷式回転電機が記載されている。この液冷式回転電機は、回転軸の回転に伴って回転する羽根車が回転子の回転軸端部に取り付けられ、羽根車に接する密閉空間が形成されている。この密閉空間に、水又は油などの冷媒が溜められており、密閉空間内の冷媒は、羽根車の回転によって吐出側配管を通って溝部に向かって吐出されると共に、冷却を終えた後に前記固定子側から返る冷媒を前記密閉空間に吸入させる構成となっている。吐出された冷媒は溝部を流れる際に固定子鉄心を冷却する。冷却を終えた冷媒は、吸入側配管を通って冷媒溜め容器の密閉空間側に吸入される。そして、軸受け部材の内輪部は、端部を介して密閉空間内の冷媒に冷却されるので外輪部との温度差が小さくなる。このような構成および作用から運転条件を考慮する必要がなくなる。また、スペース的及び経済的に有利な構成となっている。

特開２００９−１１８７１３号公報 特開２００９−２７８３７号公報 特開２００４−１９４３６２号公報 特開２００７−４９８５０号公報

前述のように電動機は、その動作や性能に影響を与える発熱を抑制するために、電動機の固定子（ステータ）や回転子（ロータ）などを冷却する必要があり、冷却を効果的に行うためには、冷媒の流路内での滞留などを考慮して、冷却効率のよい冷媒の挙動もしくは流れをつくって制御することが望ましい。さらに、このような冷媒の挙動を制御する場合であっても、工作性が良好なものがコスト面や生産性の点で有利である。これらの点を考慮して特許文献１ないし４の発明を考察すると、特許文献１の発明では、排出孔がエンドプレートの半径方向での最外周側に配置されて、外周側のオイルの滞留を抑制しようとしているが、単に最外周側に排出孔を設けるのみでは、遠心力による流路から排出孔までの冷媒の流れは最外周面付近では遅くなってしまう。そのため、この最外周面付近の滞留を防ぐのが不十分となり、冷媒は内側を主に流れてしまうため、エンドプレートの最外周部付近の冷却が効率よく行えない。

また、特許文献２では、排出孔がエンドプレートの内周側に設けられていることから、最外周部にオイルを流通させてロータの外周部を冷却するためには効果的であり、また、コイルエンドの吹き付けられるオイル量を低減できるが、エンドプレートの形状が複雑になって工作性が低くなるため、生産性が低下し、また製造コストがかかってしまう。

さらに、特許文献３では、固定子側に油路が設けられており、この油路は蛇行しているため、冷却効率は高い。しかしながら、固定子側に設けられていることから、ポンプなどを用いてオイルを供給しなくてはならない。

そして、特許文献４では、冷却のための構成が複雑となり、また部品点数も増えてしまう。上述のとおり、ロータやステータのコイルエンドの冷却のために設けられた電動機の冷却構造には、電動機の冷却性能や生産性を向上させるために、未だ改良の余地があった。

この発明は上記の技術的課題に着目してなされたものであり、固定子（ステータ）や回転子（ロータ）からの熱を冷媒によって冷却する電動機の冷却構造に関し、エンドプレートに設けられた冷媒の流れを改善して電動機の冷却性能を向上させることができる電動機の冷却構造を提供することを目的とするものである。

上記の目的を達成するために、請求項１の発明は、磁極を有する回転子が備えられた回転軸と、該回転軸を筒状に囲み、電流の変化により磁極を変化させる固定子を有する筒状部と、前記回転子の軸線方向の端部には、エンドプレートが備えられており、該エンドプレートには溝が形成されて、このエンドプレートの壁面と回転子の端面との軸方向での間に設けられる冷媒通路とを備える電動機の冷却構造において、前記冷媒通路は、前記エンドプレートの半径方向の内周側に設けられた冷媒が供給される供給孔と、半径方向に延長された第１隔壁の隔壁面により形成され、前記供給孔から半径方向の外周側の方向に設けられた第１流路と、前記第１隔壁の外周側の端部から周方向に延長された第２隔壁の外周面と、当該冷媒通路を形成する前記壁面のうち最外周面とにより形成され、前記第１流路の最外周部に連通されて周方向に設けられた第２流路と、半径方向で前記第２隔壁よりも内周側に設けられた冷媒を排出するための排出孔とを備え、前記供給孔から前記第１流路および第２流路を介して前記排出孔に前記冷媒が流通するように構成されていることを特徴とするものである。

また、請求項２の発明は、磁極を有する回転子が備えられた回転軸と、該回転軸を筒状に囲み、電流の変化により磁極を変化させる固定子を有する筒状部と、前記回転子の軸線方向の端部には、エンドプレートが備えられており、該エンドプレートには溝が形成されて、このエンドプレートの壁面と回転子の端面との軸方向での間に設けられる冷媒通路とを備える電動機の冷却構造において、前記冷媒通路は、前記エンドプレートの半径方向の内周側に設けられた冷媒が供給される供給孔と、該供給孔から半径方向の外周側の方向に設けられた第１流路と、半径方向で前記第１流路の最外周部より内周側に設けられた冷媒を排出するための排出孔とを備え、前記供給孔から前記排出孔までの前記冷媒通路は曲折し、前記冷媒通路は、前記第１流路の最外周部に連通されて周方向に設けられた第２流路と、該第２流路における前記第１流路に連通された端部とは反対側の端部に連通され、半径方向の内周側の方向に設けられた第３流路と、該第３流路の内周側に連通され、この第３流路の位置とは反対側の周方向に設けられた第４流路とを備え、前記供給孔は前記冷媒通路の一方の端部に設けられ、前記排出孔は前記冷媒通路の他方の端部に設けられていることを特徴とする電動機の冷却構造である。

そして、請求項３の発明は、請求項２の発明において、前記第４流路における前記第３流路に連通されている端部とは反対側の端部に連通され、半径方向の内周側の方向に設けられた第５流路と、該第５流路の内周側の端部に連通され、この第５流路の位置とは反対側の周方向に設けられた第６流路を備えていることを特徴とする電動機の冷却構造である。

請求項１の発明によれば、冷却の必要な外周部のオイルの流れをスムーズにして、外周部付近の冷却効率を向上できる。また、内周側に排出孔が設けられていることからオイルの排出速度を低減してオイルによる加速損失を抑制できる。

また、請求項２の発明によれば、冷却の必要な外周部のオイルの流れをスムーズにして、外周部付近の冷却効率を向上できる。また、内周側に排出孔が設けられていることからオイルの排出速度を低減してオイルによる加速損失を抑制できる。

そして、請求項３の発明によれば、冷却の必要な外周部のオイルの流れをスムーズにして、外周部付近の冷却効率を向上できる。また、内周側に排出孔が設けられていることからオイルの排出速度を低減してオイルによる加速損失を抑制できる。

この発明に係る電動機の冷却構造の構成例（実施例１）におけるエンドプレートを表す部分断面図である。 この発明に係る電動機の冷却構造の他の構成例（実施例２）におけるエンドプレートを表す部分断面図である。 この発明に係る電動機の冷却構造の他の構成例（実施例３）におけるエンドプレートを表す部分断面図である。 この発明に係る電動機の構成を表す上方断面図である。 この発明に係る電動機のロータの構成を表す部分断面図である。

つぎに、この発明の構成例（実施例１ないし３）を図面を参照して説明する。この発明の電動機の冷却構造は、ハイブリッド車両や電気自動車の動力源として用いられ、車両の走行のために連続運転するような電動機などに採用することができる。また、このような車両を対象とした他にも連続運転することによる発熱を冷媒によって冷却するような電動機にも採用できる。また、この発明の電動機の冷却構造を適用する電動機は、固定子（ステータ）が回転子（ロータ）の外周側に筒状に設けられて、固定子には固定子巻き線が設けられており、その固定子巻き線の軸線方向の両端部（コイルエンド）が、回転子の軸線方向の両端部より突き出てもしくは張り出しているような構成のものに適用できる。その代表的な例をモータの種類に応じて挙げれば、三相かご形誘導モータ、三相巻線形誘導モータ、単相誘導モータ、同期モータ、ブラシレス同期モータ、リラクタンスモータ、永久磁石形同期モータ（ＰＭモータ）、ヒステリシスモータおよびシリースモータ（単相直巻整流子モータ）などがある。なお、この発明で対象とすることのできる電動機は、電力の供給により駆動する電動機としての機能（力行機能）と、機械エネルギを電気エネルギに変換する発電機としての機能（回生機能）とを兼ね備えている。以下、この発明の電動機の冷却構造を対象とすることのできる電動機（モータ）の構成の一例について説明する。また、この発明の対象となるモータは、一例として交流電流を供給することによって回転するモータとして説明する。

図４には、このモータの内部構成要素であり、主要な構成要素である固定子（ステータ）１と回転子（ロータ）２とがモータの内部に配置される状態と同様の位置関係で示されている。固定子１は、筒状の形状をしており、その内周面が、円筒状の回転子２の外周面と対向して配置されて、回転子２を内部に筒状に囲んで収容している。この固定子１の内周面と回転子２の外周面との隙間が、エアギャップ３となっている。なお、このエアギャップ３により固定子１と回転子２との相互に働く磁気吸引力が決定され、その寸法は、モータの大きさなどによって設定される。また、固定子１の外周側にはケーシング（筐体）４が備えられて、この固定子１がケーシング４に収容されている。この固定子１は、複数枚の電磁鋼板５を配列して積層させた固定子鉄芯６とともに鉛線などの導線が巻かれたコイル７を有する電磁石として構成される。固定子鉄芯（固定子コア）６に巻かれたコイル７は、その両端部で固定子鉄芯６の軸線Ａ１方向の長さより延長された位置で折り返されており、この折り返した部位がコイル７のコイルエンド７ａとなる。また、コイルエンド７ａには、絶縁被膜７ｂが設けられている。そして、この固定子１がケーシング４内の数箇所に周状に配置されている。なお、例えばこのモータが、三相交流モータである場合などには、ケーシング４内に周状の等間隔に三箇所に設けられる構成となる。

また、コイル７に繋がれて結線された図示しない導線が、インバーター（図示せず）に電気的に接続されて、このインバーターからバッテリー（図示せず）に図示しない別の導線によって電気的に接続されている。なお、例えばこのモータが三相交流モータである場合には、Ｕ端子、Ｖ端子およびＷ端子を有する端子ボックス（図示せず）などがケーシング４に設けられて、それぞれにインバーターからの導線が結線される構成となる。また、インバーターには、運転者のアクセルペダルおよびブレーキペダル（共に図示せず）の操作が、センサ（図示せず）により検知されて、図示しない電子制御装置を介してインバーターにその操作状況を表す情報が電気信号として通信される構成となっている。インバーターが、この電気信号を受け取るとバッテリーに電力量を指示して、バッテリーからの直流電流を交流電流に変換してモータに電力を供給する構成となっている。

一方、回転子２は、その半径方向の中心部に設けられた孔２ａに回転軸８が挿入された構成となっている。回転軸８は軸線Ａ１を軸芯に回転して、軸線Ａ１方向に所定の長さを有して、図示しない動力伝達要素などに動力が伝達可能となっている。また、回転軸８の一方側（図４のｘ軸正方向）に回転子２の一方の端面が当接する位置決めリブ９が設けられている。さらに、回転軸８の他方側（図４のｘ軸負方向）に回転子２の他方の端面が当接する回転子取付具１０が冠着されている。この位置決めリブ９と回転子取付具１０とに回転子２の両端面が当接して挟まれて回転子２の軸線Ａ１方向の位置が規定されている。

この回転軸８は、その両端部で、ボールベアリングや軸受けメタルなどの軸受け部材（図示せず）により支持されている。また、この回転軸８には、中空状にシャフト流路１１が形成されている。さらに、後述するエンドプレート１２の供給孔１６に冷媒（以下、一例としてオイルとする）を供給するための孔１１ａが、シャフト流路１１の内周面から回転軸８の外周面へと連通されている。このシャフト流路１１に供給されるオイルは、図示しないオイルパンなどの冷媒溜め部に収容されたオイルが、図示しないポンプや回転子２の遠心力に起因する油圧力によって流通する構成となっている。

このような回転軸８に組み付けられた回転子２は、位置決めリブ９と回転子取付具１０とに当接する回転子２の端部であるエンドプレート（端板）１２を両端部に有している。また、回転子２には、このエンドプレート１２に軸方向で挟まれて、回転軸８の外周面に当接して配置される、複数枚の電磁鋼板１３を配列して積層させた回転子鉄芯（回転子コア）１４が設けられている。エンドプレート１２は、この回転子鉄芯１４の積層構造となっている複数枚の電磁鋼板１３を挟持して分散するのを防止する構造となっており、また、回転軸８には、ネジ止め、かしめ、圧入などの方法によって固定されて、その回転軸８と一体的に回転する構成となっている。このように、エンドプレート１２が締結されることから、このエンドプレート１２と一体的に回転子鉄芯１４も回転するように構成されている。なお、エンドプレート１２と複数枚の電磁鋼板１３とは、ネジやボルトなどの締結部材がこの両部材１２，１３に挿通されて締結され、一体的に回転するような構成であってもよい。

また、図５に示すように、この回転子鉄芯１４の外周側付近には、周状に複数の永久磁石群１５が設けられている。言い換えると、複数の永久磁石群１５は、周状に回転子鉄芯１４に埋め込まれて構成されている。このように構成される永久磁石群１５による磁極は、対となる永久磁石１５同士で作られる磁極が、周方向に隣り合う磁極とは交互に異なるように複数の永久磁石群１５が周状に並べられている。

ここで、回転子２の両端部に備えられ、永久磁石群１５が埋め込まれた回転子鉄芯１４を挟持するエンドプレート（端板）１２について説明する。また、このエンドプレート１２は、回転子２の両端部に設けられており、その２つのエンドプレート１２は、鏡面対象に形成されているため、いずれか一方について説明する。そのため、いずれか他方のエンドプレート１２は、以下に説明する一方のエンドプレート１２と鏡面対象の構造となる。このエンドプレート１２には後述する溝１２ａが形成されて、オイルを流通させるための流路（冷媒通路１２ｂ）を構成し、その流通されたオイルが後述する排出孔２１より排出され、コイルエンド７ａに吹き付けられて、そのコイルエンド７ａが冷却される構成となっている。そのため、エンドプレート１２とコイルエンド７ａとの位置関係は、軸線Ａ１方向で後述するエンドプレート１２の排出孔２１の位置とコイルエンド７ａの位置とが重なる構成となっている。

前述のとおり、このエンドプレート１２は、例えばプレス成形されることにより、連通された溝１２ａが一方面に形成されて、この溝１２ａが流路となって冷媒通路１２ｂを形成している。言い換えると、溝１２ａが設けられることから、エンドプレート１２の内部の空間に隔壁１８，１９，２０が形成されてオイルが通過する流路が形成される。このように形成される冷媒通路１２ｂには、回転軸８に設けられた孔１１ａが連通される供給孔１６が設けられている。この供給孔１６から第１流路Ｒ１が、半径方向の外周側に向かって設けられている。第１流路Ｒ１は、最外周面１７に到達して周方向に沿って屈曲（もしくは曲折）するまでの流路である。言い換えると、前述のとおり溝１２ａが形成されたことからエンドプレート１２の内部の空間を形成する壁面１２ｃと隔壁１８の隔壁面１８ａとにより第１流路Ｒ１が形成される。なお、このように第１流路Ｒ１が形成されるので、その断面は矩形となるが、溝１２ａが例えばプレス成形などによって形成できればよく、断面が半円形や半楕円形もしくは三角形などの種々の形状の流路であってもよく、エンドプレート１２に形成される以下に示す流路についても同様に、断面が半円形や半楕円形もしくは三角形などの種々の形状の流路であってもよい。

この第１流路Ｒ１が、周方向に屈曲した部分から第２流路Ｒ２が設けられて、第２流路Ｒ２は、周方向に沿って一定の長さに延長されている。第２流路Ｒ２は、一定の長さに延長されて半径方向の内周側に屈曲するまでの流路である。言い換えると、エンドプレート１２の内部の空間を形成する壁面（最外周面）１７と隔壁１９の隔壁面１９ａとにより第２流路Ｒ２が形成される。また、第２流路Ｒ２が、半径方向の内周側に屈曲した部分から第３流路Ｒ３が設けられて、第３流路Ｒ３は、半径方向の内周側に向かって一定の長さに延長されている。第３流路Ｒ３は、一定の長さに延長されて半径方向の内周側に向かって一定の長さに延長されて屈曲するまでの流路である。言い換えると、エンドプレート１２の内部の空間を形成する壁面１２ｄと隔壁１９の側壁面１９ｂとにより第３流路Ｒ３が形成される。

さらに、第３流路Ｒ３が、周方向に屈曲した部分から第４流路Ｒ４が設けられて、第４流路Ｒ４は、周方向に沿って第２流路Ｒ２を折り返すように一定の長さに延長されている。第４流路Ｒ４は、第３流路Ｒ３がある位置とは反対側の周方向に一定の長さに延長されて、半径方向の内周側に屈曲するまでの流路である。言い換えると、隔壁１９の隔壁面１９ｃと隔壁２０の隔壁面２０ａとにより第４流路Ｒ４が形成される。またさらに、第４流路Ｒ４が、半径方向の内周側に屈曲した部分から第５流路Ｒ５が設けられて、第５流路Ｒ５は、半径方向の内周側に向かって一定の長さに延長されている。第５流路Ｒ５は、一定の長さに延長されて周方向に屈曲するまでの流路である。言い換えると、隔壁１８の隔壁面１８ｂと隔壁２０の側壁面２０ｂとにより第５流路Ｒ５が形成される。

そして、第５流路Ｒ５が、周方向に屈曲した部分から第６流路Ｒ６が設けられて、第６流路Ｒ６は、周方向に沿って第４流路Ｒ４を折り返すように一定の長さに延長されている。第６流路Ｒ６は、第５流路Ｒ５がある位置とは反対側の周方向に一定の長さに延長された流路である。言い換えると、エンドプレート１２の内部の空間を形成する壁面１２ｅと隔壁２０の隔壁面２０ｃとにより第６流路Ｒ６が形成される。この第６流路Ｒ６の第５流路Ｒ５がある位置とは反対側の末端部付近には、オイルを吐出するための排出孔２１が設けられている。排出孔２１は、このように冷媒通路１２ｂにおける供給孔１６の位置を一方の端部とすると冷媒通路１２ｂにおける他方の端部に位置して設けられている。この排出孔２１から吐出されたオイルは、コイルエンド７ａに吹き付けられて図示しないオイルパンなどの冷媒溜め部に戻されてる構成となっている。なお、このようにエンドプレート１２に形成された第１流路Ｒ１ないし第６流路Ｒ６には、その溝１２ａが形成されている側の面に当接する薄板状もしくはシート状のシール部材（図示せず）が取り付けられて、回転子２に圧着されて流路が液密な状態に保持される構成であってもよい。また、オイルは、冷媒溜め部から供給孔１６の間もしくは排出孔２１から冷媒溜め部の間で、フィンやファンなどが設けられて冷却される構成であってもよい。

上記のように構成されたこの発明の構成例（実施例１）における電動機（モータ）およびこの発明の電動機の冷却構造の動作、作用および効果について、以下に説明する。運転者による図示しないアクセルペダルなどの操作により、図示しないインバーターによりバッテリから電力がモータ（図示せず）に供給される。モータに供給された電力による電流が固定子１のコイル７に供給される。固定子１のコイル７に電流が流されることから、コイル７と複数枚の電磁鋼板５とから固定子１に磁界を発生させる。固定子１は、ケーシング４内に数箇所に備え付けられており、この複数の固定子１に発生する磁界は、回転子２の回転状態と同期して切り替えられて変化する。この同期切り替えによる磁界の変化は、回転子２が回転するように行われる。このように、電流がコイル７に流れてモータの回転軸８が回転する。

モータは、コイル７に電流が流されて、回転軸８が回転して、その回転軸８の動力が種々の動力伝達要素から車輪に伝達されて車両を駆動させる。このように車両を駆動させる場合には、連続的に回転軸８が回転して連続運転される。モータが連続運転される場合、上述のとおり、このモータの熱定格以上の熱が発生しないように発熱部位を冷却する必要がある。この発明においては、エンドプレート１２内に設けられた冷媒通路１２ｂによって回転子を冷却し、またコイルエンド７ａにオイルを吹き付けて冷却する。以下のその動作について述べる。

前述のようにモータが連続運転されていることから、回転軸８も連続して回転している。回転軸８とともに回転子鉄芯１４が回転することから、エンドプレート１２も一体で回転する。このように、エンドプレート１２が回転することから、エンドプレート１２の内部のオイルに遠心力が作用している。このエンドプレート１２の内部のオイルに遠心力が作用していることから、回転軸８のシャフト流路１１の内部に供給されているオイルが、回転軸８の孔１１ａから吐出する。回転軸８の孔１１ａから吐出したオイルは、エンドプレート１２の供給孔１６から冷媒通路１２ｂに供給される。冷媒通路１２ｂに供給されたオイルは、第１流路Ｒ１内で、半径方向の内周側から外周側へと流通する。オイルは、第１流路Ｒ１が周方向に屈曲して第２流路Ｒ２と連通されていることから、流れの向きを変えて、第２流路Ｒ２内を周方向に沿って流通する。

第２流路Ｒ２を流通したオイルは、半径方向内側に第２流路Ｒ２から屈曲している第３流路Ｒ３に流通する。オイルは、第３流路Ｒ３を流れて、半径方向の内側に移動して、周方向で第３流路Ｒ３と連通されている位置とは反対側に屈曲している第４流路Ｒ４に流通する。オイルは、第４流路Ｒ４を流れて、第３流路Ｒ３と連通されている位置とは反対側の周方向に流れる。第４流路Ｒ４を流通したオイルは、第５流路Ｒ５に流れ込み、半径方向の内周側に移動する。第５流路Ｒ５を流れたオイルは、周方向で第５流路Ｒ５とは反対側に屈曲している第６流路Ｒ６を流通する。このように第１流路Ｒ１から第６流路Ｒ６までオイルが流通される際、回転子２で発生した熱をこのオイルが吸収する。そして、第６流路Ｒ６を流通したオイルは、第６流路Ｒ６の末端部付近に設けられている排出孔２１から吐出される。排出孔２１から吐出されたオイルは、コイルエンド７ａに吹き付けられて、このコイルエンド７ａの冷却を行い、図示しないオイルパンなどの冷媒溜め部に回収される。

上記のように第１流路Ｒ１から第６流路Ｒ６へとオイルが流通することで、回転子２が冷却される。この際、第１流路Ｒ１から流れ込んだオイルが第２流路Ｒ２を通り、第３流路Ｒ３に流れ込む過程で、第３流路Ｒ３が半径方向の外周側から内周側へとオイルを流通させる構造となっていることから、第２流路Ｒ２を流れるオイルが最外周面１７付近でその流速が大きくなる。第２流路Ｒ２を流れるオイルが最外周面１７付近でその流速が大きくなることから、冷却の必要な最外周面１７付近でのオイルの流れがスムースとなって、冷却効果が向上される。言い換えると、第３流路Ｒ３が半径方向の外周側から内周側へとオイルを流通させる構造となっていることから、エンドプレート１２の最外周面１７付近のオイルの流れが滞留することがないため、冷媒通路１２ｂ内を通してオイルの流れがスムースとなって回転子２の冷却効果が向上される。また、そのため、図５に示す、回転子２の回転子鉄芯１４の外周側に周状に埋め込まれた永久磁石群１５を効率よく冷却できる。

また、排出孔２１が第６流路Ｒ６の末端部付近に設けられ、その配置はエンドプレート１２の内周側となることから、オイルの排出速度を低減してオイルによる加速損失を低減もしくは抑制できる。また、排出孔２１が第６流路Ｒ６の末端部付近に設けられ、その配置はエンドプレート１２の内周側となることから、コイルエンド７ａに吹き付けられるオイルの勢いが弱められることから、コイルエンド７ａの絶縁被膜７ｂの損傷を低減できる。さらにエンドプレート１２に設けられた第１流路Ｒ１ないし第６流路Ｒ６は、エンドプレート１２の一方面にプレス成形されて連通した溝１２ａが形成され、隔壁１８，１９，２０とエンドプレート１２の壁面と回転子鉄芯１４の端面とによって構成される。このようにエンドプレート１２に曲折した溝１２ａが形成されて、エンドプレート１２の壁面と回転子鉄芯１４の端面との軸線Ａ１方向での間に冷媒通路１２ｂが設けられる構造となっていることから、エンドプレート１２の剛性が増し、エンドプレート１２と回転子２との間からオイルが漏れて、固定子１と回転子２との間のエアギャップ３に侵入することによるトルク損失を抑制できる。またさらに、このように第１流路Ｒ１ないし第６流路Ｒ６を構成することのできるエンドプレート１２が、製造容易な形状であり、プレス成形により製造できるため、工作性がよいことから、製造コストの低減および製造工程の簡略化することができ、生産性が向上する。

ここで、上記に示した構成例のエンドプレート１２の他の構成例（実施例２）について説明する。図２には、上記に示した構成例のエンドプレート１２の他の構成例であるエンドプレート２２が示されている。この実施例２の構成は、エンドプレート２２の構成を除けば、上記に示したエンドプレート１２を有する構成例と同様である。そのため、エンドプレート２２以外の構成についての説明は省略する。このエンドプレート２２は、エンドプレート１２と同様に溝２２ａが形成されてオイルを流通させるための流路（冷媒通路２２ｂ）を構成し、その流通されたオイルが後述する排出孔２７より排出され、コイルエンド７ａに吹き付けられて、そのコイルエンド７ａが冷却される構成となっている。そのため、エンドプレート２２とコイルエンド７ａとの位置関係は、軸線Ａ１方向で後述するエンドプレート２２の排出孔２７の位置とコイルエンド７ａの位置とが重なる構成となっている。

前述のとおり、このエンドプレート２２は、例えばプレス成形されることにより、連通された溝２２ａが一方面に形成されて、この溝２２ａが流路となって冷媒通路２２ｂを形成している。言い換えると、溝２２ａが設けられることから、エンドプレート２２の内部の空間に隔壁２５，２６が形成されてオイルが通過する流路が形成される。このように形成される冷媒通路２２ｂには、回転軸８に設けられた孔１１ａが連通される供給孔２３が設けられている。この供給孔２３から第１流路Ｌ１が、半径方向の外周側に向かって設けられている。第１流路Ｌ１は、最外周面２４に到達して周方向に沿って屈曲するまでの流路である。言い換えると、前述のとおり溝２２ａが形成されたことからエンドプレート２２の内部の空間を形成する壁面２２ｃと隔壁２５の隔壁面２５ａとにより第１流路Ｌ１が形成される。なお、このように第１流路Ｌ１が形成されるので、その断面は矩形となるが、溝２２ａが例えばプレス成形などによって形成できればよく、断面が半円形や半楕円形もしくは三角形などの種々の形状の流路であってもよく、エンドプレート２２に形成される以下に示す流路についても同様に、断面が半円形や半楕円形もしくは三角形などの種々の形状の流路であってもよい。

この第１流路Ｌ１が、周方向に屈曲した部分から第２流路Ｌ２が設けられて、第２流路Ｌ２は、周方向に沿って一定の長さに延長されている。第２流路Ｌ２は、一定の長さに延長されて半径方向の内周側に屈曲するまでの流路である。言い換えると、エンドプレート２２の内部の空間を形成する壁面（最外周面）２４と隔壁２６の隔壁面２６ａとにより第２流路Ｌ２が形成される。また、第２流路Ｌ２が、半径方向の内周側に屈曲した部分から第３流路Ｌ３が設けられて、第３流路Ｌ３は、半径方向の内周側に向かって一定の長さに延長されている。第３流路Ｌ３は、一定の長さに延長されて半径方向の内周側に向かって一定の長さに延長されて屈曲するまでの流路である。言い換えると、エンドプレート２２の内部の空間を形成する壁面２２ｄと隔壁２６の側壁面２６ｂとにより第３流路Ｌ３が形成される。

さらに、第３流路Ｌ３が、周方向に屈曲した部分から第４流路Ｌ４が設けられて、第４流路Ｌ４は、周方向に沿って第２流路Ｌ２を折り返すように一定の長さに延長されている。第４流路Ｌ４は、第３流路Ｌ３がある位置とは反対側の周方向に一定の長さに延長されて、半径方向の内周側に屈曲するまでの流路である。言い換えると、エンドプレート２２の内部の空間を形成する壁面２２ｅと隔壁２６の隔壁面２６ｃとにより第４流路Ｌ４が形成される。この第４流路Ｌ４の第３流路Ｌ３がある位置とは反対側の末端部付近にオイルを吐出するための排出孔２７が設けられている。排出孔２７は、このように冷媒通路２２ｂにおける供給孔２３の位置を一方の端部とすると冷媒通路２２ｂにおける他方の端部に位置して設けられている。この排出孔２７から吐出されたオイルは、コイルエンド７ａに吹き付けられて図示しないオイルパンなどの冷媒溜め部に戻されてる構成となっている。なお、このようにエンドプレート２２に形成された第１流路Ｌ１ないし第４流路Ｌ４には、その溝２２ａが形成されている側の面に当接する薄板状もしくはシート状のシール部材（図示せず）が取り付けられて、回転子２に圧着されて流路が液密な状態に保持される構成であってもよい。また、オイルは、冷媒溜め部から供給孔２３の間もしくは排出孔２７から冷媒溜め部の間で、フィンやファンなどが設けられて冷却される構成であってもよい。

上記のように構成されたこの発明の他の構成例（実施例２）における電動機（モータ）およびこの発明の電動機の冷却構造の動作、作用および効果について、以下に説明する。なお、モータの回転軸８が回転して連続運転されて、回転軸８の孔１１ａからエンドプレート２２の冷媒通路２２ｂで供給孔２３からオイルが供給されるまでのモータおよびオイルの動作は前述の構成例（実施例１）と同様であるため、説明を省略する。冷媒通路２２ｂに供給されたオイルは、第１流路Ｌ１内で、半径方向の内周側から外周側へと流通する。オイルは、第１流路Ｌ１が周方向に屈曲して第２流路Ｌ２と連通されていることから、流れの向きを変えて、第２流路Ｌ２内を周方向に沿って流通する。

第２流路Ｌ２を流通したオイルは、半径方向内側に第２流路Ｌ２から屈曲している第３流路Ｌ３に流通する。オイルは、第３流路Ｌ３を流れて、半径方向の内側に移動して、周方向で第３流路Ｌ３と連通されている位置とは反対側に屈曲している第４流路Ｌ４に流通する。オイルは、第４流路Ｌ４を流れて、第３流路Ｌ３と連通されている位置とは反対側の周方向に流れる。このように第１流路Ｌ１から第４流路Ｌ４までオイルが流通される際、回転子２で発生した熱をこのオイルが吸収する。そして、第４流路Ｌ４を流通したオイルは、第４流路Ｌ４の末端部付近に設けられている排出孔２７からオイルが吐出される。排出孔２７から吐出されたオイルは、コイルエンド７ａに吹き付けられて、このコイルエンド７ａの冷却を行い、図示しないオイルパンなどの冷媒溜め部に回収される。

上記のように第１流路Ｌ１から第４流路Ｌ４へとオイルが流通することで、回転子２が冷却される。この際、第１流路Ｌ１から流れ込んだオイルが第２流路Ｌ２を通り、第３流路Ｌ３に流れ込む過程で、第３流路Ｌ３が半径方向の外周側から内周側へとオイルを流通させる構造となっていることから、第２流路Ｌ２を流れるオイルが最外周面２４付近でその流速が大きくなる。第２流路Ｌ２を流れるオイルが最外周面２４付近でその流速が大きくなることから、冷却の必要な最外周面２４付近でのオイルの流れがスムースとなって、冷却効果が向上される。言い換えると、第３流路Ｌ３が半径方向の外周側から内周側へとオイルを流通させる構造となっていることから、エンドプレート２２の最外周面２４付近のオイルの流れが滞留することがないため、冷媒通路２２ｂ内を通してオイルの流れがスムースとなって回転子２の冷却効果が向上される。また、そのため、図５に示す、回転子２の回転子鉄芯１４の外周側に周状に埋め込まれた永久磁石群１５を効率よく冷却できる。

また、排出孔２７が第４流路Ｌ４の末端部付近に設けられ、その配置はエンドプレート２２の内周側となることから、オイルの排出速度を低減してオイルによる加速損失を低減もしくは抑制できる。また、排出孔２７が第４流路Ｌ４の末端部付近に設けられ、その配置はエンドプレート２２の内周側となることから、コイルエンド７ａに吹き付けられるオイルの勢いが弱められることから、コイルエンド７ａの絶縁被膜７ｂの損傷を低減できる。さらにエンドプレート２２に設けられた第１流路Ｌ１ないし第４流路Ｌ４は、エンドプレート２２の一方面にプレス成形されて連通した溝２２ａが形成され、隔壁２５，２６とエンドプレート２２の壁面と回転子鉄芯１４の端面とによって構成される。このようにエンドプレート２２に曲折した溝２２ａが形成されて、エンドプレート２２の壁面と回転子鉄芯１４の端面との軸線Ａ１方向での間に冷媒通路２２ｂが設けられる構造となっていることから、エンドプレート２２の剛性が増し、エンドプレート２２と回転子２との間からオイルが漏れて、固定子１と回転子２との間のエアギャップ３に侵入することによるトルク損失を抑制できる。またさらに、このように第１流路Ｌ１ないし第４流路Ｌ４を構成することのできるエンドプレート２２が、製造容易な形状であり、プレス成形により製造できるため、工作性がよいことから、製造コストの低減および製造工程の簡略化することができ、生産性が向上する。

ここで、上記に示した構成例のエンドプレート１２の他の構成例（実施例３）について説明する。図３には、上記に示した構成例のエンドプレート１２の他の構成例であるエンドプレート２８が示されている。この実施例３の構成は、エンドプレート２８の構成を除けば、上記に示したエンドプレート１２を有する構成例と同様である。そのため、エンドプレート２８以外の構成については同じ符号を付しての説明は省略する。また、このエンドプレート２８は、エンドプレート１２を隔壁１９，２０について改変したものであるため、その隔壁１９，２０の構成について説明する。

このエンドプレート２８の隔壁１９，２０の形状は、その開放端側である先端部分２９，３０が屈曲して形成されている。隔壁１９の先端部分２９は、半径方向の内周側の方向にエンドプレート２８の内部の空間を形成する壁面１２ｄに沿って屈曲している。言い換えると、隔壁１９の先端部分２９の隔壁面２９ａが、エンドプレート２８の内部の空間を形成する壁面１２ｄに対向し、隔壁面２９ｂが、隔壁２０の隔壁面２０ａに対向し、そして、隔壁面２９ｃが、隔壁２０の先端部分３０の隔壁面３０ａに対向して形成されている。また、隔壁２０の先端部分３０は、半径方向の外周側の方向に隔壁１８の隔壁面１８ｂに沿って屈曲している。言い換えると、隔壁２０の先端部分３０の隔壁面３０ａが、前述のとおり隔壁１９の先端部分２９の隔壁面２９ｃ対向し、隔壁面３０ｂが、隔壁１９の隔壁面１９ｃに対向し、そして、隔壁面３０ｃが、隔壁１８の隔壁面１８ｂに対向し形成されている。なお、このエンドプレート２８の隔壁１９，２０の屈曲された先端部分２９，３０の寸法すなわち隔壁１９，２０のどの部分で屈曲させるかは、第２流路Ｒ２の最外周面１７付近の流速が適切で、排出孔２１から排出されるオイルの排出速度を適切に低減するように設定されている。

このように隔壁１９，２０の開放端側である先端部分２９，３０が屈曲していることから、第３流路Ｒ３は、隔壁１９の先端部分２９の隔壁面２９ａが、エンドプレート２８の内部の空間を形成する壁面１２ｄに対向して構成される。第４流路Ｒ４は、隔壁面２９ｂが隔壁２０の隔壁面２０ａに対向した部分と、隔壁面２９ｃが隔壁２０の先端部分３０の隔壁面３０ａに対向した部分と、隔壁面３０ｂが、隔壁１９の隔壁面１９ｃに対向した部分とにより構成されて、やや蛇行した流路となっている。第５流路Ｒ５は、隔壁面３０ｃが、隔壁１８の隔壁面１８ｂに対向して構成される。これ以外の第１流路Ｒ１、第２流路Ｒ２および第６流路Ｒ６については、前述の構成例（実施例１）と同様である。また、上記の構成以外については、前述の構成例（実施例１）と同様である。

上記のように構成されたこの発明の他の構成例（実施例３）における電動機（モータ）およびこの発明の電動機の冷却構造の動作、作用および効果について、以下に説明する。なお、モータの回転軸８が回転して連続運転されて、回転軸８の孔１１ａからエンドプレート２８の冷媒通路２８ｂで供給孔１６からオイルが供給されるまでのモータおよびオイルの動作は前述の構成例（実施例１）と同様であるため、省略する。冷媒通路２８ｂに供給されたオイルは、第１流路Ｒ１内で、半径方向の内周側から外周側へと流通する。オイルは、第１流路Ｒ１が周方向に屈曲して第２流路Ｒ２と連通されていることから、流れの向きを変えて、第２流路Ｒ２内を周方向に沿って流通する。

第２流路Ｒ２を流通したオイルは、半径方向内側に第２流路Ｒ２から屈曲している第３流路Ｒ３に流通する。オイルは、第３流路Ｒ３を流れて、半径方向の内側に移動して、周方向で第３流路Ｒ３と連通されている位置とは反対側に屈曲している第４流路Ｒ４に流通する。オイルは、第４流路Ｒ４を流れて、第３流路Ｒ３と連通されている位置とは反対側の周方向に流れる。第４流路Ｒ４を流通したオイルは、第５流路Ｒ５に流れ込み、半径方向の内周側に移動する。第５流路Ｒ５を流れたオイルは、周方向で第５流路Ｒ５とは反対側に屈曲している第６流路Ｒ６を流通する。このように第１流路Ｒ１から第６流路Ｒ６までオイルが流通される際、回転子２で発生した熱をこのオイルが吸収する。そして、第６流路Ｒ６を流通したオイルは、第６流路Ｒ６の末端部付近に設けられている排出孔２１から吐出される。排出孔２１から吐出されたオイルは、コイルエンド７ａに吹き付けられて、このコイルエンド７ａの冷却を行い、図示しないオイルパンなどの冷媒溜め部に回収される。

上記のように第１流路Ｒ１から第６流路Ｒ６へとオイルが流通することで、回転子２が
冷却される。この際、第１流路Ｒ１から流れ込んだオイルが第２流路Ｒ２を通り、第３流
路Ｒ３に流れ込む過程で、第３流路Ｒ３が半径方向の外周側から内周側へとオイルを流通
させる構造となっていることから、第２流路Ｒ２を流れるオイルが最外周面１７付近でそ
の流速が大きくなる。第２流路Ｒ２を流れるオイルが最外周面１７付近でその流速が大き
くなることから、冷却の必要な最外周面１７付近でのオイルの流れがスムースとなって、
冷却効果が向上される。言い換えると、第３流路Ｒ３が半径方向の外周側から内周側へと
オイルを流通させる構造となっていることから、エンドプレート２８の最外周面１７付近
のオイルの流れが滞留することがないため、冷媒通路２８ｂ内を通してオイルの流れがス
ムースとなって回転子２の冷却効果が向上される。また、そのため、図５に示す、回転子
２の回転子鉄芯１４の外周側に周状に埋め込まれた永久磁石群１５を効率よく冷却できる
。

この他の構成（実施例３）のエンドプレート２８は、隔壁１９，２０の形状は、その開放端側である先端部分２９，３０が屈曲して形成されている。そして、このエンドプレート２８の隔壁１９，２０の屈曲された先端部分２９，３０の寸法は、第２流路Ｒ２の最外周面１７付近の流速が適切で、排出孔２１から排出されるオイルの排出速度を適切に低減するように設定されていることから、前述の最外周面１７付近でのオイルの流れをさらに調整することができる。

また、排出孔２１が第６流路Ｒ６の末端部付近に設けられ、その配置はエンドプレート２８の内周側となることから、オイルの排出速度を低減してオイルによる加速損失を低減もしくは抑制できる。また、排出孔２１が第６流路Ｒ６の末端部付近に設けられ、その配置はエンドプレート２８の内周側となることから、コイルエンド７ａに吹き付けられるオイルの勢いが弱められることから、コイルエンド７ａの絶縁被膜７ｂの損傷を低減できる。さらにエンドプレート２８に設けられた第１流路Ｒ１ないし第６流路Ｒ６は、エンドプレート２８の一方面にプレス成形されて連通した溝２８ａが形成され、隔壁１８，１９，２０および先端部分２９，３０とエンドプレート２８の壁面と回転子鉄芯１４の端面とによって構成される。このようにエンドプレート２８に曲折した溝２８ａが形成されて、エンドプレート２８の壁面と回転子鉄芯１４の端面との軸線Ａ１方向での間に冷媒通路２８ｂが設けられる構造となっていることから、エンドプレート２８の剛性が増し、エンドプレート２８と回転子２との間からオイルが漏れて、固定子１と回転子２との間のエアギャップ３に侵入することによるトルク損失を抑制できる。またさらに、このように第１流路Ｒ１ないし第６流路Ｒ６を構成することのできるエンドプレート２８が、製造容易な形状であり、プレス成形により製造できるため、工作性がよいことから、製造コストの低減および製造工程の簡略化することができ、生産性が向上する。

なお、以上に示した構成例（実施例１ないし３）では、回転子２に永久磁石を採用したものを記載したが、回転子２が電磁石によって構成されるものであってよい。また、前述のとおり、固定子１が回転子２の外周側に筒状に設けられて、固定子１にはコイル（固定子巻き線）７が設けられており、そのコイル（固定子巻き線）７の軸線Ａ１方向の両端部（コイルエンド７ａ）が、回転子の軸線Ａ１方向の両端部より突き出て（張り出して）いるような構成の電動機に適用できる。

１２…エンドプレート、 １２ｂ…冷媒通路、 １６…供給孔、 １７…最外周面、
２１…排出孔、 Ｒ１…第１流路。

Claims (3)

1. 磁極を有する回転子が備えられた回転軸と、該回転軸を筒状に囲み、電流の変化により磁極を変化させる固定子を有する筒状部と、前記回転子の軸線方向の端部には、エンドプレートが備えられており、該エンドプレートには溝が形成されて、このエンドプレートの壁面と回転子の端面との軸方向での間に設けられる冷媒通路とを備える電動機の冷却構造において、
   前記冷媒通路は、
   前記エンドプレートの半径方向の内周側に設けられた冷媒が供給される供給孔と、
   半径方向に延長された第１隔壁の隔壁面により形成され、前記供給孔から半径方向の外周側の方向に設けられた第１流路と、
   前記第１隔壁の外周側の端部から周方向に延長された第２隔壁の外周面と、当該冷媒通路を形成する前記壁面のうち最外周面とにより形成され、前記第１流路の最外周部に連通されて周方向に設けられた第２流路と、
   半径方向で前記第２隔壁よりも内周側に設けられた冷媒を排出するための排出孔とを備え、
   前記供給孔から前記第１流路および第２流路を介して前記排出孔に前記冷媒が流通するように構成されていることを特徴とする電動機の冷却構造。
2. 磁極を有する回転子が備えられた回転軸と、該回転軸を筒状に囲み、電流の変化により磁極を変化させる固定子を有する筒状部と、前記回転子の軸線方向の端部には、エンドプレートが備えられており、該エンドプレートには溝が形成されて、このエンドプレートの壁面と回転子の端面との軸方向での間に設けられる冷媒通路とを備える電動機の冷却構造において、
   前記冷媒通路は、前記エンドプレートの半径方向の内周側に設けられた冷媒が供給される供給孔と、
   該供給孔から半径方向の外周側の方向に設けられた第１流路と、
   半径方向で前記第１流路の最外周部より内周側に設けられた冷媒を排出するための排出孔とを備え、
   前記供給孔から前記排出孔までの前記冷媒通路は曲折し、
   前記冷媒通路は、前記第１流路の最外周部に連通されて周方向に設けられた第２流路と、該第２流路における前記第１流路に連通された端部とは反対側の端部に連通され、半径方向の内周側の方向に設けられた第３流路と、該第３流路の内周側に連通され、この第３流路の位置とは反対側の周方向に設けられた第４流路とを備え、前記供給孔は前記冷媒通路の一方の端部に設けられ、前記排出孔は前記冷媒通路の他方の端部に設けられていることを特徴とする電動機の冷却構造。
3. 前記第４流路における前記第３流路に連通されている端部とは反対側の端部に連通され、半径方向の内周側の方向に設けられた第５流路と、該第５流路の内周側の端部に連通され、この第５流路の位置とは反対側の周方向に設けられた第６流路を備えていることを特徴とする請求項２に記載の電動機の冷却構造。

Images