JP5375647B2 - 電動機 - Google Patents

Description

本発明は、電動機に関し、詳しくは、ロータコアに永久磁石を組み込むと共にエンドプレートを取り付けて回転軸に固定されたロータと、ステータコアに巻線を券回すると共に巻線によりコイルエンド部が形成されて少なくともコイルエンド部に鉛直上方から冷却液が供給されるステータと、を備える電動機に関する。

従来、この種の電動機としては、軸方向端面にエンドプレートが取り付けられると共に回転シャフトに固定されたロータコアと、ロータコアの径方向外側に配置されたステータコアとを備え、回転シャフト内部を経由してエンドプレートとロータコア端面との間の空間に導入された冷却液を、ステータコアの軸方向端部から突出するコイルエンドに向けて遠心力などにより噴出させるものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この電動機では、冷却液を噴出する複数の貫通孔をエンドプレートの周方向に配置することにより、回転シャフトの回転速度にかかわらずコイルエンドに冷却液を安定して噴出させ、コイルエンドを含むモータの冷却を効率的に行なうものとしている。

特開２００９−２７３２８５号公報

しかしながら、上述の電動機では、エンドプレートとロータコア端面との間に冷却液を導入するため、ロータコアをその端面から直接冷却することができるが、コイルエンドに向けて冷却液を噴出するため、コイルエンドまでの距離などによってはコイルエンドを十分に冷却することができない場合があり、噴出した冷却液の跳ね返りなどによりロータコアとステータコアとの間のギャップに冷却液が浸入していわゆる引き摺り損失が発生する場合がある。したがって、コイルエンドを直接冷却するためにその鉛直上方から冷却液を供給することも考えられるが、この場合、冷却液は、コイルエンドを周方向に伝って落下したり、コイルエンドとステータとの間隙を通過してエンドプレートを伝って落下したり自然落下したりするため、ロータコアを直接冷却することはできない。

本発明の電動機は、ロータコアやステータのコイルエンド部をより適正に冷却することを主目的とする。

本発明の電動機は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。

本発明の電動機は、
円環状の電磁鋼板を複数積層してなるロータコアに複数の永久磁石を組み込むと共に該ロータコアの積層端面にエンドプレートを取り付けて回転軸に固定されたロータと、内径が前記ロータコアの外径より若干大きく軸方向の厚みが前記ロータコアと略同一に形成されたステータコアに巻線を券回すると共に該巻線により該ステータコアの軸方向端部から外側に突出するコイルエンド部が形成されて少なくとも前記コイルエンド部に鉛直上方から冷却液が供給されるステータと、を備える電動機であって、
前記エンドプレートは、円環状の中心部と該中心部から径方向外側に突出する複数の凸部とを有し、該複数の凸部による外径が前記ロータコアの外径より若干大きくなるように形成されてなる、
ことを要旨とする。

この本発明の電動機では、ロータコアの積層端面に取り付けられたエンドプレートは、円環状の中心部と中心部から径方向外側に突出する複数の凸部とを有し、複数の凸部による外径がロータコアの外径より若干大きくなるように形成されてなる。したがって、エンドプレートの中心部より径方向外側では、複数の凸部の間からロータコアの積層端面が露出するから、コイルエンド部に鉛直上方から供給されてロータコアの露出した積層端面に到達する冷却液により、ロータコアを直接冷却することができる。また、エンドプレートに到達した冷却液の一部は、回転軸の回転に伴う遠心力によりコイルエンド部に向けて放出されるから、コイルエンド部を径方向内側から冷却しやすくすることができる。さらに、エンドプレートの複数の凸部の外径をロータコアの外径より若干大きくなるように形成するから、ロータコアとステータコアとの隙間に冷却液が入り込むのが抑制され、電動機の回転に伴う引き摺り損失を抑制することができる。この結果、ロータコアやステータのコイルエンド部をより適正に冷却することができる。

こうした本発明の電動機において、前記エンドプレートは、前記複数の凸部による外径が前記ロータコアの積層方向外側に向かうほど小さくなるように形成されてなる、ものとすることもできる。こうすれば、ロータコアとステータコアとの隙間に冷却液が入り込むのをより確実に抑制することができる。

本発明の一実施例としての電動機２０を含む電動機ユニット１０の構成の概略を示す構成図である。 電動機２０が備えるロータ３０のエンドプレート３６の構成の概略を示す構成図である。 図１のエンドプレート３６の鉛直上方端の要部Ａを拡大して模式的に示す説明図である。 電動機２０に冷却液が供給されているときの様子の一例を示す説明図である。 変形例のエンドプレート１３６の様子を説明する説明図である。 変形例のエンドプレート２３６の様子を説明する説明図である。

次に、本発明を実施するための形態を実施例を用いて説明する。

図１は、本発明の一実施例としての電動機２０を含む電動機ユニット１０の構成の概略を示す構成図であり、図２は、電動機２０が備えるロータ３０のエンドプレート３６の構成の概略を示す構成図であり、図３は、図１のエンドプレート３６の鉛直上方端の要部Ａを拡大して模式的に示す説明図である。電動機ユニット１０は、図示するように、同期発電電動機として構成された電動機２０と、電動機２０を収納するケース１０と、図示しないポンプにより圧送されたオイルなどの冷却液を電動機２０の鉛直上方から供給するようケース１０に固定された冷却液パイプ５０と、を備える。また、実施例の電動機２０は、図示するように、回転軸２２に固定されたロータ３０と、ロータ３０を回転駆動するステータ４０と、を備える。

ロータ３０は、無方向性電磁鋼板を打ち抜き加工により円環状に形成したロータ部材を複数積層してなるロータコア３２と、ロータコア３２の外周面近傍に形成された１６個の矩形の貫通孔に嵌挿された１６個の永久磁石３４と、ロータコア３２の積層端面にカシメなどにより取り付けられた２つのエンドプレート３６，３７とを有し、焼き嵌め又はスプライン嵌合などにより回転軸２２に取り付けられている。エンドプレート３６は、回転軸２２が貫通する円環状の中心部３８と、中心部３８から径方向外側に突出する８個の凸部３９とにより形成されており、８個の凸部３９の外周端には、軸方向外側に向かうほどエンドプレート３６の外径としては小さくなるテーパ部３９ａがそれぞれ形成されている。テーパ部３９ａを含む凸部３９によるエンドプレート３６の外径は、ステータ４０に接触しない範囲内でロータコア３２の外径より若干大きくなるように形成されている。なお、エンドプレート３７は、エンドプレート３６と同様に形成されているため、これ以上の詳細な説明は省略する。

ステータ４０は、無方向性電磁鋼板をロータコア３２の外径より内径が若干大きくなるよう打ち抜き加工により円環状に形成したステータ部材を軸方向の厚みがロータコア３２と同一になるよう積層してなるステータコア４２と、ステータコア４２の内周側に形成された複数のスロットに分布巻きなどにより巻線を券回してなるコイルの一部として形成され、ステータコア４２の軸方向端部から突出する２つの略円筒状のコイルエンド部４４とを有し、コイルエンド部４４やステータコア４２の鉛直上方には、それぞれ冷却液パイプ５０のパイプ孔５２が配置されている。

図４は、電動機２０に冷却液が供給されているときの様子の一例を示す説明図である。図中、太線矢印で示すように、ステータ４０のコイルエンド部４４やステータコア４２は、鉛直上方から冷却液の供給を受けて直接冷却され、その冷却液は、コイルエンド部４４を周方向に伝って落下したり、コイルエンド部４４とステータコア４２の積層端面との間隙を通過したりする。実施例では、図１〜図４に示すように、ロータコア３２の積層端面に取り付けるエンドプレート３６に、円環状の中心部３８から径方向外側に突出する複数の凸部３９を形成し、複数の凸部３９の間にロータコア３２の積層端面を露出させるから、図４に破線矢印で示すように、複数の凸部３８の間に冷却液が導くことができ、ロータコア３２の露出した積層端面を冷却液により直接冷却することができる。また、ロータコア３２の露出した積層端面に到達した冷却液の一部やエンドプレート３６の凸部３８（特にテーパ部３９）に到達した冷却液の一部は、回転軸２２の回転に伴って、遠心力などによりコイルエンド部４４の内周側（図４のハッチングした部位など）に飛散するから、コイルエンド部４４を内周側からも冷却することができる。さらに、こうして冷却液が飛散すると、ロータコア３２とステータコア４２との間のいわゆるエアギャップに冷却液が浸入しやすくなることも考えられるが、エンドプレート３６の凸部３９による外径をロータコア３２の外径より大きく形成したから、エアギャップに冷却液が浸入するのが抑制され、電動機２０の回転に伴う引き摺り損失を抑制することができる。特に、エンドプレート３６の凸部３９の外周端にテーパ部３９ａを形成したから、エアギャップに冷却液が浸入するのをより確実に抑制することができる。もとより、ロータコア３２の積層端面にエンドプレート３６，３７を取り付けるから、ロータコア３２の積層状態は保持される。

以上説明した実施例の電動機２０によれば、複数の電磁鋼板を積層してなるロータコア３２の積層端面に取り付けられたエンドプレート３６に、円環状の中心部３８とこの中心部３８から径方向外側に突出する複数の凸部３９とを形成し、エンドプレート３６の凸部３９による外径をロータコア３２の外径より大きく形成したから、ロータコア３２を直接冷却すると共にステータコア４２を内周側からも冷却することができ、ロータコア３２とステータコア４２との隙間に冷却液が入り込むのを抑制することができる。この結果、ロータコア３２に取り付けられた永久磁石３４の過熱による減磁を抑制すると共にステータコア４２の冷却性を向上させることができ、電動機２０の引き摺り損失を抑制することができる。

実施例の電動機２０では、エンドプレート３６の複数の凸部３９の外周端にはそれぞれ軸方向外側に向かうほどエンドプレート３６の外径としては小さくなるテーパ部３９ａを形成するものとしたが、エンドプレートの凸部による外径がロータコアの外径より大きくなればよく、図５の変形例のエンドプレート１３６に例示するように、複数の凸部１３９の外周端にはロータコア３２の端部から延出するテーパ状に形成されていない板状で円環状の延出部１３９ａを形成するものとしてもよい。

実施例の電動機２０では、エンドプレート３６の円環状の中心部３８から突出する複数の凸部３９は略矩形状に形成されているものとしたが、中心部３９から径方向外側に突出する形状であれば如何なるものとしてもよく、図６の変形例のエンドプレート２３６に例示するように、径方向外側ほど周方向の幅が曲線的に小さくなる形状の複数の凸部２３８を形成するなどとしてもよい。

実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。実施例では、ロータ３０が「ロータ」に相当し、ロータコア３２が「ロータコア」に相当し、エンドプレート３６，３７が「エンドプレート」に相当し、中心部３８が「中心部」に相当し、凸部３９が「凸部」に相当し、ステータ４０が「ステータ」に相当し、ステータコア４２が「ステータコア」に相当し、コイルエンド部４４が「コイルエンド部」に相当する。また、エンドプレート１３６，２３６も「エンドプレート」に相当し、凸部１３９，２３９も「凸部」に相当する。ここで、「ロータ」としては、ロータ３０に限定されるものではなく、ロータコアに複数の永久磁石を組み込むと共にロータコアの積層端面にエンドプレートを取り付けて回転軸に固定されたものであれば如何なるものとしても構わない。「ロータコア」としては、ロータコア３２に限定されるものではなく、円環状の電磁鋼板を複数積層してなるものであれば如何なるものとしても構わない。「エンドプレート」としては、エンドプレート３６，３７やエンドプレート１３６，２３６に限定されるものではなく、ロータコアの積層端面に取り付けられ、中心部と複数の凸部とを有し、複数の凸部による外径がロータコアの外径より若干大きくなるように形成されてなるものであれば如何なるものとしても構わない。「中心部」としては、中心部３８に限定されるものではなく、エンドプレートに形成された円環状のものであれば如何なるものとしても構わない。「凸部」としては、凸部３９や凸部１３９，２３９に限定されるものではなく、エンドプレートに形成された中心部から径方向外側に突出するものであれば如何なるものとしても構わない。「ステータ」としては、ステータ４０に限定されるものではなく、ステータコアに巻線を券回すると共に巻線によりステータコアの軸方向端部から外側に突出するコイルエンド部が形成されて少なくともコイルエンド部に鉛直上方から冷却液が供給されるものであれば如何なるものとしても構わない。「ステータコア」としては、ステータコア４２に限定されるものではなく、内径がロータコアの外径より若干大きく軸方向の厚みがロータコアと略同一に形成されたものであれば如何なるものとしても構わない。なお、実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係は、実施例が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。即ち、課題を解決するための手段の欄に記載した発明についての解釈はその欄の記載に基づいて行なわれるべきものであり、実施例は課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎないものである。

以上、本発明を実施するための形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。

本発明は、電動機の製造産業などに利用可能である。

１０ 電動機ユニット、１２ ケース、２０ 電動機、２２ 回転軸、３０ ロータ、３２ ロータコア、３４ 永久磁石、３６，３７，１３６，２３６ エンドプレート、３８ 中心部、３９，１３９，２３９ 凸部、３９ａ テーパ部、４０ ステータ、４２ ステータコア、４４ コイルエンド部、５０ 冷却液パイプ、５２ パイプ孔、１３９ａ 延出部。

Claims (1)

1. 円環状の電磁鋼板を複数積層してなるロータコアに複数の永久磁石を組み込むと共に該ロータコアの積層端面にエンドプレートを取り付けて回転軸に固定されたロータと、内径が前記ロータコアの外径より若干大きく軸方向の厚みが前記ロータコアと略同一に形成されたステータコアに巻線を巻回すると共に該巻線により該ステータコアの軸方向端部から外側に突出するコイルエンド部が形成されて少なくとも前記コイルエンド部に鉛直上方から冷却液が供給されるステータと、を備える電動機であって、
   前記エンドプレートは、円環状の中心部と該中心部から径方向外側に突出する複数の凸部とを有し、該複数の凸部による外径が前記ロータコアの外径より若干大きくなり且つ前記ロータコアの積層方向外側に向かうほど小さくなるように形成されてなる、
   電動機。