JP2010263696A

JP2010263696A - モータの冷却構造

Info

Publication number: JP2010263696A
Application number: JP2009112609A
Authority: JP
Inventors: Yusuke Makino; 祐介牧野; Koichi Okada; 浩一岡田
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2009-05-07
Filing date: 2009-05-07
Publication date: 2010-11-18
Anticipated expiration: 2029-05-07
Also published as: JP5448559B2; WO2010128632A1

Abstract

【課題】ロータおよびステータで発生する熱を効率良く奪うことができ、モータ内部の冷却効果が高いモータの冷却構造を提供する。
【解決手段】モータは、ステータコイル３、および環状に配列または形成されたステータコア２を有するステータ１と、ステータコア２の内周側に位置してステータ１に対し回転自在となるロータ５とでなる。ロータ５は、ロータ回転軸７の外周にコア支持体部８を介してロータコア６を取付けてなる。ロータコア６は複数枚の鋼板６ａを軸方向に積層状に並べたものであり、一部の隣合う鋼板６ａ間に隙間１３を設けてある。ロータ回転軸７の内部に軸方向に延びる冷却油用の給油路２１を設け、この給油路２１と隙間１３とを連通する連通路２４を、ロータ回転軸７にコア支持体部８にわたって設ける。
【選択図】図１

Description

この発明は、ステータコアの内周側にロータを配置したモータにおけるモータ内部の冷却構造に関する。

ステータコイル、および環状に配列または形成されたステータコアを有するステータと、前記ステータコアの内周側に位置して前記ステータに対し回転自在なロータとでなるモータの内部冷却方式としては、例えば特許文献１に示されているように、ロータ回転軸の内部を中空にすると共に、この中空部と外周側とを連通する小穴を設け、前記中空部に外部から冷却油を圧送し、ロータ回転軸の回転による遠心力で中空部内の冷却油を小穴から外周側に飛散させて、ステータコイルを冷却する手法がとられていた。

特開平９−１５４２５８号公報

上記従来の冷却方法は、小穴から外周側に飛散した冷却油がステータコイルに当たることにより、ステータコイルで発生した熱を奪うことができる。しかし、ロータには冷却油が当たらないので、ロータで発生した熱を奪うことに限界がある。そこで、本件出願人は、ロータを、中心に位置するロータ回転軸の外周に筒状のロータスピンドルを設け、このロータスピンドルの外周にロータコアを取付けた構造とし、ロータ回転軸の外周面とロータスピンドルの内周面との間に端面が開口した冷却用空間を形成し、外部からロータ回転軸内の給油路に供給し、この給油路の冷却油を、ロータ回転軸の外周面に形成した冷却油吐出口から遠心力で冷却用空間に吐出させることで、ロータで発生した熱を効率良く奪うことができるようにしたモータの冷却構造を提案している（特願２００８−１４４１３４）。

上記提案例によれば、冷却用空間に吐出された冷却油は、ロータスピンドルの内周面に当たってロータを冷却した後、開口側の端面から冷却用空間外に出て、ステータコイルのコイルエンド部に当たってから回収される。そのため、ステータコイルのコイルエンド部で発生した熱も奪うことができる。しかし、ステータコイルのコイルエンド部以外の箇所には冷却油が当たらないので、ステータコイル全体を効率良く冷却するには問題がある。

この発明の目的は、ロータおよびステータで発生する熱を効率良く奪うことができ、モータ内部の冷却効果が高いモータの冷却構造を提供することである。

この発明にかかるモータの冷却構造は、ステータコイル、および環状に配列または形成されたステータコアを有するステータと、前記ステータコアの内周側に位置して前記ステータに対し回転自在となるロータとでなるモータにおいて、前記ロータは、ロータ回転軸の外周にコア支持体部を介してロータコアを取付けてなり、前記ロータコアは複数枚の鋼板を軸方向に積層状に並べたものであり、一部の隣合う鋼板間に隙間を設け、前記ロータ回転軸の内部に軸方向に延びる冷却油用の給油路を設け、この給油路と前記隙間とを連通する連通路を、前記ロータ回転軸に前記コア支持体部にわたって設けたことを特徴とする。前記ロータコアの前記鋼板間の隙間は、軸方向の複数箇所に設けられていてもよい。

この構成によれば、外部から供給される冷却油が、ロータ回転軸内の給油路および連通路を通って、ロータコアを構成する複数枚の鋼板における一部の隣合う鋼板間に設けた隙間に送られる。冷却油が隙間内に滞在する間に、ロータコアの熱を奪う。隙間内の冷却油は、ロータの回転により遠心力で外径側へ飛ばされて、ステータコイルおよびステータコアの内周面に当たる。それにより、ステータコイルで発生した熱、およびステータコイルから伝達されたステータコアの熱を奪う。このように、ロータおよびステータの各部の熱を効率良く奪うので、モータ内部の冷却効果が高い。

前記コア支持体部は、前記ロータ回転軸の外周に設けた筒状のロータスピンドルとすることができる。コア支持体部はロータ回転軸と一体に形成されていてもよいが、コア支持体部をロータ回転軸と別体のロータスピンドルとすれば、ロータの部品を加工し易い。

この発明において、前記連通路に連通して、前記冷却油を前記ロータコアの端面に導くロータ端面冷却路を設けるのが良い。
ロータ端面冷却路を設ければ、ロータコアの端面からもロータコアの熱を奪うことができるため、ロータの冷却効果をより一層高めることができる。

この発明において、隣合う鋼板間に、前記冷却油を内径側から外径側へ導く導油孔を内部に有する環状のスペーサを介在させることで、前記ロータコアの隙間を設けることができる。その場合、前記導油孔の外径端を、外径側ほど拡径したテーパ状に形成するのが好ましい。
隣合う鋼板間にスペーサを介在させることで、所定寸法の隙間を確実に確保することができる。冷却油が鋼板と接触する面積をなるべく広くとるために、スペーサは隣合う鋼板間の径方向の一部だけに介在させるのが良い。導油孔の外径端を外径側ほど拡径したテーパ状に形成すれば、導油孔から出た冷却油を広く拡散させられる。

この発明において、隣合う鋼板間に、前記冷却油を内径側から外径側へ導く導油用切欠きを外側面に有する環状のスペーサを介在させることで、前記ロータコアの隙間を設けてもよい。その場合、前記導油用切欠きの外径端を、外径側ほど拡径したテーパ状に形成するのが好ましい。
隣合う鋼板間にスペーサを介在させることで、所定寸法の隙間を確実に確保することができる。導油用切欠きの外径端を外径側ほど拡径したテーパ状に形成すれば、導油用切欠きから出た冷却油を広く拡散させられる。

この発明において、前記ステータを収容するステータハウジングを有する場合、このステータハウジングに、外部から前記ロータ回転軸の前記給油路に冷却油を供給する冷却油供給路を有する供給路形成部材を取付けることができる。
ステータハウジングに供給路形成部材を取付ければ、ロータ回転軸の給油路への冷却油供給部をコンパクトにできる。

この発明において、前記ステータを収容するステータハウジングを有する場合、このステータハウジングの下部に、前記冷却油を外部に排出する冷却油排出口を設けるのが良い。
ステータハウジングの下部に冷却油排出口を設ければ、ステータハウジング内の冷却油を効率良く外部に排出させることができる。

上記各冷却構造は各種モータに適用することができる。この冷却構造が適用されたモータは、内部の冷却性に優れる。

この発明のモータの冷却構造は、ステータコイル、および環状に配列または形成されたステータコアを有するステータと、前記ステータコアの内周側に位置して前記ステータに対し回転自在となるロータとでなるモータにおいて、前記ロータは、ロータ回転軸の外周にコア支持体部を介してロータコアを取付けてなり、前記ロータコアは複数枚の鋼板を軸方向に積層状に並べたものであり、一部の隣合う鋼板間に隙間を設け、前記ロータ回転軸の内部に軸方向に延びる冷却油用の給油路を設け、この給油路と前記隙間とを連通する連通路を、前記ロータ回転軸に前記コア支持体部にわたって設けたため、ロータおよびステータで発生する熱を効率良く奪うことができ、モータ内部の冷却効果が高い。

この発明の第１の実施形態にかかる冷却構造が適用されたモータの断面図である。（Ａ）は同モータのスペーサの正面図、（Ｂ）はそのIIＢ−IIＢ断面図である。この発明の第２の実施形態にかかる冷却構造が適用されたモータの断面図である。（Ａ）は同モータのスペーサの正面図、（Ｂ）はそのIVＢ−Ｏ−IVＢ´断面図である。

この発明の第１の実施形態を図１および図２と共に説明する。図１において、この冷却構造が適用されたモータは、ステータ１とロータ５とでなり、それぞれのステータコア２とロータコア６間にラジアル方向のギャップ部９を設けたラジアルギャップ型のモータである。

ステータ１は、環状に配置された複数の前記ステータコア２と、このステータコア２の径方向を向く中心軸周りに巻かれたステータコイル３と、これらステータコア２およびステータコイル３を収容するステータハウジング４とで構成される。ステータコア２は、複数枚の鋼板２ａを軸方向に積層状に並べた積層鋼板からなり、ステータハウジング４の内周面に固定されている。ステータコイル３の軸方向一端には、ステータハウジング４の外部に繋がるコイル引出し部３ａが設けられている。

ロータ５は、前記ステータコア２の内周側に配置されたものであり、永久磁石からなる環状の前記ロータコア６と、ロータ５の中心に位置するロータ回転軸７と、これらロータコア６とロータ回転軸７間に介在して両者を一体に回転するように結合するコア支持体部としての筒状のロータスピンドル８とで構成される。

ロータ回転軸７は、一対の軸受１１によりステータハウジング４の両側側板部４ａ，４ｂに対し回転自在に支持されている。ロータ回転軸７は中間部に拡径部７ａを有し、この拡径部７ａの右側面にロータスピンドル８の左側面を接触させて、ロータ回転軸７の外周にロータスピンドル８が設けられている。ロータ回転軸７とロータスピンドル８とは、例えば圧入により互いに固定されている。この実施形態のように、ロータ回転軸７とコア支持体部としてのロータスピンドル８とを別体とせずに、ロータ回転軸７と一体のコア支持体部（図示せず）を設けてもよいが、ロータ回転軸７とコア支持体部とを別体にした方が両者の加工が容易である。

ロータスピンドル８は、軸方向両側に延びる外径部８ａを有し、この外径部８ａの軸方向両端に外径側に延びるつば部８ｂ，８ｃが設けられている。一方のつば部８ｂは外径部８ａと一体に形成され、他方のつば部８ｃは外径部８ａと別の部材をボルト１２で外径部８ａに固定することで形成してある。そして、これらつば部８ｂ，８ｃ間の外径部８ａの外周面に、ロータコア６が圧入により固定状態に取付けられている。

ロータコア６は、複数枚の円環状の鋼板６ａを軸方向に積層状に並べた積層鋼板からなり、一部の隣合う鋼板６ａ間に隙間１３が設けられている。この例では、軸方向の２箇所に隙間１３が設けられているが、隙間１３は１箇所であっても、３箇所以上であってもよい。隙間１３は、鋼板６ａ間の内径端付近に、図２に示すスペーサ１４を介在させることで形成されている。スペーサ１４は所定幅の円環状の部材であり、周方向の複数箇所に内径側と外径側とを連通する導油孔１５が設けられている。この導油孔１５の外径端は、図２の部分拡大図に示すように、外径側ほど拡径したテーパ部１５ａとされている。

また、ロータコア６の端面とロータスピンドル８のつば部８ｂ，８ｃとの間にそれぞれ冷却路形成部材１６が介在されており、この冷却路形成部材１６に、ロータコア６側に開口して径方向に延びる溝状のロータ端面冷却路１７，１８がそれぞれ複数本ずつ設けられている。一方のロータ端面冷却路１７は、中間部よりも外径側の部分１７ａがロータコア６の端面から離れて軸方向外側へ延び、その先端が冷却路形成部材１６の外側面に開口している。もう一方のロータ端面冷却路１８は、内径端から外径端にわたってロータコア６の端面に沿って設けられ、外径端は冷却路形成部材１６の外周面に面している。これらロータ端面冷却路１７，１８は、交互に周方向等間隔で設けられている。

ロータ回転軸７の軸芯部には、一端が開口し軸方向に延びる冷却油用の給油路２１が設けられている。給油路２１は、ロータコア６の軸方向の中心よりも他端側まで延び、その先端はロータスピンドル８のロータ回転軸７に嵌合する部分の側面と略同じ位置とされている。給油路２１は、内径が比較的大きめで、例えばロータ回転軸７の外径の１／３〜１／２程度以上とされ、ロータ回転軸７内に中空状の空間を形成している。そして、この給油路２１の閉塞側の端部付近からロータスピンドル８の外周にわたって、周方向に複数の連通孔２２が設けられている。また、ロータスピンドル８の外周面には、連通孔２２の外径端に繋がる軸方向の連通溝２３が形成されている。これら連通孔２２および連通溝２３で、給油路２１と前記隙間１３およびロータ端面冷却路１７，１８とを連通する連通路２４を構成している。

給油路２１の開口端は、外部から冷却油を供給するための冷却油供給路２５の出口に隣接して非接触で対向して連通している。冷却油供給路２５は、ステータハウジング４に取付けられた供給路形成部材２６に形成されている。供給路形成部材２６は、ロータ回転軸７が嵌まる軸端進入凹部２６ａを有し、この軸端進入凹部２６ａとロータ回転軸７の外周面との間でラビリンスシールを構成している。ロータ回転軸７の他端は、オイルシール等の接触式のシール２７により密封されている。また、ステータハウジング４の下部には冷却油排出口２８が設けられ、この冷却油排出口２８に冷却油排出路２９が接続されている。冷却油排出路２９は冷却油供給装置（図示せず）を経由して前記冷却油供給路２５に繋がっている。冷却油供給装置は、冷却装置、ポンプ、フィルタ等を組み合わせたものである。

このモータの冷却構造によると、外部から圧送されてくる冷却油３０が、ロータ回転軸７内の給油路２１に供給され、軸芯冷却を行う。給油路２１は内径が比較的大きく、多量の冷却油３０が滞留するため、ロータ回転軸７の回転抵抗により発生した熱を効果的に奪うことができる。給油路２１内の冷却油３０は、連通孔２２および連通溝２３からなる連通路２４を通って、一部はスペーサ１４の導油孔１５からロータコア６の隙間１３内に吐出され、残りはロータ端面冷却路１７，１８に流れ込む。導油孔１５の外径端は外径側ほど拡径したテーパ部１５ａになっているため、導油孔１５から吐出される冷却油３０は隙間１３内に広く拡散する。冷却油３０が隙間１３内に滞在する間に、ロータコア６の軸方向中央部の熱を奪う。また、ロータ端面冷却路１７，１８を流れる冷却油３０により、ロータコア６の端面付近の熱を奪う。

隙間１３内に吐出された冷却油３０は、ロータ５の回転による遠心力で外径側へ飛ばされ、ステータコア２およびステータコイル３の内周面に当たる。それにより、ステータコイル３で発生した熱、およびステータコイル３から伝達されたステータコア２の熱を奪う。また、ロータ端面冷却路１７，１８から流出した冷却油３０も、ステータコイル３の軸方向両端部に当たり、ステータコイル３で発生した熱を奪う。ロータ端面冷却路１７からの冷却油３０の流出方向を斜め外向きとすることで、冷却油３０を広い範囲に拡散させることができ、ステータコイル３の軸方向両端部の冷却効果が高い。

このように、冷却油３０により、ロータ５およびステータ１の各部の熱を効率良く奪うので、モータ内部の冷却効果が高い。それにより、ステータコイル３の発熱等によるモータ内部の温度上昇を抑えて、モータの破損を回避することができる。このため、小型高出力のモータに効果的である。

遠心力でステータコイル３まで飛ばされた冷却油３０は、その後、重力により落下してステータハウジング４の下部に溜まる。そして、冷却油排出口２８から冷却油排出路２９を通って、冷却油供給装置に戻される。

図３および図４は、この発明の第２の実施形態を示す。この実施形態のモータの冷却構造が前記実施形態のものと異なる点は、ロータコア６の鋼板６ａ間に隙間１３を設けるためのスペーサにある。図４に示すように、この実施形態のスペーサ３４は、概略形状が環状の円板で、冷却油３０を内径側から外径側へ導く導油用切欠き３５が両側面に複数ずつ設けられている。導油用切欠き３５の外径端は、外径側ほど拡径したテーパ状部３５ａとされている。このスペーサ３４は、隙間１３の内径端から外径端にわたって設けられている。他は、第１の実施形態と同じ構成である。

このモータの冷却構造の場合、連通路２４を流れる冷却油３０の一部が、ロータコア６の隙間１３内に設けられたスペーサ３４の導油用切欠き３５を通って、ロータコア６の外周面に吐出する。導油用切欠き３５は鋼板６ａに面しているため、冷却油３０が導油用切欠き３５を通る際に、ロータコア６の軸方向中央部の熱を奪う。導油用切欠き３５の外径端は外径側ほど拡径したテーパ部３５ａになっているため、導油用切欠き３５から吐出される冷却油３０は広く拡散して、ステータコア２およびステータコイル３の内周面に当たる。それにより、ステータコア２およびステータコイル３で発生した熱を奪う。他の冷却油３０の流れは前記同様であり、同様の作用および効果が得られる。

１…ステータ
２…ステータコア
３…ステータコイル
４…ステータハウジング
５…ロータ
６…ロータコア
６ａ…鋼板
７…ロータ回転軸
８…ロータスピンドル（コア支持体部）
１３…隙間
１４，３４…スペーサ
１５…導油路
１５ａ…テーパ部
１７，１８…ロータ端面冷却路
２１…給油路
２２…連通孔
２３…連通溝
２４…連通路
２５…冷却油供給路
２６…供給路形成部材
２８…冷却油排出口
３０…冷却油
３５…導油用切欠き
３５ａ…テーパ部

Claims

ステータコイル、および環状に配列または形成されたステータコアを有するステータと、前記ステータコアの内周側に位置して前記ステータに対し回転自在となるロータとでなるモータにおいて、前記ロータは、ロータ回転軸の外周にコア支持体部を介してロータコアを取付けてなり、前記ロータコアは複数枚の鋼板を軸方向に積層状に並べたものであり、一部の隣合う鋼板間に隙間を設け、前記ロータ回転軸の内部に軸方向に延びる冷却油用の給油路を設け、この給油路と前記隙間とを連通する連通路を、前記ロータ回転軸に前記コア支持体部にわたって設けたことを特徴とするモータの冷却構造。
請求項１において、前記ロータコアの前記鋼板間の隙間が軸方向の複数箇所に設けられたモータの冷却構造。
請求項１または請求項２において、前記コア支持体部は、前記ロータ回転軸の外周に設けた筒状のロータスピンドルであるモータの冷却構造。
請求項１ないし請求項３のいずれか１項において、前記連通路に連通して、前記冷却油を前記ロータコアの端面に導くロータ端面冷却路を設けたモータの冷却構造。
請求項１ないし請求項４のいずれか１項において、隣合う鋼板間に、前記冷却油を内径側から外径側へ導く導油孔を内部に有する環状のスペーサを介在させることで、前記ロータコアの隙間を設けたモータの冷却構造。
請求項５において、前記導油孔の外径端を、外径側ほど拡径したテーパ状に形成したモータの冷却構造。
請求項１ないし請求項４のいずれか１項において、隣合う鋼板間に、前記冷却油を内径側から外径側へ導く導油用切欠きを外側面に有する環状のスペーサを介在させることで、前記ロータコアの隙間を設けたモータの冷却構造。
請求項７において、前記導油用切欠きの外径端を、外径側ほど拡径したテーパ状に形成したモータの冷却構造。
請求項１ないし請求項８のいずれか１項において、前記ステータを収容するステータハウジングを有し、このステータハウジングに、外部から前記ロータ回転軸の前記給油路に冷却油を供給する冷却油供給路を有する供給路形成部材を取付けたモータの冷却構造。
請求項１ないし請求項９のいずれか１項において、前記ステータを収容するステータハウジングを有し、このステータハウジングの下部に、前記冷却油を外部に排出する冷却油排出口を設けたモータの冷却構造。
請求項１ないし請求項１０のいずれか１項に記載の冷却構造を備えたモータ。