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技術 モータ

出願人 トヨタ自動車株式会社
発明者 中村喜代治
出願日 2016年8月15日 (3年7ヶ月経過) 出願番号 2016-159219
公開日 2018年2月22日 (2年1ヶ月経過) 公開番号 2018-029411
状態 特許登録済
技術分野 電動機、発電機の冷却
主要キーワード 高回転化 冷却系統 磁性鋼板 冷却機構 エンドプレート FCスタック 冷却液 圧縮応力
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2018年2月22日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (3)

課題

ロータ冷却性能に優れたモータを実現する。

解決手段

本発明の一形態に係るモータ1は、回転軸6を中心に回転するロータ3と、ロータ3を囲むように配置されたステータ4と、ロータ3の軸方向の端部に配置され、回転軸6を中心に回転するスペーサ7と、スペーサ7におけるロータ3に対して逆側に配置され、回転軸6を支持するベアリング8と、ステータ4を収容する筐体2に形成され、スペーサ7に冷却液を供給すると共にベアリング8に冷却液を供給する流路と、を備え、スペーサ7の外形は、ロータ3側に向かうに従って径が大きくなる円錐形状であり、スペーサ7の表面には、ロータ3の回転方向に対して逆方向に沿ってロータ3側に向かう螺旋溝7bが形成されている。

概要

背景

近年、モータ高回転化が要求されているが、モータの高回転化に伴い渦電流が発生して当該モータが発熱するため、一般的にモータを冷却機構によって冷却している。

例えば、特許文献1のモータは、ステータスロットに挿入されたコイルを固定するための樹脂モールドロータの軸方向に延在する溝を形成し、当該溝にオイルを流すことでステータを冷却する構成とされている。

概要

ロータの冷却性能に優れたモータを実現する。本発明の一形態に係るモータ1は、回転軸6を中心に回転するロータ3と、ロータ3を囲むように配置されたステータ4と、ロータ3の軸方向の端部に配置され、回転軸6を中心に回転するスペーサ7と、スペーサ7におけるロータ3に対して逆側に配置され、回転軸6を支持するベアリング8と、ステータ4を収容する筐体2に形成され、スペーサ7に冷却液を供給すると共にベアリング8に冷却液を供給する流路と、を備え、スペーサ7の外形は、ロータ3側に向かうに従って径が大きくなる円錐形状であり、スペーサ7の表面には、ロータ3の回転方向に対して逆方向に沿ってロータ3側に向かう螺旋溝7bが形成されている。

目的

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

回転軸を中心に回転するロータと、前記ロータを囲むように配置されたステータと、前記ロータの軸方向の端部に配置され、前記回転軸を中心に回転するスペーサと、前記スペーサにおける前記ロータに対して逆側に配置され、前記回転軸を支持するベアリングと、前記ステータを収容する筐体に形成され、前記スペーサに冷却液を供給すると共に前記ベアリングに冷却液を供給する流路と、を備え、前記スペーサの外形は、前記ロータ側に向かうに従って径が大きくなる円錐形状であり、前記スペーサの表面には、前記ロータの回転方向に対して逆方向に沿って当該ロータ側に向かう螺旋溝が形成されている、モータ

技術分野

0001

本発明は、モータに関する。

背景技術

0002

近年、モータの高回転化が要求されているが、モータの高回転化に伴い渦電流が発生して当該モータが発熱するため、一般的にモータを冷却機構によって冷却している。

0003

例えば、特許文献1のモータは、ステータスロットに挿入されたコイルを固定するための樹脂モールドロータの軸方向に延在する溝を形成し、当該溝にオイルを流すことでステータを冷却する構成とされている。

先行技術

0004

特開2014−23387号公報

発明が解決しようとする課題

0005

モータは、ステータだけでなく、ロータも発熱する場合がある。しかしながら、特許文献1のモータは、ステータを冷却することはできるが、ロータにオイルを供給することができる構成とされていないため、ロータを十分に冷却できない可能性がある。

0006

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、ロータの冷却性能に優れたモータを実現する。

課題を解決するための手段

0007

本発明の一態様に係るモータは、
回転軸を中心に回転するロータと、
前記ロータを囲むように配置されたステータと、
前記ロータの軸方向の端部に配置され、前記回転軸を中心に回転するスペーサと、
前記スペーサにおける前記ロータに対して逆側に配置され、前記回転軸を支持するベアリングと、
前記ステータを収容する筐体に形成され、前記スペーサに冷却液を供給すると共に前記ベアリングに冷却液を供給する流路と、
を備え、
前記スペーサの外形は、前記ロータ側に向かうに従って径が大きくなる円錐形状であり、
前記スペーサの表面には、前記ロータの回転方向に対して逆方向に沿って当該ロータ側に向かう螺旋溝が形成されている。
このような構成により、ロータが回転すると、スペーサに供給された冷却液には、螺旋溝によってロータ側に向かう力が付与され、冷却液が螺旋溝に沿ってロータ側に向かって移動し、ロータの表面にかかる。その結果、冷却液によってロータを冷却することができる。そのため、ロータの冷却性能が優れている。

発明の効果

0008

本発明によれば、ロータの冷却性能に優れたモータを実現することができる。

図面の簡単な説明

0009

実施の形態のモータを模式的に示す断面図である。
実施の形態のモータにおけるスペーサを模式的に示す斜視図である。

実施例

0010

以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。但し、本発明が以下の実施の形態に限定される訳ではない。また、説明を明確にするため、以下の記載及び図面は、適宜、簡略化されている。

0011

先ず、本実施の形態のモータの基本構成を説明する。図1は、本実施の形態のモータを模式的に示す断面図である。ここで、以下の説明では、説明を明確にするために、図1に示すようにモータの上下方向及び左右方向を規定するが、これらの方向はモータの使用形態によって、適宜、変更される。

0012

本実施の形態のモータ1は、FC(燃料電池)用コンプレッサのモータとして好適であり、図1に示すように、筐体2、ロータ3、ステータ4及び冷却機構5を備えている。このようなモータ1は、予め設定された一方向(例えば、図1の矢印方向)のみに回転する。但し、本実施の形態のモータ1は、FC用コンプレッサのモータとして構成しているが、他のモータであっても同様に実施することができる。

0013

筐体2は、ロータ3及びステータ4を収容する第1の収容部2a、空気の吸気口2b、吸気口2bから供給された空気を排出する排気口2c、及び吸気口2bと排気口2cとを連通する第1の流路2dを備えている。

0014

ロータ3は、図1に示すように、磁石3a、筒体3b及びエンドプレート3cを備えている。磁石3aは、ロータ3の左右方向に貫通部が延在する円筒形状に形成されている。筒体3bは、ロータ3の左右方向に貫通部が延在する円筒形状に形成されており、磁石3aに圧縮応力が付与されるように、筒体3bの貫通部に磁石3aが圧入されている。エンドプレート3cは、磁石3aの貫通部と略等しい内径を有する貫通部を有し、磁石3aを磁石3aの左右方向から挟み込むように筒体3bの貫通部に嵌め込まれている。

0015

このようなロータ3の磁石3a及びエンドプレート3cの貫通部には、モータ1の左右方向に延在する回転軸6が圧入されている。そして、ロータ3は、筐体2の第1の収容部2aに収容された状態で、回転軸6を介して筐体2に回転可能に支持されている。

0016

本実施の形態では、モータ1の左右方向からロータ3を挟み込むように回転軸6にスペーサ7、ベアリング8及びシール材9が設けられており、ベアリング8及びシール材9を介して回転軸6が筐体2に回転可能に支持されている。つまり、ロータ3の軸方向の端部にスペーサ7が配置され、さらにスペーサ7におけるロータ3に対して逆側にベアリング8が配置されている。これにより、ロータ3が回転軸6を介して筐体2に回転可能に支持されることになる。なお、スペーサ7の具体的な形状については後述する。

0017

回転軸6の右側部分には、ロータ3の回転角度を検出するためのレゾルバ10が設けられている。そして、回転軸6の右端部にねじ込まれたナット11の軸力で、ロータ3、左右のスペーサ7、左右のベアリング8、シール材9、レゾルバ10を当該回転軸6に形成されたフランジ部6aとの間で締結してロータ3と回転軸6を回転可能に支持している。ちなみに、本実施の形態では、筐体2に形成された第2の収容部2eにレゾルバ10が収容されているが、レゾルバ10の配置は限定されない。

0018

回転軸6の左側部分(回転軸6のフランジ部6aより左側の部分)は、筐体2の第1の流路2dに突出している。そして、回転軸6の左側部分には、筐体2の第1の流路2d内に配置されたタービン12が通されており、タービン12を回転軸6のフランジ部6aとの間で固定するように当該回転軸6の左端部にナット13がねじ込まれている。そのため、回転軸6が回転すると、筐体2の吸気口2bから吸い込まれた空気はタービン12で圧縮されて筐体2の排気口2cから排気され、例えば、FCスタックに供給される。

0019

ステータ4は、ロータ3を囲むように配置されており、筐体2の第1の収容部2aに収容された状態で当該筐体2に固定されている。ステータ4は、ステータコア4a及びステータコイル4bを備えている。ステータコア4aは、複数枚磁性鋼板4cを積層して成り、内部をロータ3が貫通している。ステータコイル4bは、ステータコア4aに形成された所定のティースに捲回されている。

0020

冷却機構5は、ロータ3及びステータ4を冷却する。本実施の形態の冷却機構5は、ポンプ5a及び冷却器5bを備えている。ポンプ5aは、筐体2における第1の収容部2aの下方に形成された受け部2fに溜まった冷却液を冷却器5bに送り出す。

0021

ちなみに、冷却液は、一般的にベアリング8を潤滑するために用いられているATF(Automatic transmission fluid)などのオイルが好適である。

0022

冷却器5bは、ポンプ5aから送り出された冷却液を冷却して筐体2に形成された第2の流路2gに供給する。第2の流路2gには、スペーサ7及びベアリング8に冷却液を導く第3の流路2h、及びステータ4に冷却液を導く第4の流路2iが接続されている。

0023

これにより、第2の流路2gに供給された冷却液は、第3の流路2hを介してスペーサ7及びベアリング8に供給される。また、第2の流路2gに供給された冷却液は、第4の流路2iを介してステータ4に供給される。

0024

その結果、ベアリング8及びステータ4を冷却することができる。ちなみに、供給された冷却液は、筐体2の受け部2fに集められ、再び、ポンプ5aで冷却器5bに送り出される。

0025

ここで、本実施の形態のモータ1は、ステータ4やベアリング8だけでなく、ロータ3の冷却性能に優れた構成とされており、スペーサ7を介してロータ3に冷却液を供給できる構成とされている。

0026

次に、本実施の形態のモータ1におけるスペーサ7の構成を説明する。図2は、本実施の形態のモータにおけるスペーサを模式的に示す斜視図である。なお、ロータ3に対して右側に配置されたスペーサ7を代表して説明するが、左側に配置されたスペーサ7も等しい構成とされている。

0027

本実施の形態のスペーサ7は、図2に示すように、モータ1の左右方向に貫通する貫通部7aを備えている。そして、スペーサ7の外形は、ロータ3側に向かうに従って径が大きくなる円錐形状を基本形態としている。例えば、スペーサ7におけるロータ3側の端部の外径は、ロータ3の外径と略等しく、スペーサ7におけるベアリング8側の端部の外径は、ベアリング8の内輪8aの外径と略等しい。このようなスペーサ7は、スペーサ7の貫通部7aに回転軸6が通され、ナット11の軸力でロータ3と締結されている。そのため、スペーサ7は、ロータ3と共に回転軸6を中心に回転する。

0028

スペーサ7の表面には、ロータ3の回転方向に対して逆方向に沿って当該ロータ3側に向かう螺旋溝7bが形成されている。そのため、ロータ3が回転すると、スペーサ7に供給された冷却液には、螺旋溝7bによってロータ3側に向かう力が付与され、冷却液が螺旋溝7bに沿ってロータ3側に向かって移動する。

0029

このとき、冷却液は、表面張力によって螺旋溝7bに付着する。また、スペーサ7の螺旋溝7bに沿って移動する冷却液に引き込まれて、ベアリング8に供給された冷却液が当該ベアリング8の内輪8aを伝ってスペーサ7側に移動し、スペーサ7に冷却液が供給される。

0030

このようにロータ3側に移動した冷却液は、ロータ3の表面にかかる。その結果、冷却液によってロータ3を冷却することができる。そのため、本実施の形態のモータ1は、ロータ3の冷却性能に優れた構成にすることができる。

0031

しかも、ロータ3の表面にかかった冷却液は、ロータ3の回転によって飛散し、ステータ4にかけることができる。そのため、本実施の形態のモータ1は、ステータ4の冷却性能も優れた構成にすることができる。

0032

また、ベアリング8の冷却系統とロータ3の冷却系統を共通化することができ、モータ1の構成を簡略化することができる。

0033

本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。

0034

1モータ
2筐体m2a 第1の収容部、2b吸気口、2c排気口、2d 第1の流路、2e 第2の収容部、2f 受け部、2g 第2の流路、2h 第3の流路、2i 第4の流路
3ロータ、3a磁石、3b筒体、3cエンドプレート
4ステータ
4aステータコア、4c磁性鋼板
4bステータコイル
5冷却機構、5aポンプ、5b冷却器
6回転軸、6aフランジ部
7スペーサ、7a 貫通部、7b螺旋溝
8ベアリング、8a内輪
9シール材
10レゾルバ
11、13ナット
12 タービン

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