JP2004072947A - 複軸多層モータのステータ冷却構造 - Google Patents

複軸多層モータのステータ冷却構造 Download PDF

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Abstract

【課題】分配された全ての冷媒路の路長をほぼ同じ長さの路長とすることで、ステータ冷却の偏りを緩和することができる複軸多層モータのステータ冷却構造を提供すること。
【解決手段】ステータSを挟んで同心円状にインナーロータIRとアウターロータORとを配置し、前記ステータSは、モータ回転軸を中心とする円周に等ピッチで配列したコイル42を巻き付けたステータピース積層体41と、該ステータピース積層体41のコイル発熱を冷却するステータ冷却用の冷媒路43と、を有する複軸多層モータMにおいて、冷媒導入路90→冷媒分配蓋部材91の往路91a→冷媒分配板部材92の往路用分配穴92a→冷媒往路93→冷媒Uターン蓋部材95の連通凹部95a→冷媒復路94→冷媒分配板部材92の復路用分配穴92b→冷媒分配蓋部材91の復路91b→冷媒排出路96へと冷媒が流れる冷媒路43とし、冷媒往路93と冷媒復路94との組みが周方向に隣り合うと共に、冷媒分配蓋部材91に往路91aと復路91bを仕切る周方向の仕切壁91cを設けた。
【選択図】    図7

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ハイブリッド駆動ユニット等に適用される複軸多層モータのステータ冷却構造の技術分野に属する。
【0002】
【従来の技術】
従来、複軸多層モータのステータ冷却構造としては、例えば、特開2000−14086号公報に記載のものが知られている。
【0003】
上記従来公報に記載の複軸多層モータは、熱源であるステータの固定方法として、熱伝達効率の良い樹脂をステータ組立体内に充填させる方法を採っている。そして、ステータ間近の樹脂に冷媒を通す通路を設け、その通路に冷却水を循環させることにより、その樹脂を冷却して間接的にステータを冷却し、性能の安定化を図るものが記載されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の複軸多層モータのステータ冷却構造にあっては、冷媒分配構造を、冷却液入口が連通する入口側環状流路と、冷却液出口が連通する出口側環状流路と、入口側環状流路と各軸方向流路とに連通する複数の入口側環状流路と、出口側環状流路と各軸方向流路とに連通する複数の出口側環状流路と、冷却液入口及び出口の反対側にて隣接する軸方向油路を連通するUターン流路と、により構成されているため、冷却液入口から冷却液出口までの流路長が、冷却液入口と冷却液出口に近い流路長が短く、冷却液入口と冷却液出口に遠い流路長が長くなるというように、各流路長が異なり、ステータ冷却が偏り、ステータを周方向に均一に冷却できないという問題点があった。
【0005】
本発明は、上記問題点に着目してなされたもので、分配された全ての冷媒路の路長をほぼ同じ長さの路長とすることで、ステータ冷却の偏りを緩和することができる複軸多層モータのステータ冷却構造を提供することを課題とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明のステータ冷却構造では、ステータを挟んで同心円状にインナーロータとアウターロータとを配置し、前記ステータは、モータ回転軸を中心とする円周に等ピッチで配列した多相コイルを巻き付けたステータピース積層体と、該ステータピース積層体のコイル発熱を冷却する冷媒路と、を有する複軸多層モータにおいて、冷媒導入路→冷媒分配蓋部材の往路→冷媒分配板部材の往路用分配穴→冷媒往路→冷媒Uターン蓋部材→冷媒復路→冷媒分配板部材の復路用分配穴→冷媒分配蓋部材の復路→冷媒排出路へと冷媒が流れる冷媒路とし、冷媒往路と冷媒復路との組みが周方向に隣り合うと共に、冷媒分配蓋部材に往路と復路を仕切る周方向の仕切壁を設けた。
【0007】
すなわち、冷媒分配板部材の往路用分配穴と冷媒導入路との流路長が短ければ冷媒分配板部材の復路用分配穴と冷媒排出路との流路長が長くなり、逆に、冷媒分配板部材の往路用分配穴と冷媒導入路との流路長が長ければ冷媒分配板部材の復路用分配穴と冷媒排出路との流路長が短くなるというように、往路と復路の組みによる各流路において、冷媒分配蓋部材の往路と復路を通過するための冷媒の合計流路長がほぼ同じ長さになる構成とした。
【0008】
【発明の効果】
よって、本発明のステータ冷却構造にあっては、冷媒導入路から冷媒排出路に至るまでの全ての冷媒路の路長が、ほぼ同じ長さの路長となるようにしたため、各冷媒路による冷却効果がほぼ均一となり、ステータ冷却の偏りを緩和することができる。
【0009】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の複軸多層モータのステータ冷却構造を実現する実施の形態を図面に基づいて説明する。
【0010】
(第1実施例)
まず、構成を説明する。
【0011】
[ハイブリッド駆動ユニットの全体構成]
図1は第1実施例の複軸多層モータが適用されたハイブリッド駆動ユニットの全体図であり、図1において、Eはエンジン、Mは複軸多層モータ、Gはラビニョウ型複合遊星歯車列、Dは駆動出力機構、1はモータカバー、2はモータケース、3はギヤハウジング、4はフロントカバーである。
【0012】
前記エンジンEは、ハイブリッド駆動ユニットの主動力源であり、エンジン出力軸5とラビニョウ型複合遊星歯車列Gの第2リングギヤR2とは、回転変動吸収ダンパー6及び多板クラッチ7を介して連結されている。
【0013】
前記複軸多層モータMは、外観的には1つのモータであるが2つのモータジェネレータ機能を有する副動力源である。この複軸多層モータMは、前記モータケース2に固定され、コイルを巻いた固定電機子としてのステータSと、前記ステータSの内側に配置し、永久磁石を埋設したインナーロータIRと、前記ステータSの外側に配置し、永久磁石を埋設したアウターロータORと、を同軸上に三層配置することで構成されている。前記インナーロータIRに固定の第1モータ中空軸8は、ラビニョウ型複合遊星歯車列Gの第1サンギヤS1に連結され、前記アウターロータORに固定の第2モータ軸9は、ラビニョウ型複合遊星歯車列Gの第2サンギヤS2に連結されている。
【0014】
前記ラビニョウ型複合遊星歯車列Gは、二つのモータ回転数を制御することにより無段階に変速比を変える無段変速機能を有する遊星歯車機構である。このラビニョウ型複合遊星歯車列Gは、互いに噛み合う第1ピニオンP1と第2ピニオンP2を支持する共通キャリヤCと、第1ピニオンP1に噛み合う第1サンギヤS1と、第2ピニオンP2に噛み合う第2サンギヤS2と、第1ピニオンP1に噛み合う第1リングギヤR1と、第2ピニオンP2に噛み合う第2リングギヤR2との5つの回転要素を有して構成されている。前記第1リングギヤR1とギヤハウジング3との間には多板ブレーキ10が介装されている。前記共通キャリヤCには、出力ギヤ11が連結されている。
【0015】
前記駆動出力機構Dは、出力ギヤ11と、第1カウンターギヤ12と、第2カウンターギヤ13と、ドライブギヤ14と、ディファレンシャル15と、ドライブシャフト16L,16Rにより構成されている。そして、出力ギヤ11からの出力回転及び出力トルクは、第1カウンターギヤ12→第2カウンターギヤ13→ドライブギヤ14→ディファレンシャル15を経過し、ドライブシャフト16L,16Rから図外の駆動輪へ伝達される。
【0016】
すなわち、ハイブリッド駆動ユニットは、前記第2リングギヤR2とエンジン出力軸5を連結し、前記第1サンギヤS1と第1モータ中空軸8とを連結し、前記第2サンギヤS2と第2モータ軸9とを連結し、前記共通キャリヤCに出力ギヤ11を連結することにより構成されている。
【0017】
[複軸多層モータの構成]
図2は第1実施例のステータ冷却構造が適用された複軸多層モータMを示す縦断側面図、図3は第1実施例のステータ冷却構造が適用された複軸多層モータMを示す一部縦断正面図、図4は第1実施例のステータを背面側から視た図である。
【0018】
図2において、1はモータカバー、2はモータケースであり、これらに囲まれたモータ室17内にインナーロータIRとステータSとアウターロータORとにより構成された複軸多層モータMが配置されている。
【0019】
前記インナーロータIRは、その内筒面が第1モータ中空軸8の段差軸端部に対して圧入(或いは焼きばめ)により固定されている。このインナーロータIRには、図3に示すように、ロータベース20に対し磁束形成を考慮した配置によるインナーロータマグネット21(永久磁石)が軸方向に12本埋設されている。但し、2本が対となってV字配置されて同じ極性をしめし、3極対としてある。
【0020】
前記ステータSは、ステータピース40を積層したステータピース積層体41とコイル42とステータ冷却用の冷媒路43とインナー側ボルト・ナット44とアウター側ボルト・ナット45と樹脂モールド部46とを有して構成されている。そして、ステータSの正面側端部が、正面側エンドプレート47とステータシャフト48とを介してモータケース2に固定されている。
【0021】
前記コイル42は、コイル数が18で、図4に示すように、6相コイルを3回繰り返しながら円周上に配置される。
【0022】
そして、前記6相コイル42に対しては、図外のインバータから給電接続端子50とバスバー径方向積層体51と給電コネクタ52とバスバー軸方向積層体53を介して複合電流が印加される(図18参照)。この複合電流は、アウターロータORを駆動させるための3相交流と、インナーロータIRを駆動させるための6相交流を複合させたものである。
【0023】
前記アウターロータORは、その外筒面がアウターロータケース62に対してロー付け、或いは、接着により固定されている。そして、アウターロータケース62の正面側には正面側連結ケース63が固定され、背面側には背面側連結ケース64が固定されている。そして、この背面側連結ケース64に第2モータ軸9がスプライン結合されている。このアウターロータORには、図3に示すように、ロータベース60に対し磁束形成を考慮した配置によるアウターロータマグネット61(永久磁石)が、両端位置に空間を介して軸方向に12本埋設されている。このアウターロータマグネット61は、インナーロータマグネット21と異なり、1本づつ極性が違い、6極対をなしている。
【0024】
図2において、80,81はアウターロータ6をモータケース2及びモータカバー1に支持する一対のアウターロータ支持ベアリングである。82はインナーロータIRをモータケース2に支持するインナーロータ支持ベアリング、83はアウターロータORに対しステータSを支持するステータ支持ベアリング、84は第1モータ中空軸8と第2モータ軸9との間に介装される中間ベアリングである。
【0025】
また、図2において、85はインナーロータIRの回転位置を検出するインナーロータレゾルバ、86はアウターロータORの回転位置を検出するアウターロータレゾルバである。
【0026】
[遊星歯車機構の構成]
図5はハイブリッド駆動ユニットのラビニョウ型複合遊星歯車列Gを示す縦断面図である。図5において、2はモータケース、3はギヤハウジング、4はフロントカバーであり、これらに囲まれたギヤ室30内にラビニョウ型複合遊星歯車列G及び駆動出力機構Dが配置されている。
【0027】
前記ラビニョウ型複合遊星歯車列Gの第2リングギヤR2には、回転変動吸収フライホイールダンパー6と変速機入力軸31とクラッチドラム32とを介し、多板クラッチ7の締結時にエンジンEからの回転駆動トルクが入力される。
【0028】
前記ラビニョウ型複合遊星歯車列Gの第1サンギヤS1には、第1モータ中空軸8がスプライン結合され、決められたモータ動作点にしたがって、複軸多層モータMのインナーロータIRから第1トルクと第1回転数が入力される。
【0029】
前記ラビニョウ型複合遊星歯車列Gの第2サンギヤS2には、第2モータ軸9がスプライン結合され、決められたモータ動作点にしたがって、複軸多層モータMのアウターロータORから第2トルクと第2回転数が入力される。
【0030】
前記ラビニョウ型複合遊星歯車列Gの第1リングギヤR1と、ギヤハウジング3との間には多板ブレーキ10が設けられ、発進時等において多板ブレーキ10が締結された時には、第1リングギヤR1が停止する。
【0031】
前記ラビニョウ型複合遊星歯車列Gの共通キャリヤCには、ステータシャフト48に対しベアリングを介して回転可能に支持された出力ギヤ11がスプライン結合されている。
【0032】
前記駆動出力機構Dは、前記出力ギヤ11と噛み合う第1カウンターギヤ12と、この第1カウンターギヤ12のシャフト部に設けられた第2カウンターギヤ13と、第2カウンターギヤ13と噛み合うドライブギヤ14とを有する。そして、第2カウンターギヤ13とドライブギヤ14の歯数比により、終減速比が決められる。
【0033】
前記多板クラッチ7のクラッチピストン33には、フロントカバー4に形成されたクラッチ圧油路34により締結圧が供給される。また、前記多板ブレーキ10のブレーキピストン35には、フロントカバー4に形成されたブレーキ圧油路36により締結圧が供給される。前記クラッチピストン33と前記ブレーキピストン35は、フロントカバー4の内側で、内周位置にクラッチピストン33が配置され、その外周位置にブレーキピストン35が配置される。
【0034】
また、前記変速機入力軸31には、軸心油路37が形成されていて、この軸心油路37には、フロントカバー4に形成された潤滑油路38を介して潤滑油が供給される。
【0035】
[ステータ構造]
図6は第1実施例の複軸多層モータのステータS及びモータケース部材を示す拡大縦断面図である。
【0036】
前記ステータピース積層体41は、複数のステータピース40が軸方向に積層され、その外周に、平型銅線によるコイル42が軸方向に往復するように巻かれることで構成される。
【0037】
正面側ブラケット70と背面側ブラケット71は、前記コイル42が巻かれた複数のステータピース積層体41を、モータ回転軸を中心とする円周上に等間隔で配列し、その軸方向両端位置に、ステータピース40と位置決めをしながら設置される。
【0038】
正面側エンドプレート47と背面側エンドプレート49は、両ブラケット70,71の外側に配置される。なお、正面側エンドプレート47には、ステータシャフト48が固定されている。
【0039】
前記インナー側ボルト・ナット44とアウター側ボルト・ナット45は、両エンドプレート47,49を挿通し、ナットを回して締め上げ、この締め上げで発生する摩擦力により全体を固定し、ステータSの骨格構造体を構成する。
【0040】
前記ステータ冷却パイプ72は、周方向に隣接するコイル付きステータピース積層体41の間の位置に配置し、両端部が前記正面側ブラケット70と背面側ブラケット71に対し支持される。
【0041】
前記樹脂モールド部46は、ステータ形状に合致する凹型を有する型枠内に、ステータ冷却パイプ32を支持した骨格構造体を入れ、溶融樹脂を流し込み、溶融樹脂を空間部分に充填することで成形される。なお、74はモータケース2に形成された冷媒導入路、74’はモータケース2に形成された冷媒排出路、77はステータSをモータケース2に固定するボルトである。
【0042】
[ステータ冷却構造]
図7は第1実施例のステータ冷却構造及び冷媒の流れを示す断面図、図8は図7A−A線による第1実施例のステータ冷却構造の冷媒分配蓋部材を示す断面図、図9は図7B−B線による第1実施例のステータ冷却構造の冷媒分配板部材を示す図、図10は図7C−C線による第1実施例のステータ冷却構造の冷媒往路及び冷媒復路を示す断面図、図11は図7D−D線による第1実施例のステータ冷却構造の冷媒Uターン蓋部材を示す図である。
【0043】
前記複軸多層モータMは、ステータSを挟んで同心円状にインナーロータIRとアウターロータORとを配置し、ステータを挟んで同心円状にインナーロータとアウターロータとを配置している。
【0044】
前記ステータSは、モータ回転軸を中心とする円周に等ピッチで配列したコイル42(多相コイル)を巻き付けたステータピース積層体41と、該ステータピース積層体41のコイル発熱を冷却するステータ冷却用の冷媒路43と、を有する。
【0045】
前記冷媒路43は、冷媒導入路90と、冷媒分配蓋部材91と、冷媒分配板部材92と、冷媒往路93と、冷媒復路94と、冷媒Uターン蓋部材95と、冷媒排出路96と、を備えた構成としている。
【0046】
前記冷媒導入路90は、図7(イ)に示すように、樹脂モールド部46に形成され、冷媒を外部からステータ端部の冷媒導入口へ導く。
【0047】
前記冷媒分配蓋部材91は、図8に示すように、形状がドーナツ状であり、周方向に往路91aと復路91bの仕切壁91cを設け、前記冷媒導入路90から往路91aの開始部91dに冷媒を導く。
【0048】
前記冷媒分配板部材92は、図9に示すように、前記往路91aの部分に連通する往路用分配穴92aと、前記復路91bの部分に連通する復路用分配穴92bとを、周方向に隣接する位置に開口している。
【0049】
前記冷媒往路93は、図10に示すように、前記ステータSの樹脂モールド部46に軸方向に貫通して形成され、一端が前記往路用分配穴92aに連通する。
【0050】
前記冷媒復路94は、図10に示すように、前記ステータSの樹脂モールド部46に軸方向に貫通して形成され、一端が前記復路用分配穴92bに連通する。
【0051】
前記冷媒Uターン蓋部材95は、図11に示すように、一対の冷媒往路93と冷媒復路94に対応する連通凹部95aが形成され、周方向に隣り合う設定とされた冷媒往路93と冷媒復路94の両他端を連通する。
【0052】
前記冷媒排出路96は、図7(ロ)に示すように、前記冷媒復路94と冷媒分配板部材92の復路用分配穴92bを経過し、冷媒分配蓋部材91の復路91bの終端部91eから冷媒を排出する。
【0053】
前記冷媒往路93と冷媒復路94は、図10に示すように、周方向に隣接する各コイル42間に配置している。なお、往復の組みとなっている冷媒路は、○の中の数字が同じで、「’」の付いていない数字は冷媒往路93に対応し、「’」の付いている数字は冷媒復路94に対応している。
【0054】
前記冷媒分配蓋部材91の仕切壁91cは、円周方向の往路断面積を冷媒導入路90に近い部分から遠い部分まで一定断面積に保ち、円周方向の復路断面積を冷媒排出路96に近い部分から遠い部分まで一定断面積に保つ環状仕切壁としている。
【0055】
次に、作用を説明する。
【0056】
[複軸多層モータの基本機能]
2ロータ・1ステータで、アウターロータ磁力線とインナーロータ磁力線との2つの磁力線が作られる複軸多層モータMを採用したことで、コイル42及び図外のコイルインバータを2つのインナーロータIRとアウターロータORに対し共用できる。そして、インナーロータIRに対する電流とアウターロータORに対する電流を重ね合わせた複合電流を1つのコイル42に印加することにより、2つのロータIR,ORをそれぞれ独立に制御することができる。つまり、外観的には、1つの複軸多層モータMであるが、モータ機能とジェネレータ機能の異種または同種の機能を組み合わせものとして使える。
【0057】
よって、例えば、ロータとステータを持つモータと、ロータとステータを持つジェネレータの2つのものを設ける場合に比べて大幅にコンパクトになり、スペース・コスト・重量の面で有利であると共に、コイル共用化により電流による損失(銅損,スイッチングロス)を防止することができる。
【0058】
また、複合電流制御のみで(モータ+ジェネレータ)の使い方に限らず、(モータ+モータ)や(ジェネレータ+ジェネレータ)の使い方も可能であるというように、高い選択自由度を持ち、例えば、第1実施例のように、ハイブリッド車の駆動源に採用した場合、これら多数の選択肢の中から車両状態に応じて最も効果的或いは効率的な組み合わせを選択することができる。
【0059】
[ステータ冷却作用]
複軸多層モータMの駆動時、コイル42に大電流を流すと、コイル42は発熱する。この熱は電気効率や機械効率を悪化させる原因となる。また、複軸多層モータMでは、発熱体であるコイル42は、モータ回転軸を中心とする円周に等ピッチでステータS内に配列される。よって、その熱を取り除くためにステータSの周方向において偏りなく冷却する必要がある。
【0060】
第1実施例のステータ冷却構造によるステータ冷却作用を、図7及び図12を用いて説明する。
【0061】
外部からモータケース2に形成された冷媒導入路74を経過した冷媒は、往路では、図7(イ)に示すように、冷媒導入路90→冷媒分配蓋部材91の往路91a→冷媒分配板部材92の往路用分配穴92a→冷媒往路93→冷媒Uターン蓋部材95の連通凹部95aへと流れる。
【0062】
そして、復路では、図7(ロ)に示すように、冷媒Uターン蓋部材95の連通凹部95aから、冷媒復路94→冷媒分配板部材92の復路用分配穴92b→冷媒分配蓋部材91の復路91b→冷媒排出路96へと流れ、冷媒排出路96からモータケース2に形成された冷媒排出路74’を経過して外部に排出される。
【0063】
この冷媒の流れにおいて、冷媒往路93と冷媒復路94との組みが周方向に隣り合うと共に、冷媒分配蓋部材91に往路91aと復路91bを仕切る周方向の仕切壁91cを設けた。
【0064】
このため、例えば、図12において、往路▲1▼で復路▲1▼’の組みのように、冷媒分配板部材92の往路用分配穴92aと冷媒導入路90との流路長が短ければ、冷媒分配板部材92の復路用分配穴92bと冷媒排出路96との流路長が長くなり、逆に、往路▲9▼で復路▲9▼’の組みのように、冷媒分配板部材92の往路用分配穴92aと冷媒導入路90との流路長が長ければ、冷媒分配板部材92の復路用分配穴92bと冷媒排出路96との流路長が短くなる。
【0065】
このように、冷媒分配蓋部材91の往路91aと復路91bを通過するための冷媒の合計流路長がほぼ同じ長さ(冷媒分配蓋部材91の1周弱)となるため、同一路長の往復路とUターン路を含め、分配された▲1▼,▲1▼’の組み〜▲9▼,▲9▼’の組みにより表される各冷媒路43(冷媒導入路90から冷媒排出路96まで)の路長は、ほぼ同じ長さで各冷媒路43による冷却効果がほぼ均一となり、ステータSの冷却偏りを緩和することができる。
【0066】
なお、冷媒分配板部材92の往路用分配穴92aと復路用分配穴92bとの大きさを変化させることにより、流路抵抗を調整し、各冷媒路43の流量を均一にすることができる。
【0067】
また、図6に示すように、冷媒Uターン蓋部材95の内側を流れる冷媒により冷媒Uターン蓋部材95は軸方向外側に押されるため、この力がステータ支持ベアリング83に作用する。つまり、冷媒によりステータ支持ベアリング83に対し予圧を与えることができる。
【0068】
次に、効果を説明する。
第1実施例の複軸多層モータのステータ冷却構造にあっては、下記に列挙する効果を得ることができる。
【0069】
(1) ステータSを挟んで同心円状にインナーロータIRとアウターロータORとを配置し、前記ステータSは、モータ回転軸を中心とする円周に等ピッチで配列したコイル42を巻き付けたステータピース積層体41と、該ステータピース積層体41のコイル発熱を冷却するステータ冷却用の冷媒路43と、を有する複軸多層モータMにおいて、冷媒導入路90→冷媒分配蓋部材91の往路91a→冷媒分配板部材92の往路用分配穴92a→冷媒往路93→冷媒Uターン蓋部材95の連通凹部95a→冷媒復路94→冷媒分配板部材92の復路用分配穴92b→冷媒分配蓋部材91の復路91b→冷媒排出路96へと冷媒が流れる冷媒路43とし、冷媒往路93と冷媒復路94との組みが周方向に隣り合うと共に、冷媒分配蓋部材91に往路91aと復路91bを仕切る周方向の仕切壁91cを設けたため、分配された全ての冷媒路43の路長がほぼ同じ長さの路長となり、ステータ冷却の偏りを緩和することができる。
【0070】
(2) 冷媒往路93と冷媒復路94を、周方向に隣接する各コイル42間に配置したため、発熱源であるコイル42と冷媒往路93および冷媒復路94とが最も近接する配置となり、高効率により冷却することができる。
【0071】
(3) 冷媒分配蓋部材91の仕切壁91cは、円周方向の往路断面積を冷媒導入路90に近い部分から遠い部分まで一定断面積に保ち、円周方向の復路断面積を冷媒排出路96に近い部分から遠い部分まで一定断面積に保つ環状仕切壁としたため、円周上に設けた仕切壁91cにより冷媒分配蓋部材91の往路91aと復路91bとを流れる冷媒の流路抵抗を一定に保つことができる。
【0072】
(第2実施例)
この第2実施例は、冷媒分配蓋部材の仕切壁を段階的な螺旋状仕切壁とした例である。
【0073】
ステータ冷却構造を説明する。
図13は第2実施例のステータ冷却構造及び冷媒の流れを示す断面図、図14は図13E−E線による第2実施例のステータ冷却構造の冷媒分配蓋部材を示す断面図、図15は図13F−F線による第2実施例のステータ冷却構造の冷媒分配板部材を示す図、図16は図13G−G線による第2実施例のステータ冷却構造の冷媒往路及び冷媒復路を示す断面図、図17は図13H−H線による第2実施例のステータ冷却構造の冷媒Uターン蓋部材を示す図である。
【0074】
前記複軸多層モータMのステータSは、図16に示すように、モータ回転軸を中心とする円周に等ピッチで配列したコイル42(多相コイル)を巻き付けたステータピース積層体41と、該ステータピース積層体41のコイル発熱を冷却するステータ冷却用の冷媒路と、を有する。
【0075】
前記冷媒路は、冷媒導入路100と、冷媒分配蓋部材101と、冷媒分配板部材102と、冷媒往路103と、冷媒復路104と、冷媒Uターン蓋部材105と、冷媒排出路106と、を備えた構成としている。
【0076】
前記冷媒導入路100は、図13に示すように、樹脂モールド部46に形成され、冷媒を外部からステータ端部の冷媒導入口へ導く。
【0077】
前記冷媒分配蓋部材101は、図14に示すように、形状がドーナツ状であり、周方向に往路101aと復路101bの仕切壁101cを設け、前記冷媒導入路100から往路101aの開始部101dに冷媒を導く。
【0078】
前記冷媒分配板部材102は、図15に示すように、前記往路101aの部分に連通する往路用分配穴102aと、前記復路101bの部分に連通する復路用分配穴102bとを、周方向に隣接する位置に開口している。また、各分配穴102a,102bは、径方向の仕切壁102cにより画成されている。
【0079】
前記冷媒往路103は、図16に示すように、前記ステータSの樹脂モールド部46に軸方向に貫通して形成され、一端が前記往路用分配穴102aに連通する。
【0080】
前記冷媒復路104は、図16に示すように、前記ステータSの樹脂モールド部46に軸方向に貫通して形成され、一端が前記復路用分配穴102bに連通する。
【0081】
前記冷媒Uターン蓋部材105は、図17に示すように、一対の冷媒往路103と冷媒復路104に対応する連通凹部105aが形成され、周方向に隣り合う設定とされた冷媒往路103と冷媒復路104の両他端を連通する。
【0082】
前記冷媒排出路106は、図13に示すように、前記冷媒復路104と冷媒分配板部材102の復路用分配穴102bを経過し、冷媒分配蓋部材101の復路101bの終端部101eから冷媒を排出する。
【0083】
前記冷媒往路103と冷媒復路104は、図16に示すように、周方向に隣接する各コイル42間に配置している。なお、図14において、往復の組みとなっている冷媒路は、○の中の数字が同じで、「’」の付いていない数字は冷媒往路103に対応し、「’」の付いている数字は冷媒復路104に対応している。
【0084】
前記冷媒分配蓋部材101の仕切壁101cは、冷媒導入路100に近い部分の往路断面積を最も広く設定し、円周方向に冷媒排出路106側に向かうにしたがって往路断面積を段階的に狭く設定し、かつ、冷媒導入路100に近い部分の復路断面積を最も狭く設定し、円周方向に冷媒排出路106側に向かうにしたがって往路断面積を段階的に広く設定した段階螺旋状仕切壁(1の壁〜9の壁)としている。なお、他の構成は第1実施例と同様であるので、図示並びに説明を省略する。
【0085】
次に、ステータ冷却作用を説明する。
【0086】
複軸多層モータMの駆動時、コイル42に大電流を流すと、コイル42は発熱する。この熱は電気効率や機械効率を悪化させる原因となる。また、複軸多層モータMでは、発熱体であるコイル42は、モータ回転軸を中心とする円周に等ピッチでステータS内に配列される。よって、その熱を取り除くためにステータSの周方向において偏りなく冷却する必要がある。
【0087】
第2実施例のステータ冷却構造によるステータ冷却作用を、図13を用いて説明する。
【0088】
外部からモータケース2に形成された冷媒導入路74を経過した冷媒は、往路では、図13の右側に示すように、冷媒導入路100→冷媒分配蓋部材101の往路101a→冷媒分配板部材102の往路用分配穴102a→冷媒往路103→冷媒Uターン蓋部材105の連通凹部105aへと流れる。
【0089】
そして、復路では、図13の左側に示すように、冷媒Uターン蓋部材105の連通凹部105aから、冷媒復路104→冷媒分配板部材102の復路用分配穴102b→冷媒分配蓋部材101の復路101b→冷媒排出路106へと流れ、冷媒排出路106からモータケース2に形成された冷媒排出路74’を経過して外部に排出される。
【0090】
この冷媒の流れにおいて、冷媒往路103と冷媒復路104との組みが周方向に隣り合うと共に、冷媒分配蓋部材101に往路101aと復路101bを仕切る周方向の仕切壁101cを設けた。
【0091】
このため、例えば、図14において、往路▲1▼で復路▲1▼’の組みのように、冷媒分配板部材102の往路用分配穴102aと冷媒導入路100との流路長が短ければ、冷媒分配板部材102の復路用分配穴102bと冷媒排出路106との流路長が長くなり、逆に、往路▲9▼で復路▲9▼’の組みのように、冷媒分配板部材102の往路用分配穴102aと冷媒導入路100との流路長が長ければ、冷媒分配板部材102の復路用分配穴102bと冷媒排出路106との流路長が短くなる。
【0092】
このように、冷媒分配蓋部材101の往路101aと復路101bを通過するための冷媒の合計流路長がほぼ同じ長さ(冷媒分配蓋部材101の1周弱)となるため、同一路長の往復路とUターン路を含め、分配された▲1▼,▲1▼’の組み〜▲9▼,▲9▼’の組みにより表される各冷媒路(冷媒導入路100から冷媒排出路106まで)の路長は、ほぼ同じ長さで各冷媒路による冷却効果がほぼ均一となり、ステータSの冷却偏りを緩和することができる。なお、他の作用は第1実施例と同様であるので、説明を省略する。
【0093】
次に、効果を説明する。
第2実施例の複軸多層モータのステータ冷却構造にあっては、第1実施例の(1),(2)の効果に加え、下記の効果を得ることができる。
【0094】
(4) 冷媒分配蓋部材101の仕切壁101cは、冷媒導入路100に近い部分の往路断面積を最も広く設定し、円周方向に冷媒排出路106側に向かうにしたがって往路断面積を段階的に狭く設定し、かつ、冷媒導入路100に近い部分の復路断面積を最も狭く設定し、円周方向に冷媒排出路106側に向かうにしたがって往路断面積を段階的に広く設定した段階螺旋状仕切壁としたため、冷媒流路断面積の段階的な変化により、冷媒の流速を均一にすることができる。
【0095】
以上、本発明の複軸多層モータのステータ冷却構造を第1実施例及び第2実施例に基づき説明してきたが、具体的な構成については、これらの実施例に限られるものではなく、特許請求の範囲の各請求項に係る発明の要旨を逸脱しない限り、設計の変更や追加等は許容される。
【0096】
例えば、第1実施例では、ハイブリッド駆動ユニットに適用される複軸多層モータの例を示したが、単独で設置される複軸多層モータや他のシステムに適用される複軸多層モータに対しても本発明のステータ冷却構造を採用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1実施例のステータ冷却構造を有する複軸多層モータが適用されたハイブリッド駆動ユニットを示す概略全体図である。
【図2】第1実施例のステータ冷却構造が適用された複軸多層モータMを示す縦断側面図である。
【図3】第1実施例のステータ冷却構造が適用された複軸多層モータMを示す一部縦断正面図である。
【図4】第1実施例のステータ冷却構造が適用された複軸多層モータMをステータの背面側から視た図である。
【図5】第1実施例の複軸多層モータが適用されたハイブリッド駆動ユニットのラビニョウ型複合遊星歯車列Gおよび駆動出力機構Dを示す縦断側面図である。
【図6】第1実施例のステータ冷却構造が適用された複軸多層モータMのステータおよびモータケース部材を示す縦断側面図である。
【図7】第1実施例のステータ冷却構造及び冷媒の流れを示す断面図である。
【図8】図7A−A線による第1実施例のステータ冷却構造の冷媒分配蓋部材を示す断面図である。
【図9】図7B−B線による第1実施例のステータ冷却構造の冷媒分配板部材を示す図である。
【図10】図7C−C線による第1実施例のステータ冷却構造の冷媒往路及び冷媒復路を示す断面図である。
【図11】図7D−D線による第1実施例のステータ冷却構造の冷媒Uターン蓋部材を示す図である。
【図12】第1実施例のステータ冷却構造の冷媒分配蓋部材における冷媒の流れを示す作用説明図である。
【図13】第2実施例のステータ冷却構造及び冷媒の流れを示す断面図である。
【図14】図13E−E線による第2実施例のステータ冷却構造の冷媒分配蓋部材を示す断面図である。
【図15】図13F−F線による第2実施例のステータ冷却構造の冷媒分配板部材を示す図である。
【図16】図13G−G線による第2実施例のステータ冷却構造の冷媒往路及び冷媒復路を示す断面図である。
【図17】図13H−H線による第2実施例のステータ冷却構造の冷媒Uターン蓋部材を示す図である。
【図18】複軸多層モータのステータコイルに印加される複合電流の一例を示す説明図である。
【符号の説明】
M 複軸多層モータ
S ステータ
IR インナーロータ
OR アウターロータ
41 ステータピース積層体
42 コイル(多相コイル)
43 冷媒路
46 樹脂モールド部
90 冷媒導入路
91 冷媒分配蓋部材
91a 往路
91b 復路
91c 仕切壁
91d 開始部
91e 終端部
92 冷媒分配板部材
92a 往路用分配穴
92b 復路用分配穴
93 冷媒往路
94 冷媒復路
95 冷媒Uターン蓋部材
95a 連通凹部
96 冷媒排出路
100 冷媒導入路
101 冷媒分配蓋部材
101a 往路
101b 復路
101c 仕切壁
101d 開始部
101e 終端部
102 冷媒分配板部材
102a 往路用分配穴
102b 復路用分配穴
103 冷媒往路
104 冷媒復路
105 冷媒Uターン蓋部材
105a 連通凹部
106 冷媒排出路

Claims (4)

  1. ステータを挟んで同心円状にインナーロータとアウターロータとを配置し、
    前記ステータは、モータ回転軸を中心とする円周に等ピッチで配列した多相コイルを巻き付けたステータピース積層体と、該ステータピース積層体のコイル発熱を冷却する冷媒路と、を有する複軸多層モータにおいて、
    前記冷媒路を、
    冷媒を外部からステータ端部の冷媒導入口へ導く冷媒導入路と、
    形状がドーナツ状であり、周方向に往路と復路の仕切壁を設け、前記冷媒導入路から往路の開始部に冷媒を導く冷媒分配蓋部材と、
    前記往路の部分に連通する往路用分配穴と、前記復路の部分に連通する復路用分配穴とを、周方向に隣接する位置に開口した冷媒分配板部材と、
    前記ステータの樹脂モールド部に軸方向に貫通して形成され、一端が前記往路用分配穴に連通する冷媒往路と、
    前記ステータの樹脂モールド部に軸方向に貫通して形成され、一端が前記復路用分配穴に連通する冷媒復路と、
    周方向に隣り合う設定とされた冷媒往路と冷媒復路の両他端を連通する冷媒Uターン蓋部材と、
    前記冷媒復路と冷媒分配板部材の復路用分配穴を経過し、冷媒分配蓋部材の復路の終端部から冷媒を排出する冷媒排出路と、
    を備えた構成としたことを特徴とする複軸多層モータのステータ冷却構造。
  2. 請求項1に記載された複軸多層モータのステータ冷却構造において、
    前記冷媒往路と冷媒復路とを、周方向に隣接する各コイル間に配置したことを特徴とする複軸多層モータのステータ冷却構造。
  3. 請求項1または2の何れか1項に記載された複軸多層モータのステータ冷却構造において、
    前記冷媒分配蓋部材の仕切壁は、円周方向の往路断面積を冷媒導入路に近い部分から遠い部分まで一定断面積に保ち、円周方向の復路断面積を冷媒導入路に近い部分から遠い部分まで一定断面積に保つ環状仕切壁としたことを特徴とする複軸多層モータのステータ冷却構造。
  4. 請求項1または2の何れか1項に記載された複軸多層モータのステータ冷却構造において、
    前記冷媒分配蓋部材の仕切壁は、冷媒導入路に近い部分の往路断面積を最も広く設定し、円周方向に冷媒排出路側に向かうにしたがって往路断面積を段階的あるいは無段階に狭く設定し、かつ、冷媒導入路に近い部分の復路断面積を最も狭く設定し、円周方向に冷媒排出路側に向かうにしたがって往路断面積を段階的あるいは無段階に広く設定した螺旋状仕切壁としたことを特徴とする複軸多層モータのステータ冷却構造。
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