JP2004180479A

JP2004180479A - モータの冷却構造

Info

Publication number: JP2004180479A
Application number: JP2002347387A
Authority: JP
Inventors: Takashi Tsuneyoshi; 孝恒吉
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2002-11-29
Filing date: 2002-11-29
Publication date: 2004-06-24

Abstract

【課題】ステータのスロット内部も十分に冷却することのできる冷却構造を提供する。
【解決手段】モータケース６内に配置したステータ３と、ステータ３の内周において回転するロータ５と、モータケース６の内部空間８に冷媒をミスト状にして導入するミスト発生装置７と、ロータ５の回転軸１に取付けた羽根車２とを備える。羽根車２の回転により冷媒ミストを回転軸の軸方向に流し、ステータ３のスロット内部を冷却する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明はモータの冷却構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
モータのステータコイルを冷却するために、モータケース内にオイルチャンバを設け、オイルをコイルに向けて噴射するようにしたものが、特許文献１に開示されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平９−２３６１５号公報
【０００４】
【発明の解決すべき課題】
しかし、この冷却構造では、ステータのエンドコイルは冷却されても、内部のスロットにまで十分には冷却オイルが届かず、コイル内側の温度が上昇してしまうという問題があった。
【０００５】
本発明の目的は、ステータのスロット内部も十分に冷却することのできる冷却構造を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明のモータの冷却構造は、モータケース内の内部空間に冷媒をミスト状にして導入する手段と、ロータの回転軸に取付けられ、ロータと一体に回転するた羽根車とを備える。前記羽根車の回転により冷媒ミストを回転軸の軸方向に流し、ステータ内部を冷却する。
【０００７】
【作用・効果】
したがって、羽根車の回転により、冷媒ミストをステータの内部を通して軸方向に送り込むことができ、ステータの内側に位置するコイルまで、十分に冷却することができ、スロット内のコイル温度を低下させられる。また、ロータの回転を利用してオイルミストを圧送する羽根車を回転させるので、特別な駆動機構が必要なく、構成の簡略化とコストの低減が図れる。
【０００８】
【実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面を参照しながら詳細に説明する。
【０００９】
まず、第１の実施形態を図１に示す。
【００１０】
図１において、１はモータケース６の内部に配置され、ロータ５を支持する回転軸で、モータケース６の内周に固定したステータ３の内側で、前記ロータ５が同軸的に支持される。ステータ３にはコイル４が巻かれ、コイル４はステータ３の軸方向に延びるスロット３ａに配置される。なお、スロット３ａはステータ３の円周方向の全域に複数が等間隔で配置される。
【００１１】
なお、図１は、理解しやすくするために、スロット３ａのある上側断面と、ステータコアのある下側断面とが図示されている。
【００１２】
ロータケース６は円筒型に形成され、ロータ５を挟んで、その一方の端部付近の上面には冷媒としてのオイルの導入路９ａが、他方の端部付近の下面には同じく排出路９ｂが接続している。
【００１３】
導入路９ａの端部には、オイルミストの発生装置７として、例えば、超音波振動子１５が備えられ、オイルを超音波振動させて微粒子状のオイルミストを生成し、モータケース６の内部空間８にオイルミストを導入する。なお、超音波振動子１５は、例えば導入路９ａからのオイルが溜められるオイル溜めに配置することで、オイルミストを効果的に発生させられる。
【００１４】
前記回転軸１には羽根車２が設けられ、ロータ５の回転により一体に回転し、モータケース内に導入されたオイルミストを軸方向に圧送する。すなわち、羽根車２は回転軸１の軸流方向にオイルミストを送り出す。
【００１５】
オイルミストはステータ３のスロット３ａを通過して反対側に送り出され、ロータケース６の内部空間８の下側に滴下し、排出路９ｂより排出される。
【００１６】
このように構成されているので、モータケース６の内部空間８に送り込まれるオイルは、オイルミスト発生装置７により霧化され、微粒子状のオイルミストとして内部空間８に導入され、かつその導入部位の近傍に配置された羽根車２がロータ５と一体に回転することにより、軸方向に圧送される。
【００１７】
オイルミストは、噴霧流としてステータ３の各スロット３ａを通過していき、このときコイル４と熱交換して、ステータ内部まで等しく冷却する。冷却により温度上昇したオイルミストは、ステータ３を通過して反対側の内部空間８に達し、下方に落下し、排出路９ｂより図示しないオイルのリザーバに戻され、再び図示しないポンプにより導入路９ａへと循環される。
【００１８】
なお、オイルミストの発生装置７の超音波振動子１５の振動数に応じてオイルミストの粒径を調整（振動数を高くするほど粒径は小さくなる）することができ、最適な粒径となるように振動数を設定すればいよい。
【００１９】
以上のように、この実施形態によれば、冷媒としてのオイルミストをステータ３の端部から反対側の端部へとスロット３ａを通して送り込むことにより、ステータ３の内側に位置するコイル４まで、くまなく冷却することができ、全域的にコイル温度を低下させられる。
【００２０】
また、羽根車２が導入路９ａの下方近傍にあり、オイルが液滴となって落下する前に強力な軸流によりオイルを圧送するので、多くを噴霧流のまま圧送することで、効率よく冷却を行うことができる。
【００２１】
また、ロータ５の回転を利用してオイルミストを圧送する羽根車２を回転させるので、特別な駆動機構が必要なく、構成の簡略化とコストの低減が図れる。
【００２２】
なお、冷媒として供給されるオイルは、冷却だけでなく、回転軸１の軸受部の潤滑などにも寄与する。
【００２３】
次に図２に示す第２の実施形態を説明する。
【００２４】
この実施形態では、羽根車２の回転軸１に対する取付位置が異なり、羽根車２はロータ５の下流側に設けられ、ステータ３のスロット３ａを通して上流側の導入路９ａからオイルミストを吸引するように構成されている。
【００２５】
この場合、導入路９ａから、ロータ５の一方の端部側にある内部空間８に流入したオイルミストは、羽根車２の位置から離れているため、均一的に霧化した状態で、ステータ３の全周域からスロット３ａを通過し、このためコイル４の冷却効率が全周的に均一化する。
【００２６】
図３の第３の実施形態を説明する。
【００２７】
この実施形態にあっては、導入路９ａの上流には冷却オイルの流量を制御する制御弁１３が設けられ、制御弁１３はアクチュエータ１３ａによりその開度が調整され、これによりオイルの流量をコントロールできるようになっている。制御弁１３により流量を調整されたオイルは、ミスト発生装置７において霧化され、モータケース６の内部空間８に導入される。
【００２８】
冷媒としてのオイルは、リザーバ１１に溜められ、ポンプ１２により導入路９ａに送り出される。また排出路９ｂはリザーバ１１に接続し、モータケース６からのオイルを回収する。
【００２９】
したがって、この実施形態では、ステータ３のコイル４を冷却するためのオイルミストの量を最適な状態に制御することが可能となる。
【００３０】
このため、図４に示すような、制御弁１３の駆動電流を制御する制御回路が備えられる。
【００３１】
２１はステータ３のコイル４に流す電流を測定するための電流センサであり、この出力はコントローラ２０に供給される。コントローラ２０はコイル電流の大きさに応じて制御弁１３の開度を大きくするように、アクチュエータ１３ａに供給する制御弁開度信号の指令値を出力する。
【００３２】
図５は、コイル４に一定の電流を流したときの、冷却用のオイルの流量とコイル温度の関係を示すものであり、コイル表面の冷却面に液膜が形成される範囲でオイル流量を最小としたときに冷却性能が最も良くなり（図中のＡ点）、コイル温度が最も低くなる。すなちわ、噴霧流を用いて最大限の冷却性能を得るためには、コイル冷却面に極力薄い液膜ができることが望ましく、冷却面にできる液膜の厚さは、噴霧された冷媒であるオイルの流量と、コイル４の発熱により表面から気化していくオイルの量との相関によって決まる。すなわち、冷却面からのオイルの気化量が供給量よりも多ければ、液膜は薄くなるし、供給量が過剰となると液膜は厚くなる。したがって、図中のＡ点の薄い液膜が維持される状態にオイルの供給量を制御する。
【００３３】
図６は、コイル４に流す電流と冷却用のオイルの要求流量の関係を示すものであって、とくに、冷却例性能が最良となる、図５のＡ点における、コイル電流に対する要求流量の特性を示している。
【００３４】
これからも理解されるように、モータのコイル４に流す電流値が大きくなるほど、冷却用のオイルの要求流量も大きくなり、したがって、コントローラ２０はコイル電流に応じて制御弁１３の開度が増大するように制御することで、最適な冷却性能を維持することができる。
【００３５】
図７に示す第４の実施形態を説明する。
【００３６】
この実施形態では、第３の実施形態に対して、制御弁１３の代わりにオイルのインジェクタ１４を設置し、前記コントローラ２０からの信号により、インジェクタ１４からオイル噴霧を噴射するようにしたものである。
【００３７】
インジェクタ１４はコントローラ２０からの所定の周波数のオンオフ信号に基づいて開閉し、微細な噴孔よりオイルを噴霧し、オイルミストを生成する。したがって、このインジェクタ１４は、制御弁１３とミスト発生装置７の機能を併有する。なお、オイルの噴射量をオンオフ時間比率に正確に比例させるために、インジェクタ１４にポンプ１２から圧送されるオイルの圧力は、図示しないレギュレータなどにより一定圧に制御されることが望ましい。
【００３８】
コントローラ２０は冷却用のオイル要求流量に応じてオンオフ時間をデューティ制御し、オイル流量を増加するときには、オン比率が高まるように制御信号を出力する。
【００３９】
したがってこの実施形態によれば、より微細なオイルの噴霧流を供給でき、冷却効率が高められるし、またミスト発生装置７をインジェクタ１４が兼用するので、構成の簡略化も図れる。
【００４０】
本発明は上記した実施形態に限定されるわけではなく、特許請求の範囲に記載した技術的思想の範囲内で、当業者がなしうるさまざまな変更、改良が含まれることは明白である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態の構成図である。
【図２】第２の実施形態の構成図である。
【図３】第３の実施形態の構成図である。
【図４】同じくその制御回路のブロック図である。
【図５】コイル温度とオイル流量の関係を示す特性図である。
【図６】コイル電流と要求油量（冷媒量）の関係を示す特性図である。
【図７】第４の実施形態を示す構成図である。
【符号の説明】
１回転軸
２羽根車
３ステータ
３ａスロット
４コイル
５ロータ
６モータケース
７オイルミスト発生装置
８内部空間
９ａ導入路
９ｂ排出路
１１リザーバ
１２ポンプ
１３制御弁
１４インジェクタ
１５超音波振動子
２０コントローラ

Claims

モータの内部を冷媒により冷却する冷却構造において、
モータケース内に配置したステータと、
ステータの内周側において回転するロータと、
モータケース内の内部空間に冷媒をミスト状にして導入する手段と、
ロータの回転軸に取付けられ、ロータと一体に回転する羽根車と、を備え、
前記羽根車の回転により冷媒ミストを回転軸の軸方向に流し、ステータ内部を冷却するようにしたことを特徴とするモータの冷却構造。
前記モータケースの内部空間には、軸方向の端部に冷媒の導入路が設けられ、ロータを挟んで反対側の端部に排出路が設けられ、前記冷媒をミスト状にする手段は前記導入路に設けられる請求項１に記載のモータの冷却構造。
前記羽根車は、前記ロータ上流の導入路側に配置され、下流側に向けて冷媒ミストを軸方向に圧送する請求項２に記載のモータの冷却構造。
前記羽根車は、前記ロータ下流の排出路側に配置され、上流側から冷媒ミストを軸方向に吸引する請求項２に記載のモータの冷却構造。
前記冷媒を圧送するポンプと、ポンプからの冷媒の導入量を制御する制御手段とが備えられ、モータの負荷に応じて流量を変化させる請求項１〜４のいずれか一つに記載のモータの冷却構造。
前記冷媒の導入量はステータ電流に応じて制御される請求項５に記載のモータの冷却構造。
前記冷媒をミスト状にする手段が、超音波振動子を備えたミスト発生装置である請求項１〜６のいずれか一つに記載のモータの冷却構造。
前記超音波振動子の振動数を発生させる冷媒ミストの要求粒径に応じて設定する請求項７に記載のモータの冷却構造。
前記冷媒をミスト状にする手段が、噴孔から冷媒を噴霧するインジェクタである請求項１〜６のいずれか一つに記載のモータの冷却構造。
前記冷媒がオイルである請求項１〜９のいずれか一つに記載のモータの冷却構造。