JP2004215353A

JP2004215353A - 回転電機

Info

Publication number: JP2004215353A
Application number: JP2002380050A
Authority: JP
Inventors: Tetsuo Wakita; 哲夫脇田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2002-12-27
Filing date: 2002-12-27
Publication date: 2004-07-29

Abstract

【課題】ステータを確実に冷却できる回転電機を提供する。
【解決手段】回転電機１００は、ステータ２０と、ステータ２０に当接する多孔体１と、多孔体１に潤滑油９を供給する冷媒供給孔７を備える。回転電機１００は、ステータ２０を収納するケース３をさらに備える。多孔体１はケース３に接触する。冷媒供給孔７はケース３に設けられ、回転電機１００内部を潤滑するための潤滑油９を多孔体に供給する。ステ−タ２０で発生した熱は、多孔体１を介して潤滑油９により取り除かれる。これにより、簡単な構造でステ−タ２０を冷却することができる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転電機に関し、特に車両に搭載される回転電機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、回転電機（モータ）のステータを冷却する技術が、たとえば特開平１０−１１７４６３号公報（特許文献１参照）に開示されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１０−１１７４６３号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記公報に開示された技術では、回転電機のステータのコイルの端部を冷却するために、可撓性を有するホールをコイルの端部に接触させてそのホースに冷却水を流している。しかしながら、冷却水を循環させようとすると、ホースに流入口および流出口を設けなければならず、構造が複雑化するという問題があった。
【０００５】
そこで、この発明は上述のような問題点を解決するためになされたものであり、簡単な構造で冷却を実現できる回転電機を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明に従った回転電機は、ステータと、ステータに当接する多孔体と、多孔体に冷媒を供給する冷媒供給部とを備える。このように構成された回転電機では、ステータには多孔体が当接する。多孔体には冷媒が供給されて多孔体の孔内に冷媒が溜まる。この冷媒が多孔体に当接するステータの熱量を奪い去るので簡単な構造でステータを冷却することができる回転電機を提供することができる。
【０００７】
また好ましくは、回転電機は、ステータを収納するケースをさらに備える。多孔体はケースに接触する。この場合、多孔体はケースとステータの両方に接触する。そのため、ステータの熱は多孔体を介在させてケースに伝わるためステータの熱を直接ケースへ逃がすことができる。その結果、冷却能力をさらに向上させることができる。
【０００８】
また好ましくは、冷媒供給部はケースに設けられる。回転電機内部を潤滑するための潤滑油を冷媒供給部は多孔体に供給する。この場合、回転電機内部を潤滑するための潤滑油を多孔体に供給することでこの潤滑油が多孔体に溜まり、潤滑油がステータの熱を奪い去ることができる。その結果、冷媒として別の流体を用いなくても潤滑油を冷媒として用いることで、構造が簡素化された冷却構造を有する回転電機を提供することができる。
【０００９】
また好ましくは、回転電機は、回転軸と、回転軸に取付けられたロータとをさらに備える。冷媒供給部は回転軸に設けられる。冷媒供給部は回転電機内部を潤滑するための潤滑油を多孔体に供給する。この場合でも、回転電機内部を潤滑するための潤滑油を多孔体に供給することで、この潤滑油が多孔体に溜まり、潤滑油がステータの熱を奪い去ることができる。その結果、冷媒として別の流体を用いなくても潤滑油を冷媒として用いることで、構造が簡素化された冷却構造を有する回転電機を提供することができる。
【００１０】
また好ましくは、ステータの周囲に設けられたコイルに通電されることで磁力が生じ、その磁力でロータが回転する。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、同一または相当する部材については同一の参照符号を付し、その説明は繰返さない。
【００１２】
（実施の形態１）
図１は、この発明の実施の形態１に従った回転電機の断面図である。図１を参照して、この発明の実施の形態１に従った回転電機（モータ）は、ステータ２０と、ステータ２０に当接する多孔体１と、多孔体１に冷媒としての潤滑油９を供給する冷媒供給部である冷媒供給孔７とを備える。また、回転電機１００は、ステータ２０を収納するケース３をさらに備える。冷媒供給孔７はケース３に設けられ、回転電機１００内部を潤滑するための潤滑油９を多孔体１に供給する。
【００１３】
回転電機１００は、内部空間を有するケース３と、ケース３の内部空間に収納されてケース３に固定されるステータ２０と、ステータ２０と向かい合うように位置するロータ３０と、ロータ３０が取付けられる回転軸４０と、回転軸４０とケース３との間に介在するベアリング５０とを備える。
【００１４】
ケース３には、油路５が設けられている。油路５内には潤滑油９が流れている。潤滑油９は、回転電機１００内の摺動部分を潤滑するためのものであり、かつステータ２０を冷却するためのものである。油路５は冷媒供給孔７によりケース３の内部空間に達しており、冷媒供給孔７から矢印８で示す方向に潤滑油９が供給される。供給された潤滑油９は多孔体１内に含浸し、所定の時間留まることになる。このとき、潤滑油８はステータ２０を構成するステ−タコイル２１の端部に接触する。これにより潤滑油８がステータ２０のステ−タコイル２１の端部の熱量を奪い去る。
【００１５】
なお、実施の形態１では、潤滑油９は上部の油路５より重力で流動することにより供給される。潤滑油９に圧力を加えることにより、潤滑油９を冷媒供給孔７から噴出させてもよい。
【００１６】
ステ−タコイル２１は多孔体１に直接接触している。ステ−タコイル２１はステータコア２２に巻付けられており、磁界を発生させる役割を果たす。ステータコア２２は複数枚の鉄板を重ね合わせて構成されており、ケース３に固定されている。一般的には、ステータコア２２は鉄により構成される。
【００１７】
ステータコア２２に向い合うようにロータ３０が設けられる。ロータ３０は回転軸４０により支持されており、回転軸４０はベアリング５０により支持される。このため回転軸４０はケース３に対して回転することが可能であり、この回転に伴い、回転軸４０に取付けられたロータ３０も回転することができる。この回転軸４０の回転が出力として取出される。
【００１８】
ステータ２０の周囲に設けられたステータコイル２１に通電されることで磁力が生じ、その磁力でロータ３０が回転する。
【００１９】
図２は、図１中の多孔体を拡大して示す断面図である。図２を参照して、多孔体１は、骨格体１ａと、その骨格体１ａの間に形成された空孔１ｂとを有する。空孔１ｂ内に潤滑油９が流入し、骨格体１ａの熱を潤滑油９が除去することができる。
【００２０】
多孔体１を構成する材料としてはさまざまなものが挙げられ、たとえば熱硬化性樹脂または熱可塑性樹脂を用いることができる。さらにゴム製の多孔体１を用いることができる。ここで、多孔体１に必要な特性としては、回転電機１００内の温度に耐えるための耐熱性、潤滑油８に侵食されないための耐油性およびステータ２０の熱をケース３に伝達するための熱伝導性、さらにステータコイル２１とケース３との短絡を防止するための絶縁性が必要とされる。また、図２では、空孔１ｂが不連続に形成されているが、連続的に空孔１ｂが形成されてもよい。たとえば、耐油性ゴムにドリルで孔を形成することにより空孔１ｂを形成してもよい。すなわち、図２では、空孔１ｂがランダムに形成されているが、空孔１ｂは規則正しく形成されていてもよい。
【００２１】
このように構成された、この発明の実施の形態１に従った回転電機１００では、ステータ２０のステータコイル２１が多孔体１に接触しており、この多孔体１には、矢印８で示すように潤滑油９が供給される。そのため、潤滑油９がステータ２０の熱量を確実に奪い去ることができる。その結果、ステータ２０の熱を除去することで安定して回転電機１００を運転することができる。
【００２２】
さらに、多孔体１はステータ２０とケース３の両方に接触する。そのためステータ２０の熱が多孔体１を介在してケース３へ伝わるため多孔体１がない場合に比べてステータ２０の熱を確実にケース３へ伝えることができる。
【００２３】
さらに、多孔体１はスポンジ状であるため変形しやすい。そのため、このスポンジ状の多孔体１はステータ２０とケース３との間の形状に沿って変形する。その結果、多孔体１がステータ２０およびケース３と接触する面積が大きくなり、接触面積の増大によりステータ２０の熱量を確実にケース３へ逃がすことができる。このような多孔体１を設けることでステータ２０の冷却性能が向上するとともに、見かけの熱容量が増大する。これにより短時間の高負荷運転に対するステータ２０の温度上昇を抑えることができる。
【００２４】
また、多孔体１としては、潤滑油と化学的な反応をすることで硬化、ゲル化または膨潤するものを用いてもよい。この場合、潤滑油と反応することで多孔体１がケース３とステータ２０との間にさらに確実に位置決めされる。
【００２５】
（実施の形態２）
図３は、この発明の実施の形態２に従った回転電機の断面図である。
【００２６】
図３を参照して、この発明の実施の形態２に従った回転電機１００では、冷媒供給部としての冷媒供給孔４２が回転軸４０に設けられている点で、実施の形態１に従った回転電機１００と異なる。すなわち、図３を参照して、実施の形態２に従った回転電機では、回転軸４０に油路４１が設けられる。この油路４１には潤滑油９が満たされている。
【００２７】
図３を参照して、回転軸４０は回転するため、回転軸４０内に設けられた潤滑油９には遠心力が働く。この遠心力により潤滑油９は冷媒供給孔４２から矢印４３で示す方向に吹き出す。これにより潤滑油９は多孔体１に供給される。
【００２８】
実施の形態２に従った回転電機１００は、回転軸４０と、回転軸４０に取付けられたロータ３０とをさらに備える。冷媒供給部としての冷媒供給孔４２は回転軸４０に設けられる。回転電機１００内部を潤滑するための潤滑油を冷媒供給孔４２は多孔体１に供給する。また、冷媒供給孔４２からはベアリング５０へも潤滑油が供給される。
【００２９】
このように構成された、この発明の実施の形態２に従った回転電機１００では、実施の形態１に従った回転電機１００と同様な効果がある。さらに、潤滑油９によりベアリング５０を潤滑および冷却できるという効果がある。
【００３０】
（実施の形態３）
図４は、この発明の実施の形態３に従った回転電機の断面図である。図５は、図４中のＶ−Ｖ線に沿った断面図である。なお、図５では、回転電機の半分のみを記載している。
【００３１】
図４および図５を参照して、この発明の実施の形態３に従った回転電機１００はハイブリッドシステムに用いられる多層同軸回転電機である。
【００３２】
エンジン（たとえばガソリンエンジンやディーゼルエンジンなどの公知の機関を用いることが考えられる）と電気モータとを組合せたハイブリッドシステムと呼ばれるパワートレインを搭載した車両が開発され、実用化されている。このような車両においては、運転者のアクセル操作量に関係なく、エンジンによる運転と回転電機とによる運転が自動的に切換えられ、最も効率がよくなるように制御される。
【００３３】
このようなハイブリッドシステムにおいて、エンジン動力を遊星歯車（プラネタリギア）を用いた動力分割機構により、駆動輪へ伝達される駆動力と、発電機に伝達される駆動力とに分割するシステムがある。発電機により発電された電力はモータ駆動に直接使用されたり、インバータで直流に変換されて高電圧バッテリに蓄えられたりする。発電機の回転数を制御することにより、動力分割機構は無断変速機としても機能する。エンジン回転力はプラネタリキャリアに入力され、入力された回転力はサンギアにより発電機に、リングギアによってモータおよび出力軸に伝達される。したがって、このようなハイブリッドシステムにおいては、モータ、発電機、遊星歯車機構等から構成される動力分割機構が必要になる。
【００３４】
車両においては、エンジンおよび動力分割機構を搭載するスペースに制限があり、軸方向に長い構造物を搭載するのは容易ではない。軸方向の長さを短くするために、２つの回転電機を二重構造にした、いわゆるダブルロータ構造にすることが考えられている。
【００３５】
図４で示す回転電機１００は、ダブルコイルエンドモータに関するものであり、回転電機１００では、ベアリング１２００および１２０４により支持された内側ロータ１０１０と、ベアリング１２０２により支持された外側ロータ１０７０とが回転軸１０００を中心として回転する。
【００３６】
内側ギャップ１０２０を介して内側ロータ１０１０に対向した位置には、内側ステータ１０５１が設けられる。外側ギャップ１０８０を介して外側ロータ１０７０に対向した位置には外側ステータ１１１１が設けられる。内側ステータ１０５１は内側ロータ１０１０を回転させるための磁界を発生させるものであり、内側ステータコア１０５０および内側ステータコイル１０４０とにより構成される。外側ステータ１１１１は外側ロータ１０７０を回転させるための磁界を発生させるものであり、外側ステータコア１１１０および外側ステータコイル１１００から構成される。
【００３７】
外側ステータコア１１１０はケース１１２０に当接する。外側ステータコイル１１００に流された電流により外側ステータコア１１１０が発熱すると、その熱量はケース１１２０に伝達され、ケース１１２０から外部に放熱される。
【００３８】
外側ステータ１１１１とケース１１２０とに接触するように多孔体１が設けられる。また、内側ステータ１０５１とケース１１２０とに接触するように多孔体１が設けられる。ケース１１２０内には油路５が設けられ、油路５内には潤滑油９が満たされている。潤滑油９は冷媒供給部としての冷媒供給孔７から多孔体１に向けて放出される。回転電機１００の端部には、冷却水路１１２４が設けられており、冷却水路１１２４内を冷却水１１２６が流れる。
【００３９】
以上のような構造を有する回転電機１００における、ステータコイルに電流を流すことによりステータコアに発生した熱の放熱について説明する。
【００４０】
回転電機１００が回転軸１０００を中心として回転するためには、外側ステータコイル１１００および内側ステータコイル１０４０に、それぞれ所定の電流が流される。
【００４１】
外側ステータコイル１１００に流された電流による外側ステータコア１１１０に発生した熱は、外側ステータコア１１１０に当接したケース１１２０に伝達され、ケース１１２０から外気と熱交換されることにより放熱される。内側ステータコイル１０４０に流された電流により内側ステータコア１０５０に発生した熱は、内側ステータコイル１０４０に当接した多孔体１に伝達される。この熱は多孔体１内に溜められた潤滑油により外部へ放熱される。
【００４２】
さらに、外側ステータコイル１１００に当接した多孔体１内の潤滑油により熱量が取除かれる。
【００４３】
以上のように、二重構造の回転電機においても、多孔体１を用いることにより確実に熱量を除去することができる。
【００４４】
以上、この発明の実施の形態について説明したが、ここで示した実施の形態はさまざまに変形することが可能である。まず、この発明が適用されるモータとしては、ステータを有するものであればよく、特にその用途は車両用のモータに限定されるものではない。すなわち、定置用のモータに本発明を適用してもよい。
【００４５】
さらに、モータのサイズ、材質および出力などは必要に応じて適宜変更することが可能となる。
【００４６】
また冷媒として潤滑油を用いる実施の形態を示したが、冷媒として、潤滑油だけでなく他の流体をも用いることができる。
【００４７】
さらに、多孔体の構造に関しても上述のものに制限されるものではない。
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【００４８】
【発明の効果】
この発明に従えば、ステータが確実に冷却される回転電機を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１に従った回転電機の断面図である。
【図２】図１中の多孔体を拡大して示す断面図である。
【図３】この発明の実施の形態２に従った回転電機の断面図である。
【図４】この発明の実施の形態３に従った回転電機の断面図である。
【図５】図４中のＶ−Ｖ線に沿った断面図である。
【符号の説明】
１多孔体、５油路、７，４２冷媒供給孔、９潤滑油、２０ステータ、２１ステータコイル、２２ステータコア、３０ロータ、４０回転軸、１００回転電機。

Claims

ステータと、
前記ステータに当接する多孔体と、
前記多孔体に冷媒を供給する冷媒供給部とを備えた、回転電機。
前記ステータを収納するケースをさらに備え、前記多孔体は前記ケースに接触する、請求項１に記載の回転電機。
前記冷媒供給部は前記ケースに設けられ、前記冷媒供給部は回転電機内部を潤滑するための潤滑油を前記多孔体に供給する、請求項２に記載の回転電機。
回転軸と、前記回転軸に取付けられたロータとをさらに備え、前記冷媒供給部は前記回転軸に設けられ、前記冷媒供給部は回転電機内部を潤滑するための潤滑油を前記多孔体に供給する、請求項１に記載の回転電機。
前記ステータの周囲に設けられたコイルに通電されることで磁力が生じ、その磁力で前記ロータが回転する、請求項４に記載の回転電機。