JP2006033915A

JP2006033915A - 電動機の冷却装置

Info

Publication number: JP2006033915A
Application number: JP2004204923A
Authority: JP
Inventors: Kenji Arai; 健嗣新井; Tadaaki Iiyama; 忠明飯山
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2004-07-12
Filing date: 2004-07-12
Publication date: 2006-02-02

Abstract

【課題】コイルエンド表面に均一に冷却媒体が流れるようにして冷却効果を向上させた電動機の冷却装置を提供する。
【解決手段】回転子１０と、内周に複数のスロットが形成された円筒状のコア２１と、コア２１の複数のスロットに巻き回されたコイル２２と、コア２１の電動機回転軸方向端部で円周方向に形成されたコイルエンド２３と、を備えた固定子２０と、を有する電動機の冷却装置において、電動機を冷却する冷却媒体を供給する供給手段と、コイルエンド２３の外周面に向けて冷却媒体を供給する供給口３２を備えた媒体路４１と、を有し、コイルエンド２３外周面に環状溝部２４が形成して、該環状溝部２４に冷却媒体が流すことにより、冷却効果を向上させる。
【選択図】図１

Description

本発明は電動機の冷却装置に係り、特に、コイルエンド表面に均一に冷却媒体が流れるようにして冷却効果を向上させた電動機の冷却装置に関する。

回転子と固定子を備えた電動機において、固定子に設けられているコイルのコイルエンドに冷却油を滴下してコイルを冷却する電動機の冷却装置が知られている。

例えば、特開平８−１３０８５６号公報には、電気自動車駆動装置の電動機を冷却する構成が開示されている。

従来の電動機の冷却装置の構造図を図４に示す。この従来例は、ロータコア１１１、シャフト１１２および永久磁石１１３を備えた回転子と、内周に複数のスロットが形成された円筒状のステータコア１２１と、ステータコア１２１の複数のスロットに巻き回されたコイル１２２と、ステータコア１２２の電動機回転軸方向端部で円周方向に形成されたコイルエンド１２３とを備えた固定子と、を有する電動機において、オイルポンプから吐出される冷却油を電動機の上部に供給し、コイルエンド１２３の上部に位置づけられている噴出口１３２から冷却油をコイルエンド１２３に噴射して冷却を行うものである。
特開平８−１３０８５６号公報

しかしながら、上述した従来技術においては、コイルエンド１２３に向けて冷却油が噴射されるが、図５に示すように、一般的にコイルエンド１２３の外周面は凸形状となっているため、冷却油が必ずしもコイルエンド１２３の外周面に沿って流れずに、コイルエンド１２３表面での冷却油の流れ１４１が不均一となり、効率的な冷却が行われないという事情があった。

図５（または図４における冷却油の流れ１４１ａ）のように、冷却油が電動機の軸方向に流れてしまうと、その分、コイルエンド１４１に沿って流れる冷却油が減少することから、冷却の効果が減少してしまう。また、特に、図４における冷却油の流れ１４１ｂのように冷却油が回転子に流れ込む場合には、冷却油が高速回転する回転子に接触することにより、冷却油が気泡化して、回転子の摺動抵抗の増加を招いて回転摩擦を増大させるという事情や、また冷却油の循環に悪影響を与えるという事情があった。本発明は、上記従来の事情に鑑みてなされたものであって、コイルエンド表面に均一に冷却媒体が流れるようにして冷却効果を向上させた電動機の冷却装置を提供することを目的としている。

また、本発明の他の目的は、冷却媒体が回転子に流れ込むのを防止して、冷却媒体の気泡化による回転摩擦の増大や冷却媒体の循環の悪化を防止した電動機の冷却装置を提供することにある。

上記目的を解決するため、本発明は、回転子と、内周に複数のスロットが形成された円筒状のコアと、前記コアの複数のスロットに巻き回されたコイルと、前記コアの電動機回転軸方向端部で円周方向に形成されたコイルエンドと、を備えた固定子と、を有する電動機の冷却装置において、前記電動機を冷却する冷却媒体を供給する供給手段と、前記コイルエンドの外周面に向けて前記冷却媒体を供給する供給口を備えた媒体路と、を有し、前記コイルエンド外周面に環状溝部が形成され、該環状溝部を前記冷却媒体が流れることを特徴とする。

本発明に係る電動機の冷却装置では、コイルエンドの外周面に環状溝部が形成されており、供給口からコイルエンドの外周面に向けて滴下または噴射されて供給される冷却液は環状溝部を流れ、冷却液がコイルエンドに効率的に接触するため、コイルエンドの冷却効果が向上し、大トルク・高出力化が可能となり、また、回転子に流れ込む量が抑制されるので、冷却液の気泡化による回転摩擦の増大や、冷却液の循環の悪化を防止することができる。

以下、本発明の電動機の冷却装置の実施例について、〔実施例１〕、〔実施例２〕、〔実施例３〕の順に図面を参照して詳細に説明する。

図１（ａ）は本発明の実施例１に係る電動機の冷却装置の構造を説明する構造図である。

同図において、本実施例の電動機の冷却装置は、ロータコア１１、シャフト１２および永久磁石１３を備えた回転子１０と、内周に複数のスロットが形成された円筒状のステータコア２１と、ステータコア２１の複数のスロットに巻き回されたコイル２２と、ステータコア２２の電動機回転軸方向端部で円周方向に形成されたコイルエンド２３とを備えた固定子２０と、を有する電動機において、固定子２０両端のコイルエンド２３の上部に位置する冷却液供給口３２から冷却液（冷却媒体）をコイルエンド２３に滴下または噴射して冷却を行うものである。なお、電動機を冷却する冷却液（冷却媒体）は例えば冷却油であり、冷却液を供給する供給手段は、具体的には、タンク、フィルタ、ポンプおよび冷却器等（図示せず）を備えて構成される。

特に、本実施例の特徴的な構造は、コイルエンド２３の外周面に環状溝部２４が形成されており、該環状溝部２４を冷却液が流れてコイルエンド２３を冷却するところにある。なお、環状溝部２４は、コイルエンド２３の圧縮形成の際に作られる。

電動機の構成要素の中で、ステータコア２１中のコイル２２はステータスコア２１に接した構造でステータコア２１への熱伝導があるのに対して、コイルエンド２３にはこの熱伝導がなく温度が上がりやすく、高温になりやすい。そこで、冷却液供給口３２から冷却液をコイルエンド２３に滴下または噴射して、コイルエンド２３を冷却するわけである。

本実施例の電動機の冷却装置では、コイルエンド２３の外周面に環状溝部２４が形成されており、コイルエンド２３の上方の冷却液供給口３２から滴下または噴射された冷却液は環状溝部２４を流れ、従来のように電動機の軸方向に流れたり、回転子１０に流れ込んだりすることが抑制され、図１（ｂ）に示すように、コイルエンド２３の外周に沿った冷却液の流路４１となる。つまり、冷却液がコイルエンド２３に効率的に接触するため、コイルエンド２３の冷却効果が向上し、同一体格の電動機においても（特に）連続運転時の大トルクを実現でき、高出力化が可能となる。また、回転子１０に流れ込む量が抑制されて、冷却液が高速回転する回転子１０に接触する量が減少するので、冷却液の気泡化による回転摩擦の増大や、冷却液の循環の悪化を防止することができる。

なお、本実施例では、コイルエンド２３を圧縮して成形する際に、コイルエンド２３外周面を加圧変形して環状溝部２４を形成しているが、従来の電動機でもコイルエンドの加圧成形は行っており、圧縮成形の段階で、型形状の変更等を行うことにより、追加部品等を必要とせずにコイルエンド２３の外周面に環状溝部２４を持つことかでき、コスト増加を抑えて上記効果を実現することができる。

次に、図２は本発明の実施例２に係る電動機の冷却装置の構成図である。

本実施例の特徴的な構造は、特許請求の範囲に言う環状溝部を、従来と同様の形状をしたコイルエンド２３ｂの外周面に環状の溝部を備えた環状部材２５を取り付けて形成している点にある。図２において、図１（ａ）（実施例１）と重複するその他の部分には同一の符号を附して詳しい説明を省略する。

車両駆動用電動機などのように、軸方向の寸法制約が特に大きい場合には、コイルエンド２３ｂは極力、軸方向に低く抑えざるを得ない。その場合、コイルエンド２３ｂは外径方向に広がってしまい、結果的にコイルエンド２３ｂの外周部は凸形状となることが多い。コイルエンド２３ｂがこのような凸形状の場合でも、外周面に環状の溝部を備えた環状部材２５をコイルエンド２３ｂの外周面に装備することにより、実施例１と同様に、冷却液供給口３２から滴下または噴射された冷却液は環状部材２５の溝部を流れ、冷却液がコイルエンド２３ｂに効率的に接触するため、コイルエンド２３ｂの冷却効果を向上させることができる。その結果として、実施例１と同等の効果を奏することができる。

なお、環状部材２５は樹脂を成形することにより構成が可能である。コイルエンド２３ｂに対して別部品として構成して装着することも可能であるし、或いは、コイルエンド２３ｂを圧縮成形した後に、樹脂で成形することも可能である。

また、樹脂は絶縁性を持ちつつ熱伝導率が比較的高い材料で構成することが望ましい。絶縁性と熱伝導生が共に高い材料としては、熱硬化性のある不飽和ポリエステルをベースとし、添加物としてアルミナやシリカを混入したものが一般的である。このような添加物の混入により、高電圧部であるコイルエンド２３ｂの絶縁性を維持しながら熱伝導率を向上させ、より冷却効果を高めることが可能となる。

次に、図３（ａ）は本発明の実施例３に係る電動機の冷却装置の構成図である。

本実施例の特徴的な構造は、特許請求の範囲に言う環状溝部を、従来と同様の形状をしたコイルエンド２３ｂの両側面に絶縁紙２６を装着して形成している点にある。図３（ａ）において、図１（ａ）（実施例１）と重複するその他の部分には同一の符号を附して詳しい説明を省略する。

図３（ｂ）はコイルエンド２３ｂに絶縁紙２６を装着する態様を説明する説明図である。従来より電動機のコイルエンド２３ｂは、レース糸で縛り固定しておき、ワニスなどを含浸させて固めている。コイルエンド２３ｂをレース糸で縛り上げる際に、絶縁紙２６に穴をあけ、レース糸２７で固定することにより、コイルエンド２３ｂの外周面に環状溝部を形成している。なお、絶縁紙２６は、固定子２０のスロット内部に挿入して、コイル２２とステータコア２１を絶縁するために用いるポリエチレンナフタレートやポリエチレンテレフタレートと同等のもので構成することが可能であるが、電気的絶縁性があり、強度や腐食に耐えるものであれば別の材料でも構成可能である。

これにより、実施例１と同様に、冷却液供給口３２から滴下または噴射された冷却液は絶縁紙２６を装着して形成した環状溝部を流れ、冷却液がコイルエンド２３ｂに効率的に接触するため、コイルエンド２３ｂの冷却効果を向上させることができる。その結果として、実施例１と同等の効果を奏することができる。

図１（ａ）は本発明の実施例１に係る電動機の冷却装置の構造を説明する構造図、図１（ｂ）は冷却液の流路４１を説明する説明図である。実施例２に係る電動機の冷却装置の構成図である。図３（ａ）は実施例３に係る電動機の冷却装置の構成図、図３（ｂ）はコイルエンド２３ｂに絶縁紙２６を装着する態様を説明する説明図である。従来の電動機の冷却装置の構造図である。従来の電動機の冷却装置における冷却油の流路１４１を説明する説明図である。

符号の説明

１０回転子
１１ロータコア
１２シャフト
１３永久磁石
２０固定子
２１ステータコア
２２コイル
２３コイルエンド
３２冷却液供給口
２４環状溝部
２５環状部材
２６絶縁紙
２７レース糸
３１ケース
４１冷却液（冷却媒体）の流路

Claims

回転子と、内周に複数のスロットが形成された円筒状のコアと、前記コアの複数のスロットに巻き回されたコイルと、前記コアの電動機回転軸方向端部で円周方向に形成されたコイルエンドと、を備えた固定子と、を有する電動機の冷却装置において、
前記電動機を冷却する冷却媒体を供給する供給手段と、
前記コイルエンドの外周面に向けて前記冷却媒体を供給する供給口を備えた媒体路と、を有し、
前記コイルエンド外周面に環状溝部が形成され、該環状溝部を前記冷却媒体が流れることを特徴とする電動機の冷却装置。
前記環状溝部は、前記コイルエンド外周面を加圧変形して形成されることを特徴とする請求項１に記載の電動機の冷却装置。
前記環状溝部は、前記コイルエンド外周面に環状の溝部を備えた環状部材を取り付けて形成されることを特徴とする請求項１に記載の電動機の冷却装置。
前記環状溝部は、前記コイルエンド外周面の両側面に絶縁紙を装着して形成されることを特徴とする請求項１に記載の電動機の冷却装置。