JP2010213402A - モータのハウジング構造 - Google Patents

Abstract

【課題】冷却水路が内部に形成されるモータハウジングの冷却水路がある部分とない部分との肉厚の不均一による剛性の不均衡を低減することができるモータのハウジング構造を提供する。
【解決手段】モータ１を冷却する冷却水が循環される冷却水路７がモータハウジング２内部の円周方向に沿って所定範囲に設けられ、冷却水路７の一端側に冷却水供給口８が、冷却水路７の他端側に冷却水排水口９が設けられているモータのハウジング構造において、冷却水路７の冷却水供給口８（又は冷却水排水口９）から、モータハウジング２の内部の円周方向に沿って延びる水路延長部７ａを一体に形成した。
【選択図】図２

Description

本発明は、モータのハウジング構造に関し、特にハウジング内部に冷却媒体流路が形成されたモータのハウジング構造に関する。

電気自動車やハイブリット車両等に使用される走行駆動用モータは、車両内の限られた空間に搭載する必要があるので小型化が求められており、更に、高い動力性能を得るために高出力化も求められている。このため、モータの体積あたりの出力を向上させることとなるが、出力向上にともなって増加する発熱を小さな放熱面積で冷却する必要があるので、モータの冷却には、冷却効率の高い水冷方式が一般的に用いられている（例えば、特許文献１）。

前記特許文献１のモータでは、ロータ、コイルが巻回されているステータなどのモータ構成部品を収納したモータハウジング内部に冷却水を循環させるための冷却水路を形成し、この冷却水路に冷却水を循環させて、モータ駆動時にコイルなどから発せられる熱を奪うことでモータを冷却する構成である。

特開２００４−１４０８８１号公報

ところで、車両内に搭載されるモータの外周面近傍には他の部品等も配置されており、また、車両内での冷却水循環配管のレイアウトの制約などによって、モータハウジング内の円周方向に沿って形成される冷却水路の範囲が限定されることがある。このため、モータハウジングの内部には、モータハウジングの円周方向に沿って円弧状の冷却水路が存在する領域と冷却水路が存在しない大きな領域が存在する。

このため、モータハウジングの円周方向における冷却水路が存在する領域と冷却水路が存在しない領域では、モータハウジングの肉厚に差異が生じて、モータハウジングの円周方向における剛性が不均一になってしまう。

この結果、モータハウジングの内周面にステータを焼き嵌めて収縮締結する際に、モータハウジングの剛性に偏りが生じていることから、モータハウジングに部分的に応力が集中する箇所ができ、この箇所の内部発生応力が他の部分よりも大幅に高くなる。このため、モータハウジングの内周面にステータを焼き嵌めて収縮締結する際に、モータハウジングに部分的に高い応力が集中して発生してもモータハウジングに破損等が生じないように、モータハウジングを強度の高い高価な材質で形成する必要があった。

そこで、本発明は、冷却水路が内部に形成されるモータハウジングの冷却水路がある部分とない部分との肉厚の不均一による剛性の不均衡を低減することができるモータのハウジング構造を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために本発明係るモータのハウジング構造は、ハウジング内部の円周方向に沿って設けられている冷却媒体流路の一端側の冷却媒体供給口又は他端側の冷却媒体排出口のいずれか一方から、ハウジング内部の円周方向に沿って延びる流路延長部を一体に形成したことを特徴としている。

本発明に係るモータのハウジング構造によれば、冷却媒体流路の一端側の冷却媒体供給口又は他端側の冷却媒体排出口のいずれか一方から、ハウジング内部の円周方向に沿って延びる流路延長部を一体に形成したことにより、ハウジングの円周方向における肉厚が略均一になることで、ハウジングの円周方向における剛性が略均一となる。

これにより、例えば、ハウジングの内周面にステータを焼き嵌めて収縮締結する際に、ハウジングに部分的に高い応力が集中することなく、ハウジングに発生する内部発生応力はその円周方向において略均一化され、ハウジングに対する最大内部発生応力が低減される。この結果、モータのハウジングを安価な材質で形成することができる。

本発明の実施形態１に係るモータの外観を示す斜視図。 本発明の実施形態１に係るモータを示す概略断面図。 本発明の実施形態１に係るモータのハウジング構造を示す概略断面図。 （ａ）は、実施形態１に係るモータのハウジング構造を示す概略斜視図、（ｂ）は、水路延長部を一体に形成した冷却水路を示す斜視図。 本発明の実施形態２に係るモータのハウジング構造を示す概略断面図。 （ａ）は、実施形態２に係るモータのハウジング構造を示す概略斜視図、（ｂ）は、水路延長部を一体に形成した冷却水路を示す斜視図。 実施形態２に係るモータのハウジング構造を適用したモータハウジング表面にモータ関連部品を設置した状態を示す図。 実施形態１、２に係るモータのハウジング構造を適用したモータハウジングの鋳造時の模式図。 本発明の実施形態３に係るモータのハウジング構造を示す概略斜視図。 本発明の実施形態４に係るモータのハウジング構造を示す概略斜視図。

以下、本発明を図示の実施形態に基づいて説明する。
〈実施形態１〉
図１は、本発明の実施形態１に係るモータの外観を示す斜視図、図２は、本実施形態に係るモータを示す概略断面図、図３は、本実施形態に係るモータのハウジング構造を示す概略断面図、図４（ａ）は、本実施形態に係るモータのハウジング構造を示す概略斜視図、図４（ｂ）は、水路延長部を一体に形成した冷却水路を示す斜視図である。

図１、図２に示すように、本実施形態のモータ１の枠体である円筒状のモータハウジング２の内側には、コイル３が巻回されたステータ（固定子）４、ロータ（回転子）５が周面に嵌合されたモータ軸６などが設置されている。なお、このモータ１は、例えば、電気自動車やハイブリット車両の駆動系に設置される走行駆動用モータであり、バッテリ（例えば、リチウムイオン電池）から電力供給を受けインバータを介して駆動制御される。

モータハウジング２の内部には、図２、図３、図４（ａ），（ｂ）に示すように、モータハウジング２の円周方向に沿って冷却水（冷却媒体）を流すための円弧状の冷却水路７が形成されており、冷却水路７の一端側には冷却水供給口８が、冷却水路７の他端側には冷却水排水口９がそれぞれ設けられている。冷却水路７は、本実施形態では、車両内での冷却水循環配管のレイアウトの制約などによってモータハウジング２内部の全周に対して約６割程度の範囲に形成されている。冷却水路７の一端側の冷却水供給口８は、モータハウジング２の斜め下方側に配置されており、冷却水路７の他端側の冷却水排水口９は、モータハウジング２の斜め上方側に配置されている。

このモータ１の冷却動作時においては、ポンプ（不図示）の運転により冷却水循環配管１０ａを通して冷却水供給口８から冷却水をモータハウジング２内部の冷却水路７に供給し、冷却水路７内を流れる冷却水により、モータ１の駆動時にモータハウジング２の内側に設置されているステータ４に巻回されているコイル３等から発せられる熱を吸熱する。熱を吸熱した冷却水は冷却水排水口９から排出され、冷却水循環配管１０ｂの途中に設けた熱交換器（不図示）で外気と熱交換されて冷却される。冷却された冷却水は冷却水循環配管１０ａを通して冷却水供給口８から冷却水路７内に再び循環供給される。このように、モータ駆動時に発生する熱によって温度上昇するモータ１を、モータハウジング２内部の冷却水路７を流れる冷却水によって冷却することができる。

そして、本実施形態では、図２、図３に示すように、モータハウジング２の内部において、円周方向（反時計周り方向）に冷却水路７の冷却水供給口８から冷却水排水口９側に延びる円弧状の水路延長部７ａ（網目で示した部分）が一体に形成されている。この水路延長部７ａの閉塞した先端部は、モータハウジング２内の冷却水排水口９の手前付近に位置している。なお、水路延長部７ａの基端側は冷却水路７と連通するように一体に形成されているが、冷却水路７の部分と水路延長部７ａの部分を区別するために、水路延長部７ａの部分に網目を入れている（以下の各実施形態においても同様である）。

冷却水路７の冷却水供給口８から冷却水排水口９側に延びる水路延長部７ａは、冷却水を流すためではなく、この水路延長部７ａ側のモータハウジング２の円周方向の肉厚を冷却水路４側と同じにするためのものである。即ち、従来のモータハウジング構造では、車両内での冷却水循環配管のレイアウトの制約などによって、モータハウジング内部の円周方向に沿って形成される冷却水路の範囲が限定されているため、モータハウジングの冷却水路が形成されている領域とそれ以外の領域（冷却水路が形成されていない領域）とでは肉厚が大きく異なり、モータハウジングの円周方向における剛性が不均一となる。

このように、モータハウジング２の内部において、左回転方向（反時計回り方向）に冷却水路７の冷却水供給口８から冷却水排水口９付近まで延びるように水路延長部７ａを形成したことにより、モータハウジング２の円周方向における肉厚が略均一になることで、モータハウジング２の円周方向における剛性が略均一となる。これにより、モータハウジング２の内周面にステータ４を焼き嵌めて収縮締結する際に、モータハウジング２に部分的に高い応力が集中することなく、モータハウジング２に発生する内部発生応力はその円周方向において略均一化され、モータハウジング２に対する最大内部発生応力が低減される。

その結果、モータハウジング２の内周面にステータ４焼き嵌めて収縮締結する際に、モータハウジング２を強度の低い材料を使用して形成しても、内部発生応力によってモータハウジング２に破損等が発生することを防止することが可能となる。よって、モータハウジング２の材料として強度の低い安価なものを使用することができ、更に、モータハウジング２全体の肉厚を薄肉化することができるので、材料費の削減が可能となる。

更に、モータハウジング２を強度の低い安価な材料を使用することができるので、強度の高い材料でモータハウジング２を形成した場合よりも、モータハウジング２の内周面にステータ４を焼き嵌めて収縮締結する際の熱処理条件（加熱時間、加熱温度など）を緩和すること可能となる。

〈実施形態２〉
本実施形態では、図５、図６（ａ），（ｂ）に示すように、モータハウジング２の内部において、円周方向（時計周り方向）に冷却水路７の冷却水排水口９から冷却水供給口８側に延びる円弧状の水路延長部７ａ（網目で示した部分）を一体に形成している。この水路延長部７ａの閉塞した先端部は、モータハウジング２内部の冷却水供給口８の手前付近に位置している。他の構成は実施形態１と同様である。

このように、冷却水路７の冷却水排水口９から冷却水供給口８側に延びる水路延長部７ａを形成した場合においても、前記した実施形態１と同様の効果を得ることができる。更に、本実施形態では、図５に示したように、水路延長部７ａの閉塞した先端側がモータハウジング２の下方側（冷却水供給口８側）に位置し、水路延長部７ａの冷却水路７と連通する基端側が冷却水排水口９近傍に位置している。

これにより、モータ駆動にともなう発熱によって水路延長部７ａ内の加熱された残留空気は、水路延長部７ａ内に残留することなく上方の冷却水排水口９から冷却水とともに排出される。この結果、水路延長部７ａ内に熱伝導性の低い空気が存在することはなく、冷却性能の低下を抑えることができる。

また、前記実施形態１、２のように、水路延長部７ａを冷却水路７の冷却水供給口８又は冷却水排水口９に形成することにより、モータハウジング２の円周方向における剛性を略均一にすることができる。これにより、例えば、図７に示すように、モータハウジング２表面に設置したモータ関連部品１１などの位置によって、冷却水路７の冷却水供給口８と冷却水排水口９の配置位置に制約がある場合でも、冷却水排水口９（又は、冷却水供給口８）から延びるように水路延長部７ａを形成することにより、モータハウジング２の円周方向における剛性を略均一にすることができる。

この結果、モータハウジング２の円周方向に配置される冷却水路７（冷却水供給口８、冷却水排水口９）の位置にかかわらず、モータハウジング２の円周方向における剛性を略均一にすることができるので、モータ１を車両に搭載するときのレイアウト自由度が向上し、モータ設置スペースをより小さくすることが可能となる。

また、前記実施形態１、２における、冷却水路７の冷却水供給口８側又は冷却水排水口９側に水路延長部７ａを形成したモータハウジング２を鋳造工法で製作する場合においては、例えば、図８に示すように、近接する冷却水路７と水路延長部７ａの先端側の両端面に設けられる各中子１２の外側端部を中子保持部材１２ａで保持することができる。なお、符号１３ａ〜１３ｄは中子支えである。

このように、内部に冷却水路７と水路延長部７ａを有するモータハウジング２を鋳造工程で製作する際に、近接する冷却水路７と水路延長部７ａの先端側の両端面に設けられる各中子１２の外側端部を中子保持部材１２ａで保持することにより、各中子１２を配置するときの安定性が向上し、冷却水路７と水路延長部７ａの形状精度を高めることが可能となる。これにより、鋳造歩留まりが向上することで、生産性の向上を図ることができる。

また、中子を配置するときのばらつきを考慮してモータハウジング２の肉厚を厚めにとる必要がなくなるので、モータハウジング２の軽量化を図ることができる。

〈実施形態３〉
本実施形態では、図９に示すように、モータハウジング２の軸線方向（モータ軸方向）に２本の冷却水路７ｂ，７ｃを配置し、各冷却水路７ｂ，７ｃは水路曲折部７ｄを介して連通している。

各冷却水路７ｂ，７ｃは、前記実施形態１、２と同様にモータハウジング２の内部に円周方向に沿って形成されており、冷却水路７ｂの冷却水供給口８を設けた先端側には、冷却水供給口８から水路曲折部７ｄ側に延びるように形成された水路延長部７ａが一体に設けられている。冷却水路７ｃの先端部に冷却水排水口９が設けられている。

水路延長部７ａの先端近傍と冷却水排水口９は、水路曲折部７ｄの先端側と近接するように対向している。また、水路延長部７ａの先端近傍と冷却水排水口９は、モータハウジング２の軸線方向（モータ軸方向）に対して略同じ位置に設けられている。

本実施形態のモータハウジング構造を有するモータでは、ポンプ（不図示）の運転により冷却水循環配管（不図示）を通して冷却水供給口８から冷却水がモータハウジング２内の冷却水路７ｂに供給される。冷却水路７ｂに供給された冷却水は、水路曲折部７ｄを通して冷却水路７ｃに流入し、冷却水排水口９から排出される。このように、モータ駆動時に発生する熱によって温度上昇するモータを、モータハウジング２の内部の冷却水路７ｂ、水路曲折部７ｄ、冷却水路７ｃを流れる冷却水によって冷却することができる。

このように、本実施形態では、モータハウジング２の軸線方向に複数本の冷却水路（本実施形態では、２本の冷却水路７ｂ，７ｃ）を設けているので、幅広の１本の冷却水路を設ける場合に比べて１本あたりの流路断面積を小さくすることができる。これにより、各冷却水路７ｂ，７ｃを流れる冷却水の流速が増加し、冷却能力をより高めることができる。

また、本実施形態では、モータハウジング２の内部において、右回転方向（時計回り方向）に冷却水路７ｂの冷却水供給口８から水路曲折部７ｄ側に延びるように水路延長部７ａを形成したことにより、モータハウジング２の円周方向における肉厚が略均一になることで、モータハウジング２の円周方向における剛性が略均一となる。これにより、モータハウジング２の軸線方向に複数本の冷却水路（本実施形態では、２本の冷却水路７ｂ，７ｃ）を配置した場合でも、前記実施形態１、２と同様の効果を得ることができる。

〈実施形態４〉
本実施形態では、図１０に示すように、モータハウジング２の軸線方向（モータ軸方向）に２本の冷却水路７ｂ，７ｃを配置し、各冷却水路７ｂ，７ｃは水路曲折部７ｄを介して連通している。

各冷却水路７ｂ，７ｃは、前記実施形態１、２と同様にモータハウジング２の内部に円周方向に沿って形成されており、冷却水路７ｂの先端部に冷却水供給口８が、冷却水路７ｃの先端部に冷却水排水口９がそれぞれ設けられている。冷却水路７ｂと冷却水路７ｃの各先端部は、モータハウジング２の軸線方向（モータ軸方向）に対して、冷却水路７ｃの先端部の方が下方側に位置するようにずれている。また、本実施形態では、冷却水路７ｃの水路曲折部７ｄから冷却水排水口９側に延びるように形成された水路延長部７ａが一体に設けられている。

このような冷却水路７ｂ、水路曲折部７ｄ、冷却水路７ｃ、水路延長部７ａの配置構成により、モータハウジング２の内部においてモータハウジング２の軸線方向（モータ軸方向）に対して、モータハウジング２の円周方向の少なくとも一部分には、冷却水路７ｂ、水路曲折部７ｄ、冷却水路７ｃ、水路延長部７ａうちのいずれか一つ以上の一部が位置している。

本実施形態のモータハウジング構造を有するモータでは、ポンプ（不図示）の運転により冷却水循環配管（不図示）を通して冷却水供給口８から冷却水がモータハウジング２内の冷却水路７ｂに供給される。冷却水路７ｂに供給された冷却水は、水路曲折部７ｄを通して冷却水路７ｃに流入し、冷却水排水口９から排出される。このように、モータ駆動時に発生する熱によって温度上昇するモータを、モータハウジング２の内部の冷却水路７ｂ、水路曲折部７ｄ、冷却水路７ｃを流れる冷却水によって冷却することができる。

このように、本実施形態においても、実施形態３と同様にモータハウジング２の軸線方向に複数本の冷却水路（本実施形態では、２本の冷却水路７ｂ，７ｃ）を設けているので、冷却能力をより高めることができる。

また、本実施形態では、モータハウジング２の内部において、右回転方向（時計回り方向）に冷却水路７ｃの水路曲折部７ｄから冷却水排水口９側に延びるように水路延長部７ａが形成されている。更に、モータハウジング２の内部においてモータハウジング２の軸線方向（モータ軸方向）に対して、モータハウジング２の円周方向の少なくとも一部分には、冷却水路７ｂ、水路曲折部７ｄ、冷却水路７ｃ、水路延長部７ａうちのいずれか一つ以上の一部が位置しているので、モータハウジング２の軸線方向（モータ軸方向）における肉厚の均一化の向上を図ることができる。これにより、モータハウジング２の軸線方向（モータ軸方向）に対する剛性の均一化をより高めることができる。

なお、実施形態３、４では、モータハウジング２の軸線方向（モータ軸方向）に２本の冷却水路を配置した構成であったが、モータハウジング２の軸線方向の長さに応じて３本以上の冷却水路を配置するようにしてもよい。

前記各実施形態では、電気自動車やハイブリット車両の駆動系に設置される走行駆動用モータにおけるモータハウジング構造の例であったが、これ以外にも、モータハウジングの内部に形成した冷却水路に冷却水を循環させて冷却する構成の電動モータにおいても同様に、本発明を適用することができる。

１ モータ
２ モータハウジング（ハウジング）
３ コイル
４ ステータ
７、７ｂ、７ｃ 冷却水路（冷却媒体流路）
７ａ 水路延長部（流路延長部）
７ｄ 水路曲折部（連通流路部）
８ 冷却水供給口（冷却媒体供給口）
９ 冷却水排水口（冷却媒体排水口）

Claims (5)

1. モータを冷却する冷却媒体が循環される冷却媒体流路がハウジング内部の円周方向に沿って設けられ、前記冷却媒体流路の一端側に冷却媒体供給口が、前記冷却媒体流路の他端側に冷却媒体排出口が設けられており、前記冷却媒体流路がハウジング内部の円周方向の略全周ではなく一部の所定範囲に位置するように設けられているモータのハウジング構造において、
   前記冷却媒体流路の前記冷却媒体供給口又は前記冷却媒体排出口のいずれか一方から、ハウジング内部の円周方向に沿って延びる流路延長部を一体に形成したことを特徴とするモータのハウジング構造。
2. 前記流路延長部の円周方向に延びる閉塞している先端側は、前記冷却媒体流路の他端側の前記冷却媒体排出口又は前記冷却媒体供給口近傍に位置していることを特徴とする請求項１に記載のモータのハウジング構造。
3. 前記流路延長部の円周方向に延びる閉塞している先端側が、該流路延長部の基端側よりも下方側に位置していることを特徴とする請求項２に記載のモータのハウジング構造。
4. 前記冷却媒体流路は、前記ハウジングの軸線方向に複数本されており、前記各冷却媒体流路は連通流路部を介して連通していることを特徴とする請求項１に記載のモータのハウジング構造。
5. 前記ハウジングの軸線方向に対して、該ハウジングの円周方向の少なくとも一部分には、前記冷却媒体流路、前記流路延長部、前記連通流路部のうちの少なくとも一つが位置していることを特徴とする請求項４に記載のモータのハウジング構造。

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