JP2010252521A - 車両用モータユニット - Google Patents

Abstract

【課題】中性点および中点線を効果的に冷却することが可能な車両用モータユニットを提供する。
【解決手段】シャフト２４に設けられたロータ２２と、コイル２０が巻き回され、ロータの周面に沿って対向配置されたステータ２１と、を有するモータ２３と、ステータハウジングの軸方向両端に連接された渡りハウジング１６を有するモータハウジングと、モータハウジング内に貯留される油７１を循環する油循環機構と、を備えた車両用モータユニットにおいて、中点線３２が、ステータの上部からコイルにおける車両の後側に敷設されて中性点３１に接続されており、渡りハウジングにおける車両の後側には、略円筒状の内周面１６ａの一部を上げ底にした上げ底部５５が形成されるとともに、渡りハウジングにおける車両の前側には、内周面の一部を径方向外側に膨出した油溜部５１が形成されている。
【選択図】図３

Description

本発明は、車両用モータユニットに関するものである。

従来から、コイルが巻装されたステータと、ステータの内側に配置され、永久磁石が配されたロータと、ロータと同軸状に圧入固定され回転可能に支持されたシャフトとを備えたモータが配された車両が知られている。このようなモータは、ステータに巻装されたコイルに電流が流れることにより、ロータの永久磁石とステータとの間に吸引又は反発力が生じて、ロータが回転するようになっている。

モータ駆動時には、ステータに巻装されたコイル（特に中性点）などが発熱する。そこで、特許文献１では、中性点を効果的に冷却するために、モータハウジング内に貯留している冷却油の通常時油面（モータが水平に保持された状態における油面）の直上に中性点を配置し、車両の加速走行時には慣性力によって後方に寄った冷却油内に中性点が浸漬するようにしたものが提案されている。

特開２００６−１４４３８号公報

ところで、上述した特許文献１では、車両の加速走行時に中性点は冷却されるものの、中性点に接続されている中点線を冷却することができなかった。この中点線についても中性点と同様に、モータ駆動時には高温に発熱する。この中性点および中点線の発熱時の温度により、コイルの耐熱性、モータの連続運転領域、モータの出力制限値が決定されるため、中点線を冷却する必要がある。

そこで、本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであり、中点線を効果的に冷却することが可能な車両用モータユニットを提供するものである。

上記の課題を解決するために、請求項１に記載した発明は、回転駆動するシャフト（例えば、実施形態におけるシャフト２４）に設けられたロータ（例えば、実施形態におけるロータ２２）と、コイル（例えば、実施形態におけるコイル２０）が巻き回され、前記ロータの周面に沿って対向配置されたステータ（例えば、実施形態におけるステータ２１）と、を有するモータ（例えば、実施形態におけるモータ２３）と、前記ステータを収容可能なステータハウジング（例えば、実施形態におけるステータハウジング１５）と、該ステータハウジングの軸方向両端に連接された渡りハウジング（例えば、実施形態における渡りハウジング１６，１７）と、を有するモータハウジング（例えば、実施形態におけるモータハウジング１１）と、該モータハウジング内に貯留される油（例えば、実施形態における冷却油７１）を循環する油循環機構（例えば、実施形態における油冷機構７０）と、を備えた車両用モータユニット（例えば、実施形態におけるモータユニット１０）において、前記モータの軸方向が車両の左右方向と略平行になるように配され、前記コイルの中点線（例えば、実施形態における中点線３２）が、前記ステータの上部から前記コイルにおける前記車両の後側に敷設されて中性点（例えば、実施形態における中性点３１）に接続されており、前記渡りハウジングにおける前記車両の後側には、略円筒状の内周面（例えば、実施形態における内周面１６ａ）の一部を上げ底にした上げ底部（例えば、実施形態における上げ底部５５）が形成されるとともに、前記渡りハウジングにおける前記車両の前側には、前記内周面の一部を径方向外側に膨出した油溜部（例えば、実施形態における油溜部５１）が形成されていることを特徴としている。

請求項２に記載した発明は、前記車両の加速時または登坂時に、前記ロータの少なくとも一部が油中に浸漬可能に構成されていることを特徴としている。

請求項３に記載した発明は、前記モータの軸方向が略水平方向に保持された状態において、前記ロータは前記油の油面（例えば、実施形態における油面７４）より上方に位置していることを特徴としている。

請求項４に記載した発明は、前記中性点が、前記車両の後側における前記油面の近傍に設けられていることを特徴としている。

請求項５に記載した発明は、前記油溜部に前記車両の前後方向に可動する側壁（例えば、実施形態における可動壁１５７）が設けられ、前記モータの高負荷時に、前記側壁が前記車両の後方側に可動して、前記油溜部の容積を減少できるように構成されていることを特徴としている。

請求項１に記載した発明によれば、車両の加速時や登坂時には、慣性力により油が車両の後方側に移動しようとするが、渡りハウジングに上げ底部および油溜部を形成したため、車両用モータユニットが非駆動・水平に保持された状態で油溜部に貯留していた油が、上げ底部を利用してモータハウジング（渡りハウジング）の上方まで効果的に移動させることができる。したがって、モータハウジング内における車両の後側に敷設された中点線が油に浸漬されるため、中点線を効果的に冷却することができる。つまり、費用をかけることなく簡易な構成で確実に中点線の油冷を行うことができる。また、同時にコイルの油冷も行うことができる。

請求項２に記載した発明によれば、車両の加速時や登坂時にロータの一部が油中に浸漬することで、ロータの回転により油をモータハウジング内に拡散させることができる。したがって、モータを効果的に冷却することができる。

請求項３に記載した発明によれば、モータの低負荷時にはロータが油中に浸漬することがないため、フリクションの発生を抑制することができる。つまり、モータの高負荷時のみにロータで油を拡散させることができる。したがって、モータの冷却とフリクションの抑制をバランスよく行うことができる。

請求項４に記載した発明によれば、中性点を効果的に冷却することができる。

請求項５に記載した発明によれば、モータの負荷に応じて油面の高さを調節することができるため、中性点、中点線およびモータを効果的に冷却することができる。

本発明の実施形態における車両用モータユニットの概略構成断面図である。 本発明の実施形態におけるロータの軸方向から見た正面図である。 図１のＡ−Ａ線に沿う断面図である。 本発明の第一実施形態におけるモータ駆動時（低負荷時）の状態を示す説明図である。 本発明の第一実施形態におけるモータ駆動時（高負荷時）の状態を示す説明図である。 本発明の第二実施形態における車両用モータユニットの側面断面図（図３に相当）である。 本発明の第二実施形態におけるモータ駆動時（高負荷時）の状態を示す説明図である。 本発明の実施形態における車両用モータユニットの別の態様を示す側面断面図である。

（第一実施形態）
次に、本発明の第一実施形態を図１〜図５に基づいて説明する。なお、本実施形態では燃料電池車両などに用いる車両駆動用モータユニットを用いて説明する。
図１は車両用モータユニットの概略構成断面図である。図１に示すように、車両用モータユニット（以下、モータユニットという。）１０は、コイル２０が巻き回されたステータ２１および永久磁石３０が配されたロータ２２を備えたモータ２３を収容するモータハウジング１１と、モータハウジング１１の一方側に締結され、モータ２３のシャフト２４からの動力を伝達する動力伝達部（不図示）を収容するミッションハウジング１２と、モータハウジング１１の他方側に締結され、モータ２３の回転センサ２５を収容するセンサハウジング１３と、を備えている。

モータハウジング１１の内部はモータ室３６として、ミッションハウジング１２の内部はミッション室３７として、センサハウジング１３の内部はセンサ室３８として、それぞれ構成されている。

モータハウジング１１は、モータ２３全体を覆うような略円筒形状で形成されている。本実施形態におけるモータハウジング１１は、ステータ２１と略同一の軸方向長さで形成されたステータハウジング１５と、ステータハウジング１５の軸方向両側に連接された渡りハウジング１６，１７と、を備えている。渡りハウジング１６，１７の構成については、後に詳述する。

ステータハウジング１５の内周面には円環形状の薄板を積層して形成されたステータコア１８が圧入固定されている。このステータコア１８にはコイル２０が巻き回されており、このステータコア１８およびコイル２０でステータ２１が構成されている。なお、コイル２０は、例えば分布巻きでステータコア１８に巻き回されている。

また、モータハウジング１１（渡りハウジング１６）とミッションハウジング１２との境界部には、モータ２３のシャフト２４の一端を回転自在に支持するベアリング２６が設けられ、モータハウジング１１（渡りハウジング１７）とセンサハウジング１３との境界部には、モータ２３のシャフト２４の他端を回転自在に支持するベアリング２７が設けられている。また、シャフト２４に連接されたロータ２２の外周縁には永久磁石３０が取り付けられている。

図２は軸方向から見たロータの正面図である。図２に示すように、ロータ２２は、磁性板材３３が積層された略円筒状のロータコア４１を備えている。ロータコア４１の径方向中央部に形成された貫通孔４２には、シャフト２４が固定されている。ロータコア４１の径方向外側端部近傍には、ロータコア４１を軸方向に貫通する複数の収容孔４３が形成されている。各収容孔４３の内部には、ネオジウムなどの希土類からなる永久磁石３０が収容されている。つまり、本実施形態のモータ２３は、ロータコア４１に永久磁石３０が埋め込まれた、所謂ＩＰＭ（Ｉｎｔｅｒｉｏｒ Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ Ｍａｇｎｅｔ）モータである。永久磁石３０は、ロータコア４１の径方向に磁化されている。また、永久磁石３０はロータコア４１の周方向に沿って略等間隔に配置され、周方向に隣接する永久磁石３０は交互に逆方向に着磁されている。さらに、ロータコア４１には、軽量化を図るために肉抜孔４５が複数形成されている。肉抜孔４５は、貫通孔４２と収容孔４３との間に周方向に略等間隔に複数（本実施形態では８個）形成されている。

図３は、図１のＡ−Ａ線に沿う断面図である。図３に示すように、渡りハウジング１６内では、コイル２０の３つの相の巻線の一端に接続された端子２８（２８ｕ，２８ｖ，２８ｗ）が上方に配され、各相の巻線の他端を束ねたうえで結束金具２９により加締めてなる中性点３１がコイル２０の下方に対応した位置に設けられている。なお、中性点３１は、モータユニット１０における車両後方側に配置されている。また、結束金具２９に連接されている中点線３２も同じく車両後方側に敷設されている。

ここで、渡りハウジング１６における車両前方下部には、径方向外側に膨出された油溜部５１が形成されている。モータユニット１０が水平に保持された状態において、油溜部５１の底面５２は略水平に形成されており、側面５３は略垂直方向に形成されている。また、渡りハウジング１６における車両後方下部には、円筒状の内周面１６ａの一部を上げ底にした上げ底部５５が形成されている。上げ底部５５は、車両前方側から後方側に向かって上方に傾斜した傾斜面で形成されている。なお、他方の渡りハウジング１７にも同様に、油溜部５１および上げ底部５５が形成されている。

また、モータユニット１０の内部には、ベアリング２６，２７やモータ２３などを冷却するための油冷機構７０が設けられている（図１参照）。油冷機構７０は、冷却油７１と、冷却油７１を循環させるオイルポンプ７２と、冷却油７１が通流する油路７３と、を備えている。冷却油７１はモータ室３６の下部に貯留されており、ミッション室３７に設けられたオイルポンプ７２により冷却油７１が汲み上げられ、油路７３を通ってモータユニット１０内を循環するように構成されている。

冷却油７１の油面７４は、モータユニット１０が水平に保持された状態で、シャフト２４の下方でステータ２１とロータ２２との境界部近傍に設定されている。つまり、ステータ２１は油中に浸漬されているが、ロータ２２は油中に浸漬していない。

また、本実施形態では、中性点３１が油面７４近傍の位置に形成されている。このように構成することで、モータユニット１０の駆動時に高温に発熱する中性点３１をより効率よく冷却することができる。さらに、中性点３１は、モータユニット１０における車両後方側に配されている。中性点３１を車両後方側に配することで、例えば、直進時や登坂時などの高負荷時に中性点３１を冷却油７１の油中に埋没させることが可能となり、中性点３１の温度上昇を抑制することができる。

次に、このように構成されたモータユニット１０の駆動時について説明する。モータユニット１０の駆動時には、ロータ２２及びシャフト２４が回転する。
例えば、図４に示すように、車両が平坦な道をゆっくり（低加速度で）走行している場合には、中性点３１および中点線３２は発熱するものの温度は低く、この場合は冷却油７１の油面７４の変化も小さい。したがって、中性点３１および中点線３２は、油冷機構７０により循環している冷却油７１のみにより冷却される。つまり、ロータ２２は冷却油７１に浸漬されないため、ロータ２２によって冷却油７１が掻きあげられることがなく、フリクションが生じることもない。

一方、車両が高加速度で走行している場合や登坂している場合には、中性点３１および中点線３２は高温になる。車両が高加速度で走行すると、その慣性力により冷却油７１は車両の後方側に移動しようとする。また車両が登坂する場合は、モータユニット１０も坂の傾斜に応じて傾くため、冷却油７１もその傾斜に応じて車両の後方側に移動する。本実施形態では、例えば登坂時には、図５に示すように、渡りハウジング１６，１７には上げ底部５５が形成されているため、冷却油７１を効率よくモータハウジング１１の上方に移動させることができる。したがって、高温になっている中性点３１および中点線３２を冷却油７１内に浸漬させることができ、中性点３１および中点線３２を効果的に冷却することができる。さらに、このように冷却油７１が移動することで、ロータ２２の一部も冷却油７１に浸漬するため、ロータ２２の回転により冷却油７１が拡散する。したがって、油冷機構７０による冷却と合わせて、ステータ２１や永久磁石３０などを効率よく冷却することができる。

本実施形態によれば、車両の加速時や登坂時には、慣性力により冷却油７１が車両の後方側に移動しようとするが、渡りハウジング１６，１７に上げ底部５５および油溜部５１を形成したため、モータユニット１０が非駆動・水平に保持された状態で油溜部５１に貯留していた冷却油７１が、上げ底部５５を利用してモータハウジング１１（渡りハウジング１６，１７）の上方まで効果的に移動させることができる。したがって、モータハウジング１１内における車両の後側に敷設された中点線３２および中点線３２の端部に接続される中性点３１が冷却油７１に浸漬されるため、中性点３１だけでなく中点線３２も効果的に冷却することができる。つまり、費用をかけることなく簡易な構成で確実に中点線３２の油冷を行うことができる。また、同時にコイル２０の油冷も行うことができる。

また、車両の加速時や登坂時にロータ２２の一部が油中に浸漬するように構成したため、ロータ２２の回転により冷却油７１をモータハウジング１１内に拡散させることができる。したがって、モータ２３を効果的に冷却することができる。

さらに、モータ２３の低負荷時にはロータ２２が油中に浸漬することがないため、フリクションの発生を抑制することができる。つまり、モータ２３の高負荷時のみにロータ２２で冷却油７１を拡散させることができる。したがって、モータ２３の冷却とフリクションの抑制をバランスよく行うことができる。

（第二実施形態）
次に、本発明の第二実施形態を図６〜図７に基づいて説明する。なお、本実施形態は、第一実施形態と渡りハウジングの構成が異なるのみであり、その他の構成は第一実施形態と略同一であるため、同一箇所には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
図６に示すように、渡りハウジング１１６における車両前方下部には、径方向外側に膨出された油溜部５１が形成されている。モータユニット１０が水平に保持された状態において、油溜部５１の底面５２は略水平に形成されており、側面５３は略垂直方向に形成されている。また、側壁５３には車両の前後方向に付勢力を有するバネ１５６が取り付けられており、バネ１５６の先端には可動壁１５７が設けられている。可動壁１５７は、略板状の部材であり、底面５２に対して略垂直方向に立設されている。この可動壁１５７は冷却油７１からの油圧により車両の前後方向に可動できるようになっている。

つまり、図７に示すように、車両の加速時や登坂時の高負荷時には冷却油７１が車両後方側に移動しようとするため、可動壁１５７にかかる油圧が小さくなる。すると、可動壁１５７は、バネ１５６の付勢力により車両後方側へと可動し、油溜部５１の容積を減少することができる。つまり、より効果的に冷却油７１を車両後方側へ移動させることができる。

さらに、渡りハウジング１１６における車両後方下部には、円筒状の内周面１１６ａの一部を上げ底にした上げ底部５５が形成されている。なお、一方の渡りハウジング１７にも同様に、油溜部５１および上げ底部５５が形成されている。

本実施形態によれば、モータ２３の負荷に応じて油溜部５１の容積を変更して、油面７４の高さを調節することができるため、中性点３１、中点線３２およびモータ２３をより効果的に冷却することができる。

尚、本発明は上述した実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述した実施形態に種々の変更を加えたものを含む。すなわち、実施形態で挙げた具体的な構造や形状などはほんの一例に過ぎず、適宜変更が可能である。
例えば、本実施形態においては、渡りハウジング１６，１７にともに油溜部５１および上げ底部５５を形成した場合の説明をしたが、中性点３１および中点線３２が配された側の渡りハウジング１６のみに油溜部５１および上げ底部５５を形成してもよい。
また、本実施形態においては、油溜部５１に設けた可動壁１５７をバネ１５６により可動させるようにしたが、モータの負荷に応じて可動壁１５７を可動できる構成であればバネを用いなくてもよい。
さらに、本実施形態においては、モータユニット１０が水平に保持された状態において、中性点３１を油面７４の直上に配した場合の説明をしたが、図８に示すように、中性点３１を油中に浸漬させるような構成でもよい。

１０…モータユニット（車両用モータユニット） １１…モータハウジング １５…ステータハウジング １６…渡りハウジング １６ａ…内周面 １７…渡りハウジング ２０…コイル ２１…ステータ ２２…ロータ ２３…モータ ２４…シャフト ３１…中性点 ３２…中点線 ５１…油溜部 ５５…上げ底部 ７０…油冷機構（油循環機構） ７１…冷却油（油） ７４…油面 １１６…渡りハウジング １５７…可動壁（側壁）

Claims (5)

1. 回転駆動するシャフトに設けられたロータと、コイルが巻き回され、前記ロータの周面に沿って対向配置されたステータと、を有するモータと、
   前記ステータを収容可能なステータハウジングと、該ステータハウジングの軸方向両端に連接された渡りハウジングと、を有するモータハウジングと、
   該モータハウジング内に貯留される油を循環する油循環機構と、を備えた車両用モータユニットにおいて、
   前記モータの軸方向が車両の左右方向と略平行になるように配され、
   前記コイルの中点線が、前記ステータの上部から前記コイルにおける前記車両の後側に敷設されて中性点に接続されており、
   前記渡りハウジングにおける前記車両の後側には、略円筒状の内周面の一部を上げ底にした上げ底部が形成されるとともに、
   前記渡りハウジングにおける前記車両の前側には、前記内周面の一部を径方向外側に膨出した油溜部が形成されていることを特徴とする車両用モータユニット。
2. 前記車両の加速時または登坂時に、前記ロータの少なくとも一部が油中に浸漬可能に構成されていることを特徴とする請求項１に記載の車両用モータユニット。
3. 前記モータの軸方向が略水平方向に保持された状態において、前記ロータは前記油の油面より上方に位置していることを特徴とする請求項１または２に記載の車両用モータユニット。
4. 前記中性点が、前記車両の後側における前記油面の近傍に設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の車両用モータユニット。
5. 前記油溜部に前記車両の前後方向に可動する側壁が設けられ、
   前記モータの高負荷時に、前記側壁が前記車両の後方側に可動して、前記油溜部の容積を減少できるように構成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の車両用モータユニット。

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