JP2010283929A - 電動機 - Google Patents

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Abstract

【課題】ステータを全体に亘って均一に冷却することができる電動機を提供する。
【解決手段】ステータホルダ50の円筒部54の外周面とモータハウジング11の内壁との間の中間領域内は円筒部54の周方向に沿って油71が流通する環状油路60を構成し、モータハウジング11には、ステータホルダ50の円筒部54の周方向に沿って冷却液を流通させるウォータージャケット45が設けられ、油71の流通方向と冷却液の流通方向とが対向していることを特徴とする。
【選択図】図2

Description

本発明は、電動機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、及びステータの内側に配置されたロータを有するモータと、このモータが収納されたハウジングとを備えたモータユニットが知られている。このようなモータユニットは、モータのステータがハウジング内に固定され、ステータの外周面がハウジングの内周面に密着配置されるようになっている。
ところで、上述したモータを駆動すると、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コイルが発熱し、モータ特性の低下等に繋がる虞がある。そこで、ステータの温度上昇を抑制することを目的とした構成が提案されている。このような構成としては、例えば特許文献1に示されるように、ステータの上方に冷却油を流通させるための冷却油流通路を設け、この冷却油流通路から下方に配置されたステータに向けて冷却油を排出するものがある。この構成によれば、冷却油流通路から排出された冷却油が、ステータを伝って下方に流れていくことで、ステータとコイルとの間で熱交換が行われ、ステータを冷却することができるとされている。
特開2008−178243号公報
しかしながら、上述した特許文献1の構成では、冷却油流通路から排出される冷却油が常に、ステータの上方から下方に向けて一方向に流れることになる。この場合、冷却油流通路から排出された冷却油は、ステータとの熱交換を行いながらステータの下方に向かって流れていくため、流通方向における上流側(上部)から下流側(下部)に向かうにつれ冷却油の温度が高くなる。これに伴い、ステータの上部から下部に向かうにつれ、冷却油とステータとの熱交換の効率が低下する。その結果、ステータ全体を均一に冷却することが難しいという問題がある。
そこで本発明は、上述した問題に鑑みてなされたものであって、ステータを全体に亘って均一に冷却することができる電動機を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明の電動機は、ロータ(例えば、実施形態におけるロータ22)と、前記ロータの外周側に設けられた円環状のステータ(例えば、実施形態におけるステータ21)と、前記ロータ及び前記ステータが収納されたハウジング(例えば、実施形態における)モータハウジング11とを備えた電動機(例えば、実施形態におけるモータユニット10)であって、前記ステータは、ステータホルダ(例えば、実施形態におけるステータホルダ50)を介して前記ハウジングに収納され、前記ステータホルダは、内周面に前記ステータの外周面が密着配置された円筒部(例えば、実施形態における円筒部54)を備え、前記ステータホルダは、前記円筒部の外周面と前記ハウジングの内壁との間に中間領域ができるように前記ハウジングに固定され、前記中間領域内は前記円筒部の周方向に沿って伝熱体(例えば、実施形態における油71)が流通する伝熱体通路(例えば、実施形態における環状油路60)を構成し、前記ハウジングには、前記ステータホルダの前記円筒部の周方向に沿って冷媒を流通させる冷媒通路(例えば、実施形態におけるウォータージャケット45)が設けられ、前記伝熱体の流通方向と前記冷媒の流通方向とが対向していることを特徴とする。
コイルに電流が流れるとステータに磁界が形成され、ステータとロータとの間に生じる磁気的な吸引力や反発力が繰り返し発生することで、ステータの形状が繰り返し変形する(いわゆる、磁歪振動が発生する)。この磁歪振動がハウジングに伝達されることでハウジングが振動し、ノイズになるという問題がある。特に、燃料電池車両等の電気自動車の駆動源として搭載される比較的大きな電動機においては、ステータの磁歪振動によるノイズが無視できない程大きくなる。
そこで、本発明の構成によれば、ステータホルダを介してステータをハウジングに固定することで、ステータホルダとハウジングとの間に中間領域が形成される。そして、ステータがハウジングとの間に中間領域を挟んで配置されているので、ステータの磁歪振動がハウジングに直接伝達されることがなく、ステータホルダとハウジングとの接触部分を経由して伝達されることになる。すなわち、ステータの外周面が直接、ハウジングの内壁面に密着配置されている構成に比べて、ステータの磁歪振動がハウジングまで伝達され難くなるので、磁歪振動がハウジングに伝達されることにより発生するノイズを低減することが可能になる。
そして、中間領域を伝熱体通路として利用することで、ステータとハウジングとの間に空気が介在している場合に比べて、ステータの伝熱性能を向上させることができる。すなわち、ステータで発生した熱は伝熱体を介して放熱され、伝熱体から冷媒通路内を流通する冷媒に向けて放熱される。したがって、電動機の過熱を防止して、モータ性能の低下を防止することができる。
特に、本発明の構成によれば、冷媒通路を流通する冷媒の流通方向と、伝熱体通路を流通する伝熱体との流通方向が対向しているため、冷媒と伝熱体とを並行に流通させた場合に比べて、冷媒と伝熱体との間における熱交換の効率を向上させることができる。この場合、伝熱体通路内における高温側(下流側)の伝熱体と、冷媒通路内における低温側(上流側)の冷媒との間で熱交換が行われることになるので、上流側から下流側にかけての伝熱体の温度上昇を抑制することができる。したがって、伝熱体通路の上流側と下流側との間で伝熱体温度の均一化を図ることができる。その結果、ステータと伝熱体との熱交換が、ステータの全周に亘って均一に行われることになるので、ステータの全体を均一に冷却することができ、モータ性能の低下をより防止することができる。
また、前記伝熱体通路の内面には、前記伝熱体を周方向に沿って案内する伝熱体フィン(例えば、実施形態における油フィン157)が設けられる一方、前記冷媒通路の内面には、前記冷媒をそれぞれ周方向に沿って案内する冷媒フィン(例えば、実施形態におけるウォーターフィン46)が設けられていることを特徴とする。
この構成によれば、伝熱体通路内を流通する伝熱体は、伝熱体フィン間に案内されて伝熱体通路内を周方向に沿ってスムーズに流通することになる。これにより、伝熱体通路内における伝熱体の滞留を防ぐことができるので、伝熱体通路内における伝熱体の過熱を防止することができる。また、伝熱体通路の内面と伝熱体との伝熱面積を増加させることができるので、ステータで発生する熱は伝熱体フィンに速やかに伝達され、その後冷媒通路を流通する冷媒に向けて放熱される。したがって、伝熱体の熱交換を効率的に行うことができるので、電動機の過熱を防止して、モータ性能の低下を防止することができる。
同様に、冷媒通路に冷媒フィンを設けることで、冷媒通路内における冷媒の滞留を防いで、冷媒通路内で冷媒をスムーズに流通させることができるとともに、冷媒通路の内面と冷媒との間の熱交換を効率的に行うことができる。
また、前記ロータは、その両端が軸受け(例えば、実施形態におけるベアリング26,27)に回転可能に支持されたシャフト(例えば、実施形態におけるシャフト24)を備え、前記ハウジングにおける前記冷媒通路よりも外周側には、前記伝熱体を前記軸受けに供給するための供給通路(例えば、実施形態における共通油路75)が設けられ、前記供給通路と前記伝熱体通路との間には、前記供給通路から分岐して形成され、前記供給通路と前記伝熱体通路とを連通させる連通通路(例えば、実施形態における連通油路78)が形成されていることを特徴とする。
この構成によれば、供給通路と伝熱体通路とを連通させる連通通路を設けるのみで、供給通路を流通する伝熱体を伝熱体通路内に供給することができる。これにより、伝熱体通路に伝熱体を循環させる循環系を新たに設ける必要がないので、構成の簡素化を図ることができる。
また、前記伝熱体通路の内面には、前記伝熱体を前記伝熱体通路の軸方向に沿って案内する案内路(例えば、実施形態における案内路155)が設けられ、前記案内路の流通方向における上流端と前記連通通路の流通方向における下流端とが、前記伝熱体通路の周方向における同位置に配置されていることを特徴とする。
この構成によれば、連通通路から伝熱体通路に供給された伝熱体は、案内路に沿って伝熱体通路内を軸方向に流通することになる。これにより、伝熱体は伝熱体通路内の軸方向全域に亘って行き渡るとともに、案内路から伝熱体通路の周方向に沿って分配されることになる。したがって、ステータの全周に亘って伝熱体を均一に流通させることができるので、ステータの全体に亘って均一な伝熱性能を確保することができる。
また、前記案内路の流通方向における下流端には、前記案内路に沿って流通する前記伝熱体を塞き止める塞き止め部(例えば、実施形態における塞き止め部156)が形成されていることを特徴とする。
この構成によれば、伝熱体が案内路の下流端で塞き止め部によって塞き止められると、塞き止められた伝熱体が伝熱体通路の周方向に沿って流通することになる。これにより、案内路を流通する伝熱体の流通方向を伝熱体通路の周方向に向けて指向させることができる。
また、前記案内路は、上流側から下流側にかけて、前記円筒部の周方向における幅が広くなるように形成されていることを特徴とする。
この構成によれば、上流側から下流側に至るまで、案内路上を流通する伝熱体の流量の均一化を図ることができる。これにより、伝熱体通路内を流通する伝熱体を下流側まで確実に行き届かせることができるので、伝熱体通路内の全域に亘って伝熱体を均一に流通させることができる。その結果、ステータの全体に亘って均一な伝熱性能を確保することができる。
また、前記伝熱体通路の内面には、前記伝熱体を周方向に沿って案内する伝熱体フィンが設けられ、前記案内路は、前記伝熱体フィンが前記円筒部の周方向における同位置で切り欠かれて形成されていることを特徴とする。
この構成によれば、案内路と伝熱体フィンとの間の通路が連続的に形成されるので、案内路上を流通する伝熱体は、案内路の幅方向両側に形成された伝熱体フィン間にスムーズに分配される。その後、伝熱体は、伝熱体フィン間を円筒部の周方向に沿って案内されるため、伝熱体通路の周方向及び軸方向に亘って伝熱体をスムーズに流通させることができる。
また、前記伝熱体フィン及び前記冷媒フィンは、それぞれ前記ハウジングの内壁面に形成されるとともに、前記ハウジングの軸方向における同位置に配置されていることを特徴とする。
この構成によれば、伝熱体から伝熱体フィンに伝達された熱は、ハウジングを径方向に沿って伝達された後、速やかに冷媒フィンに伝達され、冷却フィンから冷媒に伝達されることになる。そのため、冷媒と伝熱体との間の熱交換の効率をより向上させることができる。
本発明によれば、冷媒通路を流通する冷媒の流通方向と、伝熱体通路を流通する伝熱体との流通方向が対向しているため、冷媒と伝熱体とを並行に流通させた場合に比べて、冷媒と伝熱体との間における熱交換の効率を向上させることができる。この場合、伝熱体通路内における高温側(下流側)の伝熱体と、冷媒通路内における低温側(上流側)の冷媒との間で熱交換が行われることになるので、上流側から下流側にかけての伝熱体の温度上昇を抑制することができる。したがって、伝熱体通路の上流側と下流側との間で伝熱体温度の均一化を図ることができる。その結果、ステータと伝熱体との熱交換が、ステータの全周に亘って均一に行われることになるので、ステータの全体を均一に冷却することができ、モータ性能の低下をより防止することができる。
モータユニットの概略構成図である。 図1のA−A線に沿う断面図である。 図1の要部拡大図である。 図2のB−B線に相当するモータハウジングの断面図である。 第2実施形態のステータホルダを示す平面図(上面図)である。 図5のC−C線に相当するモータユニットの断面図である。 第2実施形態の変形例を示すステータホルダの平面図である。 第2実施形態の変形例を示す図5のC−C線に相当するモータユニットの断面図である。 第3変形例におけるモータハウジングの内壁面を見た平面図である。 図9のD−D線に相当するモータユニットの断面図である。 第4変形例におけるモータハウジングの内壁面を見た平面図である。 図11のE−E線に相当するモータユニットの断面図である。 第3実施形態におけるモータユニットの断面図である。 図13のF−F線に沿う断面図である。
(第1実施形態)
次に、本発明の第1実施形態を図面に基づいて説明する。なお、本実施形態では本発明の電動機を燃料電池車両に搭載される車両用駆動モータユニットとして採用した場合について説明する。
(車両用駆動モータユニット)
図1は車両用モータユニットの概略構成断面図であり、図2は図1のA−A線に沿う断面図である。
図1,2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、ステータ21およびロータ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)を収容するギヤハウジング12と、ギヤハウジング12とモータハウジング11とを連結する共用ハウジング13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14と、を備えている。そして、モータハウジング11の内部はモータボックス15として、ギヤハウジング12の内部はギヤボックス16として、センサハウジング14の内部はセンサボックス17として、それぞれ構成されている。
共用ハウジング13には、モータボックス15とギヤボックス16とを仕切る仕切壁18が形成されており、仕切壁18には、仕切壁18の厚さ方向(軸方向)に貫通する貫通孔19が形成されている。この貫通孔19内には、モータ23のシャフト24の軸方向一端側(図1中左側)を回転自在に支持するベアリング26が挿入されている。シャフト24の軸方向一端には、ギヤボックス16内で図示しない動力伝達部と噛合するギヤ20が固定されている。一方、モータハウジング11とセンサハウジング14との境界部のセンサハウジング14側には、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。
ロータ22は、複数の磁性板材が積層された略円筒状のロータヨーク41を備えている。ロータヨーク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。ロータヨーク41の径方向外側における端部近傍には、ロータヨーク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32が収容されている。また、永久磁石32はロータヨーク41の周方向に沿って略等間隔に複数配置され、周方向に隣接する永久磁石32は交互に逆方向に着磁されている。
ロータ22の周面には、軸方向から見て円環状に形成されたステータ21が対向配置されている。ステータ21は、複数の磁性板材が軸方向に沿って積層されてなり、後述するステータホルダ50内に固定されている。具体的に、ステータ21は、外周部分を構成するヨーク部33と、ヨーク部33から径方向内側(ロータ22に向かう方向)に向かって突出する複数のティース部34とを備えている。
ティース部34は、周方向に等間隔に複数形成されており、隣り合うティース部34間に形成されたスロット(不図示)にはコイル35が巻き回されている。本実施形態では、コイル35は分布巻きで巻き回されている。
図3は図1の要部拡大図であり、図4は図2のB−B線に相当するモータハウジングの断面図である。
図1〜4に示すように、モータハウジング11は、ダイキャスト法等で形成されたアルミ等からなる円筒部44を備えている。円筒部44は、内径がステータホルダ50の外径よりも僅かながら大きく形成されたものであり、モータ23全体を覆うように形成されている。円筒部44を形成する壁部内には、周方向全周に亘ってウォータージャケット45が形成されている。このウォータージャケット45は、その内部に冷媒である冷却水を流通させるための流路であり、ウォーターポンプ(不図示)から送出される冷却水がウォータージャケット45内を循環するようになっている。ウォータージャケット45は、その軸方向における長さがステータ21の軸方向における長さと同等に形成されている。
また、円筒部44の外周面には、ウォーターポンプから送出される冷却水をウォータージャケット45内に供給するための導入口48と、ウォータージャケット45内を流通した冷却液が排出される排出口49とが設けられている。
導入口48は、円筒部44における重力方向に沿う最下部に配置される一方、排出口49は、円筒部44における重力方向に沿う最上部に配置されている。すなわち、導入口からウォータージャケット45内に供給された冷却水は、ウォータージャケット45の最下部から最上部に向かってウォータージャケット45内を流通するようになっている。
ここで、図3,4に示すように、ウォータージャケット45内における径方向内側の内面45a(円筒部44の内壁面側)には、径方向外側の内面45b(円筒部44の外壁面側)に向けて突出する複数のウォーターフィン46が形成されている。各ウォーターフィン46は、それぞれ周方向の全周に亘って形成されており、軸方向に沿って所定間隔毎に配置されている。
また、円筒部44における軸方向一端側の内壁面には、径方向内側に向けて突出するリング部47が形成されている。このリング部47は、円筒部44の全周に亘って形成されており、ステータホルダ50とモータハウジング11との軸方向における中心位置決めを行うものである。
図1〜3に示すように、モータハウジング11には、上述したステータ21を保持するためのステータホルダ50が固定されている。ステータホルダ50は、プレス成型や鍛造等により形成された鉄等からなる部材であり、モータハウジング11の内壁面に沿って形成された円筒部54を備えている。ステータホルダ50は、上述したステータ21を保持した状態でモータハウジング11に固定されるものであり、円筒部54の内周面とステータ21の外周面とが同軸上で密着配置されることにより、円筒部54内にステータ21が固定されている。
ステータホルダ50は、軸方向他端側(図1中右側)からモータハウジング11の円筒部44内に挿入されおり、ステータホルダ50の軸方向一端側の端面とモータハウジング11のリング部47とが微小な空間を空けて突き合わされている。一方、ステータホルダ50の円筒部54における軸方向他端側の開口縁には、円筒部54から径方向外側に向けて張り出す外フランジ部55が形成されている。この外フランジ部55は、モータハウジング11の軸方向他端側の端面に突き合わされている。また、外フランジ部55には、ステータホルダ50をモータハウジング11に取り付けるための複数の取付孔(不図示)が形成されている。一方、モータハウジング11の軸方向他端側の端面には、取付孔と周方向における同位置に雌ネジ部(不図示)が形成されており、取付孔を通してモータハウジング11の雌ネジ部にボルト56が螺入されることで、ステータホルダ50がモータハウジング11に固定されている。
ステータホルダ50における円筒部54の外周面とモータハウジング11の円筒部44の内壁面との間の中間領域は、後述する油供給機構70から供給される油71が流通する環状油路(伝熱体通路)60を構成している。環状油路60は、ステータホルダ50とモータハウジング11との間に、周方向全周に亘って形成されたものである。すなわち、ステータ21は、ステータホルダ50を介してモータハウジング11に連結されているため、ステータ21はモータハウジング11の内側に、環状油路60及びステータホルダ50の円筒部54を挟んだ状態で配置されることになる。
環状油路60の軸方向一端側は、モータハウジング11のリング部47によって周方向の略全周が閉塞されており、リング部47の重力方向における最下部には、軸方向に貫通する貫通孔(不図示)が形成されている。一方、環状油路60の軸方向他端側は、ステータホルダ50の外フランジ部55によって、周方向の略全周が閉塞されており、外フランジ部55の重力方向における最下部には、軸方向に貫通する貫通孔(不図示)が形成されている。これら貫通孔は、環状油路60内を流通する油71の排出口として機能するものであり、これら貫通孔を介して環状油路60とモータボックス15内とが連通している。
ここで、モータユニット10内(各ハウジング11〜14内)の下部は、油71が貯留された油溜69を構成している。なお、油溜69は、各ハウジング11〜14間で連通しており、モータハウジングと11とギヤハウジング12との間は、共用ハウジング13の下部に形成された図示しない連通口を介して連通している。なお、油溜69に貯留された油71はステータ21の下部を浸漬するとともに、その油面は、モータユニット10の軸方向が車両走行時の最大傾斜状態であってもロータ22(図1参照)に油71が接触しない高さになるように設定されている。
そして、モータユニット10内には、油溜69に貯留された油71を用いてベアリング26,27の潤滑や冷却、またモータ23等の冷却を行うための油供給機構70が設けられている。油供給機構70は、油71が貯留された上述した油溜69と、ギヤボックス16内の下部に配置され、モータユニット10内で油71を循環させるオイルポンプ72と、オイルポンプ72から送出される油71が通流する油路73とを備えている。
油路73は、各ハウジング11〜14の壁部内に形成され、モータユニット10全体を流通する共通油路(供給通路)75と、共通油路75から分岐して形成され、ベアリング26,27に油71を供給するための軸受け供給油路76と、センサボックス17内に油71を供給するためのセンサ供給油路77と、上述した環状油路60内に油を供給するための連通油路(連通通路)78とを備えている。
共通油路75は、モータハウジング11内において、ウォータージャケット45よりも外周側に形成され、円筒部44を軸方向に沿って延在している。そして、円筒部44の最上部には、共通油路75と環状油路60とを連通させる連通油路78が形成されている。この連通油路78は、円筒部44の軸方向他端側において径方向に沿って形成されたものであり、共通油路75を流通する油71の一部が連通油路78に分岐して環状油路60内へ供給されるようになっている。そして、環状油路60内を流通する油71は、環状油路60の最上部から供給され、環状油路60内を下方に向けて流通する。すなわち、本実施形態では、上述したウォータージャケット45内を流通する冷却液の流通方向と、環状油路60内を流通する油71の流通方向とが互いに逆方向(対向流)になっている。なお、本実施形態の油71は、ベアリング26,27の潤滑するための潤滑油等を用いることが可能であり、潤滑油を用いた場合にはベアリング26,27の潤滑とモータ23の冷却との双方の要求を満足させることができる。
(作用)
次に、本実施形態のモータユニット10の作用について説明する。以下の説明では、モータユニット10の冷却方法として、冷却水及び油71の流通について説明する。
図1に示すように、モータ23を作動させると、ウォーターポンプ(不図示)及び油供給機構70のオイルポンプ72が作動する。
油供給機構70のオイルポンプ72が作動すると、油溜69に貯留された油71がオイルポンプ72によって汲み上げられる。そして、油溜69から汲み上げられた油71は、オイルポンプ72により共通油路75に送出され、モータユニット10の全体に流通する(図1中矢印L1参照)。具体的に、共通油路75を流通する油71の一部はまず軸方向一端側の軸受け供給油路76に分岐し、軸受け供給油路76内を流通した後、ベアリング26に供給される(図1中矢印L2)。これにより、ベアリング26の潤滑や冷却が行われ、その後、油71は油溜69に排出される。
一方、共通油路75を流通する残りの油71は、モータハウジング11内の最上部を軸方向他端側に向かって流通し、モータハウジング11の軸方向他端側で連通油路78に分岐する(図1中矢印L3参照)一方、残りはセンサハウジング14に向けて流通する。センサハウジング14内の共通油路75を流通する油71は、一部が途中で軸方向他端側の軸受け供給油路76に分岐し、軸受け供給油路76内を流通した後、ベアリング27に供給される(図1中矢印L4)。これにより、ベアリング27の潤滑や冷却が行われ、その後、油71はセンサボックス17を介して油溜69に排出される。一方、共通油路75内を流通する油71は、センサ供給油路77を流通した後、センサボックス17内に設けられた回転センサ25に供給される。これにより、回転センサ25の冷却が行われ、その後、油71は油溜69に排出される。
ここで、図1〜3に示すように、モータハウジング11の共通油路75から連通油路78に分岐した油71は、連通油路78内を重力方向下方に向けて流通した後、環状油路60内へ供給される。そして、環状油路60内に供給された油71は、環状油路60内の軸方向に沿って行渡るとともに、周方向に沿って流通する(図2中L5)。すなわち、環状油路60内を流通する油71は、ステータ21の外周面に沿って重力方向上部から下部に向けて流通し、この間にステータ21との熱交換が行われる。これにより、ステータ21の冷却を行うことができる。そして、環状油路60の下部まで流通した油71は、ステータホルダ50の外フランジ部55及びモータハウジング11のリング部47にそれぞれ形成された排出口(不図示)から油溜69に向けて排出される。そして、油溜69に排出された油71は、再びオイルポンプ72に汲み上げられ、油路73内を循環してステータ21(環状油路60)や各ベアリング26,27、回転センサ25に供給されるようになっている。
一方、図2〜4に示すように、ウォーターポンプが作動すると、ウォーターポンプからモータハウジング11のウォータージャケット45内に向けて、冷却水が送出される。具体的に、ウォーターポンプから送出される冷却水は、円筒部44の最下部に配置された導入口48からウォータージャケット45内に供給される。導入口48から供給された冷却水は、ウォータージャケット45内を軸方向に沿って行渡った後、周方向に沿って流通する(図2中矢印W参照)。すなわち、ウォータージャケット45内を流通する冷却水は、環状油路60の径方向外側を重力方向下部から上部に向けて流通し、この間に環状油路60内を流通する油71との熱交換が行われる。
なお、ウォータージャケット45の内面45aには、径方向に向けて突出する複数のウォーターフィン46が周方向に沿って形成されているため、ウォータージャケット45内を流通する冷却液は、ウォーターフィン46間に案内されてウォータージャケット45内を周方向に沿ってスムーズに流通することになる。これにより、ウォータージャケット45内における冷却液の滞留を防ぐことができるので、ウォータージャケット45内における冷却液の過熱を防止することができる。また、冷却水と、ウォータージャケット45の内面45aとの伝熱面積を増加させることができるので、ステータ21で発生する熱は油71を介してウォータージャケット45の内面45aに伝達された後、ウォーターフィン46から冷却液に向けて速やかに放熱される。したがって、冷却液と油71との熱交換を効率的に行うことができる。
そして、ウォータージャケット45の最上部まで流通した冷却水は、円筒部44の上部に配置された排出口49から排出され、再びウォーターポンプからウォータージャケット45の導入口48に向けて送出される。
このように、本実施形態では、まずステータホルダ50を介してステータ21をモータハウジング11に固定するとともに、ステータホルダ50とモータハウジング11との間の中間領域を油71が流通する環状油路60として用いる構成とした。
ところで、モータ23が作動する際、コイル35に電流が流れるとステータ21に磁界が形成され、ステータ21とロータ22との間に生じる磁気的な吸引力や反発力が繰り返し発生することで、磁歪振動が発生する。この磁歪振動がモータハウジング11に伝達されることでモータハウジング11が振動し、ノイズになるという問題がある。特に、本実施形態のように燃料電池車両等の電気自動車の駆動源として搭載される比較的大きなモータユニット10においては、ステータ21の磁歪振動によるノイズが無視できない程大きくなる。
そこで、本実施形態によれば、ステータホルダ50を介してステータ21をモータハウジング11に固定することで、ステータホルダ50とモータハウジング11との間に中間領域が形成される。そして、ステータ21がモータハウジング11との間に中間領域を挟んで配置されているので、ステータ21の磁歪振動がモータハウジング11に直接伝達されることがなく、ステータホルダ50とモータハウジング11との接触部分(例えば、外フランジ部55)を経由して伝達されることになる。すなわち、ステータ21の外周面が直接、モータハウジング11の内壁面に密着配置されている構成に比べて、ステータ21の磁歪振動がモータハウジング11まで伝達され難くなるので、磁歪振動がモータハウジング11に伝達されることにより発生するノイズを低減することが可能になる。
そして、中間領域を環状油路60として利用することで、ステータ21とモータハウジング11との間に空気が介在している場合に比べて、ステータ21の伝熱性能を向上させることができる。すなわち、ステータ21で発生した熱は油71を介して放熱され、油71からウォータージャケット45内を流通する冷却液に向けて放熱される。したがって、モータ23の過熱を防止して、モータ性能の低下を防止することができる。
特に、本実施形態では、ウォータージャケット45内を流通させる冷却水の流通方向と、環状油路60内を流通する油71の流通方向とが対向流になるように構成した。
この構成によれば、環状油路60内における高温側(下流側)の伝熱体と、ウォータージャケット45内における低温側(上流側)の冷却水との間で熱交換が行われるため、冷却水と油71とを並行に流通させた場合に比べて、冷却液と油71との間における熱交換の効率を向上させることができる。そのため、上流側から下流側にかけての油71の過熱を抑制することができる。したがって、環状油路60の上流側と下流側との間で発生する油71の温度バラツキを抑制することができる。
その結果、ステータ21と油71との熱交換が、ステータ21の全周に亘って均一に行われることになるので、ステータ21の全体を均一に冷却することができ、モータ性能の低下をより防止することができる。
また、ベアリング26,27や回転センサ25等に油71を供給するための油路73と、環状油路60とを連通させる連通油路78を設けるのみで、モータユニット10を流通する油71を環状油路60内に供給することができる。これにより、環状油路60に油71を循環させる循環系を新たに設ける必要がないので、構成の簡素化を図ることができる。
(第2実施形態)
次に、本発明の第2実施形態について説明する。図5は第2実施形態のステータホルダを示す平面図(上面図)であり、図6は図5のC−C線に相当するモータユニットの断面図である。なお、以下の説明では上述した第1実施形態と同様の構成については同一の符号を付し、説明を省略する。
図5,6に示すように、本実施形態のモータユニット100(図6参照)は、ステータホルダ50における円筒部54の外周面に複数の油フィン(伝熱体フィン)157が形成されている。これら油フィン157は、それぞれ円筒部54の周方向における略全周に亘って形成されており、各油フィン157は軸方向に沿って所定間隔毎に配置されている。これら油フィン157は、円筒部54の外周面が径方向内側に向かって削り取られた溝間に形成され、円筒部54の外周面上に互いに平行に配置されている。
また、ステータホルダ50の円筒部54の外周面には、軸方向に沿って案内路155が形成されている。この案内路155は、円筒部54の重力方向最上部の外周面から径方向内側に向かって削り取られた溝であり、軸方向他端側から軸方向一端側に向けて、円筒部54の軸方向における長さと同等に形成されている。この場合、円筒部54の最上部において、各油フィン157の周方向における同位置が軸方向に沿って切り欠かれ、油フィン157間に形成された流路(溝)の両端が案内路155の幅方向両側に連通することになる。
また、案内路155の軸方向他端側において、環状油路60内に油71を供給するための連通油路78の開口部と対向している。一方、案内路155は、円筒部54の軸方向一端側の端面で開放しないようになっており、円筒部54の軸方向一端側の端面には案内路155よりも径方向外側に向けて突出した塞き止め部156が形成されている。
この場合、連通油路78から環状油路60内に供給された油71は、案内路155上を案内されて軸方向他端側から一端側に向けて流通する(図5中矢印L5参照)。そして、案内路155上を流通する油71は案内路155上を流通しながら、その途中で案内路155の幅方向両側に形成された油フィン157間に分配され、油フィン157間を周方向に沿って案内される(図5中矢印L6参照)。その結果、環状油路60の周方向及び軸方向に沿って油71をスムーズに流通させることができる。これにより、環状油路60内における油71の滞留を防ぐことができるので、環状油路60内における油71の過熱を防止することができる。また、ステータホルダ50と油71との伝熱面積を増加させることができるので、ステータ21で発生する熱は油フィン157に伝達された後、ウォータージャケット45(図1参照)を流通する冷却水に向けて速やかに放熱される。したがって、油71とステータホルダ50との熱交換を効率的に行うことができるので、モータユニット100の過熱を防止して、モータ性能の低下を防止することができる。
また、ステータホルダ50の軸方向一端側に塞き止め部156が形成されているため、案内路155上を案内される油71は、環状油路60の軸方向一端に到達する前段で塞き止められ、塞き止められた油71が油フィン157に向けて案内される。これにより、案内路155を流通する油71の流通方向を環状油路60の周方向に向けて指向させることができる。
また、案内路155の幅方向両側に油フィン157間に形成された溝が連通することになるので、案内路155上を流通する油71は、その途中で案内路155の幅方向両側に形成された油フィン157間にスムーズに分配される。その後、油71は、油フィン157間を周方向に沿って案内されるため、環状油路60の周方向及び軸方向に亘って油71をスムーズに流通させることができる。
(第1変形例)
図7は、上述した第2実施形態の変形例を示すステータホルダの平面図である。
上述した第2実施形態では、図5に示すように、案内路155の幅(周方向における幅)が、軸方向に沿って一様に形成されている場合について説明したが、図7に示すように、案内路255の幅を軸方向に沿って変化させても構わない。
具体的に、本変形例のステータホルダ50における案内路255は、軸方向他端側から一端側にかけて案内路255の幅(円筒部54の周方向における幅)が漸次広くなるようなテーパ形状に形成されている。
この構成によれば、連通油路78から環状油路60内に供給された油71は、案内路255上を軸方向他端側から一端側に向けて流通する。この時、他端側から一端側に至るまで、案内路255上を流通する油71の流量の均一化を図ることができる。これにより、環状油路60の軸方向他端側から供給された油71を、軸方向一端側まで確実に行き届かせることができるので、環状油路60内の全域に亘って油71を均一に流通させることができる。その結果、ステータ21の全周に亘って均一な伝熱性能を確保することができ、ステータ21を全周に亘って均一に冷却することができる。
(第2変形例)
なお、上述した第1変形例では、案内路255の幅を変化させる場合について説明したが、図8に示すように、案内路355の深さ(径方向における深さ)を軸方向に沿って変化させても構わない。具体的に、本変形例のステータホルダ50における案内路355は、軸方向他端側から一端側にかけて案内路355の深さが深くなるように形成されている。
この構成によれば、案内路355上を流通する油71の流量を軸方向他端側から一端側にかけて効率的に流通させることができるので、他端側から一端側に至るまで、案内路355上を流通する油71の流量の均一化を図ることができる。
(第3変形例)
次に、本発明の第3変形例について説明する。図9は第3変形例におけるモータハウジングの内壁面を見た平面図であり、図10は図9のD−D線に相当するモータユニットの断面図である。
図9,10に示すように、本変形例のモータユニット400(図10参照)は、モータハウジング11に案内路455を、ステータホルダ50に油フィン157をそれぞれ別々に形成している点で上述した変形例と相違している。具体的に、図10に示すように、ステータホルダ50における円筒部54の外周面には、周方向全周に亘って上述した複数の油フィン157が形成されている。これら油フィン157は、軸方向に沿って所定間隔毎に配置されており、円筒部54の外周面上に互いに平行に形成されている。
また、モータハウジング11の円筒部44における内壁面には、案内路455が形成されている。この案内路455は、円筒部44の重力方向最上部の内壁面から径方向外側に向かって切欠き形成された溝であり、軸方向他端側から軸方向一端側に向けて、円筒部44の軸方向における長さと同等に形成されている。この場合、案内路455の軸方向他端側は、連通油路78の開口部に連通している一方、案内路455の軸方向一端側には、円筒部44の内壁面が案内路455よりも径方向内側に向けて突出した塞き止め部456が形成されている。
この構成においても、上述した第2実施形態と同様の効果を奏することができる。
(第4変形例)
次に、本発明の第4変形例について説明する。図11は第4変形例におけるモータハウジングの内壁面を見た平面図であり、図12は図11のE−E線に相当するモータユニットの断面図である。
図11,12に示すように、本変形例のモータユニット500(図12参照)は、案内路455及び油フィン557をモータハウジング11側に形成している点で、上述した各変形例と相違している。具体的に、モータハウジング11の円筒部44における内壁面には、周方向略全周に亘って複数の油フィン557が形成されている。これら油フィン557は、軸方向に沿って所定間隔毎に配置され、円筒部44の外周面上に互いに平行に形成されている。そして、油フィン557の両端は、案内路455の幅方向両側にそれぞれ連結されている。
この構成においても、上述した第2実施形態と同様の効果を奏することができる。
(第3実施形態)
次に、本発明の第3実施形態について説明する。図13は第3実施形態におけるモータユニットの断面図であり、図14は図13のF−F線に沿う断面図である。
図13,14に示すように、本実施形態のモータユニット600は、上述したウォータージャケット45のウォーターフィン46と、環状油路60の油フィン657とが、軸方向における同一位置に形成されている点で上述した各実施形態と相違している。
油フィン657は、上述した第4変形例の油フィン557と同一構成のものであり、軸方向に沿って所定間隔毎に形成され、油フィン657の両端は、案内路455の幅方向両側にそれぞれ連結されている。
ここで、油フィン657はモータハウジング11における円筒部44の内壁面から径方向内側に向けて突出している一方、ウォーターフィン46は円筒部44の内壁面から径方向外側に向けて突出している。すなわち、油フィン657とウォーターフィン46とは、円筒部44の内壁面を間に挟んで径方向両側に向けて突出している。そして、各油フィン657とウォーターフィン46とは、形成位置が軸方向において同ピッチに形成されており、円筒部44を間に挟んで対向配置されている。
この構成によれば、油71から油フィン657に伝達された熱は、円筒部44を径方向に沿って伝達された後、速やかにウォーターフィン46に伝達され、ウォーターフィン46から冷却水に伝達されることになる。そのため、冷却水と油71との間の熱交換の効率をより向上させることができる。
なお、本発明の技術範囲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、上述した各実施形態を適宜組み合わせることも可能である。
さらに、上述した実施形態では、本発明の電動機を燃料電池車両に搭載される車両用駆動モータユニット10として採用した場合について説明したが、これに限らず、各種電気自動車等に採用することも可能である。
10…モータユニット(電動機) 11…モータハウジング(ハウジング) 21…ステータ 22…ロータ 24…シャフト 26,27…ベアリング(軸受け) 45…ウォータージャケット(冷媒通路) 41…ロータヨーク 46…ウォーターフィン(冷媒フィン) 50…ステータホルダ 54…円筒部 60…環状油路(伝熱体通路) 71…油(伝熱体) 75…共通油路(共通通路) 78…連通油路(連通通路) 155…案内路 156…塞き止め部 157…油フィン(伝熱体フィン)

Claims (8)

  1. ロータと、前記ロータの外周側に設けられた円環状のステータと、前記ロータ及び前記ステータが収納されたハウジングとを備えた電動機であって、
    前記ステータは、ステータホルダを介して前記ハウジングに収納され、
    前記ステータホルダは、内周面に前記ステータの外周面が密着配置された円筒部を備え、
    前記ステータホルダは、前記円筒部の外周面と前記ハウジングの内壁との間に中間領域ができるように前記ハウジングに固定され、前記中間領域内は前記円筒部の周方向に沿って伝熱体が流通する伝熱体通路を構成し、
    前記ハウジングには、前記ステータホルダの前記円筒部の周方向に沿って冷媒を流通させる冷媒通路が設けられ、
    前記伝熱体の流通方向と前記冷媒の流通方向とが対向していることを特徴とする電動機。
  2. 前記伝熱体通路の内面には、前記伝熱体を周方向に沿って案内する伝熱体フィンが設けられる一方、前記冷媒通路の内面には、前記冷媒を周方向に沿って案内する冷媒フィンが設けられていることを特徴とする請求項1記載の電動機。
  3. 前記ロータは、その両端が軸受けに回転可能に支持されたシャフトを備え、
    前記ハウジングにおける前記冷媒通路よりも外周側には、前記伝熱体を前記軸受けに供給するための供給通路が設けられ、
    前記供給通路と前記伝熱体通路との間には、前記供給通路から分岐して形成され、前記供給通路と前記伝熱体通路とを連通させる連通通路が形成されていることを特徴とする請求項1または請求項2記載の電動機。
  4. 前記伝熱体通路の内面には、前記伝熱体を前記伝熱体通路の軸方向に沿って案内する案内路が設けられ、
    前記案内路の流通方向における上流端と前記連通通路の流通方向における下流端とが、前記伝熱体通路の周方向における同位置に配置されていることを特徴とする請求項3記載の電動機。
  5. 前記案内路の流通方向における下流端には、前記案内路に沿って流通する前記伝熱体を塞き止める塞き止め部が形成されていることを特徴とする請求項4記載の電動機。
  6. 前記案内路は、上流側から下流側にかけて、前記円筒部の周方向における幅が広くなるように形成されていることを特徴とする請求項4または請求項5記載の電動機。
  7. 前記伝熱体通路の内面には、前記伝熱体を周方向に沿って案内する伝熱体フィンが設けられ、
    前記案内路は、前記伝熱体フィンが前記円筒部の周方向における同位置で切り欠かれて形成されていることを特徴とする請求項4ないし請求項6の何れか1項に記載の電動機。
  8. 前記伝熱体フィン及び前記冷媒フィンは、それぞれ前記ハウジングの内壁面に形成されるとともに、前記ハウジングの軸方向における同位置に配置されていることを特徴とする請求項2記載の電動機。
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