JP2011109808A - Cooling structure of motor - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、モールド成形されたステータから熱伝達部材を介して熱を放出するように構成されたモータの冷却構造に関するものである。 The present invention relates to a motor cooling structure configured to release heat from a molded stator via a heat transfer member.
モータは、コイルに通電することによる不可避的な損失で発熱し、また温度が高くなると磁気特性が低下するなどの不都合が生じる。特にハイブリッド車や電気自動車などに使用されるモータは、大きい駆動力を得るために大電流が流され、また駆動とエネルギ回生とが繰り返されるなど使用環境が厳しいので、発熱による温度上昇を抑制することが重要になっている。また併せて、車両の駆動力源として使用されるモータおよびこれに関連する機器は、車載性を良好にするために、可及的に小型・軽量であることが望まれる。 The motor generates heat with inevitable loss due to energization of the coil, and when the temperature rises, the magnetic characteristics deteriorate. In particular, motors used in hybrid vehicles and electric vehicles are used in harsh environments where a large current is applied to obtain a large driving force, and driving and energy regeneration are repeated. It has become important. In addition, it is desirable that a motor used as a driving force source of a vehicle and a device related thereto be as small and light as possible in order to improve the in-vehicle performance.
このような事情を背景として開発された装置が特許文献1に記載されている。その特許文献1に記載された装置は、コイルエンドを樹脂でモールド成形してこのモールド端面とブラケットとの隙間を金属製の薄細線状の集合物からなる伸縮自在の熱伝導部材を配設するように形成されている。したがって特許文献1に記載された発明では、モールド端面からブラケットへの熱伝達が良好となる。
An apparatus developed against such a background is described in
また、特許文献2には、回転電機において、ステータとステータに当接する多孔体とこの多孔体に潤滑油を供給する冷媒供給孔を備え、ステータで発生した熱は多孔体を介して潤滑油により取り除かれるように形成されている。したがって特許文献2に記載された発明では、簡単な構造でステータが冷却される。
Further, in
そして、特許文献3には、回転子の回転により冷却風が径方向の内周側から通風される通風路が固定子巻線のコイルエンド群と固定子鉄心のティース部とにより形成されている。そして、冷却風が狭い通風路を通風するので、冷却風の速度が速くなり固定子巻線の発熱が冷却風に効率的に放熱され固定子の温度上昇が抑えられるように形成されている。したがって特許文献3に記載された発明では、固定子の温度上昇が抑えられるので出力の向上が図られる。
And in
上述した特許文献1に記載されている装置は、モールドの熱膨張が考慮されておらず金属製の薄細線状の集合物に付勢力がないため、カバーまたはモールドとの間に空隙を形成して接触が維持できなくなり、ひいては熱伝導性を確保できないなどの問題も生じる可能性がある。
The apparatus described in
上述した特許文献2に記載されている装置は、ステータを収納するケースを備えているが、このケースにはカバーが無く、ケースのみに多孔体や油路や冷媒供給孔が全て備え付けられている。したがって、そのケースを製造する際の工程や組み立てが、非常に困難なものとなる可能性がある。
The device described in
また、特許文献3に記載されている装置は、その冷却を冷却ファンおよび排気孔によって行う。したがって冷却風によってのみ固定子および固定子巻線の発熱を冷却することによりこれら固定子および固定子巻線の発熱を直接的に冷却する構成が無いため、固定子鉄心のティース部の幅と径方向長さとの比だけで冷却を図らなければならないという問題があった。
Moreover, the apparatus described in
この発明は、上述した技術的課題に着目してなされたものであって、モールド成形されたステータから熱伝達部材を介して直接的にかつ速やかに放熱させて、たとえ高速回転で運転されていてもジュール熱などを増大することなく速やかに放熱することを可能とし、容易に製造することのできるモータの冷却構造を提供することを目的とするものである。 The present invention has been made paying attention to the technical problem described above, and is directly and quickly dissipated from a molded stator via a heat transfer member, and is operated at high speed. It is another object of the present invention to provide a motor cooling structure that can quickly dissipate heat without increasing Joule heat and the like and can be easily manufactured.
上記の目的を達成するために、請求項1の発明は、モールド成形されたステータとこのステータと対になるロータで形成されるモータ内部を覆うケースとこのケースに嵌め合わせるカバーとにより構成されるモータの冷却構造において、前記ステータが加熱されると熱膨張により接触面積が大きくなることによって放熱し、加熱されていない場合は前記ステータと前記ケースおよび前記カバーとが離隔されるように構成される熱伝達部材となるバネ部材を介在させたことを特徴とするモータの冷却構造である。
In order to achieve the above object, the invention of
請求項2の発明は、請求項1の発明において、前記バネ部材はウェーブスプリング、または皿バネを含むことを特徴とするモータの冷却構造である。
The invention according to
請求項3の発明は、請求項1または2の発明において、前記皿バネはそのテーパ状に形成される半径方向で外に大きな端面側が前記ステータに形成されるモールド部材側に接触するよう構成したことを特徴とするモータの冷却構造である。 According to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect of the present invention, the disc spring is configured such that a large end surface side in the radial direction formed in a tapered shape contacts a mold member side formed in the stator. This is a cooling structure for a motor.
請求項4の発明は、モールド成形されたステータとこのステータと対になるロータで形成されるモータ内部を覆うケースとこのケースに嵌め合わせるカバーとにより構成されるモータの冷却構造において、前記ステータにおけるモールド部材と前記ケースとの間に所定の温度になると熱膨張して前記ステータと前記ケースまたは前記カバーとに接触する所定の面積を備えるように構成される熱伝達部材となるスペーサを配置したことを特徴とするモータの冷却構造である。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a motor cooling structure including a case that covers the interior of the motor formed by a molded stator, a rotor that is paired with the stator, and a cover that is fitted to the case. A spacer serving as a heat transfer member is provided between the mold member and the case so as to have a predetermined area that thermally expands at a predetermined temperature and comes into contact with the stator and the case or the cover. The motor cooling structure characterized by the above.
請求項5の発明は、請求項1ないし4のいずれかの発明において、前記ステータを構成するコイルエンドの外周側に油路を構成し、この油路に所定の温度域では前記モールド部材と前記ケースの隙間から潤滑油を供給して冷却することを特徴とするモータの冷却構造である。 According to a fifth aspect of the present invention, in any one of the first to fourth aspects of the present invention, an oil path is formed on the outer peripheral side of the coil end that constitutes the stator, and the mold member and the A cooling structure for a motor, characterized in that a lubricating oil is supplied from a gap between cases to cool the motor.
請求項6の発明は、請求項1ないし4のいずれかの発明において、前記熱伝達部材は絶縁被膜して形成されたことを特徴とするモータの冷却構造である。 A sixth aspect of the present invention is the motor cooling structure according to any one of the first to fourth aspects, wherein the heat transfer member is formed by insulating coating.
請求項7の発明は、請求項1ないし4のいずれかの発明において、前記モールド部材と前記カバーの間に弾性部材を構成する弾性材料を配置し、もしくはこの弾性材料を前記モールド部材または前記カバーと一体に形成されることを特徴とするモータの冷却構造である。
The invention of
請求項8の発明は、請求項1ないし4のいずれかの発明において、前記モールド部材より強度が低くかつ熱伝導性の高い部材を前記モールド部材より強度が低いため二層に形成される前記カバーの間にこの部材を配置されることを特徴とするモータの冷却構造である。
The invention according to
請求項1の発明によれば、モールド成形されたステータで形成され、このステータと前記ケースおよびカバーとの熱伝達部材およびこの熱伝達部材にバネ部材を介在させたことによりバネ部材およびカバーとの接触面積を充分に確保でき、しかも密着状態も可能となる。 According to the first aspect of the present invention, the heat transfer member is formed of a molded stator, the heat transfer member between the stator and the case and the cover, and the spring member interposed between the heat transfer member and the spring member and the cover. A sufficient contact area can be secured, and a close contact state is also possible.
ここで、請求項2の発明によれば、バネ部材はウェーブスプリング、または皿バネを含むのでステータとケースとを接続することが可能となり密着状態も可能となる。
Here, according to the invention of
また、請求項3の発明によれば、前記皿バネはそのテーパ状に形成される半径方向で外に大きな端面側がモールド部材側に接触するよう構成したことにより、それぞれステータおよびモールド部材に接触するので熱伝導率の小さいモールド部材側の接触面積を大きく取れ、かつ熱抵抗を小さくすることで冷却能力を確保することができる。 According to a third aspect of the present invention, the disc spring is configured such that a large end face side in the radial direction formed in a tapered shape is in contact with the mold member side, thereby contacting the stator and the mold member, respectively. Therefore, the cooling capacity can be ensured by increasing the contact area on the side of the mold member having a low thermal conductivity and reducing the thermal resistance.
そして、請求項4の発明によれば、組み付け時にバネによる反力が掛からないため、カバー部の取り付けを容易かつ確実に行うことができる。
According to the invention of
また、請求項5の発明によれば、ステータやモールド部材の高温域では熱膨張により隙間が埋められるため熱伝達が向上し、さらに油路の漏れ量が低減されるため潤滑油の流速が増加するので冷却能力がさらに向上する。
Further, according to the invention of
そして、請求項6の発明によれば、ステータやモールド部材やカバー等の間において電気的な絶縁を行うことが出来る。
According to the invention of
さらにまた、請求項7の発明によれば、弾性材料の熱膨張した際に生じる圧力となる一部分を吸収する隙間をこの弾性材料の変形により吸収し、かつ密着面を保つことができる。 Furthermore, according to the seventh aspect of the present invention, it is possible to absorb a gap that absorbs a part of the pressure generated when the elastic material is thermally expanded by the deformation of the elastic material, and to maintain a close contact surface.
また、請求項8の発明によれば、前記モールド部材より強度が低くかつ熱伝導性の高い部材を前記カバーの間にこの部材を配置されるので、熱伝達率が向上する。また、この部材を構成する材料を自由に選択することができる。
According to the invention of
この発明を図に示す具体例に基づいて説明する。この発明に係るモータの冷却構造1は、その内部に回転子鉄心であるいわゆるロータ2とこのロータ2に対する固定子鉄心であるいわゆるステータ3とが配置されている。そして、このステータ3には固定子巻線であるいわゆるコイル4が形成されている。また、このモータの冷却構造1は、その外部となるケース5とこのケース5に例えばボルト6によって嵌め合わせられるカバー7によって組み立てられている。そして、前記ステータ3には、例えば樹脂によるモールド部材8が形成されている。つまり、モールド成形されたステータ3とこのステータ3と対になるロータ2で形成されるモータ内部を覆うケース5とこのケース5に嵌め合わせるカバー7とにより構成されている。
The present invention will be described based on a specific example shown in the drawings. In the
このステータ3に形成されるモールド部材8とケース5およびカバー7の間には熱伝達部材9が介在するように形成されている。この熱伝達部材9にはバネ部材であるたとえばウェーブスプリング10が配置されている。このウェーブスプリング10は金属製バネであり、ステータ3からの熱の伝達経路(矢印11)として構成されている。この熱の伝達経路からステータ3の放熱(矢印12)が行われる。
A
上記構成のモータの冷却構造1の作用について説明すると、モータが作動している場合、つまりロータ2が高速回転している。このロータ2の高速回転にともないロータ2およびステータ3において電流が流れることにともなうジュール熱が発生する。そして、この熱がステータ3等を加熱する。そのためステータ3に蓄積された熱を逃がす必要が生じる。このとき、前記モールド部材8やウェーブスプリング10によってステータ3に蓄積した熱を熱伝達により放熱する。
The operation of the
そして、前記バネ部材となるウェーブスプリング10の代替部材として、例えば皿バネを使用してもよい。このとき皿バネにしたことで、たとえばそのテーパ状に形成される皿バネの半径方向の外径面側をモールド部材8に当接する。そして皿バネの半径方向の内径面側をケース5に当接することにより、熱伝導率の小さいモールド部材8側の接触面積を大きくし、熱抵抗を小さくすることで冷却能力がさらに向上する。
And as a substitute member of the
さらに、前記モールド部材8とケース5の間に前記バネ部材の代替部材として不図示のスペーサ(いわゆるシム)を配置する構成のモータの冷却構造1の場合、ステータ3がある所定温度になるとモールド部材8が熱膨張してスペーサとの接触する面積が大きくなるので熱の伝達効果が高まる。また、このときケース5とカバー7とを組み付ける場合に容易に組み立てることができる。そして、ステータ3の冷却が必要でない状態の場合、つまりモータが作動していない場合にはモールド部材8とケース5の間でスペーサが双方に接触しないため、たとえばカバー7から伝わる振動等を伝達しないため、モールド部材8の耐久性が向上する。
Further, in the case of the
また、図2(a)、(b)は、この発明に係る更にその他のモータの冷却構造で使用される油路の一例を示す断面図および概略構成図である。同図(a)において、油路13が形成されている。この油路13は、前記モールド部材8とケース5およびカバー7との間に形成されている。そして同図(b)に示すようにオイルパン14に蓄えられた潤滑油がオイルポンプ15によって通常のドレン16に流される。このとき、前記モールド部材8とケース5およびカバー7との間に形成される油路13によって通常のドレン16から枝分かれされるように潤滑油が流れる。
2A and 2B are a cross-sectional view and a schematic configuration diagram showing an example of an oil passage used in still another motor cooling structure according to the present invention. In FIG. 2A, an
このときの作用について説明すると、例えばステータ3が超高温時のときにはモールド部材8とケース5およびカバー7との間に形成されている潤滑油の油路17の隙間が閉じることで通常の油路を流れる潤滑油の流速がアップして冷却能力が向上する。このとき潤滑油の冷却能力はその流速に比例する。そして、高温時はモールド部材8とケース5およびカバー7との間に形成されている隙間から潤滑油を流すことで、断熱層(空気)の排除と管路抵抗の低減によって冷却能力の向上と損失低減を可能とする。
The operation at this time will be described. For example, when the
そして、前記熱伝達部材9が、絶縁被膜されたものである場合には、ステータ3やモールド部材8とケース5およびカバー7との間において電気的な絶縁を行うことができる。
When the
ここで、図3に示すように前記モールド部材8と前記カバー7の間に前記バネ部材や前記スペーサの代わりに弾性材料18を配置する。また、もしくはこの弾性材料18を前記モールド部材8または前記カバー7と一体となるように配置する。また、この弾性部材18と前記バネ部材や前記スペーサを併用してもよい。この弾性材料18が加熱されることによって熱膨張した際に生じる圧力となる弾性材料18の一部分を吸収する隙間である弾性材料18の変形逃げ形状19が形成される。
Here, as shown in FIG. 3, an
その作用について説明すると、弾性材料18の熱膨張された部分がその変形逃げ形状19に吸収されるので前記モールド部材8およびカバー7との密着面を大きくすることができる。そのため、その弾性材料18からカバー7に伝達される放熱効果が向上する。
The operation will be described. Since the thermally expanded portion of the
さらに、図4に示すように前記モールド部材8より強度が低くかつ熱伝導性の高い部材20(破線で囲んだ部位)を前記モールド部材8より強度が低いため二層に形成される前記カバー7,21の間にこの部材20が配置される。この部材20は、例えば金属のひも状の形態をしているため、二層に形成される前記カバー7,21の間に挟み込まれるように形成される。
Further, as shown in FIG. 4, the
その作用について説明すると、前記モールド部材8から伝わる熱をまず第1層であるカバー21で吸収したその熱を部材20に伝達される。そしてその部材20に伝達された熱を第2層となるカバー7に伝達されて放熱される。そのため部材20の密着性と線膨張による熱の吸収が両立される。また、部材20の材料には熱伝導性の高いものを自由に選択して使用することができる。
The operation will be described. First, the heat transmitted from the
1…モータの冷却構造、 2…ロータ、 3…ステータ、 4…コイル、 5…ケース、 6…ボルト、 7…カバー、 8…モールド部材、 9…熱伝達部材、 10…ウェーブスプリング、 11…矢印、 12…矢印、 13…油路、 14…オイルパン、 15…オイルポンプ、 16…通常のドレン、、 17…潤滑油の油路、 18…弾性材料、 19…変形逃げ形状、 20…部材、 21…カバー。
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記ステータが加熱されると熱膨張により接触面積が大きくなることによって放熱し、加熱されていない場合は前記ステータと前記ケースおよび前記カバーとが離隔されるように構成される熱伝達部材となるバネ部材を介在させたことを特徴とするモータの冷却構造。 In the cooling structure of the motor constituted by a case that covers the inside of the motor formed by a molded stator and a rotor that is paired with the stator, and a cover that fits into the case,
When the stator is heated, heat is dissipated by increasing the contact area due to thermal expansion. When the stator is not heated, the spring becomes a heat transfer member configured to separate the stator from the case and the cover. A motor cooling structure characterized in that a member is interposed.
前記ステータにおけるモールド部材と前記ケースとの間に所定の温度になると熱膨張して前記ステータと前記ケースまたは前記カバーとに接触する所定の面積を備えるように構成される熱伝達部材となるスペーサを配置したことを特徴とするモータの冷却構造。 In the cooling structure of the motor constituted by a case that covers the inside of the motor formed by a molded stator and a rotor that is paired with the stator, and a cover that fits into the case,
A spacer serving as a heat transfer member configured to have a predetermined area that thermally expands at a predetermined temperature between the mold member and the case in the stator and contacts the stator and the case or the cover; A motor cooling structure characterized by being arranged.
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