JP2012044760A

JP2012044760A - 回転電機冷却ユニット

Info

Publication number: JP2012044760A
Application number: JP2010182886A
Authority: JP
Inventors: Makoto Haraguchi; 誠原口
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2010-08-18
Filing date: 2010-08-18
Publication date: 2012-03-01

Abstract

【課題】回転電機冷却ユニットにおいて、回転電機をより有効に冷却できる構成を実現することである。
【解決手段】回転電機であるモータジェネレータを収容するハウジングと、ポンプと、ノズル付孔部３４を有するノズルユニット２４とを備える。ノズル付孔部３４は、大径孔部４４と、大径孔部４４の下流側に連続し、スリット状断面を有し、少なくとも大径孔部４４との連続部の断面積が大径孔部４４の断面積よりも小さくなったスリット状ノズル４６とを含み、スリット状ノズル４６の開口端から油を下側に噴出可能とする。
【選択図】図４

Description

本発明は、回転電機を収容する筐体と、筐体の外部に設けられるポンプと、筐体の内部の上部に設けられ、ポンプの吐出口に通じるノズル付孔部とを備える回転電機冷却ユニットに関する。

電動車両として、電動モータを駆動源とする電気自動車や、電動モータ及びエンジンを搭載し、電動モータ及びエンジンの少なくとも一方を主駆動源として走行するハイブリッド車両が従来から知られ、一部で実用化されている。このような電動車両は、電動モータや発電機として使用される回転電機を備える。ただし、回転電機は、例えばコイルへの通電や、ロータ回転時の磁石の発熱等により使用時に発熱し、温度が上昇して、性能向上を妨げる要因となる。このため、従来から、回転電機を冷却する手段が考えられている。

例えば、従来から回転電機と動力伝達部を構成する歯車機構とを収容するハウジングと、ハウジングの外部に設けたオイルポンプとを備える構成において、オイルポンプによりハウジングの内側下部に溜まった油を吸い上げ、オイルポンプの吐出口に接続した配管の下流端部をハウジングの上部に接続し、上部に設けた孔部を通じて油をハウジング内の回転電機に向け噴出させることが考えられている。このような構成により、油が回転電機にかかり、回転電機とオイルポンプと孔部とを循環するので、回転電機を冷却できる可能性がある。

また、特許文献１に記載された構成では、ハウジングに回転子の回転子軸が支持されており、回転子軸に中心軸孔を設けている。また、中心軸孔に半径方向の開口を形成して冷媒噴出ノズルをねじ込んでいる。使用時に、回転子が回転すると、回転子の回転速度が高まるにつれて、中心軸孔内の潤滑油が冷媒噴出ノズルから、径方向外側に設けられた固定子に向かって噴出するとされている。また、冷媒噴出ノズルから噴出された潤滑油は霧状となるとされている。

また、特許文献２に記載された電動モータの冷却構造では、モータケースの上部に設けられた導入路の端部に、オイルミスト発生装置として、超音波振動子が設けられており、オイルを超音波振動させてオイルミストを生成し、モータケースの内部空間にオイルミストを導入するとされている。

また、特許文献３に記載された構成では、エンジンカバーの内側に磁石発電機の本体部が設けられている。エンジンカバー接合面には、オイル通路と連通する凹部が設けられ、エンジンカバーの壁部の内周部に、凹部に連通する噴射孔部が設けられている。また、ロータを構成する回転部材の円板部に、周方向に沿って複数の窓孔部が形成されている。噴射孔部から円板部に向かって噴射されたオイルは、回転部材の回転により、窓孔部を間欠
的に通過し、円板部とステータとの間の環状空間に噴霧化したオイルが拡散するとされている。
なお、本発明に関連する先行技術文献として、特許文献１−３の他に特許文献４がある。

特開平７−２８８９５０号公報特開２００４−１８０４７９号公報特開２００９−１１８６４０号公報特開２００２−２０６６９２号公報

上記のように、オイルポンプによりハウジングの下部に溜まった油を吸い上げ、ハウジングの上部の孔部から回転電機に噴出させ、循環させる場合、孔部の形状を工夫しない場合には、孔部から噴出した油が略直線方向に進むので、回転電機の表面の細かい凹部や隙間等の細かい部分に行き渡らず、回転電機の冷却が必要な部分に有効に油がかからない可能性がある。このため、回転電機を有効に冷却する面から改良の余地がある。これに対して、本発明者は、ノズルから霧状に噴出させた油を回転電機にかかるようにすることで上記課題の解決を図れると考えた。

これに対して、特許文献１に記載された構成では、回転子に接続された冷媒噴出ノズルから噴出された潤滑油は霧状となるとされているが、霧状にするための具体的な手段は記載されておらず、回転電機を有効に冷却する面から改良の余地がある。

また、特許文献２に記載された構成では、油を超音波振動子によりミスト化するとされているが、この構成の場合には、コストが大きく上昇する可能性があり、しかも外乱等の変動に対する性能の安定化度合であるロバスト性が低下する。

また、特許文献３に記載された構成では、油を噴射する噴射孔部の形状は、噴射する油を霧状にするために工夫されていない。このため、回転電機を有効に冷却する面から改良の余地がある。

また、特許文献４には、軸受に対して潤滑油を噴射するための潤滑ノズルが記載されている。この潤滑ノズルは、潤滑油が供給されるノズル駒が設けられており、ノズル駒は、大径の縦方向孔の下側に設けられた小径の縦方向孔と、縦方向の先端に中心軸に対して径方向に伸びる案内通路と、案内通路の先端側に設けられた吐出口とを備える。このようなノズルは、回転電機を効率的に冷却できる噴射状態とするような形状を有していない。このため、やはり回転電機を有効に冷却する面から改良の余地がある。

本発明の目的は、回転電機冷却ユニットにおいて、回転電機をより有効に冷却できる構成を実現することを目的とする。

本発明に係る回転電機冷却ユニットは、回転電機を収容する筐体と、筐体の外部に設けられ、筐体内部に貯留した油を吸入口で吸引し、吐出口から吐出するポンプと、筐体の内部の上部に設けられ、ポンプの吐出口に通じるノズル付孔部と、を備え、ノズル付孔部は、大径孔部と、大径孔部の下流側に連続し、スリット状断面を有し、少なくとも大径孔部との連続部の断面積が大径孔部の断面積よりも小さくなったスリット状ノズルとを含み、スリット状ノズルの開口端から油を下側の回転電機に向け噴出させ、回転電機を冷却することを特徴とする回転電機冷却ユニットである。

また、本発明に係る回転電機冷却ユニットにおいて、好ましくは、大径孔部は、円形断面の円筒の内面を有する。

また、本発明に係る回転電機冷却ユニットにおいて、好ましくは、スリット状ノズルは、大径孔部との連続側から開口端に向かうにしたがって、断面積が徐々に大きくなる扇状に形成されている。

また、本発明に係る回転電機冷却ユニットにおいて、好ましくは、ノズル付孔部は、大径孔部の下流側にそれぞれ連続し、スリット状断面を有する複数のスリット状ノズルを含み、各スリット状ノズルの開口端から油を下側の回転電機に向け噴出させる。

本発明に係る回転電機冷却ユニットによれば、スリット状ノズルの開口から噴出させる油を霧状化して、油が広がって回転電機にかかるので、回転電機の細かい凹部や隙間等の細かい部分に行き渡りやすくなり、回転電機の冷却が必要な部分に有効に油を行き渡らせるやすくなる。このため、回転電機をより有効に冷却できる。

本発明に係る実施の形態の１例の回転電機冷却ユニットを示す略断面図である。図１のユニットを、筐体であるハウジングの外側から見た図である。図１のＡ部拡大断面図である。図３のＢ部の拡大断面図である。図４のＣ−Ｃ断面図である。図１のユニットにおいて、ノズルからモータジェネレータのコイルエンドに向け潤滑油を噴出させる様子を示す略図である。図４を左右方向片側から他側に見た状態で示す図である。

以下において、図１から図７を用いて本発明に係る実施の形態の１例を説明する。本実施の形態の回転電機冷却ユニット１０は、ハイブリッド車両に搭載して使用する。ハイブリッド車両は、図示しないエンジンと、それぞれ回転電機である第１モータジェネレータ(ＭＧ１)１２及び第２モータジェネレータ(ＭＧ２)１４と、遊星歯車ユニット１６とを備える。ハイブリッド車両は、エンジンと第２モータジェネレータ１４とのうち、少なくとも一方を主駆動源として車両を駆動する。各モータジェネレータ１２，１４は、モータとしての機能と、発電機としての機能とを有する。例えば、第１モータジェネレータ１２は、エンジンの駆動により発電する発電機であるが、モータとして使用される場合もある。また、第２モータジェネレータ１４は、主に走行用モータとして使用されるが、発電機、すなわち電力回生用として使用される場合もある。

各モータジェネレータ１２，１４は、作動時に温度上昇し、高温になるので、各モータジェネレータ１２，１４を冷却するために回転電機冷却ユニット１０を使用している。回転電機冷却ユニット１０は、筐体であるハウジング１８と、ハウジング１８の外部に取り付けられ、図示しないバッテリの電力により駆動される電動オイルポンプ２０(図２)と、電動オイルポンプ２０の吐出口に接続された配管２２と、配管２２の下流側端部に接続されたノズルユニット２４とを備える。また、配管２２は、上流側に設けられた第１配管要素２６と、下流側(図２の上側)に設けられ、第１配管要素２６から分岐した第２配管要素２８とにより構成し、各第２配管要素２８の下流側端部にそれぞれノズルユニット２４を接続している（図１、図２では、第２配管要素２８のうち、１の要素２８のみを図示し、２のノズルユニット２４のうち、１のノズルユニット２４のみを図示している。）。

遊星歯車ユニット１６は、詳しい図示は省略するが、第１遊星歯車機構により構成する動力分割機構と、第２遊星歯車機構により構成する減速機構とを含む。動力分割機構は、エンジンからの動力を、図示しない車軸への経路と、第１モータジェネレータ１２への経路とに分割可能としている。

第２モータジェネレータ１４の駆動による動力は、第２遊星歯車機構により構成する減速機構、減速歯車機構３０等を介して図示しない車輪に伝達され、車輪が駆動される。このようなハイブリッド車両では、回転電機冷却ユニット１０を搭載し、各モータジェネレータ１２，１４を冷却している。

すなわち、回転電機冷却ユニット１０は、各モータジェネレータ１２，１４を含み、冷媒である潤滑油（例えばＡＴＦ（オートマチックトランスミッションフルード））を、ハウジング１８、オイルポンプ２０、配管２２、及びノズルユニット２４に循環させることにより、各モータジェネレータ１２，１４を冷却する。このために、図１に示すように、上記のハウジング１８内に、各モータジェネレータ１２，１４と、遊星歯車ユニット１６と、減速歯車機構３０とを収容している。そして、ハウジング１８の下部に油溜まり３２を設け、油溜まり３２から電動オイルポンプ２０(図２)の吸入口を通じて潤滑油を吸引し、吐出口から配管２２を通じてハウジング１８の上部に取り付けられた各ノズルユニット２４(図７)に潤滑油を供給可能としている。なお、電動オイルポンプの代わりに、エンジン等の動力源により駆動されるオイルポンプを使用することもできる。また、ハウジング１８と、各モータジェネレータ１２，１４と、遊星歯車ユニット１６と、減速歯車機構３０と、第２モータジェネレータ１４の動力を取り出し可能な図示しない出力軸とを含む構成は、トランスアクスル（Ｔ／Ａ）と呼ばれる。このため、ハウジング１８は、トランスアクスル用ハウジングとして使用される。

図３に示すように、各ノズルユニット２４に供給された潤滑油は、ハウジング１８の内面から下方に突出した各ノズルユニット２４の先端部から、下方に位置するモータジェネレータ１２(または１４)に向け、潤滑油を噴出可能としている。なお、２のノズルユニット２４から噴出される潤滑油により冷却されるモータジェネレータは、第１モータジェネレータ１２または第２モータジェネレータ１４であり、以下、モータジェネレータは、第１モータジェネレータ１２を代表に説明する。また、以下の説明で、図１，２に示す要素と同一の要素には同一の符号を付して説明する。

図４、図５に示すように、各ノズルユニット２４は、ハウジング１８の内部の上部に設けられ、オイルポンプ２０の吐出口に配管２２を介して通じるノズル付孔部３４を含む。図６、図７に示すように、モータジェネレータ１２は、ステータ３６と、ステータ３６の径方向内側に対向するロータ３８とを有し、ロータ３８は回転軸４０に固定している。図７に示すように、２のノズルユニット２４の下端は、ステータ３６を構成するコイルエンド４２の上部に対向させている。

また、図４、図５に示すように、ノズル付孔部３４は、鉛直方向に設けられた縦孔状の大径孔部４４と、大径孔部４４の下流側（図４、図５の下側）にそれぞれ連続し、それぞれスリット状断面を有し、少なくとも大径孔部４４との連続部の断面積が大径孔部４４の軸方向に対し直交する断面の断面積よりも小さくなった、２のスリット状ノズル４６とを有する。

大径孔部４４は、円形断面の円筒の内面を有する。また、各スリット状ノズル４６は、大径孔部４４の軸方向である鉛直方向に対し下斜め方向にそれぞれ連結されている。２のスリット状ノズル４６は、それぞれ扁平の略矩形状または略長円形の断面を有し、互いに同一平面上に位置している。また、各スリット状ノズル４６は、大径孔部４４との接続側から開口端に向かうにしたがって、すなわち下側に向かうにしたがって、略矩形または略長円形の断面を有する断面積が徐々に大きくなる扇状に形成されている。２のスリット状ノズル４６は、図４である、大径孔部４４の中心軸Ｏを含む断面で見た場合に、この中心軸Ｏに関して互いに軸対称の形状を有する。このため、大径孔部４４と、スリット状ノズル４６とのそれぞれの潤滑油の流れ方向は異なっている。そして、各スリット状ノズル４６の開口端から潤滑油を下側のモータジェネレータ１２に向け噴出させ、モータジェネレータ１２を冷却している。

このような回転電機冷却ユニット１０で、電動オイルポンプ２０を作動させると、図６、図７に示すように、油溜まり３２から電動オイルポンプ２０に吸引され、吐出された後、各ノズルユニット２４のスリット状ノズル４６の開口端から噴出する潤滑油は、霧状、すなわちミスト状になり、下方のモータジェネレータ１２のコイルエンド４２にかかる。このように、本実施の形態によれば、スリット状ノズル４６の開口から噴出させる潤滑油を霧状化して、潤滑油が広がってモータジェネレータ１２にかかる。すなわち、少なくとも大径孔部４４との接続部の断面積が、大径孔部４４の軸に対し直交する断面の断面積よりも小さくなった、扁平のスリット状ノズル４６から潤滑油が噴出される。このため、潤滑油のスリット状ノズル４６での噴出圧が高まり、しかも扁平のノズル４６から噴出されるので、スリット状ノズル４６を含む平面上で、噴出された潤滑油が扇状に広がって霧状になりやすい。このため、モータジェネレータ１２の表面の細かい凹部や隙間等の細かい部分に行き渡りやすくなり、モータジェネレータ１２の冷却が必要な部分に有効に潤滑油を行き渡らせるやすくなる。したがって、回転電機であるモータジェネレータ１２を、より有効に冷却できる。

また、従来構造において、モータジェネレータの表面の細かい凹部や隙間等の細かい部分に油を行き渡りやすくするために、ハウジング１８の内部にボスと呼ばれる肉厚の部分やリブを設ける手段を採用することも考えられるが、この場合には、構造が複雑化して、コストが高くなる要因となる。本実施の形態によれば、ボスやリブを省略または少なくしても、効率的にモータジェネレータの細かい部分に潤滑油を行き渡らせることができる。このため、ハウジング１８の構造を簡素化して、コスト低減を図れる。

また、各スリット状ノズル４６は、大径孔部４４との連続側から開口端に向かうにしたがって、断面積が徐々に大きくなる扇状に形成されているので、潤滑油をモータジェネレータ１２の広範囲に広がってかかりやすくでき、モータジェネレータ１２をより有効に冷却できる。

さらに、ノズルユニット２４を構成するノズル付孔部３４は、大径孔部４４の下流側にそれぞれ連続し、スリット状断面を有する２のスリット状ノズル４６を含み、各スリット状ノズル４６の開口端から潤滑油を下側に噴出させるので、潤滑油をモータジェネレータ１２のより広範囲に広がってかかりやすくでき、モータジェネレータ１２をより有効に冷却できる。

なお、本実施の形態では、ノズル付孔部３４は、大径孔部４４に２のスリット状ノズル４６を連結しているが、大径孔部４４に３以上のスリット状ノズルを連結することもできる。また、大径孔部４４に１のスリット状ノズルのみを接続することもできる。

また、大径孔部４４の形状は、断面円形に限定するものではなく、断面正方形等の矩形等、他の形状とすることもできる。また、大径孔部４４と、スリット状ノズル４６との潤滑油の流れ方向が異なるようにしているが、これに限定するものではな。例えば、大径孔部４４に１のスリット状ノズルを同軸上に連結し、大径孔部４４と、スリット状ノズルとの潤滑油の流れ方向を一致させるようにすることもできる。この場合も、例えば、スリット状ノズルを、大径孔部４４との連続側から開口端に向かうにしたがって、すなわち下側に向かうにしたがって、略矩形または略長円形の断面を有する断面積が徐々に大きくなる扇状に形成する。

また、本実施の形態では、回転電機冷却ユニット１０に２のノズルユニット２４を設けているが、回転電機冷却ユニットにノズルユニットを１のみ設けたり、または、３以上設けることもできる。また、本実施の形態では、回転電機冷却ユニットにより、ハウジング１８内に遊星歯車ユニット１６や減速歯車機構３０とともに収容したモータジェネレータ１２，１４を冷却するようにしている。ただし、筐体に収容したモータのみ、または発電機のみの機能を有する回転電機を冷却する構成において、本発明を実施することもできる。すなわち、本発明に係る回転電機冷却ユニットは、上記のハイブリッド車両に搭載する構成に限定せず、種々の用途に使用される回転電機を冷却するために使用できる。

１０回転電機冷却ユニット、１２第１モータジェネレータ、１４第２モータジェネレータ、１６遊星歯車ユニット、１８ハウジング、２０電動オイルポンプ、２２配管、２４ノズルユニット、２６第１配管要素、２８第２配管要素、３０減速歯車機構、３２油溜まり、３４ノズル付孔部、３６ステータ、３８ロータ、４０回転軸、４２コイルエンド、４４大径孔部、４６スリット状ノズル。

Claims

回転電機を収容する筐体と、
筐体の外部に設けられ、筐体内部に貯留した油を吸入口で吸引し、吐出口から吐出するポンプと、
筐体の内部の上部に設けられ、ポンプの吐出口に通じるノズル付孔部と、を備え、
ノズル付孔部は、大径孔部と、大径孔部の下流側に連続し、スリット状断面を有し、少なくとも大径孔部との連続部の断面積が大径孔部の断面積よりも小さくなったスリット状ノズルとを含み、スリット状ノズルの開口端から油を下側の回転電機に向け噴出させ、回転電機を冷却することを特徴とする回転電機冷却ユニット。
請求項１に記載の回転電機冷却ユニットにおいて、
大径孔部は、円形断面の円筒の内面を有することを特徴とする回転電機冷却ユニット。
請求項１または請求項２に記載の回転電機ユニットにおいて、
スリット状ノズルは、大径孔部との連続側から開口端に向かうにしたがって、断面積が徐々に大きくなる扇状に形成されていることを特徴とする回転電機冷却ユニット。
請求項１から請求項３のいずれか１に記載の回転電機冷却ユニットにおいて、
ノズル付孔部は、大径孔部の下流側にそれぞれ連続し、スリット状断面を有する複数のスリット状ノズルを含み、各スリット状ノズルの開口端から油を下側の回転電機に向け噴出させることを特徴とする回転電機冷却ユニット。