JP2012196079A

JP2012196079A - モータの冷却構造

Info

Publication number: JP2012196079A
Application number: JP2011059321A
Authority: JP
Inventors: Masahide Uemura; 雅英上村; Kazuya Arakawa; 一哉荒川; Junichi Deguchi; 順一出口
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2011-03-17
Filing date: 2011-03-17
Publication date: 2012-10-11

Abstract

【課題】モータ内で発生した熱を構成部材の熱伝達によって放熱する冷却構造を提供する。
【解決手段】コイル６が巻き付けられているステータ５の内周側にロータ３が回転自在に配置され、そのコイル６の軸線方向での端部であるコイルエンド部６ａがモータケース４の内壁面によって包囲されるとともに、そのモータケース４の内壁面とコイルエンド部６ａとの間に冷却油路９が形成されたモータの冷却構造において、ステータ５におけるコイル６の中性点８がコイルエンド部６ａからモータケース４側に引き出され、その中性点８がモータケース４の内壁面に電気的な絶縁状態で熱伝達可能に接触している。
【選択図】図１

Description

本発明は、モータのステータに巻回されたコイルで発生する熱を冷却する構造に関するものである。

ハイブリッド車や電気自動車などの駆動系に使用されるモータには、高トルクを出力できるモータが使用されている。高トルクを出力できるモータは、多くの発熱量を生じるものでもあった。そのため従来から、発熱量が多くなったモータのコイルエンド部を冷却するための装置が種々開発されている。

例えば、ステータコアに巻回したコイルのコイルエンド部を冷却する技術が開示されている。その一例として、特許文献１には、モータのコイルエンド部から突出する中性点が熱伝導性絶縁部を介してバスバーに接続され、このバスバーがウォータージャケットを備えたケースに接触する構成を有する冷却装置が記載されている。特許文献１に記載の冷却装置によれば、冷却オイルと構成部材への熱伝達とによって、放熱して冷却することができる。

特許文献２には、ステータの軸方向の両端とケース部材内周との間に環状空間を有する冷却ジャケットを形成し、ステータ両端間を連通する冷媒通路を形成するケースが記載されている。特許文献２に記載の冷却装置によれば、ケース組立の工程が簡便になり、ステータコイルとケースとの間に冷却オイルを流通させる冷却ジャケットを設けた構成であるため、冷却オイルによってコイルの熱を運び去ってコイルを冷却することができる。

また、いわゆるインホイールモータにおいて、モータの動力によって駆動するいわゆるメカオイルポンプを利用した冷却装置がある。このメカオイルポンプを利用した冷却装置によれば、オイルポンプから吐出する冷却オイルで冷却することができる。

特開２００４−２１５３５８号公報特開２００３−２８９６５０号公報

しかしながら、特許文献１に記載の装置では、バスバーおよびをウォータージャケットを介して放熱させるように構成されているために、コイルエンド部から実質的に放熱の生じる箇所までの熱抵抗が大きく、冷却性能が十分であるとは言い得ず、改善の余地があった。

また、特許文献２に記載された装置では、コイルと冷却オイルとの間の熱抵抗が大きく、また冷却オイルによる冷却にほぼ限られるため、冷却オイルの流量もしくは流速を十分に確保する必要があるなど、未だに改善する余地があった。

さらに、メカオイルポンプのみを利用した冷却装置では、車両が低速で走行している場合、オイルポンプから吐出する冷却オイル量が減少してしまうため、冷却性能が安定しているとは言い得ず、改善の余地があった。

そこで、本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、モータ内で発生した熱を構成部材の熱伝達によって放熱する冷却構造を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、コイルが巻き付けられているステータの内周側にロータが回転自在に配置され、そのコイルの軸線方向での端部であるコイルエンド部がモータケースの内壁面によって包囲されるとともに、そのモータケースの内壁面と前記コイルエンド部との間に冷却油路が形成されたモータの冷却構造において、前記ステータにおけるコイルの中性点が前記コイルエンド部から前記モータケース側に引き出され、その中性点が前記モータケースの内壁面に電気的な絶縁状態で熱伝達可能に接触させられていることを特徴とする。

また、本発明は、前記中性点が、中性点折り返し点において折り曲げられ、その中性点折り返し点から中性点の端部までが前記モータケースの内壁面に接触させられていることを特徴とする。

また、本発明は、中性点の各相を束ねる溶接箇所が、前記モータケースの内壁面と接触させられない部分に位置することを特徴とする。

また、本発明は、前記コイルを電源又はコントローラに接続するために束ねられた端子台を、さらに有し、その端子台が前記モータケースに電気的に絶縁状態で熱伝達可能に接触させられていることを特徴とする。

本発明によれば、中性点がモータケースに接触しているので、コイルエンド部から放熱を行う箇所であるモータケースに至るまでの熱抵抗を低減させ、熱伝達による冷却性能を向上させることができる。また、中性点が接触させられているモータケースの内壁面は冷却油路を形成しているので、冷却油路内を冷却オイルを流動させることで、冷却オイルで中性点を冷却することができ、冷却性能を向上させることができる。

本発明によれば、中性点とモータケースの内壁面との接触面積が増加するので、熱伝達性能を向上させ、冷却性能を向上させることができる。

本発明によれば、中性点の各相を束ねる溶接箇所がモータケースの内壁面との接触部分に含まれないため、中性点の接触部分は滑らかになり接触面積を低減させることがないので、熱伝達性能を確保させることができる。

本発明によれば、端子台はモータケースに接触させられているので、コイルエンド部から放熱を行う箇所であるモータケースに至るまでの熱抵抗を低減させ、熱伝達による冷却性能を向上させることができる。

本発明に係る冷却構造の模式図である。他の冷却構造の例を示す模式図である。他の冷却構造の例を示す模式図である。

以下、本発明に係るモータの冷却構造について、図面を参照して説明する。図１を参照して、モータの冷却構造について説明する。図１は、モータ１の断面を模式的に示した図である。

まず、モータ１について説明する。図１に例示のモータ１は、出力軸２と、ロータ３と、モータケース４と、ステータ５と、コイル６と、樹脂モールド７と、中性点８と、シール１０とを有している。出力軸２は、ロータ３と一体に形成されている。ロータ３は、鋼板を出力軸２の軸方向に積層して構成される積層鋼板構造である。また、ロータ３は、積層鋼板の外周側に永久磁石を内在している。ステータ５は、ロータ３の外周に対向する位置に配置されている。ステータ５には、出力軸２の軸線方向に鋼板を積層した構成であって、ステータ５の外周側から内周側に突出したステータコア５ａが円周方向に複数形成されている。ステータコア５ａは、ステータ５の内周側に突出して複数形成されている。コイル６は、ステータコア５ａに巻回されている。このステータコア５ａに巻回されているコイル６のうち、ステータコア５ａから出力軸２の軸線方向に突出している部分がコイルエンド部６ａを形成している。樹脂モールド７は、コイルエンド部６ａを被覆している。中性点８は、コイル６の一端がコイルエンド部６ａと樹脂モールド７とから突出させられ、それら突出させられたコイルの各相を繋いだ結線部分である。また、中性点８は、冷却油路９内に配置し、モータケース４の内壁面に接触している。冷却油路９は、モータケース４と樹脂モールド７とシール１０とによって形成されている。シール１０は、Ｏリングなどであって、コイルエンド部６ａを被覆する樹脂モールド７とモータケース４とを封止するためのＯリングなどである。

また、モータ１は、３相同期モータや３相誘導モータなど、いわゆる多相交流モータである。例えば、モータ１が３相同期モータである場合、コイル６は、ｕ相コイルと、ｖ相コイルと、ｗ相コイルとに分類できる。したがって、コイル６は、各相のコイルを含んでいる。この各相のコイルは、図３に示した端子台１３に纏められる。この端子台１３がコイルエンド部６ａに接続されている。なお端子台１３は、図示しない電源あるいはコントローラと接続されている。

このように構成されたモータ１は、ステータコア５ａに巻回されたコイル６に電流を流すことによって電磁力が発生するので、その電磁力とロータ３に内在した永久磁石の磁力とによって駆動する。このため、ステータコア５ａに巻かれたコイル６は、ジュール熱により発熱する。

次に、モータの冷却構造について説明する。本発明に係るモータの冷却構造は、モータ１の構成部材による熱伝達と、冷却油路９内の冷却オイルによる流動とによって、モータ１を冷却する構造を有している。

まず、冷却油路９について説明する。冷却油路９とは、コイルエンド部６ａと中性点８とを冷却するための冷却オイルが流動するための空間である。冷却油路９は、モータケース４と、樹脂モールド７と、シール１０とによって形成されている。具体的には、冷却油路９は、モータケース４に形成されたコイルエンドカバー部１２と、樹脂モールド７とがシール１０によって封止され、この樹脂モールド７とモータケース４との間に形成されている。また、冷却油路９は、コイルエンドカバー部１２によって形成されているため環状である。

ここで、コイルエンドカバー部１２について説明する。コイルエンドカバー部１２は、モータケース４の一部分であって、モータケース４のうち径方向の外周側に環状に形成されている。具体的には、コイルエンドカバー部１２は、モータ１の径方向において、コイルエンド部６ａを被覆している樹脂モールド７を覆うように環状に形成されている。換言すれば、コイルエンドカバー部１２は、複数のコイルエンド部６ａを一括して覆うように環状に形成されている。

詳細には、コイルエンドカバー部１２は、外周壁４ａと、内周壁４ｂと、モータケース４の内壁面とによって構成されている。外周壁４ａは、モータケース４の内壁から軸方向のステータ５側に突出し、コイルエンド部６ａの外周側に形成される。内周壁４ｂは、モータケース４の内壁から軸方向のステータ５側に突出し、コイルエンド部６ａの内周側に形成される。モータケース４の内壁面は、モータケース４の内側の面であって、ステータ５を構成する鋼板と対向する面である。

つまり、冷却油路９は、モータケース４の内壁面と、コイルエンドカバー部１２の外周壁４ａの内周面及び内周壁４ｂの外周面と、樹脂モールド７とによって環状に形成されている。また、冷却油路９を形成する外周壁４ａ及び内周壁４ｂと、樹脂モールド７とがシール１０によって封止されている。

なお、図１に例示のモータ１は、外周壁４ａ及び周壁４ｂと樹脂モールド７とがシール１０によって封止されている構成であるが、本発明はこれに限定されるものではない。冷却油路９から冷却オイルが漏洩することを抑制もしくは防止できればよく、例えば、シール１０を用いずに冷却油路９を形成する構成部材同士を封止させる構成であってもよい。

また、冷却油路９は、モータ１の円周方向に連通していて、その一部に図示しないオイルポンプから冷却油路９内に冷却オイルが供給され、かつ他の部分から冷却油路９内の冷却オイルが排出されて潤滑するように構成されていてもよい。

次に、中性点８について説明する。中性点８は、ステータコア５ａに巻回されたコイル６の一端が、コイルエンド部６ａからモータ１の軸方向に突出させられ、それら突出させられたコイルの各相を繋いだ結線部分である。例えば、モータ１が３相同期モータである場合、中性点８は、ｕ相コイルの一端と、ｖ相コイルの一端と、ｗ相コイルの一端とを繋いだ結線部分である。また中性点８は、コイルエンド部６ａを被覆する樹脂モールド７から突出してモータケース４の内壁面に接触している。つまり、中性点８は、冷却油路９内に配置されている。なお、結線部分は、各相のコイルが繋がっていればよく、各相のコイルに係る端部同士を繋いだ点のような範囲に限定されず、各相のコイルに係る端部から所定の長さを有する部分同士を束ねた範囲であってもよい。

ここで、中性点８とモータケース４との電気的な関係について説明する。通常、モータのケースは、耐熱性や強度や放熱性が要求されるので、アルミニウムなどの金属材料によって構成されている。このままでは、モータのケースにモータ内の通電している構成部材を接触もしくは接近させると、通電あるいは放電に繋がる。

そこで、本発明におけるモータ１は、モータケース４にモータ１内の通電している構成部材である中性点８を接触させても、モータケース４に通電あるいはモータケース４が放電しない構成を有する。

例えば、モータケース４は、通電している構成部材と接触する箇所に、絶縁表面処理を施している。具体的には、中性点８が接触させられるモータケース４の内壁面に絶縁表面処理が施されている。また、モータケース４の内壁面に施された絶縁表面処理の範囲は、中性点８が接触する箇所に施されていればよい。また、この絶縁表面処理は、モータケース４の内壁面の全体に施されていてもよいし、モータケース４の内壁面のうち中性点８が接触する部分のみに施されていてもよい。なお、この絶縁表面処理は、コイル６に流れている電流をモータケース４に通電しない表面処理であればよく、特定の絶縁表面処理に限定されない。

または、通電している構成部材である中性点８に絶縁処理を施すものであってもよい。つまり、中性点８とモータケース４とが接触することによって通電しない構成であればよく、この接触における熱伝達を阻害しない絶縁処理であればよい。

ここでは、中性点８の耐熱性能について説明する。中性点８は、コイル６が溶接などで束ねられているので耐熱性が高い。一方で、中性点８は、コイル６が通電されて発生した熱を多く蓄積する。ゆえに、高温となる中性点８を冷却することによって、効率的にコイル６を冷却する効果が得られる。

つまり、本発明における中性点８は、コイルエンド部６ａを被覆している樹脂モールド７から突出してモータケース４の内壁面に接触していると共に、冷却油路９内に配置している。

次に、図２を参照して、中性点８を折り曲げてモータケース４に接触させる場合について説明する。図２は、図１同様にモータ１の断面を模式的に示した図であり、モータケース４に接触する中性点８が折れ曲がっている形状を示した図である。

図２に例示の中性点８は、コイルエンド部６ａからモータ１の軸方向に突出し、中性点折り曲げ点において中性点８の端部をモータ１の径方向に折り曲げられている。中性点折り曲げ点とは、樹脂モールド７から突出した中性点８のうち、中性点８を折り曲げた箇所である。図２では、モータ１の軸方向に突出した中性点を中性点折り曲げ点で、モータ１の径方向に折り曲げ、この中性点折り曲げ点から中性点８の端部に至る部分が、モータケース４の内壁面に接触している。

また、中性点８には、各相のコイルを束ねて溶接した溶接箇所が含まれる。溶接箇所とは、コイルエンド部６ａから突出したコイル６の各相の一端を束ねて溶接した部分である。この溶接箇所では、溶接箇所ではない部分のコイル束の径に比べて、溶接によって大径の形状になる。したがって、中性点８のうちモータケース４に接触する部分に溶接箇所が含まれると、中性点８に係る接触する部分が平滑でなくなり、接触面積が減少する可能性がある。中性点８とモータケース４との接触面積が減少すると、熱伝達が低減させられる可能性がある。

そこで本発明における中性点８は、溶接箇所が中性点折り返し点からコイルエンド部６ａ側に位置している。換言すれば、中性点８とモータケース４との接触部分には、溶接箇所が含まれなければよい。

なお、図２は中性点８を折り曲げた場合の例示であって、中性点８がコイルエンド部６ａからモータ１の軸方向に突出し、モータ１の径方向に折り曲げられることに限定されるものではない。

また、中性点８とモータケース４との接触における通電を防止するために、絶縁処理が施されている。モータケース４の内壁面に絶縁表面処理が施されていてもよく、中性点８に絶縁処理が施されていてもよい。つまり、中性点８とモータケース４とが接触することによって通電しない構成であればよく、この接触における熱伝達の阻害となる熱抵抗を増加させない絶縁処理であればよい。

次に、図３を参照して、端子台１３をモータケース４に接触させる場合について説明する。図３は、図１同様にモータ１の断面を模式的に示した図であり、コイルエンド部６ａからモータ１の径方向に突出した端子台１３がモータケース４に接触する場合を示した模式図である。

端子台１３は、コイル６の各相コイルの一端が纏められたものである。この端子台１３が、樹脂モールド７に貫通孔を形成して、図示しない電源と接続される。端子台１３とモータケース４とが接触することで、モータケース４に通電すること防止する構成を有する。例えば、端子台１３は、その表面を絶縁体で被覆されている。

以上説明してきた通り、上述した実施形態によれば、モータケース４と中性点８とを接触させる構造であるため、コイルエンド部６ａから放熱を行うモータケース４に至るまでの熱抵抗を低減させ、熱伝達による冷却性能を向上させることができる。さらに、モータケース４とコイルエンド部６ａとの間に冷却油路９が形成された構造であるので、冷却オイルが冷却油路９を流動することで、冷却性能を向上させることができる。

また、モータケース４の内壁面と中性点８とが接触している接触部分には、絶縁表面処理が施されているので、モータケース４に通電することが防止できる。よって、電流が流れている中性点８をモータケース４に接触することができる。

また、本発明に係るモータの冷却構造によれば、構成部材の接触による熱伝達によって冷却性能を確保させているので、急坂低速路など車両の走行状態に影響を受けずに、冷却性能を維持させることができる。

さらに、本発明に係るモータの冷却構造によれば、モータケース４への通電防止をするために絶縁部材などを新たに設けていないので、モータの小型化を図ることができる。

なお、上述した実施形態は本発明の一例であって、本発明は上述した構成に限定されるものではない。例えば、図１に例示の中性点８がモータケース４に接触する部分や、図３に例示の端子台１３が設けられた箇所は、各図中に例示した部分や箇所と異なっていてもよい。また、図１及び２では端子台１３を、図３では中性点８を例示していないが、これらは本発明に係るモータの冷却構造の一例であって、本発明はこれらに限定されない。つまり、本発明におけるモータ１は、中性点８又は端子台１３がモータケース４に接触する構成であってもよく、中性点８及び端子台１３がモータケース４に接触する構成であってもよい。

また、冷却油路９を形成するコイルエンド部６ａとモータケース４の形状は、冷却オイルが流動することができる形状であればよく、各図に例示の形状に限定されない。

さらに、上述した実施形態におけるオイルポンプは、電動オイルポンプであってもよい。あるいは、本発明に係るモータの冷却構造が、車両に搭載された場合、車両の駆動源の動力を利用したメカオイルポンプであってもよい。

１…モータ、２…出力軸、３…ロータ、４…モータケース、４ａ…外周壁、４ｂ…内周壁、５…ステータ、５ａ…ステータコア、６…コイル、６ａ…コイルエンド部、７…樹脂モールド、８…中性点、９…冷却油路、１０…シール、１３…端子台。

Claims

コイルが巻き付けられているステータの内周側にロータが回転自在に配置され、そのコイルの軸線方向での端部であるコイルエンド部がモータケースの内壁面によって包囲されるとともに、そのモータケースの内壁面と前記コイルエンド部との間に冷却油路が形成されたモータの冷却構造において、
前記ステータにおけるコイルの中性点が前記コイルエンド部から前記モータケース側に引き出され、
その中性点が前記モータケースの内壁面に電気的な絶縁状態で熱伝達可能に接触させられている
ことを特徴とするモータの冷却構造。
前記中性点は、中性点折り返し点において折り曲げられ、その中性点折り返し点から中性点の端部までが前記モータケースの内壁面に接触させられている
ことを特徴とする請求項１に記載のモータの冷却構造。
前記中性点の各相を束ねる溶接箇所が前記モータケースの内壁面と接触させられない部分に位置する
ことを特徴とする請求項１又は２に記載のモータの冷却構造。
前記コイルを電源又はコントローラに接続するために束ねられた端子台を、さらに有し、
その端子台が前記モータケースに電気的に絶縁状態で熱伝達可能に接触させられている
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のモータの冷却構造。