JP2012210027A - 電動機の冷却構造 - Google Patents

Abstract

【課題】コイルエンドの形状を複雑化させること無く、傾斜角度に依らず冷却性能を確保し得る電動機の冷却構造を提供する。
【解決手段】複数の環状鋼板６１，６２うちの少なくともステータ６０の軸方向一端側を、第１折り返し部ＴＰ１からその径方向外側に突出した第２環状鋼板６２とし、当該第２環状鋼板６２によりオイル連通路１２から供給されるオイルＯを第１折り返し部ＴＰ１の周囲に沿わせて移動させている。これにより、従前のようにコイルエンド（折り返し部）の形状を複雑化させること無く、冷却構造を構築することができる。
【選択図】図４

Description

本発明は、冷却液供給部から供給される冷却液により電動機を冷却する電動機の冷却構造に関する。

従来、電動機であるモータジェネレータを駆動源としたハイブリッド車両や電気自動車等の開発が進んでいる。これらの車両はリチウムイオン二次電池等の高電圧バッテリを搭載し、高電圧バッテリからモータジェネレータに駆動電流を供給することでモータジェネレータを高出力で回転駆動（力行駆動）し、これにより車両を走行させている。モータジェネレータは高出力で回転駆動されるため高温となり、モータジェネレータの性能保持のためにも、モータジェネレータの冷却効率を向上させることが重要である。

モータジェネレータの冷却構造としては、例えば循環するオイル（冷却液）によってモータジェネレータを冷却するようにした、所謂油冷方式の冷却構造を採用した技術があり、回転駆動されるモータジェネレータにオイルを噴射または滴下することで、オイルを介してモータジェネレータの熱を外部に逃がすようにしている。このような油冷方式の冷却構造を採用した技術としては、例えば、特許文献１に記載された技術が知られている。

特許文献１に記載された回転電機（電動機）は、ステータコアにコイルを巻き付け、ステータコアの軸方向に沿う両端側にそれぞれコイルエンドを設けている。各コイルエンドはコイルの折り返しにより形成され、各コイルエンドにおいては、回転電機の回転駆動時において、特に他の部分に比して高温となる。そのため、特許文献１に記載された回転電機においては、各コイルエンドに対して各油供給ポート（冷却液供給部）から油（オイル）を噴射または滴下させ、これにより各コイルエンドを効率良く冷却し、ひいては回転電機の冷却効率を向上させている。

特開２００６−３１１７５０号公報（図１）

しかしながら、上述の特許文献１に記載された電動機によれば、コイルエンドの成形時に、当該コイルエンドの周方向に沿う油路溝を形成し、当該油路溝にオイル（冷却液）を噴射または滴下させ、これにより多くのオイルをコイルエンドに接触させるようにしている。したがって、コイルエンドの形状が複雑化するばかりか、コイルエンドを成形するための作業工程が煩雑化し、ひいては歩留まりの悪化を招くという問題を生じ得る。

さらには、例えば、車両側のレイアウト等の都合により、電動機をその軸芯が傾斜するよう車両に搭載する必要がある場合には、油路溝の深さが浅いため、当該油路溝からオイルがはみ出てしまうことが起こり得る。つまり、電動機の傾斜角度（車両への搭載角度）によっては、冷却効率が低下するようなことが起こり得る。そこで、例えば、油路溝の深さを深くして、これによりオイルがはみ出るのを抑制することも考えられるが、この場合にはコイルの巻き数を確保（モータ性能の確保）するためにコイルエンドが大型化し、ひいては電動機全体が大型化するという問題を生じ得る。

本発明の目的は、コイルエンドの形状を複雑化させること無く、傾斜角度に依らず冷却性能を確保し得る電動機の冷却構造を提供することにある。

本発明の電動機の冷却構造は、冷却液供給部から供給される冷却液により電動機を冷却する電動機の冷却構造であって、前記電動機を、複数の環状鋼板を積層して形成され、コイルが巻き付けられるステータと、前記ステータから当該ステータの軸方向に向けて突出し、前記コイルを折り返して形成されるコイルエンドと、前記ステータの径方向内側に回転自在に設けられ、前記コイルへの通電により回転するロータとから形成し、前記複数の環状鋼板うちの少なくとも前記ステータの軸方向一端側の環状鋼板を、前記コイルエンドからその径方向外側に突出した大径環状鋼板とし、当該大径環状鋼板により前記冷却液供給部から供給される前記冷却液を前記コイルエンドの周囲に沿わせて移動させることを特徴とする。

本発明の電動機の冷却構造は、前記電動機を、前記ステータの軸方向一端側が上方側に位置し、前記ステータの軸方向他端側が下方側に位置するよう車両に搭載することを特徴とする。

本発明の電動機の冷却構造によれば、複数の環状鋼板うちの少なくともステータの軸方向一端側の環状鋼板を、コイルエンドからその径方向外側に突出した大径環状鋼板とし、当該大径環状鋼板により冷却液供給部から供給される冷却液をコイルエンドの周囲に沿わせて移動させるので、従前のようにコイルエンドの形状を複雑化させること無く、冷却構造を構築することができる。また、出力やサイズ等が大きい仕様違いの電動機の環状鋼板を大径環状鋼板として用い、当該大径環状鋼板を他の環状鋼板とともに積層することもできる。これにより、部品の共通化を図って製造コストの上昇を抑えることができる。さらに、電動機を、ステータの軸方向一端側が上方側に位置し、ステータの軸方向他端側が下方側に位置するよう車両に搭載することもできる。この場合、大径環状鋼板はコイルエンドから径方向外側に突出しているので、コイルエンドに供給された冷却液は、コイルエンドからはみ出て大径環状鋼板を越えることが無く、冷却効率が低下するのを防止できる。

ハイブリッド車両の駆動系統の概略を示すブロック図である。 モータジェネレータの車両への搭載状態を示す斜視図である。 ステータコアを分解して示す分解斜視図である。 オイルの流れ状態を説明する部分断面図である。 オイルの流れ状態を説明する斜視図である。 第２実施の形態における図３に対応した分解斜視図である。 第２実施の形態における図４に対応した部分断面図である。 第２実施の形態における図５に対応した斜視図である。

以下、本発明の第１実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。

図１はハイブリッド車両の駆動系統の概略を示すブロック図を、図２はモータジェネレータの車両への搭載状態を示す斜視図を、図３はステータコアを分解して示す分解斜視図を、図４はオイルの流れ状態を説明する部分断面図を、図５はオイルの流れ状態を説明する斜視図をそれぞれ表している。

図１に示すハイブリッド駆動装置１０は、図示しないハイブリッド車両（車両）の前方側に搭載され、エンジン（内燃機関）２０および駆動機構３０を備え、ドライブシャフト４０を回転駆動するようになっている。駆動機構３０は、エンジン２０とドライブシャフト４０との間に動力伝達可能に設けられ、駆動機構３０は、トルクコンバータ３１，クラッチ機構３２，変速機３３およびモータジェネレータ（電動機）５０を備えている。

トルクコンバータ３１は、エンジン２０とクラッチ機構３２との間に設けられ、トルクコンバータ３１内に充填された比較的粘度の低いオイル（図示せず）を作動媒体として、エンジン２０の動力をクラッチ機構３２に伝達するようになっている。

クラッチ機構３２は、トルクコンバータ３１と変速機３３との間に設けられ、トルクコンバータ３１と変速機３３との間の動力伝達経路を、正回転または逆回転で締結するようになっている。具体的には、シフト位置を前進（Ｄ）とすると正回転で締結され、シフト位置を後進（Ｒ）とすると逆回転で締結される。また、クラッチ機構３２は、トルクコンバータ３１と変速機３３との間の動力伝達経路を開放するようになっており、シフト位置をニュートラル（Ｎ）とすることで動力伝達経路が開放される。

変速機３３は、クラッチ機構３２とモータジェネレータ５０との間に設けられ、トルクコンバータ３１，クラッチ機構３２を介して伝達されるエンジン２０の回転数（動力）を変速するようになっている。変速機３３は、例えば、プライマリプーリおよびセカンダリプーリ（いずれも図示せず）を備えた無段変速機により形成されている。プライマリプーリは入力側を、セカンダリプーリは出力側を形成し、プライマリプーリ側にはクラッチ機構３２およびモータジェネレータ５０が設けられ、セカンダリプーリ側にはドライブシャフト４０が設けられている。これにより、セカンダリプーリの回転数を無段階で調整することで、ドライブシャフト４０の回転数が無段階で調整される。

ここで、モータジェネレータ５０は、駆動モータおよび発電機として機能するようになっている。例えば、ハイブリッド車両を停車状態から加速させる場合には、モータジェネレータ５０を力行駆動し、これにより大きな駆動トルクを発生してスムーズに加速させる。また、ハイブリッド車両が高速で巡航している場合においては、エンジン２０のみの動力で燃費の良い駆動状態とする。さらに、ハイブリッド車両を減速させて停車状態とする場合においては、モータジェネレータ５０を回生駆動し、これにより運動エネルギを電気エネルギに変換して減速させる。そして、変換した電気エネルギは車載バッテリ（図示せず）の充電により回収される。

図２に示すように、モータジェネレータ５０は、ハイブリッド駆動装置１０の外郭を形成するケーシング１１内に設けられている。ケーシング１１は、溶融したアルミ材料等を鋳造成形することにより所定形状に形成され、放熱性に優れたものとなっている。図２においては、ハイブリッド駆動装置１０の一部（モータジェネレータ５０の部分）を示しており、モータジェネレータ５０の前方側にはエンジン２０（図１参照）が配置され、モータジェネレータ５０の下方側にはドライブシャフト４０が配置されている。

ハイブリッド駆動装置１０は、ハイブリッド車両の車体側に設けられたブラケットに、強化ゴム等よりなるマウントブッシュ（何れも図示せず）を介して取り付けられるようになっている。ここで、ハイブリッド駆動装置１０は、ドライブシャフト４０をハイブリッド車両の床下等に導けるようにするために、後方側に所定角度傾斜して搭載されている。つまり、モータジェネレータ５０の軸芯Ｃの後方側は、モータジェネレータ５０の軸芯Ｃの前方側に比して、低い位置（地面に近い位置）に配置されるようになっている。本実施の形態においては、モータジェネレータ５０は後方側にα°（例えば５°〜１０°）傾斜されている（図４参照）。

モータジェネレータ５０は、固定子としてのステータ６０および回転子としてのロータ７０を備えている。ステータ６０は、磁性材料よりなる複数の第１環状鋼板６１，６１，・・・と１枚の第２環状鋼板６２とを積層して形成され、複数の環状鋼板６１，６２のうちの第２環状鋼板６２は、ステータ６０の軸方向一端側（前方側）に設けられている。

図３に示すように、各第１環状鋼板６１は、環状本体部６１ａと、径方向内側に突出するよう一体に設けられた複数のティース部６１ｂと、径方向外側に突出するよう一体に設けられた３つの固定片６１ｃとを備えている。各固定片６１ｃにはボルト孔６１ｄが形成されており、各第１環状鋼板６１を積層した状態のもとでボルト孔６１ｄに固定ボルト（図示せず）を貫通させ、当該固定ボルトをケーシング１１（図２参照）にネジ結合することにより、モータジェネレータ５０をケーシング１１内に固定することができる。

第２環状鋼板６２は、各第１環状鋼板６１よりも大径に形成され、環状本体部６２ａと、径方向内側に突出するよう一体に設けられた複数のティース部６２ｂとを備えている。第２環状鋼板６２の直径寸法は、第１環状鋼板６１の固定片６１ｃの頂部（先端部）を結ぶ仮想円（図示せず）の直径寸法と同じ直径寸法に設定されている。環状本体部６２にはボルト孔６２ｃが形成されており、各第１環状鋼板６１のボルト孔６１ｄと同様に、ボルト孔６２ｃにも固定ボルトが貫通するようになっている。ここで、第２環状鋼板６２は、本発明における大径環状鋼板を構成しており、第２環状鋼板６２は、後述するコイル６３の一端側の第１折り返し部ＴＰ１の径方向外側に大きく突出している。

各ティース部６１ｂ，６２ｂには、図４に示すように、集中巻きまたは分布巻きによって、導電性に優れた銅線等よりなるコイル６３が巻き付けられている。コイル６３は、ステータ６０の軸方向両側（前方側および後方側）で折り返されており、一端側の第１折り返し部ＴＰ１および他端側の第２折り返し部ＴＰ２は、ステータ６０の軸方向両側に向けてそれぞれ突出している。コイル６３は、絶縁材としてのプラスチック材料等によってモールドされており、これにより隣り合うティース部６１ｂに巻き付けられたコイル６３同士が短絡することは無い。ここで、モールドされたコイル６３の各折り返し部ＴＰ１，ＴＰ２は、本発明におけるコイルエンドを構成している。

図２に示すように、ロータ７０は、磁性材料よりなる複数の環状鋼板７１を積層して形成され、ステータ６０の径方向内側に所定の隙間を介して回転自在に設けられている。各環状鋼板７１の中心部分には、回転軸７２が貫通して固定され、各環状鋼板７１の回転軸７２の周囲には、当該回転軸７２の軸方向に沿うよう複数の棒状永久磁石（図示せず）が設けられている。これにより、コイル６３（図４参照）に駆動電流を供給（通電）することで電磁力が発生し、当該電磁力によりロータ７０がステータ６０に対して回転するようになっている。

ケーシング１１には、冷却液としてのオイルＯ（図４参照）を、モータジェネレータ５０に向けて噴射または滴下（供給）するオイル連通路（冷却液供給部）１２が設けられている。オイル連通路１２は、ケーシング１１の肉厚部分を中空に成形する等して形成され、モータジェネレータ５０の上方側で、かつモータジェネレータ５０の軸芯Ｃに沿って延びている。

オイル連通路１２の軸方向両側には、図４に示すように、その直下に位置する各折り返し部ＴＰ１，ＴＰ２に対応して、一対の供給孔１２ａ，１２ｂがそれぞれ設けられている。そして、各供給孔１２ａ，１２ｂから噴射または滴下されたオイルＯは、各折り返し部ＴＰ１，ＴＰ２に到達するようになっている。

オイル連通路１２の軸方向一端側には、オイル供給パイプ１３の他端側が連結され、当該オイル供給パイプ１３の一端側には、トランスミッション用オイルポンプ（図示せず）が連結されている。そして、トランスミッション用オイルポンプを駆動することで、オイル供給パイプ１３，オイル連通路１２および各供給孔１２ａ，１２ｂを介して、モータジェネレータ５０にオイルＯが供給される。なお、モータジェネレータ５０に供給されたオイルＯは、モータジェネレータ５０の下方側にあるオイルパン（図示せず）に一旦溜められて、その後、コンタミネーション等を捕獲するためのフィルタ（図示せず）を介して循環するようになっている。

次に、以上のように形成した第１実施の形態に係るモータジェネレータ５０の冷却構造の動作について、図４および図５を用いて詳細に説明する。

ハイブリッド車両を走行させる等してハイブリッド駆動装置１０を作動させると、エンジン２０の駆動力等によってトランスミッション用オイルポンプが作動する。すると、ケーシング１１内のオイルパンに溜められたオイルＯが、フィルタを介してオイル供給パイプ１３およびオイル連通路１２に供給され、その後、各供給孔１２ａ，１２ｂからモータジェネレータ５０に向けて噴射または滴下される。

各供給孔１２ａ，１２ｂから供給されたオイルＯは、モータジェネレータ５０の軸方向両側に突出して設けられた、上方側に位置する第１折り返し部ＴＰ１および下方側に位置する第２折り返し部ＴＰ２にそれぞれ到達する。

ステータ６０の軸方向他端側（下方側）に位置する第２折り返し部ＴＰ２に到達したオイルＯは、図中実線矢印に示すように流れて、第２折り返し部ＴＰ２の周囲を伝って流れ落ちる。このとき、図５に示すように、モータジェネレータ５０の軸芯Ｃを挟む両側にオイルＯは分岐して流れ、そのため第２折り返し部ＴＰ２の周囲に満遍なくオイルＯを行き渡らせることができ、高温となる第２折り返し部ＴＰ２を効率良く冷却することができる。

一方、ステータ６０の軸方向一端側（下方側）に位置する第１折り返し部ＴＰ１に到達したオイルＯは、図中破線矢印に示すように流れて、第１折り返し部ＴＰ１の周囲を伝って流れ落ちる。ここで、第１折り返し部ＴＰ１の直径寸法と、第１環状鋼板６１の環状本体部６１ａの直径寸法とは略同じ直径寸法となっているが、第２環状鋼板６２の直径寸法の方が第１折り返し部ＴＰ１の直径寸法よりも大きく設定している。したがって、図４に示すように、第２環状鋼板６２がオイルＯの障壁として作用する。つまり、第１折り返し部ＴＰ１に到達したオイルＯは、モータジェネレータ５０が傾斜しているにも関わらず、第２環状鋼板６２を越えて各第１環状鋼板６１側には流れず第２環状鋼板６２に沿って流れる。

このように、第２環状鋼板６２は、第１折り返し部ＴＰ１に到達したオイルＯを、第１折り返し部ＴＰ１の周囲に沿わせて移動させるようになっている。また、図５に示すように、モータジェネレータ５０の軸芯Ｃを挟む両側にオイルＯは分岐して流れ、そのため第１折り返し部ＴＰ１の周囲に満遍なくオイルＯを行き渡らせることができ、高温となる第１折り返し部ＴＰ１を効率良く冷却することができる。

以上詳述したように、第１実施の形態に係るモータジェネレータ５０の冷却構造によれば、複数の環状鋼板６１，６２うちの少なくともステータ６０の軸方向一端側を、第１折り返し部ＴＰ１からその径方向外側に突出した第２環状鋼板６２とし、当該第２環状鋼板６２によりオイル連通路１２から供給されるオイルＯを第１折り返し部ＴＰ１の周囲に沿わせて移動させている。これにより、従前のようにコイルエンド（折り返し部）の形状を複雑化させること無く、冷却構造を構築することができる。

また、出力やサイズ等が大きい仕様違いのモータジェネレータの環状鋼板を大径環状鋼板として用い、当該大径環状鋼板を他の環状鋼板とともに積層することもできる。これにより、部品の共通化を図って製造コストの上昇を抑えることができる。

さらに、モータジェネレータ５０を、ステータ６０の軸方向一端側が上方側に位置し、ステータ６０の軸方向他端側が下方側に位置するようハイブリッド車両に搭載し、第２環状鋼板６２を第１折り返し部ＴＰ１から径方向外側に突出させるので、第１折り返し部ＴＰ１に供給されたオイルＯは、第１折り返し部ＴＰ１からはみ出て第２環状鋼板６２を越えることが無く、冷却効率の低下を確実に防止できる。

次に、本発明の第２実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。なお、上述した第１実施の形態と同様の機能を有する部分については同一の記号を付し、その詳細な説明を省略する。

図６は第２実施の形態における図３に対応した分解斜視図を、図７は第２実施の形態における図４に対応した部分断面図を、図８は第２実施の形態における図５に対応した斜視図をそれぞれ表している。

第２実施の形態に係るモータジェネレータ（電動機）８０は、第１実施の形態に係るモータジェネレータ５０に比して、ステータの形状およびオイル連通路の形状が異なっている。

モータジェネレータ８０を形成するステータ８１は、複数の第１環状鋼板６１を積層した第１環状鋼板積層群Ｇ１と、複数の第２環状鋼板６２を積層した第２環状鋼板積層群Ｇ２とを、交互にさらに積層することにより形成されている。また、ステータ８１においても、各環状鋼板６１，６２のうちのステータ８１の軸方向一端側を、第２環状鋼板６２としており、これにより第１実施の形態と同様に、高温となる第１折り返し部ＴＰ１を効率良く冷却できるようにしている。

ステータ８１には、複数の間隙Ｓが形成されている。各間隙Ｓは、第１環状鋼板積層群Ｇ１と第２環状鋼板積層群Ｇ２とを交互に積層したことにより、各環状鋼板積層群Ｇ１，Ｇ２間に形成されている。各間隙Ｓには、オイル連通路９０の軸方向に沿って所定間隔で形成されたサブ供給孔９１ａ〜９１ｄが対向しており、これにより各サブ供給孔９１ａ〜９１ｄから供給されるオイルＯは、各間隙Ｓに沿って流れ落ちるようになっている（図７，８の実線矢印および破線矢印参照）。ここで、オイル連通路９０の軸方向両側に設けた一対の供給孔９２ａ，９２ｂは、第１実施の形態の各供給孔１２ａ，１２ｂと同様に、それぞれ各折り返し部ＴＰ１，ＴＰ２と対向している。

以上のように形成した第２実施の形態に係るモータジェネレータ８０の冷却構造においても、上述した第１実施の形態と同様の作用効果を奏する。これに加え、第２実施の形態においては、各環状鋼板積層群Ｇ１，Ｇ２間に複数の間隙Ｓを形成し、当該各間隙ＳにオイルＯを噴射または滴下させるため、モータジェネレータ８０のステータ８１を含む全体を効果的に冷却することが可能となる。

本発明は上記各実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。例えば、上記各実施の形態においては、ステータ６０，８１の軸方向一端側の第１折り返し部ＴＰ１に対応させて、当該第１折り返し部ＴＰ１よりも大径の第２環状鋼板６２を設け、これによりオイルＯを第１折り返し部ＴＰ１の周囲に沿わせているが、本発明はこれに限らない。つまり、モータジェネレータ５０，８０の傾斜方向が逆の場合には、ステータ６０，８１の軸方向他端側の第２折り返し部ＴＰ２に対応させて第２環状鋼板６２を設ければ良い。要は、傾斜したモータジェネレータの軸方向両側のうちの高い位置側に、折り返し部よりも大径の環状鋼板を設ければ良い。

また、上記各実施の形態においては、第２環状鋼板６２の直径寸法を、第１環状鋼板６１の固定片６１ｃの頂部を結ぶ仮想円の直径寸法と同じ直径寸法としたが、本発明はこれに限らず、モータジェネレータ５０，８０の傾斜角度（搭載角度）やオイルＯの供給量等に応じて、その直径寸法を任意に変更しても良い。

さらに、上記第１実施の形態に係るモータジェネレータ５０においては、第２環状鋼板６２を１枚としたが、本発明はこれに限らず、第２環状鋼板６２に必要とされる剛性等に応じて、第２環状鋼板６２を２枚以上積層しても良い。

また、上記第２実施の形態に係るモータジェネレータ８０においては、複数の第２環状鋼板６２を積層して第２環状鋼板積層群Ｇ２を形成したが、本発明はこれに限らず、第２環状鋼板積層群Ｇ２に換えて１枚の第２環状鋼板６２を採用しても良い。この場合、間隙Ｓの幅寸法を大きくすることができ、モータジェネレータ全体をより効果的に冷却することが可能となる。

さらに、上記各実施の形態においては、エンジン２０およびモータジェネレータ５０，８０を有するハイブリッド車両に本発明を適用した場合を示したが、これに限らず、例えば、駆動源としてモータジェネレータのみを有する電気自動車（ＥＶ）等にも本発明を適用することができる。

１２ オイル連通路（冷却液供給部）
５０ モータジェネレータ（電動機）
６０ ステータ
６１ 第１環状鋼板（環状鋼板）
６２ 第２環状鋼板（環状鋼板，大径環状鋼板）
６３ コイル
７０ ロータ
８０ モータジェネレータ（電動機）
８１ ステータ
９０ オイル連通路（冷却液供給部）
ＴＰ１ 第１折り返し部（コイルエンド）
ＴＰ２ 第２折り返し部（コイルエンド）
Ｏ オイル（冷却液）

Claims (2)

1. 冷却液供給部から供給される冷却液により電動機を冷却する電動機の冷却構造であって、
   前記電動機を、
   複数の環状鋼板を積層して形成され、コイルが巻き付けられるステータと、
   前記ステータから当該ステータの軸方向に向けて突出し、前記コイルを折り返して形成されるコイルエンドと、
   前記ステータの径方向内側に回転自在に設けられ、前記コイルへの通電により回転するロータとから形成し、
   前記複数の環状鋼板うちの少なくとも前記ステータの軸方向一端側の環状鋼板を、前記コイルエンドからその径方向外側に突出した大径環状鋼板とし、当該大径環状鋼板により前記冷却液供給部から供給される前記冷却液を前記コイルエンドの周囲に沿わせて移動させることを特徴とする電動機の冷却構造。
2. 請求項１記載の電動機の冷却構造において、前記電動機を、前記ステータの軸方向一端側が上方側に位置し、前記ステータの軸方向他端側が下方側に位置するよう車両に搭載することを特徴とする電動機の冷却構造。

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