JP2015116101A - モータ冷却構造 - Google Patents

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泰也 古田
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泰也 古田
友宏 仁科
Tomohiro Nishina
友宏 仁科
伊藤 悟
Satoru Ito
悟 伊藤
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Abstract

【課題】コイルエンドを効果的に冷却することができるモータ冷却構造の提供。【解決手段】モータ冷却構造は、モータのステータコアと、前記ステータコアに設けられ、前記ステータコアの軸方向の両端部で突出するコイルエンドを備えるコイルと、前記ステータコアの外周面に対して設けられ、管状の冷媒流路を形成する管部材と、前記管部材に形成され、前記コイルエンドに向けて開口する第1吐出穴と、前記管部材における前記第1吐出穴よりも冷媒流れ方向下流側に形成され、前記コイルエンドに向けて開口する第2吐出穴とを備え、前記管部材は、前記第2吐出穴よりも冷媒流れ方向上流側であって前記第1吐出穴の冷媒流れ方向下流側近傍に、前記冷媒流路の断面積を絞る絞り部を有する。【選択図】図1

Description

本開示は、モータ冷却構造に関する。
従来から、コイルエンド上方の冷却パイプの外壁と内壁との間の肉厚部は、ステータコア上方の冷却パイプの外壁と内壁との間の肉厚部より厚く、コイルエンド上方の肉厚部には、冷却液流路内の冷却液をコイルエンドに供給する冷却液供給口が設けられている回転電機が知られている(例えば、特許文献1参照)。
特開2013-038875号公報
しかしながら、上記の特許文献1に記載の構成では、コイルエンド上方の冷却パイプの肉厚部を厚くすると、冷却パイプの外形が大きくなることで搭載上の制約(冷却パイプの搭載スペースの確保、コイルエンドとの絶縁距離の確保等)が大きくなり、重量も増加するという問題がある。
そこで、本開示は、上記の問題を少なくとも部分的に解決し、コイルエンドを効果的に冷却することができるモータ冷却構造の提供を目的とする。
本開示の一局面によれば、モータのステータコアと、
前記ステータコアに設けられ、前記ステータコアの軸方向の両端部で突出するコイルエンドを備えるコイルと、
前記ステータコアの外周面に対して設けられ、管状の冷媒流路を形成する管部材と、
前記管部材に形成され、前記コイルエンドに向けて開口する第1吐出穴と、
前記管部材における前記第1吐出穴よりも冷媒流れ方向下流側に形成され、前記コイルエンドに向けて開口する第2吐出穴とを備え、
前記管部材は、前記第2吐出穴よりも冷媒流れ方向上流側であって前記第1吐出穴の冷媒流れ方向下流側近傍に、前記冷媒流路の断面積を絞る絞り部を有する、モータ冷却構造が提供される。
本開示によれば、コイルエンドを効果的に冷却することができるモータ冷却構造が得られる。
一実施例(実施例1)によるモータ冷却構造1を示す斜視図である。 管部材10の単品状態を示す斜視図である。 絞り部19の作用効果を模式的に示す説明図である。 他の一実施例(実施例2)によるモータ冷却構造1Aを示す斜視図である。 管部材10内部を延在方向に視た図である。
以下、添付図面を参照しながら各実施例について詳細に説明する。
図1は、一実施例(実施例1)によるモータ冷却構造1を示す斜視図である。
モータ冷却構造1は、モータのステータ2に適用される。以下では、径方向、周方向及び軸方向は、ステータ2の中心軸Iを基準とし、中心軸Iを中心として内径側及び外径側を定義する。例えば、内径側とは、中心軸Iの径方向で中心軸Iに近い側を指す。以下では、前提として、モータは、ステータコア20の軸方向が水平になる向きで搭載されているものとする。また、図1に示すY方向が鉛直方向下向き(重力方向)であるとする。また、下流側及び上流側とは、冷媒の流れ方向を基準とする。
ステータ2は、インナロータ型の任意のモータで使用されてもよい。例えば、ステータ2は、ハイブリッド車又は電気自動車で使用される走行用モータで使用されてもよい。走行用モータは、例えば永久磁石モータであってもよいし、電磁石と永久磁石とを併用するハイブリッド型のモータであってもよい。
ステータ2は、ステータコア20と、コイル30とを含む。
ステータコア20は、例えば積層鋼板から形成される。ステータコア20は、複数の分割コアから形成されてもよい。ステータコア20は、内径側にティース部24を含む。ティース部24は、周方向に等間隔で複数個形成され、周方向で隣接するティース部24間にスロットが画成される。
ステータコア20の外周面21には、フランジ22が形成される。フランジ22は、ステータコア20の外周面21に焼き嵌めされるリング部材により形成されてもよい。図1に示す例では、フランジ22は、3箇所設けられており、3つのフランジ22は、120度間隔で配置されている。フランジ22は、ステータコア20をケース(図示せず)等に固定(締結)するために形成される。このため、フランジ22は、締結具が通過する孔23を有してよい。尚、フランジ22の数や形成位置は任意である。また、図1に示す例では、フランジ22は、ステータコア20の軸方向の両端面間に延在しているが、軸方向の一部のみに延在してもよい。
コイル30は、ステータコア20のスロットに設けられる。コイル30は、任意の態様でステータコア20に巻回されてもよい。コイル30は、ステータコア20の軸方向の両端部で突出するコイルエンド32L,32Rを含む。コイルエンド32L,32Rは、U,V,W各相の端子34までの動力線等を含んでよい。
モータ冷却構造1は、ステータコア20の周方向に延在する管部材(パイプ)10を含む。管部材10は、ステータコア20の径方向外側に設けられ、ステータコア20の外周面21に径方向で対向する。管部材10は、ブラケット(図示せず)等によりケース(図示せず)等に固定されてよい。管部材10は、内部に冷媒が流される。冷媒は、油等であってよい。尚、管部材10は、金属等の任意の材料で形成されてよい。管部材10は、典型的には、可撓性の無い部材であるが、可撓性があってもよい。
図1に示す例では、管部材10は、第1端部12と、第2端部13と、第1軸方向部15と、第2軸方向部16と、周方向部18とを含む。第1軸方向部15、第2軸方向部16、及び、周方向部18は、後述の絞り部19の領域を除いて、等断面(例えば、円形断面)で形成される。例えば、第1軸方向部15、第2軸方向部16、及び、周方向部18は、1本のパイプを曲げ成形することにより形成されてよい。また、第1端部12及び第2端部13についても、第1軸方向部15及び第2軸方向部16と一体的に形成されてよい。
第1端部12及び第2端部13は、互いに周方向に離間しつつ、軸方向でコイルエンド32Rの位置よりも若干外側に配置される。管部材10は、第2端部13から冷媒が導入される。第2端部13は、ケース内の油路に接続されてよい。第1端部12は、閉塞されてもよいし(冷媒を塞き止めてもよいし)、ドレイン(タンク)に接続されてもよい。図1に示す例では、第1端部12は閉塞される。
第1軸方向部15及び第2軸方向部16は、互いに周方向に離間しつつ、軸方向に延在する。第1軸方向部15は、好ましくは、ステータコア20の天頂部(重力方向の一番高い部分)上で、軸方向に延在する。尚、図1に示す例では、第1軸方向部15及び第2軸方向部16は、それぞれ第1端部12及び第2端部13から互いに平行に延在するが、平行である必要はない。第1軸方向部15及び第2軸方向部16は、それぞれ、第1端部12及び第2端部13から、軸方向でコイルエンド32Lの位置まで延在する。
周方向部18は、第1軸方向部15及び第2軸方向部16のそれぞれの端部(コイルエンド32L側の端部)間で周方向に延在する。周方向部18は、コイルエンド32Lに径方向に対向しつつ、コイルエンド32Lに沿って周方向に延在する。周方向部18は、両端の湾曲部17を介して第1軸方向部15及び第2軸方向部16にそれぞれ接続される。
管部材10には、吐出穴(貫通孔)14が形成される。吐出穴14は、第1吐出穴141と、第1吐出穴141よりも下流側に第2吐出穴142とを含む。第1吐出穴141は、コイルエンド32Lに向けて周方向に開口するように形成され、第2吐出穴142は、コイルエンド32Rに向けて周方向に開口するように形成される。即ち、第1吐出穴141及び第2吐出穴142は、軸方向でコイルエンド32L,32Rの位置にそれぞれ形成される。第1吐出穴141及び第2吐出穴142は、それぞれ、1つだけ形成されてもよいが、図2等に示すように、管部材10の周まわりに複数個(図示の例では2個)形成されてもよい。また、第1吐出穴141及び第2吐出穴142の開口形状は、円形であるが、他の形状であってもよい。第1吐出穴141及び第2吐出穴142の開口方向は、管部材10の円形断面の中心を通る方向であってよい。
管部材10には、冷媒流路の断面積を絞る絞り部19が形成される。絞り部19は、図1に示すように、冷媒流れ方向で第2吐出穴142よりも上流側で且つ第1吐出穴141の下流側近傍に形成される。即ち、絞り部19は、第1吐出穴141の下流側に隣接して形成される。絞り部19は、例えば管部材10を絞り加工することによって形成することができる。
図2は、管部材10の単品状態を示す斜視図である。図2において、X部は、管部材10内部を示すように、一部が切除された断面が示されている。
管部材10は、図2に示すように、同一の肉厚により形成される。但し、絞り部19や湾曲部17を形成する際に発生しうる肉厚の変動は存在しうる。図2に示す例では、絞り部19は、第1吐出穴141及び第2吐出穴142は、管部材10の第1軸方向部15の両端部に形成され、絞り部19は、第1吐出穴141の下流側近傍に形成されている。絞り部19は、加工条件等の制約の下、第1吐出穴141に可能な限り近い位置に形成されてよい。
また、図1及び図2に示す例では、絞り部19は、第2吐出穴142の下流側に設けられていない。これは、第2吐出穴142の下流側は第1端部12で閉塞されるので、絞り部19のような絞り部が不要であるためである。但し、第2吐出穴142から第1端部12の終端までの距離が長い場合等には、絞り部19のような絞り部が第2吐出穴142の下流側近傍に設けられてもよい。
図3は、絞り部19の作用効果を模式的に示す説明図であり、(A)は、絞り部19が存在しない比較例の場合を示し、(B)は、絞り部19が存在する本実施例の場合を示す。図3においては、冷媒の吐出方向が矢印Pで示されている。尚、実際には、冷媒は、矢印P方向を中心に拡散して吐出されうる。
絞り部19が存在しない場合は、管部材10内の冷媒は、図3(A)にて矢印R1で示すように、第1軸方向部15の延在方向(図2のZ方向参照)に流れが速く、第1吐出穴141から吐出され難い。このため、第1吐出穴141a,141bからの冷媒の吐出方向は、第1軸方向部15の延在方向の流速の影響を受け、第1吐出穴141a,141bの開口方向に対して角度α1、α2だけ下流方向に傾斜する。この結果、比較例では、第1吐出穴141a,141bから吐出される冷媒は、コイルエンド32Lに向かわない量(コイルエンド32Lよりも軸方向でコイルエンド32R側に向かう量)が多くなり、コイルエンド32Lを効率的に冷却することが困難となる。
また、特に湾曲部17では、冷媒は、湾曲部17の湾曲中心(湾曲半径の中心)に対して外側で流速が速くなる。この点、第1吐出穴141a,141bは、湾曲部17の下流側近傍に形成されているので、湾曲部17の湾曲中心に対して外側の第1吐出穴141aについては、湾曲部17の湾曲中心に対して内側の第1吐出穴141bよりも、冷媒吐出方向の下流方向への傾斜角度が大きくなる(α1>α2)。従って、湾曲部17の下流側で、湾曲中心に対して外側の第1吐出穴141aから吐出される冷媒は、コイルエンド32Lに向かわない量が更に多くなる。
これに対して、本実施例では、管部材10内の冷媒は、図3(B)にて矢印R2で示すように、絞り部19により逆向き(上流側に向かう向き)の流れが発生し、この流れが、第1軸方向部15の延在方向(図2のZ方向参照)の流れと少なくとも部分的に相殺する。即ち、第1吐出穴141付近で第1軸方向部15の延在方向の冷媒の流速が低減される。これは、湾曲半径の中心に対して外側の第1吐出穴141aのみならず、内側の第1吐出穴141bについても同様である。このため、第1吐出穴141からの冷媒の吐出方向について、第1吐出穴141の開口方向に対する下流側への傾斜角度α1、α2(図3(B)参照)が低減される。例えば、図3(B)に示す例では、理想的な場合として、第1吐出穴141a,141bからの冷媒の吐出方向は、第1吐出穴141a,141bの開口方向に一致している(即ち、傾斜角度α1、α2が0)。このようにして、絞り部19を設けることによって、第1吐出穴141の冷媒の吐出方向を第1軸方向部15の延在方向に対して直角方向へと矯正することができる。この結果、本実施例では、第1吐出穴141から吐出される冷媒は、コイルエンド32Lに向かわない量が低減され、コイルエンド32Lを効率的に冷却することが可能となる。尚、コイルエンド32Lに当たった冷媒は、その後、コイルエンド32Lを冷却しつつ、重力の作用によりコイルエンド32L内を流れる。尚、第2吐出穴142からの冷媒の吐出態様についても実質的に同様である。これは、第2吐出穴142の下流側は第1端部12で閉塞されており、閉塞部分により絞り部19と同様の効果が得られれるためである。
尚、図3(B)では、理想的な場合として、絞り部19を設けることによって、第1吐出穴141の冷媒の吐出方向を第1軸方向部15の延在方向に対して直角に矯正されているが、直角である必要はなく、比較例に比べて直角方向に矯正されていればよい。
以上説明したように、本実施例1のモータ冷却構造1によれば、とりわけ、以下のような優れた効果が奏される。
上述の如く、第1吐出穴141の下流側近傍に絞り部19を形成することで、第1吐出穴141からの冷媒の吐出方向を管部材10の延在方向に対して直角方向へと矯正することができる。これにより、第1吐出穴141をコイルエンド32Lの軸方向の位置に対応するように形成して、コイルエンド32Lを効率的に冷却することが可能となる。
また、湾曲部17の後流側で且つ湾曲部17の湾曲中心に対して外側の第1吐出穴141a(図3(B)参照)については、絞り部19が更に有効に機能する。これは、冷媒流路における湾曲部17の湾曲中心に対して外側では冷媒の流速が高くなる傾向があるためである。
また、1つの管部材10に対して第1吐出穴141及び第2吐出穴142の双方を設けることにより、コイルエンド32L、32Rの双方を効率的に冷却することができる。
尚、図1乃至図3に示す例では、第1軸方向部15及び第2軸方向部16のうち、第1軸方向部15のみに吐出穴(第1吐出穴141及び第2吐出穴142)が形成されているが、第1軸方向部15に代えて又は加えて、第2軸方向部16に同様の吐出穴が形成されてもよい。この場合、第2軸方向部16の各吐出穴の下流側近傍に同様の絞り部がそれぞれ形成されてよい。また、吐出穴は、周方向部18に形成されてもよい。この場合も、同様に、周方向部18の吐出穴の下流側近傍に同様の絞り部が形成されてよい。
図4は、他の一実施例(実施例2)によるモータ冷却構造1Aを示す斜視図である。尚、上述した実施例1と同様であってよい構成要素については、同一の参照符合を付して説明を省略する。尚、図4においては、冷媒の軌跡が符合70にて指示されている。
モータ冷却構造1Aは、管部材10Aを含む。管部材10Aは、素材や断面形状、肉厚等については上述した実施例1による管部材10と同様であってよい。
管部材10Aは、第1端部12と、第2端部13と、第1軸方向部15Aと、第2軸方向部16Aと、周方向部18Aとを含む。
第1軸方向部15A及び第2軸方向部16Aは、互いに周方向に離間しつつ、軸方向に延在する。第1軸方向部15A及び第2軸方向部16Aは、それぞれ、第1端部12及び第2端部13から、軸方向でステータコア20の中央位置まで延在する。
周方向部18Aは、第1軸方向部15A及び第2軸方向部16Aのそれぞれの端部(コイルエンド32L側の端部)間で周方向に延在する。周方向部18は、軸方向でステータコア20の中央部位に径方向に対向しつつ周方向に延在する。周方向部18Aは、両端の湾曲部17を介して第1軸方向部15A及び第2軸方向部16Aにそれぞれ接続される。
管部材10Aには、吐出穴(貫通孔)14L,14Rが形成される。吐出穴14Lは、コイルエンド32Lに向けて軸方向に開口するように形成され、吐出穴14Rは、コイルエンド32Rに向けて軸方向に開口するように形成される。吐出穴14Lは、重力の作用もあり、コイルエンド32Lに向けて軸方向外側且つ径方向内側に冷媒を吐出し、吐出穴14Rは、重力の作用もあり、コイルエンド32Rに向けて軸方向外側且つ径方向内側に冷媒を吐出する。尚、コイルエンド32L、32Rに当たった冷媒は、その後、コイルエンド32L、32Rを冷却しつつ、重力の作用によりコイルエンド32L、32R内を流れる
吐出穴14L,14Rの開口形状は、円形であるが、他の形状であってもよい。吐出穴14L,14Rの開口方向は、管部材10Aの円形断面の中心を通る方向であってよい。尚、図4に示す例では、吐出穴14L,14Rは、それぞれ、5個設けられる。但し、吐出穴14L,14Rは、周方向で離間した2箇所以上に形成される限り、任意である。
管部材10Aには、管部材10Aの冷媒流路の断面積を絞る絞り部19が形成される。絞り部19は、吐出穴14L,14Rの下流側近傍に形成される。即ち、絞り部19は、吐出穴14L,14Rの下流側に隣接して形成される。
以上説明したように、本実施例2のモータ冷却構造1Aによれば、とりわけ、以下のような優れた効果が奏される。
上述の如く、上述の実施例1と同様、吐出穴14L,14Rの下流側近傍に絞り部19を形成することで、吐出穴14L,14Rからの冷媒の吐出方向を管部材10Aの延在方向に対して直角方向へと矯正することができる。これにより、吐出穴14L,14Rを周方向部18Aに均等に形成して、コイルエンド32L、32Rを周方向に沿って均一に冷却することが容易となる。
また、湾曲部17の後流側で且つ湾曲部17の湾曲中心に対して外側の吐出穴14L1については、絞り部19が更に有効に機能する。これは、冷媒流路における湾曲部17の湾曲中心に対して外側では冷媒の流速が高くなるためである。
また、1つの管部材10に対して吐出穴14L,14Rを設けることにより、コイルエンド32L、32Rの双方を効率的に冷却することができる。
尚、図4に示す例では、周方向部18Aのみに吐出穴(吐出穴14L,14R)が形成されているが、これに代えて又は加えて、第1軸方向部15A及び第2軸方向部16Aの少なくともいずれか一方に同様の吐出穴が形成されてもよい。この場合、第1軸方向部15A及び/又は第2軸方向部16Aの各吐出穴に対しては、下流側近傍に同様の絞り部が形成されてよい。
また、図4に示す例では、吐出穴14L,14Rの双方が形成されているが、吐出穴14L,14Rうちの一方のみが形成されてもよいし、周方向部18Aの延在方向に沿って吐出穴14L,14Rが互い違いに形成されてもよい。
また、図4に示す例では、管部材10Aは、軸方向でステータコア20の中央部位に径方向に対向しつつ周方向に延在するが、軸方向で一方のコイルエンド32L又は32Rに径方向に対向しつつ周方向に延在してもよい。即ち、管部材10Aは、周方向部18Aがコイルエンド32L又は32Rに径方向に対向するように配置されてもよい。この場合、吐出穴14L,14Rの一方は省略され、他方は、内径側に開口するように形成されてよい。即ち、吐出穴の開口方向は、軸方向に直角且つ径方向に平行になるように形成されてよい。また、この場合、コイルエンド32L及び32Rのそれぞれ用に、管部材10Aがそれぞれ(合計2本)設けられてもよい。
また、図4に示す例では、周方向の異なる位置の吐出穴14L,14Rの全てに対して絞り部19が設けられているが、絞り部19のいくつかは省略されてもよい。即ち、少なくとも1つの吐出穴14L,14Rに対して絞り部19が形成されればよい。
尚、上述した実施例2においては、周方向部18Aの延在方向に沿って複数形成される吐出穴14L,14Rうちの、最も下流側の吐出穴14L,14Rを除く任意の吐出穴14L,14Rが、「第1吐出穴」の一例に対応し、その吐出穴14L,14Rよりも下流側の任意の吐出穴14L,14Rが、「第2吐出穴」の一例に対応する。
以上、各実施例について詳述したが、特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された範囲内において、種々の変形及び変更が可能である。また、前述した実施例の構成要素を全部又は複数を組み合わせることも可能である。
例えば、上述した実施例では、絞り部19は、図5(A)に示すように、管部材10(管部材10Aについても同様)の円形断面に対して同心に形成されているが、図5(B)に示す絞り部191のように、周方向の一部のみに形成されてもよい。図5(B)に示す絞り部191は、リブの形態で管部材10の内壁に形成されてもよい。絞り部191は、図2に示したような湾曲部17の下流側の吐出穴(第1吐出穴141)に対しては、湾曲中心に対して外側に形成されてもよい。これは、上述の如く、湾曲部17では湾曲中心に対して外側で管部材10に延在方向に沿った流れが速くなるためである。
また、上述した実施例では、管部材10,10Aは、ステータコア20の外周面21に対して離間する態様で設けられているが、ステータコア20の外周面21に対して接する態様で設けられてもよい。このとき、ステータコア20の外周面21に接する区間は、管部材10,10Aの一部又は全部であってよい。
また、上述した実施例では、2種類の特定の管部材10,10Aを用いているが、他の形態の管部材が使用されてもよい。
また、上述した実施例では、前提として、モータは、ステータコア20の軸方向が水平になる向きで搭載されているが、モータの搭載の向きは任意である。
1、1A モータ冷却構造
2 ステータ
10、10A 管部材
12 第1端部
13 第2端部
14、141,142、14L、14R 吐出穴
15、15A 第1軸方向部
16、16A 第2軸方向部
18、18A 周方向部
19、191 絞り部
20 ステータコア
22 フランジ
24 ティース部
30 コイル
32L、32R コイルエンド
70 冷媒の軌跡

Claims (4)

  1. モータのステータコアと、
    前記ステータコアに設けられ、前記ステータコアの軸方向の両端部で突出するコイルエンドを備えるコイルと、
    前記ステータコアの外周面に対して設けられ、管状の冷媒流路を形成する管部材と、
    前記管部材に形成され、前記コイルエンドに向けて開口する第1吐出穴と、
    前記管部材における前記第1吐出穴よりも冷媒流れ方向下流側に形成され、前記コイルエンドに向けて開口する第2吐出穴とを備え、
    前記管部材は、前記第2吐出穴よりも冷媒流れ方向上流側であって前記第1吐出穴の冷媒流れ方向下流側近傍に、前記冷媒流路の断面積を絞る絞り部を有する、モータ冷却構造。
  2. 前記絞り部は、前記第1吐出穴から吐出される冷媒の吐出方向を、前記管状の冷媒流路の延在方向に対して垂直方向に向けて矯正する、請求項1に記載のモータ冷却構造。
  3. 前記管部材は、前記第1吐出穴の冷媒流れ方向上流側に湾曲部を有し、
    前記第1吐出穴は、前記湾曲部の湾曲中心に対して外側に開口する、請求項1又は2に記載のモータ冷却構造。
  4. 前記第1吐出穴は、軸方向の一端側のコイルエンドに向けて開口し、
    前記第2吐出穴は、軸方向の他端側のコイルエンドに向けて開口する、請求項1〜3のうちのいずれか1項に記載のモータ冷却構造。
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