JP2016007106A - 回転電機および車両駆動ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】小型化を図りつつステータの巻線を効率的に冷却することができる回転電機を提供する。
【解決手段】モータは、ハウジングとロータとステータを備える。巻線５２は、各相のコイル端から中性点５５までの渡り線５６ａ，５６ｂ，５６ｃがロータの軸より上半分の周方向に引き回されている。供給穴７２ａは、コイルエンド５３ａおよび渡り線５６ａ，５６ｂ，５６ｃに冷却油が滴下できる位置に設けられている。ロータの軸方向に延在する取付用突部における基部の下側にコイルエンド５３ａが配置されているとともに取付用突部の基部の下側に渡り線５６ａ，５６ｂ，５６ｃが配置されている。
【選択図】図５

Description

本発明は、回転電機および車両駆動ユニットに関するものである。

回転電機のステータの巻線を液冷媒で冷却する技術がある。特許文献１に開示の回転電機においては、ステータの巻線（固定子巻線）のコアより突出したコイルエンドに冷却用液体をかける冷却液供給手段を備え、ステータの巻線は、複数の導線のうち同相の電力が流れる導線の端部同士を接続する渡り部をコイルエンドから突出している。複数の渡り部は、その周方向位置が一部のみ重なっており、冷却用液体は複数の渡り部の少なくとも一つにかけられる。

特開２０１０−１１６２３号公報

ところが、冷却液供給手段がハウジングの内部と外部を連通するようにハウジング部材を貫通して軸方向に延びる管材であり、液体を巻線の外径側から巻線に対し横方向、即ち軸方向からかけているので冷却効率が悪い。また、配置スペースが限られている車載モータにおいては、より小型化を図る必要があった。

本発明の目的は、小型化を図りつつステータの巻線を効率的に冷却することができる回転電機および車両駆動ユニットを提供することにある。

請求項１に記載の発明では、液冷媒タンク、前記液冷媒タンクから誘導された液冷媒の供給穴、および、取付用突部を有するハウジングと、前記ハウジング内において回転可能に支持されたロータと、前記ハウジング内において固定されたコアに巻線が巻かれ、前記コアの端面からコイルエンドおよび渡り線が突出するステータと、を備え、前記巻線は、各相のコイル端から中性点までの渡り線が前記ロータの軸より上半分の周方向に引き回され、前記液冷媒の供給穴は、前記コイルエンドおよび前記渡り線に液冷媒が滴下できる位置に設けられ、前記取付用突部は前記ロータの軸方向に延在し、当該取付用突部の基部の下側に前記コイルエンドが配置されているとともに前記取付用突部の基部の下側に前記渡り線が配置されていることを要旨とする。

請求項１に記載の発明によれば、液冷媒の供給穴から滴下された液冷媒はコイルエンドに流れてコイルエンドが冷却される。また、巻線は、各相のコイル端から中性点までの渡り線がロータの軸より上半分の周方向に引き回されているので、液冷媒の供給穴から滴下された液冷媒は渡り線の延びる方向である周方向に沿って流れて効率的に冷却することができる。また、ロータの軸方向に延在する取付用突部における基部の下側にコイルエンドが配置されているとともに取付用突部の基部の下側に渡り線が配置されているので小型化が図られる。よって、小型化を図りつつステータの巻線を効率的に冷却することができる。

請求項２に記載のように、請求項１に記載の回転電機において、前記渡り線が前記コイルエンドの軸方向側に配置されているとよい。
請求項３に記載のように、請求項１または２に記載の回転電機において、前記巻線が丸線を束ねた線よりなるとよい。

請求項４に記載のように、請求項１〜３のいずれか１項に記載の回転電機において、出力側に前記液冷媒の掻き上げ用のギアが配置されるとともに、反出力側に前記渡り線が配置されているとよい。

請求項５に記載のように、請求項１〜４のいずれか１項に記載の回転電機を備えた車両駆動ユニットであるとよい。

本発明によれば、小型化を図りつつステータの巻線を効率的に冷却することができる。

実施形態の車両駆動ユニットの模式図。 車両駆動ユニットの斜視図。 車両駆動ユニットの縦断面図。 車両駆動ユニットの一部断面図。 ステータの巻線の正面図。 ステータの巻線の説明図。 ステータの巻線を模式的に示す断面図。 別例のステータの巻線の正面図。

以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図１に示すように、車両駆動ユニット１０は、車両Ｃに搭載され、車体に取り付けられている。図２に示すように、車両駆動ユニット１０は、回転電機としての３相モータ３０を備えている。

車両駆動ユニット１０は、その外形を構成するハウジング１１を備えている。ハウジング１１は、伝熱性を有する材料で形成されており、例えば金属材料（例えばアルミニウム）で形成されている。また、ハウジング１１には、車両左右方向Ｘに貫通し、車軸Ａが挿通される車軸孔１２が設けられている。

図２に示すように、ハウジング１１は、車両左右方向Ｘに開口した本体部２０と、図３に示すように、本体部２０に対して車両左右方向Ｘから取り付けられる右カバー部材２１および左カバー部材２２とを備えている。これら本体部２０および各カバー部材２１，２２が組み付けられることにより、密閉空間が形成されている。なお、図２は、左カバー部材２２を取り外した状態での斜視図である。

図３に示すように、ハウジング１１の右カバー部材２１は、上部に取付用突部２１ａを有する。取付用突部２１ａは水平に延びる板状をなし、右側に突出している。同様に、ハウジング１１の左カバー部材２２は、上部に取付用突部２２ａを有する。取付用突部２２ａは水平に延びる板状をなし、左側に突出している。このように、ハウジング１１は、軸方向に延在する取付用突部２１ａ，２２ａを有する。

図３に示すように、ハウジング１１は、モータ３０を収容するモータ収容部３１と、モータ収容部３１の下方に配置され、液冷媒としての冷却油Ｏが貯留される液冷媒タンクとしての冷却油タンク３２とを有している。モータ収容部３１と冷却油タンク３２とは一体化されている。

図３に示すように、モータ３０は、全体として車両左右方向Ｘを軸線方向とする円柱状である。モータ３０は、回転軸４１と一体回転するロータ（回転子）４２と、ロータ４２の外周側に設けられたステータ（固定子）４３とを備えている。回転軸４１は、車両左右方向Ｘに延びており、モータ収容部３１内に設けられた軸受４４を介してハウジング１１に支持されている。このため、回転軸４１は、車両左右方向Ｘを軸として回転可能となっており、ロータ４２は、ハウジング１１内において回転可能に支持された状態で配置されている。

ステータ４３は、円筒状のステータコア５１と、ティースに捲回された巻線５２とを備えており、全体として円筒状となっている。ステータ４３は、ハウジング１１内において固定されたステータコア５１に巻線５２が巻かれ、ステータコア５１の端面５１ａ，５１ｂからコイルエンド５３ａ，５３ｂが突出している。ステータ４３は、ステータコア５１の内周面がロータ４２の外周面と対向する位置に配置されている。この場合、車両左右方向Ｘにおけるステータコア５１の端面５１ａ，５１ｂは、ハウジング１１のカバー部材２１，２２と対向している。なお、車両前後方向Ｙは、ステータ４３の軸線方向および上下方向Ｚに対して直交する方向である。また、図示は省略するが、ステータコア５１の内周面とロータ４２の外周面との間には若干の隙間がある。

図３，４に示すように、コイルエンド５３ａは、ステータコア５１における回転軸４１の反出力側の端面５１ａから突出している。コイルエンド５３ａは、ロータ４２の軸方向に延在する取付用突部２１ａの基部の下側に配置されている。また、図３に示すように、コイルエンド５３ｂは、ステータコア５１における回転軸４１の出力側の端面５１ｂから突出している。

ステータコア５１はボルトＢ（図３参照）が挿通された状態で、当該ボルトＢがハウジング１１内に設けられたネジ穴に螺合されることによりハウジング１１に固定されている。なお、図３ではボルトＢは一箇所しか図示していないが、三箇所を周方向ほぼ均等に設けられている。

ハウジング１１内には、複数（詳細には３つ）のギア６１〜６３が軸受に回転支持された状態で設けられている。複数のギア６１〜６３は互いに噛み合っている。第１ギア６１は、モータ収容部３１外に突出した回転軸４１の出力端に取り付けられている。ギア６１〜６３は、回転軸４１が回転することにより回転し、その回転力を車軸Ａに伝達する。

本実施形態の車両駆動ユニット１０は、ステータ４３等を冷却するための構成を備えている。この冷却構成について以下に説明する。
図３に示すように、冷却油タンク３２には、第３ギア６３と連通する開口部３２ａが設けられており、第３ギア６３の一部は冷却油タンク３２の冷却油Ｏに浸されている。このため、各ギア６１〜６３が回転すると冷却油タンク３２の冷却油Ｏが掻き上げられる。

また、ハウジング１１内には、掻き上げられた冷却油Ｏを、モータ収容部３１に誘導する誘導流路７１が設けられている。誘導流路７１は、図３においてのギア６１〜６３の背面に配置され、モータ収容部３１の上方にまで連通しており、掻き上げられた冷却油Ｏを、モータ収容部３１の上部に誘導する。ハウジング１１（モータ収容部３１の上部において）は、冷却油タンク３２から誘導された冷却油の供給穴（冷却油滴下穴）７２ａ，７２ｂを有する。供給穴７２ａ，７２ｂはモータ収容部３１の天井面３１ａに開口している。

図３に示すように、モータ収容部３１には、流下した冷却油Ｏが貯留される冷却油溜まり８０が設けられている。冷却油溜まり８０は、モータ収容部３１と冷却油タンク３２とを隔てる隔壁８１等によって区画されている。ステータ４３の一部、詳細にはステータコア５１の一部および巻線５２の一部は、冷却油溜まり８０にて貯留されている冷却油Ｏに浸される。

冷却油タンク３２は、ステータ４３および冷却油溜まり８０に対して下方に配置されている。そして、ハウジング１１には、冷却油溜まり８０と冷却油タンク３２とを接続するものであって、冷却油Ｏが流れるバイパス流路８２が設けられている。バイパス流路８２は、左カバー部材２２に設けられており、上下方向Ｚに延びている。バイパス流路８２の上端であるバイパス流入口８２ａは、隔壁８１に対して所定の高さ位置、詳細にはステータ４３の下端よりも上方に配置されている。バイパス流路８２の下端であるバイパス排出口８２ｂは、冷却油タンク３２において比較的高い位置、詳細には左上端に配置されている。

また、図３に示すように、ハウジング１１における冷却油タンク３２の下側には複数のフィン８３が並設されている。これらのフィン８３は、冷却油タンク３２に貯留されている冷却油Ｏを冷却する。

そして、ギア６１〜６３の回転によって、冷却油タンク３２内の冷却油Ｏが掻き上げられると、その掻き上げられた冷却油Ｏは、誘導流路７１を流れて、モータ収容部３１の供給穴７２ａ，７２ｂからモータ収容部３１内に滴下される。

図６に示すように、巻線５２は、Ｕ、Ｖ、Ｗの各相のコイル端５７から中性点５５までの渡り線５６ａ，５６ｂ，５６ｃを有する。この各相のコイル端から中性点までの渡り線５６ａ，５６ｂ，５６ｃが、図３，４に示すように、ステータコア５１の一方の端面５１ａから突出している。

図３，４に示すように、巻線５２における渡り線（Ｕ、Ｖ、Ｗの各相のコイル端５７から中性点５５までの渡り線）５６ａ，５６ｂ，５６ｃが、コイルエンド５３ａの軸方向においてコイルエンド５３ａの外側（図３，４では左側）に隣接して配置されている。即ち、渡り線５６ａ，５６ｂ，５６ｃがコイルエンド５３ａの軸方向側に配置されている。また、渡り線５６ａ，５６ｂ，５６ｃが、図５に示すように、ロータ４２の軸より上半分の周方向に引き回されている。つまり、図５において、各相のコイル端５７から延びる渡り線５６ａ，５６ｂ，５６ｃが右側（引出線端子部付近）から左側（時計の文字盤での９時の位置）に引き回され、中性点５５が配置される。こうして、ロータ４２の軸より上半分の周方向において各相のコイル端５７から中性点５５までの渡り線５６ａ，５６ｂ，５６ｃが引き回されている。

図３，４に示すように、供給穴７２ａは、ステータコア５１の端面５１ａから突出するコイルエンド５３ａの上方に設けられている。供給穴７２ａから流れ出た冷却油Ｏはコイルエンド５３ａの上面からコイルエンド５３ａの表面を反出力側（図３，４の左側）に流れて渡り線５６ａ，５６ｂ，５６ｃに至るようになっている。また、供給穴７２ａは、図５に示すように、モータ３０の中心の真上（回転軸４１の真上）に設けられている。このように、冷却油の滴下穴である供給穴７２ａは、コイルエンド５３ａおよび渡り線５６ａ，５６ｂ，５６ｃに冷却油が滴下できる位置に設けられている。なお、冷却油Ｏが渡り線５６ａ，５６ｂ，５６ｃの上面に直接垂下されるように供給穴７２ａを配してもよい。また、図３に示すように、供給穴７２ｂは、ステータコア５１の端面５１ｂから突出するコイルエンド５３ｂの上方に設けられ、コイルエンド５３ｂに冷却油が直接滴下されるようになっている。

図２，５に示すように、巻線５２におけるＵ，Ｖ，Ｗの各相の引出線端子部５４ａ，５４ｂ，５４ｃが右側上方に延びており、引出線端子部５４ａ，５４ｂ，５４ｃは図２に示すようにハウジング１１の本体部２０にボルト締結されている。

よって、中性点５５の接続位置は、冷却油の滴下穴である供給穴７２ａの位置からみて左である。また、引出線端子部５４ａ，５４ｂ，５４ｃの位置は、冷却油の滴下穴である供給穴７２ａの位置からみて右である。

図７に示すように、巻線５２（渡り線５６ａ，５６ｂ，５６ｃ）は丸線Ｌｒを束ねた線よりなる。丸線Ｌｒとしてエナメル線等が用いられる。
図３に示すように、回転軸４１の出力側に冷却油の掻き上げ用のギア６１，６２，６３が配置されるとともに、回転軸４１の反出力側に渡り線５６ａ，５６ｂ，５６ｃが配置されている。また、図３に示すように、取付用突部２２ａはロータ４２の軸方向に延在し、取付用突部２２ａの基部の下側にコイルエンド５３ａが配置されているとともに取付用突部２２ａの基部の下側に渡り線５６ａ，５６ｂ，５６ｃが配置されている。

なお、図３において左カバー部材２２には冷却水が通る流路９０が形成されており、この流路９０に冷却水が通過することによりハウジング１１等が冷却されるようになっている。

次に、本実施形態の作用について説明する。
各ギア６１〜６３が回転すると冷却油タンク３２の冷却油Ｏが掻き上げられ、掻き上げられた冷却油Ｏが誘導流路７１によりモータ収容部３１の上方に誘導される。そして、供給穴７２ａ，７２ｂから冷却油Ｏが、コイルエンド５３ａ、渡り線５６ａ，５６ｂ，５６ｃ、コイルエンド５３ｂに向けて滴下される。このとき、供給穴７２ａから滴下された冷却油Ｏは、図４に示すように、コイルエンド５３ａおよび渡り線５６ａ，５６ｂ，５６ｃにて受け止められる。

ここで、図５に示すように、冷却油滴下穴である供給穴７２ａがコイルエンド５３ａおよび渡り線５６ａ，５６ｂ，５６ｃに冷却油Ｏが滴下できる位置に設けられているので、供給穴７２ａから滴下された冷却油Ｏはコイルエンド５３ａに沿って流れてコイルエンド５３ａが冷却される。また、滴下された冷却油Ｏが、渡り線５６ａ，５６ｂ，５６ｃに沿って流れる。よって、効率的にコイルエンド５３ａおよび渡り線５６ａ，５６ｂ，５６ｃが冷却される。

つまり、図２，４に示すように、冷却油滴下穴である供給穴７２ａの位置の近傍に渡り線５６ａ，５６ｂ，５６ｃが集められた状態で配置されており、渡り線５６ａ，５６ｂ，５６ｃはロータ４２の軸より上半分の周方向に引き回されている。よって、冷却油Ｏが渡り線５６ａ，５６ｂ，５６ｃの延びる方向である周方向に沿って流れて効率的に冷却される。即ち、巻線５２におけるステータコア５１に形成したスロット内に延びる部位については冷却油Ｏが延設方向に流れにくく冷却されにくいが、渡り線５６ａ，５６ｂ，５６ｃについては冷却油Ｏが延設方向に沿って流れて効率よく冷却できる。

このように各相のコイル端５７から中性点５５に延びる渡り線５６ａ，５６ｂ，５６ｃを束ねてロータ４２の軸より上半分の周方向に引き回して当該部位に冷却油Ｏを滴下することにより、渡り線５６ａ，５６ｂ，５６ｃおよびコイルエンド５３ａを効率よく冷却することができる。このとき、付加部品無しで渡り線５６ａ，５６ｂ，５６ｃとコイルエンド５３ａを効率よく冷却することができる。

また、従来、車両駆動ユニット（１０）における車体への取付用突部（２２ａ）が突出しているので当該部位では何も使えない空間となってしまう。本実施形態では、渡り線５６ａ，５６ｂ，５６ｃをロータ４２の軸より上半分に配置することにより、取付用突部２２ａにて生じるデッドスペースを有効活用することができる。

上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）モータ３０は、ハウジング１１とロータ４２とステータ４３を備える。ステータ４３の巻線５２は、ステータコア５１の一方の端面５１ａ側において各相のコイル端５７から中性点５５までの渡り線５６ａ，５６ｂ，５６ｃがロータ４２の軸より上半分の周方向に引き回され、冷却油の供給穴７２ａは、コイルエンド５３ａおよび渡り線５６ａ，５６ｂ，５６ｃに冷却油Ｏが滴下できる位置に設けられている。また、ロータ４２の軸方向に延在する取付用突部２２ａにおける基部の下側にコイルエンド５３ａが配置されているとともに取付用突部２２ａの基部の下側に渡り線５６ａ，５６ｂ，５６ｃが配置されている。よって、冷却油の供給穴７２ａから滴下された冷却油Ｏはコイルエンド５３ａに流れてコイルエンド５３ａが冷却される。また、巻線５２は、各相のコイル端５７から中性点５５までの渡り線５６ａ，５６ｂ，５６ｃがロータ４２の軸より上半分の周方向に引き回されているので、供給穴７２ａから滴下された冷却油Ｏは渡り線５６ａ，５６ｂ，５６ｃの延びる方向である周方向に沿って流れて効率的に冷却することができる。また、取付用突部２２ａの基部の下側にコイルエンド５３ａが配置されているとともに取付用突部２２ａの基部の下側に渡り線５６ａ，５６ｂ，５６ｃが配置されているので、小型化が図られる。よって、小型化を図りつつステータ４３の巻線５２を効率的に冷却することができる。

（２）渡り線５６ａ，５６ｂ，５６ｃがコイルエンド５３ａの軸方向側に配置されている。この構成により、図４に示すように、渡り線５６ａ，５６ｂ，５６ｃとハウジング１１との間の径方向における絶縁距離Ｌ１を稼ぐ上で好ましく、ハウジング１１との絶縁距離を確保することができる。また、軸方向に延びるように形成されるデッドスペースについてその有効活用を図る上で好ましい。さらに、滴下する冷却油Ｏを受ける面を確保でき、供給穴７２ａから滴下される冷却油Ｏを受ける面積を稼ぐ上で好ましい。

（３）巻線５２が丸線（例えばエナメル線）Ｌｒを束ねた線よりなる。これにより、毛細管現象を利用して冷却油が流れやすくなる。従って、冷却効率が更によくなる。
（４）出力側に冷却油の掻き上げ用のギア６１，６２，６３が配置されるとともに、反出力側に渡り線５６ａ，５６ｂ，５６ｃが配置されているので、実用上好ましい。

（５）上記（１）〜（４）のモータ３０を備えた車両駆動ユニット１０であるので、車両に搭載するときに小型化を図る上で好ましい。
実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。

・図５では引出線端子部５４ａ，５４ｂ，５４ｃの位置は冷却油の滴下穴である供給穴７２ａの位置からみて右であったが、図８に示すように、引出線端子部５４ａ，５４ｂ，５４ｃの位置は、冷却油の滴下穴である供給穴７２ａの位置からみて左であってもよい。

・液冷媒は冷却油以外でもよい。
・渡り線５６ａ，５６ｂ，５６ｃはロータ４２の軸より上半分全体に引き回している必要はなく、少なくとも供給穴７２ａに対応する位置を含んでロータ４２の軸より上半分の一部に引き回していればよい。

１０…車両駆動ユニット、１１…ハウジング、２２ａ…取付用突部、３０…モータ、３２…冷却油タンク、４２…ロータ、４３…ステータ、５１…ステータコア、５１ａ…端面、５１ｂ…端面、５２…巻線、５３ａ…コイルエンド、５５…中性点、５６ａ…渡り線、５６ｂ…渡り線、５６ｃ…渡り線、５７…コイル端、６１…ギア、６２…ギア、６３…ギア、７２ａ…供給穴、Ｌｒ…丸線、Ｏ…冷却油。

Claims (5)

1. 液冷媒タンク、前記液冷媒タンクから誘導された液冷媒の供給穴、および、取付用突部を有するハウジングと、
   前記ハウジング内において回転可能に支持されたロータと、
   前記ハウジング内において固定されたコアに巻線が巻かれ、前記コアの端面からコイルエンドおよび渡り線が突出するステータと、
   を備え、
   前記巻線は、各相のコイル端から中性点までの渡り線が前記ロータの軸より上半分の周方向に引き回され、
   前記液冷媒の供給穴は、前記コイルエンドおよび前記渡り線に液冷媒が滴下できる位置に設けられ、
   前記取付用突部は前記ロータの軸方向に延在し、当該取付用突部の基部の下側に前記コイルエンドが配置されているとともに前記取付用突部の基部の下側に前記渡り線が配置されていることを特徴とする回転電機。
2. 前記渡り線が前記コイルエンドの軸方向側に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
3. 前記巻線が丸線を束ねた線よりなることを特徴とする請求項１または２に記載の回転電機。
4. 出力側に前記液冷媒の掻き上げ用のギアが配置されるとともに、反出力側に前記渡り線が配置されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の回転電機。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の回転電機を備えた車両駆動ユニット。