JP2018014857A - 電動モータの冷却構造 - Google Patents

Abstract

【課題】ステータコイルを効率良く冷却することができ、かつステータコイルの電気的絶縁に優れ、小型化、軽量化が要求される電動モータに好適に採用することができる冷却構造を提供する。【解決手段】電動モータは、ステータ９とハウジング８と回転軸とロータ１０とポンプとを備える。ハウジング８に、ポンプから吐出される冷却油を案内する冷却用油路が設けられる。ステータコイル３１のコイルエンド３１ａを覆う絶縁材料製のコイルエンドカバー３５が設けられる。コイルエンドカバー３５のコイルエンド３１ａと対向する面の略全体にわたり、コイルエンド３１ａとの間に、冷却用油路５４から案内された冷却油が流れる隙間７３が形成されている。【選択図】図１２

Description

この発明は、例えばインホイールモータ等の電動モータの冷却構造に関する。

電動モータは車両、産業用機械等に広く利用されており、小型、軽量で、高効率、高出力であることが求められる。特に、車両の足回りに用いられるインホイールモータ駆動装置用の電動モータの場合、小型化、軽量化が不可欠である。一方、電動モータの出力は、電動モータの温度によって制限される。従って、電動モータの出力を向上させるためには、電動モータ、特に発熱源であるステータコイルの温度上昇を抑えることが重要である。

また、電動モータでは、ステータの電気的絶縁を確保することが求められる。ステータの電気的絶縁を確保するには、ステータとハウジングとの距離を大きくとればよいが、前記距離を大きくすると電動モータが全体に大きくなる。そこで、インホイールモータ駆動装置用の電動モータ等のように、小型化、軽量化が要求される電動モータでは、全体の大きさを大きくすることなく、ステータの電気的絶縁を図る必要がある。

ステータコイルの冷却方法、およびステータコイルとハウジングとの絶縁方法として、以下の提案がなされている。

（１）特許文献１
この提案はステータコイルの冷却および絶縁に関する。ステータコイルのコイルエンドを覆うカバーが設けられ、このカバーによってステータとケーシングとを電気的に絶縁する。また、カバーとコイルエンドとの間、およびカバーとケーシングの内壁との間に、冷却媒体を流す流路が設けられ、流路を流れる冷却媒体によってコイルエンドを冷却する。コイルエンドはケーシングに対して電気的絶縁が必要な部位と不要な部位とに区分されており、電気的絶縁が必要な部位に対向するカバーの部分は絶縁性が良好な材料で形成され、電気的絶縁が不要な部位に対向するカバーの部分は熱伝導性が良好な金属材料で形成される。

（２）特許文献２
この提案はステータコイルの冷却に関する。ステータコイルの巻線は絶縁ボビンに巻回されており、この絶縁ボビンにおけるコイルエンドの外径面を覆う部分に冷却媒体を通すための貫通穴を設け、且つこの貫通穴を通ってコイルエンド側に供給される冷却媒体がコイルエンドの端面に沿って流れるように案内するカバーを絶縁ボビンに取り付ける。これにより、外部から供給される冷却媒体を効率良く、ステータコイル全体に行き渡らせる。

（３）特許文献３
この提案は、モータ内部で冷却油を循環させる内部循環方式の冷却方法に関する。モータ内部から供給される冷却用の潤滑油をロータの回転軸から外径方向へ拡散させ、その拡散された潤滑油をケーシングの内壁に設けた曲面によりステータの側へ、特にコイルエンドへ案内することで、ステータを均一に冷却する。

特許第５２４０１３１号公報 特開２０１０−２３９７７５号公報 特開２０１０−１７２０６９号公報

特許文献１では、ステータコイルのコイルエンドを覆うカバーを設けることによって、ステータとハウジングとの距離を大きくすることなく、ステータとハウジングとを電気的に絶縁することができる。しかし、前記カバーは、ケーシングとコイルエンドとに挟み込まれることにより固定される。このため、冷却媒体用の流路をカバーとコイルエンド間の一部にしか設けることができず、コイルエンドの表面全体が冷却媒体によって冷却されない。

特許文献２では、絶縁ボビンに貫通穴を設け、且つ絶縁ボビンにカバーを取り付けることにより、モータ外部から供給される冷却媒体をコイルエンドとカバーとの間の閉じられた空間に流してコイルエンドを冷却する。この構成は、各絶縁ボビンに対してカバーを取り付けなければならないため、部品点数が増大すると考えられる。

また、モータ外部から冷却媒体を供給するとなると、モータ外部に配管を設置しなければならないため、小型化、軽量化が不可欠なインホイールモータ駆動装置用の電動モータへの適用は難しい。

特許文献３では、インホイールモータ駆動装置用の電動モータを適用の対象としており、モータ内部で冷却用の潤滑油を循環させる内部循環方式を採用している。このため、モータ外部に配管が不要である。

同文献で提案の内部循環方式は、ロータの軸芯部から遠心力により供給される潤滑油を、ケーシングの内壁に設けた曲面に反射させることによりステータコイルに潤滑油を流入させて冷却を行う。この方式によると、ロータ回転数が小さい場合、遠心力が小さく、ステータコイルに潤滑油が十分に届けられない可能性がある。また、曲面で反射した潤滑油によってステータコイルを冷却することは高効率であるとは言い難く、状況によってはステータの冷却を十分に行えないことが懸念される。さらに、潤滑油をケーシングの内壁に反射させてステータコイルを冷却するには、ケーシングの内壁とステータコイルとの間の距離をある程度確保する必要があり、電動モータ全体の小型化が困難である。

電動モータの内部で冷却媒体を循環させる内部循環方式としては、冷却媒体をロータの軸芯部から拡散する以外に、ロータの回転によって冷却媒体を掻き上げたり、跳ね掛けたりする方式がある。しかし、いずれの方式であっても、拡散された冷却媒体、または掻き上げられたり跳ね掛けられたりした冷却媒体のすべてがステータに届いているか否かは不明である。

この発明の目的は、ステータコイルを効率良く冷却することができ、かつステータコイルの電気的絶縁に優れ、小型化、軽量化が要求される電動モータに好適に採用することができる冷却構造を提供することである。

この発明の電動モータの冷却構造は、ステータコアおよびステータコイルを有するステータと、このステータが固定されるハウジングと、複数の軸受を介して前記ハウジングに回転自在に支持された回転軸と、この回転軸に一体に設けられたロータと、冷却油を吐出するポンプとを備えた電動モータにおける冷却構造であって、
前記ハウジングに、前記ポンプから吐出される冷却油を案内する冷却用油路が設けられ、
前記ステータコイルにおける前記ステータコアに対しモータ軸心方向に外れた部分であるコイルエンドを覆う絶縁材料製のコイルエンドカバーが設けられ、
このコイルエンドカバーの前記コイルエンドと対向する面の略全体にわたり、前記コイルエンドとの間に、前記冷却用油路から案内された冷却油が流れる隙間が形成されていることを特徴とする。

この構成によると、ポンプから吐出される冷却油が、ハウジングに設けられた冷却用油路を通って、ステータコイルのコイルエンドとコイルエンドカバーとの間の隙間に案内される。冷却油が隙間を流れる間に、コイルエンドが冷却される。コイルエンドカバーのコイルエンドと対向する面の略全体にわたって前記隙間が設けられているので、冷却油によってコイルエンドの表面の広い範囲を冷却することができ、冷却効果が高い。

電動モータはポンプを有し、このポンプから吐出される冷却油をモータ内部で循環させる。このため、モータ外部に配管を設置する必要がない。したがって、この冷却構造は、小型化、軽量化が不可欠なインホイールモータ駆動装置用の電動モータに適用すると有効である。

また、コイルエンドとハウジングとの間に絶縁材料製のコイルエンドカバーが介在することで、コイルエンドとハウジングとの距離を広くとることなく、ステータコイルの電気的絶縁を図ることができる。これにより、モータサイズを小さくすることが出来る。

この発明において、前記コイルエンドカバーは、前記コイルエンドの外径面に対向する外径面対向部と、前記コイルエンドの端面に対向する端面対向部と、前記コイルエンドの内径面に対向する内径面対向部とを有し、これら外径面対向部、端面対向部、および内径面対向部にわたり前記コイルエンドとの間に前記隙間が形成されているとよい。
この場合、コイルエンドの外径面、端面、および内径面が、冷却油の流れる隙間に面している。このため、冷却油によってコイルエンドの表面の広い範囲が冷却される。

前記コイルエンドカバーの前記端面対向部における前記コイルエンドと対向する面に環状溝が設けられていてもよい。
この場合、冷却用油路を通って隙間に供給された冷却油が、環状溝を伝って隙間の円周方向にスムーズに流れる。これにより、コイルエンドが円周方向の全域に冷却油がほぼ均一に行き渡る。

この発明において、前記冷却用油路を通って前記ハウジングの内部空間に供給される冷却油が、前記コイルエンドの冷却と前記軸受の潤滑とを兼ねていてもよい。
この場合、コイルエンド冷却用の給油系統と軸受潤滑用の給油系統を統合することができ、給油系統が簡略になる。

この発明において、前記冷却用油路は、前記ハウジングの内部に設けられたハウジング内油路と前記ハウジングの内径面に設けられた内径面油路とからなり、前記ハウジング内油路が、前記ポンプから外径方向に延びる径方向油路部と、この径方向油路部に続いて軸方向に延びる第１軸方向油路部と、この第１軸方向油路部と前記ハウジングの内径面に開口する冷却油供給口とを連通する連通油路部とを有していてもよい。
この構成であると、ポンプから吐出される冷却油が、径方向油路部、第１軸方向油路部、および連通油路部を経由して、冷却油供給口まで案内される。ハウジング内油路を径方向油路部と第１軸方向油路部と連通油路部とで構成することにより、ポンプをステータおよびロータに対してモータ軸心方向となる位置に配置することができる。これにより、径方向寸法を大きくすることなく、ポンプ一体型の電動モータを構成することができる。

この発明において、前記冷却用油路は、前記ハウジングの内部に設けられたハウジング内油路と前記ハウジングの内径面に設けられた内径面油路とからなり、前記ハウジング内油路は、前記ハウジングの内径面に冷却油供給口が開口し、前記内径面油路が、前記冷却油供給口から周方向に延びる溝状の周方向油路部と、前記周方向油路部に続き軸方向に延びる溝状の第２軸方向油路部とを有していてもよい。
この構成であると、内径面油路の冷却油供給口からハウジングの内径面に供給される冷却油が、内径面油路の周方向油路部を通って周方向に流れ、さらに第２軸方向油路部を通って軸方向に流れ、コイルエンドとコイルエンドカバーとの間の隙間、または隙間の近傍に供給される。内径面油路の周方向油路部および第２軸方向油路部は、ハウジングの内径面に形成された溝状であるので加工が容易である。

前記モータ軸心が水平である状態で、前記第２軸方向油路部はモータ軸心よりも上方に設けられているとよい。
この場合、軸方向油路部を通って供給される冷却油が、始めに前記隙間におけるモータ軸心よりも上方の領域に流れ込み、その後、重力によって下方の領域に流れる。このように、周方向油路部および第２軸方向油路部をモータ軸心よりも上方に設けることで、冷却油が隙間の全領域に均等に行き渡りやすい。これにより、コイルエンドの全体を均等に冷却することができる。

また、前記モータ軸心が水平である状態で、前記周方向油路部はモータ軸心よりも上方に設けられているとよい。
周方向油路部が少なくともモータ軸心よりも上方に設けられていると、モータ軸心よりも上方に設けられた第２軸方向油路部に対して周方向油路部から冷却油を流すことができる。周方向油路部は周方向の３６０°にわたって設けられていてもよい。

この発明において、前記コイルエンドカバーは、前記ステータコアの軸方向端面に当接してこの軸方向端面に固定されるフランジ部を有し、前記フランジ部が前記ハウジングと前記ステータコアとに挟まれることにより、前記ハウジングおよび前記ステータコアに対して固定されてもよい。
フランジ部がハウジングとステータコアとに挟まれることにより、コイルエンドカバーがハウジングおよびステータコアに対して固定されると、コイルエンドカバーを固定するための部品点数を減らすことができる。

この発明において、前記コイルエンドカバーは、前記ステータコアの軸方向端面に当接してこの軸方向端面に固定されるフランジ部を有し、前記フランジ部に軸方向の貫通孔を有する筒状部材が設けられ、この筒状部材の前記貫通孔に挿通された固定具により、前記ステータコアと共に前記ハウジングに固定されてもよい。
コイルエンドカバーを固定具によりステータコアと共にハウジングに固定すると、ステータコアおよびコイルエンドカバーをハウジングに固定するための部品点数を減らすことができる。

前記コイルエンドカバーが前記フランジ部を有する場合、前記コイルエンドカバーの前記フランジ部に、前記冷却用油路と前記隙間とを繋ぐ導油路が設けられているとよい。
この場合、冷却用油路によって隙間の近傍に案内されてきた冷却油が、コイルエンドカバーのフランジ部の導油路を通って隙間に流れる。

この発明において、前記電動モータは、車輪用軸受および減速機と共にインホイールモータ駆動装置を構成してもよい。
この冷却構造が適用される電動モータは、小型化、軽量化が可能であるので、インホイールモータ駆動装置の電動モータとして使用するのに適する。

この発明の電動モータの冷却構造は、ステータコアおよびステータコイルを有するステータと、このステータが固定されるハウジングと、複数の軸受を介して前記ハウジングに回転自在に支持された回転軸と、この回転軸に一体に設けられたロータと、冷却油を吐出するポンプとを備えた電動モータにおける冷却構造であって、前記ハウジングに、前記ポンプから吐出される冷却油を案内する冷却用油路が設けられ、前記ステータコイルにおける前記ステータコアに対しモータ軸心方向に外れた部分であるコイルエンドを覆う絶縁材料製のコイルエンドカバーが設けられ、このコイルエンドカバーの前記コイルエンドと対向する面の略全体にわたり、前記コイルエンドとの間に、前記冷却用油路から案内された冷却油が流れる隙間が形成されているため、ステータコイルを効率良く冷却することができ、かつステータコイルの電気的絶縁に優れ、小型化、軽量化が要求される電動モータに好適に採用することができる。

この発明の一実施形態に係る電動モータの冷却構造を備えたインホイールモータ駆動装置の断面図である。 同インホイールモータ駆動装置を図１とは異なる断面で切断した断面図である。 図１のIII−III断面図である。 図１のIV−IV断面図である。 図４の部分拡大図である。 同インホイールモータ駆動装置のポンプをモータ軸心方向から見た図である。 同インホイールモータ駆動装置のインボード側のコイルエンドカバーを斜めアウトボード側から見た図である。 同インボード側のコイルエンドカバーをアウトボード側から見た図である。 図８のIX−IX断面図である。 図８のＸ−Ｘ断面図である。 図１０のXI部拡大図である。 図１のXII部拡大図である。 同インホイールモータ駆動装置のアウトボード側のコイルエンドカバーを斜めインボード側から見た図である。 同アウトボード側のコイルエンドカバーをインボード側から見た図である。 図１４のXV−XV断面図である。 この発明の異なる実施形態に係る電動モータの冷却構造を備えたインホイールモータ駆動装置を、図１のIII−III断面に相当する断面で切断した断面図である。

この発明の一実施形態に係る電動モータの冷却構造を備えたインホイールモータ駆動装置を図面と共に説明する。以下の説明では、インホイールモータ駆動装置を車両に設けた状態で車両の車幅方向の外側寄りとなる側をアウトボード側と呼び、車両の車幅方向の中央寄りとなる側をインボード側と呼ぶ。

図１はこの発明の一実施形態に係る電動モータの冷却構造を備えたインホイールモータ駆動装置の断面図、図２は同インホイールモータ駆動装置を図１とは異なる断面で切断した断面図、図３は図１のIII−III断面図である。なお、図１は図３のＩ−Ｏ−Ｉ断面図であり、図２は図３のII−Ｏ−II断面図である。

図１、図２に示すように、このインホイールモータ駆動装置は、車輪を駆動する電動モータ１と、この電動モータ１の回転を減速する減速機２と、この減速機２の入力軸３（減速機入力軸３と称す）と同軸の出力部材４によって回転される車輪用軸受５と、油冷却装置Ｒとを備える。車輪用軸受５と電動モータ１との間に減速機２を介在させ、車輪用軸受５で支持される駆動輪である車輪のハブと、電動モータ１の回転軸６とを同軸心上で連結してある。減速機２を収納する減速機ハウジング７には、車両における図示外のサスペンションが連結される。このインホイールモータ駆動装置は、一部または全体が車輪内に配置される。

電動モータ１は、モータハウジング８に固定されたステータ９と、前記回転軸６に固定されたロータ１０とを有する。この電動モータ１は、ステータ９とロータ１０との間にラジアルギャップを設けたＩＰＭモータ（いわゆる埋込み磁石型同期モータ）である。電動モータ１の回転軸６は、横向きに配置され、一対の転がり軸受１１，１２によってモータハウジング８に回転自在に支持されている。一対の軸受１１，１２は、互いにモータ軸心方向に離隔した位置にある。なお、モータ軸心方向は、回転軸６の軸心Ｏの方向のことである。以下の説明で、モータ軸心方向のことを単に「軸方向」とする場合がある。

ロータ１０は、ロータ取付体１３によって回転軸６に一体回転するように取り付けられている。ロータ取付体１３は、回転軸６のモータ軸心方向中間部から外径方向に延びる基部１３ａと、この基部１３ａの外径端からアウトボード側およびインボード側に延びる円筒部１３ｂと、この円筒部１３ｂのアウトボード側端およびインボード側端から外径側に延びる一対の鍔部１３ｃとからなる。ロータ１０は、一対の鍔部１３ｃ，１３ｃ間に固定されている。図示例では、ロータ取付体１３は回転軸６と一体に設けられているが、ロータ取付体１３は回転軸６と別体であってもよい。

図３に示すように、ステータ９は、ステータコア３０とステータコイル３１とを有する。ステータコア３０は、例えば軟質磁性材料からなる。ステータコア３０は、モータハウジング８の内径面に嵌合した円環状部３０ａと、この円環状部３０ａから内径側に突出する複数の歯部３０ｂとからなる。複数の歯部３０ｂは、回転軸６の軸心回りに放射状に並んでいる。

ステータコア３０にはモータ軸心方向の貫通孔である固定具挿通孔３３が円周方向に並んで複数設けられている。図２に示すように、これら固定具挿通孔３３に挿通される固定具３４によって、ステータ９がモータハウジング８に固定される。その際、インボード側およびアウトボード側のコイルエンドカバー３５，３６も、ステータ９と共にモータハウジング８に固定される。前記固定具３４は、例えばボルトである。モータハウジング８には、固定具３４が螺着されるねじ孔３７が設けられている。

前記コイルエンドカバー３５，３６は、ステータコイル３１のコイルエンド３１ａとモータハウジング８との電気的絶縁を図る目的と、油冷却装置Ｒの冷却油によるコイルエンド３１ａの冷却効果を高める目的で設けられる。コイルエンド３１ａは、ステータコイル３１におけるステータコア３０に対しモータ軸心方向に外れた部分のことである。
コイルエンドカバー３５，３６の詳細な形状については、後で説明する。

図１、図２において、前記回転軸６は、電動モータ１の駆動力を減速機２に伝達する軸である。回転軸６は筒状であり、そのアウトボード側部分に減速機入力軸３のインボード側部分が嵌合している。回転軸６と減速機入力軸３とは、互いにスプライン嵌合（セレーション嵌合も含む。以下、同じ）している。減速機入力軸３は、回転軸６と同軸上に、転がり軸受１４ａ，１４ｂによって回転自在に支持されている。転がり軸受１４ａは出力部材４のカップ部内に嵌合し、転がり軸受１４ｂは筒状の連結部材４ａ内に嵌合している。出力部材４のカップ部と連結部材４ａとは、内ピン２２を介して連結されている。

減速機入力軸３の外周面には、偏心部１５，１６が設けられる。これら偏心部１５，１６は偏心運動による遠心力が互いに打ち消されるように１８０°位相をずらして設けられている。減速機２は、曲線板１７，１８と、複数の外ピン１９と、カウンタウェイト２１とを有するサイクロイド減速機である。

図４は、図１のIV−IV断面となる減速機部分の断面図である。減速機２は、外形がなだらかな波状のトロコイド曲線で形成された２枚の曲線板１７，１８が、それぞれ転がり軸受８５を介して、各偏心部１５，１６に装着してある。これら各曲線板１７，１８の偏心運動を外周側で案内する複数の外ピン１９を、それぞれ減速機ハウジング７の内側に設け、前記複数の内ピン２２を、各曲線板１７，１８の内部に設けられた複数の円形の貫通孔８９に挿入状態に係合させてある。

図５に拡大して示すように、各外ピン１９と各内ピン２２には針状ころ軸受９２，９３が装着される。各外ピン１９は、それぞれ針状ころ軸受９２で両端支持され、これら針状ころ軸受９２の外輪９２ａが減速機ハウジング７に固定され外ピン１９は回転自在に支持され、各曲線板１７，１８の外周面と転接し、それぞれ各曲線板１７，１８の外周との接触抵抗を低減する。また各内ピン２２は、針状ころ軸受９３の外輪９３ａが、それぞれ各曲線板１７，１８の各貫通孔８９の内周と各内ピン２２との接触抵抗を低減する。

よって、図１、図２に示すように、各曲線板１７，１８の偏心運動をスムーズに車輪用軸受５の内方部材（回転輪）５ａに回転運動として伝達し得る。回転軸６が回転すると、この回転軸６と一体回転する減速機入力軸３に設けられた各曲線板１７，１８が偏心運動を行う。このとき外ピン１９が偏心運動する各曲線板１７，１８の外周面と転がり接触するように係合すると共に、各曲線板１７，１８が、内ピン２２と貫通孔８９（図５）との係合によって、各曲線板１７，１８の自転運動のみが出力部材４および車輪用軸受５の内方部材５ａに回転運動として伝達される。回転軸６の回転に対して内方部材５ａの回転は減速されたものとなる。

車輪用軸受５は内方部材５ａと外方部材５ｂの間にボールを組み込んだ複列アンギュラ玉軸受であり、外方部材５ｂはフランジ５ｃにより減速機ハウジング７にボルト固定されている。内方部材５ａは、出力部材４にスプライン嵌合（セレーション嵌合も含む）している。内方部材５ａに伝達された回転運動は、内方部材５ａにおけるアウトボード側の外周面に設けられた車輪取付フランジ５ｄからタイヤに伝達される。

次に、図１と共に油冷却装置Ｒについて説明する。
油冷却装置Ｒは、電動モータ１および減速機２の冷却と、電動モータ１の回転軸６および減速機入力軸３をそれぞれ支持する軸受１１，１２，１４ａ，１４ｂの潤滑とを兼ねている。油冷却装置Ｒは、減速機ハウジング７とモータハウジング８の境界部に設けられたポンプ５０と、減速機ハウジング７の底部に設けられた油溜り５１と、電動モータ１および減速機２に設けられた冷却用油路５２とで構成される。冷却用油路５２は、吸込み油路５３とモータ冷却用油路５４と減速機冷却用油路５５とからなる。モータ冷却用油路５４と減速機冷却用油路５５はそれぞれの一部が互いに共通である。また、モータ冷却用油路５４は、ハウジング内油路５４ａと内径面油路５４ｂとからなる。

図６は、ポンプ５０をモータ軸心方向から見た図である。ポンプ５０は、例えば、出力部材４の回転により回転するインナーロータ４０と、このインナーロータ４０の回転に伴って従動回転するアウターロータ４１と、ポンプ室４２と、吸入口４３と、吐出口４４とを有するサイクロイドポンプである。インナーロータ４０は、連結部材４ａに固定された出力部材４の回転により回転できるように構成されている。

電動モータ１に駆動される出力部材４の回転によりインナーロータ４０が回転すると、アウターロータ４１が従動回転する。このときインナーロータ４０およびアウターロータ４１がそれぞれ異なる回転中心ｃ１，ｃ２を中心として回転することで、ポンプ室４２の容積が連続的に変化する。これにより、冷却油が吸入口４３から流入し、吐出口４４から吐出される。

図１において、ポンプ５０は、油溜り５１の冷却油を、吸込み油路５３を介して吸い込み、径方向油路部５６に送り出すように設置されている。径方向油路部５６は、モータハウジング８内に設けられ、ポンプ５０の吐出口４４（図６）から外径方向（この実施形態では上方）へ延びている。径方向油路部５６の上端は、第１軸方向油路部５７のアウトボード側端に連通している。第１軸方向油路部５７は、モータハウジング８の上部の内部をインボード側に延びている。第１軸方向油路部５７のモータ軸心方向中間部は、連通油路部５８を介してモータハウジング８の内部空間と連通している。上記径方向油路部５６、第１軸方向油路部５７におけるアウトボード側端から連通油路部５８までの部分５７ａ、および連通油路部５８で、モータ冷却用油路５４のハウジング内油路５４ａが構成される。

図３に示すように、前記連通油路部５８の内部空間側端は、モータハウジング８の内径面に開口する冷却油供給口５９となっている。モータハウジング８の内径面には、冷却油供給口５９から周方向に延びる溝状の周方向油路部６０が形成されている。この実施形態では、周方向油路部６０は全周にわたり形成されている。つまり、３６０°の範囲に形成されている。また、モータハウジング８の内径面には、周方向油路部６０から軸方向に延びる溝状の第２軸方向油路部６１が複数形成されている。複数の第２軸方向油路部６１は、すべてモータ軸心Ｏよりも上方に位置している。これら周方向油路部６０および第２軸方向油路部６１は、モータハウジング８の内径面に形成された溝状であるが、モータハウジング８の内径面にステータコア３０の円環状部３０ａが嵌合することにより、溝の開口面が塞がれた状態となる。周方向油路部６０および複数の第２軸方向油路部６１で、モータ冷却用油路５４の内径面油路５４ｂが構成される。

前記第１軸方向油路部５７のインボード側端は、モータハウジング８のエンドカバー８ａに設けられた連絡油路部６３の上端に連通している。連絡油路部６３の下端はモータ軸心Ｏの位置まで延び、その下端が、モータ軸心油路部６４のインボード側端に連通している。モータ軸心油路部６４は、回転軸６の内部をモータ軸心Ｏに沿ってインボード側からアウトボード側へ延びている。

モータ軸心油路部６４は、そのアウトボード側端で減速機入力軸３内の減速機軸心油路部６５に連通している。減速機軸心油路部６５は、減速機入力軸３内に軸心に沿って設けられ、インボード側からアウトボード側へ延びている。そして、減速機軸心油路部６５における前記偏心部１５，１６が設けられる軸方向位置から、減速機供給油路部６６が減速機ハウジング７内へ延びている。減速機ハウジング７の内部と油溜り５１とが、排出油路６７で連通されている。

径方向油路部５６、第１軸方向油路部５７、連絡油路部６３、モータ軸心油路部６４、減速機軸心油路部６５、および減速機供給油路部６６で、前記減速機冷却用油路５５が構成される。つまり、径方向油路部５６、および第１軸方向油路部５７におけるアウトボード側端から連通油路部５８までの部分５７ａは、モータ冷却用油路５４と減速機冷却用油路５５とで共用である。

モータハウジング８の内部空間の下端となる底部には、排油溝６８が設けられている。この排油溝６８は、前記油溜り５１に連通している。

次に、コイルエンドカバー３５，３６について説明する。コイルエンドカバー３５，３６は、いずれも絶縁材料、例えば樹脂材等からなる。

図７〜図１１はインボード側のコイルエンドカバー３５を示す。図７〜図１０に示すように、インボード側のコイルエンドカバー３５は、ステータコイル３１のコイルエンド３１ａ（図１２）を覆う環状の本体部７０と、この本体部７０の外径部から外径側に延びる環状のフランジ部７１とからなる。

また、図９、図１０の断面図に示すように、コイルエンドカバー３５の本体部７０は、外径面対向部７０ａと、端面対向部７０ｂと、内径面対向部７０ｃとからなる。端面対向部７０ｂにおける設置状態でコイルエンド３１ａと対向する面には、環状溝７２が設けられている。図１のXII部拡大図である図１２に示すように、コイルエンドカバー３５の設置状態において、外径面対向部７０ａはコイルエンド３１ａの外径面に対向し、端面対向部７０ｂはコイルエンド３１ａの端面に対向し、内径面対向部７０ｃは、コイルエンド３１ａの内径面に対向する。これにより、本体部７０とインボード側のコイルエンド３１ａとの間に隙間７３が形成される。

図８に示すように、フランジ部７１には金属製の筒状部材７５が複数設けられている。図１０のXI部拡大図である図１１に示すように、筒状部材７５は、軸方向の貫通孔７６を有する。インボード側のコイルエンドカバー３５は、図２に示すように、フランジ部７１をステータコア３０の軸方向端面に当接させ、前記固定具３４をインボード側から筒状部材７５の貫通孔７６（図１１）に挿通し、モータハウジング８のねじ孔３７に螺着することで、モータハウジング８およびステータコア３０に固定される。

また、フランジ部７１には、図７、図８、図９に示すように、ステーテコア３０の軸方向端面と当接する面に、径方向に延びる溝状の導油路７７が複数設けられている。導油路７７の周方向位置は、前記第２軸方向油路部６１の周方向位置と一致する。図１２のように、インボード側のコイルエンドカバー３５をステータコア３０に固定した状態では、導油路７７の外径端が第２軸方向油路部６１と繋がり、モータ冷却用油路５４が導油路７７を介して隙間７３と連通する。

さらに、本体部７０の下部には、ステータコイル３１の引出し線３１ｂ（図１）を通すための開口７８が設けられている。この開口７８は排油口を兼ねている。

図１３〜図１５はアウトボード側のコイルエンドカバー３６を示す。アウトボード側のコイルエンドカバー３６も、インボード側のコイルエンドカバー３５と同様に、ステータコイル３１のコイルエンド３１ａ（図１２参照）を覆う環状の本体部８０と、この本体部８０の外周部から外径側に延びる環状のフランジ部８１とからなる。また、図１５に示すように、本体部８０は、外径面対向部８０ａと、端面対向部８０ｂと、内径面対向部８０ｃとからなり、端面対向部８０ｂにおける設置状態でコイルエンド３１ａと対向する面に、環状溝８２が設けられている。

フランジ部８１には、軸方向に貫通する固定具挿通孔８５が複数設けられている。アウトボード側のコイルエンドカバー３６は、図２に示すように、フランジ部８１をモータハウジング８とステータコア３０とで挟み込むことで、ステータ９と共にモータハウジング８に固定される。その際、固定具挿通孔８５に固定具３４を挿通することで、コイルエンドカバー３６が位置決めされる。コイルエンドカバー３６を固定した状態では、図１に示すように、コイルエンドカバー３６とコイルエンド３１ａとの間に隙間８３が形成される。

図１３〜図１５に示すように、フランジ部８１には、径方向に延びるスリット状の導油路８７が複数設けられている。導油路８７の周方向位置は、前記第２軸方向油路部６１の周方向位置と一致する。図１２のように、アウトボード側のコイルエンドカバー３６をモータハウジング８に固定した状態では、導油路８７の外径端が第２軸方向油路部６１と繋がり、モータ冷却用油路５４が導油路８７を介して隙間８３と連通する。

このインホイールモータ駆動装置は以上の構成であり、油冷却装置Ｒを駆動することにより、以下のように各部の冷却および潤滑が行われる。図１、図１２に冷却油の流れを矢印で示している。

ポンプ５０から送り出された冷却油は、径方向油路部５６、第１軸方向油路部５７を順に流れ、その一部が、連通油路部５８を通って冷却油供給口５９からモータハウジング８の内部空間に供給される。内部空間に供給された冷却油は、モータハウジング８の内径面に形成された周方向油路部６０を通って周方向に流れ、さらに複数の第２軸方向油路部６１を通ってインボード側およびアウトボード側に分かれて流れる。

第２軸方向油路部６１のインボード側端およびアウトボード側端に達した冷却油は、コイルエンドカバー３５，３６のフランジ部７１，８１に設けられた導油路７７，８７を通って、コイルエンド３１ａとコイルエンドカバー３５，３６との間の隙間７３，８３に案内される。冷却油は隙間７３，８３内を内径側および周方向の下方側に流れ、その間にコイルエンド３１ａが冷却される。

例えば図１２に示すように、隙間７３におけるモータ軸心Ｏよりも上方に位置する領域では、冷却油は、コイルエンド３１ａの外径面とコイルエンドカバー３５の外径面対向部７０ａとの間、コイルエンド３１ａの端面とコイルエンドカバー３５の端面対向部７０ｂとの間、およびコイルエンド３１ａの内径面とコイルエンドカバー３５の内径面対向部７０ｃとの間を順に通って、隙間７３の外に流れ出る。アウトボード側のコイルエンドカバー３６とコイルエンド３１ａとの隙間８３についても同様である。

このように、隙間７３，８３を冷却油が流れる間に、隙間７３，８３に面するコイルエンド３１ａの外径面、端面、および内径面が冷却される。コイルエンドカバー３５，３６のコイルエンド３１ａと対向する面の略全体にわたって隙間７３，８３が設けられているので、冷却油によってコイルエンド３１ａの表面の広い範囲を冷却することができ、冷却効果が高い。

隙間７３，８３におけるモータ軸心Ｏよりも下方に位置する領域（拡大図無し）では、上記と逆に、コイルエンド３１ａの内径面とコイルエンドカバー３５，３６の内径面対向部７０ｃ，８０ｃとの間、コイルエンド３１ａの端面とコイルエンドカバー３５，３６の端面対向部７０ｂ，８０ｂとの間、およびコイルエンド３１ａの外径面とコイルエンドカバー３５，３６の外径面対向部７０ａ，８０ａとの間を順に通って、隙間７３，８３の外に流れ出る。

内径面油路５４ｂである周方向油路部６０および第２軸方向油路部６１は、モータ軸心Ｏよりも上方に位置している。このため、隙間７３，８３内では、上記略径方向の冷却油の流れとは別に、周方向の冷却油の流れが生じる。すなわち、内径面油路５４ｂからの冷却油は、始めに隙間７３，８３におけるモータ軸心Ｏよりも上方の領域に流れ込み、その後、重力によって隙間７３，８３の下方の領域に流れる。このように、内径面油路５４ｂである周方向油路部６０および第２軸方向油路部６１をモータ軸心Ｏよりも上方に設けることで、冷却油が隙間７３，８３の全領域に均等に行き渡りやすい。これにより、コイルエンド３１ａの全体を均等に冷却することができる。

また、コイルエンドカバー３５，３６の端面対向部７０ｂ，８０ｂにおけるコイルエンド３１ａと対向する面に環状溝７２，８２が設けられているため、隙間７３，８３内の冷却油が、環状溝７２，８２を伝って円周方向にスムーズに流れやすい。これにより、冷却油が、より一層隙間７３，８３の全領域に均等に行き渡りやすい。

図１〜図１５に示す実施形態では、モータハウジング８の内径面に形成された周方向油路部６０が周方向の３６０°にわたって設けられているが、図１６に示すように、周方向油路部６０は、モータ軸心Ｏよりも上方の範囲にだけ設けられていてもよい。この場合でも、周方向油路部６０からすべての第２の軸方向油路部６１へ冷却油を流すことができる。

隙間７３，８３におけるモータ軸心Ｏよりも上方に位置する領域において、隙間７３，８３から外に流れ出た冷却油の一部は、回転軸６を回転自在に支持する軸受１１，１２の潤滑に利用される。その後、隙間７３，８３におけるモータ軸心Ｏよりも下方に位置する領域に流れ込むか、または排油溝６８に回収される。隙間７３，８３におけるモータ軸心Ｏよりも下方に位置する領域において、隙間７３，８３から外に流れ出た冷却油は、そのまま排油溝６８に回収される。排油溝６８に回収された冷却油は、油溜り５１に戻される。

第１軸方向油路部５７を流れる冷却油のうち、連通油路部５８に流れなかった残りの冷却油は、連絡油路部６３、モータ軸心油路部６４を順に通って、減速機軸心給油路６５に流れる。減速機軸心給油路６５に流れた冷却油は、ポンプ５０の圧力と減速機入力軸３の回転に伴う遠心力とによって、減速機供給油路６６を通って減速機ハウジング７の内部へ供給される。この冷却油によって、減速機２内の各部が潤滑および冷却される。潤滑および冷却に供された冷却油は重力によって下方に移動して、排出油路６７を介して油溜り５１に戻される。

このインホイールモータ駆動装置はポンプ５０を有し、このポンプ５０から吐出される冷却油を電動モータ１の内部および減速機２の内部で循環させる。このため、外部に配管を設置する必要がなく、小型化、軽量化が可能である。また、ポンプ５０がステータ９およびロータ１０に対してモータ軸心方向となる位置に配置されているため、径方向寸法を大きくすることなく、ポンプ一体型のインホイールモータ駆動装置を構成することができる。

モータ冷却用油路５４を通ってモータハウジング８の内部空間に供給される冷却油が、コイルエンド３１ａの冷却と軸受１１，１２の潤滑とを兼ねているため、コイルエンド冷却用の給油系統と軸受潤滑用の給油系統を統合することができ、給油系統が簡略である。モータ冷却用油路５４の内径面油路５４ｂである周方向油路部５８および軸方向油路部５９は、モータハウジング８の内径面に形成された溝状であるため、加工が容易である。

インボード側のコイルエンドカバー３５は、フランジ部７１に設けられた筒状部材７５の貫通孔７６に挿通された固定具３４により、ステータコア３０と共にモータハウジング８に固定される。また、アウトボード側のコイルエンドカバー３６は、フランジ部８１がモータハウジング８とステータコア３０とに挟み込まれることにより、モータハウジング１およびステータコア３０に対して固定される。このようにコイルエンドカバー３５，３６を固定することにより、コイルエンドカバー３５，３６を固定するための部品点数を減らすことができる。

上記実施形態は、電動モータ１は、車輪用軸受５および減速機２と共にインホイールモータ駆動装置として構成されているが、この発明の冷却構造は、単体の電動モータにも適用できる。

以上、実施形態に基づいてこの発明を実施するための形態を説明したが、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。この発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１…電動モータ
６…回転軸
８…モータハウジング
９…ステータ
１０…ロータ
１１，１２…軸受
３０…ステータコア
３１…ステータコイル
３１ａ…コイルエンド
３４…固定具
３５…インボード側のコイルエンドカバー
３６…アウトボード側のコイルエンドカバー
５０…ポンプ
５２…冷却用油路
５４…モータ冷却用油路
５４ａ…ハウジング内油路
５４ｂ…内径面油路
５６…径方向油路部
５７…第１軸方向油路部
５８…連通油路部
５９…冷却油供給口
６０…周方向油路部
６１…第２軸方向油路部
７０ａ…外径面対向部
７０ｂ…端面対向部
７０ｃ…内径面対向部
７１…フランジ部
７２…環状溝
７３…隙間
７５…筒状部材
７６…貫通孔
７７…導油路
８０ａ…外径面対向部
８０ｂ…端面対向部
８０ｃ…内径面対向部
８１…フランジ部
８２…環状溝
８３…隙間
８７…導油路
Ｏ…モータ軸心

Claims (12)

1. ステータコアおよびステータコイルを有するステータと、このステータが固定されるハウジングと、複数の軸受を介して前記ハウジングに回転自在に支持された回転軸と、この回転軸に一体に設けられたロータと、冷却油を吐出するポンプとを備えた電動モータにおける冷却構造であって、
   前記ハウジングに、前記ポンプから吐出される冷却油を案内する冷却用油路が設けられ、
   前記ステータコイルにおける前記ステータコアに対しモータ軸心方向に外れた部分であるコイルエンドを覆う絶縁材料製のコイルエンドカバーが設けられ、
   このコイルエンドカバーの前記コイルエンドと対向する面の略全体にわたり、前記コイルエンドとの間に、前記冷却用油路から案内された冷却油が流れる隙間が形成されていることを特徴とする電動モータの冷却構造。
2. 請求項１に記載の電動モータの冷却構造において、前記コイルエンドカバーは、前記コイルエンドの外径面に対向する外径面対向部と、前記コイルエンドの端面に対向する端面対向部と、前記コイルエンドの内径面に対向する内径面対向部とを有し、これら外径面対向部、端面対向部、および内径面対向部にわたり前記コイルエンドとの間に前記隙間が形成されている電動モータの冷却構造。
3. 請求項２に記載の電動モータの冷却構造において、前記コイルエンドカバーの前記端面対向部における前記コイルエンドと対向する面に環状溝が設けられている電動モータの冷却構造。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の電動モータの冷却構造において、前記冷却用油路を通って前記ハウジングの内部空間に供給される冷却油は、前記コイルエンドの冷却と前記軸受の潤滑とを兼ねる電動モータの冷却構造。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の電動モータの冷却構造において、前記冷却用油路は、前記ハウジングの内部に設けられたハウジング内油路と前記ハウジングの内径面に設けられた内径面油路とからなり、
   前記ハウジング内油路は、前記ポンプから外径方向に延びる径方向油路部と、この径方向油路部に続いて軸方向に延びる第１軸方向油路部と、この第１軸方向油路部と前記ハウジングの内径面に開口する冷却油供給口とを連通する連通油路部とを有する電動モータの冷却構造。
6. 請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の電動モータの冷却構造において、前記冷却用油路は、前記ハウジングの内部に設けられたハウジング内油路と前記ハウジングの内径面に設けられた内径面油路とからなり、
   前記ハウジング内油路は、前記ハウジングの内径面に冷却油供給口が開口し、
   前記内径面油路は、前記冷却油供給口から周方向に延びる溝状の周方向油路部と、前記周方向油路部に続き軸方向に延びる溝状の第２軸方向油路部とを有する電動モータの冷却構造。
7. 請求項６に記載の電動モータの冷却構造において、前記モータ軸心が水平である状態で、前記第２軸方向油路部はモータ軸心よりも上方に設けられている電動モータの冷却構造。
8. 請求項７に記載の電動モータの冷却構造において、前記モータ軸心が水平である状態で、前記周方向油路部はモータ軸心よりも上方に設けられている電動モータの冷却構造。
9. 請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載の電動モータの冷却構造において、前記コイルエンドカバーは、前記ステータコアの軸方向端面に当接してこの軸方向端面に固定されるフランジ部を有し、前記フランジ部が前記ハウジングと前記ステータコアとに挟まれることにより、前記ステータコアと共に前記ハウジングに固定される電動モータの冷却構造。
10. 請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載の電動モータの冷却構造において、前記コイルエンドカバーは、前記ステータコアの軸方向端面に当接してこの軸方向端面に固定されるフランジ部を有し、前記フランジ部に軸方向の貫通孔を有する筒状部材が設けられ、この筒状部材の前記貫通孔に挿通された固定具により、前記ハウジングおよび前記ステータコアに対して固定される電動モータの冷却構造。
11. 請求項９または請求項１０に記載の電動モータの冷却構造において、前記コイルエンドカバーの前記フランジ部に、前記冷却用油路と前記隙間とを繋ぐ導油路が設けられた電動モータの冷却構造。
12. 請求項１ないし請求項１１のいずれか１項に記載の電動モータの冷却構造において、前記電動モータは、車輪用軸受および減速機と共にインホイールモータ駆動装置を構成する電動モータの冷却構造。

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