JP2018133898A - モータの冷媒通路構造 - Google Patents

Abstract

【課題】コストアップや大型化することなく冷媒の出入口を隣接させた状態で自由に配置することができ、空気を良好に排出することが可能なモータの冷媒通路構造を提供する。
【解決手段】回転自在な出力軸を有するモータ１の内部に設けられ、モータ１を冷却させる冷媒が通過するモータの冷媒通路構造５において、冷媒が進入する入口７と、冷媒が排出される出口８と、入口７と出口８とを繋ぐ冷媒通路６とを備え、冷媒通路６は、入口７から出口８に至る途中において、その断面積が変化するように形成されている。
【選択図】図４

Description

本発明は、モータに用いられる冷却水等の冷媒が通過する冷媒通路の構造に関する。

自動車等の機器に用いられるモータとして、巻線やステータ等の発熱部材から発せられる熱を冷却させるため、内部に冷却用の冷媒が通過する通路を設けて冷却するものが知られている。
このような冷媒通路では、内部に気泡が混入するとその部位には冷媒が行き渡らなくなるため、冷却効率が低下するという問題点がある。このため冷媒の出入口の設定は、通路に進入した気泡を排出させるために通常はモータの下側に入口を上側に出口を設け、気泡の排出を促進している。

上述したように、従来のモータでは冷媒の出入口の設定に制約がある。そこで、通路をジグザグに形成して通路内における冷媒である冷却水の流速を上げることにより気泡の排出を促し、冷却水の出入口を隣同士に設定したり上下のどこにでも設定したりすることにより設計の自由度を向上させる技術が提案されている（例えば「特許文献１」参照）。

特開２０１６−１４４２７０号公報

しかし上述の技術では、冷却水路が細くかつ長いために圧力損失が大きく、冷却水が流れにくいことから大型のポンプが必要となり、コストアップしてしまうと共にモータが大型化してしまうという問題点がある。
また、冷却水路が細いために発熱部全体を冷却することができず、冷却効率が低下してしまうという問題点がある。これは、冷却水路の材質を替えて熱効率を向上させることによって対応できるが、コストアップしてしまうという問題点がある。
本発明は上述の問題点を解決し、コストアップや大型化することなく冷媒の出入口を隣接させた状態で自由に配置することができ、空気を良好に排出することが可能なモータの冷媒通路構造の提供を目的とする。

請求項１記載の発明は、回転自在な出力軸を有するモータの内部に設けられ、前記モータを冷却させる冷媒が通過するモータの冷媒通路構造において、前記冷媒が進入する入口と、前記冷媒が排出される出口と、前記入口と前記出口とを繋ぐ冷媒通路とを備え、前記冷媒通路は、前記入口から前記出口に至る途中において、その断面積が変化するように形成されていることを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１記載のモータの冷媒通路構造において、さらに前記冷媒通路は、前記冷媒の流動方向が上向きの場合に比して下向きの場合に断面積が小さくなるように形成されていることを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項１または２記載のモータの冷媒通路構造において、さらに前記入口及び前記出口が前記出力軸の回転中心軸方向の中央部に配置されていることを特徴とする。

請求項４記載の発明は、請求項１から３までの何れか一つに記載のモータの冷媒通路構造において、さらに前記冷媒の流動方向が鉛直方向の場合、前記冷媒が下方に向けて流動する前記冷媒通路の断面積は、前記冷媒が上方に向けて流動する前記冷媒通路の断面積よりも狭くなるように形成されていることを特徴とする。

請求項５記載の発明は、請求項１から３までの何れか一つに記載のモータの冷媒通路構造において、さらに前記冷媒の流動方向が水平方向の場合、少なくとも前記出口の近傍に位置する前記冷媒通路の断面積は、前記冷媒が下方に向けて流動する部位が他の部位よりも小さくなるように形成されていることを特徴とする。

請求項６記載の発明は、請求項４または５記載のモータの冷媒通路構造において、さらに断面積が小さく形成された前記冷媒通路が複数に分岐して形成されていることを特徴とする。

請求項７記載の発明は、請求項６記載のモータの冷媒通路構造において、さらに複数に分岐して形成された前記冷媒通路はそれぞれ同じ断面積であることを特徴とする。

請求項８記載の発明は、請求項４または５記載のモータの冷媒通路構造において、さらに断面積が小さく形成された前記冷媒通路は部分的に複数に分岐して形成された分岐部を有することを特徴とする。

本発明によれば、断面積の小さい冷媒通路内を流動する冷媒の圧力が断面積の大きい冷媒通路内を流動する場合よりも上昇して気泡を下方へと移動させ易くなるため、入口から混入した気泡は冷媒の圧力が上昇する断面積の小さい冷媒通路を高圧によって押し出されて断面積の大きい冷媒通路へと到達し、その後気泡は自身の浮力よって上昇して断面積の大きい冷媒通路の端部へと到達した後に冷媒によって押されて断面積の小さい冷媒通路に進入し、冷媒の高圧によって下方へと移動されて出口から排出されるので、冷媒通路内に気泡が滞留することが防止され、気泡が滞留することによって冷媒が流れなくなることによる、モータの冷却効率の低下を確実に防止することができる。

本発明の一実施形態を適用可能なモータの概略外観図である。 本発明の一実施形態を適用可能なモータの概略側断面図である。 本発明の第１の実施形態に用いられる冷媒通路構造体の概略斜視図である。 本発明の第１の実施形態に用いられる冷媒通路構造体の展開図である。 本発明の第１の実施形態に用いられる冷媒通路構造体における狭い通路の断面図である。 本発明の第１の実施形態に用いられる冷媒通路構造体における広い通路の断面図である。 本発明の第１の実施形態における冷媒の流動方向を説明する概略図である。 本発明の第１の実施形態における冷媒の流動方向を説明する概略図である。 本発明の第２の実施形態に用いられる冷媒通路構造体の概略斜視図である。 本発明の各実施形態の変形例に用いられる冷媒通路を説明する概略断面図である。

図１は、本発明の第１の実施形態を適用可能なモータを示している。同図においてモータ１は、それぞれ金属からなる一対のフランジブラケット２及びモータケース３、モータケース３の内部に収納されたロータ１１及びステータ１２、水平方向に回転中心軸を有する出力軸４等を有している。
図２は、図１の概略側断面図を示しており、モータケース３の内周部には本発明の冷媒通路構造を有する冷媒通路構造体５が配設されている。

冷媒通路構造体５は、図３に示すように円筒形状を呈しており、その外径はモータケース３の円筒穴部にぴったりと嵌入可能となるように形成されている。冷媒通路構造体５には、図４に示す展開図のように、その内部に冷媒通路６が形成されており、その表面には冷媒が進入する入口７及び冷媒が排出される出口８がそれぞれ形成されている。
図３に示すように、入口７及び出口８は冷媒通路構造体５の水平方向、すなわち出力軸４の回転中心軸方向における中央部にそれぞれ配置されており、冷媒である水や油等の流体が通過する冷媒通路６は、図３に示す手前側半面では断面積が小さい冷媒通路６ａが複数本（本実施形態では６本）形成され、奥側半面では冷媒通路６ａよりも断面積が大きい冷媒通路６ｂが１本のみ形成されている。図５に冷媒通路６ａの断面図（図４におけるＡＡ断面）を、図６に冷媒通路６ｂの断面図（図４におけるＢＢ断面）をそれぞれ示す。

すなわち鉛直方向に冷媒が移動する冷媒通路６は、図７に示すように冷媒が下方に向けて流動する冷媒通路６ａの断面積は、図８に示すように冷媒が上方に向けて流動する冷媒通路６ｂの断面積よりも小さくなるように形成されている。冷媒通路構造体５は、円筒形の金属体である外環に機械加工によって冷媒通路６を彫り込みで形成し、その内側に円筒形の金属体である内環を嵌入することによって構成されている。
冷媒通路６内に気泡が混入した場合に、混入した気泡は下方へとは向かわず上方へと向かうように移動することから、気泡が上方へと移動すると冷媒通路６内に残ってしまう部位、すなわち入口７から下端部までの１／４円周部及び出口８から上端部までの１／４円周部の冷媒通路６ａの断面積を他の冷媒通路６ｂの断面積よりも小さく形成している。

上述の構成により、断面積の小さい冷媒通路６ａ内を流動する冷媒の圧力が断面積の大きい冷媒通路６ｂ内を流動する場合よりも上昇して気泡を下方へと移動させ易くなるため、入口７から混入した気泡は冷媒の圧力が上昇する冷媒通路６ａを高圧によって押し出され、冷媒通路６ｂへと到達する。
冷媒通路６ｂに到達した気泡は自身の浮力よって上昇し、冷媒通路６ｂの上端へと到達する。その後、気泡は冷媒によって押されて断面積が小さく狭い冷媒通路６ａに進入し、冷媒の高圧によって下方へと移動されて出口８から排出される。
これにより冷媒通路６内に気泡が滞留することが防止され、気泡が滞留することによって冷媒が流れなくなることによる、モータ１の冷却効率の低下を確実に防止することができる。

また、第１の実施形態では全てが断面積の小さい冷媒通路６ａではなく、断面積の大きい冷媒通路６ｂも有しているので、上記特許文献１記載の技術に比して冷媒を流動させる際の圧力損失が小さく、冷媒を流動させるポンプとして大型のポンプを使用することがないためコストアップすることなくモータの冷却を行うことができる。
さらに、端子部等の発熱が予想される部位に対して断面積が大きく幅が広い冷媒通路６ｂが位置するように冷媒通路構造体５を配置することにより、モータ１の発熱を良好に抑制することができる。

図９は、本発明の第２の実施形態に用いられる冷媒通路構造を有する冷媒通路構造体５Ａを示している。この冷媒通路構造体５Ａは、第１の実施形態で示した冷媒通路構造体５と比較すると、使用されるモータが鉛直方向に出力軸を有していて冷媒の流動方向が水平方向である点において相違している。
冷媒通路構造体５Ａには、冷媒通路構造体５と同様にその内部に冷媒通路９が形成されており、その表面には冷媒が進入する入口７及び冷媒が排出される出口８がそれぞれ形成されている。

入口７及び出口８は冷媒通路構造体５Ａの鉛直方向、すなわち出力軸の回転中心軸方向における中央部にそれぞれ配置されており、冷媒が通過する冷媒通路９は、出口８の近傍に位置する部位であって冷媒が下方に移動する部位において断面積が小さい冷媒通路９ａが複数本（本実施形態では３本）形成され、その他の部位では冷媒通路９ａよりも断面積が大きい冷媒通路９ｂが１本のみ形成されている。冷媒通路９ａの断面積は上述した冷媒通路６ａの断面積と、冷媒通路９ｂの断面積は上述した冷媒通路６ｂの断面積とそれぞれ同じである。

すなわち水平方向に冷媒が流動する冷媒通路９は、冷媒が下方に向けて流動する冷媒通路９ａの断面積は冷媒が上方に向けて流動する冷媒通路９ｂの断面積よりも小さくなるように形成されている。これより、出口８の近傍に位置し冷媒が下方へと移動する冷媒通路９ａの断面積を他の冷媒通路９ｂの断面積よりも小さく形成している。
上述の構成により、入口７から混入した気泡は冷媒の圧力が上昇する冷媒通路９ｂ内を移動してやがて冷媒通路９ａの入口部へと到達する。その後、気泡は冷媒によって押されて断面積が小さく狭い冷媒通路９ａに進入し、冷媒の高圧によって下方へと移動されて出口８から排出される。
これにより冷媒通路９内に気泡が滞留することが防止され、気泡が滞留することによって冷媒が流れなくなることによる、モータ１の冷却効率の低下を確実に防止することができる。

上記各実施形態では、断面積の小さい冷媒通路６ａ，９ａをそれぞれ複数個形成する構成としている。ここで、各冷媒通路６ａ，９ａは、それぞれ同じ断面積のものを複数個形成することが望ましい。これは、断面積が異なると流体である冷媒が少しでも断面積の大きなところを流れようとして冷媒の流れ方に片寄りが生じ、冷却能力の均一性が損なわれるため、冷却の均一性を保つためには各冷媒通路６ａ，９ａの断面積を同一にする必要があるためである。

上記各実施形態では、断面積の小さい冷媒通路６ａ，９ａとして、それぞれ複数本に分岐したものを示したが、断面積の小さい冷媒通路として、図１０に示す複数の分岐部１０ａを有する冷媒通路１０を採用してもよい。この場合の断面積の大きい冷媒通路は、高さｘで幅ｙの長方形の形状のものとする。
この構成とすることにより、断面積の小さい冷媒通路１０であってもモータ１の内面全てに冷媒が行き渡ることとなり、モータ１の冷却効率を向上することができる。

また上記各実施形態では、入口７及び出口８を冷媒通路構造体５，５Ａの、モータが有する出力軸の回転中心軸方向における中央部に配置している。この構成により、冷媒通路６，９の水平方向における左右両端に同じタイミングで冷媒を到達させることができ、これにより鉛直方向に分岐する冷媒通路６，９に対しても左右同じタイミングで冷媒を流動させることが可能となり、効率のよい冷却を行うことができる。

以上、本発明の好ましい実施の形態について説明したが、本発明は上述した特定の実施形態に限定されるものではなく、上述の説明で特に限定していない限り、特許請求の範囲に記載された本発明の趣旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。本発明の実施の形態に記載された効果は本発明から生じる最も好適な効果を列挙したに過ぎず、本発明による効果は本発明の実施の形態に記載されたものに限定されるものではない。

１・・・モータ、４・・・出力軸、５，５Ａ・・・冷媒通路構造（冷媒通路構造体）、６，９，１０・・・冷媒通路、７・・・入口、８・・・出口、１０ａ・・・分岐部

Claims (8)

1. 回転自在な出力軸を有するモータの内部に設けられ、前記モータを冷却させる冷媒が通過するモータの冷媒通路構造において、
   前記冷媒が進入する入口と、前記冷媒が排出される出口と、前記入口と前記出口とを繋ぐ冷媒通路とを備え、
   前記冷媒通路は、前記入口から前記出口に至る途中において、その断面積が変化するように形成されていることを特徴とするモータの冷媒通路構造。
2. 請求項１記載のモータの冷媒通路構造において、
   前記冷媒通路は、前記冷媒の流動方向が上向きの場合に比して下向きの場合に断面積が小さくなるように形成されていることを特徴とするモータの冷媒通路構造。
3. 請求項１または２記載のモータの冷媒通路構造において、
   前記入口及び前記出口が前記出力軸の回転中心軸方向の中央部に配置されていることを特徴とするモータの冷媒通路構造。
4. 請求項１から３までの何れか一つに記載のモータの冷媒通路構造において、
   前記冷媒の流動方向が鉛直方向の場合、前記冷媒が下方に向けて流動する前記冷媒通路の断面積は、前記冷媒が上方に向けて流動する前記冷媒通路の断面積よりも狭くなるように形成されていることを特徴とするモータの冷媒通路構造。
5. 請求項１から３までの何れか一つに記載のモータの冷媒通路構造において、
   前記冷媒の流動方向が水平方向の場合、少なくとも前記出口の近傍に位置する前記冷媒通路の断面積は、前記冷媒が下方に向けて流動する部位が他の部位よりも小さくなるように形成されていることを特徴とするモータの冷媒通路構造。
6. 請求項４または５記載のモータの冷媒通路構造において、
   断面積が小さく形成された前記冷媒通路が複数に分岐して形成されていることを特徴とするモータの冷媒通路構造。
7. 請求項６記載のモータの冷媒通路構造において、
   複数に分岐して形成された前記冷媒通路はそれぞれ同じ断面積であることを特徴とするモータの冷媒通路構造。
8. 請求項４または５記載のモータの冷媒通路構造において、
   断面積が小さく形成された前記冷媒通路は部分的に複数に分岐して形成された分岐部を有することを特徴とするモータの冷媒通路構造。

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