JP2019041539A - 回転電機の冷却構造 - Google Patents

Abstract

【課題】回転電機の被冷却物に対して冷却パイプを確実に位置決めした状態で固定することができる、回転電機の冷却構造を提供する。【解決手段】回転電機の冷却構造は、回転電機の被冷却部に固定される固定部材１５０と、固定部材１５０に固定されて回転電機の軸方向に沿って設けられ、吐出口８１０から冷却媒体を回転電機のステータコイル１４２に吐出して冷却する冷却パイプ８００と、を備える。冷却パイプ８００は固定部材１５０に取り付けられる取付部８４０を有し、取付部８４０が固定部材１５０に形成された取付穴１５２に嵌合した状態に組み付けられることで吐出口８１０の下方にステータコイル１４２が位置するように冷却パイプ８００が位置決めされる。【選択図】図３

Description

本発明は、冷却パイプの吐出口から吐出した冷却媒体によって回転電機の被冷却物を冷却する技術に関するものである。

自動車等の車両に搭載されるモータや発電機等の回転電機は、ロータと、ロータの周囲に配設され、ステータコイルが巻回されたステータとを備えている。そして、ロータの回転時にステータコイルに電流が流れると、ステータコイル等が発熱する。これらの発熱は、回転電機の運転効率（回転効率、発電効率）を低下させてしまう。したがって、回転電機の運転効率を維持するために、回転電機を冷却する必要がある。

このような回転電機は、通常、ケースで覆われた形で車両に搭載される。この場合、回転電機の冷却は、ケース内に設けた冷却パイプの吐出口から冷却媒体（例えば、冷却オイル）を吐出し、この吐出された冷却媒体を回転電機の被冷却物（例えば、ステータコイル）に掛けることによって行われることがある（例えば、特許文献１参照）。

特開２００７−２０９１６０号公報

特許文献１に記載される構成では、回転電機と冷却パイプとが、ケースに対して別々に固定される構造になっている。そのため、製造公差や組付誤差等に起因して、冷却パイプの吐出口と回転電機の被冷却物との位置関係が個体間でばらつき、その結果、回転電機に対する冷却性能が不安定になるおそれがある。

本発明の目的は、回転電機の被冷却物に対して冷却パイプを確実に位置決めした状態で固定することができる、回転電機の冷却構造を提供することである。

本発明に係る回転電機の冷却構造は、回転電機の被冷却部に固定される固定部材と、前記固定部材に固定されて前記回転電機の軸方向に沿って設けられ、吐出口から冷却媒体を前記回転電機の被冷却物に吐出して冷却する冷却パイプと、を備え、前記冷却パイプは前記固定部材に取り付けられる取付部を有し、前記取付部が前記固定部材に形成された取付穴に嵌合した状態に組み付けられることで前記吐出口の下方に前記被冷却物が位置するように前記冷却パイプが位置決めされる。

本発明に係る回転電機の冷却構造によれば、回転電機の被冷却物に対して冷却パイプの吐出口を正確に位置決めした状態で冷却パイプを固定することができる。したがって、回転電機において個体間で冷却性能がばらつくのを抑制できる。

本実施形態に係る回転電機の冷却構造が適用される駆動ユニットの模式断面図である。 図１の駆動ユニットのステータ周辺を示す拡大模式断面図である。 図２におけるＡ部拡大図である。 図３中の矢印Ｂ方向から見た側面図である。 冷却パイプが固定部材に固定される様子を示す図である。

以下に、本発明に係る実施の形態について添付図面を参照しながら詳細に説明する。この説明において、具体的な形状、材料、数値、方向等は、本発明の理解を容易にするための例示であって、用途、目的、仕様等にあわせて適宜変更することができる。また、以下において複数の実施形態や変形例などが含まれる場合、それらの特徴部分を適宜に組み合わせて用いることは当初から想定されている。

図１は、本実施形態に係る回転電機の冷却構造が適用されるハイブリッド車両の駆動ユニットの模式断面図である。図１に示すように、駆動ユニット１は、回転電機１００，２００と、プラネタリギヤ機構３００と、減速機構４００と、デファレンシャル機構５００と、ドライブシャフト受け部６００と、ケース７００を備えている。回転電機１００，２００、プラネタリギヤ機構３００、減速機構４００およびデファレンシャル機構５００は、ケース７００内に設けられる。

回転電機１００，２００は、それぞれ、軸受け１２０，２２０を介してケース７００に回転可能に取り付けられた回転シャフト１１０，２１０と、回転シャフト１１０，２１０に取り付けられたロータ１３０，２３０と、ステータ１４０，２４０とを有する。

ロータ１３０，２３０は、ぞれぞれ、ロータコアと、ロータコアに埋設された磁石とを有する。ロータコアは、例えば鉄又は鉄合金などの板状の磁性体を積層することにより構成される。磁石は、例えば、ロータコアの外周近傍であって周方向にほぼ等間隔に配置される。

ステータ１４０，２４０は、それぞれ、円筒状のステータコア１４１，２４１と、ステータコア１４１，２４１に巻回されるステータコイル１４２，２４２とを有する。ステータコイル１４２，２４２は、それぞれ、ケーブルを介してバッテリ（不図示）と電気的に接続されている。

ステータコア１４１，２４１は、鉄または鉄合金などの板状の磁性体を積層することにより構成される。ステータコア１４１，２４１の内周面上には複数のティース部（不図示）およびティース部間に形成される凹部としてのスロット部（不図示）が形成されている。スロット部は、ステータコア１４１，２４１の内周側および軸方向に開口するように形成される。

駆動ユニット１の動作時において、エンジン（不図示）から出力された動力は、シャフト２に伝達され、プラネタリギヤ機構３００により２経路に分割される。

上記２経路のうちの一方は、減速機構４００から、デファレンシャル機構５００を介してドライブシャフト受け部６００に伝達される経路である。ドライブシャフト受け部６００に伝達された駆動力は、ドライブシャフト（不図示）を介して車輪（不図示）に回転力として伝達される。

もう一方は、回転電機１００を駆動させて発電する経路である。回転電機１００は、プラネタリギヤ機構３００により分配されたエンジンの動力により発電する。回転電機１００により発電された電力は、車両の走行状態や、バッテリの状態に応じて使い分けられる。例えば、車両の通常走行時および急加速時においては、回転電機１００により発電された電力はそのまま回転電機２００を駆動する電力として用いられる。一方、バッテリにおいて定められた条件の下では、回転電機１００により発電された電力は、不図示のインバータおよびコンバータを介してバッテリに蓄えられる。

回転電機２００は、バッテリに蓄えられた電力および回転電機１００により発電された電力のうちの少なくとも一方の電力により駆動される。回転電機２００の駆動力は、減速機構４００からデファレンシャル機構５００を介してドライブシャフト受け部６００に伝達される。このようにすることで、回転電機２００からの駆動力でエンジンの駆動力をアシストしたり、回転電機２００からの駆動力のみによって車両を走行させたりすることができる。

一方、ハイブリッド車両の回生制動時には、車輪は車体の慣性力により回転させられる。車輪からの回転力によりドライブシャフト受け部６００、デファレンシャル機構５００および減速機構４００を介して回転電機２００が駆動される。このとき、回転電機２００が発電機として作動する。このように、回転電機２００は、制動エネルギーを電力に変換する回生ブレーキとして作用する。回転電機２００により発電された電力は、インバータを介してバッテリに蓄えられる。なお、回転電機１００，２００の用途は、ハイブリッド車に限定されず、他の電動車両（例えば、燃料電池車や電動自動車）に搭載されてもよい。

上記のように構成される駆動ユニット１において、回転電機１００，２００のステータコイル１４２，２４２は、駆動力の発生時、および発電時に発熱する。そして、冷却ポンプ等を用いて、後述するようにケース内に固定された冷却パイプに、冷却媒体（例えば、冷却オイル）を流入させて、冷却パイプに設けられた吐出口から冷却媒体を回転電機の被冷却物、特にステータコイル等に向かって吐出し、回転電機を冷却する。この場合、吐出口の位置が回転電機の被冷却物に対して正確に位置決めされた状態で冷却パイプが固定されていないと、回転電機の冷却性能が個体間でばらつくことなる。そこで、本実施形態では、回転電機の被冷却物に対して冷却パイプの吐出口を正確に位置決めした状態で冷却パイプを固定することができる構造を提供する。以下に、本実施形態に係る回転電機の冷却構造について説明するが、以下では冷却媒体が冷却オイルであるものとして説明する。

図２は、図１の駆動ユニットのステータ周辺を示す拡大模式断面図である。図２は、回転電機１００の軸方向が矢印で示されている。回転電機１００の軸方向は、ステータ１４０およびステータコア１４１の軸方向に一致する。

本実施形態に係る冷却構造が適用される回転電機１００は、ケース７００内に収容されている。回転電機１００のステータ１４０は、図示しないボルトによりケース７００に固定されている。

ケース７００は、一端側（図２中の左側）に開口部を有しており、回転電機１００がケース７００内に収容固定された後、上記開口部がカバー７２０によって閉じられる。本実施形態では、回転電機１００は、その軸方向が水平方向に沿って配置される例が示されている。

本実施形態に係る冷却構造は、回転電機１００の被冷却部に固定される固定部材１５０と、固定部材１５０に固定されて回転電機１００の軸方向に沿って設けられる冷却パイプ８００とを備える。冷却パイプ８００には、吐出口８１０が形成されており、内部を流れる冷却オイルが吐出口８１０から吐出されて被冷却物であるステータコイル１４２に掛けられる。これにより、ステータコイル１４２が冷却される。なお、本実施形態では、被冷却物がステータコイル１４２である場合について説明するが、これに限定されるものではない。冷却パイプの吐出口はステータコア１４１に対向して形成されて、ステータコア１４１が被冷却物とされてもよい。

冷却パイプ８００の一方側端部は、カバー７２０の凹部内に配置されたゴムパッキン８３０によって支持されている。ゴムパッキン８３０は弾性を有するため、変形することによって冷却パイプ８００の一方側端部の軸方向位置を規制することなく柔軟性をもって支持することができる。

図２に示すように、冷却パイプ８００の他方側端部８５０には、弾性があり且つシールド性能に優れた支持リング８２０が取り付けられている。冷却パイプ８００の他方側端部８５０は、ケース７００に設けられた挿入口７１０に挿入され、支持リング８２０を介してケース７００に当接し、ケース７００に支持されている。冷却パイプ８００の他方側端部８５０は開口しており、冷却パイプ８００の他方側端部８５０が挿入口７１０に挿入される。これにより、該開口はケース７００に設けられた冷却流路９００に接続され、冷却パイプ８００と冷却流路９００とが連通される。冷却パイプ８００は、弾性を有する支持リング８２０によりケース７００とは緩やかに連結され、その位置が支持リング８２０およびケース７００の挿入口７１０によって規制されない。そして、冷却パイプ８００と冷却流路９００とは、支持リング８２０によって液漏れなく連結される。

冷却パイプ８００は、ケース７００内においてステータ１４０の上方位置に軸方向に沿って設けられる。冷却パイプ８００の吐出口８１０は、ステータ１４０においてステータコア１４１の軸方向両側の端面からそれぞれ突出したステータコイル１４２のコイルエンド部に対応して設けられている。具体的には、吐出口８１０は、軸方向一方側では冷却パイプ８００の端部近傍に設けられ、軸方向他方側では後述する冷却パイプ８００の取付部８４０の近傍に設けられている。

図２に示すように、ステータ１４０において軸方向他方側のステータコイル１４２のコイルエンド部に固定部材１５０が固定されている。固定部材１５０は、例えば、ワニス等の絶縁性樹脂をコイルエンド部に一体成型することによって形成されている。ただし、固定部材１５０は、別途成型された絶縁性樹脂部品を接着等することによってコイルエンド部に固定されてもよい。

固定部材１５０は、ステータコイル１４２の軸方向外側端部に固定されている。固定部材１５０の軸方向厚みは、ステータコイル１４２のコイルエンド部の軸方向突出長さよりも薄く形成されている。そのため、ステータコア１４１の軸方向端面と固定部材１５０との間には、ステータコイル１４２のコイルエンド部が露出している。この露出した部分の直上位置に、冷却パイプ８００の軸方向他方側の吐出口８１０が配置されている。

図３は、図２におけるＡ部拡大図であり、図４は、図３中の矢印Ｂ方向から見た側面図である。

図４に示すように、固定部材１５０は、円環状に形成され、ステータコイル１４２のコイルエンド部を覆って固定されている。固定部材１５０の外周部には、突出部１５１が形成されている。突出部１５１は、回転電機１００の回転中心（すなわち回転シャフト１１０）の鉛直上方位置に設けられている。本実施形態では、突出部１５１は略台形状の側面を有して形成されているが、半円状、三角状等の他の形状であってもよい。

突出部１５１には、取付穴１５２が軸方向に貫通して形成されている。本実施形態では取付穴１５２は、軸方向と直交する断面が長方形状をなしている。取付穴１５２の断面は、冷却パイプ８００の取付部８４０が挿入されたときに回転規制できる形状であれば、正方形、三角形等の他の形状であってもよい。

図３に示すように、冷却パイプ８００は、固定部材１５０に取り付けられる取付部８４０を有する。取付部８４０は、Ｌ字状に屈曲した側面形状をなし、冷却パイプ８００の外周面から軸方向と直交する方向に突出する基端部８４１と、基端部８４１からステータコア１４１側へ向かって軸方向に屈曲した屈曲部８４２とを含む。基端部８４１は、例えば、ろう付け等によって冷却パイプ８００に固定されている。

取付部８４０の屈曲部８４２は、固定部材１５０の取付穴１５２と対応する形状に形成され、軸方向と直交する断面が取付穴１５２とほぼ同じか少し小さい長方形状をなしている。また、屈曲部８４２の軸方向端部８４４は、四辺角部が面取りされており、取付穴１５２に容易に挿入できるようになっている。

図５は、冷却パイプ８００が固定部材１５０に固定される様子を示す図である。冷却パイプ８００は、ステータ１４０がケース７００に収容固定される前に、ステータ１４０に組み付けられる。

図５に示すように、冷却パイプ８００を矢印方向に移動させて、取付部８４０の屈曲部８４２を固定部材１５０の取付穴１５２に挿入または圧入する。取付部８４０の屈曲部８４２は取付穴１５２内で回転できないため、屈曲部８４２が取付穴１５２に挿入されることで冷却パイプ８００の周方向位置が回転シャフト１１０の鉛直上方に位置決めされる。

また、このとき、図３に示すように、取付部８４０の基端部８４１のステータ１４０側の側面８４３が固定部材１５０の側面に当接した状態になるまで、冷却パイプ８００を押し込む。これにより、ステータ１４０に対する冷却パイプ８００の軸方向位置が正確に位置決めされる。このとき、接着剤を用いて取付部８４０を固定部材１５０に強固に固定するのが好ましい。このようにして、冷却パイプ８００の取付部８４０の屈曲部８４２が固定部材１５０の取付穴１５２に嵌合した状態で組み付けられる。

このように組み付けられた冷却パイプ８００は、図３に示すように、軸方向他端側の吐出口８１０の下方、より詳しくは、その直下に被冷却物であるステータコイル１４２のコイルエンド部の露出部分が位置するように正確に位置決めされる。また、このとき、冷却パイプ８００の軸方向他端側の吐出口８１０もまた、その直下に、軸方向他端側においてステータコイル１４２のコイルエンド部が位置するように正確に位置決めされる。

回転電機１００を冷却する際は、冷却ポンプ（不図示）を駆動させて、冷却オイルを冷却流路９００に供給し、冷却流路９００を介して冷却パイプ８００内に流入させる。そして、冷却パイプ８００内を通過する冷却オイルを吐出口８１０から回転電機１００のステータコイル１４２により形成されるコイルエンド部に向けて吐出させ、回転電機１００、特にステータコイル１４２の冷却を行う。

上述したように本実施形態に係る回転電機の冷却構造によれば、被冷却物であるステータコイル１４２に対して冷却パイプ８００の吐出口８１０が正確に位置決めされ状態で冷却パイプ８００がステータ１４０に確実に固定できる。その結果、回転電機１００において個体間で冷却性能がばらつくのを抑制できる。

なお、本発明は、上述した実施形態およびその変形例に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない限りにおいて種々の改良や変更が可能であることはいうまでもない。

１ 駆動ユニット、２ シャフト、１００，２００ 回転電機、１１０，２１０ 回転シャフト、１３０，２３０ ロータ、１４０，２４０ ステータ、１４１，２４１ ステータコア、１４２，２４２ ステータコイル、１５０ 固定部材、１５１ 突出部、１５２ 取付穴、３００ プラネタリギヤ機構、４００ 減速機構、５００ デファレンシャル機構、６００ ドライブシャフト受け部、７００ ケース、７１０ 挿入口、７２０ カバー、８００ 冷却パイプ、８１０ 吐出口、８２０ 支持リング、８３０ ゴムパッキン、８４０ 取付部、８４１ 基端部、８４２ 屈曲部、８４３ 側面、８４４ 軸方向端部、８５０ 他方側端部、９００ 冷却流路。

Claims (1)

1. 回転電機の被冷却部に固定される固定部材と、
   前記固定部材に固定されて前記回転電機の軸方向に沿って設けられ、吐出口から冷却媒体を前記回転電機の被冷却物に吐出して冷却する冷却パイプと、を備え、
   前記冷却パイプは前記固定部材に取り付けられる取付部を有し、前記取付部が前記固定部材に形成された取付穴に嵌合した状態に組み付けられることで前記吐出口の下方に前記被冷却物が位置するように前記冷却パイプが位置決めされる、
   回転電機の冷却構造。

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