JP2019062716A - モータの冷却構造 - Google Patents

Abstract

【課題】冷却性能を向上させたモータを提供すること。【解決手段】モータハウジング２と、モータハウジング２内に配設され、コイル２１が巻回される円環状のステータ２２と、回転自在に保持されるロータ２３とを備えたモータ部３と、モータハウジング２に形成され、モータ部３に対してオイルを供給することによりモータ部３の冷却を行うオイル経路４と、オイル経路４と並設され、冷却水が流れる冷却経路５と、を備え、冷却水は、オイル経路４と冷却経路５が並設された並設領域６４でオイルと熱交換を行うモータ冷却構造。【選択図】図１

Description

本発明は、モータの冷却構造に関する。

従来から、モータの冷却構造の一例として潤滑油をモータのステータとロータに供給することでモータの冷却を行っているものが知られている。（特許文献１）。

このような、モータの冷却構造においては、モータが収容されるケースに、冷却機構を備えた内燃機関のハウジングを当接させることで、ステータ及びロータの冷却によって上昇する潤滑油の熱を、ケース介してハウジングに逃がし、これにより、冷却機構によって潤滑油を冷却している。

特開２００７−１２４７６４号公報

ところが、上記したモータの冷却構造では、モータを冷却する潤滑油の冷却がケースを介してハウジングの冷却機構により行われているため、モータの連続使用時に潤滑油の温度が所定の温度まで下がらず、結果、モータの冷却不足で性能が低下する恐れがある。

そこで、本発明はこうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、冷却性能を向上させたモータを提供することにある。

上記の課題を解決するモータの冷却構造は、ハウジングと、前記ハウジング内に配設され、コイルが巻回される円環状のステータと、回転自在に保持されるロータを備えたモータと、前記ハウジングに形成され、前記モータに対してオイル供給することにより前記モータの冷却を行うオイル経路と、前記オイル経路と並設され、冷媒が流れる冷却経路と、を備え、前記オイルは、前記オイル経路と前記冷却経路が並設された並設領域で前記冷媒と熱交換を行う構成とした。

上記構成によれば、オイル経路を流れるオイルは、ハウジング内に配設されたモータの冷却を行うために供給されるため、モータと熱交換を行い温度が上昇する。そして、温度が上昇したオイルは、オイル経路と冷却経路が並設された並設領域で、冷媒と熱交換を行うことで温度が下がる。そのため、オイルは、冷却された状態でモータに供給されるため、モータの冷却を効率的に行うことができる。

上記構成において、前記並設領域は、前記ロータの径方向において、前記ステータと重合しない位置に配設されることが好ましい。

上記構成によれば、熱が発生するステータの周囲に並設領域が配設されないため、冷却経路は、オイル経路を流れるオイルを効率的に冷却することができる。

上記構成において、オイル経路は、ステータの重力方向上側半分に向けてオイルを供給する複数の吐出孔をさらに有することが好ましい。

上記構成によれば、ステータの重力方向上側半分にオイルを供給することで、オイルは、重力により垂れることでステータの重力方向下側半分にも供給される。そのため、オイルは、ステータの冷却を効率的に行うことができる。

上記構成において、吐出孔は、ステータと軸方向に対向するよう形成されることが好ましい。

上記構成によれば、吐出孔は、ステータにオイルを容易に供給することができる。

上記構成において、前記並設領域では、前記冷媒と前記オイルが同じ方向に流れることが好ましい。

上記構成によれば、冷媒がオイルに沿って同じ方向に流れるので、オイルの冷却を効率的に行うことができる。

上記構成において、前記オイルは、前記冷媒により冷却された後に前記モータに供給されることが好ましい。

上記構成によれば、冷媒により冷却された後のオイルをモータに供給するため、モータの冷却を効率的に行うことができる。

上記構成において、前記冷却経路は、前記ステータの周囲に配設されることが好ましい。

上記構成によれば、ステータの周囲に冷却経路が配設されるので、ステータと冷媒が熱交換をおこなうため、モータの冷却を効率的に行うことができる。

電動モータの構成を示す断面図である。 図１のＩＩ−ＩＩ矢視図である。 図１のＩＩＩ−ＩＩＩ矢視図である。 オイル循環機構及び冷却水循環機構を示すブロック図である。 図１のＶ−Ｖ矢視図である。 モータハウジング内の冷却経路のみを示す模式図である。 図６に示す冷却経路の変形例のみを示す模式図である。

以下、ハイブリッド車両の駆動用の電動モータ１冷却構造について説明する。

図１は、電動モータ１の構成を示す断面図である。

図１に示すように、電動モータ１は、モータの冷却構造として、モータハウジング２（ハウジングの一例）と、モータハウジング２内に配設されるモータ部３（モータの一例）と、モータ部３に対してオイルを供給することでモータ部３の冷却と潤滑を行うオイル経路４と、冷却水が流れる冷却経路５と、を備える。

モータハウジング２は、アルミ材で形成され、一方の側にモータ部３を配設するための円形凹部状を呈するモータ室１１が形成される。そして、モータ室１１の底部１２には、ベアリング１３が配設される。さらに、モータハウジング２は、円柱状に形成されたシャフト１４をベアリング１３により回転自在に保持する。

モータ部３は、モータ室１１の内径にコイル２１が巻回された状態で固定される円環状のステータ２２と、モータハウジング２に回転自在に保持されるロータ２３と、を備える。ロータ２３は、鉄心２４の内部に永久磁石を保持し、鉄心２４のシャフト孔２５にシャフト１４を挿入することで構成される。そして、鉄心２４は、シャフト１４と一体回転可能であるため、ロータ２３は、シャフト１４を介してモータハウジング２に回転自在に保持される。また、ロータ２３は、ステータ２２の内径に所定間隔を保持した状態で配置されており、ステータ２２に巻回されたコイル２１に通電することで、ロータ２３を回転駆動可能に構成している。

次に、オイル経路４について説明する。

オイル経路４は、モータハウジング２に配設され、モータ室１１に形成される溝部３３と、溝部３３を覆う円環プレート３４により構成される。

図２は、図１のＩＩ−ＩＩ矢視図である。

図２に示すように、モータ室１１の円環状の底部１２には、円環状になるのを遮断する第１遮断壁４１を設けることでＣ字状に呈した溝部３３が形成される。溝部３３の第１内径部４７は、シャフト１４の径より大きく、溝部３３の第１外径部４８は、ロータ２３の径より大きく形成される。ここで、溝部３３の周方向の一方の端部を第１端部４３とし、他方の端部を第２端部４４とする。そして、溝部３３の第１端部４３の外径側には、溝部３３にオイルを供給するためのオイル供給孔４２が形成される。

図３は、図１のＩＩＩ−ＩＩＩ矢視図である。

図３に示すように、円環プレート３４は、シャフト１４を通すための貫通孔４５が中央部に形成された円環状である。そして、円環プレート３４の第２内径部４９の半径は、溝部３３の第１内径部４７より短く、シャフト１４の外径より長い。また、円環プレート３４の第２外径部５０は、溝部３３の第１外径部４８より長く形成される。そのため、円環プレート３４は、溝部３３を覆うことができる。

そして、円環プレート３４には、オイル経路４からモータ室１１内にオイルを供給するための吐出孔４６が周方向において略半円に並んで複数（本実施形態では７つ）形成される。

オイル経路４は、溝部３３に円環プレート３４を軸方向より取り付けることでモータハウジング２に形成される。詳しくは、吐出孔４６が重力方向上側半分に配設され、溝部３３の第２端部４４側に重合するようにして、円環プレートは、軸方向から溝部３３に取付けられる。

そのため、オイル経路４は、ロータ２３の径方向において、ステータ２２と重合しない底部１２に形成される。また、オイル経路４は、ステータ２２と軸方向に対向する位置に形成される。

図１の下方に示すように、モータハウジング２には、オイル経路４によりモータ室１１に供給されたオイルをモータ室１１の外に排出するための排出孔３２が形成される。

そして、モータ室１１から排出されたオイルは、図４に示すオイル循環機構５１によりオイル経路４に戻される。

図４は、オイル循環機構５１を示すブロック図である。

図４に示すように、オイル循環機構５１は、図１に示す排出孔３２から排出されたオイルを貯蔵するオイルパン５２と、オイルパン５２のオイルをモータハウジング２に圧送するためのオイルポンプ５３と、オイルポンプ５３から圧送されたオイルをオイル経路４のオイル供給孔４２に送るための第１流路５４と、を有する。オイルポンプ５３は、モータ部３を動力にして駆動し、第１流路５４を介してオイルパン５２からオイル供給孔４２に圧送する。

次に、冷却経路５について説明する。

冷却経路５は、オイル経路４と並設され、オイルを冷却する並設経路６１と、モータ部３のステータ２２を冷却するステータ冷却経路６２と、を有する。

図５は、図１のＶ−Ｖ矢視図である。

図５に示すように、モータハウジング２の底部１２の内部には、円環状となるのを遮断する第２遮断壁６３を設けることでＣ字状を呈す並設経路６１が形成される。

そして、並設経路６１の第３内径部６９の半径は、シャフト１４の径より大きく、並設経路６１の第３外径部７０の半径は、ロータ２３の径より大きく形成される。そのため、並設経路６１は、ロータ２３の径方向において、ステータ２２と重合しない位置に配設されるオイル経路４と軸方向において重合するように形成される。

ここで、並設経路６１とオイル経路４が軸方向において並設する領域を並設領域６４とする。言い換えると、並設領域６４は、ロータ２３の径方向において、ステータ２２と重合しない位置に配設される。

また、第２遮断壁６３は、シャフト１４の軸方向において、第１遮断壁４１と略重合する位置に形成される。そのため、溝部３３の第１端部４３及び第２端部４４と、並設経路６１の両端部が軸方向において重合する。ここで、軸方向において第１端部４３と重合する並設経路６１の端部を第３端部６５とし、同様に第２端部４４と重合する並設経路６１の端部を第４端部６６とする。

図６は、モータハウジング内の冷却経路のみを示す模式図である。

図６に示すように、第３端部６５には、冷却水を並設経路６１に供給するための供給部７５が軸方向に突出して形成される。そして、供給部７５には、供給ポート６７が径方向に突出して形成される。また、第４端部６６には、ステータ冷却経路６２が接続される。

ステータ冷却経路６２は、モータハウジング２の側面部３１の内部を周方向に蛇行しながら形成される。そして、ステータ冷却経路６２の一方の端部には、並設経路６１の第３端部６５と接続され、他方の端部には、排出ポート６８が形成される。詳しくは、ステータ冷却経路６２は、並設経路６１の第３端部６５から軸方向に突出した後、周方向に略一周する。そして、軸方向に再度突出した後、周方向の反対側に略一周する。

そのため、ステータ冷却経路６２は、ステータ２２の外径側の周囲に配設される。

ここで、排出ポート６８から排出された冷却水は、冷却水循環機構７１により並設経路６１に戻される。

図４に示すように、冷却水循環機構７１は、冷却水の温度を下げるラジエータと、冷却水を圧送するウォーターポンプ７３と、ウォーターポンプ７３に圧送される冷却水を並設経路６１に送るための第２流路７４と、を有する。

ウォーターポンプ７３は、駆動することにより、第２流路７４を通り冷却水を冷却経路５に供給する。そして、冷却経路５に供給され冷却を行い温度が上昇した冷却水は、ラジエータにより冷却される。

次に、本実施形態の冷却構造の作用について説明する。

モータ部３が駆動する際、オイル循環機構５１が作動を始め、オイルポンプ５３は、オイルパン５２からオイル経路４のオイル供給孔４２にオイルを圧送する。

オイル供給孔４２に圧送されたオイルは、オイル経路４に沿って流れ、ステータ２２と軸方向に対向している円環プレート３４の吐出孔４６からステータ２２に巻回されるコイル２１の重力方向上側半分に供給される。そして、オイルは、重力により垂れることでコイル２１の重力方向下側半分にも供給される。

さらに、モータ部３に供給されたオイルは、排出孔３２によりモータ室１１から排出されてオイルパン５２に戻される。ここで、オイル経路４を流れるオイルは、モータハウジング２内に配設されたモータ部３冷却を行うために供給されるため、モータ部３と熱交換を行い温度が上昇する。

また、冷却水循環機構７１も同様に作動を始め、ウォーターポンプ７３は、冷却水を冷却経路５の供給ポート６７に圧送する。そして、供給ポート６７に圧送された冷却水は、並設経路６１に沿って流れた後、ステータ冷却経路６２を流れる。さらに、ステータ冷却経路６２を流れた冷却水は、ステータ冷却経路６２の排出ポート６８から排出され、ラジエータ７２を通過することで冷却されウォーターポンプ７３に戻される。

ここで、並設領域６４において、略同形状のオイル経路４と並設経路６１は、オイル経路４のオイル供給孔４２と並設経路６１の供給ポート６７及び第１遮断壁４１と第２遮断壁６３が軸方向において重合している。そのため、オイル経路４のオイルと並設経路６１の冷却水は、略同地点から流れ始めるので、略同じ方向に流れる。そして、オイルは、並設領域６１を通過した後にモータ部３に供給される。

オイル経路４のオイルは、オイル経路４と並設経路６１が並設された並設領域６４で並設経路６１の冷却水と熱交換を行い冷却された後、吐出孔４６からモータ部３に供給される。

上記構成によれば以下の効果を得ることができる。
（１）上記構成によれば、モータ部３と熱交換することにより温度が上昇したオイルは、オイル経路４と並設経路６１が並設された並設領域６４で、冷却水と熱交換を行うことで温度が下がる。そのため、オイルは、冷却された状態でモータ部３に供給されるため、モータ部３の冷却を効率的に行うことができる。
（２）上記構成によれば、熱が発生するステータ２２の周囲に並設領域６４が配設されないため、冷却経路５は、オイル経路４を流れるオイルを効率的に冷却することができる。
（３）ステータ２２と軸方向に対向する吐出孔４６からステータ２２の重力方向上側半分に軸方向からオイルを供給する。そして、オイルは、重力により垂れることでステータ２２の重力方向下側半分にも供給される。そのため、オイルは、ステータ２２の冷却を効率的に行うことができる。
（４）上記構成によれば、吐出孔４６は、ステータ２２にオイルを容易に供給することができる。
（５）上記構成によれば、冷却水がオイルに沿って同じ方向に流れるので、オイルと冷却水が反対方向に流れる場合より、冷却水とオイルの温度差が大きいのでオイルの冷却を効率的に行うことができる。
（６）上記構成によれば、冷却水により冷却された後のオイルをモータ部３に供給するため、モータ部３の冷却を効率的に行うことができる。
（７）上記構成によれば、オイルポンプ５３は、ロータ２３の回転を動力にし、オイルを循環させる、別の動力源を必要としない。
（８）ステータ２２の周囲にステータ冷却経路６２が配設されるので、ステータ２２と冷却水が熱交換をおこなうため、モータ部３の冷却を効率的に行うことができる。
（９）上記構成によれば、熱伝導率が高いアルミ材によりハウジングが形成されるので、オイル経路４を流れるオイルと、冷却水路を流れる冷媒の熱交換が効率よく行われる。
（変形例）
上記実施形態では、並設経路６１の第４端部６６にステータ冷却経路６２を接続する構成としたが、図７のように、冷却経路５がモータハウジング２の側面部３１と底部１２を交互に蛇行しながら形成してもよい。詳しくは、モータハウジング２の側面部には、Ｕ字状のステータ冷却経路６２が複数（図７では６つ）形成される。そして、モータハウジング２の底部には、ステータ冷却経路６２同士をつなぐようにしてＣ字状の並設経路６１が複数（図７では５つ）形成される。

上記実施形態において、ステータ冷却経路６２は、ステータ２２の周囲に配設されならば形状は問わない。

上記実施形態において、並設経路６１は、オイル経路４と並設されるならば形状は問わない。

上記実施形態において、オイル経路４は、並設経路６１と並設されるならば形状は問わない。

上記実施形態において、オイルポンプ５３は、オイルパン５２に貯蔵されたオイルを圧送したが、オイルポンプ５３は、オイルパン５２が存在せず、オイルを圧送してもよい。

上記実施形態において、オイルポンプ５３は、ロータ２３を動力として駆動してが、別の動力源を用いてもよい。

上記実施形態では、並設領域６４で冷却水とオイルが同じ方向に流れるようにしたが、並設領域６４で冷却水とオイルの流れる方向を反対にしてもよい。

上記実施形態では、モータ部３を動力としてオイルポンプ５３を駆動したが、別の動力源によりオイルポンプ５３を駆動してもよい。

１ 電動モータ
２ モータハウジング（ハウジングの一例）
３ モータ部（モータの一例）
４ オイル経路
５ 冷却経路
１１ モータ室
１２ 底部
２２ ステータ
２３ ロータ
３２ 排出孔
３３ 溝部
３４ 円環プレート
４１ 第１遮断壁
４２ オイル供給孔
４３ 第１端部
４４ 第２端部
４６ 吐出孔
５１ オイル循環機構
６１ 並設経路
６２ ステータ冷却経路
６３ 第２遮断壁
６４ 並設領域
６５ 第３端部
６６ 第４端部
６７ 供給ポート
６８ 排出ポート
７１ 冷却水循環機構

Claims (7)

1. ハウジングと、
   前記ハウジング内に配設され、コイルが巻回される円環状のステータと、回転自在に保持されるロータとを備えたモータと、
   前記ハウジングに形成され、前記モータに対してオイルを供給することにより前記モータの冷却を行うオイル経路と、
   前記オイル経路と並設され、冷媒が流れる冷却経路と、を備え、
   前記オイルは、前記オイル経路と前記冷却経路が並設された並設領域で前記冷媒と熱交換を行う
   モータ冷却構造。
2. 前記並設領域は、前記ロータの径方向において、前記ステータと重合しない位置に配設される
   請求項１に記載のモータ冷却構造。
3. 前記オイル経路は、前記ステータの重力方向上側半分に向けてオイルを供給する複数の吐出孔をさらに有する
   請求項１又は請求項２に記載のモータ冷却構造。
4. 前記吐出孔は、前記ステータと軸方向に対向するよう形成される
   請求項３に記載のモータ冷却構造。
5. 前記並設領域では、前記冷媒と前記オイルが同じ方向に流れる
   請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のモータ冷却構造。
6. 前記オイルは、並設領域を通過した後に前記モータに供給される
   請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のモータ冷却構造。
7. 前記冷却経路は、前記ステータの周囲に配設される
   請求項１から請求項６のいずれか一項に記載のモータ冷却構造。

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