JP2019097347A - 回転電機の冷却構造及びこれを備えた車両 - Google Patents

Abstract

【課題】ステータコイル等に対する冷媒の冷却効率を向上させること。【解決手段】ステータ２０とハウジング１６との間に配置され、ステータ２０の外周に接して設けられるステータホルダ２２と、ステータ２０からロータシャフト１４の軸方向に沿って突出して設けられたコイルエンド２８と、コイルエンド２８の上方からコイルエンドに向かって冷媒を滴下する滴下口４０と、ステータホルダ２２に設けられ、コイルエンド２８の延在方向に向かって延出する延出部４２とを備え、延出部４２は、滴下口４０からコイルエンド２８に向かって滴下されてコイルエンド２８から跳ね返った冷媒をさらにコイルエンド２８に戻している。【選択図】図１

Description

本発明は、回転電機の冷却構造及びこれを備えた車両に関する。

例えば、特許文献１には、回転電機の冷却構造が開示されている。この冷却構造は、冷媒路と、飛散部とを備えている。

冷媒路は、供給された冷媒を、回転軸の内部からロータの内部を経由してロータ外面に形成された吐出口まで導入している。飛散部は、吐出口から吐出された冷媒が衝突する部位であって、衝突した冷媒を飛散して跳ね返している。

特開２０１４−２３２９７号公報

ところで、特許文献１に開示された回転電機の冷却構造では、供給された冷媒によってロータを先に冷却した後、吐出口から吐出された冷媒を飛散部によって跳ね返してステータコイル等に導入するようにしている。

従って、特許文献１に開示された回転電機の冷却構造は、ステータコイル等に対する冷媒の冷却効率が低下するおそれがある。

本発明は、前記の点に鑑みてなされたものであり、ステータコイル等に対する冷媒の冷却効率を向上させることが可能な回転電機の冷却構造及びこれを備えた車両を提供することを目的とする。

前記の目的を達成するために、本発明は、内部空間を有するハウジングと、前記内部空間内に収容されるステータ、ロータ及びシャフトを有する回転電機の冷却構造であって、前記ステータと前記ハウジングとの間に配置され、前記ステータの外周に接して設けられるステータホルダと、前記ステータから前記シャフトの軸方向に沿って突出して設けられたコイルエンドと、前記コイルエンドの上方から前記コイルエンドに向かって冷媒を送出する冷媒送出部と、前記ステータホルダに設けられ、前記コイルエンドの延在方向に向かって延出する延出部と、を備え、前記延出部は、前記冷媒送出部から前記コイルエンドに向かって送出されて前記コイルエンドから跳ね返った冷媒をさらに前記コイルエンドに戻すことを特徴とする。

本発明では、ステータコイル等に対する冷媒の冷却効率を向上させることが可能な回転電機の冷却構造及びこれを備えた車両を得ることができる。

動力装置に組み込まれた本発明の実施形態に係る電動機を車両後方からみた断面図である。 図１に示すＡ部の部分拡大断面図である。 ステータホルダの延出部の第１変形例を示す部分拡大断面図である。 ステータホルダの延出部の第２変形例を示す部分拡大断面図である。 ステータホルダの延出部の第３変形例を示す断面図である。 ステータホルダの延出部の第４変形例を示す断面図である。

次に、本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は、動力装置に組み込まれた本発明の実施形態に係る電動機を車両後方からみた断面図、図２には、図１に示すＡ部の部分拡大断面図である。なお、各図において、「前後」は、車両前後方向、「左右」は、左右方向（車幅方向）、「上下」は、車両上下方向（鉛直上下方向）をそれぞれ示している。

本実施形態では、電気自動車（車両）のパワーユニットとして使用される動力装置１０に電動機（回転電機）１２が組み込まれた例を挙げて以下説明する。なお、車両は、電気自動車に限定されるものではなく、例えば、ハイブリッド自動車やプラグインハイブリッド自動車等の他の車両にも適用することが可能である。

この動力装置１０は、電気自動車に搭載されて電力を回転力に変換すると共に、変換された回転力を駆動輪に伝達し、電気自動車を駆動させるための駆動源として機能する。

図１に示されるように、動力装置１０は、左右方向に沿って延在するロータシャフト１４を有する電動機１２を備えている。この電動機１２は、電気エネルギをロータシャフト１４の回転運動に変換するものである。

電動機１２は、ロータシャフト（シャフト）１４と、ハウジング１６と、ロータ１８及びステータ２０と、ステータホルダ２２とを備えて構成されている。ロータシャフト１４は、ハウジング１６に配置されたベアリング２６ａ、２６ｂを介して回転自在に軸支されている。ステータ２０には、該ステータ２０からロータシャフト１４の軸方向に沿って突出する左右のコイルエンド２８、２８が設けられている。

ハウジング１６は、一体的に構成されたセンタハウジング部３０と、左右のサイドハウジング部３２、３２とを有する。ハウジング１６の内部には、ロータ１８及びステータ２０等を収容するモータ室（内部空間）３４が形成されている。ハウジング１６の上部には、向かって右側のコイルエンド２８に向かって冷媒を送給する冷媒供給路３６がロータシャフト１４の軸方向に沿って延在している。

図面に向かって右側のサイドハウジング部３２には、センタハウジング部３０側からロータシャフト１４側に向かって立ち下がる傾斜面部３８が設けられている。この傾斜面部３８には、センタハウジング部３０から延在する冷媒供給路３６によって送給された冷媒をコイルエンド２８に向かって滴下する滴下口４０が設けられている。この滴下口４０は、コイルエンド２８の右斜め上方に位置している。なお、滴下口４０及び冷媒供給路３６は、請求項の「コイルエンドに向かって冷媒を送出する冷媒送出部」として機能するものである。

ステータホルダ２２は、ステータ２０とハウジング１６との間に配置され、ステータ２０の外周に接するように略円筒状に構成されている。ステータホルダ２２には、ステータ２０（ステータコア）の端面からコイルエンド２８の延在方向に向かって所定長だけ延出（突出する）する延出部４２が設けられている。この延出部４２は、ステータホルダ２２のコイルエンド２８側の端面をロータシャフト１４の軸方向と略平行に所定長だけ延長したものである。

内側に位置するステータホルダ２２と外側に位置するハウジング１６との間には、周方向に沿って延在しその断面が長尺な矩形状の孔部からなる冷媒ジャケット（冷却水路）４４が設けられている。ハウジング１６と接するステータホルダ２２の外周側には、冷媒ジャケット４４を流通する冷媒（冷却水）を封止する左右一対のシール部材４６ａ、４６ｂが配置されている。この一対のシール部材４６ａ、４６ｂは、冷媒ジャケット４４に沿って周方向に沿って環状に設けられている。また、この一対のシール部材４６ａ、４６ｂは、ロータシャフト１４の軸方向に沿った一側及び他側のそれぞれ両方に配置されている（図１参照）。

ロータ１８は、ロータシャフト１４に固定される図示しない複数の鋼板と、複数の鋼板間に設けられた永久磁石４８（図５参照）とを備え、ステータ２０が生成する回転磁界によって回転するように設けられている。

ステータ２０は、センタハウジング部３０の内周面に圧入された円環状のステータコア（図示せず）と、ステータコアに巻回されるステータコイルとを備えている。ステータコイルの左右側の端面から突出した導線部分によってコイルエンド２８が構成される。このコイルエンド２８は、図示しないティースに巻回された導線を折り返した部分によって形成される。

本実施形態に係る電動機１２は、基本的に以上のように構成されるものであり、次にその作用効果について説明する。

先ず、冷媒の流通経路について説明する。
図示しないポンプにより圧送された冷媒は、ハウジング１６の上部に位置する冷媒供給路３６に供給される。さらに、冷媒は、冷媒供給路３６を流通して傾斜面部３８に形成された滴下口４０からコイルエンド２８に向かって滴下される。冷媒能力を向上させるために冷媒の供給量を増大させた場合、滴下口４０からコイルエンド２８に滴下された冷媒は、コイルエンド２８の外表面によってはじかれてしまう。このため、冷媒は、コイルエンド２８の巻線に沿って下方側に垂らすことができないので、ステータコイルの冷却能力が向上しない不具合がある。

そこで、本実施形態では、図２の破線矢印に示されるように、傾斜面部の滴下口４０からコイルエンド２８に向かって冷媒が滴下され、一旦、コイルエンド２８から跳ね返った冷媒を延出部４２に当接させる。続いて、延出部４２に当接した冷媒を延出部４２の内面で下方のコイルエンド２８側に落下させて冷媒をコイルエンド２８に戻すことができる。

このように本実施形態では、ステータホルダ２２に延出部４２を設け、コイルエンド２８に滴下して跳ね返った冷媒をこの延出部４２によって捕捉することができると共に、延出部４２で捕捉した冷媒をさらにコイルエンド２８側に落下させてコイルエンド２８に戻す（溜める）ことができる。

ステータホルダ２２の延出部４２で捕捉された後、冷媒は、コイルエンド２８側に落下してコイルエンド２８に溜まる構造となっている（図２中の網点参照）。このため、滴下する冷媒の供給量を増大させた場合、延出部４２で捕捉されてコイルエンド２８に落下した冷媒を、コイルエンド２８で溜めると共に、さらに、コイルエンド２８に溜まった冷媒をコイルエンド２８の巻線に沿わせながら下方側に向かって垂らすことができる。この結果、本実施形態では、ステータコイル等に対する冷媒の冷却効率を向上させることができる。

次に、ステータホルダ２２の延出部４２の変形例を図３〜図６に示す。

図３に示されるように、第１変形例に係る延出部４２ａは、その延出方向の先端に、コイルエンド２８に向けて下方側に突出する返し部５０を備えている。断面略Ｌ字状を呈する返し部５０を設けることで、冷媒のコイルエンド２８から離間する方向への跳ね返りを防止すると共に、コイルエンド２８側に冷媒を容易に溜めることができる。

図４に示されるように、第２変形例に係る延出部４２ｂは、ハウジング１６と接する延出部４２ｂの外周側に、冷媒ジャケット４４を流通する冷媒（冷却水）を封止する一対のシール部材４６ａ、４６ｂを配置している。これにより、本実施形態では、図２と比較してロータシャフト１４の軸方向に沿って冷媒ジャケット４４の横幅を増大させることができる。この結果、本実施形態では、冷媒（冷却水）による冷却能力を向上させることができる。

図５に示されるように、第３変形例に係る延出部４２ｃは、周方向の内側に鉛直下方向に向かって延びる一対のガイド壁５２、５２を設けている。この一対のガイド壁５２、５２は、例えば、周方向に沿って飛び跳ねた冷媒をガイド壁５２で捕捉し、コイルエンド２８に落下させることができる。この結果、本実施形態は、周方向への冷媒の飛び跳ねを防止すると共に、コイルエンド２８側に冷媒を容易に溜めることができる。

図６に示されるように、第４変形例に係る延出部４２ｄは、モータ室３４の鉛直下方向に冷媒を貯留する囲い壁５４を設けている。この囲い壁５４は、延出部４２ｄの延出方向の端部から鉛直上方向に向かって断面略Ｌ字状に立ち上がる屈曲壁で構成されている。本実施形態では、この囲い壁５４を設けることで、囲い壁５４内に冷媒を貯留することができる。この結果、本実施形態では、右側のコイルエンド２８の下部側を、囲い壁５４内に貯留された冷媒内に埋没（油没）させることができ、ステータコイルの冷却性能をより一層向上させることができる。

このような動力装置１０を図示しない車両に搭載することで、ステータコイル等に対する冷媒の冷却効率を向上させることが可能な車両を得ることができる。

１２ 電動機（回転電機）
１４ ロータシャフト（シャフト）
１６ ハウジング
１８ ロータ
２０ ステータ
２２ ステータホルダ
２８ コイルエンド
３４ モータ室（内部空間）
３６ 冷媒供給路（冷媒送出部）
４０ 滴下口（冷媒送出部）
４２、４２ａ〜４２ｄ 延出部
４４ 冷媒ジャケット
４６ａ、４６ｂ シール部材
５０ 返し部
５２ ガイド壁
５４ 囲い壁

Claims (6)

1. 内部空間を有するハウジングと、前記内部空間内に収容されるステータ、ロータ及びシャフトを有する回転電機の冷却構造であって、
   前記ステータと前記ハウジングとの間に配置され、前記ステータの外周に接して設けられるステータホルダと、
   前記ステータから前記シャフトの軸方向に沿って突出して設けられたコイルエンドと、
   前記コイルエンドの上方から前記コイルエンドに向かって冷媒を送出する冷媒送出部と、
   前記ステータホルダに設けられ、前記コイルエンドの延在方向に向かって延出する延出部と、
   を備え、
   前記延出部は、前記冷媒送出部から前記コイルエンドに向かって送出されて前記コイルエンドから跳ね返った冷媒をさらに前記コイルエンドに戻すことを特徴とする回転電機の冷却構造。
2. 請求項１記載の回転電機の冷却構造において、
   前記延出部は、前記コイルエンドに向けて下方側に突出する返し部を有することを特徴とする回転電機の冷却構造。
3. 請求項１又は請求項２記載の回転電機の冷却構造において、
   前記ステータホルダと前記ハウジングとの間には、冷媒ジャケットが設けられ、
   前記ハウジングと接する前記延出部の外周側には、前記冷媒ジャケットを流通する冷媒を封止するシール部材が配置されていることを特徴とする回転電機の冷却構造。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載の回転電機の冷却構造において、
   前記延出部の周方向には、前記延出部から鉛直下方向に向かって延びるガイド壁を有することを特徴とする回転電機の冷却構造。
5. 請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載の回転電機の冷却構造において、
   前記モータ室の鉛直下方向には、前記延出部の延出方向の端部から鉛直上方向に向かって屈曲して冷媒を貯留する囲い壁が設けられていることを特徴とする回転電機の冷却構造。
6. 請求項１乃至請求項５のいずれか１項記載の回転電機の冷却構造を備えることを特徴とする車両。

Images