JP2019106804A - 回転電機の冷却構造 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構造で冷却効率が高い回転電機の冷却構造を提供する。【解決手段】回転電機１０は、ステータコア１６を備えるステータ１２と、ステータ１２の内周側に配置されたロータ１４とを備える。回転電機の冷却構造１００は、柔軟性を有し冷却液が流れるウォータジャケット４２を内部に含む冷却エレメントケース３４を備え、ウォータジャケット４２がステータコア１６に直接、又は、回転電機ケース３２を介して圧接するように、冷却エレメントケース３４が配置されている。【選択図】図１

Description

本発明は、回転電機の冷却構造、特にステータコアの外周を効率良く冷却する冷却構造に関する。

従来、ハイブリッド自動車や電気自動車などの電動車両に搭載され、電動機や発電機として機能する回転電機が知られている。このような回転電機は、ステータの内周側にロータが設けられている。回転電機のステータコアは、使用に伴いステータ電流により高温になるため、冷却を行う必要がある。

特許文献１には、ステータの内周側にロータが設けられた電動機の冷却構造に関し、電動機の周囲に配置された電動機のケースに水路（流路）を設け、その水路に冷却液を流すことで電動機のステータを冷却することが記載されている。

特開平１１−３４１７４４号公報

回転電機のケース（回転電機ケース）に冷却液の流路を形成する場合、ケースの加工が複雑で、コストも高くなる。また、ケースの流路と回転電機との間には、所定の厚みのケースの壁板が介在するので、回転電機の冷却効率に改善の余地がある。

そこで、本発明の目的は、簡易な構造で冷却効率が高い回転電機の冷却構造を提供することにある。

本発明の回転電機の冷却構造は、ステータコアを備えるステータと、前記ステータの内周側に配置されたロータとを備える回転電機を冷却するための回転電機の冷却構造であって、柔軟性を有し冷却液が流れるウォータジャケットを内部に含む冷却エレメントケースを備え、前記ウォータジャケットが前記ステータコアに直接、又は、回転電機ケースを介して圧接するように、前記冷却エレメントケースが配置されている、ことを特徴とする。

本発明によれば、柔軟性を有するウォータジャケットがステータコアに直接、又は、回転電機ケースを介して圧接されることで、ウォータジャケットがそれらに密着するため、ウォータジャケットに流れる冷却液によりステータコアを効率良く冷却することができる。また、ウォータジャケットをステータコアに直接、又は、回転電機ケースを介して圧接するように冷却エレメントケースを配置すればよく、構造が簡易である。

回転電機の冷却構造を回転電機の軸方向の一方側から見たときの模式構成図である。 ウォータジャケットの一例を示す斜視図である。 別の実施形態における回転電機の冷却構造を回転電機の軸方向の一方側から見たときの模式構成図である。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。

図１は、回転電機の冷却構造１００を回転電機１０の軸方向の一方側から見たときの模式構成図である。回転電機１０は回転電機ケース３２内に配置されおり、回転電機ケース３２は、回転電機１０のステータコア１６の外周面に密着している。回転電機ケース３２は、軸方向の一方側が開口するように構成されており、開口は蓋部（不図示）によって閉じられる。図１には、回転電機ケース３２の蓋部を外した状態の回転電機１０が描かれている。

回転電機１０、及び、回転電機の冷却構造１００は、ハイブリッド自動車や電気自動車などの電動車両に搭載されている。回転電機１０は、車両が力行するときは電動機として機能する一方、車両が制動時にあるときは発電機として機能するモータ・ジェネレータである。図１に示すように、回転電機１０は、ステータ１２と、その内周側に設けられたロータ１４とを備える。

ステータ１２は、ステータコア１６と、ステータコア１６に巻回されたステータコイルとを備える。ステータコア１６は、環状の磁性体部品であり、複数の珪素鋼鈑（電磁鋼鈑）が積層されて構成されている。ステータコア１６は、環状で外周側に配設されるヨーク１８と、ヨーク１８から内径側に突出し周方向に間隔をおいて設けられたティース（不図示）を有する。ステータコイルは、隣接するティースの間の空間であるスロット（不図示）に挿通されてティースに巻回されている。図１には、ステータコア１６の端面から突出したステータコイルの部分であるコイルエンド２０が示されている。

ロータ１４は、ロータコア２２と、ロータコア２２内に配設された永久磁石（不図示）とを備える。ロータコア２２は回転軸２４に軸支されており、回転軸２４は、回転電機ケース３２に配置された軸受け（不図示）に回転可能に支持されている。

図１に示すように、ロータ１４は、ステータ１２の内周側に間隙２６をあけて配置されている。ステータコア１６には、径方向に突出した３つの取付部２７が設けられている。ボルト３０を、取付部２７に設けられた孔２８に通過させた後、回転電機ケース３２の軸方向の端面に固定することで、ステータ１２が回転電機ケース３２に取り付けられている。

回転電機１０は、使用に伴いステータコイルに電流が流れることでステータコア１６が高温になるため、ステータコア１６を冷却する必要がある。そのため、本実施形態では、ステータコア１６を冷却する回転電機の冷却構造１００を設けている。

図１に示すように、本実施形態の回転電機の冷却構造１００は、冷却エレメントケース３４と、冷却エレメントケース３４内に冷却液を取り入れる外部配管３６と、冷却エレメントケース３４内から冷却液を排出させる外部配管３９と、ポンプ（不図示）と、ラジエータ（不図示）とを備える。回転電機の冷却構造１００は、冷却液の循環流路を有し、冷却液の循環流路は、ポンプ、外部配管３６、冷却エレメントケース３４、外部配管３９、ラジエータ、そしてポンプに戻るように形成されている。

冷却エレメントケース３４は、外部配管３６，３９の各々が接続されるコネクタ３７，４０を備える。冷却エレメントケース３４は、コネクタ３７，４０の各々に接続された内部配管３８，４１と、一端が内部配管３８に接続され他端が内部配管４１に接続されたウォータジャケット４２とを内部に含む。ウォータジャケット４２は、内部を冷却液が流れる管状の部材である。冷却エレメントケース３４は、例えば、樹脂や金属で形成されている。内部配管３８，４１も、例えば、樹脂や金属で形成されており剛性を有する。一方、ウォータジャケット４２は、例えば、合成ゴム等によって形成されており柔軟性を有する。このように、ウォータジャケット４２が柔軟性を有するため、後で詳述するように、本実施形態の回転電機の冷却構造１００は、ウォータジャケット４２が回転電機ケース３２の外周面５２に沿って圧接状態で密着するという特徴を有する。

図１に示すように、冷却エレメントケース３４は、トランスアクスルケース７０に固定されている。具体的には、複数のボルト４４を、トランスアクスルケース７０に設けられた孔４６に通過させ、冷却エレメントケース３４に設けられた締結孔（不図示）に螺合させることで、冷却エレメントケース３４は、トランスアクスルケース７０に固定されている。なお、冷却エレメントケース３４は、トランスアクスルケース７０以外の部材に固定されていてもよい。冷却エレメントケース３４がトランスアクスルケース７０等に固定されることで、冷却エレメントケース３４が回転電機ケース３２に接して配置されている。ウォータジャケット４２は冷却エレメントケース３４から側面が張り出して収納されているので、上記固定時には、冷却エレメントケース３４の内部のウォータジャケット４２が、回転電機ケース３２の外周面５２に沿って圧接状態で密着している。

ここで、回転電機１０の冷却動作について説明する。ポンプから送り出された冷却液は、外部配管３６を通って冷却エレメントケース３４内に流れ込む。そして、冷却液は、冷却エレメントケース３４内の内部配管３８を通ってウォータジャケット４２に達し、冷却液がウォータジャケット４２内を流れることにより回転電機ケース３２を介してステータコア１６の外周面を冷却する。換言すれば、冷却液とステータコア１６との間で熱交換をすることで、ステータコア１６を冷却する。熱交換により温められた冷却液は、ウォータジャケット４２から内部配管４１に入り、内部配管４１を通って冷却エレメントケース３４から排出される。そして、冷却液は、外部配管３９を通ってラジエータに送り込まれ、ラジエータにより冷却される。ラジエータにより冷却された冷却液は、ポンプに送られて、再び外部配管３６を通って冷却エレメントケース３４に送り込まれる。このように、冷却液が循環流路を循環することによって、回転電機のステータコア１６が冷却される。

ここで、本実施形態のウォータジャケット４２の特徴について、さらに詳しく説明する。図１に示すように、内部配管３８，４１の各々は回転電機１０の軸方向と直交する方向（図１の左右方向）に突出した部分（突出部６６，６８）を有し、突出部６６，６８の各々にウォータジャケット４２が接続されている。図２は、内部配管３８，４１の突出部６６，６８に接続されたウォータジャケット４２を示す斜視図であり、冷却エレメントケース３４が回転電機ケース３２に組み付けられる前のウォータジャケット４２の状態を示す斜視図である。図２に示すように、内部配管３８の突出部６６は軸方向に沿って分岐しており、同様に、内部配管４１の突出部６８は軸方向に沿って分岐している。そして、突出部６６の分岐した各々の端部から、突出部６８の分岐した各々の端部に向かって、ウォータジャケット４２が架け渡されている。なお、図２では、一例として、突出部６６，６８の分岐の数は４つであり、ウォータジャケット４２の数は４つとなっているが、分岐の数およびウォータジャケット４２の数はそれ以外の数であってもよい。

冷却エレメントケース３４を組み付ける際には、冷却エレメントケース３４を回転電機ケース３２に向かって押し込んで配置することで、剛性を有する内部配管３８，４１の突出部６６，６８により、元々、冷却エレメントケース３４から張り出して配置されている４つのウォータジャケット４２が回転電機ケース３２の外周面５２に向かって押圧状態で密着する。すなわち、柔軟性を有するウォータジャケット４２が回転電機ケース３２の外周面５２に圧接し、ウォータジャケット４２が回転電機ケース３２の外周面５２に沿って密着する。換言すれば、柔軟性を有するウォータジャケット４２が回転電機ケース３２を介してステータコア１６の外周面に圧接し、ウォータジャケット４２が回転電機ケース３２を介してステータコア１６の外周面に沿って密着する。よって、ウォータジャケット４２に冷却液を流した際には、ステータコア１６を効率良く冷却することができる。

次に、本実施形態の回転電機の冷却構造１００の作用効果について説明する。

本実施形態の回転電機の冷却構造１００は、柔軟性を有するウォータジャケット４２が回転電機ケース３２を介してステータコア１６に圧接するように冷却エレメントケース３４が配置されている。よって、ウォータジャケット４２が回転電機ケース３２を介してステータコア１６の外周面に沿って密着するため、ウォータジャケット４２に流れる冷却液によりステータコア１６を効率良く冷却することができる。また、合成ゴム等から形成されるウォータジャケット４２は、その流路の壁を薄くする（例えば薄膜のような状態にする）ことも可能であり、その場合には、冷却液の流路と回転電機ケース３２とが著しく接近し、ステータコア１６の冷却効率を一段と高めることができる。

また、本実施形態の回転電機の冷却構造１００によれば、ウォータジャケット４２を回転電機ケース３２に圧接するように冷却エレメントケース３４を配置することで、ステータコア１６を冷却できるので、冷却構造が非常に簡易である。

また、本実施形態の回転電機の冷却構造１００によれば、ウォータジャケット４２により回転電機ケース３２の外周面５２が支持されるので、回転電機ケース３２および回転電機１０の振動やノイズを効果的に抑制することができる。

なお、以上説明した実施形態の回転電機の冷却構造１００は、ウォータジャケット４２が柔軟性を有していたが、ウォータジャケット４２は剛性を有するもの（硬い構造体）であってもよい。この場合であっても、ウォータジャケット４２を回転電機ケース３２の外周面５２に沿って密着させることで、ステータコア１６を効率良く冷却することができる。

図３は、別の実施形態における回転電機の冷却構造１０２を回転電機１０の軸方向の一方側から見たときの模式構成図である。図３では、図１と同様の部材には同じ符号を付してあり、図１と同様の構造については説明を省略する。この実施形態でも、冷却エレメントケース３４はトランスアクスルケース７０に固定されている。具体的には、複数のボルト４４を、冷却エレメントケース３４に設けられた孔５８とトランスアクスルケース７０に設けられた孔４６に通過させてナット６０に螺合させることで、冷却エレメントケース３４がトランスアクスルケース７０に固定されている。

この実施形態では、ステータコア１６の外周面５４の一部が露出するように、回転電機ケース３２の外周壁に孔６２が設けられている。そして、冷却エレメントケース３４が、その孔６２を通してステータコア１６の外周面５４に接するように配置されている。すなわち、柔軟性を有するウォータジャケット４２がステータコア１６の外周面５４に直接、圧接するように、冷却エレメントケース３４が配置されている。これにより、ウォータジャケット４２がステータコア１６の外周面５４に沿って密着している。このように、ウォータジャケット４２をステータコア１６の外周面５４に直接密着させることで、ウォータジャケット４２の冷却液により、ステータコア１６をさらに効率良く冷却することができる。

１０ 回転電機、１２ ステータ、１４ ロータ、１６ ステータコア、１８ ヨーク、２０ コイルエンド、２２ ロータコア、２４ 回転軸、２６ 間隙、２７ 取付部、２８ 孔、３０ ボルト、３２ 回転電機ケース、３４ 冷却エレメントケース、３６，３９ 外部配管、３７，４０ コネクタ、３８，４１ 内部配管、４２ ウォータジャケット、４４ ボルト、４６ 孔、５２，５４ 外周面、５８ 孔、６０ ナット、６２ 孔、６６，６８ 突出部、７０ トランスアクスルケース、１００，１０２ 回転電機の冷却構造。

Claims (1)

1. ステータコアを備えるステータと、前記ステータの内周側に配置されたロータとを備える回転電機を冷却するための回転電機の冷却構造であって、
   柔軟性を有し冷却液が流れるウォータジャケットを内部に含む冷却エレメントケースを備え、
   前記ウォータジャケットが前記ステータコアに直接、又は、回転電機ケースを介して圧接するように、前記冷却エレメントケースが配置されている、
   ことを特徴とする回転電機の冷却構造。