JP2020068578A - モータの冷却構造 - Google Patents

Abstract

【課題】ロータコアの巻線部の全体を均一に冷却してモータの効率や耐久寿命の低下を効果的に防ぐことができるモータの冷却構造を提供すること。【解決手段】ケース２内に固定されたリング状のステータ４と、該ステータ４の内部に回転可能に配置されたロータコア５を備え、前記ロータコア５の回転中心が上下方向となるよう横置き状態で配置されたモータ３の冷却構造として、前記ロータコア５の巻線６の直上に、内部にリング状のオイル通路Ｓが形成された冷却デバイス２０を配置し、該冷却デバイス２０に供給されるオイルを当該冷却デバイス２０の底面に形成された複数のスリッド２２ａから前記ロータコア５の巻線６に向けて滴下するよう構成する。冷却デバイス２０の底壁を、回転可能なリング状のプレート２２で構成し、該プレート２２に複数のスリッド２２ａを形成するとともに、同プレート２２の上面に複数のブレード２３を立設する。【選択図】図１

Description

本発明は、油冷方式によってロータコア等の発熱部品を強制冷却するようにしたモータの冷却構造に関する。

従来から、モータは様々な分野で動力源としての用途に供されているが、特に電気自動車（ＥＶ車）やハイブリッド車（ＨＥＶ車）に搭載される高出力のモータにおいては、ロータコアの巻線等が通電によって発熱する。このようにロータコアの巻線が発熱してその温度が高くなると、モータの効率や耐久寿命の低下を招くため、ロータコアの巻線を冷却してその温度上昇を抑える必要がある。このため、モータの冷却構造が今までに種々提案されている。例えば、特許文献１には、モータのロータコア（ロータコイルのコイルエンド部）を冷却するための冷却構造が提案されている。

この冷却構造は、ロータコアの回転中心が横向き（水平）となるよう縦置き状態で配置されたモータに対して適用されるものであって、モータ内の底部にはオイルを貯留するためのオイル溜り部（オイルバス）が形成されている。そして、このオイル溜り部から導出するオイル通路は、モータケース内を垂直に立ち上がってステータの上方に水平に延設されており、その水平に延びる部分の左右２箇所にはオイル出口が開口している。

斯かる冷却構造において、モータが起動されてロータコアが回転すると、オイルポンプが駆動されてオイルがオイル通路に沿って流れ、このオイルは、オイル通路に開口する左右のオイル出口からロータコアのコイルエンド部へと噴き付けられる。このため、ロータコアのコイルは、オイルによって冷却されてその温度上昇が抑えられる。

特願２０１０−２５９２０７号公報

しかしながら、特許文献１において提案されたモータの冷却構造においては、オイルがロータコアのコイルの主に上部へと噴き付けられるため、コイルの上部のみが主体的に冷却され、下半部が十分に冷却されないという問題がある。また、コイルの下半部は、上部を冷却して温度が高くなったオイルによって冷却されるために冷却効果が低いことも該コイルの下半部の冷却が十分になされない要因となっている。

したがって、ロータコアのコイルが全周に亘って均一に冷却されず、該コイルの下半部の温度が局部的に高くなるためにモータの効率や耐久寿命等の点で改善の余地が残されている。

本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、その目的は、ロータコアの巻線部の全体を均一に冷却してモータの効率や耐久寿命の低下を効果的に防ぐことができるモータの冷却構造を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明は、ケース（２）内に固定されたリング状のステータ（４）と、該ステータ（４）の内部に回転可能に配置されたロータコア（５）を備え、前記ロータコア（５）の回転中心が上下方向となるよう横置き状態で配置されたモータ（３）の冷却構造であって、前記ロータコア（５）の巻線（６）の直上に、内部にリング状のオイル通路（Ｓ）が形成された冷却デバイス（２０）を配置し、該冷却デバイス（２０）に供給されるオイルを当該冷却デバイス（２０）の底面に形成された複数のスリッド（２２ａ）から前記ロータコア（５）の巻線（６）に向けて滴下するよう構成したことを特徴とする。

本発明にかかるモータの冷却構造によれば、冷却デバイスのリング状のオイル通路に供給されるオイルが当該冷却デバイスの底面に形成された複数のスリッドからロータコアの巻線に向けて滴下するため、通電によって発熱する巻線がオイルによって全周に亘って均一に冷却される。この場合、横置きされたモータのロータコアの上下方向高さは、縦置きされたモータのロータコアのそれよりも低いため、オイルの巻線に沿う落下距離が短縮され、巻線の上下における温度差は殆ど生じない。このように、モータの発熱部品であるロータコアの巻線の全体が全周に亘って均一に冷却されてその温度上昇が低く抑えられるため、発熱によるモータの効率や耐久寿命の低下を効果的に防ぐことができる。

また、本発明では、前記冷却デバイス（２０）の底壁を、回転可能なリング状のプレート（２２）で構成し、該プレート（２２）に複数の前記スリッド（２２ａ）を形成するとともに、同プレート（２２）の上面に複数のブレード（２３）を立設してもよい。

この構成によれば、冷却デバイスのオイル通路に供給されるオイルの流れをブレードが受けてプレートがオイル通路内で回転するため、この回転するプレートに形成された複数のスリッドからオイルがロータコアの巻線に全周に亘って一層均一に滴下する。このため、巻線がオイルによって周方向に均一に冷却される。

また、本発明では、前記ケース（２）内の底部に溜まるオイルを吸引して加圧するオイルポンプ（２６）を設け、該オイルポンプ（２６）の吐出側を前記冷却デバイス（２０）のオイル通路（Ｓ）に接続してもよい。

この構成によれば、ロータコアの巻線の冷却に供されてケース内の底部に溜まったオイルがオイルポンプに吸引され、このオイルは、オイルポンプによって加圧されて再び冷却デバイスへと供給されてロータコアの巻線の冷却に供され、このような作用が繰り返されることによって、ロータコアの巻線がオイルによって連続的に冷却されてその温度上昇が低く抑えられる。

また、本発明では、前記冷却デバイス（２０）の外周に、該冷却デバイス（２０）のオイル通路（Ｓ）にオイルを接線方向に噴出する噴出ノズル（２４）を取り付けてもよい。

この構成によれば、噴出ノズルからオイルが冷却デバイスのオイル流路に向って接線方向に噴射するため、このオイルがプレートのブレードに効率良く作用して該プレートをスムーズに回転させる。この結果、回転するプレートに形成された複数のスリッドからオイルがロータコアの巻線に全周に亘って一層均一に滴下し、巻線がオイルによって周方向に均一に冷却される。

また、本発明では、前記冷却デバイス（２０）の外周にステー（２１）を固定し、該ステー（２１）を介して前記冷却デバイス（２０）を前記ケース（２）の内周壁に略水平に取り付けてもよい。

この構成によれば、冷却デバイスを、これの外周に固定されたステーによってケースの内周壁に簡単かつ確実に取り付けることができる。

本発明にかかるモータの冷却構造によれば、ロータコアの巻線部の全体を均一に冷却してモータの効率や耐久寿命の低下を効果的に防ぐことができる。

本発明に係る冷却構造を備えたモータを含む変速機の縦断面図である。 本発明に係る冷却構造を備えたモータと冷却デバイスの斜視図である。 冷却デバイスを斜め下方から見た斜視図である。 冷却デバイスのプレートを斜め上方から見た斜視図である。 本発明に係るモータの冷却構造のシステム構成図である。

以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。

図１は本発明に係る冷却構造を備えたモータを含む変速機の縦断面図であり、図示の変速機１は、電気自動車（ＥＶ車）に搭載されるものであって、ケース２内の底部には、駆動源であるモータ３がその回転中心（後述のロータコア５の回転中心）が上下方向となるよう横置き状態で配置されている。ここで、モータ３は、ケース２に固定されたステータ４と、該ステータ４の内部に回転可能に配置されたロータコア５を備えており、ロータコア５の外周部には巻線（セグメントコイル）６が巻装されている。

そして、モータ３のロータコア５の中心を貫通して該ロータコア５と共に回転する中空の出力軸（モータ軸）７は、ケース２内に垂直に配置されており、その上下端は、上下の軸受（ボールベアリング）８，９によってケース２に回転可能に支持されている。また、ケース２内には、垂直な中空の入力軸１０が出力軸７と平行に配置されており、この入力軸１０の上下端は、上下の軸受（テーパローラベアリング）１１，１２によってケース２に回転可能に支持されている。

上記出力軸７の上側の軸受８に近い上端部には、小径の変速ギヤ（はすばギヤ）１３が結着されており、この変速ギヤ１３は、入力軸１０の上側の軸受１１に近い上端部に結着された大径の変速ギヤ（はすばギヤ）１４に噛合している。なお、入力軸１０の中間高さ位置の外周には、ラック１０ａが一体に刻設されている。

以上のように構成された変速機１において、駆動源であるモータ３のロータコア５に巻装された巻線（セグメントコイル）６に不図示の電源から通電されると、電磁誘導作用によってロータコア５が出力軸７と共に回転する。すると、この出力軸７の回転は、互いに噛合する変速ギヤ１３，１４によって減速されて入力軸１０へと伝達され、該入力軸１０が所定の速度で回転駆動される。

ところで、本実施の形態においては、図１に示すように、ケース２内に横起き状態で設置されたモータ３のロータコア５に巻装された巻線６の直上に、内部に横断面矩形のリング状のオイル通路Ｓが形成された中空リング状の冷却デバイス２０が配置されている。ここで、冷却デバイス２０の構成の詳細を図２〜図４に基づいて以下に説明する。

すなわち、図２は本発明に係る冷却構造を備えたモータと冷却デバイスの斜視図、図３は冷却デバイスを斜め下方から見た斜視図、図４は冷却デバイスのプレートを斜め上方から見た斜視図であり、図２および図３に示すように、冷却デバイス２０の外周４箇所（周方向に等間隔の４箇所）には、径方向外方に向かって水平に延びた後に垂直に起立するＬ字状のステー２１がそれぞれ一体に形成されており、各ステー２１の垂直に起立する先端部には円孔２１ａがそれぞれ形成されている。そして、冷却デバイス２０は、各ステー２１に形成された円孔２１ａに挿通する不図示のネジによってケース２の側壁内面に水平に取り付けられている。このように、冷却デバイス２０は、その外周に形成された４つのステー２１によってケース２の内壁に簡単かつ確実に取り付けられ、図１に示すように、ケース２内に横置きされたモータ３の巻線６の上方において略水平に配置されている。

また、冷却デバイス２０の底壁は、図１に示すように、回転可能なリング状のプレート２２によって構成されており、このプレート２２には、図３および図４に示すように、当該プレート２２の回転中心を通る直線に対して斜めに傾斜した直線スリット状の複数（図示例では、３０個）のスリッド２２ａが周方向に等間隔で貫設されている。そして、このプレート２２の上面の周方向に隣接する２つのスリッド２２ａの間には、スリッド２２ａとは逆方向に傾斜する円弧曲面状のブレード２３がそれぞれ立設されており、結局、プレート２２の上面には、スリッド２１ａと同数（３０個）のブレード２３が周方向に等間隔で立設されている。

さらに、図３に示すように、冷却デバイス２０の外周には、該冷却デバイス２０のオイル通路Ｓにオイルを接線方向に噴出する噴出ノズル２４が取り付けられており、この噴出ノズル２４は、冷却デバイス２０のオイル通路Ｓに接線方向に開口している。

次に、図１に示す変速機１におけるモータ３の冷却システムの構成を図５に基づいて以下に説明する。

すなわち、図５はモータの冷却システムの構成図であり、同図に示すように、変速機１のケース２の下部から延びる吸込油路（吸込パイプ）２５は、変速機１の外に別設されたオイルポンプ２６の吸入側に接続されており、オイルポンプ２６の吐出側から延びる吐出油路（吐出パイプ）２７は、図３に示す噴出ノズル２４に接続されている。なお、オイルポンプ２６は、例えばモータ３の動力の一部によって駆動される。

以上において、モータ３とオイルポンプ２６が駆動されると、変速機１のケース２内の底部に溜まったオイルは、吸込油路２５を通ってオイルポンプ２６へと吸引され、該オイルポンプ２６によって加圧されて吐出油路２７へと吐出される。すると、吐出油路２７へと吐出されたオイルは、冷却デバイス２０の外周に取り付けられた噴出ノズル２４から冷却デバイス２０のオイル通路Ｓに接線方向に噴出する（図４参照）。すると、この噴出ノズル２４から噴出するオイルをプレート２２の上面に立設されたブレード２３が受けて該プレート２２が図３および図４の矢印方向に回転し、この回転するプレート２２に形成された複数のスリッド２２ａからオイルがモータ３のロータコア５の巻線６に向って滴下し、通電によって発熱する巻線６が滴下するオイルによって冷却される。この場合、横置きされたモータ３のロータコア５の上下方向高さは、縦置きされた不図示のモータのロータコアのそれよりも低いため、巻線６に沿うオイルの落下距離が短縮され、巻線６の上下における温度差は殆ど生じない。

また、本実施の形態においては、冷却デバイス２０のオイル通路Ｓに供給されるオイルの流れをブレード２３が受けてプレート２２がオイル通路Ｓ内で回転するため、この回転するプレート２２に形成された複数のスリッド２２ａからオイルがロータコア５の巻線６にその全周に亘って均一に滴下する。このため、巻線６がオイルによって周方向に均一に冷却される。特に、本実施の形態では、噴出ノズル２４からオイルが冷却デバイス２０のオイル流路Ｓに接線方向から噴出するため、このオイルがプレート２２のブレード２３に効率良く作用して該プレート２２をスムーズに回転させる。この結果、回転するプレート２２に形成された複数のスリッド２２ａからオイルがロータコア５の巻線６にその全周に亘って一層均一に滴下し、巻線６がオイルによって周方向に均一に冷却される。

以上のように、モータ３のステータコア５に巻装された発熱部品としての巻線６の全体が全周に亘って均一に冷却されてその温度上昇が低く抑えられるため、巻線６の発熱によるモータ３の効率や耐久寿命の低下が効果的に防がれる。

そして、ロータコア５の巻線６の冷却に供されたオイルは、図５に示すように、ケース２内の底部へと落下してそこに溜るが、このケース２内の底部に溜まったオイルは、吸込油路２５からオイルポンプ２６へと吸引され、該オイルポンプ２６によって加圧されて吐出油路２７から噴出ノズル２４を経て冷却デバイス２０のオイル通路Ｓへと再び供給されてロータコア５の巻線６の冷却に供される。そして、ロータコア５の巻線６の冷却に供されたオイルは、落下してケース２内の底部に溜まり、以後は以上と同様の作用が繰り返されてロータコア５の巻線６が連続的に冷却される。なお、以上のようにケース２と吸込油路２５、オイルポンプ２６、吐出油路２７及び冷却デバイス２０によって形成される閉ループを連続的に循環してロータコア５の巻線６の冷却に供されるオイルは、その温度が次第に高くなるため、例えば、吸込油路２５の途中にオイルクーラーを設け、このオイルクーラーによってオイルを冷却するようにしてもよい。

以上のように、本実施の形態によれば、ケース２内に横置き状態で設置されたモータ３の発熱部品であるロータコア５の巻線６の全体が全周に亘って均一に冷却されてその温度上昇が低く抑えられるため、巻線５の発熱によるモータ３の効率や耐久寿命の低下が効果的に防がれるという効果が得られる。

なお、以上は電気自動車（ＥＶ車）の変速機に設けられたモータの冷却構造に対して本発明を適用した形態について説明したが、本発明は、変速機以外の任意の装置のケース内に横置き状態で設置されたモータの冷却構造に対しても同様に適用可能である。

その他、本発明は、以上説明した実施の形態に適用が限定されるものではなく、特許請求の範囲および明細書と図面に記載された技術的思想の範囲内で種々の変形が可能である。

１ 変速機
２ ケース
３ モータ
４ ステータ
５ ロータコア
６ 巻線
２０ 冷却デバイス
２１ ステー
２２ プレート
２２ａ スリッド
２３ ブレード
２４ 噴出ノズル
２５ 吸込油路
２６ オイルポンプ
２７ 吐出油路
Ｓ オイル通路

Claims (5)

1. ケース内に固定されたリング状のステータと、該ステータの内部に回転可能に配置されたロータコアを備え、前記ロータコアの回転中心が上下方向となるよう横置き状態で配置されたモータの冷却構造であって、
   前記ロータコアの巻線の直上に、内部にリング状のオイル通路が形成された冷却デバイスを配置し、該冷却デバイスに供給されるオイルを当該冷却デバイスの底面に形成された複数のスリッドから前記ロータコアの巻線に向けて滴下するよう構成したことを特徴とするモータの冷却構造。
2. 前記冷却デバイスの底壁を、回転可能なリング状のプレートで構成し、該プレートに複数の前記スリッドを形成するとともに、同プレートの上面に複数のブレードを立設したことを特徴とする請求項１に記載のモータの冷却構造。
3. 前記ケース内の底部に溜まるオイルを吸引して加圧するオイルポンプを設け、該オイルポンプの吐出側を前記冷却デバイスのオイル通路に接続したことを特徴とする請求項１または２に記載のモータの冷却構造。
4. 前記冷却デバイスの外周に、該冷却デバイスのオイル通路にオイルを接線方向に噴出する噴出ノズルを取り付けたことを特徴とする請求項２または３に記載のモータの冷却構造。
5. 前記冷却デバイスの外周にステーを固定し、該ステーを介して前記冷却デバイスを前記ケースの内周壁に略水平に取り付けたことを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載のモータの冷却構造。