JP2023160368A - 回転電機及びこれを備えた駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】冷却するための構造を簡略化し、生産コストの増加を抑制する。【解決手段】本発明の回転電機は、ロータシャフト２６の回転軸が水平軸に対して所定の角度をもって配置される。ステータコア２３ａの上側に形成され液状冷媒が流れる上側流路２５２と、ステータコア２３ａの下側に形成される下側流路２５５と、上側流路２５２及び下側流路２５５とを連通するスロット流路２５７と、を備える。上側流路２５２は、ハウジング２５と、ステータコア２３ａの上端面と、ハウジング２５とステータコア２３ａのギャップＧ側の上端面とを接続する上側流路形成体２５１と、により形成される。スロット流路２５７は、ギャップＧ側の端面の少なくとも一部が開口している。【選択図】 図７

Description

本発明は、回転電機及びこれを備えた駆動装置に関する。

脱炭素及び自動運転社会へ向けて自動車の電動化が進んでいる。電動化に伴い、回転電機を冷却する様々な技術が提案されている。その一例として、回転軸を水平方向になるように配置した回転電機にオイルポンプを接続し、回転電機内に冷却油を圧送して回転電機内のステータ及びロータを冷却する技術がある。この技術では、回転電機内が冷却油で満たされ、ロータは冷却油に浸かった状態で回転するので、ロータには流体摩擦損失が発生する。

この課題を解決するために、特許文献１に記載の技術がある。特許文献１では、回転電機のケース内にステータとロータを配置している。ステータのステータコアには、複数のスロットを形成し、スロット内にコイルを配置している。スロットのロータ側の開口部には、ティース先端部同士の間を繋ぐように樹脂層を配置して密閉している。また、ケースとステータコアとの間には円筒部を配置し、円筒部とステータコアとの隙間にシール部材を配置している。この構成により、ステータコアのスロット内に配置したコイルは、ケース、円筒部、樹脂層により密閉空間に配置される。特許文献１では、この密閉空間に冷却オイルを流し、コイルのコイルエンドを冷却するようにしている。

特開２００６－８７１６５号公報

しかしながら、特許文献１に記載の技術においては、ティース先端部同士の間を繋ぐように樹脂層を配置し、さらに円筒部とステータコアとの隙間にシール部材を配置するようにしているので、構造が複雑化することによって回転電機の生産性が低下し、生産コストが増加するといった課題があった。

本発明の目的は、上記課題を解決し、冷却するための構造を簡略化し、生産コストの増加を抑制した回転電機及びこれを備えた駆動装置を提供することにある。

上記目的を達成するために本発明は、コイルが装着される複数のスロットを有する円筒状のステータコアと、前記ステータコアの径方向であって前記ステータコアと所定のギャップを介して対向するロータコアと、前記ロータコアと共に回転するロータシャフトと、前記ステータコア、前記ロータコア、前記ロータシャフトを格納するハウジングと、を備えた回転電機であって、前記ロータシャフトの回転軸は水平軸に対して所定の角度をもって配置され、前記ステータコアの上側に形成され液状冷媒が流れる上側流路と、前記ステータコアの下側に形成される下側流路と、前記上側流路及び前記下側流路とを連通するスロット流路と、を備え、前記上側流路は、前記ハウジングと、前記ステータコアの上端面と、前記ハウジングと前記ステータコアの前記ギャップ側の上端面とを接続する上側流路形成体と、により形成され、前記スロット流路は、前記ギャップ側の端面の少なくとも一部が開口していることを特徴とする。

本発明によれば、冷却するための構造を簡略化し、生産コストの増加を抑制した回転電機及びこれを備えた駆動装置を提供することができる。

本発明の実施例１に係る駆動装置１を搭載した車両１００を示す構成図である。 本発明の実施例１に係る駆動装置１を示す部品分解斜視図である。 本発明の実施例１に係るモータ２を分解した駆動装置１を示す部品分解斜視図である。 本発明の実施例１に係る駆動装置１を示す縦断面にて半分にした斜視図である。 本発明の実施例１に係る駆動装置１を示す縦断面図である。 本発明の実施例１に係るモータからロータを除いた断面拡大斜視図である。 図６ＡのVIB部の拡大図である。 本発明の実施例１に係るモータの一部を断面した概略図である。 本発明の実施例１に係る液状冷媒の流れを示す概略図である。 比較例に係るモータ２の一部を軸方向から見た概略図である。 本発明の実施例１に係るモータ２の一部を軸方向から見た概略図である。 本発明の実施例２に係るモータからロータを除いた断面拡大斜視図である。 本発明の実施例２に係るモータの一部を断面した概略図である。 本発明の実施例２に係る液状冷媒の流れを示す概略図である。 本発明の実施例３に係るモータの一部を断面した概略図である。 本発明の実施例３に係る液状冷媒の流れを示す概略図である。 本発明の実施例４に係る駆動装置１を示す縦断面にて半分にした斜視図である。 本発明の実施例４に係る駆動装置１をドライブシャフト１０６側から見た断面図である。 車両が減速状態若しくは降坂状態の時における駆動装置１の断面図である。 車両が加速状態若しくは登坂状態の時における駆動装置１の断面図である。

以下、本発明の実施例について添付の図面を参照しつつ説明する。同様の構成要素には同様の符号を付し、同様の説明は繰り返さない。

本発明の各種の構成要素は必ずしも個々に独立した存在である必要はなく、一の構成要素が複数の部材から成ること、複数の構成要素が一の部材から成ること、或る構成要素が別の構成要素の一部であること、或る構成要素の一部と他の構成要素の一部とが重複すること、などを許容する。

また、各図においてＵ方向が上方向であり、Ｄ方向が下方向であり、Ｆ方向が正面方向であり、Ｂ方向が背面方向であり、Ｒ方向が右方向であり、Ｌ方向が左方向である。

＜車両１００の全体構成＞
図１は、本発明の実施例１に係る駆動装置１を搭載した車両１００を示す構成図である。

車両１００は、中央に配置された駆動装置１と、駆動装置１を搭載した車台１０１と、駆動装置１を車台１０１に固定する支持部材１０２と、車両１００の正面方向Ｆに配置された前輪である車輪１０３と、車両１００の背面方向Ｂに配置された後輪である車輪１０４と、駆動装置１に電力を供給するバッテリ１０５と、を備える。

駆動装置１は、車両１００の正面方向Ｆの車輪１０３の間のエンジンルームに格納されている。駆動装置１は、ドライブシャフト１０６を介して車輪１０３に接続されている。

ドライブシャフト１０６は、デフサイドギヤとホイールとを連結する。ドライブシャフト１０６は、右方向Ｒ及び左方向Ｌに伸びている。サスペンションが可動のため、ドライブシャフト１０６とホイールとの間に等速ジョイントを２つ設けている。ここでは、ドライブシャフト１０６は、駆動装置１から１つ目の等速ジョイントまでの部分と定義する。

なお、駆動装置１は、車両１００の背面方向Ｂの車輪１０４の間に格納して車輪１０４を駆動してもよいし、２つ搭載して車輪１０３の間と車輪１０４の間とにそれぞれ配置して４輪駆動としてもよい。

＜駆動装置１＞
図２は、本発明の実施例１に係る駆動装置１を示す部品分解斜視図である。図３は、本発明の実施例１に係るモータ２を分解した駆動装置１を示す部品分解斜視図である。図４は、本発明の実施例１に係る駆動装置１を示す縦断面にて半分にした斜視図である。図５は、本発明の実施例１に係る駆動装置１を示す縦断面図である。

駆動装置１は、回転電機としてのモータ２と、インバータ３と、傘歯車４と、リングギヤ５と、分配機構６と、デフケース７と、デフ筐体８と、を備える。

＜モータ２（回転電機）＞
モータ２は、ロータ円筒部２４ａを有するロータ２４と、円筒状のステータコア２３ａおよびステータコア２３ａの複数のティース２３ｃ間に形成された複数のスロット２３ｄ（図６Ａ）に装着されるコイル２３ｂを有するステータ２３と、ロータ２４の内周側に固定されロータ２４と共に回転するロータシャフト２６と、ロータシャフト２６とロータ円筒部２４ａを接続する接続部２２と、ロータシャフト２６と一体化された歯車軸４１と、これらの部材を格納するハウジング２５と、を有する。また、ロータ円筒部２４ａにはロータコア２４ｂが備えられている。ロータコア２４ｂは、ステータコア２３ａの径方向であってステータコア２３ａと所定のギャップＧを介して対向するように配置される。

なお、本実施例のモータ２は、回転軸（回転中心軸Ｏ）が鉛直方向に沿うように配置されている。

＜インバータ３＞
インバータ３は、バッテリ１０５から供給される直流の電力を交流の電力へと変換してモータ２に供給する。

＜傘歯車４＞
傘歯車４は、モータ２の回転軸（回転中心軸Ｏ）上に配置され、ロータ円筒部２４ａに接続される接続部２２を介してモータ２の駆動力が伝達される。傘歯車４は、ロータシャフト２６と一体化された歯車軸４１の軸方向下端部に設けられ、ロータ２４の回転駆動力が伝達される。

傘歯車４は、ロータ２４に対して接続部２２及びロータ円筒部２４ａを介して繋がっている。傘歯車４は、リングギヤ５に対して小さいサイズであり、減速ギヤも兼ねている。

なお、傘歯車４には、リングギヤ５に対して同歯数であり、歯先が回転中心に対して４５°の減速比１：１のマイタ傘歯車を使用してもよい。しかし、マイタ傘歯車を使用すると、傘歯車４とリングギヤ５との合計質量が大きくなる。このため、傘歯車４は、適切なサイズの傘歯車４とリングギヤ５との組合せで用いられる。

傘歯車４には、歯先の形状で分類して、曲がり歯傘歯車（スパイラルベベルギヤ）と、すぐ歯傘歯車（ストレートベベルギヤ）と、がある。

曲がり歯傘歯車は、歯先が曲線を描き、製作が難しいが噛み合い率がより上昇するために振動と騒音との発生が抑えられる。ただし、曲がり歯傘歯車は、軸方向にスラスト荷重が生じるため、使用時に注意が必要である。

すぐ歯傘歯車は、スラスト荷重が小さく、スラスト荷重の方向も常に遠ざかる方向に限定される。このため、すぐ歯傘歯車では、軸受構造を簡素化できる利点がある。

実施例１では、傘歯車４に曲がり歯傘歯車を用いている。しかし、傘歯車４の歯先形状が限定されるものではない。

＜歯車軸４１＞
歯車軸４１は、上方向Ｕ及び下方向Ｄに向かう縦方向である軸方向に伸びている。歯車軸４１は、円柱部材である。歯車軸４１の下方向Ｄの下端部には、傘歯車４が固定されている。

＜リングギヤ５＞
リングギヤ５は、回転中心をモータ２の径方向に向けて配置されている。リングギヤ５は、デフケース７に固定され、傘歯車４と噛み合う。

リングギヤ５は、回転中心を歯車軸４１側である左方向Ｌ、すなわちモータ２の内径方向に向けて配置されている。リングギヤ５は、左方向Ｌを向いて所定のテーパ角度でギヤ歯を有するギヤ歯面部５１と、ギヤ歯面部５１のドライブシャフト１０６の方向を向いた内周面部５２と、を有する。内周面部５２は、デフケース７に連結されている。

＜分配機構６＞
分配機構６は、傘歯車４及びリングギヤ５を介してモータ２の駆動力をドライブシャフト１０６（車軸）に伝達する。分配機構６とリングギヤ５とは、ロータシャフト２６（モータ２）の回転軸（回転中心軸Ｏ）を中心として対向配置されている。

分配機構６は、モータ２から１つの軸で伝達されるトルクを、ドライブシャフト１０６の２つの駆動軸に均等に配分する機構である。車両１００のコーナーリング中の車輪１０３は、内輪と外輪とで旋回半径に差ができる。このため、外輪が内輪よりも移動距離が長くなり、回転速度も大きくなる。分配機構６は、左右の車輪１０３に回転速度差を与えながら（差動ともいう）、同じトルクがどちらの車輪１０３にも伝達されるようにする。

一般的なベベルギヤ式分配機構は、ファイナルドライブギヤ（傘歯車４）と、リングギヤ５（ファイナルドリブンギヤ）と、デフケース７と、デフサイドギヤと、デフピニオンと、デフピニオンシャフトと、から構成されている。モータ２の動力発生源からの駆動力は、ファイナルドライブギヤを用いてデフケース７と一体化されたリングギヤ５に伝達され、デフケース７ごとデフピニオンとデフピニオンシャフトとが回転し、ドライブシャフト１０６に連結されたデフサイドギヤを回すことでドライブシャフト１０６に伝わる。

デフピニオンは、デフケース７とともに公転する以外に、自転することができる。デフピニオンは、直進状態で左右の駆動輪が路面から受ける抵抗が等しい場合には、デフケース７とともにデフピニオンが公転することにより、デフサイドギヤに駆動力を伝達する。この時には、デフピニオンは、自転しない。

デフピニオンは、左右の車輪１０３が路面から受ける抵抗に差が出てくると、公転しながら自転もする。デフピニオンの自転により、左右のデフサイドギヤに回転速度差が生じるため、左右の車輪１０３の回転速度差が吸収される。

＜デフケース７＞
デフケース７は、分配機構６を格納し、リングギヤ５の駆動力を分配機構６に伝達する。分配機構６とリングギヤ５とは、モータ２の回転軸（回転中心軸Ｏ）を挟んで配置されている。デフケース７は、分配機構６と２つのドライブシャフト１０６とを囲った筒状部材である。

デフケース７は、大筒部７１と、小筒部７２と、を有する。大筒部７１は、筒状部材であり、分配機構６を覆っている。小筒部７２は、大筒部７１よりも小径な筒状部材であり、リングギヤ５の歯の無い内周面部５２と大筒部７１とを連結している。これにより、傘歯車４は、リングギヤ５と大筒部７１と小筒部７２とで囲まれる空間に配置されている。

＜デフ筐体８＞
デフ筐体８は、上方向Ｕであるモータ軸方向上側が開口し、デフケース７を覆う。デフ筐体８の開口は、ハウジング２５に覆われている。

＜モータ２の詳細＞
＜接続部２２＞
接続部２２は、ロータ２４の軸方向中央にて、歯車軸４１とロータ２４とを接続する。接続部２２は、円盤状であり、その中心には孔部が形成されている。接続部２２は、内径端部にて孔部に通された歯車軸４１と繋がっている。

接続部２２は、ロータ円筒部２４ａと共に金属や炭素繊維複合樹脂等の変形し難い材料（ヤング率が大きい材料）で製作する。接続部２２は、円盤形状にすることによって径方向の剛性を高めて径方向変形を防ぐためのリブの機能を有するとともに回転伝達の機能も有する。

＜ステータ２３＞
ステータ２３は、正面方向Ｆ、背面方向Ｂ、右方向Ｒ及び左方向Ｌを含む横方向である径方向に軸方向よりも長い円筒状である。

ステータ２３は、電磁鋼板を積層して製作する。ステータ２３は、大径円筒形状になるため、分割コアにした方が材料の歩留りはよい。しかし、ステータ２３は、大トルクに耐えるための支持構造の検討が難しい。一体型コアでは、単独で考えると材料の歩留りが悪いが、ステータコア内周部の円盤残部からロータ２４や他製品のコアを打抜くことで歩留り向上が図れる。ステータ２３は、円筒に繋がっていた方が剛性も高いので構造設計が分割コアに比べると容易である。ステータ２３は、集中巻でも分割巻でもよいが、大径であり分割巻だとコイル長が長くなるので集中巻の方が有利である。

＜ロータ２４＞
ロータ２４は、ステータ２３と径方向にて対向する円筒状の部材である。ロータ２４は、ステータ２３よりも内周側に配置されている。つまり、ロータ２４は、ステータ２３の内径側に配置され、ステータ２３に対向する円筒状の部材である。

ロータ２４は、円筒状のロータ円筒部２４ａと、ロータ円筒部２４ａの周方向に配列されたロータコア２４ｂと、ロータコア２４ｂに配置された複数の磁極部と、を有する。ロータ２４は、ステータ２３と同様に電磁鋼板を積層して製作する。ロータ２４は、大径円筒形状になるため、分割コアにした方が材料の歩留りはよい。しかし、ロータ２４は、大トルクに耐えるための支持構造の検討が難しい。ロータ２４は、ステータ２３の内周側に配置されるインナーロータのものであるが、アウターロータでもよい。また、ロータ２４は、誘導モータでも永久磁石モータでもよく、ロータ２４のタイプが限定されない。ここでのロータ２４は、永久磁石同期モータである。

＜ハウジング２５＞
ハウジング２５は、ステータ２３とロータ２４とを格納する。ハウジング２５は、歯車軸４１とステータ２３とロータ２４と接続部２２とを格納すると共に歯車軸４１の軸方向下端部を下方向Ｄに突出させている。ハウジング２５は、縦断面Ｈ形状である。

ハウジング２５は、上半体２５ａと、下半体２５ｂと、から構成されている。上半体２５ａは、ステータ２３及びロータ２４を保持する上方向Ｕに開口した箱体状の下半体２５ｂに覆い被さる蓋状の部材である。下半体２５ｂは、ステータ２３及びロータ２４を保持するために、軸方向上端部をステータ２３及びロータ２４の軸方向上端部よりも高く形成されている。

ハウジング２５の外周下面２５ｃは、モータ２の回転軸（回転中心軸Ｏ）に直交する方向から見たときに、分配機構６の少なくとも一部と重なる位置に配置されている。ハウジング２５の外周下面２５ｃとは、ハウジング２５において最も下側（ドライブシャフト１０６側）に位置する面のことを指す。

ハウジング２５は、ステータ２３、ロータ２４及び軸受等を支持し、車台１０１と取合う筐体である。ハウジング２５の下面には、上方に窪む第１凹部２７ａが形成される。この第１凹部２７ａにデフケース７を格納することにより、駆動装置１全体の背高が低減される。ハウジング２５の上面には、下方に窪む第２凹部２７ｂが形成される。この第２凹部２７ｂにインバータ３等の電気部品が格納される。円筒状のステータ２３がコア単体では径方向に変形してしまうので、ハウジング２５には、ステータ２３の変形を抑える剛性が必要である。

ハウジング２５は、軽量化のためにアルミニウムやマグネシウム合金等の軽金属を使用するのが望ましい。ハウジング２５にリブ等の補強材を設けて剛性を高める構造では、比強度（単位重量当たりの強度）が高いアルミニウム等と相性がよい。

ハウジング２５は、空冷でもよいが、高出力密度化のため、ハウジング２５の内部に液状冷媒の流路を備える。ハウジング２５は、鉱物油やＡＴＦ等の液状冷媒でモータ２を冷却し、モータ２冷却後の液状冷媒を分配機構６にも流して各種ギヤを冷却する構成である。

＜ロータコア２４ｂ＞
ロータコア２４ｂは、正面方向Ｆ、背面方向Ｂ、右方向Ｒ及び左方向Ｌを含む横方向である径方向に軸方向よりも長い円筒状である。ロータコア２４ｂは、電磁鋼板を積層して製作する。ロータコア２４ｂは、上下に伸びる中心軸に直交する方向に広がる磁性体のコアプレートが、軸方向に複数積層されている。

＜ロータ円筒部２４ａ＞
ロータ円筒部２４ａは、ロータ２４を支持し、ハウジング２５に軸受３０を介して回転支持される。ロータ円筒部２４ａは、円筒状の部材である。ロータ円筒部２４ａは、軸方向に伸びている。ロータ円筒部２４ａは、ロータコア２４ｂを内周側から保持している。ロータ円筒部２４ａの軸方向中央には、接続部２２が接続されている。

ロータ円筒部２４ａの内径は、傘歯車４の外径よりも大きい。

ロータ円筒部２４ａは、ロータ２４の回転支持用の軸受３０を備える回転体と定義する。図示する例では、軸受３０は、ロータコア２４ｂの上側と下側に設けられているが、ロータコア２４ｂの上側と下側の一方にのみ設けることとしてもよい。ロータ円筒部２４ａは、接続部２２を介して上述した傘歯車４の歯車軸に接続される。ロータ円筒部２４ａの材質は、炭素鋼又はＳＵＳ等の他、サイズによってはアルミニウム等の軽金属でもよい。

ロータ２４は、大径円筒形状であるため、径方向の変形を防ぐために径方向に伸びるリブが必要である。ロータ円筒部２４ａは、回転伝達の機能と径方向変形を防ぐためのリブの機能とを有する。ロータ２４は、ロータ円筒部２４ａとロータコア２４ｂとを連結したり、ロータコア２４ｂの径方向の変形抑止のためにもロータコア２４ｂをアルミニウム等で製作したロータ円筒部２４ａに取り付けたりするのがよい。

＜第１凹部２７ａ及び第２凹部２７ｂ＞
ハウジング２５の軸方向両側におけるロータ２４よりも径方向内周側には、軸方向に凹んだ一対の第１凹部２７ａ及び第２凹部２７ｂが形成されている。

一対の第１凹部２７ａ及び第２凹部２７ｂのうちの一方の第１凹部２７ａは、ハウジング２５の軸方向下側にて、Ｈ形状の断面を呈するロータ円筒部２４ａ及び接続部２２に合わせてハウジング２５の下面を上方向Ｕに凹ませて形成されている。第１凹部２７ａには、分配機構６が配置されている。詳しくは、第１凹部２７ａには、傘歯車４とリングギヤ５の一部と分配機構６の一部とデフケース７の一部とが格納されている。

一対の第１凹部２７ａ及び第２凹部２７ｂのうちの他方の第２凹部２７ｂは、ハウジング２５の軸方向上側にて、Ｈ形状の断面を呈するロータ円筒部２４ａ及び接続部２２に合わせてハウジング２５の上面を下方向Ｄに凹ませて形成されている。第２凹部２７ｂには、インバータ３が配置されている。詳しくは、第２凹部２７ｂには、インバータ３が第２凹部２７ｂ内に完全に格納されている。第２凹部２７ｂの軸方向深さの途中には、歯車軸４１の軸方向上端部が突出している。

＜モータの冷却構造＞
次にモータ２の冷却構造について説明する。図６Ａは、本発明の実施例１に係るモータからロータを除いた断面拡大斜視図である。図６Ｂは、図６ＡのVIB部の拡大図である。

ステータコア２３ａは、ステータコア２３ａの径方向外側において円筒形状を呈するコアバック部２３ａ１と、コアバック部２３ａ１から径方向内側に向かって突出した複数のティース２３ｃと、複数のティース２３ｃ間にそれぞれ形成された複数のスロット２３ｄを備えている。複数のスロット２３ｄには、それぞれコイル２３ｂが挿入されている。コイル２３ｂの径方向内側（ロータ側）の端部は、ティース２３ｃの径方向内側（ロータ側）の端部よりも径方向外側に位置している。すなわち、スロット２３ｄは、コイル２３ｂを挿入した状態で、ティース２３ｃの径方向内側（ロータ側）の端部より径方向外側に凹んだ状態となる。

ハウジング２５の上半体２５ａには、ステータコア２３ａのティース２３ｃの上部と接するように下方に向かって伸びた上側流路形成体２５１が備えられている。上側流路形成体２５１は、ハウジング２５とステータコア２３ａのギャップＧ側上端面とを接続し、ハウジング２５の内側において円環状に形成されている。ステータコア２３ａ（コイル２３ｂ）の上部には、ハウジング２５と、ステータコア２３ａの上端面と、上側流路形成体２５１とによって上側流路２５２が形成されている。上側流路２５２は、ハウジング２５の内側において円環状に形成されている。

スロット２３ｄの上部には、上側流路２５２と連通する複数の冷媒噴出口２５３が配置されている。冷媒噴出口２５３は、上側流路形成体２５１、ティース２３ｃ、スロット２３ｄによって形成される。

ハウジング２５の下半体２５ｂには、ステータコア２３ａのティース２３ｃの下部と接するように上方に向かって伸びた下側流路形成体２５４が備えられている。下側流路形成体２５４は、ハウジング２５とステータコア２３ａのギャップＧ側下端面とを接続し、ハウジング２５の内側において円環状に形成されている。ステータコア２３ａ（コイル２３ｂ）の下部には、ハウジング２５と、ステータコア２３ａの下端面と、下側流路形成体２５４とによって下側流路２５５が形成されている。下側流路２５５は、ハウジング２５の内側において円環状に形成されている。

スロット２３ｄの下部には、下側流路２５５と連通する複数の冷媒受入口２５６が配置されている。冷媒受入口２５６は、下側流路形成体２５４、ティース２３ｃ、スロット２３ｄによって形成される。

そして、スロット２３ｄの内側（ロータ側）には、図６Ａの矢印で示すように、冷媒噴出口２５３及び冷媒受入口２５６を介して上側流路２５２と下側流路２５５とを連通するスロット流路２５７が形成される。スロット流路２５７は、ロータコア２４ｂとのギャップＧ側の端面の少なくとも一部が開口している。

上側流路２５２の回転軸と直交する方向の断面積は、複数のスロット流路２５７の回転軸と直交する方向の断面積の合計よりも大きくしている。これにより、複数のスロット流路２５７からバランスよく液状冷媒を噴出することができる。

次に図７及び図８を用いて液状冷媒の流れについて説明する。図７は、本発明の実施例１に係るモータの一部を断面した概略図である。図８は、本発明の実施例１に係る液状冷媒の流れを示す概略図である。ハウジング２５の上部には、上側流路２５２と連通する流路入口２５８が形成されている。また、ハウジング２５の下部には、下側流路２５５と連通する流路出口２５９が形成されている。流路入口２５８及び流路出口２５９は、配管を介して図示しないオイルクーラーと接続され、冷媒ポンプを駆動することによって液状冷媒をモータ２に圧送する。

本実施例では、ロータシャフト２６の回転軸が鉛直方向に沿うように配置されている。冷媒ポンプによって圧送された液状冷媒は、流路入口２５８から上側流路２５２に流入し、左右方向に分かれて上側流路２５２を流れる。上側流路２５２を流れる液状冷媒は、複数の冷媒噴出口２５３から重力によって落下し、スロット流路２５７内を表面張力によりコイル２３ｂの表面に沿い下方に向かって流れる。スロット流路２５７を流れる液状冷媒は、コイル２３ｂの表面と接し、コイル２３ｂの熱を奪う。これにより、コイル２３ｂは液状冷媒によって冷却される。

コイル２３ｂを冷却した液状冷媒は、冷媒受入口２５６から下側流路２５５に流入し、下側流路２５５と連通する流路出口２５９からモータ２外に排出される。排出された液状冷媒は、オイルクーラーで冷却され、再び上側流路２５２に向かって流れる。

本実施例では、流路入口２５８から上側流路２５２に流入した液状冷媒を左右方向に分岐して流し、液状冷媒が流路入口２５８の径方向反対側で衝突するようにしている。このように冷媒を左右方向に分岐して流すことにより、スロット流路２５７を流れる液状冷媒の流量のばらつきを抑制することができる。また、本実施例では、流路出口２５９を流路入口２５８に対して１８０°反対側にずらして配置している。このように構成することにより、スロット流路２５７まで含めた流路長が全体で均一化することができる。

なお、上側流路２５２に流す液状冷媒は、左右に分岐せず、一方向に流し上側流路２５２を一周するようにしても良い。この場合、スロット流路の流量にばらつきが生じるが、液状冷媒の流速が速くなり、冷却性を高めることができる。

また、本実施例では、下側流路形成体２５４によって下側流路２５５を形成するようにしているが、下側流路２５５を設けず、例えばオイルパンのように液状冷媒が直接溜まるようにしても良い。

さらに、本実施例では、モータ２（ロータシャフト２６）の回転軸が鉛直方向に沿うように配置したが、鉛直状態から傾くように配置しても良い。すなわち、ロータシャフトの回転軸が水平軸に対して所定の角度をもって配置するようにしても良い。

モータ２（ロータシャフト２６）の回転軸を鉛直方向から傾けて配置した場合、スロット流路２５７が水平に近づいていくと、表面張力でスロット２３ｄ内に留まろうとする力よりも重力の方が勝り、ロータ２４側に滴下する。その分、液状冷媒がロータにかかり流体摩擦損が微増し、コイル放熱が減少するが、性能に問題ないレベルであれば傾ける角度が大きくてよい。

次に本発明の効果について説明する。図９は、比較例に係るモータ２の一部を軸方向から見た概略図である。図１０は、本発明の実施例１に係るモータ２の一部を軸方向から見た概略図である。図９及び図１０では、便宜上、ステータ２３及びロータ２４を直線的に記載している。

ロータ２４のロータコア２４ｂには、複数の磁石２４ｃが配置されている。スロット２３ｄ内に配置されたコイル２３ｂは、電流が流れることによって発熱する。発熱の温度分布は、ロータ２４側（径方向内側）の温度が高く、反ロータ側（径方向外側）に行くに従い、温度が低下する。コイル２３ｂを冷却する際には、温度が高いロータ２４側（径方向内側）を積極的に冷却することが好ましい。図９に示す比較例では、ハウジング２５内が液状冷媒で満たされている。ステータ２３とロータ２４との間にはギャッブＧがあり、このギャップＧにも液状冷媒が流れ込んでいる。コイル２３ｂは、ギャップＧにある液状冷媒に向かって放熱され、冷却される。また、ロータ２４の磁石は渦電流の発生により発熱するが、ギャップＧにある液状冷媒に向かって放熱され、冷却される。比較例では、ステータ２３及びロータ２４が浸された液状冷媒によって冷却される。しかしながら、比較例では、ロータ２４が回転する際、ギャップＧにある液状冷媒に接触しながら回転するので、ギャップＧにある液状冷媒が回転抵抗となり、流体摩擦損が発生する。このため、比較例ではロータ２４が流体摩擦損を受けるので、モータ効率が低下する。

一方、本実施例では、ステータ２３とロータ２４との間のギャッブＧには、液状冷媒の存在を低減できるので、ロータ２４が回転する際の流体摩擦損を低減することができる。また、本実施例では、コイル２３ｂの発熱が最も高いロータ２４側に位置するスロット流路２５７に液状冷媒を流すようにしているので、モータ効率の低下を抑え、コイル２３ｂを効率良く冷却することができる。本実施例では、角型のコイルを用いたが、コイルは丸型であっても良く、コイルの種類は問わない。また、コイルは集中巻でも分布巻でも構わない。

本実施例によれば、冷却するための構造を簡略化し、生産コストの増加を抑制した回転電機を提供することができる。

次に図１１乃至図１３を用いて、本発明の実施例２について説明する。図１１は、本発明の実施例２に係るモータからロータを除いた断面拡大斜視図である。図１２は、本発明の実施例２に係るモータの一部を断面した概略図である。図１３は、本発明の実施例２に係る液状冷媒の流れを示す概略図である。実施例１と共通する構成については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。

実施例２では、流路入口２５８の位置が実施例１と異なっている。また、下側流路２５５を下側コイルエンド流路２５５ａと冷媒集合部２６２とで構成している。

図１２及び図１３に示すように、ハウジング２５の軸方向（上下方向）の中央部には、流路入口２５８が形成されている。また、ステータコア２３ａとハウジング２５との間には、環状流路２６０が形成されている。環状流路２６０は、ステータコア２３ａの周方向全周に沿って形成されている。ステータコア２３ａとハウジング２５との間には、上方向に伸びた側面流路２６１が形成されている。側面流路２６１は、流路入口２５８に対し径方向反対側（１８０°）に位置し、環状流路２６０と上側流路２５２と連通している。

ハウジング２５の下部には、液状冷媒が溜まる冷媒集合部２６２が備えられている。また、下側流路形成体２５４には、一部が切欠かれた連通口２６３が形成されている。本実施例では、流路出口２５９を流路入口２５８に対して径方向反対側（１８０°）にずらして配置している。

モータ２は回転軸を鉛直方向に沿うように配置されている。冷媒ポンプによって圧送された液状冷媒は、流路入口２５８から環状流路２６０に流入し、左右方向に分岐されて径方向反対側で合流する。合流した液状冷媒は、側面流路２６１を上昇し、上側流路２５２に流入し、左右に分かれて上側流路２５２を流れる。上側流路２５２を流れる液状冷媒は、複数の冷媒噴出口２５３から重力によって落下し、スロット流路２５７内を表面張力によりコイル２３ｂの表面に沿い下方に向かって流れる。スロット流路２５７を流れる液状冷媒は、コイル２３ｂの表面と接し、コイル２３ｂの熱を奪う。コイル２３ｂは液状冷媒によって冷却される。

コイル２３ｂを冷却した液状冷媒は、モータ２の下部に冷媒集合部２６２（下側流路２５５）に溜まり、下側流路形成体２５４に形成した連通口２６３を通り、下側コイルエンド流路２５５ａ（下側流路２５５）に流入する。連通口２６３は、流路入口２５８と同じ側にある。下側コイルエンド流路２５５ａ（下側流路２５５）に流入した液状冷媒は、左右方向に分かれて径方向反対側で合流する。合流した液状冷媒は、下側コイルエンド流路２５５ａ（下側流路２５５）と連通する流路出口２５９からモータ２外に排出される。排出された液状冷媒は、オイルクーラーで冷却され、再び環状流路２６０に向かって流れる。

本実施例では、環状流路２６０を流れる液状冷媒は、上側流路２５２を流れる液状冷媒とは反対方向に流れる。液状冷媒は、入口から離れるほど発熱部からの熱伝達により高温となっていく。そこで、本実施例では、環状流路２６０と上側流路２５２を流れる液状冷媒の流れの向きを逆向きにすることにより、ステータコア２３ａとコイル２３ｂの平均温度が全体で均一化することができる。

次に図１１、図１４及び図１５を用いて、本発明の実施例３について説明する。図１４は、本発明の実施例３に係るモータの一部を断面した概略図である。図１５は、本発明の実施例３に係る液状冷媒の流れを示す概略図である。実施例１、２と共通する構成については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。

実施例３では、環状流路２６０から吐出された液状冷媒が上下に分岐して流れる点が実施例１、２と異なっている。また、下側流路２５５を下側コイルエンド流路２５５ａと冷媒集合部２６２とで構成している。

図１４及び図１５に示すように、ハウジング２５の軸方向（上下方向）の中央部には、流路入口２５８が形成されている。また、ステータコア２３ａとハウジング２５との間には、環状流路２６０が形成されている。環状流路２６０は、ステータコア２３ａの周方向全周に沿って形成されている。ステータコア２３ａとハウジング２５との間には、上方向に伸びた側面上流路２６４と、下方向に伸びた側面下流路２６５が形成されている。側面上流路２６４と側面下流路２６５は、流路入口２５８に対し径方向反対側（１８０°）に位置している。側面上流路２６４は環状流路２６０と上側流路２５２と連通し、側面下流路２６５は環状流路２６０と下側コイルエンド流路２５５ａ（下側流路２５５）とを連通している。換言すると、側面上流路２６４と側面下流路２６５は、環状流路２６０を上下方向に分岐している。

また、ハウジング２５の下部には、液状冷媒が溜まる冷媒集合部２６２（下側流路２５５）と、冷媒集合部２６２から下方に下がったオイルパン２６６が備えられている。本実施例では、側面上流路２６４と側面下流路２６５の位置を、流路入口２５８に対して径方向反対側（１８０°）にずらして配置している。

モータ２（ロータシャフト２６）の回転軸は鉛直方向に沿うように配置されている。冷媒ポンプによって圧送された液状冷媒は、流路入口２５８から環状流路２６０に流入し、左右方向に分岐されて径方向反対側で合流する。

合流した液状冷媒の一部は、側面上流路２６４を上昇し、上側流路２５２に流入し、左右に分かれて上側流路２５２を流れる。上側流路２５２を流れる液状冷媒は、複数の冷媒噴出口２５３から重力によって落下し、スロット流路２５７内を表面張力によりコイル２３ｂの表面に沿い下方に向かって流れる。スロット流路２５７を流れる液状冷媒は、コイル２３ｂの表面と接し、コイル２３ｂの熱を奪う。コイル２３ｂは液状冷媒によって冷却される。

また、合流した液状冷媒の一部は、側面下流路２６５を下降し、下側コイルエンド流路２５５ａ（下側流路２５５）に流入し、左右に分かれて下側コイルエンド流路２５５ａを流れる。下側コイルエンド流路２５５ａを流れる液状冷媒は冷媒ポンプで圧送されているので、下側流路形成体２５４とスロット流路２５７との隙間から液状冷媒が噴出し、冷媒集合部２６２に流入する。また、下側コイルエンド流路２５５ａを流れる液状冷媒は、コイル２３ｂの下部を冷却する。

冷媒集合部２６２に流入した液状冷媒は、オイルパン２６６に溜まり、オイルパン２６６と連通する流路出口２５９からモータ２外に排出される。排出された液状冷媒は、オイルクーラーで冷却され、再び環状流路２６０に向かって流れる。

ロータ２４が回転し、液状冷媒がモータ２内を循環している状態において、冷媒集合部２６２（下側流路２５５）に溜まった液状冷媒の液面高さＬ１は、ロータコア２４ｂの底面位置Ｌ２よりも低い位置となるようにしている。このようにすることにより、ロータコア２４ｂが液状冷媒に接触することを抑制でき、流体摩擦損を低減できる。

本実施例では、冷媒ポンプで圧送した液状冷媒をステータコア２３ａの上下方向に分岐して上側流路２５２及び下側流路２５５に圧送するようにしているので、上側流路２５２及び下側流路２５５を流れる流速を速めることができ、冷却効率を向上することができる。

次に図１６乃至図１９を用いて、本発明の実施例４について説明する。図１６は、本発明の実施例４に係る駆動装置１を示す縦断面にて半分にした斜視図である。図１７は、本発明の実施例４に係る駆動装置１をドライブシャフト１０６側から見た断面図である。図１８は、車両が減速状態若しくは降坂状態の時における駆動装置１の断面図である。図１９は、車両が加速状態若しくは登坂状態の時における駆動装置１の断面図である。

実施例１乃至３と共通する構成については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。図１６乃至図１９は、車両用の駆動装置である。

本実施例では、リングギヤ５がデフケース７に直接締結されている。このため、リングギヤ５と分配機構６とは、モータ２の回転軸（回転中心軸Ｏ）に対して片側に径方向に並んで配置されている。

リングギヤ５は、回転中心をモータ２の回転軸（回転中心軸Ｏ）側である右方向Ｒの内径方向に向けて配置されている。リングギヤ５は、右方向Ｒを向いて所定のテーパ角度でギヤ歯を有するギヤ歯面部５１と、ギヤ歯面部５１に対して左方向Ｌ側に設けられた径方向背面部５３と、を有する。径方向背面部５３は、リングギヤ５の歯が無く、大筒部７１に連結されている。

デフケース７の大筒部７１は、リングギヤ５の歯の無い径方向背面部５３に連結されるとともに分配機構６を覆っている。

また、本実施例の駆動装置１には、実施例３と同様、オイルパン２６６を備えている。オイルパン２６６と分配機構６は隣接して配置している。

デフケース７には、デフオイルが充填されている。デフオイルは、低温下の状態の場合、低粘度となり摩擦損が大きい。オイルパン２６６には、モータ２の熱を吸熱した後の最も高温の液状冷媒が集まるため、オイルパン２６６とデフケース７を含む分配機構６とを隣接することで、液状冷媒の熱がデフオイルに伝熱する。本実施例では、オイルパン２６６と分配機構６は隣接して配置しているので、デフオイルを温めることができ、分配機構６の摩擦損を低減できる。さらに、本実施例では、液状冷媒が分配機構６と熱交換できるので、液状冷媒を冷却でき、モータ２の冷却効率を高めることができる。

また、本実施例では、分配機構６と隣接したオイルパン２６６をモータ２の中心よりも車体の後方に配置するようにしている。走行中の車両１００は、道路環境、交通環境に応じて加速・減速・登坂・降坂を行う。

例えば、図１８に示すように車両１００が減速状態、降坂状態にある場合には、車体の前方が沈み込むように前傾姿勢となるので、駆動装置１も前傾姿勢となる。駆動装置１のモータ２は液状冷媒が流れているので、駆動装置１の前傾姿勢に応じて液状冷媒も液面高さｈを超えないように前側に片寄る。前側に位置するロータコア２４ｂは、前側に片寄った液状冷媒に浸されるので、流路摩擦損が大きくなる。本実施例によれば、車両１００が減速状態、降坂状態にある場合には、ロータコア２４ｂの流路摩擦損を利用してブレーキ作用を得ることができるので、モータ２の冷却に加え、ブレーキパッドの摩耗を低減することができる。

一方、例えば、図１９に示すように車両１００が加速状態、登坂状態にある場合には、車体の後方が沈み込むように後傾姿勢となるので、駆動装置１も後傾姿勢となる。駆動装置１のモータ２は液状冷媒が流れているので、駆動装置１の後傾姿勢に応じて液状冷媒も液面高さｈを超えないように後側に片寄る。モータ２の中心よりも車体後方にはオイルパン２６６が配置されているので、液状冷媒はオイルパン２６６に止まり、液状冷媒がロータコア２４ｂに流れるのを抑制し、流路摩擦損を低減できる。車両１００が加速状態、登坂状態にある場合は、モータ２のトルクが大きくする必要がある。

本実施例によれば、車両１００が加速状態、登坂状態にある場合は、液状冷媒がロータコア２４ｂに接触することによって発生する流体摩擦損を低減できるので、車両１００の加速性能、登坂性能を向上することができる。

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かり易く説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成を置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

１…駆動装置、２…モータ、３…インバータ、４…傘歯車、５…リングギヤ、６…分配機構、７…デフケース、８…デフ筐体、２２…接続部、２３…ステータ、２３ａ…ステータコア、２３ａ１…コアバック部、２３ｂ…コイル、２３ｃ…ティース、２３ｄ…スロット、２４…ロータ、２４ａ…ロータ円筒部、２４ｂ…ロータコア、２５…ハウジング、２５ａ…上半体、２５ｂ…下半体、２５ｃ…外周下面、２６…ロータシャフト、２７ａ…第１凹部、２７ｂ…第２凹部、３０…軸受、４１…歯車軸、５１…ギヤ歯面部、５２…内周面部、７１…大筒部、７２…小筒部、１００…車両、１０１…車台、１０２…支持部材、１０３…車輪、１０４…車輪、１０５…バッテリ、１０６…ドライブシャフト、２５１…上側流路形成体、２５２…上側流路、２５３…冷媒噴出口、２５４…下側流路形成体、２５５…下側流路、２５５ａ…下側コイルエンド流路、２５６…冷媒受入口、２５７…スロット流路、２５８…流路入口、２５９…流路出口、２６０…環状流路、２６１…側面流路、２６２…冷媒集合部、２６３…連通口、２６４…側面上流路、２６５…側面下流路、２６６…オイルパン

Claims (9)

1. コイルが装着される複数のスロットを有する円筒状のステータコアと、前記ステータコアの径方向であって前記ステータコアと所定のギャップを介して対向するロータコアと、前記ロータコアと共に回転するロータシャフトと、前記ステータコア、前記ロータコア、前記ロータシャフトを格納するハウジングと、を備えた回転電機であって、
   前記ロータシャフトの回転軸は水平軸に対して所定の角度をもって配置され、
   前記ステータコアの上側に形成され液状冷媒が流れる上側流路と、前記ステータコアの下側に形成される下側流路と、前記上側流路及び前記下側流路とを連通するスロット流路と、を備え、
   前記上側流路は、前記ハウジングと、前記ステータコアの上端面と、前記ハウジングと前記ステータコアの前記ギャップ側の上端面とを接続する上側流路形成体と、により形成され、
   前記スロット流路は、前記ギャップ側の端面の少なくとも一部が開口していることを特徴とする回転電機。
2. 請求項１に記載の回転電機であって、
   前記回転軸は鉛直方向になるように配置したことを特徴とする回転電機。
3. 請求項１に記載の回転電機であって、
   前記上側流路の断面積が前記スロット流路の断面積の合計よりも大きいことを特徴とする回転電機。
4. 請求項１に記載の回転電機であって、
   前記下側流路は、前記液状冷媒が圧送される下側コイルエンド流路と、圧送されない冷媒集合部から構成され、
   前記液状冷媒は，前記上側流路と前記下側コイルエンド流路に分岐して圧送されることを特徴とする回転電機。
5. 請求項１に記載の回転電機であって、
   前記ハウジングと前記ステータコアとの間に環状流路を備え、
   前記環状流路は、前記上側流路と反対方向に液状冷媒が流れることを特徴とする回転電機。
6. 請求項４に記載の回転電機であって、
   前記冷媒集合部の液面高さは、前記ロータコアの底面よりも低くしたことを特徴とする回転電機。
7. 請求項１乃至請求項６の何れか１項の回転電機を備えた車両の駆動装置。
8. 請求項７に記載の駆動装置であって、
   前記下側流路よりも下方に配置されたオイルパンと、前記回転電機の駆動力を車軸に伝達する分配機構と、を備え、
   前記オイルパンと前記分配機構を隣接して配置したことを特徴とする車両の駆動装置。
9. 請求項８に記載の駆動装置であって、
   前記オイルパンは、前記回転電機の中心よりも車体後方に配置したことを特徴とする車両の駆動装置。

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