JP3967624B2

JP3967624B2 - Electric motor

Info

Publication number: JP3967624B2
Application number: JP2002126285A
Authority: JP
Inventors: 啓仁松井; 直樹平澤; ▲貞▼久鬼丸; 潤星; 逸作山田
Original assignee: Nippon Soken Inc; Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp; Soken Inc
Priority date: 2002-04-26
Filing date: 2002-04-26
Publication date: 2007-08-29
Anticipated expiration: 2022-04-26
Also published as: JP2003324901A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ロータ回転時に発熱する内部部品を有する電動機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、様々な用途に電動機が用いられている。例えば、電気自動車、ハイブリッド式自動車においては、自動車の駆動動力として、電動機が用いられている。また、自動車の制動時には、電動機はエネルギーを回生するために用いられている。
【０００３】
電動機は、主にステータとロータとから成る。そのうちステータは、リング状のヨーク部からステータ歯部を内周方向に延設した鋼板を積層してステータ鉄心を形成し、そのステータ歯部間のスロット位置にコイルを巻装することで構成される。また、ロータは、軸の周囲にロータ鉄心を配置し、ロータ鉄心内部に永久磁石を配置して構成される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述の電動機において、電動機の駆動時または回生時には、コイルには電流が流れる。このとき、コイルに流れる電流の一部は、コイル自体の抵抗で消費され、熱に変換される。また、コイルが発生する磁束の一部は、ロータ鉄心、ステータ鉄心において消費され、熱となる。このため、コイルの温度が高くなり、電動機の出力が低下してしまうという問題があった。
【０００５】
このような問題に対する従来技術として、特開平7-288949に示される電動機がある。しかし、この文献に記載される技術では、コイルエンド部で発熱した熱はコイル自身を通り、次にステータ、さらにケーシングへと熱が伝わり、コイルエンド部からケーシングまでの熱抵抗が大きい。特に、ステータとケーシングの間は、組み付けの都合上、微小な隙間（空気層）が存在するために、この部位の熱抵抗が大きくなる。したがって、高負荷時にはコイルエンドの温度が上昇する可能性がある。
【０００６】
また、特開平9-46975に示される電動機がある。しかし、この文献に記載される技術では、コイルエンド部にヒートパイプを挿入しており、構成が複雑でコイルをステータに巻く生産工程において労力を要する。また、ヒートパイプとコイル間の絶縁性を確保するのが難しく信頼性に課題がある。
【０００７】
本発明は、上述の問題を解決するためになされたものであり、コイルエンド、ロータ鉄心、又はステータ鉄心などの電動機の内部部品を好適に冷却する電動機を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、円周状のヨーク部から複数のステータ歯部を中心方向に延設して形成されたステータ鉄心と、前記ステータ歯部間のスロット位置に巻回されたコイルとから成るステータと、ステータ歯部の内周側に配置された軸に固定された円筒状のロータ鉄心を含んで成るロータと、を備える電動機であって、前記ロータ鉄心の円筒内側面の直径は軸と固定された位置から軸端に向かって大きくなり、前記ロータの円筒内側面に対応する位置に径方向の開口を有する通路と、前記通路に冷却液を供給する供給手段と、前記ロータ鉄心の円筒内側面に設けられたフィンと、を備えるものである。
【００１７】
本発明は、円周状のヨーク部から複数のステータ歯部を中心方向に延設して形成されたステータ鉄心と、前記ステータ歯部間のスロット位置に巻回されたコイルとから成るステータと、前記ステータ鉄心の外周側に配置されるケースと、ステータ歯部の内周に配置されたロータと、を備える電動機であって、前記ステータ鉄心と前記ケースの間に連通し、前記電動機の軸方向が水平方向となるように前記ステータを固定した際の前記ステータ鉄心の最上部より低い位置にあってロータの軸方向に設置されている通路と、前記ケース側面に設けられ、前記通路と連通して前記通路に冷却液を供給するキャッチタンクと、を備えるものである。
【００１９】
また、前記ケースと前記ステータ鉄心との間に毛細管現象により冷却油を侵入させて供給することが好ましい。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施形態に係る電動機について図面を参照して説明するが、本発明の実施形態について説明する前に、参考例について説明する。
【００２３】
第一の参考例．
まず、第一の参考例の電動機について説明する。図１は、第一の参考例の電動機を示す構成図である。図１（ａ）は電動機の断面図であり、図１（ｂ），（ｃ）はそれぞれ図１（ａ）におけるＡ−Ａ断面図，Ｂ−Ｂ断面図である。
【００２４】
電動機１０は、主にステータ１２とロータ２２とから成る。ステータ１２は、複数枚の鋼板を積層して形成されたステータ鉄心１４に、コイル１６が装着されて構成される。各鋼板は、リング状のヨーク部１８からステータ歯部２０を中心方向に延設した形状であり、この鋼板を形状を合わせて積層したときにできるステータ歯部２０間のスロット位置にコイル１６が巻装される。コイル１６の一部であるコイルエンド１７は、ステータ鉄心１４から鋼板積層方向にはみ出している。
【００２５】
ステータ１２の内周側に配置されるロータ２２は、内部に永久磁石２４を備えるロータ鉄心２６を軸２８の周囲に配置して構成されている。ロータ鉄心２６は軸２８を中心とした略円筒形状であり、その中央部で軸２８と固定されている。ロータ鉄心２６の円筒形状の内側面は、軸２８と固定された位置から端に近づく程直径が大きい。ロータ鉄心２６の内部に配置される永久磁石２４は平板状であり、ロータ鉄心２６のステータ歯部２０と対向する表面近傍の位置に回転方向に所定の間隔をあけて配置される。
【００２６】
ロータ２２及びステータ１２は、円筒形状のケース３０内部に収納されている。ケース３０は、円筒部３１と、円筒部３１の左右両端を覆う側面部３３とから成る。ケース円筒部３１の内径はステータヨーク部１８直径より若干大きく、ヨーク部１８とケース３０との間には隙間４４がある。また、ロータ軸２８は、ケース３０の左側面、右側面に配置された軸受け３２に回転可能に軸支されている。軸２８の右端は、ケース３０外に出ており、他部品にトルクを伝達する。
【００２７】
本参考例の電動機１０では、冷却液を循環させてコイルエンド１７を冷却する機構を備えている。この機構について説明する。尚、以下の説明では、冷却液として油を用いた場合について説明している。
【００２８】
ケース３０の左側面の中央にはオイルポンプ３４が配置されている。また、ケース３０左側面には、左側面下部内側からオイルポンプ３４の吸入口に貫通する通路３６と、オイルポンプ３４の吐出口から左側面上部内側のコイルエンド１７の真横の位置に貫通する２つの通路３８，４０が設けられている。一方の通路３８は、図１（ｃ）に点線で示されるように、オイルポンプ３４からケース３０内を左斜め上方に向かい、コイルエンド１７の真横の位置でコイルエンド１７方向に屈曲して設けられている。また、他方の経路４０も同様に、ケース３０内を右斜め上方に向かい、屈曲してコイルエンド１７に向けて設けられている。よって、これらの通路３８，４０の出口開口が設けられる位置は、コイルエンド１７の真横、即ちコイルエンド１７に対応した位置となっている。また、各通路３８，４０の出口には噴射ノズル４２が備えられている。
【００２９】
ケース３０内には、所定量の冷却油が封入されており、ケース３０下部には冷却油が溜まっている状態となっている。そして、オイルポンプ３４が作動すると、下部に溜まった冷却油は通路３６を通してオイルポンプ３４に吸入され、通路３８，４０に吐出される。そして、通路３８，４０に吐出された冷却油は、通路３８，４０の出口開口からコイルエンド１７に向けて放出し、コイルエンド１７に付着する。供給される冷却油の量は、１Ｌ／ｍｉｎ程度である。
【００３０】
本参考例では、上述したように、最も温度が高くなるコイルエンド１７に冷却油が供給されるため、コイルエンド１７を冷却し、コイル１６の温度を低くすることができる。このため、コイル１６の電気抵抗が小さくなり、コイル１６により大きな電流を流すことができる効果がある。これにより、電動機１０の最高回転数を高くすることや、電動機１０の最大駆動力を保ったまま電動機１０を小型化することが可能となる。特に、本参考例のように出口開口を複数設けると、コイルエンド１７の複数位置に冷却油が供給されて、コイルエンド１７を冷却するため、冷却効率は向上する。また、冷却油は、噴射ノズル４２により、複数の方向に噴射されるため、コイルエンド１７の広い面積を冷却することができる。また、本参考例においては、通路３８，４０がケース３０のステータ鉄心１４から離れた位置、つまり、ケース３０のステータ鉄心よりも側面部３３方向の位置にのみ配設されているため、冷却油を温度の低い状態のままコイルエンド１７にかけることができる。これにより、コイル１６をより効率よく冷却することができる効果がある。
【００３１】
また、本参考例では、噴射ノズル４２は、ステータヨーク部１８とケース３０間の隙間４４に向けて冷却油を噴出する構造となっている。隙間４４は１００μｍ程度の隙間であり、隙間４４の軸方向左端に供給された冷却油は毛細管現象により隙間４４を内側に侵入していき、隙間のステータヨーク部１８周囲の全ての隙間を満たす。このため、ステータヨーク部１８とケース３０間の熱抵抗が小さくなり、ステータ１２の熱をケース３０へと伝わり易くして、ステータ１２をより冷却することができる効果がある。なお、ステータヨーク部１８−ケース３０間の隙間４４に流す冷却油の流量は５０ｃｃ／ｍｉｎ程度にすれば、ヨーク部１８−ケース３０間の全域に冷却油が保持される。
【００３２】
また、コイルエンド１７の複数位置に冷却油を供給するために、図２に示す構成にしてもよい。つまり、図２（ａ）に示すリング状の部材４８をケース左側面３３に固定する。この部材４８は複数の開口５０を所定の間隔毎に有しており、また、部材４８の一方の面には円周全域に渡って溝５２が設けられている。この部材４８の溝５２が設けられた面をケース側面３３に密接して固定することにより、通路４６を通って出口開口に到達した冷却油は、部材４８の溝５２を通って各開口５０に行き渡り、各開口５０からコイルエンド１７に向けて放出する。このようにリング状部材４８を用いた構成でも、複数の開口５０から冷却油が供給されるため、コイルエンド１７の複数位置に冷却油を供給して冷却効率を高めることができる効果がある。また、複数の噴出孔を有するリング状部材４８を一部品として構成しているため、組み付け性もよく、コスト低減も達成される。
【００３３】
第二の参考例．
次に、第二の参考例の電動機について説明する。図３は、第二の参考例の電動機を示す構成図である。
【００３４】
第二の参考例の電動機６０の構成は、図３（ａ）に示すように、第一の参考例とほぼ同じである。異なる点は、冷却油の通路５４がケース３０左側面から上部に貫通し、コイルエンド１７上部に出口開口５６，５８を備えていることである。本参考例においても、通路５４の出口開口５６，５８がコイルエンド１７上方のコイルエンド１７に対応する位置にあり、冷却油がコイルエンド１７に向けて放出される。本参考例においても、コイルエンド１７を冷却し、コイル１６の温度を低くすることができる効果がある。
【００３５】
尚、出口開口５６，５８が設けられる位置は、ケース３０の最上部に限らず、コイルエンド１７の上であれば他の位置でもよい。また、多数の出口開口を設け、コイルエンド１７の複数位置に冷却油を供給することもできる。
【００３６】
また、第二の参考例の変形例として、電動機を図３（ｂ）に示すような構成としてもよい。この変形例の電動機６４では、オイルポンプ６６は電動機６４とは別の部品として設けられ、ケース３０下部に溜まった冷却油を、ケース３０右側上部に設けられたキャッチタンク６８に汲み上げる。キャッチタンク６８からオーバーフローする冷却油が通路５４を通って出口開口５６，５８からコイルエンド１７に供給され、コイルエンド１７を冷却する。
【００３７】
また、図４は、冷却油を好適に供給する第二の参考例に係る電動機の応用例の構成図である。この電動機７０では、コイルエンド１７上方に樋７２が設けられている。樋７２は平板帯状であり、コイルエンド１７の同心円上に延設される。樋はケース３０左側面と一体成型で製作されており、樋７２の帯幅方向の一端はケース左側面３３に固定されている。また、樋７２のステータ鉄心１４側の他端にはつば７４が付けられており、冷却油が樋７２から軸方向に流れ出すことを防止している。樋７２には、複数の孔７６が設けられている。これらの孔７６はコイルエンド１７上方の位置にあり、このため、上部の冷却油通路５４から樋７２に供給された冷却油は、各孔７６からコイルエンド１７の複数位置に流れ落ち、コイルエンド１７を冷却する。図示する角度θ、即ち、軸中心と樋７２の延設方向端部７８を結ぶ直線が鉛直線となす設置角度を３０〜４５°程度とすれば、延設方向端部７８から流れ落ちる冷却油はコイルエンド１７の端にかかるため、コイルエンド１７に満遍なく、且つ、冷却油を無駄にすることなく、冷却油を供給することができる。なお、角度θを３０°より小さくすると、樋７２を流れる冷却油の流速が遅くなり、コイルエンド１７端まで届かない。また、角度θを４５°より大きくすると、冷却油の流速が速すぎ、冷却油はコイルエンド１７にかからずケース３０下部に落ちてしまう。
【００３８】
次に、図４（ｂ）に示される応用例について説明する。この応用例では、コイルエンド１７の周囲に、スポンジやポリウレタンなどの液体を吸収する部材８０を取り付けている。上方の通路開口８４から供給された冷却油は、この吸液部材８０の吸水性により吸液部材８０全域に行き渡るため、コイルエンド１７の周囲全域を冷却することができる。
【００３９】
第三の参考例．
次に、第三の参考例の電動機について説明する。図５は、第三の参考例の電動機を示す構成図である。図５（ａ），（ｂ）は、第三の参考例に係る電動機９０の断面図であり、図５（ｃ）は、ステータ１２の斜視図である。
【００４０】
第三の参考例の電動機９０では、図５（ｃ）に示されるように、ステータヨーク部１８の鋼板積層方向の中央に、所定の長さの溝８４がヨーク部外周に沿って設けられ、その溝８４の両端には、さらに、軸方向に延設された溝８６が設けられている。ステータ鉄心１４がケース３０に組み付けられたときには、この溝が、ケース３０とステータ鉄心１４間に形成された通路となる。また、ステータ鉄心１４とケース３０との間には組み付けの都合上できてしまう隙間がある。そして、冷却油が、キャッチタンク６８からオーバーフローすると、冷却油は先ず、通路８４を通ってケース３０とステータ鉄心１４間に導かれ、そこで一部の冷却油をステータ鉄心１４とケース３０間の隙間に放出し、次に残りの大部分の冷却油をコイルエンド１７に導く。
【００４１】
本参考例では、一部の冷却油を、ステータ鉄心１４とケース３０間の隙間に侵入させる。このため、隙間が空気層である場合と比較して、熱抵抗が格段に低くなり、ステータ鉄心１４からケース３０への放熱を促進させることができる効果がある。このとき、冷却原理からもわかるように、冷却能力はオイル流量には依存せず、隙間にオイルを保持させるだけの流量（５０ｃｃ／ｍｉｎ）があればよい。
【００４２】
また、残りの冷却油をコイルエンド１７の複数位置に供給するため、冷却油がコイルエンド１７表面上を流れる際に、冷却油自身が温度上昇し熱を運び去る。したがって、コイルエンド１７を冷却することができる効果がある。この効果を得るには、冷却油の流量は、片側のコイルエンドに対して１Ｌ／ｍｉｎ以上必要である。
【００４３】
なお、本参考例では、コイルエンド１７に冷却油を供給するための通路８６の数を２本としているが、それ以上設けてもよい。また、通路８６は、ケース３０に溝を加工することにより形成してもよい。
【００４４】
また、上述のようにステータ鉄心１４−ケース３０間の溝に、冷却油を供給する場合でも、図６に示すように、コイルエンド１７上方に樋８８を設けることが好適である。樋８８により、冷却油をコイルエンド１７の複数位置に供給することができる。また、コイルエンド１７の周囲に、冷却油を吸収する部材を取り付けてもよい。
【００４５】
第一の実施形態．
次に、第一の実施形態の電動機について説明する。図７は、第一の実施形態の電動機を示す構成図である。図７（ａ）は電動機１００の断面図であり、図７（ｂ）は電動機１００内部にあるロータ２２の斜視図である。
【００４６】
第一の実施形態の電動機１００では、図７（ａ）に示されるように、軸２８に、軸の端から軸芯に沿って加工された孔９２と、軸２８と直行する方向から加工された孔９４が設けられており、ケース３０左側面に取り付けられたオイルポンプ３４が吐出した冷却油が通路９２，９４を通り、ロータ鉄心２６の円筒内側面に向けて放出される。ロータ鉄心２６の内側面には、螺旋状のフィン１２６が設けられており、ロータ回転時には、ロータ鉄心２６内側面に供給された冷却油がコイルエンド１７に勢いよく噴き付けられる。フィン１２６により冷却油がコイルエンド１７内側全域に噴き付けられるため、コイルエンド１７全域を冷却することができる効果がある。また、フィン１２６を設けることによりロータ鉄心２６の表面積が大きくなるため、ロータ鉄心２６の冷却性能も向上する。
【００４７】
また、軸２８に冷却油通路を加工した別の実施形態を、図８に示す。この実施形態では、軸芯に沿って設けられた通路１０２と、ロータ鉄心２６と軸が接続される部分に軸と直行する方向に設けられた通路１０４と、永久磁石２４の内側面に沿ってロータ鉄心２６を貫通して設けられた通路１０６が互いに接続しており、一連の通路を形成している。オイルポンプ３４がこの通路１０２〜１０６に冷却油を供給することにより、ロータ鉄心２６、永久磁石２４が冷却される。また、通路１０６から流出した冷却油はコイルエンド１７にかかり、コイルエンド１７を冷却する。したがって、本実施形態では、電動機内部の上記各部品を冷却することができ、特に、永久磁石２４が直接冷却油で冷却されるため、永久磁石２４の熱による磁力の低下を防止することができる効果がある。
【００４８】
第四の参考例．
次に、第四の参考例の電動機について説明する。図９は、第四の参考例の電動機を示す構成図である。
【００４９】
本参考例の電動機１１０では、図９（ａ）に示すように、ステータ鉄心１１２は、外径の異なる２種類の鋼板１１４，１１６が交互に積層され形成されている。鋼板１１４，１１６の外径がケース３０内径より小さいため、ケース３０とステータ鉄心１１２の間には隙間ができており、通路１２０がこの隙間に連通している。積層される鋼板１１４，１１６の外径の相違により、ステータ鉄心１１２の表面には周方向に溝が設けられた状態となっている。また、積層される鋼板のうち、端に位置する鋼板１１８の外径は、ケース３０の内径に近い寸法である。
【００５０】
通路１２０から隙間に供給された冷却油は、冷却油自体が受ける重力およびオイルポンプ３４により冷却油にかけられる圧力により、この隙間内を強制的に上から下に溝に沿って流されてステータ鉄心１１２を冷却する。ステータ鉄心１１２とケース３０間の隙間は冷却油の圧力損失を低減するために３ｍｍ以上の隙間となっており、この隙間にオイルポンプ３４で汲み上げた冷却油が潤沢に供給され、冷却油自体が温度上昇し熱を運び去る。循環させる冷却油の流量は、２Ｌ／ｍｉｎ以上必要である。このとき、端の鋼板１１８の外径が内部の鋼板１１４，１１６の外径よりも大きいため、冷却油が隙間からコイルエンド１７方向に流れ出ることが防止されている。なお、この溝は、図９（ｂ）に示すように、ケース３０内面に加工して設けてもよい。
【００５１】
また、図１０に示すように、外径がケース３０内径とほぼ同じ鋼板１２４と、外径がケース３０内径より小さい鋼板１２６の２種類の鋼板１２４，１２６を交互に積層してステータ鉄心１２２を形成することで、ステータ鉄心１２２の表面に周方向に延設される溝を設ける構成としてもよい。この場合には、ケース３０内面の最上部及び最下部に軸方向に延設される溝１２８，１２９を設けることで、ステータ鉄心１２２表面の溝はケース内面の溝１２８，１２９と連通する。そして、上部の溝１２８から供給された冷却油は、ステータ鉄心１２２とケース３０間の隙間を流れ、ステータ鉄心１２２を冷却する。なお、この場合、図９（ａ）に示した電動機と比較して、ステータ鉄心１２２の伝熱面積が大きく、より放熱し易い。
【００５２】
第二の実施形態．
次に、第二の実施形態の電動機について説明する。図１１は、第二の実施形態の電動機を示す構成図である。
【００５３】
本実施形態の電動機では、図１１に示すように、ケース３０右側面にキャッチタンク６９が設けられており、キャッチタンク６９から冷却油の通路である冷却油連通孔１３０を経て、ステータ鉄心１４とケース３０間の隙間に冷却油が供給される。そして、冷却油は毛細管減少により、ステータ鉄心１４とケース３０間の隙間に侵入する。これにより、ステータ鉄心１４からケース３０への放熱が促進される。
【００５４】
なお、本実施形態の場合、冷却油はケース３０の最上部より低い位置に供給されるが、冷却油は毛細管現象により重力に逆らって上方向にも隙間を進む。このため、冷却油連通孔１３０の位置は最上部でなく、低い場所でもよい。例えば、鉱物油では、ステータ鉄心１４とケース３０間の隙間１００μｍである場合には、最上部より８０ｍｍ低い位置でも冷却油は毛細管現象により侵入し、隙間の最上部まで至る。冷却油連通孔１３０を低い位置に設けることにより、電動機設計の自由度が増し、電動機の大きさを小さくすることができる効果がある。また、ステータ鉄心１４−ケース３０間の隙間は非常に狭い（１００μｍ）ので、冷却油の流量（５０ｃｃ／ｍｉｎ）は非常に少なくてすむ。したがって、オイルポンプ６６はキャッチタンク６９に冷却油を汲み上げるだけでよく、冷却油を強制的に冷却油連通孔１３０に送り込む必要はない。
【００５５】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態には限定されるものではなく、上記実施形態の組み合わせ、又は、等価な範囲での様々な変形が可能である。
【００５６】
尚、上記実施形態では、冷却油が電動機内部部品を冷却するため、冷却油の温度は上昇している。よって、電動機を自動車の駆動源として用いた場合に、自動車の運転を始めた暖機時においては、早期にオイル温度を上昇させることで、ギヤ損失を低減し、自動車の燃費を向上させることもできる。この時、電動機ケースの冷却水を止めるとさらに効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】第一の参考例に係る電動機を示す構成図である。
【図２】第一の参考例の変形例を示す構成図である。
【図３】第二の参考例に係る電動機を示す構成図である。
【図４】第二の参考例の変形例を示す構成図である。
【図５】第三の参考例に係る電動機を示す構成図である。
【図６】第三の参考例の変形例を示す構成図である。
【図７】第一の実施形態に係る電動機を示す構成図である。
【図８】第一の実施形態の変形例を示す構成図である。
【図９】第四の参考例に係る電動機を示す構成図である。
【図１０】第四の参考例の変形例を示す構成図である。
【図１１】第二の実施形態に係る電動機を示す構成図である。
【符号の説明】
１０電動機、１２ステータ、１４ステータ鉄心、１６コイル、１８ヨーク部、２０ステータ歯部、２２ロータ、２４永久磁石、２６ロータ鉄心、２８軸、３０ケース、３２軸受け、３４オイルポンプ、３６，３８，４０通路、４２噴射ノズル、４４隙間。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an electric motor having internal parts that generate heat when a rotor rotates.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, electric motors have been used for various purposes. For example, in an electric vehicle and a hybrid vehicle, an electric motor is used as driving power for the vehicle. Further, when the automobile is braked, the electric motor is used to regenerate energy.
[0003]
The electric motor mainly includes a stator and a rotor. Among them, the stator is formed by laminating steel plates with stator tooth portions extending in the inner circumferential direction from a ring-shaped yoke portion to form a stator iron core, and winding a coil at a slot position between the stator tooth portions. The Further, the rotor is configured by arranging a rotor iron core around the shaft and arranging a permanent magnet inside the rotor iron core.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
In the above-described electric motor, a current flows through the coil when the electric motor is driven or regenerated. At this time, a part of the current flowing through the coil is consumed by the resistance of the coil itself and converted into heat. Further, a part of the magnetic flux generated by the coil is consumed in the rotor iron core and the stator iron core and becomes heat. For this reason, there existed a problem that the temperature of a coil became high and the output of an electric motor fell.
[0005]
As a prior art for such a problem, there is an electric motor disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 7-288949. However, in the technique described in this document, the heat generated in the coil end portion passes through the coil itself, and then is transferred to the stator and further to the casing, and the thermal resistance from the coil end portion to the casing is large. In particular, since there is a minute gap (air layer) between the stator and the casing for the convenience of assembly, the thermal resistance of this portion increases. Therefore, there is a possibility that the temperature of the coil end rises at a high load.
[0006]
There is also an electric motor disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 9-46975. However, in the technique described in this document, a heat pipe is inserted into the coil end portion, and the configuration is complicated, and labor is required in the production process in which the coil is wound around the stator. In addition, it is difficult to ensure insulation between the heat pipe and the coil, and there is a problem in reliability.
[0007]
The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object thereof is to provide an electric motor that suitably cools internal components of the electric motor such as a coil end, a rotor iron core, or a stator iron core.
[0015]
[Means for Solving the Problems]
The present invention relates to a stator comprising a stator core formed by extending a plurality of stator tooth portions in the center direction from a circumferential yoke portion, and a coil wound around a slot position between the stator tooth portions. And a rotor including a cylindrical rotor core fixed to a shaft disposed on the inner peripheral side of the stator tooth portion, wherein the diameter of the cylindrical inner surface of the rotor core is fixed to the shaft. A passage having a radial opening at a position corresponding to the cylindrical inner surface of the rotor, a supply means for supplying a coolant to the passage, and a cylindrical inner surface of the rotor core And a fin provided on the surface.
[0017]
The present invention relates to a stator comprising a stator core formed by extending a plurality of stator tooth portions in the center direction from a circumferential yoke portion, and a coil wound around a slot position between the stator tooth portions. An electric motor comprising a case disposed on the outer peripheral side of the stator core and a rotor disposed on an inner periphery of the stator tooth portion, wherein the electric motor communicates between the stator core and the case, and the shaft of the motor A passage disposed in the axial direction of the rotor at a position lower than the uppermost portion of the stator iron core when the stator is fixed so that the direction is horizontal, and provided on a side surface of the case, and communicated with the passage And a catch tank for supplying the coolant to the passage.
[0019]
In addition, it is preferable that cooling oil is supplied between the case and the stator iron core by capillarity.
[0022]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an electric motor according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings . Before describing the embodiment of the present invention, a reference example will be described.
[0023]
First reference example.
First, the electric motor of the first reference example will be described. FIG. 1 is a configuration diagram illustrating an electric motor of a first reference example . 1A is a cross-sectional view of an electric motor, and FIGS. 1B and 1C are cross-sectional views taken along lines AA and BB in FIG. 1A, respectively.
[0024]
The electric motor 10 mainly includes a stator 12 and a rotor 22. The stator 12 is configured by attaching a coil 16 to a stator core 14 formed by laminating a plurality of steel plates. Each steel plate has a shape in which the stator tooth portion 20 extends in the center direction from the ring-shaped yoke portion 18, and the coil 16 is located at a slot position between the stator tooth portions 20 formed when the steel plates are laminated to match the shape. Wrapped. The coil end 17 which is a part of the coil 16 protrudes from the stator core 14 in the steel plate lamination direction.
[0025]
The rotor 22 disposed on the inner peripheral side of the stator 12 is configured by disposing a rotor core 26 having a permanent magnet 24 therein around a shaft 28. The rotor core 26 has a substantially cylindrical shape with a shaft 28 as a center, and is fixed to the shaft 28 at the center. The cylindrical inner surface of the rotor core 26 has a diameter that increases toward the end from a position fixed to the shaft 28. The permanent magnets 24 arranged inside the rotor core 26 have a flat plate shape and are arranged at predetermined positions in the rotational direction at positions near the surface of the rotor core 26 facing the stator teeth 20.
[0026]
The rotor 22 and the stator 12 are housed in a cylindrical case 30. The case 30 includes a cylindrical portion 31 and side surface portions 33 that cover both left and right ends of the cylindrical portion 31. The inner diameter of the case cylindrical portion 31 is slightly larger than the diameter of the stator yoke portion 18, and there is a gap 44 between the yoke portion 18 and the case 30. The rotor shaft 28 is rotatably supported by bearings 32 arranged on the left side surface and the right side surface of the case 30. The right end of the shaft 28 protrudes from the case 30 and transmits torque to other components.
[0027]
The electric motor 10 of this reference example includes a mechanism for cooling the coil end 17 by circulating a coolant. This mechanism will be described. In the following description, the case where oil is used as the coolant is described.
[0028]
An oil pump 34 is disposed at the center of the left side surface of the case 30. Further, a passage 36 that penetrates from the lower left side inner side to the suction port of the oil pump 34 and 2 that penetrates from the discharge port of the oil pump 34 to a position directly beside the coil end 17 on the upper left side side inside the left side surface of the case 30. Two passages 38, 40 are provided. As shown by a dotted line in FIG. 1 (c), one passage 38 is provided to be bent obliquely in the direction of the coil end 17 from the oil pump 34 toward the upper left side of the case 30 and at a position directly beside the coil end 17. It has been. Similarly, the other path 40 is provided obliquely upward in the right direction in the case 30 and bent toward the coil end 17. Therefore, the positions where the outlet openings of these passages 38 and 40 are provided are the positions beside the coil end 17, that is, the positions corresponding to the coil end 17. An injection nozzle 42 is provided at the outlet of each passage 38, 40.
[0029]
A predetermined amount of cooling oil is enclosed in the case 30, and the cooling oil is accumulated in the lower part of the case 30. When the oil pump 34 is activated, the cooling oil accumulated in the lower part is sucked into the oil pump 34 through the passage 36 and discharged to the passages 38 and 40. The cooling oil discharged to the passages 38 and 40 is discharged from the outlet openings of the passages 38 and 40 toward the coil end 17 and adheres to the coil end 17. The amount of cooling oil supplied is about 1 L / min.
[0030]
In the present reference example , as described above, the cooling oil is supplied to the coil end 17 having the highest temperature. Therefore, the coil end 17 can be cooled and the temperature of the coil 16 can be lowered. For this reason, the electrical resistance of the coil 16 is reduced, and there is an effect that a large current can be passed through the coil 16. As a result, it is possible to increase the maximum number of revolutions of the motor 10 and to reduce the size of the motor 10 while maintaining the maximum driving force of the motor 10. In particular, when a plurality of outlet openings are provided as in this reference example , cooling oil is supplied to a plurality of positions of the coil end 17 to cool the coil end 17, so that the cooling efficiency is improved. Further, since the cooling oil is jetted in a plurality of directions by the jet nozzle 42, a wide area of the coil end 17 can be cooled. In this reference example , the passages 38 and 40 are disposed only at positions away from the stator core 14 of the case 30, that is, at positions in the direction of the side surface portion 33 relative to the stator core of the case 30. Can be applied to the coil end 17 while the temperature is low. Thereby, there exists an effect which can cool the coil 16 more efficiently.
[0031]
Further, in the present reference example , the injection nozzle 42 has a structure that ejects cooling oil toward the gap 44 between the stator yoke portion 18 and the case 30. The gap 44 is a gap of about 100 μm, and the cooling oil supplied to the left end in the axial direction of the gap 44 enters the gap 44 inward by capillary action, and fills all gaps around the stator yoke portion 18 of the gap. For this reason, the thermal resistance between the stator yoke portion 18 and the case 30 is reduced, and the heat of the stator 12 can be easily transferred to the case 30 and the stator 12 can be further cooled. If the flow rate of the cooling oil flowing through the gap 44 between the stator yoke portion 18 and the case 30 is about 50 cc / min, the cooling oil is held in the entire region between the yoke portion 18 and the case 30.
[0032]
Further, in order to supply the cooling oil to a plurality of positions of the coil end 17, the configuration shown in FIG. That is, the ring-shaped member 48 shown in FIG. 2A is fixed to the case left side surface 33. The member 48 has a plurality of openings 50 at predetermined intervals, and a groove 52 is provided on one surface of the member 48 over the entire circumference. By fixing the surface provided with the groove 52 of the member 48 in close contact with the case side surface 33, the cooling oil that has reached the outlet opening through the passage 46 passes through the groove 52 of the member 48 to each opening 50. It spreads and discharges from each opening 50 toward the coil end 17. Even in the configuration using the ring-shaped member 48 as described above, the cooling oil is supplied from the plurality of openings 50, so that the cooling oil can be supplied to a plurality of positions of the coil end 17 to increase the cooling efficiency. Moreover, since the ring-shaped member 48 having a plurality of ejection holes is formed as one component, the assemblability is good and the cost can be reduced.
[0033]
Second reference example.
Next, the electric motor of the second reference example will be described. FIG. 3 is a configuration diagram illustrating an electric motor of a second reference example .
[0034]
Configuration of an electric motor 60 of the second reference example, as shown in FIG. 3 (a), is substantially the same as the first embodiment. The difference is that the cooling oil passage 54 penetrates upward from the left side surface of the case 30, and has outlet openings 56 and 58 at the upper part of the coil end 17. Also in this reference example , the outlet openings 56 and 58 of the passage 54 are at positions corresponding to the coil end 17 above the coil end 17, and the cooling oil is discharged toward the coil end 17. Also in this reference example , the coil end 17 can be cooled and the temperature of the coil 16 can be lowered.
[0035]
The positions where the outlet openings 56 and 58 are provided are not limited to the uppermost part of the case 30 and may be other positions as long as they are on the coil end 17. In addition, a large number of outlet openings can be provided to supply cooling oil to a plurality of positions of the coil end 17.
[0036]
As a modification of the second reference example , the electric motor may be configured as shown in FIG. In the electric motor 64 of this modification, the oil pump 66 is provided as a separate part from the electric motor 64, and pumps the cooling oil accumulated in the lower part of the case 30 into a catch tank 68 provided in the upper right part of the case 30. Cooling oil overflowing from the catch tank 68 is supplied to the coil end 17 from the outlet openings 56 and 58 through the passage 54 to cool the coil end 17.
[0037]
FIG. 4 is a configuration diagram of an application example of the electric motor according to the second reference example for suitably supplying the cooling oil. In this electric motor 70, a collar 72 is provided above the coil end 17. The flange 72 has a flat plate shape and extends on a concentric circle of the coil end 17. The collar is manufactured integrally with the left side surface of the case 30, and one end of the collar 72 in the band width direction is fixed to the left side surface 33 of the case. A flange 74 is attached to the other end of the flange 72 on the stator core 14 side to prevent the cooling oil from flowing out from the flange 72 in the axial direction. The collar 72 is provided with a plurality of holes 76. These holes 76 are located above the coil end 17, and therefore, the cooling oil supplied to the flange 72 from the upper cooling oil passage 54 flows down from the holes 76 to a plurality of positions of the coil end 17, and the coil end 17. Cool down. If the angle θ shown in the figure, that is, the installation angle at which the straight line connecting the shaft center and the extending direction end portion 78 of the flange 72 is a vertical line is about 30 to 45 °, the cooling oil flowing down from the extending direction end portion 78 is Since it is applied to the end of the coil end 17, the cooling oil can be supplied to the coil end 17 evenly and without wasting the cooling oil. If the angle θ is smaller than 30 °, the flow rate of the cooling oil flowing through the flange 72 becomes slow and does not reach the end of the coil end 17. If the angle θ is larger than 45 °, the flow rate of the cooling oil is too high, and the cooling oil does not reach the coil end 17 and falls to the lower part of the case 30.
[0038]
Next, an application example shown in FIG. 4B will be described. In this application example, a member 80 that absorbs a liquid such as sponge or polyurethane is attached around the coil end 17. The cooling oil supplied from the upper passage opening 84 spreads throughout the liquid absorbing member 80 due to the water absorption of the liquid absorbing member 80, so that the entire area around the coil end 17 can be cooled.
[0039]
Third reference example.
Next, the electric motor of the third reference example will be described. FIG. 5 is a configuration diagram showing an electric motor of a third reference example . 5A and 5B are cross-sectional views of an electric motor 90 according to a third reference example , and FIG. 5C is a perspective view of the stator 12.
[0040]
In the electric motor 90 of the third reference example , as shown in FIG. 5C, a groove 84 having a predetermined length is provided along the outer periphery of the yoke portion at the center of the stator yoke portion 18 in the steel plate lamination direction. Grooves 86 extending in the axial direction are further provided at both ends of the groove 84. When the stator core 14 is assembled to the case 30, this groove becomes a passage formed between the case 30 and the stator core 14. Further, there is a gap between the stator iron core 14 and the case 30 that can be assembled for convenience. When the cooling oil overflows from the catch tank 68, the cooling oil is first guided between the case 30 and the stator core 14 through the passage 84, and a part of the cooling oil is passed between the stator core 14 and the case 30 there. To the coil end 17 and then to the coil end 17 for most of the remaining cooling oil.
[0041]
In this reference example , a part of the cooling oil enters the gap between the stator core 14 and the case 30. For this reason, compared with the case where a clearance is an air layer, thermal resistance becomes markedly low, and there is an effect that heat dissipation from the stator core 14 to the case 30 can be promoted. At this time, as can be seen from the cooling principle, the cooling capacity does not depend on the oil flow rate, and a flow rate (50 cc / min) sufficient to hold the oil in the gap is sufficient.
[0042]
Further, since the remaining cooling oil is supplied to a plurality of positions of the coil end 17, when the cooling oil flows on the surface of the coil end 17, the cooling oil itself rises in temperature and carries away heat. Therefore, the coil end 17 can be cooled. In order to obtain this effect, the flow rate of the cooling oil is required to be 1 L / min or more with respect to the coil end on one side.
[0043]
In this reference example , the number of the passages 86 for supplying the cooling oil to the coil end 17 is two, but more may be provided. The passage 86 may be formed by machining a groove in the case 30.
[0044]
Further, even when the cooling oil is supplied to the groove between the stator iron core 14 and the case 30 as described above, it is preferable to provide the flange 88 above the coil end 17 as shown in FIG. Cooling oil can be supplied to a plurality of positions of the coil end 17 by the flange 88. A member that absorbs the cooling oil may be attached around the coil end 17.
[0045]
First embodiment.
Next, the electric motor of the first embodiment will be described. FIG. 7 is a configuration diagram illustrating the electric motor according to the first embodiment. FIG. 7A is a cross-sectional view of the electric motor 100, and FIG. 7B is a perspective view of the rotor 22 in the electric motor 100.
[0046]
In the electric motor 100 of the first embodiment, as shown in FIG. 7A, the shaft 28 is processed from a direction in which the shaft 92 is machined from the end of the shaft along the shaft core and a direction orthogonal to the shaft 28. The cooling oil discharged from the oil pump 34 attached to the left side surface of the case 30 passes through the passages 92 and 94 and is discharged toward the cylindrical inner side surface of the rotor core 26. Spiral fins 126 are provided on the inner surface of the rotor iron core 26, and the cooling oil supplied to the inner surface of the rotor iron core 26 is sprayed to the coil end 17 vigorously when the rotor rotates. Since the cooling oil is sprayed to the entire area inside the coil end 17 by the fins 126, the entire area of the coil end 17 can be cooled. Further, since the surface area of the rotor core 26 is increased by providing the fins 126, the cooling performance of the rotor core 26 is also improved.
[0047]
FIG. 8 shows another embodiment in which a cooling oil passage is processed in the shaft 28. In this embodiment, the passage 102 provided along the shaft core, the passage 104 provided in a direction perpendicular to the shaft at the portion where the rotor iron core 26 and the shaft are connected, and the inner surface of the permanent magnet 24. A passage 106 provided through the rotor core 26 is connected to each other to form a series of passages. When the oil pump 34 supplies cooling oil to the passages 102 to 106, the rotor core 26 and the permanent magnet 24 are cooled. Further, the cooling oil flowing out from the passage 106 is applied to the coil end 17 and cools the coil end 17. Therefore, in this embodiment, each said component inside an electric motor can be cooled, and since especially the permanent magnet 24 is cooled with cooling oil directly, the fall of the magnetic force by the heat of the permanent magnet 24 can be prevented. effective.
[0048]
Fourth reference example .
Next, an electric motor of a fourth reference example will be described. FIG. 9 is a configuration diagram illustrating an electric motor of a fourth reference example .
[0049]
In the electric motor 110 of this reference example , as shown in FIG. 9A, the stator core 112 is formed by alternately laminating two types of steel plates 114 and 116 having different outer diameters. Since the outer diameters of the steel plates 114 and 116 are smaller than the inner diameter of the case 30, a gap is formed between the case 30 and the stator core 112, and the passage 120 communicates with the gap. Due to the difference in the outer diameter of the steel plates 114 and 116 to be laminated, a groove is provided in the circumferential direction on the surface of the stator core 112. Further, among the stacked steel plates, the outer diameter of the steel plate 118 located at the end is close to the inner diameter of the case 30.
[0050]
The cooling oil supplied to the gap from the passage 120 is forced to flow along the groove from the top to the bottom in the gap due to the gravity received by the cooling oil itself and the pressure applied to the cooling oil by the oil pump 34. 112 is cooled. The gap between the stator iron core 112 and the case 30 is a gap of 3 mm or more to reduce the pressure loss of the cooling oil, and the cooling oil pumped up by the oil pump 34 is sufficiently supplied to the gap. The temperature rises and carries away heat. The flow rate of the cooling oil to be circulated needs to be 2 L / min or more. At this time, since the outer diameter of the steel plate 118 at the end is larger than the outer diameter of the inner steel plates 114 and 116, the cooling oil is prevented from flowing out from the gap toward the coil end 17. In addition, you may process and provide this groove | channel in case 30 inner surface, as shown in FIG.9 (b).
[0051]
Further, as shown in FIG. 10, the stator core 122 is formed by alternately laminating two types of steel plates 124 and 126, a steel plate 124 having an outer diameter substantially equal to the inner diameter of the case 30 and a steel plate 126 having an outer diameter smaller than the inner diameter of the case 30. By forming, it is good also as a structure which provides the groove | channel extended in the circumferential direction on the surface of the stator iron core 122. FIG. In this case, the grooves 128 and 129 extending in the axial direction are provided at the uppermost and lowermost portions of the inner surface of the case 30 so that the grooves on the surface of the stator core 122 communicate with the grooves 128 and 129 on the inner surface of the case. Then, the cooling oil supplied from the upper groove 128 flows through the gap between the stator core 122 and the case 30 to cool the stator core 122. In this case, the stator core 122 has a larger heat transfer area than the electric motor shown in FIG.
[0052]
Second embodiment.
Next, the electric motor of the second embodiment will be described. FIG. 11 is a configuration diagram illustrating the electric motor according to the second embodiment.
[0053]
In the electric motor according to the present embodiment, as shown in FIG. 11, a catch tank 69 is provided on the right side surface of the case 30, and the stator iron core 14 is connected to the stator core 14 through a cooling oil communication hole 130 serving as a cooling oil passage from the catch tank 69. Cooling oil is supplied to the gap between the cases 30. And cooling oil penetrate | invades in the clearance gap between the stator iron core 14 and the case 30 by capillary reduction. Thereby, heat dissipation from the stator core 14 to the case 30 is promoted.
[0054]
In the case of the present embodiment, the cooling oil is supplied to a position lower than the uppermost portion of the case 30, but the cooling oil advances through the gaps against gravity due to capillary action. For this reason, the position of the cooling oil communication hole 130 may not be the uppermost part but may be a low place. For example, in the case of mineral oil, when the gap between the stator iron core 14 and the case 30 is 100 μm, the cooling oil penetrates by capillary action even at a position 80 mm lower than the uppermost part and reaches the uppermost part of the gap. By providing the cooling oil communication hole 130 at a low position, there is an effect that the degree of freedom in designing the electric motor is increased and the size of the electric motor can be reduced. Further, since the gap between the stator iron core 14 and the case 30 is very narrow (100 μm), the flow rate of cooling oil (50 cc / min) can be very small. Therefore, the oil pump 66 only needs to pump the cooling oil into the catch tank 69, and there is no need to forcibly feed the cooling oil into the cooling oil communication hole 130.
[0055]
The preferred embodiments of the present invention have been described above, but the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made within a combination of the above-described embodiments or an equivalent range.
[0056]
In the above embodiment, since the cooling oil cools the internal components of the motor, the temperature of the cooling oil is increased. Therefore, when an electric motor is used as a driving source for an automobile, it is possible to reduce gear loss and improve the fuel efficiency of the automobile by increasing the oil temperature at an early stage when the vehicle is warmed up. it can. At this time, it is more effective to stop the cooling water in the motor case.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram showing an electric motor according to a first reference example .
FIG. 2 is a configuration diagram showing a modification of the first reference example .
FIG. 3 is a configuration diagram showing an electric motor according to a second reference example .
FIG. 4 is a configuration diagram showing a modification of the second reference example .
FIG. 5 is a configuration diagram showing an electric motor according to a third reference example .
FIG. 6 is a configuration diagram showing a modification of the third reference example .
FIG. 7 is a configuration diagram showing the electric motor according to the first embodiment.
FIG. 8 is a configuration diagram showing a modification of the first embodiment.
FIG. 9 is a configuration diagram showing an electric motor according to a fourth reference example .
FIG. 10 is a configuration diagram showing a modification of the fourth reference example .
FIG. 11 is a configuration diagram showing an electric motor according to a second embodiment.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Electric motor, 12 Stator, 14 Stator iron core, 16 coils, 18 Yoke part, 20 Stator tooth part, 22 Rotor, 24 Permanent magnet, 26 Rotor iron core, 28 shafts, 30 cases, 32 bearings, 34 Oil pump, 36, 38, 40 passages, 42 injection nozzles, 44 gaps.

Claims

A stator iron core formed by extending a plurality of stator tooth portions in a central direction from a circumferential yoke portion, and a stator wound around a slot position between the stator tooth portions;
A rotor including a cylindrical rotor core fixed to a shaft disposed on the inner peripheral side of the stator tooth portion;
An electric motor comprising:
The diameter of the inner surface of the cylinder of the rotor core increases from the position fixed to the shaft toward the shaft end,
A passage having a radial opening at a position corresponding to a cylindrical inner surface of the rotor;
Supply means for supplying a coolant to the passage;
Fins provided on the cylindrical inner surface of the rotor core;
An electric motor comprising:

A stator iron core formed by extending a plurality of stator tooth portions in a central direction from a circumferential yoke portion, and a stator wound around a slot position between the stator tooth portions;
A case disposed on the outer peripheral side of the stator core, and a rotor disposed on the inner periphery of the stator tooth portion;
An electric motor comprising:
The stator core communicates between the case and the case, and is installed in the axial direction of the rotor at a position lower than the uppermost portion of the stator core when the stator is fixed so that the axial direction of the electric motor is horizontal. And the passage
A catch tank that is provided on the side of the case and communicates with the passage to supply a coolant to the passage;
An electric motor comprising:

The electric motor according to claim 2,
An electric motor characterized in that cooling oil is supplied between the case and the stator iron core by capillary action.