JP5429367B2 - モータの冷却装置 - Google Patents
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Description
この発明は、通電することにより発熱するモータを冷却する装置に関し、特にステータにおけるコイルの端部とその端部を覆うカバーとの間に熱伝達を媒介する流体を流して冷却する装置に関するものである。
周知のとおり、モータはコイルに通電することによりロータが回転して動力を出力する。コイルに通電すれば、不可避的なジュール損(銅損)が生じ、またロータが回転することに伴って磁界が変化することにより不可避的に鉄損が生じ、これらが原因となって発熱し、モータの温度が高くなる。ステータやロータの温度が高くなると、減磁などによって出力特性が低下したり、あるいは耐久性が低下するなどの不都合が生じる。特に車両の走行のために使用されているモータにあっては、低回転数・高トルクでの運転や、高回転数・低トルクでの運転など、多様な運転状態が要求されるので発熱しやすく、しかも限られたスペースに他の各種の部品と共に収容されるから自然放熱による冷却が難しい。
そこで例えば国際公開第2004/019468号パンフレットおよび特開2009−118667号公報ならびに特開平10−290543公報には、ステータコイルの端部を強制的に冷却するように構成された発明が記載されている。具体的に説明すると、国際公開第2004/019468号パンフレットには、ステータにおけるコイルの端部を覆うコイルエンドカバーが設けられるとともに、そのコイルエンドカバーの内部に冷却オイルが流れる流路が形成されたモータが記載されている。そのコイルエンドカバーの下側の部分には冷却オイル流入口が形成され、この冷却オイル流入口にエンジンによって駆動されるオイルポンプが接続されており、またコイルエンドカバーの上側の部分に冷却オイル流出口が形成され、その冷却オイル流出口がオイルパンに接続されている。したがって、国際公開第2004/019468号パンフレットに記載されたモータでは、エンジンによってオイルポンプが駆動されることにより、冷却オイルがコイルエンドカバーの内部に供給され、その冷却オイルがコイルの端部に接触して流れることにより、コイルから熱を奪ってコイルが冷却される。そのオイルは、冷却オイル流出口からオイルパンに戻され、再度、オイルポンプによってコイルエンドカバーの内部に供給される。
また、特開2009−118667号公報には、ステータコイルの端部を覆うコイルエンドカバーがコイルエンドとモータケースとの間に配置され、そのコイルエンドカバーとコイルエンドとモータケースとの三者のうちのいずれか二者の間に冷却液体を流通させてコイルを冷却するように構成された冷却構造が記載されている。また、この特開2009−118667号公報に記載された冷却構造では、冷却流体が漏れる微小隙間が形成されており、コイルエンドからモータケースに到る熱伝達の経路の空気を冷却液体で追い出して、断熱層が生じることを防止するように構成されている。
さらに、特開平10−290543公報には、コイルエンドをコイルエンドカバーによって覆うとともに、そのコイルエンドカバーとモータハウジングとの間に伝熱スペーサを配置し、その伝熱スペーサを介してモータハウジングに熱を伝え、その熱をウォータージャケットの冷却水に伝達することにより、コイルを冷却するように構成されたモータが記載されている。
上記の国際公開第2004/019468号パンフレットあるいは特開2009−118667号公報に記載されているように、ステータにおけるコイルエンドの周囲に冷却オイルもしくは冷却液体を流すことにより、コイルから熱を奪って冷却することができる。しかしながら、モータは、高負荷低回転数での運転や低負荷高回転数での運転など多様な運転状態となるから、冷却オイルもしくは冷却液体を常時、一定の流速もしくは流量で流すとすると、低回転数で大きいトルクが要求されている場合には、冷却不足が生じて温度が上昇する可能性がある。また、これとは反対に高回転数で小さいトルクが要求されている状態では、冷却オイルもしくは冷却液体を必要以上に流すことになって動力損失が生じる可能性がある。特に、走行用モータによってポンプを駆動し、そのポンプで加圧した冷却用の流体をコイルエンドの周囲に流通させるように構成されている車両にあっては、低車速で登坂しているなど、走行用モータの回転数が低く、かつ電流量が多い場合には、ポンプの回転数が低くなって冷却用の流体の流量あるいは流速が低下するのに対してコイルの発熱量が増大するので、モータを十分には冷却できず、モータの温度が上昇する可能性が高くなる。
この発明は上記の技術的課題に着目してなされたものであり、負荷に応じて過不足なく熱伝達を生じさせてモータを冷却することのできる冷却装置を提供することを目的とするものである。
上記の目的を達成するために、この発明は、ステータにおけるコイルの端部の周囲に流体を流通させてステータから熱を奪うように構成されたモータの冷却装置において、前記コイルの端部を覆うコイルエンドカバーと、そのコイルの端部の外面と前記コイルエンドカバーの内面との間に形成された、熱伝達用流体を流通させる流路と、前記コイルエンドカバーを前記コイルの端部に対して接近・離隔させるように移動させて前記流路の断面積を変化させる流速調整手段とを備え、その流速調整手段は、前記流路に供給される前記熱伝達用流体の量が相対的に多い場合に前記流路の断面積を増大させ、かつ前記流路に供給される前記熱伝達用流体の量が相対的に少ない場合に前記流路の断面積を減少させるように構成されていることを特徴とするものである。
また、この発明は、上記の発明において、前記コイルエンドカバーは、前記コイルの端部における外周面と内周面とに接触して前記コイルの端部に嵌合させられたカバー部材を含み、前記流速調整手段は、前記流路に供給される前記熱伝達用流体の量が相対的に多い場合に前記コイルの端部に対する前記カバー部材の嵌合深さを浅くしてそのカバー部材の前記コイルの端部に対する接触面積を減少させ、かつ前記流路に供給される前記熱伝達用流体の量が相対的に少ない場合に前記コイルの端部に対する前記カバー部材の嵌合深さを深くしてそのカバー部材の前記コイルの端部に対する接触面積を増大させるように構成されていることを特徴とするモータの冷却装置である。
そして、この発明は、上記の発明において、前記流路調整手段は、前記コイルエンドカバーを前記コイルの端部側に押圧する弾性部材を含むことを特徴とするモータの冷却装置である。
更に、この発明は、上記の発明において、前記モータを収容しているモータハウジングを更に備え、前記弾性部材は、熱伝導性を備え、かつ前記コイルエンドカバーと前記モータハウジングの内面との間に配置されていることを特徴とするモータの冷却装置である。
更に、この発明は、上記いずれかの発明において、前記モータは、車両に搭載され、その車両の車速に応じた量の前記熱伝達用流体を吐出するポンプが前記車両に搭載されていることを特徴とするモータの冷却装置である。
更に、この発明は、上記の発明において、前記モータは、前記車両の車輪毎に設けられてその車輪を駆動するインホイールモータを含み、前記ポンプは、そのインホイールモータによって駆動されるように構成されていることを特徴とするモータの冷却装置である。
更に、この発明は、上記の発明において、前記流速調整手段は、前記モータの回転数に応じて前記流路の断面積が増大するように前記コイルエンドカバーを前記コイルの端部から離隔する方向に移動させる機構を含むことを特徴とするモータの冷却装置である。
更に、この発明は、上記の発明において、前記機構は、前記モータが回転することにより遠心力によって前記コイルエンドカバーを前記コイルの端部から離隔する方向に移動させるように構成されていることを特徴とするモータの冷却装置である。
更に、この発明は、上記いずれかの発明において、前記流路調整手段は、電磁気力によって前記コイルエンドカバーを前記流路の断面積が変化するように移動させる電磁気力発生手段を含むことを特徴とするモータの冷却装置である。
更に、この発明は、上記いずれかの発明において、前記コイルが保持されているステータコアと、前記コイルエンドカバーと前記ステータコアとを熱伝達可能に連結する熱伝達手段とを更に備えていることを特徴とするモータの冷却装置である。
この発明によれば、コイルの端部とこの端部を覆っているコイルエンドカバーとの間の流路を熱伝達用流体が流れることにより、コイルの熱がその熱伝達用流体に奪われ、コイルが冷却される。その流路に供給される熱伝達用流体の量が少ない場合には、コイルエンドカバーが流速調整手段によってコイル側に移動させられて流路の断面積が減少する。そのため、流路を流れる熱伝達用流体の流速が低下することがなく、あるいは流速が相対的に速くなり、その結果、コイルとコイルエンドカバーとの間の熱抵抗が小さくなって熱伝達量が相対的に増大する。これとは反対に、流路に供給される熱伝達用流体の量が多い場合には、流路の断面積が増大する方向にコイルエンドカバーが流速調整手段によって移動させられ、その結果、流路における熱伝達用流体に対する管路抵抗が低下し、もしくは管路抵抗の増大が抑制され、それに伴って動力損失や発熱を防止もしくは抑制することができる。結局、この発明によれば、モータを過不足なく冷却することができる。
また、この発明によれば、流路に供給される熱伝達用流体の量が少なく、それに伴って流路の断面積が減少した場合、コイルエンドカバーを構成しているカバー部材がコイルの端部に対して深く嵌合し、両者の接触面積が広くなるので、コイルからコイルエンドカバーに対する熱伝達が促進される。すなわち、コイルエンドカバーを介したコイルからの放熱量が多くなるので、コイルを過不足なく冷却することができる。これに対して流路に供給される熱伝達用流体の量が多いことにより、コイルエンドカバーのコイルの端部に対する嵌合深さが浅くなり、それに伴って両者の接触面積すなわち熱伝達面積が小さくなっても、熱伝達用流体の量が多いことにより熱伝達用流体による抜熱量が相対的に多くなり、コイルの冷却を過不足なく行うことができる。
そして、この発明によれば、流路に供給される熱伝達用流体の量が多い場合には、流路の内圧が高くなり、したがってコイルエンドカバーが弾性部材の弾性力に抗して移動させられ、流路の断面積が増大する。これとは反対に、流路に供給される熱伝達用流体の量が少ない場合には、流路の内圧が低下するので、コイルエンドカバーが弾性部材の弾性力によってコイルの端部側に押されて移動し、流路の断面積が減少する。このように、この発明によれば、流路の断面積を、熱伝達用流体の量に応じて自動的に調整することができる。
更に、この発明によれば、その弾性部材がコイルエンドカバーとモータハウジングとの間の熱伝達を促進するように機能するので、コイルからの放熱を促進してモータの冷却性能を向上させることができる。
更に、この発明によれば、低車速の場合、熱伝達用流体の吐出量が低下するが、コイルの端部の周囲に形成されている流路の断面積が小さくなるために、流路での流速が増大し、もしくは流速の低下が抑制される。したがって、低車速でモータの負荷が大きくなっても、コイルからの放熱を促進してコイルを必要十分に冷却することができる。
更に、この発明によれば、インホイールモータで車輪を回転させるとともにポンプを駆動するので、低車速の場合にポンプの回転数が低下して熱伝達用流体の吐出量が低下するが、その場合に前記流路の断面積が小さくなってコイルからの放熱を促進できるので、モータの冷却を必要十分に行うことができる。
更に、この発明によれば、モータの回転数が低回転数の場合、前記流路の断面積を小さくして熱伝達用流体の流速を増大させ、もしくはその流速の低下を抑制することができるので、前述したように、モータを必要十分に冷却することができる。
更に、この発明によれば、モータの回転数を前記流路の断面積に反映させるためにモータの回転に伴う遠心力を利用するので、流速調整手段の構成を簡素化することができる。
更に、この発明によれば、前記流路の断面積の制御を電気的に行うことが可能になり、装置を簡素化し、また制御の自由度を向上させることができる。
更に、この発明によれば、ステータに設けられているコイルからの放熱だけでなく、ステータコアからコイルエンドカバーを介した放熱を促進できるので、モータの冷却性能を向上させることができる。
つぎにこの発明をより具体的に説明する。この発明で対象とするモータは、コイルに通電することによりロータが回転してトルクを出力すると同時に、銅損や鉄損によって発熱するモータであり、各種の産業用機械の動力源として用いられるモータや、車両の走行用駆動力源として用いられるモータである。車両の駆動力源として用いられるモータは、ハイブリッド装置のモータ(モータ・ジェネレータ)や車輪毎に設けられて車輪を個別に駆動するインホイールモータのいずれであってもよい。図9には、インホイールモータ1の例を示してあり、アッパーアーム2およびロアーアーム3によって保持されているモータハウジング4の内部にモータ5が収容され、モータハウジング4に固定されている。このモータ5はこの好ましくは永久磁石式の同期モータであるが、これに限らず誘導モータなどの従来知られているモータであってよい。
そのモータ5の出力側に減速機もしくは変速機(以下、これらをまとめて変速機と記す)6が連結されており、モータ5が出力したトルクをその変速機6によって大小に変化させて出力するように構成されている。その変速機6の出力軸はモータハウジング4から突出し、その先端部に設けられているハブ7を介してホイール8に連結されている。また、モータ5の出力軸には、ギヤユニット9を介してポンプ10が連結されている。このポンプ10は、この発明における熱伝達用流体であるオイルを加圧して吐出するように構成されており、そのオイルをモータ5および変速機6に供給するように管路が構成されている。
モータ5に送られたオイルの少なくとも一部は、モータ5の冷却のために使用されるように構成されている。その冷却のための構成の一例を図1に模式的に示してあり、ここに示す例は、ステータ11に設けられているコイルの端部(コイルエンド)12を強制冷却するように構成された例であり、ステータ11は、積層された電磁鋼板などからなるステータコア13とコイル(図示せず)とを主体として構成されており、コイルエンド12はそのステータコア13の軸線方向での端部から突出している。なお、このコイルエンド12には、その外形形状を確定して安定させ、また素線の保護などのために樹脂被覆14が施されている。
さらに、上記のコイルエンド12を覆うコイルエンドカバー15が設けられている。コイルエンド12はステータコア13の全周に亘って一定間隔に配置されており、コイルエンドカバー15はこれらのコイルエンド12を一括して覆うように構成されている。すなわち、コイルエンドカバー15は全体として環状を成すとともに、コイルエンド12の外周部に接触する外周壁部15aと、コイルエンド12の内周部に接触する内周壁部15bと、コイルエンド12の先端側に位置していて外周壁部15aと内周壁部15bとを連結している側壁部15cとを備えている。そして、コイルエンドカバー15は、その外周壁部15aと内周壁部15bと側壁部15cとによって囲まれた中空部にコイルエンド12を嵌合させるように構成されている。
なお、その中空部の深さ、すなわち外周壁部15aの内面の幅および内周壁部15bの内面の幅は、コイルエンド12の突出長さ以上に設定されている。したがって、コイルエンドカバー15をコイルエンド12に嵌合させた状態では、コイルエンドカバー15の内面とコイルエンド12の外面との間に、熱伝達用流体であるオイルが流通する流路16が形成される。そして、前記ポンプ10から吐出したオイルをその流路16に供給して流通させるように構成されている。なお、その流路16は所定の箇所で前記ポンプ10の吸入口(図示せず)に連通し、あるいはドレイン箇所に対して開口している。
上記のコイルエンドカバー15は、オイルが流通する流路16を形成するだけでなく、コイルエンド12からの放熱を促進するためのものであり、したがってコイルエンド12は熱伝導性の良好な素材で形成することが好ましい。また、コイルエンド12の温度が上昇し始める初期に、コイルエンドカバー15によって可及的に多量の熱を受け取ってコイルエンド12の温度上昇を抑制するために、コイルエンドカバー15は熱容量の大きい構成とすることが好ましい。例えば、コイルエンドカバー15の素材として比熱が大きい素材を選択し、またコイルエンドカバー15の質量を大きくすることが好ましい。
上記のコイルエンド12はモータハウジング4の内面に接近して配置されており、そのコイルエンド12に嵌合させた上記のコイルエンドカバー15とモータハウジング4の内面との間に、ウェーブスプリングやダイヤフラムスプリングなど弾性体17が配置されている。この弾性体17は、この発明における流速調整手段に相当するものであって、前述した流路16におけるオイルの圧力に抗してコイルエンドカバー15をコイル側(ステータコア13側)に押圧するように構成されている。したがって、流路16内のオイルの圧力と弾性体17の弾性力とがバランスして、流路16の幅L1 (すなわち断面積)が所定の幅(断面積)に設定されるように構成されている。また、弾性体17は、コイルエンドカバー15とモータハウジング4との間に挟み込まれて両者に接触していることにより、コイルエンドカバー15とモータハウジング4との間の熱伝達を媒介するので、弾性体17は熱伝導率の大きい素材によって形成されていることが好ましい。
ここで、前述した流路16を流れるオイルの流速と熱抵抗あるいは熱伝達量について説明すると、流路16を流れるオイルの流速が速いほど、コイルエンド12とコイルエンドカバー15との間の熱抵抗が小さくなる。その一般的な傾向を図2に実線で示してある。このような傾向は、オイルが流動することにより撹拌され、その結果、単なる熱伝導による熱の移動だけでなく、オイルが流動して熱を運ぶ作用が並行して生じることによるものと思われる。また、コイルエンドカバー15とコイルエンド12とが直接接触していることにより両者の間で熱伝達が生じるので、その部分の熱抵抗を図2に破線で示してある。前述したように、オイルの流速が遅くなると、オイルを介した熱伝達での熱抵抗が大きくなり、所定の流速以下では、コイルエンドカバー15とコイルエンド12とが直接接触していることによる熱抵抗より大きくなる。したがって、図1に示す構成における実質的な熱抵抗は、図2に太い実線で示すようになるから、オイルを流通させることによる冷却効果をオイルの流量に拘わらずに常時良好な状態に維持するためには、流路16におけるオイルの流速をある程度、高速に維持する必要がある。
一方、コイルエンド12とコイルエンドカバー15との間のオイルを介した熱伝達量の測定結果の一例を図3に示してある。この図3に示すデータにおける流速は、上記のインホイールモータ1を搭載した車両ではそのモータ5によってポンプ10を駆動するので、車速とほぼ比例しており、したがって低車速では熱伝達量が少なく、冷却性能が劣ることが判る。ある程度の中高車速での巡航状態では、図3に破線で囲んだ領域の熱伝達量となるから、低車速でのモータ負荷が大きくなる事態を想定すると、低車速時においても図3に破線で示す領域の流速を確保することが好ましい。
前述した弾性体17の弾性力は、流路16におけるオイルの圧力に抗してコイルエンドカバー15を押圧するように作用し、低車速であることによりポンプ10が吐出するオイルの量が相対的に少ない場合には、流路16内のオイルの圧力が低下してコイルエンドカバー15がコイル側に移動させられる。それに伴って流路16の幅L1 (流路16の断面積)が小さくなると、オイルの流速が速くなるとともに、流路16の内圧が高くなり、その圧力と弾性体17の弾性力とがバランスする位置にコイルエンドカバー15が保持される。この発明では、このようにして設定される流路16の幅L1 (断面積)での流速が、上述した図3に破線で囲んで示す領域の流速となるように、弾性体17の弾性力を調整して設定することが好ましい。なお、流路16でのオイルの流速を過度に速くする構成では、熱伝達量の増大効果が飽和して冷却性能を特には向上させることができなくなるだけでなく、管路抵抗が大きくなって動力損失の原因となり、また弾性体17の弾性力が大きくなる分、コストが増大したり、組み付け性が悪化したりする。
モータ5が動作することによる温度の上昇は、コイルを含むステータ11の全体で生じるのに対して、モータハウジング4を介した外部への放熱はコイルエンドカバー15を介して行われるので、図1に示す構成の冷却装置は、ステータコア13とコイルエンドカバー15との間の熱伝達を媒介する熱伝達部材18を更に備えている。この熱伝達部材18は、コイルエンドカバー15が図1の左右方向に前後動しても、ステータコア13とコイルエンドカバー15とを常時、熱伝達可能に連結しておくものであるから、伸縮可能な構成、あるいは一方に固定されて他方に対して摺動可能な構成であることが好ましい。図1には熱伝達部材18をコイルバネによって構成した例を模式的に示してある。なお、ステータコア13の端面とコイルエンドカバー15の端面との間に熱伝達部材18を挟み込む構成とする場合、熱伝達部材18の少なくとも一方の端部は、コイルエンドカバー15もしくはステータコア13に凹部を形成してその凹部に嵌め込むことが好ましい。このようにすれば、コイルエンドカバー15がステータコア13に最も接近した場合、熱伝達部材18をその凹部に納めてコイルエンドカバー15の端面をステータコア13に直接接触させ、空気層などの断熱層が生じることを回避して、両者の間の熱伝達を促進することができる。
つぎに、上記のように構成された冷却装置の作用について説明する。車両が走行するなどのことによってモータ5が回転すると、その出力軸にギヤユニット9を介して連結されているポンプ10が駆動され、そのポンプ10から吐出されたオイルが前記流路16に供給される。車速が低車速であれば、ポンプ10が吐出するオイルの量が少ないので、コイルエンドカバー15は弾性体17に押圧されてコイル側に移動し、流路16の幅L1 (すなわち断面積)が小さくなる。すなわち、流路16におけるオイルの圧力が弾性体17の弾性力と釣り合うように、流路16が絞られる。その結果、ポンプ10からのオイルの吐出量が相対的に少ない低車速の場合であっても、流路16でのオイルの流速が設計上想定した程度の速い流速に維持される。すなわち、図3を参照して説明したように、コイルエンド12とコイルエンドカバー15との間の熱抵抗が相対的に小さく、これらの間の熱伝達量が中高車速の場合の熱伝達量に近い量に維持される。
また、コイルエンドカバー15がコイル側に移動することにより、コイルエンド12に対するコイルエンドカバー15の嵌合深さが深くなって、両者の接触面積すなわち熱伝達面積が広くなるので、オイルを介さない熱伝達が促進される。
こうしてコイルエンドカバー15に伝達された熱の一部は弾性体17を介してモータハウジング4に伝達され、また他の一部は、モータハウジング4の内部に放散された後、モータハウジング4に伝達される。そして、モータハウジング4から外気に放熱され、結局は、モータ5の熱は外気に放熱されてモータ5が冷却される。なお、ステータコア13とコイルエンドカバー15との間に前述した熱伝達部材18を介在させた場合には、ステータコア13からコイルエンドカバー15に熱が伝達され、その熱が結局は、モータハウジング4から外部に放出されるので、ステータコア13の冷却が促進される。
一方、車速がある程度高く、そのためにポンプ10からのオイルの吐出量が相対的に多い場合には、流路16を流れるオイルの圧力によってコイルエンドカバー15がモータハウジング4側に押し戻され、流路16の幅L1 (断面積)が大きくなる。そのため、流路16での管路抵抗の増大や動力損失が抑制される。なお、その場合であっても、流路16でのオイルの流速は相対的に速くなるので、コイルエンド12からオイルを介したコイルエンドカバー15への熱伝達量が多くなり、効果的な放熱あるいは冷却が行われる。
さらに、比較的低車速の状態でモータ負荷が増大する過渡的な状態について説明すると、低車速であることによりコイルエンドカバー15は前述したようにコイル側に移動して流路16の断面積が小さくなっており、またコイルエンド12に対するコイルエンドカバー15の嵌合深さが深く、両者の接触面積が広くなっている。さらに、コイルエンドカバー15の端面がステータコア13の端面に直接接触している場合がある。この状態でモータ負荷(電流量)が増大すると、銅損などによって発熱量が多くなるが、流路16の断面積が小さくなっていてオイルの流速が速いから、オイルを介したコイルエンド12からコイルエンドカバー15への熱伝達が促進され、また両者の接触面積が広いことによりコイルエンドカバー15に対する熱伝達量が多くなり、さらにステータコア13の端面にコイルエンドカバー15が直接当接している場合には、ステータコア13からコイルエンドカバー15に対する熱伝達量が多くなる。したがって、低車速であることによりオイルの流量が少なくてもコイルエンドカバー15に対する熱伝達を良好に行って、モータ5を冷却することができる。特に、コイルエンドカバー15を熱容量の大きい構成としておけば、モータ5で発生した熱をコイルエンドカバー15に移動させてモータ5の温度上昇を防止もしくは抑制することができる。
この発明は、上述した図1に示す構成に限られないのであり、以下に述べるように適宜の変更、改良を施した構成であってもよい。すなわち、コイルエンドカバー15をコイル側に押圧する弾性体17は、ウェーブスプリングやダイヤフラムスプリングに替えて、図4に示すように、コイルバネを採用してもよい。また、ステータコア13とコイルエンドカバー15との間の熱伝達部材は設けなくてもよい。
また、コイルエンド12の先端部(流路16側の部分)は、コイルエンドカバー15によって覆われ、外部に露出することがないので、図5に示すように、この部分には樹脂被覆14を設けずに、流路16内のオイルに直接接触させるように構成してもよい。
さらに、この発明における流速調整手段は、上記の弾性体17による構成以外に、遠心力や電磁気力を用いた機構によって構成することができる。図6に示す例は、遠心力に応じてコイルエンドカバー15を軸線方向に移動させるように構成した例であり、ロータ19と一体のロータ軸20の外周部には、ガイド21に沿って半径方向に前後動する質量体22が配置されており、この質量体22はリターンスプリング23によってロータ軸20に連結されている。すなわち、質量体22は、ロータ軸20と共に回転することによる遠心力で半径方向で外側に移動し、その移動位置は、遠心力と質量体22を引き戻すリターンスプリング23の弾性力とがバランスする位置となるように構成されている。質量体22の外周面はテーパ面24とされており、これと対応する形状のテーパ面25がコイルエンドカバー15の内周面に形成され、これらのテーパ面24,25が互いに滑り接触している。なお、これらのテーパ面24,25は、ロータ軸20の中心からの半径が、ロータ19側もしくはステータコア13側で大きく、これとは反対のモータハウジング4側(モータ5の軸端側)で小さくなるテーパ面である。したがって、質量体22に作用する遠心力がテーパ面24,25によって軸線方向の推力に変換されてコイルエンドカバー15を弾性体17の弾性力に抗してモータハウジング4側に後退させるように構成されている。なお、図6に示す構成では、弾性体17の弾性力は、上記の遠心力に基づく推力に対抗するように設定されている。また、図6に示す構成では、前述した熱伝達部材は設けられていない。
図6に示す構成によれば、低車速であるなどのことによりポンプ10によるオイルの吐出量が少ない場合、ロータ19の回転数が低回転数であるから、前記質量体22での遠心力が小さく、したがってコイルエンドカバー15は弾性体17に押されてコイル側に移動し、流路16の断面積が小さくなる。そのため、ポンプ10によるオイルの吐出量が少なくとも流路16でのオイルの流速が速くなり、コイルエンド12からコイルエンドカバー15に対する熱伝達が促進され、結局、モータ5を必要十分に冷却することが可能になる。また、ロータ19の回転数が高回転数の場合には、質量体22による遠心力が大きくなってコイルエンドカバー15がモータハウジング4側に後退移動させられるので、流路16の断面積が大きくなり、管路抵抗を低減することができる。
また、流速調整手段の更に他の例を図7および図8に示してある。これらの図に示す例は、磁力によってコイルエンドカバー15の位置すなわち流路16の断面積を変えるように構成した例である。具体的に説明すると、コイルエンドカバー15には、一方の磁極(例えばN極)をモータハウジング4の内面に対向させた永久磁石26が取り付けられており、またモータハウジング4には、この永久磁石26に対向するように電磁石27が配置されている。この電磁石27には、スイッチ28によって電流の向きが反転させられるコイル29が巻かれており、モータ電源30からの電流の向きを、制御器31からの指令信号によって切り替えるように構成されている。
図7および図8に示す構成では、低車速の場合、電磁石27には、永久磁石26と同じ磁極が対向するように電流が流される。こうすることにより、電磁石27と永久磁石26との間には反発力が作用するので、コイルエンドカバー15がコイル側に移動し、流路16の断面積が小さくなる。したがって、ポンプ10によるオイルの吐出量が少ない場合であっても、流路16でのオイルの流速を速くしてコイルエンド12からコイルエンドカバー15に対する熱伝達量を多くし、モータ5を効果的に冷却することができる。また、コイルエンド12に対するコイルエンドカバー15の嵌合深さが深くなって両者の間の熱伝達面積が増大し、その結果、コイルエンド12からコイルエンドカバー15に対する熱伝達量が多くなることは、前述した各具体例と同様である。
これに対して中高車速の場合、電磁石27には、永久磁石26とは異なる磁極が対向するように電流が流される。こうすることにより、電磁石27と永久磁石26との間には磁気吸引力が作用するので、コイルエンドカバー15がコイルエンド12から抜け出る方向に移動し、流路16の断面積が大きくなる。したがって、ポンプ10によるオイルの吐出量が多い場合であっても、流路16での管路抵抗を低減することができる。また、オイルの流速が速く、また流量が多いことにより、モータ5を効果的に冷却できることは、上述した各具体例と同様である。
Claims (10)
- ステータにおけるコイルの端部の周囲に流体を流通させてステータから熱を奪うように構成されたモータの冷却装置において、
前記コイルの端部を覆うコイルエンドカバーと、
そのコイルの端部の外面と前記コイルエンドカバーの内面との間に形成された、熱伝達用流体を流通させる流路と、
前記コイルエンドカバーを前記コイルの端部に対して接近・離隔させるように移動させて前記流路の断面積を変化させる流速調整手段と
を備え、
その流速調整手段は、前記流路に供給される前記熱伝達用流体の量が相対的に多い場合に前記流路の断面積を増大させ、かつ前記流路に供給される前記熱伝達用流体の量が相対的に少ない場合に前記流路の断面積を減少させるように構成されている
ことを特徴とするモータの冷却装置。 - 前記コイルエンドカバーは、前記コイルの端部における外周面と内周面とに接触して前記コイルの端部に嵌合させられたカバー部材を含み、
前記流速調整手段は、前記流路に供給される前記熱伝達用流体の量が相対的に多い場合に前記コイルの端部に対する前記カバー部材の嵌合深さを浅くしてそのカバー部材の前記コイルの端部に対する接触面積を減少させ、かつ前記流路に供給される前記熱伝達用流体の量が相対的に少ない場合に前記コイルの端部に対する前記カバー部材の嵌合深さを深くしてそのカバー部材の前記コイルの端部に対する接触面積を増大させるように構成されている
ことを特徴とする請求項1に記載のモータの冷却装置。 - 前記流路調整手段は、前記コイルエンドカバーを前記コイルの端部側に押圧する弾性部材を含む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装置。
- 前記モータを収容しているモータハウジングを更に備え、
前記弾性部材は、熱伝導性を備え、かつ前記コイルエンドカバーと前記モータハウジングの内面との間に配置されている
ことを特徴とする請求項3に記載のモータの冷却装置。 - 前記モータは、車両に搭載され、
その車両の車速に応じた量の前記熱伝達用流体を吐出するポンプが前記車両に搭載されている
ことを特徴とする請求項1ないし4のいずれかに記載のモータの冷却装置。 - 前記モータは、前記車両の車輪毎に設けられてその車輪を駆動するインホイールモータを含み、
前記ポンプは、そのインホイールモータによって駆動されるように構成されている
ことを特徴とする請求項5に記載のモータの冷却装置。 - 前記流速調整手段は、前記モータの回転数に応じて前記流路の断面積が増大するように前記コイルエンドカバーを前記コイルの端部から離隔する方向に移動させる機構を含むことを特徴とする請求項6に記載のモータの冷却装置。
- 前記機構は、前記モータが回転することにより遠心力によって前記コイルエンドカバーを前記コイルの端部から離隔する方向に移動させるように構成されていることを特徴とする請求項7に記載のモータの冷却装置。
- 前記流路調整手段は、電磁気力によって前記コイルエンドカバーを前記流路の断面積が変化するように移動させる電磁気力発生手段を含むことを特徴とする請求項1ないし6のいずれかに記載のモータの冷却装置。
- 前記コイルが保持されているステータコアと、
前記コイルエンドカバーと前記ステータコアとを熱伝達可能に連結する熱伝達手段と
を更に備えていることを特徴とする請求項1ないし9のいずれかに記載のモータの冷却装置。
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