JP5504794B2

JP5504794B2 - 電動機の冷却構造

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Publication number: JP5504794B2
Application number: JP2009224019A
Authority: JP
Inventors: 隆志松本
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2009-09-29
Filing date: 2009-09-29
Publication date: 2014-05-28
Anticipated expiration: 2029-09-29
Also published as: JP2011078148A

Description

本発明は、電動機の冷却構造に関する。

従来、この種の電動機の冷却構造としては、電動機を収納するケーシングに固定された冷却パイプからステータコイルのコイルエンド部に向けて冷却オイルを流出させてコイルを冷却するものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この電動機の冷却構造では、冷却パイプの一端に設けられた支持リングをケーシングに当接させると共に冷却パイプの他端に設けられたゴムキャップをケーシングに圧入することにより当該冷却パイプがケーシングに固定される。これにより、ゴムキャップにより振動が吸収されるので振動時であっても冷却パイプをケーシングに対して強固に固定することが可能となる。

特開２００７−２０９１６０号公報

しかしながら、上述の電動機の冷却構造では、冷却パイプの側面に形成された吐出口から冷却オイルがステータコイルのコイルエンド部に向けて吐出されることから、冷却オイルがステータコイル以外の部位に達してしまいコイルエンド部に冷却オイルを安定して供給し得なくなることもあり、ステータコイルの冷却に必要な冷却オイル量を確保できずに電動機の冷却性能を低下させてしまうおそれがある。

本発明の電動機の冷却構造は、ステータコイルの冷却に必要な冷媒量を確保して電動機をより良好に冷却することを主目的とする。

本発明の電動機の冷却構造は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。

本発明の電動機の冷却構造は、
円環状に配列される複数の分割コアと、該複数の分割コアを固定するための筒状部を有する固定部材と、該複数の分割コアのそれぞれに巻回される巻線により構成されると共に前記固定部材の前記筒状部に覆われることなく該筒状部の両側から突出するコイルエンド部を有するステータコイルとを含むステータと、該ステータ内に配置されるロータとを備える電動機の冷却構造において、
前記ロータの中心軸と略平行をなすように前記固定部材の外側に配置されると共に、前記電動機を冷却するための冷媒の供給源に接続され、前記コイルエンド部の一方の上方に位置する開口部を有する冷媒通路を備え、
前記固定部材は、前記筒状部から前記冷媒通路の前記開口部近傍に延出されて、前記開口部から流出した前記冷媒が前記筒状部の外周面に流入することを規制する流入規制壁を有することを特徴とする。

本発明の電動機の冷却構造では、ステータコイルの一方のコイルエンド部の上方に位置する開口部を有する冷媒通路がロータの中心軸と略平行をなすようにステータの固定部材の外側に配置される。そして、ステータの固定部材の筒状部からは、冷媒通路の開口部から流出した冷媒が筒状部の外周面に流入することを規制する流入規制壁が冷媒通路の開口部近傍に延出されている。これにより、冷媒を固定部材の筒状部の外周面に流入させずにコイルエンド部へと導入することができるため、ステータコイルの冷却に必要な冷媒量を確保して電動機をより良好に冷却することが可能となる。

また、前記電動機の冷却構造は、前記冷媒通路の前記開口部近傍に前記流入規制壁と対向するように位置決めされて前記冷媒が前記コイルエンド部を越えて流出することを規制する流出規制壁を更に備えてもよい。これにより、冷媒をコイルエンド部を越えて流出させずにコイルエンド部へと導入することができるため、ステータコイルの冷却に必要な冷媒量を確保して電動機をより一層良好に冷却することが可能となる。

更に、前記電動機の冷却構造は、前記流出規制壁を含むと共に前記冷媒通路の前記開口部近傍に位置決めされ、該開口部から流出した前記冷媒を受容して該受容した冷媒を前記コイルエンド部へと滴下する冷媒受容部を更に備えてもよい。

また、前記冷媒通路は、前記ステータの頂部からオフセットされて配置されており、前記冷媒受容部は、前記冷媒通路の前記開口部から流出した前記冷媒を受容し、該受容した冷媒を前記頂部近傍まで導くと共に前記コイルエンド部へと滴下するものであってもよい。これにより、冷媒通路がステータの頂部からオフセットされて配置されていても、冷媒をステータコイルの頂部付近からコイルエンド部に滴下することができるため、冷媒をステータコイルの全体に万遍なく供給して電動機をより良好に冷却することが可能となる。

本発明の実施例に係るモータ２０の冷却構造を有するモータユニット１０の要部を示す斜視図である。本発明の実施例に係るモータ２０の冷却構造を有するモータユニット１０の要部を示す正面図である。図２中のＡ−Ａ断面を示す断面図である

次に、本発明を実施するための形態を実施例を用いて説明する。

図１は、本発明の実施例に係るモータ２０の冷却構造を有するモータユニット１０の要部を示す斜視図であり、図２は、モータユニット１０の正面図である。これらの図面に示すモータユニット１０は、車両に搭載されて走行用の動力を出力したり、車両の運動エネルギを回収して電力を発生したりするものである。実施例のモータユニット１０は、図示しないケーシングに収容されるＰＭ型の同期発電電動機として構成されたモータ２０と、モータ２０を冷却するための冷却オイルを供給する図示しない冷却オイルポンプに接続されると共にケーシングに固定される冷却パイプ２８とを備える。

モータ２０は、回転軸周りに回転するロータ２１と、中央にロータ２１を収容する中空部分を有するステータ２２とで構成される。ロータ２１は、略円環状の板体を複数積層してなるロータコアに複数の永久磁石を埋め込んだものである。ロータコアを構成する板体は、鉄などの磁性材である電磁鋼板を打ち抜き加工することにより板状かつ略円環状に形成される。ステータ２２は、図２に示すように、円環状に配列される複数の分割コア２３ａからなるステータコア２３と、複数の分割コア２３ａを固定するための筒状部２７ａを有する固定リング２７と、ステータコア２３を構成する分割コア２３ａのそれぞれに巻回された巻線からなるステータコイル２４とを有する。分割コア２３ａは、鉄などの磁性材である電磁鋼板を複数積層してなるものであってもよいし、磁性粉末を成形型で圧縮成形した圧粉磁性体であってもよい。また、固定リング２７の筒状部２７ａの軸方向長さは、ステータコイル２４の軸方向長さよりも短く、これにより、ステータコイル２４は、筒状部２７ａに覆われることなく固定リング２７の両側から突出するコイルエンド部２５，２６を有する。

図１および図２に示すように、冷却パイプ２８は、ロータ２１の中心軸に略並行をなすと共にステータ２２の頂部からオフセットされてステータ２２の固定リング２７の外側に位置するようにケーシングに固定される。そして、冷却パイプ２８は、図１に示すように、コイルエンド部２５の上部において図中下向きに開口された開口部２８ａと、コイルエンド部２６の上部において冷却パイプ２８の軸方向に開口された開口部２８ｂとを有する。これにより、図示しない冷却オイルポンプから冷却パイプ２８に送出された冷却オイルは、開口部２８ａ，２８ｂからコイルエンド部２５，２６に向けて流出することになる。

また、ステータ２２には、コイルエンド部２５，２６の概ね上半分を覆うように樹脂等からなるオイルガイド部材２９，３０が取り付けられる。オイルガイド部材２９，３０は、冷却オイルをある程度貯留することができるように形成された貯留部２９ａ，３０ａ（図２中の矢印で示した範囲）と、冷却オイルをコイルエンド部２５，２６の下半分側に導くための誘導部２９ｂ，３０ｂとをそれぞれ含む。貯留部２９ａ，３０ａには、冷却オイルをコイルエンド部２５，２６に滴下するための図示しない滴下孔が所定の間隔で設けられている。更に、コイルエンド部２６側のオイルガイド部材３０は、冷却パイプ２８の開口部２８ｂの近傍に位置するオイル受容部３２を含む。オイル受容部３２は、図３に示すように、冷却パイプ２８の開口部２８ｂからの冷却オイルがコイルエンド部２６を越えて流出しないように規制する流出規制壁３２ａと、開口部２８ｂの下方に位置する底部３２ｂとから構成され、貯留部３０ａや誘導部３０ｂと一体に形成される。図１および図２に示すように、流出規制壁３２ａおよび底部３２ｂ、すなわちオイル受容部３２は、冷却パイプ２８の開口部２８ｂ付近からステータ２２の頂部付近まで延在して当該頂部付近でコイルエンド部２６上に冷却オイルを滴下すると共に貯留部３０ａ内に冷却オイルを導入することができるように形成される。

そして、ステータ２２を構成する複数の分割コア２３ａを固定するための固定リング２７には、冷却パイプ２８の開口部２８ｂの近傍でオイルガイド部材３０のオイル受容部３２を構成する流出規制壁３２ａと対向するように流入規制壁２７ｂが形成されている。実施例において、流入規制壁２７ｂは、固定リング２７を製造する際に筒状部２７ａの一端を絞り成形等により折り曲げることにより、当該筒状部２７ａから延出される。また、上述のオイルガイド部材３０は、図３に示すように、オイル受容部３２の底部３２ｂの端面が流入規制壁２７ｂに当接するようにステータ２２に取り付けられる。

上述のように構成されたモータユニット１０を搭載した車両は、モータ２０のステータコイル２４に電流を流すことにより磁界を発生させてロータ２１を回転させ、回転トルクを車両の駆動系に伝達することにより走行する。従って、ステータコイル２４に電流が流れることによりジュール熱が発生し、それによりステータコイル２４が発熱する。このため、モータユニット１０を搭載した車両では、所定条件が成立すると冷却オイルポンプが駆動され、当該冷却オイルポンプから冷却パイプ２８へと供給された冷却オイルが冷却パイプ２８の開口部２８ａ，２８ｂからコイルエンド部２５，２６に向けて流出する。

冷却パイプ２８の開口部２８ａから流出した冷却オイルは、コイルエンド部２５に直接滴下されるか、あるいは、オイルガイド部材２９を介してコイルエンド部２５に滴下される。すなわち、開口部２８ａからオイルガイド部材２９へと流出した冷却オイルは、貯留部２９ａに一旦貯留されてから滴下孔を通してコイルエンド部２５の上側領域に滴下される。これにより、冷却オイルがコイルエンド部２５の上半分側に均等にいきわたるようにすることができる。また、冷却オイルの一部は、貯留部２９ａから更に誘導部２９ｂへと導かれた後に、誘導部２９ｂから表面張力でもってコイルエンド部２５の下半分側へと導かれる。これにより、コイルエンド部２５の下半分の領域にも冷却オイルがいきわたるようにすることができる。

また、開口部２８ｂから流出した冷却オイルは、図１および図３からわかるように、流出規制壁３２ａによってコイルエンド部２６を越えて流出することが規制されると共に、固定リング２７の筒状部２７ａから延出された流入規制壁２７ｂによって筒状部２７ａの外周面に流入することが規制される。更に、図２からわかるように、開口部２８ｂから流出してオイル受容部３２により受容された冷却オイルは、オイル受容部３２によりステータ２２の頂部近傍まで導かれた後、コイルエンド部２６に直接滴下されるか、あるいは、オイルガイド部材３０を介してコイルエンド部２６に滴下される。開口部２８ｂからオイルガイド部材３０へと導かれた冷却オイルは、オイルガイド部材２９側と同様に、貯留部３０ａ，誘導部３０ｂを通してコイルエンド部２６へと滴下される。こうして冷却オイルがコイルエンド部２５，２６に流れ込んでコイルエンド部２５，２６を冷却することによりステータコイル２４の全体が冷却されることになる。

以上、説明した実施例のモータ２０の冷却構造を備えるモータユニット１０では、ステータコイル２４のコイルエンド部２５，２６の上方に位置する開口部２８ａ，２８ｂを有する冷却パイプ２８がロータ２１の中心軸と略平行をなすように固定リング２７の外側に配置される。そして、ステータ２２の固定リング２７の筒状部２７ａからは、冷却パイプ２８の開口部２８ｂから流出した冷却オイルが筒状部２７ａの外周面に流入することを規制する流入規制壁２７ｂが冷却パイプ２８の開口部２８ｂ近傍に延出されている。これにより、冷却オイルを固定リング２７の筒状部２７ａの外周面に流入させずにコイルエンド部２６へと導入することができるため、ステータコイル２４の冷却に必要な冷媒量を確保してモータ２０をより良好に冷却することが可能となる。

また、実施例のモータユニット１０は、冷却パイプ２８の開口部２８ｂ近傍に流入規制壁２７ｂと対向するように位置決めされて冷却オイルがコイルエンド部２６を越えて流出することを規制する流出規制壁３２ａを有している。これにより、冷却オイルをコイルエンド部２６を越えて流出することを規制しながらコイルエンド部２６へと導入することができるため、ステータコイル２４の冷却に必要な冷却オイル量を確保してモータ２０をより一層良好に冷却することができる。なお、図示しないケーシングの内壁がコイルエンド部２６に近接した状態で固定リング２７の流入規制壁２７ｂと対向することになる場合には、流出規制壁３２ａを省略して当該ケーシングの内壁により冷却オイルがコイルエンド部２６を越えて流出することを規制してもよい。

更に、モータユニット１０では、冷却パイプ２８がステータ２２の頂部からオフセットされて配置されており、これにより、冷却パイプ２８がステータ２２の頂部付近に配置される場合に比べて、モータユニット１０の高さ方向の寸法増加を抑制することが可能となる。そして、モータユニット１０は、流出規制壁３２ａを含むと共に冷却パイプ２８の開口部２８ｂ近傍に位置決めされ、冷却パイプ２８から流出した冷却オイルを受容して、受容した冷却オイルをコイルエンド部２６へと滴下するオイル受容部３２を有しており、当該オイル受容部３２は、冷却パイプ２８から流出した冷却オイルを受容し、受容した冷却オイルをステータ２２の頂部近傍まで導くと共にコイルエンド部２６へと滴下する。これにより、冷却パイプ２８がステータ２２の頂部からオフセットされて配置されていても、冷却オイルをステータコイル２４の頂部付近からコイルエンド部２６に滴下することができるため、冷媒をステータコイル２４の全体に万遍なく供給してモータ２０をより良好に冷却することが可能となる。

実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。実施例では、モータ２０が「電動機」に相等し、分割コア２３ａが「分割コア」に相等し、固定リング２７が「固定部材」に相等し、固定リング２７の筒状部２７ａが「筒状部」に相等し、コイルエンド部２５，２６が「コイルエンド部」に相等し、ステータコイル２４が「ステータコイル」に相等し、ステータ２２が「ステータ」に相等し、ロータ２１が「ロータ」に相等し、開口部２８ｂが「開口部」に相等し、冷却パイプ２８が「冷媒通路」に相等し、流入規制壁２７ｂが「流入規制壁」に相等し、流出規制壁３２ａが「流出規制壁」に相等し、流出規制壁３２ａと底部３２ｂとで構成されるオイル受容部３２が「冷媒受容部」に相等する。

なお、実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係は、実施例が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。即ち、課題を解決するための手段の欄に記載した発明についての解釈はその欄の記載に基づいて行なわれるべきものであり、実施例は課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎないものである。

以上、本発明を実施するための形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。

本発明は、電動機とその冷却構造とを有するユニットや当該ユニットを搭載した車両の製造産業に利用可能である。

１０モータユニット、２０モータ、２１ロータ、２２ステータ、２３ａ分割コア、２３ステータコア、２４ステータコイル、２５，２６コイルエンド部、２７固定リング、２７ａ筒状部、２７ｂ流入規制壁、２８冷却パイプ、２８ａ，２８ｂ開口部、２９，３０オイルガイド部材、２９ａ，３０ａ貯留部、２９ｂ，３０ｂ誘導部、３２オイル受容部、３２ａ流出規制壁、３２ｂ底部。

Claims

円環状に配列される複数の分割コアと、該複数の分割コアを固定するための筒状部を有する固定部材と、該複数の分割コアのそれぞれに巻回される巻線により構成されると共に前記固定部材の前記筒状部に覆われることなく該筒状部の両側から突出するコイルエンド部を有するステータコイルとを含むステータと、該ステータ内に配置されるロータとを備える電動機の冷却構造において、
前記ロータの中心軸と略平行をなすように前記固定部材の外側に配置されると共に、前記電動機を冷却するための冷媒の供給源に接続され、前記コイルエンド部の一方の上方に位置する開口部を有する冷媒通路を備え、
前記固定部材は、前記筒状部から前記冷媒通路の前記開口部近傍に延出されて、前記開口部から流出した前記冷媒が前記筒状部の外周面に流入することを規制する流入規制壁を有し、
前記冷媒通路の前記開口部近傍に前記流入規制壁と対向するように位置決めされて前記冷媒が前記コイルエンド部を越えて流出することを規制する流出規制壁を更に備えることを特徴とする電動機の冷却構造。
請求項１に記載の電動機の冷却構造において、
前記流出規制壁を含むと共に前記冷媒通路の前記開口部近傍に位置決めされ、該開口部から流出した前記冷媒を受容して該受容した冷媒を前記コイルエンド部へと滴下する冷媒受容部を更に備える電動機の冷却構造。
請求項２に記載の電動機の冷却構造において、
前記冷媒通路は、前記ステータの頂部からオフセットされて配置されており、
前記冷媒受容部は、前記冷媒通路の前記開口部から流出した前記冷媒を受容し、該受容した冷媒を前記頂部近傍まで導くと共に前記コイルエンド部へと滴下するものである電動機の冷却構造。