JP5531716B2

JP5531716B2 - モータ

Info

Publication number: JP5531716B2
Application number: JP2010077823A
Authority: JP
Inventors: 健太郎春野
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2010-03-30
Filing date: 2010-03-30
Publication date: 2014-06-25
Anticipated expiration: 2030-03-30
Also published as: JP2011211844A

Description

本発明はモータに関する。

従来のモータの一例について説明する。図９に例示するモータ５０は、内側部分に中空部分を形成する、固定子としてのステータ１２と、ステータ１２の内側部分と対面し、シャフト１６を軸として回転可能な、回転子としてのロータ１４とを備える。モータの作動時には、シャフト１６を回転軸の軸心としてエンドプレート１８，２０を含むロータ１４が回転し、熱が発生する。

モータの作動に伴うステータの過熱を抑えるために、例えばＡＴＦ、ギヤオイルなどの既存の潤滑剤を、冷却媒体（冷媒）としてステータの両端部分から突出するコイルエンドに向けて吐出させ、冷却する技術が開示されている（例えば特許文献１〜３）。

特許文献１には、回転電気のステータを冷却するために、冷却用の液体を吐出する吐出口が設けられた冷却パイプを備えることについて開示されている。

特許文献２には、ロータコアの側面に設けられた冷却剤案内部を介してステータの端部に冷却剤を案内するモータの冷却構造について開示されている。

特許文献３には、冷却媒体の流量に応じて変化する冷却媒体の軌跡の変化を考慮して吐出孔とコイルエンドの中央部との位置関係を斜めにずらした回転電機の冷却装置について開示されている。

特開２００７−２０９１６０号公報特開２００３−００９４６７号公報特開２００６−１１５６５２号公報

図９に例示するモータ５０では、筺体８０の外部から、例えば電動式または機械式の図示しない流体送出ポンプを用いて供給された冷却媒体を冷媒流通管路１２４の内部に流通させる冷却システムが採用されている。冷媒流通管路１２４のうち、コイルエンド２２ａ，２２ｂの近傍にはそれぞれ、吐出孔１２４ａ，１２４ｂが設けられている。ステータ１２の発熱時において、冷却媒体は吐出孔１２４ａ，１２４ｂから吐出され、ステータ１２の両端部分から突出するコイルエンド２２ａ，２２ｂを冷却することができる。

冷媒流通管路１２４を流通する冷却媒体の流速は、モータ５０や流体送出ポンプの挙動が変化するのに伴って増減することがあり、これに応じて、吐出孔１２４ａ，１２４ｂから吐出される冷却媒体の軌道も変化する場合がある。ステータ１２の発熱時にコイルエンド２２ａ，２２ｂを確実に冷却するためには、なるべく安定した軌道で冷却媒体を吐出させることが望ましいが、図９に示すようにコイルエンド２２ａ，２２ｂの近傍に吐出孔１２４ａ，１２４ｂを単に設けるだけでは、冷却媒体の流量の急激な増減などにより、吐出される冷却媒体の軌道が大きく変動してしまい、冷却効率にばらつきが生じる場合があり得た。

本発明は、冷却媒体の流速の影響を低減することにより、モータの作動時におけるコイルエンドを含むステータの冷却効率をさらに向上させることを目的とする。

本発明の構成は、以下の通りである。

（１）内側部分に中空部分を形成するように配設されたステータと、前記中空部分に配置され、前記ステータと対面して回転可能なロータと、前記ステータの、前記ロータの回転軸方向の両端部分から突出するコイルエンドと、前記ステータを冷却する冷却媒体を前記ロータの回転軸に並行して流通させるための冷媒流通管路と、前記冷媒流通管路を流通する前記冷却媒体を前記冷媒流通管路の径方向に案内するための吐出案内路と、前記吐出案内路に案内された前記冷却媒体を前記コイルエンドに向けて吐出させるための吐出孔と、有し、前記吐出案内路の流路長は前記吐出孔の開口直径と一致する、モータ。

（２）上記（１）に記載のモータにおいて、前記冷媒流通管路の一部に、外径が他の部分よりも大きい拡径部分を有し、前記吐出案内路が、前記拡径部分に、かつ、前記冷媒流通管路の径方向に形成されている、モータ。

（３）上記（１）に記載のモータにおいて、前記吐出案内路が、前記冷媒流通管路の径方向に突出する冷媒案内管路を含む、モータ。

（４）上記（１）に記載のモータにおいて、前記吐出案内路が、前記吐出孔の近傍の上流側と下流側に形成された縮径部を含む、モータ。

本発明によれば、モータの作動時におけるコイルエンドを含むステータの冷却効率を向上させることが可能となる。

本発明の実施の形態におけるモータの構成の概略について説明するための図である。図１に示す冷媒流通管路２４の構成の概略について説明するための部分拡大図である。図２Ａに示す冷媒流通管路２４のＡ−Ａ断面図である。冷媒流通管路２４の厚みと冷却媒体の吐出角度との関係について説明するためのグラフである。吐出孔の大きさと冷却媒体の吐出角度との関係について説明するためのグラフである。冷媒流通管路３４の構成の概略について説明するための図である。冷媒流通管路４４の構成の概略について説明するための断面図である。冷媒流通管路５４の構成の概略について説明するための要部拡大図である。冷媒流通管路６４の構成の概略について説明するための要部拡大図である。従来のモータの一例について説明するための図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。なお、各図面において同じ構成については同じ符号を付し、その説明を省略する。また、各図面に示された部材の寸法比は必ずしも実態に則していない。

図１は、本発明の実施の形態におけるモータの構成の概略について説明するための図である。図１に示すモータ１０は、冷媒流通管路１２４に代えて冷媒流通管路２４を設けたことを除き、図９に示すモータ５０とほぼ同様の構成を有している。コイルエンド２２ａ，２２ｂの上方に設けられた冷媒流通管路２４は、コイルエンド２２ａ，２２ｂの近傍にそれぞれ吐出孔２４ａ，２４ｂを備える。

図２Ａは、図１に示す領域Ａについて拡大した図であり、図２Ｂは、図２Ａに示す冷媒流通管路２４のＡ−Ａ断面図である。コイルエンド２２ａの近傍に形成された吐出孔２４ａは、例えば、所定の厚みを有する冷媒流通管路２４を径方向に穿設したような形状を有している。また、図１に示すように、吐出孔２４ａ，２４ｂはそれぞれ、上方側の、冷媒流通管路２４の最近傍に配置されているコイルエンド２２ａ，２２ｂだけでなく、ロータ１４の外側部分に設けられたコイルエンド２２ａ，２２ｂのほぼ全体にわたり、冷却媒体を適切に吐出できるように形成することができる。このため、吐出孔２４ａ，２４ｂはそれぞれ、例えば、図１に示すロータ１４の回転直径に応じて、鉛直方向に対し対称または非対称に１または複数配置させることができる（図２Ｂ参照）。

図２Ｂにおいて、冷媒流通管路２４の外径と内径との差に相当するパイプの厚みｔは、冷却媒体を流通させる管路としての所望の強度を確保するには十二分に厚く形成されている。例えば、図１に示す冷媒流通管路２４と図９に示す冷媒流通管路１２４が、ほぼ同じ内径を有する場合には、冷媒流通管路２４の外径は、冷媒流通管路１２４よりも大きく形成されていることになる。他の実施の形態として、冷媒流通管路２４と冷媒流通管路１２４が、ほぼ同じ外径を有するのであれば、冷媒流通管路２４の内径は、冷媒流通管路１２４よりも小さく形成されていてもよい。

図２Ｂにおいて、冷媒流通管路２４を構成するパイプの厚みｔと吐出孔２４ａの直径ｄの比率（ｔ／ｄ）を適切に調節することにより、吐出孔２４ａから吐出される冷却媒体が付勢され、コイルエンド２２ａに向けて適切に案内される。つまり、冷媒流通管路２４の内部と吐出孔２４ａとの間を接続するように設けられた流路が、冷却媒体を冷媒流通管路２４の径方向外側に向けての吐出を案内するための吐出案内路として機能することになる。

本発明の実施の形態において、冷媒流通管路２４としては、例えば、所望の長さおよび厚みを有する、ステンレス鋼その他の金属製の直管に、吐出孔となる所望の直径を有する開口を径方向に穿設することにより作製することができる。他の実施の形態として、適当な金型などを用いた樹脂成形など、一工程で成形することもできる。

冷媒流通管路２４に供給された冷却媒体を、吐出孔から適切に吐出させるために、冷却媒体の供給のために不要な、一方端部は閉塞している。このとき、冷媒流通管路２４の両端部分が開口した筒形状の冷媒流通管路２４を作製し、モータの態様に応じて、冷却媒体が供給されない、一方の端部を例えばゴムまたは樹脂製の閉塞栓などで閉塞させて配置する態様とすることもできる。本実施の形態によれば、冷却媒体の供給方向が異なる複数のモータにおいて冷媒流通管路２４の共通化を実現することができるため、好適である。

図３は、図２Ａ、図２Ｂに示す冷媒流通管路２４において、吐出孔２４ａの直径ｄを固定した場合における、厚みｔの変動に伴う冷却媒体の吐出角度θの変動の様子を説明するためのグラフである。ここで、冷却媒体の吐出角度θは、冷媒流通管路２４の径方向を０°、冷媒流通管路２４の長手方向であって、冷却媒体の流通する方向、つまり図１に示す吐出孔２４ｂ側から吐出孔２４ａ側に向かう方向を９０°として示している。また、図２Ｂに示す吐出孔２４ａの直径ｄを２．５ｍｍに固定するとともに、冷却媒体として、オートマチックトランスミッションフルード（ＡＴＦ）（流通温度８５℃）を使用し、流速を２５Ｌ／ｍｉｎの条件にて測定した。

図３に示すように、パイプの厚みｔが吐出孔２４ａの直径ｄに比して小さい場合には、冷却媒体の吐出角度θが大きくずれてしまい、図２Ａに示すコイルエンド２２ａに向かって適切に吐出されない。これに対し、パイプの厚みｔが吐出孔２４ａの直径ｄに一致すると、冷却媒体の吐出角度θはほぼ０となり、コイルエンド２２ａに向かってほぼ垂直方向に吐出される。また、パイプの厚みｔをこれ以上大きくしてもほぼ同様の挙動を示すようになる。

図４は、図２Ａ、図２Ｂに示す冷媒流通管路２４において、パイプの厚みｔを固定した場合における、吐出孔２４ａの直径ｄの変動に伴う冷却媒体の吐出角度θの変動の様子を説明するためのグラフである。なお、図２Ｂに示すパイプの厚みｔを１ｍｍに固定し、吐出孔２４ａの直径ｄを変動させることを除き、他は図３に例示する測定条件と同様である。

図４に示すように、吐出孔２４ａの直径ｄがパイプの厚みｔに比して大きい場合には、冷却媒体の吐出角度θが大きくずれてしまい、図２Ａに示すコイルエンド２２ａに向かって適切に吐出されない。これに対し、吐出孔２４ａの直径ｄがパイプの厚みｔに一致すると、冷却媒体の吐出角度θはほぼ０となり、コイルエンド２２ａに向かってほぼ垂直方向に吐出される。また、吐出孔２４ａの直径ｄをこれ以上小さくしてもほぼ同様の挙動を示すようになる。

なお、図３，図４では、吐出孔２４ａ側の様子を示しているが、吐出孔２４ｂ側においても同様の挙動を示した。また、流速を１．５Ｌ／ｍｉｎ〜３．５Ｌ／ｍｉｎの範囲内にて変動させながら測定した場合においても、概ね同様の挙動を示し、吐出孔２４ａの直径ｄがパイプの厚みｔに一致すると、冷却媒体の吐出角度θはほぼ０となった。

このように、本実施の形態によれば、パイプの厚みｔと吐出孔２４ａの直径ｄとを調節することにより、吐出案内路としての流路長と吐出孔の開口直径とが規定される。そして、パイプの厚みｔと吐出孔２４ａの直径ｄとを適切に調節した冷媒流通管路２４をモータ１０の冷却機構として適用することにより、吐出孔２４ａから吐出される冷却媒体の吐出角度に対する、冷却媒体の流速の影響を低減することができ、コイルエンドの冷却効率を向上させることが可能となる。

図５は、本発明の他の実施の形態におけるモータに配置することができる、冷媒流通管路３４の構成の概略について説明するための図である。冷媒流通管路３４は、その一部に、外径が他の部分よりも大きい拡径部分３０，３２を有し、この拡径部分３０，３２に、冷媒流通管路３４の径方向に穿設された形状を有する吐出孔２４ａ，２４ｂがそれぞれ形成されている。本実施の形態において、図５に示す冷媒流通管路３４のＢ−Ｂ断面の形状は、図２Ａに示す冷媒流通管路２４のＡ−Ａ断面の形状とほぼ同じ形状を有している。このため、拡径部分３０，３２における、パイプの厚みと吐出孔２４ａ，２４ｂの直径とを適切に調節することにより、吐出孔２４ａ，２４ｂから吐出される冷却媒体の吐出角度を、図２Ａ，図２Ｂに示す冷媒流通管路２４と同様に制御することができる。

本発明の実施の形態において、冷媒流通管路３４としては、図２Ａ，図２Ｂに示す冷媒流通管路２４と同様に制御することができる一方、冷媒流通管路２４と比較して、拡径部分３０，３２を除く部分のパイプの太さを必要以上に大きくしなくてよいため、省スペース化や材料費の削減の観点から好適である。

図６は、本発明の他の実施の形態におけるモータに配置することができる、冷媒流通管路４４の構成の概略について説明するための断面図である。図６に示す冷媒流通管路４４を断面視した方向は、図２Ｂに示す冷媒流通管路２４と同様である。冷媒流通管路４４の所定の位置、つまり、図２Ａに示すコイルエンド２２ａの近傍には、その径方向に突出するように形成された吐出案内管路４０，４２が形成されている。吐出案内管路４０，４２は、冷媒流通管路４４に対し、流路長をｔ₁、吐出孔２４ａの直径をｄ₁とするように設けられており、吐出案内管路４０，４２に供給された冷却媒体は、１または複数の吐出孔４４１，４４２を含むことができる吐出孔２４ａから吐出される。本実施の形態では、ｔ₁およびｄ₁を適切に調節することにより、冷却媒体の吐出角度に対する、冷却媒体の流速の影響を低減することができる。

本発明の実施の形態において、冷媒流通管路４４としては、特に樹脂のインサート成形などにより作製することができるが、これに限るものではなく、図６に示すような冷媒流通管路４４を作製することができるものであればいかなる方法であっても良い。

図７は、本発明のさらに別の実施の形態におけるモータに配置することができる、冷媒流通管路５４の構成の概略について説明するための図である。なお、図７（ａ）では、吐出孔５４ａおよびその近傍の形状を明確にするために、吐出孔５４ａを上面視した方向から示している。

図７（ｂ）は、図７（ａ）に示す冷媒流通管路５４のＣ−Ｃ断面図である。図２Ａに示すコイルエンド２２ａの近傍には、冷媒流通管路５４の径方向に冷却媒体を案内するように形成された吐出案内路６０が設けられている。吐出案内路６０は、吐出孔５４ａの近傍に、いわゆる絞りとも称される縮径部または凹部５４１，５４２が形成されていることにより、冷媒流通管路５４を流通する冷却媒体を吐出孔５４ａに向けて適切に案内することができる。本実施の形態では、縮径部５４１，５４２を形成することにより生じた流路長ｔ₂および吐出孔５４ａの開口幅ｄ₂および／または断面積を適切に調節することにより、冷却媒体の吐出角度に対する、冷却媒体の流速の影響を低減することができる。なお、図７（ａ）に示す吐出孔５４ａは、矩形状に形成されているが、これに限るものではないことはいうまでもない。他の実施の形態における吐出孔と同様に、例えば円形状または楕円形状であっても良く、正方形状または正六角形状などの正多角形状であっても良い。

図８は、本発明のまた別の実施の形態におけるモータに配置することができる、冷媒流通管路６４の構成の概略について説明するための図である。なお、図８（ａ）では、吐出孔６４ａおよびその近傍の形状を明確にするために、図７（ａ）と同様に吐出孔６４ａを上面視した方向から示している。

図８（ｂ）は、図８（ａ）に示す冷媒流通管路６４のＤ−Ｄ断面図である。図２Ａに示すコイルエンド２２ａの近傍には、冷媒流通管路６４の径方向に冷却媒体を案内するように形成された吐出案内路７０が設けられている。吐出案内路７０は、吐出孔６４ａの外周近傍部分に縮径部または凹部６４１が形成されていることにより、冷媒流通管路６４を流通する冷却媒体を吐出孔６４ａに向けて適切に案内することができる。本実施の形態では、縮径部６４１を形成することにより生じた流路長ｔ₃および吐出孔６４ａの直径ｄ₃を適切に調節することにより、冷却媒体の吐出角度に対する、冷却媒体の流速の影響を低減することができる。

本発明の実施の形態において、図７、図８に示すような縮径部または凹部を形成するためには、例えば金属製の直管の、吐出孔の近傍であって縮径部または凹部が形成される部分を適切な加工治具で挟み、所望の形状となるように適度に加圧して加工することができるが、これに限るものではなく、図７、図８に示すような冷媒流通管路５４，６４を作製することができるものであればいかなる方法であっても良い。

本発明は、車両などの移動体に搭載されるモータなど、冷却媒体を用いて冷却する様式のモータにおいて利用することが可能である。

１０，５０モータ、１２ステータ、１４ロータ、１６シャフト、１８，２０エンドプレート、２２ａ，２２ｂコイルエンド、２４，３４，４４，５４，６４，１２４冷媒流通管路、２４ａ，２４ｂ，５４ａ，６４ａ，１２４ａ，１２４ｂ，４４１，４４２吐出孔、３０，３２拡径部分、４０，４２吐出案内管路、６０，７０吐出案内路、５４１，５４２，６４１縮径部（凹部）、８０筺体。

Claims

内側部分に中空部分を形成するように配設されたステータと、
前記中空部分に配置され、前記ステータと対面して回転可能なロータと、
前記ステータの、前記ロータの回転軸方向の両端部分から突出するコイルエンドと、
前記ステータを冷却する冷却媒体を前記ロータの回転軸に並行して流通させるための冷媒流通管路と、
前記冷媒流通管路を流通する前記冷却媒体を前記冷媒流通管路の径方向に案内するための吐出案内路と、
前記吐出案内路に案内された前記冷却媒体を前記コイルエンドに向けて吐出させるための吐出孔と、
を有し、前記吐出案内路の流路長は前記吐出孔の開口直径と一致することを特徴とするモータ。
請求項１に記載のモータにおいて、
前記冷媒流通管路の一部に、外径が他の部分よりも大きい拡径部分を有し、
前記吐出案内路が、前記拡径部分に、かつ、前記冷媒流通管路の径方向に形成されていることを特徴とするモータ。
請求項１に記載のモータにおいて、
前記吐出案内路が、前記冷媒流通管路の径方向に突出する冷媒案内管路を含むことを特徴とするモータ。
請求項１に記載のモータにおいて、
前記吐出案内路が、前記吐出孔の近傍の上流側と下流側に形成された縮径部を含むことを特徴とするモータ。