JP5552688B2 - モータの冷却装置 - Google Patents

Description

この発明は、モータを冷却する装置に関し、特にモータに設けられたステータの軸線方向に突出したコイルエンド部を冷却する装置に関するものである。

ハイブリッド車や電気自動車などの駆動系に使用されるモータは、高トルクを出力することのできるものが使用されている。一方、車両に搭載されるモータは出力トルクが大きい反面、発熱量が多くなってしまう。特に、モータのコイルエンド部の発熱量が多くなるので、モータのコイルエンド部を冷却する装置が種々開発されている。

その一例として、モータのケースとステータコアとケースの軸線方向に形成された筒部材とによってコイルエンド部を覆う環状の冷却油路を形成し、その冷却油路に冷却オイルを潤滑させることによってコイルエンド部を冷却する装置が特開２００４−２３８０５号公報および特開２００３−２８９６５０号公報に記載されている。また、特開２００４−２３８０５号公報に記載された装置は、ステータコアの軸線方向における両端面に樹脂プレートを一体に形成されている。

さらに、特開２００４−１２０９２３号公報には、コイルエンド部とケースとの隙間に樹脂を充填することによって、コイルエンド部を樹脂モールドによって覆うように構成された装置が記載されている。なお、特開２００４−１２０９２３号公報に記載された装置は、ケースの外観をなす外壁より内側に隙間を空けて円筒状の壁面を設け、その外壁と円筒状の壁面との間に冷却水を流動させることによって、ステータおよびコイルエンド部を冷却するように構成されている。

上述したように特開２００４−２３８０５号公報および特開２００３−２８９６５０号公報に記載された装置は、コイルエンド部を覆う環状の冷却油路が形成されて、その冷却油路に冷却オイルを流すことによってコイルエンド部のコイルと冷却オイルとが直接接触するので、コイルエンド部を樹脂で覆った場合よりもコイルの冷却効率を向上させることができる。しかしながら、コイルエンド部を冷却するための冷却オイルの搭載量が少ない場合や、モータの動力を利用してオイルポンプを駆動させるいわゆるメカオイルポンプを利用する構成でかつモータの回転数が低速である場合などでは、コイルエンド部の冷却量が減少してしまう可能性がある。

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、モータのコイルエンド部の冷却量を増加させることのできるモータの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、ケースに固定されたステータコアと該ステータコアの内周側に突出した巻回部に素線が巻かれたコイルとを有するステータと、該ステータの内周側に配置されたロータとを備えたモータの冷却装置において、前記ステータコアから軸線方向に突出したコイルの少なくとも一部が樹脂により被覆された被覆部と、前記被覆部に所定の隙間を空けて該被覆部を覆うカバー部とを備え、前記所定の隙間が、前記コイルを冷却するオイルが円周方向に流動する流路とされ、前記素線が前記ステータコアの軸線方向の端部で該ステータコアの円周方向を向き、かつ前記ステータコアの半径方向に積層された状態に巻か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、前記被覆部は、前記コイルの少なくとも一部を前記流路に露出させた状態で、前記コイルの一部と前記ステータコアとを覆う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。

さらに、この発明は、上記の発明において、前記被覆部は、前記ステータコアの軸線方向に突出した位置で前記素線が折り曲げられ、該折り曲げられた素線と前記ステータコアの端面との間に前記樹脂が満たされた状態で前記コイルの一部と前記ステータコアとを覆う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。

さらにまた、この発明は、上記のいずれかの発明において、前記被覆部の端面が、該端面と対向した前記カバー部の内面と平行に形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。

さらにまた、この発明は、上記のいずれかの発明において、前記ステータコアから軸線方向に突出している被覆部の外周側と前記カバー部との間に設けられたシール材を備えていることを特徴とするモータの冷却装置である。

さらにまた、この発明は、上記のいずれかの発明において、前記素線は、断面が矩形となるように形成された平角線を含み、該平角線の端面が平坦に形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、上記のいずれかの発明において、前記流路が環状に形成され、該流路にオイルを供給する供給口と、該供給口の近傍に形成され、かつ環状に形成された流路を流動したオイルを外部に排出する排出口と、前記供給口と前記排出口との間に、前記流路を遮蔽することにより該流路を流動するオイルの流動方向を一方向にするように形成された遮蔽板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、ステータコアから軸線方向に突出したコイルの少なくとも一部を樹脂を充填することによって被覆する被覆部と、その被覆部に所定の隙間を空けて被覆部を覆うカバー部とを備え、その所定の隙間がコイルを冷却するオイルが流動する流路とされているので、オイルによってステータコアに巻かれたコイルを冷却することができる。また、その流路の断面積を小さくすることによって流路を流れるオイルの流速を増加させることができるので、コイルとオイルとの見かけ上の熱抵抗を低減することができ、コイルの冷却量を増加させることができる。

この発明によれば、被覆部は、コイルの少なくとも一部を流路に露出させた状態で、コイルの一部とステータコアとを覆うように構成されているので、露出したコイルをオイルによって直接冷却することができ、コイルの冷却量を向上させることができる。

この発明によれば、被覆部はステータコアの軸線方向に突出した位置で素線が折り曲げられ、その折り曲げられた素線とステータコアの端面との間に樹脂が満たされた状態でコイルの一部とステータコアとを覆うように構成されているので、流路を流れるオイルが、ステータコアと折り曲げられた素線との間に流れ込むことによる流動抵抗や乱流の発生を抑制もしくは防止することができる。その結果、オイルの流速の低下を抑制もしくは防止することができ、コイルの冷却量の低下を抑制もしくは防止することができる。

また、この発明によれば、被覆部の端面が、その端面と対向したカバー部の内面と平行に形成されているので、被覆部とカバー部とによって形成された流路の断面積を一定とすることができる。そのため、流路を流れるオイルの流動抵抗を低下させることができ、コイルの冷却量の低下を抑制もしくは防止することができる。

さらに、この発明によれば、ステータコアから軸線方向に突出している被覆部の外周側とカバー部との間にシール材が設けられているので、オイルが漏洩することを抑制もしくは防止することができる。そのため、オイルの漏洩により流速が低下することを抑制もしくは防止することができ、コイルの冷却量の低下を抑制もしくは防止することができる。

そして、この発明によれば、素線は、断面が矩形となるように構成された平角線を含み、その平角線の端面が平坦に形成されているので、平角線の端面でのオイルの流動抵抗を低下させることができ、その結果、コイルの冷却量の低下を抑制もしくは防止することができる。

この発明に係るモータの構成例を説明するための断面図である。 そのモータに設けられたステータの構成を説明するための斜視図である。 樹脂の充填状態を説明するための図である。 他の充填状態を示す図である。 さらに他の充填状態を示す図である。

つぎにこの発明について具体的に説明する。この発明の対象とすることのできるモータは、通電されることによって発熱するものであり、例えば、産業用機械やハイブリッド車に搭載されたモータ（モータ・ジェネレータ）あるいは車輪毎に設けられたインホイールモータなどの従来知られた種々のモータが挙げられる。図１はインホイールモータ１の断面を示したものであり、図に示すようにモータハウジング２の内部にステータ３とロータ４とによって構成されたモータ５が設けられている。

ステータ３は、モータハウジング２と一体に形成されたステータコア６と、そのステータコア６に素線を巻いて形成されたコイル７とで構成されている。具体的には、ステータコア６は、電磁鋼板を軸線方向に積層して構成され、内周側に突出しかつ円周方向に間隔を空けて複数形成された巻回部６ａを有し、その巻回部６ａに断面が矩形の平角線によって形成されたコイル７が巻かれている。そのコイル７は、図２に示すように巻回部６ａの側面ではステータコア６の軸線方向に沿って配置され、ステータコア６の軸線方向に突出した位置で折り曲げられて、ステータコア６の円周方向に沿ってステータコア６の端面に配置されている。さらに、ステータコア６の側面及び端面に配置された平角線は、径方向に連続して配置されている。

また、ステータ６の内周側に配置されたロータ４は、ステータコア６と同様に電磁鋼板を軸線方向に積層して構成されており、出力軸８と一体に形成されている。さらに、ロータ４の外周側には永久磁石が取り付けられている。

したがって、ステータコア６に巻かれたコイル７に通電することによって、その電力に応じた電磁力が生じるので、その電磁力とロータ４に取付られた永久磁石の磁力とが引き合いあるいは反発してモータ５のトルクが得られる。

一方、インホイールモータ１は、車両が急登坂路を走行している場合など高トルクを要求されるときには、コイル７に通電される電力が増加するので、銅損によってコイル７の発熱量が増加する。また、インホイールモータ１は車輪の内部に搭載され、そのモータ５の冷却やギヤトレーン部９などの潤滑に利用されるオイルを加圧して吐出するオイルポンプ１０も車輪の内部に搭載されるように構成されているので、搭載スペースに制限があり、そのため、オイルポンプ１０をモータ５の動力によって駆動されるいわゆるメカオイルポンプを利用している。したがって、車両が低速で走行している場合には、オイルポンプ１０から吐出されるオイル量が減少してしまう。

そのため、この発明に係るモータ５の冷却装置は、少量のオイルでモータ５を冷却することができるように構成されている。つまり、モータ５を冷却するためのオイルが流動する流路を確保することによってオイルの流速を増大させて、オイルとモータ５の冷却部との見かけ上の熱抵抗を低減するように構成されている。図１はその構成例を説明するための図であり、ステータコア６から軸線方向に突出した部分（以下、コイルエンド部７ａと記す。）を冷却する流路１１が形成されている。

その流路１１の構成を具体的に説明すると、コイルエンド部７ａを覆うようにモータハウジング２の外周側にコイルエンドカバー部１２が設けられている。このコイルエンドカバー部１２は、モータ５の径方向において、コイルエンド部７ａの外周側に隙間を空けてモータハウジング２から軸線方向に突出した外周壁１２ａと、コイルエンド部７ａの内周側に隙間を空けてモータハウジング２から軸線方向に突出した内周壁１２ｂとが設けられており、複数のコイルエンド部７ａを一括して覆うように環状に形成されている。

また、軸線方向におけるコイルエンド部７ａのステータコア６側には、コイル７をステータコア６に固定するための樹脂１３ａが充填されている。つまり、ステータコア６の軸線方向の両端に突出したコイルエンド部７ａ同士の間に樹脂１３ａを充填して樹脂モールド１３が形成されている。なお、円周方向における各巻回部６ａの間も樹脂モールド１３が形成されている。したがって、円筒状の樹脂モールド１３が形成されて、その樹脂モールド１３からコイルエンド部７ａの一部が突出している状態となり、樹脂モールド１３と外周壁１２ａおよび内周壁１２ｂとの隙間にＯリングなどのシール材１４が設けられている。

上述したようにコイルエンド部７ａは、コイルエンドカバー部１２およびモータハウジング２ならびに樹脂モールド１３によって形成された環状の隙間に突出して配置される。したがって、その隙間を流路１１としてオイルが潤滑することによりコイルエンド部７ａとオイルとが直接接してコイルエンド部７ａを冷却することができる。また、流路１１を形成することによってその流路１１に流れるオイルの流速を維持すること、すなわち外部にオイルが流出するなどにより流速が低下することを抑制することができるので、その流路１１の断面積を小さく形成することによって流速を向上させることができ、その結果、コイルエンド部７ａの冷却量を増大させることができる。さらに、樹脂モールド１３の端面をその端面と対向するモータハウジング２の内壁面と平行に形成することによって、流路１１を流れるオイルの流動抵抗をより低下させることができる。

また、オイルの流動抵抗を低下させるために、この発明に係るモータ５の冷却装置は、図３に示すようにステータコア６の軸線方向における端面と、そのステータコア６の端面に沿って配置されたコイル７との間に樹脂１３ａを充填するように構成されている。つまり、ステータコア６の軸線方向に突出した位置でコイル７が折り曲げられているので、ステータコア６の端面と折り曲げられたコイル７とには少なからず隙間が空く可能性があり、その隙間を埋めるように樹脂１３ａが充填される。なお、図３の（ａ）は図２における矢視ａの拡大図であり、（ｂ）は図２における矢視ｂの拡大図である。このように樹脂１３ａを充填することによって、流路１１を流れるオイルがコイル７と樹脂１３ａとの隙間に流れ込むことによる流動抵抗を低下させることができ、あるいは乱流となることを抑制もしくは防止することができるので、オイルの流速を維持することができ、その結果、コイルエンド部７ａの冷却量の低下を抑制もしくは防止することができる。また、平角線は、上述したように径方向に連続して配置されているので、その端面は平坦となり、流動抵抗を更に低下させることができる。

なお、この発明に係るモータの冷却装置は、コイルエンド部７ａとオイルとが直接接触することによりコイルエンド部７ａを冷却することができ、かつコイルエンド部７ａとステータコア６とを樹脂によって充填していればよいので、図４および図５に示すように樹脂モールド１３の端部を折り曲げられた平角線の厚み方向の中央部までとしてもよく、あるいは折り曲げられた平角線の端面まですなわちコイルエンド部７ａの端部と樹脂モールド１３の端面とが軸線方向において同一の位置となる箇所までとしてもよい。

ここで、図１に示すモータ５にオイルを潤滑させるオイル潤滑経路について説明する。上述したようにインホイールモータ１は、搭載スペースが限られていることにより、モータ５の動力で駆動するオイルポンプ１０が搭載されている。そのオイルポンプ１０から吐出されたオイルは、他のギヤトレーン部９などの潤滑のためにオイルの一部が供給され、その他のオイルが図に示す右側の流路１１ａに供給される。そして、環状の流路１１ａを流動したオイルが図に示す左側の流路１１ｂに供給される。つまり、流路１１ａはオイルポンプ１０からオイルが供給される供給口とその供給口の近傍に排出口を備え、供給口と排出口との間に流路１１ａを遮蔽する遮蔽板を設けている。そのように構成することによって流路１１ａに供給されたオイルは、一方向に流動し、その結果、流速を向上させることができる。なお、図に示す左側の流路１１ｂも同様に供給口と排出口とを備え、その供給口と排出口との間に遮蔽壁を設けている。

そして、図に示す左側の流路１１ｂを流動したオイルは、ステータ６の外周面とモータハウジング２の内壁面との隙間を流動してオイルパン１５に排出される。なお、ステータ６をモータハウジング２に組み付けるので、少なくともステータ６の外周面とモータハウジング２の内壁面とには、寸法誤差や組み付けようの余裕代による隙間が形成されている。そのため、コイルエンド部７ａを冷却したオイルをステータ６とモータハウジング２との隙間に流動させることによって、ステータ６とモータハウジング２との隙間に介在する空気を排出することができるので、ステータ６の冷却効率を向上させることができる。

なお、この発明は通電されることにより発熱するモータ５を対象とすることができ、そのため、従来知られた同期モータや、あるいは誘導モータであってもよい。また、コイルエンド部７ａを冷却するためにオイルの流速を向上させるあるいは流動抵抗を低下させるように構成されていればよく、樹脂モールド１３の端面は、平坦に形成されていてもよく、あるいはオイルの流動方向に沿って溝を形成してもよい。

Claims (5)

1. ケースに固定されたステータコアと該ステータコアの内周側に突出した巻回部に素線が巻かれたコイルとを有するステータと、該ステータの内周側に配置されたロータとを備えたモータの冷却装置において、
   前記ステータコアから軸線方向に突出したコイルの端面と同一の位置まで前記コイルが樹脂により被覆された被覆部と、
   前記被覆部および前記コイルの端面に所定の隙間を空けて該被覆部を覆うカバー部と
   を備え、
   前記所定の隙間が、前記コイルを冷却するオイルが円周方向に流動する流路とされ、
   前記素線が前記ステータコアの軸線方向の端部で該ステータコアの円周方向を向き、かつ前記ステータコアの半径方向に積層された状態に巻かれていることを特徴とするモータの冷却装置。
2. 前記被覆部の端面が、該端面と対向した前記カバー部の内面と平行に形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。
3. 前記ステータコアから軸線方向に突出している被覆部の外周側と前記カバー部との間に設けられたシール材を備えていることを特徴とする請求項１または４に記載のモータの冷却装置。
4. 前記素線は、断面が矩形となるように形成された平角線を含み、
   該平角線の端面が平坦に形成されていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載のモータの冷却装置。
5. 前記流路が環状に形成され、該流路にオイルを供給する供給口と、該供給口の近傍に形成され、かつ環状に形成された流路を流動したオイルを外部に排出する排出口と、前記供給口と前記排出口との間に、前記流路を遮蔽することにより該流路を流動するオイルの流動方向を一方向にするように形成された遮蔽板とを更に備えている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。

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