JP5589738B2

JP5589738B2 - モータの冷却装置

Info

Publication number: JP5589738B2
Application number: JP2010227630A
Authority: JP
Inventors: 順一出口; 一哉荒川
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2010-10-07
Filing date: 2010-10-07
Publication date: 2014-09-17
Anticipated expiration: 2030-10-07
Also published as: JP2012085392A

Description

この発明は、モータを冷却する装置に関し、特にそのモータのコイルエンド部が樹脂モールドされて被覆されているモータ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高い反面、発熱量が高くなってしまうので、モータを冷却する装置が種々開発されている。

その一例として、コイルと樹脂モールドとを一体に形成したモータが特許文献１に記載されている。その特許文献１に記載されたモータは、コイルエンド端面と、コイルサイド端面と、コイルの内周面とティース部の外周面との隙間と、コイルとヨーク部との隙間とを樹脂モールドすることで一体に形成されている。

また、モータのケースとステータの外周面との間に冷却水路と冷却油路とが形成されたモータが特許文献２に記載されている。その特許文献２に記載されたモータは、中性点がコイルエンド部にあって、その中性点に近い方に冷却水路を形成し、中性点から遠い方に冷却油路を形成している。また、その冷却水路と冷却油路との温度差が大きい場合に、その温度が高い方の流路の冷却性能を向上させるために、冷却水もしくは冷却油の流量を制御するように構成されている。

特開２００９−２６１０８６号公報特開２００６−１８７１０５号公報

上述したように特許文献１に記載されたモータは、コイルエンド部を樹脂モールドで一体に形成しているので、発熱したコイルの熱を樹脂を介して、あるいは樹脂およびコアを介して外気に放出させて冷却することができる。しかしながら、樹脂の熱伝導が必ずしも高くないので、コイルから外気に至る間の熱抵抗が大きく、そのため高トルクを出力することのできるモータにおいては、コイルの発熱量が大きいので、樹脂などの耐熱性の低い部材を優先して冷却する必要がある。

また、特許文献２に記載された装置は、冷却水路と冷却油路とを備え、冷却水路と冷却油路との温度を検出して、その温度差が大きい場合に、高温側の流量を増加させるように制御されるので、高温側の冷却性能を向上させることができる。しかしながら、中性点のあるコイルエンド部側に冷却水路を形成して冷却水を流すとした場合、冷却能力は流速に応じて増大するが、中性点などの水流を阻害する箇所があるので、流速を増大するために大きなポンプ駆動力を必要とするなど、未だ改良するべき余地がある。

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、モータの冷却用のオイルの量を減少させるとともに、そのモータのコイルエンド部を被覆するモールドの冷却性能を向上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、請求項１の発明は、出力軸と一体に設けられたロータと、該ロータの外周側に配置され、かつケースに固定されたステータと、該ステータに巻かれた導線に電流が流されることにより電磁力を発生させるコイルとを備えたモータの冷却装置において、前記導線が束ねられて結線となって前記ステータとケースとの間に位置する部分のコイルに連結された中性点と、前記ステータとケースとの間に位置する部分のコイルと前記中性点とを一体に被覆するモールドと、前記ケースと前記モールドとの間に形成された冷却流体流路とを備え、前記中性点が折れ曲がって前記モールド内に収納されていることを特徴とするものである。

請求項１の発明によれば、ステータとケースとの間に位置するコイルに連結された中性点とそのコイルとを一体に被覆するモールドと、そのモールドとケースとの間に冷却流体流路が形成されている。したがって、中性点が流路内に露出することによって冷却オイルの流速を低下させることを防止することができる。また、中性点を配置する箇所によって、冷却流体流路を形成する箇所が制限を受けないので、モールドと冷却オイルとの接触面積を大きくすることができる。その結果、モールドの冷却性能を向上させることができる。

また、中性点が折れ曲がってモールド内に収納されているので、モールドを薄く形成することができ、モールドの冷却性能を向上させることができる。ひいては、コイルおよび中性点の冷却性能を向上させることができる。

この発明に係る冷却装置の例を説明するための概略図である。他の例を示す概略図である。さらに他の例を示す概略図である。

つぎにこの発明に係るモータの冷却装置の構成例について図を参照しつつ説明する。図１は、モータ１の断面を概略的に示したものである。図１に示すモータ１は、出力軸２と一体に形成されたロータ３と、そのロータ３の外周側に配置され、かつカバー４ａとハウジング４ｂとで構成されたケース４に固定されたステータ５とで構成されている。また、ロータ３は、鋼板を軸線方向に積層して構成された積層鋼板であって、その積層鋼板の外周側には永久磁石が内在されている。さらに、ステータ５もロータ３と同様に軸線方向に鋼板が積層して構成されたものである。そして、ステータ５は、外周側から内周側に突出したステータコア５ａが円周方向に複数形成されている。また、軸線方向に積層されたステータコア５ａを束ねるように、ステータコア５ａにはコイル６が巻かれている。

なお、ここで例に挙げたモータ１は、３相同期モータや３相誘導モータなどのいわゆる多相交流モータである。したがって、ｕ相、ｖ相、ｗ相などが結線として束ねられた中性点７がステータコア５ａから突出した部分のコイル６に連結されている。

そして、ステータコア５ａに巻き付けて軸線方向に突出した部分のコイル６および中性点７は樹脂材料で被覆されている。なお、以下の説明では、その被覆部をモールド８と記載し、ステータコア５ａから突出した部分のコイル６と中性点７とを含む部分をコイルエンド部６ａと記載する。

このように構成されたモータ１は、ステータ５に巻かれたコイル６に電流を流すことによって電磁力が発生するので、その電磁力とロータ３に内在した永久磁石の磁力とによって駆動するように構成されている。そのため、ステータコア５ａに巻かれたコイル６は、ジュール熱により発熱する。特に、中性点７が設けられているコイルエンド部６ａが高温となる。

一方、ステータコア５ａから突出した部分のコイル６および中性点７を被覆するモールド８は樹脂材料なので、耐熱性が低い。そのため、コイルエンド部６ａを被覆するモールド８を冷却する必要があり、この発明は、モールド８とケース４との間に隙間を設けて、その隙間に冷却オイルを流すことで冷却を行えるように構成されている。つまり、ケース４の内壁面に、モールド８を囲うように突出した壁面４ｃを形成し、ケース４およびその壁面４ｃの内側に隙間を空けてモールド８が配置されている。そのため、図１に示すようにモールド８の外周側および内周側とモータ１の軸線方向におけるケース４側とに流路９が形成されている。なお、流路９は、ケース４の壁面４ｃとモールド８との間に位置する部分でＯリングなどのシール１０によって封止されている。また、この流路９は、モータ１の円周方向に連通していて、その一部に図示しないオイルポンプから流路９内に冷却オイルが供給され、かつ他の部分から流路９内の冷却オイルが排出されて潤滑するように構成されている。

さらに、この発明に係るモータの冷却装置は、少量の冷却オイルで冷却性能を向上させることができるように構成されている。つまり、冷却オイルの流速を増加させることにより、冷却オイルとモールド８との見かけ上の熱抵抗が小さくなるので、前述した流路９の断面積を小さくし、かつ冷却オイルとモールド８との接触面積を大きくするように構成されている。

一方、従来、中性点７はモールド８からモータ１の軸線方向に突出するように配置されているが、この中性点７は、溶接などで束ねられていて耐熱性が高いので、積極的に冷却をしなければならないものではない。したがって、上述したように中性点７は、ステータコア６ａと一体に被覆されている。そのため、モールド８とケース４との隙間に形成された流路９に露出する部材がないので、その流路９を流れる冷却オイルの流速を増加させることができる。その結果、モールド８と冷却オイルとの見かけ上の熱抵抗を小さくでき、モールド８の冷却性能を向上させることができる。

また、中性点７が長い場合には、中性点７を被覆するためにモールド８の厚みが増加してしまい、コイル６および中性点７の熱が熱伝導の低い樹脂によって放熱されにくくなるため、図２に示すように、中性点７が折れ曲がってモールド８の内部に収納されるように構成してもよい。つまり、中性点７を折り曲げてモールド８を薄く形成することによって、コイル６および中性点７の熱を冷却あるいは放熱しやすくすることができる。

なお、この発明は、上述した構成に限定されるものではなく、例えば、中性点７をステータの軸線方向に向けて配置しなくてもよい。つまり、図３に示すようにステータ５の径方向に向けて中性点７を配置してもよい。また、上述した構成例のオイルポンプは、電動オイルポンプであってもよく、あるいはこの発明に係る冷却装置が車両に搭載された場合には、車両の駆動源の動力を利用したメカオイルポンプであってもよい。

１…モータ、２…出力軸、３…ロータ、４…ケース、５…ステータ、６…コイル、７…中性点、８…モールド、９…流路。

Claims

出力軸と一体に設けられたロータと、該ロータの外周側に配置され、かつケースに固定されたステータと、該ステータに巻かれた導線に電流が流されることにより電磁力を発生させるコイルとを備えたモータの冷却装置において、
前記導線が束ねられて結線となって前記ステータとケースとの間に位置する部分のコイルに連結された中性点と、
前記ステータとケースとの間に位置する部分のコイルと前記中性点とを一体に被覆するモールドと、
前記ケースと前記モールドとの間に形成された冷却流体流路と
を備え、
前記中性点が折れ曲がって前記モールド内に収納されていることを特徴とするモータの冷却装置。