JP5615009B2 - 電動機 - Google Patents

Description

本発明は、ステータを冷却するための冷却液をコイルエンド部へと導く冷却液ガイドを備えた電動機に関する。

従来、この種の電動機としては、回転軸を中心に回転自在なロータと、ロータの周面に対向する複数のスロットを有するステータと、スロットに巻装されると共にステータの軸方向端面から軸方向に張り出した領域としてのコイルエンド部を有するコイルと、コイルエンド部の上方に離間して形成されると共に当該コイルエンド部を冷却するための冷却液の流路をなす樋とを備えたものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この電動機では、樋に設けられた複数の冷却液供給口から冷却液をコイルエンド部の表面に供給することにより、効率良くコイルエンド部を冷却している。

特開２００４−１８０３７６号公報

しかしながら、特許文献１には、樋をコイルエンド部の上方に固定する具体的な手法が開示されていない。ここで、樋をコイルエンド部の上方の適正な位置に配置するためには、例えば電動機のケーシングに固定部材を用いて樋を固定する手法が考えられるが、このような手法を用いた場合、固定部材の長尺化に起因して樋の固定が不安定になってしまい、冷却液をコイルエンド部に安定して供給できずにステータの冷却性能が低下するおそれがある。また、高圧端子といった電動機の周辺部品と固定部材との干渉が生じやすく、施工性の面でも好ましくない。

本発明の電動機は、ステータを冷却するための冷却液をコイルエンド部へと導く冷却液ガイドを、電動機の周辺部品との干渉を抑制しつつコイルエンド部の上方のより適正な位置に容易かつ強固に固定可能とすることを主目的とする。

本発明の電動機は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。

本発明の電動機は、複数の電磁鋼板を積層することにより構成されたステータコアと、該ステータコアの外周を覆う外筒部材と、前記ステータコアに巻回される巻線より構成されると共に該ステータコアの軸方向端面から軸方向外側に突出するコイルエンド部を有する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、前記ステータを冷却するための冷却液を受容して前記コイルエンド部へと導く冷却液ガイドとを備える電動機であって、
前記外筒部材は、前記ステータコアの軸方向端面よりも軸方向外側に突出した突出部を有し、
前記冷却液ガイドは、前記コイルエンド部の上方に位置するように前記外筒部材の前記突出部に固定されることを特徴とする。

本発明の電動機では、ステータを冷却するための冷却液を受容してコイルエンド部へと導く冷却液ガイドが外筒部材のステータコアよりも軸方向に突出した突出部に固定されることにより、コイルエンド部の上方に配置される。このように、冷却液ガイドをコイルエンド部の周囲に位置するステータコアの外筒部材の突出部に直接固定することにより、冷却液ガイドと電動機の周辺部品との干渉を抑制しつつ、冷却液ガイドをコイルエンド部の上方のより適正な位置に容易かつ強固に固定可能とすることができる。

また、前記冷却液ガイドは、前記外筒部材の前記突出部に固定される固定部材と、該固定部材に連結されると共に冷却液を受容して前記コイルエンド部へと滴下するガイド部材とからなるものであってもよい。これにより、冷却液ガイドをケーシングに固定する場合に比べて固定部材を小型化することができるので、冷却液ガイドの固定に要するスペースをより一層削減することができ、冷却液ガイドと電動機の周辺部品との干渉をより良好に抑制することが可能となる。さらに、固定部材の小型化によりコストダウン化を図ることもできる。

更に、前記固定部材は、前記外筒部材の前記突出部の内周面または外周面に当接するように配置されると共に前記突出部と当接する領域の縁に沿って該突出部に溶接されるものであってもよい。これにより、外筒部材や固定部材の寸法に多少のバラツキがあったとしても、冷却液ガイドをより適正な位置に配置することができると共に溶接品質を一定に保って冷却液ガイドを外筒部材に強固に固定することが可能となる。

また、前記固定部材は、前記突出部の内周面に当接するように配置されてもよく、前記ガイド部材は、前記ステータコアの前記軸方向端面に当接するように配置されるものであってもよい。これにより、冷却液ガイドをコイルエンド部の上方のより適正な位置に容易に配置することができる。

更に、前記外筒部材は、前記突出部の端部から径方向外側に延出された延出部を有するものであってもよく、前記固定部材は、前記延出部に当接するように配置されると共に前記延出部と当接する領域の縁に沿って該延出部に溶接されるものであってもよい。これにより、冷却液ガイドをより適正な位置に配置することができる。

また、前記ガイド部材は、前記固定部材を金型内に配置すると共に該金型内に樹脂を充填するインサート成形により該固定部材と一体成形されるものであってもよい。このように、インサート成形により固定部材とガイド部材とを一体の部材として形成することで、固定部材とガイド部材とを容易かつ強固に連結し、冷却液ガイド全体を外筒部材に安定して固定することができる。

本発明の実施例に係るモータユニット１０の概略構成図である。 図１における実線矢印Ａ方向から見たモータユニット１０の説明図である。 図１における実線矢印Ｂ方向から見たモータユニット１０の説明図である。 図２におけるＣ−Ｃ線に沿った断面図である。 図２におけるＤ−Ｄ線に沿った断面図である。 変形例に係るモータユニット１０の断面図である。 変形例に係るモータユニット１０の断面図である。

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ユニット１０の概略構成図である。実施例のモータユニット１０は、ハイブリッド自動車や電気自動車等の車両に動力発生源として搭載されるものであり、図示するように、発電機として作動すると共に電動機として作動可能な周知の同期発電電動機であるモータ２０と、モータ２０を収納するケーシング３０と、モータ２０を冷却するための冷却液を供給する図示しない冷却液ポンプに接続されると共にケーシング３０に固定される冷却液パイプ３１とを備える。

モータ２０は、回転軸１１に固定されたロータ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、ケーシング３０の外部にある図示しない電力供給源と接続される高圧端子２６とを備える。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略円環状に形成される。ステータ２２は、複数の略円環状に形成された電磁鋼板を積層することにより構成されたステータコア２３と、ステータコア２３に巻回される巻線より構成されると共に高圧端子２６が接続されるコイル２４と、ステータコア２３の外周を覆うと共にケーシング３０に固定される外筒部材２７とを有する。

ステータコア２３の軸方向長さは、コイル２４の軸方向長さよりも短く、これにより、コイル２４は、ステータコア２３の軸方向端部の両側から軸方向外側に突出するコイルエンド部２５を有する。また、ステータコア２３の軸方向長さは、外筒部材２７の軸方向長さよりも短く、外筒部材２７は、ステータコア２３の軸方向端部の両側から軸方向外側に突出する突出部２７ａを有する。図２は、図１における実線矢印Ａ方向から見たモータユニット１０の説明図（以下、こちら側を「Ａ方向側」という）であり、図３は、図１における実線矢印Ｂ方向から見たモータユニット１０の説明図（以下、こちら側を「Ｂ方向側」という）である。ただし、図２および図３では、説明の簡単のため、高圧端子２６およびケーシング３０の図示を省略している。図２に示すように、外筒部材２７は、Ａ方向側の端部に突出部２７ａから径方向外側に延出された複数の延出部２７ｂを有する。複数の延出部２７ｂには、それぞれ図示しないボルトが挿通される連結孔２７ｃが設けられており、当該ボルトにより連結孔２７ｃとケーシング３０に設けられた図示しない連結部とを締結することにより、モータ２０全体がケーシング３０に固定される。ここで、延出部２７ｂは、外筒部材２７を製造する際に絞り成形等により筒状部の一端に形成される屈曲部分を利用して成形することができる。

このように構成されたモータ２０において、図示しない電力供給源から高圧端子２６を介してコイル２４に電流が印加されることにより回転磁界が発生し、この回転磁界にロータ２１の永久磁石が吸引されることによりロータ２１および回転軸１１が回転する。この際、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、それにより当該コイル２４が発熱する。このため、実施例のモータユニット１０は、図示しない冷却オイルポンプから供給される冷却オイルをコイルエンド部２５へと流出する冷却液パイプ３１を有する。

冷却液パイプ３１は、回転軸１１と略並行をなすと共にステータ２２の頂部近傍に位置するようにケーシング３０に固定される。そして、図１に示すように、冷却液パイプ３１は、ステータ２２のコイルエンド部２５の上方で図中下向きに開口された開口部３２を有する。これにより、図１中に点線矢印により示すように、図示しない冷却液ポンプから冷却液パイプ３１に送出された冷却液は、開口部３２からコイルエンド部２５に向けて滴下されることになる。

また、冷却液パイプ３１の開口部３２の下方には、冷却液ガイド３３がコイルエンド部２５の上方に当該コイルエンド部２５から離間して配置される。冷却液ガイド３３は、樹脂等により形成されると共に開口部３２から流出した冷却液を受容してコイルエンド部２５の適所に導いて滴下するガイド部材３４と、当該ガイド部材３４を外筒部材２７に固定するための固定部材３５ａ，３５ｂとからなる。図１および図２に示すように、ガイド部材３４は、開口部３２から流出した冷却液を受容するように略コの字型の断面形状を有すると共にコイルエンド部２５の上側の概ね４分の１周程度を覆うように円弧状に形成されている。そして、ガイド部材３４の底部には、受容した冷却液をコイルエンド部２５に滴下するための滴下孔４３が所定の間隔で設けられている。ガイド部材３４は、長手方向の両端部でそれぞれ外筒部材２７に固定される固定部材３５ａ，３５ｂと連結され、それにより、冷却液ガイド３３の全体がステータ２２に固定される。ここで、ガイド部材３４と固定部材３５ａ，３５ｂとは、金型内に固定部材３５ａ，３５ｂを配置すると共に当該金型内に樹脂を充填するインサート成形により一体成形されてもよいし、ボルト，ナットといった締結具、スナップフィット構造、あるいは、接着材を介して固定部材３５ａ，３５ｂと連結されてもよい。

本実施例の固定部材３５ａおよび３５ｂは、図２に示すように、Ａ方向側またはＢ方向側から見たときに略Ｌ字状を呈する金属製の板体であり、それぞれ一端部がガイド部材３４に固定されると共に他端部が外筒部材２７に溶接により固定される。図４に示すように、外筒部材２７のＡ方向側に配置される固定部材３５ａは、外筒部材２７の突出部２７ａから径方向外側に伸びる延出部２７ｂの外面に当接するように配置されると共に、延出部２７ｂと当接する領域の縁（上縁）に沿って当該延出部２７ｂに溶接される。なお、実施例では、固定部材３５ａは、外筒部材２７をケーシング３０に固定するために突出部２７ａに設けられた延出部２７ｂに溶接されるものとしたが、固定部材３５ａを溶接するために突出部２７ａに他の延出部を設けるものとしてもよい。一方、外筒部材２７のＢ方向側に配置される固定部材３５ｂは、図５に示すように、突出部２７ａの内周面と平行に延びる軸方向延出部を有し、当該軸方向延出部が突出部２７ａと当接する領域の縁（外縁）に沿って当該突出部２７ａに溶接される。また、外筒部材２７のＢ方向側に配置されるガイド部材３４は、図５に示すように、ステータコア２３の軸方向端面に当接するように配置され、それにより外筒部２７のＢ方向側の冷却液ガイド３３がコイルエンド部２５の上方に位置決めされることになる。

上述のような冷却液ガイド３３の固定構造を採用することにより、図４および図５において点線で示すように、外筒部材２７の突出部２７ａや延出部２７ｂの寸法にバラツキがあったとしても、ガイド部材３４をコイルエンド部２５の上方に適正に配置した状態で固定部材３５ａ，３５ｂを外筒部材２７に溶接品質を一定に保って溶接することができる。また、図４において実線で示すように、固定部材３５ａを延出部２７ｂよりも径方向外側に突出させることにより、外筒部材２７と固定部材３５ａとの溶接ポイント３６ａが固定部材３５ａよりもＢ方向側すなわちＢ方向側の固定部材３５ｂの溶接ポイント３６ｂと同じ側に位置させることが可能となる。これにより、外筒部材２７に対する固定部材３５ａおよび３５ｂの溶接に際して、モータ２０を反転させる等の工程を省くことができるので、冷却液ガイド３３の取付に際しての施工性を向上させることが可能となる。

上述のような冷却液ガイド３３を含む実施例のモータユニット１０では、冷却液パイプ３１の開口部３２から流出した冷却液が冷却液ガイド３３のガイド部材３４により受容され、複数の滴下孔４３からコイルエンド部２５へと滴下される。これにより、コイルエンド部２５に均等に冷却液が供給されることになる。この結果、実施例のモータユニット１０では、ステータ２２の全体を良好に冷却することが可能となる。

以上説明した実施例のモータユニット１０では、ステータ２２を冷却するための冷却液を受容してコイルエンド部２５へと導く冷却液ガイド３３が外筒部材２７のステータコア２３よりも軸方向に突出した突出部２７ａに固定されることにより、コイルエンド部２５の上方に配置される。このように、冷却液ガイド３３をコイルエンド部２５の周囲に位置するステータコア２３の外筒部材２７の突出部２７ａに直接固定することにより、冷却液ガイド３３とモータ２０の周辺部品である高圧端子２６等との干渉を抑制しつつ、冷却液ガイド３３をコイルエンド部２５の上方のより適正な位置に容易かつ強固に固定可能とすることができる。

また、冷却液ガイド３３は、外筒部材２７の突出部２７ａに固定される固定部材３５ａ，３５ｂと、固定部材３５ａ，３５ｂに連結されると共に冷却液を受容してコイルエンド部２５へと滴下するガイド部材３４とからなるものであってもよい。これにより、冷却液ガイド３３をケーシング３０に固定する場合に比べて固定部材３５ａ，３５ｂを小型化することができるので、冷却液ガイド３３の固定に要するスペースをより一層削減することができ、冷却液ガイド３３とモータ２０の周辺部品との干渉をより良好に抑制することが可能となる。さらに、固定部材３５ａ，３５ｂの小型化によりコストダウン化を図ることもできる。

更に、固定部材３５ａ，３５ｂは、外筒部材２７の突出部２７ａの内周面または外周面に当接するように配置されると共に突出部２７ａと当接する領域の縁に沿って突出部２７ａに溶接されるものであってもよい。これにより、外筒部材２７や固定部材３５ａ，３５ｂの寸法に多少のバラツキがあったとしても、冷却液ガイド３３をより適正な位置に配置することができると共に溶接品質を一定に保って冷却液ガイド３３を外筒部材２７に強固に固定することが可能となる。

また、固定部材３５ａ，３５ｂは、突出部２７ａの内周面に当接するように配置されるものであってもよく、ガイド部材３４は、ステータコア２３の軸方向端面に当接するように配置されるものであってもよい。これにより、冷却液ガイド３３をコイルエンド部２５の上方のより適正な位置に容易に配置することができる。

更に、外筒部材２７は、突出部２７ａの端部から径方向外側に延出された延出部２７ｂを有するものであってもよく、固定部材３５ａ，３５ｂは、延出部２７ｂに当接するように配置されると共に延出部２７ｂと当接する領域の縁に沿って延出部２７ｂに溶接されるものであってもよい。これにより、冷却液ガイド３３をより適正な位置に配置することができる。

また、ガイド部材３４は、固定部材３５ａ，３５ｂを金型内に配置すると共に当該金型内に樹脂を充填するインサート成形により固定部材３５ａ，３５ｂと一体成形されるものであってもよい。このように、インサート成形により固定部材３５ａ，３５ｂとガイド部材３４とを一体の部材として形成することで、固定部材３５ａ，３５ｂとガイド部材３４とを容易かつ強固に連結し、冷却液ガイド３３全体を外筒部材に安定して固定することができる。

なお、図６に示すように、外筒部材２７のＡ方向側に配置される固定部材３５ａを延出部２７ｂよりも径方向に短くして、外筒部材２７と固定部材３５ａとの溶接ポイント３６ａを延出部２７ｂよりもＡ方向側に位置させてもよい。この場合、図７に示すように、固定部材３５ｂに突出部２７ａの外周面と平行に延びる軸方向延出部を設けると共に、当該軸方向延出部を突出部２７ａの外周面と当接するように配置して、外筒部材２７と固定部材３５ｂとの溶接ポイント３６ｂを固定部材３５ｂよりもＡ方向側に位置させてもよい。これにより、外筒部材２７に対する固定部材３５ａおよび３５ｂの溶接に際して、モータ２０を反転させる等の工程を省くことができるので、冷却液ガイド３３の取付に際しての施工性を向上させることが可能となる。なお、図７に示すように、固定部材３５ｂを突出部２７ａの外周面と当接させる場合も、ガイド部材３４をステータコア２３の軸方向端面に当接させて外筒部材２７のＢ方向側の冷却液ガイド３３をコイルエンド部２５の上方に位置決めするとよい。

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、複数の電磁鋼板を積層することにより構成されたステータコア２３と、ステータコア２３の外周を覆う外筒部材２７と、ステータコア２３に巻回される巻線より構成されると共にステータコア２３の軸方向端面から軸方向外側に突出するコイルエンド部２５を有するコイル２４とを含むステータ２２と、ステータ２２内に配置されるロータ２１とからなるモータ２０と、ステータ２２を冷却するための冷却液を受容してコイルエンド部２５へと導く冷却液ガイド３３とを備えるモータユニット１０が「電動機」に相当し、外筒部材２７のステータコア２３の軸方向端面よりも軸方向外側に突出した突出部２７ａが「突出部」に相当し、外筒部材２７の突出部２７ａに固定される固定部材３５ａ，３５ｂが「固定部材」に相当し、固定部材３５ａ，３５ｂに連結されると共に冷却液を受容してコイルエンド部２５へと滴下するガイド部材３４が「ガイド部材」に相当し、外筒部材２７の突出部２７ａの端部から径方向外側に延出された延出部２７ｂが「延出部」に相当する。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、ステータを冷却するための冷却液をコイルエンド部へと導く冷却液ガイドを備えた電動機の製造産業等に利用可能である。

１０ モータユニット、１１ 回転軸、２０ モータ、２１ ロータ、２２ ステータ、２３ ステータコア、２４ コイル、２５ コイルエンド部、２６ 高圧端子、２７ 外筒部材、２７ａ 突出部、２７ｂ 延出部、２７ｃ 連結孔、３０ ケーシング、３１ 冷却液パイプ、３２ 開口部、３３ 冷却液ガイド、３４ ガイド部材、３５ａ，３５ｂ 固定部材、３６ａ，３６ｂ 溶接ポイント、４３ 滴下孔。

Claims (6)

1. 複数の電磁鋼板を積層することにより構成されたステータコアと、該ステータコアの外周を覆う外筒部材と、前記ステータコアに巻回される巻線より構成されると共に該ステータコアの軸方向端面から軸方向外側に突出するコイルエンド部を有する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、前記コイルエンド部の上方で開口する開口部を有する冷却液パイプと、前記冷却液パイプの下方に前記コイルエンド部から離間して配置されると共に前記開口部から流出した前記ステータを冷却するための冷却液を受容して前記コイルエンド部へと導く冷却液ガイドとを備える電動機であって、
   前記外筒部材は、前記ステータコアの軸方向端面よりも軸方向外側に突出した突出部を有し、
   前記冷却液ガイドは、前記コイルエンド部の上方に位置するように前記外筒部材の前記突出部に固定されることを特徴とする電動機。
2. 前記冷却液ガイドは、前記外筒部材の前記突出部に固定される固定部材と、該固定部材に連結されると共に冷却液を受容して前記コイルエンド部へと滴下するガイド部材とからなる請求項１に記載の電動機。
3. 前記固定部材は、前記外筒部材の前記突出部の内周面または外周面に当接するように配置されると共に前記突出部と当接する領域の縁に沿って該突出部に溶接される請求項２に記載の電動機。
4. 前記固定部材は、前記突出部の内周面に当接するように配置され、
   前記ガイド部材は、前記ステータコアの前記軸方向端面に当接するように配置される請求項３に記載の電動機。
5. 前記外筒部材は、前記突出部の端部から径方向外側に延出された延出部を有し、
   前記固定部材は、前記延出部に当接するように配置されると共に前記延出部と当接する領域の縁に沿って該延出部に溶接される請求項２に記載の電動機。
6. 前記ガイド部材は、前記固定部材を金型内に配置すると共に該金型内に樹脂を充填するインサート成形により該固定部材と一体成形されるものである請求項２から５の何れか一項に記載の電動機。
   

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