JP5772393B2

JP5772393B2 - 回転電機冷却構造及びその製造方法

Info

Publication number: JP5772393B2
Application number: JP2011183595A
Authority: JP
Inventors: 大輔北田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2011-08-25
Filing date: 2011-08-25
Publication date: 2015-09-02
Anticipated expiration: 2031-08-25
Also published as: JP2013046515A

Description

本発明は、回転電機を収容するケーシングと、ケーシング内に設けられ、内部に冷却液を流す冷却用パイプとを備える回転電機冷却構造に関する。

従来から、車両用電動機等の回転電機に冷却油を流し、回転電機を冷却することが行われている。例えば、特許文献１には、ステータコアの外周側に冷却パイプを設けるとともに、冷却パイプにオイルを流すことで、冷却パイプの側面に設けた吐出口から、ステータコイルのコイルエンドに向けてオイルを吐出させ、ステータコイルの冷却を行うことが記載されている。冷却パイプの一端は、ケーシングに設けた挿入孔に挿入され、冷却パイプの他端は、カバーに設けた穴部に圧入されたゴムキャップを介してカバーに支持されている。ゴムキャップは、カバー組み付けの圧力により変形し、変形に伴う弾性力により、冷却パイプが固定されるとされている。

特開２００７−２０９１６０号公報

上記の特許文献１に記載された構成では、ケーシングとカバーとの締め付け力によって冷却パイプを所定の位置に固定しているが、締め付け後の冷却パイプの位置精度を高くする面からは改良の余地がある。すなわち、冷却パイプの固定力にゴムの反発力を利用しているため、ケーシングの開口がカバーにほぼ閉め切られるまでは、冷却パイプの固定に必要な反発力を得ることができない。このため、目視で冷却パイプの位置を確認しながら、ケーシングにカバーを結合する作業は困難である。また、ケーシングにカバーを固定した後の状態では、ケーシング及びカバーの内側にどのように冷却パイプが配置されているかを外側から目視で確認することはできない。例えば、ケーシングとカバーとによる冷却パイプの締め付けが不十分であると、冷却パイプの他端部に設けられたゴムキャップがカバーの穴部から外れる可能性がないとはいえない。この場合、冷却パイプの位置が所望位置からずれる可能性があり、冷却パイプとステータ等の他の部品との干渉を有効に防止する面から改良の余地がある。また、ケーシングとカバーとによる冷却パイプの締め付けが十分であっても、カバーの穴部にゴムキャップが正確に嵌るようにしながら、ケーシングにカバーを結合する作業は困難で、手間を要するため、組み付け工程に要する時間が長くなり、コストが増大する要因となる。また、ケーシングにカバーを固定後にカバー等に設けられた検査用穴を用いて冷却パイプの位置を目視で確認することも考えられるが、手間を要しコストが高くなる要因となる。

本発明の目的は、回転電機冷却構造及びその製造方法において、ケーシング要素とカバーとの間で冷却用パイプを押圧し、固定する構成において、冷却用パイプの位置を容易にかつ正確に固定することである。

本発明に係る回転電機冷却構造は、ケーシング要素と、前記ケーシング要素に結合固定されるカバーとにより形成され、回転電機を収容するケーシングであって、前記ケーシング要素は、冷却液が供給される冷却用流路と、前記冷却用流路に通じており、前記ケーシング要素の内側面に開口する挿入孔とを有するケーシングと、前記ケーシング内に設けられ、内部に冷却液を流す冷却用パイプであって、軸方向一端部が前記ケーシング要素の前記挿入孔に挿入固定され、軸方向他端部が前記カバーに押圧されて固定され、冷却液を噴出させる噴出孔を含み、磁性金属材料により形成される冷却用パイプと、前記カバーの前記冷却用パイプを押圧する部分に固定された磁石と、を備え、前記磁石は、前記冷却用パイプの軸方向他端部を磁気的に吸着し、前記冷却用パイプの軸方向他端部が前記磁石に接触して前記冷却用パイプの軸方向一端部が前記挿入孔に押し込まれていることを特徴とする回転電機冷却構造である。

また、本発明に係る回転電機冷却構造において、好ましくは、前記回転電機は、ステータコアに巻装されるステータコイルを備え、前記ステータコイルの軸方向両端部は、前記ステータコアの軸方向両端よりも軸方向外側に配置され、前記冷却用パイプは、前記ステータコアの上側に配置され、前記噴出孔は、前記冷却用パイプにおいて、前記ステータコイルの軸方向両端部の上側に位置する長さ方向２個所に下方に向くように形成され、前記各噴出孔は、前記ステータコイルの軸方向両端部の上面に向け冷却液を噴出可能とする。また、本発明に係る回転電機冷却構造の製造方法は、前記ケーシング要素に前記カバーを組み付ける前に、前記カバーの内側面に前記磁石を固定し、前記冷却用パイプの軸方向一端部が前記挿入孔に挿入された状態で前記ケーシング要素に前記カバーを近づけた場合に、前記ケーシング要素と前記カバーとが離れた状態で、前記冷却用パイプの軸方向一端部が前記挿入孔に挿入されたままで前記磁石に前記冷却用パイプの軸方向他端部が吸着され、さらに前記ケーシング要素に前記カバーを近づけることで前記ケーシング要素に前記カバーを組み合わせる。

本発明に係る回転電機冷却構造によれば、カバーの冷却用パイプを押圧する部分に磁石が配置されるとともに、冷却用パイプが磁性金属材料により形成され、かつ、冷却用パイプの軸方向他端部が磁石に磁気的に吸着されるので、カバーをケーシング要素に固定する直前にカバーに冷却用パイプが吸着されるのを目視等で確認でき、その後、カバーにケーシング要素を結合することで、カバーとケーシング要素とにより冷却用パイプを所望の位置に容易に締め付け固定できる。このため、ケーシング要素とカバーとの間で冷却用パイプを押圧し、固定する構成において、冷却用パイプの位置を容易にかつ正確に固定することができる。

本発明の回転電機冷却構造を構成する回転電機の概略断面図である。本発明の回転電機冷却構造の部分断面図である。図２から冷却用パイプを取り出して示す図である。（ａ）はケーシング要素にカバーを固定する際に、ケーシング要素とカバーとを大きく離した様子を示す図であり、（ｂ）は（ａ）の状態からケーシング要素にカバーを近づけた様子を示す図である。

以下において、図１〜４を用いて本発明に係る実施形態を説明する。本実施形態の回転電機冷却構造は、例えば電気自動車や、燃料電池車や、エンジン及びモータを車両の駆動源として搭載するハイブリッド車両を駆動する走行用のモータとして、または、発電機として、または、その両方の機能を有するモータジェネレータとして使用する回転電機に適用する。例えば、回転電機をモータジェネレータとして使用する場合、主として発電機として使用する第１モータジェネレータ（ＭＧ１）でも、主として走行用モータとして使用する第２モータジェネレータ（ＭＧ２）でも、いずれでも本実施形態の回転電機冷却構造を適用できる。

図１は、本実施形態の回転電機冷却構造を構成する回転電機の概略断面図である。図１に示すように、回転電機１０は、ケーシング１４（図２）に図示しない軸受により回転可能に支持されたロータシャフト１６と、ロータシャフト１６の中間部の外径側に固定されたロータ１８と、ロータ１８の外径側にエアギャップを介して対向配置されたステータ２０とを備える。ステータ２０は、ケーシング１４の内側に固定されている。

ステータ２０は、複数の電磁鋼板を軸方向に積層することにより構成される積層体等の磁性材により形成されるステータコア２４と、ステータコア２４の内周面の周方向複数個所に径方向に突出形成されたティース２６と、ティース２６に巻装された複数相（例えば３相の）のステータコイル２８とを含む。ステータコイル２８において、ステータコア２４の軸方向両側面よりも外側に突出する部分により、一対のコイルエンド２９が形成されている。ステータコア２４は、ケーシング１４の内側に固定されている。複数相のステータコイル２８は、集中巻きまたは分布巻きでステータコア２４に巻装されている。

図２に示すように、ケーシング１４は、ステータ２０とロータ１８とを収容する略有底筒状のケーシング要素３０と、カバー３２とにより構成される。ケーシング要素３０とカバー３２とは、図示しないボルト及びナット等の締結手段により結合固定されている。ケーシング１４は、回転電機１０を収容する。

図１に戻り、ロータ１８は、複数の電磁鋼板を軸方向に積層することにより構成される積層体等の磁性材により形成される略円筒状のロータコア３４と、ロータコア３４の内部の周方向複数個所に配置された永久磁石（図示せず）とを含む。永久磁石は、例えば、周方向に隣り合う２つを１組として、各組で、２つの永久磁石がＶ字形に径方向外側に広がるように配置する。なお、各永久磁石をロータの同一円周上の周方向複数個所に配置することもできる。

また、各永久磁石は、ロータ１８の径方向または径方向に対し傾斜する方向に着磁する。また、ロータコア３４の軸方向両側に一対の円板状のエンドプレートを配置して、一対のエンドプレートによりロータコア３４を軸方向両側から挟持することもできる。

このような回転電機１０では、複数相のステータコイル２８に複数相の交流電流を流すことで、ステータ２０に回転磁界を生じさせ、ロータ１８をロータシャフト１６とともに回転させることができる。なお、回転電機の構成はこのような永久磁石付同期機の構成に限定するものではなく、誘導機等、種々の構成とすることができる。

なお、ケーシング１４（図２）内に回転電機１０として１つのモータジェネレータを配置する場合に、別のモータジェネレータや、動力伝達機構を構成する別の歯車部をケーシング１４内に配置することもできる。例えば、ケーシング１４内に歯車部として、遊星歯車機構、減速機構及びディファレンシャル機構を設けることもできる。

このような回転電機１０では、駆動時や発電時にステータコイル２８が発熱するので、ステータコイル２８を冷却する必要がある。このために、ケーシング要素３０に冷却油用の冷却用流路である内部油路３６を形成するとともに、内部油路３６にケーシング１４外側に設けられた外部油路（図示せず）を接続し、内部油路３６に外部油路を介して冷却液である冷却油を供給する油ポンプ（図示せず）を設けている。さらに、ケーシング１４の内側で、ステータ２０の上側に、内部油路３６に通じる冷却用パイプ３８を配置し、冷却用パイプ３８から冷却油を、ステータコイル２８に向け噴出させることで、ステータコイル２８を冷却するようにしている。このように内部油路３６、外部油路、油ポンプ及び冷却用パイプ３８により、冷却部４０が構成され、回転電機１０と冷却部４０とにより回転電機冷却構造が構成されている。

すなわち、ケーシング要素３０に設けられた側壁部４２に内部油路３６が形成され、内部油路３６の一端がケーシング要素３０の外面に開口している。また、内部油路３６の一端に図示しない外部油路の一端が接続され、外部油路の他端が図示しないケーシング要素３０の下部に接続されている。外部油路の途中に油ポンプが設けられており、油ポンプは、ケーシング１４の底部に溜まった油を吸い上げて、内部油路３６に供給可能としている。また、ケーシング要素３０の内部で、カバー３２と対向する部分に直線状の挿入孔４４が形成され、挿入孔４４の内部を内部油路３６に通じさせている。挿入孔４４には冷却用パイプ３８の軸方向一端部（図２の右端部）をほぼがたつきなく挿入可能としている。

図３に示すように、冷却用パイプ３８は、鉄等の磁性金属材料により、略円筒状等の筒状に形成され、軸方向一端部（図３の右端部）が開口している。また、冷却用パイプ３８の軸方向一端寄り部分の外周面に支持リング４６が取り付けられている。また、冷却用パイプ３８の軸方向他端部（図３の左端部）に直径が大きくなった大径部４８が形成されている。なお、大径部４８の軸方向他端部（図３の左端部）開口を磁性金属材料製の蓋部で塞ぐこともできる。なお、冷却用パイプ３８の軸方向他端部に大径部４８を形成せず、全長で直径がほぼ同じとなる単なる筒状に形成することもできる。また、冷却用パイプ３８の長さ方向両端寄り部分の２個所位置に下方に向いた噴出孔５０が形成されている。

また、図２に示すように、カバー３２の冷却用パイプ３８と対向する内側面（図２の右側面）に凹部が形成され、凹部内に磁石５２が配置され、貼り付け等により固定されている。そして冷却用パイプ３８の軸方向一端部が挿入孔４４に挿入固定され、支持リング４６で挿入孔４４に対する冷却用パイプ３８の位置決めが図られる。また、冷却用パイプ３８の軸方向他端部が、カバー３２に配置された磁石５２で磁気的に吸着されつつ押圧される。すなわち、ケーシング要素３０にカバー３２が固定された状態で、冷却用パイプ３８の軸方向他端部はカバー３２に押圧されて固定され、冷却用パイプ３８はカバー３２とケーシング要素３０とにより締め付け固定される。また、カバー３２の冷却用パイプ３８を押圧する部分に磁石５２が配置されている。この状態で、冷却用パイプ３８の固定構造はケーシング１４の内部に両持ち固定された状態となるため、冷却用パイプ３８が強固に位置決めされる。

使用時に油ポンプが駆動することで、内部油路３６に図２のＤ１方向に冷却油が供給され、冷却用パイプ３８の内部を図２のＤ２方向に冷却油が流れる。また、冷却用パイプ３８の各噴出孔５０は、ステータコイル２８の軸方向両端部である一対のコイルエンド２９の上側に向けられており、各噴出孔５０から冷却油が各コイルエンド２９の上側に向け噴出可能となっている。このため、ステータコイル２８の冷却が行われる。

ケーシング要素３０にカバー３２を結合固定する場合、図４のようにして行う。すなわち、図４（ａ）で示すように、磁石５２を設けたカバー３２とケーシング要素３０とを離した状態から、図４（ｂ）で示すようにカバー３２とケーシング要素３０とを近づけると、磁石５２に冷却用パイプ３８の軸方向他端部が吸着される。このため、カバー３２とケーシング要素３０とを結合する直前に冷却用パイプ３８の軸方向他端部が磁石５２に吸着されるのを目視で確認できる。なお、図４（ａ）では、ケーシング要素３０の挿入孔４４（図２）に冷却用パイプ３８の軸方向一端部を挿入させておく。次いで、カバー３２とケーシング要素３０とをさらに近づけることで、冷却用パイプ３８の軸方向一端部が挿入孔４４内にさらに挿入され、ケーシング要素３０とカバー３２との間で冷却用パイプ３８が締め付け固定される。

なお、図示は省略するが、冷却用パイプ３８の一部にブラケットを設ける等により冷却用パイプ３８の側面から突出する突出部を形成し、ケーシング要素３０の内面に係合させることで、回り止め手段を構成し、回り止め手段により冷却用パイプ３８の周方向の位置決めを図ることもできる。

上記の回転電機冷却構造によれば、カバー３２の冷却用パイプ３８を押圧する部分に磁石５２が配置されるとともに、冷却用パイプ３８が磁性金属材料により形成され、かつ、冷却用パイプ３８の軸方向他端部が磁石５２に磁気的に吸着される。このため、カバー３２をケーシング要素３０に固定する直前にカバー３２に冷却用パイプ３８が吸着されるのを目視で確認でき、その後、カバー３２にケーシング要素３０を結合することで、カバー３２とケーシング要素３０とにより冷却用パイプ３８を所望の位置に容易に締め付け固定できる。このため、ケーシング要素３０とカバー３２との間で冷却用パイプ３８を押圧し、固定する構成において、冷却用パイプ３８の位置を容易にかつ正確に固定することができる。すなわち、カバー３２とケーシング要素３０とによる冷却用パイプ３８の締め付け後の位置精度を高くでき、位置出し保証を容易に実現できる。このため、冷却用パイプ３８とステータ２０等の他の部品との干渉を有効に防止できる。しかも、上記の特許文献１に記載された構成の場合と異なり、カバー３２の穴部に冷却用パイプに支持されたゴムキャップが正確に嵌っていることを確認しながらケーシング要素３０にカバー３２を結合するという困難な作業を行う必要がない。このため、組み付け工程に要する時間を短くでき、回転電機冷却構造の製造コストの低減を図れる。また、冷却用パイプ３８の両端部が強固に固定されるため、外部から振動が加わった場合でも、冷却用パイプ３８の冷却油の吐出方向を安定させることができる。

さらに、カバー３２に配置した磁石５２により冷却用パイプ３８を流れる冷却油中に含まれる、摩耗等により生じる磁性粉等の異物を吸着させて、冷却油中の異物を除去または少なくすることもできる。なお、カバー３２とケーシング要素３０とを組み付け装置等により自動化で結合させる等の場合に、図４（ｂ）に対応する、カバー３２とケーシング要素３０とを結合する直前にセンサで冷却用パイプ３８がカバー３２に吸着されたことを検出することもできる。

なお、図３では、冷却用パイプ３８に支持リング４６を設けているが、支持リング４６を省略することもできる。また、冷却用パイプ３８の一端部外周面にゴムリングを嵌合し、冷却用パイプ３８の一端部と挿入孔４４（図２）との間にゴムリングを設けることもできる。また、冷却用パイプ３８に流す冷却液として、油以外、例えば冷却水等を用いることもできる。

１０回転電機、１４ケーシング、１６ロータシャフト、１８ロータ、２０ステータ、２４ステータコア、２６ティース、２８ステータコイル、２９コイルエンド、３０ケーシング要素、３２カバー、３４ロータコア、３６内部油路、３８冷却用パイプ、４０冷却部、４２側壁部、４４挿入孔、４６支持リング、４８大径部、５０噴出孔、５２磁石。

Claims

ケーシング要素と、前記ケーシング要素に結合固定されるカバーとにより形成され、回転電機を収容するケーシングであって、前記ケーシング要素は、冷却液が供給される冷却用流路と、前記冷却用流路に通じており、前記ケーシング要素の内側面に開口する挿入孔とを有するケーシングと、
前記ケーシング内に設けられ、内部に冷却液を流す冷却用パイプであって、軸方向一端部が前記ケーシング要素の前記挿入孔に挿入固定され、軸方向他端部が前記カバーに押圧されて固定され、冷却液を噴出させる噴出孔を含み、磁性金属材料により形成される冷却用パイプと、
前記カバーの前記冷却用パイプを押圧する部分に固定された磁石と、を備え、
前記磁石は、前記冷却用パイプの軸方向他端部を磁気的に吸着し、
前記冷却用パイプの軸方向他端部が前記磁石に接触して前記冷却用パイプの軸方向一端部が前記挿入孔に押し込まれていることを特徴とする回転電機冷却構造。
請求項１に記載の回転電機冷却構造において、
前記回転電機は、ステータコアに巻装されるステータコイルを備え、
前記ステータコイルの軸方向両端部は、前記ステータコアの軸方向両端よりも軸方向外側に配置され、
前記冷却用パイプは、前記ステータコアの上側に配置され、
前記噴出孔は、前記冷却用パイプにおいて、前記ステータコイルの軸方向両端部の上側に位置する長さ方向２個所に下方に向くように形成され、
前記各噴出孔は、前記ステータコイルの軸方向両端部の上面に向け冷却液を噴出可能とすることを特徴とする回転電機冷却構造。
請求項１または請求項２に記載の回転電機冷却構造において、
前記ケーシング要素における前記挿入孔のカバー側開口端から前記ケーシング要素のカバー側外端までの長さが、前記冷却用パイプの全長よりも短くなっていることを特徴とする回転電機冷却構造。
請求項１に記載の回転電機冷却構造の製造方法において、
前記ケーシング要素に前記カバーを組み付ける前に、前記カバーの内側面に前記磁石を固定し、
前記冷却用パイプの軸方向一端部が前記挿入孔に挿入された状態で前記ケーシング要素に前記カバーを近づけた場合に、前記ケーシング要素と前記カバーとが離れた状態で、前記冷却用パイプの軸方向一端部が前記挿入孔に挿入されたままで前記磁石に前記冷却用パイプの軸方向他端部が吸着され、さらに前記ケーシング要素に前記カバーを近づけることで前記ケーシング要素に前記カバーを組み合わせることを特徴とする回転電機冷却構造の製造方法。