JP6430762B2 - 冷却パイプ付回転電機装置 - Google Patents

Description

本発明は、回転電機及びレゾルバを収容する回転電機ケースと、冷却パイプと、ワイヤーハーネスとを有する冷却パイプ付回転電機装置に関する。

特許文献１には、回転電機を収容する回転電機ケースと、回転電機ケースを形成するケース本体及びカバーの間で挟まれて回転電機ケース内に配置される冷却パイプとを備える回転電機装置が記載されている。冷却パイプは、ケースに形成された内部冷媒流路から冷却液が供給され、内部に冷却液を流す。冷却液は冷却パイプを流れて、冷却パイプの噴出孔から下方に噴出され、回転電機のステータコイルを冷却する。

特許文献２には、回転電機ケース内にレゾルバを配置することが記載されている。レゾルバは、回転電機を構成するロータの回転角度を検出する。レゾルバには信号送信用のワイヤーハーネスが接続される。

特許文献３には、ワイヤーハーネス本体部に接続されたコネクタと、ワイヤーハーネス本体部に沿って取り付けられた経路規制部と、経路規制部の端部からコネクタに向けて延出しコネクタの外側を覆う保護端部とを有するワイヤーハーネスが記載されている。

特開２０１３−４６５１５号公報 特開２００７−３３６７１４号公報 特開２０１３−１７６２０５号公報

特許文献１に記載された回転電機装置において、ケース本体及びカバーの間で冷却パイプを挟んで組み付ける場合に、冷却パイプの組み付け状態を外部から目視で確認することはできない。一方、ケース内にはレゾルバまたは回転電機に接続されるワイヤーハーネスが、冷却パイプの端部周辺部に配置される可能性がある。これによって、冷却パイプの組み付け時にケース本体またはカバーと冷却パイプの端部との間でワイヤーハーネスの噛み込みが発生するおそれがある。

本発明の目的は、ケース本体及びカバーの間で冷却パイプを組み付ける場合に冷却パイプの端部でのワイヤーハーネスの噛み込みを防止できる冷却パイプ付回転電機装置を提供することである。

本発明に係る冷却パイプ付回転電機装置は、ケース本体と、前記ケース本体に結合されるカバーとにより形成され、回転電機及びレゾルバを収容する回転電機ケースと、前記ケース本体及び前記カバーの間で挟んで前記回転電機ケース内に配置され、かつ直線状に形成され、前記回転電機ケースの内部に冷却液を流す冷却パイプと、コネクタ、第１電線及び第２電線を含み、前記第１電線及び前記第２電線の一端が前記コネクタに接続され、前記第１電線及び前記第２電線の他端が前記レゾルバまたは前記回転電機に接続されるワイヤーハーネスとを備え、前記冷却パイプは、前記第１電線及び前記第２電線の両方の一方側に配置される。前記ワイヤーハーネスは、前記第１電線及び前記第２電線の一端側で前記コネクタから露出した部分を束ねて拘束する保護筒部材を含む。前記第２電線は、前記保護筒部材からの他端側への導出開始部において、前記第１電線での前記保護筒部材からの他端側への導出開始部よりも前記冷却パイプに対し離れる側に導出されている。

本発明に係る冷却パイプ付回転電機装置によれば、ワイヤーハーネスを構成する各電線のうち、冷却パイプに近い側の第１電線の冷却パイプ側への変位量が小さくなる。このため、ケース本体及びカバーの間で冷却パイプを組み付ける場合に冷却パイプの端部でのワイヤーハーネスの噛み込みを防止できる。

本発明に係る実施形態の冷却パイプ付回転電機装置の上側部分を示す断面図である。 図１のＡ−Ａ断面図である。 図２からワイヤーハーネスを取り出して示す図である。 実施形態において、第１電線の変位可能範囲での好ましい最短経路の経路長さＲと、最短経路に対する第１電線の冷却パイプ側への変位可能量Ｚとの関係を示す模式図である。 冷却パイプ付回転電機装置の比較例において、図２に対応する図である。

以下に図面を用いて本発明に係る実施形態につき、詳細に説明する。以下では、回転電機がハイブリッド車両、電気自動車または燃料電池車の車輪を駆動するモータとして用いられる場合を説明する。回転電機は、発電機として、またはモータ及び発電機の両方の機能を有するモータジェネレータとして用いられてもよい。なお、以下で説明する材質、数量などは説明のための例示であって、回転電機装置の仕様により変更が可能である。以下では、同様の構成には同一の符号を付して説明する。

図１は、本実施形態の冷却パイプ付回転電機装置１０の上側部分を示す断面図である。以下、冷却パイプ付回転電機装置１０は単に回転電機装置１０という。回転電機装置１０は、回転電機ケース１２と、回転電機２０と、レゾルバ３０と、ワイヤーハーネス４０と、冷却部６０とを備える。

回転電機ケース１２は、ケース本体１３と、ケース本体１３に結合固定されるカバー１４とを含む。カバー１４は、ケース本体１３にボルト及びナットなどの締結手段により固定される。ケース本体１３には、後述する冷却部６０を構成する内部油路６１と、第１支持孔１５とが形成される。第１支持孔１５は直線状に形成されて、一端（図１の左端）がカバー１４の内面に開口し、他端（図１の右端）が内部油路６１に接続される。

カバー１４の内面において第１支持孔１５と直線上で対向する部分には、直線状の第２支持孔１６が形成される。第１支持孔１５及び第２支持孔１６には、後述する冷却パイプ６２の両端部が挿入されて支持される。回転電機ケース１２の内側には、後述する回転電機２０及びレゾルバ３０が収容される。

回転電機２０は、３相交流電流で駆動する永久磁石付の同期電動機であり、回転電機ケース１２の内側に回転可能に支持された回転軸２１と、回転軸２１の周囲に固定されたロータ２２と、ロータ２２の外径側に所定の空隙をあけて対向配置されたステータ２３とを含んで構成される。

ロータ２２は、円筒状のロータコア２２ａと、ロータコア２２ａの周方向複数位置に配置された図示しない磁石とを含む。ロータコア２２ａは、円板状の電磁鋼板を複数個、軸方向に積層することにより一体に構成される。ロータコア２２ａは、磁性粉末を加圧成形してなる圧粉コアにより形成されてもよい。

各磁石は、ロータ２２の径方向、または径方向に対し傾斜した方向に着磁された磁気特性を有する。ロータコア２２ａの軸方向両側に図示しない一対のエンドプレートが配置され、一対のエンドプレートによりロータコア２２ａが軸方向両側から挟まれてもよい。

ステータ２３は、円板状の電磁鋼板を複数個、軸方向に積層することにより構成されるステータコア２４と、複数相のステータコイル２５とを含む。ステータコア２４は、円環状のヨーク部２４ａと、ヨーク部２４ａの内周面の周方向複数位置に径方向に突出形成されるティース２４ｂとを有する。ステータコア２４は、回転電機ケース１２の内側で、第１支持孔１５及び第２支持孔１６よりも下側に固定される。

複数相のステータコイル２５は、複数のティース２４ｂに集中巻きまたは分布巻きで巻回される。複数相のステータコイル２５において、ステータコア２４の軸方向両端よりも軸方向外側に突出する部分にはコイルエンド２５ａが形成される。コイルエンド２５ａは、後述する冷却部６０の冷却パイプ６２から噴出される冷却液で冷却される。複数相のステータコイル２５に複数相、例えば３相の交流電流が供給されることにより、ステータ２３からロータ２２に回転磁界が作用してロータ２２が回転磁界に同期して回転駆動される。

レゾルバ３０は、ロータ２２の回転角度を検出する。レゾルバ３０は、回転軸２１に固定されるレゾルバロータ３１と、回転電機ケース１２の内側に固定されるレゾルバステータ３２とを有する。レゾルバステータ３２は図示しない励磁用コイル及び出力用コイルを有し、円環状に形成される。励磁用コイル及び出力用コイルには、後述するワイヤーハーネス４０の第１電線４１及び第２電線４２がそれぞれ接続される。なお、励磁用コイルに第２電線４２が接続され、出力用コイルに第１電線４１が接続されてもよい。

レゾルバロータ３１は、レゾルバステータ３２の内周側に所定の空隙をあけて対向配置される。レゾルバロータ３１は、軸方向に見た場合の形状が概略楕円形状である。ロータ２２の回転に伴ってレゾルバロータ３１が回転することでレゾルバステータ３２との間の空隙の大きさが変化する。この回転時に、レゾルバステータ３２の励磁用コイルに交流電流を流すと、出力用コイルにその隙間の変化に応じた出力が発生する。このため、図示しない制御装置が出力用コイルの出力信号を受け取って、その出力信号に基づいてロータ２２の回転角度を検出できる。

図２は、図１のＡ−Ａ断面図である。図３は、図２からワイヤーハーネス４０を取り出して示す図である。ワイヤーハーネス４０は、第１電線４１、第２電線４２及び第３電線４３と、コネクタ４４、第１端子４５、及び第２端子４６と、保護筒部材４７とを有する。各電線４１，４２，４３は、導体素線４８と、導体素線４８の両端部を除くすべての部分を覆う筒状部材４９ａ，４９ｂ，４９ｃとを有する。筒状部材４９ａ、４９ｂ、４９ｃは、円筒状に形成されて可撓性を有する。筒状部材４９ａ、４９ｂ、４９ｃは、例えばガラスファイバの編組スリーブの外側にシリコーンワニスを塗布し、それを高温で硬化させた材料により形成される。筒状部材４９ａ、４９ｂ、４９ｃは、フッ素樹脂などの絶縁材料により形成されてもよい。

第１電線４１、第２電線４２、及び第３電線４３の一端は後述するコネクタ４４に、上側から順に接続される。第１電線４１の他端は第１端子４５に接続される。第１端子４５は図示しない励磁コイル側端子に着脱可能に接続される。励磁コイル側端子は、レゾルバステータ３２に固定されるとともに、レゾルバステータ３２の励磁用コイルに電気的に接続される。

第２電線４２の他端は第２端子４６に接続される。第２端子４６は図示しない出力コイル側端子に着脱可能に接続される。出力コイル側端子は、レゾルバステータ３２に固定されるとともに、レゾルバステータ３２の出力用コイルに電気的に接続される。

第３電線４３の他端は油温センサ５０（図３）に接続される。油温センサ５０は、回転電機ケース１２の下部に取り付けられて、この下部に溜まった冷却油の温度を検出する。

コネクタ４４は、ケース本体１３の内側に固定される。図１、図２ではコネクタ４４は、ケース本体１３の第２支持孔１６の周辺部に配置される。また、コネクタ４４の電線接続部（図２の左端部）と第２支持孔１６の開口端とは、約９０度異なる方向に向いている。

コネクタ４４は、ケース本体１３の外側で図示しない制御装置または励磁電圧発生回路に、図示しないケース外側電線を介して接続される。第１電線４１は、励磁電圧発生回路から励磁コイルに励磁電圧に基づく交流電流を流す。第２電線４２は、レゾルバ３０から制御装置にレゾルバ３０の検出値を表す信号を送信する。第３電線４３は油温センサ５０から制御装置に油温センサ５０の検出温度を表す信号を送信する。

第１電線４１及び第２電線４２の他端に設けられた第１端子４５及び第２端子４６は、後述する冷却パイプ６２の下側で、レゾルバステータ３２の異なる２つの位置に接続される。図２に示すように、カバー１４にはブラケット１７が固定されている。ブラケット１７は、第１電線４１にブラケット１７と重なる部分で接触して、ブラケット１７と重なる部分での第１電線４１の冷却パイプ６２側への変位を阻止する。

また、保護筒部材４７は、第１電線４１、第２電線４２及び第３電線４３の一端側部分を束ねて拘束する。保護筒部材４７は後で詳しく説明する。

図１に戻って、冷却部６０は、内部油路６１及び冷却パイプ６２と、図示しない外部油路とを含んで構成される。内部油路６１は、ケース本体１３に直線状に形成される。冷却パイプ６２は、鉄などの金属または樹脂により直線状に形成される。冷却パイプ６２は、一端（図１の右端）が開口する円筒状の本体部６３と、本体部６３の一端部の周囲に全周に突出形成された位置決めフランジ６４と、本体部６３の他端（図１の左端）開口を塞ぐ大径板部６５とを有する。大径板部６５は、冷却パイプ６２のうちで最大外径を有する部分である。本体部６３の両端側の下端の２個所位置には噴出孔６６が形成される。

冷却パイプ６２は、回転電機ケース１２内に配置され、ケース本体１３とカバー１４との間で挟まれることで回転電機ケース１２に支持される。冷却パイプ６２は、内部に冷却液である冷却油を流す。回転電機ケース１２内に冷却パイプ６２を配置した状態で、冷却パイプ６２の一端部は第１支持孔１５に挿入される。位置決めフランジ６４は、ケース本体１３の内面に突き当たることでケース本体１３に対する位置決めが図られる。冷却パイプ６２の一端は内部油路６１に接続される。

冷却パイプ６２の他端部は第２支持孔１６に挿入されるとともに、第２支持孔１６に予め挿入されたゴムなどの弾性部材１８に突き当てられる。これによって、冷却パイプ６２は回転電機ケース１２に弾性的に支持されるので、振動及び騒音の発生抑制を図れる。なお、冷却パイプ６２を鉄等の金属により形成するとともに、第２支持孔１６に挿入固定された磁石に冷却パイプ６２の他端部を磁気吸着させてもよい。

外部油路は、内部油路６１のケース本体１３の外面に開口する端部と、回転電機ケース１２の下部との間に接続されて、ケース本体１３の下部に溜まった冷却油を図示しない油ポンプによって吸引して、図１に矢印αで示すように内部油路６１に冷却油を供給する。これによって、冷却油は外部油路、内部油路６１、冷却パイプ６２の順に流れて、噴出孔６６から下方に噴出される。噴出された冷却油はステータ２３のコイルエンド２５ａに供給されて、コイルエンド２５ａを冷却しながら流下してケース本体１３の下部に溜まる。これによって、ステータコイル２５が回転電機２０の駆動時または発電時に発熱する場合でも、ステータコイル２５の温度上昇を抑制できる。

次に、ワイヤーハーネス４０に設ける保護筒部材４７を説明する。保護筒部材４７は、第１電線４１、第２電線４２及び第３電線４３の一端側でコネクタ４４から露出した部分を束ねて拘束する。保護筒部材４７は、概略矩形の断面形状を有する筒状に形成される。保護筒部材４７は、例えば筒状部材４９ａ、４９ｂ、４９ｃと同様に、ガラスファイバの編組スリーブの外側にシリコーンワニスを塗布し、それを硬化させた材料により形成される。各電線４１，４２，４３は保護筒部材４７の内側で移動が阻止されるように押し付け合っている。また、第２電線４２は、保護筒部材４７からの他端側への導出開始部Ｃ２において、第１電線４１での保護筒部材４７からの他端側への導出開始部Ｃ１よりも冷却パイプ６２に対し離れる側に導出されている。この導出についての第１電線４１及び第２電線４２の関係は、第１電線４１に後述する余分長さが生じた場合も同様である。これによって、保護筒部材４７は、冷却パイプ６２に近づく側への変位が制限される。このため、後述のように、ケース本体１３及びカバー１４の間で冷却パイプ６２を組み付ける場合に、冷却パイプ６２の端部でのワイヤーハーネス４０の噛み込みを防止できる。

また、第３電線４３は、保護筒部材４７からの他端側への導出開始部Ｃ３において、第２電線４２よりもさらに冷却パイプ６２に対し離れる側に導出されている。保護筒部材４７はコネクタ４４に、ワイヤーハーネス４０を介さずに直接には結合されていない。

次に、図２、図４を用いて、保護筒部材４７の長さＬ１を決定する方法を説明する。図２では太い実線で点Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３を結ぶ三角形を示している。点Ｂ１は、第１電線４１において、変位可能範囲での好ましい最短経路５１の長さに対して余分長さが生じている場合に、冷却パイプ６２に最も近づく可能性がある最接近位置である。「変位可能範囲」は、第１電線４１において、保護筒部材４７及びブラケット１７の間部分である。変位可能範囲では、第１電線４１の変位は、保護筒部材４７及びブラケット１７によっては阻止されない。点Ｂ２，Ｂ３は、第１電線４１において、保護筒部材４７及びブラケット１７からそれぞれ導出される導出開始位置において、冷却パイプ６２に最も近い点である。

図４は、保護筒部材４７の長さＬ１を決定する方法に用いる図であって、第１電線４１の変位可能範囲での好ましい最短経路５１の経路長さＲと、最短経路５１に対する冷却パイプ６２側への変位可能量Ｚとの関係を示す模式図である。

最短経路５１は、変位可能範囲で直線上に設定される経路である。第１電線４１の変位可能範囲が実際上でも、最短経路５１上に位置すれば問題は生じない。一方、実際上、第１電線４１に最短経路５１の経路長さＲに対して余分長さが生じていると、その余分長さ分が冷却パイプ６２側に変位する可能性がある。そして、冷却パイプ６２の組み付け時に冷却パイプ６２の端部で第１電線４１の噛み込みが生じる可能性がある。そこで本実施形態ではこのような不都合を防止すべく、保護筒部材４７で各電線４１，４２，４３を拘束することで第１電線４１の変位可能量Ｚを小さくしている。

変位可能量Ｚは、次のように求められる。まず、図２、図４のように冷却パイプ６２の軸方向と平行な方向で見た場合に、最短経路５１から冷却パイプ６２に向かって垂線Ｔを描く。そして、この垂線Ｔ上で点Ｂ１を移動させながら、点Ｂ１，Ｂ２を結ぶ直線の長さＰと、点Ｂ１，Ｂ３を結ぶ直線の長さＱとの長さ合計（Ｐ＋Ｑ）を種々に算出する。そして長さ合計（Ｐ＋Ｑ）が、実際上または設計上、第１電線４１に余分長さが生じた場合での第１電線４１の変位可能範囲の長さと等しくなる場合の点Ｂ１を求める。そして、点Ｂ１が冷却パイプ６２と干渉しないように、垂線と最短経路５１との交点Ｓと、点Ｂ１との間の長さである変位可能量Ｚを決定する。また、この変位可能量Ｚが決定される場合の点Ｂ３を決定する。そしてこの点Ｂ３に基づいて保護筒部材４７の長さＬ１を決定する。

上記の回転電機装置１０によれば、第１電線４１及び第２電線４２のうち、冷却パイプ６２に近い側の第１電線４１の冷却パイプ６２側への変位量が、保護筒部材４７を設けない場合に比べて小さくなる。このため、ケース本体１３及びカバー１４の間で冷却パイプ６２を組み付ける場合に、冷却パイプ６２の端部でのワイヤーハーネス４０の噛み込みを防止できる。また、保護筒部材４７をコネクタ４４に被せるなどによって直接に結合する必要がないので、材料費及び組み付け時の手間の低減を図れる。

また、保護筒部材４７は、筒状部材４９ａ、４９ｂ、４９ｃの一端部（図２の右端部）と、各電線４１，４２，４３のうちの導体素線４８の一端部で筒状部材４９ａ、４９ｂ、４９ｃから露出される部分とを覆っている。これによって、各電線４１，４２，４３のコネクタ４４側の一端部で筒状部材４９ａ、４９ｂ、４９ｃから露出した導体素線４８を保護筒部材４７で保護することができ、品質向上を図れる。

図５は、回転電機装置の比較例において、図２に対応する図である。この比較例の場合には保護筒部材４７（図２参照）を設けていない。その他の構成は、図１から図４の構成と同様である。このような比較例では、第１電線４１においてコネクタ４４及びブラケット１７の間部分が第１電線４１の変位可能範囲となる。これによって、比較例では、変位可能範囲の長さが図２の場合よりも大きくなり、第１電線４１に余分長さが生じた場合に冷却パイプ６２に干渉しやすくなる。例えば、図５において、コネクタ４４とブラケット１７との間の実際の変位可能範囲の長さが図２の場合と同じ場合でも、第１電線４１のコネクタ４４からの導出開始部分が冷却パイプ６２側に大きく曲がることが可能になる。これによって、変位可能量Ｄが大きくなる。なお、図４の破線γは、比較例において、第１電線４１に余分長さが生じた場合の変位可能な経路を示している。点Ｂ１ａは、比較例での冷却パイプ６２への最接近位置である。点Ｂ４は、第１電線４１のコネクタ４４からの導出開始位置である。

図５に示すように、比較例では保護筒部材４７がない。このため、点Ｂ１ａ、Ｂ２、Ｂ４を結ぶ２直線の合計長さ（Ｐａ＋Ｑａ）が、点Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３を結ぶ３直線の合計長さ（Ｐ＋Ｑ＋Ｒ）と同じ場合でも、最接近位置を示す点Ｂ１ａは、実施形態の点Ｂ１よりも冷却パイプ６２側に近づく。これによって、比較例では第１電線４１の冷却パイプ６２の端部での噛み込みが生じやすい。実施形態では、保護筒部材４７が設けられるのでこのような不都合を防止できる。

なお、上記では油温センサ５０に接続される第３電線４３を設ける場合を説明したが、第３電線４３は省略されてもよい。また、上記では、レゾルバ３０の出力用コイルに第２電線４２が接続され、第２電線４２がコネクタ４４に接続される場合を説明した。一方、コネクタ４４に２つの出力用コイル接続用の２本の電線が接続されてもよい。また、図２に示したブラケット１７は省略されてもよい。また、上記ではレゾルバ３０に接続されるワイヤーハーネス４０に保護筒部材４７を設ける場合を説明したが、回転電機２０のステータコイル２５に接続されるワイヤーハーネスに保護筒部材を設けてもよい。この構成では、ワイヤーハーネスの一端がコネクタに接続され、他端が回転電機に接続される。

１０ 冷却パイプ付回転電機装置（回転電機装置）、１２ 回転電機ケース、１３ ケース本体、１４ カバー、１５ 第１支持孔、１６ 第２支持孔、１７ ブラケット、１８ 弾性部材、２０ 回転電機、２１ 回転軸、２２ ロータ、２２ａ ロータコア、２３ ステータ、２４ ステータコア、２４ａ ヨーク部、２４ｂ ティース、２５ ステータコイル、２５ａ コイルエンド、３０ レゾルバ、３１ レゾルバロータ、３２ レゾルバステータ、４０ ワイヤーハーネス、４１ 第１電線、４２ 第２電線、４３ 第３電線、４４ コネクタ、４５ 第１端子、４６ 第２端子、４７ 保護筒部材、４８ 導体素線、４９ａ，４９ｂ，４９ｃ 筒状部材、５０ 油温センサ、５１ 最短経路、６０ 冷却部、６１ 内部油路、６２ 冷却パイプ。

Claims (2)

1. ケース本体と、前記ケース本体に結合されるカバーとにより形成され、回転電機及びレゾルバを収容する回転電機ケースと、
   前記ケース本体及び前記カバーの間で挟んで前記回転電機ケース内に配置され、かつ直線状に形成され、前記回転電機ケースの内部に冷却液を流す冷却パイプと、
   コネクタ、第１電線及び第２電線を含み、前記第１電線及び前記第２電線の一端が前記コネクタに接続され、前記第１電線及び前記第２電線の他端が前記レゾルバまたは前記回転電機に接続されるワイヤーハーネスとを備え、
   前記冷却パイプは、前記第１電線及び前記第２電線の両方の一方側に配置され、
   前記ワイヤーハーネスは、前記第１電線及び前記第２電線の一端側で前記コネクタから露出した部分を束ねて拘束する保護筒部材を含み、
   前記第２電線は、前記保護筒部材からの他端側への導出開始部において、前記第１電線での前記保護筒部材からの他端側への導出開始部よりも前記冷却パイプに対し離れる側に導出されている、冷却パイプ付回転電機装置。
2. 請求項１に記載の冷却パイプ付回転電機装置において、
   前記冷却パイプの第１端部が前記カバーの内面に形成された支持孔に挿入されており、
   前記第１電線は、前記冷却パイプの前記第１端部の外周面の下側に対向して配置される、冷却パイプ付回転電機装置。

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