JP7053554B2 - モータの冷却液通路構造 - Google Patents

Description

本発明は、モータの冷却液通路構造に関する。

例えば従来のモータの冷却液通路構造としては、以下の特許文献に記載されたものが知られている。

すなわち、従来のモータの冷却液通路構造では、モータ要素を収容するハウジングの内部に、冷却液が通流する冷却液通路が設けられている。この冷却液通路は、外径が一定となるように形成されていて、重力方向反対側となる鉛直方向上側の壁面が、モータの回転軸線に沿って水平状に形成されている。

特許第６１０６８７３号公報

しかしながら、前記従来のモータの冷却液通路構造では、前記冷却液通路の鉛直方向上側の壁面が水平状に形成されている。このため、冷却液にエア（気泡）が含まれた場合には、このエアは、前記冷却液通路の鉛直方向上側の壁面に沿って滞留する。これにより、前記冷却液通路の排出口が前記鉛直方向上側を除く方向に開口形成されていた場合には、当該排出口から前記エアを十分に排出することが困難であった。

本発明は、かかる技術的課題に着目して案出されたものであって、冷却液に含まれたエアを効率よく排出することができるモータの冷却液通路構造を提供することを目的としている。

本発明は、その一態様として、回転軸を回転駆動するモータ要素と、前記モータ要素の外周側に設けられ、前記モータ要素を収容する筒状のハウジングと、前記ハウジングの内部に設けられ、円環状又は螺旋状に形成された冷却液が通流する冷却液通路と、を備えたモータの冷却液通路構造であって、前記冷却液通路は、少なくとも前記ハウジングの鉛直方向上側の端部において、前記 回転軸の軸方向に沿って貫通形成され、前記回転軸の回転中心から前記冷却液通路の前記鉛直方向上側の壁面までの距離が、前記軸方向の一端側に向かって漸次拡大形成され、前記冷却液通路内の冷却液は、前記冷却液通路の前記軸方向の他端側に前記円環又は前記螺旋に対する接線上に設けられた導入口から前記冷却液通路に導入され、前記冷却液通路の前記軸方向の一端側に設けられた排出口から排出される。

このように、本発明に係るモータの冷却液通路構造では、冷却液通路が鉛直方向上側の端部において軸方向に沿って貫通形成され、かつ回転軸の回転中心から冷却液通路の鉛直方向上側の壁面までの距離が軸方向の一端側に向かって漸次拡大するように形成されている。これにより、冷却液に含まれたエアを、冷却液通路の鉛直方向上側の壁面に沿って軸方向の一端側へ移動させることが可能となり、当該冷却液通路の軸方向の一端側に設けられた排出口から効率的に排出させることができる。

また、前記モータの冷却液通路構造の別の態様として、前記冷却液通路の前記鉛直方向上側の壁面は、前記軸方向の一端側に向かって上り傾斜状に形成されていることが望ましい。

このように、冷却液通路の鉛直方向上側の壁面が軸方向の一端側に向かって上り傾斜状に形成されていることにより、かかる上り傾斜状の壁面に沿って、冷却液に含まれたエアを軸方向一端側の排出口へとスムーズに運ぶことが可能となる。これにより、冷却液に含まれたエアの効率的な排出に供する。

また、前記モータの冷却液通路構造のさらに別の態様として、前記冷却液通路は、前記回転軸の周りに環状に形成されていることが望ましい。

このように、冷却液通路が回転軸の周りに環状に形成されていることにより、冷却液通路を、円筒状の中子を用いて鋳造により容易に形成することができる。さらに、冷却液通路が回転軸の周りに環状に形成されていることから、モータ全周の均一な冷却に供すると共に、冷却液通路の体積がより大きく確保され、モータの冷却性能を向上させることができる。

また、前記モータの冷却液通路構造のさらに別の態様として、前記排出口は、前記鉛直方向上側を除く方向へ開口形成されていることが望ましい。

従来のように、冷却液通路が軸方向に沿って水平状に形成されている場合、冷却液に含まれたエアは、冷却液通路の鉛直方向上側の壁面に沿って軸方向に滞留することになる。このため、排出口が鉛直方向上側を除く方向に開口している場合には、冷却液に含まれたエアを効率的に排出することは困難であった。

一方、本発明では、前述のように、冷却液に含まれたエアが鉛直方向上側の壁面に沿って冷却液通路の軸方向の一端側に集められる。このため、排出口が鉛直方向上側を除く方向に開口している場合でも、冷却液の排出に伴ってエアを効率よく排出させることができる。

また、前記モータの冷却液通路構造のさらに別の態様として、前記冷却液通路は、前記鉛直方向上側の端部において、一部の通路断面積が縮小されていることが望ましい。

このように、冷却液通路の一部の通路断面積が縮小されていることにより、排出口へ向かう冷却液の流速を高めることが可能になる。これにより、冷却液に含まれたエアを、より効率的に排出させることができる。

また、前記モータの冷却液通路構造のさらに別の態様として、前記冷却液通路の途中に、前記回転軸の回転中心から前記鉛直方向上側の壁面に向かって前記回転軸の径方向に延びる壁部が設けられ、前記冷却液通路は、前記壁部により、前記鉛直方向上側の端部における一部の通路断面積が縮小されていることが望ましい。

このように、壁部によって冷却液通路の通路断面積を縮小させる場合、壁部の延出量を調整することにより、冷却液の流速を調整することが可能となる。すなわち、冷却液に含まれたエアの排出性を容易に調整でき、当該エアの効率的な排出に供する。

本発明によれば、冷却液に含まれたエアを、冷却液通路の鉛直方向上側の壁面に沿って軸方向の一端側へ移動させることができる。これにより、冷却液に含まれたエアを、軸方向の一端側に設けられた排出口から効率的に排出させることができる。

本発明に係るモータの冷却液通路構造の説明に供するモータの斜視図である。 図１のＡ方向から見たモータの平面図である。 本発明の第１実施形態を示し、図２のＢ－Ｂ線断面に相当するモータの縦断面図である。 図３に示す冷却液通路の形成に供する中子を示し、（ａ）は斜視図、（ｂ）は同図（ａ）のＣ－Ｃ線断面図である。 本発明に係るモータの冷却液通路構造の作用の説明に供するモータの斜視図であって、（ａ）は冷却液に含まれたエアが冷却液通路内に滞留した状態を表した図、（ｂ）は冷却液の排出に伴い冷却液通路からエアが排出された状態を表した図である。 従来のモータの冷却液通路構造の説明に供するモータの斜視図であって、（ａ）は冷却液に含まれたエアが冷却液通路内に滞留した状態を表した図、（ｂ）は冷却液が排出されてもエアが冷却液通路内に残留した状態を表した図である。 本発明の第２施形態を示し、図３に相当するモータの縦断面図である。

以下、本発明に係るモータの冷却液通路構造の実施形態を、図面に基づき詳述する。なお、下記実施形態では、本発明に係るモータの冷却液通路構造を、従来と同様、水冷モータの冷却構造に適用したものを示している。

〔第１実施形態〕
図１～図４は、本実施形態に係るモータの冷却液通路構造の第１実施形態を示す。図１は、モータＭを斜め上方から見たモータＭの斜視図を示している。図２は、モータＭを図１に示すＡ方向から見たモータＭの平面図を示している。図３は、本発明の第１実施形態を示し、図２に示すＢ－Ｂ線に沿って切断したモータＭの縦断面図を示している。図４は、図３に示す冷却液通路７の形成に供する中子８を示し、（ａ）は斜視図、（ｂ）は図４（ａ）のＣ－Ｃ線に沿って切断した断面図を示している。なお、各図の説明においては、モータＭの回転軸４の中心軸線Ｚに平行な方向を「軸方向」、中心軸線Ｚに直交する方向を「径方向」、中心軸線Ｚ周りの方向を「周方向」として説明する。

（モータの構成）
本実施形態に係るモータＭは、図１～図４に示すように、筒状に形成された金属製のハウジング１と、ハウジング１の内側に収容保持される固定子２と、固定子２の内側に微小のギャップＧを隔てて回転可能に配置される回転子３と、回転子３の内側に圧入固定され、該回転子３と一体に回転する回転軸４と、を備える。固定子２と回転子３とで、本発明に係るモータ要素が構成されている。

ハウジング１は、金属材料、例えばアルミニウム合金を鋳造することにより形成され、軸方向の一端側が開口し、他端側が閉塞された有底円筒状を呈し、円筒状の周壁１１と、円板状の底壁１２と、が一体に形成されている。ハウジング１の一端側の開口は、円板状のカバープレート５によって閉塞されている。すなわち、ハウジング１とカバープレート５により、内部に固定子２及び回転子３を収容するモータ収容部１０が画定されている。

また、ハウジング１の底壁１２の中央部には、外部に臨む回転軸４の先端部４ａが貫通する第１軸挿通孔１２ａが貫通形成されていて、第１軸挿通孔１２ａの内周側に、回転軸４の先端部４ａ側を回転可能に支持する第１軸受６１が設けられている。同様に、カバープレート５の中央部には、回転軸４の基端部４ｂが貫通する第２軸挿通孔５ａが貫通形成されていて、第２軸挿通孔５ａの内周側に、回転軸４の基端部４ｂを回転可能に支持する第２軸受６２が設けられている。

また、ハウジング１の内部には、モータＭ（固定子２）の冷却に供する冷却液（例えば冷却水）が通流する冷却液通路７が形成されている。冷却液通路７は、ハウジング１の鋳造の際に、図４に示すような、外周側に円錐状のテーパ面８０ａを有する概ね円筒状に形成された、いわゆる崩壊性の中子８によって形成される。この中子８は、円筒状の中子本体８０と、中子本体８０の小径側の軸方向端部の外周側に概ね接線方向に沿って突設された導入口形成部８１と、中子本体８０の大径側の軸方向端面に軸方向に沿って突設された排出口形成部８２と、を有する。また、中子本体８０は、外周側に円錐状のテーパ面８０ａを有し、内周側に軸方向に沿った水平面８０ｂを有する。そして、ハウジング１を鋳造する際、中子本体８０により冷却液通路７を形成すると共に、導入口形成部８１により導入口１３を形成し、排出口形成部８２により排出口１４を形成する。

すなわち、冷却液通路７は、上述した中子８をもって、周方向に沿って連続する環状に形成されると共に、軸方向のほぼ全域にわたって延設されていて、回転軸４の回転中心（中心軸線Ｚ）から外周側の壁面（例えば鉛直方向上側の壁面７ａ）までの距離Ｒが軸方向の一端側（カバープレート５側）に向かって漸次拡大するように形成されている。より具体的には、冷却液通路７は、鉛直方向上側の壁面７ａが軸方向の一端側（カバープレート５側）に向かって上り傾斜状となる円錐テーパ状に形成されると共に、内周側の壁面７ｂが軸方向に沿って水平状に形成されている。

なお、本実施形態では、冷却液通路７の鉛直方向上側の壁面７ａを概ね円錐テーパ状に構成した態様を例示しているが、本発明に係るモータの冷却液通路構造は、当該形態に限定されるものではない。すなわち、本発明に係るモータの冷却液通路構造は、鉛直方向上側の壁面７ａまでの距離Ｒが軸方向一端側に向かって漸次拡大するように形成されていればよく、例えば鉛直方向上側の壁面７ａが軸方向一端側に向かって縦断面が凸又は凹円弧状となる曲面状に形成されるなど、種々の態様が含まれる。

また、ハウジング１における軸方向の他端側（底壁１２側）の周壁１１には、鉛直方向に沿って接線状に延出し、かつ鉛直方向において回転軸４の回転中心（中心軸線Ｚ）と重なる位置で冷却液通路７に接続する円筒状の導入口１３が、突出形成されている。すなわち、この導入口１３を介して、ハウジング１の外部から冷却液通路７内へ冷却液が導入される。なお、本実施形態では、導入口１３を、ハウジング１の周壁に対して接線方向に開口した態様を例示したが、当該導入口１３の開口方向については、前記接線方向のほかに、例えば軸方向又は径方向など、冷却液通路７のレイアウト等に応じて自由に変更可能である。

他方、カバープレート５には、鉛直方向において回転軸４の回転中心（中心軸線Ｚ）と重なる位置で冷却液通路７に接続し、かつ軸方向に沿って延出する円筒状の排出口１４が、突出形成されている。すなわち、この排出口１４を介して、冷却液通路７内を通流する冷却液がハウジング１の外部へ排出される。なお、本実施形態では、排出口１４を、ハウジング１の軸方向端部に相当するカバープレート５において軸方向に開口した態様を例示したが、本発明に係るモータの冷却液通路構造では、排出口１４はとりわけ鉛直方向上側を除く方向に開口していればよく、当該排出口１４の開口方向については、軸方向又は径方向など、冷却液通路７のレイアウト等に応じて自由に変更可能である。

（本実施形態の作用効果）
図５は、本実施形態に係るモータＭの冷却液通路構造の作用の説明に供するモータＭの斜視図であって、（ａ）は冷却液に含まれたエアが冷却液通路内に滞留した状態を表した図、（ｂ）は冷却液の排出に伴い冷却液通路からエアが排出された状態を表した図を示している。図６は、前記従来のモータの冷却液通路構造の説明に供するモータの斜視図であって、（ａ）は冷却液に含まれたエアが冷却液通路内に滞留した状態を表した図、（ｂ）は冷却液が排出されてもエアが冷却液通路内に残留した状態を表した図を示している。なお、説明の便宜上、各図では、冷却液通路７、導入口１３及び排出口１４を実線で示し、ハウジング１、回転軸４及びカバープレート５を二点鎖線の仮想線で示している。また、各図の説明では、モータＭの回転軸４の中心軸線Ｚに平行な方向を「軸方向」、中心軸線Ｚに直交する方向を「径方向」、中心軸線Ｚ周りの方向を「周方向」として説明する。

図６に示すように、前記従来のモータの冷却液通路構造では、冷却液通路７の鉛直方向上側の壁面７ａが、軸方向に沿って水平状に形成されている。このため、冷却液に含まれたエアＡは、図６（ａ）に示すように、冷却液通路７の鉛直方向上側の壁面７ａに沿って、軸方向に延びるように滞留することになる。この場合、排出口１４から冷却液が排出される際、図６（ｂ）に示すように、矢印Ｎで示す排出口１４に近い側の冷却液は流速が速く、矢印Ｆで示す排出口１４から遠い側の冷却液は流速が遅くなる結果、エアＡは矢印Ｘに沿って冷却水の流速が遅い軸方向の他端側（底壁１２側）に集まり、排出口１４から排出されずに冷却液中に残存してしまう問題があった。そうすると、このエアＡが残存した部分については、モータＭの冷却に寄与し得ず、モータＭの冷却効率が低下してしまうおそれがあった。

これに対して、本実施形態に係るモータの冷却液通路構造では、図５に示すように、冷却液通路７が鉛直方向上側の端部において軸方向に沿って貫通形成され、かつ回転軸４の回転中心（中心軸線Ｚ）から冷却液通路７の鉛直方向上側の壁面７ａまでの距離Ｒが軸方向の一端側に向かって漸次拡大されている。このため、冷却液に含まれたエアＡを、冷却液通路７の鉛直方向上側の壁面７ａに沿って軸方向の一端側へ移動させ、冷却液通路７のうち排出口１４に近い軸方向の一端部に集めることが可能となる。こうして、冷却液に含まれたエアＡが冷却水の流速が速い軸方向の一端部に集約されることで、この速い流速をもって、冷却水の排出に伴い、矢印Ｅに沿って冷却液に含まれたエアＡを排出口１４から効率的に排出させることができる。これにより、冷却液通路７内の冷却液中におけるエアＡの滞留が抑制され、モータＭの冷却効率を向上させることができる。

また、本実施形態では、冷却液通路７の鉛直方向上側の壁面７ａが軸方向の一端側に向かって上り傾斜状に形成されている。

これにより、当該上り傾斜状に形成された鉛直方向上側の壁面７ａに沿って、冷却液に含まれたエアＡを軸方向一端側の排出口１４へとスムーズに運ぶことが可能となり、当該冷却液に含まれたエアＡの効率的な排出に供する。

また、本実施形態では、冷却液通路７が回転軸４の周りに環状に形成されている。

これにより、冷却液通路７を、円筒状の中子８を用いて鋳造により容易に形成できるメリットがある。さらに、冷却液通路７が回転軸４の周りに環状に形成されていることにより、モータＭの全周の均一な冷却が図れると共に、冷却液通路７の体積がより大きく確保され、モータＭの冷却性能を向上させることができる。

また、本実施形態では、排出口１４が、鉛直方向上側を除く方向へ開口形成されている。具体的には、排出口１４が、カバープレート５に軸方向に沿って開口形成されている。

従来のように、冷却液通路７が軸方向に沿って水平状に形成されている場合、冷却液に含まれたエアＡは、冷却液通路７の鉛直方向上側の壁面７ａに沿って軸方向に滞留することになる。このため、排出口１４が鉛直方向上側を除く方向に開口している場合には、冷却液に含まれたエアＡを効率的に排出することは困難であった。

これに対して、本実施形態では、前述のように、冷却液に含まれたエアＡが鉛直方向上側の壁面７ａに沿って冷却液通路７の軸方向の一端側に集められる。このため、排出口１４が鉛直方向上側を除く方向に開口している場合、例えば本実施形態のようにカバープレート５に軸方向に沿って形成された場合でも、冷却液の排出に伴い、エアＡを効率よく排出させることができる。

〔第２実施形態〕
図７は本発明に係るモータの冷却液通路構造の第２実施形態を示し、本実施形態は、前記第１実施形態における冷却液通路７の構成を変更したものである。なお、かかる変更点以外の基本的な構成については、前記第１実施形態と同様である。そのため、第１実施形態と同一の構成については、同一の符号を付すことにより、その説明を省略する。また、図７の説明においては、モータＭの回転軸４の中心軸線Ｚに平行な方向を「軸方向」、中心軸線Ｚに直交する方向を「径方向」、中心軸線Ｚ周りの方向を「周方向」として説明する。

図７に示すように、本実施形態に係るモータの冷却液通路構造では、ハウジング１における冷却液通路７の内周側の壁面７ｂに、径方向に沿って延びる複数（本実施形態では３つ）の壁部７ｃが、軸方向においてほぼ等間隔に一体に形成されている。すなわち、本実施形態では、冷却液通路７の鉛直方向上側の端部において、鉛直方向上側の壁面７ａと壁部７ｃの間が狭くなる分、壁部７ｃが設けられた軸方向位置の通路断面積Ｓ２が、壁部７ｃが設けられていない他の軸方向位置の通路断面積Ｓ１よりも小さくなるように構成されている。

なお、本実施形態では、冷却液通路７の内周側の壁面７ｂに壁部７ｃが一体に形成されることで、冷却液通路７の鉛直方向上側の端部における一部の通路断面積Ｓ２が縮小されているが、本発明に係る冷却液通路７の鉛直方向上側の端部における一部の通路断面積Ｓ２を縮小する手段としては、当該壁部７ｃを設ける態様に限定されるものではなく、モータＭの仕様等に応じて自由に変更可能である。

以上のように、本実施形態によれば、冷却液通路７の鉛直方向上側の端部において、冷却液通路７の一部の通路断面積Ｓ２が縮小されている。

このように、冷却液通路７の鉛直方向上側の端部において途中の一部の通路断面積Ｓ２が縮小形成されていることで、排出口１４へ向かう冷却液の流速を高めることが可能になる。これにより、当該高められた冷却液の流速をもって、冷却液に含まれたエアＡを、より効率的に排出させることができる。

また、とりわけ、本実施形態では、冷却液通路７の途中に、回転軸４の回転中心（中心軸線Ｚ）から鉛直方向上側の壁面７ａに向かって径方向に延びる壁部７ｃが設けられ、冷却液通路７が、壁部７ｃにより、鉛直方向上側の端部における一部の通路断面積Ｓ２が縮小されている。

このように、壁部７ｃによって冷却液通路７の通路断面積Ｓ２を縮小させる場合には、壁部７ｃの延出量を調整することにより、冷却液の流速を調整することが可能となる。これにより、冷却液に含まれたエアＡの排出性を容易に調整することができ、当該エアＡのより効率的な排出に供する。

本発明は、前記実施形態において例示した構成に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で適用対象の仕様等に応じて自由に変更することができる。

特に、前記実施形態で開示した冷却液通路７の形態は、本発明に係るモータの冷却液通路構造の一例に過ぎない。換言すれば、本発明に係るモータの冷却液通路構造では、冷却液通路７が鉛直方向上側の端部において軸方向に沿って貫通形成され、かつ回転軸４の回転中心（中心軸線Ｚ）から冷却液通路７の鉛直方向上側の壁面７ａまでの距離Ｒが軸方向の一端側に向かって漸次拡大されていればよく、周方向においては、前記環状のほか、螺旋状や、横断面が円弧状となる半環状など、モータＭの仕様や冷却液通路７のレイアウト等に応じて種々の形態を採用することができる。

１…ハウジング
２…固定子（モータ要素）
３…回転子（モータ要素）
４…回転軸
５…カバープレート（ハウジング）
７…冷却液通路
７ａ…鉛直方向上側の壁面
Ｍ…モータ
Ｚ…中心軸線（回転中心）

Claims (6)

1. 回転軸を回転駆動するモータ要素と、
   前記モータ要素の外周側に設けられ、前記モータ要素を収容する筒状のハウジングと、
   前記ハウジングの内部に設けられ、冷却液が通流する円環状又は螺旋状に形成された冷却液通路と、
   を備えたモータの冷却液通路構造であって、
   前記冷却液通路は、少なくとも前記ハウジングの鉛直方向上側の端部において、前記回転軸の軸方向に沿って貫通形成され、
   前記回転軸の回転中心から前記冷却液通路の前記鉛直方向上側の壁面までの距離が、前記軸方向の一端側に向かって漸次拡大形成され、
   前記冷却液通路内の冷却液は、前記冷却液通路の前記軸方向の他端側に前記円環又は前記螺旋に対する接線上に設けられた導入口から前記冷却液通路に導入され、前記冷却液通路の前記軸方向の一端側に設けられた排出口から排出されることを特徴とするモータの冷却液通路構造。
2. 請求項１に記載のモータの冷却液通路構造において、
   前記冷却液通路の前記鉛直方向上側の壁面は、前記軸方向の一端側に向かって上り傾斜状に形成されていることを特徴とするモータの冷却液通路構造。
3. 請求項１に記載のモータの冷却液通路構造において、
   前記冷却液通路は、前記回転軸の周りに環状に形成されていることを特徴とするモータの冷却液通路構造。
4. 請求項１に記載のモータの冷却液通路構造において、
   前記排出口は、前記鉛直方向上側を除く方向へ開口形成されていることを特徴とするモータの冷却液通路構造。
5. 請求項１に記載のモータの冷却液通路構造において、
   前記冷却液通路は、前記鉛直方向上側の端部において、一部の通路断面積が縮小されていることを特徴とするモータの冷却液通路構造。
6. 請求項５に記載のモータの冷却液通路構造において、
   前記冷却液通路の途中に、前記回転軸の回転中心から前記鉛直方向上側の壁面に向かって前記回転軸の径方向に延びる壁部が設けられ、
   前記冷却液通路は、前記壁部により、前記鉛直方向上側の端部における一部の通路断面積が縮小されていることを特徴とするモータの冷却液通路構造。

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