WO2011132305A1

WO2011132305A1 - モータの冷却装置

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Publication number: WO2011132305A1
Application number: PCT/JP2010/057214
Authority: WO
Inventors: 順一出口; 一哉荒川; 監介吉末
Original assignee: トヨタ自動車株式会社
Priority date: 2010-04-23
Filing date: 2010-04-23
Publication date: 2011-10-27
Also published as: CN102859846B; JPWO2011132305A1; US20130026867A1; JP5429367B2; DE112010005507T5; CN102859846A; US9112391B2

Abstract

　オイルの流量が少ない場合であってもコイルエンドとコイルエンドカバーとの間の熱伝達を促進してモータの冷却性能を良好に維持する。　ステータ１１におけるコイルエンド１２の周囲にオイルを流通させてステータ１１から熱を奪うように構成され、前記コイルエンド１２を覆うコイルエンドカバー１５と、そのコイルエンド１２の外面とコイルエンドカバー１５の内面との間に形成された流路１６と、コイルエンドカバー１５をコイルエンド１２に対して接近・離隔させるように移動させて流路１６の断面積を変化させる流速調整手段１７とを備え、その流速調整手段１７は、流路１６に供給されるオイルの量が相対的に多い場合に流路１６の断面積を増大させ、かつ流路１６に供給されるオイルの量が相対的に少ない場合に流路１６の断面積を減少させるように構成されている。

Description

モータの冷却装置

　この発明は、通電することにより発熱するモータを冷却する装置に関し、特にステータにおけるコイルの端部とその端部を覆うカバーとの間に熱伝達を媒介する流体を流して冷却する装置に関するものである。

　周知のとおり、モータはコイルに通電することによりロータが回転して動力を出力する。コイルに通電すれば、不可避的なジュール損（銅損）が生じ、またロータが回転することに伴って磁界が変化することにより不可避的に鉄損が生じ、これらが原因となって発熱し、モータの温度が高くなる。ステータやロータの温度が高くなると、減磁などによって出力特性が低下したり、あるいは耐久性が低下するなどの不都合が生じる。特に車両の走行のために使用されているモータにあっては、低回転数・高トルクでの運転や、高回転数・低トルクでの運転など、多様な運転状態が要求されるので発熱しやすく、しかも限られたスペースに他の各種の部品と共に収容されるから自然放熱による冷却が難しい。

　そこで例えば国際公開第２００４／０１９４６８号パンフレットおよび特開２００９－１１８６６７号公報ならびに特開平１０－２９０５４３公報には、ステータコイルの端部を強制的に冷却するように構成された発明が記載されている。具体的に説明すると、国際公開第２００４／０１９４６８号パンフレットには、ステータにおけるコイルの端部を覆うコイルエンドカバーが設けられるとともに、そのコイルエンドカバーの内部に冷却オイルが流れる流路が形成されたモータが記載されている。そのコイルエンドカバーの下側の部分には冷却オイル流入口が形成され、この冷却オイル流入口にエンジンによって駆動されるオイルポンプが接続されており、またコイルエンドカバーの上側の部分に冷却オイル流出口が形成され、その冷却オイル流出口がオイルパンに接続されている。したがって、国際公開第２００４／０１９４６８号パンフレットに記載されたモータでは、エンジンによってオイルポンプが駆動されることにより、冷却オイルがコイルエンドカバーの内部に供給され、その冷却オイルがコイルの端部に接触して流れることにより、コイルから熱を奪ってコイルが冷却される。そのオイルは、冷却オイル流出口からオイルパンに戻され、再度、オイルポンプによってコイルエンドカバーの内部に供給される。

　また、特開２００９－１１８６６７号公報には、ステータコイルの端部を覆うコイルエンドカバーがコイルエンドとモータケースとの間に配置され、そのコイルエンドカバーとコイルエンドとモータケースとの三者のうちのいずれか二者の間に冷却液体を流通させてコイルを冷却するように構成された冷却構造が記載されている。また、この特開２００９－１１８６６７号公報に記載された冷却構造では、冷却流体が漏れる微小隙間が形成されており、コイルエンドからモータケースに到る熱伝達の経路の空気を冷却液体で追い出して、断熱層が生じることを防止するように構成されている。

　さらに、特開平１０－２９０５４３公報には、コイルエンドをコイルエンドカバーによって覆うとともに、そのコイルエンドカバーとモータハウジングとの間に伝熱スペーサを配置し、その伝熱スペーサを介してモータハウジングに熱を伝え、その熱をウォータージャケットの冷却水に伝達することにより、コイルを冷却するように構成されたモータが記載されている。

　上記の国際公開第２００４／０１９４６８号パンフレットあるいは特開２００９－１１８６６７号公報に記載されているように、ステータにおけるコイルエンドの周囲に冷却オイルもしくは冷却液体を流すことにより、コイルから熱を奪って冷却することができる。しかしながら、モータは、高負荷低回転数での運転や低負荷高回転数での運転など多様な運転状態となるから、冷却オイルもしくは冷却液体を常時、一定の流速もしくは流量で流すとすると、低回転数で大きいトルクが要求されている場合には、冷却不足が生じて温度が上昇する可能性がある。また、これとは反対に高回転数で小さいトルクが要求されている状態では、冷却オイルもしくは冷却液体を必要以上に流すことになって動力損失が生じる可能性がある。特に、走行用モータによってポンプを駆動し、そのポンプで加圧した冷却用の流体をコイルエンドの周囲に流通させるように構成されている車両にあっては、低車速で登坂しているなど、走行用モータの回転数が低く、かつ電流量が多い場合には、ポンプの回転数が低くなって冷却用の流体の流量あるいは流速が低下するのに対してコイルの発熱量が増大するので、モータを十分には冷却できず、モータの温度が上昇する可能性が高くなる。

　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、負荷に応じて過不足なく熱伝達を生じさせてモータを冷却することのできる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、この発明は、ステータにおけるコイルの端部の周囲に流体を流通させてステータから熱を奪うように構成されたモータの冷却装置において、前記コイルの端部を覆うコイルエンドカバーと、そのコイルの端部の外面と前記コイルエンドカバーの内面との間に形成された、熱伝達用流体を流通させる流路と、前記コイルエンドカバーを前記コイルの端部に対して接近・離隔させるように移動させて前記流路の断面積を変化させる流速調整手段とを備え、その流速調整手段は、前記流路に供給される前記熱伝達用流体の量が相対的に多い場合に前記流路の断面積を増大させ、かつ前記流路に供給される前記熱伝達用流体の量が相対的に少ない場合に前記流路の断面積を減少させるように構成されていることを特徴とするものである。

　また、この発明は、上記の発明において、前記コイルエンドカバーは、前記コイルの端部における外周面と内周面とに接触して前記コイルの端部に嵌合させられたカバー部材を含み、前記流速調整手段は、前記流路に供給される前記熱伝達用流体の量が相対的に多い場合に前記コイルの端部に対する前記カバー部材の嵌合深さを浅くしてそのカバー部材の前記コイルの端部に対する接触面積を減少させ、かつ前記流路に供給される前記熱伝達用流体の量が相対的に少ない場合に前記コイルの端部に対する前記カバー部材の嵌合深さを深くしてそのカバー部材の前記コイルの端部に対する接触面積を増大させるように構成されていることを特徴とするモータの冷却装置である。

　そして、この発明は、上記の発明において、前記流路調整手段は、前記コイルエンドカバーを前記コイルの端部側に押圧する弾性部材を含むことを特徴とするモータの冷却装置である。

　更に、この発明は、上記の発明において、前記モータを収容しているモータハウジングを更に備え、前記弾性部材は、熱伝導性を備え、かつ前記コイルエンドカバーと前記モータハウジングの内面との間に配置されていることを特徴とするモータの冷却装置である。

　更に、この発明は、上記いずれかの発明において、前記モータは、車両に搭載され、その車両の車速に応じた量の前記熱伝達用流体を吐出するポンプが前記車両に搭載されていることを特徴とするモータの冷却装置である。

　更に、この発明は、上記の発明において、前記モータは、前記車両の車輪毎に設けられてその車輪を駆動するインホイールモータを含み、前記ポンプは、そのインホイールモータによって駆動されるように構成されていることを特徴とするモータの冷却装置である。

　更に、この発明は、上記の発明において、前記流速調整手段は、前記モータの回転数に応じて前記流路の断面積が増大するように前記コイルエンドカバーを前記コイルの端部から離隔する方向に移動させる機構を含むことを特徴とするモータの冷却装置である。

　更に、この発明は、上記の発明において、前記機構は、前記モータが回転することにより遠心力によって前記コイルエンドカバーを前記コイルの端部から離隔する方向に移動させるように構成されていることを特徴とするモータの冷却装置である。

　更に、この発明は、上記いずれかの発明において、前記流路調整手段は、電磁気力によって前記コイルエンドカバーを前記流路の断面積が変化するように移動させる電磁気力発生手段を含むことを特徴とするモータの冷却装置である。

　更に、この発明は、上記いずれかの発明において、前記コイルが保持されているステータコアと、前記コイルエンドカバーと前記ステータコアとを熱伝達可能に連結する熱伝達手段とを更に備えていることを特徴とするモータの冷却装置である。

　この発明によれば、コイルの端部とこの端部を覆っているコイルエンドカバーとの間の流路を熱伝達用流体が流れることにより、コイルの熱がその熱伝達用流体に奪われ、コイルが冷却される。その流路に供給される熱伝達用流体の量が少ない場合には、コイルエンドカバーが流速調整手段によってコイル側に移動させられて流路の断面積が減少する。そのため、流路を流れる熱伝達用流体の流速が低下することがなく、あるいは流速が相対的に速くなり、その結果、コイルとコイルエンドカバーとの間の熱抵抗が小さくなって熱伝達量が相対的に増大する。これとは反対に、流路に供給される熱伝達用流体の量が多い場合には、流路の断面積が増大する方向にコイルエンドカバーが流速調整手段によって移動させられ、その結果、流路における熱伝達用流体に対する管路抵抗が低下し、もしくは管路抵抗の増大が抑制され、それに伴って動力損失や発熱を防止もしくは抑制することができる。結局、この発明によれば、モータを過不足なく冷却することができる。

　また、この発明によれば、流路に供給される熱伝達用流体の量が少なく、それに伴って流路の断面積が減少した場合、コイルエンドカバーを構成しているカバー部材がコイルの端部に対して深く嵌合し、両者の接触面積が広くなるので、コイルからコイルエンドカバーに対する熱伝達が促進される。すなわち、コイルエンドカバーを介したコイルからの放熱量が多くなるので、コイルを過不足なく冷却することができる。これに対して流路に供給される熱伝達用流体の量が多いことにより、コイルエンドカバーのコイルの端部に対する嵌合深さが浅くなり、それに伴って両者の接触面積すなわち熱伝達面積が小さくなっても、熱伝達用流体の量が多いことにより熱伝達用流体による抜熱量が相対的に多くなり、コイルの冷却を過不足なく行うことができる。

　そして、この発明によれば、流路に供給される熱伝達用流体の量が多い場合には、流路の内圧が高くなり、したがってコイルエンドカバーが弾性部材の弾性力に抗して移動させられ、流路の断面積が増大する。これとは反対に、流路に供給される熱伝達用流体の量が少ない場合には、流路の内圧が低下するので、コイルエンドカバーが弾性部材の弾性力によってコイルの端部側に押されて移動し、流路の断面積が減少する。このように、この発明によれば、流路の断面積を、熱伝達用流体の量に応じて自動的に調整することができる。

　更に、この発明によれば、その弾性部材がコイルエンドカバーとモータハウジングとの間の熱伝達を促進するように機能するので、コイルからの放熱を促進してモータの冷却性能を向上させることができる。

　更に、この発明によれば、低車速の場合、熱伝達用流体の吐出量が低下するが、コイルの端部の周囲に形成されている流路の断面積が小さくなるために、流路での流速が増大し、もしくは流速の低下が抑制される。したがって、低車速でモータの負荷が大きくなっても、コイルからの放熱を促進してコイルを必要十分に冷却することができる。

　更に、この発明によれば、インホイールモータで車輪を回転させるとともにポンプを駆動するので、低車速の場合にポンプの回転数が低下して熱伝達用流体の吐出量が低下するが、その場合に前記流路の断面積が小さくなってコイルからの放熱を促進できるので、モータの冷却を必要十分に行うことができる。

　更に、この発明によれば、モータの回転数が低回転数の場合、前記流路の断面積を小さくして熱伝達用流体の流速を増大させ、もしくはその流速の低下を抑制することができるので、前述したように、モータを必要十分に冷却することができる。

　更に、この発明によれば、モータの回転数を前記流路の断面積に反映させるためにモータの回転に伴う遠心力を利用するので、流速調整手段の構成を簡素化することができる。

　更に、この発明によれば、前記流路の断面積の制御を電気的に行うことが可能になり、装置を簡素化し、また制御の自由度を向上させることができる。

　更に、この発明によれば、ステータに設けられているコイルからの放熱だけでなく、ステータコアからコイルエンドカバーを介した放熱を促進できるので、モータの冷却性能を向上させることができる。

この発明の一例を説明するための部分断面図である。そのオイル流速と熱抵抗との関係を示す線図である。オイルの流速と熱伝達量との関係を示す線図である。この発明の他の例を説明するための部分断面図である。コイルエンドを流路内に露出させた例を示す部分断面図である。遠心力を利用して流路の断面積を変化させるように構成した例を説明するための部分断面図である。電磁気的に流路の断面積を変化させるように構成した例を説明するための部分的な模式図である。そのオイル流量が多い状態を示す部分的な模式図である。この発明で対象とするインホイールモータの一例を説明するための模式図である。

　つぎにこの発明をより具体的に説明する。この発明で対象とするモータは、コイルに通電することによりロータが回転してトルクを出力すると同時に、銅損や鉄損によって発熱するモータであり、各種の産業用機械の動力源として用いられるモータや、車両の走行用駆動力源として用いられるモータである。車両の駆動力源として用いられるモータは、ハイブリッド装置のモータ（モータ・ジェネレータ）や車輪毎に設けられて車輪を個別に駆動するインホイールモータのいずれであってもよい。図９には、インホイールモータ１の例を示してあり、アッパーアーム２およびロアーアーム３によって保持されているモータハウジング４の内部にモータ５が収容され、モータハウジング４に固定されている。このモータ５はこの好ましくは永久磁石式の同期モータであるが、これに限らず誘導モータなどの従来知られているモータであってよい。

　そのモータ５の出力側に減速機もしくは変速機（以下、これらをまとめて変速機と記す）６が連結されており、モータ５が出力したトルクをその変速機６によって大小に変化させて出力するように構成されている。その変速機６の出力軸はモータハウジング４から突出し、その先端部に設けられているハブ７を介してホイール８に連結されている。また、モータ５の出力軸には、ギヤユニット９を介してポンプ１０が連結されている。このポンプ１０は、この発明における熱伝達用流体であるオイルを加圧して吐出するように構成されており、そのオイルをモータ５および変速機６に供給するように管路が構成されている。

　モータ５に送られたオイルの少なくとも一部は、モータ５の冷却のために使用されるように構成されている。その冷却のための構成の一例を図１に模式的に示してあり、ここに示す例は、ステータ１１に設けられているコイルの端部（コイルエンド）１２を強制冷却するように構成された例であり、ステータ１１は、積層された電磁鋼板などからなるステータコア１３とコイル（図示せず）とを主体として構成されており、コイルエンド１２はそのステータコア１３の軸線方向での端部から突出している。なお、このコイルエンド１２には、その外形形状を確定して安定させ、また素線の保護などのために樹脂被覆１４が施されている。

　さらに、上記のコイルエンド１２を覆うコイルエンドカバー１５が設けられている。コイルエンド１２はステータコア１３の全周に亘って一定間隔に配置されており、コイルエンドカバー１５はこれらのコイルエンド１２を一括して覆うように構成されている。すなわち、コイルエンドカバー１５は全体として環状を成すとともに、コイルエンド１２の外周部に接触する外周壁部１５ａと、コイルエンド１２の内周部に接触する内周壁部１５ｂと、コイルエンド１２の先端側に位置していて外周壁部１５ａと内周壁部１５ｂとを連結している側壁部１５ｃとを備えている。そして、コイルエンドカバー１５は、その外周壁部１５ａと内周壁部１５ｂと側壁部１５ｃとによって囲まれた中空部にコイルエンド１２を嵌合させるように構成されている。

　なお、その中空部の深さ、すなわち外周壁部１５ａの内面の幅および内周壁部１５ｂの内面の幅は、コイルエンド１２の突出長さ以上に設定されている。したがって、コイルエンドカバー１５をコイルエンド１２に嵌合させた状態では、コイルエンドカバー１５の内面とコイルエンド１２の外面との間に、熱伝達用流体であるオイルが流通する流路１６が形成される。そして、前記ポンプ１０から吐出したオイルをその流路１６に供給して流通させるように構成されている。なお、その流路１６は所定の箇所で前記ポンプ１０の吸入口（図示せず）に連通し、あるいはドレイン箇所に対して開口している。

　上記のコイルエンドカバー１５は、オイルが流通する流路１６を形成するだけでなく、コイルエンド１２からの放熱を促進するためのものであり、したがってコイルエンド１２は熱伝導性の良好な素材で形成することが好ましい。また、コイルエンド１２の温度が上昇し始める初期に、コイルエンドカバー１５によって可及的に多量の熱を受け取ってコイルエンド１２の温度上昇を抑制するために、コイルエンドカバー１５は熱容量の大きい構成とすることが好ましい。例えば、コイルエンドカバー１５の素材として比熱が大きい素材を選択し、またコイルエンドカバー１５の質量を大きくすることが好ましい。

　上記のコイルエンド１２はモータハウジング４の内面に接近して配置されており、そのコイルエンド１２に嵌合させた上記のコイルエンドカバー１５とモータハウジング４の内面との間に、ウェーブスプリングやダイヤフラムスプリングなど弾性体１７が配置されている。この弾性体１７は、この発明における流速調整手段に相当するものであって、前述した流路１６におけるオイルの圧力に抗してコイルエンドカバー１５をコイル側（ステータコア１３側）に押圧するように構成されている。したがって、流路１６内のオイルの圧力と弾性体１７の弾性力とがバランスして、流路１６の幅Ｌ1 （すなわち断面積）が所定の幅（断面積）に設定されるように構成されている。また、弾性体１７は、コイルエンドカバー１５とモータハウジング４との間に挟み込まれて両者に接触していることにより、コイルエンドカバー１５とモータハウジング４との間の熱伝達を媒介するので、弾性体１７は熱伝導率の大きい素材によって形成されていることが好ましい。

　ここで、前述した流路１６を流れるオイルの流速と熱抵抗あるいは熱伝達量について説明すると、流路１６を流れるオイルの流速が速いほど、コイルエンド１２とコイルエンドカバー１５との間の熱抵抗が小さくなる。その一般的な傾向を図２に実線で示してある。このような傾向は、オイルが流動することにより撹拌され、その結果、単なる熱伝導による熱の移動だけでなく、オイルが流動して熱を運ぶ作用が並行して生じることによるものと思われる。また、コイルエンドカバー１５とコイルエンド１２とが直接接触していることにより両者の間で熱伝達が生じるので、その部分の熱抵抗を図２に破線で示してある。前述したように、オイルの流速が遅くなると、オイルを介した熱伝達での熱抵抗が大きくなり、所定の流速以下では、コイルエンドカバー１５とコイルエンド１２とが直接接触していることによる熱抵抗より大きくなる。したがって、図１に示す構成における実質的な熱抵抗は、図２に太い実線で示すようになるから、オイルを流通させることによる冷却効果をオイルの流量に拘わらずに常時良好な状態に維持するためには、流路１６におけるオイルの流速をある程度、高速に維持する必要がある。

　一方、コイルエンド１２とコイルエンドカバー１５との間のオイルを介した熱伝達量の測定結果の一例を図３に示してある。この図３に示すデータにおける流速は、上記のインホイールモータ１を搭載した車両ではそのモータ５によってポンプ１０を駆動するので、車速とほぼ比例しており、したがって低車速では熱伝達量が少なく、冷却性能が劣ることが判る。ある程度の中高車速での巡航状態では、図３に破線で囲んだ領域の熱伝達量となるから、低車速でのモータ負荷が大きくなる事態を想定すると、低車速時においても図３に破線で示す領域の流速を確保することが好ましい。

　前述した弾性体１７の弾性力は、流路１６におけるオイルの圧力に抗してコイルエンドカバー１５を押圧するように作用し、低車速であることによりポンプ１０が吐出するオイルの量が相対的に少ない場合には、流路１６内のオイルの圧力が低下してコイルエンドカバー１５がコイル側に移動させられる。それに伴って流路１６の幅Ｌ1 （流路１６の断面積）が小さくなると、オイルの流速が速くなるとともに、流路１６の内圧が高くなり、その圧力と弾性体１７の弾性力とがバランスする位置にコイルエンドカバー１５が保持される。この発明では、このようにして設定される流路１６の幅Ｌ1 （断面積）での流速が、上述した図３に破線で囲んで示す領域の流速となるように、弾性体１７の弾性力を調整して設定することが好ましい。なお、流路１６でのオイルの流速を過度に速くする構成では、熱伝達量の増大効果が飽和して冷却性能を特には向上させることができなくなるだけでなく、管路抵抗が大きくなって動力損失の原因となり、また弾性体１７の弾性力が大きくなる分、コストが増大したり、組み付け性が悪化したりする。

　モータ５が動作することによる温度の上昇は、コイルを含むステータ１１の全体で生じるのに対して、モータハウジング４を介した外部への放熱はコイルエンドカバー１５を介して行われるので、図１に示す構成の冷却装置は、ステータコア１３とコイルエンドカバー１５との間の熱伝達を媒介する熱伝達部材１８を更に備えている。この熱伝達部材１８は、コイルエンドカバー１５が図１の左右方向に前後動しても、ステータコア１３とコイルエンドカバー１５とを常時、熱伝達可能に連結しておくものであるから、伸縮可能な構成、あるいは一方に固定されて他方に対して摺動可能な構成であることが好ましい。図１には熱伝達部材１８をコイルバネによって構成した例を模式的に示してある。なお、ステータコア１３の端面とコイルエンドカバー１５の端面との間に熱伝達部材１８を挟み込む構成とする場合、熱伝達部材１８の少なくとも一方の端部は、コイルエンドカバー１５もしくはステータコア１３に凹部を形成してその凹部に嵌め込むことが好ましい。このようにすれば、コイルエンドカバー１５がステータコア１３に最も接近した場合、熱伝達部材１８をその凹部に納めてコイルエンドカバー１５の端面をステータコア１３に直接接触させ、空気層などの断熱層が生じることを回避して、両者の間の熱伝達を促進することができる。

　つぎに、上記のように構成された冷却装置の作用について説明する。車両が走行するなどのことによってモータ５が回転すると、その出力軸にギヤユニット９を介して連結されているポンプ１０が駆動され、そのポンプ１０から吐出されたオイルが前記流路１６に供給される。車速が低車速であれば、ポンプ１０が吐出するオイルの量が少ないので、コイルエンドカバー１５は弾性体１７に押圧されてコイル側に移動し、流路１６の幅Ｌ1 （すなわち断面積）が小さくなる。すなわち、流路１６におけるオイルの圧力が弾性体１７の弾性力と釣り合うように、流路１６が絞られる。その結果、ポンプ１０からのオイルの吐出量が相対的に少ない低車速の場合であっても、流路１６でのオイルの流速が設計上想定した程度の速い流速に維持される。すなわち、図３を参照して説明したように、コイルエンド１２とコイルエンドカバー１５との間の熱抵抗が相対的に小さく、これらの間の熱伝達量が中高車速の場合の熱伝達量に近い量に維持される。

　また、コイルエンドカバー１５がコイル側に移動することにより、コイルエンド１２に対するコイルエンドカバー１５の嵌合深さが深くなって、両者の接触面積すなわち熱伝達面積が広くなるので、オイルを介さない熱伝達が促進される。

　こうしてコイルエンドカバー１５に伝達された熱の一部は弾性体１７を介してモータハウジング４に伝達され、また他の一部は、モータハウジング４の内部に放散された後、モータハウジング４に伝達される。そして、モータハウジング４から外気に放熱され、結局は、モータ５の熱は外気に放熱されてモータ５が冷却される。なお、ステータコア１３とコイルエンドカバー１５との間に前述した熱伝達部材１８を介在させた場合には、ステータコア１３からコイルエンドカバー１５に熱が伝達され、その熱が結局は、モータハウジング４から外部に放出されるので、ステータコア１３の冷却が促進される。

　一方、車速がある程度高く、そのためにポンプ１０からのオイルの吐出量が相対的に多い場合には、流路１６を流れるオイルの圧力によってコイルエンドカバー１５がモータハウジング４側に押し戻され、流路１６の幅Ｌ1 （断面積）が大きくなる。そのため、流路１６での管路抵抗の増大や動力損失が抑制される。なお、その場合であっても、流路１６でのオイルの流速は相対的に速くなるので、コイルエンド１２からオイルを介したコイルエンドカバー１５への熱伝達量が多くなり、効果的な放熱あるいは冷却が行われる。

　さらに、比較的低車速の状態でモータ負荷が増大する過渡的な状態について説明すると、低車速であることによりコイルエンドカバー１５は前述したようにコイル側に移動して流路１６の断面積が小さくなっており、またコイルエンド１２に対するコイルエンドカバー１５の嵌合深さが深く、両者の接触面積が広くなっている。さらに、コイルエンドカバー１５の端面がステータコア１３の端面に直接接触している場合がある。この状態でモータ負荷（電流量）が増大すると、銅損などによって発熱量が多くなるが、流路１６の断面積が小さくなっていてオイルの流速が速いから、オイルを介したコイルエンド１２からコイルエンドカバー１５への熱伝達が促進され、また両者の接触面積が広いことによりコイルエンドカバー１５に対する熱伝達量が多くなり、さらにステータコア１３の端面にコイルエンドカバー１５が直接当接している場合には、ステータコア１３からコイルエンドカバー１５に対する熱伝達量が多くなる。したがって、低車速であることによりオイルの流量が少なくてもコイルエンドカバー１５に対する熱伝達を良好に行って、モータ５を冷却することができる。特に、コイルエンドカバー１５を熱容量の大きい構成としておけば、モータ５で発生した熱をコイルエンドカバー１５に移動させてモータ５の温度上昇を防止もしくは抑制することができる。

　この発明は、上述した図１に示す構成に限られないのであり、以下に述べるように適宜の変更、改良を施した構成であってもよい。すなわち、コイルエンドカバー１５をコイル側に押圧する弾性体１７は、ウェーブスプリングやダイヤフラムスプリングに替えて、図４に示すように、コイルバネを採用してもよい。また、ステータコア１３とコイルエンドカバー１５との間の熱伝達部材は設けなくてもよい。

　また、コイルエンド１２の先端部（流路１６側の部分）は、コイルエンドカバー１５によって覆われ、外部に露出することがないので、図５に示すように、この部分には樹脂被覆１４を設けずに、流路１６内のオイルに直接接触させるように構成してもよい。

　さらに、この発明における流速調整手段は、上記の弾性体１７による構成以外に、遠心力や電磁気力を用いた機構によって構成することができる。図６に示す例は、遠心力に応じてコイルエンドカバー１５を軸線方向に移動させるように構成した例であり、ロータ１９と一体のロータ軸２０の外周部には、ガイド２１に沿って半径方向に前後動する質量体２２が配置されており、この質量体２２はリターンスプリング２３によってロータ軸２０に連結されている。すなわち、質量体２２は、ロータ軸２０と共に回転することによる遠心力で半径方向で外側に移動し、その移動位置は、遠心力と質量体２２を引き戻すリターンスプリング２３の弾性力とがバランスする位置となるように構成されている。質量体２２の外周面はテーパ面２４とされており、これと対応する形状のテーパ面２５がコイルエンドカバー１５の内周面に形成され、これらのテーパ面２４，２５が互いに滑り接触している。なお、これらのテーパ面２４，２５は、ロータ軸２０の中心からの半径が、ロータ１９側もしくはステータコア１３側で大きく、これとは反対のモータハウジング４側（モータ５の軸端側）で小さくなるテーパ面である。したがって、質量体２２に作用する遠心力がテーパ面２４，２５によって軸線方向の推力に変換されてコイルエンドカバー１５を弾性体１７の弾性力に抗してモータハウジング４側に後退させるように構成されている。なお、図６に示す構成では、弾性体１７の弾性力は、上記の遠心力に基づく推力に対抗するように設定されている。また、図６に示す構成では、前述した熱伝達部材は設けられていない。

　図６に示す構成によれば、低車速であるなどのことによりポンプ１０によるオイルの吐出量が少ない場合、ロータ１９の回転数が低回転数であるから、前記質量体２２での遠心力が小さく、したがってコイルエンドカバー１５は弾性体１７に押されてコイル側に移動し、流路１６の断面積が小さくなる。そのため、ポンプ１０によるオイルの吐出量が少なくとも流路１６でのオイルの流速が速くなり、コイルエンド１２からコイルエンドカバー１５に対する熱伝達が促進され、結局、モータ５を必要十分に冷却することが可能になる。また、ロータ１９の回転数が高回転数の場合には、質量体２２による遠心力が大きくなってコイルエンドカバー１５がモータハウジング４側に後退移動させられるので、流路１６の断面積が大きくなり、管路抵抗を低減することができる。

　また、流速調整手段の更に他の例を図７および図８に示してある。これらの図に示す例は、磁力によってコイルエンドカバー１５の位置すなわち流路１６の断面積を変えるように構成した例である。具体的に説明すると、コイルエンドカバー１５には、一方の磁極（例えばＮ極）をモータハウジング４の内面に対向させた永久磁石２６が取り付けられており、またモータハウジング４には、この永久磁石２６に対向するように電磁石２７が配置されている。この電磁石２７には、スイッチ２８によって電流の向きが反転させられるコイル２９が巻かれており、モータ電源３０からの電流の向きを、制御器３１からの指令信号によって切り替えるように構成されている。

　図７および図８に示す構成では、低車速の場合、電磁石２７には、永久磁石２６と同じ磁極が対向するように電流が流される。こうすることにより、電磁石２７と永久磁石２６との間には反発力が作用するので、コイルエンドカバー１５がコイル側に移動し、流路１６の断面積が小さくなる。したがって、ポンプ１０によるオイルの吐出量が少ない場合であっても、流路１６でのオイルの流速を速くしてコイルエンド１２からコイルエンドカバー１５に対する熱伝達量を多くし、モータ５を効果的に冷却することができる。また、コイルエンド１２に対するコイルエンドカバー１５の嵌合深さが深くなって両者の間の熱伝達面積が増大し、その結果、コイルエンド１２からコイルエンドカバー１５に対する熱伝達量が多くなることは、前述した各具体例と同様である。

　これに対して中高車速の場合、電磁石２７には、永久磁石２６とは異なる磁極が対向するように電流が流される。こうすることにより、電磁石２７と永久磁石２６との間には磁気吸引力が作用するので、コイルエンドカバー１５がコイルエンド１２から抜け出る方向に移動し、流路１６の断面積が大きくなる。したがって、ポンプ１０によるオイルの吐出量が多い場合であっても、流路１６での管路抵抗を低減することができる。また、オイルの流速が速く、また流量が多いことにより、モータ５を効果的に冷却できることは、上述した各具体例と同様である。

Claims

　ステータにおけるコイルの端部の周囲に流体を流通させてステータから熱を奪うように構成されたモータの冷却装置において、
　前記コイルの端部を覆うコイルエンドカバーと、
　そのコイルの端部の外面と前記コイルエンドカバーの内面との間に形成された、熱伝達用流体を流通させる流路と、
　前記コイルエンドカバーを前記コイルの端部に対して接近・離隔させるように移動させて前記流路の断面積を変化させる流速調整手段と
を備え、
　その流速調整手段は、前記流路に供給される前記熱伝達用流体の量が相対的に多い場合に前記流路の断面積を増大させ、かつ前記流路に供給される前記熱伝達用流体の量が相対的に少ない場合に前記流路の断面積を減少させるように構成されている
ことを特徴とするモータの冷却装置。
　前記コイルエンドカバーは、前記コイルの端部における外周面と内周面とに接触して前記コイルの端部に嵌合させられたカバー部材を含み、
　前記流速調整手段は、前記流路に供給される前記熱伝達用流体の量が相対的に多い場合に前記コイルの端部に対する前記カバー部材の嵌合深さを浅くしてそのカバー部材の前記コイルの端部に対する接触面積を減少させ、かつ前記流路に供給される前記熱伝達用流体の量が相対的に少ない場合に前記コイルの端部に対する前記カバー部材の嵌合深さを深くしてそのカバー部材の前記コイルの端部に対する接触面積を増大させるように構成されている
ことを特徴とする請求項１に記載のモータの冷却装置。
　前記流路調整手段は、前記コイルエンドカバーを前記コイルの端部側に押圧する弾性部材を含むことを特徴とする請求項１または２に記載のモータの冷却装置。
　前記モータを収容しているモータハウジングを更に備え、
　前記弾性部材は、熱伝導性を備え、かつ前記コイルエンドカバーと前記モータハウジングの内面との間に配置されている
ことを特徴とする請求項３に記載のモータの冷却装置。
　前記モータは、車両に搭載され、
　その車両の車速に応じた量の前記熱伝達用流体を吐出するポンプが前記車両に搭載されている
ことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載のモータの冷却装置。
　前記モータは、前記車両の車輪毎に設けられてその車輪を駆動するインホイールモータを含み、
　前記ポンプは、そのインホイールモータによって駆動されるように構成されている
ことを特徴とする請求項５に記載のモータの冷却装置。
　前記流速調整手段は、前記モータの回転数に応じて前記流路の断面積が増大するように前記コイルエンドカバーを前記コイルの端部から離隔する方向に移動させる機構を含むことを特徴とする請求項６に記載のモータの冷却装置。
　前記機構は、前記モータが回転することにより遠心力によって前記コイルエンドカバーを前記コイルの端部から離隔する方向に移動させるように構成されていることを特徴とする請求項７に記載のモータの冷却装置。
　前記流路調整手段は、電磁気力によって前記コイルエンドカバーを前記流路の断面積が変化するように移動させる電磁気力発生手段を含むことを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載のモータの冷却装置。
　前記コイルが保持されているステータコアと、
　前記コイルエンドカバーと前記ステータコアとを熱伝達可能に連結する熱伝達手段と
を更に備えていることを特徴とする請求項１ないし９のいずれかに記載のモータの冷却装置。