JP2004282901A

JP2004282901A - モータの冷却装置

Info

Publication number: JP2004282901A
Application number: JP2003070885A
Authority: JP
Inventors: Kenji Otaka; 健二大高
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2003-03-14
Filing date: 2003-03-14
Publication date: 2004-10-07

Abstract

【課題】モータを冷却する複数の冷却媒体のうち、所定の冷却媒体の温度が、他の冷却媒体の温度に比べて一方的に上昇することを抑制することの可能なモータの冷却装置を提供する。
【解決手段】モータ２との間で熱交換をおこなうことが可能な複数の冷却媒体を有するモータの冷却装置において、複数の冷却媒体同士の間で熱交換をおこなわせる熱交換器１３，１４を設けた。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、モータを冷却媒体により冷却する冷却装置に関する発明である。
【０００２】
【従来の技術】
従来、モータは、車両、産業機械などに用いられている。このモータは電気抵抗により発熱が不可避的に生じるため、冷却装置によりモータを冷却することが知られている。このようなモータの冷却装置の一例が、特開２００１−１９００４７号公報（特許文献１）に記載されている。この公報には、車両の動力伝達装置に用いられる電動モータが記載されている。電動モータは、モータハウジング内に設けられているとともに、電動モータはロータ軸およびステータを有している。
【０００３】
一方、モータハウジングは、周壁部と左右両端の端壁部とで構成されている。この周壁部に水冷ジャケットが構成され、水冷ジャケットに流れる冷却液で、ステータが冷却される。また、ロータのヨーク部に、ステータの永久磁石の近傍に位置させて、軸方向にのびる冷却用油路が形成されている。そして、潤滑油を冷却用油路に供給して、潤滑油でロータの永久磁石を冷却する。さらに、永久磁石の他の冷却構造として、モータハウジングの周壁部および端壁部に油路を形成し、この油路に供給される潤滑油により、ロータの永久磁石を冷却することが記載されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−１９００４７号公報（段落番号０００７ないし段落番号００１２、段落番号００１７、段落番号００１８、図１、図２、図４）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記公報に記載されている冷却装置においては、電動モータの熱により、潤滑油の温度が高温となる恐れがあった。
【０００６】
この発明は上記の事情を背景としてなされたものであり、モータを冷却する複数の冷却媒体のうち、所定の冷却媒体の温度が、他の冷却媒体の温度に比べて一方的に上昇することを抑制することの可能なモータの冷却装置を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段およびその作用】
上記の目的を達成するために、請求項１の発明は、モータとの間で熱交換をおこなうことが可能な複数の冷却媒体を有するモータの冷却装置において、前記複数の冷却媒体同士の間で熱交換をおこなわせる熱交換器を設けたことを特徴とする発明である。
【０００８】
請求項１の発明によれば、複数の冷却媒体同士の間で、熱交換器を経由して熱交換がおこなわれるため、複数の冷却媒体同士の温度差が大きくなることが抑制される。
【０００９】
請求項２の発明は、請求項１の構成に加えて、前記モータを収納するケーシングを有し、このケーシングに前記熱交換器が一体的に取り付けられていることを特徴とする発明である。
【００１０】
請求項２の発明によれば、請求項１の発明と同様の作用が生じる他に、ケーシングと熱交換器とが一体化される。
【００１１】
請求項３の発明は、請求項１または２の発明と同様の構成に加えて、前記複数の冷却媒体には、冷却水および潤滑油が含まれており、前記モータの動力により回転し、かつ、前記ケーシング内の第１の潤滑油保持部の潤滑油を掻き上げる回転部材と、この回転部材により掻き上げられた潤滑油を保持し、かつ、前記第１の潤滑油保持部よりも高位に配置された第２の潤滑油保持部とを有し、前記第２の潤滑油保持部の潤滑油が第２の潤滑油保持部に移動する経路で、前記潤滑油と前記冷却水との間で前記熱交換器による熱交換がおこなわれる構成であることを特徴とする発明である。
【００１２】
請求項３の発明によれば、請求項１または２の発明と同様の作用が生じる他に、回転部材により第１の潤滑油保持部の潤滑油が掻き上げられ、掻き上げられた潤滑油は第２の潤滑油保持部で保持される。この第２の潤滑油保持部の潤滑油が自重で第１の潤滑油保持部に移動する経路で、潤滑油と冷却水との間で熱交換器による熱交換がおこなわれる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
つぎに、この発明を図面を参照しながら具体的に説明する。図１は、車両のパワートレーンの一部を示す正面図、図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線における側面断面図である。ケーシング１の内部Ａ１には、モータ２が設けられている。ケーシング１は、金属材料、例えば、アルミニウム、アルミウム合金などにより構成されている。モータ２は、電動機としての力行機能と、発電機としての回生機能とを兼備するモータ・ジェネレータである。また、モータ２は、コイル（図示せず）が巻かれたステータ（図示せず）と、ロータ（図示せず）とを有し、ロータの動力により回転するギヤ３が設けられている。モータ２とギヤ３とは同心状に配置されている。また、ギヤ３に噛合するギヤ４が設けられている。モータ２およびギヤ３の回転軸線Ｂ１は略水平に配置されている。さらに、ギヤ３と車輪（図示せず）とが動力伝達可能に連結されている。
【００１４】
前記ケーシング１は、略水平に延ばされた底板５と、底板５の一端に連続され湾曲部６と、湾曲部６の上端に連続された天板７と、天板７であって、湾曲部とは反対側の端部に連続された湾曲部８と、湾曲部８であって、天板７とは反対側の端部に連続された側板９とを有している。また、ケーシング１の内部Ａ１には潤滑油Ｃ１が入れられており、ケーシング１の内部Ａ１であって、底板５、湾曲部６、側板９、蓋２０、背板２１により取り囲まれた部分に、第１の潤滑油溜まりＤ１が形成されている。第１の潤滑油溜まりＤ１にはギヤ４の一部が浸漬される。
【００１５】
また、側板９であって、ケーシング１の内部Ａ１側の面には潤滑油保持板１０が設けられている。潤滑油保持板１０は、モータ２の外周形状に沿って円弧状に湾曲され、湾曲部の自由端から略水平に延ばされている。この潤滑油保持板１０、側板９、背板２１により取り囲まれた空間に、第２の潤滑油溜まりＥ１が形成されている。前記回転軸線方向において、ギヤ４の配置領域と潤滑油保持板１０の配置領域とが重なっている。この第２の潤滑油溜まりＥ１は、第１の潤滑油溜まりＣ１よりも高位に配置されている。さらに、側板９を厚さ方向に貫通する通路１１，１２が形成されており、通路１１は第１の潤滑油溜まりＣ１に連通され、通路１２は第２の潤滑油溜まりＥ１に連通されている。
【００１６】
さらに、ケーシング１であって、側板９を含む領域にウォータージャケット１３が形成されている。このウォータージャケット１３は、通路１２よりも下方であって、かつ、通路１１よりも上方に配置されている。また、このウォータージャケット１３はケーシング１の一部をくりぬいた凹部であって、このウォータージャケット１３は、側板９であって、ケーシング１の外面に開口されている。さらに、このウォータージャケット１３は、図２に示すように蛇行して形成されている。
【００１７】
一方、前記側板９の外面にはオイルクーラー１４が取り付けられている。オイルクーラー１４は、熱伝導性に優れた金属材料、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金などにより構成されたブロック形状のものである。このオイルクーラー１４には、通路１３と連通する通路１５，１６が形成されており、通路１５，１６のうち上方に位置する通路１５には冷却水入口１７が接続されている。また、通路１６には冷却水出口１８が接続されている。さらに、オイルクーラー１４には通路１９が形成されている。通路１９の上端は通路１２に連通され、通路１９の下端は通路１１に連通されている。この通路１９は、図２に示すように蛇行して形成されている。そして、図２に示す側面断面において、ウォータージャケット１３の配置領域と、通路１９の配置領域とが、少なくとも一部で重なっている。上記のウォータージャケット１３およびオイルクーラー１４により、冷却装置が構成されている。さらに、ケーシング１の開口部は蓋２０により閉じられているとともに、ケーシング１は、蓋２０と平行な背板２１を有している。
【００１８】
つぎに、図１および図２に示す冷却装置の作用を説明する。モータ２に電力が供給されてモータ２が電動機として駆動されて、モータ２の動力がギヤ４に伝達される場合、または車両の運動エネルギに対応する動力が車輪からギヤ４に伝達されて、モータ２が発電機として起動する場合のいずれにおいても、電気抵抗などによりモータ２が発熱する。
【００１９】
一方、前記のようにして、ギヤ４が図１において反時計方向に回転すると、第１の潤滑油溜まりＤ１の潤滑油Ｃ１がギヤ４により掻き上げられて、その潤滑油Ｃ１は、ケーシング１の内部Ａ１を飛んでモータ２の上方空間に到達して、潤滑油保持板１０上を流れて第２の潤滑油溜まりＥ１に至る。第２の潤滑油溜まりＥ１に溜まる潤滑油Ｃ１の一部は、油路（図示せず）を経由してモータ１のステータ（図示せず）のステータのコイル付近に供給される。このようにして、モータ１のコイルが潤滑油により冷却される。そして、コイルを冷却したオイルは、自重で下方に流れるか、または、自然落下して第１の潤滑油溜まりＣ１に戻る。
【００２０】
一方、第２の潤滑油溜まりＥ１の潤滑油Ｃ１の一部は、通路１２を経由して通路１９に流れ込む。ここで、潤滑油Ｃ１は通路１９の形状に沿って蛇行しつつ下方に移動する。具体的には、自重により流れるか、または自然落下する。これに対して、冷却水入口１７および通路１５を経由して冷却水Ｗ１がウォータージャケット１３に供給される。冷却水Ｗ１はウォータージャケット１３の形状に沿って蛇行しながら下方に流れる。このように、潤滑油Ｃ１および冷却水Ｗ１が蛇行状に移動する過程で、潤滑油Ｃ１と冷却水Ｗ１との間で熱交換がおこなわれる。具体的には、潤滑油Ｃ１の温度の方が冷却水Ｗ１の温度よりも高いため、潤滑油Ｃ１の熱がオイルクーラー１４を経由して冷却水Ｗ１に伝達されて、潤滑油Ｃ１の温度が低下する。なお、通路１９を通過した潤滑油Ｃ１は通路１１を通過して第１の潤滑油溜まりＤ１に戻される。このように、ケーシング１の内部Ａ１およびオイルクーラー１４の通路１９を、潤滑油Ｃ１が循環する。
【００２１】
また、モータ２からケーシング１に伝達される熱は、オイルクーラー１４を経由してウォータージャケット１３内の冷却水Ｗ１に伝達される。つまり、モータ２は冷却水Ｗ１によっても間接的に冷却される。なお、前記ウォータージャケット１３を通過した冷却水Ｗ１は、通路１６および冷却水出口１８を経由して所定の箇所に供給される。ちなみに、モータ２と蓄電装置（図示せず）との間にはインバータが設けられており、冷却水Ｗ１はインバータを冷却する機能を有している。なお、駆動力源としてエンジンを有する車両であれば、エンジン冷却用の冷却水を、ウォータージャケット１３に供給することも可能である。
【００２２】
このように、図１および図２に示された冷却装置においては、冷却水Ｗ１および潤滑油Ｃ１の両方と、モータ２との間で熱交換がおこなわれて、モータ２が冷却される。また、モータ２のコイルから熱が伝達されて温度が上昇した潤滑油Ｃ１と、冷却水Ｗ１との間で熱交換をおこなうことにより、潤滑油Ｃ１の温度上昇を回避している。このため、潤滑油Ｃ１と冷却水Ｗ１との温度差が大きくなることを抑制できる。つまり、潤滑油Ｃ１の温度が一方的に上昇することを抑制できる。
【００２３】
さらに、この実施例においては、オイルクーラー１４がケーシング１の外面に一体的に取り付けられているため、冷却装置が大型化することを抑制できる。したがって、冷却装置の配置スペースを狭めることができるとともに、冷却装置の配置位置が制約を受けることを抑制でき、冷却装置の車載性が向上する。さらに、オイルクーラー１４をケーシング１の外面に一体的に取り付ける構成を採用すれば、ケーシング１の側板９を成形加工する工程で、ウォータージャケット１３をも併せて成形加工することができ、冷却装置の製造コストが上昇することを抑制できる。また、シール構造をも簡略化することができる。さらに、ケーシング１とオイルクーラー１４とを接続するオイル供給管などの専用部品を用いずに済み、冷却装置の製造コストが上昇することを抑制できる。なお、オイルクーラー１４は、ケーシング１のウォータージャケット１３の開口部を塞ぐ蓋としての機能をも有している。
【００２４】
また、第２の潤滑油溜まりＥ１の潤滑油Ｃ１が、位置エネルギで下方に流れ、または落下するときに、潤滑油Ｃ１と冷却水Ｗ１との間で熱交換がおこなわれる。つまり、第１の潤滑油溜まりＤ１と第２の潤滑油溜まりＥ１との高低差を利用して、潤滑油Ｃ１を移動させている。したがって、潤滑油Ｃ１を輸送するために新たな流体機械、例えばオイルポンプを設けずに済む。したがって、冷却装置の部品点数が増加することを抑制でき、かつ、冷却装置の製造コストが増加することを抑制できる。
【００２５】
ところで、モータ２の許容温度よりも潤滑油Ｃ１の許容温度の方が低く、この実施例のオイルクーラー１４では潤滑油Ｃ１の温度を低下させている。つまり、オイルクーラー１４で低減させる必要のある熱量を可及的に少なくすることができ、オイルクーラー１４の熱交換機能を最小限に設定することができる。なお、モータ２の許容温度と潤滑油Ｃ１の許容温度との差は、１０℃程度である。さらに、この実施例においては、第２の潤滑油溜まりＥ１にはギヤ４が浸漬されない構成であるため、ギヤ４の回転時における潤滑油Ｃ１の撹拌抵抗が増加することを抑制でき、ギヤ４に伝達される動力の損失を抑制できる。
【００２６】
なお、この実施例は、車両の駆動力源としてモータ２を単独で搭載した電気自動車、または、車両の駆動力源としてモータ２およびエンジンを搭載したハイブリッド車のいずれにも適用可能である。ハイブリッド車の構成としては、エンジンの動力が、動力分配装置（例えば、遊星歯車機構）を経由して発電機および車輪に分配される構成の機械分配式のハイブリッド車が挙げられる。このハイブリッド車においては、動力分配装置から車輪に至る経路に電動機が配置される。そして、エンジンおよび電動機が駆動力源としての機能を有する。この実施例をハイブリッド車に用いる場合は、前記モータ４は、上記の電動機または発電機のいずれであってもよい。
【００２７】
また、複数の冷却媒体には、成分が異なる複数種類の冷却媒体という意味と、複数の流通経路（異なる経路）を流れる冷却媒体という意味とが含まれる。複数の流通経路とは、ウォータージャケット１３、通路１５，１６、冷却水入口１７、冷却水出口１６により形成される冷却水の流通経路と、通路１１，１２，１９第１の潤滑油溜まりＤ１、第２の潤滑油溜まりＤ１、ケーシング１の内部Ａ１により形成される潤滑油Ｃ１の流通経路とを意味する。また、冷却媒体は、３種類以上でもよい。
【００２８】
ここで、この実施例の構成とこの発明の構成との対応関係を説明すれば、潤滑油Ｃ１および冷却水Ｗ１が、この発明の複数の冷却媒体に相当し、ウォータージャケット１３およびオイルクーラー１４が、この発明の熱交換器に相当し、潤滑油溜まりＤ１が、この発明の第１の潤滑油保持部に相当し、ギヤ４が、この発明の回転部材に相当し、第２の潤滑油溜まりＥ１が、この発明の第２の潤滑油保持部に相当する。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように請求項１の発明によれば、複数の冷却媒体同士の間で、熱交換器を経由して熱交換をおこなうことができ、複数の冷却媒体同士の温度差が大きくなることを抑制できる。したがって、いずれかの冷却媒体が、他の冷却媒体に比べて一方的に高温となることを抑制できる。
【００３０】
請求項２の発明によれば、請求項１の発明と同様の効果を得ることができる他に、ケーシングと熱交換器とを一体化するため、冷却装置の配置スペースを狭めることができる。
【００３１】
請求項３の発明によれば、請求項１または２の発明と同様の効果を得ることができる他に、第２の潤滑油保持部の潤滑油が、自重で第１の潤滑油保持部に移動する過程で、潤滑油と冷却水との間で熱交換器による熱交換をおこなうことができる。したがって、潤滑油を強制的に移動させる流体機械などを設けずに済み、部品点数の増加を抑制でき、かつ、冷却装置の製造コストの上昇を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の冷却装置を、車両用パワートレーンに用いた例を示す正面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線における側面断面図である。
【符号の説明】
１…ケーシング、２…モータ、４…ギヤ、１３…ウォータージャケット、１４…オイルクーラー、Ｃ１…潤滑油、Ｄ１…第１の潤滑油溜まり、Ｅ１…第２の潤滑油溜まり、Ｗ１…冷却水。

Claims

モータとの間で熱交換をおこなうことが可能な複数の冷却媒体を有するモータの冷却装置において、
前記複数の冷却媒体同士の間で熱交換をおこなわせる熱交換器を設けたことを特徴とするモータの冷却装置。
前記モータを収納するケーシングを有し、このケーシングに前記熱交換器が一体的に取り付けら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。
前記複数の冷却媒体には、冷却水および潤滑油が含まれており、前記モータの動力により回転し、かつ、前記ケーシング内の第１の潤滑油保持部の潤滑油を掻き上げる回転部材と、この回転部材により掻き上げられた潤滑油を保持し、かつ、前記第１の潤滑油保持部よりも高位に配置された第２の潤滑油保持部とを有し、前記第２の潤滑油保持部の潤滑油が第１の潤滑油保持部に移動する経路で、前記潤滑油と前記冷却水との間で前記熱交換器による熱交換がおこなわれる構成である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。