JP2006006091A - 電動機の冷却装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 冷却油の磁性夾雑物を除去して、コイル表面の絶縁皮膜が傷つけられることによるコイルの絶縁性能低下を防止して、電気的、磁気的または機械的信頼性の高い電動機の冷却装置を提供する。
【解決手段】 電動機回転軸方向に延在する永久磁石を備えたロータと、コイルが巻き回されたステータと、を有する電動機の冷却装置において、電動機を冷却する冷却油を供給する供給手段と、ロータの電動機回転軸方向端部に延在している永久磁石１５に向かって冷却媒体を噴射する噴出口１９を備えた油路２１と、を備え、冷却油中に含まれている磁性夾雑物１０１をロータの電動機回転軸方向端部の永久磁石１５近傍に磁力で引き付けて吸着させて、冷却油中から磁性夾雑物を除去し、冷却油がコイルエンド１４に滴下または噴射されても、コイルの絶縁被覆を損傷することがなく、電動機の絶縁性能の低下を防止する。
【選択図】 図１

Description

本発明は電動機の冷却装置に係り、特に、コイルに滴下または噴射する冷却油の磁性夾雑物を除去して、コイル表面の絶縁皮膜が傷つけられることによるコイルの絶縁性能低下を防止して、電気的、磁気的または機械的信頼性の高い電動機の冷却装置に関する。

従来より、ロータとステータを備えた電動機において、ステータに設けられているコイルのコイルエンドに冷却油を滴下してコイルを冷却する電動機の冷却装置が知られている。

例えば、特開平５−１２２９０３号公報には、電気自動車の駆動装置として、モータを冷却する構成が開示されている。この従来例では、電動機を収容するケース内に冷却オイルを循環させるオイル循環手段（オイルポンプ）に、電動機の発熱に応じてオイル循環量を変更する機能を付加したものであり、冷却オイル量を適正に保ちつつ、電動機の出力状況に応じた効率的な冷却を実現したものである。
特開平５−１２２９０３号公報

しかしながら、上述した特許文献１に開示された技術においては、電動機を冷却するためにオイル循環手段（オイルポンプ）や冷却油路を設けた構造であり、コストアップにつながるという事情があった。そこで、例えば変速機等の潤滑油を電動機の冷却油として使用することが考えられるが、この場合、変速機の潤滑油には歯車の噛み合い等によって発生した鉄等の微少な磁性金属片（以下、磁性夾雑物と記載する）が混入しているため、コイルに冷却油を滴下または噴射して冷却する際に、該磁性夾雑物によってコイル表面の絶縁被覆が傷つけられて、コイルの絶縁性能が低下するおそれがあった。

本発明は、上記従来の事情に鑑みてなされたものであって、コイルに滴下または噴射する冷却油の磁性夾雑物を除去して、コイル表面の絶縁皮膜が傷つけられることによるコイルの絶縁性能低下を防止した電動機の冷却装置を提供することを目的としている。

上記目的を解決するため、本発明は、電動機回転軸方向に延在する永久磁石を備えたロータと、コイルが巻き回されたステータと、を有する電動機の冷却装置において、前記電動機を冷却する冷却媒体を供給する供給手段と、前記ロータの電動機回転軸方向端部に延在している永久磁石に向かって前記冷却媒体を噴射する噴出口を備えた媒体路と、を備えることを特徴とする。

本発明に係る電動機の冷却装置では、冷却媒体中に含まれている磁性夾雑物をロータの電動機回転軸方向端部の永久磁石近傍に磁力で引き付けて吸着させて、冷却媒体中から磁性夾雑物を除去し、冷却媒体がコイルエンドに滴下または噴射されても、コイルの絶縁被覆を損傷することがなく、電動機の絶縁性能の低下を防止することができ、電気的信頼性を向上させることができる。

以下、本発明の電動機の冷却装置の実施例について、〔第１実施例〕、〔第２実施例〕、〔第３実施例〕、〔第４実施例〕の順に図面を参照して詳細に説明する。

第１実施例

図１は本発明の第１実施例に係る電動機の冷却装置の構造を説明する構造図である。同図において、１１はロータコア、１２はステータコア、１３はシャフト、１４はコイルエンド、１５は永久磁石、１６は押さえ板、１７は軸受けを固定する壁、１８はコイルエンド１４を冷却する冷却油の供給口、２０は供給口１８からの冷却油の油路、１９は壁１７内の油路を経由した冷却油の噴出口、２１は噴出口１９から噴射される冷却油の油路、２７はベアリング、１０１は磁性夾雑物である。

尚、ステータコア１２は不図示のモータケースに固定されており、壁１７は該モータケースの一部で形成されている。

図１（ａ）では、シャフト１３、ロータコア１１、押さえ板１６および電動機回転軸方向に延在する永久磁石１５を備えたロータと、巻き回されたコイルおよびステータコア１２を備えたステータとを有する電動機の冷却装置において、理解のし易さのために、壁１７および噴出口１９並びにベアリング２７の部分は断面図で、その他の部分は斜視図で示している。

本実施例の電動機の冷却装置は、供給口１８からの冷却油によってコイルエンド１４を冷却する（油路２０）公知の冷却構造に、電動機のシャフト１３の軸受けを固定する壁１７内に油路を形成し、ロータの電動機回転軸方向端部に延在している永久磁石１５に相対する位置に噴出口１９を形成して、ロータコア１１の端面（ロータの電動機回転軸方向端部に延在している永久磁石１５）に向かって電動機回転軸方向から冷却油を噴射する（油路２１）構造を加えたものである。

図１（ｂ）に、ロータの電動機回転軸方向端部（図１（ａ）におけるＡ部近傍）の詳細断面図を示す。押さえ板１６はロータコア１１を固定する機能を持つが、本実施例では磁性特性に影響を与えないようにするために、材料としてアルミニウムやステンレス等の非磁性材料を用いる。図１（ｂ）では、噴出口１９から噴射された冷却油が押さえ板１６に当たって、永久磁石１５近傍の押さえ板１６に冷却油中の磁性夾雑物１０１が磁石の力で押さえ板１６に吸着している様子が示されている。

図６に、本実施例における油圧回路の構成図を示す。図中、３１はタンク、３２はフィルタ、３３はポンプ、３４は圧力調整弁、３５は冷却器、３６は変速機、３７は電動機であり、各構成要素を結ぶ実線は油路を示す。ハイブリッド車における電動機は、変速機や減速機（以下、代表して変速機３６と記載する）に隣接して配置されることが多く、変速機３６の潤滑油を電動機３７の冷却に用いることは、従来の電動機で実施されている。この場合の油圧回路は、図６に示すように、変速機３６の油圧回路（点線で囲んだ部分）１１０に電動機３７が付加される構成となる。

つまり、タンク３１に蓄えられた潤滑油はポンプ３３によって圧力を上昇させた後、圧力調整弁３４において、変速制御に使われる油路と変速機３６の潤滑に使われる油路に別れる。本実施例では、例えば、変速機３６の潤滑用油路と並列に電動機３７の冷却用油路を設けることにより、電動機３７へ冷却油を導くことができる。なお、冷却用油路の前段に冷却器３５を装備することにより、電動機３７の冷却効果を高めることができる。

ところで、変速機３６の潤滑油中には、部品加工時に生じた切削片や歯車の噛み合いによって生じた金属片が含まれており、これら切削片や金属片は主成分を鉄等とする磁性夾雑物である。このような潤滑油を電動機３７の冷却油として用いる場合、冷却油が供給口１８からコイルエンド１４に滴下または噴射されると、磁性夾雑物によってコイルの絶縁被覆が損傷し、電動機３７の絶縁性能を低下させるおそれがある。

なお、図６の油圧回路には、異物除去用のフィルタ３２を装備しているが、潤滑油または冷却油の流量を確保するために、余りきめの細かいフィルタ３２を使用することができない。そのため、細かい磁性夾雑物はフィルタ３２を通過してしまい、電動機３７のコイルの絶縁被覆を損傷する原因となってしまうのである。

そこで、本実施例の電動機の冷却装置では、噴出口１９からロータコア１１の端面（ロータの電動機回転軸方向端部に延在している永久磁石１５）に向かって電動機回転軸方向から冷却油を噴射する（油路２１）ことにより、冷却油中に含まれている磁性夾雑物１０１を永久磁石１５近傍の押さえ板１６に磁力で引き付けて吸着させている。その結果、冷却油中から磁性夾雑物１０１が除去され、冷却油がコイルエンド１４に滴下または噴射されても、コイルの絶縁被覆を損傷することがなく、電動機３７の絶縁性能の低下を防止することができ、電気的信頼性を向上させることができる。

また、ロータの永久磁石１５を冷却することが可能となり、加熱による不可逆減磁を防止することができ、磁気的信頼性を向上させることができる。なおかつ、電動機として必要な構成要素である永久磁石１５を磁性夾雑物の除去に利用する構成であるので、特に追加部品を必要とせず、コスト増や装置の大型化を伴うことがない。さらに、磁性夾雑物１０１が除去されることから、電動機３７の変速機３６の軸受けが損傷することを防止することができ、機械的信頼性を向上させることができる。

第２実施例

次に、図２は本発明の第２実施例に係る電動機の冷却装置の構造図である。同図において、１１はロータコア、１３ｂはシャフト、１５は永久磁石、１６は押さえ板、１９ｂはシャフト１３ｂ内の油路を経由した冷却油の噴出口、２２はガイド部、２１ｂは噴出口１９ｂから噴射されガイド部２２で方向付けられた冷却油の油路である。なお、ステータコア１２、コイルエンド１４、コイルエンド１４を冷却する冷却油の供給口１８については、図１と同等の構成であるので省略している。

本実施例の電動機の冷却装置は、冷却油の油路を電動機のシャフト１３ｂ内に電動機回転軸方向に形成し、噴出口１９ｂをシャフト１３ｂの穴としてロータの電動機回転軸方向端部近傍に形成した構造である。なお、シャフト１３ｂに形成される噴出口１９ｂには、電動機回転時の遠心力で飛ばされる冷却油をロータの電動機回転軸方向端部に延在している永久磁石１５に導くガイド部２２が形成されている。

本実施例においても油圧回路は図６に示す如くなるが、電動機３７のシャフト１３ｂは変速機３６のシャフト（図示せず）に接続されており、変速機３６のシャフト内部の潤滑油が電動機３７のシャフト１３ｂに冷却油として供給されることになる。なお、歯車の潤滑や電動機３７の冷却に使用された油は、ケース内壁を伝わってタンク３１に戻る。

電動機３７のシャフト１３ｂ内部の冷却油は、電動機３７の回転時の遠心力で半径方向外側に力を受けてシャフト１３ｂの噴出口１９ｂより噴出され、ガイド部２２により方向付けられ、ロータコア１１の端面（ロータの電動機回転軸方向端部に延在している永久磁石１５）に向かって噴射される（油路２１ｂ）。これにより、冷却油中に含まれている磁性夾雑物１０１が、永久磁石１５近傍の押さえ板１６に磁力で引き付けられて吸着することになる。その結果、冷却油中から磁性夾雑物１０１が除去され、冷却油がコイルエンド１４に滴下または噴射されても、コイルの絶縁被覆を損傷することがなく、電動機３７の絶縁性能の低下を防止することができ、電気的信頼性を向上させることができる。

また、第１実施例と同様に、ロータの永久磁石１５を冷却することが可能となり、加熱による不可逆減磁を防止することができ、磁気的信頼性を向上させることができる。なおかつ、電動機として必要な構成要素である永久磁石１５を磁性夾雑物の除去に利用する構成であるので、特に追加部品を必要とせず、コスト増や装置の大型化を伴うことがない。さらに、磁性夾雑物１０１が除去されることから、電動機３７の変速機３６の軸受けが損傷することを防止することができ、機械的信頼性を向上させることができる。

第３実施例

次に、図３は本発明の第３実施例に係る電動機の冷却装置の構造図である。同図において、１１はロータコア、１３ｂはシャフト、１５は永久磁石、１６ｃは永久磁石１５を露出するための開口部２３を備えた押さえ板、１９ｂはシャフト１３ｂ内の油路を経由した冷却油の噴出口、２２はガイド部、２１ｃは噴出口１９ｂから噴射されガイド部２２で方向付けられた冷却油の油路である。

本実施例の電動機の冷却装置は、第２実施例と同様に、冷却油の油路を電動機のシャフト１３ｂ内に電動機回転軸方向に形成し、シャフト１３ｂに形成される噴出口１９ｂから電動機回転時の遠心力で飛ばされる冷却油を、ガイド部２２により方向付けてロータの電動機回転軸方向端部に延在している永久磁石１５に噴射する。但し、第２実施例とは、押さえ板１６ｃに露出孔２３を形成して、永久磁石１５の一部をロータの電動機回転軸方向端面に露出させている点が異なる。

ここで、押さえ板１６ｃの露出孔２３の電動機内周側断面形状は、噴出口１９ｂから噴射した冷却油がロータの電動機回転軸方向端面に露出した永久磁石に接触することを妨げないように一定の角度を持たせており、また、露出孔２３の電動機外周側断面形状は、永久磁石１５に接触した冷却油がコイルの電動機回転軸方向端部のコイルエンド１４に向かって流れることを妨げないように一定の角度を持たせている。

また、押さえ板１６ｃの露出孔２３の大きさは、図４（ａ）の詳細断面図に示すように、永久磁石１５の一部にかかる大きさとするのが望ましい。図４（ｂ）の詳細断面図のように、押さえ板１６ｃの露出孔２３を永久磁石１５の端面全体に渡って露出させる大きさとした場合には、永久磁石１５が電動機回転軸方向に抜け落ちるおそれがあり、また、磁性夾雑物１０１が吸着した状態では、永久磁石１５のＮ極とＳ極が（磁気）短絡して、電動機の磁気特性が悪化して性能低下を招くおそれがあるからである。

本実施例では、電動機３７のシャフト１３ｂ内部の冷却油は、電動機３７の回転時の遠心力で半径方向外側に力を受けてシャフト１３ｂの噴出口１９ｂより噴出され、ガイド部２２により方向付けられ、ロータコア１１の端面（ロータの電動機回転軸方向端部に延在している永久磁石１５）に向かって噴射される（油路２１ｃ）。これにより、冷却油中に含まれている磁性夾雑物１０１が、押さえ板１６の露出孔２３（永久磁石１５の露出面）に磁力で引き付けられて吸着することになる。その結果として、冷却油中から磁性夾雑物１０１が除去され、冷却油がコイルエンド１４に滴下または噴射されても、コイルの絶縁被覆を損傷することがなく、電動機３７の絶縁性能の低下を防止することができ、電気的信頼性を向上させることができる。

また、第２実施例と同様に、磁気的信頼性や機械的信頼性を向上させることができると共に、コスト増や装置の大型化を伴うことがないという効果を奏し、さらに、第２実施例に比べて、冷却油が直接的に永久磁石１５の露出面に噴射される構造であるため、磁性夾雑物の吸着効果が高まり、その結果として冷却効果をより高めることができる。

さらに、押さえ板１６ｃの露出孔２３の断面形状に角度を持たせて、ロータ側面に噴射した冷却油を、電動機の遠心力を利用してさらにコイルエンド１４の内側に噴射させており、コイルエンド１４の冷却効果をより高めることができる。

第４実施例

さらに、図５は本発明の第４実施例に係る電動機の冷却装置の構造図である。同図において、１１はロータコア、１３ｄはシャフト、１５は永久磁石、１６ｄは押さえ板、２４は押さえ板１６ｄの溝部、２１ｄは冷却油の油路である。

本実施例の電動機の冷却装置は、第２実施例と同様に、冷却油の油路を電動機のシャフト１３ｄ内に電動機回転軸方向に形成しているが、押さえ板１６ｄ内に、電動機のシャフト１３ｄ内に電動機回転軸方向に形成された油路と噴出口を介して連通し、電動機内周方向から電動機外周方向に向かって形成された溝部を備えている点が異なる。

本実施例では、電動機３７のシャフト１３ｄ内部の冷却油は、電動機３７の回転時の遠心力で半径方向外側に力を受けてシャフト１３ｄの噴出口より押さえ板１６ｄの溝部２４に沿って噴出され、ロータコア１１の端面（ロータの電動機回転軸方向端部に延在している永久磁石１５の露出面）に噴射される（油路２１ｄ）。これにより、冷却油中に含まれている磁性夾雑物１０１が、押さえ板１６の溝部２４の永久磁石１５の露出面に磁力で引き付けられて吸着することになる（図５（ｃ）参照）。その結果として、冷却油中から磁性夾雑物１０１が除去され、冷却油がコイルエンド１４に滴下または噴射されても、コイルの絶縁被覆を損傷することがなく、電動機３７の絶縁性能の低下を防止することができ、電気的信頼性を向上させることができる。

また、第２および第３実施例と同様に、磁気的信頼性や機械的信頼性を向上させることができると共に、コスト増や装置の大型化を伴うことがないという効果を奏し、さらに、第２または第３実施例に比べて、シャフト１３ｄのガイド部が不要な構造であるため、小型化、低コスト化を図ることができる。

さらに、押さえ板１６ｄ内に形成される溝部２４の電動機外周側の出口は、永久磁石に接触した冷却油がコイルの電動機回転軸方向端部のコイルエンド１４に向かって流れるように一定の角度を持たせて、ロータ側面に噴射した冷却油を、電動機の遠心力を利用してさらにコイルエンド１４の内側に噴射させており、コイルエンド１４の冷却効果をより高めることができる。 なお、本実施例においても、第３実施例（図４）と同様に、押さえ板１６ｄ内部の溝部２４における永久磁石１５の露出面の大きさは、永久磁石１５の一部が露出する大きさとするのが望ましい。

以上説明した第１、第２、第３および第４実施例では、冷却媒体を冷却油として説明したが、他の冷却媒体を用いても同等の効果を奏することができる。

本発明の第１実施例に係る電動機の冷却装置の構造を説明する構造図である。 第２実施例に係る電動機の冷却装置の構造図である。 第３実施例に係る電動機の冷却装置の構造図である。 押さえ板１６ｃの露出孔２３の詳細断面図である。 第４実施例に係る電動機の冷却装置の構造図である。 油圧回路の構成図である。

符号の説明

１１ ロータコア
１２ ステータコア
１３，１３ｂ，１３ｄ シャフト
１４ コイルエンド
１５ 永久磁石
１６，１６ｃ，１６ｄ 押さえ板
１７ 軸受けを固定する壁
１８ 冷却油の供給口
２０ 冷却油の油路
１９，１９ｂ 冷却油の噴出口
２１，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ 噴出口から噴射される冷却油の油路
２２ ガイド部
２３ 押さえ板の露出孔
２４ 溝部
２７ ベアリング
３１ タンク
３２ フィルタ
３３ ポンプ
３４ 圧力調整弁
３５ 冷却器
３６ 変速機
３７ 電動機
１０１ 磁性夾雑物

Claims (9)

1. 電動機回転軸方向に延在する永久磁石を備えたロータと、コイルが巻き回されたステータと、を有する電動機の冷却装置において、
   前記電動機を冷却する冷却媒体を供給する供給手段と、
   前記ロータの電動機回転軸方向端部に延在している永久磁石に向かって前記冷却媒体を噴射する噴出口を備えた媒体路と、
   を有することを特徴とする電動機の冷却装置。
2. 前記媒体路は、前記電動機の軸受けを固定する壁内に形成され、前記噴出口は前記ロータの電動機回転軸方向端部に延在している永久磁石に相対する位置に形成されることを特徴とする請求項１に記載の電動機の冷却装置。
3. 前記媒体路は、前記電動機のロータシャフト内に電動機回転軸方向に形成され、前記噴出口は前記ロータの電動機回転軸方向端部近傍に形成されることを特徴とする請求項１に記載の電動機の冷却装置。
4. 前記永久磁石の一部は前記ロータの電動機回転軸方向端面に露出しており、前記噴出口から噴射した冷却媒体は前記ロータの電動機回転軸方向端面に露出した前記永久磁石に接触することを特徴とする請求項１〜請求項３の何れか１項に記載の電動機の冷却装置。
5. 少なくとも前記ロータのロータコアの電動機回転軸方向端面に接触して前記ロータを電動機回転軸方向両側から押さえる押さえ板を有し、
   前記押さえ板には、前記永久磁石の一部を前記ロータの電動機回転軸方向端面に露出させる露出孔が形成されていることを特徴とする請求項１〜請求項３の何れか１項に記載の電動機の冷却装置。
6. 前記電動機のロータシャフトに形成される噴出口には、電動機回転時の遠心力で飛ばされる冷却媒体を前記ロータの電動機回転軸方向端部に延在している永久磁石または前記ロータの電動機回転軸方向端面に露出した永久磁石に導くガイド部が形成されていることを特徴とする請求項３〜請求項５の何れか１項に記載の電動機の冷却装置。
7. 前記押さえ板の露出孔の電動機内周側断面形状は、前記噴出口から噴射した冷却媒体が前記ロータの電動機回転軸方向端面に露出した前記永久磁石に接触することを妨げないように一定の角度を持ち、
   前記押さえ板の露出孔の電動機外周側断面形状は、前記永久磁石に接触した冷却媒体が前記コイルの電動機回転軸方向端部のコイルエンドに向かって流れることを妨げないように一定の角度を持つことを特徴とする請求項５または請求項６の何れか１項に記載の電動機の冷却装置。
8. 少なくとも前記ロータのロータコアの電動機回転軸方向端面に接触して前記ロータを電動機回転軸方向両側から押さえる押さえ板を有し、
   前記押さえ板内には、前記電動機のロータシャフト内に電動機回転軸方向に形成された媒体路と前記噴出口を介して連通し、電動機内周方向から電動機外周方向に向かって形成された溝部を備え、
   該溝部を流れる冷却媒体は前記ロータの電動機回転軸方向端面に露出した前記永久磁石に接触することを特徴とする請求項３または請求項４の何れか１項に記載の電動機の冷却装置。
9. 前記押さえ板内に形成される溝部の電動機外周側の出口は、前記永久磁石に接触した冷却媒体が前記コイルの電動機回転軸方向端部のコイルエンドに向かって流れるように一定の角度を持つことを特徴とする請求項８に記載の電動機の冷却装置。

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