JP2006288143A - 油冷モータの冷却制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 モータ固定子のコイルエンド部へ冷却油を供給することによりステータ巻線を冷却する油冷モータにおいて、コイルエンド部を液密に封止する密封部材が破損することを防止する。
【解決手段】 前記冷却油の油温を直接的に検出し、または間接的に推定する油温検出手段を設け、検出した油温が低い場合には供給される冷却油の流量を少なくし、検出した油温が高い場合には供給される冷却油の流量を多くするよう、コイル冷却用オイルポンプを制御する。
【選択図】図２

Description

本発明は、モータの固定子に冷却油を循環させることにより、固定子に巻回されたステータ巻線を直接冷却することができる油冷モータに関し、特に、冷却油の流路の破損を防止する技術に関するものである。

従来、回転電機の冷却装置として回転電機の筐体に冷却水路を配設し、この冷却水路に冷却水を循環させる装置が多数知られている。
これに対し、モータの冷却効果をより高めることを狙って本願出願人は、発熱源であるステータ巻線同士間にあるスロットに絶縁油を循環させることにより、ステータ巻線を絶縁油で直接冷却する発明を提案している。このような発明として、例えば特許文献１に記載のごときものがある。
特開２００１−１４５３０２号公報 特許文献１に記載のモータの冷却装置は、ステータコアを回転軸方向に貫通するスロットを周方向に複数設け、これらスロットにはステータ巻線を巻回し、スロットの開口部を密封部材で覆うことによってこれらスロットに冷却通路を形成し、この冷却通路内に冷却油（絶縁油）を流すように構成したものである。

しかし、上記従来のようなモータの冷却装置にあっては、以下に説明するような問題が危惧される。つまり絶縁性能の確保のため、密封部材には樹脂等が用いられるところ、その材質の強度は高くない。また、スペース上の都合のため密封部材の厚みも十分に確保することができない。この結果、当該密封部材の強度を十分に確保することはできず、冷却油を供給する冷却用配管から密封部材へ大量の冷却油が一度に流入すると、密封部材が破損したり、冷却用配管と密封部材との接続部から冷却油がもれ出したり、冷却用配管が接続部から脱落するおそれがあった。

この問題につき、冷却油の粘性度の点から詳述すると、オイルポンプは冷却油の油温の高低にかかわらず常に回転しており、オイルポンプから吐出される冷却油の流量が減少したり、停止することはない。一方、冷却油の粘性度は油温に応じて変動する。
このため、車両の始動時など、油温が低く粘性度が高い冷却油が一度に流入すると、冷却用配管と密封部材との接続部が脱落する懸念が大きい。

本発明は、上述の実情に鑑み、密封部材の破損および接続部の脱落を効果的に防ぐことを目的とするものである。

この目的のため本発明による油冷モータの冷却制御装置は、請求項１に記載のごとく、 モータ固定子を貫通する複数のスロットにステータ巻線を巻回し、該スロット両端を密封部材で包囲して該スロットおよびステータ巻線を液密可能に封止し、該密封部材にはコイル冷却油路の配管を接続し、コイル冷却油路から密封部材内へ冷却油を供給し得る油冷モータにおいて、
前記冷却油の油温を直接的に検出または間接的に推定する油温検出手段を設け、
検出した油温に応じて供給される冷却油の流量を制御するよう構成したことを
特徴としたものである。

また、この目的のため本発明による油冷モータの冷却配管用オイルシールは、請求項６に記載のごとく、モータ固定子を貫通する複数のスロットにステータ巻線を巻回し、該スロット両端を密封部材で包囲して該スロットおよびステータ巻線を液密可能に封止し、該密封部材にはコイル冷却油路の配管を接続し、コイル冷却油路から密封部材内へ冷却油を供給し得る油冷モータにおいて、
密封部材と配管との接続部には熱膨張率の高い材質で形成したオイルシールを設けるとともに、該オイルシールの一部をステータ巻線に定着し、
該オイルシールは、ステータ巻線が低温の場合には前記接続部に隙間を生じさせ、ステータ巻線が高温の場合には該隙間が閉じるよう構成したことを特徴としたものである。

かかる請求項１の発明の構成によれば、冷却油の油温が低く粘性度が高い場合には冷却油の流量を少なくすることが可能となるため、密封部材が破損したり、冷却用配管と密封部材との接続部が脱落するといった上記不都合を未然に防止することができる。

また、請求項６の発明の構成によれば、冷却油の油温が低く粘性度が高い場合には、接続部から冷却油が漏れるため、粘性度が高い冷却油が一度に流入することを回避して、密封部材の破損や、接続部の脱落を未然に防止することができるとともに、冷却油の油温が高く粘性度が低い場合には、多くの冷却油を密封部材内へ供給して、ステータ巻線を直接かつ効果的に冷却することができる。

以下、本発明の実施の形態を、図面に示す実施例に基づき詳細に説明する。
図１は本発明の一実施例になる油冷モータの構造を示す斜視図である。図２は同油冷モータの縦断面図である。
油冷モータの固定子１は、特許文献１に記載されたステータ（鉄心）と同様である。つまり、多層構造の鉄心を中空円筒形状に形成する。モータ固定子１の外周面には、筐体２を設ける。モータ固定子１の内周面には、モータ回転子１０を対向させて同軸に回転可能に枢支する。モータ固定子１の内部には、スロット３を回転軸方向に延在するよう貫通させる。

スロット３は円周方向に複数配設され、これらスロット３には、ステータ巻線４をコイル状に巻回する。ステータ巻線４はＵ相、Ｖ相、Ｗ相から構成される。モータ固定子１の軸方向両端から突出したステータ巻線４を、固定子１の両端でそれぞれ周回させて各スロット３に巻回したステータ巻線４を各相毎に接続する。Ｕ相のステータ巻線４をＵ相端子５に接続し、Ｖ相のステータ巻線４をＶ相端子６に接続し、Ｗ相のステータ巻線４をＷ相端子７にそれぞれ接続する。

固定子１の両端には、スロット３およびステータ巻線４を包囲するための密封部材８を設ける。密封部材８は、後述の冷却油とともに、スロット３およびステータ巻線４を液密に封止するものとする。

モータ出力軸９は、モータ中心軸上にあって、その外周でモータ回転子１０と一体に結合する。
筐体２のうち、モータ固定子１が接触する内周部分には、水冷用の冷却水路１１を設ける。冷却水路１１は、本発明の冷却制御装置とは別体であって、モータを冷却するために従来、多数知られている技術であってよい。

固定子１の両側端部にそれぞれ設けた密封部材８のうち、一端側（図２左）の密封部材８Ｌの軸方向端部にあって下部には冷却油を供給するための配管１３の一端を接続する。配管１３の他端はコイル冷却油路の図示しないコイル冷却用オイルポンプと接続する。また、他端側（図２右）の密封部材８Ｒの軸方向端部にあって上部には冷却油を排出するための配管１５の一端を接続する。配管１５の他端はコイル冷却油路の図示しないラジエータと接続する。

コイル冷却油路は絶縁機能を備えた冷却油を密封部材８内へ供給し、ステータ巻線４の冷却を行う。
冷却油はまず、配管１３から流入側接続部１２を経て密封部材８Ｌ内に流入し、一端側（図２左）のステータ巻線４Ｌと密封部材８Ｌとの隙間を液密にして、固定子１端部の全周に行き渡る。
次に冷却油は、固定子１内に複数設けたスロット３に流入し、スロット３に巻回したすべてのステータ巻線４を冷却する。
冷却後の冷却油は、スロット３から密封部材８Ｒ内に流入し、他端側（図２右）のステータ巻線４Ｒと密封部材８Ｒとの隙間を液密にして、密封部材８Ｒの上部から流出側接続部１４を経てコイル冷却油路の配管１５へ排出される。
このように、流入側接続部１２を固定子１の下部に設け、排出側接続部１４を固定子１の上部に設けたことから、上下逆に設ける場合と比較して、常態で密封部材８内を冷却油で液密にし、すべてのステータ巻線４およびスロット３に冷却油を行き渡らせることができる。

図示しないコイル冷却用オイルポンプを具えたコイル冷却油路と、密封部材８と、配管１３，１５と、スロット３とのうち、少なくとも一箇所には、冷却油の油温を検出する油温計を設けて、油温を直接的に検出する。あるいは、ステータ巻線３の通電抵抗および出力軸９の出力トルクをパラメータとして、ステータ巻線３の温度を推定することにより、油温を間接的に推定する。あるいは、運転者がイグニッションキーを作動させた油冷モータの最初の始動時には油温が低いと推定する。

図示しないコイル冷却用オイルポンプは駆動伝達経路からトルクを入力されるのではなく、本実施例の油冷モータとは別個の電動モータからトルクを入力するものとする。そして、検出した冷却油の油温が低い場合には、電動モータの出力を小さくして、コイル冷却用オイルポンプの供給油量を小さくする。特に油冷モータの最初の始動時のみ、冷却油の供給を停止してもよい。また、検出した冷却油の油温が高い場合には、電動モータのトルクを大きくして、コイル冷却用オイルポンプの供給油量を大きくする。

このように、本実施例においては、冷却油の油温を直接的に検出または間接的に推定し、 検出した油温に応じて油冷モータへ供給される冷却油の流量を制御するよう構成したことから、
油温が低く粘性度が高い冷却油が流入側接続部１２へ大量に流入して、流入側接続部１２が脱落することや、密封部材８Ｌが破損することを防止することができる。

なお本実施例の他、スロット３にステータ巻線４を隙間無く充填するよう巻回した場合には、冷却油４がスロット３内を流れることはない。しかし、このような場合であっても固定子１の両端に設けた密封部材８Ｌ，８Ｒそれぞれに、流入側接続部１２および排出側接続部１４を設けることにより、冷却油が固定子１の端部に突出したステータ巻線４を直接に冷却することができるとともに、本発明を適用して流入側接続部１２の脱落および密封部材８の破損を防止することが可能である。

次に本発明の他の実施例について説明する。本実施例では、油冷モータについては上述および図１，２に示したものと共通の構成を有しつつ、コイル冷却油路に変更を加えたものである。
図３は、コイル冷却油路のコイル冷却用オイルポンプと、上述の配管１３との接続状態を模式的に示す説明図である。配管１３の一端はコイル冷却用オイルポンプ１６と接続する。配管１３の図示しない他端は前述のように流入側接続部１２で密封部材８と接続する。この配管１３上には切換弁１７を設け、切換弁１７を介して配管１３と配管１８の一端とを接続する。配管１８の他端は分岐して、その一方では、駆動伝達経路上のクラッチ等（摩擦要素）を締結・解放するための作動油を供給するミッションクラッチ作動用オイルポンプ１９を接続する。また分岐した配管１８の他端は、その他方では、図示しないクラッチ制御用油圧回路と接続する。

上述の油温計または推定手段により検出または推定した冷却油の油温が、所定のしきい値未満の場合には、切換弁１７を図３の実線で示すように切り換えて、コイル冷却用オイルポンプ１６と配管１３との間を遮断しつつ、コイル冷却用オイルポンプ１６と配管１８とを連通する。
また、冷却油の油温がしきい値以上の場合には、切換弁１７を図３の破線で示すように切り換えて、コイル冷却用オイルポンプ１６と配管１３との間を連通しつつ、コイル冷却用オイルポンプ１６と配管１８とも連通する。
しきい値の選定に際しては、しきい値となる油温以上では冷却油の粘性度が十分に低く、冷却油が流入側接続部１２に大量に流入しても流入側接続部１２が脱落しないように予め実験により求めておく。

このように、本実施例においては、 コイル冷却用オイルポンプ１６と密封部材８との間にある配管１３には切換弁１７を挿置し、切換弁１７には、クラッチ制御用油圧回路の一部である配管１８を接続する。そして、検出した油温が所定のしきい値未満の場合には、コイル冷却用オイルポンプ１６と密封部材８との間を遮断して、コイル冷却用オイルポンプ１６とクラッチ制御用油圧回路との間を連通するよう切換弁１７を制御し、
検出した油温が所定のしきい値以上の場合には、コイル冷却用オイルポンプ１６と密封部材８との間を連通するよう切換弁１７を制御することから、
油温が低く粘性度が高い冷却油が流入側接続部１２へ大量に流入して、流入側接続部１２が脱落することや、密封部材８Ｌが破損することを確実に防止することができるとともに、油温が低い状態では図３に実線で示すように切換弁１７を切り換えてコイル冷却用オイルポンプ１６が吐出する作動油をクラッチ制御用油圧回路に利用することができる。

なお、本実施例では、検出した油温が所定のしきい値以上の場合には、図３に破線で示すように切換弁１７を切り換えてコイル冷却用オイルポンプ１６と密封部材８との間を連通するとともに、密封部材８とクラッチ制御用油圧回路との間も連通するため、ミッションクラッチ作動用オイルポンプ１９が吐出する作動油を用いてステータ巻線４を効果的に冷却することができる。

また、図には示さなかったが、ミッションクラッチ作動用オイルポンプ１９がコイル冷却用オイルポンプ１６を兼用する構成とし、切換弁１７を可変に開閉するよう構成することによっても、上記の実施例と略同等の効果を得ることができる。

次に本発明の他の実施例について説明する。上記した実施例と共通の構成部分については同符号を付して説明を省略し、異なる構成部分については新たに符号を付して説明する。
図４は、固定子１端部に位置するステータ巻線４（コイルエンド部ともいう）を拡大して示す縦断面図である。
コイルエンド部で固定子１に沿って周回するステータ巻線４について説明すると、固定子１外周側でU相のステータ巻線４ｕが周回し、ステータ巻線４ｕよりも内周側でＶ相のステータ巻線４ｖが周回し、ステータ巻線４ｖよりも内周側かつ軸方向先端でＷ相のステータ巻線４ｗが周回する。すなわち、ステータ巻線４ｗは固定子１の内周側および軸方向端部に分布して、接続部１２，１４近傍に位置する。

本実施例では、運転者がイグニッションキーをオンにして油冷モータが始めて作動する場合には、冷却油の油温が所定のしきい値未満と推定し、ステータ巻線４に通電することによりこれを発熱させる。

通電はステータ巻線４を構成するＵ相、Ｖ相、Ｗ相全てで行い、冷却油を加熱してもよいが、本実施例では特に、固定子１の内周側および端部に位置するステータ巻線４ｗに通電する。

このように、本実施例においては、ステータ巻線４を構成する３相のうち、流入側接続部１２の近傍に位置するＷ相のステータ巻線４ｗに通電することから、流入側接続部１２にある冷却油を効果的に加熱して、粘性度を低くすることが可能になる。したがって、配管１３から密封部材８へ粘性度の高い冷却油が一度に流入して密封部材８が破損したり、流入側接続部１２が脱落することを防止できる。

次に本発明の他の実施例について説明する。上記した実施例と共通の構成部分については同符号を付し、異なる構成部分については新たに符号を付して説明する。
図５は、固定子１端部に位置する流入側接続部１２を拡大して示す縦断面図である。
前述のように、コイルエンド部に取り付けられた密封部材８のうち、軸方向先端に位置する部位に流入側接続部１２を配設するが、本実施例では、特に、流入側接続部１２に設置したオイルシール２０に図６に示すような形状のものを用いる。

図６はオイルシール２０を拡大して示す斜視図である。熱膨張率の高い材質で中空円筒形状に形成されたオイルシール２０には、その全長にわたり条溝２１を設け、その両端には条溝２１を拡大するよう切り欠き部２２，２５を設ける。
低温のオイルシール２０は、図５に示すように、切り欠き部２２を具えたオイルシール２０の一端２３は配管１３内を摺動可能に挿通され、オイルシール２０の他端２４は、密封部材８から突出させて、ステータ巻線４に定着し、これらオイルシール２０およびステータ巻線４間で円滑な熱移動を行わしめて常に温度を略一致させる。

この実施例の冷却機能およびその効果について説明する。

油冷モータが駆動していないためステータ巻線４が低温のときは、オイルシール２０も低温である。図５に示すように切り欠き部２２は、先端２３側部分のみが配管１３内に挿通され、切り欠き部２２の他の部分は配管１３内に挿通されずに配管１３と密封部材８との隙間に位置する。
したがって、配管１３から供給される冷却油流量の一部は、オイルシール２０内を流れることなく、切り欠き部２２から密封部材８の外へ流出し、残る一部の冷却油がオイルシール２０内を経由して密封部材８内へ流入する。そして、切り欠き部２５から、ステータ巻線４に行きわたる。

油冷モータの駆動後時間の経過とともに、ステータ巻線４が高温となると、オイルシール２０も高温となり、熱膨張率の高いオイルシール２０は膨張して全長および全周が長くなる。このため図７に示すように、切り欠き部２２の先端２３は配管１３の奥へ前進し、切り欠き部２２全体が配管１３内に挿通されるとともに、条溝２１が閉塞する。
したがって、配管１３から供給される冷却油は、接続部１２から殆ど漏れることなく、オイルシール２０内を経由して密封部材８内へ流入する。そして、切り欠き部２５から、ステータ巻線４に行きわたる。

しかして、この実施例においては、密封部材８と配管１３との流入側接続部１２に設けたオイルシール２０を熱膨張率の高い材質で形成するとともに、オイルシール２０の端部２４をステータ巻線４に固定し、ステータ巻線４が低温のときには流入側接続部１２に切り欠き部２２の隙間を生じさせ、ステータ巻線４が高温側である程この隙間が閉じるよう構成したことから、
ステータ巻線４が低温であるため隣接する流入側接続部１２内にある冷却油も低温である場合には、粘性度の高い冷却油が配管１３から密封部材８内へ一度に流入することを回避することができ、接続部１２の油圧を密封部材８外へ放出させて密封部材８が破損したり、配管１３が流入側接続部１２で脱落することを防止できる。

なお、上述した各実施例は、各実施例毎に実施可能である他、組み合わせて実施することが可能であり、また、本発明の主旨に逸脱しない範囲において種々変更が加えられうるものである。

図１は本発明の一実施例になる油冷モータの構造を示す斜視図である。 同実施例のモータの縦断面図である。 本発明の他の実施例になるコイル冷却用オイルポンプと配管との接続状態を模式的に示す説明図である。 本発明の他の実施例になるモータ固定子端部（コイルエンド部）を拡大して示す縦断面図である。 本発明の他の実施例になるコイルエンド部に設けた配管接続部を、低温時の状態で拡大して示す縦断面図である。 同実施例の配管接続部に用いられるオイルシールを拡大して示す斜視図である。 同実施例の配管接続部を、高温時の状態で拡大して示す縦断面図である。

符号の説明

１ モータ固定子
２ 筐体
３ スロット
４ ４Ｌ ４Ｒ ステータ巻線
８ ８Ｌ ８Ｒ 密封部材
９ 出力軸
１０ モータ回転子
１１ 冷却水路
１２，１４ 配管接続部
１３，１５ 配管
１６ コイル冷却用オイルポンプ
１７ 切換弁
１８ 配管
１９ ミッションクラッチ作動用オイルポンプ
２０ オイルシール

Claims (6)

1. モータ固定子を貫通する複数のスロットにステータ巻線を巻回し、該スロット両端を密封部材で包囲して該スロットおよびステータ巻線を液密可能に封止し、該密封部材にはコイル冷却油路の配管を接続し、コイル冷却油路から密封部材内へ冷却油を供給し得る油冷モータにおいて、
   前記冷却油の油温を直接的に検出または間接的に推定する油温検出手段を設け、
   検出した油温に応じて供給される冷却油の流量を制御するよう構成したことを特徴とする油冷モータの冷却制御装置。
2. 請求項１に記載の油冷モータの冷却制御装置において、
   前記コイル冷却油路のオイルポンプを電動モータによって駆動させ、
   検出した油温に応じて該オイルポンプの吐出量を可変制御する吐出量制御手段を設けたことを特徴とする油冷モータの冷却制御装置。
3. 請求項１または２に記載の油冷モータの冷却制御装置において、
   前記コイル冷却油路のコイル冷却用オイルポンプと前記密封部材との間にある前記配管には切換弁を挿置し、
   該切換弁には、 駆動伝達経路上に設けられた摩擦要素を締結および解放するための油圧回路を接続し、
   検出した油温が所定値未満の場合には、前記吐出量制御手段が、コイル冷却用オイルポンプと密封部材との間を遮断して、コイル冷却用オイルポンプと油圧回路との間を連通するよう切換弁を制御し、
   検出した油温が所定値以上の場合には、前記吐出量制御手段が、コイル冷却用オイルポンプと密封部材との間を連通するよう切換弁を制御することを特徴とする油冷モータの冷却制御装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の油冷モータの冷却制御装置において、
   検出した油温が所定値未満の場合には、ステータ巻線に通電することにより発熱させることを特徴とする油冷モータの冷却制御装置。
5. 請求項４に記載の油冷モータの冷却制御装置において、ステータ巻線を構成する相のうち、前記密封部材と前記配管との接続部近傍に位置する相に通電することを特徴とする油冷モータの冷却制御装置。
6. モータ固定子を貫通する複数のスロットにステータ巻線を巻回し、該スロット両端を密封部材で包囲して該スロットおよびステータ巻線を液密可能に封止し、該密封部材にはコイル冷却油路の配管を接続し、コイル冷却油路から密封部材内へ冷却油を供給し得る油冷モータの冷却制御装置において、
   密封部材と配管との接続部には熱膨張率の高い材質で形成したオイルシールを設けるとともに、該オイルシールの一部をステータ巻線に定着し、
   該オイルシールは、ステータ巻線が低温の場合には前記接続部に隙間を生じさせ、ステータ巻線が高温の場合には該隙間が閉じるよう構成したことを特徴とする油冷モータの冷却制御装置。

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