JP2011109808A - モータの冷却構造 - Google Patents

Abstract

【課題】ステータをモールド成型することによりステータを速やかに放熱して効果的に冷却して、たとえ高速回転で運転されていてもジュール熱などを増大することなく速やかに放熱することを可能としたモータの冷却構造を提供する。
【解決手段】モールド成形されたステータ３とこのステータ３と対になるロータ２で形成されるモータ内部を覆うケース５とこのケース５に嵌め合わせるカバー７とにより構成されるモータの冷却構造であって、前記ステータ３が加熱されると熱膨張により接触面積が大きくなることによって放熱し、加熱されていない場合は前記ステータ３と前記ケース５および前記カバー７とが離隔されるように構成される熱伝達部材９となるバネ部材を介在させている。
【選択図】図１

Description

この発明は、モールド成形されたステータから熱伝達部材を介して熱を放出するように構成されたモータの冷却構造に関するものである。

モータは、コイルに通電することによる不可避的な損失で発熱し、また温度が高くなると磁気特性が低下するなどの不都合が生じる。特にハイブリッド車や電気自動車などに使用されるモータは、大きい駆動力を得るために大電流が流され、また駆動とエネルギ回生とが繰り返されるなど使用環境が厳しいので、発熱による温度上昇を抑制することが重要になっている。また併せて、車両の駆動力源として使用されるモータおよびこれに関連する機器は、車載性を良好にするために、可及的に小型・軽量であることが望まれる。

このような事情を背景として開発された装置が特許文献１に記載されている。その特許文献１に記載された装置は、コイルエンドを樹脂でモールド成形してこのモールド端面とブラケットとの隙間を金属製の薄細線状の集合物からなる伸縮自在の熱伝導部材を配設するように形成されている。したがって特許文献１に記載された発明では、モールド端面からブラケットへの熱伝達が良好となる。

また、特許文献２には、回転電機において、ステータとステータに当接する多孔体とこの多孔体に潤滑油を供給する冷媒供給孔を備え、ステータで発生した熱は多孔体を介して潤滑油により取り除かれるように形成されている。したがって特許文献２に記載された発明では、簡単な構造でステータが冷却される。

そして、特許文献３には、回転子の回転により冷却風が径方向の内周側から通風される通風路が固定子巻線のコイルエンド群と固定子鉄心のティース部とにより形成されている。そして、冷却風が狭い通風路を通風するので、冷却風の速度が速くなり固定子巻線の発熱が冷却風に効率的に放熱され固定子の温度上昇が抑えられるように形成されている。したがって特許文献３に記載された発明では、固定子の温度上昇が抑えられるので出力の向上が図られる。

特開平８−２２３８６６号公報 特開２００４−２１５３５３号公報 特開２００２−２１８６８７号公報

上述した特許文献１に記載されている装置は、モールドの熱膨張が考慮されておらず金属製の薄細線状の集合物に付勢力がないため、カバーまたはモールドとの間に空隙を形成して接触が維持できなくなり、ひいては熱伝導性を確保できないなどの問題も生じる可能性がある。

上述した特許文献２に記載されている装置は、ステータを収納するケースを備えているが、このケースにはカバーが無く、ケースのみに多孔体や油路や冷媒供給孔が全て備え付けられている。したがって、そのケースを製造する際の工程や組み立てが、非常に困難なものとなる可能性がある。

また、特許文献３に記載されている装置は、その冷却を冷却ファンおよび排気孔によって行う。したがって冷却風によってのみ固定子および固定子巻線の発熱を冷却することによりこれら固定子および固定子巻線の発熱を直接的に冷却する構成が無いため、固定子鉄心のティース部の幅と径方向長さとの比だけで冷却を図らなければならないという問題があった。

この発明は、上述した技術的課題に着目してなされたものであって、モールド成形されたステータから熱伝達部材を介して直接的にかつ速やかに放熱させて、たとえ高速回転で運転されていてもジュール熱などを増大することなく速やかに放熱することを可能とし、容易に製造することのできるモータの冷却構造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、請求項１の発明は、モールド成形されたステータとこのステータと対になるロータで形成されるモータ内部を覆うケースとこのケースに嵌め合わせるカバーとにより構成されるモータの冷却構造において、前記ステータが加熱されると熱膨張により接触面積が大きくなることによって放熱し、加熱されていない場合は前記ステータと前記ケースおよび前記カバーとが離隔されるように構成される熱伝達部材となるバネ部材を介在させたことを特徴とするモータの冷却構造である。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記バネ部材はウェーブスプリング、または皿バネを含むことを特徴とするモータの冷却構造である。

請求項３の発明は、請求項１または２の発明において、前記皿バネはそのテーパ状に形成される半径方向で外に大きな端面側が前記ステータに形成されるモールド部材側に接触するよう構成したことを特徴とするモータの冷却構造である。

請求項４の発明は、モールド成形されたステータとこのステータと対になるロータで形成されるモータ内部を覆うケースとこのケースに嵌め合わせるカバーとにより構成されるモータの冷却構造において、前記ステータにおけるモールド部材と前記ケースとの間に所定の温度になると熱膨張して前記ステータと前記ケースまたは前記カバーとに接触する所定の面積を備えるように構成される熱伝達部材となるスペーサを配置したことを特徴とするモータの冷却構造である。

請求項５の発明は、請求項１ないし４のいずれかの発明において、前記ステータを構成するコイルエンドの外周側に油路を構成し、この油路に所定の温度域では前記モールド部材と前記ケースの隙間から潤滑油を供給して冷却することを特徴とするモータの冷却構造である。

請求項６の発明は、請求項１ないし４のいずれかの発明において、前記熱伝達部材は絶縁被膜して形成されたことを特徴とするモータの冷却構造である。

請求項７の発明は、請求項１ないし４のいずれかの発明において、前記モールド部材と前記カバーの間に弾性部材を構成する弾性材料を配置し、もしくはこの弾性材料を前記モールド部材または前記カバーと一体に形成されることを特徴とするモータの冷却構造である。

請求項８の発明は、請求項１ないし４のいずれかの発明において、前記モールド部材より強度が低くかつ熱伝導性の高い部材を前記モールド部材より強度が低いため二層に形成される前記カバーの間にこの部材を配置されることを特徴とするモータの冷却構造である。

請求項１の発明によれば、モールド成形されたステータで形成され、このステータと前記ケースおよびカバーとの熱伝達部材およびこの熱伝達部材にバネ部材を介在させたことによりバネ部材およびカバーとの接触面積を充分に確保でき、しかも密着状態も可能となる。

ここで、請求項２の発明によれば、バネ部材はウェーブスプリング、または皿バネを含むのでステータとケースとを接続することが可能となり密着状態も可能となる。

また、請求項３の発明によれば、前記皿バネはそのテーパ状に形成される半径方向で外に大きな端面側がモールド部材側に接触するよう構成したことにより、それぞれステータおよびモールド部材に接触するので熱伝導率の小さいモールド部材側の接触面積を大きく取れ、かつ熱抵抗を小さくすることで冷却能力を確保することができる。

そして、請求項４の発明によれば、組み付け時にバネによる反力が掛からないため、カバー部の取り付けを容易かつ確実に行うことができる。

また、請求項５の発明によれば、ステータやモールド部材の高温域では熱膨張により隙間が埋められるため熱伝達が向上し、さらに油路の漏れ量が低減されるため潤滑油の流速が増加するので冷却能力がさらに向上する。

そして、請求項６の発明によれば、ステータやモールド部材やカバー等の間において電気的な絶縁を行うことが出来る。

さらにまた、請求項７の発明によれば、弾性材料の熱膨張した際に生じる圧力となる一部分を吸収する隙間をこの弾性材料の変形により吸収し、かつ密着面を保つことができる。

また、請求項８の発明によれば、前記モールド部材より強度が低くかつ熱伝導性の高い部材を前記カバーの間にこの部材を配置されるので、熱伝達率が向上する。また、この部材を構成する材料を自由に選択することができる。

この発明に係るモータの冷却構造の一例を模式的に示す断面図である。 （ａ）、（ｂ）は、この発明に係るモータの冷却構造で使用される油路の一例を示す断面図および概略構成図である。 この発明のその他の実施例を示す断面図である。 この発明に係る更にその他のモータの冷却構造で使用される部材の一例を示す断面図である。

この発明を図に示す具体例に基づいて説明する。この発明に係るモータの冷却構造１は、その内部に回転子鉄心であるいわゆるロータ２とこのロータ２に対する固定子鉄心であるいわゆるステータ３とが配置されている。そして、このステータ３には固定子巻線であるいわゆるコイル４が形成されている。また、このモータの冷却構造１は、その外部となるケース５とこのケース５に例えばボルト６によって嵌め合わせられるカバー７によって組み立てられている。そして、前記ステータ３には、例えば樹脂によるモールド部材８が形成されている。つまり、モールド成形されたステータ３とこのステータ３と対になるロータ２で形成されるモータ内部を覆うケース５とこのケース５に嵌め合わせるカバー７とにより構成されている。

このステータ３に形成されるモールド部材８とケース５およびカバー７の間には熱伝達部材９が介在するように形成されている。この熱伝達部材９にはバネ部材であるたとえばウェーブスプリング１０が配置されている。このウェーブスプリング１０は金属製バネであり、ステータ３からの熱の伝達経路（矢印１１）として構成されている。この熱の伝達経路からステータ３の放熱（矢印１２）が行われる。

上記構成のモータの冷却構造１の作用について説明すると、モータが作動している場合、つまりロータ２が高速回転している。このロータ２の高速回転にともないロータ２およびステータ３において電流が流れることにともなうジュール熱が発生する。そして、この熱がステータ３等を加熱する。そのためステータ３に蓄積された熱を逃がす必要が生じる。このとき、前記モールド部材８やウェーブスプリング１０によってステータ３に蓄積した熱を熱伝達により放熱する。

そして、前記バネ部材となるウェーブスプリング１０の代替部材として、例えば皿バネを使用してもよい。このとき皿バネにしたことで、たとえばそのテーパ状に形成される皿バネの半径方向の外径面側をモールド部材８に当接する。そして皿バネの半径方向の内径面側をケース５に当接することにより、熱伝導率の小さいモールド部材８側の接触面積を大きくし、熱抵抗を小さくすることで冷却能力がさらに向上する。

さらに、前記モールド部材８とケース５の間に前記バネ部材の代替部材として不図示のスペーサ（いわゆるシム）を配置する構成のモータの冷却構造１の場合、ステータ３がある所定温度になるとモールド部材８が熱膨張してスペーサとの接触する面積が大きくなるので熱の伝達効果が高まる。また、このときケース５とカバー７とを組み付ける場合に容易に組み立てることができる。そして、ステータ３の冷却が必要でない状態の場合、つまりモータが作動していない場合にはモールド部材８とケース５の間でスペーサが双方に接触しないため、たとえばカバー７から伝わる振動等を伝達しないため、モールド部材８の耐久性が向上する。

また、図２（ａ）、（ｂ）は、この発明に係る更にその他のモータの冷却構造で使用される油路の一例を示す断面図および概略構成図である。同図（ａ）において、油路１３が形成されている。この油路１３は、前記モールド部材８とケース５およびカバー７との間に形成されている。そして同図（ｂ）に示すようにオイルパン１４に蓄えられた潤滑油がオイルポンプ１５によって通常のドレン１６に流される。このとき、前記モールド部材８とケース５およびカバー７との間に形成される油路１３によって通常のドレン１６から枝分かれされるように潤滑油が流れる。

このときの作用について説明すると、例えばステータ３が超高温時のときにはモールド部材８とケース５およびカバー７との間に形成されている潤滑油の油路１７の隙間が閉じることで通常の油路を流れる潤滑油の流速がアップして冷却能力が向上する。このとき潤滑油の冷却能力はその流速に比例する。そして、高温時はモールド部材８とケース５およびカバー７との間に形成されている隙間から潤滑油を流すことで、断熱層（空気）の排除と管路抵抗の低減によって冷却能力の向上と損失低減を可能とする。

そして、前記熱伝達部材９が、絶縁被膜されたものである場合には、ステータ３やモールド部材８とケース５およびカバー７との間において電気的な絶縁を行うことができる。

ここで、図３に示すように前記モールド部材８と前記カバー７の間に前記バネ部材や前記スペーサの代わりに弾性材料１８を配置する。また、もしくはこの弾性材料１８を前記モールド部材８または前記カバー７と一体となるように配置する。また、この弾性部材１８と前記バネ部材や前記スペーサを併用してもよい。この弾性材料１８が加熱されることによって熱膨張した際に生じる圧力となる弾性材料１８の一部分を吸収する隙間である弾性材料１８の変形逃げ形状１９が形成される。

その作用について説明すると、弾性材料１８の熱膨張された部分がその変形逃げ形状１９に吸収されるので前記モールド部材８およびカバー７との密着面を大きくすることができる。そのため、その弾性材料１８からカバー７に伝達される放熱効果が向上する。

さらに、図４に示すように前記モールド部材８より強度が低くかつ熱伝導性の高い部材２０（破線で囲んだ部位）を前記モールド部材８より強度が低いため二層に形成される前記カバー７，２１の間にこの部材２０が配置される。この部材２０は、例えば金属のひも状の形態をしているため、二層に形成される前記カバー７，２１の間に挟み込まれるように形成される。

その作用について説明すると、前記モールド部材８から伝わる熱をまず第１層であるカバー２１で吸収したその熱を部材２０に伝達される。そしてその部材２０に伝達された熱を第２層となるカバー７に伝達されて放熱される。そのため部材２０の密着性と線膨張による熱の吸収が両立される。また、部材２０の材料には熱伝導性の高いものを自由に選択して使用することができる。

１…モータの冷却構造、 ２…ロータ、 ３…ステータ、 ４…コイル、 ５…ケース、 ６…ボルト、 ７…カバー、 ８…モールド部材、 ９…熱伝達部材、 １０…ウェーブスプリング、 １１…矢印、 １２…矢印、 １３…油路、 １４…オイルパン、 １５…オイルポンプ、 １６…通常のドレン、、 １７…潤滑油の油路、 １８…弾性材料、 １９…変形逃げ形状、 ２０…部材、 ２１…カバー。

Claims (8)

1. モールド成形されたステータとこのステータと対になるロータで形成されるモータ内部を覆うケースとこのケースに嵌め合わせるカバーとにより構成されるモータの冷却構造において、
   前記ステータが加熱されると熱膨張により接触面積が大きくなることによって放熱し、加熱されていない場合は前記ステータと前記ケースおよび前記カバーとが離隔されるように構成される熱伝達部材となるバネ部材を介在させたことを特徴とするモータの冷却構造。
2. 前記バネ部材はウェーブスプリング、または皿バネを含むことを特徴とする請求項１に記載のモータの冷却構造。
3. 前記皿バネはそのテーパ状に形成される半径方向で外に大きな端面側が前記ステータに形成されるモールド部材側に接触するよう構成した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構造。
4. モールド成形されたステータとこのステータと対になるロータで形成されるモータ内部を覆うケースとこのケースに嵌め合わせるカバーとにより構成されるモータの冷却構造において、
   前記ステータにおけるモールド部材と前記ケースとの間に所定の温度になると熱膨張して前記ステータと前記ケースまたは前記カバーとに接触する所定の面積を備えるように構成される熱伝達部材となるスペーサを配置したことを特徴とするモータの冷却構造。
5. 前記ステータを構成するコイルエンドの外周側に油路を構成し、この油路に所定の温度域では前記モールド部材と前記ケースの隙間から潤滑油を供給して冷却す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構造。
6. 前記熱伝達部材は絶縁被膜して形成された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構造。
7. 前記モールド部材と前記カバーの間に弾性部材を構成する弾性材料を配置し、もしくはこの弾性材料を前記モールド部材または前記カバーと一体に形成され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構造。
8. 前記モールド部材より強度が低くかつ熱伝導性の高い部材を前記モールド部材より強度が低いため二層に形成される前記カバーの間にこの部材を配置され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構造。

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