JP2011259611A

JP2011259611A - 電動機の冷却構造

Info

Publication number: JP2011259611A
Application number: JP2010131789A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiro Endo; 康浩遠藤
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2010-06-09
Filing date: 2010-06-09
Publication date: 2011-12-22
Anticipated expiration: 2030-06-09
Also published as: JP5387513B2

Abstract

【課題】電動機の冷却性能の向上を図る。
【解決手段】モータＭＧ１のステータ４４とケース６０の壁面６４との隙間（主流路６６）に壁面６４を挟んで沿うと共に主流路供給位置６７と放出位置６８との間の合流位置６９で主流路６６に合流するように副流路７０を形成する。これにより、副流路７０の冷却油の流れによって主流路供給側６６ａの流れが促され、冷却油が主流路供給側６６ａで停滞したり流れにくくなったりするのを抑制することができる。この結果、モータＭＧ１，ＭＧ２の冷却性能の向上を図ることができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、電動機の冷却構造に関する。

従来、この種の電動機の冷却構造としては、回転電機のステータを成すステータコアの外径面がケースの内径面に接触するようステータコアをケースに固定するものにおいて、ケースの内径面に穿たれた冷却液溝とステータコアの外径面とによって冷却液流路を形成するものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この冷却構造では、こうして形成される冷却流路に冷却液を供給することによりステータを冷却している。

特開２００９−２２１４５号公報

こうした電動機の冷却構造では、上述したようにケースの冷却液溝とステータコアの外径面とによって冷却流路を形成したり、ケースの内径面とステータコアの外径面との隙間を冷却流路としたりして、冷却流路に冷却液を供給（充填）することにより、ステータコアとケースとの間の熱伝達を促進させて電動機を冷却している。これらの場合、冷却流路に空気層ができないようにするために、冷却流路を比較的狭くすることが好ましいが、冷却流路を狭くすると、冷却液が冷却流路で停滞したり流れにくくなったりして温度が上昇することによって電動機を十分に冷却できない場合があった。

本発明の電動機の冷却構造では、電動機の冷却性能の向上を図ることを主目的とする。

本発明の電動機の冷却構造は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。

本発明の電動機の冷却構造は、
ケースに収納される電動機の冷却構造であって、
前記電動機と前記ケースにおける該電動機の収納位置の壁面との隙間が冷却媒体の第１流路とされると共に、該第１流路への冷却媒体の供給位置である第１供給位置と冷却媒体の放出位置との間で該第１流路に合流するよう冷却媒体の第２流路が形成され、前記第１供給位置と前記第２流路への冷却媒体の供給位置である第２供給位置とに冷却媒体が供給される、
ことを特徴とする。

この本発明の電動機の冷却構造では、電動機とケースにおける電動機の収納位置の壁面との隙間が冷却媒体の第１流路とされると共に、第１流路への冷却媒体の供給位置である第１供給位置と冷却媒体の放出位置との間で第１流路に合流（連通）するよう冷却媒体の第２流路が形成され、第１供給位置と第２流路への冷却媒体の供給位置である第２供給位置とに冷却媒体が供給される。この冷却構造では、第２供給位置に供給される冷却媒体（第２供給冷媒）が第１流路に供給される冷却媒体（第１供給冷媒）と第２流路の第１流路への合流位置で合流して放出位置から放出されるため、第２供給位置から第２流路や合流位置を経由して放出位置から放出される第２供給冷媒の流れによって第１供給冷媒の第１供給位置側から合流位置側への流れが促進される。したがって、第１供給冷媒が第１流路で停滞したり流れにくくなったりするのを抑制することができ、第１供給冷媒の温度上昇を抑制することができる。この結果、電動機の冷却性能の向上を図ることができる。

こうした本発明の電動機の冷却構造において、前記第２流路は、前記第１流路における該第２流路との合流位置よりも前記供給位置側に比して断面積が大きくなるよう形成されてなる、ものとすることができる。

また、本発明の電動機の冷却構造において、前記第２流路は、前記壁面を挟んで前記第１流路に沿って形成されてなる、ものとすることもできるし、前記電動機の回転子の回転軸の方向に形成されてなる、ものとすることもできる。

さらに、本発明の電動機の冷却構造において、前記第２供給位置には、貯留部に貯留されている冷却媒体が圧送用ポンプによって圧送されて供給される、ものとすることもできる。こうすれば、第２供給冷媒の量のより容易な調整が可能となる。

本発明の一実施例としての電動機の冷却構造を適用したハイブリッド自動車２０の構成の概略を示す構成図である。モータＭＧ１，ＭＧ２がケース６０に収納されている様子を模式的に示す模式図である。モータＭＧ１周辺の主流路６６や副流路７０の様子を示す説明図である。モータＭＧ２周辺の主流路８６や副流路９０の様子を示す説明図である。図４のモータＭＧ２や副流路９０をＡ−Ａ面から見たＡ−Ａ視図である。

次に、本発明を実施するための形態を実施例を用いて説明する。

図１は、本発明の一実施例としての電動機の冷却構造を適用したハイブリッド自動車２０の構成の概略を示す構成図である。実施例のハイブリッド自動車２０は、図示するように、ガソリンや軽油などを燃料とするエンジン２２と、エンジン２２のクランクシャフト２６にダンパ２８を介してキャリアが接続されると共に駆動輪３９ａ，３９ｂにデファレンシャルギヤ３８およびギヤ機構３７を介して連結された駆動軸３２にリングギヤが接続されたプラネタリギヤ３０と、例えば同期発電電動機として構成されてロータ４３がプラネタリギヤ３０のサンギヤに接続されたモータＭＧ１と、例えば同期発電電動機として構成されてロータ４５が駆動軸３２に接続されたモータＭＧ２と、モータＭＧ１，ＭＧ２を駆動するためのインバータ４１，４２と、インバータ４１，４２を介してモータＭＧ１，ＭＧ２と電力をやりとりする例えばリチウムイオン二次電池として構成されたバッテリ５０と、冷却媒体としての冷却油をモータＭＧ１，ＭＧ２周辺に供給する供給機構５１と、を備える。

供給機構５１は、車両下部に設けられ冷却油を貯留する貯留部としてのオイルパン５２と、モータＭＧ１，ＭＧ２の上方に配置されて冷却油を一時的に貯留すると共に貯留している冷却油をモータＭＧ１周辺の主流路供給位置６７や副流路供給位置７１（図３参照），モータＭＧ２周辺の主流路供給位置８７（図４参照）に導くキャッチタンク５４と、オイルパン５２に貯留されている冷却油をモータＭＧ２周辺の副流路供給位置９１（図５参照）に圧送する電動のオイルポンプ５６と、を備える。また、デファレンシャルギヤ３８のデファレンシャルリングギヤ３８ａは、動力を伝達する動力伝達部材として機能する他に、一部がオイルパン５２に貯留されている冷却油（以下、貯留油という）に浸漬されるように配置されており、回転によって貯留油をキャッチタンク５４に向けて掻き上げることができるようになっている。

モータＭＧ１，ＭＧ２は、いずれも永久磁石が埋め込まれたロータ４３，４５と三相コイルが巻回されたステータ４４，４６とを有し、発電機として駆動できると共に電動機として駆動できる周知の同期発電電動機として構成されている。図２はモータＭＧ１，ＭＧ２がケース６０に収納されている様子を模式的に示す模式図であり、図３はモータＭＧ１周辺の主流路６６や副流路７０の様子を示す説明図であり、図４はモータＭＧ２周辺の主流路８６や副流路９０の様子を示す説明図であり、図５は図４のモータＭＧ２や副流路９０をＡ−Ａ面から見たＡ−Ａ視図である。なお、図２では、ロータ４３，４５に埋め込まれた永久磁石やステータ４４，４６に巻回されたコイルについては図示を省略した。モータＭＧ１，ＭＧ２は、図２に示すように、ケース６０に収納されている。また、モータＭＧ１，ＭＧ２のステータ４４，４６は、図３や図４に示すように、コイルが巻回されたステータコア４４ａ，４６ａが外筒リング４４ｂ，４６ｂに収納されたものとして構成されている。

ケース６０におけるモータＭＧ１の収納位置６２は、図３に示すように、壁面６４の内径がモータＭＧ１のステータ４４の外径よりも若干（例えば、１ｍｍ程度など）大きく形成されており、収納位置６２にモータＭＧ１が収納されたときにモータＭＧ１のステータ４４の外周面とケース６０の壁面６４との間に若干（例えば、０．５ｍｍ程度など）の隙間ができるようになっている。実施例では、この隙間を冷却油の流路として用いるため、以下、これを主流路６６という。また、キャッチタンク５４から主流路６６に冷却油が供給される位置を主流路供給位置６７といい、主流路供給位置６７よりもモータＭＧ１の下方側でモータＭＧ１周辺から冷却油が放出される位置を放出位置６８という。なお、モータＭＧ１周辺から放出された冷却油は、重力によって下方に移動してオイルパン５２に戻る。

また、ケース６０における壁面６４に対して収納位置６２とは反対側には、壁面６４を挟んで主流路６６に沿うと共に主流路供給位置６７と放出位置６８との間（実施例では、放出位置６８よりも若干だけ主流路供給位置６７側）の合流位置６９で主流路６６に合流（連通）するように冷却油の流路（以下、副流路７０という）が形成されている。この副流路７０は、合流位置６９よりも主流路供給位置６７側（以下、主流路供給側６６ａという）に比して断面積が大きくなるよう形成されている。以下、キャッチタンク５４から副流路７０に冷却油が供給される位置を副流路供給位置７１という。

さらに、ケース６０におけるモータＭＧ２の収納位置８２は、図４に示すように、壁面８４の内径がモータＭＧ２のステータ４６の外径よりも若干（例えば、１ｍｍ程度など）大きく形成されており、収納位置８２にモータＭＧ２が収納されたときにモータＭＧ２のステータ４６の外周面とケース６０の壁面８４との間に若干（例えば、０．５ｍｍ程度など）の隙間ができるようになっている。実施例では、主流路６６と同様に、この隙間を冷却油の流路として用いるため、以下、これを主流路８６という。また、キャッチタンク５４から主流路８６に冷却油が供給される位置を主流路供給位置８７といい、主流路供給位置８７よりもモータＭＧ２の下方側でモータＭＧ２周辺から冷却油が放出される位置を放出位置８８という。なお、主流路８６から放出された冷却油は、重力によって下方に移動してオイルパン５２に戻る。

加えて、ケース６０におけるモータＭＧ２の下方側には、図５に示すように、主流路供給位置８７と放出位置８８との間の合流位置８９で主流路８６に合流（連通）するようにモータＭＧ２のロータ４５の回転軸の方向に冷却油の流路（以下、副流路９０という）が形成されている。この副流路９０は、主流路８６の合流位置８９よりも主流路供給位置８７側（以下、主流路供給側８６ａという）に比して断面積が大きくなるよう形成されている。以下、オイルポンプ５６から副流路９０に冷却油が供給される位置を副流路供給位置９１という。

こうして構成された実施例のハイブリッド自動車２０のモータＭＧ１周辺では、図３に示すように、冷却油は、キャッチタンク５４から主流路供給位置６７や副流路供給位置７１に供給されて主流路６６（主流路供給側６６ａ）や副流路７０を下方に流れ、合流位置６９で合流して放出位置６８から放出されるが、このとき、副流路供給位置７１から副流路７０や合流位置６９を経由して放出位置６８から放出される冷却油によって主流路供給側６６ａの主流路供給位置６７側から合流位置６９側への冷却油の流れが促進される。したがって、冷却油が主流路６６（主流路供給側６６ａ）で停滞したり流れにくくなったりするのを抑制することができ、主流路供給側６６ａの冷却油の温度上昇を抑制することができる。この結果、モータＭＧ１の冷却性能の向上を図ることができる。しかも、副流路７０は、主流路６６に比して断面積が大きく形成されるものとしたから、主流路供給側６６ａに比して多くの冷却油が流れやすく、主流路供給側６６ａの流れをより促進させることができる。

また、実施例のハイブリッド自動車２０のモータＭＧ２周辺では、図４および図５に示すように、冷却油は、キャッチタンク５４から主流路供給位置８７に供給されて主流路８６（主流路供給側８６ａ）を下方に流れると共にオイルポンプ５６から副流路供給位置９１に供給されて副流路９０を流れ、合流位置８９で合流して放出位置８８から放出されるが、このとき、副流路供給位置９１から副流路９０や合流位置８９を経由して放出位置８８から放出される冷却油によって主流路供給側８６ａの主流路供給位置８７側から合流位置８９側への冷却油の流れが促進される。したがって、冷却油が主流路６６（主流路供給側８６ａ）で停滞したり流れにくくなったりするのを抑制することができ、主流路供給側８６ａの冷却油の温度上昇を抑制することができる。この結果、モータＭＧ２の冷却性能の向上を図ることができる。しかも、副流路９０は、主流路８６に比して断面積が大きく形成されるものとしたから、主流路供給側８６ａに比して多くの冷却油が流れやすく、主流路供給側８６ａの流れをより促進させることができる。さらに、オイルポンプ５６によって副流路供給位置９１に冷却油を圧送するものとしたから、デファレンシャルリングギヤ３８ａの回転によって掻き上げられてキャッチタンク５４に供給された冷却油を副流路供給位置９１に供給するものに比して副流路９０を流れる冷却油の量をより容易に調整することができる。即ち、一般に、車速が低いときには、デファレンシャルリングギヤ３８ａの回転数が低くその回転によって掻き上げられる冷却油の量も少なくなるが、オイルポンプ５６によって副流路供給位置９１に冷却油を圧送することにより、車速に拘わらず副流路供給位置９１に十分な冷却油を圧送することができ、副流路９０を流れる冷却油の量をより十分なものとすることができる。

以上説明した実施例のハイブリッド自動車２０が備える電動機の冷却構造によれば、モータＭＧ１周辺については、モータＭＧ１のステータ４４とケース６０の壁面６４との隙間（主流路６６）に壁面６４を挟んで沿うと共に主流路供給位置６７と放出位置６８との間の合流位置６９で主流路６６に合流するように副流路７０を形成し、モータＭＧ２周辺については、モータＭＧ２のステータ４６とケース６０の壁面８４との隙間（主流路８６）に主流路供給位置８７と放出位置８８との間の合流位置８９で合流するようにモータＭＧ２のロータ４５の回転軸の方向に副流路９０を形成するから、冷却油が主流路供給側６６ａや主流路供給側８６ａで停滞したり流れにくくなったりするのを抑制することができ、モータＭＧ１，ＭＧ２の冷却性能の向上を図ることができる。

また、実施例のハイブリッド自動車２０が備える電動機の冷却構造では、オイルポンプ５６によってモータＭＧ２周辺の副流路供給位置９１に冷却油を圧送するから、副流路９０を流れる冷却油の量をより容易に調整することができる。

実施例のハイブリッド自動車２０では、モータＭＧ１周辺については、ケース６０の壁面６４の外周側に、壁面６４に沿うと共に主流路供給位置６７と放出位置６８との間で主流路６６に合流（連通）するように副流路７０を形成し、モータＭＧ２周辺については、主流路供給位置８７と放出位置８８との間で主流路８６に合流するようにモータＭＧ２のロータ４５の回転軸の方向に副流路９０を形成するものとしたが、モータＭＧ１周辺については、モータＭＧ２周辺と同様に、主流路供給位置と放出位置との間で主流路６６に合流するようにモータＭＧ１のロータ４３の回転軸の方向に副流路を形成するものとしてもよいし、モータＭＧ２周辺については、モータＭＧ１周辺と同様に、ケース６０の壁面８４の外周側に、壁面８４に沿うと共に主流路供給位置と放出位置との間で主流路８６に合流するように副流路を形成するものとしてもよい。

実施例のハイブリッド自動車２０では、モータＭＧ１周辺の副流路供給位置７１にはキャッチタンク５４から冷却油を供給し、モータＭＧ２周辺の副流路供給位置９１にはオイルポンプ５６から冷却油を供給するものとしたが、副流路供給位置７１にオイルポンプ５６から冷却油を供給するものとしてもよいし、副流路供給位置９１にキャッチタンク５４から冷却油を供給するものとしてもよい。

実施例のハイブリッド自動車２０では、モータＭＧ１周辺の主流路供給位置６７やモータＭＧ２周辺の主流路供給位置８７にはキャッチタンク５４から冷却油を供給するものとしたが、オイルポンプ５６から冷却油を供給するものとしてもよい。

実施例のハイブリッド自動車２０では、電動のオイルポンプ５６を用いるものとしたが、エンジン２２からの動力などを用いて冷却油を圧送する機械式のオイルポンプを用いるものとしてもよい。

実施例のハイブリッド自動車２０では、デファレンシャルリングギヤ３８ａによる掻き上げ用の冷却油とオイルポンプ５６による圧送用の冷却油とを同一のオイルパン５２に貯留するものとしたが、異なるオイルパンに貯留するものとしてもよい。

実施例のハイブリッド自動車２０では、二つのモータＭＧ１，ＭＧ２を備えるものとしたが、モータの数は二つに限られず、一つであってもよいし、三つ以上であってもよい。

実施例では、駆動軸３２にプラネタリギヤ３０を介して接続されたエンジン２２およびモータＭＧ１と、駆動軸３２に動力を入出力するモータＭＧ２と、を備えるいわゆるパラレル型のハイブリッド自動車２０に適用するものとしたが、エンジンに発電機が取り付けられていると共に走行用の電動機を備えるいわゆるシリーズ型のハイブリッド自動車に適用するものとしてもよいし、走行用の動力を出力する電動機を備える単純な電気自動車に適用するものとしてもよい。また、電動機の冷却構造の形態としてもよい。

実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。実施例では、ケース６０が「ケース」に相当し、モータＭＧ１，ＭＧ２が「電動機」に相当し、主流路６６，８６が「第１流路」に相当し、副流路７０，９０が「第２流路」に相当する。

なお、実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係は、実施例が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。即ち、課題を解決するための手段の欄に記載した発明についての解釈はその欄の記載に基づいて行なわれるべきものであり、実施例は課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎないものである。

以上、本発明を実施するための形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。

本発明は、電動機の冷却構造に利用可能である。

２０ハイブリッド自動車、２２エンジン、２６クランクシャフト、２８ダンパ、３０プラネタリギヤ、３２駆動軸、３７ギヤ機構、３８デファレンシャルギヤ、３８ａデファレンシャルリングギヤ、３９ａ，３９ｂ駆動輪、４１，４２インバータ、４３，４５ロータ、４４，４６ステータ、４４ａ，４６ａステータコア、４４ｂ，４６ｂ外筒リング、５０バッテリ、５１供給機構、５２オイルパン、５４キャッチタンク、５６オイルポンプ、６０ケース、６２，８２収納位置、６４，８４壁面、６６，８６主流路、６６ａ，８６ａ主流路供給側、６７，８７主流路供給位置、６８，８８放出位置、６９，８９合流位置、７０，９０副流路、７１，９１副流路供給位置、ＭＧ１，ＭＧ２モータ。

Claims

ケースに収納される電動機の冷却構造であって、
前記電動機と前記ケースにおける該電動機の収納位置の壁面との隙間が冷却媒体の第１流路とされると共に、該第１流路への冷却媒体の供給位置である第１供給位置と冷却媒体の放出位置との間で該第１流路に合流するよう冷却媒体の第２流路が形成され、前記第１供給位置と前記第２流路への冷却媒体の供給位置である第２供給位置とに冷却媒体が供給される、
ことを特徴とする電動機の冷却構造。
請求項１記載の電動機の冷却構造であって、
前記第２流路は、前記第１流路における該第２流路との合流位置よりも前記供給位置側に比して断面積が大きくなるよう形成されてなる、
電動機の冷却構造。
請求項１または２記載の電動機の冷却構造であって、
前記第２流路は、前記壁面を挟んで前記第１流路に沿って形成されてなる、
電動機の冷却構造。
請求項１または２記載の電動機の冷却構造であって、
前記第２流路は、前記電動機の回転子の回転軸の方向に形成されてなる、
電動機の冷却構造。
請求項１ないし４のいずれか１つの請求項に記載の電動機の冷却構造であって、
前記第２供給位置には、貯留部に貯留されている冷却媒体が圧送用ポンプによって圧送されて供給される、
電動機の冷却構造。