JP2015091198A - ロータ軸芯冷却構造 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】モータ/ジェネレータ3のロータ軸芯に冷媒を供給し、モータ/ジェネレータ3のロータコア32を冷却する。このロータ軸芯冷却構造8において、ロータ軸31を、内筒37と外筒38が同じ速度で回転する二重筒構成として内周流路81と外周流路82を形成する。ロータ軸31の一端側の隣接位置に、冷媒入口83と冷媒出口84と、を配置する。ロータ軸31の他端側に、内周流路81を通過した冷媒の流れを、反対方向の外周流路82に向かう流れとする冷媒折り返し部85を形成する。内筒37と外筒38の内周面に、流路断面積が大きくなる内筒勾配37aと外筒勾配38aを設け、かつ、外筒勾配38aを内筒勾配37aよりも緩勾配に設定した。
【選択図】図2
Description
このロータ軸芯冷却構造において、前記ロータ軸を、内筒と外筒が同じ速度で回転する二重筒構成とし、前記内筒の内周面により内周流路を形成し、前記内筒の外周面と前記外筒の内周面との円筒状隙間により外周流路を形成する。
前記ロータ軸の一端側の隣接位置に、前記内周流路に冷媒を供給する冷媒入口と、前記外周流路からの冷媒を排出する冷媒出口と、を配置する。
前記ロータ軸の他端側に、前記内周流路を通過した冷媒の流れを、反対方向の前記外周流路に向かう流れとする冷媒折り返し部を形成する。
前記内筒の内周面に、前記内周流路の下流に向けて流路断面積が大きくなる内筒勾配を設ける。
前記外筒の内周面に、前記外周流路の下流に向けて流路断面積が大きくなる外筒勾配を設け、かつ、前記外筒勾配を前記内筒勾配よりも緩勾配に設定した。
すなわち、ロータ軸の回転時、外周流路の冷媒には、内周流路の冷媒に比べて大きな遠心力が働き、外筒勾配と内筒勾配を同じ勾配とした場合、外周流路の冷媒流速が速くなる。これに対し、外筒勾配を内筒勾配よりも緩勾配に設定したことで、内周流路の冷媒流速と外周流路の冷媒流速の均一化が図られると共に、外周流路への入口断面積を広くとることができる。これによって、冷媒が受ける流路抵抗が低減され、ロータ軸芯を流れる冷媒流量、特に冷却面として有効に使える外周流路を流れる冷媒流量の増加が促進される。
このように、ロータ軸芯を流れる冷媒流量の増加を促進することで、ロータコアの冷却性能を向上することができる。
実施例1のロータ軸芯冷却構造の構成を、[インホイールモータ駆動ユニットの全体構成]、[ロータ軸芯冷却構造の詳細構成]に分けて説明する。
図1は、実施例1のロータ軸芯冷却構造を備えたインホイールモータ駆動ユニットIWMを示す。以下、図1に基づき、インホイールモータ駆動ユニットIWMの全体構成を説明する。
図2は、実施例1のロータ軸芯冷却構造8を示し、図3〜図6は、実施例1のロータ軸芯冷却構造8の各構成要素を示す。以下、図2〜図6に基づき、実施例1のロータ軸芯冷却構造8の詳細構成を説明する。
まず、実施例1のモータ/ジェネレータ3は自然空冷であり、平行軸ギヤ対4と減速遊星ギヤ5による減速機構は、冷媒掻き上げ潤滑である。このように、モータ/ジェネレータ3が空冷モータの場合、高回転時にロータコア32の温度が上昇しやすく、ロータ軸芯に冷媒を流して冷却を促進する必要がある。
このように、出力ギヤ42により掻き上げられた冷媒を、冷媒入口83→内周流路81→冷媒折り返し部85→外周流路82→冷媒出口84へと効率的に流すことで、高回転時に温度が上昇しやすいロータコア32を冷却することができる。
すなわち、ロータ軸31の回転時、外周流路82の冷媒には、内周流路81の冷媒に比べて大きな遠心力が働き、外筒勾配38aと内筒勾配37aを同じ勾配とした場合、外周流路82の冷媒流速が速くなる。これに対し、外筒勾配38aを内筒勾配37aよりも緩勾配に設定したことで、内周流路81の冷媒流速と外周流路82の冷媒流速の均一化が図られると共に、外周流路82への入口断面積を広くとることができる。これによって、冷媒が受ける流路抵抗が低減され、ロータ軸芯を流れる冷媒流量、特に冷却面として有効に使える外周流路82を流れる冷媒流量の増加が促進される。
このように、ロータ軸芯を流れる冷媒流量の増加を促進することで、ロータコア32の冷却性能を向上することができる。
これにより、外筒38から内筒37へのテンションリング87を介した伝熱と、テンションリング87そのものによる放熱が可能となる。
したがって、発熱部であるロータコア32に近い外筒38から内筒37への伝熱が促進され、内筒37も冷却面として作用するようになる。加えて、テンションリング87自体が冷媒中に配置されるため熱交換器の役割を果たす。この結果、ロータコア32の冷却性能が向上する。
すなわち、冷媒折り返し部85の内外筒37,38が接触する部位の接触性を、スペーサ部材86により良くすることで、冷媒折り返し部85の乱れた流れを冷却に有効利用することができる。
したがって、冷媒流れに乱れが発生する冷媒折り返し部85に近い部位において、外筒38から内筒37への伝熱が促進され放熱面積が増大するので、冷媒折り返し部85での乱れた流れ(図2の矢印G)の熱伝達率向上を有効に使うことができる。この結果、ロータコア32の冷却性能が向上する。
すなわち、凹凸部37bを設けることで、回転軸であるロータ軸31の回転エネルギーが無駄なく冷媒に伝達されるため、冷媒の回転速度が増加し、それに伴い冷媒に作用する遠心力も増大する。
したがって、内周流路81を通過する冷媒に作用する遠心力の増大により冷媒流速が増加するため、冷却性能が向上する。
すなわち、図6(a)に示す冷媒返し面85aを有さない比較例の場合は、内周に向かう冷媒の流れ(矢印H方向)が発生してしまう。これに対し、図6(b)に示す冷媒返し面85aを有する実施例1の場合は、冷媒の衝突速度から外周側へと向かう速度成分(矢印I方向)が生成される。
したがって、冷媒折り返し部85において衝突流が発生した際、内周面へと向かう流れを抑制し、外周面へと向かう流れを生成できる。このため、流路抵抗が低減し、冷媒流量の増加を可能とするため、冷却性能が向上する。
実施例1のロータ軸芯冷却構造8にあっては、下記に列挙する効果を得ることができる。
前記ロータ軸31を、内筒37と外筒38が同じ速度で回転する二重筒構成とし、前記内筒37の内周面により内周流路81を形成し、前記内筒37の外周面と前記外筒38の内周面との円筒状隙間により外周流路82を形成し、
前記ロータ軸31の一端側の隣接位置に、前記内周流路81に冷媒を供給する冷媒入口83と、前記外周流路82からの冷媒を排出する冷媒出口84と、を配置し、
前記ロータ軸31の他端側に、前記内周流路81を通過した冷媒の流れを、反対方向の前記外周流路82に向かう流れとする冷媒折り返し部85を形成し、
前記内筒37の内周面に、前記内周流路81の下流に向けて流路断面積が大きくなる内筒勾配37aを設け、
前記外筒38の内周面に、前記外周流路82の下流に向けて流路断面積が大きくなる外筒勾配38aを設け、かつ、前記外筒勾配38aを前記内筒勾配37aよりも緩勾配に設定した(図2)。
このため、ロータ軸芯を流れる冷媒流量の増加を促進することで、ロータコア32の冷却性能を向上することができる。
前記バネ部材(テンションリング87)は、金属製であり、かつ、バネ力で前記内外筒に押し当てることでそれ自身の位置を保持する部材である(図4)。
このため、(1)の効果に加え、内筒37が冷却面として作用するのに加えて、テンションリング87自体が熱交換器の役割を果たすことで、ロータコア32の冷却性能をさらに向上させることができる。
前記スペーサ部材86は、前記外筒勾配38aと同じ勾配を持ち、前記外筒38との接触外径を、前記外筒38の内周径よりも僅かに径を大きく作成し、前記内筒37を前記外筒38に挿入する際に、前記外筒38の内周面に押し当てるように組み立てる(図3,5)。
このため、(1)又は(2)の効果に加え、冷媒折り返し部85での乱れた流れをスペーサ部材86により熱伝達率向上させながら有効に使うことで、ロータコア32の冷却性能をさらに向上させることができる。
このため、(1)〜(3)の効果に加え、内筒37の内周面に設けた凹凸部37bにより内周流路81を通過する冷媒流速が増加することで、ロータコア32の冷却性能をさらに向上させることができる。
前記冷媒返し面85aは、軸方向の速度を持った前記内周通路81からの冷媒が衝突した際に、外径方向に向かう速度成分が生成されるような勾配面を持つ(図6)。
このため、(1)〜(3)の効果に加え、流路抵抗の低減により冷媒流量の増加を可能とすることで、ロータコア32の冷却性能をさらに向上させることができる。
図7は、実施例2のロータ軸芯冷却構造8を示し、図8及び図9は、図7の断面A及び断面Bを示す。以下、図7〜図9に基づき、実施例2のロータ軸芯冷却構造8の詳細構成を説明する。
なお、他の構成は、実施例1と同様であるので図示並びに説明を省略する。
実施例2では、冷媒出口84を、冷媒入口83がある軸端方向に傾けて設定する構成とした。
すなわち、冷媒出口84を冷媒入口83の軸端方向に傾けることで、冷媒出口84の流路抵抗が低減し、軸芯内の冷媒流量が増加する。また、冷媒出口84を冷媒入口83の軸端方向に傾けることで、冷媒入口83の近傍の減速機ケース15の壁面への冷媒付着を促進し、図7の矢印J及び矢印Kに示すように、排出された冷媒が、冷媒供給カラー部材88との隙間を経過して再び冷媒入口83へ戻される。
したがって、冷媒出口84の流路抵抗が低減されるし、排出される冷媒の一部を回収することができることで、冷媒流量が増加し、冷却性能が向上する。
すなわち、発熱部であるロータコア32の近傍に冷媒溜まり部89を設けることで、冷媒とロータコア32との距離が近くなるため、より冷却効率が高まる。なお、冷媒溜まり部89に高温の冷媒が滞留することで冷却効率が悪化することはない。なぜなら、冷媒の粘性により図8の矢印Lで示すような循環流が発生するためである。さらに、低温の冷媒は高温の冷媒よりも密度が大きいためより大きな遠心力が働き、高温の冷媒を押しのけて常に外周側へと供給される。
したがって、冷媒溜まり部89を設けることで、発熱部であるロータコア32の近傍に冷媒を導くことができるため、冷却性能が向上する。なお、他の作用は、実施例1と同様であるので、説明を省略する。
実施例2のロータ軸芯冷却構造8にあっては、下記の効果を得ることができる。
このため、(1),(3)の効果に加え、冷媒とロータコア32との距離が近くなり、冷却効率が高まることで、ロータコア32の冷却性能をさらに向上させることができる。
このため、(1),(3),(6)の効果に加え、冷媒出口84での流路抵抗低減と冷媒の一部回収により冷媒流量が増加することで、ロータコア32の冷却性能をさらに向上させることができる。
図11は、実施例3のロータ軸芯冷却構造8を示し、図12は、冷媒供給カラー部材88を示す。以下、図11及び図12に基づき、実施例3のロータ軸芯冷却構造8の詳細構成を説明する。
実施例3では、冷媒供給カラー部材88の軸端面プレート面88aとカラー円筒面88bとの両方に、冷媒案内溝88c,88dを設ける構成とした。
すなわち、冷媒出口84を、冷媒入口83のある軸端方向に傾けることにより流路抵抗の低減が可能になるとともに、冷媒入口83へと繋がる減速機ケース15の壁面への冷媒付着を促進することができる。そして、ケース壁面に付着した冷媒が、冷媒供給カラー部材88の軸端面プレート面88aに供給されると、冷媒案内溝88cに導かれてカラー円筒面88bへと向かって吸引されるように冷媒が流れる。さらに、カラー円筒面88bへ流れた冷媒は、冷媒案内溝88dに導かれ冷媒入口83へと向かって吸引されるように冷媒が流れる。このように、冷媒の一部を、冷媒案内溝88c,88dにより効率良く回収することで、軸芯への冷媒流量を増加させることができる。なお、他の作用は、実施例1と同様であるので、説明を省略する。
実施例3のロータ軸芯冷却構造8にあっては、下記の効果を得ることができる。
前記冷媒供給カラー部材88は、軸端面プレート面88aとカラー円筒面88bの少なくとも一方に冷媒案内溝88c,88dを設け、前記冷媒案内溝88c,88dを、ロータ正回転時(車両前進時)に、前記内側通路81内へと冷媒を吸引するような放射状の溝とした(図12)。
このため、(7)の効果に加え、冷媒出口84から排出される冷媒を、冷媒供給カラー部材88の冷媒案内溝88c,88dにより効率良く回収し、軸芯への冷媒流量が増加することで、ロータコア32の冷却性能をさらに向上させることができる。
1 ユニットケース
3 モータ/ジェネレータ(モータ)
31 ロータ軸
32 ロータコア
37 内筒
37a 内筒勾配
37b 凹凸部
38 外筒
38a 外筒勾配
8 ロータ軸芯冷却構造
81 内周流路
82 外周流路
83 冷媒入口
84 冷媒出口
85 冷媒折り返し部
85a 冷媒返し面
86 スペーサ部材
87 テンションリング(バネ部材)
88 冷媒供給カラー部材
88a 軸端面プレート面
88b カラー円筒面
88c,88d 冷媒案内溝
89 冷媒溜まり部
Claims (8)
- モータのロータ軸芯に冷媒を供給し、前記モータのロータコアを冷却するロータ軸芯冷却構造において、
前記ロータ軸を、内筒と外筒が同じ速度で回転する二重筒構成とし、前記内筒の内周面により内周流路を形成し、前記内筒の外周面と前記外筒の内周面との円筒状隙間により外周流路を形成し、
前記ロータ軸の一端側の隣接位置に、前記内周流路に冷媒を供給する冷媒入口と、前記外周流路からの冷媒を排出する冷媒出口と、を配置し、
前記ロータ軸の他端側に、前記内周流路を通過した冷媒の流れを、反対方向の前記外周流路に向かう流れとする冷媒折り返し部を形成し、
前記内筒の内周面に、前記内周流路の下流に向けて流路断面積が大きくなる内筒勾配を設け、
前記外筒の内周面に、前記外周流路の下流に向けて流路断面積が大きくなる外筒勾配を設け、かつ、前記外筒勾配を前記内筒勾配よりも緩勾配に設定した
ことを特徴とするロータ軸芯冷却構造。 - 請求項1に記載されたロータ軸芯冷却構造において、
前記内筒と前記外筒の間に形成される前記外周流路に、冷媒の通過を許容するバネ部材を介装し、
前記バネ部材は、金属製であり、かつ、バネ力で前記内外筒に押し当てることでそれ自身の位置を保持する部材である
ことを特徴とするロータ軸芯冷却構造。 - 請求項1又は2に記載されたロータ軸芯冷却構造において、
前記冷媒折り返し部側の前記内外筒が接触する位置に、冷媒の通過を許容するスペーサ部材を介装し、
前記スペーサ部材は、前記外筒勾配と同じ勾配を持ち、前記外筒との接触外径を、前記外筒の内周径よりも僅かに径を大きく作成し、前記内筒を前記外筒に挿入する際に、前記外筒の内周面に押し当てるように組み立てる
ことを特徴とするロータ軸芯冷却構造。 - 請求項1から3までの何れか一項に記載されたロータ軸芯冷却構造において、
前記内筒の内周面に軸方向に延びる凹凸部を設けた
ことを特徴とするロータ軸芯冷却構造。 - 請求項1から4までの何れか一項に記載されたロータ軸芯冷却構造において、
前記冷媒折り返し部のうち、前記内周通路からの冷媒が衝突する位置に、冷媒流れの向きを変える冷媒返し面を設け、
前記冷媒返し面は、軸方向の速度を持った前記内周通路からの冷媒が衝突した際に、外径方向に向かう速度成分が生成されるような勾配面を持つ
ことを特徴とするロータ軸芯冷却構造。 - 請求項1から5までの何れか一項に記載されたロータ軸芯冷却構造において、
前記外筒の内周面のうち前記モータのロータコアが固定された近傍位置に、前記外周流路を流れる冷媒を一時的に溜める冷媒溜まり部を設けた
ことを特徴とするロータ軸芯冷却構造。 - 請求項1から6までの何れか一項に記載されたロータ軸芯冷却構造において、
前記冷媒出口を、前記冷媒入口がある軸端方向に傾けて設定した
ことを特徴とするロータ軸芯冷却構造。 - 請求項7に記載されたロータ軸芯冷却構造において、
前記冷媒入口の位置に、前記内側通路に冷媒を供給する冷媒供給カラー部材を設け、
前記冷媒供給カラー部材は、軸端面プレート面とカラー円筒面の少なくとも一方に冷媒案内溝を設け、前記冷媒案内溝を、ロータ正回転時(車両前進時)に、前記内側通路内へと冷媒を吸引するような放射状の溝とした
ことを特徴とするロータ軸芯冷却構造。
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