JP2018057153A - モータの冷却機構 - Google Patents

Abstract

【課題】モータの冷却性能を向上する。【解決手段】モータ１００の冷却機構１４０は、ケーシング１３０と、本体部１２６と、本体部１２６の外周面１２６ａにおける、ロータ１１０の回転軸中心の直上から離隔した位置に、回転軸中心に沿って形成された第１突起１２８ａ（突起）と、を有し、ケーシング１３０に収容されるステータ１２０と、ケーシング１３０の内壁面１３２に対して下方から対向し、内壁面１３２に向って冷却液が噴出する開口孔１４４を有し、ステータ１２０の上方に配された配管部１４２と、内壁面１３２のうち、ステータ１２０の上方であって、開口孔１４４の直上に対し、第１突起１２８ａとは反対側に設けられた第１突出部１３４と、内壁面１３２のうち、ステータ１２０の上方であって、第１突起１２８ａの直上、または、第１突起１２８ａよりも開口孔１４４から離隔する側に設けられた第２突出部１３６と、を備える。【選択図】図２

Description

本発明は、車両に搭載されるモータを冷却するモータの冷却機構に関する。

ハイブリッド自動車や電気自動車などの車両に搭載されるモータには冷却機構が設けられている。冷却機構では、例えば、ケーシング内に収容されたモータのステータに、上方から冷却液を供給し、ステータに沿って冷却液を流下させてモータを冷却する（例えば、特許文献１、２）。

特開２０１３−１２６２８０号公報 特開２０１３−２２３３１５号公報

上述したように冷却機構では、上方からステータに向かって冷却液が供給され、モータが、ステータの外周面を流下する冷却液によって冷却される。しかし、ステータの表面に突起が設けられている場合、冷却液を上方から供給したとしても、突出部で堰き止められてしまう。そのため、ステータの突起の下方に冷却液を伝わらせることができず、モータの冷却性能の低下を招いてしまう。

本発明は、このような課題に鑑み、モータの冷却性能を向上することが可能なモータの冷却機構を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明のモータの冷却機構は、ケーシングと、本体部と、本体部の外周面における、本体部に回転自在に収容されたロータの回転軸中心の直上から離隔した位置に、回転軸中心に沿って形成された突起と、を有し、ケーシングに収容されるステータと、ケーシングの内壁面に対して下方から対向して内壁面に向って冷却液が噴出する開口孔を有し、ステータの上方に配された配管部と、内壁面のうち、ステータの上方であって、開口孔の直上に対し、突起とは反対側に設けられた第１突出部と、内壁面のうち、ステータの上方であって、突起の直上、または、突起よりも開口孔から離隔する側に設けられた第２突出部と、を備えることを特徴とする。

ステータの外周面は、回転軸方向の一端側が他端側より下方に位置する向きに傾斜し、第１突出部および第２突出部の一方または双方は、回転軸方向に延在し、ステータの外周面の一端側より他端側に近接する位置に、最も下方に突出する頂部が形成されてもよい。

開口孔は、内壁面側に向って拡がってもよい。

本発明によれば、モータの冷却性能を向上することが可能となる。

モータをロータの回転軸方向から見た図である。 冷却機構を説明する図である。 モータを、図１に対して側面側から見た図である。 第１突出部および第１突出部近傍のケーシングとステータの一部を抽出した斜視図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易にするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

図１は、モータ１００をロータ１１０の回転軸方向から見た図である。なお、図１中、ロータ１１０の回転軸方向（以下、単に軸方向と称す）をＸ軸とする。モータ１００は、ハイブリッド自動車や電気自動車などに搭載され、ロータ１１０と、ステータ１２０とを含んで構成される。

ロータ１１０は、永久磁石を含んで構成され、シャフト１１２によって、ステータ１２０の中心孔１２０ａに回転自在に挿通される。具体的に説明すると、ロータ１１０は、その外周面がステータ１２０の内周面と離間した状態で、シャフト１１２に固定されており、シャフト１１２はベアリング（不図示）によってケーシング１３０に回転自在に軸支される。

ステータ１２０は、ステータコア１２２と、コイル１２４とを含んで構成される。ステータコア１２２の本体部１２６は、円筒形状であり、本体部１２６の径方向内側には、複数の巻装部（不図示）が形成されており、巻装部に巻線が巻装されてコイル１２４が形成される。なお、軸方向（図１中、Ｘ軸方向）におけるコイル１２４の両端は、樹脂等の絶縁体で構成されるモールド部によって封止されている。

本体部１２６（ステータ１２０）の外周面１２６ａには、径方向外方に突出するとともに、軸方向（図１中、Ｘ軸方向）に延在した突起１２８が設けられている。本実施形態において、突起１２８は、本体部１２６の周方向に所定間隔（等間隔）離隔して複数箇所（本実施形態では、３箇所）設けられている。突起１２８は、ロータ１１０の回転軸中心Ｏに沿って（軸方向に）延在する。

以下、突起１２８のうち、最も上方（鉛直上方）に位置する突起１２８を第１突起１２８ａ（突起）、最も下方（鉛直下方）に位置する突起１２８を第２突起１２８ｂ、第１突起１２８ａと第２突起１２８ｂとの間に位置する突起１２８を第３突起１２８ｃと称する。

第１突起１２８ａは、ステータ１２０の外周面１２６ａにおいて、ロータ１１０の回転軸中心Ｏの直上から、図１中、右側に離隔した位置に形成される。第２突起１２８ｂは、外周面１２６ａの下方に形成される。第３突起１２８ｃは、ロータ１１０の回転軸中心Ｏの直上を挟んで、第１突起１２８ａから離隔する側（図１中、左側）に形成される。

また、突起１２８には、軸方向に貫通する貫通孔１２８ｄがそれぞれ設けられており、貫通孔１２８ｄに不図示の固定具（ボルト）が挿通され、ステータ１２０が固定具によってケーシング１３０に固定される。こうして、ケーシング１３０は、所定の間隔を維持してステータ１２０の外周面１２６ａを囲繞することとなる。

また、モータ１００には、冷却機構１４０が設けられる。冷却機構１４０は、ケーシング１３０の第１突出部１３４、第２突出部１３６、および、配管部１４２を含んで構成され、オイル等の冷却液をステータ１２０の外周面１２６ａに掛け流して、モータ１００を冷却する。

第１突出部１３４は、ケーシング１３０の内壁面１３２のうち、ステータ１２０の上方（直上）に設けられ、配管部１４２（後述する開口孔１４４）の直上に対し、第１突起１２８ａとは反対側（第１突起１２８ａから離隔する側、図１中、左側）に位置する。すなわち、第１突出部１３４と第１突起１２８ａの間に、配管部１４２（後述する開口孔１４４）を通る鉛直面が位置する。

第２突出部１３６は、ケーシング１３０の内壁面１３２のうち、ステータ１２０の上方（直上）に設けられ、第１突起１２８ａよりも配管部１４２（後述する開口孔１４４）から離隔する側（図１中、右側）に位置する。すなわち、第２突出部１３６は、配管部１４２（後述する開口孔１４４）から第１突起１２８ａに向う方向に、第１突起１２８ａから離隔する。

配管部１４２は、ステータ１２０の軸方向（図１中、Ｘ軸方向）に延在した管であり、ステータ１２０の中心の上方であって、ステータ１２０の外周面１２６ａとケーシング１３０の内壁面１３２の間隙に配され、不図示の冷却液供給手段（オイルポンプ等）によって冷却液が導入される。

図２は、冷却機構１４０を説明する図であり、図２（ａ）は配管部１４２の拡大断面図であり、図２（ｂ）は冷却液の流れを説明する図である。図２（ａ）に示すように、配管部１４２には、開口孔１４４が形成されている。開口孔１４４は、軸方向に離隔して複数形成されており、それぞれが、上方、すなわち、配管部１４２におけるケーシング１３０の内壁面１３２（図２（ｂ）参照）に臨む方向に形成されている。すなわち、開口孔１４４は、ケーシング１３０の内壁面１３２に対し、下方から対向する。

開口孔１４４は、外周面１４６に向って開口面積が拡がったテーパ形状となっている。すなわち、開口孔１４４は、上方（内壁面１３２側）に向って拡がっている。具体的には、開口孔１４４のうち、配管部１４２の外周面１４６側の一端１４４ａは、配管部１４２の内周面１４８側の他端１４４ｂよりも、開口面積が大きい。

配管部１４２に導入された冷却液は、図２（ｂ）において破線の矢印および一点鎖線の矢印で示すように、開口孔１４４からケーシング１３０の内壁面１３２に向って上方に噴出する。

噴出した冷却液の一部は、ケーシング１３０の内壁面１３２に衝突した後、表面張力によって内壁面１３２を伝って、第１突出部１３４に流れる。第１突出部１３４に到達した冷却液は、第１突出部１３４からステータ１２０の外周面１２６ａに滴下し、ステータ１２０の外周面１２６ａに沿って下方に流下する。

また、噴出した冷却液の一部は、ケーシング１３０の内壁面１３２に衝突した後、表面張力によって内壁面１３２を伝って、第２突出部１３６に流れる。第２突出部１３６に到達した冷却液は、第２突出部１３６からステータ１２０の外周面１２６ａに滴下し、ステータ１２０の外周面１２６ａに沿って下方に流下する。

ステータ１２０の外周面１２６ａに沿って下方に流下した冷却液は、ケーシング１３０に形成された不図示の回収口を通じて回収される。こうして、冷却液がステータ１２０の外周面１２６ａに供給されることとなる。

ここで、第３突起１２８ｃのうち、上方側の基端１２８ｃ_１は、本体部１２６の径方向外側に最も突出した最外径部１２８ｃ_２より上方に配されている。そのため、冷却液は、図２（ｂ）中、破線の矢印で示すように、第３突起１２８ｃを伝って流れることとなる。したがって、第３突起１２８ｃの下方に位置するステータ１２０の外周面１２６ａに冷却液が満遍なく行き渡り、冷却液の液膜（油膜）が形成される。

一方、第１突起１２８ａは、上方の基端１２８ａ_１が最外径部１２８ａ_２より下方に配されている（基端１２８ａ_１が下方に窪んでいる）。そのため、例えば、配管部１４２の下方に設けた開口孔から外周面１２６ａに直接冷却液を噴出し、第１突起１２８ａより上方から外周面１２６ａに沿って冷却液を流下させる場合、第１突起１２８ａによって冷却液が堰き止められてしまう。

したがって、第１突起１２８ａおよび第１突起１２８ａの下方に位置するステータ１２０の外周面１２６ａには、冷却液が到達せず、冷却液の液膜が形成されなくなってしまう。その結果、冷却液が堰き止められると、ステータ１２０の冷却が不均一になってしまうという課題があった。

そこで、本実施形態の冷却機構１４０では、第１突出部１３４および第２突出部１３６を備え、配管部１４２の上方に開口孔１４４を設ける。開口孔１４４から噴出された冷却液は、上記のように、第１突出部１３４、第２突出部１３６からステータ１２０の外周面１２６ａに滴下する。第２突出部１３６は、ケーシング１３０の内壁面１３２のうち、第１突起１２８ａよりも開口孔１４４から離隔する側に位置しているため、冷却液は、第１突起１２８ａより下方まで満遍なく供給される。その結果、ステータ１２０の冷却を均一化し、モータ１００の冷却性能を向上することが可能となる。

また、ケーシング１３０の内壁面１３２とステータ１２０の外周面１２６ａとの間隙が狭いため、ケーシング１３０の内壁面１３２と配管部１４２の開口孔１４４との間隙も狭くなる。このように、内壁面１３２と開口孔１４４の間隙が狭い形状だとしても、開口孔１４４を、上方（内壁面１３２側）に向って拡がった形状とすることで、第１突出部１３４および第２突出部１３６の双方に向って冷却液が拡散し易くなる。

図３は、モータ１００を、図１に対して側面側から見た図である。図３に示すように、モータ１００は、シャフト１１２が水平方向から所定の傾斜角（例えば、６度程度）、時計回りに傾斜して設置されている。ステータ１２０の外周面１２６ａは、軸方向の一端１２６ａ_１側が他端１２６ａ_２側より下方に位置する向きに傾斜している。これは、変速機が傾斜して配置されるためである。

図３中、実線の矢印で示すように、冷却液は、ステータ１２０の外周面１２６ａ上を、シャフト１１２の傾斜に沿って流下する。

図４は、第１突出部１３４および第１突出部１３４近傍のケーシング１３０とステータ１２０の一部を抽出した斜視図である。ステータ１２０のうち、図４中、右側に示す端面が一端１２６ａ_１、左側に示す端面が他端１２６ａ_２である。また、第１突出部１３４のうち、軸方向の一端１３４ｂを、ステータ１２０の外周面１２６ａの一端１２６ａ_１側の端部、軸方向の他端１３４ｃを、ステータ１２０の外周面１２６ａの他端１２６ａ_２側の端部とする。

図４に示すように、頂部１３４ａは、第１突出部１３４のうち、最も下方に突出する部位である。頂部１３４ａは、ステータ１２０の外周面１２６ａの一端１２６ａ_１より他端１２６ａ_２に近接している。すなわち、頂部１３４ａは、第１突出部１３４の一端１３４ｂ側より他端１３４ｃ側に近接している。

内壁面１３２を伝って第１突出部１３４に流れた冷却液は、第１突出部１３４の表面を伝って下方に向う。このとき、冷却液は本体部１２６の外周面１２６ａに沿って周方向に流下しつつ、外周面１２６ａの一端１２６ａ_１側（図３中、右下）に流れる。そこで、頂部１３４ａを外周面１２６ａの他端１２６ａ_２側に設けている。冷却液は、頂部１３４ａから滴下し易いため、外周面１２６ａの他端１２６ａ_２側に滴下し、他端１２６ａ_２側から一端１２６ａ_１側に向って外周面１２６ａ上を流れ、外周面１２６ａに満遍なく行き渡らせることができる。

ここでは、第１突出部１３４について説明したが、第２突出部１３６についても、第１突出部１３４と同様、ステータ１２０の外周面１２６ａの一端１２６ａ_１より他端１２６ａ_２に近接する頂部が設けられており、冷却液を第１突起１２８ａより下方の外周面１２６ａに満遍なく行き渡らせることができる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば、上述した実施形態では、第２突出部１３６が、内壁面１３２のうち、突起１２８よりも開口孔１４４から離隔する側に位置する場合について説明したが、第２突出部１３６は、第１突起１２８ａの直上に位置してもよい。

また、上述した実施形態では、頂部１３４ａを設ける場合について説明したが、頂部１３４ａは必須の構成ではない。例えば、頂部１３４ａを設けず、第１突出部１３４、第２突出部１３６の内壁面１３２からの突出長さを軸方向に亘って一定にしてもよい。

また、上述した実施形態では、開口孔１４４が、内壁面１３２側に向って拡がっている場合について説明したが、開口孔１４４は、開口面積が一端１４４ａから他端１４４ｂまで一定であってもよいし、内壁面１３２側に向って狭くなってもよい。

また、上述した実施形態のモータ１００を、モータジェネレータとして機能させてもよい。

本発明は、車両に搭載されるモータを冷却するモータの冷却機構に利用できる。

１００ モータ
１１０ ロータ
１２０ ステータ
１２６ 本体部
１２６ａ 外周面
１２６ａ_１ 一端
１２６ａ_２ 他端
１２８ａ 第１突起（突起）
１３０ ケーシング
１３２ 内壁面
１３４ 第１突出部
１３４ａ 頂部
１３４ｂ 一端
１３４ｃ 他端
１３６ 第２突出部
１４０ 冷却機構
１４２ 配管部
１４４ 開口孔
Ｏ 回転軸中心

Claims (3)

1. ケーシングと、
   本体部と、該本体部の外周面における、該本体部に回転自在に収容されたロータの回転軸中心の直上から離隔した位置に、該回転軸中心に沿って形成された突起と、を有し、前記ケーシングに収容されるステータと、
   前記ケーシングの内壁面に対して下方から対向して該内壁面に向って冷却液が噴出する開口孔を有し、前記ステータの上方に配された配管部と、
   前記内壁面のうち、前記ステータの上方であって、前記開口孔の直上に対し、前記突起とは反対側に設けられた第１突出部と、
   前記内壁面のうち、前記ステータの上方であって、前記突起の直上、または、前記突起よりも前記開口孔から離隔する側に設けられた第２突出部と、
   を備えることを特徴とするモータの冷却機構。
2. 前記ステータの外周面は、前記回転軸方向の一端側が他端側より下方に位置する向きに傾斜し、
   前記第１突出部および前記第２突出部の一方または双方は、前記回転軸方向に延在し、前記ステータの外周面の一端側より前記他端側に近接する位置に、最も下方に突出する頂部が形成されることを特徴とする請求項１に記載のモータの冷却機構。
3. 前記開口孔は、前記内壁面側に向って拡がっている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機構。

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