JP4476706B2 - モータ - Google Patents

Description

本発明は、ステータが有する巻線を冷媒により冷却する構成を有するモータに関するものである。

従来、ロータと、その外周側に配設されるステータとを備え、ステータが有する巻線を冷媒により冷却する構成を有するモータが提案されている。このように巻線を冷媒により冷却することで、巻線に電流が流れて発熱しても、発熱による温度上昇を抑えている。
例えば、特許文献１には、冷却パイプを固定子鉄心（ステータ）の外周部に直接取り付けて、冷却パイプ内に形成した冷却液通路を介して冷却液を固定子鉄心に供給することにより、巻線の冷却を行うことができるモータが提案されている。

また、特許文献２には、ステータの軸心方向の両側に密閉された環状のコイルエンド室が形成されるとともに、コイルエンド室に連通するようにして冷却液である冷却油の供給口と、吐出口とが形成されるモータが提案されている。これによれば、オイルポンプにより供給口に圧送された冷却油が、ステータ内の各スロットを冷却通路として通過して、吐出口から吐出することで、ステータコアとコイルとを強制冷却している。
特開平９−９３８６９号公報 特開２００３−２２４９４５号公報

しかしながら、従来の技術においては、以下のような問題がある。すなわち、冷却パイプをステータの外周部に取り付ける構成の場合には、ステータの外側に冷却パイプを設けるスペースを確保する必要があるため、外形寸法が増大して嵩張ってしまい、小型化の障害となってしまうという問題がある。加えて、冷却パイプを介して冷却液を供給するため、発熱する巻線との距離が増大してしまい、効果的に冷却できないという問題がある。

また、冷却油を各スロットを介して供給する構成の場合には、スロットに巻線がセットされていることにより、前記スロット中の巻線間を通過させる際に冷却油の圧力が降下するため、吐出口まで冷却油を供給するために高出力で大型のポンプを設置する必要があり、コスト負担が大きくなり実用性の面で問題がある。また、冷却油を各スロットを介して供給するため、各スロットから突出して蓄熱され易い巻線の突出部には十分に冷却油を供給できず、冷却性能が低下してしまうという問題がある。

従って、本発明は、コストを抑えつつ、必要スペースを低減させて冷却性能を高めることができるモータを提供することを目的とする。

本発明のモータは、ロータ（例えば、実施の形態におけるロータ２）と、該ロータの外周側に配置され、鉄心を有するとともに鉄心の軸方向に延在するスロットを形成してなるステータ（例えば、実施の形態におけるステータ４）と、前記スロット間に巻回されて、スロットから前記軸方向の両側に突出した一対の突出部を有している巻線（例えば、実施の形態における巻線５）と、前記鉄心の軸方向における前記各突出部の外側を覆い、前記軸方向の両端面に設けられた一対のシュラウド（例えば、実施の形態におけるシュラウド７）と、前記各シュラウドと前記ステータとによって囲まれる空間により形成される一対の冷却室（例えば、実施の形態における冷却室１４ａ，１４ｂ）と、前記各冷却室へ冷媒を導入する、各シュラウドに設けられた一対の供給路（例えば、実施の形態における供給路８ａ，８ｂ）と、前記各供給路から前記各冷却室に導入された前記冷媒をそれぞれの前記冷却室から排出する、前記各シュラウドに設けられた一対の排出路（例えば、実施の形態における排出路９ａ，９ｂ）と、前記各供給路に前記冷媒を供給する共通のポンプ（例えば、実施の形態におけるポンプ１５）と、前記供給路または前記排出路に設けられ、前記各供給路のそれぞれの前記冷媒の供給量を調整する一対の供給量調整手段（例えば、実施の形態における左端側調整バルブ１６、右端側調整バルブ１７）と、前記各突出部に関連する温度をそれぞれ測定する一対の温度測定手段（例えば、実施の形態における温度センサ１３ａ，１３ｂ）と、を有しており、前記各温度測定手段より測定されるそれぞれの温度の温度差が小さくなるように、前記各供給量調整手段のうちいずれか一方の前記供給量調整手段のみを用いて、前記一対の供給路を流通する前記冷媒の流量を調整することを特徴とする。

この発明によれば、前記各供給路から前記各冷却室に冷媒が供給され、前記各冷却室内を流通して各シュラウドにより覆われる前記各突出部を冷却し、前記各排出路から冷媒が前記各冷却室より排出される。ここで、前記各シュラウドの両端面に形成された各供給路から供給された冷媒は、各供給路と同一端面側に備えられた各排出路から排出されるため、前記スロットを通過させることなく前記各供給路から前記各排出路に冷媒を流通させることができる。従って、高圧で大型のポンプを設ける必要が無く、少量の冷媒で前記巻線の各突出部を冷却することができるため、コストを抑えつつ、必要スペースを低減させて冷却性能を高めることができる。また、この発明によれば、冷媒の供給量を調整する一対の供給量調整手段と、各突出部に関連する温度をそれぞれ測定する一対の温度測定手段とを有している。これにより、発熱量の相違や熱源の存在などによって各シュラウドの両側で温度ムラが生じた場合に、各温度測定手段により測定される温度差が小さくなるように、各冷却室に供給される冷媒の量を調整することができる。特に、この発明によれば、共通のポンプを用いて各供給路に冷媒を供給しているので、いずれか一方の供給量調整手段のみを調整するだけで、各供給路を流通する前記冷媒の流量を調整することができる。これにより、速やかに各シュラウドに生じた温度ムラを抑制してモータの温度の均一化を図ることができる。

また、本発明のモータは、前記ステータの内周面または外周面のうち少なくともいずれか一方に設けられる遮蔽部材（例えば、実施の形態における遮蔽部材２１，２２）を備え、
前記各冷却室（たとえば実施の形態における冷却室２４）は、前記各シュラウドと、前記ステータと、前記遮蔽部材とで囲まれる空間により形成されていることを特徴とする。

この発明によれば、前記各供給路から前記各冷却室に冷媒が供給され、前記各冷却室内を流通して各シュラウドにより覆われる前記各突出部を冷却し、前記各排出路から冷媒が前記各冷却室より排出される。ここで、前記各シュラウドの両端面に形成された各供給路から供給された冷媒は、各供給路と同一端面側に備えられた各排出路から排出されるため、前記スロットを通過させることなく前記各供給路から前記各排出路に冷媒を流通させることができる。従って、高圧で大型のポンプを設ける必要が無く、少量の冷媒で前記巻線の各突出部を冷却することができるため、コストを抑えつつ、必要スペースを低減させて冷却性能を高めることができる。また、この発明によれば、冷媒の供給量を調整する一対の供給量調整手段と、各突出部に関連する温度をそれぞれ測定する一対の温度測定手段とを有している。これにより、発熱量の相違や熱源の存在などによって各シュラウドの両側で温度ムラが生じた場合に、各温度測定手段により測定される温度差が小さくなるように、各冷却室に供給される冷媒の量を調整することができる。特に、この発明によれば、共通のポンプを用いて各供給路に冷媒を供給しているので、いずれか一方の供給量調整手段のみを調整するだけで、各供給路を流通する前記冷媒の流量を調整することができる。これにより、速やかに各シュラウドに生じた温度ムラを抑制してモータの温度の均一化を図ることができる。加えて、前記遮蔽部材により前記ステータの内周面または外周面の少なくとも一方を連結できるため、各冷却室内で生じる騒音や振動を低減することができる。

また、本発明のモータは、前記各シュラウドにリブ（例えば、実施の形態におけるリブ３２）を備えていることを特徴とする。
この発明によれば、前記各供給路から前記各シュラウド内に供給された冷媒は、前記各冷却室内を前記リブにより案内されつつ流通することができるので、各冷却室を流通する冷媒の流れを一定方向に整流することができ、冷却性能をさらに高めることが可能となる。加えて、前記リブにより各シュラウドの振動を低減することで、前記各冷却室内での音の反響を低減することができ、騒音を抑制することができる。

本発明によれば、前記各供給路から前記各冷却室に冷媒が供給され、前記各冷却室内を流通して各シュラウドにより覆われる前記各突出部を冷却し、前記各排出路から冷媒が前記各冷却室より排出される。ここで、前記各シュラウドの両端面に形成された各供給路から供給された冷媒は、各供給路と同一端面側に備えられた各排出路から排出されるため、前記スロットを通過させることなく前記各供給路から前記各排出路に冷媒を流通させることができる。従って、高圧で大型のポンプを設ける必要が無く、少量の冷媒で前記巻線の各突出部を冷却することができるため、コストを抑えつつ、必要スペースを低減させて冷却性能を高めることができる。また、本発明によれば、冷媒の供給量を調整する一対の供給量調整手段と、各突出部に関連する温度をそれぞれ測定する一対の温度測定手段とを有している。これにより、発熱量の相違や熱源の存在などによって各シュラウドの両側で温度ムラが生じた場合に、各温度測定手段により測定される温度差が小さくなるように、各冷却室に供給される冷媒の量を調整することができる。特に、本発明によれば、共通のポンプを用いて各供給路に冷媒を供給しているので、いずれか一方の供給量調整手段のみを調整するだけで、各供給路を流通する前記冷媒の流量を調整することができる。これにより、速やかに各シュラウドに生じた温度ムラを抑制してモータの温度の均一化を図ることができる。

また、本発明によれば、コストを抑えつつ、必要スペースを低減させて冷却性能を高めることができ、前記各冷却室内で生じる騒音や振動を低減することができる。さらに、各冷却室を流通する冷媒の流れを一定方向に整流することができ、冷却性能をさらに高めることが可能となる。加えて、前記各冷却室内での音の反響を低減することができ、騒音を抑制することができる。

以下、この発明の実施の形態におけるモータを図面と共に説明する。
図１は本発明の第１の実施の形態におけるモータの断面図である。同図に示すように、モータ１は、内周側に設けられるロータ２と、その外周側に配置されるステータ４とを備えている。ロータ２は軸心部にロータシャフト３を有し、該ロータシャフト３と一体的に回転可能に形成されている。

ステータ４は、珪素鋼板等の方向性を有する電磁鋼板が積層された鉄心からなり、モータ１の径方向内方に向けて突出する複数の磁極ティースと、モータ１の周方向に延出するヨーク部とを有している。ステータ４の磁極ティース間には軸方向に延在する溝または連通孔であるスロットが形成され、そのスロット間には巻線（コイル）５が巻装される。ステータ４の両端側には、巻線５のスロットから突出した部位である突出部６を覆うようにシュラウド７が備えられている。前記シュラウド７と、前記ステータ４と、前記ハウジング１０とで囲まれる空間により冷却室１４（１４ａ、１４ｂ）が形成される。

図２は図１に示すシュラウドの側面図である。図１、図２に示すように、図中左側のシュラウド７の上部には、冷却室１４ａへ冷媒を導入する供給路８ａが形成されている。また、下部には、前記冷却室１４ａから冷媒を排出する排出路９ａが形成されている。同様に、シュラウド７の右側面上部、右側面下部にも、冷却室１４ｂへ冷媒を導入する供給路８ｂ、冷却室１４ｂから冷媒を排出する排出路９ｂが形成されている。すなわち、前記シュラウド４の両端部には、冷却室１４ａ、１４ｂがそれぞれ形成されている。そして、冷却室１４ａは供給路８ａ、排出路９ａに接続され、冷却室１４ｂは供給路８ｂ、排出路９ｂから排出される。
なお、前記ロータ２やステータ４は、略円筒状に形成されたハウジング１０により囲繞されている。

上述のように構成されたモータ１の冷却処理について説明する。まず、鉄心の両端面に形成されたシュラウド７に形成された供給路８ａ、８ｂから冷却室１４ａ、１４ｂに冷媒が供給される。それぞれの冷却室１４ａ、１４ｂに供給された冷媒は、シュラウド７により覆われる突出部６を冷却しつつ、冷却室１４ａ、１４ｂ内を流通する。

それぞれの冷却室１４ａ、１４ｂは同一端面側に備えられた供給路８ａ、８ｂおよび排出路９ａ、９ｂにそれぞれ接続されているため、供給路８ａ、８ｂから冷却室１４ａ、１４ｂに供給された冷媒は、それぞれの供給路８ａ、８ｂと同一端面側に備えられた排出路９ａ、９ｂから排出される。これにより、スロットを通過させることなくそれぞれの冷却室１４ａ、１４ｂ内に冷媒を流通させて突出部６を冷却することができる。
従って、本実施の形態におけるモータ１は、高圧で大型のポンプを設ける必要が無く、少量の冷媒で前記巻線５の突出部６を冷却することができるため、コストを抑えつつ、必要スペースを低減させて冷却性能を高めることができる。

以下、本発明の他の実施の形態におけるモータについて説明する。以下の説明において、前述の実施の形態と同様の構成部材については、同一の符号を付してその説明を適宜省略する。
図３は本発明の第２の実施の形態におけるモータの断面図である。図４は本発明の第２の実施の形態におけるモータの冷却システムを示す全体構成図である。図４に示すように、モータ１の左端側の供給路８ａには左端側供給流路１８が、右端側の供給路８ｂには右端側供給流路１９が、それぞれ接続されている。

左端側供給流路１８、右端側供給流路１９には、それぞれ左端側調整バルブ１６、右端側調整バルブ１７が設けられ、これらのバルブ１６、１７の閉度を調整することにより、供給流路１８、１９を流通する冷媒の流量を調整することができる。それぞれの供給流路１８、１９は、前記バルブ１６、１７の上流側でポンプ１５に接続され、該ポンプ１５により前記供給流路１８、１９に冷媒を圧送している。

また、モータ１の左端側の排出路９ａ、右端側の排出路９ｂには、排出流路２３ａ、２３ｂがそれぞれ接続されている。それぞれの排出路９ａ、９ｂ近傍の排出流路２３ａ、２３ｂには、温度センサ１３ａ、１３ｂが設けられている。これらの温度センサ１３ａ、１３ｂにより、モータ１の両端部の温度を測定している。

前記排出流路２３ａ、２３ｂは、それぞれの下流側で合流している。そして、合流した排出流路２３にはラジエータ１２が配設されており、ラジエータ１２を通過する際に冷媒はさらに冷却される。ラジエータ１２の下流側で、排出流路２３はポンプ１５に接続されており、前記ラジエータ１２で冷却された冷媒が前記ポンプ１５により再度モータ１に供給できるように構成されている。

また、図３、図４に示すように、モータ１の右端部側には、エンジンや燃料電池等の熱源１１が配置されている。このような場合には、熱源１１による影響を受けて、モータ１の右端部側は左端部側よりも高温になってしまう。本実施の形態においては、モータ１のそれぞれの端部に接続された供給流路１８、１９の冷媒の流量を、バルブ１６、１７の閉度を調整することにより、モータ１の温度の均一化を図るようにしている。

図５は調整バルブの閉度と両端の供給路における温度差との関係を示すグラフ図である。同図に示すように、原点はバルブ１６、１７を全開にした状態である。そして、縦軸上方が左端側の調整バルブ１６の閉度（締まり度合い）を、縦軸下方が右端側の調整バルブ１７の閉度（締まり度合い）をそれぞれ示している。また、横軸は、各温度センサ１３ａ、１３ｂで検出された温度の差分を示している。本実施の形態においては、各温度センサ１３ａ、１３ｂで検出された温度から差分を算出し、この差分から図５に示したグラフに基づいて調整バルブ１６、１７の閉度を調整している。

例えば、図３、図４に示すように、熱源１１が右端側に配置され、モータ１の右端側の温度が左端側の温度よりも大きくなっている場合には、左端側の調整バルブ１６の閉度を、図５に基づいて得られる所定値に設定する。換言すれば、左端側供給流路１８から供給される冷媒の流量を制限することにより、右端側供給流路１９から供給される冷媒の流量を増大させて、右端側の冷却性能を上昇させる。

このようにすると、発熱量の相違や熱源の存在などによってシュラウド７ の両側で温度ムラが生じた場合に、一対の調整バルブ１６ ，１７のうちいずれか一方の調整バルブ（この場合は調整バルブ１６）の閉度のみを調整するだけで、各供給路８ａ ，８ｂのそれぞれの冷媒の供給量を調整することができる。よって、シュラウド７の高温側の端面（この場合は右側端面） に形成された供給路８ｂにより多量の冷媒を供給することができ、速やかにシュラウド７に生じた温度ムラを抑制することができる。

図６は本発明の第３の実施の形態におけるモータの断面図である。図７は図６に示すシュラウドの側面図である。これらの図に示すように、本実施の形態におけるモータ２０は、ステータ４の内周面および外周面を覆うように設けられる遮蔽部材２１、２２を備えている。そして、シュラウド７と、ステータ４と、遮蔽部材２１、２２とで囲まれる空間により、冷却室２４ａ、２４ｂがモータ２０のそれぞれの端面に形成される

このようにすると、上述した実施の形態における作用効果に加えて、前記遮蔽部材２１、２２により前記ステータ４の内周面または外周面を連結できるため、前記冷却室２４内で生じる騒音や振動を低減することができる。
また、巻線５等を遮蔽部材２１、２２によってカバーすることにより、巻線固定工程（ワニス）等を行う必要性を無くすことができ、製造工程の簡略化ができる。
さらに、モータ２０の音の発信源である、ステータ４の振動を低減することができるため、モータ２０の静音化が可能となる。

なお、遮蔽部材２１、２２とシュラウド７との接合を超音波溶着で行うと、成型性がよく、溶着時の出力によって、バリを少なくできる点で好ましい。また、遮蔽部材２１、２２はポリアセタール樹脂、ポリアミド樹脂、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）樹脂、アルミニウム、ＳＵＳを材料として好適に用いることができる。また、本実施の形態における巻線５は、ポリイミド樹脂等で被膜し絶縁処理を施されている。

図８は本発明の第４の実施の形態におけるモータの断面図である。図９は図８に示すシュラウドの側面図である。本実施の形態におけるモータ３０は、図９に示すように、シュラウド３１にリブ３２を備えている。
このようにすると、供給路８ａから前記シュラウド３１内に供給された冷媒は、前記冷却室２４内を前記リブ３２により案内されつつ流通することができるので、冷却室２４を流通する冷媒の流れを一定方向に整流することができ、冷却性能をさらに高めることが可能となる。

加えて、シュラウド３１の振動を低減することで、前記冷却室２４内での音の反響を低減することができ、騒音を抑制することができる。
また、リブ３２の形状は、図９に示したように、周方向に円環状に形成されたものを軸方向に略均等に突出形成するようにしてもよいが、この形状に限られるものではない。例えば、図１０に示すように、円弧状に形成したリブ３３を、内周側と外周側のそれぞれの位置に形成するようにしてもよい。

なお、本発明の内容は上述の実施の形態のみに限られるものでないことはもちろんである。例えば、実施の形態においては、遮蔽部材２１、２２を、ステータ４の内周面および外周面のそれぞれに設けた場合について説明したが、いずれか一方に設ける構成としてもよい。また、冷却室１４は、シュラウド７とステータ４とハウジング１０とによって囲まれる空間によって形成したが、これに限らず、シュラウド７とステータ４とによって囲まれる空間であってもよい。

本発明の第１の実施の形態におけるモータの断面図である。 図１に示すシュラウドの側面図である。 本発明の第２の実施の形態におけるモータの断面図である。 本発明の第２の実施の形態におけるモータの冷却システムを示す全体構成図である。 調整バルブの閉度と、両端の供給路における温度差との関係を示すグラフ図である。 本発明の第３の実施の形態におけるモータの断面図である。 図６に示すシュラウドの側面図である。 本発明の第４の実施の形態におけるモータの断面図である。 図８に示すシュラウドの側面図である。 図８に示す他のシュラウドの側面図である。

符号の説明

１、２０、３０…モータ
２…ロータ
４…ステータ
５…巻線
６…突出部
７、３１…シュラウド
８（８ａ、８ｂ）…供給路
９（９ａ、９ｂ）…排出路
１４（１４ａ、１４ｂ）、２４（２４ａ、２４ｂ）…冷却室
１６…左端側調整バルブ（供給量調整手段）
１７…右端側調整バルブ（供給量調整手段）
２１…遮蔽部材
２２…遮蔽部材
３２…リブ

Claims (3)

1. ロータと、
   該ロータの外周側に配置され、鉄心を有するとともに鉄心の軸方向に延在するスロット
   を形成してなるステータと、
   前記スロット間に巻回されて、スロットから前記軸方向の両側に突出した一対の突出部を有している巻線と、
   前記鉄心の軸方向における前記各突出部の外側を覆い、前記軸方向の両端面に設けられた一対のシュラウドと、
   前記各シュラウドと前記ステータとによって囲まれる空間により形成される一対の冷却室と、
   前記各冷却室へ冷媒を導入する、各シュラウドに設けられた一対の供給路と、
   前記各供給路から前記各冷却室に導入された前記冷媒をそれぞれの前記各冷却室から排出する、前記各シュラウドに設けられた一対の排出路と、
   前記各供給路に前記冷媒を供給する共通のポンプと、
   前記供給路または前記排出路に設けられ、前記各供給路のそれぞれの前記冷媒の供給量を調整する一対の供給量調整手段と、
   前記各突出部に関連する温度をそれぞれ測定する一対の温度測定手段と、
   を有しており、
   前記各温度測定手段より測定されるそれぞれの温度の温度差が小さくなるように、前記各供給量調整手段のうちいずれか一方の前記供給量調整手段のみを用いて、前記一対の供給路を流通する前記冷媒の流量を調整することを特徴とするモータ。
2. 前記ステータの内周面または外周面のうち少なくともいずれか一方に設けられる遮蔽部材を備え、
   前記各冷却室は、前記各シュラウドと、前記ステータと、前記遮蔽部材とで囲まれる空間により形成されていることを特徴とする請求項１に記載のモータ。
3. 前記各シュラウドにリブを備え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。

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