JP5678561B2

JP5678561B2 - モータの冷却装置

Info

Publication number: JP5678561B2
Application number: JP2010227629A
Authority: JP
Inventors: 順一出口; 一哉荒川
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2010-10-07
Filing date: 2010-10-07
Publication date: 2015-03-04
Anticipated expiration: 2030-10-07
Also published as: JP2012085391A

Description

この発明は、モータを冷却する装置に関し、特にそのモータのコイルエンド部を冷却する装置に関するものである。

ハイブリッド車や電気自動車などの駆動系に使用されるモータは、高トルクを出力することのできるものが使用されている。一方、車両に搭載されるモータは出力トルクが高い反面、発熱量が高くなってしまうので、モータを冷却する装置が種々開発されている。

その一例として、モータのケースとステータの外周面との間に冷却水路と冷却油路とが形成されたモータが特許文献１に記載されている。その特許文献１に記載されたモータは、中性点がコイルエンド部にあって、その中性点に近い方に冷却水路を形成し、中性点から遠い方に冷却油路を形成している。また、その冷却水路と冷却油路との温度差が大きい場合に、その温度が高い方の流路の冷却性能を向上させるために、冷却水もしくは冷却油の流量を制御するように構成されている。

また、特許文献２には、ステータと配電部との間に隙間を形成して、その隙間に冷媒が流れるように、モータの上面から冷媒を滴下して冷却する装置が記載されている。さらに、特許文献３には、車速や車両の走行状態とモータの温度とに基づいて、モータを冷却するためのオイルクーラーの始動・停止を制御する装置が記載されている。

特開２００６−１８７１０５号公報特開２００９−１４８０９３号公報特開２００８−２７１７１２号公報

上述したように特許文献１に記載された装置は、冷却水路と冷却油路とを備え、冷却水路と冷却油路との温度を検出して、その温度差が大きい場合に、高温側の流量を増加させるように制御されるので、高温側の冷却性能を向上させることができる。しかしながら、モータのコイルエンド部が樹脂材料で被覆されたものもあり、その樹脂で被覆された部分の耐久性を向上させるために、より強制的にコイルエンド部を冷却する必要がある。

また、特許文献２に記載された装置のように、ステータと配電部との間に隙間を形成して、その隙間に冷媒を滴下するように構成することによりコイルエンド部を冷却することができるが、例えば、その冷媒を潤滑させるためのオイルポンプが、車両を走行させるための動力を利用したものである場合には、車両が低速走行しているときには、潤滑させる冷媒の流量が低下する。そのため、コイルエンド部の冷却性能を向上させるための技術的な課題がある。

この発明は上記の技術的課題に着目してなされたものであり、モータの冷却用のオイルの量を減少させるとともに、そのモータのコイルエンド部の冷却性能を向上させることのできるモータの冷却装置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、出力軸と一体に設けられたロータと、該ロータの外周側に配置され、かつケースに固定されたステータと、該ステータに巻かれた導線に電流が流されることにより電磁力を発生させるコイルとを備えたモータの冷却装置において、前記ステータとケースとの間に位置する部分のコイルが被覆されて形成されたコイルエンド部と、前記ケースと前記コイルエンド部との間に形成された冷却流体流路と、前記ケースの内壁面に形成された前記コイルエンド部を囲うように突出したケース壁面と前記コイルエンド部との間に位置し、前記冷却流体流路を封止するシールと、前記導線が束ねられて結線となって前記コイルエンド部に連結された中性点とを有し、前記中性点が、前記冷却流体流路に露出しないように配置されていることを特徴とするものである。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記中性点は、前記コイルエンド部から前記ステータの径方向に向けて配置されていることを特徴とするモータの冷却装置である。

請求項３の発明は、請求項１または２の発明において、前記コイルエンド部から前記冷却流体流路を横切らずに前記ステータの半径方向に向けて配置されていることを特徴とするモータの冷却装置である。

この発明によれば、モータのケースと、コイルが被覆されたコイルエンド部との間に流路が形成され、中性点がコイルエンド部からその流路に露出しないように配置されている。したがって、中性点の一部が流路内に露出することによってオイルの流速を低下させることを防止することができるので、コイルエンド部の冷却性能を向上させることができる。また、その中性点がステータの内周側に向けて配置されることにより、コイルエンド部の外周側に形成される流路とコイルエンド部の外周面との接触面積を大きくすることができるので、コイルエンド部の冷却性能をより向上させることができる。

この発明に係る冷却装置の例を説明するための概略図である。他の例を示す概略図である。

つぎにこの発明に係るモータの冷却装置の構成例について図を参照しつつ説明する。図１は、モータ１の断面を概略的に示したものである。図１に示すモータ１は、出力軸２と一体に形成されたロータ３と、そのロータ３の外周側に配置され、かつカバー４ａとハウジング４ｂとで構成されたケース４に固定されたステータ５とで構成されている。また、ロータ３は、鋼板を軸線方向に積層して構成された積層鋼板であって、その積層鋼板の外周側には永久磁石が内在されている。さらに、ステータ５もロータ３と同様に軸線方向に鋼板が積層して構成されたものである。そして、ステータ５は、外周側から内周側に突出したステータコア５ａが円周方向に複数形成されている。また、軸線方向に積層されたステータコア５ａを束ねるように、ステータコア５ａにはコイル６が巻かれている。なお、ここで例に挙げたモータ１は、３相同期モータや３相誘導モータなどのいわゆる多相交流モータである。

また、コイル６とケース４とを絶縁するために、ステータコア５ａに巻き付けて軸線方向に突出したコイルエンド部６ａは樹脂材料で被覆されている。なお、以下の説明では、その被膜をモールド７と記載する。

このように構成されたモータ１は、ステータ５に巻かれたコイル６に電流を流すことによって電磁力が発生するので、その電磁力とロータ３に内在した永久磁石の磁力とによって駆動するように構成されている。そのため、ステータコア５ａに巻かれたコイル６は、ジュール熱により発熱する。特に、ｕ相、ｖ相、ｗ相などが結線として束ねられた中性点８がコイルエンド部６ａに配置されているので、その中性点８が配置されたコイルエンド部６ａが高温となる。

一方、コイルエンド部６ａの被膜であるモールド７は樹脂材料なので、耐熱性が低い。そのため、中性点８が設けられているコイルエンド部６ａを冷却する必要があり、この発明は、コイルエンド部６ａとケース４との間に隙間を設けて、その隙間にオイルを流すことで冷却を行えるように構成されている。つまり、ケース４の内壁面に、コイルエンド部６ａを囲うように突出した壁面４ｃを形成し、ケース４およびその壁面４ｃの内側に隙間を空けてコイルエンド部６ａが配置されている。そのため、図１に示すようにコイルエンド部６ａの外周側および内周側とモータ１の軸線方向におけるケース４側とに流路９が形成される。なお、流路９は、ケース４の壁面４ｃとコイルエンド部６ａとの間に位置する部分でＯリングなどのシール１０によって封止されている。また、この流路９は、モータ１の円周方向に連通していて、その一部に図示しないオイルポンプから流路９内にオイルが供給され、かつ他の部分から流路９内のオイルが排出されて潤滑するように構成されている。

さらに、この発明に係るモータの冷却装置は、少量のオイルで冷却性能を向上させることができるように構成されている。つまり、オイルの流速を増加させることにより、オイルとコイルエンド部６ａとの見かけ上の熱抵抗が小さくなるので、前述した流路９の断面積を小さくし、かつオイルとコイルエンド部６ａとの接触面積を大きくするように構成されている。

一方、従来、中性点８はコイルエンド部６ａからモータ１の軸線方向に突出するように配置されているが、この中性点８は、溶接などで束ねられていて耐熱性が高いので、積極的に冷却をしなければならないものではない。したがって、中性点８をコイルエンド部６ａから軸線方向に突出させて、オイルの流れを阻害させることがないように、図１に示す例では、中性点８をモータ１の円周方向の内周側に突出させて配置している。なお、図に示すように中性点８を内周側に突出させて配置してもよく、あるいは図２に示すように外周側に配置してもよい。要は、中性点８が流路９内に露出することによりオイルの流速を低下させることを防止できればよいので、例えば、コイルエンド部６ａとケース４との間に位置する流路９が外周側と内周側とで２分されている場合は、モータ１の軸線方向であっても、その外周側と内周側との間に中性点８を突出して配置してもよい。また、通常、ケース４は耐熱性や強度あるいは放熱性が要求されるので、アルミニウムなどの金属材料で形成されているので、中性点８とケース４との接触あるいは接近による通電や放電を防止するために、中性点８は、その放電が生じない程度の隙間を設けて配置することが好ましい。

上述したようにケース４とコイルエンド部６ａとに流路９となる断面積が小さい隙間を形成し、かつオイルの流れを阻害しないように中性点８を配置することにより、オイルの流速を増加させることができる。したがって、コイルエンド部６ａとオイルとの見かけ上の熱抵抗を小さくでき、コイルエンド部６ａの冷却性能を向上させることができる。

さらに、中性点８を内周側に突出させることにより、その中性点８を避けることによってモータ１の外形が大きくなることがなく、また、中性点８がモータ１の軸線方向における同じ位置の外周側に突出して配置された場合よりも、コイルエンド部６ａと流路９との接触面積を大きくすることができるので、冷却性能をより向上させることができる。

なお、上述した構成例のオイルポンプは、電動オイルポンプであってもよく、あるいはこの発明に係る冷却装置が車両に搭載された場合には、車両の駆動源の動力を利用したメカオイルポンプであってもよい。

１…モータ、２…出力軸、３…ロータ、４…ケース、５…ステータ、６…コイル、７…モールド、８…中性点、９…流路、１０…シール。

Claims

出力軸と一体に設けられたロータと、該ロータの外周側に配置され、かつケースに固定されたステータと、該ステータに巻かれた導線に電流が流されることにより電磁力を発生させるコイルとを備えたモータの冷却装置において、
前記ステータとケースとの間に位置する部分のコイルが被覆されて形成されたコイルエンド部と、
前記ケースと前記コイルエンド部との間に形成された冷却流体流路と、
前記ケースの内壁面に形成された前記コイルエンド部を囲うように突出したケース壁面と前記コイルエンド部との間に位置し、前記冷却流体流路を封止するシールと、
前記導線が束ねられて結線となって前記コイルエンド部に連結された中性点と
を有し、
前記中性点が、前記冷却流体流路に露出しないように配置されていることを特徴とするモータの冷却装置。
前記コイルエンド部は、樹脂モールドによって被覆され、該樹脂モールドと前記ケースとの間に前記冷却流体流路が形成されていることを特徴とする請求項１に記載のモータの冷却装置。
前記中性点は、前記コイルエンド部から前記冷却流体流路を横切らずに前記ステータの半径方向に向けて配置され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装置。