JP6108541B2 - 電動機 - Google Patents

Description

本発明は、電動機に関し、特に、ステータに冷却用油を供給するための冷却構造に関する。

一般の電動機では、ステータのコイルエンドに冷却用油が供給され、ステータの冷却が行われている。なお、コイルエンドとは、ステータコアの軸方向端部から突出したステータコイルの折り返し部分をいい、軸方向から見て円環状を成している。
また、近年では、下記特許文献１、２に示されるように、コイルエンドに冷却用油を供給する冷却用油路に関し、様々な技術が提案されている。

下記特許文献１では、軸方向に延びる冷却パイプと、冷却用油を周方向に分散させて油滴するオイルガイドとを電動機に備え付けることで構成された冷却用油路が提案されている。

下記特許文献２では、エンドミル等の切削器具等によって、ロータとステータとを収容するハウジングを切削加工し、コイルエンドに冷却用油を供給するための冷却液供給口と、その冷却液供給口に冷却用油を流通させるための冷却液路とを形成することが提案されている。
なお、引用文献２に開示される冷却液供給口は、コイルエンドに冷却用油を供給するためのものであり、ハウジングの内周面を径方向外側に向かって切削加工することで形成される。
そのほか、引用文献２では、ハウジングの内周面を径方向外側に向かって切削加工することで形成された内周側切り欠きに、分割部材を圧入することで冷却液供給口の寸法を管理することが提案されている。

特開２０１１−７８１４８号公報 特開２００７−２０３２３号公報

しかしながら、上記する従来技術では、冷却パイプやオイルガイド、又は分割部材が要求されるため、部品点数が増加する。そして、この部品点数の増加は、電動機の大型化・重量化という不利益を招くとともに、電動機の製造工程数も増加するため、好ましくない。
また、特許文献２に開示されるように、ハウジングの内周面から径方向外側に向かう切削加工は、高度な加工作業が要求される一方で、冷却用油路の形状が技術的に制限されるおそれがあり、好ましくない。
以上から、簡易な構造によって冷却用油路を形成できることが望まれていた。

そこで、本発明は、前記する背景に鑑みて創案された発明であって、簡易な構造により形成された冷却用油路を備えた電動機を提供することを課題とする。

前記課題を解決するための手段として、本発明に係る電動機は、内周側にステータが固定され、ロータの回転軸方向に開口を有する略円筒状のセンターハウジングと、前記センターハウジングの開口を閉塞し、前記センターハウジングとともに前記ステータと前記ロータとが収容されるモータ室を形成するサイドハウジングと、を備えた電動機であって、前記センターハウジングの合せ面と前記サイドハウジングの合せ面とが当接する位置は、前記回転軸方向と直交する径方向から見て前記ステータのコイルエンドと重なっており、前記センターハウジングの合せ面及び前記サイドハウジングの合せ面の少なくとも一方には、前記当接することで冷却用油路を構成する孔と溝とが形成され、前記孔は、前記回転軸方向に延び、前記コイルエンドよりも上方に配置されて冷却用油が流れる供給孔を有し、前記溝は、前記供給孔に連続しており、周方向に延びる分配溝と、前記分配溝を臨む内周側の壁部を切り欠いて前記分配溝と前記モータ室とを連通させる複数の切り欠きと、を有し、前記分配溝を臨む内周側の壁部には、前記複数の切り欠きのそれぞれの下流側に、上方に突出する複数のリブが設けられ、前記複数のリブのそれぞれは、上方に突出する突出量が異なっており、前記複数の切り欠きから前記コイルエンドに前記冷却用油が油滴されることを特徴とする。

前記する本発明によれば、孔と溝とが形成される部位が、比較的加工の容易なハウジング（センターハウジング及びサイドハウジング）の合せ面となっている。そのため、本発明では、孔と溝の形成に関し、従来技術で説明したような高度な加工作業は不要である。
また、センターハウジングの合せ面とサイドハウジングの合せ面とが当接した場合に、合せ面に形成された孔と溝とは、以下のような冷却用油路を構成する。
たとえば、センターハウジングの合せ面に形成されて開口する溝は、当接するサイドハウジングの合せ面に覆われて閉じた空間となり、溝の形状に沿って冷却用油を流すことができる。
または、例えば、センターハウジングの合せ面に形成された孔又は溝は、当接するサイドハウジングの孔又は溝に冷却用油を供給することができ、異なる部材間で冷却用油を流すことができる。
よって、本発明によれば、孔と溝とを形成し、センターハウジングの合せ面とサイドハウジングの合せ面とを当接させることで構成される冷却用油路を備えているため、別途部品を設けて冷却用油路を設置する必要がなく、部品点数の増加が防止される。
さらに、本発明に係る冷却用油路は、以下のような流路となる。
まず、供給孔に冷却用油が供給されると、回転軸方向に流れ、供給孔に連続する分配溝に供給される。分配溝に供給された冷却用油は、分配溝を臨む内周側の壁部に沿って周方向に流れる。また、分配溝を臨む内周側の壁部を切り欠く切り欠きから冷却用油が落下する。そして、回転軸方向と直交する径方向から見て、センターハウジングの合せ面とサイドハウジングの合せ面とが当接する位置がコイルエンドと重なっているため、コイルエンドの上面に切り欠きから落下した冷却用油が供給される。
さらに、冷却用油がコイルエンドの形状に沿って周方向（下方）に向かって流れることで、コイルエンド全体を冷却用油が供給されて、ステータが冷却される。
以上より、本発明によれば、比較的簡易な構造で形成された冷却用油路を備え、その冷却用油路によりステータの冷却を図ることができる。
また、前記する構成によれば、内周側の壁部に沿って流れる冷却用油がリブに堰きとめられ、所定量の冷却用油が貯留する。そのため、冷却用油の供給が一時的に停止した場合であっても、貯留された冷却用油を供給してステータの冷却を継続できるようになっている。
また、前記する構成によれば、複数のリブのそれぞれの突出量を変えることで、それぞれのリブに堰きとめられて貯留する冷却用油量を調整することができる。
そのため、コイルエンドにおいて熱量が多い箇所に油滴する切り欠きに対して下流側のリブの突出量を大きくすることで、その熱量が多い箇所に多くの冷却用油が供給されて、効率良くステータを冷却させることが可能となる。
また、前記リブの前記突出量が大きいほど、当該リブに対応する前記切り欠きが大きく形成されていることが好ましい。

本発明によれば、簡易な構造により形成された冷却用油路を備えた電動機を提供することができる。

動力装置に組み込まれた実施形態に係る電動機の断面（図２のＡ−Ａ線で切った断面）を前側から見た断面図である。 センターハウジングとステータと右側から見た右側面図である。 センターハウジングの右側合せ面に形成された溝の一部を拡大した拡大図である。

本発明に係る電動機の実施形態について、図１〜図３を参照しながら説明する。
なお、実施形態では、電気自動車のパワーユニットとして使用される動力装置に電動機が組み込まれた例を挙げて説明する。

動力装置１は、電気自動車に搭載されて電力を回転力に変換するとともに、この変換された回転力を駆動輪に伝達し、電気自動車を駆動させるための駆動源である。
図１に示すように、動力装置１は、左右方向に延在するロータシャフト２を有する電動機３と、電動機３の左側に配置されたギヤボックス４とを備えている。
また、実施形態に係る動力装置１では、電動機３を構成するセンターハウジング１０と、ギヤボックス４を構成するギヤハウジング５とが図示しないボルトにより締結され、電動機３とギヤボックス４とが一体になっている。なお、本実施形態に係るギヤハウジング５は、特許請求の範囲に記載される「サイドハウジング」に相当する構成である。

ギヤボックス４は、図示しないが、多数の歯車から構成される変速機構を有し、ロータシャフト２の回転速度を減速させてドライブシャフトに電動機３の動力を伝達している。
また、ギヤボックス４は、図示しないが、多数の歯車に潤滑油を供給するための油路と循環ポンプとを備えている。

ギヤボックス４を構成するギヤハウジング５は、ダイキャスト（ｄｉｅ ｃａｓｔｉｎｇ）により製造された箱状の鋳造物である。
図１に示すように、本実施形態では、ギヤハウジング５とセンターハウジング１０とがボルトにより締結されているため、ギヤハウジング５の右壁部５ａがセンターハウジング１０の左側開口を閉塞している。
また、ギヤハウジング５の右壁部５ａには、円環状のボールベアリング５ｂが設けられており、ボールベアリング５ｂがロータシャフト２の左端部を回転自在に支持している。
なお、ロータシャフト２の左端部には、図示しない変速機構の入力軸が連結しており、ロータシャフト２の回転運動が変速機構に伝達されるようになっている。

さらに、ギヤハウジング５の右壁部５ａには、右側に突出する略円環状の円環部６が形成され、この円環部６の右端面６ｄ（以下、「合せ面」という。）が、センターハウジング１０の左側合せ面１６に当接している。なお、円環部６の合せ面６ｄが右側に突出する突出量は、ロータシャフト２（回転軸）と直交する径方向から見て、電動機３の後記する左側のコイルエンド１４と重なる程度となっている。

また、円環部６の上部には、油往路６ａ（図１の矢印Ｂ参照）が形成され、円環部６の下部には、油復路６ｂ（図１の矢印Ｃ参照）が形成されている。
この油往路６ａと油復路６ｂとは、円環部６の合せ面６ｄに形成された孔であり、ギヤハウジング５内の図示しない油路に接続している。このため、油往路６ａを介して、ギヤボックス４の潤滑油が冷却用油として電動機３に供給され、油復路６ｂを介して、冷却用油が回収できるようになっている。なお、本実施形態における油往路６ａと油復路６ｂとは、特許請求の範囲に記載される「供給孔」に相当する構成である。

つぎに、電動機３について説明する。
電動機３は、電気エネルギーをロータシャフト２の回転運動に変換するためのものである。電動機３は、ロータシャフト２と、ギヤハウジング５に固定された円環状のセンターハウジング１０と、ロータシャフト２の外周に固定された略円筒状のロータ１１と、センターハウジング１０の内周面１０ａに固定されて、ロータ１１の外周を囲むステータ１２と、センターハウジング１０の右側に配置される略円盤状のサイドハウジング３０と、を備えている。

ロータ１１は、図示しないが、ロータシャフト２に固定される複数の鋼板と、複数の鋼板間に設けられた永久磁石とを備え、ステータ１２が生成する回転磁界により回転するようになっている。

図１に示すように、ステータ１２は、センターハウジング１０の内周側にステータ１２が圧入されている。また、ステータ１２は、センターハウジング１０の内周面１０ａに沿って周方向に複数の鋼板が配置されてなるステータコア１２ａと、ステータコア１２ａに巻き回しされるステータコイル１２ｂと、内周面にステータコア１２ａが固定される円環状の固定リング（不図示）と、を主に備えている。

ステータコイル１２ｂの折り返し部分は、ステータコア１２ａの軸方向の端部よりも左右方向に突出し、コイルエンド１４を成している。
また、図２に示すように、軸方向から見た場合に、コイルエンド１４は、略円環状を成しており、上方から冷却用油が滴下されると、コイルエンド１４の円孤状の上面に付着して、コイル間に流れるとともにコイルエンド１４の外周に沿って下方にも流れ、コイルエンド全体に冷却用油が流れるようになっている。

センターハウジング１０は、図１に示すように、左右方向に開口している略円筒形状の部材であり、ダイキャストにより製造された鋳造物である。また、センターハウジング１０の左右の開口は、ギヤハウジング５の右壁部５ａとサイドハウジング３０とにより閉塞されており、センターハウジング１０の内部が、ロータ１１とステータ１２とを収容するモータ室Ｒを構成している。

図２に示すように、センターハウジング１０は、軸方向から見て、ステータ１２が圧入される円環状の内周部１０ｂと、その内周部１０ｂの外周を囲む円環状の外周部１０ｃ（図２でドットで示される範囲）とを備えている。

図１に示すように、外周部１０ｃは、内周部１０ｂよりも左右方向に突出している。
また、外周部１０ｃの左右方向への突出量は、ロータシャフト２（回転軸）と直交する径方向から見て、外周部１０ｃの左右側の端面（合せ面）がコイルエンド１４と重なる程度となっている。
このため、外周部１０ｃの左右側の端面（合せ面）と、ギヤハウジング５の合せ面６ｄ及びサイドハウジング３０の合せ面３２とが当接する位置は、ロータシャフト２（回転軸）と直交する径方向から見て、コイルエンド１４と重なっている。
なお、以下の説明において、外周部１０ｃにおいて右側を向く端面を右側合せ面１５と称し、左側を向く端面を左側合せ面１６と称する。

図２に示すように、右側合せ面１５には、供給孔２０と溝１７が形成されている。
図１に示すように、供給孔２０は、左右方向に延び、右側合せ面１５と左側合せ面１６とを貫通する略直線状の孔であり、センターハウジング１０を鋳造する際に、供給孔２０と同等な形状の中子を用いることで形成されたものである。
なお、実施形態に係る供給孔２０について、中子を用いて形成した例を挙げて説明したが、本発明の供給孔２０の形成方向はこれに限定されるものでない。たとえば、左右方向に切削することで形成してもよく、当該切削であっても比較的容易に形成することができる。

供給孔２０の左端部は、ギヤハウジング５の油往路６ａに接続している。そのため、ギヤボックス４内の冷却用油をセンターハウジング１０よりも右側に流し、センターハウジング１０の右側に配置される部材・部品を冷却することができるようになっている。
さらに、供給孔２０は、センターハウジング１０の上部側に形成されており、コイルエンド１４よりも上方に位置している。よって、右側のコイルエンド１４に対して上方から冷却用油を供給できるようになっている。

図３に示すように、溝１７は、右側合せ面１５の上部側に形成された略円孤状の分配溝１８と、分配溝１８を臨む内周側の壁部２１を貫通する複数の切り欠き１９とを備えている。

分配溝１８は、周方向に延びる溝であり、分配溝１８を臨む内周側の壁部２１が中央部から前後方向に向かうにつれて下方側に曲り、緩やかな曲面を成している。そのため、供給孔２０内から分配溝１８に流出した冷却用油が、壁部２１に沿って周方向（前後方向）に流れるようになっている。
なお、本実施形態の分配溝１８は、供給孔２０よりも下側に設けられている。そのため、分配溝１８は、分配溝１８から上方に延び、分配溝１８と供給孔２０とを連絡するための連絡溝１８ａを有している。これによれば、図３で示す矢印Ｅのように、供給孔２０を流れる冷却用油が上方から分配溝１８に流れ込むようになる。

切り欠き１９は、内周の壁部２１を切り欠いて上下方向に延びる溝であり、分配溝１８とモータ室Ｒとを連通している。このため、壁部２１に沿って流れる冷却用油は、図３で示す矢印Ｆのように、切り欠き１９を通過しモータ室Ｒに滴下される。
また、前記したように、ロータシャフト２（回転軸）と直交する径方向から見て、外周部１０ｃの右側合せ面１５とサイドハウジング３０の合せ面３２とが当接する位置が、右側のコイルエンド１４と重なっている。そのため、切り欠き１９を通過してモータ室Ｒに滴下された冷却用油が、右側のコイルエンド１４の上面に供給されるようになっている。
そして、右側のコイルエンド１４の上面に供給された冷却用油は、図３で示す矢印Ｇのように、コイルエンド１４の外周に沿って周方向に流れるため、下部側の部位も冷却されるようになっている。

ここで、図２に示すように、コイルエンド１４から下方に落下した冷却用油は、モータ室Ｒの下部側に油溜まりＰを形成する。そして、この油溜まりＰには、コイルエンド１４の下部側が浸され、さらにコイルエンド１４を冷却するようになっている。
なお、油溜まりＰには、コイルエンド１４の他、センターハウジング１０の内周部１０ｂの下部側も浸っている。

また、内周側の壁部２１には、切り欠き１９のそれぞれに対応して、切り欠き１９よりも下流側となる位置に、上方に突出する複数のリブ２２が設けられている。
これによれば、内周側の壁部２１に沿って流れる冷却用油がリブ２２によって堰きとめられ、所定量の冷却用油が貯留するようになっている。よって、冷却用油の供給が一時的に停止した場合であっても、貯留された冷却用油が切り欠き１９からの油滴を継続できるようになっている。

ここで、切り欠き１９の大きさを変えることで、コイルエンド１４に供給される冷却用油量を調整でき、また、複数のリブ２２のそれぞれの突出量を変えることで、それぞれのリブ２２に堰きとめられて貯留する冷却用油量を調整することができる。
よって、コイルエンド１４において熱量が多い箇所に油滴する切り欠き１９を大きくするとともに、この大きく形成された切り欠き１９の下流側のリブ２２の突出量を大きくすることで、熱量が多い箇所に大量の冷却用油を供給でき、効率良くステータ１２を冷却させることが可能となる。

なお、実施形態に係る溝１７は、センターハウジング１０を鋳造する金型に、溝１７の形状と同径行の凸部を形成することで成形されたものであるが、本発明はこれに限定されるものでなく、切削することで形成してもよく、当該切削であっても比較的容易に形成することができる。

そのほか、図２に示すように、右側合せ面１５には、サイドハウジング３０を固定するためのボルトが螺合するための固定穴１０ｆが、周方向に間隔を空けながら複数形成されている。

つぎに、センターハウジング１０の左側合せ面１６について、図１を参照しながら説明する。前述したように、左側合せ面１６を供給孔２０が貫通している。
また、左側合せ面１６には、図示しないが、供給孔２０から周方向に延びる溝（分配溝１８と同形状の溝）が形成されている。
そして、その周方向に延びる溝から下方に貫通する複数の溝１６ａ（切り欠き１９と同形状の溝。なお、図１では一つのみ図示）が形成されている。
また、前記したように、ロータシャフト２（回転軸）と直交する径方向から見て、外周部１０ｃの左側合せ面１６とギヤハウジング５の合せ面６ｄとが当接する位置が、左側のコイルエンド１４と重なっているため、溝１６ａを通過してモータ室Ｒに滴下された冷却用油が、左側のコイルエンド１４の上面に供給されるようになっている。

次に、センターハウジング１０の内周部１０ｂについて説明する。
図２に示すように、内周部１０ｂは、油溜まりＰに浸っている下部側に、左右方向を貫通する連通孔２５が形成されている。
また、図１に示すように、連通孔２５は、ギヤハウジング５の円環部６に形成された油復路６ｂに対応しており、モータ室Ｒの下部側に溜まっている冷却用油が連通孔２５を介してギヤハウジング５に回収されるようになっている。
内周部１０ｂの内部には、略円環状の冷却水路２６が形成されており、内周部１０ｂの内周側に固定されるステータコア１２ａを冷却できるになっている。

つぎに、サイドハウジング３０について説明する。
サイドハウジング３０は、ダイキャストにより製造された略円盤状の鋳造物である。
サイドハウジング３０は、固定穴１０ｆに螺合するボルトに締め付けられることでセンターハウジング１０の右側に固定され、センターハウジング１０の右側の開口を閉塞している。
また、サイドハウジング３０の中央部には、円環状のボールベアリング３１が設けられ、ボールベアリング３１がロータシャフト２の右端部を回転自在に支持している。

また、サイドハウジング３０の左側面の外周側には、左側に突出し、センターハウジング１０の右側合せ面１５に当接する合せ面３２が形成されている。
このサイドハウジング３０の合せ面３２には、溝３７が形成されている。
溝３７は、対向するセンターハウジング１０の右側合せ面１５に形成された分配溝１８（図３参照）と同形状の分配溝３８が形成されている。
また、溝３７内には、センターハウジング１０の右側合せ面１５に形成されたリブ２２（図３参照）に対応して、上方に突出するリブ３９が形成されている。
そのため、分配溝１８に流入した冷却用油も、サイドハウジング３０の分配溝３８にも流出し、そして、リブ３９によって貯留されるようになっている。
これによれば、サイドハウジング３０の合せ面３２に溝３７が形成されていない場合（面一となっている場合）に比べて、冷却用油の貯留量を多くすることができるようになる。

さらに、サイドハウジング３０には、溝３７に貯留される冷却用油をボールベアリング３１に供給するためのベアリング用供給油路３４が形成されている。なお、ボールベアリング３１に供給された冷却用油は、ボールベアリング３１を通過してモータ室Ｒに流れ、油だまりＰに合流するようになっている。

以上、実施形態に係る電動機３によれば、孔（油往路６ａ、油復路６ｂ、供給孔２０）と、溝１７、３７（分配溝１８、切り欠き１９、分配溝３８）とを、ハウジング（ギヤハウジング５、センターハウジング１０、サイドハウジング３０）に形成している。
しかしながら、その孔と溝１７、３７とを形成する部位が、ハウジングの合せ面（６ｂ、１５、１６、３２）であり、比較的容易に形成することができる。そのため、従来技術で説明したようなハウジングの内周面から径方向外側に向かう切削加工など、高度な加工作業は不要である。
また、実施形態に係る電動機３によれば、ハウジングの合せ面に形成された孔（油往路６ａ、油復路６ｂ、供給孔２０）と、溝１７、３７（分配溝１８、切り欠き１９、分配溝３８）とが、ハウジングの合せ面（６ｂ、１５、１６、３２）の当接により、連続した冷却用油路を構成している。そのため、別途部品を設けて冷却用油路を設置する必要がなく、部品点数の増加が防止される。
以上より、実施形態に係る電動機３によれば、比較的簡易な構造で形成された冷却用油路によりステータの冷却を図ることができる。

以上、実施形態に係る電動機３について説明したが、本発明は実施形態で説明した例に限定されない。
たとえば、実施形態に係る電動機３は、ギヤボックス４と一体となるように組み込まれていたが、電動機３が単体を成していてもよい。また、電動機３は、ギヤボックス４から冷却用油が供給されるようになっていたが、別の装置から供給されてもよい。

また、実施形態では、当接する面（センターハウジング１０の左側合わせ面１６及び右側合わせ面１５と、ギヤハウジング５の合せ面６ｄと、サイドハウジング３０の合せ面３２）の全てに孔又は溝が形成されていたが、本発明はこれに限定されない。当接する合わせ面の少なくとも一方に形成されていればよいものである。

１ 動力装置
３ 電動機
５ ギヤハウジング
６ 円環部
１０ センターハウジング
１１ ロータ
１２ ステータ
１４ コイルエンド
１７ 溝
１８ 分配溝
１９ 切り欠き
２０ 供給孔（孔）
２２ リブ
２５ 連通孔
３０ サイドハウジング

Claims (2)

1. 内周側にステータが固定され、ロータの回転軸方向に開口を有する略円筒状のセンターハウジングと、
   前記センターハウジングの開口を閉塞し、前記センターハウジングとともに前記ステータと前記ロータとが収容されるモータ室を形成するサイドハウジングと、
   を備えた電動機であって、
   前記センターハウジングの合せ面と前記サイドハウジングの合せ面とが当接する位置は、前記回転軸方向と直交する径方向から見て前記ステータのコイルエンドと重なっており、
   前記センターハウジングの合せ面及び前記サイドハウジングの合せ面の少なくとも一方には、前記当接することで冷却用油路を構成する孔と溝とが形成され、
   前記孔は、前記回転軸方向に延び、前記コイルエンドよりも上方に配置されて冷却用油が流れる供給孔を有し、
   前記溝は、
   前記供給孔に連続しており、周方向に延びる分配溝と、
   前記分配溝を臨む内周側の壁部を切り欠いて前記分配溝と前記モータ室とを連通させる複数の切り欠きと、を有し、
   前記分配溝を臨む内周側の壁部には、前記複数の切り欠きのそれぞれの下流側に、上方に突出する複数のリブが設けられ、
   前記複数のリブのそれぞれは、上方に突出する突出量が異なっており、
   前記複数の切り欠きから前記コイルエンドに前記冷却用油が油滴される
   ことを特徴とする電動機。
2. 前記リブの前記突出量が大きいほど、当該リブに対応する前記切り欠きが大きく形成されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の電動機。

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