JP6942881B2 - 回転電機の冷却構造 - Google Patents

Description

本発明は、回転電機の冷却構造に関する。

モータや発電機等の回転電機には、ステータおよびロータを冷却するための冷却構造が設けられる場合がある。ステータおよびロータを冷却する方法としては、オイル等の冷却媒体をステータおよびロータに接触させて熱交換する方法や、冷却水が内部を流通するウォータジャケットをステータに接触させる方法等がある。冷却媒体を用いた方法として、ステータおよびロータを収容する筐体内で冷却媒体をステータまたはロータに接触させ、高温になった冷却媒体を筐体の外部に設けられたオイルクーラーで冷却し、冷却された冷却媒体を再び筐体内に導入する方法がある。

例えば、特許文献１には、電動機と、電動機の外部に設置され、電動機の潤滑油を冷却水によって冷却する潤滑油冷却手段と、冷却水を冷却する冷却水冷却手段と電動機および潤滑油冷却手段との間で冷却水配管を介して冷却水を循環させる冷却水循環手段と、潤滑油冷却手段と電動機との間で潤滑油配管を介して潤滑油を循環させる潤滑油循環手段とを備えた車両用駆動装置が開示されている。

日本国特開２００６−１７４５６２号公報

ところで、近年では回転電機の出力の大型化、および回転電機の外形の小型化が求められている。回転電機の出力を大型化する場合には、発熱量も大きくなるので、回転電機をより効率よく冷却する必要がある。また、回転電機の外形を小型化する場合には、回転電機の冷却構造も小型化されるので、冷却効率の向上を図る必要がある。

本発明は、優れた冷却効率を有する回転電機の冷却構造を提供する。

（１）本発明に係る一態様の回転電機の冷却構造は、ステータ（２０）およびロータ（３０）を備える回転電機（１）の冷却構造であって、前記ステータ（２０）および前記ロータ（３０）を収容する筐体（３）と、前記ステータ（２０）および前記ロータ（３０）のうち少なくともいずれか一方に接触して、前記一方を冷却する冷却媒体（９）と、冷却水（８）によって前記冷却媒体（９）を冷却する冷却手段（４０）であって、前記筐体（３）に形成され前記冷却水（８）が流通する冷却水流路（４５）が設けられた冷却水配管（４１）を有し、前記冷却水配管（４１）が前記ステータ（２０）に隣接する冷却手段（４０）と、前記冷却媒体（９）が流通する冷媒流路（８２）が設けられ、前記冷却水配管（４１）と同一部材に形成されるとともに前記冷却水配管（４１）を挟んで前記ステータ（２０）とは反対側で前記冷却水配管（４１）に隣接する冷媒配管（８１）と、前記冷媒配管（８１）に前記冷却媒体を供給する冷媒供給手段（５９）と、を備え、前記ステータ（２０）は、前記冷却水配管（４１）の上方に隣接し、前記冷媒配管（８１）は、前記冷却水配管（４１）の下方に隣接し、前記冷媒流路（８２）は、前記ロータ（３０）の回転軸線方向における前記冷媒配管（８１）と前記冷却水配管（４１）とが重なる範囲において、前記回転軸線方向の第１側から第２側に向かって延びる第１流路（８３）と、前記第１流路（８３）に連通し、前記回転軸線方向における前記冷媒配管（８１）と前記冷却水配管（４１）とが重なる範囲において、前記回転軸線方向の前記第２側から前記第１側に向かって延びる第２流路（８４）と、を備える、ことを特徴とする。

上記構成によれば、冷却水配管によってステータを冷却することに加え、冷却水配管に隣接する冷媒配管において、回転電機を筐体の内部で冷却する冷却媒体も冷却水配管によって同時に冷却することができる。これにより、回転電機を冷却水配管および冷却媒体の両方によって冷却でき、さらに冷却媒体の冷却も回転電機の内部で冷却水配管との熱交換によって行うことができる。したがって、優れた冷却効率を有する回転電機の冷却構造を提供できる。
さらに、ステータに接触した冷却媒体を重力によって落下させて冷媒配管の冷媒流路に導くことができる。これにより、冷却媒体がステータを冷却した後に冷媒配管に向かう流れを容易に形成することができる。
また、ステータ、冷却水配管および冷媒配管が上下方向に並ぶので、回転電機の冷却構造が回転軸線方向に大型化することを抑制できる。
さらに、冷媒配管と冷却水配管とが重なる範囲で冷却媒体を冷媒流路に沿って回転軸線方向に往復するように蛇行させることができる。これにより、冷媒配管において冷却媒体の熱交換面積が増加するので、冷却媒体と冷却水配管との間でより大量の熱量を熱交換させることができる。したがって、冷却効率をより向上させることができる。

（２）上記（１）の態様の回転電機の冷却構造において、前記冷却水配管（４１）よりも下方には、前記冷却媒体（９）を貯留する貯留空間（５５）が形成されていてもよい。

上記のように構成することで、ステータに接触して温度が上昇した冷却媒体を、貯留空間に貯留される前に冷媒配管の冷媒流路に流通させることができる。これにより、ステータに接触して温度が上昇した冷却媒体は、貯留空間において残存する冷却媒体に混ざって温度が低下する前に、冷媒配管において冷却水配管と熱交換される。したがって、冷却効率をより向上させることができる。

（５）上記（４）の態様の回転電機の冷却構造において、前記第１流路（８３）には、前記ステータ（２０）および前記ロータ（３０）のうち少なくともいずれか一方に接触した前記冷却媒体（９）が導入され、前記第１流路（８３）は、前記ロータ（３０）の回転軸線（Ｏ）回りの周方向に一対設けられ、前記第２流路（８４）は、前記一対の第１流路（８３）の間に設けられていてもよい。

上記のように構成することで、ステータが回転軸線方向から見て円環状に形成されていることにより、ステータに隣接する冷却水配管、および冷却水配管に隣接する冷媒配管も、回転軸線方向から見てステータと同心の円弧状に延びている。このため、冷却水配管の下方に配置された冷媒配管において、一対の第１流路の間に設けられた第２流路は、第１流路よりも下方に位置する。これにより、第１流路から第２流路に向けて冷却媒体を重力により流動させることができる。したがって、冷媒流路内で冷却媒体をスムーズに流動させることができる。

（４）上記（３）の態様の回転電機の冷却構造において、前記冷却水配管（４１）よりも下方には、前記冷却媒体（９）を貯留する貯留空間（５５）が形成され、前記冷媒流路（８２）は、前記貯留空間（５５）に連通する第３流路（８５）を備え、前記冷媒配管（８１）は、前記回転軸線方向の前記第１側に向く第１側面（８１ａ）を備え、前記第１側面（８１ａ）には、前記冷却媒体（９）が導入される前記第１流路（８３）の導入口（８３ａ）と、前記第１流路（８３）から前記第２流路（８４）に流入した前記冷却媒体（９）が排出される前記第２流路（８４）の排出口（８４ａ）と、が設けられ、前記第３流路（８５）は、前記第１側面（８１ａ）に開口し、前記第２流路（８４）から排出された前記冷却媒体（９）が流入する第１端開口（８５ａ）と、前記貯留空間（５５）に臨み、流入した前記冷却媒体（９）が排出される第２端開口（８５ｂ）と、を備えていてもよい。

上記のように構成することで、冷媒配管の第１側面に開口した第２流路の排出口から排出された冷却媒体が、第１端開口を通じて第３流路に流入し、冷媒配管の第２側面に開口した第２端開口から排出される。これにより、冷却媒体を冷媒流路に沿って回転軸線方向に、少なくとも１．５往復するように蛇行させることができる。よって、冷媒配管において冷却媒体の熱交換面積が増加するので、冷却媒体と冷却水配管との間でより大量の熱量を熱交換させることができる。したがって、冷却効率をより向上させることができる。

（５）上記（１）から（４）いずれかの態様の回転電機の冷却構造において、前記冷却水流路（４５）は、前記ロータ（３０）の回転軸線（Ｏ）回りの周方向に沿って延び、前記冷媒流路（８２）の少なくとも一部は、前記ロータ（３０）の回転軸線方向に沿って延びていてもよい。

上記のように構成することで、冷却水の流通方向と冷却媒体の流通方向とが交差するので、冷却水流路および冷媒流路が互いに平行に延びる構成と比較して、冷却水流路および冷媒流路を容易に形成することができる。

上記の回転電機の冷却構造によれば、優れた冷却効率を有する回転電機の冷却構造を提供することができる。

実施形態のモータの断面図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線に相当する断面を示す斜視図である。 図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線に相当する部分の断面図である。 図３のＩＶ−ＩＶ線に相当する部分の断面図である。 図１のＶ−Ｖ線に相当する部分の断面図である。 冷媒配管の内部構造を第２ハウジング側から見た斜視図である。 図１のＶＩＩ−ＶＩＩ線に相当する部分の断面図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお以下の説明では、同一または類似の機能を有する構成に同一の符号を付す。そして、それら構成の重複する説明は省略する場合がある。

本実施形態では、回転電機の冷却構造として、車両駆動用のモータの冷却構造について説明する。車両駆動用のモータ（以下、「モータ」という。）は、鞍乗り型の電動二輪車のような車両に搭載される走行用モータである。但し、本発明の構成は、走行用モータに限らず、発電用モータや、車両用以外の回転電機（発電機を含む）にも適用可能である。以下の説明では、モータの概略構成について説明した後、モータの冷却構造について説明する。

（モータの概略構成）
最初に、実施形態のモータ１の概略構成について説明する。
図１は、実施形態のモータの断面図である。
図１に示すように、モータ１は、ステータ２０と、ロータ３０と、ステータ２０およびロータ３０を収容するハウジング３（筐体）と、を主に備える。なお、以下の説明では、ロータ３０の回転軸線Ｏに沿う方向を「軸方向」（回転軸線方向）といい、回転軸線Ｏ回りの周方向を「周方向」といい、ロータ３０の径方向を「径方向」という。すなわち、軸方向はロータ３０の回転軸線方向であり、径方向は軸方向に直交して回転軸線Ｏから放射状に延びる方向である。また、以下の説明で用いる上下方向は、モータ１を車両に搭載した状態における鉛直方向であって、軸方向に直交する一方向である。また、各図中において、矢印ＵＰは上方を示している。

ハウジング３は、軸方向の中央部に配置された第１ハウジング１１と、第１ハウジング１１の軸方向第１側に配置された第２ハウジング１２と、第１ハウジング１１を挟んで第２ハウジング１２とは反対側に配置された第３ハウジング１３と、第３ハウジング１３を挟んで第１ハウジング１１とは反対側に配置された第４ハウジング１４と、第２ハウジング１２を挟んで第１ハウジング１１とは反対側に配置された第５ハウジング１５と、を備える。

第１ハウジング１１は、回転軸線Ｏと同軸の円筒状に形成されている。第１ハウジング１１は、軸方向の両側に開口している。第１ハウジング１１は、ステータ２０およびロータ３０を径方向の外側から覆うように配置されている。

第２ハウジング１２は、回転軸線Ｏと同軸の円筒状に形成されている。第２ハウジング１２は、第１ハウジング１１側に開口した有底円筒状に形成されている。第２ハウジング１２は、一端部を閉塞するように径方向に直交する方向に延びる閉塞部１２ａを備える。閉塞部１２ａには、回転軸線Ｏと同軸の貫通孔１２ｂが形成されている。また、閉塞部１２ａの上部には、閉塞部１２ａを貫通するブリーザ孔１２ｃが形成されている（図２参照）。

第３ハウジング１３は、回転軸線Ｏと同軸の円筒状に形成されている。第３ハウジング１３は、軸方向の両側に開口している。

第４ハウジング１４は、回転軸線Ｏと同軸の円筒状に形成されている。第４ハウジング１４は、第３ハウジング１３側に開口した有底円筒状に形成されている。第４ハウジング１４は、一端部を閉塞するように径方向に直交する方向に延びる閉塞部１４ａを備える。閉塞部１４ａには、回転軸線Ｏと同軸の貫通孔１４ｂが形成されている。

第５ハウジング１５は、回転軸線Ｏと同軸の円筒状に形成されている。第５ハウジング１５は、第２ハウジング１２側に開口した有底円筒状に形成されている。第５ハウジング１５は、一端部を閉塞するように径方向に直交する方向に延びる閉塞部１５ａを備える。閉塞部１５ａには、回転軸線Ｏと同軸の貫通孔１５ｂが形成されている。

ハウジング３の内部には、第１ハウジング１１、第２ハウジング１２、第３ハウジング１３および第４ハウジング１４によって囲まれたモータ室５が形成されている。モータ室５には、ステータ２０およびロータ３０が収容される。また、ハウジング３の内部には、第２ハウジング１２および第５ハウジング１５によって囲まれたブリーザ室６が設けられている。モータ室５およびブリーザ室６は、第２ハウジング１２の閉塞部１２ａによって互いに区画されている。ブリーザ室６は、モータ室５の内部の空気をハウジング３の外部に逃すように構成されている。

図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線に相当する断面を示す斜視図である。
図２に示すように、ブリーザ室６は、第２ハウジング１２のブリーザ孔１２ｃを介してモータ室５に連通している。ブリーザ室６には、ブリーザ室６とハウジング３の外部とを連通する上部連通路６ａおよび下部連通路６ｂと、ブリーザ孔１２ｃから上部連通路６ａに至る空気の流路をラビリンス状とする複数（本実施形態では４個）のリブ７と、が設けられている。複数のリブ７は、上部連通路６ａの下方、かつ軸方向から見て上部連通路６ａとブリーザ孔１２ｃとの間に設けられている。複数のリブ７は、上下方向に並んで設けられている。複数のリブ７は、軸線方向から見て、第５ハウジング１５の周壁から交互に延びている。各リブ７は、水平方向で上部連通路６ａと同じ位置よりも先まで延びている。図１に示すように、各リブ７は、第５ハウジング１５の閉塞部１５ａから第２ハウジング１２に向けて軸方向に延びている。各リブ７の先端は、第２ハウジング１２の閉塞部１２ａに当接している。

このようなブリーザ室６によれば、ブリーザ孔１２ｃ（図２参照）を通じてブリーザ室６に進入した空気は、ラビリンス状のリブ７の間を通って、上部連通路６ａからハウジング３の外部に放出される。また、ブリーザ室６に進入した冷媒は、ラビリンス状のリブ７の間を通過できず、ブリーザ室６の下部に落下して、下部連通路６ｂからハウジング３の外部に放出される。

ステータ２０およびロータ３０は、インナーロータ型のＩＰＭモータ（埋込磁石同期モータ）を構成している。

図３は、図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線に相当する部分の断面図である。
図３に示すように、ステータ２０は、ステータコア２１と、ステータコア２１に装着されたコイル２２と、を備える。ステータコア２１は、円筒状に形成されている。ステータコア２１は、外周面を第１ハウジング１１の内周面に密着させた状態で、第１ハウジング１１に対して圧入等により固定されている。ステータコア２１の外周面は、軸方向の全体で第１ハウジング１１の内周面に接触している。

ステータコア２１は、複数の分割コア２３が周方向に配列されて構成されている。分割コア２３は、電磁鋼板からなる磁性板材が軸方向に積層されたものである。分割コア２３は、バックヨーク２４と、ティース２５と、を備えている。バックヨーク２４は、周方向に隣接する分割コア２３が互いに連結されることにより、ステータコア２１の径方向外側に円環状の部分を構成する。ティース２５は、バックヨーク２４から径方向内側に突設されている。隣接する分割コア２３のティース２５間には、溝状のコイルスロット２６が構成されている。すなわち、ステータコア２１には、ティース２５およびコイルスロット２６が周方向に交互に配置されている。コイルスロット２６は、軸方向両側に開口している。

コイル２２は、集中巻によって各ティース２５にインシュレータ２８を介して巻装されている。インシュレータ２８は、分割コア２３のティース２５を囲む。インシュレータ２８は、樹脂等の電気絶縁材料により形成されている。インシュレータ２８は、コイル２２とティース２５との間、および径方向の両側からコイル２２に対向するように配置されている。コイル２２は、ステータコア２１から突出したコイルエンド２２ａを軸方向両端部に備えている（図１参照）。

図１に示すように、ロータ３０は、ステータ２０の内側に所定間隔をあけて配置されている。ロータ３０は、ハウジング３に回転可能に支持されたシャフト３１と、シャフト３１に外挿されたロータコア３２と、ロータコア３２に装着された磁石３３と、ロータコア３２の端面に対向配置された第１端面板３４Ａおよび第２端面板３４Ｂと、を備えている。

シャフト３１は、回転軸線Ｏを中心軸線として軸方向に延びている。シャフト３１は、第２ハウジング１２の貫通孔１２ｂ、第４ハウジング１４の貫通孔１４ｂおよび第５ハウジング１５の貫通孔１５ｂに挿通されている。シャフト３１は、ハウジング３から軸方向両側に突出している。シャフト３１は、軸受１０１を介して第２ハウジング１２に回転可能に支持されている。シャフト３１は、軸受１０２を介して第４ハウジング１４に回転可能に支持されている。シャフト３１は、軸受１０３を介して第５ハウジング１５に回転可能に支持されている。

図３に示すように、ロータコア３２は、シャフト３１と同心の円筒状に形成されている、ロータコア３２は、ステータコア２１の内周面に所定間隔をあけて対向配置されている。ロータコア３２は、例えば電磁鋼板を軸方向に複数枚積層することにより形成されている。ロータコア３２は、シャフト３１に固定されている。これにより、ロータコア３２は、シャフト３１と一体となって、ハウジング３およびステータ２０に対して回転軸線Ｏ回りに回転可能になっている。

ロータコア３２には、所定の周角度領域のそれぞれに、磁石３３が装着されるスロット群３６と、肉抜き孔３７と、が形成されている。スロット群３６は、ロータコア３２の外周部に形成されている。スロット群３６は、一対の磁石スロット３８を備えている。磁石スロット３８には、それぞれ１つの磁石３３が配置されている。各スロット群３６において、一対の磁石スロット３８は、周方向に間隔をあけて形成されている。磁石スロット３８は、ロータコア３２を軸方向に貫通している。一対の磁石スロット３８は、軸方向から見て、回転軸線Ｏからスロット群３６における周方向の中央部に向かって延びる半直線について互いに線対称に形成されている。肉抜き孔３７は、ロータコア３２を軸方向に貫通している。肉抜き孔３７は、軸方向から見て三角形状に形成されている。肉抜き孔３７は、径方向内側から外側に向かうに従い、周方向の幅が漸次狭まるように形成されている。

磁石３３は、希土類磁石である。希土類磁石としては、例えばネオジム磁石やサマリウムコバルト磁石、プラセオジム磁石等が挙げられる。磁石３３は、軸方向から見て矩形状に形成され、軸方向に沿って一様に延在している。磁石３３の軸方向における寸法は、ロータコア３２の軸方向における寸法と略一致している。磁石３３は、径方向に磁化方向が配向されている。

図１に示すように、第１端面板３４Ａおよび第２端面板３４Ｂは、それぞれアルミニウム等の非磁性材料により、ロータコア３２の外径と略同径の円板状に形成されている。第１端面板３４Ａおよび第２端面板３４Ｂの中心には、それぞれ厚さ方向（軸方向）に貫通する圧入孔が形成されている。

第１端面板３４Ａは、ロータコア３２における第２ハウジング１２側を向く第１端面に対向配置されている。第１端面板３４Ａは、シャフト３１に外挿されて固定されている。第１端面板３４Ａは、ロータコア３２の第１端面に密接している。これにより、第１端面板３４Ａは、磁石スロット３８に配置された磁石３３が第２ハウジング１２側に脱落することを規制している。第１端面板３４Ａには、ロータコア３２の肉抜き孔３７の内部とモータ室５とを連通する貫通孔が形成されている。

第２端面板３４Ｂは、ロータコア３２における第３ハウジング１３側を向く第２端面に対向配置されている。第２端面板３４Ｂは、シャフト３１に外挿されて固定されている。第２端面板３４Ｂは、ロータコア３２の第２端面に密接している。これにより、第２端面板３４Ｂは、磁石スロット３８に配置された磁石３３が第３ハウジング１３側に脱落することを規制している。第２端面板３４Ｂには、ロータコア３２の肉抜き孔３７の内部とモータ室５とを連通する貫通孔が形成されている。

（モータの冷却構造）
続いて、実施形態のモータ１の冷却構造について説明する。本実施形態のモータ１の冷却構造は、水冷手段４０（冷却手段）と、油冷手段５０と、を備える。

（水冷手段）
水冷手段４０は、ステータ２０および後述する冷却油９（冷却媒体）を冷却水８によって冷却する。水冷手段４０は、ウォータジャケット４１（冷却水配管）と、図示しないウォータポンプおよびラジエータと、を備える。ラジエータは、モータ１の外部に設けられている。水冷手段４０は、ウォータジャケット４１とラジエータとの間に設けられたウォータポンプによって、冷却水８をウォータジャケット４１とラジエータとの間で循環させる。

ウォータジャケット４１は、第１ハウジング１１の内周部に形成されている。すなわち、ウォータジャケット４１は、ステータコア２１の外周面に密着している。ウォータジャケット４１には、ウォータポンプから圧送された冷却水８が流通する冷却水流路４５が設けられている。

図３に示すように、冷却水流路４５は、周方向に沿って円弧状に延びている。冷却水流路４５は、軸方向から見て回転軸線Ｏに直交して上下方向に延びる直線について線対称に設けられている。冷却水流路４５は、一対の冷却水流入口４６と、一対の冷却水流出口４７と、を備える。一対の冷却水流入口４６は、冷却水流路４５の両端部に設けられている。一対の冷却水流入口４６は、第１ハウジング１１の上部に設けられている。一対の冷却水流入口４６は、第１ハウジング１１の外面において、上方に向かって開口している。なお、以下の説明において、モータ１の特定箇所が軸方向から見て回転軸線Ｏに直交して上下方向に延びる直線について線対称に設けられている構成について、軸方向から見て左右対称であるという。

一対の冷却水流出口４７は、冷却水流路４５の中間部に設けられている。一対の冷却水流出口４７は、軸方向から見て回転軸線Ｏよりも下方であって、冷却水流路４５の最下部よりも上方に設けられている。一対の冷却水流出口４７は、第１ハウジング１１の外面において、斜め下方に向かって開口している。

図４は、図３のＩＶ−ＩＶ線に相当する部分の断面図である。
図４に示すように、冷却水流路４５は、軸方向を幅方向として、一定の幅で延びている。冷却水流路４５の内面には、局所的に流路断面積を狭くする複数の突出部４９が設けられている。突出部４９は、冷却水流路４５における軸方向両側の内面から交互に突出している。各突出部４９は、冷却水流路４５における径方向両側の内面に連なっている。各突出部４９は、先端が冷却水流路４５における幅方向の中心線Ｃ上に位置するように、または先端が中心線Ｃを跨ぐように延びている。本実施形態では、各突出部４９の先端は、中心線Ｃ上に位置している。

図３に示すように、複数の突出部４９のうち少なくとも一部の突出部４９は、周方向における分割コア２３のティース２５と同じ位置に設けられている。すなわち、冷却水流路４５の流路断面積は、周方向におけるティース２５と同じ位置において局所的に小さくなっている。

このような水冷手段４０によれば、ラジエータによって冷却された冷却水８が、ウォータポンプによって冷却水流路４５に圧送される。冷却水流路４５に流入した冷却水８は、冷却水流路４５を流通する過程で、ウォータジャケット４１に密着するステータコア２１を冷却する。冷却水流路４５を流通して温度が上昇した冷却水８は、再度ラジエータに輸送されて冷却される。

（油冷手段）
図１に示すように、油冷手段５０は、ステータ２０およびロータ３０を冷却油９によって冷却する。油冷手段５０は、冷媒導入部５１と、ロータ油冷部６０と、ステータ油冷部７０と、冷媒冷却部８０と、貯留部５４と、排出部５７と、冷媒案内部９０と、オイルポンプ５９（冷媒供給手段）と、を備える。

冷媒導入部５１は、オイルポンプ５９から圧送された冷却油９を受け取り、ハウジング３内に導入する。冷媒導入部５１は、第４ハウジング１４の閉塞部１４ａに設けられた導入流路５２を備える。導入流路５２は、上下方向に延在している。導入流路５２の下端部は、ハウジング３の外面に開口している。導入流路５２の上端部は、第４ハウジング１４の貫通孔１４ｂの内周面に開口している。

ロータ油冷部６０は、冷却油９によってロータ３０を冷却する。ロータ油冷部６０は、ロータ３０のシャフト３１に形成されたシャフト流路６１と、シャフト流路６１とロータコア３２の肉抜き孔３７とを連通する連通部６２と、ロータコア３２の肉抜き孔３７と、を備える。

シャフト流路６１は、シャフト３１の内部において軸方向に沿って延びている。シャフト流路６１は、流入口６３と、流出口６４と、を備える。流入口６３は、第４ハウジング１４の貫通孔１４ｂの内周面と径方向に対向する位置に設けられている。流入口６３は、軸方向における導入流路５２の上端部と同じ位置に形成されている。流入口６３は、シャフト３１の周壁を貫通するように形成されている。流出口６４は、ロータコア３２の内周面と径方向に対向する位置に設けられている。流出口６４は、軸方向におけるロータコア３２の中心と同じ位置に形成されている。流出口６４は、シャフト３１の周壁を貫通するように形成されている。

連通部６２は、ロータコア３２に形成されている。連通部６２は、周方向におけるロータコア３２の肉抜き孔３７と同じ位置に形成されている。連通部６２は、軸方向におけるロータコア３２の中心と同じ位置に形成されている。連通部６２は、ロータコア３２の内周面と肉抜き孔３７の内面との間を貫通している。連通部６２は、ロータコア３２の内周面において、シャフト流路６１の流出口６４を臨む位置に開口している。これにより、連通部６２は、シャフト流路６１と肉抜き孔３７とを連通している。

このようなロータ油冷部６０によれば、シャフト３１の回転に伴う遠心力によって、シャフト流路６１内の冷却油９をロータコア３２の肉抜き孔３７に流出させる。肉抜き孔３７に流入した冷媒は、軸方向両側に向かって分流し、第１端面板３４Ａおよび第２端面板３４Ｂの貫通孔を通じてモータ室５内に排出される。これにより、ロータコア３２が冷却油９と熱交換し、冷却される。

ステータ油冷部７０は、冷却油９によってステータ２０を冷却する。ステータ油冷部７０は、ノズル部材７１を備える。ノズル部材７１は、冷媒導入部５１から輸送された冷却油９をステータ２０に向けて吐出する。ノズル部材７１は、ステータ２０と第４ハウジング１４の閉塞部１４ａとの間に設けられている。ノズル部材７１は、第４ハウジング１４の閉塞部１４ａに対向して密接する基部７２と、基部７２からステータ２０に向かって延びるノズル７３と、を備える。基部７２には、第４ハウジング１４の閉塞部１４ａとの間に冷却油９の流路を形成する溝部７４が形成されている。溝部７４は、周方向に沿って環状に延びている。溝部７４内は、図示しない流路を通じて導入流路５２に連通している。ノズル７３は、ステータコア２１のコイルスロット２６（図３参照）と同数設けられている。ノズル７３は、軸方向に延びている。ノズル７３の基端部は、溝部７４の壁面に開口している。ノズル７３の先端部は、ステータコア２１のコイルスロット２６に対向する位置に配置されている（図７参照）。

このようなステータ油冷部７０によれば、導入流路５２を介してオイルポンプ５９から溝部７４内に圧送された冷却油９がノズル７３の先端部から吐出される。ノズル７３から吐出された冷却油９の一部は、ステータコア２１のコイルスロット２６を通り、軸方向に沿って流動する。具体的に、冷却油９は、隣り合う分割コア２３のティース２５に巻装された一対のコイル２２の間を通って軸方向に流通する。これにより、コイル２２が冷却油９と熱交換し、冷却される。一対のコイル２２の間を通った冷却油９は、モータ室５内のうちステータ２０と第２ハウジング１２との間の空間に流出する。ノズル７３から吐出された冷却油９の残りは、ステータコア２１のコイルスロット２６に流入せず、モータ室５内におけるステータ２０と第４ハウジング１４との間の空間に流出する。ステータ２０と第４ハウジング１４との間の空間に流出した冷却油９は、落下して後述する貯留空間５５に貯留される。

冷媒冷却部８０は、ロータ油冷部６０およびステータ油冷部７０によってステータ２０およびロータ３０と熱交換をして温度が上昇した冷却油９の一部を冷却する。冷媒冷却部８０は、冷媒配管８１を備える。

冷媒配管８１は、第１ハウジング１１に形成されている。冷媒配管８１には、冷却油９が流通する冷媒流路８２が設けられている。すなわち、冷媒配管８１は、第１ハウジング１１における冷媒流路８２が設けられた部分である。冷媒配管８１は、ウォータジャケット４１よりも径方向の外側かつ下方に設けられている。具体的に、冷媒配管８１は、ウォータジャケット４１の最下部の下方に設けられている。

図３に示すように、冷媒流路８２は、第１流路８３と、第２流路８４と、第３流路８５と、を備える、第１流路８３、第２流路８４および第３流路８５は、それぞれ第１ハウジング１１を軸方向に貫通している。

図５は、図１のＶ−Ｖ線に相当する部分の断面図である。
図５に示すように、第１流路８３は、周方向に一対設けられている。一対の第１流路８３は、周方向に間隔をあけて設けられている。一対の第１流路８３は、軸方向から見て左右対称に設けられている。第１流路８３の下面は、軸方向における第２ハウジング１２側から第３ハウジング１３側に向かうに従い下方に向かって傾斜して延びている。第１流路８３は、導入口８３ａを備える。導入口８３ａは、冷媒配管８１における軸方向の第２ハウジング１２側に向く第１側面８１ａに開口している。導入口８３ａは、長軸が周方向に沿う長円形状に形成されている。

第２流路８４は、周方向に一対設けられている。一対の第２流路８４は、一対の第１流路８３の間に設けられている。一対の第２流路８４は、周方向に間隔をあけて設けられている。一対の第２流路８４は、軸方向から見て左右対称に設けられている。第２流路８４の下面は、軸方向における第３ハウジング１３側から第２ハウジング１２側に向かうに従い下方に向かって傾斜して延びている。第２流路８４は、冷媒配管８１の第１側面８１ａに開口する排出口８４ａを備える。排出口８４ａは、長軸が周方向に沿う長円形状に形成されている。排出口８４ａの下縁は、第１流路８３の導入口８３ａの下縁よりも下方に設けられている。

図６は、冷媒配管の内部構造を第２ハウジング側から見た斜視図である。
図６に示すように、第２流路８４は、周方向で隣り合う第１流路８３の第３ハウジング１３側の端部に、周方向で連なっている。これにより、周方向で互いに隣り合う第１流路８３および第２流路８４の第３ハウジング１３側の開口は、互いに連なっている。第１流路８３および第２流路８４のそれぞれの下面は、第３ハウジング１３側の端部において互いに滑らかに連なっている。

図７は、図１のＶＩＩ−ＶＩＩ線に相当する部分の断面図である。
図７に示すように第１流路８３および第２流路８４の第３ハウジング１３側の開口は、上端部のみを僅かに開口させた状態で、第３ハウジング１３によって閉塞されている。これにより、第１流路８３および第２流路８４内で過多となった冷却油９を第３ハウジング１３側に流出させることができる。

図５に示すように、第３流路８５は、周方向に一対設けられている。一対の第３流路８５は、第１流路８３および第２流路８４の下方に設けられている。一対の第３流路８５は、周方向に間隔をあけて設けられている。一対の第３流路８５は、軸方向から見て左右対称に設けられている。第３流路８５の下面は、軸方向における第２ハウジング１２側から第３ハウジング１３側に向かうに従い下方に向かって傾斜して延びている。

図５および図７に示すように、第３流路８５は、冷媒配管８１の第１側面８１ａに開口した第１端開口８５ａと、冷媒配管８１の第２側面８１ｂに開口した第２端開口８５ｂと、を備える。第１端開口８５ａは、第２流路８４の排出口８４ａの下方に設けられている。第１端開口８５ａの下縁は、第２ハウジング１２の内面の最下部に連なっている。

図１に示すように、貯留部５４は、第３ハウジング１３および第４ハウジング１４に跨って形成されている。貯留部５４には、ハウジング３内に導入された冷却油９を最終的に貯留する貯留空間５５が形成されている。すなわち、貯留部５４は、第３ハウジング１３および第４ハウジング１４における貯留空間５５が設けられた部分である。貯留空間５５は、ウォータジャケット４１の最下部よりも下方に形成されている。貯留空間５５は、上方に開口してモータ室５内に連通している。また、貯留空間５５には、第３流路８５の第２端開口８５ｂが臨み、第３流路８５が連通している（図７参照）。

排出部５７は、貯留空間５５に貯留された冷却油９をハウジング３の外部に排出する。排出部５７は、貯留部５４の下部を上下方向に貫通している。本実施形態では、排出部５７は、第４ハウジング１４の下部を貫通している。排出部５７の上端部は、貯留空間５５の下面に開口している。排出部５７の下端部は、ハウジング３の外面に開口している。

冷媒案内部９０は、ステータ２０と第２ハウジング１２との間の空間に流出した冷却油９を所定位置に誘導する。冷媒案内部９０は、落下防止壁９１と、飛散防止壁９２と、導入壁９４と、を備える。

図１および図５に示すように、落下防止壁９１は、隣り合うコイル２２同士の間を通ってステータ２０と第２ハウジング１２との間の空間に流出した冷却油９がロータ３０に落下することを抑制する。落下防止壁９１は、第２ハウジング１２の閉塞部１２ａの内面からステータ２０に向かって軸方向に延びている。落下防止壁９１は、軸方向から見てロータ３０を上方から覆うように設けられている。落下防止壁９１は、軸方向から見て回転軸線Ｏを中心とする円弧状に延びている。落下防止壁９１の上面は、ステータコア２１のコイルスロット２６（図３参照）の径方向内側の端部と同じ位置において、周方向に延びている。落下防止壁９１の先端は、ステータ２０における軸方向の第２ハウジング１２側の端部（図示の例ではインシュレータ２８の端部）に近接して対向している。これにより、隣り合うコイル２２同士の間を通って流出した冷却油９は、落下防止壁９１の外周面を伝って、軸方向から見てロータ３０よりも水平方向の外側に案内される。

飛散防止壁９２は、隣り合うコイル２２同士の間を通ってステータ２０と第２ハウジング１２との間の空間に流出した冷却油９が径方向の外側に飛散することを抑制する。飛散防止壁９２は、第２ハウジング１２の閉塞部１２ａの内面から第１ハウジング１１に向かって軸方向に延びている。飛散防止壁９２は、軸方向から見てステータ２０を上方から覆うように設けられている。飛散防止壁９２は、軸方向から見て回転軸線Ｏを中心とする円弧状に延びている。飛散防止壁９２は、第２ハウジング１２のブリーザ孔１２ｃとステータ２０との間と同じ位置において、周方向に延びている。飛散防止壁９２の先端は、第１ハウジング１１に近接して対向している。これにより、ステータコア２１のコイルスロット２６を通って流出した冷却油９は、径方向外側かつ上方に飛散してブリーザ孔１２ｃに入り込むことを抑制される。

図１および図５に示すように、導入壁９４は、ステータ２０と第２ハウジング１２との間の空間に流出した冷却油９を、冷媒配管８１の第１流路８３の導入口８３ａに案内する。導入口８３ａは、第２ハウジング１２の閉塞部１２ａの内面から第１ハウジング１１に向かって軸方向に延びている。導入壁９４の先端縁は、冷媒配管８１の第１側面８１ａに当接している。導入壁９４は、第１ハウジング１１における一対の第３流路８５の第１端開口８５ａの間から延びる支持部材９５によって、下方から支持されている。

図５に示すように、導入壁９４は、ステータ２０の下方に設けられている。導入壁９４は、軸方向から見てステータ２０よりも水平方向に幅広に延びている。導入壁９４は、軸方向から見て一対の第２流路８４の排出口８４ａをまとめて上方および側方から覆う中間部９４ａと、軸方向から見て中間部９４ａの両端部から第１流路８３の導入口８３ａの下方を通って延びる一対の側部９４ｂと、を備える。中間部９４ａは、軸方向から見て回転軸線Ｏに直交する直線から水平方向に離れるに従って下方に向かって傾斜して延びている。側部９４ｂは、中間部９４ａの端部から水平方向に離れるに従って上方に向かって傾斜して延びている。側部９４ｂの上面は、中間部９４ａと側部９４ｂとの接続部近傍において、第１流路８３の導入口８３ａの下縁に沿って延びている。

このような導入壁９４によれば、落下防止壁９１の上面を伝った後に落下防止壁９１から落下した冷却油９を、一対の側部９４ｂにおいて受け止める。導入壁９４の側部９４ｂに落下した冷却油９は、側部９４ｂの傾斜に従って流動し、第１流路８３の導入口８３ａに案内される。また、導入壁９４は、ロータコア３２の肉抜き孔３７から第２ハウジング１２側へ落下した冷却油９を中間部９４ａにおいて受け止める。導入壁９４の中間部９４ａに落下した冷却油９は、中間部９４ａの傾斜に従って流動し、第１流路８３の導入口８３ａに案内される。

導入口８３ａから第１流路８３に導入された冷却油９は、第１流路８３および第２流路８４を経て第２流路８４の排出口８４ａから排出される。この際、冷却油９は、径方向から見てウォータジャケット４１と重なる領域で蛇行しながら流通する。第２流路８４の排出口８４ａから排出された冷却油９は、モータ室５の下部に落下して、第３流路８５の第１端開口８５ａから第３流路８５に流入する。第３流路８５に流入した冷却油９は、第３流路８５の下面の傾斜に従って流動し、第２端開口８５ｂから排出される。第３流路８５の第２端開口８５ｂから排出された冷却油９は、貯留部５４の貯留空間５５に貯留され、排出部５７から適宜排出される。

以上説明したように、本実施形態のモータ１の冷却構造は、ハウジング３と、ステータ２０およびロータ３０に接触して冷却する冷却油９と、冷却水８によって冷却油９を冷却する水冷手段４０であって、ハウジング３に形成され冷却水８が流通する冷却水流路４５が設けられたウォータジャケット４１を有し、ウォータジャケット４１がステータ２０に隣接する水冷手段４０と、冷却油９が流通する冷媒流路８２が設けられ、ウォータジャケット４１を挟んでステータ２０とは反対側でウォータジャケット４１に隣接する冷媒配管８１と、冷媒配管８１に冷却油９を供給するオイルポンプ５９と、を備える。

この構成によれば、ウォータジャケット４１によってステータ２０を冷却することに加え、ウォータジャケット４１に隣接する冷媒配管８１において、モータ１をハウジング３の内部で冷却する冷却油９もウォータジャケット４１によって同時に冷却することができる。これにより、モータ１をウォータジャケット４１および冷却油９の両方によって冷却でき、さらに冷却油９の冷却もモータ１の内部でウォータジャケット４１との熱交換によって行うことができる。したがって、優れた冷却効率を有するモータの冷却構造を提供できる。

さらに、従来技術にように、モータの外部に設置されたオイルクーラーを用いて冷却油を冷却する構成では、オイルクーラーにおける冷却効率の向上を図る場合に、熱交換面積を増加させるためにオイルクーラーの内部に流通する冷却油の量が増加する。すると、モータの内部と外部との間で循環させる冷却油の量が増加するので、冷却構造が複雑化するおそれがある。本実施形態によれば、冷却油９の冷却もモータ１の内部でウォータジャケット４１との熱交換によって行うことができるので、モータの冷却構造を簡素に構成できる。

また、ステータ２０はウォータジャケット４１の上方に隣接し、冷媒配管８１はウォータジャケット４１の下方に隣接している。
この構成によれば、ステータ２０に接触した冷却油９を重力によって落下させて冷媒配管８１の冷媒流路８２に導くことができる。これにより、冷却油９がステータ２０を冷却した後に冷媒配管８１に向かう流れを容易に形成することができる。
また、ステータ２０、ウォータジャケット４１および冷媒配管８１が上下方向に並ぶので、モータの冷却構造が軸方向に大型化することを抑制できる。

また、ウォータジャケット４１の下方には、冷却油９を貯留する貯留空間５５が形成されている。
この構成によれば、ステータ２０に接触して温度が上昇した冷却油９を、貯留空間５５に貯留される前に冷媒配管８１の冷媒流路８２に流通させることができる。これにより、ステータ２０に接触して温度が上昇した冷却油９は、貯留空間５５において残存する冷却油９に混ざって温度が低下する前に、冷媒配管８１においてウォータジャケット４１と熱交換される。したがって、冷却効率をより向上させることができる。

また、冷媒流路８２は、軸方向における冷媒配管８１とウォータジャケット４１とが重なる範囲において、軸方向の第２ハウジング１２側から第３ハウジング１３側に向かって延びる第１流路８３と、軸方向における冷媒配管８１とウォータジャケット４１とが重なる範囲において、軸方向の第３ハウジング１３側から第２ハウジング１２側に向かって延びる第２流路８４と、を備える。
この構成によれば、冷媒配管８１とウォータジャケット４１とが重なる範囲で冷却油９を冷媒流路８２に沿って軸方向に往復するように蛇行させることができる。これにより、冷媒配管８１において冷却油９の熱交換面積が増加するので、冷却油９とウォータジャケット４１との間でより大量の熱量を熱交換させることができる。したがって、冷却効率をより向上させることができる。

また、第１流路８３は周方向に一対設けられ、第２流路８４は一対の第１流路８３の間に設けられている。この構成によれば、ステータ２０が軸方向から見て円環状に形成されていることにより、ステータ２０に隣接するウォータジャケット４１、およびウォータジャケット４１に隣接する冷媒配管８１も、軸方向から見てステータ２０と同心の円弧状に延びている。このため、ウォータジャケット４１の下方に配置された冷媒配管８１において、一対の第１流路８３の間に設けられた第２流路８４は、第１流路８３よりも下方に位置する。これにより、第１流路８３から第２流路８４に向けて冷却油９を重力により流動させることができる。したがって、冷媒流路８２内で冷却油９をスムーズに流動させることができる。

また、冷媒配管８１の第１側面８１ａには、冷却油９が導入される第１流路８３の導入口８３ａと、第１流路８３から第２流路８４に流入した冷却油９が排出される第２流路８４の排出口８４ａと、が設けられている。冷媒流路８２は、貯留空間５５に連通する第３流路８５を備え、第３流路８５は、冷媒配管８１の第１側面８１ａに開口し第２流路８４から排出された冷却油９が流入する第１端開口８５ａと、貯留空間５５に臨み、流入した冷却油９が排出される第２端開口８５ｂと、を備える。
この構成によれば、冷媒配管８１の第１側面８１ａに開口した第２流路８４の排出口８４ａから排出された冷却油９が、第１端開口８５ａを通じて第３流路８５に流入し、冷媒配管８１の第２側面８１ｂに開口した第２端開口８５ｂから排出される。これにより、冷却油９を冷媒流路８２に沿って軸方向に少なくとも１．５往復するように蛇行させることができる。よって、冷媒配管８１において冷却油９の熱交換面積が増加するので、冷却油９とウォータジャケット４１との間でより大量の熱量を熱交換させることができる。したがって、冷却効率をより向上させることができる。

また、ウォータジャケット４１は周方向に沿って延び、冷媒流路８２の少なくとも一部は軸方向に沿って延びている。
この構成によれば、冷却水８の流通方向と冷却油９の流通方向とが交差するので、冷却水流路４５および冷媒流路８２が互いに平行に延びる構成と比較して、冷却水流路４５および冷媒流路８２を容易に形成することができる。

また、冷却水流路４５は、内面に設けられた突出部４９によって、周方向におけるティース２５と同じ位置において流路断面積が局所的に小さくなるように形成されている。
この構成によれば、周方向におけるティース２５と同じ位置において冷却水８の流速が速くなるので、ウォータジャケット４１の冷却効率を周方向におけるティース２５と同じ位置において向上させることができる。したがって、発熱部位であるコイル２２が巻装されたティース２５をウォータジャケット４１によって効率よく冷却できる。

なお、本発明は、図面を参照して説明した上述の実施形態に限定されるものではなく、その技術的範囲において様々な変形例が考えられる。
例えば、上記実施形態では、ロータコア３２の肉抜き孔３７が周方向における各スロット群３６と同じ位置に設けられているが、周方向におけるスロット群３６の間に設けられていてもよい。

その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上記した実施の形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能である。

１…モータ（回転電機）
３…ハウジング（筐体）
８…冷却水
９…冷却油（冷却媒体）
２０…ステータ
３０…ロータ
４０…水冷手段（冷却手段）
４１…ウォータジャケット（冷却水配管）
４５…冷却水流路
５５…貯留空間
５９…オイルポンプ（冷媒供給手段）
８１…冷媒配管
８１ａ…第１側面
８２…冷媒流路
８３…第１流路
８３ａ…導入口
８４…第２流路
８４ａ…排出口
８５…第３流路
８５ａ…第１端開口
８５ｂ…第２端開口
Ｏ…回転軸線

Claims (5)

1. ステータ（２０）およびロータ（３０）を備える回転電機（１）の冷却構造であって、
   前記ステータ（２０）および前記ロータ（３０）を収容する筐体（３）と、
   前記ステータ（２０）および前記ロータ（３０）のうち少なくともいずれか一方に接触して、前記一方を冷却する冷却媒体（９）と、
   冷却水（８）によって前記冷却媒体（９）を冷却する冷却手段（４０）であって、前記筐体（３）に形成され前記冷却水（８）が流通する冷却水流路（４５）が設けられた冷却水配管（４１）を有し、前記冷却水配管（４１）が前記ステータ（２０）に隣接する冷却手段（４０）と、
   前記冷却媒体（９）が流通する冷媒流路（８２）が設けられ、前記冷却水配管（４１）と同一部材に形成されるとともに前記冷却水配管（４１）を挟んで前記ステータ（２０）とは反対側で前記冷却水配管（４１）に隣接する冷媒配管（８１）と、
   前記冷媒配管（８１）に前記冷却媒体（９）を供給する冷媒供給手段（５９）と、
   を備え、
   前記ステータ（２０）は、前記冷却水配管（４１）の上方に隣接し、
   前記冷媒配管（８１）は、前記冷却水配管（４１）の下方に隣接し、
   前記冷媒流路（８２）は、
   前記ロータ（３０）の回転軸線方向における前記冷媒配管（８１）と前記冷却水配管（４１）とが重なる範囲において、前記回転軸線方向の第１側から第２側に向かって延びる第１流路（８３）と、
   前記第１流路（８３）に連通し、前記回転軸線方向における前記冷媒配管（８１）と前記冷却水配管（４１）とが重なる範囲において、前記回転軸線方向の前記第２側から前記第１側に向かって延びる第２流路（８４）と、
   を備える、
   回転電機の冷却構造。
2. 前記冷却水配管（４１）よりも下方には、前記冷却媒体（９）を貯留する貯留空間（５５）が形成されている、
   請求項１に記載の回転電機の冷却構造。
3. 前記第１流路（８３）には、前記ステータ（２０）および前記ロータ（３０）のうち少なくともいずれか一方に接触した前記冷却媒体（９）が導入され、
   前記第１流路（８３）は、前記ロータ（３０）の回転軸線（Ｏ）回りの周方向に一対設けられ、
   前記第２流路（８４）は、前記一対の第１流路（８３）の間に設けられている、
   請求項１または請求項３に記載の回転電機の冷却構造。
4. 前記冷却水配管（４１）よりも下方には、前記冷却媒体（９）を貯留する貯留空間（５５）が形成され、
   前記冷媒流路（８２）は、前記貯留空間（５５）に連通する第３流路（８５）を備え、
   前記冷媒配管（８１）は、前記回転軸線方向の前記第１側に向く第１側面（８１ａ）を備え、
   前記第１側面（８１ａ）には、
   前記冷却媒体（９）が導入される前記第１流路（８３）の導入口（８３ａ）と、
   前記第１流路（８３）から前記第２流路（８４）に流入した前記冷却媒体（９）が排出される前記第２流路（８４）の排出口（８４ａ）と、
   が設けられ、
   前記第３流路（８５）は、
   前記第１側面（８１ａ）に開口し、前記第２流路（８４）から排出された前記冷却媒体（９）が流入する第１端開口（８５ａ）と、
   前記貯留空間（５５）に臨み、流入した前記冷却媒体（９）が排出される第２端開口（８５ｂ）と、
   を備える、
   請求項５に記載の回転電機の冷却構造。
5. 前記冷却水流路（４５）は、前記ロータ（３０）の回転軸線（Ｏ）回りの周方向に沿って延び、
   前記冷媒流路（８２）の少なくとも一部は、前記ロータ（３０）の回転軸線方向に沿って延びている、
   請求項１、請求項３、請求項５および請求項６のいずれか１項に記載の回転電機の冷却構造。

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