WO2004019468A1 - 車両用モータ - Google Patents

Abstract

回転軸が水平であって、ステータ部を効率よく冷却するモータ（１００）は、オイルポンプ（１６０）から供給管路（１６２）を介して供給された冷却オイルを投入するために、モータ（１００）の下方に設けられた冷却オイル投入口（１３０）と、ステータのコイル（１０４）を冷却オイルで充填するためのコイルエンドカバー（１０２）と、冷却オイルをモータ（１００）から排出するために、モータ（１００）の上方に設けられた冷却オイル排出口（１４０）と、冷却オイル排出口（１４０）に接続され、オイルパン（１７０）に冷却オイルを排出するための排出管路（１６４）とを含む。

Description

" 車両用モータ 技術分野

この発明は、 モータの構造に関し、 特に、 自動車等の車両に搭載される液冷の モータの構造に関する。 背景技術

自動車等の車両に搭載されるモータや発電機は、 回転子 （ロータ） と、 その周 囲に配設されステータ卷線が巻き付けられたステータコアとを有する。 モータは ステータ卷線に通電して回転力を得て、 発電機はロータの回転によりステータ卷 線に流れる電流を取り出す。 そして、 ロータ回転時にステータ卷線に電流が流れ ると、 ステータコアゃステータ巻線が発熱する。 この発熱を抑えるための冷却装 置が、 例えば特開 2 0 0 1— 1 4 5 3 0 2公報に開示されている。

この冷却装置は、 回転軸を水平方向にして車両に搭載されるモータの冷却装置 である。 モータは、 回転軸を中心に回転自在な回転子と、 回転子の周面に対向し た複数のスロットを有するステータコアと、 スロットの内側に卷装されたステー タ卷線とを備える。 このモータの冷却装置は、 回転子と対向して回転軸に平行な スロットの開放部が密封部材で覆われた冷却通路と、 ステータコァの一端部であ つて上方の冷却通路に連通する入口部と、 ステータコアの他端部で下方の冷却通 路に連通する出口部と、 入口室から出口室に向かい冷却通路内にモータの上方か ら下方への方向に冷却液を流すポンプとを含む。

この冷却装置によると、 回転子と対向して回転軸に平行なステータコアのスロ ットの開放部を密封部材で覆うことにより冷却通路が形成される。 冷却通路内に 冷却液を流して、 スロットの内側に巻装されたステータ巻線が冷却液によって直 接冷却される。 そのため、 冷却効果を高めることができるとともに、 ステータ卷 線に沿って冷却液が流され、 ステータ巻線を均一に冷却することができる。 この とき、 ステータ卷線を卷装するためのスロットを冷却通路として用いるので、 ス テータコアの内部に別途冷却通路を加工する必要がなく、 コストも抑制すること ができる。

し力 ^しながら、 上述した公報に開示された冷却装置によると、 回転軸を水平に したモータの上方から下方へ冷却液を流通させる。 この場合、 冷却通路内に空気 の部分が残る。 また、 ステータ卷線の全ての部位に冷却液を行き渡らせるために は、 冷却通路内に整流板を設ける必要があり構造が複雑になる。 このような冷却 通路内には気泡が混入する。 この気泡により、 モータのステータ巻線にさびが発 生して劣化することがある。 また、 この気泡により冷却液とステータ卷線とが直 接接触しなくなる部分が出てくるため、 冷却性能が低下することがある。

そこで、 この発明の目的は、 コイルから発熱するステータ部を効率よく冷却す ることができる車両用モータを提供することである。

この発明の他の目的は、 コイルから発熱するステータ部を均一に冷却すること ができる車両用モータを提供することである。

この発明のさらに他の目的は、 モータのステータ卷線に冷却液中の気泡を与え ない車両用モータを提供することである。

この発明のさらに他の目的は、 モータのステータ卷線にさびが発生して劣化す ることがない車両用モータを提供することである。 発明の開示

この発明に係る車両用モータは、 水平な回転軸を中心に回転する回転子と、 回 転子の周面に対向して回転軸方向に複数のスロットを有するステータコアと、 ス ロットの内側に卷装されたステータ巻線と、 ステータ巻線と冷却液とが接触する ように形成された冷却通路と、 冷却通路に冷却液を流すための流通手段と、 冷却 通路の最上部に設けられた冷却液の排出部とを含む。

このようにすると、 回転子と対向したステータコアのスロットに巻装されたス テータ卷線を冷却液が接触するように、 たとえば、 ステータコアのスロットの解 放部を密閉部材により覆った冷却通路が形成される。 その冷却通路内に冷却液を 流すようにしたので、 スロットの内側に卷装されたステータ卷線が冷却液によつ て直接冷却され、 冷却効果を高めることができる。 さらに、 ステータ卷線に沿つ て冷却液が流され、 ステータ卷線を均一に冷却することができる。 このとき、 冷 却通路の最上部に冷却液の排出部を設け、 たとえば冷却液の供給部を別途最下部 に設け、 その供給部からその排出部へ、 下方から上方へ冷却液が充填されていく。 このため、 気泡が混入することがない。 したがって、 モータのステータ巻線にさ びが発生して劣化することがなく、 この気泡により冷却液とステータ巻線とが直 ■接接触しなくなり、 冷却性能が低下することがない、 車両用モータを提供するこ とができる。

さらに好ましくは、 車両用モータは、 冷却通路は、 スロットの開放部を密封部 材により覆われた通路を含むようにしてもよい。

このようにすると、 さらに、 ステータ巻線を巻装するためのスロットを冷却通 路どして用いるので、 ステータコアの内部に別途冷却通路を加工する必要がなく、 コストを抑えられる。

さらに好ましくは、 冷却通路の最下部に設けられた冷却液の供給部をさらに含 むようにしてもよレ、。

このようにすると、 最下部に設けられた冷却液の供給部には、 たとえば圧送ポ ンプにより冷却液が供給され、 冷却液がステータ卷線と接触するように形成され た冷却通路を通って、 最上部に設けられた冷却液の排出部から排出される。 この ようにすると、 下方から上方へ冷却液が充填されていく。 このため、 気泡が混入 することがない。

さらに好ましくは、 流通手段は、 排出部と供給部とにそれぞれ接続された管路 と、 排出部から排出された冷却液を供給部に供給するための供給手段とを含むよ うにしてもよい。 車両用モータは、 管路に設けられ、 冷却液の抜けを防止するた めの防止手段をさらに含むようにしてもよい。

このようにすると、 たとえば、 供給手段が冷却液圧送ポンプであって、 車両の エンジンにより駆動されている場合に、 車両が停止してエンジンが停止してポン プが停止した場合を考える。 この場合であっても、 防止手段により、 排出部から 冷却液が抜けないのて、 車両が再び発進したときに、 冷却通路が冷却液で満たさ れたままであるので、 所望の冷却性能を実現できる。 冷却通路が冷却液で満たさ れた状態を維持するので、 冷却液に気泡が発生することがない。 さらに好ましくは、 供給手段は、 冷却液を循環させるポンプである。 管路には、 冷却液が空気に接触された状態で貯蔵するための貯蔵手段を設けるようにしても よい。 防止手段は、 ポンプの突出口から貯蔵手段の入口までの管路のいずれかに 設けるようにしてもよい。

このようにすると、 冷却液は、 ポンプにより循環させられる。 オイルパンなど の貯蔵手段は、 冷却液を空気に接触された状態で一時的に貯蔵される。 このとき に、 防止手段を、 ポンプの突出口から貯蔵手段の入口までの管路のいずれかに設 けたので、 排出部から冷却液が抜けることがない。

さらに好ましくは、 防止手段を、 排出部に設けるようにしてもよい。

このようにすると、 排出部に設けられた逆止弁などにより、 冷却液の漏れを防 止することができる。

さらに好ましくは、 防止手段を、 供給部に設けるようにしてもよい。

このようにすると、 供給部に設けられた逆止弁などにより、 冷却液の漏れを防 止することができる。

さらに好ましくは、 車両用モータは、 分布卷きモータとしてもよい。

このようにすると、 集中巻きしたモータよりもモータ端部の厚みが大きく、 コ ィルと冷却液とが接触する面積が大きい。 この端部を冷却することにより、 優れ た冷却性能を実現できる。 図面の簡単な説明

図 1は、 本発明の第 1の実施例に係るモータの構造図である。

図 2 A〜図 2 Cは、 ステータのスロット部を示す図である。

図 3は、 本発明の第 1の実施例に係るモータの冷却システムの構成図である。 図 4は、 本発明の第 1の実施例の変形例に係るモータの冷却システムの構成図 である。

図 5は、 本発明の第 2の実施例に係るモータの冷却システムの構成図である。 図 6は、 本発明の第 2の実施例の第 1の変形例に係るモータの冷却システムの 構成図である。

図 7は、 本発明の第 2の実施例の第 2の変形例に係るモータの冷却システムの 構成図である。 発明を実施するための最良の形態

以下、 図面を参照しつつ、 本発明の実施例について説明する。 以下の説明では、 同一の部品には同一の符号を付してある。 それらの名称および機能も同じである。 したがってそれらについての詳細な説明の繰り返しは適宜省略する。

第 1の実施例

図 1を参照して、 本実施例に係るモータの構造について説明する。 図 1に示す ように、 このモータ 1 0 0は、 車両に搭載され、 その回転軸を水平として使用さ れる。 図 1に、 モータ 1 0 0の断面図および側面図を示す。 モータ 1 0 0は、 大 きくステータ部とロータ部とから構成される。 ステータ部には、 スロットにコィ ル 1 0 4が巻かれたステータコア 1 0 6を含む。 ステータ部は、 コイル 1 0 4お よびステータコア 1 0 6の両端面を、 コの字型形状に取囲むコイルエンドカバー 1 0 2·により覆われている。

コィノレエンドカバー 1 0 2には、 その下方に冷却オイノレ投入口 1 3 0が設けら れ、 その上方に冷却オイノレ排出口 1 4 0が設けられる。 コィノレエンドカバー 1 0 2は、 Oリング 1 0 8を介してステータコア 1 0 6と接している。 コイルエンド カバー 1 0 2は、 所定の数のポルト 1 1 0でステータコア 1 0 6に連結され、 ス テータ部を構成する。

後述するように、 ステータ部のコイル 1 0 4は、 冷却オイルに浸される。 その 冷却オイルとコイル 1 0 4との間で、 冷却オイルを媒介として熱交換が実行され、 コイル 1 0 4にて発生した熱量が冷却オイルに奪われて、 コイル 1 0 4およびス テータコア 1 0 6が冷却される。

ロータ部は、 ロータコア 1 1 2と、 ロータコアに内包された磁石 1 1 4とを含 む。 ロータ部は、 ロータコア 1 1 2がロータシャフト 1 1 6に接続される。

本実施例に係るモータ 1 0 0は、 そのステータ部におけるコイル 1 0 4に電流 が流れることにより温度上昇したコイル 1 0 4およびコイル 1 0 4にて発生した 熱量が伝わる分とステータコア自身が発熱する分とにより温度上昇したステータ コア.1 0 6と、 冷却オイルとの間で熱交換を実行し、 ステータ部の温度を低下さ せる。

図 1に示すように、 このモータ 1 0 0は、 ロータシャフト 1 1 6を水平方向に して使用され、 ステータ部の最下部に冷却オイル投入口 1 3 0を、 ステータ部の 最上部に冷却オイル排出口 1 4 0が設けられる。 後述するオイルポンプにより、 冷却オイル投入口 1 3 0から投入されたオイルは、 ステータ部の下方から上方に ステータ部のコイル 1 0 4を含浸するように充填されていき、 ステータ部のコィ ル 1 0 4のすベてを充填するほどオイルポンプから冷却オイルが供給されると、 冷却オイル排出口 1 4 0からオイルが排出される。 冷却オイルは、 ステータ部の コイル 1 0 4と接触することにより熱交換を実行する。

図 2 A〜図 2 Cを参照して、 モータ 1 0 0のスロットについて説明する。 ステ ータ部には多数のスロット 1 1 8が設けられている。 図 2 A〜図 2 Cに示すよう に、 スロット 1 1 8には、 ステータ部のコイル 1 0 4が内包されている。 ステー タ部とコイル 1 0 4とを絶縁するために絶縁紙 1 2 2が設けられるとともに、 ス ロット 1 1 8のコイル 1 0 4を固定し、 かつ冷却オイルがロータ側に漏れないよ うにスロットシール部材 1 2 0が各スロットごとに設けられる。

図 2 Aに示すように、 このスロットシ一ノレ部材 1 2 0とコィノレ 1 0 4との間の 空隙が油路 1 5 0として用いられる。 また、 油路 1 5 0として用いる空隙は、 ス ロット内のいずれの場所に設けてもよく、 たとえば、 図 2 Bに示すように外径側 でもよい。 また、 図 2 Cに示すように、 絶縁紙 1 2 2とステータコア 1 0 6との 間に油路 1 5 0を設けてもよい。

なお、 スロットシール部材 1 2 0は、 棒状の部材にリップシールを一体成型し たものを一例として挙げている。 この結果、 図 1に示すように、 冷却オイノレ投入 口 1 3 0から投入されたオイルは、 ロータシャフト 1 1 6に平行な他端にある冷 却オイル排出口 1 4 0から排出することができる。

図 3を参照して、 本実施例に係るモータ 1 0 0の冷却システムについて説明す る。 図 3に示すように、 このモータ 1 0 0の冷却システムは、 オイルポンプ 1 6 0と、 オイルポンプ 1 6 0と冷却オイル投入口 1 3 0とを接続する供給管路 1 6 2と、 オイルパン 1 7 0と、 オイルパン 1 7 0と冷却オイル排出口 1 4 0とを接 続する排出管路 1 6 4とを含む。 オイルポンプ 1 6 0は、 たとえば、 エンジンの 回転軸に接続され、 エンジンが回転しているとオイルポンプが駆動する。 このォ ィルポンプ 1 6 0から供給されたオイルは、 供給管路 1 6 2を介して冷却オイル 投入口 1 3 0に到達する。 冷却オイル投入口 1 3 0に到達した冷却オイルは、 ス テータのスロット 1 1 8の油路 1 5 0を通ってロータシャフト 1 1 6に平行な方 向に拡散するとともに、 オイルポンプ 1 6 0からの供給オイル量が増えるに従つ て、 モータ 1 0 0の下方から上方にオイルを充填する。

オイルポンプ 1 6 0が油路 1 5 0の容量に匹敵するオイルを供給すると、 油路 1 5 0がすべて冷却オイルで満たされる。 さらにオイルポンプ 1 6 0が冷却オイ ルを供給すると冷却オイル排出口 1 4 0から冷却オイルが排出管路 1 6 4に排出 される。 排出管路 1 6 4に排出された冷却オイルは、 オイルパン 1 7 0に供給さ れる。 このとき、 オイルパン 1 7 0においては、 冷却オイルと空気とが接した状 態で一旦貯留される。 オイルパン 1 7 0に一旦貯留された冷却オイルは、 オイル ポンプ 1 6 0の作動により再度モータ 1 0 0に供給される。

以上のような構造を有するモータ 1 0 0の冷却動作について説明する。

エンジンが回転するとオイルポンプ 1 6 0が作動を開始し、 オイルポンプ 1 6

0はオイルパン 1 7 0に一旦貯留された冷却オイルを供給管路 1 6 2を介して冷 却オイル投入口 1 3 0からモータ 1 0 0の内部 （ステータ部分） に供給する。 ォ ィルポンプ 1 6 0から供給された冷却オイルは、 モータ 1 0 0のステータのス口 ット 1 1 8に設けられた油路 1 5 0を介して、 ロータシャフト 1 1 6に平行な方 向に拡散する。 また、 コイルエンドカバー 1 0 2内をオイルポンプ 1 6 0により 供給された冷却オイルで充填される。 コイルエンドカバー 1 0 2および油路 1 5 0の内部が冷却オイルで充填され、 さらにオイルポンプ 1 6 0が作動を続けると、 モータ 1 0 0の最上部に設けられた冷却オイル排出口 1 4 0から冷却オイルが排 出される。 排出された冷却オイルは排出管路 1 6 4を通ってオイルパン 1 7 0に 戻される。

以上のようにして、 本実施例に係るモータによると、 オイルポンプにより冷却 オイルが供給され、 その冷却オイルはモ一タの最下部にある冷却オイル投入口か らコイルエンドカバー内および油路に供給される。 冷却オイルの排出口はモータ の最上部に設けられているため、 オイルポンプにより供給された冷却オイルは、 気泡が混じることなく、 徐々にステータ内部に供給され、 その油面が上昇する。 やがて冷却オイノレ 出口まで油面が到達すると、 出管路 1 6 4を介してお出さ れた冷却オイルがオイルパン 1 7 0に戻される。 その結果、 冷却オイルには気泡 が混じることがなく、 冷却オイルとステータのコイルとが直接接触するので、 鲭 などが発生せずに、 モータの劣化を防止することができる。

第 1の実施例 変形例

図 4を参照して、 本変形例に係るモータについて説明する。 この変形例は、 第 1の実施例に係るモータとは異なり、 スロット 1 1 8に油路 1 5 0を有しない。 たとえば、 ワニス、 モールド処理などにより、 スロット 1 1 8が埋まっていて、 油路として使えない場合である。

図 4を参照して、 本変形例に係るモータ 1 0 1の冷却システムについて説明す る。 図 4に示すように、 本変形例に係るモータ 1 0 1の冷却システムは、 前述の 第 1の実施例に係るモータ 1 0 0の冷却システムとは異なり、 モータ 1 0 1の下 方に冷却オイノレ投入口 1 3 0、 1 3 1を、 モータ 1 0 1の上方に、 冷却オイノレ 出口 1 4 0、 1 4 1を設けた。 それ以外の冷却システムの構造については、 前述 の第 1の実施例に係るモータ 1 0 0の冷却システムと同じである。 したがって、 それらについての詳細な説明はここでは繰返さなレ、。

本変形例に係るモータ 1 0 1は、 ロータシャフト 1 1 6に平行な方向に油路 1 5 0を有しないため、 ロータシャフト 1 1 6の平行な方向に 2ケ所ずつ冷却オイ ル投入口と冷却オイル排出口とを設けた。

これにより、 ワニス、 モールド処理などにより、 スロット部に油路が設けられ なレ、場合であっても、 良好な冷却性能を実現することができる。

第 2の実施例

以下、 本発明の第 2の実施例に係るモータおよびモータの冷却システムについ て説明する。

図 5に示すように、 本実施例に係るモータの冷却システムは、 前述の第 1の実 施例に係るモータの冷却システムの冷却オイル排出口 1 4 0に逆止弁 3 0 0を設 けた。 それ以外の構造については、 前述の第 1の実施例に係るモータの冷却シス テムと同じである。 したがって、 それらについての詳細な説明はここでは繰返さ ない。

逆止弁 3 0 0は、 排出管路 1 6 4と、 冷却オイル排出口 1 4 0との間に設けら れ、 モータから排出管路 1 6 4への方向のみのオイルの流れを許可する。 その逆 方向に冷却オイ が流れることができない。

本実施例に係るモータの冷却システムの動作について説明する。 オイルポンプ

1 6 0が動作を開始し、 モータに冷却オイルが供給されると、 モータの下方から 上方にオイルが充填されていく。 このオイルは、 コイルエンドカバー 1 0 2内お よび油路 1 5 0内を冷却オイルで満たす。 さらにオイルポンプ 1 6 0が冷却オイ ルを供給すると、 その冷却オイルの油面が冷却オイル排出口 1 4 0まで上昇し、 逆止弁 3 0 0を介して排出管路 1 6 4にオイルを排出する。

この状態で、 オイルポンプ 1 6 0の運転が停止されると、 供給管路 1 6 2から 冷却オイル供給口 1 3 0へのオイルの供給が停止する。 この停止により、 供給さ れる冷却オイルの圧力が減少するため、 排出管路 1 6 4内にあるオイルおょぴ空 気がモータ内部に戻ろうとする。 し力 し、 逆止弁 3 0 0が冷却オイノレ排出口と排 出管路 1 6 4との間に設けられているため、 冷却オイルおょぴ空気がモータ内部 に逆流することができない。 これにより、 オイルポンプ 1 6 0が停止した場合で あっても、 モータのステータ内部 （コイルエンドカバー 1 0 2内およぴ油路 1 5 0内） を冷却オイルで充填させておくことができる。

なお、 図 5に示したように、 逆止弁 3 0 0の位置は、 冷却オイル排出口 1 4 0 の位置に限定されない。 図 6に示すように、 冷却オイル投入口 1 3 0に逆止弁 3 1 0を設けてもよい。 図 5および図 6に示すように、 逆止弁 3 0 0の位置は、 モ ータの冷却オイル排出口 1 4 0および冷却オイル投入口 1 3 0に限定されない。 . 排出管路 1 6 4の途中であってもよいし、 供給管路 1 6 2の途中であってもよい。 なお、 これらの位置は、 冷却オイル排出口 1 4 0の高さ方向の位置と逆止弁 4 0 0の高さ方向の位置により定められる。

第 2の実施例 変形例

図 7を参照して、 本変形例に係るモータの冷却システムについて説明する。 図 7に示すように、 この冷却システムは、 第 1の実施例の変形例に係るモータの冷 却システムの冷却オイル排出口 1 4 0に逆止弁 3 0 0を、 冷却オイル排出口 1 4 1に逆止弁 3 0 1を設けたものである。 それ以外の構造は、 前述の第 1の実施例 の変形例と同じであるためここでの詳細な説明は繰返さない。

図 7に示すような構造にした本変形例に係るモータの冷却システムにおいては、 ステータ部のスロット 1 1 8に油路 1 5 0を有しない。 そのため、 ロータシャフ ト 1 1 6の左右方向にそれぞれ冷却オイルの排出口を設けるとともに、 その排出 口にそれぞれ逆止弁 3 0 0、 3 0 1を設けたものである。 したがって、 オイルポ ンプが停止しても、 モータ内部にオイルが逆流したりオイルに含まれる気泡が逆 流したりして、 コイル 1 0 4と空気とが触れることがなくなる。

今回開示された実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考 えられるべきである。 本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲に よって示され、 特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含 まれることが意図される。 産業上の利用可能性

以上のように、 この車両用モータによれば、 ステータ部のコイルを均一にかつ 効率良く冷却することができる。 また、 冷却液に気泡が混じらないので、 ステー タ部が空気に触れることなくステータの卷線が鲭びて劣化することを防止できる。 そのため、 本発明の車両用モータは、 ハイブリッド自動車、 電気自動車および燃 料電池自動車に搭載するのに適している。

Claims

請求の範囲

1. 水平な回転軸 （116) を中心に回転する回転子 （1 12) と、 前記回転子 （1 12) の周面に対向して前記回転軸 （1 16) 方向に複数のス ロット （1 18) を有するステータコア （106) と、

前記スロット （1 18) の内側に巻装されたステータ卷線 （104) と、 前記ステータ巻線 (104) と冷却液とが接触するように形成された冷却通路 (150) と、

前記冷却通路 （150) に冷却液を流すための流通手段と、

前記冷却通路 （150) の最上部に設けられた前記冷却液の排出部 （140) とを含む、 車両用モータ。

2. 前記冷却通路 （150) は、 前記スロット （1 18) の開放部を密封部 材 （120) により覆われた通路を含む、 請求項 1に記載の車両用モータ。

3. 前記モータは、 前記冷却通路 （150) の最下部に設けられた前記冷却 液の供給部 （130) をさらに含む、 請求項 1に記載の車両用モータ。

4. 前記流通手段は、

前記排出部 （140) と前記供給部 （130) とにそれぞれ接続された管路と、 前記排出部 （140) から排出された前記冷却液を前記供給部 （130) に供 給するための供給手段 （160) とを含み、

前記モータは、 前記管路に設けられ、 前記冷却液の抜けを防止するための防止 手段 （300， 301, 310) をさらに含む、 請求項 3に記載の車両用モータ。

5. 前記供給手段 （160) は、 前記冷却液を循環させるポンプであって、 前記管路には、 前記冷却液が空気に接触された状態で貯蔵するための貯蔵手段

(170) が設けられ、

前記防止手段 （300， 301， 310) は、 前記ポンプの突出口から前記貯 蔵手段の入口までの管路のいずれかに設けられた、 請求項 4に記載の車両用モー タ。

6. 前記防止手段 （300， 301， 310) は、 前記排出部 （140) に 設けられた、 請求項 5に記載の車両用モータ。

7. 前記防止手段 （300, 301， 310) は、 前記供給部 （130) に 設けられた、 請求項 5に記載の車両用モータ。

8. 前記車両用モータは、 分布卷きモータである、 請求項 1〜7のいずれか に記載の車両用モータ。