(57)【要約】【課題】上下方向に延びるシャフトを有する回転電機のステータの巻線が部分的に覆われている場合であっても、その巻線部分に冷却液を供給することができ、それにより、ステータの巻線を適切に冷却することができる回転電機の冷却装置を提供する。【解決手段】上下方向に延びる駆動シャフト１１、ロータ１２及びステータ１３を備えた回転電機３において、ステータ１３を冷却する回転電機３の冷却装置であって、回転電機３の側方において上下方向に延びる軸線２１を中心として回転自在に設けられ、巻線１３ｂを部分的に覆うように配置された従動ギヤ２２と、その上方から、冷却液を下方に供給するための冷却液供給手段５及び６と、を備え、従動ギヤ２２には、上下方向に貫通し、上方から供給された冷却液を、従動ギヤ２２の上面側から下面側に通過可能な開口部２４ａが形成されている。【選択図】図２
2020120456.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上下方向に延びる駆動シャフトと、この駆動シャフトと一体に回転可能なロータと、このロータの外周側に設けられた円筒状のステータとを備えた回転電機において、前記ステータに設けられ、平面形状が環状の巻線に冷却液を供給することによって、前記ステータを冷却する回転電機の冷却装置であって、
前記回転電機の側方において上下方向に延びる軸線を中心として回転自在に設けられ、前記巻線を部分的に覆うように配置された円板状の回転円板体と、
前記巻線を覆う前記回転円板体の上方から、冷却液を下方に供給するための冷却液供給手段と、
を備え、
前記回転円板体には、上下方向に貫通し、上方から供給された冷却液を、当該回転円板体の上面側から下面側に通過可能な開口部が形成されていることを特徴とする回転電機の冷却装置。
【請求項２】
前記駆動シャフトの上部には、前記ロータの直径よりも短い直径を有しかつ当該駆動シャフトと一体に回転可能な駆動ギヤが設けられており、
前記回転円板体は、前記軸線に対して同心状に延びる従動シャフトの上部に設けられ、前記駆動ギヤに噛み合いかつ前記従動シャフトと一体に回転可能な従動ギヤで構成されていることを特徴とする請求項１に記載の回転電機の冷却装置。
【請求項３】
前記従動ギヤは、所定の直径を有する円板部と、この円板部の外周に設けられた複数のギヤ歯とを有しており、
前記円板部には、周方向に複数の前記開口部が形成されていることを特徴とする請求項２に記載の回転電機の冷却装置。
【請求項４】
前記冷却液供給手段は、
冷却液を送り出すためのポンプと、
前記巻線に対し上下方向に部分的に重なった状態の前記従動ギヤの直ぐ上側に設けられ、前記ポンプによって送り出された冷却液を、下方に開口する吐出口を介して吐出するノズルと、
を有していることを特徴とする請求項３に記載の回転電機の冷却装置。
【請求項５】
前記ノズルは、冷却液を鉛直下方に吐出するための第１吐出口と、冷却液を鉛直線に対し傾斜して吐出するための第２吐出口とを有していることを特徴とする請求項４に記載の回転電機の冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動車両に搭載される駆動用のモータや発電機などの回転電機を備えた駆動ユニットに適用され、その回転電機を冷却するための回転電機の冷却装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の冷却装置として、例えば特許文献１に記載されたものが知られている。この冷却装置は、モータとしての回転電機を冷却するものであり、回転電機は、水平に延びるシャフトと、そのシャフトと一体に回転可能なロータと、ロータの外周側に設けられた円筒状のステータと、その外側に設けられ、ステータを保持するハウジングとを備えている。また、この回転電機は、エンジンや変速機のケース内に配置されており、そのケース内には、冷媒が流れる冷媒通路が設けられるとともに、底部に冷媒が貯留されるようになっている。上記の回転電機を収容するケース内では、ポンプにより、ケース内底部の冷媒が吸引され、冷媒通路を介して、回転電機の上方に送り出される。そして、ステータの両端部の直ぐ上側に設けられた出口から冷媒が吐出され、ステータの両端部、すなわち巻線の端部（コイルエンド部）に吹き付けられる。これにより、ステータのコイルエンド部が冷却されるようになっている。
【０００３】
また、回転電機の配置姿勢が上記と異なり、シャフトが上下方向に延びるように配置された回転電機を備えた駆動ユニットにおいて、その回転電機のステータを冷却する冷却装置を、本出願人がすでに出願している（特願２０１７−１５０１１９）。この冷却装置では、回転電機を収容するケース内に、冷却油を吐出する吐出口が設けられている。具体的には、ケース内において、ステータの外周上端付近又はステータの上方に、環状に形成されかつ冷却油が供給される環状油路が設けられており、その環状油路に連通しかつステータの周方向の全体にわたって連続するように形成され、ステータの巻線に向かって開口する吐出口が設けられている。回転電機の冷却時には、ポンプによって環状油路に送り出された冷却油が、上記の吐出口から吐出されてステータの巻線上にかかり、それにより、ステータの巻線全体が均一に冷却されるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−２５９２０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記のように、回転電機のシャフトが上下方向に延びるように配置された駆動ユニットでは、次のような問題がある。図５は、上記の駆動ユニットにおいて、回転電機のシャフトの上端部に駆動ギヤが固定され、その駆動ギヤに従動ギヤが噛み合っている状態を示しており、（ａ）は平面図、（ｂ）は縦断面図である。なお、同図（ａ）では、駆動ユニットのケース上面を省略して示している。図５（ａ）及び（ｂ）に示すように、この駆動ユニット３１では、回転電機３２の駆動シャフト３３に固定された駆動ギヤ３４は、その直径がロータ３５のそれよりも小さく構成される一方、従動ギヤ３６は、回転電機３２の右方に上下方向に延びるように設けられた従動シャフト３７の上端部に固定されている。
【０００６】
上記のように構成された駆動ユニット３１では、回転電機３２のステータ３２ａを冷却するために、その巻線３２ｂに上方から冷却油を供給する場合、上方に臨んでいる巻線部分に冷却油を供給することは比較的容易であるものの、従動ギヤ３６によって上方が覆われている巻線部分Ａには、冷却油を供給することが困難である。そのため、その部分が発熱し、所定の基準温度を超えると、駆動ユニット３１を搭載した車両のフェールセーフにより、駆動ユニット３１の出力が抑制されるいわゆるパワーセーブ機能が作動してしまい、駆動ユニット３１の機能を十分に発揮させることができなくなるおそれがある。
【０００７】
本発明は、以上のような課題を解決するためになされたものであり、上下方向に延びるシャフトを有する回転電機のステータの巻線が部分的に覆われている場合であっても、その巻線部分に冷却液を供給することができ、それにより、ステータの巻線を適切に冷却することができる回転電機の冷却装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するために、請求項１に係る発明は、上下方向に延びる駆動シャフト１１と、この駆動シャフトと一体に回転可能なロータ１２と、このロータの外周側に設けられた円筒状のステータ１３とを備えた回転電機（実施形態における（以下、本項において同じ）モータ３）において、ステータに設けられ、平面形状が環状の巻線１３ｂに冷却液を供給することによって、ステータを冷却する回転電機の冷却装置であって、回転電機の側方において上下方向に延びる軸線（従動シャフト２１）を中心として回転自在に設けられ、巻線を部分的に覆うように配置された円板状の回転円板体（従動ギヤ２２）と、巻線を覆う回転円板体の上方から、冷却液を下方に供給するための冷却液供給手段（オイルポンプ５、ノズル６）と、を備え、回転円板体には、上下方向に貫通し、上方から供給された冷却液を、回転円板体の上面側から下面側に通過可能な開口部２４ａが形成されていることを特徴とする。
【０００９】
この構成によれば、駆動シャフト、ロータ及びステータを備えた回転電機は、その駆動シャフトが上下方向に延びた状態に配置されており、回転電機の側方において上下方向に延びる軸線を中心として回転自在の円板状の回転円板体が、ステータの巻線を部分的に覆うように配置されている。また、冷却液供給手段が、巻線を覆う回転円板体の上方から、冷却液を下方に供給するように構成されており、上記の回転円板体には、上下方向に貫通する開口部が形成されている。これにより、回転円板体が回転している場合でも、冷却液供給手段によって、回転円板体の上方から供給された冷却液は、開口部を介して、回転円板体の上面側から下面側に通過し、巻線に供給される。したがって、回転電機のステータの巻線が回転円板体によって部分的に覆われている場合であっても、その巻線部分に冷却液を供給することができ、それにより、ステータの巻線を適切に冷却することができる。
【００１０】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の回転電機の冷却装置において、駆動シャフトの上部には、ロータの直径よりも短い直径を有しかつ駆動シャフトと一体に回転可能な駆動ギヤ１５が設けられており、回転円板体は、軸線に対して同心状に延びる従動シャフト２１の上部に設けられ、駆動ギヤに噛み合いかつ従動シャフトと一体に回転可能な従動ギヤ２２で構成されていることを特徴とする。
【００１１】
この構成によれば、駆動シャフトの上部には、ロータの直径よりも短い直径を有しかつ駆動シャフトと一体に回転可能な駆動ギヤが設けられる一方、前記軸線に対して同心状に延びる従動シャフトの上部には、前記回転円板体として、上記駆動ギヤに噛み合いかつ従動シャフトと一体に回転可能な従動ギヤが設けられている。したがって、回転電機における回転動力を、駆動シャフト、駆動ギヤ及び従動ギヤを介して、上下方向に延びる従動シャフトに円滑に伝達しながら、従動ギヤで部分的に覆われている巻線への冷却液の供給を確保することができる。
【００１２】
請求項３に係る発明は、請求項２に記載の回転電機の冷却装置において、従動ギヤは、所定の直径を有する円板部２４と、この円板部の外周に設けられた複数のギヤ歯２５とを有しており、円板部には、周方向に複数の開口部２４ａが形成されていることを特徴とする。
【００１３】
この構成によれば、従動ギヤの円板部には、その周方向に複数の開口部が形成されているので、上方から供給された冷却液を、回転する従動ギヤのいずれかの開口部を介して、巻線へ安定して供給することができる。
【００１４】
請求項４に係る発明は、請求項３に記載の回転電機の冷却装置において、冷却液供給手段は、冷却液を送り出すためのポンプ（オイルポンプ５）と、巻線に対し上下方向に部分的に重なった状態の従動ギヤの直ぐ上側に設けられ、ポンプによって送り出された冷却液を、下方に開口する吐出口（中央吐出部７ａ、左吐出部７ｂ及び右吐出部７ｃ）を介して吐出するノズル６と、を有していることを特徴とする。
【００１５】
この構成によれば、冷却液供給手段が、ポンプ及びノズルを有していて、そのノズルが、巻線に対し上下方向に部分的に重なった状態の従動ギヤの直ぐ上側に設けられている。冷却液の供給時に、ポンプによってノズル側に冷却液が送り出されることにより、下方に開口するノズルの吐出口を介して、冷却液が下方に吐出される。このように、上記のようなポンプ及びノズルにより、巻線に冷却液を供給する冷却液供給手段を比較的容易に実現することができる。
【００１６】
請求項５に係る発明は、請求項４に記載の回転電機の冷却装置において、ノズルは、冷却液を鉛直下方に吐出するための第１吐出口（中央吐出部７ａ）と、冷却液を鉛直線に対し傾斜して吐出するための第２吐出口（左吐出部７ｂ及び右吐出部７ｃ）とを有していることを特徴とする。
【００１７】
この構成によれば、冷却液は、ノズルの第１吐出口を介して、鉛直下方に吐出されるとともに、第２吐出口を介して、鉛直線に対し傾斜して吐出される。これにより、従動ギヤが回転している場合、開口部がノズルの第１吐出口の真下に位置するときには、第１吐出口から吐出された冷却液が、開口部を通過し、ステータの巻線に供給される。また、開口部がノズルの第１吐出口の真下からずれているときには、第２吐出口から吐出された冷却液が、開口部を通過し、ステータの巻線に供給される。したがって、従動ギヤが回転している場合でも、冷却液を巻線に安定して供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態による冷却装置を適用した車両用の駆動ユニットを部分的に示す斜視図である。
【図２】（ａ）は、図１の駆動ユニットの平面図、（ｂ）は、縦断面図である。
【図３】モータとノズルとの位置関係を示す斜視図である。
【図４】ノズルからステータの巻線へのオイルの供給を説明するための説明図である。
【図５】従来の駆動ユニットにおいて、回転電機のステータの巻線への冷却油の供給を説明するための図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態による回転電機の冷却装置が適用された駆動ユニットを部分的に示しており、後述するケース２の上ケース部２ｂを省略している。この駆動ユニット１は、ハイブリッド車両などの電動車両において、エンジン（図示せず）とともに駆動源として搭載されるものである。
【００２０】
図１及び図２に示すように、駆動ユニット１は、その外殻を構成するケース２と、このケース２に収容されたモータ３（回転電機）と、ケース２に収容され、モータ３によって駆動される従動機構４と、冷却液としてのオイル（例えばＡＴＦ(Automatic Transmission fluid)）を送り出すためのオイルポンプ５などを備えている。ケース２は、モータ３及び従動機構４の大部分を収容し、上方に開口する下ケース部２ａと、この下ケース部２ａの上部に、上方から覆った状態に取り付けられる上ケース部２ｂ（図２（ｂ）参照）とを有している。
【００２１】
モータ３は、上下方向に延びる駆動シャフト１１と、この駆動シャフト１１と一体に回転可能なロータ１２と、ロータ１２の外周側に設けられた円筒状のステータ１３とを備えている。駆動シャフト１１は、所定の外径及び長さを有する中空の丸棒から成り、その下端部及び上端部が、下ケース部２ａ及び上ケース部２ｂにそれぞれ固定された下ベアリング１４ａ及び上ベアリング１４ｂにそれぞれ回転自在に支持されている。
【００２２】
ロータ１２は、所定の外径及び高さを有する円柱状に形成され、駆動シャフト１１が中心部を貫通した状態で、これに固定されている。また、ステータ１３は、円筒状に形成されたステータコア１３ａと、このステータコア１３ａに設けられた巻線１３ｂとを有している。図２（ａ）に示すように、ステータ１３の巻線１３ｂは、平面形状が環状に形成されている。
【００２３】
また、上記のモータ３には、駆動シャフト１１の上部に駆動ギヤ１５が設けられている。この駆動ギヤ１５は、ロータ１２の直径よりも短い直径を有するはすば歯車から成り、駆動シャフト１１と一体に回転するように構成されている。
【００２４】
従動機構４は、モータ３の側方において上下方向に延びる従動シャフト２１（軸線）と、この従動シャフト２１の上端部に設けられ、前記駆動ギヤ１５に噛み合う従動ギヤ２２（回転円板体）とを備えている。従動シャフト２１は、所定の外径及び長さを有する中空の丸棒から成り、その下端部及び上端部が、下ケース部２ａ及び上ケース部２ｂにそれぞれ固定された下ベアリング２３ａ及び上ベアリング２３ｂにそれぞれ回転自在に支持されている。なお、従動シャフト２１の長さ方向の中央付近には、図示しない出力シャフトに固定されたウォームギヤのウォームホイール２０に噛み合い、モータ３の回転力を外部に伝達するためウォーム２１ａが設けられている。
【００２５】
従動ギヤ２２は、駆動ギヤ１５の直径よりも長い直径を有するはすば歯車から成り、従動シャフト２１と一体に回転するように構成されている。また、従動ギヤ２２は、平面形状が円形に形成された円板部２４と、その外周面に設けられた多数のギヤ歯２５とを有している。図１及び図２に示すように、モータ３の駆動ギヤ１５に従動機構４の従動ギヤ２２が噛み合った状態では、モータ３におけるステータ１３の巻線１３ｂが、従動ギヤ２２によって部分的に覆われている。さらに、従動ギヤ２２の円板部２４には、上下方向に貫通し、冷却用のオイルを、従動ギヤ２２で覆われた巻線１３ｂに上方から供給するための複数（本実施形態では５つ）の開口部２４ａが設けられている。各開口部２４ａは、平面形状がほぼ台形状に形成され、円板部２４の周方向に等角度で配置されている。
【００２６】
オイルポンプ５は、ケース２の側面に設けられており、ケース２内において従動機構４の下部に貯留されているオイルを、ケース２に形成されたオイル通路２６（図３参照）を介して吸引しながら、後述するノズル６側に送り出すように構成されている。そして、送り出されたオイルは、ノズル６から下方に吐出されるようになっている。なお、詳細な説明は省略するが、ケース２内から吸引されたオイルは、オイルクーラを通過することなどによって冷却され、ノズル６側に送り出されるようになっている。
【００２７】
図１及び図２（ａ）に示すように、ノズル６は、ステータ１３の巻線１３ｂに対し部分的に重なった状態の従動ギヤ２２の直ぐ上側に配置されており、ケース２の上ケース部２ｂに固定されている。また、図３に示すように、ノズル６は、水平に所定長さ延び、先端部が閉鎖された円筒状の本体部６ａと、この本体部６ａから下方に突出する３つの吐出部（以下適宜、「中央吐出部７ａ」、「左吐出部７ｂ」及び「右吐出部７ｃ」という）とを有している。より具体的には、中央吐出部７ａは、ノズル６の水平な本体部６ａに対し、鉛直下方に突出するように構成され、下方に開口している。また、左吐出部７ｂは、本体部６ａの先端寄りに設けられる一方、右吐出部７ｃは、中央吐出部７ａを間にして、左吐出部７ｂの反対側に設けられている。そして、これらの左右吐出部７ｂ及び７ｃは、鉛直線に対して傾斜し、互いに中央吐出部７ａから離れる方向に突出するように構成され、下方に開口している。
【００２８】
以上のように構成された駆動ユニット１では、次のようにして、ステータ１３の巻線１３ｂが冷却される。すなわち、オイルポンプ５によってノズル６側に送り出されたオイルは、ノズル６の中央吐出部７ａ、左吐出部７ｂ及び右吐出部７ｃから下方に吐出される。
【００２９】
図４は、ノズル６から吐出されたオイルがステータ１３の巻線１３ｂに供給される状態を模式的に示している。図４（ａ）に示すように、従動ギヤ２２のいずれかの開口部２４ａが、ノズル６の真下に位置した状態では、ノズル６の中央吐出部７ａから吐出されたオイルは、白抜き矢印で示すように、真下の開口部２４ａを通過し、ステータ１３の巻線１３ｂに供給される。
【００３０】
一方、図４（ｂ）に示すように、従動ギヤ２２の開口部２４ａが、ノズル６の真下からずれた状態では、ノズル６の左吐出部７ｂ及び右吐出部７ｃから吐出されたオイルは、白抜き矢印で示すように、対応するそれぞれの開口部２４ａ、２４ａを通過し、ステータ１３の巻線１３ｂに供給される。
【００３１】
なお、詳細な説明は省略するが、巻線１３ｂの従動ギヤ２２で覆われていない部分については、上ケース部２ｂに形成された流路を介して、上方からオイルが供給されるようになっている。
【００３２】
以上詳述したように、本実施形態によれば、モータ３の巻線１３ｂが従動ギヤ２２によって部分的に覆われた状態の駆動ユニット１において、オイルポンプによってノズル６側に送り出され、３つの吐出部７ａ、７ｂ及び７ｃから吐出されたオイルが、従動ギヤ２２の開口部２４ａを通過して、巻線１３ｂに供給される。したがって、モータ３のステータ１３の巻線１３ｂが従動ギヤ２２によって部分的に覆われている場合であっても、その巻線部分に冷却液としてのオイルを供給することができ、それにより、ステータ１３の巻線１３ｂを適切に冷却することができる。
【００３３】
また、上記のように、従動ギヤ２２で部分的に覆われている巻線１３ｂへのオイルの供給を確保しながら、モータ３における回転動力を、駆動シャフト１１、駆動ギヤ１５及び従動ギヤ２２を介して、従動シャフト２１に円滑に伝達することができる。また、従動ギヤ２２の円板部２４には、その周方向に複数の開口部２４ａが形成されているので、上方から供給されたオイルを、回転する従動ギヤ２２のいずれかの開口部２４ａを介して、巻線１３ｂへ安定して供給することができる。
【００３４】
さらに、中央吐出部７ａ、左吐出部７ｂ及び右吐出部７ｃを有するノズル６から、下方にオイルを吐出するので、従動ギヤ２２が回転している場合でも、オイルを巻線１３ｂに安定して供給することができる。
【００３５】
なお、本発明は、説明した上記実施形態に限定されることなく、種々の態様で実施することができる。例えば、実施形態では、本発明の冷却装置を、モータ３の巻線１３ｂが従動ギヤ２２によって部分的に覆われた駆動ユニット１に適用した場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、モータ３に代えて、ジェネレータの冷却装置に適用することも、もちろん可能である。また、実施形態では、４つの開口部２４ａを有する従動ギヤ２２及び、３つの吐出部７ａ〜７ｃを有するノズル６を例示したが、これらの開口部２４ａ及び吐出部７ａ〜７ｃの数や形状は、限定されるものではなく、ノズル６から吐出されたオイルが、開口部２４ａを通過し、巻線１３ｂに供給可能であれば、種々の構成を採用することが可能である。
【００３６】
また、実施形態で示したモータ３、駆動ギヤ１５、従動シャフト２１、従動ギヤ２２及びノズル６の細部の構成などは、あくまで例示であり、本発明の趣旨の範囲内で適宜、変更することができる。
【符号の説明】
【００３７】
１    駆動ユニット
３    モータ（回転電機）
４    従動機構
５    オイルポンプ（冷却液供給手段）
６    ノズル
６ａ  本体部
７ａ  中央吐出部（第１吐出口）
７ｂ  左吐出部（第２吐出口）
７ｃ  右吐出部（第２吐出口）
１１    駆動シャフト
１２    ロータ
１３    ステータ
１３ａ  ステータコア
１３ｂ  巻線
１５    駆動ギヤ
２１    従動シャフト（軸線）
２２    従動ギヤ（回転円板体）
２４    円板部
２４ａ  開口部
２５    ギヤ歯
２６    オイル通路
【図１】
2020120456.tif 000003
【図２】
2020120456.tif 000004
【図３】
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【図４】
2020120456.tif 000006
【図５】
2020120456.tif 000007