(57)【要約】【課題】ステータのコイルエンドの先端側が樹脂部材で覆われたモータに対して、コイル等の冷却を簡易に行う冷却構造を実現する。【解決手段】モータの冷却構造１０は、回転軸を略水平にして配置されたロータと、ロータの外周に同軸で配置されたステータコア２２を備える。ステータコア２２には、コイル２４が取り付けられている。コイル２４のコイルエンド２４ｂの先端付近は絶縁樹脂２６で覆われている。絶縁樹脂２６の外周面の上部には冷却オイルを供給する供給口４４ａが設けられており、絶縁樹脂２６の外周面における供給口４４ａよりも下部には、上部から流れ来る冷却オイルをコイルエンド２４ｂに誘導する誘導路３０が設けられている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸を略水平にして配置されたロータと、
前記ロータの外周に同軸で配置されたステータコアと、
前記ステータコアに取り付けられたコイルと、
前記コイルの軸方向端部であるコイルエンドの先端付近を覆う絶縁樹脂と、
前記絶縁樹脂の外周面の上部に液体冷媒を供給する供給口と、
前記絶縁樹脂の前記外周面における前記供給口よりも下部に設けられ、上部から流れ来る前記液体冷媒を前記コイルエンドに誘導する誘導路と、
を備える、ことを特徴とするモータの冷却構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コイルエンドの先端付近が絶縁樹脂で覆われたステータを有するモータの冷却構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
モータにおけるステータ等をオイル等の液体冷媒を用いて冷却する場合がある。例えば、電流のジュール熱によって高温化するステータ中のコイルを冷却するため、コイルにおけるステータコアの軸方向端からの突出部（コイルエンドと呼ばれる）に液体冷媒を供給して冷却が行われる。
【０００３】
下記特許文献１には、ステータの外周、内周、コイルエンド軸方向端の各部に、閉断面形状をもつ冷媒流路を設ける構成が記載されている。
【０００４】
下記特許文献２には、コイルエンドの外周、内周、及び軸方向端を覆う３面からなる円環状の部材を用いてコイルエンドを蓋のように覆うことにより、その内側に形成された冷媒流路が記載されている。部材の内側には突起が設けられており、コイルエンドを周方向に流れる液体冷媒の流れを堰き止めて、コイルに沿って軸方向に向かう流れを作り出している。
【０００５】
下記特許文献３には、コイルエンドの軸方向端に、コイルエンドと当接する円環状のガイド板を設ける構成が記載されている。コイルエンドに供給される液体冷媒は、ガイド板に沿ってコイルエンド端を周方向に流される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１７−１３９８７２号公報
【特許文献２】国際公開第２０１５／１８１８８９号
【特許文献３】国際公開第２０１０／０４１６７３号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記特許文献１の構成では、コイルエンドを冷却する冷媒流路を設けることで、モータが大型化及び高重量化することになる。また、上記特許文献１〜３の技術は、コイルエンドの先端側が絶縁樹脂で覆われている場合には、絶縁樹脂が低熱伝導性であるために効率が悪いと考えられる。
【０００８】
本発明の目的は、ステータのコイルエンドの先端側が樹脂部材で覆われたモータに対して、コイル等の冷却を簡易に行う冷却構造を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明にかかるモータの冷却構造は、回転軸を略水平にして配置されたロータと、前記ロータの外周に同軸で配置されたステータコアと、前記ステータコアに取り付けられたコイルと、前記コイルの軸方向端部であるコイルエンドの先端付近を覆う絶縁樹脂と、前記絶縁樹脂の外周面の上部に液体冷媒を供給する供給口と、前記絶縁樹脂の前記外周面における前記供給口よりも下部に設けられ、上部から流れ来る前記液体冷媒を前記コイルエンドに誘導する誘導路と、を備える、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、簡易な構成によって液体冷媒の流れが制御され、コイルエンドを含むコイル、さらにはステータ及びモータの冷却効率を高めることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施形態にかかるモータの冷却構造の簡略的な正面図である。
【図２】実施形態にかかるモータの冷却構造の簡略的な側面図である。
【図３】突起の斜視図である。
【図４】冷却オイルの流れを説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に、図面を参照しながら、実施形態について説明する。説明においては、理解を容易にするため、具体的な態様について示すが、これらは実施形態を例示するものであり、他にも様々な実施形態をとることが可能である。
【００１３】
図１は、実施形態にかかるモータ（電動機）の冷却構造１０の概略的な正面図（回転軸方向から見た図）であり、図２は側面図である。モータには、回転軸を略水平（例えば、回転軸が水平線となす角度が±１０度以内）に設置されたロータが設けられるが、図ではロータの図示を省略している。そして、ロータの周囲に配置されるステータ２０と、液体冷媒の供給路４０のみを図示している。図中の座標系におけるｚ軸は回転軸方向、ｒ軸は回転軸に直交する径方向、θ軸は回転方向を示している。また、ｇ軸は鉛直下方向を示している（図３、図４でも同様）。
【００１４】
ステータ２０は、円筒形状に形成されたステータコア２２を骨格として形成されている。ステータコア２２は、例えば、所定の形状に打ち抜いた電磁鋼板を軸方向に多数枚積層することによって形成される。ステータコア２２の内周には、複数のスロット（溝）が設けられている。この溝に導線を巻回することでコイル２４が取り付けられている。実施形態では、Ｕ字型形状の導線であるＵ字型セグメントコイルを軸方向の一端側からスロットに多数本挿入し、他端側で溶接して連結することにより、コイルが形成されることを想定している。このため、コイルは、ステータコア２２の軸方向両端側において、ステータコア２２の軸方向端面よりも軸方向外側に突出したコイルエンドと呼ばれる部位を有することになる。図２では、Ｕ字型セグメントコイルを挿入する側に形成されたものをコイルエンド２４ａとし、溶接が行われたものをコイルエンド２４ｂとして符号を付している。
【００１５】
溶接を行ったコイルエンド２４ｂでは、セグメントコイル表面の絶縁皮膜が剥離処理されており、絶縁性が一時的に確保されていない状態となる。このため、溶接後にはコイルエンド２４ｂの先端側をワニスなどの絶縁性の性質を有する樹脂材料（絶縁樹脂という）に浸し、硬化させる絶縁処理が行われる。図１及び図２における絶縁樹脂２６は、このようして形成された略円筒形状の部材であり、コイルエンド２４ｂの先端側を蓋のように覆って外部との絶縁を確保するとともに、内側の各セグメントコイル間の絶縁性も確保している。
【００１６】
絶縁樹脂２６の外周面には、突起２８が設けられている。図１では、突起２８は、絶縁樹脂２６を時計に見立てた場合における１時半程度の位置（最頂部から周方向に約４５度右周りに回転した位置）に設けられている。
【００１７】
ここで、図３を参照して突起２８の形状について説明する。図３は、突起２８の斜視図である。突起２８は、回転軸に垂直な面（ｒ軸とθ軸とで張られる面）を三角形とする三角柱の一部を、傾斜面２８ａによって切り取られた形状に形成されている。傾斜面２８ａを設けたことで、突起２８と絶縁樹脂２６との間には、コイルエンド２４ｂの側ほど鉛直下方向に傾斜した誘導路３０が形成される。この誘導路３０は、後述するように、絶縁樹脂２６の上部から流れてくる冷却オイルをコイルエンド２４ｂの側に誘導することが可能となっている。なお、実施形態では、突起２８は、絶縁樹脂２６と同時に一体的に成形して形成することを想定しているが、後から取り付けるなどしても構わない。
【００１８】
再び図１及び図２を参照して説明を続ける。ステータ２０の上方には、冷却オイルの供給路４０が設置されている。冷却オイルは、液体冷媒の一例であり、例えばＡＴＦ（Automatic transmission fluid）が用いられる。実施形態にかかるモータは、図示を省略しているが、全体をハウジング（モータケース）で囲まれていることを想定している。冷却オイルは、ハウジングの底に溜まったものをポンプによってくみ上げるなどして供給路４０に流される。
【００１９】
供給路４０は、回転軸方向に沿った主供給路４２と、そこから絶縁樹脂２６の外周面の上部に供給する副供給路４４及びコイルエンド２４ｂの外周面の上部に供給する副供給路４６、４８を含んでいる。このうち、副供給路４４は、図１に示すように、絶縁樹脂２６の最頂部よりも図１の右側にのみ設けられており、図１の左側には設けられていない。これは、副供給路４４は、先端の供給口４４ａから供給する冷却オイルを、突起２８（誘導路３０）に向けて垂れ流すことを意図して設けられているためである。絶縁樹脂２６は、一般に熱伝導性が悪いため、絶縁樹脂２６の表面に冷却オイルを流すことによるコイルエンド２４ｂの冷却効果はほとんどない。他方、コイルエンド２４ｂに対しては、図１に示すように、最頂部よりも図１の右側に副供給路４６が設けられ、図１の左側に副供給路４８が設けられている。これらの先端の供給口４６ａ、４８ａからはコイルエンド２４ｂの外表面に冷却オイルが流される。コイルエンド２４ｂに冷却オイルが直接的に接した場合には、大きな冷却効果が期待できる。
【００２０】
続いて、図４を参照して、冷却オイルの流れについて説明する。図４は、図１と同様の方向からモータの冷却構造１０を示した図であるが、図１における絶縁樹脂２６の外郭を点線で示しており、さらに、コイルエンド２４ｂの断面を概略的に示している。コイルエンド２４ｂは、上述の通り、多数のＵ字型セグメントコイルを回路設計に従って順次溶接することで形成されている。回路設計及びコイルエンド２４ｂの形成は様々に行うことが可能であるが、本実施形態では、図４におけるコイルエンド２４ｂの領域に描かれた斜線に沿って、コイルエンド２４ｂの各導線が斜めに配置されていることを想定している。コイルエンド２４ｂにおける各導線の配置態様については様々なものが知られており、図４の態様の他にも、例えば導線が周方向に沿って配置される態様、周方向に適当な拡がりをもつブロック毎に方向が異なる配置態様など、様々なものを採用することが可能である。
【００２１】
冷却オイルは、重力によって鉛直下方向に向かうとともに、表面張力により導線の沿って流れる傾向にある。ここでは、まず、副供給路４８の供給口４８ａから吐出される冷却オイルの流跡線５０ａ、５０ｂ、５０ｃについて見る。流跡線５０ａは、コイルエンド２４ｂの外周面を導線に沿って長く流れている。流跡線５０ｂは、早い段階でコイルエンド２４ｂの内側に入り込むが、その後、導線に沿って移動する流れを示している。流跡線５０ｃは、供給口４８ａから吐出された直後に、コイルエンド２４ｂの内部に入った後、導線に沿う流れを示している。
【００２２】
このように、流跡線５０ａ、５０ｂ、５０ｃは、重力によって鉛直下方向に落下している過程で、導線に沿ってコイルエンド２４ｂの外周側に向かっている。この結果、副供給路４８の供給口４８ａから吐出された冷却オイルは、コイルエンド２４ｂの図４の左側の上部（時計に見立てた場合の９時から１２時程度の範囲）に流れて冷却を行っている。
【００２３】
次に、副供給路４６の供給口４６ａから吐出される冷却オイルの流跡線５２ａ、５２ｂ、５２ｃについて見る。流跡線５２ａでは、冷却オイルは、当初、コイルエンド２４ｂの外周面を流れるが、一旦、コイルエンド２４ｂの内部に入り込んだ後は、導線に沿って、コイルエンド２４ｂの内周側に向かっている。流跡線５２ｂも同様である。流跡線５２ｃは、供給口４６ａから吐出された直後にコイルエンド２４ｂの内部に入り込み、その後、導線に沿ってコイルエンド２４ｂの内周側に向かっている。
【００２４】
このように、流跡線５２ａ、５２ｂ、５２ｃは、重力によって鉛直下方向に落下している過程で、導線に沿ってコイルエンド２４ｂの内周側に向かっている。この結果、副供給路４６の供給口４６ａから吐出された冷却オイルは、コイルエンド２４ｂの上部とその若干右のあたり（時計に見立てた場合の１２時から１時程度の範囲）に流れて冷却を行っているにすぎない。つまり、コイルエンド２４ｂの上部の右側付近（時計に見立てた場合の２時から３時あたり）にはあまり冷却オイルが流れず、冷却が進まないことがわかる。
【００２５】
そこで、実施形態では、副供給路４４の供給口４４ａから供給される冷却オイルを用いて、コイルエンド２４ｂの上部右側付近の冷却を行っている。流跡線５４ａ、５４ｂは、供給口４４ａからの冷却オイルの流れを示している。冷却オイルは、まず絶縁樹脂２６の外表面を流れ落ちて突起２８に至る。突起２８の傾斜面２８ａと絶縁樹脂２６とで形成された誘導路３０（の最下部）は、図２に示すように、コイルエンド２４ｂの側ほど鉛直下方向に下がっている。このため、冷却オイルの大部分は、誘導路３０をコイルエンド２４ｂの側に向かって流れ、さらに絶縁樹脂２６のコイルエンド２４ｂ側の壁面に沿って垂れ流れる。そして、コイルエンド２４ｂの外周面に達した後、一部は流跡線５４ａのようにしばらく外周面に沿って下方に流れた後、コイルエンド２４ｂの内部に流れ込み、コイルエンド２４ｂの内周側に向かう。また、一部は流跡線５４ｂのように速やかにコイルエンド２４ｂの内部に入り込んで、コイルエンド２４ｂの内周側に向かう。
【００２６】
このようにして、副供給路４４の供給口４４ａから吐出された冷却オイルは、コイルエンド２４ｂの上部の右側（時計に見立てた場合の２時から３時程度の範囲）に流れて冷却を行う。この結果、３つの副供給路４４、４６、４８が供給した冷却オイルは、コイルエンド２４ｂの上部全体（時計に見立てた場合の９時から３時程度の範囲）に流れ、この範囲を冷却することになる。また、コイルエンド２４ｂの下部は、上部から広く分散して流れ落ちる冷却オイルによって冷却される。
【００２７】
以上の説明においては、絶縁樹脂２６の外表面における１時半付近に突起２８を設けて、誘導路３０を形成するものとした。しかし、突起２８を設ける位置は、コイルエンド２４ｂにおける導線の方向によって適宜調節されるべきものである。例えば、突起２８は絶縁樹脂２６の最頂部よりも左側に設けられてもよいし、左右に設けられてもよい。また、突起２８に至った冷却オイルの一部が突起２８を乗り越えて（あるいは突起２８に隙間を作って）下部に向かうように流れを制御するようにすれば、片側に２以上の突起２８を設けた態様も実施することができる。
【００２８】
また以上の説明においては、誘導路３０は絶縁樹脂２６と、傾斜面２８ａを備えた突起２８とで形成されるものとした。しかし、例えば、絶縁樹脂２６に凹みを形成することで、誘導路３０を形成するようにしてもよい。なお、絶縁樹脂２６は、一方のコイルエンド２４ｂにのみ設けられるものとしたが、両方のコイルエンド２４ａ、２４ｂに設けられる場合にも、同様にして上述の実施形態を適用することが可能である。
【符号の説明】
【００２９】
１０  モータの冷却構造、２０  ステータ、２２  ステータコア、２４  コイル、２４ａ、２４ｂ  コイルエンド、２６  絶縁樹脂、２８  突起、２８ａ  傾斜面、３０  誘導路、４０  供給路、４２  主供給路、４４、４６、４８  副供給路、４４ａ、４６ａ、４８ａ  供給口、５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、５２ａ、５２ｂ、５２ｃ、５４ａ、５４ｂ  流跡線。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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