(57)【要約】【課題】本発明は、上記のような課題に鑑み、モータの回転力を利用した冷却構造により自動車に搭載されるようなモータの冷却効率を高める。【解決手段】  モータは、モータシャフトを囲むように前記モータシャフトの径方向の周囲に配置された被冷却部と、前記被冷却部に向けて流体を供給する流体供給機構とを備え、前記流体供給機構は、前記モータシャフトに連結し、前記モータシャフトの回転を受けて回転する回転部と、前記回転部に設けられ、前記モータシャフトの回転により、前記流体を前記被冷却部に供給する流体供給部とを有することを特徴とする。このモータでは、モータシャフトの回転により流体供給部から流体が被冷却部に供給されるとき、流体供給部の移動により、被冷却部に対して、連続的に様々な方向から流体を供給することができる。【選択図】図２
2020089090.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータシャフトを囲むように前記モータシャフトの径方向の周囲に配置された被冷却部と、
前記被冷却部に向けて流体を供給する流体供給機構とを備え、
前記流体供給機構は、前記モータシャフトに連結し、前記モータシャフトの回転を受けて回転する回転部と、
前記回転部に設けられ、前記モータシャフトの回転により、前記流体を前記被冷却部に供給する流体供給部とを有することを特徴とする、モータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コイルエンドのような被冷却部を冷却する冷却構造を有するモータに関する。
【背景技術】
【０００２】
モータは、概略円柱状に延在するモータシャフトと、モータシャフトに軸心を同一にして連結されて同一方向に延びる円筒状のロータと、ロータを収容可能な円筒状のステータとを備え、ステータとロータとの磁力の関係により、ステータ内でロータが回転することにより、ロータに対して同一軸線上に連結されたモータシャフトを回転させる。ハイブリッド自動車やハイブリッド自動車等には、このようなモータが搭載されており、モータを駆動源として走行する。
【０００３】
そのようなモータでは、ステータは、電磁鋼板に巻かれた複数のコイルを有しており、コイルに電流を流すことで、ロータを回転させるための磁力が発生する。自動車に搭載されるようなモータは、大きな駆動力が必要となるため、コイルに流す電流も大きくなり、電流によりコイルが高温となる。
【０００４】
高温となったコイルは電力損失が大きくなるため、モータの効率を高めるべく、例えば、コイルを冷却するための冷却構造を設けた回転電機のモータがある（特許文献１を参照）。この冷却構造では、回転電機の軸方向外側端と対向するように固定して設けられた冷媒流路管に、回転電機の軸方向外側端面の異なる部位に対して異なる角度で冷媒を噴射する開口を設け、冷媒の噴射によりコイルを冷却している。
【０００５】
また、他のモータの冷却構造では、図６に示すように、円柱状に延在するモータシャフトＲ１と、モータシャフトＲ１に軸心を同一にして連結されて同一方向に延びる円筒状のロータＲ２と、ロータＲ２を収容可能な円筒状のステータＲ３とを備えるモータに対して、ステータＲ３の上方にチューブＲ４などで油路を形成し、チューブＲ４の下側に開口Ｒ４１を設けて、ステータＲ３に対して上方から冷媒であるオイルを噴射して冷却するものもある。このような冷却構造では、ステータＲ３のうち、コイルエンドＲ３２と称される電磁鋼板Ｒ３１に巻かれたコイルの外側部分にオイルが噴射されるように、開口Ｒ４１が設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１５−２１１５４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、上述のような冷却構造では、冷媒を噴射する開口および、冷媒を導入する冷媒流路管や油路が固定されているため、ステータの冷却される部分が限定的になるという課題があった。また、モータは、均一にコイルを冷却しなければ、効率よく稼働することができないため、特に高温となりやすいコイルエンドの全体を均一に冷却することが望ましいが、固定された開口および冷媒流路や油路による冷却構造では、コイルエンドの所定の部位しか冷媒により冷却されず、全体を均一に冷却できないという課題があった。
【０００８】
本発明は、上記のような課題に鑑み、モータの回転力を利用した冷却構造により自動車に搭載されるようなモータの冷却効率を高めることを目的とする。   
【課題を解決するための手段】
【０００９】
（１）本発明に係るモータは、モータシャフトを囲むように前記モータシャフトの径方向の周囲に配置された被冷却部と、前記被冷却部に向けて流体を供給する流体供給機構とを備え、前記流体供給機構は、前記モータシャフトに連結し、前記モータシャフトの回転を受けて回転する回転部と、前記回転部に設けられ、前記モータシャフトの回転により、前記流体を前記被冷却部に供給する流体供給部とを有することを特徴とする。
【００１０】
このモータでは、流体供給部は、回転部を介してモータシャフトの回転を受けて、モータシャフトの周りを移動する。したがって、モータシャフトの回転により流体供給部から流体が被冷却部に供給されるとき、流体供給部の移動により、被冷却部に対して、連続的に様々な方向から流体を供給することができる。これにより、被冷却部は、様々な方向から流体を受けて均一に冷却されるため、被冷却部に対する冷却効率が高まる。
【００１１】
（２）前記したモータにおいて、前記流体はオイルであり、前記流体供給部は、モータシャフトの回転により、被冷却部の外周を公転しながら、前記モータシャフトの径方向の外側から前記被冷却部に流体を供給するようにしてもよい。そのようにすれば、流体供給部が被冷却部の外周を移動し、被冷却部に対して、径方向の外側からオイルを供給することができる。これにより、被冷却部は、様々な方向から流体を受けて均一に冷却されるため、被冷却部に対する冷却効率が高まる。
【００１２】
（３）前記した（２）のモータにおいて、モータは、その下側を、貯留された前記オイルに浸漬されており、前記流体供給部は、オイルを掻き揚げてかけ流すための羽根体であり、また、被冷却部の外周を公転しながら回転移動する際に、貯留されたオイルを掻き揚げ、また、自転しながら掻き揚げたオイルを被冷却部に供給するようにかけ流すようにしてもよい。そのようにすれば、モータが浸漬されたオイルを被冷却部にかけ流すことにより、被冷却部に対する冷却効率が高まる。
【００１３】
（４）前記した（２）のモータにおいて、前記回転体は、前記流体供給部にオイルを提供する油路を形成し、前記流体供給部は、前記油路を通って提供されたオイルを前記被冷却部に噴射する開口であってもよい。そのようにすれば、油路が回転しながら流体供給部にオイルを供給し、油路に設けられた開口からオイルを噴射することで、オイルが連続的に様々な方向から被冷却部に噴射される。これにより、被冷却部は、様々な方向から流体を受けて均一に冷却されるため、被冷却部に対する冷却効率が高まる。
【００１４】
（５）前記した（１）のモータにおいて、前記流体は空気であり、前記流体供給部は、自転により空気を送る羽根体であり、また、モータシャフトの回転により、被冷却部と径方向の位置を同一にしながら公転し、かつ自転して被冷却部に流体を前記モータシャフトの径方向の外側から送るようにしてもよい。そのようにすれば、流体供給部である羽根体は、被冷却部と径方向の位置を同一にしながら公転しながら自転して、被冷却部に空気を送ることができる。これにより、被冷却部は、様々な方向から流体を受けて均一に冷却されるため、被冷却部に対する冷却効率が高まる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明は、モータの回転力を利用した冷却構造により自動車に搭載されるようなモータの冷却効率を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】モータのロータとステータとを示す概略断面斜視図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係るモータの冷却機構を示す正面図である。
【図３】図２における回転部を示す側面図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係るモータの冷却機構を示す正面図図である。
【図５】本発明の第３実施形態に係るモータの冷却機構を示す正面図図である。
【図６】従来のモータの冷却構造を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
［第１実施形態］
本発明の第１実施形態に係るモータ１について、図１〜図３を参照して詳細に説明する。モータ１は、電気自動車やハイブリッド自動車のような自動車に搭載され、自動車の駆動源となる。
【００１８】
図１は、モータの概略断面斜視図であり、モータシャフト１１とロータ１２とステータ１３との関係を示す。図１に示すように、モータ１は、概略、円柱状に延在するモータシャフト１１と、モータシャフト１１に軸心を同一にして同一方向に円筒状に延びるロータ１２と、ロータ１２を収容する円筒状のステータ１３とを備える。なお、本明細書において、モータシャフト１１の延在する方向を左右方向として説明する。
【００１９】
ステータ１３は、電磁鋼板１３１に電線が巻かれて形成された複数のコイルが円筒状をなすように、周方向に連続して設けられている。電磁鋼板に巻かれた電線の左右方向の外側部分は、コイルエンド１３２と称され、コイルに電流が流れることで加熱され、被冷却部となる。
【００２０】
図２に示すように、第１実施形態に係るモータは、ＡＴＦ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ  Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  Ｆｌｕｉｄ）のような、モータ１の設置場所に貯留されたオイルに下側を浸漬された状態で自動車に搭載されている。したがって、モータのオイルに浸漬された部分、すなわちオイル面Ｏより下側部分は、積極的な冷却をせずとも、コイルエンド１３２等が高温になることはない。
【００２１】
モータ１は、モータシャフト１１およびロータ１２の周囲に、ロータ１３として複数のコイルが環状に配置されている。これにより、モータシャフト１１を囲むようにモータシャフト１１の周囲にコイルエンド１３２が配置されることになる。また、モータ１はコイルエンド１３２に向けて流体を供給する流体供給機構１４を備える。
【００２２】
流体供給機構１４は、モータシャフト１１に連結し、前記モータシャフト１１の回転を受けて回転する回転部１４１と、回転部１４１に設けられ、モータシャフト１１の回転により、流体であるオイルＦ１を被冷却部であるコイルエンド１３２に供給する羽根体１４２とを有する。
【００２３】
第１実施形態において、図３に示すように、回転部１４１は、サンギア１４１ａ、ピニオンギア１４１ｂ、リングギア１４１ｃにより構成されおり、流体供給部である羽根体１４２がピニオンギア１４１ｂに連結されている。ここで、ピニオンギア１４１ｂに噛み合うリングギア１４１ｃが固定されており、サンギア１４１ａはモータシャフト１１に連結しており、モータシャフト１１の回転により、サンギア１４１ａに噛み合うピニオンギア１４１ｂがサンギア１４１ａの周りを公転しながら、自転する。
【００２４】
再び図２を参照するに、実施形態１において、流体供給部は、ピニオンギア１４１ｂに連結された矢羽形状の羽根体１４２である。ピニオンギア１４１ｂは、モータシャフト１１を中心軸として、ステータ１３の周方向の外側となる位置に配置されているため、ピニオンギア１４１ｂに連結された羽根体１４２は、ステータ１３の周方向の外側に位置することになる。ピニオンギア１４１ｂに連結された羽根体は、モータシャフト１１の回転により、自転および、モータシャフト１１の周囲を公転する。
【００２５】
図２において、羽根体１４２として、ステータ１３の上側に位置するもののみを図示しているが、羽根体１４２は、周方向に複数設けられたピニオンギアのそれぞれに連結されており、モータシャフトの回転により、羽根体１４１が円筒状のステータ１３の周囲を順次回転移動する。
【００２６】
すなわち、実施形態１に係るモータ１では、モータシャフト１１が回転することにより、サンギア１４１ａ、ピニオンギア１４１ｂ、リングギア１４１ｃから構成される回転部１４１が回転し、ピニオンギア１４１ｂに設けられた羽根体が自転しながら、モータシャフト１１を中心軸としてスタータ１３の外側を周回移動する。
【００２７】
したがって、羽根体１４２は、公転により、モータ１の下側から上側に移動するときに、モータ１が浸漬されたオイルを掻き揚げるように公転し、また、自転により、掻き揚げたオイルを被冷却部であるコイルエンド１３２に供給するようにかけ流す(図２の矢印Ｆ１を参照)。
【００２８】
このように、羽根体１４２の公転と自転によりコイルエンド１３２に対してオイルが、連続的に様々な方向から供給される。特に、モータシャフト１１の回転速度が変化することにより、オイルが供給される場所が変化する。したがって、被冷却部は、様々な方向から流体を受けて、均一に冷却されるため、被冷却部であるコイルエンド１３２に対する冷却効率が高まる。
【００２９】
［第２実施形態］
本発明の第２実施形態に係るモータ２について、図４を参照して詳細に説明する。説明の理解を容易にするために、第２実施形態に係るモータ２の説明において、第１実施形態に係るモータ１と同様の構成については一部説明を省略する。
【００３０】
図４に示すように、第２実施形態に係るモータ２は、第１実施形態のモータ１と同様に、モータシャフト２１とロータ２２とステータ２３とを備える。ステータ２３は、電磁鋼板２３１に電線が巻かれたコイルが円筒状をなすように、複数連続して環状に設けられており、電磁鋼板２３１に巻かれた電線の左右方向の外側部分は、コイルエンド２３２と称され、コイルに電流が流れることで加熱され、被冷却部となる。
【００３１】
第２実施形態に係るモータ２は、第１実施形態に係るモータ１と異なり、ＡＴＦ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ  Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  Ｆｌｕｉｄ）のようなオイルに下方を浸漬されていない。したがって、ステータ２３のコイルエンド２３２は、全周に渡って露出している。
【００３２】
第２実施形態に係るモータ２は、モータシャフト２１およびロータ２２の周囲に複数のコイルが環状に配置されている。これにより、モータシャフト２１を囲むようにモータシャフト２１の周囲にコイルエンド２３２が配置されることになる。また、モータ２はコイルエンド２３２に向けて流体を供給する流体供給機構２４を備える。
【００３３】
流体供給機構２４は、モータシャフト２１に連結し、モータシャフト２１の回転を受けて回転する回転部２４１と、回転部２４１に設けられ、モータシャフト２１の回転により、流体Ｆ２を被冷却部であるコイルエンド２３２に供給する流体供給部２４２とを有する。
【００３４】
第２実施形態において、回転部２４１は、第1実施形態の回転体１４１と直径が異なるサンギア２４１ａ、ピニオンギア２４１ｂ、リングギア２４１ｃにより構成されおり、流体供給部である羽根体２４２がピニオンギア２４１ｂに連結されている。ピニオンギア２４１ｂは、モータシャフト２１を中心軸に、ステータ２３の周方向の同一の位置で左右方向の外側に配置されている。本実施形態において、左右方向の一方にのみ流体供給機構２４を設けているが、流体供給機構２４は、左右方向の一方および他方のすくなくともいずれかに設けられればよい。
【００３５】
第２実施形態において、回転部２４１は、第１の実施形態に係るモータ１の回転部１４１と同様に、サンギア２４１ａ、ピニオンギア２４１ｂ、リングギア２４１ｃにより構成されおり、流体供給部である羽根体２４２がピニオンギア２４１ｂに連結されている。ピニオンギア２４１ｂは、モータシャフト２１を中心軸に、ステータ２３に対して周方向同一の位置に配置されている。
【００３６】
流体供給部は、ピニオンギア２４１ｂに連結されたスクリュー形状の羽根体２４２である。ここで、ピニオンギア２４１ｂに噛み合うリングギア２４１ｃが固定されており、サンギア２４１ａはモータシャフト２１に連結しており、モータシャフト２１の回転により、サンギア２４１ａに噛み合うピニオンギア２４１ｂがサンギア２４１ａの周りを公転しながら、自転する。これにより、ピニオンギア２４１ｂに連結された羽根体２４２は、モータシャフト２１の回転により、自転および、モータシャフト２１の周囲を回転する。
【００３７】
図４において、羽根体２４２として、最上位に位置するステータ２３と同一の径方向に位置するもののみを図示しているが、羽根体は、周方向に複数設けられたピニオンギア２４１ｂのそれぞれに連結されており、モータシャフト２１の回転により、羽根体２４２がステータ１３の同一の径方向において順次回転移動する。
【００３８】
すなわち、実施形態２に係るモータ２では、モータシャフト２１が回転することにより、サンギア２４１ａ、ピニオンギア２４１ｂ、リングギア２４１ｃから構成される回転部２４１が回転し、ピニオンギア２４１ｂに設けられた羽根体２４２が自転しながら、モータシャフト２１を中心に周回移動する。
【００３９】
したがって、羽根体２４２は、ステータ２３のコイルエンド２３２に対して周方向の同一の位置から円筒状のステータ２３に沿って公転し、羽根体２４２の自転により、コイルエンド２３２に流体である空気を供給する（図４の矢印Ｆ２を参照）。
【００４０】
このように、羽根体の公転と自転により被冷却部に対して空気が連続的に供給される。したがって、被冷却部は、様々な方向から流体を受けて、均一に冷却されるため、被冷却部に対する冷却効率が高まる。
【００４１】
［第３実施形態］
本発明の第３実施形態に係るモータについて、図５を参照して詳細に説明する。説明の理解を容易にするために、第３実施形態に係るモータ３の説明において、第１実施形態に係るモータ１と同様の構成については一部説明を省略する。
【００４２】
図５に示すように、第３実施形態に係るモータ３は、モータシャフト３１およびロータ３２の周囲に複数のコイルが環状に配置されている。これにより、モータシャフト３１を囲むようにモータシャフト３１の周囲にコイルエンド３３２が配置されることになる。また、モータ３はコイルエンド３３２に向けて流体Ｆ３を供給する流体供給機構３４を備える。
【００４３】
第３実施形態に係るモータ３は、第１実施形態に係るモータ１と異なり、ＡＴＦ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ  Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  Ｆｌｕｉｄ）のようなオイルに下方を浸漬されていない。したがって、ステータ２３のコイルエンド２３２は、全周に渡って露出している。
【００４４】
第３実施形態に係るモータ３は、モータシャフト３１およびロータ３２の周囲に複数のコイルが配置されている。これにより、モータシャフト３１を囲むようにモータシャフト３１の周囲にコイルエンド３３２が配置されることになる。また、モータ３はコイルエンド３３２に向けて流体を供給する流体供給機構３４を備える。
【００４５】
流体供給機構３４は、モータシャフト３１に連結し、モータシャフト３１の回転を受けて回転する回転部３４と、回転部３４に設けられ、モータシャフト３１の回転により、流体Ｆ３を被冷却部であるコイルエンド３３２に供給する流体供給部３４２とを有する。なお、流体供給部は、コイルエンド３３２に限らず、ステータ３３の電磁鋼板３３１にも流体Ｆ３を供給する。
【００４６】
第３実施形態において、回転部３４は、モータシャフト３３に取り付けられ、油路ＯＦを形成するチューブ３４であり、流体供給部３４２は、チューブ３４に形成された開口３４２である。チューブ３４は、モータシャフト３１に沿って水平方向延在する第１水平部３４１ａと、左右方向のロータ３３の外側において、第１水平部３４１ａから周方向外側に立ち上がる鉛直部３４１ｂと、ロータ３３の在する左右方向の内側に向けて鉛直部３４１ｂから水平方向に延在する第２水平部３４１ｃとから構成されている。開口３４２は、チューブ３４の第２水平部３４１ｃから、モータシャフト３１の径方向の内側に向けて形成されている。
【００４７】
第３実施形態において、回転部であるチューブ３４は、モータシャフト３１が回転することにより第２水平部３４１ｃがステータ３３の外側を周方向に回転移動する。第２水平部３４１ｃの径方向の内側に設けられた開口３４２からはオイルが噴射されるため、被冷却部であるコイルエンド３２２および電磁鋼板３３１を冷却することができる（図５の矢印Ｆ３を参照）。
【００４８】
このように、チューブ３４１の第２水平部３４２ｃがステータ３３の外側を公転することより、開口３４２から噴射されるオイルが被冷却部に対して連続的に供給される。したがって、被冷却部は、様々な方向から流体を受けて、均一に冷却されるため、被冷却部に対する冷却効率が高まる。
【００４９】
本発明の第１〜第３実施形態に係る流体供給機構は、被冷却部に流体を供給して冷却する冷却構造を構成する。流体供給機構は、モータシャフトの回転に連動して流体供給部が移動するため、流体を様々な方向から供給し、被冷却部をムラなく冷却することができる。したがって、流体冷却機構は、モータシャフトの回転に連動して流体を様々な方向から供給できれば、第１〜第３の実施形態に係る流体供給機構に限られない。
【００５０】
本発明の第１および第２実施形態に係る羽根体として、矢羽形状の羽根体、スクリュー形状の羽根体を例示した。しかし、羽根体は、オイルや空気のような流体を被冷却部に供給できれば、他の形状であってもよい。例えば、水車や風車のような羽根体であってもよい。
【００５１】
本発明の第３実施形態に係るモータ３は、オイルに下方を浸漬されていない形態について説明した。しかし、モータ３は、第１の実施形態と同様に、ＡＴＦのようなオイルに下方を浸漬されていてもよい。その場合は、チューブ３４１は、モータシャフト３１が回転することにより、オイルに対して繰り返し昇沈するようにステータ３３の外側を周方向に回転移動する。
【００５２】
以上、本発明の具体的な態様の例を、上記の実施形態、実施例により説明したが、本発明は、当該実施形態および実施例に限定されるものではない。
【符号の説明】
【００５３】
１、２、３    モータ
１１、２１、３１    モータシャフト
１２、２２、３２    ロータ
１３、２３、３３    ステータ
１４、２４、３４    流体供給機構
１４１、２４１、３４１    回転部
１４２、２４２    羽根体（流体供給部）
１３２、２３２、３３２    コイルエンド（被冷却部）
３４２    開口（流体供給部）
【図１】
2020089090.tif 000003
【図２】
2020089090.tif 000004
【図３】
2020089090.tif 000005
【図４】
2020089090.tif 000006
【図５】
2020089090.tif 000007
【図６】
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