(57)【要約】【課題】オイルを好適に冷却することができ、かつ、コストを低減できる回転電機の冷却構造を提供する。【解決手段】回転電機の冷却構造１は、上方から第二回転電機ＭＧ２のコイルエンド１１へオイルを供給するオイル供給孔１４ａ，１４ｂと、コイルエンド１１を通過したオイルを受け止める油受け部１３ａを有し、油受け部１３ａにより受け止めたオイルをケース２の内壁面２ａに誘導するオイルレシーバ１３と、を備える。この冷却構造１において、オイル供給孔１４ｂの鉛直下方に、コイルエンド１１の網目が疎である部位１１ｂと、オイルレシーバ１３の油受け部１３ａとが配置されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転電機の冷却構造であって、
上方から前記回転電機のコイルエンドへオイルを供給するオイル供給孔と、
コイルエンドを通過したオイルを受け止める油受け部を有し、前記油受け部により受け止めたオイルをケース内壁面に誘導するオイルレシーバと、
を備え、
前記オイル供給孔の鉛直下方に、前記コイルエンドの網目が疎である部位と、前記オイルレシーバの前記油受け部とが配置されることを特徴とする回転電機の冷却構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転電機の冷却構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
ハイブリッド車両などに動力源として適用される回転電機は、駆動により発熱するため、冷却用のオイルを回転電機に供給することで、回転電機から熱を吸収して冷却されるのが一般的である。この構成では、回転電機の冷却に用いたオイルを再利用するために、回転電機から吸収した熱をオイルから取り除く必要がある。例えば特許文献１には、冷却用オイルの油路に熱交換器を設け、オイルの熱を効率的に大気に伝達する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２９２１８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載される熱交換機は、複数のフィンを有し、これらのフィンをモータにより回転させることで、放熱効率を高めて効率的にオイルを冷却している。特許文献１に記載される熱交換器は、構成が複雑となるため、コスト面で改善の余地があった。また、熱交換器を組み込むことによる損失悪化や搭載容易性にも改善の余地があった。
【０００５】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであって、オイルを好適に冷却することができ、かつ、コストを低減できる回転電機の冷却構造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】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明に係る回転電機の冷却構造は、上方から前記回転電機のコイルエンドへオイルを供給するオイル供給孔と、コイルエンドを通過したオイルを受け止める油受け部を有し、前記油受け部により受け止めたオイルをケース内壁面に誘導するオイルレシーバと、を備え、前記オイル供給孔の鉛直下方に、前記コイルエンドの網目が疎である部位と、前記オイルレシーバの前記油受け部とが配置されることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明に係る回転電機の冷却構造は、コイルエンドの網目が疎である部位を通過し、コイルエンドから吸熱したオイルの大半を、オイルレシーバの油受け部により好適に受け止めケース内壁面に誘導することができ、この結果、オイルを好適に冷却することができ、かつ、コストを低減できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係る回転電機の冷却構造の概略構成を示す断面図である。
【図２】図２は、オイルレシーバ有無による熱コンダクタンス変化を示す図である。
【図３】図３は、オイルレシーバ有無によるオイル温度変化を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下に、本発明に係る回転電機の冷却構造の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の図面において、同一または相当する部分には同一の参照番号を付し、その説明は繰り返さない。
【００１０】
図１を参照して、本実施形態に係る回転電機の冷却構造の構成を説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る回転電機の冷却構造の概略構成を示す断面図である。
【００１１】
本実施形態に係る回転電機の冷却構造１は、ガソリンエンジンなどのエンジンと、電力により駆動する回転電機とを動力源とするハイブリッド車両の駆動装置１０に適用される。本実施形態では、ハイブリッド車両の駆動装置１０は、第一回転電機ＭＧ１及び第二回転電機ＭＧ２の２つの回転電機を備える。第一回転電機ＭＧ１及び第二回転電機ＭＧ２は、インバータを介してバッテリと接続されており、バッテリから供給される電力を機械的な動力に変換して出力する電動機（モータ）として機能することができると共に、入力される動力によって駆動されて機械的な動力を電力に変換してバッテリを充電する発電機（ジェネレータ）として機能することができる。第一回転電機ＭＧ１及び第二回転電機ＭＧ２は、例えば、交流同期型のモータジェネレータを用いることができる。
【００１２】
ハイブリッド車両の駆動装置１０は、第一回転電機ＭＧ１がエンジンの回転軸に接続され、第二回転電機ＭＧ２がエンジンの回転軸とは異なる別の軸（図１に符号７で示す）に接続される、所謂複軸式のトランスアスクル（動力伝達装置）である。この駆動装置１０では、主に第一回転電機ＭＧ１が発電機として機能し、第二回転電機ＭＧ２が電動機として機能する。第一回転電機ＭＧ１及び第二回転電機ＭＧ２には、各回転電機の駆動による発熱を低減するための冷却構造１がそれぞれ設けられている。図１には、ハイブリッド車両の駆動装置１０のうち第二回転電機ＭＧ２の周辺が拡大視して示されている。以下、図１を参照して、第二回転電機ＭＧ２の冷却構造１について詳細に説明するが、この冷却構造１は、第一回転電機ＭＧ１にも同一の構成を適用可能である。
【００１３】
図１に示すように、第二回転電機ＭＧ２は、駆動装置１０を収容するケース２内に設置されている。第二回転電機ＭＧ２は、永久磁石が埋設されたロータ３と、ロータ３を取り囲むようにロータ３の外周に配置されたステータ４とを備える。ロータ３は、回転軸５の周囲に固設され、回転軸５と一体回転可能である。回転軸５は、ベアリング６によってケース２に回転自在に支持される。回転軸５は、駆動輪側に接続される軸７に連結され、この軸７を介して車両の車輪の回転と連動して回転することができる。
【００１４】
ステータ４は、ケース２に固定されている。ステータ４は、ステータコア８と、ステータコア８に巻回されたコイル９とを有する。ステータコア８は、回転軸５の軸方向に積層された複数の電磁鋼板から構成されている。ステータコア８に巻き掛けられたコイル９のうち、ステータコア８から軸方向に露出している端部によって、コイルエンド１１が形成されている。コイルエンド１１は、ステータコア８から軸方向の両側に突き出すと共に、周方向（ロータの回転方向）に沿って連続的に連なる環状の形状をとる。
【００１５】
コイルエンド１１では、ステータコア８から軸方向に突き出した複数のコイル９が、ステータコア８から離れた縁端部にて交差する構成がとられている。このため、コイルエンド１１は、ステータコア８から離れた縁端部にて、コイル９の網目が密となって配置され、一方、ステータコア８に近接する基部にて、コイル９の網目が疎となって配置される。本実施形態では、コイルエンド１１の縁端部側の領域１１ａを、コイル９の網目が密である部位１１ａとも記載し、コイルエンド１１の基部側の領域１１ｂを、コイル９の網目が疎である部位１１ｂとも記載する。
【００１６】
第二回転電機ＭＧ２は、ロータ３に埋め込まれた永久磁石による磁界と、ステータ４のコイル９によって形成される磁界との相互作用により、ロータ３を回転駆動する電動機として動作する。また、第二回転電機ＭＧ２は、永久磁石による磁界とロータ３の回転との相互作用により、ステータ４のコイル９の両端に起電力を生じさせる発電機としても動作する。
【００１７】
ところで、第二回転電機ＭＧ２を駆動させると、コイルエンド１１が発熱するため、コイルエンド１１を冷却する構成が必要となる。本実施形態では、冷却用オイルを上方から第二回転電機ＭＧ２のコイルエンド１１に噴きつけることで第二回転電機ＭＧ２を冷却する冷却構造１が設けられている。第二回転電機ＭＧ２の冷却構造１は、オイルパイプ１２と、オイルレシーバ１３とを備える。
【００１８】
オイルパイプ１２は、第二回転電機ＭＧ２の上方とケース２の上面（図示せず）との間に、回転軸の軸方向に沿って設置されている。オイルパイプ１２は、ケース２に固定されている。オイルパイプ１２の内部には、冷却用オイルが流通するオイル流路１２ａが画成されている。オイル流路１２ａには、エンジンによって駆動される機械式のオイルポンプ（図示せず）から吐出されたオイルが供給される。オイルポンプは、例えば駆動装置１０の下方に設けられるオイルパン（図示せず）に貯留されているオイルを汲み上げて供給することができる。
【００１９】
オイルパイプ１２には、オイル流路１２ａ内のオイルを下方のコイルエンドに供給するためのオイル供給孔１４ａ，１４ｂが設けられている。オイル供給孔１４ａ，１４ｂは、オイルパイプの外周面と内部のオイル流路１２ａとを連通している。
【００２０】
オイル供給孔１４ａ，１４ｂは、ステータ４のコイルエンド１１に対向してオイルパイプ１２の下部に設けられ、設置位置によって２種類を有する。一方のオイル供給孔１４ａは、コイルエンド１１の縁端部、すなわちコイル９の網目が密である部位１１ａの上方に配置される。オイル供給孔１４ａは、オイルパイプ１２の軸方向断面方向視において、鉛直方向の最下部から所定角度（例えば４５度）だけ上方の左右両側に配置することができる。これにより、オイル供給孔１４ａは、図１に矢印Ａで示すように、コイルエンド１１の周方向に沿ってオイルを供給するよう構成されている。
【００２１】
他方のオイル供給孔１４ｂは、コイルエンド１１の基部、すなわちコイル９の網目が疎である部位１１ｂの上方にて、オイルパイプ１２の鉛直方向の最下部に開口されている。これにより、オイル供給孔１４ｂは、図１に矢印Ｂで示すように、コイルエンド１１の径方向内側に向けてオイルを供給するよう構成されている。
【００２２】
オイルレシーバ１３は、第二回転電機ＭＧ２のコイルエンド１１と回転軸５との間に設置されている。オイルレシーバ１３は、ケース２に固定されている。オイルレシーバ１３は、オイル供給孔１４ａ，１４ｂからステータ４のコイルエンド１１に吐出されたオイルを受け止めることができる位置に設置されている。
【００２３】
オイルレシーバ１３は、油受け部１３ａと、誘導部１３ｂとを有する。油受け部１３ａは、オイル供給孔１４ｂから鉛直下方に吐出されたオイルの落下軌道上に配置され、コイルエンド１１の網目が疎である部位１１ｂを通過したオイルを受け止めることができるよう構成されている。本実施形態では、図１に矢印Ｂで示すように、オイルレシーバ１３の油受け部１３ａは、コイルエンド１１の網目が疎である部位１１ｂと共に、オイル供給孔１４ｂの鉛直下方に配置されている。
【００２４】
より詳細には、鉛直下方にオイルを供給するオイル供給孔１４ｂの中心線（オイル供給孔１４ｂの中心から鉛直下方に延在する直線）上に、オイル供給孔１４ｂと、コイルエンド１１の網目が疎である部位１１ｂと、オイルレシーバ１３の油受け部１３ａとが配置されている。言い換えると、オイル供給孔１４ｂから鉛直下方を視た場合に、オイル供給孔１４ｂから鉛直下方に、コイルエンド１１の網目が疎である部位１１ｂと、オイルレシーバ１３の油受け部１３ａとが重畳している。オイル供給孔１４ｂから鉛直下方に吐出されるオイルの落下軌道上に、コイルエンド１１の網目が疎である部位１１ｂと、オイルレシーバ１３の油受け部１３ａとが配置されている。
【００２５】
誘導部１３ｂは、油受け部１３ａにて受け止められたオイルをケース２の内壁面２ａまで誘導する。誘導部１３ｂは、板状部材であり、軸方向に対向する一対の縁端部のうち、第二回転電機ＭＧ２側の縁端部が油受け部１３ａと接続される。ケース２側の縁端部は、ケース２の内壁面２ａと接近して配置されるか、または、縁端部の一部が内壁面２ａに接続されている。誘導部１３ｂの第二回転電機ＭＧ２側の縁端部は、ケース２側の縁端部より鉛直方向の上方に配置されており、誘導部１３ｂ上のオイルが自重によってケース２側に移動するよう構成されている。
【００２６】
なお、オイルレシーバ１３は、オイル供給孔１４ａからコイルエンド１１の周方向に沿って供給されたオイルを受け止めることができるよう構成してもよい。例えば、オイル供給孔１４ｂから吐出されたオイルの落下位置から周方向に沿って、オイルレシーバ１３の表面積を拡張することで、オイル供給孔１４ａから吐出されたオイルを好適に受け止めることができる。
【００２７】
このような第二回転電機ＭＧ２の冷却構造１による冷却動作について説明する。オイル供給孔１４ｂから鉛直下方に吐出されたオイルは、図１中の矢印Ｂで示すように、コイルエンド１１の網目が疎である部位１１ｂを通過しながら、コイルエンド１１の発熱を吸収して、コイルエンド１１を冷却する。吸熱したオイルは、コイルエンド１１を通過後に下方に落下し、オイルレシーバ１３の油受け部１３ａに受け止められる。
【００２８】
オイルレシーバ１３の油受け部１３ａに受け止められたオイルは、図１の矢印Ｃで示すように、自重によって誘導部１３ｂに沿ってケース２の内壁面２ａに向かって移動し、ケース２の内壁面２ａと接触する位置まで到達する。
【００２９】
ケース２の内壁面２ａと接触したオイルは、図１に矢印Ｄで示すように、内壁面２ａを伝いながらケース２の下方に流れ落ちてゆく。このとき、オイルとケース２との間で熱交換が行なわれ、オイルの熱がケース２に吸収され、この結果オイルが冷却される。
【００３０】
第二回転電機ＭＧ２の冷却構造１の効果を説明する。第二回転電機ＭＧ２の冷却構造１は、上方から第二回転電機ＭＧ２のコイルエンド１１へオイルを供給するオイル供給孔１４ａ，１４ｂと、コイルエンド１１を通過したオイルを受け止める油受け部１３ａを有し、油受け部１３ａにより受け止めたオイルをケース２の内壁面２ａに誘導するオイルレシーバ１３と、を備える。この冷却構造１において、オイル供給孔１４ｂの鉛直下方に、コイルエンド１１の網目が疎である部位１１ｂと、オイルレシーバ１３の油受け部１３ａとが配置されている。
【００３１】
このような構成により、オイル供給孔１４ｂから鉛直下方に吐出され、コイルエンド１１の網目が疎である部位１１ｂを通過し、コイルエンド１１から吸熱したオイルの大半を、オイルレシーバ１３の油受け部１３ａにより好適に受け止めることができ、オイルレシーバ１３の誘導部１３ｂを介してケース２の内壁面２ａまで効率良く誘導できる。ケース２の内壁面２ａに誘導されたオイルは、内壁面２ａと接触しながら下方に流れ落ちて回収されるが、この過程において、オイルがコイルエンド１１から吸収した熱をケース２に移すことが可能となるので、オイルを好適に冷却することができる。また、コイルエンド１１の冷却に用いたオイルを、熱交換器などの冷却手段を新たに設けることなく、ケース２の内壁面２ａと接触させることで好適に冷却できるので、さらにオイルレシーバ１３の素材はオイルを受けることが可能であれば如何なる素材でも適用できるので、コストを低減できる。また、部品追加による損失悪化がなく、かつ構造が極めてシンプルであるために、搭載し易い。
【００３２】
ここで、図２，３を参照して、本実施形態の冷却構造１による効果をさらに説明する。図２は、オイルレシーバ有無による熱コンダクタンス変化を示す図であり、図３は、オイルレシーバ有無によるオイル温度変化を示す図である。図２の縦軸は熱コンダクタンス（Ｗ／Ｋ）を表し、横軸はオイルレシーバ有無を表す。また、図３の縦軸はＡＴＦ温度（℃）を表し、横軸はオイルレシーバ有無を表す。すなわち、図２，３では、横軸左側に冷却構造１にオイルレシーバ１３を備えない場合（図２，３には「レシーバなし」と記載）、横軸右側に冷却構造１にオイルレシーバ１３を備える場合（図２，３には「レシーバあり」と記載）における、熱コンダクタンス及びＡＴＦ温度が示されている。なお、「熱コンダクタンス」とは、熱抵抗値の逆数であり、この値が大きいほど熱を移しやすい性質を表す。「ＡＴＦ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ  Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  Ｆｌｕｉｄ）」とは、自動車の変速機内で用いられる流体であり、本実施形態の冷却用オイルがこれに含まれる。
【００３３】
図２に示すように、オイルレシーバ１３を備える本実施形態の冷却構造１は、オイルレシーバ１３を備えない構成と比較して、熱コンダクタンスが１５（Ｗ／Ｋ）増加した。また、図３に示すように、オイルレシーバ１３を備える本実施形態の冷却構造１は、オイルレシーバ１３を備えない構成と比較して、ＡＴＦ温度が３℃低下した。これらの結果により、オイルレシーバ１３がコイルエンド１１を通過したオイルをケース２の内壁面２ａと接触するよう誘導する構成とすることで、オイルとケース２との間の熱交換を促進し、オイルを効率よく冷却できることが示された。
【００３４】
以上、本発明の実施形態を説明したが、上記実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。上記実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。上記実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００３５】
１  冷却構造
２  ケース
２ａ  内壁面
１１  コイルエンド
１１ｂ  網目が疎である部位
１３  オイルレシーバ
１３ａ  油受け部
１４ａ，１４ｂ  オイル供給孔
ＭＧ１  第一回転電機
ＭＧ２  第二回転電機
【図１】
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【図２】
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【図３】
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