(57)【要約】【課題】  コイル巻線を冷却するためオイルをコイル巻線に散布する冷却部を備える電動機が知られている。しかし、冷却部に最も近い巻線にはオイルが付着する一方、その他の巻線にはオイルが付着しないので、コイル巻線を均等に冷却することができない虞がある。【解決手段】  コイル巻線の一部を所定量ずつずらしながら配置し且つ所定角度だけ折り曲げ、更に、オイルを回転軸の径方向外側へコイル巻線に向けて散布することによって、冷却部に最も近い巻線以外の巻線の近傍のオイル流速を上昇させることが可能となる。その結果、コイル巻線をより均等に冷却することができる。【選択図】  図１
2018085880.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
永久磁石を含み、回転軸と一体的に回転するように当該回転軸に固定されたロータと、
前記ロータの径方向外周側に配設され、それぞれが前記ロータに向けて突出した複数のポールを含むステータと、
前記複数のポールのそれぞれに平角線が巻回されてなるコイル巻線部と、
前記コイル巻線部にオイルを散布することによって当該コイル巻線部を冷却する冷却部と、
を備える電動機において、
前記コイル巻線部は、
前記回転軸に平行に延びる複数の平行部、及び、
それぞれが、前記平行部の一つと、当該一つの平行部と前記ポールを挟んで対向する前記複数の平行部の他の一つと、を接続する複数の連絡部、
を含み、
前記平行部と前記連絡部とが交互に現れるように前記ポールに巻回されており、
前記複数の連絡部は、
前記複数の連絡部の一つが、当該一つの連絡部と隣接し且つ前記回転軸側にある前記複数の連絡部の他の一つよりも、前記ステータの前記回転軸方向における中心から当該回転軸方向において離間しており、且つ、前記連絡部の一つを構成している前記平角線の表面であって前記平行部の前記回転軸側を向いた面と連続している表面上の任意の点と、前記回転軸と、の距離が、当該任意の点と前記ステータの前記回転軸方向における中心との前記回転軸方向の距離が長くなるほど短くなるように構成され、
前記冷却部は、
前記回転軸の径方向外側へ、前記連絡部に向けて前記オイルを散布するように構成された、
電動機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、永久磁石を含むロータと、平角線が巻回されたコイルを含むステータと、を含む電動機に関する。
【背景技術】
【０００２】
ステータに設けられたコイルの冷却のため、コイルに向けてオイルを散布する電動機（以下、「従来装置」とも称呼される。）が知られている（例えば、特許文献１を参照。）。具体的には、従来装置は、電動機の回転軸と共に回転可能に配設された永久磁石を備えるロータ、及び、ロータの周囲に配設されたコイルを含んでいる。
【０００３】
従来装置が備えるロータの周囲には冷却油チューブが配設され、冷却油チューブからコイルの外周面に向けてオイルが噴射される。一方、従来装置の回転軸に対して制動力を発生させるブレーキ部は、オイルがコイルの内周面へ向けて飛散するように構成されている。従来装置によれば、コイルの外周面及び内周面が共にオイルによって冷却される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−７１１３９号公報
【発明の概要】
【０００５】
しかしながら、従来装置において、「コイルの外周面及び内周面を構成するコイル巻線」以外のコイル巻線（内層巻線）には散布されたオイルが直接付着しないので、内層巻線が充分に冷却されず、以て、コイル巻線が均等に冷却されない虞がある。
【０００６】
そこで、本発明の目的の一つは、オイルの散布によってコイル巻線をより均等に冷却することができる電動機を提供することである。
【０００７】
上記目的を達成するための本発明に係る電動機（以下、「本発明装置」とも称呼される。）は、ロータ、ステータ、コイル巻線部、及び、冷却部を備える。
【０００８】
前記ロータ（２２）は、
永久磁石を含み、回転軸（２１）と一体的に回転するように当該回転軸に固定される。
【０００９】
前記ステータ（２３）は、
前記ロータの径方向外周側に配設され、それぞれが前記ロータに向けて突出した複数のポール（２４）を含む。
【００１０】
前記コイル巻線部（２５）は、
前記複数のポールのそれぞれに平角線が巻回されてなる。
【００１１】
前記冷却部（ノズル３６）は、
前記コイル巻線部にオイルを散布することによって当該コイル巻線部を冷却する。
【００１２】
更に、前記コイル巻線部は、
前記回転軸に平行に延びる複数の平行部、及び、
それぞれが、前記平行部の一つと、当該一つの平行部と前記ポールを挟んで対向する前記複数の平行部の他の一つと、を接続する複数の連絡部、
を含み、
前記平行部と前記連絡部とが交互に現れるように前記ポールに巻回されている（図３）。
【００１３】
前記複数の連絡部は、
前記複数の連絡部の一つが、当該一つの連絡部と隣接し且つ前記回転軸側にある前記複数の連絡部の他の一つよりも、前記ステータの前記回転軸方向における中心から当該回転軸方向において離間しており、且つ、
「前記連絡部の一つを構成している前記平角線の表面であって『前記平行部の前記回転軸側を向いた面』と連続している表面」上の任意の点と、前記回転軸と、の距離が、当該任意の点と前記ステータの前記回転軸方向における中心との前記回転軸方向の距離が長くなるほど短くなるように構成される（図４及び図５）。
【００１４】
前記冷却部は、
前記回転軸の径方向外側へ、前記連絡部に向けて前記オイルを散布する（図１及び図２）。
【００１５】
断面視において互いに隣接した一群の連絡部のそれぞれは、所定量ずつずらして配置され且つ傾いている（図５を参照）。そのため、冷却部から散布されたオイルは連絡部と連絡部との間を通過し易くなり、以て、連絡部近傍のオイルの流速が上昇する（図６を参照）。その結果、最も内側の連絡部（最も回転軸に近い連絡部）に加え、それ以外の連絡部も冷却することが可能となる。従って、本発明装置によれば、コイル巻線をより均等に冷却することができる。
【００１６】
上記説明においては、本発明の理解を助けるために、後述する実施形態に対応する発明の構成に対し、その実施形態で用いた名称及び／又は符号を括弧書きで添えている。しかしながら、本発明の各構成要素は、前記符号によって規定される実施形態に限定されるものではない。本発明の他の目的、他の特徴及び付随する利点は、以下の図面を参照しつつ記述される本発明の実施形態についての説明から容易に理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施形態に係る電動機（本電動機）の概略図である。
【図２】本電動機の断面図である。
【図３】本電動機が含むコイル巻線（本コイル巻線）の斜視図である。
【図４】本コイル巻線の連絡部の部分拡大図である。
【図５】本コイル巻線の連絡部の部分断面図である。
【図６】本コイル巻線の連絡部近傍のオイル流速の解析結果である。
【図７】種々のシフト率及び傾斜角度に対するオイル流速を表したグラフである。
【図８】本発明の実施形態の変形例に係る電動機の概略図である。
【図９】本発明の実施形態の変形例に係る電動機の断面図である。
【図１０】本発明の実施形態の変形例に係る電動機が備えるオイル攪拌板の拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態に係る電動機（以下、「本電動機」とも称呼される。）について図面を参照しながら説明する。図１に本電動機（電動機１０）の概略が示される。電動機１０は、車両の駆動輪（不図示）に内包されるインホイールモータである。電動機１０は、交流電源（不図示）によって印加される電圧によってトルクを発生させる。
【００１９】
電動機１０は、回転軸２１、ロータ２２、ステータ２３、ポール２４、及び、コイル巻線２５を含んでいる。
【００２０】
ロータ２２は、回転軸２１と一体的に回転するように回転軸２１に固定されている。ロータ２２は、永久磁石（不図示）を内包している。ステータ２３には、ロータ２２を囲むように８つのポール２４が配設されている。ポール２４のそれぞれには、平角線が巻回され、以て、コイル巻線２５が構成されている。
【００２１】
８つのコイル巻線２５のそれぞれには、交流電源が接続され、電圧が印加される。印加される交流電圧によって、コイル巻線２５は回転磁界を発生させるようになっている。
【００２２】
更に、電動機１０は、オイルパン３１、オイルポンプ３２、低圧管３３、高圧管３４、リング管３５、及び、ノズル３６を含んでいる。
【００２３】
オイルパン３１は、ステータ２３の底部に配設されている。オイルパン３１には、コイル巻線２５を冷却するためのオイルが貯留されている（オイル３１ａ）。オイルポンプ３２は、オイルパン３１に貯留されたオイルを低圧管３３を介して吸引し、高圧管３４を介してリング管３５へ供給する。
【００２４】
リング管３５に供給されたオイルは、リング管３５が備える８つのノズル３６のそれぞれからコイル巻線２５へ向けて（即ち、回転軸２１の径方向外側へ）散布される。ノズル３６から散布されたオイルは、噴霧３７を形成する。散布されたオイルは、重力によってオイルパン３１に到達する。
【００２５】
電動機１０の回転軸２１方向の断面図である図２から理解されるように、ロータ２２を挟んで２つのリング管３５が配設されている。即ち、リング管３５のそれぞれには高圧管３４を介してオイルが供給され、供給されたオイルはリング管３５のそれぞれが備える８つのノズル３６からそれぞれ散布される。なお、図１は、図２に示された破線Ｌｂを通る断面を表している。
【００２６】
コイル巻線２５の斜視図である図３から理解されるように、コイル巻線２５を構成する平角線は、回転軸２１と略平行な平行部と、平行部と略垂直でありポール２４を挟んで対向する平行部どうしを接続する連絡部と、を含んでいる。還元すれば、コイル巻線２５は、平行部と連絡部とが交互に現れるように巻回されている。なお、図３において、コイル巻線２５の端部４１及び他の端部４２には、交流電源が接続される。
【００２７】
コイル巻線２５の連絡部の断面が示された図２から理解されるように、ノズル３６は、互いに隣接する一群の連絡部に向けて回転軸２１の径方向外側へオイルを散布する。図４（Ａ）及び（Ｂ）は、一群の連絡部を回転軸２１の径方向内側から見た様子を表している。図４（Ａ）は「図３の矢印Ａａの方向から見たコイル巻線２５の連絡部」を示している。一方、図４（Ｂ）は「図３の矢印Ａｂの方向から見た連絡部」を示している。
【００２８】
図４（Ａ）及び（Ｂ）（並びに図２及び図３）から理解されるように、一群の連絡部を構成する連絡部のそれぞれは、回転軸２１から離間するほど、シフト量Ｓだけ「ステータ２３の回転軸２１方向の中心Ｃ」から回転軸２１方向に離間している。換言すれば、連絡部は、「隣接し且つ回転軸２１側にある他の連絡部」よりも中心Ｃから回転軸２１方向にシフト量Ｓだけ離間している。本実施形態において、ステータ２３の回転軸２１方向の中心Ｃは、ロータ２２の回転軸２１方向の中心と一致している。
【００２９】
加えて、「図４の矢印Ａｃの方向から見たコイル巻線２５の連絡部の断面」を示した図５（図２に示された連絡部の拡大図でもある）から理解されるように、連絡部のそれぞれは、傾斜角度θだけ回転軸２１方向へ傾いている。換言すれば、連絡部は、「連絡部を構成している平角線の表面であって『平行部の回転軸２１側を向いた面（図３を参照）』と連続している表面（底面）」上の任意の点と、回転軸２１と、の距離が、この任意の点と中心Ｃとの回転軸２１方向の距離が長くなるほど短くなるように構成されている。
【００３０】
例えば、図５の点Ｐａ及び点Ｐｂは、共に底面上の点である。点Ｐｂは、点Ｐａよりも中心Ｃとの回転軸２１方向の距離が長い。点Ｐｂは、点Ｐａよりも回転軸２１との距離が短い。
【００３１】
連絡部がシフト量Ｓずつ中心Ｃから回転軸２１方向に離間していること、及び、連絡部が傾斜角度θだけ傾いていることによって、連絡部近傍のオイルの流速が上昇する。シフト量Ｓ及び傾斜角度θと、連絡部近傍のオイルの流速と、の関係について、より具体的に説明する。
【００３２】
図６（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）は、コイル巻線２５の連絡部周辺のオイルの流れをシミュレーションにより解析した結果を表している。各図に示されるハッチングが付された長方形は、平角線（連絡部）の断面を表している。以下、シフト量Ｓの大きさは、コイル巻線２５を構成する平角線の幅Ｗ（図５を参照）に対するシフト量Ｓの比であるシフト率Ｒによって表される（即ち、Ｒ＝Ｓ／Ｗ）。
【００３３】
図６（Ａ）は、シフト率Ｒが「０」であり、傾斜角度θが０°である場合を表している。図６（Ｂ）は、シフト率Ｒが「０．５」であり、傾斜角度θが０°である場合を表している。図６（Ｃ）は、シフト率Ｒが「０．５」であり、傾斜角度θが４５°である場合を表している。
【００３４】
図６（Ａ）及び図６（Ｂ）から理解されるように、シフト率Ｒが「０」から「０．５」へと変化することによって平角線と平角線との間を流れるオイルの流速が増加する。加えて、図６（Ｃ）から理解されるように、傾斜角度θが０°から４５°へ増加することによって平角線と平角線との間を流れるオイルの流速が更に増加する。
【００３５】
シフト率Ｒ及び傾斜角度θと、平角線の近傍のオイルの流速との関係をシミュレーションにより更に詳細に解析した結果が図７のグラフに示される。図７において、傾斜角度θと流速Ｖとの関係が、シフト率Ｒ毎に表されている。流速Ｖは、平角線の近傍の平均流速を表し、シフト率Ｒが「０．２５」であり且つ傾斜角度θが０°であるときに「１」となるように正規化されている。
【００３６】
図７のシミュレーション結果から、発明者は、流速Ｖが比較的大きくなるシフト率Ｒ及び傾斜角度θの組合せは、０．５０＜Ｒ＜１．０且つ３７．５°＜θ＜５２．５°であるとの知見を得た。本実施形態において、シフト率Ｒは０．６８であり、傾斜角度θは４０°である。
【００３７】
以上、説明したように、本電動機によれば、一群の連絡部のそれぞれの近傍のオイルの流速が増加し、以て、連絡部のそれぞれが冷却される。そのため、最も内側のコイル巻線２５（即ち、最も回転軸２１に近いコイル巻線２５）のみならず、それ以外のコイル巻線２５（即ち、外側のコイル巻線２５）も冷却される。従って、本電動機によれば、コイル巻線２５のそれぞれをより均等に冷却することが可能となる。
【００３８】
（変形例）
次に、本電動機の変形例について説明する。上述した実施形態において、リング管３５が備える８つのノズル３６から回転軸２１の径方向外側へオイルが散布されていた。一方、本変形例において、回転軸２１と共に回転するオイル攪拌板５１に向けて噴射されたオイルが飛散し、以て、回転軸２１の径方向外側へオイルが散布される。以下、この相違点を中心に説明する。
【００３９】
変形例に係る電動機１１の概要が図８に示される。オイルポンプ３２は、高圧管３４ａを介してオイル攪拌板５１へオイルを噴射する。電動機１１の回転軸２１方向の断面図である図９から理解されるように、ロータ２２を挟んで２つのオイル攪拌板５１が配設されている。
【００４０】
オイル攪拌板５１の拡大断面図である図１０に示されるように、オイル攪拌板５１は、テーパ状円盤５１ａ及び羽板５１ｂを含んでいる。図８から理解されるように、オイル攪拌板５１のそれぞれは、８枚の羽板５１ｂを含んでいる。高圧管３４ａから噴射されたオイルの一部は、回転する羽板５１ｂによって飛散し且つコイル巻線２５へ向けて（即ち、回転軸２１の径方向外側へ）散布される。散布されるオイルによって噴霧５２が形成される。
【００４１】
以上、本発明に係る電動機の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。例えば、本実施形態に係る電動機１０は、インホイールモータであった。しかし、電動機１０は、車体に設置され且つ車両の駆動力を発生させる電動機であっても良い。
【００４２】
加えて、本実施形態に係る電動機１０は、コイル巻線２５に含まれる複数の連絡部の長さは互いに略等しかった。しかし、コイル巻線２５に含まれる複数の連絡部の長さは、互いに異なっていても良い。例えば、連絡部の長さは、回転軸２１から離れるほど長くなっていても良い。
【符号の説明】
【００４３】
１０…電動機、１１…電動機、２１…回転軸、２２…ロータ、２３…ステータ、２４…ポール、２５…コイル巻線、３１…オイルパン、３１ａ…オイル、３２…オイルポンプ、３３…低圧管、３４…高圧管、３４ａ…高圧管、３５…リング管、３６…ノズル、３７…噴霧。
【図１】
2018085880.tif 000003
【図２】
2018085880.tif 000004
【図３】
2018085880.tif 000005
【図４】
2018085880.tif 000006
【図５】
2018085880.tif 000007
【図６】
2018085880.tif 000008
【図７】
2018085880.tif 000009
【図８】
2018085880.tif 000010
【図９】
2018085880.tif 000011
【図１０】
2018085880.tif 000012