(57)【要約】回転軸が水平であって、ステータ部を効率よく冷却するモータ（１００）は、オイルポンプ（１６０）から供給管路（１６２）を介して供給された冷却オイルを投入するために、モータ（１００）の下方に設けられた冷却オイル投入口（１３０）と、ステータのコイル（１０４）を冷却オイルで充填するためのコイルエンドカバー（１０２）と、冷却オイルをモータ（１００）から排出するために、モータ（１００）の上方に設けられた冷却オイル排出口（１４０）と、冷却オイル排出口（１４０）に接続され、オイルパン（１７０）に冷却オイルを排出するための排出管路（１６４）とを含む。
2004019468.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水平な回転軸（１１６）を中心に回転する回転子（１１２）と、
前記回転子（１１２）の周面に対向して前記回転軸（１１６）方向に複数のスロット（１１８）を有するステータコア（１０６）と、
前記スロット（１１８）の内側に巻装されたステータ巻線（１０４）と、
前記ステータ巻線（１０４）と冷却液とが接触するように形成された冷却通路（１５０）と、
前記冷却通路（１５０）に冷却液を流すための流通手段と、
前記冷却通路（１５０）の最上部に設けられた前記冷却液の排出部（１４０）とを含む、車両用モータ。
【請求項２】
前記冷却通路（１５０）は、前記スロット（１１８）の開放部を密封部材（１２０）により覆われた通路を含む、請求項１に記載の車両用モータ。
【請求項３】
前記モータは、前記冷却通路（１５０）の最下部に設けられた前記冷却液の供給部（１３０）をさらに含む、請求項１に記載の車両用モータ。
【請求項４】
前記流通手段は、
前記排出部（１４０）と前記供給部（１３０）とにそれぞれ接続された管路と、
前記排出部（１４０）から排出された前記冷却液を前記供給部（１３０）に供給するための供給手段（１６０）とを含み、
前記モータは、前記管路に設けられ、前記冷却液の抜けを防止するための防止手段（３００，３０１，３１０）をさらに含む、請求項３に記載の車両用モータ。
【請求項５】
前記供給手段（１６０）は、前記冷却液を循環させるポンプであって、
前記管路には、前記冷却液が空気に接触された状態で貯蔵するための貯蔵手段（１７０）が設けられ、
前記防止手段（３００，３０１，３１０）は、前記ポンプの突出口から前記貯蔵手段の入口までの管路のいずれかに設けられた、請求項４に記載の車両用モータ。
【請求項６】
前記防止手段（３００，３０１，３１０）は、前記排出部（１４０）に設けられた、請求項５に記載の車両用モータ。
【請求項７】
前記防止手段（３００，３０１，３１０）は、前記供給部（１３０）に設けられた、請求項５に記載の車両用モータ。
【請求項８】
前記車両用モータは、分布巻きモータである、請求項１〜７のいずれかに記載の車両用モータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  この発明は、モータの構造に関し、特に、自動車等の車両に搭載される液冷のモータの構造に関する。
【背景技術】  自動車等の車両に搭載されるモータや発電機は、回転子（ロータ）と、その周囲に配設されステータ巻線が巻き付けられたステータコアとを有する。モータはステータ巻線に通電して回転力を得て、発電機はロータの回転によりステータ巻線に流れる電流を取り出す。そして、ロータ回転時にステータ巻線に電流が流れると、ステータコアやステータ巻線が発熱する。この発熱を抑えるための冷却装置が、例えば特開２００１−１４５３０２公報に開示されている。
この冷却装置は、回転軸を水平方向にして車両に搭載されるモータの冷却装置である。モータは、回転軸を中心に回転自在な回転子と、回転子の周面に対向した複数のスロットを有するステータコアと、スロットの内側に巻装されたステータ巻線とを備える。このモータの冷却装置は、回転子と対向して回転軸に平行なスロットの開放部が密封部材で覆われた冷却通路と、ステータコアの一端部であって上方の冷却通路に連通する入口部と、ステータコアの他端部で下方の冷却通路に連通する出口部と、入口室から出口室に向かい冷却通路内にモータの上方から下方への方向に冷却液を流すポンプとを含む。
この冷却装置によると、回転子と対向して回転軸に平行なステータコアのスロットの開放部を密封部材で覆うことにより冷却通路が形成される。冷却通路内に冷却液を流して、スロットの内側に巻装されたステータ巻線が冷却液によって直接冷却される。そのため、冷却効果を高めることができるとともに、ステータ巻線に沿って冷却液が流され、ステータ巻線を均一に冷却することができる。このとき、ステータ巻線を巻装するためのスロットを冷却通路として用いるので、ステータコアの内部に別途冷却通路を加工する必要がなく、コストも抑制することができる。
しかしながら、上述した公報に開示された冷却装置によると、回転軸を水平にしたモータの上方から下方へ冷却液を流通させる。この場合、冷却通路内に空気の部分が残る。また、ステータ巻線の全ての部位に冷却液を行き渡らせるためには、冷却通路内に整流板を設ける必要があり構造が複雑になる。このような冷却通路内には気泡が混入する。この気泡により、モータのステータ巻線にさびが発生して劣化することがある。また、この気泡により冷却液とステータ巻線とが直接接触しなくなる部分が出てくるため、冷却性能が低下することがある。
そこで、この発明の目的は、コイルから発熱するステータ部を効率よく冷却することができる車両用モータを提供することである。
この発明の他の目的は、コイルから発熱するステータ部を均一に冷却することができる車両用モータを提供することである。
この発明のさらに他の目的は、モータのステータ巻線に冷却液中の気泡を与えない車両用モータを提供することである。
この発明のさらに他の目的は、モータのステータ巻線にさびが発生して劣化することがない車両用モータを提供することである。
【発明の開示】
この発明に係る車両用モータは、水平な回転軸を中心に回転する回転子と、回転子の周面に対向して回転軸方向に複数のスロットを有するステータコアと、スロットの内側に巻装されたステータ巻線と、ステータ巻線と冷却液とが接触するように形成された冷却通路と、冷却通路に冷却液を流すための流通手段と、冷却通路の最上部に設けられた冷却液の排出部とを含む。
このようにすると、回転子と対向したステータコアのスロットに巻装されたステータ巻線を冷却液が接触するように、たとえば、ステータコアのスロットの解放部を密閉部材により覆った冷却通路が形成される。その冷却通路内に冷却液を流すようにしたので、スロットの内側に巻装されたステータ巻線が冷却液によって直接冷却され、冷却効果を高めることができる。さらに、ステータ巻線に沿って冷却液が流され、ステータ巻線を均一に冷却することができる。このとき、冷却通路の最上部に冷却液の排出部を設け、たとえば冷却液の供給部を別途最下部に設け、その供給部からその排出部へ、下方から上方へ冷却液が充填されていく。このため、気泡が混入することがない。したがって、モータのステータ巻線にさびが発生して劣化することがなく、この気泡により冷却液とステータ巻線とが直接接触しなくなり、冷却性能が低下することがない、車両用モータを提供することができる。
さらに好ましくは、車両用モータは、冷却通路は、スロットの開放部を密封部材により覆われた通路を含むようにしてもよい。
このようにすると、さらに、ステータ巻線を巻装するためのスロットを冷却通路として用いるので、ステータコアの内部に別途冷却通路を加工する必要がなく、コストを抑えられる。
さらに好ましくは、冷却通路の最下部に設けられた冷却液の供給部をさらに含むようにしてもよい。
このようにすると、最下部に設けられた冷却液の供給部には、たとえば圧送ポンプにより冷却液が供給され、冷却液がステータ巻線と接触するように形成された冷却通路を通って、最上部に設けられた冷却液の排出部から排出される。このようにすると、下方から上方へ冷却液が充填されていく。このため、気泡が混入することがない。
さらに好ましくは、流通手段は、排出部と供給部とにそれぞれ接続された管路と、排出部から排出された冷却液を供給部に供給するための供給手段とを含むようにしてもよい。車両用モータは、管路に設けられ、冷却液の抜けを防止するための防止手段をさらに含むようにしてもよい。
このようにすると、たとえば、供給手段が冷却液圧送ポンプであって、車両のエンジンにより駆動されている場合に、車両が停止してエンジンが停止してポンプが停止した場合を考える。この場合であっても、防止手段により、排出部から冷却液が抜けないのて、車両が再び発進したときに、冷却通路が冷却液で満たされたままであるので、所望の冷却性能を実現できる。冷却通路が冷却液で満たされた状態を維持するので、冷却液に気泡が発生することがない。
さらに好ましくは、供給手段は、冷却液を循環させるポンプである。管路には、冷却液が空気に接触された状態で貯蔵するための貯蔵手段を設けるようにしてもよい。防止手段は、ポンプの突出口から貯蔵手段の入口までの管路のいずれかに設けるようにしてもよい。
このようにすると、冷却液は、ポンプにより循環させられる。オイルパンなどの貯蔵手段は、冷却液を空気に接触された状態で一時的に貯蔵される。このときに、防止手段を、ポンプの突出口から貯蔵手段の入口までの管路のいずれかに設けたので、排出部から冷却液が抜けることがない。
さらに好ましくは、防止手段を、排出部に設けるようにしてもよい。
このようにすると、排出部に設けられた逆止弁などにより、冷却液の漏れを防止することができる。
さらに好ましくは、防止手段を、供給部に設けるようにしてもよい。
このようにすると、供給部に設けられた逆止弁などにより、冷却液の漏れを防止することができる。
さらに好ましくは、車両用モータは、分布巻きモータとしてもよい。
このようにすると、集中巻きしたモータよりもモータ端部の厚みが大きく、コイルと冷却液とが接触する面積が大きい。この端部を冷却することにより、優れた冷却性能を実現できる。
【図面の簡単な説明】  図１は、本発明の第１の実施例に係るモータの構造図である。
図２Ａ〜図２Ｃは、ステータのスロット部を示す図である。
図３は、本発明の第１の実施例に係るモータの冷却システムの構成図である。
図４は、本発明の第１の実施例の変形例に係るモータの冷却システムの構成図である。
図５は、本発明の第２の実施例に係るモータの冷却システムの構成図である。
図６は、本発明の第２の実施例の第１の変形例に係るモータの冷却システムの構成図である。
図７は、本発明の第２の実施例の第２の変形例に係るモータの冷却システムの構成図である。
【発明を実施するための最良の形態】  以下、図面を参照しつつ、本発明の実施例について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがってそれらについての詳細な説明の繰り返しは適宜省略する。
第１の実施例
図１を参照して、本実施例に係るモータの構造について説明する。図１に示すように、このモータ１００は、車両に搭載され、その回転軸を水平として使用される。図１に、モータ１００の断面図および側面図を示す。モータ１００は、大きくステータ部とロータ部とから構成される。ステータ部には、スロットにコイル１０４が巻かれたステータコア１０６を含む。ステータ部は、コイル１０４およびステータコア１０６の両端面を、コの字型形状に取囲むコイルエンドカバー１０２により覆われている。
コイルエンドカバー１０２には、その下方に冷却オイル投入口１３０が設けられ、その上方に冷却オイル排出口１４０が設けられる。コイルエンドカバー１０２は、Ｏリング１０８を介してステータコア１０６と接している。コイルエンドカバー１０２は、所定の数のボルト１１０でステータコア１０６に連結され、ステータ部を構成する。
後述するように、ステータ部のコイル１０４は、冷却オイルに浸される。その冷却オイルとコイル１０４との間で、冷却オイルを媒介として熱交換が実行され、コイル１０４にて発生した熱量が冷却オイルに奪われて、コイル１０４およびステータコア１０６が冷却される。
ロータ部は、ロータコア１１２と、ロータコアに内包された磁石１１４とを含む。ロータ部は、ロータコア１１２がロータシャフト１１６に接続される。
本実施例に係るモータ１００は、そのステータ部におけるコイル１０４に電流が流れることにより温度上昇したコイル１０４およびコイル１０４にて発生した熱量が伝わる分とステータコア自身が発熱する分とにより温度上昇したステータコア１０６と、冷却オイルとの間で熱交換を実行し、ステータ部の温度を低下させる。
図１に示すように、このモータ１００は、ロータシャフト１１６を水平方向にして使用され、ステータ部の最下部に冷却オイル投入口１３０を、ステータ部の最上部に冷却オイル排出口１４０が設けられる。後述するオイルポンプにより、冷却オイル投入口１３０から投入されたオイルは、ステータ部の下方から上方にステータ部のコイル１０４を含浸するように充填されていき、ステータ部のコイル１０４のすべてを充填するほどオイルポンプから冷却オイルが供給されると、冷却オイル排出口１４０からオイルが排出される。冷却オイルは、ステータ部のコイル１０４と接触することにより熱交換を実行する。
図２Ａ〜図２Ｃを参照して、モータ１００のスロットについて説明する。ステータ部には多数のスロット１１８が設けられている。図２Ａ〜図２Ｃに示すように、スロット１１８には、ステータ部のコイル１０４が内包されている。ステータ部とコイル１０４とを絶縁するために絶縁紙１２２が設けられるとともに、スロット１１８のコイル１０４を固定し、かつ冷却オイルがロータ側に漏れないようにスロットシール部材１２０が各スロットごとに設けられる。
図２Ａに示すように、このスロットシール部材１２０とコイル１０４との間の空隙が油路１５０として用いられる。また、油路１５０として用いる空隙は、スロット内のいずれの場所に設けてもよく、たとえば、図２Ｂに示すように外径側でもよい。また、図２Ｃに示すように、絶縁紙１２２とステータコア１０６との間に油路１５０を設けてもよい。
なお、スロットシール部材１２０は、棒状の部材にリップシールを一体成型したものを一例として挙げている。この結果、図１に示すように、冷却オイル投入口１３０から投入されたオイルは、ロータシャフト１１６に平行な他端にある冷却オイル排出口１４０から排出することができる。
図３を参照して、本実施例に係るモータ１００の冷却システムについて説明する。図３に示すように、このモータ１００の冷却システムは、オイルポンプ１６０と、オイルポンプ１６０と冷却オイル投入口１３０とを接続する供給管路１６２と、オイルパン１７０と、オイルパン１７０と冷却オイル排出口１４０とを接続する排出管路１６４とを含む。オイルポンプ１６０は、たとえば、エンジンの回転軸に接続され、エンジンが回転しているとオイルポンプが駆動する。このオイルポンプ１６０から供給されたオイルは、供給管路１６２を介して冷却オイル投入口１３０に到達する。冷却オイル投入口１３０に到達した冷却オイルは、ステータのスロット１１８の油路１５０を通ってロータシャフト１１６に平行な方向に拡散するとともに、オイルポンプ１６０からの供給オイル量が増えるに従って、モータ１００の下方から上方にオイルを充填する。
オイルポンプ１６０が油路１５０の容量に匹敵するオイルを供給すると、油路１５０がすべて冷却オイルで満たされる。さらにオイルポンプ１６０が冷却オイルを供給すると冷却オイル排出口１４０から冷却オイルが排出管路１６４に排出される。排出管路１６４に排出された冷却オイルは、オイルパン１７０に供給される。このとき、オイルパン１７０においては、冷却オイルと空気とが接した状態で一旦貯留される。オイルパン１７０に一旦貯留された冷却オイルは、オイルポンプ１６０の作動により再度モータ１００に供給される。
以上のような構造を有するモータ１００の冷却動作について説明する。
エンジンが回転するとオイルポンプ１６０が作動を開始し、オイルポンプ１６０はオイルパン１７０に一旦貯留された冷却オイルを供給管路１６２を介して冷却オイル投入口１３０からモータ１００の内部（ステータ部分）に供給する。オイルポンプ１６０から供給された冷却オイルは、モータ１００のステータのスロット１１８に設けられた油路１５０を介して、ロータシャフト１１６に平行な方向に拡散する。また、コイルエンドカバー１０２内をオイルポンプ１６０により供給された冷却オイルで充填される。コイルエンドカバー１０２および油路１５０の内部が冷却オイルで充填され、さらにオイルポンプ１６０が作動を続けると、モータ１００の最上部に設けられた冷却オイル排出口１４０から冷却オイルが排出される。排出された冷却オイルは排出管路１６４を通ってオイルパン１７０に戻される。
以上のようにして、本実施例に係るモータによると、オイルポンプにより冷却オイルが供給され、その冷却オイルはモータの最下部にある冷却オイル投入口からコイルエンドカバー内および油路に供給される。冷却オイルの排出口はモータの最上部に設けられているため、オイルポンプにより供給された冷却オイルは、気泡が混じることなく、徐々にステータ内部に供給され、その油面が上昇する。やがて冷却オイル排出口まで油面が到達すると、排出管路１６４を介して排出された冷却オイルがオイルパン１７０に戻される。その結果、冷却オイルには気泡が混じることがなく、冷却オイルとステータのコイルとが直接接触するので、錆などが発生せずに、モータの劣化を防止することができる。
第１の実施例  変形例
図４を参照して、本変形例に係るモータについて説明する。この変形例は、第１の実施例に係るモータとは異なり、スロット１１８に油路１５０を有しない。たとえば、ワニス、モールド処理などにより、スロット１１８が埋まっていて、油路として使えない場合である。
図４を参照して、本変形例に係るモータ１０１の冷却システムについて説明する。図４に示すように、本変形例に係るモータ１０１の冷却システムは、前述の第１の実施例に係るモータ１００の冷却システムとは異なり、モータ１０１の下方に冷却オイル投入口１３０、１３１を、モータ１０１の上方に、冷却オイル排出口１４０、１４１を設けた。それ以外の冷却システムの構造については、前述の第１の実施例に係るモータ１００の冷却システムと同じである。したがって、それらについての詳細な説明はここでは繰返さない。
本変形例に係るモータ１０１は、ロータシャフト１１６に平行な方向に油路１５０を有しないため、ロータシャフト１１６の平行な方向に２ヶ所ずつ冷却オイル投入口と冷却オイル排出口とを設けた。
これにより、ワニス、モールド処理などにより、スロット部に油路が設けられない場合であっても、良好な冷却性能を実現することができる。
第２の実施例
以下、本発明の第２の実施例に係るモータおよびモータの冷却システムについて説明する。
図５に示すように、本実施例に係るモータの冷却システムは、前述の第１の実施例に係るモータの冷却システムの冷却オイル排出口１４０に逆止弁３００を設けた。それ以外の構造については、前述の第１の実施例に係るモータの冷却システムと同じである。したがって、それらについての詳細な説明はここでは繰返さない。
逆止弁３００は、排出管路１６４と、冷却オイル排出口１４０との間に設けられ、モータから排出管路１６４への方向のみのオイルの流れを許可する。その逆方向に冷却オイルが流れることができない。
本実施例に係るモータの冷却システムの動作について説明する。オイルポンプ１６０が動作を開始し、モータに冷却オイルが供給されると、モータの下方から上方にオイルが充填されていく。このオイルは、コイルエンドカバー１０２内および油路１５０内を冷却オイルで満たす。さらにオイルポンプ１６０が冷却オイルを供給すると、その冷却オイルの油面が冷却オイル排出口１４０まで上昇し、逆止弁３００を介して排出管路１６４にオイルを排出する。
この状態で、オイルポンプ１６０の運転が停止されると、供給管路１６２から冷却オイル供給口１３０へのオイルの供給が停止する。この停止により、供給される冷却オイルの圧力が減少するため、排出管路１６４内にあるオイルおよび空気がモータ内部に戻ろうとする。しかし、逆止弁３００が冷却オイル排出口と排出管路１６４との間に設けられているため、冷却オイルおよび空気がモータ内部に逆流することができない。これにより、オイルポンプ１６０が停止した場合であっても、モータのステータ内部（コイルエンドカバー１０２内および油路１５０内）を冷却オイルで充填させておくことができる。
なお、図５に示したように、逆止弁３００の位置は、冷却オイル排出口１４０の位置に限定されない。図６に示すように、冷却オイル投入口１３０に逆止弁３１０を設けてもよい。図５および図６に示すように、逆止弁３００の位置は、モータの冷却オイル排出口１４０および冷却オイル投入口１３０に限定されない。排出管路１６４の途中であってもよいし、供給管路１６２の途中であってもよい。なお、これらの位置は、冷却オイル排出口１４０の高さ方向の位置と逆止弁４００の高さ方向の位置により定められる。
第２の実施例  変形例
図７を参照して、本変形例に係るモータの冷却システムについて説明する。図７に示すように、この冷却システムは、第１の実施例の変形例に係るモータの冷却システムの冷却オイル排出口１４０に逆止弁３００を、冷却オイル排出口１４１に逆止弁３０１を設けたものである。それ以外の構造は、前述の第１の実施例の変形例と同じであるためここでの詳細な説明は繰返さない。
図７に示すような構造にした本変形例に係るモータの冷却システムにおいては、ステータ部のスロット１１８に油路１５０を有しない。そのため、ロータシャフト１１６の左右方向にそれぞれ冷却オイルの排出口を設けるとともに、その排出口にそれぞれ逆止弁３００、３０１を設けたものである。したがって、オイルポンプが停止しても、モータ内部にオイルが逆流したりオイルに含まれる気泡が逆流したりして、コイル１０４と空気とが触れることがなくなる。
今回開示された実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】  以上のように、この車両用モータによれば、ステータ部のコイルを均一にかつ効率良く冷却することができる。また、冷却液に気泡が混じらないので、ステータ部が空気に触れることなくステータの巻線が錆びて劣化することを防止できる。そのため、本発明の車両用モータは、ハイブリッド自動車、電気自動車および燃料電池自動車に搭載するのに適している。
【図１】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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