(57)【要約】【課題】電動機の運転時の発熱、過熱を冷却水で冷却することにより駆動力の性能低下やコイル焼損等の損傷を防止し、安定した性能と高い耐久性を有する電動機を提供する。【解決手段】電動機のハウジング円筒部１の内部に設置された第１流路３と、固定子１０の両端に配置された冷却カバー９の内部に形成され、前記第１流路３と接続された第２流路４とを備え、冷却水が前記第１流路３と前記第２流路４を流れ、前記第１流路３に設けられた流入口２と吐出口６を経由して電動機外部の冷却水供給装置との間を循環する冷却水流路を電動機内部に形成して冷却機能の向上を図り、固定子１０の発熱による電動機の温度上昇を防止する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流入口と吐出口とを有する第１流路が内部に形成された円筒部を持つハウジングと、
前記ハウジングの内周面に固定され、インシュレータにより固定子コアとの間を隔絶されたコイルを収納する複数のスロットを有する固定子と、
前記固定子の内周面に間隙を設けて配置された回転子と、内部に前記第１流路と接続した第２流路が形成され、前記固定子の両端において、前記固定子コアの端面に接触して配置される冷却カバーと、
を備えることを特徴とする電動機。
【請求項２】
前記ハウジングの円筒部は、外筒と内筒とからなり、外筒の内周面及び内筒の外周面の少なくとも一方に溝が形成され、内筒を外筒に圧入することにより、溝が第１流路を形成することを特徴とする請求項１に記載の電動機。
【請求項３】
前記第２流路は、前記固定子コアの端面の前記各スロット周囲を巡るように形成されたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電動機。
【請求項４】
前記冷却カバーは、同形状の２枚の板からなり、前記２枚の板はそれぞれ厚さ方向に対向する接合面で接合され、前記接合面の少なくとも一方に溝が形成され、前記接合面を接合することにより前記溝が前記第２流路を構成することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の電動機。
【請求項５】
前記冷却カバーは、同形状の２枚の板からなり、前記２枚の板はそれぞれ厚さ方向に対向する接合面で接合され、前記接合面の少なくとも一方に形成された溝に、溝形状に合わせて折り曲げ加工され前記第２流路を構成する管部材を配置後、前記接合面を接合したことを特徴とする請求項１または請求項３に記載の電動機。
【請求項６】
前記固定子コアの端面の各スロット周囲を巡るように折り曲げ加工されて前記第２流路を構成する管部材が、鋳型成形或いは射出成形等により埋込成形された前記冷却カバーを備えることを特徴とする請求項１または請求項３に記載の電動機。
【請求項７】
前記冷却カバーが熱伝導性及び電気絶縁性を有する樹脂材料をから成ることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の電動機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、運転により発生する熱を吸収・冷却するために、冷却水の流路を内部に有する電動機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
運転中の電動機において、負荷が大きくなると発熱が増大し、電動機の温度が上昇する。その結果電動機の性能が低下する場合がある。特に車載用電動機の場合は、電動機の性能低下が車両の走行性能、操舵性能、制動性能等に影響し、運転者に大きな負担を強いることになる。
【０００３】
電動機を冷却する方策として、特許文献１には、電気自動車用駆動モータにおいて、ハウジングの内部に円筒形状の冷却水流路を形成し、流入口と吐出口を設けて冷却水を循環させ、モータを冷却する構造が記載されている。
【０００４】
特許文献２には、円筒状のフレームと固定子鉄心の間に冷媒を通す冷却ジャケットを設置し、前記冷媒ジャケットがフレームと同心円状に形成された複数のマイクロ流路チャンネルを備えた構造を有する回転電機の冷却装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−２０１１７８号公報
【特許文献２】特開２０１０−１１００２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記特許文献１、２に示された冷却構造では、固定子の外周から熱を吸収するだけであり、十分な冷却効果が得られず、電動機の性能低下が避けられない場合がある。
本発明の目的は、固定子の周囲から発生する熱を効率的に吸収・冷却し、性能低下を起こすことなく安定的な運転が可能な電動機を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するため、請求項１に係る発明の構成上の特徴は、流入口と吐出口とを有する第１流路が内部に形成された円筒部を持つハウジングと、前記ハウジング内周面に固定され、インシュレータにより固定子コアとの間を隔絶されたコイルを収納する複数のスロットを有する固定子と、前記固定子の内周面に間隙を設けて配置された回転子と、内部に前記第１流路と接続した第２流路が形成され、前記固定子の両端において、前記固定子コア端面に接触して配置される冷却カバーと、を備えることである。
【０００８】
上記のように構成すれば、前記ハウジングの円筒部内部に形成された前記第1流路を流れる冷却水により、固定子の外周から熱を吸収、冷却することと併せて、前記冷却カバー内部に形成された第２流路を流れる冷却水により、固定子の両端からも熱を吸収、冷却することが可能となる
【０００９】
上記の課題を解決するため、請求項２に係る発明の構成上の特徴は、前記ハウジング円筒部は、外筒と内筒とからなり、外筒の内周及び内筒の外周の少なくとも一方に溝が形成され、内筒を外筒に圧入することにより、溝が第１流路を形成することである。
上記のように構成すれば、ハウジング円筒部の内部に容易に第１流路を形成できる。この構造により、第１流路の形状の加工も容易で、流路断面形状、流路経路形状とも様々な形状に加工できる。
【００１０】
上記の課題を解決するため、請求項３に係る発明の構成上の特徴は、前記第２流路は、前記固定子コアの端面の前記各スロット周囲を巡るように形成されたことである。
上記のように構成すれば、前記固定子コア端面と近接する冷却水の流路長さを大きく取ることができ、前記固定子コアの端面からの熱吸収を効果的に行うことができる。
【００１１】
上記の課題を解決するため、請求項４に係る発明の構成上の特徴は、前記冷却カバーは、同形状の２枚の板からなり、前記２枚の板はそれぞれ厚さ方向に対向する接合面で接合され、前記接合面の少なくとも一方に溝が形成され、前記接合面を接合することにより前記溝が前記第２流路を構成することである。
上記のように構成すれば、前記冷却カバーを構成する２枚の板以外の部材を必要とせず、前記冷却カバー内に容易に流路を形成することができる。
【００１２】
上記の課題を解決するため、請求項５に係る発明の構成上の特徴は、前記冷却カバーは、同形状の２枚の板からなり、前記２枚の板はそれぞれ厚さ方向に対向する接合面で接合され、前記接合面の少なくとも一方に形成された溝に、溝形状に合わせて折り曲げ加工され前記第２流路を構成する管部材を配置後、前記両接合面を接合したことである。
上記のように構成すれば、管部材がそれ自体で既に前記第２流路を形成しているため、接合部分の密封性を考慮することなく容易に接合作業を行うことができる。
【００１３】
上記の課題を解決するため、請求項６に係る発明の構成上の特徴は、前記固定子コアの端面の各スロット周囲を巡るように折り曲げ加工されて前記第２流路を構成する管部材が鋳型成形或いは射出成形等により埋込成形された、前記冷却カバーを備えることである。
上記のように構成すれば、前記冷却カバーを容易かつ効率的に製作することができる。また前記第２流路を形成する前記管部材と前記冷却カバー本体部分との密着性が高いため、熱伝導性も良好で、効果的な冷却を行うことができる。
【００１４】
上記の課題を解決するため、請求項７に係る発明の構成上の特徴は、前記冷却カバーが熱伝導性及び電気絶縁性を有する樹脂材料をから成ることである。
上記のように構成すれば、前記固定子の熱を効率的に第２流路内の冷却水に伝導することができ、かつ、前記冷却カバーと前記巻き線との間で前記インシュレータを介することなく接触する場合であっても、前記巻き線と前記固定子コアとの間の電気絶縁性を確保することができる。また、樹脂材料を使用することにより、前記冷却カバーを射出成形等で容易かつ安価に製作することができる。
【発明の効果】
【００１５】
以上に説明したように本発明に従えば、固定子の周囲から発生する熱を効率的に吸収・冷却し、性能低下を起こすことなく安定的な運転が可能な電動機を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１の実施形態における、電動機の軸方向断面を示す概略図である。
【図２】本発明の第１の実施形態における、固定子コア、コイル及び冷却カバーの構成を示す斜視図である。
【図３】本発明の第１の実施形態における、溝が形成されたハウジング円筒部の内筒の外周の斜視図である。
【図４】本発明の第１の実施形態における、冷却カバーの厚さ方向側面図である。
【図５】本発明の第１の実施形態における、冷却カバーを構成する２枚の板の一方の接合面とその面に形成された溝の概略図である。
【図６】本発明の第２の実施形態における、溝が形成されたハウジング円筒部の内筒の外周の斜視図である。
【図７】本発明の第３の実施形態における、第２流路を構成する管部材の形状外観図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
この発明の実施の形態を、以下図面を参照して説明する。
【００１８】
図１は、本発明の第１の実施形態における電動機の軸方向断面図である。
【００１９】
電動機は、ハウジングと、ハウジング円筒部１の内周に固定された固定子１０と、ハウジングに配置された軸受１４ａ、１４ｂと、これらの軸受１４ａ、１４ｂを介してハウジングに回転可能に支持された回転軸１３と、固定子１０に対応する位置で回転軸１３の外周に固定された回転子１１とを有する。
【００２０】
ハウジングは、円筒形状のハウジング円筒部１と、ハウジング円筒部１の一端に固定された円盤形状のハウジング側板１５と、ハウジング円筒部１の他端に固定された円盤形状のハウジング側板１６とから構成されている。
ハウジング円筒部１の内周には固定子１０が設置されており、その内周側に一定の間隔を保って回転子１１が配置されている。ハウジング側板１５に軸受１４ａが取り付けられ、ハウジング側板１６に軸受１４ｂが取り付けられている。
【００２１】
図２は、固定子１０の構成を示している。固定子１０は、固定子コア１７、インシュレータ、コイル１２、及び冷却カバー９から構成されている。固定子コア１７にはスロット１８が設けられている。スロット内に配置されたインシュレータは、各スロット間で固定子コア１７及び冷却カバー９に巻かれたコイル１２と固定子コア１７の間で絶縁機能を果たしている。
【００２２】
冷却カバー９は、スロット１８と同形状のスロット２２を有し、固定子コア１７両端面に接触配置され、固定子コア１７の熱を両端から吸収・冷却する機能を有する。その機能を高めるため、冷却カバー９と前記固定子コア１７端面の密着性を向上させるよう、接着面に熱伝導性が高い密封・接着材料を塗布或いは挟み込むこともできる。冷却カバー９は、その内部に冷却水が流れる前記第２流路４を有している。
【００２３】
図１に示すように、ハウジング円筒部１はその内部に冷却水が流れる第1流路３を有している。第１流路３には、外筒７の外径面に貫通する流入口２と吐出口６が設けられている。
流入口２と吐出口６には配管部材３０ａ、３０ｂが設置され、電動機外部の冷却水供給装置との間を繋ぐ管路が接続される。
【００２４】
ハウジング円筒部１は、外筒７と内筒８から成る二重構造となっており、外筒７と内筒８とはしめしろを有して圧入される。外筒７の内周或いは内筒８の外周の両方にそれぞれ溝が設けられており、内筒８を外筒７に圧入することにより、両方の溝が重なって一つの空間が形成され、第１流路３を形成する。溝を外筒７の内周のみ或いは内筒８の外周のみに設置することも可能である。
上記のように構成すれば、ハウジング円筒部１の内部に容易に第１流路３を形成できる。この構造により、第１流路３の形状の加工も容易で、流路断面形状、流路経路形状とも様々な形状に加工できる。
【００２５】
図３は、ハウジング円筒部１の内筒８及びその外周２６に形成された溝２５の斜視図である。
溝２５は、内筒８の外周２６に、内筒８と同心で軸方向に延伸したコイル状に形成されており、内筒８が外筒７に圧入されることにより、溝２５が前記第１流路３を形成する。
【００２６】
前記外筒７と前記内筒８の圧入面は密封性を高めるために、予め密封性を有する接着剤等を圧入面に塗布しておくことも可能である。
【００２７】
第１流路３には、内筒８の内周に貫通する接続流路５が設置されており、接続流路５を経由して、固定子１０の両端に配置されている冷却カバー９の内部に設けられた第２流路４と接続している。
【００２８】
図４は、冷却カバー９の厚さ方向側面図である。冷却カバー９は、同形状の２枚の板を厚さ方向に重ね合わせ、接合して形成されている。冷却カバー９の外径は、固定子コア１７の外径と同一であり、固定子コア１７の両端に接触配置されて固定子１０の一部を構成する。
【００２９】
冷却カバー９は熱伝導性及び電気絶縁性を有する樹脂材料から成る。このため、冷却カバー９とコイル１２との間で前記インシュレータを介することなく接触する場合であっても、コイル１２と固定子コア１７との間の電気絶縁性を確保することができる。また、樹脂材料を使用することにより、冷却カバーを射出成形等で容易かつ安価に製作することができる。
【００３０】
図５は、冷却カバー９の一方の接合面２１ａの平面図である。
接合面２１ａには、溝２０が固定子コア１７のスロット１８に対応する冷却カバー９のスロット２２の周囲を巡る形状に形成されている。溝２０は各スロット２２の周囲を巡った後、冷却カバー９の外径面に至る両端を持つ。
上記のように構成すれば、固定子コア端面と近接する冷却水の流路長さを大きく取ることができ、固定子コアの端面からの熱吸収を効果的に行うことができる。
【００３１】
他方の接合面２１ｂには溝２０に対応する位置に、溝２０と同様な溝が形成されており、両接合面を密着接合することにより、両溝が重なり前記第２流路４を形成する。流路を形成する溝を両接合面のいずれか一方のみに設けることもできる。
第２流路４は冷却カバー９外周に至る両端を有しており、これがハウジング円筒部１の内筒８に設けられた、第１流路３に繋がる接続流路５に接続される接続口１９となる。
【００３２】
次に、本電動機の組立工程を説明する。
まず、ハウジング円筒部１の内筒８を外筒７に圧入して、ハウジング円筒部１を構成する。この時、内筒８及び外筒７は、圧入後、内筒８及び外筒７にそれぞれ設けられた溝が重なって一つの流路を形成するよう、円周方向及び軸方向位置が定められている。その後、ハウジング円筒部１の一端面にハウジング側板１５を接合する。
【００３３】
次に、固定子コア１７両端に冷却カバー９を接触配置し、全てのスロット１８、２２内にインシュレータを挿入後、コイルを巻いて固定子１０を形成する。この時、２つの冷却カバー９の外周に設置された第２流路４両端の接続口１９が、それぞれの円周方向の位置が一致するように、冷却カバー９を固定子コア１７の両端に配置する。
形成された固定子１０をハウジング円筒部１の内筒８に圧入する。この時、冷却カバー９の第２流路４の両端に設けられた接続口１９がハウジング円筒部１の内筒８に設けられた接続流路５に繋がるように、固定子１０の円周方向及び軸方向位置を調整する。
【００３４】
回転子１１を回転軸１３に装着し、回転子１１の両側の回転軸１３部分に軸受１４a、１４ｂを装着後、回転子１１を固定子１０の内側に挿入し、軸受１４aをハウジング側板１５に装着する。ハウジング側板１６を回転軸１３に挿入後、軸受１４ｂに装着しハウジング円筒部１の端面に接合する。
電動機の組立により、第１流路３、接続流路５、第２流路４及び流入口２、吐出口６はすべて接続され、冷却水の循環流路が形成される。
【００３５】
次に、冷却水の流れを説明する。
冷却水は、電動機外部の冷却水供給装置から外部配管を経由して電動機の流入口２から電動機内に導入される。流入口２から第１流路３に入った冷却水は、接続流路５を経由して第２流路４に入り、第２流路４内を一巡したあと第１流路３に戻り、第１流路に接続する吐出口６から電動機外に排出され、外部配管を経由して冷却水供給装置に還流する。
【００３６】
次に、電動機で発生する熱の伝導・吸収経路を説明する。
電動機の運転時、コイル１２に電流が流れるときに発生する熱は、固定子コア１７に伝導される。固定子コア１７の外周からハウジング円筒部１に伝導する熱は、ハウジング円筒部１内に設置された第１流路３を流れる冷却水により吸収される。また、固定子コア１７の端面に伝わった熱は、冷却カバー９内に設置された第２流路４を流れる冷却水により吸収される。固定子コア１７の外周からの熱吸収に加えて、固定子コア１７両端からの熱吸収により、電動機の運転時にコイル１２から発生する熱を効果的に吸収することができる。
【００３７】
前述したハウジング円筒部１の第１流路３は、様々な流路経路、断面形状を形成することが可能である。
図６は、第２の実施形態における、第１流路を形成する溝２７が形成された内筒の外周２８の斜視図である。
溝２７が、内筒の外周２８において、軸方向に直線的かつ平行的に、円周方向に略等間隔に配置された溝がその隣り合う流路と両端で接続され、軸方向を往復しつつ全体として溝２７を形成している。内筒が外筒に圧入されることにより、溝２７はハウジング円筒部内において、循環する前記第１流路を形成する。
【００３８】
外筒の内径面に、内筒に形成されたものと同様な溝を形成することも可能である。この場合は、内筒を外筒に圧入することにより両溝が接合面に対して向かい合う形で重なり、それぞれの溝断面を合わせた流路断面を有する第１流路を形成する。
【００３９】
前述した冷却カバー９に形成される第２流路４は、様々な形成方法が可能である。
図７は、第３の実施形態による、第２流路を構成する管部材２３の形状外観図である。この管部材２３は、冷却カバーの２枚の板の少なくとも一方の接合面に形成された、スロットの外周を巡る溝の形状に合わせて、管材を折り曲げて成形加工される。
成形加工された管部材２３は、溝に挿入配置された後、接合面を接合されて形成される冷却カバー９の一部として、前記第２流路を構成する。
【００４０】
本実施形態によれば、折り曲げ加工された専用の管部材２３を、第２流路として使用することで、冷却カバーの接合面の密封性を考慮する必要がなくなり、容易に接合作業をおこなうことができて、加工性が向上する。
【００４１】
第４の実施形態では、管部材２３を、固定子コア端面のスロットの外周を巡る形状に折り曲げ成形した後、鋳型成形或いは射出成形等により埋込成形することで、冷却カバーを形成することもできる。この方法によれば、第２流路４を備えた冷却カバーを安価かつ効率的に製作することができる。
本実施形態によれば、第２流路を形成する管部材２３と冷却カバーの本体部分との密着性がよいため、熱伝導性が向上し冷却性能が向上する。
【００４２】
また、第１流路及び第２流路のいずれも、適用する電動機の大きさ、発熱量に合わせて、流路長さ、流路断面積等を任意に設定することができる。
【００４３】
本発明の構成によれば、固定子の周囲から発生する熱を効率的に吸収・冷却し、性能低下を起こすことなく安定的な運転が可能な電動機を提供することができる。
特に、負荷の大きい電動機に幅広く適用可能であり、特に自動車の駆動用電動機として有用である。
【符号の説明】
【００４４】
１：ハウジング円筒部、  ２：流入口、  ３：第１流路、  ４：第２流路、  
５：接続流路、  ６：吐出口、  ７：外筒、  ８：内筒、  ９：冷却カバー、  
１０：固定子、  １１：回転子、  １２：コイル、  １３：回転軸、  
１４a、１４ｂ：軸受、  １５、１６：ハウジング側板、  １７：固定子コア、  
１８：スロット、  １９：接続口、  ２０：溝、  ２１ａ、２１ｂ：接合面、
２２：スロット、  ２３：管部材、  ２４：接続口、  ２５：溝、  ２６：外周、  
２７：溝、  ２８：外周、  ３０ａ、３０ｂ：配管部材
【図１】
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【図２】
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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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