JP2009195082A - ステータの冷却構造 - Google Patents

Abstract

【課題】冷却効率の高いステータの冷却構造を提供する。
【解決手段】ステータの冷却構造は、ステータコア１４１と、ステータコア１４１に巻回され、該ステータコア１４１の軸方向端面上に形成されたコイルエンドを有するステータコイル１４２と、ステータコア１４１の外周に設けられる締結リング１４３と、ステータコイル１４２が巻回されたステータコア１４１と締結リング１４３とを収納するケース２００とを備え、締結リング１４３の外周面とケース２００の内周面との間にオイル８００が供給されている。締結リング１４３は、ステータコイル１４２のコイルエンドの径方向外側から該コイルエンドに向けてオイル８００を供給するための孔部１４３Ａを有している。
【選択図】図３

Description

本発明は、ステータの冷却構造に関し、特に、ステータコアの外周にリング部材が設けられたステータの冷却構造に関する。

特開２００３−８８０１３号公報（特許文献１）には、薄肉円筒状の中間リングを焼き嵌めにより固定子鉄心の外周に嵌合するとともに、中間リングの外周面とケーシング内周面との間に微小な間隙を確保し、その間隙に冷却用オイルを流すことが記載されている。

特開２００１−２６８８４９号公報（特許文献２）には、ステータコアの保持リングとケース内面との間に冷却液通路を設けることが記載されている。

特開２００５−２５３２６３号公報（特許文献３）および特開２００５−２２９６７１号公報（特許文献４）には、ステータコイルのコイルエンドにオイルまたは空気を供給することが記載されている。
特開２００３−８８０１３号公報 特開２００１−２６８８４９号公報 特開２００５−２５３２６３号公報 特開２００５−２２９６７１号公報

ステータコイルのコイルエンドに冷媒を供給する場合、ステータコアの周方向における冷媒供給部の配置の自由度を高めたい場合がある。

特許文献１，２には、ステータコアの外周に設けられたリングとケースとの間に冷媒を流すことは記載されているものの、特許文献１に記載の構造では、ステータコアの軸方向に沿って冷却用オイルを流しているため、周方向における設計の自由度を高めることはできない。また、特許文献２には、そもそも、上記冷却液通路を流れる冷却液をコイルエンドに向けて供給するという思想は記載されていない。

特許文献３，４では、コイルエンドに向けて冷媒を供給することは記載されているものの、特許文献３ではステータの外周にオイルパイプを引き回す必要があり、特許文献４では、ケースに設けられた孔から空気を供給するため、いずれの場合も、周方向の設計の自由度が制限される場合がある。

本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、冷却効率の高いステータの冷却構造を提供することにある。

本発明に係るステータの冷却構造は、ステータコアと、ステータコアに巻回され、該ステータコアの軸方向端面上に形成されたコイルエンドを有するステータコイルと、ステータコアの外周に設けられるリング部材と、ステータコイルが巻回されたステータコアとリング部材とを収納するケースとを備え、リング部材の外周面とケースの内周面との間に冷媒が供給されている。

上記構成によれば、リング部材の外周面とケースの内周面との間に冷媒が供給されることにより、ステータコアとケースとの間の熱伝達効率を向上させることができる。

１つの局面では、上記ステータの冷却構造において、上記リング部材は、コイルエンドの径方向外側から該コイルエンドに向けて冷媒を供給するための孔部を有している。

これにより、リング部材の外周面とケースの内周面との間の冷媒がコイルエンドに供給される。ここで、リング部材における孔部を設ける位置の設定の自由度が高いため、所望の位置に冷媒を供給することが容易である。したがって、コイルエンドの冷却を促進することができる。

他の局面では、上記ステータの冷却構造において、リング部材は、ステータコアの軸方向両端部に位置するコイルエンドに向けて冷媒を供給するための孔部を有する。

これにより、ステータコアの軸方向両側に位置するコイルエンドに向けて冷媒を供給することができる。この結果、コイルエンドの冷却を促進することができる。

さらに他の局面では、上記ステータの冷却構造において、リング部材は、ステータコアの軸方向端部に対して該ステータコアの軸方向外側に延出する延出部を有し、コイルエンドに向けて冷媒を供給するための孔部が延出部に形成されている。

これにより、ステータコアの軸方向端面上に位置するコイルエンドに向けて冷媒を供給することができる。この結果、コイルエンドの冷却を促進することができる。

好ましくは、上記ステータの冷却構造において、ステータコアは、周方向に並ぶ複数のステータコア片を含み、リング部材は、複数のステータコア片を締結する。

これにより、分割コア締結用のリング部材を用いて冷媒を貯留することができる。したがって、部品点数の増大およびコストアップを抑制しながら、ステータの冷却を促進することができる。

好ましくは、上記ステータの冷却構造において、リング部材の軸方向端部において、該リング部材の外周面とケースの内周面との間が閉塞されている。

これにより、リング部材の外周面とケースの内周面との間の冷媒がリング部材の軸方向端部から漏出しないようにすることができる。この結果、ステータの冷却をさらに促進することができる。

好ましくは、上記ステータの冷却構造において、上記孔部は、ステータコアの周方向に並ぶように複数設けられている。

好ましくは、上記ステータの冷却構造において、上記孔部は、ステータコアの軸方向に並ぶように複数設けられている。

１つの例として、上記ステータの冷却構造において、リング部材の外周面とケースの内周面との間に供給される冷媒が流れる冷媒通路がケースに形成されている。

本発明によれば、ステータの冷却効率を向上させることができる。

以下に、本発明の実施の形態について説明する。なお、同一または相当する部分に同一の参照符号を付し、その説明を繰返さない場合がある。

なお、以下に説明する実施の形態において、個数、量などに言及する場合、特に記載がある場合を除き、本発明の範囲は必ずしもその個数、量などに限定されない。また、以下の実施の形態において、各々の構成要素は、特に記載がある場合を除き、本発明にとって必ずしも必須のものではない。また、以下に複数の実施の形態が存在する場合、特に記載がある場合を除き、各々の実施の形態の構成を適宜組合わせることは、当初から予定されている。

図１は、本発明の１つの実施の形態に係るステータの冷却構造を含む駆動ユニットの構成を示す図である。図１に示される例では、駆動ユニット１は、「電動車両」としてのハイブリッド車両に搭載される駆動ユニットであり、モータジェネレータ１００と、ケース２００と、減速機構３００と、ディファレンシャル機構４００とドライブシャフト受け部５００とを含んで構成される。

モータジェネレータ１００は、電動機または発電機としての機能を有する回転電機であり、軸受１１０を介してケース２００に回転可能に取付けられた回転シャフト１２０と、回転シャフト１２０に取付けられたロータ１３０と、ステータ１４０とを有する。ステータ１４０はステータコア１４１を有し、ステータコア１４１にはステータコイル１４２が巻回されている。ステータコイル１４２はケース２００に設けられた端子台２１０を介して給電ケーブル６００Ａと電気的に接続される。給電ケーブル６００Ａの他端は、ＰＣＵ６００に接続されている。ＰＣＵ６００は、給電ケーブル７００Ａを介してバッテリ７００と電気的に接続される。これにより、バッテリ７００とステータコイル１４２とが電気的に接続される。なお、モータジェネレータ１００は、回転シャフト１２０の軸が略水平方向に向くように設置されている。

モータジェネレータ１００から出力された動力は、減速機構３００からディファレンシャル機構４００を介してドライブシャフト受け部５００に伝達される。ドライブシャフト受け部５００に伝達された駆動力は、ドライブシャフト（図示せず）を介して車輪（図示せず）に回転力として伝達されて、車両を走行させる。

一方、ハイブリッド車両の回生制動時には、車輪は車体の慣性力により回転させられる。車輪からの回転力によりドライブシャフト受け部５００、ディファレンシャル機構４００および減速機構３００を介してモータジェネレータ１００が駆動される。このとき、モータジェネレータ１００が発電機として作動する。モータジェネレータ１００により発電された電力は、ＰＣＵ６００内のインバータを介してバッテリ７００に蓄えられる。

給電ケーブル６００Ａ，７００Ａは、Ｕ相ケーブルと、Ｖ相ケーブルと、Ｗ相ケーブルとからなる三相ケーブルである。ステータコイル１４２は、Ｕ相コイル、Ｖ相コイルおよびＷ相コイルからなり、これらの３つのコイルの端子が三相ケーブルである給電ケーブル６００Ａに接続される。

ケース２００の底部には、オイル８００が貯留されている。オイル８００は、ディファレンシャル機構４００のリングギヤの回転により上方に掻き上げられ、その後、ケース２００内の各部を循環した後、ケース２００の底部に戻る。ケース２００内の各部に供給されたオイル８００は、各部の冷却や潤滑に寄与する。

なおモータジェネレータ１００の用途は、ハイブリッド車（ＨＶ：hybrid vehicle）に限定されず、他の「電動車両」（たとえば燃料電池車や電気自動車）に搭載されてもよい。

図２は、本発明の１つの実施の形態に係るステータの冷却構造を示すステータの上面図である。図２を参照して、ステータコア１４１は、複数のステータコア片１４１Ａを周方向に並べることにより形成される。複数のステータコア片１４１Ａは、締結リング１４３により締結される。締結リング１４３の外周面とケース２００の内周面との間には、隙間が形成されている。ケース２００にはオイル８００が流れる油路２００Ａが形成されている。油路２００Ａを流れたオイル８００は、締結リング１４３の外周面とケース２００の内周面との間に形成された隙間に供給され、締結リング１４３に設けられた開孔１４３Ａを介して、ステータコイル１４２のコイルエンドに向かって供給される。

本実施の形態では、ケース２００に形成された油路２００Ａを流れたオイル８００を、締結リング１４３の外周面とケース２００の内周面との間に一旦貯留している。オイル８００の熱伝達率は、空気の熱伝達率よりも高い（約３倍）ため、締結リング１４３とケース２００との間をオイル８００で満たすことにより、ステータ１４０からケース２００への熱伝達の効率を向上させることができる。この結果、ステータ１４０の冷却が促進される。

また、本実施の形態では、締結リング１４３とケース２００との間に貯留されたオイル８００を、開孔１４３Ａを介してステータコイル１４２のコイルエンドに供給している。締結リング１４３において、開孔１４３Ａを周方向のどの部分に形成するかということについては、比較的自由度の高い設計が可能である。したがって、ケース２００に形成された油路２００Ａから直接オイル８００を供給するのではなく、上記のように、締結リング１４３に形成された開孔１４３Ａを介してオイル８００を供給することにより、オイル８００の供給部の周方向の位置の設定の自由度が高まり、周方向に満遍なくオイル８００を供給することができる。この結果、ステータ１４０のより効果的な冷却を行なうことが可能となる。たとえば、図２の例では、ケース２００の頂点近傍に、周方向に並ぶ２つの開孔１４３Ａが設けられているが、周方向に並ぶ開孔１４３Ａの位置および数（単数または複数）は、任意に変更可能である。

図３は、図２におけるIII−III断面図である。図３を参照して、締結リング１４３は、ステータコア１４１の軸方向外側に延出する延出部１４３Ｂを有し、開孔１４３Ａは、延出部１４３Ｂに形成されている。なお、図３の例では、ステータコア１４１の軸方向両端側に位置する延出部１４３Ｂにおいて、軸方向に並ぶ２つの開孔１４３Ａがそれぞれ設けられているが、軸方向に並ぶ開孔１４３Ａの位置および数（単数または複数）は、任意に変更可能である。たとえば、片側の軸方向端部にのみ、２つの開孔１４３Ａが形成されていてもよいし、両側の軸方向端部において、それぞれ１つの開孔１４３Ａが形成されていてもよい。

図３に示すように、本実施の形態では、締結リング１４３の軸方向端部において、締結リング１４３の外周面とケース２００の内周面との間が閉塞されている。このようにすることで、締結リング１４３の外周面とケース２００の内周面との間に貯留されたオイル８００が締結リング１４３の軸方向端部から漏出しないようにすることができる。この結果、貯留されたオイルを効率よく利用することができるので、ステータ１４０の冷却をさらに促進することができる。

ステータコア１４１の一方の軸方向端部側（図３中の左側）では、締結リング１４３にフランジ部１４３Ｃが設けられ、フランジ部１４３Ｃをボルト留めすることで、締結リング１４３がケース２００に固定されるとともに、締結リング１４３とケース２００との隙間が閉塞される。

また、ステータコア１４１の他方の軸方向端部（図３中の右側）では、締結リング１４３の先端をケース２００の底面に当接させることで、締結リング１４３とケース２００との隙間が閉塞される。

図４は、図３中のＡ部を拡大して示した図である。図４を参照して、ケース２００の底面には溝部２００Ｂが形成されている。そして、締結リング１４３の先端を溝部２００Ｂに挿入することにより、締結リング１４３とケース２００との隙間が閉塞される。

図５は、上記Ａ部の変形例を拡大して示した図である。図５の変形例では、ケース２００の底面に溝部２００Ｂが設けられず、締結リング１４３の先端がケース２００の底面に突き当てられているのみである。図５のような構造であっても、締結リング１４３とケース２００との隙間を閉塞することができる。

上述した内容について要約すると、以下のようになる。すなわち、本実施の形態に係るステータの冷却構造は、ステータコア１４１と、ステータコア１４１に巻回され、該ステータコア１４１の軸方向端面上に形成されたコイルエンドを有するステータコイル１４２と、ステータコア１４１の外周に設けられる「リング部材」としての締結リング１４３と、ステータコイル１４２が巻回されたステータコア１４１と締結リング１４３とを収納するケース２００とを備え、締結リング１４３の外周面とケース２００の内周面との間に「冷媒」としてのオイル８００が供給されている。

締結リング１４３は、ステータコイル１４２のコイルエンドの径方向外側から該コイルエンドに向けてオイル８００を供給するための開孔１４３Ａを有している。図３の例では、開孔１４３Ａは、ステータコア１４１の軸方向両端部に位置するステータコイル１４２のコイルエンドに向けてオイル８００を供給可能なように形成されている。また、締結リング１４３は、ステータコア１４１の軸方向端部に対して該ステータコア１４１の軸方向外側に延出する延出部１４３Ｂを有している。開孔１４３Ａは、延出部１４３Ｂに形成されている。

本実施の形態では、複数のステータコア片１４１Ａを締結リング１４３により締結する例について説明したが、ステータコア１４１を周方向に分割しない構造であっても、本発明の思想は適用可能である。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、今回開示された実施の形態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。

本発明の１つの実施の形態に係るステータの冷却構造を含む駆動ユニットの構成を示す図である。 本発明の１つの実施の形態に係るステータの冷却構造を示すステータの上面図である。 図２におけるIII−III断面図である。 図３におけるＡ部を拡大して示した図である。 図３におけるＡ部の変形例を拡大して示した図である。

符号の説明

１ 駆動ユニット、１００ モータジェネレータ、１１０ 軸受、１２０ 回転軸、１３０ ロータ、１４０ ステータ、１４１ ステータコア、１４１Ａ ステータコア片、１４２ ステータコイル、１４３ 締結リング、１４３Ａ 開孔、１４３Ｂ 延出部、１４３Ｃ フランジ部、２００ ケース、２００Ａ 油路、２００Ｂ 溝部、２１０ 端子台、３００ 減速機構、４００ ディファレンシャル機構、５００ ドライブシャフト受け部、６００ ＰＣＵ、６００Ａ，７００Ａ 給電ケーブル、７００ バッテリ、８００ オイル。

Claims (8)

1. ステータコアと、
   前記ステータコアに巻回され、該ステータコアの軸方向端面上に形成されたコイルエンドを有するステータコイルと、
   前記ステータコアの外周に設けられるリング部材と、
   前記ステータコイルが巻回された前記ステータコアと前記リング部材とを収納するケースとを備え、
   前記リング部材の外周面と前記ケースの内周面との間に冷媒が供給され、
   前記リング部材は、前記コイルエンドの径方向外側から該コイルエンドに向けて前記冷媒を供給するための孔部を有する、ステータの冷却構造。
2. ステータコアと、
   前記ステータコアに巻回され、該ステータコアの軸方向端面上に形成されたコイルエンドを有するステータコイルと、
   前記ステータコアの外周に設けられるリング部材と、
   前記ステータコイルが巻回された前記ステータコアと前記リング部材とを収納するケースとを備え、
   前記リング部材の外周面と前記ケースの内周面との間に冷媒が供給され、
   前記リング部材は、前記ステータコアの軸方向両端部に位置する前記コイルエンドに向けて前記冷媒を供給するための孔部を有する、ステータの冷却構造。
3. ステータコアと、
   前記ステータコアに巻回され、該ステータコアの軸方向端面上に形成されたコイルエンドを有するステータコイルと、
   前記ステータコアの外周に設けられるリング部材と、
   前記ステータコイルが巻回された前記ステータコアと前記リング部材とを収納するケースとを備え、
   前記リング部材の外周面と前記ケースの内周面との間に冷媒が供給され、
   前記リング部材は、前記ステータコアの軸方向端部に対して該ステータコアの軸方向外側に延出する延出部を有し、前記コイルエンドに向けて前記冷媒を供給するための孔部が前記延出部に形成されている、ステータの冷却構造。
4. 前記ステータコアは、周方向に並ぶ複数のステータコア片を含み、
   前記リング部材は、前記複数のステータコア片を締結する、請求項１から請求項３のいずれかに記載のステータの冷却構造。
5. 前記リング部材の軸方向端部において、該リング部材の外周面と前記ケースの内周面との間が閉塞されている、請求項１から請求項４のいずれかに記載のステータの冷却構造。
6. 前記孔部は、前記ステータコアの周方向に並ぶように複数設けられている、請求項１から請求項５のいずれかに記載のステータの冷却構造。
7. 前記孔部は、前記ステータコアの軸方向に並ぶように複数設けられている、請求項１から請求項６のいずれかに記載のステータの冷却構造。
8. 前記リング部材の外周面と前記ケースの内周面との間に供給される冷媒が流れる冷媒通路が前記ケースに形成されている、請求項１から請求項７のいずれかに記載のステータの冷却構造。

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