JP5374902B2 - モータの油冷構造 - Google Patents

Description

本発明は、油（液）冷式モータ、特にその油冷構造に関する。

モータをオイル冷却する技術自体は既知である。特許文献１には、油冷モータにおいてオイルポンプの吐出油をモータの上部に設けた冷却油噴射部からコイルエンド上に滴下させることにより、ポンプの吐出油量が少ないときでもモータコイルの冷却を確実に行おうとするモータの油冷構造が記載されている。

特開平８−１３０８６５号公報

以下の分析は、本発明者によるものである。上述の既知の油冷式モータの油冷構造によれば、オイルポンプの吐出油量が少ないときでも、強制的にモータコイルの上方から冷却油をコイルエンド上へ噴出させることにより、コイルの油冷を行うことが可能である。

しかしながら、油噴出口（ノズル）は、モータの断面で見てケーシング内部の上部に複数配設され、油は下方へコイルを目指して噴出される油冷構造を成している。（同文献、図１〜２，７，１１等参照）その結果、オイル吐出量が少ないときでも、吐出（冷却）は最低限維持されるが、その場合、冷却されるコイルは上部の一部に止まる場合がありうる。

即ち、コイルエンド上部に油噴出部が配置されるので、モータ下部には、オイル吐出量が少ないときには、油のかからないコイルが出てくる。そうすると、油のかからないコイルは、油のかかるコイルよりも温度が高くなる。即ち、油冷効果にばらつきが生ずることになる。かくて、最高温度のコイルをターゲットとして温度制限する（許容上限以下に保つ）必要があるため、モータの熱定格をそれ以上向上しえず、所要出力（馬力）に対するモータ寸法は大型化することになる。

かくて本発明は、油冷モータにおいて均一かつ効果的なコイルの冷却を実現することを主たる課題とする。付随的課題としては、より少ない冷却油量でもコイルの均一冷却ができること、その帰結として所定定格出力に対するモータ寸法の小型化を達成することがある。

本発明の第一の視点において、磁極コア内部に形成した油路を介して油を噴出口に導くこと、該噴出口をコアのコイル内面に開口して配設することを特徴とする。

本発明の第一の視点は、好ましくは、コアに形成した油路へ円周方向に配設した油路から分岐して油を分配して複数の噴出口に導くこと、すなわち、前記噴出口を複数有し、前記油路を円周方向に配設して、円周方向から分岐した油を複数の前記噴出口に導くことを
を特徴とする。なお、本発明において「油」は液状冷却媒体の意義で用い、必ずしも厳密な意義での「オイル」に限定されない。

本発明の上記各視点によれば、各磁極コア内部にないしコアに形成した油路を介して油を噴出口に導くことにより、各コイルに対して均一かつ効果的な冷却が実現される。また、コイルの均一冷却の結果、より少ない冷却油量でもよく、所定定格出力に対するモータ寸法の小型化が達成される。（ないしは、所望モータ寸法に対し、大馬力化される。）さらに、その他の構成及び利点は、本発明の従属請求項から明らかとなろう。

以下に本発明の好適な形態を示す。
前記油路は、円周方向に配設した円周油路から半径方向に分岐した分岐油路を含んで形成されることが好ましい。（形態１）
前記半径方向に分岐した分岐油路は、第１及び第２の半径方向分岐油路を含み、それぞれコイルの異なった位置ないし面に対し油を噴出させることが好ましい。（形態２）
前記噴出口は、半径方向の油路からコイルの内面又は外面、又は内外面へ向かって油を噴出させることが好ましい。（形態３）
前記噴出口は、コアの磁極部に巻回したコイルの内面とコア外面の間に設けた間隙に開口することが好ましい。（形態４）
前記円周油路は、コアないしコアに接続されるヨークの周面とハウジングの周壁面との間に形成されることが好ましい。（形態５）
前記噴出口油路は、モータ回転軸に平行に半径方向油路から分岐して配設され、一対の噴出口に至ることが好ましい。（形態６）
前記コアはアウタステータコアでありうる。（形態７）
前記コアはインナステータコアでありうる。（形態８）

上述のとおり、本発明においては、各磁極コア（歯状部ないしポールピース）に噴出口が配されるので、モータ上下部、左右側部に位置するコイルを含め、全てのコイルを均一かつ確実に冷却できる。しかも、最低限の所要油量により、それが達成できる。それにより、モータの熱定格を向上できると共にモータの小型化も達成される。

円周油路（分配油路）はハウジングとコアないしコアとコアを継ぐ継鉄即ちヨーク部（以下「コア」で代表する）との間に形成することができ、部品点数も増加することなく、低コストも実現される。

以下に本発明の実施例について図面を参照して説明する。

図１〜５を参照して実施例１について説明する。

本実施例にかかるモータ１は、モータシャフト５に軸支され（ベアリング６Ａ、６Ｂを介して）円筒状ハウジング２として外枠が構成され、オイルポンプ１１によって管路１３を介して冷却油（兼潤滑油）を循環することができる。モータシャフト５に固定されたロータ（ここではインナロータ）は、空隙９を介してステータ３（ここではアウタステータ３Ａ）に対向して配される。ステータ３はハウジング２の円筒状部２Ａの内壁に固定（結合、ここでは圧嵌）される。

ステータ３は、ステータコア３Ｃ（ないしヨーク部）から構成され、円周方向にリング状に延在するステータコア外周部に所定ピッチで半径方向内方へ歯状に突出延在する磁極コア部（歯状部ないしポールピース）３Ｄを形成して、概略構成される。

ステータ３内には、冷却用油路１０が配設され、オイルポンプ１１から管路を経て、入口１０Ｅから油路１０へ油が送給される。油路１０は、円周方向油路（基本分配用流路）１０Ａと、これから半径方向内方へ分岐して磁極コア部３Ｄ内へ延在する半径方向油路１０Ｂ、さらにそこから左右（両方）に分岐して噴出口へ至る噴出口油路１０Ｃ（噴出口分岐油路）が配設される。噴出口油路１０Ｃは、それぞれ磁極コア部３Ｄの側壁に開口して噴出口１０Ｄとなる。

各磁極コア部３Ｄには、コイル７が巻回されており、コイル７と噴出口油路の開口（噴出口）の間には、所定の間隙８（８Ａ、図４）があり、油は各噴出口１０Ｄから流出して、コイルと磁極コア部３Ｄの間の間隙から流出する。

円周方向油路１０Ａは、図示例では、ハウジング２が円筒状部２Ａの内壁面に形成した溝（又は複数）から構成される（図１，２）。しかし、これ以外の油路の形成方法も可能である。例えばコア（ヨーク部）の外周に形成することも、またそれと組み合わせることも可能である。

油路入口１０Ｅは、１ヶ所を例示したが、複数（２〜４ヶ以上）も必要に応じ設けることもできる。また油路の配置（方向ないしレイアウト）は、最も単純な例を示したが、目的に応じ数も含め可変である様々なパターンとすることは、当然可能である。なお、油の流れは、図面中に矢印で例示した。

図４に図３のＣ矢視部分図を示す。磁極コア部（ないしポールピース）３Ｄの周りにコイル７が巻回されており、ステータコア（ヨーク部）３Ｃの外周部に半径方向油路１０Ｂの外端部が開口している。半径方向油路１０Ｂの先端から左右に回転軸に平行に噴出口油路１０Ｃが延在し（点線）磁極コア部３Ｄの側壁に開口して噴出口１０Ｄを成している。噴出口１０Ｄとコイル７の内面の間には間隙８Ａがある。なお図４では、間隙８Ａは図解の便宜上やや誇張して図示されているが、通常のコイル巻きの際に生ずる間隙を利用することもできる。

図６にコイル７の変形例（Ｃ視）を示す。コイル７の内面と磁極コア部３Ｄの側部３Ｆとの間には、コイル側へ開放した凹部８Ｂを備えた絶線部材８Ｃが介装され、凹部８Ｂの底面に噴出口１０Ｄが開口している。噴出口１０Ｄから噴出された油は、凹部８Ｂから流出する。

図７にインナステータ３Ｂを示す。（なお、これに対するアウタロータ及びケーシング等は、アウタロータ型モータに従って設計されるのでここでは図示を省略する。）ハウジング（ないし固定部材）２に固定される円筒状のステータ固定部材３Ｅの周囲にインナステータのステータコア（ヨーク部）３Ｃの内周が嵌合され、磁極コア部３Ｄは、歯状に半径方向外周へ所定ピッチで形成されている。円周方向油路１０Ａは、ステータ固定部材３Ｅの外周面に円周溝として形成されている。円周方向油路１０Ａから半径方向外方へ分岐して各磁極コア部３Ｄに半径方向油路１０Ｂが配設されており、この半径方向油路１０Ｂの先端で噴出口油路１０Ｃが分岐形成され、各噴出口１０Ｄに至る。

実施例１において、円周方向油路１０Ａから半径方向内方へ分岐する複数の第２半径方向油路１０Ｂ’を所定数備えることができる（図２には、代表例として２本のみ記載）。この場合噴出口は、好ましくはコイルとコイルの間の空間に配することができる。第２半径方向油路１０Ｂ’は、第１半径方向油路１０Ｂに代り、又はそれに付加して配設することができる。図面上には、第２半径方向油路１０Ｂ’は同一の円周方向油路１０Ａから分岐している例を記載したが、第１半径方向油路１０Ｂ用とは別の（第２又は第３）円周方向油路から分岐させることもできる。第１半径方向油路１０Ｂはコイル内面へ油を導き、第２半径方向油路１０Ｂ’はコイル外面へ油を導くことが夫々できる。なお第２半径方向油路１０Ｂ’は、図７（実施例３）にも同様に配設することができる（図７では図示省略）。また第２半径方向油路１０Ｂ’の先の噴出口は、図示のものに限らず、噴出口油路１０Ｃの如く更に分岐させた後、噴出口（複数）に導くことも可能である（それについても図示は省略する）。

本発明の各視点を通じ、ステータコアは、中実材または積層したコア材料（多層複合材を含む）から構成でき、積層コアの場合、油路は所定パターンに溝ないし切欠き（油路）を形成した板状コア材を積層することにより形成することができる。この点はインナステータ型とアウタステータ型に共通である。

オイル液面は、一例として図１に示す油面１２の位置に保持できる。即ちモータ内の油量は、かなり少ない量で足りる。冷却が各コイル（当然各磁極コア部）に対し均一に行われるからである。これによりステータとロータ間の空隙９が油面下に来ることはなく、ロータ回転に伴う油の過剰流動による動力ロスも低減される。油はベアリング等（さらに必要な場合伝動ギアなど）の回転部材の潤滑にも用いられる。

オイルポンプ１１は、図１の例ではハウシング２と別体に示したが、一体化としてもよく、駆動はモータ１の回転駆動力による従動方式、或いは外部動力ないし駆動源（電力、電気モータ）による駆動、或いはそれらの併用等が考えられる。ハウシング２と一体型の場合、オイルポンプ１１はモータシャフト５の回転力によって駆動（即ち、自己駆動）されるよう配設できる。その際管路１３は、ハウジングと一体ないしハウジング内にも配設できる。

上述の実施例では、ステータコアは磁極コア部とヨーク部を一体の例としたが、ヨーク部は磁極コア部とは別体ないし別材料とすることもできる。ロータの磁極構成は、ステータの磁極構成（配列）に対応して適宜選択設定されるが、詳細は略す。またモータシャフト５は、一方（右側）のみハウジング２から突出しているが、両方とも突出して配することもできる。モータシャフト５とハウジングの間にはシール部材が配されるが、図示は省く。

本発明の油冷式モータは極めて汎用性が高く、液冷を必要とする回転機構に一般的に利用可能である。インナステータ型（アウタロータ型）又はアウタステータ型（インナロータ型）のいずれにも利用できる。その一例としては、自動車の走行輪、電動式ないしハイブリッド式自動車の主又は補助駆動源等各種の利用が可能であり、それぞれ用途に応じて具体的形状、油路構成や分岐油路の数、噴出口の位置や数等を可変に設計することができる。

図１は、本発明の一実施例にかかるモータ断面の模式図である。（図２のＢ−Ｂ断面） 図２は、図１のＡ視であり、ステータとハウジングのみ図示したものである。矢印で油の流れを示す。 図３は、図２からハウジングを除外したものである。 図４は、図３のＣ視である。矢印で油の流れを示す。 図５は、図３からコイルを除外したものである。 図６は、図４に対する他の実施例を拡大して示す。 図７は、インナステータとしての一実施例を示す。

符号の説明

１ モータ（油冷式）
２ ハウジング
２Ａ ハウジング円筒状部
３ ステータ（３Ａ アウタステータ、３Ｂ インナステータ）
３Ｃ ステータコア（ヨーク部）
３Ｄ 磁極コア部（歯状部）
３Ｅ ステータ固定部材（ハウジングの一部）
３Ｆ （ステータコア）側部
４ ロータ（インナロータ）
５ モータシャフト
６（６Ａ，６Ｂ）ベアリング
７ コイル
８Ａ 間隙 （８Ｂ 凹部）
８Ｃ 絶縁部材
９ 空隙（ギャップ）
１０ 油路
１０Ａ 円周方向油路
１０Ｂ （第１）半径方向油路（半径方向分岐油路）
１０Ｂ’ 第２半径方向油路
１０Ｃ 噴出口油路（噴出口分岐油路）
１０Ｄ 噴出口
１０Ｅ 入口
１１ オイルポンプ
１２ 油面
１３ 管路

Claims (10)

1. 磁極コア内部に形成した油路を介して油を噴出口に導くこと、
   該噴出口をコアのコイル内面に開口して配設することを特徴とする油冷式モータ。
2. 前記噴出口を複数有し、前記油路を円周方向に配設して、円周方向から分岐した油を複数の前記噴出口に導くことを特徴とする請求項１に記載の油冷式モータ。
3. 前記油路は、円周方向に配設した円周油路から半径方向に分岐した分岐油路を含んで形成されることを特徴とする請求項１又は２に記載のモータ。
4. 前記半径方向に分岐した分岐油路は、第１及び第２の半径方向分岐油路を含み、それぞれコイルの異なった位置ないし面に対し油を噴出させることを特徴とする請求項１〜３の一に記載のモータ。
5. 前記噴出口は、半径方向の油路からコイルの内面又は外面、又は内外面へ向かって油を噴出させることを特徴とする請求項１〜４の一に記載のモータ。
6. 前記噴出口は、コアの磁極部に巻回したコイルの内面とコア外面の間に設けた間隙に開口することを特徴とする請求項１〜５の一に記載のモータ。
7. 前記円周油路は、コアないしコアに接続されるヨークの周面とハウジングの周壁面との間に形成されることを特徴とする請求項１〜６の一に記載のモータ。
8. 前記噴出口油路は、モータ回転軸に平行に半径方向油路から分岐して配設され、複数の噴出口に至ることを特徴とする請求項１〜７の一に記載のモータ。
9. 前記コアはアウタステータコアであることを特徴とする請求項１〜８の一に記載のモータ。
10. 前記コアはインナステータコアであることを特徴とする請求項１〜８の一に記載のモータ。

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