JP6711260B2

JP6711260B2 - 回転電機

Info

Publication number: JP6711260B2
Application number: JP2016249970A
Authority: JP
Inventors: 松本　隆志; 隆志松本
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2016-12-22
Filing date: 2016-12-22
Publication date: 2020-06-17
Anticipated expiration: 2036-12-22
Also published as: JP2018107865A

Description

本発明は、回転電機に関する。

従来、回転電機としては、特許文献１に記載されているように、ステータ、ステータの内周側に配設されたロータ、ステータに径方向に対向するようにステータの外周側に配置される冷却パイプ、及び冷却パイプ内に冷媒を取り込むポンプが、ケース内に配設されたものがある。ステータは、ステータコアと、ステータコアのティースに巻回されたコイルとを含み、冷却パイプは、ステータに沿うようにステータの軸方向に延在する。また、冷却パイプには、その内部と外部とを連通すると共に、ステータに径方向に対向する開口を有する複数の貫通孔が設けられる。ポンプが駆動すると、ケース内の冷媒が、冷却パイプ内に取り込まれて、上記複数の貫通孔を介してステータに向けて放出される。回転電機では、ロータの回転時にコイルに電流が流れると、ステータコアやコイルが発熱する。係る発熱は、回転電機の内部を貫通する磁束に影響を与え、運転効率（回転効率、発電効率）を低下させる。この回転電機では、ステータコアやコイルに冷媒を放出することで、ステータコアやコイルを冷却し、運転効率の低下を抑制している。

２０１５−０８９３１４号公報

上記ステータの冷却を実行する回転電機において、冷却性能を検知するために冷媒温度を測定する温度センサを設置したいという要請がある。しかし、温度センサの取り付け位置によっては、温度センサ通過後の冷媒温度とステータに供給される冷媒温度に乖離が生じ、適正なモータ保護制御を実行しにくい。

そこで、本発明の目的は、温度センサ通過後の冷媒温度と、ステータに供給される冷媒温度との差を小さくできる回転電機を提供することにある。

本発明に係る回転電機は、環状のステータコアと、前記ステータコアのティースに巻回されるコイルとを含むステータと、前記ステータに前記ステータコアの径方向に対向し、前記ステータに沿うように延在する冷却パイプであって、前記冷却パイプの軸方向の一方側に配設される端側貫通孔を含む１以上の貫通孔が、前記ステータに前記径方向に対向するように前記冷却パイプの側壁に設けられた冷却パイプと、前記冷却パイプの前記軸方向の一方側の先端開口を封鎖する封鎖部材と、前記封鎖部材に取り付けられると共に、少なくとも一部が前記冷却パイプ内に配置される温度センサと、冷媒を前記冷却パイプの内部に供給し前記貫通孔から前記ステータ側に放出させる冷媒供給装置と、を備え、前記封鎖部材の圧入部には、中心部に軸方向に延在する凹部が形成され、前記温度センサの少なくとも一部が当該凹部内に配置される。

また、本発明において、前記封鎖部材には、中心部に前記軸方向に延在する凹部が形成されており、この凹部内に前記温度センサが配置され、前記温度センサの一端面が前記冷却パイプ内に露出することが好ましい。

また、本発明において、前記温度センサからの配線は、前記封鎖部材内を通過して、前記冷却パイプの外部に導出されることが好ましい。

本発明に係る回転電機によれば、冷却パイプがステータに沿うように設けられ、冷媒供給装置が冷媒を冷却パイプ内から１以上の貫通孔を通過させてステータ側に放出させる。また、１以上の貫通孔が冷却パイプの軸方向一方側に配設される端側貫通孔を含み、温度センサは、冷却パイプの軸方向一方側を封鎖する封鎖部材に設けられ、少なくとも一部が冷却パイプ内に配置される。したがって、温度センサが端側貫通孔に近接する位置に配置されるので、温度センサが端側貫通孔を通過する直前の冷媒温度を測定可能になる。よって、温度センサ通過後の冷媒温度と、ステータに供給される冷媒温度との差を小さくでき、冷媒温度の推定精度が向上し、適正なモータ保護制御を実行できる。

本発明の一実施形態に係る回転電機の軸方向の断面図である。上記回転電機における冷却パイプ周辺の拡大断面図である

以下に、本発明に係る実施の形態について添付図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下において複数の実施形態や変形例などが含まれる場合、それらの特徴部分を適宜に組み合わせて新たな実施形態を構築することは当初から想定されている。また、以下の説明及び図面において、Ｚ方向は、鉛直方向に一致し、図１及び図２において、紙面上側は、鉛直方向上方を示す。

図１は、本発明の一実施形態に係る回転電機１の断面図であり、図２は、回転電機１における冷却パイプ７周辺の拡大断面図である。図１に示すように、回転電機１は、ケース２と、ケース２内に配置される電機本体３を備える。ケース２は、ケース本体２１と上側カバー２２を有し、ケース本体２１はＺ方向上側が開口し、当該開口は上側カバー２２で覆われる。上側カバー２２は、ケース本体２１の開口周縁にボルト２３で固定される。一方、電機本体３は、ステータ５、ロータ６、冷却パイプ７、封鎖部材８、温度センサ１０、及び冷媒供給装置の一例としてのポンプ１１を含む。ステータ５は、環状のステータコア５１と、ステータコイル５２とを備える。ステータコア５１は、Ｚ方向に延在する。ステータコア５１は、磁性体部品であり、例えば、複数の珪素鋼鈑（電磁鋼鈑）が積層されて構成されるが、樹脂バインダと磁性材粉末を加圧成形して構成してもよい。ステータコア５１は、環状で外周側に配設されるヨーク５３と、複数のティース５４を有する。複数のティース５４は、周方向に互いに間隔をおいて配設され、各ティース５４は、ヨーク５３から径方向の内方側に突出する。ステータコイル５２は、Ｕ，Ｖ，Ｗの三相のコイルを含み、例えば、Ｕ，Ｖ，Ｗの三相のコイルをＹ結線して構成される。三相のコイルの夫々は、隣接するティース５４の間の空間であるスロット（図示せず）に挿通され、ティース５４に巻回される。

ロータ６は、ステータ５の内周側にステータ５に対して間隔をおいて配置され、ロータ６の中心は、ステータ５の中心と一致する。ロータ６は、環状のロータコア６１と、ロータコア６１の貫通孔に挿通固定されたシャフト６２を含む。ロータコア６１は、Ｚ方向に延在する。ロータコア６１は、磁性体部品であり、例えば、複数の円環状の珪素鋼鈑（電磁鋼鈑）が積層されて構成される。例えば、ロータコア６１には、複数の永久磁石が周方向に互いに間隔をおいた状態で埋め込まれる。シャフト６２は、Ｚ方向に延在し、ケース２の内周面に軸受３２ａ,３２ｂを介して回転自在に取り付けられる。

冷却パイプ７は、中空のパイプであり、Ｚ方向に延在する。冷却パイプ７は、ステータ５の外周側にステータコア５１の径方向に対向し、ステータ５に沿うように配設される。冷却パイプ７は、上側端部７１の先端開口が封鎖部材８で封鎖される一方、下側端部７２の開口は、開放されてケース２に設けられた通路２７に連通する。冷却パイプ７の下側端部７２は、円板状のフランジ７ａを有する。冷却パイプ７の下側端部７２は、フランジ７ａがケース２の壁面に当接するまでケース２に設けられた圧入孔２ａに圧入され、ケース２に固定される。

封鎖部材８は、例えば、樹脂材料で構成される。図２に示すように、封鎖部材８は、円板状の蓋部８１と円柱状の圧入部８２を有する。蓋部８１の中心軸は、圧入部８２の中心軸と一致し、蓋部８１の外径は、冷却パイプ７の上側端部の外径よりも大きい。圧入部８２は、蓋部８１の下面が冷却パイプ７の上側端面に当接するまで冷却パイプ７内に圧入され、係る圧入により封鎖部材８が冷却パイプ７に固定される。

回転電機１は、円柱状のゴムブッシュ８８を更に備える。また、封鎖部材８は、蓋部８１から上側に突出する円柱部８３を有する。ゴムブッシュ８８は、その中心軸が冷却パイプ７の中心軸に略一致している状態で、例えば円柱部８３の上面に接着剤等で取り付けられ、ケース２の上側カバー２２の下面と、円柱部８３の上面との間に配置される。冷却パイプ７、封鎖部材８及びゴムブッシュ８８で構成される一体構造は、ケース２の上側カバー２２とケース本体２１の間で圧縮荷重を受けるように挟持される。その結果、ゴムブッシュ８８の軸方向の全長が、ゴムブッシュ８８の自然長よりも短くなり、当該一体構造がケース２に固定される。

冷却パイプ７には、Ｚ方向に間隔をおいて複数の貫通孔７７が設けられる。各貫通孔７７における冷却パイプ外側の開口は、ステータ５に径方向（ステータコア５１の径方向のこと）に対向し、より詳しくは、ステータコイル５２のコイルエンド５２ａに径方向に対向する。複数の貫通孔７７には、冷却パイプ７の軸方向の一方側（軸方向の上側）に配設される端側貫通孔７７ａが含まれる。封鎖部材８の圧入部８２が冷却パイプ７の一方側の端部（軸方向の上側の端部）に圧入されているので、結果として、端側貫通孔７７ａは、圧入部８２に近接して配置される。端側貫通孔７７ａは、圧入部８２の下端よりも僅かにＺ方向下側に設けられる。

温度センサ１０は、温度によって電気抵抗が変化するサーミスタ素子１４で構成され、当該サーミスタ素子１４は、樹脂製の圧入部８２内に封入され、冷却パイプ７内に配置される。詳しくは、封鎖部材８の圧入部８２には、中心部に軸方向に延在する凹部１９が形成され、サーミスタ素子１４は、凹部１９内に配置される。サーミスタ素子１４は圧入部８２から露出する露出部１４ａを有し、露出部１４ａは冷却パイプ７内の冷媒収容室７９に面する。露出部１４ａは、サーミスタ素子１４の一端面（下側端面）で構成される。なお、サーミスタ素子が封鎖部材から下側に突出し、露出部がサーミスタ素子の側面を含んでもよい。サーミスタ素子１４は、配線であるリード線１８を介してケース外にある制御部（図示せず）と電気的に接続される。より詳しくは、リード線１８は、封鎖部材８内を通過した後、ケース２も通過し、当該制御部と電気的に接続される。ケース２内には、冷媒の一例としてのＡＴＦ(Automatic Transmission Fluid；図示せず)が封入されている。後述するが、サーミスタ素子１４の露出部１４ａは、ＡＴＦに接触する。サーミスタ素子１４の温度が、ＡＴＦの温度に応じて変化すると、サーミスタ素子１４の抵抗値が変化してリード線１８を流れる電流が変化する。制御部は、リード線を流れる電流を測定することでサーミスタ素子１４に接触するＡＴＦ温度を検出する。

再度図１を参照して、ポンプ１１は、ケース下方側にあるポンプ収容室２ｂ内に収容される。ポンプ収容室２ｂは、ステータ５が収容されるステータ収容室２ｃと、下方側の軸受３２ｂの内外輪間に生じるスペースを介して連通し、ＡＴＦは、重力によってステータ収容室２ｃからポンプ収容室２ｂ側に流動可能になっている。冷却パイプ７において閉鎖されていない下方側の開口は、通路２７を介してポンプ収容室２ｂに連通する。

上記構成において、回転動力を出力する際には、例えば、図示しないバッテリからの直流電流が図示しないインバータを介して三相交流電流に変換された後、三相交流電流が、上述のＵ，Ｖ，Ｗの三相のコイルに供給される。係るＵ，Ｖ，Ｗの三相のコイルに対する三相交流電流の供給によって、ティース５４が磁化されて磁極となり、磁極の位置がステータ５の周方向に沿って移動する回転磁界が生じる。そして、ロータ６がその回転磁界に基づいて回動し、回転動力が生成される。他方、電力を回生する際には、ロータ６が、外部からの動力によって回動すると、ロータ６に埋め込まれた永久磁石がロータ中心軸の回りを回転する。すると、Ｕ，Ｖ，Ｗの三相のコイルに電磁誘導の法則に基づく誘導起電力が誘起され、交流の誘導電流がＵ，Ｖ，Ｗの三相のコイルを流れる。そして、係る誘導電流に基づくＵ，Ｖ，Ｗの三相のコイルからの交流電力が、インバータで直流電力に変換された後、バッテリに供給される。

また、図１を参照して、ポンプ１１が駆動すると、ケース下方のポンプ収容室２ｂに溜まったＡＴＦが、ポンプ１１によって通路２７を介して冷却パイプ７内に矢印Ａで示す方向に下側から圧送される。冷却パイプ７内に圧送されたＡＴＦは、矢印Ｂで示す方向に貫通孔７７からステータ５のコイルエンド５２ａに向けて放出される。その際、冷却パイプ７の上側に圧送されたＡＴＦは、露出部１４ａ（図２参照）に接触した後、端側貫通孔７７ａを介して上側のコイルエンド５２ａに向けて放出される。上側のコイルエンド５２ａに吹き付けられたＡＴＦは、重力によって矢印Ｃで示す方向にステータコイル５２やステータコア５１を伝って、それらの部材５１,５２から熱を奪いながら下側に移動し、下側の軸受３２ｂの転動体配置スペース（外輪と内輪との間のスペース）を通過して、ケース下側のポンプ収容室２ｂまで移動する。ポンプ収容室２ｂを画定する壁面部２ｄは、例えば放熱性に優れる金属で構成される。ＡＴＦは、ステータ５に接触してステータ５から熱を奪って温度上昇した後、ポンプ収容室２ｂで壁面部２ｄに熱を放出して冷やされる。冷やされたＡＴＦは、ポンプ１１によって再度冷却パイプ７内に圧送される。係るＡＴＦの循環で、冷えたＡＴＦが冷却パイプ７からステータ５に向けて随時放出されることにより、ステータ５が冷却される。

上記実施形態によれば、冷却パイプ７がステータ５に沿うように設けられ、ポンプ１１がＡＴＦを冷却パイプ７内から１以上の貫通孔７７を通過させてステータ５側に放出させる。また、１以上の貫通孔７７が冷却パイプ７の軸方向一方側に配設される端側貫通孔７７ａを含み、温度センサ１０は、冷却パイプ７の軸方向一方側を封鎖する封鎖部材８に設けられ、少なくとも一部が冷却パイプ７内に配置される。したがって、温度センサ１０が端側貫通孔７７ａに近接する位置に配置されるので、温度センサ１０が端側貫通孔７７ａを通過する直前のＡＴＦの温度を測定可能になる。よって、温度センサ１０通過後のＡＴＦ温度と、ステータ５に供給されるＡＴＦ温度との差を小さくでき、ＡＴＦ温度の推定精度が向上し、適正なモータ保護制御を実行できる。

また、温度センサ１０が、冷却パイプ７をケース２に取り付ける封鎖部材８に組み込まれるので、温度センサ１０をＡＴＦ周辺に配置するための温度センサ取付用の専用部品（例えば、センサブラケット（特開２０１４−１７８２５８号公報参照））を省略できる。したがって、回転電機１の製造コストを低減できる。

更には、温度センサ取付用の専用部品が必要でないだけでなく、温度センサ１０が冷却パイプ７先端側のデットスペースに搭載される。したがって、温度センサ１０を搭載しても、回転電機１が殆ど大型化することがない。よって、温度センサ１０を備える回転電機１をコンパクトに構成でき、温度センサ１０を備えた回転電機１の車両等への搭載性を向上できる。

尚、本発明は、上記実施形態およびその変形例に限定されるものではなく、本願の特許請求の範囲に記載された事項およびその均等な範囲において種々の改良や変更が可能である。

例えば、上記実施形態では、冷却パイプ７が、ステータコア５１の軸方向に平行に延在する場合について説明したが、冷却パイプは、ステータコアの軸方向に傾斜する方向に延在してもよい。また、冷却パイプ７が、コイルエンド５２ａにステータコア５１の径方向に対向する貫通孔７７しか有さない場合について説明した。しかし、冷却パイプは、コイルエンドにステータコアの径方向に対向する１以上の貫通孔に加えて、ステータコアに径方向に対向する１以上の貫通孔を有してもよい。又は、冷却パイプは、コイルエンドにステータコアの径方向に対向する貫通孔を有さずに、ステータコアに径方向に対向する１以上の貫通孔のみを有してもよい。また、温度センサ１０のサーミスタ素子１４の全てが、冷却パイプ７内に配設される場合について説明したが、温度センサのサーミスタ素子の一部のみが冷却パイプ内に配設されてもよい。また、温度センサ１０を構成するサーミスタ素子１４が、冷却パイプ７内に露出する露出部１４ａを有して、露出部１４ａがＡＴＦに直接接触する場合について説明した。しかし、サーミスタ素子の全てが封鎖部材内に配置されて、サーミスタ素子が、冷却パイプ内に露出する露出部を有さず、サーミスタ素子が、ＡＴＦからの熱を封鎖部材を介して間接的に受ける構成でもよい。また、冷媒が、ＡＴＦである場合について説明したが、冷媒は、各種潤滑油であってもよく、洗浄液等で構成されてもよい。また、冷媒供給装置が、ポンプ１１である場合について説明したが、冷媒供給装置は、冷媒をかき上げて流動させるリングギア等で構成されてもよい。

１回転電機、５ステータ、７冷却パイプ、８封鎖部材、１０温度センサ、１１ポンプ、５１ステータコア、５２ステータコイル、５４ティース、７７貫通孔、７７ａ端側貫通孔。

Claims

環状のステータコアと、前記ステータコアのティースに巻回されるコイルとを含むステータと、
前記ステータに前記ステータコアの径方向に対向し、前記ステータに沿うように延在する冷却パイプであって、前記冷却パイプの軸方向の一方側に配設される端側貫通孔を含む１以上の貫通孔が、前記ステータに前記径方向に対向するように前記冷却パイプの側壁に設けられた冷却パイプと、
前記冷却パイプの前記軸方向の一方側の先端開口を封鎖する封鎖部材と、
前記封鎖部材に取り付けられると共に、少なくとも一部が前記冷却パイプ内に配置される温度センサと、
冷媒を前記冷却パイプの内部に供給し前記貫通孔から前記ステータ側に放出させる冷媒供給装置と、
を備え、
前記封鎖部材の圧入部には、中心部に軸方向に延在する凹部が形成され、前記温度センサの少なくとも一部が当該凹部内に配置される回転電機。