JP6606455B2 - 冷却機構 - Google Patents

Description

本発明は、車両に搭載されるモータを冷却する冷却機構に関する。

ハイブリッド自動車や電気自動車などの車両に搭載されるモータには冷却機構が設けられている。冷却機構は、例えば、モータに鉛直上方から冷却液を供給し、モータに沿って冷却液を流下させてモータを冷却する（例えば、特許文献１）。

特許第５２５１９０３号公報

上述したように冷却機構は、鉛直上方からモータに向かって冷却液を供給し、モータは、自重で外周面を伝わる冷却液によって冷却される。しかし、モータの表面に突起が設けられている場合、冷却液を鉛直上方から供給したとしても、突出部で堰き止められてしまう。そのため、モータの突起の下方に冷却液を伝わらせることができず、モータの冷却性能の低下を招いてしまう。

本発明は、このような課題に鑑み、モータの冷却性能を向上することが可能な冷却機構を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、車両に搭載されるモータのステータに冷却液を掛け流して、ステータを冷却する、本発明の冷却機構は、冷却液が流通する配管部と、ステータの上方に設けられ、側壁および下壁が形成されるとともに配管部の端部が内部に配された容器部と、一端が容器部に接続し、一端からステータに形成された突起に向かって延在し、配管部から容器部に流入した冷却液を突起まで導く傾斜部と、下壁から突出し、配管部から流出した冷却液が衝突する第１突出部と、第１突出部の先端から離隔して第１突出部の上方を覆う廂部と、を備えることを特徴とする。

第１突出部は配管部の内部まで突出して、配管部に廂部が一体形成されるとともに第１突出部の側方に切り欠き部が形成されていてもよい。

配管部の端部より下流側に配置され、容器部の下壁から端部より上方まで突出する第２突出部をさらに備えてもよい。

第２突出部より下流側に配置され、容器部の下壁から端部より上方まで突出する複数の第３突出部をさらに備え、第３突出部は第２突出部と傾斜部との間に配置されてもよい。

第２突出部より下流側に配置され、容器部の下壁から配管部の端部より上方まで突出する複数の第３突出部と、容器部の下壁を貫通する流下孔と、をさらに備え、複数の第３突出部は、第２突出部と流下孔との間に配置されてもよい。

本発明によれば、モータの冷却性能を向上することが可能となる。

モータをロータの回転軸方向から見た図である。 冷却機構の外観斜視図である。 モータおよび冷却機構を、図１に対して側面側から見た図である。 配管部の端部の内部を説明するための図である。 複数の突出部の配置を説明するための図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易にするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

図１は、モータ１００をロータ１１０の回転軸方向から見た図である。なお、図１中、ロータ１１０の回転軸方向（以下、単に軸方向と称す）をＸ軸とする。モータ１００は、ハイブリッド自動車や電気自動車などに搭載され、ロータ１１０と、ステータ１２０とを含んで構成される。

ロータ１１０は、永久磁石を含んで構成され、シャフト１１２によって、ステータ１２０の中心孔１２０ａに回転自在に挿通される。具体的に説明すると、ロータ１１０は、その外周面がステータ１２０の内周面と離間した状態で、シャフト１１２に固定されており、シャフト１１２はベアリング（不図示）によってケースＣに回転自在に軸支される。つまり、ロータ１１０は、ケースＣに回転自在に軸支されることとなる。

ステータ１２０は、ステータコア１２２と、コイル１２４とを含んで構成される。ステータコア１２２の本体部１２６は、円筒形状であり、本体部１２６の径方向内側には、複数の巻装部（不図示）が形成されており、巻装部に巻線が巻装されてコイル１２４が形成される。なお、軸方向（図１中、Ｘ軸方向）におけるコイル１２４の両端は、樹脂等の絶縁体で構成されるモールド部によって封止されている。

本体部１２６の外周面１２６ａには、径方向外方に突出するとともに、軸方向（図１中、Ｘ軸方向）に延在した突起１２８が設けられている。本実施形態において、突起１２８は、本体部１２６の周方向に所定間隔離隔して複数箇所（本実施形態では、３箇所）設けられている。以下、突起１２８のうち、最も鉛直上方に位置する突起１２８を第１突起１２８ａ、最も鉛直下方に位置する突起１２８を第２突起１２８ｂ、第１突起１２８ａと第２突起１２８ｂとの間に位置する突起１２８を第３突起１２８ｃと称する。

また、突起１２８には、軸方向に貫通する貫通孔１２８ｄが設けられており、貫通孔１２８ｄに不図示の固定具（ボルト）が挿通され、ステータ１２０が固定具によってケースＣに固定される。こうして、ケースＣは、所定の間隔を維持してステータ１２０の外周面１２６ａを囲繞することとなる。

ステータ１２０の上方であって、ステータ１２０とケースＣとの間には、冷却機構１３０が配される。冷却機構１３０は、配管部１４０と、容器部１５０と、スロープ１６０（傾斜部）を含んで構成され、オイル等の冷却液をモータ１００におけるステータ１２０の外周面１２６ａに掛け流して、モータ１００（ステータ１２０）を冷却する。

図２は、冷却機構１３０の外観斜視図である。配管部１４０は、軸方向（Ｘ軸方向）に延在した管であり、不図示の冷却液供給手段によって冷却液が導入される。

容器部１５０は、ステータ１２０の上方に設けられ、Ｙ軸方向よりもＸ軸方向に長く延在する。容器部１５０は、下壁１５２を有し、下壁１５２の外周から側壁１５４が立設する容器状の部材である。容器部１５０の上面は開口しており、容器部１５０の内部が露出している。このように、上面を開口した形状とすることで、容器部１５０を単体の部品で構成でき、部品点数を削減するとともに組立工数を削減することが可能となる。

側壁１５４のうち、短手方向（Ｙ軸方向）に延在する短壁１５４ａ、１５４ｂが対向配置されるとともに、長手方向（Ｘ軸方向）に延在する長壁１５４ｃ、１５４ｄが対向配置される。短壁１５４ａには、短手方向の中心部に配管部１４０が挿通されており、配管部１４０の端部１４２は、容器部１５０の内部に突出している。配管部１４０は、例えば、容器部１５０に溶着されている。短壁１５４ｂには、短手方向の中心部に、配管部１４０の端部１４２に向かってＸ軸方向に突出する分流壁１５４ｅが形成される。

下壁１５２には、傾斜面１５２ａ、１５２ｂ、１５２ｃ、１５２ｄが形成される。傾斜面１５２ａ、１５２ｂ、１５２ｃ、１５２ｄは、それぞれ、短壁１５４ａ側より短壁１５４ｂ側が低くなる向きに僅かに傾斜している。

そして、傾斜面１５２ａと傾斜面１５２ｂとの間には、段差面１５２ｅが形成される。段差面１５２ｅは、傾斜面１５２ａ、１５２ｂよりも急な傾斜勾配で傾斜面１５２ａ、１５２ｂと逆向きに傾斜する。傾斜面１５２ｂと傾斜面１５２ｃとの間、および、傾斜面１５２ｃと傾斜面１５２ｄとの間にも、同様の形状の段差面１５２ｆ、１５２ｇが設けられる。

また、下壁１５２には、Ｚ軸方向に貫通する流下孔１５２ｈが４隅に（傾斜面１５２ａ、１５２ｄに２つずつ）形成されている。また、傾斜面１５２ｂ、１５２ｃに合わせて３つの流下孔１５２ｈが形成されている。

下壁１５２の段差面１５２ｅには、邪魔板１５６ａ、１５６ｂが設けられ、段差面１５２ｆには、邪魔板１５６ｃ、１５６ｄが設けられる。邪魔板１５６ａ、１５６ｂ、１５６ｃ、１５６ｄは、長壁１５４ｃ側と長壁１５４ｄ側に１つずつ設けられる。２つの邪魔板１５６ａ、１５６ｂ、および、２つの邪魔板１５６ｃ、１５６ｄは、互いに隙間Ｓａ、Ｓｂを空けて配置される。隙間Ｓａには、配管部１４０の端部１４２が位置する。

邪魔板１５６ａ、１５６ｂは、邪魔板１５６ｃ、１５６ｄよりも短手方向に長く延在しており、隙間Ｓｂは隙間Ｓａよりも広い。邪魔板１５６ａ、１５６ｃは長壁１５４ｃと離隔し、邪魔板１５６ｂ、１５６ｄは、長壁１５４ｄと離隔している。

また、下壁１５２には、溝部１５２ｉが形成される。溝部１５２ｉは、配管部１４０の端部１４２から、邪魔板１５６ａ、１５６ｂの隙間Ｓａを通って段差面１５２ｆまでＸ軸方向に沿って延在している。

下壁１５２には、複数の突出部１５８が設けられる。突出部１５８は、大凡円柱形状であって、中心軸が下壁１５２に対して大凡垂直となる向きに立設している。

スロープ１６０の本体部１６０ａは、Ｘ軸方向の幅が長壁１５４ｄよりも短く、一端１６０ｂが容器部１５０の長壁１５４ｄのうち、短壁１５４ｂ側（配管部１４０と反対側）に接続されている。長壁１５４ｄのうち、スロープ１６０が接続される部位は、長壁１５４ｄの他の部位よりも高さが低くなっており、長手方向に離隔して複数の窪み１５４ｆが形成される。

スロープ１６０の本体部１６０ａの他端１６０ｃは、一端１６０ｂ（容器部１５０）よりもＹＺ軸平面において斜め下方に位置している。そして、スロープ１６０は、一端１６０ｂから他端１６０ｃへ、ステータ１２０に形成された第１突起１２８ａに向かって延在する（図１参照）。詳細には、スロープ１６０の他端１６０ｃは、第１突起１２８ａの鉛直上方に位置する。

スロープ１６０の本体部１６０ａには、ガイド壁１６２、１６４が形成される。ガイド壁１６２は、スロープ１６０の本体部１６０ａのうち、幅方向の両端から立設する。ガイド壁１６４は、本体部１６０ａの幅方向の大凡中心から立設する。本体部１６０ａの他端１６０ｃには、２つのガイド壁１６２の間に窪み１６０ｄが形成されており、ガイド壁１６４は、窪み１６０ｄの分だけ、ガイド壁１６２よりも短くなっている。

配管部１４０を流通した冷却液は、配管部１４０の端部１４２から容器部１５０の内部に流出する。そして、冷却液は、段差面１５２ｅ、１５２ｆ、１５２ｇ、邪魔板１５６ａ、１５６ｂ、１５６ｃ、１５６ｄ、および、複数の突出部１５８によって、流速を低下させながら、流下孔１５２ｈから流下してモータ１００のステータ１２０に供給される。また、冷却液の一部は、長壁１５４ｄ（窪み１５４ｆ）を乗り越えてスロープ１６０のガイド壁１６２、１６４の間を流れ、スロープ１６０の他端１６０ｃから流下する。

図３は、モータ１００および冷却機構１３０を、図１に対して側面側から見た図である。図３に示すように、モータ１００は、シャフト１１２の回転軸が水平方向から所定の傾斜角（例えば、５．７度程度）、図３中、反時計回りに傾斜して設置されている。冷却機構１３０は、モータ１００に合わせて傾斜して設置される。

スロープ１６０の他端１６０ｃから第１突起１２８ａに流下した冷却液は、本体部１２６の外周面１２６ａに沿って周方向に流下しつつ、ロータ１１０の回転軸の傾斜に沿って、図３中、左下に流れる。そこで、スロープ１６０を容器部１５０の長壁１５４ｄのうち、図３中、右側（短壁１５４ｂ側）に偏らせて配置している。そのため、モータ１００は全体として水平方向に対して傾斜しているが、冷却液を第１突起１２８ａより下方の外周面１２６ａに満遍なく行き渡らせることができる。

図４は、配管部１４０の端部１４２の内部を説明するための図であり、図４（ａ）には、端部１４２近傍について、端部１４２の中心軸を通るＸＺ軸平面の断面を示し、図４（ｂ）は、図４（ａ）を上方から見た図を示す。

図４に示すように、端部１４２には、下壁１５２側に切り欠き部１４２ａが形成される。切り欠き部１４２ａは、端部１４２のうち下壁１５２側の略半分が切り欠かれることによって形成されており、後述する第１突出部１５８ａの側方に延在する。

また、端部１４２には、切り欠き部１４２ａが形成された残りの部分である廂部１４２ｃが一体的に設けられる。廂部１４２ｃは、端部１４２のうち、上方（下壁１５２と反対側）の部位である。

下壁１５２に設けられた複数の突出部１５８の一つである第１突出部１５８ａは、廂部１４２ｃと対向する下壁１５２から立設し、切り欠き部１４２ａを通って配管部１４０の内部まで突出している。第１突出部１５８ａの先端（上方）は、廂部１４２ｃに覆われるとともに廂部１４２ｃから離隔して、廂部１４２ｃとの間に間隙Ｓｃを有する。

また、下壁１５２に設けられた複数の突出部１５８の一つである第２突出部１５８ｂは、端部１４２より冷却液の流れ方向の下流側に配置される。第２突出部１５８ｂは、第１突出部１５８ａより下流側に位置し、端部１４２の開口１４２ｂに対向し、容器部１５０の下壁１５２から配管部１４０の端部１４２より上方まで突出する。

配管部１４０を流通する冷却液は、第１突出部１５８ａに衝突しＹ軸の正方向と負方向および第１突出部１５８ａの上方に分流するとともに減速される。そして、第１突出部１５８ａの上方を通り第２突出部１５８ｂに到達した冷却液は、第２突出部１５８ｂによってＹ軸の正方向と負方向に分流するとともに減速される。

そのため、冷却液が容器部１５０内で減速され、他の側壁１５４から冷却液を飛散させずに長壁１５４ｄからスロープ１６０に導くことができる。そのため、スロープ１６０を介して多量の冷却液を第１突起１２８ａに導くことができ、モータ１００の冷却性能を向上することが可能となる。

また、廂部１４２ｃが設けられていることから、容器部１５０の上面から冷却液が飛散し難く、スロープ１６０や流下孔１５２ｈから冷却液を流下させて、効率的にモータ１００を冷却することができる。

図５は、複数の突出部１５８の配置を説明するための図であり、容器部１５０および配管部１４０の上面図を示す。複数の突出部１５８のうち、第１突出部１５８ａおよび第２突出部１５８ｂ以外の突出部１５８を第３突出部１５８ｃと称す。図５に示すように、第３突出部１５８ｃは、第１突出部１５８ａおよび第２突出部１５８ｂよりも下流側に位置し、下流側（短壁１５４ｂ側）ほど複数の第３突出部１５８ｃが広範囲に拡散して配置される。また、第３突出部１５８ｃは、第２突出部１５８ｂと同様、下壁１５２から配管部１４０の端部１４２より上方まで突出する。

これらの第３突出部１５８ｃは、千鳥状（互い違い）に配置される。具体的には、第３突出部１５８ｃは第２突出部１５８ｂとスロープ１６０との間または流下孔１５２ｈとの間に配置される。配管部１４０の端部１４２から流出した冷却液は、第３突出部１５８ｃに衝突しながら、第３突出部１５８ｃ間の隙間を通って短壁１５４ｂ側に流れる。

このように、複数の第３突出部１５８ｃを設けることで、冷却液の流速を減速することが可能となる。その上、複数の第３突出部１５８ｃを千鳥状に配列することで、冷却液が効率的に減速される。

また、分流壁１５４ｅに導かれた冷却液は、分流壁１５４ｅで図５中、上下に分流されて減速される。端部１４２から短壁１５４ｂ側に向かう冷却液の一部は、短壁１５４ｂ側から短壁１５４ａ側に押し戻され、邪魔板１５６ａと長壁１５４ｃの隙間、および、邪魔板１５６ｂと長壁１５４ｄの隙間から、端部１４２の両側の流下孔１５２ｈに導かれる。

このように、冷却機構１３０は、配管部１４０から流出する冷却液を効率的に減速し、スロープ１６０や流下孔１５２ｈから流下させる。そのため、第１突起１２８ａがあっても、冷却液がスロープ１６０から第１突起１２８ａを乗り越えるとき、側壁１５４を乗り越えてステータ１２０の上方（第１突起１２８ａよりも手前側）に飛散する飛散量を抑え、多量の冷却液をモータ１００に掛け流して効率的に冷却することが可能となる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば、上述した実施形態のモータ１００を、モータジェネレータとして機能させてもよい。

また、上述した実施形態では、第２突出部１５８ｂ、第３突出部１５８ｃを設ける場合について説明したが、第２突出部１５８ｂ、第３突出部１５８ｃは必須の構成ではない。ただし、第２突出部１５８ｂ、第３突出部１５８ｃを設けることで、冷却液の減速効果が相乗的に向上し、モータ１００を一層効率的に冷却することが可能となる。

また、上述した実施形態では、第３突出部１５８ｃは、千鳥状に配列される場合について説明したが、第３突出部１５８ｃの配列は、千鳥状でなくてもよい。ただし、第３突出部１５８ｃを千鳥状に配列することで、冷却液が効率的に減速される。

また、上述した実施形態では、配管部１４０は、容器部１５０と一体形成されている場合について説明したが、配管部１４０を容器部１５０と別体に形成してもよい。ただし、配管部１４０を容器部１５０と一体形成することで、部品点数を削減するとともに組立工数を削減することが可能となる。

本発明は、車両に搭載されるモータを冷却する冷却機構に利用できる。

１００ モータ
１２８ａ 第１突起（突起）
１３０ 冷却機構
１４０ 配管部
１４２ 端部
１４２ａ 切り欠き部
１４２ｃ 廂部
１５０ 容器部
１５２ 下壁
１５４ 側壁
１５８ａ 第１突出部
１５８ｂ 第２突出部
１５８ｃ 第３突出部
１６０ スロープ（傾斜部）
１６０ｂ 一端
１６０ｃ 他端

Claims (5)

1. 車両に搭載されるモータのステータに冷却液を掛け流して、該ステータを冷却する冷却機構であって、
   冷却液が流通する配管部と、
   前記ステータの上方に設けられ、側壁および下壁が形成されるとともに前記配管部の端部が内部に配された容器部と、
   一端が前記容器部に接続し、該一端から前記ステータに形成された突起に向かって延在し、前記配管部から前記容器部に流入した冷却液を該突起まで導く傾斜部と、
   前記下壁から突出し、前記配管部から流出した冷却液が衝突する第１突出部と、
   前記第１突出部の先端から離隔して前記第１突出部の上方を覆う廂部と、
   を備えることを特徴とする冷却機構。
2. 前記第１突出部は前記配管部の内部まで突出して、該配管部に前記廂部が一体形成されるとともに該第１突出部の側方に切り欠き部が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の冷却機構。
3. 前記配管部の端部より下流側に配置され、前記容器部の下壁から該端部より上方まで突出する第２突出部をさらに備えることを特徴とする請求項１または２に記載の冷却機構。
4. 前記第２突出部より下流側に配置され、前記容器部の下壁から前記端部より上方まで突出する複数の第３突出部をさらに備え、
   前記第３突出部は前記第２突出部と前記傾斜部との間に配置されることを特徴とする請求項３に記載の冷却機構。
5. 前記第２突出部より下流側に配置され、前記容器部の下壁から前記配管部の端部より上方まで突出する複数の第３突出部と、
   前記容器部の下壁を貫通する流下孔と、
   をさらに備え、
   前記複数の第３突出部は、前記第２突出部と前記流下孔との間に配置されることを特徴とする請求項３に記載の冷却機構。

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