JP5075872B2 - 電動機 - Google Patents

Description

本発明は、電動機に関するものである。

従来から、コイルが巻装されたステータ、及びステータの内側に配置されたロータを有するモータと、このモータが収納されたハウジングとを備えたモータユニットが知られている。このようなモータユニットは、ステータの外周面がハウジングの内壁面に密着配置されることにより、ステータがハウジング内に固定されるようになっている。

ところで、上述したモータを駆動すると、ステータに巻装されたコイルに電流が流れることによりコイルが発熱し、モータ特性の低下等に繋がる虞がある。そこで、ステータ（コイル）に向けて冷却油を噴射して、コイルの発熱による温度上昇を抑制することを目的にした構成が提案されている。
このような構成としては、例えば特許文献１に示されるように、オイルポンプを用いてハウジング下部に溜まった冷却油を噴射ノズルまで汲み上げ、噴射ノズルからコイルに向けて冷却油を噴射するものがある。この時、噴射される冷却油の一部は上方（重力方向上方）に飛散し、毛細管現象により、ハウジング内壁面とステータ外周面との間の隙間に侵入することで、ステータを冷却するとされている。

特開２００３−３２４９０１号公報

しかしながら、ステータは、一般的に複数の磁性板材が軸方向に沿って積層されてなるので、ステータの外周面とハウジングの内壁面との間に軸方向に沿って均一な隙間を形成することが難しい。この場合、各磁性板材の径方向における寸法誤差等により、ステータの外周面に軸方向に沿って段差が生じている虞があり、この段差によって冷却油の進路が遮られ、冷却油がステータ全体に行き届かない虞もある。また、ステータの外周面とハウジングの内壁面との間に流通する冷却油が各磁性板材間に漏れ出て、冷却油が磁性板材間を重力方向に沿って流れ落ちる虞がある。これらの理由により、ステータ全体を均一に冷却することが難しいという問題がある。

また、コイルに電流が流れるとステータに磁界が形成され、ステータとロータとの間に生じる磁気的な吸引力や反発力が繰り返し発生することで、ステータの形状が繰り返し変形する（いわゆる、磁歪振動が発生する）。この磁歪振動がハウジングに伝達されることでハウジングが振動し、ノイズになるという問題がある。特に、燃料電池車両等の電気自動車の駆動源として搭載される比較的大きなモータユニットにおいては、ステータの磁歪振動によるノイズが無視できない程大きくなる。

そこで本発明は、上述した問題に鑑みてなされたものであって、ステータからハウジングへの磁歪振動の伝達を抑制しつつ、ステータを効果的に冷却することができる電動機を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の電動機は、ロータ（例えば、実施形態におけるロータ２２）と、前記ロータの外周側に設けられた円環状のステータ（例えば、実施形態におけるステータ２１）と、前記ロータ及び前記ステータが収納されたハウジング（例えば、実施形態におけるモータハウジング１１）とを備えた電動機（例えば、実施形態におけるモータユニット１０）であって、前記ステータは、ステータホルダ（例えば、実施形態におけるステータホルダ３０）を介して前記ハウジングに収納され、前記ステータホルダは、内周面に前記ステータの外周面が密着配置された円筒部（例えば、実施形態における円筒部５４）を備え、前記ステータホルダは、前記円筒部の外周面と前記ハウジングの内壁との間に中間領域（例えば、実施形態における間隙部６０）ができるように前記ハウジングに固定され、前記中間領域には伝熱体（例えば、実施形態における伝熱体６１）が介在し、前記ハウジングの内壁は、円筒形状に形成され、前記ハウジングには、前記ステータホルダの前記円筒部の周方向に沿って冷媒を流通させる冷媒通路（例えば、実施形態におけるウォータージャケット４５）が設けられ、前記伝熱体は油（例えば、実施形態における冷却油７１）であり、前記伝熱体が循環しうるようになっており、前記ロータは、その両端が軸受けに回転可能に支持されたシャフト（例えば、実施形態におけるシャフト１２）と、前記シャフトに対して同軸状に配置されたロータヨーク（例えば、実施形態におけるロータヨーク１９）とを備え、前記ハウジング内には、前記伝熱体を前記軸受けに供給するための油路（例えば、実施形態における油路７３）を備え、前記油路は、前記ハウジングにおける前記冷媒通路よりも外周側に形成され、前記油路と前記中間領域との間には、前記油路から分岐して形成され、前記油路と前記中間領域とを連通させる連通油路（例えば、実施形態における連通油路１７４）が形成されていることを特徴とする。

本発明によれば、ステータがハウジングとの間に中間領域を挟んで配置されているので、ステータの磁歪振動がハウジングに直接伝達されることがなく、ステータホルダとハウジングとの接触部分を経由して伝達されることになる。すなわち、ステータの外周面が直接、ハウジングの内壁面に密着配置されている構成に比べて、ステータの磁歪振動がハウジングまで伝達され難くなるので、磁歪振動がハウジングに伝達されることにより発生するノイズを低減することが可能になる。
また、本発明によれば、ステータホルダを介して形成された中間領域内に伝熱体が介在しているので、ステータの外面形状に関わらず、ステータの全周に亘って伝熱体が行渡ることになる。そのため、伝熱体とステータとの熱交換がステータの全周に亘って均一に行われる。この場合、中間領域に空気が介在している場合に比べて、ステータとの熱交換を効率的に行い、ステータの冷却効率を向上させることができる。その結果、モータ性能の低下を防止することができる。なお、中間領域内には伝熱体が介在しているため、ステータホルダとハウジングとが伝熱体を介して接触することになるが、ステータホルダから伝達される磁歪振動は、伝熱体を通過することで除々に減衰する。これにより、ハウジングまで伝達される前段で、磁歪振動を緩和することができる。

また、ステータホルダとハウジングとの間に形成される中間領域も円筒形状に形成されることになるので、中間領域の径方向の厚さを可能な限り縮小することができる。これにより、中間領域内に封入される伝熱体の体積の減量化を図ることができるので、材料コストの増加を抑え、製造コストを低減することが可能になる。

また、ステータホルダの周方向に沿って冷媒通路を形成することで、ステータ及び中間領域は冷媒通路によって取り囲まれるように配置される。この場合、中間領域内に介在する伝熱体が冷媒通路を流通する冷媒との熱交換によって冷却され、その結果、冷却された伝熱体との熱交換によってステータが冷却されることになる。よって、ステータを全周に亘って均一、かつ効率的に冷却することができる。

また、中間領域内に配置される油の温度上昇を抑制することができるとともに、中間領域内に介在する油の温度の均一化と、強制対流による熱伝達の向上とを図ることができるので、ステータと油との熱交換をより効果的に行うことができる。
また、軸受けに伝熱体を供給するための油路と中間領域とを連通させる連通油路を設けるのみで、油路を流通する伝熱体を中間領域内に供給することができる。これにより、中間領域に伝熱体を循環させる循環系を新たに設ける必要がないので、構成の簡素化を図ることができる。

また、前記ハウジングには、前記伝熱体を前記中間領域内に供給するための前記伝熱体の導入口（例えば、実施形態における連通孔７６）が設けられ、前記中間領域と前記導入口との間には、前記伝熱体を貯留するチャンバー（例えば、実施形態におけるチャンバー７５）が設けられていることを特徴とする。
燃料電池車両等の電気自動車に電動機を搭載した場合、坂路における停車状態において車両の後退を抑制するために、電動機からトルクを発生させることで、ブレーキ操作をすることなく停止状態（ヒルホールド状態）を維持する機能を有しているものがある。この場合、車両の走行停止とともに伝熱体の供給機構が停止すると、中間領域への伝熱体の供給が停止する一方、中間領域内からは伝熱体が排出され続ける。それにも関わらず、電動機自体はトルクを発生させながらヒルホールド状態を維持しているために、コイルには電流が供給され続ける。その結果、中間領域内の油面が低下し、電動機の伝熱性能が低下する虞がある。
これに対して、本発明によれば、伝熱体がチャンバーを経由して中間領域に供給されるため、ヒルホールド状態において伝熱体の供給停止に伴い、伝熱体の供給が所定時間停止した場合であっても、チャンバー内に貯留された伝熱体が除々に中間領域内へ供給されることで、中間領域内の油面低下を所定時間抑制することができる。そのため、電動機の過熱を防止して、モータ性能の低下を防止することができる。

また、前記ハウジングと前記ステータホルダとの間には、前記中間領域の軸方向端部を閉塞する端面板（例えば、実施形態における端面板２０１）が設けられ、前記端面板は軸方向に沿って撓み変形可能に構成され、一端が前記ハウジングに固定される一方、他端が前記ステータに当接するように付勢されていることを特徴とする。
本発明によれば、中間領域の軸方向端部を閉塞するように端面板を設けることで、中間領域内に供給された伝熱体の中間領域からの漏出を抑制し、ステータの全周に亘って伝熱体を均一に行渡らせることができる。これにより、ステータの全周に亘って均一な伝熱性能を確保することができる。
また、端面板は軸方向に沿って撓み変形可能とされているので、ステータの軸方向の端面との密着性を向上させ、ステータと端面板との間のシール性を向上させることができる。この場合、ステータの軸長に追従して端面板が撓み変形することになるので、磁性板材を軸方向に積層してステータを構成した場合には、磁性板材の積層厚のバラツキを吸収することができる。

また、前記ハウジングと前記ステータホルダとの間には、ラビリンス部（例えば、実施形態におけるラビリンス部３０１）が形成され、前記ラビリンス部は、前記ハウジングの内壁から径方向内側に向けて突出する内輪部（例えば、実施形態における内輪部３０２）と、前記内輪部の先端が屈曲形成され、前記ステータに近接するように延出する屈曲部（例えば、実施形態における屈曲部３０４）とを備え、前記ステータホルダの軸方向端部が前記屈曲部の径方向内側に配置されていることを特徴とする。
本発明によれば、ステータホルダとハウジングとの間にラビリンス部を形成することで、中間領域内に供給された伝熱体の中間領域からの漏出を抑制し、ステータの全周に亘って伝熱体を均一に行渡らせることができる。これにより、ステータの全周に亘って均一な伝熱性能を確保することができる。

また、前記伝熱体は、前記中間領域内に封入されていることを特徴とする。
本発明によれば、中間領域内に伝熱体が封入されているので、伝熱体を流通させるような流路やポンプ等を電動機に設置する必要がない。そのため、電動機の構成の簡素化を図り、電動機の小型軽量化が可能になる。さらに、伝熱体は、車両停車時等に関わらず、常にステータホルダとハウジングとの間に介在していることになる。そのため、常に良好な伝熱性能を発揮することができ、モータ性能の低下を防止することができる。

本発明によれば、ステータがハウジングとの間に中間領域を挟んで配置されているので、ステータの磁歪振動がハウジングに直接伝達されることがなく、ステータホルダとハウジングとの接触部分を経由して伝達されることになる。すなわち、ステータの外周面が直接、ハウジングの内壁面に密着配置されている構成に比べて、ステータの磁歪振動がハウジングまで伝達され難くなるので、磁歪振動がハウジングに伝達されることにより発生するノイズを低減することが可能になる。
また、本発明によれば、ステータホルダを介して形成された中間領域内に伝熱体が介在しているので、ステータの外面形状に関わらず、ステータの全周に亘って伝熱体が行渡ることになる。そのため、伝熱体とステータとの熱交換がステータの全周に亘って均一に行われる。この場合、中間領域に空気が介在している場合に比べて、ステータとの熱交換を効率的に行い、ステータの冷却効率を向上させることができる。その結果、モータ性能の低下を防止することができる。なお、中間領域内には伝熱体が介在しているため、ステータホルダとハウジングとが伝熱体を介して接触することになるが、ステータホルダから伝達される磁歪振動は、伝熱体を通過することで除々に減衰する。これにより、ハウジングまで伝達される前段で、磁歪振動を緩和することができる。

モータユニットの断面図である。 モータユニットの分解斜視図である。 図１のＡ−Ａ線に沿う断面図である。 図３のＢ部拡大図である。 モータユニットの組付工程を示す工程図である。 第２実施形態におけるモータユニットの概略構成図である。 図６のＣ−Ｃ線に沿う断面図である。 モータユニットの概略構成図である。 第３実施形態のモータユニットを示す断面図である。 第４実施形態のモータユニットを示す断面図である。 図１０は図９のＤ部拡大図である。 第５実施形態のモータユニットを示す断面図である。 図１２は図１１のＥ部拡大図である。

（第１実施形態）
次に、本発明の第１実施形態を図面に基づいて説明する。なお、本実施形態では本発明の電動機を燃料電池車両に搭載される車両用駆動モータユニットとして採用した場合について説明する。
（車両用駆動モータユニット）
図１は車両用駆動モータユニット（電動機）の断面図であり、図２は車両用駆動モータユニットの分解斜視図である。なお、図１においては、紙面下方向を重力方向に一致させており、また図２においては、説明を分かり易くするためロータを省略する。
図１，２に示すように、車両用駆動モータユニット（以下、モータユニットという。）１０は、ステータ２１及びロータ２２を備えたモータ２３と、モータ２３を収納するモータハウジング１１と、ステータ２１を保持した状態でモータハウジング１１に固定されたステータホルダ３０とを備えている。

（モータ）
図１に示すように、モータ２３は、インナーロータ型のモータ２３であって、筒状のステータ２１と、ステータ２１の内側に配置されたロータ２２（図１参照）とを備えている。
ステータ２１は、円環状に構成されたステータコア１３と、ステータコア１３のティース１４に巻回されたコイル１５とを備えている。ステータコア１３は、円環状の外周を構成するヨーク１６と、ヨーク１６から円環状の中心に指向して突出された上述したティース１４とを備えている。また、隣接するティース１４同士の間には、スロット１７が形成されている。そして、ティース１４に巻き回したコイル１５をスロット１７に配置することで、ステータ２１が形成されている。なお、図２から後述する図５においては、説明を分かり易くするためコイル１５等の記載を省略している。
ステータコア１３は、複数の分割コア１８が周方向に沿って連結されることで、円環状に構成されている。分割コア１８は、上述したヨーク１６及びティース１４が形成された磁性板材が軸方向に積層されて構成されている。この分割コア１８を構成する磁性板材は、プレス成型により容易に製造することができる。ここで、一つの分割コア１８には、一つのティース１４が形成されている。つまり、ティース１４ごとに分割コア１８は分割されている。

ロータ２２は、磁性板材が軸方向に沿って積層されたロータヨーク１９を備えている。また、ロータヨーク１９の径方向中央部には、シャフト１２が固定されており、このシャフト１２の両端が図示しない軸受けに回転自在に支持されている。
ロータヨーク１９の外周側には、ロータヨーク１９を軸方向に貫通する複数の貫通孔２０が形成されている。各貫通孔２０の内部には、ネオジウム等の希土類からなる永久磁石２４が挿入されている。この永久磁石２４は、ロータヨーク１９の径方向に磁化されている。また、永久磁石２４はロータヨーク１９の周方向に沿って略等間隔に配置され、周方向に隣接する永久磁石２４は交互に逆方向に着磁されている。

（モータハウジング）
図３は図１のＡ−Ａ線に沿う断面図である。
図１〜３に示すように、モータハウジング１１は、ダイキャスト法等で形成されたアルミ等からなる円筒部４０を備えている。円筒部４０は、内径がステータホルダ３０の外径よりも僅かながら大きく形成されたものであり、軸方向両端の開口縁にはフランジ部４１ａ，４１ｂが形成されている。なお、図示しないがモータハウジング１１の軸方向両側には、フランジ部４１ａ，４１ｂに突き合わされるように、シャフト１２からの動力を伝達する動力伝達部が収納されたギヤハウジング（不図示）や、モータ２３の回転状態を検出するための回転センサが収納されたセンサハウジング（不図示）等がそれぞれ配置される。

そして、図２に示すように、軸方向一端側（図３中左側）のフランジ部４１ａには、ステータホルダ３０を締結固定するための取付片４２が周方向に沿って複数形成されている。これら取付片４２には、軸方向に沿って雌ネジ部４３が形成されている。
一方、円筒部４０における軸方向他端（図３中右側）の内壁面には、径方向内側に向けて突出するリング部４４が形成されている。このリング部４４は、円筒部４０の全周に亘って形成されており、ステータホルダ３０とモータハウジング１１との軸方向における中心位置決めを行うものである。

図１，３に示すように、円筒部４０を形成する壁部内には、周方向全周に亘ってウォータージャケット４５が形成されている。このウォータージャケット４５は、その内部に冷媒である冷却水（冷媒）を流通させるための流路であり、その軸方向における長さがステータ２１の軸方向における長さと同等に形成されている。また、ウォータージャケット４５の内周面には、多数のフィンが形成されている。なお、ウォータージャケット４５内には、モータハウジング１１の強度やウォータージャケット４５内を流通する冷却水の整流の確保等のために、モータハウジング１１の外壁面側と内壁面側とを連結するための複数の支柱４６（図１参照）が形成されている。この場合、ウォータージャケット４５の内部は、支柱４６によって複数のブロックに仕切られているが、隣接するブロック同士は周方向または軸方向に沿って何れかの部位でそれぞれ連通するようになっており、ウォータージャケット４５の内部は全体で連通している。

また、円筒部４０には、ポンプ（不図示）から送出される冷却水をウォータージャケット４５内に供給するための導入口４８と、ウォータージャケット４５内を流通した冷却液が排出される排出口４９とが設けられている。
導入口４８は、円筒部４０における重力方向に沿う下半部であって、円筒部４０の軸方向一端側の端面から軸方向に向かって開口している。一方、排出口４９は、円筒部４０における重力方向に沿う上半部であって、円筒部４０の外壁面から斜め上方に向かって開口している。これら導入口４８及び排出口４９は、円筒部４０の周方向で約１８０度異なる位置に配置されており、その開口部にはポンプとウォータージャケット４５との間を連結するためのチューブ（不図示）が接続されるチューブジョイント５１が装着されている。そして、ポンプから送出される冷却水がチューブを介してウォータージャケット４５内に供給されることで、ウォータージャケット４５内を冷却水が循環するようになっている。

図１〜３に示すように、ステータホルダ３０は、プレス成型や鍛造等により形成された鉄等からなる部材であり、モータハウジング１１の内壁面に沿って形成された円筒状の部材である。ステータホルダ３０は、上述したステータ２１を保持した状態でモータハウジング１１に固定されるものであり、開口部５３を有する円筒部５４を備えている。円筒部５４には、開口部５３内にステータ２１が圧入等により固定されることで、円筒部５４の内周面とステータ２１の外周面とが同軸上で密着配置されている。円筒部５４の軸方向一端側の開口縁には、円筒部５４から径方向外側に向けて張り出す外フランジ部５５が形成されている。外フランジ部５５には、モータハウジング１１のフランジ部４１ａに形成された雌ネジ部４３と周方向同位置に、軸方向に沿って貫通する複数の貫通孔５６が形成されている。
また、円筒部５４の軸方向他端側の開口縁には、円筒部５４から径方向外側に向けて突出するリング部５７が形成されている。このリング部５７は、その外径が外フランジ部５５の外径より小さく形成され、モータハウジング１１のリング部４４の内径よりも大きく形成されている。

ステータホルダ３０は、軸方向他端側からモータハウジング１１の円筒部４０内に挿入されている。この場合、ステータホルダ３０の軸方向他端側のリング部５７が、モータハウジング１１のリング部４４に微小な空間を残して突き合わされる一方、ステータホルダ３０の軸方向一端側の外フランジ部５５が、モータハウジング１１の軸方向一端側のフランジ部４１ａに突き合わされている。そして、ステータホルダ３０の外フランジ部５５の貫通孔５６を通して、モータハウジング１１の雌ネジ部４３にボルト（不図示）が螺入されることで、ステータホルダ３０がモータハウジング１１に固定されるようになっている。

図４は、図３のＢ部拡大図である。
ここで、図１，３，４に示すように、ステータホルダ３０の円筒部５４の外周面とモータハウジング１１の円筒部４０内壁面との間には、周方向全周に亘って円筒状の間隙部（中間領域）６０が形成されている。すなわち、ステータ２１は、ステータホルダ３０を介してモータハウジング１１に連結されているため、ステータ２１はモータハウジング１１の内側に、間隙部６０及びステータホルダ３０の円筒部５４を挟んだ状態で配置されることになる。

また、間隙部６０の軸方向一端側は、ステータホルダ３０の外フランジ部５５により閉塞される一方、軸方向他端側はリング部５７により閉塞されている。これにより、間隙部６０は、ステータホルダ３０とモータハウジング１１との間で軸方向、径方向及び周方向において閉塞された閉空間を構成している。
そして、この間隙部６０内には、間隙部６０の全域に亘って伝熱体６１が封入されている。伝熱体６１は、ステータ２１とウォータージャケット４５との間に介在して、両者の熱を効率的に伝達させる機能を有している。なお、伝熱体６１の構成材料としては、熱伝導率が空気よりも高い液状体からなり、本実施形態では油またはシリコングリス等が好適に用いられている。なお、伝熱体６１は、ステータホルダ３０の外フランジ部５５に形成された注入孔５８から注入されるようになっており、この注入孔５８はシール部材５９により封止されている。

（モータユニットの組付方法）
次に、上述したモータユニット１０の組付方法について説明する。図５は、モータユニットの組付工程を示す工程図である。
まず、図５に示すように、ステータホルダ３０の円筒部５４内にステータ２１を圧入固定する一方、モータハウジング１１のフランジ部４１ａ及びリング部４４に液体パッキン（不図示）を塗布する。なお、ステータ２１をステータホルダ３０内に圧入により固定することで、焼嵌めによって固定する場合に比べて圧入代を小さくすることができ、鉄損増加を低減することができる。さらに、焼嵌めを行うための治具や機構が不要となるので、製造コストを低減することができる。

次に、モータハウジング１１の円筒部４０の軸方向一端側からステータホルダ３０を挿入する。この時、モータハウジング１１のフランジ部４１ａに形成された雌ネジ部４３と、ステータホルダ３０の外フランジ部５５に形成された貫通孔５６との周方向位置を合わせた状態で、ステータホルダ３０を円筒部５４内に挿入する。すると、軸方向他端側において、ステータホルダ３０のリング部５７とモータハウジング１１とのリング部４４同士が微少な空間を残して突き合わされる一方、軸方向一端側において、ステータホルダ３０とモータハウジング１１のフランジ部４１ａ，５５同士が突き合わされる。

次に、ステータホルダ３０の外フランジ部５５に形成された注入孔５８から、間隙部６０内に伝熱体６１を注入する。この時、伝熱体６１が間隙部６０内の全域に行き渡るように注入することで、ステータホルダ３０とモータハウジング１１との間の間隙部６０内に伝熱体６１が介在することになる。その後、注入孔５８をシール部材５９で封止することで、間隙部６０がステータホルダ３０とモータハウジング１１とで囲まれた閉空間になるとともに、この閉空間内に伝熱体６１が封入された状態になる。
以上により、上述したモータユニット１０が組み付けられる。

このように、本実施形態では、ステータホルダ３０を介してステータ２１をモータハウジング１１に固定するとともに、ステータホルダ３０とモータハウジング１１との間の間隙部６０内に伝熱体６１を封入する構成とした。
この構成によれば、ステータ２１がモータハウジング１１との間に間隙部６０を挟んで配置されているので、ステータ２１の磁歪振動がモータハウジング１１に直接伝達されることがなく、ステータホルダ３０とモータハウジング１１との接触部分を経由して伝達されることになる。すなわち、ステータ２１の外周面が直接、モータハウジング１１の内壁面に密着配置されている構成に比べて、ステータ２１の磁歪振動がモータハウジング１１まで伝達され難くなるので、磁歪振動がモータハウジング１１に伝達されることにより発生するノイズを低減することが可能になる。

しかも、本実施形態では、間隙部６０内に伝熱体６１が封入されているので、ステータ２１の外面形状に関わらず、ステータ２１の全周に亘って伝熱体６１が行渡ることになる。そのため、伝熱体６１とステータ２１との熱交換がステータ２１の全周に亘って均一に行われる。この場合、間隙部６０に空気が介在している場合に比べて、ステータ２１と冷却水との熱交換を効率的に行い、ステータ２１の冷却効率を向上させることができる。その結果、モータ性能の低下を防止することができる。なお、間隙部６０内には伝熱体６１が介在しているため、ステータホルダ３０とモータハウジング１１とが伝熱体６１を介して接触することになるが、液状の伝熱体６１は自在に変形するので、磁歪振動の伝達を抑制することができる。また、磁歪振動は伝熱体６１を通過することで除々に減衰する。これにより、モータハウジング１１まで伝達される前段で、磁歪振動を緩和することができる。

しかも、ウォータージャケット４５は、円筒部４０の全周に亘って形成されているので、ステータ２１の全周を取り囲むように配置されることになる。この場合、間隙部６０内に介在する伝熱体６１がウォータージャケット４５を流通する冷却水との熱交換によって冷却され、その結果、冷却された伝熱体６１との熱交換によってステータ２１が冷却されることになる。よって、ステータ２１を全周に亘って均一、かつ効率的に冷却することができる。

また、伝熱体６１は、間隙部６０内に封入されているので、伝熱体６１を流通させるような流路やポンプ等をモータユニット１０に設置する必要がない。そのため、モータユニット１０の構成の簡素化を図り、モータユニット１０の小型軽量化が可能になる。さらに、伝熱体６１は、車両停車時等に関わらず、常にステータホルダ３０とモータハウジング１１との間に介在していることになる。そのため、常に良好な冷却性能を発揮することができ、モータ性能の低下を防止することができる。
なお、ステータホルダ３０の円筒部５４がモータハウジング１１の内壁面に沿って形成されているので、ステータホルダ３０とモータハウジング１１との間に形成される間隙部６０も同様に円筒形状に形成されることになる。これにより、間隙部６０の径方向の厚さを可能な限り縮小することができるので、間隙部６０内に封入される伝熱体６１の体積の減量化を図ることができる。その結果、材料コストの増加を抑え、製造コストを低減することが可能になる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。なお、上述した実施形態では、間隙部６０に伝熱体６１（油またはシリコングリス）を封入する構成について説明したが、本実施形態では、間隙部に６１介在する伝熱体として、冷却油７１を循環させる点で上述した第１実施形態と相違している。
図６は第２実施形態におけるモータユニットの概略構成図であり、図７は図６のＣ−Ｃ線に沿う断面図である。なお、図６，７については、説明を分かり易くするため、各部材を簡略化して図示しているが、上述した第１実施形態と同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する。
図６，７に示すように、本実施形態のモータユニット１００は、上述したモータ２３と、モータ２３を収納するモータハウジング１１と、ステータ２１を保持した状態でモータハウジング１１に固定されたステータホルダ３０とを備えている。なお、図７に示すように、モータユニット１００には、シャフト１２の両端を支持する軸受け（不図示）やモータ２３等を冷却するための油供給機構７０が設けられている。油供給機構７０は、冷却油７１と、冷却油７１を循環させるオイルポンプ７２と、冷却油７１が通流する油路７３とを備えている。冷却油７１は、モータユニット１００の重力方向における下部であって、ステータホルダ３０の内側に構成された油溜７４に貯留されている。なお、本実施形態で用いる冷却油７１は、軸受けを潤滑するための潤滑油を用いることも可能であり、潤滑油を軸受けの潤滑とモータ２３の冷却とに併用させることが可能である。

そして、油溜７４に貯留された冷却油７１は、オイルポンプ７２により汲み上げられ、油路７３を通ってモータユニット１００内を循環するように構成されている。なお、油溜７４に貯留された冷却油７１はステータ２１の下部を浸漬するとともに、その油面は、モータユニット１００の軸方向が車両走行時の最大傾斜状態であってもロータヨーク１９（図１参照）に冷却油７１が接触しない高さになるように設定されている。また、オイルポンプ７２は、図示しないが、モータユニット１０のギヤハウジング内等に設けられ、モータ２３の駆動に連動して作動するようになっている。

図６，７に示すように、モータハウジング１１の円筒部４０における最上部には、円筒部４０を形成する壁部内にチャンバー７５が設けられている。このチャンバー７５は、円筒部４０のウォータージャケット４５よりも径方向内側において、軸方向に沿って形成された空間であり、油路７３と間隙部６０との間に配置され、両者に連通している。具体的に、チャンバー７５は、モータハウジング１１の軸方向他端側で油路７３に連通する連通孔７６が形成される一方、円筒部４０の内壁面で間隙部６０に連通する複数の供給孔７７が形成されている。チャンバー７５は、オイルポンプ７２から供給された冷却油７１を一時的に貯留するバッファーとして機能するものであって、冷却油７１はチャンバー７５を経由して間隙部６０内に供給されるようになっている。また、複数の供給孔７７は、円筒部４０の内壁面において、軸方向一端側から軸方向他端側に至るまで所定間隔毎に形成されている。これら複数の供給孔７７の孔径は、各供給孔７７と連通孔７６との距離が軸方向において離れるにつれ、漸次大きくなるように形成されており、各供給孔７７を流通する冷却油７１の流量が一定になるように設定されている。

ステータホルダ３０は、上述した第１実施形態と略同形状のものであって、円筒部５４と、円筒部５４の軸方向一端側に形成された外フランジ部５５とを備えている。ここで、軸方向他端側において、ステータホルダ３０とモータハウジング１１との間には、シール部材（例えば、Ｏリング）７８が介在されている。これにより、ステータホルダ３０とモータハウジング１１との間に形成される間隙部６０が、軸方向両端おいて封止されている。

また、ステータホルダ３０の最下部には、円筒部５４を径方向に貫通する複数の排出孔７９と、外フランジ部５５の軸方向側面及び軸方向他端側にも設けられた排出孔（不図示）とが形成されている。これら排出孔７９は、チャンバー７５から供給された冷却油７１を再び油溜７４内に排出するものであって、供給孔７７と同様に軸方向一端側から軸方向他端側に至るまで所定間隔毎に形成されている。

このように、油溜７４に貯留された冷却油７１は、油路７３を介してオイルポンプ７２に汲み上げられる。そして、本実施形態では、オイルポンプ７２により汲み上げられた冷却油７１は、油路７３を介してチャンバー７５の連通孔７６に供給され、チャンバー７５内を経由した後に供給孔７７から間隙部６０内に供給される。間隙部６０に供給された冷却油７１は、モータユニット１０の上部から下部へ間隙部６０を周方向に沿って流通した後、排出孔７９から油溜７４に排出されるようになっている。
これにより、第１実施形態のように伝熱体６１が間隙部６０内に封入されている構成に比べて、冷却油７１の温度上昇を抑制することができるとともに、間隙部６０内に介在する冷却油７１の温度の均一化と、強制対流による熱伝達の向上とを図ることができるので、ステータ２１と冷却油７１との熱交換をより効果的に行うことができる。

なお、本実施形態では、モータユニット１００の周方向において、ウォータージャケット４５内を流通する冷却水の流通方向（図６中矢印Ｗ）と、間隙部６０内を流通する冷却油７１の流通方向（図６中矢印Ｌ１）とが互いに逆方向に設定されているので、冷却水と冷却油７１との間の熱交換効率を向上させることができる。また、ウォータージャケット４５の内周面にはフィンが形成されているので、ウォータージャケット４５の冷却水とチャンバー７５内の冷却油７１との間で効率的に熱交換が行われる。そのため、冷却油７１の温度上昇を抑制し、冷却油に７１よるモータ２３の冷却効率を向上させることができる。

さらに、モータハウジング１１及びステータホルダ３０には、間隙部６０に連通する供給孔７７及び排出孔７９が軸方向に沿って複数形成されているため、間隙部６０の軸方向全域に亘って均一に冷却油７１を流通させることができる。これにより、冷却油７１による冷却効率を向上させることができる。

ところで、燃料電池車両等の電気自動車では、坂路における停車状態において車両の後退を抑制するために、モータ２３からトルクを発生させることで、ブレーキ操作をすることなく停止状態（ヒルホールド状態）を維持する機能を有しているものがある。この際、冷却油７１を供給するポンプとして、モータ２３の駆動に連動して作動するオイルポンプ７２を用いると、車両の走行停止とともにオイルポンプ７２が停止する。そして、オイルポンプ７２が停止すると、間隙部６０への冷却油７１の供給が停止する。それにも関わらず、間隙部６０内に存在する冷却油７１は排出孔７９から排出され続ける。
一方、モータ２３自体はトルクを発生させながらヒルホールド状態を維持しているために、コイル１５には電流が供給され続ける。その結果、間隙部６０内の油面が低下し、モータ２３の伝熱性能が低下する虞がある。

これに対して、本実施形態では冷却油７１がチャンバー７５を経由して間隙部６０に供給されるため、冷却油７１はチャンバー７５内に一時的に貯留された後、供給孔７７から除々に間隙部６０内へ供給されることになる。そのため、ヒルホールド状態においてオイルポンプ７２の停止に伴い、冷却油７１の供給が所定時間停止した場合であっても、チャンバー７５内に貯留された冷却油７１が除々に間隙部６０内へ供給されることで、間隙部６０内の油面低下を所定時間抑制することができる。そのため、モータ２３の過熱を防止して、モータ性能の低下を防止することができる。

なお、上述した実施形態では、モータ２３の駆動に連動して作動するオイルポンプ７２を採用する構成について説明したが、モータ２３の駆動とは独立して作動する電動ポンプを採用する構成にしてもよい。
また、油供給機構７０と間隙部６０との間を閉空間として構成し、この閉空間内に冷却油７１を循環させる構成にしてもよい。この場合には、ヒルホールド状態においても間隙部６０の冷却油７１の油面が低下することがない。

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について説明する。図８は、第３実施形態のモータユニットの概略構成図であり、図９はモータユニットの拡大図である。なお、以下の説明では上述した第１，２実施形態と同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する。
図８に示すように、本実施形態のモータユニット１５０は、モータ２３を収容するモータハウジング１１と、モータハウジング１１の一方側に締結され、モータ２３のシャフト１２からの動力を伝達する動力伝達部（不図示）を収容するギヤハウジング１５１と、モータハウジング１１の他方側に締結され、モータ２３の回転センサ１５２を収容するセンサハウジング１５３とを備えている。そして、モータハウジング１１の内部はモータボックス１５４として、ギヤハウジング１５１の内部はギヤボックス１５５として、センサハウジング１５３の内部はセンサボックス１５６として、それぞれ構成されている。モータユニット１５０の内部には、油供給機構１７０が設けられ、軸受け１６０，１６１や回転センサ１５２等の潤滑や冷却を行うようになっている。

本実施形態では、図８，９に示すように油供給機構１７０の油路１７３は、各ハウジング１１，１５１，１５３の壁部内に形成され、冷却油７１を軸受け１６０，１６１や回転センサ１５２等に導くように形成されている。具体的には、油路１７３は、モータハウジング１１内において、ウォータージャケット４５よりも外周側に形成され、円筒部４０を軸方向に沿って延在している。これにより、オイルポンプ７２（図８参照）により汲み上げられた冷却油７１は、軸方向一端側（図８中左側）から軸方向他端側（図８中右側）に向けて流通し、軸方向他端側の軸受け１６０等へ供給されるようになっている（図８中矢印Ｌ２）。

ここで、図９に示すように、モータハウジング１１には、油路１７３と間隙部６０とを連通させる連通油路１７４が形成されている。この連通油路１７４は、円筒部４０の軸方向一端側の重力方向最上部において、径方向に沿って形成されたものであり、油路１７３を流通する冷却油７１の一部が連通油路１７４に分岐して間隙部６０内へ供給されるようになっている（図９中矢印Ｌ３）。そして、連通油路１７４を経由して間隙部６０内に供給された冷却油７１は、間隙部６０内を軸方向及び周方向に沿って流通し、ステータ２１との熱交換が行われるようになっている。

この構成によれば、上述した第２実施形態と同様の効果を奏するとともに、軸受け１６０，１６１等に冷却油７１を供給するための油路１７３と間隙部６０とを連通させる連通油路１７４を設けるのみで、モータユニット２００を流通する冷却油７１を間隙部６０内に供給することができる。これにより、間隙部６０に冷却油７１を循環させる循環系を新たに設ける必要がないので、構成の簡素化を図ることができる。

（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態について説明する。図１０は第４実施形態のモータユニットを示す断面図であり、図１１は図１０のＤ部拡大図である。なお、以下の説明では上述した第１〜３実施形態と同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する。
図１０，１１に示すように、本実施形態のモータユニット２００は、間隙部６０の軸方向他端側（図１０中右側）を覆うように端面板２０１を備えている。この端面板２０１は、図１１に示すように、鉄等からなる環状の部材であり、外周部２０２及び内周部２０３と、外周部２０２と内周部２０３との間に形成され、軸方向他端側に向けて撓んだ撓み部２０４とを備えている。

端面板２０１は、外周部２０２がモータハウジング１１の円筒部４０（フランジ部４１）にボルト２０５によって締結されており、この外周部２０２を介してモータハウジング１１に片持ち状に支持されている。すなわち、端面板２０１は、外周部２０２を支点にして軸方向に沿って撓み変形可能に構成されている。内周部２０３は、その軸方向一端側（図１０中左側）の端面にゴム材２０６が焼き付けられており、ゴム材２０６を介してステータ２１の軸方向他端側の端面に固定されずに当接している。本実施形態では、端面板２０１は、内周部２０３にステータ２１が突き当たることで、軸方向他端側に向けて撓んだ状態で保持されている。すなわち、端面板２０１は、軸方向一端側に向けて付勢された状態でモータハウジング１１に保持されている。これにより、間隙部６０は、軸方向一端側がステータホルダ３０の外フランジ部５５により閉塞される一方、軸方向他端側が端面板２０１により閉塞され、間隙部６０の軸方向両端が封止されている。

この構成によれば、間隙部６０の軸方向他端側を覆うように端面板２０１が配置されているので、間隙部６０内に供給された冷却油７１の漏出を抑制し、ステータ２１の全周に亘って冷却油７１を均一に行渡らせることができる。これにより、ステータ２１の全周に亘って均一な伝熱性能（冷却性能）を確保することができる。
また、端面板２０１は軸方向一端側に向けて付勢されているので、ステータ２１の軸方向他端側の端面とゴム材２０６との密着性を向上させ、ステータ２１と端面板２０１との間のシール性を向上させることができる。また、ステータ２１の軸長に追従して端面板２０１が撓み変形することになるので、磁性板材の積層厚のバラツキを吸収することができる。

（第５実施形態）
次に、本発明の第５実施形態について説明する。図１２は、第５実施形態のモータユニットを示す断面図であり、図１３は図１１のＥ部拡大図である。なお、以下の説明では上述した第１〜４実施形態と同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する。
図１２，１３に示すように、本実施形態のモータユニット３００は、間隙部６０の軸方向他端側（図１２中右側）において、冷却油７１の漏出を抑制するラビリンス部３０１が形成されている。ラビリンス部３０１は、円筒部４０の軸方向他端側のフランジ部４１に形成された内輪部３０２を備えている。この内輪部３０２は、フランジ部４１からステータ２１を臨むように径方向内側に向けて突出する突出部３０３と、突出部３０３の先端（内周側）から軸方向一端側に向けて屈曲形成された屈曲部３０４とを備えている。屈曲部３０４は、ステータ２１の軸方向他端側の端面に近接する位置まで延出している。

また、ステータホルダ３０の円筒部５４は、ステータ２１の軸方向他端側の端面よりも軸方向に向けて突出しており、この突出部分が屈曲部３０４の径方向内側に配置されている。これにより、ステータホルダ３０とモータハウジング１１との間には、入り組んだラビリンス部３０１が形成される。

この構成によれば、ステータホルダ３０とモータハウジング１１との間にラビリンス部３０１が形成されているので、間隙部６０内に供給された冷却油７１の漏出を抑制し、ステータ２１の全周に亘って冷却油７１を均一に行渡らせることができる。これにより、ステータ２１の全周に亘って均一な伝熱性能（冷却性能）を確保することができる。

なお、本発明の技術範囲は上述した実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述した実施形態に種々の変更を加えたものを含む。すなわち、実施形態で挙げた具体的な構造や形状などはほんの一例に過ぎず、適宜変更が可能である。
例えば、上述した各実施形態を適宜組み合わせることも可能である。
また、上述した実施形態では、モータユニット１０の小型化等を図るために、ステータホルダ３０及びモータハウジング１１を鉄により形成する場合について説明したが、これに限られず、アルミ等により形成することも可能である。この場合、ステータホルダ３０を鉄により形成した場合に比べて、ステータ２１とステータホルダ３０との熱膨張係数の差が大きくなるので、ステータホルダ３０の板厚を上げて焼嵌めする必要がある。
また、上述した実施形態では、ステータ２１に分割コア１８を採用する構成について説明したが、これに限らず円環状のヨークと、ヨークから径方向内側に突出する複数のティースとを有する磁性板材を積層して形成された一体型のステータを採用することも可能である。
さらに、上述した実施形態では、本発明の電動機を燃料電池車両に搭載される車両用駆動モータユニット１０として採用した場合について説明したが、これに限らず、各種電気自動車等に採用することも可能である。

１０…モータユニット（電動機） １１…モータハウジング（ハウジング） １２…シャフト １９…ロータヨーク ２１…ステータ ２２…ロータ ４５…ウォータージャケット（冷媒通路） ５４…円筒部 ６０…間隙部（中間領域） ６１…伝熱体 ７１…冷却油 ７３，１７３…油路 ７５…チャンバー ７６…連通孔 １７４…連通油路 ２０１…端面板 ３０１…ラビリンス部 ３０２…内輪部 ３０３…屈曲部

Claims (4)

1. ロータと、前記ロータの外周側に設けられた円環状のステータと、前記ロータ及び前記ステータが収納されたハウジングとを備えた電動機であって、
   前記ステータは、ステータホルダを介して前記ハウジングに収納され、
   前記ステータホルダは、内周面に前記ステータの外周面が密着配置された円筒部を備え、
   前記ステータホルダは、前記円筒部の外周面と前記ハウジングの内壁との間に中間領域ができるように前記ハウジングに固定され、前記中間領域には伝熱体が介在し、
   前記ハウジングの内壁は、円筒形状に形成され、
   前記ハウジングには、前記ステータホルダの前記円筒部の周方向に沿って冷媒を流通させる冷媒通路が設けられ、
   前記伝熱体は油であり、前記伝熱体が循環しうるようになっており、
   前記ロータは、その両端が軸受けに回転可能に支持されたシャフトと、前記シャフトに対して同軸状に配置されたロータヨークとを備え、
   前記ハウジング内には、前記伝熱体を前記軸受けに供給するための油路を備え、前記油路は、前記ハウジングにおける前記冷媒通路よりも外周側に形成され、
   前記油路と前記中間領域との間には、前記油路から分岐して形成され、前記油路と前記中間領域とを連通させる連通油路が形成されていることを特徴とする電動機。
2. 前記ハウジングには、前記伝熱体を前記中間領域内に供給するための前記伝熱体の導入口が設けられ、前記中間領域と前記導入口との間には、前記伝熱体を貯留するチャンバーが設けられていることを特徴とする請求項１記載の電動機。
3. 前記ハウジングと前記ステータホルダとの間には、前記中間領域の軸方向端部を閉塞する端面板が設けられ、前記端面板は軸方向に沿って撓み変形可能に構成され、一端が前記ハウジングに固定される一方、他端が前記ステータに当接するように付勢されていることを特徴とする請求項１または請求項２記載の電動機。
4. 前記ハウジングと前記ステータホルダとの間には、ラビリンス部が形成され、
   前記ラビリンス部は、前記ハウジングの内壁から径方向内側に向けて突出する内輪部と、前記内輪部の先端が屈曲形成され、前記ステータに近接するように延出する屈曲部とを備え、
   前記ステータホルダの軸方向端部が前記屈曲部の径方向内側に配置されていることを特徴とする請求項１ないし請求項３の何れか１項に記載の電動機。

Images