旋转电机的冷却装置的制作方法

本发明涉及一种对车辆用的旋转电机进行冷却的旋转电机的冷却装置。

背景技术：

以往，作为冷却装载于电动汽车、混合动力车辆等的车辆用旋转电机的装置，已知以使冷却油在定子的绕组周围循环的方式构成的装置。作为这种装置，例如在专利文献1记载的装置中，以旋转轴朝向水平方向的方式配置旋转电机，且利用泵将积存于壳体底部的冷却油导入到壳体上部的制冷剂出口，通过从制冷剂出口向定子的绕组喷出冷却油以冷却旋转电机。

但是，在专利文献1记载的装置中，从以旋转轴朝向水平方向的方式配置的旋转电机的上方喷出冷却油，因此，在旋转电机的上部和下部容易产生温度分布，难以在圆周方向均匀地冷却旋转电机。

现有技术文献

专利文献1：特开2010-259207号公报(jp2010-259207a)。

技术实现要素：

本发明一技术方案为旋转电机的冷却装置，其具有转子和具有与转子同轴配置的大致圆筒形状的绕组的定子，旋转电机以其旋转轴线朝向车辆的高度方向的方式装载于车辆，冷却装置具有：液压源；喷射口，其朝向绕组的上方空间在圆周方向开口；冷却油路，其设置在收纳转子和定子的壳体部，将从液压源供给的冷却油导入到喷射口。

附图说明

本发明的目的、特征以及优点，通过与附图相关的以下实施方式的说明进一步阐明。

图1是展开表示应用本发明一实施方式的冷却装置的车辆驱动装置的主要部分结构的剖视图。

图2是图1的车辆驱动装置的主要部分放大图。

图3a是表示图1的车辆驱动装置装载于车辆的第1装载例的图。

图3b是表示图1的车辆驱动装置装载于车辆的第2装载例的图。

图4是示意性地表示本发明一实施方式的旋转电机的冷却装置的整体结构的图。

图5是放大表示本发明一实施方式的旋转电机的冷却装置的主要部分结构的图。

图6是表示本发明一实施方式的旋转电机的冷却装置的变形例的图。

图7是表示图5的冷却装置的主要部分立体图。

具体实施方式

以下，参照图1～图7对本发明一实施方式进行说明。本发明一实施方式的旋转电机的冷却装置应用于作为旋转电机的一个例子，也能够用作发电机的车辆驱动用的电动机。图1是展开表示包含应用本发明一实施方式的冷却装置的电动机mt的车辆驱动装置100的主要部分结构的剖视图。另外，图1中用箭头表示车辆的上下方向(高度方向)和左右方向(车宽方向)。

首先，对车辆驱动装置100的结构进行说明。车辆驱动装置100装载于电动汽车、混合动力车辆等，具有作为行驶驱动源的电动机的车辆。如图1所示，车辆驱动装置100具有：第1驱动装置101，其将电动机mt的转矩转换成以左右方向的轴线cl2为中心的转矩而输出；第2驱动装置102，其将从第1驱动装置101输出的转矩转换成以左右方向的轴线cl3为中心的转矩而输出。另外，在图1的展开图中，在第1驱动装置101的上方示出第2驱动装置102，但实际上，第2驱动装置102配置于第1驱动装置101的前方或后方，轴线cl3相对于轴线cl2位于下方(参照图3a、3b)。

如图1所示，车辆驱动装置100具有：电动机mt；第1轴1，其以上下方向的轴线cl1为中心可旋转地支承于电动机mt的内部；第2轴2，其以与轴线cl1正交的轴线cl2为中心可旋转地被支承；差动装置3，其以与轴线cl2平行的轴线cl3为中心可旋转地被支承。电动机mt的转矩经由第1轴1、第2轴2、以及差动装置3传递到左右驱动轴4、5，这样一来，左右驱动轮被驱动。

图2是图1的第1驱动装置101的主要部分放大图。如图2所示，电动机mt具有以轴线cl1为中心旋转的转子10和配置于转子10的周围的定子20。转子10和定子20收纳在壳体30内的收纳空间sp内。

转子10具有转子毂11和转子芯15。转子毂11具有：以轴线cl1为中心的大致圆筒形状的轴部12；比轴部12直径大且与轴部12同轴的圆筒部13；沿径向延伸且连接轴部12和圆筒部13的大致圆盘状的板部14。转子芯15为以轴线cl1为中心的大致圆筒形状的转子铁芯，与转子毂11的圆筒部13的外周面嵌合且结合在一起，与转子毂11一体旋转。电动机mt为嵌入式磁铁型同步电动机，在转子芯15上沿着圆周方向嵌入有多个永久磁铁16。另外，也能够将不具有磁铁16的同步磁阻电动机、开关磁阻电动机等作为电动机mt来使用。

定子20具有从转子芯15的外周面经由径向规定长度的间隙6配置的、以轴线cl1为中心的大致圆筒形状的定子芯21。定子芯21为定子铁芯，在其内周面上设置有向径向外侧且沿着圆周方向的多个狭槽22。通过集中绕组或分布绕组将绕组23(线圈)配置于各狭槽22。绕组23的上下端部相对于定子芯21的上下端面分别向上方和下方突出。通过使三相交流电流在绕组23中流动而产生旋转磁场，并且转子10进行旋转。

壳体30具有能够上下分解的上壳体31和下壳体32。定子芯21利用贯通螺栓30a固定于下壳体32。在上壳体31的中央部和下壳体32的中央部，分别以轴线cl1为中心设置有开口部31a、32a。在上壳体31的开口部31a形成有向下方且径向内侧延伸设置的轴支承部33。在下壳体32的开口部32a形成有向上方且径向内侧延伸设置的轴支承部34。

第1轴1的外周面分别利用圆锥滚子轴承40、41可旋转地支承于这些轴支承部33、34。在第1轴1的下端部紧固有螺母42，从而在轴向限制第1轴1。另外，在下壳体32的底面，以封闭开口部32a的方式从外侧安装有罩35。转子毂11的轴部12的内周面利用滚针轴承43可相对于第1轴1的外周面旋转地支承于第1轴1的外周面。

在转子10和第1轴1之间的转矩传递路径夹装有行星齿轮机构50。行星齿轮机构50具有：分别以轴线cl1为中心的大致圆筒形状的太阳轮51和环形齿轮52；配置于太阳轮51和环形齿轮52之间的、沿着圆周方向的多个行星齿轮53；以及以可支承行星齿轮53旋转的轴线cl1为中心的大致圆筒形状的齿轮架54。在轴支承部34的上端面和齿轮架54的下端面之间夹装有滚针轴承44，齿轮架54相对于轴支承部34可相对旋转地支承于轴支承部34。支承在齿轮架54的上端面和太阳轮51的下端面之间夹装有滚针轴承45，太阳轮51相对于齿轮架54可相对旋转地支承于齿轮架54。

太阳轮51的内周面与转子毂11的轴部12的外周面花键结合，转子10的旋转被传递到太阳轮51。环形齿轮52固定于下壳体32的上表面。行星齿轮53与太阳轮51和环形齿轮52啮合，太阳轮51的旋转通过行星齿轮53传递到齿轮架54。齿轮架54具有以轴线cl1为中心的大致圆筒形状的轴部55。轴部55比太阳轮51直径小，轴部55的内周面在滚针轴承43的下方且圆锥滚子轴承41的上方与第1轴1的外周面花键结合，齿轮架54的旋转被传递到第1轴1。

在第1轴1的上端部形成有伞齿轮(锥齿轮)1a，该伞齿轮(锥齿轮)1a相对于圆锥滚子轴承40在上方且比圆锥滚子轴承40直径大。另外，也可以将伞齿轮1a与第1轴1分开设置，并能够通过将该伞齿轮1a与第1轴1的外周面花键结合而结合成一体。在第1轴1的外周面设置有阶梯部1b，在阶梯部1b的下方，外周面的直径变小。在转子毂11的板部14的上端面和阶梯部1b的下端面之间夹装有滚针轴承46，第1轴1相对于转子毂11可相对旋转地支承于转子毂11。

如图1所示，第2轴2利用配置于第1轴1的伞齿轮1a的右上方和左上方的左右一对圆锥滚子轴承61、62和配置于圆锥滚子轴承62的右侧的滚珠轴承63以及滚柱轴承64，可旋转地支承于上壳体31。第2轴2沿着配置于左右的圆锥滚子轴承61、62之间的、以轴线cl2为中心的大致圆筒形状的伞齿轮(锥齿轮)65和垫圈66的内周面插入。此时，伞齿轮65的内周面与第2轴2的外周面花键结合，第2轴2与伞齿轮65一体旋转。这样一来，第1轴1的旋转经由伞齿轮1a、65被传递到第2轴2。在第2轴2的外周面，滚珠轴承63和滚柱轴承64之间花键结合有正齿轮(直齿圆柱齿轮)67，正齿轮67与第2轴2一体旋转。

差动装置3具有：差速器壳体3a；收纳于差速器壳体3a内的多个齿轮、即分别与左右一对驱动轴4、5结合的左右一对侧齿轮3b、3c；以及与各侧齿轮3b、3c啮合的一对小齿轮3d、3e。固定于差速器壳体3a的输入齿轮3f与结合在第2轴2的正齿轮67啮合，第2轴2的转矩通过正齿轮67和输入齿轮3f被传递到差速器壳体3a。这样一来，差速器壳体3a以轴线cl3为中心旋转，左右驱动轴4、5被驱动旋转。

如上所述，在本实施方式中，以电动机mt的旋转轴线cl1朝向车辆高度方向的方式构成车辆驱动装置100，因此与以旋转轴线cl1朝向水平方向的方式构成车辆驱动装置的情况相比较，能够抑制车辆驱动装置整体的高度。因此，能够容易将适于发挥高输出功率的大径电动机配置于车辆的有限的高度空间内。

图3a、图3b分别是表示车辆驱动装置100装载于车辆的装载例的图。图3a是表示车辆驱动装置100配置于左右前轮103之间，作为前轮驱动装置使用的例子。图3b是表示车辆驱动装置100配置于左右后轮104之间，作为后轮驱动装置使用的例子。在任一个例子中，电动机mt的上端面相对于驱动轮103、104的旋转轴线cl3位于下方。因此，如图3a所示，将车辆驱动装置100配置于车辆前方时，能够使车辆的发动机罩的位置下降，从而提高设计方面等的优势。另外，如图3b所示，将车辆驱动装置100配置于车辆后方时，不需要使车内的地板上升，因此，能够防止车辆的居住空间缩小。

在本实施方式中，还将电动机mt的旋转轴线cl1朝向车辆高度方向地配置车辆驱动装置100，因此能够如下那样构成冷却装置，以使在圆周方向均匀地冷却电动机mt。

图4是示意性地表示本发明一实施方式的旋转电机的冷却装置的整体结构的图。另外，在图4中，示出了与图2不同部位(相位)的电动机mt的剖面。

如图4所示，在电动机mt的下壳体32的侧面安装有液压泵71。液压泵71如图4的箭头所示，经由在下壳体32形成的油路pa1吸入积存于壳体30内(收纳空间sp)的底部的油7，并经由油路pa2输送到油冷却器72。用油冷却器72冷却的油经由油路pa3和在上壳体31形成的油路pa4向绕组23的上端部喷出，这样一来，绕组23被冷却。另外，来自液压泵71的喷出油，也能作为冷却油、润滑油、工作油等供给其他地方，在图4中省略该图示。

图5是放大表示本发明一实施方式的旋转电机的冷却装置的主要部分结构的图(图2的v部放大图)，特别表示在上壳体31形成的油路pa4的具体结构。如图5所示，上壳体31的内侧的上表面310具有：面向绕组23的上端面沿着整周设置的大致环状的第1上表面311；在第1上表面311的径向外侧且在第1上表面311的下方沿着整周设置的大致环状的第2上表面312；以及连接第1上表面311的外径侧边缘部和第2上表面312的内径侧边缘部的、以轴线cl1(图2)为中心的大致圆筒形状的内周面313。内周面31与绕组23的外周面232对向设置。

在第2上表面312沿着整周设置有以轴线cl1为中心的大致环状的槽36。相对于槽36在径向内侧的第2上表面312(内径侧上表面312a)的高度，以比相对于槽36在径向外侧的第2上表面312(外径侧上表面312b)的高度仅高出规定高度h1的方式形成。在内径侧上表面312a的内径侧角部设置有朝向绕组23的上端部且相对于水平线呈规定角度(例如45°～60°左右)的倒角312c。在上壳体31从槽36的上方向径向外侧延伸设置有单一的孔37。孔37构成油路pa4的一部分，其一端部与槽36连通，另一端部与上壳体31外侧的油路pa3(图4)连通。

在第2上表面312(外径侧上表面312b)利用螺栓39安装有大致环状的板38。板38覆盖槽36和内径侧上表面312a的整个下侧，该内径侧端部与倒角312c平行地向斜上方弯曲形成，板38具有与倒角312c平行的倾斜面38a。这样一来，在板38和槽36以及板38和内径侧上表面312a之间，分别形成作为油路pa4的一部分的环状油路pa41和连通油路pa42，并在该内径侧端部形成朝向绕组23的上端面231和第1上表面311之间的上方空间sp1且沿着整周的喷射口pa5。其结果，来自液压泵71(图4)的喷出油(冷却油)如图5的箭头所示，经由环状油路pa41、连通油路pa42和喷射口pa5，从绕组23的周围的圆周方向整个区域向径向内侧且斜上方喷出。

从喷射口pa5喷出的冷却油的一部分喷射到绕组23の上端部，冷却油的剩余部分喷射到第1上表面311。在第1上表面311设置有向第1上表面311的最下部的顶点311a且相对于水平线以缓和的角度(例如3°～5°左右)向斜下方倾斜的倾斜面311b。顶点311a位于通过绕组23的径向中央部的上下方向的中心线cl4上或者中心线cl4的附近的铅垂直线上。喷射到第1上表面311的冷却油如图5的箭头所示，沿着倾斜面311b流动，从最下部的顶点311a向绕组23的上端面231的径向中心部落下。这样一来，能够向绕组23的上端部的径向中心部供给冷却油，从而能够有效地冷却绕组23。

在定子芯21的上端面沿着定子芯21的内周面，向上方突出设置有以轴线cl1为中心的圆筒形状的隔板24。隔板24的上端部相对于绕组23的上端面231向上方突出。这样一来，能够防止从喷射口pa5喷出的冷却油流到定子20和转子10之间的间隙6。

如此，在本实施方式中，在绕组23的上端部的周向外侧，向绕组23的上方空间sp1沿着圆周方向整个区域设置有喷射口pa5，将来自液压泵71的喷出油经由上壳体31和板38之间的环状油路pa41以及连通油路pa42，从喷射口pa5向第1上表面311喷出。这样一来，能够从绕组23的圆周方向整个区域向绕组23的上端部供给冷却油，从而能够均匀地冷却绕组23整体。

图6是表示本实施方式的冷却装置的变形例的图。在图6中，将绕组23的上端部旁边的a部放大表示。如图6的a部放大图所示，在绕组23的上方的上壳体31的上表面311设置有以轴线cl1为中心的环状槽315，并以封闭环状槽315的方式安装有环状的板316，在板316的整周沿着圆周方向设置有多个贯通孔317。这样一来，在绕组23的上方，设置有作为冷却油路pa4的一部分的环状油路pa43和喷射口pa6(贯通孔317)，经由环状油路pa43和喷射口pa6，能够在圆周方向均匀地向绕组23的上端部供给冷却油。

当比较图5和图6时，在图5的实施方式中，将冷却油路pa4设置在侧方(径向外侧)而非绕组23的上方，因此，能够将绕组23的上方的上壳体31薄壁化，从而能够将电动机mt的上表面的高度抑制得较低。另外，在绕组23的上端部的周围设置有油路形成用的板38，因此，如作为定子20和板38的立体图的图7所示，能够使用于向与连接器200连接的绕组23供给电力的三相线路201不与板38干涉地情况下容易地连接到绕组23。

与此相对，在图6的变形例中，在绕组23的上方设置有冷却油路pa4(环状油路pa43)，因此，上壳体31的厚度t1需要变厚的大小相当于环状油路pa43和板316的厚度，电动机mt的上表面的高度与图5相比较变高。另外，在绕组23的上方设置有板316，因此，与图5相比，三相线路201与板316干涉，并且三相线路201与绕组23连接困难。

采用本实施方式，能够起到如下的作用效果。

(1)本实施方式的电动机mt具有：转子10和具有与转子10同轴配置的大致圆筒形状的绕组23的定子20(图2)。电动机mt以其旋转轴线cl1朝向车辆的高度方向的方式装载于车辆(图2)。冷却装置具有：液压泵71；朝向绕组23的上方空间sp1沿着圆周方向开口的喷射口pa5、pa6；以及设置在收纳转子10和定子20的壳体30的、将从液压泵71喷出的冷却油导入到喷射口pa5、pa6的冷却油路pa4(pa41、pa42、pa43)(图4～图6)。

这样一来，能够从绕组23的圆周方向整个区域向绕组23的上端部供给冷却油。因此，能够在圆周方向均匀地冷却电动机mt，提高电动机mt的冷却性能。当电动机mt变为高温时，需要进入强制抑制电动机输出的运转模式，但在本实施方式中，能够有效抑制电动机的温度上升，因此，也能够防止进入到那样的运转模式。

(2)定子20配置于转子10的周围(图2)。壳体30具有上壳体31，该上壳体31覆盖转子10和定子20的上方，具有分别与绕组23的上端部的外周面232和上端面231对向设置的内周面313以及第1上表面311(图5)。喷射口pa5在上壳体31的上部的内周面313朝向第1上表面311在整周开口，冷却油路pa4具有设置在喷射口pa5的周围的环状油路pa41、以及连通环状油路pa41和喷射口pa5的连通油路pa42(图5)。这样一来，能够使从绕组23的周围的喷射口pa5喷出的冷却油在第1上表面311反射并导入到绕组23的上端面231。因此，在绕组23的上方不需要如图6所示的油路pa43、板316，能够将电动机mt的上表面的高度抑制得较低，且绕组23的上端面231与三相线路201的连接比较容易(图7)。

(3)上壳体31为壳体部件，其在壳体内侧具有第1上表面311、从第1上表面311的外径侧端部向下方延伸的内周面313、以及在内周面313的径向外侧且在第1上表面311的下方延伸的第2上表面312，冷却装置具有安装在第2上表面312的板38(图5)。环状油路pa41、连通油路pa42以及喷射口pa5形成在第2上表面312和板38之间(图5)。这样一来，能够容易在绕组23的周围形成环状油路pa41，从而能够在圆周方向均匀地向绕组23供给冷却油。

(4)在第2上表面312的内径侧端部设置有倒角312c，板38的内径侧端部具有与倒角312c平行的倾斜面38a(图5)。这样一来，能够容易将喷射口pa5向第1上表面311形成。

(5)与绕组23的上端面相面对的上壳体31的第1上表面311具有向绕组23的上端面231的径向厚度的中央部(中心线cl4)倾斜的倾斜面311b(图5)。这样一来，能够向绕组23的上端面231的径向中央部供给冷却油，从而能够有效冷却绕组23整体。

(6)定子20具有隔板24，该隔板24沿着作为定子20与转子10的边界的内周面，相对于绕组23的上端面231向上突出(图5)。这样一来，能够防止从喷射口pa5向斜上方喷出的冷却油流到转子10和定子20之间的间隙6，能够使转子10顺畅地旋转。

(7)电动机mt作为驱动前轮103或后轮104的车辆驱动装置使用(图1)，电动机mt的上端面相对于连接左右驱动轮103或104的轴线cl3位于下方(图3a、图3b)。这样一来，能够在不破坏车辆的设计性和车内的空间性的情况下，将电动机mt紧凑地配置在车辆内。因此，作为具有足够的冷却性能的旋转电机(电动机、发电机)，能够适用于电动汽车、混合动力车辆等。

另外，在上述实施方式中(图2)，将转子10作为内转子配置于定子20的内部，但也能够作为外转子配置于定子20的外部，只要旋转轴线cl1以朝向车辆的高度方向的方式装载于车辆，无论具有转子10、定子20以及壳体30(壳体部)的旋转电机的构成如何均可以。也能够以轴线cl2不朝向车辆左右方向，而是朝向车辆前后方向的方式配置壳体部。轴线cl1和轴线cl2也能够以90°以外的角度相交。在上述实施方式中(图4)，将电动液压泵71作为液压源使用，但液压源的构成不限于此。

在上述实施方式中(图5)，在上壳体31的第2上表面312形成有环状的槽36和相对于外径侧上表面312b仅高出规定高度h1的内径侧上表面312a，在槽36和内径侧上表面312a与板38之间形成了将来自液压泵71的喷出油导入到喷射口pa5的冷却油路pa4，但冷却油路的构成不限于以上所述。例如，也能够从上壳体31的内周面313在环状槽36上沿着径向且圆周方向开设多个贯通孔，并且由该贯通孔构成连通油路和喷射口。也能够将板38加工成凹凸状且在板38上形成环状槽，并且由该环状槽构成环状油路。因此，作为构成壳体部的一部分的上壳体部的壳体部件和板部件的上壳体31和板38的构成不限于以上所述。也可以不使用板38地构成冷却油路pa4。

在上述实施方式中(图5)，在上壳体31的第1上表面311设置有向绕组23的上端面231的径向中央部倾斜的倾斜面311b，但也能够代替倾斜面311b，例如设置阶梯部、突起部，只要将从喷射口pa5喷出的冷却油导入到绕组23的上端面231的径向中央部即可，第1上表面的构成不限于以上所述。在上述实施方式中(图5)，沿着定子20的内周面设置有隔板24，但相对于绕组23的上端面231向上方突出的突出部的构成不限于此。在上述实施方式中(图2)，在转子10的中心部设置有可与转子10一体旋转的第1轴1，并在第1轴1的上端部设置伞齿轮1a(第1伞齿轮)，但第1旋转体的构成不限于此。在上述实施方式中(图1)，设置有向左右方向延伸的第2轴2，并设置有可与第2轴2一体旋转的、与伞齿轮1a啮合的伞齿轮65(第2伞齿轮)，但第2旋转体的构成不限于此。

以上示出了将旋转电机的冷却装置应用于车辆驱动装置100的例子，但本发明的旋转电机的冷却装置同样也能够应用于其他的旋转电机。因此，不限于上述的例子(图3a、图3b)，旋转电机的冷却装置能够装载于车辆的各种位置。

可以将上述实施方式和变形例的1个或者多个任意组合起来，也可以将各变形例彼此组合起来。

采用本发明，能够从圆周方向整个区域向旋转电机的绕组供给冷却油，从而能够在圆周方向均匀的冷却旋转电机。

以上，针对本发明的优选实施方式进行了说明，本领域技术人员清楚的知道能够在不脱离后述的权利要求的公开范围地进行各种修改和变更。