JP2007028845A - モータの冷却装置および冷却方法。 - Google Patents

Abstract

【課題】 冷媒を自己循環させて冷却システムの小型化および軽量化を達成でき、かつ、循環する冷媒の戻り圧を更に高めて冷媒の循環効率を向上することにより冷却効果を更に向上できるモータの冷却装置の提供を図る。
【解決手段】 モータ１の発熱部に設けられて冷媒を流通する冷却流路２１よりも鉛直上方にリザーバタンク２２を配置して重力で冷媒を冷却流路２１に供給し、冷却流路２１から排出される気相状態の冷媒を冷媒戻し流路２３に配置したコンデンサ２４によって液相化し、その液相冷媒を冷却流路２１内で気相化した冷媒圧でリザーバタンク２２に押し出すことにより、冷媒を自己循環させて冷却システムの小型化を達成するとともに、モータインバータ１０に供給した冷媒の膨張圧で冷却流路２１の排出圧を更に加圧することにより、冷媒の循環効率を向上して冷却流路２１のドライアウト現象を防止して冷却効果を更に向上する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、モータの冷却装置および冷却方法に関する。

電気自動車の駆動方式の１つとして、タイヤホイールの中にモータを挿入したインホイールドライブ方式が提案されており、このインホイールドライブ方式は車室内の有効利用空間が拡大することや各輪独立駆動による従来の自動車と異なる運転感覚が得られるという特徴がある。

このようなドライブシステムを実現するにはモータの小型化が必須であるが、モータ体積を小さくすると損失により発生する熱を放熱する面積も減るため、温度の上昇が顕著になり、ひいては、モータの冷却が大きな問題となる。

そのモータの冷却には液冷方式や空冷方式等が知られるが、液冷方式では高い冷却効率が期待できるが、タイヤホイールに取り付けられたモータに冷媒液を循環するためのポンプなどの循環装置や配管部品が必要となり、この場合、一般的にはフロントグリル近傍に冷媒液の熱交換器を設けて、この熱交換器とモータとを長い配管で繋ぐことになり、冷却システム全体が大型化してしまう。

一方、密閉型電動圧縮機で、モータハウジングの外壁に給湯用の水を流通させるチューブを巻き付け、吸入冷媒をモータハウジング内に流通させるようにしたものがあり、この場合、冷媒を循環させるためのポンプを一体に組み付けてある（例えば、特許文献１参照）。
特開２００１−１２３５２号公報（第３頁、第２図）

しかしながら、かかる従来の密閉型電動圧縮機では冷媒を循環させるポンプを一体に組み付けた場合にも、その冷媒を冷却するための給湯用チューブ内の水は外部動力で循環させる必要があり、この場合にあっても冷却システムが大型化してしまうとともに、前記冷媒の循環は一体に組付けたとはいえ、やはりポンプが必要となり、その電動圧縮機をモータに適用した場合にもモータの大型化が余儀なくされる。

そこで、本発明は冷媒を自己循環させて冷却システムの小型化を達成できるとともに、冷媒の循環効率を高められて冷却効果を向上できるモータの冷却装置および冷却方法を提供するものである。

本発明のモータの冷却装置は、回転軸と、この回転軸に結合されたロータと、このロータの外周を囲繞するステータと、を備えたモータにおいて、モータの発熱部に設けられて所定温度で液相から気相に変化する冷媒を流通させる冷却流路と、前記冷却流路よりも鉛直上方に配置されてその冷却流路に前記冷媒を逆流阻止しつつ供給するリザーバタンクと、前記冷却流路から排出される冷媒を前記リザーバタンクに戻す冷媒戻し流路に配置され、前記冷却流路で気相化した冷媒を液相化する排熱機構と、前記冷却流路から前記リザーバタンクに至る冷媒戻し流路に、前記冷却流路の排出圧を更に加圧する加圧手段と、を設けたことを最も主要な特徴とする。

また、本発明のモータの冷却方法は、モータの発熱部に設けた冷却流路に所定温度で液相から気相に変化する冷媒を流通させてその発熱部を冷却し、前記冷却流路から排出される気相化した冷媒を排熱機構で液相化してリザーバタンクに戻すとともに、該リザーバタンクを前記冷却流路よりも鉛直上方に配置することにより冷媒を自己循環させる一方、前記冷却流路の排出圧を更に加圧して、前記排熱機構で液相化した冷媒をリザーバタンクに押し出す圧力をより高めることを特徴とする。

本発明のモータの冷却装置および冷却方法によれば、鉛直上方に配置したリザーバタンクから冷媒が重力によって冷却流路に供給され、この冷却流路を通過する間に液相の冷媒はモータ内部の発熱部で気相化し、この気相化した冷媒でステータやロータを効率良く冷却することができる。

また、前記冷却流路で気相化した冷媒を前記リザーバタンクに戻す際に、冷媒戻し流路に配置した排熱機構によって液相化されるようになっており、このとき、排熱機構で液相化された冷媒は、前記冷却流路で気相化されて膨張した冷媒圧によって押し出されるため、その液相化した冷媒をリザーバタンクに圧送して戻すことができる。

従って、鉛直上方に配置した前記リザーバタンクから冷媒を自重で冷却流路に供給できることと相俟って、冷媒を自己循環させることが可能となり、冷媒の循環経路にポンプ等の冷媒移動装置を設ける必要が無くなるため冷却装置のコンパクト化および軽量化を図ることができる。

また、前記冷媒戻し流路に加圧手段を設けて前記冷却流路の排出圧を更に加圧するようにしたので、前記排熱機構によって液相化した冷媒をより大きな圧力でリザーバタンクに押し戻すことができるため、冷媒の循環効率をより高めることができ、ひいてはモータの冷却効率を高めることができる。

以下、本発明の実施形態を図面と共に詳述する。

図１〜図６は本発明にかかるモータの冷却装置の第１実施形態を示し、図１は本発明が適用されるモータの取付状態を示すサスペンション装置の斜視図であり、図２は冷却装置を組み付けたモータの断面図、図３は冷却装置の冷媒循環経路を示す全体構成図、図４は図２中Ａ−Ａ線に沿った断面図である。

また、図５はモータインバータの拡大斜視図、図６は図５中Ｂ−Ｂ線に沿った拡大断面図である。

本発明の冷却装置２０が適用されるモータ１は、例えば図１に示すようにインホイールドライブ方式の電気自動車に適用され、モータ１をタイヤホイールＷの裏側に形成される中心凹部Ｗｈ内に挿入した状態で車体側に取り付け、該モータ１の回転軸でタイヤホイールＷを直接駆動するようになっている。

前記タイヤホイールＷは、アッパリンクＬ１，ロアリンクＬ２およびショックアブソーバＳａを備えたダブルウイッシュボーン方式のサスペンション装置Ｓによって車体に支持されているが、特にサスペンション装置Ｓはこのダブルウイッシュボーン方式に限定するものではない。

前記モータ１は、図２，図４に示すように回転軸２と、この回転軸２に結合したロータ３と、このロータ３の外周を囲繞するステータ４と、を備え、これら回転軸２、ロータ３、ステータ４はハウジング５内に収納される。

回転軸２はロータ３と一体となって、両端部がハウジング５の両端のエンドプレート５ｅ１，５ｅ２に軸受６を介して回転自在に支持されるとともに、ロータ３の周縁部内方には回転軸２の軸方向に沿って周方向に等間隔をもって複数（本実施形態では４個）のロータ磁石７が配置される。

ステータ４はハウジング５の内周に固定され、そのステータ４の内周には周方向に等間隔をもって複数（本実施形態では６本）のステータ凸極部４Ｓが突設され、それぞれのステータ凸極部４Ｓにはコイル８が巻回されている。

また、前記モータ１には図２に示すようにハウジング５の外側に、直流電力を交流電力に変換するモータインバータ１０が設けられる。

前記モータインバータ１０は、図５に示すように６面１１ａ〜１１ｆからなる直方体状の本体部分１１を備え、この本体部分１１の上面１１ｃにインバータ制御用のサイリスタ素子などの複数の電子素子１２が設置されることにより構成される。

前記モータ１は冷却装置２０によって冷却されるようになっており、この冷却装置２０は、図２，４に示すようにモータ１のコイル８や図外のバスバー等の銅損による発熱部に設けられて所定温度で液相から気相に変化する冷媒を流通させる冷却流路２１と、前記冷却流路２１よりも鉛直上方に配置されてその冷却流路２１に前記冷媒を逆流阻止しつつ供給するリザーバタンク２２と、前記冷却流路２１から排出される冷媒を前記リザーバタンク２２に戻す冷媒戻し流路２３に配置され、前記冷却流路２１で気相化した冷媒を液相化する排熱機構としてのコンデンサ２４と、前記冷却流路２１から前記リザーバタンク２２に至る冷媒戻し流路２３に、前記冷却流路２１の排出圧を更に加圧する加圧手段としてのモータインバータ１０と、を設けてある。

前記モータインバータ１０は、図５，図６に示すように前記リザーバタンク２２から冷媒を逆止弁２９を介して逆流阻止しつつ導入するインバータ冷却流路１３を形成してあり、該インバータ冷却流路１３の冷媒排出口１３outを、前記冷却流路２１から前記リザーバタンク２２に至る冷媒戻し流路２３に連通してある。

特に、本実施形態では前記インバータ冷却流路１３の冷媒排出口１３outを、冷媒戻し流路２３の前記コンデンサ２４よりも上流側に連通するようにしている。

即ち、前記冷却流路２１は、図２に示すようにステータ４の外周部分に回転軸２の軸方向に沿って形成される複数のステータ内通路２１ａ〜２１ｆによって構成され、それぞれのステータ内通路２１ａ〜２１ｆは、図４に示すように各ステータ凸極部４Ｓの突設部位に対応して周方向に略等間隔に６箇所形成される。

前記複数のステータ内通路２１ａ〜２１ｆは、図４に示すようにステータ内通路２１ａをステータ４の最上部位に配置して、残りのステータ内通路２１ｂ〜２１ｆを反時計回りに順に等間隔に配置してあり、従って、ステータ内通路２１ｄがステータ４の最下部位に配置されることになる。

ステータ内通路２１ａ〜２１ｆは、図２に示すようにそれらの冷媒導入側（図中右側）が、ハウジング５の一方のエンドプレート５ｅ１内部に形成した第１環状通路５ａによって連通されるとともに、冷媒排出側（図中左側）がハウジング５の他方のエンドプレート５ｅ２内部に形成した第２環状通路５ｂによって連通される。

そして、前記冷却流路２１よりも鉛直上方に配置した前記リザーバタンク２２は上端に大気開放口２２ａが形成されて、該リザーバタンク２２の下部側面に一端側２５ａが接続される第１導入流路２５が設けられ、該第１導入流路２５の他端側２５ｂが逆止弁２６を介して前記第１環状通路５ａに接続される。

また、前記第２環状通路５ｂは、前記冷媒戻し流路２３の一端側２３ａに接続されるとともに、該冷媒戻し流路２３の他端側２３ｂが前記コンデンサ２４を経由した後に前記リザーバタンク２２の上部側面に接続される。

コンデンサ２４の下流側には逆止弁２７が設けられ、冷媒がリザーバタンク２２側からコンデンサ２４に流入するのを阻止している。

尚、前記コンデンサ２４は図中１本の直管にフィンを設けた状態で開示してあるが、必ずしも１本の直管である必要はなく、複数の直管若しくは蛇行する管であってもよい。

前記リザーバタンク２２は、モータ１から分離して上方に配置されるが、本実施形態では図１に示すようにモータ１がインホイールドライブ方式として構成された際に、前記リザーバタンク２２を車体後部両側の骨格部材となるリアサイドメンバに取り付けておくことができる。

前記リザーバタンク２２には、その底部に一端側２８ａが接続される第２導入流路２８が設けられ、この第２導入流路２８の他端側２８ａが逆止弁２９を介して前記インバータ冷却流路１３の冷媒導入管１３ａに接続される。

インバータ冷却流路１３は、前記モータインバータ１０の本体部分１１内に形成されるが、直方体状に形成された本体部分１１の長手方向の一端面１１ａに前記冷媒導入管１３ａが設けられるとともに、この本体部分１１の長手方向の他端面１１ｂに冷媒排出管１３ｂが設けられ、該冷媒排出管１３ｂの先端が前記冷媒排出口１３outとなっている。

そして、前記インバータ冷却流路１３は、図６に示すように本体部分１１の上下面１１ｃ，１１ｅおよび左右側面１１ｄ，１１ｆで囲まれた断面矩形状の通路で形成される。

このとき、前記インバータ冷却流路１３は、多孔質材としてのポーラス材３０で形成してある。

従って、本実施形態の冷却装置２０では、リザーバタンク２２内の冷媒の流れは、図３に示すように第１導入流路２５（流れＦ１）から逆止弁２６を介して第１環状通路５ａに導入され、この第１環状通路５ａに導入された冷媒は各ステータ内通路２１ａ〜２１ｆに分配されてステータ４内を流通（流れＦ２）する。

そして、前記ステータ内通路２１ａ〜２１ｆを通過した冷媒は、第２環状通路５ｂで合流した後に冷媒戻し流路２３に排出（流れＦ３）され、この冷媒戻し流路２３の途中に設けたコンデンサ２４および逆止弁２７を通過（流れＦ４）した後、リザーバタンク２２に戻される。

また、前記リザーバタンク２２内の冷媒は、第２導入流路２８（流れＦ５）から逆止弁２９を介してモータインバータ１０のインバータ冷却流路１３に導入され、このインバータ冷却流路１３を流通（流れＦ６）した後に、冷媒排出口１３outから前記冷媒戻し流路２３の上流部分に流入（流れＦ７）される。

そして、このように構成された冷却装置２０を用いたモータ１の冷却方法では、モータ１の発熱部に設けた冷却流路２１（２１ａ〜２１ｆ）に所定温度で液相から気相に変化する冷媒を流通させてその発熱部を冷却し、前記冷却流路２１から排出される気相化した冷媒を排熱機構であるコンデンサ２４で液相化してリザーバタンク２２に戻すとともに、該リザーバタンク２２を前記冷却流路２１よりも鉛直上方に配置することにより冷媒を自己循環させる一方、前記冷却流路２１の排出圧を更に加圧して、前記コンデンサ２４で液相化した冷媒をリザーバタンク２２に押し出す圧力をより高めるようにする。

以上の構成により本実施形態の冷却装置２０およびその冷却方法によれば、鉛直上方位置に配置したリザーバタンク２２内の液相状態の冷媒は、重力によって第１導入流路２５から逆止弁２６を介して第１環状通路５ａおよびステータ内通路２１ａ〜２１ｆに供給され、ステータ内通路２１ａ〜２１ｆを通過する間に液相の冷媒はモータ１の発熱部で気化して膨張し、その気相状態となった冷媒で前記発熱部を効率良く冷却することができる。

このとき、液相から気相へと状態変化した場合、膨張圧により流路内の圧力は液相状態に比べて大きくなるが、前記逆止弁２６により気相化した冷媒が第１環状通路５ａ方向に逆流するのが阻止される。

従って、ステータ内通路２１ａ〜２１ｆで気相となった冷媒は、前記逆止弁２６によって第１導入流路２５に逆流するのが防止されつつ、第２還流通路５ｂを経て冷媒戻し流路２３に排出される。

すると、この排出された気相状態の冷媒は、冷媒戻し流路２３の途中に設けたコンデンサ２４で冷却されて液相化され、液相化状態の冷媒はコンデンサ２４の下流側に設けた逆止弁２７で逆流が阻止されつつ、コンデンサ２４の上流側の気相状態にある冷媒の膨張圧により下流側に押し出される。

このため、コンデンサ２４で液相化した冷媒はリザーバタンク２２に順次圧送されて戻されるため、前述したようにリザーバタンク２２から冷媒が自重でステータ内通路２１ａ〜２１ｆに供給されることと相俟って、冷媒を冷却装置２０内で自己循環させることができるようになる。

従って、冷媒の循環経路にポンプ等の冷媒移動装置を用いる必要が無くなり、冷却装置２０のコンパクト化を図ることができるとともに、ステータ内通路２１ａ〜２１ｆで冷媒が気化した際の気化熱をモータ１の発熱部の冷却に利用して冷却効率を向上できるとともに、ステータ内通路２１ａ〜２１ｆ内の冷媒量を液相の状態で冷却する場合に比較して大幅に削減でき、冷却装置２０全体の重量を減少することができる。

また、モータ１のコンパクト化および軽量化を達成できることにより、インホイールドライブ方式とした場合のタイヤホイールＷへの組み込みを容易とし、かつ、冷却装置２０の冷却効率が高まることによりモータ１の温度上昇を抑制して、高負荷状態での運転状態をより長時間維持することができる。

ところで、前記ステータ内通路２１ａ〜２１ｆ内で液相状態の冷媒が気相化したときの膨張圧が十分でない場合は、コンデンサ２４で液相化した冷媒戻し流路２３内の冷媒をリザーバタンク２２に押し出すための圧力が不足するため、冷媒が循環経路内で滞ってしまう。

このため、ステータ内通路２１ａ〜２１ｆには、第１導入流路２５から液相状態の冷媒が十分に供給されなくなり、その結果、ステータ内通路２１ａ〜２１ｆ内の温度が設計許容範囲を超えて温度上昇される、いわゆるドライアウト現象が起こってしまう。

従って、前記ドライアウト現象の発生を防止するためには、コンデンサ２３やその下流側の冷媒戻し流路２３内に存在する液相の冷媒を積極的にリザーバタンク２２に戻してやる必要がある。

つまり、冷媒戻し流路２３内の液相冷媒をリザーバタンク２２に戻すことにより、ステータ内通路２１ａ〜２１ｆ内の圧力が低下するため逆止弁２６を開弁することができ、これにより第１導入流路２５から液相の冷媒がステータ内通路２１ａ〜２１ｆに供給されるため、前記ドライアウト現象を防止できる。

ここで、前記逆止弁２６の開閉状態を検討すると、図３に示すようにその逆止弁２６の上流位置Ｓ１の圧力Ｐinは、
Ｐin＝Ｐｔ＋ρi・ｇ・Ｈi …(1) となる。

ここで、Ｐｔはリザーバタンク２２内の冷媒液面に加わる圧力、ρiは上流位置Ｓ１での液相冷媒の密度、ｇは重力加速度、Ｈiは上流位置Ｓ１からリザーバタンク２２の冷媒液面までの高さである。

一方、逆止弁２６の下流位置Ｓ２での圧力Ｐoutは、
Ｐout＝Ｐｔ＋ΔＰｌｓ＋ρo・ｇ・Ｈo…(2)となる。

ここで、ρoは冷媒戻し流路２３のコンデンサ２４下流部での液相冷媒の密度、Ｈoは下流位置Ｓ２から冷媒戻し流路２３がリザーバタンク２２に接続する位置までの高さ、ΔＰｌｓは流路内の抵抗圧力である。

従って、前記逆止弁２６は、この抵抗を無視することにすればＰin≧Ｐout、即ち、ρi・ｇ・Ｈi≧ΔＰｌｓ＋ρo・ｇ・Ｈoであれば逆止弁２６は開弁し、Ｐin＜Ｐoutであれば閉弁することになる。

ここで、冷媒を水とし、上流位置Ｓ１における水温および冷媒戻し流路２３の下流側の水温を50℃と仮定し、Ｈiを0.5ｍ、Ｈoを0.6ｍとすれば、
ρi・ｇ・Ｈi＝988×9.8×0.5＝4.84kPa（kN/m²）
ρo・ｇ・Ｈo＝988×9.8×0.6＝5.81kPa（kN/m²）となる。

このとき、Ｐｔを標準大気圧（101.3kPa）とすると、
Ｐｔ＋ρo・ｇ・Ｈo＝107.1kPa であり、水の飽和圧力が107.1kPaに対する飽和温度は約101.3℃である。実験結果によると飽和温度は約102℃であり、水の飽和蒸気表によると飽和温度102℃に対する飽和圧力は109.6kPaである。

これらの結果により、
ΔＰｌｓ＝109.6−107.1＝2.5kPaとなり、ΔＰｌｓはρo・ｇ・Ｈoと同じオーダ値となる。

従って、本実施形態のようにコンデンサ２４からリザーバタンク２２に戻る冷媒戻し流路２３内の液相冷媒を、外部の熱源を利用してリザーバタンク２２に送り込めば、Ｐin≧Ｐoutが達成でき、ドライアウト時でも逆止弁２６が開くことになる。

このため、本実施形態ではモータインバータ１０を利用して、このモータインバータ１０に形成したインバータ冷却流路１３に、リザーバタンク２２から第２導入流路２８を介して液相状態の冷媒を供給して、前記インバータ冷却流路１３内で気相化した冷媒の圧力を用いて冷媒戻し流路２３内の液相冷媒を強制的にリザーバタンク２２に戻すようにしている。

即ち、前記第２導入流路２８から逆止弁２９を介してインバータ冷却流路１３に導入された液相の冷媒には、図５，図６に示すように本体部分１１の上面１１ｃに配置した電子素子１２の発熱が伝達されることにより気相化されて膨張し、その膨張圧が冷媒排出管１３ｂから排出されて冷媒排出口１３outが連通する冷媒戻し流路２３の上流側に供給される。

すると、冷媒戻し流路２３のコンデンサ２４よりも上流側は、インバータ内通路２１ａ〜２１ｆの圧力に加えて前記インバータ冷却流路１３内の圧力が作用するため、コンデンサ２４の上流側により大きな圧力を発生させて、その大きな圧力で冷媒戻し流路２３内の液相冷媒を強制的にリザーバタンク２２に戻すことができる。

従って、冷媒の循環効率をより高めて前記ドライアウト現象を防止でき、ひいてはモータ１の冷却効率を高めることができるとともに、インバータ冷却流路１３に冷媒を流通させることによりモータインバータ１０の冷却をも行うことができる。

また、加圧手段として前記モータインバータ１０を用いたので、このモータインバータ１０は既存の部品であって新たに加圧手段を設ける必要がないためコストの大幅な上昇を抑えることができる。

更に、本実施形態では前記インバータ冷却流路１３を、多孔質材としてのポーラス材３０で形成してあるので、インバータ冷却流路１３内の伝熱面積が増大するため、電子素子１２で発熱する熱量をそのポーラス材３０を通過する冷媒に伝達し易くなる。

更にまた、前記ポーラス材３０を通過する冷媒の流通抵抗が大きくなるため、インバータ冷却流路１３内の圧力は前記ステータ内通路２１ａ〜２１ｆ内の圧力よりも高くなり、より大きな圧力を発生させることが可能となり、冷媒戻し流路２３のコンデンサ２４よりも上流側の圧力をより大きくして、冷媒戻し流路２３内の液相冷媒をより確実にリザーバタンク２２に戻すことができる。

図７〜図９は本発明の第２実施形態を示し、前記第１実施形態と同一構成部分に同一符号を付して重複する説明を省略して述べるものとし、図７は冷却装置の冷媒循環経路を示す全体構成図、図８はモータインバータの拡大斜視図、図９は図８中Ｃ−Ｃ線に沿った拡大断面図である。

本実施形態の冷却装置２０Ａは、基本的に第１実施形態の冷却装置２０と同様の構成となり、モータインバータ１０を利用して加圧手段を構成し、このモータインバータ１０に形成したインバータ冷却流路１３に、リザーバタンク２２から第２導入流路２８を介して液相状態の冷媒を供給して、前記インバータ冷却流路１３内で気相化した冷媒の圧力を用いて冷媒戻し流路２３内の上流側の圧力を高めるようにしている。

ここで、本実施形態では前記モータインバータ１０内に、前記インバータ冷却流路１３に近接して冷媒を流通させる２つの第１・第２副冷却流路１４，１５を設けている。

即ち、前記モータインバータ１０は、図８に示すように第１実施形態と同様に６面１１ａ〜１１ｆからなる直方体状の本体部分１１の上面１１ｃに、インバータ制御用の電子素子１２が複数設置されており、前記第１・第２副冷却流路１４，１５は、図９に示すように前記インバータ冷却流路１３の両側にそれぞれ隔壁１６ａ，１６ｂで仕切られた状態で配置される。

また、前記第１・第２副冷却流路１４，１５にあってもインバータ冷却流路１３と同様に断面矩形状の通路として形成されるが、それら副冷却流路１４，１５は中空状に形成される。

そして、前記インバータ冷却流路１３は、図７に示すように第１実施形態と同様に冷媒導入管１３ａに第２導入流路２８を接続してあるとともに、冷媒排出管１３ｂ先端の冷媒排出口１３outを冷媒戻し流路２３のコンデンサ２４よりも上流側に連通させてあり、本実施形態にあっても前記インバータ冷却流路１３をポーラス材３０で形成してある。

前記第１副冷却流路１４は、インバータ冷却流路１３の冷媒排出管１３ｂが配置される側（図８中左側）に冷媒導入管１４ａを設けてあるとともに、インバータ冷却流路１３の冷媒導入管１３ａが配置される側（図８中右側）に冷媒排出管１４ｂを設けてあり、また、前記第２副冷却流路１５は、インバータ冷却流路１３の冷媒導入管１３ａが配置される側（図８中右側）に冷媒導入管１５ａを設けてあるとともに、インバータ冷却流路１３の冷媒排出管１３ｂが配置される側（図８中左側）に冷媒排出管１５ｂを設けてある。

そして、前記第１副冷却流路１４の冷媒排出管１４ｂと前記第２副冷却流路１５の冷媒導入管１５ａとを、図７に示すように互いに連通してある。

一方、前記冷媒戻し流路２３の逆止弁２７よりも下流側を途中で分断し、その分断した上流側戻し流路２３ｃを第１副冷却流路１４の前記冷媒導入管１４ａに接続するとともに、分断した下流側戻し流路２３ｄを第２副冷却流路１５の前記冷媒排出管１５ｂに接続してある。

以上の構成により本実施形態のモータの冷却装置２０Ａによれば、第１実施形態と同様に第２導入流路２８からモータインバータ１０のインバータ冷却流路１３に冷媒を導入して、このインバータ冷却流路１３のポーラス材３０で発生した高圧冷媒を冷媒戻し流路２３の上流側に供給することにより、冷媒の循環効率を高めてステータ内通路２１ａ〜２１ｆのドライアウト現象を防止できるようになっているが、この場合、インバータ冷却流路１３内で高圧蒸気が発生するようにそのインバータ冷却流路１３の径やその前後の冷媒導入・排出管１３ａ，１３ｂの径などを調節する必要がある。

ところが、前記インバータ冷却流路１３で冷媒が気相化される条件では、複数の電子素子１２の除熱性能が得られない場合があるが、本実施形態では前記モータインバータ１０内に、前記インバータ冷却流路１３に近接して冷媒を流通させる２つの第１・第２副冷却流路１４，１５を設けて、一方の第１副冷却流路１４に冷媒戻し流路２３からリザーバタンク２２に戻す液相の冷媒を導入して流通させた後、その冷媒を他方の第２副冷却流路１５に導入して流通させた後に前記リザーバタンク２２に戻すようにしてある。

従って、このようにリザーバタンク２２に戻す液相冷媒を第１・第２副冷却流路１４，１５に流通させることにより、モータインバータ１０を冷却することができるため、ポーラス材３０で形成したインバータ冷却流路１３を、専ら冷媒の気相化が促進されるように構成しつつ、前記第１・第２副冷却流路１４，１５を流通する液相冷媒により電子素子１２の除熱性能を確保することができる。

このため、モータ１の発熱部のドライアウトを避けることができるとともに、モータインバータ１０の電子素子１２の冷却もより広範囲な除熱性能を確保し、更に、車両の坂道走行や加速時等に車両に作用する重力以外の力が加わった場合にもドライアウトを防止できる。

図１０は本発明の第３実施形態を示し、前記各実施形態と同一構成部分に同一符号を付して重複する説明を省略して述べるものとし、図１０は冷却装置の冷媒循環経路を示す全体構成図である。

本実施形態の冷却装置２０Ｂは、基本的に第１実施形態の冷却装置２０と同様の構成となり、冷却流路２１を、図４に示したようにステータ４の外周部分に回転軸２の軸方向に沿って形成した複数のステータ内通路２１ａ〜２１ｆによって構成してあり、第１導入流路２５から導入される冷媒をそれぞれのステータ内通路２１ａ〜２１ｆを流通させた後、冷媒戻し流路２３へと排出するようになっている。

尚、モータインバータ１０は、第２実施形態と同様にインバータ冷却流路１３以外に第１・第２副冷却流路１４，１５を設けて、冷媒戻し流路２３からリザーバタンク２２に戻す液相の冷媒を第１・第２副冷却流路１４，１５に流通させるようになっている。

そして、本実施形態では前記複数のステータ内通路２１ａ〜２１ｆの冷媒通過量を、リザーバタンク２２の液面からの高さ（水頭）に応じてそれぞれ略等しくする冷媒通過量均等手段３１を設けている。

即ち、前記ステータ内通路２１ａ〜２１ｆの径Ｄａ〜Ｄｆが等しい場合には、リザーバタンク２２の液面からの位置水頭の影響により、その液面からの高さ（水頭）が高い程冷媒が流れ易くなるため、それぞれのステータ内通路２１ａ〜２１ｆの上下位置によってドライアウト状況に差が生ずることになる。

このため、本実施形態では前記ステータ内通路２１ａ〜２１ｆの径Ｄａ〜Ｄｆを、前記リザーバタンク２２の液面からの高さ（水頭）が高くなる程小さくすることによって前記冷媒通過量均等手段３１を構成してある。

前記ステータ内通路２１ａ〜２１ｆは、図４に示したようにステータ内通路２１ａがステータ４の最上部位に配置され、かつ、ステータ内通路２１ｄがステータ４の最下部位に配置されるとともに、それらステータ内通路２１ａ，２１ｄ間の上部にステータ内通路２１ｂ，２１ｆが配置され、かつ、ステータ内通路２１ａ，２１ｄ間の下部にステータ内通路２１ｃ，２１ｅが配置されている。

従って、前記ステータ内通路２１ａ〜２１ｆを、それぞれの径Ｄａ〜Ｄｆが、
Ｄａ＞（Ｄｂ＝Ｄｆ）＞（Ｄｃ＝Ｄｅ）＞Ｄｄの関係となるように形成してある。

以上の構成により本実施形態の冷却装置１０Ｂによれば、ステータ内通路２１ａ〜２１ｆの径Ｄａ〜Ｄｆをリザーバタンク２２の液面からの高さ（水頭）が高くなる程小さくしたので、それぞれのステータ内通路２１ａ〜２１ｆを流通する冷媒の通過量を略等しくすることができる。

従って、前記複数のステータ内通路２１ａ〜２１ｆの除熱状態を略均等にすることができるため、それぞれのドライアウト状況に差が生ずるのを防止し、ひいては、ドライアウト現象を除去するための制御を行い易くなる。

尚、本実施形態ではステータ内通路２１ａ〜２１ｆの径Ｄａ〜Ｄｆを変化させることにより、それぞれの冷媒通過量を略等しくしたが、それぞれのステータ内通路２１ａ〜２１ｆに前述の関係を満たすオリフィスを設けることによっても目的を達成することができる。

図１１，図１２は本発明の第４実施形態を示し、前記各実施形態と同一構成部分に同一符号を付して重複する説明を省略して述べるものとし、図１１は冷却装置の冷媒循環経路を示す全体構成図、図１２はインバータ冷却流路の排出側の切換えバルブの切換え状態を（ａ），（ｂ）に順を追って示す説明図である。

本実施形態の冷却装置２０Ｃは、図１１に示すように基本的に第１実施形態の冷却装置２０と同様の構成となり、モータインバータ１０を利用して加圧手段を構成してあり、また、第２実施形態と同様に前記モータインバータ１０は、インバータ冷却流路１３以外に、冷媒戻し流路２３からリザーバタンク２２に戻す液相の冷媒を流通させる第１・第２副冷却流路１４，１５を設けてある。

そして、本実施形態では前記インバータ冷却流路１３の冷媒排出口１３outを、前記冷却流路２１内の冷媒温度が所定値よりも高い場合に、前記冷媒戻し流路２３のコンデンサ２４よりも下流側に連通するようにしている。

即ち、本実施形態では前記インバータ冷却流路１３の冷媒排出管１３ｂを主排出管１３ｃと副排出管１３ｄの２経路に分岐し、主排出管１３ｃの先端に設けた冷媒排出口１３outを、第１実施形態と同様に冷媒戻し流路２３のコンデンサ２４よりも上流側に連通してある。

また、前記冷媒戻し流路２３のコンデンサ２４よりも下流側に、前記副排出管１３ｄに接続する分岐流路２３ｅを設け、この分岐流路２３ｅと前記主排出管１３ｃとを交差させて、その交差部分に、図１２（ａ）に示す主排出管１３ｃの連通状態と、図１２（ｂ）に示す分岐流路２３ｅと副排出管１３ｄとの連通状態と、をアクチュエータ３２により切り換える切換えバルブ３３を設けてある。

一方、冷却流路２１（ステータ内通路２１ａ）に温度センサ３４を設置し、この温度センサ３４の検出信号をコントローラ３５に出力して前記切換えバルブ３３の切換えタイミングを演算し、その結果を前記アクチュエータ３２に出力して切換えバルブ３３を切換え制御するようになっている。

即ち、前記切換えバルブ３３は、図１２（ａ）に示すように主排出管１３ｃの連通状態では前記分岐流路２３ｅを遮断し、図１２（ｂ）に示すように分岐流路２３ｅと副排出管１３ｄとの連通状態では主排出管１３ｃを遮断する構造となっている。

尚、主排出管１３ｃの連通状態では、前記各実施形態と同様にその主排出管１３ｃの先端が冷媒排出口１３outとなって、その冷媒排出口１３outが冷媒戻し流路２３のコンデンサ２４よりも上流側に連通するとともに、分岐流路２３ｅと副排出管１３ｄとの連通状態では、その副排出管１３ｄの先端が冷媒排出口１３outとなって、その冷媒排出口１３outが前記分岐流路２３ｅに連通する。

そして、前記温度センサ３４の検出温度Ｔが予め設定した値Ｔdよりも低いとき（Ｔ＜Ｔd）は、前記切換えバルブ３３は図１２（ａ）に示す状態となり、前記検出温度Ｔが予め設定した値Ｔdよりも高いとき（Ｔ≧Ｔd）は、前記切換えバルブ３３は図１２（ｂ）に示す状態となる。

設定温度Ｔdは、実験等により求められた冷却流路２１内の飽和温度Ｔsat以上（Ｔd≧Ｔsat）であり、かつ、モータ１の耐熱許容温度をＴmとした場合に、Ｔd＝α・Ｔd （α＜１）とする。例えば、α＝0.8とすると、Ｔ≧Ｔdである場合に冷却流路２１がドライアウト状態であり、かつ、モータ１温度が危険温度範囲となってしまう。

以上の構成により本実施形態の冷却装置１０Ｃによれば、Ｔ＜Ｔdの場合は危険温度範囲以下であると判断し、前記切換えバルブ３３を図１２（ａ）の状態として主排出管１３ｃを連通状態にすることにより、第２実施形態の冷却装置１０Ａと同様の構成となり、その作用効果は第２実施形態と同様となる。

一方、Ｔ≧Ｔdの場合は危険温度範囲内であると判断し、切換えバルブ３３を図１２（ｂ）の状態として分岐流路２３ｅと副排出管１３ｄとを連通状態とする。

すると、インバータ冷却流路１３で発生した気相の高圧冷媒が分岐流路２３ｅから上流側戻し流路２３ｃに供給されて、冷媒戻し流路２３内の液相冷媒をリザーバタンク２２に押し出す。

この場合、インバータ冷却流路１３の高圧冷媒は冷媒戻し流路２３のコンデンサ２４下流側に供給されるので、コンデンサ２４の流通抵抗を受けることなく、より低い圧力で戻し流路２３内の液相冷媒をリザーバタンク２２に送り出すことができる。

即ち、前記分岐流路２３ｅが冷媒戻し流路２３から分岐する位置から冷媒戻し流路２３ｅがリザーバタンク２２に接続する位置までの高さＨdを、逆止弁２６の下流位置Ｓ２から冷媒戻し流路２３がリザーバタンク２２に接続する位置までの高さＨo（図３参照）よりも低く設定した場合、ρo・ｇ・（Ｈo−Ｈd）分の位置水頭が減ることになるため、前記コンデンサ２４の流通抵抗が無くなることと相俟って、更に低い圧力でリザーバタンク２２に戻る冷媒戻し流路２３内の液相冷媒を押し出すことができる。

尚、本実施形態では前記分岐流路２３ｅを上流側戻し流路２３ｃから分岐した場合を開示したが、これに限ることなく下流側戻し流路２３ｄから分岐流路２３ｅを分岐しても同様の作用効果を奏することができる。

また、本実施形態は第２実施形態の冷却装置１０Ａ、つまり、モータインバータ１０に第１・第２副冷却流路１４，１５を設けて、それら副冷却流路１４，１５に冷媒戻し流路２３の上流側戻し流路２３ｃと下流側戻し流路２３ｄを接続した冷却装置１０Ａに適用した場合を開示したが、モータインバータ１０に第１・第２副冷却流路１４，１５を設けない第１実施形態にあっても適用することができる。

図１３，図１４は本発明の第５実施形態を示し、前記第４実施形態と同一構成部分に同一符号を付して重複する説明を省略して述べるものとし、図１３は冷却装置の冷媒循環経路を示す全体構成図、図１４はインバータ冷却流路への冷媒導入流路を開閉する開閉バルブの切換え状態を（ａ），（ｂ）に順を追って示す説明図である。

本実施形態の冷却装置２０Ｄは、図１３に示すように基本的に第４実施形態の冷却装置２０Ｃと同様の構成となり、インバータ冷却流路１３の冷媒排出管１３ｂを主排出管１３ｃと副排出管１３ｄの２経路に分岐し、そして、主排出管１３ｃと冷媒戻し流路２３の分岐流路２３ｅとの交差部分に設けた切換えバルブ３３を、冷却流路２１に設けた温度センサ３４、コントローラ３５およびアクチュエータ３２を介して切り換えるようになっている。

ところで、リザーバタンク２２内の冷媒を第２導入流路２８を介してインバータ冷却流路１３内に導入するようになっているが、その際、インバータ冷却流路１３内に多量の液相冷媒が存在する場合に、インバータ冷却流路１３内で気相化した冷媒が直ちに液相状態に戻ってしまうサブクール現象が起こってしまう恐れがある。

そこで、本実施形態では図１３に示すように、リザーバタンク２２からインバータ冷却流路１３に導入する冷媒量を、そのインバータ冷却流路１３内の温度が低い場合に減少させる一方、インバータ冷却流路１３内の温度が高い場合に増大させる冷媒量制御手段としての開閉バルブ３６を設けている。

即ち、前記開閉バルブ３６は、リザーバタンク２２の冷媒をインバータ冷却流路１３に導入する第２導入流路２８の逆止弁２９よりも上流側に設けられ、前記アクチュエータ３２によって開閉切換えするようになっている。

前記開閉バルブ３６の切換え制御は、インバータ冷却流路１３内に設置した温度センサ３７の検出信号をコントローラ３５に入力して切換えタイミングを演算し、その結果を前記アクチュエータ３２に出力することにより行われる。

つまり、インバータ冷却流路１３内の温度Ｔ1が予め決められた値Ｔd1よりも低い（Ｔ1＜Ｔd1）とき、切換えバルブ３６は図１４（ａ）に示すように閉弁して第２導入流路２８を遮断する一方、前記温度Ｔ1が前記値Ｔd1よりも高い（Ｔ1≧Ｔd1）とき、切換えバルブ３６は図１４（ｂ）に示すように開弁して第２導入流路２８を連通し、インバータ冷却流路１３内に液相冷媒を導入可能状態とする。

このとき、前記Ｔd1は実験等で予め決定されるインバータ冷却流路１３内の飽和温度Ｔsat1以上（Ｔd1≧Ｔsat1）である。

以上の構成により本実施形態の冷却装置１０Ｄによれば、インバータ冷却流路１３内の温度が低い場合に開閉バルブ３６を閉弁して、インバータ冷却流路１３に導入する冷媒量を減少させる一方、インバータ冷却流路１３内の温度が高い場合に開閉バルブ３６を開弁して、インバータ冷却流路１３に導入する冷媒量を増大させることにより、インバータ冷却流路１３内で冷媒を確実に気相化させて冷媒圧力を高めることができるため、そのインバータ冷却流路１３でのドライアウト現象を防止することができる。

勿論、本実施形態の冷却装置１０Ｄは、モータインバータ１０に第１・第２副冷却流路１４，１５を設けない第１実施形態の冷却装置１０にあっても適用することができる。

ところで、本発明のモータの冷却装置は第１〜第５実施形態に例をとって説明したが、これら実施形態に限ることなく本発明の要旨を逸脱しない範囲で他の実施形態を各種採用することができ、例えば、モータ１はインホイールドライブ方式の電気自動車に限ることなく、通常のモータにあっても本発明を適用することができる。

本発明の冷却装置が適用されるモータの取付状態を示すサスペンション装置の斜視図。 本発明の第１実施形態における冷却装置を組み付けたモータの断面図。 本発明の第１実施形態における冷却装置の冷媒循環経路を示す全体構成図。 図２中Ａ−Ａ線に沿った断面図。 本発明の第１実施形態におけるモータインバータの拡大斜視図。 図５中Ｂ−Ｂ線に沿った拡大断面図。 本発明の第２実施形態における冷却装置を組み付けたモータの断面図。 本発明の第２実施形態におけるモータインバータの拡大斜視図。 図８中Ｃ−Ｃ線に沿った拡大断面図。 本発明の第３実施形態における冷却装置の冷媒循環経路を示す全体構成図。 本発明の第４実施形態における冷却装置の冷媒循環経路を示す全体構成図。 本発明の第４実施形態におけるインバータ冷却流路の排出側の切換えバルブの切換え状態を（ａ），（ｂ）に順を追って示す説明図。 本発明の第５実施形態における冷却装置の冷媒循環経路を示す全体構成図。 本発明の第５実施形態におけるインバータ冷却流路への冷媒導入流路を開閉する開閉バルブの切換え状態を（ａ），（ｂ）に順を追って示す説明図。

符号の説明

１ モータ
２ 回転軸
３ ロータ
４ ステータ
１０ モータインバータ（加圧手段）
１２ 電子素子
１３ インバータ冷却流路
１３out 冷媒排出口
１４ 第１副冷却流路
１５ 第２副冷却流路
２０，２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄ 冷却装置
２１ 冷却流路
２１ａ〜２１ｆ ステータ内通路（冷却流路）
２２ リザーバタンク
２３ 冷媒戻し流路
２４ コンデンサ（排熱機構）
３０ ポーラス材
３１ 冷媒通過量均等手段
３６ 開閉バルブ（冷媒量制御手段）

Claims (9)

1. 回転軸と、この回転軸に結合されたロータと、このロータの外周を囲繞するステータと、を備えたモータにおいて、
   モータの発熱部に設けられて所定温度で液相から気相に変化する冷媒を流通させる冷却流路と、
   前記冷却流路よりも鉛直上方に配置されてその冷却流路に前記冷媒を逆流阻止しつつ供給するリザーバタンクと、
   前記冷却流路から排出される冷媒を前記リザーバタンクに戻す冷媒戻し流路に配置され、前記冷却流路で気相化した冷媒を液相化する排熱機構と、
   前記冷却流路から前記リザーバタンクに至る冷媒戻し流路に、前記冷却流路の排出圧を更に加圧する加圧手段と、を設けたことを特徴とするモータの冷却装置。
2. 加圧手段は、前記リザーバタンクから冷媒を逆流阻止しつつ導入するインバータ冷却流路を形成したモータインバータであり、そのインバータ冷却流路の冷媒排出口を、前記冷却流路から前記リザーバタンクに至る冷媒戻し流路に連通したことを特徴とする請求項１に記載のモータの冷却装置。
3. インバータ冷却流路の冷媒排出口を、前記冷媒戻し流路の前記排熱機構よりも上流側に連通したことを特徴とする請求項２に記載のモータの冷却装置。
4. インバータ冷却流路を多孔質材で形成したことを特徴とする請求項２または３に記載のモータの冷却装置。
5. モータインバータ内には、前記インバータ冷却流路に近接して冷媒を流通させる副冷却流路を設けたことを特徴とする請求項２〜４のいずれか１つに記載のモータの冷却装置。
6. モータの発熱部に設けた前記冷却流路をモータの周方向に適宜間隔をおいて複数本形成し、それら複数の冷却流路の冷媒通過量を、前記リザーバタンクの液面からの高さに応じてそれぞれ略等しくする冷媒通過量均等手段を設けたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載のモータの冷却装置。
7. 前記インバータ冷却流路の冷媒排出口を、前記冷却流路内の冷媒温度が所定値よりも高い場合に、前記冷媒戻し流路の前記排熱機構よりも下流側に連通することを特徴とする請求項２〜６のいずれか１つに記載のモータの冷却装置。
8. リザーバタンクからインバータ冷却流路に導入する冷媒量を、そのインバータ冷却流路内の温度が低い場合に減少させる一方、インバータ冷却流路内の温度が高い場合に増大させる冷媒量制御手段を設けたことを特徴とする請求項２〜７のいずれか１つに記載のモータの冷却装置。
9. モータの発熱部に設けた冷却流路に所定温度で液相から気相に変化する冷媒を流通させてその発熱部を冷却し、前記冷却流路から排出される気相化した冷媒を排熱機構で液相化してリザーバタンクに戻すとともに、該リザーバタンクを前記冷却流路よりも鉛直上方に配置することにより冷媒を自己循環させる一方、前記冷却流路の排出圧を更に加圧して、前記排熱機構で液相化した冷媒をリザーバタンクに押し出す圧力をより高めることを特徴とするモータの冷却方法。

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