JP2003047200A - ステータコイルの冷却装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 コイルを万遍なく冷却するステータコイルの
冷却装置を提供する。 【解決手段】 ステータコイル７のエンドコイル７Ａ、
７Ｂを夫々収容し、ステータコア４の複数のスロットに
形成した冷却通路を介して互に連通されるフロントエン
ド室８Ａおよびリヤエンド室８Ｂへ冷却液を切換え供給
する供給通路１２とフロントエンド室８Ａおよびリヤエ
ンド室８Ｂから冷却液を切換え排出する戻り通路１３と
を設け、供給通路１２からフロントエンド室８Ａへ冷却
液を供給するときリヤエンド室８Ｂから冷却液を戻り通
路１３に排出させること、および、供給通路１２からリ
ヤエンド室８Ｂへ冷却液を供給するときフロントエンド
室８Ａから冷却液を戻り通路１３に排出させることがで
き、切換えて作動させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、モータにおけるス
テータコイルの冷却装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から小型化と出力向上の目的のもと
にステータコイルを直接に液冷する冷却装置が提案され
ており、例えば、特開平４−３６４３４３号公報（特許
第２７１６２８６号）に記載されるものがある。

【０００３】これは、ステータコアの内周面に樹脂層を
モールド成形することによりスロット開口部を閉塞し、
これにより画成されたスロット内部を冷媒通路として使
用する。ステータコアの前端面にはフロントエンドコイ
ルを収容するカバー部材が取付けられ、後端面にはリヤ
エンドコイルを収容するカバー部材が取付けられる。フ
ロントエンドコイルを収容するカバー部材には冷媒の入
口が設けられ、リヤエンドコイルを収容するカバー部材
には冷媒の出口が設けられる。

【０００４】これにより、冷媒をフロントエンドコイル
部分からスロット内部の冷媒通路を経由してリヤエンド
コイル部分に流通することで、ステータコイルが冷却さ
れる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来例では、冷媒は常にフロントエンドコイル側からリヤ
エンドコイル側へ流れるものであるため、コイルのフロ
ントエンドは充分冷却できるものの、リヤエンドに達し
た冷媒は冷媒通路の通過中におけるコイルとの熱交換に
より温度が上昇しているためリヤエンドでの冷却性が低
下し、コイルの発熱量が大きい場合には、リヤエンドコ
イル部分が許容温度を越えてしまいコイル全体の耐久性
を低下させる虞があった。

【０００６】そこで本発明は、上記問題点に鑑みてなさ
れたもので、コイルを万遍なく冷却するステータコイル
の冷却装置を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】第１の発明は、モータの
ステータコアの複数のスロットに設置されエンドコイル
がステータコア両端から突出して配置されたステータコ
イルと、前記ステータコイルのエンドコイルを夫々収容
し、ステータコアの複数のスロットに形成した冷却通路
を介して互に連通されるフロントエンド室およびリヤエ
ンド室と、前記フロントエンド室およびリヤエンド室へ
冷却液を切換え供給する供給通路と、前記フロントエン
ド室およびリヤエンド室から冷却液を切換え排出する戻
り通路と、前記供給通路からフロントエンド室へ冷却液
を供給するときリヤエンド室から冷却液を戻り通路に排
出させ、前記供給通路からリヤエンド室へ冷却液を供給
するときフロントエンド室から冷却液を戻り通路に排出
させる制御手段とから構成したことを特徴とする。

【０００８】第２の発明は、第１の発明において、前記
制御手段は、前記フロントエンド室へ冷却液を供給しリ
ヤエンド室から冷却液を排出する作動中において、リヤ
エンド室の温度を検出する温度検出手段よりの検出温度
信号が設定されたしきい値を超えたとき、前記供給通路
からリヤエンド室へ冷却液を供給し且つフロントエンド
室から冷却液を戻り通路に排出させるよう切換えること
を特徴とする。

【０００９】第３の発明は、第２の発明において、前記
制御手段は、前記リヤエンド室へ冷却液を供給しフロン
トエンド室から冷却液を排出させる作動中において、フ
ロントエンド室の温度を検出する温度検出手段よりの検
出温度信号が設定されたしきい値を超えたとき、前記供
給通路からフロントエンド室へ冷却液を供給し且つリヤ
エンド室から冷却液を戻り通路に排出させるよう切換え
ることを特徴とする。

【００１０】第４の発明は、第２または第３の発明にお
いて、前記制御手段のしきい値は、温度検出手段よりの
検出温度信号の単位時間あたりの変化量に応じて設定値
を変更することを特徴とする。

【００１１】

【発明の効果】したがって、第１の発明では、冷却液
を、フロントエンド室からリヤエンド室へ流通させ、ま
た、逆にリヤエンド室からフロントエンド室へ流通させ
ることができるため、ステータコイルの状況に応じてリ
アルタイムに冷却液の流れの方向を変えることができ、
効果的にステータコイルの冷却が可能となる。

【００１２】第２の発明では、第１の発明の効果に加え
て、前記フロントエンド室へ冷却液を供給しリヤエンド
室から冷却液を排出する作動中において、下流となるリ
ヤエンド室の温度がしきい値以上となる場合には、リヤ
エンド室へ冷却液を供給しフロントエンド室から排出さ
せるよう切換えるため、リヤエンド室に供給される冷却
液でステータコイルを効果的に冷却でき、リヤエンドコ
イルの温度上昇を抑えることができる。

【００１３】第３の発明では、第２の発明の効果に加え
て、リヤエンド室へ冷却液を供給しフロントエンド室か
ら排出させるよう冷却液の流れる方向を切換えた場合に
おいても、フロントエンド室の温度即ちエンドコイルの
温度を監視し、しきい値以上となる場合には再び冷却液
の流れる方向を切換えて元に戻すため、フロントエンド
室即ちフロントエンドコイルの温度上昇を抑えることが
出来る。

【００１４】第４の発明は、コイル温度が急激に上昇す
る場合には、コイル温度のしきい値の値を低くするた
め、冷却液の流れ方向を切換える場合に、過渡的にコイ
ル温度が上昇しても、コイル温度を許容値以下に抑える
ことができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を添付
図面に基づいて説明する。

【００１６】図１は、本発明を適用可能なモータにおけ
るステータコイルの冷却装置の一例を示し、ステータコ
イルが液冷可能なモータ１と、モータ１の冷却液の出入
口へ冷却液を選択的に給排する冷却液回路２とを備えて
いる。

【００１７】前記モータ１は、ケーシング３内にステー
タコア４、ロータコア５を備える。前記ロータコア５は
ケーシング３に図示しない軸受けにより回転可能に支持
された出力軸６と一体化されている。前記ステータコア
４は、内周側に開口した図示しない複数のスロットが設
けられ、これらスロットにはステータコア４の前端と後
端にエンドコイル７Ａ、７Ｂが突出してステータコイル
７が巻付けられている。また、これらスロットのロータ
コア側の開口部分は図示しないエンジニアリングプラス
チックを充填して塞がれ、これらスロットはステータコ
イル７を内蔵してステータコア４の前端と後端を連通さ
せる図示しない冷却通路に形成されている。

【００１８】また、ステータコア４の前後端にはステー
タコイル７の端部（フロントエンドコイル７Ａ、リヤエ
ンドコイル７Ｂ）を夫々取囲んでケーシング３内におい
て独立したフロントエンド室８Ａ、および、リヤエンド
室８Ｂを形成すべく環状の樹脂製隔壁９が形成され、こ
れらの室８Ａ、８Ｂには夫々冷却液の入口１０、Ａ１０
Ｂ、および、出口１１Ａ、１１Ｂが形成されている。

【００１９】前記冷却液回路２は、前記フロントエンド
室８Ａ、および、リヤエンド室８Ｂの各入口１０Ａ、１
０Ｂに連通した供給通路１２と、同じく各出口１１Ａ、
１１Ｂを連通した戻り通路１３と、戻り通路１３からの
冷却液を冷却する冷却装置１４と、冷却装置１４で冷却
した冷却液を供給通路１２に送り出すポンプ１５と、前
記供給通路１２と各入口１０Ａ、１０Ｂとの間に配置し
た供給弁１０Ａ、１６Ｂと、前記戻り通路１３と各出口
１１Ａ、１１Ｂ間に配置した排出弁１７Ａ、１７Ｂとで
構成している。

【００２０】前記冷却装置１４としては、図示しない
が、放熱フィンやラジエータ等の熱交換手段を持つもの
でもリザーバ等の貯蔵手段であってもよい。

【００２１】そして、供給弁１６Ａ、１６Ｂ、および、
排出弁１７Ａ、１７Ｂの作動状態の組合わせを選択する
ことで、冷却液は、フロントエンド室８Ａに供給弁１６
Ａを介して供給しリヤエンド室８Ｂから排出弁１７Ｂを
介して排出する場合（流通モード）と、リヤエンド室
８Ｂに供給弁１６Ｂを介して供給しフロントエンド室８
Ａから排出弁１７Ａを介して排出する場合（流通モード
）の２つの流通モードが得られる。

【００２２】いずれの流通モードにおいても、冷却液は
フロントエンド室８Ａとリヤエンド室８Ｂとの間におい
てステータコア４の図示しない冷却通路を経由して流通
する。

【００２３】図２は、前記供給弁１６Ａ、１６Ｂおよび
排出弁１７Ａ、１７Ｂの制御システム図であり、フロン
トエンド室８Ａに配置された温度検出手段としてのサー
ミスタ１８Ａ、および、リヤエンド室８Ｂに配置された
温度検出手段としてのサーミスタ１８Ｂより、フロント
エンドコイル７Ａおよびリヤエンドコイル７Ｂの温度信
号がコントローラ１９に入力され、コントローラ１９
は、前記温度信号に基づいて、バルブ開閉指令を各ドラ
イバ２０に出力し、各ドライバ２０は供給弁１６Ａ、１
６Ｂ、および、排出弁１７Ａ、１７Ｂを開閉いずれかに
作動させ、前記冷却液のいずれかの流通モードに切換え
る。

【００２４】図３は、コントローラ１９の制御フローチ
ャートを示し、コントローラ１９において一定周期毎に
実行される。以下、これに基づいて作動を説明する。

【００２５】先ず、ステップ１において、現在の冷却液
の流通モード（または）、フロントエンドコイル温
度と、リヤエンドコイル温度、および、これらの温度の
しきい値が読み込まれる。

【００２６】次いで、ステップ２において、冷却液の流
通モードがかか判断され、流通モードがである場
合にはステップ３に進み、流通モードがである場合に
はステップ５へ進む。この場合の流通モードは、冷却
液をフロントエンド室８Ａへ供給しリヤエンド室８Ｂか
ら排出するモード、流通モードは、冷却液をリヤエン
ド室８Ｂに供給しフロントエンド室８Ａから排出するモ
ードであり、初期設定では流通モードに設定されてい
る。

【００２７】初期設定、および、現在の冷却液の流通モ
ードがの場合には、ステップ３に進み、ステップ３で
流通モードに対応したバルブ開閉指令により供給弁１
６Ａと排出弁１７Ｂを開弁し、フロントエンド室８Ａへ
冷却液を供給し、リヤエンド室８Ｂから冷却液を排出す
る。この流通モードにおいては、冷却装置１４で冷却
した冷却液がフロントエンド室８Ａにおいて、フロント
エンドコイル７Ａを冷却し、冷却通路を経由してステー
タコア４内のコイルおよびステータコア４を冷却し、リ
ヤエンド室８Ｂに至ってリヤエンドコイル７Ｂを冷却す
る。

【００２８】次いで、ステップ４において、サーミスタ
１８Ｂからの排出側のリヤエンドコイル７Ｂの温度信号
をしきい値と比較し、しきい値以下の場合にはそのまま
リターンして流通モードを継続する。ステータコイル
７への駆動電流値が高くコイル７の発熱量が大きい場合
には、冷却通路を通過するにしたがい冷却液の温度が上
昇され、下流のリヤエンドコイル７Ｂの温度信号がしき
い値を超える場合には、ステップ５に進む。

【００２９】ステップ５では、流通モードに対応した
バルブ開閉指令により供給弁１６Ａと排出弁１７Ｂとを
閉弁させ、且つ、供給弁１６Ｂと排出弁１７Ａとを開弁
させ、リヤエンド室８Ｂへ冷却液を供給し、フロントエ
ンド室８Ａから冷却液を排出する。

【００３０】この流通モードへの切換えにより、冷却
装置１４で冷却した冷却液はリヤエンド室８Ｂにおい
て、リヤエンドコイル７Ｂを冷却し、冷却通路を経由し
てステータコア４内のコイルおよびステータコア４を冷
却し、フロントエンド室８Ａに至ってフロントエンドコ
イル７Ａを冷却する。従って、流通モードでは充分冷
却できなかったリヤエンドコイル７Ｂ、および、これに
連通する冷却通路のリヤエンド室８Ｂに近い部分は、入
口１０Ｂから供給される冷却装置１４で冷却した冷却液
により充分に冷却される。

【００３１】次いで、ステップ６において、サーミスタ
１８Ａからの排出側のフロントエンドコイル７Ａの温度
信号をしきい値と比較し、しきい値以下の場合にはその
ままリターンして流通モードを継続する。ステータコ
イル７への駆動電流値が高くコイル７の発熱量が大きい
場合には、冷却通路を通過するにしたがい冷却液の温度
が上昇され、下流のフロントエンドコイル７Ａの温度信
号がしきい値を超える場合には、ステップ３に進む。ス
テップ３では、前記したように、流通モードに対応し
たバルブ開閉指令を出力する。

【００３２】以上の各ステップを繰返し実行すること
で、通常時は、流通モードによりフロントエンド室８
Ａからリヤエンド室８Ｂに冷却した冷却液を流通させ、
この流通によりリヤエンドコイル７Ｂの温度が上昇した
際には、流通モードに切換えて、リヤエンド室８Ｂか
らフロントエンド室８Ａに冷却した冷却液を流通させ、
以後これを繰返すことで、ステータコア４、ステータコ
イル７の温度のしきい値を超える上昇が防止できる。

【００３３】前記ステップ１で読み込むしきい値は、固
定値に設定されたものでもよい。しかし、流通モードに
対応したバルブ開閉指令から各給排弁が切換わり冷却液
の流れの向きを変え始めるが、完全に流れの向きが切換
わるまでにはタイムラグ（時間遅れ）がある。その間に
おいても、ステータコイル７は駆動電流により継続して
温度上昇し、上記タイムラグを見越してステータコイル
７の温度が許容温度内に止まるよう許容温度からタイム
ラグ分を差し引いた温度をしきい値とする必要がある。

【００３４】図４は、横軸を時間軸、縦軸をステータコ
イル７の温度軸として、駆動電流と温度上昇の関係を示
すグラフであり、駆動電流の大きいステータコイル７の
温度変化を線Ｈに、また、駆動電流の小さいステータコ
イル７の温度変化を線Ｌに夫々示す。

【００３５】図４によれば、駆動電流が大きい場合（線
Ｈ）には、コイル７の温度の変化率が大きく、許容温度
θＫ内に抑えるためには、タイムラグＴを見込んで、比
較的低い温度θＬでのしきい値を設定して流通モードの
切換え時点ｔ１を早くする必要があり、また、流通モー
ドが切換わっても温度下降の傾斜も小さい。

【００３６】逆に、駆動電流が小さい場合（線Ｌ）に
は、コイル７の温度の変化率が小さく、許容温度θＫ内
に抑えるためには、タイムラグＴを見込んでも、比較的
高い温度θＨのしきい値を設定して流通モードの切換え
時点ｔ２を遅くしてもよく、また、流通モードが切換わ
れば温度下降の傾斜も大きい。

【００３７】以上のことから、しきい値を固定値に設定
する場合には、最大駆動電流を見込んで比較的低い温度
に設定する。

【００３８】また、しきい値を駆動電流の大小、若しく
は、ステータコイル７の温度上昇の変化率に応じて設定
する場合には、駆動電流が小さいとき、若しくは、温度
上昇の速度が小さい場合には比較的高い温度に設定し、
駆動電流が大きいとき、若しくは、温度上昇の速度が大
きい場合には比較的低い温度に設定する。

【００３９】本実施の態様においては、下記の効果を奏
することができる。即ち、冷却液を、フロントエンド室
８Ａからリヤエンド室８Ｂへ、また、逆にリヤエンド室
８Ｂからフロントエンド室８Ａへ切換えて流通させるこ
とができるため、ステータコイル７の状況に応じてリア
ルタイムに冷却液の流れの方向を変えることができ、効
果的にステータコイル７の冷却が可能となる。

【００４０】また、前記供給通路１２からフロントエン
ド室８Ａへ冷却液を供給しリヤエンド室８Ｂから冷却液
を戻り通路１３に排出する作動中において、下流となる
リヤエンド室８Ｂの温度がしきい値以上となる場合に、
リヤエンド室８Ｂへ冷却液を供給しフロントエンド室８
Ａから排出させるため、リヤエンド室８Ｂに供給される
冷却液でステータコイル７の冷却性能を向上でき、リヤ
エンドコイル７Ｂの温度上昇を抑えることができる。

【００４１】しかも、リヤエンド室８Ｂへ冷却液を供給
しフロントエンド室８Ａから排出させるよう冷却液の流
れる方向を変えた場合においても、フロントエンド室８
Ａの温度即ちコイル７の温度を監視し、しきい値以上と
なる場合には再び冷却液の流れる方向を戻すため、フロ
ントエンド室８Ａ即ちフロントエンドコイル７Ａの温度
上昇を抑えることが出来る。

【００４２】また、コイル７の温度が急激に上昇する場
合には、コイル温度のしきい値の値を小さくするため、
冷却液の流れ方向を切換える場合に、過渡的にコイル温
度が上昇しても、コイル温度を許容値以下に抑えること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態を示すモータのステータコ
イルの冷却装置の概略構成図。

【図２】同じく図１の制御システム構成図。

【図３】図２のコントローラの制御フローチャート。

【図４】横軸に時間軸を縦軸にステータコイルの温度軸
を取り、駆動電流と温度上昇の関係から各運転条件にお
けるしきい値の設定方法を示すグラフ

【符号の説明】

１ モータ ２ 冷却液回路 ３ ケーシング ４ ステータコア ５ ロータコア ６ 出力軸 ７ ステータコイル ７Ａ フロントエンドコイル ７Ｂ リヤエンドコイル ８Ａ フロントエンド室 ８Ｂ リヤエンド室 １２ 供給通路 １３ 戻り通路 １６Ａ、１６Ｂ 供給弁 １７Ａ、１７Ｂ 排出弁

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 菊池 俊雄 神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日産 自動車株式会社内 (72)発明者 金子 雄太郎 神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日産 自動車株式会社内 Ｆターム(参考） 5H603 AA13 AA15 BB01 BB12 CA01 CB02 CB03 CC03 CC17 EE10 FA16 5H609 BB19 PP02 PP05 PP06 PP07 PP08 PP09 PP10 PP11 QQ04 QQ05 QQ10 QQ14 QQ18 QQ23 RR27 RR30 RR51 RR70

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 モータのステータコアの複数のスロット
   に設置されエンドコイルがステータコア両端から突出し
   て配置されたステータコイルと、 前記ステータコイルのエンドコイルを夫々収容し、ステ
   ータコアの複数のスロットに形成した冷却通路を介して
   互に連通されるフロントエンド室およびリヤエンド室
   と、 前記フロントエンド室およびリヤエンド室へ冷却液を切
   換え供給する供給通路と、 前記フロントエンド室およびリヤエンド室から冷却液を
   切換え排出する戻り通路と、 前記供給通路からフロントエンド室へ冷却液を供給する
   ときリヤエンド室から冷却液を戻り通路に排出させ、前
   記供給通路からリヤエンド室へ冷却液を供給するときフ
   ロントエンド室から冷却液を戻り通路に排出させる制御
   手段とから構成したことを特徴とするステータコイルの
   冷却装置。
2. 【請求項２】 前記制御手段は、前記フロントエンド室
   へ冷却液を供給しリヤエンド室から冷却液を排出する作
   動中において、リヤエンド室の温度を検出する温度検出
   手段よりの検出温度信号が設定されたしきい値を超えた
   とき、前記供給通路からリヤエンド室へ冷却液を供給し
   且つフロントエンド室から冷却液を戻り通路に排出させ
   るよう切換えることを特徴とする請求項１に記載のステ
   ータコイルの冷却装置。
3. 【請求項３】 前記制御手段は、前記リヤエンド室へ冷
   却液を供給しフロントエンド室から冷却液を排出させる
   作動中において、フロントエンド室の温度を検出する温
   度検出手段よりの検出温度信号が設定されたしきい値を
   超えたとき、前記供給通路からフロントエンド室へ冷却
   液を供給し且つリヤエンド室から冷却液を戻り通路に排
   出させるよう切換えることを特徴とする請求項２に記載
   のステータコイルの冷却装置。
4. 【請求項４】 前記制御手段のしきい値は、温度検出手
   段よりの検出温度信号の単位時間あたりの変化量に応じ
   て設定値を変更することを特徴とする請求項２または請
   求項３に記載のステータコイルの冷却装置。