JP2006230096A

JP2006230096A - モータの冷却装置および冷却方法。

Info

Publication number: JP2006230096A
Application number: JP2005040354A
Authority: JP
Inventors: Yuji Ishihara; 裕二石原; Hitoshi Shimonosono; 均下野園; Mitsumasa Tochimaru; 光当栃丸; Keiko Shishido; 恵子宍戸
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2005-02-17
Filing date: 2005-02-17
Publication date: 2006-08-31

Abstract

【課題】冷媒の自己循環を可能として冷却システムの小型化および軽量化を達成し、また、冷却路内の冷媒が蒸発して無くなる現象を防止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の内部に形成した冷却路１２に、リザーバタンク１１に溜めた冷媒を導入し、冷却路１２で気相化した冷媒をコンデンサ１３で液相化して、冷却路１２の気相化した冷媒の圧力でリザーバタンク１１に戻すとともに、リザーバタンク１１を冷却路１２よりも鉛直上方に配置したので、冷媒を自己循環させて冷却装置１０のコンパクト化を図ることができる。
【選択図】図１

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する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。

こ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なったものがあり、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、冷媒の自己循環を可能として冷却システムの小型化および軽量化を達成するとともに、冷却路内の冷媒が蒸発して無くなる現象を防止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にあっては、モータの発熱で液相から気相に変化する冷媒を溜めたリザーバタンクと、モータの内部に形成されて前記リザーバタンク内の冷媒を導入して流通する冷却路と、前記冷却路で気相化した冷媒を液相化して前記リザーバタンクに戻す排熱機構と、を備えて、前記リザーバタンクを前記冷却路よりも鉛直上方に配置し、かつ、前記リザーバタンクから前記冷却路に至る冷媒供給路に設けた冷媒溜チャンバと、前記冷却路の冷媒出口側と前記冷媒溜チャンバとを連通する圧力導入路に設けて冷却路内の圧力を導入する圧力溜チャンバと、前記圧力溜チャンバと前記冷媒溜チャンバとの間の前記圧力導入路に設けて圧力溜チャンバから冷媒溜チャンバに通ずるその圧力導入路を開閉する開閉切換弁と、前記冷却路内の圧力を参照して前記開閉切換弁を作動し、冷却路内の圧力が所定圧以上でその開閉切換弁を閉弁する一方、所定圧未満で開弁する圧力参照手段と、を備え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にあっては、モータの内部に形成した冷却路に、リザーバタンクに溜めたモータの発熱で液相から気相に変化する冷媒を導入し、前記冷却路で気相化した冷媒を排熱機構で液相化して前記リザーバタンクに戻すとともに、前記リザーバタンクを前記冷却路よりも鉛直上方に配置し、かつ、前記リザーバタンクから前記冷却路に至る冷媒供給路に冷媒溜チャンバを設けて、この冷媒溜チャンバ内の冷媒を、前記冷却路内の圧力が所定圧未満になった場合に迅速に冷却路内に供給す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路に供給され、この冷却路を通過する間に液相の冷媒はモータ内部の鉄損や銅損による発熱で気相化し、この気相化した冷媒でモータを効率良く冷却することができる。

また、前記冷却路で気相化した冷媒を前記リザーバタンクに戻す際に排熱機構によって液相化し、この液相化した冷媒を冷却路で気相化して膨張した冷媒圧によってリザーバタンクに圧送して戻すことができるため、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を図ることができる。

更に、冷却路内の圧力を導入する圧力溜チャンバと、冷媒供給路に設けた冷媒溜チャンバとの間に、冷却路内の圧力が所定圧以上で閉弁し、所定圧未満で開弁する開閉切換弁を設けたので、まず、冷却路内で気相化して高圧となった冷媒の圧力を圧力溜チャンバ内に導入した状態で、冷却路内の気相化した冷媒が排熱機構により液化されて低圧化されると前記開閉切換弁が開弁するため、圧力溜チャンバ内の圧力は冷媒溜チャンバに導入されて、この冷媒溜チャンバの冷媒が冷却路内に迅速に供給されるため、冷媒が冷却路内で蒸発して無くなる、謂わゆるドライアウト現象を防止して、冷却装置による冷却効率の低下を避けることができる。

以下、本発明の実施形態を図面と共に詳述する。

図１〜図４は本発明にかかるモータの冷却装置および冷却方法の第１実施形態を示し、図１は冷却装置を組み付けたモータの断面図、図２は図１中Ａ−Ａ線に沿った断面図、図３は冷却装置の冷媒経路を示す説明図、図４は開閉切換弁の概略構成図である。

本発明の冷却装置を備えるモータは、例えばインホイールドライブ方式の電気自動車に適用され、モータをタイヤホイールの裏側に形成される中心凹部内に挿入した状態で車体側に取り付け、モータの回転軸で車輪を直接駆動するようになっている。

前記モータ１は、図１，図２に示すように回転軸２と、この回転軸２に結合されたロータ３と、このロータ３の外周を囲繞するステータ４と、を備えており、これらはハウジング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。

前記モータ１は図３にも示す冷却装置１０によって冷却されるようになっており、この冷却装置１０は、図１，図３に示すようにモータ１の発熱で液相から気相に変化する冷媒を溜めたリザーバタンク１１と、前記ステータ４の内部に形成されて前記冷媒を導入する冷却路１２と、前記冷却路１２で気相化した冷媒を液相化して前記リザーバタンク１１に戻す排熱機構としてのコンデンサ１３と、を備えており、前記リザーバタンク１１を前記冷却路１２よりも鉛直上方に配置してある。

また、前記リザーバタンク１１から前記冷却路１２に至る冷媒供給路１４に設けた冷媒溜チャンバ１５と、前記冷却路１２の冷媒出口側となる冷媒排出路１２ａと前記冷媒溜チャンバ１５とを連通する圧力導入路１６に設けて、冷却路１２内の圧力を導入する圧力溜チャンバ１８と、その圧力溜チャンバ１８と前記冷媒溜チャンバ１５との間の前記圧力導入路１６に設けて、圧力溜チャンバ１８から冷媒溜チャンバ１５に通ずるその圧力導入路１６を開閉する開閉切換弁１９と、前記冷却路１２内の圧力を参照して前記開閉切換弁１９を作動し、冷却路１２内の圧力が所定圧以上でその開閉切換弁１９を閉弁し、所定圧未満で開弁する圧力参照手段Ｒ１と、を備えている。

また、本実施形態のモータ１の冷却方法は、モータ１の内部、つまり、本実施形態ではステータ４の内部に形成した冷却路１２に、リザーバタンク１１に溜めたモータ１の発熱で液相から気相に変化する冷媒を導入し、前記冷却路１２で気相化した冷媒をコンデンサ１３で液相化して前記リザーバタンク１１に戻すとともに、そのリザーバタンク１１を前記冷却路１２よりも鉛直上方に配置し、かつ、前記リザーバタンク１１から前記冷却路１２に至る冷媒供給路１４に冷媒溜チャンバ１５を設けて、この冷媒溜チャンバ１５内の冷媒を、前記冷却路１２内の圧力が所定圧未満になった場合に迅速に冷却路１２内に供給するようになっている。

前記リザーバタンク１１は、大気開放口１１ａを形成して常時大気圧に維持され、このリザーバタンク１１の底部側面に前記冷媒供給路１４が接続される。

前記冷却路１２は、図１に示すようにステータ４の外周部に回転軸２と平行に形成されるとともに、図２に示すようにそのステータ４の６つのステータ凸極部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、それら複数の冷却路１２の冷媒導入側（図１中右側）は、ハウジング５の一端側のエンドプレート５Ｅ１の内部に形成した第１環状路５ａに連通するとともに、各冷却路１２の冷媒排出側（図１中左側）は、同様に他端側のエンドプレート５Ｅ２の内部に形成した第２環状路５ｂに連通する。

勿論、冷却路１２の形成位置は６箇所に限ることなく、モータ１に応じて効率良く冷却できる任意の位置に任意箇所をもって形成することができる。

そして、前記冷媒供給路１４は前記第１環状路５ａに連通し、その冷媒供給路１４に設けた前記冷媒溜チャンバ１５は第１環状路５ａの近傍に配置され、その冷媒溜チャンバ１５内にはリザーバタンク１１から供給される冷媒が一時的に所定量溜められる。

冷媒溜チャンバ１５に連通する冷媒供給路１４には、図１，図３に示すようにその冷媒溜チャンバ１５の上流側および下流側にそれぞれ逆止弁２１，２２が設けられ、冷媒溜チャンバ１５からリザーバタンク１１方向への逆流と冷却路１２から冷媒溜チャンバ１５方向への逆流とを阻止するようになっている。

前記第２環状路５ｂには前記冷媒排出路１２ａが接続されて、この冷媒排出路１２ａは前記コンデンサ１３に繋がり、そして、このコンデンサ１３は還流路２３を介してリザーバタンク１１の底面に連通し、その連通部分にはリザーバタンク１１からコンデンサ１３方向の流れを阻止する逆止弁２４が設けられる。

尚、コンデンサ１３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管であってもよい。

前記圧力導入路１６は、一端部を前記冷媒排出路１２ａに連通するとともに、他端部を前記冷媒溜チャンバ１５の側面に連通し、その圧力導入路１６の中間部分に逆止弁１７を介して前記圧力溜チャンバ１８を設けてあり、また、その圧力導入路１６には圧力溜チャンバ１８と冷媒溜チャンバ１５との間に前記開閉切換弁１９を設けてある。

前記圧力参照手段Ｒ１は、前記圧力導入路１６の前記圧力溜チャンバ１８よりも上流側、つまり、本実施形態では逆止弁１７よりも上流側と前記開閉切換弁１９とを連通する連通管２０で構成し、この連通管２０を介して導入される圧力を制御圧として開閉切換弁１９を開閉切換えするようになっている。

即ち、連通管２０は、その一端部を前記圧力導入路１６の前記逆止弁１７よりも上流側（図中左方）に接続し、その他端部を前記開閉切換弁１９に接続してある。

開閉切換弁１９は、図４に示すように前記圧力導入路１６の入口ポートＰｉｎ（圧力溜チャンバ１８側）と出口ポートＰｏｕｔ（冷媒溜チャンバ１５側）および前記連通管２０を接続した制御圧導入ポートＰｐとが設けられ、この制御圧導入ポートＰｐに導入される圧力（冷却路１２の出口圧）が所定圧力Ｐｃｕｔ以上で、入口ポートＰｉｎと出口ポートＰｏｕｔとが遮断され、Ｐｃｕｔ未満でそれら入口ポートＰｉｎと出口ポートＰｏｕｔとを連通する構成となっている。

また、前記冷却装置１０が非稼働状態で冷媒が周囲の大気温度と同じで、各冷却路１２の内部に液相の冷媒が満たされている場合の圧力をＰ０とする。この場合、冷却路１２はステータ４の周方向に所定間隔をおいて配置される関係上、上方に配置された冷却路１２と下方に配置された冷却路１２とで位置水頭に差が発生するが、前記Ｐ０は最も大きな水頭となる最下方に配置される冷却路１２とする。

このとき、冷却路１２内で沸騰が起こる最小圧力値をＰｓｍとするとき、前記Ｐｃｕｔは、Ｐｓｍ＞Ｐｃｕｔ＞Ｐ０となるように設定される。

以上の構成により本実施形態のモータ１の冷却装置１０および冷却方法によれば、リザーバタンク１１内の冷媒は液相で蓄溜されており、その冷媒はリザーバタンク１１から液相の状態で冷媒供給路１４に流出し、その冷媒供給路１４内の冷媒は、モータ１が加熱されていない状態では冷媒溜チャンバ１５を経て各冷却路１２に供給されることになる。

前記冷却路１２内の冷媒は、モータの駆動による鉄損や銅損により発熱量が多い場合にステータ４から熱を受けて蒸発するため液相から気相に変化し、冷却路１２内の圧力が高くなる。

このとき、冷媒の導入側には逆止弁２２が設けられているため、高圧化された冷媒は冷媒溜チャンバ１５内に逆流するのが阻止された状態で、冷媒排出路１２ａを介してコンデンサ１３に流出し、このコンデンサ１３で気相化した冷媒を冷却して液相化して還流路２３に排出し、この還流路２３内の液相の冷媒は冷却路１２内の気相化により高圧となった冷媒圧で押し上げて、リザーバータンク１１に戻される。

ところで、前記冷却装置１０に使用される冷媒は、図３に示すように冷却路１２の冷媒排出路１２ａの内圧力をｐ、冷媒の液体密度ρ、重力加速度ｇ、リザーバタンク１１内の冷媒液面Ｌと鉛直最下方位置の冷却路１２との高さをＨとした場合に、ｐ＞ρ・ｇ・Ｈ…(1)の式を満足する物性値を備えたものを用いてある。

尚、還流路２３が図３中破線で示すように前記鉛直最下方位置の冷却路１２よりも下方に位置する場合は、前記Ｈはその還流路２３からリザーバタンク１１内の冷媒液面Ｌに至る高さとなる。

また、前記冷却路１２で気相化した冷媒はコンデンサ１３に供給されて液相化される際に凝縮されるため、冷却路１２内の圧力は減少して第２逆止弁２２が開弁し、冷媒溜チャンバ１５から液相状態の冷媒が冷却路１２に補充され、そして、補充された冷媒は冷却路１２内で蒸発して気相化されるという一連のサイクルが継続される。

因に、出力２０kＷのモータ１の１０％がモータ内熱損失とすれば、２kＷの熱損が発生することになり、このとき、冷媒を水、モータ周りの圧力を大気圧、リザーバタンク内の液面と流路のうち鉛直下向き最下部に位置する流路の高さＨを１ｍとすれば、冷媒による最大位置水頭ρ・ｇ・Ｈはコンデンサ１３の出口水温を５０゜Ｃとすれば、ρ・ｇ・Ｈ＝９８８×９．８×１＝９６８２Ｎ／ｍ^２となり、大気圧（１０１．３kＮ／ｍ^２）の１割弱であり、流通抵抗を無視できる静的な場合、冷却路１２内の圧力が少なくとも大気圧＋ρ・ｇ・Ｈ＝１１１kＮ／ｍ^２以上になれば、冷媒液はリザーバタンクに戻ることができる。

水の飽和圧力が１１１kＮ／ｍ^２のときに対する飽和温度は約１０２。３゜Ｃであり、本発明を実現する構成の強度は十分に達成可能である。

一方、２ｋＷの発熱で飽和水を全部蒸気にするには、飽和温度１０２．３゜Ｃに対する蒸発潜熱は２２５１ｋＪ／ｋｇであるので、２（ｋＷ）／２２５１（ｋＪ／ｋｇ）／９８８（ｋｇ／ｍ^３）＝８．９９×１０^−７（ｍ^３／Ｓ）＝５．４０×１０^−２（Ｌ／ｍｉｎ）となり、毎分５４ｃｃの極少量の冷却水を供給すれば、流路周りの最高温度は１００数度に保たれることになり、位置水頭による圧力でも十分に冷却水を供給できる範囲である。

従って、前記冷却装置１０は、鉛直上方に配置したリザーバタンク１１から冷媒が重力によって冷却路１２に供給され、この冷却路１２を通過する間に液相の冷媒はモータ１内部の鉄損や銅損による発熱で気相化し、この気相化した冷媒でステータ４やロータ３を効率良く冷却することができる。

また、前記冷却路１２で気相化した冷媒を前記リザーバタンク１１に戻す際にコンデンサ１３によって液相化し、この液相化した冷媒を冷却路１２で気相化して膨張した冷媒圧によってリザーバタンク１１に圧送して戻すことができるため、鉛直上方に配置した前記リザーバタンク１１から冷媒を自重で冷却路１２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１０のコンパクト化を図ることができる。

ところで、前記冷却路１２内の圧力は冷媒排出路１２ａに接続した圧力導入路１６を介して圧力溜チャンバ１８に導入されるが、その圧力溜チャンバ１８と冷媒溜チャンバ１５との間に配置される開閉切換弁１９は、冷却路１２内の冷媒が気相化して高圧となっているので、連通管２０を介して制御圧導入ポートＰｐに導入される圧力Ｐ１はＰ１＞Ｐｓｍとなって遮断状態にあり、圧力溜チャンバ１８内の圧力が冷媒溜チャンバ１５に供給されない。

そして、冷却路１２内の圧力が更に上昇することに伴って、その圧力は圧力溜チャンバ１８に供給されて蓄積され、冷却路１２内の圧力が低下した場合にもその圧力溜チャンバ１８内の高圧は逆止弁１７により封じ込められて、圧力溜チャンバ１８内には冷却路１２内の最大圧力値近傍の気相冷媒が一時的に満たされる。

次に、気化した冷媒がコンデンサ１３で凝縮されて冷却路１２内の圧力が低下し、前記Ｐ１が、Ｐ１＜Ｐｍとなると、前記開閉切換弁１９は連通状態となって圧力溜チャンバ１８内の高圧気相冷媒が冷媒溜チャンバ１５に供給され、この冷媒溜チャンバ１５内の圧力を高める。

すると、冷媒溜チャンバ１５内の圧力上昇に伴って上流側の逆止弁２１は閉弁し、下流側の逆止弁２２は開弁するため、冷媒溜チャンバ１５内の液相状態の冷媒は第１環状路５ａを介して各冷却路１２に供給される。

このとき、冷媒溜チャンバ１５から冷却路１２に冷媒が供給される速さは、圧力溜チャンバ１８の圧力が冷媒溜チャンバ１５内に作用しているため、リザーバタンク１１から冷媒溜チャンバ１５を介して重力により冷媒が冷却路１２に供給される速さよりも著しく速くなる。

従って、冷却路１２内の気相化した冷媒の圧力がコンデンサ３の凝縮により低下されて、開閉切換弁１９の制御圧導入ポートＰｐに導入される圧力Ｐ１が、Ｐ１＜Ｐｃｕｔになると、迅速に液相の冷媒が冷却路１２に供給されることになり、冷媒が冷却路１２内で蒸発して無くなる、謂わゆるドライアウト現象を防止して、冷却装置１０による冷却効率の低下を避けることができる。

図５〜図７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５は冷却装置の冷媒経路を示す説明図、図６は開閉切換弁の作動状態を（ａ），（ｂ）に順を追って示す概略構成図、図７は開閉切換弁の制御を実行するフローチャートの説明図である。

本実施形態の冷却装置１０Ａは第１実施形態の図１，図２示したと同様のモータ１に適用され、その冷却装置１０Ａは、図５に示すように基本的に第１実施形態と同様の構成となり、リザーバタンク１１から冷却路１２に通ずる冷媒供給路１４に冷媒溜チャンバ１５が設けられるとともに、圧力導入路１６に圧力溜チャンバ１８および開閉切換弁１９Ａが設けられ、その開閉切換弁１９Ａを圧力参照手段Ｒ２により開閉するようになっている。

ここで、本実施形態では前記圧力参照手段Ｒ２を、前記圧力導入路１６の前記圧力溜チャンバ１８よりも上流側の圧力値Ｐ１およびその圧力溜チャンバ１８内の圧力値Ｐ２を入力して前記開閉切換弁１９Ａの開閉切換えを判断する制御手段としてのコントローラ３０と、そのコントローラ３０の判断結果に基づいて前記開閉切換弁１９Ａを作動するアクチュエータ３１と、によって構成してある。

前記圧力値Ｐ１は、前記圧力導入路１６の逆止弁１７よりも上流側に設置した第１圧力センサ３２で検出するようになっており、また、前記圧力値Ｐ２は、前記圧力溜チャンバ１８内に設置した第２圧力センサ３３で検出し、これら第１・第２圧力センサ３２，３３の検出値を前記コントローラ３０に出力するようになっている。

そして、コントローラ３０は両圧力値Ｐ１，Ｐ２を演算して開閉切換弁１９Ａの開閉切換えを判断し、その結果を前記アクチュエータ３１に出力して開閉切換弁１９Ａを作動するようになっている。

前記開閉切換弁１０Ａは、図６に示すように円形弁体１９Ａｂに入口ポート１９Ａｉｎと出口ポート１９Ａｏｕｔとを備えた回転式バルブで構成され、その円形弁体１９Ａｂを前記アクチュエータ３１によって回転作動することによって、同図（ａ）に示すように圧力導入路１６を遮断（閉）し、また、同図（ｂ）に示すように圧力導入路１６を連通（開）する。

尚、本実施形態ではこのように開閉切換弁１０Ａを回転式バルブで構成したが、これに限ることなく圧力導入路１６の開・閉が可能なバルブであればよい。

前記コントローラ３０は、前記圧力値Ｐ１，Ｐ２に基づいて開閉切換弁１９Ａの作動を図７に示すフローチャートに従って制御するようになっており、そのフローチャートでは、モータ１の駆動などにより制御がスタートすると、まず、ステップＳ１で前記圧力値Ｐ１，Ｐ２を読み込み、次のステップＳ２では第１圧力センサ３２の圧力値Ｐ１を、予めインプットされている値Ｐａｃと比較して、Ｐ１がＰａｃよりも小さければステップＳ３に進む一方、大きければステップＳ４に進む。

ステップＳ３では、圧力信号Ｐ２を予めインプットされている値Ｐａｃ２と比較し、Ｐ２がＰａｃ２よりも小さければステップＳ５に進み、前記開閉切換弁１９Ａが閉となる信号をアクチュエータ３１に出力して圧力導入路１６を遮断する一方、Ｐ２がＰａｃ２よりも大きければステップＳ６に進み、前記開閉切換弁１９Ａが開となる信号をアクチュエータ３１に出力して圧力導入路１６を連通する。

ステップＳ４では、圧力信号Ｐ２を前記Ｐａｃ２と比較し、Ｐ２がＰａｃ２よりも小さければステップＳ７に進み、前記開閉切換弁１９Ａが閉となる信号をアクチュエータ３１に出力して圧力導入路１６を遮断する一方、Ｐ２がＰａｃ２よりも大きければステップＳ８に進み、前記開閉切換弁１９Ａが開となる信号をアクチュエータ３１に出力して圧力導入路１６を連通する。

そして、前記ステップＳ５，ステップＳ６，ステップＳ７，ステップＳ８の処理を実行した後にステップＳ９に進んでモータ１の作動状態を検知し、モータ１が作動中であればステップＳ１にリターンし、モータ１が停止状態であれば演算を終了する。

前記制御で用いたしきい値となるＰａｃおよびＰａｃ２は、開閉切換弁１９Ａが閉で、かつ、冷却路１２内の圧力が低く、冷媒溜チャンバ１５の前・後流側の逆止弁２１，２２が開弁して、液相の冷媒が冷却路１２内に供給される圧力であり、Ｐｍａｘ＞Ｐａｃ２＞Ｐａｃを満足する圧力に設定するものとする。尚、Ｐｍａｘは全ての冷却路１２内の最高圧力である。

従って、ステップＳ５の状態は、冷却路１２の発熱部に接している部分は冷媒の沸騰が終了し、沸騰した気相冷媒もコンデンサ１３で凝縮されて冷却路１２内の圧力も低い状態であり、かつ、圧力溜チャンバ１８内の圧力も前記冷却路１２内と同程度に低い状態となっており、この場合は開閉切換弁１９Ａを閉にして、リザーブタンク１１からの位置水頭により、冷媒供給路１４を介して冷却路１２に液相の冷媒が供給される。

ステップＳ６の状態は、冷却路１２の発熱部に接している部分は冷媒の沸騰が終了し、沸騰した気相冷媒もコンデンサ１３で凝縮されて冷却路１２内の圧力が低くなっている状態であるが、圧力溜チャンバ１８内の圧力は高くなっており、この場合は開閉切換弁１９Ａを開にして、圧力溜チャンバ１８内に蓄溜された高圧の気相冷媒で冷媒溜チャンバ１５内を加圧するようになっており、この加圧により逆止弁２１は閉弁し、逆止弁２２は開弁して冷媒溜チャンバ１５内の液相冷媒を冷却路１２に迅速に供給し、ドライアウト現象を防止できる。

ステップＳ７の状態は、冷却路１２の発熱部に接している部分は沸騰を起こして圧力が高くなっているが、圧力溜チャンバ１８内の圧力は冷媒溜チャンバ１５内の冷媒を冷却路１２に供給する程度までは高くなっていない状態であり、この場合は開閉切換弁１９Ａを閉にして圧力溜チャンバ１８内の圧力を更に高めるようになっている。

ステップＳ８の状態は、冷却路１２の発熱部に接している部分は沸騰を起こして圧力が高く、かつ、圧力溜チャンバ１８内の圧力も高い状態であり、この場合は開閉切換弁１９Ａを開にする。

このとき、Ｐ１≧Ｐ２の場合では逆止弁２２が閉弁して冷却路１２から冷媒溜チャンバ１５に冷媒が逆流せず、また、Ｐ１＜Ｐ２の場合では圧力溜チャンバ１８内の圧力が冷却路１２内の圧力よりも高くなっているので、冷媒溜チャンバ１５内の冷媒を冷却路１２に供給することができる。

従って、本実施形態では圧力溜チャンバ１８が圧力の高い状態になっており、かつ、冷却路１２内の圧力がコンデンサ１３により下げられる場合と、圧力溜チャンバ１８内圧力が冷却路１２内の圧力よりも大きい場合には、迅速に液相の冷媒が冷却路１２内に供給されることになり、ドライアウト現象を防止することができる。

また、本実施形態では開閉切換弁１９Ａを、圧力溜チャンバ１８よりも上流側の圧力値Ｐ１とその圧力溜チャンバ１８内の圧力値Ｐ２とで切換え作動するようにしたので、圧力溜チャンバ１８から冷媒溜チャンバ１５に圧力を供給するタイミングを精度良く制御することができる。

図８〜図１０は本発明の第３実施形態を示し、前記第１，第２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８は冷却装置の冷媒経路を示す説明図、図９は開閉切換弁の制御を実行するフローチャートの一部を示す説明図、図１０は開閉切換弁の制御を実行するフローチャートの他部を示す説明図である。

本実施形態の冷却装置１０Ｂは第１実施形態の図１，図２示したと同様のモータ１に適用され、その冷却装置１０Ｂは、図８に示すように基本的に第１実施形態と同様の構成となり、リザーバタンク１１から冷却路１２に通ずる冷媒供給路１４に冷媒溜チャンバ１５が設けられるとともに、圧力導入路１６に圧力溜チャンバ１８および開閉切換弁１９Ｂが設けられ、その開閉切換弁１９Ｂを圧力参照手段Ｒ３により開閉するようになっているが、特に本実施形態では、冷媒溜チャンバ１５の下流側に配置してあった第１，第２実施形態に存在する逆止弁２２を廃止してある。

ここで、本実施形態では前記圧力参照手段Ｒ３を、前記圧力導入路１６の前記圧力溜チャンバ１８よりも上流側の圧力値Ｐ１およびその圧力溜チャンバ１８内の圧力値Ｐ２と冷却路１２内の温度値Ｔ１とを入力して、前記開閉切換弁１９Ｂの開閉切換えを判断する制御手段としてのコントローラ３０Ａと、そのコントローラ３０Ａの判断結果に基づいて前記開閉切換弁１９Ｂを作動するアクチュエータ３１Ａと、によって構成してある。

前記圧力値Ｐ１，Ｐ２は、第２実施形態と同様に前記圧力導入路１６の逆止弁１７よりも上流側に設置した第１圧力センサ３２と、前記圧力溜チャンバ１８内に設置した第２圧力センサ３３とで検出するようになっており、また、前記温度値Ｔ１は、冷却路１２の内部に設置した温度センサ３４で検出するようになっており、これら第１・第２圧力センサ３２，３３および温度センサ３４の検出値を前記コントローラ３０Ａに出力するようになっている。

そして、コントローラ３０Ａは両圧力値Ｐ１，Ｐ２および温度値Ｔ１を演算して開閉切換弁１９Ａの開閉切換えを判断し、その結果を前記アクチュエータ３１Ａに出力して開閉切換弁１９Ａを作動するようになっている。

前記開閉切換弁１９Ｂは、第２実施形態の図６に示す開閉切換弁１９Ａと同様の構成となっており、本実施形態ではその説明を省略するものとする。

前記コントローラ３０Ａは、前記圧力値Ｐ１，Ｐ２に基づいて開閉切換弁１９Ｂの作動を図９，図１０に示すフローチャートに従って制御するようになっており、そのフローチャートのステップＳ１′〜ステップＳ７′およびステップＳ９′は、第２実施形態の図７に示すフローチャートのステップＳ１〜ステップＳ７およびステップＳ９と略同様の制御が実行される。

即ち、本実施形態のフローチャートでは、図９に示すようにモータ１の駆動などにより制御がスタートすると、まず、ステップＳ１′で前記圧力値Ｐ１，Ｐ２および温度値Ｔ１を読み込み、次のステップＳ２′では第１圧力センサ３２の圧力値Ｐ１を、予めインプットされている値Ｐａｃと比較して、Ｐ１がＰａｃよりも小さければステップＳ３′に進む一方、大きければステップＳ４′に進む。

ステップＳ３′では、圧力信号Ｐ２を予めインプットされている値Ｐａｃ２と比較し、Ｐ２がＰａｃ２よりも小さければステップＳ５′に進み、前記開閉切換弁１９Ｂが閉となる信号をアクチュエータ３１Ａに出力して圧力導入路１６を遮断する一方、Ｐ２がＰａｃ２よりも大きければステップＳ６′に進み、前記開閉切換弁１９Ｂが開となる信号をアクチュエータ３１Ａに出力して圧力導入路１６を連通する。

ステップＳ４′では、圧力信号Ｐ２を前記Ｐａｃ２と比較し、Ｐ２がＰａｃ２よりも小さければステップＳ７′に進み、前記開閉切換弁１９Ｂが閉となる信号をアクチュエータ３１Ａに出力して圧力導入路１６を遮断する。

一方、前記ステップＳ４′でＰ２がＰａｃ２よりも大きいと判断した場合は、図１０に示すステップＳ１１に進み、温度値Ｔ１を予めインプットされている値Ｔａｃと比較し、Ｔ１がＴａｃよりも大きければステップＳ１２に進み、小さければステップＳ１３に進んで前記開閉切換弁１９Ｂが閉となる信号をアクチュエータ３１Ａに出力して圧力導入路１６を遮断する。

ステップＳ１２では、圧力値Ｐ１と圧力値Ｐ２とを比較し、Ｐ１がＰ２よりも大きければステップＳ１４に進んで前記開閉切換弁１９Ｂが閉となる信号をアクチュエータ３１Ａに出力して圧力導入路１６を遮断する一方、Ｐ１がＰ２よりも小さければステップＳ１５に進んで前記開閉切換弁１９Ｂが開となる信号をアクチュエータ３１Ａに出力して圧力導入路１６を連通する。

そして、前記ステップＳ５′、ステップＳ６′、ステップＳ７′、ステップＳ１３、ステップＳ１４、ステップＳ１５の処理を実行した後にステップＳ９′に進んでモータ１の作動状態を検知し、モータ１が作動中であればステップＳ１′にリターンし、モータ１が停止状態であれば演算を終了する。

前記制御で用いたしきい値となるＰａｃおよびＰａｃ２は、開閉切換弁１９Ｂが閉で、かつ、冷却路１２内の圧力が低く、冷媒溜チャンバ１５の前流側の逆止弁２１が開弁して、液相の冷媒が冷却路１２内に供給される圧力であり、Ｐｍａｘ＞Ｐａｃ２＞Ｐａｃを満足する圧力に設定するものとする。尚、Ｐｍａｘは全ての冷却路１２内の最高圧力である。

また、Ｔａｃは、冷却路１２内で液相の冷媒が沸騰を起こしている状態で、その冷却路１２がステータ４の発熱部に面している部分での最高温度とするものとする。

従って、ステップＳ５′の状態は、冷却路１２の発熱部に接している部分は冷媒の沸騰が終了し、沸騰した気相冷媒もコンデンサ１３で凝縮されて冷却路１２内の圧力も低い状態であり、かつ、圧力溜チャンバ１８内の圧力も前記冷却路１２内と同程度に低い状態となっており、この場合は開閉切換弁１９Ａを閉にして、リザーブタンク１１からの位置水頭により、冷媒供給路１４を介して冷却路１２に液相の冷媒が供給される。

ステップＳ６′の状態は、冷却路１２の発熱部に接している部分は冷媒の沸騰が終了し、沸騰した気相冷媒もコンデンサ１３で凝縮されて冷却路１２内の圧力が低くなっている状態であるが、圧力溜チャンバ１８内の圧力は高くなっており、この場合は開閉切換弁１９Ａを開にして、圧力溜チャンバ１８内に蓄溜された高圧の気相冷媒で冷媒溜チャンバ１５内を加圧するようになっており、この加圧により逆止弁２１は閉弁し、逆止弁２２は開弁して冷媒溜チャンバ１５内の液相冷媒を冷却路１２に迅速に供給し、ドライアウト現象を防止できる。

ステップＳ７′の状態は、冷却路１２の発熱部に接している部分は沸騰を起こして圧力が高くなっているが、圧力溜チャンバ１８内の圧力は冷媒溜チャンバ１５内の冷媒を冷却路１２に供給する程度までは高くなっていない状態であり、この場合は開閉切換弁１９Ａを閉にして圧力溜チャンバ１８内の圧力を更に高めるようになっている。

ステップＳ１３の状態は、冷却路１２の発熱部に接している部分は沸騰を起こして圧力が高く、圧力溜チャンバ１６の圧力も高い状態であるが、冷却路１２内でドライアウト現象が発生していないと判断して開閉切換弁１９Ｂを閉にし、ドライアウト現象に備えて圧力溜チャンバ１８内の圧力を更に高める状態にある。

ステップＳ１４およびステップＳ１５の状態は、温度センサ３４を設けた冷却路１２の発熱部に面する位置の温度値Ｔ１が、各冷却路１２内で冷媒が沸騰を起こしている状態で発熱部に面している部分の最高温度Ｔａｃよりも大きい場合で、複数の冷却路１２の少なくとも１つ以上の冷却路１２内でドライアウト現象が発生している状態である。

そして、ステップＳ１４では、各冷却路１２の発熱部に接している部分は沸騰を起こして圧力が高くなっているが、圧力溜チャンバ１８内の圧力Ｐ２がＰ１圧力導入路１６内の圧力Ｐ１よりも低いため、冷媒溜チャンバ１５内の冷媒を冷却路１２に供給できない状態であり、この場合、開閉切換弁１９Ｂを閉弁して圧力溜チャンバ１８内の圧力を更に高める状態となっている。

また、ステップＳ１５では、冷却路１２の発熱部に接している部分は沸騰を起こして圧力が高く、かつ、圧力溜チャンバ１８内の圧力Ｐ２はＰ１よりも高いため、冷媒溜チャンバ１５内の冷媒を冷却路１２内に供給できる状態にあり、この場合、開閉切換弁１９Ｂを開にし、冷媒溜チャンバ１５内の冷媒を冷却路１２に供給する。

そして、上述したようにドライアウト現象が発生している場合、冷媒溜チャンバ１５内の冷媒を冷却路１２に供給できる場合は、冷却路１２の圧力が高い状態でも冷媒を供給してドライアウトの発生を防ぐようになっている。

ここで、開閉切換弁１９Ｂが開になるステップＳ６′では、Ｐ２＞Ｐａｃ２、Ｐａｃ＞Ｐ１であり、かつ、上述したようにＰｍａｘ＞Ｐａｃ２＞となるように選んであるのでＰ２＞Ｐａｃ＞Ｐａｃとなり、かつ、Ｐ２＞Ｐ１が成り立っているので、冷媒溜チャンバ２０から冷媒が圧力溜チャンバ１８に逆流しない。

また、ステップＳ１５ではＰ２＞Ｐ１であるため同様に冷媒溜チャンバ２０から冷媒が圧力溜チャンバ１８に逆流しない。

このため、第２実施形態で設置されている逆止弁２２が無くても、冷媒溜チャンバ１２から冷媒が圧力溜チャンバ１８に逆流しない構造となっている。

従って、本実施形態では圧力溜チャンバ１８内が圧力の高い状態となっており、かつ、冷却路１２内の圧力がコンデンサ１３により低下される場合と、各冷却路１２の少なくとも１つ以上でドライアウト現象が発生し、かつ、圧力溜チャンバ１８内の圧力が冷却路１２内の圧力よりも大きい場合には、迅速に液相の冷媒が冷却路１２に供給されるため、ドライアウト現象を防止することができる。

また、本実施形態では開閉切換弁１９Ａを、圧力溜チャンバ１８よりも上流側の圧力値Ｐ１とその圧力溜チャンバ１８内の圧力値Ｐ２、および冷却路１２内の温度値Ｔ１とで切換え作動するようにしたので、圧力溜チャンバ１８から冷媒溜チャンバ１５に圧力を供給するタイミングを更に精度良く制御することができる。

ところで、本発明のモータの冷却装置は前記第１〜第３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、また、冷却路１２をロータ３に形成してモータ１を冷却することもできる。

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である。図１中Ａ−Ａ線に沿った断面図である。本発明の第１実施形態における冷却装置の冷媒経路を示す説明図である。本発明の第１実施形態における開閉切換弁の概略構成図である。本発明の第２実施形態における冷却装置の冷媒経路を示す説明図である。本発明の第２実施形態における開閉切換弁の作動状態を（ａ），（ｂ）に順を追って示す概略構成図である。本発明の第２実施形態における開閉切換弁の制御を実行するフローチャートの説明図である。本発明の第３実施形態における冷却装置の冷媒経路を示す説明図である。本発明の第３実施形態における開閉切換弁の制御を実行するフローチャートの一部を示す説明図である。本発明の第３実施形態における開閉切換弁の制御を実行するフローチャートの他部を示す説明図である。

符号の説明

１モータ
２回転軸
３ロータ
４ステータ
１０，１０Ａ，１０Ｂ冷却装置
１１リザーバタンク
１２冷却路
１３コンデンサ（排熱機構）
１４冷媒供給路
１５冷媒溜チャンバ
１６圧力導入路
１８圧力溜チャンバ
１９，１９Ａ，１９Ｂ開閉切換弁
２０連通管
３０，３０Ａコントローラ（制御手段）
３１，３１Ａアクチュエータ
Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３圧力参照手段

Claims

モータの発熱で液相から気相に変化する冷媒を溜めたリザーバタンクと、
モータの内部に形成されて前記リザーバタンク内の冷媒を導入して流通する冷却路と、
前記冷却路で気相化した冷媒を液相化して前記リザーバタンクに戻す排熱機構と、を備えて、前記リザーバタンクを前記冷却路よりも鉛直上方に配置し、かつ、
前記リザーバタンクから前記冷却路に至る冷媒供給路に設けた冷媒溜チャンバと、
前記冷却路の冷媒出口側と前記冷媒溜チャンバとを連通する圧力導入路に設けて冷却路内の圧力を導入する圧力溜チャンバと、
前記圧力溜チャンバと前記冷媒溜チャンバとの間の前記圧力導入路に設けて圧力溜チャンバから冷媒溜チャンバに通ずるその圧力導入路を開閉する開閉切換弁と、
前記冷却路内の圧力を参照して前記開閉切換弁を作動し、冷却路内の圧力が所定圧以上でその開閉切換弁を閉弁する一方、所定圧未満で開弁する圧力参照手段と、を備えたことを特徴とするモータの冷却装置。
圧力参照手段は、前記圧力導入路の前記圧力溜チャンバよりも上流側と前記開閉切換弁とを連通する連通管であり、この連通管を介して導入される圧力を制御圧として開閉切換弁を開閉切換えすることを特徴とする請求項１に記載のモータの冷却装置。
圧力参照手段は、前記圧力導入路の前記圧力溜チャンバよりも上流側の圧力値およびその圧力溜チャンバ内の圧力値を入力して前記開閉切換弁の開閉切換えを判断する制御手段と、
その制御手段の判断結果に基づいて前記開閉切換弁を作動するアクチュエータと、からなることを特徴とする請求項１に記載のモータの冷却装置。
圧力参照手段は、前記圧力導入路の前記圧力溜チャンバよりも上流側の圧力値およびその圧力溜チャンバ内の圧力値と冷却路内の温度値とを入力して前記開閉切換弁の開閉切換えを判断する制御手段と、
その制御手段の判断結果に基づいて前記開閉切換弁を作動するアクチュエータと、からなることを特徴とする請求項１に記載のモータの冷却装置。
モータの内部に形成した冷却路に、リザーバタンクに溜めたモータの発熱で液相から気相に変化する冷媒を導入し、前記冷却路で気相化した冷媒を排熱機構で液相化して前記リザーバタンクに戻すとともに、前記リザーバタンクを前記冷却路よりも鉛直上方に配置し、かつ、
前記リザーバタンクから前記冷却路に至る冷媒供給路に冷媒溜チャンバを設けて、この冷媒溜チャンバ内の冷媒を、前記冷却路内の圧力が所定圧未満になった場合に迅速に冷却路内に供給することを特徴とするモータの冷却方法。