JP2007294726A - モータの冷却装置、モータの冷却方法およびモータの冷却装置付き車両 - Google Patents

Abstract

【課題】 冷媒の自己循環と復水器の小容量化を共に達成し、冷却システムの小型化、軽量化を図ることができるモータの冷却装置、モータの冷却方法およびモータの冷却装置付き車両を提供する。
【解決手段】 インホイールモータ１０３のステータ３と熱的に接続し冷媒を流通させる冷却流路１２ａ〜１２ｆと、冷却流路１２ａ〜１２ｆで気相化した冷媒を液相化するコンデンサ１７と、コンデンサ１７で液相化した冷媒を冷却流路１２ａ〜１２ｆの上流側へと戻す冷媒戻し流路１６，１８，２３，９，１０と、チェックバルブ１９ａ〜１９ｆと、チェックバルブ２０と、コンデンサ１７とチェックバルブ２０との間の冷媒戻し流路１６に液相化した冷媒を供給する液相冷媒供給手段（液相冷媒供給流路３０，４０，４５、シリンダ４２）と、を備える。
【選択図】 図２

Description

本発明は、モータの冷却装置、モータの冷却方法およびモータの冷却装置付き車両の技術分野に属する。

電気自動車の駆動方式の一つとして、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いる。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方式を実現するにはモータの小型化が必要であるが、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る。したがってモータの冷却が大きな課題となる。

冷却には液冷方式や空冷方式等があり、空冷方式では十分な冷却性能を確保できないという問題がある。液冷方式では、高い冷却効率が期待できるが、バネ下に取り付けられたモータに冷媒液を循環するためポンプ等の循環装置や配管部品が必要となるため、従来通りフロントグリル付近に冷媒の熱交換を設け、冷却配管を車体側からインホイールモータに連通させる場合には、サスペンションの振動にも耐えなければならないという問題もある。

一方、ハイブリッド車や電気自動車においても、モータ小型化や上述のフロントグリル付近に冷媒の熱交換を設け、モータに冷媒液を循環するためポンプ等の循環装置や配管部品を備える冷却システムの小型化および重量低減および、冷却システムのレイアウト自由度拡大が要求されている。

モータ液冷式冷却方においては、モータのステータに設けた配管に冷媒を流す方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。さらに、ポンプを使用しない冷却システムとしてループ型ヒートパイプを用いた技術が考案されている（例えば、特許文献２参照）。
特開２００１−１２３５２号公報 特開平６−２５７６９６号公報

しかしながら、上記従来技術にあっては、バネ下に取り付けられたモータに冷媒液を循環するためポンプ等の循環装置が必要であり、従来どおりフロントグリル付近に冷媒の熱交換器を設ける場合には、配管系が複雑になると共に、配管が長くなることにより配管系内の冷媒量が多く必要になるため重量が増えるという問題点があった。また、冷却配管を車体側からインホイールモータに連通させる場合には、サスペンションの振動にも耐えなければならないという問題があった。そこで、ポンプを使用しないループ型ヒートパイプを用いた冷却システムをインホイールモータ周りに設置する場合、モータ出力を大きくするのに伴いコンデンサ面積も大きくしなければならないため、コンデンサが大きいとホイールに格納できなくなるという問題があった。

本発明は、上記問題に着目してなされたもので、その目的とするところは、冷媒の自己循環と復水器の小容量化を共に達成し、冷却システムの小型化、軽量化を図ることができるモータの冷却装置、モータの冷却方法およびモータの冷却装置付き車両を提供することにある。

上述の目的を達成するため、本発明では、
モータの発熱部を冷媒によって冷却するモータの冷却装置であって、
前記発熱部と熱的に接続され、冷媒を流通させる冷却流路と、
この冷却流路の下流側と接続され、冷却流路で気相化した冷媒を液相化する復水器と、
この復水器で液相化した冷媒を前記冷却流路の上流側へ戻す冷媒戻し流路と、
この冷媒戻し流路と前記冷却流路との間に介装され、冷却流路から冷媒戻し流路への冷媒の逆流を阻止する第１逆止弁と、
前記復水器と前記冷媒戻し流路との間に介装され、冷媒戻し流路から復水器への冷媒の逆流を阻止する第２逆止弁と、
前記復水器と前記第２逆止弁との間の冷媒戻し流路に液相化した冷媒を供給する液相冷媒供給手段と、
を備えることを特徴とする。

本発明のモータの冷却装置にあっては、冷却流路の冷媒が気相化しておらず、圧力が低い場合、第１逆止弁が開いて冷却流路に冷媒が供給される。冷却流路の冷媒が発熱部から熱を受けて気相化した場合、高圧の気相冷媒が復水器側へ移動して第２逆止弁が開き、復水器を通過して液相化した冷媒が冷媒戻し流路へと戻される。このとき、第１逆止弁および第２逆止弁によって、冷媒の循環経路は、第１逆止弁→冷却流路→復水器→第２逆止弁→冷媒戻し流路→第１逆止弁の方向に規定される。

すなわち、冷却流路における冷媒の膨張と復水器における冷媒の凝縮とにより、第１逆止弁と第２逆止弁とが時間差を有して開閉することで、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動力源を設ける必要が無くなるため、発熱部を効率的に冷却しつつ、冷却装置の小型化を達成することができる。

ここで、復水器の小型化を図るために、復水器の容量（面積）を小さくして必要な凝縮能力よりも低下させた場合、モータの高負荷時には、復水器による凝縮が不十分となり、冷却流路と第２逆止弁上流側の冷媒戻し流路とが、気相化した冷媒で満たされる。これに伴い、第１逆止弁が開かずに冷却流路に液冷媒が供給されなくなるため、冷却流路の温度は冷媒の飽和温度以上まで上昇し、ドライアウト状態を招くおそれがある。

これに対し、本発明では、液相冷媒供給手段によって復水器と第２逆止弁との間の冷媒戻し流路に液相化した冷媒が供給されるため、復水器を小型化した場合であっても、冷媒が自己循環不能となるのを回避でき、ドライアウト状態を防止することができる。
この結果、冷媒の自己循環と復水器の小容量化を共に達成し、冷却システムの小型化、軽量化を図ることができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を、実施例１〜３に基づいて説明する。

まず、構成を説明する。
図１は、実施例１の冷却装置を内蔵したインホイールモータの車体取付状態を示すサスペンション装置の斜視図である。
タイヤ１００およびホイール１０１は、上下一対のアーム１０２ａ，１０２ｂおよびショックアブソーバ１０２ｃを備えたダブルウィッシュボーン方式のサスペンション装置１０２により車体と接続されている。インホイールモータ（以下、モータと略記する。）１０３は、出力側のハウジング面がアクスル（不図示）に固定されている。モータ１０３には、鉛直方向上部にリザーブタンク２１、下部にコンデンサ（復水器）１７、側部にコンデンサ（副復水器）３５が付設されている。

［モータの構成］
図２は実施例１のモータ１０３の断面図、図３は図２のS3-S3断面図である。
モータ１０３は、ハウジング１と、エンドプレート２ａ，２ｂ、ステータ３と、ロータ４と、モータ軸７と、モータ軸受け８と、を備えている。

ステータ３は、ハウジング１の内周に固定されている。ステータ３の内周には、６つのステータ凸極部３'が周方向60°ピッチで凸設されている。各ステータ凸極部３'には、モータコイル５がそれぞれ巻回されている。

ロータ４は、モータ軸７と一体に形成され、外周をステータ３に囲繞されている。モータ軸７の両端部は、エンドプレート２ａ，２ｂにモータ軸受け８を介して回動自在に指示されている。ロータ４の周縁部には、モータ軸７の軸方向に沿って４つのロータ磁石６が周方向90°ピッチで配置されている。

次に、モータ１０３の冷却装置の構成について説明する。
実施例１の冷却装置は、第１の配管系と第２の配管系とから構成されている。

［第１の配管系］
第１の配管系は、リザーブタンク２１、冷媒戻し流路２３，９，１０、チェックバルブ（第１逆止弁）１９ａ〜１９ｆ、流路１１ａ〜１１ｆ、冷却流路１２ａ〜１２ｆ、流路１３，１４，１５、コンデンサ１７、冷媒戻し流路１６、チェックバルブ（第２逆止弁）２０および冷媒戻し流路１７，１８により構成されている。

冷媒戻し流路９は、チェックバルブ１９ａ，１９ｂ，１９ｃ，１９ｄおよびチェックバルブ１９ｅ，１９ｆ（図３参照）を介して流路１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄおよび流路１１ｅ，１１ｆ（図３参照）と連結している。流路１１ａ〜１１ｆは、ステータ３に設けられた冷却流路１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄと冷却流路１２ｅ，１２ｆ（図３）にそれぞれ連結している。そして、ステータ３に設けられた冷却流路１２ａ〜１２ｆは、エンドプレート２ｂに円弧状に設けられた流路１３を通り流路１４と連結している。

流路１４は、流路１５を介して、放熱部であるコンデンサ１７と連結し、コンデンサ１７は、冷媒戻し流路１６およびチェックバルブ２０を介して冷媒戻し流路１８と連結している。冷媒戻し流路１８は、リザーブタンク２１に連結され、リザーブタンク２１と冷媒戻し流路９は、冷媒戻し流路２３を介して連結している。このとき、リザーブタンク２１の高さは、複数の冷却流路１２ａ〜１２ｆの内、鉛直方向最下部に位置する冷却流路１２ｄよりも低い位置（鉛直下方）に設定してもよい。また、リザーブタンク２１は大気開放としてもよい。

［第２の配管系］
第２の配管系は、第１の配管系の冷却性能を向上させるためのもので、リザーブタンク２１、液相冷媒供給流路３０、流路３１、チェックバルブ（副第１逆止弁）３２、副冷却流路３３、流路３４、コンデンサ３５、チェックバルブ（副第２逆止弁）３６、副冷媒戻し流路３７，３８、液相冷媒供給流路４０、チェックバルブ４１、シリンダ（液相冷媒供給部）４２、流路４４、流路４５およびチェックバルブ４６により構成されている。

リザーブタンク２１には、液相冷媒供給流路３０が連結され、液相冷媒供給流路３０は、流路３１と液相冷媒供給流路４０とに分岐している。
流路３１は、チェックバルブ３２を介して副冷却流路３３に連結している。ここで、副冷却流路３３は、図３にも示すように、上述の冷却流路１２ｄに内設されている。すなわち、冷却流路１２ｄと副冷却流路３３は、互いの管の壁面が接するように設置された二重管構造となっている。

副冷却流路３３は、流路３４、コンデンサ３５、チェックバルブ３６、副冷媒戻し流路３７、副冷媒戻し流路３８を順に通り、リザーブタンク２１と連結している。ここで、流路３４は、コンデンサ３５に連結される途中で流路４４に分岐している。流路４４は、ピストン４３を有するシリンダ４２に連結されている。また、チェックバルブ３６のクラッキング圧は、第１の配管系のチェックバルブ２０のクラッキング圧よりも大きな値に設定されている。なお、「クラッキング圧」とは、チェックバルブ３６の入口側圧力を上昇させて、出口側へある一定の流量が認められる圧力をいう。

一方、液相冷媒供給流路４０は、チェックバルブ４１を通りシリンダ４２に連結されている。さらに、シリンダ４２から液相冷媒供給流路４５がチェックバルブ４６を介して第１の配管系の冷媒戻し流路１６に連結されている。ここで、流路４４は、シリンダ４２内においてピストン４３で仕切られる２つの空間の一方側である第１シリンダ室４２ａに連結され、２つの空間の他方側である第２シリンダ室４２ｂには、液相冷媒供給流路４０，４５がそれぞれ連結されている。
液相冷媒供給流路３０，４０，４５およびシリンダ４２により、実施例１の液相冷媒供給手段が構成される。

なお、実施例１では、便宜上コンデンサ１７は１本の曲がり管で１回の折れ曲りで示してあるが、必ずしも１回の折れ曲りでなく、複数回折れ曲がる管であってもよい。同様に、コンデンサ３５は直管で描かれているが、複数回折れ曲がる管であってもよい。また、冷却流路の本数および位置は、インホイールモータ内で任意に変えることができる。

図４は、実施例１の冷却装置における冷媒の流れを示す図である。
図４の第１の配管系において、Ｆ１は冷媒戻し流路９内の冷媒の流れの方向を示している。Ｆ２はチェックバルブ１９ａ〜１９ｆを介して流路１１ａ〜１１ｆ内に分岐し流れ込む冷媒戻し流路１０内の流れであり、Ｆ２は流路１１ａ〜１１ｆの流れＦ３ａ〜Ｆ３ｆになる。流れＦ３ａ〜Ｆ３ｆは、それぞれ、冷却流路１２ａ〜１２ｆの流れＦ４ａ〜Ｆ４ｆとなり、これらは、流路１３で合流し流れＦ５となり、さらに、流路１４内の流れＦ６となる。流れＦ６は、流路１５内の流れＦ７、コンデンサ１７内の流路の流れＦ８、冷媒戻し流路１６内の流れＦ９となり、チェックバルブ２０を通った後、冷媒戻し流路１８の流れＦ１０となり、リザーブタンク２１を介して、冷媒戻し流路２３内の流れＦ１１となり、冷媒戻し流路９へと戻る。

図４の第２の配管系において、Ｆ２０はリザーブタンク２１と連結された液相冷媒供給流路３０内の流れであり、Ｆ２０は流路３１，液相冷媒供給流路４０内の流れＦ２２、Ｆ２７へと分流する。流れＦ２２はチェックバルブ３２を介して、副冷却流路３３，３４内の流れＦ２３，Ｆ２４となる。流れＦ２４は、コンデンサ３５および流路４４の流れＦ２５およびＦ２９に分流する。

ここで、流路４４内の流れＦ２９は、流路３４の圧力状態により流れの方向が変化する。流れＦ２５は、副冷媒戻し流路３７，３８内の流れＦ２６となり、リザーブタンク２１へ戻る。Ｆ２０から分流した流れＦ２７は、チェックバルブ４１を介してシリンダ４２に流れ込む流れＦ２８となる。Ｆ３０は、シリンダ４２からチェックバルブ４６を介し、冷媒戻し流路１６に連結する液相冷媒供給流路４５内の流れである。

次に、実施例１の冷却装置による作用を説明する。
［冷媒自己循環作用］
図４の第１の配管系において、モータ１０３が始動する前には、この配管系には流れが無く、流路２３，９，１０，１１ａ〜１１ｆ，１２ａ〜１２ｆ，１３，１４，１５，１６，１８、コンデンサ１７およびリザーブタンク２１には、液相の冷媒が満たされている。

モータ１０３が始動し、モータ１０３の鉄損（鉄芯を交流磁束が通るとき、鉄芯内に発生するヒステリシス損と渦電流損とを合わせたもので、鉄芯内で起こる電力損失の総称）や銅損（コイルとして巻いてある電線の電気抵抗によって、電流が熱に変わってしまう損失）による発熱量が多くなった場合、冷却流路１２ａ〜１２ｆのステータ熱源に近接している部位において、冷媒は液相から気相に相変化する。冷媒が液相から気相へ状態変化した場合、流路の流通抵抗等により流路内の圧力は液相状態に比べて大きく。実施例１では、チェックバルブ１９ａ〜１９ｆは閉、チェックバルブ２０は開になるように設置してあるため、気相の冷媒は流れＦ４ａ〜Ｆ４ｆ→Ｆ５→Ｆ６→Ｆ７となり、コンデンサ１７に達する。

このとき、冷媒戻し流路１６，１８内に存在する液相の冷媒は、圧力上昇のためリザーブタンク２１へと向かう流れＦ９→Ｆ１０となる。次に、コンデンサ１７内を流れる気相の流れは、コンデンサ１７により凝縮する。気相冷媒が凝縮することにより、コンデンサ流路内の圧力が減少する。

この結果、チェックバルブ１９ａ〜１９ｆは開、チェックバルブ２０は閉となり、冷却流路１２ａ〜１２ｆに液相の冷媒が供給される。このとき、リザーブタンク２１の位置水頭を利用していないにもかかわらず、サイフォン効果によって、液相の冷媒はリザーブタンク２１から冷媒戻し流路２３，９、１０内の流れＦ１１→Ｆ１→Ｆ２となり、チェックバルブ１９ａ〜１９ｆを介し流路１１ａ〜１１ｆ、冷却流路１２ａ〜１２ｆへ液相の冷媒が供給される。

このように、蒸発と凝縮を行うことによって、動力を用いることなく液冷媒が自己循環し、冷却流路１２ａ〜１２ｆで蒸発熱を奪い、コンデンサ１７で熱交換し外気へ熱を捨てることになる。

［第２の配管系による冷却性能向上作用］
ここで、コンデンサ１７であるが、インホイールモータ構造の場合、コンデンサ１７が大きいとホイール１０１内に納めることができないという問題が生じる。実施例１では、第２の配管系を設けることで、この問題を回避している。以下、第２の配管系による冷却性能向上作用を説明する。

登坂走行などの高負荷時にホイール１０１に納める必要コンデンサ面積が不足した場合等を考える。この高負荷時の場合、コンデンサ１７による凝縮が不十分となるため、冷却流路１２ａ〜１２ｆ、流路１３，１４，１５およびコンデンサ１７内は気相の冷媒で満たされ、液冷媒が供給されなくなる。この場合、冷却流路１２ａ〜１２ｆの温度は、冷媒の飽和温度以上に上昇する。

実施例１では、液相冷媒供給流路４０、流路４４、液相冷媒供給流路４５およびシリンダ４２を除き、第２の配管系を第１の配管系と同じ構成としている。すなわち、モータ１０３が始動する前にはこの第２の配管系の流路およびコンデンサ３５には、液相の冷媒が満たされている。

冷却流路１２ｄの流路温度が、冷媒の飽和温度以上となった場合、冷却流路１２ｄに接している副冷却流路３３の温度も冷媒の飽和温度以上となるため、副冷却流路３３内の冷媒は、液相から気相に相変化する。このとき、第２の配管系では、第１の配管系と同様に、チェックバルブ３２は閉、チェックバルブ３６は開となるように設置してあるため、気相の冷媒は流れＦ２３→Ｆ２４となり、コンデンサ３５に達する。このとき副冷媒戻し流路３７，３８内に存在する液相の冷媒は、圧力上昇のためリザーブタンク２１へと向かう流れ、Ｆ２５→Ｆ２６となる。

次に、コンデンサ１７内を流れる気相の冷媒は、コンデンサ３５により凝縮する。気相冷媒が凝縮することにより、コンデンサ流路内の圧力が減少する。この結果、チェックバルブ３２は開、チェックバルブ３６は閉となり、サイフォン効果によって液相の冷媒はリザーブタンク２１から液相冷媒供給流路３０，流路３１内の流れＦ２０，Ｆ２２となり、チェックバルブ３２を介し副冷却流路３３へ液相の冷媒が供給される。

以上のように、第２の配管系では、蒸発と凝縮を行うことで動力を用いることなく液冷媒を循環させる点においては第１の配管系と同じであるが、冷媒の蒸発と凝縮に伴い、配管３４内の圧力は変動する。この圧力変動は、流路４４を介してシリンダ４２に伝達し、ピストン４３が往復運動する。このとき、実施例１では、チェックバルブ３６が開き始めるクラッキング圧力を、チェックバルブ２０のクラッキング圧力よりも大きく設定している。

図４において、冷媒が凝縮した場合、ピストン４３がシリンダ４２の鉛直上方から下方へと移動し、チェックバルブ４１は開、チェックバルブ４６は閉となり、リザーブタンク２１、副冷媒戻し流路３８，液相冷媒供給流路４０内の液相の流れＦ２０→Ｆ２７が生じ、冷媒がシリンダ４２の第２シリンダ室４２ｂへ供給される。

また、冷媒が蒸発し、冷媒戻し流路１６と流路３４内が気相冷媒となった場合、チェックバルブ２０よりもチェックバルブ３６のクラッキング圧力を大きく設定しているため、冷媒戻し流路１６よりも流路３４の圧力が大きくなり、結果としてピストン４３がシリンダ４２の鉛直下方から上方へと移動し、チェックバルブ４１は閉、チェックバルブ４６は開となり、ピストン４３の第２シリンダ室４２ｂに貯留された液相の冷媒が冷媒戻し流路１６へ供給される。

このとき、冷媒戻し流路１６が気相である場合は、液相冷媒供給流路４５からの液冷媒の噴流により、冷媒戻し流路１６内の気相は直ちに凝縮し、凝縮による圧力低下によりチェックバルブ２０は閉、チェックバルブ１９ａ〜１９ｆは開となり、液冷媒がリザーブタンク２１から冷却流路１２ａ〜１２ｆへと供給され、冷却流路１２ａ〜１２ｆの温度を低下させる。

そして、再び冷却流路１２ａ〜１２ｆの温度が冷媒の飽和温度以上になった場合、上述のサイクルを繰り返す。これにより、実施例１では、冷却流路１２ａ〜１２ｆ内の温度が上昇し続けるドライアウト状態を招くことなく、冷媒の飽和温度付近を保つことができる。

［総コンデンサ面積縮小作用］
ここで、実施例１の構成とすることで、第２の配管系を設けない場合と比較して、総コンデンサ面積が小さく抑えられる点について説明する。

まず、総出力80kWの車両の４輪にインホイールモータを装備する場合を考える。各モータ出力は20kWとなるが、そのうち10%が熱損とし、モータ１つ当たり2kWの除熱を考える。冷媒を水とし、コンデンサとして直径8mmの円管にフィン高さ4mmのハイフィンが付いている熱交換器を考える。

コンデンサ入口温度を100℃の蒸気、出口温度を100度の水とし、コンデンサへの入口空気温度を40℃として計算すると、コンデンサ周りの空気流速が3m/sの場合、コンデンサのハイフィン付き管の長さは2m（前面面積は320Ccm²）必要となる。

実施例１の構成により、シリンダ４２から冷媒戻し流路１６へ40℃の水20g/minを供給し、冷媒戻し流路１６内の蒸気を凝縮させた場合、潜熱を2,400kJ/Kgとして、
20/1,000 * 1/60 * 2,400 = 0.8kW
すなわち、コンデンサ１７は、2 - 0.8 = 1.2kW分だけの放熱量で済むことになる。このとき上で計算した条件でフィン長さを計算すると1.2m、コンデンサ前面面積192cm²となる。すなわち、2kW除熱する場合のコンデンサ面積に比べて、60%のコンデンサ面積で済むことになる。

一方、第２の配管系の必要コンデンサ長さ（面積）を計算する。シリンダ４２のピストン４３の移動により20g/minの水を押し出すためには、流路４４からシリンダへ毎分２０ｇの水の容積の蒸気を送り込めば良いことになる。水の密度を1,000kg/m³とした場合、この容量は毎分0.02/1,000 = 2 * 10^-5m³ =20ccとなる。20cc/minの蒸気を凝縮させるために必要な抜熱量は、107℃の飽和蒸気に対する潜熱2,240kJ/Kgおよび蒸気密度0.745Kg/m³を用いて、
(2 * 10^-5/60) * 0.745 * 2,240 = 5.56 * 10^-4kW
となり、上述の計算と同じコンデンサ条件では、必要コンデンサ長さは0.5mm程度となる。したがって、管直径を小さくし、かなり余裕代を取った場合でも、コンデンサ長さは、１センチもあれば十分である。
以上の計算条件の場合、第２の配管系のコンデンサ３５によるコンデンサ面積の増加は、どんなに大きく見積もったとしても、コンデンサ前面面積192cm²に対して1%以下となる。

また、例えばリザーブタンク２１は大気開放とし、チェックバルブ２０のクラッキング圧力を大気圧の101kPa（飽和温度Ｔsat1は100℃）とし、チェックバルブ３６のクラッキング圧力を113kPaとした場合、113kPaに対する水の飽和温度は103℃（Ｔsat2）となり、シリンダ４２から冷媒戻し流路１６へ水を繰り込む圧力は12kPaもあり十分といえる。このときの副冷却流路３３内は103℃程度であるので、流路１２ｄの温度が上昇し続けること無しに、103℃程度に抑えられる。もちろん、チェックバルブ３６のクラッキング圧力をもう少し小さくすることで、冷却流路１２ｄの温度をさらに抑制することも可能である。

ちなみに、登り登坂を10分間と仮定しても、リザーブタンクに20cc/min * 10minで200ccの余分な水があればよいので、リザーブタンクは300cc程度の容量があればよく、リザーブタンクもコンパクトにすることができる。

図５は、実施例１の冷却装置において、冷却流路１２ｄの時間経過による温度変化を表したグラフである。上述の例のように、20cc/minの水を冷媒戻し流路１６に注入する場合を想定し、コンデンサ面積を2kW除熱する場合の60%のコンデンサ面積とし、登坂走行を開始する。

登坂走行を開始し、ある時間が経過したとき、コンデンサ面積の不足により、第１の配管系のコンデンサ１７で凝縮できなくなり、凝縮による圧力減少が無くなるため冷却流路１２ａ〜１２ｆ内への液相の冷媒が流入できなくなる。すると冷却流路１２ｄ内は気液２気相で沸騰を開始し（時点t1）、流路内の液相冷媒がすべて気化してしまうと、冷却流路１２ｄの温度が飽和温度Ｔsat1を越えて、上昇し始める（時点t2）。このとき、第１の配管系のみの場合では、図５(a)の点線で示したように、冷媒戻し流路１６内温度は上昇し続け、やがてモータ１０３が可動できなくなる。

これに対し、実施例１では、上述したように、時点t1で冷却流路１２ｄの温度が飽和温度Ｔsat1を越え始め、時点t2でＴsat2に達すると、第２の配管系が作動し始めると同時に、シリンダ４２から冷媒戻し流路１６へ液冷媒が送り出される。これにより、冷媒戻し流路１６内で蒸気が凝縮し、圧力が減少することにより、チェックバルブ１９ａ〜１９ｆが開となって冷却流路１２ａ〜１２ｆに液相の冷媒が送り込まれ、時点t2〜t3までのある時間、蒸発凝縮を繰り返し冷却流路１２ａ〜１２ｆに液冷媒が供給されるが、時点t3で再び蒸気相のみになりＴsat1以上に温度が上がる。そしてこのサイクルを繰り返す（時点t4〜t5、t6〜t7）。

以上説明したように、実施例１のモータの冷却装置によれば、コンデンサ面積を最大除熱量に合わせて設計する場合と比較して、総コンデンサ面積を大幅に縮小することができる。また、実施例１では、４輪共にモータを設置したインホイールモータを考えたが、前輪もしくは後輪の２輪のみインホイールモータを適用した場合、要求コンデンサ面積がさらに拡大し、ホイール１０１に格納しづらくなるが、実施例１のモータの冷却装置を用いることで、総コンデンサ面積を大幅に縮小でき、ホイール１０１への格納が実現可能となる。

次に、効果を説明する。
実施例１のモータの冷却装置にあっては、以下の効果を奏する。

・インホイールモータ１０３のステータ３を冷媒によって冷却する冷却装置であって、ステータ３と熱的に接続し、冷媒を流通させる冷却流路１２ａ〜１２ｆと、この冷却流路１２ａ〜１２ｆの下流側と接続され、冷却流路１２ａ〜１２ｆで気相化した冷媒を液相化するコンデンサ１７と、このコンデンサ１７で液相化した冷媒を冷却流路１２ａ〜１２ｆの上流側へと戻す冷媒戻し流路１６，１８，２３，９，１０と、冷媒戻し流路１０と冷却流路１２ａ〜１２ｆとの間に介装され、冷却流路１２ａ〜１２ｆから冷媒戻し流路１０への冷媒の逆流を阻止するチェックバルブ１９ａ〜１９ｆと、コンデンサ１７と冷媒戻し流路１８との間に介装され、冷媒戻し流路１８からコンデンサ１７への冷媒の逆流を阻止するチェックバルブ２０と、コンデンサ１７とチェックバルブ２０との間の冷媒戻し流路１６に液相化した冷媒を供給する液相冷媒供給手段（液相冷媒供給流路３０，４０，４５、シリンダ４２）と、を備える。これにより、冷媒の自己循環とコンデンサ１７の小容量化を共に達成し冷却システムの小型化、軽量化を図ることができる。

・液相冷媒供給手段は、冷媒戻し流路１６における冷媒の蒸発状態に応じて、液相化した冷媒の供給を制御するため、冷媒戻し流路１６の冷媒が気相化状態である場合には直ちに冷媒を供給してドライアウト状態を回避する一方、冷媒戻し流路１６の冷媒が液相化状態である場合の無駄な冷媒の供給を抑制することができる。

・液相冷媒供給手段は、チェックバルブ２０下流側の冷媒戻し流路と冷媒戻し流路１６とを接続する液相冷媒供給流路３０，４０，４５と、液相冷媒供給流路４０，４５の間に設けられ、液相冷媒供給流路３０，４０，４５から冷媒戻し流路１６へ冷媒を供給する液相冷媒供給部（シリンダ４２）と、を備える。これにより、チェックバルブ２０下流側の液相化した冷媒を用いて冷媒戻し流路１６内の気相化した冷媒を凝縮させ、冷媒の自己循環を維持することができる。

・冷媒戻し流路１８と冷媒戻し流路２３との間に、冷媒が貯留されるリザーブタンク２１を設け、液相冷媒供給流路３０，４０，４５を、リザーブタンク２１と接続したため、リザーブタンク２１内に貯留された低温の冷媒を冷媒戻し流路１６に供給でき、凝縮効果を高めることができる。また、冷媒の循環経路上にリザーブタンク２１を設けたことで、冷却流路１２ａ〜１２ｆ内の冷媒温度の低減と圧力振動の減少とを共に図ることができる。

・ステータ３と熱的に接続され、冷媒を流通させる副冷却流路３３と、この副冷却流路３３の下流側と接続され、副冷却流路３３で気相化した冷媒を液相化するコンデンサ３５と、このコンデンサ３５で液相化した冷媒を副冷却流路３３の上流側へ戻す副冷媒戻し副冷媒戻し流路３７，３８と、この副冷媒戻し流路３７，３８と副冷却流路３３との間に介装され、副冷却流路３３から副冷媒戻し流路への冷媒の逆流を阻止するチェックバルブ３２と、コンデンサ３５と副冷媒戻し流路３７との間に介装され、副冷媒戻し流路３７からコンデンサ３５への冷媒の逆流を阻止するチェックバルブ３６と、を設け、液相冷媒供給部は、ピストン４３により容量可変に画成された第１シリンダ室４２ａと第２シリンダ室４２ｂとが画成されたシリンダ４２であり、第１シリンダ室４２ａは副冷却流路３３下流の流路３４と接続され、第２シリンダ室４２ｂは副冷媒戻し流路４０，４６の間に設けられている。これにより、第２の配管系の冷媒の圧力変動を利用して動力を用いることなく冷媒戻し流路１６に液相化した冷媒を供給することができる。

・チェックバルブ３６のクラッキング圧を、チェックバルブ２０のクラッキング圧よりも高い値に設定したため、冷媒戻し流路１６と流路３４内の冷媒が気相化した場合、ピストン４３の第２シリンダ室４２ｂに貯留された液相冷媒を確実に冷媒戻し流路１６へと供給することができる。

・副冷却流路３３を、冷却流路１２ｄに内設したため、冷却流路１２ａ〜１２ｆの飽和状態を確実に検知して冷媒戻し流路１６に冷媒を供給でき、冷却流路１２ａ〜１２ｆのドライアウト状態を確実に防止することができる。

・インホイールモータ１０３のステータ３と熱的に接続した冷却流路１２ａ〜１２ｆの下流に、冷却流路１２ａ〜１２ｆで気相化した冷媒を液相化するコンデンサ１７を接続すると共に、コンデンサ１７の下流と冷却流路１２ａ〜１２ｆの上流とを冷媒戻し流路１６，１８，２３，９，１０で接続し、冷却流路１２ａ〜１２ｆから冷媒戻し流路１０への冷媒の逆流を防止するチェックバルブ１９ａ〜１９ｆと、冷媒戻し流路１８からコンデンサ１７への冷媒の逆流を防止するチェックバルブ２０とを設け、冷却流路１２ａ〜１２ｆでの冷媒の膨張とコンデンサ１７での冷媒の凝縮により、チェックバルブ１９ａ〜１９ｆ，２０を交互に開閉させることで、冷媒を循環させる一方、コンデンサ１７とチェックバルブ２０との間の冷媒戻し流路１６に、チェックバルブ２０下流側の液相化した冷媒を供給する。これにより、冷媒の自己循環とコンデンサ１７の小容量化を共に達成し冷却システムの小型化、軽量化を図ることができる。

・車両を駆動するインホイールモータ１０３と、このインホイールモータ１０３のロータ１０３を冷媒によって冷却する冷却装置とを備える車両において、ステータ３と熱的に接続され、冷媒を流通させる冷却流路１２ａ〜１２ｆと、この冷却流路１２ａ〜１２ｆの下流側と接続され、冷却流路１２ａ〜１２ｆで気相化した冷媒を液相化するコンデンサ１７と、このコンデンサ１７で液相化した冷媒を冷却流路１２ａ〜１２ｆの上流側へと戻す冷媒戻し流路１６，１８，２３，９，１０と、冷媒戻し流路１０と冷却流路１２ａ〜１２ｆとの間に介装され、冷却流路１２ａ〜１２ｆから冷媒戻し流路１０への冷媒の逆流を阻止するチェックバルブ１９ａ〜１９ｆと、コンデンサ１７と冷媒戻し流路１８との間に介装され、冷媒戻し流路１８からコンデンサ１７への冷媒の逆流を阻止するチェックバルブ２０と、コンデンサ１７とチェックバルブ２０との間の冷媒戻し流路１６に液相化した冷媒を供給する液相冷媒供給手段（液相冷媒供給流路３０，４０，４５、シリンダ４２）と、を備える。これにより、冷媒の自己循環とコンデンサ１７の小容量化を共に達成し冷却システムの小型化、軽量化を図ることができる。

まず、構成を説明する。
図６は、実施例２の冷却装置における冷媒の流れを示す図である。
実施例２では、図１に示した第１の配管系の構成に対し、リザーブタンク２１から液相冷媒供給流路５０，５１，５２、チェックバルブ５３、液相冷媒供給流路５４と連結し、液相冷媒供給流路５４を冷媒戻し流路１６に連結した例である。

図７は、液相冷媒供給流路５４と冷媒戻し流路１６との連結構造を示す図６のａ部拡大図である。液相冷媒供給流路５４の冷媒戻し流路１６との連結部には、ポーラス材（多孔質材料）またはウイック（網目状材料）等で構成された低密度部材５５が設置されており、低密度部材５５の冷媒戻し流路１６の部分は中央に貫通孔５５ａが空いている構造となっている。図７(b)は矢視Ｂから見た低密度部材５５の構造を示した図である。

実施例２では、リザーブタンク２１、液相冷媒供給流路５０，５１，５２、チェックバルブ５３、液相冷媒供給流路５４および低密度部材５５により、第２の配管系が構成されている。また、液相冷媒供給流路５０，５１，５２，５４および低密度部材５５により、実施例２の液相冷媒供給手段が構成される。

次に、作用を説明する。
実施例２の冷却装置では、液相冷媒供給流路５４と冷媒戻し流路１６との連結部に低密度部材５５を設けた構成とすることにより、実施例１で説明した第１の配管系のコンデンサ１７において凝縮する場合には冷媒戻し流路１６が負圧になり、液相の冷媒流れＦ４０→Ｆ４１→Ｆ５２→Ｆ５３が発生して液相冷媒供給流路５４にリザーブタンク２１からの液冷媒が供給される。

また、モータ１０３が高負荷となってコンデンサ１７のみでは凝縮できなくなり、冷媒戻し流路１６が気相になった場合には、気相流れＦ９が低密度部材５５の貫通孔５５ａを流れる。このとき、低密度部材５５は液相冷媒供給流路５４内に存在する液相の冷媒を表面張力により吸い取ることにより常に液相冷媒を含んでいる。したがって、低密度部材５５に接した気相流れＦ９は液相冷媒に触れて凝縮し、実施例１と同じ作用効果が得られる。

次に、効果を説明する。
実施例２のモータの冷却装置にあっては、以下の効果を奏する。

・液相冷媒供給部は、冷媒戻し流路１６と液相冷媒供給流路５４との連結部に配置され、冷媒戻し流路１６の冷媒流れ方向に貫通孔５５ａが形成された低密度部材であるため、動力を用いることなく冷媒戻し流路１６に液相化した冷媒を供給することができる。

まず、構成を説明する。
図８は、実施例３の流路５４と冷媒戻し流路１６との連結構造を示す図６のａ部拡大図である。
実施例３と実施例２の違いとしては、低密度部材５５に代えて形状記憶合金等で構成された開閉弁５６を設置した点である。この開閉弁５６は、流れＦ９が液冷媒の場合には閉であり、液相冷媒供給流路５４から冷媒戻し流路１６への冷媒の供給は行われない。一方、流れＦ９が気相冷媒の場合には、開閉弁５６は開となり、液相冷媒供給流路５４から冷媒戻し流路１６へ冷媒が供給される。

実施例３では、リザーブタンク２１、液相冷媒供給流路５０，５１，５２、チェックバルブ５３、液相冷媒供給流路５４および開閉弁５６により、第２の配管系が構成されている。また、液相冷媒供給流路５０，５１，５２，５４および開閉弁５６により、実施例３の液相冷媒供給手段が構成される。

次に、作用を説明すると、実施例３では、流れＦ９が気相化して温度が高くなった場合、開閉弁５６は開状態になり（図８(b)）、気相流れＦ９は開閉弁５６に付着した液相冷媒と接触する。これにより、気相化した冷媒の凝縮が起こる。この後、開閉弁５６は、液相流れＦ９およびＦ４３により冷やされて再び閉状態へと戻る（図８(a)）。この結果、実施例１と同様の作用効果が得られる。

次に、効果を説明する。
実施例３のモータの冷却装置にあっては、以下の効果を奏する。

・液相冷媒供給部は、コンデンサ１７とチェックバルブ２０との間の冷媒戻し流路１６の温度状態に応じて開閉する開閉弁５６であるため、動力を用いることなく冷媒戻し流路１６に液相化した冷媒を供給することができる。

実施例１の冷却装置を内蔵したインホイールモータの車体取付状態を示すサスペンション装置の斜視図である。 実施例１のモータ１０３の断面図である。 図２のS3-S3断面図である。 実施例１の冷却装置における冷媒の流れを示す図である。 実施例１の冷却装置において、冷却流路１２ｄの時間経過による温度変化を表したグラフである。 実施例２の冷却装置における冷媒の流れを示す図である。 実施例２の流路５４と冷媒戻し流路１６との連結構造を示す図６のａ部拡大図である。 実施例３の流路５４と冷媒戻し流路１６との連結構造を示す図６のａ部拡大図である。

符号の説明

３ ステータ（発熱部）
１２ａ〜１２ｆ 冷却流路
１７ コンデンサ（復水器）
１６，１８，２３，９，１０ 冷媒戻し流路
１９ａ〜１９ｆ チェックバルブ（第１逆止弁）
２０ チェックバルブ（第２逆止弁）
３０，４０，４５ 液相冷媒供給流路
４２ シリンダ
１０３ インホイールモータ

Claims (11)

1. モータの発熱部を冷媒によって冷却するモータの冷却装置であって、
   前記発熱部と熱的に接続され、冷媒を流通させる冷却流路と、
   この冷却流路の下流側と接続され、冷却流路で気相化した冷媒を液相化する復水器と、
   この復水器で液相化した冷媒を前記冷却流路の上流側へ戻す冷媒戻し流路と、
   この冷媒戻し流路と前記冷却流路との間に介装され、冷却流路から冷媒戻し流路への冷媒の逆流を阻止する第１逆止弁と、
   前記復水器と前記冷媒戻し流路との間に介装され、冷媒戻し流路から復水器への冷媒の逆流を阻止する第２逆止弁と、
   前記復水器と前記第２逆止弁との間の冷媒戻し流路に液相化した冷媒を供給する液相冷媒供給手段と、
   を備えることを特徴とするモータの冷却装置。
2. 請求項１に記載のモータの冷却装置において、
   前記液相冷媒供給手段は、前記復水器と前記第２逆止弁との間の冷媒戻し流路における冷媒の蒸発状態に応じて、液相化した冷媒の供給を制御することを特徴とするモータの冷却装置。
3. 請求項１または請求項２に記載のモータの冷却装置において、
   前記液相冷媒供給手段は、
   前記第２逆止弁下流側の冷媒戻し流路と、前記復水器と前記第２逆止弁との間の冷媒戻し流路とを接続する液相冷媒供給流路と、
   この液相冷媒供給流路に設けられ、前記液相冷媒供給流路から前記復水器と前記第２逆止弁との間の冷媒戻し流路へ冷媒を供給する液相冷媒供給部と、
   を備えることを特徴とするモータの冷却装置。
4. 請求項３に記載のモータの冷却装置において、
   前記冷媒戻し流路に、冷媒が貯留されるリザーブタンクを設け、
   前記液相冷媒供給流路を、前記リザーブタンクと接続したことを特徴とするモータの冷却装置。
5. 請求項３または請求項４に記載のモータの冷却装置において、
   前記発熱部と熱的に接続され、冷媒を流通させる副冷却流路と、
   この副冷却流路の下流側と接続され、副冷却流路で気相化した冷媒を液相化する副復水器と、
   この副復水器で液相化した冷媒を前記副冷却流路の上流側へ戻す副冷媒戻し流路と、
   この副冷媒戻し流路と前記副冷却流路との間に介装され、副冷却流路から副冷媒戻し流路への冷媒の逆流を阻止する副第１逆止弁と、
   前記副復水器と前記副冷媒戻し流路との間に介装され、副冷媒戻し流路から副復水器への冷媒の逆流を阻止する副第２逆止弁と、
   を設け、
   前記液相冷媒供給部は、ピストンにより容量可変に画成された第１シリンダ室と第２シリンダ室とが画成されたシリンダであり、前記第１シリンダ室は前記副冷却流路と接続され、前記第２シリンダ室は前記副冷媒戻し流路の途中に設けられていることを特徴とするモータの冷却装置。
6. 請求項５に記載のモータの冷却装置において、
   前記副第２逆止弁のクラッキング圧を、前記第２逆止弁のクラッキング圧よりも高い値に設定したことを特徴とするモータの冷却装置。
7. 請求項５または請求項６に記載のモータの冷却装置において、
   前記副冷却流路を、前記冷却流路に内設したことを特徴とするモータの冷却装置。
8. 請求項３または請求項４に記載のモータの冷却装置において、
   前記液相冷媒供給部は、前記冷媒戻し流路と前記液相冷媒供給流路との連結部に配置され、前記冷媒戻し流路の冷媒流れ方向に貫通孔が形成された低密度部材であることを特徴とするモータの冷却装置。
9. 請求項３または請求項４に記載のモータ冷却装置において、
   前記液相冷媒供給部は、前記復水器と前記第２逆止弁との間の冷媒戻し流路の温度状態に応じて開閉する開閉弁であることを特徴とするモータの冷却装置。
10. モータの発熱部と熱的に接続した冷却流路の下流に、前記冷却流路で気相化した冷媒を液相化する復水器を接続すると共に、前記復水器の下流と前記冷却流路の上流とを冷媒戻し流路で接続し、
    前記冷却流路から前記冷媒戻し流路への冷媒の逆流を防止する第１逆止弁と、冷媒戻し流路から前記復水器への冷媒の逆流を防止する第２逆止弁とを設け、冷却流路での冷媒の膨張と復水器での冷媒の凝縮により、第１逆止弁と第２逆止弁とを交互に開閉させることで、冷媒を循環させる一方、
    前記復水器と前記第２逆止弁との間の冷媒戻し流路に、前記第２逆止弁下流側の液相化した冷媒を供給することを特徴とするモータの冷却方法。
11. 車両を駆動するインホイールモータと、このインホイールモータの発熱部を冷媒によって冷却する冷却装置とを備える車両において、
    前記発熱部と熱的に接続され、冷媒を流通させる冷却流路と、
    この冷却流路の下流側と接続され、冷却流路で気相化した冷媒を液相化する復水器と、
    この復水器で液相化した冷媒を前記冷却流路の上流側へ戻す冷媒戻し流路と、
    この冷媒戻し流路と前記冷却流路との間に介装され、冷却流路から冷媒戻し流路への冷媒の逆流を阻止する第１逆止弁と、
    前記復水器と前記冷媒戻し流路との間に介装され、冷媒戻し流路から復水器への冷媒の逆流を阻止する第２逆止弁と、
    前記復水器と前記第２逆止弁との間の冷媒戻し流路に液相化した冷媒を供給する液相冷媒供給手段と、
    を備えることを特徴とするモータの冷却装置付き車両。
    

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