JP2013192311A - 回転電機、回転電機冷却システム、及び対地作業車両 - Google Patents

Abstract

【課題】回転電機において、液冷媒で回転電機を効率よく冷却できる構成を実現することである。
【解決手段】回転電機である駆動モータ２２，２４は、回転軸７６の軸方向端部に取り付けられ、回転軸７６の一部をポンプ軸として回転軸７６により駆動される冷媒ポンプであるトロコイドポンプ８４と、冷媒容器７２と、冷媒配管８６，８８とを含む。冷媒容器７２は、冷媒出口Ｐ及び冷媒入口Ｑを有し、モータ本体７５の外周部に取り付ける。冷媒配管８６，８８は、冷媒出口Ｐ及び冷媒入口Ｑをトロコイドポンプ８４を介して接続し、液冷媒である冷却油が循環する冷媒循環路７４を形成する。
【選択図】図２

Description

本発明は、回転軸に固定されたロータ及びロータの径方向外側に対向配置されたステータを含む回転電機本体を備える回転電機、回転電機冷却システム及び対地作業車両に関する。

芝刈り作業や、耕うん等の対地作業を行うために駆動される作業機を備える対地作業車両が、従来から知られている。また、このような対地作業車両において、それぞれ別のまたは共通の回転電機である電動モータにより走行駆動される主駆動輪である左右車輪と、キャスタ輪等の操向輪とを備える電動対地作業車両も考えられている。

例えば、作業車両として、作業機である芝刈り機を搭載し、作業者が乗り込んで走行と芝刈の操縦を車上で行う自力走行が可能な芝刈り車両があり、これは乗用型芝刈車両と呼ばれる。芝刈り機としては、例えば、芝刈回転工具等がある。

乗用型芝刈車両は、もっぱら庭等のいわゆるオフロードで用いられ、芝刈作業のために地表を移動するものである。

例えば、特許文献１には、鉛直方向の軸を中心として芝刈りブレードを回転させるモータと、モータの出力軸の上下両端部に設けられた２つのファンとを備える芝刈り機が記載されている。ファンによって生成された空気流れがモータとカラーとの間を通過するので、モータが冷却されるとされている。

また、特許文献２には、エンジンにより駆動される駆動アダプタの軸に取り付けられるファンと芝刈りブレードとを備える芝刈車両が記載されている。ファンはエンジンに対して下側に空気の流れを引き起こし、エンジンに対する冷却風が生成されるとされている。

欧州特許出願公開第０５１０２７９号明細書 米国特許第６４３４９１８号明細書

芝刈車両において、芝刈り機を電動モータで回転駆動する構成では、使用時に電動モータが温度上昇すると性能低下の要因となる。このため、電動モータを効率よく冷却できる構成の実現が望まれている。特許文献１に記載された芝刈り機の場合、モータの軸にファンを取り付けてモータの外側に風を流すことができる可能性はあるが、モータを十分に冷却するためにはモータに効率よく風を当てるための送風経路を設ける必要がある。これに対して、本発明者は、モータを液冷媒で効率よく冷却する構成を実現することで、送風経路をなくすか、またはより効率よく冷却できると考えた。特許文献１，２のいずれにも、モータを液冷媒で効率よく冷却する構成は開示されていない。なお、上記では芝刈り機を電動モータで駆動する場合を説明したが、芝刈車両等の対地作業車両で駆動輪を駆動する等に使用される別の電動モータでも、効率よく冷却する面から改良の余地がある。

本発明の目的は、回転電機、回転電機冷却システム及び対地作業車両において、液冷媒で回転電機を効率よく冷却できる構成を実現することである。

本発明に係る回転電機は、回転軸に固定されたロータ及び前記ロータの径方向外側に対向配置されたステータを含む回転電機本体と、前記回転軸の軸方向端部に取り付けられ、前記回転軸の一部をポンプ軸として前記回転軸の回転により駆動される冷媒ポンプと、冷媒入口及び冷媒出口を有し、前記回転電機本体の外周部に取り付けられた冷媒容器と、前記冷媒入口及び前記冷媒出口を前記冷媒ポンプを介して接続し、液冷媒が循環する冷媒循環路を形成する冷媒配管とを備えることを特徴とする回転電機である。なお、本明細書及び特許請求の範囲の全体で、回転電機の「回転軸」とは単一の部材により形成される場合に限定するものではなく、互いに同軸上に配置され、一体に連結された複数の要素により形成される場合も含む。

また、本発明に係る回転電機冷却システムは、本発明に係る回転電機において、低温側が前記冷媒ポンプに対向するように前記冷媒ポンプに取り付けられたペルチェ素子と、前記冷媒ポンプに前記ペルチェ素子を介して取り付けられたヒートシンクとを備える回転電機と、前記ペルチェ素子を駆動する電源と、前記電源から前記ペルチェ素子への電力の供給状態を制御する制御部と、前記回転電機の温度を検出する温度検出部とを備え、前記制御部は、前記回転電機の温度が予め設定された所定温度以下のときに、前記電源から前記ペルチェ素子への電力供給を停止させ、前記回転電機の温度が所定温度を超えるときに、前記電源から前記ペルチェ素子への電力供給を実行させることを特徴とする回転電機冷却システムである。

また、本発明に係る別の回転電機冷却システムは、本発明に係る回転電機において、低温側が前記冷媒ポンプに対向するように前記冷媒ポンプに取り付けられたペルチェ素子と、前記冷媒ポンプに前記ペルチェ素子を介して取り付けられたヒートシンクとを備える回転電機と、前記モータ用直流電源と、前記モータ用直流電源から出力される直流電力を交流電力に変換し交流電力を前記回転電機に出力するインバータと、前記モータ用直流電源と前記インバータとの間に前記インバータに対し並列に接続され、前記モータ用直流電源または前記インバータから供給された電力を電圧変換し、電圧変換後の電力を前記ペルチェ素子へ供給する電圧変換部とを備えることを特徴とする回転電機冷却システムである。

また、本発明に係る対地作業車両は、本発明に係る回転電機と、メインフレームに支持された駆動輪と、前記メインフレームに支持された作業機とを備え、前記回転電機は、前記駆動輪または前記作業機を駆動することを特徴とする対地作業車両である。

本発明に係る回転電機、回転電機冷却システム及び対地作業車両によれば、液冷媒で回転電機を効率よく冷却できる構成を実現できる。

本発明に係る実施形態の対地作業車両である、芝刈車両の構成を上方から見た概略図である。 図１の回転電機である駆動モータの概略部分断面図である。 本発明に係る実施形態のモータ冷却システムにおいて、通常走行時に駆動モータとペルチェ素子とにバッテリから電力を供給する様子を示すブロック図である。 本発明に係る実施形態のモータ冷却システムの回路図である。 本発明に係る実施形態のモータ冷却システムにおいて、回生制動時に駆動モータからペルチェ素子とバッテリとに電力を供給する様子を示すブロック図である。 本発明に係る実施形態の別例の第１例の回転電機である駆動モータの概略部分断面図である。 本発明に係る実施形態の別例の第２例の回転電機であるデッキモータが取り付けられた芝刈り機を示す斜視図である。 図７の１つのデッキモータの側面図である。 本発明に係る実施形態の別例の第３例の回転電機であるデッキモータを示す概略断面図である。

以下に図面を用いて本発明に係る実施の形態につき詳細に説明する。なお、以下では、対地作業車両が、作業機として芝刈り機を備える乗用型芝刈車両である場合を説明するが、本発明に係る対地作業車両は、これに限定するものではなく、例えば地面に対する作業、すなわち対地作業を行う車両として、耕うん機を有する車両、苗植え作業機を有する車両、地ならし作業機を有する車両、穴掘り作業機を有する車両等であってもよい。

図１〜５は、本発明の１つの実施形態を示している。図１は、本実施形態の対地作業車両である、芝刈車両の構成を上方から見た概略図である。図１に示すように、乗用型対地作業車両である芝刈車両１０は、芝刈に適した自走型のオフロード用車両であり、メインフレーム１２の前後方向（図１の左右方向）に離れた位置に、２個の左右キャスタ輪１４，１６と、２個の左右車輪１８，２０とを支持して設けている。左右のキャスタ輪１４，１６は、前側車輪であり、操向輪である。２個の左右車輪１８，２０は、後側車輪であり、主駆動輪である。左右車輪１８，２０のそれぞれは、２個の左右の走行用回転電機であり、電動モータである左右駆動モータ２２，２４により、独立に走行駆動される。すなわち、左右車輪１８，２０のそれぞれに、図示しない減速機構を含む動力伝達部を介して左右駆動モータ２２，２４が動力の伝達可能に接続されている。

左右駆動モータ２２，２４により、左右車輪１８，２０の回転速度を一致させることで、車両の直進走行を可能とし、左右車輪１８，２０の回転速度差を発生させることで、車両の旋回走行を可能とする。このように、芝刈車両１０は、駆動源として駆動モータ２２，２４を備える。また、動力伝達部に設けられる減速機構は、例えば１段または複数段の減速歯車装置を用いる。図１では、左右車輪１８，２０に対応して動力発生ユニット２６，２８が設けられ、各動力発生ユニットを構成するハウジング３０内に、駆動モータ２２，２４と、図示しない減速機構とがそれぞれ設けられている。各ハウジング３０は、メインフレーム１２に支持されている。なお、左右車輪１８，２０に、減速機構を介さず駆動モータ２２，２４の動力を減速することなく伝達する構成を採用してもよい。また、キャスタ輪１４，１６は、鉛直方向（図１の表裏方向）の軸を中心とする３６０度以上の自由操向を可能としている。

芝刈車両１０は、メインフレーム１２の前後方向中間部で下側に支持された作業機である、芝刈り機（モア）３２を備える。芝刈り機は、モアデッキ３４の内側に鉛直方向の軸を中心として回転可能な芝刈り回転工具である１つまたは複数の芝刈り用ブレードを含む。芝刈り用ブレードは、鉛直方向の軸の周りに配置された複数の切断用ブレード要素を含み、切断用ブレード要素が回転することで芝等を破断して刈り取り可能とする。

また、上記の各駆動モータ２２，２４は、モータ用直流電源であるバッテリ３６（図３、図４）から電力が供給され駆動される。バッテリ３６は、鉛蓄電池、ニッケル水素電池、リチウム電池等を採用でき、例えば４８Ｖ等の電圧を有する。バッテリ３６は、外部の商用交流電源から充電器を介して充電可能とすることもできる。

なお、芝刈車両１０は、エンジン及び発電機を備えていわゆるハイブリッド式とすることもできる。この場合、エンジンの動力を用いて発電機を発電させ、発電させた電力をバッテリ３６に供給可能とする。なお、電源として、外部から充電電力の供給を受けるバッテリ３６とともに、燃料電池、太陽電池等のように自己発電機能を有するものを使用することもできる。また、バッテリ３６の代わりにキャパシタ等の他の電源を用いることもできる。

また、後述する別の実施形態で用いる図７を参照して示すように、モアデッキ３４の内側に設けられた図示しない芝刈り用ブレードの回転軸に、モア関係回転電機であり、電動モータであるデッキモータ３８の図示しない回転軸が、動力の伝達可能に連結されている。なお、図７では、モアデッキ３４の上側に３つのデッキモータ３８が取り付けられており、各デッキモータ３８の下側でモアデッキ３４の内側に、対応する芝刈り用ブレードが配置されている。なお、図７では、デッキモータ３８の上側に冷却ファン４０が取り付けられているが、本実施形態では冷却ファン４０は省略してもよい。このような各デッキモータ３８には、バッテリ３６（図３、図４）から電力が供給される。また、モアデッキ３４には複数のデッキ車輪４２が取り付けられている。

図１に戻って、メインフレーム１２の上側に設けられた図示しない座席の近くに設けられるモア起動スイッチであるデッキスイッチ（図示せず）のオンまたはオフを表す信号がコントローラユニット４８を構成する上位制御部であるＥＣＵ５０（図４）へ入力されると、ＥＣＵ５０は、この信号に基づいて１つまたは複数の下位制御部であるデッキモータコントローラ（図示せず）へ指令信号を出力し、各デッキモータ３８（図７参照）の作動状態を制御する。すなわち、デッキモータコントローラは、デッキモータ３８を駆動するデッキインバータと、デッキインバータを制御する制御回路とを含む。デッキモータコントローラの制御回路は、ＣＰＵ、メモリ等の記憶部等を有し、ＥＣＵ５０から入力される信号に基づいてデッキインバータを介して対応するデッキモータ３８の作動を制御する。各デッキモータコントローラは、ＥＣＵ５０に信号ケーブルで接続されている。このように、芝刈り機３２は、対地作業を行うために駆動される。

芝刈車両１０は、デッキモータ３８の駆動により芝を刈り取り、刈り取った芝をモアデッキ３４の内側から排出口１１２（図７参照）を通じて車両の幅方向片側に排出する。なお、芝刈車両１０に図示しない集草タンクを搭載するとともに、集草タンクとモアデッキ３４とをダクトにより接続し、刈り取った芝を集草タンクに集めることもできる。

なお、芝刈り機である芝刈用回転工具として、芝刈り用ブレード型以外に、地表に平行に回転軸を有するシリンダに例えばらせん状の刃を配置し、芝等を挟み取って刈り取る芝刈用リール型を用いることもできる。

また、左右キャスタ輪１４，１６は、メインフレーム１２の前側（図１の左側）の前後方向（図１の左右方向）に関して同位置に支持されている。また、メインフレーム１２の前後方向中間部で、左右方向（図１の上下方向）中間部の上面側に座席が設けられている。なお、本明細書で、前側は、図１の左側となる車両の前側を言い、後側は、図１の右側となる車両の後側を言う。また、メインフレーム１２の後側の前後方向に関して同位置に左右車輪１８，２０が支持されている。メインフレーム１２は、鋼材等の金属材料を使用し、梁構造等に成形されたものを用いることができる。メインフレーム１２の上側に座席やアクセルペダル５２，５４、ステアリング操作子５６等の操作部等を支持するための図示しない板部等の支持部が固定されている。

なお、キャスタ輪１４，１６は、２個以外、例えば、１個のみを芝刈車両１０に設けることもでき、３個以上の複数個を設けることもできる。また、本実施の形態では、主駆動輪である左右車輪１８，２０を後輪として、キャスタ輪１４，１６を前輪としているが、主駆動輪である左右車輪１８，２０を前輪として、キャスタ輪１４，１６を後輪とすることもできる。

また、駆動モータ２２，２４は、電力が供給された場合に、車輪１８，２０に対し回転駆動力を出力する機能を有するが、車輪に対し制動がかけられるときに後述するように回生エネルギを回収する発電機としての機能を持たせてもよい。駆動モータ２２，２４は、例えば三相の永久磁石型の同期電動モータまたは誘導電動モータ等とする。

芝刈車両１０に上記のコントローラユニット４８が設けられており、コントローラユニット４８には、上位制御部であり、駆動モータ２２，２４及びデッキモータ３８（図７）を総合的に制御するＥＣＵ５０（図４）と、下位制御部であり、左右駆動モータ２２，２４のそれぞれに対応する左駆動モータコントローラ５８及び右駆動モータコントローラ６０とが一体的に設けられている。なお、コントローラユニット４８に、デッキモータコントローラを一体に設けてもよく、また、各モータコントローラ５８，６０及びＥＣＵ５０を芝刈車両１０に分離して配置することもできる。

各駆動モータコントローラ５８，６０は、ＥＣＵ５０に信号ケーブルで接続されている。すなわち、図１に示すように、座席の前側に加速指示具である前進側アクセルペダル５２と後進側アクセルペダル５４とが設けられており、各アクセルペダル５２，５４の操作量を検出するアクセルセンサ６２，６４の検出信号がＥＣＵ５０（図４）に入力されている。また、座席の前側に旋回指示具であり、ステアリングホイールであるステアリング操作子５６が設けられており、ステアリング操作子５６の操舵量及び操舵方向を検出する操舵センサ６６の検出信号もＥＣＵ５０に入力されている。ＥＣＵ５０は、アクセルセンサ６２，６４及び操舵センサ６６の検出信号に基づいて芝刈車両１０を対応する方向へ対応する速度で走行させるように、左右の駆動モータコントローラ５８，６０へ対応する指令信号を出力し、各駆動モータ２２，２４の回転速度またはトルクを制御する。すなわち、図３、図４に示すように、各駆動モータコントローラ５８，６０は、対応する駆動モータ２２，２４を駆動する駆動インバータ６８と、駆動インバータ６８を制御する制御回路７０（図４）とを含む。駆動インバータ６８は、制御回路７０から入力される制御信号に応じてバッテリ３６から出力される直流電力を交流電力に変換し交流電力を、対応する駆動モータ２２，２４に出力する。各駆動モータコントローラ５８，６０の制御回路７０は、ＣＰＵ、メモリ等の記憶部等を含み、ＥＣＵ５０から入力される信号に基づいて駆動インバータ６８を介して対応する駆動モータ２２，２４を制御する。

メインフレーム１２の上面側には、図示しないブレーキペダルも設けられており、ブレーキペダルの操作量を検出するブレーキセンサの検出信号もＥＣＵ５０に入力されている。ブレーキセンサの信号に応じて車輪１８，２０の車軸の周辺部に設けられた電磁ブレーキがオンまたはオフされ、制動の実行または解除が行われる。

図２は、図１の回転電機である駆動モータの概略部分断面図である。図２に示すように、各駆動モータ２２，２４を自己冷却型とし、各駆動モータ２２，２４の周囲に設けられた冷媒容器７２に冷媒循環路７４を接続するとともに、回転軸７６の回転に伴って、冷媒循環路７４に液冷媒である冷却油を循環させ、冷却できるように構成している。すなわち、各駆動モータ２２，２４はモータ本体７５を備え、モータ本体７５は、モータケース７８の内側に軸受により回転可能に支持された回転軸７６と、回転軸７６に固定されたロータ８０と、ロータ８０の径方向外側にエアギャップを介して対向配置されたステータ８２とを備える。また、各駆動モータ２２，２４は、回転軸７６の軸方向一端部に取り付けられ、回転軸７６の一部をポンプ軸として回転軸７６の回転により駆動される液冷媒ポンプであるトロコイドポンプ８４と、冷媒容器７２及び２本の冷媒配管８６，８８とを備える。トロコイドポンプ８４は、ポンプケース９０の内側に配置されたアウタロータと、アウタロータの内側にアウタロータに対し偏心配置されたインナーロータとを含み、インナーロータが回転軸７６の軸方向一端部に固定されている。ポンプケース９０は、モータケース７８の軸方向一端部の外側面に固定されている。なお、回転軸７６は、単一の部材により形成される場合に限定するものではなく、互いに同軸上に配置され、一体に連結された複数の要素により形成されてもよい。

冷媒容器７２は断面が略矩形で内部が中空の円環状に形成され、ステータ８２の少なくとも軸方向一部の周囲の全周を取り囲むようにこの外側である、モータケース７８の外周面に嵌合固定されて取り付けられている。冷媒容器７２は、鉄、アルミニウム合金等の金属等の伝熱性の良好な材料により形成されており、ステータ８２を構成するステータコアに対し、モータケース７８を構成し、やはり伝熱性の良好な材料製のケース構成部材９２を介して接触している。冷媒容器７２は、外周面の径方向反対側２個所位置等、周方向のずれた位置に冷媒出口Ｐ及び冷媒入口Ｑが設けられている。このように冷媒容器７２は、モータ本体７５の外周部に取り付けられている。なお、冷媒容器７２は、モータケース７８を介さずにステータコアの外側に直接接触するように固定することもできる。

２本の冷媒配管８６，８８のうち、片側の冷媒配管８６は、冷媒容器７２の冷媒出口Ｐをトロコイドポンプ８４の径方向外側に向く吸入口９４に接続し、他側の冷媒配管８８は、冷媒容器７２の冷媒入口Ｑをトロコイドポンプ８４の径方向外側に向く吐出口９６に接続している。このため、２本の冷媒配管８６，８８は、冷媒出口Ｐ及び冷媒入口Ｑをトロコイドポンプ８４を介して接続し、液冷媒である冷却油が循環する冷媒循環路７４を形成している。冷媒循環路７４は、冷媒容器７２、２本の配管８６，８８、及びトロコイドポンプ８４により形成される。このため、駆動モータ２２，２４の回転軸７６が回転するとトロコイドポンプ８４のインナーロータが回転駆動され、冷却油が冷媒容器７２の冷媒出口Ｐから、片側の冷媒配管８６、トロコイドポンプ８４、他側の冷媒配管８８を順に流れて冷媒入口Ｑに送られ、これが繰り返されるので冷媒が冷媒循環路７４を循環する。なお、図２では、冷媒配管８６，８８は、冷媒の流れ方向を表す矢印で模式的に示している（図６も同様である）。

なお、冷媒容器７２は、上記のような円環状に限定するものではなく、モータ本体７５の外周部の少なくとも一部に取り付けられていればよい。

さらに、トロコイドポンプ８４のポンプケース９０の外側面（図２の上側面）に冷却装置であるペルチェ素子９８が取り付けられている。ペルチェ素子９８は電力が供給されることで片面が低温となり、他面が高温となるもので、低温側となる片面（図２の下面）がトロコイドポンプ８４に対向接触するようにトロコイドポンプ８４に取り付けられている。さらに、ペルチェ素子９８の高温側となる他面（図２の上面）にヒートシンク１００が取り付けられている。すなわち、トロコイドポンプ８４の外側にペルチェ素子９８とヒートシンク１００とが積層されており、ヒートシンク１００は、トロコイドポンプ８４にペルチェ素子９８を介して取り付けられている。

図３は、本実施形態のモータ冷却システムにおいて、通常走行時に駆動モータとペルチェ素子とにバッテリから電力を供給する様子を示すブロック図である。図３に示すように、バッテリ３６から出力された直流電力は駆動モータコントローラ５８，６０に設けられた駆動インバータ６８で交流電力に変換された後、ＤＣ／ＤＣコンバータと制御回路とを含む駆動回路１０２で電圧変換され、すなわち降圧され、その後、ペルチェ素子９８に供給される。このため、本実施形態の回転電機冷却システムであるモータ冷却システムは、図４に示す回路構成を有する。図４は、本実施形態のモータ冷却システムの回路図である。図４のように、モータ冷却システム１０４は、上記の駆動モータ２２，２４と、ペルチェ素子９８を駆動するモータ用直流電源であるバッテリ３６と、バッテリ３６からペルチェ素子９８への電力の供給状態を制御するＥＣＵ５０と、駆動モータ２２，２４の温度、例えばステータコアまたはステータコイルの温度を検出する温度検出部である温度センサ１０６とを備える。温度センサ１０６の検出温度は信号線を通じて対応する駆動モータコントローラ５８，６０の制御回路７０に入力され、さらにＥＣＵ５０に送信される。

また、モータ冷却システム１０４は、バッテリ３６と駆動インバータ６８との間に駆動インバータ６８に対し並列に接続された電圧変換部であるＤＣ／ＤＣコンバータ１０８を備える。ＤＣ／ＤＣコンバータ１０８は、制御回路７０からの制御信号に応じて、バッテリ３６または駆動インバータ６８から供給された電力を４８Ｖ等の高圧から１２Ｖ等の低圧へ降圧するように電圧変換し、電圧変換後の電力をペルチェ素子９８へ供給し、ペルチェ素子９８を駆動する。ペルチェ素子９８が駆動されると、トロコイドポンプ８４の熱を吸収してヒートシンク１００側へ移動させるので、トロコイドポンプ８４を通過する温度上昇した油を冷却できる。このようにペルチェ素子９８は、駆動モータ２２，２４等の駆動源と共通の駆動源であるバッテリ３６により、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０８を用いて駆動することができる。

また、ＥＣＵ５０は、温度センサ１０６により検出された駆動モータ２２，２４の温度を記憶部に記憶し、その温度が予め設定された所定温度以下のときに、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０８を制御する等によりバッテリ３６からペルチェ素子９８への電力供給を停止させる。逆に、ＥＣＵ５０は駆動モータ２２，２４の温度が所定温度を超えるときに、バッテリ３６からペルチェ素子９８への電力供給を実行させ、ペルチェ素子９８を駆動する。このため、トロコイドポンプ８４を通過する油を冷却できる。また、各駆動モータコントローラ５８，６０のそれぞれで、対応する駆動インバータ６８と、駆動インバータ６８を制御する制御回路７０と、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０８とにより、一体の駆動モータコントローラ５８，６０が形成されている。例えば、駆動モータコントローラ５８，６０を構成する単一のケース内に駆動インバータ６８、制御回路７０、及びＤＣ／ＤＣコンバータ１０８を内臓することができる。この場合、省スペース化が可能となる。

なお、温度センサ１０６の検出信号を駆動モータコントローラ５８，６０を介さずに直接ＥＣＵ５０に送信し、駆動モータ２２，２４の温度をＥＣＵ５０で監視することもできる。また、バッテリ３６とＤＣ／ＤＣコンバータ１０８との間にリレーを設けて、ＥＣＵ５０はこのリレーのオンオフを制御することで、バッテリ３６からペルチェ素子９８への電力の供給と遮断とを切り換え可能とすることもできる。

このようなモータ冷却システム１０４は芝刈り車両１０に搭載して使用される。また、芝刈車両１０は、走行中にアクセルペダル５２，５４がオフされる等の予め設定された所定条件が成立したときに回生制動を可能とすることもできる。すなわち、ＥＣＵ５０がアクセルセンサ６２，６４等からの信号等に応じて回生制動条件が成立したと判断したときに、各駆動モータ２２，２４を発電機として機能させ、地面によって車輪１８，２０を介して駆動される駆動モータ２２，２４から回生電力を回収してバッテリ３６を充電することができる。

図５は、本実施形態のモータ冷却システムにおいて、回生制動時に駆動モータからペルチェ素子とバッテリとに電力を供給する様子を示すブロック図である。図５のように、回生制動時には、駆動モータ２２，２４から対応する駆動インバータ６８を介してバッテリ３６に電力が供給される。この場合、ＥＣＵ５０（図４）は、駆動モータコントローラ５８，６０を介して、左右車輪１８，２０により駆動される駆動モータ２２，２４からバッテリ３６へ回生電力を回収させるように駆動モータコントローラ５８，６０を制御する。また、ＥＣＵ５０は、各駆動モータ２２，２４から回収した回生電力により、各ペルチェ素子９８を駆動させる。このため、回生制動時でも、バッテリ３６の電力を使用することなく、ペルチェ素子９８を駆動させることができ、電力消費の抑制を図れ、車両の航続距離を長くできる。

上記のような駆動モータ２２，２４、駆動モータ２２，２４を含むモータ冷却システム１０４、及び芝刈車両１０によれば、液冷媒である冷却油で駆動モータ２２，２４を効率よく冷却できる。すなわち、各駆動モータ２２，２４は、トロコイドポンプ８４と冷媒容器７２と冷媒配管８６，８８とを備えるので、駆動モータ２２，２４の回転によってトロコイドポンプ８４が自動的に駆動され、冷媒容器７２を含む冷媒循環路７４に冷却油を循環できる。このため、ペルチェ素子９８がない場合や、ペルチェ素子９８が非駆動の場合でも、冷媒配管８６，８８を冷却油が流れる間に冷却油の放熱を行うことができ、冷却油を冷却して冷媒容器７２にモータケース７８を介して接触するステータ８２を冷却することができる。このため、冷媒配管８６，８８は、鉄等の金属等の伝熱性の良好な材料により形成されることが好ましい。また、円環状の冷媒容器７２をモータ本体７５の外周部に嵌合固定しているので、駆動モータ２２，２４を効率よく周方向に均等に冷却できる。

また、冷却油で駆動モータ２２，２４を冷却するので、送風を駆動モータ２２，２４に当てる場合のように送風を効率よく当てるための送風経路を設ける必要がない。また、冷媒ポンプとしてトロコイドポンプ８４を使用しているので、吸入口９４及び吐出口９６を径方向外側に設けることができ、軸方向の厚さを小さくでき、省スペース化を図れる。

また、トロコイドポンプ８４の駆動用に外部から電力を供給する必要がない。また、駆動モータ２２，２４にペルチェ素子９８とヒートシンク１００とが設けられているので、さらに冷却性能を高めることができる。

また、モータ冷却システム１０４は温度センサ１０６を備えるとともに、駆動モータコントローラ５８，６０またはＥＣＵ５０は、駆動モータ２２，２４の温度に応じてバッテリ３６からペルチェ素子９８への電力の供給実行と供給停止とを切り換える。このため、電力消費を抑制でき、より効率よく駆動モータ２２，２４を冷却できる。なお、電力消費の増加を許容できるのであれば、モータ冷却システムは、温度センサ１０６からの信号に応じてバッテリ３６からペルチェ素子９８への電力の供給実行と供給停止とを切り換える機能を持たない、すなわち通常走行時に常にペルチェ素子９８を駆動する構成を採用することもできる。

なお、上記では液冷媒ポンプとしてトロコイドポンプ８４を使用しているが、本実施形態はこれに限定するものではなく、例えばギヤポンプ等の種々のポンプを使用できる。また、上記では液冷媒として油で駆動モータ２２，２４を冷却する場合を説明したが、液冷媒として油以外に、水やＬＬＣ等の種々の液冷媒を用いることもできる。また、上記では、コントローラユニット４８として、ＥＣＵ５０及び各駆動モータコントローラ５８，６０を一体に構成する場合を説明したが、ＥＣＵ５０及び各駆動モータコントローラ５８，６０の少なくとも一部は分離して車両に配置することもできる。また、上記ではコントローラとして、ＥＣＵ５０と各コントローラ５８，６０との複数のコントローラを設ける場合を説明したが、モータ冷却システムでは、コントローラとして１つのみを設けて、ＥＣＵ５０と他のコントローラ（例えば駆動コントローラ５８，６０）との機能を持たせることもできる。

また、上記では、アクセルペダル５２，５４及びステアリング操作子５６を用いて車両の加速及び旋回を指示する場合を説明したが、本実施形態の芝刈車両１０では、座席の左右方向（図１の上下方向）である車両の幅方向両側に設けられた左右２つの操作レバーを含む左右レバー型操作子を備えるようにし、加速指示具及び旋回指示具の両方の機能を持たせることもできる。この構成では、左右の操作レバーが水平方向の軸を中心としてそれぞれ揺動可能であり、それぞれを前に倒すことで対応する側の車輪１８（または２０）を対応する側の駆動モータ２２（または２４）を用いて前進方向に回転させることを指示し、後に倒すことで対応する側の車輪１８（または２０）を対応する側の駆動モータ２２（または２４）を用いて後進方向に回転させることを指示する。このため、左右の操作レバーの倒し量を変えることで車両を旋回させることができる。

また、上記では、駆動モータ２２，２４を液冷媒で冷却する場合を説明したが、駆動モータ２２，２４の冷却と共に、または駆動モータ２２，２４を冷却することなく、各デッキモータ３８等の別のモータを同様に冷却することもできる。デッキモータ３８を冷却する場合、デッキモータ３８にトロコイドポンプ８４等の液冷媒ポンプ、冷媒容器７２、及び冷媒配管８６，８８を、駆動モータ２２，２４の場合と同様に取り付ける。この場合、モータ冷却システムとして、デッキモータコントローラにＤＣ／ＤＣコンバータを設けてバッテリ３６からの電力をＤＣ／ＤＣコンバータで降圧してからペルチェ素子に供給することもできる。その他の構成及び作用は、上記の駆動モータ２２，２４及びモータ冷却システム１０４の場合と同様である。

次に、図６は、本発明に係る実施形態の別例の第１例の回転電機である駆動モータの部分断面図である。図６に示す実施形態では、上記の実施形態と異なり、各駆動モータ２２，２４において、トロコイドポンプ８４の外側にペルチェ素子９８とヒートシンク１００とが積層されていない。その代わりに、各駆動モータ２２，２４の回転軸７６の軸方向一端部をトロコイドポンプ８４のポンプケース９０の外側面から突出させ、その突出させた部分に冷却ファン１１０を取り付けて固定している。すなわち、各駆動モータ２２，２４は、回転軸７６の軸方向一端部でトロコイドポンプ８４よりも外側に取り付けられた冷却ファン１１０を備える。冷却ファン１１０が駆動されると、空気の流れ（送風）がポンプケース９０と冷媒容器７２とを接続する各冷媒配管８６、８８の外側に当たるようにしている。また、冷却ファン１１０により生じた空気の流れはモータケース７８の外側を図６の下側に向かうようにしている。

上記の構成によれば、ペルチェ素子のように電源に電力線を介して接続する構成を必要とすることなく、冷却ファン１１０を用いて冷媒配管８６，８８を流れる冷却油を冷却できる。このため、外部から冷却ファン１１０駆動用の動力を供給することなく、送風を生じさせることができ、冷却油で駆動モータ２２，２４を効率よく冷却できる。また、冷却ファン１１０で生じる空気の流れ（送風）によりモータケース７８も冷却されるので、より効率的に駆動モータ２２，２４を冷却できる。なお、本実施形態でも液冷媒として冷却油以外を用いることもでき、また、トロコイドポンプ８４以外の液冷媒ポンプを使用することもできる。また、デッキモータ３８等の別のモータを液冷媒ポンプ及び冷却ファン１１０を用いて同様に冷却することもできる。

次に、図７は、本発明に係る実施形態の別例の第２例の回転電機であるデッキモータが取り付けられた芝刈り機を示す斜視図である。図８は、図７の１つのデッキモータの側面図である。図７、図８に示す実施形態では、モアデッキ３４の上側に３つのデッキモータ３８が取り付けられている。各デッキモータ３８は、モアデッキ３４の内側に設けられた図示しない芝刈りブレードを鉛直方向の軸を中心として回転駆動する。各デッキモータ３８の回転軸１１４は鉛直方向に向いている。また、モアデッキ３４の内側で刈り取られた芝は車両の幅方向片側に向かうように、モアデッキ３４の片側（図７の右側）に設けられた排出口１１２から排出される。

また、図７、図８の実施形態では、各デッキモータ３８にトロコイドポンプが取り付けられておらず、各デッキモータ３８は冷却油では冷却されない。その代わりに、各デッキモータ３８の回転軸１１４の上端部に冷却ファン４０が取り付けられている。

すなわち、図８に示すように各デッキモータ３８の回転軸１１４の上端部でデッキモータ３８を構成するモータケース１１６の上側面から回転軸７６の上端部を突出させ、その突出させた部分に冷却ファン４０が固定されている。芝刈り機による芝刈り作業時に各デッキモータ３８が回転すると、冷却ファン４０も回転し、その回転により生じた空気の流れ（送風）が図８の矢印αで示すように、モータケース７８の周囲を上側から下側に向かう。このため、モータケース７８を介して内側のステータ８２を冷却できる。したがって、比較的単純な構成で、デッキモータ３８を効率よく冷却できる。また、外部から冷却ファン４０駆動用の動力を供給することなく、送風を生じさせることができる。また、送風は下側に向かうので、芝刈りブレードにより刈り取りされた芝を巻き上げにくくできる。その他の構成及び作用は、上記の図１〜６の実施形態と同様である。

次に、図９は、本発明に係る実施形態の別例の第３例の回転電機であるデッキモータを示す断面図である。図９の実施形態では、上記の図７、図８の実施形態と同様に、デッキモータ３８の回転軸１１４の上端部に冷却ファン４０が固定され、さらに、デッキモータ３８のモータケース１１６の上端部と、モータケース１１６を構成する筒部１１８の周方向にずれた２個所位置（例えば径方向反対側２個所）とに、モータケース７８の内外を貫通させる空気孔１２０，１２２が形成されている。冷却ファン４０の駆動により生じる送風は、上端部の空気孔１２０を通じてモータケース７８の内部を通過し、モータケース７８の内周面とステータ８２を構成するステータコアの外周面との間の少なくとも一方に形成された軸方向通路１２４を通じてステータコアの下側に流出する。また、流出した送風は、下側の空気孔１２２を通じてモータケース１１６の外側に排出される。このため、モータケース７８の内側を流れる空気により、より効率的にステータ８２を冷却できる。なお、空気排出用の空気孔１２２は、図示の位置に形成する場合に限定するものではなく、モータケース１１６の上端部以外の種々の位置に形成できる。なお、図９の例では、空気孔１２０，１２２を通じてモータケース７８の内側に芝等の異物が混入するのをより有効に防止すべく、モータケース７８の内側または外側において、各空気孔１２０，１２２の周辺部にフィルタを設けることもできる。その他の構成及び作用は、上記の図７、図８の実施形態と同様である。

１０ 芝刈車両、１２ メインフレーム、１４ 左キャスタ輪、１６ 右キャスタ輪、１８ 左車輪、２０ 右車輪、２２ 左駆動モータ、２４ 右駆動モータ、２６，２８ 動力発生ユニット、３０ ハウジング、３２ 芝刈り機（モア）、３４ モアデッキ、３６ バッテリ、３８ デッキモータ、４０ 冷却ファン、５０ ＥＣＵ、６８ 駆動インバータ、７０ 制御回路、７２ 冷媒容器、７４ 冷媒循環路、７５ モータ本体、７６ 回転軸、８４ トロコイドポンプ、８６，８８ 冷媒配管、９８ ペルチェ素子、１００ ヒートシンク、１０２ 駆動回路、１０４ モータ冷却システム、１０６ 温度センサ、１０８ ＤＣ／ＤＣコンバータ、１１０ 冷却ファン。

Claims (8)

1. 回転軸に固定されたロータ及び前記ロータの径方向外側に対向配置されたステータを含む回転電機本体と、
   前記回転軸の軸方向端部に取り付けられ、前記回転軸の一部をポンプ軸として前記回転軸により駆動される冷媒ポンプと、
   冷媒入口及び冷媒出口を有し、前記回転電機本体の外周部に取り付けられた冷媒容器と、
   前記冷媒入口及び前記冷媒出口を前記冷媒ポンプを介して接続し、液冷媒が循環する冷媒循環路を形成する冷媒配管とを備えることを特徴とする回転電機。
2. 請求項１に記載の回転電機において、
   低温側が前記冷媒ポンプに対向するように前記冷媒ポンプに取り付けられたペルチェ素子と、
   前記冷媒ポンプに前記ペルチェ素子を介して取り付けられたヒートシンクとを備えることを特徴とする回転電機。
3. 請求項２に記載の回転電機と、
   前記ペルチェ素子を駆動する電源と、
   前記電源から前記ペルチェ素子への電力の供給状態を制御する制御部と、
   前記回転電機の温度を検出する温度検出部とを備え、
   前記制御部は、前記回転電機の温度が予め設定された所定温度以下のときに、前記電源から前記ペルチェ素子への電力供給を停止させ、前記回転電機の温度が所定温度を超えるときに、前記電源から前記ペルチェ素子への電力供給を実行させることを特徴とする回転電機冷却システム。
4. 請求項２に記載の回転電機と、
   前記モータ用直流電源と、
   前記モータ用直流電源から出力される直流電力を交流電力に変換し交流電力を前記回転電機に出力するインバータと、
   前記モータ用直流電源と前記インバータとの間に前記インバータに対し並列に接続され、前記モータ用直流電源または前記インバータから供給された電力を電圧変換し、電圧変換後の電力を前記ペルチェ素子へ供給する電圧変換部とを備えることを特徴とする回転電機冷却システム。
5. 請求項４に記載の回転電機冷却システムにおいて、
   メインフレームに支持された駆動輪と、
   前記メインフレームに支持された作業機とを備える対地作業車両に搭載して使用され、
   前記モータ用直流電源はバッテリであり、
   前記駆動輪は前記回転電機により駆動され、
   さらに、前記駆動輪の回生制動時に前記回転電機から前記バッテリへ回生電力を回収させるとともに、前記回転電機から回収した回生電力により前記ペルチェ素子を駆動させる制御回路を備えることを特徴とする回転電機冷却システム。
6. 請求項５に記載の回転電機冷却システムにおいて、
   前記インバータと、前記電圧変換部と、前記制御回路とにより、一体のモータ制御部が形成されていることを特徴とする回転電機冷却システム。
7. 請求項１に記載の回転電機において、
   前記回転軸の軸方向端部で前記冷媒ポンプよりも外側に取り付けられた冷却ファンを備えることを特徴とする回転電機。
8. 請求項１に記載の回転電機と、
   メインフレームに支持された駆動輪と、
   前記メインフレームに支持された作業機とを備え、
   前記回転電機は、前記駆動輪または前記作業機を駆動することを特徴とする対地作業車両。

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