JP2019161899A - 回転電機の冷却システムおよび回転電機の冷却方法 - Google Patents

Abstract

【課題】コストを抑え且つ広いスペースを必要とする機構を搭載することなく、回転電機を効率的に冷却し、ポンプの仕事量を最適化する。【解決手段】実施形態の冷却システム２９は、第一冷媒が通流されるケース２を有する回転電機１と、回転電機１の回転駆動力により駆動し、第二冷媒を圧送するポンプ３０と、ポンプ３０から回転電機１まで延びて第二冷媒を回転電機１へ案内する第一流路３１と、第一流路３１から分岐し、第二冷媒をポンプ３０へ案内する第二流路３２と、第一流路３１と第二流路３２とへの第二冷媒の流れを調整するソレノイド５０と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、回転電機の冷却システムおよび回転電機の冷却方法に関する。

ハイブリッド自動車や電気自動車等に搭載される回転電機では、コイルに電流が供給されることでステータコアに磁界が形成され、ロータの磁石とステータコアとの間に磁気的な吸引力や反発力が生じる。これにより、ロータがステータに対して回転する。

ところで、回転電機では、高回転数状態において鉄損が増加するため、ロータコアやステータコア等が発熱し易い傾向にある。回転電機では、駆動に伴い発熱すると、性能低下に繋がるおそれがある。そこで、回転電機を冷却するための構成が種々検討されている。

例えば、特許文献１には、電機モータの外殻であるモータケースのうち周方向の一部には冷却水路を設け、冷却水路を設けた部分以外の周方向部分には冷却油路を設け、冷却水路に冷却水を供給する第一ポンプと、冷却油路に冷却油を供給する第二ポンプと、を備えた構造が開示されている。特許文献１では、第二ポンプを駆動することにより、冷却水で賄えない領域を補填している。

例えば、特許文献２には、出力軸の回転により駆動するメカオイルポンプ（ＭＯＰ）と、出力軸の回転に依存しない独立したポンプモータにより駆動する電動オイルポンプ（ＥＯＰ）と、を備えた構造が開示されている。特許文献２では、出力軸が低回転時などに電動オイルポンプを駆動している。

特開２００６−１８７１０５号公報 特開２０１５−２３６５２号公報

しかしながら、電動オイルポンプ（ＥＯＰ）は、メカオイルポンプ（ＭＯＰ）よりもコストが高い。加えて、回転電機と減速機とで構成される簡素構造の電動車両用駆動装置の場合には、電動オイルポンプの搭載スペースを確保することが困難となる。
一方、メカオイルポンプは、走行中において回転電機の動作に常時連れ回るため、電動車両において損失となり、電費を悪化させる可能性が高い。
ところで、急坂登坂やワイドオープンスロットル（ＷＯＰ）時などの低回転高トルク領域においては、急坂は永遠には続かず、ＷＯＰはトルク−回転数が移行していくため、回転電機の連続運転は必要とされていない。そのため、低回転高トルク領域においては、内部熱マスにて温度補償が可能な設計をしている。言い換えると、出力時間を有限として、機能保護までの温度上昇時間が出力時間以下となるように（各部品の熱容量が持つように）基本設計をしている。このような場合、出力軸の回転に依存しない電動オイルポンプの効果が低くなる。

そこで本発明は、コストを抑え且つ広いスペースを必要とする機構を搭載することなく、回転電機を効率的に冷却し、ポンプの仕事量を最適化することができる回転電機の冷却システムを提供することを目的とする。

（１）本発明の一態様に係る回転電機の冷却システム（例えば、実施形態における冷却システム２９）は、第一冷媒が通流されるケースを有する回転電機（例えば、実施形態における回転電機１）と、前記回転電機の回転駆動力により駆動し、第二冷媒を圧送するポンプ（例えば、実施形態におけるポンプ３０）と、前記ポンプから前記回転電機まで延びて前記第二冷媒を前記回転電機へ案内する第一流路（例えば、実施形態における第一流路３１）と、前記第一流路から分岐し、前記第二冷媒を前記ポンプへ案内する第二流路（例えば、実施形態における第二流路３２）と、前記第一流路と前記第二流路とへの前記第二冷媒の流れを調整する調整手段（例えば、実施形態におけるソレノイド５０）と、を備える。
（２）本発明の一態様において、前記ケースは、前記第一冷媒として冷却水が通流されるウォータージャケット（例えば、実施形態におけるウォータージャケット１７）を備え、前記ポンプは、前記第二冷媒として冷却油を圧送してもよい。
（３）本発明の一態様において、前記回転電機と機械的に連結可能な機構部（例えば、実施形態における機構部５５）を更に備え、前記ポンプは、前記第一流路を通じて、前記第二冷媒としての冷却油を前記機構部に送ってもよい。
（４）本発明の一態様において、前記調整手段は、前記第一冷媒による冷却が不足するときに、前記第一流路を流れる前記第二冷媒の流量を、前記第二流路を流れる前記第二冷媒の流量よりも大きくするか、または、前記第二冷媒が前記第一流路のみに流れるように流路を切り替えてもよい。
（５）本発明の一態様において、前記第一流路に設けられ、前記第一流路を流れる前記第二冷媒を冷却する冷却装置（例えば、実施形態におけるオイルクーラー４５）を更に備えてもよい。
（６）本発明の一態様に係る回転電機の冷却方法は、上記の回転電機の冷却システムを用いた回転電機の冷却方法であって、前記ポンプが駆動しているか否かを判定する第一ステップ（例えば、実施形態における第一ステップＳ１）と、前記第一ステップにおいて前記ポンプが駆動していると判定したときに、前記回転電機のトルクがトルク閾値以上であり、かつ前記回転電機の回転数が回転数閾値以上であるか否かを判定する第二ステップ（例えば、実施形態における第二ステップＳ２）と、前記第二ステップにおいて前記回転電機のトルクがトルク閾値以上であり、かつ前記回転電機の回転数が回転数閾値以上であると判定したときに、前記回転電機の冷却が水冷のみで十分か否かを判定する第三ステップ（例えば、実施形態における第三ステップＳ３）と、前記第三ステップにおいて前記回転電機の冷却が水冷のみで十分であると判定したときに、前記第二流路を流れる前記第二冷媒の流量を、前記第一流路を流れる前記第二冷媒の流量よりも大きくするか、または、前記第二冷媒が前記第二流路に流れるように流路を切り替える第四ステップ（例えば、実施形態における第四ステップＳ４）と、前記第三ステップにおいて前記回転電機の冷却が水冷のみでは十分でないと判定したときに、前記第一流路を流れる前記第二冷媒の流量を、前記第二流路を流れる前記第二冷媒の流量よりも大きくするか、または、前記第二冷媒が前記第一流路のみに流れるように流路を切り替える第五ステップ（例えば、実施形態における第五ステップＳ５）と、を含む。

上記（１）の態様によれば、第一冷媒が通流されるケースを有する回転電機を備えることで、第一冷媒がケースに通流されることにより回転電機を冷却することができる。加えて、回転電機の回転駆動力により駆動し、第二冷媒を圧送するポンプを備えることで、電動オイルポンプを備えた場合と比較して、コストを低く抑えることができる。加えて、回転電機と減速機とで構成される簡素構造の電動車両用駆動装置の場合に、搭載スペースを確保することが困難となる可能性は低い。加えて、ポンプから回転電機まで延びて第二冷媒を回転電機へ案内する第一流路を備えることで、第一流路を通じて第二冷媒を回転電機に流すことにより回転電機を冷却することができる。加えて、第一流路から分岐し、第二冷媒をポンプへ案内する第二流路を備えることで、第一流路を流れる第二冷媒の少なくとも一部を、第二流路で循環させることができる。加えて、第一流路と第二流路とへの第二冷媒の流れを調整する調整手段を備えることで、必要に応じて第一流路と第二流路とへの第二冷媒の流れを調整することができる。第二流路を流れる第二冷媒の流量を、第一流路を流れる第二冷媒の流量よりも大きくするか、または、第二冷媒が第二流路に流れるように流路を切り替えた場合には、流路抵抗を抑え、ポンプの吐出圧を低くすることができる。一方、第一流路を流れる第二冷媒の流量を、第二流路を流れる第二冷媒の流量よりも大きくするか、または、第二冷媒が第一流路のみに流れるように流路を切り替えた場合には、回転電機を積極的に冷却することができる。したがって、コストを抑え且つ広いスペースを必要とする機構を搭載することなく、回転電機を効率的に冷却し、ポンプの仕事量を最適化することができる。
上記（２）の態様によれば、ケースは、第一冷媒として冷却水が通流されるウォータージャケットを備えることで、水冷により回転電機を冷却することができる。加えて、ポンプは、第二冷媒として冷却油を圧送することで、回転電機の冷却において水冷で賄えない不足分を油冷で補填することができる。
上記（３）の態様によれば、回転電機と機械的に連結可能な機構部を備え、ポンプは、第一流路を通じて、第二冷媒としての冷却油を機構部に送ることで、冷却油により機構部を潤滑することができる。
上記（４）の態様によれば、調整手段は、第一冷媒による冷却が不足するときに、第一流路を流れる第二冷媒の流量を、第二流路を流れる第二冷媒の流量よりも大きくするか、または、第二冷媒が第一流路のみに流れるように流路を切り替えることで、第一冷媒で賄えない不足分を第二冷媒で補填することができるため、回転電機をより効率的に冷却することができる。
上記（５）の態様によれば、第一流路に設けられ、第一流路を流れる第二冷媒を冷却する冷却装置を備えることで、冷却装置により第二冷媒が冷却されるため、回転電機をより効果的に冷却することができる。すなわち、第二冷媒が冷却されることにより、高負荷時の回転電機の冷却をより効率化することができる。
上記（６）の態様によれば、上記の回転電機の冷却システムを用いることで、コストを抑え且つ広いスペースを必要とする機構を搭載することなく、回転電機を効率的に冷却し、ポンプの仕事量を最適化することができる。加えて、回転電機のトルクがトルク閾値以上であり、かつ回転電機の回転数が回転数閾値以上であるか否かを判定することで、回転電機の限界出力ラインをトレースすることができる。加えて、回転電機の冷却が水冷のみで十分か否かを判定することで、回転電機の冷却状況を把握することができる。加えて、回転電機の冷却が水冷のみで十分であると判定したときに、第二流路を流れる第二冷媒の流量を、第一流路を流れる第二冷媒の流量よりも大きくするか、または、第二冷媒が第二流路に流れるように流路を切り替えることで、流路抵抗を抑え、ポンプの吐出圧を低くすることができるため、ポンプの仕事量を削減することができる。一方、回転電機の冷却が水冷のみでは十分でないと判定したときに、第一流路を流れる第二冷媒の流量を、第二流路を流れる第二冷媒の流量よりも大きくするか、または、第二冷媒が第一流路のみに流れるように流路を切り替えることで、水冷で賄えない不足分を第二冷媒で補填することができるため、回転電機をより効率的に冷却することができる。

実施形態に係る回転電機の冷却システムの概略構成図。 実施形態に係る回転電機の概略構成図。 実施形態に係る回転電機の冷却方法の一例を示すフローチャート。 実施形態に係る回転電機の回転数（車速）とトルクとの関係を示す図。 実施形態に係る第一冷却モードにおける冷媒の流れの説明図。 実施形態に係る第二冷却モードにおける冷媒の流れの説明図。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。実施形態においては、ハイブリッド自動車や電気自動車等の車両に搭載される回転電機（走行用モータ）の冷却システムを挙げて説明する。

＜回転電機の冷却システム＞
図１は、実施形態に係る回転電機の冷却システム（以下単に「冷却システム」ともいう。）の全体構成を示す概略構成図である。
図１に示すように、冷却システム２９は、回転電機１、ポンプ３０、機構部５５、複数の流路３１〜３３、リリーフバルブ４０、オイルクーラー４５（冷却装置）、およびソレノイド５０（調整手段）を備える。図１において、符号５６はソレノイド５０によって作動するバルブ、符号５７は電動ウォーターポンプ、符号５８はオイルパン、符号５９はストレーナをそれぞれ示す。

＜回転電機＞
図２は、実施形態に係る回転電機１の全体構成を示す概略構成図である。図２は、軸線Ｃを含む仮想平面で切断した断面を含む図である。
図２に示すように、回転電機１は、ケース２、ステータ３、ロータ４、出力シャフト５、および冷媒供給機構（不図示）を備える。

ケース２は、ステータ３およびロータ４を収容する筒状の箱形をなしている。ケース２内には、冷媒（不図示）が収容されている。ステータ３の一部は、ケース２内において、冷媒に浸漬された状態で配置されている。例えば、冷媒としては、トランスミッションの潤滑や動力伝達等に用いられる作動油である、ＡＴＦ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｆｌｕｉｄ）等が用いられる。

出力シャフト５は、ケース２に回転可能に支持されている。図２において符号６は、出力シャフト５を回転可能に支持する軸受を示す。以下、出力シャフト５の軸線Ｃに沿う方向を「軸方向」、軸線Ｃに直交する方向を「径方向」、軸線Ｃ周りの方向を「周方向」とする。

ステータ３は、ステータコア１１と、ステータコア１１に装着されたコイル１２と、を備える。
ステータコア１１は、軸線Ｃと同軸に配置された筒状をなしている。ステータコア１１は、ケース２の内周面に固定されている。例えば、ステータコア１１は、電磁鋼板が軸方向に積層されて構成されている。なお、ステータコア１１は、金属磁性粉末を圧縮成形した、いわゆる圧粉コアであってもよい。

コイル１２は、ステータコア１１に装着されている。コイル１２は、周方向に関して互いに１２０°の位相差をもって配置されたＵ相コイル、Ｖ相コイル及びＷ相コイルを備える。コイル１２は、ステータコア１１のスロット（不図示）に挿通された挿通部１２ａと、ステータコア１１から軸方向に突出したコイルエンド部１２ｂと、を備える。ステータコア１１には、コイル１２に電流が流れることで磁界が発生する。

ロータ４は、ステータ３に対して径方向の内側に、間隔をあけて配置されている。ロータ４は、出力シャフト５に固定されている。ロータ４は、軸線Ｃ回りに出力シャフト５と一体で回転可能に構成されている。ロータ４は、ロータコア２１、磁石２２および端面板２３を備える。実施形態において、磁石２２は永久磁石である。

ロータコア２１は、軸線Ｃと同軸に配置された筒状をなしている。ロータコア２１の径方向内側には、出力シャフト５が圧入固定されている。ロータコア２１は、ステータコア１１と同様に電磁鋼板が軸方向に積層されて構成されていても、圧粉コアであってもよい。

ロータコア２１の外周部には、ロータコア２１を軸方向に貫通する磁石保持孔２５が設けられている。磁石保持孔２５は、周方向に間隔をあけて複数配置されている。各磁石保持孔２５内には、磁石２２が挿入されている。
ロータコア２１の内周部には、ロータコア２１を軸方向に貫通する不図示の流路（ロータ内部流路）が形成されている。

端面板２３は、ロータコア２１に対して軸方向の両端部に配置されている。端面板２３の径方向内側には、出力シャフト５が圧入固定されている。端面板２３は、ロータコア２１における少なくとも磁石保持孔２５を軸方向の両端側から覆っている。端面板２３は、ロータコア２１の軸方向の外端面に当接している。

実施形態においては、出力シャフト５に設けたシャフト流路（不図示）を利用して、軸心冷却が行われる。磁石２２には、不図示のシャフト流路およびロータ内部流路を通じてオイル等の冷媒が供給される。

ケース２の外周部には、第一冷媒としての冷却水が通流される冷却水路１５が設けられている。ケース２の外周部は、冷却水が通流されるウォータージャケット１７を構成する。冷却水路１５は、軸方向および周方向に延在するように形成されている。なお、ケース２は、第二冷媒としての冷却油がケース２内部のステータ３等に直接噴射される構造とされている。

＜ポンプ＞
ポンプ３０（図１参照）は、回転電機１の出力シャフト５の回転駆動力により駆動するメカオイルポンプ（ＭＯＰ）である。ポンプ３０が駆動することにより、冷媒用の油（第二冷媒）がポンプ３０から吐出される。吐出された油は流路に供給される。例えば、ポンプ３０としては、ギアポンプまたはベーンポンプ等が用いられる。ポンプ３０は、回転電機１の回転数の大小に応じて第二冷媒の流量を増減させ、第二冷媒を圧送する。ポンプ３０は、回転電機１の回転数が大きくなるほど第二冷媒の流量を増加させる。ポンプ３０は、回転電機１の回転数が小さくなるほど第二冷媒の流量を低減させる。

＜機構部＞
図１に示すように、機構部５５は、回転電機１と機械的に連結可能に構成されている。機構部５５は、回転電機１の出力シャフト５（図２参照）の回転動力をポンプ３０に伝達する動力伝達機構である。機構部５５は、各種ギアおよび軸受などで構成されている。

＜流路＞
複数の流路３１〜３３は、３つの流路３１〜３３で構成されている。例えば、複数の流路３１〜３３は、複数の配管が組み合わされることで構成されている。３つの流路３１〜３３は、第一流路３１、第二流路３２、および第三流路３３である。

第一流路３１は、オイルパン５８からストレーナ５９、ポンプ３０等を介して回転電機１まで延びている。第一流路３１は、ポンプ３０から回転電機１のケース内周部まで延びている。第一流路３１は、ポンプ３０からの第二冷媒をステータ３等に直接噴射可能に形成されている。

第二流路３２は、第一流路３１においてポンプ３０よりも第二冷媒の流れ方向の下流位置（以下「分岐位置Ｐ１」ともいう。）から分岐し、第一流路３１においてポンプ３０よりも第二冷媒の流れ方向の上流位置に合流している。第二流路３２は、第一流路３１における分岐位置Ｐ１から合流位置Ｐｊまで延びている。第二流路３２は、第一流路３１を流れる第二冷媒の少なくとも一部を、ポンプ３０まで案内可能に形成されている。

第三流路３３は、電動ウォーターポンプ５７から回転電機１のケース外周部（冷却水路１５）まで延びている。第三流路３３は、電動ウォーターポンプ５７からの第一冷媒を冷却水路１５（ウォータージャケット１７）まで案内可能に形成されている。

＜リリーフバルブ＞
リリーフバルブ４０は、第一流路３１において分岐位置Ｐ１よりも第二冷媒の流れ方向の下流位置に設けられている。リリーフバルブ４０は、第一流路３１の圧力を調整可能である。リリーフバルブ４０により、第一流路３１を流れる第二冷媒の流量が調整される。リリーフバルブ４０は、第一流路３１に過度の圧力がかかることを防止する安全弁としても機能する。

＜オイルクーラー＞
オイルクーラー４５は、第一流路３１においてリリーフバルブ４０よりも第二冷媒の流れ方向の下流位置に設けられている。オイルクーラー４５は、第一流路３１を流れる第二冷媒を冷却する。

＜ソレノイド＞
ソレノイド５０は、第一流路３１と第二流路３２とへの第二冷媒の流れを調整する。ソレノイド５０は、回転電機１において第一冷媒による冷却が十分であるときに、第二流路３２を流れる第二冷媒の流量を、第一流路３１を流れる第二冷媒の流量よりも大きくする。または、ソレノイド５０は、回転電機１において第一冷媒による冷却が十分であるときに、第二冷媒が第二流路３２に流れるように流路を切り替える。

一方、ソレノイド５０は、回転電機１において第一冷媒による冷却（水冷冷却）が不足するときに、第一流路３１を流れる第二冷媒の流量を、第二流路３２を流れる第二冷媒の流量よりも大きくする。または、ソレノイド５０は、回転電機１において第一冷媒による冷却が不足するときに、第二冷媒が第一流路３１のみに流れるように流路を切り替える。

＜回転電機の冷却方法＞
以下、実施形態に係る回転電機の冷却方法の一例を説明する。
実施形態に係る回転電機の冷却方法は、上記の冷却システム２９を用いて行われる。冷却システム２９の構成要素の各種動作は、不図示の制御部により制御される。

図３は、実施形態に係る回転電機の冷却方法の一例を示すフローチャートである。
図３に示すように、まず、ポンプ３０が駆動しているか否かを判定する（第一ステップＳ１）。例えば、ポンプ３０には、ポンプ３０の油圧を検知するポンプ油圧センサ（不図示）が設けられている。第一ステップＳ１において、制御部は、ポンプ油圧センサの検知結果に基づいて、ポンプ３０が駆動している（ＭＯＰ駆動中）か否かを判定する。

第一ステップＳ１において、ポンプ３０が駆動していると判定したとき、次のステップ（第二ステップＳ２）へ進む。一方、第一ステップＳ１において、ポンプ３０が駆動していないと判定したとき、第一ステップＳ１へ戻る。

次に、回転電機１のトルクがトルク閾値以上であり、かつ回転電機１の回転数が回転数閾値以上であるか否かを判定する（第二ステップＳ２）。例えば、回転電機１には、回転電機１のトルクを検知するトルクセンサ（不図示）と、回転電機１の回転数を検知する回転数センサ（不図示）と、が設けられている。第二ステップＳ２において、制御部は、トルクセンサおよび回転数センサの検知結果に基づいて、回転電機１のトルクがトルク閾値以上であり、かつ回転電機１の回転数が回転数閾値以上（要求トルクかつ要求回転数）であるか否かを判定する。

第二ステップＳ２において、回転電機１のトルクがトルク閾値以上であり、かつ回転電機１の回転数が回転数閾値以上であると判定したとき、次のステップ（第三ステップＳ３）へ進む。一方、第二ステップＳ２において、回転電機１のトルクがトルク閾値未満であるか、または、回転電機１の回転数が回転数閾値未満であると判定したとき、第二ステップＳ２へ戻る。

図４は、実施形態に係る回転電機１の回転数（車速）とトルクとの関係を示す図である。図４において、横軸は回転数（車速）、縦軸はトルクをそれぞれ示す。図４において、符号Ｌ１は走行抵抗を示すライン（以下「走行抵抗ライン」ともいう。）、符号Ｌ２は回転電機１の出力を示すライン（以下「出力ライン」ともいう。）、符号Ｌ３はウォータージャケット１７による水冷のみが可能なライン（以下「水冷可能ライン」ともいう。）をそれぞれ示す。図４において、符号Ａ１は水冷可能領域（通常運転領域）、符号Ａ２は低回転高トルク領域（時間定格領域）、符号Ａ３は高回転領域（高速領域）をそれぞれ示す。

実施形態において、低回転高トルク領域Ａ２にある場合および高回転領域Ａ３にある場合は、要求トルクかつ要求回転数である場合に含まれる。
言い換えると、第二ステップＳ２において、制御部は、トルクセンサおよび回転数センサの検知結果に基づいて、低回転高トルク領域Ａ２にあるか否か、および高回転領域Ａ３にあるか否かを判定する。
第二ステップＳ２において、低回転高トルク領域Ａ２にあるか、または、高回転領域Ａ３にあると判定したとき、次のステップ（第三ステップＳ３）へ進む。一方、第二ステップＳ２において、低回転高トルク領域Ａ２および高回転領域Ａ３のいずれにもないと判定したとき、第二ステップＳ２へ戻る。

図３に戻り、次に、回転電機１の冷却が水冷のみで十分か否かを判定する（第三ステップＳ３）。例えば、回転電機１には、コイル１２（図２参照）の温度を検知するコイル温度センサ（不図示）が設けられている。第三ステップＳ３において、制御部は、コイル温度センサの検知結果に基づいて、回転電機１の冷却が水冷のみで十分か否かを判定する。
制御部は、コイル温度センサの検知結果が温度閾値以下のときに、回転電機１の冷却が水冷のみで十分であると判定する。一方、制御部は、コイル温度センサの検知結果が温度閾値を超えたときに、回転電機１の冷却が水冷のみでは十分でないと判定する。

第三ステップＳ３において、回転電機１の冷却が水冷のみで十分であると判定したとき、次のステップ（第四ステップＳ４）へ進む。一方、第三ステップＳ３において、回転電機１の冷却が水冷のみでは十分でないと判定したとき、次のステップ（第五ステップＳ５）へ進む。

第四ステップＳ４においては、第二流路３２を流れる第二冷媒の流量を、第一流路３１を流れる第二冷媒の流量よりも大きくする。または、第四ステップＳ４においては、第二冷媒が第二流路３２に流れるように流路を切り替える（ソレノイドオフ）。

図５においては、第二冷媒が第二流路３２に流れるように流路を切り替えたモード（以下「第一冷却モード」ともいう。）における第二冷媒の流れを矢印Ｑ１で示す。第一冷却モードにおいて、第二流路３２は、第一流路３１を流れる第二冷媒をポンプ３０に戻す循環流路として機能する。第一冷却モードにおいては、第一冷媒のみにより（水冷のみにより）、回転電機１が冷却される。図５において、冷媒が通る流路をハッチングで示す。

一方、第五ステップＳ５においては、第一流路３１を流れる第二冷媒の流量を、第二流路３２を流れる第二冷媒の流量よりも大きくする。または、第五ステップＳ５においては、第二冷媒が第一流路３１のみに流れるように流路を切り替える（図３参照、ソレノイドオン（追加油冷））。

図６においては、第二冷媒が第一流路３１のみに流れる（第二流路３２には流れない）ように流路を切り替えたモード（以下「第二冷却モード」ともいう。）における第二冷媒の流れを矢印Ｑ２で示す。第二冷却モードにおいては、第一冷媒および第二冷媒により、（水冷および油冷により）、回転電機１が冷却される。図６において、冷媒が通る流路をハッチングで示す。図６においては、バルブ５６が作動し、第二流路３２がバルブ５６によって遮断された状態を示す。すなわち、バルブ５６で第二冷媒が堰き止められ、バルブ５６から合流位置Ｐｊまでは第二冷媒が流れないようになっている。

＜作用＞
以下、実施形態の冷却システム２９の作用について説明する。
まず、第一冷却モード（ソレノイドオフ）の場合について説明する。
第一冷却モードの場合、第一流路３１におけるポンプ３０前後の流路を第二流路３２につなぐことによって、第二冷媒が第二流路３２に流れるように流路が切り替えられる。これにより、第一流路３１を流れる第二冷媒の少なくとも一部を、第二流路３２で循環させることができる（ショートカット油路接続）。

ここで、ポンプ３０の仕事量（以下「ポンプ仕事量」ともいう。）Ｗは、以下の式（１）で示される。式（１）において、Ｐはポンプ３０の吐出油圧、Ｑはポンプ３０の吐出流量をそれぞれ意味する。
Ｗ＝Ｐ×Ｑ ・・・式（１）

第一冷却モードにおけるポンプ仕事量Ｗ１は、以下の式（２）で示される。式（２）において、ΔＰ１はポンプ３０前後の差圧（管路抵抗）を意味する。
Ｗ１＝ΔＰ１×Ｑ ・・・式（２）

次に、第二冷却モード（ソレノイドオン）の場合について説明する。
第二冷却モードの場合、第一流路３１におけるポンプ３０前後の流路を第二流路３２から遮断することによって、第二冷媒が第一流路３１のみに流れるように流路が切り替えられる（ショートカット油路遮断）。

第二冷却モードにおけるポンプ仕事量Ｗ２は、以下の式（３）で示される。式（３）において、ΔＰ２は管路抵抗、ΔＰｃはオイルクーラー４５の圧力損失、ΔＰｍは噴射損失をそれぞれ意味する。
Ｗ２＝（ΔＰ２＋ΔＰｃ＋ΔＰｍ）×Ｑ ・・・式（３）

このように、流路（油路）の切り替えを行うことで、必要に応じてポンプ３０の吐出圧を変化させることができる。これにより、同じ回転数であっても、ポンプ仕事量はＷ１＜Ｗ２となるため、ポンプ仕事量を削減することができる。

以上説明したように、上記実施形態の冷却システム２９は、第一冷媒が通流されるケース２を有する回転電機１と、回転電機１の回転駆動力により駆動し、第二冷媒を圧送するポンプ３０と、ポンプ３０から回転電機１まで延びて第二冷媒を回転電機１へ案内する第一流路３１と、第一流路３１から分岐し、第二冷媒をポンプ３０へ案内する第二流路３２と、第一流路３１と第二流路３２とへの第二冷媒の流れを調整するソレノイド５０と、を備えることを特徴とする。
この構成によれば、第一冷媒が通流されるケース２を有する回転電機１を備えることで、第一冷媒がケース２に通流されることにより回転電機１を冷却することができる。加えて、回転電機１の回転駆動力により駆動し、第二冷媒を圧送するポンプ３０を備えることで、電動オイルポンプを備えた場合と比較して、コストを低く抑えることができる。加えて、回転電機１と減速機とで構成される簡素構造の電動車両用駆動装置の場合に、搭載スペースを確保することが困難となる可能性は低い。加えて、ポンプ３０から回転電機１まで延びて第二冷媒を回転電機１へ案内する第一流路３１を備えることで、第一流路３１を通じて第二冷媒を回転電機１に流すことにより回転電機１を冷却することができる。加えて、第一流路３１から分岐し、第二冷媒をポンプ３０へ案内する第二流路３２を備えることで、第一流路３１を流れる第二冷媒の少なくとも一部を、第二流路３２で循環させることができる。加えて、第一流路３１と第二流路３２とへの第二冷媒の流れを調整するソレノイド５０を備えることで、必要に応じて第一流路３１と第二流路３２とへの第二冷媒の流れを調整することができる。第二流路３２を流れる第二冷媒の流量を、第一流路３１を流れる第二冷媒の流量よりも大きくするか、または、第二冷媒が第二流路３２に流れるように流路を切り替えた場合には、流路抵抗を抑え、ポンプ３０の吐出圧を低くすることができる。一方、第一流路３１を流れる第二冷媒の流量を、第二流路３２を流れる第二冷媒の流量よりも大きくするか、または、第二冷媒が第一流路３１のみに流れるように流路を切り替えた場合には、回転電機１を積極的に冷却することができる。したがって、コストを抑え且つ広いスペースを必要とする機構を搭載することなく、回転電機１を効率的に冷却し、ポンプ３０の仕事量を最適化することができる。

上記実施形態では、ケース２は、第一冷媒として冷却水が通流されるウォータージャケット１７を備えることで、水冷により回転電機１を冷却することができる。加えて、ポンプ３０は、第二冷媒として冷却油を圧送することで、回転電機１の冷却において水冷で賄えない不足分を油冷で補填することができる。

上記実施形態では、回転電機１と機械的に連結可能な機構部５５を備え、ポンプ３０は、第一流路３２を通じて、第二冷媒としての冷却油を機構部５５に送ることで、冷却油により機構部５５を潤滑することができる。

上記実施形態では、ソレノイド５０は、第一冷媒による冷却が不足するときに、第一流路３１を流れる第二冷媒の流量を、第二流路３２を流れる第二冷媒の流量よりも大きくするか、または、第二冷媒が第一流路３１のみに流れるように流路を切り替えることで、第一冷媒で賄えない不足分を第二冷媒で補填することができるため、回転電機１をより効率的に冷却することができる。

上記実施形態では、第一流路３１に設けられ、第一流路３１を流れる第二冷媒を冷却するオイルクーラー４５を備えることで、オイルクーラー４５により第二冷媒が冷却されるため、回転電機１をより効果的に冷却することができる。すなわち、第二冷媒が冷却されることにより、高負荷時の回転電機１の冷却をより効率化することができる。

上記実施形態の回転電機の冷却方法は、上記の冷却システム２９を用いた回転電機の冷却方法であって、ポンプ３０が駆動しているか否かを判定する第一ステップＳ１と、第一ステップＳ１においてポンプ３０が駆動していると判定したときに、回転電機１のトルクがトルク閾値以上であり、かつ回転電機１の回転数が回転数閾値以上であるか否かを判定する第二ステップＳ２と、第二ステップＳ２において回転電機１のトルクがトルク閾値以上であり、かつ回転電機１の回転数が回転数閾値以上であると判定したときに、回転電機１の冷却が水冷のみで十分か否かを判定する第三ステップＳ３と、第三ステップＳ３において回転電機１の冷却が水冷のみで十分であると判定したときに、第二流路３２を流れる第二冷媒の流量を、第一流路３１を流れる第二冷媒の流量よりも大きくするか、または、第二冷媒が第二流路３２に流れるように流路を切り替える第四ステップＳ４と、第三ステップＳ３において回転電機１の冷却が水冷のみでは十分でないと判定したときに、第一流路３１を流れる第二冷媒の流量を、第二流路３２を流れる第二冷媒の流量よりも大きくするか、または、第二冷媒が第一流路３１のみに流れるように流路を切り替える第五ステップＳ５と、を含む。
この方法によれば、上記の冷却システム２９を用いることで、コストを抑え且つ広いスペースを必要とする機構を搭載することなく、回転電機１を効率的に冷却し、ポンプ３０の仕事量を最適化することができる。加えて、回転電機１のトルクがトルク閾値以上であり、かつ回転電機１の回転数が回転数閾値以上であるか否かを判定することで、回転電機１の限界出力ラインをトレースすることができる。加えて、回転電機１の冷却が水冷のみで十分か否かを判定することで、回転電機１の冷却状況を把握することができる。加えて、回転電機１の冷却が水冷のみで十分であると判定したときに、第二流路３２を流れる第二冷媒の流量を、第一流路３１を流れる第二冷媒の流量よりも大きくするか、または、第二冷媒が第二流路３２に流れるように流路を切り替えることで、流路抵抗を抑え、ポンプ３０の吐出圧を低くすることができるため、ポンプ３０の仕事量を削減することができる。一方、回転電機１の冷却が水冷のみでは十分でないと判定したときに、第一流路３１を流れる第二冷媒の流量を、第二流路３２を流れる第二冷媒の流量よりも大きくするか、または、第二冷媒が第一流路３１のみに流れるように流路を切り替えることで、水冷で賄えない不足分を第二冷媒で補填することができるため、回転電機１をより効率的に冷却することができる。

上述した実施形態では、回転電機１が、ハイブリッド自動車や電気自動車等の車両に搭載される走行用モータである例を挙げて説明したが、これに限らない。例えば、回転電機１は、発電用モータやその他用途のモータ、車両用以外の回転電機（発電機を含む）であってもよい。

上述した実施形態では、出力シャフト５に設けたシャフト流路を利用して、軸心冷却を行っている例を挙げて説明したが、これに限らない。例えば、ロータ４の回転により、端面板２３に設けられた誘導壁（不図示）に沿って冷媒を磁石２２に供給してもよい。例えば、ケース２等に設けた供給口を通して、端面板２３の開口部に冷媒を供給してもよい。

以上、本発明の好ましい実施形態を説明したが、本発明はこれらに限定されることはなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、構成の付加、省略、置換、およびその他の変更が可能であり、上述した変形例を適宜組み合わせることも可能である。

１…回転電機
２…ケース
１７…ウォータージャケット
２９…冷却システム
３０…ポンプ
３１…第一流路
３２…第二流路
４５…オイルクーラー（冷却装置）
５０…ソレノイド（調整手段）
５５…機構部
Ｐ１…分岐位置（第一流路における第二流路の分岐位置）
Ｓ１…第一ステップ
Ｓ２…第二ステップ
Ｓ３…第三ステップ
Ｓ４…第四ステップ
Ｓ５…第五ステップ

Claims (6)

1. 第一冷媒が通流されるケースを有する回転電機と、
   前記回転電機の回転駆動力により駆動し、第二冷媒を圧送するポンプと、
   前記ポンプから前記回転電機まで延びて前記第二冷媒を前記回転電機へ案内する第一流路と、
   前記第一流路から分岐し、前記第二冷媒を前記ポンプへ案内する第二流路と、
   前記第一流路と前記第二流路とへの前記第二冷媒の流れを調整する調整手段と、を備えることを特徴とする回転電機の冷却システム。
2. 前記ケースは、前記第一冷媒として冷却水が通流されるウォータージャケットを備え、
   前記ポンプは、前記第二冷媒として冷却油を圧送することを特徴とする請求項１に記載の回転電機の冷却システム。
3. 前記回転電機と機械的に連結可能な機構部を更に備え、
   前記ポンプは、前記第一流路を通じて、前記第二冷媒としての冷却油を前記機構部に送ることを特徴とする請求項１または２に記載の回転電機の冷却システム。
4. 前記調整手段は、前記第一冷媒による冷却が不足するときに、
   前記第一流路を流れる前記第二冷媒の流量を、前記第二流路を流れる前記第二冷媒の流量よりも大きくするか、
   または、前記第二冷媒が前記第一流路のみに流れるように流路を切り替えることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の回転電機の冷却システム。
5. 前記第一流路に設けられ、前記第一流路を流れる前記第二冷媒を冷却する冷却装置を更に備えることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の回転電機の冷却システム。
6. 請求項１から５のいずれか一項に記載の回転電機の冷却システムを用いた回転電機の冷却方法であって、
   前記ポンプが駆動しているか否かを判定する第一ステップと、
   前記第一ステップにおいて前記ポンプが駆動していると判定したときに、前記回転電機のトルクがトルク閾値以上であり、かつ前記回転電機の回転数が回転数閾値以上であるか否かを判定する第二ステップと、
   前記第二ステップにおいて前記回転電機のトルクがトルク閾値以上であり、かつ前記回転電機の回転数が回転数閾値以上であると判定したときに、前記回転電機の冷却が水冷のみで十分か否かを判定する第三ステップと、
   前記第三ステップにおいて前記回転電機の冷却が水冷のみで十分であると判定したときに、前記第二流路を流れる前記第二冷媒の流量を、前記第一流路を流れる前記第二冷媒の流量よりも大きくするか、または、前記第二冷媒が前記第二流路に流れるように流路を切り替える第四ステップと、
   前記第三ステップにおいて前記回転電機の冷却が水冷のみでは十分でないと判定したときに、前記第一流路を流れる前記第二冷媒の流量を、前記第二流路を流れる前記第二冷媒の流量よりも大きくするか、または、前記第二冷媒が前記第一流路のみに流れるように流路を切り替える第五ステップと、を含むことを特徴とする回転電機の冷却方法。

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