JP2021090267A - 冷却装置 - Google Patents

Abstract

【課題】車両に搭載されるモータとそのモータを駆動するインバータを効率的に冷却すること。【解決手段】冷却装置は、車両に搭載されるモータとそのモータを駆動するインバータを冷却する。より詳細には、冷却装置は、冷却液が流れる共通流路、第１流路、第２流路、及び分配構造を備えている。第１流路は、共通流路から分岐し、インバータとモータのステータを冷却するように配置されている。第２流路は、共通流路から分岐し、第１流路から独立しており、モータのロータを冷却するように配置されている。分配構造は、冷却液を第１流路と第２流路に分配し、且つ、冷却液のうち第１流路に分配される第１冷却液と冷却液のうち第２流路に分配される第２冷却液の分配比率を変化させる。【選択図】図２

Description

本発明は、車両に搭載される冷却装置に関する。

特許文献１は、車両用モータ駆動系に対する温調制御装置を開示している。モータ駆動系は、モータ、モータを制御するインバータ、及びインバータに電力を供給するバッテリを備えている。温調制御装置は、冷却水が流れる配管を備えている。その配管は、モータ、インバータ、及びバッテリを並列的に冷却するように配置されている。バッテリ温度が高い場合、バッテリの側に多くの冷却水が供給される。一方、モータ温度が高い場合、モータ及びインバータの側に多くの冷却水が供給される。モータ側に分配される冷却水とインバータ側に分配される冷却水との分配比率は、一定である。

特許文献２は、モータを冷却する冷却装置を開示している。その冷却装置は、ステータコイルを冷却する第１流路と、ロータの永久磁石を冷却する第２流路と、冷却液を第１流路と第２流路とに分配する分配器と、分配制御部とを備える。インバータに最大システム電圧が供給される場合、第１流路への冷却液の分配量は第１分配量であり、第２流路への冷却液の分配量は第２分配量である。モータが弱め界磁制御される場合、分配制御部は、第１流路への分配量を第１分配量より少なくし、第２流路への分配量を第２分配量より多くする。

特開２０１０−０６４６５１号公報 特開２０１８−０２６９７４号公報

車両に搭載されるモータとそのモータを駆動するインバータを冷却することを考える。上述の特許文献１に開示されている技術によれば、モータとインバータは並列的に冷却される。モータ側に分配される冷却水とインバータ側に分配される冷却水との分配比率は、一定である。

しかしながら、モータのロータとステータ、及びインバータは、それぞれ異なる発熱特性を有する可能性がある。発熱特性が異なる部品に対して一定の分配比率で冷却水を分配することは非効率的である。

例えば、第１部品と第２部品の発熱特性が異なっており、第１部品が比較的高温であり、第２部品が比較的低温である状況を考える。高温の第１部品を効果的に冷却するためには、より多くの冷却水を第１部品に分配することが必要である。分配比率が一定である場合、第１部品に分配される冷却水を増加させるためには、冷却水の総流量を増加させる必要がある。冷却水の総流量が増加すると、第２部品に分配される冷却水も増加する。つまり、第１部品に分配される冷却水を増加させると、それに連動して、第２部品に分配される冷却水も増加する。しかしながら、比較的低温の第２部品を冷却するために多量の冷却水は不要である。過剰な冷却水を第２部品に分配することは非効率的である。

本発明の１つの目的は、車両に搭載されるモータとそのモータを駆動するインバータを効率的に冷却することができる技術を提供することにある。

モータとインバータを冷却することに関して、本願発明者は、次の点に着目した。モータのロータとステータ、及びインバータの間には、状態の相違あるいは類似が存在する。例えば、ロータは、回転運動を行うという点において、ステータ及びインバータと異なっている。その一方で、インバータとステータ（ステータコイル）は、電源から電流が供給されるという点において共通している。このような相違点あるいは類似点は、発熱特性の相違あるいは類似につながると考えられる。すなわち、インバータとステータの発熱特性は比較的類似しており、ロータの発熱特性は、インバータとステータの発熱特性と異なると考えられる。そこで、本願発明者は、「インバータとステータのペア」と「ロータ」を独立して別々に冷却することを考えた。

第１の観点は、車両に搭載されるモータとモータを駆動するインバータを冷却する冷却装置に関する。
冷却装置は、
冷却液が流れる共通流路と、
共通流路から分岐し、インバータとモータのステータを冷却するように配置された第１流路と、
共通流路から分岐し、第１流路から独立しており、モータのロータを冷却するように配置された第２流路と、
冷却液を第１流路と第２流路に分配し、且つ、冷却液のうち第１流路に分配される第１冷却液と冷却液のうち第２流路に分配される第２冷却液の分配比率を変化させるように構成された分配構造と
を備える。

第２の観点は、第１の観点に加えて、次の特徴を更に有する。
第１流路は、インバータとステータを直列的に冷却するように配置されている。

第３の観点は、第２の観点に加えて、次の特徴を更に有する。
第１流路は、インバータがステータよりも第１流路の上流側に位置するように配置されている。

第４の観点は、第１〜第３の観点のいずれかに加えて、次の特徴を更に有する。
分配構造は、ロータの回転速度に応じて分配比率を変化させる。

第５の観点は、第４の観点に加えて、次の特徴を更に有する。
回転速度が第１回転速度未満である場合の第１冷却液の流量は、回転速度が第１回転速度以上である場合の第１冷却液の流量よりも多い。
回転速度が第２回転速度以上である場合の第２冷却液の流量は、回転速度が第２回転速度未満である場合の第２冷却液の流量よりも多い。

第６の観点は、第５の観点に加えて、次の特徴を更に有する。
回転速度が第３回転速度未満である場合、第１冷却液の流量は、第２冷却液の流量よりも多い。
回転速度が第３回転速度より高い場合、第２冷却液の流量は、第１冷却液の流量よりも多い。

第７の観点は、第１〜第６の観点のいずれかに加えて、次の特徴を更に有する。
ロータは、ロータ軸と、ロータ軸の周囲のロータコアとを含む。
第２流路は、
共通流路と第２流路の分岐点からロータ軸につながる接続流路と、
接続流路につながり、ロータ軸の内部に配置されたロータ軸流路と、
ロータ軸流路からロータコアの内部を通ってロータコアの外部につながるロータコア流路と
を含む。
分配構造は、分岐点、第２流路、及びロータを含む。

第８の観点は、車両に搭載されるモータとモータを駆動するインバータを冷却する冷却装置に関する。
冷却装置は、
冷却液が流れる共通流路と、
共通流路から分岐し、インバータとモータのステータを冷却するように配置された第１流路と、
共通流路から分岐し、第１流路から独立しており、モータのロータを冷却するように配置された第２流路と
を備える。
ロータは、ロータ軸と、ロータ軸の周囲のロータコアとを含む。
第２流路は、
共通流路と第２流路の分岐点からロータ軸につながる接続流路と、
接続流路につながり、ロータ軸の内部に配置されたロータ軸流路と、
ロータ軸流路からロータコアの内部を通ってロータコアの外部につながるロータコア流路と
を含む。

第１の観点によれば、第１流路に分配される第１冷却液によって、インバータとステータのペアが冷却される。発熱特性が類似しているインバータとステータを第１冷却液によってまとめて冷却することができるため、無駄が少なく、効率的である。発熱特性が異なるロータは、第１流路から独立した第２流路に分配される第２冷却液によって冷却される。更に、第１冷却液と第２冷却液の分配比率は、可変である。従って、第１冷却液と第２冷却液の一方を増加させたいときに、それに連動して第１冷却液と第２冷却液の他方も不必要に増加してしまうといったことが防止される。すなわち、冷却液の無駄な分配を抑制し、冷却液を効率的に第１冷却液と第２冷却液に分配することが可能となる。これにより、インバータ、ステータ、及びロータを効率的に冷却することが可能となる。

第２の観点によれば、第１流路は、インバータとステータを直列的に冷却するように配置されている。第１冷却液全体を用いてインバータとステータの各々を冷却することができるため、冷却効率が向上する。また、第１流路を更に分岐させたり、第１冷却液を更に分配したりする必要がないため、第１流路に関連する構造がシンプルになる。

第３の観点によれば、インバータがステータよりも第１流路の上流側に位置する。これにより、最高許容温度が比較的低いインバータをより効果的に冷却することが可能となる。

第４の観点によれば、分配比率は、ロータの回転速度に応じて変化する。回転速度が低い場合、インバータ及びステータにおける発熱が大きくなる。一方、回転速度が高い場合、ロータにおける発熱が大きくなる。回転速度に応じて分配比率を変化させることによって、インバータ、ステータ、及びロータを更に効率的に冷却することが可能となる。

第５の観点によれば、低速領域では高温のインバータ及びステータを効果的に冷却し、且つ、高速領域では第１冷却液を節約することが可能となる。すなわち、インバータ及びステータを効率的に冷却することが可能となる。また、高速領域では高温のロータを効果的に冷却し、且つ、低速領域では第２冷却液を節約することが可能となる。すなわち、ロータを効率的に冷却することが可能となる。

第６の観点によれば、低速領域と高速領域とで、第１冷却液の流量と第２冷却液の流量の大小関係が逆転する。これにより、インバータとステータのペアとロータとをバランスよく冷却することが可能となる。

第７及び第８の観点によれば、ロータ内に配置される第２流路の構造により、ロータの回転速度に応じた分配比率の変化が自動的に実現される。コントローラ等を用いた制御が不要であるため、冷却装置の構造がシンプルになり、また、製造コストも削減される。

本発明の第１の実施の形態に係る車両の構成例を示す概略図である。 本発明の第１の実施の形態に係る冷却装置の構成例を示す概略図である。 本発明の第１の実施の形態に係るインバータと第１流路の構成例を示す概略図である。 本発明の第１の実施の形態に係るモータ、第１流路、及び第２流路の構成例を示す概略図である。 本発明の第１の実施の形態に係る分配構造の構成例を示す概略図である。 本発明の第２の実施の形態に係る冷却装置における冷却流量と回転速度との関係の一例を示す概念図である。 本発明の第２の実施の形態に係る冷却装置における冷却流量と回転速度との関係の他の例を示す概念図である。 本発明の第２の実施の形態に係る分配構造の構成例を示す概略図である。 本発明の第３の実施の形態に係る分配構造の構成例を示す概略図である。 本発明の第４の実施の形態に係るモータ、第１流路、及び第２流路の構成例を示す概略図である。 本発明の第５の実施の形態に係る冷却装置の構成例を示す概略図である。

添付図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。

１．第１の実施の形態
１−１．車両
図１は、本実施の形態に係る車両１の構成例を示す概略図である。車両１は、例えば、電気自動車あるいはハイブリッド車両である。車両１には、インバータ１００とモータ２００が搭載されている。

インバータ１００は、モータ２００を駆動する。より詳細には、インバータ１００は、電源（図示されない）に接続されており、電源から電力が供給される。インバータ１００は、モータ駆動電流をモータ２００に供給することによってモータ２００を駆動する。

モータ２００は、インバータ１００によって駆動されることによって作動（回転）する。モータ２００としては、同期モータ、誘導モータ、ブラシレスＤＣモータ、等が例示される。モータ２００は、ステータ２１０とロータ２２０を含んでいる。インバータ１００から供給されるモータ駆動電流がステータ２１０（ステータコイル）を流れることにより、ロータ２２０が回転する。

モータ２００は、回転することによって力を発生させる。典型的には、モータ２００は、車両１の駆動力を発生させる。その場合、モータ２００は、車両１の車輪２を回転させるトルクを発生させる。

車両１は、更に、インバータ１００とモータ２００（ステータ２１０、ロータ２２０）を冷却する冷却装置１０を備えている。以下、本実施の形態に係る冷却装置１０について更に詳しく説明する。

１−２．冷却装置
図２は、本実施の形態に係る冷却装置１０の構成例を示す概略図である。冷却装置１０は、冷却液ＣＬが流れる流路ＦＰと、流路ＦＰに冷却液ＣＬを送り込むポンプ２０を含んでいる。冷却液ＣＬは、オイルであってもよいし、水であってもよい。流路ＦＰは、インバータ１００とモータ２００（ステータ２１０、ロータ２２０）を冷却するように配置されている。

インバータ１００とモータ２００を冷却する流路ＦＰの配置に関して、本願発明者は、次の点に着目した。インバータ１００、ステータ２１０、及びロータ２２０の間には、状態の相違あるいは類似が存在する。例えば、ロータ２２０は、回転運動を行うという点において、ステータ２１０及びインバータ１００と異なっている。その一方で、インバータ１００とステータ２１０（ステータコイル）は、電源から電流が供給されるという点において共通している。このような相違点あるいは類似点は、発熱特性の相違あるいは類似につながると考えられる。すなわち、インバータ１００とステータ２１０の発熱特性は比較的類似しており、ロータ２２０の発熱特性は、インバータ１００とステータ２１０の発熱特性と異なると考えられる。

そこで、本実施の形態では、「インバータ１００とステータ２１０のペア」と「ロータ２２０」とで、独立した別々の流路ＦＰが設けられる。「第１流路ＦＰ１」は、インバータ１００とステータ２１０のペアを冷却するためのものである。「第２流路ＦＰ２」は、ロータ２２０を冷却するためのものである。第１流路ＦＰ１と第２流路ＦＰ２は、互いに独立している。

より詳細には、図２に示されるように、流路ＦＰは、共通流路ＦＰＣ、第１流路ＦＰ１、第２流路ＦＰ２、及びリターン流路ＦＰＲを含んでいる。

共通流路ＦＰＣには、ポンプ２０から冷却液ＣＬが送り込まれる。言い換えれば、ポンプ２０から出力される冷却液ＣＬは、まず共通流路ＦＰＣを流れる。この共通流路ＦＰＣは、分岐点ＢＲにおいて第１流路ＦＰ１と第２流路ＦＰ２に分岐する。

共通流路ＦＰＣを流れる冷却液ＣＬは、第１流路ＦＰ１と第２流路ＦＰ２に分配される。第１冷却液ＣＬ１は、冷却液ＣＬのうち第１流路ＦＰ１に分配される分である。第２冷却液ＣＬ２は、冷却液ＣＬのうち第２流路ＦＰ２に分配される分である。共通流路ＦＰＣを流れる冷却液ＣＬを第１流路ＦＰ１と第２流路ＦＰ２に分配する構造は、以下「分配構造３０」と呼ばれる。分配構造３０としては、様々な例が考えらえる。分配構造３０のいくつかの例は後述される。

第１流路ＦＰ１は、分岐点ＢＲにおいて共通流路ＦＰＣから分岐している。この第１流路ＦＰ１は、インバータ１００とステータ２１０を冷却するように配置されている。つまり、第１流路ＦＰ１に分配された第１冷却液ＣＬ１によって、インバータ１００とステータ２１０のペアが冷却される。発熱特性が類似しているインバータ１００とステータ２１０を第１冷却液ＣＬ１によってまとめて冷却することができるため、無駄が少なく、効率的である。

好ましくは、インバータ１００とステータ２１０は、第１流路ＦＰ１に沿って直列に配置される。言い換えれば、第１流路ＦＰ１は、インバータ１００とステータ２１０を直列的に（順番に）冷却するように配置されると好適である。この場合、第１冷却液ＣＬ１全体を用いてインバータ１００とステータ２１０の各々を冷却することができるため、冷却効率が向上する。また、第１流路ＦＰ１を更に分岐させたり、第１冷却液ＣＬ１を更に分配したりする必要がないため、第１流路ＦＰ１に関連する構造がシンプルになる。

更に好ましくは、インバータ１００の方がステータ２１０よりも第１流路ＦＰ１の上流側に位置している。パワー素子を含むインバータ１００の最高許容温度は、ステータ２１０よりも低い。インバータ１００がステータ２１０よりも上流側に位置することにより、インバータ１００をより効果的に冷却することが可能となる。

図２に示される例では、モータ２００のステータ２１０とロータ２２０は、モータケース２０１内に配置されている。インバータ１００は、モータケース２０１外に配置されている。第１流路ＦＰ１は、分岐点ＢＲからインバータ１００を経由してモータケース２０１の内側に延びている。第１流路ＦＰ１に分配された第１冷却液ＣＬ１は、最初にインバータ１００を冷却し、その後、モータケース２０１内に配置されたステータ２１０を冷却する。

第２流路ＦＰ２は、分岐点ＢＲにおいて共通流路ＦＰＣから分岐している。この第２流路ＦＰ２は、第１流路ＦＰ１から独立しており、ロータ２２０を冷却するように配置されている。つまり、第２流路ＦＰ２に分配された第２冷却液ＣＬ２によって、ロータ２２０が冷却される。

ステータ２１０を冷却した後の第１冷却液ＣＬ１とロータ２２０を冷却した後の第２冷却液ＣＬ２は、モータケース２０１の底部に集まる。モータケース２０１の底部には、冷却液ＣＬを排出するための排出口２０５が設けられている。リターン流路ＦＰＲは、排出口２０５とポンプ２０との間をつないでいる。排出口２０５から排出された冷却液ＣＬは、リターン流路ＦＰＲを通ってポンプ２０に戻る。

冷却装置１０は、冷却液ＣＬを冷やすためのラジエータ４０を含んでいてもよい。ラジエータ４０は、共通流路ＦＰＣあるいはリターン流路ＦＰＲに設けられる。

１−３．可変分配比率
本実施の形態によれば、第１流路ＦＰ１に分配される第１冷却液ＣＬ１と第２流路ＦＰ２に分配される第２冷却液ＣＬ２の「分配比率Ｒ」は、可変である。つまり、分配構造３０は、第１冷却液ＣＬ１と第２冷却液ＣＬ２の分配比率Ｒを変化させることができる。

比較例として、分配比率Ｒが一定である場合を考える。上述の通り、インバータ１００とステータ２１０の発熱特性は比較的類似しており、ロータ２２０の発熱特性は、インバータ１００とステータ２１０の発熱特性と異なる。発熱特性の違いにより、インバータ１００とステータ２１０は比較的低温であるが、ロータ２２０が比較的高温となった状況を考える。高温のロータ２２０を効果的に冷却するためには、第２冷却液ＣＬ２を増加させる必要がある。分配比率Ｒが一定である場合、第２冷却液ＣＬ２を増加させるためには、冷却液ＣＬの総流量を増加させる必要がある。冷却液ＣＬの総流量が増加すると、第１冷却液ＣＬ１も増加する。つまり、第２冷却液ＣＬ２を増加させると、それに連動して、第１冷却液ＣＬ１も増加する。しかしながら、比較的低温のインバータ１００とステータ２１０を冷却するために多量の第１冷却液ＣＬ１は不要である。過剰な第１冷却液ＣＬ１をインバータ１００とステータ２１０に分配することは非効率的である。

また、冷却液ＣＬの総流量を増加させるためには、冷却装置１０の構造として大型のものが要求される。例えば、大型の配管、大型のポンプ２０、大型のラジエータ４０、等が要求される。このような冷却装置１０の大型化は、重量及びコストの増大を招く。更に、冷却液ＣＬの総流量を増加させるためには、ポンプ２０の仕事量を増加させることが必要である。このことは、燃費（電費）の悪化を招く。

一方、本実施の形態によれば、インバータ１００とステータ２１０のペアを冷却する第１冷却液ＣＬ１とロータ２２０を冷却する第２冷却液ＣＬ２の分配比率Ｒは、可変である。従って、第１冷却液ＣＬ１と第２冷却液ＣＬ２の一方を増加させたいときに、それに連動して第１冷却液ＣＬ１と第２冷却液ＣＬ２の他方も不必要に増加してしまうといったことが防止される。すなわち、冷却液ＣＬの無駄な分配を抑制し、冷却液ＣＬを効率的に第１冷却液ＣＬ１と第２冷却液ＣＬ２に分配することが可能となる。これにより、インバータ１００、ステータ２１０、及びロータ２２０を効率的に冷却することが可能となる。

また、本実施の形態によれば、冷却液ＣＬの総流量の不必要な増加が抑制される。従って、冷却装置１０の小型化が可能である。冷却装置１０の小型化は、重量及びコストの削減の観点から好ましい。また、冷却液ＣＬを供給するポンプ２０の仕事量の増大が抑制される。このことは、燃費向上の観点から好ましい。

１−４．構成例
１−４−１．インバータと第１流路の構成例
図３は、本実施の形態に係るインバータ１００と第１流路ＦＰ１の構成例を示す概略図である。インバータ１００は、ケース１１０と、ケース１１０内に設置されたインバータモジュール１２０を含んでいる。ケース１１０は、例えば金属で形成されている。インバータモジュール１２０は、パワー素子等、インバータ１００の機能に必要な素子を含んでいる。

第１流路ＦＰ１は、ケース１１０と接触するように配置されている。より詳細には、第１流路ＦＰ１は、接触流路ＦＰ１Ｃ、上流流路ＦＰ１１、及び下流流路ＦＰ１２を含んでいる。接触流路ＦＰ１Ｃは、インバータ１００のケース１１０と接触している。上流流路ＦＰ１１は、分岐点ＢＲと接触流路ＦＰ１Ｃとの間をつないでいる。下流流路ＦＰ１２は、接触流路ＦＰ１Ｃの下流に接続されている。

第１冷却液ＣＬ１は、上流流路ＦＰ１１、接触流路ＦＰ１Ｃ、下流流路ＦＰ１２の順番に流れる。接触流路ＦＰ１Ｃを流れる第１冷却液ＣＬ１によって、インバータモジュール１２０が冷却される。

１−４−２．モータ、第１流路、及び第２流路の構成例
図４は、本実施の形態に係るモータ２００、第１流路ＦＰ１、及び第２流路ＦＰ２の構成例を示す概略図である。モータ２００のステータ２１０とロータ２２０は、モータケース２０１内に配置されている。モータケース２０１の底部には、冷却液ＣＬを排出するための排出口２０５が設けられている。

ステータ２１０は、ステータコイル２１１とステータコア２１２を含んでいる。ステータコイル２１１には、インバータ１００からモータ駆動電流が供給される。

第１流路ＦＰ１の下流流路ＦＰ１２は、少なくともステータコイル２１１を冷却するように配置されている。より詳細には、下流流路ＦＰ１２は、ステータ２１０の近傍に配置されている。下流流路ＦＰ１２のうちステータコイル２１１と対向する位置には開口部が設けられている。下流流路ＦＰ１２を流れる第１冷却液ＣＬ１の少なくとも一部は、その開口部からステータコイル２１１に向けて吐出され、それによりステータコイル２１１が冷却される。

更に、ステータコア２１２と対向する位置に別の開口部が設けられていてもよい。第１冷却液ＣＬ１の一部は、その開口部からステータコア２１２に向けて吐出され、それによりステータコア２１２が冷却される。ステータコア２１２が冷却されることにより、ステータコイル２１１が間接的に冷却される。

ロータ２２０は、ステータ２１０に囲まれている。ロータ２２０は、ロータ軸２２１（回転軸）、ロータ軸２２１の周囲のロータコア２２２、及びロータコア２２２に埋め込まれた永久磁石２２３を含んでいる。ロータ軸２２１は、モータケース２０１に回転可能に支持されている。以下の説明において、Ｚ方向は、ロータ軸２２１と平行な軸方向である。Ｒ方向は、Ｚ方向と直行する径方向である。

第２流路ＦＰ２は、接続流路ＦＰ２０、ロータ軸流路ＦＰ２１、及びロータコア流路ＦＰ２２を含んでいる。接続流路ＦＰ２０は、共通流路ＦＰＣと第２流路ＦＰ２の分岐点ＢＲからロータ軸２２１につながっている。ロータ軸流路ＦＰ２１は、ロータ軸２２１の内部に配置（形成）されており、Ｚ方向と平行である。このロータ軸流路ＦＰ２１の上流端は接続流路ＦＰ２０につながっており、その下流端はロータコア流路ＦＰ２２につながっている。

ロータコア流路ＦＰ２２は、ロータコア２２２の内部に配置（形成）されている。より詳細には、ロータコア流路ＦＰ２２は、ロータ軸流路ＦＰ２１の下流端からロータコア２２２の内部を通ってロータコア２２２の外部につながっている。図４に示される例では、ロータコア流路ＦＰ２２−１が、ロータ軸流路ＦＰ２１の下流端からロータコア２２２の内部に向けてＲ方向に延在している。更に、ロータコア流路ＦＰ２２−２が、ロータコア流路ＦＰ２２−１の下流端からロータコア２２２の外部に向かってＺ方向に延在している。ロータコア流路ＦＰ２２−２は、ロータコア２２２に埋め込まれた永久磁石２２３の近傍に配置されている。

第２冷却液ＣＬ２は、接続流路ＦＰ２０、ロータ軸流路ＦＰ２１、ロータコア流路ＦＰ２２の順番に流れ、最終的にはモータケース２０１内に向けて排出される。ロータ軸流路ＦＰ２１及びロータコア流路ＦＰ２２を流れる第２冷却液ＣＬ２によって、ロータ２２０が冷却される。

１−４−３．分配構造の構成例
図５は、本実施の形態に係る分配構造３０の構成例を示す概略図である。分配構造３０は、分配器３１とコントローラ３２を含んでいる。

分配器３１は、共通流路ＦＰＣ、第１流路ＦＰ１、及び第２流路ＦＰ２の間に介在している。分配器３１は、共通流路ＦＰＣを流れる冷却液ＣＬを第１流路ＦＰ１と第２流路ＦＰ２に分配する。更に、分配器３１は、電磁弁３３を含んでいる。その電磁弁３３の作動により、第１流路ＦＰ１に対する開口面積と第２流路ＦＰ２に対する開口面積が変化する。言い換えれば、電磁弁３３の作動により、第１流路ＦＰ１に分配される第１冷却液ＣＬ１と第２流路ＦＰ２に分配される第２冷却液ＣＬ２の分配比率Ｒが変化する。

コントローラ３２は、分配器３１の電磁弁３３の動作を制御する。すなわち、コントローラ３２は、第１冷却液ＣＬ１と第２冷却液ＣＬ２の分配比率Ｒを変化させる。例えば、コントローラ３２は、目標分配比率を算出あるいは取得し、その目標分配比率が実現されるように分配器３１の電磁弁３３の動作を制御する。

２．第２の実施の形態
第２の実施の形態では、発熱の原因である「銅損」と「鉄損」について検討する。鉄損は、ヒステリシス損と渦電流損を含む。

インバータ１００は、パワー素子を含み、大電流が流れる。また、ステータ２１０（ステータコイル２１１）には、モータ駆動電流が供給される。そのようなインバータ１００及びステータ２１０における発熱に関しては、銅損が支配的である。銅損は、電流の二乗に比例して大きくなる。従って、モータ駆動電流が大きい「低速、大トルク領域」において、インバータ１００及びステータ２１０における発熱は特に大きくなる。

一方、磁性材料を含み、且つ、回転運動を行うロータ２２０における発熱に関しては、鉄損が支配的である。その鉄損は、ロータ２２０の回転速度Ｎが大きくなるにつれて増大する。従って、「高速領域」において、ロータ２２０における発熱は特に大きくなる。

このように、インバータ１００、ステータ２１０、及びロータ２２０の発熱特性は、ロータ２２０の回転速度Ｎに依存する。回転速度Ｎが低い場合、インバータ１００及びステータ２１０における発熱が大きくなる。一方、回転速度Ｎが高い場合、ロータ２２０における発熱が大きくなる。第２の実施の形態では、このような回転速度Ｎに依存する発熱特性の相違を考慮して、回転速度Ｎに応じて分配比率Ｒを変化させる。

図６は、冷却流量と回転速度Ｎとの関係の一例を示している。横軸は、ロータ２２０の回転速度Ｎを表している。縦軸は、第１冷却流量ＱＦ１及び第２冷却流量ＱＦ２を表している。第１冷却流量ＱＦ１は、第１流路ＦＰ１に分配される第１冷却液ＣＬ１の流量である。第２冷却流量ＱＦ２は、第２流路ＦＰ２に分配される第２冷却液ＣＬ２の流量である。分配比率Ｒは、第１冷却流量ＱＦ１と第２冷却流量ＱＦ２の率に相当する。

図６に示されるように、回転速度Ｎが第１回転速度Ｎ１未満である場合の第１冷却流量ＱＦ１は、回転速度Ｎが第１回転速度Ｎ１以上である場合の第１冷却流量ＱＦ１よりも多い。つまり、低速領域では第１冷却流量ＱＦ１は比較的多く、高速領域では第１冷却流量ＱＦ１は比較的少ない。これにより、低速領域では高温のインバータ１００及びステータ２１０を効果的に冷却し、且つ、高速領域では第１冷却液ＣＬ１を節約することが可能となる。すなわち、インバータ１００及びステータ２１０を効率的に冷却することが可能となる。

一方、回転速度Ｎが第２回転速度Ｎ２以上である場合の第２冷却流量ＱＦ２は、回転速度Ｎが第２回転速度Ｎ２未満である場合の第２冷却流量ＱＦ２よりも多い。つまり、高速領域では第２冷却流量ＱＦ２は比較的多く、低速領域では第２冷却流量ＱＦ２は比較的少ない。これにより、高速領域では高温のロータ２２０を効果的に冷却し、且つ、低速領域では第２冷却液ＣＬ２を節約することが可能となる。すなわち、ロータ２２０を効率的に冷却することが可能となる。

典型的には、低速領域と高速領域とで、第１冷却流量ＱＦ１と第２冷却流量ＱＦ２の大小関係は逆転する。例えば、回転速度Ｎが第３回転速度である場合に、第１冷却流量ＱＦ１と第２冷却流量ＱＦ２が等しくなるとする。回転速度Ｎが第３回転速度未満である場合、第１冷却流量ＱＦ１は、第２冷却流量ＱＦ２よりも多い。一方、回転速度Ｎが第３回転速度より高い場合、第２冷却流量ＱＦ２は、第１冷却流量ＱＦ１よりも多い。これにより、インバータ１００とステータ２１０のペアとロータ２２０とをバランスよく冷却することが可能となる。

図６に示される例では、第１冷却流量ＱＦ１は、回転速度Ｎが増加するにつれて減少し、第２冷却流量ＱＦ２は、回転速度Ｎが増加するにつれて増加している。但し、第１冷却流量ＱＦ１及び第２冷却流量ＱＦ２は、必ずしも単調変化する必要はない。例えば図７に示されるように、第１冷却流量ＱＦ１及び第２冷却流量ＱＦ２はステップ状に変化してもよい。

分配構造３０は、ロータ２２０の回転速度Ｎに応じて、分配比率Ｒ、すなわち、第１冷却流量ＱＦ１と第２冷却流量ＱＦ２を変化させる。図８は、本実施の形態に係る分配構造３０の構成例を示している。コントローラ３２は、図６や図７で例示されたような関係を示すマップを保持している。回転速度センサ３４は、ロータ２２０の回転速度Ｎを検出する。コントローラ３２は、回転速度センサ３４から、ロータ２２０の回転速度Ｎの情報を受け取る。そして、コントローラ３２は、マップと回転速度Ｎに基づいて、目標分配比率を算出し、その目標分配比率が実現されるように分配器３１を制御する。

以上に説明されたように、第２の実施の形態によれば、ロータ２２０の回転速度Ｎに依存する発熱特性が考慮される。回転速度Ｎが低い場合、インバータ１００及びステータ２１０における発熱が大きくなる。一方、回転速度Ｎが高い場合、ロータ２２０における発熱が大きくなる。回転速度Ｎに応じて第１冷却液ＣＬ１と第２冷却液ＣＬ２の分配比率Ｒを変化させることによって、インバータ１００、ステータ２１０、及びロータ２２０を更に効率的に冷却することが可能となる。

３．第３の実施の形態
第３の実施の形態では、分配構造３０の他の例を説明する。既出の実施の形態と重複する説明は適宜省略する。

図９は、第３の実施の形態に係る分配構造３０の構成例を示す概略図である。図９には、主に、ロータ２２０の構成が示されている。そのロータ２２０の構成は、図４で説明されたものと同じである。また、分岐点ＢＲには、図５で示されたような分配器３１は設けられていない。

上述の通り、ロータコア流路ＦＰ２２は、ロータ軸流路ＦＰ２１の下流端からロータコア２２２の内部に向かって延在している。これは、ロータコア流路ＦＰ２２の少なくとも一部分の延在方向が、Ｒ方向成分を有することを意味する。図９に示される例では、ロータコア流路ＦＰ２２−１が、Ｒ方向に延在している。ロータ２２０が回転するとき、Ｒ方向成分を有する部分に存在する第２冷却液ＣＬ２には遠心力が働く。その遠心力によって、ロータコア流路ＦＰ２２からロータコア２２２外部への第２冷却液ＣＬ２の排出が促進される。第２冷却液ＣＬ２の排出が促進されると、共通流路ＦＰＣから第２流路ＦＰ２への第２冷却液ＣＬ２の引き込みが促進される。すなわち、ロータ２２０が回転すると、負圧による第２流路ＦＰ２への第２冷却液ＣＬ２の引き込みが促進される。

遠心力及び負圧は、ロータ２２０の回転速度Ｎが高くなるにつれて増加する。従って、ロータ２２０の回転速度Ｎが高くなるにつれて、共通流路ＦＰＣから第２流路ＦＰ２への第２冷却液ＣＬ２の引き込み量が増加する。すなわち、第２冷却流量ＱＦ２が増加する。共通流路ＦＰＣから第２流路ＦＰ２への第２冷却液ＣＬ２の引き込み量が増加すると、その分だけ、共通流路ＦＰＣから第１流路ＦＰ１に分配される第１冷却液ＣＬ１が減少する。すなわち、第１冷却流量ＱＦ１が減少する。

このように、ロータ２２０の回転速度Ｎが高くなるにつれて、第２冷却流量ＱＦ２は自動的に増加し、第１冷却流量ＱＦ１は自動的に減少する。つまり、既出の図６で例示されたような関係が自動的に実現される。第２流路ＦＰ２の各部（接続流路ＦＰ２０、ロータ軸流路ＦＰ２１、ロータコア流路ＦＰ２２）の長さや径を適宜設計することによって、所望の関係を得ることができる。

分配構造３０は、共通流路ＦＰＣを流れる冷却液ＣＬを第１流路ＦＰ１と第２流路ＦＰ２に分配し、且つ、第１冷却液ＣＬ１と第２冷却液ＣＬ２の分配比率Ｒを変化させる。第３の実施の形態では、分岐点ＢＲ、第２流路ＦＰ２、及びロータ２２０が、そのような分配構造３０に相当している。

以上に説明されたように、第３の実施の形態によれば、ロータ２２０内に配置される第２流路ＦＰ２の構造により、ロータ２２０の回転速度Ｎに応じた分配比率Ｒの変化が自動的に実現される。既出の図５で示されたような分配器３１やコントローラ３２は不要である。従って、冷却装置１０の構造がシンプルになり、また、製造コストも削減される。

４．第４の実施の形態
図１０は、第４の実施の形態に係るモータ２００、第１流路ＦＰ１、及び第２流路ＦＰ２の構成例を示す概略図である。既出の実施の形態と重複する説明は適宜省略する。

図１０に示されるように、第２流路ＦＰ２は、ロータ軸流路ＦＰ２１から分岐するロータ軸流路ＦＰ２３を更に含んでいる。ロータ軸流路ＦＰ２３は、ロータ軸流路ＦＰ２１からロータ軸２２１の外部に向かってＲ方向に延在している。また、ロータ軸流路ＦＰ２３の外部への開口部は、ステータコイル２１１と対向している。

ロータ軸流路ＦＰ２１を流れる第２冷却液ＣＬ２の一部である第２冷却液ＣＬ２’が、ロータ軸流路ＦＰ２３からステータコイル２１１に向けて吐出される。第２冷却液ＣＬ２’は、ステータコイル２１１を補助的に冷却する。これにより、ステータコイル２１１の冷却効率が更に向上する。

５．第５の実施の形態
図１１は、第５の実施の形態に係る冷却装置１０の構成例を示す概略図である。既出の実施の形態と重複する説明は適宜省略する。

車両１のバッテリ３００は、例えば、インバータ１００に電力を供給する。冷却装置１０の流路ＦＰは、バッテリ３００を冷却するための第３流路ＦＰ３を更に含んでいる。第３流路ＦＰ３は、共通流路ＦＰＣから分岐している。共通流路ＦＰＣを流れる冷却液ＣＬのうち第３冷却液ＣＬ３が第３流路ＦＰ３に分配される。その第３冷却液ＣＬ３によってバッテリ３００が冷却される。

第５の実施の形態によれば、インバータ１００、モータ２００、及びバッテリ３００を効率的に冷却することが可能となる。

尚、第３流路ＦＰ３は、第１流路ＦＰ１あるいは第２流路ＦＰ２から分岐してもよい。すなわち、第１流路ＦＰ１と第２流路ＦＰ２は、別々の分岐点において共通流路ＦＰＣから分岐してもよい。

１ 車両
１０ 冷却装置
２０ ポンプ
３０ 分配構造
４０ ラジエータ
１００ インバータ
２００ モータ
２１０ ステータ
２１１ ステータコイル
２１２ ステータコア
２２０ ロータ
２２１ ロータ軸
２２２ ロータコア
２２３ 永久磁石
ＢＲ 分岐点
ＣＬ 冷却液
ＣＬ１ 第１冷却液
ＣＬ２ 第２冷却液
ＦＰ１ 第１流路
ＦＰ２ 第２流路
ＦＰ２０ 接続流路
ＦＰ２１、ＦＰ２３ ロータ軸流路
ＦＰ２２、ＦＰ２２−１、ＦＰ２２−２ ロータコア流路
ＦＰＣ 共通流路
ＦＰＲ リターン流路
ＱＦ１ 第１冷却流量
ＱＦ２ 第２冷却流量

Claims (8)

1. 車両に搭載されるモータと前記モータを駆動するインバータを冷却する冷却装置であって、
   冷却液が流れる共通流路と、
   前記共通流路から分岐し、前記インバータと前記モータのステータを冷却するように配置された第１流路と、
   前記共通流路から分岐し、前記第１流路から独立しており、前記モータのロータを冷却するように配置された第２流路と、
   前記冷却液を前記第１流路と前記第２流路に分配し、且つ、前記冷却液のうち前記第１流路に分配される第１冷却液と前記冷却液のうち前記第２流路に分配される第２冷却液の分配比率を変化させるように構成された分配構造と
   を備える
   冷却装置。
2. 請求項１に記載の冷却装置であって、
   前記第１流路は、前記インバータと前記ステータを直列的に冷却するように配置されている
   冷却装置。
3. 請求項２に記載の冷却装置であって、
   前記第１流路は、前記インバータが前記ステータよりも前記第１流路の上流側に位置するように配置されている
   冷却装置。
4. 請求項１乃至３のいずれか一項に記載の冷却装置であって、
   前記分配構造は、前記ロータの回転速度に応じて前記分配比率を変化させる
   冷却装置。
5. 請求項４に記載の冷却装置であって、
   前記回転速度が第１回転速度未満である場合の前記第１冷却液の流量は、前記回転速度が前記第１回転速度以上である場合の前記第１冷却液の流量よりも多く、
   前記回転速度が第２回転速度以上である場合の前記第２冷却液の流量は、前記回転速度が前記第２回転速度未満である場合の前記第２冷却液の流量よりも多い
   冷却装置。
6. 請求項５に記載の冷却装置であって、
   前記回転速度が第３回転速度未満である場合、前記第１冷却液の前記流量は、前記第２冷却液の前記流量よりも多く、
   前記回転速度が前記第３回転速度より高い場合、前記第２冷却液の前記流量は、前記第１冷却液の前記流量よりも多い
   冷却装置。
7. 請求項１乃至６のいずれか一項に記載の冷却装置であって、
   前記ロータは、ロータ軸と、前記ロータ軸の周囲のロータコアとを含み、
   前記第２流路は、
   前記共通流路と前記第２流路の分岐点から前記ロータ軸につながる接続流路と、
   前記接続流路につながり、前記ロータ軸の内部に配置されたロータ軸流路と、
   前記ロータ軸流路から前記ロータコアの内部を通って前記ロータコアの外部につながるロータコア流路と
   を含み、
   前記分配構造は、前記分岐点、前記第２流路、及び前記ロータを含む
   冷却装置。
8. 車両に搭載されるモータと前記モータを駆動するインバータを冷却する冷却装置であって、
   冷却液が流れる共通流路と、
   前記共通流路から分岐し、前記インバータと前記モータのステータを冷却するように配置された第１流路と、
   前記共通流路から分岐し、前記第１流路から独立しており、前記モータのロータを冷却するように配置された第２流路と
   を備え、
   前記ロータは、ロータ軸と、前記ロータ軸の周囲のロータコアとを含み、
   前記第２流路は、
   前記共通流路と前記第２流路の分岐点から前記ロータ軸につながる接続流路と、
   前記接続流路につながり、前記ロータ軸の内部に配置されたロータ軸流路と、
   前記ロータ軸流路から前記ロータコアの内部を通って前記ロータコアの外部につながるロータコア流路と
   を含む
   冷却装置。

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