JP4496914B2

JP4496914B2 - モータの冷却装置

Info

Publication number: JP4496914B2
Application number: JP2004304384A
Authority: JP
Inventors: 慶一金重
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 2004-10-19
Filing date: 2004-10-19
Publication date: 2010-07-07
Anticipated expiration: 2024-10-19
Also published as: JP2006121780A

Description

本発明は、モータの冷却装置に関するものである。

従来より、モータを冷却するための手法が多く知られており、例えば、その一例として、以下の特許文献１の技術が存在する。
特開平８−１２６２５３号公報

しかしながら、この特許文献１の技術によれば、ステータ（固定子）に備えられたコイル自身を熱輸送装置として用いることで冷却を図るようになっているが、冷却効果は十分ではない。
つまり、この特許文献１の技術においては、コイルをパイプ材にて形成することで導体の断面積が小さくなるため抵抗値が大きくなり、多くの熱が生じることになり、結果的に冷却性能を阻害することとなる。他方、導体の断面積を拡げて抵抗値を下げればコイルの巻き数が少なくなるため、モータ性能の低下は避けられない。

本発明はこのような課題に鑑み案出されたもので、モータの内部を積極的に冷却することができる、モータの冷却装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明のモータの冷却装置（請求項１）は、ステータと、該ステータに設けられたコイルと、該コイルによって生じる誘導磁界により回転するロータとを備えたモータを冷却する、モータの冷却装置において、該モータの内部温度を検出する温度検出手段と、冷媒注入部と、該冷媒注入部と連通し該モータの中心へ向けて放射状に複数形成された放射状通路と、該放射状通路のそれぞれの外周端を互いに連通させた環状通路とを有する冷媒通路と、該冷媒としての液体冷媒を該冷媒通路へ供給する液体冷媒供給手段と、該冷媒としての気体冷媒を該冷媒通路へ供給する気体冷媒供給手段とを有する冷媒供給手段と、該温度検出手段によって検出された該モータの該内部温度に応じて、該液体冷媒供給手段からの該液体冷媒及び該気体冷媒供給手段からの該気体冷媒のうちいずれか一方を該冷媒注入部へ供給する切換手段とを備えることを特徴としている。

また、請求項２記載の本発明のモータの冷却装置は、請求項１記載の内容において、該切換手段は、該温度検出手段によって検出された該内部温度が所定値未満である場合には該冷媒通路へ供給される該冷媒として該気体冷媒供給手段に蓄えられた該気体冷媒を選択し、該温度検出手段によって検出された該内部温度が所定値以上である場合には該冷媒通路へ供給される該冷媒として該液体冷媒供給手段に蓄えられた該液体冷媒を選択することを特徴としている。

また、請求項３記載の本発明のモータの冷却装置は、請求項１又は２記載の内容において、該放射状通路は、該ステータを貫通して該ロータの外周近傍に至るように形成されていることを特徴としている。

本発明のモータの冷却装置によれば、モータの内部を積極的に冷却することができる。（請求項１）
また、モータの内部温度に応じて液体冷媒と気体冷媒とを使い分けることができ、適切にモータを冷却することができる。（請求項１）
また、モータの内部温度が比較的高い場合には冷却効率が特に高い液体冷媒を用いてモータを冷却し、一方、モータの内部温度が比較的低い場合には冷却効率が高い気体冷媒を用いてモータを冷却することで、効率よくモータを冷却することができる。（請求項２）
また、冷媒が流通する冷却通路がステータを貫通し、モータ内部のロータの外周近傍へ至るように形成されているので、冷媒をロータに直接的に吹き付けることが可能となるので、モータの温度を上昇させる構成要素として最も影響の大きいロータを直接冷却することができ、高い冷却効果を得ることができる。（請求項３）

以下、図面により、本発明の一実施形態に係るモータの冷却装置について説明すると、図１はその全体構成を示す模式的なブロック構成図、図２はモータの模式的な断面図、図３はモータの模式的な断面図であって図２のＡ−Ａ断面図、図４はその制御を示すフローチャートである。
図１に示すように、モータの冷却装置１は、自動車の駆動に用いられるモータ１１、モータ１１へ冷媒を供給する冷媒供給器（冷媒供給手段）１２、冷媒供給器１２とモータ１１との間に介装された冷媒切換器（切換手段）１３、冷媒供給器１２および冷媒切換器１３を統合的に制御するＥＣＵ１４から主に構成されている。

このうち、モータ１１は、図２および図３に示すように、複数のティース１５を有するステータ（固定子）１６と、複数の永久磁石１７を有するロータ（回転子）１８と、これらのステータ１６およびロータ１８を収容するハウジング１９とから主に構成されている。
また、ステータ１６の各ティース１５にはそれぞれコイル２０が巻きつけられており、これらのコイル２０に電流を流すことにより誘導磁界を生じさせて、ロータ１８を回転させることができるようになっている。

より具体的には、ロータ１８は、複数の電磁鋼板が積層されることによって形成されその中心Ｃ₁に回転軸２１が備えられたロータ片２２と、このロータ片２２の外周面の全周に亘って設けられた複数の永久磁石１７とから主に構成されている。そして、回転軸２１がモータハウジング１９に設けられた軸受２３（図３に図示）に軸支されることで、ロータ１８が自由に回転することができるようになっている。

一方、ステータ１６は、ロータ片２２と同様に、電磁鋼板を複数枚積層して形成されたステータ片２４と、ロータ１８の中心Ｃ₁方向へ突設するようにステータ片２４の内周全体に亘って形成された複数のティース１５と、これら複数のティース１５にそれぞれ巻きつけられた複数のコイル２０と、各ティース１５の内周側の先端に溶接された電磁鋼板製のシリンダ２５とから主に構成されている。なお、コイル２０にはモータ１１内部の温度を検出する温度センサ３０が設けられており、この温度センサ３０によって検出されたモータ内部の温度はモータ内部温度信号としてＥＣＵ１４へ送信されるようになっている。

また、このモータ１１には、冷媒供給器１２から供給される冷媒をモータ１１の内部へ導く冷媒通路２６が設けられている。そして、この冷媒通路２６は、モータハウジング１９に穿設された穴部であって冷媒供給器１２に接続される冷媒注入部２７と、この冷媒注入部２７と連通しステータ片２４を径方向へ貫通してロータ１８の外周近傍に至るようにモータ中心Ｃ₁へ向けて放射状に複数形成された放射状通路２８と、各放射状通路２８の外周端をハウジング１９内で互いに連通させる環状通路２９とから構成されている。この冷媒通路２６を介して、冷媒供給器１２から供給された冷媒をロータ１８の外周面全周に対して吹きつけて冷却することができるようになっている。

また、図１に示す、冷媒供給器１２は、液体冷媒供給器（液体冷媒供給手段）３１と、コンプレッサ（気体冷媒供給手段）３２とから構成されている。
このうち、液体冷媒供給器３１は、モータ１１へ供給される冷媒としての液体窒素（液体冷媒）を蓄え、適時、液体窒素をモータ１１の冷媒通路２６へ供給するものであり、いずれも図示しない冷媒タンクとポンプとから主に構成されている。また、この液体冷媒供給器３１には、その内部に蓄えられている液体窒素の残量を検出する窒素残量センサ（図示略）が備えられており、この窒素残量センサによって検出された液体窒素の残量は、残量信号としてＥＣＵ１４へ送信されるようになっている。なお、この液体冷媒供給器３１のポンプは、ＥＣＵ１４によってその動作が制御されるようになっている。

また、コンプレッサ３２は、モータ１１へ供給される冷媒としての空気（気体冷媒）を圧縮するエアコンプレッサである。なお、このコンプレッサ３２は、ＥＣＵ１４によってその動作が制御されるようになっている。
そして、冷媒切換器１３は、液体冷媒供給器３１およびコンプレッサ３２とモータ１１との間に介装され、液体冷媒供給器３１からの液体窒素またはコンプレッサ３２からの圧縮空気とのうち、いずれか一方を選択してモータ１１の冷却通路２６へ供給したり、あるいは、液体窒素および圧縮空気の双方を冷却通路２６へ供給しないようにしたりするバルブである。なお、この冷媒切換器１３の動作はＥＣＵ１４によって制御されるようになっている。

また、ＥＣＵ（制御手段）１４は、入出力装置、メモリ、ＣＰＵなど（いずれも図示略）によって構成された電子制御ユニットであって、以下のように冷媒切換器１３、液体冷媒供給器３１およびコンプレッサ３２を制御するようになっている。
モータ１１に内蔵された温度センサ３０によって検出されたモータ内部温度Ｔ_mが、メモリに予め記憶された上限温度Ｔ_MAX以上であり、且つ、窒素残量センサによって検出された液体冷媒供給器３１内の液体窒素残量が所定量以上である場合には、液体冷媒供給器３１から液体窒素がモータ１１へ供給されるように冷媒切換器１３および液体冷媒供給器３１を制御する。

また、モータ内部温度Ｔ_mが上限温度Ｔ_MAX未満であり且つメモリに予め記憶された下限温度Ｔ_MIN以上である場合には、コンプレッサ３２から圧縮空気がモータ１１へ供給されるように冷媒切換器１３およびコンプレッサ３２を制御する。
また、モータ内部温度Ｔ_mが、メモリに予め記憶された上限温度Ｔ_MAX以上であるが、窒素残量センサによって検出された液体冷媒供給器３１内の液体窒素残量が所定量未満である場合には、コンプレッサ３２から圧縮空気がモータ１１へ供給されるように冷媒切換器１３およびコンプレッサ３２を制御する。

また、モータ内部温度Ｔ_mが下限温度Ｔ_MIN未満である場合には、液体冷媒供給器３１からの液体窒素およびコンプレッサ３２からの圧縮空気のいずれもがモータ１１へ供給されないように冷媒切換器１３、液体冷媒供給器３１およびコンプレッサ３２を制御する。
本発明の一実施形態に係るモータの冷却装置は上述のように構成されているので、以下のような作用および効果を奏する。

図４のフローチャートに示すように、まず、ステップＳ１１において、温度センサ３０によりモータ１１の内部の温度Ｔ_mが検出され、モータ内部温度信号としてＥＣＵ１４へ送信される。
そして、このモータ内部温度信号を受信したＥＣＵ１４は、モータ内部温度Ｔ_mが、あらかじめＥＣＵ１４の図示しないメモリに記憶された上限温度Ｔ_MAX以上であるか否かを判定し、モータ内部温度Ｔ_mが上限温度Ｔ_MAX以上（即ち、Ｔ_m≧Ｔ_MAX）である場合には（ステップＳ１２のＹｅｓルート）、さらに、液体冷媒供給器３１に備えられた窒素残量センサ（図示略）により検出された液体冷媒供給器３１内に蓄えられている液体冷媒の残量が所定量以上であるか否かを判定する（ステップＳ１３）。

そして、液体冷媒供給器３１内に蓄えられている液体冷媒の残量が所定量以上である場合には（ステップＳ１３のＹｅｓルート）、ＥＣＵ１４が冷媒切換器１３および液体冷媒供給器３１を制御して液体冷媒供給器３１から液体窒素をモータ１１の冷媒通路２６へ供給する（ステップＳ１４）。
一方、ステップＳ１２において、ＥＣＵ１４がモータ内部温度Ｔ_mが上限温度Ｔ_MAX未満（即ち、Ｔ_m＜Ｔ_MAX）であると判定した場合には（ステップＳ１２のＮｏルート）、その後、ステップＳ１５において、さらに、モータ内部温度Ｔ_mが下限温度Ｔ_MIN以上であるか否かを判定する。

ここで、モータ内部温度Ｔ_mが下限温度Ｔ_MIN以上（即ち、Ｔ_m≧Ｔ_MIN）であると判定した場合（ステップＳ１５のＹｅｓルート）、ＥＣＵ１４は、コンプレッサ３２からモータ１１の冷媒通路２６へ圧縮空気を供給するように冷媒切換器１３およびコンプレッサ３２を制御する（ステップＳ１６）。なお、ステップＳ１３において、液体冷媒供給器内に貯蔵されている液体窒素量が所定量未満である場合にも（ステップＳ１３のＮｏルート）、同様に、ＥＣＵ１４は、コンプレッサ３２からモータ１１の冷媒通路２６へ圧縮空気を供給するように冷媒切換器１３およびコンプレッサ３２を制御する（ステップＳ１６）。

また、ステップＳ１５において、モータ内部温度Ｔ_mが下限温度Ｔ_MIN未満（即ち、Ｔ_m＜Ｔ_MIN）であると判定した場合にはモータ１１の冷却は行われず（Ｎｏルート）、ＥＣＵ１４は、液体冷媒供給器３１からもコンプレッサ３２からもモータ１１へは冷媒が供給されないように、冷媒切換器１３、液体冷媒供給器３１およびコンプレッサ３２を制御する。

このように、本発明の一実施形態に係るモータの冷却装置によれば、簡素な構成でモータ１１の内部を積極的に冷却することができる。
また、モータ１１の内部温度Ｔ_mに応じて液体冷媒である液体窒素と気体冷媒である圧縮空気とを使い分けることができ、適切にモータ１１を冷却することができる。
また、モータ１１の内部温度Ｔ_mが比較的高い場合には冷却効率が特に高い液体窒素を用いてモータ１１を冷却し、一方、モータ１１の内部温度Ｔ_mが比較的低い場合には冷却効率が高い圧縮空気を用いてモータ１１を冷却することで、効率よくモータ１１を冷却することができる。

また、冷媒が流通する冷却通路２６がステータ１６を貫通し、モータ１１内部のロータ１８の外周近傍へ至るように形成されているので、冷媒をロータ１８に直接的に吹き付けることが可能となるので、モータ１１の温度を上昇させる構成要素として最も影響の大きいロータ１８を直接冷却することができ、高い冷却効果を得ることができる。
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は係る実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。

上述の実施形態においては、液体冷媒として液体窒素を用いた場合を例にとって説明したが、電磁鋼板などのモータ内部の各部材を腐食させることのない液体の冷媒であれば、液体窒素以外の液体の冷媒であってもよい。
同様に、電磁鋼板などのモータ内部の各部材を腐食させることのない液体の冷媒であれば、圧縮空気以外の気体を気体冷媒として用いるようにしてもよい。

本発明の一実施形態に係るモータの冷却装置の全体構成を示す模式的なブロック構成図である。本発明の一実施形態に係るモータの冷却装置のモータを示す模式的な断面図である。本発明の一実施形態に係るモータの冷却装置のモータを示す模式的な断面図であって、図２におけるＡ−Ａ矢視断面図である。本発明の一実施形態に係るモータの冷却装置の制御を示すフローチャートである。

符号の説明

１１モータ
１２冷媒供給器（冷媒供給手段）
１３冷媒切換器（切換手段）
１６ステータ
１８ロータ
２０コイル
２６冷媒通路
３０温度センサ（温度検出手段）
３１液体冷媒供給器（液体冷媒供給手段）
３２コンプレッサ（気体冷媒供給手段）

Claims

ステータと、該ステータに設けられたコイルと、該コイルによって生じる誘導磁界により回転するロータとを備えたモータを冷却する、モータの冷却装置において、
該モータの内部温度を検出する温度検出手段と、
冷媒注入部と、該冷媒注入部と連通し該モータの中心へ向けて放射状に複数形成された放射状通路と、該放射状通路のそれぞれの外周端を互いに連通させた環状通路とを有する冷媒通路と、
該冷媒としての液体冷媒を該冷媒通路へ供給する液体冷媒供給手段と、該冷媒としての気体冷媒を該冷媒通路へ供給する気体冷媒供給手段とを有する冷媒供給手段と、
該温度検出手段によって検出された該モータの該内部温度に応じて、該液体冷媒供給手段からの該液体冷媒及び該気体冷媒供給手段からの該気体冷媒のうちいずれか一方を該冷媒注入部へ供給する切換手段とを備える
ことを特徴とする、モータの冷却装置。
該切換手段は、
該温度検出手段によって検出された該内部温度が所定値未満である場合には該冷媒通路へ供給される該冷媒として該気体冷媒供給手段に蓄えられた該気体冷媒を選択し、該温度検出手段によって検出された該内部温度が所定値以上である場合には該冷媒通路へ供給される該冷媒として該液体冷媒供給手段に蓄えられた該液体冷媒を選択する
ことを特徴とする、請求項１記載のモータの冷却装置。
該放射状通路は、
該ステータを貫通して該ロータの外周近傍に至るように形成されている
ことを特徴とする、請求項１又は２記載のモータの冷却装置。