JP4654672B2

JP4654672B2 - モータの冷却装置およびその冷却方法。

Info

Publication number: JP4654672B2
Application number: JP2004346024A
Authority: JP
Inventors: 裕二石原; 恵子宍戸; 均下野園
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2004-11-30
Filing date: 2004-11-30
Publication date: 2011-03-23
Anticipated expiration: 2024-11-30
Also published as: JP2006158105A

Description

本発明は、モータの冷却装置およびその冷却方法に関する。

電気自動車の駆動方式の１つとして、タイヤ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おり、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を実現するにはモータの小型化が必須であるが、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り、ひいては、モータの冷却が大きな問題となる。

この冷却には液冷方式や空冷方式等が知られるが、液冷方式では高い冷却効率が期待できるが、タイヤホイールに取り付けられたモータに冷媒液を循環するためのポンプなどの循環装置や配管部品が必要となり、この場合、一般的にはフロントグリル近傍に冷媒液の熱交換器を設けて、この熱交換器とモータとを長い配管で繋ぐことになり、冷却システム全体が大型化してしまう。

一方、密閉型電動圧縮機で、モータハウジングの外壁に給湯用の水を流通させるチューブを巻き付け、吸入冷媒をモータハウジング内に流通させるようにしたものがあり、この場合、冷媒を循環させるためのポンプを一体に組み付けてある（例えば、特許文献１参照）。
特開２００１−１２３５２号公報（第３頁、第２図）

しかしながら、かかる従来の密閉型電動圧縮機では冷媒を循環させるポンプを一体に組み付けた場合にも、その冷媒を冷却するための給湯用チューブ内の水は外部動力で循環させる必要があり、この場合にあっても冷却システムが大型化してしまうとともに、前記冷媒の循環は一体に組付けたとはいえ、やはりポンプが必要となり、その電動圧縮機をモータに適用した場合にもモータの大型化が余儀なくされる。

そこで、本発明は、冷媒を自己循環させることにより、冷却システムの小型化および軽量化を達成できるモータの冷却装置およびその冷却方法を提供するものである。

本発明のモータの冷却装置にあっては、回転軸と、この回転軸に結合されたロータと、このロータの外周を囲繞するステータと、を備えたモータにおいて、モータの発熱で液相から気相に変化する冷媒を溜めた大気開放口を有するリザーバタンクと、前記ロータおよび前記ステータのそれぞれの内部に形成されるロータ内通路およびステータ内通路と、前記ロータ内通路および前記ステータ内通路の各入口と前記リザーバタンクとを連通する冷媒供給通路と、前記ロータ内通路および前記ステータ内通路の各出口と前記リザーバタンクとを連通する冷媒還流通路と、前記ロータ内通路および前記ステータ内通路の各入口近傍に配置し、前記冷媒供給通路方向への逆流を阻止する逆止弁と、前記冷媒還流通路に配置してこの冷媒還流通路内の冷媒熱を外方に放熱する排熱機構と、を設け、前記リザーバタンクを前記ロータ内通路および前記ステータ内通路よりも鉛直上方位置に配置して、前記リザーバタンクから冷媒が重力によって前記冷媒供給通路を介して前記ロータ内通路および前記ステータ内通路に供給された後、これらロータ内通路およびステータ内通路で気相となった冷媒が前記冷媒還流通路に流入して前記排熱機構により気相から液相に戻され、その戻された液相の冷媒が前記排熱機構の上流側の気相の冷媒圧力により前記リザーバタンクへと自己循環することを最も主要な特徴とする。

また、本発明のモータの冷却方法にあっては、回転軸と、この回転軸に結合されたロータと、このロータの外周を囲繞するステータと、を備えたモータにおいて、大気開放口を有するリザーバタンクに溜めた、モータの発熱で液相から気相に変化する冷媒を、重力によってリザーバタンクから冷媒供給通路を介して前記ロータおよび前記ステータのそれぞれの内部に形成したロータ内通路および前記ステータ内通路に、それぞれの入口近傍に設けた逆止弁を介して供給した後、ロータ内通路およびステータ内通路で気相となった冷媒を排熱機構を設けた冷媒還流通路に流入させ、該排熱機構により気相から液相に戻された冷媒を、該排熱機構の上流側の気相の冷媒圧力により前記リザーバタンクへと自己循環させるとともに、前記リザーバタンクを前記ロータ内通路および前記ステータ内通路よりも鉛直上方位置に配置したことを特徴とする。

本発明のモータの冷却装置およびその冷却方法によれば、鉛直上方位置に配置したリザーバタンクから冷媒が重力によって冷媒供給通路を介してロータ内通路およびステータ内通路に供給され、これら通路を通過する間に液相の冷媒はロータ，ステータ部分の鉄損や銅損による発熱で気化し、この気化した冷媒でロータおよびステータを効率良く冷却することができる。

このとき、ロータ内通路およびステータ内通路で気相となった冷媒は逆止弁によって前記冷媒供給通路側に逆流するのが防止され、そして、ロータおよびステータを冷却したその気相の冷媒は冷媒還流通路に流入して排熱機構により気相から液相に戻され、この液相の冷媒はその排熱機構の上流側の気相の冷媒の圧力によりリザーバタンクに自己循環させることができ、冷媒の循環経路にポンプ等の冷媒移動装置を設ける必要が無くなり、冷却装置のコンパクト化を図ることができる。

また、ロータ内通路およびステータ内通路で冷媒が気化した際の気化熱をロータおよびステータの冷却に利用して冷却効率を向上できるとともに、ロータ内通路内およびステータ内通路内の冷媒量を、液相の状態で冷却する場合に比較して大幅に削減でき、システム全体の重量を減少することができる。

以下、本発明の実施形態を図面と共に詳述する。

図１〜図４は本発明にかかるモータの冷却装置およびその冷却方法の第１実施形態を示し、図１はモータの断面図、図２は図１中Ａ−Ａ線に沿った断面図、図３は冷却装置の冷媒流通経路を示す構成図、図４は冷媒圧力の時間変動をグラフで示す説明図である。

本発明のモータは、例えばインホイールドライブ方式の電気自動車に適用され、モータをタイヤホイールの裏側に形成される中心凹部内に挿入した状態で車体側に取り付け、モータの回転軸で車輪を直接駆動するようになっている。

本実施形態のモータ１は、図１，図２に示すように回転軸２と、この回転軸２に結合されたロータ３と、このロータ３の外周を囲繞するステータ４と、を備えており、これらはハウジング５内に収納される。

回転軸２はロータ３と一体となって、両端部がハウジング５の両端のエンドプレート５ｅに軸受６を介して回転自在に支持されるとともに、ロータ３の周縁部内方には、回転軸２の軸方向に沿って周方向に等間隔をもって複数（本実施形態では４個）のロータ磁石７が配置される。

ステータ４はハウジング５の内周に固定され、そのステータ４の内周には周方向に等間隔をもって複数（本実施形態では６本）のステータ凸極部４Ｓが突設され、それぞれのステータ凸極部４Ｓにはコイル８が巻回されている。

冷却装置１０は、図１に示すようにモータ１の発熱で液相から気相に変化する冷媒Ｍを溜めたリザーバタンク１１と、前記ロータ３および前記ステータ４のそれぞれの内部に形成されるロータ内通路３Ｐおよび前記ステータ内通路４Ｐと、これらロータ内通路３Ｐおよび前記ステータ内通路４Ｐの各入口３Ｐin，４Ｐinと前記リザーバタンク１１とを連通する冷媒供給通路１２と、前記ロータ内通路３Ｐおよび前記ステータ内通路４Ｐの各出口３Ｐout，４Ｐoutと前記リザーバタンク１１とを連通する冷媒還流通路１３と、を設けるとともに、前記ロータ内通路３Ｐおよび前記ステータ内通路４Ｐの各入口３Ｐin，４Ｐin近傍に配置し、前記冷媒供給通路１２方向への逆流を阻止する逆止弁１４，１５と、前記冷媒還流通路１３に配置してこの冷媒還流通路１３内の冷媒熱を外方に放熱する排熱機構としてのコンデンサ１６と、を備えており、かつ、前記リザーバタンク１１を、前記ロータ内通路３Ｐおよび前記ステータ内通路４Ｐよりも鉛直上方位置に配置してある。

また、本実施形態のモータ１の冷却方法では、前記モータ１にあって、リザーバタンク１１に溜めた冷媒Ｍを、冷媒供給通路１２を介して前記ロータ３および前記ステータ４のそれぞれの内部に形成したロータ内通路３Ｐおよび前記ステータ内通路４Ｐに、それぞれの入口３Ｐin，４Ｐin近傍に設けた逆止弁１４，１５を介して供給した後、その冷媒Ｍをコンデンサ１６を設けた冷媒還流通路１３を介してリザーバタンク１１に戻して循環させるとともに、前記リザーバタンク１１を、前記ロータ内通路３Ｐおよび前記ステータ内通路４Ｐよりも鉛直上方位置に配置するようになっている。

このとき、冷媒還流通路１３の前記コンデンサ１６よりも上流側（図中上側）に、この通路１３よりも断面積が大きな主チャンバ１７を設けるとともに、これらコンデンサ１６と主チャンバ１７との間にその主チャンバ１７方向への流れを阻止する逆止弁１８を設けてある。

前記リザーバタンク１１の上端面１１ｂには大気開放口１１ｃを形成してあり、そのリザーバタンク１１の底部１１ａには前記冷媒供給通路１２の始端部と前記冷媒還流通路１３の終端部とを連通接続してあり、かつ、前記主チャンバ１７よりもロータ内通路３Ｐの出口３Ｐout側に寄った位置に、そのロータ内通路３Ｐの排出圧を導入する副チャンバ１９を設けてある。

前記ロータ内通路３Ｐは、図２に示すように４個のロータ磁石７の配置部位に対応して周方向に略等間隔に４箇所形成されるとともに、前記ステータ内通路４Ｐは６つのステータ凸極部４Ｓの突設部位に対応して周方向に略等間隔に６箇所形成される。

そして、図１に示すように前記ロータ内通路３Ｐをロータ３の外周部近傍に形成する一方、冷媒供給通路１２からそのロータ内通路３Ｐに冷媒を供給する導入通路２ａをロータ中心部としての回転軸２に形成し、その導入通路２ａからロータ内通路３Ｐに至る分岐通路２ｂを径方向に設けてある。

即ち、ロータ内通路３Ｐの冷媒導入側（図１中右側）は、図１に示すように回転軸２の一端部に形成した前記導入通路２ａと、この導入通路２ａからロータ３に亘って外径方向に傾斜して形成される前記分岐通路２ｂと、を介して前記冷媒供給通路１２に連通するとともに、ロータ内通路３Ｐの冷媒排出側（図１中左側）は、ロータ３から回転軸２に亘って形成される分岐通路２ｃと、回転軸２の他端部に形成した排出通路２ｄと、を介して前記副チャンバ１９に連通する。

ステータ内通路４Ｐの冷媒導入側（図１中右側）は、図１に示すようにハウジング５の一端側のエンドプレート５ｅ内部に形成した環状通路５ａを介して前記冷媒供給通路１２に連通するとともに、ステータ内通路４Ｐの冷媒排出側（図１中左側）は、ハウジング５の他端側のエンドプレート５ｅ内部に形成した環状通路５ｂを介して前記冷媒還流通路１３に連通する。

前記副チャンバ１９は、通路１９ａを介して前記冷媒還流通路１３の上流部分１３Ａが主チャンバ１７に連通する部位に連通し、副チャンバ１９に排出されたロータ内通路３Ｐの冷媒Ｍと、冷媒還流通路１３に排出されたステータ内通路４Ｐの冷媒Ｍとが合流して主チャンバ１７に導入される。

従って、前記リザーバタンク１１内の冷媒Ｍの流れは、図３に示すように冷媒供給通路１２（流れＦ１）から導入通路２ａ（流れＦ２）および分岐通路２ｂ（流れＦ３）を介してロータ内通路３Ｐ（流れＦ４）に供給される一方、環状通路５ａ（流れＦ５）を介してステータ内通路４Ｐ（流れＦ６）に供給され、そして、ロータ内通路３Ｐ内の冷媒Ｍは分岐通路２ｃ（流れＦ７）および排出通路２ｄ（流れＦ８）を介して副チャンバ１９に排出される一方、ステータ内通路４Ｐ内の冷媒Ｍは環状通路５ｂ（流れＦ９）を介して冷媒還流通路１３の上流部分１３Ａ（流れＦ１０）に排出される。

そして、前記副チャンバ１９および前記環状通路５ａの上流部分１３Ａに排出された冷媒Ｍは前記主チャンバ１７に導入（流れＦ１１）され、この主チャンバ１７に導入された冷媒Ｍは、前記逆止弁１８を介して前記コンデンサ１６を通過（流れＦ１２）した後、冷媒還流通路１３の後流部分１３Ｂを介して前記リザーバタンク１１に戻る（流れＦ１３）ことになる。

以上の構成により本実施形態のモータの冷却装置１０およびその冷却方法によれば、鉛直上方位置に配置したリザーバタンク１１から冷媒Ｍが重力によって冷媒供給通路１２を介してロータ内通路３Ｐおよびステータ内通路４Ｐに供給され、これら通路３Ｐ，４Ｐを通過する間に液相の冷媒はロータ３部分の鉄損や銅損による発熱で気化し、この気化した冷媒Ｍでロータ３およびステータ４を効率良く冷却することができる。

このとき、ロータ内通路３Ｐおよびステータ内通路４Ｐで気相となった冷媒は逆止弁１４，１５によって前記冷媒供給通路１２側に逆流するのが防止され、そして、ロータ３およびステータ４を冷却したその気相の冷媒Ｍは冷媒還流通路１３に流入してコンデンサ１６により気相から液相に戻され、この液相の冷媒Ｍはそのコンデンサ１６の上流側の気相の冷媒Ｍの圧力によりリザーバタンク１１に自己循環させることができ、冷媒Ｍの循環経路にポンプ等の冷媒移動装置を用いる必要が無くなり、冷却装置１０のコンパクト化を図ることができる。

また、ロータ内通路３Ｐおよびステータ内通路４Ｐで冷媒Ｍが気化した際の気化熱をロータ３およびステータ４の冷却に利用して冷却効率を向上できるとともに、ロータ内通路３Ｐ内およびステータ内通路４Ｐ内の冷媒量を、液相の状態で冷却する場合に比較して大幅に削減でき、冷却装置１０全体の重量を減少することができる。

従って、モータ１のコンパクト化および軽量化を達成できることにより、インホイールドライブ方式とした場合のタイヤホイールへの組み込みを容易とし、かつ、冷却装置１０の冷却効率が高まることによりモータ１の温度上昇を抑制して、高負荷状態での運転状態をより長時間維持することができる。

また、本実施形態では前記作用効果に加えて、冷媒還流通路１３に設けたコンデンサ１６よりも上流側に主チャンバ１７を設けて、これらコンデンサ１６と主チャンバ１７との間に逆止弁１８を設けたので、主チャンバ１７によってロータ内通路３Ｐおよびステータ内通路４Ｐで冷媒Ｍが気化される際の急激な圧力上昇を緩和して、コンデンサ１６に供給する冷媒Ｍの圧力を安定化させることができるとともに、気化により気相状態となった冷媒Ｍの圧力変動によりコンデンサ１６から主チャンバ１７に液相の冷媒Ｍが逆流するのを逆止弁１８で阻止できる。

即ち、ロータ３およびステータ４が冷却されて冷媒Ｍが気化しない温度まで低下すると、ロータ内通路３Ｐ内およびステータ内通路４Ｐ内の圧力が低下し、次にロータ３およびステータ４の温度が上昇開始すると冷媒Ｍが気化するというサイクルが続く状態が存在した場合、圧力上昇のピーク値が高すぎるとコンデンサ１６で冷媒Ｍが十分に熱交換されずに気相の状態でリザーバタンク１１に戻されることになるが、前記主チャンバ１７によって圧力変動を抑制することができる。

このとき、本実施形態では前記主チャンバ１７に加えてロータ内通路３Ｐ側に副チャンバ１９を設けたので、それら両チャンバ１７，１９によって圧力の変動抑制効率を更に高めることができる。

従って、前記チャンバ１７，１９を設けない場合と設けた場合の冷却装置１０内の気体圧力Ｐの時間変動を図４に示すと、Ｐ１はチャンバ１７，１９を設けることなく冷却装置１０を構成した場合、Ｐ２はチャンバ１７，１９を設けて冷却装置１０を構成した場合で、チャンバ１７，１９を設けた場合は液相の冷媒Ｍが気化による急激な圧力上昇を緩和できることが理解される。尚、同図中Ｐ３は後述の第２実施形態で説明するものとする。

更に、ロータ内通路３Ｐをロータ３の外周部近傍に形成する一方、冷媒供給通路１２からそのロータ内通路３Ｐに冷媒を供給する導入通路２ａを回転軸２に形成し、その導入通路２ａからロータ内通路３Ｐに至る分岐通路２ｂを径方向に設けたので、その径方向の分岐通路２ｂに存在する液相の冷媒Ｍにロータ３回転時の遠心力が作用するため、この遠心力によるポンプ作用で冷媒供給通路１２内の冷媒Ｍをロータ内通路３Ｐに供給することができるので、このロータ内通路３Ｐの径を、重力のみで冷媒Ｍを供給する前記ステータ内通路４Ｐよりも小さくすることができ、その分、ロータ３内の冷媒Ｍ量を減少させることができ、ひいては、冷媒Ｍの重量によるロータ３の回転抵抗を減少することができる。

図５は本発明の第２実施形態を示し、前記第１実施形態と同一構成部分に同一符号を付して重複する説明を省略して述べるものとし、図５は冷却装置の冷媒流通経路を示す構成図である。

本実施形態の冷却装置１０Ａは、図５に示すように基本的に第１実施形態と略同様の構成となり、冷媒Ｍを溜めたリザーバタンク１１と、ロータ内通路３Ｐおよび前記ステータ内通路４Ｐと、冷媒供給通路１２と、冷媒還流通路１３と、各入口３Ｐin，４Ｐin近傍に配置した逆止弁１４，１５と、冷媒還流通路１３に配置したコンデンサ１６と、を設けてあり、かつ、前記リザーバタンク１１をロータ内通路３Ｐおよびステータ内通路４Ｐよりも鉛直上方位置に配置してある。

また、冷媒還流通路１３の前記コンデンサ１６よりも上流側に逆止弁１８を有する主チャンバ１７を設けるとともに、ロータ内通路３Ｐの排出圧を導入する副チャンバ１９を設けてある。

そして、本実施形態では前記主チャンバ１７に、その内部圧力の変動を吸収するアキュムレータ２０を設けてある。

また、前記アキュムレータ２０を設けるにあたって、主チャンバ１７とそのアキュムレータ２０とを２つの連通路２１，２２を介して連通し、それら複数の連通路２１，２２のうちのいずれか一方に、アキュムレータ２０から主チャンバ１７方向への流れを阻止する逆止弁２３を設けてある。

前記アキュムレータ２０は、図５に示すように密閉容器２０ａ内を上下に摺動自在に隔成するピストン２０ｂと、このピストン２０ｂを下方に押圧するスプリング２０ｃと、を備え、ピストン２０ｂで隔成した下方室を圧力調整室２０ｄとし、この圧力調整室２０ｄと主チャンバ１７の上部とを前記連通路２１，２２で連通してある。

前記連通路２１，２２のうち一方の連通路２１は、第１実施形態に示した冷媒還流通路１３の上流部分１３Ａの一部であり、他方の連通路２２を本実施形態で新たに設けて、この連通路２２に前記逆止弁２３を設けてある。

そして、ロータ内通路３Ｐおよびステータ内通路４Ｐで冷媒Ｍの気化が促進して、気相の冷媒Ｍの圧力が上昇することに伴って主チャンバ１７内の気体圧力が高まると、この主チャンバ１７内の圧力は連通路２１，２２を介してアキュムレータ２０の圧力調整室２０ｄに導入されて、この圧力調整室２０ｄの室内容積を拡大する。

一方、ロータ内通路３Ｐおよびステータ内通路４Ｐの冷媒Ｍの気化が鈍化して主チャンバ１７内の圧力が低下すると、アキュムレータ２０のピストン２０ｂがスプリング２０ｃの付勢力で下降して圧力調整室２０ｄの室内容積を縮小し、この圧力調整室２０ｄ内の圧力が連通路２１を介して主チャンバ１７内に導入される。

従って、本実施形態によれば、主チャンバ１７内の圧力が高まると、アキュムレータ２０の圧力調整室２０ｄの容積拡大によって主チャンバ１７内の急激な圧力上昇を抑制できる一方、主チャンバ１７内の圧力が低下すると、アキュムレータ２０の圧力調整室２０ｄの容積縮小によって、主チャンバ１７の急激な圧力低下を抑制することができる。

特に、本実施形態では主チャンバ１７とアキュムレータ２０とを２つの連通路２１，２２を介して連通し、一方の連通路２２に逆止弁２３を設けてあるので、主チャンバ１７からアキュムレータ２０に圧力が導入される際には、２つの連通路２１，２２を介して気相の冷媒Ｍがアキュムレータ２０に導入されるため、迅速に主チャンバ１７内の圧力上昇を抑制できるとともに、アキュムレータ２０から主チャンバ１７に圧力が戻される際には、１つの連通路２１のみを介して気相の冷媒Ｍが主チャンバ１７に導入されるため、この主チャンバ１７の急激な圧力上昇を抑制することができる。

従って、本実施形態による冷却装置１０内の気体圧力Ｐの時間変動は、図４のＰ３に示すように緩やかな変動となり、コンデンサ１６での冷媒Ｍの液化を安定的に、かつ効率良く行うことができる。

このように本実施形態では格別なポンプなしにチャンバ２３やロータ、ステータ通路までは冷媒液が逆流しない構造となっている。そして、再び冷媒液が通路内に供給されて、再び蒸発が起こるというサイクルが続く状態が存在するが、本出願人の試算によれば、出力２０ｋＷのモータの１０％がモータ内の熱損失とすれば、２ｋＷの熱損があることになる。このとき冷媒を水、モータ周りの圧力を大気圧、リザーバタンク内の液面と流路のうち鉛直下向き最下部に位置する流路の高さＨを１ｍとすれば冷媒による最大位置水頭ρｇＨはコンデンサ出口水温を５０℃とすれば、ρｇＨ＝９８８×９．８×１＝９６８２Ｎ／ｍ²となり大気圧（１０１．３ｋＮ／ｍ²）の１割弱であり、流通抵抗を無視できる静的な場合、ロータ、ステータ通路内の圧力が少なくとも大気圧＋ρｇＨ＝１１１ｋＮ／ｍ²以上になれば冷媒液はリザーバタンクへ戻ることができる。水の飽和圧力が１１１ｋＮ／ｍ²のときに対する飽和温度は約１０２．３℃であり、本発明を実現する構成の強度は十分達成可能である。一方、２ｋＷの発熱で飽和水を全部蒸気にするためには、飽和温度１０２．３℃に対する蒸発潜熱は２２５１ｋＪ／ｋｇであるので、２（ｋＷ）／２２５１（ｋＪ／ｋｇ）／９９８（ｋｇ／ｍ³）＝８．９９×１０^-7（ｍ³／ｓ）＝５４０×１０^-2（１／ｍｉｎ）となり、ごく少量の毎分５４ｃｃの冷却水を供給すれば流路周りの最高温度は百数度に保たれることになり、位置水頭による圧力でも十分に冷却水を供給できる範囲である。

図６，図７は本発明の第３実施形態を示し、第１実施形態と同一構成部分に同一符号を付して重複する説明を省略して述べるものとし、図６は冷却装置の冷媒流通経路を示す要部構成図、図７は冷却装置の冷媒流通経路の作動状態を示す要部構成図である。

本実施形態の冷却装置１０Ｂは、図６，図７に示すように基本的に第１実施形態と略同様に冷媒Ｍを溜めたリザーバタンク１１と、主チャンバ１７と、副チャンバ１９と、を備えており、また、同図中のブラックボックスＢ１は第１実施形態と同様となり、冷媒供給通路１２やロータ内通路３Ｐおよびステータ内通路４Ｐが設けられる。

そして、本実施形態では、前記主チャンバ１７への連通位置が鉛直下方位置となる下方排熱機構としての下方コンデンサ３０と、同連通位置が鉛直上方位置となる上方排熱機構としての上方コンデンサ３１とを設け、下方コンデンサ３０の冷媒流通抵抗を上方コンデンサ３１よりも大きくするとともに、下方コンデンサ３０と主チャンバ１７との間に、この主チャンバ１７方向への流れを阻止する逆止弁３２を設けてある。

このとき、下方コンデンサ３０は第１実施形態のコンデンサ１６と同様に主チャンバ１７の底面に連通する一方、前記上方コンデンサ３１は主チャンバ１７の側面に形成した開口部１７ａを介してその主チャンバ１７に連通する。

尚、本実施形態の下方コンデンサ３０および逆止弁３２は、第１，第２実施形態に示すコンデンサ１６および逆止弁１８と同様の構成として捉えることができ、かつ、前記上方コンデンサ３１の冷媒排出側は、前記下方コンデンサ３０の冷媒排出側と同様に冷媒還流通路１３の後流部分１３Ｂに接続してある。

また、前記上方コンデンサ３１の流路径を下方コンデンサ３０よりも小さくし、若しくはその流路に絞り弁等の抵抗体を設けることなどにより、その上方コンデンサ３１の冷媒Ｍの流通抵抗を下方コンデンサ３０よりも大きくしてある。

図６は、主チャンバ１７内に気相の冷媒Ｍｇと液相の冷媒Ｍｌとが混在し、液相の冷媒Ｍｌの液面が上方コンデンサ３１の開口部１７ａよりも上方に位置した場合を示し、主チャンバ１７内の液相の冷媒Ｍｌは、下方コンデンサ３０と上方コンデンサ３１の両方を流通した後、冷媒還流通路１３の下流部分１３Ｂからリザーバタンク１１に戻るようになっている。

図７は、主チャンバ１７内の圧力が高くなって、液相の冷媒Ｍｌの液面が上方コンデンサ３１の開口部１７ａよりも下方に位置した場合を示し、気相の冷媒Ｍｇは上方コンデンサ３１に流入するようになっている。

従って、本実施形態によれば、主チャンバ１７内の圧力が高くなると、図７に示すように流通抵抗の違いにより冷媒Ｍｇの圧力が上方コンデンサ３１に流入し、そして、この状態から主チャンバ１７内の圧力が低下するときには、上方コンデンサ３１内の気相の冷媒Ｍｇが開口部１７ａから主チャンバ１７内に流入する。

このため、上方コンデンサ３１内の冷媒Ｍの流れ（Ｆ１４）は、主チャンバ１７内の圧力に応じて流れの方向が異なり、主チャンバ１７の急激な圧力上昇および低下を抑制することができ、ひいては、冷却装置１０内の気体圧力Ｐの時間変動が、第２実施形態と同様に図４のＰ３に示すように緩やかな変動となり、コンデンサ１６での冷媒Ｍの液化を安定的に、かつ効率良く行うことができる。

特に、図７の状態から図６の状態に戻るときには、上方コンデンサ３１を一度通過して温度が低下した冷媒Ｍが再度その上方コンデンサ３１で熱交換されるため、リザーバタンク１１に戻される冷媒Ｍの温度をより下げることができる。

図８は本発明の第４実施形態を示し、前記第３実施形態と同一構成部分に同一符号を付して重複する説明を省略して述べるものとし、図８は冷却装置の冷媒流通経路を示す要部構成図である。

本実施形態の冷却装置１０Ｃは、図８に示すように基本的に第３実施形態と同様の構成となり、主チャンバ１７への連通位置が鉛直下方位置となる下方コンデンサ３０と、同連通位置が鉛直上方位置となる上方コンデンサ３１とを設け、下方コンデンサ３０と主チャンバ１７との間に、この主チャンバ１７方向への流れを阻止する逆止弁３２を設けてある。

また、第１実施形態と略同様に冷媒Ｍを溜めたリザーバタンク１１と、主チャンバ１７と、副チャンバ１９と、を備えており、また、同図中のブラックボックスＢ２は第１実施形態と同様となり、冷媒供給通路１２やロータ内通路３Ｐおよびステータ内通路４Ｐが設けられる。

そして、本実施形態では排熱機構としての前記下方コンデンサ３０と前記上方コンデンサ３１を、リザーバタンク１１の冷媒液面Ｌよりも鉛直方向で上方位置に配置してある。

従って、本実施形態によれば、前記第３実施形態と同様の作用効果を奏するのは勿論のこと、特に、下方コンデンサ３０と上方コンデンサ３１をリザーバタンク１１の冷媒液面Ｌよりも鉛直方向で上方位置に配置したので、ロータ内通路３Ｐおよびステータ内通路４Ｐを通過して主チャンバ１７内に流入する冷媒Ｍが気相の場合、下方コンデンサ３０および上方コンデンサ３１内の液相化した冷媒Ｍをリザーバタンク１１に戻す圧力が不要になり、ロータ内通路３Ｐおよびステータ内通路４Ｐで気相化される冷媒Ｍがより小さい圧力で冷媒Ｍの循環が可能となる。

勿論、本実施形態は第１，第２実施形態の単一のコンデンサ１６を設けた場合にも適用することができる。

図９は本発明の第５実施形態を示し、前記第１実施形態と同一構成部分に同一符号を付して重複する説明を省略して述べるものとし、図９は冷却装置の冷媒流通経路を示す要部構成図である。

本実施形態の冷却装置１０Ｄは、図９に示すように基本的に第１実施形態と略同様の構成となり、冷媒Ｍを溜めたリザーバタンク１１と、コンデンサ１６と、主チャンバ１７と、副チャンバ１９と、を備えており、また、同図中のブラックボックスＢ３は第１実施形態と同様となり、冷媒供給通路１２やロータ内通路３Ｐおよびステータ内通路４Ｐが設けられる。

そして、本実施形態では前記コンデンサ１６をリザーバタンク１１の上端面１１ｂよりも鉛直上方位置に配置して、そのコンデンサ１６をリザーバタンク１１の上端面１１ｂに連通してある。

従って、本実施形態によれば、コンデンサ１６を設けた前記第１，２実施形態と同様の作用効果を奏するのは勿論のこと、特に、そのコンデンサ１６をリザーバタンク１１の上端面１１ｂよりも鉛直上方位置に配置して、そのコンデンサ１６をリザーバタンク１１の上端面１１ｂに連通したので、ロータ内通路３Ｐおよびステータ内通路４Ｐを通過して主チャンバ１７内に流入する冷媒Ｍが気相の場合、コンデンサ１６内の液相化した冷媒Ｍをリザーバタンク１１に戻す圧力が不要になり、ロータ内通路３Ｐおよびステータ内通路４Ｐで気相化される冷媒Ｍがより小さい圧力で冷媒Ｍの循環が可能となる。

また、コンデンサ１６をリザーバタンク１１の上端面１１ｂよりも鉛直上方位置に配置したので、リザーバタンク１１内の冷媒液面Ｌに対する水頭分の圧力がコンデンサ１６に作用しないため、第４実施形態に比べてより小さい圧力で冷媒Ｍの循環が可能となる。

勿論、本実施形態は第１，第２実施形態の単一のコンデンサ１６を設けた場合、および第３実施形態の２つのコンデンサ３０，３１を設けた場合にも適用することができる。

ところで、前記第１〜第５実施形態において、冷却装置１０〜１０Ｄに使用される冷媒Ｍは、主チャンバ１７内圧力をｐ、冷媒Ｍの液体密度ρ、重力加速度ｇ、リザーバタンク１１内の冷媒液面Ｌと鉛直最下方位置のステータ内通路４Ｐとの高さをＨ（図３，図５〜図８参照）とした場合に、ｐ＞ρ・ｇ・Ｈ…(1)の式を満足する物性値を備えたものを用いてある。

尚、図３および図５〜図７中破線に示すように、冷媒還流通路１３の鉛直最下方位置が前記ステータ内通路４Ｐよりも下方となる場合、前記Ｈはその破線で示す冷媒還流通路１３の鉛直最下方位置とリザーバタンク１１の冷媒液面Ｌとの高さとなる。

従って、冷媒Ｍの物性値が前記(1)の式を満足することにより、冷媒Ｍが冷却装置１０のいずれかの流路内に液相で存在する場合にあっても、冷媒Ｍをポンプ無しにリザーバタンク１１に戻すことができる。

また、第１〜第５実施形態ではコンデンサ１６およびコンデンサ３０，３１は概略的に１つの直管を配置した状態で示すが、勿論、通常の熱交換器のように複数の直管に冷媒を通過させても良く、また、冷媒の通過管を蛇行させても良いことはいうまでない。

更に、図２に示すようにロータ内通路３Ｐを４本、ステータ内通路４Ｐを６本設けた場合を示すが、これらロータ内通路３Ｐおよびステータ内通路４Ｐの形成本数はこれに限ること無く、モータ１を効果的に冷却できる本数に設定することができる。

勿論、本発明のモータの冷却装置は前記第１〜第５実施形態に例をとって説明したが、これら実施形態に限ることなく本発明の要旨を逸脱しない範囲で他の実施形態を各種採用することができ、例えば、モータ１はインホイールドライブ方式の電気自動車に限ることなく、通常のモータにあっても本発明を適用することができる。

本発明の冷却装置が適用されるモータの断面図である。図１中Ａ−Ａ線に沿った断面図である。本発明の第１実施形態における冷却装置の冷媒流通経路を示す構成図である。本発明の冷却装置における冷媒圧力の時間変動をグラフで示す説明図である。本発明の第２実施形態における冷却装置の冷媒流通経路を示す構成図である。本発明の第３実施形態における冷却装置の冷媒流通経路を示す要部構成図である。本発明の第３実施形態における冷却装置の冷媒流通経路の作動状態を示す要部構成図である。本発明の第４実施形態における冷却装置の冷媒流通経路を示す要部構成図である。本発明の第５実施形態における冷却装置の冷媒流通経路を示す要部構成図である。

符号の説明

１モータ
２回転軸
２ａ導入通路
２ｂ分岐通路
３ロータ
３Ｐロータ内通路
３Ｐin ロータ内通路の入口
３Ｐout ロータ内通路の出口
４ステータ
４Ｐステータ内通路
４Ｐin ステータ内通路の入口
４Ｐout ステータ内通路の出口
１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ冷却装置
１１リザーバタンク
１１ｂリザーバタンクの上端面
１２冷媒供給通路
１３冷媒還流通路
１４，１５逆止弁
１６コンデンサ（排熱機構）
１７主チャンバ
１８逆止弁
２０アキュムレータ
２１，２２連通路
２３逆止弁
３０下方コンデンサ（下方排熱機構）
３１上方コンデンサ（上方排熱機構）
３２逆止弁
Ｍ冷媒
Ｌ冷媒液面

Claims

回転軸と、この回転軸に結合されたロータと、このロータの外周を囲繞するステータと、を備えたモータにおいて、
モータの発熱で液相から気相に変化する冷媒を溜めた大気開放口を有するリザーバタンクと、
前記ロータおよび前記ステータのそれぞれの内部に形成されるロータ内通路およびステータ内通路と、
前記ロータ内通路および前記ステータ内通路の各入口と前記リザーバタンクとを連通する冷媒供給通路と、
前記ロータ内通路および前記ステータ内通路の各出口と前記リザーバタンクとを連通する冷媒還流通路と、
前記ロータ内通路および前記ステータ内通路の各入口近傍に配置し、前記冷媒供給通路方向への逆流を阻止する逆止弁と、
前記冷媒還流通路に配置してこの冷媒還流通路内の冷媒熱を外方に放熱する排熱機構と、を設け、
前記リザーバタンクを前記ロータ内通路および前記ステータ内通路よりも鉛直上方位置に配置して、前記リザーバタンクから冷媒が重力によって前記冷媒供給通路を介して前記ロータ内通路および前記ステータ内通路に供給された後、これらロータ内通路およびステータ内通路で気相となった冷媒が前記冷媒還流通路に流入して前記排熱機構により気相から液相に戻され、その戻された液相の冷媒が前記排熱機構の上流側の気相の冷媒圧力により前記リザーバタンクへと自己循環する
ことを特徴とするモータの冷却装置。
冷媒還流通路に、前記排熱機構よりも上流側に、この通路よりも断面積が大きなチャンバを設けるとともに、これら排熱機構とチャンバとの間にチャンバ方向への流れを阻止する逆止弁を設けたことを特徴とする請求項１に記載のモータの冷却装置。
ロータ内通路をロータの外周部近傍に形成する一方、冷媒供給通路からそのロータ内通路に冷媒を供給する導入通路をロータ中心部に形成し、その導入通路からロータ内通路に至る分岐通路を径方向に設けたことを特徴とする請求項１または２に記載のモータの冷却装置。
チャンバに、その内部圧力の変動を吸収するアキュムレータを設けたことを特徴とする請求項２または３に記載のモータの冷却装置。
チャンバとアキュムレータとを複数の連通路を介して連通し、それら複数の連通路の少なくとも１つを除く連通路に、アキュムレータからチャンバ方向への流れを阻止する逆止弁を設けたことを特徴とする請求項４に記載のモータの冷却装置。
冷媒還流通路の前記排熱機構よりも上流側に、この通路よりも断面積が大きなチャンバを設けるとともに、排熱機構はチャンバへの連通位置が鉛直方向に異なる複数備え、連通位置が鉛直下方位置となる下方排熱機構の冷媒流通抵抗を、連通位置が鉛直上方位置となる上方排熱機構の冷媒流通抵抗よりも大きくするとともに、下方排熱機構とチャンバとの間にチャンバ方向への流れを阻止する逆止弁を設けたことを特徴とする請求項１に記載のモータの冷却装置。
排熱機構を、リザーバタンクの冷媒液面よりも鉛直方向で上方位置に配置したことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載のモータの冷却装置。
排熱機構をリザーバタンクの上端面よりも鉛直上方位置に配置して、その排熱機構をリザーバタンクの上端面に連通したことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載のモータの冷却装置。
回転軸と、この回転軸に結合されたロータと、このロータの外周を囲繞するステータと、を備えたモータにおいて、
大気開放口を有するリザーバタンクに溜めた、モータの発熱で液相から気相に変化する冷媒を、重力によってリザーバタンクから冷媒供給通路を介して前記ロータおよび前記ステータのそれぞれの内部に形成したロータ内通路および前記ステータ内通路に、それぞれの入口近傍に設けた逆止弁を介して供給した後、ロータ内通路およびステータ内通路で気相となった冷媒を排熱機構を設けた冷媒還流通路に流入させ、該排熱機構により気相から液相に戻された冷媒を、該排熱機構の上流側の気相の冷媒圧力により前記リザーバタンクへと自己循環させるとともに、前記リザーバタンクを前記ロータ内通路および前記ステータ内通路よりも鉛直上方位置に配置したことを特徴とするモータの冷却方法。