JP4682716B2 - 電動機の冷却装置 - Google Patents
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Description
しかし、モータ筐体のみを直接冷却する構造では、モータ内部を間接的に冷却するにとどまることから、モータ内部の発熱量が大きい場合にモータ内部の温度が上昇するという問題がある。ここで、モータ内部に設けたコイルやステータを冷却水で直接冷却することは、防錆および耐久性の問題から好ましくない。
銅損および鉄損と、モータ回転数との関係を図9に示すと、銅損は破線で示すようにモータ回転数にかかわらず略一定であるのに対し、鉄損は実線で示すようにモータ回転数が高回転であるほど増大する。したがって、モータ回転数が低回転領域である運転状態では、太線で示す全損に占める銅損(破線)の割合が大きい。これに対し、モータの回転数が高回転領域である運転状態では、全損(太線)に占める鉄損(実線)の割合が大きい。
にもかかわらず上記従来例では、モータ回転数が高回転領域である運転状態において、全損に占める割合が小さい銅損による発熱部位であるコイル(コイルエンド)を積極的に冷却することから、冷却効率が悪化することとなる。
前記冷媒貯留部の下部に接続された前記コイル冷却手段の流入口に、前記冷媒貯留部に貯留された冷媒が流入し、
前記冷媒貯留部の上部に接続された前記ステータ冷却手段の流入口に、前記冷媒貯留部から溢れた冷媒が流入するよう構成したことを特徴としたものである。
図1は本発明の第一実施例になる電動機の冷却装置における回路構成を、模式的に示す図である。まず、この冷却装置の構造について説明すると、オイルポンプ11は、オイルパン12内に貯留したオイルを吸引し、オイルクーラ13を経て、後述する電動機のコイルエンド7eと、電動機のステータ3(ステータコアともいう)とへ向けて吐出する。
これがため、オイルパン12と、オイルポンプ11と、オイルクーラ13と、コイルエンド7eと、ステータ3とを配管接続して、オイルが循環する回路を構成する。
なお、オイルクーラ13は必ずしも必須構成ではなく、オイルパン12でオイルの温度を十分低下させるものとすれば、オイルクーラ13を省略可能である。
他方の配管17であるコイルエンド冷却配管17の入口は配管14の出口と接続する。コイルエンド冷却配管17の出口はコイルエンド7e側と接続する。
上記ステータ冷却配管16は、請求項でいうステータ冷却手段に相当する。また、上記コイルエンド冷却配管17は、請求項でいうコイル冷却手段に相当する。
電動機1の中心には、シャフト4が延在する。電動機1の筐体をなすモータケース5は、一端側を閉塞して他端側を開口した中空円筒形状部分5aと、この中空円筒形状部分5aの他端側を閉塞する円盤形状のモータカバー5bとから構成される。モータカバー5bの中心は、軸受を介して、シャフト4を回転自在に支承する。中空円筒形状部分5aの一端側も、軸受を介して、シャフト4を回転自在に支承する。中空円筒形状部分5aの内周面は、ステータ3の外周面と一体に結合する。
図3中、仕切り20左側にある隙間10の一端には前述のステータ冷却配管16出口を接続する。また、仕切り20右側にある隙間10の他端には前述の戻り配管18入口を接続する。
コイルエンド7eの冷却について説明すると、配管14を流れるコイルエンド冷却配管17の出口から、図2において示す矢の向きにコイルエンド7eへ向かって、冷媒であるオイルを直接吹きかけることにより、オイルはコイルエンド7eからの発熱を直接吸熱する。電動機1を車両に取り付けた姿勢においてモータケース5内部の最も低い箇所には、図2には現れていないオイル排出用の戻り配管18の入口を接続しておく。コイルエンド7e冷却後のオイルは、モータケース5内部からこの戻り配管18を経て、モータケース5下方に配置したオイルパン12へ戻る。
そして、シャフト4の回転数がこの閾値以下の場合では、電磁弁19を全閉してコイルエンド冷却管路17のみに冷媒であるオイルを流す。これに対し、シャフト4の回転数が閾値以上の場合では、電磁弁19を開きコイルエンド冷却管路17およびステータ冷却管路16の双方に冷媒であるオイルを流す。
好ましくは、図9に実線で示す鉄損と、モータ回転数との関係に沿って、ステータ冷却管路16のオイル流量を制御すると良い。また、図9に実線で示す鉄損と、破線で示す銅損との比率で、ステータ冷却管路16のオイル流量と、コイルエンド冷却管路17のオイル流量を按分すると良い。
シャフト4の回転数が上述の閾値以下の場合では、オイルポンプ11から吐出されるオイル流量およびオイル圧力が低いため、リリーフ弁41は閉じている。これによりオイルはコイルエンド冷却管路17を流れて、コイルエンド7eのみを冷却する。
シャフト4の回転数が上述の閾値以上になると、オイルポンプ11から吐出されるオイル流量およびオイル圧力が高いため、リリーフ弁41が開く。これによりオイルはステータ冷却配管16およびコイルエンド冷却管路17を流れて、ステータ3およびコイルエンド7eを冷却する。
このため、電動機1が基底回転数以下で最大トルクを出力する運転状態では、図9に示すように回転数が減少しても、銅損は減少せず、主に銅損からなる全損(電動機発熱量)
も、さほど減少しない。
にもかかわらず、電動機回転数に比例して冷媒であるオイル流量を決定すると、電動機回転数が特に低い場合には、電動機1を十分に冷却することができない。
これにより、電動機1の回転数が特に低い場合においても、コイルエンド7eを十分に冷却し得て、電動機1の温度が過度に上昇することを防止できる。
モータケース5内に冷却水を流してコイル7およびステータ3を間接的に冷却する通常のモータ冷却装置よりも電動機1内部の温度を低下させることができる。
さらに第一実施例の冷却装置によれば、トルクを出力するシャフト4の回転が少ない電動機低回転領域では、電動機1の発熱の主体であって、銅損と呼ばれるコイル7からの発熱を、オイルが積極的に吸熱することが可能となる。
また、電動機高回転領域では、電動機1の発熱の主体であって、鉄損と呼ばれるステータ3からの発熱を、オイルが積極的に吸熱することが可能となる。したがって、モータ回転数の全領域において、電動機1を好適に冷却することができる。
また、オイル貯留部22の上部には、ステータ冷却配管16の入口を接続する。ステータ冷却配管16の出口は隙間10と接続する。
オイル貯留部22の底面には、コイルエンド冷却配管17の入口を接続する。コイルエンド冷却配管17の出口はモータケース25内部と接続する。なお、コイルエンド冷却配管17の入口を出口よりも高くなるよう、かつ、コイルエンド冷却配管17の出口をコイルエンド7eの上方に配置する。
これら配管16,17は図6に示すようにモータケース25内に埋設される。
モータケース25よりも低い位置にはオイルパン12を配置する。
オイルポンプ11がオイルを吐出すると、冷媒となるオイルは配管14を経て、オイル貯留部22に貯留する。オイル貯留部22に貯留したオイルは、貯留量の多少にかかわらずコイルエンド冷却配管17を流下する。そして、コイルエンド冷却配管17の出口からコイルエンド7eに滴下し、コイルエンド7eを直接冷却する。
また、配管14出口からオイル貯留部22に供給されるオイル流量が、コイルエンド冷却配管17を流下するオイル流量を超えて、オイル貯留部22からオイルが溢れた場合には、溢れたオイル流量がステータ冷却配管16を経て隙間10に流入する。そして、オイルはステータ3を直接冷却する。
モータケース5内に配設した冷却水路に冷却水を流すことにより、コイル7およびステータ3を間接的に冷却する通常のモータ冷却装置よりも電動機1内部の温度を低下させることができる。
さらに第二実施例の冷却装置によれば、トルクを出力するシャフト4の回転が少ない電動機低回転領域では、電動機1の発熱の主体であって、銅損と呼ばれるコイル7からの発熱を、オイルが積極的に吸熱することが可能となる。
また、電動機高回転領域では、電動機1の発熱の主体であって、鉄損と呼ばれるステータ3からの発熱を、オイルが積極的に吸熱することが可能となる。したがって、電動機回転数の全領域において、電動機1を好適に冷却することができる。
電動機が高速回転で連続運転すれば、ロータが高温になり、永久磁石も高温になる。
永久磁石が高温状態でコイルの作る磁界に晒されると、不可逆減磁を引き起こす恐れがあり、電動機のトルクや出力が恒久的に低下する原因となる。
ロータ2の外周面はステータ3の内周面と対向し、これらの間で反発力を得て、シャフト4を回動する。この反発力を得るため、ロータ2の外周面から浅い径方向位置には、複数の永久磁石35を埋設する。図8に示すように、永久磁石35は周方向等間隔に複数(例えば図8では8個)配置する。
ロータ2の軸方向両端にはそれぞれロータ2が分解飛散しないようエンドプレート34を設ける。
なお、上記ロータ2の構成は、上述した第一実施例の電動機1にも、第二実施例の電動機21にも共通する。
開閉弁33は常態で閉じているため、通常ではオイルが永久磁石冷却配管32を流れることはない。
電動機1の停止時には、開閉弁33を開き、オイル貯留部22に貯留するオイルを永久磁石冷却配管32に流す。オイルは、図7に示す矢の向きに、永久磁石冷却配管32の出口からエンドプレート34へ注ぎ込み、ロータ2内の永久磁石35を冷却する。
また、電動機31が停止する際にオイルをロータ2に吹き付けることから、電動機31のトルクや出力に悪影響を与えることがない。そして、電動機31が停止する毎に、ロータ2を繰り返し冷却することから、電動機のトルクや出力が恒久的に低下することを防止できる。
電動機1,21,31の回転数(シャフト4の回転数)が低回転領域では、銅損からなる主な発熱源であるコイル7を、積極的に冷却することが可能となる。また、高回転領域では、鉄損からなる主な発熱源であるステータ3を、積極的に冷却することが可能となる。したがって、電動機回転数の全領域において、電動機1,21,31を好適に冷却することができる。
なお、請求項でいう冷媒とは、液体または気体であって、水以外のすべての流体をいう。
図9に示すように、回転数の増大に比例して鉄損が増大し、ステータ3の発熱量が増大しても、ステータ3を発熱量に対応して積極的に冷却することができる。
なお、請求項でいう予め定められた設定回転数とは、基底回転数であってもよいし、基底回転数以外の低回転数であってもよい。
上記第1実施例と同様に、電動機21,31の回転数(シャフト4の回転数)が低回転領域では、銅損からなる主な発熱源であるコイル7を、積極的に冷却することが可能となる。また、高回転領域では、鉄損からなる主な発熱源であるステータ3を、積極的に冷却することが可能となる。
電動機31のトルクや出力に悪影響を与えることなく、永久磁石35の不可逆減磁を回避することができる。
2 ロータ
3 ステータ
4 シャフト
5 モータケース
16 ステータ冷却配管
17 コイルエンド冷却配管
19 電磁弁
22 オイル貯留部
25 モータケース
32 永久磁石冷却配管
33 開閉弁
35 永久磁石
41 リリーフ弁
Claims (2)
- 電動機のステータに冷媒を流すことにより、前記ステータを冷却するステータ冷却手段と、
前記ステータに巻回されたコイルに冷媒を流すことにより、前記コイルを冷却するコイル冷却手段と、
前記コイルおよびステータの上方に設けられるとともに、前記電動機と機械的に連結されて駆動するポンプから供給される冷媒を貯留する冷媒貯留部と、を有する電動機の冷却装置であって、
前記冷媒貯留部の下部に接続された前記コイル冷却手段の流入口に、前記冷媒貯留部に貯留された冷媒が流入し、
前記冷媒貯留部の上部に接続された前記ステータ冷却手段の流入口に、前記冷媒貯留部から溢れた冷媒が流入する、電動機の冷却装置。 - 請求項1記載の電動機の冷却装置において、
前記電動機は、内部に永久磁石を有するとともに、前記永久磁石に冷媒を流すことにより、前記永久磁石を冷却する永久磁石冷却手段と、を有し、
前記電動機の回転が停止したときに、前記冷媒貯留部に貯留された冷媒が、前記冷媒貯留部の下部に接続された前記永久磁石冷却手段の流入口へ流入するように構成されている、電動機の冷却装置。
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