JP7021986B2 - 回転電機の冷却システム - Google Patents

Description

本発明は、回転電機の冷却システムに関する。

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た構造が開示されている。特許文献１では、モータ固定子に券回したコイルの温度に応じて、冷却水路の流量および冷却油路の流量を制御している。

一方、回転電機と、冷媒を圧送するポンプと、ポンプから回転電機まで延びて冷媒を案内する冷媒流路と、冷媒流路に設けられたオリフィスと、を備えた構造（以下「従来構造」ともいう。）が知られている。従来構造では、低回転数状態（低車速）から高回転数状態（高車速）まで一定の流量で冷却・潤滑が行われる。

特開２００６－１８７１０５号公報

しかしながら、従来構造では流量が高車速で増加することはないため、回転電機を冷却するための冷媒の流量（以下「冷却流量」ともいう。）が車速に応じて最適化されているわけではない。例えば、冷却流量を高車速側に合わせた設定とすると、低車速（常用低車速）において必要以上の冷却・潤滑が行われ、ポンプ大型化による駆動損失の悪化や、動力伝達機構の攪拌フリクションの悪化につながるおそれがある。

そこで本発明は、冷却流量を車速に応じて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、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数の大小に応じて冷媒の流量を増減させ、前記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冷媒を前記回転電機へ案内する第一冷媒流路（例えば、実施形態における第一冷媒流路３１）と、前記第一冷媒流路から分岐し、前記冷媒を前記ポンプへ案内する第二冷媒流路（例えば、実施形態における第二冷媒流路３２）と、前記第二冷媒流路に設けられ、前記第一冷媒流路の圧力を調整する圧力調整部（例えば、実施形態における調圧バルブ４０）と、前記第二冷媒流路において前記圧力調整部よりも前記冷媒の流れ方向の下流位置に設けられ、前記冷媒の流量を規制する流量規制部（例えば、実施形態における第一オリフィス４１）と、前記第二冷媒流路において前記圧力調整部と前記流量規制部との間の位置から分岐し、前記第一冷媒流路において前記第二冷媒流路の分岐位置（例えば、実施形態における第一分岐位置Ｐ１）よりも前記冷媒の流れ方向の下流位置に合流する第三冷媒流路（例えば、実施形態における第三冷媒流路３３）と、前記第三冷媒流路に設けられ、閾値以上の圧力を受けたときに前記第一冷媒流路への前記冷媒の流れを許容する流路切替部（例えば、実施形態における切替バルブ５０）と、を備える。
（２）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）と、前記第一冷媒流路から分岐し、前記冷媒を前記機構部へ案内する第四冷媒流路（例えば、実施形態における第四冷媒流路３４）と、前記第四冷媒流路に設けられ、前記冷媒の流量を規制する第二流量規制部（例えば、実施形態における第二オリフィス４２）と、を更に備えていてもよい。
（３）本発明の一態様において、前記第四冷媒流路の分岐位置（例えば、実施形態における第三分岐位置Ｐ３）は、前記第一冷媒流路において前記第二冷媒流路の分岐位置と前記第三冷媒流路の合流位置（例えば、実施形態における合流位置Ｐｊ）との間に設けられていてもよい。
（４）本発明の一態様において、前記第一冷媒流路において前記第三冷媒流路の合流位置と前記第四冷媒流路の分岐位置との間に設けられ、前記冷媒の流量を規制する第三流量規制部（例えば、実施形態における第三オリフィス４３）を更に備えていてもよい。
（５）本発明の一態様において、前記第一冷媒流路において前記第三流量規制部よりも前記冷媒の流れ方向の下流位置から分岐し、前記冷媒を前記回転電機の磁石へ案内する第五冷媒流路（例えば、実施形態における第五冷媒流路３５）と、前記第五冷媒流路に設けられ、前記冷媒の流量を規制する第四流量規制部（例えば、実施形態における第四オリフィス４４）と、を更に備えていてもよい。

上記（１）の態様によれば、回転電機の回転数の大小に応じて冷媒の流量を増減させ、冷媒を圧送するポンプを備えることで、回転電機の回転数が大きいほど冷媒の流量を増加させることにより、高車速時の冷却流量を増加させ、高車速時の冷却性能を向上させることができる。一方、回転電機の回転数が小さいほど冷媒の流量を低減させることにより、低車速時の冷却流量を低減させ、必要以上の冷却が行われることを回避することができる。加えて、第一冷媒流路から分岐し、冷媒をポンプへ案内する第二冷媒流路を備えることで、第一冷媒流路を流れる冷媒の一部（余剰冷媒）を、第二冷媒流路で循環させることができる。加えて、第二冷媒流路に設けられ、第一冷媒流路の圧力を調整する圧力調整部を備えることで、第一冷媒流路を流れる冷媒の流量を調整することができる。加えて、第二冷媒流路において圧力調整部よりも冷媒の流れ方向の下流位置に設けられ、冷媒の流量を規制する流量規制部を備えることで、高車速時における冷媒の増加に伴い、第二冷媒流路の圧力を高めることができる。加えて、第二冷媒流路において圧力調整部と流量規制部との間の位置から分岐し、第一冷媒流路において第二冷媒流路の分岐位置よりも冷媒の流れ方向の下流位置に合流する第三冷媒流路を備えることで、第二冷媒流路を流れる冷媒の一部を、第三冷媒流路および第一冷媒流路を通じて回転電機に向けて流すことができる。加えて、第三冷媒流路に設けられ、閾値以上の圧力を受けたときに第一冷媒流路への冷媒の流れを許容する流路切替部を備えることで、第二冷媒流路から第三冷媒流路に冷媒が流れ、第三冷媒流路の圧力が閾値以上となったときに、第二冷媒流路からの冷媒を、第三冷媒流路および第一冷媒流路を通じて回転電機に向けて流すことができる。したがって、冷却流量を車速に応じて最適化することができる。
上記（２）の態様によれば、回転電機と機械的に連結可能な機構部と、第一冷媒流路から分岐し、冷媒を機構部へ案内する第四冷媒流路と、を備えることで、第一冷媒流路を流れる冷媒の一部を、第四冷媒流路を通じて機構部に案内することができるため、機構部に冷媒を潤滑させることができる。加えて、第四冷媒流路に設けられ、冷媒の流量を規制する第二流量規制部を備えることで、第四冷媒流路を通じて機構部に向かう冷媒の流量が制限されるため、第一冷媒流路を通じて回転電機に向けて冷媒を積極的に流すことができる。すなわち、機構部に冷媒を潤滑させつつ、機構部への冷媒の流れよりも回転電機への冷媒の流れを優先させ、回転電機を積極的に冷却することができる。
上記（３）の態様によれば、第四冷媒流路の分岐位置は、第一冷媒流路において第二冷媒流路の分岐位置と第三冷媒流路の合流位置との間に設けられていることで、第三冷媒流路および第一冷媒流路を通じて回転電機に向かう冷媒が、第四冷媒流路を通じて機構部に流れ込むことを抑制することができる。
上記（４）の態様によれば、第一冷媒流路において第三冷媒流路の合流位置と第四冷媒流路の分岐位置との間に設けられ、冷媒の流量を規制する第三流量規制部を備えることで、第三冷媒流路および第一冷媒流路を通じて回転電機に向かう冷媒が、第一冷媒流路を通じて機構部に流れ込むことを抑制することができる。
上記（５）の態様によれば、第一冷媒流路において第三流量規制部よりも冷媒の流れ方向の下流位置から分岐し、冷媒を回転電機の磁石へ案内する第五冷媒流路と、第五冷媒流路に設けられ、冷媒の流量を規制する第四流量規制部と、を備えることで、第一冷媒流路を流れる冷媒の一部を、第五冷媒流路を通じて磁石に案内することができるため、磁石を冷却することができる。加えて、第五冷媒流路に設けられ、冷媒の流量を規制する第四流量規制部を備えることで、第五冷媒流路を通じて磁石に向かう冷媒の流量が制限されるため、第一冷媒流路を通じて回転電機（例えばコイル）に向けて冷媒を積極的に流すことができる。

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。 実施形態に係る第一車速域における冷媒の流れの説明図。 実施形態に係る第二車速域における冷媒の流れの説明図。 実施形態に係る第三車速域における冷媒の流れの説明図。 実施形態に係る冷却システムの作用説明図。

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、複数の冷媒流路３１～３６、調圧バルブ４０（圧力調整部）、複数のオリフィス４１～４６（流量規制部）、および切替バルブ５０（流路切替部）を備える。図１において、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。図２において、符号１２ｂ１は第一コイルエンド部、符号１２ｂ２は軸方向において第一コイルエンド部１２ｂ１とは反対側に位置する第二コイルエンド部をそれぞれ示す。

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。

＜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、冷媒用の油がポンプ３０から吐出される。吐出された油は冷媒流路に供給される。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冷媒の流量を増減させ、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。

＜冷媒流路＞
複数の冷媒流路３１～３６は、６つの冷媒流路３１～３６で構成されている。例えば、複数の冷媒流路３１～３６は、複数の配管が組み合わされることで構成されている。６つの冷媒流路３１～３６は、第一冷媒流路３１、第二冷媒流路３２、第三冷媒流路３３、第四冷媒流路３４、第五冷媒流路３５および第六冷媒流路３６である。

第一冷媒流路３１は、ポンプ３０から回転電機１のコイル１２（第一コイルエンド部１２ｂ１）まで延びている。第一冷媒流路３１は、ポンプ３０からの冷媒を第一コイルエンド部１２ｂ１まで案内可能に形成されている。

第二冷媒流路３２は、第一冷媒流路３１から分岐し、分岐位置Ｐ１（以下「第一分岐位置Ｐ１」ともいう。）からポンプ３０まで延びている。第二冷媒流路３２は、第一冷媒流路３１を流れる冷媒の一部を、ポンプ３０まで案内可能に形成されている。

第三冷媒流路３３は、第二冷媒流路３２から分岐し、第一冷媒流路３１において第一分岐位置Ｐ１よりも冷媒の流れ方向の下流位置に合流している。第三冷媒流路３３は、第二冷媒流路３２における分岐位置Ｐ２（以下「第二分岐位置Ｐ２」ともいう。）から第一冷媒流路３１における合流位置Ｐｊまで延びている。第三冷媒流路３３は、第二冷媒流路３２において調圧バルブ４０と第一オリフィス４１との間から分岐している。第三冷媒流路３３は、第二冷媒流路３２を流れる冷媒の一部を、第一冷媒流路３１を通じて回転電機１に向けて案内可能に形成されている。

第四冷媒流路３４は、第一冷媒流路３１から分岐し、分岐位置Ｐ３（以下「第三分岐位置Ｐ３」ともいう。）から機構部５５まで延びている。第四冷媒流路３４は、第一冷媒流路３１を流れる冷媒の一部を、機構部５５まで案内可能に形成されている。第三分岐位置Ｐ３は、第一冷媒流路３１において第一分岐位置Ｐ１と合流位置Ｐｊとの間に設けられている。

第五冷媒流路３５は、第一冷媒流路３１から分岐し、分岐位置Ｐ４（以下「第四分岐位置Ｐ４」ともいう。）から回転電機１の磁石２２（図２参照）に向けて延びている。第五冷媒流路３５は、第一冷媒流路３１を流れる冷媒の一部を、磁石２２に向けて案内可能に形成されている。例えば、第五冷媒流路３５は、不図示のシャフト流路に連通している。第四分岐位置Ｐ４は、第一冷媒流路３１において合流位置Ｐｊよりも冷媒の流れ方向の下流位置に設けられている。

第六冷媒流路３６は、第一冷媒流路３１から分岐し、分岐位置Ｐ５（以下「第五分岐位置Ｐ５」ともいう。）から回転電機１のコイル１２（第二コイルエンド部１２ｂ２）まで延びている。第六冷媒流路３６は、第一冷媒流路３１を流れる冷媒の一部を、第二コイルエンド部１２ｂ２まで案内可能に形成されている。第五分岐位置Ｐ５は、第一冷媒流路３１において第四分岐位置Ｐ４と第一コイルエンド部１２ｂ１との間の位置に設けられている。

＜調圧バルブ＞
調圧バルブ４０は、第二冷媒流路３２に設けられている。調圧バルブ４０は、第一冷媒流路３１の圧力を調整可能である。調圧バルブ４０により、第一冷媒流路３１を流れる冷媒の流量が調整される。調圧バルブ４０は、車速が第一の車速閾値以上となったときに、第一冷媒流路３１を流れる冷媒の流量が一定となるように、第一冷媒流路３１の圧力を調整する（図６参照）。調圧バルブ４０は、調圧バルブ４０の先端（上流端）に第一分岐位置Ｐ１の圧力が作用することによりストロークし、第一冷媒流路３１を流れる冷媒の一部（余剰冷媒）を第二冷媒流路３２に送る。図１において矢印Ｋ１は、調圧バルブ４０がストロークする方向を示す。

＜オリフィス＞
複数のオリフィス４１～４６は、６つのオリフィス４１～４６で構成されている。６つのオリフィス４１～４６は、第一オリフィス４１（流量規制部）、第二オリフィス４２（第二流量規制部）、第三オリフィス４３（第三流量規制部）、第四オリフィス４４（第四流量規制部）、第五オリフィス４５、および第六オリフィス４６である。

第一オリフィス４１は、第二冷媒流路３２において調圧バルブ４０よりも冷媒の流れ方向の下流位置に設けられている。第一オリフィス４１は、第二冷媒流路３２を流れる冷媒の流量を規制する。第一オリフィス４１は、第二冷媒流路３２において調圧バルブ４０とオイルポンプ３０との間に設けられた絞りである。

第二オリフィス４２は、第四冷媒流路３４に設けられている。第二オリフィス４２は、第四冷媒流路３４を流れる冷媒の流量を規制する。第二オリフィス４２は、第四冷媒流路３４において第三分岐位置Ｐ３と機構部５５との間に設けられた絞りである。

第三オリフィス４３は、第一冷媒流路３１において合流位置Ｐｊと第三分岐位置Ｐ３との間に設けられている。第三オリフィス４３は、第一冷媒流路３１を流れる冷媒の流量を規制する。第三オリフィス４３は、第一冷媒流路３１において合流位置Ｐｊと第三分岐位置Ｐ３との間に設けられた絞りである。

第四オリフィス４４は、第五冷媒流路３５に設けられている。第四オリフィス４４は、第五冷媒流路３５を流れる冷媒の流量を規制する。第四オリフィス４４は、第五冷媒流路３５において第四分岐位置Ｐ４とシャフト流路（不図示）との間に設けられた絞りである。

第五オリフィス４５は、第一冷媒流路３１において第四分岐位置Ｐ４よりも冷媒の流れ方向の下流位置に設けられている。第五オリフィス４５は、第一冷媒流路３１を流れる冷媒の流量を規制する。第五オリフィス４５は、第一冷媒流路３１において第四分岐位置Ｐ４と第一コイルエンド部１２ｂ１との間に設けられた絞りである。

第六オリフィス４６は、第六冷媒流路３６に設けられている。第六オリフィス４６は、第六冷媒流路３６を流れる冷媒の流量を規制する。第六オリフィス４６は、第六冷媒流路３６において第五分岐位置Ｐ５と第二コイルエンド部１２ｂ２との間に設けられた絞りである。

＜切替バルブ＞
切替バルブ５０は、第三冷媒流路３３に設けられている。切替バルブ５０は、閾値以上の圧力を受けたときに第三冷媒流路３３から第一冷媒流路３１への冷媒の流れを許容する。切替バルブ５０は、閾値以上の圧力を受けたときに第三冷媒流路３３を開放する。

切替バルブ５０は、スプリング等の付勢部材５１と、付勢部材５１に接続された止め部材５２と、止め部材５２を受ける受け部材５３と、を有する。例えば、切替バルブ５０は、逆止弁である。付勢部材５１は、止め部材５２を冷媒の流れ方向とは反対方向（図１の矢印Ｆ１方向）に常時付勢している。受け部材５３には、第三冷媒流路３３に沿う貫通孔５３ｈが設けられている。付勢部材５１は、受け部材５３の貫通孔５３ｈを塞ぐように、止め部材５２を受け部材５３に常時付勢している。止め部材５２は、閾値以上の圧力を受けると、付勢部材５１の付勢力に抗して冷媒の流れ方向に移動し、受け部材５３から離反する。止め部材５２が受け部材５３から離反することにより、第三冷媒流路３３が開放され、第一冷媒流路３１への冷媒の流れが許容される。

＜冷却システムの動作＞
以下、実施形態に係る冷却システム２９の動作の一例を説明する。
まず、ポンプ３０を駆動させる。これにより、オイルパン５８に貯留されている冷媒（油）がポンプ３０から吐出される。ポンプ３０は、回転電機１の出力シャフト５（図２参照）の回転駆動力により駆動する。ポンプ３０は、回転電機１の回転数が大きくなるほど冷媒の流量を増加させる。ポンプ３０は、車速が大きくなるほど冷媒の流量を増加させる。

ここで、第一車速Ｖ１以上かつ第二車速Ｖ２以下の車速域を第一車速域Ｓ１（低車速域）、第二車速Ｖ２を超え第三車速Ｖ３以下の車速域を第二車速域Ｓ２（中車速域）、第三車速Ｖ３を超える車速域を第三車速域Ｓ３（高車速域）とする（図６参照）。また、第一車速域Ｓ１における冷媒の流量を第一流量Ａ１、第二車速域Ｓ２における冷媒の流量を第二流量Ａ２、第三車速域Ｓ３における冷媒の流量を第三流量Ａ３とする。各車速域Ｓ１～Ｓ３における冷媒の流量Ａ１～Ａ３は、Ａ１＜Ａ２＜Ａ３の関係を有する。

以下、図３を参照しつつ第一車速域Ｓ１における冷媒の流れを説明する。図３において、第一車速域Ｓ１における冷媒の流れを矢印Ｑ１で示す。
第一車速域Ｓ１において、ポンプ３０から吐出された冷媒は、第一冷媒流路３１に供給される。第一冷媒流路３１に供給された冷媒は、第一冷媒流路３１を通じて回転電機１に向けて流れる。

具体的に、第一冷媒流路３１に供給された冷媒は、第一冷媒流路３１を通じて第一コイルエンド部１２ｂ１に向けて流れる。第一冷媒流路３１を流れる冷媒の一部は、第四冷媒流路３４を通じて機構部５５に向けて流れる。第一冷媒流路３１を流れる冷媒の一部は、第五冷媒流路３５を通じて回転電機１の磁石２２に向けて流れる。第一冷媒流路３１を流れる冷媒の一部は第六冷媒流路３６を通じて回転電機１の第二コイルエンド部１２ｂ２に向けて流れる。

調圧バルブ４０は、車速が第二車速Ｖ２になったときに、第一冷媒流路３１を流れる冷媒の流量が一定となるように第一冷媒流路３１の圧力を調整する。図６において符号Ｔ１は、調圧バルブ４０による圧力調整のタイミングを示す。

第一車速域Ｓ１においては、調圧バルブ４０による調圧前であるため、第一冷媒流路３１を流れる冷媒の一部（余剰冷媒）が第二冷媒流路３２に流れ込む可能性は低い。第一車速域Ｓ１における冷媒の流れは、図３の矢印Ｑ１の流れが主となる。
第一車速域Ｓ１において、切替バルブ５０が閾値以上の圧力を受ける可能性は極めて低い。第一車速域Ｓ１において、切替バルブ５０は閉じたままである。

以下、図４を参照しつつ第二車速域Ｓ２における冷媒の流れを説明する。図４において、第二車速域Ｓ２における冷媒の流れを矢印Ｑ２で示す。
第二車速域Ｓ２においては、調圧バルブ４０による調圧後であるため、第一冷媒流路３１を流れる冷媒の一部（余剰冷媒）は、第二冷媒流路３２に流れ込む。

具体的に、第二冷媒流路３２に流れ込んだ冷媒は、第二冷媒流路３２を通じてポンプ３０に向けて流れる。第二冷媒流路３２は、第一冷媒流路３１における余剰冷媒をポンプ３０に戻す循環流路として機能する。

第二冷媒流路３２には第一オリフィス４１が設けられているため、第二冷媒流路３２に流れ込む冷媒（余剰冷媒）の増加に伴って、第二冷媒流路３２の圧力は徐々に上昇していく。第二冷媒流路３２に流れ込む冷媒の増加に伴って、第三冷媒流路３３において切替バルブ５０よりも上流部分の圧力（以下「上流圧力」ともいう。）も徐々に上昇していく。

切替バルブ５０は、車速が第三車速Ｖ３になったときに、第一冷媒流路３１への冷媒の流れを許容する。図６において符号Ｔ２は、切替バルブ５０の作動タイミングを示す。実施形態においては、車速が第三車速Ｖ３になったときに、上流圧力が切替バルブ５０の閾値以上の圧力となるように第一オリフィス４１を設定する。

第二車速域Ｓ２においては、切替バルブ５０の作動前であるため、第二冷媒流路３２を流れる冷媒の一部が第三冷媒流路３３に流れ込んでも、第一冷媒流路３１に流れ込む可能性は低い。第二車速域Ｓ２における冷媒の流れは、図４の矢印Ｑ１，Ｑ２の流れが主となる。
第二車速域Ｓ２において、切替バルブ５０が閾値以上の圧力を受ける可能性は低い。第二車速域Ｓ２において、切替バルブ５０は閉じたままである。

以下、図５を参照しつつ第三車速域Ｓ３における冷媒の流れを説明する。図５において、第三車速域Ｓ３における冷媒の流れを矢印Ｑ３で示す。
第三車速域Ｓ３においては、調圧バルブ４０による調圧後、かつ切替バルブ５０の作動後であるため、第二冷媒流路３２を流れる冷媒の一部が第三冷媒流路３３に流れ込むと、第一冷媒流路３１に流れ込む。第三車速域Ｓ３における冷媒の流れは、図５の矢印Ｑ１～Ｑ３の流れとなる。

具体的に、切替バルブ５０において、止め部材５２が閾値以上の圧力を受けると、付勢部材５１の付勢力に抗して冷媒の流れ方向に移動し、受け部材５３から離反する。止め部材５２が受け部材５３から離反することにより、第三冷媒流路３３が開放され、第一冷媒流路３１への冷媒の流れが許容される。第三冷媒流路３３は、第二冷媒流路３２を流れる冷媒の一部を第一冷媒流路３１に案内するバイパス流路として機能する。

＜作用＞
以下、実施形態の冷却システム２９の作用について図６を参照して説明する。
まず、比較例について説明する。
比較例における冷却システムは、実施形態における第二冷媒流路３２（循環流路）および第三冷媒流路３３（バイパス流路）を有していない。比較例においては、低回転数状態（低車速）から高回転数状態（高車速）まで一定の流量で冷却・潤滑が行われる。図６において符号Ａｘは、比較例における冷却流量を示す。

比較例においては、流量が高車速で増加することはないため、冷却流量が車速に応じて最適化されているわけではない。例えば、冷却流量を高車速側に合わせた設定とすると、低車速において必要以上の冷却・潤滑が行われる可能性が高い。そのため、比較例においては、ポンプ大型化による駆動損失の悪化や、動力伝達機構の攪拌フリクションの悪化につながるおそれがある。

次に、実施形態について説明する。
実施形態においては、第二冷媒流路３２（循環流路）および第三冷媒流路３３（バイパス流路）を有し、第二冷媒流路３２において調圧バルブ４０よりも冷媒の流れ方向の下流位置に第一オリフィス４１を設け、第三冷媒流路３３に切替バルブ５０を設けている。実施形態においては、切替バルブ５０の作動により、第三冷媒流路３３が第二冷媒流路３２を流れる冷媒の一部を第一冷媒流路３１に案内するバイパス流路となるため、流量を高車速で増加することができる。図６において、符号Ａｃは実施形態における冷却流量、符号Ａｔは潤滑流量をそれぞれ示す。

一方、低車速においては、第二冷媒流路３２が第一冷媒流路３１を流れる冷媒の一部をポンプ３０に向けて循環させる循環流路となるため、必要以上の冷却・潤滑が行われる可能性は低い。したがって、実施形態においては、ポンプ大型化による駆動損失の悪化や、動力伝達機構の攪拌フリクションの悪化につながる可能性は低い。

以上説明したように、上記実施形態の冷却システム２９は、回転電機１と、回転電機１の回転数の大小に応じて冷媒の流量を増減させ、冷媒を圧送するポンプ３０と、ポンプ３０から回転電機１まで延びて冷媒を回転電機１へ案内する第一冷媒流路３１と、第一冷媒流路３１から分岐し、冷媒をポンプ３０へ案内する第二冷媒流路３２と、第二冷媒流路３２に設けられ、第一冷媒流路３１の圧力を調整する調圧バルブ４０と、第二冷媒流路３２において調圧バルブ４０よりも冷媒の流れ方向の下流位置に設けられ、冷媒の流量を規制する第一オリフィス４１と、第二冷媒流路３２において調圧バルブ４０と第一オリフィス４１との間の位置から分岐し、第一冷媒流路３１において第二冷媒流路３２の分岐位置Ｐ１よりも冷媒の流れ方向の下流位置に合流する第三冷媒流路３３と、第三冷媒流路３３に設けられ、閾値以上の圧力を受けたときに第一冷媒流路３１への冷媒の流れを許容する切替バルブ５０と、を備えることを特徴とする。
この構成によれば、回転電機１の回転数の大小に応じて冷媒の流量を増減させ、冷媒を圧送するポンプ３０を備えることで、回転電機１の回転数が大きいほど冷媒の流量を増加させることにより、高車速時の冷却流量を増加させ、高車速時の冷却性能を向上させることができる。一方、回転電機１の回転数が小さいほど冷媒の流量を低減させることにより、低車速時の冷却流量を低減させ、必要以上の冷却が行われることを回避することができる。加えて、第一冷媒流路３１から分岐し、冷媒をポンプ３０へ案内する第二冷媒流路３２を備えることで、第一冷媒流路３１を流れる冷媒の一部（余剰冷媒）を、第二冷媒流路３２で循環させることができる。加えて、第二冷媒流路３２に設けられ、第一冷媒流路３１の圧力を調整する調圧バルブ４０を備えることで、第一冷媒流路３１を流れる冷媒の流量を調整することができる。加えて、第二冷媒流路３２において調圧バルブ４０よりも冷媒の流れ方向の下流位置に設けられ、冷媒の流量を規制する第一オリフィス４１を備えることで、高車速時における冷媒の増加に伴い、第二冷媒流路３２の圧力を高めることができる。加えて、第二冷媒流路３２において調圧バルブ４０と第一オリフィス４１との間の位置から分岐し、第一冷媒流路３１において第二冷媒流路３２の分岐位置Ｐ１よりも冷媒の流れ方向の下流位置に合流する第三冷媒流路３３を備えることで、第二冷媒流路３２を流れる冷媒の一部を、第三冷媒流路３３および第一冷媒流路３１を通じて回転電機１に向けて流すことができる。加えて、第三冷媒流路３３に設けられ、閾値以上の圧力を受けたときに第一冷媒流路３１への冷媒の流れを許容する切替バルブ５０を備えることで、第二冷媒流路３２から第三冷媒流路３３に冷媒が流れ、第三冷媒流路３３の圧力が閾値以上となったときに、第二冷媒流路３２からの冷媒を、第三冷媒流路３３および第一冷媒流路３１を通じて回転電機１に向けて流すことができる。したがって、冷却流量を車速に応じて最適化することができる。

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と、第一冷媒流路３１から分岐し、冷媒を機構部５５へ案内する第四冷媒流路３４と、を備えることで、以下の効果を奏する。第一冷媒流路３１を流れる冷媒の一部を、第四冷媒流路３４を通じて機構部５５に案内することができるため、機構部５５に冷媒を潤滑させることができる。加えて、第四冷媒流路３４に設けられ、冷媒の流量を規制する第二オリフィス４２を備えることで、第四冷媒流路３４を通じて機構部５５に向かう冷媒の流量が制限されるため、第一冷媒流路３１を通じて回転電機１に向けて冷媒を積極的に流すことができる。すなわち、機構部５５に冷媒を潤滑させつつ、機構部５５への冷媒の流れよりも回転電機１への冷媒の流れを優先させ、回転電機１を積極的に冷却することができる。

上記実施形態では、第四冷媒流路３４の分岐位置Ｐ３は、第一冷媒流路３１において第二冷媒流路３２の分岐位置Ｐ１と第三冷媒流路３３の合流位置Ｐｊとの間に設けられていることで、以下の効果を奏する。第三冷媒流路３３および第一冷媒流路３１を通じて回転電機１に向かう冷媒が、第四冷媒流路３４を通じて機構部５５に流れ込むことを抑制することができる。

上記実施形態では、第一冷媒流路３１において第三冷媒流路３３の合流位置Ｐｊと第四冷媒流路３４の分岐位置Ｐ３との間に設けられ、冷媒の流量を規制する第三オリフィス４３を備えることで、以下の効果を奏する。第三冷媒流路３３および第一冷媒流路３１を通じて回転電機１に向かう冷媒が、第一冷媒流路３１を通じて機構部５５に流れ込むことを抑制することができる。

上記実施形態では、第一冷媒流路３１において第三オリフィス４３よりも冷媒の流れ方向の下流位置から分岐し、冷媒を回転電機１の磁石２２へ案内する第五冷媒流路３５と、第五冷媒流路３５に設けられ、冷媒の流量を規制する第四オリフィス４４と、を備えることで、以下の効果を奏する。第一冷媒流路３１を流れる冷媒の一部を、第五冷媒流路３５を通じて磁石２２に案内することができるため、磁石２２を冷却することができる。加えて、第五冷媒流路３５に設けられ、冷媒の流量を規制する第四オリフィス４４を備えることで、第五冷媒流路３５を通じて磁石２２に向かう冷媒の流量が制限されるため、第一冷媒流路３１を通じて回転電機１（例えばコイル１２）に向けて冷媒を積極的に流すことができる。

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。

上述した実施形態では、ポンプ３０が、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）である例を挙げて説明したが、これに限らない。例えば、ポンプ３０は、ポンプモータの回転駆動力によって駆動する電動オイルポンプ（ＥＯＰ）であってもよい。例えば、ポンプモータとしては、回転電機１の出力シャフト５の回転駆動力に依存しない独立した電動モータを用いることができる。

上述した実施形態では、冷媒としての冷却油を回転電機１まで案内す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のケース２にウォータージャケットを設け、冷媒としての冷却水を、ウォーターポンプによりウォータージャケットまで案内してもよい。

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
２２…磁石
２９…冷却システム
３０…ポンプ
３１…第一冷媒流路
３２…第二冷媒流路
３３…第三冷媒流路
３４…第四冷媒流路
３５…第五冷媒流路
４０…調圧バルブ（圧力調整部）
４１…第一オリフィス（流量規制部）
４２…第二オリフィス（第二流量規制部）
４３…第三オリフィス（第三流量規制部）
４４…第四オリフィス（第四流量規制部）
５０…切替バルブ（流路切替部）
５５…機構部
Ｐ１…第一分岐位置（第一冷媒流路における第二冷媒流路の分岐位置）
Ｐ２…第二分岐位置（第二冷媒流路における第三冷媒流路の分岐位置）
Ｐ３…第三分岐位置（第一冷媒流路における第四冷媒流路の分岐位置）
Ｐ４…第四分岐位置（第一冷媒流路における第五冷媒流路の分岐位置）
Ｐｊ…合流位置（第一冷媒流路における第三冷媒流路の合流位置）

Claims (5)

1. 回転電機と、
   前記回転電機の回転数の大小に応じて冷媒の流量を増減させ、前記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冷媒を前記回転電機へ案内する第一冷媒流路と、
   前記第一冷媒流路から分岐し、前記冷媒を前記ポンプへ案内する第二冷媒流路と、
   前記第二冷媒流路に設けられ、前記第一冷媒流路の圧力を調整する圧力調整部と、
   前記第二冷媒流路において前記圧力調整部よりも前記冷媒の流れ方向の下流位置に設けられ、前記冷媒の流量を規制する流量規制部と、
   前記第二冷媒流路において前記圧力調整部と前記流量規制部との間の位置から分岐し、前記第一冷媒流路において前記第二冷媒流路の分岐位置よりも前記冷媒の流れ方向の下流位置に合流する第三冷媒流路と、
   前記第三冷媒流路に設けられ、閾値以上の圧力を受けたときに前記第一冷媒流路への前記冷媒の流れを許容する流路切替部と、を備えることを特徴とする回転電機の冷却システム。
2. 前記回転電機と機械的に連結可能な機構部と、
   前記第一冷媒流路から分岐し、前記冷媒を前記機構部へ案内する第四冷媒流路と、
   前記第四冷媒流路に設けられ、前記冷媒の流量を規制する第二流量規制部と、を更に備え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. 前記第四冷媒流路の分岐位置は、前記第一冷媒流路において前記第二冷媒流路の分岐位置と前記第三冷媒流路の合流位置との間に設けられていることを特徴とする請求項２に記載の回転電機の冷却システム。
4. 前記第一冷媒流路において前記第三冷媒流路の合流位置と前記第四冷媒流路の分岐位置との間に設けられ、前記冷媒の流量を規制する第三流量規制部を更に備えることを特徴とする請求項３に記載の回転電機の冷却システム。
5. 前記第一冷媒流路において前記第三流量規制部よりも前記冷媒の流れ方向の下流位置から分岐し、前記冷媒を前記回転電機の磁石へ案内する第五冷媒流路と、
   前記第五冷媒流路に設けられ、前記冷媒の流量を規制する第四流量規制部と、を更に備えることを特徴とする請求項４に記載の回転電機の冷却システム。

Images