JP7061001B2 - 回転電機ユニット - Google Patents

Description

回転電機と、この回転電機に電気的に接続される電気回路と、を備える回転電機ユニットに関する。

ハイブリッド自動車や電気自動車などに搭載されているモータや、ジェネレータや、モータジェネレータといった回転電機と、この回転電機に電気的に接続される第１電気回路及び第２電気回路と、を備える回転電機ユニットが用いられている。このような回転電機ユニットにおいて、回転電機、第１電気回路、及び第２電気回路から発生した熱による影響の低減を目的として、冷却部を備える駆動装置が用いられている。

回転電機、第１電気回路、及び第２電気回路から発生した熱が相互に作用すると、回転電機、第１電気回路、及び第２電気回路への熱の影響が大きくなる。特許文献１では、回転電機と第１電気回路との間に第１の冷却部を設けることにより、回転電機から発生した熱と第１電気回路から発生した熱との相互作用を抑制する。また、第１電気回路と第２電気回路との間に第２の冷却部を設けることにより、第１電気回路から発生した熱と第２電気回路から発生した熱との相互作用を抑制する。これにより、回転電機、第１電気回路、及び第２電気回路への熱の影響を抑制している。

特開２０１６－９２９３１号公報

ところで、第１電気回路と第２電気回路とでは、回転電機の作動に伴う発熱量が異なることがある。特許文献１に記載の冷却部では、第１電気回路と第２電気回路との発熱量の違いを考慮しておらず、回転電機を冷却する上で、未だ改善の余地を残すものとなっている。

本発明は、回転電機を好適に冷却することのできる回転電機ユニットを提供することにある。

本発明は、回転電機と、前記回転電機の作動時に通電される複数の電気回路とを備え、前記複数の電気回路は、前記回転電機の作動に伴う発熱量の多い高発熱回路と、発熱量の少ない低発熱回路とを含む回転電機ユニットであって、前記高発熱回路及び前記低発熱回路を冷却する第１冷却部と、前記第１冷却部に対して第１冷媒を供給する第１冷媒供給部と、前記回転電機を冷却する第２冷却部と、前記第２冷却部に対して第２冷媒を供給する第２冷媒供給部と、を備え、前記第２冷媒供給部は、前記第１冷却部において前記低発熱回路を冷却する部分に一体的に設けられ、前記第１冷媒と前記第２冷媒との熱交換を行わせる熱交換部を有する。

回転電機の作動に伴う低発熱回路の発熱量は、回転電機の作動に伴う高発熱回路の発熱量よりも少ない。そのため、第１冷却部に対して第１冷媒を供給し、高発熱回路及び低発熱回路を冷却すると、第１冷却部において低発熱回路を冷却する部分に、冷却能力の余剰が生じる。本発明者らは、この点に着目した。すなわち、本発明は、この冷却能力の余剰を利用して、第１冷媒と第２冷媒との熱交換を行わせ、熱交換後の第２冷媒を第２冷却部に対して供給する第２冷媒供給部を有する。これにより、第１冷却部において低発熱回路を冷却する部分における冷却能力の余剰を利用して、回転電機を好適に冷却することができる。

また、本発明は、回転軸により支持された回転子及び前記回転子の径方向外側に設けられた固定子を有する回転電機と、前記回転電機の作動時に通電される複数の電気回路とを備える回転電機ユニットであって、前記回転電機を冷却する冷却部と、前記冷却部に対して冷媒を供給する冷媒供給部と、を備え、前記冷媒供給部は、前記回転軸においてその軸方向に沿って設けられ、前記冷媒を流通させる軸内流路と、前記回転子に設けられ、前記軸内流路から前記冷媒を流入させ、かつ前記冷媒を、前記回転子の軸方向端面に設けられた開口から流出させる回転子内流路と、を有し、前記固定子は、複数のスロットを有する固定子コアと、前記スロット内において前記固定子の径方向内外に複数層で収容される固定子巻線とを有し、前記固定子巻線は、相ごとに、複数の巻線部が直列に接続された巻線群を含み、前記各巻線群の一端が中性点にて互いに接続されている多相巻線であり、前記複数の巻線部は、前記回転電機の作動状態によらず通電対象となる第１巻線部と、特定の前記作動状態において通電対象となる第２巻線部とを含み、前記固定子コアの軸方向両端に前記各巻線部のコイルエンド部が形成されており、前記スロットには、前記第１巻線部の少なくとも一部が前記第２巻線部よりも前記回転子の径方向内側に配置されるように、前記第１巻線部及び前記第２巻線部が収容されている。

第１巻線部が通電対象となる回転電機の作動状態は、第２巻線部が通電対象となる回転電機の作動状態よりも多い。そのため、第１巻線部は第２巻線部よりも発熱する機会が多く、第１巻線部を優先的に冷却することで、回転電機が好適に冷却される。本発明では、回転子の回転により、回転子の軸方向端面に設けられた開口から、回転子の径方向外側に設けられた固定子のコイルエンド部に冷媒が吐出される構成において、第１巻線部の少なくとも一部が、第２巻線部よりも回転子の径方向内側に配置される。これにより、冷媒を用いて、第１巻線部を優先的に冷却することができ、回転電機を好適に冷却することができる。

第１実施形態に係る回転電機ユニットの全体構成を示す図。 第１実施形態に係る回転電機ユニットの構成を示す概略図。 第１実施形態に係るステータの構成を示す断面図。 インバータ冷却部の構成を示す断面図。 第２冷媒供給部の構成を示す断面図。 ポンプの構成を示す側面図。 インバータと巻線切替回路との発熱量の関係を示す図。 第２実施形態に係るステータの構成を示す断面図。 第３実施形態に係る回転電機ユニットの全体構成を示す図。 第４実施形態に係る回転電機ユニットの構成を示す概略図。 その他の実施形態に係るポンプの構成を示す断面図。

（第１実施形態）
以下、本発明に係る回転電機ユニットを、車載モータ制御システム１００に適用した第１実施形態について、図面を参照しつつ説明する。

図１に示すように、本実施形態に係る車両の車載モータ制御システム１００は、回転電機１０、インバータ（電力変換器）２０、制御装置３０、及び、巻線切替回路５０を備えている。

回転電機１０は、回生発電及び力行駆動の機能を有し、具体的には、ＭＧ（Motor Generator）である。回転電機１０は、力行時には、車両に推進力を付与し、回生時には、車両の減速エネルギーを用いて発電を行い、バッテリ４０の充電を行うものである。

回転電機１０は、ロータ１１（回転子）とステータ１３（固定子）とを備える。ロータ１１には、界磁を行う永久磁石１２が設けられている。つまり、回転電機１０は、永久磁石１２により界磁を行う永久磁石界磁型回転電機である。永久磁石１２は、具体的にはネオジム磁石である。

回転電機１０のステータ１３には、Ｕ相、Ｖ相、及び、Ｗ相の各相に対応した多相巻線である固定子巻線１４が設けられている。各固定子巻線１４は、波巻にて構成され、第１巻線部１５と第２巻線部１６とを含む。第１巻線部１５と第２巻線部１６とは、巻線切替回路５０を介して直列に接続されている。本実施形態において、第１巻線部１５と第２巻線部１６とは「複数の巻線部，巻線群」に相当する。

各相上、第１巻線部１５の一端は、インバータ２０に接続されている。第１巻線部１５の他端は、第２巻線部１６の一端に接続されている。第２巻線部１６の他端は、第１中性点Ｎｐ１に接続されている。また、第１巻線部１５の他端は、第１巻線部１５と第２巻線部１６との間の中間点Ｂｐを介して、第１中性点Ｎｐ１と異なる第２中性点Ｎｐ２に接続されている。つまり、各固定子巻線１４の一端が中性点Ｎｐ１，Ｎｐ２にて互いに接続されている。

巻線切替回路５０は、スイッチング素子３２ａ，３２ｂ，３２ｃ（第１スイッチ）、及びスイッチング素子３３ａ，３３ｂ，３３ｃ（第２スイッチ）により構成されている。各相上、第１スイッチは、第２巻線部１６の他端と第１中性点Ｎｐ１との間に接続されており、第２スイッチは、第１巻線部１５の他端と第２中性点Ｎｐ２との間に接続されている。なお、本実施形態では、スイッチ３２，３３として、電圧制御形の半導体スイッチング素子を用いており、より具体的にはＳｉＣスイッチング素子を用いている。各スイッチには、フリーホイールダイオード３４が逆並列にそれぞれ接続されている。本実施形態において、巻線切替回路５０は「低発熱回路」に相当する。

回転電機１０の固定子巻線１４は、インバータ２０を介して、直流の電源部であるバッテリ４０に接続されている。バッテリ４０の出力電圧は、例えば２００Ｖ以上の高電圧である。バッテリ４０は、具体的には、複数のリチウムイオン蓄電池が直列接続された組電池である。なお、他の種類の蓄電池であってもよい。

インバータ２０は、高電位側のスイッチング素子２２ａ，２２ｂ，２２ｃ（上アームスイッチ）、及び低電位側のスイッチング素子２３ａ，２３ｂ，２３ｃ（下アームスイッチ）の直列接続体が、３つ並列に接続されて構成されている。各相上、上アームスイッチと下アームスイッチの接続点には、回転電機１０の対応する相が接続されている。なお、本実施形態では、スイッチ２２，２３として、電圧制御形の半導体スイッチング素子を用いており、より具体的にはＩＧＢＴを用いている。各スイッチには、フリーホイールダイオード２４が逆並列にそれぞれ接続されている。本実施形態において、インバータ２０及び巻線切替回路５０は「複数の電気回路」に相当し、インバータ２０は「高発熱回路，電力変換回路」に相当する。

制御装置３０は、回転電機１０の力行又は発電が行われる作動時に、バッテリ４０の電圧を検出する電圧センサ２１、回転電機１０を構成する固定子巻線１４の各相に流れる電流を検出する相電流センサ（図示せず）、及び回転電機１０の回転角を検出する回転角センサ（図示せず）等から検出値を取得する。そして、取得した検出値に基づいて、インバータ２０を構成する各スイッチ２２，２３をオンオフ操作すべく、各操作信号を生成し、生成した各操作信号を各スイッチ２２，２３に出力する。これにより、インバータ２０は、固定子巻線１４における相ごとの通電を行わせる。ここで、上アーム側の操作信号と、対応する下アーム側の操作信号とは、互いに相補的な信号となっている。すなわち、上アームスイッチ２２ａ，２２ｂ，２２ｃと、対応する下アームスイッチ２３ａ，２３ｂ，２３ｃとは、交互にオン状態とされる。

また、制御装置３０は、取得した検出値に基づいて、回転電機１０の作動状態を取得する。回転電機１０の作動状態は、例えば低速回転状態や高速回転状態である。そして、取得した作動状態に基づいて、巻線切替回路５０を構成する各スイッチ３２，３３を切替操作すべく、各切替信号を生成し、生成した各切替信号を各スイッチ３２，３３に出力する。これにより、巻線切替回路５０は、各固定子巻線１４において第２巻線部１６の通電状態と非通電状態とを切り替える。ここで、第１スイッチ側の操作信号と、第２スイッチ側の操作信号とは、互いに相補的な信号となっている。すなわち、第１スイッチ３２ａ，３２ｂ，３２ｃと、第２スイッチ３３ａ，３３ｂ，３３ｃとは、交互にオン状態とされる。

本実施形態では、回転電機１０が低速回転状態である場合、第１スイッチ３２ａ，３２ｂ，３２ｃがオン状態とされ、第２スイッチ３３ａ，３３ｂ，３３ｃがオフ状態とされる。これにより、第１巻線部１５と第２巻線部１６とが通電対象となる。一方、回転電機１０が高速回転状態である場合、第１スイッチ３２ａ，３２ｂ，３２ｃがオフ状態とされ、第２スイッチ３３ａ，３３ｂ，３３ｃがオン状態とされる。これにより、第１巻線部１５のみが通電対象となる。つまり、第１巻線部１５は、回転電機１０の作動時にその作動状態によらず通電対象となり、第２巻線部１６は、回転電機１０が低速回転状態である場合に通電対象となる。本実施形態において、低速回転状態は「特定の作動状態」に相当する。

図２に本実施形態の回転電機１０の構造の概略図を示す。図２では、制御装置３０の図示を省略している。回転電機１０の回転軸であるシャフト２５は、円筒状の筐体２６に設けられたベアリング２７によって回転可能に支持されている。筐体２６の内部において、シャフト２５の外周部には円筒状のロータ１１が連結されている。また、筐体２６の内周において、ロータ１１の径方向外側にステータ１３が設けられている。

ステータ１３は、ステータコア１８（固定子コア）を有し、ステータコア１８に固定子巻線１４が巻装されている。ステータコア１８に固定子巻線１４が巻装された状態では、ステータコア１８の軸方向両端に、その両端面１８Ａ，１８Ｂから軸方向外側に複数のターン部が突出し、これにより全体としてリング状のコイルエンド部１４Ａ，１４Ｂが形成されている。

図３に示すように、ステータコア１８には、径方向にのびる複数のスロット１７が形成されており、そのスロット１７内において径方向内外に複数層で固定子巻線１４が収容されている。具体的には、径方向内側に第１巻線部１５が巻装されており、第１巻線部１５よりも径方向外側に第２巻線部１６が巻装されている。つまり、スロット１７には、第１巻線部１５の少なくとも一部が、第２巻線部１６よりも径方向内側に配置されるように、第１巻線部１５及び第２巻線部１６が収容されており、具体的には、第１巻線部１５の全部が第２巻線部１６よりも径方向内側に配置されるように、第１巻線部１５及び第２巻線部１６が収容されている。そのため、図２に示すように、コイルエンド部１４Ａ，１４Ｂでは、第１巻線部１５の第１コイルエンド部１５Ａ，１５Ｂが、第２巻線部１６の第２コイルエンド部１６Ａ，１６Ｂよりも径方向内側に配置されている。

回転電機１０は、作動時におけるエネルギー損失により発熱する。エネルギー損失には、銅損、鉄損、機械損等が含まれる。また、インバータ２０及び巻線切替回路５０は、各スイッチ２２，２３，３２，３３の切り替え及び通電により発熱する。本実施形態の車載モータ制御システム１００は、これらの発熱により回転電機１０、インバータ２０、及び巻線切替回路５０の温度が過度に上昇することを抑制するために冷却装置が設けられている。

冷却装置は、インバータ２０を冷却するインバータ冷却部６１と、巻線切替回路５０を冷却する切替回路冷却部６２と、これらの冷却部６１，６２に第１冷媒を供給する第１冷媒供給部６０を備えている。なお、本実施形態では、第１冷媒として冷却水を用いている。本実施形態において、インバータ冷却部６１及び切替回路冷却部６２は「第１冷却部」に相当し、切替回路冷却部６２は「低発熱回路を冷却する部分」に相当する。

インバータ冷却部６１及び切替回路冷却部６２の構造について、インバータ冷却部６１を例にして説明する。図４に本実施形態のインバータ冷却部６１の断面図を示す。インバータ冷却部６１は、厚さ方向において扁平な直方体状をしており、内部にスペース６１Ｃが形成されている。インバータ冷却部６１の厚さ方向に交差する方向において対向する一対の側面６１Ａ，６１Ｂには、インバータ冷却部６１の内外を連通する開口６１Ｄ，６１Ｅが形成されており、この開口６１Ｄ，６１Ｅを介してスペース６１Ｃ内を第１冷媒が流通する。

インバータ冷却部６１のスペース６１Ｃには、外部の熱を吸収する吸熱構成としての複数のフィン６８が設けられている。各フィン６８は、熱伝導率のよいアルミニウム合金により略平板状に形成されている。各フィン６８は、インバータ冷却部６１の厚さ方向における一方側の側面からスペース６１Ｃに突出するように設けられており、側面６１Ａ，６１Ｂが対向する対向方向と平行となるように配置されている。切替回路冷却部６２についても同様である。

図２に示すように、インバータ冷却部６１は、その厚さ方向においてインバータ２０と重ねられて配置されている。そして、インバータ２０とインバータ冷却部６１とからなるインバータユニット２８は、筐体２６の軸方向と平行な側面２６Ａに、インバータ冷却部６１が側面２６Ａ側となる姿勢で固定されている。また、切替回路冷却部６２は、その厚さ方向において巻線切替回路５０と重ねられて配置されている。そして、巻線切替回路５０と切替回路冷却部６２とからなる切替回路ユニット５８は、筐体２６の軸方向と交差する側面２６Ｂに、切替回路冷却部６２が側面２６Ｂ側となる姿勢で固定されている。

次に、第１冷媒供給部６０について説明する。第１冷媒供給部６０は、インバータ冷却部６１に第１冷媒を流入させる流入側経路６３と、インバータ冷却部６１から排出された第１冷媒を切替回路冷却部６２に流入させる中間経路６４と、切替回路冷却部６２から排出された第１冷媒が流れる排出側経路６５と、この排出側経路６５に設けられており第１冷媒を流通させるポンプ６６と、排出側経路６５を通じて排出された第１冷媒を冷却するラジエータ６７と、を備えている。

また、冷却装置は、回転電機１０を冷却する回転電機冷却部７０と、回転電機冷却部７０に第２冷媒を供給する第２冷媒供給部８０と、を備えている。なお、本実施形態では、第２冷媒として潤滑オイルを用いている。本実施形態において、回転電機冷却部７０は「第２冷却部，冷却部」に相当し、第２冷媒は「第２冷媒，冷媒」に相当し、第２冷媒供給部８０は「第２冷媒供給部，冷媒供給部」に相当する。

回転電機冷却部７０は、シャフト２５により構成される。シャフト２５の軸方向における一端側の端面２５Ａには、その中央に軸方向に沿って設けられ、シャフト２５を貫通しない軸穴７１が形成されている。また、ロータ１１には、軸方向に沿って設けられ、ロータ１１を貫通する複数の貫通孔７２が形成されている。そのため、ロータ１１の軸方向における両端面１１Ａ，１１Ｂには、複数の貫通孔７２に対応する複数の開口７３，７４が形成されている。そして、シャフト２５及びロータ１１には、径方向に沿って設けられ、軸穴７１と各貫通孔７２とを連通する複数の連通孔７５が形成されている。本実施形態において、軸穴７１は「軸内流路」に相当し、連通孔７５及び貫通孔７２は「回転子内流路」に相当する。

そのため、第２冷媒供給部８０により軸穴７１に第２冷媒を流通させると、第２冷媒が軸穴７１から連通孔７５及び貫通孔７２に流入する。これにより、ロータ１１が冷却される。また、貫通孔７２に流入した第２冷媒は、開口７３，７４から排出される。そして、回転電機１０が回転状態であると、第２冷媒はロータ１１の遠心力によりステータ１３のコイルエンド部１４Ａ，１４Ｂに吐出される。これにより、コイルエンド部１４Ａ，１４Ｂが冷却される。

なお、本実施形態では、コイルエンド部１４Ａ，１４Ｂにおいて、第１巻線部１５の第１コイルエンド部１５Ａ，１５Ｂが、第２巻線部１６の第２コイルエンド部１６Ａ，１６Ｂよりも径方向内側に配置されている。そのため、コイルエンド部１４Ａ，１４Ｂの冷却では、第１巻線部１５の第１コイルエンド部１５Ａ，１５Ｂと、第２巻線部１６の第２コイルエンド部１６Ａ，１６Ｂとのうち、第１巻線部１５の第１コイルエンド部１５Ａ，１５Ｂが優先的に冷却される。

次に、第２冷媒供給部８０について説明する。図５に本実施形態の第２冷媒供給部８０の断面図を示す。第２冷媒供給部８０は、上記の軸穴７１、連通孔７５、及び貫通孔７２の他、軸穴７１に第２冷媒を流入させる流入側経路８１と、筐体２６内に設けられ、貫通孔７２から排出された第２冷媒が貯えられるリザーバタンク８２（図２参照）と、リザーバタンク８２に貯えられた第２冷媒を流出させる流出側経路８３と、第２冷媒を流通させるポンプ８４と、を備える。

まず、ポンプ８４について説明する。本実施形態では、ポンプ８４としてトロコイドポンプを用いており、円筒状をなすポンプケーシング８７の内側に、インナロータ８５とアウタロータ８６とが収納されている。図６に示すように、インナロータ８５の外周側とアウタロータ８６の内周側とには、それぞれ外歯８５Ａと内歯８６Ａとが等間隔で形成されており、インナロータ８５の外歯８５Ａの歯数が、アウタロータ８６の内歯８６Ａの歯数よりも１つ少なくなっている。

アウタロータ８６は、軸方向視でシャフト２５と同心に配置された円形穴８８（図２参照）内に回転自在に嵌合されている。アウタロータ８６の内周側にはインナロータ８５が偏心して収納され、両ロータ８５，８６の各歯の噛合い又は接触によって、歯８５Ａ，８６Ａ間に複数のスペース８９が形成されている。そして、このスペース８９を、両ロータ８５，８６の回転に応じて増減させ、その増減に合わせて第２冷媒の流入（図５の矢印Ｙ１）及び流出（図５の矢印Ｙ２）を行う。これにより、第２冷媒が流通される。

ポンプ８４は、切替回路冷却部６２に一体的に設けられており、具体的には、インナロータ８５の軸方向における側面８５Ｂが、切替回路冷却部６２に近接した位置に設けられている。インナロータ８５の側面８５Ｂと切替回路冷却部６２との間の隙間８９Ａには、オイルが保持されており、インナロータ８５の側面８５Ｂと切替回路冷却部６２とが薄い油膜を介して近接して配置される。そのため、スペース８９に吸入された第２冷媒は、切替回路冷却部６２により冷却されるとともに、切替回路冷却部６２により冷却されたインナロータ８５により冷却される。つまり、ポンプ８４は、第１冷媒と第２冷媒との熱交換を行わせる熱交換部として機能する。

図７は、回転電機１０の作動に伴うインバータ２０及び巻線切替回路５０の発熱量を示すグラフである。図７に示すように、回転電機１０の作動に伴う巻線切替回路５０の発熱量Ｆｅ２は、インバータ２０の発熱量Ｆｅ１に比べて少ない。これは以下の理由による。すなわち、巻線切替回路５０に含まれるスイッチング素子は、例えば低速回転状態から高速回転状態への切り替えなど、回転電機１０の作動状態の切替時のみに切り替えられる。一方、インバータ２０に含まれるスイッチング素子は、回転電機１０の作動時に常に切り替えられる。つまり、巻線切替回路５０に含まれるスイッチング素子の切替頻度が、インバータ２０に含まれるスイッチング素子の切替頻度よりも少ないことによる。

そのため、インバータ冷却部６１及び切替回路冷却部６２に対して第１冷媒を供給し、インバータ２０及び巻線切替回路５０を冷却すると、切替回路冷却部６２に冷却能力の余剰が生じることがある。これは以下の理由による。すなわち、回転電機１０の作動に伴う巻線切替回路５０の発熱量Ｆｅ２とインバータ２０の発熱量Ｆｅ１との差により、切替回路冷却部６２に冷却能力の余剰が生じることによる。また、切替回路冷却部６２に冷却能力が、回転電機１０の作動状態の切替時に対応して高く設定されているため、切替時以外では冷却能力の余剰が生じることによる。

本実施形態では、この点に着目し、切替回路冷却部６２における冷却能力の余剰を利用して、回転電機１０を冷却する構成を実現した。具体的には、第２冷媒供給部８０は、切替回路冷却部６２に一体的に設けられたポンプ８４を有し、このポンプ８４により、第１冷媒と第２冷媒との熱交換が行われ、第２冷媒が回転電機冷却部７０に供給される。これにより、切替回路冷却部６２における冷却能力の余剰により第２冷媒を冷却することができ、この冷却された第２冷媒により回転電機１０を冷却することができる。

以上詳述した本実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。

本実施形態では、切替回路冷却部６２における冷却能力の余剰を利用して、回転電機１０を冷却する。これにより、切替回路冷却部６２とは別に回転電機１０を冷却する構成が不要となるか、または、この構成に必要とされる冷却能力を抑制することができ、回転電機１０を好適に冷却することができる。

特に、本実施形態では、ポンプ８４が切替回路冷却部６２に一体的に設けられる。そのため、ポンプ８４が熱交換部として機能するとともに、ポンプ８４自体が切替回路冷却部６２により冷却される。これにより、加熱によりポンプ８４が故障することが抑制されるとともに、冷却されたポンプ８４により第２冷媒を好適に冷却することができ、回転電機１０を好適に冷却することができる。

本実施形態では、ポンプ８４としてトロコイドポンプが用いられる。トロコイドポンプは、インナロータ８５とアウタロータ８６とを有し、これら各ロータ８５，８６によって作られるスペース８９を増減させて第２冷媒の流入及び排出を行う。本実施形態では、これらのロータ８５，８６のうち、インナロータ８５の側面８５Ｂが切替回路冷却部６２に薄い油膜を介して近接した位置に設けられている。これにより、切替回路冷却部６２により冷却されたインナロータ８５を用いて、第２冷媒を撹拌しつつ冷却することができ、回転電機１０を好適に冷却することができる。

本実施形態の回転電機１０では、ロータ１１が、径方向においてステータ１３よりも内側に配置されているため、ステータ１３に比べて放熱により冷却することが難しい。本実施形態では、回転電機１０を冷却する際に、切替回路冷却部６２により冷却された第２冷媒を、シャフト２５に形成された軸穴７１に流通させ、この軸穴７１から、ロータ１１に形成された連通孔７５及び貫通孔７２に流入させる。これにより、第２冷媒を用いてロータ１１を好適に冷却することができる。

貫通孔７２に流入した第２冷媒は、ロータ１１の軸方向における両端面１１Ａ，１１Ｂに形成された開口７３，７４から排出され、ロータ１１の回転により、径方向外側に吐出される。本実施形態では、径方向においてロータ１１よりも外側に配置されたステータ１３に、コイルエンド部１４Ａ，１４Ｂが形成されている。これにより、開口７３、７４から排出された第２冷媒を、コイルエンド部１４Ａ，１４Ｂに吐出することができ、第２冷媒を用いて固定子巻線１４を好適に冷却することができる。

固定子巻線１４では、第１巻線部１５及び第２巻線部１６が通電対象となる回転電機１０の作動状態と、第１巻線部１５のみが通電対象となる回転電機１０の作動状態と、が切り替えられる。つまり、第１巻線部１５が通電対象となる回転電機１０の作動状態は、第２巻線部１６が通電対象となる回転電機１０の作動状態よりも多い。そのため、第１巻線部１５は第２巻線部１６よりも発熱しやすく、第１巻線部１５を優先的に冷却することで、回転電機１０が好適に冷却される。

本実施形態では、ロータ１１の回転により、開口７３、７４から排出された第２冷媒が、コイルエンド部１４Ａ，１４Ｂに吐出される構成において、第１巻線部１５の少なくとも一部が、第２巻線部１６よりも径方向内側に配置されている。つまり、第１巻線部１５の第１コイルエンド部１５Ａ，１５Ｂの少なくとも一部が、第２巻線部１６の第２コイルエンド部１６Ａ，１６Ｂよりも径方向内側に配置されている。したがって、第２冷媒を用いて、第１巻線部１５を優先的に冷却することができ、これにより、回転電機１０を好適に冷却することができる。

特に、本実施形態では、第１巻線部１５の全部が、第２巻線部１６よりも径方向内側に配置されている。つまり、第１巻線部１５の第１コイルエンド部１５Ａ，１５Ｂの全部が、第２巻線部１６の第２コイルエンド部１６Ａ，１６Ｂよりも径方向内側に配置されている。これにより、第２冷媒を用いて、第１巻線部１５を優先的に冷却することができ、第１巻線部１５を含むステータ１３を好適に冷却することができる。したがって、ステータ１３を径方向外側から冷却する構成が不要となるか、または、この構成に必要とされる冷却能力を抑制することができ、回転電機１０を好適に冷却することができる。

（第２実施形態）
次に第２実施形態に係る車載モータ制御システム１００について図８を用いて説明する。第２実施形態に係る車載モータ制御システム１００は、第１実施形態に係る車載モータ制御システム１００と比べて、ステータ１３における第１巻線部１５及び第２巻線部１６の配置が異なる。そのため、以下では、第２実施形態に係るステータ１３について説明する。

本実施形態に係るステータ１３では、ステータコア１８の径方向中央に第２巻線部１６が巻装されており、第２巻線部１６よりも径方向内側及び外側に第１巻線部１５が巻装されている。つまり、スロット１７には、第１巻線部１５の一部が第２巻線部１６よりも径方向内側に配置され、第１巻線部１５の残りが第２巻線部１６よりも径方向外側に配置されるように、第１巻線部１５及び第２巻線部１６が収容されている。

以上説明した本実施形態によれば、ロータ１１の回転により、開口７３、７４から排出された第２冷媒が、コイルエンド部１４Ａ，１４Ｂに吐出される構成において、第１巻線部１５の一部が、第２巻線部１６よりも径方向内側に配置されている。つまり、第１巻線部１５の第１コイルエンド部１５Ａ，１５Ｂの一部が、第２巻線部１６の第２コイルエンド部１６Ａ，１６Ｂよりも径方向内側に配置されている。したがって、第２冷媒を用いて、第１巻線部１５の一部を優先的に冷却することができ、これにより、回転電機１０を好適に冷却することができる。

また、本実施形態によれば、第１巻線部１５の残りが、第２巻線部１６よりも径方向外側に配置されている。つまり、第１巻線部１５の第１コイルエンド部１５Ａ，１５Ｂの残りが、第２巻線部１６の第２コイルエンド部１６Ａ，１６Ｂよりも径方向外側に配置されている。したがって、回転電機１０を収容する筐体２６への伝熱により第１巻線部１５の残りを優先的に冷却することができ、これにより、回転電機１０を好適に冷却することができる。

（第３実施形態）
次に第３実施形態に係る車載モータ制御システム１００について図９を用いて説明する。第３実施形態に係る車載モータ制御システム１００は、第１実施形態における巻線切替回路５０に代えて、インバータ５５が設けられている点で異なる。そのため、以下では、第３実施形態に係るステータ１３及びインバータ５５について説明する。

本実施形態に係るステータ１３では、各固定子巻線１４が一つの巻線部を含む。各固定子巻線１４は、ステータ１３内において中性点を有しておらず、インバータ５５が各固定子巻線１４の中性点として機能する。

回転電機１０の固定子巻線１４は、インバータ５５を介して、直流の電源部であるバッテリ５６に接続されている。バッテリ５６の出力電圧は、例えば２００Ｖ以上の高電圧である。バッテリ５６は、具体的には、複数のリチウムイオン蓄電池が直列接続された組電池である。なお、他の種類の蓄電池であってもよい。

インバータ５５は、高電位側のスイッチング素子５２ａ，５２ｂ，５２ｃ（上アームスイッチ）、及び低電位側のスイッチング素子５３ａ，５３ｂ，５３ｃ（下アームスイッチ）の直列接続体が、３つ並列に接続されて構成されている。各相上、上アームスイッチと下アームスイッチの接続点には、回転電機１０の対応する相が接続されている。なお、本実施形態では、スイッチ５２，５３として、電圧制御形の半導体スイッチング素子を用いており、より具体的にはＩＧＢＴを用いている。各スイッチには、フリーホイールダイオード５４が逆並列にそれぞれ接続されている。本実施形態において、インバータ２０，５５は「複数の電気回路」に相当し、インバータ５５は「低発熱回路」に相当する。

制御装置３０は、回転電機１０の作動状態に基づいて、インバータ５５の制御モードを駆動モードと非駆動モードとに切り替える。駆動モードでは、各相上、オン状態とされるスイッチング素子が、インバータ２０とインバータ５５とで上下反対となるように、スイッチ５２，５３を切り替える。そのため、駆動モードでは、インバータ５５に含まれるスイッチング素子の切替頻度は、インバータ２０に含まれるスイッチング素子の切替頻度と略等しく、回転電機１０の作動に伴うインバータ５５の発熱量Ｆｅ３は、インバータ２０の発熱量Ｆｅ１と略等しい。

また、非駆動モードでは、スイッチング素子５２ａ，５２ｂ，５２ｃと、スイッチング素子５３ａ，５３ｂ，５３ｃとの一方を３相同時にオン操作するとともに、他方を３相同時にオフ操作すべく、各操作信号を生成し、生成した各操作信号を各スイッチ５２，５３に出力する。

そのため、非駆動モードにおけるインバータ５５の発熱量Ｆｅ３は、インバータ２０の発熱量Ｆｅ１に比べて少ない（図７参照）。これは以下の理由による。すなわち、インバータ５５に含まれるスイッチング素子は、回転電機１０の作動中にオン操作又はオフ操作が継続され、切り替えられない。一方、インバータ２０に含まれるスイッチング素子は、回転電機１０の作動時に常に切り替えられる。つまり、インバータ５５に含まれるスイッチング素子の切替頻度が、インバータ２０に含まれるスイッチング素子の切替頻度よりも少ないことによる。

そのため、インバータ２０を冷却するインバータ冷却部６１と、インバータ５５を冷却するインバータ冷却部６９に対して第１冷媒を供給し、インバータ２０，５５を冷却すると、インバータ冷却部６９に冷却能力の余剰が生じることがある。本実施形態では、インバータ冷却部６９における冷却能力の余剰を利用して、回転電機１０を冷却する。これにより、インバータ冷却部６９とは別に回転電機１０のみを冷却する構成が不要となるか、または、この構成に必要とされる冷却能力を抑制することができ、回転電機１０を好適に冷却することができる。

（第４実施形態）
次に第４実施形態に係る車載モータ制御システム１００について図１０を用いて説明する。第４実施形態に係る車載モータ制御システム１００は、第１実施形態に係る車載モータ制御システム１００と比べて、インバータユニット２８の配置が異なる。そのため、以下では、第４実施形態に係るインバータユニット２８及び切替回路ユニット５８について説明する。

本実施形態に係るインバータユニット２８は、インバータ２０とインバータ冷却部６１とを覆うカバー２９を含む。また、本実施形態に係る切替回路ユニット５８は、巻線切替回路５０と切替回路冷却部６２とを覆うカバー５９を含む。そして、インバータユニット２８は、インバータ冷却部６１が切替回路ユニット５８側となる姿勢で、切替回路ユニット５８における回転電機１０とは反対側の側面５８Ａに固定されている。つまり、切替回路ユニット５８とインバータユニット２８とは、回転電機１０側からこの順に積層して配置されている。

以上説明した本実施形態によれば、インバータユニット２８と回転電機１０との間に切替回路ユニット５８が配置される。巻線切替回路５０を含む切替回路ユニット５８は、インバータ２０を含むインバータユニット２８の発熱量よりも少ない。本実施形態では、発熱量の少ない切替回路ユニット５８を、インバータユニット２８と回転電機１０との間に配置することで、インバータユニット２８から発生した熱と、回転電機１０から発生した熱との相互作用を抑制することができる。

本発明は上記実施形態の記載内容に限定されず、次のように実施されてもよい。

上記各実施形態では、低発熱回路として、切替回路冷却部６２及びインバータ冷却部６９を例示したが、これに限られない。例えば、低発熱回路は、外部と非接触で電力を受給する非接触受給電回路であってもよい。

上記各実施形態では、インバータ冷却部６１及び切替回路冷却部６２、または、インバータ冷却部６１及びインバータ冷却部６９が、第１冷媒供給部６０を構成する経路６３～６５により直列に接続される例を示したが、これに限られず、並列に接続されてもよい。この場合、インバータ冷却部６１の発熱量Ｆｅ１とインバータ冷却部６１及びインバータ冷却部６９の発熱量Ｆｅ２，Ｆｅ３との差に基づいて、第１冷媒をインバータ冷却部６１及びインバータ冷却部６９に流入させる経路の流動抵抗を、第１冷媒をインバータ冷却部６１に流入させる経路の流動抵抗よりも高く設定してもよい。

上記各実施形態では、インバータ冷却部６１及び切替回路冷却部６２、または、インバータ冷却部６１及びインバータ冷却部６９が、別体で設けられる例を示したが、これに限られず、一体的に設けられてもよい。

インバータ冷却部６１及び切替回路冷却部６２を例について説明すると、図１１に示すように、インバータ冷却部６１及び切替回路冷却部６２を構成する１つの冷却部９０は、厚さ方向において扁平な直方体状をしており、内部にスペース９１が形成されている。冷却部９０の厚さ方向に交差する方向において対向する一対の側面９０Ａ，９０Ｂには、冷却部９０の内外を連通する開口９２，９３が形成されており、この開口９２，９３を介してスペース９１内に第１冷媒が供給及び排出される。

図１１（ａ）に示すように、インバータ冷却部６１と切替回路冷却部６２とが直列に接続される構成では、インバータ冷却部６１として機能する複数のフィン９４と、切替回路冷却部６２として機能する複数のフィン９５とが、側面９０Ａ，９０Ｂが対向する対向方向に並んで配置される。なお、図１１（ａ）では、インバータ冷却部６１の発熱量Ｆｅ１とインバータ冷却部６１の発熱量Ｆｅ２との差に基づいて、複数のフィン９４の数が、複数のフィン９５の数よりも多く設けられている。図１１（ｂ）についても同様である。

また、図１１（ｂ）に示すように、インバータ冷却部６１と切替回路冷却部６２とが並列に接続される構成では、複数のフィン９４と複数のフィン９５とが、側面９０Ａ，９０Ｂが対向する対向方向と直交する方向に並んで配置される。そして、複数のフィン９４と複数のフィン９５との間には、インバータ冷却部６１に流入した第１冷媒と、切替回路冷却部６２に流入した第１冷媒と、を仕切る経路壁９６が設けられている。

上記各実施形態では、第２冷媒供給部８０を構成するポンプ８４が、切替回路冷却部６２に一体的に設けられており、熱交換部として機能する例を示したが、これに限られない。例えば第２冷媒供給部８０を構成する経路の一部が、切替回路冷却部６２に一体的に設けられており、熱交換部として機能してもよい。また、ポンプ８４として、トロコイドポンプを例示したが、これに限られず、状況に応じて適切な種類のポンプを用いることができる。

上記各実施形態では、開口７３，７４に対応する貫通孔７２が、ロータ１１を軸方向に貫通する例を示したが、これに限られない。例えば、シャフト２５及びロータ１１において、軸方向に並んだ２つの連通孔７５が形成されている場合、ロータ１１の一方の端面１１Ａ側に形成された連通孔７５が、開口７３から軸方向に沿って設けられ、ロータ１１を貫通しない横穴に連通されていてもよい。また、ロータ１１の他方の端面１１Ｂ側に形成された連通孔７５が、開口７４から軸方向に沿って設けられ、ロータ１１を貫通しない横穴に連通されていてもよい。

上記第１～第３実施形態では、インバータユニット２８及び切替回路ユニット５８が、筐体２６のそれぞれ異なる側面２６Ａ，２６Ｂに固定される例を示したが、これに限られない。例えば、インバータユニット２８及び切替回路ユニット５８は、側面２６Ａに並んで固定されてもよい。

上記第４実施形態では、切替回路ユニット５８とインバータユニット２８との積層体が、筐体２６の側面２６Ａに固定される例を示したが、これに限られない。例えば、切替回路ユニット５８とインバータユニット２８との積層体は、切替回路ユニット５８が側面２６Ａ側となる姿勢で、側面２６Ａに固定されてもよい。

１０…回転電機、２０…インバータ、５０…巻線切替回路、５５…インバータ、６０…第１冷媒供給部、６１…インバータ冷却部、６２…切替回路冷却部、７０…回転電機冷却部、８０…第２冷媒供給部、８４…ポンプ。

Claims (7)

1. 回転電機（１０）と、前記回転電機の作動時に通電される複数の電気回路（２０，５０，５５）とを備え、前記複数の電気回路は、前記回転電機の作動に伴う発熱量の多い高発熱回路（２０）と、発熱量の少ない低発熱回路（５０，５５）とを含む回転電機ユニットであって、
   前記高発熱回路及び前記低発熱回路を冷却する第１冷却部（６１，６２）と、
   前記第１冷却部に対して第１冷媒を供給する第１冷媒供給部（６０）と、
   前記回転電機を冷却する第２冷却部（７０）と、
   前記第２冷却部に対して第２冷媒を供給する第２冷媒供給部（８０）と、を備え、
   前記第２冷媒供給部は、前記第１冷却部において前記低発熱回路を冷却する部分に一体的に設けられ、前記第１冷媒と前記第２冷媒との熱交換を行わせる熱交換部（８４）を有する回転電機ユニット。
2. 前記第２冷媒供給部は、前記第２冷媒を流通させるポンプ（８４）を有し、
   前記ポンプが前記熱交換部として機能する請求項１に記載の回転電機ユニット。
3. 前記ポンプは、インナロータ（８５）とアウタロータ（８６）とを有するトロコイドポンプであり、
   前記インナロータの側面が、前記第１冷却部において前記低発熱回路を冷却する部分（６２）に近接する位置に設けられている請求項２に記載の回転電機ユニット。
4. 前記回転電機は、回転軸（２５）により支持された回転子（１１）と、前記回転子の径方向外側に設けられた固定子（１３）とを備え、
   前記第２冷媒供給部は、前記回転軸においてその軸方向に沿って設けられ、前記第２冷媒を流通させる軸内流路（７１）を有する請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の回転電機ユニット。
5. 前記固定子は、固定子コア（１８）と、前記固定子コアに巻装された固定子巻線（１４）とを有し、
   前記固定子コアの軸方向両端に前記固定子巻線のコイルエンド部（１４Ａ，１４Ｂ）が形成されており、
   前記第２冷媒供給部は、前記回転子に設けられ、前記軸内流路から前記第２冷媒を流入させ、かつ前記第２冷媒を、前記回転子の軸方向端面に設けられた開口（７３，７４）から流出させる回転子内流路（７２，７５）を有する請求項４に記載の回転電機ユニット。
6. 前記回転電機は、相ごとに、複数の巻線部が直列に接続された巻線群（１５，１６）を含み、前記各巻線群の一端が中性点（Ｎｐ１，Ｎｐ２）にて互いに接続されている多相巻線を有し、
   前記高発熱回路は、前記多相巻線における相ごとの通電を行わせる電力変換器であり、
   前記低発熱回路は、前記各巻線群において通電対象となる巻線部を切り替える巻線切替回路である請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載の回転電機ユニット。
7. 前記回転電機は、回転軸（２５）により支持された回転子（１１）と、前記回転子の径方向外側に設けられた固定子（１３）とを備え、
   前記第２冷媒供給部は、
   前記回転軸においてその軸方向に沿って設けられ、前記第２冷媒を流通させる軸内流路（７１）と、
   前記回転子に設けられ、前記軸内流路から前記第２冷媒を流入させ、かつ前記第２冷媒を、前記回転子の軸方向端面に設けられた開口（７３，７４）から流出させる回転子内流路（７２，７５）と、を有し、
   前記固定子は、複数のスロット（１７）を有する固定子コア（１８）と、前記スロット内において前記固定子の径方向内外に複数層で収容される固定子巻線（１４）とを有し、
   前記固定子巻線は、相ごとに、複数の巻線部が直列に接続された巻線群（１５，１６）を含み、前記各巻線群の一端が中性点（Ｎｐ１，Ｎｐ２）にて互いに接続されている多相巻線であり、
   前記複数の巻線部は、前記回転電機の作動時にその作動状態によらず通電対象となる第１巻線部（１５）と、特定の前記作動状態において通電対象となる第２巻線部（１６）とを含み、
   前記固定子コアの軸方向両端に前記各巻線部のコイルエンド部（１４Ａ，１４Ｂ）が形成されており、
   前記スロットには、前記第１巻線部の少なくとも一部が前記第２巻線部よりも前記固定子の径方向内側に配置されるように、前記第１巻線部及び前記第２巻線部が収容されている請求項１に記載の回転電機ユニット。

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