JP7346287B2 - 液冷モータ及び液冷モータを用いた冷却装置 - Google Patents

Description

本発明は、原動機及び発電機として機能する液冷モータ、及び液冷モータを用いた冷却装置に関する。

ロータ（回転子）に永久磁石を使用した電動機（ＰＭモータ）は、小型で高出力であるため、自動車や産業機械（農業機械、建設機械等）等に幅広く使用されている。
永久磁石は、一般に、温度上昇とともに減磁し、キュリー点を超えると完全に磁力を失う（熱消磁）。したがって高磁性材料で構成された永久磁石を用いた電動機は、正常な回転動作特性を持続させるため、定常動作状態において、効率的に冷却して過熱を防止（減磁又は熱消磁を回避）する必要があり、そのため冷却効率が高い液冷方式により冷却されることが多い。

液冷方式により冷却される電動機（液冷モータ）として、例えば、特許文献１に記載された電動機が知られている。特許文献１に記載の電動機は、ステータコアを有するステータと、ロータコアを有するロータとを備える。ステータコアは、モータケース内に固定され、軸方向に延びる複数のスロットと、各スロットに巻かれたステータコイルとを含む。ロータコアは、ステータコアの中空部内で回転可能に配置されている。このような電動機（液冷モータ）の動作時、ステータコイルのコイルエンドは、ステータコイルの中央部より高温となるので、特に効率的に冷却する必要がある。

そこで特許文献１に記載のロータは、冷却液を回転軸に沿って案内する回転軸冷却油路と、ロータコアの端面からコイルエンドに向けて冷却液を誘導する傾斜面（傾斜部）とを有し、ロータコアの回転時に生じる遠心力で冷却液をコイルエンドに飛散させることにより、コイルエンドを効率的に冷却するように構成されている。

特開２００５－６４２９号公報

しかしながら特許文献１に記載の電動機によれば、ロータの傾斜面で案内された冷却液は、コイルエンドに向けて単に飛散するにすぎず、飛散した冷却液は、軸方向に分散し、冷却すべきコイルエンドに正確に到達せず、またコイルエンドに到達したとしても飛散した冷却液による冷却効果は限定的なものであった。
そこで本発明の態様は、上記課題に鑑み、簡便な構成で、より効率的にコイルエンドを冷却することができる液冷モータ及び液冷モータを用いた冷却装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様に係る液冷モータは、ステータと、前記ステータ内において周方向に回転自在に配置されたロータと、前記ステータに巻かれ、前記ステータから前記周方向と直交する軸方向に延出するコイルエンドを有するステータコイルと、備え、前記ロータは、ロータコアと、前記コイルエンドに対向するように前記ロータコアの前記軸方向の端部に配置され且つ前記ロータと共に前記周方向に回転可能な環状の端板とを有し、前記端板は、導入口から吐出口まで前記ロータの半径方向外向きに冷却液を案内する流路を含み、前記流路は、半径方向に対して前記ロータの回転方向と反対方向に傾斜するように前記導入口から前記吐出口まで延び、前記冷却液は、半径方向に対して傾斜角θの速度ベクトルｖ_１で前記吐出口から吐出され、前記吐出口は、前記ロータの回転に伴って、前記端板の接線方向の速度ベクトルｖ_２で回転し、前記速度ベクトルｖ_１と前記速度ベクトルｖ_２とは、実質的に次式を満たして、前記速度ベクトルｖ_１の接線方向成分と前記吐出口の前記速度ベクトルｖ_２とを相殺させ、前記冷却液を前記コイルエンドに対して実質的に垂直方向に衝突させることにより、前記冷却液の衝突噴流冷却効果で前記コイルエンドを冷却する。

また前記端板は、前記ロータの回転に伴って、前記冷却液を前記吐出口から前記半径方向外向きであって且つ前記軸方向に対して垂直方向に吐出する。
前記流路は、弓形形状又は直線形状を有することが好ましい。
また前記流路は、前記導入口から前記吐出口に向かうにつれて次第に曲率が大きくなるように湾曲してもよい。

前記端板は、前記ロータコアの後端部及び前端部に配置されたリア端板及びフロント端板を含み、前記リア端板及び前記フロント端板は、周方向に沿って等間隔に配置された複数の前記流路を有する。
また前記ロータは、回転シャフトと、該回転シャフトと前記ロータコアとの間に配置された筒状体とを更に有し、前記筒状体は、前記軸方向に延び且つ前記リア端板及び前記フロント端板の前記各流路と連通する複数の連通孔を形成する。

本発明の一態様に係る冷却装置は、前記冷却液が供給される供給口、及び前記冷却液が排出される排出口を有する前記液冷モータと、前記供給口及び前記排出口に接続された熱交換器と、を備え、前記ロータの回転に伴って、前記冷却液を遠心力で前記流路に沿って案内する前記液冷モータの吸引力のみにより、前記冷却液を前記液冷モータと前記熱交換器との間で循環させる。

本発明の態様によれば、簡便な構成で、より効率的にステータコイルのコイルエンドを冷却することができる液冷モータ及び液冷モータを用いた冷却装置を提供することができる。

本発明の実施形態に係る液冷モータのロータの部分断面図である。 （ａ）、（ｂ）及び（ｃ）は、それぞれ図１のＡ－Ａ線、Ｂ－Ｂ線及びＣ－Ｃ線から見たロータの断面図である。 （ａ）は実施形態に係るリア端板の平面図であり、（ｂ）は比較対象に係るリア端板の平面図である。 （ａ）は、図３（ａ）に示す端板の流路の拡大平面図であり、（ｂ）～（ｄ）は、本実施形態の変形例による端板の流路を示す拡大平面図である。 本実施形態に係る冷却装置の流路回路図である。

以下、本発明に係る実施形態について、図面を適宜参照しつつ説明する。
図１に示すように本発明の実施形態に係る液冷モータ１は、ステータコア２１を有するステータ２と、ロータコア３を有するロータ４と、回転シャフト５とを備える。本実施形態に係る液冷モータ１は、例えば油圧ポンプ駆動用のモータや、原動機及び発電機として機能するモータジェネレータとして使用することができる。

ステータコア２１は、略円筒形状であって、複数枚の鋼板を積層して構成されている。ステータコア２１は、環状のヨークと、当該ヨークの内周側に周方向に間隔をあけて突設された複数のティースとから構成されている。周方向に隣り合うティース同士の間には、スロットが形成されている。
ロータ４は、ステータ２内において周方向に回転自在に配置されている。周方向とは、ロータコア３（又は回転シャフト５）の中心軸Ｃ周りの円に沿う方向をいう。また、以下の説明において、中心軸Ｃと平行な方向（周方向と直交する方向）を軸方向という。また、軸方向の一方側（図１の右側）を前方、軸方向の他方側（図１の左側）を後方という。

ステータコイル２２は、ステータ２に巻かれている。詳しくは、ステータコイル２２は、ステータコア２１の複数のティースにそれぞれ巻かれており、各ステータコイル２２はスロットに収容されている。ステータコイル２２は、スロットから露出した一対のコイルエンド２３を有する。コイルエンド２３は、リアコイルエンド２３ａとフロントコイルエンド２３ｂとを含む。コイルエンド２３は、ステータコア２１から軸方向に延出している。リアコイルエンド２３ａは、ステータ２から軸方向の後方に延出している。フロントコイルエンド２３ｂは、ステータ２から軸方向の前方に延出している。

図２（ａ）、図２（ｂ）及び図２（ｃ）は、それぞれ図１のＡ－Ａ線、Ｂ－Ｂ線及びＣ－Ｃ線から見たロータ４の断面図である。ロータコア３は、図１及び図２（ａ）～図２（ｃ）に示すように、筒状体４０と、磁石支持体５０とを有する。筒状体４０は、ロータコア３の半径方向おいて、回転シャフト５と磁石支持体５０との間に配置されている。筒状体４０は、軸方向に延びる複数の連通溝４１を含む。複数の連通溝４１は、筒状体４０の外周面に周方向に互いに間隔をあけて凹設されている。磁石支持体５０には、複数の永久磁石５１が支持されている。複数の永久磁石５１は、磁石支持体５０の周方向に互いに間隔をあけて配置されている。本実施形態の場合、複数の永久磁石５１は、磁石支持体５０の外周面に形成された凹部に配設されているが、磁石支持体５０の外周面の近傍に埋設されていてもよい。

回転シャフト５は筒状体４０の内周面に嵌合されて固定されている。磁石支持体５０は、筒状体４０の外周面に嵌合されて固定されている。したがって、回転シャフト５、筒状体４０及び磁石支持体５０は、ロータコア３の回転に伴って一体に回転する。
またロータ４は、ロータコア３の軸方向の端部に配置された端板１０を有し、詳しくはロータコア３の軸方向の両方の端部に配置された一対の端板１０ａ，１０ｂを有する。端板１０ａ，１０ｂは、環状（円環状）に形成されている。端板１０ａ，１０ｂは、ロータコア３の軸方向の後端部に配置されたリア端板１０ａと、ロータコア３の軸方向の前端部に配置されたフロント端板１０ｂとを含む。図２（ａ）にリア端板１０ａを示し、図２（ｃ）にフロント端板１０ｂを示す。リア端板１０ａ及びフロント端板１０ｂは、ロータ４の回転に伴ってロータ４と一体に同じ方向に回転する。図１に示すように、端板１０ａ，１０ｂは、コイルエンド２３と半径方向に対向するように配置されている。具体的には、リア端板１０ａは、リアコイルエンド２３ａと半径方向に対向するように配置され、フロント端板１０ｂは、フロントコイルエンド２３ｂと半径方向に対向するように配置されている。

筒状体４０の連通溝４１は、リア端板１０ａ、磁石支持体５０、フロント端板１０ｂに亘って軸方向に延びている。連通溝４１は、リア端板１０ａの内周面、ロータコア３の内周面、フロント端板１０ｂの内周面との間に、ロータコア３の内部で軸方向に延びる連通孔４１を形成している。この連通溝４１と、リア端板１０ａ、ロータコア３、フロント端板１０ｂとの間に形成される連通孔４１を通って、コイルエンド２３を冷却する冷却液（冷却油）が流通する。

リア端板１０ａの内周面には第１凹溝１５ａが形成されている（図２（ａ））。磁石支持体５０の内周面には第２凹溝５２が形成されている（図２（ｂ））。フロント端板１０ｂの内周面には第３凹溝１５ｂ（図２（ｃ））が形成されている。第１凹溝１５ａ、第２凹溝５２、第３凹溝１５ｂは、軸方向に並んで（位置合わせされて）形成されている。筒状体４０の外周面には、第１凹溝１５ａ、第２凹溝５２、第３凹溝１５ｂと対向する第４凹溝４３が形成されている（図２（ａ）～図２（ｃ））。第１凹溝１５ａ、第２凹溝５２及び第３凹溝１５ｂと第４凹溝４３との間に形成される空間には、軸方向に延びるキー５４が挿入されている。これにより、筒状体４０と、リア端板１０ａ、磁石支持体５０、フロント端板１０ｂとは、キー５４によって相対的な回転が不能に連結され、一体的に回転可能となる。

液冷モータ１の動作時、ステータコイル２２のコイルエンド２３は、ステータコイル２２の中央部より高温となるので、特に効率的に冷却する必要がある。本実施形態に係る液冷モータ１は、コイルエンド２３に対する冷却効果を改善しようとするものである。
なお、リア端板１０ａ及びフロント端板１０ｂは、同様の構造を有するので、以下においては、図１～図４を参照しつつ、リア端板１０ａについて説明する。

図３（ａ）は本実施形態に係るリア端板１０ａの平面図である。リア端板１０ａは、筒状体４０の各連通溝４１が形成する連通孔４１と連通する複数の流路１２を有している。複数の流路１２は、同じ形状を有し、周方向に沿って等間隔に配置されている。各流路１２は、図２に示すように、導入口１３及び吐出口１４を有する。すなわち流路１２は、その導入口１３と連通孔４１が連通するように構成されている。

導入口１３は、リア端板１０ａの内周面に開口している。吐出口１４は、リア端板１０ａの外周面に開口している。流路１２の吐出口１４は、冷却液を勢いよく（速い速度で）吐出するように断面積が比較的小さいノズルやオリフィスとして構成されることが好ましい。
リア端板１０ａの各流路１２は、導入口１３から吐出口１４まで貫通する貫通孔として形成してもよいし、リア端板１０ａの表面（前面）に形成した溝部と、この溝部に対向する平板を組み合わせて構成してもよい。また各流路１２の断面形状は、円形であってもよいし、矩形であってもよいし、その他の形状であってもよい。流路１２は、導入口１３から吐出口１４までロータ４の半径方向外向きに冷却液を案内する。なお、リア端板１０ａの各流路１２は、貫通孔として形成された場合、平面図である図３（ａ）及び図３（ｂ）では仮想線（破線等）を用いて図示すべきであるが、便宜上、実線で図示した。

なお、図５に示すように、液冷モータ１は、冷却液が供給される供給口１１４、及び冷却液が排出される排出口１１６を備えている。冷却液は、ステータ２及びロータ４を収容するモータケース６内に導入されて供給口１１４に供給される。排出口１１６から排出された冷却液は、モータケース６外に排出され、後述する一次冷却ループ１１０を通って再び供給口１１４に供給される。供給口１１４に供給された冷却液は、連通孔４１を通ってリア端板１０ａ及びフロント端板１０ｂの各流路１２の導入口１３に導かれる。尚、図示していないが、液冷モータ１には、供給口１１４と連通孔４１とを連絡する連絡通路が形成されている。連絡通路は、例えば軸方向と平行に延びる軸平行路と、軸平行路と連通し且つ回転軸に対して周方向に延びる円環路（ともに図示せず）とを含んでいる。すなわち供給口１１４は軸平行路に接続され、軸平行路は円環路に接続され、円環路は連通孔４１に接続され、そして連通孔４１はリア端板１０ａ及びフロント端板１０ｂの各流路１２の導入口１３に分岐して接続されている。こうして供給口１１４に供給された冷却液は、軸平行路、円環路及び連通孔４１を介して、リア端板１０ａ及びフロント端板１０ｂの各流路１２に分岐して導入口１３に導かれる。当該連絡通路の位置及び形状は、供給口１１４に供給された冷却液を円滑に連通孔４１に導くことができる位置及び形状であればよく、特に限定されない。なお、図５では、供給口１１４をリア端板１０ａ側に設けているが、フロント端板１０ｂ側に供給口１１４を設けてもよい。

本実施形態に係るリア端板１０ａの各流路１２は、リア端板１０ａの半径方向（ロータ４の半径方向）に対してロータ４の回転方向と反対方向に傾斜するように導入口１３から吐出口１４まで延びるように構成されている。例えば図３（ａ）に示すように、ロータ４が後方（図１のＡ－Ａ線）から見て反時計方向に回転しているとき、リア端板１０ａの各流路１２は、２点鎖線で示すリア端板１０ａの半径方向に対して、時計方向に傾斜するように導入口１３から吐出口１４まで延びるように構成されている。また、フロント端板１０ｂを前方（図１のＣ－Ｃ線）から見た場合、ロータ４が時計方向に回転しているので、図２（ｃ）に示すように、フロント端板１０ｂの各流路１２は、フロント端板１０ｂの半径方向に対して、反時計方向に傾斜するように導入口１３から吐出口１４まで延びている。

このとき、流路１２の導入口１３に送出された冷却液は、ロータ４の回転に伴う遠心力により、流路１２に吸引されて案内され、所定の吐出速さｖ₁で吐出口１４から所定の吐出方向に吐出される。吐出速さｖ₁は、吐出口１４に対する相対速度であり、吐出方向は、半径方向と所定の角度θをなす方向である。図３（ａ）には、冷却液の吐出速度ベクトルｖ₁が細い矢印で示されている。

一方、ロータ４が後方（図１のＡ－Ａ線）から見て反時計方向に回転しているとき、流路１２の吐出口１４自体が同様に反時計方向に回転し、回転移動に伴う吐出口１４の速さｖ₂は半径ｒと角速度ωの積（ｖ₂＝ｒω）で与えられ、移動速度の向きは吐出口１４における接線方向である。図３（ａ）には、冷却液の移動速度ベクトルｖ₂が細い矢印で示されている。したがって、吐出口１４から実際に吐出される冷却液は、ロータ４の回転に伴い、吐出速度ベクトルｖ₁と移動速度ベクトルｖ₂とを合成した速度ベクトルｖ₃を有する（図３（ａ）の太い矢印で図示）。

ところで、冷却液を用いてコイルエンド２３等の被冷却物を冷却するとき、冷却液を被冷却物に対して垂直に衝突させることにより衝突噴流冷却を実現することができる。すなわち衝突噴流冷却によれば、冷却液の噴流が被冷却物に垂直に衝突すると、両者の間に対流熱伝達が生じ、噴流の速度が大きいほど対流熱伝達が促進され、被冷却物に対して高い冷却効果が得られる。換言すると、冷却液を被冷却物に対して斜めに衝突させると、被冷却物に対する冷却液の相対速度は小さくなり、冷却効果は小さくなる。

そこで本実施形態に係る端板１０は、ロータ４の回転に伴って、冷却液が吐出口１４から半径方向外向きであって且つ軸方向に対して垂直方向に吐出されるように構成されている。これにより、吐出口１４から吐出された冷却液（噴流）をコイルエンド２３に垂直に衝突させて、衝突噴流冷却効果により、効率よくコイルエンド２３を冷却することができる。

比較のために、図３（ｂ）を参照して、比較対象に係るリア端板１０ａ’から吐出される冷却液による冷却効果を検討する。比較対象に係るリア端板１０ａ’の流路は、半径方向に延びる点を除いて本実施形態に係る端板１０ａと同等の構成を有する。
流路１２’の導入口１３’に送出された冷却液は、遠心力により、流路１２’に案内され、所定の吐出速さｖ₁’で吐出口１４’から半径方向外向き（遠心方向）に吐出される。吐出速さｖ₁’は、吐出口１４’に対する相対速度である。回転移動に伴う吐出口１４’の速さｖ₂は、同様に半径ｒと角速度ωの積（ｖ₂＝ｒω）で与えられ、移動速度の向きは吐出口１４’における接線方向である。このとき、図３（ｂ）に示すように、吐出速度ベクトルｖ１’と移動速度ベクトルｖ２とを合成した速度ベクトルｖ３’の向きは、半径方向に対して回転方向に傾斜する向きとなる。つまり、吐出口１４’から吐出された冷却液は、半径方向外向きであって且つ軸方向に対して垂直方向には吐出されない。したがって、冷却液をコイルエンド２３に垂直に衝突させることはできず、衝突噴流冷却効果は得られないため、効率よくコイルエンド２３を冷却することはできない。

図４（ａ）は、図３（ａ）に示す端板１０の流路１２の拡大平面図であり、図４（ｂ）～図４（ｄ）は、本実施形態の変形例による端板１０の流路１２を示す拡大平面図である。
本実施形態に係る端板１０の流路１２は、図３（ａ）及び図４（ａ）に示すように、端板１０の半径方向に対して、回転方向とは逆の方向に傾斜するように導入口１３から吐出口１４まで延びており、弓形形状を有する。詳しくは、図４（ａ）に示すように、端板１０は、吐出口１４（端板１０の外周側）における流路１２の延長方向（一点鎖線）と、半径方向（二点鎖線）とが角度θをなすように構成されている。このように流路１２を回転方向とは逆の方向に傾斜するように構成することにより、端板１０の回転速度を遅らせる方向に冷却液を吐出口１４からコイルエンド２３に吐出させて、コイルエンド２３に対する冷却効果を改善することができる。

図４（ｂ）に示す流路１２は、端板１０の半径方向に対して、回転方向とは逆の方向に傾斜するように導入口１３から吐出口１４まで直線状に延びており、直線形状を有する。
また図４（ｃ）に示す流路１２は、導入口１３（端板１０の内周側）付近では端板１０の半径方向に延び、流路１２の中途部１６において回転方向とは逆の方向に大きく湾曲し、中途部１６と吐出口１４との間では直線状に延びている。

また図４（ｄ）に示す流路１２は、一定の曲率で湾曲するように延び、円弧形状を有する。図示しないが、流路１２は、導入口１３から吐出口１４に向かうにつれて次第に曲率が大きくなるように湾曲している形状を有してもよい。
図４（ｂ）～図４（ｄ）に示す端板１０は、図４（ａ）の端板１０と同様、吐出口１４（端板１０の外周側）における流路１２の延長方向（一点鎖線）と、半径方向（二点鎖線）とが角度θをなすように構成されている。このように流路１２を回転方向とは逆の方向に傾斜するように構成することにより、端板１０の回転速度を遅らせる（相殺する）方向に冷却液を吐出口１４から吐出させる。こうして冷却液がコイルエンド２３に衝突する角度をより垂直に近づけることにより、少なくとも図３（ｂ）の比較対象に係る冷却液の冷却効果に比して、冷却液による冷却効果を改善することができる。さらに、冷却液を吐出口１４からコイルエンド２３に対して略垂直に衝突させ（衝突噴流冷却を実現し）、冷却液による冷却効果を最適化することができる。例えば流線形状（弓形形状を含む）の流路１２は、冷却液の安定した流れ（剥離のない流れ）を形成し、衝突噴流冷却を実現する上で有用である。

図３（ａ）を参照しつつ、更に詳細に説明すると、吐出口１４から吐出された冷却液（噴流）をコイルエンド２３に垂直に衝突させるためには、吐出速度ベクトルｖ_１と移動速度ベクトルｖ_２とを合成した速度ベクトルｖ_３の接線方向成分を実質的にゼロとすればよい。つまり吐出速度ベクトルｖ_１ の接線方向成分（すなわち接線方向の吐出速さ）と、移動速度ベクトルｖ_２ （つまり接線方向の移動速さ）とを実質的に相殺させる必要がある。

このとき、吐出速度ベクトルｖ₁の半径方向外向きの大きさ、すなわちコイルエンド２３に垂直に衝突する噴流の速さは、ｖ₁・cosθで与えられる。上述のとおり、ｖ₂の大きさは、リア端板１０ａの半径ｒと角速度ω（回転速度Ｎ）との積であるから、吐出速度ベクトルｖ₁の大きさ、半径ｒ、回転速度Ｎ及び傾斜角θを適当に設定することにより、コイルエンド２３に垂直に衝突する噴流の速さ（衝突噴流冷却効果）を最適化することができる。

換言すると、液冷モータ１の定常駆動状態における回転速度Ｎ（例えば約２５００ｒｐｍ～約３０００ｒｐｍ）とリア端板１０ａの半径ｒから、最適な傾斜角θを求めることにより、冷却液が吐出口１４から半径方向外向きであって且つ軸方向に対して垂直方向に吐出されるように、すなわち衝突噴流冷却効果が得られるように流路１２を構成することができる。

また吐出速度ベクトルｖ₁の大きさは、後述する冷却装置１００に用いられるポンプが有する冷却液の送給能力、流路の断面積Ｓ、冷却液の温度や粘性にも依存する場合がある。この場合、吐出速度ベクトルｖ₁の大きさに影響を与える上記パラメータを最適化することにより、冷却液が吐出口１４から半径方向外向きであって且つ軸方向に対して垂直方向に吐出される流路１２を構成してもよい。

図５は、本実施形態に係る冷却装置１００の流路回路図である。本実施形態に係る冷却装置１００は、一次冷却ループ１１０、二次冷却ループ１２０、及び熱交換器１２８を備える。一次冷却液は、液冷モータ１のコイルエンド２３を冷却する液体である。二次冷却液は、一次冷却液を冷却する液体である。例えば、一次冷却液は油であり、二次冷却液は水であるが、本発明はこれに限定されない。

一次冷却ループ１１０は、上記説明した液冷モータ１と、液冷モータ１の供給口１１４、排出口１１６及び流通路１３０を介して連通するポンプ１１２と、熱交換器１２８とから構成されている。また二次冷却ループ１２０は、ラジエータ１２２と、ポンプ１２４と、熱交換器１２８と、任意ではあるがインバータ１２６とから構成されている。
一次冷却液は、ポンプ１１２の駆動によって一次冷却ループ１１０内を循環する。具体的には、一次冷却液は、ポンプ１１２の駆動によって液冷モータ１の供給口１１４に供給され、コイルエンド２３を冷却することにより昇温し、排出口１１６から排出された後、熱交換器１２８で二次冷却液と熱交換することにより除熱された後、再び供給口１１４に供給される。

二次冷却液は、ポンプ１２４の駆動によって二次冷却ループ１２０内を循環する。具体的には、熱交換器１２８で昇温した二次冷却液は、二次冷却ループ１２０のラジエータ１２２で冷却された後、再び熱交換器１２８に供給される。
図５に示すように、一次冷却ループ１１０の流通路１３０は、一次冷却液を供給口１１４を介して端板１０の流路１２の導入口１３に供給してコイルエンド２３に導く主通路１３２と、主通路１３２から分岐して一次冷却液を流路１２を介さずに直接的にコイルエンド２３に導く副通路１３４を有することが好ましい。副通路１３４に導かれた一次冷却液は、コイルエンド２３の外周側（端板１０と対向する側と反対側）からコイルエンド２３に向けて吐出される。また、副通路１３４は、分岐点１１８で分岐して、流路１２を介さずに一次冷却液を直接的にリアコイルエンド２３ａに導く第１副通路１３６ａと、流路１２を介さずに一次冷却液を直接的にフロントコイルエンド２３ｂに導く第２副通路１３６ｂを有することが好ましい。かかる構成を採用することにより、一次冷却液をコイルエンド２３の外周側と内周側の両方からコイルエンド２３に向けて吐出することができる。そのため、液冷モータ１を更に効率よく冷却することができる。

また本発明に係る液冷モータ１は、端板１０の流路１２がロータ４の回転方向と反対方向に傾斜して延びるように構成されているため、遠心力により流路１２内の一次冷却液を吸引する遠心ポンプとして機能する。したがって、端板１０の半径ｒ、回転速度Ｎ並びに傾斜角θ、及び吐出速度ベクトルｖ₁（流路の断面積Ｓ、冷却油の温度や粘性等）を最適化することにより、一次冷却ループ１１０内で一次冷却液を循環させるポンプ１１２を省略することができる。すなわち、本実施形態に係る液冷モータ１を用いた冷却装置では、液冷モータ１の回転に伴って、一次冷却液を遠心力で流路１２に沿って案内する液冷モータ１の吸引力のみにより、一次冷却液を液冷モータ１と熱交換器１２８との間で循環させることができる。

１ 液冷モータ
２ ステータ
３ ロータコア
４ ロータ
５ 回転シャフト
６ モータケース
１０ 端板
１２ 流路
１３ 導入口
１４ 吐出口
１６ 中途部
２１ ステータコア
２２ ステータコイル
２３ コイルエンド
４０ 筒状体
４１ 連通孔（連通溝）
５０ 磁石支持体
５１ 永久磁石
１００ 冷却装置
１１０ 一次冷却ループ
１１２ オイルポンプ
１１４ 供給口
１１６ 排出口
１２０ 二次冷却ループ
１２４ 水ポンプ
１２８ 熱交換器

Claims (8)

1. ステータと、
   前記ステータ内において周方向に回転自在に配置されたロータと、
   前記ステータに巻かれ、前記周方向と直交する軸方向に延出するコイルエンドを有するステータコイルと、備え、
   前記ロータは、ロータコアと、前記コイルエンドに対向するように前記ロータコアの前記軸方向の端部に固定され且つ前記ロータと共に前記周方向に回転可能な環状の端板とを有し、
   前記端板は、導入口から吐出口まで前記ロータの半径方向外向きに冷却液を案内する流路を含み、
   前記流路は、半径方向に対して前記ロータの回転方向と反対方向に傾斜するように前記導入口から前記吐出口まで延び、
   前記冷却液は、半径方向に対して傾斜角θの速度ベクトルｖ_１で前記吐出口から吐出され、
   前記吐出口は、前記ロータの回転に伴って、前記端板の接線方向の速度ベクトルｖ_２で回転し、
   前記速度ベクトルｖ_１と前記速度ベクトルｖ_２とは、実質的に次式を満たして、前記速度ベクトルｖ_１の接線方向成分と前記吐出口の前記速度ベクトルｖ_２とを相殺させ、前記冷却液を前記コイルエンドに対して実質的に垂直方向に衝突させることにより、前記冷却液の衝突噴流冷却効果で前記コイルエンドを冷却する液冷モータ。
   

   
2. 前記端板は、前記ロータの回転に伴って、前記冷却液を前記吐出口から前記半径方向外向きであって且つ前記軸方向に対して垂直方向に吐出する請求項１に記載の液冷モータ。
3. 前記流路は、弓形形状を有する請求項１又は２に記載の液冷モータ。
4. 前記流路は、直線形状を有する請求項１又は２に記載の液冷モータ。
5. 前記流路は、前記導入口から前記吐出口に向かうにつれて次第に曲率が大きくなるように湾曲している請求項１又は２に記載の液冷モータ。
6. 前記端板は、前記ロータコアの後端部及び前端部に固定されたリア端板及びフロント端板を含み、
   前記リア端板及び前記フロント端板は、周方向に沿って等間隔に配置された複数の前記流路を有する請求項１～５のいずれか1項に記載の液冷モータ。
7. 前記ロータは、回転シャフトと、該回転シャフトと前記ロータコアとの間に配置された筒状体とを更に有し、
   前記筒状体は、前記軸方向に延び、前記リア端板及び前記フロント端板の前記各流路と連通する複数の連通孔を形成する請求項６に記載の液冷モータ。
8. 前記冷却液が供給される供給口、及び前記冷却液が排出される排出口を有する請求項１～６のいずれか1項に記載の液冷モータと、
   前記供給口及び前記排出口に接続された熱交換器と、を備え、
   前記ロータの回転に伴って、前記冷却液を遠心力で前記流路に沿って案内する前記液冷モータの吸引力のみにより、前記冷却液を前記液冷モータと前記熱交換器との間で循環させる冷却装置。

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