WO2019098224A1 - 回転電機の冷却装置 - Google Patents

回転電機の冷却装置 Download PDF

Info

Publication number
WO2019098224A1
WO2019098224A1 PCT/JP2018/042098 JP2018042098W WO2019098224A1 WO 2019098224 A1 WO2019098224 A1 WO 2019098224A1 JP 2018042098 W JP2018042098 W JP 2018042098W WO 2019098224 A1 WO2019098224 A1 WO 2019098224A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
rotating electrical
electrical machine
temperature
refrigerant
cooling
Prior art date
Application number
PCT/JP2018/042098
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
英理 藤田
Original Assignee
三菱自動車工業株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 三菱自動車工業株式会社 filed Critical 三菱自動車工業株式会社
Priority to JP2019554247A priority Critical patent/JPWO2019098224A1/ja
Publication of WO2019098224A1 publication Critical patent/WO2019098224A1/ja

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K9/00—Arrangements for cooling or ventilating
    • H02K9/22—Arrangements for cooling or ventilating by solid heat conducting material embedded in, or arranged in contact with, the stator or rotor, e.g. heat bridges
    • H02K9/225—Heat pipes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
    • B60H1/32—Cooling devices
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K11/00—Arrangement in connection with cooling of propulsion units
    • B60K11/02—Arrangement in connection with cooling of propulsion units with liquid cooling
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L1/00—Supplying electric power to auxiliary equipment of vehicles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L3/00—Electric devices on electrically-propelled vehicles for safety purposes; Monitoring operating variables, e.g. speed, deceleration or energy consumption
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K5/00—Casings; Enclosures; Supports
    • H02K5/04—Casings or enclosures characterised by the shape, form or construction thereof
    • H02K5/20—Casings or enclosures characterised by the shape, form or construction thereof with channels or ducts for flow of cooling medium
    • H02K5/203—Casings or enclosures characterised by the shape, form or construction thereof with channels or ducts for flow of cooling medium specially adapted for liquids, e.g. cooling jackets
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/72—Electric energy management in electromobility

Definitions

  • the present disclosure relates to a cooling device of a rotating electrical machine.
  • Patent Document 1 discloses a cooling device for a compressor drive motor, and a refrigerant introduced into a common housing of the motor and the compressor is drawn by the compressor and compressed, and then a flow path outside the housing It is shown that the compressed refrigerant discharged and compressed into the compressor is drawn into the compressor through the condenser, the expansion valve, and the evaporator.
  • Patent Document 2 discloses a heat pump type air conditioner for a motor vehicle, and the refrigerant after passing through the expansion valve 15 passes through the indoor side heat exchanger 16 in FIGS. Then, the structure introduced into the casing 36 of a drive motor via the on-off valve 33, 34 is disclosed.
  • Patent Document 1 The invention disclosed in Patent Document 1 is configured such that the refrigerant is introduced into the common housing of the motor and the compressor, and the output shaft of the motor is not configured to protrude from the housing, so that the invention is introduced into the housing.
  • the drive motor for an electric vehicle has a structure in which the gear is connected to the motor output shaft or is directly connected to the wheel, so the refrigerant sealing property of the refrigerant passing through the housing It is difficult to apply the motor cooling structure of Patent Document 1 to a drive motor for an electric vehicle.
  • the refrigerant circuit of Patent Document 1 is used for a large refrigerator installed in a large scale building, facility or the like, and its application to an electric vehicle is difficult.
  • At least one embodiment of the present invention aims to provide a cooling device for a rotating electrical machine that has a high cooling effect using a refrigeration cycle and is capable of uniform cooling.
  • At least one embodiment of the present invention is a cooling device of a rotating electrical machine mounted on a vehicle, which accommodates a stator and a rotor of the rotating electrical machine.
  • the casing of the rotary electric machine is provided with the refrigerant path having the function of the evaporator for the rotary electric machine in the refrigeration cycle for the rotary electric machine, and the pipe immediately before the refrigerant inlet portion or refrigerant inlet portion of the refrigerant path is rotated.
  • the expansion valve for electric machine By providing the expansion valve for electric machine, the refrigerant decompressed by the expansion valve for rotary electric machine flows directly into the refrigerant path without being pressurized or heated between the expansion valve for rotary electric machine and the refrigerant path, so that the rotation
  • the refrigerant can be evaporated inside the casing of the electric machine and heat can be absorbed efficiently by using the latent heat of evaporation.
  • the rotating electric machine includes, for example, a motor for driving and a generator responsible for power generation necessary for driving.
  • the coolant path may be formed to circumferentially surround the outside of the stator coil of the stator. According to this configuration, since the refrigerant flows in the refrigerant path so as to surround the outer side of the stator coil in the circumferential direction, it is possible to efficiently cool the stator coil that generates heat when the rotary electric machine is in operation.
  • the refrigerant path may be formed to extend longer than a range in which the stator coil of the stator is disposed in a length in the output shaft direction of the rotating electrical machine. According to this configuration, since the refrigerant flows in the refrigerant path so as to surround the entire stator coil, the stator coil can be cooled more efficiently.
  • the refrigerant inlet of the refrigerant path may be provided vertically above the refrigerant outlet of the refrigerant path.
  • the refrigerant flows in the refrigerant path from vertically above to vertically downward.
  • the lower the temperature the higher the density of the gas, so the gas tends to move downward in the vertical direction.
  • the gaseous refrigerant is likely to move from the vertical upper side to the vertical lower side of the refrigerant path. For this reason, not only the liquid refrigerant but also the gaseous refrigerant can be reliably moved from the vertical upper side to the vertical lower side of the refrigerant path, so that the rotating electrical machine can be cooled efficiently and uniformly.
  • the position of the coolant inlet port and the position of the coolant outlet port may be offset in the direction of the output shaft of the rotating electrical machine. According to this configuration, since the refrigerant also flows in the direction of the output shaft of the rotary electric machine while flowing in the refrigerant path from vertically upward to vertically downward, the rotary electric machine can be cooled more uniformly.
  • the vehicle is provided with an indoor air conditioner, the indoor air conditioner including an air conditioning compressor, an air conditioning condenser, an air conditioning expansion valve, and an air conditioning evaporator.
  • the air conditioning refrigeration cycle a part of the refrigerant circulating through the rotating electrical machine refrigeration cycle is the air conditioning compressor, the air conditioning condenser, the air conditioning expansion valve, and the air conditioning evaporator.
  • the air conditioner condenser and the rotary electric machine condenser may be one and the same common condenser.
  • the air conditioner condenser and the rotary electric machine condenser may be circulated so as to circulate and flow again into the air conditioning compressor.
  • the refrigeration cycle for the rotary electric machine and the refrigeration cycle for air conditioning of the indoor air conditioner are integrated, and the condensers constituting these refrigeration cycles are shared, so the number of parts is reduced and the piping of the refrigerant is simplified. Can be expected. As a result, it is advantageous in weight and cost.
  • the compressor can be separately provided for each of the refrigeration cycle for the rotary electric machine and the refrigeration cycle for air conditioning of the indoor air conditioner, the indoor cooling performance by the indoor air conditioner is not affected. It is possible to obtain the cooling capacity of the rotating electrical machine by the refrigeration cycle for the rotating electrical machine, which facilitates compatibility between the refrigeration cycle for the rotating electrical machine and the refrigeration cycle for air conditioning.
  • the air conditioning compressor and the rotary electric machine compressor may be one and the same common compressor. According to this configuration, since the compressors constituting the refrigeration cycle for the rotary electric machine and the refrigeration cycle for the air conditioning are shared, further reduction in the number of parts and further simplification of the piping of the refrigerant can be expected. As a result, it is further advantageous in weight and cost.
  • an additional compressor may be provided between the shared compressor and the rotating electrical machine.
  • the expansion compressor is provided in the refrigeration cycle for the rotary electric machine, the capability of the shared compressor can be compensated. It is possible to obtain the cooling capacity of the rotating electrical machine by the refrigeration cycle for the rotating electrical machine without affecting the indoor cooling performance by the indoor air conditioner, and thereby it becomes easy to achieve both the refrigeration cycle for the rotating electrical machine and the refrigeration cycle for air conditioning .
  • a flow control valve may be provided to adjust the ratio between the amount of refrigerant flowing into the air conditioning expansion valve and the amount of refrigerant flowing into the rotary electric machine expansion valve. According to this configuration, since the ratio of the amount of refrigerant flowing into the air conditioning expansion valve to the amount of refrigerant flowing into the rotary electric machine expansion valve is adjusted by the flow rate adjustment valve, cooling of the rotating electric machine and the indoor air conditioner It is possible to distribute the refrigerant according to the need for cooling.
  • a stator coil temperature sensor that detects a temperature of a stator coil of the stator, and the indoor temperature and the temperature of the stator coil.
  • the flow control valve may be controlled to adjust the ratio. According to this configuration, the flow rate adjustment control unit adjusts the ratio between the amount of refrigerant flowing into the air conditioning expansion valve and the amount of refrigerant flowing into the rotary electric machine expansion valve based on the indoor temperature and the temperature of the stator coil. Therefore, the distribution of the refrigerant between the cooling of the rotating electrical machine and the cooling of the indoor air conditioner is properly performed.
  • a stator coil temperature sensor that detects a temperature of a stator coil of the stator, and controlling an operation of the compressor for a rotating electrical machine when the temperature of the stator coil is higher than a preset target temperature.
  • a compressor control unit since the compressor for the rotary electric machine is operated by the compressor control unit when the temperature of the stator coil is equal to or higher than the target temperature, appropriate cooling corresponding to the heat generation state of the rotary electric machine can be performed. .
  • the target temperature may be set equal to or less than a coil temperature at which the suppression of the maximum torque of the rotating electrical machine is started so as not to exceed upper limit temperatures of the stator coil and the magnets of the rotor, respectively.
  • the compressor control unit may control the number of revolutions of the compressor for the rotary electric machine according to the required torque and the required number of rotations of the rotary electric machine. According to this configuration, by controlling the number of rotations of the compressor for the rotary electric machine according to the required torque and the required number of rotations of the rotary electric machine, the cooling capacity by the refrigeration cycle for the rotary electric machine is Since it increases or decreases, the rotating electrical machine can be cooled efficiently.
  • a stator coil temperature sensor that detects a temperature of a stator coil of the stator
  • a pre-cooling switch that operates the compressor for the rotating electrical machine to cool the rotating electrical machine
  • a pre-cooling control unit may be provided to cool the temperature of the stator coil to a preset temperature when it is turned on. According to this configuration, when the pre-cooling switch is turned on, the pre-cooling control unit cools the temperature of the stator coil to a preset temperature, so cooling of the rotating electrical machine can be performed at the driver's favorite timing.
  • the pre-cooling control unit when the pre-cooling switch is turned on, causes the compressor for the rotating electrical machine to operate at a maximum rotation speed, and the stator coil A temperature drop determination unit that determines that the temperature has dropped to the preset temperature, and the temperature drop determiner determines that the temperature of the stator coil has dropped to the preset temperature; And an acceleration permission unit that permits acceleration operation.
  • the cooling by the refrigeration cycle for the rotary electric machine lowers the rotary electric machine to a preset temperature before the acceleration operation, and the acceleration is permitted after the temperature is lowered, so that the maximum torque operation in the subsequent acceleration operation is performed. Also, the heat generation of the rotary electric machine can be suppressed, and the maximum torque operation time can be extended.
  • the refrigeration cycle for a rotating electrical machine may be provided with an inverter cooling unit for cooling the inverter downstream of the rotating electrical machine in the refrigerant flow direction.
  • the refrigerant can be cooled by introducing the refrigerant vaporized in the refrigeration cycle for a rotating electrical machine into the inverter cooling unit.
  • a cooling device of a rotating electrical machine that has a high cooling effect and is capable of uniform cooling using a refrigeration cycle.
  • expressions that indicate that things such as “identical”, “equal” and “homogeneous” are equal states not only represent strictly equal states, but also have tolerances or differences with which the same function can be obtained. It also represents the existing state.
  • the expressions “comprising”, “having”, “having”, “including” or “having” one component are not exclusive expressions excluding the presence of other components.
  • a cooling device 1 of a drive motor 3 which is a rotating electrical machine according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
  • the electric rotating machine is mainly mounted on a vehicle, and in particular, in a hybrid vehicle, the motor has a motor for driving and generating power with a driving motor, and a motor having two motors for driving and power generation.
  • the power generation motor also needs to be cooled like the drive motor. Therefore, in the following description, the rotary electric machine is described as the cooling device 1 for the drive motor 3, but the rotary electric machine may be a power generation motor.
  • the refrigeration cycle 5 for a rotating electrical machine that cools the drive motor 3 includes a compressor 7 for a rotating electrical machine, a condenser 9 for a rotating electrical machine, a receiver 11, an expansion valve 13 for a rotating electrical machine, and a refrigerant path 15. , And these devices are annularly connected by a pipe 17.
  • the refrigerant path 15 has the function of an evaporator, is formed in the wall of the housing 19 of the drive motor 3, and is formed so as to surround the outside of the stator coil 21 in the circumferential direction.
  • the refrigerant flows through the refrigerant path 15 so as to surround the outer side of the stator coil 21 in the circumferential direction, so the stator coil 21 that generates heat when the drive motor 3 operates can be Can be cooled.
  • the refrigerant path 15 is formed to extend longer than the range in which the stator coil 21 is disposed in order to evenly cool the stator coil 21 evenly in the length direction of the output motor 23 of the drive motor 3. ing.
  • the refrigerant path 15 By forming the refrigerant path 15 in this manner, the refrigerant flows through the refrigerant path 15 so as to surround the entire stator coil 21, so that the stator coil 21 can be cooled efficiently.
  • the refrigerant inlet portion 25 and the refrigerant outlet portion 27 of the refrigerant path 15 are provided to be opposite to each other in the circumferential direction, but are not particularly limited. It may be provided at any position in the circumferential direction and in the direction of the output shaft 23 of the drive motor 3.
  • the refrigerant inlet 25 may be provided vertically above the refrigerant outlet 27.
  • the refrigerant flows in the refrigerant path 15 from vertically above to vertically downward.
  • the lower the temperature the higher the density of the gas, so the gas tends to move downward in the vertical direction.
  • the gaseous refrigerant is likely to move in the refrigerant path 15 from vertically above to vertically below. For this reason, not only the liquid refrigerant but also the gaseous refrigerant can be reliably moved from the vertical upper side to the vertical lower side of the refrigerant path 15, so that the driving motor 3 can be cooled efficiently and uniformly.
  • the position of the refrigerant inlet 25 and the position of the refrigerant outlet 27 are the same in the direction of the output shaft 23 of the drive motor 3, but as shown in FIG.
  • the position of the portion 25 and the position of the refrigerant outlet portion 27 may be shifted in the direction of the output shaft 23 of the drive motor 3. According to this configuration, since the refrigerant also flows in the direction of the output shaft 23 while flowing in the refrigerant path 15 from vertically upward to vertically downward, the driving motor 3 can be cooled more uniformly.
  • the rotary electric machine expansion valve 13 is a pipe 17 connected to the refrigerant inlet 25 of the refrigerant passage 15 or the refrigerant inlet 25 and is provided in a portion immediately in front of the refrigerant inlet 25. It is desirable to be close to the coolant inlet port 25. For example, even if the connector for connecting the pipe 17 of coolant having different pipe diameter and the inlet nipple of the coolant inlet port 25 of the coolant path 15 is built in the expansion valve 13 for rotary electric machine Good. Moreover, the expansion valve 13 for a rotating electrical machine is not provided in the pipe 17 or the connector, and may be embedded in the thick inside of the housing 19 of the drive motor 3 or attached to the surface of the housing 19. Good.
  • the drive motor 3 is a motor for traveling of the electric vehicle
  • the rotor portion 29 is provided inside the stator coil 21 of the stator portion
  • the output shaft 23 is provided on the rotor portion 29.
  • the output shaft 23 is connected directly to an axle shaft that drives the wheel via a gear mechanism (not shown) or directly to the wheel.
  • the refrigerant flows in the direction of the arrow.
  • the refrigerant in the gaseous state compressed to a high temperature and high pressure by the rotary electric machine compressor 7 is radiated and condensed by the rotary electric machine condenser 9 and cooled to be a low temperature and high pressure gas-liquid mixed state and introduced into the liquid receiver 11.
  • the liquid amount fluctuation is absorbed, and then the low-temperature high-pressure liquid refrigerant in the liquid state is introduced into the rotary electric machine expansion valve 13.
  • the refrigerant in the liquid state is adiabatically expanded, evaporated, and introduced into the refrigerant path 15.
  • heat is taken from the surroundings by the latent heat of vaporization of the evaporated refrigerant, and the casing 19 is cooled.
  • the vaporized low-temperature low-pressure gaseous refrigerant is introduced into the rotary electric machine compressor 7 and compressed again.
  • the refrigerant passage 15 having the function of the evaporator in the refrigeration cycle 5 for a rotating electrical machine is formed inside the housing 19 of the drive motor 3, and the refrigerant inlet portion 25 of the refrigerant passage 15,
  • the refrigerant decompressed by the rotary electric machine expansion valve 13 is pressurized between the rotary electric machine expansion valve 13 and the refrigerant path 15 Since the refrigerant directly flows into the refrigerant path 15 without being heated, the refrigerant can be evaporated inside the casing 19 of the drive motor 3 and heat can be absorbed efficiently by using the latent heat of vaporization.
  • the drive motor 3 can be cooled efficiently and uniformly. Further, the improvement of the motor cooling performance makes it possible to improve and downsize the rated output of the drive motor 3.
  • the cooling device 1 for an electric vehicle may be provided with a cooling control unit 31 that controls the cooling of the drive motor 3 by the rotating electrical machine refrigeration cycle 5.
  • the cooling control unit 31 is provided with a compressor control unit 33 that controls the operation of the rotary electric machine compressor 7 based on the temperature of the stator coil 21.
  • the cooling control unit 31 is provided with a signal input unit, a signal output unit, a storage unit, an operation unit, and the like (not shown).
  • the signal input unit receives a signal from the stator coil temperature sensor 35 of the drive motor 3 and a request torque signal from the motor operation control unit 37 that controls the operation of the drive motor 3 based on the request on the vehicle side. Or, the required rotation speed signal is input.
  • step S ⁇ b> 1 the temperature of the stator coil 21 is acquired from the stator coil temperature sensor 35.
  • step S2 it is determined whether the acquired temperature of the stator coil 21 is equal to or higher than a target temperature.
  • the target temperature is a temperature equal to or lower than the temperature of the stator coil 21 at which the suppression of the maximum torque of the drive motor 3 is started so as not to exceed the upper limit temperature of the magnets of the stator coil 21 and the rotor portion 29.
  • the drive motor 3 is cooled by the rotating electrical machine refrigeration cycle 5 before the start of the suppression of the maximum torque. And the temperature of the stator coil 21 can be effectively prevented from reaching the upper limit temperature (see FIG. 5).
  • FIG. 5 is a characteristic diagram showing the relationship between the temperature of the stator coil 21 and the output torque.
  • the horizontal axis indicates the temperature of the stator coil 21, the vertical axis indicates the output torque, and 100% indicates the maximum output state.
  • Tm upper limit temperature
  • Tm upper limit temperature
  • Ts suppression of the maximum torque of the drive motor 3 is started before reaching the upper limit temperature.
  • the target temperature is below the temperature (Ts) at which the suppression of the maximum torque is started.
  • step S2 the process proceeds to S3, and in step S3, the rotary electric machine compressor 7 is operated in a steady state.
  • This steady operation is a state in which the rotary electric machine compressor 7 is operated at a predetermined constant rotational speed.
  • step S4 when the temperature becomes lower than the target temperature, the operation of the rotary electric machine compressor 7 is stopped.
  • FIG. 4 shows a modification of the flowchart of FIG. Steps S11 and S12 in the flowchart of FIG. 4 are the same as steps S1 and S2 in FIG. 3.
  • step S13 information on the motor request torque and the motor request rotation number is acquired from the motor operation control unit 37.
  • step S14 the number of rotations of the rotary electric machine compressor 7 is controlled according to the requested motor torque and the requested motor rotation number based on the acquired information about the requested motor torque and the requested motor rotation number. And in step S15, if it becomes less than target temperature, driving
  • the cooling control unit 31 operates the compressor 7 for the rotary electric machine to cool the drive motor 3 using the refrigeration cycle 5 for the rotary electric machine. it can. As a result, the temperature of the stator coil 21 is cooled so as to be maintained below the target temperature. Therefore, efficient cooling of the drive motor 3 can be performed using a refrigeration cycle for a rotating electrical machine having a cooling effect higher than that of water cooling or oil cooling.
  • the compressor control unit 33 controls the number of revolutions of the compressor 7 for the rotary electric machine according to the required torque and the required number of revolutions of the drive motor 3 from the vehicle side. As a result, the cooling capacity of the refrigeration cycle for the rotary electric machine 5 can be increased or decreased, so that the drive motor 3 can be efficiently cooled.
  • FIG. 6 Another embodiment is shown in FIG. 6 is different from the cooling control unit 31 of FIG. 1 in that the cooling control unit 31 further includes a pre-cooling control unit 71 and a signal from the pre-cooling switch 42 is input. Do.
  • the other configuration is the same as that of the cooling control unit 31 of FIG. Therefore, the same components as in FIG. 1 are assigned the same reference numerals and descriptions thereof will be omitted.
  • the pre-cooling control unit 71 When the pre-cooling switch 42 is turned on, the pre-cooling control unit 71 operates the refrigeration cycle 5 for the rotating electrical machine to perform cooling control of the temperature of the stator coil 21 to a predetermined temperature. Then, when the pre-cooling switch 42 is turned on, the pre-cooling control unit 71 operates the compressor 7 for the rotary electric machine by maximum rotation, and the temperature of the stator coil 21 is within a predetermined temperature range ( For example, a temperature drop determination unit 48 that determines that the temperature has dropped to 20.degree. C. or less, and an acceleration permission unit 49 that permits acceleration operation when the temperature drop determination unit 48 determines that the temperature has dropped to a predetermined temperature range. Have.
  • step S61 it is determined whether the pre-cooling switch 42 has been turned on.
  • step S62 the rotary electric machine compressor 7 is rotated at the maximum rotation number to cool the drive motor 3.
  • step S63 it is determined whether the temperature of the stator coil 21 has fallen to a predetermined temperature range, for example, 20 ° C. or less.
  • the process proceeds to step S64, and in step S64, the acceleration permission light is turned on.
  • the acceleration permission light is installed in a meter panel that is easy for the driver to visually recognize.
  • step S65 the control shifts to acceleration control without limitation.
  • control is shifted to, for example, proportionally increasing the amount of depression and the output torque without setting a limitation on depression of the accelerator pedal at the time of acceleration.
  • the pre-cooling control unit 71 cools the temperature of the stator coil 21 to a predetermined temperature by turning on the pre-cooling switch 42. The cooling of the motor 3 becomes possible.
  • the precooling control unit 71 operates the compressor 7 for the rotary electric machine by the maximum rotation when the precooling switch 42 is turned ON, and the temperature of the stator coil 21 is in a predetermined temperature range. Since the temperature drop determination unit 48 determines that the temperature has dropped to a maximum and the acceleration permission unit 49 that permits acceleration operation when the temperature drop determination unit 48 determines that the temperature has dropped to a predetermined temperature range, the rotation By the cooling by the refrigeration cycle 5 for electrical machinery, the driving motor 3 can be rapidly lowered to a predetermined temperature range before acceleration operation to enable strong acceleration. Furthermore, even during maximum torque operation during acceleration operation, heat generation of the drive motor 3 can be suppressed, and the maximum torque operation time can be extended (see FIG. 8).
  • FIG. 8 is a characteristic diagram showing the relationship between the temperature of the stator coil 21 and the maximum torque operation time when the drive motor 3 starts operating.
  • the horizontal axis indicates the temperature of the stator coil 21 at the start of operation, and the vertical axis indicates the maximum torque operation time.
  • the refrigerant control temperature is zero degrees C. Cooling is started before the start of operation of the drive motor 3, and the relationship between the maximum torque operation time by the coil temperature at the start of operation is shown.
  • FIG. 8 it is shown that the maximum torque operation time obtained by refrigerant cooling is extended at a maximum point by a factor of 2 as indicated by the arrow with respect to the minimum point by water cooling.
  • the lower the temperature of the start-up stator coil the longer the maximum torque operation time.
  • the electric vehicle is equipped with the indoor air conditioner 41, and the refrigeration cycle 5 for rotating electrical machines and the air conditioning refrigeration cycle 43 of the indoor air conditioner 41 are Among the devices that are integrated and configure these refrigeration cycles, the compressor 7 for the rotating electrical machine, the condenser 9 for the rotating electrical machine, and the liquid receiver 11 of the refrigeration cycle 5 for the rotating electrical machine form the refrigeration cycle 43 for air conditioning. It is shared with a compressor, a condenser, and a receiver, and constitutes a common compressor, a common condenser, and a common receiver. The expansion valve and the evaporator of each refrigeration cycle are provided separately.
  • the air conditioning refrigeration cycle 43 is provided with the air conditioning expansion valve 45 and the air conditioning evaporator 47
  • the rotary electric machine refrigeration cycle 5 is provided with the rotary electric machine expansion valve 13 and the refrigerant path (evaporator) 15. It is done.
  • the air conditioning refrigeration cycle 43 includes a rotary electric machine compressor 7 (common use compressor), a rotary electric machine condenser 9 (common use condenser), and a liquid receiver 11 (common use liquid receiver).
  • the air conditioning expansion valve 45 and the air conditioning evaporator 47 are annularly connected by a pipe 49.
  • a flow control valve 51 is provided at a branch portion of a pipe 49 from the liquid receiver 11 to the expansion valve 45 for air conditioning and a pipe 17 from the liquid receiver 11 to the expansion valve 13 for rotary electric machine. The ratio of the amount of refrigerant flowing into the expansion valve 45 to the amount of refrigerant flowing into the rotary electric machine expansion valve 13 is adjusted.
  • the ratio of the amount of refrigerant flowing into the air conditioning expansion valve 45 to the amount of refrigerant flowing into the rotary electric machine expansion valve 13 is adjusted by the flow rate adjusting valve 51 Therefore, the cooling distribution can be performed according to the necessity of the cooling of the drive motor 3 and the cooling of the indoor air conditioner 41.
  • a flow rate adjustment control unit 55 may be provided in the cooling control unit 31.
  • the signal from the indoor temperature sensor 57 is further input to the cooling control unit 31.
  • the flow rate adjustment control unit 55 controls the flow rate adjustment valve 51 based on the room temperature from the room temperature sensor 57 and the temperature of the stator coil 21 from the stator coil temperature sensor 35, and the amount of refrigerant flowing into the air conditioning expansion valve 45 The rate of distribution of the amount of refrigerant flowing into the rotary electric machine expansion valve 13 is controlled.
  • step S21 it is determined whether the indoor air conditioner 41 is turned on. If step S21 is Yes, the process proceeds to step S22 to execute control for determining the refrigerant distribution ratio by the flow rate adjustment valve 51, and then proceeds to step S23 to control the rotational speed of the compressor 7 for the rotating electrical machine (1). carry out.
  • the rotational speed control (1) of the rotary electric machine compressor 7 is the rotational speed control of the rotary electric machine compressor 7 shown in FIG.
  • step S21 If step S21 is No, the process proceeds to step S24, and the indoor air conditioner 41 is off.
  • the flow control valve 51 completely closes the flow of refrigerant to the air conditioning expansion valve 45, and the rotary electric machine All the refrigerant is allowed to flow to the expansion valve 13. Then, the process proceeds to step S23, and the rotational speed control (1) of the rotary electric machine compressor 7 is performed.
  • step S41 the temperature of the stator coil 21 is acquired from the stator coil temperature sensor 35.
  • step S42 it is determined whether the acquired temperature of the stator coil 21 is equal to or higher than a target temperature.
  • the target temperature is a temperature equal to or less than the temperature of the stator coil 21 at which the suppression of the maximum torque of the drive motor 3 is started so as not to exceed the upper limit temperatures of the magnets of the stator coil 21 and the rotor portion 29 as described above.
  • step S43 the deviation between the acquired temperature of the stator coil 21 and the target temperature is calculated.
  • step S44 the indoor temperature is acquired from the indoor temperature sensor 57.
  • step S45 it is determined whether the acquired indoor temperature is equal to or higher than the required temperature.
  • the required temperature is a temperature set by the passenger in the indoor air conditioner 41.
  • step S46 the deviation between the acquired indoor temperature and the required temperature is calculated.
  • step S47 it is determined whether the deviation of the temperature of the stator coil 21 or the deviation of the indoor temperature calculated in steps S43 and S46 tends to increase. If the determination result is an increase, the determination is Yes, and the process proceeds to step S48, and it is further determined in step S48 whether both the deviation of the temperature of the stator coil 21 and the deviation of the indoor temperature tend to increase.
  • step S48 When it is determined as Yes in step S48, the process proceeds to step S49, and in step S49, the distribution ratio with the larger increase rate of the deviation is increased.
  • step S49 the distribution ratio with the larger increase rate of the deviation is increased.
  • step S51 the distribution ratio of which the deviation tends to increase is increased.
  • step S50 the amount of refrigerant flowing into the air conditioning expansion valve 45 and the expansion valve 13 for a rotating electrical machine
  • the distribution ratio with the amount of refrigerant flowing into the system is distributed at a fixed ratio. For example, it is set to 50:50. Therefore, increasing the allocation ratio in steps S49 and S51 means increasing the ratio from, for example, 50%.
  • steps S31, S32, and S34 are the same as steps S21, S22, and S24 of FIG. 10, and in step S33, the rotational speed control (2) of the compressor 7 for a rotating electrical machine is performed. And only differ.
  • the rotational speed control (2) of the rotary electric machine compressor 7 is the rotational speed control of the rotary electric machine compressor 7 shown in FIG.
  • the amount of refrigerant flowing into the air conditioning expansion valve 45 based on the room temperature and the temperature of the stator coil 21 and the expansion for the rotary electric machine Since the ratio to the amount of refrigerant flowing into the valve 13 is adjusted, the distribution of the cooling of the drive motor 3 and the cooling of the indoor air conditioner 41 is properly performed.
  • FIG. 13 Another embodiment is shown in FIG. 13 is different from the cooling control unit 31 of FIG. 9 in that the cooling control unit 31 further includes a pre-cooling control unit 71, and a signal from the pre-cooling switch 42 is input. Do.
  • the other configuration is the same as that of the cooling control unit 31 of FIG. Therefore, the same components as in FIG. 9 are assigned the same reference numerals and descriptions thereof will be omitted.
  • the pre-cooling control unit 71 When the pre-cooling switch 42 is turned on, the pre-cooling control unit 71 fully closes the air conditioning expansion valve 45 side of the flow rate adjustment valve 51 to flow all the refrigerant to the rotary electric machine expansion valve 13, The temperature of the stator coil 21 is controlled to be cooled to a predetermined temperature.
  • the pre-cooling control unit 71 operates the compressor 7 for the rotary electric machine by maximum rotation, and the temperature of the stator coil 21 is within a predetermined temperature range ( For example, a temperature drop determination unit 48 that determines that the temperature has dropped to 20.degree. C. or less, and an acceleration permission unit 49 that permits acceleration operation when the temperature drop determination unit 48 determines that the temperature has dropped to a predetermined temperature range. Have.
  • step S71 it is determined whether the pre-cooling switch 42 has been turned on. If it is turned on, it is determined in step S72 whether the indoor air conditioner 41 is turned on.
  • step S72 When it is determined as YES in step S72, the process proceeds to step S73, the air conditioning expansion valve 45 side of the flow rate adjustment valve 51 is fully closed, and all the refrigerant flows to the rotary electric machine expansion valve 13. Thereafter, the process proceeds to step S74, and the rotary electric machine compressor 7 is rotated at the maximum rotation number to cool the drive motor 3.
  • step S72 when it is determined No in step S72, the indoor air conditioner 41 is off, so the flow rate adjusting valve 51 is not controlled on the premise that it does not flow to the air conditioning expansion valve 45 side, and the process proceeds to step S74.
  • the rotary electric machine compressor 7 is rotated at the maximum rotational speed to cool the drive motor 3. Even when the indoor air conditioner 41 is off, the air conditioning expansion valve 45 side of the flow rate adjustment valve 51 may be fully closed. Thereafter, steps S74 to S77 are omitted because they are similar to the control of pre-cooling of steps S62 to S65 of the flowchart of FIG. 7 described in the embodiment of FIG.
  • the same operation and effect as the operation and effect according to the embodiment shown in FIG. 9 are obtained, and according to the present embodiment, the flow adjustment is performed when the pre-cooling switch 42 is turned on. Since the air conditioning expansion valve 45 side of the valve 51 is fully closed and all the refrigerant flows to the rotary electric machine expansion valve 13 to control cooling of the stator coil 21 of the drive motor 3 to a predetermined temperature, the driver It is possible to quickly cool the drive motor 3 at the desired timing. As a result, even during the maximum torque operation during the acceleration operation, the heat generation of the drive motor 3 can be suppressed, and the maximum torque operation time can be extended.
  • FIG. 15 With respect to the embodiment shown in FIG. 9, in the other embodiment shown in FIG. 15, the compressor 7 for rotary electric machines which is a shared compressor is provided in the refrigeration cycle 43 for air conditioning and the refrigeration cycle 5 for rotary electric machines. Furthermore, the additional compressor 59 is provided on the side of the rotating electrical machine refrigeration cycle 5.
  • the other configuration is the same as that of the cooling device 1 of FIG. 9 including the cooling control unit 31.
  • the compressor controlled by the compressor control unit 33 of the cooling control unit 31 may be the rotary electric machine compressor 7 which is a shared compressor or the additional compressor 59. Furthermore, both may be controlled.
  • the same components as in FIG. 9 will be assigned the same reference numerals and descriptions thereof will be omitted.
  • FIG. 16 is such that the air conditioning compressor 61 is provided in the air conditioning refrigeration cycle 43 and the rotary electric machine compressor 7 is provided in the rotary electric machine refrigeration cycle 5 with respect to the embodiment of FIG. It is different.
  • the other configuration is the same as that of the cooling device 1 of FIG. 15 including the cooling control unit 31.
  • the compressor controlled by the compressor control unit 33 of the cooling control unit 31 is the rotary electric machine compressor 7.
  • the same components as in FIG. 15 will be assigned the same reference numerals and descriptions thereof will be omitted.
  • the refrigeration cycle 43 for air conditioning and the refrigeration cycle 5 for rotary electric machine Since the separate compressors are provided, the degree of freedom in design of the arrangement and control of each compressor is obtained. As a result, it is possible to obtain the motor cooling capacity by the refrigeration cycle 5 for the rotary electric machine without affecting the indoor cooling performance by the indoor air conditioner 41, whereby the refrigeration cycle 5 for the rotary electric machine and the refrigeration cycle 43 for the air conditioning Coexistence becomes easy.
  • an inverter cooling unit 67 for cooling the inverter 65 is provided on the downstream side of the refrigerant flow direction of the drive motor 3 of the rotary electric machine refrigeration cycle 5.
  • the inverter cooling unit 67 shows an example in which the inverter evaporator is provided inside the casing of the inverter, the inverter cooling unit 67 may be provided on an external pipe.
  • the vaporized refrigerant vaporized by the rotary electric machine expansion valve 13 of the rotary electric machine refrigeration cycle 5 and introduced into the refrigerant passage 15 is subsequently introduced also into the inverter cooling portion 67. Since the inverter 65 can also be cooled, efficient cooling including the inverter 65 can be performed.
  • the “temperature of the stator coil 21” is set to “stator coil” in the control of the compressor control unit 33 and the flow rate adjustment control unit 55 shown in FIGS. 1, 9 and 15.
  • the cooling control unit including the inverter 65 can be configured.
  • FIG. 18 is a two-motor type having two motors for driving and power generation, and the driving motor 3 is described as dedicated for driving, and in an electric vehicle including the generator 69 as another power generation motor.
  • the generator 69 is disposed in parallel with the drive motor 3 in the refrigeration cycle 5 for the rotary electric machine, and the generator expansion valve 72 and the generator casing are also provided to the generator 69 in the same manner as the drive motor 3. Cooling is enabled by the formed generator coolant passage 73.
  • the refrigeration cycle can be used to cool an electric vehicle motor having a high cooling effect and uniform cooling, so that it is suitable for use as a cooling device for an electric vehicle motor. ing.
  • Cooling device 3 Drive motor (rotary electric machine) 5 Refrigerant Cycle for Rotating Electric Machine 7 Compressor for Rotating Electric Machine 9 Condenser for Rotating Electric Machine 11 Receiver 13 13 Expansion Valve for Rotating Electric Machine 17, 49 Piping 19 Casing 21 Stator coil 25 Refrigerant inlet 27 Refrigerant outlet 31 Cooling controller 33 Compressor controller 35 Stator coil temperature sensor 37 Motor operation controller 41 Indoor air conditioner 43 Air conditioning refrigeration cycle 45 Air conditioning expansion Valve 47 Air conditioning evaporator 51 Flow control valve 55 Flow control control unit 57 Indoor temperature sensor 59 Additional compressor 61 Air conditioning compressor 65 Inverter 67 Inverter cooling unit

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Motor Or Generator Cooling System (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)
  • Cooling, Air Intake And Gas Exhaust, And Fuel Tank Arrangements In Propulsion Units (AREA)
  • Air-Conditioning For Vehicles (AREA)

Abstract

車両に搭載される回転電機の冷却装置は、回転電機のステータ及びロータを収容する筐体の壁内に形成され、筐体の壁内に冷媒を流通可能な冷媒経路と、冷媒経路において冷媒を循環させる回転電機用冷凍サイクルとを備え、回転電機用冷凍サイクルは、回転電機用圧縮機と回転電機用凝縮器と回転電機用膨張弁とを含み、冷媒が回転電機用圧縮機、回転電機用凝縮器、回転電機用膨張弁、冷媒経路を順次流通するように循環可能に構成され、回転電機の筐体を蒸発器として機能させるとともに冷媒経路の冷媒入口部又は冷媒入口部の直前に回転電機用膨張弁を設けたことを特徴とする。

Description

回転電機の冷却装置
　本開示は、回転電機の冷却装置に関する。
　電動車両の普及により駆動用モータのような回転電機の冷却の重要性が増し、高出力化が進めば発熱への対応が不可避になる。現在主流のモータ冷却は筐体に水路を設けた「水冷方式」もしくは筐体内部の発熱部に油を直接かける「油冷方式」が行われている。しかし、水冷方式は冷却効果が小さく、また油冷方式はモータ全体を均一に冷やしにくい課題点を持つ。また、水冷方式及び油冷方式以外のものとして、冷凍サイクルを用いて冷却するものもあり、例えば、特許文献１及び特許文献２が知られている。
　特許文献１には、圧縮機駆動用モータの冷却装置が開示され、モータと圧縮機との共通のハウジング内に導入された冷媒が圧縮機により吸入されて圧縮された後、ハウジング外の流路へと吐出されて、圧縮された圧縮冷媒は、凝縮器、膨張弁、及び蒸発器を経て再び圧縮機へと吸入される構成が示されている。
　また、特許文献２には、自動車用ヒートポンプ式空調装置について開示され、特許文献２の図１２、１３等には、膨張弁１５を通過した後の冷媒が、室内側熱交換器１６を通過し、その後開閉弁３３、３４を介して駆動用電動機のケーシング３６に導入される構成が開示されている。
特開２０１６－１７６３５９号公報 特開平６－２１３５３１号公報（図１２、図１３）
　特許文献１に開示された発明は、モータと圧縮機との共通のハウジング内に冷媒が導入される構成であり、モータの出力軸がハウジングから突出する構成ではないので、ハウジング内に導入された冷媒が外側へは漏れにくいが、電動車両用の駆動モータでは、モータ出力軸にギヤが連結され又は直接的に車輪に連結される構造であるため、ハウジングを貫通させる部分での冷媒のシール性において問題があり、特許文献１のモータ冷却構造を電動車両用の駆動用モータへ適用することは難しい。さらに、この特許文献１の冷媒回路は、大規模なビルや施設等に設置される大型冷凍機に用いられるものであり、電動車両への適用は難しい。
　また、特許文献２には、その段落００２４に、駆動用電動機３５の冷却が必要な場合には膨張弁１５を通過した後の冷媒が、室内側熱交換器１６を通過し、その後開閉弁３３、３４を介して駆動用電動機のケーシング３６に導入される構成が開示されているが、駆動用電動機に導入される冷媒は、室内側熱交換器１６で加熱された冷媒である。そのため、冷凍サイクルにおける膨張弁の通過直後の蒸発気化潜熱を利用しての効果的な冷却が駆動用電動機において期待できない。
　上述の事情に鑑みて、本発明の少なくとも一実施形態は、冷凍サイクルを用いて冷却効果が高く、均一な冷却が可能な回転電機の冷却装置を提供することを目的とする。
　前述した目的を達成するために発明されたものであって、本発明の少なくとも一つの実施形態は、車両に搭載される回転電機の冷却装置であって、前記回転電機のステータ及びロータを収容する筐体の壁内に形成され、前記筐体の壁内に冷媒を流通可能な冷媒経路と、前記冷媒経路において前記冷媒を循環させる回転電機用冷凍サイクルとを備え、前記回転電機用冷凍サイクルは、回転電機用圧縮機と回転電機用凝縮器と回転電機用膨張弁とを含み、冷媒が前記回転電機用圧縮機、前記回転電機用凝縮器、前記回転電機用膨張弁、前記冷媒経路を順次流通するように循環可能に構成され、前記回転電機の前記筐体を蒸発器として機能させるとともに前記冷媒経路の冷媒入口部又は該冷媒入口部の直前に前記回転電機用膨張弁を設けたことを特徴とする。
　上記構成によれば、回転電機の筐体に回転電機用冷凍サイクルにおける回転電機用蒸発器の機能を有する冷媒経路を形成して、冷媒経路の冷媒入口部又は冷媒入口部の直前の配管に回転電機用膨張弁を設けることにより、回転電機用膨張弁によって減圧された冷媒は、回転電機用膨張弁と冷媒経路との間で加圧も加熱もされずに直接冷媒経路に流入するので、回転電機の筐体内部で冷媒を蒸発させて蒸発潜熱を用いて効率よく吸熱できるようになり、その結果、回転電機を効率よく均一な冷却ができる。また、回転電機の冷却性能の向上によって、回転電機の定格出力の向上や小型化が可能になる。なお、「回転電機」には、例えば駆動用のモータや駆動に必要な発電を担うジェネレータが含まれる。
　幾つかの実施形態では、前記冷媒経路は、前記ステータのステータコイルの外側を周方向にわたって囲むように形成されてもよい。この構成によれば、ステータコイルの外側を周方向にわたって囲むように冷媒が冷媒経路を流通するので、回転電機の稼働時に発熱するステータコイルを効率的に冷却することができる。
　幾つかの実施形態では、前記冷媒経路は、前記回転電機の出力軸方向の長さにおいて、前記ステータのステータコイルが配置されている範囲よりも長く延びて形成されてもよい。この構成によれば、ステータコイル全体を囲むように冷媒が冷媒経路を流通するので、ステータコイルをさらに効率的に冷却することができる。
　幾つかの実施形態では、前記冷媒経路の冷媒入口部は、前記冷媒経路の冷媒出口部よりも鉛直方向上方に設けられてもよい。この構成によれば、冷媒は冷媒経路を鉛直上方から鉛直下方に向かって流れる。一般に、気体は温度が低いほど密度が大きくなるため、鉛直方向下方へ移動しやすい。回転電機用膨張弁で減圧された冷媒はその一部が気化しているので、気体の冷媒は、冷媒経路を鉛直上方から鉛直下方に向かって移動しやすくなる。このため、液体の冷媒だけでなく気体の冷媒も冷媒経路を鉛直上方から鉛直下方に向かって確実に移動するようになるので、回転電機を効率よく均一に冷却できる。
　幾つかの実施形態では、前記冷媒入口部の位置と前記冷媒出口部の位置とは、前記回転電機の出力軸方向にずれてもよい。この構成によれば、冷媒が冷媒経路を鉛直上方から鉛直下方に向かって流れる間、回転電機の出力軸方向にも流れるので、回転電機をより均一に冷却できる。
　幾つかの実施形態では、前記車両には室内空調装置が設けられ、該室内空調装置は、空調用圧縮機と空調用凝縮器と空調用膨張弁と空調用蒸発器とを含む空調用冷凍サイクルを備え、該空調用冷凍サイクルは、前記回転電機用冷凍サイクルを循環する前記冷媒の一部が前記空調用圧縮機、前記空調用凝縮器、前記空調用膨張弁、前記空調用蒸発器を順次流通して再び前記空調用圧縮機に流入するように循環可能に構成され、前記空調用凝縮器と前記回転電機用凝縮器とは１つの同じ共用凝縮器であってもよい。
　この構成によれば、回転電機用冷凍サイクルと室内空調装置の空調用冷凍サイクルとが一体化され、これら冷凍サイクルを構成する凝縮器が共用されるので、部品点数の減少及び冷媒の配管の簡素が見込める。その結果、重量及びコスト面において有利になる。また、この構成によれば、回転電機用冷凍サイクルと室内空調装置の空調用冷凍サイクルとのそれぞれに別々に圧縮機を設けることができるので、室内空調装置による室内冷却性能に影響を与えることなく回転電機用冷凍サイクルによる回転電機の冷却能力を得ることができ、これにより、回転電機用冷凍サイクルと空調用冷凍サイクルとの両立が容易となる。
　幾つかの実施形態では、前記空調用圧縮機と前記回転電機用圧縮機とがさらに１つの同じ共用圧縮機であってもよい。この構成によれば、回転電機用冷凍サイクル及び空調用冷凍サイクルのそれぞれを構成する圧縮機も共用されるので、部品点数のさらなる減少及び冷媒の配管のさらなる簡素化が見込める。その結果、重量及びコスト面においてさらに有利になる。
　幾つかの実施形態では、前記回転電機用冷凍サイクルには、前記共用圧縮機と前記回転電機との間に、増設圧縮機が設けられてもよい。この構成によれば、回転電機用冷凍サイクルに、増設圧縮機が設けられるので、共有圧縮機の能力を補うことができる。室内空調装置による室内冷却性能に影響を与えることなく回転電機用冷凍サイクルによる回転電機の冷却能力を得ることができ、これにより、回転電機用冷凍サイクルと空調用冷凍サイクルとの両立が容易となる。
　幾つかの実施形態では、前記空調用膨張弁に流入する冷媒量と、前記回転電機用膨張弁に流入する冷媒量との比率を調整する流量調整弁が設けられてもよい。この構成によれば、流量調整弁によって、空調用膨張弁に流入する冷媒量と、回転電機用膨張弁に流入する冷媒量との比率が調整されるので、回転電機の冷却と室内空調装置の冷却との必要性に応じた冷媒配分が可能になる。
　幾つかの実施形態では、前記車両の室内温度を検出する室内温度センサと、前記ステータのステータコイルの温度を検出するステータコイル温度センサと、前記室内温度及び前記ステータコイルの温度に基づいて、前記比率を調整するように前記流量調整弁を制御してもよい。この構成によれば、流量調整制御部によって、室内温度及びステータコイルの温度に基づいて、空調用膨張弁に流入する冷媒量と、回転電機用膨張弁に流入する冷媒量との比率が調整されるので、回転電機の冷却と室内空調装置の冷却との冷媒の配分が適切に行われる。
　幾つかの実施形態では、前記ステータのステータコイルの温度を検出するステータコイル温度センサと、前記ステータコイルの温度が予め設定された目標温度以上の時に、前記回転電機用圧縮機の運転を制御する圧縮機制御部とを備えてもよい。この構成によれば、圧縮機制御部によって、ステータコイルの温度が目標温度以上のときに、回転電機用圧縮機が運転されるので、回転電機の発熱状態に対応した適切な冷却が可能になる。
　幾つかの実施形態では、前記目標温度は、前記ステータコイル及び前記ロータの磁石それぞれの上限温度を超えないように前記回転電機の最大トルクの抑制が開始されるコイル温度以下に設定されてもよい。
　この構成によれば、ステータコイルの温度の目標温度を、ステータのコイル及びロータの磁石の機能低下が生じる上限温度（Ｔｍ）を超えないようにするために、上限温度に達する前に回転電機の最大トルクの抑制が開始される温度（Ｔｓ）以下に設定することで、最大トルクの抑制の開始以前に回転電機を回転電機用冷凍サイクルによって冷却するので、ステータコイルの温度が最大トルクの抑制の開始温度および上限温度に到達することを効果的に防止することができる。
　幾つかの実施形態では、前記圧縮機制御部は、前記回転電機の要求トルク及び要求回転数に応じて前記回転電機用圧縮機の回転数を制御してもよい。この構成によれば、回転電機の要求トルク及び要求回転数に応じて回転電機用圧縮機の回転数を制御することにより、回転電機の発熱量に対応して回転電機用冷凍サイクルによる冷却能力が増減するので、効率よく回転電機を冷却できる。
　幾つかの実施形態では、前記ステータのステータコイルの温度を検出するステータコイル温度センサと、前記回転電機用圧縮機を作動させて前記回転電機を冷却する事前冷却スイッチと、前記事前冷却スイッチがＯＮされたときに前記ステータコイルの温度が予め設定された温度まで冷却する事前冷却制御部とを備えてもよい。この構成によれば、事前冷却スイッチのＯＮによって事前冷却制御部は、ステータコイルの温度を予め設定された温度まで冷却するので、運転者の好みのタイミングで回転電機の冷却が可能になる。
　幾つかの実施形態では、前記事前冷却制御部は、前記事前冷却スイッチがＯＮされた場合に、前記回転電機用圧縮機を最大回転数で稼働させる最大回転稼働部と、前記ステータコイルの温度が予め設定された前記温度まで低下したことを判定する温度低下判定部と、前記ステータコイルの温度が予め設定された前記温度まで低下したことを前記温度低下判定部が判定したとき、前記車両の加速運転の許可を行う加速許可部とを備えてもよい。この構成によれば、回転電機用冷凍サイクルによる冷却によって加速運転前に回転電機が予め設定された温度まで低下され、低下した後に加速許可されるので、その後の加速運転時における最大トルク運転時においても、回転電機の発熱を抑制でき、最大トルク運転時間を延伸することができる。
　幾つかの実施形態では、前記回転電機用冷凍サイクルには、前記回転電機よりも冷媒流れ方向下流側にインバータを冷却するインバータ冷却部が設けられてもよい。この構成によれば、回転電機用冷凍サイクルにおいて気化した冷媒がインバータ冷却部に導入されることで、インバータも冷却することが可能になる。
　本発明の少なくとも一つの実施形態によれば、冷凍サイクルを用いて冷却効果が高く、均一な冷却が可能な回転電機の冷却装置を得ることができる。
本発明の一実施形態に係る電動車両用モータの冷却装置の全体構成図である。 本発明の一実施形態に係る電動車両用モータの変形例の断面図である。 本発明の他の実施形態に係る電動車両用モータの冷却装置の圧縮機制御部の制御フローチャートである。 本発明の他の実施形態に係る電動車両用モータの冷却装置の圧縮機制御部の制御フローチャートである。 駆動用モータのコイル温度と出力トルクとの関係を示す特性図である。 本発明の他の実施形態に係る電動車両用モータの冷却装置の冷却制御部の構成ブロック図である。 本発明の他の実施形態に係る電動車両用モータの冷却装置の事前冷却制御部の制御フローチャートである。 駆動用モータの運転開始時のステータコイルの温度と最大トルク運転時間との関係を示す特性図である。 本発明の他の実施形態に係る電動車両用モータの冷却装置の全体構成図である。 本発明の他の実施形態に係る電動車両用モータの冷却装置の流量調整制御部の制御フローチャートである。 本発明の他の実施形態に係る電動車両用モータの冷却装置の流量調整制御部の制御フローチャートである。 本発明の他の実施形態に係る電動車両用モータの冷却装置の流量調整却制御部の配分比率を調整する制御フローチャートである。 本発明の他の実施形態に係る電動車両用モータの冷却装置の冷却制御部の構成ブロック図である。 本発明の他の実施形態に係る電動車両用モータの冷却装置の事前冷却制御部の制御フローチャートである。 本発明の他の実施形態に係る電動車両用モータの冷却装置の全体構成図である。 本発明の他の実施形態に係る電動車両用モータの冷却装置の全体構成図である。 本発明の他の実施形態に係る電動車両用モータの冷却装置の要部構成図である。 本発明の他の実施形態に係る電動車両用モータの冷却装置の要部構成図である。
　以下、本発明の実施形態を図面に基づいてより詳細に説明する。
　ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれらに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
　例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
　本発明の一実施形態に係る回転電機である駆動用モータ３の冷却装置１について、図１を参照して説明する。なお、この回転電機は主に車両に搭載されるものであり、特にハイブリッド車には、駆動用モータで駆動と発電を担う１モータ式と、駆動用と発電用との２つのモータをもつ２モータ式があり、発電用モータも駆動用モータと同様に冷却が必要となる。そのため、以下の説明では回転電機を駆動用モータ３の冷却装置１として説明するが、回転電機が発電用モータであってもよい。
　図１に示すように、電動車両の駆動用モータ３を、冷凍サイクルを用いて冷却する。この駆動用モータ３を冷却する回転電機用冷凍サイクル５は、回転電機用圧縮機７と、回転電機用凝縮器９と、受液器１１と、回転電機用膨張弁１３と、冷媒経路１５とを、備え、これら機器が配管１７によって環状に接続して構成されている。
　なお、冷媒経路１５は、蒸発器の機能を有しており、駆動用モータ３の筐体１９の壁内に形成され、ステータコイル２１の外側を周方向に囲むように形成されている。冷媒経路１５がこのように形成されていることにより、ステータコイル２１の外側を周方向にわたって囲むように冷媒が冷媒経路１５を流通するので、駆動用モータ３の稼働時に発熱するステータコイル２１を効率的に冷却することができる。
　また、冷媒経路１５は、駆動用モータ３の出力軸２３方向の長さにおいて、ステータコイル２１を均等に偏りなく冷却するために、ステータコイル２１が配置されている範囲よりも長く延びて形成されている。冷媒経路１５がこのように形成されていることにより、ステータコイル２１全体を囲むように冷媒が冷媒経路１５を流通するので、ステータコイル２１を効率的に冷却することができる。
　そして、冷媒経路１５の冷媒入口部２５と冷媒出口部２７とは、周方向において互いに反対側に位置して設けられるが、特に限定されるものではない。周方向及び駆動用モータ３の出力軸２３方向において任意の位置に設けられてもよい。
　例えば、図２に示すように、冷媒入口部２５は、冷媒出口部２７よりも鉛直方向上方に設けてもよい。この構成によれば、冷媒は冷媒経路１５を鉛直上方から鉛直下方に向かって流れる。一般に、気体は温度が低いほど密度が大きくなるため、鉛直方向下方へ移動しやすい。回転電機用膨張弁１３で減圧された冷媒はその一部が気化しているので、気体の冷媒は、冷媒経路１５を鉛直上方から鉛直下方に向かって移動しやすくなる。このため、液体の冷媒だけでなく気体の冷媒も冷媒経路１５を鉛直上方から鉛直下方に向かって確実に移動するようになるので、駆動用モータ３を効率よく均一に冷却できる。
　また、図１に示される構成では、駆動用モータ３の出力軸２３方向において、冷媒入口部２５の位置と冷媒出口部２７の位置とは同じであるが、図２に示すように、冷媒入口部２５の位置と冷媒出口部２７の位置とを駆動用モータ３の出力軸２３方向にずらしてもよい。この構成によれば、冷媒が冷媒経路１５を鉛直上方から鉛直下方に向かって流れる間、出力軸２３方向にも流れるので、駆動用モータ３をより均一に冷却できる。
　また、回転電機用膨張弁１３は、冷媒経路１５の冷媒入口部２５、又は冷媒入口部２５に接続する配管１７であって冷媒入口部２５の直前の部分に設けられている。冷媒入口部２５に近接することが望ましく、例えば、管径の異なる冷媒の配管１７と冷媒経路１５の冷媒入口部２５の入口ニップルとを接続するコネクタに回転電機用膨張弁１３を内蔵させてもよい。また、回転電機用膨張弁１３は、配管１７やコネクタに設けられずに、駆動用モータ３の筐体１９の肉厚内部に埋め込まれても、また、筐体１９の表面に取り付けられてもよい。
　また、駆動用モータ３は、電動車両の走行用のモータであり、ステータ部のステータコイル２１の内側には、ロータ部２９が設けられ、ロータ部２９に出力軸２３が設けられている。この出力軸２３は、図示しない歯車機構を介して車輪を駆動するアクスルシャフトに、または車輪に直接連結されている。
　回転電機用冷凍サイクル５による駆動用モータ３の冷却時の作動を説明する。図１において冷媒は矢印の方向に流れる。回転電機用圧縮機７によって高温高圧に圧縮された気体状態の冷媒は、回転電機用凝縮器９によって放熱凝縮して冷却され低温高圧の気液混合状態となり受液器１１に導入される。受液器１１では、液量変動が吸収されてその後低温高圧の液体状態の冷媒が回転電機用膨張弁１３に導入される。回転電機用膨張弁１３では、液体状態の冷媒が断熱膨張して蒸発され冷媒経路１５に導入される。冷媒経路１５では、蒸発した冷媒の蒸発気化潜熱によって周囲から熱を奪い取り筐体１９の冷却を行う。気化した低温低圧の気体状態の冷媒は、回転電機用圧縮機７に導入されて再度圧縮される。
　以上の一実施形態によれば、駆動用モータ３の筐体１９の内部に回転電機用冷凍サイクル５における蒸発器の機能を有する冷媒経路１５を形成して、冷媒経路１５の冷媒入口部２５、又は冷媒入口部２５の直前の部分に回転電機用膨張弁１３を設けることにより、回転電機用膨張弁１３によって減圧された冷媒は、回転電機用膨張弁１３と冷媒経路１５との間で加圧も加熱もされずに直接冷媒経路１５に流入するので、駆動用モータ３の筐体１９の内部で冷媒を蒸発させて蒸発潜熱を用いて効率よく吸熱できるようになり、その結果、電動車両の駆動用モータ３を効率よく均一に冷却ができる。また、モータ冷却性能の向上によって、駆動用モータ３の定格出力の向上や小型化が可能になる。
　また、電動車両用の冷却装置１には、回転電機用冷凍サイクル５による駆動用モータ３の冷却を制御する冷却制御部３１が設けられてもよい。この冷却制御部３１にはステータコイル２１の温度に基づいて回転電機用圧縮機７の作動を制御する圧縮機制御部３３が設けられている。
　冷却制御部３１は、図示しない信号入力部、信号出力部、記憶部、演算部、等が設けられている。そして、信号入力部には、駆動用モータ３のステータコイル温度センサ３５からの信号、さらに、車両側の要求に基づいて駆動用モータ３の運転を制御するモータ運転制御部３７からの要求トルク信号や、要求回転数信号が入力される。
　圧縮機制御部３３の制御を図３、４のフローチャートを参照して説明する。図３において、ステップＳ１では、ステータコイル温度センサ３５からステータコイル２１の温度を取得する。ステップＳ２では、取得したステータコイル２１の温度が目標温度以上かを判定する。目標温度は、ステータコイル２１及びロータ部２９の磁石の上限温度を超えないように駆動用モータ３の最大トルクの抑制が開始されるステータコイル２１の温度以下の温度である。
　このように、ステータコイル２１の温度の目標温度を、ステータコイル２１及びロータ部２９の磁石の機能低下が生じる上限温度（Ｔｍ）を超えないようにするために、上限温度に達する前に駆動用モータ３の最大トルクの抑制が開始される温度（Ｔｓ）以下に設定することで、最大トルクの抑制の開始以前に駆動用モータ３を回転電機用冷凍サイクル５によって冷却するので、駆動用モータ３のトルク抑制およびステータコイル２１の温度が上限温度に到達することを効果的に防止することができる（図５参照）。
　図５は、ステータコイル２１の温度と出力トルクとの関係を示す特性図である。横軸にステータコイル２１の温度を示し、縦軸に出力トルクを示し１００％が最大出力状態を示す。ステータコイル２１及びロータ部２９の磁石の機能低下が生じる上限温度（Ｔｍ）を超えないようにするために、上限温度に達する前に駆動用モータ３の最大トルクの抑制が開始される。目標温度はこの最大トルクの抑制が開始される温度（Ｔｓ）以下とする。
　次に、ステップＳ２でＹｅｓの場合にはＳ３に進んで、ステップＳ３では、回転電機用圧縮機７を定常運転する。この定常運転は回転電機用圧縮機７を所定の一定回転数で運転させる状態である。そして、ステップＳ４では、目標温度未満になったら回転電機用圧縮機７の運転を停止する。
　また、図４に図３のフローチャートの変形例を示す。図４のフローチャートでは、ステップＳ１１、Ｓ１２は図３のステップＳ１、Ｓ２と同様であり、ステップＳ１３では、モータ要求トルク及びモータ要求回転数の情報をモータ運転制御部３７から取得する。
　そして、ステップＳ１４では、取得したモータ要求トルク及びモータ要求回転数の情報を基に、モータ要求トルク及びモータ要求回転数に対応して回転電機用圧縮機７の回転数を制御する。そして、ステップＳ１５では、目標温度未満になったら回転電機用圧縮機７の運転を停止する。
　このように、図３のフローチャートによれば、圧縮機制御部３３によって、ステータコイル２１の温度が目標温度以上のときに、回転電機用圧縮機７が運転されるので、駆動用モータ３の発熱状態に対応して、最大トルクの抑制が開始される温度（Ｔｓ）を超えないように適切な冷却が可能になる。
　また、図４のフローチャートによれば、駆動用モータ３の車両側からの要求トルク及び要求回転数に応じて回転電機用圧縮機７の回転数を制御するので、駆動用モータ３の運転状態に対応して回転電機用冷凍サイクル５による冷却能力を増減することができ、効率よい駆動用モータ３の冷却ができる。
　また、冷却制御部３１によって、ステータコイル２１の温度が目標温度以上の場合に、回転電機用圧縮機７が稼働して駆動用モータ３を、回転電機用冷凍サイクル５を用いて冷却することができる。これによって、ステータコイル２１の温度が目標温度未満の状態に維持されるように冷却される。従って、水冷や油冷に比べて冷却効果が高い回転電機用冷凍サイクルを用いて駆動用モータ３の効率よい冷却が可能になる。
　また、上限温度（Ｔｍ）に達する前に駆動用モータ３の最大トルクの抑制が開始される温度（Ｔｓ）以下に、目標温度を設定することで、最大トルクの抑制の開始以前に駆動用モータ３を回転電機用冷凍サイクル５によって冷却を開始するので、駆動用モータ３のトルク抑制およびステータコイル２１の温度が上限温度に到達することを効果的に防止することができる。
　また、圧縮機制御部３３によって、駆動用モータ３の車両側からの要求トルク及び要求回転数に応じて回転電機用圧縮機７の回転数を制御するので、駆動用モータ３の発熱量に対応して回転電機用冷凍サイクル５による冷却能力を増減することができため、効率よい駆動用モータ３の冷却ができる。
　次に、他の実施形態を図６に示す。図６に示す他の実施形態は、冷却制御部３１が、図１の冷却制御部３１に対して事前冷却制御部７１をさらに有し、事前冷却スイッチ４２からの信号が入力されることが相違する。その他の構成は、図１の冷却制御部３１と同様である。従って、図１と同様の構成部品については同一符号を付して説明は省略する。
　事前冷却制御部７１は、事前冷却スイッチ４２がＯＮされたときに回転電機用冷凍サイクル５を作動させてステータコイル２１の温度を所定温度まで冷却制御する。そして、事前冷却制御部７１は、事前冷却スイッチ４２がＯＮ操作されたとき、回転電機用圧縮機７を最大回転によって稼働させる最大回転稼働部４６と、ステータコイル２１の温度が所定の温度範囲（例えば２０℃以下）まで低下したことを判定する温度低下判定部４８と、温度低下判定部４８によって所定の温度範囲まで低下したと判定したとき、加速運転の許可を行う加速許可部４９と、を有している。
　事前冷却制御部７１の制御を図７のフローチャートを参照して説明する。図７において、まず、ステップＳ６１では、事前冷却スイッチ４２がＯＮされたかを判定する。ＯＮの場合には、ステップＳ６２において、回転電機用圧縮機７を最大回転数にて回転して駆動用モータ３を冷却する。その後、ステップＳ６３で、ステータコイル２１の温度が所定温度範囲、例えば２０℃以下に低下したかを判定する。ステップＳ６３でＹｅｓの場合には、ステップＳ６４に進み、ステップＳ６４では加速許可灯を点灯する。例えば、加速許可灯は、運転者が視認しやすいメータパネル内に設置されている。
　その後、ステップＳ６５では、制限なしの加速制御に移る。すなわち、加速時にアクセルペダルの踏込みに対して、制限を設けずに、例えば踏込み量と出力トルクとを比例的に増加する制御に移行する。
　図６に示す冷却制御部３１の実施形態によれば、事前冷却スイッチ４２のＯＮによって事前冷却制御部７１は、ステータコイル２１の温度を所定温度まで冷却するので、運転者の好みのタイミングに駆動用モータ３の冷却が可能になる。
　また、事前冷却制御部７１は、事前冷却スイッチ４２がＯＮ操作された場合に、回転電機用圧縮機７を最大回転によって稼働させる最大回転稼働部４６と、ステータコイル２１の温度が所定の温度範囲まで低下したことを判定する温度低下判定部４８と、温度低下判定部４８によって所定の温度範囲まで低下したことを判定したとき、加速運転の許可を行う加速許可部４９と、を備えるので、回転電機用冷凍サイクル５による冷却によって加速運転前に駆動用モータ３を所定の温度範囲まで迅速に低下させて強力な加速が可能になる。さらに、加速運転時における最大トルク運転時においても、駆動用モータ３の発熱を抑制でき、最大トルク運転時間を延伸することができる（図８参照）。
　図８は、駆動用モータ３の運転開始時のステータコイル２１の温度と最大トルク運転時間との関係を示す特性図である。横軸に運転開始時のステータコイル２１の温度を示し、縦軸に最大トルク運転時間を示す。冷媒制御温度はゼロ℃として、駆動用モータ３の運転開始前から冷却を開始し、運転開始時のコイル温度による最大トルク運転時間の関係が示される。図８に示されるように、冷媒冷却によって得られる最大トルク運転時間が最大の時点では、水冷冷却による最小の時点に対して、矢印で示すように２倍弱延びることが示される。このように、運転開始のステータコイルの温度が低いほど最大トルク運転時間が長くなることが示される。
　水冷では運転開始時のステータコイル２１の温度の低下に限界があり、ゼロ℃近くまでは冷却できない。それに対して、本実施形態のように回転電機用冷凍サイクル５を用いることでゼロ℃近くまでの冷却が可能となる。それによって最大トルク運転時間を水冷に比べて延伸することが可能になる。
　次に、他の実施形態を図９に示す。図９に示す他の実施形態は、図１に示す実施形態に対して、電動車両に室内空調装置４１が備えられ、回転電機用冷凍サイクル５と室内空調装置４１の空調用冷凍サイクル４３とが一体化され、これら冷凍サイクルを構成する機器のうち、回転電機用冷凍サイクル５の回転電機用圧縮機７、回転電機用凝縮器９、受液器１１がそれぞれ、空調用冷凍サイクル４３を構成する圧縮機、凝縮器、受液器と共用され、共用圧縮機、共用凝縮器、共用受液器を構成している。各冷凍サイクルの膨張弁と蒸発器とは別々に設けられている。つまり、空調用冷凍サイクル４３には空調用膨張弁４５と空調用蒸発器４７とが設けられ、回転電機用冷凍サイクル５には回転電機用膨張弁１３と冷媒経路（蒸発器）１５とが設けられている。
　空調用冷凍サイクル４３は、図９に示すように、回転電機用圧縮機７（共用圧縮機）と、回転電機用凝縮器９（共用凝縮器）と、受液器１１（共用受液器）と、空調用膨張弁４５と、空調用蒸発器４７とを配管４９によって環状に接続して構成されている。そして、受液器１１から空調用膨張弁４５への配管４９と、受液器１１から回転電機用膨張弁１３への配管１７との分岐部分に流量調整弁５１が設けられていて、空調用膨張弁４５に流入する冷媒量と、回転電機用膨張弁１３に流入する冷媒量との比率が調整される。
　このように、図９に示す他の実施形態によれば、流量調整弁５１によって、空調用膨張弁４５に流入する冷媒量と、回転電機用膨張弁１３に流入する冷媒量との比率が調整されるので、駆動用モータ３の冷却と室内空調装置４１の冷却との必要性に応じて冷却配分が可能になる。
　また、図９に示すように、冷却制御部３１には、図１に示した圧縮機制御部３３に加えて、流量調整制御部５５が設けられてもよい。この構成では、冷却制御部３１には室内温度センサ５７からの信号がさらに入力される。
　流量調整制御部５５は、室内温度センサ５７からの室内温度及びステータコイル温度センサ３５からのステータコイル２１の温度に基づいて、流量調整弁５１を制御して空調用膨張弁４５に流入する冷媒量と回転電機用膨張弁１３に流入する冷媒量との配分率を制御する。
　流量調整制御部５５の制御を図１０、１１、１２のフローチャートを参照して説明する。図１０において、ステップＳ２１では、室内空調装置４１がＯＮされているかを判定する。ステップＳ２１がＹｅｓの場合には、ステップＳ２２に進み流量調整弁５１による冷媒配分比を決定する制御を実施し、次に、ステップＳ２３に進み回転電機用圧縮機７の回転数制御（１）を実施する。なお、この回転電機用圧縮機７の回転数制御（１）は、図３に示す回転電機用圧縮機７の回転数制御である。
　また、ステップＳ２１がＮｏの場合には、ステップＳ２４に進んで、室内空調装置４１がＯＦＦであるので、流量調整弁５１によって空調用膨張弁４５への冷媒の流れを全閉にして、回転電機用膨張弁１３へ冷媒を全て流す。そして、ステップＳ２３に進み回転電機用圧縮機７の回転数制御（１）を実施する。
　ここで、ステップＳ２２の流量調整弁５１による冷媒配分比を決定する制御について、図１２のフローチャートを参照して説明する。図１２において、まず、ステップＳ４１では、ステータコイル温度センサ３５からステータコイル２１の温度を取得する。ステップＳ４２では、取得したステータコイル２１の温度が目標温度以上かを判定する。目標温度は、既に説明したようにステータコイル２１及びロータ部２９の磁石の上限温度を超えないように駆動用モータ３の最大トルクの抑制が開始されるステータコイル２１の温度以下の温度である。
　ステップＳ４２でＹｅｓと判定した場合には、次に、ステップＳ４３では、取得したステータコイル２１の温度と目標温度との偏差を算出する。ステップＳ４４では、室内温度センサ５７から室内温度を取得する。ステップＳ４５では、取得した室内温度が要求温度以上かを判定する。要求温度は室内空調装置４１に乗員によって設定された温度である。
　ステップＳ４５でＹｅｓと判定した場合には、次に、ステップＳ４６では、取得した室内温度と要求温度との偏差を算出する。次に、ステップＳ４７において、ステップＳ４３及びステップＳ４６において算出したステータコイル２１の温度の偏差又は室内温度の偏差のいずれかが増大傾向にあるかを判定する。判定結果が増大の場合には、ＹｅｓとなってステップＳ４８に進み、ステップＳ４８では、さらに、ステータコイル２１の温度の偏差と室内温度の偏差との両方が増大傾向にあるかを判定する。
　ステップＳ４８においてＹｅｓと判定した場合には、ステップＳ４９に進みステップＳ４９では、偏差の増大率が大きい方の配分比率を増大する。また、ステップＳ４８においてＮｏと判定した場合には、ステップＳ５１に進みステップＳ５１では、偏差が増大傾向にある方の配分比率を増大する。
　なお、ステップＳ４２でＮｏと判定した場合、またはステップＳ４５でＮｏと判定した場合には、ステップＳ５０に進み、ステップＳ５０では、空調用膨張弁４５に流入される冷媒量と回転電機用膨張弁１３に流入される冷媒量との配分率を一定の比率で配分する。例えば、５０：５０に設定する。従って、ステップＳ４９、Ｓ５１の配分率を増大するとは、例えば５０％から増大させることをいう。
　また、図１０に示すフローチャートの変形例を図１１に示す。図１１のフローチャートでは、ステップＳ３１、Ｓ３２、Ｓ３４は図１０のステップＳ２１、Ｓ２２、Ｓ２４と同様であり、ステップＳ３３は回転電機用圧縮機７の回転数制御（２）が、図１０のステップＳ２３と相違するだけである。この回転電機用圧縮機７の回転数制御（２）は、図４に示す回転電機用圧縮機７の回転数制御である。
　このように、図９に示す他の実施形態の流量調整制御部５５によれば、室内温度及びステータコイル２１の温度に基づいて、空調用膨張弁４５に流入する冷媒量と、回転電機用膨張弁１３に流入する冷媒量との比率が調整されるので、駆動用モータ３の冷却と室内空調装置４１の冷却との冷却の配分が適切に行われる。
　次に、他の実施形態を図１３に示す。図１３に示す他の実施形態は、冷却制御部３１が、図９の冷却制御部３１に対してさらに事前冷却制御部７１を有し、事前冷却スイッチ４２からの信号が入力されることが相違する。その他の構成は、図９の冷却制御部３１と同様である。従って、図９と同様の構成部品については同一符号を付して説明は省略する。
　事前冷却制御部７１は、事前冷却スイッチ４２がＯＮされたときに、流量調整弁５１の空調用膨張弁４５の側を全閉して、冷媒を全て、回転電機用膨張弁１３に流して、ステータコイル２１の温度を所定温度まで冷却制御する。
　そして、事前冷却制御部７１は、事前冷却スイッチ４２がＯＮ操作されたとき、回転電機用圧縮機７を最大回転によって稼働させる最大回転稼働部４６と、ステータコイル２１の温度が所定の温度範囲（例えば２０℃以下）まで低下したことを判定する温度低下判定部４８と、温度低下判定部４８によって所定の温度範囲まで低下したと判定したとき、加速運転の許可を行う加速許可部４９と、を有している。
　事前冷却制御部７１の制御を図１４のフローチャートを参照して説明する。図１４において、まず、ステップＳ７１では、事前冷却スイッチ４２がＯＮされたかを判定する。ＯＮされていれば、ステップＳ７２において、室内空調装置４１がＯＮされたかを判定する。
　ステップＳ７２でＹｅｓと判定した場合には、ステップＳ７３に進んで、流量調整弁５１の空調用膨張弁４５の側を全閉して、冷媒を全て、回転電機用膨張弁１３に流す。その後、ステップＳ７４に進んで、回転電機用圧縮機７を最大回転数にて回転して駆動用モータ３を冷却する。
　また、ステップＳ７２でＮｏと判定した場合には、室内空調装置４１がＯＦＦであるので、空調用膨張弁４５側へは流れないことを前提に流量調整弁５１は制御せずに、ステップＳ７４に進んで、回転電機用圧縮機７を最大回転数にて回転して駆動用モータ３を冷却する。なお、室内空調装置４１がＯＦＦの場合でも、流量調整弁５１の空調用膨張弁４５側を全閉にしてもよい。その後、ステップＳ７４からステップＳ７７は、図６の実施形態で説明した図７のフローチャートのステップＳ６２からＳ６５の事前冷却の制御と同様であるので省略する。
　図１３に示す実施形態によれば、図９に示した実施形態による作用効果と同様の作用効果を有し、さらに、本実施形態によれば、事前冷却スイッチ４２がＯＮされたとき、流量調整弁５１の空調用膨張弁４５側を全閉にして冷媒全てを、回転電機用膨張弁１３側に流して、駆動用モータ３のステータコイル２１の温度を所定温度まで冷却制御するので、運転者の好みのタイミングで駆動用モータ３の迅速な冷却が可能になる。その結果、加速運転時における最大トルク運転時においても、駆動用モータ３の発熱を抑制でき、最大トルク運転時間を延伸することができる。
　次に、他の実施形態を図１５に示す。図１５に示す他の実施形態は、図９に示す実施形態に対して、空調用冷凍サイクル４３と回転電機用冷凍サイクル５とには共用圧縮機である回転電機用圧縮機７が設けられ、さらに、回転電機用冷凍サイクル５側には増設圧縮機５９が設けられることが相違する。その他の構成は、冷却制御部３１も含めて図９の冷却装置１と同様である。なお、冷却制御部３１の圧縮機制御部３３によって制御される圧縮機は、共用圧縮機である回転電機用圧縮機７であっても、増設圧縮機５９でもよい。さらに、両方を制御するようにしてもよい。図１５においては、図９と同様の構成部品については同一符号を付して説明は省略する。
　図１５に示す実施形態によれば、図９に示す実施形態と同様の作用効果を有し、さらに、図１５の実施形態においては、回転電機用冷凍サイクル５側に、増設圧縮機５９が設けられるので、共有圧縮機である回転電機用圧縮機７の能力を補うことが可能になり、冷凍サイクルによって駆動用モータ３の冷却が確保されるようになる。
　次に、他の実施形態を図１６に示す。図１６に示す実施形態は、図１５の実施形態に対して、空調用冷凍サイクル４３に空調用圧縮機６１が設けられ、回転電機用冷凍サイクル５に回転電機用圧縮機７が設けられることが相違する。その他の構成は、冷却制御部３１も含めて図１５の冷却装置１と同様である。なお、冷却制御部３１の圧縮機制御部３３によって制御される圧縮機は、回転電機用圧縮機７である。図１６においては、図１５と同様の構成部品については同一符号を付して説明は省略する。
　図１６に示す実施形態によれば、図１５に示す実施形態と同様の作用効果を有し、さらに、図１６の実施形態においては、空調用冷凍サイクル４３側と、回転電機用冷凍サイクル５側とに別々の圧縮機が設けられるので、それぞれの圧縮機の配置及び制御の設計の自由度が得られる。その結果、室内空調装置４１による室内冷却性能に影響を与えることなく回転電機用冷凍サイクル５によるモータ冷却能力を得ることができ、これにより、回転電機用冷凍サイクル５と空調用冷凍サイクル４３との両立が容易となる。
　次に、他の実施形態を図１７、１８に示す。図１７、１８に示すように、回転電機用冷凍サイクル５の駆動用モータ３の冷媒流れ方向下流側にインバータ６５を冷却するインバータ冷却部６７が設けられている。インバータ冷却部６７は、インバータ用蒸発器がインバータの筐体の内部に設けられている例を示すが、外部の配管に設けられてもよい。
　図１７、１８に示す実施形態よれば、回転電機用冷凍サイクル５の回転電機用膨張弁１３によって気化して冷媒経路１５に導入された気化冷媒が引き続いてインバータ冷却部６７にも導入されることで、インバータ６５をも冷却することが可能になるので、インバータ６５も含めて効率よい冷却ができるようになる。
　なお、インバータ６５を含めた場合の冷却制御部では、図１、図９、図１５に示す圧縮機制御部３３及び流量調整制御部５５の制御において、「ステータコイル２１の温度」を「ステータコイル２１の温度」と「インバータ６５の温度」とのうち高い方を意味するものとすることで、インバータ６５も含めた冷却制御部を構成することができる。
　また、図１８は、駆動用と発電用との２つのモータをもつ２モータ式であり、駆動用モータ３は、駆動用専用として説明し、他に発電用モータとしてジェネレータ６９を備える電動車両における適用例を示すものである。回転電機用冷凍サイクル５において駆動用モータ３と並列的にジェネレータ６９を配設して、ジェネレータ６９に対しても駆動用モータ３と同様に、ジェネレータ用膨張弁７２、ジェネレータの筐体の内部に形成されたジェネレータ用冷媒経路７３によって冷却が可能になる。
　本発明の少なくとも一つの実施形態によれば、冷凍サイクルを用いて冷却効果が高く、均一な冷却が可能な電動車両用モータの冷却ができるので、電動車両用モータの冷却装置への利用に適している。
１　冷却装置
３　駆動用モータ（回転電機）
５　回転電機用冷凍サイクル
７　回転電機用圧縮機
９　回転電機用凝縮器
１１　受液器
１３　回転電機用膨張弁
１５　冷媒経路（蒸発器）
１７、４９　配管
１９　筐体
２１　ステータコイル
２５　冷媒入口部
２７　冷媒出口部
３１　冷却制御部
３３　圧縮機制御部
３５　ステータコイル温度センサ
３７　モータ運転制御部
４１　室内空調装置
４３　空調用冷凍サイクル
４５　空調用膨張弁
４７　空調用蒸発器
５１　流量調整弁
５５　流量調整制御部
５７　室内温度センサ
５９　増設圧縮機
６１　空調用圧縮機
６５　インバータ
６７　インバータ冷却部

Claims (16)

  1. 　車両に搭載される回転電機の冷却装置であって、
    　前記回転電機のステータ及びロータを収容する筐体の壁内に形成され、前記筐体の壁内において冷媒を流通可能な冷媒経路と、
    　前記冷媒経路に前記冷媒を循環させる回転電機用冷凍サイクルと
    を備え、
    　前記回転電機用冷凍サイクルは、回転電機用圧縮機と回転電機用凝縮器と回転電機用膨張弁とを含み、冷媒が前記回転電機用圧縮機、前記回転電機用凝縮器、前記回転電機用膨張弁、前記冷媒経路を順次流通するように循環可能に構成され、
    　前記回転電機の前記筐体を蒸発器として機能させるとともに前記冷媒経路の冷媒入口部又は該冷媒入口部の直前に前記回転電機用膨張弁を設けた、回転電機の冷却装置。
  2. 　前記冷媒経路は、前記ステータのステータコイルの外側を周方向にわたって囲むように形成されている、請求項１に記載の回転電機の冷却装置。
  3. 　前記冷媒経路は、前記回転電機の出力軸方向の長さにおいて、前記ステータのステータコイルが配置されている範囲よりも長く延びて形成されている、請求項１または２に記載の回転電機の冷却装置。
  4. 　前記冷媒経路の冷媒入口部は、前記冷媒経路の冷媒出口部よりも鉛直方向上方に設けられる、請求項１～３のいずれか一項に記載の回転電機の冷却装置。
  5. 　前記冷媒入口部の位置と前記冷媒出口部の位置とは、前記回転電機の出力軸方向にずれている、請求項４に記載の回転電機の冷却装置。
  6. 　前記車両には室内空調装置が設けられ、該室内空調装置は、空調用圧縮機と空調用凝縮器と空調用膨張弁と空調用蒸発器とを含む空調用冷凍サイクルを備え、該空調用冷凍サイクルは、前記回転電機用冷凍サイクルを循環する前記冷媒の一部が前記空調用圧縮機、前記空調用凝縮器、前記空調用膨張弁、前記空調用蒸発器を順次流通して再び前記空調用圧縮機に流入するように循環可能に構成され、
    　前記空調用凝縮器と前記回転電機用凝縮器とは１つの同じ共用凝縮器である、請求項１～５のいずれか一項に記載の回転電機の冷却装置。
  7. 　前記空調用圧縮機と前記回転電機用圧縮機とがさらに１つの同じ共用圧縮機である、請求項６に記載の回転電機の冷却装置。
  8. 　前記回転電機用冷凍サイクルには、前記共用圧縮機と前記回転電機との間に、増設圧縮機が設けられている、請求項７に記載の回転電機の冷却装置。
  9. 　前記空調用膨張弁に流入する冷媒量と、前記回転電機用膨張弁に流入する冷媒量との比率を調整する流量調整弁が設けられている、請求項６～８のいずれか一項に記載の回転電機の冷却装置。
  10. 　前記車両の室内温度を検出する室内温度センサと、
    　前記ステータのステータコイルの温度を検出するステータコイル温度センサと、
    　前記室内温度及び前記ステータコイルの温度に基づいて、前記比率を調整するように前記流量調整弁を制御する流量調整制御部と
    を備える、請求項９に記載の回転電機の冷却装置。
  11. 　前記ステータのステータコイルの温度を検出するステータコイル温度センサと、
    　前記ステータコイルの温度が予め設定された目標温度以上の時に、前記回転電機用圧縮機の運転を制御する圧縮機制御部と
    を備える、請求項１～１０のいずれか一項に記載の回転電機の冷却装置。
  12. 　前記目標温度は、前記ステータコイル及び前記ロータの磁石それぞれの上限温度を超えないように前記回転電機の最大トルクの抑制が開始されるコイル温度以下に設定される、請求項１１に記載の回転電機の冷却装置。
  13. 　前記圧縮機制御部は、前記回転電機の要求トルク及び要求回転数に応じて前記回転電機用圧縮機の回転数を制御する、請求項１～１２のいずれか一項に記載の回転電機の冷却装置。
  14. 　前記ステータのステータコイルの温度を検出するステータコイル温度センサと、
    　前記回転電機用圧縮機を作動させて前記回転電機を冷却する事前冷却スイッチと、
    　前記事前冷却スイッチがＯＮされたときに前記ステータコイルの温度が予め設定された温度まで冷却する事前冷却制御部と
    を備える、請求項１～１３のいずれか一項に記載の回転電機の冷却装置。
  15. 　前記事前冷却制御部は、前記事前冷却スイッチがＯＮされた場合に、前記回転電機用圧縮機を最大回転数で稼働させる最大回転稼働部と、
    　前記ステータコイルの温度が予め設定された前記温度まで低下したことを判定する温度低下判定部と、
    　前記ステータコイルの温度が予め設定された前記温度まで低下したことを前記温度低下判定部が判定したとき、前記車両の加速運転の許可を行う加速許可部と
    を備える、請求項１４に記載の回転電機の冷却装置。
  16. 　前記回転電機用冷凍サイクルには、前記回転電機よりも冷媒流れ方向下流側にインバータを冷却するインバータ冷却部が設けられている、請求項１～１５のいずれか一項に記載の回転電機の冷却装置。
PCT/JP2018/042098 2017-11-17 2018-11-14 回転電機の冷却装置 WO2019098224A1 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019554247A JPWO2019098224A1 (ja) 2017-11-17 2018-11-14 回転電機の冷却装置

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017221917 2017-11-17
JP2017-221918 2017-11-17
JP2017221918 2017-11-17
JP2017-221917 2017-11-17

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2019098224A1 true WO2019098224A1 (ja) 2019-05-23

Family

ID=66539540

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2018/042098 WO2019098224A1 (ja) 2017-11-17 2018-11-14 回転電機の冷却装置

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JPWO2019098224A1 (ja)
WO (1) WO2019098224A1 (ja)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110492675A (zh) * 2019-07-05 2019-11-22 中国科学院电工研究所 用于电机的蒸发式冷却系统
CN112928867A (zh) * 2019-12-05 2021-06-08 丰田自动车株式会社 动力传动系统的冷却装置
KR20210154496A (ko) * 2020-06-12 2021-12-21 명화공업주식회사 구동모터 냉각 시스템

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2003026103A1 (fr) * 2001-09-12 2003-03-27 Zexel Valeo Climate Control Corporation Generateur de puissance et climatiseur pour vehicule
WO2012114420A1 (ja) * 2011-02-21 2012-08-30 株式会社日立製作所 冷却装置、及び、該冷却装置を備えたモータとインバータ
JP2015180151A (ja) * 2014-03-19 2015-10-08 中国電力株式会社 閉鎖循環冷媒の冷却装置
JP5911033B1 (ja) * 2014-10-02 2016-04-27 三菱電機株式会社 回転電機の運転方法
WO2017170356A1 (ja) * 2016-03-28 2017-10-05 三菱重工サーマルシステムズ株式会社 多段圧縮装置、これを備える冷凍サイクル、及び多段圧縮装置の運転方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2003026103A1 (fr) * 2001-09-12 2003-03-27 Zexel Valeo Climate Control Corporation Generateur de puissance et climatiseur pour vehicule
WO2012114420A1 (ja) * 2011-02-21 2012-08-30 株式会社日立製作所 冷却装置、及び、該冷却装置を備えたモータとインバータ
JP2015180151A (ja) * 2014-03-19 2015-10-08 中国電力株式会社 閉鎖循環冷媒の冷却装置
JP5911033B1 (ja) * 2014-10-02 2016-04-27 三菱電機株式会社 回転電機の運転方法
WO2017170356A1 (ja) * 2016-03-28 2017-10-05 三菱重工サーマルシステムズ株式会社 多段圧縮装置、これを備える冷凍サイクル、及び多段圧縮装置の運転方法

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110492675A (zh) * 2019-07-05 2019-11-22 中国科学院电工研究所 用于电机的蒸发式冷却系统
CN112928867A (zh) * 2019-12-05 2021-06-08 丰田自动车株式会社 动力传动系统的冷却装置
JP2021090307A (ja) * 2019-12-05 2021-06-10 トヨタ自動車株式会社 パワートレーンの冷却装置
JP7172970B2 (ja) 2019-12-05 2022-11-16 トヨタ自動車株式会社 パワートレーンの冷却装置
CN112928867B (zh) * 2019-12-05 2024-03-19 丰田自动车株式会社 动力传动系统的冷却装置
KR20210154496A (ko) * 2020-06-12 2021-12-21 명화공업주식회사 구동모터 냉각 시스템
KR102402028B1 (ko) * 2020-06-12 2022-05-24 명화공업주식회사 구동모터 냉각 시스템

Also Published As

Publication number Publication date
JPWO2019098224A1 (ja) 2020-12-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2019098224A1 (ja) 回転電機の冷却装置
US6341496B1 (en) Electrically driven compression-type refrigeration system with supercritical process
US20170274728A1 (en) Motor-driven compressor and cooling system
JP2013217631A (ja) 冷凍サイクル装置
JP7099425B2 (ja) 車載温調装置
WO2013051114A1 (ja) 冷却装置の制御方法
JP6447734B2 (ja) 電動圧縮機の制御装置および冷凍サイクル装置
JP2000146328A (ja) 冷凍空調装置
WO2018123289A1 (ja) 制御モジュール
JP6452858B2 (ja) 車両空調装置、及び車両空調装置の駆動方法
JP2010106807A (ja) 電動圧縮機およびヒートポンプシステム並びにヒートポンプシステムの制御方法
JP2007322022A (ja) 圧縮機装置および冷媒循環装置
JP2002204598A (ja) 発電兼用原動機及びその運転制御方法
JP2018020762A (ja) 車両用空調装置
JP5118441B2 (ja) 車両用空調装置
JP2020085382A (ja) 冷凍サイクル装置
JP7338175B2 (ja) 車両用空調装置
KR20130141976A (ko) 냉장고의 제어방법
JP2000280733A (ja) 自動車用空気調和装置
JP2017074832A (ja) 車両用空調装置
JPH11201563A (ja) 冷却装置
JP2019014299A (ja) 車両用空気調和装置
JP2021060133A (ja) 冷凍サイクル装置
JPH09196477A (ja) 圧縮式冷凍機及びこの運転制御方法
KR101965654B1 (ko) 자동차

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 18877864

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2019554247

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 18877864

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1