(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シャフトと、このシャフトに固定されたロータと、このロータの外周面を囲った、ステータコア及びステータコイルを有するステータと、このステータ及び前記ロータを囲ったハウジングと、を有する回転電機本体を備えた回転電機であって、
前記ハウジングは、冷媒を内部に導く、第１の冷媒流入口及び第２の冷媒流入口、並びに前記ハウジング内の前記冷媒を外部に排出する冷媒排出口を有し、
前記シャフトは、端面が前記第１の冷媒流入口に対向し前記冷媒を前記シャフトの内部に導くシャフト内流路を有し、
前記ロータは、前記シャフト内流路と連通しているとともに前記ロータの軸線方向に沿って貫通し、前記シャフト内流路から流出した前記冷媒を前記ロータの外部に導くロータ内流路を有し、
前記第１の冷媒流入口から流入した前記冷媒は、前記シャフト内流路、前記ロータ内流路を通過した後、前記冷媒排出口を通って前記ハウジングの外部に流出し、
前記第２の冷媒流入口から流入した前記冷媒は、前記ハウジングと前記ステータとの間の隙間、前記ステータコイルのコイルエンドを通過した後、前記冷媒排出口を通って前記ハウジングの外部に流出し、
前記回転電機本体とポンプとの間には、前記ポンプからの前記冷媒を前記回転電機本体に導く往路配管と、前記回転電機本体からの前記冷媒を前記ポンプに導く復路配管とがそれぞれ接続されており、
前記往路配管は、前記ポンプに一端部が接続されているとともに他端部に弁が取付けられた配管本体と、前記弁を介して前記配管本体と接続されているとともに前記配管本体から分岐された、第１の往路配管部及び第２の往路配管部とから構成され、
前記第１の往路配管部は、先端部が前記第１の冷媒流入口に接続され、
前記第２の往路配管部は、先端部が前記第２の冷媒流入口に接続されており、
前記回転電機本体は、自動車に搭載された電動機本体、前記冷媒は、自動変速機油であ
する回転電機の運転方法であって、
前記電動機本体の内部状態の物理量である、前記ステータ及び前記ロータの温度、前記ロータの回転数、前記電動機本体の出力トルクのうち、少なくとも一つの前記物理量を選択し、その物理量に基いて前記ロータ側に流れる自動変速機油の量と、前記ステータ側に流れる自動変速機油の量との流量配分を変え、
前記ロータの許容上限温度Ｘ、前記ロータの検出温度Ｘ１、前記ステータの許容上限温度Ｙ、前記ステータの検出温度Ｙ１とした場合、Ｘ１／Ｘ及びＹ１／Ｙのそれぞれの値を比較し、前記弁の作動により、前記値の高い方の前記ロータ側、または前記ステータ側に流れる前記自動変速機油を多くし、前記値の低い方の前記ステータ側、または前記ロータ側に流れる前記自動変速機油を少なくする回転電機の運転方法。
【請求項２】
前記シャフト内流路は、前記第１の冷媒流入口に指向した第１のシャフト内流路部と、この第１のシャフト内流路部から前記シャフトの径方向に延びた第２のシャフト内流路部とから構成されている請求項１に記載の回転電機の運転方法。
【請求項３】
前記ロータの前記第１の冷媒流入口側の端面には、前記第２のシャフト内流路部及び前記ロータ内流路を繋ぐ空間部である溜まり部を有するプレートが設けられている請求項２に記載の回転電機の運転方法。
【請求項４】
前記復路配管には前記冷媒の熱を外部に放出する冷却装置が取付けられている請求項１に記載の回転電機の運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、内部を流通する冷媒により冷却される回転電機の運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、中空シャフトへ供給された冷媒がシャフト自身の回転で飛散してステータのコイルエンドを冷却した回転電機が知られている（例えば、特許文献１参照）。
また、ステータコアの外周に設けられるリング部材と、前記ステータコアと前記リング部材とを収納するケースとを備え、前記リング部材とケースとの間に冷媒が供給され、リング部材の孔からステータのコイルエンドに前記冷媒を供給した回転電機が知られている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３-１１５８４８号公報
【特許文献２】特開２００９-１９５０８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記公報に記載の回転電機は、何れもステータのコイルエンドを冷却する構造であり、その部位を積極的に冷却するも、ステータの他の部位、及びステータの内側に配置されたロータに関しては積極的に冷却されてなく、全体としての冷却効率が低いという問題点があった。
【０００５】
この発明は、かかる問題点を解決することを課題とするものであって、ステータ及びロータの両方に並行して冷媒を流すことでステータ及びロータを並行して冷却可能にした回転電機の内部状態の物理量から、ステータ側、ロータ側に流れる冷媒の流量配分を変えることで、ステータ及びロータをそれぞれ効率よく冷却する回転電機の運転方法を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係る回転電機の運転方法は、シャフトと、このシャフトに固定されたロータと、このロータの外周面を囲った、ステータコア及びステータコイルを有するステータと、このステータ及び前記ロータを囲ったハウジングと、を有する回転電機本体を備えた回転電機であって、
前記ハウジングは、冷媒を内部に導く、第１の冷媒流入口及び第２の冷媒流入口、並びに前記ハウジング内の前記冷媒を外部に排出する冷媒排出口を有し、
前記シャフトは、端面が前記第１の冷媒流入口に対向し前記冷媒を前記シャフトの内部に導くシャフト内流路を有し、
前記ロータは、前記シャフト内流路と連通しているとともに前記ロータの軸線方向に沿って貫通し、前記シャフト内流路から流出した前記冷媒を前記ロータの外部に導くロータ内流路を有し、
前記第１の冷媒流入口から流入した前記冷媒は、前記シャフト内流路、前記ロータ内流路を通過した後、前記冷媒排出口を通って前記ハウジングの外部に流出し、
前記第２の冷媒流入口から流入した前記冷媒は、前記ハウジングと前記ステータとの間の隙間、前記ステータコイルのコイルエンドを通過した後、前記冷媒排出口を通って前記ハウジングの外部に流出し、
前記回転電機本体とポンプとの間には、前記ポンプからの前記冷媒を前記回転電機本体に導く往路配管と、前記回転電機本体からの前記冷媒を前記ポンプに導く復路配管とがそれぞれ接続されており、
前記往路配管は、前記ポンプに一端部が接続されているとともに他端部に弁が取付けられた配管本体と、前記弁を介して前記配管本体と接続されているとともに前記配管本体から分岐された、第１の往路配管部及び第２の往路配管部とから構成され、
前記第１の往路配管部は、先端部が前記第１の冷媒流入口に接続され、
前記第２の往路配管部は、先端部が前記第２の冷媒流入口に接続されており、
前記回転電機本体は、自動車に搭載された電動機本体、前記冷媒は、自動変速機油であ
する回転電機の運転方法であって、
前記電動機本体の内部状態の物理量である、前記ステータ及び前記ロータの温度、前記ロータの回転数、前記電動機本体の出力トルクのうち、少なくとも一つの前記物理量を選択し、その物理量に基いて前記ロータ側に流れる自動変速機油の量と、前記ステータ側に流れる自動変速機油の量との流量配分を変え、
前記ロータの許容上限温度Ｘ、前記ロータの検出温度Ｘ１、前記ステータの許容上限温度Ｙ、前記ステータの検出温度Ｙ１とした場合、Ｘ１／Ｘ及びＹ１／Ｙのそれぞれの値を比較し、前記弁の作動により、前記値の高い方の前記ロータ側、または前記ステータ側に流れる前記自動変速機油を多くし、前記値の低い方の前記ステータ側、または前記ロータ側に流れる前記自動変速機油を少なくする。
【発明の効果】
【０００７】
この発明に係る回転電機の運転方法によれば、回転電機の内部状態の物理量から、ステータ側、ロータ側に流れる冷媒の流量配分を変えることで、適正量の冷媒がステータ及びロータに送られ、ステータ及びロータを、それぞれ効率よく冷却することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】この発明の実施の形態１における電動機の冷媒回路図である。
【図２】図１の電動機本体の正断面図である。
【図３】自動車に搭載された電動機本体でのロータの回転数と、電動機本体のトルクとの関係を示す関係図である。
【図４】この発明の実施の形態２における電動機の冷媒回路図である。
【０００９】
以下、この発明の各実施の形態の電動機１について説明するが、各図において同一、または相当部材、部位については同一符号を付して説明する。
【００１０】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１における回転電機である電動機１の冷媒回路図である。
自動車に搭載される、この電動機１は、回転電機本体である電動機本体２とポンプ５とが往路配管３及び復路配管４を介して接続されている。
往路配管３は、ポンプ５に一端部が接続された配管本体６の他端部に三方弁７が取付けられている。この三方弁７の下流では、配管本体６から第１の往路配管部８及び第２の往路配管部９が分岐されている。第１の往路配管部８の先端部は、電動機本体２の第１の冷媒流入口１０に接続されている。第２の往路配管部９の先端部は、電動機本体２の第２の冷媒流入口１１に接続されている。
復路配管４は、中間部に二方弁１２及び冷却装置３０が取付けられている。
【００１１】
図２は、図１の電動機本体２を示す正断面図である。
この電動機本体２は、減速機（図示せず）に端部が接続されたシャフト１３と、このシャフト１３に固定されたロータ１４と、このロータ１４の外周面を囲った、ステータ１７と、このステータ１７及びロータ１４を囲ったハウジング１８と、ロータ１４を軸線方向の両側から挟んだ、第１のプレート２３及び第２のプレート２４と、を有している。ハウジング１８の内周壁面とステータコア１５の外周面との間には、隙間３１が形成されている。
ハウジング１８は、軸受１９で回転自在に支持されたシャフト１３の片側端面に対向して第１の冷媒流入口１０が形成されている。また、上部に第２の冷媒流入口１１が形成されている。ハウジング１８は、下部に冷媒排出口２０が形成されている。
冷媒である自動変速機油は、ハウジング１８の内部に第１の冷媒流入口１０及び第２の冷媒流入口１１から流入し、冷媒排出口２０から外部に流出する。
シャフト１３は、端面が第１の冷媒流入口１０に対向し自動変速機油をシャフト１３の内部に導くシャフト内流路を有している。
シャフト内流路は、シャフト１３の軸線方向に沿って形成され第１の冷媒流入口１０からの自動変速機油をシャフト１３の内部に導く第１のシャフト内流路部２１と、第１のシャフト内流路部２１からシャフト１３の径方向に延び周方向に沿って等間隔で形成された複数の第２のシャフト内流路部２２とから構成されている。各第２のシャフト内流路部２２の先端面は、円盤皿形状の第１のプレート２３の内側に形成された空間部である溜まり部２５に臨んでいる。
【００１２】
ロータ１４は、シャフト１３に圧入、焼き嵌めもしくはキーなどで固定された、薄板鋼板で積層されたロータコア２６と、このロータコア２６の外周側に周方向に間隔をおいて埋設された複数の永久磁石（図示せず）と、を有している。
ロータコア２６は、その軸線方向に沿って貫通した複数のロータ内流路２７が、周方向に沿って等間隔で形成されている。なお、第２のプレート２４にも、ロータ内流路２７と同軸線上にプレート内流路２８が複数形成されている。
【００１３】
ステータ１７は、薄板鋼板が積層されたステータコア１５と、ステータコイル１６とを有している。
ステータコア１５は、その軸線方向に沿って延び周方向に沿って等間隔で形成された複数のスロット（図示せず）が形成されている。
ステータコイル１６は、スロットに導線が巻回され、ステータコア１５の両端面から軸線方向の外側に突出したコイルエンド２９を有している。
【００１４】
上記電動機本体２では、ステータコイル１６に三相交流電流を流すことでステータ１７には回転磁界が生じ、この回転磁界がロータ１４の永久磁石群を引っ張ることで、ロータ１４は、シャフト１３を中心にして回転する。
この電動機本体２の駆動により、ステータ１７及びロータ１４は発熱して温度が上昇すると、電動機本体２の運転効率が低下してしまう。
この運転効率の低下を防止するために、冷媒である自動変速機油によりステータ１７及びロータ１４が並行して冷却されている。
【００１５】
上記構成の電動機１では、ポンプ５の駆動により自動変速機油は、図１及び図２の矢印に示すように、配管本体６、三方弁７を通過した後は、第１の往路配管部８及び第２の往路配管部９にそれぞれ分流され、第１の往路配管部８を流れる自動変速機油は、第１の冷媒流入口１０、第１のシャフト内流路部２１、第２のシャフト内流路部２２、溜まり部２５に流れる。
その後、自動変速機油は、引き続きロータ内流路２７、プレート内流路２８及びハウジング１８の内部空間部を通過後、冷媒排出口２０に達する。
一方、第２の往路配管部９に流れた自動変速機油は、第２の冷媒流入口１１、ハウジング１８とステータコア１５との間の隙間３１、コイルエンド２９を通過後、冷媒排出口２０に達する。
この後、三方弁７で分流された自動変速機油は、冷媒排出口２０から復路配管４、冷却装置３０を通過した後ポンプ５に戻る。
こうして、自動変速機油は、ポンプ５と電動機本体２との間で循環し、ロータ１４及びステータ１７での発熱した熱量は、自動変速機油を介して冷却装置３０で積極的に外部に放出される。
【００１６】
ところで、第１の冷媒流入口１０を通じてロータ１４側に流れる自動変速機油の量と、第２の冷媒流入口１１を通じてステータ１７側に流れる自動変速機油の量とは、電動機本体２の内部状態の物理量（温度、回転数、トルク）に応じて三方弁７を作動させることで、調整される。
ここで、電動機本体２の内部状態の物理量のうち、温度とは、ステータ１７及びロータ１４の温度であり、回転数とはロータ１４の回転数であり、トルクとは電動機本体２の出力トルクである。
【００１７】
図３は、自動車に搭載された電動機本体２でのロータ１４の回転数と、電動機本体２のトルクとの関係を示す関係図であり、実線は最大トルクであり、点線は連続定格トルクである。
図３において、領域Ａは、自動車が発進、登り坂運転等の時であり、このときは、ロータ１４の回転数が小さく、電動機本体２の負荷トルクが大である。
ロータ１４の回転数が低く、電動機本体２の負荷トルクが大のときには、ステータコイル１６には大きな電流が流れ、ステータ１７の発熱量が増大し（銅損）、このときには、ステータ１７側がロータ１４側と比較して大きな冷却能力が要求される。
従って、この場合には、三方弁７の作動により、ポンプ５から配管本体６を流れる自動変速機油のうち、第１の冷媒流入口１０に流入する量を少なくし、第２の冷媒流入口１１に流入する量を多くすることで、ステータ１７側の冷却能力をロータ１４側と比較して高めるようにすることができる。
【００１８】
また、図３において、領域Ｂは、自動車が巡航、下り坂のアクセルオフ運転等の時であり、このときはロータ１４の回転数が大きく、電動機本体２の負荷トルクは小である。
このように、電動機本体２のロータ１４の回転数が高いときには、ロータ１４は、ステータ１７からの回転磁界との交鎖頻度が増大し、磁束変動が大きくなり磁束の周りに渦電流が流れるので、ロータ１４では渦電流による電気抵抗による発熱量が増大し（鉄損）、このときには、ロータ１４側がステータ１７側と比較して大きな冷却能力が要求される。
従って、この場合には、三方弁７の作動により、ポンプ５から配管本体６を流れる自動変速機油のうち、第１の冷媒流入口１０に流入する量を多くし、第２の冷媒流入口１１に流入する量を少なくすることで、ロータ１４側の冷却能力をステータ１７側と比較して高めるようにすることができる。
【００１９】
また、図３において、領域Ａの領域と領域Ｂの領域とで挟まれた領域では、ロータ１４の許容上限温度Ｘ、ロータ１４の検出温度Ｘ１、ステータ１７の許容上限温度Ｙ、ステータ１７の検出温度Ｙ１とした場合、Ｘ１／Ｘ及びＹ１／Ｙのそれぞれの値を比較し、三方弁７を作動させることで、その値の高い側のロータ１４側、またはステータ１７側に多量の自動変速機油が流れるように流量配分することができる。
【００２０】
また、電動機本体２の連続定格トルクを超える運転時には、ステータコイル１６には大きな電流が流れることになり、このときには、ステータ１７の発熱量が増大することから、三方弁７を作動させることで、ステータ１７側に多量の自動変速機油を流すようにすることができる。
【００２１】
また、電動機本体２のロータ１４の回転数が高く、ステータコイル１６に電流が流れない無負荷回転運転時には、ポンプ５を停止することで消費電力を抑えることができる。
なお、ポンプ５の停止直後は、ポンプ５のファンが惰性で回転するので、その間は自動変速機油をロータ１４側、ステータ１７側に流すことができる。
【００２２】
また、電動機本体２のロータ１４の回転数が高く、ステータコイル１６に電流が流れない無負荷回転運転時には、ポンプ５を停止し、三方弁７を閉じるようにしてもよい。
このようにすることで、エンジン駆動のような機械式ポンプで動力伝達の切断ができないポンプ５の場合、機械ロスをなくすることができ、電動機本体２の出力を向上させることができる。
【００２３】
実施の形態２．
図４はこの発明の実施の形態２における電動機１の冷媒回路図である。
この実施の形態では、往路配管３は、一端部がポンプ５に接続され他端部が電動機本体２の第１の冷媒流入口１０に接続された第１の往路配管部８Ａと、一端部がポンプ５に接続され他端部が電動機本体２の第２の冷媒流入口１１に接続された第２の往路配管部９Ａとから構成されている。
第１の往路配管部８Ａの中間部には、第１の二方弁３２、第２の往路配管部９Ａの中間部には、第２の二方弁３３が取付けられている。
他の構成は、実施の形態１の電動機１と同じである。
【００２４】
実施の形態１の電動機１では、自動変速機油のロータ１４側、ステータ１７側に流れる量は、三方弁７の調整により行われており、それぞれの量の多少は互いに連動していたのに対して、この実施の形態２のものでは、ロータ１４側に流れる自動変速機油の量は、第１の二方弁３２で決定され、ステータ１７側に流れる自動変速機油の量は、第２の二方弁３３で決定され、それぞれの量は、独立で調整される。
【００２５】
なお、上記各実施の形態では、電動機本体２の内部状態の物理量である、ステータ１７及びロータ１４の温度、ロータ１４の回転数、電動機本体２の出力トルクのうち、図３の領域Ａ及び領域Ｂでは、ロータ１４の回転数と電動機本体２の出力トルクの値とに基いて、ロータ１４側に流れる自動変速機油の量と、ステータ１７側に流れる自動変速機油の量との流量配分を変えており、領域Ａと領域Ｂとで挟まれた領域では、ステータ１７及びロータ１４の温度に基いてロータ１４側に流れる自動変速機油の量と、ステータ１７側に流れる自動変速機油の量との流量配分を変えているが、それぞれの物理量の選択は一例である。
電動機本体２の運転状況に応じて、電動機本体２の内部状態の物理量である、ステータ１７及びロータ１４の温度、ロータ１４の回転数、電動機本体２の出力トルクは変化するが、それらの物理量のうち少なくとも一つの物理量を選択し、その物理量に基いてロータ１４側に流れる自動変速機油の量と、ステータ１７側に流れる自動変速機油の量との流量配分を変えることができる。
また、回転電機として自動車に搭載されて電動機１について説明したが、他の用途に用いられる電動機であってもよい。
また、回転電機として発電機であってもよい。
また、冷媒として自動車の潤滑油である自動変速機油の場合について説明したが、用途によっては、冷媒は空気等の気体であってもよい。
また、回転電機が設置される環境によっては、冷却装置３０を用いなくてもよい。
【符号の説明】
【００２６】
１  電動機（回転電機）、２  電動機本体（回転電機本体）、３  往路配管、４  復路配管、５  ポンプ、６  配管本体、７  三方弁、８，８Ａ  第１の往路配管部、９，９Ａ  第２の往路配管部、１０  第１の冷媒流入口、１１  第２の冷媒流入口、１２  三方弁、１３  シャフト、１４  ロータ、１５  ステータコア、１６  ステータコイル、１７  ステータ、１８  ハウジング、１９  軸受、２０  冷媒排出口、２１  第１のシャフト内流路部、２２  第２のシャフト内流路部、２３  第１のプレート、２４  第２のプレート、２５  留まり部、２６  ロータコア、２７  ロータ内流路、２８  プレート内流路、２９  コイルエンド、３０  冷却装置、３１  隙間、３２  第１の二方弁、３３  第２の二方弁。
【要約】
【課題】ステータ及びロータの両方に並行して冷媒を流すことでステータ及びロータを並行して冷却可能にすることで全体の冷却効率が向上した電動機本体を得る。
【解決手段】この電動機は、第１の冷媒流入口１０から流入した自動変速機油は、シャフト内流路、ロータ内流路２７を通過した後、冷媒排出口２０を通ってハウジング１８の外部に流出し、第２の冷媒流入口１１から流入した自動変速機油は、ハウジング１８とステータ１７との間の隙間３１、ステータコイル１６のコイルエンド２９を通過した後、冷媒排出口２０を通ってハウジング１８の外部に流出するようになっている。
【選択図】図２【図１】
0005911033.tif 000002
【図２】
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【図３】
0005911033.tif 000004
【図４】
0005911033.tif 000005