(57)【要約】【課題】  冷却水を自己循環させることにより、冷却システムの小型化および軽量化を達成できるモータの冷却装置の提供を図る。【解決手段】  モータ１の発熱で液相から気相に変化する冷媒を溜めたリザーバタンク１１と、ステータ４の内部に形成して冷媒を導入する冷却路１２と、冷却路１２で気相化した冷媒を液相化してリザーバタンク１１に戻すコンデンサ１３と、を備え、リザーバタンク１１を冷却路１２よりも鉛直上方に配置し、リザーバタンク１１から冷却路１２およびコンデンサ１３を流通してリザーバタンク１１に還流する一連の流路群１４を複数組設け、一方の流路群の冷却路１２の冷媒圧に応じて各流路群１４Ａ，１４Ｂの冷却路１２への冷媒導入を制御する制御手段２０を設けることにより、冷却路１２を通過する間に気相化した冷媒で効率良く冷却し、冷媒を自己循環させて冷却装置１０のコンパクト化を図り、かつ、制御手段２０で各流路群に冷媒を供給するタイミングを制御してモータの冷却効率を高める。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸と、この回転軸に結合されたロータと、このロータの外周を囲繞するステータと、を備えたモータにおいて、
モータの発熱で液相から気相に変化する冷媒を溜めたリザーバタンクと、
前記ステータや前記ロータの内部に形成されて前記冷媒を導入する冷却路と、
前記冷却路で気相化した冷媒を液相化して前記リザーバタンクに戻す排熱機構と、を備え、
前記リザーバタンクを前記冷却路よりも鉛直上方に配置するとともに、このリザーバタンクから前記冷却路および前記排熱機構を流通して前記リザーバタンクに還流する一連の流路群を複数組設け、少なくとも１つの流路群の冷却路の冷媒圧に応じて各流路群の冷却路への冷媒導入を制御する制御手段を設けたことを特徴とするモータの冷却装置。
【請求項２】
制御手段は、各流路群の冷却路の冷媒圧を検出する冷媒圧検知手段と、各流路群の冷却路に導入される冷媒量を可変とする制御弁と、各流路群の前記冷媒圧検知手段の検出値に基づいてその流路群の前記制御弁を切り換え制御する制御回路と、からなることを特徴とする請求項１に記載のモータの冷却装置。
【請求項３】
制御手段は、各流路群の冷却路の冷媒導入側に設置される逆止弁と、少なくとも１つの流路群の冷却路の冷媒圧を導入する冷媒圧導入路と、他の流路群の冷却路に導入される冷媒量を前記冷媒圧導入路の冷媒圧に応じて開閉制御する制御弁と、からなることを特徴とする請求項１に記載のモータの冷却装置。
【請求項４】
前記１つの流路群の冷却路内に液相の冷媒が満たされている場合の冷媒圧をＰ0とし、各流路群の冷却路に設置した前記逆止弁が閉じる冷媒圧をＰclとし、前記制御弁が開弁する前記１つの流路群の冷却路内の冷媒圧をＰcntとすると、Ｐ0よりもＰclを高く設定するとともに、ＰclよりもＰcntを高く設定して、Ｐcnt＞Ｐcl＞Ｐ0としたことを特徴とする請求項３に記載のモータの冷却装置。
【請求項５】
制御手段による冷却路への冷媒導入制御により発生する周期的圧力変動の位相を、複数の流路群で相互にずらせたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載のモータの冷却装置。
【請求項６】
モータのステータやロータの内部に形成した冷却路に、この冷却路よりも鉛直上方に配置したリザーバタンクに溜めた冷媒を導入するとともに、その冷却路で気相化した冷媒を排熱機構によって液相化して前記リザーバタンクに戻すようにした一連の流路群を複数組設け、少なくとも１つの流路群の冷却路の冷媒圧に応じて各流路群の冷却路への冷媒導入を制御することを特徴とするモータの冷却方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータの冷却装置およびその冷却方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気自動車の駆動方式の１つとして、タイヤホイールの中にモータを挿入するインホイールドライブ方式が提案されており、このインホイールドライブ方式は車室内の有効利用空間が拡大することや各輪独立駆動による従来の自動車と異なる運転感覚が得られるという特徴がある。
【０００３】
このようなドライブシステムを実現するにはモータの小型化が必須であるが、モータ体積を小さくすると損失により発生する熱を放熱する面積も減るため、温度の上昇が顕著になり、ひいては、モータの冷却が大きな問題となる。
【０００４】
この冷却には液冷方式や空冷方式等が知られるが、液冷方式では高い冷却効率が期待できるが、タイヤホイールに取り付けられたモータに冷媒液を循環するためのポンプなどの循環装置や配管部品が必要となり、この場合、一般的にはフロントグリル近傍に冷媒液の熱交換器を設けて、この熱交換器とモータとを長い配管で繋ぐことになり、冷却システム全体が大型化してしまう。
【０００５】
一方、密閉型電動圧縮機で、モータハウジングの外壁に給湯用の水を流通させるチューブを巻き付け、吸入冷媒をモータハウジング内に流通させるようになったものがあり、この場合、冷媒を循環させるためのポンプを一体に組み付けてある（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００１−１２３５２号公報（第３頁、第２図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、かかる従来の密閉型電動圧縮機では冷媒を循環させるポンプを一体に組み付けた場合にも、その冷媒を冷却するための給湯用チューブ内の水は外部動力で循環させる必要があり、この場合にあっても冷却システムが大型化してしまうとともに、前記冷媒の循環は一体に組付けたとはいえ、やはりポンプが必要となり、その電動圧縮機をモータに適用した場合にもモータの大型化が余儀なくされる。
【０００７】
そこで、本発明は、冷媒を自己循環させることにより、冷却システムの小型化および軽量化を達成できるモータの冷却装置およびその冷却方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のモータの冷却装置にあっては、回転軸と、この回転軸に結合されたロータと、このロータの外周を囲繞するステータと、を備えたモータにおいて、モータの発熱で液相から気相に変化する冷媒を溜めたリザーバタンクと、前記ステータや前記ロータの内部に形成されて前記冷媒を導入する冷却路と、前記冷却路で気相化した冷媒を液相化して前記リザーバタンクに戻す排熱機構と、を備え、前記リザーバタンクを前記冷却路よりも鉛直上方に配置するとともに、このリザーバタンクから前記冷却路および前記排熱機構を流通して前記リザーバタンクに還流する一連の流路群を複数組設け、少なくとも１つの流路群の冷却路の冷媒圧に応じて各流路群の冷却路への冷媒導入を制御する制御手段を設けたことを最も主要な特徴とする。
【０００９】
また、本発明のモータの冷却方法にあっては、モータのステータやロータの内部に形成した冷却路に、この冷却路よりも鉛直上方に配置したリザーバタンクに溜めた冷媒を導入するとともに、その冷却路で気相化した冷媒を排熱機構によって液相化して前記リザーバタンクに戻すようにした一連の流路群を複数組設け、少なくとも１つの流路群の冷却路の冷媒圧に応じて各流路群の冷却路への冷媒導入を制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明のモータの冷却装置およびその冷却方法によれば、鉛直上方に配置したリザーバタンクから冷媒が重力によって冷却路に供給され、この冷却路を通過する間に液相の冷媒はモータ内部の鉄損や銅損による発熱で気相化し、この気相化した冷媒でステータやロータを効率良く冷却することができる。
【００１１】
しかも、前記冷却路で気相化した冷媒を前記リザーバタンクに戻す際に排熱機構によって液相化するようになっており、このとき、冷却路への冷媒導入を制御手段で制御することにより、冷却路で気相化して膨張した冷媒圧によって、排熱機構で液相化した冷媒を押し出すことができるため、その液相化した冷媒をリザーバタンクに圧送して戻すことができる。
【００１２】
従って、鉛直上方に配置した前記リザーバタンクから冷媒を自重で冷却路に供給できることと相俟って冷媒を自己循環させることが可能となり、冷媒の循環経路にポンプ等の冷媒移動装置を設ける必要が無くなるため冷却装置のコンパクト化を図ることができる。
【００１３】
また、前記冷却路で冷媒が気相化した際の気化熱をステータやロータの冷却に利用して冷却効率を向上できるとともに、冷却路内の冷媒量を液相の状態で冷却する場合に比較して大幅に削減でき、ひいては、システム全体の重量を減少することができる。
【００１４】
更に、少なくとも１つの流路群の冷却路の冷媒圧に応じて各流路群の冷却路への冷媒導入を制御する制御手段を設けたので、この制御手段によって各流路群に冷媒を供給するタイミングを制御することにより、モータの冷却効率を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態を図面と共に詳述する。
【００１６】
図１〜図５は本発明にかかるモータの冷却装置およびその冷却方法の第１実施形態を示し、図１は冷却装置を組み付けたモータの断面図、図２は図１中Ａ−Ａ線に沿った断面図、図３は制御弁の作動状態を（ａ）〜（ｃ）に示す拡大断面図、図４は制御回路による制御弁の切り換え制御を実行するフローチャートを示す説明図、図５は（ａ）に第１流路群と（ｂ）に第２流路群の周期的圧力変動を示すグラフである。
【００１７】
本発明のモータは、例えばインホイールドライブ方式の電気自動車に適用され、モータをタイヤホイールの裏側に形成される中心凹部内に挿入した状態で車体側に取り付け、モータの回転軸で車輪を直接駆動するようになっている。
【００１８】
本実施形態のモータ１は、図１，図２に示すように回転軸２と、この回転軸２に結合されたロータ３と、このロータ３の外周を囲繞するステータ４と、を備えており、これらはハウジング５内に収納される。
【００１９】
回転軸２はロータ３と一体となって、両端部がハウジング５の両端のエンドプレート５Ｅ１，５Ｅ２に軸受６を介して回転自在に支持されるとともに、ロータ３の周縁部内方には回転軸２の軸方向に沿って周方向に等間隔をもって複数（本実施形態では４個）のロータ磁石７が配置される。
【００２０】
ステータ４はハウジング５の内周に固定され、そのステータ４の内周には周方向に等間隔をもって複数（本実施形態では６本）のステータ凸極部４Ｓが突設され、それぞれのステータ凸極部４Ｓにはコイル８が巻回されている。
【００２１】
前記モータ１は冷却装置１０によって冷却されるようになっており、この冷却装置１０は、図１に示すようにモータ１の発熱で液相から気相に変化する冷媒を溜めたリザーバタンク１１と、前記ステータ４の内部に形成されて前記冷媒を導入する冷却路１２と、前記冷却路１２で気相化した冷媒を液相化して前記リザーバタンク１１に戻す排熱機構としてのコンデンサ１３と、を備えており、前記リザーバタンク１１を前記冷却路１２よりも鉛直上方に配置するとともに、このリザーバタンク１１から前記冷却路１２および前記コンデンサ１３を流通して前記リザーバタンク１１に還流する一連の流路群１４を複数組、本実施形態では第１流路群１４Ａと第２流路群１４Ｂとを設けて、これら第１・第２流路群１４Ａ，１４Ｂのうち少なくとも一方の流路群の冷却路１２の冷媒圧に応じて各流路群１４Ａ，１４Ｂの冷却路１２への冷媒導入を制御する制御手段２０を設けてある。
【００２２】
また、本実施形態のモータ１の冷却方法は、モータ１のステータ４の内部に形成した冷却路１２に、この冷却路１２よりも鉛直上方に配置したリザーバタンク１１に溜めた冷媒を導入するとともに、その冷却路１２で気相化した冷媒を前記コンデンサ１３によって液相化して前記リザーバタンク１１に戻すようにした一連の流路群１４を複数組設け、少なくとも１つの流路群１４の冷却路１２の冷媒圧に応じて各流路群１４の冷却路１２への冷媒導入を制御するようになっている。
【００２３】
前記第１流路群１４Ａは、図１に示すようにリザーバタンク１１に連通する冷媒供給路１５から分岐した第１分岐路１５Ａと、この第１分岐路１５Ａに連通する第１冷却路１２Ａと、この第１冷却路１２Ａの出口路１６Ａに連通する第１コンデンサ１３Ａと、を備え、この第１コンデンサ１３Ａは還流路１７を介して前記リザーバタンク１１に連通する。
【００２４】
また、前記第２流路群１４Ｂは、前記冷媒供給路１５から分岐した第２分岐路１５Ｂと、この第２分岐路１５Ｂに連通する第２冷却路１２Ｂと、この第２冷却路１２Ｂの出口路１６Ｂに連通する第２コンデンサ１３Ｂと、を備え、この第２コンデンサ１３Ｂは前記環流路１７を介して前記リザーバタンク１１に連通する。
【００２５】
尚、前記第１・第２コンデンサ１３Ａ，１３Ｂは、それぞれを図中１本の直管にフィンを設けた状態で開示してあるが、必ずしも１本の直管である必要はなく、複数の直管若しくは蛇行する管であってもよい。
【００２６】
前記第１・第２冷却路１２Ａ，１２Ｂは、図２に示すようにそれぞれ６つのステータ凸極部４Ｓの突設部位に対応して周方向に略等間隔に６箇所づつ形成され、第１冷却路１２Ａは内周側に、第２冷却路１２Ｂはその外周側に配置してある。
【００２７】
勿論、前記第１・第２冷却路１２Ａ，１２Ｂの形成位置は６箇所に限ることなく、モータ１に応じて効率良く冷却できる任意の位置に任意箇所をもって形成することができる。
【００２８】
前記各第１冷却路１２Ａの冷媒導入側（図１中右側）は、ハウジング５の一端側のエンドプレート５Ｅ１の内部に形成した環状路５ａを介して前記第１分岐路１５Ａに連通するとともに、前記各第２冷却路１２Ｂの冷媒導入側（図１中右側）は、同様に前記エンドプレート５Ｅ１の内部に形成した環状路５ｂを介して前記第２分岐路１５Ｂに連通する。
【００２９】
また、前記各第１冷却路１２Ａの冷媒排出側（図１中左側）は、ハウジング５の他端側のエンドプレート５Ｅ２の内部に形成した環状路５ｃを介して前記出口路１６Ａに連通するとともに、前記各第２冷却路１２Ｂの冷媒排出側（図１中左側）は、同様に前記エンドプレート５Ｅ２の内部に形成した環状路５ｄを介して前記出口路１６Ｂに連通する。
【００３０】
そして、前記第１・第２冷却路１２Ａ，１２Ｂを通過した冷媒は、前記出口路１６Ａ，１６Ｂから第１・第２コンデンサ１３Ａ，１３Ｂを通過しつつ冷却された後、それぞれの流れは還流路１７に集合してリザーバタンク１１へと戻される。
【００３１】
このとき、前記第１・第２コンデンサ１３Ａ，１３Ｂの下流側（図中下方）にはそれぞれ逆止弁１８Ａ，１８Ｂが設けられており、還流路１７内の冷媒がコンデンサ１３Ａ，１３Ｂ方向に逆流するのを防止してある。
【００３２】
前記制御手段２０は、第１・第２冷却路１２Ａ，１２Ｂの冷媒圧、つまり第１・第２冷却路１２Ａ，１２Ｂの排出側の冷媒圧Ｐ１，Ｐ２を検出する冷媒圧検知手段としての第１・第２圧力センサ２１Ａ，２１Ｂと、第１・第２冷却路１２Ａ，１２Ｂに導入される冷媒量を可変とする制御弁としての電磁コントロールバルブ２２と、前記第１・第２圧力センサ２１Ａ，２１Ｂの検出値に基づいて前記電磁コントロールバルブ２２を切り換え制御する制御回路としてのコントローラ２３と、によって構成してある。
【００３３】
前記電磁コントロールバルブ２２は、３段階に開度切り換えされるバルブ本体２２ａと、このバルブ本体２２ａの開度を切り換えるアクチュエータ２２ｂとで構成され、バルブ本体２２ａは図３にも示すように前記第１分岐路１５Ａと前記第２分岐路１５Ｂの交差部に配置され、図３（ａ）に示すようにバルブ開度９０度では第１分岐路１５Ａを連通して第２分岐路１５Ｂを遮断し、図３（ｂ）に示すようにバルブ開度０度では第１分岐路１５Ａを遮断して第２分岐路１５Ｂを連通し、図３（ｃ）に示すようにバルブ開度４５度では第１・第２分岐路１５Ａ，１５Ｂの双方を遮断するようになっている。
【００３４】
従って、図３（ａ）に示すバルブ開度９０度では、冷媒供給路１５は第１分岐路１５Ａを介して第１冷却路１２Ａのみに連通して、リザーバタンク１１内の冷媒は第１冷却路１２Ａに導入される一方、図３（ｂ）に示すバルブ開度０度では、冷媒供給路１５は第２分岐路１５Ｂを介して第２冷却路１２Ｂのみに連通して、リザーバタンク１１内の冷媒は第２冷却路１２Ｂに導入され、図３（ｃ）に示すバルブ開度４５度では、第１・第２冷却路１２Ａ，１２Ｂの双方への冷媒導入が停止される。
【００３５】
前記冷却装置１０では、前記電磁コントロールバルブ２２がコントローラ２３によって図４に示すフローチャートに従って切り換えられるようになっており、まず、ステップＳ１では第１・第２圧力センサ２１Ａ，２１Ｂで検出した冷媒圧Ｐ１，Ｐ２を読み込み、ステップＳ２で第１流路群１４Ａの冷媒圧Ｐ１が予めインプットされたしきい値Ｐacと比較し、Ｐ１がＰacよりも小さければステップＳ３に進む一方、Ｐ１がＰac以上であればステップＳ４に進む。
【００３６】
ステップＳ３では、第２流路群１４Ｂの冷媒圧Ｐ２と前記しきい値Ｐacを比較し、Ｐ２がＰacよりも小さければステップＳ５に進む一方、Ｐ２がＰac以上であればステップＳ６に進む。
【００３７】
前記ステップＳ４では、ステップＳ３と同様に第２流路群１４Ｂの冷媒圧Ｐ２と前記しきい値Ｐacを比較し、Ｐ２がＰacよりも小さければステップＳ７に進む一方、Ｐ２がＰac以上であればステップＳ８に進む。
【００３８】
前記ステップＳ５では、図３（ａ）に示すようにバルブ開度が９０度になるようにアクチュエータ２２ｂに指令信号を出力するとともに、前記ステップＳ６にあってもバルブ開度が９０度になるようにアクチュエータ２２ｂに指令信号を出力し、また、前記ステップＳ７では、図３（ｂ）に示すようにバルブ開度が０度になるようにアクチュエータ２２ｂに指令信号を出力する一方、前記ステップＳ８では、図３（ｃ）に示すようにバルブ開度が４５度になるようにアクチュエータ２２ｂに指令信号を出力する。
【００３９】
そして、ステップＳ５〜Ｓ８のいずれかでアクチュエータ２２ｂに指令信号を出力した後、ステップＳ９でモータ１の作動状態を検知し、モータ１が作動中であればステップＳ１にリターンする一方、モータ１が停止状態であれば演算を停止する。
【００４０】
このとき、前記しきい値Ｐacは、バルブ本体２２ａのバルブ開度が４５度となる圧力、つまり第１・第２分岐路１５Ａ，１５Ｂが遮断されて第１・第２冷却路１２Ａ，１２Ｂ内に冷媒が封じ込められる圧力に設定するものとする。
【００４１】
（１）前記ステップＳ５で制御される状態は、冷媒が第１・第２流路群１４Ａ，１４Ｂの発熱部に接している部分は沸騰が終了し、沸騰した気相冷媒も第１・第２コンデンサ１３Ａ，１３Ｂで冷却されて液相化されて冷媒圧Ｐ１，Ｐ２も低い状態で、この場合は第１流路群１４Ａの第１冷却路１２Ａにリザーブタンク１１から冷媒が導入される状態となる。
【００４２】
（２）前記ステップＳ６で制御される状態は、第１流路群１４Ａの発熱部に接している部分は冷媒の沸騰が終了し、沸騰した気相冷媒も第１コンデンサ１３Ａで冷却されて冷媒圧Ｐ１も低くなっているが、第２流路群１４Ｂの発熱部に接している部分は冷媒が沸騰を起こしている状態で、この場合は前記ステップＳ５と同様に第１流路群１４Ａの第１冷却路１２Ａにリザーブタンク１１から冷媒が導入される状態となる。
【００４３】
（３）前記ステップＳ７で制御される状態は、第１流路群１４Ａの発熱部に接している部分は冷媒が沸騰を起こして圧力が高くなっているが、第２流路群１４Ｂの発熱部に接している部分は冷媒の沸騰が終了し、沸騰した気相冷媒も第２コンデンサ１３Ｂで冷却されて流路内の圧力も低い状態で、この場合は第２流路群１４Ｂの第２冷却路１２Ｂにリザーバタンク１１から冷媒が導入される状態となる。
【００４４】
（４）前記ステップＳ８で制御される状態は、第１・第２流路群１４Ａ，１４Ｂの発熱部に接しているそれぞれの部分で冷媒が同時に沸騰を起こしており、この場合は両流路群１４Ａ，１４Ｂの第１・第２冷却路１２Ａ，１２Ｂへ冷媒が導入されるのが停止され、これら両冷却路１２Ａ，１２Ｂから冷媒供給路１５に冷媒が逆流するのが防止される。
【００４５】
従って、本実施形態の冷却装置１０では前記電磁コントロールバルブ２２を前記図４のフローチャートに従って制御することにより、第１・第２流路群１４Ａ，１４Ｂ内の冷媒圧力は図５に示すグラフのように変動する。
【００４６】
即ち、図５（ａ）は第１流路群１４Ａの冷媒圧Ｐ１の変動を示し、同図（ｂ）は第２流路群１４Ｂの冷媒圧Ｐ２の変動を示し、それぞれのグラフは縦軸に圧力変動を取り、横軸に経過時間を取って示し、それぞれの時間軸は各グラフで対応させてある。
【００４７】
尚、図中Closedは第１・第２分岐路１５Ａ，１５Ｂが電磁コントロールバルブ２２で遮断された状態を示し、Openは第１・第２分岐路１５Ａ，１５Ｂが電磁コントロールバルブ２２で連通された状態を示し、電磁コントロールバルブ２２の開度を調整することにより、Ｐ１，Ｐ２の位相を調整することができる。
【００４８】
そして、本実施形態では制御手段２０による第１・第２冷却路１２Ａ，１２Ｂへの冷媒導入制御により発生する周期的圧力変動の位相を、第１・第２流路群１４Ａ，１４Ｂで相互にずらせるようになっている。
【００４９】
以上の構成により本実施形態のモータ１の冷却装置１０およびその冷却方法によれば、リザーバタンク１１を冷却路１２Ａ，１２Ｂよりも鉛直上方に配置したので、この鉛直上方のリザーバタンク１１から冷媒が重力によって冷却路１２Ａ，１２Ｂに供給され、これら冷却路１２Ａ，１２Ｂを通過する間に液相の冷媒はモータ１内部の鉄損や銅損による発熱で気相化し、この気相化した冷媒でステータ４やロータ３を効率良く冷却することができる。
【００５０】
また、前記冷却路１２Ａ，１２Ｂで気相化した冷媒を前記リザーバタンク１１に戻す際にコンデンサ１３Ａ，１３Ｂによって液相化するようになっており、このとき、冷却路１２Ａ，１２Ｂへの冷媒導入を電磁コントロールバルブ２２で制御することにより、冷却路１２Ａ，１２Ｂで沸騰により気相化して膨張した冷媒圧によって、コンデンサ１３Ａ，１３Ｂで液相化した冷媒を押し出すことができるため、その液相化した冷媒をリザーバタンク１１に圧送して戻すことができる。
【００５１】
ところで、前記冷却装置１０に使用される冷媒は、図１に示すように第１冷却路１２Ａの出口路１６Ａや第２冷却路１２Ｂの出口路１６Ｂの内圧力をｐ、冷媒の液体密度ρ、重力加速度ｇ、リザーバタンク１１内の冷媒液面Ｌと鉛直最下方位置のステータ内路４Ｐとの高さをＨとした場合に、ｐ＞ρ・ｇ・Ｈ…(1)式を満足する物性値を備えたものを用いてある。
【００５２】
従って、冷媒の物性値が前記(1)式を満足することにより、冷媒が冷却装置１０のいずれかの流路内に液相で存在する場合にあっても、冷媒をポンプ無しにリザーバタンク１１に戻すことができ、鉛直上方に配置した前記リザーバタンク１１から冷媒を自重で冷却路１２Ａ，１２Ｂに供給できることと相俟って冷媒を自己循環させることが可能となり、冷媒の循環経路にポンプ等の冷媒移動装置を設ける必要が無くなるため冷却装置１０のコンパクト化を図ることができる。
【００５３】
また、前記冷却路１２Ａ，１２Ｂで冷媒が気相化した際の気化熱をステータ４やロータ３の冷却に利用して冷却効率を向上できるとともに、冷却路１２Ａ，１２Ｂ内の冷媒量を液相の状態で冷却する場合に比較して大幅に削減でき、ひいては、システム全体の重量を減少することができる。
【００５４】
更に、第１・第２流路群１４Ａ，１４Ｂの冷却路１２Ａ，１２Ｂの冷媒圧Ｐ１，Ｐ２に応じて各流路群１４Ａ，１４Ｂの冷却路１２Ａ，１２Ｂへの冷媒導入を制御する制御手段２０を設けたので、この制御手段２０によって各流路群１４Ａ，１４Ｂに冷媒を供給するタイミングを制御することにより、各冷却路１２Ａ，１２Ｂ内の冷媒の気相、液相の状態を制御してモータ１の冷却効率を高めることができる。
【００５５】
また、本実施形態では前記作用効果に加えて、前記制御手段２０を、各流路群１４Ａ，１４Ｂの冷却路１２Ａ，１２Ｂの冷媒圧を検出する第１・第２圧力センサ２１Ａ，２１Ｂと、各流路群１４Ａ，１４Ｂの冷却路１２Ａ，１２Ｂに導入される冷媒量を可変とする電磁コントロールバルブ２２と、各流路群１４Ａ，１４Ｂの前記圧力センサ２１Ａ，２１Ｂの検出値に基づいてその流路群１４Ａ，１４Ｂの前記電磁コントロールバルブ２２を切り換え制御するコントローラ２３と、によって構成したので、電磁コントロールバルブ２２のバルブ開度を冷却路１２Ａ，１２Ｂの冷媒圧に基づいて任意に制御でき、冷却装置１０の全体構成を簡素化しつつ精度良く冷媒の供給を制御することができる。
【００５６】
更に、前記制御手段２０による冷却路１２Ａ，１２Ｂへの冷媒導入制御により発生する周期的圧力変動の位相を、第１・第２流路群１４Ａ，１４Ｂで相互にずらせたことにより、圧力変動に伴う各流路群１４Ａ，１４Ｂの発熱部周辺の時間的温度変動を平坦化させるとともに、各流路群１４Ａ，１４Ｂの配設位置をモータ１の熱発生部位を考慮して最適に配置することにより、モータ１全体をむら無く均等に冷却させることができる。
【００５７】
ちなみに、出力２０ｋＷのモータの１０％がモータ内の熱損失とすれば、２ｋＷの熱損があることになる。このとき冷媒を水、モータ周りの圧力を大気圧、リザーバタンク内の液面と流路のうち鉛直下向き最下部に位置する流路の高さＨを１ｍとすれば冷媒による最大位置水頭ρｇＨはコンデンサ出口水温を５０℃とすれば、ρｇＨ＝９８８ｘ９．８ｘ１＝９６８２Ｎ／ｍ2となり大気圧（１０１．３ｋＮ／ｍ2）の１割弱であり、流通抵抗を無視できる静的な場合、ロータ、ステータ通路内の圧力が少なくとも大気圧＋ρｇＨ＝１１１ｋＮ／ｍ2以上になれば冷媒液はリザーバタンクへ戻ることができる。水の飽和圧力が１１１ｋＮ／ｍ2のときに対する飽和温度は約１０２．３℃であり、本発明を実現する構成の強度は十分達成可能である。一方、２ｋＷの発熱で飽和水を全部蒸気にするには、飽和温度１０２．３℃に対する蒸発潜熱は２２５１ｋＪ／ｋｇであるので、２（ｋＷ）／２２５１（ｋＪ／ｋｇ）／９８８（ｋｇ／ｍ3）＝８．９９ｘ１０-7（ｍ3／ｓ）＝５．４０ｘ１０-2（ｌ／ｍｉｎ）となり、ごく少量の毎分５４ｃｃの冷却水を供給すれば流路周りの最高温度は百数度に保たれることになり、位置水頭による圧力でも十分に冷却水を供給できる範囲である。
【００５８】
図６〜図９は本発明の第２実施形態を示し、前記第１実施形態と同一構成部分に同一符号を付して重複する説明を省略して述べるものとし、図６は冷却装置を組み付けたモータの断面図、図７は冷却装置の全体構成図、図８は制御手段の制御弁の概略図、図９は第１・第２流路群の冷却路内の冷媒圧と第１・第２冷却路の冷媒導入側に設けた逆止弁の開閉との関係を表形式で示す説明図である。
【００５９】
本実施形態の冷却装置１０Ａは、基本的に第１実施形態の冷却装置１０と略同様の構成となり、リザーバタンク１１から冷媒供給路１５および第１・第２分岐路１５Ａ，１５Ｂを介して冷媒を導入する第１・第２冷却路１２Ａ，１２Ｂと、これら冷却路１２Ａ，１２Ｂで気相化した冷媒を液相化する第１・第２コンデンサ１３Ａ，１３Ｂとを備えており、これらコンデンサ１３Ａ，１３Ｂを通過した冷媒は還流路１７を介して前記リザーバタンク１１に戻されるとともに、そのリザーバタンク１１を前記冷却路１２Ａ，１２Ｂよりも鉛直上方に配置してある。
【００６０】
そして、第１・第２流路群１４Ａ，１４Ｂのうち少なくとも一方の流路群の冷却路１２の冷媒圧に応じて各流路群１４Ａ，１４Ｂの冷却路１２への冷媒導入を制御する制御手段２０Ａを設けて構成してある。
【００６１】
本実施形態では前記制御手段２０Ａを、図６，図７に示すように各流路群１４Ａ，１４Ｂの第１・第２冷却路１２Ａ，１２Ｂの冷媒導入側に設置される第１・第２逆止弁１９Ａ，１９Ｂと、少なくとも１つの流路群１４Ａの冷却路１２Ａの冷媒圧を導入する冷媒圧導入路３０と、他の流路群１４Ｂの冷却路１２Ｂに導入される冷媒量を前記冷媒圧導入路３０の冷媒圧に応じて開閉制御する制御弁としてのプレッシャーコントロールバルブ３１と、によって構成してある。
【００６２】
前記第１逆止弁１９Ａは、ハウジング５のエンドプレート５Ｅ１に形成した管状路５ａから各第１冷却路１２Ａに連通する部分に配置されるとともに、前記第２逆止弁１９Ｂは、前記エンドプレート５Ｅ１に形成した管状路５ｂから各第２冷却路１２Ｂに連通する部分に配置され、それぞれの第１・第２逆止弁１９Ａ，１９Ｂにより、第１・第２冷却路１２Ａ，１２Ｂで気相化した冷媒が逆流するのを阻止することにより、その気相化した冷媒が管状路５ａ，５ｂおよび第１・第２分岐路１５Ａ，１５Ｂを介して冷媒供給路１５からリザーバタンク１１へと流入するのを防止する。
【００６３】
前記冷媒圧導入路３０は、一端が第１冷却路１２Ａの冷媒排出側（図中左端部）に連通されるとともに、他端が前記プレッシャーコントロールバルブ３１に接続され、第１冷却路１２Ａの冷媒圧Ｐ１をプレッシャーコントロールバルブ３１の制御圧として導入して、冷媒圧Ｐ１に応じてそのプレッシャーコントロールバルブ３１の連通経路を切り換えるようになっている。
【００６４】
前記プレッシャーコントロールバルブ３１は第２流路群１４Ｂに冷媒を導入する第２分岐路１５Ｂに設けられ、このプレッシャーコントロールバルブ３１は図８に示すように、インポート３１ａに冷媒供給路１５側を接続し、アウトポート３１ｂに第２冷却路１２Ｂ側を接続するとともに、制御圧ポート３１ｃに前記冷媒圧導入路３０の他端を接続してある。
【００６５】
そして、前記制御圧ポート３１ｃに導入される圧力Ｐ１が設定圧Ｐcntよりも低い場合は、リターンスプリング３１ｄの付勢力で第２分岐路１５Ｂを遮断しており、その設定圧Ｐcnt以上になった場合にリターンスプリング３１ｄの付勢力に抗して第２分岐路１５Ｂを連通し、この連通により冷媒供給路１５から第２冷却路１２Ｂに冷媒が導入される。
【００６６】
ここで、前記冷媒圧導入路３０の一端を接続した第１冷却路１２Ａ内に液相の冷媒が満たされている場合の冷媒圧をＰ0とし、第１冷却路１２Ａや第２冷却路１２Ｂに設置した前記逆止弁１９Ａ，１９Ｂが閉じる冷媒圧をＰclとし、前記プレッシャーコントロールバルブ３１が開弁する前記第１冷却路１２Ａ内の冷媒圧をＰcntとすると、Ｐ0よりもＰclを高く設定するとともに、ＰclよりもＰcntを高く設定して、Ｐcnt＞Ｐcl＞Ｐ0としてある。
【００６７】
本実施形態では前記Ｐcntを、冷却路１２Ａ，１２Ｂ内で沸騰が起こる最小圧力値と最大圧力値の中間値に設定してある。
【００６８】
そして、図９には第１冷却路１２Ａ内の圧力Ｐ１および第２冷却路１２Ｂ内の圧力Ｐ２と、前記Ｐcnt，Ｐclとの大小関係にそれぞれの逆止弁１９Ａ，１９Ｂが開，閉される状態を示してある。
【００６９】
（１）即ち、Ｐ１＞Ｐcnt、Ｐ２＞Ｐcntの場合、第１流路群１４Ａおよび第２流路群１４Ｂの発熱部に接している部分が同時に沸騰を起こしている状態で、第１・第２冷却路１２Ａ，１２Ｂの両方の逆止弁１９Ａ，１９Ｂは閉弁（Closed）して、冷媒供給路１５からの液相の冷媒の導入が遮断されて、両冷却路１２Ａ，１２Ｂ内の冷媒圧Ｐ１，Ｐ２は高くなっており、また、Ｐ１＞Ｐcntであるからプレッシャーコントロールバルブ３１は開弁状態にある。
【００７０】
（２）Ｐ１＞Ｐcnt、Ｐ２＜Ｐclの場合、第１流路群１４Ａの発熱部に接している部分は沸騰を起こしている状態で、第１冷却路１２Ａの逆止弁１９Ａは閉弁（Closed）して冷媒圧Ｐ１が高くなっている一方、第２流路群１４Ｂの発熱部に接している部分は沸騰が終了し、沸騰した気相冷媒も第２コンデンサ１３Ｂで冷却されて液相化されている状態で、第２冷却路１２Ｂの逆止弁１９Ｂは開弁（Open）して、冷媒供給路１５から液相の冷媒が自由に導入されて冷媒圧Ｐ２は低くなっており、また、Ｐ１＞Ｐcntであるからプレッシャーコントロールバルブ３１は開弁状態にある。
【００７１】
（３）Ｐ１＜Ｐcl、Ｐ２＞Ｐcntの場合、第１流路群１４Ａの発熱部に接している部分は沸騰が終了し、沸騰した気相冷媒も第１コンデンサ１３Ａで冷却されて液相化されている状態で、第１冷却路１２Ａの逆止弁１９Ａは開弁（Open）して冷媒圧Ｐ１は低くなっている一方、第２流路群１４Ｂの発熱部に接している部分は沸騰を起こしている状態で、第２冷却路１２Ｂの逆止弁１９Ｂは閉弁（Closed）して冷媒圧Ｐ２が高くなっており、また、Ｐ１＜Ｐclであるからプレッシャーコントロールバルブ３１は閉弁状態にある。
【００７２】
（４）Ｐ１＜Ｐcl、Ｐ２＜Ｐclの場合、第１・第２流路群１４Ａ，１４Ｂのそれぞれの発熱部に接している部分は沸騰が終了し、沸騰した気相冷媒も第１・第２コンデンサ１３Ａ，１３Ｂで冷却され、第１，第２冷却路１２Ａ，１２Ｂの逆止弁１９Ａ，１９Ｂは開弁（Open）して、冷媒供給路１５から液相の冷媒が導入される状態にあるが、Ｐ１＜Ｐclであるためプレッシャーコントロールバルブ３１は閉弁状態となって第２分岐路１５Ｂを遮断するため、第２冷却路１２Ｂの逆止弁１９Ｂの機能としては実質上、閉弁（Closed）状態となる。
【００７３】
従って、本実施形態の冷却装置１０Ａでは前記プレッシャーコントロールバルブ３１が第１冷却路１２Ａの冷媒圧Ｐ１によって開閉制御されるため、第１・第２流路群１４Ａ，１４Ｂ内の冷媒圧力は第１実施形態に示したグラフ（図５参照）と同様に変動する。尚、図５では本実施形態の制御に必要な冷媒圧Ｐcl，Ｐcntを括弧を付して示してある。
【００７４】
また、本実施形態にあっても第１実施形態と同様に、制御手段２０Ａによる第１・第２冷却路１２Ａ，１２Ｂへの冷媒導入制御により発生する周期的圧力変動の位相を、第１・第２流路群１４Ａ，１４Ｂで相互にずらせてある。
【００７５】
以上の構成により本実施形態の冷却装置１０Ａにあっても、第１実施形態と同様に気相化した冷媒でステータ４やロータ３を効率良く冷却できるとともに、鉛直上方にリザーバタンク１１を配置し、かつ、冷却路１２Ａ，１２Ｂで気相化した冷媒圧によってコンデンサ１３Ａ，１３Ｂで液相化した冷媒を押し出すことができるため、冷媒を自己循環させて冷却装置１０Ａのコンパクト化を図ることができる。
【００７６】
勿論、本実施形態にあっても第１実施形態と同様に、冷却装置１０Ａに使用される冷媒は、図７に示すように出口路１６Ａ，１６Ｂの内圧力をｐ、冷媒の液体密度ρ、重力加速度ｇ、リザーバタンク１１内の冷媒液面Ｌと鉛直最下方位置のステータ内路４Ｐとの高さをＨとした場合に、ｐ＞ρ・ｇ・Ｈ…(1)式を満足する物性値を備えたものを用いてある。
【００７７】
また、第１冷却路１２Ａの冷媒圧Ｐ１に応じて各流路群１４Ａ，１４Ｂの冷却路１２Ａ，１２Ｂへの冷媒導入を制御する制御手段２０Ａを設けたので、各冷却路１２Ａ，１２Ｂ内の冷媒の気相、液相の状態を制御してモータ１の冷却効率を高めることができるとともに、冷却路１２Ａ，１２Ｂへの冷媒導入制御により発生する周期的圧力変動の位相を、第１・第２流路群１４Ａ，１４Ｂで相互にずらせたことにより、圧力変動に伴う各流路群１４Ａ，１４Ｂの発熱部周辺の時間的温度変動を平坦化させるとともに、各流路群１４Ａ，１４Ｂの配設位置をモータ１の熱発生部位を考慮して最適に配置することにより、モータ１全体をむら無く均等に冷却させることができる。
【００７８】
更に、本実施形態によれば前記制御手段２０Ａを、各流路群１４Ａ，１４Ｂの冷却路１２Ａ，１２Ｂの冷媒導入側に設置される逆止弁１９Ａ，１９Ｂと、第１流路群１４Ａの冷却路１２Ａの冷媒圧Ｐ１を導入する冷媒圧導入路３０と、第２流路群１４Ｂの冷却路１２Ｂに導入される冷媒量を前記冷媒圧導入路３０の冷媒圧に応じて開閉制御するプレッシャーコントロールバルブ３１と、によって構成したので、電気的制御手段を用いることなく冷却装置１０Ａを作動させることができる。
【００７９】
また、第１流路群１４Ａの冷却路１２Ａ内に液相の冷媒が満たされている場合の冷媒圧をＰ0とし、各流路群１４Ａ，１４Ｂの冷却路１２Ａ，１２Ｂに設置した逆止弁１９Ａ，１９Ｂが閉じる冷媒圧をＰclとし、前記プレッシャーコントロールバルブ３１が開弁する前記第１流路群１４Ａの冷却路１２Ａ内の冷媒圧をＰcntとすると、Ｐ0よりもＰclを高く設定するとともに、ＰclよりもＰcntを高く設定して、Ｐcnt＞Ｐcl＞Ｐ0としたので、冷却路１２Ａ，１２Ｂへの冷媒導入制御により発生する周期的圧力変動の位相を、自動的に第１・第２流路群１４Ａ，１４Ｂで相互にずらせることができる。
【００８０】
ところで、本発明のモータの冷却装置は前記第１，第２実施形態に例をとって説明したが、これら実施形態に限ることなく本発明の要旨を逸脱しない範囲で他の実施形態を各種採用することができ、例えば、モータ１はインホイールドライブ方式の電気自動車に限ることなく、通常のモータにあっても本発明を適用することができる。
【００８１】
また、第２実施形態では第１流路群１４Ａの冷却路１２Ａ内の冷媒圧Ｐ１で、第２分岐路１５Ｂに設けたプレッシャーコントロールバルブ３１を開閉したが、これとは逆に第２流路群１４Ｂの冷却路１２Ｂ内の冷媒圧Ｐ２によって、第１分岐路１５Ａに設けたプレッシャーコントロールバルブ３１を開閉するようにしてもよい。
【００８２】
更に、第１・第２冷却路１２Ａ，１２Ｂはステータ４に形成したが、ロータ３に形成した場合、更には第１・第２冷却路１２Ａ，１２Ｂの一方をステータ４に他方をロータ３に形成した場合にあっても本発明を適用することができ、要するにモータ１を冷却するに効果的な部位に各冷却路１２Ａ，１２Ｂを形成することができる。
【００８３】
更にまた、流路群１４は２組の第１・第２流路群１４Ａ，１４Ｂを設けたが、３組以上の流路群１４を設けた場合にも本発明を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】本発明の第１実施形態を示す冷却装置を組み付けたモータの断面図である。
【図２】図１中Ａ−Ａ線に沿った断面図である。
【図３】本発明の第１実施形態における制御弁の作動状態を（ａ）〜（ｃ）に示す拡大断面図である。
【図４】本発明の第１実施形態における制御回路による制御弁の切り換え制御を実行するフローチャートを示す説明図である。
【図５】本発明の第１実施形態で（ａ）に第１流路群と（ｂ）に第２流路群の周期的圧力変動を示すグラフである。
【図６】本発明の第２実施形態を示す冷却装置を組み付けたモータの断面図である。
【図７】本発明の第２実施形態を示す冷却装置の全体構成図である。
【図８】本発明の第２実施形態を示す制御手段の制御弁の概略図である。
【図９】本発明の第２実施形態における第１・第２流路群の冷却路内の冷媒圧と第１・第２冷却路の冷媒導入側に設けた逆止弁の開閉との関係を表形式で示す説明図である。
【符号の説明】
【００８５】
１  モータ
２  回転軸
３  ロータ
４  ステータ
１０，１０Ａ  冷却装置
１１  リザーバタンク
１２  冷却路
１２Ａ  第１冷却路
１２Ｂ  第２冷却路
１３  コンデンサ（排熱機構）
１３Ａ  第１コンデンサ
１３Ｂ  第２コンデンサ
１４  流路群
１４Ａ  第１流路群
１４Ｂ  第２流路群
１９Ａ，１９Ｂ  逆止弁
２０，２０Ａ  制御手段
２１Ａ，２１Ｂ  圧力センサ（冷媒圧検知手段）
２２  電磁コントロールバルブ（制御弁）
２３  コントローラ（制御回路）
３０  冷媒圧導入路
３１  プレッシャーコントロールバルブ（制御弁）
Ｐ１，Ｐ２  冷媒圧
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2006197767.tif 000009
【図８】
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【図９】
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