(57)【要約】【課題】本発明は、省エネで、かつ、効率のよいモータの冷却構造を実現することを課題とする。【解決手段】冷媒が封入された密閉ケースと、液体状態の冷媒にステータの電磁振動を伝達する振動伝達手段と、を備え、冷媒は、ステータのコイルからの熱を受けて気化し、所定の放熱部で放熱して液化し、密閉ケース内を循環することを特徴とする。【選択図】図１
2015095961.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステータおよびロータを備えたモータの冷却構造において、
冷媒が封入された密閉ケースと、
液体状態の前記冷媒に前記ステータの電磁振動を伝達する振動伝達手段と、を備え、
前記冷媒は、前記ステータのコイルからの熱を受けて気化し、所定の放熱部で放熱して液化し、前記密閉ケース内を循環する
ことを特徴とするモータの冷却構造。
【請求項２】
前記密閉ケースは、前記スタータおよび前記ロータが収納されたモータケースであり、
前記冷媒は、液体状態で前記密閉ケースの底部に前記ステータが浸漬されるように貯留されており、
前記振動伝達手段は、前記ステータの通電による電磁振動を受けて前記冷媒中で微小振動するコイルエンドであり、
前記放熱部は、前記密閉ケースに設けられ、気化した前記冷媒が導入され、これを液化させて前記密閉ケースの底部に戻すように構成された
ことを特徴とする請求項１に記載のモータの冷却構造。
【請求項３】
前記密閉ケースは、前記ロータを回動可能に支持する軸受の支持部に、液体状態の前記冷媒が貯留可能な貯留部を備え、
前記貯留部は、貯留した液体状態の前記冷媒によって前記軸受の内側を覆い、気化した前記冷媒が前記密閉ケースの内部から漏れ出さないように構成された
ことを特徴とする請求項１または２のいずれか１項に記載のモータの冷却構造。
【請求項４】
前記放熱部は、前記モータの上方に設けられた気化した前記冷媒を液化するための冷却室である
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のモータの冷却構造。
【請求項５】
前記冷却室は、液化した前記冷媒を前記ステータのコイルに掛け流すように構成されている
ことを特徴とする請求項４に記載のモータの冷却構造。
【請求項６】
開弁時に前記密閉ケースから気化した前記冷媒を排出可能な高圧用逆止弁と、開弁時に前記密閉ケース内へ気化した前記冷媒を導入可能な低圧用逆止弁が前記密閉ケースに設けられ、
これら前記逆止弁は、前記密閉ケース内の圧力が所定範囲内に維持されるように構成された
ことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載のモータの冷却構造。
【請求項７】
前記密閉ケースは、前記ステータを軸方向に貫通する密閉パイプであり、
前記冷媒は、前記密閉パイプ内に封入されており、
前記振動伝達手段は、前記ステータの通電による電磁振動と共に振動する前記密閉パイプ自体であり、
前記放熱部は、前記密閉パイプの端部の前記ステータの端面から突出した部分である
ことを特徴とする請求項１に記載のモータの冷却構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動機や発電機等のモータを冷却するためのモータの冷却構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ハイブリッド車や電気自動車の普及により自動車に走行用または発電用として電気モータが搭載されるケースが多くなってきている。この種のモータにおいて、通電によってモータを構成するステータのコイルやロータの永久磁石が発熱するので、所望の性能と信頼性を実現するために、これらステータやロータを冷却する必要がある。
【０００３】
このため、各種の冷却方法が採用されている。例えば、モータ全体をファンを用いて強制的に空冷する方法、走行風によって自然冷却する方法がある。また、モータと一体化された動力伝達装置の潤滑用オイルをステータに掛け流す方法がある。さらに、モータケースの外周面やロータ軸内に冷却液を流す通路を設ける方法があり、また、例えば、特許文献１には、ステータの内部や周辺に冷却液通路を設ける方式が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−２６１０８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、一般に空冷の場合、空気の熱伝達率が低いので、十分な冷却能力が得られない。また、上述のようなオイルの掛け流しによる冷却の場合、冷却したい箇所に重点的にオイルを供給するのが困難であると共に、ステータとロータとの間隙に流入したオイルがロータの回転抵抗になり、エネルギ損失の一因となっていた。さらに、上述のような冷却液による液冷の場合、通路内の冷却液を強制的に循環させるためにポンプを駆動させる必要があるので、その分、エネルギ消費が大きくなるという課題があった。
【０００６】
特に、冷却液による液冷では、図１５に示すように、冷却液の流れが被冷却物に沿って流れる部分で、流れ方向に速度勾配を持った層流境界層が形成され、該層の被冷却物との接触部では流速ｖ（図１５の位置ｘ１における流速分布を参照）がゼロとなるので、熱交換効率（伝熱効率）が著しく低下する。
【０００７】
また、被冷却物に沿って冷媒を流し、該被冷却物からの熱によって冷媒を気化させることにより、被冷却物を冷却する蒸散冷却方法が知られており、ヒートパイプも、この蒸散冷却方法を応用したものである。
【０００８】
しかし、この方法でも、冷媒が気化することによって生じる気泡（マイクロバブル）が被冷却物の表面に付着し、冷媒と被冷却物の表面との間に気体の膜が形成されると、やはり、熱交換効率が著しく低下する。
【０００９】
したがって、本発明の目的は、省エネで、かつ、効率のよいモータの冷却構造を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述の目的を達成するために、本発明は次のように構成したことを特徴とする。
【００１１】
まず、本願の請求項１に記載の発明は、
ステータおよびロータを備えたモータの冷却構造において、
冷媒が封入された密閉ケースと、
液体状態の前記冷媒に前記ステータの電磁振動を伝達する振動伝達手段と、を備え、
前記冷媒は、前記ステータのコイルからの熱を受けて気化し、所定の放熱部で放熱して液化し、前記密閉ケース内を循環する
ことを特徴とするモータの冷却構造である。
【００１２】
また、請求項２に記載の発明は、前記請求項１に記載の発明において、
前記密閉ケースは、前記スタータおよび前記ロータが収納されたモータケースであり、
前記冷媒は、液体状態で前記密閉ケースの底部に前記ステータが浸漬されるように貯留されており、
前記振動伝達手段は、前記ステータの通電による電磁振動を受けて前記冷媒中で微小振動するコイルエンドであり、
前記放熱部は、前記密閉ケースに設けられ、気化した前記冷媒が導入され、これを液化させて前記密閉ケースの底部に戻すように構成された
ことを特徴とする。
【００１３】
また、請求項３に記載の発明は、前記請求項１または２のいずれか１項に記載の発明において、
前記密閉ケースは、前記ロータを回動可能に支持する軸受の支持部に、液体状態の前記冷媒が貯留可能な貯留部を備え、
前記貯留部は、貯留した液体状態の前記冷媒によって前記軸受の内側を覆い、気化した前記冷媒が前記密閉ケースの内部から漏れ出さないように構成された
ことを特徴とする。
【００１４】
また、請求項４に記載の発明は、前記請求項１から３のいずれか１項に記載の発明において、
前記放熱部は、前記モータの上方に設けられた気化した前記冷媒を液化するための冷却室である
ことを特徴とする。
【００１５】
また、請求項５に記載の発明は、前記請求項４に記載の発明において、
前記冷却室は、液化した前記冷媒を前記ステータのコイルに掛け流すように構成されている
ことを特徴とする。
【００１６】
また、請求項６に記載の発明は、前記請求項１から５のいずれか１項に記載の発明において、
開弁時に前記密閉ケースから気化した前記冷媒を排出可能な高圧用逆止弁と、開弁時に前記密閉ケース内へ気化した前記冷媒を導入可能な低圧用逆止弁が前記密閉ケースに設けられ、
これら前記逆止弁は、前記密閉ケース内の圧力が所定範囲内に維持されるように構成された
ことを特徴とする。
【００１７】
また、請求項７に記載の発明は、前記請求項１に記載の発明において、
前記密閉ケースは、前記ステータを軸方向に貫通する密閉パイプであり、
前記冷媒は、前記密閉パイプ内に封入されており、
前記振動伝達手段は、前記ステータの通電による電磁振動と共に振動する前記密閉パイプ自体であり、
前記放熱部は、前記密閉パイプの端部の前記ステータの端面から突出した部分である
ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
上述の構成により、本願各請求項１から６の発明によれば、次の効果が得られる。
【００１９】
まず、請求項１に記載の発明によれば、密閉ケース内において、コイルからの熱を受けて気化した冷媒は、気泡となってその周囲に付着するが、振動伝達手段によって伝達された電磁振動によって付着した気泡が剥離されると共に、表面における乱流化を促進する。これによって、熱交換性能を低下させる空気膜が除去されると共に、表面に沿った冷媒流速が速くなるので、コイル表面から冷媒への熱伝達率が向上し、省エネで、かつ、効率のよいモータの冷却構造を実現することができる。
【００２０】
また、請求項２に記載の発明によれば、密閉ケースは、スタータおよびロータが収納されたモータケースであり、冷媒は、液体状態で密閉ケースの底部にステータが浸漬されるように貯留されており、振動伝達手段は、ステータの通電による電磁振動を受けて冷媒中で微小振動するコイルエンドであり、放熱部は、密閉ケースに設けられ、気化した冷媒が導入され、これを液化させて密閉ケースの底部に戻すように構成されているので、コイルエンドによって冷媒に伝達された電磁振動により、コイルエンドからの熱を受けて気化し、コイルエンド表面に付着した気泡が剥離されると共に、コイルエンド表面における乱流化を促進する。したがって、コイルエンド表面から液体状態の冷媒への熱伝達率が向上し、省エネで、かつ、効率のよいモータの冷却構造を実現することができる。
【００２１】
また、請求項３に記載の発明によれば、貯留部に貯留した液体状態の冷媒によって軸受の内側を覆うことで、気化した冷媒が密閉ケースの内部から漏れ出すのを防止することができ、回転軸が密閉ケースの外側に露出した構造のモータに好適に適用することができる。
【００２２】
また、請求項４に記載の発明によれば、モータの上方に気化した冷媒を液化するための冷却室を備えるので、気化して上昇した冷媒を冷却室によって効率的に冷却して再び液化することができる。したがって、より省エネで、かつ、効率のよいモータの冷却構造を実現することができる。
【００２３】
また、請求項５に記載の発明によれば、冷却室で液化した冷媒をステータのコイルに掛け流すことができるので、密閉ケースの底部に貯留した液体状態の冷媒の液面より上方にあるステータのコイルをより効率的に冷却することができる。
【００２４】
また、請求項６に記載の発明によれば、高圧用逆止弁と低圧用逆止弁によって、密閉ケース内の圧力変化を所望の範囲内に維持できるので、内部圧力の上昇により体積が膨張して密閉ケースが破壊したり、内部圧力の低下により体積が収縮して密閉ケースが圧壊したりするのを防止できる。したがって、例えば、大気圧が低い高地で使用されるモータに適用された場合にも、モータの冷却構造の信頼性をより向上させることができる。
【００２５】
また、請求項７に記載の発明によれば、冷媒を封入した密閉パイプ（いわゆるヒートパイプ）がステータを軸方向に貫通して設けられており、ステータの端面から突出した密閉パイプの端部から放熱するので、ステータの隣接する極間に十分な隙間のある集中巻タイプのモータにおいて好適に適用できる。また、密閉パイプ自体が電磁振動により振動するので、密閉パイプの内部にある液体状態の冷媒の乱流化が促進されるので、十分な冷却性能を得ることができ、高信頼性を保つことができる。
【００２６】
以上により、本発明によれば、省エネで、かつ、効率のよいモータの冷却構造を実現することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の第１の実施形態であるモータの冷却構造を示す概略断面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線で切断した同モータの断面図（ａ）とＢ−Ｂ線で切断した拡大断面図（ｂ）である。
【図３】同モータのコイルエンドの形状を示す拡大断面図である。
【図４】同モータのコイルエンド周辺での冷媒の流れを説明する説明図である。
【図５】同モータにおける冷媒の流速を説明する説明図である。
【図６】同モータの冷却構造によるロータ温度上昇の低減効果について説明する説明図である。
【図７】本発明の第１の実施形態の変形例（１）であるモータの冷却構造を示す概略断面図である。
【図８】同モータにおける内圧の変化について説明する説明図である。
【図９】本発明の第１の実施形態の変形例（２）であるモータの冷却構造を示す概略断面図である。
【図１０】本発明の第１の実施形態の変形例（３）であるモータの冷却構造を示す概略断面図である。
【図１１】本発明の第１の実施形態の変形例（４）であるモータの冷却構造を示す一部拡大斜視図である。
【図１２】本発明の第２の実施形態であるモータの冷却構造を示す概略断面図である。
【図１３】図１２のＡ−Ａ線で切断した同モータの断面図（ａ）とヒートパイプ周辺の概略斜視図（ｂ）である。
【図１４】同モータのヒートパイプ内部での冷媒の流れを模式的に示す断面図である。
【図１５】従来例のモータにおける冷媒の流速を説明する説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明のモータの冷却構造を実施するための最良の形態を、図面に示す第１の実施形態、該第１の実施形態の変形例（１）から（４）および第２の実施形態に基づいて説明する。
【００２９】
（第１の実施形態について）
まず、本発明の第１の実施形態に係るモータの冷却構造を備えたモータ１について、図１から図６を参照しながら詳細に説明する。なお、以下の実施形態では、モータ１が、外部から供給される電流（例えば、三相交流電流）により回転駆動される同期電動機である場合を例に挙げて説明する。
【００３０】
図１に示すように、モータ（モータ本体）１は、ロータ２とステータ３を備え、該ロータ２およびステータ３は、モータケース４に収納されている。
【００３１】
ロータ２は、電磁鋼板を積層してカシメや溶接等により一体に構成された円筒状のロータコア２１を備えている。ロータコア２１の外周面近傍には、軸方向に貫通する永久磁石２２を収容するための埋込孔２３が周方向に等間隔で複数設けられている。各埋込孔２３には、軸方向に長い直方体形状の永久磁石２２が埋設されている。なお、ロータ２は、永久磁石２２が外周面に露出して設けられてもよい。
【００３２】
ロータコア２１の軸方向両端には、ステンレス等の非磁性体材料で形成された円環状のエンドプレート２４、２５がそれぞれロータコア２１の端面に密着して固定されている。ロータコア２１およびエンドプレート２４、２５の中心には、回転軸２６が挿入して固定されており、該回転軸２６の前後両端部には、軸受２７、２８がそれぞれ取り付けられている。ロータ２は、軸受２７、２８を介してステータ３に対して回転自在に支持されている。なお、軸受２７、２８としては、例えばアンギュラ玉軸受等の転がり軸受を用いることができる。
【００３３】
なお、以下の説明では、特に断りがない限り、「軸方向」とは、回転軸２６の中心軸に沿う方向（図１中では左右方向）を意味し、「半径方向」とは、中心軸に対して直交する方向を意味し、「周方向」とは、中心軸を中心として描かれる円の外周に沿う方向を意味する。
【００３４】
ステータ３は、電磁鋼板を積層して一体に構成された円筒状ステータコア３１を備え、該ステータコア３１に形成された複数のスロット３２には、Ｕ、Ｖ、Ｗの３相のコイル３３が分布巻で巻装されている。このコイル３３のうち、ステータコア３１から軸方向外側に突出した部分は、円環状のコイルエンド３４、３５を形成し、各スロット３２内に位置するコイル部分は、ワニスによって固められ、ステータコア３１に対して固定されている。各相のコイル３３の一端は、中性点３６において互いに接続され、各相のコイル３３の他端は、図示しない交流電源と接続された各相の口出し線３７、３７、３７にそれぞれ接続されている。また、ステータコア３１は、その内周面とロータ２の外周面との間に予め設定された大きさの環状の間隙Ｇ（エアギャップ）が形成されるように、その内径が設定されている。
【００３５】
なお、ステータコア３１は、各々１つのティース部を有する複数の分割コアを円環状に連ねて配置し、その外側から筒状の締結部材により締め付けることによって造られてもよい。このような分割コアの場合、各ティース部に集中巻きで巻装することができる。また、コイル３３は、断面形状が円形状のものに限らず、例えば、矩形状であってもよい。
【００３６】
モータケース４は、ロータ２およびステータ３を収容するものであり、その内周面にステータ３の外周面が固定される円筒部４１と、該円筒部４１の軸方向両端に気密に固定され、その中心部に軸受２７、２８を支持する軸受支持部４４、４５が形成された一対の円板状の側壁部４２、４３とを有する。なお、円筒部４１と一方の側壁部４２（または４３）は、一体の部材により形成してもよい。
【００３７】
円筒部４１および側壁部４２、４３は、磁力線が透過可能であると共に、内外の圧力差に耐える強度を有する材料で構成されている。このような材料として、例えば、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）等の樹脂、ステンレス等の金属、またはＦＲＰ（繊維強化プラスチック）等の複合材料等を用いることができる。
【００３８】
このようなモータケース４によって囲まれた密閉空間Ａには、内部に収納されたロータ２とステータ３を冷却するために冷媒が封入されている。冷媒は、所定の温度で気相／液相間の相変化が可能なものであり、モータ１の使用可能な温度範囲では、液相状態と気相状態が混在した状態にある。モータケース４内において、液相状態の冷媒（以下、「液相冷媒Ｃ」という）は、モータケース４の底部に貯留すると共に、気相状態の冷媒は、その上方の空間に充満する。また、冷媒は、モータ１が冷間時に、ロータ２とステータ３の間隙の底部に液相冷媒Ｃの液面がちょうど位置するような量がモータケース４内に封入されており、ロータ２は、液相冷媒Ｃには浸からない。
【００３９】
冷媒には、ステータ３の発熱によって気化可能な沸点を有し、モータ１の使用可能な最低温度で凍結しない凝固点を有する石油由来の材料、アルコール系材料、フロンもしくは代替フロン材を用いることができる。具体的には、アンモニア、ガソリン、フロン−１１３、ｎ−パラフィンナフタリン、メタノール、エタノール、１−プロパノール、１−ブタノール、２−ブタノール等を用いることができる。また、代替フロン材としては、カーエアコン等に用いられている、ＨＦＣ（ハイドロフルオロカーボン）系フッ素冷媒、ＨＦＯ（ハイドロフルオロオレフィン）系フッ素冷媒等を用いることができる。具体的には、ＨＦＣ−１３４ａ、ＨＦＯ−１２３４ｙｆ、バートレルＸＦ（登録商標）（三井・デュポンフロロケミカル株式会社、一般呼称：ＨＦＣ−４３−１０、化学名：1、1、1、2、2、3、4、5、5、5-デカフルオロペンタン）、バートレル  シネラ（登録商標）（三井・デュポンフロロケミカル株式会社）、およびこれらの混合物または化合物等を用いることができる。なお、冷媒には、絶縁性を確保するために、非伝導性の冷媒を用いるのが適切であるが、コイル３３を絶縁材で覆う等十分な絶縁処理を行えば、伝導性の冷媒を用いてもよい。
【００４０】
本実施形態のモータ１は、外部にある変速ギヤ等の動力伝達機構にロータ２の回転駆動力を伝えるために、出力軸５１と磁気カップリング５２をさらに備えている。
【００４１】
出力軸５１は、その一端が外部にある動力伝達機構、例えば電気自動車の差動機構に連結可能であり、他端が軸受５３によってモータケース４に対して回転自在に支持されている。また、出力軸５１と回転軸２６は、互いに同軸上に設けられている。
【００４２】
磁気カップリング５２は、一対のカップリング部材５４、５５を備えており、各カップリング部材５４、５５の端面には、周方向に等間隔に複数の永久磁石５６、５７が設けられている。各カップリング部材５４、５５の永久磁石５６、５７は、対向するカップリング部材５４、５５の永久磁石５６、５７同士に十分な引力が働くように配置されている。
【００４３】
モータケース４内部にある回転軸２６の回転駆動力をモータケース４外部にある出力軸５１に伝達するために、出力軸５１の後端側には、一方のカップリング部材５４が固定されると共に、回転軸２６の前端側には、該カップリング部材５４に対向して他方のカップリング部材５５が固定されている。これら一対のカップリング部材５４、５５は、間に挟まれたモータケース４が磁束を通す非磁性体で形成されているので、互いに永久磁石の磁力で連結される。
【００４４】
ここで、本発明の特徴として、モータ１のステータ３は、モータケース４の底部に溜まった液相冷媒Ｃに浸漬される部分は、通電時にコイル３３に発生する電磁振動を液相冷媒Ｃに伝達し易い構造を備えている。
【００４５】
図２（ｂ）に示すように、ステータ３の口出し線３７、３７、３７と中性点３６は、液相冷媒Ｃに浸漬されたコイルエンド３４、３５の部分から軸方向に突出しており、それら先端部が液相冷媒Ｃ中にある。したがって、口出し線３７、３７、３７と中性点３６は、コイルエンド３４、３５を支点としてその先端部が振動しやすい構成となっている。この構成によれば、口出し線３７、３７、３７と中性点３６は、電磁振動によって振動し、この振動を口出し線３７、３７、３７と中性点３６の周囲の液相冷媒Ｃに伝達する機能を有する。
【００４６】
また、モータ１のステータ３は、分布巻きの巻線構造を備えるので、そのコイルエンド３４、３５は、ステータコア３１の隣接するスロット３２内を貫通した三相のコイル３３を互いに束ねることで円環状に形成されている。このコイルエンド３４、３５のうち、液相冷媒Ｃに浸漬している部分において、図３に示すように、隣接するスロット３２を貫通した各相のコイル３３は、その先端部が互いに上下方向に離間するように引き離されると共に、その先端部が軸方向に離間するように各相のコイル３３のステータコア３１からの突出長さが調整されている。したがって、各相のコイル３３は、その先端部がステータコア３１の端面部分を支点として液相冷媒Ｃ中で振動しやすい構成となっている。この構成によれば、液相冷媒Ｃに浸漬している部分のコイルエンド３４、３５を構成するコイル３３は、電磁振動によって振動し、この振動を周囲の液相冷媒Ｃに良好に伝達する機能を有する。なお、コイル３３の先端部は、上述のように互いに離間しているので、振動によって互いに擦れてその表面の絶縁層が摩耗することがなく、モータ１の信頼性が低下することもない。
【００４７】
次に、上述の構成におけるモータ１の動作について簡単に説明する。
【００４８】
外部からの三相交流がモータ１に供給されると、三相交流の各相の電流がステータ３に設けられたコイル３３に流れ、供給される電流に応じてロータ２の回転方向に沿って回転磁界が形成される。これにより、外周に沿って交番磁界が形成されたロータコア２１がこの回転磁界と相互作用し、吸引力および反発力が生ずることによりロータ２がステータ３に対して回転し、これにより回転軸２６がロータ２と一体に回転して回転軸２６の回転駆動力が磁気カップリング５２を介して外部の出力軸５１に伝達される。
【００４９】
ロータ２が回転する際、ステータ３は、コイル３３が巻線抵抗により自己発熱すると共に、ステータコア３１が渦電流の発生によって自己発熱する。また、ロータ２は、永久磁石２２が磁気ヒステリシス損等により自己発熱すると共に、ロータコア２１が渦電流の発生によって自己発熱する。
【００５０】
このようなステータ３のコイルエンド３４、３５等の発熱によって、モータケース４の底部に溜まった液相冷媒Ｃが加熱される。暖められた液相冷媒Ｃは上方へ流れると共に、冷やされた液相冷媒Ｃは下方へ流れるので、図４に示すように、コイルエンド３４、３５周辺の液相冷媒Ｃには、全体として自然対流が発生している。この自然対流によって、一部の液相冷媒Ｃがコイルエンド３４、３５の表面に沿って流れている。
【００５１】
ここで、通電時のステータ３のコイル３３には、高調波電流による電磁振動が発生する。この電磁振動によって微小振動するコイルエンド３４、３５の表面に沿って流れる液相冷媒Ｃの流れについて詳細に説明する。
【００５２】
図５に示すように、微小振動する物体に沿って流速ｖ０の一様流の流体を流した場合、微小振動によって物体表面における乱流化を促進され、すなわち、物体の表面の流体には、当初から乱流が発生し、乱流境界層が形成される。この乱流境界層は、物体と近接する底側には、層流底層と呼ばれる層流が発生している層があり、物体との接触部における流速はゼロとなる（図５の位置ｘ１における流速分布を参照）。しかし、この層流底層は、微小振動がない場合の層流境界層よりも厚み（図の上下方向）が薄く、その上方に乱流が発生しているので、微小振動がない場合と比べて、物体の表面に沿って流れる流体の流速が全体として速くなり、熱伝導性が向上する。
【００５３】
本実施形態においても、上述と同様の現象が起きているので、コイルエンド３４、３５の表面に沿って流れる液相冷媒Ｃは、モータ１のコイルの電磁振動による微小振動によって乱流化が促進され、微小振動がない場合に比べて、その液相冷媒Ｃの流速が速くなり、コイルエンド３４、３５の表面での熱伝導性が向上する。
【００５４】
このコイルエンド３４、３５の表面で加熱された液相冷媒Ｃは、その一部が蒸発（蒸散）して冷媒蒸気となる。この冷媒蒸気は、その周囲が他の液相冷媒Ｃで囲まれているので、コイルエンド３４、３５の表面に細かい気泡（マイクロバブル）となって付着する。
【００５５】
この状態において、電磁振動によってコイルエンド３４、３５等が振動しない場合、コイルエンド３４、３５の表面に付着した気泡は、コイルエンド３４、３５の表面上で複数集合してコイルエンド３４、３５の表面を覆う空気膜となり、コイルエンド３４、３５と周囲の液相冷媒Ｃとの熱交換性能を低下させてしまう。本実施形態の場合、電磁振動によってコイルエンド３４、３５等が振動することにより、この気泡は、コイルエンド３４、３５等からすぐに剥離されるので、熱交換性能を低下させる空気膜がコイルエンド３４、３５の表面に形成されない。その後、剥離された気泡は、冷媒蒸気として液相冷媒Ｃの液面上へ上昇する。
【００５６】
この冷媒蒸気は、モータケース４内において、コイルエンド３４、３５の周辺の空間、ロータ２とステータ３の間のエアギャップＧ等を通流し、モータケース４の内壁近傍に達する。このモータケース４の内壁近傍に達した冷媒蒸気は、モータケース４を介して輻射伝熱等によってモータケース４の外部に放熱される。この放熱によって、モータケース４の内壁表面で冷媒蒸気が再び液化して滴下し、モータケース４の底部に貯留している液相冷媒Ｃへ戻る。したがって、モータケース４内において冷媒は、ステータ３およびロータ２を蒸散冷却しながら循環する。
【００５７】
このとき、冷媒蒸気の一部は、液相冷媒Ｃの液面の上方にあるステータ３のコイルエンド３４、３５およびステータコア３１の表面、またはロータ２の永久磁石２２およびロータコア２１等の発熱体の表面に付着して液化する。この発熱体の表面に付着した液相冷媒Ｃは、その潜熱を奪ってすぐにまた蒸発するので、ロータ２等の温度上昇を抑制することができる。
【００５８】
ここで、ロータ２の温度上昇を抑制する効果について、図６を参照しながら説明する。
【００５９】
従来例のモータの場合、図６の破線が示すように、このモータのロータ温度Ｔ’（ｔ）は、非通電時はＴ０’である。ここで、時間ｔ１からｔ２まで通電してロータを回転させると、ロータの永久磁石およびロータコアの自己発熱により、ロータ温度Ｔ’（ｔ）が上昇する。このとき、ロータ温度Ｔ’（ｔ）は、ロータ内の永久磁石が不可逆減磁を起こさないロータ温度の限界値である許容最高温度Ｔｍａｘを超えてしまう。
【００６０】
これに対して、本実施形態のモータ１の場合、図６の実線が示すように、モータ１のロータ温度Ｔ（ｔ）は、非通電時はＴ０である。ここで、時間ｔ１からｔ２まで通電してロータ２を回転させると、ロータ２の永久磁石２２およびロータコア２１の自己発熱により、ロータ温度Ｔ（ｔ）が上昇する。このとき、ロータ温度Ｔ（ｔ）は、許容最高温度Ｔｍａｘを超えないため、永久磁石２２に不可逆減磁が生じない。
【００６１】
したがって、本実施形態のモータ１の冷却構造によれば、発熱部であるロータ２の温度上昇を効率よく抑えることができ、永久磁石２２の温度上昇を抑えてその減磁を抑制することができる。
【００６２】
以上により、第１の実施形態のモータ１の冷却構造によれば、モータケース４内において、底部に貯留した液相冷媒Ｃに浸漬されたコイルエンド３４、３５からの熱を受けて蒸発した冷媒は、気泡となってその周囲に付着するが、振動伝達手段であるコイルエンド３４、３５によって冷媒に伝達された電磁振動により、コイルエンド３４、３５表面に付着した気泡が剥離されると共に、コイルエンド３４、３５表面における乱流化を促進する。これによって、熱交換性能を低下させる空気膜が除去されると共に、表面に沿った冷媒流速が速くなるので、コイルエンド３４、３５表面から液相冷媒Ｃへの熱伝達率が向上し、省エネで、かつ、効率のよいモータの冷却構造を実現することができる。
【００６３】
また、本実施形態では、液相冷媒Ｃを用いるため、空冷の場合よりも高い冷却能力が得られる。
【００６４】
また、本実施形態では、従来例のオイルの掛け流しの場合よりも、オイルがかかりにくいが、冷却したいロータ２等にも冷媒を供給することが可能となる。また、本実施形態では、液相冷媒Ｃの液位がステータ３の内周面とロータ２の外周面の間のエアギャップＧの底部に設定されており、ステータ３とロータ２とのエアギャップＧに冷媒が流入してロータ２の回転抵抗になってエネルギを損失することがない。
【００６５】
また、本実施形態では、冷媒を強制的に循環させるためにポンプが不要なため、ポンプを駆動させるためのエネルギ消費がないと共に、設置スペースの小型化や車両重量の軽量化を図れる。
【００６６】
さらに、本実施形態では、モータ１への通電が大きくなるほど、コイル３３の電磁振動が大きくなり、熱交換性能が向上するので、特段の制御を行わずに、効率的な冷却を実現することができる。
【００６７】
なお、本実施形態のモータケース４に、冷媒を外部から内部に供給する冷媒供給口と、冷媒を内部から外部に排出する冷媒排出口とをそれぞれ設け、外部のポンプ等によって冷媒を供給してもよい。これによれば、モータケース４内の冷媒を入れ替えることができ、モータケース４内のステータ３およびロータ２の温度上昇をより効果的に抑えることができる。
【００６８】
（第１の実施形態の変形例（１）について）
次に、上述の第１の実施形態の変形例（１）として、冷媒蒸気を冷却して液相冷媒にするための冷媒冷却装置１０２を備えたモータ１００の冷却構造について、図７から図８を参照しながら説明する。なお、第１の実施形態と同様の機能、作用を有する構成部材については、説明を省略し、図面には同じ符号を付す。後述の他の変形例についても同様である。
【００６９】
図７に示すように、モータ１００は、モータ本体１０１と、該モータ本体１０１の上方に固定された冷媒冷却装置１０２を備えている。モータ本体１０１と冷媒冷却装置１０２は、２本の接続管１０３、１０４によって接続されている。
【００７０】
モータ本体１０１は、上述の第１の実施形態のモータ１と同様の構成を備えたロータ２、ステータ３およびモータケース４を備える。
【００７１】
冷媒冷却装置１０２は、冷媒蒸気を冷却して液化するための液化室１０５と、該液化室１０５の熱を放熱するための複数の放熱フィンを有するヒートシンク１０６とを備える。
【００７２】
液化室１０５は、その内部に冷媒が一方向に流れる直線状の流路１０７が形成されており、液化室１０５の各端部には、流路１０７に冷媒蒸気を導入するための入口１１０と、流路１０７から液化した冷媒を滴下するための出口１０９がそれぞれ設けられている。流路１０７は、液化した冷媒が自然に入口１１０から出口１０９に向かって流れるように、入口１１０が設けられた一方の端部から出口１０９が設けられた他方の端部に向かってわずかに下方に傾斜している。
【００７３】
また、液化室１０５は、銅（Ｃｕ）またはアルミニウム（Ａｌ）等の高い熱伝導性を有する材質で形成されている。この液化室１０５の上方には、ヒートシンク１０６がロウ付け等により密着して固定されている。なお、液化室１０５とヒートシンク１０６は、一体の部材から形成してもよい。さらに、液化室１０５は、車体等の熱容量の大きな周辺部材１０８に熱伝導可能に接続されている。したがって、液化室１０５は、ヒートシンク１０６からの放熱と、周辺部材１０８への伝熱によって冷却される。
【００７４】
接続管１０３、１０４は、一端がモータケース４の上方に接続され、他端が液化室１０５の出口１０９と入口１１０にそれぞれ接続されており、モータケース４の内部空間Ａと液化室１０５の流路１０７とを連通させる。接続管１０３、１０４は、銅等の金属配管で主に構成されているが、その金属配管の内周面がゴム等の弾性部材（図示しない）によって被覆されており、セルフシール機能を有している。したがって、振動等により金属配管の一部に亀裂が生じた場合にも、冷媒の内部圧力によって亀裂部がシールされるように構成されている。このシール構造によれば、内外の圧力差が大きい状況、例えば、高地等の外気圧が低い場所で、モータ１が比較的高温でモータケース４内の圧力が高い場合にも、接続管１０３、１０４からの冷媒の漏れをより確実に防止することができる。
【００７５】
したがって、上述の冷媒冷却装置１０２によれば、モータケース４内で蒸発して上昇する冷媒蒸気を接続管１０４を介して液化室１０５に導入すると、導入された冷媒蒸気は、液化室１０５内を流れながら徐々に冷却されて液化し、液相冷媒Ｃとして他方の接続管１０３を介してモータケース４内に戻される。なお、接続管１０３をステータ３のコイルエンド３４の直上に設けて、冷媒冷却装置１０２によって液化された液相冷媒Ｃを接続管１０３を介してコイルエンド３４に掛け流しながらモータケース４内に戻してもよい。
【００７６】
また、本実施形態の場合、モータケース４には、リリーフバルブとして高圧用逆止弁１１１および低圧用逆止弁１１２が設けられている。高圧用逆止弁１１１は、モータケース４の内部の圧力が所定の圧力Ｐhighを超えると開弁し、モータケース４内の冷媒を外部に排出することで、内部の圧力を下げる機能を有する。一方、低圧用逆止弁１１２は、モータケース４の内部の圧力が所定の圧力Ｐlow を下回ると開弁し、外部からモータケース４内に空気等を導入することで、内部の圧力を上げる機能を有する。
【００７７】
ここで、モータケース４は、その内外の圧力差の変化によって、その体積が変化する。外部の圧力に対してモータケース４の内部の圧力が過度に低くなり、体積が収縮しようとして、やがて、モータケース４が内側に凹んで圧壊する。この圧壊する限界の圧力をモータ圧壊限界Ｐminという。一方、モータケース４の内部の圧力が過度に高くなり、体積が膨張しようとして、やがて、モータケース４が外側に膨らんで破裂する。この破裂する限界の圧力をモータ破裂限界Ｐmaxという。
【００７８】
図８に示すように、高圧用逆止弁１１１が開弁される圧力Ｐhighは、モータ破裂限界Ｐmaxよりも低く設定されていると共に、低圧用逆止弁１１２が開弁される圧力Ｐlowは、モータ圧壊限界Ｐminよりも高く設定されている。したがって、モータケース４の内部の圧力は、安全に使用可能な、圧力Ｐhighと圧力Ｐlowの間の範囲内でのみ変化することとなる。
【００７９】
なお、設置スペースの制約や車両重量の軽量化のために、上述の冷媒冷却装置１０２は、できるだけ小型で軽量であることが好ましい。
【００８０】
以上により、第１の実施形態の変形例（１）のモータ１００の冷却構造によれば、モータ本体１０１の上方に、冷媒蒸気を液化するための冷媒冷却装置１０２を備えるので、モータケース４内で蒸発して上昇した冷媒蒸気を、冷媒冷却装置１０２によって効率的に冷却して液化し、モータケース４内に戻すことができる。したがって、上述のように、冷媒蒸気をモータケース４を介して輻射伝熱によって冷却する場合に比べて冷却効率を高くすることができるので、より省エネで、かつ、効率のよいモータ１００の冷却構造を実現することができる。
【００８１】
また、本実施形態によれば、モータケース４内の圧力変化を高圧用逆止弁１１１および低圧用逆止弁１１２によって所望の範囲内に維持できるので、内部圧力の上昇により体積が膨張してモータケース４が破壊したり、内部圧力の低下により体積が収縮してモータケース４が圧壊したりするのを防止できる。したがって、例えば、大気圧が低い高地で使用されるモータ１００に適用された場合にも、モータの冷却構造の信頼性をより向上させることができる。
【００８２】
（第１の実施形態の変形例（２）について）
次に、上述の第１の実施形態の変形例（２）として、モータケース４内に冷媒を補充するための液相冷媒増槽室２０１を備えたモータ２００の冷却構造について、図９を参照しながら説明する。
【００８３】
図９に示すように、モータケース４には、モータケース４内に液相冷媒Ｃを補充可能な液相冷媒増槽室２０１が接続されている。
【００８４】
液相冷媒増槽室２０１は、補充用の液相冷媒Ｃを収納する中空の密閉タンクであり、接続管２０２を介してモータケース４と接続されている。この接続管２０２は、その一端が液相冷媒増槽室２０１の側面の最下部または底面に開口するように接続されていると共に、その他端がモータケース４の側壁部４２（または４３）の所望の高さに開口するように接続されている。本実施形態では、液相冷媒Ｃの液位がステータ３の内周面とロータ２の外周面の間のエアギャップＧの底部に位置するように、この接続管２０２を接続する上述の高さは、ステータ３の内周面とロータ２の外周面の間のエアギャップＧの底部のわずかに下側に設定されている。
【００８５】
ここで、モータケース４内の冷媒は、モータケース４から外部へわずかに漏れ出しているので、冷媒を補充せずに長期間経過すると、モータケース４の底部に貯留した液相冷媒Ｃの液位が減少してしまい、モータを十分に冷却できなくなるおそれがある。
【００８６】
本実施形態の場合、液相冷媒増槽室２０１は、当初、その内部に液相冷媒Ｃが満杯に充填されている。その後、モータケース４の底部に貯留した液相冷媒Ｃが減少し、その液面が接続管２０２の開口にかかると、この液面の上方の冷媒蒸気が接続管２０２を介して液相冷媒増槽室２０１の中に流れる共に、液相冷媒増槽室２０１からモータケース４内に液相冷媒Ｃが減少した分だけ自然に供給される。したがって、液相冷媒増槽室２０１に当初十分な量の液相冷媒Ｃを収納しておけば、液相冷媒増槽室２０１内の補充用の液相冷媒Ｃが無くなるまでは、モータケース４内の液相冷媒Ｃを一定量に保つことができる。
【００８７】
また、本実施形態の場合、モータケース４には、余分な液相冷媒Ｃをモータケース４の外部へ排出するためのドレイン２０３が設けられている。ドレイン２０３は、モータケース４の所定の高さに開口するように設けられる。本実施形態では、液相冷媒Ｃの液位がステータ３の内周面とロータ２の外周面の間のエアギャップＧの底部に当初位置するように、このドレイン２０３を設ける上述の高さは、ステータ３の内周面とロータ２の外周面の間のエアギャップＧの底部のわずかに上側に設定されている。
【００８８】
これによれば、モータ２００を製造する際、モータケース４内に冷媒を充填する工程で、このドレイン２０３を開いた状態のまま、図示しない上方の供給口からモータケース４内に液相冷媒Ｃを供給する。モータケース４の底部に貯留する液相冷媒Ｃが徐々に増え、やがて所定量に達すると、ドレイン２０３から余分な液相冷媒Ｃが排出されるので、貯留している液相冷媒Ｃはそれ以上増えなくなる。その後、液相冷媒Ｃの供給を止めてドレイン２０３を閉じることで、適切な量の液相冷媒Ｃをモータケース４内に充填することができる。
【００８９】
以上により、第１の実施形態の変形例（２）のモータ２００の冷却構造によれば、徐々に減少する液相冷媒を補充するための液相冷媒増槽室２０１を備えるので、モータ２００の当初の冷却能力を長期間維持することができる。したがって、モータの冷却構造の信頼性をさらに向上させることができる。
【００９０】
（第１の実施形態の変形例（３）について）
次に、上述の第１の実施形態の変形例（３）として、前側の軸受２７を液封するための液相冷媒貯留部３４７を備えたモータ３００の冷却構造について、図１０を参照しながら説明する。
【００９１】
図１０に示すように、モータ３００は、上述の第１の実施形態と異なり、ロータ３０２に外部の動力伝達機構を直接連結できる、ロータ３０２の前端がモータケース３０４の外側に露出した構造のモータである。なお、モータ３００を構成するステータ３は、第１の実施形態と同様の構成を備えている。
【００９２】
ロータ３０２は、ロータコア２１およびエンドプレート２４、２５の中心に回転軸３２６が挿入して固定されており、該回転軸３２６の前後両端部に軸受２７、２８がそれぞれ取り付けられている。ロータ３０２は、軸受２７、２８を介してステータ３に対して回転自在に支持されている。回転軸３２６は、その前端に出力部３２９を有し、該出力部３２９は、外部にある動力伝達機構、例えば電気自動車の差動機構に連結可能である。
【００９３】
また、モータケース３０４は、その内周面にステータ３の外周面が固定される円筒部３４１と、該円筒部３４１の軸方向両端にそれぞれ固定され、その中心部に軸受２７、２８を支持する軸受支持部３４４、３４５が形成された一対の円板状の側壁部３４２、３４３とを有する。前側の側壁部３４２の中央には、回転軸３２６の出力部３２９を挿通可能な開口部３４６が形成されている。なお、円筒部３４１と一方の側壁部３４２（または３４３）は、一体の部材により形成してもよい。
【００９４】
ここで、軸受２７、２８は、例えばアンギュラ玉軸受等の転がり軸受であり、その内部には、転動体の潤滑のためにグリースが封入されているが、わずかに隙間がある。また、軸受２７の外輪の外周面とこれを支持する軸受支持部３４４の内周面との間にも隙間がある。そのため、軸受支持部３４４に軸受２７が支持された状態で、モータケース４の内部と外部の空間は、それらの隙間と側壁部３４２に形成された開口部３４６とを介して連通している。
【００９５】
さらに、モータ３００は、本実施形態の特徴として、モータケース３０４の軸受支持部３４４に液相冷媒Ｃを貯留するための液相冷媒貯留部３４７を備えている。
【００９６】
液相冷媒貯留部３４７は、モータケース３０４の側壁部３４２の内側面の中央部に設けられ、軸受支持部３４４の上方以外を囲むように設けられた壁部材３４８を備える。この軸受支持部３４４と壁部材３４８の間には、軸受支持部３４４に軸受２７が支持された状態で、液相冷媒Ｃが貯留される空間３４９が形成される。この空間３４９に液相冷媒Ｃをその液面が軸受２７の頂部を超える高さまで貯めることができるように、壁部材３４８は構成されている。なお、液相冷媒貯留部３４７の壁部材３４８には、回転軸３２６の挿通可能な開口部が形成されており、この開口部と回転軸３２６の隙間から液相冷媒Ｃが漏れないように、公知のオイルシール、磁性流体シール等を設けてもよい。
【００９７】
この構成によれば、上方の冷媒冷却装置１０２において冷却されて液化した冷媒は、接続管１０３を介して下方にある液相冷媒貯留部３４７に滴下される。液相冷媒貯留部３４７に液相冷媒Ｃが溜まり、その液面が軸受２７の頂部を超えると、軸受支持部３４４と軸受２７の内側が液相冷媒Ｃによって覆われる。このとき、軸受２７の内部隙間または軸受２７と軸受支持部３４４との隙間を介して連通していたモータケース３０４内部と外部の空間は、この貯留した液相冷媒Ｃによって連通しなくなる。すなわち、モータケース３０４の内部空間Ａは、外部に対して液封される。
【００９８】
以上により、第１の実施形態の変形例（３）のモータ３００の冷却構造によれば、液相冷媒貯留部３４７に貯留した液相冷媒Ｃによって軸受２７と軸受支持部３４４の内側を覆うことで、軸受２７の内部またはその周囲の隙間を介して蒸発した冷媒が外部に漏れたり、外部の空気等が内部に浸入したりするのを防ぐことができる。したがって、本実施形態のモータ３００の冷却構造は、複雑なシール構造を設けることなく、回転軸２６の出力部３２９がモータケース３０４の外側に露出した構造のモータ３００に好適に適用できる。
【００９９】
（第１の実施形態の変形例（４）について）
次に、上述の第１の実施形態の変形例（４）として、ロータ２に冷媒を噴霧するための冷媒噴霧手段４０１、４０２を備えたモータ４００の冷却構造について、図１１を参照しながら説明する。
【０１００】
図１１に示すように、モータ４００は、モータケース４内に、ロータ２の各端面に向けて霧状の冷媒を吹き付けるための冷媒噴霧手段４０１、４０２を備えている。このような冷媒噴霧手段４０１、４０２として、例えば、周知のインジェクタ等を用いてもよい。
【０１０１】
ここで、本実施形態の場合、ロータ２のロータコア２１の両端に設けられたエンドプレート２４、２５には、軸方向に貫通する円形の窓部２９が円周方向に等間隔に複数形成されている。これら複数の窓部２９は、ロータコア２１の埋込孔２３に埋め込まれた各永久磁石２２の端面の一部分が軸方向からこの窓部２９を介して見えるような位置に配置されている。
【０１０２】
冷媒噴霧手段４０１、４０２からロータ２の各端面に向かって霧状の冷媒を直接吹き付けることで、エンドプレート２４、２５の表面または窓部２９を介して見えるロータコア２１または永久磁石２２に付着した冷媒がロータコア２１および永久磁石２２から直接的または間接的に熱を奪いながら蒸発する。したがって、本実施形態によれば、ロータ２を効率よく冷却することができる。
【０１０３】
なお、エンドプレート２４、２５に形成される窓部２９は、その外形が円形でなくてもよい。また、ロータコア２１に埋設された一部の永久磁石２２が見えるように設けられてもよい。さらに、エンドプレート２４、２５に窓部２９を設けずに、上述で窓部２９が設けられていたのと同様の場所に霧状の冷媒を吹き付けることで、エンドプレート２４、２５を介して永久磁石２２やロータコア２１を間接的に冷却してもよい。
【０１０４】
また、冷媒噴霧手段４０１として、例えば、周知の超音波発生器等を用いて超音波によって冷媒を霧化してモータケース４の内部空間Ａ全体をこの霧状の冷媒で充満させてもよい。これによれば、ロータ２とステータ３の間のエアギャップＧ中にも霧状の冷媒を供給することができるので、冷却し難いロータ２の外周面、ステータ３の内周面等も積極的に冷却することができる。この場合、冷媒噴霧手段４０１は、所望量の霧を発生させる能力があれば、単体であってもよい。
【０１０５】
以上により、第１の実施形態の変形例（４）のモータ４００の冷却構造によれば、ロータ２に冷媒を噴霧するための冷媒噴霧手段４０１、４０２によって、ロータ２を積極的に冷却することができるので、ロータ２の永久磁石２２の減磁による出力低下等のおそれがない。したがって、高加速、高トルクを要求されるモータ４００においても、十分な冷却性能を得ることができ、高信頼性を保つことができる。
【０１０６】
（第２の実施形態について）
第１の実施形態では、モータケース内の底部に貯留した液相冷媒Ｃにステータのコイルエンドの一部を浸漬して冷却するモータの冷却構造について説明したが、次に、第２の実施形態として、ヒートパイプ５６０を用いてステータ５０３を冷却するモータ５００の冷却構造の構成について、図１２から図１４を参照しながら説明する。
【０１０７】
図１２に示すように、モータ５００は、上述の第１の実施形態と異なり、ロータ５０２に外部の動力伝達機構を直接連結できるように、ロータ５０２の前端がモータケース５０４の外側に露出した構造のモータである。
【０１０８】
ロータ５０２は、ロータコア２１およびエンドプレート２４、２５の中心に回転軸５２６が挿入して固定されており、該回転軸５２６の前後両端部に軸受２７、２８がそれぞれ取り付けられている。ロータ５０２は、軸受２７、２８を介してステータ５０３に対して回転自在に支持されている。回転軸５２６は、その前端に出力部５２９を有し、該出力部５２９は、外部にある動力伝達機構、例えば電気自動車の差動機構に直接連結可能である。
【０１０９】
モータケース５０４は、その内周面にステータ５０３の外周面が固定される円筒部５４１と、該円筒部５４１の軸方向両端に固定され、その中心部に軸受２７、２８を支持する軸受支持部５４４、５４５が形成された一対の円板状の側壁部５４２、５４３とを有する。側壁部５４２の中央には、回転軸５２６の出力部５２９を挿通可能な開口部５４６が形成されている。なお、円筒部５４１と一方の側壁部５４２（または５４３）は、一体の部材により形成してもよい。
【０１１０】
ステータ５０３は、図１３（ａ）に示すように、電磁鋼板を積層して一体に構成された分割コア５３４を円環状に複数連ねて配置し、その外側から筒状の締結部材５３５により締め付けることによって形成されたステータコア５３１を備える。ステータコア５３１は、その内周面とロータ５０２の外周面との間に予め設定された大きさの環状の間隙Ｇ（エアギャップ）が形成されるように、その内径が設定されている。各分割コア５３４は、そのティース部にコイル５３３が集中巻きで巻装されている。そのため、ステータ５０３には、分布巻のような円環状のコイルエンドが存在しない。なお、コイル５３３は、断面形状が円形状のものに限らず、例えば、矩形状であってもよい。
【０１１１】
集中巻でコイル５３３が巻装された隣接する分割コア５３４の間にはスロット空間５３２が形成される。各スロット空間５３２には、１本のヒートパイプ５６０がそれぞれステータコア５３１を軸方向に貫通するように設けられている。なお、本実施形態では、各スロット空間５３２内のコイル５３３とヒートパイプ５６０の間隙には、熱伝導性樹脂５３８が充填されているが、ヒートパイプ５６０とコイル５３３の間で直接接触する面積を十分に確保できれば、この間隙に熱伝導性樹脂５３８を充填しなくてもよい。
【０１１２】
図１２に示すように、ステータ５０３に設けられたヒートパイプ５６０は、その両端部５６２、５６３がステータコア５３１から軸方向に突出している。本実施形態では、両端部５６２、５６３は、その周辺空間に対する放熱面積をできるだけ増やすために、その先端に向かって半径方向に広がるフィン形状を備えている。また、図１３（ｂ）に示すように、ヒートパイプ５６０は、各スロット空間５３２内を貫通する中央部５６１が、隣接するコイル５３３からの受熱面積をできるだけ増やすために、半径方向に繰り返し折れ曲げられた形状を有する。なお、ヒートパイプ５６０は、その外形が直線棒状であってもよく、また、各スロット空間５３２に複数本設けられてもよい。
【０１１３】
ヒートパイプ５６０は、両端が気密に閉じられた中空管状の密閉容器５６４を備える。密閉容器５６４の内壁には、図示しない毛細管構造（ウィック）が設けられている。この密閉容器５６４の内部には、少量の冷媒（作動液）が真空密封されている。封入される冷媒（作動液）には、第１の実施形態で例示したものが利用可能である。
【０１１４】
次に、このような構成のモータ５００の動作について簡単に説明する。
【０１１５】
外部からの三相交流がモータ５００に供給されると、三相交流の各相の電流がステータ５０３に設けられたコイル５３３に流れ、供給される電流に応じてロータ５０２の回転方向に沿って回転磁界が形成される。これにより、外周に沿って交番磁界が形成されたロータコア５２１がこの回転磁界と相互作用し、吸引力および反発力が生ずることによりロータ５０２がステータ５０３に対して回転し、これにより回転軸５２６がロータ５０２と一体に回転する。
【０１１６】
ロータ５０２が回転する際、ステータ５０３は、コイル５３３が巻線抵抗により自己発熱すると共に、ステータコア５３１が渦電流の発生によって自己発熱する。また、ロータ５０２は、永久磁石５２２が磁気ヒステリシス損等により自己発熱すると共に、ロータコア５２１が渦電流の発生によって自己発熱する。
【０１１７】
このとき、ステータ５０３に設けられたヒートパイプ５６０は、その中央部５６１が受熱部となって加熱される。この中央部５６１で熱を吸収した液相冷媒Ｃは、蒸発（蒸散）して冷媒蒸気になる（蒸発潜熱の吸収）。この冷媒蒸気は、ヒートパイプ５６０の中央の空洞を通って放熱部となる両端部５６２、５６３に移動する。次に、冷媒蒸気は、両端部５６２、５６３で放熱し、凝縮して液相冷媒Ｃに戻り、密閉容器５６４の内壁の毛細管構造に吸収される（蒸発潜熱の放出）。次に、凝縮した液相冷媒Ｃは、毛細管現象によって両端部５６２、５６３から中央部５６１へ密閉容器５６４の内壁に沿って流れる。上述の一連の冷媒の相変化を伴う還流が連続的に生じることで、中央部５６１から両端部５６２、５６３へ熱が移動する。
【０１１８】
ここで、通電時のステータ５０３のコイル５３３には、高調波電流による電磁振動が発生する。コイル５３３の電磁振動は、これに接触しているヒートパイプ５６０の中央部５６１に伝達される。ヒートパイプ５６０の中央部５６１に伝達された電磁振動によって、密閉容器５６４全体が微小振動する。この微小振動によって、図５で示したのと同様の原理により、その密閉容器５６４の内壁に沿って流れる液相冷媒Ｃは乱流化が促進される。そのため、微小振動がない場合に比べて、その液相冷媒Ｃの流速が速くなり、中央部５６１および両端部５６２、５６３における密閉容器５６４の内壁の表面での熱伝導性が向上する。
【０１１９】
以上により、第２の実施形態のモータ５００の冷却構造によれば、冷媒を封入した複数のヒートパイプ５６０が集中巻タイプのステータ５０３のスロット空間５３２内を軸方向に貫通して設けられており、ステータ５０３のコイル５３３に隣接するヒートパイプ５６０の中央部５６１で受熱し、ステータコア５３１の端面から軸方向に突出したヒートパイプ５６０の両端部５６２、５６３から放熱する際、コイル５３３の電磁振動によりヒートパイプ５６０全体が振動して、内部の液相冷媒Ｃの乱流化が促進されるので、モータ５００において、十分な冷却性能を得ることができ、高信頼性を保つことができる。
【０１２０】
なお、本発明は例示された実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の改良および設計上の変更が可能であることは言うまでもない。
【０１２１】
例えば、上述の実施形態では、外部から供給される電流により回転駆動される電動機を例に挙げて説明したが、本発明の冷却構造の適用対象は、これに限るものではなく、発電機や、発電機および電動機の機能を有するモータジェネレータにも適用可能である。
【０１２２】
また、上述の実施形態では、密閉ケース内に回転軸が収納された構造のモータについて説明したが、本発明の冷却構造は、回転軸が密閉ケースの外側に露出した構造のモータにおいて、回転軸と該回転軸が嵌挿される密閉ケースの開口部との間に、例えば、磁性流体シール、オイルシール等の公知のシール部材を設けることで密閉ケース内を気密に保つ構造にしたモータにも適用可能である。
【産業上の利用可能性】
【０１２３】
以上のように、本発明によれば、省エネで、かつ、効率のよいモータの冷却構造を実現できるので、モータを電動機または発電機として用いる自動車、列車、プラント、工作機械、ロボット等の技術分野において好適に利用される可能性がある。
【符号の説明】
【０１２４】
１、１００、２００、３００、４００、５００  モータ
２、３０２、５０２  ロータ
３、５０３          ステータ
４、３０４          モータケース（密閉ケース）
２７、２８          軸受
３３、５３３        コイル
３４、３５          コイルエンド（振動伝達手段）
３４４              軸受支持部（支持部）
１０２              冷媒冷却装置（放熱部、冷却室）
１１１              高圧用逆止弁
１１２              低圧用逆止弁
２０１              液相冷媒貯留部（貯留部）
５６０              ヒートパイプ（密閉ケース、振動伝達手段）
５６２、５６３      密閉パイプ５６０の両端部（放熱部）
【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７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図６】
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