(57)【要約】【課題】  電動機の大型化を抑えつつも冷却効率を向上できる電動機の温調構造の提供を図る。【解決手段】  電動機１の固定子２および回転子５を収容するケース９は、互いに略平行に設けられ且つ間隔をあけて配列された複数の断面略円形の第一冷却流路２４と、第一冷却流路２４同士の間に略平行に配置され且つ第一冷却流路２４よりも小径に形成された第二冷却流路２５と、を備える。これにより、第一冷却流路２４の空きスペースを利用して第二冷却流路２５を増設できる。そのため、電動機１の大型化を防止しつつ電動機１の冷却効率を向上できる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動機の外装を形成するケースと、
前記ケースに収容され磁力を発生させる磁力発生部を有する固定子と、
前記固定子の磁力によって回転する回転子と、
を備え、
前記ケースには、互いに略平行に設けられ且つ間隔をあけて配列された複数の断面略円形の第一冷却流路と、前記第一冷却流路同士の間に略平行に配置され且つ前記第一冷却流路よりも小径に形成された第二冷却流路と、を備えることを特徴とする電動機の温調構造。
【請求項２】
請求項１に記載の電動機の温調構造であって、
前記第二冷却流路を開閉する開閉弁を備えることを特徴とする電動機の温調構造。
【請求項３】
請求項２に記載の電動機の温調構造であって、
前記開閉弁は、前記第二冷却流路の開度を調整自在であることを特徴とする電動機の温調構造。
【請求項４】
請求項３に記載の電動機の温調構造であって、
前記開閉弁の弁開度は、前記電動機の温度に基づいて開閉されることを特徴とする電動機の温調構造。
【請求項５】
請求項４に記載の電動機の温調構造であって、
前記電動機の温度に基づいて前記開閉弁の弁開度を制御する制御器を備えることを特徴とする電動機の温調構造。
【請求項６】
請求項１〜５の何れか１項に記載の電動機の温調構造であって、
前記電動機を加熱自在な加熱機構をさらに備えることを特徴とする電動機の温調構造。
【請求項７】
請求項６に記載の電動機の温調構造であって、
前記加熱機構は、
前記電動機外に設けられ且つ温媒が流通する温媒流通路と、
前記温媒流通路と前記冷却流路の少なくとも一つとを接続して前記温媒流通路の温媒の少なくとも一部を該冷却流路にバイパスさせる連通路と、
前記連通路の開度を調整可能な調整弁と、
を備えることを特徴とする電動機の温調構造。
【請求項８】
請求項７に記載の電動機の温調構造であって、
前記温媒流通路は、
燃料電池システムの一部を構成するもので、且つ、圧縮機で圧縮した空気を燃料電池に送風するための送風通路であることを特徴とする電動機の温調構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動機の温調構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の電動機の温調構造には、電動機を冷却するため、回転子および固定子を収容する略筒状のケースに、軸方向に延びる冷却流路を周方向に向けて複数配列したものがある（例えば特許文献１照）。
【特許文献１】実開平６−３６３５５号公報（第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ここで、前記従来の温調構造において冷却効率を向上させる場合、冷却流路の径を大きくすると、ケースが大きくなり電動機全体が大きくなってしまう。そのため、電動機の占有スペースに制限がある場合は、冷却効率を向上できない場合がある。
【０００４】
そこで、本発明は、電動機の大型化を抑えつつも冷却効率を向上できる電動機の温調構造の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
前記目的を達成するために、この発明の電動機の温調構造は、電動機の外装を形成するケースと、前記ケースに収容され磁力を発生する磁力発生部を有する固定子と、前記固定子の磁力によって回転し且つ回転力を外部に出力する出力軸を有する回転子と、を備え、
前記ケースには、互いに略平行に設けられ且つ間隔をあけて配列された複数の断面略円形の第一冷却流路と、前記第一冷却流路同士の間に略平行に配置され且つ前記第一冷却流路よりも小径に形成された第二冷却流路と、を備えることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００６】
この発明によれば、第一冷却流路に対して第二冷却流路を小径にしたことで、第一冷却流路同士の間に生じるスペースを利用して冷却流路の総通路断面積を増やすことができる。これによりケースの大型化を押さえつつ電動機の冷却効率を向上できる。つまり電動機の大型化を押さえつつも電動機の冷却効率を向上できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、この発明の実施形態を図面に基づき説明する。
【０００８】
〔第１実施形態〕
本実施形態の電動機の温調構造について図１から図３を参照しながら説明する。図１は本実施形態で用いる電動機の断面図、図２は図１におけるＩＩ−ＩＩ断面、図３は本実施形態の電動機の温調構造の模式図である。
【０００９】
まず図１および図２を参照しながら電動機１の構成について説明する。電動機１（この例では同期方式の交流電動機）は、固定子２と、回転子５と、ケース９と、備えている。
【００１０】
固定子２は、略円柱状の回転子５の外周側を取り囲むように略円筒状に形成されている。固定子２は、磁束を発生する磁力発生部としてのコイル３と、このコイル３を保持するとともに磁束が通る磁路を形成する固定子コア４と、を備えている。
【００１１】
回転子５は、磁石を内蔵し磁路を形成する略円柱形状の回転子コア６と、回転子コア６の中心軸線上に設けられ外部に回転力を伝達する出力軸７と、を備えている。
【００１２】
ケース９は、回転子５および固定子２を収容する。このケース９は、固定子２の外周面に沿って形成された筒状（この例では円筒状）のケース本体１４と、ケース本体１４の前端開口部を覆う前部カバー１５と、ケース本体１４の後端開口部を覆う後部カバー１６と、を備えている。これら前部カバー１５および後部カバー１６には、軸受８を介して回転子５の出力軸７が回転自在に支持されている。
【００１３】
電動機１の前端側（図１中右側）には、ケース９内に端子台が設置されている。この端子台は、ケース９内面に固定されている端子台本体１０と、端子台本体１０を覆う端子台カバー２３と、を備えて構成されている。コイル３の一部であるコイルリード線１１とこのコイルリード線１１に接続されるケーブルＫとは、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各相ごとに端子台本体１０にナット１３で固定されている。ケーブルＫは、ケース９及び端子台本体１０を貫通するように保持され、電動機１に要求出力に応じた電流を通電する。この通電により固定子２のコイル３が励磁することで回転子５が回転し、出力軸７の回転力（動力）を電動機１外で取り出すことができる。なお、端子台はケーブルＫの揺動を防ぐ機能を有するとともに、各相の端子１２同士の間の絶縁機能、端子１２とケース９との間の絶縁機能を有する。
【００１４】
電動機１後端側（図１中左側）には、出力軸７の回転角度を検出する回転センサ（本実施例ではレゾルバ）が設置されている。この回転センサとしてのレゾルバは、レゾルバ固定子１８とレゾルバ回転子１９とを備えて構成されており、レゾルバカバー１７で覆われている。レゾルバ回転子１９は、出力軸７端部に固定されて、出力軸７すなわち回転子５と一体的に回転する。一方、レゾルバ固定子１８は、レゾルバ回転子１９の外周側に配置され、コイル３すなわち固定子２と相対位置が一致している。これにより、レゾルバは、レゾルバ固定子１８とレゾルバ回転子１９との位置関係により、固定子２のコイル３と回転子５内の磁石との位置関係を検出できるようになっている。
【００１５】
次に、電動機１の温調構造について説明する。
【００１６】
電動機１のケース９には、図１および図２に示すように電動機１を冷却するための冷却流路（第一冷却流路２４及び第二冷却流路２５）が設けられている。
【００１７】
第一冷却流路２４は、図１に示すようにケース本体１４の軸方向に沿って略平行に設けられ、また図２に示すように固定子２に近接するようにケース本体１４の内周面に沿って円周方向に等間隔に配列されている。
【００１８】
一方、第二冷却流路２５は、図２に示すように第一冷却流路２４より小径に形成され、且つ、第一冷却流路２４同士の間のスペースに第一冷却流路２４と平行に設けられている。この第二冷却流路２５も第一冷却流路２４と同様に固定子２に近接するようにケース本体１４の内周面に沿って円周方向に等間隔に配列されている。
【００１９】
これら冷却流路２４、２５は、冷媒（この例では冷却水）を循環させる図示せぬ冷媒循環路回路に接続されている。具体的には、図３に示すように冷却流路２４、２５は、その上流側が冷媒入口２６およびチャンバー（分配部）２２を介して循環回路に接続されており、下流側がチャンバー（合流部）２１および冷媒出口２７を介して循環回路に接続されている。実際に、図示せぬポンプにより冷媒循環回路内を冷媒が循環すると、電動機１内に導入される冷媒は、冷媒入口２６→チャンバー２２→冷却流路２４、２５→チャンバー２１→冷媒出口２７の経路を経て、電動機１外に排出される。
【００２０】
ここで、第二冷却流路２５には図３に示すように開閉弁３０が設けられていて、第二冷却流路２５を開閉できるとともにその流量を調整できるようになっている。この実施形態では、開閉弁３０は、制御器２９からの信号により開閉制御が行われる。図３中符号３１は制御線であり、図３中符号３２は制御線３１が貫通する開口を密閉するためのシール材である。
【００２１】
制御器２９は、電動機１の固定子２のコイル３の温度をモニタし、このコイル３の検出温度に基づいて制御信号を生成して開閉弁３０の弁開度を制御する。制御器２９は、コイル温度が第１設定温度以上になると開閉弁３０を開き且つコイル温度が第１設定温度から離れるにしたがって開閉弁３０の弁開度を大きくなるように制御している。なお、第１設定温度は電動機１を運転するのに適切な温度範囲のうちの一点であり、実験やシュミレーションなどの結果を基に予め設定される。例えば電動機１の適正温度範囲の上限値に近い一点に設定される。
【００２２】
次に、本実施形態の作用について説明する。
【００２３】
図示せぬ制御器からの要求出力に応じて、ケーブルＫおよびコイルリード線１１を介して三相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）のコイル３に電流が流れると、固定子２のコイル３で発生する磁束と、回転子５の磁石と、の磁場作用により回転子５が回転する。この回転子５の回転を電動機１のケース９外に露出する出力軸７から取り出して、動力として利用する。
【００２４】
この際、コイル３は発熱する。コイル３の温度は、平常時には第１冷却流路２４を流れる冷媒によって冷却されてコイル３の適正温度範囲内に維持される。しかし、コイル３の温度は、高負荷時には第１冷却流路２４を流れる冷媒だけでは次第に上昇してしまう場合がある。このような場合、コイル３の温度が第１設定温度を超えた際に制御器２９の制御信号により開閉弁３０が開いて、第二冷却流路２５に冷媒が流れる。これにより、コイル３の温度が適正温度範囲よりも高温にオーバーシュートしないようになっている。なお、開閉弁３０はふたたび第１設定温度以下になると開閉弁３０は完全に閉じる。
【００２５】
このように第１実施形態では以下の効果を得ることができる。
【００２６】
（１）この第１実施形態によれば、第二冷却流路２５を第一冷却流路２４より小径にして第一冷却流路２４同士の間に設けたので、第一冷却流路２４の空きスペースを利用して第二冷却流路２５を増設できる。そのため、電動機１の大型化を防止しつつ電動機１の冷却効率を向上できる。
【００２７】
また、第一冷却流路２４及び第二冷却流路２５の断面を略円形とし、且つ、それぞれの冷却流路を互いに平行に設けたので、機械加工により容易に冷却流路２４および２５を制作できる。なお、本発明において略円形とは楕円形や５角形以上の角形を含むものとする。
【００２８】
（２）また、この第１実施形態によれば、流路２４および流路２５の断面が真円形であるため、特に機械加工が容易となる。
【００２９】
（３）また、この第１実施形態によれば、冷却流路２４、２５を筒状のケース本体１４の軸方向（この例では出力軸７の軸線と一致する）に向けて設けたため、ケース本体の１４の肉厚も最も薄くできる。
【００３０】
（４）また、この第１実施形態によれば、第二冷却流路２５を開閉する開閉弁３０を備えるため、発熱があまり多くない平常時には第一冷却流路２４のみに冷媒を流通させ、発熱量が多くなる高負荷時には第一冷却流路２４に加えて第二冷却流路２５にも冷媒を流通させることができる。このように平常時と高負荷時とで冷媒流量を変更できるため、高負荷時には冷却効率を向上させて電動機１の最大出力を向上でき、一方、平常時には電動機１の過冷却を防止でき、且つ、冷媒循環回路のポンプの吐出負荷を軽減できる。
【００３１】
（５）また、この第１実施形態によれば、開閉弁３０は弁開度（冷媒流量）を調整可能なタイプであるため、第二冷却流路２５を開いた際にも第二冷却流路２５を流通する冷媒流量を調整できる。これにより電動機１の温度制御がさらに容易になる。
【００３２】
（６）また、この第１実施形態によれば開閉弁３０の弁開度は電動機１の温度に基づくので、その他の因子（例えばコイルの電流量や出力軸の負荷など）を基づくものと比べ、確実に電動機１を適正温度範囲内に維持できる利点がある。
【００３３】
（７）なお、本発明では開閉弁としては例えば温度に応じて自身が変形するバイメタルを用いて開閉弁を構成してもよい。しかしこの第１実施形態によれば、制御器２９による外部制御により開閉される開閉弁３０であるため、任意のタイミング及び電動機１の温度変化に素早く追従でき、制御性に優れる利点がある。
【００３４】
（８）また、この第１実施形態によれば、制御器２９が検出する電動機１の温度が発熱部位であるコイル３の温度であるため、さらに制御性に優れる利点がある。
【００３５】
〔第２実施形態〕
次に本発明の第２実施形態について図４および図５を参照しつつ説明する。なお、以下の実施形態で第１実施形態と同一または類似の構成については同一符号を付けて構成ならびにその作用効果の説明を省略する。
【００３６】
この第２実施形態は、開閉弁の変形例を示すものであり、図４（ａ）及び図５（ａ）は図１中ＩＩ−ＩＩ断面に対応する模式図であり、図４（ｂ）及び図５（ｂ）は第二冷却流路２５と開閉弁３３の位置関係を示す模式図である。なお、図４は第二冷却流路２５が閉の状態すなわち第二冷却流路２５に冷媒が流れていない状態を示し、図５は第二冷却流路２５が開の状態すなわち第二冷却流路２５に冷媒が流れている状態を示している。
【００３７】
この第２実施形態の開閉弁３３は、第１実施形態の開閉弁３０と異なり、一つの部材からなる開閉弁３３で全ての第二冷却流路２５を開閉できるものである。この開閉弁３３は、略ドーナツ形状のプレートで形成され、第二冷却流路２５と同一形状の開口部３３ａが第二冷却流路２５と同じ数だけ同じ間隔で設けられている。この開閉弁３３は、ケース本体１４と後部カバー１６の間に回転スライド可能に配置され、ケース９内に設けられた小型電動機３４により回転駆動するようになっている。小型電動機３４は制御線３１を介して制御器２９と接続され、制御線３１が通る電動機１の開口部にはシール材３２が設けられている。
【００３８】
次に、この第２実施形態の作用について説明する。
【００３９】
この第２実施形態は基本的に第１実施形態と同様であるので、開閉弁３３の作用についてのみ説明する。制御器２９は、電動機１のコイル温度を測定した値が第１設定温度以上と判断した場合は、小型電動機３４を回転させて開閉弁３３の開口部３３ａと第二冷却流路２５が同位置となるようにする。これにより、冷媒が第二冷却流路２５にも流れることとなる。一方、制御器２９は、電動機１のコイル温度を測定した値が第１設定温度以下と判断した場合は、小型電動機３４を再び回転させて開閉弁３３開口部３３ａと第二冷却流路２５が重ならない位置となるようにする。これにより、第二冷却流路２５には冷媒が流入しないこととなる。
【００４０】
このようにこの第２実施形態では以下の効果を得る。
【００４１】
第２実施形態では、第１実施形態のように開閉弁３０を各第二冷却流路２５ごとに設けるのではなく、一つの開閉弁３３で複数（この例では全て）の第二冷却流路２５を開閉できるので、第１実施形態と比較して部品点数を削減ができる。また、組付作業性が向上する。
【００４２】
〔第３実施形態〕
第３実施形態を図６を参照しながら説明する。図６は図２相当の断面図である。この第３実施形態の電動機１は、燃料電池車の駆動電動機として構成されていおり、電動機１の温調構造は電動機１に付設された燃料電池システムの一部２５Ａを利用したものである。
【００４３】
この第３実施形態では、冷却用の第二冷却流路２５の一部を電動機１の暖気のために用いる点で第１実施形態と異なっている。
【００４４】
電動機１外には、圧縮機３５（なお、圧縮機３５は図示せぬ他の電動機で駆動する）で圧縮した空気（温媒）を燃料電池３７へ送るための送風通路（温媒流通路）４０が設けられている。この送風通路４０には、この送風通路４０と、電動機１の冷却通路２５の一部の冷却流路２５Ａと、を連通する連通路４１（４１ａ、４１ｂ）が接続されており、これにより送風通路４０を流通する空気の少なくとも一部を、図６中矢示４３に示すように冷却流路２５Ａにバイパスさせることが可能となっている。連通路４１には開度を調整可能な調整弁３６が設けられ、この調整弁３６の開度は制御器３８により制御されるようになっている。なお、図６中符号３１は制御器３８と調整弁３６とをつなぐ制御線であり、図６中符号３２は連通路４１が貫通する電動機１の開口部に設けられたシール材３２である。
【００４５】
次に、この第３実施形態の作用を説明する。
【００４６】
この第３実施形態の作用は基本的に第１実施形態と同様で、以下の点を追加したものである。制御器３８は、システム稼働時（特に起動直後）において図示せぬ温度センサの検出結果により電動機１のコイル温度が第２設定温度より低いと判断した場合、これに基づき調整弁３６を開き、第２設定温度より低ければ低いほどバイパス流量を増やすように制御する。
【００４７】
なお、第２設定温度は電動機１を運転するのに適切な温度範囲のうちの一点で且つ前記第１設定温度以下（第１設定温度も含む）の温度であり、実験やシュミレーションなどの結果を基に予め設定される。例えば電動機１の適正温度範囲の下限値に近い一点に設定される。
【００４８】
このように第３実施形態では以下の効果を得ることができる。
【００４９】
この第３実施形態によれば、第二冷却流路２５の一部２５Ａに空気圧縮機３５で圧縮した高温空気（温媒）を流通自在な構成により、電動機１が冷えすぎて問題となる場合に電動機１を暖めることが可能となる。
【００５０】
例えば、電動機１が永久磁石式同期電動機である場合、磁石の磁力は低温になるほど強くなる。そのため、電動機１外部（車両の駆動軸）から高回転で出力軸７および回転子５が回転させられ、かつ、電動機１が低温であるために固定子２側の磁力発生の強くなると、電動機１の端子１２間に過電圧が発生する可能性がある。しかし、この第３実施形態では、車両走行用電動機１において、過電圧が発生する可能性のある磁石温度（第２設定温度以下）では、電動機１ケース９を暖めて過電圧が出ない程度の温度まで上昇させてから車両の運転を開始することで過電圧の発生を回避できる。
【００５１】
また、この第３実施形態によれば、電動機１の温度として電動機１の発熱源であるコイル温度を直接検出することで、温調制御を素早くできる利点がある。
【００５２】
なお、第３実施形態においては、電動機１の温度が低いときに加熱できる構造であれば、本発明にあってはその他の構造に変更してもよい。また、第３実施形態のように燃料電池システム中の温媒を利用して加熱する構造に限られず、本発明にあってはその他のシステムの温媒を利用する構造であってもよい。
【００５３】
なお、本発明においては例えば、以下のような変更が可能である。  
第１〜第３実施形態ではコイル温度を基準に第二冷却流路２５の開閉制御を行っているが、本発明では電動機の温度であればコイル以外のその他の部位の温度を基準にしてもよい。また、その他の因子を基準にしてもよい。
【００５４】
また、第１〜第３実施形態においては冷却流路２４、２５の形状を軸方向に平行な流路としたが、本発明では流路形状を限定するものではなく例えばＵターン型にしてもよい。また、冷媒の流通方向も限定するものではない。
【００５５】
また、本発明では第一冷却流路及び第二冷却流路の数は電動機１の発熱量に応じて設計変更できる。
【００５６】
また、本発明では冷却流路の断面形状を真円形としたが楕円形にしてもよい。
【００５７】
また、本発明では第二冷却流路の開閉弁は、第二冷却流路を開閉できれば開閉弁の種類は例えばスライス式開閉弁、フラッパ式開閉弁、バタフライ式開閉弁、ボール式開閉弁などに限られずその他の形態であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明の第１実施形態に係る電動機の軸方向の断面図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る電動機の円周方向の断面図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係る電動機の温調構造の模式図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係る電動機の温調構造の第二冷却流路未使用時を示す模式図である。
【図５】本発明の第２実施形態に係る電動機の温調構造の第二冷却流路使用時を示す模式図である。
【図６】本発明の第３実施形態に係る電動機の温調構造の模式図である。
【符号の説明】
【００５９】
１…電動機
２…固定子
３…コイル（磁気発生部）
５…回転子
７…出力軸
９…ケース
２４…第一冷却流路
２５…第二冷却流路
２９…制御器
３０…開閉弁
３３…開閉弁
３５…圧縮機
３６…調整弁（加熱機構）
３７…燃料電池
４０…温媒流通路（加熱機構）
４１…連通路（加熱機構）
４３…温媒の流通方向
Ｆ…冷媒の流通方向
【図１】
2005354809.tif 000003
【図２】
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【図３】
2005354809.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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