(57)【要約】      （修正有）【課題】エアギャップに沿って流れる冷却液の粘性が引き起こす引き摺り力に起因して出力トルクが低下する問題を回避可能な電動機冷却システムを提供する。【解決手段】電動機１を冷却する冷却システムにおいて、流路配管を介して冷却液９を圧送し、循環させる圧送部２と、循環する冷却液９を回転子１０の一方の端面１１Ａ側から回転子１０の外周面上へと吐出する吐出口４１を備える吐出部４０と、冷却液９を回収する液溜り８と、を備える。吐出方向は、回転子１０の周方向に沿って回転方向に進む第１方向成分および一方の端面１１Ａ側から回転子１０の回転軸方向に進む第２方向成分を含み、圧送部２は、冷却液９の流速のうち、第１方向成分に沿った流速成分が回転子１０の回転速度に同調するように冷却液９の圧送力を調整する圧送制御部３を含む。液溜り８により回収された冷却液９を、流路配管を介して吐出部４０に循環させる。【選択図】図１
2017108502.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸を中心に回転する回転子と前記回転子を周方向に取り囲む固定子とがエアギャップを介して対向配置された電動機を冷却する冷却システムにおいて、
流路配管を介して冷却液を圧送し、前記電動機との間で前記冷却液を循環させる圧送部と、
前記循環する冷却液を前記回転子の一方の端面側から回転子外周面上へと吐出する吐出口を備える吐出部と、
前記吐出された冷却液を回収する液溜りと、を備え、
前記吐出部は、前記回転子の周方向に沿って回転方向に進む第１方向成分および前記一方の端面側から前記回転子の回転軸方向に進む第２方向成分を含む吐出方向に前記冷却液を吐出し、
前記圧送部は、前記冷却液の流速のうち、前記第１方向成分に沿った流速成分が前記回転子の回転速度に同調するように前記冷却液の圧送力を調整する圧送制御部を含み、前記液溜りにより回収された冷却液を、前記流路配管を介して前記吐出部に循環させる、ことを特徴とする冷却システム。
【請求項２】
前記圧送制御部は、前記電動機のトルク負荷の計測結果または前記回転子の回転速度の計測結果に従って前記圧送部が前記冷却液を圧送する圧力を制御することにより、前記第１方向成分に沿った流速成分が前記回転子の回転速度に同調するように前記第１方向成分に沿った流速成分を調整する、
ことを特徴とする、請求項１記載の冷却システム。
【請求項３】
前記回転子は、前記回転子の一方の端面側から前記回転軸方向に沿った所定幅にわたって回転子外周面を径方向に切り欠いて形成された一つ以上の流入切欠き溝を備え、
前記流入切欠き溝は、前記吐出口から前記吐出方向に吐出される冷却液を受け止めて前記回転子と前記固定子との間のエアギャップ内における前記吐出方向に沿って導くように、回転子外周面に沿った回転方向に捩じって形成されている、
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の冷却システム。
【請求項４】
前記回転子は、前記冷却液が回転子外周面上から前記回転子の他方の端面に流出する排液路を形成する一つ以上の流出切欠き溝を備え、
前記流出切欠き溝は、回転子外周面上において前記他方の端面から前記回転軸方向に沿った所定幅にわたって捩じり形成されており、前記流出切欠き溝の形成個数は、前記流入切欠き溝の形成個数よりも多い、
ことを特徴とする請求項３記載の冷却システム。
【請求項５】
前記回転子は、回転子外周面を周方向に周回しながら前記回転子の一方の端面側から他方の端面側に達する螺旋形状に切り欠いて形成された一つ以上のガイド溝を備え、
前記ガイド溝は、前記吐出方向に吐出された前記冷却液を、前記回転子と前記固定子との間のエアギャップ内における前記吐出方向に沿って導きながら前記回転子の外周表面上を前記一方の端面側から前記他方の端面側へと達するように、回転子外周面に沿って回転方向に捩じれた螺旋形状に形成されている、
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の冷却システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、電動機の運転により生じる発熱を抑制することによって電動機の過熱を防止する冷却システムと関係する。
【背景技術】
【０００２】
永久磁石を備えた回転子を使用した電動機は、高出力かつ高効率であるため、広く車両等に利用されている。当該電動機の高速回転領域では、回転子を構成する永久磁石に発生する渦電流により永久磁石が発熱し、これにより回転子の磁性が劣化し、結果として、電動機の性能も劣化するという問題がある。この問題を解決するため、従来技術においては、電動機の運転により生じる発熱を抑制する冷却システムを設け、それによって電動機の過熱を防止している。このような冷却システムの例としては、以下の特許文献１乃至３記載の冷却システムが挙げられる。なお、当該電動機が低速回転領域において高トルクで運転されている場合の発熱量は、回転子側よりも固定子側の方が大きくなるので、回転子と共に固定子をも冷却可能な冷却システムを設けることが好適である。
【０００３】
特許文献１記載の発明では、電動機が高速回転領域または低速回転領域のいずれにあるかに応じて冷却オイルの供給経路を回転子側と固定子側との間において切り替える。その際、冷却オイル供給機構は、電動機の回転軸を貫通する第１流路と接続する形で設けられ、高速回転時または低速回転時のいずれであるかに応じて、第１流路と連通させる連通先流路を、回転子内部を通る第２流路と固定子内部を通る第３流路との間で切り替える。また、特許文献２記載の発明は、回転子と固定子がエアギャップを介して対向配置され、エアギャップが浸かるように潤滑用のオイルを貯留した電動機における発熱を抑制する冷却システムを開示している。当該電動機では、磁性部材により形成され、回転子内に格納された突出部が、固定子からの磁力線により進出退避自在に形成されている構成を有するので、当該突出部がオイル溜り内のオイルを効率良く掻き上げることにより、オイル量を不足なく掻き上げて供給する。
【０００４】
また、特許文献３記載の電動機は、固定子の上方に設けられた冷却液の流路と、当該流路からの冷却液を回転子及び固定子に向けて吐出する第１乃至第３の噴出孔とを備える。その際、第１の噴出孔は、コイルエンドの上方の流路に設けられて冷却液を筐体内へ吐出し、第２の噴出孔は、固定子鉄心上方の流路に設けられて冷却液を筐体内へ吐出し、第３の吐出孔は、流路の両端に設けられ、冷却液を回転子の軸受けに効率よく供給するように形成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−１２５２３５号公報
【特許文献２】特開２００９−２４７０５３号公報
【特許文献３】特開２０１４−１０７９０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１記載の発明では、冷却オイル供給機構は、電動機の回転軸を貫通するように設けた第１流路と接続しているので、回転子の回転に同調して回動自在に構成しなくてはならない。また、特許文献１記載の発明では、回転軸を貫通する第１流路と連通する連通先を、回転子内部を通る第２流路と固定子内部を通る第３流路との間で切り替え自在とする機構を実現する必要がある。従って、特許文献１記載の発明では、冷却オイル供給機構および第１流路乃至第３流路によって構成される冷却システムの可動機構構造が複雑となり、当該可動機構構造の機械的な破損や劣化に起因する故障を生じやすい。
【０００７】
また、特許文献２および特許文献３記載の発明では、循環する冷却液が回転子の表面または内部を絶え間なく連続的に流れるように冷却液の循環サイクルが形成されていないため、冷却効率が悪い。また、特許文献２記載の発明では、回転子に設けた当該突出部がオイル溜り内のオイルを掻き上げる際の抵抗力が電動機の出力トルクを低下させてしまう。また、特許文献３記載の発明において冷却効率を上げるためには、回転子、固定子及び軸受けの寸法設計および電動機の運転条件に応じて、第１乃至第３の噴射孔の設置位置および吐出方向を緻密に最適化しなくてはならない。そのため、特許文献３記載の発明では、冷却システムを含めた電動機の製造コストの増加や歩留まりの低下を生じやすい。
【０００８】
そこで、回転子と固定子とがエアギャップを介して対向配置された電動機内において、循環サイクル内を循環する冷却液が当該エアギャップに沿って絶え間なく連続的に流れる流路を形成するようにすれば、回転子の外周面と固定子の内周面を同時に冷却することができる。その結果、特許文献１に開示されるような複雑な可動機構構造を設ける必要なしに、回転子と固定子の表面を絶え間なく連続的に流れる冷却液によって、回転子と固定子を効率的に冷却することが可能となる。
【０００９】
しかしながら、循環する冷却液が当該エアギャップに沿って絶え間なく連続的に流れる流路を形成すると、さらに別の問題が発生する。すなわち、回転子と固定子との間を浸している冷却液の粘性に起因して、固定子に対して回転子が回転しようとする力を妨げる引き摺り力が発生する結果、回転子が当該引き摺り力を受けることにより電動機の出力トルクが低下してしまう。また、回転子と固定子との間を浸している冷却液の粘性に起因して、回転子が回転する際に冷却液との間に摩擦熱が発生し、エアギャップ内を流れる冷却液による冷却効果を減殺してしまう。
【００１０】
以上の問題点に鑑み、本発明に係る少なくとも一つの実施形態は、回転子と固定子とがエアギャップを介して対向配置された電動機内において、回転子と固定子を効率的に冷却するために当該エアギャップに沿って流れる冷却液の粘性が引き起こす引き摺り力に起因して出力トルクが低下する問題を回避可能な冷却システムを実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
（１）本発明に係る幾つかの実施形態は、回転軸を中心に回転する回転子と前記回転子を周方向に取り囲む固定子とがエアギャップを介して対向配置された電動機を冷却する冷却システムであって、
流路配管を介して冷却液を圧送し、前記電動機との間で前記冷却液を循環させる圧送部と、
前記循環する冷却液を前記回転子の一方の端面側から回転子外周面上へと吐出する吐出口を備える吐出部と、
前記吐出された冷却液を回収する液溜りと、を備え、
前記吐出部は、前記回転子の周方向に沿って回転方向に進む第１方向成分および前記一方の端面側から前記回転子の回転軸方向に進む第２方向成分を含む吐出方向に前記冷却液を吐出し、
前記圧送部は、前記冷却液の流速のうち、前記第１方向成分に沿った流速成分が前記回転子の回転速度に同調するように前記冷却液の圧送力を調整する圧送制御部を含み、前記液溜りにより回収された冷却液を、前記流路配管を介して前記吐出部に循環させる、ことを特徴とする。
【００１２】
上記（１）の構成によれば、回転子と固定子に挟まれるエアギャップに沿って流れる冷却液の流速成分のうち、回転子の周方向に沿って回転方向に進む流速成分が回転子の回転速度に同調するように冷却液の圧送力が調整される。従って、回転子と固定子との間を浸している冷却液の粘性に起因して、固定子に対する回転子の回転を妨げる引き摺り力の発生を可能な限り抑制することができる。その結果、上記（１）の構成によれば、当該エアギャップに沿って流れる冷却液によって回転子と固定子を効率的に冷却しながら、回転子と固定子との間を浸している冷却液の粘性が引き起こす引き摺り力に起因する出力トルク低下を回避可能な冷却システムを実現することができる。
【００１３】
（２）本発明に係る例示的な一実施形態では、上記（１）の構成において、前記圧送制御部は、前記電動機のトルク負荷の計測結果または前記回転子の回転速度の計測結果に従って前記圧送部が前記冷却液を圧送する圧力を制御することにより、前記第１方向成分に沿った流速成分が前記回転子の回転速度に同調するように前記第１方向成分に沿った流速成分を調整する、ことを特徴とする。
【００１４】
上記（２）の構成によれば、回転子の回転速度の計測結果に従って冷却液を圧送する圧力を制御することにより、冷却液の流速のうち、回転子の周方向に沿って回転方向に進む流速成分が回転子の回転速度に同調するように当該流速成分を調整する。従って、上記（２）の構成によれば、回転子の回転速度の変動に追従する形で回転子の周方向に沿って回転方向に進む冷却液の流速成分を調整することができる。その結果、回転子の回転速度が時々刻々と変動しても、回転子と固定子との間を浸している冷却液の粘性に起因して固定子に対する回転子の回転を妨げる引き摺り力を効果的に抑制することができる。
【００１５】
（３）本発明に係る例示的な一実施形態では、上記（１）または（２）の構成において、前記回転子は、前記回転子の一方の端面側から前記回転軸方向に沿った所定幅にわたって回転子外周面を径方向に切り欠いて形成された一つ以上の流入切欠き溝を備え、
前記流入切欠き溝は、前記吐出口から前記吐出方向に吐出される冷却液を受け止めて前記回転子と前記固定子との間のエアギャップ内における前記吐出方向に沿って導くように、回転子外周面に沿った回転方向に捩じって形成されている、
ことを特徴とする。
【００１６】
永久磁石を使用して形成された回転子と固定子とがエアギャップを介して対向配置された電動機内において、回転子と固定子との間のエアギャップは、１ミリメートル程度の極めて狭い幅しかなく、回転子の回転数は、数ｒｐｍから数万ｒｐｍまでの広範囲にわたる。また、回転子の周方向に沿って回転方向に進む流速成分が回転子の回転速度に同調するように冷却液を当該エアギャップ内に流入させるには、吐出口から極めて高速度で吐出された冷却液の流速をなるべく低下させずに当該エアギャップ内に当該冷却液を導き入れる必要がある。従って、回転子の周方向に沿った第１方向成分および回転軸方向に沿った第２方向成分を含む吐出方向に沿って吐出口から高速で吐出された冷却液の流れを、流速を落とさずに、かつ当該吐出方向を変えずに、当該エアギャップ内に導き入れるのに効果的な構造を設けることが望まれる。
【００１７】
そこで、上記（３）の構成によれば、回転子の一方の端面側から回転軸方向に沿った所定幅にわたって回転子外周面を径方向に切り欠いて形成された一つ以上の流入切欠き溝を設ける。その際、上記（３）の構成によれば、当該流入切欠き溝は、当該吐出方向に吐出される冷却液を受け止めて当該エアギャップ内における吐出方向に沿って導くように、回転子外周面に沿った回転方向に捩じって形成される。その結果、上記（３）の構成によれば、回転子の周方向に沿った第１方向成分および回転軸方向に沿った第２方向成分を含む吐出方向に沿って吐出口から高速で吐出された冷却液の流れを、流速を落とさずに、かつ当該吐出方向を変えずに、当該エアギャップ内に導き入れることが可能となる。
【００１８】
（４）本発明に係る例示的な一実施形態では、上記（３）の構成において、前記回転子は、前記冷却液が回転子外周面上から前記回転子の他方の端面に流出する排液路を形成する一つ以上の流出切欠き溝を備え、
前記流出切欠き溝は、回転子外周面上において前記他方の端面から前記回転軸方向に沿った所定幅にわたって捩じり形成されており、前記流出切欠き溝の形成個数は、前記流入切欠き溝の形成個数よりも多い、ことを特徴とする。
【００１９】
上記（４）の構成によれば、回転子の一方の端面側からエアギャップに流入した冷却液を回転子の他方の端面側に設けた流出切欠き溝を介してエアギャップ外に設けた液溜りへと効率的に逃がすことが可能となる。つまり、回転子外周面上において冷却液が流入する切欠き溝と冷却液が排出される切欠き溝の両者が設けられることにより、エアギャップ内を流れる冷却液を効率的に入れ替えることが可能となる。その結果、上記（４）の構成によれば、回転子外周面と固定子内周面の冷却効率を向上させることが可能となる。また、上記（４）の構成によれば、回転子外周面上において、冷却液が排出される切欠き溝は、冷却液が流入する切欠き溝よりも多く形成されている。従って、回転子外周面と固定子内周面の冷却に寄与する冷却液の流れの本数を増加させることができるので、回転子外周面と固定子内周面の冷却効率を一層向上させることが可能となる。
【００２０】
（５）本発明に係る例示的な一実施形態では、上記（１）または（２）の構成において、前記回転子は、回転子外周面を周方向に周回しながら前記回転子の一方の端面側から他方の端面側に達する螺旋形状に切り欠いて形成された一つ以上のガイド溝を備え、
前記ガイド溝は、前記吐出方向に吐出された前記冷却液を、前記回転子と前記固定子との間のエアギャップ内における前記吐出方向に沿って導きながら前記回転子の外周表面上を前記一方の端面側から前記他方の端面側へと達するように、回転子外周面に沿って回転方向に捩じれた螺旋形状に形成されている、ことを特徴とする。
【００２１】
上記（５）の構成によれば、上記（３）の構成と同様に、回転子の周方向に沿った第１方向成分および回転軸方向に沿った第２方向成分を含む吐出方向に沿って吐出口から高速で吐出された冷却液の流れを、流速を落とさずに、かつ当該吐出方向を変えずに、当該エアギャップ内に導き入れることが可能となる。しかも、上記（５）の構成によれば、回転子の一方の端面側からエアギャップ内に流入した冷却液を、回転子の他方の端面側に到達するまでの間にエアギャップ外に極力漏れないようにしながら液溜りまで導くことができる。その結果、上記（５）の構成によれば、回転子の外周面と固定子の内周面の回転軸方向において冷却液を極力広範囲に流すことが可能となり、回転子と固定子の冷却効率が向上する。
【発明の効果】
【００２２】
以上より、本発明に係る少なくとも一つの実施形態は、回転子と固定子とがエアギャップを介して対向配置された電動機内において、回転子と固定子を効率的に冷却するために当該エアギャップに沿って流れる冷却液の粘性が引き起こす引き摺り力に起因して出力トルクが低下する問題を回避可能な冷却システムを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の幾つかの実施形態に係る冷却システムを備える電動機を示す図である。
【図２】電動機の内部を回転軸方向から見た構造図である。
【図３】エアギャップに吐出される冷却液の吐出方向および当該吐出された冷却液が回転子外周面上を流れる際の流路を示す図である。
【図４】回転子の一方の端面側に設けられる流入切欠き溝の形成位置と形成方向を示す図である。
【図５】回転子の一方の端面側に設けられる流入切欠き溝と他方の端面側に設けられる流出切欠き部との間の関係を示す図である。
【図６】エアギャップに吐出される冷却液の吐出方向と当該吐出方向に沿って回転子外周面上に設けられるガイド溝との間の関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。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。
【００２５】
図１は、本発明の幾つかの実施形態に従い、回転軸３０を中心に回転する回転子１０と回転子１０を周方向に取り囲む固定子２０とがエアギャップ６を介して対向配置された電動機１と電動機１を冷却する冷却システムを示す。図２は、電動機１の内部を軸方向から見た構造を示す。電動機１は、電動機１０は、円筒形状の回転体である回転子１０及び回転子１０とエアギャップ６を介して対向配置された固定子２０を含んで構成される。回転子１０は、永久磁石を使用して形成され、回転子１０と連動して回転する回転軸（シャフト）３０を備えている。回転軸３０の一方の端面側１１Ａと他方の端面側１１Ｂは、軸受け７ａおよび７ｂによって回動自在に保持されている。また、回転子１０の外周面上において一方の端面１１Ａから回転軸に沿って所定幅にわたって切欠き溝５１ａ〜５１ｋが形成され、回転子１０の外周面上において他方の端面１１Ｂから回転軸に沿って所定幅にわたって切欠き溝５３ａ〜５３ｍが形成されている。回転子１０の外周面上に形成された切欠き溝５１ａ〜５１ｋおよび切欠き溝５３ａ〜５３ｍについては後述する。
【００２６】
図２に示すように、回転軸（シャフト）３０、回転子１０および固定子２０は、同心円状に形成され、固定子２０の内径側には、固定子コイルを巻回して成る巻き線部分２１が形成されている。巻き線部分２１は、固定子２０のコア２４から内径方向に延びたティース部２２ａ〜２２ｎに固定子コイルを巻回することにより形成される。
【００２７】
図１に示すように、電動機１を冷却するための冷却システムは、流路配管を介して冷却液９を圧送し、電動機１との間で冷却液９を循環させる圧送部２と、当該循環する冷却液９を回転子１０の一方の端面１１Ａ側から回転子１０の外周面上へと吐出方向４００に沿って吐出する吐出口４１ａ〜４１ｅを備える吐出部４０と、当該吐出された冷却液９を回収する液溜り８と、を備える。図２に示すように、吐出部４０は、圧送部２によって加圧された冷却液９を、吐出口４１ａ〜４１ｅから吐出方向４００に沿ってエアギャップ６内へと吐出する。また、図１に示すように、エアギャップ６内を流れ終わった冷却液９は、液溜り８に溜まるようになっている。圧送部２は、液溜り８により回収された冷却液９を、流路配管を介して吐出部４０に循環させる。
【００２８】
従って、圧送部２と、吐出部４０と液溜り８とは、冷却液９が循環する循環サイクルを形成し、圧送部２は、当該循環サイクル内で冷却液９を循環させるために冷却液９を圧送するポンプとして機能する。さらに、圧送部２は、回転子外周面上を流れる冷却液９の流速ベクトルが所望の流速ベクトルとなるように冷却液９の圧送力を調整する圧送制御部３を含んでいる。また、圧送制御部３は、冷却液９の圧送力を調整するための制御入力として、吐出部４０に設けた液圧センサ５から冷却液９を吐出する際の液圧の測定値を受け取り、回転軸（シャフト）３０に設けたトルク・センサ４から回転軸（シャフト）３０の出力トルクの測定値を受け取る。
【００２９】
以上より、回転子１０と固定子２０とがエアギャップ６を介して対向配置された電動機１内において、上述した循環サイクル内を循環する冷却液９がエアギャップ６に沿って絶え間なく連続的に流れる流路（図１の７０）が形成される。その結果、回転子１０の外周面と固定子２０の内周面を同時に冷却することができるようになるので、回転子１０と固定子２０の表面を絶え間なく連続的に流れる冷却液９によって、回転子１０と固定子２０を効率的に冷却することが可能となる。
【００３０】
しかしながら、循環する冷却液９がエアギャップ６に沿って絶え間なく連続的に流れる流路を形成すると、さらに別の問題が発生する。すなわち、回転子１０と固定子２０との間を浸している冷却液９の粘性に起因して、固定子２０に対して回転子１０が回転しようとする力を妨げる引き摺り力が発生する結果、回転子１０が当該引き摺り力を受けることにより電動機１の出力トルクが低下してしまう。また、回転子１０と固定子２０との間を浸している冷却液９の粘性に起因して、回転子１０が回転する際に冷却液９との間に摩擦熱が発生し、エアギャップ６内を流れる冷却液９による冷却効果を減殺してしまう。
【００３１】
そこで、本発明の幾つかの実施形態では、吐出部４０における吐出口４１ａ〜４１ｅは、図３ａに示す吐出方向４００に沿って冷却液９を回転子１０の端面１１Ａ側からエアギャップ６内へと吐出するようにした上で、回転子外周面上を流れる冷却液９の流速ベクトルが所望の流速ベクトルとなるように制御している。具体的には、図３ａに示すように、吐出口４１ａ〜４１ｋから冷却液９が吐出される吐出方向４００は、回転子１０の周方向に沿って回転方向に進む第１方向成分４１０および回転子１０の一方の端面１１Ａ側から回転子１０の回転軸方向に進む第２方向成分４２０を含んでいる。その結果、吐出口４１ａ〜４１ｅから吐出方向４００に沿って回転子１０の一方の端面１１Ａ側からエアギャップ６へと吐出された冷却液９は、回転子１０の外周面上を図３ｂに示す流路７１ａ〜７１ｅに沿って流れることとなる。
【００３２】
圧送制御部３は、冷却液９の流速のうち、図３ａに示す第１方向成分４１０に沿った流速成分が回転子１０の回転速度に同調するように冷却液９の圧送力を調整する。より具体的には、圧送制御部３は、電動機１のトルク負荷の計測結果または回転子の回転速度の計測結果に従って圧送部２が冷却液９を圧送する圧力を制御することにより、第１方向成分４１０に沿った流速成分が回転子１０の回転速度に同調するように第１方向成分４１０に沿った流速成分を調整する。その結果、回転子１０と固定子２０に挟まれるエアギャップ６に沿って流れる冷却液９の流速成分のうち、回転子１０の周方向に沿って回転方向に進む流速成分が回転子１０の回転速度に同調させられる。それにより、回転子１０と固定子２０との間を浸している冷却液９の粘性に起因して、固定子２０に対する回転子１０の回転を妨げる引き摺り力の発生が可能な限り抑制される。
【００３３】
以下、第１方向成分４１０に沿った流速成分が回転子１０の回転速度に同調するように圧送制御部３が冷却液９の圧送力を調整するための具体的な調整方式について述べる。まず、圧送制御部３は、冷却液９の圧送力を調整するための制御入力として、吐出部４０に設けた液圧センサ５から冷却液９を吐出する際の液圧の測定値を受け取る。また、圧送制御部３は、回転軸（シャフト）３０に設けたトルク・センサ４から回転軸（シャフト）３０の出力トルクの測定値を受け取る。続いて、トルク・センサ４と液圧センサ５から出力トルクと液圧の測定値を受け取った圧送制御部３は、電動機１の出力トルクが増加傾向にあるか否かをトルク・センサ４により時系列的に測定された一連の出力トルクから判定する。
【００３４】
増加傾向にあると判定されたならば、図３ａに示す第１方向成分４１０に沿った冷却液９の流速成分が回転子１０の回転速度に追い付いていないことに起因して、冷却液９の粘性が回転子１０の回転を妨げる引き摺り力が発生していることになる。そこで、出力トルクが増加傾向にあると判定されると、圧送制御部３は、液圧の測定値に基づいて、現在の液圧よりも高い液圧で冷却液９が吐出されるように冷却液９の圧送力を増加させ、第１方向成分４１０に沿った冷却液９の流速成分を高める。逆に、出力トルクが増加傾向にないと判定された場合には、上述した引き摺り力が発生していないことにより、第１方向成分４１０に沿った冷却液９の流速成分が回転子１０の回転速度に充分に追い付いていると考えられる。そこで、圧送制御部３は、冷却液９の現在の液圧を低下させるために、冷却液９を圧送する圧送力を低下させる。
【００３５】
なお、回転速度の計測結果に従って圧送部２が冷却液９を圧送する圧力を制御する場合には、圧送制御部３は、トルク・センサ４から時系列的に受け取った回転軸３０の出力トルクの一連の測定値に基づいて回転軸３０の現在の回転速度の推定値を算出する。算出した回転速度が増加傾向にあるならば、第１方向成分４１０に沿った冷却液９の流速成分が回転子１０の回転速度に追い付けなくなる可能性が高まる。そこで、冷却液９の粘性が回転子１０の回転を妨げる引き摺り力の発生を予防するために、圧送制御部３は、液圧の測定値に基づいて、現在の液圧よりも高い液圧で冷却液９が吐出されるように冷却液９の圧送力を増加させ、第１方向成分４１０に沿った冷却液９の流速成分を高める。算出した回転速度が増加傾向にないならば、第１方向成分４１０に沿った冷却液９の流速成分が将来的に回転子１０の回転速度に追い付けなくなる可能性はない。そこで、圧送制御部３は、液圧の測定値に基づいて、冷却液９の現在の液圧を低下させるために、冷却液９を圧送する圧送力を低下させる。
【００３６】
以上より、図１乃至図３に示す冷却システムの構成によれば、回転子１０と固定子２０に挟まれるエアギャップ６に沿って流れる冷却液９の流速成分のうち、回転子１０の周方向に沿って回転方向に進む流速成分が回転子１０の回転速度に同調するように冷却液９の圧送力が調整される。従って、回転子１０と固定子２０との間を浸している冷却液９の粘性に起因して、固定子２０に対する回転子１０の回転を妨げる引き摺り力の発生を可能な限り抑制することができる。その結果、図１乃至図３に示す冷却システムの構成によれば、エアギャップ６に沿って流れる冷却液９によって回転子１０と固定子２０を効率的に冷却しながら、回転子１０と固定子２０との間を浸している冷却液９の粘性が引き起こす引き摺り力に起因する出力トルク低下を回避可能な冷却システムを実現することができる。
【００３７】
また、図１乃至図３に示す冷却システムの構成によれば、回転子１０の回転速度の計測結果に従って冷却液９を圧送する圧力を制御することにより、冷却液９の流速のうち、回転子１０の周方向に沿って回転方向に進む流速成分が回転子１０の回転速度に同調するように当該流速成分を調整する。従って、図１乃至図３に示す冷却システムの構成によれば、回転子１０の回転速度の変動に追従する形で回転子１０の周方向に沿って回転方向に進む冷却液９の流速成分を調整することができる。その結果、回転子１０の回転速度が時々刻々と変動しても、回転子１０と固定子２０との間を浸している冷却液９の粘性に起因して固定子２０に対する回転子１０の回転を妨げる引き摺り力を効果的に抑制することができる。
【００３８】
ところで、永久磁石を使用して形成された回転子１０と固定子２０とがエアギャップ６を介して対向配置された電動機１内において、回転子１０と固定子２０との間を隔てるエアギャップ６は、１ミリメートル程度の極めて狭い幅しかなく、回転子１０の回転数は、数ｒｐｍから数万ｒｐｍまでの広範囲にわたる。また、回転子１０の周方向に沿って回転方向に進む冷却液９の流速成分が回転子１０の回転速度に同調するように冷却液９をエアギャップ６内に流入させるには、吐出口４１ａ〜４１ｅから極めて高速度で吐出された冷却液９の流速をなるべく低下させずにエアギャップ６内に冷却液９を導き入れる必要がある。
【００３９】
そこで、本発明に係る幾つかの実施形態では、図１に示すように回転子１０は、回転子１０の一方の端面１１Ａ側から回転軸方向に沿った所定幅にわたって回転子１０の端部外周面を径方向に切り欠いて形成された一つ以上の流入切欠き溝５１ａ〜５１ｋを備える構造としている。具体的には、図３に示すように、流入切欠き溝５１ａ〜５１ｋは、回転子１０において冷却液９がエアギャップ６に沿って流れ込む方の端面１１Ａ側から回転軸方向に沿って所定幅にわたって回転子１０の端部外周面を径方向に切り欠いて形成された一つ以上の溝状の切欠き部分である。吐出口４１ａ〜４１ｅから吐出方向４００に吐出される冷却液９を受け止めて、回転子１０と固定子２０との間のエアギャップ６内における吐出方向４００に沿って導くように、回転子１０の外周面に沿った回転方向に捩じって形成されている。
【００４０】
図４は、図１に示すＡ−Ａ’を断面とする電動機１の断面図であり、回転子１０の外周面上において冷却液９がエアギャップ６に沿って流れ込む方の端面１１Ａ側に３つの流入切欠き溝５１ａ、５１ｂおよび５１ｃが設けられる場合を示す。図４においては、回転子１０の冷却液９が流れ込む端面１１Ａ側から回転軸方向に見た場合に、回転子１０の外周面上に３つの流入切欠き溝５１ａ、５１ｂおよび５１ｃが形成されている位置と方向が示されている。図４を参照すると、回転子１０の外周面における最上部を位相角ゼロとすると、３つの流入切欠き溝５１ａ、５１ｂおよび５１ｃは、回転方向にそれぞれ６０°、１８０°および３００°の位相角位置（図４の５２ａ、５２ｂおよび５２ｃ）に形成され、回転子１０の外周面に沿った回転方向を向いた吐出方向４００に冷却液９を導くように当該回転方向に捩じって形成されている。
【００４１】
なお、図４においては、回転子１０の外周面上において冷却液９が流れ込む方の端面１１Ａ側から回転軸方向に沿って所定幅にわたって形成される流入切欠き溝５１が３個形成される場合について説明したが、流入切欠き溝５１の形成個数は４個以上であっても良い。その場合には、当該４個以上の流入切欠き溝５１は、回転子１０の端面１１Ａ側において回転子１０の周方向に沿って均等間隔となるような位相角位置に形成される。
【００４２】
以上より、図３および図４に示した流入切欠き溝５１を回転子１０の外周面の端面１１Ａ側に設けることにより、以下の利点を有する回転子構造が得られる。すなわち、回転子１０の周方向に沿った第１方向成分４１０および回転軸方向に沿った第２方向成分４２０を含む吐出方向４００に沿って吐出口４１ａ〜４１ｅから高速で吐出された冷却液９の流れを、流速を落とさずに、かつ吐出方向４００の向きを変えずに、エアギャップ６内に導き入れることが可能となる。
【００４３】
また、本発明の別の実施形態においては、回転子１０は、冷却液９が回転子１０の外周面上から回転子１０の他方の端面１１Ｂに流出する排液路を形成する一つ以上の流出切欠き溝５３ａ〜５３ｍを備えていてもよい。流出切欠き溝５３ａ〜５３ｍは、回転子１０の外周面上において他方の端面１１Ｂから回転軸方向に沿った所定幅にわたって捩じり形成されている。具体的には、図５Ａに示すように、流入切欠き溝５１ａ〜５１ｋは、流入切欠き溝５１が設けられる側とは反対側における回転子１０の端面１１Ｂ側から回転軸方向に沿って所定幅にわたって回転子１０の外周面を径方向に切り欠いて形成された一つ以上の溝状の切欠き部分である。上記のように回転子１０の端部外周面を径方向に切り欠いて形成される流出切欠き溝５３ａ〜５３ｍの個数は、流入切欠き溝５１ａ〜５１ｅの個数よりも多くしてもよい。
【００４４】
図５Ａは、図１に示すＢ−Ｂ’を断面とする電動機１の断面図であり、流入切欠き溝５１が設けられる側とは反対側における回転子１０の端部外周面上においてに６つの流出切欠き溝５３ａ〜５３ｆが設けられる場合を示す。図４においては、流入切欠き溝５１が設けられる側とは反対側における回転子１０の端面１１Ｂ側から回転軸方向に見た場合に、回転子１０の外周面上に６つの流出切欠き溝５３ａ〜５３ｆが形成されている位置と方向が示されている。図５Ａを参照すると、回転子１０の外周面における最上部を位相角ゼロとすると、６つの流入切欠き溝５３ａ〜５３ｆは、回転方向にそれぞれ０°、６０°、１２０°、１８０°、２４０°および３００°の位相角位置（図５Ａの５４ａ〜５４ｆ）に形成され、回転子１０の外周面を吐出方向４００に沿って流れてきた冷却液９を排出するように回転方向に捩じって形成されている。
【００４５】
図５Ｂは、図１に示すＣ−Ｃ’を断面とする電動機１の断面図であり、回転子１０の外周面上の冷却液排出側端部に６つの流出切欠き溝５３ａ〜５３ｆが形成されている位相角位置５４ａ〜５４ｆに対応して、回転子１０の冷却液流入側端部に設けられた３つの流入切欠き溝５１ａ、５１ｂおよび５１ｃの形成位置と形成方向を示す。図５Ｂを参照すると、６つの流出切欠き溝５３ａ〜５３ｆが形成されている位相角位置５４ａ〜５４ｆに対応して、３つの流入切欠き溝５１ａ、５１ｂおよび５１ｃが、回転方向にそれぞれ６０°、１８０°および３００°の位相角位置５２ａ、５２ｂおよび５２ｃに形成されている。また、図５Ｂを参照すると、３つの流入切欠き溝５１ａ、５１ｂおよび５１ｃは、回転子１０の外周面に沿った回転方向を向いた吐出方向４００に冷却液９を導くように当該回転方向に捩じって形成されている。
【００４６】
以上より、図５Ａに示す流出切欠き溝５３を回転子１０の端部外周面に設けることにより、回転子１０の一方の端面１１Ａ側からエアギャップ６に流入した冷却液９を回転子１０の他方の端面１１Ｂ側に設けた流出切欠き溝５３を介してエアギャップ外に設けた液溜り８へと効率的に逃がすことが可能となる。つまり、回転子１０の外周面上において冷却液９が流入する切欠き溝と冷却液９が排出される切欠き溝の両者が設けられることにより、エアギャップ６内を流れる冷却液９を効率的に入れ替えることが可能となる。その結果、回転子１０の外周面と固定子２０の内周面の冷却効率を向上させることが可能となる。また、回転子１０の外周面上において、冷却液９が排出される切欠き溝５３は、冷却液９が流入する切欠き溝５１よりも多く形成されている。従って、回転子１０の外周面と固定子２０の内周面の冷却に寄与する冷却液９の流れの本数を増加させることができるので、回転子１０の外周面と固定子２０の内周面の冷却効率を一層向上させることが可能となる。
【００４７】
また、本発明のさらに別の実施形態においては、図６に示すように、回転子１０は、回転子１０の外周面を周方向に周回しながら回転子１０の一方の端面１１Ａ側から他方の端面１１Ｂ側に達する螺旋形状に切り欠いて形成された一つ以上のガイド溝９１ａ〜９１ｎを備えていてもよい。ガイド溝９１ａ〜９１ｎは、吐出口４１ａ〜４１ｅから吐出方向４００に吐出された冷却液９を、回転子１０と固定子２０との間のエアギャップ６内における吐出方向４００に沿って導きながら回転子１０の外周面上を一方の端面１１Ａ側から他方の端面１１Ｂ側へと達するように、回転子１０の外周面に沿って回転方向に捩じれた螺旋形状に形成されている。その結果、吐出口４１ａ〜４１ｅから吐出方向４００に沿って回転子１０の一方の端面１１Ａ側からエアギャップ６へと吐出された冷却液９は、回転子１０の外周面上に設けたガイド溝９１ａ〜９１ｎに導かれる形で、流路７１ａ〜７１ｅに沿って流れることとなる。
【００４８】
回転子１０の外周面上に図６に示すガイド溝９１ａ〜９１ｎを設けることにより、回転子１０の周方向に沿った第１方向成分４１０および回転軸方向に沿った第２方向成分４２０を含む吐出方向４００に沿って吐出口４１ａ〜４１ｅから高速で吐出された冷却液９の流れを、流速を落とさずに、かつ吐出方向４００の向きを変えずに、エアギャップ６内に導き入れることが可能となる。しかも、上記構成によれば、回転子１０の一方の端面１１Ａ側からエアギャップ６内に流入した冷却液９を、回転子の他方の端面１１Ｂ側に到達するまでの間にエアギャップ外に極力漏れないようにしながら液溜り８まで導くことができる。その結果、上記構成によれば、回転子１０の外周面と固定子２０の内周面の回転軸方向において冷却液９を極力広範囲に流すことが可能となり、回転子１０と固定子２０の冷却効率が向上する。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明は、冷却液を循環させることにより電動機の過熱を防止する冷却システムとして利用することが可能である。
【符号の説明】
【００５０】
１  電動機
２  圧送部
３  圧送制御部
４  トルク・センサ
５  液圧センサ
６  エアギャップ
７ａ，７ｂ  軸受け
８  液溜り
９  冷却液
１０  回転子
１１Ａ，１１Ｂ  回転子端面
２０  固定子
２１  巻き線部分
２２ａ〜２２ｎ  ティース部
２４  固定子コア
３０  回転軸
４０  吐出部
４１ａ〜４１ｅ  吐出口
５１ａ〜５１ｋ  流入切欠き溝
５２ａ〜５２ｃ  位相角位置
５３ａ〜５３ｍ  流出切欠き溝
５４ａ〜５４ｆ  位相角位置
７１ａ〜７１ｅ  流路
９１ａ〜９１ｎ  ガイド溝
４００  吐出方向
４１０  第１方向成分
４２０  第２方向成分
【図１】
2017108502.tif 000003
【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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