JP7808694B2 - 回転電機の冷却システム - Google Patents

Description

本発明は、回転電機の冷却システムに関する。

特許文献１には、回転電機の第一コイルエンド部及び第二コイルエンド部に冷媒を供給する冷媒流路（第一冷媒流路および第六冷媒流路）と、回転電機の磁石に冷媒を供給する冷媒流路（第五冷媒流路）と、を備えた回転電機の冷却システムが記載されている（段落００２７，００３１，００３２）。第一コイルエンド部及び第二コイルエンド部は固定子に設けられており、冷媒流路（第一冷媒流路および第六冷媒流路）は固定子に冷媒を供給する冷媒流路を構成する。磁石は回転子に設けられており、冷媒流路（第五冷媒流路）は回転子に冷媒を供給する冷媒流路を構成する。第五冷媒流路は第一冷媒流路から分岐して設けられ、第一冷媒流路を流れる冷媒の一部を回転子の磁石に向けて流すように構成されている（段落００３１）。

特開２０１９－１６１８９８号公報

特許文献１の回転電機の冷却システムでは、第一冷媒流路と第五冷媒流路との接続状態は変化しない。このため、固定子に供給される冷媒の流量と回転子に供給される冷媒の流量とは、第一冷媒流路を流れる冷媒の流量によって、一定の流量比を維持して変化する。

本発明の目的は、固定子に供給される冷媒と回転子に供給される冷媒との流量比を変化させることができ、回転電機の冷却効果を向上することができる回転電機の冷却システムを提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の回転電機の冷却システムは、
固定子と回転子とを備える回転電機の冷却システムであって、
冷媒を供給する冷媒流路と、前記冷媒流路の態様を切り替える切替機構と、前記冷媒流路に冷媒を圧送するポンプと、を備え、
前記冷媒流路は、前記固定子のコアに冷媒を供給する第１冷媒流路部と、前記回転子に冷媒を供給する第２冷媒流路部と、を有し、
前記切替機構は、前記第１冷媒流路部に冷媒を供給し前記第２冷媒流路部に冷媒を供給しない第１態様と、前記第１冷媒流路部の下流と前記第２冷媒流路部の上流とを連通させる第２態様と、を成すように構成される。

本発明によれば、固定子に供給される冷媒と回転子に供給される冷媒との流量比を変化させることができ、回転電機の冷却効果を向上することができる。

上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

本発明の回転電機の冷却システムの第１実施例（実施例１）について、構成の概略を示す図である。 本発明の第１実施例に係る回転電機の冷却システムについて、ポンプの構成の変更例（第１変更例：変更例１）を示す概略図である。 本発明の第１実施例に係る回転電機の冷却システムについて、ポンプの駆動源の変更例（第２変更例：変更例２）を示す概略図である。 本発明の第１実施例に係る回転電機の冷却システムについて、ポンプの駆動源の変更例（第３変更例：変更例３）を示す概略図である。 図１の回転電機の冷却システムについて、冷媒流路の接続態様を示す説明図である。 本発明に係る回転電機の冷却システムにおける、車速と冷媒供給量との関係を示す図である。 本発明の第１実施例に係る回転電機の冷却システムについて、切替機構の変更例（第４変更例：変更例４）を示す概略構成図である。 図７の回転電機の冷却システムについて、各速度域におけるバルブの開閉状態を示す図である。 本発明の第１実施例に係る回転電機の冷却システムについて、切替機構の変更例（第５変更例：変更例５）を示す概略構成図である。 本発明に係る回転電機の冷却システムにおいて、電動式ポンプの稼働域を変更した場合の、車速と冷媒供給量との関係を示す図である。

モータ、インバータおよびギヤを一体化したe-Axleは高出力密度化に伴い高損失密度化している。この高損失密度に対応するためには、直接油冷構造の冷却システムによる回転電機の冷却性能の向上が望まれる。油冷構造では冷媒（冷却油）を圧送するポンプが必要となる。このポンプとして、例えば機械式ポンプ（機械式オイルポンプ）や電動ポンプ（電動オイルポンプ）を用いることができる。なお、機械式ポンプは速度により吐出量が変化するため、機械式ポンプを用いる場合は、各速度で冷却性能を確保するために冷媒供給量を適切に制御する必要がある。

以下の実施例では、機械式ポンプを用いた例も説明する。機械式ポンプは低速域で吐出量が減少するため、低速域での回転電機の冷却性能が低下する。低速域での冷却性能の低下を防ぐためには、ポンプの大型化が求められる。機械式ポンプを用いた実施例では、低速域での回転電機の冷却性能の低下を抑制することで、ポンプの大型化を回避する。

また以下の実施例では、市街地走行で使用頻度が高い中速域におけるロストルクを低減し、電費を向上する。

以下、図面を参照して、本発明の実施例について説明する。

［実施例１］
図１は、本発明の回転電機２の冷却システム１の第１実施例（実施例１）について、構成の概略を示す図である。

本実施例の冷却システム１は、固定子２１と回転子２２とを備える回転電機２の冷却システム１であって、回転電機２と、冷媒（冷却油）を圧送するポンプ４と、冷媒（冷却油）が流れる冷媒流路７と、冷媒流路７内に構成される各冷媒流路部７１，７２，７３，７４の接続状態を切り替える切替機構３と、冷媒を貯留する冷媒貯留部（オイルパン）５と、車速を検出する車速センサ９と、電子制御装置（ＥＣＵ）６と、を備える。本実施例の冷媒は、油を用いており、冷却油と呼んで説明する場合がある。

回転電機２は、固定子２１と、回転子２２と、固定子２１および回転子２２を収容するハウジング２４と、冷媒（冷却油）の排出口２５と、を備える。固定子２１はコア（固定子コア）２１Ａとコイルとを備え、図１では、コイルのコイルエンド２１Ｂを図示している。回転子２２はコア（回転子コア）２２Ａを備え、出力シャフト２３に固定されている。出力シャフト２３は回転子２２の一部とみなすこともできる。ハウジング２４は冷媒を貯留する容器となり、冷媒を排出する排出口２５が設けられる。

ポンプ４は、冷媒を冷媒流路７に圧送する部品であり、本実施例では、電動モータ４１Ａにより駆動される電動ポンプ４１と機械式ポンプ４２とを併用する例を示している。電動ポンプ４１は、車速センサ９で検出される車速に応じて、電子制御装置６により吐出量が制御される。電子制御装置（ＥＣＵ）６は、車速センサ９から車速信号を受けるため、信号線Ｅ９で車速センサ９と接続されている。また電子制御装置（ＥＣＵ）６は、電動ポンプ４１を制御するため、信号線Ｅ４１Ａで電動モータ４１Ａと接続されている。機械式ポンプ４２は可変容量ポンプもしくは定容量ポンプが用いられる。機械式ポンプ４２の吐出量は車速に応じて変化するため、電動ポンプ４１は機械式ポンプ４２の吐出量に応じて、電子制御装置６により吐出量が制御されることになる。

機械式ポンプ４２は、車両後進時（逆転時）に回転電機２側から冷媒を吸引してしまうため、逆転時に機械式ポンプ４２が回転電機２側から冷媒を吸い込まないように、モータ側に図示しない逆止弁を設けて、図示しないバイパス路を介して冷媒貯留部（オイルパン）５から冷媒を吸い上げるようにするとよい。この場合、逆止弁は機械式ポンプ４２内、もしくは機械式ポンプ４２から第1冷媒流路部７１までの間に設けるとよい。また、バイパス路は冷媒貯留部（オイルパン）５から第1冷媒流路部７１までの間に、車両後進時に冷媒が機械式ポンプ４２をバイパスするように設けるとよい。なおバイパス路には、車両前進時に冷媒がリークしないように逆止弁を設けるとよい。

ポンプ４は、電動ポンプ４１または機械式ポンプ４２のいずれか一方を用いて構成されてもよい。図２は、本発明の第１実施例に係る回転電機２の冷却システム１について、ポンプ４の構成の変更例（第１変更例：変更例１）を示す概略図である。図２では、機械式ポンプ４２を用いず、電動ポンプ４１を用いてポンプ４を構成した例を示す。電動ポンプ４１の吐出量は冷却性能を満足するように車速に応じて制御される。

本実施例では、機械式ポンプ４２は回転電機２とドライブシャフト１０４との間に設けられる減速機１０１の軸（減速機軸）から動力を確保している。

すなわち本実施例では、ポンプ４は機械式ポンプ４２と電動ポンプ４１とを備え、機械式ポンプ４２は回転電機２とドライブシャフト１０４との間に設けられる減速機１０１の軸から動力を確保する。
しかし機械式ポンプ４２の動力は、減速機１０１の軸（減速機軸）に限らず、他の部分から確保することもできる。

図３は、本発明の第１実施例に係る回転電機２の冷却システム１について、ポンプ４の駆動源の変更例（第２変更例：変更例２）を示す概略図である。変速機１０３と組み合わされるシステムである場合、回転電機２の出力シャフト２３から機械式ポンプ４２の動力を確保してもよい。すなわち本例では、ポンプ４は機械式ポンプ４２と電動ポンプ４１とを備え、機械式ポンプ４２は回転電機２の出力シャフト２３から動力を確保する。本例では、出力シャフト２３と機械式ポンプ４２との間に、減速機１１が配置される。

この場合のメリットは、出力シャフト２３から動力を確保することで回転電機２の回転数に応じた冷媒を供給可能であり、冷却性能を最大化できる。一方、デメリットは、回転電機２の回転数と機械式ポンプ４２の要求回転数の乖離が大きくなるため、機械式ポンプ４２へ動力を伝達するための減速機１１が大きくなることである。

図４は、本発明の第１実施例に係る回転電機２の冷却システム１について、ポンプ４の駆動源の変更例（第３変更例：変更例３）を示す概略図である。変速機１０３と組み合わされるシステムである場合、タイヤ１０２を駆動するドライブシャフト１０４から機械式ポンプ４２の動力を確保してもよい。すなわち本例では、ポンプ４は機械式ポンプ４２と電動ポンプ４１とを備え、機械式ポンプ４２はドライブシャフト１０４から動力を確保する。本例では、ドライブシャフト１０４と機械式ポンプ４２との間に、減速機１２が配置される。

この場合のメリットは、ドライブシャフト１０４から機械式ポンプ４２の動力を確保するため、機械式ポンプ４２用の減速機１２を小さくすることができる。一方、デメリットは、車速と回転電機２の回転数が変速機１０３の状態により異なるため、最悪条件で冷却性能を確保できるようにするために機械式ポンプ４２が大型化することである。

図１に戻って、冷媒流路７について説明する。冷媒流路７は、ポンプ４の吐出側に接続された吐出側冷媒流路部７０と、固定子コア２１Ａに冷媒を供給する第１冷媒流路部７１と、回転子２２に冷媒を供給する第２冷媒流路部７２と、固定子コア２１Ａを冷却した冷媒をコイルエンド２１Ｂへ供給する第３冷媒流路部７３と、固定子コア２１Ａを冷却した冷媒を第２冷媒流路部７２へ供給する第４冷媒流路部７４と、を含む。

第１冷媒流路部７１は、吐出側冷媒流路部７０の下流側端部である分岐点Ｐ１と、第１バルブ３１と、の間に構成される冷媒流路部である。第１冷媒流路部７１の上流側端部は吐出側冷媒流路部７０の下流側端部Ｐ１に接続され、第１冷媒流路部７１は吐出側冷媒流路部７０と連通するように構成される。第１冷媒流路部７１の下流側端部は第１バルブ３１に接続される。

第１冷媒流路部７１の一部７１Ａは固定子コア２１Ａの表面又は内部に設けられ、固定子コア冷却部７１Ａを構成する。第１冷媒流路部７１により供給される冷媒は固定子コア冷却部７１Ａで固定子コア２１Ａ、すなわち固定子２１を冷却する。

第２冷媒流路部７２は、第２バルブ３２と、回転子２２に設けられた下流側端部Ｐ４１，４２，４３，４４と、の間に構成される冷媒流路部である。第２冷媒流路部７２の上流側端部Ｐ２は第２バルブ３２に接続される。第２バルブ３２は分岐点Ｐ１と分岐点Ｐ２との間に設けられている。第２冷媒流路部７２は第２バルブ３２を介して吐出側冷媒流路部７０に接続され、吐出側冷媒流路部７０と連通するように構成される。

第２冷媒流路部７２の一部７２Ａは回転電機２の出力シャフト２３および回転子コア２２Ａの内部に設けられ、回転子冷却部７２Ａを構成する。第２冷媒流路部７２により供給される冷媒は、出力シャフト２３および回転子コア２２Ａを含む回転子２２を、回転子冷却部７２Ａで冷却する。第２冷媒流路部７２により供給された冷媒は、回転子冷却部７２Ａに供給されて回転子２２を冷却した後、符号８１で示すように、第２冷媒流路部７２の下流側端部Ｐ４１，４２，４３，４４からコイルエンド２１Ｂに滴下される。コイルエンド２１Ｂに滴下された冷媒８１は、コイルエンド２１Ｂを冷却し、回転電機２のハウジング２４内に溜まる。ハウジング２４内に溜まった冷媒は排出口２５から図示しない配管を通して冷媒貯留部５に回収される。

第３冷媒流路部７３は、第１バルブ３１と、固定子２１の近傍に設けられた下流側端部Ｐ３１，Ｐ３２と、の間に構成される冷媒流路部である。第３冷媒流路部７３は、第１バルブ３１を介して第１冷媒流路部７１に接続された場合に、第１冷媒流路部７１から供給された冷媒を下流側端部（冷媒滴下部）Ｐ３１，Ｐ３２に導き、符号８２で示すように、下流側端部Ｐ３１，Ｐ３２からコイルエンド２１Ｂに滴下する。すなわち第３冷媒流路部７３は、第１バルブ３１とコイルエンド２１Ｂへの冷媒滴下部Ｐ３１，Ｐ３２との間に設けられる。

第４冷媒流路部７４は、第１バルブ３１と第２冷媒流路部７２の上流側端部（Ｐ２に相当する部位）との間に構成される冷媒流路部である。第２冷媒流路部７２の上流側端部（Ｐ２に相当する部位）は、第２冷媒流路部７２と第４冷媒流路部７４とが接続される冷媒流路７の分岐点を構成する。第４冷媒流路部７４の下流側端部は分岐点Ｐ２で第２冷媒流路部７２の上流側端部に接続される。なお分岐点Ｐ２は、第２冷媒流路部７２の上流側端部に設けられる必要はなく、第２冷媒流路部７２の回転子２２よりも上流側の部分に設けられていればよい。

切替機構３は、第１冷媒流路部７１、第２冷媒流路部７２、第３冷媒流路部７３、第４冷媒流路部７４の接続状態を切り替える。本実施例の切替機構３は、第１バルブ３１と第２バルブ３２とを含む２つのバルブで構成される。この場合、第１バルブ３１は３ポートバルブで構成され、第２バルブ３２は開閉バルブで構成される。切替機構３の第１バルブ３１および第２バルブ３２は、車速または回転電機２の回転数（回転速度）に応じて、電子制御装置６により開閉制御される。

電子制御装置（ＥＣＵ）６は、第１バルブ３１を制御するため、信号線Ｅ３１で第１バルブ３１と接続されている。電子制御装置（ＥＣＵ）６は、第２バルブ３２を制御するため、信号線Ｅ３２で第２バルブ３２と接続されている。

図５は、図１の回転電機２の冷却システム１について、冷媒流路７の接続態様を示す説明図である。なお図５において、（ａ）は低速域における冷媒流路７の接続態様を、（ｂ）は中速域における冷媒流路７の接続態様を、（ｃ）は高速域における冷媒流路７の接続態様を示す。

低速域、中速域および高速域は、次のように定義される。低速域は回転子２２の冷却なしで回転電機２の冷却が成立する領域である。中速域は低速域と高速域の間の領域である。高速域は固定子２１と回転子２２との必要冷媒量合計がハウジング２からの冷媒排出能力限界(ポンプ吐出量上限)以上の領域である。

（ａ）の低速域にあっては、切替機構３は第１冷媒流路部７１に冷媒を供給し、第２冷媒流路部７２には冷媒を供給しない第１態様を実現する。この場合、第１バルブ３１は第１冷媒流路部７１と第３冷媒流路部７３とを連通するように駆動され、第２バルブ３２は閉じられる。第２バルブ３２が閉じられることにより、冷媒吐出流路部７０と第２冷媒流路部７２とは遮断される。

（ａ）の低速域では、冷媒は第１冷媒流路部７１の固定子コア冷却部７１Ａで固定子２１を冷却した後、第１バルブ３１を介して第３冷媒流路部７３に供給され、第３冷媒流路部７３の下流側端部Ｐ３１，Ｐ３２（図１参照）からコイルエンド２１Ｂに滴下される。コイルエンド２１Ｂに滴下された冷媒８２（図１参照）は回転電機２のハウジング２４内に溜まり、排出口２５から図示しない配管を通して冷媒貯留部５に回収される。

（ｃ）の高速域にあっては、切替機構３は第１冷媒流路部７１の下流側端部と第２冷媒流路部７２の回転子２２よりも上流側の部分とを連通させる第２態様を実現する。この場合、第１バルブ３１は第１冷媒流路部７１と第３冷媒流路部７３とを連通するように駆動され、第２バルブ３２は閉じられる。第２バルブ３２が閉じられることにより、冷媒吐出流路部７０と第２冷媒流路部７２とは遮断される。

（ｃ）の高速域では、冷媒は第１冷媒流路部７１の固定子コア冷却部７１Ａで固定子２１を冷却した後、第３冷媒流路部７３に供給されることなく、第１バルブ３１を介して第２冷媒流路部７２に供給される。第１冷媒流路部７１から第２冷媒流路部７２に供給された冷媒は回転子冷却部７２Ａで出力シャフト２３を含む回転子７２を冷却する。その後、冷媒は第２冷媒流路部７２の下流側端部Ｐ４１，４２，４３，４４（図１参照）からコイルエンド２１Ｂに滴下される。コイルエンド２１Ｂに滴下された冷媒８１（図１参照）はコイルエンド２１Ｂを冷却し、回転電機２のハウジング２４内に溜まる。ハウジング２４内に溜まった冷媒は排出口２５から図示しない配管を通して冷媒貯留部５に回収される。

（ａ）の低速域と（ｃ）の高速域との中間域である（ｂ）の中速域にあっては、切替機構３は第１冷媒流路部７１と第２冷媒流路部７２との各々に冷媒を供給する第３態様を実現する。この場合、第１バルブ３１は第１冷媒流路部７１と第３冷媒流路部７３とを連通するように駆動され、第２バルブ３２は開かれ、冷媒吐出流路部７０と第２冷媒流路部７２とを連通するように駆動される。

（ｂ）の中速域では、冷媒は冷媒吐出流路部７０から第１冷媒流路部７１および第２冷媒流路部７２のそれぞれに供給される。すなわち冷媒吐出流路部７０から供給される冷媒は、分岐点Ｐ１から第１冷媒流路部７１と第２冷媒流路部７２とに分流する。

第１冷媒流路部７１に供給された冷媒は固定子コア冷却部７１Ａで固定子２１を冷却した後、第１バルブ３１を介して第３冷媒流路部７３に供給され、第３冷媒流路部７３からコイルエンド２１Ｂに滴下される。コイルエンド２１Ｂに滴下された冷媒は回転電機２のハウジング２４内に溜まり、排出口２５から配管を通して冷媒貯留部５に回収される。これについては（ａ）の低速域での説明と同様である。

第２冷媒流路部７２に供給された冷媒は回転子冷却部７２Ａで出力シャフト２３を含む回転子７２を冷却した後、コイルエンド２１Ｂに滴下される。コイルエンド２１Ｂに滴下された冷媒８１（図１参照）はコイルエンド２１Ｂを冷却し、回転電機２のハウジング２４内に溜まる。ハウジング２４内に溜まった冷媒は排出口２５から配管を通して冷媒貯留部５に回収される。これについては（ｃ）の高速域での説明と同様である。

構造が複雑なコイルエンド２１Ｂでは、冷媒の粘性が低い方がコイルエンド２１Ｂの細部まで冷媒が行き渡り、コイルエンド２１Ｂから冷媒への熱伝達率が高くなる。図５（ｃ）の接続態様では、固定子コア２１Ａで暖められた冷媒がコイルエンド２１Ｂへ滴下あるいはスプレーされることになるため、コイルエンド２１Ｂへ滴下あるいはスプレーされる冷媒の粘性が低くなる。このため図５（ｃ）の接続態様は、高速域に限らず他の速度域にも用いることにより、コイルエンド２１Ｂから冷媒への熱伝達率を高めて回転電機２の冷却性能を向上することができる。

次に、切替機構３に用いる第１バルブ３１および第２バルブ３２のノーマルオープンもしくはノーマルクローズの組み合わせについて説明する。

第１バルブ３１および第２バルブ３２の制御失陥時に回転電機２を熱的に保護する必要がある。このため、回転電機２の冷却性能が確保できるように、第１バルブ３１および第２バルブ３２のノーマルオープンもしくはノーマルクローズの組合せが選定される。

図５（ｂ）の接続態様は、固定子２１に冷媒を供給する第１冷媒流路部７１と回転子２２に冷媒を供給する第２冷媒流路部７２とが並列に接続され、発熱部へ確実に冷媒を供給可能となり、理想的である。このため、第１バルブ３１および第２バルブ３２は両方ともノーマルオープンのバルブとすることが好ましい。なお、図１は第１バルブ３１および第２バルブ３２にノーマルオープンのバルブを使用し、電源を入れていない状態を図示しており、第１バルブ３１および第２バルブ３２がオープンした状態を示している。

本実施例の回転電機２の冷却システム１は、
固定子２１と回転子２２とを備える回転電機２の冷却システム１であって、
冷媒を供給する冷媒流路７と、冷媒流路７の態様を切り替える切替機構３と、冷媒流路７に冷媒を圧送するポンプ４と、を備え、
冷媒流路７は、固定子２１のコア２１Ａに冷媒を供給する第１冷媒流路部７１と、回転子２２に冷媒を供給する第２冷媒流路部７２と、を有し、
切替機構３は、第１冷媒流路部７１に冷媒を供給し第２冷媒流路部７２に冷媒を供給しない第１態様（図５（ａ））と、第１冷媒流路部７１の下流と第２冷媒流路部７２の上流とを連通させる第２態様（図５（ｃ））と、を成すように構成される。

この場合、第２態様（図５（ｃ））では、第１冷媒流路部７１と第２冷媒流路部７２とが直列に接続され、固定子２１を冷却した後の冷媒が回転子２２に供給されて回転子２２を冷却する。

さらに本実施例の回転電機２の冷却システム１では、
切替機構３は、第１冷媒流路部７１と第２冷媒流路部７２との各々に冷媒を供給する第３態様（図５（ｂ））をなすように構成される。

この場合、第３態様（図５（ｂ））では、回転電機２に対して、第１冷媒流路部７１と第２冷媒流路部７２とが並列に接続され、回転子２２を冷却する冷媒は固定子２１を冷却する冷媒が供給される流路を通ることなく回転子２２に供給される。

また本実施例の回転電機２の冷却システム１では、
回転電機２の低速域と、低速域よりも高い速度域である高速域と、低速域と高速域との間の中速域と、において、
第１態様（図５（ａ））は低速域において構成され、第２態様（図５（ｃ））は高速域において構成され、第３態様（図５（ｂ））は前記中速域において構成される。

また本実施例の回転電機２の冷却システム１では、
冷媒流路７は、固定子２１のコイルエンド２１Ｂに冷媒を供給する第３冷媒流路部７３と、下流側端部が第２冷媒流路部７２に連通するように設けられた第４冷媒流路部７４と、を備え、
切替機構３は第１バルブ３１と第２バルブ３２とを備え、
第１バルブ３１は、第１冷媒流路部７１を第３冷媒流路部７３に連通するように接続する接続態様と、第１冷媒流路部７１を第４冷媒流路部７４に連通するように接続する接続態様と、を切替可能に構成され、
第２バルブ３２は、第２冷媒流路部７２とポンプ４との間に配置され、第２冷媒流路部７２をポンプ４の冷媒吐出流路７０に第１冷媒流路部７１を介することなく連通するように接続する接続態様と、この接続態様における接続を遮断する接続態様と、を切替可能に構成される。

図６は、本発明に係る回転電機２の冷却システム１における、車速と冷媒供給量との関係を示す図である。

電動ポンプ４１は、機械式ポンプ４２と合わせた冷媒吐出量が固定子２１と回転子２２との冷媒必要量を上回る速度まで、動作させる。すなわち電動ポンプ４１の吐出量は機械式ポンプ４２の吐出量との合計が必要最低限な冷媒量（固定子＋回転子冷媒必要量）となる様に制御される。低速域では直流損が支配的であり損失の多くが固定子２１に生じる。低速域では固定子２１のみに冷媒を供給することで、小型ポンプでも冷却に必要な冷媒量が確保可能となる。

中速域では、冷媒流路（第１冷媒流路部７１および第２冷媒流路部７２）の並列化により電費向上を図る。最も走行頻度の高い中速域における機械式ポンプ４２のトルク損失を最小化するため、中速域では固定子２１と回転子２２の冷媒流路（第１冷媒流路部７１および第２冷媒流路部７２）が並列となる様に、切替機構３を開閉する。冷媒流路を並列とすることで圧力損失が低減するため、機械式ポンプ４２の損失を低減できる。

高速域では、可変容量機械式ポンプ４２の油圧制御による電費向上を図る。高速域では機械式ポンプ４２の吐出量がハウジング２４の冷媒排出能力（冷媒排出限界）を上回り、回転電機２のギャップに冷媒が入ることによるフリクションが発生する。そこで、高速域では可変容量機械式ポンプ４２の吐出量をハウジング２４の冷媒排出能力を超えないように制限する。このとき、可変容量機械式ポンプ４２の吐出量(≒ハウジング２４の冷媒排出能力)が固定子２１と回転子２２との冷媒必要量を下回る場合は、固定子２１と回転子２２との冷媒流路（第１冷媒流路部７１および第２冷媒流路部７２）が直列となる様に切替機構３を開閉することで、可変容量機械式ポンプ４２の吐出量(≒ハウジング２４の冷媒排出能力)での冷却を成立させる。すなわち高速域では、固定子２１と回転子２２との冷媒流路（第１冷媒流路部７１および第２冷媒流路部７２）を直列とすることで、冷却に必要な冷媒量を並列時よりも低減できるため、冷媒排出能力内で冷却性能を実現することができる。

図７は、本発明の第１実施例に係る回転電機２の冷却システム１について、切替機構３の変更例（第４変更例：変更例４）を示す概略構成図である。

切替機構３は、第１実施例の第１バルブ３１と第１バルブ３２とによる構成に限定されない。例えば、実施例１に示した第１バルブ３１は２個のバルブ３１１，３１２に分けて構成することができ、本例の切替機構３は３個のバルブで構成される。すなわち本例の第１バルブ３１は第３バルブ３１１と第４バルブ３１２とで構成される。第３バルブ３２１と第４バルブ３２２とは開閉バルブで構成することができる。

本例では、第１冷媒流路部７１の下流部は分岐点Ｐ５で２つの分岐流路部７１Ａ，７１Ｂに分岐される。第１分岐流路部７１Ａは、第３バルブ３１１を介して第３冷媒流路部７３に連通するように、第３バルブ３１１に接続される。第２分岐流路部７１Ｂは、第４バルブ３１２を介して第４冷媒流路部７４に連通するように、第４バルブ３１２に接続される。

すなわち本例の回転電機２の冷却システム１は、
第１バルブ３１は、第３バルブ３１１と第４バルブ３１２の２つのバルブで構成され、
第１冷媒流路部７１は、下流部が、第３バルブ３１１に接続される第１分岐流路部７１Ｂと、第４バルブに接続される第２分岐流路部７１Ｃと、に分岐し、
第３バルブ３１１は、第１分岐流路部７１Ｂと第３冷媒流路部７３との接続を開閉するように構成され、
第４バルブ３１２は、第２分岐流路部７１Ｃと第２冷媒流路部７２との接続を開閉するように構成される。

図７に示すように、電子制御装置（ＥＣＵ）６は、第２バルブ３２を制御するため、信号線Ｅ３２で第２バルブ３２と接続されている。電子制御装置（ＥＣＵ）６は、第３バルブ３１１を制御するため、信号線Ｅ３１１で第３バルブ３１１と接続されている。電子制御装置（ＥＣＵ）６は、第４バルブ３１２を制御するため、信号線Ｅ３１２で第４バルブ３１２と接続されている。

本例の場合、第３バルブ３１１、第４バルブ３１２および第２バルブ３２の制御失陥時に回転電機２を熱的に保護するため、第３バルブ３１１および第２バルブ３２はノーマルオープンとし、第４バルブ３１２はノーマルクローズとすることが好ましい。なお図７は、第３バルブ３１１および第２バルブ３２にノーマルオープンのバルブを使用すると共に、第４バルブ３１２にノーマルクローズのバルブを使用し、電源を入れていない状態を図示しており、第１バルブ３１および第２バルブ３２がオープンし、第４バルブ３１２がクローズした状態を示している。

コストの観点から全て同じバルブを採用する場合がある。この場合は、バルブ制御失陥時に冷却性能が確保できるように、ノーマル状態での各流路圧損の大小関係を決定するとよい。図７の場合、例えば第３バルブ３１１、第４バルブ３１２および第２バルブ３２を全てノーマルオープンとし、すべてのバルブ３１１，３１２，３２がオープンの場合に特定の冷媒経路に冷媒が流れるよう圧損設計を行うとよい。

図８は、図７の回転電機の冷却システムについて、各速度域におけるバルブの開閉状態を示す図である。

図８に示すように、第２バルブ３２、第３バルブ３２１および第４バルブ３２２は走行モード（車速域）に応じて電子制御装置６からの制御信号により制御され、冷媒流路７の接続態様が切り替えられる。

図９は、本発明の第１実施例に係る回転電機２の冷却システム１について、切替機構３の変更例（第５変更例：変更例５）を示す概略構成図である。

図７の切替機構３において、複数のバルブ３２，３１１，３１２は、一部あるいは全てのバルブを一体のユニットとして構成してもよい。例えば図１の切替機構３では、図７の切替機構３における第３バルブ３１１および第４バルブ３１２を一体のユニット（第１バルブ３１）として構成した例である。

図９では、図７のバルブ３２，３１１，３１２の全てのバルブを一体のユニット（バル部３）として構成している。複数のバルブをまとめて一体のユニットとすることにより、部品点数を削減することができ、冷却システム１の組立が容易になる。

図１０は、本発明に係る回転電機２の冷却システム１において、電動式ポンプ４１の稼働域を変更した場合の、車速と冷媒供給量との関係を示す図である。

機械式ポンプ４２の吐出能力に余裕がある場合は、図１０に示すように電動ポンプ４１の稼働領域を少なくして、電費を向上するとよい。本例では、電動ポンプ４１の稼働領域は低速域における固定子２１のみを冷却する範囲に制限されている。

なお、本発明は上記した各実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

１…回転電機２の冷却システム、２…回転電機、３…切替機構、４…ポンプ、７…冷媒流路、２１…固定子、２１Ａ…固定子２１のコア（固定子コア）、２１Ｂ…固定子２１のコイルエンド、２２…回転子、２３…回転電機２の出力シャフト、３１…第１バルブ、３２…第２バルブ、４１…電動ポンプ、４２…機械式ポンプ、７０…ポンプ４の冷媒吐出流路、７１…第１冷媒流路部、７１Ｂ…第１冷媒流路部７１の第１分岐流路部、７１Ｃ…第１冷媒流路部７１の第２分岐流路部、７２…第２冷媒流路部、７３…第３冷媒流路部、７４…第４冷媒流路部、１０１…減速機、１０４…ドライブシャフト、３１１…第３バルブ、３１２…第４バルブ。

Claims (10)

1. 固定子と回転子とを備える回転電機の冷却システムであって、
   冷媒を供給する冷媒流路と、前記冷媒流路の態様を切り替える切替機構と、前記冷媒流路に冷媒を圧送するポンプと、を備え、
   前記冷媒流路は、前記固定子のコアに冷媒を供給する第１冷媒流路部と、前記回転子に冷媒を供給する第２冷媒流路部と、を有し、
   前記切替機構は、前記第１冷媒流路部に冷媒を供給し前記第２冷媒流路部に冷媒を供給しない第１態様と、前記第１冷媒流路部の下流と前記第２冷媒流路部の上流とを連通させる第２態様と、を成すように構成された回転電機の冷却システム。
2. 請求項１に記載の回転電機の冷却システムであって、
   前記第２態様では、前記第１冷媒流路部と前記第２冷媒流路部とが直列に接続され、前記固定子を冷却した後の冷媒が前記回転子に供給されて前記回転子を冷却する回転電機の冷却システム。
3. 請求項２に記載の回転電機の冷却システムであって、
   前記切替機構は、前記第１冷媒流路部と前記第２冷媒流路部との各々に冷媒を供給する第３態様をなすように構成された回転電機の冷却システム。
4. 請求項３に記載の回転電機の冷却システムであって、
   前記第３態様では、前記回転電機に対して、前記第１冷媒流路部と前記第２冷媒流路部とが並列に接続され、前記回転子を冷却する冷媒は前記固定子を冷却する冷媒が通る流路とは異なる流路前記回転子に供給される回転電機の冷却システム。
5. 請求項４に記載の回転電機の冷却システムであって、
   前記回転電機の低速域と、前記低速域よりも高い速度域である高速域と、前記低速域と前記高速域との間の中速域と、において、
   前記第１態様は前記低速域において構成され、前記第２態様は前記高速域において構成され、前記第３態様は前記中速域において構成される回転電機の冷却システム。
6. 請求項５に記載の回転電機の冷却システムであって、
   前記冷媒流路は、前記固定子のコイルエンドに冷媒を供給する第３冷媒流路部と、下流側端部が前記第２冷媒流路部に連通するように設けられた第４冷媒流路部と、を備え、
   前記切替機構は第１バルブと第２バルブとを備え、
   前記第１バルブは、前記第１冷媒流路部を前記第３冷媒流路部に連通するように接続する接続態様と、前記第１冷媒流路部を前記第４冷媒流路部に連通するように接続する接続態様と、を切替可能に構成され、
   前記第２バルブは、前記第２冷媒流路部と前記ポンプとの間に配置され、前記第２冷媒流路部を前記ポンプの冷媒吐出流路に前記第１冷媒流路部を介することなく連通するように接続する接続態様と、この接続態様における接続を遮断する接続態様と、を切替可能に構成された回転電機の冷却システム。
7. 請求項６に記載の回転電機の冷却システムであって、
   前記第１バルブは、第３バルブと第４バルブの２つのバルブで構成され、
   前記第１冷媒流路部は、下流部が、第３バルブに接続される第１分岐流路部と、第４バルブに接続される第２分岐流路部と、に分岐し、
   前記第３バルブは、前記第１分岐流路部と前記第３冷媒流路部との接続を開閉するように構成され、
   前記第４バルブは、前記第２分岐流路部と前記第２冷媒流路部との接続を開閉するように構成された回転電機の冷却システム。
8. 請求項７に記載の回転電機の冷却システムであって、
   前記ポンプは、機械式ポンプと電動ポンプとを備え、
   前記機械式ポンプは、前記回転電機とドライブシャフトとの間に設けられる減速機の軸から動力を確保する回転電機の冷却システム。
9. 請求項７に記載の回転電機の冷却システムであって、
   前記ポンプは、機械式ポンプと電動ポンプとを備え、
   前記機械式ポンプは、前記回転電機の出力シャフトから動力を確保する回転電機の冷却システム。
10. 請求項７に記載の回転電機の冷却システムであって、
    前記ポンプは、機械式ポンプと電動ポンプとを備え、
    前記機械式ポンプは、ドライブシャフトから動力を確保する回転電機の冷却システム。