モータの冷却装置
【課題】熱量の増大に伴って、減磁するモータ１を熱電素子１０によって冷却し、熱によるモータ１の性能低下を抑制すること。
【解決手段】ロータ４とロータ軸２との間に熱電素子１０を配置して、熱電素子１０の吸熱部８によってロータ４に生じた熱を奪い、また発熱部９に生じた熱は、発熱部９に接触しロータ軸２の内部に貫通して設けられた冷却通路７に熱輸送できるように構成されている。その結果、ロータに生じた熱を積極的に奪うように構成されているので、熱によるモータ性能の低下を抑制もしくは防止することができる。
【解決手段】ロータ４とロータ軸２との間に熱電素子１０を配置して、熱電素子１０の吸熱部８によってロータ４に生じた熱を奪い、また発熱部９に生じた熱は、発熱部９に接触しロータ軸２の内部に貫通して設けられた冷却通路７に熱輸送できるように構成されている。その結果、ロータに生じた熱を積極的に奪うように構成されているので、熱によるモータ性能の低下を抑制もしくは防止することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明はモータに関し、特に温度の上昇によって磁力が低下するモータの冷却装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
モータはステータとロータとの電磁気作用によってロータにトルクを生じさせるものである。一例としてロータに永久磁石を取り付け、その外周に配置したステータに回転磁界を生じさせるように構成されたモータが知られている。
【０００３】
一方、磁力はコイルや永久磁石の温度が高くなると相対的に低下することが知られている。またコイルでのジュール損やロータが磁界を横切ることなどによって熱が発生する。この種の熱による温度の上昇を抑えることが従来おこなわれている。例えば特許文献１にはインホイールモータで発生した熱を利用して熱電素子により発電し、エネルギ損失によって生じた熱を電力として回収することが記載されている。
【０００４】
【特許文献１】特開平６−１４４０２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の装置は、インホイールモータのケーシングの外面に熱電素子を配置し、この熱電素子を挟んでインホイールモータとは反対側に電動ファンを設けることにより、熱電素子の表裏両面の間に温度差を与え、これにより発電をおこなうように構成されている。すなわち特許文献１の装置は、インホイールモータのケーシングから熱を奪って発電するように構成されている。そのため熱電素子でエネルギ回収するためには、インホイールモータ全体の温度がある程度高くなる必要がある。言い換えると、ステータやロータなどの温度がかなり高くならないと、熱電素子の表裏両面の間に充分な温度差が生じない。その結果、ステータやロータなどの磁力が低下したり、車両としての動力性能が低下するなどの可能性があった。
【０００６】
この発明は上記の技術的課題に着目してなされたものであり、出力トルクに対して熱影響を回避して車両の動力性能を向上させることのできるモータの冷却装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するために、請求項１の発明は、ロータ軸に取り付けられたロータの外周側に該ロータとの間で電磁気作用によりトルクを生じさせるステータが配置されたモータの冷却装置において、前記ロータ軸と前記ロータとの間に、熱電素子が設けられ、該熱電素子は通電されることにより前記ロータ軸側が発熱部となりかつ前記ロータ側が吸熱部となるように構成され、さらに前記ロータ軸から熱を奪う冷却機構が設けられていることを特徴とするものである。
【０００８】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記ロータ軸もしくは前記ロータには、前記ステータとの相対回転によって起電力を生じる発電用コイルが取り付けられ、該発電用コイルで発生した電力が前記熱電素子に供給されるように構成されていることを特徴とするものである。
【０００９】
請求項３の発明は、請求項２の発明において、前記ロータは永久磁石を備えるとともに、前記ステータは回転磁界を発生するコイルを備え、前記発電用コイルと前記ロータ軸もしくは前記ロータとの間には、前記ロータ軸もしくは前記ロータから前記発電用コイルにトルクを伝達するとともに前記発電用コイルの回転数を前記ロータの回転数とは異ならせる伝動機構が設けられていることを特徴とするものである。
【００１０】
請求項４の発明は、請求項３の発明において、前記伝動機構は、互いに差動回転する三つの回転要素を備え、いずれか一つの回転要素が前記ロータ軸もしくは前記ロータに連結され、他の一つの回転要素が前記発電用コイルに連結され、更に他の一つの回転要素が反力要素とされた差動回転機構によって構成されていることを特徴とするものである。
【００１１】
請求項５の発明は、請求項４の発明において、前記回転要素の回転を選択的に止めるブレーキ機構を更に備えていることを特徴とするものである。
【００１２】
請求項６の発明は、請求項５の発明において、前記モータの温度が予め定めた閾値以上であることを判断する温度判断手段と、前記モータの温度が前記閾値以上であることが前記判断手段によって判断された場合に前記ブレーキ機構によって前記反力要素の回転を止めるブレーキ制御手段とを更に備えていることを特徴とするものである。
【００１３】
請求項７の発明は、請求項６の発明において、前記閾値は、前記ロータの磁力が低下する温度として予め定めた温度であることを特徴とするものである。
【００１４】
請求項８の発明は、請求項１ないし７のいずれかの発明において、前記冷却機構は、前記ロータ軸を貫通して冷却用熱輸送媒体を流通させる冷却通路を含むことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１の発明によれば、ロータに生じた熱を熱電素子の吸熱部によって奪うことができ、ロータの温度の上昇によってロータの磁力が低下することを防止もしくは抑制することができる。また熱電素子で生じた熱をロータ軸から冷却機構によって奪うことができる。
【００１６】
請求項２の発明によれば、請求項１の発明による効果と同様の効果に加えて、発電コイルがロータ軸もしくはロータに設けられているので、ロータの回転に伴って起電することができる。また熱電素子に供給する電力を外部から導入する必要がないので、外部電源を必要としない。
【００１７】
請求項３の発明によれば、請求項２の発明による効果と同様の効果に加えて、発電コイルの回転数がロータ軸もしくはロータの回転数と同期しないので、発電コイルとロータ軸もしくはロータとの間に回転数の差が生じて起電することができる。
【００１８】
請求項４の発明によれば、請求項３の発明による効果と同様の効果に加えて、三つの回転要素の組み合わせに応じた起電力を得ることができる。
【００１９】
請求項５の発明によれば、請求項４の発明による効果と同様の効果に加えて、例えばロータの冷却が必要のない場合には、ブレーキ機構をフリーとすることによって発電量を抑えることができるので、発電コイルが回転させられることによって生じるモータの引き摺り損失を低減もしくは抑えることができる。
【００２０】
請求項６の発明によれば、請求項５の発明による効果と同様の効果に加えて、反力要素の回転を規制するブレーキ機構は、モータの温度に応じてブレーキの係合もしくは解放を制御されるように構成されているので、その熱量に応じた発電ができる。またその発電した電力によってロータを適宜に冷却することができる。
【００２１】
請求項７の発明によれば、請求項６の発明による効果と同様の効果に加えて、ロータの磁力が低下する減磁温度を閾値としているので、減磁温度を超えない制御をおこなうことができ、モータの出力トルクに対する熱影響を回避することができる。
【００２２】
請求項８の発明によれば、前記１ないし７のいずれかの発明による効果と同様の効果に加えて、冷却通路を流通する冷却用熱輸送媒体によって熱電素子の発熱部の熱量が奪われるので、ロータもしくはロータ軸に熱が滞ることが抑制もしくは防止される。またロータの磁力を減磁させる熱を移動させることができるので、ロータの冷却性能が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
つぎにこの発明をより具体的に説明する。図１にこの発明に係るモータ１の冷却装置の一例を模式的に示してある。この発明に係るモータ１の一例は、ロータ軸２に設けられてその内部に永久磁石３が配置されたロータ４と、コイル５に通電することによって磁界を生じさせてロータ４にトルクを付与するステータ６とから構成されたいわゆる永久磁石形同期モータ１である。また図示しないが、この発明に係るモータ１はその温度を検出するモータ温度Ｔｍセンサーや要求トルクＴｒｑまたは電流値ＡＭを検出し、演算処理するＥＣＵを備え、電気的に制御できるようになっている。
【００２４】
ロータ４とロータ軸２との間にこの発明における熱電素子１０が配置されている。またこの発明における冷却機構として、ロータ軸２の内部にロータ軸２を貫通して冷却用熱輸送媒体を流通させる冷却通路７が構成されている。ここで熱電素子１０は通電されることによって吸熱部８と発熱部９とを生じるように構成されたペルチェ素子１０であり、吸熱部８がロータ４側に発熱部９が冷却通路７側になるように配置されている。ペルチェ素子１０を通電するための電源１１は、例えばバッテリなどを用いてもよい。また冷却用熱輸送媒体は、例えばモータ１を潤滑もしくは冷却するためのオイルでもよい。ここに示す例では冷却用熱輸送媒体にオイルを使用した。このオイルはオイルポンプ１２によって冷却通路７を強制的に流通するように構成されている。またオイルは従来一般的に用いられているものであり、温度によって粘度が変化して低温ほど粘度が増大する特性を有している。
【００２５】
上記のように構成された冷却装置によれば、以下のようにしてロータ４が冷却される。先ず、前述したペルチェ素子１０に対して電源１１から電流を流す。その場合、ペルチェ素子１０におけるロータ４側の部分が吸熱部８となり、これとは反対のロータ軸２側が発熱部９となるように電流の向きを設定する。モータ１を駆動することによりロータ４で熱が生じると、その熱は上記のように通電しているペルチェ素子１０における吸熱部８に伝達され、さらに発熱部９と接触して配置された冷却通路７を流通するオイルに伝熱される。したがってロータ４に発生した熱を積極的に奪うように構成されているので、ロータ４に配置された永久磁石３の減磁を防止もしくは抑制することができる。その結果、熱によるモータ１の性能低下を防止もしくは抑制することができる。
【００２６】
また図２にこの発明に係るモータ１の冷却装置の他の例を模式的に示してある。ペルチェ素子１０の電源１１としてステータ６に発生させた回転磁界を横切るように発電用コイル１７が配置されている。また差動作用のある伝動機構を用いてロータ４と発電用コイル１７との間に回転数の差ΔＮrを生じさせて、ステータ６に発生させた回転磁界と発電コイルとから発電されるように構成されている。その伝動機構は、三つの回転要素からなるシングルピニオン型の差動回転機構１３である。図２では、サンギア１４は入力要素としてロータ軸２に連結され、リングギア１６は反力要素とされ、キャリア１５は出力要素として発電用コイル１７に連結されている。また発電用コイル１７は、コイルが巻かれたかご型回転子１７から構成されている。かご型回転子１７とステータ６に発生させた回転磁界とから発電された電力は、スリップリング１８を介してペルチェ素子１０に供給されるように構成されている。付言すると、永久磁石形同期モータ１はステータ６の回転磁界とロータ４とが同期している。そのため差動回転機構１３によってロータとかご型回転子１７との間に回転数の差ΔＮrを生じさせて、ステータ６に発生させた回転磁界をかご型回転子１７に横切らせることによって発電できるように構成されている。ここで、かご型回転子１７を発電コイルとした構成例を示してあるが、ステータ６に発生させた回転磁界を横切って発電できるコイルを有する回転子であればよい。
【００２７】
図３に前述した差動回転機構１３の共線図を示してある。ロータ４の回転はステータ６に発生させた回転磁界と同期しているので、ロータ４の回転数Ｎrotorとステータ６に発生させた回転磁界の回転数Ｎstatorとは同一と見なすことができる。サンギア１４はロータ軸２に連結されており、その回転数ＮＳはロータ４の回転数Ｎrotorと同一になる。またリングギア１６は反力要素とされている。その結果、ロータ４の回転数Ｎrotorに対してかご型回転子１７が連結されたキャリア１５の回転数ＮＣを減速することができる。すなわちロータ４の回転数Ｎrotorとキャリア１５の回転数ＮＣとが同期せず、これらの間に回転数の差ΔＮｒが生じるので、ステータ６に発生させた回転磁界をかご型回転子１７のコイルが横切ることによって発電することができる。
【００２８】
図２に示した構成は、ステータ６に発生させた回転磁界を横切ることによってかご型回転子１７のコイルに起電された電力はスリップリング１８を介してペルチェ素子１０に供給される。その結果、ロータ４に生じた熱はペルチェ素子１０の吸熱部８に奪われてロータ４が冷却される。また発熱部９の熱は発熱部９に接触して配置された冷却通路７を流通するオイルに伝熱される。したがってロータ４の熱を積極的に奪うように構成されているので、ロータ４に挿入された永久磁石３の減磁を防止もしくは抑制することができる。また熱によるモータ１の性能低下を防止もしくは抑制することができる。
【００２９】
図４にこの発明に係るモータ１の冷却装置のさらに他の例を模式的に示してある。ペルチェ素子１０の電源１１としてステータ６に発生させた回転磁界を横切るように発電用コイル１７が配置されている。また差動作用のある伝動機構を用いてロータ４と発電用コイル１７との間に回転数の差ΔＮrを生じさせて、ステータ６に発生させた回転磁界と発電コイルとから発電されるように構成されている。発電用コイル１７は、コイルが巻かれたかご型回転子１７から構成されている。差動回転機構１３のサンギア１４は入力要素としてロータ軸２に連結され、リングギア１６は出力要素としてかご型回転子１７に連結され、キャリア１５は反力要素とされている。またスリップリング１８がステータ６に発生させた回転磁界とかご型回転子１７とが発電した電力をペルチェ素子１０に供給できるように構成されている。付言すると、永久磁石形同期モータ１はステータ６の回転磁界とロータ４とが同期している。そのため差動回転機構１３によってロータ４とかご型回転子１７との間に回転数の差ΔＮrを生じさせて、ステータ６に発生させた回転磁界をかご型回転子１７に横切らせることによって発電できるように構成されている。ここで、かご型回転子１７を発電コイルとした構成例を示してあるが、ステータ６に発生させた回転磁界を横切って発電できるコイルを有する回転子であればよい。
【００３０】
図５に示した差動回転機構１３の共線図を示してある。ロータ４の回転はステータ６に発生させた回転磁界と同期しているので、ロータ４の回転数Ｎrotorとステータ６に発生させた回転磁界の回転数Ｎstatorとは同一と見なすことができる。サンギア１４はロータ軸２に連結されており、その回転数ＮＳはロータ４の回転数Ｎrotorと同一になる。またキャリア１５は反力要素とされている。その結果、ロータ４の回転数Ｎrotorに対してかご型回転子１７が連結されたリングギア１６の回転数ＮＲを減速することができる。すなわちロータ４の回転数Ｎrotorとリングギア１６の回転数ＮＲとが同期せず、これらの間に回転数の差ΔＮｒが生じるので、ステータ６に発生させた回転磁界をかご型回転子１７のコイルが横切ることによって発電することができる。
【００３１】
図４に示した構成では、ロータ４とかご型回転子１７との回転数の差ΔＮrは、図２に示した例と比較して大きくなる。すなわち図４のプラネタリはキャリア１５を固定することによりサンギア１４に入力されたトルクの回転数は減速、反転されてリングギア１６から出力される。そのため図２に示した構成例と比較して、ペルチェ素子１０に供給できる電力量を増やすことができる。またステータ６に発生させた回転磁界を横切ることによってかご型回転子１７のコイルに起電された電力はスリップリング１８を介してペルチェ素子１０に供給される。その結果、ローラ３に生じた熱はペルチェ素子１０の吸熱部８に奪われて冷却される。また発熱部９の熱は発熱部９に接触して配置された冷却通路７を流通するオイルに伝熱される。したがってロータ４の熱を積極的に奪うように構成されているので、ロータ４に挿入された永久磁石３の減磁を防止もしくは抑制することができる。また熱によるモータ１の性能低下を防止もしくは抑制することができる。
【００３２】
図２もしくは図４に示した構成は、ロータ４が回転している間は常に差動回転機構１３も回転させられモータに引き摺り損失が生じる。またロータ４が回転している間は発電されるので、ペルチェ素子１０による冷却が継続されて、オイルの粘性が高くなることによるオイルの撹拌損失の増加を生じる虞がある。
【００３３】
図６にかご型回転子１７の発電量を調整可能にした例を模式的に示してある。この発明におけるブレーキ機構１９によってかご型回転子１７の回転を規制して、その発電量を調整できるように構成されている。すなわちリングギア１６に、その回転数ＮＲをブレーキ機構１９の係合もしくは解放によって制御できるように設けられている。またキャリア１５は反力要素とされている。またスリップリング１８がステータ６に発生させた回転磁界とかご型回転子１７とが発電した電力をペルチェ素子１０に供給できるように構成されている。またブレーキ機構１９の係合もしくは解放を制御してステータ６に発生させた回転磁界とかご型回転子１７とから発電される電力を調整するＥＣＵ２０を備えている。
【００３４】
図７に、図６に示した差動回転機構１３の共線図を示してある。ロータ４の回転はステータ６に発生させた回転磁界と同期しているので、ロータ４の回転数Ｎrotorとステータ６に発生させた回転磁界の回転数Ｎstatorとは同一と見なすことができる。サンギア１４はロータ軸２に連結されており、その回転数ＮＳはロータ４の回転数Ｎrotorと同一になる。そのためロータ４の回転数Ｎrotorに対してかご型回転子１７が連結されたリングギア１６の回転数ＮＲを減速することができる。すなわちロータ４の回転数Ｎrotorとリングギア１６の回転数ＮＲとが同期せず、これらの間に回転数の差ΔＮｒが生じるので、ステータ６に発生させた回転磁界をかご型回転子１７のコイルが横切ることによって発電することができる。また例えばブレーキ機構１９によるキャリア１５の回転数ＮＣが制御されない場合は、ロータ４の回転数Ｎrotorとリングギア１６の回転数ＮＲとの回転数の差ΔＮｒが小さくなるので、モータ１の引き摺り損失を低減もしくは抑えることができる。これとは反対にブレーキ機構１９によってキャリア１５の回転数ＮＣが制御された場合は、ロータ４の回転数Ｎrotorとリングギア１６の回転数ＮＲとの回転数の差ΔＮｒが大きくなるので、その回転数の差ΔＮｒによって起電力を得ることができる。
【００３５】
図８にはブレーキ機構１９の制御の一例を示してある。先ずモータ１への要求トルク容量値の絶対値が０か否かが判断される（ステップＳ１）。
【００３６】
このステップＳ１で否定的に判断された場合には、特に制御を行うことなくこのルーチンを一旦終了する。これとは反対にステップＳ１で肯定的に判断された場合には、モータ１温度が減磁温度を越えているか否かが判断される（ステップＳ２）。
【００３７】
このステップＳ２で否定的に判断された場合には、特に制御を行うことなくこのルーチンを一旦終了する。これとは反対にステップＳ２で肯定的に判断された場合には、モータ１の温度が高いことによって減磁が生じてモータ１の性能が低下するので、ブレーキの係合状態を制御してリングギア１６の回転数ＮＲを制御する（ステップＳ３）。
【００３８】
例えばモータ１への要求トルクＴｒｑの絶対値が０であり、またはロータ４の温度が減磁温度Ｔｍｆ以下である場合は、ブレーキ機構１９によるキャリア１５の回転数ＮＣは規制されない。そのためロータ４の回転数Ｎrotorとリングギア１６の回転数ＮＲとの回転数の差ΔＮｒが小さくなり、モータ１の引き摺り損失を低減もしくは抑えることができる。これとは反対にモータ１への要求トルクＴｒｑの絶対値が０ではなく、かつロータ４の温度が減磁温度Ｔｍｆを越えている場合は、ブレーキ機構１９によってリングギア１６の回転数ＮＲが規制される。そのためロータ４の回転数Ｎrotorとリングギア１６の回転数ＮＲとの回転数の差ΔＮｒが大きくなり、その回転数の差ΔＮｒによって起電力を得ることができる。
【００３９】
図６に示した構成は、減磁温度Ｔｍｆを越えた場合にロータ４を冷却することができるので、熱によるモータ１の性能低下を防止もしくは抑制することができる。また減磁温度Ｔｍｆ以下の場合には、回転数の差ΔＮｒを小さくできるので、モータ１の引き摺り損失を低減させることができる。
【００４０】
なおこのブレーキ機構１９の制御パラメータには、減磁温度Ｔｍｆの代わりにモータ１に通電される電流値ＡＭを用いてもよい。すなわちモータ１に通電される電流値ＡＭからモータ１の仕事量およびモータ１に発生される熱量を実験やシミュレーションなどから予め求めることができるので、前述した例と同様の制御をおこなうことができる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】この発明に係るモータの冷却装置の構成例を模式的に示す図である。
【図２】この発明に係るモータの冷却装置の他の構成例を模式的に示す図である。
【図３】差動回転機構のキャリアに発電用コイルを連結した場合の共線図である。
【図４】この発明に係るモータの冷却装置のさらに他の構成例を模式的に示す図である。
【図５】差動回転機構のリングギアに発電用コイルを連結した場合の共線図である。
【図６】発電用コイルによる発電量を調整可能にした構成例を模式的に示す図である。
【図７】差動回転機構のリングギアを発電用コイルとした場合の共線図である。
【図８】ブレーキ機構の制御一例を説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
【００４２】
１…モータ、 ２…ロータ軸、 ４…ロータ、 ６…ステータ、 １０…ペルチェ素子、 １３…差動回転機構、 １６…かご型回転子、 １８…ブレーキ機構。
【技術分野】
【０００１】
この発明はモータに関し、特に温度の上昇によって磁力が低下するモータの冷却装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
モータはステータとロータとの電磁気作用によってロータにトルクを生じさせるものである。一例としてロータに永久磁石を取り付け、その外周に配置したステータに回転磁界を生じさせるように構成されたモータが知られている。
【０００３】
一方、磁力はコイルや永久磁石の温度が高くなると相対的に低下することが知られている。またコイルでのジュール損やロータが磁界を横切ることなどによって熱が発生する。この種の熱による温度の上昇を抑えることが従来おこなわれている。例えば特許文献１にはインホイールモータで発生した熱を利用して熱電素子により発電し、エネルギ損失によって生じた熱を電力として回収することが記載されている。
【０００４】
【特許文献１】特開平６−１４４０２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の装置は、インホイールモータのケーシングの外面に熱電素子を配置し、この熱電素子を挟んでインホイールモータとは反対側に電動ファンを設けることにより、熱電素子の表裏両面の間に温度差を与え、これにより発電をおこなうように構成されている。すなわち特許文献１の装置は、インホイールモータのケーシングから熱を奪って発電するように構成されている。そのため熱電素子でエネルギ回収するためには、インホイールモータ全体の温度がある程度高くなる必要がある。言い換えると、ステータやロータなどの温度がかなり高くならないと、熱電素子の表裏両面の間に充分な温度差が生じない。その結果、ステータやロータなどの磁力が低下したり、車両としての動力性能が低下するなどの可能性があった。
【０００６】
この発明は上記の技術的課題に着目してなされたものであり、出力トルクに対して熱影響を回避して車両の動力性能を向上させることのできるモータの冷却装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するために、請求項１の発明は、ロータ軸に取り付けられたロータの外周側に該ロータとの間で電磁気作用によりトルクを生じさせるステータが配置されたモータの冷却装置において、前記ロータ軸と前記ロータとの間に、熱電素子が設けられ、該熱電素子は通電されることにより前記ロータ軸側が発熱部となりかつ前記ロータ側が吸熱部となるように構成され、さらに前記ロータ軸から熱を奪う冷却機構が設けられていることを特徴とするものである。
【０００８】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記ロータ軸もしくは前記ロータには、前記ステータとの相対回転によって起電力を生じる発電用コイルが取り付けられ、該発電用コイルで発生した電力が前記熱電素子に供給されるように構成されていることを特徴とするものである。
【０００９】
請求項３の発明は、請求項２の発明において、前記ロータは永久磁石を備えるとともに、前記ステータは回転磁界を発生するコイルを備え、前記発電用コイルと前記ロータ軸もしくは前記ロータとの間には、前記ロータ軸もしくは前記ロータから前記発電用コイルにトルクを伝達するとともに前記発電用コイルの回転数を前記ロータの回転数とは異ならせる伝動機構が設けられていることを特徴とするものである。
【００１０】
請求項４の発明は、請求項３の発明において、前記伝動機構は、互いに差動回転する三つの回転要素を備え、いずれか一つの回転要素が前記ロータ軸もしくは前記ロータに連結され、他の一つの回転要素が前記発電用コイルに連結され、更に他の一つの回転要素が反力要素とされた差動回転機構によって構成されていることを特徴とするものである。
【００１１】
請求項５の発明は、請求項４の発明において、前記回転要素の回転を選択的に止めるブレーキ機構を更に備えていることを特徴とするものである。
【００１２】
請求項６の発明は、請求項５の発明において、前記モータの温度が予め定めた閾値以上であることを判断する温度判断手段と、前記モータの温度が前記閾値以上であることが前記判断手段によって判断された場合に前記ブレーキ機構によって前記反力要素の回転を止めるブレーキ制御手段とを更に備えていることを特徴とするものである。
【００１３】
請求項７の発明は、請求項６の発明において、前記閾値は、前記ロータの磁力が低下する温度として予め定めた温度であることを特徴とするものである。
【００１４】
請求項８の発明は、請求項１ないし７のいずれかの発明において、前記冷却機構は、前記ロータ軸を貫通して冷却用熱輸送媒体を流通させる冷却通路を含むことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１の発明によれば、ロータに生じた熱を熱電素子の吸熱部によって奪うことができ、ロータの温度の上昇によってロータの磁力が低下することを防止もしくは抑制することができる。また熱電素子で生じた熱をロータ軸から冷却機構によって奪うことができる。
【００１６】
請求項２の発明によれば、請求項１の発明による効果と同様の効果に加えて、発電コイルがロータ軸もしくはロータに設けられているので、ロータの回転に伴って起電することができる。また熱電素子に供給する電力を外部から導入する必要がないので、外部電源を必要としない。
【００１７】
請求項３の発明によれば、請求項２の発明による効果と同様の効果に加えて、発電コイルの回転数がロータ軸もしくはロータの回転数と同期しないので、発電コイルとロータ軸もしくはロータとの間に回転数の差が生じて起電することができる。
【００１８】
請求項４の発明によれば、請求項３の発明による効果と同様の効果に加えて、三つの回転要素の組み合わせに応じた起電力を得ることができる。
【００１９】
請求項５の発明によれば、請求項４の発明による効果と同様の効果に加えて、例えばロータの冷却が必要のない場合には、ブレーキ機構をフリーとすることによって発電量を抑えることができるので、発電コイルが回転させられることによって生じるモータの引き摺り損失を低減もしくは抑えることができる。
【００２０】
請求項６の発明によれば、請求項５の発明による効果と同様の効果に加えて、反力要素の回転を規制するブレーキ機構は、モータの温度に応じてブレーキの係合もしくは解放を制御されるように構成されているので、その熱量に応じた発電ができる。またその発電した電力によってロータを適宜に冷却することができる。
【００２１】
請求項７の発明によれば、請求項６の発明による効果と同様の効果に加えて、ロータの磁力が低下する減磁温度を閾値としているので、減磁温度を超えない制御をおこなうことができ、モータの出力トルクに対する熱影響を回避することができる。
【００２２】
請求項８の発明によれば、前記１ないし７のいずれかの発明による効果と同様の効果に加えて、冷却通路を流通する冷却用熱輸送媒体によって熱電素子の発熱部の熱量が奪われるので、ロータもしくはロータ軸に熱が滞ることが抑制もしくは防止される。またロータの磁力を減磁させる熱を移動させることができるので、ロータの冷却性能が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
つぎにこの発明をより具体的に説明する。図１にこの発明に係るモータ１の冷却装置の一例を模式的に示してある。この発明に係るモータ１の一例は、ロータ軸２に設けられてその内部に永久磁石３が配置されたロータ４と、コイル５に通電することによって磁界を生じさせてロータ４にトルクを付与するステータ６とから構成されたいわゆる永久磁石形同期モータ１である。また図示しないが、この発明に係るモータ１はその温度を検出するモータ温度Ｔｍセンサーや要求トルクＴｒｑまたは電流値ＡＭを検出し、演算処理するＥＣＵを備え、電気的に制御できるようになっている。
【００２４】
ロータ４とロータ軸２との間にこの発明における熱電素子１０が配置されている。またこの発明における冷却機構として、ロータ軸２の内部にロータ軸２を貫通して冷却用熱輸送媒体を流通させる冷却通路７が構成されている。ここで熱電素子１０は通電されることによって吸熱部８と発熱部９とを生じるように構成されたペルチェ素子１０であり、吸熱部８がロータ４側に発熱部９が冷却通路７側になるように配置されている。ペルチェ素子１０を通電するための電源１１は、例えばバッテリなどを用いてもよい。また冷却用熱輸送媒体は、例えばモータ１を潤滑もしくは冷却するためのオイルでもよい。ここに示す例では冷却用熱輸送媒体にオイルを使用した。このオイルはオイルポンプ１２によって冷却通路７を強制的に流通するように構成されている。またオイルは従来一般的に用いられているものであり、温度によって粘度が変化して低温ほど粘度が増大する特性を有している。
【００２５】
上記のように構成された冷却装置によれば、以下のようにしてロータ４が冷却される。先ず、前述したペルチェ素子１０に対して電源１１から電流を流す。その場合、ペルチェ素子１０におけるロータ４側の部分が吸熱部８となり、これとは反対のロータ軸２側が発熱部９となるように電流の向きを設定する。モータ１を駆動することによりロータ４で熱が生じると、その熱は上記のように通電しているペルチェ素子１０における吸熱部８に伝達され、さらに発熱部９と接触して配置された冷却通路７を流通するオイルに伝熱される。したがってロータ４に発生した熱を積極的に奪うように構成されているので、ロータ４に配置された永久磁石３の減磁を防止もしくは抑制することができる。その結果、熱によるモータ１の性能低下を防止もしくは抑制することができる。
【００２６】
また図２にこの発明に係るモータ１の冷却装置の他の例を模式的に示してある。ペルチェ素子１０の電源１１としてステータ６に発生させた回転磁界を横切るように発電用コイル１７が配置されている。また差動作用のある伝動機構を用いてロータ４と発電用コイル１７との間に回転数の差ΔＮrを生じさせて、ステータ６に発生させた回転磁界と発電コイルとから発電されるように構成されている。その伝動機構は、三つの回転要素からなるシングルピニオン型の差動回転機構１３である。図２では、サンギア１４は入力要素としてロータ軸２に連結され、リングギア１６は反力要素とされ、キャリア１５は出力要素として発電用コイル１７に連結されている。また発電用コイル１７は、コイルが巻かれたかご型回転子１７から構成されている。かご型回転子１７とステータ６に発生させた回転磁界とから発電された電力は、スリップリング１８を介してペルチェ素子１０に供給されるように構成されている。付言すると、永久磁石形同期モータ１はステータ６の回転磁界とロータ４とが同期している。そのため差動回転機構１３によってロータとかご型回転子１７との間に回転数の差ΔＮrを生じさせて、ステータ６に発生させた回転磁界をかご型回転子１７に横切らせることによって発電できるように構成されている。ここで、かご型回転子１７を発電コイルとした構成例を示してあるが、ステータ６に発生させた回転磁界を横切って発電できるコイルを有する回転子であればよい。
【００２７】
図３に前述した差動回転機構１３の共線図を示してある。ロータ４の回転はステータ６に発生させた回転磁界と同期しているので、ロータ４の回転数Ｎrotorとステータ６に発生させた回転磁界の回転数Ｎstatorとは同一と見なすことができる。サンギア１４はロータ軸２に連結されており、その回転数ＮＳはロータ４の回転数Ｎrotorと同一になる。またリングギア１６は反力要素とされている。その結果、ロータ４の回転数Ｎrotorに対してかご型回転子１７が連結されたキャリア１５の回転数ＮＣを減速することができる。すなわちロータ４の回転数Ｎrotorとキャリア１５の回転数ＮＣとが同期せず、これらの間に回転数の差ΔＮｒが生じるので、ステータ６に発生させた回転磁界をかご型回転子１７のコイルが横切ることによって発電することができる。
【００２８】
図２に示した構成は、ステータ６に発生させた回転磁界を横切ることによってかご型回転子１７のコイルに起電された電力はスリップリング１８を介してペルチェ素子１０に供給される。その結果、ロータ４に生じた熱はペルチェ素子１０の吸熱部８に奪われてロータ４が冷却される。また発熱部９の熱は発熱部９に接触して配置された冷却通路７を流通するオイルに伝熱される。したがってロータ４の熱を積極的に奪うように構成されているので、ロータ４に挿入された永久磁石３の減磁を防止もしくは抑制することができる。また熱によるモータ１の性能低下を防止もしくは抑制することができる。
【００２９】
図４にこの発明に係るモータ１の冷却装置のさらに他の例を模式的に示してある。ペルチェ素子１０の電源１１としてステータ６に発生させた回転磁界を横切るように発電用コイル１７が配置されている。また差動作用のある伝動機構を用いてロータ４と発電用コイル１７との間に回転数の差ΔＮrを生じさせて、ステータ６に発生させた回転磁界と発電コイルとから発電されるように構成されている。発電用コイル１７は、コイルが巻かれたかご型回転子１７から構成されている。差動回転機構１３のサンギア１４は入力要素としてロータ軸２に連結され、リングギア１６は出力要素としてかご型回転子１７に連結され、キャリア１５は反力要素とされている。またスリップリング１８がステータ６に発生させた回転磁界とかご型回転子１７とが発電した電力をペルチェ素子１０に供給できるように構成されている。付言すると、永久磁石形同期モータ１はステータ６の回転磁界とロータ４とが同期している。そのため差動回転機構１３によってロータ４とかご型回転子１７との間に回転数の差ΔＮrを生じさせて、ステータ６に発生させた回転磁界をかご型回転子１７に横切らせることによって発電できるように構成されている。ここで、かご型回転子１７を発電コイルとした構成例を示してあるが、ステータ６に発生させた回転磁界を横切って発電できるコイルを有する回転子であればよい。
【００３０】
図５に示した差動回転機構１３の共線図を示してある。ロータ４の回転はステータ６に発生させた回転磁界と同期しているので、ロータ４の回転数Ｎrotorとステータ６に発生させた回転磁界の回転数Ｎstatorとは同一と見なすことができる。サンギア１４はロータ軸２に連結されており、その回転数ＮＳはロータ４の回転数Ｎrotorと同一になる。またキャリア１５は反力要素とされている。その結果、ロータ４の回転数Ｎrotorに対してかご型回転子１７が連結されたリングギア１６の回転数ＮＲを減速することができる。すなわちロータ４の回転数Ｎrotorとリングギア１６の回転数ＮＲとが同期せず、これらの間に回転数の差ΔＮｒが生じるので、ステータ６に発生させた回転磁界をかご型回転子１７のコイルが横切ることによって発電することができる。
【００３１】
図４に示した構成では、ロータ４とかご型回転子１７との回転数の差ΔＮrは、図２に示した例と比較して大きくなる。すなわち図４のプラネタリはキャリア１５を固定することによりサンギア１４に入力されたトルクの回転数は減速、反転されてリングギア１６から出力される。そのため図２に示した構成例と比較して、ペルチェ素子１０に供給できる電力量を増やすことができる。またステータ６に発生させた回転磁界を横切ることによってかご型回転子１７のコイルに起電された電力はスリップリング１８を介してペルチェ素子１０に供給される。その結果、ローラ３に生じた熱はペルチェ素子１０の吸熱部８に奪われて冷却される。また発熱部９の熱は発熱部９に接触して配置された冷却通路７を流通するオイルに伝熱される。したがってロータ４の熱を積極的に奪うように構成されているので、ロータ４に挿入された永久磁石３の減磁を防止もしくは抑制することができる。また熱によるモータ１の性能低下を防止もしくは抑制することができる。
【００３２】
図２もしくは図４に示した構成は、ロータ４が回転している間は常に差動回転機構１３も回転させられモータに引き摺り損失が生じる。またロータ４が回転している間は発電されるので、ペルチェ素子１０による冷却が継続されて、オイルの粘性が高くなることによるオイルの撹拌損失の増加を生じる虞がある。
【００３３】
図６にかご型回転子１７の発電量を調整可能にした例を模式的に示してある。この発明におけるブレーキ機構１９によってかご型回転子１７の回転を規制して、その発電量を調整できるように構成されている。すなわちリングギア１６に、その回転数ＮＲをブレーキ機構１９の係合もしくは解放によって制御できるように設けられている。またキャリア１５は反力要素とされている。またスリップリング１８がステータ６に発生させた回転磁界とかご型回転子１７とが発電した電力をペルチェ素子１０に供給できるように構成されている。またブレーキ機構１９の係合もしくは解放を制御してステータ６に発生させた回転磁界とかご型回転子１７とから発電される電力を調整するＥＣＵ２０を備えている。
【００３４】
図７に、図６に示した差動回転機構１３の共線図を示してある。ロータ４の回転はステータ６に発生させた回転磁界と同期しているので、ロータ４の回転数Ｎrotorとステータ６に発生させた回転磁界の回転数Ｎstatorとは同一と見なすことができる。サンギア１４はロータ軸２に連結されており、その回転数ＮＳはロータ４の回転数Ｎrotorと同一になる。そのためロータ４の回転数Ｎrotorに対してかご型回転子１７が連結されたリングギア１６の回転数ＮＲを減速することができる。すなわちロータ４の回転数Ｎrotorとリングギア１６の回転数ＮＲとが同期せず、これらの間に回転数の差ΔＮｒが生じるので、ステータ６に発生させた回転磁界をかご型回転子１７のコイルが横切ることによって発電することができる。また例えばブレーキ機構１９によるキャリア１５の回転数ＮＣが制御されない場合は、ロータ４の回転数Ｎrotorとリングギア１６の回転数ＮＲとの回転数の差ΔＮｒが小さくなるので、モータ１の引き摺り損失を低減もしくは抑えることができる。これとは反対にブレーキ機構１９によってキャリア１５の回転数ＮＣが制御された場合は、ロータ４の回転数Ｎrotorとリングギア１６の回転数ＮＲとの回転数の差ΔＮｒが大きくなるので、その回転数の差ΔＮｒによって起電力を得ることができる。
【００３５】
図８にはブレーキ機構１９の制御の一例を示してある。先ずモータ１への要求トルク容量値の絶対値が０か否かが判断される（ステップＳ１）。
【００３６】
このステップＳ１で否定的に判断された場合には、特に制御を行うことなくこのルーチンを一旦終了する。これとは反対にステップＳ１で肯定的に判断された場合には、モータ１温度が減磁温度を越えているか否かが判断される（ステップＳ２）。
【００３７】
このステップＳ２で否定的に判断された場合には、特に制御を行うことなくこのルーチンを一旦終了する。これとは反対にステップＳ２で肯定的に判断された場合には、モータ１の温度が高いことによって減磁が生じてモータ１の性能が低下するので、ブレーキの係合状態を制御してリングギア１６の回転数ＮＲを制御する（ステップＳ３）。
【００３８】
例えばモータ１への要求トルクＴｒｑの絶対値が０であり、またはロータ４の温度が減磁温度Ｔｍｆ以下である場合は、ブレーキ機構１９によるキャリア１５の回転数ＮＣは規制されない。そのためロータ４の回転数Ｎrotorとリングギア１６の回転数ＮＲとの回転数の差ΔＮｒが小さくなり、モータ１の引き摺り損失を低減もしくは抑えることができる。これとは反対にモータ１への要求トルクＴｒｑの絶対値が０ではなく、かつロータ４の温度が減磁温度Ｔｍｆを越えている場合は、ブレーキ機構１９によってリングギア１６の回転数ＮＲが規制される。そのためロータ４の回転数Ｎrotorとリングギア１６の回転数ＮＲとの回転数の差ΔＮｒが大きくなり、その回転数の差ΔＮｒによって起電力を得ることができる。
【００３９】
図６に示した構成は、減磁温度Ｔｍｆを越えた場合にロータ４を冷却することができるので、熱によるモータ１の性能低下を防止もしくは抑制することができる。また減磁温度Ｔｍｆ以下の場合には、回転数の差ΔＮｒを小さくできるので、モータ１の引き摺り損失を低減させることができる。
【００４０】
なおこのブレーキ機構１９の制御パラメータには、減磁温度Ｔｍｆの代わりにモータ１に通電される電流値ＡＭを用いてもよい。すなわちモータ１に通電される電流値ＡＭからモータ１の仕事量およびモータ１に発生される熱量を実験やシミュレーションなどから予め求めることができるので、前述した例と同様の制御をおこなうことができる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】この発明に係るモータの冷却装置の構成例を模式的に示す図である。
【図２】この発明に係るモータの冷却装置の他の構成例を模式的に示す図である。
【図３】差動回転機構のキャリアに発電用コイルを連結した場合の共線図である。
【図４】この発明に係るモータの冷却装置のさらに他の構成例を模式的に示す図である。
【図５】差動回転機構のリングギアに発電用コイルを連結した場合の共線図である。
【図６】発電用コイルによる発電量を調整可能にした構成例を模式的に示す図である。
【図７】差動回転機構のリングギアを発電用コイルとした場合の共線図である。
【図８】ブレーキ機構の制御一例を説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
【００４２】
１…モータ、 ２…ロータ軸、 ４…ロータ、 ６…ステータ、 １０…ペルチェ素子、 １３…差動回転機構、 １６…かご型回転子、 １８…ブレーキ機構。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロータ軸に取り付けられたロータの外周側に該ロータとの間で電磁気作用によりトルクを生じさせるステータが配置されたモータの冷却装置において、
前記ロータ軸と前記ロータとの間に、熱電素子が設けられ、該熱電素子は通電されることにより前記ロータ軸側が発熱部となりかつ前記ロータ側が吸熱部となるように構成され、さらに前記ロータ軸から熱を奪う冷却機構が設けられている
ことを特徴とするモータの冷却装置。
【請求項２】
前記ロータ軸もしくは前記ロータには、前記ステータとの相対回転によって起電力を生じる発電用コイルが取り付けられ、該発電用コイルで発生した電力が前記熱電素子に供給されるように構成されてい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】
前記ロータは永久磁石を備えるとともに、前記ステータは回転磁界を発生するコイルを備え、
前記発電用コイルと前記ロータ軸もしくは前記ロータとの間には、前記ロータ軸もしくは前記ロータから前記発電用コイルにトルクを伝達するとともに前記発電用コイルの回転数を前記ロータの回転数とは異ならせる伝動機構が設けられていることを特徴とする請求項２に記載のモータの冷却装置。
【請求項４】
前記伝動機構は、互いに差動回転する三つの回転要素を備え、いずれか一つの回転要素が前記ロータ軸もしくは前記ロータに連結され、他の一つの回転要素が前記発電用コイルに連結され、更に他の一つの回転要素が反力要素とされた差動回転機構によって構成されている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】
前記回転要素の回転を選択的に止めるブレーキ機構を更に備え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装置。
【請求項６】
前記モータの温度が予め定めた閾値以上であることを判断する温度判断手段と、
前記モータの温度が前記閾値以上であることが前記判断手段によって判断された場合に前記ブレーキ機構によって前記反力要素の回転を止めるブレーキ制御手段と
を更に備えていることを特徴とする請求項５に記載のモータの冷却装置。
【請求項７】
前記閾値は、前記ロータの磁力が低下する温度として予め定めた温度であることを特徴とする請求項６に記載のモータの冷却装置。
【請求項８】
前記冷却機構は、前記ロータ軸を貫通して冷却用熱輸送媒体を流通させる冷却通路を含むことを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載のモータの冷却装置。
【請求項１】
ロータ軸に取り付けられたロータの外周側に該ロータとの間で電磁気作用によりトルクを生じさせるステータが配置されたモータの冷却装置において、
前記ロータ軸と前記ロータとの間に、熱電素子が設けられ、該熱電素子は通電されることにより前記ロータ軸側が発熱部となりかつ前記ロータ側が吸熱部となるように構成され、さらに前記ロータ軸から熱を奪う冷却機構が設けられている
ことを特徴とするモータの冷却装置。
【請求項２】
前記ロータ軸もしくは前記ロータには、前記ステータとの相対回転によって起電力を生じる発電用コイルが取り付けられ、該発電用コイルで発生した電力が前記熱電素子に供給されるように構成されてい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】
前記ロータは永久磁石を備えるとともに、前記ステータは回転磁界を発生するコイルを備え、
前記発電用コイルと前記ロータ軸もしくは前記ロータとの間には、前記ロータ軸もしくは前記ロータから前記発電用コイルにトルクを伝達するとともに前記発電用コイルの回転数を前記ロータの回転数とは異ならせる伝動機構が設けられていることを特徴とする請求項２に記載のモータの冷却装置。
【請求項４】
前記伝動機構は、互いに差動回転する三つの回転要素を備え、いずれか一つの回転要素が前記ロータ軸もしくは前記ロータに連結され、他の一つの回転要素が前記発電用コイルに連結され、更に他の一つの回転要素が反力要素とされた差動回転機構によって構成されている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】
前記回転要素の回転を選択的に止めるブレーキ機構を更に備え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装置。
【請求項６】
前記モータの温度が予め定めた閾値以上であることを判断する温度判断手段と、
前記モータの温度が前記閾値以上であることが前記判断手段によって判断された場合に前記ブレーキ機構によって前記反力要素の回転を止めるブレーキ制御手段と
を更に備えていることを特徴とする請求項５に記載のモータの冷却装置。
【請求項７】
前記閾値は、前記ロータの磁力が低下する温度として予め定めた温度であることを特徴とする請求項６に記載のモータの冷却装置。
【請求項８】
前記冷却機構は、前記ロータ軸を貫通して冷却用熱輸送媒体を流通させる冷却通路を含むことを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載のモータの冷却装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１０−４１９０２（Ｐ２０１０−４１９０２Ａ）
【公開日】平成２２年２月１８日（２０１０．２．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２０５９００（Ｐ２００８−２０５９００）
【出願日】平成２０年８月８日（２００８．８．８）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年２月１８日（２０１０．２．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年８月８日（２００８．８．８）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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