回転機及び車両
【課題】装置の複雑化を招くことなしに温度上昇を効果的に抑えることができる回転機、及び当該回転機を備える車両を提供する。
【解決手段】モータ１は、回転軸２０と、回転軸２０の周りで回転可能に構成されたロータ３０と、ロータ３０の周囲に設けられたステータ４０と、ステータ４０の周囲に配設されてオイルＯＬが導かれる空間である冷却室１４をステータ４０との間に形成する胴体部材１１と、少なくともステータ４０に接触した状態で冷却室１４内に配設され、ステータ４０と冷却室１４内に導かれたオイルＯＬとを冷却する冷却水Ｗを循環させる冷却配管５０とを備える。
【解決手段】モータ１は、回転軸２０と、回転軸２０の周りで回転可能に構成されたロータ３０と、ロータ３０の周囲に設けられたステータ４０と、ステータ４０の周囲に配設されてオイルＯＬが導かれる空間である冷却室１４をステータ４０との間に形成する胴体部材１１と、少なくともステータ４０に接触した状態で冷却室１４内に配設され、ステータ４０と冷却室１４内に導かれたオイルＯＬとを冷却する冷却水Ｗを循環させる冷却配管５０とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発電機や電動機等の回転機、及び当該回転機を備える車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
発電機や電動機等の回転機は、固定子（ステータ）と回転子（ロータ）とを備えており、固定子に対して回転子が相対的に回転することにより、回転運動エネルギーを電気エネルギーに変換し、或いは電気エネルギーを回転運動エネルギーに変換する機器である。車両に設けられる回転機の代表的なものとしては、エンジンにより駆動されて発電するオルタネータが挙げられる。
【０００３】
また、近年においては、低炭素社会を実現すべく、動力発生源としてエンジンと回転機とを併用するハイブリッド車（ＨＶ：Hybrid Vehicle）や、動力発生源として回転機のみを用いる電気自動車（ＥＶ：Electric Vehicle）の研究開発が盛んに行われている。これらの車両に設けられる回転機は、動力を発生させる電動機として用いられるのみならず、減速時に発生する回生エネルギーを回収するための発電機としても用いられる。
【０００４】
このような回転機においては、回転子及びコイルエンド（固定子のコイルエンド）の冷却には冷却油が用いられ、固定子の冷却には冷却水が用いられることが多い。冷却水は、車両に設けられているラジエータを用いて冷却される。これに対し、冷却油は、冷却水よりも熱伝導率が低いという性質を有するため、伝熱面積を大きく取って積極的に冷却する必要がある。
【０００５】
以下の特許文献１には、オイルクーラを別途設けて冷却油を冷却する技術が開示されている。また、以下の特許文献２には、油溜まりに冷却フィンを設けることによって冷却油を冷却する技術が開示されている。尚、以下の特許文献３〜５には、固定子の周囲に螺旋パイプや蛇行パイプを設け、これらパイプを用いて冷却水を循環させることにより、固定子を冷却する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−１４２４０８号公報
【特許文献２】特開平５−１２２９０３号公報
【特許文献３】特開平７−１１１７５９号公報
【特許文献４】特開２００１−２５２１１号公報
【特許文献５】米国特許第５８５９４８２号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、上述したハイブリッド車や電気自動車に設けられる回転機は、車載スペースを低減するために小型化されており、また、走行性能を向上させるために高出力化及び高速化が図られている。このように、回転機の出力密度が高まった結果として、回転子からの発熱量及び固定子に設けられるコイルからの発熱量が共に増大している。これらの発熱に伴う温度上昇は、回転機の損失増大や磁石の減磁等を引き起こす原因になり、回転機の性能を低下させてしまうという問題がある。
【０００８】
ここで、上述した特許文献１に開示されたオイルクーラのように、冷却油に対する冷却能力の高いオイルクーラを別途設けるという対策を行えば、回転機の発熱量が増大した場合であっても回転機の温度上昇を防止できると考えられる。また、回転機の発熱量の増大に合わせて、上述した特許文献２に開示された冷却フィンの数を増やすという対策を行うことによっても回転機の温度上昇を防止できると考えられる。しかしながら、これらの対策を行うには、装置の複雑化を招いてしまうという問題がある。
【０００９】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、装置の複雑化を招くことなしに温度上昇を効果的に抑えることができる回転機、及び当該回転機を備える車両を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明の回転機は、回転軸（２０）の周りで回転可能に構成された回転子（３０）と、該回転子の周囲に設けられた固定子（４０）とを備える回転機（１）において、前記固定子の周囲に配設され、冷却油（ＯＬ）が導かれる空間である冷却室（１４）を前記固定子との間に形成するカバー部材（１１）と、少なくとも前記固定子に接触した状態で前記冷却室内に配設され、前記固定子と前記冷却室内に導かれた前記冷却油とを冷却する冷却水（Ｗ）を循環させる冷却配管（５０〜５４）とを備える。
また、本発明の回転機は、前記冷却配管が、隣接する配管壁間の距離をあけて螺旋状又は蛇行状に前記固定子の外周に巻回されていることを特徴としている。
また、本発明の回転機は、前記冷却配管が、二つ折りにされた配管において、一方の配管（Ｒ１）が前記冷却水の往路とされて、他方の配管（Ｒ２）が前記冷却水の復路とされた配管であって、前記回転軸の軸方向に沿って前記冷却水の往路配管と復路配管とが交互に配置されるよう前記固定子の外周に螺旋状に巻回されていることを特徴としている。
また、本発明の回転機は、前記冷却配管が、前記回転軸の軸方向に蛇行するように、前記固定子の外周に沿って巻回されていることを特徴としている。
また、本発明の回転機は、前記冷却配管が、断面形状が矩形環形状の配管であることを特徴としている。
また、本発明の回転機は、前記冷却配管が、前記固定子と前記カバー部材との双方に接触した状態で前記冷却室内に配設されていることを特徴としている。
また、本発明の回転機は、前記冷却室を介した冷却油が、前記回転子の冷却及び潤滑の少なくとも一方に用いられることを特徴としている。
本発明の車両は、上記の何れかに記載の回転機（１）と、前記回転機に設けられる前記冷却配管（５０〜５４）を循環する冷却水（Ｗ）を冷却するラジエータ（６２）と、前記回転機の前記冷却室を介した冷却油（ＯＬ）を供給する供給部（６３）とを備えることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、カバー部材と固定子との間に冷却すべき冷却油が導かれる空間である冷却室を形成するとともに、少なくとも固定子に接触した状態で冷却配管を冷却室内に配設し、冷却配管を循環する冷却水によって冷却油及び固定子を冷却しているため、回転機を含む装置全体の複雑化を招くことなしに温度上昇を効果的に抑えることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態による回転機としてのモータの構成を示す側断面図である。
【図２】同モータに設けられる冷却配管の構成を説明する透視図である。
【図３】同モータに設けられる冷却配管の第１変形例を説明する側面透視図である。
【図４】同モータに設けられる冷却配管の第２変形例を説明するための図である。
【図５】同モータに設けられる冷却配管の第３変形例を説明する側断面図である。
【図６】同モータに設けられる冷却配管の第２変形例を説明するための図である。
【図７】本発明の一実施形態による車両の要部構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照して本発明の一実施形態による回転機及び車両について詳細に説明する。尚、以下の実施形態では、回転機が、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モータ（電動機）である場合を例に挙げて説明する。
【００１４】
〔回転機〕
図１は、本発明の一実施形態による回転機としてのモータの構成を示す側断面図である。図１に示す通り、モータ１は、ハウジング１０、回転軸２０、ロータ３０（回転子）、及びステータ４０（固定子）を備えており、外部から供給される電流によってロータ３０とステータ４０との間に電磁力が作用し、ロータ３０が回転軸２０の周りで回転することによって回転軸２０が回転駆動される。尚、以下では、図１中の左右方向を回転軸２０の「軸方向」という。
【００１５】
ハウジング１０は、胴体部材１１（カバー部材）、左側壁部材１２、及び右側壁部材１３からなり、その内部に回転軸２０の一部、ロータ３０、及びステータ４０等を収容する。胴体部材１１は、鉄合金等によって形成されており、軸方向両端が開口している円筒形状の部材である。この胴体部材１１は、内周面側に配設されるステータ４０との間に冷却すべきオイルＯＬ（冷却油）が導かれる空間である冷却室１４を形成すべく、左側壁部材１２及び右側壁部材１３よりも厚みが減じられている。尚、オイルＯＬとしては、例えば自動変速機専用オイル（ＡＴＦ：Automatic Transmission Fluid）を用いることができる。
【００１６】
左側壁部材１２及び右側壁部材１３は、鉄合金等によって形成された略円盤形状の部材であって、その外径が胴体部材１１の外径と同程度に設定されており、胴体部材１１の左開口部位及び右開口部位を閉塞するようにそれぞれ取り付けられている。これら左側壁部材１２及び右側壁部材１３の中心部には、回転軸２０を支持する軸受１５，１６が介挿される円形形状の穴部がそれぞれ形成されている。
【００１７】
回転軸２０は、その中心軸に沿ってオイル流路２１が形成された円環棒状部材であり、左側壁部材１２から軸方向左側に突出し、且つ、右側壁部材１３から軸方向右側に突出した状態で、中心軸の周りで回転可能に軸受１５，１６に支持される。回転軸２０に形成されたオイル流路２１は、回転軸２０及びロータ３０を冷却するために形成された流路であり、上述した冷却室１４を介することによって冷却されたオイルＯＬが導かれる。ハウジング１０から軸方向左側又は軸方向右側に突出している部分は、例えば車両の駆動軸等に連結される。これに対し、回転軸２０のハウジング１０に収容されている部分には、ロータ３０が取り付けられている。
【００１８】
ロータ３０は、ロータコア３１、永久磁石３２、及びエンドプレート３３を備えており、回転軸２０に取り付けられて回転軸２０の周りで回転可能に構成されている。ロータコア３１は、磁性体からなる板材としての電磁鋼板を複数積層して構成された円柱形状の部材である。このロータコア３１は、その外周面とステータ４０（ステータコア４１）の内周面との間に環状の間隙（エアギャップ）が形成されるように外径が設定されている。
【００１９】
永久磁石３２は、軸方向に延びる直方体形状の磁石であり、ロータコア３１のステータ４０側の近傍に、ロータコア３１の外周に沿って一定の間隔をもって複数（例えば、８個）埋設されている。具体的に、ロータコア３１には軸方向に延びる貫通孔が外周に沿って一定の間隔をもって配列形成されており、永久磁石３２はこれら貫通孔に収容固定されている。尚、永久磁石３２は、ロータコア３１の外周に沿って交番磁界が形成されるように通孔に収容固定される。
【００２０】
エンドプレート３３は、ロータコア３１の軸方向（電磁鋼板の積層方向）両側端部に設けられた円盤形状の部材である。このエンドプレート３３は、その外径がロータコア３１の外径と同じに設定されており、ロータコア３１を軸方向に挟持する。尚、エンドプレート３３は、回転軸２０に形成されたオイル流路２１に連通し、オイル流路２１に導かれるオイルＯＬをロータコア３１及び永久磁石３２の近傍に導く流路を有する構成であっても良い。かかる構成にすることで、ロータコア３１及び永久磁石３２を効率的に冷却することができる。
【００２１】
更には、また、エンドプレート３３を軸受１５，１６の近傍まで伸ばした構成にし、ロータコア３１及び永久磁石３２に導かれたオイルＯＬを軸受１５，１６に導いてオイルＯＬで軸受を１５，１６を潤滑する構成にしても良い。かかる構成にすることで、ロータコア３１及び永久磁石３２から熱を奪って温度上昇し、粘性が低下したオイルＯＬが潤滑油として軸受１５，１６に供給されるため、軸受１５，１６の摩擦抵抗が低減して機械的損失が低減し、モータ１の高効率化を実現することができる。
【００２２】
ステータ４０は、ステータコア４１及びコイル４２を備えており、前述したハウジング１０の内周面側に固定されている。ステータコア４１は、上述したロータコア３１と同様に、磁性体からなる板材としての電磁鋼板を複数積層して構成された円環状の部材であり、その内周面とロータコア３１の外周面との間に前述したエアギャップが形成されるとともに、その外周面とハウジング１０の胴体部材１１の内周面との間で前述した冷却室１４が形成されるようにロータコア３１の周囲に配設される。尚、ステータコア４１の両端部には、エポキシ樹脂等で形成された円環形状のシール部材４３が設けられており、このシール部材４３によって冷却室１４が密封される。
【００２３】
コイル４２は、ステータコア４１に形成されたスロット（図示省略）に挿入されており、外部から供給される電流に応じた磁極を形成する。ここで、コイル４２は、三相交流のうち、Ｕ相の電流が供給される第１コイル、Ｖ相の電流が供給される第２コイル、及びＷ相の電流が供給される第３コイルからなり、これら第１〜第３コイルが、ステータコア４１の周方向に順次配列されている。ここで、コイル４２の図１に示されている部分（ステータコア４１から軸方向両側に突出する部分）はコイル端部（コイルエンド）４２ａである。尚、上述した冷却室１４を介することによって冷却されたオイルＯＬをコイル端部４２ａに導いてコイル端部４２ａを冷却する構成にするのが望ましい。
【００２４】
図１に示すモータ１は、ロータコア３１の外周面とステータコア４１の内周面との間に形成されるエアギャップ内に配置され、樹脂等で形成された円筒形状のステータシール４４を備えている。このステータシール４４によって、ハウジング１０内においてロータ３０が配設される空間と、ハウジング１０内においてステータ４０が配設される空間とが分離される。
【００２５】
ここで、前述したハウジング１０の一部をなす胴体部材１１には、冷却室１４に連通するオイル配管１１ａ，１１ｂが設けられている。冷却すべきオイルＯＬは、例えばオイル配管１１ａを介して冷却室１４に導かれ、オイル配管１１ｂを介して冷却室１４から外部に排出される。また、冷却室１４の内部には、ステータコア４１の外周面に接触した状態で冷却配管５０が配設されている。この冷却配管５０は、銅（Ｃｕ）やアルミニウム（Ａｌ）等の熱伝導率の高い金属によって形成された断面形状が円環形状の配管であって、ステータコア４１と冷却室１４内に導かれたオイルＯＬを冷却する冷却水Ｗを循環させる配管である。冷却配管５０の両端部５０ａ，５０ｂは、胴体部材１１に形成された貫通孔を介して外部に導かれている。
【００２６】
図２は、モータに設けられる冷却配管の構成を説明する透視図であって、（ａ）は冷却配管の側面透視図であり、（ｂ）は冷却配管の正面透視図である。尚、図２では、理解を容易にするために、ハウジング１０の一部、回転軸２０、及びロータ３０の図示を省略している。また、ステータ４０については寸法を変えており、一部の部材については断面図で図示している。
【００２７】
図２に示す通り、冷却配管５０は、軸方向に間隔をあけてステータコア４１の外周全体に亘って螺旋状に巻回されている。このように、冷却配管５０が間隔をあけて巻回されるのは、冷却室１４に導かれたオイルＯＬとの接触面積（伝熱面積）を増大させることによって、オイルＯＬの冷却効率を高めるためである。どの程度の間隔をあけるかは、オイルＯＬを冷却する能力とステータコア４１を冷却する能力とに応じて適宜設定される。
【００２８】
次に、上記構成におけるモータ１の動作について簡単に説明する。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４０に設けられたコイル４２（第１〜第３コイル）に流れる。すると、供給される電流に応じてロータ３０の回転方向に沿って回転磁界が形成される。すると、外周に沿って交番磁界が形成されたロータコア３１がこの回転磁界と相互作用し、吸引力及び反発力が生ずることによりロータ３０が回転し、これにより回転軸２０が回転駆動される。尚、コイル４２に対する電流供給が行われてロータ３０が回転すると、ステータ４０に設けられたコイル４２やロータ３０に設けられた永久磁石３２が発熱する。
【００２９】
他方、モータ１の駆動時には、不図示のオイルポンプによってオイルＯＬがオイル配管１１ａから冷却室１４に導かれるとともに、不図示のポンプ等によって冷却水Ｗが一方の端部５０ａから冷却配管５０に導かれる。冷却水Ｗが冷却配管５０に導かれることによって、外周面に冷却配管５０が接触するステータコア４１が冷却されるとともに、冷却室１４に導かれて冷却配管５０に接触するオイルＯＬが冷却される。
【００３０】
冷却配管５０を介した冷却水Ｗは、他方の端部５０ｂから外部に排出され、ラジエータ等の冷却装置で冷却された後に再び一方の端部５０ａから冷却配管５０に導かれる。これに対し、冷却室１４に導かれて冷却されたオイルＯＬは、オイル配管１１ｂから外部に排出され、例えばオイル流路２１、コイル端部４２ａ、軸受１５，１６等に導かれて、モータ１の冷却や潤滑に用いられる。
【００３１】
以上の通り、本実施形態では、ハウジング１０の胴体部材１１とステータコア４１との間に冷却すべきオイルが導かれる空間である冷却室１４を形成するとともに、ステータコア４１の外周に巻回されて冷却水Ｗを循環させる冷却配管５０を冷却室１４内に配設し、冷却配管５０を循環する冷却水ＷによってオイルＯＬ及びステータコア４１を冷却している。このように、本実施形態のモータ１は、いわばオイルクーラを兼ね備えた構成であるため、モータ１を備える装置全体の複雑化を招くことなしにモータ１の温度上昇を効果的に抑えることができる。
【００３２】
次に、モータ１に設けられる冷却配管の変形例について説明する。尚、以下に説明する各変形例の説明に用いる図においては、図２に示した部材と同じ部材については同一の符号を付しており、また、ハウジング１０の一部、回転軸２０、及びロータ３０の図示を省略している。また、ステータ４０については寸法を変えており、一部の部材については断面図で図示している。
【００３３】
図３は、モータに設けられる冷却配管の第１変形例を説明する側面透視図である。図３に示す第１変形例に係る冷却配管５１は、図２に示す冷却配管５０と同様に、軸方向に間隔をあけてステータコア４１の外周全体に亘って螺旋状に巻回されたものである。但し、冷却配管５１は、Ｕ字形状に二つ折りにされた状態でステータコア４１の外周に螺旋状に巻回されている。
【００３４】
つまり、冷却配管５１は、一方の端部５１ａから折り返し部５１ｃまでの配管Ｒ１が冷却水Ｗの往路とされ、折り返し部５１ｃから他方の端部５１ｂまでの配管Ｒ２が冷却水Ｗの復路とされた配管である。この冷却配管５１が、Ｕ字形状に二つ折りにされた状態で螺旋状に巻回されることにより、ステータコア４１の外周には、軸方向に沿って配管Ｒ１と配管Ｒ２とが交互に配置されることになる。
【００３５】
図３に示す冷却配管５１は、図２に示す冷却配管５０と同様に、装置の複雑化を招くことなしにモータ１の温度上昇を効果的に抑えることができる。これに加え、図３に示す冷却配管５１は、図２に示す冷却配管５０に比べて、ステータコア４１に巻回するために必要な手間を半減することができる。また、図３に示す冷却配管５１は、冷却水Ｗが供給される端部５１ａと冷却水Ｗが排出される端部５１ｂとを一箇所にまとめることができ、端部５１ａ，５１ｂからラジエータ等の冷却装置に接続される配管を分岐する必要がないため、配管を簡素化して小型化を実現することができる。
【００３６】
図４は、モータに設けられる冷却配管の第２変形例を説明するための図であって、（ａ）は冷却配管の正面断面図であり、（ｂ）は冷却配管の斜視図である。図４に示す第２変形例に係る冷却配管５２は、軸方向に蛇行するようにステータコア４１の外周に沿って巻回されている。この冷却配管５２は、冷却配管５０，５１とは異なり、ステータコア４１の周方向（ロータ３０の回転方向）に間隔をあけて巻回されている。
【００３７】
ステータコア４１の周方向における冷却配管５２の間隔は、オイルＯＬを冷却する能力及びステータコア４１を冷却する能力に加えて、ステータコア４１の外周に設けられる突出部４１ａの大きさに応じて適宜設定される。尚、この突出部４１ａは、締結ボルトを用いてステータコア４１をハウジング１０に固定するためにステータコア４１の外周に設けられており、各々には締結ボルトが介挿される孔が形成されている。尚、突出部４１ａが形成された部分における冷却配管５２の間隔と、突出部４１ａが形成されていない部分における冷却配管５２の間隔とは、同じあっても異なっていても良い。
【００３８】
図４に示す冷却配管５２も、図２，図３に示す冷却配管５０，５１と同様に、装置の複雑化を招くことなしにモータ１の温度上昇を効果的に抑えることができる。これに加え、図４に示す冷却配管５２は、ステータコア４１の外周に形成された突出部４１ａによって冷却配管を螺旋状に巻回させることができなくとも、突出部４１ａを避けて蛇行状（軸に平行な流路を有する曲折配管）に巻回させることが可能である。
【００３９】
図５は、モータに設けられる冷却配管の第３変形例を説明する側断面図である。図５に示す第３変形例に係る冷却配管５３は、銅（Ｃｕ）やアルミニウム（Ａｌ）等の熱伝導率の高い金属によって形成された断面形状が矩形環形状の配管である。この冷却配管５３は、例えば図２，図３に示す冷却配管５０，５１と同様に、軸方向に間隔をあけてステータコア４１の外周全体に亘って螺旋状に巻回される。尚、図５に示す冷却配管５３と同様に、ステータコア４１の外周に蛇行状に巻回することも可能である。
【００４０】
図５に示す冷却配管５３は、図２〜図４に示す断面形状が円環形状の配管に比べてステータコア４１との接触面積（伝熱面積）を増大させることができ、ステータコア４１を冷却する能力を高めることができる。但し、ステータコア４１を冷却する能力を高めるために、軸方向における冷却配管５３の間隔を余り狭くしてしまうと、オイルＯＬとの接触面積（伝熱面積）が低減し、オイルＯＬを冷却する能力が低下してしまう。このため、ステータコア４１及びオイルＯＬの双方を冷却する能力を考慮して、冷却配管５３は図４に示す冷却配管５４の間隔を設定するのが望ましい。
【００４１】
図６は、モータに設けられる冷却配管の第４変形例を説明する側断面図である。図６に示す第４変形例に係る冷却配管５４は、図２〜図４に示した冷却配管５０〜５２と同様に、断面形状が円環形状の配管である。但し、冷却配管５０〜５２は、ステータコア４１の外周にのみ接触する状態で巻回されていたのに対し、図６に示す冷却配管５４は、ステータコア４１の外周とハウジング１０の胴体部材１１の内周との双方に接触する状態で巻回されている。
【００４２】
冷却配管５４を、ステータコア４１及び胴体部材１１の双方に接触させることで、ステータコア４１のみならず胴体部材１１も冷却することが可能になる。また、冷却配管５４がステータコア４１及び胴体部材１１の双方に接触していることで冷却室１４内には冷却配管５４によって仕切られる螺旋状の流路が形成される。これにより、冷却室１４に導かれたオイルＯＬをその流路に沿って螺旋状に導くことができるため、オイルＯＬをより効率的に冷却することができる。尚、図６では断面形状が円環形状である冷却配管５４を図示しているが、冷却配管５３と同様に、冷却配管５４の断面形状を矩形環形状にすることも可能である。
【００４３】
〔車両〕
図７は、本発明の一実施形態による車両の要部構成を示すブロック図である。図７に示す通り、本実施形態の車両６０は、図１，図２を用いて説明したモータ１、ポンプ６１、ラジエータ６２、供給部６３、内蔵オイルタンク６４、及び内蔵オイルポンプ６５を備えており、モータ１で発生する動力によって走行が可能な電気自動車である。尚、図１においては、モータ１を駆動する電力を供給するバッテリ、及びモータ１の回転を制御するインバータ等の制御装置は省略している。
【００４４】
ポンプ６１は、冷却水Ｗを循環させるために設けられ、モータ１に設けられた冷却配管５０の他端５０ｂから排出される冷却水Ｗをラジエータ６２に向けて送出する。ラジエータ６２は、ポンプ６１から送出されてくる冷却水Ｗを冷却する冷却装置である。このラジエータ６２は、空冷式のもの及び水冷式のものの何れであっても良い。ラジエータ６２で冷却された冷却水Ｗは、モータ１に設けられた冷却配管５０の一端５０ａに供給される。
【００４５】
供給部６３は、モータ１の冷却室１４を介してオイル配管１１ｂから排出されるオイルＯＬを供給する部位である。この供給部６３には、オイル配管１１ｂから排出されるオイルＯＬが冷却用オイルとして用いられる冷却部６３ａと潤滑用オイルとして用いられる潤滑部６３ｂとが含まれる。冷却部６３ａは、例えば図１を用いて説明した永久磁石３２やコイル４２等の発熱を伴う部位であり、潤滑部６３ｂは、例えば軸受１５，１６等の機械抵抗を低減する必要のある部位である。
【００４６】
内蔵オイルタンク６４は、モータ１に内蔵されて冷却部６３ａ（例えば、図１のオイル流路２１、コイル４２等）や潤滑部６３ｂ（例えば、図１の軸受１５，１６等）を介したオイルＯＬを一時的に貯蔵するタンクである。内蔵オイルポンプ６５は、オイルＯＬを循環させるために設けられ、内蔵オイルタンク６４に一時的に貯蔵されたオイルＯＬをモータ１のオイル配管１１ａに向けて送出する。内蔵オイルタンク６４及び内蔵オイルポンプ６５は共にモータ１に内蔵されているため、車両６０の構成をより簡略化することができる。
【００４７】
上記構成において、ポンプ６１が駆動されると、モータ１に設けられた冷却配管５０の他端５０ｂからポンプ６１に冷却水Ｗが吸い込まれてラジエータ６２に向けて送出され、ラジエータ６２で冷却される。ラジエータ６２で冷却された冷却水Ｗは、モータ１に設けられた冷却配管５０の一端５０ａに供給される。このようにして、ラジエータ６２で冷却された冷却水Ｗが配管５０を介して循環され、モータ１のステータコア４１等が冷却される。
【００４８】
また、内蔵オイルポンプ６５が駆動されると、モータ１の内蔵オイルタンク６４から内蔵オイルポンプ６５にオイルＯＬが吸い込まれて、モータ１に設けられたオイル配管１１ａに向けて送出される。このオイルＯＬは、オイル配管１１ａを介して冷却室１４に導かれ、冷却室１４内に配設された冷却配管５０により冷却される。冷却室１４を介したオイルＯＬは、オイル配管１１ｂから冷却部６３ａや潤滑部６３ｂに供給され、冷却用オイルや潤滑用オイルとして用いられ、その後内蔵オイルタンク６４に回収される。
【００４９】
このようにして、冷却室１４を介することによって冷却されたオイルＯＬが車両６０の発熱を伴う部位の冷却用オイル或いは機械抵抗を低減する必要のある部位の潤滑用オイルとして用いられる。以上の通り、本実施形態では、いわばオイルクーラを兼ね備えた構成のモータ１を動力発生源として用いるため、車両６０全体の構成を簡略化することができる。
【００５０】
以上、本発明の実施形態による回転機及び車両について説明したが、本発明は上記実施形態に制限されず、本発明の範囲内で自由に変更が可能である。例えば、上記実施形態では、電動機の一種であるモータを例に挙げて説明したが、発電機にも本発明を適用することができる。また、モータ１に設けられるハウジング１０は、胴体部材１１、左側壁部材１２、及び右側壁部材１３から構成されるものである必要は必ずしもなく、ステータコア４１との間に冷却室１４を形成できれば任意の構成にすることができる。
【００５１】
上記実施形態では、モータを動力発生源として用いる車両を例に挙げて説明したが、モータを回生エネルギーを回収するための発電機として用いることも可能である。また、上記実施形態では、電気自動車を例に挙げて説明したが、本発明は駆動源をエンジンと電気モータとするハイブリッド車にも適用可能である。更に、上記実施形態では、図７において、モータ１の冷却室１４から排出されるオイルＯＬを冷却用オイル及び潤滑用オイルとして用いる例について説明したが、何れか一方の用途に用いても良い。また、冷却用オイルとして用いられるオイルＯＬと潤滑用オイルとして用いられるオイルＯＬとを完全に別系統とし、冷却用オイルとして用いられるオイルＯＬを冷却するモータと、潤滑用オイルとして用いられるオイルＯＬを冷却するモータとを別にしても良い。
【符号の説明】
【００５２】
１ モータ
１１ 胴体部材
１４ 冷却室
２０ 回転軸
３０ ロータ
４０ ステータ
５０〜５４ 冷却配管
６０ 車両
６２ ラジエータ
６３ 供給部
ＯＬ オイル
Ｒ１ 往路
Ｒ２ 復路
Ｗ 冷却水
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発電機や電動機等の回転機、及び当該回転機を備える車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
発電機や電動機等の回転機は、固定子（ステータ）と回転子（ロータ）とを備えており、固定子に対して回転子が相対的に回転することにより、回転運動エネルギーを電気エネルギーに変換し、或いは電気エネルギーを回転運動エネルギーに変換する機器である。車両に設けられる回転機の代表的なものとしては、エンジンにより駆動されて発電するオルタネータが挙げられる。
【０００３】
また、近年においては、低炭素社会を実現すべく、動力発生源としてエンジンと回転機とを併用するハイブリッド車（ＨＶ：Hybrid Vehicle）や、動力発生源として回転機のみを用いる電気自動車（ＥＶ：Electric Vehicle）の研究開発が盛んに行われている。これらの車両に設けられる回転機は、動力を発生させる電動機として用いられるのみならず、減速時に発生する回生エネルギーを回収するための発電機としても用いられる。
【０００４】
このような回転機においては、回転子及びコイルエンド（固定子のコイルエンド）の冷却には冷却油が用いられ、固定子の冷却には冷却水が用いられることが多い。冷却水は、車両に設けられているラジエータを用いて冷却される。これに対し、冷却油は、冷却水よりも熱伝導率が低いという性質を有するため、伝熱面積を大きく取って積極的に冷却する必要がある。
【０００５】
以下の特許文献１には、オイルクーラを別途設けて冷却油を冷却する技術が開示されている。また、以下の特許文献２には、油溜まりに冷却フィンを設けることによって冷却油を冷却する技術が開示されている。尚、以下の特許文献３〜５には、固定子の周囲に螺旋パイプや蛇行パイプを設け、これらパイプを用いて冷却水を循環させることにより、固定子を冷却する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−１４２４０８号公報
【特許文献２】特開平５−１２２９０３号公報
【特許文献３】特開平７−１１１７５９号公報
【特許文献４】特開２００１−２５２１１号公報
【特許文献５】米国特許第５８５９４８２号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、上述したハイブリッド車や電気自動車に設けられる回転機は、車載スペースを低減するために小型化されており、また、走行性能を向上させるために高出力化及び高速化が図られている。このように、回転機の出力密度が高まった結果として、回転子からの発熱量及び固定子に設けられるコイルからの発熱量が共に増大している。これらの発熱に伴う温度上昇は、回転機の損失増大や磁石の減磁等を引き起こす原因になり、回転機の性能を低下させてしまうという問題がある。
【０００８】
ここで、上述した特許文献１に開示されたオイルクーラのように、冷却油に対する冷却能力の高いオイルクーラを別途設けるという対策を行えば、回転機の発熱量が増大した場合であっても回転機の温度上昇を防止できると考えられる。また、回転機の発熱量の増大に合わせて、上述した特許文献２に開示された冷却フィンの数を増やすという対策を行うことによっても回転機の温度上昇を防止できると考えられる。しかしながら、これらの対策を行うには、装置の複雑化を招いてしまうという問題がある。
【０００９】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、装置の複雑化を招くことなしに温度上昇を効果的に抑えることができる回転機、及び当該回転機を備える車両を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明の回転機は、回転軸（２０）の周りで回転可能に構成された回転子（３０）と、該回転子の周囲に設けられた固定子（４０）とを備える回転機（１）において、前記固定子の周囲に配設され、冷却油（ＯＬ）が導かれる空間である冷却室（１４）を前記固定子との間に形成するカバー部材（１１）と、少なくとも前記固定子に接触した状態で前記冷却室内に配設され、前記固定子と前記冷却室内に導かれた前記冷却油とを冷却する冷却水（Ｗ）を循環させる冷却配管（５０〜５４）とを備える。
また、本発明の回転機は、前記冷却配管が、隣接する配管壁間の距離をあけて螺旋状又は蛇行状に前記固定子の外周に巻回されていることを特徴としている。
また、本発明の回転機は、前記冷却配管が、二つ折りにされた配管において、一方の配管（Ｒ１）が前記冷却水の往路とされて、他方の配管（Ｒ２）が前記冷却水の復路とされた配管であって、前記回転軸の軸方向に沿って前記冷却水の往路配管と復路配管とが交互に配置されるよう前記固定子の外周に螺旋状に巻回されていることを特徴としている。
また、本発明の回転機は、前記冷却配管が、前記回転軸の軸方向に蛇行するように、前記固定子の外周に沿って巻回されていることを特徴としている。
また、本発明の回転機は、前記冷却配管が、断面形状が矩形環形状の配管であることを特徴としている。
また、本発明の回転機は、前記冷却配管が、前記固定子と前記カバー部材との双方に接触した状態で前記冷却室内に配設されていることを特徴としている。
また、本発明の回転機は、前記冷却室を介した冷却油が、前記回転子の冷却及び潤滑の少なくとも一方に用いられることを特徴としている。
本発明の車両は、上記の何れかに記載の回転機（１）と、前記回転機に設けられる前記冷却配管（５０〜５４）を循環する冷却水（Ｗ）を冷却するラジエータ（６２）と、前記回転機の前記冷却室を介した冷却油（ＯＬ）を供給する供給部（６３）とを備えることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、カバー部材と固定子との間に冷却すべき冷却油が導かれる空間である冷却室を形成するとともに、少なくとも固定子に接触した状態で冷却配管を冷却室内に配設し、冷却配管を循環する冷却水によって冷却油及び固定子を冷却しているため、回転機を含む装置全体の複雑化を招くことなしに温度上昇を効果的に抑えることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態による回転機としてのモータの構成を示す側断面図である。
【図２】同モータに設けられる冷却配管の構成を説明する透視図である。
【図３】同モータに設けられる冷却配管の第１変形例を説明する側面透視図である。
【図４】同モータに設けられる冷却配管の第２変形例を説明するための図である。
【図５】同モータに設けられる冷却配管の第３変形例を説明する側断面図である。
【図６】同モータに設けられる冷却配管の第２変形例を説明するための図である。
【図７】本発明の一実施形態による車両の要部構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照して本発明の一実施形態による回転機及び車両について詳細に説明する。尚、以下の実施形態では、回転機が、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モータ（電動機）である場合を例に挙げて説明する。
【００１４】
〔回転機〕
図１は、本発明の一実施形態による回転機としてのモータの構成を示す側断面図である。図１に示す通り、モータ１は、ハウジング１０、回転軸２０、ロータ３０（回転子）、及びステータ４０（固定子）を備えており、外部から供給される電流によってロータ３０とステータ４０との間に電磁力が作用し、ロータ３０が回転軸２０の周りで回転することによって回転軸２０が回転駆動される。尚、以下では、図１中の左右方向を回転軸２０の「軸方向」という。
【００１５】
ハウジング１０は、胴体部材１１（カバー部材）、左側壁部材１２、及び右側壁部材１３からなり、その内部に回転軸２０の一部、ロータ３０、及びステータ４０等を収容する。胴体部材１１は、鉄合金等によって形成されており、軸方向両端が開口している円筒形状の部材である。この胴体部材１１は、内周面側に配設されるステータ４０との間に冷却すべきオイルＯＬ（冷却油）が導かれる空間である冷却室１４を形成すべく、左側壁部材１２及び右側壁部材１３よりも厚みが減じられている。尚、オイルＯＬとしては、例えば自動変速機専用オイル（ＡＴＦ：Automatic Transmission Fluid）を用いることができる。
【００１６】
左側壁部材１２及び右側壁部材１３は、鉄合金等によって形成された略円盤形状の部材であって、その外径が胴体部材１１の外径と同程度に設定されており、胴体部材１１の左開口部位及び右開口部位を閉塞するようにそれぞれ取り付けられている。これら左側壁部材１２及び右側壁部材１３の中心部には、回転軸２０を支持する軸受１５，１６が介挿される円形形状の穴部がそれぞれ形成されている。
【００１７】
回転軸２０は、その中心軸に沿ってオイル流路２１が形成された円環棒状部材であり、左側壁部材１２から軸方向左側に突出し、且つ、右側壁部材１３から軸方向右側に突出した状態で、中心軸の周りで回転可能に軸受１５，１６に支持される。回転軸２０に形成されたオイル流路２１は、回転軸２０及びロータ３０を冷却するために形成された流路であり、上述した冷却室１４を介することによって冷却されたオイルＯＬが導かれる。ハウジング１０から軸方向左側又は軸方向右側に突出している部分は、例えば車両の駆動軸等に連結される。これに対し、回転軸２０のハウジング１０に収容されている部分には、ロータ３０が取り付けられている。
【００１８】
ロータ３０は、ロータコア３１、永久磁石３２、及びエンドプレート３３を備えており、回転軸２０に取り付けられて回転軸２０の周りで回転可能に構成されている。ロータコア３１は、磁性体からなる板材としての電磁鋼板を複数積層して構成された円柱形状の部材である。このロータコア３１は、その外周面とステータ４０（ステータコア４１）の内周面との間に環状の間隙（エアギャップ）が形成されるように外径が設定されている。
【００１９】
永久磁石３２は、軸方向に延びる直方体形状の磁石であり、ロータコア３１のステータ４０側の近傍に、ロータコア３１の外周に沿って一定の間隔をもって複数（例えば、８個）埋設されている。具体的に、ロータコア３１には軸方向に延びる貫通孔が外周に沿って一定の間隔をもって配列形成されており、永久磁石３２はこれら貫通孔に収容固定されている。尚、永久磁石３２は、ロータコア３１の外周に沿って交番磁界が形成されるように通孔に収容固定される。
【００２０】
エンドプレート３３は、ロータコア３１の軸方向（電磁鋼板の積層方向）両側端部に設けられた円盤形状の部材である。このエンドプレート３３は、その外径がロータコア３１の外径と同じに設定されており、ロータコア３１を軸方向に挟持する。尚、エンドプレート３３は、回転軸２０に形成されたオイル流路２１に連通し、オイル流路２１に導かれるオイルＯＬをロータコア３１及び永久磁石３２の近傍に導く流路を有する構成であっても良い。かかる構成にすることで、ロータコア３１及び永久磁石３２を効率的に冷却することができる。
【００２１】
更には、また、エンドプレート３３を軸受１５，１６の近傍まで伸ばした構成にし、ロータコア３１及び永久磁石３２に導かれたオイルＯＬを軸受１５，１６に導いてオイルＯＬで軸受を１５，１６を潤滑する構成にしても良い。かかる構成にすることで、ロータコア３１及び永久磁石３２から熱を奪って温度上昇し、粘性が低下したオイルＯＬが潤滑油として軸受１５，１６に供給されるため、軸受１５，１６の摩擦抵抗が低減して機械的損失が低減し、モータ１の高効率化を実現することができる。
【００２２】
ステータ４０は、ステータコア４１及びコイル４２を備えており、前述したハウジング１０の内周面側に固定されている。ステータコア４１は、上述したロータコア３１と同様に、磁性体からなる板材としての電磁鋼板を複数積層して構成された円環状の部材であり、その内周面とロータコア３１の外周面との間に前述したエアギャップが形成されるとともに、その外周面とハウジング１０の胴体部材１１の内周面との間で前述した冷却室１４が形成されるようにロータコア３１の周囲に配設される。尚、ステータコア４１の両端部には、エポキシ樹脂等で形成された円環形状のシール部材４３が設けられており、このシール部材４３によって冷却室１４が密封される。
【００２３】
コイル４２は、ステータコア４１に形成されたスロット（図示省略）に挿入されており、外部から供給される電流に応じた磁極を形成する。ここで、コイル４２は、三相交流のうち、Ｕ相の電流が供給される第１コイル、Ｖ相の電流が供給される第２コイル、及びＷ相の電流が供給される第３コイルからなり、これら第１〜第３コイルが、ステータコア４１の周方向に順次配列されている。ここで、コイル４２の図１に示されている部分（ステータコア４１から軸方向両側に突出する部分）はコイル端部（コイルエンド）４２ａである。尚、上述した冷却室１４を介することによって冷却されたオイルＯＬをコイル端部４２ａに導いてコイル端部４２ａを冷却する構成にするのが望ましい。
【００２４】
図１に示すモータ１は、ロータコア３１の外周面とステータコア４１の内周面との間に形成されるエアギャップ内に配置され、樹脂等で形成された円筒形状のステータシール４４を備えている。このステータシール４４によって、ハウジング１０内においてロータ３０が配設される空間と、ハウジング１０内においてステータ４０が配設される空間とが分離される。
【００２５】
ここで、前述したハウジング１０の一部をなす胴体部材１１には、冷却室１４に連通するオイル配管１１ａ，１１ｂが設けられている。冷却すべきオイルＯＬは、例えばオイル配管１１ａを介して冷却室１４に導かれ、オイル配管１１ｂを介して冷却室１４から外部に排出される。また、冷却室１４の内部には、ステータコア４１の外周面に接触した状態で冷却配管５０が配設されている。この冷却配管５０は、銅（Ｃｕ）やアルミニウム（Ａｌ）等の熱伝導率の高い金属によって形成された断面形状が円環形状の配管であって、ステータコア４１と冷却室１４内に導かれたオイルＯＬを冷却する冷却水Ｗを循環させる配管である。冷却配管５０の両端部５０ａ，５０ｂは、胴体部材１１に形成された貫通孔を介して外部に導かれている。
【００２６】
図２は、モータに設けられる冷却配管の構成を説明する透視図であって、（ａ）は冷却配管の側面透視図であり、（ｂ）は冷却配管の正面透視図である。尚、図２では、理解を容易にするために、ハウジング１０の一部、回転軸２０、及びロータ３０の図示を省略している。また、ステータ４０については寸法を変えており、一部の部材については断面図で図示している。
【００２７】
図２に示す通り、冷却配管５０は、軸方向に間隔をあけてステータコア４１の外周全体に亘って螺旋状に巻回されている。このように、冷却配管５０が間隔をあけて巻回されるのは、冷却室１４に導かれたオイルＯＬとの接触面積（伝熱面積）を増大させることによって、オイルＯＬの冷却効率を高めるためである。どの程度の間隔をあけるかは、オイルＯＬを冷却する能力とステータコア４１を冷却する能力とに応じて適宜設定される。
【００２８】
次に、上記構成におけるモータ１の動作について簡単に説明する。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４０に設けられたコイル４２（第１〜第３コイル）に流れる。すると、供給される電流に応じてロータ３０の回転方向に沿って回転磁界が形成される。すると、外周に沿って交番磁界が形成されたロータコア３１がこの回転磁界と相互作用し、吸引力及び反発力が生ずることによりロータ３０が回転し、これにより回転軸２０が回転駆動される。尚、コイル４２に対する電流供給が行われてロータ３０が回転すると、ステータ４０に設けられたコイル４２やロータ３０に設けられた永久磁石３２が発熱する。
【００２９】
他方、モータ１の駆動時には、不図示のオイルポンプによってオイルＯＬがオイル配管１１ａから冷却室１４に導かれるとともに、不図示のポンプ等によって冷却水Ｗが一方の端部５０ａから冷却配管５０に導かれる。冷却水Ｗが冷却配管５０に導かれることによって、外周面に冷却配管５０が接触するステータコア４１が冷却されるとともに、冷却室１４に導かれて冷却配管５０に接触するオイルＯＬが冷却される。
【００３０】
冷却配管５０を介した冷却水Ｗは、他方の端部５０ｂから外部に排出され、ラジエータ等の冷却装置で冷却された後に再び一方の端部５０ａから冷却配管５０に導かれる。これに対し、冷却室１４に導かれて冷却されたオイルＯＬは、オイル配管１１ｂから外部に排出され、例えばオイル流路２１、コイル端部４２ａ、軸受１５，１６等に導かれて、モータ１の冷却や潤滑に用いられる。
【００３１】
以上の通り、本実施形態では、ハウジング１０の胴体部材１１とステータコア４１との間に冷却すべきオイルが導かれる空間である冷却室１４を形成するとともに、ステータコア４１の外周に巻回されて冷却水Ｗを循環させる冷却配管５０を冷却室１４内に配設し、冷却配管５０を循環する冷却水ＷによってオイルＯＬ及びステータコア４１を冷却している。このように、本実施形態のモータ１は、いわばオイルクーラを兼ね備えた構成であるため、モータ１を備える装置全体の複雑化を招くことなしにモータ１の温度上昇を効果的に抑えることができる。
【００３２】
次に、モータ１に設けられる冷却配管の変形例について説明する。尚、以下に説明する各変形例の説明に用いる図においては、図２に示した部材と同じ部材については同一の符号を付しており、また、ハウジング１０の一部、回転軸２０、及びロータ３０の図示を省略している。また、ステータ４０については寸法を変えており、一部の部材については断面図で図示している。
【００３３】
図３は、モータに設けられる冷却配管の第１変形例を説明する側面透視図である。図３に示す第１変形例に係る冷却配管５１は、図２に示す冷却配管５０と同様に、軸方向に間隔をあけてステータコア４１の外周全体に亘って螺旋状に巻回されたものである。但し、冷却配管５１は、Ｕ字形状に二つ折りにされた状態でステータコア４１の外周に螺旋状に巻回されている。
【００３４】
つまり、冷却配管５１は、一方の端部５１ａから折り返し部５１ｃまでの配管Ｒ１が冷却水Ｗの往路とされ、折り返し部５１ｃから他方の端部５１ｂまでの配管Ｒ２が冷却水Ｗの復路とされた配管である。この冷却配管５１が、Ｕ字形状に二つ折りにされた状態で螺旋状に巻回されることにより、ステータコア４１の外周には、軸方向に沿って配管Ｒ１と配管Ｒ２とが交互に配置されることになる。
【００３５】
図３に示す冷却配管５１は、図２に示す冷却配管５０と同様に、装置の複雑化を招くことなしにモータ１の温度上昇を効果的に抑えることができる。これに加え、図３に示す冷却配管５１は、図２に示す冷却配管５０に比べて、ステータコア４１に巻回するために必要な手間を半減することができる。また、図３に示す冷却配管５１は、冷却水Ｗが供給される端部５１ａと冷却水Ｗが排出される端部５１ｂとを一箇所にまとめることができ、端部５１ａ，５１ｂからラジエータ等の冷却装置に接続される配管を分岐する必要がないため、配管を簡素化して小型化を実現することができる。
【００３６】
図４は、モータに設けられる冷却配管の第２変形例を説明するための図であって、（ａ）は冷却配管の正面断面図であり、（ｂ）は冷却配管の斜視図である。図４に示す第２変形例に係る冷却配管５２は、軸方向に蛇行するようにステータコア４１の外周に沿って巻回されている。この冷却配管５２は、冷却配管５０，５１とは異なり、ステータコア４１の周方向（ロータ３０の回転方向）に間隔をあけて巻回されている。
【００３７】
ステータコア４１の周方向における冷却配管５２の間隔は、オイルＯＬを冷却する能力及びステータコア４１を冷却する能力に加えて、ステータコア４１の外周に設けられる突出部４１ａの大きさに応じて適宜設定される。尚、この突出部４１ａは、締結ボルトを用いてステータコア４１をハウジング１０に固定するためにステータコア４１の外周に設けられており、各々には締結ボルトが介挿される孔が形成されている。尚、突出部４１ａが形成された部分における冷却配管５２の間隔と、突出部４１ａが形成されていない部分における冷却配管５２の間隔とは、同じあっても異なっていても良い。
【００３８】
図４に示す冷却配管５２も、図２，図３に示す冷却配管５０，５１と同様に、装置の複雑化を招くことなしにモータ１の温度上昇を効果的に抑えることができる。これに加え、図４に示す冷却配管５２は、ステータコア４１の外周に形成された突出部４１ａによって冷却配管を螺旋状に巻回させることができなくとも、突出部４１ａを避けて蛇行状（軸に平行な流路を有する曲折配管）に巻回させることが可能である。
【００３９】
図５は、モータに設けられる冷却配管の第３変形例を説明する側断面図である。図５に示す第３変形例に係る冷却配管５３は、銅（Ｃｕ）やアルミニウム（Ａｌ）等の熱伝導率の高い金属によって形成された断面形状が矩形環形状の配管である。この冷却配管５３は、例えば図２，図３に示す冷却配管５０，５１と同様に、軸方向に間隔をあけてステータコア４１の外周全体に亘って螺旋状に巻回される。尚、図５に示す冷却配管５３と同様に、ステータコア４１の外周に蛇行状に巻回することも可能である。
【００４０】
図５に示す冷却配管５３は、図２〜図４に示す断面形状が円環形状の配管に比べてステータコア４１との接触面積（伝熱面積）を増大させることができ、ステータコア４１を冷却する能力を高めることができる。但し、ステータコア４１を冷却する能力を高めるために、軸方向における冷却配管５３の間隔を余り狭くしてしまうと、オイルＯＬとの接触面積（伝熱面積）が低減し、オイルＯＬを冷却する能力が低下してしまう。このため、ステータコア４１及びオイルＯＬの双方を冷却する能力を考慮して、冷却配管５３は図４に示す冷却配管５４の間隔を設定するのが望ましい。
【００４１】
図６は、モータに設けられる冷却配管の第４変形例を説明する側断面図である。図６に示す第４変形例に係る冷却配管５４は、図２〜図４に示した冷却配管５０〜５２と同様に、断面形状が円環形状の配管である。但し、冷却配管５０〜５２は、ステータコア４１の外周にのみ接触する状態で巻回されていたのに対し、図６に示す冷却配管５４は、ステータコア４１の外周とハウジング１０の胴体部材１１の内周との双方に接触する状態で巻回されている。
【００４２】
冷却配管５４を、ステータコア４１及び胴体部材１１の双方に接触させることで、ステータコア４１のみならず胴体部材１１も冷却することが可能になる。また、冷却配管５４がステータコア４１及び胴体部材１１の双方に接触していることで冷却室１４内には冷却配管５４によって仕切られる螺旋状の流路が形成される。これにより、冷却室１４に導かれたオイルＯＬをその流路に沿って螺旋状に導くことができるため、オイルＯＬをより効率的に冷却することができる。尚、図６では断面形状が円環形状である冷却配管５４を図示しているが、冷却配管５３と同様に、冷却配管５４の断面形状を矩形環形状にすることも可能である。
【００４３】
〔車両〕
図７は、本発明の一実施形態による車両の要部構成を示すブロック図である。図７に示す通り、本実施形態の車両６０は、図１，図２を用いて説明したモータ１、ポンプ６１、ラジエータ６２、供給部６３、内蔵オイルタンク６４、及び内蔵オイルポンプ６５を備えており、モータ１で発生する動力によって走行が可能な電気自動車である。尚、図１においては、モータ１を駆動する電力を供給するバッテリ、及びモータ１の回転を制御するインバータ等の制御装置は省略している。
【００４４】
ポンプ６１は、冷却水Ｗを循環させるために設けられ、モータ１に設けられた冷却配管５０の他端５０ｂから排出される冷却水Ｗをラジエータ６２に向けて送出する。ラジエータ６２は、ポンプ６１から送出されてくる冷却水Ｗを冷却する冷却装置である。このラジエータ６２は、空冷式のもの及び水冷式のものの何れであっても良い。ラジエータ６２で冷却された冷却水Ｗは、モータ１に設けられた冷却配管５０の一端５０ａに供給される。
【００４５】
供給部６３は、モータ１の冷却室１４を介してオイル配管１１ｂから排出されるオイルＯＬを供給する部位である。この供給部６３には、オイル配管１１ｂから排出されるオイルＯＬが冷却用オイルとして用いられる冷却部６３ａと潤滑用オイルとして用いられる潤滑部６３ｂとが含まれる。冷却部６３ａは、例えば図１を用いて説明した永久磁石３２やコイル４２等の発熱を伴う部位であり、潤滑部６３ｂは、例えば軸受１５，１６等の機械抵抗を低減する必要のある部位である。
【００４６】
内蔵オイルタンク６４は、モータ１に内蔵されて冷却部６３ａ（例えば、図１のオイル流路２１、コイル４２等）や潤滑部６３ｂ（例えば、図１の軸受１５，１６等）を介したオイルＯＬを一時的に貯蔵するタンクである。内蔵オイルポンプ６５は、オイルＯＬを循環させるために設けられ、内蔵オイルタンク６４に一時的に貯蔵されたオイルＯＬをモータ１のオイル配管１１ａに向けて送出する。内蔵オイルタンク６４及び内蔵オイルポンプ６５は共にモータ１に内蔵されているため、車両６０の構成をより簡略化することができる。
【００４７】
上記構成において、ポンプ６１が駆動されると、モータ１に設けられた冷却配管５０の他端５０ｂからポンプ６１に冷却水Ｗが吸い込まれてラジエータ６２に向けて送出され、ラジエータ６２で冷却される。ラジエータ６２で冷却された冷却水Ｗは、モータ１に設けられた冷却配管５０の一端５０ａに供給される。このようにして、ラジエータ６２で冷却された冷却水Ｗが配管５０を介して循環され、モータ１のステータコア４１等が冷却される。
【００４８】
また、内蔵オイルポンプ６５が駆動されると、モータ１の内蔵オイルタンク６４から内蔵オイルポンプ６５にオイルＯＬが吸い込まれて、モータ１に設けられたオイル配管１１ａに向けて送出される。このオイルＯＬは、オイル配管１１ａを介して冷却室１４に導かれ、冷却室１４内に配設された冷却配管５０により冷却される。冷却室１４を介したオイルＯＬは、オイル配管１１ｂから冷却部６３ａや潤滑部６３ｂに供給され、冷却用オイルや潤滑用オイルとして用いられ、その後内蔵オイルタンク６４に回収される。
【００４９】
このようにして、冷却室１４を介することによって冷却されたオイルＯＬが車両６０の発熱を伴う部位の冷却用オイル或いは機械抵抗を低減する必要のある部位の潤滑用オイルとして用いられる。以上の通り、本実施形態では、いわばオイルクーラを兼ね備えた構成のモータ１を動力発生源として用いるため、車両６０全体の構成を簡略化することができる。
【００５０】
以上、本発明の実施形態による回転機及び車両について説明したが、本発明は上記実施形態に制限されず、本発明の範囲内で自由に変更が可能である。例えば、上記実施形態では、電動機の一種であるモータを例に挙げて説明したが、発電機にも本発明を適用することができる。また、モータ１に設けられるハウジング１０は、胴体部材１１、左側壁部材１２、及び右側壁部材１３から構成されるものである必要は必ずしもなく、ステータコア４１との間に冷却室１４を形成できれば任意の構成にすることができる。
【００５１】
上記実施形態では、モータを動力発生源として用いる車両を例に挙げて説明したが、モータを回生エネルギーを回収するための発電機として用いることも可能である。また、上記実施形態では、電気自動車を例に挙げて説明したが、本発明は駆動源をエンジンと電気モータとするハイブリッド車にも適用可能である。更に、上記実施形態では、図７において、モータ１の冷却室１４から排出されるオイルＯＬを冷却用オイル及び潤滑用オイルとして用いる例について説明したが、何れか一方の用途に用いても良い。また、冷却用オイルとして用いられるオイルＯＬと潤滑用オイルとして用いられるオイルＯＬとを完全に別系統とし、冷却用オイルとして用いられるオイルＯＬを冷却するモータと、潤滑用オイルとして用いられるオイルＯＬを冷却するモータとを別にしても良い。
【符号の説明】
【００５２】
１ モータ
１１ 胴体部材
１４ 冷却室
２０ 回転軸
３０ ロータ
４０ ステータ
５０〜５４ 冷却配管
６０ 車両
６２ ラジエータ
６３ 供給部
ＯＬ オイル
Ｒ１ 往路
Ｒ２ 復路
Ｗ 冷却水
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸の周りで回転可能に構成された回転子と、該回転子の周囲に設けられた固定子とを備える回転機において、
前記固定子の周囲に配設され、冷却油が導かれる空間である冷却室を前記固定子との間に形成するカバー部材と、
少なくとも前記固定子に接触した状態で前記冷却室内に配設され、前記固定子と前記冷却室内に導かれた前記冷却油とを冷却する冷却水を循環させる冷却配管と
を備えることを特徴とする回転機。
【請求項２】
前記冷却配管は、隣接する配管壁間の距離をあけて螺旋状又は蛇行状に前記固定子の外周に巻回されていることを特徴とする請求項１記載の回転機。
【請求項３】
前記冷却配管は、二つ折りにされた配管において、一方の配管が前記冷却水の往路とされて、他方の配管が前記冷却水の復路とされた配管であって、前記回転軸の軸方向に沿って前記冷却水の往路配管と復路配管とが交互に配置されるよう前記固定子の外周に螺旋状に巻回されていることを特徴とする請求項２記載の回転機。
【請求項４】
前記冷却配管は、前記回転軸の軸方向に蛇行するように、前記固定子の外周に沿って巻回されていることを特徴とする請求項２記載の回転機。
【請求項５】
前記冷却配管は、断面形状が矩形環形状の配管であることを特徴とする請求項１から請求項４の何れか一項に記載の回転機。
【請求項６】
前記冷却配管は、前記固定子と前記カバー部材との双方に接触した状態で前記冷却室内に配設されていることを特徴とする請求項１から請求項５の何れか一項に記載の回転機。
【請求項７】
前記冷却室を介した冷却油は、前記回転子の冷却及び潤滑の少なくとも一方に用いられることを特徴とする請求項１から請求項６の何れか一項に記載の回転機。
【請求項８】
請求項１から請求項７の何れか一項に記載の回転機と、
前記回転機に設けられる前記冷却配管を循環する冷却水を冷却するラジエータと、
前記回転機の前記冷却室を介した冷却油を供給する供給部と
を備えることを特徴とする車両。
【請求項１】
回転軸の周りで回転可能に構成された回転子と、該回転子の周囲に設けられた固定子とを備える回転機において、
前記固定子の周囲に配設され、冷却油が導かれる空間である冷却室を前記固定子との間に形成するカバー部材と、
少なくとも前記固定子に接触した状態で前記冷却室内に配設され、前記固定子と前記冷却室内に導かれた前記冷却油とを冷却する冷却水を循環させる冷却配管と
を備えることを特徴とする回転機。
【請求項２】
前記冷却配管は、隣接する配管壁間の距離をあけて螺旋状又は蛇行状に前記固定子の外周に巻回されていることを特徴とする請求項１記載の回転機。
【請求項３】
前記冷却配管は、二つ折りにされた配管において、一方の配管が前記冷却水の往路とされて、他方の配管が前記冷却水の復路とされた配管であって、前記回転軸の軸方向に沿って前記冷却水の往路配管と復路配管とが交互に配置されるよう前記固定子の外周に螺旋状に巻回されていることを特徴とする請求項２記載の回転機。
【請求項４】
前記冷却配管は、前記回転軸の軸方向に蛇行するように、前記固定子の外周に沿って巻回されていることを特徴とする請求項２記載の回転機。
【請求項５】
前記冷却配管は、断面形状が矩形環形状の配管であることを特徴とする請求項１から請求項４の何れか一項に記載の回転機。
【請求項６】
前記冷却配管は、前記固定子と前記カバー部材との双方に接触した状態で前記冷却室内に配設されていることを特徴とする請求項１から請求項５の何れか一項に記載の回転機。
【請求項７】
前記冷却室を介した冷却油は、前記回転子の冷却及び潤滑の少なくとも一方に用いられることを特徴とする請求項１から請求項６の何れか一項に記載の回転機。
【請求項８】
請求項１から請求項７の何れか一項に記載の回転機と、
前記回転機に設けられる前記冷却配管を循環する冷却水を冷却するラジエータと、
前記回転機の前記冷却室を介した冷却油を供給する供給部と
を備えることを特徴とする車両。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１２−２３８３７（Ｐ２０１２−２３８３７Ａ）
【公開日】平成２４年２月２日（２０１２．２．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１５８９２２（Ｐ２０１０−１５８９２２）
【出願日】平成２２年７月１３日（２０１０．７．１３）
【出願人】（０００００００９９）株式会社ＩＨＩ (5,014)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年２月２日（２０１２．２．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年７月１３日（２０１０．７．１３）
【出願人】（０００００００９９）株式会社ＩＨＩ (5,014)
【Ｆターム（参考）】
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