回転電気
【課題】簡便な構成でコイルと冷却油の耐熱保護を行うこと。
【解決手段】回転軸が水平方向に設置されるロータ３０と、冷却油がコイルエンド２２の重力方向上側から吹き掛けられるステータ２０と、を備えるモータジェネレータ１００であって、コイルエンド２２の外周面で、ロータ３０の回転軸６０を含む水平面近傍の位置に配置される温度センサ２３と、温度センサ２３の外周側に配置され、重力方向上側に向かって延びるセンサガイド２４と、を備える。
【解決手段】回転軸が水平方向に設置されるロータ３０と、冷却油がコイルエンド２２の重力方向上側から吹き掛けられるステータ２０と、を備えるモータジェネレータ１００であって、コイルエンド２２の外周面で、ロータ３０の回転軸６０を含む水平面近傍の位置に配置される温度センサ２３と、温度センサ２３の外周側に配置され、重力方向上側に向かって延びるセンサガイド２４と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転電気の構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
電動機、発電機、モータジェネレータ等の回転電機では、運転の際にステータの巻線温度が上昇するので、巻線に温度センサを押し付けてその温度を計測する方法が用いられている（例えば、特許文献１参照）。また、近年、ロータに磁石を埋め込んだ交流モータや交流モータジェネレータも多く用いられるようになってきている。このようにロータに磁石を埋め込んだ回転電機では、運転の際にはロータの磁石の温度が上昇するのでロータ内部に磁石に沿った冷却油を流す冷却油流路を設け、磁石を冷却することが行われている。一方、磁石はロータと共に回転していることから、その温度を直接測定することが難しい。そこで、磁石の冷却油を出口からステータに取り付けた温度センサに向かって半径方向に噴出させ、磁石を冷却して温度の上昇した冷却油の温度を温度センサで検出することによって磁石の温度を推定し、磁石の冷媒流量を増減させる方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００３】
また、ロータの内部に冷却油流路を設け、ロータからステータのコイルエンドに向かって冷却油を半径方向に向かって吹き掛けて、コイルエンドを冷却する方法も用いられている（例えば、特許文献３参照）。この場合、効果的にコイルエンドに冷却油がかかる様に、コイルエンドに冷却油をガイドするガイド部材を取り付けることが提案されている。また、特許文献３では、コイルエンドの冷却油の掛かりにくい部分に温度センサを取り付けてコイルエンドの最も高い温度を検出してコイルエンドの耐熱保護を行う方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−９２８５８号公報
【特許文献２】特開２００８−１７８２４３号公報
【特許文献３】特開２００９−２８４７１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、近年の回転電機では、ステータをより効率的に冷却するためにステータのコイルエンドの鉛直上方向からコイルエンドに向って冷却油を吹きかける方法が用いられることが多い。この場合、コイルと冷却油の両方の耐熱保護を行うために、コイルの温度が所定の上限温度未満の状態でかつ、冷却油の温度が所定の上限温度未満の状態となるように、回転電機の負荷を制限することが行われる。また、冷却油の流量を変化させる場合には、コイルの温度が所定の温度範囲となることと、冷却油の温度が所定の温度範囲となるように制御することが必要となる。例えば、コイルの温度が低い場合には冷却油の流量は少なく、コイルの温度が上昇するにつれて冷却油の流量は多くなるように制御する。更に、コイルの温度が上昇するにつれて冷却油自体の温度が上昇してくると、冷却油自体の温度が耐熱限界温度未満となるように冷却油の流量を低減させるように制御する。つまり、冷却油の温度が低い場合には、コイル温度によって冷却油の流量が決まり、冷却油の温度がある程度高くなってくると冷却油自体の温度によって冷却油の流量が決まってくることとなる。
【０００６】
この場合、コイルの温度と冷却油の温度の双方の温度を検出することが必要となる。しかし、特許文献１から３に記載された従来技術は、コイルの温度又は冷却油の温度のいずれか一方を計測することしか示されておらず、コイルの温度と冷却油自体の温度とを検出しようとすると複数の温度センサを設けることが必要となり構成が複雑になってしまうという問題があった。
【０００７】
そこで、本発明は、簡便な構成でコイルと冷媒の耐熱保護を行うことを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の回転電機は、回転軸が水平方向に設置されるロータと、冷却用の冷媒がコイルエンドの重力方向上側から吹き掛けられるステータと、を備える回転電機であって、前記コイルエンドの外周面で、前記ロータの回転中心を含む水平面近傍の位置に配置される温度センサと、前記温度センサの外周側に配置され、重力方向上側に向かって延びるセンサガイドと、を備えることを特徴とする。
【０００９】
本発明の回転電機において、前記回転電機の負荷を制限する制御部を備え、前記制御部は、前記冷媒の流量が所定の閾値未満の場合には、前記温度センサで検出した温度がコイルエンドの上限温度を超えないように前記回転電機の負荷を制限し、前記冷媒の流量が前記所定の閾値以上の場合には、前記温度センサで検出した温度が前記冷媒の上限温度を超えないように前記回転電機の負荷を制限することとしても好適である。また、前記制御部は、前記冷媒の流量を増減させ、前記冷媒の流量が所定の閾値未満の場合には、前記温度センサで検出した温度がコイルエンドの上限温度を超えないように前記冷媒の流量を増減させ、前記冷媒の流量が所定の閾値以上の場合には、前記温度センサで検出した温度が冷媒の上限温度を超えないように前記冷媒の流量を増減させること、としても好適である。
【００１０】
本発明の回転電機において、前記センサガイドは、前記コイルエンドと離間して配置され、前記コイルエンドの外周面を斜め下方向に広がるように流れる冷媒の少なくとも一部の流れ方向を前記温度センサに向うように変更すること、としても好適であるし、前記温度センサは、前記コイルエンド表面の温度と前記冷媒の温度のいずれか一方又は両方を計測することができること、としても好適である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明は、簡便な構成でコイルと冷媒の耐熱保護を行うことができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態におけるモータジェネレータのコイルエンド側のカバーをはずした状態を示す説明図である。
【図２】本発明の実施形態におけるモータジェネレータの制御系統を示す系統図である。
【図３】本発明の実施形態におけるモータジェネレータの流量が少ない場合の冷却油の流れを示す説明図である。
【図４】本発明の実施形態におけるモータジェネレータの流量が多い場合の冷却油の流れを示す説明図である。
【図５】本発明の実施形態におけるモータジェネレータの動作を示すフローチャートである。
【図６】本発明の実施形態におけるモータジェネレータの出力制限カーブの一例である。
【図７】本発明の実施形態におけるモータジェネレータの他の動作を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。以下の説明では、回転電機の一例としてモータジェネレータ（ＭＧ）１００について説明するが、本発明は、モータジェネレータ（ＭＧ）１００のみならず、電動機や発電機などに適用することができる。図１に示す様に、本実施形態のモータジェネレータ１００は、ケーシング１０と、ステータ２０と、ロータ３０とを含んでおり、モータジェネレータ１００は、ロータ３０の回転軸６０が水平となるように電動車両等に取り付けられている。また、図１において、中心軸６１は、回転軸６０を通る垂直方向の軸であり、中心軸６２は回転軸６０を通る水平方向の中心軸である。ステータ２０は、巻線が巻回されているステータコア２１と、ステータコアの端面からロータ３０の回転軸６０の方向に突出し、ステータコアのティースの間を渡っているコイルエンド２２を備えている。コイルエンド２２はその断面が山形或いは略半円状の円環形状である。ケーシング１０の内部には、モータジェネレータ１００を駆動する三相交流電力を供給したり、モータジェネレータ１００の発電した三相交流電力を出力したりする３つの電力端子２６，２７，２８が取り付けられ、各電力端子２６，２７，２８はステータ２０の各相の巻線に接続されている。
【００１４】
ステータ２０の水平方向の中心軸６１の面内の近傍で環状のコイルエンド２２の外周面に接するように、温度センサ２３が取り付けられている。温度センサ２３のコイルエンド２２と反対側の面には温度センサ２３から略垂直上方向にセンサガイド２４が取り付けられている。センサガイド２４は温度センサ２３に接続されるセンサコード２５を温度センサ２３に向ってコイルエンド２２の略接線方向に沿った方向にガイドするもので、センサコード２５を囲み、コイルエンド２２の側に開いた溝型の板でも良いし、センサコード２５の全周を囲む箱型断面であっても良い。センサガイド２４から延出したセンサコード２５はステータコア２１の端面に沿って配線され、電力端子２６，２７，２８に隣接する位置からケーシング１０の外部に向って配線されている。
【００１５】
なお、図１は、コイルエンド２２側のケーシング１０のカバーを外し、ケーシング１０
の内部に格納されたステータ２０、ロータ３０が見えるような状態を示した説明図であり、手前側に配置された部品については図示されていないが、コイルエンド２２の略垂直上方には冷媒である冷却油をコイルエンド２２の略垂直上方からコイルエンド２２上方側面に向って吹き掛ける冷却油ノズルが取り付けられている。そして、上側から吹き掛けられた冷却油はコイルエンド２２の表面に沿って下側に流れケーシング１０の下部に設けられた穴１１から図示しないオイルパンに落ちるよう構成されている。
【００１６】
図２に示す様に、本実施形態のモータジェネレータ１００は、図１を参照して説明したステータ２０と、ロータ３０とを備えており、ステータ２０の回転軸６０側の端面には回転軸６０の方向に突出したコイルエンド２２が配置され、ロータ３０の回転軸６０を含む水平面近傍のコイルエンド２２の側面には温度センサ２３が取り付けられ、温度センサ２３は重力方向上方に延びるセンサガイド２４によってカバーされている。図２に示す様に、センサガイド２４とコイルエンド２２との間には隙間が設けられている。また、温度センサ２３から延出したセンサコード２５は、制御部５０に接続され、検出した温度は制御部５０に入力されるよう構成されている。また、モータジェネレータ１００の各電力端子２６，２７，２８はそれぞれ電力ケーブルでインバータ２９に接続されている。インバータ２９には図示しない充放電可能な二次電池からの電力が入力され、モータジェネレータ１００を駆動する三相交流電力に変換されてモータジェネレータ１００に出力される。また、モータジェネレータ１００で発電した三相交流電力はインバータ２９によって直流電力に変換されて二次電池に充電される。インバータ２９は制御部５０に接続され、制御部５０の指令によって駆動されるよう構成されている。
【００１７】
図２に示すように、モータジェネレータ１００は、コイルエンド２２の冷却を行う冷却システム２００を備えている。冷却システム２００は、冷媒である冷却油を貯留するオイルパン３４と、オイルパン３４に溜まった冷却油をコイルエンド２２の略垂直上方に配置された冷却油ノズル３３に送る冷却油ポンプ３１と、冷却油ノズル３３からコイルエンド２２に吹き掛けられる冷却油の流量を調整する三方弁３２と、冷却油ポンプ３１とオイルパン３４とを接続する冷却油吸込み管３５と、冷却油ポンプ３１の吐出口に接続される冷却油吐出管３６とを備えている。冷却油ポンプ３１は、ロータ３０に接続され、ロータ３０によって回転駆動されるものである。冷却油ポンプ３１はロータ３０に機械的に接続され、ロータ３０の回転数に比例して回転し、ロータ３０の回転数に比例して吐出流量が増減するような構造でも良いし、単にロータ３０の回転数に比例して流量が増減するのではなく、例えば、流体継ぎ手等によって冷却油ポンプ３１の回転数を独立して制御することができるようにしてもよい。また、コイルエンド２２に吹き掛ける冷媒油の流量は冷却油ポンプ３１の流量がロータ３０の回転数によって決まってしまう場合には、図２に示す三方弁３２によって一部の冷却油を直接オイルパン３４に戻したり、他の部品の冷却に回すようにしたりして調整しても良い。冷却油ポンプ３１の流量が独立して調整できる場合には、冷却油ポンプ３１は制御部５０に接続され、制御部５０の指令によって流量を増減させることができるよう構成されていてもよい。なお、制御部５０は、内部にＣＰＵと制御プログラムや制御用データを格納する記憶部を備えるコンピュータである。
【００１８】
図３から図５を参照しながら本実施形態のモータジェネレータ１００が電動車両に搭載されている場合の動作について説明する。図５のステップＳ１０１に示す様に、制御部５０は、モータジェネレータ１００が搭載されている電動車両が始動しているかどうかを判断する。これは、イグニッションキーがオン状態となっていることで検出しても良いし、始動スイッチが押されていることによって検出するようにしてもよい。制御部５０は、電動車両が始動している場合には、図５のステップＳ１０２に示すようにコイルエンド２２に吹き掛けられる冷却油の流量を取得する。これは、冷却油ポンプ３１の流量がロータ３０の回転数に比例するような場合にはロータ３０の回転数によって冷却油流量を取得しても良いし、冷却油ポンプ３１の回転数を直接検出する回転数センサがある場合には、その回転数センサの出力によって冷却油流量を取得しても良いし、冷却油ポンプ３１の回転数を制御部５０の指令によって制御している場合には、その指令値から冷却油流量を取得してもよい。更に、上記の各値に加えて、図２に示す三方弁３２の開度信号を加え、冷却油ポンプ３１の吐出流量の一部が冷却油ノズル３３からコイルエンド２２に吹き掛けられていない場合には、その分だけ冷却油の流量を減じた量を冷却油流量としてもよい。
【００１９】
そして、制御部５０は、図５のステップＳ１０３に示す様に、上記のいずれかの手段によって取得した信号値と所定の閾値とを比較して冷却油流量が閾値未満かどうかを判断する。冷却油流量が所定の閾値未満の場合、図３に示す様に、冷却油ノズル３３からコイルエンド２２の上側の側面に吹き掛けられた冷却油は図３（ａ）の矢印で示すようにコイルエンド２２の頂上部から下方向にコイルエンド２２の表面に沿って落下すると共に、コイルエンド２２の外周に沿って頂上近傍から水平方向に回りながら下方向に落下する。そして、コイルエンド２２の回転軸６０方向に突出した端面から下方向に落下した冷却油の一部は、コイルエンド２２下部の突出した部分の表面を流れてコイルエンド２２の下部を冷却し、オイルパン３４に落下する。
【００２０】
また、図３（ｂ）の矢印で示す様に、コイルエンド２２は断面が略半円形の円環となっているので、コイルエンド２２の厚さ方向の中央の頂上部に吹き掛けられた冷却油は、コイルエンド２２の表面に沿ってコイルエンド２２の回転軸６０の方向に突出した端面と反対側のステータコア２１側の端面とに向って流れていく。そして、冷却油の流量が所定の閾値未満の場合には、図３（ａ）、図３（ｂ）に示す様に、コイルエンド２２の水平方向の中央部分のハッチングで示す領域４１の表面のみを流れ、図３（ａ）,図３（ｂ）に示すハッチングの無いコイルエンド２２の領域には冷却油はかからない。このため、コイルエンド２２の冷却油のかからない領域の表面に接している温度センサ２３は、コイルエンド２２の温度を検出することとなる。
【００２１】
図５のステップＳ１０４に示す様に、制御部５０は、温度センサ２３によって検出した温度を取得する。制御部５０は、先に説明したように、冷却油の流量が所定の閾値未満となっていると認識していることから、検出した温度はコイルエンド２２の温度であると判断し、図５のステップＳ１０５，Ｓ１０６に示す様に、コイルの温度に基づく負荷制限を行う。制御部５０はコイルの温度に基づく負荷制限を行う場合には、図６の線ａに示す制限曲線を用いてモータジェネレータ１００に供給する電力或いはモータジェネレータ１００が発電する電力を制限する。図６の線ａに示す様に、検出した温度が所定の閾値である温度Ｔ2を超えると、それまで全負荷Ｐ0まで許可していたモータジェネレータ１００への電力供給或いは出力電力を全負荷Ｐ0から線ａに示すように温度の上昇に伴って低下させていく。この場合、アクセル開度や車速によってより大きな出力が要求された場合であっても、モータジェネレータ１００への負荷指令値を図６の線ａによって制限される出力以上としないように制御する。ここで、閾値である温度Ｔ2は、コイル温度に基づく負荷制限開始温度である。
【００２２】
制御部５０は図５のステップＳ１０６に示す負荷制限を開始したら、再び図５のステップＳ１０５に戻って温度センサ２３の検出した温度が所定の閾値Ｔ2を超えているかとどうかを判断し、温度センサ２３によって検出した温度が所定の閾値Ｔ2よりも低くなるまでモータジェネレータ１００の負荷制限を継続し、温度センサ２３によって検出した温度が所定の閾値Ｔ2よりも低くなったら、図５のステップＳ１０７に示す様に、コイル温度に基づくモータジェネレータ１００の負荷制限を停止し、図５のステップＳ１０２に戻って冷却油の流量を取得し、図５のステップＳ１０３に示すように冷却油流量が所定の閾値未満かどうかの判断を行う。
【００２３】
冷却油流量が所定の閾値以上の場合、図３を参照して説明したと同様、冷却油ノズル３３からコイルエンド２２の上側の側面に吹き掛けられた冷却油は図４（ａ）に矢印で示す様に、コイルエンド２２の頂上部から下方向にコイルエンド２２の表面に沿って落下すると共に、コイルエンド２２の外周に沿って頂上近傍から水平方向に回りながら下方向に落下する。図３（ａ）を参照して説明した場合よりも冷却油の流量が多く、流速が早いので、冷却油は、図３（ａ）を参照して説明した場合よりもより水平方向に広がって流れる。従って、コイルエンド２２の端面の冷却油が流れる領域は図３（ａ）で示した領域４１よりもより水平方向に広がったハッチングで示す領域４３となっている。図４（ａ）に示すように、冷却油流量が所定の閾値以上の場合には、コイルエンド２２の水平方向の両端を除いて回転軸６０の方向に突出した端面のほとんどの領域に冷却油が上から下に向って流れる。そして、コイルエンド２２の回転軸６０方向に突出した端面から下方向に落下した冷却油の一部は、コイルエンド２２下部の突出した部分の表面を流れてコイルエンド２２の下部を冷却し、オイルパン３４に落下する。
【００２４】
また、冷却油ノズル３３からコイルエンド２２の外周面の接線方向に向って吹き掛けられた冷却油の一部は、図４（ａ）の矢印で示す様に、コイルエンド２２の外周面に沿って流れずに、コイルエンド２２の外周から接線方向に向かってコイルエンド２２の外周面から離れるように斜め下方向に直線的に飛散していく。図４（ａ）に示す様に、飛散した冷却油は、センサガイド２４のコイルエンド２２の側の面に当たり、センサガイド２４のコイルエンド２２側の面に沿って下方向に流れ、温度センサ２３の表面を流れた後、オイルパン３４の中に落下する。
【００２５】
また、図４（ｂ）の矢印で示す様に、コイルエンド２２の厚さ方向の中央の頂上部に吹き掛けられた冷却油は、図３（ｂ）を参照して説明したのと同様、コイルエンド２２の表面に沿ってコイルエンド２２の回転軸６０の方向に突出した端面と反対側のステータコア２１側の端面とに向って流れていく。そして、冷却油の流量が所定の閾値以上の場合には、冷却油の流速が早いので、冷却油は、図３（ｂ）で示した領域４１よりもより広いハッチングで示す領域４３の表面を下方向に向って流れていく。そして、図４（ａ）を参照して説明したと同様、冷却油の一部は、コイルエンド２２の外周から接線方向に向かってコイルエンド２２の外周面から離れるように飛散し、図４（ｂ）に示す様に、コイルエンド２２の厚さ方向の中央部に配置されているセンサガイド２４のコイルエンド２２の側の面に当たり、センサガイド２４のコイルエンド２２側の面に沿って下方向に流れ、温度センサ２３の表面を流れた後、オイルパン３４の中に落下する。このため、温度センサ２３には常に冷却油が掛かっており、温度センサ２３は、冷却油の温度を検出することとなる。通常、この検出温度は、コイルの温度よりも低い温度となる。
【００２６】
図５のステップＳ１０８に示す様に、制御部５０は、温度センサ２３によって検出した温度を取得する。制御部５０は、先に説明したように、冷却油の流量が所定の閾値以上となっていると認識していることから、検出した温度は冷却油温度であると判断し、図５のステップＳ１０９，Ｓ１１０に示す様に、冷却油温度に基づく負荷制限を行う。制御部５０は冷却油温度に基づく負荷制限を行う場合には、図６の線ｂに示す制限曲線を用いてモータジェネレータ１００に供給する電力或いはモータジェネレータ１００の発電する電力を制限する。図６の線ｂに示す様に、検出した温度が所定の閾値である温度Ｔ1を超えると、それまで全負荷Ｐ0まで許可していたモータジェネレータ１００への電力供給或いは出力電力を全負荷Ｐ0から線ｂに示すように温度の上昇に伴って低下させていく。この場合、アクセル開度や車速によってより大きな出力が要求された場合であっても、モータジェネレータ１００への負荷指令値を図６の線ｂによって制限される出力以上としないように制御する。ここで、閾値である温度Ｔ2は、冷却油温度に基づく負荷制限開始温度であり、先に説明したコイル温度に基づく負荷制限開始温度Ｔ2よりも低い温度となっている。
【００２７】
制御部５０は図５のステップＳ１１０に示す負荷制限を開始したら、再び図５のステップＳ１０９に戻って温度センサ２３の検出した温度が所定の閾値Ｔ1を超えているかとどうかを判断し、温度センサ２３によって検出した温度が所定の閾値Ｔ1よりも低くなるまでモータジェネレータ１００の負荷制限を継続し、温度センサ２３によって検出した温度が所定の閾値Ｔ1よりも低くなったら、図５のステップＳ１１１に示す様に、冷却油温度に基づくモータジェネレータ１００の負荷制限を停止し、図５のステップＳ１０２に戻って冷却油の流量を取得し、図５のステップＳ１０３に示すように冷却油流量が所定の閾値未満かどうかの判断を行う。
【００２８】
以上説明したように、本実施形態のモータジェネレータ１００では、冷却油の流量が少なく、温度センサ２３に冷却油が掛からない場合には、温度センサ２３でコイルの温度を検出し、コイル温度に基づいた出力制限カーブによりモータジェネレータ１００の出力制限を行い、冷却油の流量が多く、冷却油が常に温度センサ２３に掛かる場合には、温度センサ２３で冷却油温度を検出し、冷却油温度基づいた出力制限カーブによりモータジェネレータ１００の出力制限を行うことができる。このため、１つの温度センサでコイル温度と冷却油温度とを的確に検出することができ、簡便な構成でコイルと冷却油の耐熱保護を行うことができる。
【００２９】
次に図７を参照しながら本発明の他の実施形態について説明する。本実施形態は、モータジェネレータ１００の冷却油ポンプ３１の吐出流量がロータ３０の回転と独立して制御することができる場合である。また、図１から図６を参照して説明した実施形態と同様の部分には同様の符号を付して説明は省略する。
【００３０】
図７のステップＳ２０１に示す様に、制御部５０は、モータジェネレータ１００が搭載されている電動車両が始動しているかどうかを判断し、電動車両が始動している場合には、図７のステップＳ２０１に示す様に、冷却油流量を取得する。本実施形態では、冷却油ポンプ３１の吐出量は、制御部５０からの指令によって制御され、三方弁３２の開度も制御部５０の指令によって制御されていることから、制御部５０は、冷却油ポンプ３１の駆動指令値と三方弁３２の開度指令値に基づいて冷却油の流量を取得する。そして、図７のステップＳ２０３に示す様に、その流量を所定の閾値と比較し、所定の閾値未満である場合には、冷却油の流量は少なく、図３に示したようにコイルエンド２２の中央部分のみに冷却油が掛かり、温度センサ２３はコイル温度を検出しているものと判断する。そして、制御部５０は、図７のステップＳ２０４に示す様に、温度センサ２３からの温度を取得し、温度センサ２３で検出した温度がある閾値、例えば、コイルの上限温度より少し低い温度、を超えた場合には、コイルエンド２２の温度が上限温度に近づくと判断し、図７のステップＳ２０６に示す様に、冷却油ポンプ３１の流量を増加させる指令を出力する。
【００３１】
制御部５０は、図７のステップＳ２０７に示す様に、再度、冷却油の流量を取得し、図７のステップＳ２０８に示すように、冷却油流量が所定の閾値未満かどうかを判断する。そして、冷却油流量が所定の閾値未満の場合には、冷却油は図３に示す様に温度センサ２３には掛からず、温度センサ２３はコイルの温度を検出していると判断し、図７のステップＳ２０５に戻って、コイル温度の閾値と検出した温度とを比較し、検出した温度が閾値を超えている場合には、再度、図７のステップＳ２０７に示す様に冷却油の流量を増加させる。また、温度センサ２３で検出した温度がコイル温度の閾値よりも低くなっている場合には、図７のステップＳ２１２に示す様に、冷却油の流量を低減し、図７のステップＳ２０２に戻って、再度、冷却油流量を取得する。
【００３２】
一方、制御部５０は、図７のステップＳ２０８で冷却油流量が所定の閾値を超えていると判断した場合には、冷却油は、図４を参照して説明したように流れて常に温度センサ２３に掛かっており、温度センサ２３はコイルよりも温度の低い冷却油の温度を検出していると判断する。そして、制御部５０は、図７のステップＳ２０９で温度センサ２３から検出温度を取得し、図７のステップＳ２１０に示す様に、温度センサ２３によって検出した温度と冷却油の所定の閾値、例えば、冷却油の劣化しない上限温度よりも少し低い温度等、と比較し、検出した温度がこの冷却油閾値を超えた場合には、図７のステップＳ２１１に示す様に冷却油の流量を増加させる。そして、再度、図７のステップＳ２１０に戻って冷却油温度と冷却油閾値とを比較し、冷却油温度が冷却油閾値よりも低くなっていた場合には、図７のステップＳ２１３に示すように冷却流量を低減し、図７のステップＳ２０２に戻って再度冷却油流量を取得する。
【００３３】
本実施形態では、温度センサ２３の検出温度がコイル、冷却油の各閾値を超えた場合に冷却油の流量を増加させてコイル、冷却油の各温度を低減するようにしたので、１つの温度センサ２３という簡便な構成でコイルと冷却油の耐熱保護を行うことができる。また、温度センサ２３の検出温度がコイル、冷却油の各閾値を超えた場合に冷却油の流量を増加させてコイル、冷却油の各温度を低減すると共に、先に説明した実施形態のように、モータジェネレータ１００の出力制限を行う様にしてもよい。
【符号の説明】
【００３４】
１０ ケーシング、１１ 穴、２０ ステータ、２１ ステータコア、２２ コイルエンド、２３ 温度センサ、２４ センサガイド、２５ センサコード、２６，２７，２８ 電力端子、２９ インバータ、３０ ロータ、３１ 冷却油ポンプ、３２ 三方弁、３３ 冷却油ノズル、３４ オイルパン、３５ 冷却油吸込み管、３６ 冷却油吐出管、４１，４３ 領域、５０ 制御部、６０ 回転軸、６１，６２ 中心軸、１００ モータジェネレータ、２００ 冷却システム。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転電気の構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
電動機、発電機、モータジェネレータ等の回転電機では、運転の際にステータの巻線温度が上昇するので、巻線に温度センサを押し付けてその温度を計測する方法が用いられている（例えば、特許文献１参照）。また、近年、ロータに磁石を埋め込んだ交流モータや交流モータジェネレータも多く用いられるようになってきている。このようにロータに磁石を埋め込んだ回転電機では、運転の際にはロータの磁石の温度が上昇するのでロータ内部に磁石に沿った冷却油を流す冷却油流路を設け、磁石を冷却することが行われている。一方、磁石はロータと共に回転していることから、その温度を直接測定することが難しい。そこで、磁石の冷却油を出口からステータに取り付けた温度センサに向かって半径方向に噴出させ、磁石を冷却して温度の上昇した冷却油の温度を温度センサで検出することによって磁石の温度を推定し、磁石の冷媒流量を増減させる方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００３】
また、ロータの内部に冷却油流路を設け、ロータからステータのコイルエンドに向かって冷却油を半径方向に向かって吹き掛けて、コイルエンドを冷却する方法も用いられている（例えば、特許文献３参照）。この場合、効果的にコイルエンドに冷却油がかかる様に、コイルエンドに冷却油をガイドするガイド部材を取り付けることが提案されている。また、特許文献３では、コイルエンドの冷却油の掛かりにくい部分に温度センサを取り付けてコイルエンドの最も高い温度を検出してコイルエンドの耐熱保護を行う方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−９２８５８号公報
【特許文献２】特開２００８−１７８２４３号公報
【特許文献３】特開２００９−２８４７１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、近年の回転電機では、ステータをより効率的に冷却するためにステータのコイルエンドの鉛直上方向からコイルエンドに向って冷却油を吹きかける方法が用いられることが多い。この場合、コイルと冷却油の両方の耐熱保護を行うために、コイルの温度が所定の上限温度未満の状態でかつ、冷却油の温度が所定の上限温度未満の状態となるように、回転電機の負荷を制限することが行われる。また、冷却油の流量を変化させる場合には、コイルの温度が所定の温度範囲となることと、冷却油の温度が所定の温度範囲となるように制御することが必要となる。例えば、コイルの温度が低い場合には冷却油の流量は少なく、コイルの温度が上昇するにつれて冷却油の流量は多くなるように制御する。更に、コイルの温度が上昇するにつれて冷却油自体の温度が上昇してくると、冷却油自体の温度が耐熱限界温度未満となるように冷却油の流量を低減させるように制御する。つまり、冷却油の温度が低い場合には、コイル温度によって冷却油の流量が決まり、冷却油の温度がある程度高くなってくると冷却油自体の温度によって冷却油の流量が決まってくることとなる。
【０００６】
この場合、コイルの温度と冷却油の温度の双方の温度を検出することが必要となる。しかし、特許文献１から３に記載された従来技術は、コイルの温度又は冷却油の温度のいずれか一方を計測することしか示されておらず、コイルの温度と冷却油自体の温度とを検出しようとすると複数の温度センサを設けることが必要となり構成が複雑になってしまうという問題があった。
【０００７】
そこで、本発明は、簡便な構成でコイルと冷媒の耐熱保護を行うことを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の回転電機は、回転軸が水平方向に設置されるロータと、冷却用の冷媒がコイルエンドの重力方向上側から吹き掛けられるステータと、を備える回転電機であって、前記コイルエンドの外周面で、前記ロータの回転中心を含む水平面近傍の位置に配置される温度センサと、前記温度センサの外周側に配置され、重力方向上側に向かって延びるセンサガイドと、を備えることを特徴とする。
【０００９】
本発明の回転電機において、前記回転電機の負荷を制限する制御部を備え、前記制御部は、前記冷媒の流量が所定の閾値未満の場合には、前記温度センサで検出した温度がコイルエンドの上限温度を超えないように前記回転電機の負荷を制限し、前記冷媒の流量が前記所定の閾値以上の場合には、前記温度センサで検出した温度が前記冷媒の上限温度を超えないように前記回転電機の負荷を制限することとしても好適である。また、前記制御部は、前記冷媒の流量を増減させ、前記冷媒の流量が所定の閾値未満の場合には、前記温度センサで検出した温度がコイルエンドの上限温度を超えないように前記冷媒の流量を増減させ、前記冷媒の流量が所定の閾値以上の場合には、前記温度センサで検出した温度が冷媒の上限温度を超えないように前記冷媒の流量を増減させること、としても好適である。
【００１０】
本発明の回転電機において、前記センサガイドは、前記コイルエンドと離間して配置され、前記コイルエンドの外周面を斜め下方向に広がるように流れる冷媒の少なくとも一部の流れ方向を前記温度センサに向うように変更すること、としても好適であるし、前記温度センサは、前記コイルエンド表面の温度と前記冷媒の温度のいずれか一方又は両方を計測することができること、としても好適である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明は、簡便な構成でコイルと冷媒の耐熱保護を行うことができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態におけるモータジェネレータのコイルエンド側のカバーをはずした状態を示す説明図である。
【図２】本発明の実施形態におけるモータジェネレータの制御系統を示す系統図である。
【図３】本発明の実施形態におけるモータジェネレータの流量が少ない場合の冷却油の流れを示す説明図である。
【図４】本発明の実施形態におけるモータジェネレータの流量が多い場合の冷却油の流れを示す説明図である。
【図５】本発明の実施形態におけるモータジェネレータの動作を示すフローチャートである。
【図６】本発明の実施形態におけるモータジェネレータの出力制限カーブの一例である。
【図７】本発明の実施形態におけるモータジェネレータの他の動作を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。以下の説明では、回転電機の一例としてモータジェネレータ（ＭＧ）１００について説明するが、本発明は、モータジェネレータ（ＭＧ）１００のみならず、電動機や発電機などに適用することができる。図１に示す様に、本実施形態のモータジェネレータ１００は、ケーシング１０と、ステータ２０と、ロータ３０とを含んでおり、モータジェネレータ１００は、ロータ３０の回転軸６０が水平となるように電動車両等に取り付けられている。また、図１において、中心軸６１は、回転軸６０を通る垂直方向の軸であり、中心軸６２は回転軸６０を通る水平方向の中心軸である。ステータ２０は、巻線が巻回されているステータコア２１と、ステータコアの端面からロータ３０の回転軸６０の方向に突出し、ステータコアのティースの間を渡っているコイルエンド２２を備えている。コイルエンド２２はその断面が山形或いは略半円状の円環形状である。ケーシング１０の内部には、モータジェネレータ１００を駆動する三相交流電力を供給したり、モータジェネレータ１００の発電した三相交流電力を出力したりする３つの電力端子２６，２７，２８が取り付けられ、各電力端子２６，２７，２８はステータ２０の各相の巻線に接続されている。
【００１４】
ステータ２０の水平方向の中心軸６１の面内の近傍で環状のコイルエンド２２の外周面に接するように、温度センサ２３が取り付けられている。温度センサ２３のコイルエンド２２と反対側の面には温度センサ２３から略垂直上方向にセンサガイド２４が取り付けられている。センサガイド２４は温度センサ２３に接続されるセンサコード２５を温度センサ２３に向ってコイルエンド２２の略接線方向に沿った方向にガイドするもので、センサコード２５を囲み、コイルエンド２２の側に開いた溝型の板でも良いし、センサコード２５の全周を囲む箱型断面であっても良い。センサガイド２４から延出したセンサコード２５はステータコア２１の端面に沿って配線され、電力端子２６，２７，２８に隣接する位置からケーシング１０の外部に向って配線されている。
【００１５】
なお、図１は、コイルエンド２２側のケーシング１０のカバーを外し、ケーシング１０
の内部に格納されたステータ２０、ロータ３０が見えるような状態を示した説明図であり、手前側に配置された部品については図示されていないが、コイルエンド２２の略垂直上方には冷媒である冷却油をコイルエンド２２の略垂直上方からコイルエンド２２上方側面に向って吹き掛ける冷却油ノズルが取り付けられている。そして、上側から吹き掛けられた冷却油はコイルエンド２２の表面に沿って下側に流れケーシング１０の下部に設けられた穴１１から図示しないオイルパンに落ちるよう構成されている。
【００１６】
図２に示す様に、本実施形態のモータジェネレータ１００は、図１を参照して説明したステータ２０と、ロータ３０とを備えており、ステータ２０の回転軸６０側の端面には回転軸６０の方向に突出したコイルエンド２２が配置され、ロータ３０の回転軸６０を含む水平面近傍のコイルエンド２２の側面には温度センサ２３が取り付けられ、温度センサ２３は重力方向上方に延びるセンサガイド２４によってカバーされている。図２に示す様に、センサガイド２４とコイルエンド２２との間には隙間が設けられている。また、温度センサ２３から延出したセンサコード２５は、制御部５０に接続され、検出した温度は制御部５０に入力されるよう構成されている。また、モータジェネレータ１００の各電力端子２６，２７，２８はそれぞれ電力ケーブルでインバータ２９に接続されている。インバータ２９には図示しない充放電可能な二次電池からの電力が入力され、モータジェネレータ１００を駆動する三相交流電力に変換されてモータジェネレータ１００に出力される。また、モータジェネレータ１００で発電した三相交流電力はインバータ２９によって直流電力に変換されて二次電池に充電される。インバータ２９は制御部５０に接続され、制御部５０の指令によって駆動されるよう構成されている。
【００１７】
図２に示すように、モータジェネレータ１００は、コイルエンド２２の冷却を行う冷却システム２００を備えている。冷却システム２００は、冷媒である冷却油を貯留するオイルパン３４と、オイルパン３４に溜まった冷却油をコイルエンド２２の略垂直上方に配置された冷却油ノズル３３に送る冷却油ポンプ３１と、冷却油ノズル３３からコイルエンド２２に吹き掛けられる冷却油の流量を調整する三方弁３２と、冷却油ポンプ３１とオイルパン３４とを接続する冷却油吸込み管３５と、冷却油ポンプ３１の吐出口に接続される冷却油吐出管３６とを備えている。冷却油ポンプ３１は、ロータ３０に接続され、ロータ３０によって回転駆動されるものである。冷却油ポンプ３１はロータ３０に機械的に接続され、ロータ３０の回転数に比例して回転し、ロータ３０の回転数に比例して吐出流量が増減するような構造でも良いし、単にロータ３０の回転数に比例して流量が増減するのではなく、例えば、流体継ぎ手等によって冷却油ポンプ３１の回転数を独立して制御することができるようにしてもよい。また、コイルエンド２２に吹き掛ける冷媒油の流量は冷却油ポンプ３１の流量がロータ３０の回転数によって決まってしまう場合には、図２に示す三方弁３２によって一部の冷却油を直接オイルパン３４に戻したり、他の部品の冷却に回すようにしたりして調整しても良い。冷却油ポンプ３１の流量が独立して調整できる場合には、冷却油ポンプ３１は制御部５０に接続され、制御部５０の指令によって流量を増減させることができるよう構成されていてもよい。なお、制御部５０は、内部にＣＰＵと制御プログラムや制御用データを格納する記憶部を備えるコンピュータである。
【００１８】
図３から図５を参照しながら本実施形態のモータジェネレータ１００が電動車両に搭載されている場合の動作について説明する。図５のステップＳ１０１に示す様に、制御部５０は、モータジェネレータ１００が搭載されている電動車両が始動しているかどうかを判断する。これは、イグニッションキーがオン状態となっていることで検出しても良いし、始動スイッチが押されていることによって検出するようにしてもよい。制御部５０は、電動車両が始動している場合には、図５のステップＳ１０２に示すようにコイルエンド２２に吹き掛けられる冷却油の流量を取得する。これは、冷却油ポンプ３１の流量がロータ３０の回転数に比例するような場合にはロータ３０の回転数によって冷却油流量を取得しても良いし、冷却油ポンプ３１の回転数を直接検出する回転数センサがある場合には、その回転数センサの出力によって冷却油流量を取得しても良いし、冷却油ポンプ３１の回転数を制御部５０の指令によって制御している場合には、その指令値から冷却油流量を取得してもよい。更に、上記の各値に加えて、図２に示す三方弁３２の開度信号を加え、冷却油ポンプ３１の吐出流量の一部が冷却油ノズル３３からコイルエンド２２に吹き掛けられていない場合には、その分だけ冷却油の流量を減じた量を冷却油流量としてもよい。
【００１９】
そして、制御部５０は、図５のステップＳ１０３に示す様に、上記のいずれかの手段によって取得した信号値と所定の閾値とを比較して冷却油流量が閾値未満かどうかを判断する。冷却油流量が所定の閾値未満の場合、図３に示す様に、冷却油ノズル３３からコイルエンド２２の上側の側面に吹き掛けられた冷却油は図３（ａ）の矢印で示すようにコイルエンド２２の頂上部から下方向にコイルエンド２２の表面に沿って落下すると共に、コイルエンド２２の外周に沿って頂上近傍から水平方向に回りながら下方向に落下する。そして、コイルエンド２２の回転軸６０方向に突出した端面から下方向に落下した冷却油の一部は、コイルエンド２２下部の突出した部分の表面を流れてコイルエンド２２の下部を冷却し、オイルパン３４に落下する。
【００２０】
また、図３（ｂ）の矢印で示す様に、コイルエンド２２は断面が略半円形の円環となっているので、コイルエンド２２の厚さ方向の中央の頂上部に吹き掛けられた冷却油は、コイルエンド２２の表面に沿ってコイルエンド２２の回転軸６０の方向に突出した端面と反対側のステータコア２１側の端面とに向って流れていく。そして、冷却油の流量が所定の閾値未満の場合には、図３（ａ）、図３（ｂ）に示す様に、コイルエンド２２の水平方向の中央部分のハッチングで示す領域４１の表面のみを流れ、図３（ａ）,図３（ｂ）に示すハッチングの無いコイルエンド２２の領域には冷却油はかからない。このため、コイルエンド２２の冷却油のかからない領域の表面に接している温度センサ２３は、コイルエンド２２の温度を検出することとなる。
【００２１】
図５のステップＳ１０４に示す様に、制御部５０は、温度センサ２３によって検出した温度を取得する。制御部５０は、先に説明したように、冷却油の流量が所定の閾値未満となっていると認識していることから、検出した温度はコイルエンド２２の温度であると判断し、図５のステップＳ１０５，Ｓ１０６に示す様に、コイルの温度に基づく負荷制限を行う。制御部５０はコイルの温度に基づく負荷制限を行う場合には、図６の線ａに示す制限曲線を用いてモータジェネレータ１００に供給する電力或いはモータジェネレータ１００が発電する電力を制限する。図６の線ａに示す様に、検出した温度が所定の閾値である温度Ｔ2を超えると、それまで全負荷Ｐ0まで許可していたモータジェネレータ１００への電力供給或いは出力電力を全負荷Ｐ0から線ａに示すように温度の上昇に伴って低下させていく。この場合、アクセル開度や車速によってより大きな出力が要求された場合であっても、モータジェネレータ１００への負荷指令値を図６の線ａによって制限される出力以上としないように制御する。ここで、閾値である温度Ｔ2は、コイル温度に基づく負荷制限開始温度である。
【００２２】
制御部５０は図５のステップＳ１０６に示す負荷制限を開始したら、再び図５のステップＳ１０５に戻って温度センサ２３の検出した温度が所定の閾値Ｔ2を超えているかとどうかを判断し、温度センサ２３によって検出した温度が所定の閾値Ｔ2よりも低くなるまでモータジェネレータ１００の負荷制限を継続し、温度センサ２３によって検出した温度が所定の閾値Ｔ2よりも低くなったら、図５のステップＳ１０７に示す様に、コイル温度に基づくモータジェネレータ１００の負荷制限を停止し、図５のステップＳ１０２に戻って冷却油の流量を取得し、図５のステップＳ１０３に示すように冷却油流量が所定の閾値未満かどうかの判断を行う。
【００２３】
冷却油流量が所定の閾値以上の場合、図３を参照して説明したと同様、冷却油ノズル３３からコイルエンド２２の上側の側面に吹き掛けられた冷却油は図４（ａ）に矢印で示す様に、コイルエンド２２の頂上部から下方向にコイルエンド２２の表面に沿って落下すると共に、コイルエンド２２の外周に沿って頂上近傍から水平方向に回りながら下方向に落下する。図３（ａ）を参照して説明した場合よりも冷却油の流量が多く、流速が早いので、冷却油は、図３（ａ）を参照して説明した場合よりもより水平方向に広がって流れる。従って、コイルエンド２２の端面の冷却油が流れる領域は図３（ａ）で示した領域４１よりもより水平方向に広がったハッチングで示す領域４３となっている。図４（ａ）に示すように、冷却油流量が所定の閾値以上の場合には、コイルエンド２２の水平方向の両端を除いて回転軸６０の方向に突出した端面のほとんどの領域に冷却油が上から下に向って流れる。そして、コイルエンド２２の回転軸６０方向に突出した端面から下方向に落下した冷却油の一部は、コイルエンド２２下部の突出した部分の表面を流れてコイルエンド２２の下部を冷却し、オイルパン３４に落下する。
【００２４】
また、冷却油ノズル３３からコイルエンド２２の外周面の接線方向に向って吹き掛けられた冷却油の一部は、図４（ａ）の矢印で示す様に、コイルエンド２２の外周面に沿って流れずに、コイルエンド２２の外周から接線方向に向かってコイルエンド２２の外周面から離れるように斜め下方向に直線的に飛散していく。図４（ａ）に示す様に、飛散した冷却油は、センサガイド２４のコイルエンド２２の側の面に当たり、センサガイド２４のコイルエンド２２側の面に沿って下方向に流れ、温度センサ２３の表面を流れた後、オイルパン３４の中に落下する。
【００２５】
また、図４（ｂ）の矢印で示す様に、コイルエンド２２の厚さ方向の中央の頂上部に吹き掛けられた冷却油は、図３（ｂ）を参照して説明したのと同様、コイルエンド２２の表面に沿ってコイルエンド２２の回転軸６０の方向に突出した端面と反対側のステータコア２１側の端面とに向って流れていく。そして、冷却油の流量が所定の閾値以上の場合には、冷却油の流速が早いので、冷却油は、図３（ｂ）で示した領域４１よりもより広いハッチングで示す領域４３の表面を下方向に向って流れていく。そして、図４（ａ）を参照して説明したと同様、冷却油の一部は、コイルエンド２２の外周から接線方向に向かってコイルエンド２２の外周面から離れるように飛散し、図４（ｂ）に示す様に、コイルエンド２２の厚さ方向の中央部に配置されているセンサガイド２４のコイルエンド２２の側の面に当たり、センサガイド２４のコイルエンド２２側の面に沿って下方向に流れ、温度センサ２３の表面を流れた後、オイルパン３４の中に落下する。このため、温度センサ２３には常に冷却油が掛かっており、温度センサ２３は、冷却油の温度を検出することとなる。通常、この検出温度は、コイルの温度よりも低い温度となる。
【００２６】
図５のステップＳ１０８に示す様に、制御部５０は、温度センサ２３によって検出した温度を取得する。制御部５０は、先に説明したように、冷却油の流量が所定の閾値以上となっていると認識していることから、検出した温度は冷却油温度であると判断し、図５のステップＳ１０９，Ｓ１１０に示す様に、冷却油温度に基づく負荷制限を行う。制御部５０は冷却油温度に基づく負荷制限を行う場合には、図６の線ｂに示す制限曲線を用いてモータジェネレータ１００に供給する電力或いはモータジェネレータ１００の発電する電力を制限する。図６の線ｂに示す様に、検出した温度が所定の閾値である温度Ｔ1を超えると、それまで全負荷Ｐ0まで許可していたモータジェネレータ１００への電力供給或いは出力電力を全負荷Ｐ0から線ｂに示すように温度の上昇に伴って低下させていく。この場合、アクセル開度や車速によってより大きな出力が要求された場合であっても、モータジェネレータ１００への負荷指令値を図６の線ｂによって制限される出力以上としないように制御する。ここで、閾値である温度Ｔ2は、冷却油温度に基づく負荷制限開始温度であり、先に説明したコイル温度に基づく負荷制限開始温度Ｔ2よりも低い温度となっている。
【００２７】
制御部５０は図５のステップＳ１１０に示す負荷制限を開始したら、再び図５のステップＳ１０９に戻って温度センサ２３の検出した温度が所定の閾値Ｔ1を超えているかとどうかを判断し、温度センサ２３によって検出した温度が所定の閾値Ｔ1よりも低くなるまでモータジェネレータ１００の負荷制限を継続し、温度センサ２３によって検出した温度が所定の閾値Ｔ1よりも低くなったら、図５のステップＳ１１１に示す様に、冷却油温度に基づくモータジェネレータ１００の負荷制限を停止し、図５のステップＳ１０２に戻って冷却油の流量を取得し、図５のステップＳ１０３に示すように冷却油流量が所定の閾値未満かどうかの判断を行う。
【００２８】
以上説明したように、本実施形態のモータジェネレータ１００では、冷却油の流量が少なく、温度センサ２３に冷却油が掛からない場合には、温度センサ２３でコイルの温度を検出し、コイル温度に基づいた出力制限カーブによりモータジェネレータ１００の出力制限を行い、冷却油の流量が多く、冷却油が常に温度センサ２３に掛かる場合には、温度センサ２３で冷却油温度を検出し、冷却油温度基づいた出力制限カーブによりモータジェネレータ１００の出力制限を行うことができる。このため、１つの温度センサでコイル温度と冷却油温度とを的確に検出することができ、簡便な構成でコイルと冷却油の耐熱保護を行うことができる。
【００２９】
次に図７を参照しながら本発明の他の実施形態について説明する。本実施形態は、モータジェネレータ１００の冷却油ポンプ３１の吐出流量がロータ３０の回転と独立して制御することができる場合である。また、図１から図６を参照して説明した実施形態と同様の部分には同様の符号を付して説明は省略する。
【００３０】
図７のステップＳ２０１に示す様に、制御部５０は、モータジェネレータ１００が搭載されている電動車両が始動しているかどうかを判断し、電動車両が始動している場合には、図７のステップＳ２０１に示す様に、冷却油流量を取得する。本実施形態では、冷却油ポンプ３１の吐出量は、制御部５０からの指令によって制御され、三方弁３２の開度も制御部５０の指令によって制御されていることから、制御部５０は、冷却油ポンプ３１の駆動指令値と三方弁３２の開度指令値に基づいて冷却油の流量を取得する。そして、図７のステップＳ２０３に示す様に、その流量を所定の閾値と比較し、所定の閾値未満である場合には、冷却油の流量は少なく、図３に示したようにコイルエンド２２の中央部分のみに冷却油が掛かり、温度センサ２３はコイル温度を検出しているものと判断する。そして、制御部５０は、図７のステップＳ２０４に示す様に、温度センサ２３からの温度を取得し、温度センサ２３で検出した温度がある閾値、例えば、コイルの上限温度より少し低い温度、を超えた場合には、コイルエンド２２の温度が上限温度に近づくと判断し、図７のステップＳ２０６に示す様に、冷却油ポンプ３１の流量を増加させる指令を出力する。
【００３１】
制御部５０は、図７のステップＳ２０７に示す様に、再度、冷却油の流量を取得し、図７のステップＳ２０８に示すように、冷却油流量が所定の閾値未満かどうかを判断する。そして、冷却油流量が所定の閾値未満の場合には、冷却油は図３に示す様に温度センサ２３には掛からず、温度センサ２３はコイルの温度を検出していると判断し、図７のステップＳ２０５に戻って、コイル温度の閾値と検出した温度とを比較し、検出した温度が閾値を超えている場合には、再度、図７のステップＳ２０７に示す様に冷却油の流量を増加させる。また、温度センサ２３で検出した温度がコイル温度の閾値よりも低くなっている場合には、図７のステップＳ２１２に示す様に、冷却油の流量を低減し、図７のステップＳ２０２に戻って、再度、冷却油流量を取得する。
【００３２】
一方、制御部５０は、図７のステップＳ２０８で冷却油流量が所定の閾値を超えていると判断した場合には、冷却油は、図４を参照して説明したように流れて常に温度センサ２３に掛かっており、温度センサ２３はコイルよりも温度の低い冷却油の温度を検出していると判断する。そして、制御部５０は、図７のステップＳ２０９で温度センサ２３から検出温度を取得し、図７のステップＳ２１０に示す様に、温度センサ２３によって検出した温度と冷却油の所定の閾値、例えば、冷却油の劣化しない上限温度よりも少し低い温度等、と比較し、検出した温度がこの冷却油閾値を超えた場合には、図７のステップＳ２１１に示す様に冷却油の流量を増加させる。そして、再度、図７のステップＳ２１０に戻って冷却油温度と冷却油閾値とを比較し、冷却油温度が冷却油閾値よりも低くなっていた場合には、図７のステップＳ２１３に示すように冷却流量を低減し、図７のステップＳ２０２に戻って再度冷却油流量を取得する。
【００３３】
本実施形態では、温度センサ２３の検出温度がコイル、冷却油の各閾値を超えた場合に冷却油の流量を増加させてコイル、冷却油の各温度を低減するようにしたので、１つの温度センサ２３という簡便な構成でコイルと冷却油の耐熱保護を行うことができる。また、温度センサ２３の検出温度がコイル、冷却油の各閾値を超えた場合に冷却油の流量を増加させてコイル、冷却油の各温度を低減すると共に、先に説明した実施形態のように、モータジェネレータ１００の出力制限を行う様にしてもよい。
【符号の説明】
【００３４】
１０ ケーシング、１１ 穴、２０ ステータ、２１ ステータコア、２２ コイルエンド、２３ 温度センサ、２４ センサガイド、２５ センサコード、２６，２７，２８ 電力端子、２９ インバータ、３０ ロータ、３１ 冷却油ポンプ、３２ 三方弁、３３ 冷却油ノズル、３４ オイルパン、３５ 冷却油吸込み管、３６ 冷却油吐出管、４１，４３ 領域、５０ 制御部、６０ 回転軸、６１，６２ 中心軸、１００ モータジェネレータ、２００ 冷却システム。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸が水平方向に設置されるロータと、冷却用の冷媒がコイルエンドの重力方向上側から吹き掛けられるステータと、を備える回転電機であって、
前記コイルエンドの外周面で、前記ロータの回転中心を含む水平面近傍の位置に配置される温度センサと、
前記温度センサの外周側に配置され、重力方向上側に向かって延びるセンサガイドと、
を備えることを特徴とする回転電機。
【請求項２】
請求項１に記載の回転電機であって、
前記回転電機の負荷を制限する制御部を備え、
前記制御部は、前記冷媒の流量が所定の閾値未満の場合には、前記温度センサで検出した温度が前記コイルエンドの上限温度を超えないように前記回転電機の負荷を制限し、
前記冷媒の流量が所定の閾値以上の場合には、前記温度センサで検出した温度が前記冷媒の上限温度を超えないように前記回転電機の負荷を制限すること、
を特徴とする回転電機。
【請求項３】
請求項１または２に記載の回転電機であって、
前記冷媒の流量を増減する制御部を備え、
前記制御部は、前記冷媒の流量が所定の閾値未満の場合には、前記温度センサで検出した温度が前記コイルエンドの上限温度を超えないように前記冷媒の流量を増減させ、
前記冷媒の流量が所定の閾値以上の場合には、前記温度センサで検出した温度が前記冷媒の上限温度を超えないように前記冷媒の流量を増減させること、
を特徴とする回転電機。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項に記載の回転電機であって、
前記センサガイドは、前記コイルエンドと離間して配置され、前記コイルエンドの外周面を斜め下方向に広がるように流れる冷媒の少なくとも一部の流れ方向を前記温度センサに向うように変更すること、
を特徴とする回転電機。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１項に記載の回転電機であって、
前記温度センサは、前記コイルエンド表面の温度と前記冷媒の温度のいずれか一方又は両方を計測することができること、
を特徴とする回転電機。
【請求項１】
回転軸が水平方向に設置されるロータと、冷却用の冷媒がコイルエンドの重力方向上側から吹き掛けられるステータと、を備える回転電機であって、
前記コイルエンドの外周面で、前記ロータの回転中心を含む水平面近傍の位置に配置される温度センサと、
前記温度センサの外周側に配置され、重力方向上側に向かって延びるセンサガイドと、
を備えることを特徴とする回転電機。
【請求項２】
請求項１に記載の回転電機であって、
前記回転電機の負荷を制限する制御部を備え、
前記制御部は、前記冷媒の流量が所定の閾値未満の場合には、前記温度センサで検出した温度が前記コイルエンドの上限温度を超えないように前記回転電機の負荷を制限し、
前記冷媒の流量が所定の閾値以上の場合には、前記温度センサで検出した温度が前記冷媒の上限温度を超えないように前記回転電機の負荷を制限すること、
を特徴とする回転電機。
【請求項３】
請求項１または２に記載の回転電機であって、
前記冷媒の流量を増減する制御部を備え、
前記制御部は、前記冷媒の流量が所定の閾値未満の場合には、前記温度センサで検出した温度が前記コイルエンドの上限温度を超えないように前記冷媒の流量を増減させ、
前記冷媒の流量が所定の閾値以上の場合には、前記温度センサで検出した温度が前記冷媒の上限温度を超えないように前記冷媒の流量を増減させること、
を特徴とする回転電機。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項に記載の回転電機であって、
前記センサガイドは、前記コイルエンドと離間して配置され、前記コイルエンドの外周面を斜め下方向に広がるように流れる冷媒の少なくとも一部の流れ方向を前記温度センサに向うように変更すること、
を特徴とする回転電機。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１項に記載の回転電機であって、
前記温度センサは、前記コイルエンド表面の温度と前記冷媒の温度のいずれか一方又は両方を計測することができること、
を特徴とする回転電機。
【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２０１３−３１２８２（Ｐ２０１３−３１２８２Ａ）
【公開日】平成２５年２月７日（２０１３．２．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１６５２２０（Ｐ２０１１−１６５２２０）
【出願日】平成２３年７月２８日（２０１１．７．２８）
【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２５年２月７日（２０１３．２．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月２８日（２０１１．７．２８）
【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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