モータの冷却装置および冷却方法並びにその冷却装置付きモータを搭載した車両
【課題】冷媒を自己循環させることにより、冷却システムのコンパクト化および軽量化を達成できるモータの冷却装置および冷却方法並びにその冷却装置付きモータを搭載した車両を得る。
【解決手段】冷媒を溜めたリザーバタンク１１と、モータ１の発熱部となるステータ４の内部に並列配置した複数の冷媒蒸発通路１２ａ〜１２ｆと、複数の冷媒蒸発通路１２ａ〜１２ｆの下流側にそれぞれ連通した冷媒凝縮通路１３ａ〜１３ｆと、リザーバタンク１１内の冷媒を上流側逆止弁１４を介して冷媒蒸発通路１２ａ〜１２ｆに分配して供給する冷媒供給通路１５と、冷媒凝縮通路１３ａ〜１３ｆを通過した冷媒を集合させて下流側逆止弁１６を介してリザーバタンク１１に戻す冷媒還流通路１７と、を設けることで、冷媒の自己循環が可能になるとともに、各通路の微少な偏りにより液相の冷媒に振動流を発生させて液相の冷媒流量を減少し、冷却装置１０のコンパクト化を図る。
【解決手段】冷媒を溜めたリザーバタンク１１と、モータ１の発熱部となるステータ４の内部に並列配置した複数の冷媒蒸発通路１２ａ〜１２ｆと、複数の冷媒蒸発通路１２ａ〜１２ｆの下流側にそれぞれ連通した冷媒凝縮通路１３ａ〜１３ｆと、リザーバタンク１１内の冷媒を上流側逆止弁１４を介して冷媒蒸発通路１２ａ〜１２ｆに分配して供給する冷媒供給通路１５と、冷媒凝縮通路１３ａ〜１３ｆを通過した冷媒を集合させて下流側逆止弁１６を介してリザーバタンク１１に戻す冷媒還流通路１７と、を設けることで、冷媒の自己循環が可能になるとともに、各通路の微少な偏りにより液相の冷媒に振動流を発生させて液相の冷媒流量を減少し、冷却装置１０のコンパクト化を図る。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータの冷却装置および冷却方法並びにその冷却装置付きモータを搭載した車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気自動車の駆動方式の１つとして、タイヤホイールの中にモータを組み込んだインホイールドライブ方式が提案されており、このインホイールドライブ方式は車室内の有効利用空間が拡大することや各輪独立駆動による従来の自動車と異なる運転感覚が得られるという特徴がある。
【０００３】
このようなドライブシステムを実現するにはモータのコンパクト化が必須であるが、モータ体積を小さくすると損失により発生する熱を放熱する面積も減るため、温度の上昇が顕著になり、ひいては、モータの冷却が大きな問題となる。
【０００４】
この冷却には液冷方式や空冷方式等が知られるが、液冷方式では高い冷却効率が期待できるが、タイヤホイールに取り付けられたモータに冷媒液を循環するためのポンプなどの循環装置や配管部品が必要となり、この場合、一般的にはフロントグリル近傍に冷媒液の熱交換器を設けて、この熱交換器とモータとを長い配管で繋ぐことになり、冷却システム全体が大型化してしまう。
【０００５】
一方、密閉型電動圧縮機で、モータハウジングの外壁に給湯用の水を流通させるチューブを巻き付け、吸入冷媒をモータハウジング内に流通させるようにしたものがあり、この場合、冷媒を循環させるためのポンプを一体に組み付けてある（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００１−１２３５２号公報（第３頁、第２図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、かかる従来の密閉型電動圧縮機では冷媒を循環させるポンプを一体に組み付けた場合にも、その冷媒を冷却するための給湯用チューブ内の水は外部動力で循環させる必要があり、この場合にあっても冷却システムが大型化してしまうとともに、前記冷媒の循環は一体に組付けたとはいえ、やはりポンプが必要となり、その電動圧縮機をモータに適用した場合にもモータの大型化が余儀なくされる。
【０００７】
そこで、本発明は、冷媒を自己循環させることにより、冷却システムのコンパクト化および軽量化を達成できるモータの冷却装置および冷却方法並びにその冷却装置付きモータを搭載した車両を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のモータの冷却装置は、回転軸と、この回転軸に結合されたロータと、このロータの外周を囲繞するステータと、を備えたモータであって、モータの発熱で液相から気相に変化する冷媒を溜めたリザーバタンクと、モータの発熱部に並列配置される複数の冷媒蒸発通路と、前記複数の冷媒蒸発通路の下流側にそれぞれ連通されて低温部に配置される複数の冷媒凝縮通路と、前記リザーバタンク内の冷媒を第１の逆止弁を介して前記複数の冷媒蒸発通路に分配して供給する冷媒供給通路と、前記複数の冷媒凝縮通路を通過した冷媒を集合させて第２の逆止弁を介して前記リザーバタンクに戻す冷媒還流通路と、を備えたことを最も主要な特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明のモータの冷却装置によれば、リザーバタンク内に溜めた冷媒が、冷媒供給通路、冷媒蒸発通路、冷媒凝縮通路および冷媒還流通路を経て再度リザーバタンクに戻るという閉ループが構成されており、冷媒蒸発通路で冷媒の気相化により発生した蒸気の圧力で、冷媒凝縮通路で液相化した冷媒を冷媒還流通路に押し出す作用と、冷媒供給通路および冷媒還流通路にそれぞれ設けた第１および第２の逆止弁の作用と、によって冷媒の自己循環が可能になるとともに、モータの発熱部の廃熱を冷媒蒸発通路内の冷媒が蒸発潜熱として回収し、その熱回収した冷媒が冷媒凝縮通路内に導入されることにより凝縮潜熱として放出されてモータを冷却することができるようになる。その結果、冷却装置のコンパクト化を図ることができる。
【００１０】
また、冷媒蒸発通路を複数並列配置させるとともに、冷媒凝縮通路を冷媒蒸発通路にそれぞれ連通させて複数並列配置させることで、複数の冷媒蒸発通路および冷媒凝縮通路の径や長さがそれぞれ同一条件で形成されている場合であっても、各通路において微少な偏りが存在するため、各通路における蒸発のタイミングが同一になることがない。すなわち、各通路のうち少なくとも１つの通路における蒸発のタイミングを異ならせることができる。このように、蒸発のタイミングを異ならせることで、最初に蒸発が発生した冷媒蒸発通路内の圧力が他の冷媒蒸発通路にも影響することとなり、複数の冷媒蒸発通路および冷媒凝縮通路を流れる液相の冷媒に振動流を発生させることができる。
【００１１】
こうして、振動流を発生させることにより各冷媒蒸発通路に液相の状態で流れ込む冷媒量を減少させることができ、ひいては、冷媒凝縮通路での気相化された冷媒の凝縮効率を上昇させることができるようになる。その結果、冷媒凝縮通路の容量を小さくすることができ、冷却装置の更なるコンパクト化を達成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態を図面と共に詳述する。なお、以下では、インホイールドライブ方式の電気自動車に用いられるモータを例示して説明する。
【００１３】
（第１実施形態）
図１〜図８は本発明にかかるモータの冷却装置および冷却方法並びにその冷却装置付きモータを搭載した車両の第１実施形態を示し、図１はインホイールドライブ方式としてモータの組み込み状態を示すタイヤホイールの斜視図である。
【００１４】
本実施形態の冷却装置１０が適用されるモータ１は、図１に示すように、インホイールドライブ方式として車輪アクスルＷ・Ａに設けられている。このモータ１はハウジング側が車輪アクスルＷ・Ａに取付支持されており、モータ１の駆動軸側がタイヤホイールＴ・Ｗの内側凹部Ｗｈ内に挿入されて車輪を駆動するようになっている。
【００１５】
なお、本実施形態では、車輪Ｗはアッパ，ロアリンクＬ・Ｕ，Ｌ・ＬおよびショックアブソーバＳ・Ａを備えたダブルウイッシュボーン方式のサスペンション装置Ｓによって車体側に支持されているが、特にサスペンションはこのダブルウイッシュボーンに限定するものではない。
【００１６】
図２は冷却装置を設けたモータの縦断面図、図３は図２中Ａ−Ａ線に沿った断面図であり、これら図２，図３に示すように、モータ１は、回転軸２と、この回転軸２に結合したロータ３と、このロータ３の外周を囲繞するステータ４と、を備え、これら回転軸２、ロータ３、ステータ４は円筒状のハウジング５内に収納される。
【００１７】
回転軸２はロータ３と一体となって、両端部がハウジング５の両端を閉止するエンドプレート５Ｅ１，５Ｅ２に軸受６Ａ，６Ｂを介して回転自在に支持されるとともに、ロータ３の周縁部内部には周方向に等間隔（中心角９０゜）をもって４個のロータ磁石７が回転軸２の軸方向に沿って配置されている。
【００１８】
ステータ４はハウジング５の内周に固定され、そのステータ４の内周には周方向に等間隔（中心角６０゜）をもって６本のステータ凸極部４Ｓが突設され、それぞれのステータ凸極部４Ｓにはモータコイル８が巻回されている。モータコイル８は、モータ１を駆動するに際して通電されると発熱し、そのモータコイル８の発熱がステータ凸極部４Ｓからステータ４全体に伝導し、ひいては、モータ１全体が発熱されることになる。
【００１９】
ここで、冷却装置１０は、図２，図３に示すように、モータ１の発熱で液相から気相に変化する冷媒を溜めたリザーバタンク１１と、モータ１の発熱部となるステータ４の内部に、ステータ凸極部４Ｓにそれぞれ対応して並列配置される複数（６本）の冷媒蒸発通路１２ａ〜１２ｆと、それら複数の冷媒蒸発通路１２ａ〜１２ｆの下流側にそれぞれ連通されて低温部、例えば、ハウジング５の外側に配置される複数（６本）の冷媒凝縮通路１３ａ〜１３ｆと、リザーバタンク１１内の冷媒を上流側逆止弁（第１の逆止弁）１４を介して前記複数の冷媒蒸発通路１２ａ〜１２ｆに分配して供給する冷媒供給通路１５と、前記複数の冷媒凝縮通路１３ａ〜１３ｆを通過した冷媒を集合させて下流側逆止弁（第２の逆止弁）１６を介してリザーバタンク１１に戻す冷媒還流通路１７と、を備えている。
【００２０】
そして、本実施形態では、リザーバタンク１１に溜めた冷媒を、上流側逆止弁１４を介してモータ１の発熱部（ステータ４）に並列配置した複数の冷媒蒸発通路１２ａ〜１２ｆに分配して供給した後、それら複数の冷媒蒸発通路１２ａ〜１２ｆを通過した冷媒を、各冷媒蒸発通路１２ａ〜１２ｆの下流側にそれぞれ設けた冷媒凝縮通路１３ａ〜１３ｆに導入し、それら複数の冷媒凝縮通路１３ａ〜１３ｆを通過した冷媒を集合した後、下流側逆止弁１６を介して前記リザーバタンク１１に戻すようにしてある。
【００２１】
冷媒蒸発通路１２ａ〜１２ｆは、図３に示すように、ステータ４のステータ凸極部４Ｓに対応した肉厚内に穿設され、本実施形態では各冷媒蒸発通路１２ａ〜１２ｆはそれぞれ同径に形成されている。
【００２２】
また、冷媒凝縮通路１３ａ〜１３ｆは、通路となる配管の外周に多数のフィンを設けるなどして構成されており、それらフィンを介して外気と通路内の冷媒との熱交換を図るようになっている。
【００２３】
図４は図２中矢視Ｂ方向から見たモータの右側面図であり、同図および図２に示すように、複数の冷媒蒸発通路１２ａ〜１２ｆのエンドプレート５Ｅ１内側端に位置する上流側端は、分岐通路１８ａ〜１８ｆを介して単管で形成された冷媒供給通路１５の下流側端１５ａに連通される。そして、上流側逆止弁１４が冷媒供給通路１５に設けられている。
【００２４】
図５は図２中矢視Ｃ方向から見たモータの左側面図であり、同図および図２に示すように、複数の冷媒蒸発通路１２ａ〜１２ｆのエンドプレート５Ｅ２内側端に位置する下流側端は、それぞれに対応した連通路１９ａ〜１９ｆを介して複数の冷媒凝縮通路１３ａ〜１３ｆの上流側端に連通される。そして、各冷媒凝縮通路１３ａ〜１３ｆの下流側端は集合通路２０を介して、単管で形成された冷媒還流通路１７の上流側端１７ａに連通される。さらに、下流側逆止弁１６が冷媒還流通路１７に設けられている。
【００２５】
したがって、本実施形態にかかる冷却装置１０には、リザーバタンク１１内の冷媒が、上流側逆止弁１４を設けた冷媒供給通路１５、分岐通路１８ａ〜１８ｆ、冷媒蒸発通路１２ａ〜１２ｆ、連通路１９ａ〜１９ｆ、冷媒凝縮通路１３ａ〜１３ｆ、集合通路２０および下流側逆止弁１６を設けた冷媒還流通路１７を通ってリザーバタンク１１に戻るという閉ループが構成されることとなる。
【００２６】
そして、冷媒蒸発通路１２ａ〜１２ｆでは、冷媒がモータ１の発熱部となるステータ４の廃熱を蒸発潜熱として回収して気相化され、一方、冷媒凝縮通路１３ａ〜１３ｆでは、導入された気相化された冷媒が凝縮潜熱として放出されて液相化される。これによって冷媒蒸発通路１２ａ〜１２ｆで回収した熱が冷媒凝縮通路１３ａ〜１３ｆから外部に放出されてモータ１の冷却が行われる。
【００２７】
以下、図６，図７および図８を用いて本実施形態の冷却装置１０の作用を説明する。
【００２８】
図６（ａ）は本実施形態の冷却装置を簡略化して示す概略図、図６（ｂ）は本実施形態と比較する冷却装置を簡略化して示す概略図である。
【００２９】
冷却装置１００は、図６（ａ）に示すように、リザーバタンク１１１と、モータの発熱部に並列配置される２本の冷媒蒸発通路１１２ａ，１１２ｂと、それら冷媒蒸発通路１１２ａ，１１２ｂの下流側にそれぞれ連通された２本の冷媒凝縮通路１１３ａ，１１３ｂと、リザーバタンク１１１内の冷媒を上流側逆止弁１１４を介して冷媒蒸発通路１１２ａ，１１２ｂに分配して供給する冷媒供給通路１１５と、冷媒凝縮通路１１３ａ，１１３ｂを通過した冷媒を集合させて連通し下流側逆止弁１１６を介してリザーバタンク１１１に戻す冷媒還流通路１１７と、を備えて概略構成されている。
【００３０】
また、冷媒供給通路１１５と冷媒蒸発通路１１２ａ，１１２ｂとは分岐通路１１８ａ，１１８ｂによって連通されるとともに、冷媒蒸発通路１１２ａ，１１２ｂと冷媒凝縮通路１１３ａ，１１３ｂとはそれぞれ連通路１１９ａ，１１９ｂによって連通され、かつ、冷媒凝縮通路１１３ａ，１１３ｂと冷媒還流通路１１７とは集合通路１２０によって連通されている。
【００３１】
このように、冷却装置１００では、冷媒蒸発通路１１２ａ，１１２ｂや冷媒凝縮通路１１３ａ，１１３ｂが２本となっているが、これらの通路が３本以上設けられている冷却装置１０の場合でも基本的な作用は同様である。
【００３２】
一方、比較対象となる冷却装置２００は、図６（ｂ）に示すように、リザーバタンク２１１と、モータの発熱部に直列配置される２本の冷媒蒸発通路２１２ａ，２１２ｂと、下流側の冷媒蒸発通路２１２ｂに連通された冷媒凝縮通路２１３と、リザーバタンク２１１内の冷媒を上流側逆止弁２１４を介して上流側の前記冷媒蒸発通路２１２ａに供給する冷媒供給通路２１５と、冷媒凝縮通路２１３を通過した冷媒を下流側逆止弁２１６を介してリザーバタンク２１１に戻す冷媒還流通路２１７と、を備えて概略構成されている。
【００３３】
また、冷媒供給通路２１５と冷媒蒸発通路２１２ａとは通路２１８によって連通されるとともに、冷媒蒸発通路２１２ｂと冷媒凝縮通路２１３とは連通路２１９によって連通され、かつ、冷媒凝縮通路２１３と冷媒還流通路２１７とは通路２２０によって連通されている。
【００３４】
つまり、後者の冷却装置２００は、２本の冷媒蒸発通路２１２ａ，２１２ｂが直列配置されている。また、これら冷媒蒸発通路２１２ａ，２１２ｂは、前者の冷却装置１００の冷媒蒸発通路１１２ａ，１１２ｂとそれぞれが等しい長さであり、かつ、後者の冷却装置２００の冷媒凝縮通路２１３は、前者の冷却装置１００の２本の冷媒凝縮通路１１３ａ，１１３ｂを合わせた長さとなるように形成されている。
【００３５】
そして、前記冷却装置１００では、冷媒蒸発通路１１２ａ，１１２ｂが複数並列に設けられたことにより、これら冷媒蒸発通路１１２ａ，１１２ｂに存在する液相冷媒が往復動して、振動流が発生する。以下、図７に基づき、複数の通路を並列に設けることで振動流が発生する理由を説明する。
【００３６】
図７は図６（ａ）に示す冷却装置の冷媒蒸発通路内温度、圧力および冷媒供給通路内流量の時間履歴をそれぞれグラフで示す説明図である。
【００３７】
まず、冷却装置１００の形成の際に、冷媒蒸発通路１１２ａ，１１２ｂ、冷媒凝縮通路１１３ａ，１１３ｂが、冷媒供給通路１１５と冷媒還流通路１１７との間において対称、つまり、径や長さが同一条件となるように形成したとしても、現実的には各通路において微少な偏りが存在する。例えば、冷媒凝縮通路１１３ａ，１１３ｂに接触する冷却風の温度や流速の微妙な違いによる冷媒冷却性能の偏りやモータ１の発熱部（ステータ４）からの熱量の偏り、冷媒蒸発通路１１２ａ，１１２ｂと発熱部との距離変化等によって、各通路に偏りが生じてしまうことがある。
【００３８】
これらの偏りにより、冷媒蒸発通路１１２ａ，１１２ｂのいずれか一方、例えば、冷媒蒸発通路１１２ａの冷媒が先に蒸発を始めた場合には、冷媒蒸発通路１１２ａの中心部１１２Ｃａで温度および圧力が高い気液二相流が流れることとなる。このとき、気液二相流は、冷媒凝縮通路１１３ａに流れるとともに、分岐通路１１８ａ，１１８ｂに逆流して他方の冷媒蒸発通路１１２ｂにも流れ込むため、冷媒蒸発通路１１２ｂ内の温度を低下させる。
【００３９】
そして、図７（ａ），（ｂ）に示すように、一方の冷媒蒸発通路１１２ａの中心部１１２Ｃａの温度が最大値Ｔ１、圧力が最大値Ｐ１で、他方の冷媒蒸発通路１１２ｂの中心部１１２Ｃｂの温度が最小値Ｔ′１、圧力が最小値Ｐ′１になると、一方の冷媒凝縮通路１１３ａに導入された気相冷媒が凝縮するため、上記中心部１１２Ｃａでの温度および圧力が下がり始める。
【００４０】
このように、中心部１１２Ｃａでの圧力が減少すると、他方の中心部１１２Ｃｂでの飽和圧力も減少するので、冷媒蒸発通路１１２ｂ内で冷媒が蒸発を始めるとともに、分岐通路１１８ａ，１１８ｂ内の液相冷媒は一方の冷媒蒸発通路１１２ａに流入し、他方の中心部１１２Ｃｂで温度および圧力が極大値Ｔ′２，Ｐ′２となり、一方の中心部１１２Ｃａで温度が極小値Ｔ２となる。
【００４１】
このような振動流が何回か繰り返されると、分岐通路１１８ａ，１１８ｂの液相冷媒量は減少し、両冷媒蒸発通路１１２ａ，１１２ｂ内で蒸発が発生するとともに、上流側逆止弁１１４が開弁して、図７（ｃ）に示すように、リザーバタンク１１１から冷媒供給通路１１５に液相冷媒が流入する。
【００４２】
そして、冷媒供給通路１１５に流入した液相冷媒は、分岐通路１１８ａ，１１８ｂから冷媒蒸発通路１１２ａ，１１２ｂに導入され、上述したようにそれら冷媒蒸発通路１１２ａ，１１２ｂ内で振動流が再度発生し、このようなサイクルが繰り返されることになる。
【００４３】
一方、図８は図６（ｂ）に示す冷却装置の冷媒蒸発通路内温度、圧力および冷媒供給通路内流量の時間履歴をそれぞれグラフで示す説明図である。なお、冷却装置２００の下流側の冷媒蒸発通路２１２ｂの中心部２１２Ｃａでの温度および圧力の値は、形状が相似で、かつ、上流側の冷媒蒸発通路２１２ａの中心部２１２Ｃａから下流側の上記中心部２１２Ｃｂに至るまでの流路抵抗の分だけずれたグラフとなっており、煩雑になるので、図８では、下流側の中心部２１２Ｃｂでの温度および圧力の値を省略して示してある。
【００４４】
上記冷却装置２００では、まず、上流側逆止弁２１４が開弁してリザーバタンク２１１から液相冷媒が冷媒供給通路２１５を介して上流側の冷媒蒸発通路２１２ａおよび下流側の冷媒蒸発通路２１１ｂに供給されると、液相冷媒はそれら冷媒蒸発通路２１２ａ，２１２ｂ内で温度上昇する。そして、図８（ａ）中Ｔ１および図８（ｂ）中Ｐ１に示す値を超えると沸騰を開始する。
【００４５】
このように液相冷媒の一部が蒸発して気液混合状態になると、通路２１９および冷媒凝縮通路２１３内に存在する液相冷媒を下流側逆止弁２１６方向に押し出そうとする。しかしながら、下流側逆止弁２１６は所定値以上の圧力にならないと開弁しないので、通路内の圧力および飽和温度は徐々に上昇していき、やがて、圧力が最大値Ｐ２になるとともに、飽和温度も最大値Ｔ２となる。
【００４６】
そして、圧力および飽和温度が上昇して下流側逆止弁２１６が開弁し、通路２１９および冷媒凝縮通路２１３内に存在する液相の冷媒が押し出されると、Ｔ３〜Ｔ４の間およびＰ３〜Ｐ４の間で示すように、温度および圧力が一定となり、冷媒蒸発通路２１２ａ，２１２ｂ内の液相冷媒は蒸発し続ける状態になる。そして、冷媒凝縮通路２１３内の気液二相流のクオリティ（かわき度）が大きくなると冷媒凝縮通路２１３内で凝縮が起こり、冷媒蒸発通路２１２ａ，２１２ｂ内の圧力が下降して上流側逆止弁２１４が開弁し、液相冷媒が冷媒蒸発通路２１２ａ，２１２ｂに供給される。
【００４７】
このとき、液相冷媒の流入により、冷媒蒸発通路２１２ａ，２１２ｂ内温度は最小値Ｔ５となる。その後、上記サイクルが繰り返されることになる。なお、図８（ａ）に示すように、Ｔ１〜Ｔ４においては冷媒蒸発通路２１２ａ，２１２ｂ内の冷媒は沸騰状態にあり、Ｔ４〜Ｔ６間においては冷媒は沸騰していない状態にある。
【００４８】
以上説明したように、冷却装置２００とは違い、冷却装置１００では、冷媒蒸発通路１１２ａ，１１２ｂ内の液相冷媒に振動流が発生するため、上流側逆止弁１４が開弁されて冷媒蒸発通路１１２ａ，１１２ｂへ流入する液相冷媒の流入量を、冷却装置２００の冷媒蒸発通路２１２ａ，２１２ｂに流入する液相冷媒の流入量と較べて大幅に少なくすることができる。
【００４９】
ここで、上述のクオリティ（かわき度）Ｘの定義式は、
クオリティＸ＝Ｇｇ／（Ｇｇ＋Ｇｌ）…（１）
となる。
【００５０】
ただし、Ｇｇ（＝Ｗｇ／Ａ）：気相質量速度、Ｇｌ（＝Ｗｌ／Ａ）：液相質量速度、Ｗｇ：気相質量流量、Ｗｌ：液相質量流量、Ａ：流路断面積
である。
【００５１】
また、液相凝縮通路内の流路断面積を一定とすれば、
Ｘ＝Ｗｇ／（Ｗｇ＋Ｗｌ）…（２）
となる。
【００５２】
ここで、除熱量をＨ、潜熱をＬとすれば、発生蒸気量はＧｇ＝Ｈ／Ｌとなり、冷媒蒸発通路内に流入する液相冷媒の平均質量流量をＷ０ｌとすれば、
Ｗｌ＝Ｗ０ｌ−Ｗｇ…（３）
となり、クオリティＸは、
Ｘ＝Ｈ／（Ｌ・Ｗ０ｌ）…（４）
となる。
【００５３】
したがって、クオリティＸを大きくするには、冷媒蒸発通路に流入する液相冷媒の平均質量流量を小さくすれば良いことが理解される。
【００５４】
また、通路内凝縮における熱伝達率αの概略値推算法として以下に述べるＳｈａｈの式がある。
【００５５】
α＝αｌ｛（１−Ｘ）０．８＋３．８Ｘ０．７６（１−Ｘ）０．０４（Ｐｓ／Ｐｃｒｔ）−０．３８｝…（５）
ただし、αｌ：通路内を液相冷媒のみが流れると仮定したときの熱伝達率、Ｘ：クオリティ、Ｐｓ：飽和圧力、Ｐｃｒｔ：臨界圧力
である。
【００５６】
冷媒凝縮通路内の熱伝達係数αは、Ｘ＝１の付近を除いてＸの単調増加関数となるので、冷媒凝縮通路に流入する流体のクオリティＸが大きくなれば、冷媒凝縮通路の熱伝達率が大きくなり、結果として冷媒凝縮通路の面積を小さくすることができる。
【００５７】
ちなみに、図６（ａ），（ｂ）の冷却装置１００，２００において、リザーバタンク１１１，２１１を大気開放するとともに、全通路断面直径を４ｍｍとし、１．４ｋＷの熱量を除熱する実験を行ったところ、平均質量流量はそれぞれ６１ｇ／ｍｉｎと１８３ｇ／ｍｉｎであった。
【００５８】
また、冷媒として水を用いて、その水の飽和温度１００゜Ｃ近辺の蒸発潜熱を２２６０ｋＪ／ｋｇとすれば、１．４ｋＷの熱量を除熱する場合、
１．４／２２０＝６．１９×１０−４ｋｇ／ｓ＝６．１９×１０−４×６０×１０００＝３７ｇ／ｍｉｎ
となり、毎分３７ｇの水を供給すれば良いことになる。このことは、逆に、毎分３７ｇの水が蒸気になることにより、１．４ｋＷの除熱ができることを意味する。
【００５９】
したがって、図６（ａ）の冷却装置１００の流路系のクオリティＸは、
Ｘ＝Ｗｇ／Ｗ０ｌ＝３７／６１＝０．６１…（イ）
となる。また、図６（ｂ）の冷却装置２００の流路系のクオリティＸは、
Ｘ＝Ｗｇ／Ｗ０ｌ＝３７／１８３＝０．２０…（ロ）
となる。
【００６０】
上記（イ），（ロ）で算出したクオリティ０．６１および０．２０に対して、前記（５）のＳｈａｈの式を用いて凝縮熱伝達率を計算すると、それぞれ、１３．５ｋＷ／（ｍ２・Ｋ）および６．４ｋＷ／（ｍ２・Ｋ）となる。ただし、式中の物性値には簡単のため１気圧の値（リザーバタンクが大気開放のため）を用いてある。また、αｌは発達した通路内層流熱伝達を仮定して、一般的に用いられるＮｕ（ヌッセルト数）＝４より、αｌ＝６７７Ｗ／（ｍ２・Ｋ）とした。
【００６１】
したがって、図６（ａ）の冷却装置１００の流路系の冷媒凝縮通路は、図６（ｂ）の冷却装置２００の流路系のそれに比べて２．０９（＝１３．５／６．４）倍となる。このとき、冷却装置１００の冷媒凝縮通路１１２ａ，１１２ｂの熱伝達率が、冷却装置２００の冷媒凝縮通路２１２ａ，２１２ｂと同等の熱伝達率となるようにした場合、試算によれば、冷却装置１００の冷媒凝縮通路１１２ａ，１１２ｂの全面積（この場合、凝縮通路長さ）を２０％（２つの冷媒凝縮通路１１２ａ，１１２ｂのそれぞれで１０％づつ）削除することができることとなる。
【００６２】
ところで、本実施形態の図２に示す冷却装置１０の作用を、図６（ａ）に示す簡略化した冷却装置１００を便宜上用いて説明したが、勿論、上記冷却装置１０にあっても、通路の本数が増加するのみで同様の作用効果を奏することができる。
【００６３】
以上の構成による本実施形態のモータ１の冷却装置１０および冷却方法によれば、冷却装置１０には、リザーバタンク１１内に溜めた冷媒が、冷媒供給通路１５、冷媒蒸発通路１２ａ〜１２ｆ、冷媒凝縮通路１３ａ〜１３ｆおよび冷媒還流通路１７を経て再度リザーバタンク１１に戻るという閉ループが構成されており、冷媒蒸発通路１２ａ〜１２ｆで冷媒の気相化により発生した蒸気の圧力で、冷媒凝縮通路１３ａ〜１３ｆで液相化した冷媒を冷媒還流通路１７に押し出す作用と、冷媒供給通路１５および冷媒還流通路１７にそれぞれ設けた逆止弁１４，１６の作用と、によって冷媒の自己循環が可能になるとともに、モータ１の発熱部（ステータ４）の廃熱を冷媒蒸発通路１２ａ〜１２ｆ内の冷媒が蒸発潜熱として回収し、その熱回収した冷媒が冷媒凝縮通路１３ａ〜１３ｆ内に導入されることにより凝縮潜熱として放出されてモータ１を冷却することができるようになる。その結果、冷却装置１０のコンパクト化を図ることができる。
【００６４】
このとき、冷媒蒸発通路１２ａ〜１２ｆが複数並列配置されたことにより、これに伴って冷媒凝縮通路１３ａ〜１３ｆも複数並列配置されることとなる。このように、冷媒蒸発通路１２ａ〜１２ｆおよび冷媒凝縮通路１３ａ〜１３ｆを複数並列配置することで、本実施形態のように、複数の冷媒蒸発通路１２ａ〜１２ｆおよび冷媒凝縮通路１３ａ〜１３ｆの径や長さがそれぞれ同一条件で形成されている場合であっても、各通路において微少な偏りが存在するため、各通路における蒸発のタイミングが同一になることがない。すなわち、各通路のうち少なくとも１つの通路における蒸発のタイミングを異ならせることができる。このように、蒸発のタイミングを異ならせることで、最初に蒸発が発生した冷媒蒸発通路１２ａ〜１２ｆ内の圧力が他の冷媒蒸発通路１２ａ〜１２ｆにも影響することとなり、複数の冷媒蒸発通路１２ａ〜１２ｆおよび冷媒凝縮通路１３ａ〜１３ｆを流れる液相の冷媒に振動流を発生させることができる。
【００６５】
こうして、振動流を発生させることにより冷却装置１０を構成する閉ループを流れる液相の冷媒流量を減少させることができるため、各冷媒蒸発通路１２ａ〜１２ｆに液相の状態で流れ込む冷媒量が減少し、ひいては、冷媒凝縮通路１３ａ〜１３ｆでの気相化された冷媒の凝縮効率を上昇できるようになる。その結果、冷媒凝縮通路１３ａ〜１３ｆの容量を小さくすることができ、冷却装置１０の更なるコンパクト化を達成することができる。
【００６６】
また、本実施形態によってコンパクト化した冷却装置１０を用いることで、車輪駆動用のモータ１を、タイヤホイールＴ・Ｗへ組み付けることが可能となり、かつ、そのモータ１を効率良く冷却することができるので、高負荷にも耐え得るモータ１を搭載したインホイールドライブ方式の車両を得ることができる。
【００６７】
ところで、本実施形態では、上記リザーバタンク１１は、図２に示したように各冷媒蒸発通路１２ａ〜１２ｆの形成位置よりも鉛直上方に配置することなく、それら冷媒蒸発通路１２ａ〜１２ｆの鉛直下方に配置してもよく、また、冷媒凝縮通路１３ａ〜１３ｆは任意の位置に設置することができる。さらに、リザーバタンク１１を大気開放させてもよい。
【００６８】
また、上記冷媒凝縮通路１３ａ〜１３ｆの通路部分は、それぞれを直管として図示したが、必ずしも直管である必要はなく、適宜湾曲させた管や蛇行させた管で形成することができる。さらに、冷媒蒸発通路１２ａ〜１２ｆは６本に限ることなく、その本数や位置はモータ１内で熱回収を効率良く達成できるように任意に設定することができる。
【００６９】
（第２実施形態）
図９は本発明の第２実施形態を示し、前記第１実施形態と同一構成部分に同一符号を付して重複する説明を省略して述べるものとし、図９は冷却装置を設けたモータの縦断面図である。
【００７０】
本実施形態にかかる冷却装置１０Ａは、図９に示すように、基本的に第１実施形態の冷却装置１０と同様の構成となり、リザーバタンク１１と、ステータ４の内部に並列配置される複数（６本）の冷媒蒸発通路１２ａ〜１２ｆと、各冷媒蒸発通路１２ａ〜１２ｆの下流側にそれぞれ連通される複数（６本）の冷媒凝縮通路１３ａ〜１３ｆと、上流側逆止弁１４を設けた冷媒供給通路１５と、下流側逆止弁１６を設けた冷媒還流通路１７と、を備えて構成されている。
【００７１】
そして、本実施形態が第１実施形態と主に異なる点は、複数の冷媒蒸発通路１２ａ〜１２ｆのうち、少なくとも１つの径を異ならせたことにある。
【００７２】
本実施形態では、最も鉛直上方に位置する冷媒蒸発通路１２ａの径を、他の冷媒蒸発通路１２ｂ〜１２ｆの径よりも大径としてある。このとき、他の冷媒蒸発通路１２ｂ〜１２ｆはそれぞれ同径となっている。
【００７３】
ここで、冷媒蒸発通路１２ａ〜１２ｆに温度Ｔ０の液相冷媒が満たされている場合に、その冷媒蒸発通路１２ａ〜１２ｆに熱量Ｈｓが加えられて、飽和温度Ｔｓｕｂに達するまでの時間τは、
τ＝（ρ・Ｃｐ・Ｌｓ・ΔＴｓｕｂ・Ａ）／Ｈｓ…（６）
となる。
【００７４】
ただし、ρ：液相冷媒密度、Ｃｐ：液相冷媒比熱、Ｌｓ：冷媒蒸発通路の長さ、ΔＴｓｕｂ＝Ｔｓｕｂ−Ｔ０、Ａ：冷媒蒸発通路の断面積、Ｈｓ：印加熱量である。
【００７５】
上記（６）式から断面積Ａを変化させると、飽和温度Ｔｓｕｂに達するまでの時間、つまり、液相冷媒に蒸発が起こるまでの時間が変化することになる。
【００７６】
したがって、本実施形態の冷却装置１０Ａによれば、鉛直最上方に位置する特定の冷媒蒸発通路１２ａは、他の冷媒蒸発通路１２ｂ〜１２ｆに対して長さＬｓは等しいが、断面積Ａが大きくなっているため、特定の冷媒蒸発通路１２ａ内の冷媒は他の冷媒蒸発通路１２ｂ〜１２ｆよりも蒸発が始まるまでの時間が遅くなる。
【００７７】
したがって、このように冷媒蒸発通路１２ａ〜１２ｆの少なくとも１つの径を、冷媒蒸発通路１２ａ〜１２ｆの他の径と異ならせることにより、冷媒の流路系に積極的に振動流を発生させることができるようになり、冷媒凝縮通路１３ａ〜１３ｆでの凝縮効率をより向上させて、冷却装置１０Ａの更なるコンパクト化を達成することができる。
【００７８】
（第３実施形態）
図１０は本発明の第３実施形態を示し、上記第１実施形態と同一構成部分に同一符号を付して重複する説明を省略して述べるものとし、図１０は冷却装置を設けたモータの縦断面図である。
【００７９】
本実施形態の冷却装置１０Ｂは、図１０に示すように、基本的に第１実施形態の冷却装置１０と同様の構成となり、リザーバタンク１１と、ステータ４の内部に並列配置される複数（６本）の冷媒蒸発通路１２ａ〜１２ｆと、各冷媒蒸発通路１２ａ〜１２ｆの下流側にそれぞれ連通される複数（６本）の冷媒凝縮通路１３ａ〜１３ｆと、上流側逆止弁１４を設けた冷媒供給通路１５と、下流側逆止弁１６を設けた冷媒還流通路１７と、を備えて構成されている。
【００８０】
そして、本実施形態が第１実施形態と主に異なる点は、前記複数の冷媒蒸発通路１２ａ〜１２ｆのそれぞれの径Ｄａ〜Ｄｆを、鉛直上方に位置するものほど大きくしたことにある。
【００８１】
すなわち、本実施形態の冷却装置１０Ｂは、図１０に示すように、任意に設定した基準位置Ｂｈからの冷媒蒸発通路１２ａの高さをＨ１、冷媒蒸発通路１２ｂ，１２ｆの高さをＨ２、冷媒蒸発通路１２ｃ，１２ｅの高さをＨ３、冷媒蒸発通路１２ｄの高さをＨ４とした場合にＨ１＞Ｈ２＞Ｈ３＞Ｈ４となっており、かつ、冷媒蒸発通路１２ａの径をＤａ、冷媒蒸発通路１２ｂ，１２ｆの径をＤｂ，Ｄｆ、冷媒蒸発通路１２ｃ，１２ｅの径をＤｃ，Ｄｅ、冷媒蒸発通路１２ｄの径をＤｄとした場合に、Ｈ１＞Ｈ２＞Ｈ３＞Ｈ４であるので、Ｄａ＞Ｄｂ＝Ｄｆ＞Ｄｃ＝Ｄｅ＞Ｄｄとしてある。
【００８２】
したがって、本実施形態では第２実施形態で示した（６）式中、断面積Ａ（∝Ｄａ，Ｄｂ，Ｄｃ，Ｄｄ，Ｄｅ，Ｄｆ）が変化するため、鉛直上方に位置する冷媒蒸発通路程、液相冷媒の蒸発が起こるまでの時間が遅くなる。
【００８３】
一方、冷媒蒸発通路１２ａ〜１２ｆの鉛直方向の高さが大きくなると位置水頭が変化するため、より低い位置にある冷媒蒸発通路１２ａ〜１２ｆに液相冷媒が流入し易くなる。
【００８４】
このとき、第１実施形態で述べたように冷媒蒸発通路１２ａ〜１２ｆに振動流を起こさせる点からは冷媒流入量に差があることは望ましいが、その流入量の差が大きすぎると、モータ１の上部と下部で冷却性能に顕著な差が生じてしまうことになる。そこで、本実施形態では、より高い位置に在る冷媒蒸発通路１２ａ〜１２ｆの断面積を大きくすることで、各冷媒蒸発通路１２ａ〜１２ｆへの液相冷媒の流入量がほぼ均一となるようにしている。さらに、冷媒蒸発通路１２ａ〜１２ｆの断面積を変化させて冷媒が蒸発するまでの時間を変化させることにより、第１実施形態で述べた振動流を起こし易くしている。
【００８５】
したがって、本実施形態の冷却装置１０Ｂによれば、複数の冷媒蒸発通路１２ａ〜１２ｆのそれぞれの径Ｄａ〜Ｄｆを、鉛直上方に位置するものほど大きくしたので、冷媒蒸発通路１２ａ〜１２ｆへの液相冷媒の流入量を均一化することができるとともに、冷媒蒸発通路１２ａ〜１２ｆの断面積を変えて蒸発するまでの時間を変化させることで振動流を発生させることができる。
【００８６】
これによって、冷却装置１０Ｂの流路系を流れる液相の冷媒流量を減少させることができるため、冷媒凝縮通路１３ａ〜１３ｆに液相の状態で流入する冷媒量が減り、もって、冷媒凝縮通路１３ａ〜１３ｆの凝縮効率が向上させることができる。その結果、冷媒凝縮通路１３ａ〜１３ｆの容量を小さくして、冷却装置１０Ｂの更なるコンパクト化を図ることができる。
【００８７】
（第４実施形態）
図１１〜図１４は本発明の第４実施形態を示し、前記第１実施形態と同一構成部分に同一符号を付して重複する説明を省略して述べるものとし、図１１は冷却装置を設けたモータの縦断面図、図１２は図１１中Ｄ−Ｄ線に沿った断面図である。
【００８８】
本実施形態の冷却装置１０Ｃは、図１１，図１２に示すように、基本的に第１実施形態の冷却装置１０と同様の構成となり、リザーバタンク１１と、ステータ４の内部に並列配置される複数（６本）の冷媒蒸発通路１２ａ〜１２ｆと、各冷媒蒸発通路１２ａ〜１２ｆの下流側にそれぞれ連通される複数（６本）の冷媒凝縮通路１３ａ〜１３ｆと、上流側逆止弁１４を設けた冷媒供給通路１５と、下流側逆止弁１６を設けた冷媒還流通路１７と、を備えて構成されている。
【００８９】
そして、本実施形態が第１実施形態と主に異なる点は、複数の冷媒蒸発通路１２ａ〜１２ｆのうち、少なくとも１つの長さを異ならせたことにある。特に、本実施形態では、複数の冷媒蒸発通路１２ａ〜１２ｆの長さＬａ〜Ｌｆを異ならせるにあたって、それぞれの長さＬａ〜Ｌｆを鉛直上方に位置するものほど長くなるようにしてある。
【００９０】
すなわち、本実施形態の冷却装置１０Ｃは、図１１に示すように、任意に設定した基準位置Ｂｈからの冷媒蒸発通路１２ａの高さをＨ１、冷媒蒸発通路１２ｂ，１２ｆの高さをＨ２、冷媒蒸発通路１２ｃ，１２ｅの高さをＨ３、冷媒蒸発通路１２ｄの高さをＨ４とした場合にＨ１＞Ｈ２＞Ｈ３＞Ｈ４となっているため、冷媒蒸発通路１２ａの長さ＞冷媒蒸発通路１２ｂ，１２ｆの長さ＞冷媒蒸発通路１２ｃ，１２ｅの長さ＞冷媒蒸発通路１２ｄの長さとなるようにしている。
【００９１】
このとき、前記冷媒蒸発通路１２ａ〜１２ｆの長さを変化させるにあたって、図１２に示すように、最長となる冷媒蒸発通路１２ａの長さは、ステータ４の長さ方向（図中左右方向）に蛇行して２往復する流路１２ａ１〜１２ａ４で形成し、次に長くなる冷媒蒸発通路１２ｂ，１２ｆの長さは、ステータ４の長さ方向に蛇行して一往復半する流路１２ｂ１〜１２ｂ３および流路１２ｆ１〜１２ｆ３で形成し、次に長くなる冷媒蒸発通路１２ｃ，１２ｅの長さは、ステータ４の長さ方向に折り返して一往復する流路１２ｃ１，１２ｃ２および流路１２ｅ１，１２ｅ２で形成するとともに、最も短くなる冷媒蒸発通路１２ｄの長さは、ステータ４の長さ方向に形成したそれ自体（１２ｄ）で形成してある。
【００９２】
したがって、鉛直最下方に位置する冷媒蒸発通路１２ｄの長さに対して、高さＨ１の冷媒蒸発通路１２ａの長さは略４倍、高さＨ２の冷媒蒸発通路１２ｂ，１２ｆの長さは略３倍、高さＨ３の冷媒蒸発通路１２ｃ，１２ｅの長さは略２倍となっている。
【００９３】
図１３は図１１中矢視Ｅ方向から見たモータの右側面図、図１４は図１１中矢視Ｆ方向から見たモータの左側面図であり、図１３に示すように、冷媒供給通路１５と各冷媒蒸発通路１２ａ〜１２ｆとを接続する分岐通路１８ａ〜１８ｆは、第１実施形態と同様に図中右側のエンドプレート５Ｅ１側に配置されるが、それら分岐通路１８ａ〜１８ｆのうち、分岐通路１８ａは上記冷媒蒸発通路１２ａの流路１２ａ１に接続され、分岐通路１８ｂ，１８ｆは冷媒蒸発通路１２ｂ，１２ｆの流路１２ｂ１，１２ｆ１に接続され、分岐通路１８ｃ，１８ｅは冷媒蒸発通路１２ｃ，１２ｅの流路１２ｃ１，１２ｅ１に接続され、分岐通路１８ｄは冷媒蒸発通路１２ｄに接続される。
【００９４】
一方、各冷媒蒸発通路１２ａ〜１２ｆと各冷媒凝縮通路１３ａ〜１３ｆとを接続する連通路１９ａ〜１９ｆのうち、連通路１９ａ，１９ｃ，１９ｅは図１３に示すように図中右側のエンドプレート５Ｅ１側に配置されるとともに、連通路１９ｂ，１９ｄ，１９ｆは図１４に示すように図中左側のエンドプレート５Ｅ２側に配置される。
【００９５】
そして、図１３に示すように、連通路１９ａは冷媒蒸発通路１２ａの流路１２ａ４に接続され、連通路１９ｃは冷媒蒸発通路１２ｃの流路１２ｃ２に接続され、連通路１９ｅは冷媒蒸発通路２ｅの流路１２ｅ２に接続されるとともに、図１４に示すように、連通路１９ｂは冷媒蒸発通路１２ｂの流路１２ｂ３に接続され、連通路１９ｄは冷媒蒸発通路１２ｄに接続され、連通路１９ｆは冷媒蒸発通路１２ｆの流路１２ｆ３に接続される。
【００９６】
また、本実施形態では、複数の冷媒蒸発通路１２ｂ〜１２ｆには、冷媒蒸発通路の位置が鉛直上方となるにつれて開口径が大きくなるオリフィス２１ｂ〜２１ｆが設けられている。
【００９７】
すなわち、図１１に示すように、鉛直最上方に位置する冷媒蒸発通路１２ａを除いた残りの冷媒蒸発通路１２ｂ〜１２ｆの入口部となるエンドプレート５Ｅ１近傍に、それぞれオリフィス２１ｂ〜２１ｆが設けられ、それらオリフィス２１ｂ〜２１ｆは冷媒蒸発通路の位置が鉛直上方となるにつれて開口径が大きくなるように設定される。
【００９８】
このとき、冷媒蒸発通路１２ａの径＞オリフィス２１ｂ，２１ｆの開口径＞オリフィス２１ｃ，２１ｅの開口径＞オリフィス２１ｄの開口径となるように形成されている。
【００９９】
したがって、本実施形態では第２実施形態で示した（６）式中、長さＬｓが変化するため、鉛直上方に位置する冷媒蒸発通路程、液相冷媒の蒸発が起こるまでの時間が遅くなる。
【０１００】
一方、冷媒蒸発通路１２ａ〜１２ｆの鉛直方向の高さが大きくなると位置水頭が変化するため、より低い位置にある冷媒蒸発通路１２ａ〜１２ｆに液相冷媒が流入し易くなる。
【０１０１】
このとき、第１実施形態で述べたように冷媒蒸発通路１２ａ〜１２ｆに振動流を起こさせる点からは冷媒流入量に差があることは望ましいが、その流入量の差が大きすぎると、モータ１の上部と下部で冷却性能に顕著な差が生じてしまうことになる。そこで、本実施形態ではより高い位置に在る冷媒蒸発通路１２ａ〜１２ｆの通路面積が大きく、つまり、冷媒蒸発通路１２ａの径＞オリフィス２１ｂ，２１ｆの開口径＞オリフィス２１ｃ，２１ｅの開口径＞オリフィス２１ｄの開口径となるように形成してあるので、各冷媒蒸発通路１２ａ〜１２ｆへの液相冷媒の流入量がほぼ均一になるとともに、冷媒蒸発通路１２ａ〜１２ｆの通路面積を変化させて冷媒が蒸発するまでの時間を変化させることにより、第１実施形態で述べた振動流を起こし易くしている。
【０１０２】
したがって、本実施形態の冷却装置１０Ｃによれば、複数の冷媒蒸発通路１２ａ〜１２ｆのうち、少なくとも１つの長さを異ならせたので、その長さを異ならせた冷媒蒸発通路１２ａ〜１２ｆ内で液相冷媒が蒸発するまでに要する時間を変化させることができるため、第１実施形態に示したように冷媒蒸発通路１２ａ〜１２ｆ内に振動流を発生させて、冷媒凝縮通路１３ａ〜１３ｆでの凝縮効率を向上し、冷却装置１０Ｃのコンパクト化を達成することができる。
【０１０３】
また、複数の冷媒蒸発通路１２ａ〜１２ｆの長さを異ならせるにあたって、それぞれの長さを鉛直上方に位置するものほど長くしたので、それぞれの長さの変化により液相冷媒が蒸発するまでの時間を変化させて振動流を効率良く発生させることができる。
【０１０４】
さらに、複数の冷媒蒸発通路１２ａ〜１２ｆには、鉛直上方に位置するにしたがって開口径が大きくなるオリフィス２１ｂ〜２１ｆを設けたので、位置水頭の差によって、より低い位置にある冷媒蒸発通路１２ａ〜１２ｆに液相冷媒が流入し易くなるが、鉛直上方に位置するにしたがって冷媒蒸発通路１２ａ〜１２ｆの通路面積を大きくすることにより、各冷媒蒸発通路１２ａ〜１２ｆへの液相冷媒の流入量をほぼ均一にするとともに、冷媒蒸発通路１２ａ〜１２ｆの通路面積を変化させて冷媒が蒸発するまでの時間を変化させ、振動流をより起こし易くすることができる。
【０１０５】
なお、本実施形態では鉛直最上方に位置する冷媒蒸発通路１２ａにはオリフィスを除外してあるが、その冷媒蒸発通路１２ａには、冷媒蒸発通路１２ｂ，１２ｆに設けたオリフィス２１ｂ，２１ｆの開口径よりも大径の開口径を設けたオリフィスを設けてもよい。
【０１０６】
（第５実施形態）
図１５，図１６は本発明の第５実施形態を示し、前記第１実施形態と同一構成部分に同一符号を付して重複する説明を省略して述べるものとし、図１５は冷却装置を設けたモータの縦断面図、図１６は図１５中矢視Ｇから見たモータの右側面図である。
【０１０７】
本実施形態の冷却装置１０Ｄは、図１５に示すように、基本的に第１実施形態の冷却装置１０と同様の構成となり、リザーバタンク１１と、ステータ４の内部に並列配置される複数（６本）の冷媒蒸発通路１２ａ〜１２ｆと、各冷媒蒸発通路１２ａ〜１２ｆの下流側にそれぞれ連通される複数（６本）の冷媒凝縮通路１３ａ〜１３ｆと、上流側逆止弁１４を設けた冷媒供給通路１５と、下流側逆止弁１６を設けた冷媒還流通路１７と、を備えて構成されている。
【０１０８】
そして、本実施形態が第１実施形態と主に異なる点は、複数の冷媒蒸発通路１２ａ〜１２ｆのそれぞれの上流側に冷媒冷却通路２２ａ〜２２ｆを設けたことにある。
【０１０９】
前記冷媒蒸発通路１２ａ〜１２ｆは分岐通路１８ａ〜１８ｆを介して冷媒供給通路１５に接続されるが、本実施形態では上記分岐通路１８ａ〜１８ｆと冷媒供給通路１５との間に前記冷媒冷却通路２２ａ〜２２ｆが介在されており、それら冷媒冷却通路２２ａ〜２２ｆは、それぞれ対応する分岐通路１８ａ〜１８ｆの上流側に連通される。
【０１１０】
上記冷媒冷却通路２２ａ〜２２ｆは、前記冷媒凝縮通路１３ａ〜１３ｆと同様に、通路となる配管の外周に多数のフィンを設けるなどして構成され、それらフィンを介して外気と通路内の冷媒との熱交換を図るようになっている。
【０１１１】
したがって、本実施形態では冷媒蒸発通路１２ａ〜１２ｆには、冷媒冷却通路２２ａ〜２２ｆによって冷却された液相冷媒が供給されるため、第２実施形態で示した（６）式中、ΔＴｓｕｂ（＝Ｔｓｕｂ−Ｔ０）が大きくなる。これによって、第１実施形態で述べた振動流が持続する時間が延び、冷媒蒸発通路１２ａ〜１２ｆに液相冷媒を流入させる流量を、第１実施形態に比べてさらに小さくすることができる。
【０１１２】
その結果、本実施形態の冷却装置１０Ｄによって冷媒冷却通路２２ａ〜２２ｆを新たに加えた場合でも、冷媒凝縮通路１３ａ〜１３ｆと冷媒冷却通路２２ａ〜２２ｆとを全て加算した総面積を、第１実施形態の冷却装置１０に設けた冷媒凝縮通路１３ａ〜１３ｆの総面積以下とすることができ、冷却装置１０Ｄのコンパクト化をさらに促進することができる。
【０１１３】
ところで、本発明のモータの冷却装置は前記第１〜第５実施形態に例をとって説明したが、これら実施形態に限ることなく本発明の要旨を逸脱しない範囲で他の実施形態を各種採用することができ、例えば、モータ１はインホイールドライブ方式の電気自動車に用いられる場合に限ることなく、通常のモータにあっても本発明の冷却装置を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１１４】
【図１】本発明の第１実施形態にかかるインホイールドライブ方式としてモータの組み込み状態を示すタイヤホイールの斜視図。
【図２】本発明の第１実施形態にかかる冷却装置を設けたモータの縦断面図。
【図３】図２中Ａ−Ａ線に沿った断面図。
【図４】図２中矢視Ｂ方向から見たモータの右側面図。
【図５】図２中矢視Ｃ方向から見たモータの左側面図。
【図６】（ａ）に本発明の冷却装置および（ｂ）に本発明と比較する冷却装置をそれぞれ簡略化して示す概略図。
【図７】図６（ａ）に示す冷却装置の冷媒蒸発通路内温度、圧力および冷媒供給通路内流量の時間履歴をそれぞれグラフで示す説明図。
【図８】図６（ｂ）に示す冷却装置の冷媒蒸発通路内温度、圧力および冷媒供給通路内流量の時間履歴をそれぞれグラフで示す説明図。
【図９】本発明の第２実施形態にかかる冷却装置を設けたモータの縦断面図。
【図１０】本発明の第３実施形態にかかる冷却装置を設けたモータの縦断面図。
【図１１】本発明の第４実施形態にかかる冷却装置を設けたモータの縦断面図。
【図１２】図１１中Ｄ−Ｄ線に沿った断面図。
【図１３】図１１中矢視Ｅ方向から見たモータの右側面図。
【図１４】図１１中矢視Ｆ方向から見たモータの左側面図。
【図１５】本発明の第５実施形態にかかる冷却装置を設けたモータの縦断面図。
【図１６】図１５中矢視Ｇから見たモータの右側面図。
【符号の説明】
【０１１５】
１ モータ
２ 回転軸
３ ロータ
４ ステータ（発熱部）
５ ハウジング
１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ 冷却装置
１１ リザーバタンク
１２ａ〜１２ｆ 冷媒蒸発通路
１３ａ〜１３ｆ 冷媒凝縮通路
１４ 逆止弁（第１の逆止弁）
１５ 冷媒供給通路
１６ 逆止弁（第２の逆止弁）
１７ 冷媒還流通路
２１ｂ〜２１ｆ オリフィス
２２ａ〜２２ｆ 冷媒冷却通路
Ｗ・Ａ 車輪アクスル
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータの冷却装置および冷却方法並びにその冷却装置付きモータを搭載した車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気自動車の駆動方式の１つとして、タイヤホイールの中にモータを組み込んだインホイールドライブ方式が提案されており、このインホイールドライブ方式は車室内の有効利用空間が拡大することや各輪独立駆動による従来の自動車と異なる運転感覚が得られるという特徴がある。
【０００３】
このようなドライブシステムを実現するにはモータのコンパクト化が必須であるが、モータ体積を小さくすると損失により発生する熱を放熱する面積も減るため、温度の上昇が顕著になり、ひいては、モータの冷却が大きな問題となる。
【０００４】
この冷却には液冷方式や空冷方式等が知られるが、液冷方式では高い冷却効率が期待できるが、タイヤホイールに取り付けられたモータに冷媒液を循環するためのポンプなどの循環装置や配管部品が必要となり、この場合、一般的にはフロントグリル近傍に冷媒液の熱交換器を設けて、この熱交換器とモータとを長い配管で繋ぐことになり、冷却システム全体が大型化してしまう。
【０００５】
一方、密閉型電動圧縮機で、モータハウジングの外壁に給湯用の水を流通させるチューブを巻き付け、吸入冷媒をモータハウジング内に流通させるようにしたものがあり、この場合、冷媒を循環させるためのポンプを一体に組み付けてある（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００１−１２３５２号公報（第３頁、第２図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、かかる従来の密閉型電動圧縮機では冷媒を循環させるポンプを一体に組み付けた場合にも、その冷媒を冷却するための給湯用チューブ内の水は外部動力で循環させる必要があり、この場合にあっても冷却システムが大型化してしまうとともに、前記冷媒の循環は一体に組付けたとはいえ、やはりポンプが必要となり、その電動圧縮機をモータに適用した場合にもモータの大型化が余儀なくされる。
【０００７】
そこで、本発明は、冷媒を自己循環させることにより、冷却システムのコンパクト化および軽量化を達成できるモータの冷却装置および冷却方法並びにその冷却装置付きモータを搭載した車両を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のモータの冷却装置は、回転軸と、この回転軸に結合されたロータと、このロータの外周を囲繞するステータと、を備えたモータであって、モータの発熱で液相から気相に変化する冷媒を溜めたリザーバタンクと、モータの発熱部に並列配置される複数の冷媒蒸発通路と、前記複数の冷媒蒸発通路の下流側にそれぞれ連通されて低温部に配置される複数の冷媒凝縮通路と、前記リザーバタンク内の冷媒を第１の逆止弁を介して前記複数の冷媒蒸発通路に分配して供給する冷媒供給通路と、前記複数の冷媒凝縮通路を通過した冷媒を集合させて第２の逆止弁を介して前記リザーバタンクに戻す冷媒還流通路と、を備えたことを最も主要な特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明のモータの冷却装置によれば、リザーバタンク内に溜めた冷媒が、冷媒供給通路、冷媒蒸発通路、冷媒凝縮通路および冷媒還流通路を経て再度リザーバタンクに戻るという閉ループが構成されており、冷媒蒸発通路で冷媒の気相化により発生した蒸気の圧力で、冷媒凝縮通路で液相化した冷媒を冷媒還流通路に押し出す作用と、冷媒供給通路および冷媒還流通路にそれぞれ設けた第１および第２の逆止弁の作用と、によって冷媒の自己循環が可能になるとともに、モータの発熱部の廃熱を冷媒蒸発通路内の冷媒が蒸発潜熱として回収し、その熱回収した冷媒が冷媒凝縮通路内に導入されることにより凝縮潜熱として放出されてモータを冷却することができるようになる。その結果、冷却装置のコンパクト化を図ることができる。
【００１０】
また、冷媒蒸発通路を複数並列配置させるとともに、冷媒凝縮通路を冷媒蒸発通路にそれぞれ連通させて複数並列配置させることで、複数の冷媒蒸発通路および冷媒凝縮通路の径や長さがそれぞれ同一条件で形成されている場合であっても、各通路において微少な偏りが存在するため、各通路における蒸発のタイミングが同一になることがない。すなわち、各通路のうち少なくとも１つの通路における蒸発のタイミングを異ならせることができる。このように、蒸発のタイミングを異ならせることで、最初に蒸発が発生した冷媒蒸発通路内の圧力が他の冷媒蒸発通路にも影響することとなり、複数の冷媒蒸発通路および冷媒凝縮通路を流れる液相の冷媒に振動流を発生させることができる。
【００１１】
こうして、振動流を発生させることにより各冷媒蒸発通路に液相の状態で流れ込む冷媒量を減少させることができ、ひいては、冷媒凝縮通路での気相化された冷媒の凝縮効率を上昇させることができるようになる。その結果、冷媒凝縮通路の容量を小さくすることができ、冷却装置の更なるコンパクト化を達成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態を図面と共に詳述する。なお、以下では、インホイールドライブ方式の電気自動車に用いられるモータを例示して説明する。
【００１３】
（第１実施形態）
図１〜図８は本発明にかかるモータの冷却装置および冷却方法並びにその冷却装置付きモータを搭載した車両の第１実施形態を示し、図１はインホイールドライブ方式としてモータの組み込み状態を示すタイヤホイールの斜視図である。
【００１４】
本実施形態の冷却装置１０が適用されるモータ１は、図１に示すように、インホイールドライブ方式として車輪アクスルＷ・Ａに設けられている。このモータ１はハウジング側が車輪アクスルＷ・Ａに取付支持されており、モータ１の駆動軸側がタイヤホイールＴ・Ｗの内側凹部Ｗｈ内に挿入されて車輪を駆動するようになっている。
【００１５】
なお、本実施形態では、車輪Ｗはアッパ，ロアリンクＬ・Ｕ，Ｌ・ＬおよびショックアブソーバＳ・Ａを備えたダブルウイッシュボーン方式のサスペンション装置Ｓによって車体側に支持されているが、特にサスペンションはこのダブルウイッシュボーンに限定するものではない。
【００１６】
図２は冷却装置を設けたモータの縦断面図、図３は図２中Ａ−Ａ線に沿った断面図であり、これら図２，図３に示すように、モータ１は、回転軸２と、この回転軸２に結合したロータ３と、このロータ３の外周を囲繞するステータ４と、を備え、これら回転軸２、ロータ３、ステータ４は円筒状のハウジング５内に収納される。
【００１７】
回転軸２はロータ３と一体となって、両端部がハウジング５の両端を閉止するエンドプレート５Ｅ１，５Ｅ２に軸受６Ａ，６Ｂを介して回転自在に支持されるとともに、ロータ３の周縁部内部には周方向に等間隔（中心角９０゜）をもって４個のロータ磁石７が回転軸２の軸方向に沿って配置されている。
【００１８】
ステータ４はハウジング５の内周に固定され、そのステータ４の内周には周方向に等間隔（中心角６０゜）をもって６本のステータ凸極部４Ｓが突設され、それぞれのステータ凸極部４Ｓにはモータコイル８が巻回されている。モータコイル８は、モータ１を駆動するに際して通電されると発熱し、そのモータコイル８の発熱がステータ凸極部４Ｓからステータ４全体に伝導し、ひいては、モータ１全体が発熱されることになる。
【００１９】
ここで、冷却装置１０は、図２，図３に示すように、モータ１の発熱で液相から気相に変化する冷媒を溜めたリザーバタンク１１と、モータ１の発熱部となるステータ４の内部に、ステータ凸極部４Ｓにそれぞれ対応して並列配置される複数（６本）の冷媒蒸発通路１２ａ〜１２ｆと、それら複数の冷媒蒸発通路１２ａ〜１２ｆの下流側にそれぞれ連通されて低温部、例えば、ハウジング５の外側に配置される複数（６本）の冷媒凝縮通路１３ａ〜１３ｆと、リザーバタンク１１内の冷媒を上流側逆止弁（第１の逆止弁）１４を介して前記複数の冷媒蒸発通路１２ａ〜１２ｆに分配して供給する冷媒供給通路１５と、前記複数の冷媒凝縮通路１３ａ〜１３ｆを通過した冷媒を集合させて下流側逆止弁（第２の逆止弁）１６を介してリザーバタンク１１に戻す冷媒還流通路１７と、を備えている。
【００２０】
そして、本実施形態では、リザーバタンク１１に溜めた冷媒を、上流側逆止弁１４を介してモータ１の発熱部（ステータ４）に並列配置した複数の冷媒蒸発通路１２ａ〜１２ｆに分配して供給した後、それら複数の冷媒蒸発通路１２ａ〜１２ｆを通過した冷媒を、各冷媒蒸発通路１２ａ〜１２ｆの下流側にそれぞれ設けた冷媒凝縮通路１３ａ〜１３ｆに導入し、それら複数の冷媒凝縮通路１３ａ〜１３ｆを通過した冷媒を集合した後、下流側逆止弁１６を介して前記リザーバタンク１１に戻すようにしてある。
【００２１】
冷媒蒸発通路１２ａ〜１２ｆは、図３に示すように、ステータ４のステータ凸極部４Ｓに対応した肉厚内に穿設され、本実施形態では各冷媒蒸発通路１２ａ〜１２ｆはそれぞれ同径に形成されている。
【００２２】
また、冷媒凝縮通路１３ａ〜１３ｆは、通路となる配管の外周に多数のフィンを設けるなどして構成されており、それらフィンを介して外気と通路内の冷媒との熱交換を図るようになっている。
【００２３】
図４は図２中矢視Ｂ方向から見たモータの右側面図であり、同図および図２に示すように、複数の冷媒蒸発通路１２ａ〜１２ｆのエンドプレート５Ｅ１内側端に位置する上流側端は、分岐通路１８ａ〜１８ｆを介して単管で形成された冷媒供給通路１５の下流側端１５ａに連通される。そして、上流側逆止弁１４が冷媒供給通路１５に設けられている。
【００２４】
図５は図２中矢視Ｃ方向から見たモータの左側面図であり、同図および図２に示すように、複数の冷媒蒸発通路１２ａ〜１２ｆのエンドプレート５Ｅ２内側端に位置する下流側端は、それぞれに対応した連通路１９ａ〜１９ｆを介して複数の冷媒凝縮通路１３ａ〜１３ｆの上流側端に連通される。そして、各冷媒凝縮通路１３ａ〜１３ｆの下流側端は集合通路２０を介して、単管で形成された冷媒還流通路１７の上流側端１７ａに連通される。さらに、下流側逆止弁１６が冷媒還流通路１７に設けられている。
【００２５】
したがって、本実施形態にかかる冷却装置１０には、リザーバタンク１１内の冷媒が、上流側逆止弁１４を設けた冷媒供給通路１５、分岐通路１８ａ〜１８ｆ、冷媒蒸発通路１２ａ〜１２ｆ、連通路１９ａ〜１９ｆ、冷媒凝縮通路１３ａ〜１３ｆ、集合通路２０および下流側逆止弁１６を設けた冷媒還流通路１７を通ってリザーバタンク１１に戻るという閉ループが構成されることとなる。
【００２６】
そして、冷媒蒸発通路１２ａ〜１２ｆでは、冷媒がモータ１の発熱部となるステータ４の廃熱を蒸発潜熱として回収して気相化され、一方、冷媒凝縮通路１３ａ〜１３ｆでは、導入された気相化された冷媒が凝縮潜熱として放出されて液相化される。これによって冷媒蒸発通路１２ａ〜１２ｆで回収した熱が冷媒凝縮通路１３ａ〜１３ｆから外部に放出されてモータ１の冷却が行われる。
【００２７】
以下、図６，図７および図８を用いて本実施形態の冷却装置１０の作用を説明する。
【００２８】
図６（ａ）は本実施形態の冷却装置を簡略化して示す概略図、図６（ｂ）は本実施形態と比較する冷却装置を簡略化して示す概略図である。
【００２９】
冷却装置１００は、図６（ａ）に示すように、リザーバタンク１１１と、モータの発熱部に並列配置される２本の冷媒蒸発通路１１２ａ，１１２ｂと、それら冷媒蒸発通路１１２ａ，１１２ｂの下流側にそれぞれ連通された２本の冷媒凝縮通路１１３ａ，１１３ｂと、リザーバタンク１１１内の冷媒を上流側逆止弁１１４を介して冷媒蒸発通路１１２ａ，１１２ｂに分配して供給する冷媒供給通路１１５と、冷媒凝縮通路１１３ａ，１１３ｂを通過した冷媒を集合させて連通し下流側逆止弁１１６を介してリザーバタンク１１１に戻す冷媒還流通路１１７と、を備えて概略構成されている。
【００３０】
また、冷媒供給通路１１５と冷媒蒸発通路１１２ａ，１１２ｂとは分岐通路１１８ａ，１１８ｂによって連通されるとともに、冷媒蒸発通路１１２ａ，１１２ｂと冷媒凝縮通路１１３ａ，１１３ｂとはそれぞれ連通路１１９ａ，１１９ｂによって連通され、かつ、冷媒凝縮通路１１３ａ，１１３ｂと冷媒還流通路１１７とは集合通路１２０によって連通されている。
【００３１】
このように、冷却装置１００では、冷媒蒸発通路１１２ａ，１１２ｂや冷媒凝縮通路１１３ａ，１１３ｂが２本となっているが、これらの通路が３本以上設けられている冷却装置１０の場合でも基本的な作用は同様である。
【００３２】
一方、比較対象となる冷却装置２００は、図６（ｂ）に示すように、リザーバタンク２１１と、モータの発熱部に直列配置される２本の冷媒蒸発通路２１２ａ，２１２ｂと、下流側の冷媒蒸発通路２１２ｂに連通された冷媒凝縮通路２１３と、リザーバタンク２１１内の冷媒を上流側逆止弁２１４を介して上流側の前記冷媒蒸発通路２１２ａに供給する冷媒供給通路２１５と、冷媒凝縮通路２１３を通過した冷媒を下流側逆止弁２１６を介してリザーバタンク２１１に戻す冷媒還流通路２１７と、を備えて概略構成されている。
【００３３】
また、冷媒供給通路２１５と冷媒蒸発通路２１２ａとは通路２１８によって連通されるとともに、冷媒蒸発通路２１２ｂと冷媒凝縮通路２１３とは連通路２１９によって連通され、かつ、冷媒凝縮通路２１３と冷媒還流通路２１７とは通路２２０によって連通されている。
【００３４】
つまり、後者の冷却装置２００は、２本の冷媒蒸発通路２１２ａ，２１２ｂが直列配置されている。また、これら冷媒蒸発通路２１２ａ，２１２ｂは、前者の冷却装置１００の冷媒蒸発通路１１２ａ，１１２ｂとそれぞれが等しい長さであり、かつ、後者の冷却装置２００の冷媒凝縮通路２１３は、前者の冷却装置１００の２本の冷媒凝縮通路１１３ａ，１１３ｂを合わせた長さとなるように形成されている。
【００３５】
そして、前記冷却装置１００では、冷媒蒸発通路１１２ａ，１１２ｂが複数並列に設けられたことにより、これら冷媒蒸発通路１１２ａ，１１２ｂに存在する液相冷媒が往復動して、振動流が発生する。以下、図７に基づき、複数の通路を並列に設けることで振動流が発生する理由を説明する。
【００３６】
図７は図６（ａ）に示す冷却装置の冷媒蒸発通路内温度、圧力および冷媒供給通路内流量の時間履歴をそれぞれグラフで示す説明図である。
【００３７】
まず、冷却装置１００の形成の際に、冷媒蒸発通路１１２ａ，１１２ｂ、冷媒凝縮通路１１３ａ，１１３ｂが、冷媒供給通路１１５と冷媒還流通路１１７との間において対称、つまり、径や長さが同一条件となるように形成したとしても、現実的には各通路において微少な偏りが存在する。例えば、冷媒凝縮通路１１３ａ，１１３ｂに接触する冷却風の温度や流速の微妙な違いによる冷媒冷却性能の偏りやモータ１の発熱部（ステータ４）からの熱量の偏り、冷媒蒸発通路１１２ａ，１１２ｂと発熱部との距離変化等によって、各通路に偏りが生じてしまうことがある。
【００３８】
これらの偏りにより、冷媒蒸発通路１１２ａ，１１２ｂのいずれか一方、例えば、冷媒蒸発通路１１２ａの冷媒が先に蒸発を始めた場合には、冷媒蒸発通路１１２ａの中心部１１２Ｃａで温度および圧力が高い気液二相流が流れることとなる。このとき、気液二相流は、冷媒凝縮通路１１３ａに流れるとともに、分岐通路１１８ａ，１１８ｂに逆流して他方の冷媒蒸発通路１１２ｂにも流れ込むため、冷媒蒸発通路１１２ｂ内の温度を低下させる。
【００３９】
そして、図７（ａ），（ｂ）に示すように、一方の冷媒蒸発通路１１２ａの中心部１１２Ｃａの温度が最大値Ｔ１、圧力が最大値Ｐ１で、他方の冷媒蒸発通路１１２ｂの中心部１１２Ｃｂの温度が最小値Ｔ′１、圧力が最小値Ｐ′１になると、一方の冷媒凝縮通路１１３ａに導入された気相冷媒が凝縮するため、上記中心部１１２Ｃａでの温度および圧力が下がり始める。
【００４０】
このように、中心部１１２Ｃａでの圧力が減少すると、他方の中心部１１２Ｃｂでの飽和圧力も減少するので、冷媒蒸発通路１１２ｂ内で冷媒が蒸発を始めるとともに、分岐通路１１８ａ，１１８ｂ内の液相冷媒は一方の冷媒蒸発通路１１２ａに流入し、他方の中心部１１２Ｃｂで温度および圧力が極大値Ｔ′２，Ｐ′２となり、一方の中心部１１２Ｃａで温度が極小値Ｔ２となる。
【００４１】
このような振動流が何回か繰り返されると、分岐通路１１８ａ，１１８ｂの液相冷媒量は減少し、両冷媒蒸発通路１１２ａ，１１２ｂ内で蒸発が発生するとともに、上流側逆止弁１１４が開弁して、図７（ｃ）に示すように、リザーバタンク１１１から冷媒供給通路１１５に液相冷媒が流入する。
【００４２】
そして、冷媒供給通路１１５に流入した液相冷媒は、分岐通路１１８ａ，１１８ｂから冷媒蒸発通路１１２ａ，１１２ｂに導入され、上述したようにそれら冷媒蒸発通路１１２ａ，１１２ｂ内で振動流が再度発生し、このようなサイクルが繰り返されることになる。
【００４３】
一方、図８は図６（ｂ）に示す冷却装置の冷媒蒸発通路内温度、圧力および冷媒供給通路内流量の時間履歴をそれぞれグラフで示す説明図である。なお、冷却装置２００の下流側の冷媒蒸発通路２１２ｂの中心部２１２Ｃａでの温度および圧力の値は、形状が相似で、かつ、上流側の冷媒蒸発通路２１２ａの中心部２１２Ｃａから下流側の上記中心部２１２Ｃｂに至るまでの流路抵抗の分だけずれたグラフとなっており、煩雑になるので、図８では、下流側の中心部２１２Ｃｂでの温度および圧力の値を省略して示してある。
【００４４】
上記冷却装置２００では、まず、上流側逆止弁２１４が開弁してリザーバタンク２１１から液相冷媒が冷媒供給通路２１５を介して上流側の冷媒蒸発通路２１２ａおよび下流側の冷媒蒸発通路２１１ｂに供給されると、液相冷媒はそれら冷媒蒸発通路２１２ａ，２１２ｂ内で温度上昇する。そして、図８（ａ）中Ｔ１および図８（ｂ）中Ｐ１に示す値を超えると沸騰を開始する。
【００４５】
このように液相冷媒の一部が蒸発して気液混合状態になると、通路２１９および冷媒凝縮通路２１３内に存在する液相冷媒を下流側逆止弁２１６方向に押し出そうとする。しかしながら、下流側逆止弁２１６は所定値以上の圧力にならないと開弁しないので、通路内の圧力および飽和温度は徐々に上昇していき、やがて、圧力が最大値Ｐ２になるとともに、飽和温度も最大値Ｔ２となる。
【００４６】
そして、圧力および飽和温度が上昇して下流側逆止弁２１６が開弁し、通路２１９および冷媒凝縮通路２１３内に存在する液相の冷媒が押し出されると、Ｔ３〜Ｔ４の間およびＰ３〜Ｐ４の間で示すように、温度および圧力が一定となり、冷媒蒸発通路２１２ａ，２１２ｂ内の液相冷媒は蒸発し続ける状態になる。そして、冷媒凝縮通路２１３内の気液二相流のクオリティ（かわき度）が大きくなると冷媒凝縮通路２１３内で凝縮が起こり、冷媒蒸発通路２１２ａ，２１２ｂ内の圧力が下降して上流側逆止弁２１４が開弁し、液相冷媒が冷媒蒸発通路２１２ａ，２１２ｂに供給される。
【００４７】
このとき、液相冷媒の流入により、冷媒蒸発通路２１２ａ，２１２ｂ内温度は最小値Ｔ５となる。その後、上記サイクルが繰り返されることになる。なお、図８（ａ）に示すように、Ｔ１〜Ｔ４においては冷媒蒸発通路２１２ａ，２１２ｂ内の冷媒は沸騰状態にあり、Ｔ４〜Ｔ６間においては冷媒は沸騰していない状態にある。
【００４８】
以上説明したように、冷却装置２００とは違い、冷却装置１００では、冷媒蒸発通路１１２ａ，１１２ｂ内の液相冷媒に振動流が発生するため、上流側逆止弁１４が開弁されて冷媒蒸発通路１１２ａ，１１２ｂへ流入する液相冷媒の流入量を、冷却装置２００の冷媒蒸発通路２１２ａ，２１２ｂに流入する液相冷媒の流入量と較べて大幅に少なくすることができる。
【００４９】
ここで、上述のクオリティ（かわき度）Ｘの定義式は、
クオリティＸ＝Ｇｇ／（Ｇｇ＋Ｇｌ）…（１）
となる。
【００５０】
ただし、Ｇｇ（＝Ｗｇ／Ａ）：気相質量速度、Ｇｌ（＝Ｗｌ／Ａ）：液相質量速度、Ｗｇ：気相質量流量、Ｗｌ：液相質量流量、Ａ：流路断面積
である。
【００５１】
また、液相凝縮通路内の流路断面積を一定とすれば、
Ｘ＝Ｗｇ／（Ｗｇ＋Ｗｌ）…（２）
となる。
【００５２】
ここで、除熱量をＨ、潜熱をＬとすれば、発生蒸気量はＧｇ＝Ｈ／Ｌとなり、冷媒蒸発通路内に流入する液相冷媒の平均質量流量をＷ０ｌとすれば、
Ｗｌ＝Ｗ０ｌ−Ｗｇ…（３）
となり、クオリティＸは、
Ｘ＝Ｈ／（Ｌ・Ｗ０ｌ）…（４）
となる。
【００５３】
したがって、クオリティＸを大きくするには、冷媒蒸発通路に流入する液相冷媒の平均質量流量を小さくすれば良いことが理解される。
【００５４】
また、通路内凝縮における熱伝達率αの概略値推算法として以下に述べるＳｈａｈの式がある。
【００５５】
α＝αｌ｛（１−Ｘ）０．８＋３．８Ｘ０．７６（１−Ｘ）０．０４（Ｐｓ／Ｐｃｒｔ）−０．３８｝…（５）
ただし、αｌ：通路内を液相冷媒のみが流れると仮定したときの熱伝達率、Ｘ：クオリティ、Ｐｓ：飽和圧力、Ｐｃｒｔ：臨界圧力
である。
【００５６】
冷媒凝縮通路内の熱伝達係数αは、Ｘ＝１の付近を除いてＸの単調増加関数となるので、冷媒凝縮通路に流入する流体のクオリティＸが大きくなれば、冷媒凝縮通路の熱伝達率が大きくなり、結果として冷媒凝縮通路の面積を小さくすることができる。
【００５７】
ちなみに、図６（ａ），（ｂ）の冷却装置１００，２００において、リザーバタンク１１１，２１１を大気開放するとともに、全通路断面直径を４ｍｍとし、１．４ｋＷの熱量を除熱する実験を行ったところ、平均質量流量はそれぞれ６１ｇ／ｍｉｎと１８３ｇ／ｍｉｎであった。
【００５８】
また、冷媒として水を用いて、その水の飽和温度１００゜Ｃ近辺の蒸発潜熱を２２６０ｋＪ／ｋｇとすれば、１．４ｋＷの熱量を除熱する場合、
１．４／２２０＝６．１９×１０−４ｋｇ／ｓ＝６．１９×１０−４×６０×１０００＝３７ｇ／ｍｉｎ
となり、毎分３７ｇの水を供給すれば良いことになる。このことは、逆に、毎分３７ｇの水が蒸気になることにより、１．４ｋＷの除熱ができることを意味する。
【００５９】
したがって、図６（ａ）の冷却装置１００の流路系のクオリティＸは、
Ｘ＝Ｗｇ／Ｗ０ｌ＝３７／６１＝０．６１…（イ）
となる。また、図６（ｂ）の冷却装置２００の流路系のクオリティＸは、
Ｘ＝Ｗｇ／Ｗ０ｌ＝３７／１８３＝０．２０…（ロ）
となる。
【００６０】
上記（イ），（ロ）で算出したクオリティ０．６１および０．２０に対して、前記（５）のＳｈａｈの式を用いて凝縮熱伝達率を計算すると、それぞれ、１３．５ｋＷ／（ｍ２・Ｋ）および６．４ｋＷ／（ｍ２・Ｋ）となる。ただし、式中の物性値には簡単のため１気圧の値（リザーバタンクが大気開放のため）を用いてある。また、αｌは発達した通路内層流熱伝達を仮定して、一般的に用いられるＮｕ（ヌッセルト数）＝４より、αｌ＝６７７Ｗ／（ｍ２・Ｋ）とした。
【００６１】
したがって、図６（ａ）の冷却装置１００の流路系の冷媒凝縮通路は、図６（ｂ）の冷却装置２００の流路系のそれに比べて２．０９（＝１３．５／６．４）倍となる。このとき、冷却装置１００の冷媒凝縮通路１１２ａ，１１２ｂの熱伝達率が、冷却装置２００の冷媒凝縮通路２１２ａ，２１２ｂと同等の熱伝達率となるようにした場合、試算によれば、冷却装置１００の冷媒凝縮通路１１２ａ，１１２ｂの全面積（この場合、凝縮通路長さ）を２０％（２つの冷媒凝縮通路１１２ａ，１１２ｂのそれぞれで１０％づつ）削除することができることとなる。
【００６２】
ところで、本実施形態の図２に示す冷却装置１０の作用を、図６（ａ）に示す簡略化した冷却装置１００を便宜上用いて説明したが、勿論、上記冷却装置１０にあっても、通路の本数が増加するのみで同様の作用効果を奏することができる。
【００６３】
以上の構成による本実施形態のモータ１の冷却装置１０および冷却方法によれば、冷却装置１０には、リザーバタンク１１内に溜めた冷媒が、冷媒供給通路１５、冷媒蒸発通路１２ａ〜１２ｆ、冷媒凝縮通路１３ａ〜１３ｆおよび冷媒還流通路１７を経て再度リザーバタンク１１に戻るという閉ループが構成されており、冷媒蒸発通路１２ａ〜１２ｆで冷媒の気相化により発生した蒸気の圧力で、冷媒凝縮通路１３ａ〜１３ｆで液相化した冷媒を冷媒還流通路１７に押し出す作用と、冷媒供給通路１５および冷媒還流通路１７にそれぞれ設けた逆止弁１４，１６の作用と、によって冷媒の自己循環が可能になるとともに、モータ１の発熱部（ステータ４）の廃熱を冷媒蒸発通路１２ａ〜１２ｆ内の冷媒が蒸発潜熱として回収し、その熱回収した冷媒が冷媒凝縮通路１３ａ〜１３ｆ内に導入されることにより凝縮潜熱として放出されてモータ１を冷却することができるようになる。その結果、冷却装置１０のコンパクト化を図ることができる。
【００６４】
このとき、冷媒蒸発通路１２ａ〜１２ｆが複数並列配置されたことにより、これに伴って冷媒凝縮通路１３ａ〜１３ｆも複数並列配置されることとなる。このように、冷媒蒸発通路１２ａ〜１２ｆおよび冷媒凝縮通路１３ａ〜１３ｆを複数並列配置することで、本実施形態のように、複数の冷媒蒸発通路１２ａ〜１２ｆおよび冷媒凝縮通路１３ａ〜１３ｆの径や長さがそれぞれ同一条件で形成されている場合であっても、各通路において微少な偏りが存在するため、各通路における蒸発のタイミングが同一になることがない。すなわち、各通路のうち少なくとも１つの通路における蒸発のタイミングを異ならせることができる。このように、蒸発のタイミングを異ならせることで、最初に蒸発が発生した冷媒蒸発通路１２ａ〜１２ｆ内の圧力が他の冷媒蒸発通路１２ａ〜１２ｆにも影響することとなり、複数の冷媒蒸発通路１２ａ〜１２ｆおよび冷媒凝縮通路１３ａ〜１３ｆを流れる液相の冷媒に振動流を発生させることができる。
【００６５】
こうして、振動流を発生させることにより冷却装置１０を構成する閉ループを流れる液相の冷媒流量を減少させることができるため、各冷媒蒸発通路１２ａ〜１２ｆに液相の状態で流れ込む冷媒量が減少し、ひいては、冷媒凝縮通路１３ａ〜１３ｆでの気相化された冷媒の凝縮効率を上昇できるようになる。その結果、冷媒凝縮通路１３ａ〜１３ｆの容量を小さくすることができ、冷却装置１０の更なるコンパクト化を達成することができる。
【００６６】
また、本実施形態によってコンパクト化した冷却装置１０を用いることで、車輪駆動用のモータ１を、タイヤホイールＴ・Ｗへ組み付けることが可能となり、かつ、そのモータ１を効率良く冷却することができるので、高負荷にも耐え得るモータ１を搭載したインホイールドライブ方式の車両を得ることができる。
【００６７】
ところで、本実施形態では、上記リザーバタンク１１は、図２に示したように各冷媒蒸発通路１２ａ〜１２ｆの形成位置よりも鉛直上方に配置することなく、それら冷媒蒸発通路１２ａ〜１２ｆの鉛直下方に配置してもよく、また、冷媒凝縮通路１３ａ〜１３ｆは任意の位置に設置することができる。さらに、リザーバタンク１１を大気開放させてもよい。
【００６８】
また、上記冷媒凝縮通路１３ａ〜１３ｆの通路部分は、それぞれを直管として図示したが、必ずしも直管である必要はなく、適宜湾曲させた管や蛇行させた管で形成することができる。さらに、冷媒蒸発通路１２ａ〜１２ｆは６本に限ることなく、その本数や位置はモータ１内で熱回収を効率良く達成できるように任意に設定することができる。
【００６９】
（第２実施形態）
図９は本発明の第２実施形態を示し、前記第１実施形態と同一構成部分に同一符号を付して重複する説明を省略して述べるものとし、図９は冷却装置を設けたモータの縦断面図である。
【００７０】
本実施形態にかかる冷却装置１０Ａは、図９に示すように、基本的に第１実施形態の冷却装置１０と同様の構成となり、リザーバタンク１１と、ステータ４の内部に並列配置される複数（６本）の冷媒蒸発通路１２ａ〜１２ｆと、各冷媒蒸発通路１２ａ〜１２ｆの下流側にそれぞれ連通される複数（６本）の冷媒凝縮通路１３ａ〜１３ｆと、上流側逆止弁１４を設けた冷媒供給通路１５と、下流側逆止弁１６を設けた冷媒還流通路１７と、を備えて構成されている。
【００７１】
そして、本実施形態が第１実施形態と主に異なる点は、複数の冷媒蒸発通路１２ａ〜１２ｆのうち、少なくとも１つの径を異ならせたことにある。
【００７２】
本実施形態では、最も鉛直上方に位置する冷媒蒸発通路１２ａの径を、他の冷媒蒸発通路１２ｂ〜１２ｆの径よりも大径としてある。このとき、他の冷媒蒸発通路１２ｂ〜１２ｆはそれぞれ同径となっている。
【００７３】
ここで、冷媒蒸発通路１２ａ〜１２ｆに温度Ｔ０の液相冷媒が満たされている場合に、その冷媒蒸発通路１２ａ〜１２ｆに熱量Ｈｓが加えられて、飽和温度Ｔｓｕｂに達するまでの時間τは、
τ＝（ρ・Ｃｐ・Ｌｓ・ΔＴｓｕｂ・Ａ）／Ｈｓ…（６）
となる。
【００７４】
ただし、ρ：液相冷媒密度、Ｃｐ：液相冷媒比熱、Ｌｓ：冷媒蒸発通路の長さ、ΔＴｓｕｂ＝Ｔｓｕｂ−Ｔ０、Ａ：冷媒蒸発通路の断面積、Ｈｓ：印加熱量である。
【００７５】
上記（６）式から断面積Ａを変化させると、飽和温度Ｔｓｕｂに達するまでの時間、つまり、液相冷媒に蒸発が起こるまでの時間が変化することになる。
【００７６】
したがって、本実施形態の冷却装置１０Ａによれば、鉛直最上方に位置する特定の冷媒蒸発通路１２ａは、他の冷媒蒸発通路１２ｂ〜１２ｆに対して長さＬｓは等しいが、断面積Ａが大きくなっているため、特定の冷媒蒸発通路１２ａ内の冷媒は他の冷媒蒸発通路１２ｂ〜１２ｆよりも蒸発が始まるまでの時間が遅くなる。
【００７７】
したがって、このように冷媒蒸発通路１２ａ〜１２ｆの少なくとも１つの径を、冷媒蒸発通路１２ａ〜１２ｆの他の径と異ならせることにより、冷媒の流路系に積極的に振動流を発生させることができるようになり、冷媒凝縮通路１３ａ〜１３ｆでの凝縮効率をより向上させて、冷却装置１０Ａの更なるコンパクト化を達成することができる。
【００７８】
（第３実施形態）
図１０は本発明の第３実施形態を示し、上記第１実施形態と同一構成部分に同一符号を付して重複する説明を省略して述べるものとし、図１０は冷却装置を設けたモータの縦断面図である。
【００７９】
本実施形態の冷却装置１０Ｂは、図１０に示すように、基本的に第１実施形態の冷却装置１０と同様の構成となり、リザーバタンク１１と、ステータ４の内部に並列配置される複数（６本）の冷媒蒸発通路１２ａ〜１２ｆと、各冷媒蒸発通路１２ａ〜１２ｆの下流側にそれぞれ連通される複数（６本）の冷媒凝縮通路１３ａ〜１３ｆと、上流側逆止弁１４を設けた冷媒供給通路１５と、下流側逆止弁１６を設けた冷媒還流通路１７と、を備えて構成されている。
【００８０】
そして、本実施形態が第１実施形態と主に異なる点は、前記複数の冷媒蒸発通路１２ａ〜１２ｆのそれぞれの径Ｄａ〜Ｄｆを、鉛直上方に位置するものほど大きくしたことにある。
【００８１】
すなわち、本実施形態の冷却装置１０Ｂは、図１０に示すように、任意に設定した基準位置Ｂｈからの冷媒蒸発通路１２ａの高さをＨ１、冷媒蒸発通路１２ｂ，１２ｆの高さをＨ２、冷媒蒸発通路１２ｃ，１２ｅの高さをＨ３、冷媒蒸発通路１２ｄの高さをＨ４とした場合にＨ１＞Ｈ２＞Ｈ３＞Ｈ４となっており、かつ、冷媒蒸発通路１２ａの径をＤａ、冷媒蒸発通路１２ｂ，１２ｆの径をＤｂ，Ｄｆ、冷媒蒸発通路１２ｃ，１２ｅの径をＤｃ，Ｄｅ、冷媒蒸発通路１２ｄの径をＤｄとした場合に、Ｈ１＞Ｈ２＞Ｈ３＞Ｈ４であるので、Ｄａ＞Ｄｂ＝Ｄｆ＞Ｄｃ＝Ｄｅ＞Ｄｄとしてある。
【００８２】
したがって、本実施形態では第２実施形態で示した（６）式中、断面積Ａ（∝Ｄａ，Ｄｂ，Ｄｃ，Ｄｄ，Ｄｅ，Ｄｆ）が変化するため、鉛直上方に位置する冷媒蒸発通路程、液相冷媒の蒸発が起こるまでの時間が遅くなる。
【００８３】
一方、冷媒蒸発通路１２ａ〜１２ｆの鉛直方向の高さが大きくなると位置水頭が変化するため、より低い位置にある冷媒蒸発通路１２ａ〜１２ｆに液相冷媒が流入し易くなる。
【００８４】
このとき、第１実施形態で述べたように冷媒蒸発通路１２ａ〜１２ｆに振動流を起こさせる点からは冷媒流入量に差があることは望ましいが、その流入量の差が大きすぎると、モータ１の上部と下部で冷却性能に顕著な差が生じてしまうことになる。そこで、本実施形態では、より高い位置に在る冷媒蒸発通路１２ａ〜１２ｆの断面積を大きくすることで、各冷媒蒸発通路１２ａ〜１２ｆへの液相冷媒の流入量がほぼ均一となるようにしている。さらに、冷媒蒸発通路１２ａ〜１２ｆの断面積を変化させて冷媒が蒸発するまでの時間を変化させることにより、第１実施形態で述べた振動流を起こし易くしている。
【００８５】
したがって、本実施形態の冷却装置１０Ｂによれば、複数の冷媒蒸発通路１２ａ〜１２ｆのそれぞれの径Ｄａ〜Ｄｆを、鉛直上方に位置するものほど大きくしたので、冷媒蒸発通路１２ａ〜１２ｆへの液相冷媒の流入量を均一化することができるとともに、冷媒蒸発通路１２ａ〜１２ｆの断面積を変えて蒸発するまでの時間を変化させることで振動流を発生させることができる。
【００８６】
これによって、冷却装置１０Ｂの流路系を流れる液相の冷媒流量を減少させることができるため、冷媒凝縮通路１３ａ〜１３ｆに液相の状態で流入する冷媒量が減り、もって、冷媒凝縮通路１３ａ〜１３ｆの凝縮効率が向上させることができる。その結果、冷媒凝縮通路１３ａ〜１３ｆの容量を小さくして、冷却装置１０Ｂの更なるコンパクト化を図ることができる。
【００８７】
（第４実施形態）
図１１〜図１４は本発明の第４実施形態を示し、前記第１実施形態と同一構成部分に同一符号を付して重複する説明を省略して述べるものとし、図１１は冷却装置を設けたモータの縦断面図、図１２は図１１中Ｄ−Ｄ線に沿った断面図である。
【００８８】
本実施形態の冷却装置１０Ｃは、図１１，図１２に示すように、基本的に第１実施形態の冷却装置１０と同様の構成となり、リザーバタンク１１と、ステータ４の内部に並列配置される複数（６本）の冷媒蒸発通路１２ａ〜１２ｆと、各冷媒蒸発通路１２ａ〜１２ｆの下流側にそれぞれ連通される複数（６本）の冷媒凝縮通路１３ａ〜１３ｆと、上流側逆止弁１４を設けた冷媒供給通路１５と、下流側逆止弁１６を設けた冷媒還流通路１７と、を備えて構成されている。
【００８９】
そして、本実施形態が第１実施形態と主に異なる点は、複数の冷媒蒸発通路１２ａ〜１２ｆのうち、少なくとも１つの長さを異ならせたことにある。特に、本実施形態では、複数の冷媒蒸発通路１２ａ〜１２ｆの長さＬａ〜Ｌｆを異ならせるにあたって、それぞれの長さＬａ〜Ｌｆを鉛直上方に位置するものほど長くなるようにしてある。
【００９０】
すなわち、本実施形態の冷却装置１０Ｃは、図１１に示すように、任意に設定した基準位置Ｂｈからの冷媒蒸発通路１２ａの高さをＨ１、冷媒蒸発通路１２ｂ，１２ｆの高さをＨ２、冷媒蒸発通路１２ｃ，１２ｅの高さをＨ３、冷媒蒸発通路１２ｄの高さをＨ４とした場合にＨ１＞Ｈ２＞Ｈ３＞Ｈ４となっているため、冷媒蒸発通路１２ａの長さ＞冷媒蒸発通路１２ｂ，１２ｆの長さ＞冷媒蒸発通路１２ｃ，１２ｅの長さ＞冷媒蒸発通路１２ｄの長さとなるようにしている。
【００９１】
このとき、前記冷媒蒸発通路１２ａ〜１２ｆの長さを変化させるにあたって、図１２に示すように、最長となる冷媒蒸発通路１２ａの長さは、ステータ４の長さ方向（図中左右方向）に蛇行して２往復する流路１２ａ１〜１２ａ４で形成し、次に長くなる冷媒蒸発通路１２ｂ，１２ｆの長さは、ステータ４の長さ方向に蛇行して一往復半する流路１２ｂ１〜１２ｂ３および流路１２ｆ１〜１２ｆ３で形成し、次に長くなる冷媒蒸発通路１２ｃ，１２ｅの長さは、ステータ４の長さ方向に折り返して一往復する流路１２ｃ１，１２ｃ２および流路１２ｅ１，１２ｅ２で形成するとともに、最も短くなる冷媒蒸発通路１２ｄの長さは、ステータ４の長さ方向に形成したそれ自体（１２ｄ）で形成してある。
【００９２】
したがって、鉛直最下方に位置する冷媒蒸発通路１２ｄの長さに対して、高さＨ１の冷媒蒸発通路１２ａの長さは略４倍、高さＨ２の冷媒蒸発通路１２ｂ，１２ｆの長さは略３倍、高さＨ３の冷媒蒸発通路１２ｃ，１２ｅの長さは略２倍となっている。
【００９３】
図１３は図１１中矢視Ｅ方向から見たモータの右側面図、図１４は図１１中矢視Ｆ方向から見たモータの左側面図であり、図１３に示すように、冷媒供給通路１５と各冷媒蒸発通路１２ａ〜１２ｆとを接続する分岐通路１８ａ〜１８ｆは、第１実施形態と同様に図中右側のエンドプレート５Ｅ１側に配置されるが、それら分岐通路１８ａ〜１８ｆのうち、分岐通路１８ａは上記冷媒蒸発通路１２ａの流路１２ａ１に接続され、分岐通路１８ｂ，１８ｆは冷媒蒸発通路１２ｂ，１２ｆの流路１２ｂ１，１２ｆ１に接続され、分岐通路１８ｃ，１８ｅは冷媒蒸発通路１２ｃ，１２ｅの流路１２ｃ１，１２ｅ１に接続され、分岐通路１８ｄは冷媒蒸発通路１２ｄに接続される。
【００９４】
一方、各冷媒蒸発通路１２ａ〜１２ｆと各冷媒凝縮通路１３ａ〜１３ｆとを接続する連通路１９ａ〜１９ｆのうち、連通路１９ａ，１９ｃ，１９ｅは図１３に示すように図中右側のエンドプレート５Ｅ１側に配置されるとともに、連通路１９ｂ，１９ｄ，１９ｆは図１４に示すように図中左側のエンドプレート５Ｅ２側に配置される。
【００９５】
そして、図１３に示すように、連通路１９ａは冷媒蒸発通路１２ａの流路１２ａ４に接続され、連通路１９ｃは冷媒蒸発通路１２ｃの流路１２ｃ２に接続され、連通路１９ｅは冷媒蒸発通路２ｅの流路１２ｅ２に接続されるとともに、図１４に示すように、連通路１９ｂは冷媒蒸発通路１２ｂの流路１２ｂ３に接続され、連通路１９ｄは冷媒蒸発通路１２ｄに接続され、連通路１９ｆは冷媒蒸発通路１２ｆの流路１２ｆ３に接続される。
【００９６】
また、本実施形態では、複数の冷媒蒸発通路１２ｂ〜１２ｆには、冷媒蒸発通路の位置が鉛直上方となるにつれて開口径が大きくなるオリフィス２１ｂ〜２１ｆが設けられている。
【００９７】
すなわち、図１１に示すように、鉛直最上方に位置する冷媒蒸発通路１２ａを除いた残りの冷媒蒸発通路１２ｂ〜１２ｆの入口部となるエンドプレート５Ｅ１近傍に、それぞれオリフィス２１ｂ〜２１ｆが設けられ、それらオリフィス２１ｂ〜２１ｆは冷媒蒸発通路の位置が鉛直上方となるにつれて開口径が大きくなるように設定される。
【００９８】
このとき、冷媒蒸発通路１２ａの径＞オリフィス２１ｂ，２１ｆの開口径＞オリフィス２１ｃ，２１ｅの開口径＞オリフィス２１ｄの開口径となるように形成されている。
【００９９】
したがって、本実施形態では第２実施形態で示した（６）式中、長さＬｓが変化するため、鉛直上方に位置する冷媒蒸発通路程、液相冷媒の蒸発が起こるまでの時間が遅くなる。
【０１００】
一方、冷媒蒸発通路１２ａ〜１２ｆの鉛直方向の高さが大きくなると位置水頭が変化するため、より低い位置にある冷媒蒸発通路１２ａ〜１２ｆに液相冷媒が流入し易くなる。
【０１０１】
このとき、第１実施形態で述べたように冷媒蒸発通路１２ａ〜１２ｆに振動流を起こさせる点からは冷媒流入量に差があることは望ましいが、その流入量の差が大きすぎると、モータ１の上部と下部で冷却性能に顕著な差が生じてしまうことになる。そこで、本実施形態ではより高い位置に在る冷媒蒸発通路１２ａ〜１２ｆの通路面積が大きく、つまり、冷媒蒸発通路１２ａの径＞オリフィス２１ｂ，２１ｆの開口径＞オリフィス２１ｃ，２１ｅの開口径＞オリフィス２１ｄの開口径となるように形成してあるので、各冷媒蒸発通路１２ａ〜１２ｆへの液相冷媒の流入量がほぼ均一になるとともに、冷媒蒸発通路１２ａ〜１２ｆの通路面積を変化させて冷媒が蒸発するまでの時間を変化させることにより、第１実施形態で述べた振動流を起こし易くしている。
【０１０２】
したがって、本実施形態の冷却装置１０Ｃによれば、複数の冷媒蒸発通路１２ａ〜１２ｆのうち、少なくとも１つの長さを異ならせたので、その長さを異ならせた冷媒蒸発通路１２ａ〜１２ｆ内で液相冷媒が蒸発するまでに要する時間を変化させることができるため、第１実施形態に示したように冷媒蒸発通路１２ａ〜１２ｆ内に振動流を発生させて、冷媒凝縮通路１３ａ〜１３ｆでの凝縮効率を向上し、冷却装置１０Ｃのコンパクト化を達成することができる。
【０１０３】
また、複数の冷媒蒸発通路１２ａ〜１２ｆの長さを異ならせるにあたって、それぞれの長さを鉛直上方に位置するものほど長くしたので、それぞれの長さの変化により液相冷媒が蒸発するまでの時間を変化させて振動流を効率良く発生させることができる。
【０１０４】
さらに、複数の冷媒蒸発通路１２ａ〜１２ｆには、鉛直上方に位置するにしたがって開口径が大きくなるオリフィス２１ｂ〜２１ｆを設けたので、位置水頭の差によって、より低い位置にある冷媒蒸発通路１２ａ〜１２ｆに液相冷媒が流入し易くなるが、鉛直上方に位置するにしたがって冷媒蒸発通路１２ａ〜１２ｆの通路面積を大きくすることにより、各冷媒蒸発通路１２ａ〜１２ｆへの液相冷媒の流入量をほぼ均一にするとともに、冷媒蒸発通路１２ａ〜１２ｆの通路面積を変化させて冷媒が蒸発するまでの時間を変化させ、振動流をより起こし易くすることができる。
【０１０５】
なお、本実施形態では鉛直最上方に位置する冷媒蒸発通路１２ａにはオリフィスを除外してあるが、その冷媒蒸発通路１２ａには、冷媒蒸発通路１２ｂ，１２ｆに設けたオリフィス２１ｂ，２１ｆの開口径よりも大径の開口径を設けたオリフィスを設けてもよい。
【０１０６】
（第５実施形態）
図１５，図１６は本発明の第５実施形態を示し、前記第１実施形態と同一構成部分に同一符号を付して重複する説明を省略して述べるものとし、図１５は冷却装置を設けたモータの縦断面図、図１６は図１５中矢視Ｇから見たモータの右側面図である。
【０１０７】
本実施形態の冷却装置１０Ｄは、図１５に示すように、基本的に第１実施形態の冷却装置１０と同様の構成となり、リザーバタンク１１と、ステータ４の内部に並列配置される複数（６本）の冷媒蒸発通路１２ａ〜１２ｆと、各冷媒蒸発通路１２ａ〜１２ｆの下流側にそれぞれ連通される複数（６本）の冷媒凝縮通路１３ａ〜１３ｆと、上流側逆止弁１４を設けた冷媒供給通路１５と、下流側逆止弁１６を設けた冷媒還流通路１７と、を備えて構成されている。
【０１０８】
そして、本実施形態が第１実施形態と主に異なる点は、複数の冷媒蒸発通路１２ａ〜１２ｆのそれぞれの上流側に冷媒冷却通路２２ａ〜２２ｆを設けたことにある。
【０１０９】
前記冷媒蒸発通路１２ａ〜１２ｆは分岐通路１８ａ〜１８ｆを介して冷媒供給通路１５に接続されるが、本実施形態では上記分岐通路１８ａ〜１８ｆと冷媒供給通路１５との間に前記冷媒冷却通路２２ａ〜２２ｆが介在されており、それら冷媒冷却通路２２ａ〜２２ｆは、それぞれ対応する分岐通路１８ａ〜１８ｆの上流側に連通される。
【０１１０】
上記冷媒冷却通路２２ａ〜２２ｆは、前記冷媒凝縮通路１３ａ〜１３ｆと同様に、通路となる配管の外周に多数のフィンを設けるなどして構成され、それらフィンを介して外気と通路内の冷媒との熱交換を図るようになっている。
【０１１１】
したがって、本実施形態では冷媒蒸発通路１２ａ〜１２ｆには、冷媒冷却通路２２ａ〜２２ｆによって冷却された液相冷媒が供給されるため、第２実施形態で示した（６）式中、ΔＴｓｕｂ（＝Ｔｓｕｂ−Ｔ０）が大きくなる。これによって、第１実施形態で述べた振動流が持続する時間が延び、冷媒蒸発通路１２ａ〜１２ｆに液相冷媒を流入させる流量を、第１実施形態に比べてさらに小さくすることができる。
【０１１２】
その結果、本実施形態の冷却装置１０Ｄによって冷媒冷却通路２２ａ〜２２ｆを新たに加えた場合でも、冷媒凝縮通路１３ａ〜１３ｆと冷媒冷却通路２２ａ〜２２ｆとを全て加算した総面積を、第１実施形態の冷却装置１０に設けた冷媒凝縮通路１３ａ〜１３ｆの総面積以下とすることができ、冷却装置１０Ｄのコンパクト化をさらに促進することができる。
【０１１３】
ところで、本発明のモータの冷却装置は前記第１〜第５実施形態に例をとって説明したが、これら実施形態に限ることなく本発明の要旨を逸脱しない範囲で他の実施形態を各種採用することができ、例えば、モータ１はインホイールドライブ方式の電気自動車に用いられる場合に限ることなく、通常のモータにあっても本発明の冷却装置を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１１４】
【図１】本発明の第１実施形態にかかるインホイールドライブ方式としてモータの組み込み状態を示すタイヤホイールの斜視図。
【図２】本発明の第１実施形態にかかる冷却装置を設けたモータの縦断面図。
【図３】図２中Ａ−Ａ線に沿った断面図。
【図４】図２中矢視Ｂ方向から見たモータの右側面図。
【図５】図２中矢視Ｃ方向から見たモータの左側面図。
【図６】（ａ）に本発明の冷却装置および（ｂ）に本発明と比較する冷却装置をそれぞれ簡略化して示す概略図。
【図７】図６（ａ）に示す冷却装置の冷媒蒸発通路内温度、圧力および冷媒供給通路内流量の時間履歴をそれぞれグラフで示す説明図。
【図８】図６（ｂ）に示す冷却装置の冷媒蒸発通路内温度、圧力および冷媒供給通路内流量の時間履歴をそれぞれグラフで示す説明図。
【図９】本発明の第２実施形態にかかる冷却装置を設けたモータの縦断面図。
【図１０】本発明の第３実施形態にかかる冷却装置を設けたモータの縦断面図。
【図１１】本発明の第４実施形態にかかる冷却装置を設けたモータの縦断面図。
【図１２】図１１中Ｄ−Ｄ線に沿った断面図。
【図１３】図１１中矢視Ｅ方向から見たモータの右側面図。
【図１４】図１１中矢視Ｆ方向から見たモータの左側面図。
【図１５】本発明の第５実施形態にかかる冷却装置を設けたモータの縦断面図。
【図１６】図１５中矢視Ｇから見たモータの右側面図。
【符号の説明】
【０１１５】
１ モータ
２ 回転軸
３ ロータ
４ ステータ（発熱部）
５ ハウジング
１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ 冷却装置
１１ リザーバタンク
１２ａ〜１２ｆ 冷媒蒸発通路
１３ａ〜１３ｆ 冷媒凝縮通路
１４ 逆止弁（第１の逆止弁）
１５ 冷媒供給通路
１６ 逆止弁（第２の逆止弁）
１７ 冷媒還流通路
２１ｂ〜２１ｆ オリフィス
２２ａ〜２２ｆ 冷媒冷却通路
Ｗ・Ａ 車輪アクスル
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸と、この回転軸に結合されたロータと、このロータの外周を囲繞するステータと、を備えたモータであって、
モータの発熱で液相から気相に変化する冷媒を溜めたリザーバタンクと、
モータの発熱部に並列配置される複数の冷媒蒸発通路と、
前記複数の冷媒蒸発通路の下流側にそれぞれ連通されて低温部に配置される複数の冷媒凝縮通路と、
前記リザーバタンク内の冷媒を第１の逆止弁を介して前記複数の冷媒蒸発通路に分配して供給する冷媒供給通路と、
前記複数の冷媒凝縮通路を通過した冷媒を集合させて第２の逆止弁を介して前記リザーバタンクに戻す冷媒還流通路と、を備えたことを特徴とするモータの冷却装置。
【請求項２】
前記複数の冷媒蒸発通路のうち、少なくとも１つの径を異ならせた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】
前記複数の冷媒蒸発通路は、それぞれの径を鉛直上方に位置するものほど大きくした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４】
前記複数の冷媒蒸発通路のうち、少なくとも１つの長さを異ならせたことを特徴とする請求項１〜３のうちいずれか１項に記載のモータの冷却装置。
【請求項５】
前記複数の冷媒蒸発通路は、それぞれの長さを鉛直上方に位置するものほど長くしたことを特徴とする請求項１〜３のうちいずれか１項に記載のモータの冷却装置。
【請求項６】
複数の冷媒蒸発通路は、鉛直上方に位置するにしたがって開口径が大きくなるオリフィスが設けられたことを特徴とする請求項１〜５のうちいずれか１項に記載のモータの冷却装置。
【請求項７】
複数の冷媒蒸発通路は、それぞれの上流側に冷媒冷却通路を設けたことを特徴とする請求項１〜６のうちいずれか１項に記載のモータの冷却装置。
【請求項８】
回転軸と、この回転軸に結合されたロータと、このロータの外周を囲繞するステータと、を備えたモータであって、
リザーバタンクに溜めた冷媒を、第１の逆止弁を介してモータの発熱部に並列配置した複数の冷媒蒸発通路に分配して供給した後、それら複数の冷媒蒸発通路を通過した冷媒を、各冷媒蒸発通路の下流側にそれぞれ設けた冷媒凝縮通路に導入し、それら複数の冷媒凝縮通路を通過した冷媒を集合した後、第２の逆止弁を介して前記リザーバタンクに戻すことを特徴とするモータの冷却方法。
【請求項９】
モータの発熱で液相から気相に変化する冷媒を溜めたリザーバタンクと、
モータの発熱部に並列配置される複数の冷媒蒸発通路と、
前記複数の冷媒蒸発通路の下流側にそれぞれ連通されて低温部に配置される複数の冷媒凝縮通路と、
前記リザーバタンク内の冷媒を第１の逆止弁を介して前記複数の冷媒蒸発通路に分配して供給する冷媒供給通路と、
前記複数の冷媒凝縮通路を通過した冷媒を集合させて第２の逆止弁を介して前記リザーバタンクに戻す冷媒還流通路と、を備えた冷却装置をモータに設け、当該モータをタイヤホイールの中に組み込んだことを特徴とする冷却装置付きモータを搭載した車両。
【請求項１】
回転軸と、この回転軸に結合されたロータと、このロータの外周を囲繞するステータと、を備えたモータであって、
モータの発熱で液相から気相に変化する冷媒を溜めたリザーバタンクと、
モータの発熱部に並列配置される複数の冷媒蒸発通路と、
前記複数の冷媒蒸発通路の下流側にそれぞれ連通されて低温部に配置される複数の冷媒凝縮通路と、
前記リザーバタンク内の冷媒を第１の逆止弁を介して前記複数の冷媒蒸発通路に分配して供給する冷媒供給通路と、
前記複数の冷媒凝縮通路を通過した冷媒を集合させて第２の逆止弁を介して前記リザーバタンクに戻す冷媒還流通路と、を備えたことを特徴とするモータの冷却装置。
【請求項２】
前記複数の冷媒蒸発通路のうち、少なくとも１つの径を異ならせた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】
前記複数の冷媒蒸発通路は、それぞれの径を鉛直上方に位置するものほど大きくした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４】
前記複数の冷媒蒸発通路のうち、少なくとも１つの長さを異ならせたことを特徴とする請求項１〜３のうちいずれか１項に記載のモータの冷却装置。
【請求項５】
前記複数の冷媒蒸発通路は、それぞれの長さを鉛直上方に位置するものほど長くしたことを特徴とする請求項１〜３のうちいずれか１項に記載のモータの冷却装置。
【請求項６】
複数の冷媒蒸発通路は、鉛直上方に位置するにしたがって開口径が大きくなるオリフィスが設けられたことを特徴とする請求項１〜５のうちいずれか１項に記載のモータの冷却装置。
【請求項７】
複数の冷媒蒸発通路は、それぞれの上流側に冷媒冷却通路を設けたことを特徴とする請求項１〜６のうちいずれか１項に記載のモータの冷却装置。
【請求項８】
回転軸と、この回転軸に結合されたロータと、このロータの外周を囲繞するステータと、を備えたモータであって、
リザーバタンクに溜めた冷媒を、第１の逆止弁を介してモータの発熱部に並列配置した複数の冷媒蒸発通路に分配して供給した後、それら複数の冷媒蒸発通路を通過した冷媒を、各冷媒蒸発通路の下流側にそれぞれ設けた冷媒凝縮通路に導入し、それら複数の冷媒凝縮通路を通過した冷媒を集合した後、第２の逆止弁を介して前記リザーバタンクに戻すことを特徴とするモータの冷却方法。
【請求項９】
モータの発熱で液相から気相に変化する冷媒を溜めたリザーバタンクと、
モータの発熱部に並列配置される複数の冷媒蒸発通路と、
前記複数の冷媒蒸発通路の下流側にそれぞれ連通されて低温部に配置される複数の冷媒凝縮通路と、
前記リザーバタンク内の冷媒を第１の逆止弁を介して前記複数の冷媒蒸発通路に分配して供給する冷媒供給通路と、
前記複数の冷媒凝縮通路を通過した冷媒を集合させて第２の逆止弁を介して前記リザーバタンクに戻す冷媒還流通路と、を備えた冷却装置をモータに設け、当該モータをタイヤホイールの中に組み込んだことを特徴とする冷却装置付きモータを搭載した車両。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【公開番号】特開２００９−３８９４０（Ｐ２００９−３８９４０Ａ）
【公開日】平成２１年２月１９日（２００９．２．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２０２９９９（Ｐ２００７−２０２９９９）
【出願日】平成１９年８月３日（２００７．８．３）
【出願人】（０００００３９９７）日産自動車株式会社 (16,386)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年２月１９日（２００９．２．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年８月３日（２００７．８．３）
【出願人】（０００００３９９７）日産自動車株式会社 (16,386)
【Ｆターム（参考）】
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