CN103997163A - 旋转电机的冷却系统以及冷却方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种旋转电机的冷却系统和冷却方法，对于旋转电机的周方向以及轴方向的双方能够以简单的构造降低温度梯度。冷却系统具有泵等的制冷剂搬运装置以及热泵等的制冷剂冷却装置。制冷剂搬运装置通过制冷剂用配管与冷却流路流体性连通，由此，形成从泵输送来的制冷剂通过套的流路内再次返回泵这样的制冷剂循环路。制冷剂搬运装置构成为能够使制冷剂的流动方向反转，并能够使冷却流路内的制冷剂的流动方向适当地反转。

Description

旋转电机的冷却系统以及冷却方法

技术领域

本发明涉及使用制冷剂对旋转电机特别是旋转电机的定子进行冷却的冷却系统以及冷却方法。

背景技术

以往，作为电动机发热的一个对策，存在采用在该电动机的外壳内使制冷剂流动的构造，另外对该构造也可以进行种种设计。例如在日本特开2011-015578号公报中记载有电动机冷却装置，所述电动机冷却装置在嵌合于定子外侧的套上并列地设置有多个螺旋状的槽作为制冷剂的流路。

另外，在日本特开平11-033877号公报中记载有冷却机构，所述冷却机构在具有和马达外壳的外径相等的内径的外罩的内周面上设置有多个槽（流路），并以在相邻的槽内流动方向相互反向的方式使制冷剂流动。

再有，在日本特开2000-092815号公报中记载有多级装置，所述多级装置分别配设有使循环于线性马达部的制冷剂的流动方向正反反转的流路切换阀，使这些流路切换阀通过运算控制装置以规定的周期动作，使循环于线性马达部的制冷剂的流动方向正反反转。

在日本特开2011-015578号公报所记载的冷却装置中，在电动机的周方向和轴方向双方产生温度梯度，由于该温度梯度的大小而在装置上有可能产生变形。另外，在日本特开平11-033877号公报的构造中，如该图3所示，除了需要形成形状相互不同的至少两个流路之外，由于需要在各流路设置流入口以及排出口，因此配管构造变得复杂，成为成本提高的主要原因。

另一方面，日本特开2000-092815号公报的发明，虽然通过使制冷剂的流动方向反转从而使在线性马达部产生的温度梯度降低来防止定位精度的下降，但是适用对象并不是旋转电机，因此不能实现旋转电机特有的轴方向和周方向双方的温度梯度的降低

发明内容

因此本发明的目的在于，提供一种冷却系统以及冷却方法，对于旋转电机的周方向以及轴方向的双方能够以简单的构造降低温度梯度。

为了实现上述目的，本发明的一个实施方式提供一种旋转电机的冷却系统，具有：冷却制冷剂的制冷剂冷却装置；与上述制冷剂冷却装置流体性连接，用于使被上述制冷剂冷却装置冷却了的制冷剂流动的制冷剂搬运装置；以及与上述制冷剂冷却装置流体性连接，并且与旋转电机的定子的外周面邻接地配置的螺旋状的冷却流路，上述旋转电机的冷却系统的特征在于，具有使上述冷却流路内流动的制冷剂的流动方向基于规定的条件反转的反转单元。

在优选的实施方式中，上述制冷剂搬运装置具有使制冷剂的流动方向反转的功能。

在优选的实施方式中，上述冷却系统在上述制冷剂搬运装置和上述制冷剂流路的流入口或排出口之间具有配管构造，该配管构造具有至少1个分支点以及阀，通过上述阀的操作而使上述冷却流路内的制冷剂的流动方向反转。

在优选的实施方式中，上述冷却系统还具有指令发生部，所述指令发生部构成为基于规定的条件，向上述反转单元发送使上述冷却流路内的制冷剂的流动方向反转的指令或信号。

另外，本发明的其他的方式提供一种旋转电机的冷却方法，使用：冷却制冷剂的制冷剂冷却装置；用于使被上述制冷剂冷却装置冷却了的制冷剂流动的制冷剂搬运装置；以及与旋转电机的定子的外周面邻接地配置，上述制冷剂流动的螺旋状的冷却流路，上述旋转电机的冷却方法的特征在于，包含使上述冷却流路内流动的制冷剂的流动方向基于规定的条件反转的步骤。

附图说明

本发明的上述或其他的目的、特征以及优点，通过参照附图对以下优选的实施方式进行说明而会变得更明确。

图1是表示本发明的第一实施方式的旋转电机的冷却系统的概要构成的图。

图2是表示本发明的第二实施方式的旋转电机的冷却系统的概要构成的图。

图3是表示本发明的第三实施方式的旋转电机的冷却系统的概要构成的图。

图4是表示设置有用于使制冷剂的流动方向反转的指令发生部的例子的图。

图5是表示在图4的构成上还设置有测量器的例子的图。

图6是表示将测量器设置于旋转电机的驱动装置内的例子的图。

图7是表示形成有本发明的冷却系统的冷却流路的套的一个构造例的图。

图8是表示形成有本发明的冷却系统的冷却流路的套的其他的构造例的图。

具体实施方式

图1是表示本发明的第一实施方式的旋转电机的冷却系统的概要构成的图。该冷却系统的适用对象即旋转电机10具有：定子（电枢）12；相对于定子12可旋转的转子14；以及与转子14一体地可旋转的旋转轴16，还具有形成有使用于冷却旋转电机10（特别是定子12）的制冷剂流动的冷却流路18的套20（参照下述的图7）。在图示例中，套20与定子12的外周面邻接地配置，套20的流路18由形成于套20外周面的至少一圈以上长度的螺旋状的槽以及包围套20的外壳或套筒22的内周面而划定。此外，套筒22具有与流路18流体性连通的至少两个开口部24、26，该开口部分别连接下述的制冷剂用配管。

如图1所示，本发明的冷却系统具有泵等的制冷剂搬运装置28以及热泵等的制冷剂冷却装置30。制冷剂搬运装置28通过制冷剂用配管32与冷却流路18（更具体而言是套筒22的开口部24、26）流体性连通，由此，形成从泵28输送来的制冷剂通过套20的流路18内再次返回泵28这样的制冷剂循环路。另一方面，制冷剂冷却装置30只要是能够将在制冷剂用配管32内流动的制冷剂冷却，则无论是什么样的装置都可以，例如可以使用热泵，所述热泵具有：压缩机34；具备风扇36的冷凝机38；膨胀阀40；冷却器或热交换器42；和将压缩机34、冷凝机38、膨胀阀40以及冷却器42流体性环状地连结的配管43。

在第一实施方式中，泵等的制冷剂搬运装置28以能够使制冷剂的流动方向反转的方式构成，由此，如箭头标记44以及46所示，能够将制冷剂用配管32内的流动方向适当改变（反转），其结果为也能够使冷却流路18内的制冷剂的流动方向反转。

图2是表示本发明的第二实施方式的旋转电机的冷却系统的概要构成的图。第二实施方式与第一实施方式的不同点在于，泵等的制冷剂搬运装置28自身不具备使制冷剂的流动反转的功能，取代之设置使制冷剂的流动反转的制冷剂反转装置48。此外，在第二实施方式中，由于旋转电机10自身可以与第一实施方式相同，所以在对应的构成要素上标记与第一实施方式相同的附图标记并省略详细的说明。

在第二实施方式中，反转装置48具有通过开闭式阀的切换而使冷却流路18内的制冷剂的流动方向反转的配管构造。具体而言，如图2所示，具有：从制冷剂搬运装置28的出口50向两个方向分支的第一分支管52；从套管22一方的开口部24向两个方向分支的第二分支管54；从套管22另一方的开口部26向两个方向分支的第三分支管56；以及从制冷剂冷去装置30的入口58向两个方向分支的第四分支管60，还具有：连结第一分支管52的一端和第二分支管54的一端的第一阀62；连结第一分支管52的另一端和第三分支管56的一端的第二阀64；连结第二分支管54的另一端和第四分支管60的一端的第三阀66；以及连结第三分支管56的另一端和第四分支管60的另一端的第四阀68。

在要使制冷剂沿箭头标记70所示的正方向流动时，则只要将上述第一阀62以及第四阀68打开、将第二阀64以及第三阀66关闭即可。另一方面，在要使制冷剂沿箭头标记72所示的反方向流动时，则只要将上述第一阀62以及第四阀68关闭、将第二阀64以及第三阀66打开即可。这样在第二实施方式中，即使在制冷剂搬运装置28自身不具备制冷剂的流动方向反转功能的情况下，也能够通过阀的切换操作简单地使制冷剂的流动方向反转。此外，既可以手动地进行阀的切换，也可以基于规定的条件自动地进行。

图3是表示本发明的第三实施方式的旋转电机的冷却系统的概要构成的图。第三实施方式由于除了第二分歧管和第三分歧管的构造以及套管的开口部的个数不同的点之外，和第二实施方式都可以一样，所以在对应的构成要素上标记与第二实施方式相同的附图标记并省略详细的说明。

在第三实施方式中，与第二实施方式的第二分支管54相当的配管并不是分支管，而是设置有连结第一阀62和套筒22的开口部24的配管54a以及连结第三阀66和新设置于套筒22的开口部74的配管54b。同样地，与第三分支管56相当的配管也不是分支管，而是设置有连结第四阀68和套筒22的开口部26的配管56a以及连结第二阀64和新设置于套筒22的开口部76的配管56b。此外，优选开口部74以及76分别接近开口部24以及26设置。在第三实施方式中，也能够通过和第二实施方式同样的阀操作，沿箭头标记70所示的正方向和箭头标记72所示的反方向切换制冷剂的流动方向。

根据本发明，对于旋转电机的轴方向以及周方向双方能够降低温度梯度并使温度平均化，因此能够防止因热膨胀量不同而引起的旋转电机的变形，并能够防止旋转精度的下降。此外流动方向的切换周期可根据要求的旋转电机的性能（旋转电机内能够允许的温度差）进行适当设定，但切换周期越短，温度梯度变得越小。另外在上述实施方式中，虽然将制冷剂搬运装置、制冷剂冷却装置以及制冷剂反转装置分别作为个体的装置进行图示，但这些装置也可以构筑为一体的单元。

图4～图6是表示在本发明的冷却系统中根据指令发生部控制使制冷剂的流动方向反转的时间点的例子的图。指令发生部80设定用于决定使制冷剂的流动方向反转的时间点的设定值，其具备以下两个功能中的至少一个：第一功能，输出基于该设定值使流动方向反转的意思的指令或信号；以及第二功能，从其他装置等接收用于决定该时间点的信号而输出使流动方向反转的意思的指令或信号。

图4表示指令发生部80具有上述第一功能的情况下的系统构成例。指令发生部80通过信号线82与第一实施方式的制冷剂搬运装置28或者第二或第三实施方式的制冷剂反转装置48连接，能够将使流动方向反转的意思的指令或信号向制冷剂搬运装置28或制冷剂反转装置48输送。作为用于决定使制冷剂的流动方向反转的时间点的设定值的具体例子，可以例举每经过30秒或1分钟等规定的设定时间就进行反转的情况或在到达某一时刻时进行反转的情况。另外也可以在指令发生部80上设置用于此的定时器或时钟。

图5表示指令发生部80具有上述第二功能的情况下的系统构成例。和图4一样，指令发生部80通过信号线82与第一实施方式的制冷剂搬运装置28或者第二或第三实施方式的制冷剂反转装置48连接，能够将使流动方向反转的意思的指令或信号向制冷剂搬运装置28或制冷剂反转装置48输送。在图5的例子中，还设置有测量旋转电机的物理数据（此处为绕线的温度）的传感器84以及将传感器84的测量结果以信号等方式输送给指令发生部80的测量器86。在图5的例子中，能够在绕线温度到达规定温度（例如60℃）后进行使制冷剂的流动方向反转的操作。另外如果传感器84是应变式传感器，则能够测定旋转电机10的尺寸变化，当该尺寸变化超过了规定的允许值（例如套筒22的开口部24、26的间隔变化10μm）则进行使制冷剂的流动方向反转的操作。此外在图5中，虽然测量器86记载为和指令发生部80不同的装置，但测量器86既可以内藏于指令发生部80，也可以内藏于制冷剂搬运装置28或制冷剂反转装置48。

图6表示将测量器86设置于旋转电机10的驱动装置88内的例子。驱动装置88具有CNC装置90以及增幅器92，并通过线缆94与旋转电机10连接，能够在控制旋转电机10的同时接受旋转电机10的负载或电流等信息。在图6的例子中，能够进行监视旋转电机10的状态（例如转速、绕线温度、动力线温度、负载、电流值）并根据其状态进行适当地反转制冷剂的流动方向这样的富有弹性的操作。例如，能够进行在低负载运行时加长反转的周期、在高负载运行时反过来缩短反转的周期，或者在绕线温度达到了规定温度以上时，即使不是上述时间点也强制地使流动反转等的操作。此外即使在图6的例子中，测量器86也既可以内藏于指令发生部80，也可以内藏于制冷剂搬运装置28或制冷剂反转装置48。

图7是表示用于形成上述实施方式的螺旋状的冷却流路18的套20的构造的具体例子的图。如该图所示，套20是大致圆筒状的部件，在其外周面上通过螺旋状延伸的突条（螺纹牙）96形成有螺旋状的槽。如参照图1进行的说明那样，通过该螺旋状的槽和嵌合于套20的套筒22的内周面形成螺旋状的冷却流路18。另外如箭头标记98以及100所示，在与突条96两端的周方向位置相当的轴方向位置分别设置有上述套筒22的开口部24以及26。通过使在这样的冷却流路内流动的制冷剂的流动方向适当反转，能够除掉或降低对于旋转电机的轴方向以及周方向双方的温度梯度。

图8是表示用于形成螺旋状的冷却流路的套的其他的构造例的图。图8所示的套102是具有所谓的多条构造的大致圆筒状的部件，冷却流路根据条数实质地分离。在图8的例子中，套102具有2条构造，具体而言，具有由突条分离的实质2个螺旋状的槽104以及106（后者用剖面线表示）。通过套102的槽104以及106和嵌合于套102的套筒（未图示）形成两条冷却流路。此外，由于各冷却流路上分别需要制冷剂的流入口以及排出口，所以如图8的虚线所示，在嵌合于套102的套筒的对应各流路的流入口以及排出口的部位形成有开口部（图示例中共计4个）。

在使用如图8所示的多条构造的套的情况下，能够使相邻的冷却流路内的制冷剂的流动方向相互反向。但是在这种情况下，存在制冷剂通过套和套筒之间的间隙在相邻的流路间混合而使冷却效率下降的情况。本申请发明对于这样的多条构造也能够更合适地适用。

根据本发明，由于能够将在设置于定子外周面的螺旋状的冷却流路内流动的制冷剂的方向适当地反转，所以对于旋转电机的轴方向以及周方向双方能够降低或除掉温度梯度，能够抑制因热而产生的尺寸变化或精度降低。另外由于本发明也能够适用于具有螺旋状的冷却流路的现有的旋转电机，所以能够以低成本实现高性能的旋转电机。

Claims (5)

1.一种旋转电机的冷却系统，具有：

冷却制冷剂的制冷剂冷却装置（30）；

与上述制冷剂冷却装置流体性连接，用于使被上述制冷剂冷却装置冷却了的制冷剂流动的制冷剂搬运装置（28）；以及

与上述制冷剂冷却装置流体性连接，并且与旋转电机（10）的定子（12）的外周面邻接地配置的螺旋状的冷却流路（18），

上述旋转电机的冷却系统的特征在于，

具有使上述冷却流路内流动的制冷剂的流动方向基于规定的条件反转的反转单元（28、48）。

2.根据权利要求1所述的旋转电机的冷却系统，其特征在于，

上述制冷剂搬运装置（28）具有使制冷剂的流动方向反转的功能。

3.根据权利要求1所述的旋转电机的冷却系统，其特征在于，

在上述制冷剂搬运装置和上述制冷剂流路的流入口或排出口之间具有配管构造，该配管构造具有至少1个分支点（52、54、56、60）以及阀（62、64、66、68），

通过上述阀的操作而使上述冷却流路内的制冷剂的流动方向反转。

4.根据权利要求1～3任一项所述的旋转电机的冷却系统，其特征在于，

还具有指令发生部（80），所述指令发生部（80）构成为基于规定的条件，向上述反转单元发送使上述冷却流路内的制冷剂的流动方向反转的指令或信号。

5.一种旋转电机的冷却方法，使用：

冷却制冷剂的制冷剂冷却装置（30）；

用于使被上述制冷剂冷却装置冷却了的制冷剂流动的制冷剂搬运装置（28）；以及

与旋转电机（10）的定子（12）的外周面邻接地配置，上述制冷剂流动的螺旋状的冷却流路（18），

上述旋转电机的冷却方法的特征在于，

包含使上述冷却流路内流动的制冷剂的流动方向基于规定的条件反转的步骤。