CN110247512B - 冷却装置 - Google Patents

Abstract

一种向冷却对象喷射制冷剂来对冷却对象进行冷却的冷却装置，其具备：管主体(10a)，其包括供制冷剂流动的制冷剂通路(10b)，设置于能够向冷却对象喷射制冷剂的位置；和喷射通路(11b)，其从制冷剂通路(10b)通过管主体(10a)的内部，在设置于面朝冷却对象的位置处的喷射口(11a)开口，用于向冷却对象喷射制冷剂，喷射通路(11b)由截面积恒定的喉部(11b1)和锥部(11b2)构成，所述锥部(11b2)形成为在喷射口(11a)的附近随着趋向喷射口(11a)而截面积逐渐增加。据此，本发明的冷却装置，能够使用比以往的装置简单的结构来增加制冷剂浸湿面积从而提高冷却能力。

Description

冷却装置

技术领域

本发明涉及向冷却对象(例如构成旋转电机的部件)喷射制冷剂来对冷却对象进行冷却的冷却装置。

背景技术

专利文献1公开了一种利用如下冷却管向定子的线圈端部喷射制冷剂的冷却装置，所述冷却管沿电机的旋转轴方向设置于旋转电机的定子的上方，具备多个能以各种角度喷射制冷剂的喷射孔。采用该装置，能够向线圈端部的较大范围喷射制冷剂。

专利文献2公开如下旋转电机的冷却装置，在沿旋转电机的定子铁芯的周向延伸的管部件上具备两处以上的制冷剂喷射部，向卷绕于定子铁芯上的线圈的两端部(线圈端部)喷射制冷剂。采用该装置，能够对线圈端部在周向上均匀地进行冷却。

专利文献1：日本特开2016-134972号公报

专利文献2：日本特开2016-129438号公报

上述以往的冷却装置是通过增加喷射制冷剂的喷射部(喷射孔)的设置数量，来在冷却对象的表面上增加与制冷剂接触的区域的面积即制冷剂浸湿面积，从而提高冷却能力，但在更加简化构造来降低成本方面仍然存在改善的余地。

发明内容

本发明着眼于这一点而完成，其目的在于提供一种能够使用比以往的装置更加简单的构造来增加制冷剂浸湿面积、从而提高冷却能力的冷却装置。

为实现上述目的，技术方案1所述的发明是向冷却对象6喷射制冷剂来对所述冷却对象6进行冷却的冷却装置，其特征在于，具备：通路形成部件10a，其包括供所述制冷剂流动的制冷剂通路10b，设置于能够向所述冷却对象6喷射所述制冷剂的位置；和喷射通路11b，其从所述制冷剂通路10b通过所述通路形成部件10a的内部，在设置于面朝所述冷却对象6的位置处的喷射口11a开口，用于向所述冷却对象6喷射所述制冷剂，所述喷射通路11b的截面积形成为：在所述喷射口11a的附近，随着趋向所述喷射口11a而逐渐增加。

根据该结构，以在喷射口的附近喷射通路的截面积随着趋向喷射口而逐渐增加的方式形成喷射通路，换言之，以随着趋向喷射口而截面积增加的方式，在喷射通路的内壁形成有锥部，因此能够获得使喷射出的制冷剂流向横和纵两个方向扩展的效果。其结果是，能够以简单的结构增加制冷剂浸湿面积，与以往的通路截面积直到喷射口都保持不变的喷射通路(不形成有锥部的情况)相比，能够提高冷却能力。

技术方案2所述的发明，根据技术方案1所述的冷却装置，其特征在于，所述制冷剂通路120b的截面形成为以所述喷射通路11b与所述制冷剂通路120b的连接部PC的位置为顶点的近似倒三角形状。

根据该结构，能够获得提高流入喷射通路的制冷剂的流速的效果。

技术方案3所述的发明，根据技术方案1或者2所述的冷却装置，其特征在于，所述制冷剂通路10d具有供所述制冷剂流入的流入口10e，形成为越远离所述流入口10e，该制冷剂通路的通路截面的面积越减小。

根据该结构，通过减小制冷剂通路的截面积，能够获得提高向设置于远离流入口的位置处的喷射通路流入的制冷剂的流速的效果。

技术方案4所述的发明，根据技术方案1至3中任一项所述的冷却装置，其特征在于，所述冷却对象是构成旋转电机1的定子6，所述旋转电机1具备旋转轴3和转子7，所述转子7在所述定子6的内侧固定于所述旋转轴3，基于由所述定子6产生的磁通而旋转，所述通路形成部件10a设置为沿所述旋转轴3的轴向延伸。

根据该结构，能够以简单的结构提高旋转电机的定子的冷却能力。

附图说明

图1是示出应用了本发明的一实施方式的冷却装置的旋转电机的结构的剖视图。

图2是用于说明从侧方观察图1所示的制冷剂喷射管10和线圈端部6b而得到的状态的图。

图3是用于说明图1所示的制冷剂喷射管10和制冷剂喷射部11的构造的图。

图4是用于说明喷射出的冷却油的状态的图。

图5是示出制冷剂喷射管的变形例的图。

图6是示出与制冷剂喷射管的配置相关的变形例的图。

图7是示出能够取代制冷剂喷射管而使用的变形例的图。

附图标记说明

1 旋转电机

2 外壳

3 旋转轴

6 定子

6b 定子线圈(线圈端部)

7 转子

10 制冷剂喷射管(冷却装置)

10a 管主体(通路形成部件)

10b 制冷剂通路

11 制冷剂喷射部(冷却装置)

11a 喷射口

11b 喷射通路

11c 锥部

具体实施方式

以下参照附图说明本发明的实施方式。

图1是示出应用了本发明的一实施方式的冷却装置的旋转电机的结构的剖视图，旋转电机1具备：定子6，其固定于外壳2，产生磁通；旋转轴3，其经由轴承4、5以能够旋转的方式支承于外壳2；圆柱状的转子7，其在定子6的内侧固定于旋转轴3，基于由定子6产生的磁通而旋转；以及制冷剂喷射管10，其设置于定子6的上方，喷射作为制冷剂的冷却油。经由设置于外壳2的制冷剂通路9向制冷剂喷射管10供给冷却油。经由未图示的油泵和油通路，向制冷剂通路9供给冷却油。油泵例如利用通过旋转轴3的旋转而获得的驱动转矩的一部分而被驱动。

定子6由定子铁芯6a和卷绕于定子铁芯6a上的定子线圈6b构成，位于定子6的轴向上的两端部的部分通常被称为“线圈端部”，因此在以下说明中称为“线圈端部6b”。

制冷剂喷射管10设置为与旋转轴3平行地延伸(沿轴向延伸)，被加压了的冷却油经由制冷剂通路9向制冷剂喷射管10供给，从设置于线圈端部6b的上方的两个制冷剂喷射部11向线圈端部6b喷射冷却油。制冷剂喷射管10和制冷剂喷射部11构成本发明的冷却装置。

图2是用于说明从侧方观察制冷剂喷射管10和线圈端部6b而得到的状态的图，定子6经由安装部件15固定于外壳2。该图所示的角度范围IR示意性地示出从制冷剂喷射部11喷射的冷却油的喷射角度范围，冷却油扩展为扇状地向线圈端部6b喷射。喷射出的冷却油如粗虚线所示，沿线圈端部6b的外周面流下。

图3是用于说明制冷剂喷射管10和制冷剂喷射部11的构造的图，图3中(a)是从下方观察制冷剂喷射管10的图，图3中(b)是放大示出制冷剂喷射部11的图，图3中(c)是制冷剂喷射管10的制冷剂喷射部11的横向剖视图，图3中(d)是用于说明实施例的数值例的图。

制冷剂喷射管10由管主体10a、供冷却油流动的制冷剂通路10b以及将冷却油从制冷剂通路10b向外部喷射的两个制冷剂喷射部11构成。制冷剂喷射部11具备：喷射口11a，其设置于朝向线圈端部6b的位置；和喷射通路11b，其从制冷剂通路10b通过管主体10a的内部，在喷射口11a开口，供向线圈端部6b喷射冷却油，喷射通路11b的截面积(内径)形成为在喷射口11a的附近随着趋向喷射口11a而逐渐增加。换言之，喷射通路11b由截面积(内径)恒定的喉部11b1和随着从喉部11b1趋向喷射口11a而截面积逐渐增加的锥部11b2构成。管主体10a例如使用不锈钢构成。

在本说明书中，将划分出喷射通路11b的内壁到达管主体10a的外周面的部分称为喷射口11a，将由喉部11b1和锥部11b2构成的部分称为喷射通路11b。

在图2中，制冷剂喷射角度范围IR用较细的实线L1、L2示出，实线L1、L2相当于线圈端部6b的外周的切线。喷射出的制冷剂所到达的范围取决于制冷剂喷射部11与线圈端部6b之间的距离H(对象距离)和制冷剂的喷射角度范围IR，因此制冷剂喷射部11的形状能够通过基于对象距离H和期望的喷射角度范围IR进行设定而确保期望的制冷剂浸湿面积。在图1、2所示的实施例中，在将管主体10a的外径DP设为6mm左右的情况下，将制冷剂通路10b的内径DC设为3mm左右，将喉部11b1的长度LT设为0.5mm左右，将喉部11b1的内径设为0.95mm左右，将锥部11b2的倾斜角(称为“扩散角度”)θD设为60度左右。若将扩散角度θD扩大到90度左右，则喷射出的制冷剂成为喷雾状，有可能致使冷却效果降低，因此扩散角度θD期望在小于90度的范围内进行设定。

图4是用于说明喷射出的冷却油的状态的图，图4中(a)对应于本实施方式的制冷剂喷射管10，图4中(b)对应于以往的仅由本实施方式的喉部11b1构成制冷剂喷射部11的制冷剂喷射管10X，图4中(c)对应于将喷射口和喷射通路截面设为狭缝形状(短边相比于长边非常短的长方形)的制冷剂喷射管10Y。图4中(d)是从下方观察图4中(c)所示的制冷剂喷射管10Y的图。此外，在图4中(a)～(c)的下侧示出的虚线表示在使用平面承接到喷射出的制冷剂的情况下、制冷剂直接到达到的区域(以下称为“制冷剂到达区域”)RCR。在这些例子中，冷却油的油压POIL相同。

在以往的制冷剂喷射管10X的情况下，是喷射具有与圆形的喷射口大致相同的直径的圆筒状的冷却油流，相对于此，采用本实施方式的制冷剂喷射管10，会喷射在与制冷剂喷射管10延伸的轴向垂直的方向上扩展为扇状且在轴向上也扩展的冷却油流。因此，如图4中(a)所示，制冷剂到达区域RCR呈椭圆形状。此外，在如图4中(c)所示，将喷射口设为狭缝形状的情况下，会喷射在狭缝形状的长边方向上扩展为扇状的冷却油流，但在轴向上几乎不会扩展。

采用本实施方式的制冷剂喷射管10，喷射出的冷却油直接到达的制冷剂到达区域RCR的面积增加，而且如图2中粗虚线所示，冷却油沿冷却对象即线圈端部6b的外周面扩展流下，因此整体上制冷剂浸湿面积增加，即使冷却油流下，冷却能力的降低也较少。此外，在图4中(b)所示的制冷剂喷射管10X的情况下，若为了提高冷却能力而加大制冷剂的流量，则制冷剂的一部分会从冷却对象反弹，因此相对于流量的加大，提高冷却能力的效果较小，但是如图4中(c)所示的制冷剂喷射管10Y那样，通过将喷射口设为狭缝形状，由此喷射压力分散，能够获得改善效果。进而，采用本实施方式的制冷剂喷射管10，由于制冷剂到达区域RCR的面积变得比制冷剂喷射管10Y更大，因此即使加大制冷剂流量，也几乎不会发生喷射出的制冷剂的反弹，能够得到与流量的加大相匹配的较高的冷却能力。

对冷却对象进行冷却的能力能够使用在下式中定义的热阻Rth的倒数进行表示。

Rth＝1/(hoil×Awet)

这里，hoil是冷却油的传热系数，Awet是制冷剂浸湿面积。

因此，通过增加制冷剂浸湿面积Awet，热阻Rth降低，从而能够提高冷却能力。

另外，本发明并不局限于上述实施方式，而能够进行各种变形。例如，可以使用图5中(a)所示的制冷剂喷射管120来替代制冷剂喷射管10。制冷剂喷射管120具备管主体120a、制冷剂通路120b以及与上述实施方式相同地与制冷剂通路120b连通的喷射通路121b。制冷剂通路120b的截面形成为以喷射通路121b与制冷剂通路120b的连接部PC的位置为顶点的近似倒三角形状。通过像这样形成制冷剂通路120b，由此能够获得提高向喷射通路121b流入的制冷剂的流速的效果。

此外，还可以使用图5中(b)所示的制冷剂喷射管10Z来替代制冷剂喷射管10。制冷剂喷射管10Z具备管主体10c和制冷剂通路10d，制冷剂通路10d具备：大径部10d1，其具有与上述实施方式的制冷剂通路10b相同的内径；和小径部10d2，其具有比大径部10d1小的直径，两个制冷剂喷射部11中的一个配置于大径部10d1，另一个配置于小径部10d2。制冷剂如箭头A所示，从流入口10e流入。

像这样，越远离流入口10e，越将制冷剂通路的直径(截面积)设定得小，由此能够获得提高向设置于远离流入口10e的位置处的制冷剂喷射部11(喷射通路11b)流入的制冷剂的流速的效果。

此外，在上述实施方式中，在定子6的上方设置一根制冷剂喷射管10，但也可以例如如图6所示，设置两根制冷剂喷射管10A、10B。通过像这样增加制冷剂喷射管的数量，由此能够进一步提高冷却能力。

此外，还可以如图7所示，通过由外壳102的内壁面和通路罩113构成制冷剂通路110，将构成通路罩113的部件设为外径与制冷剂喷射管10相同的半圆筒形状，由此设置与本发明的制冷剂喷射部11相同的制冷剂喷射部111。在该变形例中，外壳102和通路罩113相当于通路形成部件。

此外，在上述实施方式中，制冷剂喷射管10设置为沿旋转电机1的旋转轴3的方向延伸，但也可以如上述专利文献2所示，在旋转电机的轴向尺寸较小的情况下，将制冷剂喷射管10设置为在沿定子(线圈端部6b)的外周的方向上或者与旋转轴3垂直的方向上呈直线状延伸。

此外，本发明的冷却装置的冷却对象并不局限于定子6的线圈端部6b，也可以以整个定子6为对象。而且，本发明例如也能够用作在实施切削加工等机械加工的情况下对变得高温的加工对象物进行冷却的冷却装置或者对在电子计算机、控制装置中使用的CPU(中央处理装置)进行冷却的冷却装置等。此外，制冷剂并不局限于冷却油，也可以是冷却水。

Claims (3)

1.一种冷却装置，向冷却对象喷射制冷剂来对所述冷却对象进行冷却，其特征在于，具备：

通路形成部件，其包括供所述制冷剂流动的制冷剂通路，设置于能够向所述冷却对象喷射所述制冷剂的位置；和

喷射通路，其从所述制冷剂通路通过所述通路形成部件的内部，在设置于面朝所述冷却对象的位置处的喷射口开口，用于向所述冷却对象喷射所述制冷剂，

所述喷射通路的截面积形成为：在所述喷射口的附近，随着趋向所述喷射口而逐渐增加，

所述制冷剂通路的截面形成为以所述喷射通路与所述制冷剂通路的连接部的位置为顶点的近似倒三角形状。

2.根据权利要求1所述的冷却装置，其特征在于，

所述制冷剂通路具有供所述制冷剂流入的流入口，且形成为越远离所述流入口，该制冷剂通路的通路截面的面积越减小。

3.根据权利要求1或2所述的冷却装置，其特征在于，

所述冷却对象为构成旋转电机的定子，所述旋转电机具备旋转轴和转子，所述转子在所述定子的内侧固定于所述旋转轴，基于由所述定子产生的磁通而旋转，所述通路形成部件设置为沿所述旋转轴的轴向延伸。

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