JP2001145302A - モータの冷却装置 - Google Patents
モータの冷却装置Info
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- H02K9/19—Arrangements for cooling or ventilating for machines with closed casing and closed-circuit cooling using a liquid cooling medium, e.g. oil
- H02K9/197—Arrangements for cooling or ventilating for machines with closed casing and closed-circuit cooling using a liquid cooling medium, e.g. oil in which the rotor or stator space is fluid-tight, e.g. to provide for different cooling media for rotor and stator
Abstract
長手方向に複数のスロット6を形成し、そのスロット6
の内側にコイル8を巻装するとともに、ロータ2とコイ
ル8の間にアンダープレート14を取り付け、アンダー
プレート14とスロット6とにより冷却通路15を形成
する。ステータ5の軸方向両端面にはそれぞれオイルジ
ャケット10,11を取り付けて各冷却通路15に連通
するオイル室12,13を形成し、オイル室12にオイ
ル供給口16を、オイル室13にオイル排出口17をそ
れぞれ設ける。これにより、オイル室12からオイル室
13に向けて冷却通路15内を冷却液が流れ、コイル8
は冷却液によって直接冷却される。
Description
に用いられるステータ巻線(固定子コイル)やステータ
コア(固定子鉄心)を冷却するモータの冷却装置に関す
る。
タ)と、その周囲に配設されステータ巻線が巻き付けら
れているステータコアとを有する。モータはステータ巻
線に通電して回転力を得、発電機はロータの回転により
ステータ巻線に流れる電流を取り出す。そして、ロータ
回転時にステータ巻線に電流が流れると、ステータコア
やステータ巻線が発熱する。この発熱を抑えるための冷
却装置が、例えば特開平8−251872号公報に開示
されている。この公報記載の冷却装置では、ステータコ
アの外周部に冷媒の通過する冷却ジャケットを設けると
ともに、この冷却ジャケットをステータコアの所定部
(中央部および両端部)においてステータコアの外周側
から内周側にかけて延設している。これにより、ステー
タ巻線の近傍を冷媒が流れ、ステータ巻線の発熱が低減
される。
た公報記載の装置では、ステータ巻線の所定部近傍に冷
媒を流すので、ステータ巻線は部分的に、かつ、ステー
タコアを介して間接的に冷却されることとなり、ステー
タ巻線を十分に冷却することができない。また、ステー
タコアを中央部で分割して冷却ジャケットを設けるの
で、構造が複雑となり、コストが増加する。
タ巻線の冷却効果を十分に高めることのできるモータの
冷却装置を提供することにある。
〜5を参照して説明する。 (1) 請求項1の発明は、回転軸心を中心に回転自在
な回転子2と、回転子2の周面に対向して回転軸心方向
に複数のスロット6を有するステータコア5と、スロッ
ト6の内側に巻装されたステータ巻線8とを備えたモー
タの冷却装置に適用される。そして、回転子2と対向し
て回転軸心に沿うスロット6の開放部を密封部材14で
覆うことによってスロット6に冷却通路15を形成し、
この冷却通路15内に冷却液を流すように構成したこと
により上述した目的は達成される。 (2) 請求項2の発明は、複数のスロット6に対応し
て冷却通路15を複数形成し、その冷却通路の各々に冷
却液を流すように構成したものである。 (3) 請求項3の発明は、ステータコア5の一端部で
複数の冷却通路15に互いに連通する入口室12と、ス
テータコア5の他端部で複数の冷却通路15に互いに連
通する出口室13とを備え、入口室12から出口室13
に向かい冷却通路15内に一方向に冷却液を流すように
構成したものである。 (4) 請求項4の発明は、図6,7に示すように、複
数の冷却通路15の各々に入口室12からの冷却液が等
しく分配されるように、入口室12内に冷却液の流れを
整流する整流板21a,21bを設けたものである。 (5) 請求項5の発明は、図8〜10に示すように、
ステータ巻線8の端部を入口室12内を引き回して外部
へ引き出し、冷却通路15の各々に入口室12からの冷
却液が等しく分配されるように、入口室12内に引き回
されるステータ巻線8の密度分布に応じて入口室12の
容積形状を変更するものである。 (6) 請求項6の発明は、図11〜15に示すよう
に、ステータコア5の一端部で、冷却通路の少なくとも
2本(15b,15c)を連通する第1の連通通路12
と、ステータコア5の他端部で、第1の連通通路12に
連通された冷却通路の少なくとも1本(15c)と他の
冷却通路(15d)とを連通する第2の連通通路13と
を備え、第1の連通通路12から冷却通路の少なくとも
1本(15c)を経て、第2の連通通路13および他の
冷却通路(15d)へと冷却液を流すように構成したも
のである。
解決するための手段の項では、本発明を分かり易くする
ために発明の実施の形態の図を用いたが、これにより本
発明が実施の形態に限定されるものではない。
軸心に沿うステータコアのスロットの開放部を密封部材
で覆うことにより冷却通路を形成し、その冷却通路内に
冷却液を流すようにしたので、スロットの内側に巻装さ
れたステータ巻線が冷却液によって直接冷却され、冷却
効果を高めることができるとともに、ステータ巻線に沿
って冷却液が流され、ステータ巻線を均一に冷却するこ
とができる。また、ステータ巻線を巻装するためのスロ
ットを冷却通路として用いるので、ステータコアの内部
に別途冷却通路を加工する必要がなく、コストも抑えら
れる。また、とくに請求項4の発明によれば、ステータ
コアの一端部で複数の冷却通路に連通する入口室に整流
板を設け、請求項5の発明によれば、入口室内に引き回
されるステータ巻線の密度分布に応じて入口室の容積形
状を変更するようにし、各々の冷却通路に冷却液が等し
く分配されるようにしたので、周方向を均一に冷却する
ことができる。さらに、請求項6の発明によれば、ステ
ータコアの一端部で冷却通路の少なくとも2本を連通す
るとともに、ステータコアの他端部でその冷却通路の少
なくとも1本と他の冷却通路とを連通し、それら冷却通
路を経てステータコアの一端部から他端部、他端部から
一端部へと冷却液を流し、ステータコアの内部に冷却液
を循環させるようにしたので、冷却液の流量を制御しつ
つコイルを冷却することができる。
施の形態について説明する。 −第1の実施の形態− 図1は本発明の第1の実施の形態に係わるモータの冷却
装置の側面断面図であり、図2は図1のII-II線断面
図、図3は図1のIII-III線断面図、図4は図1のIV-IV
線断面図である。なお、以下ではモータの回転軸を水平
面内に延設させ、回転軸に垂直な方向を上下方向と定義
する。図1〜4に示すように、フレーム1は、円筒板1
aと円筒板1aの両端部を閉塞する側板1b,1cとか
らなり、フレーム1の内部にはロータ2が収納されてい
る。ロータ2は側板1b,1cにそれぞれ固設されたベ
アリング3により回転自在に支持され、ロータ2の外周
面近傍には磁石4が設けられている。円筒板1aの内周
面には多層構造のステータ5(鉄心)が挿着され、ステ
ータ5の内周面とロータ2の外周面の間には所定の間隙
が設けられている。ステータ5の内周面には周方向等間
隔にスロット6が設けられ、各スロット6は軸方向に延
在し、ステータ5の両端部を貫通している。スロット6
の表面にはそれぞれ絶縁紙7が装着され、スロット6に
は絶縁紙7を介してコイル8が巻き付けられている。こ
れにより、コイル8に電流が流れると回転磁界が形成さ
れてロータ2が回転する。ロータ2の回転力は側板1
b,1cから突出されたロータ2の軸端部を介し、モー
タ2の動力として外部に取り出される。
を有するリング状のオイルジャケット10,11が取り
付けられ、ステータ5の両端面とオイルジャケット1
0,11の間にはそれぞれオイル室12,13が形成され
ている。また、各スロット6の開口部にはスロット6を
塞ぐようにオイルアンダープレート14が取り付けら
れ、スロット6とアンダープレート14とによりそれぞ
れ冷却通路15が形成されている。オイルジャケット1
0,11とオイルアンダープレート14は樹脂などの絶
縁部材からなっている。アンダープレート14の軸方向
両端面はオイルジャケット10,11の内周部10a,1
1aの端面にそれぞれ接合され(図13参照)、その接
合部、およびステータ2とオイルジャケット10,11
の接合部、ステータ2とアンダープレート14の接合部
はそれぞれシール材などによりシールされている。これ
により、各冷却通路15はオイル室12,13を介して
それぞれ連通し、オイル室12,13と冷却通路15と
により密閉空間が形成されている。オイルジャケット1
0の上方部には円筒板1aを貫通してオイル供給口16
が設けられ、オイルジャケット11の下方部には円筒板
1aを貫通してオイル排出口17が設けられている。な
お、各冷却通路15の通路断面積はそれぞれ等しくされ
ている。
置内の冷却液の流れを示す概念図である。冷却液として
は絶縁油が用いられる。不図示のポンプによって圧送さ
れた冷却液は、オイル供給口16を介してオイル室12
に供給され、各冷却通路15に分配される。冷却通路1
5に分配された冷却液は、通路15内に露出されたコイ
ル8と接触しながら一方向に流されて、オイル室13に
導かれる。この冷却液の流れにより、コイル8と冷却液
との間で熱交換がなされ、コイル8が冷却される。オイ
ル室11に導かれた冷却液はオイル排出口17を介して
フレーム1の外部へ排出される。排出された冷却液は不
図示のオイルクーラなどにより熱交換されて冷却され、
再び油室12に供給される。このようにして冷却液はフ
レーム1の内外を循環する。
イル8が配設されたステータ5内周部のスロット6をオ
イルアンダープレート14により閉鎖して冷却通路15
を形成し、この冷却通路15に冷却液を流すようにした
ので、冷却液によってコイル8は直接冷却され、コイル
8の冷却効果を高めることができる。また、コイル8は
スロット6に沿って巻かれているので、コイル全体を均
一に冷却することができる。さらに、コイル巻き付け用
のスロット6を冷却通路15として用いるので、ステー
タ5の内部などに冷却通路を別途加工する必要がなく、
加工コストも抑えられる。
等しく設定したが、オイル供給口16から各冷却通路1
5の入口までの経路はそれぞれ異なるので、通路面積を
等しく設定しただけでは冷却液の通過量を互いに等しく
することができない。具体的には、オイル室12に供給
された冷却液は下方に溜まるので、下方に位置する冷却
通路15内により多くの冷却液が流れる。そこで、第2
の実施の形態では、以下のようにしてオイル室12内の
冷却液の流れを調整し、各冷却通路15への冷却液の分
配量を調整する。
なるのは、オイル室12の形状である。図6は、第2の
実施の形態に係わるモータの冷却装置の側面断面図であ
り、図7は図6のVII-VII線断面図である。なお、図
6,7において図1,2と同一の箇所には同一の符号を
付し、以下ではその相違点を主に説明する。
いて、各冷却通路15の間には略放射状に整流板21
a,21bが配設され、整流板21a,21bはオイルジ
ャケット10の内側面に直交して接合されている。オイ
ル室12の上方側に位置する整流板21aの内径側端面
はオイルジャケット10の内径側周面に略垂直に接合さ
れ、整流板21aの外形側端面はオイルジャケット10
の外径側周面から離間している。一方、オイル室12の
下方側に位置する整流板21bの外径側端面はオイルジ
ャケット10の外径側周面に略垂直に接合され、整流板
21bの内径側端面はオイルジャケット10の内径側周
面から離間している。また、整流板21a,21bの周
方向長さ、軸方向長さは一定ではなく、オイル室12の
下方側に位置する整流板21bは上方側に位置する整流
板21aよりも板面積が大きくなっている。
21bを配設することで、オイル室12内の上方側から
下方側にかけて流路抵抗が大きくなり、オイル室12の
上方側に位置する冷却通路15に冷却液が流入しやすく
なる。その結果、各冷却通路15にほぼ同量の冷却液が
分配されることとなり、周方向を均一に冷却することが
できる。
ル室12の形状である。図8は第3の実施の形態に係わ
るモータの冷却装置の側面断面図であり、図9は図8の
IX-IX線断面図、図10は図8のX-X線断面図である。な
お、図9,10では主要部のみを全周にわたって図示す
る。また、図8〜10において図1,2と同一の箇所に
は同一の符号を付し、以下ではその相違点を主に説明す
る。
て、ステータ5に巻き付けられたコイル8の先端はそれ
ぞれオイル室内の一箇所(図では上方部)に集められ、
そこからオイルジャケット10および円筒板1aを貫通
してフレーム1の外部に取り出される。それ故、オイル
室内の下方側から上方側にかけてコイル8の配線が密に
なり、上方側の流路抵抗が増加する。このような流路抵
抗の増加により、オイル室12内の冷却液の流れが不均
一となり、各冷却通路15を通過する流量に差が生じや
すくなる。
0に示すように、オイル室12の径方向通路幅と同一幅
を有し、オイル室12内を円周方向に延在する板厚部材
22をオイルジャケット10の内側面に接合する。板厚
部材22の径方向の板厚tは位相毎で一定であるが、円
周方向の板厚tはコイル8の配線の密動分布に応じて変
化する。すなわち、図10(b)に示すように、円周方
向の板厚部材22の板厚tはオイル室の上方側から下方
側にかけて徐々に増加しており、コイルの配線が密であ
る上方部(位相0゜近傍)において板厚tは0、コイル
の配線が粗である最下部(位相180゜)において板厚
tは最大t1となっている。これによって、オイル室1
2内の流路抵抗が周方向で等しくなり、各冷却通路15
を通過する流量を等しくすることができる。なお、第3
の実施の形態と前述した第2の実施の形態とを組み合わ
せることで、オイル室12内の冷却液の流れの微調整が
可能となり、各冷却通路15を通過する流量を容易に等
しくすることができる。
室12からオイル室13にかけて冷却通路15内を一方
向に冷却液が流れるように構成した。これに対して第4
の実施の形態では、図11に示すように、オイル室1
2,13間を往復しながら冷却液が各冷却通路15を順
次通過するように構成する。
なるのは、ステータ5の両端部に設けられたオイル室1
2,13の形状である。図12は、第4の実施の形態に
係わるモータの冷却装置の側面断面図であり、図13は
図12のXIII-XIII線断面図、図14は図12のXIV-XIV
線断面図、図15は図12,13のXV-XV線断面図であ
る。なお、図13〜15では主要部のみを図示する。ま
た、図12〜15において図1,2,4と同一の箇所には
同一の符号を付し、以下ではその相違点を主に説明す
る。
5の内部には仕切板23が軸方向に延在して配置されて
いる。仕切板23の径方向両端面はスロット6の周面お
よびアンダープレート14にそれぞれ直交して接合さ
れ、各冷却通路15は周方向にそれぞれ2分割されてい
る。なお、以下では、図13,14に示すように、各コ
イル8を挟んで対向する冷却通路をそれぞれ対とし、対
となった冷却通路に互いに異なる符号15a〜15lを
付して説明する。
向一端面には整流板24または25の軸方向一端面が接
合され、オイル室13において、仕切板23の軸方向他
端面には整流板26または27の軸方向一端面が接合さ
れている。オイル室12の整流板24の残りの端面はオ
イルジャケット10の内側面および内周側,外周側周面
にそれぞれ接合され、整流板25の軸方向他端面および
内径側端面はオイルジャケット10の内側面および内周
側周面にそれぞれ接合されている。また、オイル室13
の整流板26の残りの端面はオイルジャケット11の内
側面および内周側,外周側周面にそれぞれ接合され、整
流板27の軸方向他端面および内径側端面はオイルジャ
ケット11の内側面および内周側周面にそれぞれ接合さ
れている。このようにオイル室12,13に整流板24,
26を配置することで、オイル室12,13が複数に分
割され、後述するように冷却液の流れが整流板24,2
6で阻止される。また、オイル室12,13に整流板2
5,27を配置することで、後述するように、整流板2
5,27の外径側端面とオイルジャケット10,11の外
径側端面との間の隙間を冷却液が通過する。
0の外周面には、冷却通路15aに連通するオイル室1
2に面してオイル供給口16が設けられ、冷却通路15
lに連通するオイル室12に面してオイル排出口17が
設けられている。冷却通路15a,15lに連通するオ
イル室12の周方向両側にはそれぞれ整流板24が配置
され、オイル室12の残りの周方向には整流板25と整
流板24が交互に配置されている。また、図14に示す
ように、冷却通路15aと冷却通路15lの間に位置す
るオイル室13には整流板26が配置され、オイル室1
3の残りの周方向には整流板27と整流板26が交互に
配置されている。
4〜27を配置することで、冷却液の流れは矢印の如く
制御され、図11に示すように、冷却液はオイル室1
2,13間を往復しながらフレーム1内を循環する。す
なわち、オイル供給口16からオイル室12に供給され
た冷却液は、整流板24によって周方向の流れが阻止さ
れるため、冷却通路15aを通ってオイル室13へと導
かれる。次いで、冷却液はオイル室13で整流板27の
外径側の隙間を通って冷却通路15bに導かれ、冷却通
路15bからオイル室12へと流される。続いて、冷却
液はオイル室12で整流板25の外径側の隙間を通って
冷却通路15cへ導かれ、冷却通路15cからオイル室
13へと流される。以降、同様にして、冷却液は冷却通
路15d,15e,15f,15g,15h,15i,15
j,15k,15lに順次に導かれ、オイル排出口17か
ら排出される。
イル室12,13に整流板24〜27を設けてオイル室
12,13を複数に分割し、オイル室12,13間を往復
させながら冷却液をフレーム1内に循環させるようにし
たので、冷却液の流量を抑えて、つまり冷却液を流量制
御してコイル8を冷却することができる。
たが、発電機にも同様に適用することができる。また、
上記実施の形態において、ステータ5の端部におけるオ
イルジャケット10,11の取り付け構造には種々のも
のが考えられ、例えばフレーム1とステータ5とでオイ
ルジャケット10,11を挟み込むようにすればよい。
さらに、上記実施の形態では、アンダープレート14を
周方向に複数設けるようにしたが、アンダープレート1
4をステータ5の内周面に沿って円筒形状とし、各アン
ダープレート14を一体化してもよい。
て、各冷却通路15を周方向に連通させ、冷却通路15
を一つとして構成してもよい。さらに、周方向に所定以
上の温度分布が存在する場合には、その温度分布に応じ
て各冷却通路15を通過する冷却液の流量を冷却通路1
5毎に変更するようにしてもよい。さらにまた、全ての
スロット6に対応して冷却通路15を形成するのではな
く、より高温となる特定のスロット6に対応して冷却通
路15を形成するようにしてもよい。
ル室12,13で2本の冷却通路(例えば15bと15
c,15cと15dなど)を連通させるようにしたが、
3本以上の冷却通路(例えば15bと15cと15d,
15dと15eと15fなど)を連通させるようにして
もよい。さらに、冷却液の流出入口16,17を各々複
数設けるようにしてもよい。
て、ロータ2が回転子を、コイル8がステータ巻線を、
オイルアンダープレート14が密封部材を、オイル室1
2が入口室を、オイル室13が出口室を、オイル室12
が第1の連通通路を、オイル室13が第2の連通通路を
それぞれ構成する。
却装置の側面断面図。
断面図(図1のII-II線断面図)。
断面図(図1のIII-III線断面図)。
断面図(図1のIV-IV線断面図)。
の冷却液の流れを示す概念図。
却装置の側面断面図。
断面図(図6のVII-VII線断面図)。
却装置の側面断面図。
断面図(図8のIX-IX線断面図)。
の断面図(図8のX-X線断面図)。
内の冷却液の流れを示す概念図。
冷却装置の側面断面図。
の断面図(図12のXIII-XIII線断面図)。
の断面図(図12のXIV-XIV線断面図)。
の断面図(図13,14のXV-XV線断面図)。
室 14 オイルアンダープレート 15,15a〜15l
冷却通路 21a,21b 整流板 22 板厚部
材 23 仕切板 24〜27 整流板
Claims (6)
- 【請求項1】 回転軸心を中心に回転自在な回転子と、 前記回転子の周面に対向して前記回転軸心方向に複数の
スロットを有するステータコアと、 前記スロットの内側に巻装されたステータ巻線とを備え
たモータの冷却装置において、 前記回転子と対向して前記回転軸心に沿う前記スロット
の開放部を密封部材で覆うことによって前記スロットに
冷却通路を形成し、この冷却通路内に冷却液を流すよう
に構成したことを特徴とするモータの冷却装置。 - 【請求項2】 請求項1に記載のモータの冷却装置にお
いて、 前記複数のスロットに対応して前記冷却通路を複数形成
し、その冷却通路の各々に冷却液を流すように構成した
ことを特徴とするモータの冷却装置。 - 【請求項3】 請求項2に記載のモータの冷却装置にお
いて、 前記ステータコアの一端部で前記複数の冷却通路に互い
に連通する入口室と、前記ステータコアの他端部で前記
複数の冷却通路に互いに連通する出口室とを備え、前記
入口室から前記出口室に向かい前記冷却通路内に一方向
に冷却液を流すように構成したことを特徴とするモータ
の冷却装置。 - 【請求項4】 請求項3に記載のモータの冷却装置にお
いて、 前記複数の冷却通路の各々に前記入口室からの冷却液が
等しく分配されるように、前記入口室内に冷却液の流れ
を整流する整流板を設けたことを特徴とするモータの冷
却装置。 - 【請求項5】 請求項3または4に記載のモータの冷却
装置において、 前記ステータ巻線の端部を前記入口室内を引き回して外
部へ引き出し、前記冷却通路の各々に前記入口室からの
冷却液が等しく分配されるように、前記入口室内に引き
回される前記ステータ巻線の密度分布に応じて前記入口
室の容積形状を変更することを特徴とするモータの冷却
装置。 - 【請求項6】 請求項2に記載のモータの冷却装置にお
いて、 前記ステータコアの一端部で、前記冷却通路の少なくと
も2本を連通する第1の連通通路と、 前記ステータコアの他端部で、前記第1の連通通路に連
通された前記冷却通路の少なくとも1本と他の冷却通路
とを連通する第2の連通通路とを備え、 前記第1の連通通路から前記冷却通路の少なくとも1本
を経て、前記第2の連通通路および前記他の冷却通路へ
と冷却液を流すように構成したことを特徴とするモータ
の冷却装置。
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