JP2004159402A

JP2004159402A - 電動機及び電動発電機

Info

Publication number: JP2004159402A
Application number: JP2002321174A
Authority: JP
Inventors: Haruhiko Ishihara; 治彦石原; Manabu Okamura; 学岡村; Masami Hirata; 雅己平田; Shinichi Kominato; 真一小湊
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2002-11-05
Filing date: 2002-11-05
Publication date: 2004-06-03

Abstract

【課題】ロータの冷却性能の向上を図る。
【解決手段】ロータシャフト１０の軸方向両端部に流入口２２及び流出口２３を設けると共に前記流入口２２から前記流出口２３まで延びる冷媒流路１６〜１９をロータシャフト１０及びロータコア１２の内部に設け、電動機１の駆動時に前記冷媒流路１６〜１９に冷媒を流通させた。これにより、ロータ６を内部から冷却することができる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷媒を循環させてロータを冷却する電動機及びこのような電動機を備えた電動発電機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の電動機には、ロータコアの全体を覆いロータと一体的に回転するロータキャンを設け、ロータコアとロータキャンとの間に冷媒を流通させてロータコアを冷却するようにしたものがある（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平９−１６３６８２号公報（図１）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記従来の電動機では、冷媒流路がロータコアの外部にのみ設けられており、ロータ全体を十分に冷却することができないという問題があった。
【０００５】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、ロータの冷却性能の向上を図った電動機及び電動発電機を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１の電動機は、ステータと、前記ステータと径方向に対向配置されたロータコア及びロータシャフトを有するロータと、前記ロータシャフトの軸方向両端部に設けられた流入口及び流出口と、前記ロータシャフト及び前記ロータコアの内部を貫通し前記流入口から前記流出口まで延びる冷媒流路とを備えることを特徴とする。
上記構成によれば、冷媒流路に冷媒を流通させることによりロータシャフト及びロータコアを内部から冷却することができる。
【０００７】
本発明の請求項２の電動機は、前記流出口をロータシャフトの外周面に開口するように構成したことを特徴とする。
上記構成によれば、ロータシャフトの回転時における遠心力によって冷媒流路の冷媒を流出口から流出させることができる。また、流入口及び流出口のいずれもがロータシャフトの両端面に開口していると、ロータシャフトに取付ける負荷装置の内部を冷媒が流通する構成にする必要があり構成が複雑になる。上記構成によれば、前記ロータシャフトの流出口よりも先の部分に負荷装置を取付けることにより、前記負荷装置の内部に冷媒を流通させなくても済む。
【０００８】
本発明の請求項３の電動機では、冷媒流路の断面積を流入口側よりも流出口側の方が大きくなるように構成している。このような構成によれば、流入口側と流出口側との間に生じる圧力差により、冷媒が流通し易くなる。
【０００９】
本発明の請求項４の電動機は、ロータシャフトと一体的に回転し冷媒流路内の冷媒を流入口から流出口に向かって圧送するインペラを設け、前記インペラをロータシャフト及びロータコアよりも熱伝導率が高い材料から構成したことを特徴とする。
上記構成によれば、前記インペラを放熱フィンとしても機能させることができる。
【００１０】
本発明の請求項５の電動機は、ロータシャフトの内部を貫通する冷媒流路を、その軸方向中心が前記ロータシャフトの軸方向中心と略一致するように構成すると共に、その内周面に軸方向に延びる螺旋状の溝部を設けたことを特徴とする。上記構成によれば、ロータシャフトの回転に伴いロータシャフトの冷媒流路を流通する冷媒が前記溝部によって流出口側に押し出される。
【００１１】
この場合、前記ロータシャフトの冷媒流路に前記ロータシャフトよりも熱伝導率が高い材料からなる溝部形成部材を嵌め込むことにより前記溝部を構成すると良い（請求項６の発明）。上記構成によれば、簡単にロータシャフトの冷媒流路内に溝部を設けることができる。また、溝部形成部材が放熱フィンとして機能するため、ロータシャフトの冷却性能が向上する。
【００１２】
本発明の請求項７は、前記ロータの内部に永久磁石を組み込んでなる電動機において、前記永久磁石の近傍に冷媒流路を設けたところに特徴を有する。
上記構成によれば、永久磁石の温度上昇による磁気特性の低下、即ちモータ特性の低下を抑えることができる。
【００１３】
本発明の請求項８の電動発電機は、請求項１ないし７のうちのいずれかに記載の電動機と、前記電動機に連結された発電機とを備えて構成したものであり、このような構成においても上記した作用、効果を得ることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１の実施例について図１ないし図４を参照しながら説明する。まず、本実施例に係る電動機の全体構成を示す図１において、電動機１のケーシング２は、仕切板３により内部がモータ室４と圧送室５とに区画されている。
【００１５】
前記モータ室４には、ロータ６及びステータ７が配置されている。ステータ７は、モータ室４の側壁部の内面に固定されたステータコア８及びステータコア８に巻装された巻線９から構成されている。前記ステータコア８は、所定形状のけい素鋼板を多数枚積層して構成されている。
【００１６】
前記ロータ６は、前記ステータ７の内周部に配置されており、モータ室４及び圧送室５を貫通するように設けられた例えば鉄製のロータシャフト１０を備えている。前記モータシャフト１０は、圧送室５の下部（仕切板３の上面）及びモータ室４の下部に固定された軸受１１，１１により回転可能に支持されている。
【００１７】
図１から図３に示すように、前記ロータシャフト１０のうちモータ室４に位置する部分にはロータコア１２及び前記ロータコア１２の上下両端部に取付けられた円筒容器状のケース１３ａ、１３ｂが嵌合されている。前記ロータコア１２の外周面は前記ステータコア８の内周面と間隙を介して対向している。ロータシャフト１０、ロータコア１２、ケース１３ａ，１３ｂからロータ６が構成されている。尚、ロータコア１２とケース１３ａ，１３ｂとの間は水密に封止されている。また、ロータコア１２とロータシャフト１０とは樹脂により一体成形されている。
【００１８】
ロータコア１２はロータシャフト１０を挿通するための孔部を中央に有する例えば電磁鉄板を多数枚積層することにより構成されている。ロータコア１２の内部にはＶ字状に配置された複数対例えば８対の挿入孔１４が設けられており、各挿入孔１４にはそれぞれ磁極形成用の永久磁石１５が組み込まれている。一対の挿入孔１４は、内周側から外周側に向かって間隔が広くなるように配置されている。
【００１９】
前記ロータコア１２の外周部のうち各挿入孔１４の間に位置する部分には前記ロータコア１２を軸方向に貫通する断面矩形状の空隙部１６，１７がそれぞれ設けられている。また、ロータコア１２のうち一対の挿入孔１４の内周側端部に位置する部分には前記ロータコア１２を軸方向に貫通する断面菱形状の空隙部１８が設けられている。詳しい説明は省略するが、前記空隙部１６〜１８は永久磁石１５を出入りする磁束の有効利用を図るため及びトルク変動を抑制するために設けられており、後述するように冷媒流路としても機能する。
【００２０】
前記ロータシャフト１０の内部には、ロータシャフト１０の下端部から圧送室５内に位置する部分まで延びる断面略円形状の管路１９（冷媒流路に相当）が設けられている。図示は省略するが、前記管路１９の内径寸法は下部から上部に向かって徐々に大きくなるように構成されている。また、前記管路１９は、その軸方向中心がロータシャフト１０の軸方向中心と一致するように設けられている。
【００２１】
また、図４に示すように、前記管路１９の内面には下部から上部に向かって螺旋状に延びる溝部２０が設けられている。前記溝部２０は、管路１９の内部にばね状部材２１（溝部形成部材に相当）を嵌め込むことにより構成されている。このような構成により、管路１９内に溝部２０を比較的簡単に形成することができる。前記ばね状部材２１は、ロータシャフト１０及びロータコア１２よりも熱伝導率が高い材料例えばアルミニウムから形成されている。
【００２２】
前記ロータシャフト１０の下端部の開口は流入口２２とされており、前記流入口２２を通して図示しない冷媒供給源から冷媒（例えば水）が前記管路１９内に供給されるようになっている。前記ロータシャフト１０のうち前記管路１９の上部に位置する部分には、前記管路１９と圧送室５とを連通する流出口２３が設けられている。また、ロータシャフト１０のうち前記ケース１３ａ，１３ｂで覆われる部分には、管路１９に連通する開口２４，２５がそれぞれ複数ずつ設けられている。
【００２３】
一方、前記圧送室５の側壁部には開口２６が設けられており、前記開口２６には還流路２７が接続されている。前記ロータシャフト１０の外周面のうち前記流出口２３の近傍にはインペラ２８が設けられている。前記インペラ２８は、圧送室５内の冷媒を開口２６から還流路２７内に排出させるためのものであり、ロータシャフト１０よりも熱伝導率が高い材料、例えばアルミニウムから構成されている。前記還流路２７には前記冷媒供給源が接続されている。
【００２４】
次に、上記構成の作用について説明する。前記電動機１が駆動されてロータ６が回転すると、ロータシャフト１０と一体的に回転するインペラ２８のポンプ作用により流入口２２から管路１９内に冷媒が流入し、流出口２３に向かって流れる。また、管路１９に流入した冷媒は、ロータシャフト１０と共に回転する溝部２０によって上方に押し出される。更に、管路１９の内径寸法が上方に向かって徐々に大きくなっており管路１９内の上部と下部において圧力差が生じる。このため、管路１９内の冷媒は上方に向かって効率良く流れる。
【００２５】
管路１９を上方に向かって流れた冷媒は、流出口２３から圧送室５内に排出される。このとき、流出口２３はロータシャフト１０の外周面に開口しているため、管路１９内の冷媒はロータシャフト１０の回転に伴う遠心力によって効率良く圧送室５内に排出される。圧送室５内に排出された冷媒は、インペラ２８によって還流路２７内に圧送され冷媒供給源に戻される。
【００２６】
また、管路１９を上方に向かって流れる冷媒の一部は開口２５からケース１３ｂ内に流入する。そして、空隙部１６〜１８を通って上昇し、ケース１３ａ内に流入した後、開口２４から管路１９に戻される。
【００２７】
このように、本実施例では、ロータシャフト１０の内部を貫通する管路１９及びロータコア１２の内部を貫通する空隙部１６〜１８に冷媒を流通させるように構成した。従って、電動機の駆動に伴うロータシャフト１０やロータコア１２の温度上昇を抑えることができる。
【００２８】
また、前記空隙部１６〜１８は磁束の有効利用を図るため及びトルク変動を抑制するために永久磁石１５の近傍に配置されているものである。従って、ロータコア１２の冷却のために冷媒流路を特別に設けなくても済み、しかも、永久磁石１５の温度上昇を効率良く抑えて磁気特性の低下即ちモータ特性の低下を抑えることができる。
【００２９】
ロータシャフト１０にインペラ２８を設けて、電動機１自身の駆動力（ロータ６の回転推力）によって管路１９内に冷媒を流通させるようにした。このため、電動機外にポンプ装置などを設けなくても済む。しかも、管路１９の内部に螺旋状の溝部２０を設けると共に管路１９の内径寸法を下部よりも上部の方が大きくなるように構成した。従って、管路１９内の冷媒を下部から上部に向かって流れ易くすることができる。
【００３０】
ロータシャフト１０の上部の外周部に流出口２３を設けた。従って、管路１９内の冷媒をロータシャフト１０の回転に伴う遠心力によって効率良く流出口２３から流出させることができる。また、流出口２３がロータシャフト１０の上端部において開口する構成ではないため、ロータシャフト１０の上端部に取付ける負荷装置に冷媒を流通させなくても済み、負荷装置の構成を簡単にすることができる。
【００３１】
また、ばね状部材２１及びインペラ２８をロータシャフト１０よりも熱伝導率が高い材料から構成し、放熱フィンとして機能するように構成した。従って、ロータ６の冷却性能を一層高めることができる。
【００３２】
図５は本発明の第２の実施例を示すものであり、第１の実施例と異なるところを説明する。尚、第１の実施例と同一部分には同一符号を付している。この第２の実施例では、ケーシング２の外面に還流路３１を設けている。前記還流路３１は、圧送室５の開口２６から排出された冷媒を流入口２２に戻すためのものであり、ケーシング２の外面に沿って延びている。
【００３３】
上記構成によれば、還流路３１を流れる冷媒によってケーシング２及びステータ７が冷却されることにより、ロータ６を外部からも冷却することができる。
【００３４】
尚、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく例えば次のような変形が可能である。
電動機の外部に冷媒を冷媒流路に供給するためのポンプ装置を設けても良い。この場合は、上記実施例において冷媒流路内に設けた溝部を省略することができる。
【００３５】
溝部は、中空状のロータシャフトの内面に直接的に形成しても良い。
本発明は、インダクションモータやリラクタンスモータにも適用できる。また、アウタロータ形の電動機に限らずインナーロータ形の電動機にも適用できる。更に、上記構成の電動機に発電機を連結してなる電動発電機にも適用できる。
【００３６】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように本発明の電動機は、ロータシャフトの軸方向両端部に流入口及び流出口を設けると共に前記ロータシャフト及び前記ロータコアの内部を貫通し前記流入口から前記流出口まで延びる冷媒流路を設けたので、ロータシャフト及びロータコアを内部から効率良く冷却することができ、温度上昇による特性低下を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例を示す電動機の全体構成を示す縦断正面図
【図２】ロータコアの上面図
【図３】ロータの分解斜視図
【図４】ロータシャフトの一部を拡大して示す縦断面図
【図５】本発明の第２の実施例を示す図１相当図
【符号の説明】
図中、１は電動機、２はケーシング、６はロータ、７はステータ、１０はロータシャフト、１２はロータコア、１５は永久磁石、１６〜１８は空隙部（冷媒流路）、１９は管路（冷媒流路）、２０は溝部、２１はばね状部材（溝部形成部材）、２２は流入口、２３は流出口、２８はインペラ、３１は還流路を示す。

Claims

ステータと、
前記ステータと径方向に対向配置されたロータコア及びロータシャフトを有するロータと、
前記ロータシャフトの軸方向両端部に設けられた流入口及び流出口と、
前記ロータシャフト及び前記ロータコアの内部を貫通し前記流入口から前記流出口まで延びる冷媒流路とを備えることを特徴とする電動機。
流出口は、ロータシャフトの外周面に開口するように構成されていることを特徴とする請求項１記載の電動機。
冷媒流路の断面積は、流入口側よりも流出口側の方が大きくなるように構成されていることを特徴とする請求項１記載の電動機。
ロータシャフトと一体的に回転するように設けられ冷媒流路内の冷媒を流入口から流出口に向かって圧送するインペラを備えると共に、前記インペラは、ロータシャフト及びロータコアよりも熱伝導率が高い材料から構成されていることを特徴とする請求項１記載の電動機。
ロータシャフトの内部を貫通する冷媒流路は、その軸方向中心が前記ロータシャフトの軸方向中心と略一致するように構成されていると共に、その内周面には軸方向に延びる螺旋状の溝部が設けられていることを特徴とする請求項１記載の電動機。
溝部は、ロータシャフトの内部を貫通する冷媒流路に前記ロータシャフトよりも熱伝導率が高い材料からなる溝部形成部材を嵌め込むことにより構成されていることを特徴とする請求項５記載の電動機。
ロータコアは、内部に永久磁石が組み込まれて構成されていると共に前記永久磁石の近傍に冷媒流路が設けられていることを特徴とする請求項１記載の電動機。
請求項１ないし７のうちのいずれかに記載の電動機と、前記電動機に連結された発電機とを備えてなる電動発電機。