JP2005229672A - 回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】回転電機のコイルエンドを比較的簡単な構成の冷却液槽を用いてより確実に冷却する。
【解決手段】コイルエンド部２４の頂上部の周壁上に、当該コイルエンド部２４を冷却するための冷却液を貯える冷却液槽２８が載置される。その冷却液槽２８には、供給された冷却液を貯える冷却液貯留部２８ａと、その冷却液貯留部２８ａに接続され、冷却液をコイルエンド部２４の頂上側からその両側の周壁上に分配して供給する少なくとも二つの冷却液供給口２８ｂと、が設けられる。
【選択図】図２

Description

本発明は、モータやジェネレータ等の回転電機に関し、特に、コイルの温度上昇を抑制する技術に関する。

回転電機の運転によってコイル温度が上昇することは従来より知られており、その対策について記載した文献もある。例えば、特許文献１では、図７に示すように、上方で飛散された潤滑油を一旦フレーム上面５０ａに貯め、フレーム５０に設けた油滴下孔５０ｂからその下方のコイルエンド部５２に向けて落下させている。こうして供給された潤滑油によってコイルエンド部５２の冷却を図っている。なお、図７において、５４はステータ、５６はロータ、５８はコイルエンド部５２とフレーム５０とを絶縁するための絶縁板である。

特開平８−２６１１５２号公報

しかしながら、特許文献１のように、冷却液の保持された領域からコイルまたはコイルエンド部にその冷却液を供給するための供給口を設けた場合、冷却液が、供給口の形成された部材の壁面に沿って流れるなど、所期の方向に確実に抜けない場合がある。例えば、図７の例でも、特に潤滑油の供給量が十分でないときには、フレーム上面５０ａ上に貯められた潤滑油の一部が油滴下孔５０ｂから下方に抜けず、破線Ｌで示すように、フレーム５０の裏側壁面を伝い、結果としてコイルエンド部５２に十分な冷却液が供給されない場合が想定される。潤滑油が所望の位置に供給されないと、潤滑油の供給量に対する冷却効率が低くなってしまう。また、潤滑油をコイルエンドの複数の位置に供給して冷却するように構成した場合には、それらの全ての位置に潤滑油が供給されず、供給された特定の一部分のみが冷却されるという状態に陥るのも望ましくない。

本発明にかかる回転電機は、水平方向に伸びる回転軸心を中心に回転自在なロータと、上記ロータの周面に対向する複数のスロットを有するステータと、上記スロットにて巻装されたコイルと、を備え、上記コイルがステータの軸方向端部位置から軸方向に張り出した領域として略環状のコイルエンド部が形成された回転電機において、上記コイルエンド部の頂上部の周壁上に、当該コイルエンド部を冷却するための冷却液を貯える冷却液槽が載置され、上記冷却液槽には、供給された冷却液を貯える冷却液貯留部と、上記冷却液貯留部に接続され、冷却液をコイルエンド部の頂上側からその両側の周壁上に分配して供給する少なくとも二つの冷却液供給口と、が設けられる。

また上記本発明にかかる回転電機では、上記冷却液槽は、紐状の固定部材を用いてコイルエンド部に緊縛固定されるのが好適である。

また上記本発明にかかる回転電機では、上記コイルエンド部は、各スロットからリード線が引き出される部分として周方向に沿って複数形成されたリード線束と、引き出されたリード線が集束する略環状の集束部とを備え、上記リード線束の径方向外側かつステータの軸方向端面と上記集束部のステータ側の側面との間には、上記集束部に沿った環状の括れ領域が形成され、また上記冷却液槽の下底には突出部が形成され、当該突出部は、冷却液槽をコイルエンド部上に載置したときに当該括れ領域に嵌め込まれるのが好適である。

また上記本発明にかかる回転電機では、上記突出部の底壁の上側に上記冷却液貯留部が形成されているのが好適である。

また上記本発明にかかる回転電機では、上記冷却液槽のステータ側の側壁には、ステータの軸方向端面に当接する平面状の当接部が形成されるのが好適である。

また上記本発明にかかる回転電機では、上記冷却液槽の下底には、相互に隣接するリード線束の間に差し込まれるべく係止部材が立設されるのが好適である。

以下、本発明の好適な実施形態について図面を参照して説明する。

図１は、本発明の実施形態にかかる回転電機１０の一例を回転軸１２の側方から見た図（一部断面図）、また図２は、図１の回転電機１０のうち冷却液槽２８の設けられる部分を拡大した斜視図である。図１に例示される回転電機（例えばモータまたはジェネレータ）１０は、回転軸心Ｒ周りに回転自在なロータ１４と、ロータ１４の周面に対向するティース１６（およびティース１６間に形成されるスロット）を有する円周状のステータ２０と、を備える。ティース１６の周囲には（すなわちスロットにおいて）、コイル２２が巻装されており、そのコイル２２がステータ２０から軸方向に張り出す部分としてコイルエンド部２４が形成されている。ロータ１４は磁石２６を備えており、この磁石２６の磁力とコイル２２の通電による磁力との関係によって、電力をトルクに変換したり、逆にトルクを電力に変換したりすることができる。なお、本実施形態にかかる回転電機１０は、図１に示すように、内側にロータ１４、外側にステータ２０を配し、通常使用状態では回転軸心Ｒ（および回転軸１２）が略水平となるように設置される。

回転電機１０の運転時には、コイル２２を成すリード線の抵抗によって電気エネルギの一部が熱エネルギに変換され、コイル２２が発熱する。この発熱による温度上昇を抑えるべく、本実施形態では、コイルエンド部２４の表面に冷却液を供給する機構を備える。具体的には、コイルエンド部２４の頂上部の周壁上に冷却液槽２８を装着し、この冷却液槽２８から、コイルエンド部２４の表面上に冷却液を供給する。コイルエンド部２４に供給された冷却液は、ケーシング３２内に落下し、その下方に貯留される。そして、そこに貯留された冷却液がポンプ３０（この例では回転電機１０とは別に設けたポンプ）によって吸引され、ケーシング３２（およびステータ２０）内に形成された通路３４に供給され、通路３４の末端の供給口３４ｅから冷却液槽２８に排出される。このように、本実施形態では、冷却液の循環路が形成されている。なお、コイルエンド部２４の下方側は、ケーシング３２内に貯留された冷却液に浸されている。

図１および図２に示すように、この例では、冷却液槽２８は、コイルエンド部２４の頂上部の周壁上に載置される。冷却液槽をステータやケーシングに支持させる場合には、ブラケットやボルト等を用いることが一般的に考えられるが、本実施形態では、冷却液槽２８をコイルエンド部２４の頂上部に載置することで、ブラケットやボルト等を用いない極めて簡素な支持構成が実現されている。

図３は、冷却液槽２８の斜視図である。図３に示すように、冷却液槽２８には、供給された冷却液を貯える冷却液貯留部２８ａと、冷却液貯留部２８ａに接続され、冷却液をコイルエンド部２４の頂上側からその両側の周壁上に分配して供給する二つの冷却液供給口２８ｂと、が設けられている。例えばステータ２０側から供給された冷却液を、開水路として形成された供給路によって、直接（すなわち全く貯留することなくそのまま）分配する場合には、ステータ２０側からその供給路に冷却液を供給する位置や、その供給方向などを適切なものとしなければ、冷却液を所期の比率に分配できなくなるおそれがある。これに対し、本実施形態では、供給された冷却液を一旦冷却液貯留部２８ａに貯留し、冷却液貯留部２８ａから溢れ出る冷却液を分配するように構成しているから、冷却液槽２８への供給位置や供給方向が多少ばらついたり変化したりしたとしても、それによる分配比率への影響は小さくなる。すなわち、本実施形態によれば、冷却液の通路３４や供給口３４ｅのレイアウトの自由度が増大するというメリットがある。また、より確実に所期の比率で冷却液を分配することができるというメリットもある。

図４の（ａ）は、図２の断面Ａ（ただし、冷却液槽２８が装着されない状態）、（ｂ）は、断面Ａ（ただし、冷却液槽２８が装着された状態）、そして（ｃ）は、断面Ｂ（ただし、冷却液槽２８が装着された状態）を示す図である。コイルエンド部２４は、大別して、各スロットからリード線が引き出される部分として周方向に沿って複数形成されたリード線束２４ａと、引き出されたリード線が集束する略環状の集束部２４ｂとを含む。ここで、図４（ａ）からわかるように、集束部２４ｂの高さは、通常、リード線束２４ａの高さより高い。これは、集束部２４ｂにおいて、複数のスロットからのリード線が重なり合うからである。したがって、リード線束２４ａの半径方向外側の領域であって、ステータ２０の軸方向端面２０ａと集束部２４ｂのステータ２０側の側面との間となる領域は、略溝状かつ環状のスペース（これを括れ領域３６と称する）となる。本実施形態では、この括れ領域３６を、冷却液槽２８の支持（固定）および位置決めに利用している。すなわち、冷却液槽２８の下底に、その括れ領域３６に嵌め込まれる形状の突出部２８ｃを形成し、括れ領域３６と突出部２８ｃとの係合（望ましくは嵌合）によって冷却液槽２８を少なくとも軸方向に係止するようにしている。そして、図４に示すように、突出部２８ｃの底壁２８ｄの上側に、冷却液貯留部２８ａを形成している。このように、括れ領域３６を冷却液貯留部２８ａ用のスペースとして利用することで、ケーシング３２内で冷却液槽２８を効率よく配置し、回転電機１０が大きくなるのを抑制している。

なお、集束部２４ｂの上側には、棚部２８ｇが形成されている。棚部２８ｇは、集束部２４ｂの周壁に沿って周方向に湾曲している。そして、冷却液供給口２８ｂは、棚部２８ｇの周方向の両端部において、側壁２８ｈの切り欠きとして設けられている。

ところで、図４および図２の例では、冷却液槽２８のステータ２０側の側壁２８ｅには、ステータ２０の軸方向端面２０ａに当接する平面状の当接部（２８ｅ）が形成されている。この例では、側壁２８ｅのほぼ全域が平面となっており、ステータ２０の軸方向端面２０ａに密着している。そして、この例では、ステータ２０の頂上部には、冷却液の供給口３４ｅが形成されている。このような構成において、供給口３４ｅから吐出された冷却液は、直接（勢いが強い場合）、あるいは軸方向端面２０ａおよび側壁２８ｅの内側表面を伝って（勢いが弱い場合）冷却液貯留部２８ａに到達する。このとき、供給口３４ｅの位置は、側壁（当接部）２８ｅがステータ２０の軸方向端面２０ａに当接している部分の上方領域内で、周方向にオフセット可能である。冷却液は一旦冷却液貯留部２８ａに供給され、その後そこから溢れ出て分配されるから、オフセット量がその領域内であれば、冷却液の分配比率への影響は少ない。すなわち、このように、冷却液槽２８の側壁２８ｅを一定の範囲に亘ってステータ２０の軸方向端面２０ａに当接させることで、冷却液の通路３４や供給口３４ｅのレイアウトの自由度がさらに増大し、ひいては回転電機１０の小型化につながる。

また、図２に例示するように、冷却液槽２８は、紐状の固定部材（例えば集束部２４ｂでリード線を束ねるレーシング紐、タイラップなど）３８を用いてコイルエンド部２４に緊縛固定するのが好適である。このように紐状の固定部材３８という簡素な構成の固定部材を用いることで、回転電機１０の大型化や、ボルトやブラケット等の固定用の部品点数の増大等を抑制することができる。特に、紐状の固定部材３８として、レーシング紐を用いた場合、部品の共用による製造コスト削減の効果も得られる。なお、コイルエンド部２４には、リード線を固着させるべくワニスが用いられており、このワニスを、冷却液槽２８の固定に利用するのが更に好適である。

また、図２の例では、集束部２４ｂ上の周方向の両端部に冷却液供給口２８ｂが設けられており、その冷却液供給口２８ｂの口先に、周方向に伸びる爪２８ｆが設けられている。そして、その爪２８ｆ上を紐状の固定部材３８が掛け渡され、当該固定部材３８により、コイルエンド部２４（その集束部２４ｂ）に冷却液槽２８が緊縛固定されている。しかしながら、紐状の固定部材３８を掛け渡す位置はこの位置には限定されない。なお、爪２８ｆには紐状の固定部材３８を収容する溝２８ｉが形成されている。これにより、紐状の固定部材３８が冷却液のスムーズな吐出の障害となるのが抑制されている。

図５は、本発明の実施形態にかかる冷却液槽の別の一例（４２）およびそれをコイルエンド部２４の頂上部に装着する様子を示す斜視図である。この冷却液槽４２の下底には、長手方向に沿って、複数の係止部材４２ａが立設されている。これら係止部材４２ａのピッチは、リード線束２４ａ間の間隙のピッチに一致しており、また各係止部材４２ａの長手方向の幅は、その間隙の幅より若干小さくなっている。このような構成によれば、各係止部材４２ａを対応する間隙に差し込みつつ、冷却液槽４２をコイルエンド部２４の頂上部の周壁上に載置するという極めて簡単な作業により、冷却液槽４２が所定の位置に位置決めされかつ係止される。なお、係止部材４２ａが設けられている点以外、冷却液槽４２の各部の形状は既出の冷却液槽２８と同じであるため、ここでは、係止部材４２ａ以外の部分の詳細な説明は省略する。また、この冷却液槽４２は、上記冷却液槽２８に替えて用いることができるものである。

図６は、本発明の実施形態にかかる冷却液槽の別の一例（４４）を示す斜視図である。この冷却液槽４４の棚部２８ｇには、周方向にそって複数の貫通孔４４ａが設けられている。冷却液はこれら貫通孔４４ａからも下方に抜け、集束部２４ｂの周壁上に供給される。すなわち、これら貫通孔４４ａも本発明の冷却液供給口に相当するものである。この例では、コイルエンド部２４の頂上部で冷却液槽４４が覆い被さる部分にも冷却液が供給されることとなり、その分、冷却液槽２８、４２に比べてコイルエンド部２４の冷却能力が高い。なお、図示しないが、集束部２４ｂの周壁表面には細かい凹凸があり、集束部２４ｂの周壁と冷却液槽４４の底面とは広い範囲に亘って完全に密着するものではない。すなわち、貫通孔４４ａから抜けた冷却液は集束部２４ｂの周壁を伝って流下することができる。また、複数の貫通孔４４ａが設けられている点以外、冷却液槽４２の各部の形状は既出の冷却液槽２８と同じであるため、ここでは、係止部材４２ａ以外の部分の詳細な説明は省略する。また、この冷却液槽４４は、上記冷却液槽２８に替えて用いることができるものである。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態には限定されず、等価な範囲で種々の変形が可能である。

本発明の実施形態にかかる回転電機の要部構成の一例を示す側面図（一部断面図）である。 図１の回転電機の一部を示す斜視図である。 図１の回転電機で用いられる冷却液槽の一例を示す斜視図である。 図２で冷却液槽が装着されていない状態での断面Ａ（ａ）、冷却液槽が装着された状態での断面Ａ（ｂ）および断面Ｂ（ｃ）を示す図である。 図１の回転電機で用いられる冷却液槽の別の一例を示す斜視図である。 図１の回転電機で用いられる冷却液槽のさらに別の一例を示す斜視図である。 従来の回転電機を示す図である。

符号の説明

１０ 回転電機、１２ 回転軸、１４ ロータ、１６ ティース、２０ ステータ、２０ａ 軸方向端面、２２ コイル、２４ コイルエンド部、２４ａ リード線束、２４ｂ 集束部、２６ 磁石、２８，４２，４４ 冷却液槽、２８ａ 冷却液貯留部、２８ｂ 冷却液供給口、２８ｃ 突出部、２８ｄ 底壁、２８ｅ （ステータ２０側の）側壁（当接部）、２８ｆ 爪、２８ｇ 棚部、２８ｈ 側壁、２８ｉ 溝、３０ ポンプ、３２ ケーシング、３４ 通路、３４ｅ 供給口、３６ 括れ領域、３８ 固定部材、４２ａ 係止部材、４４ａ 貫通孔。

Claims (6)

1. 水平方向に伸びる回転軸心を中心に回転自在なロータと、前記ロータの周面に対向する複数のスロットを有するステータと、前記スロットにて巻装されたコイルと、を備え、前記コイルがステータの軸方向端部位置から軸方向に張り出した領域として略環状のコイルエンド部が形成された回転電機において、
   前記コイルエンド部の頂上部の周壁上に、当該コイルエンド部を冷却するための冷却液を貯える冷却液槽が載置され、
   前記冷却液槽には、
   供給された冷却液を貯える冷却液貯留部と、
   前記冷却液貯留部に接続され、冷却液をコイルエンド部の頂上側からその両側の周壁上に分配して供給する少なくとも二つの冷却液供給口と、
   が設けられることを特徴とする回転電機。
2. 前記冷却液槽は、紐状の固定部材を用いてコイルエンド部に緊縛固定されることを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
3. 前記コイルエンド部は、各スロットからリード線が引き出される部分として周方向に沿って複数形成されたリード線束と、引き出されたリード線が集束する略環状の集束部とを備え、
   前記リード線束の径方向外側かつステータの軸方向端面と前記集束部のステータ側の側面との間には、前記集束部に沿った環状の括れ領域が形成され、また前記冷却液槽の下底には突出部が形成され、当該突出部は、冷却液槽をコイルエンド部上に載置したときに当該括れ領域に嵌め込まれることを特徴とする請求項１または２に記載の回転電機。
4. 前記突出部の底壁の上側に前記冷却液貯留部が形成されていることを特徴とする請求項３に記載の回転電機。
5. 前記冷却液槽のステータ側の側壁には、ステータの軸方向端面に当接する平面状の当接部が形成されることを特徴とする請求項４に記載の回転電機。
6. 前記冷却液槽の下底には、相互に隣接するリード線束の間に差し込まれるべく係止部材が立設されることを特徴とする請求項３〜５のうちいずれか一つに記載の回転電機。

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