JP2011130545A - 熱回収装置 - Google Patents

Abstract

【課題】回転装置の熱を効率よく回収することができ、かつ回転装置で生じた熱を有効に熱交換器に伝え易い熱回収装置を提供する。
【解決手段】
本発明の熱回収装置は、コイル８が巻回されたステータコア７をハウジング４内に有するモータ１と、オイルＯと空気との間で熱交換が可能な熱交換器２と、モータ１と熱交換器２とを接続し、オイルＯを流通させる配管３ａ、３ｂとを備えている。熱回収装置は、オイルＯがコイル８と直接接触することによってコイル８から熱を吸熱する。モータ１は、オイルＯをハウジング４内に貯留する吸熱ジャケット１０、１１及びタンク１２と、吸熱ジャケット１０、１１及びタンク１２に貯留されたオイルＯの熱がハウジング４の外部に放熱することを防止する断熱材１３とを具備している。
【選択図】図１

Description

本発明は熱回収装置に関する。

従来、特許文献１に車両の駆動輪に適用されるモータが開示されている。このモータは、ハウジング内にステータコアとロータとを有しており、ステータコアにはコイルが巻回され、ロータには回転軸が取り付けられている。ステータコアの軸方向の両端には、コイルに隣接する環状のジャケットが固定されている。ジャケット内にはコイルを冷却するためのオイルの流路が形成されている。ジャケットには、流路内にオイルを流入するための流入口と、流路からオイルを流出させるための流出口とが形成されており、流出口及び流入口には配管が接続されている。また、ハウジング内は、ジャケットの流出口から流出したオイルを貯留できるようになっている。ハウジングの下部にも配管が接続されている。配管には、オイルを循環させるためのポンプ、オイルを貯留するリザーバタンク等が設けられている。

このモータは、コイルに電流が供給されることにより、ステータコアとロータとの間に磁界を生じ、ロータ及び回転軸が回転する。この間、コイルは発熱するが、その熱はジャケット内に貯留されているオイルに伝達され、オイルは配管を経てリザーバタンクで冷却される。こうして、このモータは冷却されることとなる。

特開２００８−１４８４６４号公報

しかし、上記モータは、オイルがコイルから回収した熱量を無駄に冷却しているだけであり、例えば車両の空調や燃費の改善等にその熱量を有効に活用していない。

このため、この種のモータと、オイルと他の熱交換媒体との間で熱交換が可能な熱交換器とを採用し、かつモータと熱交換器とを配管によって接続して熱回収装置にすることが考えられる。この場合、熱交換器を用いて例えば空気を加熱するように構成すれば、空調を行うことが可能であろう。

しかしながら、上記モータは、ジャケットがコイルに隣接しており、オイルがコイルに直接接触しない。このため、この熱回収装置では、コイルで生じた熱が有効にオイルに伝達されず、モータの熱を効率よく回収することができない。モータに代えて発電機を採用した場合も同様であると考えられる。

また、上記モータでは、外部とハウジング内との間に断熱手段が設けられていないことから、ハウジング内のオイルがハウジングを介して外部に放熱を行ってしまう。このため、この熱回収装置では、モータ又は発電機からなる回転装置で生じた熱を有効に熱交換器に伝え難い。

本発明は、上記従来の実情に鑑みてなされたものであって、回転装置の熱を効率よく回収することができ、かつ回転装置で生じた熱を有効に熱交換器に伝え易い熱回収装置を提供することを解決すべき課題としている。

本発明の熱回収装置は、コイルが巻回されたステータコアをハウジング内に有するモータ又は発電機からなる回転装置と、第１熱交換媒体と第２熱交換媒体との間で熱交換が可能な熱交換器と、該回転装置と該熱交換器とを接続し、該第１熱交換媒体を流通させる配管とを備え、該第１熱交換媒体が該コイルと直接接触することによって該コイルから熱を吸熱する熱回収装置であって、
前記回転装置は、前記第１熱交換媒体を前記ハウジング内に貯留する貯留手段と、該貯留手段に貯留された該第１熱交換媒体の熱が該ハウジングの外部に放熱することを防止する断熱手段とを具備していることを特徴とする（請求項１）。

本発明の熱回収装置では、第１熱交換媒体がコイルと直接接触するため、コイルで生じた熱が有効に第１熱交換媒体に伝達される。

また、この熱回収装置では、コイルから熱を吸熱した第１熱交換媒体を回転装置の貯留手段がハウジング内に貯留し、貯留手段に貯留された第１熱交換媒体の熱がハウジングの外部に放熱することを回転装置の断熱手段が防止する。このため、ハウジング内の第１熱交換媒体がハウジングを介して外部に放熱を行い難い。

したがって、本発明の熱回収装置では、回転装置の熱を効率よく回収することができ、かつ回転装置で生じた熱を有効に熱交換器に伝え易い。このため、この熱回収装置の熱交換器を用いて例えば空気を加熱するように構成すれば、空調を行うことが可能である。また、回転装置が好適に冷却され、回転装置の効率も向上する。

本発明の熱回収装置において、貯留手段は、第１熱交換媒体をハウジング内に貯留するものであれば、種々のものが採用され得る。なお、第１熱交換媒体としては、オイル、水等を採用することが可能である。また、第２熱交換媒体としては、空気、水等を採用することが可能である。

貯留手段は、コイルを覆いつつ内部が第１熱交換媒体の流路とされる吸熱ジャケットを有し得る（請求項２）。この場合、吸熱ジャケットで第１熱交換媒体をコイルに直接接触させることができるとともに、吸熱ジャケットとハウジングの外部との間に断熱手段が設けられることから、第１熱交換媒体がコイルの熱を効果的に回収することが可能である。

貯留手段は、第１熱交換媒体を貯留する貯留室を有し得る（請求項３）。この場合、貯留室とハウジングの外部との間に断熱手段が設けられることから、第１熱交換媒体が外部に放熱し難い。

貯留手段は、コイルを覆いつつ内部が第１熱交換媒体の流路とされる吸熱ジャケットと、第１熱交換媒体を貯留する貯留室とを有し得る。そして、配管の上流側は吸熱ジャケットの上部に接続され、吸熱ジャケットの下方に貯留室が位置し、貯留室の下部が配管の下流側に接続されていることが好ましい（請求項４）。この場合、熱回収装置は、吸熱ジャケットの作用効果と貯留室の作用効果とを発揮することが可能である。

吸熱ジャケットはステータコアに嵌合していることが好ましい。嵌合の手段は、凹部と凸部との嵌め合いでもよく、圧入等でもよい。この場合、回転装置の組み付けが容易になる。

また、吸熱ジャケットとステータコアとの間には封止手段が設けられていることが好ましい。封止手段は耐熱性のあるシール材によることが好ましい。この場合、第１熱交換媒体が流路から漏れ難く、コイルで生じた熱が効率よく第１熱交換媒体に伝達される。

さらに、吸熱ジャケット内のコイルは、吸熱ジャケット内の容積を等しくしつつ、第１熱交換媒体との接触面積が大きくなるように巻回されていることが好ましい。

ハウジング内には、断熱手段によって支持され、上方が開く内部が貯留室とされるタンクが設けられ得る（請求項５）。この場合、既存の回転装置に対して比較的簡易な改良を行うことで新たな回転装置を得ることができ、熱回収装置の低廉化を実現できる。タンクは、吸熱ジャケット内の第１熱交換媒体を受け易いように、ステータコア及び吸熱ジャケットよりも大きいことが好ましい。

断熱手段は、ハウジングとタンクとの間に設けられ、両者の接触面積を小さくする脚部であり得る（請求項６）。ハウジングとタンクとの接触面積が小さいことで、タンク内の第１熱交換媒体の熱がハウジングを介して外部に伝わり難い。

脚部は断熱材であることが好ましい（請求項７）。この場合、脚部によってハウジングとタンクとの接触面積が小さくなっており、かつ脚部が断熱材であることから、特にタンクからの放熱が少なくなる。

断熱手段は、ハウジングとタンクとの間に設けられた断熱材であり得る（請求項８）。この場合、断熱材によってタンクからハウジングへの放熱が少なくなる。

ハウジングは、内面に断熱手段としての断熱層が施され、内部が貯留室とされていることも可能である（請求項９）。断熱手段は、ハウジングの外面に設けられた断熱層であってもよい（請求項１０）。これらの場合、既存の回転装置のハウジングに断熱層を施すことで新たな回転装置を得ることができ、熱回収装置の低廉化を実現できる。断熱層としては、断熱材を構成し得る材料や熱を反射する材料のコーティング等を採用することが可能である。例えば、白色塗料等の熱線反射性塗料、銀等のメッキ処理、鏡面仕上げ等を断熱層として採用することが可能である。

断熱手段は、貯留手段を内包するハウジングと、このハウジングを中間層を介して囲包する外側ハウジングとであり得る（請求項１１）。中間層は空気や断熱材であり得る。

ハウジングとステータコアとの間には副断熱手段が設けられていることが好ましい（請求項１２）。この場合、コイルの熱がステータコアからハウジングに伝わって外部に逃げ難くなり、より本発明の作用効果を生じる。なお、副断熱手段で生じるスペースは第１熱交換媒体の通路として利用することが可能である。

副断熱手段は、ハウジングとステータコアとの間に設けられ、両者の接触面積を小さくする脚部であり得る（請求項１３）。ハウジングとステータコアとの接触面積が小さいことで、ステータコアの熱がハウジングを介して外部に伝わり難い。

副断熱手段は断熱材であることが好ましい（請求項１４）。この場合、脚部によってハウジングとステータコアとの接触面積が小さくなっており、かつ脚部が断熱材であることから、特にステータコアからの放熱が少なくなる。

断熱材としては、伝熱係数の小さなゴム、セラミック等を採用することが可能である。

実施例１の熱回収装置を示す断面図である。 実施例１の熱回収装置の一部を拡大して示す断面図である。 実施例１の熱回収装置の他の一部を拡大して示す断面図である。 実施例１の熱回収装置の一部を拡大して示す正面図である。 実施例２の熱回収装置に係り、図４と同様の正面図である。 実施例３の熱回収装置に係り、図４と同様の正面図である。 実施例４の熱回収装置に係り、図２と同様の断面図である。 実施例５の熱回収装置に係り、図２と同様の断面図である。 実施例６の熱回収装置に係り、図３と同様の断面図である。 実施例７の熱回収装置に係り、図３と同様の断面図である。 実施例８の熱回収装置に係り、図３と同様の断面図である。 実施例９の熱回収装置に係り、図３と同様の断面図である。 参考例の熱回収装置に係り、図２と同様の断面図である。 実施例１０の熱回収装置に係り、図２と同様の断面図である。 実施例１１の熱回収装置の他の一部を拡大して示す断面図である。 実施例１２の熱回収装置の他の一部を拡大して示す断面図である。

以下、本発明を車両用熱回収装置に具体化した実施例１〜１２を図面を参照しつつ説明する。

（実施例１）
実施例１の車両用熱回収装置は、車両に用いられるものであり、図１に示すように、回転装置としてのモータ１と、熱交換器２と、モータ１と熱交換器２とを接続して第１熱交換媒体としてのオイルＯを流通させる配管３ａ、３ｂとを備えている。

モータ１は、ハウジング４と、ハウジング４に軸受装置４ａ等を介して回転可能に支持された回転軸５とを備えている。ハウジング４の内周面には、副断熱手段としての断熱材６を介してステータコア７が固定されている。断熱材６としては、ゴム等が採用されている。ステータコア７には周方向に等間隔で軸方向に延びるスロットが設けられており、各スロットにはコイル８が巻回されている。回転軸５にはステータコア７内に位置するロータ９が固定されている。ロータ９には図示しない永久磁石が固定されている。

ステータコア７の軸方向の両端には環状の吸熱ジャケット１０、１１が固定されている。吸熱ジャケット１０、１１は、吸熱ジャケット１１のみを示す図２に示すように、コイル８を覆いつつ内部がオイルＯの流路１０ａ、１１ａとされている。図１に示すように、ステータコア７が断熱材６を介してハウジング４に固定され、ステータコア７に吸熱ジャケット１０、１１が固定されているため、吸熱ジャケット１０、１１もハウジング４との間で断熱材６によって断熱されていることとなる。

吸熱ジャケット１０、１１の上端には流入口１０ｂ、１１ｂが設けられており、流入口１０ｂ、１１ｂはハウジング４の外側まで上方に延びている。熱交換器２から延びている配管３ｂは途中で分岐して流入口１０ｂ、１１ｂに接続されており、流入口１０ｂ、１１ｂには配管３ｂから流路１０ａ、１１ａ内にオイルＯが流入するようになっている。また、吸熱ジャケット１０、１１の底部には下方に開く流出口１０ｃ、１１ｃが形成されており、流出口１０ｃ、１１ｃは流路１０ａ、１１ａからオイルＯを流出するようになっている。流出口１０ｃ、１１ｃは流入口１０ｂ、１１ｂよりも小径にされている。

また、ハウジング４内では、図３にも示すように、吸熱ジャケット１０、１１の下方にタンク１２が設けられている。タンク１２は、吸熱ジャケット１０、１１内のオイルＯを受け易いように、ステータコア７及び吸熱ジャケット１０、１１よりも大きい。タンク１２とハウジング４との間には断熱材からなる脚部１３が設けられている。タンク１２の内面がオイルＯを貯留する貯留室１２ａとされている。貯留室１２ａは、吸熱ジャケット１０、１１の下方に位置しており、上方が開いている。タンク１２には貯留室１２ａの下部からハウジング４の外側まで下方に延びる排出口１２ｂが設けられている。排出口１２ｂには、図１に示すように、配管３ａが接続されており、配管３ａは熱交換器２に接続されている。

熱交換器２は、オイルＯと、第２熱交換媒体としての空気との間で熱交換が可能なものである。配管３ａ、３ｂには、オイルＯを循環させるための図示しないポンプが設けられている。

この車両用熱回収装置では、モータ１のコイル８に電流が供給されることにより、ステータコア７とロータ９との間に磁界を生じ、ロータ９及び回転軸５が回転する。回転軸５が車両の駆動輪に適用される。この間、コイル８は発熱する。

ここで、この車両用熱回収装置では、ポンプが駆動され、オイルＯが配管３ｂ、モータ１の吸熱ジャケット１０、１１、タンク１２、配管３ｂ及び熱交換器２間で循環する。このため、配管３ｂ内のオイルＯは流入口１０ｂ、１１ｂを経て吸熱ジャケット１０、１１の流路１０ａ、１１ａに至る。流路１０ａ、１１ａ内に貯留されていたオイルＯは、図２に示すように、コイル８に直接接触し、コイル８で生じた熱が有効にオイルＯに伝達される。つまり、オイルＯがコイル８の熱を効果的に回収する。

また、流路１０ａ、１１ａ内のオイルＯは、図４に示すように、吸熱ジャケット１０、１１内で一時的に貯留され、流出口１０ｃ、１１ｃを経て、図３に示すタンク１２の貯留室１２ａ内に貯留される。タンク１２とハウジング４との間には断熱材からなる脚部１３が設けられているため、タンク１２内のオイルＯがハウジング４を介して外部に放熱を行い難い。

したがって、この車両用熱回収装置では、モータ１の熱を効率よく回収することができ、かつモータ１で生じた熱を有効に熱交換器２に伝え易い。このため、この車両用熱回収装置の熱交換器２を用いて例えば車室内の空気を加熱するように構成すれば、車両の空調を行うことが可能である。また、モータ１が好適に冷却され、モータ１の効率も向上する。

また、この車両用熱回収装置では、既存のモータに対して比較的簡易な改良を行ったモータ１を採用していることから、低廉化も実現できている。

（実施例２）
実施例２の車両用熱回収装置は、図５に示すように、三日月形状の吸熱ジャケット１４を採用している。流入口１０ｂ、１１ｂから流出するオイルＯは、コイル８を伝わりながら吸熱ジャケット１４内に貯留される。他の作用効果は実施例１と同様である。

（実施例３）
実施例３の車両用熱回収装置は、図６に示すように、吸熱ジャケット１５の底部に流出口１０ｃ、１１ｃを有さない。他の構成は実施例２と同様である。この車両用熱回収装置においても、実施例２と同様の作用効果を奏することができる。

（実施例４）
実施例４の車両用熱回収装置では、図７に示すように、ステータコア１７に凹部１７ａが形成され、吸熱ジャケット１６に凹部１７ａと整合する凸部１６ａが形成されている。凹部１７ａに凸部１６ａが嵌まり込むことにより、吸熱ジャケット１６はステータコア１７に嵌合している。この場合には、モータ１の組み付けが容易になる。他の作用効果は実施例１等と同様である。

（実施例５）
実施例５の車両用熱回収装置では、図８に示すように、吸熱ジャケット１８にシール溝１８ａが形成されている。シール溝１８ａには耐熱性のあるシール材２０が収納されており、この状態で吸熱ジャケット１８がステータコア１９に嵌合している。この場合には、オイルＯが流路１０ａ、１１ａから漏れ難く、コイル８で生じた熱が効率よくオイルＯに伝達される。他の作用効果は実施例１等と同様である。

（実施例６）
実施例６の車両用熱回収装置では、図９に示すように、タンク１２とハウジング４との間にはシート状の断熱材２１が設けられている。他の構成は実施例１と同様である。この場合も実施例１と同様の作用効果を奏することが可能である。

（実施例７）
実施例７の車両用熱回収装置では、図１０に示すように、ハウジング４の内面に断熱手段としての断熱層２２ａが施され、内部が貯留室４ｂとされている。他の構成は実施例１と同様である。この場合、既存のモータのハウジングに断熱層２２ａを施すことで新たなモータ１を得ることができ、車両用熱回収装置の低廉化を実現できる。他の作用効果は実施例１と同様である。

（実施例８）
実施例８の車両用熱回収装置では、図１１に示すように、ハウジング４の外面に断熱手段としての断熱層２２ｂが施され、内部が貯留室４ｃとされている。他の構成は実施例１と同様である。この場合も実施例７と同様の作用効果を奏することが可能である。

（実施例９）
実施例９の車両用熱回収装置では、図１２に示すように、内側ハウジング２３と、この内側ハウジング２３を中間層２５を介して囲包する外側ハウジング２４とを採用している。中間層２５は空気であるが、中間層２５には内側ハウジング２３と外側ハウジング２４との間隔を保つ断熱材２６が設けられている。内側ハウジング２３の内部が貯留室４ｃとされている。他の構成は実施例１と同様である。この場合も実施例１と同様の作用効果を奏することが可能である。

（実施例１０）
図１３に示すように、モータ１の寸法等の関係上、コイル８が吸熱ジャケット１１の一方側に偏る場合がある。この場合、吸熱ジャケット１１内のオイルＯはコイル８との接触面積が小さいため、効率的に熱を受け取り難い。このため、この場合には、図１４に示すように、コイル８は、吸熱ジャケット１１内の容積を等しくしつつ、オイルＯとの接触面積が大きくなるように巻回され得る。

（実施例１１）
実施例１１の車両用熱回収装置では、図１５に示すように、ハウジング４とステータコア７との間に副断熱手段としてのゴム製のワッシャ２９ａを設け、ハウジング４とステータコア７とをボルト２８により締結している。他の構成は実施例１と同様である。この場合も、コイル８の熱がステータコア７からハウジング４に伝わって外部に逃げ難い。他の作用効果は実施例１と同様である。

（実施例１２）
実施例１２の車両用熱回収装置では、図１６に示すように、ハウジング４とステータコア７との間にセラミックス製のワッシャ２９ｂを設けている。他の構成は実施例１１と同様である。この場合も実施例１１と同様の作用効果を奏することができる。

以上において、本発明を実施例１〜１２に即して説明したが、本発明は上記実施例１〜１２に制限されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更して適用できることはいうまでもない。

例えば、モータの代わりに発電機を用いた場合も本発明に含まれる。また、例えば、本件の熱回収装置は鉄道又は飛行機のモータ等に使用することも可能である。さらに、モータの巻線は、集中巻き、波巻き、分布巻き等、どのような巻き方であってもよい。

本発明は、車両用、航空機用、船舶用等の熱回収装置に利用可能であり、より具体的には、車両用、航空機用、船舶用等の空調装置等に利用可能である。

８…コイル
７…ステータコア
４、２３…ハウジング（２３…内側ハウジング）
１…モータ（回転装置）
Ｏ…オイル（第１熱交換媒体）
２…熱交換器
３ａ、３ｂ…配管
１３、２１、２２ａ、２２ｂ…断熱手段（１３…脚部、２１…断熱材、２２ａ、２２ｂ…断熱層）
１０、１１、１２ａ…貯留手段（１０、１１…吸熱ジャケット、１２ａ…貯留室）
１０ａ、１１ａ…流路
１２…タンク
２４…外側ハウジング
２５…中間層
６、２９ａ、２９ｂ…副断熱手段（６…脚部）

Claims (14)

1. コイルが巻回されたステータコアをハウジング内に有するモータ又は発電機からなる回転装置と、第１熱交換媒体と第２熱交換媒体との間で熱交換が可能な熱交換器と、該回転装置と該熱交換器とを接続し、該第１熱交換媒体を流通させる配管とを備え、該第１熱交換媒体が該コイルと直接接触することによって該コイルから熱を吸熱する熱回収装置であって、
   前記回転装置は、前記第１熱交換媒体を前記ハウジング内に貯留する貯留手段と、該貯留手段に貯留された該第１熱交換媒体の熱が該ハウジングの外部に放熱することを防止する断熱手段とを具備していることを特徴とする熱回収装置。
2. 前記貯留手段は、前記コイルを覆いつつ内部が前記第１熱交換媒体の流路とされる吸熱ジャケットを有する請求項１記載の熱回収装置。
3. 前記貯留手段は、前記第１熱交換媒体を貯留する貯留室を有する請求項１又は２記載の熱回収装置。
4. 前記貯留手段は、前記コイルを覆いつつ内部が前記第１熱交換媒体の流路とされる吸熱ジャケットと、該第１熱交換媒体を貯留する貯留室とを有し、
   前記配管の上流側は該吸熱ジャケットの上部に接続され、該吸熱ジャケットの下方に該貯留室が位置し、該貯留室の下部が該配管の下流側に接続されている請求項１記載の熱回収装置。
5. 前記ハウジング内には、前記断熱手段によって支持され、上方が開く内部が前記貯留室とされるタンクが設けられている請求項３又は４記載の熱回収装置。
6. 前記断熱手段は、前記ハウジングと前記タンクとの間に設けられ、両者の接触面積を小さくする脚部である請求項５記載の熱回収装置。
7. 前記脚部は断熱材である請求項６記載の熱回収装置。
8. 前記断熱手段は、前記ハウジングと前記タンクとの間に設けられた断熱材である請求項５記載の熱回収装置。
9. 前記ハウジングは、内面に前記断熱手段としての断熱層が施され、内部が前記貯留室とされている請求項３又は４記載の熱回収装置。
10. 前記断熱手段は、前記ハウジングの外面に設けられた断熱層である請求項３又は４記載の熱回収装置。
11. 前記断熱手段は、前記貯留手段を内包する前記ハウジングと、該ハウジングを中間層を介して囲包する外側ハウジングとである請求項３又は４記載の熱回収装置。
12. 前記ハウジングと前記ステータコアとの間には副断熱手段が設けられている請求項１乃至１１のいずれか１項記載の熱回収装置。
13. 前記副断熱手段は、前記ハウジングと前記ステータコアとの間に設けられ、両者の接触面積を小さくする脚部である請求項１２記載の熱回収装置。
14. 前記副断熱手段は断熱材である請求項１２又は１３記載の熱回収装置。

Images