JP2012205374A - 回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】冷却用液体が注入される回転電機において、冷却用液体の出口側における温度の上昇を低減し、これにより冷却対象がより低い温度の冷却用液体によって冷却可能となる回転電機を提供することを目的とする。
【解決手段】回転軸に回転自在に取り付けられた回転子と、回転子の外周側に配置された第１のフレームに固定される固定子と、第１のフレームの外周側に配置された第２のフレームと、を備え、第２のフレームは、内周側に冷却用の液体を注入するための注入部を設け、第１のフレームは、注入部から注入された液体を回転軸に沿う第１方向と該第１方向と反対方向とに分けて流す突起部を設け、第１のフレームと第２のフレームとの間に前記注入部から注入された液体を前記突起部により、第１方向に流す第１の流路と、第１方向と反対方向に流す第２の流路と、を形成したことを特徴とする回転電機である。
【選択図】 図１

Description

本発明は、回転電機に関する。

本技術分野の背景技術として、特開平８−２３７９０４号公報（特許文献１）がある。この公報には、「フロントハウジング２とリアハウジング４はいずれも一端が開放で、他端に底部２００、４００を有し、該他端の中央部にベアリング保持部２０１、４０１を有し、かつ円筒部２０２、４０２を備えた有底の概略円筒状をしているため、ハウジング２、４のベアリング保持部２０１、４０１とステータ３保持部が一体で加工できるので、ロータ１１の軸中心とステータ３の軸中心とがずれることが無く、部品点数も少ないという効果がある。また、円筒状空間７内に液状冷媒６を通しているので液状冷媒６の交換が容易であるという効果もある。」と記載されている（要約参照）。

特開平８−２３７９０４号公報

前記特許文献１には回転電機を液状冷媒により外部より冷却する仕組みが記載されている。しかし、特許文献１の回転電機の冷却構造によれば、液状冷媒の注入口１５付近においてはステータの冷却ができたとしても、抽出口１４においては液状冷媒の温度が高くなりステータの冷却ができない虞がある。これは液状冷媒による冷却能力が注入口付近と抽出口付近とで異なることによるものである。

そこで、本発明は、冷却用液体が注入される回転電機において、冷却用液体の出口側における温度の上昇を低減し、より低い温度の冷却用液体による回転電機の冷却が可能となる回転電機を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。
本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、回転軸に回転自在に取り付けられた回転子と、回転子の外周側に配置された第１のフレームに固定される固定子と、第１のフレームの外周側に配置された第２のフレームと、を備え、第２のフレームは、内周側に冷却用の液体を注入するための注入部を設け、第１のフレームは、注入部から注入された液体を回転軸に沿う第１方向と該第１方向と反対方向とに分けて流す突起部を設け、第１のフレームと第２のフレームとの間に前記注入部から注入された液体を前記突起部により、第１方向に流す第１の流路と、第１方向と反対方向に流す第２の流路と、を形成したことを特徴とする回転電機である。

本発明によれば、冷却用液体が注入される回転電機において、冷却用液体の出口側における温度の上昇を低減し、より低い温度の冷却用液体による回転電機の冷却が可能となる回転電機を提供することができる。
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

本実施例の回転電機の回転軸正面から見た断面図（左）と横から見た断面図（右）を示している。 本実施例の回転電機を斜めから見た斜視図である。 注入部１を図１左図の上から見た図（上図）と、注入部１から注入される冷却用液体の流れを説明するための図（下図）である。 図２に示すように注入部１を移動可能な溝部１０をフレーム２に設けることにより、 注入部１から注入された冷却用液体が冷却ジャケット３の外周をどのように流れるか説明するための図である。

以下、実施例を図面を用いて説明する。

図１は、本実施例の回転電機を回転軸正面から見た断面図（左）と横から見た断面図（右）を示している。
また、図２は同様に本実施例の回転電機を斜めから見た斜視図である。この回転電機は、断面図（左）において中心に回転軸９が設けられており、この回転軸９に回転自在に回転子（図示せず）が取付けられている。また回転子の外周側に固定子（ステータ）５が配置され、この固定子５は水冷ジャケット３（第１のフレーム）に固定されている。固定子５にはコイルが回転軸方向に巻線されており、詳細は省略するが回転軸方向の一端側と反対側とにそれぞれコイルエンド４を有する。水冷ジャケット３のさらに外周側にこの回転電機の最も外周側となるフレーム２（第２のフレーム）が配置される。

本実施例においては、フレーム２と水冷ジャケット３とにより形成された流路に対して冷却用の液体を流すことによりステータ５で発生した熱を冷却するものである。ここで背景技術に示した特許文献１の冷却構造によると、液体冷媒が回転軸方向の一端に設けられた注入口から注入され、冷却を行いながら注入口と反対側の抽出口から抽出されるものである。すると、注入口付近においては液体冷媒の温度も低く冷却を行うことが可能であっても抽出口付近では液体冷媒の温度が上昇しており十分に冷却を行うことができない虞がある。

そこで、本実施例においては、冷却用液体の注入口１をフレーム２に設け、この位置を回転軸方向の中央部に設ける構造とした。また、注入された冷却用液体はフレーム２と水冷ジャケット３との間に形成される流路を流れるものであるが、後で説明する構造により、この注入された冷却用液体を回転軸方向に沿う第１方向（図１右図における右方向）と反対方向（図１右図における左方向）とにそれぞれ分かれて流れるようにしている。これにより、注入口から注入された冷却用液体は低い温度で注入され、固定子５の熱を奪いながら流れるが、流れる距離が上記した背景技術の特許文献１の構造に比べて短くなるため、冷却用液体の出口に至るまでの温度上昇を低減することができる。たとえば、図１右図において注入部１から注入され右方向に流れる冷却用液体が、図示しない出口側（右側端部側）に流れる距離は、特許文献１と比べると約半分になることから、出口側に至るまでの温度上昇はその分少なくなる。この点は注入部１から左方向へ流れる冷却用液体においても同様である。

つまり、注入部１から注入された冷却用液体が左右の何れの方向に流れる場合においても、熱を奪うことで冷却を行う距離が短くなることから、出口側に至るまでの温度上昇が低減されることため、出口側付近においても冷却を行うことが可能となるものである。これにより従来技術において、出口側に至るまでの液体の温度上昇により冷却ができなくなる虞を低減することができる。すなわち、出口に付近においても十分に冷却を行うことが可能となるため、結果として冷却能力を向上することができるものである。

図１の６は注入部１から注入された冷却用液体を左右に分けて流すための突起部であり、冷却ジャケット３に設けられるものである。つまり、本実施例は回転軸９に回転自在に取り付けられた回転子と、回転子の外周側に配置された水冷ジャケット３（第１のフレーム）に固定される固定子５と、水冷ジャケット４の外周側に配置されたフレーム２（第２のフレーム）と、を備え、フレーム２は、内周側に冷却用の液体を注入するための注入部１を設け、水冷ジャケット３は、注入部１から注入された液体を回転軸９の回転軸に沿う第１方向（右方向）と第１方向と反対方向（左方向）とに分けて流す突起部６を設け、水冷ジャケット３とフレーム２との間に注入部１から注入された液体を突起部６により、右方向に流す第１の流路と、左方向に流す第２の流路と、を形成した回転電機である。

図３は注入部１を図１左図の上から見た図（図３上図）と、注入部１から注入される冷却用液体の流れを説明するための図（図３下図）である。図３上図に示すように、注入部１から流れる冷却用液体を左右に分けるように突起部６が設けられている。図３上図においては左右が同じ液体量になるように突起部６が設けらているが、必要に応じて突起部の位置を変えて左右に流れる液体量を変えるようにしてもよい。たとえば図３下図において突起部６の位置を左に移動すると右側に流れる液体量が増すため、左側方向に対して右側方向の冷却能力を増すことができる。

図４に示すように注入部１を移動可能な溝部１０をフレーム２に設けることにより、注入部１を回転軸方向（図４の矢印方向）に移動可能となるため、注入部１の回転軸方向で必要な冷却能力に違いがある場合には、この注入部を移動することで高い冷却能力で冷却用液体を流すことが可能となる。

図５は注入部１から注入された冷却用液体が冷却ジャケット３の外周をどのように流れるか説明するための図である。注入部１から注入された冷却用液体は上記したように、突起部６により回転軸に沿う第１方向と第１方向と反対方向とに（図１右図の左右方向に）分けられ、それぞれの方向に対して第１の流路（右方向）と第２の流路（左方向）を流れる。

この第１の流路（右方向）は、水冷ジャケット３（第１のフレーム）に設けられた第１の構造により注入部１から注入された液体を、水冷ジャケット３の周囲を旋回させながら右方向に流すものである。同様に第２の流路（左方向）は、水冷ジャケット３に設けられた第２の構造により注入部１から注入された液体を、水冷ジャケット３の周囲を旋回させながら左方向に流すものである。

そして第１の構造は、水冷ジャケット３の外周にらせん状に設けられた第１の突起構造により構成されるものであり、図５における右側の７で示される。同様に第２の構造は、水冷ジャケット３の外周にらせん状に設けられた第２の突起構造により構成されるものであり、図５における左側の７で示されている。このように左右に設けられた第１の流路、第２の流路を流れた冷却用液体はらせん状に旋回しながら固定子５の冷却を行い、その後、噴射孔８から内周側に噴射される。

つまり噴射孔８は注入部から流れた第１の流路又は第２の流路における冷却用液体の出口に相当するものであり、水冷ジャケット３に設けられたものである。注入部８から注入された冷却用液体は上記したように固定子５を冷却しながら、図１右図における左右方向に流れ、右方向に流れた冷却用液体は右方向端部に設けられた噴射孔８から固定子５のコイルエンド４に対して噴射される。同様に左方向に流れた冷却用液体は左方向端部に設けられた噴射孔８から固定子５のコイルエンド４に対して噴射される。

これにより、冷却用液体によって固定子５の冷却を行うだけでなく、コイルエンドを直接冷却することが可能となるため、コイルエンドに対する冷却能力を向上することができる。固定子５を冷却用液体により水冷ジャケット３の外側からのみで冷却する場合にはコイルエンド４はコアを介してさらに水冷ジャケットを介して行われるため、このコイルエンドが冷えにくくなる虞が生じる。

このため内部にコイルエンドの冷却を行うための噴射機構を備えることも考えられるが、このような噴射機構を設けることにするとコストの増大を招くだけでなく、回転電機の大型化につながる。そこで、本実施例においては、上記したように水冷ジャケット３に噴射孔を設けることにより、特別な機構を設けることがないことから回転電機の小型化を図りながら冷却能力の向上を図ることができる。

また、本実施例においては、冷却用液体の注入部１をフレーム２における回転軸方向の中央部に設けているため、回転軸方向の左右端部の噴射孔から噴射される際の液体の勢いが左右で大きく異なることがない。これにより左右端部における噴射孔８から比較的均等に冷却用液体を噴射することが可能であるため、一方における液体量が足らずに冷却ができない虞を低減することができる。

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。

１…注入部、２…フレーム、３…水冷ジャケット、４…コイルエンド、５…固定子、６…突起部、７…突起構造、８…噴射孔、９…回転軸、１０…溝部

Claims (5)

1. 回転軸に回転自在に取り付けられた回転子と、
   該回転子の外周側に配置された第１のフレームに固定される固定子と、
   前記第１のフレームの外周側に配置された第２のフレームと、を備え、
   前記第２のフレームは、内周側に冷却用の液体を注入するための注入部を設け、
   前記第１のフレームは、前記注入部から注入された液体を前記回転軸に沿う第１方向と該第１方向と反対方向とに分けて流す突起部を設け、
   前記第１のフレームと前記第２のフレームとの間に前記注入部から注入された液体を前記突起部により、前記第１方向に流す第１の流路と、前記第１方向と反対方向に流す第２の流路と、を形成したことを特徴とする回転電機。
2. 請求項１に記載の回転電機において、
   前記第１の流路は、前記第１のフレームに設けられた第１の構造により前記注入部から注入された液体を、前記第１のフレームの周囲を旋回させながら前記第１方向に流し、
   前記第２の流路は、前記第１のフレームに設けられた第２の構造により前記注入部から注入された液体を、前記第１のフレームの周囲を旋回させながら前記第１方向と反対方向に流すことを特徴とする回転電機。
3. 請求項２に記載の回転電機において、
   前記第１の構造は、前記第１のフレームの外周にらせん状に設けられた第１の突起構造により構成され、
   前記第２の構造は、前記第２のフレームの外周にらせん状に設けられた第２の突起構造により構成されたことを特徴とする回転電機。
4. 請求項１に記載の回転電機において、
   前記第１のフレームは、
   内周側の前記固定子に設けられたコイルの一端側に液体を噴射するための第１の噴射孔と、
   前記コイルの前記一端側と反対側に液体を噴射するための第２の噴射孔と、を設けたことを特徴とする回転電機。
5. 請求項４に記載の回転電機において、
   前記第１の流路を流れる液体が前記第１の噴射孔から前記コイルの一端側に噴射され、
   前記第２の流路を流れる液体が前記第２の噴射孔から前記コイルの前記一端側と反対側に噴射されることを特徴とする回転電機。

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