JP2017046505A - 液冷型回転機 - Google Patents

Abstract

【課題】固定子と、固定子とは材質の異なる冷却液の流路を有するケースとの嵌合状態の不具合発生を抑制する。【解決手段】固定子１を冷却するための冷却液２の流路を有するケース１１を備える液冷型回転機であって、ケース１１は、線膨張係数が固定子１と同一又は略同一である材質で構成され、固定子１の外周面に嵌合する内側円筒部１２と、線膨張係数が固定子１及び内側円筒部１２と異なる材質で構成され、内側円筒部１２との間に前記流路としての空間を有して配され、軸方向両端において内側円筒部１２と密接する外側円筒部１３とを備える、液冷型回転機を用いる。【選択図】図１

Description

本発明は、液冷型回転機に関する。

回転機の一つに、駆動時に加熱される固定子を水などの冷却液で冷却する液冷型回転機がある（例えば下記特許文献１参照）。図２は、従来の液冷型回転機における固定子近傍の軸方向断面図である。

図２に示すように、従来の液冷型回転機では、固定子１の外周面に軸方向断面コの字型の円筒状ケース２１が配されている。円筒状ケース２１は、固定子１の外周面に嵌合する円筒状の内壁２１ａ、内壁２１ａの外周側に位置する円筒状の外壁２１ｂ、及び、軸方向一端に位置する円環状の端面２１ｃが一体的に形成されてなるものである。

また、円筒状ケース２１の軸方向他端の開口部に円環状の蓋２２が配されることで、円筒状ケース２１の内部には密封された空間が形成される。

円筒状ケース２１の内部の密封された空間は、水などの冷却液２の流路となっており、冷却液２が注入されることで、内壁２１ａを介して固定子１と冷却液２との間で熱交換が行われ、固定子１を冷却することができる。

このような従来の液冷型回転機の材質については、固定子１及び円筒状ケース２１共に鉄で構成したり、あるいは、固定子１を鉄、円筒状ケース２１をアルミで構成することもある。

円筒状ケース２１をアルミで構成した方が鉄で構成するよりも軽量となるため、特に車両用の液冷型回転機においては、円筒状ケース２１をアルミで構成することが多い。

特開２００７−２０３３３号公報

以下では、固定子１と円筒状ケース２１とを焼嵌めによって固定する場合を想定する。

回転機の駆動時（高出力高温時）には、固定子１及び円筒状ケース２１が加熱される。アルミは鉄に比べて線膨張係数が高いため、固定子１を鉄で構成し、円筒状ケース２１をアルミで構成した場合に、固定子１及び円筒状ケース２１が加熱されると、固定子１よりも円筒状ケース２１の方が膨張してしまい、締め代が減少し、発生するトルクを伝えられない可能性がある。

そこで、円筒状ケース２１をアルミで構成する場合は、鉄で構成する場合に比べ、設計時に締め代を多くとる必要がある。

しかしながら、例えば車両用の液冷型回転機は、寒冷地に用いられることも考えられる。寒冷地において回転機が冷却されると、上述とは逆に、鉄で構成される固定子１に比べアルミで構成される円筒状ケース２１の方が収縮してしまうため、上述のように締め代を多くとる設計にしておくと、円筒状ケース２１が割れてしまう虞がある。

なお、締め代を増加させずに高出力高温時の締め代低下に対応する方法として、ノックピンを周り止めの代わりに打つ方法も考えられるが、ノックピン取り付け加工という安定しない加工工程が組立工程の中に存在してしまう。

本発明は、上述のような技術的状況に鑑みてなされたものであり、固定子と、固定子とは材質の異なる冷却液の流路を有するケースとの嵌合状態の不具合発生を抑制する、液冷型回転機を提供することを目的とする。

上記課題を解決する第１の発明に係る液冷型回転機は、
固定子を冷却するための冷却液の流路を有するケースを備える液冷型回転機であって、
前記ケースは、
線膨張係数が前記固定子と同一又は略同一である材質で構成され、前記固定子の外周面に嵌合する内側円筒部と、
線膨張係数が前記固定子及び前記内側円筒部と異なる材質で構成され、前記内側円筒部との間に前記流路としての空間を有して配され、軸方向両端において前記内側円筒部と密接する外側円筒部とを備える
ことを特徴とする。

上記課題を解決する第２の発明に係る液冷型回転機は、
上記第１の発明に係る液冷型回転機において、
前記ケースの軸方向一端において、
前記内側円筒部は、第１フランジ部を有し、
前記外側円筒部は、前記第１フランジ部と密接する第２フランジ部を有し、
前記ケースの軸方向他端において、
前記外側円筒部は、前記内側円筒部と接する部分にＯリングを有し、前記内側円筒部に対し軸方向に摺動可能に密接する
ことを特徴とする。

上記課題を解決する第３の発明に係る液冷型回転機は、
上記第１又は２の発明に係る液冷型回転機において、
前記固定子及び前記内側円筒部は鉄で構成され、
前記外側円筒部はアルミで構成される
ことを特徴とする。

上記課題を解決する第４の発明に係る液冷型回転機は、
上記第１から３のいずれか１つの発明に係る液冷型回転機において、
車両に搭載されることを特徴とする。

上記課題を解決する第５の発明に係る液冷型回転機は、
上記第４の発明に係る液冷型回転機において、
軸方向一端が、前記車両に搭載されるギアボックスと接し、
前記ギアボックスのフランジ部、前記第１フランジ部、及び、前記第２フランジ部が、纏めてボルト締めされることで、前記ギアボックスに固定される
ことを特徴とする。

本発明に係る液冷型回転機によれば、固定子と、固定子とは材質の異なる冷却液の流路を有するケースとの嵌合状態の不具合発生を抑制することができる。

本発明の実施例１に係る液冷型回転機における固定子近傍の軸方向断面図である。 従来の液冷型回転機における固定子近傍の軸方向断面図である。

以下、本発明に係る液冷型回転機を実施例にて図面を用いて説明する。

［実施例１］
本発明の実施例１に係る液冷型回転機について、図１を用いて説明する。図１は、本実施例に係る液冷型回転機における固定子近傍の軸方向断面図である。なお、以下では、固定子にケースを焼嵌めで固定する場合を想定している。

本実施例に係る液冷型回転機では、固定子１の外周に、固定子１を冷却するための冷却液２の流路を有するケース１１が配されている。ケース１１は、固定子１の外周面に嵌合する内側円筒部１２、及び、内側円筒部１２の外周側に空間を有して配される外側円筒部１３を備えている。また、外側円筒部１３は、軸方向両端において内側円筒部１２と密接している。

内側円筒部１２は、固定子１と同様に鉄で構成されており、軸方向一端に第１フランジ部１２ａを有している。外側円筒部１３は、アルミで構成されており、軸方向一端において第１フランジ部１２ａに密接する第２フランジ部１３ａを有している。このようにして、外側円筒部１３をアルミで構成することで、軽量化を図ることができる。

より具体的には、第１フランジ部１２ａ及び第２フランジ部１３ａの接触面が、ボルト１４によって軸方向に締結されることで、第２フランジ部１３ａが第１フランジ部１２ａに密接した状態を形成している。

また、外側円筒部１３は、軸方向他端に端面１３ｂを有している。端面１３ｂは、内側円筒部１２の軸方向他端に接しており、この接触部分にはＯリング１５が配されている。これにより、外側円筒部１３は内側円筒部１２に対して軸方向に摺動可能に密接している。

ケース１１は、上述のような構成とすることで、内側円筒部１２と外側円筒部１３との間に密封された空間が形成される。この空間は、水などの冷却液２の流路となっており、冷却液２が注入されることで、内側円筒部１２を介して固定子１と冷却液２との間において熱交換が行われ、回転機の駆動中の固定子１を冷却することができる。

以下では、本実施例に係る液冷型回転機の回転時すなわち高出力高温時に、固定子１及びケース１１が加熱される場合について、説明する。

加熱されるケース１１のうち、内側円筒部１２については、固定子１と同様に鉄で構成されていることから、固定子１の膨張に追従するように膨張する。

加熱されるケース１１のうち、外側円筒部１３については、アルミで構成されているため、鉄で構成されている固定子１及び内側円筒部１２に比べて線膨張係数が高く、より膨張する。

このように高出力高温時に膨張した外側円筒部１３の軸方向一端は、第２フランジ部１３ａが第１フランジ部１２ａとボルト締結されているため、大きく変形することはない。

一方、軸方向他端（端面１３ｂ）は、軸方向に延伸するように内側円筒部１２に対して摺動して変形することで、応力が緩和される。このとき、Ｏリング１５による密封状態は保たれており、冷却液２がケース１１の外部に漏れることはない。

したがって、本実施例に係る液冷型回転機は、高出力高温時に締め代が少なくなる虞がないため、回転機設計時に締め代を多くとる必要がなくなる。また、ケース１１内部の冷却液２が外部に漏れる虞もない。

以下、本実施例に係る液冷型回転機が、寒冷地における極低温時に、固定子１及びケース１１が極度に冷却される場合について説明する。

極度に冷却されるケース１１のうち、内側円筒部１２については、固定子１と同様に鉄で構成されていることから、固定子１収縮に追従するように収縮する。

極度に冷却されるケース１１のうち、外側円筒部１３については、アルミで構成されているため、鉄で構成されている固定子１及び内側円筒部１２に比べて線膨張係数が高く、より収縮する。

このように極低温時に収縮した外側円筒部１３の軸方向一端は、第２フランジ部１３ａが第１フランジ部１２ａとボルト締結されているため、大きく変形することはない。

一方、軸方向他端（端面１３ｂ）は、軸方向に短縮するように内側円筒部１２に対して摺動して変形することで、応力が緩和される。そして、Ｏリング１５による密封状態は保たれており、冷却液２が外部に漏れることはない。

したがって、本実施例に係る液冷型回転機は、寒冷地における極低温時にケース１１が割れてしまう虞がない。また、ケース１１内部の冷却液２が外部に漏れる虞もない。

すなわち、本実施例では、固定子１の外周面と内側円筒部１２とが同一の材質で構成されることにより、高出力高温時及び極低温時に締め代が大きく変化することがなくなる。なお、内側円筒部１２は、固定子１と線膨張係数が略同一であれば異なる材質であってもよい。

これにより、従来のように、回転機設計時に高出力高温時の締め代の減少に対応するために締め代を多くとる必要がなくなり、極低温時のケース１１の破損を防ぐことができ、ノックピンの取り付けも不要となる。

さらに、本実施例では、固定子１及び内側円筒部１２と線膨張係数の異なる材質で構成される外側円筒部１３が軸方向に伸縮自在となり、温度変化による応力を緩和することができる。

また、車両用の回転機では、寒冷地で使用されるケースが多く見られ、また、軽量化が重要となることから、本実施例に係る液冷型回転機を車両に搭載されるものとすると、上述した効果がより発揮される。

通常、車両用の回転機は、駆動系（ギアボックス（図示略））に固定されて配置される。そこで、本実施例に係る液冷型回転機は、第１フランジ部１２ａ及び第２フランジ部１３ａが配される軸方向一端側が駆動系に接するように配置し、駆動系のフランジ部、第１フランジ部１２ａ、及び、第２フランジ部１３ａを、ボルト１４で纏めて締結されることで、駆動系に固定されるものとする。これにより、生産コスト及び工数を低減することができる。

本発明は、液冷型回転機として好適である。

１ 固定子
２ 冷却液
１１ ケース
１２ 内側円筒部
１２ａ 第１フランジ
１３ 外側円筒部
１３ａ 第２フランジ
１３ｂ 端面
１４ ボルト
１５ Ｏリング
２１ 円筒状ケース
２１ａ 内壁
２１ｂ 外壁
２１ｃ 端面
２２ 蓋

Claims (5)

1. 固定子を冷却するための冷却液の流路を有するケースを備える液冷型回転機であって、
   前記ケースは、
   線膨張係数が前記固定子と同一又は略同一である材質で構成され、前記固定子の外周面に嵌合する内側円筒部と、
   線膨張係数が前記固定子及び前記内側円筒部と異なる材質で構成され、前記内側円筒部との間に前記流路としての空間を有して配され、軸方向両端において前記内側円筒部と密接する外側円筒部とを備える
   ことを特徴とする、液冷型回転機。
2. 前記ケースの軸方向一端において、
   前記内側円筒部は、第１フランジ部を有し、
   前記外側円筒部は、前記第１フランジ部と密接する第２フランジ部を有し、
   前記ケースの軸方向他端において、
   前記外側円筒部は、前記内側円筒部と接する部分にＯリングを有し、前記内側円筒部に対し軸方向に摺動可能に密接する
   ことを特徴とする、請求項１に記載の液冷型回転機。
3. 前記固定子及び前記内側円筒部は鉄で構成され、
   前記外側円筒部はアルミで構成される
   ことを特徴とする、請求項１又は２に記載の液冷型回転機。
4. 車両に搭載されることを特徴とする、請求項１から３のいずれか１項に記載の液冷型回転機。
5. 軸方向一端が、前記車両に搭載されるギアボックスと接し、
   前記ギアボックスのフランジ部、前記第１フランジ部、及び、前記第２フランジ部が、纏めてボルト締めされることで、前記ギアボックスに固定される
   ことを特徴とする、請求項４に記載の液冷型回転機。

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