JP2019004598A - 回転電機の冷却構造 - Google Patents

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【課題】安定した冷却性能を有する回転電機の冷却構造を提供する。【解決手段】回転電機の冷却構造1は、ロータ22を有する回転電機20A,20Bと、回転電機20A,20Bの下方に設けられた冷媒溜り30と、冷媒を冷媒溜り30から汲み上げるポンプであって、ロータ22の回転数に応じて流量を変化させる冷媒ポンプ40A,40Bと、回転電機20A,20Bの上方において冷媒ポンプ40A,40Bが汲み上げた冷媒を貯留可能に形成され、貯留された冷媒を回転電機20A,20Bに供給可能な供給孔52、および貯留された所定量以上の冷媒を冷媒溜り30に排出する排出部53が形成された冷媒貯留部50と、を備える。【選択図】図1

Description

本発明は、回転電機の冷却構造に関するものである。
従来、回転電機を冷却する構造として、例えばロータの駆動力により冷媒を汲み上げるポンプを用いて、冷媒を回転電機に滴下する構造が提案されている(例えば、特許文献1参照)。特許文献1には、ハウジング内に収装されたロータを有する回転電機と、冷媒を貯留する冷媒溜りと、ロータにより駆動され冷媒溜りに貯留された冷媒をハウジング上部に汲み上げるポンプと、を備える回転電機の冷媒流量制御装置が開示されている。
特開2010−220274号公報
しかしながら、上記従来技術にあっては、ポンプがロータにより駆動されるので、ロータの高回転時には冷媒の流量が過剰となる場合がある。冷媒の流量が過剰となると、滴下された冷媒が回転電機に当たって撥ね、冷媒が所望の流路から逸脱して回転電機を適切に冷却できない可能性がある。また、ロータが高回転状態から低回転状態に移行すると、冷媒の流量が減少するので、高回転状態において高温となった回転電機を十分に冷却できない可能性がある。したがって、従来技術の回転電機の冷却構造にあっては、ロータの回転数によらず、回転電機を安定して冷却するという点で改善の余地がある。
そこで本発明は、安定した冷却性能を有する回転電機の冷却構造を提供するものである。
本発明の回転電機の冷却構造(例えば、実施形態における回転電機の冷却構造1,101)は、ロータ(例えば、実施形態におけるロータ22)を有する回転電機(例えば、実施形態における回転電機20,20A,20B)と、前記回転電機の下方に設けられた冷媒溜り(例えば、実施形態における冷媒溜り30)と、冷媒を前記冷媒溜りから汲み上げるポンプであって、前記ロータの回転数に応じて流量を変化させる冷媒ポンプ(例えば、実施形態における冷媒ポンプ40,40A,40B)と、前記回転電機の上方において前記冷媒ポンプが汲み上げた冷媒を貯留可能に形成され、貯留された冷媒を前記回転電機に供給可能な供給孔(例えば、実施形態における供給孔52)、および貯留された所定量以上の冷媒を前記冷媒溜りに排出する排出部(例えば、実施形態における排出部53)が形成された冷媒貯留部(例えば、実施形態における冷媒貯留部50)と、を備えることを特徴とする。
本発明によれば、冷媒ポンプがロータの回転数に応じて流量を変化させ、冷媒ポンプにより汲み上げられた冷媒を冷媒貯留部において一旦貯留した後、供給孔から回転電機に供給するので、ロータが高回転状態から低回転状態に移行して冷媒ポンプが汲み上げる冷媒の流量が減少しても、高回転状態において冷媒貯留部に貯留された冷媒の供給が継続される。このため、ロータの高回転状態から低回転状態への移行に伴って回転電機に供給される冷媒の流量が急激に減少することを抑制できる。よって、高回転状態において高温となった回転電機を十分に冷却できる。
しかも、冷媒貯留部には、貯留された所定量以上の冷媒を冷媒溜りに排出する排出部が形成されているので、回転電機に供給される冷媒の流量に上限が生じる。よって、冷媒が所望の流路から逸脱して流れることを抑制できる。
以上により、安定した冷却性能を有する回転電機の冷却構造を提供できる。
上記の回転電機の冷却構造において、前記排出部は、前記冷媒貯留部の内面と外面とに通じて形成された貫通孔である、ことが望ましい。
本発明によれば、冷媒貯留部において冷媒の液面の高さを排出部よりも低い位置に保つことができる。したがって、貯留された所定量以上の冷媒を冷媒溜りに排出することが可能となる。
上記の回転電機の冷却構造において、前記排出部から排出された冷媒を前記冷媒溜りに導くバイパス管(例えば、実施形態におけるバイパス管60)を備える、ことが望ましい。
本発明によれば、バイパス管により冷媒を冷媒貯留部から冷媒溜りへ導くことができるので、供給孔を通じて回転電機に供給された冷媒に、排出部から排出された冷媒が合流することを抑制できる。このため、回転電機周りの冷媒の流れが変化して、冷媒が所望の流路から逸脱して流れることを抑制できる。したがって、回転電機の冷却性能を安定させることができる。
上記の回転電機の冷却構造において、前記冷媒ポンプは、前記排出部よりも上方に前記冷媒を汲み上げる、ことが望ましい。
本発明によれば、冷媒貯留部において冷媒ポンプにより汲み上げられた冷媒が流入する箇所が排出部よりも高い位置に設けられるので、冷媒貯留部に貯留した冷媒が冷媒ポンプに逆流することを防止できる。このため、冷媒貯留部に冷媒を安定して汲み上げることができる。したがって、回転電機の冷却性能を安定させることができる。
上記の回転電機の冷却構造において、一対の前記回転電機と、第1の前記回転電機の前記ロータの回転数に応じて流量を変化させる第1の前記冷媒ポンプと、第2の前記回転電機の前記ロータの回転数に応じて流量を変化させる第2の前記冷媒ポンプと、を備え、前記冷媒貯留部は、前記一対の回転電機それぞれの上方に跨って配置されている、ことが望ましい。
本発明によれば、例えば第1の回転電機のロータが低回転状態で、第2の回転電機のロータが高回転状態であっても、第2の冷媒ポンプにより冷媒を十分に汲み上げて、各回転電機に冷媒を供給することができる。これにより、第2の回転電機の冷却が不足することを抑制できる。第1の回転電機のロータが高回転状態で、第2の回転電機のロータが低回転状態の場合も同様である。よって、回転電機が一対設けられている構成において、回転電機の冷却性能を安定させることができる。
本発明によれば、安定した冷却性能を有する回転電機の冷却構造を提供できる。
第1実施形態の回転電機の冷却構造を示す模式図である。 第2実施形態の回転電機の冷却構造を示す模式図である。
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお以下の説明では、同一または類似の機能を有する構成に同一の符号を付す。そして、それら構成の重複する説明は省略する場合がある。
(第1実施形態)
図1は、第1実施形態の回転電機の冷却構造を示す模式図である。なお、図1では、全体の構成を見やすくするために、一部の構成を2点鎖線で示している。
図1に示すように、回転電機の冷却構造1は、ハウジング10と、一対の回転電機20A,20Bと、冷媒溜り30と、一対の冷媒ポンプ40A,40Bと、冷媒貯留部50と、バイパス管60と、を備えている。
ハウジング10は、回転電機20A,20Bや冷媒ポンプ40A,40B等を収容している。またハウジング10内には、回転電機20A,20Bや軸受(不図示)等の冷却用および潤滑用として、冷媒R(例えばオートマチックトランスミッションフルード)が導入されている。
一対の回転電機20A,20Bは、ジェネレータ20Aおよびモータ20Bである。各回転電機20A,20Bは、例えばセグメントコイル型の回転電機である。各回転電機20A,20Bは、シャフト21と、ロータ22と、ステータ23と、を備えている。一対の回転電機20A,20Bは、回転中心が一致するように配置されている。なお、以下の説明では、各回転電機20A,20Bの回転中心の軸線Cに沿う方向を軸方向といい、軸線Cに直交して軸線Cから放射状に延びる方向を径方向といい、軸線C周りの周方向を単に周方向という。
ジェネレータ20Aのシャフト21は、例えば両端においてハウジング10に回転可能に支持されている。シャフト21は、回転中心が水平方向の一方向に沿うように配置されている。
ジェネレータ20Aのロータ22は、円筒状に形成されたロータコア22aと、ロータコア22aに装着された複数の磁石(不図示)と、を備えている。ロータコア22aは、ジェネレータ20Aのシャフト21に外嵌されている。
ジェネレータ20Aのステータ23は、ハウジング10に固定されている。ステータ23は、円筒状に形成されたステータコア23aと、ステータコア23aに装着された複数層のステータコイル23bと、を備えている。ステータコア23aは、ジェネレータ20Aのロータ22を径方向の外側から囲んでいる。ステータコイル23bは、ステータコア23aの軸方向両端面から軸方向に突出している。
モータ20Bのシャフト21は、円筒状に形成されるとともに、ジェネレータ20Aのシャフト21に相対回転可能に外挿されている。
モータ20Bのロータ22は、ジェネレータ20Aのロータ22と軸方向に並んで配置されている。ロータ22は、ジェネレータ20Aのロータ22と同様に、円筒状に形成されたロータコア22aと、ロータコア22aに装着された複数の磁石(不図示)と、を備えている。ロータコア22aは、モータ20Bのシャフト21に外嵌されている。
モータ20Bのステータ23は、ハウジング10に固定されている。ステータ23は、円筒状に形成されたステータコア23aと、ステータコア23aに装着された複数層のステータコイル23bと、を備えている。ステータコア23aは、モータ20Bのロータ22を径方向の外側から囲んでいる。ステータコイル23bは、ステータコア23aの軸方向両端面から軸方向に突出している。
冷媒溜り30は、一対の回転電機20A,20Bの下方に設けられている。冷媒溜り30は、ハウジング10内部の底部(下部)に形成されている。冷媒溜り30には、ハウジング10の内部において重力により落下した冷媒Rが溜まる。
一対の冷媒ポンプ40A,40Bは、回転電機20A,20Bの台数に対応して設けられている。一対の冷媒ポンプ40A,40Bは、冷媒Rを冷媒溜り30から汲み上げる。第1の冷媒ポンプ40Aは、ジェネレータ20Aのシャフト21に連結され、ジェネレータ20Aのロータ22の回転数に応じて流量を変化させる。第2の冷媒ポンプ40Bは、モータ20Bのシャフト21に連結され、モータ20Bのロータ22の回転数に応じて流量を変化させる。各冷媒ポンプ40A,40Bには、それぞれ吸入管41および吐出管42が接続されている。吸入管41は、各冷媒ポンプ40A,40Bの吸入部から下方に向かって延びている。吸入管41の下端部は、冷媒溜り30内に開口している。吐出管42は、各冷媒ポンプ40A,40Bの吐出部から上方に向かって延びている。吐出管42の上端部は、冷媒貯留部50内に開口している。
冷媒貯留部50は、各冷媒ポンプ40A,40Bが汲み上げた冷媒Rを貯留可能に形成された容器である。冷媒貯留部50は、ハウジング10と一体的に形成されていてもよいし、ハウジング10とは別体で形成されていてもよい。冷媒貯留部50は、ハウジング10の内部において、一対の回転電機20A,20Bそれぞれの上方に跨って配置されている。冷媒貯留部50に貯留された冷媒Rは、冷媒ポンプ40A,40Bにより付与された圧力が開放された状態となる。冷媒貯留部50には、各冷媒ポンプ40A,40Bにより汲み上げられた冷媒Rが流入する流入部51と、貯留された冷媒Rを下方に落下させる複数の供給孔52と、貯留された所定量以上の冷媒Rを排出する排出部53と、が形成されている。
流入部51は、冷媒ポンプ40A,40Bの台数に対応して、一対設けられている。一対の流入部51は、各吐出管42の上端部を冷媒貯留部50内に開口させることにより形成されている。本実施形態では、各流入部51は、冷媒貯留部50の内面に設けられている。
複数の供給孔52は、冷媒貯留部50の底面(内面)にそれぞれ形成されている。各供給孔52は、冷媒貯留部50の底壁を上下方向に貫通している。複数の供給孔52は、上下方向における同じ高さに形成されている。複数の供給孔52は、一対の回転電機20A,20Bの真上に形成されている。本実施形態では、複数の供給孔52は、各回転電機20A,20Bのステータコイル23bのうちステータコア23aから軸方向に突出した部分の上方に、それぞれ2つずつ形成されている。これにより、供給孔52は、冷媒貯留部50に貯留された冷媒Rを、ステータコイル23bのうちステータコア23aから突出した部分に供給可能である。
排出部53は、冷媒貯留部50の内面と外面とに通じて形成された貫通孔である。排出部53は、供給孔52よりも高い位置に形成されている。排出部53は、冷媒貯留部50に貯留された所定量以上の冷媒Rを冷媒溜り30に排出する。これにより、冷媒貯留部50に貯留された冷媒Rの液面は、排出部53よりも高くならない。また排出部53は、流入部51(吐出管42の上端部)よりも低い位置に形成されている。これにより、各冷媒ポンプ40A,40Bは、排出部53よりも上方に冷媒を汲み上げる。
バイパス管60は、冷媒貯留部50の排出部53の出口に接続されている。バイパス管60は、冷媒貯留部50の排出部53の出口から、下方に向かって延びている。バイパス管60は、排出部53から排出された冷媒Rを冷媒溜り30に直接導く。
ここで、供給孔52の形状について詳述する。
供給孔52から落下する冷媒Rの流量は、冷媒貯留部50に貯留された冷媒Rの液面の高さが高くなるに従い増加する。このため、供給孔52から落下する冷媒Rの流量が最大となる状態は、冷媒貯留部50に貯留された冷媒Rの液面が排出部53に位置している状態である。供給孔52の形状は、供給孔52から落下する冷媒Rの流量が最大となるときに、回転電機20A,20Bを冷却するための冷媒Rの所望の流路から、供給孔52から供給された冷媒Rが逸脱しないように設定されている。
以下、本実施形態の回転電機の冷却構造1の動作について説明する。
一対の冷媒ポンプ40A,40Bによる冷媒Rの汲み上げ量が、複数の供給孔52からの冷媒Rの落下量よりも小さい状態では、冷媒貯留部50に貯留された冷媒Rが減少する。冷媒貯留部50に冷媒Rが貯留されている状態で、冷媒Rの汲み上げ量が複数の供給孔52からの冷媒Rの落下量よりも小さくなると、冷媒貯留部50に貯留された冷媒Rの液面の下降に応じて、複数の供給孔52からの冷媒Rの落下量は徐々に減少する。つまり、冷媒Rの汲み上げ量が急激に減少しても、冷媒貯留部50に冷媒Rが貯留されていれば、冷媒Rの汲み上げ量の変動を緩衝することができる。
冷媒Rの汲み上げ量が、複数の供給孔52からの冷媒Rの落下量よりも大きい状態では、冷媒貯留部50への冷媒Rの貯留が進行する。冷媒Rの汲み上げ量が複数の供給孔52からの冷媒Rの落下量よりも大きくなると、冷媒貯留部50に貯留された冷媒Rの液面の上昇に応じて、複数の供給孔52からの冷媒Rの落下量は徐々に増加する。つまり、冷媒Rの汲み上げ量が急激に増加しても、冷媒Rの汲み上げ量の変動を緩衝することができる。また、冷媒Rの液面が上昇して排出部53に到達すると、冷媒Rの汲み上げ量と、複数の供給孔52からの冷媒Rの落下量と、の差分に相当する流量の冷媒Rが排出部53から排出される。このため、冷媒Rの汲み上げ量の大きさによらず、複数の供給孔52からの冷媒Rの落下量には上限が生じる。
このように、本実施形態の回転電機の冷却構造1は、ロータ22の回転数に応じて流量を変化させる冷媒ポンプ40A,40Bと、回転電機20A,20Bの上方において冷媒ポンプ40A,40Bが汲み上げた冷媒Rを貯留可能に形成され、貯留された冷媒Rを回転電機20A,20Bに供給可能な供給孔52、および貯留された所定量以上の冷媒Rを冷媒溜り30に排出する排出部53が形成された冷媒貯留部50と、を備える。
この構成によれば、冷媒ポンプ40A,40Bがロータ22の回転数に応じて流量を変化させ、冷媒ポンプ40A,40Bにより汲み上げられた冷媒Rを冷媒貯留部50において一旦貯留した後、供給孔52から回転電機20A,20Bに供給するので、ロータ22が高回転状態から低回転状態に移行して冷媒ポンプ40A,40Bが汲み上げる冷媒Rの流量が減少しても、高回転状態において冷媒貯留部50に貯留された冷媒Rの供給が継続される。このため、ロータ22の高回転状態から低回転状態への移行に伴って回転電機20A,20Bに供給される冷媒Rの流量が急激に減少することを抑制できる。よって、高回転状態において高温となった回転電機20A,20Bを十分に冷却できる。しかも、冷媒貯留部50には、貯留された所定量以上の冷媒Rを冷媒溜り30に排出する排出部53が形成されているので、回転電機20A,20Bに供給される冷媒Rの流量に上限が生じる。よって、冷媒Rが所望の流路から逸脱して流れることを抑制できる。以上により、安定した冷却性能を有する回転電機の冷却構造1を提供できる。
また、排出部53は、冷媒貯留部50の内面と外面とに通じて形成された貫通孔であるので、冷媒貯留部50において冷媒Rの液面の高さを排出部53よりも低い位置に保つことができる。したがって、貯留された所定量以上の冷媒Rを冷媒溜り30に排出することが可能となる。
また、回転電機の冷却構造1は、排出部53から排出された冷媒Rを冷媒溜り30に導くバイパス管60を備えるので、供給孔52を通じて回転電機20A,20Bに供給された冷媒Rに、排出部53から排出された冷媒Rが合流することを抑制できる。このため、回転電機20A,20B周りの冷媒Rの流れが変化して、冷媒Rが所望の流路から逸脱して流れることを抑制できる。したがって、回転電機の冷却性能を安定させることができる。
また、冷媒ポンプ40A,40Bは、排出部53よりも上方に冷媒Rを汲み上げる。これにより、冷媒貯留部50において流入部51が排出部53よりも高い位置に設けられるので、冷媒貯留部50に貯留した冷媒Rが冷媒ポンプ40A,40Bに逆流することを防止できる。このため、冷媒貯留部50に冷媒Rを安定して汲み上げることができる。したがって、回転電機の冷却性能を安定させることができる。
また、冷媒ポンプがジェネレータおよびモータのいずれか一方の回転電機のみに連結されている場合、一方の回転電機のロータが低回転状態になると、冷媒の汲み上げ量がジェネレータおよびモータの両方の冷却に必要な量に対して不十分となるおそれがある。本実施形態では、回転電機の冷却構造1は、ジェネレータ20Aのロータ22の回転数に応じて流量を変化させる第1の冷媒ポンプ40Aと、モータ20Bのロータ22の回転数に応じて流量を変化させる第2の冷媒ポンプ40Bと、を備え、冷媒貯留部50は、ジェネレータ20Aおよびモータ20Bそれぞれの上方に跨って配置されている。
この構成によれば、例えばジェネレータ20Aのロータ22が低回転状態で、モータ20Bのロータ22が高回転状態であっても、第2の冷媒ポンプ40Bにより冷媒Rを十分に汲み上げて、ジェネレータ20Aおよびモータ20Bの両方に冷媒Rを供給することができる。これにより、モータ20Bの冷却が不足することを抑制できる。ジェネレータ20Aのロータ22が高回転状態で、モータ20Bのロータ22が低回転状態の場合も同様である。よって、回転電機20A,20Bが一対設けられている構成において、回転電機20A,20Bの冷却性能を安定させることができる。
また、冷媒貯留部50には、各冷媒ポンプ40A,40Bに対応して、一対の流入部51が設けられているので、一方のポンプから吐出された冷媒Rが他方のポンプに逆流することを防止できる。このため、冷媒貯留部50に冷媒Rを安定して汲み上げることができる。したがって、回転電機の冷却性能を安定させることができる。
(第2実施形態)
図2は、第2実施形態の回転電機の冷却構造を示す模式図である。
図1に示す第1実施形態の回転電機の冷却構造1は、一対の回転電機20A,20Bと、一対の冷媒ポンプ40A,40Bと、を備えている。これに対して、図2に示す第2実施形態のように、回転電機の冷却構造101は、1つの回転電機20と、1つの冷媒ポンプ40と、を備えていてもよい。回転電機20は、例えばジェネレータやモータ等である。この構成によれば、上述した第1実施形態の回転電機の冷却構造1と同様の作用効果を奏することができる。
なお、本発明は、図面を参照して説明した上述の実施形態に限定されるものではなく、その技術的範囲において様々な変形例が考えられる。
例えば、上記実施形態においては、冷媒ポンプ40,40A,40Bがハウジング10の内部に配置されているが、これに限定されず、ハウジング10の外部に配置されていてもよい。
また、上記実施形態においては、供給孔52は、ステータコイル23bのうちステータコア23aから突出した部分に冷媒Rを落下させているが、これに限定されず、ステータコア23aに冷媒Rを落下させてもよい。
また、上記実施形態においては、排出部53の出口にバイパス管60が接続されているが、これに限定されず、排出部53から排出された冷媒Rが冷媒溜り30に向かって直接落下するように形成されていてもよい。
その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上記した実施の形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能である。
1,101…回転電機の冷却構造 20,20A,20B…回転電機 22…ロータ 30…冷媒溜り 40,40A,40B…冷媒ポンプ 50…冷媒貯留部 52…供給孔 53…排出部 60…バイパス管

Claims (5)

  1. ロータを有する回転電機と、
    前記回転電機の下方に設けられた冷媒溜りと、
    冷媒を前記冷媒溜りから汲み上げるポンプであって、前記ロータの回転数に応じて流量を変化させる冷媒ポンプと、
    前記回転電機の上方において前記冷媒ポンプが汲み上げた冷媒を貯留可能に形成され、貯留された冷媒を前記回転電機に供給可能な供給孔、および貯留された所定量以上の冷媒を前記冷媒溜りに排出する排出部が形成された冷媒貯留部と、
    を備えることを特徴とする回転電機の冷却構造。
  2. 前記排出部は、前記冷媒貯留部の内面と外面とに通じて形成された貫通孔である、
    ことを特徴とする請求項1に記載の回転電機の冷却構造。
  3. 前記排出部から排出された冷媒を前記冷媒溜りに導くバイパス管を備える、
    ことを特徴とする請求項2に記載の回転電機の冷却構造。
  4. 前記冷媒ポンプは、前記排出部よりも上方に前記冷媒を汲み上げる、
    ことを特徴とする請求項2または3に記載の回転電機の冷却構造。
  5. 一対の前記回転電機と、
    第1の前記回転電機の前記ロータの回転数に応じて流量を変化させる第1の前記冷媒ポンプと、
    第2の前記回転電機の前記ロータの回転数に応じて流量を変化させる第2の前記冷媒ポンプと、
    を備え、
    前記冷媒貯留部は、前記一対の回転電機それぞれの上方に跨って配置されている、
    ことを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の回転電機の冷却構造。
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