JP2022120958A - 回転電機システム - Google Patents

Abstract

【課題】搭載対象に搭載する際のレイアウトの自由度が大きく、回転電機の冷却効率に優れた回転電機システムを提供する。【解決手段】回転電機システム１０は、回転電機１２を収納し且つヒートパイプ（４４ａ～４４ｄ）の第１端（４６ａ～４６ｄ）が挿入されたケーシング１４と、ヒートパイプの第２端（４８ａ～４８ｄ）に連結された放熱器１６とを備える。ヒートパイプは熱媒体（８２）を封入しており、放熱器１６に連結された第２端では、この熱媒体から熱が奪取されることで該熱媒体が凝縮する。第１端は、ケーシング１４の軸線方向に沿って離間した少なくとも２箇所で、該ケーシング１４の内周面に沿って、且つ回転電機１２の外周側で円弧状に湾曲している。また、放熱器１６は、ケーシング１４の軸線方向端部の近傍に配設される。【選択図】図１

Description

本発明は、ケーシングに収納された回転電機と、放熱器とを備える回転電機システムに関する。

回転電機は、回転軸を含み且つ永久磁石を保持したロータと、電磁コイルを含むステータとを備えるものとして周知である。なお、回転電機は、ロータの回転に伴って電磁コイルに発生した電流を取り出す場合には発電機となり、一方、電磁コイルに通電を行った際にロータと一体的に回転する回転軸から動力を得る場合にはモータとなる。近時、この種の回転電機を小型化しつつ出力を向上させることが要請されている。このためにはロータを高速回転させればよいと考えられるが、この場合、回転電機に発生する熱量が大きくなる。この熱に起因して永久磁石の磁束量が低減すると、回転電機の出力の低下を招く。

そこで、特許文献１に記載されるように、回転電機と、液相の冷却媒体とをケーシングに収納するとともに、冷却媒体によって回転電機を冷却することが試みられている。なお、冷却媒体は常温では液相であり、回転電機を冷却することで気相に変化する。気相となった冷却媒体の熱は、ケーシングに形成された流通路を流通する他の冷却媒体（冷却水等）によって奪取される。その結果、冷却媒体が凝縮して回転電機を再冷却可能な液相となる。

また、特許文献２には、ケーシング（特許文献２においていう「集熱ジャケット」）に複数本のヒートパイプを巻回することが提案されている。この場合、ヒートパイプに封入された冷却媒体が回転電機から熱を奪取し、気相に変化する。気相となった冷却媒体の熱は、ケーシングから離間した位置でヒートパイプの端部同士を集合させることによって設けられたヒートパイプ放熱部で放散される。これにより冷却媒体が液相に戻り、集熱ジャケットに巻回された部位（ヒートパイプ受熱部）に移動して回転電機を再冷却する。

特開２００６－１４５２２号公報 特開２０１７－３８４８９号公報

特許文献１に記載されるように冷却媒体を他の冷却媒体で凝縮するためには、他の冷却媒体をケーシングに循環供給するための設備や機構が必要となる。この分、回転電機を含んだ回転電機システムの規模が大きくなり、また、ランニングコストが上昇する。

一方、特許文献２に記載されるヒートパイプにおいては、ヒートパイプ内に封入された冷却媒体中、熱源である回転電機で気相となった分がヒートパイプ中の主通路を通って放熱部に自発的に移動し、放熱部で液相となった分がヒートパイプ中のウィックを通って回転電機に自発的に移動する。このため、ヒートパイプ内の冷却媒体を凝縮するために他の冷却媒体を用いる必要はなく、他の冷却媒体を循環供給するための設備や機構も不要である。しかしながら、特許文献２の図２～図５に記載されるようにヒートパイプ放熱部を設けた場合、ヒートパイプ放熱部が、集熱ジャケットの直径方向外方に向かって延出する。従って、集熱ジャケットとヒートパイプを含んだ回転電機システムが大型となる。

回転電機システムの規模や形状が大であると、車両等の搭載対象に回転電機システムを搭載する際、該回転電機システムや、その他の搭載機器のレイアウトの自由度が低減する。このため、回転電機システムを可及的に小型化しつつ、冷却効率を向上させることが求められている。

本発明は上記した問題を解決するためになされたもので、搭載対象に搭載する際のレイアウトの自由度が大きく、しかも、回転電機の冷却効率に優れた回転電機システムを提供することを目的とする。

前記の目的を達成するために、本発明の一実施形態によれば、略円筒形状をなすケーシングにステータとロータとを有する回転電機を収納した回転電機システムにおいて、
前記ケーシング内で前記回転電機を冷却した冷却媒体から熱を奪取して液相から気相へと相変化を起こす熱媒体が封入されるとともに、前記ケーシング内に挿入された第１端と、前記ケーシング外に露呈した第２端とを有する複数個のヒートパイプと、
前記第２端に連結され、前記ヒートパイプ内の前記熱媒体から熱を奪取して該熱媒体を凝縮するための放熱器と、
を備え、
複数個の前記ヒートパイプの前記第１端が、前記ケーシングの軸線方向に沿って互いに離間した少なくとも２箇所で、該ケーシングの内周面に沿って中心角が２７０°以下となるように円弧状に湾曲して前記回転電機の外周側に位置し、
前記放熱器が、前記ケーシングの軸線方向端部の近傍に配設されている回転電機システムが提供される。

本発明によれば、ヒートパイプ内の熱媒体から熱を奪取するための放熱器が、ケーシングの軸線方向端部の近傍に配設される。このため、回転電機システムがケーシングの直径方向外方に大きくなることが回避される。すなわち、回転電機システムの小型化を図ることができる。この分、搭載対象に回転電機システムを搭載するとき、該回転電機システムや、その他の機器の搭載箇所についての制約が少なくなる。すなわち、回転電機システムやその他の機器のレイアウトの自由度が向上する。

また、ケーシングには、回転電機を冷却するための冷却媒体が収納されるが、回転電機から熱を奪取した冷却媒体は、ヒートパイプ内の熱媒体によって速やかに冷却される。これに伴って熱媒体に伝達された熱は、放熱器を介して速やかに放散される。従って、熱媒体が速やかに冷却媒体を冷却可能な状態となる。このため、ロータを高速回転させた場合であっても、回転電機を効率よく冷却することができる。これにより、回転電機システムの小型化を図りつつ、回転電機の出力の向上を図ることができる。

本発明の実施の形態に係る回転電機システムの要部概略斜視図である。 前記回転電機システムを構成するケーシング内を、放熱器側から視認した概略正面図である。 前記回転電機システムの軸線方向に沿った概略平断面図である。 ヒートパイプの構成を説明する模式的断面図である。 ケーシングの軸線方向端部近傍でヒートパイプをケーシングの直径方向内方に折曲させた場合を示す概略平面図である。

以下、本発明に係る回転電機システムにつき好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。なお、以下における「左」、「右」は、特に図１及び図３における左方、右方を指称するが、これは説明を簡素化して理解を容易にするための便宜的なものであり、回転電機システムを実使用する際の方向を特定するものではない。一方、「下」及び「上」は、特に図１及び図２における下方及び上方を指称し、回転電機システムを搭載対象に搭載する際の下方及び上方とすることが好適な方向である。

図１～図３は、それぞれ、本実施の形態に係る回転電機システム１０の要部概略斜視図、図１中の放熱器１６側からケーシング１４内を視認した概略正面図、軸線方向に沿った概略平断面図である。この回転電機システム１０は、回転電機１２と、回転電機１２を収納したケーシング１４と、放熱器１６と、ケーシング１４と放熱器１６に橋架された第１パイプ群１８ａ、第２パイプ群１８ｂとを備える。すなわち、本実施の形態において、パイプ群は２組である。

回転電機１２は、回転軸２０を含んで構成されるロータ２２と、該ロータ２２の外周側を囲繞するステータ２４とを備える。回転軸２０の側周壁には、複数個の永久磁石２６が、ステータ２４に臨む面の磁極が交互に相違するようにして保持される。一方、ステータ２４は、電磁鋼板（図示せず）にインシュレータ２８が被せられるとともに、該インシュレータ２８に電磁コイル３０が巻回されることで構成される。ステータ２４は略円環形状をなし、中心に形成された孔部に前記ロータ２２が挿入される。このような構成は周知であることから、詳細な図示及び説明は省略する。

ケーシング１４は、両端が開口端である本体部材３２と、本体部材３２の左開口に臨む第１キャップ部材３４と、右開口に臨む第２キャップ部材３６とを含んで構成される。回転軸２０の左端は第１キャップ部材３４から、右端は第２キャップ部材３６から露呈するように延出する。ケーシング１４の軸線中心線Ｌは、該ケーシング１４の径中心と、回転軸２０の径中心とを通る。なお、図２では、第２キャップ部材３６を省略している。

本体部材３２は、内径及び外径が、図３の左右方向である長手方向（軸線方向）にわたって略等径である略円筒形状をなす。なお、この場合、ケーシング１４は、軸線方向が水平方向に沿って延在する横臥姿勢である。ステータ２４と、ロータ２２の永久磁石２６は、横臥姿勢となった本体部材３２内に収納される。このため、ロータ２２の回転軸２０も水平方向に沿って延在する。

ケーシング１４には、液相有機物からなる冷却媒体４０（図２参照）が収納される。ケーシング１４が横臥姿勢であることから、冷却媒体４０は、ケーシング１４内の下方空間に滞留する。本体部材３２の両開口に第１キャップ部材３４、第２キャップ部材３６が設けられているので、冷却媒体４０がケーシング１４内から漏洩することが防止される。なお、有機物の好適な具体例としては、エチレングリコール等の多価アルコールが挙げられる。

ケーシング１４の内周面には、その左端上方に、第１パイプ群１８ａを構成する第１ヒートパイプ４４ａ及び第２ヒートパイプ４４ｂの第１端４６ａ、４６ｂが配設される。また、右端上方に、第２パイプ群１８ｂを構成する第３ヒートパイプ４４ｃ及び第４ヒートパイプ４４ｄの第１端４６ｃ、４６ｄが配設される。すなわち、本実施の形態において、第１パイプ群１８ａ、第２パイプ群１８ｂは、それぞれ、互いに隣接する２本のヒートパイプが組み合わされて構成される。

第１パイプ群１８ａにおいて、第１ヒートパイプ４４ａの第１端４６ａは、ケーシング１４内で、該ケーシング１４の上方内周面に沿って円弧状に湾曲する。ここで、第１端４６ａによって形成される円弧の中心角α（図２参照）を３６０°としたときには、第１端４６ａの一部が冷却媒体４０に浸漬されることになる。これを回避するべく、中心角αを２７０°以下に設定することが好ましい。その一方で、中心角αは鈍角であることが好ましい。この場合、第１ヒートパイプ４４ａによって凝縮された冷却媒体４０を、ステータ２４に対して広範囲で接触させることが可能となるからである。本実施の形態では、中心角αを約１８０°に設定した場合を例示している。この場合、第１端４６ａは略半円形状をなす。

第１ヒートパイプ４４ａは、本体部材３２の側周壁における左開口近傍の、図１における左手前側に形成された第１二連孔５０ａの１つに通される。すなわち、第１ヒートパイプ４４ａの、第１端４６ａ以外の部位は、ケーシング１４から露呈するように延出する。該部位は、ケーシング１４から露呈した直後に略９０°折曲され、ケーシング１４の軸線方向に対して略平行に延在しながら、放熱器１６の、図１における右手前側に向かう。すなわち、第１ヒートパイプ４４ａの第２端４８ａは、放熱器１６に臨む。

第２ヒートパイプ４４ｂは、第１ヒートパイプ４４ａに隣接するとともに、該第１ヒートパイプ４４ａと同様の形状をなす。すなわち、第２ヒートパイプ４４ｂの第１端４６ｂは、ケーシング１４の内部において、第１ヒートパイプ４４ａの第１端４６ａに隣接するように延在する。このため、第１ヒートパイプ４４ａと第２ヒートパイプ４４ｂの第１端４６ａ、４６ｂ同士は略同一位相となり、図２に示すように、ケーシング１４を軸線方向から視認したときに重なり合う。

また、第２ヒートパイプ４４ｂの、第１端４６ｂ以外の部位は、第１二連孔５０ａの残余の１つに通され、ケーシング１４から露呈するように延出する。該部位は、第１ヒートパイプ４４ａと同様にケーシング１４から露呈した直後に略９０°折曲され、第１ヒートパイプ４４ａに対して隣接した状態を保ちつつ、ケーシング１４の軸線方向に対して略平行に延在して放熱器１６に向かう。放熱器１６には、第２ヒートパイプ４４ｂの第２端４８ｂが臨む。

第２パイプ群１８ｂにおいては、第３ヒートパイプ４４ｃ及び第４ヒートパイプ４４ｄが互いに隣接するとともに、互いに略同形状をなす。そして、第３ヒートパイプ４４ｃ及び第４ヒートパイプ４４ｄの各第１端４６ｃ、４６ｄも、ケーシング１４内で、該ケーシング１４の上方内周面に沿って円弧状に湾曲するとともに、中心角αが好ましくは２７０°以下に設定される。図示の例では約１８０°であり、第３ヒートパイプ４４ｃ及び第４ヒートパイプ４４ｄの各第１端４６ｃ、４６ｄは、第１ヒートパイプ４４ａ及び第２ヒートパイプ４４ｂの第１端４６ａ、４６ｂと同様に略半円形状をなす。

このように、第１ヒートパイプ４４ａ～第４ヒートパイプ４４ｄの第１端４６ａ～４６ｄは全て、ケーシング１４を構成する本体部材３２の上方内周面に沿って、中心角αが約１８０°の半円形状をなしている。従って、第１ヒートパイプ４４ａ～第４ヒートパイプ４４ｄの第１端４６ａ～４６ｄ同士は略同一位相となり、図２に示すように、ケーシング１４を軸線方向から視認したときに重なり合う。

なお、第１ヒートパイプ４４ａ及び第２ヒートパイプ４４ｂ（第１パイプ群１８ａ）の第１端４６ａ、４６ｂは、本体部材３２の左開口近傍に位置する。これに対し、第３ヒートパイプ４４ｃ及び第４ヒートパイプ４４ｄ（第２パイプ群１８ｂ）の第１端４６ｃ、４６ｄは、本体部材３２の右開口近傍に位置する。すなわち、第１パイプ群１８ａの第１端４６ａ、４６ｂと、第２パイプ群１８ｂの第１端４６ｃ、４６ｄとは、ケーシング１４内で互いに離間している。

第３ヒートパイプ４４ｃ及び第４ヒートパイプ４４ｄは、本体部材３２の側周壁における右開口近傍に形成され、第１二連孔５０ａとの位相差が略１８０°である第２二連孔５０ｂに通される。すなわち、第３ヒートパイプ４４ｃ及び第４ヒートパイプ４４ｄの、第１端４６ｃ、４６ｄ以外の部位もまた、ケーシング１４から露呈するように延出する。該部位は、ケーシング１４から露呈した直後に略９０°折曲され、隣接状態を保ちつつ、ケーシング１４の軸線方向に対して略平行に延在して放熱器１６に向かう。第３ヒートパイプ４４ｃ及び第４ヒートパイプ４４ｄの第２端４８ｃ、４８ｄは、放熱器１６の、図１における右奥側に臨む。

放熱器１６は、例えば、板形状のアルミニウム合金からなるプレートフィン５４と、該プレートフィン５４の湾曲頂部に接合されるブレージングシート５６とを有するとともに、これらプレートフィン５４及びブレージングシート５６が３６０°に亘って周回するように湾曲されることで、略円環形状をなす。また、最内周側には内側エンドリング５８が配設されるとともに、外周側には外側エンドリング６０が配設される。さらに、プレートフィン５４及びブレージングシート５６の一部が除去されることで、第３二連孔６２ａ、第４二連孔６２ｂが形成される。図１における右手前側の第３二連孔６２ａには、第１ヒートパイプ４４ａ、第２ヒートパイプ４４ｂの第２端４８ａ、４８ｂが嵌合及び接合される。一方、第３二連孔６２ａに対する位相差が略１８０°である第４二連孔６２ｂには、第３ヒートパイプ４４ｃ、第４ヒートパイプ４４ｄの第２端４８ｃ、４８ｄが嵌合される。

以上の嵌合により、第１ヒートパイプ４４ａ～第４ヒートパイプ４４ｄの第２端４８ａ～４８ｄに放熱器１６が連結される。なお、図示しないステー等を介して、ケーシング１４で放熱器１６を支持するようにしてもよい。

このように構成される放熱器１６は、この場合、ケーシング１４の軸線方向端部の一つである右端の近傍に配設されている。そして、放熱器１６には回転軸２０が通される。ケーシング１４の軸線中心線Ｌは、放熱器１６の径中心Ｏを通る。すなわち、ケーシング１４の径中心、回転軸２０の径中心、放熱器１６の径中心Ｏは、軸線中心線Ｌ上に並ぶ。このことから諒解されるように、放熱器１６の径中心Ｏは、ケーシング１４の軸線方向から視認したときに該ケーシング１４の径中心に重なる。すなわち、放熱器１６は、ケーシング１４の軸線方向に沿って並列されている。

放熱器１６の内径（内側エンドリング５８の内径）は、ケーシング１４の外径と略同等である。また、放熱器１６の外径（外側エンドリング６０の外径）は、ケーシング１４の外径に比して若干大きく設定される。放熱器１６の外径から内径を差し引いた差分は、隣接する第２端４８ａ、４８ｂ同士、又は第２端４８ｃ、４８ｄ同士の直径の合計に比して若干大である程度である。

ここで、第１ヒートパイプ４４ａ～第４ヒートパイプ４４ｄの構成につき、図４に模式的に示した第１ヒートパイプ４４ａを参照して概略説明する。該図４に示すように、第１ヒートパイプ４４ａ内には、その長手方向に沿って閉空間８０が形成されている。この閉空間８０に、熱媒体である作動液８２が収納される。また、第１ヒートパイプ４４ａ内には長手方向に沿ってウィック８４が設けられており、このウィック８４で閉空間８０が区分されることにより、主通路８６が形成される。なお、作動液８２は、一般的には水であるが、これ以外の液体であってもよい。作動液８２は、閉空間８０に適宜の量で封入されており、該閉空間８０に充満されてはいない。

図４には、第１ヒートパイプ４４ａの第１端４６ａに、気相（蒸気９０）となった冷却媒体４０が接触した状態を示している。この接触に伴い、作動液８２に対し、冷却媒体４０の蒸気９０から熱が伝達される。これにより作動液８２が気化して、蒸気９２となる。蒸気９２は、比較的高温である第１端４６ａから遠ざかるように、すなわち、この場合、第２端４８ａに向かって、主通路８６に沿って移動する。一方、第２端４８ａでは、放熱器１６（図１及び図３参照）からの放熱によって蒸気９２から熱が奪取される。その結果、蒸気９２が凝縮して液相の作動液８２に戻る。液相となった作動液８２は、毛細管力により、ウィック８４を通って第１端４６ａに向かうように還流される。

第１ヒートパイプ４４ａにおける以上の構成、及び、作動液８２ないし蒸気９２の移動が、第２ヒートパイプ４４ｂ～第４ヒートパイプ４４ｄについても同様であることは勿論である。なお、図１～図３に示すように、本実施の形態では、第１ヒートパイプ４４ａ～第４ヒートパイプ４４ｄは、ケーシング１４内に挿入された第１端４６ａ～４６ｄが円弧状に湾曲される。その一方で、ケーシング１４外に露呈した部位は、放熱器１６に連結される第２端４８ａ～４８ｄを含めて略直線的に延在する。

本実施の形態に係る回転電機システム１０は、基本的には以上のように構成されるものであり、次に、その作用効果につき説明する。

回転電機システム１０は、車両や飛行機等の搭載対象に搭載され、例えば、内燃機関に組み込まれるとともに、放熱器１６に通された回転軸２０の先端に対して所定の部材（図示せず）が取り付けられる。ここで、回転電機システム１０は、回転軸２０が水平方向に沿って延在する姿勢で搭載対象に搭載される。従って、回転電機システム１０は、ケーシング１４が水平方向に沿って延在する横臥姿勢である。

この際、ケーシング１４を、第１ヒートパイプ４４ａ～第４ヒートパイプ４４ｄの第１端４６ａ～４６ｄが上方に臨む姿勢とする。この姿勢において、ケーシング１４に予め収納された液相の冷却媒体４０は、ケーシング１４の下部空間に滞留する（図２参照）。このため、下方に位置する電磁コイル３０が冷却媒体４０に浸かる。なお、冷却媒体４０が第１ヒートパイプ４４ａ～第４ヒートパイプ４４ｄの第１端４６ａ～４６ｄに接触することはない。

上記したように、この回転電機システム１０では、ケーシング１４の軸線方向に沿って放熱器１６が並列されている。このため、放熱器１６とケーシング１４が互いに近接する。また、この回転電機システム１０では、ケーシング１４の軸線方向端部に放熱器１６が配設されるとともに、該放熱器１６の外径がケーシング１４の外径に比してやや大きい程度である。しかも、第１ヒートパイプ４４ａ～第４ヒートパイプ４４ｄの、ケーシング１４から露呈した部位は、ケーシング１４の軸線方向に対して略平行に延在する。加えて、第１ヒートパイプ４４ａ～第４ヒートパイプ４４ｄの第１端４６ａ～４６ｄと、第２端４８ａ～４８ｄとを、ケーシング１４の直径方向外方で集合させて放熱部を設ける必要がない。以上のような理由から、回転電機システム１０が、ケーシング１４の直径方向外方に沿って大型となることが回避される。

このため、回転電機システム１０の小型化を図ることができる。また、回転電機システム１０が小型であるので、該回転電機システム１０や、搭載対象に搭載されるそれ以外の機器の配設位置に対する制約が少なくなる。換言すれば、回転電機システム１０や、その他の機器のレイアウトの自由度が向上する。この分、搭載対象の設計の自由度も向上する。また、放熱器１６が略円環形状である（中空である）ことから、放熱器が円形状や四角形状等の中実なものである場合に比して軽量となるという利点もある。

回転電機システム１０は、例えば、発電機として運転される。この場合、回転軸２０に取り付けられた前記部材が回転付勢される。これに伴い、回転軸２０、ひいてはロータ２２が前記部材と一体的に回転する。放熱器１６が円環形状であるために回転軸２０を放熱器１６に通すことができるので、放熱器１６をケーシング１４の軸線方向端部に配設したことで回転軸２０が放熱器１６に干渉することが回避される。このため、ロータ２２が回転不能となることが防止される。

回転軸２０が回転することにより、回転軸２０に保持された複数個の永久磁石２６が周回する。従って、ステータ２４の電磁コイル３０には、磁極が相違する永久磁石２６が交互に対向する。これにより電磁コイル３０に電流が誘起され、回転電機１２が電力を発生する。電力は、図示しない端子から取り出され、外部負荷を付勢する電気エネルギとして活用される。

この過程において、電磁コイル３０が熱を帯びる。換言すれば、電磁コイル３０が熱源となる。ここで、下方に位置する電磁コイル３０には、液相の冷却媒体４０が接触している。このため、下方の電磁コイル３０が冷却媒体４０で冷却される。すなわち、一部の電磁コイル３０の熱が冷却媒体４０によって奪取される。電磁コイル３０から熱を奪取した冷却媒体４０は、気化して蒸気９０（気相）となる。

蒸気９０はケーシング１４内を上昇し、ケーシング１４の上方内周面に沿って湾曲した第１ヒートパイプ４４ａ～第４ヒートパイプ４４ｄの第１端４６ａ～４６ｄに接触する。これら第１端４６ａ～４６ｄでは、内部に封入された熱媒体としての作動液８２（図４参照）が、気相の冷却媒体４０から熱を奪取する。これにより蒸気９０が冷却される結果、該蒸気９０が液化する。すなわち、冷却媒体４０が凝縮して液相に戻る。液相となった冷却媒体４０は、図２に示すように、液滴９４としてケーシング１４内で滴下する。

液滴９４は、例えば、上方に位置する電磁コイル３０に接触する。これにより上方の電磁コイル３０が冷却される。液滴９４の一部は気化し、蒸気９０として上昇した後に第１ヒートパイプ４４ａ～第４ヒートパイプ４４ｄの第１端４６ａ～４６ｄに接触する。なお、温度が比較的上昇していないインシュレータ２８に接触した液滴９４は、大部分が気化することなくケーシング１４の下部空間に到達し、下方に位置する電磁コイル３０を冷却する。いずれの場合も、以降は上記の気化と凝縮が繰り返される。

ケーシング１４内において、第１パイプ群１８ａの第１端４６ａ、４６ｂと、第２パイプ群１８ｂの第１端４６ｃ、４６ｄとは互いに離間している（図１及び図３参照）。従って、冷却媒体４０の蒸気９０が広範囲にわたって拡散している場合であっても、第１端４６ａ～４６ｄ内の作動液８２によって蒸気９０が冷却される。このため、冷却媒体４０を効率よく液相に戻すことができる。また、これにより、ケーシング１４内の広範囲にわたって液滴９４が滴下する。従って、液相の冷却媒体４０に浸かっていない上方の電磁コイル３０が広範囲にわたって十分に冷却される。すなわち、第１パイプ群１８ａの第１端４６ａ、４６ｂと、第２パイプ群１８ｂの第１端４６ｃ、４６ｄとを互いに離間したことにより、電磁コイル３０を効率的に冷却することができる。

従って、ロータ２２を高速回転させた場合であっても、発熱に起因して永久磁石２６の磁束量が低減することが回避される。このため、回転電機システム１０の小型化を図りつつ、出力の向上を図ることができる。また、電磁コイル３０が効率よく冷却されることから、該電磁コイル３０の耐久性が向上する。すなわち、回転電機１２の耐久性の向上を図ることもできる。

図４に模式的に示すように、第１端４６ａ～４６ｄの内部において発生した作動液８２の蒸気９２は、主通路８６に沿って第２端４８ａ～４８ｄに向かって移動する。第２端４８ａ～４８ｄがケーシング１４外に露呈しているので、この移動の途中、蒸気９２がケーシング１４の外部に排出されるに至る。ケーシング１４の外部は該ケーシング１４内に比して低温であるので、第２端４８ａ～４８ｄに至る途中で蒸気９２を冷却することができる。

また、第２端４８ａ～４８ｄには放熱器１６が連結されている（図１及び図３参照）。第２端４８ａ～４８ｄに到達した蒸気９２の熱は、放熱器１６を構成するプレートフィン５４（図１参照）を介して大気に放散される。ここで、第２端４８ａ～４８ｄの外径に比して放熱器１６の内径及び外径が十分に大きいので、プレートフィン５４の表面積を可及的に大きくすることができる。また、蒸気９２は、上記したように第２端４８ａ～４８ｄに到達するまでの間も冷却されている。以上のことが相俟って、放熱器１６において蒸気９２の熱が効率よく奪取され、これにより該蒸気９２が速やかに冷却されて凝縮する。すなわち、図４に示すように、蒸気９２が液相の作動液８２に戻る。作動液８２は、第１ヒートパイプ４４ａ～第４ヒートパイプ４４ｄ内のウィック８４に沿って、第１端４６ａ～４６ｄに戻る還流となる。

そして、第１端４６ａ～４６ｄでは、液相の作動液８２が、気相の冷却媒体４０（蒸気９０）から熱を奪取することで気化し、蒸気９２に変化する。以降は、蒸気９２の第２端４８ａ～４８ｄへの移動、蒸気９２の凝縮、液相の作動液８２の第１端４６ａ～４６ｄへの還流が繰り返される。従って、冷却媒体４０の気化及び凝縮も繰り返され、これにより回転電機１２に対する冷却が継続される。

本発明は、上記した実施の形態に特に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

例えば、ヒートパイプの本数は、回転電機１２やケーシング１４の形状の大小に応じて適宜設定することができる。回転電機１２及びケーシング１４が大きいときには、第１パイプ群１８ａ、第２パイプ群１８ｂを構成するヒートパイプを３本以上としてもよい。又は、複数本のヒートパイプの第１端同士（例えば、第１ヒートパイプ４４ａ～第４ヒートパイプ４４ｄの第１端４６ａ～４６ｄ同士）を、ケーシング１４内で互いが離間するように配設してもよい。第１端の中心角同士を一致させる必要も特にない。

このように、本発明においては、ヒートパイプの本数や配設位置を任意に設定することができる。すなわち、回転電機システム１０の設計の自由度が大きくなる。

また、図５に示すように、第１ヒートパイプ４４ａ～第４ヒートパイプ４４ｄの第２端４８ａ～４８ｄを、ケーシング１４の右端近傍で該ケーシング１４の直径方向内方に向かって折曲させた後、放熱器１６に向かって直線的に延在するように再折曲するようにしてもよい。この場合、放熱器１６の内径及び外径を一層小さくすることが可能となる。

さらに、放熱器１６において、プレートフィン５４に代替してコルゲートフィンを採用するようにしてもよい。

さらにまた、回転電機１２をモータとして機能させるようにしてもよいことは勿論である。

１０…回転電機システム １２…回転電機
１４…ケーシング １６…放熱器
１８ａ、１８ｂ…パイプ群 ２０…回転軸
２２…ロータ ２４…ステータ
２６…永久磁石 ３０…電磁コイル
３２…本体部材 ４０…冷却媒体
４４ａ～４４ｄ…ヒートパイプ ４６ａ～４６ｄ…第１端
４８ａ～４８ｄ…第２端 ５４…プレートフィン
５６…ブレージングシート ８２…作動液
８４…ウィック ８６…主通路
９０…冷却媒体の蒸気 ９２…作動液の蒸気
９４…液滴

Claims (7)

1. 略円筒形状をなすケーシングにステータとロータとを有する回転電機を収納した回転電機システムにおいて、
   前記ケーシング内で前記回転電機を冷却した冷却媒体から熱を奪取して液相から気相へと相変化を起こす熱媒体が封入されるとともに、前記ケーシング内に挿入された第１端と、前記ケーシング外に露呈した第２端とを有する複数個のヒートパイプと、
   前記第２端に連結され、前記ヒートパイプ内の前記熱媒体から熱を奪取して該熱媒体を凝縮するための放熱器と、
   を備え、
   複数個の前記ヒートパイプの前記第１端が、前記ケーシングの軸線方向に沿って互いに離間した少なくとも２箇所で、該ケーシングの内周面に沿って中心角が２７０°以下となるように円弧状に湾曲して前記回転電機の外周側に位置し、
   前記放熱器が、前記ケーシングの軸線方向端部の近傍に配設されている回転電機システム。
2. 請求項１記載の回転電機システムにおいて、前記第１端が略半円形状をなす回転電機システム。
3. 請求項１又は２記載の回転電機システムにおいて、前記ヒートパイプは、前記ケーシングの側周壁から該ケーシング外に延出し、前記ケーシングの軸線方向に略平行に前記放熱器まで延在する回転電機システム。
4. 請求項１～３のいずれか１項に記載の回転電機システムにおいて、２本以上の前記ヒートパイプが隣接配置された組み合わせを１組のパイプ群とするとき、互いに離間した少なくとも２組のパイプ群を有する回転電機システム。
5. 請求項１～４のいずれか１項に記載の回転電機システムにおいて、前記放熱器が略円環形状をなす回転電機システム。
6. 請求項５記載の回転電機システムにおいて、前記ケーシングの径中心と前記放熱器の径中心とが略重なる回転電機システム。
7. 請求項１～６のいずれか１項に記載の回転電機システムにおいて、前記ケーシングが、軸線方向が水平方向に臨む横臥姿勢として搭載対象に搭載される回転電機システム。

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