JP2023135141A - 回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】熱交換器カバーに必要な強度を低く抑えることができる新規な構成の回転電機を得る。【解決手段】回転電機は、壁を有した筐体と、熱交換器カバーと、筐体の外側で壁に重ねられ、熱交換器カバーに覆われた台と、台に対して壁とは反対側に位置して台に固定され、熱交換器カバーに覆われた熱交換器と、を備える。台は、熱交換器から漏れる冷却液を受ける液受部を有し、熱交換器カバーを介さずに壁に固定されている。【選択図】図５

Description

本発明は、回転電機に関する。

従来、筐体と、筐体に収容された回転子と、筐体に収容された固定子と、筐体に収容された内扇と、筐体の上壁に重ねられた熱交換器カバーと、熱交換器カバーに収容された熱交換器と、熱交換器を熱交換器カバーに固定する台と、を備えた、回転電機が知られている。

特開２０２０－７２５９５号公報

この種の回転電機には、熱交換器から漏れる冷却液を受ける液受部が台に設けられたものがある。上記従来技術では、液受部を有した台が熱交換器カバーに固定されているので、熱交換器カバーに必要な強度が大きくなってしまう。

本発明の課題の一つは、熱交換器カバーに必要な強度を低く抑えることができる新規な構成の回転電機を得ることである。

本発明の実施形態の回転電機は、壁を有し、第１の空間が内部に設けられた筐体と、前記第１の空間に面して前記筐体に収容された固定子と、前記第１の空間に面して前記筐体に収容された回転子と、前記筐体に収容され、前記回転子と一体に回転する内扇と、前記筐体の外側に位置し前記壁を覆い前記筐体に固定され、前記第１の空間と通じた第２の空間が内部に設けられ、前記第２の空間と前記第１の空間との間で気体が循環する熱交換器カバーと、前記筐体の外側で前記壁に重ねられ、前記熱交換器カバーに覆われた台と、前記台に対して前記壁とは反対側に位置して前記台に固定され、前記熱交換器カバーに覆われ、内部を通る冷却液と前記第２の空間の気体との間で熱交換を行う熱交換器と、を備え、前記台は、前記熱交換器から漏れる前記冷却液を受ける液受部を有し、前記熱交換器カバーを介さずに前記壁に固定されている。

本発明の実施形態の回転電機によれば、熱交換器カバーに必要な強度を低く抑えることができる新規な構成の回転電機を得ることができる。

図１は、実施形態の回転電機の構成を概略的に示す図である。 図２は、実施形態の回転電機の一部の分解斜視図である。 図３は、実施形態の回転電機の一部の分解正面図である。 図４は、実施形態の回転電機の一部の平面図である。 図５は、実施形態の台および熱交換器の一部の正面図である。 図６は、実施形態の排出部の断面図である。

以下、本発明の例示的な実施形態が開示される。以下に示される実施形態の構成、ならびに当該構成によってもたらされる作用および効果は、一例である。本発明は、以下の実施形態に開示される構成以外によっても実現可能である。また、本発明によれば、構成によって得られる種々の効果（派生的な効果も含む）のうち少なくとも一つを得ることが可能である。

また、図面は模式的なものであり、各要素の寸法の関係、各要素の比率等は、現実と異なる場合がある。また、図面の相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。また、本明細書では、序数は、部品や、部材、部位、位置、方向等を区別するためだけに用いられており、順番や優先度を示すものではない。

図１は、実施形態の回転電機１の構成を概略的に示す図である。図２は、実施形態の回転電機１の一部の分解斜視図である。図３は、実施形態の回転電機１の一部の分解正面図である。

図１～図３に示されるように、回転電機１は、回転子１０、固定子２０、二つの軸受３２、熱交換器４１、台４５、励磁機５０、二つの内扇１５、および収容体１００を備える。回転電機１は、一例として、ブラシレス回転電機（発電機）である。なお、回転電機１は、ブラシレス回転電機に限られない。

図１に示されるように、収容体１００は、筒状のフレーム３０、二つの軸受ブラケット３４、励磁機カバー６１、および熱交換器カバー４２を有する。フレーム３０、軸受ブラケット３４、励磁機カバー６１および熱交換器カバー４２は、互いに固定されている。フレーム３０および軸受ブラケット３４は、筐体３５を構成している。

筐体３５の内部には、回転子１０、固定子２０、および内扇１５が収容されている、熱交換器カバー４２の内部には、熱交換器４１および台４５が収容されている。また、筐体３５の内部には、第１の空間１００ａが設けられ、熱交換器カバー４２の内部には、第１の空間１００ａと通じた第２の空間１００ｂが設けられている。回転子１０、固定子２０、および内扇１５は、第１の空間１００ａに面し、熱交換器４１および台４５は、第２の空間１００ｂに面している。

筐体３５の上壁３５ａには、一つの通気口４３と、二つの通気口４４とが設けられている。二つの通気口４４の間に通気口４３が位置している。第１の空間１００ａと第２の空間１００ｂとは、通気口４３，４４を介して通じており、第１の空間１００ａと第２の空間１００ｂとの間で気体（以後、冷却用気体とも称する）が循環する。上壁３５ａは、壁の一例であり、通気口４３は、第２の通気口の一例であり、通気口４４は、第１の通気口の一例である。

図１に示されるように、フレーム３０は、回転子鉄心１２および固定子２０を囲むようにこれらの外側に配されている。フレーム３０の軸方向の両側の端部にはそれぞれ軸受ブラケット３４が取り付けられている。軸受ブラケット３４は、それぞれ軸受３２を支持する。

回転子１０は、シャフト１１と、回転子鉄心１２と、回転子巻線１３と、を有する。シャフト１１は、回転中心軸Ａｘ回りに回転可能に、二つの軸受３２を介して筐体３５の軸受ブラケット３４に支持されている。以後、軸方向、径方向、および周方向は、特に言及しない限り、シャフト１１（すなわち回転中心軸Ａｘ）の軸方向、径方向、および周方向である。

回転子鉄心１２は、筐体３５に収容されシャフト１１に固定されている。回転子鉄心１２は、シャフト１１に対して径方向外側に位置している。回転子鉄心１２は、シャフト１１と一体に回転する。回転子巻線１３は、回転子鉄心１２に固定されている。詳細には、回転子巻線１３は、回転子鉄心１２内を軸方向に貫通した状態で回転子鉄心１２に固定されている。

シャフト１１には、回転子鉄心１２と二つの軸受３２との間のそれぞれにおいて、内扇１５が固定されている。すなわち、シャフト１１に二つの内扇１５が軸方向に間隔を空けて固定されている。二つの内扇１５は、シャフト１１と一体に回転する。内扇１５の径方向の外側には、仕切り板１５ａが設けられている。内扇１５は、内扇１５および仕切り板１５ａの軸方向の外側すなわち軸受３２側の収容体１００内の冷却用気体を、吸い込み、回転子鉄心１２および固定子２０側に、すなわち軸方向に送風する。

固定子２０は、固定子鉄心２１と、固定子巻線２２と、を有し、筐体３５に収容されている。固定子鉄心２１は、シャフト１１の径方向に回転子鉄心１２と対向する。固定子鉄心２１は、シャフト１１の外周面１１ａと空隙１８を介して回転子鉄心１２の径方向の外側に位置している。固定子鉄心２１は、円筒形状である。固定子巻線２２は、固定子鉄心２１内を貫通した状態で固定子鉄心２１に固定されている。

図１～図３に示されるように、熱交換器カバー４２は、筐体３５の外側に位置している。熱交換器カバー４２は、筐体３５の上壁３５ａに重ねられ、上壁３５ａを覆っている。熱交換器カバー４２は、筐体３５に固定されている。例えば、熱交換器カバー４２の固定部４２ｆ（図２、図３）が、筐体３５の固定部３５ｂ（図２、図３）にＵボルト等の固定具によって固定されている。熱交換器カバー４２は、例えば板部材の組み合わせによって構成されている。熱交換器カバー４２の下端部には、開口部４２ａ（図２）が設けられている。開口部４２ａは、第２の空間１００ｂの下端部である。開口部４２ａが上壁３５ａに面している。また、図２および図３に示されるように、縦壁４２ｂには、開口部４２ｃと、点検口４２ｄとが設けられている。点検口４２ｄは、蓋４２ｅ（図３）によって閉じられる。

図１に示されるように、熱交換器４１は、熱交換器カバー４２内に収納されている。熱交換器４１は、台４５を介して筐体３５の上壁３５ａに固定されている。熱交換器４１は、回転子１０および固定子２０を冷却する冷却用気体を冷却する。

図２および図３に示されるように、熱交換器４１は、フレーム４１ａと、フレーム４１ａに支持された冷却管（不図示）と、を有する。フレーム４１ａの縦壁４１ｂには、流入口４１ｃと流出口４１ｄとが設けられている。流入口４１ｃおよび流出口４１ｄは、熱交換器カバー４２の開口部４２ｃ（図２）に面している。熱交換器４１における流入口４１ｃおよび流出口４１ｄの周囲の部分と、熱交換器カバー４２の開口部４２ｃの周囲の部分との間の空間は、仕切り部材７５によって、第２の空間１００ｂと仕切られている。当該配空間には、流入口４１ｃと流出口４１ｄとに接続される外部配管が挿入される。流入口４１ｃは、冷却管の一端部と接続され、流出口４１ｄは、冷却管の他端部と接続されている。冷却管は、例えば複数の管が接続されて一本化された構成である。熱交換器４１では、流入口４１ｃに流入した水等の冷却液が、冷却管の内部を流れ、流出口４１ｄから流出する。仕切り部材７５は、塞ぎ部材とも称される。

図４は、実施形態の回転電機１の一部の平面図である。図５は、実施形態の台４５および熱交換器４１の一部の正面図である。図６は、実施形態の排出部８５の断面図である。

図４に示されるように、台４５は、上壁３５ａの厚さ方向の一方側から見て、二つの通気口４４の間に位置して通気口４３と重ねられている。すなわち、台４５は、通気口４３に面している。台４５は、通気口４３の上側に位置した状態で上壁３５ａの外面に重ねられている。また、二つの通気口４４の並び方向すなわち軸方向および鉛直方向と直交する方向における台４５の長さ（奥行）は、同方向での熱交換器４１の長さよりも短い。台４５は、載置台とも称される。

図５に示されるように、台４５は、台本体８１と、熱交換器４１から漏れる冷却液を受ける液受部８２と、を有する。冷却液の漏れは、例えば、熱交換器４１における冷却管における管のつなぎ目等で発生しうる。

台本体８１は、例えば、四角枠状に形成されている。台本体８１は、上壁３５ａに重ねられ、ボルト等の固定具７２によって上壁３５ａに固定さている。固定具７２は、熱交換器カバー４２を介さずに台本体８１を上壁３５ａに固定している。このような固定構造によって、台４５は、熱交換器カバー４２を介さずに上壁３５ａに固定されている。換言すると、台４５と熱交換器カバー４２は、別々に筐体３５に固定されている。つまり、台４５と熱交換器カバー４２とは、分離されている。また、台本体８１には、熱交換器４１が固定されている。熱交換器４１は、台本体８１の上面に載置された状態でボルト等の固定具７１によって台本体８１に固定されている。固定具７１は、熱交換器カバー４２を介さずに熱交換器４１を台本体８１に固定している。

図５および図６に示されるように、液受部８２は、台本体８１に固定（支持）されている。液受部８２は、熱交換器４１の下側に位置している。液受部８２は、複数の液受部材８３と、タンク８４と、を有する。

液受部材８３は、板部８３ａ，８３ｂを有する。板部８３ａは、熱交換器４１側から上壁３５ａ側に向かって延びるととともに鉛直方向に対して傾斜している。板部８３ｂは、板部８３ａの下端部から熱交換器４１側に向かって延びるとともに、鉛直方向に対して傾斜している。板部８３ｂは、板部８３ｂに対して曲げられている。また、図６に示されるように、液受部材８３における板部８３ａ，８３ｂが接続された曲部（下縁部）は、タンク８４に向かうにつれて鉛直方向の下方に向かうように、鉛直方向に対して傾斜している。この液受部材８３の曲部における下端部は、タンク８４の入口８４ａに接続されている。熱交換器４１で冷却液が漏れた場合、冷却液は、液受部材８３に落下して、液受部材８３によってタンク８４に案内され、タンク８４の入口８４ａからタンク８４に流入する。

図６に示されるように、タンク８４は、入口８４ａと出口８４ｂを有する。タンク８４は、冷却液を貯留可能である。タンク８４の出口８４ｂには、排出部８５が接続されている。

排出部８５は、液受部８２のタンク８４と熱交換器カバー４２とに亘っている。換言すると、排出部８５は、タンク８４と熱交換器カバー４２とに接続されている。排出部８５は、タンク８４内の冷却液を熱交換器カバー４２の外部に排出する。具体的には、排出部８５は、パイプ８５ａと、一対の接続部８５ｂ，８５ｃと、を有する。一対の接続部８５ｂ，８５ｃは、パイプ８５ａの両端部に設けられている。接続部８５ｂは、パイプ８５ａの一端部をタンク８４の出口８４ｂに接続している。接続部８５ｃには、外部配管（不図示）が接続可能である。

図１に示されるように、励磁機５０は、回転整流器５１、励磁回転部５２、励磁固定部５３、励磁回転部５４、および励磁固定部５５を有する。励磁機５０は、収容体１００の励磁機カバー６１に収容されている。回転整流器５１、励磁回転部５２は、シャフト１１に固定され、シャフト１１と一体に回転する。励磁固定部５３は、励磁回転部５２の径方向の外側で励磁回転部５２と径方向に互に対向するように収容体１００の励磁機カバー６１に固定されている。励磁回転部５４および励磁固定部５５は、それぞれ、鉄心および鉄心に固定された巻線を有する。

励磁回転部５４は、シャフト１１に固定され、シャフト１１と一体に回転する。励磁固定部５５は、励磁回転部５４の径方向の内側に、励磁回転部５４と径方向に互いに対向するように収容体１００に固定されている。

励磁機５０では、励磁回転部５２がシャフト１１と一体に回転すると、励磁固定部５５の巻線５９に電流（三相交流電流）が発生する。この電流は、励磁制御装置（不図示）によって直流に変換された後、励磁固定部５３に入力される。このとき、励磁回転部５２が、シャフト１１と一体に回転していることにより、励磁回転部５２の巻線に電流（直流電流）が発生する。この電流は、回転子１０の回転子巻線１３に入力される。このとき、回転子１０が回転しているので、固定子２０の固定子巻線２２に電流が発生する。この電流は、端子箱（不図示）から外部に出力される。励磁回転部５４および励磁固定部５５は、交流発電用回転部および交流発電用固定子とも称される。励磁回転部５２および励磁固定部５３は、それぞれ交流励磁用回転部および励磁用固定部とも称される。

励磁機５０は、励磁機カバー６１内に収納されている。励磁機カバー６１内の空間は、分岐管６２により熱交換器カバー４２内の第２の空間１００ｂと連通している。また、励磁機カバー６１内の空間は、戻り管６３により筐体３５内の第１の空間１００ａと連通している。

次に、このように構成された回転電機１に生じる気流を説明する。図１中には、気流の向きが矢印で示されている。

図１に示されるように、シャフト１１の回転に伴い、内扇１５が回転し、筐体３５内の第１の空間１００ａの冷却用気体を駆動する。冷却用気体は、内扇１５により、軸方向の両外側から回転子鉄心１２および固定子２０の方向に送られ、回転子鉄心１２、回転子巻線１３、固定子鉄心２１および固定子巻線２２を冷却しながら通過した後、固定子２０の径方向に押し出される。

固定子２０の径方向に押し出された冷却用気体は、通気口４３から熱交換器カバー４２内の第２の空間１００ｂに流入する。熱交換器カバー４２内の第２の空間１００ｂに流入した冷却用気体は、熱交換器４１で冷却された後に、熱交換器４１から流出し、２つの通気口４４から筐体３５内の第１の空間１００ａに流入する。それぞれ第１の空間１００ａに流入した冷却用気体は、再び、内扇１５に流入する。

また、熱交換器４１より流出した冷却用気体の一部は、分岐管６２に流入し、励磁機カバー６１内に流入し、励磁機カバー６１内を通過した後、戻り管６３からフレーム３０内に戻り、一方の通気口４４からフレーム３０内に流入した冷却用気体と合流する。励磁機カバー６１内に流入した冷却用気体は、励磁機５０の各部を冷却する。

次に、回転電機１の製造方法における筐体３５、熱交換器カバー４２、熱交換器４１、台４５の組立手順（組立方法）を説明する。まずは、筐体３５の上壁３５ａに台４５を固定具７２によって固定する。次に、台４５に熱交換器４１を固定具７１によって固定する。次に、熱交換器カバー４２を筐体３５に固定具によって固定する。

以上のように、本実施形態では、回転電機１は、筐体３５と、固定子２０と、回転子１０と、内扇１５と、熱交換器カバー４２と、台４５と、熱交換器４１と、を備える。筐体３５は、上壁３５ａ（壁）を有し、第１の空間１００ａが内部に設けられている。固定子２０は、第１の空間１００ａに面して筐体３５に収容されている。回転子１０は、第１の空間１００ａに面して筐体３５に収容されている。内扇１５は、筐体３５に収容され、回転子１０と一体に回転する。熱交換器カバー４２は、筐体３５の外側に位置し上壁３５ａを覆い筐体３５に固定されている。熱交換器カバー４２は、第１の空間１００ａと通じた第２の空間１００ｂが内部に設けられ、第２の空間１００ｂと第１の空間１００ａとの間で気体が循環する。台４５は、筐体３５の外側で上壁３５ａに重ねられ、熱交換器カバー４２に覆われている。熱交換器４１は、台４５に対して上壁３５ａとは反対側に位置して台４５に固定されている。熱交換器４１は、熱交換器カバー４２に覆われ、内部を通る冷却液と第２の空間１００ｂの気体との間で熱交換を行う。台４５は、熱交換器４１から漏れる冷却液を受ける液受部８２を有し、熱交換器カバー４２を介さずに上壁３５ａに固定されている。

このような構成によれば、台４５が熱交換器カバー４２を介さずに上壁３５ａに固定されているので、熱交換器カバー４２に必要な強度を低く抑えることができる。よって、熱交換器カバー４２に補強部材等を設ける必要が無いので、熱交換器カバー４２ひいては回転電機１の簡素化を図ることができる。また、熱交換器カバー４２に台４５を支持する構成を設ける必要が無いので、熱交換器カバー４２の簡素化を図ることができる。したがって、上記構成によれば、回転電機１の質量およびコストを低減することができる。

また、上壁３５ａには、第１の空間１００ａと第２の空間１００ｂとに通じた二つの通気口４４（第１の通気口）と、二つの通気口４４の間に位置し、第１の空間１００ａと第２の空間１００ｂとに通じた通気口４３（第２の通気口）と、が設けられている。台４５は、上壁３５ａの厚さ方向の一方側から見て、二つの通気口４４の間に位置して通気口４３と重ねられている。

このような構成によれば、台４５が、上壁３５ａの厚さ方向の一方側から見て、二つの通気口４４の間に位置しているので、台４５が二つの通気口４４と重ねられた構成に比べて、台４５の小型化を図ることができる。

また、回転電機１は、液受部８２と前記熱交換器カバー４２とに接続され、液受部８２の冷却液を熱交換器カバー４２の外部に排出する排出部８５を備える。

このような構成によれば、排出部８５が設けられているので、液受部８２の一部を熱交換器カバー４２まで延ばす必要が無い。よって、液受部８２の小型化を図ることができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１…回転電機、１０…回転子、１５…内扇、２０…固定子、３５…筐体、３５ａ…上壁（壁）、４１…熱交換器、４２…熱交換器カバー、４３…通気口（第２の通気口）、４４…通気口（第１の通気口）、４５…台、８５…排出部、１００ａ…第１の空間、１００ｂ…第２の空間。

Claims (3)

1. 壁を有し、第１の空間が内部に設けられた筐体と、
   前記第１の空間に面して前記筐体に収容された固定子と、
   前記第１の空間に面して前記筐体に収容された回転子と、
   前記筐体に収容され、前記回転子と一体に回転する内扇と、
   前記筐体の外側に位置し前記壁を覆い前記筐体に固定され、前記第１の空間と通じた第２の空間が内部に設けられ、前記第２の空間と前記第１の空間との間で気体が循環する熱交換器カバーと、
   前記筐体の外側で前記壁に重ねられ、前記熱交換器カバーに覆われた台と、
   前記台に対して前記壁とは反対側に位置して前記台に固定され、前記熱交換器カバーに覆われ、内部を通る冷却液と前記第２の空間の気体との間で熱交換を行う熱交換器と、
   を備え、
   前記台は、前記熱交換器から漏れる前記冷却液を受ける液受部を有し、前記熱交換器カバーを介さずに前記壁に固定された、
   回転電機。
2. 前記壁には、前記第１の空間と前記第２の空間とに通じた二つの第１の通気口と、前記二つの第１の通気口の間に位置し、前記第１の空間と前記第２の空間とに通じた第２の通気口と、が設けられ、
   前記台は、前記壁の厚さ方向の一方側から見て、前記二つの第１の通気口の間に位置して前記第２の通気口と重ねられた、
   請求項１に記載の回転電機。
3. 前記液受部と前記熱交換器カバーとに亘り、前記液受部の前記冷却液を前記熱交換器カバーの外部に排出する排出部を備えた、
   請求項１または２に記載の回転電機。
   

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