JP3439305B2

JP3439305B2 - 回転電機

Info

Publication number: JP3439305B2
Application number: JP23512696A
Authority: JP
Inventors: 圭二小田; 濱野　　宏; 末太郎渋川; 小泉　　修; 嘉良平野
Original assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Car Engineering Co Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Automotive Systems Engineering Co Ltd
Priority date: 1995-09-13
Filing date: 1996-09-05
Publication date: 2003-08-25
Anticipated expiration: 2016-09-05
Also published as: JPH09140097A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、回転電機の冷却構
造に係わるものであり、特に、冷媒通路内に冷媒を循環
させる外部液冷方式の冷却構造を備えた回転電機に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、外部液冷方式の回転電機において
冷却効果を高めるための公知技術として、例えば以下の
ものがある。 ○特開平７−７９５４４号公報この公知技術は、固定子鉄芯内に複数の冷却管を通すと
ともに、それらを連結管で接続して冷媒を流すことによ
り、固定子鉄芯を直接冷却するものである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記公
知技術は以下の問題点が存在する。すなわち、複数の冷
却管が連結管で接続されて１つの長い冷媒通路となり、
この長い狭小な冷媒通路内にポンプで冷媒を流さねばな
らないことから、冷媒通路内で大きな圧力損失が発生
し、これを低減するのが困難であった。

【０００４】また、冷媒によって回収した熱は、例えば
自動車のヒータ等に用いられるのが通常であることか
ら、回転電機側の発熱量の大小に関係なく冷媒の出口温
度の変動が少ないことが望ましい。しかし上記公知技術
においては、このような冷媒の温度変動を少なくするた
めの配慮が特になされておらず、回転電機側の発熱量の
大小に関係なく出口温度をほぼ一定にするには、冷媒の
入口温度を状況に応じて変える必要がある。

【０００５】さらに、固定子鉄芯内を導体である冷却管
が貫通することから、固定子鉄芯と冷却管の間に電気回
路が構成され、固定子巻線に流れる電流により発生する
磁束が冷却管に誘導起電力を発生させて回転電機の出力
特性・効率を悪化させる可能性がある。

【０００６】本発明の第１の目的は、冷媒通路内におけ
る圧力損失を低減できる回転電機を提供することであ
る。

【０００７】本発明の第２の目的は、冷媒の入口温度を
変えることなく状況に応じて冷却能力を容易に調整し、
冷媒出口温度をほぼ一定にすることができる回転電機を
提供することである。

【０００８】本発明の第３の目的は、固定子巻線に流れ
る電流により発生する磁束が冷却管に誘導起電力を発生
させるのを防止できる回転電機を提供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記第１の目的を達成す
るために、本発明によれば、回転自在に支持された回転
子と、この回転子の外周に配置され、回転磁界を発生す
る固定子巻線及び固定子鉄芯を備えた固定子と、前記固
定子を冷却するための冷媒が流される複数の冷媒通路と
を有する回転電機において、前記複数の冷媒通路のうち
少なくとも２本の一端にそれぞれ接続された冷媒分岐手
段を有し、かつ、この冷媒分岐手段は、上流側が第１の
開閉弁を介し冷媒供給源に接続可能な供給用冷媒分岐手
段と、上流側が第２の開閉弁を介し冷媒供給源に接続可
能でかつ下流側が第３の開閉弁を介し冷媒排出先に接続
可能な供給・排出用冷媒分岐手段と、下流側が第４の開
閉弁を介し冷媒排出先に接続可能な排出用冷媒分岐手段
とを含んでおり、これら供給用冷媒分岐手段、供給・排
出用冷媒分岐手段、排出用冷媒分岐手段を含むすべての
冷媒分岐手段は、互いに上流側・下流側で接続自在に構
成されているとともに、前記すべての冷媒分岐手段は、
前記第１〜第４の開閉弁を介して並列・直列接続を選択
的に切り換え可能に構成されており、前記複数の冷媒通
路は、前記供給用冷媒分岐手段及び前記供給・排出用冷
媒分岐手段の少なくとも一方に対し互いに並列に連結さ
れた複数本の上流側冷媒通路と、前記排出用冷媒分岐手
段及び前記供給・排出用冷媒分岐手段の少なくとも一方
に対し互いに並列に連結された複数本の下流側冷媒通路
と、これら複数本の上流側冷媒通路及び複数本の下流側
冷媒通路を接続するための中間冷媒通路とから構成され
ることを特徴とする回転電機が提供される。すなわち、
冷媒供給源からの冷媒は、上流側が第１の開閉弁を介し
この冷媒供給源に接続された供給用冷媒分岐手段（例え
ばエンドブラケット内の供給用冷媒溜まり部）又は供給
・排出用冷媒分岐手段（例えばエンドブラケット内の供
給・排出用冷媒溜まり部）を介し、複数本の上流側冷媒
通路に並列に供給される。そしてさらにこのように並列
に供給された冷媒は中間冷媒通路を介して複数本の下流
側冷媒通路に導入される。その後これら複数系統の冷媒
は、これら下流側冷媒通路が並列に接続されている排出
用冷媒分岐手段（例えばエンドブラケット内の排出用冷
媒溜まり部）又は供給・排出用冷媒分岐手段（例えばエ
ンドブラケット内の供給・排出用冷媒溜まり部）に導か
れて合流した後、冷媒排出先へと排出される。このよう
に、冷媒が複数の冷媒通路中を流れるとき、少なくとも
一部では複数系統に分離し並行流として流れる。したが
って、複数の冷却管がすべて直列に接続された長い冷媒
通路内を、冷媒が単一流として流れていた従来よりも、
冷媒通路内での圧力損失を低減することができる。な
お、本発明の構造は、冷媒が固定鉄芯内を貫通し固定鉄
芯内部から冷却するタイプの冷却構造のみならず、冷媒
が固定鉄芯外周部のフレーム内を流れ、フレームを介し
て固定鉄芯を外周側から冷却するタイプの冷却構造にも
適用できる。

【００１０】

【００１１】このとき、供給用冷媒分岐手段、供給・排
出用冷媒分岐手段、排出用冷媒分岐手段をを含むすべて
の冷媒分岐手段は、互いに上流側・下流側で接続自在に
構成されているとともに、すべての冷媒分岐手段は、前
記第１〜第４の開閉弁を介して並列・直列接続を選択的
に切り換え可能に構成されている。すなわち、例えば、
第１の開閉弁を開いてエンドブラケット内の供給用冷媒
溜まり部と冷媒供給源とを接続する配管を連通させ、第
２の開閉弁を閉じて供給・排出用冷媒溜まり部上流側と
冷媒供給源とを接続する配管を遮断し、第３の開閉弁を
開いて供給・排出用冷媒溜まり部下流側と冷媒排出先と
を接続する配管を連通させ、第４の開閉弁を閉じて排出
用冷媒溜まり部下流側と冷媒排出先とを遮断することに
より、供給源からの冷媒を、第１の開閉弁→供給用冷媒
溜まり部→排出用冷媒溜まり部→供給・排出用冷媒溜ま
り部→第３の開閉弁→冷媒排出先と流すことができる。
また例えば、第１の開閉弁を開いてエンドブラケット内
の供給用冷媒溜まり部と冷媒供給源とを接続する配管を
連通させ、第２の開閉弁も開いて供給・排出用冷媒溜ま
り部上流側と冷媒供給源とを接続する配管を連通させ、
第３の開閉弁を閉じて供給・排出用冷媒溜まり部下流側
と冷媒排出先とを接続する配管を遮断し、第４の開閉弁
を開いて排出用冷媒溜まり部下流側と冷媒排出先とを連
通させることにより、供給源からの冷媒を、第１の開閉
弁→供給用冷媒溜まり部、及び第２の開閉弁→供給・排
出量冷媒溜まり部、の２つの並行ルートを経た後、排出
用冷媒溜まり部→第４の開閉弁→冷媒排出先と流すこと
もできる。このようにして、状況に応じて接続の順序や
態様を切り換えることにより、冷媒の分配方向や冷媒通
路の並列回路の数等を変化させ、冷却能力を容易に調整
することができる。したがって、例えば、回転電機側の
発熱量の大小に関係なく出口温度をほぼ一定にする等、
冷媒廃熱再利用の際の様々な要請に応えることができ
る。

【００１２】さらに好ましくは、前記回転電機におい
て、前記回転子に備えられた回転軸の両端部を軸受を介
し回転自在に支承する２つのエンドブラケットをさらに
有し、前記供給用冷媒分岐手段は、前記２つのエンドブ
ラケットのうちいずれか一方の内部に形成された供給用
冷媒溜まり部であることを特徴とする回転電機が提供さ
れる。

【００１３】また好ましくは、前記回転電機において、
前記回転子に備えられた回転軸の両端部を軸受を介し回
転自在に支承する２つのエンドブラケットをさらに有
し、前記排出用冷媒分岐手段は、前記２つのエンドブラ
ケットのうちいずれか一方の内部に形成された排出用冷
媒溜まり部であることを特徴とする回転電機が提供され
る。

【００１４】また好ましくは、前記回転電機において、
前記回転子に備えられた回転軸の両端部を軸受を介し回
転自在に支承する２つのエンドブラケットをさらに有
し、前記供給・排出用冷媒分岐手段は、前記２つのエン
ドブラケットのうちいずれか一方の内部に形成された供
給・排出用冷媒溜まり部であることを特徴とする回転電
機が提供される。

【００１５】また上記第１及び第２の目的を達成するた
めに、本発明によれば、回転自在に支持された回転子
と、この回転子の外周に配置され、回転磁界を発生する
固定子巻線及び固定子鉄芯を備えた固定子と、開閉弁部
を介し、前記固定子を冷却するための冷媒の供給源及び
排出先のいずれか一方に選択的に接続可能な複数の冷媒
溜まり部と、前記固定子巻線の外周側に前記冷媒溜まり
部どうしの間を連結するように配置され、前記冷媒が流
される複数の冷却管とを有し、前記開閉弁部の操作によ
って、各冷却管を介しての各冷媒溜まり部の直列・並列
の接続関係が切り換えられ、冷媒の流路の組み合わせが
変化するようにしたことを特徴とする回転電機が提供さ
れる。

【００１６】また上記第３の目的を達成するために、本
発明によれば、回転自在に支持された回転子と、この回
転子の外周に配置され、回転磁界を発生する固定子巻線
及び固定子鉄芯を備えた固定子と、前記固定子鉄芯内に
設けられた冷媒通路とを有する回転電機において、前記
冷媒通路は、前記固定子鉄芯に略軸方向に貫通して形成
された孔に、高熱伝導性材料の冷却管を固定して構成さ
れており、前記冷却管は、前記固定子鉄芯との間を絶縁
する絶縁手段が施されており、前記固定子鉄芯は、前記
固定子巻線に電流が流れたときに発生する磁束のうち、
前記冷却管と鎖交する磁束を低減する鎖交磁束低減手段
を備えていることを特徴とする回転電機が提供される。
すなわち、冷媒通路を、固定子鉄芯に略軸方向に貫通し
て形成された孔に、高熱伝導性材料の冷却管を固定する
ことで構成することにより、固定子巻線の発熱を効率よ
く冷媒で冷却することができる。またその冷却管に、固
定子鉄芯との間を絶縁する絶縁手段、例えば、冷却管を
絶縁体で作るか、若しくは、電気抵抗率が１０μΩ・ｃ
ｍ以上の材料で作るか、若しくは、冷却管の外周部に絶
縁塗装・絶縁被覆を施すことにより、固定子鉄芯と冷却
管の間に構成される電気回路を遮断できるので、固定子
巻線に流れる電流により発生する磁束が冷却管に誘導起
電力を発生させるのを防止できる。さらに、冷却管と鎖
交する磁束を低減する鎖交磁束低減手段を固定子鉄芯に
設けることにより、冷却管を切る磁束を減らすことがで
きるので、固定子巻線に流れる電流により発生する磁束
が冷却管に誘導起電力を発生させるのをさらに確実に防
止することができる。

【００１７】

【００１８】

【００１９】

【００２０】

【００２１】

【００２２】

【００２３】

【００２４】

【００２５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面を
参照しつつ説明する。本発明の第１の実施形態を図１〜
図１０により説明する。本実施形態による回転電機の全
体構造を表す縦断面図を図１に示す。図１において、回
転電機１００は、固定子巻線１２を有する固定子鉄芯１
１を軸方向両側から挟むようにエンドブラケット６２，
６３が配置されており、このエンドブラケット６２，６
３で、回転子４１が固着された回転軸４２を回転自在に
支持する軸受け５１，５２を支承している。また、固定
子鉄芯１１内部の固定子巻線１２の外周領域には、軸方
向に貫通するように設けられかつ周方向に並んで配置さ
れた２４本の冷却管１３ａ₁〜ａ₆，ｂ₁〜ｂ₆，ｃ₁〜
ｃ₆，ｄ₁〜ｄ₆（後に示す図２参照）が設けられてお
り、これら冷却管１３中に共通の冷媒が流されることに
よって固定子巻線１２の発熱を吸収する構造となってい
る。

【００２６】２つのエンドブラケット６２，６３のう
ち、図１中左側のエンドブラケット６２には、固定子鉄
芯１１内の多数の冷却管１３と接続される冷媒溜まり部
１，２，３，４が設けられている。これら冷媒溜まり部
１〜４の配置を表す図１中II−II線横断面図を図２に示
す。なお、各冷媒溜まり部１〜４と冷却管１３との接続
関係も併せて模式的に図示している。

【００２７】図２において、冷媒溜まり部１〜４は、複
数の放射状の隔壁で仕切られることにより、周方向に並
んで配置されている。また各冷媒溜まり部１〜４は、軸
受５１，５２を冷却できるように軸受５１，５２の外周
部近傍まで冷媒を導くように構成されており（図１参
照）、これによって、固定子巻線１２のエンドコイル部
の発熱を吸収するのみならず、軸受５１，５２の温度上
昇も抑えることができるようになっている。さらに、回
転子４１の発熱は回転電機内部の空気を介し吸収する構
成となっている。

【００２８】また、図２において、２４本の冷却管１３
ａ₁〜ａ₆，ｂ₁〜ｂ₆，ｃ₁〜ｃ₆，ｄ₁〜ｄ₆のうち、一端
（図１中の左端）は、対応する冷媒溜まり部１〜４に連
結されている。すなわち、冷却管１３ａ₁〜ａ₃及び１３
ｂ₁〜ｂ₃は冷媒溜まり部１に、冷却管１３ｃ₁〜ｃ₃及び
１３ｄ₁〜ｄ₃は冷媒溜まり部２に、冷却管１３ａ₄〜ａ₆
及び１３ｃ₄〜ｃ₆は冷媒溜まり部３に、冷却管１３ｂ₄
〜ｂ₆及び１３ｄ₄〜ｄ₆は冷媒溜まり部４に連結されて
いる。なおこのとき冷媒溜まり部２は、図２中に破線で
示すように、部室２ａと部室２ｂとに２分割して使うこ
とも可能な構造となっており、部室２ａ側には冷却管１
３ｃ₁，ｃ₂，ｃ₃が、部室２ｂ側には冷却管１３ｄ₁，ｄ
₂，ｄ₃が連結されている。一方、各冷却管１３の他端
（図１中右端）は、固定子鉄芯１１の軸方向外側におい
て、Ｕ字状の接続配管３０により対応する各冷却管１３
に接続されている。すなわち、冷却管１３ａ₁，ａ₂，ａ
₃がそれぞれ冷却管１３ａ₄，ａ₅，ａ₆に、冷却管１３ｂ
₁，ｂ₂，ｂ₃がそれぞれ冷却管１３ｂ₄，ｂ₅，ｂ₆に、冷
却管１３ｃ₁，ｃ₂，ｃ₃がそれぞれ冷却管１３ｃ₄，
ｃ₅，ｃ₆に、冷却管１３ｄ₁，ｄ₂，ｄ₃がそれぞれ冷却
管１３ｄ₄，ｄ₅，ｄ₆に、接続されている。なお、接続
される２本の冷却管１３と、対応する接続配管３０とを
はじめから一体的に１本のＵ字状の冷却管として構成し
てもよい。

【００２９】冷却管１３と冷媒溜まり部１の接合構造を
表す、図１中Ａ部の部分縦断面図を図３に示す。図３に
おいて、固定子鉄芯１１の端面より突き出している冷却
管１３ａ₁が、エンドブラケット６２内の冷媒溜まり部
１の孔に嵌合されている。またエンドブラケット６２と
冷却管１３ａ₁との間の気密はＯリング６により保持さ
れている。なお特に図示しないが、その他の冷却管と冷
媒溜まり部に関しても同様の構造である。

【００３０】冷却管１３の固定子鉄芯１１内における配
置を表す、図１中IV−IV線による部分横断面図を図４に
示す。図４において、冷却管１３ａ₁〜ａ₃は、銅パイプ
の外周にフッ素樹脂等を焼き付け塗装したものである。
そしてこの冷却管１３ａ₁，ａ₂，ａ₃は、固定子巻線１
２の外周部の固定子鉄芯１１内の孔１１ａに、それぞれ
拡管圧接により固定されている。この冷却管１３ａ₁〜
ａ₃の拡管圧接は、リーマ等により管を押拡げ塑性変形
させる方法や、冷却管内に高圧の液体を押し込み塑性変
形させる方法等により行う。そしてこれら冷却管１３ａ
₁〜ａ₃の外周部には、空隙部１４（内部は空洞）が設け
られている。

【００３１】このように、冷却管１３ａ₁〜ａ₃を使用し
た冷媒通路構造とすることにより、固定鉄芯１１内にお
ける冷媒の気密保持を簡単な構造で実現できるととも
に、冷却管１３ａ₁〜ａ₃が固定子鉄芯１１に圧接固定さ
れるので、固定子鉄芯１１に密着させることができ、固
定子４１と冷媒との熱伝達率を高くすることができる。
また、冷却管１３ａ₁〜ａ₃はフッ素樹脂等の絶縁体で固
定子鉄芯１１と絶縁されていることにより、固定子巻線
１２に流れる電流で発生する磁束が冷却管１３ａ₁〜ａ₃
に誘導起電力を発生させて誘導電流が流れ回転電機１０
０の出力特性・効率が悪化するのを防止できる。また、
固定子鉄芯１１内の冷却管１３ａ₁〜ａ₃の外周部に空隙
部１４が設けられることより、固定子巻線１２に流れる
電流で発生する磁束のうち、冷却管ａ₁〜ａ₃と鎖交する
磁束を減らすことができるので、冷却管１３ａ₁〜ａ₃に
誘導起電力が発生するのをさらに確実に防止することが
できる。なお特に図示しないが、上記冷却管ａ₁〜ａ₃以
外の冷却管に関しても同様の構造となっており、同様の
作用効果を奏する。

【００３２】図１に戻り、回転電機１００の図示左端に
は、各冷却管１３を介しての各冷媒溜まり部１〜４の接
続関係（直列・並列等）を切り換えるための、開閉弁部
７０が設けられている。開閉弁部７０を図１中Ｂ方向か
らみた矢視図を図５に示す。図５において、開閉弁部７
０は、冷媒供給源であるポンプ（図１参照）が接続され
る弁入口７０ａと、冷媒排出先であるヒータ・ラジエー
タ（図１参照）が接続される弁出口７０ｂとを備えてい
る。弁入口７０ａ及び弁出口７０ｂの開口部を正面から
見た図をそれぞれ図６及び図７に示す。図６及び図７に
示されるように、弁入口７０ａには内部配管８１，８２
ａ，８２ｂ（後述）の端部が、弁出口７０ｂには内部配
管９２ａ，９２ｂ，９３，９４（後述）の端部が、それ
ぞれ開口する構造となっている。

【００３３】開閉弁部７０の内部構造を表す図１中VIII
−VIII線による横断面図を図８に、図１中IX−IX線によ
る横断面図を図９に示す。図８及び図９に示されるよう
に、弁室内は２段構造となっており、弁入口７０ａ及び
弁出口７０ｂと、対応する冷媒溜まり部１〜４とを接続
する内部配管８１，８２ａ，８２ｂ，９２ａ，９２ｂ，
９３，９４が形成されている。すなわち、図８に示され
る１段目の弁室においては、冷媒溜まり部２ａ，２ｂと
弁入口７０ａとをそれぞれ接続する内部配管８２ａ，８
２ｂ、冷媒溜まり部３と弁出口７０ｂとを接続する内部
配管９３、及び冷媒溜まり部４と弁出口７０ｂとを接続
する内部配管９４が設けられている。そして図９に示さ
れる２段目の弁室においては、冷媒溜まり部１と弁入口
７０ａとを接続する内部配管８１、冷媒溜まり部２ａ，
２ｂと弁出口７０ｂとをそれぞれ接続する内部配管９２
ａ，９２ｂが設けられている。

【００３４】そして、これら内部配管８１，８２ａ，８
２ｂ，９２ａ，９２ｂ，９３，９４は、図６及び図７に
示す弁入口７０ａ又は弁入口７０ｂでの開口部におい
て、図示しない板状部材が挿入されて閉塞可能となって
いる。すなわち、弁入口７０ａ及び弁出口７０ｂにおけ
る各内部配管の開口部分は、板状部材が挿入可能なよう
に、あらかじめケーシングから若干引っ込んだ開口面が
形成されており（図５中破線で示す）、この開口面の大
きさに合わせた板状部材が適宜挿入・引き抜きされる。
これによって、入口部７０ａにおいては、内部配管８
１，８２ａ，８２ｂと冷媒供給源とがそれぞれ別個独立
して連通・遮断され、また出口部７０ｂにおいては、内
部配管９２ａ，９２ｂ，９３，９４と冷媒排出先とがそ
れぞれ別個独立して連通・遮断される。このようにし
て、開閉弁部７０は、冷媒供給源・冷媒排出先と冷媒溜
まり部とを接続する内部配管を連通・遮断する複数の開
閉弁を構成する。

【００３５】上記構成における冷媒の流れ及びその作用
を以下に説明する。上記したように、開閉弁部７０の操
作によって、各冷却管１３を介しての各冷媒溜まり部１
〜４の接続関係（直列・並列等）が切り換えられ、冷媒
の流路の組み合わせが変化するが、これは、図１０に示
す３つの場合に分けられる。よって、以下、この３つの
場合のそれぞれに分けて順を追って説明する。

【００３６】（１）弁入口７０ａで内部配管８１を連
通、内部配管８２ａ，８２ｂを遮断し、弁出口７０ｂで
内部配管９２ａ，９２ｂを連通、内部配管９３，９４を
遮断する場合（部室２ａ，２ｂを区分せず）この場合、冷媒源から弁入口７０ａ→内部配管８１を介
して冷媒溜まり部１に入った冷媒は、冷媒溜まり部１に
接続されている各冷却管１３ａ₁，ａ₂，ａ₃，ｂ₁，
ｂ₂，ｂ₃に分岐されて流入する。

【００３７】まず冷却管１３ａ₁，ａ₂，ａ₃→１３
ａ₄，ａ₅，ａ₆（図１０では冷却管１３ａと総称して示
す、以下同様）と流れた冷媒は、これら３つの冷却管１
３ａ₄，ａ₅，ａ₆から冷媒溜まり部３に流れ込んで一旦
互いに合流する。このとき内部配管９３が弁出口７０ｂ
において遮断されていることから、冷媒溜まり部３内の
冷媒は、再び、３つの冷却管１３ｃ₄，ｃ₅，ｃ₆に分岐
されて流入し、冷却管１３ｃ₁，ｃ₂，ｃ₃を介して冷媒
溜まり部２の部室２ａに流れ込む。一方冷却管１３ｂ₁，ｂ₂，ｂ₃→１３ｂ₄，ｂ₅，ｂ₆と
流れた冷媒は、これら３つの冷却管１３ｂ₄，ｂ₅，ｂ₆
から冷媒溜まり部４に流れ込んで一旦互いに合流する。
このとき内部配管９４が弁出口７０ｂにおいて遮断され
ていることから、冷媒溜まり部４内の冷媒は、再び、３
つの冷却管１３ｄ₄，ｄ₅，ｄ₆に分岐されて流入し、冷
却管１３ｄ₁，ｄ₂，ｄ₃を介して冷媒溜まり部２の部室
２ｂに流れ込む。ここで、冷媒溜まり部２の部室２ａと部室２ｂとは仕切
られず、これらの冷媒流れはすべて合流する。そしてこ
のとき、部室２ａ，２ｂを入口側と接続する内部配管８
２ａ，８２ｂが弁入口７０ａで遮断されていることか
ら、冷媒溜まり部２内の冷媒は、内部配管９２ａ，９２
ｂに分岐して流入し、弁出口７０ｂで合流した後、冷媒
排出先へと排出される。この組合せでは、冷媒は、６ル
ートに分岐しつつ概ね並列に流れることとなる。

【００３８】そして、冷媒排出先であるヒータ・ラジエ
ータへと導かれた冷媒は、これらで熱交換を行った後、
図１に示すように再びポンプへと還流する。

【００３９】（２）弁入口７０ａで内部配管８１，８２
ａ，８２ｂを連通し、弁出口７０ｂで内部配管９２ａ，
９２ｂを遮断、内部配管９３，９４を連通する場合（部
室２ａ，２ｂを区分して使用）この場合、弁入口７０ａにおいて内部配管８１，８２
ａ，８２ｂがいずれも連通していることから、冷媒源か
らの冷媒は、弁入口７０ａで内部配管８１，８２ａ，８
２ｂの３つに分岐して流入し、それぞれ、冷媒溜まり部
１、冷媒溜まり部２の部室２ａ、冷媒溜まり部２の部室
２ｂに流入する。

【００４０】内部配管８１から冷媒溜まり部１に入っ
た冷媒は、この冷媒溜まり部１に接続されている各冷却
管１３ａ₁，ａ₂，ａ₃，ｂ₁，ｂ₂，ｂ₃に分岐されて流入
する。そしてまず、冷却管１３ａ₁，ａ₂，ａ₃→１３
ａ₄，ａ₅，ａ₆と流れた冷媒は、これら３つの冷却管１
３ａ₄，ａ₅，ａ₆から冷媒溜まり部３に流れ込み、後述
する、部室２ａから流れ込んだ冷媒と合流する。そし
て、この冷媒溜まり部３から内部配管９３を介して弁出
口７０ｂへ導かれ、弁出口７０ｂで、後述する溜まり部
４からの冷媒と合流した後、冷媒排出先へ排出される。
一方冷媒溜まり部１に入った冷媒のうち冷却管１３
ｂ₁，ｂ₂，ｂ₃→１３ｂ₄，ｂ₅，ｂ₆と流れた冷媒は、こ
れら３つの冷却管１３ｂ₄，ｂ₅，ｂ₆から冷媒溜まり部
４に流れ込み、後述する、部室２ｂから流れ込んだ冷媒
と合流する。そして、この冷媒溜まり部４から内部配管
９４を介して弁出口７０ｂへ導かれ、弁出口７０ｂで、
前述した溜まり部３からの冷媒と合流した後、冷媒排出
先へ排出される。

【００４１】内部配管８２から冷媒溜まり部２の部室
２ａに入った冷媒は、弁出口７０ｂにおいて内部配管９
２ａが遮断されていることから、この冷媒溜まり部２ａ
に接続されている各冷却管１３ｃ₁，ｃ₂，ｃ₃に分岐さ
れて流入する。そして、冷却管１３ｃ₁，ｃ₂，ｃ₃→１
３ｃ₄，ｃ₅，ｃ₆と流れて冷媒溜まり部３に流入し、前
述した冷媒溜まり部１からの冷媒と合流し、内部配管９
３→弁出口７０ｂと導かれる。

【００４２】内部配管８２ｂから冷媒溜まり部２の部
室２ｂに入った冷媒は、弁出口７０ｂにおいて内部配管
９２ｂが遮断されていることから、この冷媒溜まり部２
ｂに接続されている各冷却管１３ｄ₁，ｄ₂，ｄ₃に分岐
されて流入する。そして、冷却管１３ｄ₁，ｄ₂，ｄ₃→
１３ｄ₄，ｄ₅，ｄ₆と流れて冷媒溜まり部４に流入し、
前述した冷媒溜まり部１からの冷媒と合流し、内部配管
９４→弁出口７０ｂと導かれる。

【００４３】この組合せでは、冷媒は、１２ルートに分
岐しつつ概ね並列に流れることとなる。そして、弁出口
７０ｂから冷媒排出先であるヒータ・ラジエータへと導
かれた冷媒は、これらで熱交換を行った後、図１に示す
ように再びポンプへと還流する。

【００４４】（３）弁入口７０ａで内部配管８２ａを連
通、内部配管８１，８２ｂを遮断し、弁出口７０ｂで内
部配管９２ｂを連通、内部配管９２ａ，９３，９４を遮
断する場合（部室２ａ，２ｂを区分して使用）この場合、冷媒源から弁入口７０ａ→内部配管８２ａを
介して冷媒溜まり部２の部室２ａに入った冷媒は、内部
配管９２ａが弁出口７０ｂにおいて遮断されていること
から、部室２ａに接続されている各冷却管１３ｃ₁，
ｃ₂，ｃ₃に分岐されて流入する。そして、冷却管１３ｃ
₁，ｃ₂，ｃ₃→１３ｃ₄，ｃ₅，ｃ₆と流れた冷媒は、これ
ら３つの冷却管１３ｃ₄，ｃ₅，ｃ₆から冷媒溜まり部３
に流れ込んで一旦互いに合流する。このとき内部配管９
３が弁出口７０ｂにおいて遮断されていることから、冷
媒溜まり部３内の冷媒は、再び、３つの冷却管１３
ａ₄，ａ₅，ａ₆に分岐されて流入し、冷却管１３ａ₁，ａ
₂，ａ₃を介して冷媒溜まり部１に流れ込んで再び互いに
合流する。そしてまたこのとき内部配管８１が弁入口７
０ａにおいて遮断されていることから、冷媒溜まり部１
内の冷媒は、再び、３つの冷却管１３ｂ₁，ｂ₂，ｂ₃に
分岐されて流入し、冷却管１３ｂ₄，ｂ₅，ｂ₆を介して
冷媒溜まり部４に流れ込んで互いに合流する。さらにこ
のとき内部配管９４が弁出口７０ｂにおいて遮断されて
いることから、冷媒溜まり部４内の冷媒は、再び、３つ
の冷却管１３ｄ₄，ｄ₅，ｄ₆に分岐されて流入し、冷却
管１３ｄ₁，ｄ₂，ｄ₃を介して冷媒溜まり部２の部室２
ｂに流れ込んで互いに合流する。そしてこの部室２ｂを
入口側と接続する内部配管８２ｂが弁入口７０ａで遮断
されていることから、部室２ｂ内の冷媒は、内部配管９
２ｂに流入し、弁出口７０ｂから冷媒排出先へと排出さ
れる。この組み合わせでは、冷媒は、３ルートに分岐し
つつ概ね並列に流れることとなる。

【００４５】そして、弁出口７０ｂから冷媒排出先であ
るヒータ・ラジエータへと導かれた冷媒は、これらで熱
交換を行った後、図１に示すように再びポンプへと還流
する。

【００４６】以上のように、開閉弁部７０における切り
換えで、冷媒溜まり部１〜４及び冷却管１３のなす冷媒
流路の組合せを変えることにより、例えば、冷媒の温度
を高くしたいときには並列回路の少ない組合せである上
記（３）を選択し、冷媒の温度を高くする必要がないと
きには並列回路の多い組合せである上記（２）を選択す
る等、状況に応じて冷却能力を容易に調整することがで
き、回転電機１００の性能を低下を防止しつつ固定子巻
線１２の発熱を効率よく回収することができる。したが
って、例えば、回転電機側の発熱量の大小に関係なく冷
媒出口温度を一定にでき、モータの廃熱を回収して暖房
装置の熱源として利用する電気自動車において有効であ
る。また、上記（１）〜（３）においてはいずれも、冷
媒は、少なくともいずれかの部分で複数ルート（６ルー
ト・１２ルート・３ルート）に分離し、並行流として流
れる。したがって、複数の冷却管がすべて直列に接続さ
れた長い冷媒通路を冷媒が単一流として流れていた従来
よりも、冷媒の圧力損失を低減することができる。また
このとき、冷却管１３が設けられる孔１１ａの１本あた
りの面積を小さくすることができるので、固定子鉄芯１
１ひいては固定子４１の外径を小さくすることができ
る。さらに、上記第１の実施形態においては、２つのエ
ンドブラケット６２，６３のうち一方のエンドブラケッ
ト６２にのみ冷媒溜まり部を設けることにより、両方に
冷媒溜まり部を構成する第２の実施形態の回転電機２０
０（後述）に比し、冷却管１３の構成・冷媒気密性保持
構造等が簡単になるという効果もある。

【００４７】なお、上記第１の実施形態においては、冷
媒溜まり部を４つ設け、さらにこれらの間を２４本の冷
却管１３で接続したが、これに限られない。すなわち、
上流側が冷媒供給源に接続された冷媒溜まり部が１つ
と、下流側が冷媒排出先に接続された冷媒溜まり部が１
つあって、これらの間を並列配置の複数の冷却管で接続
すれば、圧損低減作用を得ることができる。また逆に、
さらに冷媒溜まり部及び冷却管の数を増やし、開閉弁部
７０へ接続する内部配管を設けてこれらを連通・遮断す
れば、さらに多くの冷媒流路のバリエーションを設定す
ることができるので、より細かい冷却能力の調整を行う
ことができる。また上記第１の実施形態においては、冷
却管１３を銅パイプにフッ素樹脂を焼き付け塗装したも
ので構成したが、これに限られない。すなわち、銅以外
の熱伝導性材料で構成したパイプを用いてもよいし、ま
たフッ素樹脂以外の絶縁塗装でもよい。さらに、導電性
材料のパイプに対しシリコン樹脂またはフッ素樹脂の熱
収縮チューブで絶縁被覆を行った構成も考えられる。ま
た冷却管１３自体を絶縁体で構成してもよい。この場合
も、同様の効果を得ることができる。また完全な絶縁体
でなく、電気抵抗率１０μΩ・ｃｍ以上の材質（例えば
ステンレス）で構成しても同様の効果が得られ、かつ電
気抵抗率が１０μΩ・ｃｍより小さい材質（例えば銅や
アルミニウム）ではこのような効果が得られないことを
本願発明者等は確認した。さらに上記第１の実施形態に
おいては、固定鉄芯１１内における冷却管１３の外周側
に内部が空洞である空隙部１４を設けたが、これに限ら
れず、同様の位置に磁束の通過を妨げるべく非金属層
（例えば樹脂層）を形成してもよい。この場合も、同様
の効果を得る。また、上記第１の実施形態は、冷媒が固
定鉄芯１１内を貫通し固定鉄芯１１内部から冷却するタ
イプの冷却構造に適用した場合であったが、これに限ら
れない。すなわち、冷媒が固定鉄芯外周部のフレーム内
を流れ、フレームを介して固定鉄芯を外周側から冷却す
るタイプの冷却構造にも適用でき、この場合、圧力損失
の低減・冷却能力調整に関し、同様の作用効果を得る。

【００４８】本発明の第２の実施形態を図１１により説
明する。本実施形態は、２つのエンドブラケットの両方
に冷媒溜まり部を設けた実施形態である。第１の実施形
態と同等の部材には同一の符号を付す。本実施形態によ
る回転電機２００の全体構造を表す縦断面図を図１１に
示す。図１１において、回転電機２００が第１の実施形
態の回転電機１００と異なる点は、既に冷媒溜まり部１
〜４が設けられていたエンドブラケット６２とは反対側
のエンドブラケット６３にも、冷媒溜まり部３１〜３４
（但し冷媒溜まり部３１のみを図示）を設けたことであ
る。但し開閉弁部は設けられていない。すなわち、冷媒
溜まり部３１〜３４は、特に図示しないが、開閉弁部７
０の内部配管８１，８２ａ，８２ｂ，９２ａ，９２ｂ，
９３，９４への接続構造が設けられていないことを除け
ば冷媒溜まり部１〜４と類似の構造であり、例えば、冷
媒溜まり部３１には冷却管１３ａ₁，ａ₂，ａ₃，ａ₄，ａ
₅，ａ₆が接続され、冷媒溜まり部３２には冷却管１３ｄ
₁，ｄ₂，ｄ₃，ｄ₄，ｄ₅，ｄ₆が接続され、冷媒溜まり部
３３には冷却管１３ｃ₁，ｃ₂，ｃ₃，ｃ₄，ｃ₅，ｃ₆が接
続され、冷媒溜まり部３４には冷却管１３ｂ₁，ｂ₂，ｂ
₃，ｂ₄，ｂ₅，ｂ₆が接続されるように構成されている。
その他の構成は、第１の実施形態とほぼ同様である。

【００４９】本実施形態によっても、第１の実施形態と
同様の効果を得る。またこれに加え、第１の実施形態の
構成と比較すると、例えば冷却管１３ａ₁関連について
みると、冷却管１３ａ₁→Ｕ字状の接続配管３０→冷却
管１３ａ₄という構成における接続配管３０の代わりに
冷媒溜まり部３１が設けられる構成となっている。よっ
て、狭小な配管部分の長さが減少するので、さらに圧力
損失を低減することができる。

【００５０】なお、上記第２の実施形態においては、エ
ンドブラケット６３側には、エンドブラケット６２側の
ような開閉弁部７０を設けなかったが、これに限られな
い。すなわち、同様の開閉弁部をエンドブラケット６３
側に設置してもよく、この場合、この開閉弁部へ接続す
る内部配管を設けてこれらを連通・遮断すれば、さらに
多くの冷媒流路のバリエーションを設定することがで
き、さらにより細かい冷却能力の調整を行うことができ
る。

【００５１】本発明の第３の実施形態を図１２により説
明する。本実施形態は、冷却管を設けずに冷媒通路を構
成する実施形態である。第１及び第２の実施形態と同等
の部材には同一の符号を付す。本実施形態による回転電
機の要部である、冷媒溜まり部と冷媒通路との接合構造
を表す部分縦断面図を図１２に示す。図１２は、本実施
形態による回転電機の構成のうち、第１の実施形態の回
転電機１００を示した図１中Ｂ部に対応する部分の縦断
面図である。

【００５２】図１２において、第１の実施形態の回転電
機１００と異なる主要な点は、冷却管１３を使用せず、
固定子鉄芯１１に略軸方向に貫通して形成された孔１１
ａの内周に漏洩防止手段、例えば冷媒気密性を保持する
ための防水塗装等を施すことにより、冷媒通路を構成し
ていることである。そして、エンドブラケット６２との
接続箇所においては、短長の接続配管７１が、エンドブ
ラケット６２内の冷媒溜まり部１〜４の孔及び固定子鉄
芯１１の孔１１ａにそれぞれ嵌合され、エンドブラケッ
ト６２と接続配管７０との間の気密はＯリング６により
保持されている。またエンドブラケット６３との接続箇
所においては、エンドブラケット６３から突き出してい
るＵ字状の接続配管３０の一端が、固定子鉄芯１１の孔
１１ａに嵌合されている。その他の構成は、第１の実施
形態の回転電機１００とほぼ同様である。

【００５３】本実施形態によれば、冷却管を用いる場合
のように、固定子鉄芯１１と冷却管との間に電気回路が
構成される恐れがないので、誘導起電力が発生するのを
防止することができる。

【００５４】

【発明の効果】請求項１〜５記載の発明によれば、冷媒
が複数の冷媒通路中を流れるとき、少なくとも一部では
複数系統に分離し並行流として流れる。したがって、複
数の冷却管がすべて直列に接続された長い冷媒通路内
を、冷媒が単一流として流れていた従来よりも、冷媒通
路内での圧力損失を低減することができる。

【００５５】また、状況に応じて冷媒分岐手段の第１〜
第４の開閉弁を介した接続の順序や態様を切り換えるこ
とにより、冷媒の分配方向や冷媒通路の並列回路の数等
を変化させ、冷却能力を容易に調整することができる。
したがって、例えば、回転電機側の発熱量の大小に関係
なく出口温度をほぼ一定にする等、冷媒廃熱再利用の際
の様々な要請に応えることができる。

【００５６】また請求項６記載の発明によれば、冷却管
に、固定子鉄芯との間を絶縁する絶縁手段を施すので、
固定子巻線に流れる電流により発生する磁束が冷却管に
誘導起電力を発生させるのを防止できるとともに、鎖交
磁束低減手段で冷却管を切る磁束を減らすので誘導起電
力をさらに確実に防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態による回転電機の全体
構造を表す縦断面図である。

【図２】図１中II−II線による横断面図である。

【図３】図１中Ａ部の部分縦断面図である。

【図４】図１中IV−IV線による部分横断面図である。

【図５】図１に示された開閉弁部をＢ方向からみた矢視
図である。

【図６】図５に示された弁入口の開口部を正面から見た
図である。

【図７】図５に示された弁出口の開口部を正面から見た
図である。

【図８】図１中VIII−VIII線による横断面図である。

【図９】図１中IX−IX線による横断面図である。

【図１０】冷媒の流路の組み合わせを表す図である。

【図１１】本発明の第２の実施形態による回転電機の全
体構造を表す縦断面図である。

【図１２】本発明の第３の実施形態による回転電機の冷
媒溜まり部と冷媒通路との接合構造を表す部分縦断面図
である。

【符号の説明】

１冷媒溜まり部（冷媒分岐手段）２冷媒溜まり部（冷媒分岐手段）２ａ，ｂ部室３冷媒溜まり部（冷媒分岐手段）４冷媒溜まり部（冷媒分岐手段）６Ｏリング１１固定子鉄芯１１ａ孔１２固定子巻線１３ａ₁〜ａ₆ 冷却管１３ｂ₁〜ｂ₆ 冷却管１３ｃ₁〜ｃ₆ 冷却管１３ｄ₁〜ｄ₆ 冷却管１４空隙部（鎖交磁束低減手段）３０接続配管３１冷媒溜まり部４１回転子４２回転軸５１，５２軸受６２，６３エンドブラケット７０開閉弁部７０ａ弁入口７０ｂ弁出口７１接続配管８１内部配管８２ａ，ｂ内部配管９２ａ，ｂ内部配管９３，９４内部配管１００回転電機

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者渋川末太郎茨城県ひたちなか市大字高場2520番地株式会社日立製作所自動車機器事業部内 (72)発明者小泉修茨城県ひたちなか市大字高場2520番地株式会社日立製作所自動車機器事業部内 (72)発明者平野嘉良茨城県ひたちなか市大字高場2520番地株式会社日立製作所自動車機器事業部内 (56)参考文献特開平５−236705（ＪＰ，Ａ) 特開昭59−72959（ＪＰ，Ａ) 特開昭60−102827（ＪＰ，Ａ) 特開昭56−68242（ＪＰ，Ａ) 特開平８−149757（ＪＰ，Ａ) 特開平６−237556（ＪＰ，Ａ) 特開平６−205550（ＪＰ，Ａ) 実開昭56−52468（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H02K 9/00 - 9/28 H02K 1/00 - 1/34

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】回転自在に支持された回転子と、この回転
子の外周に配置され、回転磁界を発生する固定子巻線及
び固定子鉄芯を備えた固定子と、前記固定子を冷却する
ための冷媒が流される複数の冷媒通路とを有する回転電
機において、前記複数の冷媒通路のうち少なくとも２本の一端にそれ
ぞれ接続された冷媒分岐手段を有し、かつ、この冷媒分岐手段は、上流側が第１の開閉弁を介し冷媒
供給源に接続可能な供給用冷媒分岐手段と、上流側が第
２の開閉弁を介し冷媒供給源に接続可能でかつ下流側が
第３の開閉弁を介し冷媒排出先に接続可能な供給・排出
用冷媒分岐手段と、下流側が第４の開閉弁を介し冷媒排
出先に接続可能な排出用冷媒分岐手段とを含んでおり、これら供給用冷媒分岐手段、供給・排出用冷媒分岐手
段、排出用冷媒分岐手段を含むすべての冷媒分岐手段
は、互いに上流側・下流側で接続自在に構成されている
とともに、前記すべての冷媒分岐手段は、前記第１〜第
４の開閉弁を介して並列・直列接続を選択的に切り換え
可能に構成されており、前記複数の冷媒通路は、前記供給用冷媒分岐手段及び前
記供給・排出用冷媒分岐手段の少なくとも一方に対し互
いに並列に連結された複数本の上流側冷媒通路と、前記
排出用冷媒分岐手段及び前記供給・排出用冷媒分岐手段
の少なくとも一方に対し互いに並列に連結された複数本
の下流側冷媒通路と、これら複数本の上流側冷媒通路及
び複数本の下流側冷媒通路を接続するための中間冷媒通
路とから構成されることを特徴とする回転電機。
【請求項２】請求項１記載の回転電機において、前記回
転子に備えられた回転軸の両端部を軸受を介し回転自在
に支承する２つのエンドブラケットをさらに有し、前記
供給用冷媒分岐手段は、前記２つのエンドブラケットの
うちいずれか一方の内部に形成された供給用冷媒溜まり
部であることを特徴とする回転電機。
【請求項３】請求項１記載の回転電機において、前記回
転子に備えられた回転軸の両端部を軸受を介し回転自在
に支承する２つのエンドブラケットをさらに有し、前記
排出用冷媒分岐手段は、前記２つのエンドブラケットの
うちいずれか一方の内部に形成された排出用冷媒溜まり
部であることを特徴とする回転電機。
【請求項４】請求項１記載の回転電機において、前記回
転子に備えられた回転軸の両端部を軸受を介し回転自在
に支承する２つのエンドブラケットをさらに有し、前記
供給・排出用冷媒分岐手段は、前記２つのエンドブラケ
ットのうちいずれか一方の内部に形成された供給・排出
用冷媒溜まり部であることを特徴とする回転電機。
【請求項５】回転自在に支持された回転子と、この回転子の外周に配置され、回転磁界を発生する固定
子巻線及び固定子鉄芯を備えた固定子と、開閉弁部を介し、前記固定子を冷却するための冷媒の供
給源及び排出先のいずれか一方に選択的に接続可能な複
数の冷媒溜まり部と、前記固定子巻線の外周側に前記冷媒溜まり部どうしの間
を連結するように配置され、前記冷媒が流される複数の
冷却管とを有し、前記開閉弁部の操作によって、各冷却管を介しての各冷
媒溜まり部の直列・並列の接続関係が切り換えられ、冷
媒の流路の組み合わせが変化するようにしたことを特徴
とする回転電機。
【請求項６】回転自在に支持された回転子と、この回転
子の外周に配置され、回転磁界を発生する固定子巻線及
び固定子鉄芯を備えた固定子と、前記固定子鉄芯内に設
けられた冷媒通路とを有する回転電機において、前記冷媒通路は、前記固定子鉄芯に略軸方向に貫通して
形成された孔に、高熱伝導性材料の冷却管を固定して構
成されており、前記冷却管は、前記固定子鉄芯との間を絶縁する絶縁手
段が施されており、前記固定子鉄芯は、前記固定子巻線に電流が流れたとき
に発生する磁束のうち、前記冷却管と鎖交する磁束を低
減する鎖交磁束低減手段を備えていることを特徴とする
回転電機。