JP3450159B2 - 液冷回転機 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、冷却液体をモータ
部の固定子に流通させて該固定子を冷却する液冷回転機
に係り、特に、固定子の外側にロータを有する回転機の
冷却装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、外側ロータの内側に配置される固
定子を冷却する液冷回転機としては、ヨーロッパ特許公
開番号０６２３９８８Ａ２号に開示されている。この液
冷回転機は、冷却液体として水を用いており、外側ロー
タを回転自在に支承する支承軸に、冷却水を流通するす
る流通穴を設けたものである。そして、固定子は支承軸
の外周に接して固定されており、その内側に前記流通穴
と連絡する流通経路が設けられている。この流通経路は
少なくとも一系統設けられており、該一系統が固定子に
対する流入用配管及び排出用配管を構成し、冷却水が外
部から支承軸の流通路を通って流入用配管を経ることに
より固定子に流入し、流入した冷却水が流出用配管を通
って支承軸の流通路を経ることにより外部に戻る循環方
式が採用されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、外側ロータ
の内側に配置された固定子を、循環式の冷却水にて冷却
する場合、上記従来技術のように、固定部材側に対し外
部から冷却水を供給すると共に、その外部に冷却水を排
出する必要があり、そのため、冷却水の排水口が通水路
の内側に設置されている。

【０００４】ところが、そのように構成された通水路に
おいては、排水口が通水路中の最高位置に配置されてい
ないことから、回転機の運転状態における通水路中の最
も高い位置に、通水路中の空気あるいは供給水中に混入
している空気が停滞してしまい、そのため、冷却効果が
著しく低下するという問題がある。この問題は、冷却水
が複数の通水路に分岐される場合において特に顕著とな
る問題がある。

【０００５】本発明の目的は、上記従来技術の問題点に
鑑み、固定子を冷却する冷却液の流通経路中に空気だま
りが存在しても、それを確実に除去することができ、冷
却効果を良好に維持し得る液冷回転機を提供することに
ある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明では、外側ロータ
と、該外側ロータを回転自在に支承する支承軸と、該支
承軸に固定され、かつ前記外側ロータの内側に配置され
る固定子と、冷却液により前記固定子を冷却するための
冷却装置とを備え、該冷却装置は、外部からの冷却液を
前記固定子に導く入液路と、前記固定子を通過した冷却
液を外部に排出させる排出路と、前記入液路及び排出路
間に接続され、前記固定子に冷却液を流通させる流通経
路機構とからなり、かつ該流通経路機構は、前記入液路
からの冷却液を、前記固定子の軸方向の一端面側に溜め
ておく入液用液だめ部と、前記固定子に設けられ、前記
入液用液だめ部内の冷却液を該固定子に流通させる流通
穴と、該流通穴を通過した冷却液を、前記固定子の軸方
向の他端面である下流部端面側で溜めておく排出用液だ
め部と、その排出用液だめ部内の冷却液を、該排出用液
だめ部内の最も高い部位から前記排出路に導く空気抜き
兼用排液手段とを有し、該空気抜き兼用排液手段は、前
記排出用液だめ部内に配置され、一端が前記排出路に接
続されると共に、他端が前記排出用液だめ部内の最も高
い位置に配置されたパイプからなることを特徴の一つと
するものである。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図１乃至
図４により説明する。図１は本発明による液冷回転機の
第一実施例を示す要部の断面図、図２は図１のＡ−Ａ線
断面図である。

【０００８】実施例の液冷回転機は、例えば車輌に装着
される車輪等に適用したものであって、図１に示すよう
に、外側ロータ１と、支承軸６と、固定子８とを備えて
構成されている。

【０００９】外側ロータ１は、筒状をなすロータフレー
ム２と、その内周側に取付けられると共に永久磁石など
からなるマグネット３と、ロータフレーム２の軸方向の
両端にボルト等の締結手段４でそれぞれ固定されたエン
ドブラケット５とを有している。支承軸６は筒状をなし
ており、軸受７を介し外側ロータ１を回転自在に支承し
ている。

【００１０】固定子８は、外側ロータ１と共にモータ部
を構成するものであり、鉄心にコイルを装着して形成さ
れると共に、支承軸６の外周部に固定されて外側ロータ
１の内側に配置されている。そして、固定子８と外側ロ
ータ１のマグネット３との間で磁気回路が形成されるこ
とにより、外側ロータ１が固定子８の軸周りに回転す
る。

【００１１】またこの液冷回転機は、冷却水により固定
子８を冷却するための冷却装置を備えている。該冷却装
置は、大別すると、外部からの冷却水を固定子８に導く
入液路９と、固定子８を通過した冷却水を外部に排出さ
せる排出路１０と、入液路９及び排出路１０間に接続さ
れ、かつ固定子８に冷却水を流通させる流通経路機構
（符示せず）とからなっている。

【００１２】ここで、入液路９はパイプからなってお
り、その一端が外部に設けられた冷却源（図示せず）と
接続されると共に、その途中位置が図示の如く支承軸６
内の中空部６ａを挿通し、かつ他端部が支承軸６の周壁
に設けられた穴６ｂに接続されている。穴６ｂは支承軸
６において固定子８の一端（図１において左側）寄りの
位置に径方向に沿って穿設されている。排出路１０も入
液路９と同様にパイプからなっており、その一端が支承
軸６の周壁に設けられた穴６ｃに接続されると共に、そ
の他端部が支承軸６内の中空部６ａを挿通して冷却源に
接続されている。なお、これら穴６ｂ及び６ｃには、入
液路９，排出路１０をそれぞれ形成するパイプを延長形
成したものを挿入してもよい。

【００１３】一方、前記流通経路機構は、入液路９から
の冷却水を、固定子８の軸方向の一端面側に溜めておく
入液用液だめ部１１と、該入液用液だめ部１１内の冷却
水を固定子８に流通させる流通穴１２と、該流通穴１２
を通過した冷却水を、固定子８の軸方向の他端面（図１
において右側）である下流部端面側に溜めておく排出用
液だめ部１３と、その排出用液だめ部１３内の冷却水
を、該排出用液だめ部１３内の最も高い部位から排出路
１０に導く空気抜き兼用排液手段とを有している。

【００１４】入液用液だめ部１１は、支承軸６の外周部
及び固定子８の軸方向の一端の側面部間に架装されたし
ゃへい部材１５によって画成されており、該しゃへい部
材１５により入液路９の穴９ｂと固定子８の一端の側面
部を包囲するように気密に設けられている。即ち、しゃ
へい部材１５は、断面ほぼＬ字状の筒体をなしており、
径寸法の小さい一端部が支承軸６の外周部に気密に嵌合
しかつ固定されると共に、径寸法の大きい他端部が穴６
ｂを包囲した状態で固定子８の一端側面部に気密に組付
けられている。

【００１５】流通穴１２は、固定子８においてしゃへい
部材１５の他端部より内側の位置に軸方向に貫通して形
成され、入液用液だめ部１１に溜められた冷却水が固定
子８を流通して冷却するようにしている。この流通穴１
２は、図１では固定子軸方向に沿って真直に形成された
１本のみ図示されているが、図２に示すように固定子８
の円周上に複数設けられ、冷却水が固定子８のほぼ周囲
を流通することにより冷却効果を高めるようにしてい
る。

【００１６】排出用液だめ部１３は、固定子８の軸方向
の他端の側面部及び支承軸６の外周部間に架装されたし
ゃへい部材１６によって画成され、該しゃへい部材１６
により流通穴１２の下流部と排出路１０の穴６ｃとを包
囲するように気密に設けられている。即ち、しゃへい部
材１６は、前記しゃへい部材１５と対称形状の筒体をな
しており、径寸法の大きい一端部が流通穴１２の下流
部，排出路１０の穴６ｃを包囲した状態で固定子８の他
端側面部に気密に組付けられると共に、径寸法の小さい
他端部が支承軸６の外周部に嵌合しかつ固定されてい
る。

【００１７】従って、この冷却装置は、図示しない冷却
源から冷却水が送られると、その冷却水が入液路９を経
て入液用液だめ部１１に溜まり、ここから固定子８の流
通穴１２を経て排出側液だめ部１３に溜まり、かつそこ
から排出路１０を経て外部に排水されることとなる。

【００１８】さらに、前記空気抜き兼用排液手段は、図
１及び図２に示すように、排出用液だめ部１３内に配置
されている。即ち、空気抜き兼用排液手段は、その一端
が排出路１０と接続された支承軸６の穴６ｃに接続され
ると共に、その他端開口部が排出用液だめ部１３内の最
も高い部分に配置されたフレキシブルなパイプ１７から
なっており、排出用液だめ部１３内において該液だめ部
１３内の最も高い部位から冷却水と共に、排出用液だめ
部１３内の空気をも排出路１０に導くようにしている。
即ち、パイプ１７は、他端開口部が回転機内の排液口１
８となり、ここから排出用液だめ部１３内に溜まる空気
を冷却水と共に排出路１０に導くようにしている。

【００１９】実施例の液冷回転機は、上記の如き構成よ
りなるので、次にその作用について述べる。固定子８と
外側ロータ１のマグネット３間で磁気回路が形成される
ことにより、外側ロータ１全体が支承軸６，固定子８の
軸周りに回転する。この回転時、外部の図示しない冷却
源により冷却水が供給されると、該供給された冷却水が
入液路９から入液用液だめ部１１に一旦溜まり、溜まっ
た冷却水は、固定子８の流通穴１２中を通って該固定子
８を冷却した後、排出用液だめ部１３内に溜まる。排出
用液だめ部１３に溜まった冷却水は排出路１０を経て外
部に排水される。

【００２０】ここで、冷却水の初期の通水時、冷却水に
より排出用液だめ部１３内に対し、流通経路内に存在す
る空気が冷却水中に押されて移動するばかりでなく、冷
却水中に混入している空気も集合し、これが排出用液だ
め部１３内で空気だまりとまると、その部分周辺での固
定子８の冷却効果が低下するおそれがある。

【００２１】しかしながら、実施例では上述の如く、排
出用液だめ部１３に空気抜き兼用排液手段としてのパイ
プ１７が設けられ、該パイプ１７の他端開口部が排出用
液だめ部１３内において最も高い部位に配置されている
ので、パイプ１７の他端開口部より、排出用液だめ部１
３内の最も高い部位に位置する空気だまりを冷却水と共
に排出路１０に導くことにより、空気だまりを確実に外
部に排出させることができ、そのため、排出用液だめ部
１３内に空気だまりが存在しても、除去することができ
る。その結果、空気だまりを確実に除去できるので、固
定子８に対する冷却効果が低下するのを防止することが
でき、良好な冷却機能を維持することができる。

【００２２】また、上述の如くパイプ１７の他端開口部
が排出用液だめ部１３内で最も上部に位置する部分に配
置されていると、ここに流入した冷却水がほぼ充満する
状態となるので、該充満した冷却水によって固定子８の
他端側を冷却すると共に、固定子径方向において大きな
冷却作用を得ることができる。しかも、固定子８の一端
側に形成された入液用液だめ部１１にも冷却水が溜まる
ので、固定子８の一端側を同様に冷却することができ
る。従って、流通穴１２により固定子８の内部を冷却す
ると共に、入液用液だめ部１１と排水用液だめ部１３と
で固定子８の両端側をも冷却するので、固定子８に対す
る冷却効果をいっそう高めることができる。

【００２３】そして図示実施例では、空気抜き兼用排液
手段としてフレキシブルなパイプ１７で構成し、これを
排出用液だめ部１３内に径方向平面上に配置したので、
パイプ１７のために排出用液だめ部１３内の軸方向の長
さを短くすることができ、それだけ軸方向スペースを短
縮することができる。しかもフレキシブルなパイプ１７
を用いると、図２に示す如く彎曲して配置することが容
易にでき、かつ組付けも簡単に行うことができる。な
お、パイプ１７はフレキシブルに限らず、通常の金属製
からなる配管でもよいのは勿論である。

【００２４】また図示実施例では、入液路９及び排出路
１０の一端をなす穴６ｂ，６ｃが、支承軸６の周壁に垂
直方向に沿って形成されているので、支承軸６に荷重が
かかった場合の支承軸６の強度の低下を低減することが
できる。これは、特に、車輌等のような大きな重量が支
承軸６に作用する場合、穴６ｂ，６ｃが例えば支承軸６
の周壁に水平方向に穿設されると、その支承軸６に重量
が作用することによって強度が低下するおそれがあり、
上述の如く形成されると、支承軸６に穴６ｂ，６ｃを設
けるにも拘わらず強度の低下をきたすのを防ぐことがで
きる。

【００２５】図３は本発明による第二実施例を示してい
る。この実施例において前記第一実施例と異なるのは、
空気抜き兼用排液手段として、排出用液だめ部１３内の
最も高い部位と排出路１０とを連結する連結パイプ１７
Ａで構成した点にある。

【００２６】即ち、連結パイプ１７Ａは、その一端が排
出用液だめ部１３を画成するしゃへい部材１６の上部に
穿設した穴に接続され、その他端がしゃへい部材１６の
外部まて引き出された排出路１０の一端に接続されてい
る。そのため、排出路１０の一端は、支承軸６の周壁に
おいてしゃへい部材１６より外側位置に設けられた穴６
ｃを挿通している。なお、図３において前記第一実施例
のものと同一部分には同一符号を付している。

【００２７】この実施例によれば、基本的には第一実施
例と同様であるので、同様の作用効果を得ることができ
る。

【００２８】図４は本発明による他の実施例を示してい
る。この場合は、前記第一実施例と第二実施例とを組み
合わせたものである。即ち、空気抜き兼用排液手段とし
ての連結パイプ１７Ａが設けられる他、排出用液だめ部
１３の底部に該排出用液だめ部１３内の冷却水を外部に
導く配管１９が設けられている。この配管１９は、第一
実施例における排出路１０と同様に形成され、排出用液
だめ部１３内の底部と連絡する穴６ｃ′から冷却水を外
部に導くようにしているので、ここではその説明を省略
する。

【００２９】この実施例によれば、連結パイプ１７Ａ及
び配管１９により、排出用液だめ部１３内の冷却水を排
出できるので、個々のパイプ径を太くすることなしに通
水量を増加することができる。そのため、支承軸６に対
する穴６ａ，６ｂ，６ｃ′の径を大きくとることが困難
な場合、また連結パイプ１７Ａがスペース上の問題から
大きくとることができない場合、省スペース化できるの
で、きわめて有効である。

【００３０】また、連結パイプ１７Ａや配管１９の途中
位置に例えば図示しない開閉弁などを設け、これらの開
度を外部からの信号で調節することにより、冷却水の流
通量を調節することもできる。なお何れの実施例とも、
冷却水を用いた例を示したが、冷却媒体として他の液体
を用いても同様の作用効果を得ることができる。

【００３１】

【発明の効果】以上述べたように、本発明１〜３によれ
ば、固定子を流通した冷却液を、該固定子の他端側の空
間にほぼ充満状態で溜めておき、その空間内の最も高い
部位から冷却液を排出路に導くように構成したので、空
間部内に空気だまりが存在しても、空気だまりを確実に
外部に排出させ、除去することができる結果、固定子に
対する冷却効果が低下するのを防止することができ、良
好な冷却機能を維持することができる効果がある。ま
た、流通穴により固定子の内部を冷却すると共に、入液
用液だめ部と排水用液だめ部とで固定子の両端側をも冷
却するので、固定子に対する冷却効果をいっそう高める
ことができる効果もある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による液冷回転機の第一実施例を示す要
部の断面図。

【図２】図１のＡ−Ａ線に相当する拡大断面図。

【図３】本発明による液冷回転機の第二実施例を示す要
部の断面図。

【図４】本発明による液冷回転機の他の実施例を示す要
部の断面図。

【符号の説明】

１…外側ロータ、６…支承軸、８…固定子、９…入液
路、１０…排出路、１１…入液用液だめ部、１２…流通
穴、１３…排出用液だめ部、１５，１６…しゃへい部
材、１７，１７Ａ…空気抜き兼用排液手段としてのパイ
プ、１９…配管。

フロントページの続き (72)発明者 井原 広文 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式 会社 日立製作所 日立工場内 (72)発明者 三田 博昭 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式 会社 日立製作所 日立工場内 (72)発明者 松岡 孝一 東京都国分寺市光町二丁目８番38 財団 法人 鉄道総合技術研究所内 (72)発明者 秦 広 東京都国分寺市光町二丁目８番38 財団 法人 鉄道総合技術研究所内 (72)発明者 近藤 圭一郎 東京都国分寺市光町二丁目８番38 財団 法人 鉄道総合技術研究所内 (56)参考文献 特開 平９−163680（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−65959（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−317603（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−268750（ＪＰ，Ａ) 欧州特許出願公開623988（ＥＰ，Ａ １) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H02K 1/20 H02K 9/19 H02K 21/24

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 外側ロータと、該外側ロータを回転自在
   に支承する支承軸と、該支承軸に固定され、かつ前記外
   側ロータの内側に配置される固定子と、冷却液により前
   記固定子を冷却するための冷却装置とを備え、該冷却装
   置は、外部からの冷却液を前記固定子に導く入液路と、
   前記固定子を通過した冷却液を外部に排出させる排出路
   と、前記入液路及び排出路間に接続され、前記固定子に
   冷却液を流通させる流通経路機構とからなり、かつ該流
   通経路機構は、前記入液路からの冷却液を、前記固定子
   の軸方向の一端面側に溜めておく入液用液だめ部と、前
   記固定子に設けられ、前記入液用液だめ部内の冷却液を
   該固定子に流通させる流通穴と、該流通穴を通過した冷
   却液を、前記固定子の軸方向の他端面である下流部端面
   側で溜めておく排出用液だめ部と、その排出用液だめ部
   内の冷却液を、該排出用液だめ部内の最も高い部位から
   前記排出路に導く空気抜き兼用排液手段とを有し、該空
   気抜き兼用排液手段は、前記排出用液だめ部内に配置さ
   れ、一端が前記排出路に接続されると共に、他端が前記
   排出用液だめ部内の最も高い位置に配置されたパイプか
   らなることを特徴とする液冷回転機。
2. 【請求項２】 外側ロータと、該外側ロータを回転自在
   に支承する支承軸と、該支承軸に固定され、かつ前記外
   側ロータの内側に配置される固定子と、冷却液により前
   記固定子を冷却するための冷却装置とを備え、該冷却装
   置は、外部からの冷却液を前記固定子に導く入液路と、
   前記固定子を通過した冷却液を外部に排出させる排出路
   と、前記入液路及び排出路間に接続され、前記固定子に
   冷却液を流通させる流通経路機構とからなり、かつ該流
   通経路機構は、前記入液路からの冷却液を、前記固定子
   の軸方向の一端面側に溜めておく入液用液だめ部と、前
   記固定子に設けられ、前記入液用液だめ部内の冷却液を
   該固定子に流通させる流通穴と、該流通穴を通過した冷
   却液を、前記固定子の軸方向の他端面である下流部端面
   側で溜めておく排出用液だめ部と、その排出用液だめ部
   内の冷却液を、該排出用液だめ部内の最も高い部位から
   前記排出路に導く空気抜き兼用排液手段とを有し、該空
   気抜き兼用排液手段は、一端が前記排出用液だめ部内の
   最も高い位置に配置されると共に、他端が外部に配管さ
   れた前記排出路に接続された連結パイプからなることを
   特徴とする液冷回転機。
3. 【請求項３】 外側ロータと、該外側ロータを回転自在
   に支承する支承軸と、該支承軸に固定され、かつ前記外
   側ロータの内側に配置される固定子と、冷却液により前
   記固定子を冷却するための冷却装置とを備え、該冷却装
   置は、外部からの冷却液を前記固定子に導く入液路と、
   前記固定子を通過した冷却液を外部に排出させる排出路
   と、前記入液路及び排出路間に接続され、前記固定子に
   冷却液を流通させる流通経路機構とからなり、かつ該流
   通経路機構は、前記入液路からの冷却液を、前記固定子
   の軸方向の一端面側に溜めておく入液用液だめ部と、前
   記固定子に設けられ、前記入液用液だめ部内の冷却液を
   該固定子に流通させる流通穴と、該流通穴を通過した冷
   却液を、前記固定子の軸方向の他端面である下流部端面
   側で溜めておく排出用液だめ部と、その排出用液だめ部
   内の冷却液を、該排出用液だめ部内の最も高い部位から
   前記排出路に導く空気抜き兼用排液手段とを有し、該空
   気抜き兼用排液手段は、一端が前記排出用液だめ部内の
   最も高い位置に配置され、他端が外部に配管された前記
   排出路に接続された連結パイプと、前記排出用液だめ部
   内の底部及び前記排出路を連結する手段とからなること
   を特徴とする液冷回転機。
4. 【請求項４】 前記入液用液だめ部は、前記支承軸の外
   周部及び固定子の軸方向の一端の側面部間に架装された
   しゃへい部材によって画成され、該しゃへい部材により
   前記入液路の穴と前記固定子の一端の側面部を包囲する
   ように気密に設けられ、かつ、前記排出用液だめ部は、
   前記固定子の軸方向の他端の側面部及び前記支承軸の外
   周部間に架装されたしゃへい部材によって画成され、該
   しゃへい部材により前記流通穴の下流部と前記排出路の
   穴とを包囲するように気密に設けられていることを特徴
   とする請求項１，２または３に記載の液冷回転機。
5. 【請求項５】 前記パイプはフレキシブルに構成され、
   かつ、前記排出用液だめ部内に径方向平面上に配置され
   ていることを特徴とする請求項１に記載の液冷回転機。
6. 【請求項６】 前記入液路及び排出路の一端をなす穴
   が、前記支承軸の周壁に垂直方向に沿って形成されてい
   ることを特徴とする請求項１に記載の液冷回転機。