JP4026496B2 - 回転電機の冷却構造 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転電機（モータ、ジェネレータ又はモータ兼ジェネレータなど）の発熱を抑制する回転電機の冷却構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
回転電機においては、ステータに巻装されるステータコイルに熱が発生しやすく、この熱を如何に効率よく冷却するかが重要である。
【０００３】
従来の回転電機の冷却構造では、ステータコアに貫通穴を設けて、その貫通穴に中空の貫通ボルトを通し、その貫通ボルトに冷却液を流すことによって冷却を行っている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１０−３３６９６６号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前述した従来の冷却構造では、熱源であるステータコイルと冷媒との距離が離れており、熱は、ステータコイル→絶縁部材→ステータコア→冷媒という経路で伝達する。このため、ステータコイルとステータコアとの間の熱抵抗が大きく、十分な冷却性能が得られないという問題点があった。
【０００６】
本発明は、このような従来の問題点に着目してなされたものであり、冷却性能に優れた回転電機の冷却構造を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、以下のような解決手段により、前記課題を解決する。なお、理解を容易にするために、本発明の実施形態に対応する符号を付するが、これに限定されるものではない。
【０００８】
本発明は、ケースに回転自在に支持されたロータ軸と一体的に回転するロータと、該ロータの外周側に、ステータコイル（２）が巻装された複数のステータコア（１）を周方向に有するステータとを備える回転電機であって、前記ステータは、前記ステータコア（１）がステータコイル（２）に対向する面に形成され、そのステータコア（１）がステータコイル（２）と導通することを防止する絶縁部（３）と、前記絶縁部（３）に形成され、周囲に巻装されたステータコイル（２）が発生する熱を伝導可能な熱伝導部（４）と、を有し、前記ステータコイル（２）は、前記熱伝導部（４）に接するように熱伝導部（４）の周囲に巻装されており、前記熱伝導部（４）のステータコイル（２）が接する面の裏に形成され、冷媒を通流して前記熱伝導部（４）に伝導した熱を冷却する冷却通路（５）をさらに備えることを特徴とする。
【０００９】
【作用・効果】
本発明によれば、ステータコアに形成された絶縁部に熱伝導部材を設け、さらに熱伝導部材を冷却可能な冷却通路を形成し、熱伝導部材の上からステータコイルを巻装することとした。そのため、スタータコイルを全長に渡って冷却することができ、また、ステータコイルとステータコアとの間の熱抵抗が小さいので、優れた冷却性能を得ることができるようになった。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図面等を参照して、本発明の実施の形態について、さらに詳しく説明する。
（第１実施形態）
図１は、本発明による回転電機の冷却構造の第１実施形態を示す斜視図である。図２は、本発明による回転電機の冷却構造の第１実施形態を示す断面図であり、図１のII−II断面を示す。なお、図２ではステータコイルを図示しているが、図１では理解を容易にするためにステータコイルを省略した。図３は構成部品を示す図であり、図３（Ａ）は絶縁部材を示し、図３（Ｂ）は熱伝導部材を示し、図３（Ｃ）はそれらを組み合わせた状態を示す。
【００１１】
本発明による回転電機の冷却構造は、ステータコア１と、その周囲に巻装されるステータコイル２と、ステータコア１及びステータコイル２の間に配置される絶縁部材３及び熱伝導部材４とを有する。
【００１２】
ステータコア１は、打ち抜かれて形成された薄板電磁鋼板１ａを積層したものである（図１）。このステータコア１のティース部１ｂがロータ（不図示）に対向する磁極になる。薄板電磁鋼板１ａは、このロータのロータ軸方向（この方向を以下では「前後方向」という）に積層されている。
【００１３】
絶縁部材３は、ステータ１とステータコイル２とが導通してしまうことを防止する部材である。絶縁部材３は、たとえばプラスチック等の樹脂で形成されている。絶縁部材３の側部には、前後方向に、凹状の溝部５が形成されている（図３（Ａ））。この溝部５に冷媒が通流され、冷媒通路になる。
【００１４】
絶縁部材３の前後端部には、それぞれ上下一対の半円状の鍔部３ａ、３ｂが形成されている。この上部の鍔部３ａに、冷媒導入筒６ａ及び冷媒導出筒６ｂが設けられている。
【００１５】
熱伝導部材４は、絶縁部材３の溝部５の上に形成されている（図２）。このように形成することで、熱伝導部材４は、溝部５を通流する冷媒の漏出を防止する。この熱伝導部材４は、非磁性金属であり、たとえば、アルミニウムなどを使用することができる。熱伝導部材４の周囲に巻装されているステータコイル２の発熱によって生じた熱が熱伝導部材４に伝導すると、その熱が、溝部５に通流している冷媒によって吸熱されて冷却される。
【００１６】
図４は、本実施形態の回転電機の冷却構造での冷媒の通流を説明する図である。図４（Ａ）は側断面図、図４（Ｂ）は図４（Ａ）のＢ−Ｂ断面図である。
【００１７】
冷媒は、ロータ軸方向端部の１箇所でケース７に導入され、ケース７に形成された冷媒通路７ａを通ってケース７の全周に行き渡る。そして、冷媒導入筒６ａを通過して冷媒通路（溝部）５に達する（図４（Ｂ））。そして、その冷媒が、冷媒通路（溝部）５を前後方向に通流して冷媒導出筒６ｂから導出され、ケース７の外部へ導出される。
【００１８】
冷媒がこのように流れることにより、ステータコイルで生じた熱を冷媒で吸熱するので、電動機の発熱を抑制することができる。
【００１９】
本実施形態によれば、熱源であるステータコイルに接するように熱伝導性に優れた部材を設け、その裏側にステータコイルに沿う方向に冷媒通路を形成して冷媒を流すこととしたので、スタータコイルは、ほぼ全域に渡って冷却されることとなる。したがって、冷却性能に優れた構造を提供できた。
【００２０】
また、冷媒通路は、絶縁部材３に溝部５を設けることで形成している。したがって、孔開け加工のような複雑な加工を行うことなく冷媒通路を形成することができる。
【００２１】
さらに、絶縁部材３の前後端部に冷媒導入筒６ａ及び冷媒導出筒６ｂを形成し、冷媒の流す方向を決めて常に一方向から流すこととしているので、冷媒による冷却性能が高い状態で維持され、冷却性能に優れた構造を提供することができる。
【００２２】
さらにまた、絶縁性を確保したい部分と冷却性能を確保したい部分とを分離した構造としているので、ステータコイルとステータコアとの絶縁性能を確保しながら、冷媒とステータコイルとの間の熱抵抗を低減することができる。
【００２３】
（第２実施形態）
図５は、本発明による回転電機の冷却構造の第２実施形態を示す図であり、第１実施形態における図３に相当する図である。
【００２４】
なお、以下に示す各実施形態では、前述した第１実施形態と同様の機能を果たす部分には、同一の符号を付して、重複する説明を適宜省略する。
【００２５】
本実施形態では、熱伝導部材４−１、４−２を左右方向で二分割構造とし、絶縁部材３の前後端部に、それぞれ上下一対の四分円状の鍔部３ａ−１、３ａ−２、３ｂ−１、３ｂ−２を形成し、この上部の鍔部３ａ−１、３ａ−２のそれぞれに、冷媒導入筒６ａ−１、６ａ−２及び冷媒導出筒６ｂ−１、６ｂ−２を設けた。そして、それぞれ冷媒を流すこととした。すなわち、冷媒導入筒６ａ−１から導入された冷媒は、冷媒通路５−１を通流して冷媒導出筒６ｂ−１から導出される。冷媒導入筒６ａ−２から導入された冷媒は、冷媒通路５−２を通流して冷媒導出筒６ｂ−２から導出される。
【００２６】
本実施形態によれば、熱伝導部材４−１、４−２は、二体構造であり、ステータコア１のティース部１ｂの周囲につながった構造となっていないので、熱伝導部材での渦電流の発生を抑制することができる。
【００２７】
（第３実施形態）
図６は、本発明による回転電機の冷却構造の第３実施形態を示す図であり、第１実施形態における図２に相当する断面図である。
【００２８】
本実施形態では、ステータコア１のティース部１ｂの側面及びバックコア部１ｃのステータコイルへの対向面に、樹脂コーティング層８が形成されている。
【００２９】
また、その樹脂コーティング層８には、断面Ｌ字状の熱伝導部材４が配置されている。この熱伝導部材４は、第１実施形態と同様に、たとえば、アルミニウムなどの非磁性金属である。
【００３０】
熱伝導部材４には貫通孔５が形成されており、この貫通孔５が冷媒を通流する冷媒通路になる。熱伝導部材４の周囲に巻装されているステータコイル２の発熱によって生じた熱が熱伝導部材４に伝導すると、その熱が、貫通孔５に通流している冷媒によって吸熱されて冷却される。
【００３１】
本実施形態によれば、絶縁用の部材を非磁性金属と樹脂コーティング層の２層構造とし、熱伝導率のよい金属部分に冷媒を流すこととしたので、ステータコイル２の冷却を効率よく行うことができる。
【００３２】
ステータコイル２とステータコア１との絶縁を行う部分を必要最低限の寸法としているので、ステータコイル２の占積率を落とすことなく、絶縁性能と冷却性能との両立を図ることができる。
【００３３】
以上説明した実施形態に限定されることなく、その技術的思想の範囲内において種々の変形や変更が可能であり、それらも本発明と均等であることは明白である。
【００３４】
例えば、絶縁部材３、熱伝導部材４は、本実施形態の効果を得ることができるものであればよく、その材料等は上記実施形態に限定されない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による回転電機の冷却構造の第１実施形態を示す斜視図である。
【図２】本発明による回転電機の冷却構造の第１実施形態を示す断面図である。
【図３】本発明による回転電機の冷却構造の第１実施形態の構成部品を示す図である。
【図４】本実施形態の回転電機の冷却構造での冷媒の通流を説明する図である。
【図５】本発明による回転電機の冷却構造の第２実施形態を示す図である。
【図６】本発明による回転電機の冷却構造の第３実施形態を示す図である。
【符号の説明】
１ ステータコア
２ ステータコイル
３ 絶縁部材（絶縁部）
４ 熱伝導部材（熱伝導部）
５ 冷却通路（溝部、貫通孔）
６ａ 冷媒導入筒
６ｂ 冷媒導出筒
７ ケース
８ 樹脂コーティング層

Claims (6)

1. ケースに回転自在に支持されたロータ軸と一体的に回転するロータと、
   該ロータの外周側に、ステータコイルが巻装された複数のステータコアを周方向に有するステータと、
   を備える回転電機であって、
   前記ステータは、
   前記ステータコアがステータコイルに対向する面に形成され、そのステータコアがステータコイルと導通することを防止する絶縁部と、
   前記絶縁部に形成され、周囲に巻装されたステータコイルが発生する熱を伝導可能な熱伝導部と、
   を有し、
   前記ステータコイルは、前記熱伝導部に接するように熱伝導部の周囲に巻装されており、
   前記熱伝導部のステータコイルが接する面の裏に形成され、冷媒を通流して前記熱伝導部に伝導した熱を冷却する冷却通路をさらに備える、
   ことを特徴とする回転電機の冷却構造。
2. 前記熱伝導部は、非磁性金属よりなる、
   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. 前記絶縁部は、絶縁性の樹脂層であって、
   前記冷却通路は、前記熱伝導部にロータ軸方向に沿って形成された貫通孔である、
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の回転電機の冷却構造。
4. 前記冷却通路は、前記絶縁部のステータコイルが巻装される面に、ロータ軸方向に沿って形成された溝部であって、前記熱伝導部が、その溝部を塞ぐように配置されている、
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の回転電機の冷却構造。
5. 前記冷却通路は、ロータ軸方向の両端部分に冷媒入口部及び冷媒出口部を有する、
   ことを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の回転電機の冷却構造。
6. 前記絶縁部及び前記熱伝導部は、前記ステータのティース部分を中心として側方に二分割可能であり、
   前記冷却通路は、前記分割可能な熱伝導部をそれぞれ冷却する第１及び第２の通路であって、その第１及び第２の通路ごとに冷媒入口部及び冷媒出口部を有する、
   ことを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の回転電機の冷却構造。

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