JP4092483B2 - 回転電機の冷却構造 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は電動機や発電機など回転電機の冷却構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
回転電機の発熱したステータコイルなどを冷却するために、ケース内にオイルチャンバを設け、コイルに向けて冷却用のオイルを噴霧するものが、特許文献１に開示されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平９−２３６１５号公報
【０００４】
【発明の解決すべき課題】
しかし、この場合、ステータコイルから熱を奪って高温となったオイルを冷却するために、回転電機の外部に比較的大きなオイルクーラを備えることなどが必要となる。
【０００５】
回転電機を車両の駆動源として搭載する場合など、大型のオイルクーラを設置する余分のスペースは少なく、オイルクーラの小型化、軽量化などが強く要望される。
【０００６】
本発明の目的は、回転電機を冷却後の高温のオイル（主冷媒）を効率よく冷却し、オイルクーラの小型化、冷却回路の圧力損失の低減などを図ることである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ハウジングの内部にステータとロータとを同軸的に配置し、さらにこれらステータとロータとの軸方向の両側に位置して環状の内部空間を形成し、これら空間の一方から前記ステータを冷却する主冷媒を導入し、他方から排出させる。前記ハウジングの端壁であって、前記内部空間に導入され、軸方向に移動した前記主冷媒が衝突する側の端壁の内部に前記主冷媒を冷却する補助冷媒が循環させられる冷却ジャケットを設ける。
【０００８】
【作用・効果】
回転電機のステータなどの内部を軸方向に流れて熱を奪い、高温となった主冷媒が、ハウジングの端壁に衝突する位置において、ハウジング端壁内部には補助冷媒が循環する。この補助冷媒との熱交換により主冷媒の温度が下がり、その分だけ主冷媒の温度を下げるためのクーラの小型化などが可能となる。
【０００９】
【実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１０】
まず、第１の実施形態を図１に示す。
【００１１】
図１において、１は回転電機としてのモータであり、ハウジング２の内部にはステータ３が配置され、ステータ３の内周にはロータ４が同心的に配置され、ロータ４はロータ軸５を中心にして一体的に回転する。ロータ軸５はハウジング２の両側の端壁６ａ、６ｂに軸受７を介して回転自由に支持される。
【００１２】
ハウジング２の内部には、ステータ３とロータ４の両側に位置して環状の内部空間８ａ、８ｂが形成され、一方の空間８ａに連通するように、主冷媒の導入路９がハウジング２の上部に設けられ、他方の空間８ｂに連通するように、主冷媒の導出路１０がハウジング２の下部に設けられる。
【００１３】
主冷媒はステータ３の発熱部位などを冷却するもので、この実施形態では、オイルを霧状に微粒化したオイルミストが用いられ、図示しないオイルリザーバからのオイルがポンプにより導入路９に送り込まれるが、その上流にはオイルミストを発生させるために、例えば超音波振動子による微粒化装置が備えられ、これによりオイルを微粒化して霧状にする。
【００１４】
ステータ３にはコイル３ａが巻装されるスロット３ｂが、ロータ軸方向にステータ３を貫通して形成され、このスロット３ｂを一方の空間８ａから他方の空間８ｂに向けて前記主冷媒としてのオイルミストが流れるようになっている。スロット３ｂはステータ全周方向に均等間隔で複数配置される。
【００１５】
そしてステータ３の内部を軸方向に貫通して流れるオイルミストが衝突する、前記ハウジング２の端壁６ｂの内部には、内部空間８ｂの端面と概略同じ面積をもつ冷却チャンバ１１が形成され、ここには補助冷媒としてのオイルが循環され、これによりステータ３を冷却して高温となったオイルミストと熱交換し、オイルミストの温度を下げるようになっている。
【００１６】
冷却チャンバ１１には導入口１２と導出口１３とが接続し、図示しないオイルの供給系から冷却用のオイルが循環される。なお、この補助冷媒としては、オイルの代わりに水、あるいは空気などを循環させることも可能である。
【００１７】
以上のように構成され、したがって、主冷媒であるオイルミストは、導入路９から図中右側の空間８ａに導入され、ステータ３のスロット３ｂを通り、反対側の空間８ｂに流れる。オイルミストがステータ３のスロット３ｂを通過する間に発熱しているコイル３ａとの間で熱交換が行われ、コイル３ｂ、さらにはステータ３を冷却する。この場合、オイルミストの気化潜熱による冷却作用も生じるので、それだけ冷却能力も高められる。
【００１８】
なお、スロット３ｂはステータ３の全周に配置されるので、ステータ３は上部だけでなく、下部までも全域的に均等に冷却される。
【００１９】
ステータ３のスロット３ｂを貫通したオイルミストの多くは、そのまま進んで反対側の端壁６ｂに衝突するが、端壁６ｂの内部には補助冷媒が循環し、端壁６ｂの温度が低く保たれるために、スロット３ｂを通過するうちに高温となったオイルミストは、この端壁６ｂとの衝突により、熱交換し、温度が下げられる。低温の端壁６ｂにより冷やされたオイルミストは多くが液化して下方に落下する。
【００２０】
液化したオイルは導出路１０から図示しないオイルクーラへと導かれ、さらに冷やされ後、再びオイルポンプにより導入路９へと循環される。
【００２１】
したがって、本実施形態によれば、ステータ３の内部を軸方向に流れて熱を奪い、高温となった主冷媒（オイルミスト）が、ハウジング２の端壁６ｂに衝突する位置において、端壁６ｂの内部には補助冷媒が循環する冷却チャンバ１１が形成され、この補助冷媒との熱交換により主冷媒の温度が下げられるので、その分だけ主冷媒を冷却するのに必要な外部に備えるオイルクーラなどを小型化することが可能となり、また冷却オイル循環回路の圧力損失も小さくできる。
【００２２】
図２を参照して第２の実施形態を説明する。
【００２３】
この実施形態では、ステータ３とロータ４との間で、ハウジング２の内部空間８ａと８ｂを仕切る環状の隔壁１５を設け、ロータ４側に主冷媒が流れる込むことのないようにしたものである。この場合、主冷媒としては、オイルミストではなく、液状のオイルそのものが用いられる。
【００２４】
ステータ３の内周面と同一の内周面をもつ円筒形の隔壁１５が軸方向に延び、ステータ３の端部と、ハウジング２の端壁６ａ、６ｂとの間を連結し、その外側に環状の冷媒通路１６ａ、１６ｂとを画成している。ハウジング２の一方の端壁６ｂの内部には前記と同じように、冷却チャンバ１１が形成され、ここには補助冷媒が循環させられる。
【００２５】
したがって、上方の導入路９から冷媒通路１６ａに導入されたオイルは、ステータ３のスロット３ｂを通過して反対側の冷媒通路１６ｂへと流れ、この間にコイル３ａの発熱部位を冷却し、ステータ３の温度を低下させる。スロット３ｂを通過した高温となったオイルは、反対側の冷媒通路１６ｂに流れ込み、多くはそのまま端壁６ｂと接触し、内部に冷却チャンバ１１が形成された低温の端壁６ｂの冷却作用を受ける。このようにしてステータ内部を通過して高温化したオイルの温度を下げられるのである。
【００２６】
したがって、この実施形態においても、上記と同じように主冷媒の冷却機能を分散させることにより、オイルクーラの小型化が図れる。
【００２７】
また、冷却用のオイルがロータ４と直接的に接触することがないので、ロータ４の回転抵抗が小さくできる。
【００２８】
図３を参照して第３の実施形態を説明する。
【００２９】
第１の実施形態と基本的には同じ構成であるが、冷却チャンバ１１が形成された端壁６ｂの外側面には多数の放熱用のフィン１７を設けてある。
【００３０】
したがって、この実施形態によれば、放熱用のフィン１７により端壁６ｂの放熱面積を大きくすることができ、端壁６ｂの内部に循環させる補助冷媒、ないしは端壁６ｂに衝突して冷却作用を受ける主冷媒としてのオイルミストの冷却性能を高められる。
【００３１】
図４を参照して第４の実施形態について説明する。
【００３２】
この実施形態は、前記各実施形態に示した回転電機１をエンジンと共に、あるいはエンジン無しで単独で、駆動源として車両に搭載する場合の一例を示すものである。
【００３３】
車両本体２１の前部にはラジエータ２２が配置され、このラジエータ２２の後側に位置して回転電機１が取付けられる。回転電機１は回転軸（ロータ軸）２３が横向きとなるように配置され、回転電機１は中間ギヤ２４を介して減速機２５と連結され、減速機２５の出力軸は図示しないデフ機構を介して前輪２６に連結される。これにより、回転電機１の駆動力が減速機２５で減速されて前輪２６に伝達され、車両の走行が行われる。
【００３４】
ここで前記ラジエータ２２の直後には外気導入ダクト２８の外気取り入れ口２９が位置するように設けられ、この外気導入ダクト２８の一部が回転電機１の前記端壁６ｂを取り囲むように形成する。
【００３５】
これにより、車両の走行に伴い外気導入ダクト２８に取り込まれた外気はハウジング２の一部である端壁６ｂに沿って流れ、このとき端壁６ｂの内部を循環する補助冷媒、ないしは端壁６ｂの内側に接触する主冷媒からの熱を奪い、これらの冷却を行う。
【００３６】
この本実施形態によれば、車両の走行に伴い冷却風を導入し、これにより回転電機１の内部の冷媒を冷却するようにしたので、より効率よく温度を下げることができる。
【００３７】
とくに、内部に冷媒を循環させる端壁６ｂの部分を中心に冷却することにより、さらに効果的に冷媒温度を下げられる。
【００３８】
本発明は上記した実施形態に限定されるわけではなく、特許請求の範囲に記載した技術的思想の範囲内で、当業者がなしうるさまざまな変更、改良が含まれることは明白である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態の断面図である。
【図２】同じく第２実施形態の断面図である。
【図３】同じく第３実施形態の断面図である。
【図４】同じく第４実施形態の構成図である。
【符号の説明】
１ 回転電機
２ ハウジング
３ ステータ
３ａ コイル
３ｂ スロット
４ ロータ
６ａ 端壁
６ｂ 端壁
８ａ 内部空間
８ｂ 内部空間
９ 導入路
１０ 導出路
１１ 冷却チャンバ
【発明の属する技術分野】
この発明は電動機や発電機など回転電機の冷却構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
回転電機の発熱したステータコイルなどを冷却するために、ケース内にオイルチャンバを設け、コイルに向けて冷却用のオイルを噴霧するものが、特許文献１に開示されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平９−２３６１５号公報
【０００４】
【発明の解決すべき課題】
しかし、この場合、ステータコイルから熱を奪って高温となったオイルを冷却するために、回転電機の外部に比較的大きなオイルクーラを備えることなどが必要となる。
【０００５】
回転電機を車両の駆動源として搭載する場合など、大型のオイルクーラを設置する余分のスペースは少なく、オイルクーラの小型化、軽量化などが強く要望される。
【０００６】
本発明の目的は、回転電機を冷却後の高温のオイル（主冷媒）を効率よく冷却し、オイルクーラの小型化、冷却回路の圧力損失の低減などを図ることである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ハウジングの内部にステータとロータとを同軸的に配置し、さらにこれらステータとロータとの軸方向の両側に位置して環状の内部空間を形成し、これら空間の一方から前記ステータを冷却する主冷媒を導入し、他方から排出させる。前記ハウジングの端壁であって、前記内部空間に導入され、軸方向に移動した前記主冷媒が衝突する側の端壁の内部に前記主冷媒を冷却する補助冷媒が循環させられる冷却ジャケットを設ける。
【０００８】
【作用・効果】
回転電機のステータなどの内部を軸方向に流れて熱を奪い、高温となった主冷媒が、ハウジングの端壁に衝突する位置において、ハウジング端壁内部には補助冷媒が循環する。この補助冷媒との熱交換により主冷媒の温度が下がり、その分だけ主冷媒の温度を下げるためのクーラの小型化などが可能となる。
【０００９】
【実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１０】
まず、第１の実施形態を図１に示す。
【００１１】
図１において、１は回転電機としてのモータであり、ハウジング２の内部にはステータ３が配置され、ステータ３の内周にはロータ４が同心的に配置され、ロータ４はロータ軸５を中心にして一体的に回転する。ロータ軸５はハウジング２の両側の端壁６ａ、６ｂに軸受７を介して回転自由に支持される。
【００１２】
ハウジング２の内部には、ステータ３とロータ４の両側に位置して環状の内部空間８ａ、８ｂが形成され、一方の空間８ａに連通するように、主冷媒の導入路９がハウジング２の上部に設けられ、他方の空間８ｂに連通するように、主冷媒の導出路１０がハウジング２の下部に設けられる。
【００１３】
主冷媒はステータ３の発熱部位などを冷却するもので、この実施形態では、オイルを霧状に微粒化したオイルミストが用いられ、図示しないオイルリザーバからのオイルがポンプにより導入路９に送り込まれるが、その上流にはオイルミストを発生させるために、例えば超音波振動子による微粒化装置が備えられ、これによりオイルを微粒化して霧状にする。
【００１４】
ステータ３にはコイル３ａが巻装されるスロット３ｂが、ロータ軸方向にステータ３を貫通して形成され、このスロット３ｂを一方の空間８ａから他方の空間８ｂに向けて前記主冷媒としてのオイルミストが流れるようになっている。スロット３ｂはステータ全周方向に均等間隔で複数配置される。
【００１５】
そしてステータ３の内部を軸方向に貫通して流れるオイルミストが衝突する、前記ハウジング２の端壁６ｂの内部には、内部空間８ｂの端面と概略同じ面積をもつ冷却チャンバ１１が形成され、ここには補助冷媒としてのオイルが循環され、これによりステータ３を冷却して高温となったオイルミストと熱交換し、オイルミストの温度を下げるようになっている。
【００１６】
冷却チャンバ１１には導入口１２と導出口１３とが接続し、図示しないオイルの供給系から冷却用のオイルが循環される。なお、この補助冷媒としては、オイルの代わりに水、あるいは空気などを循環させることも可能である。
【００１７】
以上のように構成され、したがって、主冷媒であるオイルミストは、導入路９から図中右側の空間８ａに導入され、ステータ３のスロット３ｂを通り、反対側の空間８ｂに流れる。オイルミストがステータ３のスロット３ｂを通過する間に発熱しているコイル３ａとの間で熱交換が行われ、コイル３ｂ、さらにはステータ３を冷却する。この場合、オイルミストの気化潜熱による冷却作用も生じるので、それだけ冷却能力も高められる。
【００１８】
なお、スロット３ｂはステータ３の全周に配置されるので、ステータ３は上部だけでなく、下部までも全域的に均等に冷却される。
【００１９】
ステータ３のスロット３ｂを貫通したオイルミストの多くは、そのまま進んで反対側の端壁６ｂに衝突するが、端壁６ｂの内部には補助冷媒が循環し、端壁６ｂの温度が低く保たれるために、スロット３ｂを通過するうちに高温となったオイルミストは、この端壁６ｂとの衝突により、熱交換し、温度が下げられる。低温の端壁６ｂにより冷やされたオイルミストは多くが液化して下方に落下する。
【００２０】
液化したオイルは導出路１０から図示しないオイルクーラへと導かれ、さらに冷やされ後、再びオイルポンプにより導入路９へと循環される。
【００２１】
したがって、本実施形態によれば、ステータ３の内部を軸方向に流れて熱を奪い、高温となった主冷媒（オイルミスト）が、ハウジング２の端壁６ｂに衝突する位置において、端壁６ｂの内部には補助冷媒が循環する冷却チャンバ１１が形成され、この補助冷媒との熱交換により主冷媒の温度が下げられるので、その分だけ主冷媒を冷却するのに必要な外部に備えるオイルクーラなどを小型化することが可能となり、また冷却オイル循環回路の圧力損失も小さくできる。
【００２２】
図２を参照して第２の実施形態を説明する。
【００２３】
この実施形態では、ステータ３とロータ４との間で、ハウジング２の内部空間８ａと８ｂを仕切る環状の隔壁１５を設け、ロータ４側に主冷媒が流れる込むことのないようにしたものである。この場合、主冷媒としては、オイルミストではなく、液状のオイルそのものが用いられる。
【００２４】
ステータ３の内周面と同一の内周面をもつ円筒形の隔壁１５が軸方向に延び、ステータ３の端部と、ハウジング２の端壁６ａ、６ｂとの間を連結し、その外側に環状の冷媒通路１６ａ、１６ｂとを画成している。ハウジング２の一方の端壁６ｂの内部には前記と同じように、冷却チャンバ１１が形成され、ここには補助冷媒が循環させられる。
【００２５】
したがって、上方の導入路９から冷媒通路１６ａに導入されたオイルは、ステータ３のスロット３ｂを通過して反対側の冷媒通路１６ｂへと流れ、この間にコイル３ａの発熱部位を冷却し、ステータ３の温度を低下させる。スロット３ｂを通過した高温となったオイルは、反対側の冷媒通路１６ｂに流れ込み、多くはそのまま端壁６ｂと接触し、内部に冷却チャンバ１１が形成された低温の端壁６ｂの冷却作用を受ける。このようにしてステータ内部を通過して高温化したオイルの温度を下げられるのである。
【００２６】
したがって、この実施形態においても、上記と同じように主冷媒の冷却機能を分散させることにより、オイルクーラの小型化が図れる。
【００２７】
また、冷却用のオイルがロータ４と直接的に接触することがないので、ロータ４の回転抵抗が小さくできる。
【００２８】
図３を参照して第３の実施形態を説明する。
【００２９】
第１の実施形態と基本的には同じ構成であるが、冷却チャンバ１１が形成された端壁６ｂの外側面には多数の放熱用のフィン１７を設けてある。
【００３０】
したがって、この実施形態によれば、放熱用のフィン１７により端壁６ｂの放熱面積を大きくすることができ、端壁６ｂの内部に循環させる補助冷媒、ないしは端壁６ｂに衝突して冷却作用を受ける主冷媒としてのオイルミストの冷却性能を高められる。
【００３１】
図４を参照して第４の実施形態について説明する。
【００３２】
この実施形態は、前記各実施形態に示した回転電機１をエンジンと共に、あるいはエンジン無しで単独で、駆動源として車両に搭載する場合の一例を示すものである。
【００３３】
車両本体２１の前部にはラジエータ２２が配置され、このラジエータ２２の後側に位置して回転電機１が取付けられる。回転電機１は回転軸（ロータ軸）２３が横向きとなるように配置され、回転電機１は中間ギヤ２４を介して減速機２５と連結され、減速機２５の出力軸は図示しないデフ機構を介して前輪２６に連結される。これにより、回転電機１の駆動力が減速機２５で減速されて前輪２６に伝達され、車両の走行が行われる。
【００３４】
ここで前記ラジエータ２２の直後には外気導入ダクト２８の外気取り入れ口２９が位置するように設けられ、この外気導入ダクト２８の一部が回転電機１の前記端壁６ｂを取り囲むように形成する。
【００３５】
これにより、車両の走行に伴い外気導入ダクト２８に取り込まれた外気はハウジング２の一部である端壁６ｂに沿って流れ、このとき端壁６ｂの内部を循環する補助冷媒、ないしは端壁６ｂの内側に接触する主冷媒からの熱を奪い、これらの冷却を行う。
【００３６】
この本実施形態によれば、車両の走行に伴い冷却風を導入し、これにより回転電機１の内部の冷媒を冷却するようにしたので、より効率よく温度を下げることができる。
【００３７】
とくに、内部に冷媒を循環させる端壁６ｂの部分を中心に冷却することにより、さらに効果的に冷媒温度を下げられる。
【００３８】
本発明は上記した実施形態に限定されるわけではなく、特許請求の範囲に記載した技術的思想の範囲内で、当業者がなしうるさまざまな変更、改良が含まれることは明白である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態の断面図である。
【図２】同じく第２実施形態の断面図である。
【図３】同じく第３実施形態の断面図である。
【図４】同じく第４実施形態の構成図である。
【符号の説明】
１ 回転電機
２ ハウジング
３ ステータ
３ａ コイル
３ｂ スロット
４ ロータ
６ａ 端壁
６ｂ 端壁
８ａ 内部空間
８ｂ 内部空間
９ 導入路
１０ 導出路
１１ 冷却チャンバ
Claims (6)
- ハウジングの内部にステータとロータとを同軸的に配置し、さらにこれらステータとロータとの軸方向の両側に位置して環状の内部空間を形成し、これら空間の一方から前記ステータを冷却する主冷媒を導入し、他方から排出させるようにした回転電機において、
前記ハウジングの端壁であって、前記内部空間に導入され、軸方向に移動した前記主冷媒が衝突する側の端壁の内部に前記主冷媒を冷却する補助冷媒が循環させられる冷却ジャケットを設けたことを特徴とする回転電機の冷却構造。 - 前記ステータを軸方向に貫通するスロットを経由して内部空間の一方から他方に主冷媒が流れるようにした請求項１に記載の回転電機の冷却構造。
- 前記主冷媒が、気化潜熱により冷却作用を生じるオイルミストである請求項１または２に記載の回転電機の冷却構造。
- 前記端壁の内部に形成された冷却ジャケットは、前記内部空間の端面とほぼ同じ大きさの面積に形成される請求項１〜３のいずれか一つに記載の回転電機の冷却構造。
- 前記端壁の外側面には多数の放熱用のフィンが形成される請求項４に記載の回転電機の冷却構造。
- 前記端壁の外側は外気導入ダクトで覆われ、前記端壁には冷却風が導かれるように構成されている請求項１〜５のいずれか一つに記載の回転電機の冷却構造。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003050875A JP4092483B2 (ja) | 2003-02-27 | 2003-02-27 | 回転電機の冷却構造 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003050875A JP4092483B2 (ja) | 2003-02-27 | 2003-02-27 | 回転電機の冷却構造 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2004260966A JP2004260966A (ja) | 2004-09-16 |
| JP4092483B2 true JP4092483B2 (ja) | 2008-05-28 |
Family
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
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|---|---|---|---|---|
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| JPH0291470U (ja) * | 1988-12-27 | 1990-07-19 | ||
| JPH05207702A (ja) * | 1992-01-22 | 1993-08-13 | Mitsubishi Electric Corp | 誘導電動機の冷却装置 |
| JP3806303B2 (ja) * | 2000-12-11 | 2006-08-09 | 三菱重工業株式会社 | 発電機における冷却構造 |
| JP3603815B2 (ja) * | 2001-06-21 | 2004-12-22 | 日産自動車株式会社 | 回転電機 |
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2003
- 2003-02-27 JP JP2003050875A patent/JP4092483B2/ja not_active Expired - Fee Related
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