JP4800847B2 - 全閉形液冷電動機 - Google Patents

Description

この発明は、密閉された機内の固定子をフレームに設けた液冷構造で冷却し、かつ機内に配置された内扇ファンで回転子および機内の空気を冷却するようにした液冷電動機に関するものである。

従来の全閉形液冷電動機においては、内フレームと外フレームから構成される液冷構造にて、固定子、内フレーム及び外フレームを冷却し、軸受および固定子と回転子との間の空隙を介して回転子を冷却する（例えば、特許文献１参照）。

また、回転子両側の回転軸に機内の空気を撹拌するための小型ファンを設け、機内に設置したプレートフィン熱交換器で内気を冷却する（例えば、特許文献２参照）。

特開２００４−２２９４１８号公報 特開平９−２８５０７２号公報

従来の全閉形液冷電動機では、回転子は主に固定子との空隙を介して冷却されるが、空隙の熱抵抗は一般的に大きいため、回転子の発熱量が大きい場合、２次導体が耐熱温度を超え、破損する恐れがあるという問題点があった。

一方、機内の空気を撹拌し、プレートフィン熱交換器で冷却する構造は、構造が複雑でかつ高価であり、さらに振動が大きい車両用の電動機では、強度不足により熱交換器が破損する恐れがあるという問題点があった。

この発明は、上述のような問題点を解消するためになされたもので、回転子の冷却効果を向上させることができる全閉形液冷電動機を提供することを目的としたものである。

上述の課題を解決するために、この発明に係わる全閉形液冷電動機は、輪状の固定子と、固定子を内側に配置する筒状の外フレームと、各々軸受を持ち外フレームの両端に設けられて、この外フレームとともに密閉した空間を形成する前蓋及び後蓋と、軸受に回転自在に支持されて固定子の内側に配置された回転子と、外フレームの内周面を覆うように配設されて、この外フレームとの間に冷却液流路を形成する内フレームとを備えた全閉形液冷電動機において、前蓋及び後蓋と回転子との間にそれぞれ第１内部空間及び第２内部空間が形成されており、外フレームと回転子には、第１内部空間と第２内部空間とを連通する通風穴が形成され、回転子の少なくともいずれか一方の端部に、通風穴を介して第１内部空間と第２内部空間との間で空気を循環させるファンが設けられていることを特徴とする。

この発明に係わる全閉形液冷電動機によれば、前蓋、後蓋及び外フレームで密閉された機内の空気は、内扇ファンにより、外フレームと回転子に形成された通風穴を介して第１内部空間と第２内部空間との間で循環する。冷却液流路に冷却液が随時供給されることにより、固定子が直接冷却され、さらに外フレームの通風穴を通流する高温の機内の空気と熱交換が行われるため、機内の空気が冷却されてこの冷却された空気が回転子を冷却する。これにより、回転子の冷却効果を向上させることができる。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１の全閉形液冷電動機の縦断面図である。図２は図１の全閉形液冷電動機の外フレームと内フレームのＡ−Ａ線に沿う矢視横断面図である。図１及び図２において、本実施の形態の全閉形液冷電動機１００は、輪状の固定子１８と、この固定子１８を内側に配置する筒状の外フレーム１０と、各々軸受７，９を持ち外フレーム１０の両端に設けられて外フレーム１０とともに密閉した空間を形成する前蓋６及び後蓋８と、軸受７，９に支持されて固定子１８の内側に配置された回転子４とを有している。

全閉形液冷電動機１００は、さらに外フレーム１０の内側の周面を覆うように配設されて外フレーム１０との間に冷却液流路１１ａを形成する内フレーム１１を有している。このように構成された電動機１００は、内部において前蓋６と回転子４との間に第１内部空間Ａが形成されており、後蓋８と回転子４との間に第２内部空間Ｂが形成されている。回転子４には、第１内部空間Ａと第２内部空間Ｂとを連通する通風穴２ａが形成されている。外フレーム１０には、第１内部空間Ａと第２内部空間Ｂとを連通する外フレーム通風路１０ａ（通風穴）が形成されている。そして、第１内部空間Ａにおいて、回転子４の端部には、内扇ファン５が設けられている。この内扇ファン５は、通風穴２ａ及び外フレーム通風路１０ａを介して第１内部空間Ａと第２内部空間Ｂとの間で空気を循環させる。

次に、さらに詳細に説明する。外フレーム１０は、概略円筒状を成し両端部を塞ぐ概略円板状の前蓋６及び後蓋８とともに密閉した空間を形成している。前蓋６及び後蓋８の中央部にそれぞれ軸受７，９が固定されている。円筒状の外フレーム１０の内側に円筒状の内フレーム１１が対向して配設されている。内フレーム１１の外周面に円周に沿って複数本の溝が形成されている。外フレーム１０に内周面と内フレーム１１の外周面とが密着して内フレーム１１に形成された溝によって冷却液流路１１ａが形成されている。内フレーム１１の両端部において、外フレーム１０と内フレーム１１との間には冷却液の漏れを防止する図示しないＯリングが配設されている。冷却液の入口１４及び出口１５は外フレーム１０に設けられ冷却液流路１１ａに通じている。この出入口１４，１５が設けられる位置は、内フレーム１１に設けられた溝形状により変化する。

このように形成された円筒状の内部空間の内部に固定子１８と回転子４が収納されている。円筒状の内部空間は、固定子１８と回転子４とに分断されて軸方向両端部に第１内部空間Ａと第２内部空間Ｂを形成している。図２に良く示されるように、外フレーム１０は一部が肉厚とされており、この肉厚とされた部分に軸線に沿って貫通穴が設けられている。この貫通穴は第１内部空間Ａと第２内部空間Ｂとの間で空気を流通させる外フレーム通風路１０ａを構成している。冷却液流路１１ａは円周に沿って形成され、外フレーム通風路１０ａは軸線に沿って形成されているので両者は交差しており、半径方向に重なる位置関係にある。

輪状の固定子１８は、内フレーム１１の内側に配設されている。固定子１８は、概略円筒状を成し全周にわたり軸線方向に延びるスロットが形成された固定子鉄心１６と、固定子鉄心１６のスロットに収納されるように鉄心１６のティースに巻回された固定子巻線１７とから構成されている。

軸受７，９に回転自在に支持される回転子４は、輪状の固定子１８のさらに内側に配設されている。回転子４は、軸受７，９に軸支された回転軸１と、回転軸１を貫通させる概略円筒状の回転子鉄心２と、回転子鉄心２の外周部に全周にわたって等間隔に埋め込まれ、かつその両端をリング状導体に接続された回転子導体３と、回転子鉄心２の片側の端部にて回転軸１に固着された内扇ファン５とから構成されている。回転子鉄心２には軸線に沿って延びる複数の貫通穴が全周にわたり等間隔設けられている。この貫通穴は第１内部空間Ａと第２内部空間Ｂとの間で空気を流通させる通風穴２ａを構成している。回転子４は、回転子鉄心２がわずかの間隙を持って固定子鉄心１６と対向するように配置されている。

このように構成された全閉形液冷電動機１００は、例えば車両に駆動用電動機として搭載される場合、回転軸１の駆動側１ａを減速歯車（図示せず）を介して車軸（図示せず）に連結され、車軸に取り付けられた車輪（図示せず）を駆動して車両を走行させる。両蓋６，８及び外フレーム１０で密閉された機内の空気は、内扇ファン５により、通風穴２ａ及び外フレーム通風路１０ａを介して第１内部空間Ａと第２内部空間Ｂとの間で循環する。冷却液流路１１ａに冷却液出入口１４，１５を介して冷却液が随時供給されることにより、固定子１８が直接冷却され、さらに隣接した外フレーム通風路１０ａを通流する高温の機内の空気と熱交換が行われるため、機内の空気が冷却されてこの冷却された空気が回転子４を冷却する。

このように構成された全閉形液冷電動機１００においては、外フレーム１０と回転子４に第１内部空間Ａと第２内部空間Ｂとを連通する外フレーム通風路１０ａ及び通風穴２ａがそれぞれが形成され、回転子４の端部に、外フレーム通風路１０ａ及び通風穴２ａを介して第１内部空間Ａと第２内部空間Ｂとの間で空気を循環させる内扇ファン５を設けたことにより、以下の効果を得ることができる。すなわち、回転子鉄心２および回転子導体３から発生した熱が回転子４の通風穴２ａに流れる機内の空気へ移動し、その熱を受けて機内の空気は温度上昇する。温度上昇した機内の空気は、内扇ファン５により外フレーム１０の外フレーム通風路１０ａに流れ込むが、外フレーム１０は冷却液により冷却されているため、温度上昇した機内の空気を冷却し、回転子４で受けた熱を外フレーム１０で放熱する。外フレーム１０で冷却された空気は回転子４の通風穴２ａへ流れ込み、再び回転子４の熱を受ける。このように、機内の空気の循環風を利用して、回転子４の熱をフレームの冷却液に放熱することで、回転子４の冷却効果を向上させることができる。

また、固定子１８および冷却液流路１１ａの外側に位置する外フレーム１０に、機内空気の通風路である外フレーム通風路１０ａを設けることで、外フレーム通風路１０ａの通風断面積を大きくしても、固定子４の冷却効果を損なうことが無く、以下の問題点を回避することができる。例えば、内フレーム１１の内側に通風路のための溝を設けると、その部分は固定子鉄心１６との接触がなくなり、伝熱面積が減少するため、固定子鉄心１６の冷却効果が低下する。また、固定子鉄心１６外側に通風路を設けると、やはりその分内フレーム１１との接触面積及び伝熱面積が減少し、固定子鉄心１６の冷却効果が低下すると共に、固定子鉄心１６の磁束が有効利用できなくなり、電動機の効率が低下する。

以上のように、本実施の形態の全閉形液冷電動機１００においては、内扇ファン５と、通風穴２ａと、外フレーム通風路１０ａとを設けたことにより、回転子４の冷却効果を向上させることができる。

なお、本実施の形態の冷却液流路１１ａは、内部空間を形成する外フレーム１０とその内側の周面を覆うように配設された内フレーム１１との間に形成されている。しかしながら、冷却液流路１１ａはこの構成に限らず、内部空間を形成するフレームとその外側の周面を覆うように配設されたフレームとの間に形成されてもよい。さらに、流路となる溝は対向するいずれのフレームに設けられてもよいし、両方のフレームに設けられてもよい。

また、本実施の形態の内扇ファン５は、回転子４の反駆動側の端部に設けられているが、これに限らず、他側の端部に設けられてもよいし、両端部に設けられてもよい。すなわち、内扇ファン５は第１内部空間Ａと第２内部空間Ｂのいずれか一方に設けられてもよいし、両方に設けられてもよい。

実施の形態２．
図３はこの発明の実施の形態２の全閉形液冷電動機の外フレームと内フレームの横断面図である。本実施の形態の全閉形液冷電動機においては、外フレーム１０に形成された外フレーム通風路１０ｂが、断面円形の複数本の細穴とされている。その他の構成は実施の形態１と同様である。

本実施の形態の全閉形液冷電動機においては、外フレーム通風路１０ｂを断面円形の複数本の細穴とすることにより、空気と通風路の伝熱面積の拡大を図っている。これにより、機内の空気および回転子４の冷却効果を向上させることができる。

この発明にかかる全閉形液冷電動機は、例えば車両に駆動源として搭載されるような小型で高出力が要求される電動機に適用されて好適なものである。

この発明の実施の形態１の全閉形液冷電動機の縦断面図である。 図１の全閉形液冷電動機の外フレームと内フレームのＡ−Ａ線に沿う矢視横断面図である。 この発明の実施の形態２の全閉形液冷電動機の外フレームと内フレームの横断面図である。

符号の説明

１ 回転軸
２ 回転子鉄心
２ａ 通風穴
３ 回転子導体
４ 回転子
５ 内扇ファン
６ 前蓋
７，９ 軸受
８ 後蓋
１０ 外フレーム
１０ａ 外フレーム通風路（通風穴）
１１ 内フレーム
１１ａ 冷却液流路
１４ 冷却液入口
１５ 冷却液出口
１６ 固定子鉄心
１７ 固定子巻線
１８ 固定子
１００ 全閉形液冷電動機

Claims (3)

1. 輪状の固定子と、
   前記固定子を内側に配置する筒状の外フレームと、
   各々軸受を持ち前記外フレームの両端に設けられて該外フレームとともに密閉した空間を形成する前蓋及び後蓋と、
   前記軸受に回転自在に支持されて前記固定子の内側に配置された回転子と、
   前記外フレームの内周面を覆うように配設されて該外フレームとの間に冷却液流路を形成する内フレームとを備えた全閉形液冷電動機において、
   前記前蓋及び前記後蓋と前記回転子との間にそれぞれ第１内部空間及び第２内部空間が形成されており、
   前記外フレームと前記回転子には、前記第１内部空間と前記第２内部空間とを連通する通風穴が形成され、
   前記回転子の少なくともいずれか一方の端部に、前記通風穴を介して前記第１内部空間と前記第２内部空間との間で空気を循環させるファンが設けられている
   ことを特徴とする全閉形液冷電動機。
2. 前記外フレームに形成された前記通風穴が、軸方向に延びる複数の穴である
   ことを特徴とする請求項１に記載の全閉形液冷電動機。
3. 前記通風穴が、前記冷却液流路と半径方向に重なる
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の全閉形液冷電動機。

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