JP6958655B2 - 回転機 - Google Patents

Description

本発明は、回転機に関する。

回転機は駆動により発熱して効率低下等を生じる虞があるため、冷却するのが望ましい。例えば、ステータのコイルエンドを冷却するために、コイルエンドに冷却オイルを流すことが行われている。

特許文献１では、ステータを収容するフレームと、フレームの軸方向両端面に接合されるブラケットを設け、フレームとブラケットとの合わせ面のうちの少なくとも一方に冷却オイルを流す溝を形成している。溝はコイルエンドの上又は横において、コイルエンドに向いて開口しており、開口から流出した冷却オイルがコイルエンドに流れる。

特許第４４４１３３８号公報

特許文献１では、コイルエンドの上又は横からコイルエンドに冷却オイルを流すため、下側のコイルエンドには上側のコイルエンドを通過したオイルが流下してくる構成であった。このため、下側のコイルエンドに到達するオイルは温度が上昇しており、十分に冷却出来ず、冷却性能に改善の余地があった

本発明は、冷却性能を改善した回転機を提供することを目的とする。

本発明の一態様に係る回転機は、ステータコアと前記ステータコアに巻き回されたコイルとを有するステータと、前記ステータとエアギャップを介して対向して配置されたロータと、前記ステータを径方向外側から覆うフレームと、前記フレームの軸方向一方側を覆う第一のブラケットと、を備え、前記コイルは、前記ステータコアの軸方向一方側に突出する第一のコイルエンドを有し、前記フレームは、径方向外側の流入口から軸方向一方側の第一の開口へと貫通する第一の流路を有し、前記フレーム及び前記第一のブラケットのいずれか一方又は両方は、前記フレームと前記第一のブラケットとの合わせ面に、前記第一の開口と繋がり前記第一のコイルエンドの径方向外側に位置する第二の流路を有し、前記第二の流路は、周方向に亘って配置された第三の流路と、前記第一のコイルエンドの鉛直方向下側を少なくとも含む周方向の複数個所に配置されて前記第三の流路と繋がり前記第一のコイルエンドに向けて貫通する第四の流路と、を有し、前記第四の流路は、前記流入口から流入した冷却媒体を前記第一のコイルエンドに向けて噴出する流路である。

上記の一態様の回転機において、前記フレームの軸方向他方側を覆う第二のブラケットを更に備え、前記コイルは、前記ステータコアの軸方向他方側に突出する第二のコイルエンドを有し、前記第一の流路は、前記第一の開口から軸方向他方側の第二の開口へと貫通し、前記フレーム及び前記第二のブラケットのいずれか一方又は両方は、前記フレームと前記第二のブラケットとの合わせ面に、前記第一の開口と繋がり前記第二のコイルエンドの径方向外側に位置する第五の流路を有し、前記第五の流路は、周方向に亘って配置された第六の流路と、前記第二のコイルエンドの鉛直方向下側を少なくとも含む周方向の複数個所に配置されて前記第六の流路と繋がり前記第二のコイルエンドに向けて貫通する第七の流路と、を有し、前記第七の流路は、前記流入口から流入した冷却媒体を前記第二のコイルエンドに向けて噴出する流路であってもよい。

上記の一態様の回転機において、前記第二の流路は、前記第一のブラケットと対向する前記フレームの面に設けた軸方向他方側に凹む第一の溝と、前記第一の溝と対向する前記第一のブラケットの面とで形成され、前記第五の流路は、前記第二のブラケットと対向する前記フレームの面に設けた軸方向一方側に凹む第二の溝と、前記第二の溝と対向する前記第二のブラケットの面とで形成されてもよい。

上記の一態様の回転機において、前記第一の開口は、前記第一のコイルエンドの鉛直方向上側に位置し、前記第二の開口は、前記第二のコイルエンドの鉛直方向上側に位置してもよい。

本発明の一態様によれば、冷却性能を改善した回転機を提供することが出来る。

本発明の第１実施形態に係る回転機の斜視図である。 図１のモータ１０を、Ｚ軸と直交し中心軸Ｊを通る面で切断して示す側断面図である。 図１のモータ１０からブラケット１５を外して示す斜視図である。 図１のモータ１０からブラケット１４を外して示す斜視図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。実施形態では説明を分かり易くするため、本発明の主要部以外の構造や要素については、簡略化または省略して説明する。また、図面において、同じ要素には同じ符号を付す。なお、図面に示す各要素の形状、寸法などは模式的に示したもので、実際の形状、寸法などを示すものではない。

なお、以下の説明において、図２に示す中心軸Ｊが延びる方向を単に「軸方向」と呼び、中心軸Ｊを中心とする径方向を単に「径方向」と呼び、中心軸Ｊを中心とする周方向を単に「周方向」と呼ぶ。また、軸方向において、図２での右側を一方側と呼び、図２での左側を他方側と呼ぶ。また、径方向において、中心軸Ｊに近い側を内側と呼び、中心軸Ｊから遠い側を外側と呼ぶ。

また、図面においては、適宜３次元直交座標系としてＸＹＺ座標系を示す。ＸＹＺ座標系において、Ｘ軸方向は、中心軸Ｊと平行な方向であって、図２に示す側断面図の左右方向とする。Ｙ軸方向は、Ｘ軸方向と直交する方向であって、図２に示す側断面図の上下方向とする。Ｚ軸方向は、Ｘ軸方向及びＹ軸方向と直交する方向とする。Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向の何れにおいても、図中に示される矢印の向く側を＋側、反対側を−側とする。

また、以下の説明において、軸方向に延びる又は拡がる、とは、厳密に軸方向（Ｘ軸方向）に延びる又は拡がる場合に加えて、軸方向に対して、４５°未満の範囲で傾いた方向に延びる又は拡がる場合も含む。また、以下の説明において、径方向に延びる又は拡がる、とは、厳密に径方向、すなわち、軸方向（Ｘ軸方向）に対して垂直な方向に延びる又は拡がる場合に加えて、径方向に対して、４５°未満の範囲で傾いた方向に延びる又は拡がる場合も含む。

＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態に係るモータの斜視図である。図２は、図１のモータ１０を、Ｚ軸と直交し中心軸Ｊを通る面で切断して示す側断面図である。本実施形態では、回転機の一例であるモータについて説明する。

回転機１０は、ステータ１１と、ロータ１２と、フレーム１３と、ブラケット１４と、ブラケット１５と、を備える。ステータ１１は、ステータコア１１ａと、ステータコア１１ａに巻き回されたコイル１１ｂと、を備える。コイル１１ｂは、ステータコア１１ａの軸方向一方側に突出するコイルエンド１１ｃ及びステータコア１１ａの軸方向他方側に突出するコイルエンド１１ｄを有する。ロータ１２は、ステータ１１とエアギャップを介して対向して配置される。ロータ１２は、ステータ１１の径方向内側に配置される。ロータ１２は、中心軸Ｊに沿って配置されたシャフト２２を有する。ロータ１２はシャフト２２を回転軸として回転する。

フレーム１３は、ステータ１１を径方向外側から覆う。フレーム１３は、例えばアルミダイキャストである。ブラケット１４は、フレーム１３の軸方向一方側を覆う。ブラケット１４は、フレーム１３の軸方向一方側の開口を塞ぐように覆う。ブラケット１５は、フレーム１３の軸方向他方側を覆う。ブラケット１５は、フレーム１３の軸方向他方側の開口を塞ぐように覆う。シャフト２２は、ブラケット１５を貫通する。

回転機１０は、シャフト２２を軸方向一方側で軸支する軸受４１、及びシャフト２２を軸方向他方側で軸支する軸受５１を備える。ブラケット１４は、軸受４１を固定する。ブラケット１５は、軸受５１を固定する。軸受４１及び軸受５１は、ロータ１２が中心軸Ｊを回転軸として回転可能なように、シャフト２２を軸支する。

フレーム１３は、径方向外側に流入口１６を有する。流入口１６は、冷却オイルの流入口である。冷却オイルは、冷却媒体の一例である。冷却オイルの代わりに既知の他の冷却媒体を用いてもよい。回転機１０は、例えばポンプによって流入口１６からフレーム１３内に冷却オイルを流入させる。フレーム１３は、流入口１６から軸方向一方側の開口１７ａへと貫通する流路１７を有する。開口１７ａは、流路１７に繋がる開口である。フレーム１３は、流入口１６から軸方向他方側の開口１７ｂへと貫通する流路１７を有する。開口１７ｂは、流路１７に繋がる開口である。流路１７は、開口１７ａから開口１７ｂへと貫通する。流入口１６から流入した冷却オイルは、開口１７ａ及び開口１７ｂの両方へ向かう。

図３は、図１のモータ１０からブラケット１５を外して示す斜視図である。モータ１０からブラケット１５を外すことで、ステータ１１の軸方向他方側のコイルエンド１１ｄを見ることが出来る。なお、図３では、見やすさのため、コイルエンド１１ｄを簡略化している。

フレーム１３は、フレーム１３とブラケット１５との合わせ面に流路１９ａ及び１９ｂを有する。流路１９ａは、開口１７ｂと繋がる。開口１７ｂは、コイルエンド１１ｄの鉛直方向上側に位置する。流路１９ａ及び１９ｂは、コイルエンド１１ｄの径方向外側に位置する。流路１９ａは、周方向の全周に亘って配置される。流路１９ｂは、コイルエンド１１ｄの鉛直方向下側を少なくとも含む周方向の複数個所に配置されて流路１９ａと繋がりコイルエンド１１ｄに向けて貫通する。

流路１９ａ及び１９ｂは、ブラケット１５と対向するフレーム１３の面に設けた軸方向一方側に凹む溝と、この溝と対向するブラケット１５の面とで形成される。流路１９ａ及び１９ｂは、ブラケット１５と対向するフレーム１３の面に設けた軸方向一方側に凹む溝と、この溝と対向するブラケット１５の面に設けた軸方向他方側に凹む溝とで形成してもよい。流路１９ａ及び１９ｂは、フレーム１３と対向するブラケット１５の面に設けた軸方向他方側に凹む溝と、この溝と対向するフレーム１３の面とで形成されてもよい。

本実施形態では、周方向に等間隔で１６個の流路１９ｂを配置している。流入口１６から流入した冷却オイルは、流路１７及び流路１９ａを介して、複数の流路１９ｂのそれぞれからコイルエンド１１ｄに向けて噴出される。

図４は、図１のモータ１０からブラケット１４を外して示す斜視図である。モータ１０からブラケット１４を外すことで、ステータ１１の軸方向一方側のコイルエンド１１ｃを見ることが出来る。なお、図３では、見やすさのため、コイルエンド１１ｃを簡略化している。

フレーム１３は、フレーム１３とブラケット１４との合わせ面に流路１８ａ及び１８ｂを有する。流路１８ａは、開口１７ａと繋がる。開口１７ａは、コイルエンド１１ｃの鉛直方向上側に位置する。流路１８ａ及び１８ｂは、コイルエンド１１ｃの径方向外側に位置する。流路１８ａは、周方向の全周に亘って配置される。流路１８ｂは、コイルエンド１１ｃの鉛直方向下側を少なくとも含む周方向の複数個所に配置されて流路１８ａと繋がりコイルエンド１１ｃに向けて貫通する。

流路１８ａ及び１８ｂは、ブラケット１４と対向するフレーム１３の面に設けた軸方向他方側に凹む溝と、この溝と対向するブラケット１４の面とで形成される。流路１８ａ及び１８ｂは、ブラケット１４と対向するフレーム１３の面に設けた軸方向他方側に凹む溝と、この溝と対向するブラケット１４の面に設けた軸方向一方側に凹む溝とで形成してもよい。流路１８ａ及び１８ｂは、フレーム１３と対向するブラケット１４の面に設けた軸方向一方側に凹む溝と、この溝と対向するフレーム１３の面とで形成されてもよい。

本実施形態では、周方向に等間隔で１６個の流路１８ｂを配置している。流入口１６から流入した冷却オイルは、流路１７及び流路１８ａを介して、複数の流路１８ｂのそれぞれからコイルエンド１１ｃに向けて噴出される。

本実施形態によれば、フレーム１３とブラケット１４、１５とが対向する面に油路（流路１８ａ、１８ｂ、１９ａ、１９ｂ）を設けたので、油路のためのオイルガイドのような別部品を必要とせず、製造工程を増加させることがない。

また、下側のコイルエンドに噴出するオイルは、上側のコイルエンドを経由して温度上昇したオイルではないので、下側のコイルエンドも十分に冷却出来、冷却性能を改善することが出来る。

また、第一の油路（流路１８ａ、１９ａ）をコイルエンド１１ｃ、１１ｄの径方向外側に配置し、周方向に複数の第二の油路（流路１８ｂ、１９ｂ）を第一の油路からコイルエンド１１ｃ、１１ｄに向けて配置したので、周方向の複数個所からコイルエンド１１ｃ、１１ｄに向けてオイルを噴出することが出来、コイルエンド１１ｃ、１１ｄを効率よく冷却することが出来る。

本実施形態によれば、ブラケット１４、１５と対向するフレーム１３の面に設けた溝によって第一の油路（流路１８ａ、１９ａ）及び第２の油路（流路１８ｂ、１９ｂ）を形成したので、油路（流路１８ａ、１８ｂ、１９ａ、１９ｂ）を容易に形成することが出来、油路のためのオイルガイドのような別部品を必要とせず、製造工程を増加させることがない。

本実施形態によれば、フレーム１３の外部から油路（流路１８ａ、１８ｂ、１９ａ、１９ｂ）に対してオイルを供給することが出来、コイルエンド１１ｃ、１１ｄを効率よく冷却することが出来る。

本実施形態によれば、流路１７と流路１８ａ、１９ａとの接続点がコイルエンド１１ｃ、１１ｄの鉛直方向上側に位置することで、流路１７から流路１８ａ及び１９ａに流入したオイルは、自重により流路１８ａ及び１９ａのうちの鉛直方向下側に達し、コイルエンド１１ｃ、１１ｄの鉛直方向下側を効率よく冷却することが出来る。

本発明は、上記実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の改良並びに設計の変更を行ってもよい。加えて、今回開示された実施形態は、全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

１…巻上機、１０…モータ、１６…風案内部材、２０…シーブ、３０…制動装置、４０…第１軸受部、５０…第２軸受部、２２…シャフト

Claims (4)

1. ステータコアと前記ステータコアに巻き回されたコイルとを有するステータと、
   前記ステータとエアギャップを介して対向して配置されたロータと、
   前記ステータを径方向外側から覆うフレームと、
   前記フレームの軸方向一方側を覆う第一のブラケットと、
   を備え、
   前記コイルは、前記ステータコアの軸方向一方側に突出する第一のコイルエンドを有し、
   前記フレームは、径方向外側の流入口から軸方向一方側の第一の開口へと貫通する第一の流路を有し、
   前記フレーム及び前記第一のブラケットのいずれか一方又は両方は、前記フレームと前記第一のブラケットとの合わせ面に、前記第一の開口と繋がり前記第一のコイルエンドの径方向外側に位置する第二の流路を有し、
   前記第二の流路は、周方向に亘って配置された第三の流路と、前記第一のコイルエンドの鉛直方向下側を少なくとも含む周方向の複数個所に配置されて前記第三の流路と繋がり前記第一のコイルエンドに向けて貫通する第四の流路と、を有し、
   前記第四の流路は、前記流入口から流入した冷却媒体を前記第一のコイルエンドに向けて噴出する流路である、
   回転機。
2. 前記フレームの軸方向他方側を覆う第二のブラケットを更に備え、
   前記コイルは、前記ステータコアの軸方向他方側に突出する第二のコイルエンドを有し、
   前記第一の流路は、前記第一の開口から軸方向他方側の第二の開口へと貫通し、
   前記フレーム及び前記第二のブラケットのいずれか一方又は両方は、前記フレームと前記第二のブラケットとの合わせ面に、前記第一の開口と繋がり前記第二のコイルエンドの径方向外側に位置する第五の流路を有し、
   前記第五の流路は、周方向に亘って配置された第六の流路と、前記第二のコイルエンドの鉛直方向下側を少なくとも含む周方向の複数個所に配置されて前記第六の流路と繋がり前記第二のコイルエンドに向けて貫通する第七の流路と、を有し、
   前記第七の流路は、前記流入口から流入した冷却媒体を前記第二のコイルエンドに向けて噴出する流路である、
   請求項１に記載の回転機。
3. 前記第二の流路は、前記第一のブラケットと対向する前記フレームの面に設けた軸方向他方側に凹む第一の溝と、前記第一の溝と対向する前記第一のブラケットの面とで形成され、
   前記第五の流路は、前記第二のブラケットと対向する前記フレームの面に設けた軸方向一方側に凹む第二の溝と、前記第二の溝と対向する前記第二のブラケットの面とで形成される、
   請求項２に記載の回転機。
4. 前記第一の開口は、前記第一のコイルエンドの鉛直方向上側に位置し、
   前記第二の開口は、前記第二のコイルエンドの鉛直方向上側に位置する、
   請求項２又は３に記載の回転機。

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