JPWO2018066076A1 - 回転電機及び回転電機の固定子 - Google Patents

Abstract

回転電機（１００−１）の固定子（３０）は、固定子鉄心（３１）と、固定子鉄心（３１）の外周部に設けられた冷媒流路（２）と、を備え、冷媒流路（２）は、固定子鉄心（３１）の中心軸の周方向に伸びる第１の環状溝と、第１の環状溝に隣接し、周方向に伸びる第２の環状溝と、第２の環状溝に隣接し、周方向に伸びる第３の環状溝と、第１の環状溝及び第２の環状溝を連通させる第１の連通溝と、第２の環状溝及び第３の環状溝を連通させる第２の連通溝と、を有し、第１の連通溝及び第２の連通溝は周方向における位置が互いにずれていることを特徴とする。

Description

本発明は、冷却媒体により冷却される回転電機及び回転電機の固定子に関する。

特許文献１に開示される電動機は、コイルが巻き付けられた固定子鉄心と、固定子鉄心の外周面に設けられた第１フレームと、第１フレームの外周面に接触して設けられた第２フレームとを備える。第２フレームには、冷媒液の流入口及び流出口が設けられ、流入口には冷媒液を供給する供給用配管が接続され、流出口には冷媒液を回収する回収用配管が接続される。第１フレーム及び第２フレームの間には、固定子鉄心の周方向に伸びるように環状の冷媒液溝が形成され、冷媒液溝には流入口及び流出口が連通する。流入口から冷媒液溝に供給された冷媒液は、冷媒液溝の内部を循環した後、流出口から排出されて回収用配管に回収される。このように冷媒液が冷媒液溝に流れることにより、固定子鉄心の冷却が行われる。

特開２００３−１９９２９１号公報

しかしながら特許文献１に開示される電動機では、流入口から冷媒液溝に供給された冷媒液が流出口に向かって流れる過程において、第１フレームの外周部上に形成される温度境界層が発達するため、冷媒液及び電動機の間における熱交換量が低下し、電動機の冷却効率が低下する。そのため、特許文献１に開示される電動機では、固定子鉄心の軸線方向における長さが長くなるほど、冷媒液が流れる冷媒流路も長くなるため、必要な冷却効率が得られないという課題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、冷却効率の低下を抑制できる回転電機を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の回転電機の固定子は、固定子鉄心と、固定子鉄心の外周部に設けられた冷媒流路と、を備え、冷媒流路は、固定子鉄心の中心軸の周方向に伸びる第１の環状溝と、第１の環状溝に隣接し、周方向に伸びる第２の環状溝と、第２の環状溝に隣接し、周方向に伸びる第３の環状溝と、第１の環状溝及び第２の環状溝を連通させる第１の連通溝と、第２の環状溝及び第３の環状溝を連通させる第２の連通溝と、を有し、第１の連通溝及び第２の連通溝は、周方向における位置が互いにずれていることを特徴とする。

本発明に係る回転電機は、冷却効率の低下を抑制できるという効果を奏する。

本発明の実施の形態１に係る回転電機の断面図 図１に示す固定子鉄心の斜視図 図１に示す第２の筒状部材の斜視図 図１に示す第１の筒状部材の斜視図 図４に示す第１の筒状部材の外周部を示す図 図１に示す第１の筒状部材と第２の筒状部材との間を拡大視した図 図５に示す第１の筒状部材の第１の変形例を示す図 図５に示す第１の筒状部材の第２の変形例を示す図 図５に示す第１の筒状部材の第３の変形例を示す図 図５に示す第１の筒状部材の第４の変形例を示す図 本発明の実施の形態２に係る回転電機の断面図 図１１に示す第２の筒状部材の斜視図 本発明の実施の形態３に係る回転電機の断面図 図１３に示す固定子鉄心の斜視図 本発明の実施の形態４に係る回転電機の断面図 図１５に示す第１の筒状部材の内周部を示す図

以下に、本発明の実施の形態に係る回転電機及び回転電機の固定子を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１に係る回転電機の断面図である。図２は図１に示す固定子鉄心の斜視図である。図３は図１に示す第２の筒状部材の斜視図である。図４は図１に示す第１の筒状部材の斜視図である。図５は図４に示す第１の筒状部材の外周部を示す図である。図６は図１に示す第１の筒状部材と第２の筒状部材との間を拡大視した図である。

図１に示すように、実施の形態１に係る回転電機１００−１は、筒状の固定子３０と固定子３０の内側に設けられた回転子９０とを備える。固定子３０は、第１の筒状部材１０と、第１の筒状部材１０の内周部１１に設けられた筒状の固定子鉄心３１と、第１の筒状部材１０の外周部１２に設けられた第２の筒状部材５０とを備える。回転子９０は、固定子鉄心３１の内側に設けられた筒状の回転子鉄心９１と、固定子鉄心３１の中心軸ＡＸの軸線方向Ｄ１において回転子鉄心９１を貫通するシャフト９２とを備える。

回転子鉄心９１及び固定子鉄心３１のそれぞれは、電磁鋼板母材から環状に打ち抜かれた複数の薄板を積層して構成される。複数の薄板は、かしめ、溶接又は接着で相互に固定される。図２に示すように、固定子鉄心３１には、固定子鉄心３１の中心軸ＡＸの周方向Ｄ２に配列された複数のコイル挿入孔３３が形成される。複数のコイル挿入孔３３のそれぞれは、軸線方向Ｄ１に伸び、固定子鉄心３１の一端面３１ａから他端面３１ｂに貫通している。図１に示すように、複数のコイル挿入孔３３のそれぞれにはコイル３４が巻き付けられ、軸線方向Ｄ１におけるコイル３４の一端部３４ａは固定子鉄心３１の一端面３１ａから突き出ており、軸線方向Ｄ１におけるコイル３４の他端部３４ｂは固定子鉄心３１の他端面３１ｂから突き出ている。

第１の筒状部材１０及び第２の筒状部材５０の材料としては、アルミニウム合金、オーステナイト系ステンレス合金、銅合金、鋳鉄、鋼、又は鉄合金を例示できる。回転電機１００−１の製作時には、固定子鉄心３１にコイル３４が巻き付けられ、コイル３４が巻き付けられた固定子鉄心３１の外周部３５に第１の筒状部材１０が焼き嵌めされ、第１の筒状部材１０の外周部１２に第２の筒状部材５０が組み付けられる。

第２の筒状部材５０には、第１の筒状部材１０及び第２の筒状部材５０の間に冷却媒体（冷媒）を供給する冷媒供給口５１と、第１の筒状部材１０及び第２の筒状部材５０の間に供給された冷媒を排出する冷媒排出口５２とが形成される。冷媒としては水又は不凍液を例示できる。図中、矢印１は冷媒の流れる向きを示す。

冷媒供給口５１は軸線方向Ｄ１において第２の筒状部材５０の一端面５３ａ寄りに形成され、冷媒排出口５２は軸線方向Ｄ１において第２の筒状部材５０の他端面５３ｂ寄りに形成される。冷媒供給口５１及び冷媒排出口５２のそれぞれは、第２の筒状部材５０の外周部５４から第２の筒状部材５０の内周部５５に貫通する。

図３において、冷媒供給口５１及び冷媒排出口５２には、不図示の冷却設備から伸びる配管が接続される。冷却設備は、回転電機１００−１を通過した冷媒を回収し、回収した冷媒を冷却した後、再び冷媒を回転電機１００−１に送り出す装置である。

図１において、第１の筒状部材１０の外周部１２には、第１の筒状部材１０の冷媒供給口５１に連通する供給環状溝１３と、第１の筒状部材１０の冷媒排出口５２に連通する排出環状溝１４と、複数の中間環状溝１５とが形成される。実施の形態１では、１５個の中間環状溝１５が第１の筒状部材１０に形成されている。なお、中間環状溝１５が１５個未満でも１５個以上でも本実施の形態の効果が得られることは言うまでもない。

供給環状溝１３は、軸線方向Ｄ１において第１の筒状部材１０の一端面１６ａ寄り、すなわち最上流側に形成され、周方向Ｄ２に伸びる環状の溝である。排出環状溝１４は、軸線方向Ｄ１において第１の筒状部材１０の他端面１６ｂ寄り、すなわち最下流側に形成され、周方向Ｄ２に伸びる環状の溝である。複数の中間環状溝１５は、軸線方向Ｄ１に互いに離間して供給環状溝１３及び排出環状溝１４の間に形成され、それぞれが周方向Ｄ２に伸びる環状の溝である。

第１の筒状部材１０の外周部１２には、周方向Ｄ２に伸びる環状の第１のシール溝１７ａと、周方向Ｄ２に伸びる環状の第２のシール溝１７ｂとが形成される。第１のシール溝１７ａは、第１の筒状部材１０の一端面１６ａと供給環状溝１３との間に形成されている。第２のシール溝１７ｂは、第１の筒状部材１０の他端面１６ｂと排出環状溝１４との間に形成されている。第１のシール溝１７ａ及び第２のシール溝１７ｂに環状のシール部材１８が嵌め込まれる。これにより、第１の筒状部材１０及び第２の筒状部材５０の間に流れる冷媒が第１の筒状部材１０の一端面１６ａ及び他端面１６ｂから漏れ出ることを防止できる。

図４及び図５は第１の筒状部材１０を説明するための図である。図５では、冷媒の流れる向きを矢印１により模式的に示している。第１の筒状部材１０には、軸線方向Ｄ１に隣接する供給環状溝１３及び中間環状溝１５を連通させる第１の連通溝である供給連通溝１９と、軸線方向Ｄ１に隣接する中間環状溝１５同士を連通させる中間連通溝２０と、軸線方向Ｄ１に隣接する中間環状溝１５及び排出環状溝１４を連通させる第２の連通溝である排出連通溝２１とが形成される。本実施の形態では、供給連通溝１９、中間連通溝２０及び排出連通溝２１のそれぞれが複数設けられているが、中間連通溝２０及び排出連通溝２１のそれぞれは、少なくとも設けられていれば良い。また、供給連通溝１９、中間連通溝２０及び排出連通溝２１のそれぞれの周方向Ｄ２における幅は、本実施の形態では等しく形成されるが、等しくしなくても良い。

１５個の中間環状溝１５のうち、第１の筒状部材１０の一端面１６ａ側から奇数個目の中間環状溝１５に形成された中間連通溝２０は、軸線方向Ｄ１において排出連通溝２１と一直線上に配列されている。第１の筒状部材１０の一端面１６ａ側から偶数個目の中間環状溝１５に形成された中間連通溝２０は、軸線方向Ｄ１において供給連通溝１９と一直線上に配列されている。

供給環状溝１３、排出環状溝１４、中間環状溝１５、第１のシール溝１７ａ及び第２のシール溝１７ｂは、第１の筒状部材１０の外周部１２が、周方向Ｄ２に環状に切削加工されることにより形成される。供給連通溝１９、中間連通溝２０及び排出連通溝２１は、第１の筒状部材１０の外周部１２が、軸線方向Ｄ１に切削加工されることにより形成される。供給環状溝１３、排出環状溝１４、中間環状溝１５、供給連通溝１９、中間連通溝２０及び排出連通溝２１が形成されることにより、第１の筒状部材１０には、周方向Ｄ２に配列される複数の第１の突起２２、第２の突起２３及び第３の突起２４が形成される。すなわち供給環状溝１３、排出環状溝１４、中間環状溝１５、供給連通溝１９、中間連通溝２０及び排出連通溝２１の壁は、第１の突起２２、第２の突起２３及び第３の突起２４により形成される。

第１の突起２２は、軸線方向Ｄ１に隣接する供給環状溝１３及び中間環状溝１５の間に形成される。第２の突起２３は、軸線方向Ｄ１に隣接する中間環状溝１５同士の間に形成される。第３の突起２４は、軸線方向Ｄ１に隣接する中間環状溝１５及び排出環状溝１４の間に形成される。

図５に示すように、冷媒が冷媒供給口５１から供給環状溝１３、複数の中間環状溝１５、排出環状溝１４及び冷媒排出口５２の順で、上流側から下流側に向けて流れる際に、冷媒が上流側の溝から下流側の溝へジグザクの経路を通って流れていくよう、上流側と下流側において隣接する環状溝における連通溝は、周方向Ｄ２にずらすように配置される。

上流側と下流側において隣接する環状溝における連通溝が周方向Ｄ２にずらすように配置されない場合、すなわち本実施の形態を用いない場合は、冷媒はジグザグの経路を通らずに流れる。従って、冷媒は周方向Ｄ２に沿って流れず、上流側から下流側に連通溝を通って軸線方向Ｄ１に沿って流れるため、本実施の形態の効果が得られない。

また本実施の形態では、供給環状溝１３、中間環状溝１５及び排出環状溝１４のそれぞれにおいて冷媒が連続して周方向Ｄ２に流れる経路は等しい。すなわち本実施の形態では、連通溝の配置数と連通溝の配置間隔とが各環状溝において等しい。連通溝の形状、連通溝の配置数及び連通溝の配置間隔を規則的にすることで、上流側から下流側において熱交換性能を均一にすることができるほか、製造コストを下げることができる効果が得られる。

軸線方向Ｄ１に隣接する第１の突起２２及び第２の突起２３は、それぞれの周方向Ｄ２における一端部２２ａ，２３ａの位置が互いにずれており、軸線方向Ｄ１に隣接する複数の供給連通溝１９及び中間連通溝２０は、周方向Ｄ２に千鳥状に配列されている。

軸線方向Ｄ１に隣接する第２の突起２３同士は、それぞれの周方向Ｄ２における一端部２３ａの位置が互いにずれており、軸線方向Ｄ１に隣接する複数の中間連通溝２０同士は、周方向Ｄ２に千鳥状に配列されている。

軸線方向Ｄ１に隣接する第２の突起２３及び第３の突起２４は、それぞれの周方向Ｄ２における一端部２３ａ，２４ａの位置が互いにずれており、軸線方向Ｄ１に隣接する複数の中間連通溝２０及び排出連通溝２１は、周方向Ｄ２に千鳥状に配列されている。

図６には、第１の筒状部材１０の径方向Ｄ３における第１の突起２２、第２の突起２３及び第３の突起２４のそれぞれの先端２５から第２の筒状部材５０の内周部５５までの間の隙間δと、第１の筒状部材１０の径方向Ｄ３における供給環状溝１３、排出環状溝１４及び中間環状溝１５のそれぞれの深さｄと、軸線方向Ｄ１における供給環状溝１３、排出環状溝１４及び中間環状溝１５のそれぞれの幅ｗと、軸線方向Ｄ１に隣接する突起同士の配置ピッチｐとが示される。

次に、第１の筒状部材１０及び第２の筒状部材５０の間に形成される冷媒流路２について説明する。図１に示す冷媒流路２は、第１の筒状部材１０及び第２の筒状部材５０の間に形成された冷媒を流すための流路であり、供給環状溝１３、中間環状溝１５、排出環状溝１４、供給連通溝１９、中間連通溝２０、排出連通溝２１及び隙間δにより構成される。

不図示の冷却設備から送り出された冷媒は、冷媒供給口５１を介して冷媒流路２に供給され、冷媒流路２を通過する際、第１の筒状部材１０及び第２の筒状部材５０との間で熱交換を行う。熱交換により温度が上昇した冷媒は、冷媒排出口５２を通過して前述した冷却設備に供給される。冷媒が冷却設備及び回転電機１００−１の間を循環することにより、固定子鉄心３１で発生した熱により加熱された第１の筒状部材１０が冷却され、回転電機１００−１の温度上昇が抑制される。

以下では、冷媒供給口５１を通過した冷媒が供給環状溝１３、供給連通溝１９、中間環状溝１５、中間連通溝２０、排出環状溝１４及び排出連通溝２１に流れる様子を説明する。

図５には、供給環状溝１３に連通する冷媒供給口５１と排出環状溝１４に連通する冷媒排出口５２とが示される。冷媒供給口５１を通過した冷媒は、供給環状溝１３に供給され、供給環状溝１３において周方向Ｄ２の一方及び他方に分岐し、供給環状溝１３の全周に渡って流れる。冷媒が供給連通溝１９を通過する際、周方向Ｄ２の反対向きに流れていた冷媒同士が互いにぶつかり合って合流するため、供給連通溝１９付近における冷媒の流れに乱流が発生する。また、周方向Ｄ２の流れが軸線方向Ｄ１の流れへと流路の向きが変更されることも、乱流の発生に寄与する。

供給連通溝１９を通過した冷媒は、第１の筒状部材１０の一端面１６ａ側から１個目、すなわち最上流側の中間環状溝１５に供給される。１個目の中間環状溝１５に供給された冷媒は、１個目の中間環状溝１５において周方向Ｄ２の一方及び他方に分岐し、１個目の中間環状溝１５に沿って流れる。周方向Ｄ２に流れていた冷媒は、第１の筒状部材１０の一端面１６ａ側から１個目の中間連通溝２０を通過する際、供給連通溝１９を通過する際と同様に周方向Ｄ２の互いに反対向きに流れる冷媒がぶつかり合い、流路の向きが変更されるため、１個目の中間連通溝２０付近における冷媒の流れに乱流が発生する。

同様に、上流から下流に向けて、冷媒が各環状溝を流れる際に各連通溝付近において乱流を発生させながら排出環状溝１４まで流れる。

下流側において排出連通溝２１を通過した冷媒は、排出環状溝１４に供給される。排出環状溝１４に供給された冷媒は、周方向Ｄ２の一方及び他方に分岐し、排出環状溝１４の全周に渡って流れた後、冷媒排出口５２を通過し、不図示の冷却設備に供給される。

このように冷媒が供給連通溝１９、中間連通溝２０及び排出連通溝２１を通過する際、乱流が発生することにより、各連通溝において、発熱部である固定子鉄心３１の表面付近、すなわち各溝の底面近くの領域に流れる高温の冷媒（温度境界層）と、当該発熱部から離れた位置、すなわち各溝の底面から離れた領域を流れる低温の冷媒とが混合される。これにより、冷媒の温度境界層の発達が抑制され、冷媒及び回転電機１００−１の間における熱交換量が向上し、回転電機１００−１の冷却効率が向上する。

ここで図６に示す隙間δ、深さｄ及び幅ｗのそれぞれの寸法に関して説明する。隙間δが狭くなるほど中間環状溝１５の内部に流れる冷媒の流量が増える。すなわち、中間環状溝１５を構成する第２の突起２３を乗り越えて軸線方向Ｄ１に流れる冷媒が少なくなり、長い流路を流れる冷媒の流量が増えて冷却効率を高めることができるため、隙間δを無くすことが理想的である。ところが隙間δを無くそうとすると、第１の筒状部材１０に第２の筒状部材５０を組み付ける際、第１の突起２２、第２の突起２３及び第３の突起２４が引っかかり易くなり、組み付け作業性が低下する。また、第１の突起２２、第２の突起２３及び第３の突起２４が作業時に折れ曲がると、冷媒の流路が狭くなり、冷却効率が低下する可能性がある。組み付け作業性及び冷却効率の低下を抑制するために、第１の筒状部材１０及び第２の筒状部材５０の間には僅かな隙間δを設けることが望ましい。隙間δの寸法の一例としては０．０５ｍｍから１．５ｍｍを例示できる。好ましくは、０．０５ｍｍから０．３ｍｍの範囲が望ましい。

また中間環状溝１５の幅ｗ及び深さｄの比率（ｗ／ｄ）が５から１０が例示できる。さらに、中間環状溝１５の深さｄ及び隙間δの比率（ｄ／δ）が１５から２００である場合において、上流側から下流側の環状溝へ第２の突起２３を乗り越えて軸線方向Ｄ１に流れる冷媒を抑制でき、周方向Ｄ２において反対向きに流れる冷媒同士がぶつかり合って乱流を発生させる効果が十分に得られ、高い冷却効率を発揮することが確認された。

なお供給環状溝１３、排出環状溝１４及び中間環状溝１５の幅ｗ及び深さｄは、互いに異なる寸法でもよい。各環状溝の深さｄの寸法を異なる値にすることにより、供給連通溝１９付近、中間連通溝２０付近及び排出連通溝２１付近における冷媒の乱流の発生度合いを変化させることができる。また供給環状溝１３、中間環状溝１５及び排出環状溝１４の断面形状は、矩形形状、三角形状及び湾曲形状の何れでもよい。

また第１の突起２２、第２の突起２３及び第３の突起２４のそれぞれの先端２５から第２の筒状部材５０の内周部５５までの間の隙間δは、互いに異なる寸法でもよい。また軸線方向Ｄ１に隣接する第１の突起２２、第２の突起２３及び第３の突起２４の配置ピッチｐは、予め求められた発熱分布に対応する寸法に設定してもよい。

本実施の形態において図５に示す第１の筒状部材１０では、軸線方向Ｄ１に隣接する連通溝同士の周方向Ｄ２における位置が互いにずれているため、冷媒が周方向Ｄ２に流れる際に固定子鉄心３１との熱交換を実施し、冷媒が供給連通溝１９、中間連通溝２０及び排出連通溝２１を通過する際に乱流が発生して温度境界層を消滅する効果が得られる。従って冷媒及び固定子鉄心３１の間における熱交換量が向上し、固定子鉄心３１が効果的に冷却されるため、回転電機１００−１の高出力化及び小型化を実現できる。

なお図４及び図５に示す第１の筒状部材１０には、供給連通溝１９、中間連通溝２０及び排出連通溝２１が周方向Ｄ２に等間隔で配列されているが、供給連通溝１９、中間連通溝２０及び排出連通溝２１は図７から図９に示すように配列されたものでもよい。

図７は図５に示す第１の筒状部材の第１の変形例を示す図である。図７に示す第１の筒状部材１０Ｃに形成された供給連通溝１９、中間連通溝２０及び排出連通溝２１は、第１の筒状部材１０Ｃの一端面１６ａから他端面１６ｂに向かって、すなわち上流側から下流側に向かって螺旋状の位置に配列されている。

図８は図５に示す第１の筒状部材の第２の変形例を示す図である。図８に示す第１の筒状部材１０Ｄに形成された軸線方向Ｄ１に隣接する各環状溝における連通溝は、周方向Ｄ２において不等間隔に配列されている。第１の筒状部材１０Ｄの一端面１６ａ側から奇数個目の中間環状溝１５における中間連通溝２０は、軸線方向Ｄ１において排出連通溝２１と一直線上に配列されていてもよい。第１の筒状部材１０Ｄの一端面１６ａ側から偶数個目の中間環状溝１５における中間連通溝２０は、軸線方向Ｄ１において供給連通溝１９と一直線上に配列されていてもよい。

図９は図５に示す第１の筒状部材の第３の変形例を示す図である。第１の筒状部材１０Ｅに形成された、軸線方向Ｄ１に隣接する環状溝における連通溝は、周方向Ｄ２において不等間隔にずれて配列されている。第１の筒状部材１０Ｅの一端面１６ａ側から１、７及び１３番目の中間連通溝２０、２、８及び１４番目の中間連通溝２０、３及び９番目の中間連通溝２０は、軸線方向Ｄ１においてそれぞれ一直線上に配列されている。すなわち、各通溝が上流側から下流側に向けて周方向Ｄ２に不等間隔でずれるように配置されており、隣接しない環状溝における連通溝は、少なくとも１つ以上の環状溝を介して、軸線方向Ｄ１において一直線上に配置されるものが例示できる。図９では、軸線方向Ｄ１において連通溝が４つの環状溝を介して一直線状に配置される例である。

第１の筒状部材１０，１０Ｃ，１０Ｄ，１０Ｅには、供給連通溝１９、中間連通溝２０及び排出連通溝２１、すなわち３種類の連通溝が形成されているが、少なくとも供給連通溝１９及び排出連通溝２１が形成されていれば、本実施の形態に係る回転電機１００−１を実現することができる。図１０を用いて具体例を説明する。

図１０は図５に示す第１の筒状部材の第４の変形例を示す図である。図１０に示す第１の筒状部材１０Ｆには、供給連通溝１９及び排出連通溝２１が形成されているが、図４に示す中間連通溝２０が形成されていない。供給連通溝１９及び排出連通溝２１は、周方向Ｄ２に千鳥状に配列されている。第１の筒状部材１０Ｆの供給環状溝１３及び排出環状溝１４の間には１つの中間環状溝１５が形成されている。このように２種類の連通溝が周方向Ｄ２にずれて形成されることにより、各連通溝において冷媒の乱流が発生するため、固定子鉄心３１を効果的に冷却することができる。

なお第１の筒状部材１０の軸線方向Ｄ１における長さに応じて、図１に示す冷媒流路２が長くなった場合でも、実施の形態１に係る回転電機１００−１では、供給連通溝１９、中間連通溝２０及び排出連通溝２１のそれぞれにおいて冷媒の乱流が発生するため、冷却効率の低下が抑制される。

図１０では、供給連通溝１９及び排出連通溝２１の例を示したが、上流側と下流側の中間連通溝２０であっても良いことは言うまでもない。隣接する３つの環状溝において、上流側と下流側の連通溝が周方向Ｄ２にずれて配置されていれば、当該連通溝付近において冷媒の乱流が発生する効果が得られる。

また第１の筒状部材１０に形成された供給環状溝１３、排出環状溝１４、中間環状溝１５、供給連通溝１９、中間連通溝２０及び排出連通溝２１は、複数の回転加工軸を備えた不図示の旋盤工作機械を用いて容易に加工ができる。このことを具体的に説明する。冷媒と回転電機１００−１との間における熱交換量を増やすためには、供給環状溝１３、中間環状溝１５及び排出環状溝１４を螺旋状に繋げた１本の螺旋溝の形成などにより冷媒流路を長くする方法も考えられる。ところが、このような螺旋溝を形成する場合、周方向Ｄ２における第１の筒状部材１０の回転と軸線方向Ｄ１における回転加工軸の移動とを同期させて加工する同期加工が必要になる。

これに対して実施の形態１に係る回転電機１００−１ではこのような同期加工が不要であり、供給環状溝１３、排出環状溝１４及び中間環状溝１５は、周方向Ｄ２に第１の筒状部材１０を回転させることにより形成でき、供給連通溝１９、中間連通溝２０及び排出連通溝２１は、旋盤工作機械が備える回転加工軸を軸線方向Ｄ１に移動させることにより形成できる。すなわち実施の形態１に係る回転電機１００−１では、環状溝及び連通溝を直線加工により形成できるため、同期加工のような特殊な加工が不要であり、直線加工を施す既存の旋盤工作機械を有効に利用できる。従って実施の形態１に係る回転電機１００−１では、第１の筒状部材１０の加工が容易になり、第１の筒状部材１０の製造時間が短縮され、第１の筒状部材１０の製造コストを低減できる。

また実施の形態１に係る回転電機１００−１では、第１の筒状部材１０に供給連通溝１９、中間連通溝２０及び排出連通溝２１が形成されているため、冷媒流路を単に長くするよりも乱流発生による冷却効率向上効果が高い。さらに、前述したような１本の螺旋溝が形成されている場合に比べて、冷媒が冷媒流路２に流れる際の圧力損失が低減される。圧力損失とは、冷媒が第１の筒状部材１０の外周部１２を通過する際の単位時間単位流量あたりのエネルギー損失又は摩擦損失である。冷媒流路を長くすると圧力損失が増加するため、不図示の冷却設備に搭載されるポンプの能力を高め、又は当該ポンプの駆動量を増加させるといった対策が必要となる。実施の形態１に係る回転電機１００−１では、乱流発生による冷却効率上昇効果が得られるため、冷却効率が等しい場合に、螺旋溝の場合に比べて圧力損失を小さくできるため、冷却設備に搭載されるポンプの能力を高めることなく、又は当該ポンプの駆動量を上昇させることなく、冷却効率を向上できる。従って実施の形態１に係る回転電機１００−１によれば、製造コストの増加を抑えながら冷却効率の高い回転電機１００−１を得ることができる。

なお実施の形態１に係る回転電機１００−１では、少なくとも３つの隣接する環状溝における連通溝が上流側と下流側でそれぞれ複数個ずつ、周方向Ｄ２に千鳥状に配列された構成例を説明したが、上流側と下流側に少なくとも１つずつ形成された連通溝が周方向Ｄ２における位置が互いにずれて配置されていれば、冷却効率の向上を図ることができる。

図１０において、１つの供給連通溝１９及び１つの排出連通溝２１の周方向Ｄ２における位置が互いにずれて配置されていれば、供給連通溝１９付近及び排出連通溝２１付近で冷媒の流れに乱流が発生するため、冷却効率の向上を図ることができる。

上述の通り、本実施の形態に係る回転電機によれば、隣接する第１、第２、第３の環状溝において、第１の環状溝と第２の環状溝を連通する第１の連通溝と、第２と第３の環状溝を連通する第２の連通溝と、が周方向Ｄ２にずれて配置されているため、第１の環状溝を周方向Ｄ２に流れる冷媒が第１の連通溝を通過する際に乱流が発生し、また、第２の環状溝を周方向Ｄ２に流れる冷媒が第２の連通溝を通過する際に乱流が発生するため、温度境界層の発達を抑制し、冷却効率の向上を図ることができる。

実施の形態２．
図１１は本発明の実施の形態２に係る回転電機の断面図である。図１２は図１１に示す第２の筒状部材の斜視図である。実施の形態１に係る回転電機１００−１と実施の形態２に係る回転電機１００−２との相違点は以下の通りである。
（１）回転電機１００−２の固定子３０は、第１の筒状部材１０の代わりに第１の筒状部材１０Ｇを備え、第２の筒状部材５０の代わりに第２の筒状部材５０Ａを備える。
（２）第１の筒状部材１０Ｇには、第１の突起２２、第２の突起２３、第３の突起２４、供給環状溝１３、中間環状溝１５及び排出環状溝１４が設けられていない。
（３）第２の筒状部材５０Ａの内周部５５には、第１の突起２２に対応する第１の突起５７と、第２の突起２３に対応する第２の突起５８と、第３の突起２４に対応する第３の突起５９とが形成されている。
（４）第２の筒状部材５０Ａの内周部５５には、供給環状溝１３に対応する供給環状溝６０と、中間環状溝１５に対応する中間環状溝６２と、排出環状溝１４に対応する排出環状溝６１とが形成されている。
（５）第２の筒状部材５０Ａの内周部５５には、供給連通溝１９に対応する供給連通溝６３と、中間連通溝２０に対応する中間連通溝６４と、排出連通溝２１に対応する不図示の排出連通溝とが形成されている。
（６）第２の筒状部材５０Ａの内周部５５には、第１のシール溝１７ａに対応する第１のシール溝５６ａと、第２のシール溝１７ｂに対応する第２のシール溝５６ｂとが形成され、第１のシール溝５６ａ及び第２のシール溝５６ｂにはシール部材１８が嵌め込まれる。
すなわち、本実施の形態では、第２の筒状部材５０Ａに各環状溝と各連通溝が形成されている点が実施の形態１と異なる。その他は実施の形態１と同様である。

第１の筒状部材１０Ｇの周方向Ｄ２における第１の突起５７、第２の突起５８及び第３の突起５９のそれぞれの先端と、第１の筒状部材１０Ｇの外周部１２との間には、実施の形態１の隙間δと同様の隙間δ１が設けられている。

冷媒流路２Ａは、第１の筒状部材１０Ｇ及び第２の筒状部材５０Ａの間に冷媒を流すための流路であり、供給環状溝６０、中間環状溝６２、排出環状溝６１、供給連通溝６３、中間連通溝６４、排出連通溝により構成される。

実施の形態２に係る回転電機１００−２では、第１の筒状部材１０Ｇ及び第２の筒状部材５０Ａの間に、上流側と下流側に少なくとも２つの連通溝が形成され、これらの連通溝が周方向Ｄ２における位置が互いにずれているため、実施の形態１と同様に冷却効率の向上を図ることができる。

実施の形態３．
図１３は本発明の実施の形態３に係る回転電機の断面図である。図１４は図１３に示す固定子鉄心の斜視図である。実施の形態１に係る回転電機１００−１と実施の形態３に係る回転電機１００−３との相違点は以下の通りである。
（１）回転電機１００−３では第２の筒状部材５０が使用されず、回転電機１００−３は、固定子３０の代わりに固定子３０Ａを備える。
（２）固定子３０Ａは、固定子鉄心３１の代わりに固定子鉄心３１Ａを備え、第１の筒状部材１０の代わりに第１の筒状部材１０Ｈと備える。
（３）第１の筒状部材１０Ｈには、第１の突起２２、第２の突起２３、第３の突起２４、供給環状溝１３、中間環状溝１５及び排出環状溝１４が形成されていないが、冷媒供給口５１に対応する冷媒供給口２６と、冷媒排出口５２に対応する冷媒排出口２７とが形成されている。
すなわち、本実施の形態では、固定子３０Ａと第１の筒状部材１０Ｈの間に冷媒流路を形成する。それ以外は、実施の形態１あるいは実施の形態２と同様である。

固定子鉄心３１Ａは、環状の薄板を複数枚積層して構成される第１のコアブロック３１Ａ１と、第１のコアブロック３１Ａ１を構成する薄板よりも直径が小さい薄板を複数枚積層して構成される第２のコアブロック３１Ａ２と、周方向Ｄ２に等間隔の切り欠きが外周面に形成された薄板を複数枚積層して構成される第３のコアブロック３１Ａ３とで構成される。固定子鉄心３１Ａの軸線方向Ｄ１における両側、すなわち最上流側と最下流側に第１のコアブロック３１Ａ１が設けられ、第１のコアブロック３１Ａ１に隣接して第２のコアブロック３１Ａ２が設けられ、第２のコアブロック３１Ａ２及び第３のコアブロック３１Ａ３が軸線方向Ｄ１に交互に設けられている。

図１４に示すように、本実施の形態では、第２のコアブロック３１Ａ２により環状溝が形成され、第３のコアブロック３１Ａ３の切り欠きにより連通溝が形成される。

固定子鉄心３１Ａの外周部３５には、第１の突起２２に対応する第１の突起６５と、第２の突起２３に対応する第２の突起６６と、第３の突起２４に対応する第３の突起６７とが形成されている。固定子鉄心３１Ａの外周部３５には、供給環状溝１３に対応する供給環状溝６８と、中間環状溝１５に対応する中間環状溝７０と、排出環状溝１４に対応する排出環状溝６９とが形成されている。

図１４に示すように、固定子鉄心３１Ａの外周部３５には、供給連通溝１９に対応する供給連通溝７１と、中間連通溝２０に対応する中間連通溝７２と、排出連通溝２１に対応する排出連通溝７３とが形成されている。供給環状溝６８は固定子鉄心３１Ａの一端面３１ａ寄りに形成され、排出環状溝６９は固定子鉄心３１Ａの他端面３１ｂ寄りに形成され、中間環状溝７０は供給環状溝６８及び排出環状溝６９の間に形成されている。

第１の筒状部材１０Ｈの内周部１１と第３のコアブロック３１Ａ３の外周部との間には隙間δ２が設けられている。隙間δ２の寸法は実施の形態１の隙間δと同様である。冷媒流路２Ｂは、第１の筒状部材１０Ｈ及び固定子鉄心３１Ａの間に冷媒を流すための流路であり、供給環状溝６８、中間環状溝７０、排出環状溝６９、供給連通溝７１、中間連通溝７２、排出連通溝７３及び隙間δ２により構成される。

実施の形態３に係る回転電機１００−３では、第１の筒状部材１０Ｈ及び固定子鉄心３１Ａの間に、上流側と下流側に少なくとも２つの連通溝が形成され、これらの連通溝の周方向Ｄ２における位置が互いにずれているため、実施の形態１と同様に冷却効率の向上を図ることができる。また実施の形態３に係る回転電機１００−３では、第２の筒状部材５０が不要であり、第２の筒状部材５０の取り付けに伴う製造時間を短縮することができると共に、第２の筒状部材５０が不要になる分、回転電機１００−３の製造コストを低減できる。また実施の形態３では、冷媒を固定子鉄心３１Ａの外周面に流すことができるため、実施の形態１に比べて熱交換量が増加し、冷却効率の向上を図ることができる。

実施の形態４．
図１５は本発明の実施の形態４に係る回転電機の断面図である。図１６は図１５に示す第１の筒状部材の内周部を示す図である。実施の形態１に係る回転電機１００−１と実施の形態４に係る回転電機１００−４との相違点は以下の通りである。
（１）回転電機１００−４では第２の筒状部材５０が使用されず、回転電機１００−４は、固定子３０の代わりに固定子３０Ｂを備える。
（２）固定子３０Ｂは、第１の筒状部材１０の代わりに第１の筒状部材１０Ｉと備える。
すなわち、本実施の形態では、実施の形態２の回転電機の第１の筒状部材１０Ｇを省略した構成となっている。

第１の筒状部材１０Ｉの内周部１１には、第１の突起２２に対応する第１の突起７４と、第２の突起２３に対応する第２の突起７５と、第３の突起２４に対応する第３の突起７６と、供給環状溝１３に対応する供給環状溝７７と、中間環状溝１５に対応する中間環状溝７９と、排出環状溝１４に対応する排出環状溝７８とが形成される。

第１の筒状部材１０Ｉの内周部１１には、供給連通溝１９に対応するである供給連通溝８０と、中間連通溝２０に対応する中間連通溝８１と、排出連通溝２１に対応する排出連通溝８２とが形成されている。第１の筒状部材１０Ｉには、冷媒供給口５１に対応する冷媒供給口２８と、冷媒排出口５２に対応する冷媒排出口２９とが形成されている。

第１の筒状部材１０Ｉの径方向における第１の突起７４、第２の突起７５及び第３の突起７６のそれぞれの先端と、固定子鉄心３１の外周部との間には隙間δ３が設けられている。隙間δ３の寸法は実施の形態１の隙間δと同様である。冷媒流路２Ｃは、第１の筒状部材１０Ｉ及び固定子鉄心３１の間に冷媒を流すための流路であり、供給環状溝７７、中間環状溝７９、排出環状溝７８、供給連通溝８０、中間連通溝８１、排出連通溝８２により構成される。

実施の形態４に係る回転電機１００−４では、第１の筒状部材１０Ｉ及び固定子鉄心３１の間に、上流側と下流側に少なくとも２つの連通溝が形成され、これらの連通溝が周方向Ｄ２における位置が互いにずれているため、実施の形態１と同様に冷却効率の向上を図ることができる。また実施の形態４に係る回転電機１００−４では、第２の筒状部材５０が不要であり、第２の筒状部材５０の取り付けに伴う製造時間を短縮することができると共に、第２の筒状部材５０が不要になる分、回転電機１００−４の製造コストを低減できる。また実施の形態４では、冷媒を固定子鉄心３１の外周面に流すことができるため、実施の形態１に比べて熱交換量が増加し、冷却効率の向上を図ることができる。

なお実施の形態１から実施の形態４の回転電機には、それぞれ１つの冷媒供給口及び冷媒排出口が設けられているが、冷媒供給口及び冷媒排出口はそれぞれ複数設けてもよい。この構成により、供給環状溝には、冷媒が通過する複数の冷媒供給口が連通し、排出環状溝には、冷媒が通過する複数の冷媒排出口が連通する。従って、回転電機に１つの冷媒供給口及び冷媒排出口が設けられている場合に比べて、冷媒供給口及び冷媒排出口を冷媒が通過する際に生じる圧力損失が軽減され、回転電機内に流れる冷媒の流量が増加し、冷却効率を向上できる。

また実施の形態１から実施の形態４の回転電機には、周方向Ｄ２に少なくとも１つの供給連通溝及び排出連通溝が形成されているが、供給連通溝及び排出連通溝がそれぞれ周方向Ｄ２に複数配列されている場合、供給連通溝及び排出連通溝を冷媒が通過する際に生じる圧力損失が軽減され、回転電機内に流れる冷媒の流量が増加し、冷却効率を向上できる。

以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

１ 矢印、２，２Ａ，２Ｂ，２Ｃ 冷媒流路、１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ，１０Ｅ，１０Ｆ，１０Ｇ，１０Ｈ，１０Ｉ 第１の筒状部材、１１，５５ 内周部、１２，３５，５４ 外周部、１３，６０，６８，７７ 供給環状溝、１４，６１，６９，７８ 排出環状溝、１５，６２，７０，７９ 中間環状溝、１６ａ，３１ａ，５３ａ 一端面、１６ｂ，３１ｂ，５３ｂ 他端面、１７ａ，５６ａ 第１のシール溝、１７ｂ，５６ｂ 第２のシール溝、１８ シール部材、１９，６３，７１，８０ 供給連通溝、２０，６４，７２，８１ 中間連通溝、２１，７３，８２ 排出連通溝、２２，２２Ａ，５７，６５，７４ 第１の突起、２２ａ，２３ａ，２４ａ，３４ａ 一端部、２２ｂ，２３ｂ，２４ｂ，３４ｂ 他端部、２３、２３Ａ，５８，６６，７５ 第２の突起、２４，２４Ａ，５９，６７，７６ 第３の突起、２５ 先端、２６，２８，５１ 冷媒供給口、２７，２９，５２ 冷媒排出口、３０，３０Ａ，３０Ｂ 固定子、３１，３１Ａ 固定子鉄心、３１Ａ１ 第１のコアブロック、３１Ａ２ 第２のコアブロック、３１Ａ３ 第３のコアブロック、３３ コイル挿入孔、３４ コイル、５０，５０Ａ 第２の筒状部材、９０ 回転子、９１ 回転子鉄心、９２ シャフト、１００−１，１００−２，１００−３，１００−４ 回転電機。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の回転電機の固定子は、固定子鉄心と、固定子鉄心の外周部に設けられた冷媒流路と、を備え、冷媒流路は、固定子鉄心の中心軸の周方向に伸びる第１の環状溝と、第１の環状溝に隣接し、周方向に伸びる第２の環状溝と、第２の環状溝に隣接し、周方向に伸びる第３の環状溝と、周方向に配列され第１の環状溝及び第２の環状溝を連通させる複数の第１の連通溝と、周方向に配列され第２の環状溝及び第３の環状溝を連通させる複数の第２の連通溝と、を有し、複数の第１の連通溝及び複数の第２の連通溝は、周方向に千鳥状に配列されていることを特徴とする。

図５に示すように、冷媒が冷媒供給口５１から供給環状溝１３、複数の中間環状溝１５、排出環状溝１４及び冷媒排出口５２の順で、上流側から下流側に向けて流れる際に、冷媒が上流側の溝から下流側の溝へジグザグの経路を通って流れていくよう、上流側と下流側において隣接する環状溝における連通溝は、周方向Ｄ２にずらすように配置される。

Claims (10)

1. 固定子鉄心と、
   前記固定子鉄心の外周部に設けられた冷媒流路と、
   を備え、
   前記冷媒流路は、
   前記固定子鉄心の中心軸の周方向に伸びる第１の環状溝と、
   前記第１の環状溝に隣接し、前記周方向に伸びる第２の環状溝と、
   前記第２の環状溝に隣接し、前記周方向に伸びる第３の環状溝と、
   前記第１の環状溝及び前記第２の環状溝を連通させる第１の連通溝と、
   前記第２の環状溝及び前記第３の環状溝を連通させる第２の連通溝と、
   を有し、
   前記第１の連通溝及び前記第２の連通溝は、前記周方向における位置が互いにずれていることを特徴とする回転電機の固定子。
2. 前記冷媒流路は、
   前記固定子鉄心の外周部に設けられた第１の筒状部材と、
   前記第１の筒状部材の外周部に設けられた第２の筒状部材と、
   により形成されていることを特徴とする請求項１に記載の回転電機の固定子。
3. 前記冷媒流路は、
   前記固定子鉄心と、
   前記固定子鉄心の外周部に設けられた第１の筒状部材と、
   により形成されていることを特徴とする請求項１に記載の回転電機の固定子。
4. 前記第１の筒状部材は、前記第１の環状溝と、前記第２の環状溝と、前記第３の環状溝と、前記第１の連通溝と、前記第２の連通溝と、を有することを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の回転電機の固定子。
5. 前記第２の筒状部材は、前記第１の環状溝と、前記第２の環状溝と、前記第３の環状溝と、前記第１の連通溝と、前記第２の連通溝と、を有することを特徴とする請求項２に記載の回転電機の固定子。
6. 前記固定子鉄心は、前記第１の環状溝と、前記第２の環状溝と、前記第３の環状溝と、前記第１の連通溝と、前記第２の連通溝と、を有することを特徴とする請求項３に記載の回転電機の固定子。
7. 前記第１の連通溝は、前記周方向に複数配列されていることを特徴とする請求項１から請求項６の何れか一項に記載の回転電機の固定子。
8. 前記第２の連通溝は、前記周方向に複数配列されていることを特徴とする請求項１から請求項７の何れか一項に記載の回転電機の固定子。
9. 前記第２の環状溝の深さｄの、前記第２の環状溝を形成する突起の先端に設けられる隙間δの幅に対する比が１５から２００であることを特徴とする請求項１から８の何れか一項に記載の回転電機の固定子。
10. 請求項１から請求項９の何れか一項に記載の回転電機の固定子と、前記固定子鉄心の内側に設けられた回転子とを備えたことを特徴とする回転電機。

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