KR101478468B1 - 회전 전기기계 장치 - Google Patents

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아키히로 카기타니
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미쯔비시 지도샤 고교 가부시끼가이샤
미츠비시 지도샤 엔지니어링 가부시키가이샤
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Abstract

회전 전기 기계 장치는 제1 회전자 및 제1 고정자를 제1의 하우징 내에 격납하고 있는 제1의 회전 전기기계와, 제2 회전자 및 제2 고정자를 제2의 하우징 내에 격납하고 있는 제2의 회전 전기기계와, 상기 제1의 회전 전기기계 및 상기 제2의 회전 전기기계에 냉각액을 공급하는 펌프와, 상기 제1의 하우징 내의 기상(gas-phase) 및 상기 제2의 하우징 내의 기상을 연통하여 내부 압력을 서로 평형하게 하는 연통관을 구비하여 제1의 하우징과 제2의 하우징의 내부 압력을 서로 평형하게 한다.

Description

회전 전기기계 장치{ROTARY ELECTRIC MACHINE APPARATUS}
본 발명은 2개의 회전 전기기계에 냉각 매체를 순환시키는 냉각 장치를 구비한 회전 전기기계 장치에 관한 것이다.
하이브리드 차량은 엔진으로 구동되어 발전하는 제너레이터와, 제너레이터가 발전한 전력을 사용하여 구동륜을 구동하는 모터를 구비한다. 모터 및 제너레이터는 전력을 소비 또는 발전할 때에, 도체의 저항에 의해 발열한다. 그 때문에, 모터 및 제너레이터는 냉각 매체를 순환시키는 냉각 장치에 의해 냉각된다.
특허 문헌 1에 기재된 하이브리드차의 냉각 장치는 모터와 제너레이터를 냉각하는 냉각 장치를 구비하고 있다. 이 냉각 장치는 열교환부, 모터 냉각부, 제너레이터 냉각부를 직렬로 배치한 냉각 경로를 갖고 있다. 제너레이터 냉각부는 모터 냉각부보다도 하류측이면서 열교환부의 상류측에 배치되어 있다. 냉각 매체에는 냉각수가 사용되고 있다. 모터 냉각부는 모터의 케이싱 전체를 둘러싸도록 링형상으로 형성되어 있다. 제너레이터는 케이싱의 내부에 냉각용의 윤활유를 갖고 있다. 윤활유는 케이싱의 저부에 있는 윤활유 저류부에 저류되어 있다. 제너레이터 냉각부는 이 윤활유 저류부에 인접하여 마련되고, 윤활유의 열을 냉각수에 옮김으로써 간접적으로 제너레이터를 식히고 있다.
특허 문헌 1 : JP-A-2011-213290호 공보
그런데, 특허 문헌 1과 같이 모터와 제너레이터의 양쪽을 구비하고 있는 경우, 이들을 총칭하여 모터-제너레이터 또는 회전 전기기계 장치라고 부른다. 모터-제너레이터는 차량의 운전 상황에 응하여, 제너레이터가 주로 가동하는 발전 모드 또는 모터가 주로 가동하는 구동 모드로 전환된다. 어느 하나가 활발하게 가동하고 있는 경우, 회전수차나 온도차가 생기고, 이들에 기인하여 모터의 하우징 내의 압력 및 제너레이터의 하우징 내의 압력에 차가 생긴다.
모터 및 제너레이터를 각각 냉각하기 위해, 윤활을 겸한 냉각유가 모터 및 제너레이터의 하우징 내에 1대의 펌프로 공급된다. 이 때 각각의 하우징 내의 압력에 차가 커지면, 냉각유가 원활히 흐르지 않고, 정체되거나 역류하거나 할 우려가 있다. 이와 같은 경우, 모터 및 제너레이터가 적절하게 냉각되지 않을 뿐만 아니라, 냉각유의 순환이 방해되어 필요 이상으로 하우징 내에 정체되거나 부족하거나 한다. 이들을 해소하기 위해, 모터 및 제너레이터에 독립하여 펌프를 마련하거나, 분배되는 냉각유의 유량을 조정하는 밸브 장치를 마련하거나 하는 것도 생각되지만, 비용이 걸림과 함께 부수되는 장치가 증가하여 부피가 커진다.
본 발명은 간소한 구성으로 2개의 회전 전기기계의 사이에 압력차를 생기게 하지 않는 냉각 장치를 구비하는 회전 전기기계 장치를 제공한다.
본 발명에 관한 한 실시 형태의 회전 전기기계 장치는 제1 회전자 및 제1 고정자를 제1의 하우징 내에 격납하고 있는 제1의 회전 전기기계와, 제2 회전자 및 제2 고정자를 제2의 하우징 내에 격납하고 있는 제2의 회전 전기기계와, 제1의 회전 전기기계 및 제2의 회전 전기기계에 냉각액을 공급하는 펌프와, 제1의 하우징 내의 기상(gas-phase) 및 제2의 하우징 내의 기상을 연통하여 내부 압력을 서로 평형하게 하는 연통관을 구비한다.
상기 구성에서, 제1의 회전 전기기계는 제1의 하우징에 접속된 연통관의 한쪽 단(end)의 오리피스를 덮는 제1의 보호판을 가지며, 제2의 회전 전기기계는 제2의 하우징에 접속된 연통관의 다른 쪽 단(end)의 오리피스를 덮는 제2의 보호판을 갖는 것이 바람직하다.
또한, 제1의 회전 전기기계는 제1의 하우징의 내부와 외부의 압력차가 일정한 크기를 초과한 경우에 제1의 하우징의 내부와 외부를 연통시키는 제1의 브리더(breather)를 제1의 보호판에 의해 둘러 싸여지는 범위 내에 가지며, 제2의 회전 전기기계는 제2의 하우징의 내부와 외부의 압력차가 일정한 크기를 초과한 경우에 제2의 하우징의 내부와 외부를 연통시키는 제2의 브리더를 제2의 보호판에 의해 둘러 싸여지는 범위 내에 갖는 것도 바람직하다.
또한, 제1의 회전 전기 기계는 제1의 하우징에 형성되는 제1의 개구를 덥고 제1의 하우징으로부터 분리 가능한 제1의 덮개를 포함하고, 제2의 회전 기계는 상기 제2의 하우징에 형성된 제2의 개구를 덮고 상기 제2의 하우징으로부터 분리 가능한 제2의 덮개를 포함하는 것도 바람직하다.
또한, 펌프로부터 토출된 냉각액은 도중에 분기되는 냉매 통로에 의해 제1의 회전 전기기계 및 제2의 회전 전기기계에 병렬로 공급되어도 좋다. 이 구성에서, 제1의 회전 전기기계로부터 배출되는 냉각액은 제2의 회전 전기기계의 하부에 마련된 액체 저장조(liquid reservoir)을 경유하여 펌프에 되돌아온다.
또한, 상기 제1의 회전 전기기계로부터 배출되는 냉각액을 상기 펌프에 되돌리는 냉매 통로와, 상기 제2의 회전 전기기계로부터 배출되는 냉각액을 상기 펌프에 되돌리는 냉매 통로는 결합되어 상기 펌프에 접속된다.
본 발명에 관한 회전 전기기계 장치에 의하면, 연통관을 구비하고 있기 때문에, 제1의 회전 전기기계의 제1의 하우징 내의 압력 및 제2의 회전 전기기계의 제2의 하우징 내의 압력의 차가 없어진다. 압력차가 없어짐으로써 제1의 회전 전기기계 및 제2의 회전 전기기계에 흐르는 냉각액의 유량의 치우침이나 체류가 생기지 않고 그에 따라 냉각 성능이 안정된다.
또한, 연통관의 오리피스를 덮는 제1의 보호판 및 제2의 보호판을 갖는 발명의 회전 전기기계 장치에 의하면, 제1의 회전 전기기계의 제1 회전자 및 제2의 회전 전기기계의 제2 회전자가 각각 회전함에 의해 비산한 냉각액의 비말(droplet)이 연통관의 오리피스를 막는 것을 방지할 수 있다.
또한, 제1의 회전 전기기계 및 제2의 회전 전기기계가 각각 브리더를 갖고 있는 경우에 이들을 제1의 보호판 및 제2의 보호판에 의해 둘러싸여지는 범위 내에 배치한 발명의 회전 전기기계 장치에 의하면, 비산한 냉각액의 비말에 의해 브리더의 기능이 손상되는 것을 방지할 수 있다.
도중에 분기되는 냉매 통로에 의해 제1의 회전 전기기계와 제2의 회전 전기기계에 대해 냉각액을 병렬로 공급하는 발명의 회전 전기기계 장치에 의하면, 연통관을 갖고 있기 때문에, 복잡한 기구를 마련하지 않고서, 1개의 펌프로 제1의 회전 전기기계 및 제2의 회전 전기기계의 각각에 냉각액을 분배하는 것이 용이하다.
제1의 회전 전기기계로부터 배출되는 냉각액을 제2의 회전 전기기계에 마련되는 액체 저장조를 경유하여 펌프에 되돌리는 발명의 회전 전기기계 장치에 의하면, 제1의 회전 전기기계 및 제2의 회전 전기기계의 가동률에 관계 없이, 냉각액을 평균적으로 순환시킬 수 있다. 따라서, 냉각액의 온도가 안정될 뿐만 아니라, 냉각액의 순도(purity)도 평균화되기 쉽다.
제1의 회전 전기 기계는 제1의 하우징에 형성되는 제1의 개구를 덥고 제1의 하우징으로부터 분리 가능한 제1의 덮개를 포함하고, 제2의 회전 기계는 제2의 하우징에 형성된 제2의 개구를 덮고 제2의 하우징으로부터 분리 가능한 제2의 덮개를 포함하는 경우에, 연통관 및 브리더가 삽입되는 덮개가 하우징으로부터 분리 가능하므로, 연통관 또는 브리더의 막힘을 용이하게 일정하게 할 수 있다.
도 1은 본 발명에 관한 제1의 실시 형태의 회전 전기기계 장치를 모식적으로 도시하는 도면.
도 2는 본 발명에 관한 제2의 실시 형태의 회전 전기기계 장치의 기상 연통관 및 그 주위를 도시하는 사시도.
도 3은 도 2의 F3-F3선에 따른 연통관 단부(端部) 및 그 주위의 단면도.
도 4는 도 3의 F4 화살표로 나타내는 방향에서 본 하우징 내부의 사시도.
본 발명에 관한 제1의 실시 형태의 회전 전기기계 장치(1)에 관해, 도 1을 참조하여 설명한다. 도 1에 도시하는 회전 전기기계 장치(1)는 하이브리드 차량에 탑재되고, 제1의 회전 전기기계(11) 및 제2의 회전 전기기계(12)에 전류가 흐름에 의해 생기는 열을 제거하기 위한 냉각 장치(2)를 갖고 있다. 제1의 실시 형태에서 회전 전기기계 장치(1)는 제1의 회전 전기기계(11)와 제2의 회전 전기기계(12)와 펌프(21)와 연통관(30)을 구비한다. 제1의 회전 전기기계(11)는 주로 모터로서 기능하고, 제2의 회전 전기기계(12)는 주로 제너레이터로서 기능한다. 냉각 매체에는 냉각액(L)이 사용된다. 본 실시 형태에서는 윤활도 겸하여 냉각유가 사용된다.
제1의 회전 전기기계(11)는 제1의 하우징(111) 내에 제1 회전자(112) 및 제1 고정자(113)를 각각 격납하고 있다. 제2의 회전 전기기계(12)는 제2의 하우징(121) 내에 제2 회전자(122) 및 제2 고정자(123)를 각각 격납하고 있다. 펌프(21)는 냉각액(L)을 토출하고, 냉매 통로(22)를 통과하여 제1의 회전 전기기계(11) 및 제2의 회전 전기기계(12)에 냉각액(L)을 공급한다. 냉각액(L)은 도중에서 분기되어 있는 냉매 통로(22)에 의해 분배되어, 제1의 하우징(111) 및 제2의 하우징(121) 내에 공급된다. 즉, 본 실시 형태에서, 냉각액(L)은 제1의 회전 전기기계(11) 및 제2의 회전 전기기계(12)에 대해 병렬로 공급되고 있다.
제1의 하우징(111) 및 제2의 하우징(121)은 각각 최하부가 되는 위치에 액체 저장조(114, 124)을 갖고 있다. 냉각액(L)은 제1 회전자(112) 및 제2 회전자(122)에 뿌리도록, 제1의 회전 전기기계(11) 및 제2의 회전 전기기계(12)의 각각 상부로부터 공급되고, 액체 저장조(114, 124)에 모아진다. 모아진 냉각액(L)은 펌프(21)에 회수된다. 이 때, 제1의 회전 전기기계(11)의 액체 저장조(114)으로부터 배출되는 냉각액(L)은 제2의 회전 전기기계(12)의 액체 저장조(124)을 경유하여 펌프(21)에 되돌아온다.
연통관(30)은 제1의 하우징(111) 내의 기상(gas-phase) 및 제2의 하우징(121) 내의 기상을 연통하여 서로의 내부 압력을 평형하게 한다. 제1의 하우징(111) 및 제2의 하우징(121)은 각각 상부에 마련된 개구부(115, 125)에 덮개(116, 126)를 갖고 있다. 연통관(30)은 이 덮개(116, 126)를 관통하여 부착되어 있다.
이상과 같이 구성된 회전 전기기계 장치(1)에 의하면, 제1의 회전 전기기계(11)가 가동하고 있는 동안, 저항 가열에 의해 제1 회전자(112) 및 제1 고정자(113)가 따뜻해지고, 제1의 하우징(111) 내의 기체도 따뜻해진다. 마찬가지로, 제2의 회전 전기기계(12)가 가동하고 있는 동안, 저항 가열에 의해 제2 회전자(122) 및 제2 고정자(123)가 따뜻해지고, 제2의 하우징(12) 내의 기체도 따뜻해진다. 제1의 하우징(111) 및 제2의 하우징(121)이 독립하여 마련된 경우에는, 내부의 압력에 차가 생겨 버린다.
본 실시 형태에서는 제1의 하우징(111) 및 제2의 하우징(121)은 연통관(30)에 의해 서로의 기상이 접속되어 있기 때문에, 압력차가 생기는 일은 없다. 따라서 제1의 하우징(111)과 제2의 하우징(121)에 대해 펌프(21)로 냉각액(L)을 보내는 경우, 압력차에 기인하는 공급량의 차는 생기지 않는다. 또한, 제1의 하우징(111) 및 제2의 하우징(121)으로부터 회수된 냉각액(L)의 양에도 차가 생기지 않는다.
또한, 제1의 실시 형태의 경우, 냉각액(L)은 제1의 회전 전기기계(11)의 액체 저장조(114)으로부터 제2의 회전 전기기계(12)의 액체 저장조(124)을 통하여 회수된다. 제1의 회전 전기기계(11)의 액체 저장조(114)은 제2의 회전 전기기계(12)의 액체 저장조(124)보다도 높은 위치에 배치되어 있다. 제1의 하우징(111) 및 제2의 하우징(121)은 연통관(30)에 의해 접속되어 있기 때문에, 제1의 회전 전기기계(11) 및 제2의 회전 전기기계(12)의 가동 상태에 관계 없이 냉각액(L)이 제1의 회전 전기기계(11)로부터 제2의 회전 전기기계(12)에 흐른다. 따라서 펌프(21)가 제2의 회전 전기기계(12)의 액체 저장조(124)으로부터 냉각액(L)을 회수함으로써, 냉각액(L)은 제1의 회전 전기기계(11) 및 제2의 회전 전기기계(12)의 중에 체류하는 일 없이 원활히 순환된다.
제1의 실시 형태의 경우, 연통관(30)에 의해 제1의 하우징(111)의 내압과 제2의 하우징(121)의 내압이 거의 평형 상태이다. 즉, 제1의 회전 전기기계(11)와 제2의 회전 전기기계(12)의 사이에서, 내압이 높은 쪽부터 내압이 낮은 쪽으로 냉각액(L)이 역류할 걱정이 없다. 제1의 회전 전기기계(11)의 액체 저장조(114)으로부터 배출되는 냉각액(L)을 제2의 회전 전기기계(12)의 액체 저장조(124)으로부터 배출되는 냉각액(L)과 합류시켜서 펌프(21)에 회수하여도 좋다.
본 발명에 관한 제2의 실시 형태의 회전 전기기계 장치(1)에 관해, 도 2부터 도 4를 참조하여 설명한다. 제1의 실시 형태의 회전 전기기계 장치(1)와 같은 기능을 갖는 구성은 같은 부호를 붙이고, 그 설명에 관해서는 제1의 실시 형태의 기재로부터 참작한다. 또한, 회전 전기기계 장치(1)로서의 전체 구성은 제1의 실시 형태 및 도 1을 참작한다.
도 2 내지 도 4에 도시한 바와 같이, 제2의 실시 형태의 회전 전기기계 장치(1)는 연통관(30) 및 그 주변의 구성이 제1의 실시 형태의 회전 전기기계 장치(1)와 다르다. 제2의 실시 형태의 회전 전기기계 장치(1)는 도 2에 도시하는 바와 같이, 덮개(116, 126)에 접속된 연통관(30)의 부근에 각각, 제1의 브리더(31) 및 제2의 브리더(32)를 구비하고 있다. 제1의 브리더(31)는 제1의 회전 전기기계(11)의 제1의 하우징(111)의 내부와 외부의 압력차가 일정한 크기를 초과한 경우에, 제1의 하우징(111)의 내부와 외부를 연통시키고, 제2의 브리더(32)는 제2의 회전 전기기계(12)의 제2의 하우징(121)의 내부와 외부의 압력차가 일정한 크기를 초과한 경우에, 제2의 하우징(121)의 내부와 외부를 연통시킨다. 또한, 제1의 하우징(111) 및 제2의 하우징(121)은 연통관(30)에 의해 내압이 평형이 되도록 접속되어 있기 때문에, 제1의 브리더(31) 및 제2의 브리더(32)는 어느 한쪽이 마련되어 있을 뿐이라도 좋다.
도 3에 도시하는 바와 같이, 제1의 회전 전기기계(11)는 제1의 하우징(111) 내의 연통관(30)의 오리피스(301)를 덮는 제1의 보호판(41)을 갖고 있다. 이 제1의 보호판(41)은 제1의 하우징(111) 내에 연통관(30)의 오리피스(301)가 개통하는 방향을 가로지르는 면에 따라 배치되어 있다. 제1의 보호판(41)은 도 4에 도시하는 바와 같이 제1의 하우징(111) 내의 기체, 여기서는 공기를 저항 없이 유통시키는 간극(G)을 주위에 갖고 있다. 이 제1의 보호판(41)은 도 3에 도시하는 바와 같이 연통관(30)의 부근에 배치된 제1의 브리더(31)의 단부도 둘러싸고 있다.
또한, 제2의 실시 형태의 경우, 제2의 회전 전기기계(12)의 제2의 하우징(121)의 덮개(126)에 접속된 연통관(30)의 단부 및 제2의 하우징(121)에 부착되는 제2의 브리더(32)도 도 3과 같게 구성되어 있다. 즉, 제2의 회전 전기기계(12)는 제2의 하우징(121) 내의 연통관(30)의 오리피스(302)를 덮는 제2의 보호판(42)을 갖고 있다. 제2의 보호판(42)은 제2의 하우징(121) 내에 연통관(30)의 오리피스(302)가 개통하는 방향을 가로지르는 면에 따라 배치되고, 제2의 하우징(121)에 접속된 연통관(30)의 오리피스(302)의 부근에 배치된 제2의 브리더(32)의 단부도 둘러싸고 있다. 이들의 부호는 도 3 중에 괄호를 써서 붙인다.
이상과 같이 구성된 제2의 실시 형태의 회전 전기기계 장치(1)에 의하면, 연통관(30)의 오리피스(301, 302)가 제1의 보호판(41) 및 제2의 보호판(42)으로 덮이여 있기 때문에, 제1의 회전 전기기계(11)의 제1 회전자(112) 및 제2의 회전 전기기계(12)의 제2 회전자(122)에 의해 비산된 냉각액(L)이 연통관(30)의 오리피스(301, 302)나 제1의 브리더(31) 및 제2의 브리더(32)의 단부를 막지 않도록, 방지할 수 있다.
제1의 실시 형태에서, 도 1에 도시하는 바와 같이, 제1의 하우징(111)의 덮개(116) 및 제2의 하우징(121)의 덮개(126)는 거의 같은 각도로 기울여서 배치되어 있다. 덮개(116, 126)의 각도는 제1의 회전 전기기계(11) 및 제2의 회전 전기기계(12)의 메인터넌스할 때에 덮개(116, 126)를 분리하기 쉬운 방향이라도 좋고, 회전자(112, 122)의 회전 접선 방향에 관련해서 위치 결정되어 있어도 좋다.

Claims (7)

  1. 회전 전기 기계 장치에 있어서,
    제1 회전자 및 제1 고정자를 제1의 하우징 내에 격납하고 있는 제1의 회전 전기기계와,
    제2 회전자 및 제2 고정자를 제2의 하우징 내에 격납하고 있는 제2의 회전 전기기계와,
    상기 제1의 회전 전기기계 및 상기 제2의 회전 전기기계에 냉각액을 공급하는 펌프와,
    상기 제1의 하우징 내의 기상(gas-phase) 및 상기 제2의 하우징 내의 기상을 연통하여 내부 압력을 서로 평형하게 하는 연통관을 구비하는 것을 특징으로 하는 회전 전기기계 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1의 회전 전기기계는 제1의 하우징에 접속된 연통관의 한쪽 단(end)의 오리피스를 덮는 제1의 보호판을 가지며,
    상기 제2의 회전 전기기계는 제2의 하우징에 접속된 연통관의 다른 쪽 단(end)의 오리피스를 덮는 제2의 보호판을 갖는 것을 특징으로 하는 회전 전기기계 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1의 회전 전기기계는 상기 제1의 하우징의 내부와 외부의 압력차가 일정한 크기를 초과한 경우에 상기 제1의 하우징의 내부와 외부를 연통시키는 제1의 브리더를, 상기 제1의 보호판에 의해 둘러싸여지는 범위 내에서 가지며,
    상기 제2의 회전 전기기계는 상기 제2의 하우징의 내부와 외부의 압력차가 일정한 크기를 초과한 경우에 상기 제2의 하우징의 내부와 외부를 연통시키는 제2의 브리더를, 상기 제2의 보호판에 의해 둘러싸여지는 범위 내에서 갖는 것을 특징으로 하는 회전 전기기계 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1의 회전 전기 기계는 제1의 하우징에 형성되는 제1의 개구를 덥고 제1의 하우징으로부터 분리 가능한 제1의 덮개를 포함하고,
    제2의 회전 기계는 상기 제2의 하우징에 형성된 제2의 개구를 덮고 상기 제2의 하우징으로부터 분리 가능한 제2의 덮개를 포함하는 것을 특징으로 하나는 회전 전기기계 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 펌프로부터 토출된 냉각액은 도중에 분기되는 냉매 통로에 의해 상기 제1의 회전 전기기계 및 상기 제2의 회전 전기기계에 병렬로 공급되는 것을 특징으로 하는 회전 전기기계 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1의 회전 전기기계로부터 배출되는 상기 냉각액은 상기 제2의 회전 전기기계의 하부에 마련되는 액체 저장조를 경유하여 상기 펌프에 되돌아오는 것을 특징으로 하는 회전 전기기계 장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 제1의 회전 전기기계로부터 배출되는 냉각액을 상기 펌프에 되돌리는 냉매 통로와, 상기 제2의 회전 전기기계로부터 배출되는 냉각액을 상기 펌프에 되돌리는 냉매 통로는 결합되어 상기 펌프에 접속되는 것을 특징으로 하는 회전 전기기계 장치.
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