KR101919478B1

KR101919478B1 - 발전 전동기와 이것을 사용한 전동 차량

Info

Publication number: KR101919478B1
Application number: KR1020147004020A
Authority: KR
Inventors: 사토시 기쿠치; 세이지 이시다; 츠토무 미요시; 이츠로 사와다; 마코토 이시지마; 시게노리 아오키
Original assignee: 히다치 겡키 가부시키 가이샤; 가부시키가이샤 히다치 산키시스템
Priority date: 2011-09-20
Filing date: 2012-08-13
Publication date: 2018-11-19
Also published as: WO2013042490A1; EP2760113A4; US9431879B2; CN103765735B; EP2760113B1; JP5706793B2; JP2013066348A; CN103765735A; US20140217842A1; EP2760113A1; KR20140066164A

Abstract

발전 전동기의 고정자 둘레 방향에 걸쳐 전기자 코일을 양호한 밸런스로 냉각시키는 것이다. 하우징(18)의 내경측에 고정 설치된 고정자(1)와, 베어링(5)으로 자유롭게 회전할 수 있도록 지승된 회전자(130)와, 고정자 철심(110)의 티스에 권회된 전기자 코일을 구비한 발전 전동기에 있어서, 베어링(5)을 개재하여 설치된 브래킷(200)에는, 냉각 오일이 흐르는 통로(201, 202)와, 통로와 연통하여 전기자 코일의 코일 단부에 대향하는 위치에 냉각 오일을 분출하는 분사 구멍(204)이 설치되고, 샤프트(6)의 축 방향의 양측에 배치된 브래킷(200)의 분사 구멍(204)으로부터 전기자 코일의 코일 단부를 향하여 냉각 오일이 분출되고, 복수의 분사 구멍(204)으로부터의 오일의 유량 분포는, 샤프트(6)의 높이 위치보다 상방의 위치가 됨에 따라 높게 설정된다. 브래킷(200)에 설치한 분사 구멍(204)의 배설 피치는, 브래킷(200)의 수직 방향 상부에서 조밀하고, 샤프트(6)의 높이 위치가 됨에 따라서 점차로 성기다.

Description

발전 전동기와 이것을 사용한 전동 차량{GENERATOR MOTOR AND ELECTRIC VEHICLE USING SAME}

본 발명은, 계자(界磁)용 영구 자석을 회전자에 구비하고 있는 발전 전동기에 관한 것으로, 특히, 고온 환경하에서 구동되는 전동 차량용 영구 자석식 발전 전동기에 관한 것이다.

영구 자석식 회전 전기(電機)는, 고(高)잔류 자속 밀도 자석의 발전에 따라 성능이 비약적으로 향상하여, 모든 국면에서 채용되고 있다. 특히, 근래의 환경 규제의 관점에서, 산업용, 가전용 전동기에 대해서는 고에너지 효율이 소구(訴求)되고 있으며 영구 자석식 전동기의 적용 비율이 매우 높은 경향이 있다.

또, 차량용 전동기에 있어서는, 엔진이나 트랜스미션에 대한 보조 동력원으로서 고효율의 시스템 구성이 가능하기 때문에, 영구 자석 동기 전동기의 적용 비율이 높아, 필수 컴포넌트로 위치 부여되고 있다.

한편, 건설 기계 차량에 있어서도 환경 배려형으로의 전환 요구가 엄격하여, 전동화에 의한 저(低)연비화가 지상 명제가 되고 있다. 여기서, 건설 기계 차량, 특히 유압 셔블용 전동기는, 발전 전동기로서 엔진 및 유압 펌프의 보조 동력, 및 차량 내부에 배설(配設)되는 모든 전기 컴포넌트의 전력 공급을 담당할 필요가 있는데다, 엔진과 유압 펌프의 협소 공간에 설치되는 구성이기 때문에, 필연적으로 소형화 설계 및 고출력 밀도화 설계(단위 체적당 출력을 높게 하는 설계)로 하지 않으면 안 된다. 또한, 엔진 및 유압 펌프로부터의 전열에 의해, 고온 환경하에서 고출력 운전되기 때문에, 냉각 구성을 배려할 필요가 있다.

유압 셔블로 대표되는 건설 기계 차량에 대하여, 냉각 구성을 배려한 발전 전동기의 컨셉트로서는, 영구 자석식의 동기기로 함으로써 고효율이며 발열량이 적은 형태로 구성할 수 있다. 그러나, 엔진과 유압 펌프 사이의 협소 공간에서, 양자로부터의 전열(傳熱)의 영향을 받기 쉬운 환경하에서 구동하기 위해서는, 더욱 냉각 수단의 적용이 필수가 된다.

그래서, 발전 전동기를 강제 냉각하는 수단, 특히 오일에 의한 직접 냉각이 가장 바람직하고, 발전 전동기에 대하여 직접 유냉(油冷)하는 종래 구조로서, 예를 들면 특허문헌 1에 제안이 되어 있다. 이 특허문헌 1에 의하면, 강제 순환시킨 냉각 오일을, 모터를 유지하는 브래킷에 설치한 오일 통로를 개재하여 슬롯 중심부, 즉 모터 코일 사이에 분사시키는 구성으로 되어 있고, 모터 축 방향을 따라 코일을 냉각하고 있다.

일본 특허 공개 제2010-57261호 공보

그러나, 상기의 특허문헌 1에 개시되어 있는 종래 기술에서는, 냉각 오일의 분출 구멍이 축 방향에 있어서 편측(片側) 밖에 존재하지 않고, 분사한 냉각 오일을 코일 사이에 축 방향 통류하는 구조이기 때문에, 코일 온도의 축 방향 분포에 편차가 생길 가능성이 있다.

또, 코일 사이(슬롯 중심)에 냉각 오일을 분사한 경우, 코일의 점적율(占積率)이 높은 모터에서는 코일이 냉각로의 장해가 되기 때문에, 축 방향으로의 냉각 오일 통류가 제한을 받아, 각 코일 마다의 온도 분포, 즉 둘레 방향의 온도 분포에도 편차가 생겨, 국소 가열을 일으킬 우려도 있다.

본 발명의 목적은, 건설 기계 차량에 적용되는 발전 전동기인 것을 감안하여, 고온 환경하의 협소하고 제한된 공간에 배치된 발전 전동기의 냉각 효과를 높임과 함께 소형화·고출력 밀도화를 달성시키고, 특히, 발전 전동기의 고정자 둘레 방향에 걸쳐 전기자 코일을 양호한 밸런스로 냉각시키는 냉각 구조를 제공하는 것에 있다.

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 주로 다음과 같은 구성을 채용한다.

하우징의 내경 측에 고정 설치된 고정자와, 상기 고정자의 내주측에 대향 배치되어 베어링으로 자유롭게 회전할 수 있도록 지승(支承)된 회전자와, 고정자 철심의 슬롯에 인접한 티스에 권회된 전기자 코일을 구비한 발전 전동기에 있어서, 상기 베어링을 개재하여 설치된 브래킷에는, 냉각 매체가 흐르는 통로와, 상기 통로와 연통하여 상기 전기자 코일의 코일 단부(端部)에 대향하는 위치에 상기 냉각 매체를 분출하는 분사 구멍이 설치되고, 상기 샤프트의 축 방향의 양측에 배치된 상기 브래킷의 분사 구멍으로부터 상기 전기자 코일의 코일 단부를 향하여 상기 냉각 매체가 분출되고, 상기 복수의 분사 구멍으로부터의 상기 냉각 매체의 유량 분포는, 상기 샤프트의 높이 위치보다 상방의 위치가 됨에 따라 높게 설정되는 구성으로 한다.

또, 상기 발전 전동기에 있어서, 상기 브래킷에 설치한 분사 구멍의 배설 피치는, 상기 브래킷의 수직 방향 상부에서 조밀하고, 상기 샤프트의 높이 위치가 됨에 따라 점차로 성기다. 또한, 상기 브래킷에 설치한 분사 구멍의 공경(孔徑)은, 상기 브래킷의 수직 방향 상부에서 크고, 상기 샤프트의 높이 위치가 됨에 따라 점차 작다. 또한, 상기 전기자 코일의 코일 단부에 대향하는 위치에 설치된 분사 구멍의 수는, 상기 브래킷의 수직 방향 상부에서 많고, 상기 샤프트의 높이 위치가 됨에 따라 점차로 적다. 또한, 상기 발전 전동기와, 상기 발전 전동기의 샤프트와 연결되는 내연 기관부를 가지는 엔진과, 상기 발전 전동기의 샤프트와 연결되어 상기 엔진과 반대측에 설치되는 유압 기구부를 가지는 유압 펌프를 구비한 전동 차량.

본 발명에 의하면, 발전 전동기의 전기자 코일을 고정자 둘레 방향에 걸쳐 양호한 밸런스로 냉각할 수 있어, 냉각 효과를 높일 수 있다. 또, 발전 전동기를 유압 셔블 등의 전동 차량에 적용한 경우, 고온 환경에서 협소 공간에 배치되는 조건 하에서 필요해지는 냉각 효과를 더욱 높임과 함께 소형화·고출력 밀도화에 기여할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 관련된 발전 전동기의 전체 구성을 나타내는 축 방향의 단면도이다.
도 2는 제1 실시예에 관련된 발전 전동기에 있어서의 브래킷 내의 오일 통로를 나타내는 분해도이다.
도 3은 제1 실시예에 관련된 발전 전동기에 있어서의 전기자 코일과 오일 분사 구멍의 위치의 관계를 나타내는 단면도이다.
도 4는 제1 실시예에 관련된 발전 전동기에 있어서의 하우징과 보조 오일 저장부의 축 수직 방향의 단면도이며, 도 1의 A-A’단면 화살표도이다.
도 5는 제1 실시예에 관련된 발전 전동기에 있어서의 전기자 코일의 온도 분포의 측정 결과를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 관련된 발전 전동기에 있어서의 전기자 코일과 오일 분사 구멍의 공경의 관계를 나타내는 단면도이다.
도 7은 본 발명의 제3 실시예에 관련된 발전 전동기에 있어서의 전기자 코일과 오일 분사 구멍의 수 및 공경의 관계를 나타내는 단면도이다.
도 8은 본 발명의 제4 실시예에 관련된 발전 전동기에 있어서의 브래킷 내의 오일 통로를 나타내는 분해도이다.
도 9는 제4 실시예에 관련된 발전 전동기의 전체 구성을 나타내는 축 방향의 단면도이다.
도 10은 본 발명의 제5 실시예에 관련된 발전 전동기에 있어서의 하우징 내의 냉각수로를 나타내는 축 방향의 단면도이다.
도 11은 제5 실시예에 관련된 발전 전동기에 있어서의 하우징과 냉각수로의 축 수직 방향의 단면도이며, 도 10의 B-B’단면 화살표도이다.
도 12는 본 발명의 제6 실시예에 관련된 발전 전동기에 있어서의 보조 오일 저장부의 구조를 나타내는 축 방향의 단면도이다.
도 13은 본 발명의 제7 실시예에 관련된 발전 전동기를 적용한 유압 셔블의 외관을 나타내는 견취도이다.
도 14는 제7 실시예에 관련된 발전 전동기를 적용한 유압 셔블이 경사지에서 작업하는 상황을 나타내는 도면이다.
도 15는 제7 실시예에 관련된 발전 전동기를 적용한 유압 셔블에 있어서의 엔진실의 단면 구성도이다.

본 발명의 실시 형태에 관련된 발전 전동기 및 이것을 사용한 전동 차량에 대하여, 이하에 나타내는 실시예에 기초하여 도면을 참조하면서 설명한다.

실시예 1

본 발명의 제1 실시예에 관련된 발전 전동기에 대하여, 도 1∼도 5를 참조하면서 이하 상세하게 설명한다. 도 1은 본 발명의 제1 실시예에 관련된 발전 전동기의 전체 구성을 나타내는 축 방향의 단면도이다. 도 2는 제1 실시예에 관련된 발전 전동기에 있어서의 브래킷 내의 오일 통로를 나타내는 분해도이다. 도 3은 제1 실시예에 관련된 발전 전동기에 있어서의 전기자 코일과 오일 분사 구멍의 위치 관계를 나타내는 단면도이다. 도 4는 제1 실시예에 관련된 발전 전동기에 있어서의 하우징과 보조 오일 저장부의 축 수직 방향의 단면도이며, 도 1의 A-A’단면 화살표도이다. 도 5는 제1 실시예에 관련된 발전 전동기에 있어서의 전기자 코일의 온도 분포의 측정 결과를 나타내는 도면이다.

도 1에 있어서, 회전자(130)는, 샤프트(6) 상에 설치된 회전자 철심(131)의 내부에, 복수의 자석 삽입 구멍(132)과 그 내부에 설치된 영구 자석(133)을 배치하여 구성하고 있다. 여기서, 영구 자석(133)은, 희토류를 주성분으로 하는 평판의 소결 자석이다. 또, 브래킷(200)(200A, 200B로 이루어짐)에는 베어링(5A, 5B)이 고정 설치되고, 베어링(5A, 5B)에 샤프트(6)가 자유롭게 회전할 수 있도록 지승되어 있고, 회전자(130)는 베어링(5A, 5B)에 자유롭게 회전할 수 있도록 지지된다.

도 1 및 도 3에 있어서, 고정자(1)는, 고정자 철심(110)에 설치된 다수의 고정자 슬롯(111)을 설치하고 있다(본 실시예에서는 12개). 슬롯(111) 내에는, U상(相) 코일, V상 코일, W상 코일 각각의 상에 대응한 전기자 코일(14)을 매설하고 있고, 복수 개의 절연된 구리 소선(도시 생략)을 다발 형상으로 하여 1개의 코일을 형성하고 있고, 이 코일을 적어도 1턴 이상 권회하고 있다. 또, 전기자 코일(14)은 슬롯(111)에 인접하는 티스(112)를 둘러싸도록 집중권(集中卷)으로 권회되어 있고, 코일의 탈락을 방지하기 위하여 티스(112)의 내주측 단부에 자극편(113)을 설치하고 있다. 자극편(113) 사이에는 슬롯 개구부(114)가 설치되어 있고, 이 슬롯(114)으로부터 구리 소선을 삽입함으로써 전기자 코일(14)을 형성한다.

도 1 및 도 4에 있어서, 고정자(1)는, 원통 형상의 하우징(18)의 내주측에 수축 끼워 맞춤 또는 압입에 의해 고정 설치되어 있다. 또, 하우징(18)에는, 주(主) 오일 저장부(7)와 중앙 부분에 설치된 세공(細孔)(16)을 통하여 연통하는 보조 오일 저장부(8)(8A, 8B로 이루어짐)가, 고정자 철심(110)의 외주측이고 또한 축 방향 외측에 2지점 설치되어 있고, 냉각 오일(10)로 채워져 있다. 여기서, 냉각 오일(10)의 오일면은, 회전자(130)의 외경에 접하는 정도가 바람직하지만, 그 이하여도 구성 가능하다.

도 1 및 도 2 및 도 3에 있어서, 브래킷(200)에는, 수직 방향 상부에 설치한 오일 통로(201)와 연통된 오일 통과 홈(202)이 동심원상으로 설치되어 있다. 또, 오일 분사 구멍(204)을 설치한 링(203)이, 오일 통과 홈(202)에 뚜껑을 덮도록 고정된다. 여기서, 링(203)에 설치된 오일 분사 구멍(204)은, 티스(112)와 동일한 간격의 피치로 배치되고, 전기자 코일(14)(상세하게 말하면, 코일 단부: 코일 엔드)과 대향하도록 설치되어 있고, 브래킷(200)의 수직 방향 상부에서 조밀하고(본 실시예에서는 5개), 수평 방향에서 성기게 되도록(본 실시예에서는 0개) 구성하고 있다. 또한, 오일 분출 구멍(204)은 링(203)에 한정하지 않고, 브래킷(200)에 설치해도 된다. 또한, 도 3의 예시에 한정하지 않고, 전기자 코일(14)의 코일 단부가 다수 존재하는 경우에는, 수직 방향 상부에 있어서 코일 단부마다 분사 구멍(204)을 설치하고, 그보다 하부에서는 2개의 코일 단부마다 분사 구멍(204)을 설치하고, 또한 샤프트(6)와 동일한 레벨의 높이에서는 3개의 코일 단부마다 분사 구멍(204)을 설치해도 된다.

다시 말하면, 양측의 브래킷(200A과 200B)으로부터 전기자 코일(14)의 코일 단부를 향하여, 복수의 분사 구멍(204)으로부터 냉각 오일(10)을 분출하는 냉각 오일의 유량 분포는, 샤프트(6)의 높이 위치보다 상방의 위치가 됨에 따라 높게 설정되는 것이다. 본 실시예에서는 이 설정의 방법을 분사 구멍(204)의 수로 규정하고 있다. 또한, 상기 서술한 냉각 오일의 유량 분포의 설정 방법은 다른 실시예에 있어서도 공통되고 있다.

여기서, 도 3에 도시하는 구성예에서는, 링(203)의 수평 부분에 더하여 링(203)의 하방 부분에도 오일 분출 구멍(204)은 설치되어 있지 않다. 상세한 것은 후술하지만, 링(203)의 수평 부분 및 하방 부분에 대응하는 전기자 코일은, 상방 부분의 오일 분사 구멍(204)으로부터 분사한 냉각 오일이 흘러 내려옴으로써 냉각되게 된다.

또, 오일 배관(300)은, 보조 오일 저장부(8A, 8B)와 오일 펌프(301) 사이와, 오일 펌프(301)와 오일 쿨러(302) 사이와, 오일 쿨러(302)와 브래킷(200)에 설치한 오일 통로(201) 사이와 각각 연결되어 있다. 이처럼 연결함으로써, 보조 오일 저장부(8A, 8B)에 저장된 냉각 오일(10)을, 오일 펌프(301)에서 퍼올려, 오일 쿨러(302)로 냉각한 후에, 오일 통로(201A, 202B)로 순환시킬 수 있다. 여기서, 오일 통로(201A, 201B)는, 오일 통과 홈(202A, 202B), 링(203A, 203B)에 설치한 오일 분사 구멍(204A, 204B)과 연통하고 있기 때문에, 전기자 코일(14)에 축 방향의 양측으로부터 분사시킬 수 있다.

도 5는 제1 실시예에 관련된 발전 전동기에 있어서의 전기자 코일의 온도 분포의 측정 결과를 나타내는 도면이다. 도 5는, 본 실시예의 온도 분포를 비교예의 온도 분포와 대비시켜 도해하고 있고, 비교예의 냉각 방법에 있어서의 최대 온도를 100%로 하여, 기준화하여 도시하고 있다. 여기서, 비교예의 냉각 방법은, 링(203)에 설치한 분사 구멍(204)을 등 간격으로 전체 둘레에 배치한 경우이다.

도 5로부터 알 수 있는 바와 같이, 비교예의 냉각 방법의 경우, 전기자 코일에서의 온도 분포의 차이가 최대 약 90% 정도 발생하고 있고, 특히 전기자 코일 둘레 방향 위치에서의 0°[브래킷(200)의 수직 방향 최상부에 상당]와 90°，270°[브래킷(200)의 수평 방향에 상당]의 차이가 현저한 것을 알 수 있었다. 이 원인을 분석하면, 오일 분사 구멍(204)에서의 압력 분포는, 상방부에만 분사 구멍이 있는 본 실시예에 대하여, 비교예에서는 전체 둘레에 분사 구멍이 존재함으로써 상방부의 분사 구멍에서 낮아져(본 실시예에서는 고정자의 하반부에 분사 구멍이 없기 때문에 상방부의 분사 구멍의 압력 분포는 높아짐), 분사 유량이 저감되기 때문에, 0°근방에서는 온도가 높아지는 것, 또한, 수평 방향에서는, 분사 구멍으로부터의 냉각 오일에 더하여, 수직 방향 상부로부터 흘러 내려오는 냉각 오일로의 상승(相乘)한 냉각이 이루어지고 있기 때문이라고 생각된다.

본 실시예에서는, 발전 전동기(12)를 상기 서술한 구성으로 한 결과, 도 5의 실선으로 나타내는 바와 같이, 둘레 방향의 온도 분포의 차이는 크게 감소하고, 대체로 균일한 온도 분포가 되어 있다. 이 이유를 설명하면 링(203)에 설치한 분사 구멍(204)은, 티스(112)와 동일한 간격의 피치로, 또한 전기자 코일(14)과 대향하도록 설치함과 함께, 브래킷(200)의 수직 방향 상부에서 조밀하고, 수평 방향에서 성기게 되도록 구성하고 있기 때문에, 수직 방향 상부의 전기자 코일(14)에 직접적으로 (발열체인 코일 엔드를 직접 냉각), 냉각 오일을 집중적으로 또한 대량으로 분사할 수 있어, 전기자 코일 둘레 방향 위치에서의 0°부근의 온도를 저감시킬 수 있다.

또, 수평 방향(둘레 방향 위치 90°，270°부근)에는 분사 구멍(204)을 배치하고 있지 않기 때문에, 수직 방향 상부로부터 흘러 내려오는 냉각 오일로만 냉각이 되고, 결과적으로 둘레 방향에 균일한 냉각이 이루어지는 것이다. 여기서, 상기 서술한 효과는, 링(203)은 축 방향 양측에 배치하고 있으므로(도 1에 나타내는 좌우 양측에 배치된 오일 분사 구멍 204A와 204B를 참조), 축 방향 양측에서 마찬가지로 얻어지는 것은 물론이다.

또한, 본 실시예에서는, 분사시키는 냉각 오일의 유량은 상방부에서는 많아지지만 측방부에서는 근소하게 했으므로, 전체 유량으로서 최저한으로 억제할 수 있기 때문에, 오일 펌프(301)의 동력을 저감시킬 수 있고, 구동 시스템의 에너지 절약화에 공헌할 수 있는 메리트가 있다.

또, 본 실시예의 다른 특징으로서는, 순환시키는 냉각 오일(10)을, 보조 오일 저장부(8)로부터 퍼올리고 있는 점에 있다. 즉, 냉각 오일(10)을 저장하는 오일 저장부가, 세공(16)으로 연통된 주 오일 저장부(7)와, 보조 오일 저장부(8)로 구성되어 있고, 오일 배관(300)을 보조 오일 저장부(8)에 삽입하고 있으므로, 전동 건설 기계(도시 생략)가 경사지에서 작업을 하고, 주 오일 저장부(7)의 오일면이 기울었다고 하여도, 안정적으로 냉각 오일(10)을 순환시키는 것이 가능해진다. 더 설명하면, 본 실시예에 관련된 발전 전동기를 탑재한 유압 셔블 또는 휠 로더(이하, 유압 셔블로 대표시킴)가 전후좌우로 기울어진 경우에도, 냉각 오일 순환이 가능하도록, 보조 오일 저장부(8)의 중앙 부분에 세공(16)(작은 직경의 통로)을 설치한다. 세공(16)을 설치함으로써 유압 셔블이 경사져도, 보조 오일 저장부(8) 내에 공기가 들어가지 않도록 하고 있다. 다시 말하면, 발전 전동기가 경사져도, 보조 오일 저장부(8)에 공기가 들어가지 않는 높이와 위치에 세공(16)을 설치하고 있다.

또한, 본 실시예에 관련된 발전 전동기와 유압 셔블의 관계에 대해서는, 도 13∼도 15의 설명에서 상세히 설명하기로 한다. 이와 관련하여, 도 15에 있어서, 발전 전동기(50)는, 내연 기관부(512)와 플라이 휠(511)로 이루어지는 엔진(51)과, 기어(521)와 유압 기구부(522)로 형성되는 유압 펌프(52) 사이의 제한된 협소한 공간에 설치되는 것으로서, 유압 펌프(52)를 구동하는데 필요한 동력을 엔진(51)과 더불어 보조하는 전동기로서의 기능과, 엔진(51)의 기계적 출력을 전기적 출력으로 변환하고, 다른 전기 기기(도시 생략)로의 전력 공급을 조달하는 발전기로서의 기능을 담당하는 것이다.

이상의 설명에 의해, 도 1∼도 5에 나타내는 발전 전동기 구성으로 함으로써, 고정자에 감긴 전기자 코일을 고정자 둘레 방향에서 양호한 밸런스로 냉각할 수 있어, 냉각 효과가 높은 전동 건설 기계용 발전 전동기의 냉각 구성을 제공할 수 있다.

실시예 2

본 발명의 제2 실시예에 관련된 발전 전동기에 대하여 도 6을 참조하면서 이하 설명한다. 도 6은 제2 실시예에 관련된 발전 전동기에 있어서의 전기자 코일과 오일분사 구멍의 공경의 관계를 나타내는 단면도이다. 도 6에 있어서, 도 3과 동일한 구성 요소에는 동일한 부호를 붙이고, 중복 설명은 피한다.

제2 실시예가 도 3에 나타내는 제1 실시예와 다른 점은, 링(203)에 설치한 오일 분사 구멍(204)의 공경이, 수직 방향 상부에서 크고, 수평 방향에서 작으며, 수직 방향 하부에서 작도록, 전체 둘레에 설치되어 있는 점에 있다. 제2 실시예는, 다시 말하면, 브래킷(200)에 설치한 분사 구멍(204)의 공경을, 브래킷(200)의 수직 방향 상부에서 크게 하고, 샤프트(6)의 높이 위치가 됨에 따라 점차로 작게 하는 예이다.

도 6의 도시예에서는, 링(203)의 수평 방향 및 수직 방향 하부에 작은 구멍을 설치하고, 이들의 작은 구멍으로부터의 오일에 의한 냉각과 함께, 수직 방향 상부로부터 흘러 내려오는 냉각 오일에 의한 냉각에 의해, 수직 방향 상부에 대향하는 전기자 코일(14)과 동등한 냉각 효과가 얻어진다. 도 6에 있어서, 링(203)의 최하부에는 작은 구멍을 설치하고 있지 않으나, 도 6에 나타내는 구성은, 본 실시예에서 말하는 전체 둘레에 공경이 다른 오일 분사 구멍을 설치한다는 기술 사상의 범위 내에 속한다.

실시예 3

본 발명의 제3 실시예에 관련된 발전 전동기에 대하여 도 7을 참조하면서 이하 설명한다. 도 7은 제3 실시예에 관련된 발전 전동기에 있어서의 전기자 코일과 오일분사 구멍의 수 및 공경의 관계를 나타내는 단면도이다. 도 7에 있어서, 도 3과 동일한 구성 요소에는 동일한 부호를 붙이고, 중복 설명은 피한다.

제3 실시예가 도 3에 나타내는 제1 실시예와 다른 점은, 링(203)에 설치한 오일 분사 구멍(204)의 수가 수직 방향 상부에서 다수 설치하고, 수평 방향에서 적게 하고 있음과 함께, 오일 분사 구멍(204)의 공경을, 수직 방향 상부에서 크고, 수평 방향에서 작게 설치되어 있는 점에 있다.

또한, 도 7의 도시예는, 분사 구멍의 수가 많은 경우에는 분사 구멍의 공경을 크게 하고, 분사 구멍의 수가 적은 경우에는 분사 구멍의 공경을 작게 하는 것이지만, 이에 한정하지 않고, 공경의 대소를 한정하지 않고, 전기자 코일의 코일 단부에 대향하는 위치에 설치된 분사 구멍의 수를, 브래킷의 수직 방향 상부에서 많게 하고, 샤프트의 높이 위치가 됨에 따라 점차로 적게 하는 구성예이어도 된다.

도 7에 나타내는 구성에 의하면, 도 3과 동일한 효과가 얻어짐과 함께, 특히, 수직 방향 상부의 냉각 효과를 더욱 높일 수 있다.

실시예 4

본 발명의 제4 실시예에 관련된 발전 전동기에 대하여 도 8과 도 9를 참조하면서 이하 설명한다. 도 8은 본 발명의 제4 실시예에 관련된 발전 전동기에 있어서의 브래킷 내의 오일 통로를 나타내는 분해도이며, 도 9는 제4 실시예에 관련된 발전 전동기의 전체 구성을 나타내는 축 방향의 단면도이다. 도 8 및 도 9에 있어서, 도 1 및 도 2에 나타내는 동일한 구성 요소에는 동일한 부호를 붙이고, 중복 설명은 피한다.

도 8 및 도 9에 나타내는 제4 실시예가 도 1 및 도 2에 나타내는 제1 실시예와 다른 점은, 브래킷(200)에 설치한 오일 통과 홈(202)과, 링(203)을, 수직 방향 상부로부터 수평 방향에 걸쳐 원호 형상이 되도록 구성하고, 또한, 주 오일 저장부(7)에 저장된 냉각 오일(10)의 오일면을, 고정자(1)의 내경까지 설정(도 9를 참조)하고 있는 점에 있다.

도 8 및 도 9 에 나타내는 바와 같이 구성하면, 수직 방향 상부에 있어서의 전기자 코일(14)의 냉각 효과는 도 1 및 도 2와 동일하게 얻어진다. 수직 방향 하부에서의 냉각은, 주 오일 저장부(7)의 오일과, 상방으로부터 흘러 내려온 오일에 의해 냉각하는 구성이 되므로, 오일 펌프(301)의 순환 압력을 더욱 작게 할 수 있기 때문에, 구동 시스템의 소비 에너지를 더욱 저감시키는 것이 가능해진다.

실시예 5

본 발명의 제5 실시예에 관련된 발전 전동기에 대하여 도 10 및 도 11을 참조하면서 이하 설명한다. 도 10은 본 발명의 제5 실시예에 관련된 발전 전동기에 있어서의 하우징 내의 냉각수로를 나타내는 축 방향의 단면도이며, 도 11은 제5 실시예에 관련된 발전 전동기에 있어서의 하우징과 냉각수로의 축 수직 방향의 단면도이며, 도 10의 B-B’단면 화살표도이다. 도 10 및 도 11에 있어서, 도 1과 동일 구성 요소에는 동일한 부호를 붙이고, 중복 설명은 피한다.

제5 실시예가 도 1에 나타내는 제1 실시예와 다른 점은, 하우징(18)에 냉각수로(9)를 설치한 점에 있다. 여기서, 냉각수로(9)는, 하우징(18)의 둘레 방향에 고리형 경로를 형성하고 있고, 외부의 워터 펌프(401)로 물이 순환되어, 워터 쿨러(402)로 물이 식혀져, 순환 경로를 형성하고 있다.

제5 실시예에 있어서의 냉각수로(9)는, 고정자 철심(110)의 외경측에 배설되어 있기 때문에, 고정자 철심(110)에서 발생한 철손(鐵損)을 냉각할 수 있음과 함께, 전기자 코일(14)에서 생긴 동손(銅損)도 고정자 철심(110)을 통하여 간접적으로 냉각할 수 있다. 또, 하우징(18) 바닥부에 있어서는, 보조 오일 저장부(8)에 저장된 냉각 오일(10)의 냉각에도 기여할 수 있다.

다시 말하면, 냉각수로(9)의 냉각수는, 고정자(1)와 냉각 오일(10)을 간접 냉각할 수 있으므로, 발전 전동기의 효율 향상이나, 오일 펌프(301)에서 순환하는 냉각 오일 유량이 더욱 저감함에 따라, 구동 시스템의 에너지 절약화, 연료 소비량의 저감에 기여할 수 있다. 또, 오일 쿨러(302)의 소형화나 배제도 가능해져, 시스템으로서의 컴팩트화, 부품수의 삭감에 따른 신뢰성 향상에 기여할 수 있다.

실시예 6

본 발명의 제6 실시예에 관련된 발전 전동기에 대하여 도 12를 참조하면서 이하 설명한다. 도 12는 본 발명의 제6 실시예에 관련된 발전 전동기에 있어서의 보조 오일 저장부의 구조를 나타내는 축 방향의 단면도이다. 도 12에 있어서, 도 1과 동일 구성 요소에는 동일한 부호를 붙이고, 중복 설명은 피한다.

본 발명의 제6 실시예가 도 1에 나타내는 제1 실시예와 다른 점은, 하우징(18)의 바닥부에 설치한 보조 오일 저장부(8)를 단일 구조로 한 점에 있다.

도 11에 나타내는 제5 실시예의 구성으로 하면, 본 실시예에 관련된 발전 전동기를 탑재한 전동 차량이 경사진 때에도, 냉각 오일의 오일면 변화의 영향을 더욱 작게 할 수 있어, 안정된 냉각 오일 순환이 가능해지는 것에 더하여, 오일 배관(300)의 분기 지점을 저감시킬 수 있으므로, 오일 배관(300)의 간소화, 접속 지점의 삭감에 따른 신뢰성 향상에 기여할 수 있다.

실시예 7

본 발명의 제7 실시예에 관련된 발전 전동기를 적용한 유압 셔블에 대하여, 도 13 내지 도 15를 참조하면서 이하 설명한다. 도 13은 제7 실시예에 관련된 발전 전동기를 적용한 유압 셔블의 외관을 나타내는 견취도이며, 도 14는 제7 실시예에 관련된 발전 전동기를 적용한 유압 셔블이 경사지에서 작업하는 상황을 나타내는 도면이며, 도 15는 제7 실시예에 관련된 발전 전동기를 적용한 유압 셔블에 있어서의 엔진실의 단면 구성도이다.

도 13 내지 도 15에 있어서, 유압 셔블은, 주행체(41)와, 주행체(41) 상에 선회 가능하게 설치한 선회체(42)와, 선회체(42)의 전방 좌측에 설치한 운전실(43)과, 선회체(42) 상에 가로로 배치한 엔진실(44)과, 선회체(42)의 후부에 설치한 카운터 웨이트(45)와, 선회체(42)의 전부에 설치되고, 붐(461), 아암(462), 및 버킷(463)으로 이루어지는 다관절형 프론트 장치(46)로부터 구성되어 있다.

주행체(41)는, 좌우에 무한궤도(411)를 구비하고 있고, 각각 주행용 모터(412)의 구동력에 의해 구동된다. 엔진실(44) 및 다관절형 프론트 장치(46) 등을 구비한 선회체(42)는, 선회체(42)의 중심부에 설치한 도시 생략한 선회용 모터에 의해 주행체(41)에 대하여 선회된다. 다관절형 프론트 장치(46)를 구성하는 붐(461), 아암(462) 및 버킷(463)은, 그들에 각각 설치한 붐 실린더, 아암 실린더 및 버킷 실린더(47)에 의해 구동 동작된다.

상기 서술한 각종 실린더(47), 주행용 모터(412) 및 선회 모터는, 유압 액추에이터를 사용하고 있고, 운전실(43) 내의 조작자에 의한 조작에 따라 움직이고, 엔진실(44) 내의 엔진(51) 및/또는 발전 전동기(50)에 의해 구동되는 유압 펌프(52)(도 15를 참조)로부터의 압유를 제어하는 제어 밸브 장치로부터의 압유에 의해, 구동되게 되어 있다.

여기서, 제7 실시예에 관련된 발전 전동기(50)는, 도 1 내지 도 12에 나타내는 구성의 것을 사용하고, 유압 펌프(52)의 구동원으로서 유압 셔블에 적용되는 경우의 구성이며, 도 1에 나타내는 발전 전동기의 브래킷(200)의 측면(200A)과 측면(200B)에, 각각, 플라이 휠(511)과 내연 기관부(512)로 이루어지는 엔진(51)과, 기어(521)와 유압 기구부(522)로 이루어지는 유압 펌프(52)가 샤프트(6)를 개재하여 배설된다. 즉, 본 실시예에 사용되는 발전 전동기(50)가, 그 브래킷(200A과 200B)을 통하여, 엔진(51)과 유압 펌프(52)에 끼워져 배설되는 구성이다.

엔진실(44)은, 엔진(51)과, 발전 전동기(50)와, 유압 펌프(52)를 구비하고 있지만, 그 이외에, 엔진(51)의 냉각수를 냉각하는 라디에이터(56)와, 라디에이터(56)를 냉각하는 냉각풍(P)을 생기(生起)하는 냉각팬(57)과, 공기류(냉각풍)(P)를 도입 냉각팬(57)으로 도입하는 흡입구(70)와, 공기류(P)를 외부로 배출하는 토출구(71)와, 흡음체(72)와, 엔진(51)의 회전을 냉각팬(57)에 전달하는 크랭크축(58), 팬 벨트(59), 보조 회전축(60)과, 엔진(51)을 설치하는 진동 감쇠 수단(55), 프레임(54)과, 엔진(51)으로부터의 배기 가스를 소음(消音)하는 머플러(73)와, 각 구성 요소를 덮는 커버[(상측 커버(531), 흡입측 횡측 커버(532), 하측 커버(533), 토출측 횡측 커버(534)]를 주로 구비하고 있다. 이처럼, 제7 실시예에 관련된 발전 전동기(50)는, 유압 셔블에 있어서 선회체(42) 상의 엔진실(44)에 도 15에 나타내는 바와 같이 각 구성 요소와 관련되어 배치되는 것이다.

제7 실시예에 관련된 발전 전동기를 적용한 유압 셔블은, 도 14에 나타내는 바와 같이, 경사지(49)에서 굴삭 작업을 하는 경우에, 우선 경사지(49) 위를 주행체(41)가 상승해 가고, 이어서 선회체(42)를 선회시켜 엔진실(44)을 옆을 향하게 배치시켜서 작업을 실시한다. 도 14에 나타내는 작업예에서는, 본 실시예의 발전 전동기는 샤프트(축)(6)가 수평이 아니라 경사진 상태가 된다.

유압 셔블에 탑재한 발전 전동기(50)에 있어서의 샤프트(축)(6)이 작업으로 경사졌다고 하여도, 보조 오일 저장부(8)를 주 오일 저장부(7)의 하방에 설치하고 또한 발전 전동기의 하방부에 배치함으로써(도 4를 참조), 도 1, 도 9 및 도 10에 나타내는 보조 오일 저장부(8)로부터 오일이 새어 나와 오일 배관(301)으로의 빨아 올림 불량을 발생하지 않도록 하고 있다.

1…고정자 10…냉각 오일
110…고정자 철심 111…슬롯
112…티스 113…자극편
114…슬롯 개구부 12…발전 전동기
130…회전자 131…회전자 철심
132…자석 삽입 구멍 133…영구 자석
14…전기자 코일 16…세공
18…하우징 200…브래킷
201…오일 통로 202…오일 통과 홈
203…링 204…오일 분사 구멍
300…오일 배관 301…오일 펌프
302…오일 쿨러 401…워터 펌프
402…워터 쿨러 41…주행체
411…무한궤도 412…주행용 모터
42…선회체 43…운전실
44…엔진실 45…카운터 웨이트
46…다관절형 프론트 장치 461…붐
462…아암 463…버킷
47…실린더 49…경사지
5…베어링 50…발전 전동기
51…엔진 511…플라이 휠
512…내연 기관부 52…유압 펌프
521…기어 522…유압 기구부
531…상측 커버 532…흡입측 횡측 커버
533…하측 커버 534…토출측 횡측 커버
54…프레임 55…진동 감쇠 수단
56…라디에이터 57…냉각팬
58…크랭크축 59…팬 벨트
6…샤프트 60…보조 회전축
7…주 오일 저장부 70…흡입구
71…토출구 72…흡음체
73…머플러 8…보조 오일 저장부
9…냉각수로 P…공기류(냉각풍)

Claims

하우징의 내경측에 고정 설치된 고정자와, 상기 고정자의 내주측에 대향 배치되어 베어링으로 자유롭게 회전할 수 있도록 지승된 회전자와, 고정자 철심의 슬롯에 인접한 티스에 권회된 전기자 코일을 구비한 발전 전동기에 있어서,
상기 회전자의 샤프트에 상기 베어링을 개재하여 설치된 브래킷에는, 냉각 매체가 흐르는 통로와, 상기 통로와 연통하여 상기 전기자 코일의 코일 단부에 대향하는 위치에 상기 냉각 매체를 분출하는 복수의 분사 구멍이 설치되고,
상기 샤프트의 축 방향의 양측에 배치된 상기 브래킷의 분사 구멍으로부터 상기 전기자 코일의 코일 단부를 향하여 상기 냉각 매체가 분출되고,
상기 브래킷에 설치된 냉각 매체가 흐르는 통로는, 상기 브래킷의 최상부로부터 상기 샤프트의 높이 위치에 걸친 원호 형상을 형성하고,
상기 냉각 매체는 상기 하우징의 바닥부에 설치된 주저장부와, 주저장부보다 하방에 설치되어 세공에 의해 연통하는 보조 저장부로 이루어진 저장부에 저장되고,
상기 보조 저장부로부터 오일 펌프에 의해 상기 냉각 매체의 통로에 공급함과 함께, 상기 복수의 분사 구멍으로부터의 상기 냉각 매체의 유량 분포는, 상기 샤프트의 높이 위치보다 상방의 위치가 됨에 따라 높아지도록 상기 분사 구멍의 배설 피치, 공경, 배설 수를 달리하여 배치하는 것을 특징으로 하는 발전 전동기.
제1항에 있어서,
상기 브래킷에 설치한 분사 구멍의 배설 피치는, 상기 브래킷의 수직 방향 상부에서 조밀하고, 상기 샤프트의 높이 위치가 됨에 따라 점차로 성긴 것을 특징으로 하는 발전 전동기.
제1항에 있어서,
상기 브래킷에 설치한 분사 구멍의 공경은, 상기 브래킷의 수직 방향 상부에서 크고,
상기 샤프트의 높이 위치가 됨에 따라 점차로 작은 것을 특징으로 하는 발전 전동기.
제1항에 있어서,
상기 전기자 코일의 코일 단부에 대향하는 위치에 설치된 분사 구멍의 수는, 상기 브래킷의 수직 방향 상부에서 많고, 상기 샤프트의 높이 위치가 됨에 따라 점차로 적은 것을 특징으로 하는 발전 전동기.
제4항에 있어서,
상기 분사 구멍의 수가 많은 경우에는 분사 구멍의 공경을 크게 하고, 상기 분사 구멍의 수가 적은 경우에는 분사 구멍의 공경을 작게 하는 것을 특징으로 하는 발전 전동기.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 샤프트의 하방부에 설치된 상기 냉각 매체의 주저장부의 액면이, 최하부에 형성된 고정자의 내경측에 도달하도록 설정되는 것을 특징으로 하는 발전 전동기.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 고정자의 외주측에 배설된 상기 하우징은, 그 둘레 방향에 고리형 통로를 설치하여 냉각수를 순환시키는 냉각수로를 형성하는 것을 특징으로 하는 발전 전동기.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 냉각 매체는, 상기 발전 전동기의 외부에 설치한 오일 펌프에 의해 상기 보조 저장부로부터 흡인되어, 오일 쿨러를 개재하여 상기 브래킷의 수직 방향 상부의 상기 냉각 매체의 통로로 보내어져 공급되는 것을 특징으로 하는 발전 전동기.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 기재된 발전 전동기와, 상기 발전 전동기의 샤프트와 연결되는 내연 기관부를 가지는 엔진과, 상기 발전 전동기의 샤프트와 연결되어 상기 엔진과 반대측에 설치되는 유압 기구부를 가지는 유압 펌프를 구비한 전동 차량.