KR101990208B1 - 회전 전기 기기 - Google Patents

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KR101990208B1
KR101990208B1 KR1020170150298A KR20170150298A KR101990208B1 KR 101990208 B1 KR101990208 B1 KR 101990208B1 KR 1020170150298 A KR1020170150298 A KR 1020170150298A KR 20170150298 A KR20170150298 A KR 20170150298A KR 101990208 B1 KR101990208 B1 KR 101990208B1
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도요타지도샤가부시키가이샤
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Abstract

회전 전기 기기의 냉각 구조는, 회전 전기 기기와, 온도 센서와, 제1 토출 기구를 갖는다. 상기 제1 토출 기구의 복수의 토출 구멍은, 회피 영역을 피한 영역에 배치되어 있어, 상기 회피 영역은, 스테이터의 축방향에서 보아, 스테이터 코어의 축을 통과하는 수직선에 대하여 우측 영역과 좌측 영역 중, 상기 온도 센서의 방치 영역과 동일한 영역이며, 또한, 상기 온도 센서의 하단보다 중력 방향 상측으로 되는 영역이다.

Description

회전 전기 기기{ROTATING ELECTRICAL MACHINE}
본 발명은 회전축이 중력 방향과 교차하는 자세로 적재되고, 스테이터 코어의 축방향 일단부측의 단부면으로부터 축방향 외측으로 돌출되는 일단부측 코일 엔드부에 온도 센서가 설치된 회전 전기 기기에 관한 것이다. 예를 들어, 본 발명의 회전 전기 기기는, 차량 구동용의 전동기로서 차량에 탑재된다.
회전 전기 기기는, 주지와 같이, 구동에 수반하여, 동손이나 철손, 기계손과 같은 손실이 발생하여, 상기 손실에 따른 열이 발생한다. 상기 발열에 의해 회전 전기 기기가 과도하게 고온으로 되면, 부품의 열화나, 영구 자석의 감자 등을 초래한다. 그래서, 관련 기술에서는, 스테이터 코일 중, 스테이터 코어보다도 축방향 외측으로 돌출되는 코일 엔드부에 냉매가 되는 액체, 예를 들어 냉각유를 분사하여, 스테이터 코일, 나아가서는, 회전 전기 기기를 냉각하는 기술이 제안되어 있다.
예를 들어, 일본 특허 제5740311에는, 전동 모터(회전 전기 기기)의 측면부(코일 엔드부)를 덮는 사이드 커버를 설치하고, 상기 사이드 커버에 윤활유가 흐르는 유로와, 상기 윤활유를 스테이터의 상측 반원 부분을 향하여 분사하는 복수의 토출 구멍을 형성한 냉각 구조가 개시되어 있다. 이러한 기술에 의하면, 스테이터의 상측 반원 부분에 윤활유가 튄 후, 중력의 영향으로, 스테이터의 하측 반원 부분에도, 윤활유가 흘러가기 때문에, 스테이터 전체를 효과적으로 냉각할 수 있다.
그런데, 회전 전기 기기 중에는, 스테이터 코일의 온도를 검출하기 위해서, 온도 센서를 설치한 것이 있다. 그리고, 이 경우, 온도 센서로 검지된 온도에 따라, 여러가지 제어 파라미터를 변경한다. 예를 들어, 회전 전기 기기를 열로부터 보호하기 위해서, 스테이터 코일의 검출 온도가 과도하게 높은 경우에는, 스테이터 코일에 흐르는 전류를 제한하여, 동손을 저감하는 경우가 있다. 또한, 스테이터 코일의 검출 온도에 따라, 냉매 액체의 토출 유량을 조정하기도 한다. 이와 같이, 스테이터 코일의 온도에 따라, 통전량이나 냉매의 토출 유량을 제어함으로써, 회전 전기 기기를 보다 확실하게 열로부터 보호할 수 있다.
그러나, 온도 센서는, 통상, 코일 엔드부에 설치되는 경우가 많다. 그로 인해, 일본 특허 제5740311호 등과 같이, 코일 엔드부에 냉매를 토출하면, 온도 센서에 냉매가 튀는 경우가 있다. 온도 센서에, 냉매가 튀면, 스테이터 코일의 실제 온도와, 온도 센서에 의한 검출 온도의 괴리가 커져서, 결과적으로, 통전량이나 냉매의 토출 유량을 적절하게 제어할 수 없었다.
그래서, 본 발명은 스테이터 코일의 온도의 검출 정밀도를 유지하면서, 스테이터를 적절하게 냉각할 수 있는 회전 전기 기기를 제공한다.
본 발명의 형태의 회전 전기 기기는, 중력 방향과 교차하는 회전축과, 스테이터 코어와, 당해 스테이터 코어의 축방향 제1 단부측의 단부면으로부터 축방향 외측으로 돌출되는 제1 단부측 코일 엔드부를 갖는 스테이터와, 로터와, 상기 스테이터 및 로터를 보유 지지하는 케이스, 상기 제1 단부측 코일 엔드부에 설치된 온도 센서와, 상기 제1 단부측 코일 엔드부에 대하여 축방향으로 대향하는 상기 케이스의 면에, 상기 제1 단부측 코일 엔드부를 향하여 냉매를 토출하는 복수의 토출 구멍을 갖는 제1 토출 기구를 갖는다. 상기 제1 토출 기구의 복수의 토출 구멍은, 회피 영역을 피한 영역에 배치되어 있다. 상기 회피 영역은, 수평 방향에서 보아 스테이터를 좌우로 균등하게 분할하는 좌우 분할선으로부터 보아서 상기 온도 센서의 배치 영역과 동일한 영역, 또한, 상기 온도 센서의 하단보다 중력 방향 상측으로 되는 영역이다.
본 발명의 형태에 의하면, 제1 토출 기구의 복수의 토출 구멍을, 회피 영역을 피하여 배치함으로써 온도 센서에 냉매가 튀는 것이 방지된다. 그 결과, 스테이터 코일의 온도의 검출 정밀도를 유지하면서, 스테이터를 적절하게 냉각할 수 있다.
본 발명의 형태에 있어서, 상기 온도 센서는, 수평 방향에서 보아 상기 스테이터를 상하로 균등하게 분할하는 상하 분할선보다도 중력 방향 상측에 설치되어 있어도 된다.
본 발명의 형태에 의하면, 온도 센서를, 상하 분할선보다도 중력 방향 상측에 설치함으로써, 회피 영역이 작아져, 제1 토출 기구의 복수의 토출 구멍의 배치 가능 범위가 넓어진다. 또한, 이러한 배치로 함으로써, 온도 센서가, 외장 케이스의 바닥에 고인 냉매에 잠기기 어려워지기 때문에, 스테이터 코일의 온도의 검출 정밀도를 보다 높일 수 있다.
본 발명의 형태에 있어서, 상기 제1 토출 기구의 복수의 토출 구멍은, 상기 상하 분할선보다도 중력 방향 상측에 배치되어 있어도 된다.
본 발명의 형태에 의하면, 이러한 배치로 한 경우, 복수의 토출 구멍으로부터 토출된 냉매는, 중력에 의해 하방으로도 퍼진다. 그 결과, 토출 구멍의 개수가 적어도, 넓은 범위에 냉매를 튀길 수 있다.
본 발명의 형태에 있어서, 회전 전기 기기의 냉각 구조는, 또한, 상기 스테이터 코어의 축방향 타단부측의 단부면으로부터 축방향 외측으로 돌출되는 타단부측 코일 엔드부에 대하여 축방향으로 대향하는 상기 외장 케이스의 면에, 상기 타단부측 코일 엔드부를 향하여 냉매를 토출하는 복수의 토출 구멍을 갖는 제2 토출 기구를 구비해도 된다. 상기 제2 토출 기구의 복수의 토출 구멍은, 상기 좌우 분할선을 사이에 두고 좌우 양측의 영역에 배치되어 있어도 된다.
본 발명의 형태에 의하면, 온도 센서가 설치되어 있지 않은 타단부측에도 토출 기구를 설치함으로써, 스테이터 코일을 더 효과적으로 냉각할 수 있다.
본 발명의 형태에 있어서, 상기 제2 토출 기구로부터 단위 시간당 토출되는 냉매량은, 상기 제1 토출 기구로부터 단위 시간당 토출되는 냉매량보다도 커도 된다.
본 발명의 형태에 의하면, 온도 센서를 피할 필요가 없는 제2 토출 기구의 토출 유량을 많게 함으로써 스테이터 전체를 더 효과적으로 냉각할 수 있다.
본 발명의 형태에 있어서, 상기 외장 케이스는, 케이스 본체와, 상기 케이스 본체의 일단부를 덮는 커버와, 제1 토출 플레이트를 구비해도 된다. 상기 케이스 본체 및 커버 중 어느 한쪽측의 부재의 내면 중, 상기 코일 엔드부와 축방향으로 대향하는 위치에는, 주위 방향으로 연장되는 제1 냉각 홈이 형성되어도 된다. 상기 제1 토출 플레이트는, 상기 제1 토출 기구의 상기 복수의 토출 구멍을 가짐과 함께, 상기 제1 냉각 홈을 덮도록 상기 케이스 본체 및 커버 중 어느 한쪽의 내면에 설치되어도 된다.
본 발명의 형태에 의하면, 이러한 구성으로 한 경우, 냉각홈 부분이, 냉매가 흐르는 냉매로로 된다. 그리고, 냉매로 및 복수의 토출 구멍을, 케이스 본체 및 커버 중 어느 한쪽측의 부재와, 토출 플레이트의 2 부재로 구성함으로써, 복수의 토출 구멍 및 상기 복수의 토출 구멍에 연통하는 냉매로를 형성하기 위한 가공이 용이해진다.
본 발명의 형태에 의하면, 제1 토출 기구의 복수의 토출 구멍을, 회피 영역을 피하여 배치하고 있기 때문에, 온도 센서에 냉매가 튀는 것이 방지된다. 그 결과, 스테이터 코일의 온도의 검출 정밀도를 유지하면서, 스테이터를 적절하게 냉각할 수 있다.
본 발명의 예시적인 실시예의 특징, 이점 및 기술적 및 산업적 의의는 유사 요소들을 유사 도면 부호들로 나타낸 첨부 도면을 참조하여 후술될 것이다.
도 1은 실시 형태인 회전 전기 기기의 개략 종단면도이다.
도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ 단면도이다.
도 3은 도 1의 Ⅲ-Ⅲ 단면도이다.
도 4는 도 2의 Ⅳ-Ⅳ 단면도이다.
도 5는 제1 토출 기구의 복수의 토출 구멍과 스테이터의 위치 관계를 도시하는 도면이다.
도 6은 제2 토출 기구의 복수의 토출 구멍과 스테이터의 위치 관계를 도시하는 도면이다.
도 7은 관련 기술의 토출 기구의 일례를 도시하는 도면이다.
도 8은 관련 기술에 있어서의 리드선측의 복수의 토출 구멍과 스테이터의 위치 관계를 도시하는 도면이다.
도 9는 관련 기술에 있어서의 반리드선측의 복수의 토출 구멍과 스테이터의 위치 관계를 도시하는 도면이다.
도 10은 리드선측에 있어서의 본 실시 형태에서의 검출 온도와 관련 기술에서의 검출 온도를 도시하는 도면이다.
도 11은 반리드선측에 있어서의 본 실시 형태에서의 검출 온도와 관련 기술에서의 검출 온도를 도시하는 도면이다.
도 12는 다른 토출 기구의 일례를 도시하는 도면이다.
도 13은 다른 토출 기구의 일례를 도시하는 도면이다.
도 14는 다른 토출 기구의 일례를 도시하는 도면이다.
도 15는 다른 토출 기구의 일례를 도시하는 도면이다.
이하, 실시 형태인 회전 전기 기기(10)에 대하여 도면을 참조하여 설명한다. 도 1은, 실시 형태인 회전 전기 기기(10)의 개략 종단면도이다. 또한, 도 2는, 도 1의 Ⅱ-Ⅱ 단면도, 도 3은, 도 1의 Ⅲ-Ⅲ 단면도이다. 또한, 도 4는, 도 2의 Ⅳ-Ⅳ 단면도이다. 또한, 도 1∼도 3에 있어서, 중력은, 지면의 위로부터 아래로 향하여 작용하고 있어, Z축 방향이 중력 방향, X축 방향 및 Y축 방향이 수평 방향이 된다.
상기 회전 전기 기기(10)는 전동 차량, 예를 들어, 하이브리드 자동차나 전기 자동차에 탑재된다. 전동 차량에 있어서, 상기 회전 전기 기기(10)는 차량을 주행시키기 위한 동력을 발생하는 주행용 모터로서 사용되어도 되고, 회생 제동력이나 엔진의 잉여 동력에 의해 발전하는 제네레이터로서 사용되어도 된다. 전동 차량에 있어서, 회전 전기 기기(10)는 그 회전축(12)이 중력 방향과 대략 직교하는 자세로 적재되어 있다. 단, 회전 전기 기기(10)는 회전축(12)이 중력 방향과 교차한다면, 수평 방향에 대하여 경사져서 적재되어 있어도 된다.
회전 전기 기기(10)는 회전축(12)과, 상기 회전축(12)에 고착된 로터(14)와, 로터(14)의 외주 주위에 배치된 스테이터(16)와, 상기 구성 요소를 수용하는 외장 케이스(18)를 구비하고 있다. 회전축(12)은 베어링(28)을 통하여 외장 케이스(18)에 축지지되어 있고, 자전 가능하게 되어 있다. 로터(14)는 적층 강판 등으로 이루어지는 로터 코어와, 상기 로터 코어 내에 매립되는 복수의 영구 자석을 구비한 대략 환상 부재이다. 로터(14)는 회전축(12)에 고착되어 있고, 회전축(12)은 상기 로터(14)와 일체로 되어서 회전한다.
스테이터(16)는 스테이터 코어(20)와 스테이터 코일(22)을 구비하고 있다. 스테이터 코어(20)는 적층 강판 등으로 이루어지는 대략 환상 부재로, 환상의 요크와, 상기 요크의 내주로부터 직경 방향 내측으로 돌출되는 복수의 티스를 구비하고 있다. 각 티스에는, 스테이터 코일(22)을 구성하는 권선이 권회되어 있다. 상기 권선의 권회 방법은, 권선을 하나의 티스에 권회하는 집중권이어도 되고, 권선을 복수의 티스에 걸쳐서 권회하는 분포권이어도 된다. 어느 것으로 해도, 스테이터(16)의 축방향 양단에는, 스테이터 코일(22) 중, 스테이터 코어(20)의 축방향 단부면으로부터 축방향 외측으로 돌출된 부분인 코일 엔드부(22e)가 존재하고 있다.
스테이터 코일(22)은 삼상의 코일, 즉, U상 코일, V상 코일, W상 코일을 결선하여 구성된다. 코일의 결선 형태는, 특별히 한정되지 않지만, 본 실시 형태에서는, 삼상의 코일 각각의 말단을, 중성점에서 일괄하여 접속한 스타 결선으로 하고 있다. 회전 전기 기기(10)를 전동기로서 사용하는 경우에는, 상기 스테이터 코일(22)에 삼상 교류 전류를 인가한다. 이에 의해, 회전 자계가 형성되어, 로터(14)가 회전한다. 또한, 회전 전기 기기(10)를 발전기로서 사용하는 경우에는, 차량의 회생 제동력이나 엔진의 잉여 동력에 의해, 회전축(12) 및 로터(14)가 회전한다. 이에 의해, 스테이터 코일(22)에 전류가 유도된다.
삼상의 코일 각각의 시단부는, 단자대(30)(도 1에서는 도시하지 않음, 도 2 참조)에 설치된 입출력 단자(32)에 접속된다. 단자대(30)는 스테이터(16)의 축방향 일단부에 설치되는 부재이며, 입출력 단자(32)를 갖고 있다. 입출력 단자(32)는 삼상의 코일 각각과, 외부에 설치된 인버터를 전기적으로 중계한다. 또한, 이하에서는, 회전 전기 기기(10)의 축방향 양측 중, 상기 단자대(30) 및 후술하는 온도 센서(34)가 설치되는 측(도 1에 있어서의 좌측)을 「리드선측」이라고 칭하고, 반대측(도 1에 있어서의 우측)을 「반리드선측」이라고 칭한다. 본 실시 형태에 있어서의 「리드선측」이 청구항에 있어서의 「일단부측」에, 「반리드선측」이 청구항에 있어서의 「타단부측」에 대응한다.
리드선측의 코일 엔드부(22e)에는, 스테이터 코일(22)의 온도를 검출하기 위한 온도 센서(34)가 설치되어 있다. 온도 센서(34)는 온도에 따른 전기 신호를 출력할 수 있는 것이기만 하면, 특별히 한정되지 않고 예를 들어, 서미스터 등으로 이루어진다. 회전 전기 기기(10)의 구동을 제어하는 제어부(도시하지 않음)는 회전 전기 기기(10)를 열로부터 보호하기 위해서, 온도 센서(34)의 검출 온도가 높은 경우에는, 스테이터 코일(22)에 흐르는 전류를 제한한다. 또한, 제어부는, 온도 센서(34)의 검출 온도에 따라, 스테이터 코일(22)에 토출하는 냉각유(냉매)의 토출 유량을 조정한다.
여기서, 도 2에 도시하는 바와 같이, 스테이터의 축방향에서 보아, 스테이터(16)를 좌우 균등하게 분할하는 선을 수직선(좌우 분할선) Lv, 스테이터(16)를 상하 균등하게 분할하는 선을 수평선(상하 분할선) Lh로 한다. 수직선 Lv 및 수평선 Lh는, 스타터의 축을 통과한다. 그렇게 하면, 단자대(30) 및 온도 센서(34)는 좌우 분할선 Lv에 대하여 20∼60도 정도 기운 위치에 설치되어 있다. 바꾸어 말하면, 단자대(30) 및 온도 센서(34)는 스테이터(16)의 수평선보다도 상측, 또한, 수직선으로부터 시프트된 위치에 설치되어 있다.
외장 케이스(18)는 케이스 본체(24)와, 커버(26)와, 케이스 본체(24) 및 커버(26)의 내면에 설치되는 2개의 토출 플레이트(46, 56)로 크게 구별된다. 케이스 본체(24)는 축방향 일단(본 실시 형태에서는 리드선 측단부)이 개구된 대략 원통형 부재이다. 또한, 커버(26)는 케이스 본체(24)의 개구를 덮는 부재이며, 볼트 등의 고정 수단에 의해, 케이스 본체(24)에 고정된다. 상기 외장 케이스(18)의 기본적인 구성은, 공지된 관련 기술을 이용할 수 있기 때문에, 여기에서의 상세한 설명은 생략한다. 이하에서는, 주로, 외장 케이스(18)에 설치된 제1 토출 기구(40) 및 제2 토출 기구(42)에 대하여 설명한다.
커버(26) 중, 리드선측의 코일 엔드부(22e)와의 대향면에는, 냉각유를 토출하는 제1 토출 기구(40)가 설치되어 있다. 또한, 케이스 본체(24) 중, 타단부측(도 1의 우측 단부측)의 코일 엔드부(22e)와의 대향면에는, 냉각유를 토출하는 제2 토출 기구(42)가 설치되어 있다.
제1 토출 기구(40)는 도 2, 도 4에 도시한 바와 같이, 커버(26)의 내면에 형성된 제1 냉각 홈(44)과, 상기 제1 냉각 홈(44)을 덮는 제1 토출 플레이트(46)로 구성된다. 제1 냉각 홈(44)은 커버(26) 중, 코일 엔드부(22e)와 축방향으로 대향하는 위치에 있어서, 주위 방향으로 연장되는 홈이다.
또한, 제1 토출 플레이트(46)는 제1 냉각 홈(44)보다도 충분히 폭이 넓은 원호상의 플레이트이다. 상기 제1 토출 플레이트(46)는 볼트 등에 의해, 커버(26)의 내면에 고착된다. 이때, 제1 토출 플레이트(46)는 커버(26)의 내면에 액밀하게 밀착함과 함께, 제1 냉각 홈(44)을 덮는다. 그리고, 이에 의해, 커버(26)와 제1 토출 플레이트(46) 사이에, 냉각유가 흐르는 냉매로(52)가 형성된다.
제1 토출 플레이트(46)에는, 주위 방향으로 간격을 두고 배열되는 복수의 토출 구멍(48)이 형성되어 있다. 각 토출 구멍(48)은 제1 토출 플레이트(46)를 두께 방향으로 관통하고 있다. 냉매로(52)에 흐르는 냉각유는, 상기 복수의 토출 구멍(48)을 통하여 외부로 분출된다. 따라서, 냉각유는, 냉매로(52)로부터 복수의 토출 구멍(48)을 통하여 축방향으로 분출되어, 리드선측의 코일 엔드부(22e)의 축방향 단부면에 닿게 된다. 제1 토출 플레이트(46)의 복수의 토출 구멍(48)은 온도 센서(34)에 냉각유가 튀지 않는 위치에 배치되는데, 상기 위치에 대해서는, 이후에 상세하게 설명한다.
제2 토출 기구(42)도, 제1 토출 기구(40)와 거의 동일한 구조를 갖고 있다. 즉, 도 3에 도시한 바와 같이, 제2 토출 기구(42)는 케이스 본체(24)의 내면에 있어서 주위 방향으로 연장되는 제2 냉각 홈(54)과, 상기 제2 냉각 홈(54)을 덮는 제2 토출 플레이트(56)로 구성된다. 제2 토출 플레이트(56)는 케이스 본체(24)의 내면에 액밀하게 밀착함과 함께, 제2 냉각 홈(54)을 덮는다. 제2 토출 플레이트(56)에는, 주위 방향으로 간격을 두고 배열되는 복수의 토출 구멍(58)이 형성되어 있다. 냉각유는, 냉매로(52)로부터 복수의 토출 구멍(58)을 통하여 축방향으로 분출되고, 반리드선측의 코일 엔드부(22e)의 축방향 단부면에 닿는다. 제2 토출 플레이트(56)의 복수의 토출 구멍(58)은 코일 엔드부(22e)의 전체면에 냉각유가 튀는 위치에 배치되는데, 상기 위치에 대해서는, 후술한다.
외장 케이스(18)의 외측에는, 도 1에 도시한 바와 같이, 냉각유를, 제1 토출 기구(40) 및 제2 토출 기구(42)로 유도하는 냉매 통로(62)가 설치되어 있다. 상기 냉매 통로(62)는 도중에 두갈래로 분기된다. 분기 후의 냉매 통로(62)는 제1 냉각 홈(44) 및 제2 냉각 홈(54)에 연통하고 있다. 또한, 코일 엔드부(22e)에 토출된 냉각유는, 중력에 의해 하방으로 낙하하여, 외장 케이스(18)의 바닥에 고인다. 외장 케이스(18)의 저부에는, 저류하는 냉각유를 회수하기 위한 회수 통로(도시하지 않음)가 접속되어 있다. 회수 통로를 통하여 회수된 냉각유는, 자연 냉각된 후, 다시, 냉매 통로(62)를 통하여, 제1, 제2 토출 기구(40, 42)에 공급된다.
이어서, 제1, 제2 토출 기구(40, 42)에 있어서의 복수의 토출 구멍(48, 58)의 배치에 대해서 도 5, 도 6을 참조하여 설명한다. 도 5는, 제1 토출 기구(40)의 복수의 토출 구멍(48)과 스테이터(16)의 위치 관계를 설명하는 도면이다. 도 6은, 제2 토출 기구(42)의 복수의 토출 구멍(58)과 스테이터(16)의 위치 관계를 설명하는 도면이다. 또한, 도 5는, 도 1의 지면 좌측으로부터 리드선측의 코일 엔드부(22e)를 보고 있다. 도 6은, 도 1의 지면 우측으로부터 반리드선측의 코일 엔드부(22e)를 보고 있다. 따라서, 도 2와 도 5, 및 도 3과 도 6은, 시선의 방향이 반전되어 있다. 그리고, 시선의 방향이 반전되어 있는 관계상, 도 2와 도 5, 및 도 3과 도 6에서는, 복수의 토출 구멍(48, 58)이나 온도 센서(34) 등의 위치가, 좌우 반전되어 보이고 있다.
앞서 설명한 바와 같이, 리드선측의 코일 엔드부(22e)에는, 온도 센서(34) 및 단자대(30)가 설치되어 있다. 온도 센서(34) 및 단자대(30)는 수평선 Lh보다 상측, 또한, 수직선 Lv로부터 시프트된 위치에 배치되어 있다. 이렇게 온도 센서(34)를 상하 분할선 Lh보다 상측에 배치함으로써 외장 케이스(18)의 바닥에 고인 냉각유에 온도 센서(34)가 잠기기 어려워진다. 또한, 온도 센서(34)를 수평선 Lh보다 상측에 배치함으로써 후술하는 회피 영역을 좁게 할 수 있어, 복수의 토출 구멍(48)의 배치 가능 영역이 넓어진다.
제1 토출 기구(40)의 복수의 토출 구멍(48)은 상기 온도 센서(34)에 냉각유가 튀지 않는 위치에 배치되어 있다. 구체적으로는, 복수의 토출 구멍(48)은 회피 영역 La를 피한 영역에 배치된다. 회피 영역 La란, 도 5에서, 파선으로 둘러싼 영역이며, 수직선 Lv로부터 보아서 온도 센서(34)와 동일 측, 또한, 온도 센서(34)의 하단보다 중력 방향 상측으로 되는 영역이다.
본 실시 형태에서는, 수직선 Lv를 사이에 두고 온도 센서(34)와는 반대측, 또한, 수평선 Lh보다도 상측으로 되는 영역에, 제1 토출 기구(40)의 복수의 토출 구멍(48)을 형성하고 있다. 복수의 토출 구멍(48)으로부터 토출된 냉각유는, 코일 엔드부(22e)의 축방향 단부면에 닿은 후에는 중력의 영향에 의해, 상기 코일 엔드부(22e)를 따라서 하방으로 낙하해 간다. 도 5에 있어서, 옅은 흑색 해칭은, 냉각유가 튀는 범위를 나타내고 있다.
도 5로부터 명백한 바와 같이 복수의 토출 구멍(48)을 수평선 Lh보다도 상측에 배치해 두면, 토출된 냉각유가 중력에 의해 하방으로 퍼지기 때문에, 토출 구멍(48)의 개수가 적어도 넓은 범위에 냉각유를 튀길 수 있다. 또한, 수직선 Lv로부터 보아서 온도 센서(34)와 동일 측에는 토출 구멍(48)을 형성하고 있지 않기 때문에, 온도 센서(34)에는, 냉각유는 튀지 않는다.
도 6에 있어서도, 옅은 흑색 해칭은, 냉각유가 튀는 범위를 나타내고 있다. 또한, 도 6이 도시하는 반리드선측에는, 온도 센서(34)는 설치되어 있지 않지만, 도 6에서는, 참고로서, 리드선측에 배치된 온도 센서(34)의 위치를 이점쇄선으로 나타내고 있다.
제2 토출 기구(42)의 복수의 토출 구멍(58)은 수직선 Lv를 사이에 두고 좌우 양측의 영역에 배치되어 있다. 본 실시 형태에서는, 수직선 Lv를 중심으로 하여, 온도 센서(34)와 동일한 영역에는 5개의 토출 구멍(58)을, 온도 센서(34)의 반대측 영역에는 2개의 토출 구멍(58)을 형성하고 있다. 바꾸어 말하면, 제2 토출 기구(42)는 7개의 토출 구멍(58)이 형성되어 있어, 제1 토출 기구(40)의 토출 구멍(48)보다도 많다. 그리고, 토출 구멍의 개수가 많은 만큼, 제2 토출 기구(42)로부터 단위 시간당 토출하는 냉매 유량도, 제1 토출 기구(40)의 냉매 유량보다도 많아져 있다. 또한, 모든 토출 구멍(58)은 모두, 수평선 Lh보다도 상측에 배치되어 있다.
복수의 토출 구멍(58)으로부터 분출한 냉각유는, 반리드선측의 코일 엔드부(22e)의 축방향 단부면에 닿은 후에는 중력의 영향에 의해, 상기 코일 엔드부(22e)를 따라서 하방으로 낙하해 간다. 또한, 좌우 양측에 복수의 토출 구멍(58)이 형성되어 있기 때문에, 냉각유는, 코일 엔드부(22e)의 전체에 튀게 된다. 또한, 본 실시 형태에서는, 반리드선측에 있어서, 마주보아 좌측에 배치되는 토출 구멍(58)을, 마주보아 우측에 배치되는 토출 구멍(58)보다도 많게 형성하고 있다. 상기와 같이 복수의 토출 구멍(58)을 형성하고 있는 것은, 반리드선측에 있어서의 마주보아 좌측은, 리드선측에 있어서의 마주보아 우측이며, 온도 센서(34)가 배치되는 측이기 때문이다. 리드선측에 있어서, 온도 센서(34)가 배치되는 영역은, 냉각유가 튀지 않아, 냉각 능력이 낮아지는 경향이 있다. 그래서, 반리드선측에서는, 냉각유의 토출 유량을 증가시켜서 냉각 능력을 높이기 위해서, 토출 구멍(58)의 개수를 많게 하고 있다.
이어서, 복수의 토출 구멍(48, 58)을, 상술한 바와 같은 배치로 하는 이유에 대해서, 관련 기술과 비교하여 설명한다. 도 7은, 관련 기술의 토출 기구의 일례를 도시하는 개략도이다. 또한, 도 8은, 리드선측의 복수의 토출 구멍(104)과 스테이터(16)의 위치 관계를 설명하는 도면이다. 도 9는, 반리드선측의 복수의 토출 구멍(106)과 스테이터(16)의 위치 관계를 설명하는 도면이다.
관련 기술에서는, 코일 엔드부(22e)보다 중력 방향 상측에, 회전축(12)과 평행하게 연장되는 제1, 제2 배관(100, 102)을 설치하고 있었다. 각 배관(100, 102)은, 상기 각 배관의 시단부가 냉각유의 공급원에 접속되어 있음과 함께, 상기 각 배관의 말단이 폐색된 배관이다. 배관(100, 102)의 말단 근방의 주위면에는, 토출 구멍(104, 106)이 2개씩 형성되어 있다. 상기 토출 구멍(104, 106)으로부터 냉각유가 외부로 방출된다. 따라서, 관련 기술에서는, 냉각유는, 배관(100, 102)으로부터 토출 구멍(104, 106)을 통하여 직경 방향으로 토출되고, 코일 엔드부(22e)의 외주면에 닿게 된다. 코일 엔드부(22e)의 외주면에 닿은 냉각유는, 그 후, 코일 엔드부(22e)를 따라서 하방으로 낙하해 간다. 단, 냉각유의 토출 유량에 따라 다르지만, 수평선 Lh보다 하측까지 냉각유가 도달하는 것은 어렵다. 통상, 냉각유는, 도 8, 도 9에 있어서 옅은 흑색 해칭으로 나타내는 바와 같이, 수직선 Lv로부터 40∼70도 정도, 경사진 범위에 튄다.
여기서, 리드선측에 있어서, 온도 센서(34)는 수직선 Lv에 대하여 20도∼70도 정도, 기운 위치에 설치되어 있기 때문에, 관련 기술에서는, 온도 센서(34)의 배치 범위와 냉각유가 튀는 범위가 중복된다. 따라서, 관련 기술에서는, 온도 센서(34)에 냉각유가 튀기 쉬웠다. 이 경우, 온도 센서(34)의 온도가 저하하기 때문에, 스테이터 코일(22)의 실제 온도와, 온도 센서(34)에 의한 검출 온도의 괴리가 크게 되었다.
여기서, 앞서 설명한 바와 같이, 회전 전기 기기(10)의 제어부는, 회전 전기 기기(10)를 열로부터 보호하기 위해서, 온도 센서(34)의 검출 온도에 기초하여, 통전량이나 냉각유의 유량 등을 제어하고 있다. 따라서, 온도 센서(34)에 냉각유가 튀어, 실제의 코일 온도보다도 낮은 온도가 검출되면, 회전 전기 기기(10)를 열로부터 적절하게 보호할 수 없다.
이러한 문제를 피하기 위해서, 온도 센서(34)를 수직선 Lh보다도 하측에 배치하는 것도 생각된다. 이러한 배치로 하면, 관련 기술에서도, 온도 센서(34)에, 토출 구멍(104)으로부터 토출된 냉각유가 튀지 않게 된다. 그러나, 외장 케이스(18)의 하부에는, 낙하한 냉각유가 저류하고 있는 경우가 있다. 온도 센서(34)를 스테이터(16)의 하부에 설치하면, 저류하고 있는 냉각유에 온도 센서(34)가 잠길 가능성이 있다. 이 경우에도, 온도 센서(34)의 검출 정밀도가 저하된다. 즉, 검출 온도의 정밀도를 유지하기 위해서는, 온도 센서(34)는 수평선보다도 중력 방향 상측에 설치되는 것이 바람직하다.
또한, 관련 기술에서는, 토출 구멍(104)이 스테이터(16)의 상측에만 형성되어 있기 때문에, 냉각유가 튀는 범위가 작아, 스테이터 코일(22)의 냉각 효율이 나빴다. 본 실시 형태에서는, 복수의 토출 구멍(48, 58)을, 주위 방향으로 간격을 두고 복수 형성하고 있기 때문에, 코일 엔드부(22e)의 넓은 범위에 냉각유를 튀길 수 있다. 그 결과, 본 발명에 따르면, 스테이터(16)를 효율적으로 냉각할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에서는, 리드선측에 있어서, 수직선 Lv로부터 보아서 온도 센서(34)의 반대측에만 냉각유를 튀기고 있기 때문에, 실제의 코일 온도와, 온도 센서(34)에서의 검출 온도의 괴리를 작게 억제할 수 있다.
도 10, 도 11은, 본 실시 형태와 관련 기술에 있어서의 스테이터 코일(22)의 온도를 측정한 실험 결과이다. 실험에서는, 본 실시 형태 및 관련 기술의 회전 전기 기기(10)를 구동하고, 그때의 스테이터 코일(22)의 온도를 검출하였다. 스테이터 코일(22)의 온도의 검출에는, 서미스터로 이루어지는 온도 센서(34)와, 열전대를 사용하였다. 온도 센서(34)는 리드선측의 코일 엔드부(22e) 중, 수직선 Lv로부터 45도 경사진 위치에 설치하였다. 열전대는, 리드선측에서는, 45도 간격으로 8개, 반리드선측에서는, 45도 간격으로 7개 설치하였다. 각 열전대는, 냉각유가 튀지 않도록, 코일 엔드부(22e)의 내부에 설치하고 있다. 따라서, 열전대의 검출 온도 쪽이, 온도 센서(34)의 검출 온도보다도, 실제의 코일 온도에 가깝다고 말할 수 있다.
도 10은, 리드선측에 있어서의 온도 측정 결과를, 도 11은, 반리드선측에 있어서의 온도 측정 결과를 도시하고 있다. 또한, 도 10에 있어서, 흑색 사각은, 관련 기술에 있어서의 온도 센서(34)의 검출 온도를, 백색 사각은, 본 실시 형태에 있어서의 온도 센서(34)의 검출 온도를 나타내고 있다. 또한, 도 10, 도 11에 있어서, 파선은, 관련 기술에 있어서의 열전대의 검출 온도를, 실선은, 본 실시 형태에 있어서의 열전대의 검출 온도를 나타내고 있다. 또한, 도 10, 도 11에 있어서의 직경 방향의 눈금 Kn은 온도를 나타내고 있고, 인접하는 눈금의 차분값(Kn+1-Kn)은 n의 값에 관계없이 일정한 고정값이다.
도 10, 도 11로부터 명백한 바와 같이 관련 기술에서는, 온도 센서(34)의 검출 온도(흑색 사각)는 K2 정도이다. 한편, 열전대의 검출 온도(파선)는 코일 엔드부(22e)의 하측 절반, 특히, 반리드선측의 하측 절반에서는, 높아져 있어, K4를 초과하고 있다. 한편, 본 실시 형태에서는, 온도 센서(34)의 검출 온도(백색 사각)는 K3 정도로 되어 있다. 또한, 열전대의 검출 온도(실선)는 온도 센서(34)가 배치되어 있는 리드선측의 우측 절반에서는 높아져 있어, K4를 초과하고 있다.
관련 기술과 본 실시 형태를 비교하면, 열전대의 검출 온도의 최고치는, 관련 기술과 본 실시 형태에서 거의 동일하지만, 온도 센서(34)의 검출 온도는, 본 실시 형태에 비하여 관련 기술에서는 낮아져 있다. 즉, 실제의 코일 온도에 가까운 열전대의 검출 온도와, 온도 센서(34)의 검출 온도의 괴리는, 관련 기술 쪽이 큰 것을 알 수 있다.
여기서, 회전 전기 기기(10)의 제어부는, 회전 전기 기기(10)를 열로부터 보호하기 위해서, 온도 센서(34)의 검출 온도가 높아지면, 통전량을 저감시키거나, 냉각유의 유량을 증가시키거나 한다. 온도 센서(34)의 검출 온도와 실제의 코일 온도의 괴리가 커지면, 원래는, 전류 제한이나 냉각유량의 증가가 필요하다. 그럼에도 불구하고, 전류 제한이나 냉각유량의 증가가 행해지지 않아, 회전 전기 기기(10)가 열로부터 충분히 보호되지 않을 가능성이 있다.
본 실시 형태에서는, 리드선측의 복수의 토출 구멍(48)을 온도 센서(34)에 냉각유가 튀지 않는 위치에 배치하고 있기 때문에, 관련 기술에 비하여, 온도 센서(34)의 검출 온도와, 실제의 코일 온도의 괴리가 작다. 그 결과, 스테이터 코일(22)의 통전량이나 냉각유의 유량을 적절하게 제어할 수 있다. 한편, 본 실시 형태에서는, 리드선측이며, 온도 센서(34)가 배치되는 측의 냉각이 부족한 경향으로 된다. 그래서, 본 실시 형태에서는, 리드선측에서의 냉각 능력의 저하를 보충하기 위해, 반리드선측에 있어서의 토출 구멍(58)의 수를 많게 한다. 이에 의해, 제2 토출 기구(42)로부터 단위 시간당 토출되는 냉각유량을, 제1 토출 기구(40)로부터 단위 시간당 토출되는 냉각유량보다 많게 하고 있다. 이에 의해, 반리드선측에 있어서의 냉각 능력을 높일 수 있어, 스테이터 코일(22)의 온도 증가를 보다 억제할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에서는, 반리드선측 중, 수직선 Lv로부터 보아서 온도 센서(34)와 동일한 영역에 배치되는 토출 구멍(58)의 개수(5개)를 온도 센서(34)의 반대측에 배치되는 토출 구멍(58)의 개수(2개)보다 많게 하고 있다. 이에 의해, 리드선측에 있어서의 냉각 부족을, 반리드선측에서 보충할 수 있어, 스테이터 코일(22)의 온도 변동을 보다 저감할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에서는, 코일 엔드부(22e)와 축방향으로 대향하는 면에 형성된 복수의 토출 구멍(48, 58)으로부터 냉각유를 토출하고 있다. 따라서, 코일 엔드부(22e)의 중력 방향 상측의 토출 구멍(104, 106)으로부터 냉각유를 토출하는 관련 기술에 비하여, 넓은 범위에 냉각유를 튀길 수 있어, 스테이터 코일(22)을 더 효과적으로 냉각할 수 있다. 특히, 온도 센서(34)가 설치되어 있지 않은 반리드선측에서는, 본 실시 형태에서는, 코일 엔드부(22e) 전체에 냉각유를 튀길 수 있기 때문에, 관련 기술에 비하여, 코일 엔드부(22e)의 온도를 전체적으로 저감할 수 있다.
또한, 지금까지의 설명에서 명백한 바와 같이 본 실시 형태에서는, 토출 구멍(48, 58)을 모두, 수평선 Lh보다도 중력 방향 상측에 형성하고 있다. 이러한 구성으로 함으로써, 중력을 이용하여, 복수의 토출 구멍(48, 58)보다도 하측에도 냉각유를 튀길 수 있다. 따라서, 본 실시 형태에 따르면, 수평선 Lh보다도 하측에만 토출 구멍을 형성하는 경우에 비하여, 스테이터 코일(22)을 효과적으로 냉각할 수 있다.
그런데, 지금까지 설명한 구성은 일례이며, 적어도, 리드선측에 형성되는 복수의 토출 구멍(48)이 회피 영역 La(수직선 Lv로부터 보아서 온도 센서(34)와 동일 측, 또한, 온도 센서(34)의 하단보다 중력 방향 상측으로 되는 영역)를 피하여 배치되는 것이기만 하면, 다른 구성이어도 된다.
예를 들어, 도 12에 도시한 바와 같이, 리드선측에 배치되는 제1 토출 기구(40)를, 하측으로 볼록한 대략 C자상으로 하고, 일부의 토출 구멍(48)을 수직선 Lv로부터 보아서 온도 센서(34)와 동일 측 또한 온도 센서(34)의 하단으로부터 하측의 위치에 배치해도 된다.
또한, 토출 기구(40, 42)의 개수는, 1개여도 되고, 복수여도 된다. 따라서, 도 13에 도시한 바와 같이, 온도 센서(34)를 사이에 두고, 좌우 양측에 제1 토출 기구(40)를 설치해도 된다. 또한, 온도 센서(34)의 위치도, 적절히 변경되어도 되고, 도 13에 도시한 바와 같이, 온도 센서(34)를 수직선 Lv 상에 배치하고, 온도 센서(34)의 양측에 제1 토출 기구(40)를 배치해도 된다. 또한, 냉각 홈(44, 54) 및 토출 플레이트(46, 56)의 형상도 특별히 한정되지 않고 도 14에 도시한 바와 같이, 직선상이어도 된다.
또한, 지금까지의 설명에서는, 토출 기구(40, 42)를, 케이스 본체(24) 또는 커버(26)와, 토출 플레이트(46, 56)로 구성하고 있지만, 코일 엔드부(22e)의 축방향 단부면에 냉각유를 토출하는 토출 구멍(48, 58)이 얻어지는 것이기만 하면, 적절히, 다른 구성이어도 된다. 예를 들어, 도 15에 도시한 바와 같이, 제1 토출 플레이트(46)를 폐지하고, 대신에, 커버(26)의 외면에 제1 냉각 홈(44)을 내면에 토출 구멍(48)을 형성해도 된다. 이 경우, 커버(26)의 외면에는, 제1 냉각 홈(44)을 덮는 피복 부재(60)를 설치하면 된다.

Claims (7)

  1. 회전 전기 기기(10)에 있어서,
    중력 방향과 교차하는 회전축(12):
    스테이터 코어(20)와, 당해 스테이터 코어(20)의 축방향 제1 단부측의 단부면으로부터 축방향 외측으로 돌출되는 제1 단부측 코일 엔드부(22e)를 갖는 스테이터(16):
    로터(14):
    상기 스테이터(16) 및 로터(14)를 수납하는 케이스(18):
    상기 제1 단부측 코일 엔드부(22e)에 설치된 온도 센서(34): 및
    상기 제1 단부측 코일 엔드부(22e)에 대하여 축방향으로 대향하는 상기 케이스(18)의 제1면에, 상기 제1 단부측 코일 엔드부(22e)를 향하여 냉매를 토출하는 복수의 제1 토출 구멍(48)을 갖는 제1 토출 기구(40)
    를 포함하며,
    상기 제1 토출 기구(40)의 복수의 제1 토출 구멍(48)은 회피 영역을 피한 영역에 배치되어 있고,
    상기 회피 영역은, 스테이터(16)의 축방향에서 보아, 스테이터 코어(20)의 축을 통과하는 수직선(Lv)에 대하여 우측 영역과 좌측 영역 중, 상기 온도 센서(34)의 방치 영역과 동일한 영역이며, 또한, 상기 온도 센서(34)의 하단보다 중력 방향 상측으로 되는 영역인
    회전 전기 기기(10).
  2. 제1항에 있어서,
    상기 온도 센서(34)는 상기 스테이터의 축방향에서 보아 상기 스테이터(16)의 축을 통과하는 수평선(Lh)보다도 중력 방향 상측에 설치되어 있는 회전 전기 기기(10).
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 토출 기구(40)의 복수의 토출 구멍(48)은 상기 수평선(Lh)보다도 중력 방향 상측에 배치되어 있는 회전 전기 기기(10).
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 토출 기구(40)의 복수의 토출 구멍(48)은 상기 스테이터의 축방향에서 보아 스테이터(16)의 축을 통과하는 수평선(Lh)보다도 중력 방향 상측에 배치되어 있는 회전 전기 기기(10).
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 스테이터 코어(20)의 축방향 제2 단부측의 단부면으로부터 축방향 외측으로 돌출되는 제2 단부측 코일 엔드부(22e)에 대하여 축방향으로 대향하는 상기 케이스(18)의 면에, 상기 제2 단부측 코일 엔드부(22e)를 향하여 냉매를 토출하는 복수의 제2 토출 구멍(58)을 갖는 제2 토출 기구(42)를 더 포함하고, 상기 제2 토출 기구(42)의 복수의 제2 토출 구멍(58)은 상기 수직선(Lv) 좌우 양측의 영역에 배치되어 있는 회전 전기 기기(10).
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제2 토출 기구(42)로부터 단위 시간당 토출되는 냉매량은, 상기 제1 토출 기구(40)로부터 단위 시간당 토출되는 냉매량보다도 큰 회전 전기 기기(10).
  7. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 케이스(18)는 케이스 본체(24)와, 상기 케이스 본체(24)의 일단부를 덮는 커버(26)와, 토출 플레이트(46)를 구비하고,
    상기 케이스 본체(24) 및 커버(26) 중 어느 한쪽측의 부재의 내면 중, 상기 코일 엔드부(22e)와 축방향으로 대향하는 위치에는, 주위 방향으로 연장되는 제1 냉각 홈(44)이 형성되고,
    상기 토출 플레이트(46)는 상기 제1 토출 기구(40)의 상기 복수의 토출 구멍(48)을 가짐과 함께, 상기 제1 냉각 홈(44)을 덮도록 상기 케이스 본체(24) 및 커버(26) 중 어느 한쪽의 내면에 설치되는 회전 전기 기기(10).
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