KR20130036069A

KR20130036069A - 전동기의 냉각 매체 배출 구조 및 전동기

Info

Publication number: KR20130036069A
Application number: KR1020137004181A
Authority: KR
Inventors: 야스히코 마츠키; 아키라 미나미우라
Original assignee: 가부시키가이샤 고마쓰 세이사쿠쇼
Priority date: 2011-03-14
Filing date: 2012-03-08
Publication date: 2013-04-09
Also published as: US20130342045A1; DE112012001235T5; CN103081314B; JP2012191826A; US9379594B2; CN103081314A; JP5254387B2; KR101436767B1; WO2012124611A1

Abstract

냉각 매체로 전동기를 냉각시킴에 있어서, 전동기의 케이싱 내에 체류하여 배출되지 않는 냉각 매체를 저감시키는 것을 목적으로 한다. 이 때문에, 전동기 (1) 는, 케이싱 (6) 의 제 1 플랜지 (65) 에 형성되어, 냉각 매체를 통과시키는 제 1 배출구 (27) 와, 제 1 플랜지 (65) 에 형성되어, 베어링 (7B) 을 통과한 케이싱 (6) 내부의 냉각 매체를 통과시키는 제 2 배출구 (30) 와, 제 1 배출구 (27) 및 제 2 배출구 (30) 를 통과한 냉각 매체를 케이싱 (6) 의 외부로 배출하는 배출 통로 (32) 를 포함한다.

Description

전동기의 냉각 매체 배출 구조 및 전동기{COOLING MEDIUM DISCHARGE STRUCTURE FOR ELECTRIC MOTOR, AND ELECTRIC MOTOR}

본 발명은 전동기를 오일로 냉각시키는 전동기의 냉각 매체 배출 구조 및 전동기에 관한 것이다.

전동기는 여러 가지 용도로 사용되는데, 스테이터가 갖는 코일의 줄 발열 및 로터 코어의 와전류 손실 및 히스테리시스 손실 등에 의해 발열된다. 전동기를 냉각시키기 위해, 예를 들어, 오일 등의 냉각 매체를 이용하여 전동기를 냉각시키는 기술이 기재되어 있다 (특허문헌 1).

일본 공개특허공보 2007-020337호

특허문헌 1 에 기재된 기술은, 전동 모터 (전동기) 내로부터 냉각액 (냉각 매체) 을 배출하는 냉각액 도출구를 가지고 있는데, 이 냉각액 도출구는, 전동기 모터의 모터 하우징 (케이싱) 의 측부에 형성되어 있기 때문에, 전동기의 냉각 중에, 저부의 냉각액을 다 배출하지 못할 우려가 있다. 그 결과, 전동기의 케이싱 내에 냉각 매체가 잔류하여, 교체되지 않는 냉각 매체가 발생할 우려가 있다. 본 발명은 냉각 매체로 전동기를 냉각시킴에 있어서, 전동기의 케이싱 내에 체류하여 배출되지 않는 냉각 매체를 저감시키는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 케이싱 내에 로터 코어가 장착되는 샤프트가 배치되는 전동기를 냉각시킨 냉각 매체를 상기 케이싱으로부터 배출함에 있어서, 베어링을 개재하여 상기 샤프트를 지지하고, 또한 상기 케이싱의 일방의 단부에 배치되는 단부측 부재에 형성되어, 상기 케이싱 내의 냉각 매체를 통과시키는 제 1 배출구와, 상기 단부측 부재에 형성되고, 또한 상기 단부측 부재에 지지되는 베어링을 통과한 상기 케이싱 내의 냉각 매체를 통과시키는 제 2 배출구와, 상기 제 1 배출구 및 상기 제 2 배출구를 통과한 상기 냉각 매체를 상기 케이싱의 외부로 배출하는 배출 통로를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동기의 냉각 매체 배출 구조이다.

본 발명의 바람직한 양태로서, 상기 제 1 배출구의 개구 면적은, 상기 제 2 배출구의 개구 면적보다 큰 것이 바람직하다.

본 발명의 바람직한 양태로서, 상기 제 1 배출구는, 상기 케이싱의 내주면보다 내측에 형성되는 것이 바람직하다.

본 발명의 바람직한 양태로서, 상기 배출 통로는, 상기 샤프트의 직경 방향 외측을 향하여 연장되는 것이 바람직하다.

본 발명의 바람직한 양태로서, 상기 제 1 배출구는, 상기 샤프트의 직경 방향과 직교하는 방향에 있어서의 치수보다 상기 샤프트의 직경 방향과 평행한 방향에 있어서의 치수가 큰 것이 바람직하다.

본 발명의 바람직한 양태로서, 상기 단부측 부재는, 상기 케이싱의 일방의 단부에 장착되는 원판 형상의 부재인 것이 바람직하다.

본 발명의 바람직한 양태로서, 상기 배출 통로는, 상기 냉각 매체로부터 이물질을 제거하는 필터를 갖는 것이 바람직하다.

본 발명의 바람직한 양태로서, 상기 배출 통로는, 상기 제 1 배출구와 상기 제 2 배출구에서 공통인 것이 바람직하다.

본 발명은 상기 전동기의 냉각 매체 배출 구조를 구비하는 것을 특징으로 하는 전동기이다.

본 발명은 케이싱 내에 로터 코어가 장착되는 샤프트가 배치되는 건설 기계의 상부 선회체를 회전 구동시키는 전동기로서, 베어링을 개재하여 상기 샤프트를 지지하고, 또한 상기 케이싱의 일방의 단부에 배치되는 단부측 부재로서 상기 케이싱의 내주면보다 내측에 형성되어, 상기 케이싱 내의 냉각 매체를 통과시키는 제 1 배출구와, 상기 단부측 부재에 형성되고, 또한 상기 단부측 부재에 지지되는 베어링을 통과한 상기 케이싱 내의 냉각 매체를 통과시키는 제 2 배출구와, 상기 샤프트의 직경 방향 외측을 향하여 연장되어, 상기 제 1 배출구 및 상기 제 2 배출구를 통과한 상기 냉각 매체를 상기 케이싱의 외부로 배출하는 배출 통로를 포함하고, 상기 제 1 배출구는, 개구 면적이 상기 제 2 배출구의 개구 면적보다 크고, 상기 샤프트의 직경 방향과 직교하는 방향에 있어서의 치수보다 상기 샤프트의 직경 방향과 평행한 방향에 있어서의 치수가 큰 것을 특징으로 하는 전동기이다.

본 발명은 냉각 매체로 전동기를 냉각시킴에 있어서, 전동기의 케이싱 내에 체류하여 배출되지 않는 냉각 매체를 저감시킬 수 있다.

도 1 은, 선회용의 전동기에 본 실시형태에 관련된 전동기를 사용한 하이브리드 유압 쇼벨을 나타내는 평면도이다.
도 2 는, 본 실시형태에 관련된 전동기의 냉각 구조를 나타내는 모식도이다.
도 3 은, 본 실시형태에 관련된 전동기를 나타내는 정면도이다.
도 4 는, 본 실시형태에 관련된 전동기의 평면도이다.
도 5 는, 도 4 의 Ⅴ-Ⅴ 화살표 방향에서 본 도면이다.
도 6 은, 도 3 의 Ⅵ-Ⅵ 화살표 방향에서 본 도면이다.
도 7 은, 도 5 의 A-A 화살표 방향에서 본 도면이다.
도 8 은, 도 5 의 B-B 화살표 방향에서 본 도면이다.
도 9 는, 도 5 의 C-C 화살표 방향에서 본 도면이다.
도 10 은, 전동기가 수평면에 대해 경사진 상태에 있어서의 냉각 매체의 액면 상태를 나타내는 개념도이다.

본 발명을 실시하기 위한 형태 (실시형태) 에 대하여, 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다. 이하의 실시형태에 기재한 내용에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니다. 또, 이하에 기재한 구성 요소에는, 당업자가 용이하게 상정할 수 있는 것, 실질적으로 동일한 것이 포함된다. 또한, 이하에 기재한 구성 요소는 적절히 조합할 수 있다.

＜하이브리드 유압 쇼벨＞

도 1 은, 선회용의 전동기에 본 실시형태에 관련된 전동기를 사용한 하이브리드 유압 쇼벨을 나타내는 평면도이다. 하이브리드 유압 쇼벨 (10) 은, 하부 주행체를 이루는 좌우 1 쌍의 크롤러 (11) 와, 상부 선회체 (12) 와, 하부 주행체와 상부 선회체 (12) 를 연결하는 스윙 써클 (13) 과, 선회 모터로서 기능하는 전동기 (1) 와, 스윙 피니언 (1A) 과, 붐 (14), 아암 (15) 및 버킷 (16) 을 포함함 과 함께 상부 선회체 (12) 에 장착된 작업기 (17) 를 갖는다.

좌우 1 쌍의 크롤러 (11) 는, 우주행 유압 모터와 좌주행 유압 모터에 의해 구동되어, 하이브리드 유압 쇼벨 (10) 을 주행시킨다. 상부 선회체 (12) 는, 선회 모터로서 기능하는 전동기 (1) 에 의해 선회한다. 상부 선회체 (12) 에는 스윙 써클 (13) 의 아우터 레이스가 고정되어 있고, 하부 주행체에는 스윙 써클 (13) 의 이너 레이스가 고정되어 있다. 이와 같은 구조에 의해, 스윙 써클 (13) 은 상부 선회체 (12) 와 하부 주행체를 연결한다. 전동기 (1) 는, 세워 놓기, 즉, 하이브리드 유압 쇼벨 (10) 을 수평면에 설치한 경우에, 전동기 (1) 의 입출력 샤프트가 중력이 작용하는 방향을 향하도록 설치된다. 전동기 (1) 의 입출력 샤프트는, 감속 기구를 구비한 스윙 머시너리를 개재하여 스윙 피니언 (1A) 과 연결되어 있다. 스윙 피니언 (1A) 은, 스윙 써클 (13) 의 이너 레이스에 장착되는 내부 기어에 서로 맞물려 있다. 전동기 (1) 의 구동력은, 상기 스윙 머시너리를 개재하여 스윙 피니언 (1A) 에 전달되어, 상부 선회체 (12) 를 선회시킨다. 붐 (14), 아암 (15) 및 버킷 (16) 은, 도시하지 않는 유압 펌프로부터 압송되는 작동유에 의해, 컨트롤 밸브를 개재하여 각각 붐 (14) 용, 아암 (15) 용, 버킷 (16) 용의 유압 실린더에 의해 구동되어, 굴착 등의 작업을 실행한다.

이 하이브리드 유압 쇼벨 (10) 은, 내연 기관으로 발전기 및 유압 펌프를 구동시킴과 함께, 발전기의 전력으로 도시하지 않는 인버터를 개재하여 전동기 (1) 를 구동시켜, 상부 선회체 (12) 를 선회시킨다. 또한, 하이브리드 유압 쇼벨 (10) 은, 전동기 (1) 를 발전기로서 이용하여, 상부 선회체 (12) 를 정지시킬 때에 필요한 제동력을 발생시킴과 함께, 상기 제동력에 의해 전동기 (1) 가 발전시킨 전력을, 캐패시터 또는 2 차 전지 등의 축전 장치에 축적한다. 이와 같이, 하이브리드 유압 쇼벨 (10) 은, 이른바 하이브리드 방식의 건설 차량이다. 본 실시형태에 있어서는, 전동기 (1) 를 건설 차량의 일종인 하이브리드 유압 쇼벨 (10) 의 선회 모터로서 사용한 예를 설명하는데, 전동기 (1) 의 적용 대상은 이것에 한정되지 않는다. 또한, 하이브리드 유압 쇼벨 (10) 은, 내연 기관을 갖지 않는 방식, 즉, 축전 장치의 전력으로 구동되는 방식이어도 된다. 다음으로, 본 실시형태에 관련된 전동기를 설명한다.

＜전동기의 냉각 구조＞

도 2 는, 본 실시형태에 관련된 전동기의 냉각 구조를 나타내는 모식도이다. 전동기 (1) 는, 예를 들어, 오일 등의 냉각 매체에 의해 냉각됨과 함께, 상기 냉각 매체로 베어링 (7B) 을 윤활시킨다. 전동기 (1) 의 냉각 구조 (2) 는, 펌프 (21) 와 펌프용 전동기 (5) 와 통로 (22) 와 베어링용 통로 (23) 와 로터용 통로 (28) 와 오일 고임부 (39) 와 배출 통로 (32) 와 필터 (24) 와 릴리프 통로 (25) 와 릴리프 밸브 (26) 와 필터 (38) 를 포함한다. 필터 (38) 와 펌프 (21) 사이에는, 냉각 매체를 냉각시키는 냉각기를 설치해도 된다. 펌프 (21) 와 펌프용 전동기 (5) 는, 펌프용 전동기 (5) 의 입출력축 (5A) 에 의해 연결되어 있다.

펌프 (21) 의 구동 수단은, 펌프용 전동기 (5) 이외여도 되고, 예를 들어, 도 1 에 나타내는 하이브리드 유압 쇼벨 (10) 의 동력 발생원인 내연 기관이어도 된다.

본 실시형태에 있어서, 필터 (24) 와 필터 (38) 는 전동기 (1) 에 내장되어 있다.

전동기 (1) 를 냉각시키는 경우, 펌프용 전동기 (5) 가 펌프 (21) 를 구동시킨다. 그러면, 펌프 (21) 는, 배출 통로 (32) 로부터 냉각 매체를 흡인하여, 통로 (22) 로 토출한다. 냉각 매체는, 필터 (24) 를 통과하는 과정에서 이물질 등이 제거되고, 베어링용 통로 (23) 및 로터용 통로 (28) 로 유입된다. 베어링용 통로 (23) 로 유입된 냉각용 매체는, 베어링 (7B) 을 냉각 및 윤활시킨 후, 배출 통로 (32) 에 모인다. 로터용 통로 (28) 로 유입된 냉각 매체는, 전동기 (1) 의 로터 코어 및 코일을 냉각시킨 후, 배출 통로 (32) 에 모인다. 배출 통로 (32) 에 모인 냉각 매체는, 필터 (38) 로 이물질이 제거되고, 다시 펌프 (21) 에 흡인되어, 통로 (22) 로 토출된다.

통로 (22) 는, 펌프 (21) 의 토출구에 접속되어 있고, 전동기 (1) 내에서 필터 (24) 의 입구측과 릴리프 통로 (25) 로 분기된다. 필터 (24) 의 출구측에 형성된 냉각 매체를 통과시키는 통로는, 베어링용 통로 (23) 와 로터용 통로 (28) 로 분기된다. 베어링용 통로 (23) 는, 베어링 (7B) 에 냉각 매체를 공급하여, 이것을 냉각 및 윤활시킨다. 로터용 통로 (28) 는, 전동기 (1) 의 로터에 냉각 매체를 공급하여, 이것을 냉각시킨다. 또한, 냉각 구조 (2) 는, 베어링용 통로 (23) 를 반드시 가질 필요는 없다. 베어링 (7B) 및 로터용 통로 (28) 를 냉각시키거나 한 냉각 매체는, 오일 고임부 (39) 에 모인다. 배출 통로 (32) 는, 오일 고임부 (38) 와 필터 (39) 를 접속한다. 오일 고임부 (39) 에 모인 냉각 매체는, 배출 통로 (32) 내의 필터 (38) 를 통과한다. 필터 (38) 와 펌프 (21) 의 입구측은, 냉각 매체를 통과시키는 통로로 접속되어 있고, 필터 (38) 를 통과한 냉각 매체가 펌프 (21) 에 흡인된다. 통로 (22) 로부터 분기된 릴리프 통로 (25) 는, 릴리프 밸브 (26) 의 입구에 접속된다. 릴리프 밸브 (26) 의 출구측은, 필터 (24) 의 출구측과 접속된다.

예를 들어, 필터 (24) 가 클로깅되어, 냉각 매체가 필터 (24) 로 흐르기 어려워지면, 통로 (22) 및 릴리프 통로 (25) 의 압력이 상승한다. 릴리프 통로 (25) 내에 있어서의 냉각 매체의 압력이 릴리프 밸브 (26) 의 개변 압력을 초과하면, 릴리프 밸브 (26) 가 열린다. 그리고, 릴리프 밸브 (26) 는, 필터 (24) 를 바이패스하여 냉각 매체를 베어링용 통로 (23) 및 로터용 통로 (28) 에 흐르게 한다. 이와 같이 하여, 냉각 구조 (2) 는, 필터 (24) 가 클로깅되어나 한 경우에도, 릴리프 밸브 (26) 가 냉각 매체를 베어링용 통로 (23) 및 로터용 통로 (28) 에 흐르게 하여, 베어링 (7B) 의 냉각 및 윤활 그리고 로터 코어 등의 냉각을 유지할 수 있다. 다음으로, 전동기 (1) 의 구조를 설명한다.

＜전동기＞

도 3 은, 본 실시형태에 관련된 전동기를 나타내는 정면도이다. 도 4 는, 본 실시형태에 관련된 전동기의 평면도이다. 도 5 는, 도 4 의 Ⅴ-Ⅴ 화살표 방향에서 본 도면이다. 도 6 은, 도 3 의 Ⅵ-Ⅵ 화살표 방향에서 본 도면이다. 도 3 에 나타내는 바와 같이, 전동기 (1) 는, 통형 형상의 케이싱 (6) 의 내부에 입출력축으로서의 샤프트 (8) 와, 샤프트 (8) 에 장착된 로터 코어 (82) 와, 로터 코어 (82) 의 외주부에 배치된 스테이터 (9) 를 갖는다. 즉, 전동기 (1) 는, 통형 형상의 케이싱 (6) 내에 로터 코어 (82) 가 장착되는 샤프트 (8) 가 배치되는 구조이다. 샤프트 (8) 는, 양측에 베어링 (7A, 7B) 이 장착되어 있어, 베어링 (7A, 7B) 을 개재하여 케이싱 (6) 에 회전 가능하게 지지된다.

케이싱 (6) 은, 통형 형상의 부재인 측부 (66) 와, 측부 (66) 의 일방의 단부 (샤프트 (8) 의 입출력측에 있어서의 단부) 에 장착되는 단부측 부재로서의 제 1 플랜지 (65) 와, 측부 (66) 의 타방의 단부에 장착되는 원판 형상의 제 2 플랜지 (61) 를 갖는다. 측부 (66) 와 제 1 플랜지 (65) 와 제 2 플랜지 (61) 로 둘러싸이는 공간이 케이싱 (6) 의 내부가 된다. 제 1 플랜지 (65) 는, 전동기 (1) 가 사용되는 상태에서, 하방 (중력이 작용하는 방향측이며, 도 3, 도 5 에 있어서는 화살표 G 로 나타내는 방향측) 에 배치된다. 예를 들어, 전동기 (1) 가 도 1 에 나타내는 하이브리드 유압 쇼벨 (10) 에 탑재되는 경우, 하이브리드 유압 쇼벨 (10) 이 수평면에 접지되어 있는 상태를 전동기 (1) 가 사용되는 상태라고 하고, 그 상태에서 하방이 되는 위치에 제 1 플랜지 (65) 가 배치된다.

측부 (66) 는, 내주면이 원통 형상인 부재이다. 측부 (66) 에는, 전동기 (1) 를 냉각시키는 물을, 후술하는 워터 재킷에 도입하기 위한 냉각수 도입구 (613) 와, 상기 워터 재킷으로부터 상기 냉각수를 배출하기 위한 냉각수 배출구 (614) 를 갖는다. 상기 워터 재킷에는, 물 이외의 냉각 매체, 예를 들어, 오일 등을 도입하여 전동기 (1) 를 냉각시켜도 된다.

제 1 플랜지 (65) 는, 원판 형상의 부재이다. 제 1 플랜지 (65) 는, 전동기 (1) 의 운전중에, 케이싱 (6) 의 내부로부터 냉각 매체를 배출하여, 도 2 에 나타내는 펌프 (21) 로 유도하기 위한 냉각 매체 배출구 (651) 를 가지고 있다. 또, 제 1 플랜지 (65) 는, 전동기 (1) 를 보수·점검할 때에, 케이싱 (6) 내의 냉각 매체를 빼내기 위한 드레인구 (652) 를 가지고 있다. 단부측 부재로서의 제 1 플랜지 (65) 는, 케이싱 (6) 의 일방의 단부에 배치되어, 샤프트 (8) 가 관통하고 있다. 제 1 플랜지 (65) 로부터 관통한 샤프트 (8) 에, 동력 전달용의 조인트 또는 감속기의 입력 샤프트 등이 장착된다. 본 실시형태에 있어서, 제 1 플랜지 (65) 는 측부 (66) 와 별개의 부재이지만, 제 1 플랜지 (65) 와 측부 (66) 를 동일한 부재로서 제조해도 된다.

제 2 플랜지 (61) 는, 전동기 (1) 가 사용되는 상태에서, 상방, 즉, 중력이 작용하는 방향과는 반대측에 배치된다. 제 2 플랜지 (61) 는, 볼록부 (62) 와 냉각 매체 분배부 (63) 와 냉각 매체 입구 (631) 를 갖는다. 냉각 매체 입구 (631) 는, 도 1 에 나타내는 펌프 (21) 로부터 토출된 냉각 매체를 케이싱 (6) 의 내부에 도입하기 위한 것이다. 냉각 매체 입구 (631) 는, 냉각 매체 분배부 (63) 에 접속되어 있다. 다음으로, 전동기 (1) 의 내부 구조에 대하여 설명한다.

＜전동기의 내부 구조＞

도 5 에 나타내는 바와 같이, 샤프트 (8) 에 장착된 베어링 (7A) 은 제 1 플랜지 (65) 에 장착되고, 베어링 (7B) 은 제 2 플랜지 (61) 에 장착된다. 베어링 (7A) 은, 제 1 플랜지 (65) 측, 즉, 전동기 (1) 의 샤프트 (8) 의 입출력측에 배치된다. 샤프트 (8) 는, 양측에 형성된 2 개의 베어링 (7A, 7B) 에 의해 케이싱 (6) 에 회전 가능하게 지지되어, 회전 중심축 (Zr) 을 중심으로 하여 회전한다. 회전 중심축 (Zr) 은, 샤프트 (8) 의 중심축이다.

샤프트 (8) 의 외주부에 장착되는 로터 코어 (82) 는, 복수의 강판 (전자 강판) 을 적층한 구조체이다. 로터 코어 (82) 는, 상기 강판이 적층된 방향 (적층 방향) 의 양측으로부터, 밸런스 플레이트 (83, 84) 에 의해 협지된다. 밸런스 플레이트 (83, 84) 는, 로터 코어 (82) 를 구성하는 복수의 강판이 분리되지 않도록, 샤프트 (8) 에 장착되어, 상기 복수의 강판에 압축력을 가하고 있다. 제 1 플랜지 (65) 측의 밸런스 플레이트 (84) 는, 제 1 플랜지 (65) 측, 즉, 전동기 (1) 의 샤프트 (8) 의 입출력측에 배치된다. 로터 코어 (82) 의 외주부에는, 스테이터 (9) 가 배치된다. 스테이터 (9) 는, 케이싱 (6) 의 측부 (66) 의 내주부에 장착된다. 스테이터 (9) 는, 스테이터 코어 (91) 에 코일 (92) 이 감긴 구조체이다. 코일 (92) 의 스테이터 코어 (91) 로부터 돌출된 부분이, 코일 엔드이다. 스테이터 코어 (91) 는, 복수의 강판 (전자 강판) 을 적층한 구조체이다.

샤프트 (8) 는, 중심축을 따라 연장되는 축방향 통로 (811) 와, 축방향 통로 (811) 로부터 샤프트 (8) 의 직경 방향 외측을 향하여 연장되어 샤프트 (8) 의 표면에 개구되는 복수의 직경 방향 통로 (812) 를 갖는다. 축방향 통로 (811) 와 직경 방향 통로 (812) 가, 샤프트 내 냉각 매체 통로 (813) 가 된다. 밸런스 플레이트 (84) 는, 로터 코어 (82) 와 접하는 측에 오목부 (841) 를 갖는다. 로터 코어 (82) 는, 복수의 강판의 적층 방향, 즉 샤프트 (8) 의 중심축 방향을 향하여 로터 코어 (82) 를 관통하는 로터 코어 관통공 (821) 을 갖는다. 또, 로터 코어 (82) 는, 도시하지 않는 복수의 영구 자석을 갖는다. 제 2 플랜지 (61) 측의 밸런스 플레이트 (83) 는, 샤프트 (8) 의 중심축 방향을 향하는 밸런스 플레이트 관통공 (831) 을 갖는다. 샤프트 내 냉각 매체 통로 (813), 오목부 (841), 로터 코어 관통공 (821) 및 밸런스 플레이트 관통공 (831) 은, 각각 연통하여 냉각 매체가 통과하는 통로가 된다. 이들은 회전체인 샤프트 (8) 및 로터 코어 (82) 에 형성되어, 냉각 매체를 통과시키는 회전체측 냉각 매체 통로가 된다.

제 2 플랜지 (61) 의 볼록부 (62) 는, 관통공 (621) 을 가지고 있다. 관통공 (621) 은, 정지계 (靜止系) 로부터 회전계인 샤프트 (8) 에 냉각 매체를 공급하기 위한 연결 부재 (64) 를 가지고 있다. 연결 부재 (64) 는, 내부를 관통하는 냉각 매체 도입 통로 (641) 를 가지고 있다. 냉각 매체 도입 통로 (641) 는, 샤프트 (8) 의 축방향 통로 (811) 의 개구부와 대향하고 있고, 축방향 통로 (811) 로 냉각 매체를 도입한다. 볼록부 (62) 는, 베어링 (7B) 에 냉각 매체를 공급하는 베어링측 통로 (623) 를 갖는다. 베어링 (7B) 은, 베어링측 통로 (623) 로부터 냉각 매체가 공급된다.

도 6 에 나타내는 바와 같이, 볼록부 (62) 에 장착되는 냉각 매체 분배부 (63) 는, 냉각 매체 입구 (631) 로부터의 냉각 매체를 배분하는 제 1 냉각 매체 분배 통로 (633) 와, 제 2 냉각 매체 분배 통로 (635) 와, 제 3 냉각 매체 분배 통로 (636) 와, 제 4 냉각 매체 분배 통로 (637) 를 갖는다. 또, 냉각 매체 분배부 (63) 는, 필터 (24) 를 격납하는 필터 격납부 (634) 와 릴리프 통로 (25) 와 릴리프 밸브 (26) 를 갖는다. 냉각 매체 입구 (631) 는, 제 1 냉각 매체 분배 통로 (633) 를 개재하여 필터 격납부 (634) 와 연결되어 있다.

제 2 냉각 매체 분배 통로 (635) 는, 필터 격납부 (634) 와 연결되어 있어, 필터 (24) 를 통과한 냉각 매체의 일부를 연결 부재 (64) 의 냉각 매체 도입 통로 (641) 로 도입한다. 제 2 냉각 매체 분배 통로 (635) 와 냉각 매체 도입 통로 (641) 가, 도 2, 도 5 에 나타내는 로터용 통로 (28) 에 상당한다. 제 3 냉각 매체 분배 통로 (636) 는, 필터 격납부 (634) 와 연결되어 있어, 필터 (24) 를 통과하여, 냉각 매체 도입 통로 (641) 로 도입된 냉각 매체의 나머지를, 제 4 냉각 매체 분배 통로 (637) 로 도입한다. 제 3 냉각 매체 분배 통로 (636) 와 제 4 냉각 매체 분배 통로 (637) 와 베어링측 통로 (623) 가, 도 2, 도 5 에 나타내는 베어링용 통로 (23) 에 상당한다.

릴리프 통로 (25) 는, 냉각 매체 입구 (631) 와 릴리프 밸브 (26) 를 접속하고 있다. 릴리프 밸브 (26) 는, 필터 (24) 를 바이패스하도록, 릴리프 통로 (25) 와 제 2 냉각 매체 분배 통로 (635) 및 제 3 냉각 매체 분배 통로 (636) 사이에 개재된다. 릴리프 통로 (25) 내의 냉각 매체의 압력이 릴리프 밸브 (26) 의 개변 압력을 초과하면 릴리프 밸브 (26) 가 열려, 냉각 매체 입구 (631) 로부터의 냉각 매체를, 필터 (24) 를 바이패스하여 제 2 냉각 매체 분배 통로 (635) 및 제 3 냉각 매체 분배 통로 (636) 에 흐르게 한다. 릴리프 밸브 (26) 의 개변 압력은, 예를 들어, 필터 (24) 가 클로깅되어 교환이 필요해졌을 때의 릴리프 통로 (25) 내의 압력으로 설정할 수 있다. 이와 같이 하면, 필터 (24) 가 클로깅되어 교환이 필요해졌을 때에도, 확실하게 베어링 (7B) 및 로터 코어 (82) 등에 냉각 매체를 공급할 수 있다. 또, 릴리프 밸브 (26) 의 개변 압력을 전술한 바와 같이 설정함과 함께, 릴리프 밸브 (26) 가 열린 것을 알리는 수단을 준비해 두면, 릴리프 밸브 (26) 가 열림으로써 필터 (24) 의 교환 시기를 통지할 수 있다.

볼록부 (62), 즉 정지계에 베어링용 통로 (23) 를 형성함으로써, 냉각 매체의 공급은, 로터 코어 (82) 의 회전의 영향을 받지 않는다. 이 때문에, 샤프트 (8) 측으로부터 베어링 (7B) 에 유로를 형성하는 경우와 비교하여, 로터 코어 (82) 의 회전에 따른 냉각 매체의 변동을 억제할 수 있다. 그 결과, 베어링 (7B) 에 적절한 양의 냉각 매체를 공급할 수 있다.

＜전동기의 냉각＞

냉각 매체 분배부 (63) 의 냉각 매체 입구 (631) 로부터 공급되어, 필터 (24) 를 통과한 냉각 매체의 일부는, 로터용 통로 (28) 를 지나 샤프트 내 냉각 매체 통로 (813) 의 축방향 통로 (811) 로 유입된다. 이 냉각 매체는, 직경 방향 통로 (812) 를 통과하여 밸런스 플레이트 (84) 의 오목부 (841) 를 지나 로터 코어 관통공 (821) 으로 유입된다. 냉각 매체는, 로터 코어 관통공 (821) 을 통과하는 과정에서 로터 코어 (82) 및 도시하지 않는 영구 자석을 냉각시킨 후, 밸런스 플레이트 (83) 의 밸런스 플레이트 관통공 (831) 으로부터 유출된다. 로터 코어 (82) 가 회전하고 있는 경우, 밸런스 플레이트 관통공 (831) 으로부터 유출된 냉각 매체는, 원심력에 의해 스테이터 (9) 의 코일 엔드 (코일 (92) 이 스테이터 코어 (91) 로부터 돌출된 부분) 에 공급된다. 이 냉각 매체는, 케이싱 (6) 내를 하방으로 흐르는 과정에서 스테이터 (9) 를 냉각시켜, 제 1 플랜지 (65) 의 케이싱 (6) 의 내부측에 형성된 제 1 배출구 (27) 에 모인다. 도 5 의 부호 OL 은, 오일 고임부 (39) 에 고이는 냉각 매체의 액면을 나타내고 있다. 이와 같이, 오일 고임부 (39) 에 고이는 냉각 매체의 양은, 도 5 에 나타내는 바와 같이, 제 1 플랜지 측을 향하여 돌출되어 있는 코일 엔드의 일부가 항상 잠길 정도로 냉각 매체 배출구 (651) 로부터의 배출량이 조절되고 있어, 상기 코일 엔드를 냉각시키도록 되어 있다.

냉각 매체 분배부 (63) 의 냉각 매체 입구 (631) 로부터 공급되어, 필터 (24) 를 통과한 냉각 매체 중, 로터용 통로 (28) 로 유입되지 않은 냉각 매체는, 베어링용 통로 (23) 로 유입되어, 베어링 (7B) 에 공급된다. 이 냉각 매체는, 베어링 (7B) 을 냉각 및 윤활시킨 후, 케이싱 (6) 내를 하방으로 흐른다. 그 과정에서, 로터 코어 (82) 및 도시하지 않는 영구 자석과 접하여 이것을 냉각시킨다. 로터 코어 (82) 와 접한 냉각 매체의 일부는, 원심력에 의해 로터 코어 (82) 의 직경 방향 외측의 스테이터 (9) 에 공급되어 이것을 냉각시킨다. 스테이터 (9) 를 냉각시킨 냉각 매체는, 케이싱 (6) 내를 하방으로 흘러, 제 1 플랜지 (65) 의 케이싱 (6) 의 내부측에 형성된 오일 고임부 (39) 에 모인다. 오일 고임부 (39) 에 모인 냉각 매체는, 베어링 (7A) 의 내륜과 외륜과 전동체 사이의 공간을 지나, 후술하는 제 2 배출구 (30) 로 유입된다. 그 결과, 오일 고임부 (39) 에 모인 냉각 매체는, 베어링 (7A) 을 냉각시키고, 윤활시킨다.

이와 같이, 냉각 매체는, 로터 코어 (82) 및 스테이터 (9) 를 냉각시킴과 함께, 베어링 (7A, 7B) 을 냉각 및 윤활시킨다. 이 밖에도, 상기 서술한 바와 같이, 케이싱 (6) 의 측부 (66) 가 갖는 워터 재킷 (612) 에 냉각수 도입구 (613) 로부터 냉각수가 공급된다. 이 냉각수는, 케이싱 (6) 을 개재하여 주로 스테이터 (9) 를 냉각시킨다. 제 1 플랜지 (65) 와 측부 (66) 사이에는, 워터 재킷 (612) 을 봉지하기 위한 봉지 부재로서 개스킷 (35) 이 형성된다. 개스킷 (35) 은, 측부 (66) 와 제 1 플랜지 (65) 사이로부터 케이싱 (6) 내부의 냉각 매체가 유출되어, 워터 재킷 (612) 에 혼입되거나, 케이싱 (6) 의 외부로 유출되거나 하는 것을 회피하기 위한 오일 시일로서의 기능도 갖는다. 다음으로, 오일 고임부 (39) 에 모인 냉각 매체를 케이싱 (6) 의 외부로 배출하는 구조, 즉, 본 실시형태에 관련된 전동기의 냉각 매체 배출 구조에 대하여 설명한다.

＜전동기의 냉각 매체 배출 구조＞

도 7 은, 도 5 의 A-A 화살표 방향에서 본 도면이다. 도 8 은, 도 5 의 B-B 화살표 방향에서 본 도면이다. 도 9 는, 도 5 의 C-C 화살표 방향에서 본 도면이다. 도 10 은, 전동기가 수평면에 대해 경사진 상태에 있어서의 냉각 매체의 액면 상태를 나타내는 개념도이다. 전동기의 냉각 매체 배출 구조 (이하, 필요에 따라 배출 구조라고 한다) (100) 는, 제 1 배출구 (27) 와 제 2 배출구 (30) 와 배출 통로 (32) 를 포함한다.

제 1 플랜지 (65) 는, 원판 형상의 구조체이다. 제 1 플랜지 (65) 는, 일방의 표면으로부터 돌출되는 원호상의 볼록부 (65T) 를 갖는다. 볼록부 (65T) 의 직경 방향 내측에는, 베어링 (7A) 을 지지하는 단차가 형성되어 있다. 베어링 (7A) 은, 상기 단차에 수용된 후, C 링 (C 형상의 판상 부재) (37) 에 의해 제 1 플랜지 (65) 에 고정된다. 제 1 배출구 (27) 는, 볼록부 (65) 의 직경 방향 외측에 형성된다. 제 1 배출구 (27) 는, 볼록부 (65T) 의 정상부 (C 링 (37) 이 볼록부 (65) 와 접촉하는 부분) 보다 낮은 위치 (제 1 플랜지 (65) 가 갖는 상기 일방의 표면) 에 개구되는 부분이다. 제 2 배출구 (30) 는, 볼록부 (65) 의 직경 방향 내측에 형성되어, 전동기 (1) 의 케이싱 (6) 의 내부, 보다 구체적으로는 오일 고임부 (39) 로부터 베어링 (7A) 을 통과한 냉각 매체가 배출 통로 (32) 로 유출되는 부분이다.

이와 같이, 제 1 배출구 (27) 는, 케이싱 (6) 의 일방의 단부에 배치됨과 함께 상기 샤프트가 관통하는 단부측 부재 (본 실시형태에서는 제 1 플랜지 (65)) 에 형성되어, 냉각 매체를 통과시킨다. 제 1 배출구 (27) 는, 케이싱 (6) 의 오일 고임부 (39), 본 실시형태에 있어서는 상기 단부측 부재로서의 제 1 플랜지 (65) 에 개구되어, 케이싱 (6) 내의 냉각 매체를 배출 통로 (32) 에 통과시키는 부분이다. 제 2 배출구 (30) 는, 상기 단부측 부재 (본 실시형태에서는 제 1 플랜지 (65)) 에 형성되어, 베어링 (7A) 을 통과한 오일 고임부 (39) 의 냉각 매체, 즉, 케이싱 (6) 내의 냉각 매체를 통과시킨다. 배출 통로 (32) 는, 제 1 배출구 (27) 및 제 2 배출구 (30) 를 통과한 냉각 매체를 케이싱 (6) 의 외부로 배출한다.

본 실시형태에 있어서, 제 1 플랜지 (65) 의 볼록부 (65T) 의 직경 방향 내측에는, 베어링 (7A) 으로부터 케이싱 (6) 내의 냉각 매체가 유출되는 공간 (베어링 외공간) (29) 이 형성된다. 여기서, 베어링 (7A) 의 하방 (샤프트 (8) 의 일방의 단부측으로, 이 예에서는 샤프트 (8) 가 제 1 플랜지 (65) 로부터 돌출되는 측) 에는, 제 1 플랜지 (65) 와 샤프트 (8) 사이로부터 냉각 매체가 유출되는 것을 회피하기 위해 시일 (34) 이 형성된다. 시일 (34) 은, 제 1 플랜지 (65) 와 샤프트 (8) 사이에 개재되어, 냉각 매체의 누출을 억제한다. 본 실시형태에 있어서, 베어링 외공간 (29) 은, 제 1 플랜지 (65) 와 베어링 (7A) 과 시일 (34) 로 둘러싸이는 공간이다. 제 2 배출구 (30) 는, 베어링 외공간 (29) 에 배출 통로 (32) 가 개구되는 부분이다. 베어링 외공간 (29) 은, 베어링 (7A) 으로부터 냉각 매체가 유출되는 부분보다 샤프트 (8) 의 일방의 단부측에 배치된다.

제 2 배출구 (30) 는, 베어링 (7A) 을 통과한 케이싱 (6) 내 (보다 구체적으로는 케이싱 (6) 의 오일 고임부 (39)) 의 냉각 매체를 배출 통로 (32) 에 통과시키는 부분이다. 또한, 전동기 (1) 는, 베어링 외공간 (29) 을 반드시 가지고 있을 필요는 없다. 이 경우, 제 2 배출구 (30) 는, 베어링 (7A) 과 배출 통로 (32) 사이에 형성되어, 베어링 (7A) 을 통과한 케이싱 (6) 내의 냉각 매체를 배출 통로 (32) 에 통과시키는 부분이다.

본 실시형태에 있어서, 배출 통로 (32) 는, 제 1 배출 통로 (31A) 와 제 2 배출 통로 (31B) 를 포함한다. 제 1 배출 통로 (31A) 는, 제 2 배출구 (30) 와 접속된 통로이며, 제 2 배출구 (30) 로부터 제 1 배출구 (27) 까지를 접속하는 부분이다. 제 2 배출 통로 (31B) 는, 제 1 배출구 (27) 와 접속된 통로이며, 제 1 배출구 (27) 보다 냉각 매체의 흐름 방향 하류측의 부분이다.

제 1 배출구 (27) 는, 도 5, 도 7, 도 8 에 나타내는 바와 같이, 제 1 플랜지 (65) 의 케이싱 (6) 측에 개구되어 있다. 도 8 에 있어서, 제 1 배출구 (27) 는, 해칭으로 나타내는 부분이다. 제 1 배출구 (27) 는, 배출 통로 (32) 와 연통되어 있고, 제 1 배출구 (27) 를 통과한 냉각 매체는, 배출 통로 (32) 로 유입된다. 배출 통로 (32) 는, 냉각 매체 배출구 (651) 와 접속되어 있다. 배출 통로 (32) 를 통과한 냉각 매체는, 냉각 매체 배출구 (651) 를 통과하여, 도 2 에 나타내는 펌프 (21) 에 흡인된 후, 도 2 에 나타내는 통로 (22) 로 토출된 후, 다시 케이싱 (6) 내로 돌아와 로터 코어 (82) 및 스테이터 (9) 등을 냉각시킨다. 본 실시형태에 있어서, 제 1 플랜지 (65) 는, 드레인 통로 (32D) 를 개재하여 드레인구 (652) 와 접속하는 드레인용 배출구 (27D) 도 가지고 있지만, 드레인용 배출구 (27D) 및 드레인 통로 (32D) 는, 제 1 배출구 (27) 및 배출 통로 (32) 와 동일한 구조이다. 또한, 본 실시형태에 있어서, 드레인용 배출구 (27D) 및 드레인 통로 (32D) 는, 제 1 배출구 (27) 및 배출 통로 (32) 와 별개로 형성했지만, 드레인용 배출구 (27D) 및 드레인 통로 (32D) 를 형성하지 않아도 된다. 이 경우, 도 3 에 나타내는 드레인구 (652) 도 불필요하다. 드레인용 배출구 (27D), 드레인 통로 (32D) 및 드레인구 (652) 를 형성하지 않는 경우, 냉각 매체 배출구 (651) 에 접속되는 전동기 (1) 의 탑재 대상 (예를 들어, 건설 차량) 측의 통로 (배관) 에 드레인의 분기 통로 (분기 배관) 를 형성한다. 그리고, 제 1 배출구 (27), 배출 통로 (32) 및 상기 분기 통로를 이용하여 드레인을 실시한다. 이와 같이 하면, 드레인용 배출구 (27D) 및 드레인 통로 (32D) 를 제 1 플랜지 (65) 에 형성할 필요는 없기 때문에, 가공의 번거로움을 저감시킬 수 있음과 함께, 제 1 플랜지 (65) 의 강도 저하도 억제할 수 있다.

도 5, 도 8 에 나타내는 바와 같이, 제 2 배출구 (30) 는, 베어링 (7A) 으로부터 유출된 냉각 매체가 배출 통로 (32) (보다 구체적으로는, 제 1 배출 통로 (31A)) 로 유출되는 부분이다. 도 8 은, 도 5 의 B-B 단면을 나타내고 있는데, 이 단면에 있어서는, 베어링 (7A) 의 외륜 (7o) 과, 구 (전동체) (7b) 의 일부와, 내륜 (7i) 이 나타나 있다. 구 (7b) 사이에, 베어링 외공간 (29) 이 나타나 있다. 또, 베어링 외공간 (29) 에, 제 2 배출구 (30) 가 개구되어 있다. 제 2 배출구 (30) 를 통과한 냉각 매체는, 배출 통로 (32) (보다 구체적으로는, 제 1 배출 통로 (31A)) 로 유입된다.

배출 통로 (32) 로 유입된 냉각 매체는, 냉각 매체 배출구 (651) 를 통과하여, 도 2 에 나타내는 펌프 (21) 에 흡인된 후, 도 2 에 나타내는 통로 (22) 로 토출되어, 다시 케이싱 (6) 내로 돌아와 로터 코어 (82) 및 스테이터 (9) 등을 냉각시킨다. 본 실시형태에 있어서, 제 1 배출 통로 (31A) 의 통로 단면적과 제 2 배출 통로 (31B) 의 통로 단면적은 동일한 크기여도 되고 상이해도 된다. 본 실시형태에 있어서, 도 8 에 나타내는 바와 같이, 드레인 통로 (32D) 는 드레인용 제 2 배출구 (30D) 와 접속된다. 냉각 매체를 케이싱 (6) 내로부터 빼내는 경우, 드레인용 제 2 배출구 (30D) 를 통과한 냉각 매체는, 드레인 통로 (32D) 에 유입된다.

본 실시형태에 있어서, 배출 통로 (32) 는, 제 1 배출구 (27) 와 제 2 배출구 (30) 에서 공통된다. 제 1 배출구 (27) 와 제 2 배출구 (30) 가 각각 별개로 배출 통로를 가지면, 제 1 플랜지 (65) 의 가공이 증가하지만, 제 1 배출구 (27) 와 제 2 배출구 (30) 에서 배출 통로 (32) 를 공통으로 하면, 상기 가공을 줄일 수 있다. 또, 배출 통로 (32) 를 공통으로 함으로써, 배출 통로의 수를 저감시킬 수 있으므로, 제 1 플랜지 (65) 강도의 저하를 억제할 수 있다. 또한, 제 1 배출구 (27) 와 제 2 배출구 (30) 가 각각 별개로 배출 통로를 가지면, 각각의 배출구를 제 1 플랜지 (65) 의 측면에 형성할 필요가 있으므로, 배관이 증가한다. 차량에서는 배관을 통과시키는 스페이스의 확보가 필요해지므로, 배관은 적은 것이 바람직하다. 제 1 배출구 (27) 와 제 2 배출구 (30) 에서 배출 통로 (32) 를 공통으로 함으로써, 제 1 플랜지 (65) 의 측면에 형성하는 배출구를 하나로 할 수 있으므로, 배관의 수를 저감시킬 수 있어 바람직하다. 또한, 제 1 배출구 (27) 와 제 2 배출구 (30) 는, 각각 별개로 배출 통로를 가지고 있어도 된다.

배출 구조 (100) 는, 제 1 플랜지 (65) 의 케이싱 (6) 의 내부측에 있어서의 표면, 즉, 케이싱 (6) 내부의 하방에 형성된 제 1 배출구 (27) 로부터, 배출 통로 (32) 를 개재하여 케이싱 (6) 내의 냉각 매체를 배출시킨다. 이 때문에, 배출 구조 (100) 는, 중력의 작용을 이용하여 제 1 배출구 (27) 로 냉각 매체를 유도할 수 있으므로, 케이싱 (6) 내에 체류하여 배출되지 않는 냉각 매체를 저감시킬 수 있다. 그 결과, 배출 구조 (100) 는, 케이싱 (6) 내에 체류하는 냉각 매체를 최소한으로 억제하여, 케이싱 (6) 내의 냉각 매체를 확실하게 외부로 배출할 수 있다. 또, 배출 구조 (100) 는, 제 2 배출구 (30) 로부터 베어링 (7A) 을 통과하여 베어링 외공간 (29) 에 유입된 냉각 매체를 배출 통로 (32) 로부터 배출시킨다. 이 때문에, 베어링 외공간 (29) 에 고인 냉각 매체를 확실하게 배출시킬 수 있다.

베어링 외공간 (29) 에는, 스테이터 (9) 의 코일 (92) 을 피복하는 바니시, 전동기 (1) 의 슬라이딩 부분으로부터의 금속 부스러기 등의 절삭 부스러기, 베어링 (7A, 7B) 의 마모 가루 등이 이물질로서 쌓이기 쉽다. 특히, 전동기 (1) 는, 코일 (92) 의 일부분이 냉각 매체에 잠겨 있으므로, 베어링 외공간 (29) 에는 상기 이물질이 쌓이기 쉬워진다. 배출 구조 (100) 는, 제 2 배출구 (30) 와 배출 통로 (32) 를 접속하여, 제 2 배출구 (30) 의 냉각 매체를 배출 통로 (32) 로부터 케이싱 (6) 의 외부로 배출시킨다. 이 때문에, 베어링 외공간 (29) 내의 상기 이물질은, 냉각 매체와 함께 배출되므로, 베어링 외공간 (29) 내에 축적되는 이물질을 극소로 할 수 있다. 베어링 외공간 (29) 내의 냉각 매체는, 시일 (34) 에 접하고 있는데, 베어링 외공간 (29) 내의 상기 이물질의 양이 극소가 됨으로써, 시일 (34) 의 내구성 저하가 억제된다. 또, 베어링 외공간 (29) 내의 냉각 매체에 혼입된 이물질이 베어링 (7A) 에 침입할 우려도 거의 없기 때문에, 이물질의 혼입, 이물질에 의한 스크래치 또는 이물질에 의한 갉힘 등에서 기인하는 베어링 (7A) 의 내구성 저하의 억제에도 효과적이다. 또, 베어링 (7A) 을 통과하는 유량이 저감됨으로써, 베어링 (7A) 을 통과하는 이물질의 양도 저감시킬 수 있으므로, 시일 (34) 및 베어링 (7A) 의 내구성 저하를 억제할 수 있다. 또, 후술하는 바와 같이, 제 1 배출구 (27) 의 개구 면적이 제 2 배출구 (30) 의 개구 면적보다 크기 때문에, 냉각 매체의 대부분은 제 1 배출구 (27) 를 통과한다. 이 때문에, 제 2 배출구 (30) 는, 베어링 (7A) 의 윤활 및 냉각에 필요한 양을 초과한 과잉 유량으로 냉각 매체가 통과하는 것을 회피할 수 있다. 그 결과, 냉각 구조 (2) 는, 시일 (34) 및 베어링 (7A) 의 내구성 저하를 보다 효과적으로 억제할 수 있다.

또, 베어링 (7A) 을 개재하여 베어링 외공간 (29) 내로 이물질이 들어갔다고 해도, 상기 서술한 바와 같이, 베어링 외공간 (29) 내의 이물질은 냉각 매체와 함께 확실하게 배출된다. 이 때문에, 베어링 (7A) 으로부터의 이물질의 침입을 방지하기 위해 베어링 (7A) 에 시일을 형성할 필요는 없다. 그 결과, 비용 저감 및 시일에 의한 슬라이딩 저항의 저감을 도모할 수 있다. 또한, 베어링 (7A) 에 시일을 형성하지 않는 경우에는, 전동기 (1) 의 운전중에 베어링 (7A) 을 냉각 매체가 통과하지만, 냉각 매체는, 베어링 (7A), 보다 구체적으로는 외륜 (7o) 과 내륜 (7i) 과 구 (7b) 사이를 흐른다. 이 작용에 의해, 외륜 (7o), 내륜 (7i) 및 구 (7b) 의 표면을 세정하는 효과도 얻을 수 있다. 상기 세정에 의해, 외륜 (7o), 내륜 (7i) 및 구 (7b) 의 표면에 부착된 이물질을 제거할 수 있으므로, 배출 구조 (100) 는, 베어링 (7A) 의 내구성 저하를 효과적으로 억제할 수 있다.

지금까지의 기술로는, 베어링 중에 고인 냉각 매체를 거의 배출할 수 없었기 때문에, 냉각 매체 중에 존재하는 이물질에 의한 갉힘 또는 스크래치 등이 베어링에 발생할 우려가 있었다. 배출 구조 (100) 는, 상기 서술한 바와 같이, 베어링 (7A) 및 베어링 외공간 (29) 내의 냉각 매체를 이물질과 함께 배출할 수 있으므로, 냉각 매체 중에 존재하는 이물질에 의한 갉힘 또는 스크래치 등이 베어링에 발생할 우려를 저감시킬 수 있다. 또, 오일 고임부 (39) 를 가지고 있지 않은 전동기여도, 연직 방향측의 베어링 (전동기 (1) 의 베어링 (7A) 에 상당하는 베어링) 은, 상방, 즉 연직 방향과는 반대측 위로부터 흘러 내려오는 냉각 매체에 의해 냉각 및 윤활된다. 이 때문에, 오일 고임부 (39) 를 가지지 않은 전동기도 베어링 내 및 베어링 외공간 (29) 에 고인 냉각 매체가 잘 배출되지 않는다. 본 실시형태에 있어서는, 케이싱 (6) 내에 오일 고임부 (39) 를 갖는 전동기 (1) 에 배출 구조 (100) 를 적용하고 있는데, 배출 구조 (100) 는, 오일 고임부 (39) 를 가지고 있지 않은 전동기에 대해서도 적용할 수 있다. 이 경우에도, 배출 구조 (100) 는, 하방의 베어링 및 베어링 외공간 (29) 내의 냉각 매체를 이물질과 함께 배출할 수 있으므로, 냉각 매체 중에 존재하는 이물질에 의한 갉힘 또는 스크래치 등이 베어링에 발생할 우려를 저감시킬 수 있다.

도 5, 도 7 에 나타내는 바와 같이, 케이싱 (6) 의 측부 (66) 는, 워터 재킷 (612) 을 가지고 있는데, 배출 구조 (100) 는, 제 1 플랜지 (65) 에 배출 통로 (32) 를 형성했으므로, 워터 재킷 (612) 에 의한 배출 통로 (32) 를 형성하는 장소의 제약이 적다. 또, 제 1 플랜지 (65) 에 배출 통로 (32) 를 형성하면, 제 1 플랜지 (65) 의 두께는 약간 증가하지만, 그 만큼 케이싱 (6) 의 측부 (66) 의 길이를 작게 할 수 있다. 이 때문에, 전동기 (1) 의 치수 증가는 억제된다.

제 1 배출구 (27) 의 개구 면적을 SA 로 하고, 제 2 배출구 (30) 의 개구 면적을 SC 로 하면, SC ＜ SA 로 하는 것이 바람직하다. 이와 같이 함으로써, 제 2 배출구 (30) 는, 제 1 배출구 (27) 보다 압력 손실이 커진다. 그 결과, 제 1 배출구 (27) 를 통과하는 냉각 매체의 유량은, 제 2 배출구 (30) 를 통과하는 냉각 매체의 유량보다 커진다. 이와 같이, 제 1 배출구 (27) 를 통과하는 냉각 매체의 유량을 제 2 배출구 (30) 보다 크게 함으로써, 배출 통로 (32) 로부터 냉각 매체를 흡인할 때의 저항을 작게 할 수 있다. 그 결과, 도 2 에 나타내는 펌프 (21) 의 작업량을 저감시킬 수 있기 때문에, 펌프 (21) 의 에너지 소비를 억제할 수 있다. 또, 제 2 배출구 (30) 를 통과하는 냉각 매체의 유량은 제 1 배출구 (27) 보다 작지만, 제 2 배출구 (30) 에도 냉각 매체를 통과시킴으로써, 베어링 (7A) 의 윤활, 냉각 및 청소를 촉진할 수 있다. 또한, 제 2 배출구 (30) 의 개구 면적 (SC) 은, 제 2 배출구 (30) 를 통과하는 냉각 매체의 유량이, 베어링 (7A) 의 윤활 및 냉각에 필요한 최저 유량이 되는 크기로 하는 것이 바람직하다.

또, 제 1 배출 통로 (31A) 의 내경을 D1 로 하고, 제 2 배출 통로 (31B) 의 내경을 D2 로 하고, 이들의 통로 단면 (제 1 배출 통로 (31A), 제 2 배출 통로 (31B) 가 연장되는 방향과 직교하는 단면) 이 원형이라고 한다. 이 때, 제 1 배출 통로 (31A) 의 통로 단면적 (S1) 은 D1² × π／4 이고, 제 2 배출 통로 (31B) 의 통로 단면적 (S2) 은 D2² × π／4 가 된다. S2 ＞ S1 로 함으로써, 제 2 배출 통로 (31B) 를 흐르는 냉각 매체의 유량은, 제 1 배출 통로 (31A) 를 흐르는 냉각 매체의 유량보다 커지고, 그 결과, 제 1 배출구 (27) 를 흐르는 냉각 매체의 유량은, 제 2 배출구 (30) 를 흐르는 냉각 매체의 유량보다 커진다. S2/S1 은, 제 2 배출구 (30) 를 통과하는 냉각 매체의 유량이, 베어링 (7A) 의 윤활에 필요한 최저 유량이 되는 크기가 되는 범위가 바람직하다. 이와 같이, 본 실시형태에 있어서, 배출 구조 (100) 는, 배출 통로 (32) 의 통로 단면적을 조정함으로써, 제 1 배출구 (27) 를 통과하는 냉각 매체의 유량을, 제 2 배출구 (30) 를 통과하는 냉각 매체의 유량보다 크게 할 수도 있다. 또한, 본 실시형태에 있어서는, 배출 통로 (32) 의 통로 단면적의 조정과, 제 1 배출구 (27) 및 제 2 배출구 (30) 의 개구 면적의 조정의 양방을 이용하여, 제 1 배출구 (27) 및 제 2 배출구 (30) 를 통과하는 냉각 매체의 유량을 조정해도 된다.

하이브리드 유압 쇼벨 등의 건설 차량은, 일반적으로 구동계에는 높은 부하가 작용한다. 예를 들어, 전동기 (1) 가 하이브리드 유압 쇼벨의 선회 모터에 사용되는 경우, 하이브리드 유압 쇼벨은, 상부 선회체를 빈번히 선회시켜, 정지시키므로, 전동기 (1) 에는 연속하여 높은 부하가 작용한다. 이 때문에, 전동기 (1) 의 발열량은 증가하므로, 충분한 냉각이 필요하다. 따라서, 전동기 (1) 의 케이싱 (6) 의 내부로 공급되어, 배출되는 냉각 매체의 유량 (전동기 (1) 와 펌프 사이를 순환하는 냉각 매체의 유량) 은 커진다. 상기 서술한 바와 같이, 제 2 배출구 (30) 는, 압력 손실이 커지므로, 냉각 매체를 배출하는 유량이 커지면, 그것을 위한 동력이 증가하거나, 충분한 유량을 확보할 수 없거나 할 우려가 있다. 배출 구조 (100) 는, 압력 손실이 낮은 제 1 배출구 (27) 와, 이보다 압력 손실이 큰 제 2 배출구 (30) 의 양방으로부터 냉각 매체를 배출시킨다. 이와 같은 구조의 경우, 압력 손실이 낮은 제 1 배출구 (27) 에 냉각 매체는 흐르기 쉬워진다. 이 때문에, 배출 구조 (100) 는, 압력 손실이 작은 제 1 배출구 (27) 로부터 대유량으로 냉각 매체를 효율적으로 배출할 수 있음과 함께, 베어링 (7A) 에는 어느 정도의 냉각 매체를 통과시켜 베어링 (7A) 을 냉각, 윤활 및 세정할 수 있다. 압력 손실이 낮은 제 1 배출구 (27) 로부터 보다 효율적으로 냉각 매체를 배출시키기 위해, 상기 서술한 바와 같이, 배출 구조 (100) 는, 압력 손실이 작은 제 1 배출구 (27) 로부터 많은 냉각 매체를 배출시키도록, 제 1 배출구 (27) 의 개구 면적 (SA) 을 제 2 배출구 (30) 의 개구 면적 (SC) 보다 크게 하거나, 제 2 배출 통로 (31B) 의 통로 단면적 (S2) 을 제 1 배출 통로 (31A) 의 통로 단면적 (S1) 보다 크게 하거나 한다. 이와 같이 함으로써, 배출 구조 (100) 는, 보다 대유량으로 냉각 매체를 제 1 배출구 (27) 로부터 배출시킬 수 있다. 이와 같이, 배출 구조 (100) 는, 특히, 전동기 (1) 의 발열량이 커져 대량의 냉각 매체를 전동기에 공급하고, 배출하는 경우에 유효하다. 예를 들어, 하이브리드 유압 쇼벨, 휠 로더 등의 건설 차량에 사용되는 전동기에 대해 배출 구조 (100) 는 유효하다.

배출 통로 (32) 는, 샤프트 (8) 의 직경 방향 외측을 향하여 연장되어 있다. 이 때문에, 배출 통로 (32) 는, 내부에 필터 (38) 를 형성할 수 있다.이와 같이 함으로써, 필터 (38) 를 설치할 스페이스를 새로 형성할 필요는 없기 때문에, 공간 절약화를 도모할 수 있다. 또, 배출 통로 (32) 가 샤프트 (8) 의 직경 방향 외측을 향하여 연장되어 있기 때문에, 배출 통로 (32) 는 제 1 플랜지 (65) 의 측부에 개구된다. 즉, 제 1 배출구 (27) 를 통과한 냉각 매체는, 배출 통로 (32) 로 유입될 때에 90 도 방향을 바꿔 케이싱 (6) 의 외부로 배출된다. 이와 같이, 배출 구조 (100) 는, 제 1 플랜지 (65) 의 하방, 즉, 샤프트 (8) 가 제 1 플랜지 (65) 로부터 돌출되는 방향으로 냉각 매체를 배출하지 않는 구조이므로, 전동기 (1) 의 출력 취출측에는 여분의 구조물을 배치할 필요가 없어진다.

도 7 에 나타내는 바와 같이, 제 1 배출구 (27) 는, 샤프트 (8) 의 직경 방향과 직교하는 방향에 있어서의 치수 (W) 보다 샤프트 (8) 의 직경 방향과 평행한 방향에 있어서의 치수 (L) 가 크다 (W ＜ L). W ＞ L 로 하여 제 1 배출구 (27) 의 냉각 매체가 통과하는 면적을 크게 하면, 배출 통로 (32) 의 내경을 크게 할 필요가 있어, 제 1 플랜지 (65) 의 두께의 증가를 초래한다. 그러나, W ＜ L 로 함으로써, 제 1 배출구 (27) 를 배출 통로 (32) 를 따라 형성할 수 있으므로, 배출 통로 (32) 의 내경을 크게 하지 않고 제 1 배출구 (27) 의 냉각 매체가 통과하는 면적을 크게 할 수 있다.

도 10 에 나타내는 바와 같이, 전동기 (1) 가 수평면 (HP) 에 대해 경사지면, 냉각 매체의 액면 (OP) 과 케이싱 (6) 의 측부 (66) 및 제 1 플랜지 (65) 의 관계도 변화한다. 측부 (66) 에 냉각 매체의 배출구 (EX) 를 형성하면, 전동기 (1) 의 경사가 커진 경우, 펌프 (21) 는 케이싱 (6) 내의 공기를 흡인해 버려, 냉각 매체를 배출할 수 없게 되어 버린다. 본 실시형태의 배출 구조 (100) 는, 제 1 플랜지 (65) 의 케이싱 (6) 의 내부측에 형성한 제 1 배출구 (27) 로부터 냉각 매체를 배출한다. 이 때문에, 배출 구조 (100) 는, 측부 (66) 에 형성한 배출구 (EX) 로부터는 냉각 매체를 배출할 수 없게 될 정도로 전동기 (1) 가 경사진 경우에도, 제 1 배출구 (27) 로부터 냉각 매체를 배출시킬 수 있다. 이와 같이, 배출 구조 (100) 는, 측부 (66) 에 냉각 매체의 배출구 (EX) 를 형성한 경우와 비교하여, 전동기 (1) 의 수평면 (HP) 에 대한 경사가 보다 커진 경우에도, 케이싱 (6) 내의 냉각 매체를 배출시킬 수 있으므로, 경사지에서도 작업을 실시하는 건설 차량에 적합하다.

상기 서술한 바와 같이, 제 1 배출구 (27) 는, 케이싱 (6) 의 중심, 즉 회전 중심축 (Zr) 에 가까운 위치에 형성하는 것이 바람직하다. 본 실시형태에서는, 도 7 에 나타내는 바와 같이, 제 1 배출구 (27) 는, 케이싱 (6) 의 측부 (66) 의 내주면 (615) 보다 내측에 형성되어 있다. 이와 같이 함으로써, 배출 구조 (100) 는, 전동기 (1) 가 경사진 경우에, 냉각 매체를 보다 확실하게 제 1 배출구 (27) 로부터 배출시킬 수 있다. 또, 측부 (66) 에 배출구 (EX) 를 형성한 경우, 배출구 (EX) 의 측부 (66) 의 내주면측에 있어서의 개구를 회전 중심축 (Zr) 에 접근시키기 위해서는, 측부 (66) 의 두께를 크게 할 필요가 있는데, 이것에는 많은 제약이 있기 때문에, 실현이 곤란하다. 특히, 측부 (66) 가 워터 재킷 (612) 을 가지고 있는 경우, 상기 제약은 보다 많아진다. 배출 구조 (100) 는, 제 1 배출구 (27) 를 제 1 플랜지 (65) 에 형성함으로써, 제 1 배출구 (27) 를 배치할 때의 자유도가 향상되기 때문에, 용이하게 제 1 배출구 (27) 를 회전 중심축 (Zr) 에 접근시킬 수 있다.

제 1 플랜지 (65) 와 측부 (66) 는, 도 5 에 나타내는 볼트 (40) 를 도 7 내지 도 9 에 나타내는 나사 구멍 (41) 에 비틀어 넣음으로써 장착된다. 나사구멍 (41) 은, 원판 형상의 부재인 제 1 플랜지 (65) 의 둘레 방향을 향하여 등간격으로 형성되어 있다. 이 때문에, 제 1 플랜지 (65) 와 측부 (66) 의 둘레 방향에 있어서의 위치 관계를 어느 정도 자유롭게 선택할 수 있다. 그 결과, 제 1 플랜지 (65) 에 형성된 냉각 매체 배출구 (651) 와 측부 (66) 에 형성된 냉각수 도입구 (613) 를 동일한 측에 배치하거나, 상이한 측에 배치하거나 할 수 있다. 이와 같이 배출 구조 (100) 는, 냉각 매체 배출구 (651) 와 접속되는 배출 통로 (32) 를 형성함으로써, 냉각 매체 배출구 (651) 의 위치를 측부 (66) 와는 독립적으로 조정할 수 있기 때문에, 전동기 (1) 를 하이브리드 유압 쇼벨 (10) 등에 탑재할 때의 자유도가 향상된다.

이상, 본 실시형태는, 전동기의 케이싱의 하부에 형성한 제 1 배출구와, 베어링과 인접하여 형성되어 베어링으로부터 유출되는 케이싱 내의 냉각 매체를 통과시키는 제 2 배출구의 양방으로부터 케이싱 내의 냉각 매체를 배출한다. 이와 같이 함으로써, 케이싱 내에 잔류하는 냉각 매체를 저감시킬 수 있음과 함께, 상기 베어링이 지지하는 샤프트의 일방의 단부측에서 상기 베어링과 인접하는 부분, 보다 구체적으로는 제 2 배출구에 축적되는 이물질 등을 저감시킬 수 있다. 특히, 전동기를 세워 놓기, 즉, 샤프트가 중력이 작용하는 방향을 향하도록 설치하여 사용하는 용도에 적합하다. 또, 본 실시형태는, 로터 코어 내에 냉각 통로를 갖는 전동기를 예로 들었지만, 본 실시형태의 냉각 매체 배출 구조는, 전동기의 냉각 구조가 어떠한 형태여도 적용할 수 있다. 즉, 전동기의 케이싱 내에 베어링 및 냉각 매체를 갖는 것이면, 본 실시형태의 냉각 매체 배출 구조를 적용할 수 있다.

1 : 전동기
2 : 냉각 구조
6 : 케이싱
7A, 7B : 베어링
8 : 샤프트
9 : 스테이터
10 : 하이브리드 유압 쇼벨
21 : 펌프
22 : 통로
23 : 베어링용 통로
24, 38 : 필터
25 : 릴리프 통로
26 : 릴리프 밸브
27 : 제 1 배출구
28 : 로터용 통로
29 : 베어링 외공간
30 : 제 2 배출구
31A : 제 1 배출 통로
31B : 제 2 배출 통로
32 : 배출 통로
34 : 시일
35 : 개스킷
39 : 오일 고임부
61 : 제 2 플랜지
65 : 제 1 플랜지
66 : 측부
82 : 로터 코어
83, 84 : 밸런스 플레이트
91 : 스테이터 코어
92 : 코일
100 : 배출 구조
612 : 워터 재킷
615 : 내주면
651 : 냉각 매체 배출구
811 : 축방향 통로
812 : 직경 방향 통로
813 : 샤프트 내 냉각 매체 통로
821 : 로터 코어 관통공
831 : 밸런스 플레이트 관통공
841 : 오목부

Claims

케이싱 내에 로터 코어가 장착되는 샤프트가 배치되는 전동기를 냉각시킨 냉각 매체를 상기 케이싱으로부터 배출함에 있어서,
베어링을 개재하여 상기 샤프트를 지지하고, 또한 상기 케이싱의 일방의 단부에 배치되는 단부측 부재에 형성되어, 상기 케이싱 내의 냉각 매체를 통과시키는 제 1 배출구와,
상기 단부측 부재에 형성되고, 또한 상기 단부측 부재에 지지되는 베어링을 통과한 상기 케이싱 내의 냉각 매체를 통과시키는 제 2 배출구와,
상기 제 1 배출구 및 상기 제 2 배출구를 통과한 상기 냉각 매체를 상기 케이싱의 외부로 배출하는 배출 통로를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동기의 냉각 매체 배출 구조.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 배출구의 개구 면적은, 상기 제 2 배출구의 개구 면적보다 큰 전동기의 냉각 매체 배출 구조.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 제 1 배출구는, 상기 케이싱의 내주면보다 내측에 형성되는 전동기의 냉각 매체 배출 구조.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 배출 통로는, 상기 샤프트의 직경 방향 외측을 향하여 연장되는 전동기의 냉각 매체 배출 구조.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 1 배출구는, 상기 샤프트의 직경 방향과 직교하는 방향에 있어서의 치수보다 상기 샤프트의 직경 방향과 평행한 방향에 있어서의 치수가 큰 전동기의 냉각 매체 배출 구조.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 단부측 부재는, 상기 케이싱의 일방의 단부에 장착되는 원판 형상의 부재인 전동기의 냉각 매체 배출 구조.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 배출 통로는, 상기 냉각 매체로부터 이물질을 제거하는 필터를 갖는 전동기의 냉각 매체 배출 구조.
제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 배출 통로는, 상기 제 1 배출구와 상기 제 2 배출구에서 공통인 전동기의 냉각 매체 배출 구조.
제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 기재된 전동기의 냉각 매체 배출 구조를 구비하는 것을 특징으로 하는 전동기.
케이싱 내에 로터 코어가 장착되는 샤프트가 배치되는 건설 기계의 상부 선회체를 회전 구동시키는 전동기로서,
베어링을 개재하여 상기 샤프트를 지지하고, 또한 상기 케이싱의 일방의 단부에 배치되는 단부측 부재로서 상기 케이싱의 내주면보다 내측에 형성되어, 상기 케이싱 내의 냉각 매체를 통과시키는 제 1 배출구와,
상기 단부측 부재에 형성되고, 또한 상기 단부측 부재에 지지되는 베어링을 통과한 상기 케이싱 내의 냉각 매체를 통과시키는 제 2 배출구와,
상기 샤프트의 직경 방향 외측을 향하여 연장되어, 상기 제 1 배출구 및 상기 제 2 배출구를 통과한 상기 냉각 매체를 상기 케이싱의 외부로 배출하는 배출 통로를 포함하고,
상기 제 1 배출구는, 개구 면적이 상기 제 2 배출구의 개구 면적보다 크고, 상기 샤프트의 직경 방향과 직교하는 방향에 있어서의 치수보다 상기 샤프트의 직경 방향과 평행한 방향에 있어서의 치수가 큰 것을 특징으로 하는 전동기.