KR20230104727A - 회전 전기 기기, 전동 휠 및 차량 - Google Patents

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KR20230104727A
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electric machine
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아께시 다까하시
데쯔야 스또
마꼬토 이또
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가부시키가이샤 히타치세이사쿠쇼
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Abstract

회전 전기 기기는, 복수의 코일이 권회된 고정자 코어를 갖는 고정자와, 고정자에 대하여 소정의 갭을 사이에 두고 회전 가능하게 지지된 회전자와, 회전자를 보유 지지하는 회전자 케이스와, 회전자 케이스를 회전 가능하게 지지하는 제1 베어링(201)과 제2 베어링(202)을 구비하고, 고정자 코어로부터 돌출된 코일 엔드부(601)에 냉매를 흐르게 하는 제1 유로(501s)를 형성하는 제1 유로 형성체(501)와, 제1 베어링의 수납 공간(201s)을 형성함과 함께 제1 유로 형성체의 제1 유로와 연결되고 또한 당해 수납 공간을 냉매로 충전하는 제1 케이스부(401)와, 상기 코일 엔드부와는 축 방향 반대 측에 배치되는 코일 엔드부(602)에 냉매를 흐르게 하는 제2 유로(502s)를 형성하는 제2 유로 형성체(502)와, 제2 베어링의 수납 공간(202s)을 형성함과 함께 제2 유로 형성체의 제2 유로와 연결되고 또한 당해 수납 공간을 냉매로 충전하는 제2 케이스부(402)를 구비한다.

Description

회전 전기 기기, 전동 휠 및 차량
본 발명은 철도 차량, 자동차, 건설 기계 등에 탑재되는 회전 전기 기기에 관한 것이다.
전동화의 진전에 수반되는 소형·경량 요구에 대응하기 위해, 모터 대경화에 의한 토크 밀도 향상 및 기계 기어리스화가 요망되고 있다.　모터 대경화 시에 있어서의 갭 정밀도를 확보하기 위해서는, 쌓아 올림 공차의 영향을 최소화할 목적으로, 갭 직경과 동일 정도의 직경의 베어링을 사용하는 것이 바람직하다.
특허문헌 1에는, 회전자를 지지하는 회전자 측 케이스와, 고정자를 지지하는 고정자 측 케이스와, 회전자 측 케이스와 고정자 측 케이스를 결합하는 베어링을 구비한 회전 전기 기기가 개시되어 있다.　특허문헌 1에는, 베어링의 직경이, 갭 직경과 동일 정도의 크기인 것이 교시되어 있다.
일본 특허 공개 제2005-333705호 공보
상술한 바와 같이, 토크 밀도의 향상을 위해서는 회전 전기 기기의 직경을 크게 하는 것이 유효하지만, 회전 전기 기기의 직경이 커지면 갭 정밀도의 확보를 위해 베어링의 직경도 커진다.　그러나, 베어링의 직경이 커질수록, 미끄럼 이동 거리 및 주속(周速)이 커지기 때문에, 미끄럼 이동 손실이 증가하여 회전 전기 기기의 효율이 저하되는 점이 과제이다.
게다가 종래의 설계 사상에서는, 베어링의 동작 온도로서, 회전 전기 기기의 주위 온도 근방에서 사용하는 것이 권장되고 있다.　이는, 온도 상승에 수반되는 베어링의 구름 이동체의 열팽창에 의해, 베어링 내부 틈새가 축소되므로, 구름 이동체와 내륜·외륜의 미끄럼 이동 마찰이나 스커핑이 발생할 리스크가 높아지기 때문이다.　그러나, 베어링의 동작 온도를 주위 온도 근방으로 유지한 경우에는, 베어링의 윤활유가 고점도의 상태로 되므로, 전술한 미끄럼 이동 손실이 더 현저하게 증가하게 된다.　또한, 베어링이 커질수록 방열 면적이 커져, 베어링 본체의 냉각성이 높아진다.　그러나, 베어링 본체가 냉각되어 버리면 윤활유의 고점도의 상태가 유지되어 버리므로, 이 관점에서도 베어링의 직경이 클수록, 미끄럼 이동 손실이 증가하기 쉽다.
이와 같이, 종래의 회전 전기 기기에서는, 베어링 본체의 구조적인 요인과, 운용상의 요인의 양면에서 베어링의 미끄럼 이동 손실의 증가를 회피하는 것이 곤란하였다.
본 발명은 베어링의 미끄럼 이동 손실을 저감시켜, 회전 전기 기기의 효율을 향상시키는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에는 다양한 실시 형태를 포함하지만, 그 일례를 들면, 본 발명의 회전 전기 기기는, 복수의 코일 및 상기 복수의 코일이 권회된 고정자 코어를 갖는 고정자와, 상기 고정자에 대하여 소정의 갭을 사이에 두고 회전 가능하게 지지된 회전자와, 상기 회전자를 보유 지지하는 회전자 케이스와, 상기 회전자 케이스를 회전 가능하게 지지하는 제1 베어링과 제2 베어링을 구비하는 회전 전기 기기이며, 상기 고정자 코어로부터 돌출된 코일 엔드부에 냉매를 흐르게 하는 제1 유로를 형성하는 제1 유로 형성체와, 상기 제1 베어링의 수납 공간을 형성함과 함께 상기 제1 유로 형성체의 상기 제1 유로와 연결되고 또한 당해 수납 공간을 냉매로 충전하는 제1 케이스부와, 상기 코일 엔드부와는 축 방향 반대 측에 배치되는 코일 엔드부에 냉매를 흐르게 하는 제2 유로를 형성하는 제2 유로 형성체와, 상기 제2 베어링의 수납 공간을 형성함과 함께 상기 제2 유로 형성체의 상기 제2 유로와 연결되고 또한 당해 수납 공간을 냉매로 충전하는 제2 케이스부를 구비한다.
본 발명에 의하면, 베어링의 미끄럼 이동 손실을 저감시켜, 회전 전기 기기의 효율을 향상시킬 수 있다.
상기한 것 이외의 과제, 구성 및 효과는, 이하의 실시 형태의 설명에 의해 밝혀진다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 있어서의 회전 전기 기기 단면의 설명도.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 있어서의 베어링 내부 틈새의 설명도.
도 3a는 베어링 마찰 계수와 베어링의 윤활유의 점도의 관계의 설명도.
도 3b는 베어링의 윤활유의 온도와 점도의 관계의 설명도.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 있어서의 회전 전기 기기 단면의 변형예의 설명도.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 있어서의 회전 전기 기기 단면의 다른 변형예의 설명도.
도 6은 본 발명의 제1 실시예에 있어서의 회전 전기 기기 단면의 또 다른 변형예의 설명도.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 있어서의 전동 휠의 모식적 단면도.
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 있어서의 전동 휠의 분해 사시도.
도 9는 본 발명의 제3 실시예에 있어서의 차량의 모식적인 평면도.
도 10은 본 발명의 제4 실시예에 있어서의 차량의 모식적인 평면도.
도 11은 본 발명의 제4 실시예에 있어서의 차량의 변형예의 모식적인 평면도.
도 12는 본 발명의 제5 실시예에 있어서의 차량에 탑재되는 제어 장치의 기능 블록도.
도 13은 종래 기술과 본 발명의 비교 설명도.
이하, 본 발명의 실시예에 대하여 도면을 참조하여 설명한다.　이하의 설명에서는, 동일한 구성 요소에는 동일한 기호를 부여하고 있다.　이들의 명칭 및 기능은 동일하고, 중복 설명은 피한다.　이하의 설명에서는 자동차, 철도 차량 등 가변속 구동의 회전 전기 기기를 대상으로 하고 있지만, 본 발명의 효과는 이에 한정되는 것은 아니며, 일정속을 포함하는 회전 전기 기기 전반에 적용 가능하다.　또한, 회전 전기 기기는 영구 자석 동기 기기여도 되고 기타의 회전 기기여도 된다.　또한, 이하의 설명에서는 주로 외구름형의 회전 전기 기기를 대상으로 하고 있지만, 내구름형의 회전 전기 기기여도 된다.　또한, 코일의 재질은 구리여도 되고 알루미늄이어도 되고, 기타의 도전 재료여도 된다.　또한, 베어링은 볼베어링이어도 되고, 기타의 베어링이어도 된다.　또한, 주로 오일 등의 액체 냉매를 대상으로 하고 있지만, 기타의 냉매여도 된다.
실시예 1
이하, 도 1 내지 도 3b를 사용하여, 본 발명의 제1 실시예에 대하여 설명한다.　또한, 도 13을 사용하여 종래 기술과 본 발명의 비교에 대하여 설명한다.　도 1은 본 발명의 제1 실시예에 있어서의 회전 전기 기기 단면의 설명도이다.　도 2는 본 발명의 제1 실시예에 있어서의 베어링 내부 틈새의 설명도이다.　도 3a는 베어링 마찰 계수와 베어링의 윤활유의 점도의 관계의 설명도이며, 도 3b는 베어링의 윤활유의 온도와 점도의 관계의 설명도이다.　도 13은 종래 기술과 본 발명의 비교 설명도이다.
먼저, 종래 기술과 본 발명의 차이에 대하여 설명한다.　도 13에 나타내는 바와 같이, 베어링의 미끄럼 이동 손실은 베어링 온도의 증가에 수반하여 감소하는 경향이 있다.　이는 베어링 온도의 상승에 수반하여, 베어링의 윤활유의 점도가 저하되어, 미끄럼 이동 마찰이 저하되기 때문이다.　단, 도 13에 나타내는 베어링 온도란, 종래의 설계 사상에 있어서 일반적으로 채용되는 수치 범위를 가리킨다.　즉, 횡축의 중앙부는 회전 전기 기기가 평균적인 사용 상태에 있어서의 주위 온도 T0, 횡축의 하한은 회전 전기 기기의 사용 환경 온도 하한값 Tmin, 횡축의 상한은 회전 전기 기기의 운전시 상한 온도 Tmax이다.
Tmax는, 일반적으로 베어링 내부의 간극(이하, 베어링 내부 틈새)이 유지되는 상태, 즉 구름 이동체가 베어링의 내륜 및 외륜과 소정의 갭을 확보하고 있는 상태에서, 또한 회전 전기 기기의 운전을 허용하는 최대 온도로서 설정된다.　베어링 온도가 Tmax를 초과하면, 구슬이나 굴림대 등의 구름 이동체의 열팽창에 의해, 베어링 내부 틈새가 축소되어, 구름 이동체가 미끄럼 이동 마찰을 일으키기 때문에 미끄럼 이동 손실이 증가한다.　워스트 케이스에서는 구름 이동체와 내륜 및 외륜의 스커핑이 발생하기 때문에, 베어링의 파손이나 회전 전기 기기의 로크, 그에 수반되는 과전류의 발생, 나아가서는 코일의 소손 등으로 이어질 리스크가 있다.　이 때문에, Tmax는, 베어링 내부 틈새를 충분히 확보할 수 있도록 여유도를 가진 수치로 설계되어 있다.
도 13을 참조하여, 대형 베어링과 소형 베어링의 베어링 온도에 대한 미끄럼 이동 손실의 차이에 대하여 설명한다.　대형 베어링이란, 소위 베어링 외경이 약 180mm부터 약 800mm까지의 베어링을 가리키고, 소형 베어링이란, 소위 베어링 내경이 10mm 이상이고, 소위 베어링 외경이 약 80mm까지의 베어링을 가리킨다.
도 13에 나타내는 바와 같이, 대형 베어링에서는, 소형 베어링에 대하여 미끄럼 이동 손실이 커지는 것 외에, 베어링 온도의 의존성(도 13의 그래프의 기울기)이 커진다.　전자의 이유는, 대형 베어링에서는 미끄럼 이동 거리 및 주속이 커지기 때문이다.　후자의 이유는, 베어링 윤활유와 구름 이동체의 접촉 면적이 증가함으로써, 윤활유의 점성의 영향을 받기 쉬워지기 때문이다.　게다가 종래의 설계 사상에서는, 베어링의 동작 온도로서, 회전 전기 기기가 평균적인 사용 상태에 있어서의 주위 온도 T0의 근방에서 사용하는 것이 권장되고 있다.　그러나, 베어링의 동작 온도를 이와 같이 설계한 경우, 베어링 윤활유의 고점도의 상태가 유지되므로, 미끄럼 이동 손실도 또한 높은 수준에 머문다.　또한, 대형 베어링은 방열 면적이 커지므로, 소형 베어링과 비교하면, 베어링 본체의 냉각성은 우수하다.　한편, 베어링 본체가 냉각되어 버리면 윤활유의 고점도의 상태가 유지되어 버리므로, 이 관점에서도 대형 베어링에서는 T0 근방의 온도로 안정되기 쉽고, 미끄럼 이동 손실이 높은 수준에 머물기 쉽다.
본 발명에서는 이러한 과제에 대하여, 베어링의 동작 온도를 고온 측으로 시프트하여 사용하는 방법을 고안하였다.　Tmax에 가까운 온도에서, 또한 Tmax를 초과하지 않는 온도에서 사용할 수 있으면, 베어링 내부 틈새가 과잉으로 축소되는 일은 없다.　한편, 베어링 온도가 상승하므로, 윤활유의 점도를 낮출 수 있고, 이에 의해 미끄럼 이동 손실을 대폭으로 저감시킬 수 있다.　따라서, 베어링의 장기 신뢰성을 확보하면서, 미끄럼 이동 손실을 저감시킨 고효율의 회전 전기 기기를 제공할 수 있다고 생각하였다.　이 구체적인 수단에 관하여, 도 1을 사용하여 이하에 설명한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 있어서의 회전 전기 기기 단면의 설명도이다.　회전 전기 기기(800)는 복수의 코일(예를 들어, U상, V상, W상의 코일)(600) 및 복수의 코일(600)이 권회된 고정자 코어(801c)를 갖는 고정자(801)와, 고정자(801)에 대하여 소정의 갭을 사이에 두고 회전 가능하게 지지된 회전자(802)를 구비한다.　회전자(802)는 회전자 케이스(400)에 의해 보유 지지되고, 회전자 케이스(400)는 제1 베어링(201) 및 제2 베어링(202)에 의해 회전 가능하게 지지된다.
고정자(801)는 고정자 케이스(500)에 의해 보유 지지된다.　또한 고정자 케이스(500)는 고정자 보유 지지 부재(300)에 의해 보유 지지된다.　고정자 케이스(500)와 고정자 보유 지지 부재(300)는 별도 부품으로 구성해도 되고, 일체 부품으로 구성해도 된다.
회전자 케이스(400)는 원통 형상이며, 회전자 케이스(400)의 축 방향 일단 측(도시 좌측 단부 측)에 제1 케이스부(401)가 마련되고, 회전자 케이스(400)의 축 방향 타단 측(도시 우측 단부 측)에 제2 케이스부(402)가 마련되어 있다.　고정자 케이스(500)와, 회전자 케이스(400)와, 제1 케이스부(401)와, 제2 케이스부(402)에 의해, 고정자(801) 및 회전자(802)가 수용되는 공간이 형성된다.　이 공간에는 도시하지 않은 주입 구멍으로부터 냉매가 주입되어, 공간 내에 냉매가 충전된다.
고정자 코어(801c)로부터 돌출된 코일(600)의 단부인 코일 엔드부(601)의 근방에는, 코일 엔드부(601)에 냉매를 흐르게 하는 제1 유로(501s)를 형성하는 제1 유로 형성체(501)가 배치되고, 제1 베어링(201)의 수납 공간(201s)은 제1 유로 형성체(501)의 제1 유로(501s)와 연결되고, 또한 당해 수납 공간(201s)을 냉매로 충전하는 제1 케이스부(401)에 의해 제1 폐공간(401s)을 구성한다.　제1 케이스부(401)에 의해 형성되는 제1 폐공간(401s)은 제1 베어링(201)의 수납 공간(201s)을 통해 제1 유로(501s)에 연통한다.　코일 엔드부(601)와는 축 방향 반대 측에 배치되는 코일 엔드부(602)에 대해서도 마찬가지의 구성이 채용된다.　고정자 코어(801c)로부터 돌출된 코일(600)의 단부인 코일 엔드부(602)의 근방에는, 코일 엔드부(602)에 냉매를 흐르게 하는 제2 유로(502s)를 형성하는 제2 유로 형성체(502)가 배치되고, 제2 베어링(202)의 수납 공간(202s)은 제2 유로 형성체(502)의 제2 유로(502s)와 연결되고, 또한 당해 수납 공간(202s)을 냉매로 충전하는 제2 케이스부(402)에 의해 제2 폐공간(402s)을 구성한다.　제2 케이스부(402)에 의해 형성되는 제2 폐공간(402s)은 제2 베어링(202)의 수납 공간(202s)을 통해 제2 유로(502s)에 연통한다.
제1 유로 형성체(501) 및 제2 유로 형성체(502)는 고정자 케이스(500)에 마련된다.　본 실시예에 관한 고정자 케이스(500)는 고정자 코어(801c)가 고정되는 원통 형상의 코어 고정부(503)와, 코어 고정부(503)의 축 방향 일단 측에 마련되는 제1 유로 형성체(501)와, 코어 고정부(503)의 축 방향 타단 측에 마련되는 제2 유로 형성체(502)를 구비한다.
제1 유로 형성체(501)는 코어 고정부(503)로부터 축 방향 한쪽(도시 좌측 방향)으로 연장되도록 형성되는 원통부(501a)와, 이 원통부(501a)의 선단부로부터 직경 방향으로 뻗어 나오도록 형성되는 플랜지부(501b)와, 환상의 플랜지부(501b)의 직경 방향 단부로부터 축 방향 다른 쪽(도시 우측 방향)으로 연장되도록 형성되는 제1 내륜 보유 지지부(501c)를 갖는다.　제1 내륜 보유 지지부(501c)에는, 제1 베어링(201)의 내륜이 끼워 맞추어진다.　또한, 회전자 케이스(400)의 축 방향 일단부(도시 좌측 단부)에는, 제1 베어링(201)의 외륜이 끼워 맞추어지는 제1 외륜 보유 지지부(400c)가 형성되어 있다.　이 구성에 의해, 제1 베어링(201)은 회전자(802)의 직경 방향에서 본 경우, 코일 엔드부(601)보다 외경 측이며 당해 코일 엔드부(601)와 겹치는 위치에 배치된다.
제2 유로 형성체(502)는 코어 고정부(503)로부터 축 방향 다른 쪽(도시 우측 방향)으로 연장되도록 형성되는 원통부(502a)와, 이 원통부(502a)의 선단부로부터 또한 축 방향으로 연장되도록 형성되는 제2 내륜 보유 지지부(502c)를 갖는다.　제2 내륜 보유 지지부(502c)에는, 제2 베어링(202)의 내륜이 끼워 맞추어진다.　또한, 제2 케이스부(402)에는, 제2 베어링(202)의 외륜이 끼워 맞추어지는 제2 외륜 보유 지지부(402c)가 형성되어 있다.　이 구성에 의해, 제2 베어링(202)은 회전자(802)의 축 방향에서 본 경우, 코일 엔드부(602)와 겹치는 위치에 배치된다.
회전 전기 기기(800)는 전동화의 진전에 수반되는 소형·경량 요구에 대응하기 위해, 토크 발생 부분을 대경화함으로써 토크 밀도 향상 및 기계 기어리스화를 도모하는 구성으로 되어 있다.　그리고, 대경화 시에 있어서의 갭 정밀도를 확보하기 위해, 쌓아 올림 공차의 영향을 최소화할 목적으로, 갭 직경과 동일 정도의 대형 베어링을 사용한다.　또한 갭 직경을 확대할 목적으로, 토크 반경을 크게 취할 수 있는 외구름형(아우터 로터) 구조를 채용하고 있다.
본 실시예에서는, 베어링(201, 202)에 대형 베어링이 채용되기 때문에, 베어링(201, 202)의 미끄럼 이동 손실이 증가하여 회전 전기 기기(800)의 효율이 저하되는 점이 과제이다.　이 과제를 해결하기 위해, 본 실시예에서는, 주요한 발열원이 되는 코일(600)의 발열을 이용하여, 제1 베어링(201) 및 제2 베어링(202)의 동작 온도를 고온 측으로 시프트하여 베어링 윤활유의 점도를 낮추는 구조로 하였다.　또한, 본 실시예에서는, 코일(600)을 냉각하는 냉매가, 베어링(201, 202)의 윤활유로서도 기능한다.
냉매의 주된 흐름 및 열의 이동에 대하여 구체적으로 설명한다.　코일(600)에 전류가 공급되면, 코일(600)이 발열한다.　코일(600)에서 발생한 열은, 코일 엔드부(601)에 접하는 냉매에 전달되어, 냉매의 온도가 상승한다.　코일 엔드부(601)의 열을 흡수한 냉매는, 제1 유로(501s)로부터 제1 베어링(201)의 수납 공간(201s)으로 대류하고, 또한 수납 공간(201s)으로부터 제1 케이스부(401)에 의해 구성된 제1 폐공간(401s)으로 대류한다.　따라서, 코일(600)에서 발생한 열은, 냉매의 대류에 의해 제1 유로(501s)로부터 수납 공간(201s)으로 전달되고, 수납 공간(201s)으로부터 제1 폐공간(401s)으로 전달된다.　또한, 코일(600)에서 발생한 열은, 코일 엔드부(601)로부터 냉매를 통해 제1 유로 형성체(501)에도 전달되고, 제1 유로 형성체(501)로부터 제1 베어링(201)에 전달된다.
또한, 일부의 열은 제1 베어링(201)의 수납 공간(201s)으로부터 회전자 케이스(400)를 통해 회전 전기 기기(800)의 외부로 방열되지만, 당해 부분의 방열 면적은 한정적이다.　대부분의 열은, 제1 폐공간(401s)을 형성하는 제1 케이스부(401)의 외표면으로부터 방열된다.　제1 케이스부(401)로부터의 방열에 의해 냉매의 온도를 효과적으로 저하시킬 수 있다.　따라서, 본 실시예에서는, 제1 폐공간(401s)을 형성하지 않는 경우에 비하여, 회전 전기 기기(800)의 출력을 증가시킬 수 있다.
본 실시예에서는, 전술한 전열 및 대류 경로에 제1 베어링(201)이 배치됨으로써, 확실하게 제1 베어링(201)의 동작 온도를 고온 측으로 시프트하는 것이 가능하게 된다.　따라서, 본 실시예에 의하면, 대형 베어링인 제1 베어링(201)의 미끄럼 이동 손실을 효과적으로 저감시킬 수 있다.
마찬가지로, 코일(600)에서 발생한 열은, 코일 엔드부(602)에 접하는 냉매를 통해, 제2 유로 형성체(502) 및 제2 유로(502s)로부터 제2 베어링(202)의 수납 공간(202s)으로 전열 및 대류하고, 또한 수납 공간(202s)으로부터 제2 케이스부(402)에 의해 구성된 제2 폐공간(402s)으로 전열 및 대류한다.　이 전열 및 대류 경로에 제2 베어링(202)이 배치됨으로써, 확실하게 제2 베어링(202)의 동작 온도를 고온 측으로 시프트하는 것이 가능하게 된다.　따라서, 본 실시예에 의하면, 대형 베어링인 제2 베어링(202)의 미끄럼 이동 손실을 효과적으로 저감시킬 수 있다.　또한, 제2 케이스부(402)로부터의 방열에 의해 냉매의 온도를 효과적으로 저하시킬 수 있다.　따라서, 본 실시예에서는, 제2 폐공간(402s)을 형성하지 않는 경우에 비하여, 회전 전기 기기(800)의 출력을 증가시킬 수 있다.
일반적으로, 회전 전기 기기의 열 설계는, 코일(600)의 허용 온도나 냉매의 허용 온도를 하회하도록 설정된다.　따라서, 이들 허용 온도 상한으로 운용했을 때, 베어링(201, 202)이 베어링 내부 틈새를 확보할 수 있도록 미리 설계해 두면, 베어링(201, 202)의 파손을 초래하는 일은 없다.　환언하면, 코일(600)의 발열을 이용함으로써, 베어링(201, 202)을 적당한 고온으로 컨트롤할 수 있으므로, 베어링(201, 202)의 장기 신뢰성을 확보하면서, 정상적으로 베어링(201, 202)의 미끄럼 이동 손실을 저감시킬 수 있다.
제1 베어링(201)의 수납 공간(201s)은 제1 유로(501s)와 연결되어 있다면 어떤 형태여도 된다.　마찬가지로, 제2 베어링(202)의 수납 공간(202s)은 제2 유로(502s)와 연결되어 있다면 어떤 형태여도 된다.　보다 바람직한 형태로서, 도 1의 제1 베어링(201)과 같이, 회전자(802)의 직경 방향에서 본 경우에, 코일 엔드부(601)보다 외경 측이며, 또한 코일 엔드부(601)와 겹치는 위치에 배치함으로써, 코일 엔드부(601)로부터 제1 베어링(201)까지의 대류 경로를 짧게 할 수 있으므로, 보다 효과적으로 코일(600)에서 발생한 열을 제1 베어링(201)에 전달할 수 있다.
기타의 형태로서, 도 1의 제2 베어링(202)과 같이, 회전자(802)를 지지하는 샤프트의 축 방향에서 본 경우에, 코일 엔드부(602)와 겹치는 위치에 배치하는 것으로도, 코일 엔드부(602)로부터 제2 베어링(202)까지의 대류 경로를 짧게 할 수 있으므로, 보다 효과적으로 코일(600)에서 발생한 열을 제2 베어링(202)에 전달할 수 있다.
또한, 도시하지 않지만, 회전 전기 기기(800)의 외부에 마련되는 펌프(도시하지 않음)에 의해, 회전 전기 기기(800)의 내부의 냉매를 강제적으로 순환시켜도 된다.　펌프에 의해 냉매를 강제적으로 순환시키는 경우, 예를 들어 고정자 케이스(500)의 원통부(501a) 또는 원통부(502a)에, 펌프로부터의 냉매의 입구부가 마련된다.　또한, 고정자 케이스(500)의 원통부(502a) 또는 원통부(501a)(냉매의 입구부가 마련되는 원통부와는 축 방향 반대 측에 배치되는 원통부)에, 냉매의 출구부가 마련된다.　이에 의해, 펌프로부터 토출되어 입구부로부터 회전 전기 기기(800) 내로 유입된 냉매는, 고정자(801)와 회전자(802) 사이의 갭을 흘러, 출구부로부터 유출된다.　출구부로부터 유출된 냉매는, 펌프에 의해 흡입되어, 다시, 펌프로부터 토출된다.　또한, 냉매의 입구부 및 출구부는, 고정자 케이스(500)에 형성하는 것 대신에, 케이스부(401, 402)에 형성하도록 해도 된다.
펌프에 의해 냉매를 강제적으로 순환시키지 않는 경우, 냉매는, 자연 대류에 의해, 회전 전기 기기(800) 내를 순환한다.　구체적으로는, 코일(600)의 열을 흡수하여 온도가 상승한 냉매는, 자연 대류에 의해 상방을 향하여 흐르고, 회전 전기 기기(800)의 상부에 있어서, 유로(501s, 502s)로부터 수납 공간(201s, 202s)을 통하여 폐공간(401s, 402s)으로 흐른다.　폐공간(401s, 402s) 내에 온도가 높은 냉매가 유입되면, 냉매로부터 케이스부(401, 402)로 열이 전달된다.　케이스부(401, 402)로 전달된 열은, 케이스부(401, 402)로부터 외부로 방열된다.　이에 의해, 폐공간(401s, 402s) 내의 냉매의 온도가 저하되고, 냉매가 회전 전기 기기(800)의 하방을 향하여 흐른다.　회전 전기 기기(800)의 하부에 있어서, 냉매는, 폐공간(401s, 402s)으로부터 수납 공간(201s, 202s)을 통하여 유로(501s, 502s)로 흐른다.
또한, 회전 전기 기기(800)의 회전자(802)가 회전하고 있는 경우, 냉매는, 회전자(802)의 회전에 의해 회전 전기 기기(800)의 주위 방향으로도 흐른다.
냉매의 열전도율 및 열전달률이 높을수록 베어링(201, 202)의 온도 상승 효과는 커지므로, 이 관점에서 냉매는 기체보다 액체 쪽이 좋다.　냉매에는, 부품의 윤활, 냉각에 사용하는 것이 가능한 오일, 예를 들어 팜 야자유 등의 식물유, 광물유, ATF(오토매틱 트랜스미션 플루이드) 등을 채용할 수 있다.　냉매는 시일(301, 302)에 의해 폐공간(401s, 402s)에 밀폐된다.
또한, 도 1에서는 회전자 케이스(400)와 제2 케이스부(402)를 별도 부품으로 구성하고 있지만, 동일 부품으로서 제작해도 된다.　회전자 케이스(400)와 제2 케이스부(402)를 동일 부품으로 구성하는 경우, 제1 베어링(201)의 수납 공간(201s) 및 제2 베어링(202)의 수납 공간(202s)의 기계 가공을 동일 공정 내에서 완결할 수 있기 때문에, 당해 수납 공간(201s, 202s)의 동심도를 확보하기 쉬워진다.　이에 의해, 회전자(802)의 갭 편심을 억제할 수 있기 때문에, 진동·소음을 저감시킬 수 있는 외에, 베어링(201, 202)에 가해지는 하중의 언밸런스를 경감할 수 있어, 베어링(201, 202)의 장기 신뢰성을 향상시킬 수 있다.　또한, 수납 공간(201s, 202s)의 기계 가공을 동일 공정 내에서 완결할 수 있기 때문에, 회전 전기 기기(800)의 제조 비용을 저감시킬 수 있다.
또한, 도 1에서는 제1 베어링(201)을 코일 엔드부(601)의 직경 방향으로 배치함으로써, 회전 전기 기기 전체의 축 방향 길이를 단축시킬 수 있다.　즉, 회전 전기 기기(800)를 소형 경량으로 하는 것이 가능하게 된다.　또한, 제1 베어링(201)보다 제2 베어링(202)을 내경 측에 배치함으로써, 회전자 케이스(400), 제2 케이스부(402), 회전자(802), 제1 베어링(201), 제2 베어링(202)을 미리 조립한 후에, 하나의 부품으로서 고정자 케이스(500)에 조립하는 것이 가능하게 되어, 조립 작업을 용이화할 수 있다.　그 결과, 회전 전기 기기(800)의 제조 비용을 저감시킬 수 있다.
한편, 도 1에서는 제1 베어링(201)을 회전자 케이스(400)에 설치하는 구성으로 하고 있지만, 제1 케이스부(401)에 설치하는 구성으로 해도 된다.　이러한 구성으로 함으로써, 베어링 파손 시에 있어서, 제1 케이스부(401)와 제2 케이스부(402)를 회전자 케이스(400)로부터 떼어 내는 것만으로 베어링(201, 202)을 교환하는 것이 가능하게 되므로, 메인터넌스성을 향상시킬 수 있다.
이상, 베어링(201, 202)의 장기 신뢰성을 확보하면서, 베어링(201, 202)의 미끄럼 이동 손실을 저감시킨 고효율의 회전 전기 기기(800)를 제공하는 수단에 대하여 설명하였다.
여기서, 베어링 내부 틈새에 대하여 도 2의 (a) 및 도 2의 (b)를 사용하여 설명한다.　베어링 내부 틈새는, 도 2의 (a)에 나타내는 구름 이동체(210)와 내륜(211) 및 외륜(212) 사이에 확보되는 간극을 가리키고, 내륜(211) 및 외륜(212) 중 한쪽을 고정하여 다른 쪽을 편심의 극한 위치로부터 직경 방향의 반대 측 극한 위치까지 직경 방향으로 이동시킨 경우의 이동량에 상당한다.　또한, 일반적인 베어링에서는, 도 2의 (b)에 나타내는 바와 같이, 내륜(211)의 내경(베어링 내경) d의 증가와 함께, 베어링 내부 틈새는 증가하도록 설계되어 있다.　이는, 베어링 내경 d의 증가에 수반하여 미끄럼 이동 거리가 증가하여 구름 이동체(210)의 발열, 열팽창이 현저해지기 때문이다.　그러나, 본 실시예에서 대상으로 하는 기계 기어리스의 회전 전기 기기(800)에 있어서는, 저속 회전으로 큰 토크를 발생시키는 구성상, 베어링(201, 202)이 발생시키는 발열량은 코일(600)의 발열량에 대하여 극히 근소하게 된다.　따라서, 베어링(201, 202)의 온도는, 코일(600)의 방열을 담당하는 냉매의 온도에 의해 지배된다.　즉, 코일(600)의 발열량이 동일하면, 베어링 내경 d가 증가할수록, 큰 베어링 내부 틈새를 확보하는 것이 가능하게 되어, 베어링(201, 202)을 고온 측에서 사용하면서도 장기 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
계속해서 도 13에 나타낸 베어링 온도와 미끄럼 이동 손실의 관계의 타당성에 대하여, 이론식과 도 3a 및 도 3b를 사용하여 설명한다.
먼저, 도 3a에 마찰 계수와 윤활유의 점도의 관계를 나타낸다.　베어링의 윤활유의 상태는, 일반적으로 점도 η, 베어링의 회전 속도 n, 베어링에 작용하는 하중(레이디얼 하중) W에 의존하고, η×n/W의 증가에 수반하여 경계 윤활, 혼합 윤활, 유체 윤활로 차례로 이행한다.　경계 윤활, 혼합 윤활은, 마찰 계수 μ가 높은 상태이며, 원활하게 회전을 전달하는 베어링 본래의 기능을 발휘할 수 없다.　이 때문에, 회전 전기 기기가 정상적으로 회전하는 조건에 있어서, 베어링은 유체 윤활의 상태에서 사용된다.
도 3a에 나타내는 바와 같이, 유체 윤활의 상태에서는 마찰 계수 μ는 다음 식 (1)로 표현된다.
μ∼η·n/W … (1)
한편, 윤활유의 점도 η는, 도 3b에 나타내는 바와 같이 윤활유의 온도 T에 반비례하고, 다음 식 (2)로 표현된다.
η∼1/T … (2)
또한, 도 3b에는 공업용 윤활유로서 비교적 저점도의 ISO VG15와, 비교적 고점도의 ISO VG320을 일례로서 기재하고 있지만, 본 발명은 이들에 한정되는 것은 아니다.
미끄럼 이동 손실 Q는 회전 속도 n, 베어링 하중 W, 베어링 내경 d를 사용하여 다음 식 (3)으로 표현된다.
Q∼μ·n·W·d … (3)
식 (1), (2)을 사용하여 식 (3)을 고쳐 쓰면 다음 식 (4)이 얻어진다.
Q∼1/T·n2·d … (4)
식 (4)로부터, 회전 속도 n이 동일하면, 미끄럼 이동 손실 Q는 베어링 내경 d에 비례하고, 온도 T에 반비례한다는 것을 알 수 있다.　이는 도 13에 나타낸 경향과 일치한다.
또한, 온도 상승에 수반되는 구름 이동체(210)의 열팽창에 의해 베어링 내부 틈새가 축소되지만, 충분한 베어링 내부 틈새가 확보되어 있으면 마찰 계수 μ의 현저한 증가에는 이르지 않기 때문에, 식 (1)에 대한 영향은 근소하다고 할 수 있다.
계속해서 도 4 내지 6에 본 실시예의 변형예를 나타낸다.
도 4가 도 1과 상이한 것은, 제1 유로 형성체(501)에 냉매 순환 구멍(501h)을 마련하여, 냉매를 정상적으로 순환시키고 있는 점이다.　도 4의 A-A 단면에 나타내는 바와 같이, 냉매 순환 구멍(501h)은 주위 방향으로 복수개 마련된 구멍이다.　냉매 순환 구멍(501h)에 의해 제1 유로(501s)와 제1 폐공간(401s)이 연통된다.　구멍의 형상은 긴 구멍이어도 되고 원이어도 된다.　냉매 순환 구멍(501h)이 없는 경우에는, 제1 케이스부(401)에 의해 구성된 제1 폐공간(401s)의 냉매는 순환하지 않지만, 냉매 순환 구멍(501h)을 마련함으로써, 냉매(윤활유)가 제1 베어링(201)을 끊임없이 순환하는 경로가 형성된다.　이에 의해, 제1 베어링(201)의 윤활을 촉진할 수 있어, 제1 베어링(201)의 장기 신뢰성을 향상시킬 수 있다.　마찬가지로, 제2 유로 형성체(502)에, 제2 유로(502s)와 제2 폐공간(402s)을 연통하는 냉매 순환 구멍(구멍)(502h)을 마련함으로써 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.
냉매 순환 구멍(501h, 502h)의 크기, 수, 베어링(201, 202)과의 위치 관계는, 회전 전기 기기(800)의 운전 조건 등에 따라 정해진다.　이에 의해, 코일(600)의 발열을 이용하여 베어링(201, 202)을 적당한 고온으로 컨트롤할 수 있다.　이 때문에, 베어링(201, 202)의 장기 신뢰성을 확보하면서, 정상적으로 베어링(201, 202)의 미끄럼 이동 손실을 저감시킬 수 있다.
또한, 도시하지 않지만, 회전 전기 기기(800)의 내부에, 냉매의 흐름을 컨트롤하기 위한 역지 밸브가 마련되어 있어도 된다.　예를 들어, 냉매 순환 구멍(501h)에, 한쪽의 흐름에 대해서는 허용하고 다른 쪽의 흐름에 대해서는 금지하는 역지 밸브가 마련되어 있어도 된다.　또한, 냉매 순환 구멍(501h)에 역지 밸브가 마련되는 것 대신에, 제1 유로(501s)와 수납 공간(201s) 사이에 역지 밸브가 마련되어 있어도 된다.　이 경우, 예를 들어 제1 내륜 보유 지지부(501c)로부터 회전자(802)의 단부면을 향하여 연장되는 부재가 마련되고, 이 부재에 역지 밸브가 설치된다.
역지 밸브가 마련됨으로써, 냉매가 제1 유로(501s), 수납 공간(201s), 제1 폐공간(401s), 냉매 순환 구멍(501h), 제1 유로(501s)의 순으로 흐르는 순환 경로, 혹은 냉매가 제1 유로(501s), 냉매 순환 구멍(501h), 제1 폐공간(401s), 수납 공간(201s), 제1 유로(501s)의 순으로 흐르는 순환 경로가 형성된다.　이에 의해, 베어링(201)의 동작 온도를 컨트롤할 수 있다.　또한, 역지 밸브와 함께, 혹은 역지 밸브 대신에, 냉매를 유도하는 가이드 부재를 마련함으로써, 베어링(201)의 동작 온도를 컨트롤해도 된다.　또한, 마찬가지로, 제2 유로(502s) 측에 역지 밸브, 가이드 부재를 마련해도 된다.
도 5가 도 1과 상이한 것은, 베어링(201, 202) 각각이, 축 방향에서 본 경우에 코일 엔드부(601, 602)와 겹치는 위치에 배치되어 있는 점이다.　이러한 구성으로 한 경우에 있어서도, 도 1과 마찬가지로 코일(600)의 발열을 이용하여 베어링(201, 202)을 적당한 고온으로 컨트롤할 수 있으므로, 베어링(201, 202)의 장기 신뢰성을 확보하면서, 정상적으로 베어링(201, 202)의 미끄럼 이동 손실을 저감시킬 수 있다.　또한, 회전 전기 기기 전체를 직경 방향으로 단축시킬 수 있다.　즉, 회전 전기 기기(800)를 소형 경량으로 하는 것이 가능하게 된다.
이 외에, 도 5에서는, 제1 케이스부(401)에 냉매 순환 구멍(401h)을 마련하여, 냉매를 정상적으로 순환시킨다.　냉매 순환 구멍(401h)의 구성은 도 4의 A-A 단면에 나타낸 형태와 마찬가지이다.　또한, 도 5에서는, 제2 유로 형성체(502)에도 냉매 순환 구멍(502h)을 마련하여, 냉매를 정상적으로 순환시킨다.
또한, 냉매 순환 구멍(401h) 대신에, 제1 유로 형성체(501)에 제1 유로(501s)와 제1 폐공간(401s)을 연통하는 냉매 순환 구멍이 마련되어 있어도 된다.　마찬가지로, 냉매 순환 구멍(502h) 대신에, 제2 케이스부(402)에 제2 유로(502s)와 제2 폐공간(402s)을 연통하는 냉매 순환 구멍이 마련되어 있어도 된다.
도 5에서는, 제1 케이스부(401), 제2 케이스부(402)는 각각 좌우 대칭의 관계에 있으므로, 부품 개수를 삭감하는 것이 가능하다.　또한, 도 5에서는 회전자 케이스(400), 제1 케이스부(401), 제2 케이스부(402)를 각각 별도 부품으로 구성하고 있어, 베어링 파손 시에 있어서, 제1 케이스부(401)와 제2 케이스부(402)를 회전자 케이스(400)로부터 떼어 내는 것만으로 베어링(201, 202)을 교환하는 것이 가능하게 되므로, 메인터넌스성을 향상시킬 수 있다.　한편, 회전자 케이스(400)와 제1 케이스부(401), 또는 회전자 케이스(400)와 제2 케이스부(402)를 동일 부품으로서 제작해도 되고, 이에 의해 부품 개수를 삭감하는 것이 가능하다.
도 6이 도 1과 상이한 것은, 베어링(201, 202) 각각이, 회전자(802)의 직경 방향에서 본 경우에, 코일 엔드부(601, 602)보다 외경 측이며, 또한 코일 엔드부(601, 602)와 겹치는 위치에 배치되어 있는 점이다.　이러한 구성으로 한 경우에 있어서도, 도 1과 마찬가지로 코일(600)의 발열을 이용하여 베어링(201, 202)을 적당한 고온으로 컨트롤할 수 있으므로, 베어링(201, 202)의 장기 신뢰성을 확보하면서, 정상적으로 베어링(201, 202)의 미끄럼 이동 손실을 저감시킬 수 있다.　도 6에서는, 제1 유로 형성체(501), 제2 유로 형성체(502)에 각각 냉매 순환 구멍(501h, 502h)을 마련하여, 냉매를 정상적으로 순환시킨다.
또한, 도 6에서는, 제1 케이스부(401), 제2 케이스부(402)는 각각 좌우 대칭의 관계에 있으므로, 부품 개수를 삭감하는 것이 가능하다.　또한, 도 6에서는 회전자 케이스(400), 제1 케이스부(401), 제2 케이스부(402)를 각각 별도 부품으로 구성하고 있지만, 회전자 케이스(400)와 제1 케이스부(401), 또는 회전자 케이스(400)와 제2 케이스부(402)는 동일 부품으로서 제작하는 것으로도 부품 개수를 삭감하는 것이 가능하다.
한편, 도 6에서는 베어링(201, 202)을 회전자 케이스(400)에 설치하는 구성으로 하고 있지만, 제1 베어링(201)을 제1 케이스부(401)에, 제2 베어링(202)을 제2 케이스부(402)에 각각 설치하는 구성으로 해도 된다.　이러한 구성으로 함으로써, 베어링 파손 시에 있어서, 제1 케이스부(401)와 제2 케이스부(402)를 회전자 케이스(400)로부터 떼어 내는 것만으로 베어링(201, 202)을 교환하는 것이 가능하게 되므로, 메인터넌스성을 향상시킬 수 있다.
이상에서 기술한 회전 전기 기기(800)에 있어서, 회전자(802)가 정지한 상태에서 코일(600)에 통전하고, 난기 운전하는 것에 의해서도, 베어링(201, 202)의 미끄럼 이동 손실을 저감시키는 것이 가능하다.
실시예 2
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 있어서의 인휠형의 전동 휠(1000)의 모식적 단면도이다.　또한, 도 7에서는, 회전 전기 기기(800)의 내부 구조의 도시는 생략되어 있다.　이 인휠형의 전동 휠(1000)은, 소위, 휠(1020)의 내부에 외구름형의 회전자(802)를 갖는 회전 전기 기기(800)가 구비되어 있다.　회전 전기 기기(800)의 회전자(802)는 회전자 프레임(1030)에 접속되어 있다.　회전자 프레임(1030)은 접속 부재(1040)에 의해, 휠(1020)과 접속되어 있다.　휠(1020)에는 타이어(1010)가 끼워 맞추어져 있다.　휠(1020) 및 회전자(802)가 샤프트(1060)에 대하여 회전 가능하게 지지된다.　그 때문에, 휠(1020) 혹은 회전자 프레임(1030)은 샤프트(1060)에 베어링(1050)으로 접속되어 있다.
한편, 회전 전기 기기(800)의 고정자(801)는 지지 부재(도시 생략)로 샤프트(1060)에 고정 지지되어 있고, 지지 부재에는 전력 변환 장치(770)도 탑재되어 있다.　전력 변환 장치(770)는 전력을 고정자(801)에 공급하여, 회전자(802)를 회전시킨다.　회전자(802)의 회전은 회전자 프레임(1030) 및 접속 부재(1040)을 통해 휠(1020)에 전달된다.　휠(1020)은 샤프트(1060)를 중심으로 회전한다.
실시예 1에서 설명한 회전 전기 기기(800)를 전동 휠(1000)에 적용함으로써, 전체의 체격이나 제조 비용의 증가를 초래하지 않고, 고효율이며 신뢰성이 높은 전동 휠(1000)을 제공할 수 있다.　그 때문에, 휠(1020)의 내주측에 회전 전기 기기(800)를 수용할 수 있음과 동시에, 기어리스화, 즉 휠(1020)의 다이렉트 드라이브가 가능하게 된다.
종래의 전동 휠은, 기어를 이용하고 있고, 기어의 마모, 소음이나, 기어를 지지할 필요가 있기 때문에 베어링의 사용 수가 증가하는 등 과제가 발생하였다.
이에 반해, 본 실시예의 회전 전기 기기(800)를 사용한 전동 휠(1000)은 회전 전기 기기(800)가 기어를 통하지 않고 기계적인 결합부(접속 부재(1040))만으로 휠(1020)과 직결되어 있다.　그 때문에, 기어의 마모를 배려한 메인터넌스가 불필요한 데다가, 기어로부터 발생하는 소음이 없어진다.　또한, 베어링의 사용량은 최저한으로 되어, 베어링의 마모 리스크가 저감되는 데다가, 베어링의 그리스 교환 등에서의 메인터넌스 작업량은 삭감될 수 있다.　또한 회전 전기 기기(800)의 체격이 작기 때문에, 전력 변환 장치(770)도 휠(1020)의 내부에 탑재할 수 있고, 기어리스화와의 상승 효과에 의해, 전동 휠(1000)을 소형 경량으로 하는 것이 가능하게 된다.
도 8에 전동 휠(1000)의 분해 사시도를 나타낸다.　전동 휠(1000)은 휠(1020)과, 회전자 조립체(1070)와, 고정자 조립체(1080)와, 전력 변환 장치(770)와, 제1 케이스부(401)를 구비하고 있다.　회전자 조립체(1070)는, 회전자, 회전자 케이스(400) 및 제2 케이스부(402)를 갖는다.　고정자 조립체(1080)는, 고정자(801) 및 고정자 케이스(500)를 갖는다.　전동 휠(1000)에는, 차륜을 제동시키는 제동력을 발생시키는 디스크 브레이크(1110)가 설치된다.　전동 휠(1000)은 서스펜션 장치(1120)을 통해 차체를 구성하는 프레임에 설치된다.　본 실시예의 전동 휠(1000)에 사용하는 회전 전기 기기(800)는 소형 경량이기 때문에, 소위 스프링 하중량이 경감되고, 구동성, 조타성의 성능이 개선되고 있다.
실시예 3
실시예 3에 대하여 도 9를 참조하면서 설명한다.　도 9는 본 실시예에 관한 차량(1300)의 모식적인 평면 도면이다.　차량(1300)은, 차체 프레임(1310)과, 복수의 차륜(1320)과, 차체 프레임(1310)에 고정되는 배터리 대(1330)와, 배터리 대(1330)에 탑재되는 배터리(1350)를 구비한다.　각 차륜(1320)은, 전동 휠(1000)과, 전동 휠(1000)의 외주에 설치되는 타이어(1010)를 갖고 있다.　전동 휠(1000)에는, 회전 전기 기기(800) 및 전력 변환 장치(770)가 탑재된다.　전동 휠(1000)은 전원 케이블에 의해 배터리(1350)에 접속된다.　전력 변환 장치(770)는 배터리(1350)로부터 공급되는 직류 전력을 교류 전력으로 변환하여, 교류 전력을 회전 전기 기기(800)에 공급한다.　회전 전기 기기(800)에 전력이 공급됨으로써, 회전 전기 기기(800)는 토크를 발생시킨다.　회전 전기 기기(800)에서 발생한 토크는 차륜(1320)의 휠(1020)에 전달되고, 차륜(1320)이 회전함으로써 차량(1300)이 주행한다.
차량(1300)은, 상기 실시예 1에서 설명한 회전 전기 기기(800)를 구비하고 있다.　이 때문에, 본 실시예에 의하면, 베어링(201, 202)의 장기 신뢰성을 확보하면서, 베어링(201, 202)의 미끄럼 이동 손실을 저감시킨 고효율이며 신뢰성이 높은 회전 전기 기기(800)를 구비한 차량(1300)을 제공할 수 있다.
본 실시예의 회전 전기 기기(800)의 토크 밀도가 높기 때문에, 차량(1300)을 직접 구동할 수 있다.　즉, 본 실시예에서는, 차량(1300)의 구동에 있어서의 기어리스화, 즉 회전 전기 기기(800)의 토크가 차륜(1320)에 직접 전달되는 것에 의한 차륜(1320)의 다이렉트 드라이브가 가능하게 된다.　종래의 전동식의 차량은 기어를 이용하고 있고, 기어의 마모, 소음이나, 기어를 지지할 필요가 있기 때문에, 베어링의 사용 수가 증가하는 등 과제가 발생하였다.　이에 반해, 본 실시예의 토크 밀도가 높은 회전 전기 기기(800)를 사용한 차량(1300)은, 직결 구동에 의하므로 기어를 필요로 하지 않는다.　그 때문에, 기어의 마모를 배려한 메인터넌스가 불필요한 데다가, 기어로부터 발생하는 소음이 없어진다.　또한, 베어링의 사용량은 최저한으로 되어, 베어링의 마모 리스크가 저감된다.　게다가, 베어링의 그리스 교환 등에서의 메인터넌스의 작업량을 삭감할 수 있다.　또한 회전 전기 기기(800)의 체적이 작기 때문에, 기어리스화와의 상승 효과에 의해 차량(1300)을 더욱 소형 경량화하는 것이 가능하게 된다.
실시예 4
실시예 4에 대하여 도 10을 참조하면서 설명한다.　도 10은 본 실시예에 관한 차량(1600)의 모식적인 평면 도면이다.　차량(1600)에는, 내구름형의 회전 전기 기기(1100)가 사용된다.
회전 전기 기기(1100)는 지지 부재(1610)에 의해 대차(1640)에 고정 지지되어 있다.　회전 전기 기기(1100)의 회전자는 차축(1630)과 직결되고, 회전 전기 기기(1100)는 차축(1630)을 통해 차륜(1620)을 구동한다.　차량(1600)은, 회전 전기 기기(1100)와, 배터리(1650)와, 배터리(1650)의 직류 전력을 교류 전력으로 변환하여, 교류 전력을 회전 전기 기기(1100)에 공급하는 전력 변환 장치(1660)를 구비하고 있다.
회전 전기 기기(1100)에는, 상기 실시예 1에서 설명한 회전 전기 기기(800)와 마찬가지로, 코일(600)의 발열을 이용하여, 베어링(201, 202)의 동작 온도를 고온 측으로 시프트하여 베어링 윤활유(냉매)의 점도를 낮추는 구조가 채용되고 있다.　이 때문에, 본 실시예에 의하면, 베어링(201, 202)의 장기 신뢰성을 확보하면서, 베어링(201, 202)의 미끄럼 이동 손실을 저감시킨 고효율이며 신뢰성이 높은 회전 전기 기기(800)를 구비한 차량(1600)을 제공할 수 있다.
본 실시예의 회전 전기 기기(1100)의 토크 밀도가 높기 때문에, 차량(1600)을 직접 구동할 수 있다.　즉, 차량(1600)의 구동에 있어서의 기어리스화, 즉 회전 전기 기기(1100)의 토크가 차륜(1620)에 직접 전달되는 것에 의한 차륜(1620)의 다이렉트 드라이브가 가능하게 된다.　종래의 전동식의 차량은 기어를 이용하고 있고, 기어의 마모, 소음이나, 기어를 지지할 필요가 있기 때문에, 베어링의 사용 수가 증가하는 등 과제가 발생하였다.　이에 반해, 본 실시예의 토크 밀도가 높은 회전 전기 기기(1100)를 사용한 차량(1600)은, 직결 구동에 의하므로 기어를 필요로 하지 않는다.　그 때문에, 기어의 마모를 배려한 메인터넌스가 불필요한 데다가, 기어로부터 발생하는 소음이 없어진다.　또한, 베어링의 사용량은 최저한으로 되어, 베어링의 마모 리스크가 저감된다.　게다가, 베어링의 그리스 교환 등에서의 메인터넌스의 작업량을 삭감할 수 있다.　또한 회전 전기 기기(1100)의 체적이 작기 때문에, 기어리스화와의 상승 효과에 의해 차량(1600)을 더욱 소형 경량화하는 것이 가능하게 된다.
계속해서 도 11에 본 실시예의 변형예를 나타낸다.
도 11이 도 10과 상이한 것은, 회전 전기 기기(1100)의 토크가 변속기(1670), 디퍼렌셜 기어(1680) 및 차축(1630)을 통해 차륜(1620)에 전달되는 점이다.　이러한 구성으로 한 경우에 있어서도, 베어링(201, 202)의 미끄럼 이동 손실을 저감시켜, 회전 전기 기기(1100)의 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 차량은, 회전 전기 기기의 동력만으로 구동되는 전기 자동차여도, 엔진을 구비하는 하이브리드 자동차여도, 본 발명의 회전 전기 기기를 적용함으로써 마찬가지의 효과가 얻어진다.　또한, 본 발명의 회전 전기 기기를 탑재한 전기 기기는 경량이며 내구성이 있으므로 사용하기 쉽다.　또한, 냉각 효과도 향상되므로 운전 효율도 향상된다.
실시예 5
실시예 5에 대하여 도 12를 참조하면서 설명한다.　도 12는 차량(1300)에 탑재되는 제어 장치(1810)의 기능 블록도이다.　본 실시예에 관한 차량(1300)은, 상기 실시예 3에서 설명한 차량(1300)(도 9 참조)과 마찬가지의 구성이다.　도 12에 나타내는 바와 같이, 차량(1300)은, 회전 전기 기기(800)와, 전력 변환 장치(770)와, 전력 변환 장치(770)를 제어하는 제어 장치(1810)와, 주차 브레이크 장치(1820)와, 주차 브레이크 센서(1830)와, 온도 센서(1840)를 구비한다.
주차 브레이크 장치(1820)는, 차량(1300)의 주차 시에 제동력을 발휘하도록 구성된다.　또한, 주차 브레이크 장치(1820)는, 디스크 브레이크를 이용하는 것이어도 되고, 디스크 브레이크와는 별도로 마련되는 제동 장치로 해도 된다.　주차 브레이크 장치(1820)는, 차량(1300)의 운전실 내에 마련되는 조작 부재가 주차 위치로 조작되어 있는 경우에는 작동 상태로 되고, 조작 부재가 주차 위치로 조작되어 있지 않은 경우에는 비작동 상태로 된다.
주차 브레이크 센서(1830)는 주차 브레이크 장치(1820)의 상태를 검출하고, 그 검출 결과를 제어 장치(1810)에 출력하는 검출 장치이다.　주차 브레이크 센서(1830)는, 예를 들어 주차 브레이크 장치(1820)를 작동시키기 위한 조작 부재의 조작 위치를 검출하는 센서이다.
온도 센서(1840)는 베어링(201, 202)의 동작 온도에 관한 정보를 검출하는 검출 장치이다.
제어 장치(1810)는, CPU(Central Processing Unit) 등의 프로세서, 소위 RAM(Random Access Memory)이라고 불리는 휘발성 메모리, ROM(Read Only Memory), 플래시 메모리 등의 불휘발성 메모리, 입출력 인터페이스, 및 기타의 주변 회로를 구비한 컴퓨터로 구성된다.　또한, 제어 장치(1810)는, 1개의 컴퓨터로 구성해도 되고, 복수의 컴퓨터로 구성해도 된다.
제어 장치(1810)는, 불휘발성 메모리에 기억되어 있는 프로그램을 실행함으로써, 연산부(1811), 판정부(1812) 및 구동 제어부(1813)로서 기능한다.　연산부(1811)는, 온도 센서(1840)에서의 검출 결과에 기초하여, 베어링(201, 202)의 동작 온도의 평균값을 연산한다.
판정부(1812)는, 주차 브레이크 센서(1830)로부터의 센서 신호에 기초하여, 주차 브레이크 장치(1820)가 작동하고 있는 상태인지 여부를 판정한다.　판정부(1812)는, 주차 브레이크 센서(1830)로부터 주차 브레이크 장치(1820)의 조작 부재의 조작 위치가 주차 위치에 있음을 나타내는 신호가 입력되면, 주차 브레이크 장치(1820)는 작동하고 있다고 판정한다.　판정부(1812)는, 주차 브레이크 센서(1830)로부터 주차 브레이크 장치(1820)의 조작 부재의 조작 위치가 주차 위치에 없음을 나타내는 신호가 입력되면, 주차 브레이크 장치(1820)는 작동하고 있지 않다고 판정한다.
판정부(1812)는, 연산부(1811)에서 연산된 베어링(201, 202)의 동작 온도의 평균값이, 역치 T1 이상인지 여부를 판정한다.　역치 T1은, 베어링(201, 202)의 동작 온도의 평균값이, 목표 동작 온도에 도달했는지 여부를 판정하기 위한 역치이며, 미리 실험 등에 의해 정해져, 불휘발성 메모리에 기억된다.
구동 제어부(1813)는, 판정부(1812)에 의해 주차 브레이크 장치(1820)가 작동하고 있다고 판정되고, 또한 판정부(1812)에 의해 베어링(201, 202)의 동작 온도의 평균값이 역치 T1 미만이라고 판정된 경우, 난기 운전 제어를 실행한다.　또한, 구동 제어부(1813)는, 판정부(1812)에 의해 주차 브레이크 장치(1820)가 작동하고 있지 않다고 판정된 경우, 혹은 판정부(1812)에 의해 베어링(201, 202)의 동작 온도의 평균값이 역치 T1 이상이라고 판정된 경우에는, 난기 운전 제어를 실행하지 않는다.
난기 운전 제어에 있어서, 구동 제어부(1813)는, 전력 변환 장치(770)를 제어하여, 회전자(802)를 정지시킨 상태에서 배터리(1350)로부터 코일(600)에 전력을 공급함으로써, 코일(600)의 발열에 의해 베어링(201, 202)의 동작 온도를 상승시킨다.
난기 운전 제어가 실행되고 있는 경우에, 판정부(1812)에 의해 주차 브레이크 장치(1820)가 작동하고 있지 않다고 판정되었을 때, 혹은 판정부(1812)에 의해 베어링(201, 202)의 동작 온도의 평균값이 역치 T1 이상이라고 판정되었을 때에는, 구동 제어부(1813)는, 난기 운전 제어를 종료한다.
이상과 같이, 본 실시예 5에 관한 제어 장치(1810)는, 전력 변환 장치(770)를 제어하여, 회전자(802)를 정지시킨 상태에서 배터리(1350)로부터 코일(600)에 전력을 공급함으로써, 코일(600)의 발열에 의해 제1 베어링(201) 및 제2 베어링(202)의 온도를 상승시키는 난기 운전 제어를 행한다.　이에 의해, 차량(1300)이 정지해 있을 때, 제1 베어링(201) 및 제2 베어링(202)의 온도를 높여 둠으로써, 차량(1300)이 주행을 개시했을 때의 제1 베어링(201) 및 제2 베어링(202)의 미끄럼 이동 손실을 저감시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 상술한 실시예에 한정되는 것은 아니며, 다양한 변형예가 포함된다.　예를 들어, 상술한 실시예는 본 발명을 알기 쉽게 설명하기 위해 상세하게 설명한 것이며, 반드시 설명한 모든 구성을 구비하는 것으로 한정되는 것은 아니다.　또한, 어떤 실시예의 구성의 일부를 다른 실시예의 구성으로 치환하는 것이 가능하고, 또한 어떤 실시예의 구성에 다른 실시예의 구성을 부가하는 것도 가능하다.　또한, 각 실시예의 구성의 일부에 대하여, 다른 구성의 추가·삭제·치환을 하는 것이 가능하다.
201: 제1 베어링
201s: 수납 공간
202: 제2 베어링
202s: 수납 공간
300: 고정자 보유 지지 부재
301, 302: 시일
400: 회전자 케이스
401: 제1 케이스부
401h: 냉매 순환 구멍(구멍)
401s: 제1 폐공간(공간)
402: 제2 케이스부
402s: 제2 폐공간(공간)
500: 고정자 케이스
501: 제1 유로 형성체
501h: 냉매 순환 구멍(구멍)
501s: 제1 유로
502: 제2 유로 형성체
502h: 냉매 순환 구멍(구멍)
502s: 제2 유로
600: 코일
601: 코일 엔드부
602: 코일 엔드부
770: 전력 변환 장치
800: 회전 전기 기기
801: 고정자
801c: 고정자 코어
802: 회전자
1000: 전동 휠
1010: 타이어
1020: 휠
1030: 회전자 프레임
1040: 접속 부재
1050: 베어링
1060: 샤프트
1100: 회전 전기 기기
1300: 차량
1320: 차륜
1350: 배터리
1600: 차량
1620: 차륜
1650: 배터리
1660: 전력 변환 장치
1670: 변속기
1810: 제어 장치

Claims (10)

  1. 복수의 코일 및 상기 복수의 코일이 권회된 고정자 코어를 갖는 고정자와, 상기 고정자에 대하여 소정의 갭을 사이에 두고 회전 가능하게 지지된 회전자와, 상기 회전자를 보유 지지하는 회전자 케이스와, 상기 회전자 케이스를 회전 가능하게 지지하는 제1 베어링과 제2 베어링을 구비하는 회전 전기 기기이며,
    상기 고정자 코어로부터 돌출된 코일 엔드부에 냉매를 흐르게 하는 제1 유로를 형성하는 제1 유로 형성체와,
    상기 제1 베어링의 수납 공간을 형성함과 함께 상기 제1 유로 형성체의 상기 제1 유로와 연결되고 또한 당해 수납 공간을 냉매로 충전하는 제1 케이스부와,
    상기 코일 엔드부와는 축 방향 반대 측에 배치되는 코일 엔드부에 냉매를 흐르게 하는 제2 유로를 형성하는 제2 유로 형성체와,
    상기 제2 베어링의 수납 공간을 형성함과 함께 상기 제2 유로 형성체의 상기 제2 유로와 연결되고 또한 당해 수납 공간을 냉매로 충전하는 제2 케이스부를
    구비하는 것을 특징으로 하는 회전 전기 기기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 냉매는 액체인 것을 특징으로 하는 회전 전기 기기.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 회전자의 직경 방향에서 본 경우, 상기 제1 베어링과 상기 제2 베어링 중 어느 것 또는 양쪽은, 상기 코일 엔드부보다 외경 측이며 당해 코일 엔드부와 겹치는 위치에 배치되는 것을 특징으로 하는 회전 전기 기기.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 회전자를 지지하는 샤프트의 축 방향에서 본 경우, 상기 제1 베어링과 상기 제2 베어링 중 어느 것 또는 양쪽은, 상기 코일 엔드부와 겹치는 위치에 배치되는 것을 특징으로 하는 회전 전기 기기.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제2 베어링은, 상기 제1 베어링보다 내경 측에 배치되는 것을 특징으로 하는 회전 전기 기기.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 케이스부는, 상기 제1 베어링의 수납 공간을 통해 상기 제1 유로에 연통하는 제1 공간을 형성하고,
    상기 제2 케이스부는, 상기 제2 베어링의 수납 공간을 통해 상기 제2 유로에 연통하는 제2 공간을 형성하는 것을 특징으로 하는 회전 전기 기기.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1 유로와 상기 제1 공간을 연통하는 구멍이, 상기 제1 유로 형성체 또는 상기 제1 케이스부에 마련되고,
    상기 제2 유로와 상기 제2 공간을 연통하는 구멍이, 상기 제2 유로 형성체 또는 상기 제2 케이스부에 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 회전 전기 기기.
  8. 제1항에 기재된 회전 전기 기기를 구비한 전동 휠이며,
    상기 회전 전기 기기가 기어를 통하지 않고 기계적인 결합부만으로 휠과 직결되어 있는 것을 특징으로 하는 전동 휠.
  9. 제1항에 기재된 회전 전기 기기를 구비한 차량이며,
    상기 회전 전기 기기와, 배터리와, 상기 배터리의 직류 전력을 교류 전력으로 변환하여, 상기 교류 전력을 상기 회전 전기 기기에 공급하는 전력 변환 장치를 구비하고,
    상기 회전 전기 기기의 토크가 차륜에 전달되는 것을 특징으로 하는 차량.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 전력 변환 장치를 제어하는 제어 장치를 구비하고,
    상기 제어 장치는, 상기 전력 변환 장치를 제어하여, 상기 회전자를 정지시킨 상태에서 상기 배터리로부터 상기 코일에 전력을 공급함으로써, 상기 코일의 발열에 의해 상기 제1 베어링 및 상기 제2 베어링의 온도를 상승시키는 난기 운전 제어를 행하는 것을 특징으로 하는 차량.
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