WO2024013982A1 - ロータシャフト - Google Patents

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WO2024013982A1
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shaft
refrigerant liquid
rotor shaft
sealed space
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Inventor
洋三 廣瀬
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日産自動車株式会社
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K9/00—Arrangements for cooling or ventilating
    • H02K9/19—Arrangements for cooling or ventilating for machines with closed casing and closed-circuit cooling using a liquid cooling medium, e.g. oil
    • H02K9/20—Arrangements for cooling or ventilating for machines with closed casing and closed-circuit cooling using a liquid cooling medium, e.g. oil wherein the cooling medium vaporises within the machine casing
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K9/00—Arrangements for cooling or ventilating
    • H02K9/22—Arrangements for cooling or ventilating by solid heat conducting material embedded in, or arranged in contact with, the stator or rotor, e.g. heat bridges

Definitions

  • the present invention relates to a rotor shaft, and more particularly to a rotor shaft that is inserted through a rotor of an electric motor and used as an output shaft.
  • An electric motor generates heat due to loss that occurs when converting electrical energy into mechanical energy, and the permanent magnets provided in the electric motor demagnetize due to temperature rise, so cooling is required.
  • Patent Document 1 describes a method in which a refrigerant liquid is sealed in a hollow rotor shaft, and the refrigerant is cooled on the inner surface of the rotor shaft. It is described that the liquid is brought to a boil and then cooled by the latent heat of vaporization.
  • a groove extending in the axial direction formed on the inner surface of the rotor shaft lifts up the refrigerant liquid accumulated at the bottom and flows down as the rotor shaft rotates, and a thin film of the refrigerant liquid is formed on the groove surface. This promotes evaporation and prevents overheating of the electric motor.
  • the present invention has been made in view of the problems of the prior art, and its purpose is to prevent the effect of promoting heat transfer due to the formation of a thin film of refrigerant liquid from being diminished by a pool of refrigerant liquid.
  • the object of the present invention is to provide a boiling-cooled rotor shaft that can stably obtain high cooling performance.
  • the inventor of the present invention separated the condensation and boiling points of the refrigerant within the rotor shaft, and formed a lattice structure throughout the sealed space inside the rotor shaft. The inventors have discovered that the above object can be achieved and have completed the present invention.
  • the evaporative cooling type rotor shaft of the present invention is inserted through the axial center of the rotor core, supported by two bearings, and rotates integrally with the rotor core.
  • a sealed space in which a refrigerant is sealed extends from the insertion part surrounded by the rotor core to the shaft end outside the rotor core, and the inner diameter of the sealed space is larger in the insertion part than in the shaft end, and A lattice structure is formed throughout the space, and the refrigerant is cooled and condensed in a cooling section formed at at least one of the shaft ends.
  • the refrigerant is condensed at the shaft end of the rotor shaft and this refrigerant liquid is supplied to the insertion part, it is difficult to form a refrigerant liquid pool in the insertion part, and in addition, the entire sealed space is Since a lattice structure is formed in the rotor shaft to prevent loss of the heat transfer promoting effect due to refrigerant pooling, it is possible to provide a boiling-cooled rotor shaft having stable and high cooling performance.
  • FIG. 1 is a sectional view showing an example of an evaporatively cooled rotor shaft of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing an example of a boiling-cooled rotor shaft having an orifice plate at the entrance and exit of the cooling section.
  • 3 is a diagram showing an example of an orifice plate taken along the line AA in FIG. 2.
  • FIG. FIG. 2 is a sectional view showing an example of an evaporative cooling type rotor shaft having a refrigerant liquid supply flow path.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of an example of an evaporatively cooled rotor shaft with a centrifugal pump. 6 is a diagram showing an example of a centrifugal pump taken along the line AA in FIG. 5.
  • FIG. FIG. 3 is a cross-sectional view showing an example of an evaporatively cooled rotor shaft having a refrigerant liquid supply channel extending to the other shaft end.
  • the evaporative cooling type rotor shaft of the present invention will be explained in detail.
  • the rotor shaft of the present invention is a hollow rotor shaft having a sealed space inside, is inserted through the axial center of the rotor core, is supported by two bearings, and rotates integrally with the rotor core.
  • the sealed space is continuously formed from the insertion part surrounded by the rotor core to the shaft end protruding outside the rotor core, and the inner diameter of the sealed space is larger than the shaft end.
  • the insertion part is large. A refrigerant is sealed within this sealed space.
  • At least one of the shaft ends is formed with a cooling section that removes heat from the outside, and as shown by the arrow in Fig. 1, the refrigerant gas evaporated at the insertion section due to the heat from the rotor core is cooled in the cooling section. It condenses and becomes a refrigerant liquid.
  • the refrigerant liquid generated in the cooling section rotates with the rotation of the rotor shaft due to friction with the inner surface of the rotor shaft, so centrifugal force is applied to the refrigerant liquid. Due to this centrifugal force, the refrigerant liquid is supplied from the shaft end on the small diameter side to the insertion portion on the large diameter side, as shown by the arrow in FIG.
  • the lattice structure has a structure in which branched lattices are periodically arranged, the branched lattices are connected to each other, and there are spaces between the lattices.
  • the lattice structure formed throughout this sealed space gets wet with the refrigerant liquid and forms a thin film of the refrigerant liquid, which acts as a fin to increase the evaporation area of the refrigerant liquid, and temporarily forms a refrigerant liquid pool at the insertion part. Even if it is, there will always be an exposed part above the refrigerant pool, which improves and stabilizes the cooling performance.
  • the lattice structure has a structure in which the branched lattices are connected to each other as described above, and there is a certain amount of space between the lattices, so it is possible to reduce the weight and increase the rigidity per mass. can be increased.
  • the refrigerant liquid is drawn between the rotor shaft and the lattice structure to show the flow of the refrigerant liquid, but the lattice structure is integrated with the outer shell of the rotor shaft, and the refrigerant in the insertion part The liquid forms a thin film on the surface of the lattice structure and the inner surface of the rotor shaft without forming a refrigerant liquid pool.
  • the above lattice structure can be formed using a 3D printer, and can be integrally molded with the outer shell of the rotor shaft.
  • the outer diameter of the insertion part can be increased, and the heat transfer path from the rotor shaft to the permanent magnets provided in the rotor core can be shortened, making it possible to efficiently print on the rotor core. Permanent magnets can be cooled.
  • Materials constituting the outer shell and lattice structure of the rotor shaft include steel, SUS, aluminum, titanium, copper, resin, and ceramics, which have the required strength and thermal conductivity. Depending on the situation, a combination of multiple types can be used. Note that the metal or ceramic lattice structure can be formed with a 3D printer using a laser sintering method, a laser melting method, or the like.
  • the above refrigerant can be sealed in a sealed space by providing a valve on the outer shell of the rotor shaft. At this time, it is preferable to reduce the pressure in the closed space and fill in the refrigerant.
  • the pressure in the sealed space is preferably 0.1 to 10 atm, although it depends on the type and amount of refrigerant.
  • a refrigerant having a boiling point of 50 to 60° C. at 1 atmosphere can be used, and examples thereof include fluorine-based liquids such as hydrofluoroether and fluoroketone.
  • the outer surface of the shaft end of the cooling section preferably has fins from the viewpoint of improving cooling performance.
  • the cooling method may be an air cooling method or a liquid cooling method, but a liquid cooling method provides a higher cooling effect.
  • the shaft end is covered with a case and the cooling water is flowed so as to come into contact with the outer surface of the shaft end, and the cooling water is prevented from leaking out of the system between the case and the shaft end. It can be formed by sealing. Note that although the figure shows an example in which the cooling section is provided at only one shaft end, the cooling section may be provided at both shaft ends.
  • the cooling part regulates the amount of refrigerant liquid supplied to the insertion part.
  • an orifice plate is provided at the refrigerant entrance/exit of the cooling section, and instead of supplying the refrigerant liquid cooled and condensed in the cooling section to the insertion section as it is, a refrigerant liquid pool is formed in the cooling section, By storing the refrigerant liquid, a refrigerant liquid pool is less likely to be formed in the insertion portion, and cooling performance is stabilized.
  • the orifice plate has holes in the center and the periphery. With such a shape, the refrigerant gas boiled in the insertion portion enters the cooling portion through the hole in the center and condenses, and the refrigerant liquid is supplied from the cooling portion to the insertion portion through the hole in the peripheral portion.
  • the refrigerant liquid cooled by the cooling part may be supplied to the insertion part by passing through the inner surface of the rotor shaft or the surface of the lattice structure, but as shown in FIG. It is preferable that a refrigerant liquid supply passage extending in the axial direction is provided in the refrigerant liquid supply passage, and the refrigerant liquid is caused to flow in the axial direction by the refrigerant liquid supply passage and is supplied to the insertion portion.
  • Flow path resistance can be reduced by flowing the refrigerant liquid through the refrigerant liquid supply flow path, and this refrigerant liquid supply flow path extends in the axial direction within the closed space of the insertion portion, allowing the refrigerant liquid to flow through the insertion portion far from the cooling portion. Since the refrigerant liquid at a low temperature can also be supplied, it is possible to prevent uneven cooling in the axial direction and improve the cooling performance.
  • the refrigerant liquid supply channel is connected to a hole in the peripheral edge of the orifice, and is provided on the outer diameter side of the cooling part than the inner circumferential surface thereof.
  • a centrifugal pump uses its blades to rotate the refrigerant liquid in the same way as the rotor shaft rotates, so all of the rotational force of the rotor shaft acts as centrifugal force on the refrigerant liquid.
  • the flow rate of the refrigerant liquid can now be set using a centrifugal pump, increasing the degree of freedom in designing the pipe resistance of the orifice plate, that is, the hole diameter at the periphery, and achieving stable cooling performance over a wider range of motor operating conditions. be able to.
  • the pump pressure of the centrifugal pump also increases, making it possible to reliably supply refrigerant liquid to the insertion section and preventing the insertion section from drying out. This makes it possible to reduce the amount of refrigerant to be used, suppress the occurrence of refrigerant liquid accumulation in the insertion portion, and further improve cooling performance.
  • centrifugal pump is coaxial and integral with the rotor shaft, it is advantageous in terms of cost and weight reduction compared to the case where the pump is provided separately.
  • the centrifugal pump that is coaxial and integral with the rotor shaft has a refrigerant gas flow path in the center, and the axial tops of the blades are joined to the inner surface of the rotor shaft.
  • a larger centrifugal force is applied to the refrigerant liquid than the centrifugal force caused by friction with the inner surface of the rotor shaft. It is also possible to flow toward the center of the shaft.
  • the part of the refrigerant liquid supply flow path where the refrigerant liquid flows from the outside toward the center of the shaft is provided with vanes or protrusions, except for the refrigerant gas flow path, to prevent the rotational force of the rotor shaft from being forcibly transmitted to the refrigerant liquid. Make it into a flat, dish-like shape.
  • the refrigerant liquid supply flow path By connecting the refrigerant liquid supply flow path to the centrifugal pump, the refrigerant liquid supply flow path can be provided at the axial center as shown in FIG. Refrigerant liquid can be supplied to further increase the evaporation area of the refrigerant liquid.
  • the shaft end of the drive motor of an electric vehicle is connected to the transmission shaft, so the refrigerant liquid cooled at one shaft end is allowed to flow to the other shaft end, which is connected to the transmission shaft. , it becomes possible to also cool the transmission.
  • the rotor shaft of the present invention can be cooled from the inside of the rotor core, it can be suitably used as a rotor shaft of a surface magnet motor (SPM) that has a permanent magnet on the outer diameter surface of the rotor core.
  • SPM surface magnet motor
  • Rotor shaft 11 Outer shell 12 Sealed space 13 Lattice structure 2 Shaft end 21 Cooling section 22 Fin 3 Insertion section 4 Refrigerant 41 Refrigerant liquid 42 Refrigerant gas 5 Orifice plate 51 Center hole (refrigerant gas inlet) 52 Peripheral hole (refrigerant liquid outlet) 6 Centrifugal fan 61 Blade 62 Refrigerant gas passage 7 Refrigerant liquid supply passage 100 Rotor core 200 Bearing 300 Stator 400 Cooling water 500 Transmission

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Motor Or Generator Cooling System (AREA)

Abstract

本発明の沸騰冷却式ロータシャフトは、ロータコアの軸中心に挿通され、２つの軸受けに支持されて上記ロータコアと一体回転する。　そして、上記ロータコアに囲まれた挿通部から上記ロータコア外の軸端部に亘り、冷媒が封入された密閉空間を有し、上記密閉空間の内径が軸端部よりも挿通部が大きく、上記密閉空間の全体にラティス構造体が形成され、上記冷媒が、上記軸端部の少なくとも一方に形成された冷却部で冷却されて凝縮することとしたため、冷媒の凝縮箇所と沸騰箇所とを分けることができ、安定した高い冷却性能を有する沸騰冷却式ロータシャフトを提供することができる。

Description

ロータシャフト
　本発明は、ロータシャフトに係り、更に詳細には、電動モータの回転子に挿通されて出力軸として用いられるロータシャフトに関する。
　電動モータは、電気エネルギーを機械エネルギーに変換する際に生じる損失により発熱し、電動モータに設けられた永久磁石は、温度上昇により減磁するため、冷却が必要である。
　電動モータの冷却法として、冷媒の相変化に伴う潜熱を利用した沸騰冷却法が知られており、特許文献１には、中空のロータシャフト内に冷媒液を封入し、ロータシャフトの内面で冷媒を沸騰させ、このときの蒸発潜熱により冷却することが記載されている。
　特許文献１に記載のものは、ロータシャフトの内面に形成された、軸方向に延びる溝が、ロータシャフトの回転により下部に溜まった冷媒液を持ち上げて流下させ、溝表面に冷媒液の薄膜が形成され、蒸発が促進されることで電動モータの過熱を防止する。
日本国実開平０６－０４６１７６号公報
　しかしながら、特許文献１に記載のものにあっては、ロータシャフト内の下部に冷媒液が溜まっており、この冷媒液溜りに溝が完全に沈むため、この部分では冷媒液の薄膜が形成されず、蒸発面積の増大による熱伝達促進効果を喪失してしまうので、溝を形成したことによる熱伝達促進効果が減殺される。
　本発明は、このような従来技術の有する課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、冷媒液の薄膜形成による熱伝達促進効果が冷媒液溜りによって減殺されることを防止し、高い冷却性能を安定して得られる沸騰冷却式ロータシャフトを提供することにある。
　本発明者は、上記目的を達成すべく鋭意検討を重ねた結果、ロータシャフト内で冷媒の凝縮箇所と沸騰箇所とを分け、ロータシャフト内部の密閉空間全体にラティス構造体を形成することにより、上記目的が達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。
　即ち、本発明の沸騰冷却式ロータシャフトは、ロータコアの軸中心に挿通され、２つの軸受けに支持されて上記ロータコアと一体回転する。
　そして、上記ロータコアに囲まれた挿通部から上記ロータコア外の軸端部に亘り、冷媒が封入された密閉空間を有し、上記密閉空間の内径が軸端部よりも挿通部が大きく、上記密閉空間の全体にラティス構造体が形成され、上記冷媒が、上記軸端部の少なくとも一方に形成された冷却部で冷却されて凝縮することを特徴とする。
　本発明によれば、ロータシャフトの軸端部で冷媒を凝縮させ、この冷媒液を挿通部に供給することとしたため、上記挿通部に冷媒液溜まりが形成され難く、加えて、密閉空間の全体にラティス構造体を形成し、冷媒液溜まりにより熱伝達促進効果が喪失することを抑止したため、安定した高い冷却性能を有する沸騰冷却式ロータシャフトを提供することができる。
本発明の沸騰冷却式ロータシャフトの一例を示す断面図である。 冷却部出入口にオリフィスプレートを有する沸騰冷却式ロータシャフトの一例を示す断面図である。 図２中Ａ－Ａ断面のオリフィスプレートの一例を示す図である。 冷媒液供給流路を有する沸騰冷却式ロータシャフトの一例を示す断面図である。 遠心ポンプを有する沸騰冷却式ロータシャフトの一例を示す断面図である。 図５中Ａ－Ａ断面の遠心ポンプの一例を示す図である。 他の軸端部に延びる冷媒液供給流路を有する沸騰冷却式ロータシャフトの一例を示す断面図である。
　本発明の沸騰冷却式ロータシャフトについて詳細に説明する。
　本発明のロータシャフトは、内部に密閉空間を有する中空のロータシャフトであり、ロータコアの軸中心に挿通され、２つの軸受けに支持されて上記ロータコアと一体回転する。
　上記密閉空間は、図１に示すように、ロータコアに囲まれた挿通部からロータコア外の突出した軸端部に亘って連続して形成されており、上記密閉空間の内径が軸端部よりも挿通部が大きい。そして、この密閉空間内に冷媒が封入されている。
　軸端部の少なくとも一方には、その外側から熱を奪う冷却部が形成されており、図１中矢印で示すように、ロータコアからの熱によって挿通部で蒸発した冷媒ガスは上記冷却部で冷却されて凝縮し冷媒液となる。
　冷却部で生成した冷媒液は、ロータシャフトの内面との摩擦によってロータシャフトの回転と共に回転するので冷媒液には遠心力がかかる。この遠心力によって、図１中矢印で示すように、冷媒液が小径側の軸端部から大径側の挿通部に供給される。
　このように、本発明の沸騰冷却式ロータシャフトは、冷媒の蒸発箇所と凝縮箇所とが軸方向に分かれているので、冷媒の蒸発箇所である挿通部に冷媒液溜まりが形成され難い。
　さらに、上記密閉空間全体にラティス構造体が形成されている。上記ラティス構造体は、枝状に分岐した格子が周期的に並び、分岐した格子同士が繋がり、格子間に空間を有する構造をしている。
　この密閉空間全体に形成されたラティス構造体は、冷媒液に濡れて冷媒液の薄膜が形成され、冷媒液の蒸発面積を大きくするフィンの役割を果たし、仮に、挿通部に冷媒液溜まりが形成されたとしても、冷媒液溜まりの上に必ず露出した部分を有するようになるので、冷却性能を向上させると共に安定させる。
　加えて、ラティス構造体は、上記のように枝状に分岐した格子同士が繋がり、この格子間に一定の空間を有する構造をしているので、軽量化が図れると共に、質量当たりの剛性をも高めることができる。
　なお、図では、冷媒液の流れを表すため、ロータシャフトとラティス構造体との間に冷媒液を描いているが、ラティス構造体はロータシャフトの外殻と一体化しており、挿通部の冷媒液は、冷媒液溜まりを形成せずラティス構造体の表面及びロータシャフトの内面で薄膜を形成している。
　上記ラティス構造体は、３Ｄプリンタで形成することができ、ラティス構造体とロータシャフトの外殻と一体成形できる。
　また、３Ｄプリンタは工法上の制約がないため、挿通部の外径を大きくすることができ、ロータシャフトからロータコアに設けられた永久磁石までの熱伝達経路を短くすることができ、効率よくロータコアの永久磁石を冷却することができる。
　上記ロータシャフトの外殻やラティス構造体を構成する材料としては、鋼、ＳＵＳ、アルミ、チタン、銅などや、樹脂、セラミックスなどを挙げることができ、これらは、要求される強度や熱伝導性などに応じて、複数種を組み合わせて用いることができる。
　なお、金属やセラミックスのラティス構造体は、レーザー焼結法や、レーザー溶融法などを用いた３Ｄプリンタで形成することができる。
　上記冷媒は、ロータシャフトの外殻にバルブを設けることで密閉空間内に封入することができる。このとき、密閉空間を減圧し、冷媒を封入することが好ましい。
　密閉空間を減圧することで、冷媒の沸点が降下して冷却性能が向上すると共に、冷媒の沸騰によってロータシャフト内部の圧力が高くなり過ぎることを防止できる。密閉空間の圧力は、冷媒の種類や量などにもよるが、０．１～１０気圧であることが好ましい。
　上記冷媒としては、１気圧での沸点が５０～６０℃である冷媒を使用することができ、例えば、ハイドロフルオロエーテルやフルオロケトンなどのフッ素系液体を挙げることができる。
　上記冷却部の軸端部の外表面は、冷却性能向上の観点からフィンを有することが好ましい。また、冷却方式は、空冷方式であっても液冷方式であってもよいが、液冷方式であると、より高い冷却効果が得られる。
　液冷方式の冷却部は、軸端部をケースで覆って軸端部の外面に接触するように冷却水を流し、この冷却水がケースと軸端部との間から系外に漏れないようにシールすることで形成できる。なお、図では、一方の軸端部のみに冷却部を有する例を示しているが、両方の軸端部に冷却部を設けてもよい。
　上記冷却部は、挿通部に供給する冷媒液の量を規制することが好ましい。図２に示すように、冷却部の冷媒の出入口にオリフィスプレートを設け、冷却部で冷却されて凝縮した冷媒液をそのまま挿通部に供給するのではなく、冷却部に冷媒液溜まりを形成し、冷媒液を貯留することで、挿通部に冷媒液溜まりが形成され難なって、冷却性能が安定する。
　上記オリフィスプレートは、図３に示すように、中央部と周縁部とに孔を有する。このような形状であることで、挿通部で沸騰した冷媒ガスが中央部の孔から冷却部に入って凝縮し、冷媒液が周縁部の孔を通って冷却部から挿通部に供給される。
　上記冷却部で冷却された冷媒液の挿通部への供給は、ロータシャフトの内面やラティス構造体の表面を伝わせて行ってもよいが、図４に示すように、挿通部の密閉空間内に軸方向に延びる冷媒液供給流路を設け、この冷媒液供給流路によって冷媒液を軸方向に流して挿通部に供給することが好ましい。
　冷媒液を冷媒液供給流路によって流すことで流路抵抗を低減でき、この冷媒液供給流路が　挿通部の密閉空間内を軸方向に延びていることで、挿通部の冷却部から遠い箇所にも、低い温度の冷媒液を供給することができるので、軸方向における冷却ムラの発生を防止して冷却性能を向上させることができる。
　上記冷媒液供給流路は、上記オリフィスの周縁部の孔に繋がり、冷却部の内周面よりも外径側に設けられる。冷媒液供給流路を外径側に設けることで、回転するロータシャフトの内面との摩擦によって冷媒液に遠心力がかかり、この遠心力により冷媒液を軸方向に流すことができる。
　上記のように、回転するロータシャフトの内面と冷媒液との摩擦のみによって冷媒液に遠心力をかけるのではなく、図５に示すように、挿通部の密閉空間内にロータシャフトと同軸かつ一体の遠心ポンプを設け、この遠心ポンプのポンプ圧力によって冷媒液を圧送することもできる。
　上記オリフィスプレートの周縁部の孔に繋がった遠心ポンプを設けることで、より広範囲のモータ運転条件において安定した冷却性能を得ることが可能になる。
　つまり、冷媒液に、該冷媒液とロータシャフトの内面との摩擦のみによって遠心力をかける場合は、冷媒液には慣性力もかかり、冷媒液がロータシャフトと同様に回転するわけではないので、ロータシャフトの回転力のすべてが冷媒液にかかる遠心力に寄与することはない。
　これに対し、遠心ポンプは、その羽根によってロータシャフトの回転と同様に冷媒液を回転させるので、ロータシャフトの回転力のすべてが冷媒液にかかる遠心力として働くようになる。
　したがって、冷媒液の流量を遠心ポンプによっても設定できるようになり、オリフィスプレートの管路抵抗、すなわち、周縁部の孔径の設計自由度が拡がり、より広範囲のモータ運転条件において安定した冷却性能を得ることができる。
　さらに、ロータシャフトの回転速度が速くなると、遠心ポンプのポンプ圧力も上昇するので、冷媒液を確実に挿通部に供給することができ、挿通部のドライアウトを防止できるため、密閉空間内に封入する冷媒の量を減少させることが可能になり、挿通部における冷媒液溜まりの発生を抑止して、冷却性能をさらに向上させることができる。
　加えて、遠心ポンプがロータシャフトと同軸かつ一体であることで、ポンプを別に設ける場合に比して、コスト面や軽量化の面で有利である。
　上記ロータシャフトと同軸かつ一体の遠心ポンプは、図６に示すように、中央部に冷媒ガス流路を有し、羽根の軸方向頂部がロータシャフトの内面に接合している。
　また、遠心ポンプによれば、ロータシャフトの内面との摩擦による遠心力よりも大きな遠心力が冷媒液にかかるので、図７に示すように、摩擦による遠心力に抗して冷媒液を外側から軸中心側に流すことも可能である。
　なお、冷媒液供給流路の冷媒液を外側から軸中心側に流す部分は、ロータシャフトの回転力が強制的に冷媒液に伝わることがないよう、冷媒ガスの流通路を除いて羽根や突起のない平滑な皿状の形状にする。
　冷媒液供給流路が遠心ポンプに繋がっていることで、図７に示すように、冷媒液供給流路を軸中心に設けることができ、この冷媒液供給流路から挿通部の軸中心近傍に冷媒液を供給して冷媒液の蒸発面積をさらに増大させることができる。
　さらに、軸中心に設けた冷媒液供給流路を他方の軸端部の密閉空間まで延ばすことで、他方の軸端部にも冷媒液を供給して他方の軸端部を冷却することができる。
　電動車の駆動モータは、軸端部が変速機のシャフトと結合しているので、一方の軸端部で冷却した冷媒液を、変速機のシャフトと結合した他方の軸端部まで流すことで、変速機をも冷却することが可能になる。
　これにより、変速機の歯車の歯面の温度上昇を抑制してピッチング強度を向上でき、さらには、インバータが一体化したモータにおいては変速機の温度上昇抑制によるインバータに流入する熱量を抑えることが可能となる。
　本発明のロータシャフトは、ロータコアの内側から冷却することができるので、ロータコアの外径表面に永久磁石を備える表面磁石型モータ（ＳＰＭ）のロータシャフトとして好適に使用できる。
　　１　　ロータシャフト
　１１　　外殻
　１２　　密閉空間
　１３　　ラティス構造体
　　２　　軸端部
　２１　　冷却部
　２２　　フィン
　　３　　挿通部
　　４　　冷媒
  ４１　　冷媒液
　４２　　冷媒ガス
　　５　　オリフィスプレート
　５１　　中央部の孔（冷媒ガス入口）
　５２　　周辺部の孔（冷媒液出口）
　　６　　遠心ファン
　６１　　羽根
　６２　　冷媒ガス流路
　　７　　冷媒液供給流路
１００　ロータコア
２００　軸受け
３００　ステータ
４００　冷却水
５００　変速機

Claims (5)

  1. 　ロータコアの軸中心に挿通され、２つの軸受けに支持されて上記ロータコアと一体回転するロータシャフトであって、
    　上記ロータコアに囲まれた挿通部から上記ロータコア外の軸端部に亘り、冷媒が封入された密閉空間を有し、
    　上記密閉空間の内径が軸端部よりも挿通部が大きく、
    　上記密閉空間の全体にラティス構造体が形成され、
    　上記冷媒が、上記軸端部の少なくとも一方に形成された冷却部で冷却されて凝縮することを特徴とする沸騰冷却式ロータシャフト。
  2. 　上記冷却部が、冷媒の出入口にオリフィスプレートを有し、
    　上記オリフィスプレートが、中央部と周縁部とに孔を有することを特徴とする請求項１に記載の沸騰冷却式ロータシャフト。
  3. 　上記挿通部の密閉空間内に軸方向に延びる冷媒液供給流路を備え、
    　上記冷媒液供給流路が、冷却部の内面よりも外径側に設けられ、上記周縁部の孔に繋がって上記冷媒液を軸方向に流すことを特徴とする請求項２に記載の沸騰冷却式ロータシャフト。
  4. 　上記挿通部の密閉空間内にロータシャフトと同軸かつ一体の遠心ポンプを有し、
    　上記遠心ポンプが上記周縁部の孔に繋がっていることを特徴とする請求項２に記載の沸騰冷却式ロータシャフト。
  5. 　他方の軸端部が変速機のシャフトと結合し、
    　上記遠心ポンプに繋がる冷媒液供給流路を備え、
    　上記冷媒液供給流路が、上記他方の軸端部の密閉空間まで延びていることを特徴とする請求項４に記載の沸騰冷却式ロータシャフト。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS58103573U (ja) * 1982-01-07 1983-07-14 株式会社安川電機 回転電機の冷却装置
US5629573A (en) * 1995-10-03 1997-05-13 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force Spray cooled condenser for an integral heat pipe shaft in high power motors and generators
JP2016102616A (ja) * 2014-11-28 2016-06-02 株式会社フジクラ ヒートパイプ及び回転機械の冷却機構

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