JP3891083B2 - 回転電機の冷却構造 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転電機（モータ、ジェネレータ又はモータ兼ジェネレータなど）のステータを効率よく冷却する回転電機の冷却構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、回転電機（例えば、モータ、ジェネレータ又はモータ兼ジェネレータなど）において、ステータコアに貫通穴を開けて、その貫通穴に中空ボルトを通し、さらに、その中空ボルトに冷媒を流すことで、ステータを冷却する方法が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１０−３３６９６６号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前述した従来技術では、熱源であるステータコイルと冷媒との距離が離れているので、ステータコアや中空ボルトに影響され、ステータコイルを冷却する性能はあまりよくなかった。
【０００５】
本発明は、このような従来の問題点に着目してなされたものであり、冷却性能に優れた回転電機の冷却構造を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、以下のような解決手段により、前記課題を解決する。なお、理解を容易にするために、本発明の実施形態に対応する符号を付するが、これに限定されるものではない。
【０００７】
本発明は、回転軸に連結するロータ（３０）と、前記ロータ（３０）の外側に同軸に配置され、軸方向に延在しコイルを巻装したステータコアを円周方向に複数個配置するステータ（２０）と、前記ロータ（３０）及びステータ（２０）を内部に収め、両端が開口する円筒部（１１）と、断面コの字状であってその円筒部（１１）にボルト固定されて円筒部（１１）の開口両端を閉塞するとともに、前記ステータ（２０）を挟持する第１及び第２の筒底部（１２，１３）と、を有する三体構造のケース（１０）と、前記ケース（１０）の円筒部（１１）の内壁の窪部と、前記ステータ（２０）の外周とによって形成された第１の冷媒通路（７）と、前記円筒部（１１）と前記第１の筒底部（１２）との接触面、および前記円筒部（１１）と前記第２の筒底部（１３）との接触面に配置され、前記第１の冷媒通路（７）を通流する冷媒の漏出を防止する冷媒漏出防止部材（１５）と、隣り合うステータコア間に形成した第２の冷媒通路（２４）とを備えることを特徴とする。
【０００８】
【作用・効果】
本発明によれば、コイル及びステータコアを、第１、第２の冷媒通路を流れる冷媒で冷却することができるので、優れた冷却性能を呈する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、図面等を参照して、本発明の実施の形態について、さらに詳しく説明する。
【００１０】
図１、図２は、本発明の一実施形態における回転電機を示す断面図である。なお、図１は図２のI−I矢視図、図２は図１のII−II矢視図になっている。
この回転電機１は、ケース１０と、ステータ２０と、ロータ３０とを備え、例えば、モータ、ジェネレータ又はモータ兼ジェネレータ等として機能するものである。
【００１１】
ケース１０は、円筒部１１と、筒底部１２，１３とを有する。
【００１２】
円筒部１１は両端が開口した筒状部材であり、その内周にステータ２０が配置されている。また、円筒部１１は、中央付近の内壁の一部に窪部が形成されており、その断面は図１の下方に示されている通り、凹状になっている。この窪部には、後述の通り冷却水供給口及び冷却水排出口が連通されており、この窪部を冷却水通路７として使用する。
【００１３】
筒底部１２，１３は、円筒部１１の軸方向両端の開口を閉塞する部材である。筒底部１２，１３は、一端が円板で塞がれた筒形の部材である。筒底部１２，１３の断面は、図１に示されている通り、「コ」状である。筒底部１２，１３は、ボルト１４によって円筒部１１に固定されるとともに、ステータ２０を挟持している。
【００１４】
また、筒底部１２，１３には、ロータ３０の回転軸３２（後述）を回転自在に支持するベアリング１２ｄ，１３ｄが設けられている。
【００１５】
筒底部１２，１３と、円筒部１１との接触面には、Ｏリング１５が配置されており、冷却水通路７を流れる冷却水の漏出を防止する。
【００１６】
円筒部１１及び筒底部１２の筒状部分には、冷却オイル供給通路８が形成されている。なお、図１では、この冷却オイル供給通路８を上方部分に例示してある。冷却オイル供給通路８の一端は、筒底部１３の近傍に形成され、円筒部１１の外面に開口した給油口８ａに連通されている。冷却オイル供給通路８の他端は、第１冷却オイル室２４ａ（後述）に連通されている。
【００１７】
また、円筒部１１及び筒底部１３の筒状部分には、冷却オイル排出通路９が形成されている。なお、図１では、この冷却オイル排出通路９を下方部分に例示してある。冷却オイル排出通路９の一端は、筒底部１２の近傍に形成され、円筒部１１の外面に開口した排油口９ａに連通されている。冷却オイル排出通路９の他端は、第２冷却オイル室２４ｂ（後述）に連通されている。
【００１８】
冷却オイル供給通路８及び冷却オイル排出通路９は、円筒部１１の周方向に交互に等間隔で形成されている（図２参照）。図２では、冷却オイル供給通路８及び冷却オイル排出通路９は、６本ずつ形成されている。
【００１９】
ステータ２０は、ケース１０の円筒部１１の内周に設けられ、両側から筒底部１２，１３で挟持されている。
【００２０】
ステータ２０は、ステータコア２１と、ステータコイル２２とを有する（図４参照）。また、ステータのロータ側の面（内周面）には、円筒状のステータ内周壁面２３ａ，２３ｂが形成されており、このステータ内周壁面２３ａ，２３ｂは、その一端が筒底部１２，１３に固定されている。
【００２１】
このステータ内周壁面２３ａは、ステータコア２１及び筒底部１２とともに第１冷却オイル室２４ａを画成する冷媒室形成部材である。
【００２２】
このステータ内周壁面２３ｂは、ステータコア２１及び筒底部１３とともに第２冷却オイル室２４ｂを画成する冷媒室形成部材である。
【００２３】
ロータ３０は、ステータ２０の内側に配置されている。このロータ３０は、円柱形状のロータコア３１と、このロータコア３１の中心軸上に貫通配置される回転軸３２とを備える。回転軸３２の両端はそれぞれベアリング１２ｄ，１３ｄを介して筒底部１２，１３に支持されており、回転自在となっている。ロータ３０の外周面近傍には磁石３１ａが配置されている。
【００２４】
図３は、ステータコアの斜視図である。
【００２５】
ステータコア２１は、バックコア２１ａと、そのバックコア２１ａから内周側に延設されたティース２１ｂとを有する略Ｔ字形状の電磁鋼板が多数枚積層されて形成されている。バックコア２１ａのケース１０側の面（図３の上面）には、樹脂層２１ｆが形成されている。また、バックコア２１ａには、キー２５がほぼ半分ほど埋設されている。
【００２６】
図４は、図１のIV−IV矢視図である。
ステータ２０は、キー２５の嵌合によって、ケース１０の円筒部１１に固定されており、したがってステータ２０はケース１０に対して回転不能である。また、ティース２１ｂには絶縁キャップ２１ｄが取り付けられており、その上からステータコイル２２が集中巻きされている。この絶縁キャップ２１ｄは絶縁性能を有し、ステータコア２１とステータコイル２２との導通を防止する。また、絶縁キャップ２１ｄの表面がステータ２０の端面となっている（図１参照）。
【００２７】
また、ティース２１ｂの間の空間がスロット２１ｃであり、ステータコイル２２は、このスロット２１ｃに通されている。スロット２１ｃは、軸方向の両端部分及び半径方向内周側が開口した溝状の空間であるが、樹脂２１ｅで半径方向内周側の開口部分を閉塞することで、ステータコイル２２を冷却するための冷却オイルを通流可能なオイル通路２４として、このスロット２１ｃを利用する。このように形成したオイル通路２４は、第１冷却オイル室２４ａ及び第２冷却オイル室２４ｂを連通する。したがって、冷却オイル供給通路８から取り入れられたオイルは、第１冷却オイル室２４ａ、オイル通路２４、第２冷却オイル室２４ｂを通過して冷却オイル排出通路９から排出されることとなり、その間に、ステータコイル２２の熱を吸熱する。
【００２８】
図５は、図１のV−V矢視図である。
円筒部１１の中央付近には、円筒部１１の内周部分に窪部が形成されており、円筒部１１とステータ２０との間に空間が存在する。この空間が、冷却水通路７である。この冷却水通路７では、キー２５は、ケース１０の円筒部１１に嵌合していない。
【００２９】
また、円筒部１１には、この冷却水通路７と連通する冷却水供給口７ａ及び冷却水排出口７ｂが形成されており、冷却水を通流可能である。
【００３０】
また、ステータコア２１（バックコア２１ａ）の冷却水通路７側の面には、冷媒侵入防止手段としての樹脂層２１ｆが形成されている（図３参照）。この樹脂層２１ｆは、積層された電磁鋼板の間から冷却水が漏れて、その電磁鋼板に錆が発生することを防止するものである。
【００３１】
また、円筒部１１と、ステータ２０のキー２５との間にはシール２６が配置されており、このシール２６によって、冷却水供給口７ａから給水された冷却水と、冷却水排出口７ｂから排水される冷却水とが仕切られている。
【００３２】
このため、冷却水供給口７ａから給水された冷却水は、図５に矢印で示すように、冷却水通路７を流れて、ステータコア２１を冷却し、冷却水排出口７ｂから排水される。
【００３３】
以上のような構造によって、ステータコイル２２から発生した熱は、オイル通路２４を流れる冷却オイル、ステータコア２１を伝導して、冷却水通路７を流れる冷却水によって冷却される。
【００３４】
また、異なる冷媒を用いることにより、冷媒の温度差により高温の冷媒を低温の冷媒で冷却することができる。
【００３５】
本実施形態によれば、冷却オイルをオイル通路２４に流してステータコイル２２を、錆を発生させることなく、絶縁性を保ちながら直接冷却するので、冷却性能に優れる。
【００３６】
また、ステータコア２１（バックコア２１ａ）の冷却水通路７側の面に、樹脂層２１ｆを形成したので、電磁鋼板への冷却水の漏水を防止することができ、その電磁鋼板に錆を発生させない。
【００３７】
さらに、ステータ内周壁面２３ａ，２３ｂを設けることで、ステータコイルの周囲を密閉することができるので、コイルに集中的に冷媒を流すことが可能になる。
【００３８】
また、本実施形態によれば、キー嵌合を行う部分以外は、ステータコアとケースとの間に空間ができるので、冷却水通路７を確保しながら、ステータコアをケースに固定することができた。
【００３９】
さらに、シール１５を設けたので、円筒部１１及び筒底部１２，１３の間でのシール性を確保することができ、冷却水通路７を流れる冷却水の漏出を防止する。
【００４０】
なお、以上説明した実施形態に限定されることなく、その技術的思想の範囲内において種々の変形や変更が可能であり、それらも本発明と均等であることは明白である。例えば、冷却オイル供給通路等の大きさや数量等は、システムサイズや性能等に合わせて適宜調整すればよい。
【００４１】
さらに、本実施形態では、異なる２種類の冷媒を用いる場合を挙げて説明したが、同一の冷媒を用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の回転電機の軸直角方向から見た断面図である。
【図２】本発明の回転電機の軸方向から見た断面図である。
【図３】ステータコアの斜視図である。
【図４】図１のIV−IV矢視図である。
【図５】図１のV−V矢視図である。
【符号の説明】
１ 回転電機
７ 冷却水通路（第１の冷媒通路）
８ 冷却オイル供給通路
９ 冷却オイル排出通路
１０ ケース
１５ シール（冷媒漏出防止部材）
２０ ステータ
２１ ステータコア
２１ｂ ティース
２１ｃ スロット
２１ｅ 樹脂（スロット閉塞部材）
２１ｆ 樹脂層（冷媒侵入防止手段）
２４ オイル通路（第２の冷媒通路）
３０ ロータ

Claims (6)

1. 回転軸に連結するロータと、
   前記ロータの外側に同軸に配置され、軸方向に延在しコイルを巻装したステータコアを円周方向に複数個配置するステータと、
   前記ロータ及びステータを内部に収め、両端が開口する円筒部と、断面コの字状であってその円筒部にボルト固定されて円筒部の開口両端を閉塞するとともに、前記ステータを挟持する第１及び第２の筒底部と、を有する三体構造のケースと、
   前記ケースの円筒部の内壁の窪部と、前記ステータの外周とによって形成された第１の冷媒通路と、
   前記円筒部と前記第１の筒底部との接触面、および前記円筒部と前記第２の筒底部との接触面に配置され、前記第１の冷媒通路を通流する冷媒の漏出を防止する冷媒漏出防止部材と、
   隣り合うステータコア間に形成した第２の冷媒通路と、
   を備えることを特徴とする回転電機の冷却構造。
2. 前記第１の冷媒通路には冷媒として冷却水を流し、前記第２の冷媒通路には冷媒として冷却オイルを流す
   ことを特徴とする請求項１に記載の回転電機の冷却構造。
3. 前記第２の冷媒通路は、ティース先端付近に配置され、そのティース間のスロットの開口部分を閉塞するスロット閉塞部材によって形成されている
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の回転電機の冷却構造。
4. 前記ステータコアの外周面に形成され、前記第１の冷媒通路を通流する冷媒が、そのステータコアに侵入することを防止する冷媒侵入防止手段を有する
   ことを特徴とする請求項１から請求項３に記載の回転電機の冷却構造。
5. 前記ステータコア及び前記ケースの間に形成され、そのステータコア及びケースとともに冷媒室を画成する冷媒室形成部材を備える
   ことを特徴とする請求項１から請求項４に記載の回転電機の冷却構造。
6. 前記ステータコア及び前記ケースの間に設けられ、そのステータコアとケースとを固定するキー嵌合部材を備える
   ことを特徴とする請求項１から請求項５に記載の回転電機の冷却構造。

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