JP2003299328A - 回転電機の冷却構造 - Google Patents
回転電機の冷却構造Info
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Abstract
に効率良く逃がすことができる回転電機の冷却構造を提
供する。 【解決手段】 周方向に配置した複数のステータピース
2をステータ支持ボルト6および樹脂15により一体化
して成るステータ1の内外周にインナーロータ7および
アウターロータ8を同軸状に配置し、各ロータを複合電
流によってそれぞれ駆動するようにした二重ロータ構造
の回転電機の冷却構造においては、隣接するステータピ
ース2間にそれぞれ冷却用流路14を設けるとともに、
冷却用流路14の近傍かつ極対数が多い方のロータであ
るアウターロータ8側のステータピースヨークの先端部
であるA部、B部から最短距離の位置に、熱伝導率の高
い部材であるステータ支持ボルト6を配置することによ
り、A部、B部から冷却用流路14までの間の熱抵抗が
軽減され、冷却効率が向上する。
Description
よび外周の双方にロータを同軸状に配置して成る二重ロ
ータ構造の回転電機において効率的に冷却を行うための
冷却構造に関するものである。
ては、例えば特開平11−275826号公報に記載さ
れたものがある。この従来例の回転電機は、複数のステ
ータピースを周方向に配置したステータコアから成る分
割型ステータの内外周にそれぞれインナーロータおよび
アウターロータを同軸状に配置し、各ロータを複合電流
によってそれぞれ駆動するようにした、二重ロータ構造
の回転電機として構成されている。この従来の回転電機
は、二重ロータ構造とすることにより、回転電機をコン
パクト化するようにしている。
においては、熱の発生源となるステータはその内外周に
配置されるインナーロータおよびアウターロータに挟ま
れる構造になっており、かつ、ステータの軸方向両端部
はケースによって包囲されるため、ステータから発生さ
れた熱が回転電機の内部にこもり易くなり、冷却効率が
良くなかった。
転電機の外部に効率良く逃がすことができる回転電機の
冷却構造を提供することを目的とする。
め、請求項1に記載の第1発明は、周方向に配置した複
数のステータピースをボルトおよび樹脂により一体化し
て成るステータの内周および外周の双方にロータを同軸
状に配置し、各ロータを複合電流によってそれぞれ駆動
するようにした二重ロータ構造の回転電機の冷却構造で
あって、隣接するステータピース間にそれぞれ冷却用流
路を設けるとともに、該冷却用流路の近傍かつ前記ロー
タの内の極対数が多い方のロータ側のステータピースヨ
ークの先端部と最短距離の位置に、熱伝導率の高い部材
を配置することを特徴とする。
の第2発明は、周方向に配置した複数のステータピース
をボルトおよび樹脂により一体化して成るステータの内
周および外周の双方にロータを同軸状に配置し、各ロー
タを複合電流によってそれぞれ駆動するようにした二重
ロータ構造の回転電機の冷却構造であって、隣接するス
テータピース間にそれぞれ冷却用流路を設けるととも
に、該冷却用流路の近傍かつ前記ロータの内の少なくと
も極対数が多い方のロータ側のステータピースヨークの
先端部から最短距離の位置に、ステータ支持ボルトを配
置することを特徴とする。
流路としてパイプを使用するとともに、該パイプの外部
空間を樹脂により充填することを特徴とする。
は、周方向の一部に肉厚を増加させた部分を有すること
を特徴とする。
ース間にそれぞれ設けられた冷却用流路の近傍かつ極対
数が多い方のロータ側のステータピースヨークの先端部
から最短距離の位置に、熱伝導率の高い部材が配置され
ているので、回転電機における最大の熱損失である極対
数が多い方のロータ側のステータピースヨークの先端部
で発生した鉄損の熱が、前記熱伝導率の高い部材によっ
て逃げることにより熱抵抗が軽減され、熱伝導が良好に
なるので、冷却効率が向上する。
ス間にそれぞれ設けられた冷却用流路の近傍かつ前記ロ
ータの内の少なくとも極対数が多い方のロータ側のステ
ータピースヨークの先端部から最短距離の位置に、ステ
ータ支持ボルトが配置されているので、極対数が多い方
のロータ側のみにステータ支持ボルトが配置されている
場合には上記第1発明と同様の効果が得られ、また、極
対数が多い方および少ない方のロータ側の双方にステー
タ支持ボルトが配置されている場合には、アウターロー
タ側のステータピースヨークの先端部で発生した鉄損の
熱およびインナーロータ側のステータピースヨークの先
端部で発生した鉄損の熱のそれぞれが、当該先端部から
最短距離の位置に配置したステータ支持ボルトを介して
冷却用流路へ伝導されることになり、前記2個所の先端
部から冷却用流路までの間の熱抵抗が軽減されるので、
冷却効率がさらに向上する。
パイプを使用し、該パイプの外部空間を樹脂により充填
するから、樹脂成型時に挿入する金型を引き抜くことを
考慮して金型の抜き勾配を確保する必要が無くなり、冷
却用流路および熱伝導率の高い部材またはステータ支持
ボルト間の距離ならびに冷却用流路およびコイル間の距
離を最短距離とするように樹脂の肉厚を調整することが
可能になるので、さらに熱抵抗を低減することができ
る。
の一部に肉厚を増加させた部分を有しているので、前記
極対数が多い方のロータ側のステータピースヨークの先
端部で発生した鉄損の熱が前記先端部から最短距離の位
置に配置したステータ支持ボルトを介して冷却用流路へ
伝導される際に、前記肉厚を増加させた部分を前記ステ
ータ支持ボルトに近接させることにより効率的に熱伝導
されることになり、さらに冷却効率が向上する。
に基づき詳細に説明する。図1は本発明の第1実施形態
の冷却構造を適用する回転電機の概略断面図である。本
実施形態の回転電機は、図1に示すように、インナーロ
ータシャフト9の中心軸線(モータの中心軸線)C上
に、同軸状に、内側から外側に向かって、インナーロー
タ7、ステータ1およびアウターロータ8を順次配置し
た二重ロータ構造の回転電機となっており、アウターロ
ータ8の外周にはアウターロータシェル10が結合され
ている。
およびアウターロータ8間に位置するステータ1は、周
方向に配置した複数のステータピース2をアウターロー
タ8寄りの位置でスタータ支持ボルト6によりブラケッ
ト5に固定した後に樹脂により一体化して構成されてお
り、ステータ1の内周および外周に配置されるインナー
ロータ7およびアウターロータ8は、複合電流によって
それぞれ駆動されるように構成されている。なお、上記
スタータ支持ボルト6としては、所望の強度を確保する
ために鉄製のボルトを用いるものとする。
冷却構造の要部の構成を示す図である。インナーロータ
7およびアウターロータ8はそれぞれ、図2に示すよう
に、インナー磁石11およびアウター磁石12を備えて
おり、インナー磁石11およびアウター磁石12は、軸
線方向に磁界が発生するようにステータピース2の外周
に巻回されるコイル13を軸線方向で挟み込むように配
置される、互いに異極の多極対の永久磁石より成る。な
お、本実施形態においては、アウターロータ8のアウタ
ー磁石12の方が、インナーロータ7のインナー磁石1
1よりも極対数が多い構成となっているものとする。
造は、複数のステータピース2を周方向に配置してスタ
ータ支持ボルト6によりブラケット5に固定したときに
形成される隣接ステータピース2間の空間内に、冷媒を
流すための冷却用流路14を設けることにより構成され
ている。ここで、冷却用流路14は、上記隣接ステータ
ピース2間の空間内を樹脂15で充填する際に、断面形
状が図2に示す二等辺三角形となる金型(図示せず)を
冷却用流路14を形成すべき位置に挿入し、樹脂15が
固まった後に上記金型を抜くことにより形成されるた
め、軸線方向に所定の抜き勾配を有している。
タ支持ボルト6が貫通する空間を確保するために、断面
形状が円形となる図示しない金型をスタータ支持ボルト
6を通すべき位置に挿入しておくものとする。その際、
上記スタータ支持ボルト6を通すべき位置は、冷却用流
路14の近傍かつ極対数が多い方のロータであるアウタ
ーロータ8側のステータピースヨークの先端部(図2の
A部およびB部)から最短距離の位置であることが後述
するように熱伝導を良好にする上で好ましいので、図2
に示すように「A部またはB部から最短距離かつ冷却用
流路14の近傍の位置」に設定する。
おける冷却作用について詳細に説明する。一般的に、回
転電機において発生する熱損失としては、以下に説明す
る2種類の鉄損および、コイルで発生する銅損が挙げら
れる。鉄損分布を考察した場合、ステータピース2のア
ウターロータ8側のヨークの先端部(図2のA部および
B部)およびインナーロータ7側のヨークの先端部で発
生する鉄損があるが、極対数が多い方のロータであるア
ウターロータ8側のステータピースヨークの先端部(図
2のA部およびB部)で発生する鉄損の方が大きくなる
ため、回転電機における最大の熱損失となることから、
この鉄損に対して冷却対策を施すのが最も効果的であ
る。
の空間内に冷却用流路14を設けたため、冷却用流路1
4に近接するコイル13からの熱やステータピース2の
中央部からの熱の熱伝導は良好になる。しかし、このま
までは、最大の熱損失を発生するステータピース2のア
ウターロータ8側のヨークの先端部(図2のA部および
B部)から冷却用流路14までの距離がレイアウト上遠
くなるため、熱伝導が良好にならない。
の近傍かつアウターロータ8側のステータピースのヨー
クの先端部から最短距離の位置に、熱伝導率の高い部材
であるステータ支持ボルト6を配置するようにしてい
る。なお、本実施形態では熱伝導率の高い部材としてス
テータ支持ボルト6を使用しているが、これに限定され
るものではなく、鉄製、銅製、アルミニウム製等の熱伝
導率の高い材質の部材をステータ支持ボルト6に類似の
形状にしたものであれば、どのようなものを用いても良
い。
熱は、A部、B部から最短距離の位置に配置したステー
タ支持ボルト6が鉄製なので樹脂に比べて熱伝導率が桁
違いに大きくなる(したがって熱伝導率が高くなる)た
め、図2に多数の矢印で示した熱流速ベクトルの分布状
態から明らかなように、該ステータ支持ボルト6を介し
て効率良く冷却用流路14へ伝導されることになる。よ
って、A部、B部から冷却用流路14までの間の熱抵抗
が軽減されるので、熱伝導が良好になり、冷却効率が向
上する。
ト6をブラケット5に締結固定しているので、ボルト単
体で配置した場合よりも熱容量特性が向上することにな
る。これにより、コイル13部の瞬時銅損やステータピ
ースヨークの先端部(図2のA部およびB部)の瞬時鉄
損の大きさは回転電機の回転数と同期するので、ステー
タ支持ボルト6の熱時定数よりも小さくなる。よって、
短時間の温度サイクルにおける最大値Tmaxおよび最小値
Tmin間の変化が緩和されることになり、樹脂15自体の
温度劣化を防止することができる。
構造を適用する回転電機の概略断面図であり、図4は本
発明の第2実施形態の回転電機の冷却構造の要部の構成
を示す図である。第2〜第4実施形態の回転電機は、図
1に示す第1実施形態の回転電機に対し、隣接ステータ
ピース2間の空間内に設けるスタータ支持ボルト6を1
本から2本に増加させる変更を加えたものである。
は、図3に示すように、軸線C方向において互いに逆方
向からスタータ支持ボルト6を挿入するように構成され
ている。これらスタータ支持ボルト6の内、アウターロ
ータ8側のスタータ支持ボルト6は上記第1実施形態と
同一の位置に配置するものとするが、インナーロータ7
側のスタータ支持ボルト6は、「インナーロータ7側の
ステータピースヨークの先端部(図4のC部およびD
部)から最短距離かつ冷却用流路14の近傍の位置」に
配置するものとする。
で示した熱流速ベクトルの分布状態から明らかなよう
に、A部、B部で発生した鉄損の熱は、A部、B部から
最短距離の位置に配置した熱伝導率の高い部材であるス
テータ支持ボルト6を介して効率良く冷却用流路14へ
伝導され、さらに、C部、D部で発生した鉄損の熱は、
C部、D部から最短距離の位置に配置した熱伝導率の高
い部材であるステータ支持ボルト6を介して冷却用流路
14へ効率良く伝導されるので、A部、B部から冷却用
流路14までの間の熱抵抗およびC部、D部から冷却用
流路14までの間の熱抵抗のそれぞれが軽減されるの
で、熱伝導がさらに良好になり、冷却効率がさらに向上
する。
冷却構造の要部の構成を示す図である。この第3実施形
態の回転電機の冷却構造は、上記第2実施形態の回転電
機の冷却構造に対し、冷却用流路を構成する部材を変更
したものである。
は、隣接するステータピース2間にそれぞれ冷却用流路
17を設けるために、断面形状が図5に示す中空二等辺
三角形となる所定肉厚のパイプ(例えば金属製のパイ
プ)16を使用している。なお、パイプ16の外部空間
(パイプ16と、ステータピース2、コイル13および
ステータ支持ボルト6との間の空間)を、上記第1、第
2実施形態と同様に樹脂15で充填するものとする。
設けるためにパイプ16を使用するから、上記第1、第
2実施形態のように樹脂成型時に挿入する金型の抜き勾
配を確保する必要が無くなり、冷却用流路17およびス
テータ支持ボルト6間の距離ならびに冷却用流路17お
よびコイル13間の距離が最短距離となるように樹脂1
5の肉厚を調整することにより、熱抵抗をさらに低減す
ることができる。
して冷却用流路17を設ける構成を上記第2実施形態の
回転電機の冷却構造に適用したが、パイプ16を使用し
て冷却用流路17を設ける構成を上記第1実施形態の回
転電機の冷却構造に適用してもよい。
電機の冷却構造の要部の構成を示す図であり、図6
(b)、(c)はそれぞれ、第4実施形態において冷却
用流路を形成するためのパイプの断面図および側面図で
ある。この第4実施形態の回転電機の冷却構造は、上記
第3実施形態の回転電機の冷却構造に対し、冷却用流路
を構成するパイプの形状を変更したものである。
使用するパイプ18は、上記第3実施形態の回転電機に
使用するパイプ16とほぼ同一の形状のパイプ(例えば
金属製のパイプ)であり、ほぼ同一断面積の冷却用流路
17が形成されているが、上記第3実施形態のパイプ1
6のように全周に亘って同一肉厚になっておらず、図6
(b)、(c)に示すように、周方向の一部(アウター
ロータ8側のステータ支持ボルト6に面した部分)に、
肉厚を増加させるためのフィン19が多数形成されてお
り、これらのフィン19は、例えば図6(c)に示すよ
うに、ほぼ等間隔に配置するものとする。なお、これら
フィン19は、図6(a)に示すように、ステータ支持
ボルト6に近接配置するものとする。
設けるために多数のフィン19を有する金属製のパイプ
18を使用するから、極対数が多い方のロータであるア
ウターロータ8側のステータピースヨークの先端部で発
生した鉄損の熱が前記先端部から最短距離の位置に配置
したステータ支持ボルト6を介して冷却用流路17へ伝
導される際に、上記鉄損の熱はステータ支持ボルト6か
ら金属製のパイプ18の多数のフィン19を経て冷却用
流路17へ効率的に熱伝導されることになり、さらに冷
却効率が向上する。
回転電機の概略断面図である。
の要部の構成を示す図である。
用する回転電機の概略断面図である。
の要部の構成を示す図である。
の要部の構成を示す図である。
冷却構造の要部の構成を示す図であり、(b)、(c)
はそれぞれ、第4実施形態において冷却用流路を形成す
るためのパイプの断面図および側面図である。
Claims (4)
- 【請求項1】 周方向に配置した複数のステータピース
をボルトおよび樹脂により一体化して成るステータの内
周および外周の双方にロータを同軸状に配置し、各ロー
タを複合電流によってそれぞれ駆動するようにした二重
ロータ構造の回転電機の冷却構造であって、 隣接するステータピース間にそれぞれ冷却用流路を設け
るとともに、該冷却用流路の近傍かつ前記ロータの内の
極対数が多い方のロータ側のステータピースヨークの先
端部から最短距離の位置に、熱伝導率の高い部材を配置
することを特徴とする回転電機の冷却構造。 - 【請求項2】 周方向に配置した複数のステータピース
をボルトおよび樹脂により一体化して成るステータの内
周および外周の双方にロータを同軸状に配置し、各ロー
タを複合電流によってそれぞれ駆動するようにした二重
ロータ構造の回転電機の冷却構造であって、 隣接するステータピース間にそれぞれ冷却用流路を設け
るとともに、該冷却用流路の近傍かつ前記ロータの内の
少なくとも極対数が多い方のロータ側のステータピース
ヨークの先端部から最短距離の位置に、ステータ支持ボ
ルトを配置することを特徴とする回転電機の冷却構造。 - 【請求項3】 前記冷却用流路としてパイプを使用する
とともに、該パイプの外部空間を樹脂により充填するこ
とを特徴とする請求項1または2記載の回転電機の冷却
構造。 - 【請求項4】 前記パイプは、周方向の一部に肉厚を増
加させた部分を有することを特徴とする請求項1〜3の
何れか1項記載の回転電機の冷却構造。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002098239A JP3669343B2 (ja) | 2002-04-01 | 2002-04-01 | 回転電機の冷却構造 |
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Publication Number | Publication Date |
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JP3669343B2 JP3669343B2 (ja) | 2005-07-06 |
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
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2002
- 2002-04-01 JP JP2002098239A patent/JP3669343B2/ja not_active Expired - Fee Related
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