JP2004112967A

JP2004112967A - 回転電機の冷却構造

Info

Publication number: JP2004112967A
Application number: JP2002274700A
Authority: JP
Inventors: Takashi Tsuneyoshi; 恒吉　孝; Shinichiro Kitada; 北田　真一郎; Toshio Kikuchi; 菊池　俊雄; Yutaro Kaneko; 金子　雄太郎
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2002-09-20
Filing date: 2002-09-20
Publication date: 2004-04-08

Abstract

【課題】冷却性能に優れた回転電機の冷却構造を提供する。
【解決手段】回転軸に連結するロータ３０と、ロータ３０の外側に同軸に配置されたステータ２０とを、ケース１０の内部に収め、ステータ２０は軸方向に延在するステータコア２１を円周方向に複数個配置し、ステータコア２１にコイル２２を巻装した回転電機において、ステータコア２１を軸方向に貫通して形成した第１の冷媒通路５０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。
【選択図】　　　　図１

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、該ロータ（３０）の外側に同軸に配置されたステータ（２０）とを、ケース（１０）の内部に収め、該ステータ（２０）は軸方向に延在するステータコア（２１）を円周方向に複数個配置し、前記ステータコア（２１）にコイル（２２）を巻装した回転電機において、前記ステータコア（２１）を軸方向に貫通して形成した第１の冷媒通路（５０）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。
（第１実施形態）
図１、図２は、本発明の第１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。
【００１０】
ケース１０は、円筒部１１と、この円筒部１１の軸方向両端の開口部を閉塞する側板部１２，１３とから構成されている。側板部１２，１３はボルト等（図示略）によって円筒部１１に固定されている。側板部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ためのベアリング１２ｄ，１３ｄが設けられている。側板部１２の内部には冷却水流路１２ａが形成され、側板部１３の内部には冷却水流路１３ａが形成されている。また、冷却水流路１２ａには給水口１２ｂが形成され、冷却水流路１３ａには排水口１３ｂが形成されている。外部から供給された冷却水は、給水口１２ｂから取水され、冷却水流路１２ａ、通水パイプ５０（後述）、冷却水流路１３ａを通過して排水口１３ｂから排出される。なお、この給水口１２ｂは冷却水を供給する装置に応じた大きさになっている。
【００１１】
また、側板部１２にはオイル取入口１２ｃが形成され、側板部１３にはオイル排出口１３ｃが形成されている。
【００１２】
ステータ２０は、ケース１０の円筒部１１の内周に設けられている。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３参照）。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、その一端が側板部１２，１３に固定されている。また、ステータコア２１と側板部１２，１３との間であって、ケース１０の円筒部１１の内周面に沿った部分には、熱を伝導可能な熱伝導リング４１，４２が設けられている。このステータ内周壁面２３ａと、ステータコア２１と、側板部１２と、熱伝導リング４１とで画成されて、第１冷却オイル室２４ａが形成される。また、ステータ内周壁面２３ｂと、ステータコア２１と、側板部１３と、熱伝導リング４２とで画成されて、第２冷却オイル室２４ｂが形成される。
【００１３】
ステータコア２１は、ケース１０の円筒部１１に内接するバックコア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（図３参照）。
【００１４】
また、ステータ２０には、ステータコア２１及び熱伝導リング４１，４２を貫通する通水パイプ５０が設けられている。この通水パイプ５０の一端は冷却水流路１２ａに連通され、他端は冷却水流路１３ａに連通され、冷却水を冷却水流路１２ａ〜冷却水流路１３ａに通流可能にする。
【００１５】
また、オイル取入口１２ｃから取り入れられたオイルは、第１冷却オイル室２４ａ、第２冷却オイル室２４ｂを通過してオイル排出口１３ｃから排出されるまでに、ステータコイル２２の熱を吸熱する。その熱が熱伝導リング４１、４２を介して通水パイプ５０に伝導され、通水パイプ５０を流れる冷却水によって冷却される。
【００１６】
このように構造となっているので、ステータコイル２２を冷却する冷却性能は、熱伝導リング４１，４２の材質、寸法（大きさ）等によって変わる。例えば、ステータコアよりもコイルの発熱量が大きく、オイルの温度上昇が懸念される場合のように、ステータコイル２２の温度を上昇させないようにする場合（冷却水と冷却オイルとの熱交換を積極的に行う場合）には、熱伝導リング４１，４２の材料として、熱伝導率の高い材料（例えば、アルミニウム）を使用するとよい。また、熱伝導リング４１，４２の厚さを薄くするとよい。
【００１７】
一方、コイルよりもステータコアの発熱量が大きく、水温の上昇が懸念される場合のように、冷却水と冷却オイルとの熱交換をあまり行いたくない場合は、熱伝導リング４１，４２の材料として、熱伝導率の低い材料（例えば、ステンレス）を使用するとよい。また、熱伝導リング４１，４２の厚さを厚くするとよい。
【００１８】
また、本実施形態の熱伝導リング４１，４２は、円筒部１１の内周であって側板部１２，１３の近傍部分に、凹凸状の吸熱フィン４１ａ，４２ａを有する。この吸熱フィン４１ａ，４２ａは、第１冷却オイル室２４ａ、第２冷却オイル室２４ｂに配置され、その第１冷却オイル室２４ａ、第２冷却オイル室２４ｂを流れる冷却オイルから熱を吸熱する。
【００１９】
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を介して側板部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。
【００２０】
次に、図３（図１のＩＩＩ−ＩＩＩ矢視図）を参照してステータ２０をより詳細に説明する。
【００２１】
ステータ２０のステータコア２１は、円筒部１１に沿うリング形状のバックコア２１ａと、このバックコア２１ａから半径方向内側に突出するティース２１ｂとを備える。このティース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）。
【００２２】
ステータ２０はケース１０の円筒部１１に圧入（焼き嵌め等）されており、したがってステータ２０はケース１０に対し固定された状態となっている。
【００２３】
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を連通している。したがって、上述のように、オイル取入口１２ｃ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を通過してオイル排出口１３ｃ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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
さらに、そのうえ、吸熱フィン４１ａ，４２ａを設けることで、オイル通路２４に流す冷却オイルを冷やす性能を一層向上させることができたのである。
【００２７】
また、熱伝導リング４１，４２の材質、サイズ等を適宜選択することで、冷却性能を最適に調整可能である。
【００２８】
（第２実施形態）
図４、図５は、本発明の第２実施形態における回転電機を示す断面図である。なお、図４は図５のＩＶ−ＩＶ矢視図、図５は図４のＶ−Ｖ矢視図になっている。
また、前述した第１実施形態と同様の機能を果たす部分には同一の符号を付して重複する説明を適宜省略する。
【００２９】
第１実施形態では、絶縁キャップ２１ｄと、熱伝導リング４１，４２とを別体で形成した場合を例示して説明したが、本実施形態では両者を一体に形成してある。すなわち、熱伝導リング４１，４２の端部４１ｂ，４２ｂが、第１実施形態でいう絶縁キャップの役割を果たし、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。
【００３０】
また、本実施形態の熱伝導リング４１，４２は、第１実施形態と比べて、厚さが厚い。また、本実施形態では、吸熱フィンは設けられていない。このように、冷却水と冷却オイルとの熱交換をあまり行いたくない場合は、熱伝導リング４１，４２の厚さを厚くし、また、吸熱フィンを設けないようにするとよい。
【００３１】
本実施形態によれば、熱伝導リング４１，４２の端部４１ｂ，４２ｂで、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ので、部品点数を減少させることができ、コストを安価に抑えることができる。
【００３２】
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。
【００３３】
例えば、第１実施形態のように、絶縁キャップ２１ｄと、熱伝導リング４１，４２とを別体で形成した場合において、吸熱フィン４１ａ，４２ａを形成しなくてもよい。
【００３４】
また、第２実施形態のように、絶縁キャップ２１ｄと、熱伝導リング４１，４２とを一体で形成した場合において、さらに吸熱フィン４１ａ，４２ａを形成してもよい。
【００３５】
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】本発明の第１実施形態における回転電機の軸直角方向から見た断面図である。
【図２】本発明の第１実施形態における回転電機の軸方向から見た断面図である。
【図３】図１のＩＩＩ−ＩＩＩ矢視図である。
【図４】本発明の第２実施形態における回転電機の軸直角方向から見た断面図である。
【図５】本発明の第２実施形態における回転電機の軸方向から見た断面図である。
【符号の説明】
１　回転電機
１０　ケース
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）
２４　オイル通路（第２の冷媒通路）
３０　ロータ
４１，４２　熱伝導リング（熱伝導部材）
４１ａ，４２ａ　吸熱フィン（吸熱部）
５０　通水パイプ（第１の冷媒通路）

Claims

回転軸に連結するロータと、該ロータの外側に同軸に配置されたステータとを、ケースの内部に収め、該ステータは軸方向に延在するステータコアを円周方向に複数個配置し、前記ステータコアにコイルを巻装した回転電機において、
前記ステータコアを軸方向に貫通して形成した第１の冷媒通路と、
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。
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。
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。
前記第１の冷媒通路は、冷媒を供給する冷媒供給装置を接続可能であって、その冷媒供給装置に応じた接続口を有する
ことを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の回転電機の冷却構造。
前記第１の冷媒通路を貫通させて、前記第２の冷媒通路を流れる冷媒の熱を伝導して、前記第１の冷媒通路を流れる冷媒と、前記第２の冷媒通路を流れる冷媒との熱交換を行わせる熱伝導部材を備える
ことを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の回転電機の冷却構造。
前記熱伝導部材は、熱伝導率の高い材料にすることによって、前記第１及び第２の冷媒通路を流れる冷媒の熱交換性能を高いものとし、熱伝導率の低い材料にすることによって、前記第１及び第２の冷媒通路を流れる冷媒の熱交換性能を低いものとする
ことを特徴とする請求項５に記載の回転電機の冷却構造。
前記熱伝導部材は、厚さを薄くすることによって、前記第１及び第２の冷媒通路を流れる冷媒の熱交換性能を高いものとし、厚さを厚くすることによって、前記第１及び第２の冷媒通路を流れる冷媒の熱交換性能を低いものとする
ことを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の回転電機の冷却構造。
前記熱伝導部材は、前記第２の冷媒通路を流れる冷媒の熱を吸熱可能な凹凸状の吸熱部を有する
ことを特徴とする請求項５から請求項７までのいずれか１項に記載の回転電機の冷却構造。
前記ティースと前記コイルとの間に配置され、そのティースとコイルとを絶縁する絶縁部材を備え、
前記熱伝導部材は、前記絶縁部材と一体的に形成されている
ことを特徴とする請求項５から請求項８までのいずれか１項に記載の回転電機の冷却構造。