JP2007215307A - 回転電機の冷却機構及び冷却方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 簡単な構造かつ低コストで、冷却効果を飛躍的に増大させた回転電機の冷却機構及び冷却方法を提供する。
【解決手段】 回転電機１０の冷却機構は、冷却油Ｌの給油口２２が設けられたケーシング２０と、冷却油Ｌの給油口２２に連通する冷却油の径方向のダクト３２が形成されたステータ３０とを備え、ステータ３０に形成されたダクト３２から供給される冷却油Ｌにより、ロータ外周面４０ａを冷却するように構成した。
回転電機１０の冷却方法は、ステータ３０とロータ４０間のエアーギャップＧに冷却油Ｌを供給することにより、ステータコイル３６をも冷却するように構成した。
【選択図】 図１

Description

本発明は、回転電機の冷却機構及び冷却方法に係り、特に、低コストで、冷却効果を飛躍的に増大させた回転電機の冷却機構及び冷却方法の改良に関する。

発電機や電動機の冷却機構の例としては、特許文献１に発電機の冷却機構について、また、特許文献２には高速回転電動機の冷却機構について開示されている。
また、実用に共されている従来の電動機等の冷却機構では、以下、従来例１及び２について、それぞれ、図３及び図４を用いて説明する。

先ず、従来例１として、主に、試験装置用ダイナモに使用されている電動機の冷却機構について、図３を用いて説明する。
図３は、従来例１の電動機の冷却機構を説明するための一部裁断側面図である。

図３に示すように、この従来の電動機１００は、主要構成として、ステータ１１０、ロータ１２０、回転軸１３０を備えている。
この構成において、ステータ１１０の冷却機構は、ステータコア１１６の外周に冷却油Ｌを供給するとともに、冷却油Ｌを注入口１１２から注入し、噴射機構１１８によりこの冷却油Ｌをスプレーすることにより、ステータコイルのコイルエンド１１４を冷却している。

また、ロータ１２０については、回転軸１３０内に、図示しない軸中穴を形成し、図３に示すように、反軸端側に設けた注入口１２２から冷却油Ｌを注入し、ダイナモ内に排出することにより、冷却するようにしている。

次に、従来例２として、工業用冷凍機に使用されている電動機の冷却機構について、図４を用いて説明する。
図４は、従来例２の電動機の冷却機構を説明するための側面図である。

図４に示すように、この従来の電動機２００は、主要構成として、ステータ２１０、ロータ２２０、回転軸２３０を備えている。
この構成において、ステータ２１０の冷却機構は、ステータコア２１２の外周にフレオン液Ｆを供給するとともに、ステータコイルのコイルエンド２１４はこのフレオン液Ｆをスプレー状に噴射することにより冷却している。

また、ロータ２２０については、図４に示すように、ステータ２１０に設けたダクト部２１６からフレオン液Ｆをロータ２２０の外周面に向けて流し込み、ロータ２２０の外周面をフレオン液が流れることにより冷却するようにしている。

特開２００２−１８６２２１ 特開２００２−０６４９５６

ところで、上記従来例１及び２には次のような問題点が存在する。
先ず、従来例１では、ロータ１２０を冷却する冷却油Ｌは、回転軸１３０の中央に形成された軸中穴を流れるために、発熱体であるロータバー及びエンドリングから遠く、冷却効果が低い。

このため、ロータ温度が過大に上昇し、軸受焼損事故が発生する恐れがある。
また、ダイナモ軸の片端には、必ず冷却油Ｌの注入口が必要なため、両軸出しのダイナモには対応できない（図３参照）。

次に、従来例２では、冷媒であるフレオン液Ｆは、冷凍機の一部を分流させているものであるが、一般には、フレオン液Ｆは入手し難く、更に、圧縮機も必要となりコストが増大する（図４参照）。

本発明は、上記課題（問題点）を解決し、簡単な構造かつ低コストで、冷却効果を飛躍的に増大させた回転電機の冷却機構及び冷却方法を提供することを目的とする。

本発明の回転電機の冷却機構は、請求項１に記載のものでは、冷却油の給油口が設けられたケーシングと、前記冷却油の給油口に連通する前記冷却油の径方向のダクトが形成されたステータとを備え、前記ステータに形成されたダクトから供給される冷却油により、ロータ外周面を冷却するように構成した。

本発明の請求項２記載の回転電機の冷却機構は、前記回転電機のロータは、外形寸法が、ロータ中央近辺の外径よりもロータ両端近辺での外径の方が大である構成とした。

本発明の回転電機の冷却方法は、請求項３に記載のものでは、請求項１又は２に記載の回転電機の冷却機構において、前記ステータと前記ロータ間のエアーギャップに冷却油を供給することにより、ステータコイルをも冷却するように構成した。

本発明の回転電機の冷却機構は、上記のように構成したために、以下のような優れた効果を有する。
（１）請求項１に記載したように構成すると、ステータコアのダクトを通った冷却油はロータ外周面を冷却し、発熱体に近い部位を冷却できるため、低コストで、冷却効率が飛躍的に向上する。

（２）請求項２に記載したように構成すると、ロータが冷却油に作用させる遠心力に関して、両端の遠心力を大きくすることができるので、冷却油の排出を効率よく行うことができるようになる。

本発明の回転電機の冷却方法は、上記のように構成したために、以下のような優れた効果を有する。
（３）請求項３に記載したようにエアーギャップに冷却油を供給することにより、ステータコイルも十分に冷却することができるようになる。

本発明の回転電機の冷却機構及び冷却方法について、図１及び図２を用いて説明する。
図１は、本発明の回転電機の冷却機構及び冷却方法の一実施の形態を示す側面図である。
図２は、本発明の回転電機の冷却機構及び冷却方法の一実施の形態を説明するための要部拡大図である。

本発明の冷却機構を適用する回転電機１０は、図１に示すように、先ず、主要構成として、ケーシング２０、ステータ３０、ロータ４０、回転軸５０を備えている。
また、図１において、ステータコア３４、ステータコイル３５、ロータ４０のエンドリング４２、及び、ローターバー４４が発熱体となる。

ケーシング２０には、冷却油Ｌの給油口２２及び排油口２４が設けられている。
また、ステータ３０には、ケーシング２０に設けられた冷却油Ｌの給油口２２に連通する冷却油Ｌの径方向のダクト３２が形成されている。
更に、ロータ４０は、図２に示すように外形寸法が、ロータ中央近辺ａの外径Ｄ１よりもロータ４０両端近辺ｂでの外径Ｄ２方が大であるように形成されている。

以上の構成で、本発明の回転電機１０の冷却機構の基本動作について、図１及び図２を用いて説明する。
図１に示すように、ケーシング２０に設けられた冷却油Ｌの給油口２２から供給された冷却油Ｌは、この給油口２２に連通するようにステータコア３４に形成されたダクト３２を通過し、ロータ４０の外周面４０ａに達する。

ロータ４０の外周面４０ａに到達した冷却油Ｌは、発熱体であるエンドリング４２やロータバー４４を、直接或いはその近傍を冷却するために、従来の冷却機構に比較して、低コストで飛躍的に冷却効率を向上させることができる。
また、冷却油Ｌはロータ４０を冷却した後は、ケーシング２０に設けられた排油口２４から排出される。

また、図２に示すように、ロータ４０は、外形寸法が、ロータ中央近辺ａの外径Ｄ１よりもロータ４０両端近辺ｂでの外径Ｄ２方が大であるように形成されているために、ロータ４０が冷却油Ｌに作用させる遠心力に関して、両端の遠心力を大きくすることができるので、冷却油Ｌの排出を効率よく行うことができるようになる。
即ち、冷却油Ｌはフレオン液Ｆ（図４参照）よりも粘度が高いが、このように構成することにより、エアーギャップＧへの冷却油Ｌの滞留を防止することができる。

本発明の回転電機の冷却機構及び冷却方法は、上述した実施の形態に限定されず、種々の変更が可能である。
先ず、ロータの冷却に関しては、回転軸に軸中穴を形成し、冷却油をこの軸中穴に供給する冷却法を併用するようにしても良い。
また、ロータの外周面及びステータコイルエンドの冷却についても、冷却油をスプレー状に噴霧して冷却する冷却法を併用するようにしても良い。

更に、上記実施の形態では、ロータの外径に中心近辺と両端部に差を設けるもので説明したが、冷却油が少ない場合等、或いは、その他の理由などで、ロータの外径差がない場合でも本発明に含まれるのは言うまでもない。
また、上記回転電機の冷却機構において、ロータとステータのエアギャップに冷却油を供給して、ステータコイルを冷却する冷却方法も本発明に含まれるのは勿論のことである。

本発明の回転電機の冷却機構及び冷却方法の一実施の形態を示す側面図である。 本発明の回転電機の冷却機構及び冷却方法の一実施の形態を説明するための要部拡大図である。 従来例１の電動機の冷却機構を説明するための一部裁断側面図である。 従来例２の電動機の冷却機構を説明するための側面図である。

符号の説明

１０：回転電機
２０：ケーシング
２２：給油口
３０：ステータ
３２：ダクト
４０：ロータ
４０ａ：ロータ外周面
Ｇ：エアーギャップ
Ｌ：冷却油

Claims (3)

1. 冷却油の給油口が設けられたケーシングと、
   前記冷却油の給油口に連通する前記冷却油の径方向のダクトが形成されたステータとを備え、
   前記ステータに形成されたダクトから供給される冷却油により、ロータ外周面を冷却するようにしたことを特徴とする回転電機の冷却機構。
2. 前記回転電機のロータは、外形寸法が、ロータ中央近辺の外径よりもロータ両端近辺での外径の方が大であることを特徴とする請求項１に記載の回転電機の冷却機構。
3. 請求項１又は２に記載の回転電機の冷却機構において、
   前記ステータと前記ロータ間のエアーギャップに冷却油を供給することにより、ステータコイルをも冷却するようにしたことを特徴とする回転電機の冷却方法。

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