JP2010187490A - 回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】高い冷却能力を発現することができる回転電機を提供する。
【解決手段】フレーム１１と、フレーム１１の内部に回転可能に支持された回転軸１２と、回転軸１２の外面に設けられたロータ１３と、ロータ１３の外面と所定の間隔を有して対向するようにフレーム１１の内面に設けられてコア１４ａにコイルを巻き付けたステータ１４と、フレーム１１の内部に冷却油１を送給する供給管１５とを備えた回転電機１０であって、コア１４ａのフレーム１１と対向する面部分に、冷却油１を流通させる流通溝１４ａａを回転軸１２の軸方向に沿って最上部及び最下部に形成すると共に、冷却液１をフレーム１１内に流通溝１４ａａの長手方向中央部分から送給できるように供給管１５を接続した。
【選択図】図１

Description

本発明は、モータや発電機等の回転電機に関し、特に、冷却効率を大幅に向上できるものである。

モータや発電機等の回転電機は、磁力を有するロータを外周面に設けた回転軸をフレームの内部に回転可能に支持すると共に、コアにコイルを巻き付けたステータを当該フレームの内面に取り付け、例えば、モータの場合には、ステータのコイルに電流を流し、ロータを回転させて回転軸を回転させることにより、回転力を得ることができ、発電機の場合には、回転軸を回転させてロータを回転させることにより、ステータのコイルから電流を取り出すことができるようになっている。

このような回転電機においては、ステータのコイルに電流が流れることにより、ステータが発熱し、発電効率や回転効率等の運転作動効率が低下してしまうことから、ステータを冷却するようにしている。

このため、例えば、下記の特許文献１，２等においては、ステータのコイルのコイルエンドに冷却油を噴射等して供給する供給管をフレームの内部に設けると共に、冷却油の流通を案内する溝をステータのコイルのコイルエンドの表面に形成し、上記ノズルから供給された冷却油をステータのコイルのコイルエンドの上記溝に沿って流通させることにより、当該ステータを冷却油で効率よく冷却できるようにした回転電機を提案している。

特開２００５−０１２９６１号公報 特開２００６−３１１７５０号公報

しかしながら、前述したような特許文献１，２等に記載されている従来の回転電機においては、前記フレーム内に供給された冷却油が、当該フレームの内周面と前記コアとの間のわずかな隙間に入り込むと、当該隙間で停滞してしまい、熱抵抗となって冷却効率を低下させてしまうおそれがあった。

このようなことから、本発明は、高い冷却能力を発現することができる回転電機を提供することを目的とする。

前述した課題を解決するための、第一番目の発明に係る回転電機は、フレームと、前記フレームの内部に回転可能に支持された回転軸と、前記回転軸の外面に設けられたロータと、前記ロータの外面と所定の間隔を有して対向するように前記フレームの内面に設けられてコアにコイルを巻き付けたステータと、前記フレームの内部に冷却液を送給する冷却液送給手段とを備えている回転電機において、前記コアの前記フレームと対向する面部分及び前記フレームの前記コアと対向する面部分の少なくとも一方の面部分に、前記冷却液を流通させる流通溝が形成されると共に、前記冷却液送給手段が、前記フレーム内に前記冷却液を前記流通溝から送給するものであることを特徴とする。

第二番目の発明に係る回転電機は、第一番目の発明において、前記流通溝が、前記回転軸の軸方向に沿って設けられていることを特徴とする。

第三番目の発明に係る回転電機は、第二番目の発明において、前記流通溝が、前記回転軸の周方向にわたって複数設けられると共に、前記冷却液送給手段が、各前記流通溝に対応して前記冷却液を送給するものであることを特徴とする。

第四番目の発明に係る回転電機は、第一番目の発明において、前記流通溝が、前記回転軸の周方向に沿って設けられていることを特徴とする。

第五番目の発明に係る回転電機は、第四番目の発明において、前記流通溝が、前記回転軸の軸方向にわたって複数設けられると共に、前記冷却液送給手段が、各前記流通溝に対応して前記冷却液を送給するものであることを特徴とする。

本発明に係る回転電機によれば、冷却液をフレームとコアとの間の隙間に停滞させることなく流通させることができることから、フレームとコアとの間の隙間に停滞する冷却液による熱抵抗を生じることがないと共に、ステータをコアから冷却することができるので、冷却効率を大幅に向上させることができ、高い冷却能力を発現することができる。

本発明に係る回転電機の第一番目の実施形態の概略構造を表す軸方向断面図である。 図１の回転電機の一部省略概略構造を表す径方向断面図である。 本発明に係る回転電機の第二番目の実施形態の概略構造を表す軸方向断面図である。 図３の回転電機の一部省略概略構造を表す径方向断面図である。 本発明に係る回転電機の第一番目の実施形態の他の形態の要部の特徴を表す径方向断面図である。 本発明に係る回転電機の第一番目の実施形態のさらに他の形態の要部の特徴を表す径方向断面図である。 本発明に係る回転電機の第一番目の実施形態のさらに他の例の要部の特徴を表す径方向断面図である。 本発明に係る回転電機の第二番目の実施形態の他の形態の要部の特徴を表す軸方向断面図である。 本発明に係る回転電機の第二番目の実施形態のさらに他の形態の要部の特徴を表す軸方向断面図である。 本発明に係る回転電機の第二番目の実施形態のさらに他の形態の要部の特徴を表す軸方向断面図である。

本発明に係る回転電機の実施形態を図面に基づいて以下に説明するが、本発明は図面に基づいて以下に説明する実施形態のみに限定されるものではない。

［第一番目の実施形態］
本発明に係る回転電機の第一番目の実施形態を図１，２に基づいて説明する。

図１に示すように、水平な軸方向に円筒状をなす密閉型のフレーム１１の内部には、水平な軸方向の回転軸１２が軸受１２ａを介して回転可能に支持されており、当該回転軸１２は、少なくとも一端側が当該フレーム１１の外部に突出するように当該フレーム１１を貫通している。上記フレーム１１の内部の回転軸１２の外周面には、磁力を有するロータ１３が取り付けられている。

図１，２に示すように、前記フレーム１１の内周面には、筒状の鉄心からなるコア１４ａに銅線からなるコイルを巻き付けたステータ１４が前記ロータ１３の外面と所定の間隔を有して対向するようにボルト（図示省略）を介して取り付けられている。上記ステータ１４の上記コア１４ａの外周面、すなわち、上記フレーム１１の内周面と対向する面部分の最上部及び最下部には、当該コア１４ａの軸方向、すなわち、前記回転軸１２の軸方向に沿って流通溝１４ａａがそれぞれ形成されている。

前記フレーム１１の最上部及び最下部には、当該フレーム１１の内部と外部とを連通する供給管１５が前記ステータ１４の前記コア１４ａの前記流通溝１４ａａにそれぞれ対応するように当該流通溝１４ａａの長手方向中央部分の位置に先端をそれぞれ連絡させて取り付けられている。前記フレーム１１の最下部の軸方向両端寄りには、当該フレーム１１の内部と外部とを連通する排出管１６がそれぞれ取り付けられている。

前記供給管１５の基端側は、冷却液である冷却油１を所定の温度に調整して送給する冷却油温調送給機（図示省略）の冷却油送出口にそれぞれ接続している。前記排出管１６の基端側は、上記冷却油温調送給機の冷却油受入口にそれぞれ接続している。

なお、本実施形態では、前記供給管１５、前記排出管１６、前記冷却油温調送給機等により、冷却液送給手段を構成している。
また、図１中、１４ｂはコイルエンドである。
また、図２においては、コイルの記載を省略している。

このような本実施形態に係る回転電機１０の作用を次に説明する。

モータとして利用する場合、前記ステータ１４のコイルに電流を流すと、前記ロータ１３が回転して前記回転軸１２が回転することにより、回転力を得ることができる。他方、発電機として利用する場合、前記回転軸１２に回転力を付与すると、前記ロータ１３が回転することにより、前記ステータ１４のコイルに電流が流れ、電流を取り出すことができる。

そして、このようにして回転電機１０を作動させる際に、前記フレーム１１の内部に冷却油１を送給するように前記冷却油温調送給機を作動させて前記供給管１５に冷却油１を送給すると、最上部の供給管１５に送給された冷却油１は、前記コア１４ａの最上部の前記流通溝１４ａａ内に長手方向中央部分から送給され、その一部が、当該流通溝１４ａａ内を流通して当該コア１４ａを冷却しながら当該流通溝１４ａａの両端側から流出し、前記コイルエンド１４ｂに流下して当該コイルエンド１４ｂを介してコイルを冷却すると共に、その残りが、上記流通路１４ａａ内を流通しきれずに当該流通路１４ａａ内から溢れ出て、前記フレーム１１の内周面と当該コア１４ａの外周面との間の隙間Ｃに流れ込んで当該隙間Ｃを流下し、当該コア１４ａを冷却する。

他方、最下部の供給管１５に送給された冷却油１は、前記コア１４ａの最下部の前記流通溝１４ａａ内に長手方向中央部分から送給され、その一部が、当該流通溝１４ａａ内を流通して当該コア１４ａを冷却しながら当該流通溝１４ａａの両端側から流出すると共に、その残りが、上記流通路１４ａａ内を流通しきれずに当該流通路１４ａａ内から溢れ出て、前記フレーム１１の内周面と当該コア１４ａの外周面との間の隙間Ｃに流れ込んで当該隙間Ｃを軸方向両端側に向って流通し、当該コア１４ａを冷却しながら当該隙間Ｃから流出する。

このとき、最上部の供給管１５から送給されて前記フレーム１１の内周面と前記コア１４ａの外周面との間の隙間Ｃを流下した冷却油１は、最下部の供給管１５から送給された冷却液１と合流して当該隙間Ｃから流出する。

前記コイルエンド１４ｂを流下した冷却油１及び前記フレーム１１と前記コア１４ａとの間の前記隙間Ｃから流出した冷却油１は、当該フレーム１１の内部から前記排出管１６を介して前記冷却油温調送給機に回収され、当該冷却油温調送給機で温調された後に前記供給管１５を介して上記フレーム１１の内部へ再び送給されることにより、循環利用される。

つまり、本実施形態に係る回転電機１０では、冷却油１をフレーム１１の内周面とコア１４ａの外周面との間の隙間Ｃに停滞させることなく流通させながら前記コイルエンド１４ｂに流下させることにより、ステータ１４を冷却するようにしたのである。

このため、本実施形態に係る回転電機１０においては、フレーム１１の内周面とコア１４ａとの間の隙間Ｃに停滞する冷却油１による熱抵抗を生じることがないと共に、コア１４ａの外周面からも冷却油１によりステータ１４を冷却することができ、冷却効率を大幅に向上させることができる。

したがって、本実施形態に係る回転電機１０によれば、高い冷却能力を発現することができる。

［第二番目の実施形態］
本発明に係る回転電機の第二番目の実施形態を図３，４に基づいて説明する。ただし、前述の実施形態と同様な部分については、前述の実施形態の説明で用いた符号と同様な符号を用いることにより、前述の実施形態での説明と重複する説明を省略する。

図３，４に示すように、前記コア１４ａの外周面の軸方向中央部分、すなわち、フレーム１１内の回転軸１２の軸方向中央部分には、当該コア１４ａの周方向、すなわち、回転軸の周方向（回転方向）に沿って流通溝１４ａｂが形成されている。また、前記フレーム１１の最上部及び最下部にそれぞれ取り付けられた前記供給管１５は、先端が、上記コア１４ａの上記流通溝１４ａｂに対応するように当該流通溝１４ａｂに連絡している。

つまり、前述した第一番目の実施形態に係る回転電機１０では、前記コア１４ａの外周面に軸方向に沿って長手方向を向けるように流通溝１４ａａを形成するようにしたが、本実施形態に係る回転電機２０では、前記コア１４ａの外周面に周方向に沿って長手方向を向けるように流通溝１４ａｂを形成するようにしたのである。

このような本実施形態に係る回転電機２０においては、前述した実施形態の場合と同様に、前記フレーム１１の内部に冷却油１を送給するように前記冷却油温調送給機を作動させて前記供給管１５に冷却油１を送給すると、最上部の供給管１５に送給された冷却油１は、前記コア１４ａの前記流通溝１４ａｂ内に最上部から送給され、その一部が、当該流通溝１４ａｂ内を下方側へ向かって流通して当該コア１４ａを冷却すると共に、その残りが、上記流通路１４ａｂ内を流通しきれずに当該流通路１４ａｂ内から溢れ出て、前記フレーム１１の内周面と当該コア１４ａの外周面との間の隙間Ｃに流れ込み、当該隙間Ｃを流通して当該コア１４ａの軸方向両端側から流出し、前記コイルエンド１４ｂに流下して当該コイルエンド１４ｂを介してコイルを冷却すると同時に、上記隙間Ｃを流下して当該コア１４ａを冷却する。

他方、最下部の供給管１５に送給された冷却油１は、前記コア１４ａの前記流通溝１４ａｂ内に最下部から送給され、その一部が、当該流通溝１４ａｂ内を流通することなく当該流通路１４ａｂ内から溢れ出て、前記フレーム１１の内周面と当該コア１４ａの外周面との間の隙間Ｃに流れ込んで当該隙間Ｃを軸方向両端側に向って流通し、当該コア１４ａを冷却しながら当該隙間Ｃから流出する。

このとき、最上部の供給管１５から送給されて前記流通溝１４ａｂ内を流通した冷却油１及び前記フレーム１１の内周面と前記コア１４ａの外周面との間の隙間Ｃを流下した冷却油１は、最下部の供給管１５から送給された冷却液１と合流して当該隙間Ｃから流出する。

このため、本実施形態に係る回転電機２０においては、前述した第一番目の実施形態の場合と同様に、フレーム１１の内周面とコア１４ａとの間の隙間Ｃに停滞する冷却油１による熱抵抗を生じることがないと共に、コア１４ａの外周面からも冷却油１によりステータ１４を冷却することができ、冷却効率を大幅に向上させることができる。

したがって、本実施形態に係る回転電機２０によれば、前述した第一番目の実施形態の場合と同様に、高い冷却能力を発現することができる。

［他の実施形態］
なお、前述した第一番目の実施形態においては、前記コア１４ａの外周面に軸方向に沿って長手方向を向けた流通溝１４ａａを形成した回転電機１０の場合について説明したが、本発明はこれに限らず、他の実施形態として、例えば、図５に示すように、前記フレーム１１の内周面、すなわち、前記コア１４ａの外周面と対向する面部分の最上部及び最下部に当該フレーム１１の軸方向に沿って、すなわち、前記回転軸１２の軸方向に沿って長手方向を向けた流通溝１１ａをそれぞれ形成した回転電機３０や、図６に示すように、前記フレーム１１の前記流通溝１１ａと前記コア１４ａの前記流通溝１４ａａとを対向させるようにした回転電機４０とすることも可能である。

また、前述した第一番目の実施形態等においては、前記コア１４ａの外周面の最上部及び最下部に流通溝１４ａａをそれぞれ形成した回転電機１０，４０や、フレーム１１の内周面の最上部及び最下部に流通溝１１ａをそれぞれ形成した回転電機３０，４０の場合について説明したが、本発明はこれに限らず、他の実施形態として、例えば、図７に示すように、前記フレーム１１の内周面に前記流通溝１１ａを当該フレーム１１の周方向、すなわち、前記回転軸１２の周方向（回転方向）にわたって任意の位置で複数形成すると共に、前記コア１４ａの外周面に前記流通溝１４ａａを当該コア１４ａの周方向、すなわち、前記回転軸１２の周方向（回転方向）にわたって任意の位置で複数形成し、これら流通溝１１ａ，１４ａａにそれぞれ対応して冷却油１を送給できるように当該フレーム１１に前記供給管１５をそれぞれ接続するようにした回転電機５０とすることも可能である。

また、前述した第一番目の実施形態等においては、前記流通溝１１ａ，１４ａａを前記回転軸１２の周方向にわたって複数形成した場合について説明したが、本発明はこれに限らず、前記流通溝１１ａ，１４ａａを一本とすることも可能である。

また、前述した第一番目の実施形態等においては、フレーム１１の軸方向中央部分に供給管１５を接続、すなわち、前記流通溝１１ａ，１４ａａの長手方向中央部分から冷却油１を送給した場合について説明したが、本発明はこれに限らず、例えば、前記コア１４ａの軸方向一方端側と対向する位置で前記流通溝１１ａ，１４ａａと連絡するように前記フレーム１１に供給管１５を接続する、すなわち、前記流通溝１１ａ，１４ａａの長手方向一方端寄りから冷却油１を送給するようにすることも可能である。

他方、前述した第二番目の実施形態においては、前記コア１４ａの外周面に周方向に沿って流通溝１４ａｂを形成した回転電機２０の場合について説明したが、本発明はこれに限らず、他の実施形態として、例えば、図７に示すように、前記フレーム１１の内周面、すなわち、前記コア１４ａの外周面と対向する面部分の軸方向中央部分に当該フレーム１１の周方向に沿って、すなわち、前記回転軸１２の周方向に沿って流通溝１１ｂを形成した回転電機６０や、図８に示すように、前記フレーム１１の前記流通溝１１ｂと前記コア１４ａの前記流通溝１４ａｂとを対向させるようにした回転電機７０とすることも可能である。

また、前述した第二番目の実施形態等においては、前記コア１４ａの外周面の軸方向中央部分のみに周方向に沿って流通溝１４ａｂを形成した回転電機２０，７０や、フレーム１１の内周面の軸方向中央部分のみに周方向に沿って流通溝１１ｂを形成した回転電機６０，７０の場合について説明したが、本発明はこれに限らず、他の実施形態として、例えば、図１０に示すように、前記フレーム１１の内周面の前記コア１４ａの外周面と対向する任意の位置に当該フレーム１１の軸方向、すなわち、前記回転軸１２の軸方向にわたって流通溝１１ｂを複数形成すると共に、前記コア１４ａの外周面の軸方向の任意の位置に当該コア１４ａの軸方向、すなわち、前記回転軸１２の軸方向にわたって流通溝１４ａｂを複数形成し、これら流通溝１１ｂ，１４ａｂにそれぞれ対応して冷却油１を送給できるように当該フレーム１１に前記供給管１５をそれぞれ接続するようにした回転電機８０とすることも可能である。

また、前述した第二番目の実施形態等においては、フレーム１１の最上部に供給管１５を接続、すなわち、前記流通溝１１ｂ，１４ａｂに最上部から冷却油１を送給した場合について説明したが、本発明はこれに限らず、前記フレーム１１の周方向、すなわち、前記回転軸１２の周方向任意の位置から前記流通溝１１ｂ、１４ａｂに冷却油１を送給するように当該フレーム１１の周方向任意の位置に供給管１５を接続することも可能である。

そして、本発明に係る回転電機は、前述した各実施形態等で説明した各技術的特徴をさらに適宜組み合わせて実施することも可能である。

本発明に係る回転電機は、冷却効率を大幅に向上させることができ、高い冷却能力を発現することができることから、モータや発電機等を始めとして、各種産業において極めて有効に利用することができる。

１ 冷却油
１０，２０，３０，４０，５０，６０，７０，８０ 回転電機
１１ フレーム
１１ａ，１１ｂ 流通溝
１２ 回転軸
１２ａ 軸受
１３ ロータ
１４ ステータ
１４ａ コア
１４ａａ，１４ａｂ 流通溝
１４ｂ コイルエンド
１５ 供給管
１６ 排出管
Ｃ 隙間

Claims (5)

1. フレームと、
   前記フレームの内部に回転可能に支持された回転軸と、
   前記回転軸の外面に設けられたロータと、
   前記ロータの外面と所定の間隔を有して対向するように前記フレームの内面に設けられてコアにコイルを巻き付けたステータと、
   前記フレームの内部に冷却液を送給する冷却液送給手段と
   を備えている回転電機において、
   前記コアの前記フレームと対向する面部分及び前記フレームの前記コアと対向する面部分の少なくとも一方の面部分に、前記冷却液を流通させる流通溝が形成されると共に、
   前記冷却液送給手段が、前記フレーム内に前記冷却液を前記流通溝から送給するものである
   ことを特徴とする回転電機。
2. 請求項１に記載の回転電機において、
   前記流通溝が、前記回転軸の軸方向に沿って設けられている
   ことを特徴とする回転電機。
3. 請求項２に記載の回転電機において、
   前記流通溝が、前記回転軸の周方向にわたって複数設けられると共に、
   前記冷却液送給手段が、各前記流通溝に対応して前記冷却液を送給するものである
   ことを特徴とする回転電機。
4. 請求項１に記載の回転電機において、
   前記流通溝が、前記回転軸の周方向に沿って設けられている
   ことを特徴とする回転電機。
5. 請求項４に記載の回転電機において、
   前記流通溝が、前記回転軸の軸方向にわたって複数設けられると共に、
   前記冷却液送給手段が、各前記流通溝に対応して前記冷却液を送給するものである
   ことを特徴とする回転電機。

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