JP6911960B1

JP6911960B1 - 回転機

Info

Publication number: JP6911960B1
Application number: JP2020048741A
Authority: JP
Inventors: 拓植松; 大真増子
Original assignee: Meidensha Corp
Current assignee: Meidensha Corp
Priority date: 2020-03-19
Filing date: 2020-03-19
Publication date: 2021-07-28
Anticipated expiration: 2040-03-19
Also published as: JP2021151086A; WO2021187062A1

Abstract

【課題】装置を大型化することなく取り扱い易く、コイルエンドに冷却オイルを行き渡らせることが可能な回転機を提供することである。【解決手段】ステータコアと前記ステータコアに巻き回されたコイルとを有するステータと、前記ステータとエアギャップを介して対向して配置されたロータと、前記ステータを径方向外側から覆うフレームと、を備え、前記コイルは、前記ステータコアの軸方向一方側に突出する第一のコイルエンドを有し、前記フレームは、径方向外側の流入口から軸方向一方側の第一の開口へと貫通する第一の流路を有し、前記第一の開口と繋がり前記第一のコイルエンドに向けて貫通する第二の流路を有する第一のヘッド部材を更に備える。【選択図】図１

Description

本発明は、回転機に関する。

回転機は駆動により発熱して効率低下等を生じる虞があるため、冷却するのが望ましい。例えば、ステータのコイルエンドを冷却するために、コイルエンドに冷却オイルを流すことが行われている。

特許文献１では、ステータの上側に設置された冷却パイプを介して冷却オイルを流す構成を開示している。冷却パイプには分流パイプが接続され、分流パイプの先からコイルエンドに冷却オイルを掛けるようにしている。

特開２０１９−８０４１６号公報

特許文献１では、ステータの軸方向長さと同等の長さの冷却パイプが必要であり、ステータの上部に冷却パイプを配置するスペースが必要となる。また、特許文献１では、冷却パイプの先端に分流パイプを設けるが、分流パイプの長さのため、ステータの冷却に係る構成が大型化してしまうという問題もあった。また、分流パイプは組付け時に扱いづらく破損等の虞があった。更に、特許文献１では、４本の分流パイプを開示しているが、コイルエンドの各所に冷却オイルを行き渡らせようと４本よりも多くの分流パイプを設けると、更に大型化し、また破損の危険性が増すため、取り扱いが不便であるという問題があった。

本発明は、装置を大型化することなく取り扱い易く、コイルエンドに冷却オイルを行き渡らせることが可能な回転機を提供することを目的とする。

本発明の一態様に係る回転機は、ステータコアと前記ステータコアに巻き回されたコイルとを有するステータと、前記ステータとエアギャップを介して対向して配置されたロータと、前記ステータを径方向外側から覆うフレームと、を備え、前記コイルは、前記ステータコアの軸方向一方側に突出する第一のコイルエンドを有し、前記フレームは、径方向外側の流入口から軸方向一方側の第一の開口へと貫通する第一の流路を有し、前記第一の開口と繋がり前記第一のコイルエンドに向けて貫通する第二の流路を有する第一のヘッド部材を更に備え、前記第二の流路は、前記第一の開口から軸方向一方側に延びる第四の流路と、前記第四の流路と繋がり、前記第一のヘッド部材と前記第一のコイルエンドとを結ぶ直線と平行な方向に延びる第五の流路と、を有し、前記第五の流路は、前記第四の流路を中心とした周方向角度が互いに異なる複数の流路から成る。

上記の一態様の回転機において、前記コイルは、前記ステータコアの軸方向他方側に突出する第二のコイルエンドを有し、前記第一の流路は、前記第一の開口から軸方向他方側の第二の開口へと貫通し、前記第二の開口と繋がり前記第二のコイルエンドに向けて貫通する第三の流路を有する第二のヘッド部材を更に備え、前記第三の流路は、前記第二の開口から軸方向他方側に延びる第六の流路と、前記第六の流路と繋がり、前記第二のヘッド部材と前記第二のコイルエンドとを結ぶ直線と平行な方向に延びる第七の流路と、を有し、前記第七の流路は、前記第六の流路を中心とした周方向角度が互いに異なる複数の流路から成ってもよい。

上記の一態様の回転機において、前記第一のヘッド部材は、前記第一のコイルエンドの鉛直方向上側で前記フレームに固定され、前記第二のヘッド部材は、前記第二のコイルエンドの鉛直方向上側で前記フレームに固定されてもよい。

上記の一態様の回転機において、前記第一の流路、前記第二の流路、及び前記第三の流路は、前記流入口から流入した冷却媒体が流れる流路であり、冷却媒体の流れの断面積は、前記第一の流路よりも前記第五の流路が小さく、前記第一の流路よりも前記第七の流路が小さくてもよい。

上記の一態様の回転機において、前記ロータの回転中心に配置されたシャフトと、前記シャフトを軸方向一方側で軸支する第一の軸受と、前記シャフトを軸方向他方側で軸支する第二の軸受と、を更に備え、前記第一のヘッド部材は、冷却媒体を前記第一の軸受に向けて噴出する第八の流路を有し、前記第二のヘッド部材は、冷却媒体を前記第二の軸受に向けて噴出する第九の流路を有してもよい。

本発明の一態様によれば、装置を大型化することなく取り扱い易く、コイルエンドに冷却オイルを行き渡らせることが可能な回転機を提供することが出来る。

本発明の第１実施形態に係る回転機の斜視図である。図１のモータ１０を、Ｚ軸と直交し中心軸Ｊを通る面で切断して示す側断面図である。図１のモータ１０からブラケット１４を外して示す斜視図である。図１のモータ１０からブラケット１５を外して示す斜視図である。図３のヘッド部材１８を示す斜視図である。図４のヘッド部材１９を示す斜視図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。実施形態では説明を分かり易くするため、本発明の主要部以外の構造や要素については、簡略化または省略して説明する。また、図面において、同じ要素には同じ符号を付す。なお、図面に示す各要素の形状、寸法などは模式的に示したもので、実際の形状、寸法などを示すものではない。

なお、以下の説明において、図２に示す中心軸Ｊが延びる方向を単に「軸方向」と呼び、中心軸Ｊを中心とする径方向を単に「径方向」と呼び、中心軸Ｊを中心とする周方向を単に「周方向」と呼ぶ。また、軸方向において、図２での右側を一方側と呼び、図２での左側を他方側と呼ぶ。また、径方向において、中心軸Ｊに近い側を内側と呼び、中心軸Ｊから遠い側を外側と呼ぶ。

また、図面においては、適宜３次元直交座標系としてＸＹＺ座標系を示す。ＸＹＺ座標系において、Ｘ軸方向は、中心軸Ｊと平行な方向であって、図２に示す側断面図の左右方向とする。Ｙ軸方向は、Ｘ軸方向と直交する方向であって、図２に示す側断面図の上下方向とする。Ｚ軸方向は、Ｘ軸方向及びＹ軸方向と直交する方向とする。Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向の何れにおいても、図中に示される矢印の向く側を＋側、反対側を−側とする。

また、以下の説明において、軸方向に延びる又は拡がる、とは、厳密に軸方向（Ｘ軸方向）に延びる又は拡がる場合に加えて、軸方向に対して、４５°未満の範囲で傾いた方向に延びる又は拡がる場合も含む。また、以下の説明において、径方向に延びる又は拡がる、とは、厳密に径方向、すなわち、軸方向（Ｘ軸方向）に対して垂直な方向に延びる又は拡がる場合に加えて、径方向に対して、４５°未満の範囲で傾いた方向に延びる又は拡がる場合も含む。

＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態に係るモータの斜視図である。図２は、図１のモータ１０を、Ｚ軸と直交し中心軸Ｊを通る面で切断して示す側断面図である。本実施形態では、回転機の一例であるモータについて説明する。

回転機１０は、ステータ１１と、ロータ１２と、フレーム１３と、ブラケット１４と、ブラケット１５と、を備える。回転機１０は、フレーム１３の鉛直方向下側に、オイルパン３０を有する。ステータ１１は、ステータコア１１ａと、ステータコア１１ａに巻き回されたコイル１１ｂと、を備える。コイル１１ｂは、ステータコア１１ａの軸方向一方側に突出するコイルエンド１１ｃ及びステータコア１１ａの軸方向他方側に突出するコイルエンド１１ｄを有する。ロータ１２は、ステータ１１とエアギャップを介して対向して配置される。ロータ１２は、ステータ１１の径方向内側に配置される。ロータ１２は、中心軸Ｊに沿って配置されたシャフト２２を有する。ロータ１２はシャフト２２を回転軸として回転する。

フレーム１３は、ステータ１１を径方向外側から覆う。フレーム１３は、例えばアルミダイキャストである。ブラケット１４は、フレーム１３の軸方向一方側を覆う。ブラケット１４は、フレーム１３の軸方向一方側の開口を塞ぐように覆う。ブラケット１５は、フレーム１３の軸方向他方側を覆う。ブラケット１５は、フレーム１３の軸方向他方側の開口を塞ぐように覆う。シャフト２２は、ブラケット１５を貫通する。

回転機１０は、シャフト２２を軸方向一方側で軸支する軸受４１、及びシャフト２２を軸方向他方側で軸支する軸受５１を備える。ブラケット１４は、軸受４１を固定する。ブラケット１５は、軸受５１を固定する。軸受４１及び軸受５１は、ロータ１２が中心軸Ｊを回転軸として回転可能なように、シャフト２２を軸支する。

フレーム１３は、径方向外側に流入口１６を有する。流入口１６は、冷却オイルの流入口である。冷却オイルは、冷却媒体の一例である。冷却オイルの代わりに既知の他の冷却媒体を用いてもよい。回転機１０は、例えばポンプによって流入口１６からフレーム１３内に冷却オイルを流入させる。フレーム１３は、流入口１６から軸方向一方側の開口１７ａへと貫通する流路１７を有する。開口１７ａは、流路１７に繋がる開口である。回転機１０は、開口１７ａと繋がるヘッド部材１８を備える。ヘッド部材１８は、シャワーヘッドの役割を果たす。フレーム１３は、流入口１６から軸方向他方側の開口１７ｂへと貫通する流路１７を有する。開口１７ｂは、流路１７に繋がる開口である。回転機１０は、開口１７ｂと繋がるヘッド部材１９を備える。ヘッド部材１９は、シャワーヘッドの役割を果たす。流路１７は、開口１７ａから開口１７ｂへと貫通する。流入口１６から流入した冷却オイルは、開口１７ａ及び開口１７ｂの両方へ向かう。

図３は、図１のモータ１０からブラケット１４を外して示す斜視図である。モータ１０からブラケット１４を外すことで、ステータ１１の軸方向一方側のコイルエンド１１ｃを見ることが出来る。なお、図３では、見やすさのため、コイルエンド１１ｃを簡略化している。ヘッド部材１８は、コイルエンド１１ｃの鉛直方向上側でフレーム１３に固定される。

図４は、図１のモータ１０からブラケット１５を外して示す斜視図である。モータ１０からブラケット１５を外すことで、ステータ１１の軸方向他方側のコイルエンド１１ｄを見ることが出来る。なお、図４では、見やすさのため、コイルエンド１１ｄを簡略化している。ヘッド部材１９は、コイルエンド１１ｄの鉛直方向上側でフレーム１３に固定される。

図５は、図３のヘッド部材１８を示す斜視図である。図５（Ａ）と図５（Ｂ）とで、ヘッド部材１８の向きを変えて示している。ヘッド部材１８は、フレーム１３に固定するプレート部１８ａと、プレート部１８ａの軸方向一方側に位置するヘッド部１８ｂと、を有する。プレート部１８ａは略四辺形の平板形状である。プレート部１８ａは、四辺形の対角線が鉛直方向及び鉛直方向と直交する方向で、フレーム１３に固定される。ヘッド部１８ｂは、有底円筒形状である。ヘッド部１８ｂは、有底角筒形状であってもよいし、他の形状であってもよい。プレート部１８ａは、例えばボルトによってフレーム１３に固定される。プレート部１８ａは、ヘッド部１８ｂが貫通する貫通孔を有する。プレート部１８ａとヘッド部１８ｂとは一体である。

ヘッド部１８ｂは、円筒形状の側壁１８ｆと、側壁１８ｆの底に相当する円板形状の側壁１８ｇと、を有する。側壁１８ｆと側壁１８ｇとは一体である。ヘッド部１８ｂは、軸方向他方側に開口する開口１８ｃを有する。開口１８ｃは、側壁１８ｆの内壁で形成される流路１８ｈに繋がる開口である。ヘッド部１８ｂは、開口１８ｃとフレーム１３の開口１７ａとを合わせて、フレーム１３に固定される。流路１８ｈは、開口１７ａから軸方向一方側に延びる流路である。

ヘッド部１８ｂは、流路１８ｅを有する。流路１８ｅは、流路１８ｈと繋がり、ヘッド部材１８とコイルエンド１１ｃとを結ぶ直線と平行な方向に延びる。冷却オイルの流れの断面積は、流路１７よりも流路１８ｅの方が小さい。流入口１６から流入した冷却オイルは、流路１８ｅからコイルエンド１１ｃに向けて噴出される。コイルエンド１１ｃを経由した冷却オイルはオイルパン３０に貯留される。ヘッド部材１８は、コイルエンド１１ｃの軸方向位置及び周方向位置に応じて、流路１８ｅを複数有する。複数の流路１８ｅは、コイルエンド１１ｃの軸方向位置及び周方向位置の全体をカバーし、冷却オイルによりコイルエンド１１ｃの軸方向位置及び周方向位置の全体を冷却することが出来る。

ヘッド部１８ｂは、流路１８ｄを有する。流路１８ｄは、流路１８ｈと繋がり、軸方向一方側に延びる。冷却オイルの流れの断面積は、流路１７よりも流路１８ｄの方が小さい。流入口１６から流入した冷却オイルは、流路１８ｄから軸受４１に向けて噴出される。軸受４１を経由した冷却オイルはオイルパン３０に貯留される。ヘッド部材１８は、軸受４１の周方向位置に応じて、流路１８ｄを複数有する。複数の流路１８ｄは、軸受４１の周方向位置の全体をカバーし、冷却オイルにより軸受４１の周方向位置の全体を冷却することが出来る。

図６は、図４のヘッド部材１９を示す斜視図である。図６（Ａ）と図６（Ｂ）とで、ヘッド部材１９の向きを変えて示している。ヘッド部材１９は、フレーム１３に固定するプレート部１９ａと、プレート部１９ａの軸方向他方側に位置するヘッド部１９ｂと、を有する。プレート部１９ａは略四辺形の平板形状である。プレート部１９ａは、四辺形の対角線が鉛直方向と直交せず平行でもない方向で、フレーム１３に固定される。ヘッド部１９ｂは、有底円筒形状である。ヘッド部１９ｂは、有底角筒形状であってもよいし、他の形状であってもよい。プレート部１９ａは、例えばボルトによってフレーム１３に固定される。プレート部１９ａは、ヘッド部１９ｂが貫通する貫通孔を有する。プレート部１９ａとヘッド部１９ｂとは一体である。

ヘッド部１９ｂは、円筒形状の側壁１９ｆと、側壁１９ｆの底に相当する円板形状の側壁１９ｇと、を有する。側壁１９ｆと側壁１９ｇとは一体である。ヘッド部１９ｂは、軸方向一方側に開口する開口１９ｃを有する。開口１９ｃは、側壁１９ｆの内壁で形成される流路１９ｈに繋がる開口である。ヘッド部１９ｂは、開口１９ｃとフレーム１３の開口１７ｂとを合わせて、フレーム１３に固定される。流路１９ｈは、開口１７ｂから軸方向他方側に延びる流路である。

ヘッド部１９ｂは、流路１９ｅを有する。流路１９ｅは、流路１９ｈと繋がり、ヘッド部材１９とコイルエンド１１ｄとを結ぶ直線と平行な方向に延びる。冷却オイルの流れの断面積は、流路１７よりも流路１９ｅの方が小さい。流入口１６から流入した冷却オイルは、流路１９ｅからコイルエンド１１ｄに向けて噴出される。コイルエンド１１ｄを経由した冷却オイルはオイルパン３０に貯留される。ヘッド部材１９は、コイルエンド１１ｄの軸方向位置及び周方向位置に応じて、流路１９ｅを複数有する。複数の流路１９ｅは、コイルエンド１１ｄの軸方向位置及び周方向位置の全体をカバーし、冷却オイルによりコイルエンド１１ｄの軸方向位置及び周方向位置の全体を冷却することが出来る。

ヘッド部１９ｂは、流路１９ｄを有する。流路１９ｄは、流路１９ｈと繋がり、軸方向他方側に延びる。冷却オイルの流れの断面積は、流路１７よりも流路１９ｄの方が小さい。流入口１６から流入した冷却オイルは、流路１９ｄから軸受５１に向けて噴出される。軸受５１を経由した冷却オイルはオイルパン３０に貯留される。ヘッド部材１９は、軸受５１の周方向位置に応じて、流路１９ｄを複数有する。複数の流路１９ｄは、軸受５１の周方向位置の全体をカバーし、冷却オイルにより軸受５１の周方向位置の全体を冷却することが出来る。

本実施形態によれば、フレーム１３のコイルエンド１１ｃ、１１ｄ側の開口である開口１７ａ及び１７ｂにヘッド部材１８及び１９が固定されているので、コイルエンド１１ｃ、１１ｄの形状に応じた冷却オイルの噴出口（流路１８ｅ、１９ｅ）は、ヘッド部材１８及び１９に設ければよく、フレーム１３は、複数種類の形状のステータ１１で共通化することが出来る。

また、ヘッド部材１８及び１９は、専用部材であり、小型部材であるので、コイルエンド１１ｃ、１１ｄの形状に応じた噴出口（流路１８ｅ、１９ｅ）の加工が容易である。複数種類の形状のコイルエンドごとにヘッド部材を交換するだけで、コイルエンドの形状に応じた冷却オイルの噴出を行うことが出来る。

本実施形態によれば、ヘッド部材１８及び１９の貫通孔（流路１８ｄ、１８ｅ、１９ｄ、１９ｅ）は油路（流路１７）の径よりも細い（流れの断面積が小さい）ので、貫通孔からオイルを勢いよく噴出することが出来、コイルエンド１１ｃ、１１ｄを効率よく冷却することが出来る。

本実施形態によれば、ヘッド部材１８及び１９はコイルエンド１１ｃ、１１ｄの鉛直方向上側に位置するので、重力に極力逆らわずに、オイルをコイルエンド１１ｃ、１１ｄに噴出することが出来、コイルエンド１１ｃ、１１ｄを効率よく冷却することが出来る。

本実施形態によれば、貫通孔（流路１８ｅ、１９ｅ）は、ヘッド部材１８及び１９とコイルエンド１１ｃ、１１ｄとを結ぶ直線と平行な方向に延びるので、コイルエンド１１ｃ、１１ｄに向いた方向にオイルを噴出することが出来、コイルエンド１１ｃ、１１ｄを効率よく冷却することが出来る。

本実施形態によれば、ヘッド部材１８及び１９は、軸受冷却用貫通孔（流路１８ｄ、１９ｄ）を有するので、軸受冷却用貫通孔から噴射されたオイルにより軸受４１、５１を冷却することが出来る。

本発明は、上記実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の改良並びに設計の変更を行ってもよい。加えて、今回開示された実施形態は、全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

１０…モータ、１１…ステータ、１２…ロータ、１３…フレーム、１８…ヘッド部材、１９…ヘッド部材

Claims

ステータコアと前記ステータコアに巻き回されたコイルとを有するステータと、
前記ステータとエアギャップを介して対向して配置されたロータと、
前記ステータを径方向外側から覆うフレームと、
を備え、
前記コイルは、前記ステータコアの軸方向一方側に突出する第一のコイルエンドを有し、
前記フレームは、径方向外側の流入口から軸方向一方側の第一の開口へと貫通する第一の流路を有し、
前記第一の開口と繋がり前記第一のコイルエンドに向けて貫通する第二の流路を有する第一のヘッド部材を更に備え、
前記第二の流路は、前記第一の開口から軸方向一方側に延びる第四の流路と、前記第四の流路と繋がり、前記第一のヘッド部材と前記第一のコイルエンドとを結ぶ直線と平行な方向に延びる第五の流路と、を有し、
前記第五の流路は、前記第四の流路を中心とした周方向角度が互いに異なる複数の流路から成る、
回転機。
前記コイルは、前記ステータコアの軸方向他方側に突出する第二のコイルエンドを有し、
前記第一の流路は、前記第一の開口から軸方向他方側の第二の開口へと貫通し、
前記第二の開口と繋がり前記第二のコイルエンドに向けて貫通する第三の流路を有する第二のヘッド部材を更に備え、
前記第三の流路は、前記第二の開口から軸方向他方側に延びる第六の流路と、前記第六の流路と繋がり、前記第二のヘッド部材と前記第二のコイルエンドとを結ぶ直線と平行な方向に延びる第七の流路と、を有し、
前記第七の流路は、前記第六の流路を中心とした周方向角度が互いに異なる複数の流路から成る、
請求項１に記載の回転機。
前記第一のヘッド部材は、前記第一のコイルエンドの鉛直方向上側で前記フレームに固定され、
前記第二のヘッド部材は、前記第二のコイルエンドの鉛直方向上側で前記フレームに固定される、
請求項２に記載の回転機。
前記第一の流路、前記第二の流路、及び前記第三の流路は、前記流入口から流入した冷却媒体が流れる流路であり、
冷却媒体の流れの断面積は、前記第一の流路よりも前記第五の流路が小さく、前記第一の流路よりも前記第七の流路が小さい、
請求項２又は３に記載の回転機。
前記ロータの回転中心に配置されたシャフトと、前記シャフトを軸方向一方側で軸支する第一の軸受と、前記シャフトを軸方向他方側で軸支する第二の軸受と、を更に備え、
前記第一のヘッド部材は、冷却媒体を前記第一の軸受に向けて噴出する第八の流路を有し、
前記第二のヘッド部材は、冷却媒体を前記第二の軸受に向けて噴出する第九の流路を有する、
請求項２から４のいずれか１項に記載の回転機。