JPH07231611A - 回転機の冷却構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 磁性流体とロータとの接触による引摺りトル
クの発生をなくす。 【構成】 ステータ１４のヨーク１４ａの内部に冷媒通
路２２を設ける。更に、回転機１０のケース１６から突
設しかつこの冷媒通路２２と連通するよう放熱通路２４
を設ける。放熱通路２４の周囲には冷却フィン２６を設
ける。冷媒通路２２及び放熱通路２４から構成される循
環通路内に磁性流体２８を封入し、ステータにおいて発
生した交番磁界によりこの磁性流体２８を循環させステ
ータ１４を冷却する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電動機、発電機等の回
転機を磁性流体を用いて冷却する回転機の冷却構造に関
する。

【０００２】

【従来の技術】電動機、発電機等の回転機に対しては、
その小型大容量化が近年とみに要求されている。例えば
電気自動車に搭載するモータに対しては、できるだけ小
さな体積で実現できかつできるだけ大電力で駆動するこ
とが可能なモータが要求されている。このような視点か
ら、モータ等の回転機を小型大容量化していくと、ステ
ータ巻線に流れる電流の密度が上昇するため銅損が増加
し、ステータの温度が上昇する。また、ステータの小型
によって磁気飽和が生じやすくなり、これによってもス
テータ温度が上昇する。加えて、モータの小型化に伴い
ケース表面積が減少するため、ステータにおいて発生し
た熱を放熱する面積が減少する。これらの原因によって
ステータの温度が上昇していくと、ステータ巻線の表面
に施されている絶縁被覆層がダメージを受ける。絶縁被
覆が過熱によりダメージを受け回転機の特性に影響を与
えるのを防ぐためには、何等かの手段でステータを冷却
するのが好ましい。このような目的の冷却構造として
は、従来から、様々な構造が提案されている。

【０００３】第１の構造としては、水等の冷媒をポンプ
等で回転機内を強制循環させる構造がある。このような
構造を採用する場合、冷媒の循環のためポンプ等の装置
が必要となり、装置構成が大規模となる。

【０００４】第２に、ステータ内にヒートパイプを埋め
込む構造がある。このような構造を採用してもステータ
を冷却することができるが、一般にヒートパイプは加工
性が悪く、また冷却フィンを設置する場所の自由度が極
めて低い。

【０００５】第３に、例えば特開昭６２−２０１０３４
号公報に記載されているように、回転機内部に磁性流体
を充填する方法がある。磁性流体は、交番磁界が加わる
とこれによって力を受け、回転機内部を循環する。従っ
て、このような構成を採用した場合、冷媒を循環させる
ためのポンプ等は不要であり、また加工性の悪いヒート
パイプを使用する必要もない。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
公報に開示されているように磁性流体を回転機内部に充
填すると、ロータに磁性流体が接触しているため当該磁
性流体の粘性により引摺りトルクが発生し、モータの損
失が増大する。また、磁性流体の流路を形成すべくステ
ータのティース（歯）に穴を開けると、ティース断面積
が減少しその結果磁気飽和が起こり易くなる。磁気飽和
は、ステータにおける発熱の原因となるため、このよう
な構造にはステータの過熱防止という本来の目的に反す
る面がある。

【０００７】本発明は、このような問題点を解決するこ
とを課題としてなされたものであり、磁性流体がロータ
と接触しない状態で当該磁性流体を用いてステータを冷
却可能とすることにより、磁性流体の粘性による引摺り
トルクの発生がなく従って冷却に伴う損失の増大が生じ
ない冷却構造を実現することを目的とする。また、本発
明は、ステータティースに穴を開ける必要をなくし、テ
ィース断面積減少による磁気飽和を防ぐことを目的とす
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、本発明に係る冷却構造は、ステータの内部に
又はステータに近接して形成された冷媒通路と、ステー
タの外部に配設され上記冷媒通路と連通して所定本数の
循環通路を形成する放熱通路と、上記循環通路に充填さ
れ交番磁界の印加により当該循環通路内を循環する磁性
流体と、を備え、ステータにおいて発生した交番磁界に
より磁性流体を循環通路内で循環させステータを冷却す
ることを特徴とする。

【０００９】

【作用】本発明に係る冷却構造においては、ステータの
内部に又はステータに近接して、冷媒通路が形成され
る。また、ステータの外部には、この冷媒通路と連通し
て所定本数の循環通路を形成する放熱通路が配設され
る。これら冷媒通路及び放熱通路から構成される循環通
路には、交番磁界の印加により循環通路内を循環する磁
性流体が充填される。従って、ステータにおいて交番磁
界が発生すると、この交番磁界により磁性流体が循環通
路内で循環し、ステータが冷却される。また、この磁性
流体は、冷媒通路及び放熱通路から構成される循環通路
内を循環しており、ロータとは接触しないため、磁性流
体の粘性による引摺りトルクの発生や、これによる損失
の増大等の不具合は生じない。また、上述した冷媒通路
は、ステータティースに穴を開けて設ける必要がないた
め、ティース断面積の減少による磁気飽和の促進も生じ
ない。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の好適な実施例について図面に
基づき説明する。

【００１１】図１には、本発明の第１実施例に係る回転
機の冷却構造が示されている。特に、図１（ａ）は回転
機の軸方向断面（Ｂ−Ｂ断面）を、図１（ｂ）は軸と直
交する方向（半径方向）の断面（Ａ−Ａ断面）を、それ
ぞれ示している。

【００１２】この実施例に係る回転機１０は、インナー
ロータ型の回転機である。すなわち、軸１２ａに連結さ
れ円筒形状を有するロータ１２が、所定の微少間隔を保
ちつつ円筒形状のステータ１４の内側に配設されてお
り、またステータ１４はケース１６に固定されている。
ロータ１２は、例えば永久磁石により構成する。ステー
タ１４は、円環形状を有するヨーク１４ａ及びこのヨー
ク１４ａから軸１２ａに対し半径方向に沿い放射状に突
設された所定本数のティース１４ｂを有している。ティ
ース１４ｂには、巻線１８が捲回されている。更に、ケ
ース１６はベアリング２０を介して軸１２ａを保持して
いる。

【００１３】この実施例が特徴とするところは、ステー
タ１４のヨーク１４ａの内部に複数の冷媒通路２２を設
けるとともに、この冷媒通路２２と連通するよう放熱通
路２４を設けた点にある。冷媒通路２２は、例えばステ
ータ１４内部へのパイプの埋め込みにより形成され、あ
るいはその内面が含浸材によってシールされた流路とし
て形成される。放熱通路２４は、この冷媒通路２２に連
通するよう、かつケース１６の外側に引き出されるよう
設けられたパイプであり、その表面には冷却フィン２６
が一体に形成されあるいは取り付けられている。放熱通
路２４として用いるパイプをヨーク１４ａに取り付ける
に際しては、このパイプを冷媒通路２２の端部に圧入し
た上で、液体パッキンにより封止し、その内部の磁性流
体２８の漏れを防ぐ。

【００１４】これら冷媒通路２２及び放熱通路２４の内
部には、磁性流体２８が充填されている。磁性流体２８
は、例えば、水、ケロシン、ポリアルファオレフィン等
を溶媒とする流体であり、強さＭで磁化されている。こ
の磁性流体２８に磁束密度Ｂの強さの磁界が加わると、
これによって磁性流体２８は力Ｆ＝ＭＢを受ける。従っ
て、ステータ１４において例えば巻線１８への通電によ
り磁束が発生した場合、そのもれ磁束の交番によって、
磁性流体２８は冷媒通路２２及び放熱通路２４から構成
される循環通路内を循環する。その際、磁性流体２８
は、ステータにおいて発生した熱を奪い、この熱は冷却
フィン２６により回転機１０の外部に放熱される。

【００１５】この実施例においては、更に、冷媒通路２
２及び放熱通路２４から構成される循環通路内に、磁性
流体２８に加えわずかに空気３０が混入されている。こ
の空気３０は、磁性流体２８の熱膨張を逃がすための圧
縮性流体として機能する。すなわち、磁性流体２８がス
テータ１４から熱を奪って膨脹した場合、この膨脹を逃
がすようにしない限りは、冷媒通路２２又は放熱通路２
４や両者のシール部（例えば液体パッキンによる封止
部）に圧力が加わり、これにより通路の破壊が生じる可
能性がある。この実施例においては、圧縮性流体である
空気３０を僅かに封入することにより、磁性流体２８が
膨脹した場合でも空気３０の収縮によってこの熱膨脹が
吸収されることとなり、冷媒通路２２等の破壊が生じる
ことがない。また、この空気３０は、磁界の交番に伴い
循環通路内を循環する。

【００１６】このように、本実施例によれば、磁性流体
２８がステータ１４内部の冷媒通路２２及び回転機１０
の外部に引き出された放熱通路内に充填されているた
め、当該磁性流体２８がロータ１２と接触することがな
く、従って引摺りトルクの発生による損失の増大は生じ
ない。これにより、より効率のよい回転機１０が得られ
る。更に、冷媒通路２２はステータ１４のティース１４
ｂではなくヨーク１４ａに設けられているため、ティー
ス断面積の減少が生じることがなく、従って磁気飽和が
起こり易くなるといった不具合も生じない。加えて、こ
の実施例のように冷媒通路２２及び放熱通路２４から構
成される循環通路を閉じた通路（大気に対して開いてい
ない通路）とした場合、構造が比較的簡単なものとな
り、また構成する部品点数も少なく、重量も軽くなる。

【００１７】図２には、本発明の第２実施例に係る回転
機１０の冷却構造が示されている。この実施例において
は、各冷媒通路２２を相互に連通させるとともに各冷媒
通路２２を大気に対して開いた通路とすべく磁性流体２
８を貯留するタンク３２が設けられている。従って、こ
の実施例においては、磁性流体２８が大気に対して開い
ているため、磁性流体２８の熱膨脹を更に逃がし易くな
る。また、タンク３２内の液面１００を感知することに
より、いずれかの冷媒通路２２あるいは放熱通路２４が
破損し磁性流体２８が洩れた場合に、この洩れを容易に
発見することができる。

【００１８】また、この実施例においては、各循環通路
がタンク３２を介して連通している。従って、各放熱通
路２４に設けられた冷却フィン２６の形状に微妙な差が
あったり、あるいはこの冷却フィン２６への冷却風の当
たり方にばらつきがある場合でも、各循環通路毎の温度
ばらつきの発生は生じにくい。従って、回転機１０のス
テータ１４を、均一に冷却することが可能となる。

【００１９】図３には、本発明の第３実施例に係る冷却
構造が示されている。この図に示される冷却構造におい
ては、冷媒通路２２はステータ１４の内部に設けられる
のではなく、ステータ１４に近接した位置、例えば巻線
１８の近傍に配設されている。このような構造としても
ステータ１４を冷却することができ、更に引き摺りトル
クによる損失の増大といった不具合も生じない。

【００２０】図４には、本発明の第４実施例に係る冷却
構造が示されている。この実施例においては、冷媒通路
２２がステータ１４とケース１６の間に設けられてい
る。このような構成とする場合、ステータ１４の外周部
とケース１６の内面とに溝を設けておき、またこれらの
溝同士が合一して１個の冷媒通路２２を形成させる。こ
のような構造としても、上述の各実施例と同様の効果を
得ることができる。

【００２１】なお、以上説明した各実施例は、いずれも
インナーロータ型の回転機に係る実施例であったが、本
発明は、アウタロータ型にて実施しても構わない。アウ
タロータ型の回転機に本発明を適用する場合には、放熱
通路がロータと競合しないよう、当該放熱通路の形状を
工夫する必要がある。また、以上の説明においては、冷
媒通路２２及び放熱通路２４から構成される循環通路が
複数個設けられていた。しかし、この循環通路は複数設
ける必要はなく、例えば回転機の軸周りに螺旋を描くよ
う形成しても構わない。しかし、ステータは一般に電磁
鋼板の積層によって形成されているため、螺旋状流路と
した場合各鋼板の形状を１枚毎に代える必要があり、部
品点数が増大することとなるから、上述の各実施例のよ
うに平行配置された複数の循環通路又はこれを軸方向に
連通された循環通路とするのが好ましい。なお、本発明
は、ロータ１２の構成に限定を要するものではない。

【００２２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ステータの内部に又はステータに近接して冷媒通路を設
けるとともに、この冷媒通路と連通して所定本数の循環
通路を形成するよう放熱通路をステータの外部に配設
し、この循環通路内に磁性流体を充填するようにしたた
め、ステータにおいて発生した交番磁界により磁性流体
を循環通路内で循環させステータを冷却することができ
る。その際、磁性流体はロータと接触しないため、ロー
タの回転に伴う引摺りトルクの発生、ひいては損失の増
大を生じることがなく、その結果より効率のよい回転機
が得られる。また、この回転機を電気自動車の走行用モ
ータ等とし使用した場合、効率の向上、小型化、大容量
化を、いずれも実現することができる。更に、冷媒通路
はステータのティース内に設ける必要がないため、ティ
ース断面積の減少による磁気飽和の促進を招くことがな
く、磁気飽和によるステータの発熱を抑制することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例に係る回転機の冷却構造を
示す断面図である

【図２】本発明の第２実施例に係る回転機の冷却構造を
示す断面図である。

【図３】本発明の第３実施例に係る回転機の冷却構造を
示す断面図である。

【図４】本発明の第４実施例に係る回転機の冷却構造を
示す断面図である。

【符号の説明】

１０ 回転機（電動機、発電機等） １２ ロータ １４ ステータ １６ ケース １８ 巻線 ２２ 冷媒通路 ２４ 放熱通路 ２６ 冷却フィン ２８ 冷媒 ３０ 空気等の圧縮性流体 ３２ タンク １００ タンク内の液面

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ステータの内部に又はステータに近接し
   て形成された冷媒通路と、 ステータの外部に配設され上記冷媒通路と連通して所定
   本数の循環通路を形成する放熱通路と、 上記循環通路に充填され交番磁界の印加により当該循環
   通路内を循環する磁性流体と、 を備え、 ステータにおいて発生した交番磁界により磁性流体を循
   環通路内で循環させステータを冷却することを特徴とす
   る冷却構造。