JP5201212B2 - 回転機の冷却構造 - Google Patents
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Description
本発明は、回転機の冷却構造に関し、特に、高効率にコイルエンドの冷却を行う回転機の冷却構造に関する。
回転機における発熱の大部分は固定子の巻き線（コイル）によるものであり、従来、このような回転機を冷却する手段として空冷、水冷、油冷などが知られている。空冷の場合は回転機のモータフレームにフィンを設け、ファン等により送風を行って冷却している。また、水冷の場合はモータフレームに冷却水の流路を設けて冷却水を循環させて冷却を行っている。
一方、上述したような空冷、水冷に対し、油冷の場合は、絶縁油を冷媒とし、冷却油を直接コイルに吹きかけることで冷却を行っている。例えば、モータの上部からケーシング内のコイルエンド部に冷却油を供給し、コイルエンド部を冷却したケーシングの底部に落下した冷却油をモータ下部から回収する。そして、オイルクーラー等で回収した冷却油の温度を下げた後、再びモータ上部からコイルエンド部に送り込むというような循環システムが知られている。このように油冷によって回転機を冷却する手段としては、より効果的にコイルに油を吹きかけるための案がいくつか考案されている。
例えば、下記特許文献１には、コイルエンドの円周方向の全周または上半分に、外部から供給される冷却油を誘導するための冷却油溝を設け、コイルエンドの冷却を行うようにしたものが開示されている。また、下記特許文献２には、コイルエンドの外周及び内周に油路溝を形成してコイルエンドへの接触油量及び接触面積を増大し、冷却性能の向上と、油の熱伝達率の低下防止とを図るようにしたものが開示されている。
しかしながら、コイルエンドは細い電線を束ねたものであって各電線はエナメル等で絶縁されているため、このコイルエンドに強い圧力を局所的に付与し、コイルエンドを変形させることにより溝を成形すれば、エナメル被覆が剥離してコイルの絶縁が不完全な状態となるおそれがあり、これがモータの故障に繋がる可能性があるという問題があった。また、エナメル被覆が剥離しないように整形しようとすると、作業が煩雑になるという問題があった。
このようなことから本発明は、簡素な構成で高効率にコイルエンドの冷却を行うことが可能な回転機の冷却構造を提供することを目的とする。
上記の課題を解決するための第１の発明に係る回転機の冷却構造は、冷却油をコイルエンドの上部に供給する冷却油供給手段と、前記コイルエンドの下方から前記冷却油を排出する冷却油排出手段とを備えた回転機の冷却構造において、前記回転機のケーシング内面に外周部が固定され、前記コイルエンドの軸方向の端部に当接して、前記冷却油の一部を前記コイルエンドとの接触部分に沿って周方向に誘導する冷却油誘導体を設けたことを特徴とする。
また、第２の発明に係る回転機の冷却構造は、第１の発明に係る回転機の冷却構造において、前記冷却油誘導体が、環状に形成された板体であることを特徴とする。
また、第３の発明に係る回転機の冷却構造は、第２の発明に係る回転機の冷却構造において、前記冷却油誘導体が、電気的絶縁性かつ耐熱性を有する部材からなることを特徴とする。
また、第４の発明に係る回転機の冷却構造によれば、第１の発明に係る回転機の冷却構造において、前記コイルエンドが、絶縁体を介して複数の電線を束ねものであることを特徴とする。
上述した第１の発明に係る回転機の冷却構造によれば、冷却油をコイルエンドの上部に供給する冷却油供給手段と、コイルエンドの下方から冷却油を排出する冷却油排出手段とを備えた回転機の冷却構造において、前記回転機のケーシング内面に外周部が固定され、コイルエンドの軸方向の端部に当接して、冷却油の一部を前記コイルエンドとの接触部分に沿って周方向に誘導する冷却油誘導体を設けたので、冷却油供給手段からコイルエンドの上部に供給された冷却油が、重力に従ってコイルエンドの端部側へ移動し、コイルエンドと冷却油誘導体とによって形成される空間に沿って周方向に誘導され、その後、コイルエンドの下方から冷却油排出手段から排出されることとなり、冷却油を確実にコイルエンドに接触させることができ、簡素な構成で確実にコイルエンドの冷却を行うことが可能になる。
また、第２の発明に係る回転機の冷却構造によれば、前記冷却油誘導体が、環状に形成された板体であるので、必要最小限の面積でコイルエンドの軸方向端部に確実に当接させることができる。
また、第３の発明に係る回転機の冷却構造によれば、前記冷却油誘導体が、電気的絶縁性かつ耐熱性を有する部材からなるので、冷却油によるコイルエンドの冷却を安全に実施することができる。
また、第４の発明に係る回転機の冷却構造によれば、前記コイルエンドが、絶縁体を介して複数の電線を束ねたものであるので、コイルエンドに冷却油用の溝を形成する等の加工を施さなければ、各電線を絶縁するエナメル被覆等の絶縁体が剥離する虞がない。
以下、図面を用いて本発明に係る回転機の冷却構造の実施例を詳細に説明する。
図１は本実施例に係る回転機の冷却構造を示す断面図、図２は図１のＡ−Ａ矢視方向からみた断面図、図３はコイルエンドの冷却油の流れを示す説明図である。
図１に示すように、本実施例に係る冷却構造が適用される回転機は、ケーシング１内にベアリング２を介して回転自在に支持されるシャフト３と、シャフト３の外周部に固定されたロータ４と、ロータ４の外周部にエアギャップを介して対向配置され、ケーシング１の内面に固定されたステータ５とを備えて構成されている。
ロータ４は、ロータコア６と、このロータコア６の内部に埋め込まれた複数の永久磁石７とを備え、また、ステータ５は、ステータコア８と、このステータコア８に巻着されたコイルとを備え、このコイルの軸方向の両端部がステータコア８から突出してコイルエンド９を形成している。
そして、ケーシング１にはその上部のコイルエンド９に対向する位置に、それぞれコイルエンド９に冷却油を供給するための冷却油供給手段としての冷却油注入口１０が設けられる一方、ケーシング１の下部のコイルエンド９に対向する位置にそれぞれケーシング１内の冷却油を排出するための冷却油排出手段としての冷却油排出口１１が設けられている。
さらに、本実施例において、ケーシング１内には二つの冷却油誘導体としての冷却油ガイド板１２が設けられている。冷却油ガイド板１２は、電気的絶縁材料であってかつ耐熱性を有する材料からなる板体を環状に形成してなり（図２参照）、それぞれの外周部がケーシング１の内面に固定され、シャフト３の軸方向に直交する面１２ａがコイルエンド９の軸方向の端部に当接している。なお、この冷却油ガイド板１２の内径はコイルエンド９の軸方向の端部が冷却油ガイド板１２に当接可能な程度の大きさとなっている。
ここで、ガイド板１２の材料としては、例えば、ポリアセタール、ポリアミド、ポリカーボネート、変性ポリフェニレンエーテル、ポリブチレンテレフタレート、ポリイミド（特に、耐熱・耐寒性のポリイミド材）や、フッ素樹脂等のエンジニアリングプラスチックを適用することができる。
以下、本実施例に係る回転機の冷却構造の作用を説明する。回転機においては、駆動されコイルに電流が流れることにより、または、ステータコア８の発熱がコイルエンド９に熱伝導することにより、コイルエンド９が発熱する。このように発熱したコイルエンド９を冷却するため、コイルエンド９には冷却油注入口１０から冷却油が供給される。
冷却油注入口１０からコイルエンド９の上部に供給された冷却油は、図１中に矢印で示すように重力に従って軸方向、周方向等に移動する。ここで、従来であれば、図３に二点鎖線で示すようにコイルエンド９に供給された冷却油のうちコイルエンド９のステータコア８側とは反対側の軸方向端部側へ向かって移動した冷却油は、そのまま鉛直下方へと落下していた。
これに対し、本実施例ではケーシング１内にコイルエンド９の軸方向の端部に当接する冷却油ガイド板１２を設ける構成としているため、コイルエンド９に供給された冷却油のうちコイルエンド９のステータコア８側とは反対側の軸方向端部側へ向かって移動した冷却油は、コイルエンド９が冷却油ガイド板１２と当接した位置まで移動すると、この冷却油ガイド板１２によって軸心側への移動を規制される一方、コイルエンド９と冷却油ガイド板１２との接触部分（例えば、図３中破線で示すＡ部）に沿って、重力に従い、図３に示すように周方向へ誘導される。
そして、コイルエンド９に接触し、このコイルエンド９の熱を吸収した冷却油は、ケーシング１の底面に落下し、冷却油排出口１１からケーシング１の外部へと排出される。こうして冷却油排出口１１から排出された冷却油は、オイルクーラー等で冷却された後、繰り返し冷却油注入口１０からコイルエンド９へ供給される。
このように、本実施例に係る回転機の冷却構造によれば、ケーシング１の内部にコイルエンド９の軸方向の端部に当接するように冷却油ガイド板１２を設けたことにより、コイルエンド９と冷却油ガイド板１２との接触部分（Ａ部）に沿って冷却油を誘導し、冷却油がコイルエンド９の軸方向端部へ移動し、そのまま下方へ滴下することを防止することができる。そのため、冷却油を確実にコイルエンド９に接触させることが可能となり、回転機の冷却効率を向上させることができる。
さらに、冷却油ガイド板１２を用いて冷却油をコイルエンド９に周方向にわたって確実に接触させる構造としたことにより、コイルエンド９に冷却油を接触させるために、このコイルエンド９に冷却油用の溝を形成する等の加工を施す必要がなくなるため、コイルを構成する各電線を絶縁するためのエナメル被覆が剥離するなどという不具合が生じるおそれがなく、簡素な構成で確実にコイルエンド９を冷却することができる。
なお、本発明は上述した実施例に限定されるものではなく、例えば、上述した実施例では冷却油ガイド板１２として環状の板体を用いる例を示したが、冷却油ガイド板１２は環状以外の形状であってもよく、また、冷却油ガイド板１２の材料は上述したものに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であることはいうまでもない。
Claims (4)
- 冷却油をコイルエンドの上部に供給する冷却油供給手段と、前記コイルエンドの下方から前記冷却油を排出する冷却油排出手段とを備えた回転機の冷却構造において、
前記回転機のケーシング内面に外周部が固定され、前記コイルエンドの軸方向の端部に当接して、前記冷却油の一部を前記コイルエンドとの接触部分に沿って周方向に誘導する冷却油誘導体を設けた
ことを特徴とする回転機の冷却構造。 - 前記冷却油誘導体が、環状に形成された板体であることを特徴とする請求項１記載の回転機の冷却構造。
- 前記冷却油誘導体が、電気的絶縁性かつ耐熱性を有する部材からなることを特徴とする請求項２記載の回転機の冷却構造。
- 前記コイルエンドが、絶縁体を介して複数の電線を束ねたものであることを特徴とする請求項１記載の回転機の冷却構造。
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