WO2019117229A1 - 電動機 - Google Patents

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Definitions

  • the present invention relates to an electric motor capable of flowing a refrigerant through a refrigerant flow path for cooling.
  • the electric motor includes a rotating shaft, a rotor attached to the rotating shaft, a stator disposed on an outer periphery of the rotor, and a case for housing the rotor and the stator.
  • At least one of the rotor and the stator is an electromagnet configured by winding a coil, and generates a magnetic force by energization to rotate the rotation shaft together with the rotor.
  • the motor When the motor is driven, the motor generates heat from heat generated by energization of the coil, heat generated at the sliding contact portion between the rotating shaft and the bearing, and the like. Therefore, there are a plurality of techniques for cooling the motor in order to prevent the efficiency decrease and failure of the motor due to heat generation.
  • the inside of the rotation shaft is hollow, and in this hollow space, a pipe having a diameter smaller than the inner diameter of the rotation shaft is disposed.
  • the refrigerant is supplied to the pipe by a pump from a refrigerant tank installed outside the motor.
  • the refrigerant passes through the inside of the pipe, flows from the tip of the pipe into the flow path formed between the rotating shaft and the pipe, and is returned to the refrigerant tank through the flow path.
  • the inside of a rotating shaft is hollow in the electric motor shown by patent document 2, A pipe is penetrated in this hollow space, A refrigerant
  • coolant is sent with a pump by the pump from the refrigerant tank installed in the exterior of an electric motor to a pipe .
  • Through holes are formed in the rotating shaft at both end sides in the longitudinal direction to penetrate the hollow space and the inside of the case accommodating the rotor and the stator.
  • the case is provided with a discharge path connected to the refrigerant tank. The refrigerant flows into the hollow space of the pipe, flows into the case through the through hole, and is returned to the refrigerant tank through the discharge passage.
  • the inside of the rotation shaft is hollow, and in this hollow space, a pipe having a diameter smaller than the inner diameter of the rotation shaft is disposed.
  • the refrigerant is supplied to the pipe by a pump from a refrigerant tank installed outside the motor.
  • the refrigerant passes through the inside of the pipe, flows from the tip of the pipe into the flow path formed between the rotating shaft and the pipe, and is returned to the refrigerant tank through the flow path.
  • a cooling jacket surrounding the outer periphery in the circumferential direction is attached to the case accommodating the rotor and the stator.
  • a flow passage space is formed between the outer peripheral surface of the case and the cooling jacket, and the refrigerant is fed into the space from the refrigerant tank by a pump.
  • the cooling jacket is provided with a discharge passage connected to the refrigerant tank. The refrigerant flows into the flow passage space, and then is returned to the refrigerant tank through the discharge passage.
  • the coolant is fed into the flow path formed between the rotary shaft and the pipe to cool the sliding contact portion between the rotary shaft and the bearing, and the rotor is rotated via the rotary shaft. It is cooled.
  • the cooling effect of the stator can not be expected.
  • the fluid flowing into the hollow space of the rotating shaft cools the periphery of the rotating shaft, and the coolant flowing into the case cools the rotor and the stator.
  • the refrigerant flowing into the case is configured to be in direct contact with the rotor and the stator, the refrigerant is agitated by the rotor and the refrigerant acts as a resistance to the rotation of the rotor.
  • the inside of the rotary shaft is hollow, and the fluid flowing into the hollow space of the rotary shaft cools the rotary shaft and its periphery, and between the outer peripheral surface of the case and the cooling jacket.
  • the stator is cooled by the fluid flowing into the flow passage space of
  • the rotor-side refrigerant flow path circulated in the hollow space of the rotation shaft and the refrigerant tank, the flow path space between the outer peripheral surface of the case and the cooling jacket, and the stator-side refrigerant circulated in the refrigerant tank
  • the refrigerant flow path becomes complicated because the flow path is separately provided.
  • the present invention has been made focusing on such problems, and can easily cool the periphery of the rotation shaft, the rotor, and the stator without resistance to the rotation of the rotor while simply forming the refrigerant flow path. It aims at providing a motor.
  • the electric motor of the present invention A hollow rotary shaft (2), a rotor (3) attached to the rotary shaft (2), a stator (4) disposed on the outer periphery of the rotor (3), the rotor (3) and the stator
  • a motor (1) comprising: a case (5) for housing (4); and a coolant flowable in the coolant flow path for cooling;
  • the refrigerant flow path is A hollow inner flow passage (2a) formed on the rotation shaft (2);
  • An outer flow passage (S2) formed between the outer periphery of the stator (4) and the inner periphery of the case (5);
  • the rotor and the periphery of the rotating shaft are cooled by the refrigerant passing through the inner flow passage formed in
  • the rotary shaft (2) penetrates the support wall (5c) at one end of the rotor (3) and is pivotally supported by the support wall (5c) at one end. According to this, since the accommodation space can be isolated by the support wall portion that pivotally supports the rotation shaft, the communication flow path can be simplified.
  • the communication channel (S1) is formed by the support wall (5c) on the one end side and a cap (17) on the one end side attached to the support wall (5c) on the one end side.
  • the communication flow channel can be formed only by attaching the cap on one end side to the support wall portion on one end side.
  • a seal member (28) is disposed between the stator (4) and the support wall (5c) on the one end side. According to this, a refrigerant
  • a plurality of through holes (33) penetrating in the axial direction forming a part of the communication channel (S1) are formed along the circumferential direction in the support wall (5c) on the one end side There is.
  • the sealing structure of the accommodation space can be simply configured, and the number of members constituting the communication channel can be reduced.
  • a plurality of through holes are formed along the circumferential direction, the outer periphery of the stator can be cooled in a wide range.
  • the rotary shaft (2) penetrates the support wall (5b) at the other end of the rotor (3) and is pivotally supported by the support wall (5b) at the other end.
  • a seal member (27) is disposed between the stator (4) and the support wall (5b) on the other end side. According to this, since the accommodation space is isolated by the support wall part which pivotally supports the rotating shaft, the accommodation space can be simplified.
  • the outer flow path (S2) is formed by the support wall (5b) at the other end and the cap (16) at the other end attached to the support wall (5b) at the other end.
  • a communication passage (S3) on the other end side which communicates and opens to the outside is formed. According to this, the refrigerant flow path can be easily configured on the other end side.
  • the support wall (5b) on the other end side is formed with a plurality of through holes (32) penetrating in the axial direction and communicating with the outer flow passage (S2).
  • the sealing structure of the accommodation space can be simply configured.
  • the inner flow passage (2a) opens at both axial ends of the rotation shaft (2). According to this, it is possible to make the rotation shaft a simple structure and to reduce the pressure loss between the inner flow passage and the communication flow passage.
  • the refrigerant flows in the order of the inner flow passage (2a), the communication flow passage (S1), and the outer flow passage (S2). According to this, since the rotor can be cooled by the low temperature refrigerant, the overall cooling efficiency is excellent.
  • a recess (44a) recessed to the inner diameter side is formed on the outer periphery of the stator (4). According to this, since the refrigerant enters the inner diameter side of the stator by the recess, the stator can be cooled rapidly.
  • a protrusion (45e) loosely fitted in the recess (44a) of the stator is formed on the inner periphery of the case (45). According to this, since the cross section of the flow path becomes substantially constant due to the concave and the convex, the refrigerant easily flows to the inner diameter side of the stator.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing a stator showing a flow of a refrigerant of an electric motor in Embodiment 1. It is sectional drawing which shows the electric motor in Example 2 of this invention. It is sectional drawing which shows the electric motor in Example 3 of this invention.
  • a mode for carrying out a motor according to the present invention will be described below based on an embodiment.
  • the electric motor 1 has a rotary shaft 2, a rotor 3 fixed to the rotary shaft 2 and rotating with the rotary shaft 2, and an annular stator radially spaced from the outer periphery of the rotor 3. And a case 5 for housing the rotor 3 and the stator 4.
  • the rotor 3 is an electromagnet configured by winding a coil
  • the stator 4 is a permanent magnet. By energizing a coil constituting the rotor 3 from a power supply (not shown), a magnetic force is generated, and the rotor 3 and the rotary shaft 2 fixed to the rotor 3 rotate.
  • the case 5 is formed of a metal such as iron
  • the rotating shaft 2 is formed of a nonmagnetic material such as stainless steel.
  • the case 5 is divided into two in the axial direction of the rotary shaft 2, and the divided case bodies 5A and 5B are welded and fixed at a welded portion 36 on the outer periphery to be in a sealed state.
  • Case 5 is formed of a substantially cylindrical shape and a peripheral wall portion 5a forming an outer peripheral surface and an inner peripheral surface of case 5, and support wall portions 5b and 5c formed in a substantially disk shape and forming both side walls of case 5 It is configured.
  • a through hole 8 penetrating in the axial direction is formed at the radial center of the support wall 5b on the divided case body 5A side.
  • a stepped portion 9 opened to the support wall portion 5c side of the opposing divided case body 5B is formed continuously to the through hole 8.
  • a bearing 10 is attached to the step 9, and the rotating shaft 2 is pivotally supported via the bearing 10.
  • a seal ring 11, which is an annular seal member, is disposed at the back of the bearing 10 in the stepped portion 9, and seals between the rotation shaft 2 and the divided case body 5A.
  • a through hole 12 penetrating in the axial direction is formed at the radial center of the support wall 5c on the divided case body 5B side. Further, in the support wall portion 5c on the divided case body 5B side, a stepped portion 13 opened to the support wall portion 5b side of the opposing divided case body 5A is formed continuously to the through hole 12.
  • a bearing 14 is attached to the step 13, and the rotating shaft 2 is pivotally supported via the bearing 14.
  • a seal ring 15, which is an annular seal member, is disposed at the back of the bearing 14 in the step portion 13, and seals between the rotation shaft 2 and the divided case body 5B.
  • a substantially cup-shaped cap 16 and a substantially disc-shaped cap 17 are welded and fixed to the axially opposite end portions of the case 5 by means of a welding portion 36 on the outer periphery, and are in a sealed state.
  • the caps 16 and 17 are formed of metal such as iron.
  • a through hole 18 penetrating in the axial direction is formed at the center in the radial direction, and the rotation shaft 2 is inserted through the through hole 18.
  • An annular groove 19 opening in the inner diameter direction is formed on the inner peripheral surface of the through hole 18.
  • a seal ring 20, which is an annular seal member, is fitted in the groove 19 to seal between the rotary shaft 2 and the cap 16.
  • the stator 4 is disposed between the support wall 5b on the divided case body 5A side and the support wall 5c on the divided case body 5B side.
  • Annular recesses 21 and 22 are formed on the inner diameter side of the stator 4 and on the opposing surface to the support wall 5b and the support wall 5c, and the recesses 21 and 22 support the support wall 5b and the support wall Axially projecting annular projections 23 and 24 formed on 5c are engaged with each other.
  • axial and radial movement of the stator 4 is restricted.
  • Annular step portions 25 and 26 are respectively formed on the outer diameter side of the support wall 5b on the divided case body 5A side and the support wall 5c on the divided case body 6B side.
  • Sealing rings 27 and 28, which are annular sealing members, are disposed in the step portions 25 and 26, respectively, and the divided body 6, the stator 4 and the divided body 7 are connected in a sealed state.
  • a housing space R surrounding a part of the rotor 3 and the rotary shaft 2 is partitioned in a sealed state by the and the divided case body 5B.
  • the rotation shaft 2 is provided with a hollow portion 2a (inner flow passage) which penetrates in the axial direction and opens at both ends.
  • a refrigerant tank 30 is installed outside the motor 1, and the refrigerant in the refrigerant tank 30 is fed by the pump P into the hollow portion 2 a through the suction passage 31.
  • a recessed portion 5d which is recessed in the outer diameter direction is formed.
  • the inner diameter of the recess 5 d is larger than the outer diameter of the stator 4, and a space S ⁇ b> 2 constituting an outer flow passage is formed between the recess 5 d and the stator 4.
  • a recess 5 e that is recessed in the axial direction is formed.
  • a space S1 is formed between the cap 17 and the recess 5e formed in the support wall 5c of the case 5 to form a communication channel.
  • the cap 16 is formed with a recess 16 a that is recessed in the axial direction on the surface facing the end of the case 5 in the axial direction. Between the recess 16 a of the cap 16 and the end of the case 5, a space S ⁇ b> 3 that constitutes a discharge flow path is formed.
  • the cap 16 is formed with a through hole 16b communicating with the discharge passage 34, and the refrigerant in the space S3 is returned to the refrigerant tank 30 through the discharge passage 34.
  • the hollow portion 2 a of the rotary shaft 2 communicates with the space S 1 formed between the cap 17 and the recess 5 e of the case 5.
  • a plurality of through holes 32 penetrating in the axial direction are formed along the circumferential direction.
  • a plurality of through holes 33 penetrating in the axial direction are similarly formed along the circumferential direction in the support wall 5 c of the case 5.
  • the space S2 is communicated with the space S2.
  • the space S1 and the space S2 are communicated with each other by the through hole 33 formed in the support wall 5c of the case 5.
  • the refrigerant flow path in the motor 1 includes the hollow portion 2 a of the rotating shaft 2, the space S 1 formed between the cap 17 and the recess 5 e of the case 5, the through hole 33, and the recess of the cap 17 and the case 5
  • a space S2 formed between the space 5e and the space 5e, a through hole 32, a space S3 formed between the recess 16a of the cap 16 and the end of the case 5, and a discharge path 34 are provided.
  • coolant sent in from the refrigerant tank 30 to the electric motor 1 is demonstrated using FIG.1 and FIG.4.
  • the refrigerant in the refrigerant tank 30 is fed by the pump P through the suction passage 31 into the hollow portion 2 a of the rotary shaft 2.
  • the rotating shaft 2 is cooled by the refrigerant passing through the hollow portion 2a, and functions as a bearing of the rotating shaft 2, and the through holes 18, 8 and 12 which are in sliding contact, the seal rings 20, 11 and 15, the bearing 10, Each is cooled.
  • the rotor 3 is also cooled via the rotating shaft 2. According to this, it is possible to reduce the heat rise of the rotor 3 due to the energization of the coil constituting the rotor 3, and to prevent the efficiency reduction of the motor and the breakage of the rotor 3.
  • the refrigerant sent into the hollow portion 2 a moves in the axial direction in the hollow portion 2 a and moves to the space S 1 formed between the cap 17 and the recess 5 e of the case 5.
  • the refrigerant moves from the space S1 to the space S2 formed between the recess 5d of the case 5 and the stator 4 through the through hole 33.
  • the refrigerant fed into the space S2 moves axially and circumferentially in the space S2, and directly cools the stator 4 from the outer peripheral surface side. According to this, the stator 4 heated by the generated heat of the rotor 3 can be cooled. Also, if the stator 4 is an electromagnet constituted by a coil, it is possible to reduce the heat rise generated by the stator 4 itself.
  • the refrigerant in the space S2 moves from the space S2 to the space S3 formed between the recess 16a of the cap 16 and the end of the case 5 through the through hole 32.
  • the refrigerant sent into the space S3 is returned to the refrigerant tank 30 through the through hole 16b formed in the cap 16 and the discharge path 34. That is, the through hole 32, the space S3 and the through hole 16b constitute a discharge flow path.
  • the rotating shaft 2 is directly cooled by the refrigerant from the outer peripheral side.
  • the rotor 3 and the periphery of the rotary shaft 2 are cooled by the refrigerant passing through the hollow portion 2a (inner flow passage) formed in the rotary shaft 2, and the stator 4 has the outer periphery of the stator 4 and the case 5. It is cooled by the refrigerant flowing in the space S2 (outside flow path) formed between the inner circumference and the inner circumference. Further, the hollow portion 2a and the space S2 are communicated with each other by a space S1 (communication flow path) formed between the cap 17 and the recess 5e of the case 5 which are separated from the housing space R of the rotor 3. Therefore, the refrigerant flow path can be simply configured, and the refrigerant does not affect the rotation of the rotor 3.
  • seal rings 27 and 28 are disposed between the stator 4 and the support wall portions 5b and 5c, it is possible to make it difficult for refrigerant, contamination, and the like to enter the housing space R for housing the rotor 3. The influence on the rotation of the rotor 3 can be reliably prevented.
  • a plurality of through holes 33 formed in the support wall 5c form a part of a communication flow path between the space S2 and the space S1. Therefore, the member which comprises a communicating flow path can be decreased. Further, since a plurality of through holes 33 are formed along the circumferential direction, the refrigerant can be distributed and fed in the circumferential direction of the space S2, and the outer periphery of the stator 4 can be uniformly cooled.
  • a plurality of through holes 32 are formed in the support wall 5b along the circumferential direction, and the refrigerant is dispersed in the circumferential direction of the space S2 and sent into the space S3. Therefore, the fluid can move to S3 without stagnating in the space S2, and can be efficiently cooled.
  • the hollow portion 2a of the rotary shaft 2 is opened at both ends in the axial direction of the rotary shaft 2, the inner wall of the rotary shaft 2 does not collide with the fluid flow, and therefore, it is difficult to receive an axial load. Is hard to damage.
  • the refrigerant sent from the refrigerant tank 30 to the electric motor 1 flows in the order of the hollow portion 2a of the rotary shaft 2 constituting the inner flow passage, the space S1 constituting the communication flow passage, and the space S2 constituting the outer flow passage. According to this, since the portion in sliding contact with the rotor 3 and the rotary shaft 2 having a large amount of heat generation can be cooled by the refrigerant having a low temperature, the entire cooling efficiency is excellent.
  • a plurality of recessed portions 44a recessed toward the inner diameter side are formed in the axial direction on the outer periphery of the stator 44, and in the inner periphery of the case 45, convex portions 45e protruding to the inner diameter side so as to be loosely fitted in the recessed portions 44a Multiple are formed.
  • the stator 44 since the refrigerant sent into the space S2 enters the inner diameter side of the stator 44 by the concave portion 44a formed in the stator 44, the stator 44 can be cooled quickly. Further, the refrigerant sent into the space S2 can be reliably guided into the recess 44a by the projection 45e formed in the case 45. Furthermore, since the cross section of the flow path is substantially constant due to the concave and convex portions, the refrigerant easily flows to the inner diameter side of the stator 44.
  • stator 54 On the outer periphery of the stator 54, a plurality of guide paths 54a extending in the inner diameter side and returning to the outer diameter side on the inner diameter side of the stator 54 are formed in the axial direction. According to this, since the refrigerant sent into the space S2 gets to the inner diameter side of the stator 54 by the induction passage 54a formed in the stator 54, the stator 54 can be cooled quickly.
  • the communication flow channel has been described in the example constituted by the space S1 formed between the cap 17 and the recess 5e formed between the support wall 5c of the case 5 and the through hole 32.
  • the cap 17 may be formed into a substantially cup shape provided with a recess, and the recess of the support wall 5 c of the case 5 may be omitted.
  • the communication channel separates the hollow space 2a of the rotary shaft 2 and the space S2 formed between the recess 5d of the case 5 and the stator 4 from the housing space R. You may comprise by the pipe etc. which connect.
  • the discharge flow path has been described as an example constituted by the space S3 formed between the cap 16 and the support wall portion 5b of the case 5, the through hole 32, and the through hole 16b.
  • the discharge flow path is a pipe or the like communicating the space S2 formed between the recess 5d of the case 5 and the stator 4 and the discharge path 34 in a state of being separated from the accommodation space R. It may be configured.
  • space S3 which comprises a discharge flow path does not restrict the structure which a refrigerant touches directly to axis of rotation 2, for example, forms an annular partition in the outside diameter side rather than axis of rotation 2, and the refrigerant in space S3 is an axis of rotation
  • a structure which does not touch 2 directly it is good also as composition which is hard to give influence to rotation drive of axis of rotation 2.
  • case 5 is not limited to the division structure, and the division structure may be divided in the vertical direction.
  • the space S2 is formed between the inner periphery of the case 5 and the stator 4 without increasing the size of the motor 1 by providing the recess 5d in the inner periphery of the case 5, but the invention is not limited thereto.
  • the space S2 may be configured by the difference between the inner diameter of the case 5 and the outer diameter of the stator 4 without providing a recess in the inner periphery of the case 5.
  • the space S1 is formed in a substantially circular shape having a predetermined depth between the cap 17 and the recess 5e formed between the support wall 5c of the case 5, but the invention is limited thereto.
  • a plurality of radially extending linear grooves communicating with the hollow portion 2 a of the rotating shaft 2 may be formed in the recess 5 e and may be formed between the linear grooves and the cap 17.
  • the motor has been described as an embodiment of the invention for cooling the periphery of the rotary shaft, the rotor and the stator without resistance to the rotation of the rotor, but the invention is not limited to the motor. Similar effects can be obtained by applying the above-described refrigerant flow path.
  • case 5 and the caps 16 and 17 may be formed of materials other than metal.

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Abstract

冷媒流路を簡易に構成しながらロータの回転の抵抗とならずに回転軸の周辺とロータ及びステータを冷却することができる電動機を提供する。　中空の回転軸２と、回転軸２に取り付けられたロータ３と、ロータ３の外周に配置されるステータ４と、ロータ３及びステータ４を収容するケース５とを備え冷媒流路に冷媒を流して冷却可能な電動機１であって、冷媒流路は、回転軸２に形成された中空の内側流路２ａと、ステータ４の外周とケース５の内周との間に形成された外側流路Ｓ２と、ロータ３が収容されるケース５内の収容空間Ｒとは隔離して内側流路２ａ及び外側流路Ｓ２を連通する連通流路Ｓ１と、により構成した。

Description

電動機
　本発明は、冷媒流路に冷媒を流して冷却可能な電動機に関する。
　電動機は、回転軸と、回転軸に取り付けられたロータと、ロータの外周に配置されるステータと、ロータ及びステータを収容するケースとを備えている。ロータ及びステータの少なくともいずれか一方は、コイルを巻いて構成される電磁石となっており、通電により磁力を発生させてロータとともに回転軸が回転するようになっている。
　ところで、電動機の駆動時には、コイルへの通電により発生する熱や、回転軸と軸受との摺接部分において発生する熱等から、電動機が発熱する。そのため、発熱による電動機の効率低下や故障を防ぐために電動機を冷却する技術が複数存在する。
　例えば、特許文献１に示される電動機は、回転軸の内側が中空となっており、この中空空間には、回転軸の内径よりも小径のパイプが配置されている。パイプには、電動機の外部に設置された冷媒槽からポンプにより冷媒が送り込まれる。冷媒はパイプの内部を通り、パイプの先端から回転軸とパイプとの間で構成される流路に流れ込んだ後、流路を通って冷媒槽に返される。
　また、特許文献２に示される電動機は、回転軸の内側が中空となっており、この中空空間にパイプが挿通され、パイプには電動機の外部に設置された冷媒槽からポンプにより冷媒が送り込まれる。回転軸には、長手方向の両端側に中空空間とロータ及びステータを収容するケース内とに貫通する貫通孔が形成されている。ケースには冷媒槽と接続される排出路が設けられている。冷媒はパイプの中空空間に流れ込むとともに、貫通孔を通ってケース内に流れ込んだ後、排出路を通って冷媒槽に返される。
　特許文献３に示される電動機は、回転軸の内側が中空となっており、この中空空間には、回転軸の内径よりも小径のパイプが配置されている。パイプには、電動機の外部に設置された冷媒槽からポンプにより冷媒が送り込まれる。冷媒はパイプの内部を通り、パイプの先端から回転軸とパイプとの間で構成される流路に流れ込んだ後、流路を通って冷媒槽に返される。
　また、ロータ及びステータを収容するケースには、外周を周方向に囲む冷却ジャケットが取付けられている。ケースの外周面と冷却ジャケットとの間には流路空間が形成されており、該空間には冷媒槽からポンプにより冷媒が送り込まれるようになっている。冷却ジャケットには冷媒槽と接続される排出路が設けられている。冷媒は流路空間に流れ込んだ後、排出路を通って冷媒槽に返される。
米国特許第７４８９０５７号明細書 米国特許出願公開第２０１６／０１６４３７８号明細書 特表２０１２－５２４５１４号公報（第５頁、第３図）
　特許文献１の電動機にあっては、回転軸とパイプとの間で構成される流路に冷媒を送り込むことで回転軸と軸受との摺接部分を冷却するとともに、回転軸を介してロータが冷却される。しかしながら、回転軸及びその周辺のみが冷却される構成であるため、ステータの冷却効果は期待できない。
　特許文献２の電動機にあっては、回転軸の中空空間に流れ込む流体により回転軸の周辺を冷却し、ケース内に流れ込む冷媒によりロータ及びステータを冷却している。しかしながら、ケース内に流れ込んだ冷媒は、ロータ及びステータに直に接する構成であるため、冷媒はロータによって攪拌され冷媒がロータの回転の抵抗となっていた。
　特許文献３の電動機にあっては、回転軸の内側が中空となっており、回転軸の中空空間に流れ込む流体により回転軸及びその周辺を冷却するとともに、ケースの外周面と冷却ジャケットとの間の流路空間に流れ込む流体によりステータを冷却している。しかしながら、回転軸の中空空間と冷媒槽とで循環されるロータ側の冷媒の流路と、ケースの外周面と冷却ジャケットとの間の流路空間と冷媒槽とで循環されるステータ側の冷媒の流路とは個別に設けられているため、冷媒流路が複雑になるという問題がある。
　本発明は、このような問題点に着目してなされたもので、冷媒流路を簡易に構成しながらロータの回転の抵抗とならずに回転軸の周辺とロータ及びステータを冷却することができる電動機を提供することを目的とする。
　前記課題を解決するために、本発明の電動機は、
　中空の回転軸（２）と、前記回転軸（２）に取り付けられたロータ（３）と、前記ロータ（３）の外周に配置されるステータ（４）と、前記ロータ（３）及び前記ステータ（４）を収容するケース（５）とを備え冷媒流路に冷媒を流して冷却可能な電動機（１）であって、
　前記冷媒流路は、
　　前記回転軸（２）に形成された中空の内側流路（２ａ）と、
　　前記ステータ（４）の外周と前記ケース（５）の内周との間に形成された外側流路（Ｓ２）と、
　　前記ロータ（３）が収容される前記ケース（５）内の収容空間（Ｒ）とは隔離して前記内側流路（２ａ）及び前記外側流路（Ｓ２）を連通する連通流路（Ｓ１）と、
　により構成されていることを特徴としている。
　この特徴によれば、ロータと回転軸の周辺とは回転軸に形成された内側流路を通った冷媒により冷却されるとともに、ステータはステータの外周とケースの内周との間に形成された外側流路を流れる冷媒により冷却され、さらにこれらの流路をロータの収容空間とは隔離した連通流路によって連通させることで、冷媒流路を簡易に構成できるとともに冷媒がロータの回転に影響を与えることがない。
　好適には、前記回転軸（２）は前記ロータ（３）の一端側の支持壁部（５ｃ）を貫通し該一端側の支持壁（５ｃ）に軸支されている。
　これによれば、回転軸を軸支する支持壁部によって収容空間を隔離できるため、連通流路を簡単な構成にできる。
　好適には、前記連通流路（Ｓ１）は、前記一端側の支持壁部（５ｃ）と、該一端側の支持壁部（５ｃ）に取り付けられる一端側のキャップ（１７）とにより形成されている。
　これによれば、一端側のキャップを一端側の支持壁部に取り付けるだけで、連通流路を形成できる。
　好適には、前記ステータ（４）と前記一端側の支持壁部（５ｃ）との間にはシール部材（２８）が配置されている。
　これによれば、冷媒、コンタミ等がロータとステータとの間の収容空間に侵入しにくくすることができる。
　好適には、前記一端側の支持壁部（５ｃ）には、前記連通流路（Ｓ１）の一部をなす軸方向に貫通する複数の貫通孔（３３）が周方向に沿って形成されている。
　これによれば、収容空間の密閉構造を単純に構成できるとともに、連通流路を構成する部材を少なくできる。また貫通孔が周方向に沿って複数形成されているため、ステータの外周を広い範囲で冷却できる。
　好適には、前記回転軸（２）は前記ロータ（３）の他端側の支持壁部（５ｂ）を貫通し該他端側の支持壁部（５ｂ）に軸支されており、
　前記ステータ（４）と他端側の支持壁部（５ｂ）との間にはシール部材（２７）が配置されている。
　これによれば、回転軸を軸支する支持壁部によって収容空間を隔離しているため、収容空間を簡単な構成にできる。
　好適には、前記他端側の支持壁部（５ｂ）と、該他端側の支持壁部（５ｂ）に取り付けられる他端側のキャップ（１６）とにより、前記外側流路（Ｓ２）に連通しかつ外部に開口する他端側の連通路（Ｓ３）が形成されている。
　これによれば、他端側において冷媒流路を簡単に構成できる。
　好適には、前記他端側の支持壁部（５ｂ）には、軸方向に貫通し前記外側流路（Ｓ２）に連通する複数の貫通孔（３２）が形成されている。
　これによれば、収容空間の密閉構造を単純に構成できる。
　好適には、前記内側流路（２ａ）は前記回転軸（２）の軸方向両端に開口する。
　これによれば、回転軸を単純な構造とできるとともに内側流路と連通流路との間の圧力損失を小さくすることができる。
　好適には、前記冷媒は前記内側流路（２ａ）、前記連通流路（Ｓ１）、前記外側流路（Ｓ２）の順に流れる。
　これによれば、ロータを温度の低い冷媒によって冷却できるため全体の冷却効率に優れる。
　好適には、前記ステータ（４）の外周には内径側に凹む凹部（４４ａ）が形成されている。
　これによれば、凹部によりステータの内径側まで冷媒が入り込むのでステータを迅速に冷却できる。
　好適には、前記ケース（４５）の内周には、前記ステータの凹部（４４ａ）に遊嵌する凸部（４５ｅ）が形成されている。
　これによれば、凹部と凸部により流路断面が略一定となるため、ステータの内径側まで冷媒が流れ易い。
本発明の実施例１における電動機を示す断面図である。 同じくケースのＡ－Ａ線断面図である。 同じくケースのＢ－Ｂ線断面図である。 実施例１における電動機の冷媒の流れを示すステータを示す断面図である。 本発明の実施例２における電動機を示す断面図である。 本発明の実施例３における電動機を示す断面図である。
　本発明に係る電動機を実施するための形態を実施例に基づいて以下に説明する。
　実施例１に係る電動機につき、図１から図４を参照して説明する。
　図１に示されるように、電動機１は、回転軸２と、回転軸２に固定され回転軸２と共に回転するロータ３と、ロータ３の外周に径方向に離間して配置される環状のステータ４と、ロータ３及びステータ４を収容するケース５とを備えている。ロータ３は、コイルを巻いて構成される電磁石であり、ステータ４は永久磁石である。図示しない電源からロータ３を構成するコイルに通電することにより磁力が発生し、ロータ３とロータ３に固定された回転軸２が回転するようになっている。ケース５は鉄等の金属で形成され、回転軸２はステンレス等の非磁性体で形成されている。
　ケース５は、回転軸２の軸方向に２分割されており、これら分割ケース体５Ａ，５Ｂは外周の溶接部３６で溶接固定され密閉状態とされている。
　ケース５は、略円筒状に形成されケース５の外周面及び内周面を構成する周壁部５ａと、略円板状に形成されケース５の両側壁を構成する支持壁部５ｂ，５ｃとから構成されている。分割ケース体５Ａ側の支持壁部５ｂの径方向の中心には軸方向に貫通する貫通孔８が形成されている。また、分割ケース体５Ａ側の支持壁部５ｂには、対向する分割ケース体５Ｂの支持壁部５ｃ側に開口する段部９が貫通孔８に連続して形成されている。段部９にはベアリング１０が取付けられ、ベアリング１０を介して回転軸２が軸支されている。段部９におけるベアリング１０の奥には環状のシール部材であるシールリング１１が配置されており、回転軸２と分割ケース体５Ａとの間を密閉している。
　分割ケース体５Ｂ側の支持壁部５ｃの径方向の中心には軸方向に貫通する貫通孔１２が形成されている。また、分割ケース体５Ｂ側の支持壁部５ｃには、対向する分割ケース体５Ａの支持壁部５ｂ側に開口する段部１３が貫通孔１２に連続して形成されている。段部１３にはベアリング１４が取付けられ、ベアリング１４を介して回転軸２が軸支されている。段部１３におけるベアリング１４の奥には環状のシール部材であるシールリング１５が配置されており、回転軸２と分割ケース体５Ｂとの間を密閉している。
　ケース５の軸方向の両端部には、それぞれ略カップ形状キャップ１６，略円板状のキャップ１７が外周の溶接部３６で溶接固定され密閉状態とされている。キャップ１６,１７は、鉄等の金属で形成されている。分割ケース体５Ａ側のキャップ１６には、径方向の中心に軸方向に貫通する貫通孔１８が形成されており、貫通孔１８に回転軸２が挿通されている。貫通孔１８の内周面には内径方向に開口する環状の溝部１９が形成されている。溝部１９には環状のシール部材であるシールリング２０が嵌合されており、回転軸２とキャップ１６との間を密閉している。
　ステータ４は分割ケース体５Ａ側の支持壁部５ｂと分割ケース体５Ｂ側の支持壁部５ｃとの間に配置されている。ステータ４の内径側かつ支持壁部５ｂ及び支持壁部５ｃとの対向面には、環状の凹部２１，２２が形成されており、これらの凹部２１，２２には支持壁部５ｂ及び支持壁部５ｃに形成された軸方向に突出する環状の凸部２３，２４がそれぞれ係合している。これによりステータ４は軸方向と径方向の移動が規制されている。
　分割ケース体５Ａ側の支持壁部５ｂと分割ケース体６Ｂ側の支持壁部５ｃとには、外径側に環状の段部２５，２６がそれぞれ形成されている。段部２５，２６内には環状のシール部材であるシールリング２７，２８がそれぞれ配置され、分割体６とステータ４と分割体７とが密閉状態で接続され、これら分割ケース体５Ａとステータ４と分割ケース体５Ｂとによりロータ３及び回転軸２の一部を囲む収容空間Ｒが密閉状態に区画されている。
　回転軸２は、軸方向に貫通し両端に開口する中空部２ａ（内側流路）を備えている。電動機１の外部には冷媒槽３０が設置されており、冷媒槽３０内の冷媒はポンプＰにより吸入路３１を通して中空部２ａに送り込まれる。
　ケース５の周壁部５ａの内周面には、外径方向に凹む凹部５ｄが形成されている。凹部５ｄの内径はステータ４の外径に比べて大きく形成されており、凹部５ｄとステータ４との間に外側流路を構成する空間Ｓ２が形成されている。
　ケース５の軸方向におけるキャップ１７側の端部には、軸方向に凹む凹部５ｅが形成されている。キャップ１７とケース５の支持壁部５ｃに形成された凹部５ｅとの間に連通流路を構成する空間Ｓ１が形成されている。
　キャップ１６は、ケース５の軸方向における端部との対向面に軸方向に凹む凹部１６ａが形成されている。キャップ１６の凹部１６ａとケース５の端部との間に排出流路を構成する空間Ｓ３が形成されている。キャップ１６には、排出路３４と連通する貫通孔１６ｂが形成されており、空間Ｓ３内の冷媒が排出路３４を介して冷媒槽３０に返される。
　回転軸２の中空部２ａは、キャップ１７とケース５の凹部５ｅとの間に形成された空間Ｓ１と連通している。
　図２に示されるように、ケース５の支持壁部５ｂには、軸方向に貫通する複数の貫通孔３２が周方向に沿って形成されている。図３に示されるように、同様にケース５の支持壁部５ｃには、軸方向に貫通する複数の貫通孔３３が周方向に沿って形成されている。
　ケース５の支持壁部５ｂに形成された貫通孔３２により、キャップ１６の凹部１６ａとケース５の端部との間に形成された空間Ｓ３と、ケース５の凹部５ｄとステータ４との間に形成された空間Ｓ２とが連通されている。
　同様に、ケース５の支持壁部５ｃに形成された貫通孔３３により、空間Ｓ１と空間Ｓ２とが連通されている。
　上記したように、電動機１における冷媒流路は、回転軸２の中空部２ａ、キャップ１７とケース５の凹部５ｅとの間に形成された空間Ｓ１、貫通孔３３、キャップ１７とケース５の凹部５ｅとの間に形成された空間Ｓ２、貫通孔３２、キャップ１６の凹部１６ａとケース５の端部との間に形成された空間Ｓ３、排出路３４から構成されている。
　続いて、図１及び図４を用いて冷媒槽３０から電動機１に送り込まれた冷媒の経路について説明する。まず、冷媒槽３０内の冷媒はポンプＰにより吸入路３１を通して回転軸２の中空部２ａに送り込まれる。中空部２ａを通過する冷媒により回転軸２が冷却され、回転軸２の軸受として機能し、摺接する部分である貫通孔１８，８，１２と、シールリング２０，１１，１５と、ベアリング１０，１４はそれぞれ冷却される。言い換えると、回転軸２の回転により生じる摩擦による発熱の可能性のある部分を効果的に冷却することができる。
　また、回転軸２を介してロータ３も冷却される。これによれば、ロータ３を構成するコイルへの通電によるロータ３の熱上昇を低減し、電動機の効率低下やロータ３の破損を防止できる。
　中空部２ａに送り込まれた冷媒は、中空部２ａ内を軸方向に移動してキャップ１７とケース５の凹部５ｅとの間に形成された空間Ｓ１に移動する。次に冷媒は空間Ｓ１から貫通孔３３を通して、ケース５の凹部５ｄとステータ４との間に形成された空間Ｓ２に移動する。
　空間Ｓ２に送り込まれた冷媒は、空間Ｓ２内を軸方向および周方向に移動し、ステータ４を外周面側から直接冷却する。これによれば、発熱されたロータ３の熱により熱せられるステータ４を冷却することができる。また、仮にステータ４がコイルにより構成される電磁石である場合には、ステータ４自体によって発生する熱上昇を低減することができる。
　次に空間Ｓ２内の冷媒は、空間Ｓ２から貫通孔３２を通して、キャップ１６の凹部１６ａとケース５の端部との間に形成された空間Ｓ３に移動する。空間Ｓ３に送り込まれた冷媒は、キャップ１６に形成された貫通孔１６ｂと排出路３４とを通り冷媒槽３０に返される。つまり、貫通孔３２と空間Ｓ３と貫通孔１６ｂとが排出流路を構成している。空間Ｓ３では、回転軸２が外周側から冷媒により直接冷却される。
　このように、ロータ３と回転軸２の周辺とは回転軸２に形成された中空部２ａ（内側流路）を通った冷媒により冷却されるとともに、ステータ４はステータ４の外周とケース５の内周との間に形成された空間Ｓ２（外側流路）を流れる冷媒により冷却される。さらにこれらの中空部２ａと空間Ｓ２とはロータ３の収容空間Ｒとは隔離されたキャップ１７とケース５の凹部５ｅとの間に形成された空間Ｓ１（連通流路）によって連通される。そのため、冷媒流路を簡易に構成できるとともに冷媒がロータ３の回転に影響を与えることがない。
　また、回転軸２を軸支するケース５の支持壁部５ｂと支持壁部５ｃとによって連通流路を構成する空間Ｓ１と、排出流路を構成する空間Ｓ３とを収容空間Ｒから隔離した状態で簡単に構成することができる。
　また、ステータ４と支持壁部５ｂ及び５ｃとの間にはシールリング２７，２８が配置されているため、冷媒やコンタミ等がロータ３を収容する収容空間Ｒに侵入しにくくすることができ、ロータ３の回転への影響を確実に防止することができる。
　また、支持壁部５ｃに形成された複数の貫通孔３３が空間Ｓ２と空間Ｓ１との連通流路の一部をなしている。そのため、連通流路を構成する部材を少なくできる。また貫通孔３３が周方向に沿って複数形成されているため、空間Ｓ２の周方向に冷媒を分散して送り込むことができ、ステータ４の外周を均等に冷却できる。
　また、支持壁部５ｂには、複数の貫通孔３２が周方向に沿って形成されており、空間Ｓ２の周方向に冷媒が分散されて空間Ｓ３内に送り込まれる。そのため、流体が空間Ｓ２内で滞留することなくＳ３に移動し、効率的に冷却することができる。
　また、回転軸２の中空部２ａは、回転軸２の軸方向両端に開口しているため、回転軸２の内壁に流体の流れが当たることが無く、そのため、軸方向荷重を受け難く、軸受が損傷し難い。
　また、冷媒槽３０から電動機１に送り込まれた冷媒は、内側流路を構成する回転軸２の中空部２ａ、連通流路を構成する空間Ｓ１、外側流路を構成する空間Ｓ２の順に流れる。これによれば、発熱量の大きいロータ３及び回転軸２との摺接部分を温度の低い冷媒によって冷却できるため全体の冷却効率に優れる。
　次に、実施例２に係る電動機につき、図５を参照して説明する。尚、前記実施例と同一構成で重複する構成の説明を省略する。
　ステータ４４の外周には、内径側に凹む凹部４４ａが軸方向に複数形成されており、ケース４５の内周には、凹部４４ａに遊嵌するように内径側に突出する凸部４５ｅが軸方向に複数形成されている。これによれば、空間Ｓ２内に送り込まれた冷媒が、ステータ４４に形成された凹部４４ａによりステータ４４の内径側まで入り込むのでステータ４４を迅速に冷却できる。また、ケース４５に形成された凸部４５ｅにより空間Ｓ２内に送り込まれた冷媒を凹部４４ａ内に確実に誘導することができる。さらに、凹部と凸部により流路断面が略一定となるため、ステータ４４の内径側まで冷媒が流れ易い。
　次に、実施例３に係る電動機につき、図６を参照して説明する。尚、前記実施例と同一構成で重複する構成の説明を省略する。
　ステータ５４の外周には、内径側に延び、ステータ５４の内径側にて外径側に折り返す誘導路５４ａが軸方向に複数形成されている。これによれば、空間Ｓ２内に送り込まれた冷媒が、ステータ５４に形成された誘導路５４ａによりステータ５４の内径側まで入り込むのでステータ５４を迅速に冷却できる。
　以上、本発明の実施例を図面により説明してきたが、具体的な構成はこれら実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における変更や追加があっても本発明に含まれる。
　例えば、前記実施例において連通流路は、キャップ１７とケース５の支持壁部５ｃの間に形成された凹部５ｅとの間に形成される空間Ｓ１と貫通孔３２により構成される例で説明したが、これに限らず、例えばキャップ１７を凹部を設けた略カップ形状とし、ケース５の支持壁部５ｃの凹部を省略してもよい。また、例えばキャップ１７を省略して、連通流路は回転軸２の中空部２ａとケース５の凹部５ｄとステータ４との間に形成された空間Ｓ２とを、収容空間Ｒから隔離した状態で連通するパイプなどで構成してもよい。
　また、前記実施例において排出流路は、キャップ１６とケース５の支持壁部５ｂの間に形成される空間Ｓ３と貫通孔３２と貫通孔１６ｂにより構成される例で説明したが、これに限らず、例えばキャップ１６を省略して排出流路はケース５の凹部５ｄとステータ４との間に形成された空間Ｓ２と排出路３４とを、収容空間Ｒから隔離した状態で連通するパイプなどで構成してもよい。
　また、排出流路を構成する空間Ｓ３は、冷媒が回転軸２に直接触れる構成に限らず、例えば回転軸２よりも外径側に環状の仕切を形成し、空間Ｓ３内の冷媒が回転軸２に直接触れない構造として、回転軸２の回転駆動に影響を与えにくい構成としてもよい。
　また、ケース５は分割構造に限らず、また分割構造についても上下方向に分割されて構成されていてもよい。
　また、ケース５の内周に凹部５ｄを設けることで、電動機１を大型化せずにケース５の内周とステータ４との間に空間Ｓ２を構成しているが、これに限らず、例えばケース５の内周に凹部を設けずにケース５の内径とステータ４の外径との差により空間Ｓ２を構成してもよい。
　また、前記実施例において空間Ｓ１は、キャップ１７とケース５の支持壁部５ｃの間に形成された凹部５ｅとの間に所定の深さを有する略円形に形成されているが、これに限らず、例えば回転軸２の中空部２ａと連通する放射状に延びる複数の直線状溝を凹部５ｅに形成し、これら直線状溝とキャップ１７との間に形成されてもよい。
　また、前記実施例においては、ロータの回転の抵抗とならずに回転軸の周辺とロータ及びステータを冷却する発明の実施形態として電動機を用いて説明したが、電動機に限らず、例えば発電機に上記した冷媒流路を適用しても同様の作用効果を得ることができる。
　また、ケース５とキャップ１６，１７とは、金属以外の素材で形成されていてもよい。
１　　　　　　　　電動機
２　　　　　　　　回転軸
２ａ　　　　　　　中空部（内側流路）
３　　　　　　　　ロータ
４　　　　　　　　ステータ
５　　　　　　　　ケース
５ａ　　　　　　　周壁部
５ｂ　　　　　　　支持壁部
５ｃ　　　　　　　支持壁部
６　　　　　　　　分割体
７　　　　　　　　分割体
８　　　　　　　　貫通孔
１１　　　　　　　シールリング（シール部材）
１６　　　　　　　キャップ
１６ｂ　　　　　　貫通孔（排出流路）
１７　　　　　　　キャップ
３０　　　　　　　冷媒槽
３１　　　　　　　吸入路
３２　　　　　　　貫通孔（排出流路）
３３　　　　　　　貫通孔（連通流路）
３４　　　　　　　排出路
４４　　　　　　　ステータ
４４ａ　　　　　　凹部
４５　　　　　　　ケース
４５ｅ　　　　　　凸部
５４　　　　　　　ステータ
５４ａ　　　　　　誘導路
Ｐ　　　　　　　　ポンプ
Ｒ　　　　　　　　収容空間
Ｓ１　　　　　　　空間（連通流路）
Ｓ２　　　　　　　空間（外側流路）
Ｓ３　　　　　　　空間（排出流路）

Claims (12)

  1. 　中空の回転軸と、前記回転軸に取り付けられたロータと、前記ロータの外周に配置されるステータと、前記ロータ及び前記ステータを収容するケースとを備え冷媒流路に冷媒を流して冷却可能な電動機であって、
    　前記冷媒流路は、
    　　前記回転軸に形成された中空の内側流路と、
    　　前記ステータの外周と前記ケースの内周との間に形成された外側流路と、
    　　前記ロータが収容される前記ケース内の収容空間とは隔離して前記内側流路及び前記外側流路を連通する連通流路と、
    　により構成されていることを特徴とする電動機。
  2. 　前記回転軸は前記ロータの一端側の支持壁部を貫通し該一端側の支持壁に軸支されている請求項１に記載の電動機。
  3. 　前記連通流路は、前記一端側の支持壁部と、該一端側の支持壁部に取り付けられる一端側のキャップとにより形成されている請求項２に記載の電動機。
  4. 　前記ステータと前記一端側の支持壁部との間にはシール部材が配置されている請求項３に記載の電動機。
  5. 　前記一端側の支持壁部には、前記連通流路の一部をなす軸方向に貫通する複数の貫通孔が周方向に沿って形成されている請求項３または４に記載の電動機。
  6. 　前記回転軸は前記ロータの他端側の支持壁部を貫通し該他端側の支持壁部に軸支されており、
    　前記ステータと他端側の支持壁部との間にはシール部材が配置されている請求項１ないし５のいずれかに記載の電動機。
  7. 　前記他端側の支持壁部と、該他端側の支持壁部に取り付けられる他端側のキャップとにより、前記外側流路に連通しかつ外部に開口する他端側の連通路が形成されている請求項６に記載の電動機。
  8. 　前記他端側の支持壁部には、軸方向に貫通し前記外側流路に連通する複数の貫通孔が形成されている請求項７に記載の電動機。
  9. 　前記内側流路は前記回転軸の軸方向両端に開口する請求項１ないし８のいずれかに記載の電動機。
  10. 　前記冷媒は前記内側流路、前記連通流路、前記外側流路の順に流れる請求項１ないし９のいずれかに記載の電動機。
  11. 　前記ステータの外周には内径側に凹む凹部が形成されている請求項１ないし１０のいずれかに記載の電動機。
  12. 　前記ケースの内周には、前記ステータの凹部に遊嵌する凸部が形成されている請求項１１に記載の電動機。
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