特開 2024-142034 回転電機用ハウジング及びその製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024142034

(43)【公開日】2024-10-10

(54)【発明の名称】回転電機用ハウジング及びその製造方法

(51)【国際特許分類】

   H02K 5/20 20060101AFI20241003BHJP

   H02K 15/14 20060101ALI20241003BHJP

   H02K 7/18 20060101ALI20241003BHJP

   H02K 9/197 20060101ALI20241003BHJP

【ＦＩ】

H02K5/20

H02K15/14 Z

H02K7/18 Z

H02K9/197

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023053991

(22)【出願日】2023-03-29

(71)【出願人】

【識別番号】000005326

【氏名又は名称】本田技研工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002505

【氏名又は名称】弁理士法人航栄事務所

(72)【発明者】

【氏名】戸▲高▼ 宏純

(72)【発明者】

【氏名】木村 安成

【テーマコード（参考）】

5H605

5H607

5H609

5H615

【Ｆターム（参考）】

5H605BB07

5H605BB10

5H605BB17

5H605CC01

5H605DD13

5H607AA02

5H607BB01

5H607BB05

5H607BB14

5H607CC01

5H607DD03

5H607FF07

5H607FF30

5H609BB03

5H609BB12

5H609BB19

5H609PP02

5H609PP06

5H609PP07

5H609PP11

5H609QQ02

5H609QQ05

5H609QQ07

5H609RR37

5H609RR44

5H609RR52

5H609RR55

5H615AA01

5H615BB01

5H615BB05

5H615BB14

5H615PP28

(57)【要約】

【課題】気体及びオイルが供給される回転電機を収容可能であり、熱交換部の熱交換効率を向上させた回転電機用ハウジング及びその製造方法を提供する。
【解決手段】回転電機１０を収容可能な回転電機用ハウジング２０は、本体部２１と、回転電機１０に供給される圧縮エアが流れる気体流路３０と、回転電機１０に供給されるオイルが流れるオイル流路４０と、本体部２１に設けられ、内部に冷媒が流れる冷媒流路５０と、を備える。冷媒流路５０は、回転電機熱交換部５１と、気体熱交換部５２と、オイル熱交換部５６と、を有し、回転電機熱交換部５１は、冷媒の流れ方向において、気体熱交換部５２及びオイル熱交換部５６よりも下流側に設けられている。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

回転電機を収容可能な回転電機用ハウジングであって、
前記回転電機が収容される収容空間を有する本体部と、
前記本体部に設けられ、前記回転電機に供給される気体が流れる気体流路と、
前記本体部に設けられ、前記回転電機に供給されるオイルが流れるオイル流路と、
前記本体部に設けられ、内部に冷媒が流れる冷媒流路と、を備え、
前記冷媒流路は、
前記冷媒が前記回転電機と熱交換を行う回転電機熱交換部と、
前記冷媒が前記気体流路を流れる前記気体と熱交換を行う気体熱交換部と、
前記冷媒が前記オイル流路を流れる前記オイルと熱交換を行うオイル熱交換部と、を有し、
前記回転電機熱交換部は、前記冷媒の流れ方向において、前記気体熱交換部及び前記オイル熱交換部よりも下流側に設けられている、
回転電機用ハウジング。

【請求項2】

請求項１に記載の回転電機用ハウジングであって、
前記気体熱交換部、前記オイル熱交換部、及び前記回転電機熱交換部は、前記冷媒の流れ方向に沿って直列に設けられている、
回転電機用ハウジング。

【請求項3】

請求項１又は２に記載の回転電機用ハウジングであって、
前記気体流路及び前記冷媒流路の前記気体熱交換部は、前記回転電機の軸方向に延在し、
前記気体熱交換部を流れる前記冷媒の流れ方向は、前記気体流路を流れる前記気体の流れ方向と逆である、
回転電機用ハウジング。

【請求項4】

請求項１又は２に記載の回転電機用ハウジングであって、
前記オイル流路及び前記冷媒流路の前記オイル熱交換部は、前記回転電機の軸方向に延在し、
前記オイル熱交換部を流れる前記冷媒の流れ方向は、前記オイル流路を流れる前記オイルの流れ方向と逆である、
回転電機用ハウジング。

【請求項5】

請求項１又は２に記載の回転電機用ハウジングであって、
前記回転電機熱交換部は円筒形状を有し、
前記気体熱交換部及び前記オイル熱交換部は、前記回転電機熱交換部よりも径方向外側に配置されている、
回転電機用ハウジング。

【請求項6】

請求項５に記載の回転電機用ハウジングであって、
前記本体部は円筒形状の外側壁を有し、
前記外側壁は、
前記回転電機と外部機器との間で電力を授受するための電気端子が設けられた端子配置部と、
前記気体流路及び前記気体熱交換部が設けられた気体流路配置部と、
前記オイル流路及び前記オイル熱交換部が設けられたオイル流路配置部と、を有し、
前記端子配置部、前記気体流路配置部、及び前記オイル流路配置部は、前記本体部の周方向において略１２０度間隔で配置されている、
回転電機用ハウジング。

【請求項7】

請求項１又は２に記載の回転電機用ハウジングを積層造形により製造する製造方法であって、
前記本体部、前記気体流路、前記オイル流路、及び前記冷媒流路を一体に形成する、
製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、回転電機を収容可能な回転電機用ハウジング及びその製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、より多くの人々が手ごろで信頼でき、持続可能かつ先進的なエネルギーへのアクセスを確保できるようにするため、エネルギーの効率化に貢献する軽量化に関する研究開発が行われている。例えば、電動機や発電機といった回転電機を含むシステムの軽量化に関する研究開発が行われている。

【0003】

回転電機には、ガスタービンエンジンのような内燃機関が連結されることがある。例えば、特許文献１～４には、ガスタービンエンジンに連結された回転電機が記載されている。このような回転電機は、バッテリからの電力により回転してガスタービンエンジンを始動させたり、ガスタービンエンジンにより駆動されて発電を行ったりする。回転電機は回転時に発熱するので、回転電機を冷却する機構が設けられる。例えば、回転電機を収容するハウジングには、冷媒が流れる冷媒ジャケットが設けられる（例えば、特許文献１）。

【0004】

また、ガスタービンエンジンが連結された回転電機においては、ガスタービンエンジンから抽気した高温の圧縮エアを、熱交換器により冷却した後に回転電機に供給するものがある（例えば、特許文献１～３）。回転電機に供給された圧縮エアは、回転電機の冷却等を行う。

【0005】

また、回転電機には、例えばステータの冷却やベアリングの潤滑及び冷却のためにオイルが供給される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２０２２－１５７７８５号公報

【特許文献2】特表２０１７－５２７７２８号公報

【特許文献3】特開２００７－１５９２７７号公報

【特許文献4】特開２００２－１４７２４９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

ガスタービンエンジンから抽気した圧縮エアは高温であるので、回転電機に供給する前に圧縮エアを冷却する必要がある。また、回転電機の部品の冷却に用いられたオイルを循環させて再び回転電機に供給するとき、回転電機への供給前にオイルを冷却する必要がある。圧縮エアを冷却する熱交換器とオイルを冷却する熱交換器とをそれぞれ別体で設けると、回転電機及び各熱交換器を含むシステム全体が大型化する。

【0008】

そこで、ハウジングに設けられた冷媒ジャケットにより圧縮エア及びオイルを冷却することが想起される。冷媒ジャケットが回転電機との熱交換部に加えて圧縮エアとの熱交換部及びオイルとの熱交換部を備える場合、冷媒は回転電機のみならず圧縮エア及びオイルとも熱交換を行うので、熱交換性能を高く維持できる冷媒ジャケットの具現化には検討の余地があった。

【0009】

本発明は、気体及びオイルが供給される回転電機を収容可能であり、熱交換部の熱交換効率を向上させた回転電機用ハウジング及びその製造方法を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本発明は、
回転電機を収容可能な回転電機用ハウジングであって、
前記回転電機が収容される収容空間を有する本体部と、
前記本体部に設けられ、前記回転電機に供給される気体が流れる気体流路と、
前記本体部に設けられ、前記回転電機に供給されるオイルが流れるオイル流路と、
前記本体部に設けられ、内部に冷媒が流れる冷媒流路と、を備え、
前記冷媒流路は、
前記冷媒が前記回転電機と熱交換を行う回転電機熱交換部と、
前記冷媒が前記気体流路を流れる前記気体と熱交換を行う気体熱交換部と、
前記冷媒が前記オイル流路を流れる前記オイルと熱交換を行うオイル熱交換部と、を有し、
前記回転電機熱交換部は、前記冷媒の流れ方向において、前記気体熱交換部及び前記オイル熱交換部よりも下流側に設けられている。

【0011】

また、本発明は、
上記回転電機用ハウジングを積層造形により製造する製造方法であって、
前記本体部、前記気体流路、前記オイル流路、及び前記冷媒流路を一体に形成する。

【発明の効果】

【0012】

本発明によれば、熱交換部の熱交換効率を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】回転電機システム２の概略側面断面図である。

【図2】回転電機システム２に連結されたガスタービンエンジン９の概略側面断面図である。

【図3】回転電機１０を収容する回転電機用ハウジング２０の斜視図である。

【図4】図３のＡ－Ａ線で切った回転電機用ハウジング２０の断面の斜視図である。

【図5】気体熱交換部５２内の冷媒の流れ及び気体流路３０内の圧縮エアの流れを示す図である。

【図6】オイル熱交換部５６内の冷媒の流れ及びオイル流路４０内のオイルの流れを示す図である。

【図7】オイル熱交換部５６から回転電機熱交換部５１へと流れる冷媒の流れを示す図である。

【図8】回転電機熱交換部５１から冷媒排出口５０ｂまで流れる冷媒の流れを示す図である。

【図9】気体熱交換部５２、オイル熱交換部５６、及び回転電機熱交換部５１が直列に設けられた本実施形態の冷媒流路５０を示す図である。

【図10】気体熱交換部５２、オイル熱交換部５６、及び回転電機熱交換部５１が並列に設けられた比較例１の冷媒流路５０を示す図である。

【図11】気体熱交換部５２、オイル熱交換部５６、及び回転電機熱交換部５１が並列に設けられた比較例２の冷媒流路５０を示す図である。

【図12】図６のＢ－Ｂ線断面図であり、気体流路３０及び冷媒流路５０の気体熱交換部５２の詳細を示す図である。

【図13】図１２の部分Ｃの拡大図である。

【図14】図１２の部分Ｄの拡大図である。

【図15】気体流路３０の直線部３３及び気体熱交換部５２の直線部５３の断面を示す図である。

【図16】図６のＥ－Ｅ線断面図であり、オイル流路４０及び冷媒流路５０のオイル熱交換部５６の詳細を示す図である。

【図17】オイル流路４０の直線部４１及びオイル熱交換部５６の直線部５７の断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、本発明の回転電機用ハウジングの一実施形態について、添付図面に基づいて説明する。

【0015】

（複合動力システム）
先ず、複合動力システム１について説明する。複合動力システム１は、回転電機システム２とガスタービンエンジン９とを備える。図１は、回転電機システム２の概略側面断面図であり、図２は、回転電機システム２に連結された内燃機関であるガスタービンエンジン９の概略側面図である。なお、図１では、気体流路３０、オイル流路４０、及び冷媒流路５０を概念的に図示しており、これらの詳細な形状については図３～図８、及び図１２～図１７を参照して説明する。また、以下では、回転電機システム２の説明において、回転電機システム２の軸方向におけるガスタービンエンジン９側を第１端側とも称し、軸方向における第１端側とは反対側を第２端側とも称する。

【0016】

回転電機システム２とガスタービンエンジン９とは、同一軸線上に配置される。複合動力システム１は、例えば、ドローンのような飛翔体や船舶、自動車等における推進用の動力源、又は、航空機や船舶、建物等における補助電源の動力源として利用することができる。複合動力システム１は、マルチコプタ等の飛翔体に搭載されたときには、例えば、プロップやダクテッドファン等の揚力発生装置を構成するモータを回転付勢する動力駆動源として機能する。複合動力システム１は、船舶に搭載されたときにはスクリューの回転力発生装置として機能する。複合動力システム１は、自動車に搭載されたときにはモータを回転付勢する動力駆動源として機能する。この他、複合動力システム１をガスタービン発電設備に適用することも可能である。なお、本実施形態において、ガスタービンエンジン９は、後述する圧縮エアを回転電機システム２に供給する気体供給源を兼ねる。

【0017】

図１に示すように、回転電機システム２は、回転電機１０と、回転電機１０を収容可能な回転電機用ハウジング２０（以下、単にハウジング２０とも称する）とを備える。回転電機１０は、ハウジング２０の内側空間である収容空間Ｓ１に収容される。ハウジング２０の詳細については後述する。

【0018】

回転電機１０は、例えばモータジェネレータであり、不図示のバッテリからの電力により回転してガスタービンエンジン９を始動させたり、ガスタービンエンジン９により駆動されて発電を行ったりする。回転電機１０は、ロータ１１と、ステータ１４とを備える。

【0019】

ロータ１１は、ロータシャフト１２と、複数の永久磁石１３とを有する。ロータシャフト１２の軸方向の第１端側の端部１２ａ及び第２端側の端部１２ｂは、それぞれ一対のベアリング１８、１９を介してハウジング２０に支持されている。また、ロータシャフト１２の端部１２ａには、ガスタービンエンジン９の出力軸９４が連結されている。複数の永久磁石１３は、ロータシャフト１２に保持されている。

【0020】

ステータ１４は、ロータ１１の径方向外側に配置されている。ステータ１４は、電磁コイル１５と、複数の絶縁基材１６とを有する。電磁コイル１５は、Ｕ相コイル、Ｖ相コイル、及びＷ相コイルを有する三相コイルである。絶縁基材１６は、円環形状に配列されており、電磁コイル１５は、絶縁基材１６に巻回されている。

【0021】

ロータ１１とステータ１４との間には、円筒形状の隔壁６２が設けられている。隔壁６２は、ハウジング２０の第１端側の端部から第２端側の端部まで延在し、収容空間Ｓ１を、ロータ１１が収容される空間とステータ１４が収容される空間とに分割する。隔壁６２は、ロータ１１の外周面から径方向に若干離隔して配置されており、隔壁６２とロータ１１との間にエアギャップ１７が形成されている。

【0022】

回転電機１０には外部からオイルが供給される。本実施形態では、一対のベアリング１８、１９及びステータ１４に対してオイルが供給される。具体的に説明すると、一対のベアリング１８、１９に対して、不図示のオイル供給口から例えばジェット流状でオイルが供給され、ベアリング１８、１９は潤滑及び冷却される。また、ステータ１４に対して、ハウジング２０の第１端側に設けられたオイル供給口４６からオイルが供給される。ステータ１４に供給されたオイルは、ステータ１４を冷却し、ハウジング２０の第１端側に設けられたオイル排出口４７から排出される。

【0023】

図２に示すように、ガスタービンエンジン９は、コンプレッサ９１と、燃焼器９２と、タービン９３と、前述した出力軸９４とを備える。

【0024】

コンプレッサ９１は、外部から吸引したエアを圧縮して、圧縮エアを生成する。図２では、エア及び圧縮エアの流れを一点鎖線で示す。コンプレッサ９１は、出力軸９４に連結しており、回転電機１０のロータシャフト１２の回転又はタービン９３の回転により回転する。

【0025】

燃焼器９２には、コンプレッサ９１により生成された圧縮エアと、燃料供給源９５から噴射された燃料とが供給される。燃料は圧縮エアとともに燃焼し、高温の燃焼ガスとなる。燃焼ガスは、燃焼器９２よりも下流側に配置されたノズル９６を通って外部に排出される。

【0026】

タービン９３は、出力軸９４に連結されている。タービン９３はノズル９６内に設けられており、燃焼器９２で生成された燃焼ガスの排気流により回転する。タービン９３が回転することにより、出力軸９４に連結されたロータシャフト１２も回転する。これにより、回転電機１０は発電を行う。コンプレッサ９１及びタービン９３は、回転電機１０が不図示のバッテリからの電力により回転することで回転を開始するが、出力軸９４が高速回転状態となった後はバッテリから回転電機１０への電力供給は停止される。

【0027】

ガスタービンエンジン９は、コンプレッサ９１の径方向外側に設けられ、ハウジング２０と連結する脚部９７を備える。脚部９７は、周方向に沿って所定の間隔を空けて複数（例えば６つ）設けられており、隣り合う脚部９７の隙間からエアがコンプレッサ９１へ流入する。

【0028】

ガスタービンエンジン９は、抽気流路９８をさらに備える。抽気流路９８は、脚部９７に設けられている。コンプレッサ９１には抽気口９１ａが設けられており、抽気流路９８は、抽気口９１ａと、ハウジング２０に設けられた気体入口部２８とを連通する。これにより、圧縮エアの一部は、抽気口９１ａから抽気流路９８に流れ、抽気流路９８及び気体入口部２８を経て、ハウジング２０の気体流路３０に流入する。気体流路３０の詳細は後述する。

【0029】

圧縮エアは、気体流路３０を流れた後、図１に示すように、気体流路３０の第２端側に設けられた気体供給部３０ａから収容空間Ｓ１に供給される。より詳細には、圧縮エアは、収容空間Ｓ１のうち隔壁６２の径方向内側のロータ１１が収容される空間に供給される。図１では圧縮エアの流れを一点鎖線で示す。収容空間Ｓ１に供給された圧縮エアは、ベアリング１９、ロータ１１とステータ１４との間のエアギャップ１７、及びベアリング１８に流れる。ベアリング１８、１９に流れた圧縮エアは、ベアリング１８、１９に供給されたオイルがロータ１１に飛散しないようエアカーテンとして機能する。エアギャップ１７に進入した圧縮エアは、ロータ１１の回転によりエアギャップ１７で熱が発生することを抑制する。圧縮エアは、ベアリング１８、１９を通過して、不図示の排出口から回転電機システム２の外部に排出される。

【0030】

（回転電機用ハウジング）
続いて、ハウジング２０について説明する。図３は、ハウジング２０の斜視図である。図４は、図３のＡ－Ａ線で切った断面の斜視図である。

【0031】

ハウジング２０は、本体部２１と、気体流路３０と、オイル流路４０と、冷媒流路５０とを備える。

【0032】

本体部２１は、回転電機１０が収容される収容空間Ｓ１を有する部材である。本体部２１は円筒形状の外側壁２２を有する。外側壁２２は、端子配置部２３と、気体流路配置部２４と、オイル流路配置部２５とを有する。端子配置部２３には、回転電機１０と外部機器（不図示）との間で電力を授受するための電気端子が設けられる。具体的には、端子配置部２３には、電磁コイル１５のＵ相端子、Ｖ相端子、及びＷ相端子（不図示）が配置される。気体流路配置部２４には、圧縮エアが流れる気体流路３０と冷媒が流れる気体熱交換部５２（後述）とが設けられる。気体流路配置部２４は、回転電機１０の軸方向に沿って延在する。オイル流路配置部２５には、オイルが流れるオイル流路４０と冷媒が流れるオイル熱交換部５６（後述）とが設けられる。オイル流路配置部２５は、回転電機１０の軸方向に沿って延在する。

【0033】

端子配置部２３、気体流路配置部２４、及びオイル流路配置部２５は、外側壁２２の周方向において、略１２０度間隔で配置されている。このような等間隔の配置関係により、ハウジング２０の重心位置の偏りを抑制できる。

【0034】

外側壁２２は、回転電機１０の軸方向に延在する複数のリブ２９を有する。複数のリブ２９は、外側壁２２の周方向全体に渡って等間隔に設けられる。複数のリブ２９により、ハウジング２０の剛性を向上させることができる。

【0035】

本体部２１は、前述した外側壁２２と、外側壁２２の内周面から径方向に隙間を隔てて設けられる内側壁２６とを有し、すなわち二重円筒形状を有する。内側壁２６の径方向内側の空間が、前述した収容空間Ｓ１に相当する。

【0036】

本体部２１は、外側壁２２の第１端側に設けられた底壁２７をさらに有する。底壁２７は、略円板形状を有し、不図示のボルトによりガスタービンエンジン９の脚部９７に取り付けられる。底壁２７は、内側壁２６とともに収容空間Ｓ１を区画形成する。底壁２７には、ロータシャフト１２が挿通される貫通孔６８が設けられており、ベアリング１８を介してロータシャフト１２の端部１２ａを支持する。

【0037】

底壁２７には、ガスタービンエンジン９の抽気流路９８と気体流路３０とに連通した気体入口部２８が設けられている。気体入口部２８は、ガスタービンエンジン９から抽気した圧縮エアを気体流路３０へ案内する流路である。

【0038】

また、図３では図示を省略するが、図１に示すように、本体部２１には、外側壁２２の第２端側の端部に設けられるロータ支持部６４をさらに有する。ロータ支持部６４にはロータシャフト１２が挿通される貫通孔６９が設けられており、ベアリング１９を介してロータシャフト１２の端部１２ｂを支持する。ロータ支持部６４は、内側壁２６及び底壁２７とともに収容空間Ｓ１を区画形成する。また、ロータ支持部６４には、回転パラメータを検出するレゾルバ６５と、レゾルバ６５を保持するレゾルバホルダ６６とが設けられている。

【0039】

気体流路３０は、本体部２１に設けられ、回転電機１０に供給される気体が流れる流路である。気体流路３０は、本体部２１の気体流路配置部２４に設けられており、回転電機１０の軸方向に延在している。詳しく説明すると、気体流路３０は、軸方向における第１端側が気体入口部２８を介してガスタービンエンジン９の抽気流路９８に連通しており、気体流路３０には高温の圧縮エアが流れる。気体流路３０の第２端側は、収容空間Ｓ１に連通しており、圧縮エアを収容空間Ｓ１に供給する気体供給部３０ａを有する。高温の圧縮エアは、気体流路３０を流れる間に気体熱交換部５２により冷却され、気体供給部３０ａから収容空間Ｓ１に供給される。

【0040】

オイル流路４０は、本体部２１に設けられ、回転電機１０に供給されるオイルが流れる流路である。オイル流路４０は、本体部２１のオイル流路配置部２５に設けられており、回転電機１０の軸方向に延在している。オイル流路４０は、第２端側に設けられたオイル流入口４０ａと、第１端側に設けられたオイル流出口４０ｂとを有する。

【0041】

オイルの流れについて詳しく説明すると、前述のとおり、ハウジング２０に設けられたオイル供給口４６（図１参照）から収容空間Ｓ１に供給されたオイルは、ステータ１４を冷却した後、オイル排出口４７から収容空間Ｓ１の外部に排出される。オイル排出口４７は、不図示の接続管（例えばホース）を介してオイル流路４０のオイル流入口４０ａに連通している。ステータ１４から熱を受け取って高温となったオイルは、オイル排出口４７からオイル流入口４０ａまで案内される。その後、オイルは、オイル流路４０を流れてオイル熱交換部５６により冷却される。オイル熱交換部５６により冷却されたオイルは、オイル流出口４０ｂから不図示の接続管及びオイルポンプを介して再びオイル供給口４６から収容空間Ｓ１に供給される。このように、オイルは循環して回転電機１０に供給される。

【0042】

図５～図８は、冷媒流路５０内の冷媒の流れを示す。冷媒流路５０は、本体部２１に設けられ、内部に冷媒（例えば冷却水）が流れる流路であり、いわゆるウォータジャケットである。冷媒流路５０は、冷媒が外部から流入する冷媒供給口５０ａと、冷媒が外部へ流出する冷媒排出口５０ｂとを有する。

【0043】

図３～図８に示すように、冷媒流路５０は、回転電機熱交換部５１と、気体熱交換部５２と、オイル熱交換部５６とを有する。詳細は後述するが、冷媒は、冷媒供給口５０ａから冷媒流路５０に流入し、気体熱交換部５２、オイル熱交換部５６、回転電機熱交換部５１の順に流れ、冷媒排出口５０ｂから冷媒流路５０の外部に排出される。

【0044】

回転電機熱交換部５１は、冷媒が回転電機１０と熱交換を行うことにより、回転電機１０の各部品（特にステータ１４）を冷却する。回転電機熱交換部５１は、円筒形状を有し、本体部２１の外側壁２２と内側壁２６との間の空間に流れる冷媒の流路である。

【0045】

気体熱交換部５２は、冷媒が気体流路３０を流れる圧縮エアと熱交換を行うことにより、圧縮エアを冷却する。気体熱交換部５２は、本体部２１の気体流路配置部２４に設けられており、回転電機１０の軸方向に延在する。

【0046】

オイル熱交換部５６は、冷媒がオイル流路４０を流れるオイルと熱交換を行うことにより、オイルを冷却する。オイル熱交換部５６は、本体部２１のオイル流路配置部２５に設けられており、回転電機１０の軸方向に延在する。

【0047】

気体熱交換部５２及びオイル熱交換部５６は、回転電機熱交換部５１よりも径方向外側に配置されている。このような構成により、ハウジング２０が軸方向に大きくなることを抑制できる。

【0048】

冷媒流路５０は、回転電機熱交換部５１に加えて、気体熱交換部５２及びオイル熱交換部５６を有するので、回転電機１０に供給される圧縮エア及びオイルの冷却は、冷媒流路５０により行われる。換言すると、回転電機１０を冷却する機能、圧縮エアを冷却する機能、及びオイルを冷却する機能が冷媒流路５０に集約されているので、圧縮エア及びオイルを冷却する熱交換器を冷媒流路５０とは別に設ける必要がない。したがって、本実施形態のハウジング２０は、回転電機１０、圧縮エア、及びオイルを冷却する熱交換機構をコンパクトにすることができる。

【0049】

ところで、回転電機１０は高速回転により放熱量が大きい。よって、回転電機１０の放熱量は、気体流路３０及びオイル流路４０を流れる圧縮エア及びオイルの放熱量よりも大きくなる。

【0050】

そこで、回転電機１０、気体流路３０、及びオイル流路４０の放熱量を考慮して、回転電機熱交換部５１は、冷媒の流れ方向において、気体熱交換部５２及びオイル熱交換部５６よりも下流側に設けられる。回転電機熱交換部５１を下流側に配置することで、冷媒は、回転電機１０と熱交換を行って温度が高くなる前に圧縮エア及びオイルと熱交換を行うので、圧縮エア及びオイルを十分に冷却することができる。さらには、圧縮エア及びオイルの放熱量は回転電機１０の放熱量と比べると小さいので、冷媒の温度は圧縮エア及びオイルと熱交換を行った後でも大きくは上昇しない。よって、回転電機熱交換部５１における冷媒と回転電機１０との熱交換効率は、冷媒が圧縮エア及びオイルと熱交換を行った後でも依然として高い。

【0051】

続いて、図５～図８を参照して冷媒の流れを詳しく説明する。図５に示すように、冷媒供給口５０ａから流入した冷媒は先ず気体熱交換部５２を流れ、気体流路３０を流れる圧縮エアと熱交換する。気体熱交換部５２では、冷媒は第２端側から第１端側に向かって流れる。次に、冷媒は、気体熱交換部５２とオイル熱交換部５６とを連結する中継流路６０を流れる。中継流路６０は、外側壁２２の周方向に沿って設けられた流路である。次に、図６に示すように、冷媒はオイル熱交換部５６を流れ、オイル流路４０を流れるオイルと熱交換する。オイル熱交換部５６では、冷媒は第１端側から第２端側に向かって流れる。図７に示すように、オイル熱交換部５６と回転電機熱交換部５１とは第２端側において接続しており、冷媒は回転電機熱交換部５１に流入する。冷媒は、回転電機熱交換部５１を流れ、回転電機１０、特にステータ１４と熱交換する。ここで、冷媒がオイル熱交換部５６から回転電機熱交換部５１に流入するとき、冷媒は時計回りで流れる経路と反時計回りで流れる経路とで分岐する。これにより、円筒形状の回転電機熱交換部５１に流れる冷媒の流量分布に偏りが生じることを抑制できる。図８に示すように、回転電機熱交換部５１では、冷媒は第２端側から第１端側に向かって流れ、第１端側に設けられた冷媒排出口５０ｂから冷媒流路５０の外部に排出される。

【0052】

図９は、冷媒が循環して流れる循環流路８を示す。冷媒流路５０は、循環流路８の一部を構成する。循環流路８にはポンプ８１及び冷媒熱交換器８２が設けられている。ポンプ８１及び冷媒熱交換器８２は、回転電機システム２の外部に設けられている。冷媒流路５０の冷媒排出口５０ｂから排出された冷媒は、冷媒熱交換器８２により冷却された後、再び冷媒流路５０に供給される。

【0053】

以上説明したように、気体熱交換部５２、オイル熱交換部５６、及び回転電機熱交換部５１は、冷媒の流れ方向に沿って直列に設けられている。このような構成によると、各熱交換部５２、５６、５１に必要な冷媒の流量（すなわち、回転電機１０、圧縮エア、及びオイルを十分に冷却するために必要な冷媒の流量）がそれぞれＱであるときは、図９に示すように、流量Ｑで冷媒を冷媒流路５０に送り出すことのできるポンプ８１を１つ設ければよい。

【0054】

図１０は、回転電機熱交換部５１、気体熱交換部５２、及びオイル熱交換部５６が並列に設けられた比較例１を示す。この場合、各熱交換部５２、５６、５１に必要な冷媒の流量がそれぞれＱであるときは、本実施形態と比較して３倍の流量（すなわち流量３Ｑ）で冷媒を冷媒流路５０に送り出す大容量ポンプ８１Ａが必要となる。一方で、本実施形態では、流量Ｑで冷媒を冷媒流路５０に送り出すことのできるポンプ８１を１つ設けるだけでよいので、ポンプの小型化を図ることができる。

【0055】

図１１は、回転電機熱交換部５１、気体熱交換部５２、及びオイル熱交換部５６が並列に設けられた比較例２を示す。比較例２では、比較例１とは異なり、大容量ポンプ８１Ａではなく、本実施形態と同様のポンプ８１を用いている。この場合、各熱交換部５２、５６、５１に必要な冷媒の流量がそれぞれＱであるときは、各熱交換部５１、５２、５６に流量Ｑを送り出すことのできるポンプ８１が３つ必要となる。一方で、本実施形態では、ポンプ８１は１つ設けるだけでよいので、ポンプの数を削減できる。

【0056】

本実施形態では、気体熱交換部５２、オイル熱交換部５６、及び回転電機熱交換部５１が冷媒の流れ方向に沿って直列に設けられているので、冷媒流路５０を流れる冷媒の全体の流量が大きくなることを抑制できる。また、熱交換部５１、５２、５６が並列に設けられている場合と異なり、流路の分岐がないので、分岐による圧力損失を低減できる。

【0057】

このように、熱交換部５２、５６、５１を直列に設けて、且つ、回転電機熱交換部５１を気体熱交換部５２及びオイル熱交換部５６よりも下流側に設けることで、冷媒の全体の流量が大きくなることを抑制しつつ、且つ高い熱交換効率を実現できる。

【0058】

続いて、気体流路３０及び気体熱交換部５２の構造について、その詳細を説明する。図１２は、図６中のＢ－Ｂ線断面図である。図１３及び図１４は、それぞれ図１２中のＣ部分及びＤ部分の拡大図である。図１５は、気体流路３０及び気体熱交換部５２の流路断面を図示した斜視図である。

【0059】

図１２に示すように、気体流路３０及び気体熱交換部５２は、回転電機１０の軸方向に延在する複数の直線部３３、５３をそれぞれ有する。図１５に示すように、気体流路３０の複数の直線部３３は、千鳥状に配置されており、各直線部３３は、気体熱交換部５２の複数の直線部５３に壁部を挟んで囲まれて配置されている。このような配置により、圧縮エアと冷媒との熱交換効率を向上させることができる。なお、本実施形態では、気体流路３０の各直線部３３の断面は六芒星形状を有し、気体熱交換部５２の各直線部５３の断面は円形状を有するが、これらの形状は任意である。

【0060】

図１２～図１４に示すように、気体流路３０の直線部３３を流れる圧縮エアの流れ方向と、気体熱交換部５２の直線部５３を流れる冷媒の流れ方向とは、逆である。 すなわち、圧縮エアと冷媒とは対向流を形成する。具体的に説明すると、気体流路３０内の圧縮エアは、軸方向における第１端側から第２端側に向かって流れ、気体熱交換部５２内の冷媒は、第２端側から第１端側に向かって流れる。

【0061】

図１３に示すように、気体流路３０には、各直線部３３の流入口３３ａに連通し、直線部３３に導入される圧縮エアが流入する入口側気体室３４が設けられている。さらに、図１４に示すように、気体熱交換部５２には、各直線部５３の流入口５３ａに連通し、直線部５３に導入される冷媒が流入する入口側冷媒室５４が設けられている。入口側気体室３４及び入口側冷媒室５４には、一時的にそれぞれ圧縮ガス及び冷媒が貯留する。気体流路３０の各直線部３３の流入口３３ａが入口側気体室３４に連通しており、且つ、気体熱交換部５２の各直線部５３の流入口５３ａが入口側冷媒室５４に連通しているので、前述したような、圧縮エアと冷媒との対向流を形成することができる。対向流により、気体熱交換部５２を大型化することなくハウジング２０の限られたスペース内で、圧縮エアと冷媒との熱交換効率を向上させることができる。

【0062】

また、図１４に示すように、気体流路３０には、各直線部３３の流出口３３ｂに連通し、直線部３３から流出した圧縮エアを集約する出口側気体室３５が設けられている。さらに、図１３に示すように、気体熱交換部５２には、各直線部５３の流出口５３ｂに連通し、直線部５３から流出した冷媒を集約する出口側冷媒室５５が設けられている。出口側気体室３５及び出口側冷媒室５５には、一時的にそれぞれ圧縮ガス及び冷媒が貯留する。出口側気体室３５及び出口側冷媒室５５により、気体流路３０の各直線部３３の流出口３３ｂから流れた圧縮エアを集約でき、且つ、気体熱交換部５２の各直線部５３の流出口５３ｂから流れた冷媒を集約できる。

【0063】

本体部２１の外側壁２２には、出口側気体室３５と気体供給部３０ａとに連通する中継流路３６が設けられている。出口側気体室３５に集約された圧縮エアは、中継流路３６を介して、気体供給部３０ａから収容空間Ｓ１に導入される。また、出口側冷媒室５５は中継流路６０と連通しており、出口側冷媒室５５に集約された冷媒は、中継流路６０へと流れる。

【0064】

図１２～図１４に示すように、気体流路３０の入口側気体室３４は、気体熱交換部５２の出口側冷媒室５５の内側に設けられており、気体流路３０の出口側気体室３５は、気体熱交換部５２の入口側冷媒室５４の内側に設けられている。圧縮エアが冷媒に囲まれる構成であるので、圧縮エアと冷媒との熱交換効率を向上させることができる。

【0065】

続いて、オイル流路４０及びオイル熱交換部５６の構造について、その詳細を説明する。図１６は、図６中のＥ－Ｅ線断面図であり、オイル流路４０及びオイル熱交換部５６の詳細を示す。図１７は、オイル流路４０及びオイル熱交換部５６の流路断面図である。

【0066】

図１６に示すように、オイル流路４０及びオイル熱交換部５６は、回転電機１０の軸方向に延在する複数の直線部４１、５７をそれぞれ有する。図１７に示すように、オイル流路４０の各直線部４１は、オイル熱交換部５６の複数の直線部５７に壁部を挟んで囲まれて配置されている。このような配置により、オイルと冷媒との熱交換効率を向上させることができる。

【0067】

オイル流路４０の直線部４１を流れるオイルの流れ方向と、オイル熱交換部５６の直線部５７を流れる冷媒の流れ方向とは、逆である。 すなわち、オイルと冷媒とは対向流を形成する。具体的に説明すると、オイル流路４０内のオイルは、軸方向における第２端側から第１端側に向かって流れ、オイル熱交換部５６内の冷媒は、第１端側から第２端側に向かって流れる。

【0068】

オイル流路４０には、各直線部４１の流入口４１ａに連通し、直線部４１に導入されるオイルが流入する入口側オイル室４２が設けられている。入口側オイル室４２は、オイル流入口４０ａに連通している。さらに、オイル熱交換部５６には、各直線部５７の流入口５７ａに連通し、直線部５７に導入される冷媒が流入する入口側冷媒室５８が設けられている。入口側冷媒室５８は、中継流路６０に連通している（図６参照）。入口側オイル室４２及び入口側冷媒室５８には、一時的にそれぞれオイル及び冷媒が貯留する。オイル流路４０の各直線部４１の流入口４１ａが入口側オイル室４２に連通しており、且つ、オイル熱交換部５６の各直線部５７の流入口５７ａが入口側冷媒室５８に連通しているので、前述したような、オイルと冷媒との対向流を形成することができる。対向流により、オイル熱交換部５６を大型化することなくハウジング２０の限られたスペース内で、オイルと冷媒との熱交換効率を向上させることができる。

【0069】

また、オイル流路４０には、各直線部４１の流出口４１ｂに連通し、直線部４１から流出したオイルを集約する出口側オイル室４３が設けられている。さらに、オイル熱交換部５６には、各直線部５７の流出口５７ｂに連通し、直線部５７から流出した冷媒を集約する出口側冷媒室５９が設けられている。出口側オイル室４３及び出口側冷媒室５９には、一時的にそれぞれオイル及び冷媒が貯留する。このような構成により、オイル流路４０の各直線部４１の流出口４１ｂから流出したオイルを集約でき、且つ、オイル熱交換部５６の各直線部５７の流出口５７ｂから流出した冷媒を集約できる。

【0070】

出口側オイル室４３はオイル流出口４０ｂに連通しており、出口側オイル室４３に集約されたオイルは、オイル流出口４０ｂから不図示の接続管を経由して、オイル供給口４６から収容空間Ｓ１に供給される。また、出口側冷媒室５９は回転電機熱交換部５１と連通しており、出口側冷媒室５９に集約された冷媒は、回転電機熱交換部５１へと流れる（図７参照）。

【0071】

オイル流路４０の入口側オイル室４２は、オイル熱交換部５６の出口側冷媒室５９の内側に設けられており、オイル流路４０の出口側オイル室４３は、オイル熱交換部５６の入口側冷媒室５８の内側に設けられている。オイルが冷媒に囲まれる構成であるので、オイルと冷媒との熱交換効率を向上させることができる。

【0072】

続いて、図３及び図４に戻り、気体流路３０、気体熱交換部５２、オイル流路４０、及びオイル熱交換部５６の配置に関して説明する。

【0073】

気体流路３０及び気体熱交換部５２は、隣り合うリブ２９の間に設けられている。また、オイル流路４０及びオイル熱交換部５６は、気体流路３０及び気体熱交換部５２とは異なる位置において、隣り合うリブ２９の間に設けられている。回転電機１０が高速回転するとき、遠心力によりハウジング２０には大きな荷重が加わる。しかしながら、気体流路３０、気体熱交換部５２、オイル流路４０、及びオイル熱交換部５６は隣り合うリブ２９の間に設けられるので、気体流路３０、気体熱交換部５２、オイル流路４０、及びオイル熱交換部５６に掛かる荷重を遮断し、これらの耐久性や信頼性を向上させることができる。

【0074】

さらに、気体流路３０及び気体熱交換部５２は、隣り合うリブ２９と連続して設けられている。同様に、オイル流路４０及びオイル熱交換部５６は、隣り合うリブ２９と連続して設けられている。リブ２９と連続して（すなわち一体に）設けることにより、気体流路３０、気体熱交換部５２、オイル流路４０、及びオイル熱交換部５６に掛かる荷重を遮断することができる。

【0075】

気体流路３０及び気体熱交換部５２は複数（本実施形態ではそれぞれ３つ）設けられており、各気体流路３０及び各気体熱交換部５２は隣り合うリブ２９の間に設けられている。気体流路３０及び気体熱交換部５２を複数設けることでこれらの流路断面積が大きくなるので、収容空間Ｓ１に供給する圧縮エアの流量を大きくしたり、圧縮エアを十分に冷却できるよう冷媒の流量を大きくしたりすることができる。

【0076】

同様に、オイル流路４０及びオイル熱交換部５６は複数（本実施形態ではそれぞれ３つ）設けられており、各オイル流路４０及び各オイル熱交換部５６は隣り合うリブ２９の間に設けられている。オイル流路４０及びオイル熱交換部５６を複数設けることでこれらの流路断面積が大きくなるので、収容空間Ｓ１に供給するオイルの流量を大きくしたり、オイルを十分に冷却できるよう冷媒の流量を大きくしたりすることができる。

【0077】

（回転電機用ハウジングの製造方法）
本実施形態のハウジング２０は、例えば、金属粉末材料を一層ずつ積層凝固させて三次元の複雑な形状の部品を製造することができる付加製造技術（Additive Manufacturing技術、以下ＡＭ技術とも称する）で一体に形成される。ＡＭ技術により、従来の機械加工や鋳造のような製造方法では製造が困難であった微細で複雑な三次元形状の部品を製造することができる。

【0078】

本実施形態では、ＡＭ技術により、本体部２１、気体流路３０、オイル流路４０、及び冷媒流路５０を一体に形成する。 本実施形態の気体流路３０、オイル流路４０、及び冷媒流路５０は、微細で且つ複雑な形状を有するが、例えば底壁２７から第２端側に向かって金属粉末材料を一層ずつ積層凝固させることで、一体に形成することが可能となる。

【0079】

以上、本発明の一実施形態について、添付図面を参照しながら説明したが、本発明は、かかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例又は修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。また、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上記実施形態における各構成要素を任意に組み合わせてもよい。

【0080】

例えば、前述した実施形態では、冷媒流路５０のオイル熱交換部５６を気体熱交換部５２よりも下流側に設けたが、オイル熱交換部５６を気体熱交換部５２よりも上流側に設けてもよい。また、気体熱交換部５２とオイル熱交換部５６とを並列に設けてもよい。

【0081】

また、前述した実施形態では、気体流路３０及び気体熱交換部５２を３つ設け、オイル流路４０及びオイル熱交換部５６を３つ設けたが、これらの数は任意である。例えば、気体流路３０及び気体熱交換部５２を１つだけ設けてもよいし、オイル流路４０及びオイル熱交換部５６を１つだけ設けてもよい。

【0082】

本明細書には少なくとも以下の事項が記載されている。括弧内には上記した実施形態において対応する構成要素等を一例として示しているが、これに限定されるものではない。

【0083】

（１） 回転電機（回転電機１０）を収容可能な回転電機用ハウジング（回転電機用ハウジング２０）であって、
前記回転電機が収容される収容空間（収容空間Ｓ１）を有する本体部（本体部２１）と、
前記本体部に設けられ、前記回転電機に供給される気体（圧縮エア）が流れる気体流路（気体流路３０）と、
前記本体部に設けられ、前記回転電機に供給されるオイルが流れるオイル流路（オイル流路４０）と、
前記本体部に設けられ、内部に冷媒が流れる冷媒流路（冷媒流路５０）と、を備え、
前記冷媒流路は、
前記冷媒が前記回転電機と熱交換を行う回転電機熱交換部（回転電機熱交換部５１）と、
前記冷媒が前記気体流路を流れる前記気体と熱交換を行う気体熱交換部（気体熱交換部５２）と、
前記冷媒が前記オイル流路を流れる前記オイルと熱交換を行うオイル熱交換部（オイル熱交換部５６）と、を有し、
前記回転電機熱交換部は、前記冷媒の流れ方向において、前記気体熱交換部及び前記オイル熱交換部よりも下流側に設けられている、
回転電機用ハウジング。

【0084】

（１）によれば、冷媒流路において、放熱量の大きい回転電機と熱交換を行う回転電機熱交換部が下流側に設けられているので、冷媒は温度が高くなる前に気体及びオイルと熱交換を行う。よって、気体及びオイルを十分に冷却でき、熱交換効率を向上させることができる。

【0085】

（２） （１）に記載の回転電機用ハウジングであって、
前記気体熱交換部、前記オイル熱交換部、及び前記回転電機熱交換部は、前記冷媒の流れ方向に沿って直列に設けられている、
回転電機用ハウジング。

【0086】

回転電機熱交換部、気体熱交換部、及びオイル熱交換部が並列に設けられている場合、これらに必要な流量を流すためには、冷媒の全体の流量を大きくする必要がある。（２）によれば、気体熱交換部、オイル熱交換部、及び回転電機熱交換部が冷媒の流れに沿って直列に設けられているので、冷媒の全体の流量が大きくなることを抑制できる。

【0087】

（３） （１）又は（２）に記載の回転電機用ハウジングであって、
前記気体流路及び前記冷媒流路の前記気体熱交換部は、前記回転電機の軸方向に延在し、
前記気体熱交換部を流れる前記冷媒の流れ方向は、前記気体流路を流れる前記気体の流れ方向と逆である、
回転電機用ハウジング。

【0088】

（３）によれば、気体と冷媒とで対向流を形成するので、気体と冷媒との熱交換効率を向上させることができる。

【0089】

（４） （１）から（３）のいずれかに記載の回転電機用ハウジングであって、
前記オイル流路及び前記冷媒流路の前記オイル熱交換部は、前記回転電機の軸方向に延在し、
前記オイル熱交換部を流れる前記冷媒の流れ方向は、前記オイル流路を流れる前記オイルの流れ方向と逆である、
回転電機用ハウジング。

【0090】

（４）によれば、オイルと冷媒とで対向流を形成するので、オイルと冷媒との熱交換効率を向上させることができる。

【0091】

（５） （１）から（４）のいずれかに記載の回転電機用ハウジングであって、
前記回転電機熱交換部は円筒形状を有し、
前記気体熱交換部及び前記オイル熱交換部は、前記回転電機熱交換部よりも径方向外側に配置されている、
回転電機用ハウジング。

【0092】

（５）によれば、回転電機用ハウジングが軸方向に大きくなることを抑制できる。

【0093】

（６） （５）に記載の回転電機用ハウジングであって、
前記本体部は円筒形状の外側壁（外側壁２２）を有し、
前記外側壁は、
前記回転電機と外部機器との間で電力を授受するための電気端子が設けられた端子配置部（端子配置部２３）と、
前記気体流路及び前記気体熱交換部が設けられた気体流路配置部（気体流路配置部２４）と、
前記オイル流路及び前記オイル熱交換部が設けられたオイル流路配置部（オイル流路配置部２５）と、を有し、
前記端子配置部、前記気体流路配置部、及び前記オイル流路配置部は、前記本体部の周方向において略１２０度間隔で配置されている、
回転電機用ハウジング。

【0094】

（６）によれば、回転電機用ハウジングの重心位置の偏りを抑制できる。

【0095】

（７） （１）から（６）のいずれかに記載の回転電機用ハウジングを積層造形により製造する製造方法であって、
前記本体部、前記気体流路、前記オイル流路、及び前記冷媒流路を一体に形成する、
製造方法。

【0096】

（７）によれば、積層造形により、本体部、気体流路、オイル流路、及び冷媒流路を一体に形成することができる。これにより、気体と冷媒との熱交換やオイルと冷媒との熱交換とを効率的に行うことができるような、複雑な形状を有する気体流路、オイル流路、及び冷媒流路を作り出すことができる。

【符号の説明】

【0097】

１０ 回転電機
２０ 回転電機用ハウジング
２１ 本体部
２２ 外側壁
２３ 端子配置部
２４ 気体流路配置部
２５ オイル流路配置部
３０ 気体流路
４０ オイル流路
５０ 冷媒流路
５１ 回転電機熱交換部
５２ 気体熱交換部
５６ オイル熱交換部
Ｓ１ 収容空間

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】