特許 7552453 回転機

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-09-09

(45)【発行日】2024-09-18

(54)【発明の名称】回転機

(51)【国際特許分類】

   H02K 9/19 20060101AFI20240910BHJP

   H02K 5/20 20060101ALI20240910BHJP

【ＦＩ】

H02K9/19 A

H02K5/20

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2021040055

(22)【出願日】2021-03-12

(65)【公開番号】P2022139596

(43)【公開日】2022-09-26

【審査請求日】2023-08-30

(73)【特許権者】

【識別番号】000006105

【氏名又は名称】株式会社明電舎

(74)【代理人】

【識別番号】100114775

【弁理士】

【氏名又は名称】高岡 亮一

(74)【代理人】

【識別番号】100121511

【弁理士】

【氏名又は名称】小田 直

(74)【代理人】

【識別番号】100116001

【弁理士】

【氏名又は名称】森 俊秀

(74)【代理人】

【識別番号】100208580

【弁理士】

【氏名又は名称】三好 玲奈

(72)【発明者】

【氏名】山岸 真之

【審査官】北川 大地

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１２－０６５３８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－０４５９０９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－０１１８３９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｋ ９／１９

Ｈ０２Ｋ ３／２４

Ｈ０２Ｋ ５／２０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

鉛直方向と直交する中心軸に沿って延びるシャフトと前記シャフトの径方向外側に固定されるロータコアとを有するロータと、
前記ロータの径方向外側にエアギャップを介して配置されるステータコアと前記ステータコアに巻き回されるステータコイルとを有するステータと、
前記ロータ及び前記ステータを軸方向一方側から覆うブラケットと、
を備え、
前記ステータコイルは、周方向全周に亘って前記ステータコアよりも軸方向一方側に突出するコイルエンドを有し、
前記コイルエンドの上側に配置され前記コイルエンドを冷却する冷却液を吐出する吐出口と、
前記吐出口から吐出された冷却液の流下位置に間隔を空けて複数配置された流速低減部と、
をさらに備え、
前記ブラケットは、軸方向他方側に前記流速低減部を有し、
前記ブラケットの軸方向一方側であって少なくとも一部が前記流速低減部と軸方向で対向する位置に配置され、冷媒が流れる流路を有し、前記冷媒によって前記ブラケットを介して前記流速低減部を冷却する冷却部材をさらに備える、
回転機。

【請求項2】

前記流速低減部は、軸方向に延びる円柱形状部材であり、
前記流速低減部の軸方向他方側端は、前記コイルエンドの軸方向一方側端よりも軸方向他方側に位置する、
請求項１に記載の回転機。

【請求項3】

前記流速低減部は、前記コイルエンドの径方向内側且つ前記シャフトよりも下側に配置される、
請求項１又は２に記載の回転機。

【請求項4】

複数配置された前記流速低減部のうちの一の流速低減部は、該一の流速低減部と鉛直方向で隣接する他の流速低減部と、鉛直方向及び軸方向と直交する方向にずれている、
請求項１から３のいずれか１項に記載の回転機。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、回転機に関し、特に回転機のコイルエンドを冷却する冷却構造に関する。

【背景技術】

【0002】

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。

【0003】

特許文献１では、コイルエンドの上側に冷媒吐出用開口を設け、冷媒吐出用開口から流れ落ちる冷媒によってコイルエンドを冷却する構造を開示している。

【0004】

また特許文献２では、冷却液を径方向内側且つ下方向へ誘導する突条部と、突条部に誘導された冷却液を捕集する捕集部とを備え、捕集部で捕集した冷却液を滴下部でコイルエンドに滴下することでコイルエンドを冷却する構造を開示している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２０１１－１５５８０４号公報

【文献】特開２０１２－０６５３８４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら特許文献１では、上側のコイルエンドを通過した冷媒は、下側のコイルエンドに衝突したときに落下の勢いで飛散し、下側のコイルエンドを十分に冷却できないという問題があった。

【0007】

また特許文献２では、下側のコイルエンドのうち滴下部の直下位置しか冷却できないし、構成が複雑であるという問題があった。

【0008】

すなわち、従来はコイルエンドの冷却に改善の余地があった。

【0009】

本発明は、コイルエンドの冷却について改善した回転機を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本発明の一態様に係る回転機は、鉛直方向と直交する中心軸に沿って延びるシャフトと前記シャフトの径方向外側に固定されるロータコアとを有するロータと、前記ロータの径方向外側にエアギャップを介して配置されるステータコアと前記ステータコアに巻き回されるステータコイルとを有するステータと、前記ロータ及び前記ステータを軸方向一方側から覆うブラケットと、を備え、前記ステータコイルは、周方向全周に亘って前記ステータコアよりも軸方向一方側に突出するコイルエンドを有し、前記コイルエンドの上側に配置され前記コイルエンドを冷却する冷却液を吐出する吐出口と、前記吐出口から吐出された冷却液の流下位置に間隔を空けて複数配置された流速低減部と、をさらに備え、前記ブラケットは、軸方向他方側に前記流速低減部を有し、前記ブラケットの軸方向一方側であって少なくとも一部が前記流速低減部と軸方向で対向する位置に配置され、冷媒が流れる流路を有し、前記冷媒によって前記ブラケットを介して前記流速低減部を冷却する冷却部材をさらに備える。

【0011】

上記の一態様の回転機において、前記流速低減部は、軸方向に延びる円柱形状部材であり、前記流速低減部の軸方向他方側端は、前記コイルエンドの軸方向一方側端よりも軸方向他方側に位置する。

【0012】

上記の一態様の回転機において、前記流速低減部は、前記コイルエンドの径方向内側且つ前記シャフトよりも下側に配置される。

【0013】

上記の一態様の回転機において、複数配置された前記流速低減部のうちの一の流速低減部は、該一の流速低減部と鉛直方向で隣接する他の流速低減部と、鉛直方向及び軸方向と直交する方向にずれている。

【発明の効果】

【0016】

本発明の一態様によれば、コイルエンドの冷却について改善した回転機を提供することが出来る。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】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】第１実施形態のモータ１００を、中心軸Ｊを通りＸ軸と直交する面で切断して示す断面図である。

【図3】第１実施形態のモータ１００を、吐出口４５０を通り中心軸Ｊと直交する面で切断し－Ｚ側から見た断面図である。

【図4】熱流体解析の結果を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態に係る回転機について説明する。なお、以下の図面においては、各構成をわかり易くするために、実際の構造と各構造における縮尺及び数等を異ならせる場合がある。

【0019】

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、Ｚ軸方向は、図１に示す中心軸Ｊの軸方向と平行な方向とする。Ｙ軸方向は、中心軸Ｊに対する径方向のうち図２の上下方向とする。Ｘ軸方向は、Ｚ軸方向及びＹ軸方向の両方と直交する方向とする。Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、及びＺ軸方向のいずれにおいても、図中に示す矢印が指す側を＋側、反対側を－側とする。

【0020】

また、以下の説明においては、Ｚ軸方向の正の側（＋Ｚ側）を「一方側」と呼び、Ｚ軸方向の負の側（－Ｚ側）を「他方側」と呼ぶ。なお、一方側及び他方側とは、単に説明のために用いられる名称であって、実際の位置関係及び方向を限定しない。また、特に断りのない限り、中心軸Ｊに平行な方向（Ｚ軸方向）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、すなわち、中心軸Ｊの軸周りを単に「周方向」と呼ぶ。径方向において中心軸Ｊに近づく側を「径方向内側」と呼び、中心軸Ｊから遠ざかる側を「径方向外側」と呼ぶ。周方向において図１に示す矢印が指す側を一方側、反対側を他方側とする。

【0021】

なお、本明細書において、「軸方向に延びる」とは、厳密に軸方向（Ｚ軸方向）に延びる場合に加えて、軸方向に対して、４５°未満の範囲で傾いた方向に延びる場合も含む。また、本明細書において、「径方向に延びる」とは、厳密に径方向、すなわち、軸方向（Ｚ軸方向）に対して垂直な方向に延びる場合に加えて、径方向に対して、４５°未満の範囲で傾いた方向に延びる場合も含む。また「平行」とは、厳密に平行な場合に加えて、互いに成す角が４５°未満の範囲で傾いた場合も含む。また「直交」とは、厳密に直交な場合に加えて、互いに成す角が４５°未満の範囲で傾いた場合も含む。

【0022】

＜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１のモータ１００は、回転機の一例である。なお、本実施形態では、モータ１００のうち軸方向一方側のみを図示し、軸方向他方側の図示を省略している。モータ１００のうち軸方向他方側も、軸方向一方側と同様の構成であってもよいし、軸方向他方側は軸方向一方側と異なる構成であってもよい。

【0023】

モータ１００は、モータケース４００を備える。モータケース４００は、図２に示すロータ２００及びステータ３００を収容する。モータケース４００は、ロータ２００及びステータ３００を径方向外側から覆うカバー部４１０と、ロータ２００及びステータ３００を軸方向一方側から覆うブラケット部４２０と、を有する。本実施形態では、カバー部４１０とブラケット部４２０とは一体であって一つの部材であるが、カバー部４１０とブラケット部４２０とは別部材であってもよい。モータケース４００は、例えばアルミダイキャストである。

【0024】

ブラケット部４２０は、径方向外側端部において、カバー部４１０の軸方向一方側端部に繋がる。ブラケット部４２０は、円板形状である。カバー部４１０は、中心軸Ｊに沿った筒軸を有する円筒形状である。ブラケット部４２０は、径方向外側端部から径方向内側に向かって順に、外径部４２１、傾斜部４２２、内径部４２３及び中心部４２４を有する。

【0025】

外径部４２１は、中心軸Ｊと直交する面を有する円環状の部分である。外径部４２１の軸方向位置は、カバー部４１０の軸方向一方側端部の軸方向位置と一致する。内径部４２３は、中心軸Ｊと直交する面を有する円環状の部分である。外径部４２１の軸方向位置は、外径部４２１の軸方向位置よりも軸方向他方側である。傾斜部４２２は、外径部４２１と内径部４２３とを繋ぐ漏斗形状の部分である。傾斜部４２２の軸方向一方側端部の軸方向位置は、外径部４２１の軸方向位置と一致する。傾斜部４２２の軸方向他方側端部の軸方向位置は、内径部４２３の軸方向位置と一致する。中心部４２４は、図２に示すシャフト２３０の軸方向一方側端部を覆う有底円筒形状の部分である。中心部４２４は、シャフト２３０と接触しない。中心部４２４の軸方向他方側端部の軸方向位置は、内径部４２３の軸方向位置と一致する。

【0026】

モータ１００は、冷却部材５００を備える。冷却部材５００は、冷媒が流れる流路５１０を内側に有する。冷媒は、気体であってもよいし、液体であってもよい。冷却部材５００は、ブラケット部４２０の軸方向一方側の面の形状に応じた形状であり、冷却部材５００の軸方向他方側の面は、ブラケット部４２０の軸方向一方側の面に接する。図面において、＋Ｙ側は鉛直方向上側であり、－Ｙ側は鉛直方向下側である。冷却部材５００は、中心部４２４よりも鉛直方向下側に設けられている。冷却部材５００は、少なくとも一部が後述の突起部４３０（例えば図２参照）の少なくとも一部と軸方向で対向する位置に設けられている。冷却部材５００は、流路５１０に冷媒が流れることで、ブラケット部４２０を冷却する。冷却部材５００は、中心部４２４よりも鉛直方向下側に加えて、中心部４２４よりも鉛直方向上側にも設けられているものであってもよい。

【0027】

図２は、第１実施形態のモータ１００を、中心軸Ｊを通りＸ軸と直交する面で切断して示す断面図である。中心軸Ｊは、鉛直方向と直交する方向に延びる。モータ１００は、ロータ２００とステータ３００とを備える。

【0028】

ロータ２００は、中心軸に沿って延びるシャフト２３０と、シャフト２３０の径方向外側に固定されるロータコア２１０とを有する。シャフト２３０は、中心軸Ｊを回転軸にして回転可能なように軸受（不図示）によって軸支される。

【0029】

ステータ３００は、ロータ２００の径方向外側にエアギャップを介して配置されるステータコア３１０と、ステータコア３１０に巻き回されるステータコイル３２０とを有する。ステータコイル３２０は、周方向全周に亘ってステータコア３１０よりも軸方向一方側に突出するコイルエンド３２５を有する。

【0030】

モータ１００は、コイルエンド３２５の鉛直方向上側に配置されコイルエンド３２５を冷却する冷却液を吐出する吐出口４５０を備える。モータ１００は、吐出口４５０を複数備えてもよい。吐出口４５０から吐出される冷却液は、例えば冷却オイルである。

【0031】

モータ１００は、突起部４３０を有する。突起部４３０は、吐出口４５０から吐出された冷却液の流下位置に間隔を空けて複数配置された流速低減部の一例である。突起部４３０は、例えば、軸方向に延びる円柱形状部材である。突起部４３０は、円柱以外の形状、例えば角柱、円錐、角錐、筒状、又は各刑場の組み合わなどの如何なる形状であってもよい。突起部４３０は、内径部４２３の軸方向他方側の面から軸方向他方側に延びる。本実施形態では、突起部４３０とブラケット部４２０とは一体であって一つの部材であるが、突起部４３０とブラケット部４２０とは別部材であってもよい。

【0032】

突起部４３０の軸方向他方側端は、コイルエンド３２５の軸方向一方側端よりも軸方向他方側に位置する。突起部４３０の軸方向他方側端は、吐出口４５０の軸方向位置よりも軸方向他方側に位置する。突起部４３０の軸方向他方側端は、ロータコア２１０の軸方向一方側端よりも軸方向一方側であってロータコア２１０の軸方向一方側端の近傍に位置する。突起部４３０の軸方向他方側端は、ステータコア３１０の軸方向一方側端よりも軸方向一方側であってステータコア３１０の軸方向一方側端の近傍に位置する。

【0033】

冷却液は、流下する際に突起部４３０に接することで、その流下速度を低減させられる。冷却液の流下速度を低減することで、冷却液が鉛直方向下側のコイルエンド３２５に達したときに飛散してしまうことを防ぐことが出来る。これによりコイルエンド３２５での冷却液の滞留時間を延長することが出来、コイルエンド３２５をより確実に冷却することが出来る。

【0034】

図３は、第１実施形態のモータ１００を、吐出口４５０を通り中心軸Ｊと直交する面で切断して－Ｚ側から見た断面図である。モータ１００は、Ｘ軸方向に並んだ５つの吐出口４５０を備える。吐出口４５０から吐出された冷却液は、おおよそ図中に矢印Ｂ及び矢印Ｃに示す向きに流下する。矢印Ｂは、冷却液がコイルエンド３２５を通過して流下する流れであり、矢印Ｃは、冷却液がコイルエンド３２５に沿って流下する流れである。

【0035】

突起部４３０は、吐出口４５０から吐出された冷却液の流下位置に、間隔を開けて複数配置される。冷却液は、複数の突起部４３０に接触することで広範囲に拡散し、コイルエンド３２５の広範囲に行き渡り。コイルエンド３２５の広範囲を冷却することが出来る。

【0036】

本実施形態では、モータ１００は、５４個の突起部４３０を有する。突起部４３０は、コイルエンド３２５の径方向内側且つシャフト２３０よりも鉛直方向下側を埋めて配置される。複数の突起部４３０は、例えば千鳥配置で配置される。複数の突起部４３０のうちの一の突起部４３０は、この一の突起部４３０と鉛直方向で隣接する他の突起部４３０と、鉛直方向及び軸方向と直交する方向にずれている。突起部４３０をこのような配置にすることで、冷却液の流下する際に、複数の突起部４３０のうちのいずれにも接することなく鉛直方向下側のコイルエンド３２５に達することを防ぎ、冷却液の流下速度を低減することが出来る。冷却液の流下速度を低減することで、冷却液が鉛直方向下側のコイルエンド３２５に達したときに飛散してしまうことを防ぐことが出来る。これによりコイルエンド３２５での冷却液の滞留時間を延長することが出来、コイルエンド３２５をより確実に冷却することが出来る。

【0037】

なお、突起部４３０は、コイルエンド３２５の径方向内側且つシャフト２３０よりも鉛直方向下側に配置されるのに加えて、コイルエンド３２５の径方向内側の他の如何なる位置にも配置されてもよい。

【0038】

発明者は、突起部４３０の効果を検証するため、熱流体解析を行った。この熱流体解析は、モータ１００を動作させたときのコイルエンド３２５の所定位置（図２及び図３に示した点Ａ）の温度を求めるものである。点Ａは、吐出口４５０から冷却液を吐出して冷却した場合であっても高温になるコイルエンド３２５の位置である。

【0039】

図４は、熱流体解析の結果を示すグラフである。図４（Ａ）は、モータ１００において突起部４３０を設けない構成でモータ１００を動作させ、吐出口４５０から冷却液を吐出した場合の解析結果である。図４（Ｂ）は、モータ１００において突起部４３０を設けた構成でモータ１００を動作させ、吐出口４５０から冷却液を吐出した場合の解析結果である。図４（Ａ）及び図４（Ｂ）において、縦軸は点Ａの温度（華氏）である。図４（Ａ）及び図４（Ｂ）を参照してわかるように、突起部４３０がない場合には点Ａの温度は４４１［Ｋ］まで上昇したのに対し、突起部４３０がある場合には点Ａの温度は４３４［Ｋ］で抑えられている。

【0040】

冷却部材５００は、流路５１０に冷媒が流れることで、内径部４２３を介して突起部４３０を冷却する。これにより、吐出口４５０から吐出された冷却液は、鉛直方向上側のコイルエンド３２５を通過する際に熱吸収したとしても、突起部４３０に接触することで冷却され、鉛直方向下側のコイルエンド３２５をより確実に冷却することが出来る。

【0041】

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。

【符号の説明】

【0042】

１００…モータ、２００…ロータ、２３０…シャフト、３００…ステータ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】