(57)【要約】【課題】冷却液の供給が停止した後の回転電機、特にステータの冷却性を改善する。【解決手段】ステータコアの外周面であるコア外周面２４ａに対向する冷却液保持面３６ａをハウジングの側壁３６に設ける。冷却液保持面３６ａは、横溝３８によって周方向において複数の対向領域４０に分割されている。コア外周面２４ａと冷却液保持面３６ａの間の冷却液４４には、上側の自由表面に生じる表面張力Ｆ３と対向領域４０の下縁に生じる表面張力Ｆ４が作用する。これらの表面張力Ｆ３，Ｆ４が冷却液４４に作用する重力に対抗し、冷却液４４が保持される。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸線が略水平方向に配置されたロータと、
前記ロータを取り囲むように配置されたステータコアと、
前記ステータコアの外周面の少なくとも上半分の一部に対向し、前記外周面との隙間に冷却液を保持する冷却液保持面と、
を備えた回転電機であって、
前記冷却液保持面は、当該冷却液保持面に形成された横溝によって周方向において複数の領域に分割されている、
回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転電機に関し、特に回転電機の冷却に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気エネルギを回転の運動エネルギに変換する電動機、回転の運動エネルギを電気エネルギに変換する発電機、さらに電動機と発電機どちらにも機能する電気機器が知られている。以下において、これらの電気機器を回転電機と記す。
【０００３】
運転時に発熱した回転電機を冷却するための提案が従来からなされている。下記特許文献１には、ステータ（１１０）の円柱状の外面（１１４）と、この外面（１１４）に対向するハウジング（１２０）の内面（１２２）との間に流体通路（１３０）が形成された回転電機（１００）が示されている。流体通路（１３０）には流体が流れ、この流体により回転電機（１００）が冷却される。流体通路（１３０）には、ステータの外面（１１４）とハウジングの内面（１２２）の隙間が大きい領域（１３０ａ）と隙間が小さい領域（１３０ｂ）が水平方向において交互に配置されている。流体通路（１３０）を流れる流体は、表面張力によって隙間が小さい領域（１３０ｂ）に集まり、膜厚が厚くなる。この領域の流体は、重力によって下方に流れやすくなり、全体として流量が増える。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１５−１１６０４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ステータコアの外周面に冷却液を供給して、ステータを冷却する回転電機において、ステータの温度が高い状態で冷却液の供給が少なくなる、または停止されると、ステータの冷却が十分になされない場合があった。
【０００６】
本発明は、冷却液の供給が少なくなったとき、または停止されたときのステータの冷却性を改善する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る回転電機は、回転軸線が略水平方向に配置されたロータと、ロータを取り囲むように配置されたステータコアと、ステータコアの外周面の少なくとも上半分の一部に対向し、外周面との隙間に冷却液を保持する冷却液保持面と、を備え、冷却液保持面は、当該冷却液保持面に形成された横溝によって周方向において複数の領域に分割されている。
【発明の効果】
【０００８】
溝によって分割された領域の下縁において、当該領域および当該領域に隣接する溝側面との間で生じる表面張力により冷却液がステータ外周面に保持される。この冷却液を通してステータの熱が排熱される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】回転電機の回転軸線に直交する断面を模式的に示す図である。
【図２】ハウジングの側壁の内壁面を示す図である。
【図３】冷却液の保持作用の説明図である。
【図４】側壁内壁面の他の例を示す図である。
【図５】側壁内壁面の更に他の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明に係る実施形態を図面に従って説明する。図１は、回転電機１０の概略構成を示す断面図である。回転電機１０は回転するロータ１２と、ロータ１２の周囲を囲むように配置されたステータ１４を含む。図１は、ロータ１２の回転軸線に直交する断面を示している。回転電機１０は、ロータ１２およびステータ１４を収めるハウジング１６を更に有する。
【００１１】
ロータ１２は、略円板形または略円筒形のロータコア１８と、ロータコア１８の中心を貫くように同軸配置されたロータ軸２０を有する。ロータ軸２０は、水平方向に沿って延びて配置され、ハウジング１６に設けられた軸受（不図示）により回転可能に支持されている。ロータ１２は、ロータ軸２０を軸として回転し、ロータ軸２０の中心線がロータ１２の回転軸線である。ロータコア１８の外周面の近傍には永久磁石２２が埋め込まれている。
【００１２】
ステータ１４は、ロータ１２を取り囲むように配置された略円環形または略円筒形のステータコア２４と、ステータコア２４に巻装されたコイル（不図示）を含む。ステータコア２４は、略円環形または略円筒形のヨーク２６と、ヨーク２６の内周面から径方向内側に向けて延びるティース２８を有する。ティース２８は、周方向に間隔を空けて配列されている。ティース２８に導線が巻回されてコイルが形成される。ステータコア２４の外周面２４ａは略円筒形であり、周方向において３箇所に、ボルト孔が設けられた隆起部３０が設けられている。このボルト孔にボルトを差し込み、図１の紙面の奥または手前のハウジング１６の壁面に設けられたねじ穴に前記ボルトをねじ結合することによりステータ１４をハウジング１６に固定する。以下、ステータコア２４の外周面２４ａをコア外周面２４ａと記す。
【００１３】
ハウジング１６は、上部においてステータ１４との間に空間を形成しており、この空間内に冷却液供給管３２が配置されている。この回転電機１０では、冷却液供給管３２は３本配置されている。冷却液供給管３２の管壁には貫通孔が設けられ、この貫通孔から冷却液がステータ１４に向けて吐出される。吐出された冷却液は、ステータ１４、ロータ１２およびハウジング１６を伝って下方に流れ、ハウジング１６の下方に形成されたオイルパン３４に回収される。ハウジング１６の側壁３６は、ステータコア２４の径方向外側に隙間を空けて配置され、この隙間を冷却液が流れ、ステータコア２４が冷やされる。ハウジングの側壁３６の、コア外周面２４ａと対向する面には、ロータ１２の回転軸線の方向に沿って延びる横溝３８が形成され、横溝３８の効果によりコア外周面２４ａとの隙間に冷却液が保持される。このコア外周面２４ａと対向する面を冷却液保持面３６ａと記す。
【００１４】
図２は、ハウジングの側壁３６の内壁面を示す図であり、図中の左右方向がロータ１２の回転軸線に沿う方向である。この内壁面に、コア外周面２４ａと対向し、このコア外周面２４ａと狭い隙間を形成する冷却液保持面３６ａが形成されている。冷却液保持面３６ａには、ロータ１２の回転軸線の方向、つまり略水平方向に延びる横溝３８が形成されている。この横溝３８によって冷却液保持面３６ａは、周方向に複数の領域に分割されている。この領域は、コア外周面２４ａに対向しており、以降、この領域を対向領域４０と記す。また、冷却液保持面３６ａには、周方向に沿う方向に縦溝４２が形成され、縦溝４２によって対向領域４０は軸方向において分けられている。
【００１５】
図３は、ステータコア２４とハウジングの側壁３６の隙間部分を拡大して示す断面図である。図３はまた冷却液の供給が停止し、一部の冷却液が隙間部分に残留した状態を示す図である。
【００１６】
コア外周面２４ａおよび冷却液保持面３６ａは、鉛直方向に対して傾いている。コア外周面２４ａと冷却液保持面３６ａの間には、冷却液４４が保持されている。冷却液４４の上側の自由表面において、コア外周面２４ａとの間で作用する表面張力Ｆ１は、コア外周面２４ａに沿って上方を向き、一方下側の自由表面では表面張力Ｆ２はコア外周面２４ａに沿って下方を向く。この２つの表面張力Ｆ１，Ｆ２は、大きさが同じで向きがほぼ反対であるから相殺する。よって、これらの表面張力Ｆ１，Ｆ２は、冷却液の保持に関連しない。冷却液４４と冷却液保持面３６ａの間では、上側の表面張力Ｆ３は対向領域４０に沿って上方を向き、下側の表面張力Ｆ４も横溝３８の側壁面に沿って上方を向く。表面張力Ｆ３，Ｆ４の合力と、冷却液４４に作用する重力が釣り合うと、コア外周面２４ａと冷却液保持面３６ａの隙間に冷却液が保持される。なお、横溝３８がない場合、冷却液保持面３６ａと冷却液４４の間で作用する表面張力は、コア外周面２４ａの場合と同様に上側、下側の表面張力が互いに相殺する。このため、重力に抗して冷却液を保持することができない。対向領域４０の下縁４０ａ、つまり横溝３８の上縁は、水平方向に延びていることが好ましい。このようにすることで、この部分で生じる表面張力が重力の向きと正反対の向きになる。また、横溝３８の側壁面の表面張力Ｆ４が発生するのは、横溝３８が水平よりも下方を向いて開口している場合であり、ロータ１２の回転軸線よりも上側の部分で表面張力Ｆ４による冷却液の保持効果が得られる。
【００１７】
冷却液の熱伝導率は空気よりも大きいため、コア外周面２４ａと冷却液保持面３６ａの隙間に冷却液が保持されると、ステータコア２４から側壁３６への伝熱量が大きくなり、ステータコア２４の放熱が促進される。冷却液が接触する面積が大きい方が、伝熱量が大きくなる。コア外周面２４ａと冷却液保持面３６ａの間隙Ｈを小さくするほど、対向領域４０に対する冷却液４４の接触長さＬは長くなる。接触長さＬが長ければ冷却液４４の接触面積が大きくなるから、側壁３６への伝熱量については、間隙Ｈを小さくする方が有利である。一方で、冷却液が十分に供給される場合は、流れる冷却液が熱を奪い去るので、冷却液の流量を確保するために間隙Ｈを大きくする方が有利である。間隙Ｈは、冷却液が供給される場合、冷却液の供給が停止した場合の両者を考慮して適切に定める必要がある。
【００１８】
図２に戻って説明する。縦溝４２は、ロータ１２の回転軸線の延びる方向において冷却液保持面３６ａの中央を上下方向に延びて設けられている。縦溝４２は、ステータ１４の上方に配置された冷却液供給管３２から供給された冷却液を下方に向けて流す。冷却液の供給量が多いときには、冷却液が縦溝４２を通って流れることにより、流量が確保される。よって、縦溝４２を設けない場合に比べ、間隙Ｈを小さくすることができる。また、縦溝４２は、下方に向けて徐々に細くなるようにすることができる。これによれば、上部に配置された横溝３８にも冷却液が供給されやすくなり、鉛直方向における冷却液の配分の均等化に有利となる。
【００１９】
対向領域４０の上縁４０ｂ、つまり横溝３８の下縁は、縦溝４２から離れるに従って下がるように傾斜するようにしてよい。これによれば、縦溝４２から横溝３８に流れた冷却液が、さらに冷却液保持面３６ａの左右の辺縁に向けて流れるようになり、水平方向における冷却液の流量分布の均等化に有利となる。
【００２０】
図４は、冷却液保持面の他の形態を示す図である。冷却液保持面以外の構成については、前述の回転電機１０と同様であり、説明を省略する。ハウジング１６の側壁４６は、複数の横溝４８と複数の縦溝５０が形成された冷却液保持面４６ａを有する。冷却液保持面４６ａは、横溝４８および縦溝５０によって分割されて複数の対向領域５２に分割されている。複数の縦溝５０を設けたことにより、冷却液が供給される際の冷却液の流量を確保することができる。
【００２１】
図５は、冷却液保持面の更に他の形態を示す図である。冷却液保持面以外の構成については、前述の回転電機１０と同様であり、説明を省略する。ハウジング１６の側壁５４は、複数の横溝５６と複数の縦溝５８が形成された冷却液保持面５４ａを有する。冷却液保持面５４ａは、横溝５６および縦溝５８によって分割されて複数の対向領域６０に分割されている。縦溝５８は上下方向において１つの直線上に配置されておらず、ずれて配置されている。この結果、対向領域６０は千鳥配列となっている。複数の縦溝５８を設けたことにより、冷却液が供給される際の冷却液の流量を確保することができる。また、縦溝５８がずれて配置されているため、クランク状に屈曲する流れが生じる。このため、冷却液が水平方向に広がって流れやすくなる。
【００２２】
コア外周面２４ａと冷却液保持面３６ａ，４６ａ，５４ａの間隙Ｈは、１ｍｍ以下とすることができる。また、横溝３８，４８，５６および縦溝４２，５０，５８の深さは、１ｍｍ以上とすることができる。横溝と縦溝の深さを異ならせてもよい。
【００２３】
回転電機１０が停止し、冷却液が供給されなくなったとき、コア外周面２４ａと冷却液保持面３６ａ，４６ａ，５４ａの間に冷却液が保持される。ステータ１４に溜まっている熱は、保持された冷却液を伝ってハウジング１６の側壁に伝達され、これによりステータ１４が冷える。これにより、回転電機１０の温度を早期に下げることができ、再始動まで時間がないときであっても、再始動後の温度を抑制することができる。
【符号の説明】
【００２４】
１０  回転電機、１２  ロータ、１４  ステータ、１６  ハウジング、１８  ロータコア、２０  ロータ軸、２２  永久磁石、２４  ステータコア、２４ａ  コア外周面、２６  ヨーク、２８  ティース、３０  隆起部、３２  冷却液供給管、３４  オイルパン、３６、４６，５４  側壁、３６ａ，４６ａ，５４ａ  冷却液保持面、３８，４８，５６  横溝、４０，５２，６０  対向領域、４２，５０，５８  縦溝、４４  冷却液。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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