(57)【要約】【課題】固定子コイルの発生熱を効率よく抜熱可能な回転電機の冷却装置を提供する。【解決手段】フレーム２００の内側に嵌合されると共に固定子コイル９００を収納する複数のスロットを内周部に設けた固定子鉄心８００と、固定子鉄心８００の内周面に空隙を介して対向配置された回転子５００と、固定子鉄心８００の外側に設けたフレーム２００と、回転子５００の負荷側および反負荷側を支持するブラケット８０ａ、８０ｂと、固定子鉄心８００とフレーム２００の間に冷媒を通す冷却ジャケット３００と、を備えた回転電機において、冷却ジャケット３００は、固定子コイルおよび固定子鉄心で発生した損失熱をフレームに効率良く熱伝達するように、フレームと同心円状に形成された複数のマイクロ流路チャンネルを有する冷却ジャケット３００ｂ、３００ｃ、３００ｄを構成する。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒状のフレームと、前記フレームの内側に嵌合されると共に固定子コイルを収納する複数のスロットを内周部に設けた固定子鉄心と、より構成される固定子と、
前記固定子鉄心の内周面に磁気的空隙を介して対向配置された回転子と、
前記フレームの両端に配置すると共に軸受を介して前記回転子の負荷側および反負荷側を支持するブラケットと、
前記固定子鉄心と前記フレームの間に冷媒を通す冷却ジャケットと、
を設けた回転電機において、
前記冷却ジャケットは、前記固定子コイルおよび前記固定子鉄心で発生した損失熱を前記フレームに効率良く熱伝達するように、前記フレームと同心円状に形成された複数のマイクロ流路チャンネルを備えた冷却ジャケットであることを特徴とする回転電機の冷却装置。
【請求項２】
前記冷却ジャケットは、前記固定子鉄心と前記フレームの間に対向する位置に前記固定子鉄心の外周に接するように設けたマイクロ流路チャンネルを有する第１の冷却ジャケットと、前記固定子鉄心端部と前記負荷側のブラケットの間に位置するように配置されたマイクロ流路チャンネルを有する第２の冷却ジャケットと、前記固定子鉄心端部と前記反負荷側のブラケットの間に位置するように配置されたマイクロ流路チャンネルを有する第３の冷却ジャケットと、を備えており、
前記第２冷却ジャケットと前記第３冷却ジャケットにおける前記固定子コイルのコイルエンド側に、外部装置によりジェット状の冷媒を前記コイルエンドに向かって間欠的に噴出させる冷媒噴出ノズルを備えたことを特徴とする請求項１記載の回転電機の冷却装置。
【請求項３】
前記回転電機の底部に、前記コイルエンドに向かって冷媒を間欠的に噴出させた後に前記冷媒を回収するための冷媒回収チャンネルを設けたことを特徴とする請求項２記載の回転電機の冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータや発電機より構成される回転電機の冷却装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の回転型モータの冷却装置は、固定子鉄心とフレームの間に螺旋状の中空銅管で構成した冷却ジャケットを設け、冷却ジャケットの冷媒通路に冷媒を通すことにより、固定子鉄心のスロットに巻装された固定子コイルの発熱を抜熱してモータを冷却しているものがある（例えば、特許文献１参照）。
また、従来はモータのコイルエンドにジェット状の冷媒を定常的にコイルエンドに噴出してコイルで発生する熱を抜熱し、モータを冷却しているものもある（例えば、特許文献２参照）。
【０００３】
図４は第１従来技術を示すモータ冷却装置の側断面図である。
図４において、１００はモータ、２００はフレーム、３００は冷却ジャケット、４０は冷媒供給口、５０は冷媒排出口、６０ａ、６０ｂは熱伝導性樹脂、７０ａ、７０ｂはコイルエンド、８０ａ、８０ｂはブラケット、３５０は螺旋状の中空銅管で構成した冷媒通路、５００は回転子、７００は固定子、８００は固定子鉄心、９００は固定子コイルである。
モータ１００は、円筒状のフレーム２００と、フレーム２００の内側に嵌合されると共に固定子コイル９００を収納する複数のスロットを内周部に設けた固定子鉄心８００と、より構成される固定子７００と、固定子鉄心８００の内周面に磁気的空隙を介して対向配置された回転子５００と、固定子鉄心８００の外側に設けたフレーム２００と、フレーム２００の両端に配置すると共に軸受を介して回転子５００の負荷側および反負荷側を支持するブラケット８０ａ、８０ｂと、固定子鉄心８００とフレーム２００の間に冷媒を通す螺旋状の冷媒通路３５０を備えた冷却ジャケット３００と、から構成されている。冷却ジャケット３００には図示しない外部の冷媒供給装置からの冷媒を受け取る冷媒供給口４０を設けると共に、他方端に冷媒を外部の冷媒供給装置に排出する冷媒排出口５０を設けている。また、固定子コイル９００と固定子鉄心８００で発生した損失熱を効率良くフレーム２００に熱伝達するために、コイルエンド７０ａ、７０ｂと冷却ジャケット３００の間に熱伝導性樹脂６０ａ、６０ｂを充填している。
まず、図示しない外部の冷媒供給装置によって、冷媒供給口４０を介して冷却ジャケット３００に冷媒が供給され、冷却ジャケット３００に供給された冷媒は、冷却ジャケット３００の冷媒通路３５０内を螺旋状に回りながら冷媒排出口５０に向かって流れて行き、この過程で固定子コイル９００と固定子鉄心８００で発生した損失熱を抜熱してモータ１００の冷却を行うようになっている。
【０００４】
また、図５は第２従来技術を示すモータ冷却装置の側断面図、図６は図５の装置に流す冷媒の時間と流量の関係を示している。
なお、第２従来技術が第１従来技術と同じ構成要素については説明を省略する。
図５において、４５は冷媒噴出ノズルである。フレ―ム２００における負荷側ブラケット８０ａと反負荷側ブラケット８０ｂの近傍には、フレ―ム２００を貫通するように固定子内側に冷媒噴出ノズル４５が設けられ、冷媒噴出ノズル４５には、図示しない外部の冷却供給源に連結された冷媒管から冷媒を供給し、ジェット状の冷媒をコイルエンド７０ａおよび７０ｂに向かって定常的に噴出することにより、固定子コイル９００で発生する熱を抜熱してモータ１００の冷却を行うようになっている。
【特許文献１】特開平８−２５１８７２公報
【特許文献２】実用新案第２６０２４１０号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、第１従来技術におけるモータ冷却装置の冷却ジャケットの場合、モータ体積あたりの出力が上昇していくと、固定子鉄心から冷却ジャケットへ伝達される熱を冷媒通路を流れる冷媒により熱交換のために必要な伝熱面積を得ることには固定子鉄心から冷却ジャケットに至る熱伝達率に限界があるため、モータ発熱を効率よく抜熱することが出来ないという問題があった。
また、モータコイルの軸方向の熱伝導率は径方向の熱伝導率に比べて数十倍高く、コイルで発生する熱は軸方向に流れやすいことから、第２従来技術におけるモータ冷却装置では、コイルエンドから熱を効率よく抜熱するために、コイルエンドにジェット状の冷媒を、図６に示すごとく、定常的に流して冷却を行ったが、モータの体積あたりの出力が上昇していくと、ジェット状の冷媒によるコイルエンドから熱を抜熱する冷却方法でも限界があった。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、固定子コイルで発生する熱を効率よく抜熱することができる回転電機の冷却装置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】
【０００６】
上記問題を解決するため、本発明の請求項１に記載の発明は、円筒状のフレームと前記フレームの内側に嵌合されると共に固定子コイルを収納する複数のスロットを内周部に設けた固定子鉄心とより構成される固定子と、前記固定子鉄心の内周面に磁気的空隙を介して対向配置された回転子と、前記フレームの両端に配置すると共に軸受を介して前記回転子の負荷側および反負荷側を支持するブラケットと、前記固定子鉄心と前記フレームの間に冷媒を通す冷却ジャケットと、を備えた回転電機において、前記冷却ジャケットは、前記固定子コイルおよび前記固定子鉄心で発生した損失熱を前記フレームに効率良く熱伝達するように、前記フレームと同心円状に形成された複数のマイクロ流路チャンネルを備えた冷却ジャケットであることを特徴としている。
また、請求項２に記載の発明は、請求項１記載の回転電機において、前記冷却ジャケットは、前記固定子鉄心と前記フレームの間に対向する位置に前記固定子鉄心の外周に接するように設けたマイクロ流路チャンネルを有する第１の冷却ジャケットと、前記固定子鉄心端部と前記負荷側のブラケットの間に位置するように配置されたマイクロ流路チャンネルを有する第２の冷却ジャケットと、前記固定子鉄心端部と前記反負荷側のブラケットの間に位置するように配置されたマイクロ流路チャンネルを有する第３の冷却ジャケットと、を備えており、前記第２冷却ジャケットと前記第３冷却ジャケットにおける前記固定子コイルのコイルエンド側に、外部装置によりジェット状の冷媒を前記コイルエンドに向かって間欠的に噴出させる冷媒噴出ノズルを備えたことを特徴としている。
また、請求項３に記載の発明は、請求項２記載の回転電機において、前記回転電機の底部に、前記コイルエンドに向かって冷媒を間欠的に噴出させた後に前記冷媒を回収するための冷媒回収チャンネルを設けたことを特徴としている。
【発明の効果】
【０００７】
請求項１に記載の発明によると、固定子鉄心とフレームの間にマイクロ流路チャンネルを有する冷却ジャケットを設けることにより、固定子コイルに発生する熱を効率よく抜熱することができ、モータ冷却効率を向上することができる。
また、請求項２に記載の発明によると、マイクロ流路チャンネルを持つ冷却ジャケットを、請求項１記載の固定子鉄心のフレーム対向側に設けた冷却ジャケットに加え、固定子鉄心端部と負荷側のブラケットの間および固定子鉄心端部と反負荷側のブラケットの間の合計３箇所に渡って設け、それぞれに冷媒供給口を設けることにより、各冷却ジャケットの流量制御を独立して行うことができると共に、請求項１記載の発明に比べて熱伝達量が増大するため、より一層の抜熱効果が得られる。
さらに、第２の冷却ジャケットと第３の冷却ジャケットに設けた冷媒噴出ノズルからジェット状の冷却冷媒を間欠的にモータコイルのコイルエンドに当たるようにすることで、高い熱伝達率でコイルエンドに発生する熱を効率よく抜熱することができ、モータ冷却効率を請求項1記載の発明よりも一層向上することができる。
また、請求項３に記載の発明によると、コイル発熱を抜熱するために、コイルエンドにジェット状に噴出させた冷媒をモータ底部に設けた冷媒回収チャンネルにて受け取り、冷媒回収チャンネルに設けた冷媒流出口から放出させた冷媒を冷却供給装置に戻して冷却し、再度、冷却供給装置から供給される冷媒を冷却ジャケットに循環させることで、効率的にコイル発熱を抜熱することができ、モータ冷却効率を請求項２記載の発明よりも一層向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
【実施例１】
【０００９】
図１は本発明の第１実施例を示すモータ冷却装置の側断面図である。なお、本発明が従来技術と同じ構成要素についてはその説明を省略し、異なる点のみ説明する。
図１において、４０ａは冷媒供給口、５０ａは冷媒排出口、３００ａは冷却ジャケットである。
本発明が従来技術と異なる点は、固定子鉄心８００とフレーム２００の間に設けた冷却ジャケット３００ａが従来の螺旋状の中空銅管で構成したものに替えて、固定子コイルおよび固定子鉄心で発生した損失熱をフレームに効率良く熱伝達するように、フレームと同心円状に形成された複数のマイクロ流路チャンネルを備えた構造とした点である。
この冷却ジャケット３００ａ内部に設けた複数のマイクロ流路チャンネルは、負荷側ブラケット８０ａの端部から反負荷側ブラケット８０ｂの端部の間に設けたフレーム２００の内側に同心円状に設けられており、冷却ジャケット３００ａの一方端に図示しない外部の冷媒供給装置からの冷媒を受け取る冷媒供給口４０ａを設け、他方端に冷媒を排出する冷媒排出口５０ａを設けている。
【００１０】
次に、マイクロ流路チャンネルを持つ冷却ジャケット３００ａを上記に示した固定子鉄心とフレームの間に設けることによって得られる効果について、以下に説明する。
マイクロ流路チャンネルは、円筒状のフレーム２００とモータ固定子７００の間において、同心円状に微細な加工により流体の流路として多数形成していることから、従来技術に比べて冷媒流路の伝熱面積が増大するため、単位面積あたりの熱伝達量（熱伝達能力）が非常に大きいと考えられ、例えば、モータの体積あたりの出力が上昇していく場合を考えると、マイクロ流路チャンネルを流れる冷媒によって、固定子コアからフレーム側への単位体積あたりの熱移動量が非常に大きくなるという特徴がある。
したがって、本発明の第１実施例は、マイクロ流路チャンネルを持つ冷却ジャケットを、固定子鉄心のフレーム対向側に設けたので、従来の螺旋状の中空銅管で構成した冷却ジャケットに比べて伝熱面積が増え、熱伝達量が高くなることから、熱交換性能をより一層向上させることができ、従来技術より高い冷却効率で固定子コイルに発生する熱を抜熱することができる。
【実施例２】
【００１１】
図２は本発明の第２実施例を示すモータ冷却装置の側断面図で、図３は図２におけるＡ−Ａ線に沿う断面図である。
図２において、４０ｂは冷媒供給口、４０ｃ、４０ｄは冷媒供給口を兼ねた冷媒噴出ノズル、５０ｂ、５０ｃは冷媒排出口である。３００ｂは第１の冷却ジャケット、３００ｃは第２の冷却ジャケット、３００ｄは第３の冷却ジャケットで、何れもマイクロ流路チャンネルを有している。また、１７０は冷媒回収チャンネルである。
第２実施例が第１実施例と異なる点は、冷却ジャケットが固定子鉄心８００とフレーム２００の間に対向する位置に固定子鉄心８００の外周に接するように設けたマイクロ流路チャンネルを有する第１の冷却ジャケット３００ｂと、固定子鉄心８００の端部と負荷側のブラケット８０ａの間に位置するように配置されたマイクロ流路チャンネルを有する第２の冷却ジャケット３００ｃと、固定子鉄心８００の端部と反負荷側のブラケット８０ｂの間に位置するように配置されたマイクロ流路チャンネルを有する第３の冷却ジャケット３００ｄと、を備えており、第２冷却ジャケット３００ｃと第３冷却ジャケット３００ｄにおける固定子コイル９００のコイルエンド７０ａ、７０ｂは側に、外部装置によりジェット状の冷媒を該コイルエンドに向かって間欠的に噴出させる冷媒噴出ノズル４０ｃ、４０ｄを備えた点である。
また、モータの底部に、コイルエンドに向かって冷媒を間欠的に噴出させた後に前記冷媒を回収するための冷媒回収チャンネル１７０を設けるようにしたものとなっている。
【００１２】
したがって、本発明の第２実施例は、固定子鉄心のフレーム対向側および固定子鉄心端部と負荷側のブラケットの間および固定子鉄心端部と反負荷側のブラケットの間の合計３箇所に渡って設けたので、第１実施例よりも伝熱面積が増え、熱伝達量が高くなることから、熱交換性能をより一層向上させることができると共に、高い冷却効率で固定子コイルから発生する熱を抜熱することができる。
また、冷媒を外部装置によって非定常的に第２の冷却ジャケットと第３の冷却ジャケットに流して、冷媒噴出ノズルからコイルエンドに向かって間欠的にジェット状に噴出すると、従来技術のコイルエンドに定常的にジェット状の冷媒を流して抜熱する場合に比べて、コイルエンド伝熱面に流れる冷媒に発生する温度境界層に激しい乱流を起こし高い熱伝達率で固定子コイルに発生する熱を抜熱することができる。
また、従来技術では冷媒管に所定の間隔で冷媒噴出ノズルを設けて冷媒を流した場合、冷媒噴出ノズルごとに流量のばらつきでコイルエンドを均一的に冷却することが難しかったが、マイクロ流路チャンネルを使用することで冷媒噴出ノズルごとに流路の設計を可能にし、流量のばらつきの問題を解決することができるため、コイルエンドを均一に冷却することができる。
さらに、マイクロ流路チャンネルに外部冷却供給装置から各冷却ジャケットに単独で冷媒を流入することにより各部の流量を最適に制御することができ、各冷却ジャケットが最大の熱伝達効率で固定子コイルに発生する熱を抜熱することができる。
またさらに、コイルエンドから抜熱した冷媒をモータの底部に設けた冷媒回収チャンネル１７０に集めて冷媒排出口５０ｃより外部に設けた冷却供給装置をとしてまたモータ冷却ジャケットに流入する。本実施例の構成により従来技術より高い熱伝達率でコイルエンドから発生する熱を抜熱することができ効率よくモータを冷却することができる。
なお、マイクロ流路チャンネルを備えた冷却ジャケットは、必要に応じて負荷側ブラケット、反負荷側ブラケットの内周面に設けても構わない。
【産業上の利用可能性】
【００１３】
本発明はモータの固定子鉄心とフレームの間にマイクロ流路チャンネルを持つ冷却ジャケット設け、コイルエンドの近傍にある冷却ジャケットに設けた複数の冷媒噴出ノズルから外部装置により間欠的にジェット状の冷媒を直接コイルエンドに噴出させることによって、高い熱伝達率でコイルに発生する熱を固定子鉄心とコイルエンドから抜熱することができ、効率よくモータを冷却することができることから、発電機の冷却にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１実施例を示すモータ冷却装置の側断面図
【図２】本発明の第２実施例を示すモータ冷却装置の側断面図
【図３】図３におけるＡ−Ａ’線に沿う断面図
【図４】従来技術を示すモータ冷却装置の側断面図
【図５】従来技術を示すモータ冷却装置の側断面図
【図６】図５の装置に流す冷媒の時間と流量の関係を示したもの
【符号の説明】
【００１５】
１００  モータ
４０、４０ａ、４０ｂ  冷媒供給口
４０ｃ、４０ｄ  冷媒噴出ノズル
５０、５０ａ、５０ｂ、５０ｃ  冷媒排出口
６０ａ、６０ｂ  熱伝導性樹脂
７０ａ、７０ｂ  コイルエンド
８０ａ、８０ｂ  ブラケット
１６０  ジェット状冷媒
１７０  冷媒回収チャンネル
２００  フレーム
３００  冷却ジャケット
３００ａ、３００ｂ、３００ｃ、３００ｄ  冷却ジャケット（マイクロ流路チャンネル）
３５０  冷媒通路
５００  回転子
７００  固定子
８００  固定子鉄心
９００  固定子コイル
【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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【図６】
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