(57)【要約】  固定子鉄心１１の外周面１１Ｐに配設された第１の筒状部材１２と、第１の筒状部材１２の外周面１２Ｐと円環状の空隙２３を隔てて配設された第２の筒状部材１３と、第２の筒状部材１３の一端側に設けられた供給口１４から、円環状の空隙２３を通じて第２の筒状部材１３の他端側に設けられた排出口１５へ冷却液１６が通過する冷却流路２０と、を備え、冷却流路２０は、供給口１４に連通する環状の供給口側ヘッダ流路２１と、第１の筒状部材１２の外周面１２Ｐに設けられた円状の環状溝２４と、を有する。
2017212556.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定子鉄心の外周面に配設された第１の筒状部材と、
前記第１の筒状部材の外周面と円環状の空隙を隔てて配設された第２の筒状部材と、
前記第２の筒状部材の一端側に設けられた供給口から、前記円環状の空隙を通じて前記第２の筒状部材の他端側に設けられた排出口へ冷却液が通過する冷却流路と、を備え、
前記冷却流路は、前記供給口に連通する環状の供給口側ヘッダ流路と、
前記排出口に連通する環状の排出口側ヘッダ流路と、
前記第１の筒状部材の外周面に設けられた円状の環状溝と、を有することを特徴とする回転電機冷却装置。
【請求項２】
前記環状溝は、複数設けられることを特徴とする請求項１に記載の回転電機冷却装置。
【請求項３】
前記円環状の空隙は、前記固定子鉄心の軸方向と垂直な方向の幅が１．０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載の回転電機冷却装置。
【請求項４】
複数の前記環状溝同士の溝間のピッチは均等であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の回転電機冷却装置。
【請求項５】
複数の前記環状溝同士の溝間のピッチは不均等であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の回転電機冷却装置。
【請求項６】
前記溝間のピッチは、前記供給口側よりも前記排出口側で狭いことを特徴とする請求項５に記載の回転電機冷却装置。
【請求項７】
前記円環状の空隙は、軸方向に隙間の高さが異なる位置を有することを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の回転電機冷却装置。
【請求項８】
前記第１の筒状部材は、前記排出口側の外周側面が前記第２の筒状部材側に突出して形成された突出段付部を有し、
前記第２の筒状部材は、前記排出口側の内周側面が凹んだ切欠部を有し、
前記排出口側の前記外周側面と、前記排出口側の前記内周側面とが前記排出口側ヘッダ流路を介して対向するように固定されたことを特徴とする請求項１に記載の回転電機冷却装置。
【請求項９】
前記排出口の径は、前記排出口側の外周側面と前記排出口側の内周側面との間の距離よりも短いことを特徴とする請求項８に記載の回転電機冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転電機を冷却する回転電機冷却装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、鋼板が積層された積層鉄心であり、固定子コイルが巻き付けられた固定子鉄心と、固定子鉄心の外周面に接触して設けられたフレームと、冷却液をフレーム内に流すことにより固定子の冷却を行う冷却装置と、を有する回転電機がある（例えば、特許文献１）。特許文献１に記載の回転電機のフレームは、固定子鉄心の外周面に設けられた第１フレームと、第１フレームの外周面に接触して設けられた第２フレームとを有し、第１フレームの第２フレームに接触する面には、円周方向に伸びるように微小な環状の隙間が形成され、第１フレームの第２フレームに接触する面の微小な環状の隙間を冷却液溝となるようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−１９９２９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１のような冷却装置を備えた回転電機は、冷却液が冷却液溝の流路を流れるにつれて徐々に温度境界層を発達させるので、冷却能力が低下する。従って、固定子鉄心の軸方向長さが大きくなると冷却液溝の流路が長くなり、必要な冷却能力が得られない、という問題があった。【０００５】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、冷却能力の高い回転電機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】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、固定子鉄心の外周面に配設された第１の筒状部材と、前記第１の筒状部材の外周面と円環状の空隙を隔てて配設された第２の筒状部材と、前記第２の筒状部材の一端側に設けられた供給口から、前記円環状の空隙を通じて前記第２の筒状部材の他端側に設けられた排出口へ冷却液が通過する冷却流路と、を備え、前記冷却流路は、前記供給口に連通する環状の供給口側ヘッダ流路と、前記排出口に連通する環状の排出口側ヘッダ流路と、前記第１の筒状部材の外周面に設けられた円状の環状溝と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、冷却能力の高い回転電機冷却装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施の形態１に係る回転電機冷却装置を示す断面図
【図２】実施の形態１に係る回転電機冷却装置の第１の筒状部材の斜視図
【図３】実施の形態１に係る環状溝を設けた第１の筒状部材と第２の筒状部材とから形成される円環状の空隙の断面図
【図４】実施の形態１に係る円環状の空隙と環状溝とに冷却液が通過する様子を示す部分拡大断面図
【図５】実施の形態１に係る冷却流路において、円環状の空隙の隙間高さが冷却能力に与える影響を示したグラフ
【図６】実施の形態１に係る環状溝の幅ｗと深さｈとの比（ｗ／ｈ）が冷却能力に与える影響を示したグラフ
【図７】実施の形態１に係る供給口側ヘッダ流路、円環状の空隙及び排出口側ヘッダ流路の断面図
【図８】図７のVIII−VIII線断面図
【図９】実施の形態１に係る円環状の空隙内の流速比に与える流路断面積比の影響を示したグラフ
【図１０】実施の形態１に係る回転電機冷却装置の段付き円筒状構造の断面図
【図１１】実施の形態１に係る変形例の環状溝を設けた第１の筒状部材と第２の筒状部材とから形成される円環状の空隙の断面図
【図１２】実施の形態２に係る回転電機冷却装置を示す断面図
【図１３】実施の形態１及び実施の形態２と従来の構造における冷却能力について有限体積法による数値解析結果の比較図
【図１４】実施の形態３に係る回転電機冷却装置を示す断面図
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下に、本発明の実施の形態に係る回転電機冷却装置を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本実施の形態により本発明が限定されるものではない。
【００１０】
実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る回転電機冷却装置を示す断面図である。回転電機は、固定子コイル１１ａを備えた筒状の固定子鉄心１１と、固定子鉄心１１の内側に回転可能に支持される図示しないロータとを有する。回転電機は、固定子コイル１１ａ及び固定子鉄心１１の発熱を抑える回転電機冷却装置１０を有する。回転電機冷却装置１０は、固定子鉄心１１を冷却する。回転電機冷却装置１０は、第１の筒状部材１２と、第２の筒状部材１３と、冷却流路２０と、を備える。
【００１１】
第１の筒状部材１２は、固定子鉄心１１の外周面１１Ｐに配置されている。第２の筒状部材１３の一部は、第１の筒状部材１２の外周面１２Ｐの一部と円環状の空隙２３を隔てて配設される。第２の筒状部材１３の一端側１３ＴＦに設けられた供給口１４から、円環状の空隙２３を通じて第２の筒状部材１３の他端側１３ＴＳに設けられた排出口１５へ冷却液１６が通過する。
【００１２】
冷却流路２０は、供給口１４と接続する円環状の供給口側ヘッダ流路２１と、排出口１５と接続する円環状の排出口側ヘッダ流路２２と、供給口側ヘッダ流路２１と排出口側ヘッダ流路２２とを接続し、かつ冷却液１６が通過する円環状の空隙２３と、第１の筒状部材１２の外周面１２Ｐに設けられた円状の環状溝２４と、を有する。本実施の形態において、環状溝２４は、第１の筒状部材１２の円環状の空隙２３側の面に形成されて、第１の筒状部材１２の円周方向に沿って延びる、互いに独立な複数の環状溝２４を配置している。この複数の環状溝２４は、第１の筒状部材１２の軸Ｚｒ方向と平行な方向に対して直交する方向に延びるが、限定されない。複数の環状溝２４は、第１の筒状部材１２の軸Ｚｒ方向と平行な方向に対して交差する方向に延びてもよい。
【００１３】
供給口側ヘッダ流路２１は、第２の筒状部材１３に形成され、供給口１４と連通している。排出口側ヘッダ流路２２は、第２の筒状部材１３に形成され、排出口１５と連通している。
【００１４】
円環状の空隙２３は、第１の筒状部材１２と第２の筒状部材１３との間に円筒状に形成された、微小な空隙である。円環状の空隙２３は、第１の筒状部材１２の軸Ｚｒを中心とする円筒状の空隙である。円環状の空隙２３は、第１の筒状部材１２の一端側の供給口側ヘッダ流路２１から他端側の排出口側ヘッダ流路２２に冷却液１６を通過させる。
【００１５】
環状溝２４は、図１に示すように、第１の筒状部材１２の外周面１２Ｐである円環状の空隙２３側の面に形成されている。複数の環状溝２４は、互いに平行かつ独立の微小な溝群である。つまり環状溝２４は、第１の筒状部材１２の外周面１２Ｐに複数形成されており、第１の筒状部材１２の円周方向に沿って延びている。また、複数の環状溝２４は、第１の筒状部材１２の軸Ｚｒ方向に並んでいる。本実施の形態では、環状溝２４として複数の円状の溝を備えているが、本発明はこれに限定されるものではなく、少なくとも一周する円状の溝を一つ備えるものであってもよい。
【００１６】
環状溝２４の形状は、断面が図１に示すように四角形であってもよいし、Ｖ字型であってもよいし、Ｕ字型であってもよいし、その他の形状であってもよい。
【００１７】
冷却流路２０は、供給口１４に供給された冷却液１６が、供給口側ヘッダ流路２１、円環状の空隙２３、及び排出口側ヘッダ流路２２を通り、排出口１５から排出される。冷却液１６は、冷却流路２０を通過する時に、第１の筒状部材１２と熱交換を行い、第１の筒状部材１２を冷却する。これにより、発熱源である固定子鉄心１１で発生した熱で加熱された第１の筒状部材１２を冷却し、回転電機の過熱を抑制する。
【００１８】
第１の筒状部材１２は、第２の筒状部材１３と対向する面の軸Ｚｒ方向の両側に、各々シール部材２５であるＯリングを取り付けるための溝２６が形成されている。溝２６には、シール部材２５が配置されている。シール部材２５は、第１の筒状部材１２と第２の筒状部材１３との隙間をシールしている。つまり、回転電機は、第１の筒状部材１２と第２の筒状部材１３との間の隙間であって、冷却流路２０の円環状の空隙２３が設けられている領域の軸Ｚｒ方向における両側にシール部材２５が設けられている。本構造により、回転電機は、円環状の空隙２３を流れる冷却液１６の液漏れを抑制できる。また、冷却流路２０は、排出口１５と供給口１４とが、図示しない循環ラインに接続される。循環ラインは、冷却液１６を冷却する冷却設備が配置されている。冷却液１６は、冷却流路２０を流れることで回転電機の熱を吸収して、回転電機を冷却する。加熱された冷却液１６は、冷却設備で冷却される。冷却液１６は、循環ラインと冷却流路２０とを繰り返し循環することで、冷却と加熱とが繰り返される。
【００１９】
図２は、実施の形態１に係る回転電機冷却装置の第１の筒状部材の斜視図である。図３は、実施の形態１に係る環状溝を設けた第１の筒状部材と第２の筒状部材とから形成される円環状の空隙の断面図である。図３は、円環状の空隙２３及び環状溝２４を拡大した断面を示す。図２及び図３を用いて冷却流路２０を流れる冷却液１６の流れを説明する。図３に示すように、環状溝２４は、第１の筒状部材１２の円筒外周面を基準とする第１の基準面４１（図１参照）からの窪んだ溝により形成される。ここで、円環状の空隙２３の隙間高さ、すなわち第１の筒状部材１２の径方向における距離をδ、環状溝２４の幅、すなわち第１の筒状部材１２の軸Ｚｒ方向における距離をｗ、環状溝２４の深さ、すなわち第１の筒状部材１２の径方向における距離をｈ、環状溝２４のピッチ、すなわち第１の筒状部材１２の軸Ｚｒ方向における距離をｐとする。
【００２０】
図２及び図３に示すように、供給口１４より供給された冷却液１６は、供給口側ヘッダ流路２１を流れることで、第１の筒状部材１２の円周方向３１に流れ、供給口側ヘッダ流路２１の円周方向の全周に広がる。供給口側ヘッダ流路２１内において全周に広がった冷却液１６は、円環状の空隙２３では第１の筒状部材１２の軸方向３２に流れる。そして、排出口側ヘッダ流路２２では再び円周方向３３から集められるように流れ、排出口１５から排出される。
【００２１】
図４は、実施の形態１に係る円環状の空隙と環状溝とに冷却液が通過する様子を示す部分拡大断面図である。図４に示すように、隙間高さδの円環状の空隙２３を通過する冷却液１６には、第１の筒状部材１２の面に膜状の温度境界層５１があり、流れに沿って、当該層の厚さが大きくなり、発達する。温度境界層５１の厚さが大きいと熱伝達率が低下し、冷却性能が低下する。ここで、一定間隔毎に設けられた複数の独立した環状溝２４を横切って流れる際、発達した温度境界層５１が分断され、環状溝２４を通過後、第１の筒状部材１２の面に厚さ０から温度境界層５２が再生される。環状溝２４の通過前後で温度境界層の厚さが小さくなるため、熱伝達率が上昇し、冷却性能が向上する。
【００２２】
図５は、実施の形態１に係る冷却流路において、円環状の空隙の隙間高さが冷却能力に与える影響を示したグラフである。図５は、円環状の空隙２３の隙間高さδが冷却能力に与える影響について、計算で得られた結果の一例を示す。温度は、供給口側ヘッダ流路２１及び排出口側ヘッダ流路２２及び円環状の空隙２３を円周方向に分割し、各分割流路間の流量及び圧力のバランス計算を行い、得られた各分割流路の流量から流速を算出し、流速から熱伝達率の計算式を用いて温度を算出した。
【００２３】
図５においては、冷却能力を縦軸とすると共に、隙間高さδ（ｍｍ）を横軸とした。ここで、隙間高さδ（ｍｍ）は、円環状の空隙２３の幅であり、固定子鉄心１１の軸方向と垂直な方向における円環状の空隙２３の距離である。冷却能力（Ｗ／Ｋ）は、回転電機発熱量（Ｗ）／固定子鉄心温度上昇値（Ｋ）によって求められる比率であると、ここでは定義する。図５は、円環状の空隙２３の隙間高さδが１．０ｍｍのとき、回転電機の発熱量を固定子鉄心１１の温度上昇値で除算した値を１００としたときの関係を示している。図５の結果によれば、固定子鉄心１１の軸方向と垂直な方向の幅である隙間高さδが１．０ｍｍ以下のときに高い冷却性能を発揮することが確認された。また、隙間高さδが０．５ｍｍ以下のときにさらに高い冷却性能が発揮された。これらの結果から、円環状の空隙２３の隙間高さδは、同心円の径方向の距離が１．０ｍｍ以下、より好ましくは０．５ｍｍ以下の値とすることで、冷却性能が発揮することが確認された。
【００２４】
図６は、実施の形態１に係る環状溝の幅ｗと深さｈとの比（ｗ／ｈ）が冷却能力に与える影響を示したグラフである。図６では、環状溝２４の幅ｗと深さｈとの比（ｗ／ｈ）について、有限体積法による数値解析で得られた結果の一例を示す。図６に示すように、環状溝２４の幅ｗと深さｈとの比（ｗ／ｈ）が１０、かつ環状溝２４の深さｈと円環状の空隙２３の隙間高さδとの比（ｈ／δ）が１．０のときにおいて、回転電機発熱量を固定子鉄心１１の温度上昇値で除算した値を１００としたときの関係を示している。
【００２５】
図６によれば、環状溝２４の幅ｗと深さｈとの比（ｗ／ｈ）が５から１０の間の条件が５≦（ｗ／ｈ）≦１０で、かつ環状溝２４の深さｈと隙間高さδの比（ｈ／δ）が１．０から１．８の間の条件、すなわち１．０≦（ｈ／δ）≦１．８において、高い冷却効果を発揮することが確認された。
【００２６】
よって、環状溝２４の幅ｗと深さｈとの比（ｗ／ｈ）が５から１０の間の範囲において、環状溝２４の深さｈと隙間高さδとの比（ｈ／δ）を１．０から１．８の間の範囲とすることで、高い冷却性能が発揮されることが確認された。
【００２７】
図７は、実施の形態１に係る供給口側ヘッダ流路、円環状の空隙及び排出口側ヘッダ流路の断面図である。図８は、図７のVIII−VIII線断面図である。図７において、供給口側ヘッダ流路２１又は排出口側ヘッダ流路２２の断面積をＡとし、図８において、円環状の空隙２３の断面積をＢとする。断面積Ａは、図７中の網掛け部分の面積である。断面積Ｂは、図８中の白抜き部分の面積である。
【００２８】
図９は、実施の形態１において、円環状の空隙内の流速比に与える流路断面積比の影響を示したグラフである。円環状の空隙２３内の流速比に与える流路断面積比（Ａ／Ｂ）の影響について図５と同様の計算方法によって得られた結果の一例を示したものである。ここで、円環状の空隙２３内の流速比とは、円周方向に生じる流速分布の最大流速を最小流速で除算した値である。
【００２９】
図９に示すように、流路断面積比（Ａ／Ｂ）が０．２の場合に流速比が概ね１になることが確認された。流速比を１に近づけることで回転電機を円周方向に均一かつ効率的に冷却することができる。なお、円環状の空隙２３の隙間高さδは、δ＝１．００ｍｍ（図９中の菱形黒印）及びδ＝０．１５ｍｍ（図９中の×印）とした。
【００３０】
実施の形態１において、第１の筒状部材１２と第２の筒状部材１３との一部を段加工して段付き円筒状構造を形成している。図１０は、実施の形態１に係る回転電機冷却装置の段付き円筒状構造の断面図である。図１０に示すように、段付き円筒状構造は、突出段付部１２Ａと、切欠部１３Ａとを有している。突出段付部１２Ａは、第１の筒状部材１２の排出口１５側に形成されて、軸Ｚｒ方向と直交する外周方向で円周方向にわたって段加工して第２の筒状部材１３側に突出する。切欠部１３Ａは、第２の筒状部材１３の排出口１５側に形成される。切欠部１３Ａは、第２の筒状部材１３の円周方向にわたって切欠き加工される。回転電機を組み立てる際には、突出段付部１２Ａの内側端面１２Ｂと、切欠部１３Ａの軸Ｚｒ方向の外側端面１３Ｂとを接触させてから固定することにより、段付き円筒状構造が形成される。
【００３１】
すなわち、第１の筒状部材１２の突出段付部１２Ａの内側端面１２Ｂと、第２の筒状部材１３の切欠部１３Ａの外側端面１３Ｂとを接触させてから固定することにより、排出口側ヘッダ流路２２の流路を形成する際における位置決めを容易にすることが可能となる。従って、回転電機は組立性が良好な構造となるので、組立作業の簡素化を図ることができる。
【００３２】
実施の形態１に係る冷却流路２０は、環状溝２４のピッチｐが均等となるが、環状溝２４のピッチｐは不均等であってもよい。また、供給口側ヘッダ流路２１の断面積及び排出口側ヘッダ流路２２の断面積は等しくなくてもよい。
【００３３】
実施の形態１に係る冷却流路２０は、円環状の空隙２３の隙間高さδを円筒の軸Ｚｒ方向に一定の値としたが、隙間高さはこれに限定されるものではない。円環状の空隙２３は、軸Ｚｒ方向に隙間高さδが異なる位置を有してもよい。また、円筒の軸Ｚｒ方向に沿って不等の値を持つテーパ構造又は段付構造となるようにしてもよい。
【００３４】
実施の形態１に係る回転電機冷却装置１０の冷却流路２０は、供給口１４と排出口１５とに各々連通する円環状の供給口側ヘッダ流路２１及び排出口側ヘッダ流路２２と、供給口側ヘッダ流路２１及び排出口側ヘッダ流路２２を結び、冷却液１６が通過する円環状の空隙２３と、第１の筒状部材１２の円環状の空隙２３面に形成されて、第１の筒状部材１２の軸Ｚｒ方向に対して垂直で独立な複数の環状溝２４と、を有する。本構造により、供給された冷却液１６は、供給口側ヘッダ流路２１において第１の筒状部材１２の円周方向３１に流れる。供給口側ヘッダ流路２１内の全周に広がった冷却液１６は、円環状の空隙２３では第１の筒状部材１２の軸方向３２に流れる。そして、排出口側ヘッダ流路２２では再び円周方向３３に流れ、排出口１５から排出される。
【００３５】
円環状の空隙２３を通過する冷却液１６は、一定間隔に設けられた複数の独立した環状溝２４を横切って流れる際に、各環状溝２４で温度境界層５１，５２の発達が抑制され、熱伝達率が上昇するので冷却性能が向上する。また、流路形状が単純であるので、圧力損失の増加を抑制できる上、加工コストの増加を抑制できる。従って、実施の形態１に係る回転電機冷却装置１０の冷却流路２０によれば、圧力損失及び加工コストの増加を抑えながら、冷却能力の高い冷却ができる回転電機冷却装置１０を提供することができる。固定子鉄心１１の軸Ｚｒ方向の長さが大きくなり、円環状の空隙２３の流路が長くなった場合も、複数の独立した環状溝２４により温度境界層５１，５２の発達が抑制されるので、冷却能力を向上させることができる。
【００３６】
環状溝２４の窪みの形状は、実施の形態１のような断面矩形状に限定されず、断面三角形状、又は断面半円形状とすることもできる。また、環状溝２４の窪みは、これらの形状を混合したものとすることもできる。環状溝２４の深さｈも一定とせず、異なる深さとするようにしてもよい。例えば、冷却能力の低下しやすい下流側の環状溝２４を上流側の環状溝２４に比べて深くしてもよい。
【００３７】
環状溝２４同士の溝間のピッチｐが均等配置又は不均等配置となるようにしてもよい。さらに、予め発熱分布の傾向を求め、傾向を求めた発熱分布に対応するように、環状溝２４のピッチｐを変化させるようにして冷却してもよい。
【００３８】
図１１は、実施の形態１に係る変形例の環状溝を設けた第１の筒状部材と第２の筒状部材とから形成される円環状の空隙の断面図である。図１１に示すように、変形例では、第１の筒状部材１２の円環状の空隙２３側の面に形成される複数の環状溝２４のピッチｐを供給口１４側よりも排出口１５側で狭くなるように変更するようにしている。本変形例では、冷却液１６の供給口側ヘッダ流路２１側からの環状溝２４の配置のピッチｐを、最初の供給口１４側の領域では相対的に間隔を広いピッチｐ1とし、排出口１５側の領域では相対的に間隔を狭いピッチｐ3とし、中央の領域ではピッチｐ1とピッチｐ３との中間のピッチｐ2とすることで、冷却液１６が環状溝２４を横切って流れる際の温度境界層の発達の抑制の頻度を異ならせている。従って、供給口１４側の領域では熱伝達率は低く、排出口１５側の領域は熱伝達率が高く、中央の領域では熱伝達率は中間程度となる。
【００３９】
例えば、本実施の形態を用いない場合、供給口１４側から排出口１５側に向かって冷却液１６の温度が上がるのに伴って熱伝導率が低下し、供給口１４側に比べて排出口１５側で固定子鉄心１１の熱が冷却されにくいとする。このような場合に、供給口１４側に比べて排出口１５側で環状溝２４のピッチｐを狭くすることによって、固定子鉄心１１の熱が冷却されにくい排出口１５側の熱伝導率が高くなり、排出口１５側の固定子鉄心１１の冷却を促進することができる。このように、冷却性能を領域毎に制御することもできる。
【００４０】
尚、本実施の形態では、環状溝２４は円状に連続して一周する溝とした。環状溝２４が円状に一部断続している場合、その断続する箇所において温度境界層の厚さが大きいままとなるため、本実施の形態の効果が十分得られない。
【００４１】
また、本実施の形態では、環状溝２４は円状に連続して一周する溝としたが、環状溝２４が螺旋状に設けられている場合、冷却液１６の流路が螺旋状の溝に沿って螺旋状に変化してしまう。そのため、圧力損失が大きくなり、冷却ポンプの負荷が大きくなってしまう。また、螺旋状の溝を形成するためには、加工コストが高くなる。
【００４２】
本実施の形態に係る回転電機冷却装置１０によれば、円状に連続して一周する環状溝２４を備えたので、圧力損失及び加工コストの増加を抑制しながら冷却性能を向上する効果が得られる。
【００４３】
実施の形態２．
図１２は、実施の形態２に係る回転電機冷却装置を示す断面図である。図１２に示すように、実施の形態２に係る回転電機冷却装置１０ａは、第２の筒状部材１３の両端部に供給口側ヘッダ流路２１及び排出口側ヘッダ流路２２を形成するものである。第１の筒状部材１２は、強度を確保するため、肉厚をある程度大きくする必要がある。例えば図１に示すように、実施の形態１の第１の筒状部材１２においては、強度確保の関係から供給口側ヘッダ流路２１及び排出口側ヘッダ流路２２を形成するには、溝加工深さ限界である第２の基準面４２よりも供給口側ヘッダ流路２１及び排出口側ヘッダ流路２２を深く加工することができない。
【００４４】
実施の形態２においては、第２の筒状部材１３の内面側に、供給口１４と排出口１５とに連通する円環状の供給口側ヘッダ流路２１及び排出口側ヘッダ流路２２を設けて、ヘッダ用の供給流路を形成する。ヘッダ用の供給流路を形成する構造により、円環状の空隙２３に形成される環状溝２４の加工面を第２の基準面４２の近くに形成することができる。これにより、発熱源である固定子鉄心１１と円環状の空隙２３との間における熱伝導の距離Ｌが小さくなるので、冷却性能が向上する。従って、円環状の空隙２３と発熱源との距離Ｌが接近するので、冷却液１６と発熱源との間の熱抵抗が減少し、冷却性能の向上を図ることができる。
【００４５】
図１３は、実施の形態１及び実施の形態２と従来の構造とにおける冷却能力について、有限体積法を用いて数値解析した結果の比較図である。なお、従来の構造は、環状溝２４を有さない。図１３に示すように、実施の形態１は、従来の構造よりも回転電機を効率よく冷却でき、圧力の損失及び加工コストの増加を抑制できる。また、実施の形態２は熱伝導の距離Ｌを小さくすることができ、実施の形態１よりもさらに冷却能力の向上を図ることができる。
【００４６】
実施の形態３．
図１４は、実施の形態３に係る回転電機冷却装置を示す断面図である。図１４に示すように、実施の形態３に係る回転電機冷却装置１０ｂは、第１の筒状部材１２と第２の筒状部材１３との一部を加工して第１及び第２の段付き円筒状構造を形成している。第１の段付き円筒状構造は、突出段付部１２Ａと、切欠部１３Ａとを有する。突出段付部１２Ａは、第１の筒状部材１２に形成され、排出口１５側の内側端面１２Ｂである外周側面が第２の筒状部材１３側に突出して形成される。すなわち、突出段付部１２Ａは、円周方向にわたって、軸Ｚｒ方向と直交する方向、すなわち第１の筒状部材１２の径方向に沿って、第２の基準面４２から突出する。切欠部１３Ａは、第２の筒状部材１３に形成され、排出口１５側の外側端面１３Ｂである内周側面に凹みが形成される。そして、第１の筒状部材１２の突出段付部１２Ａの排出口１５側の内側端面１２Ｂの外周側面と、第２の筒状部材１３の切欠部１３Ａの排出口１５側の外側端面１３Ｂである内周側面と、が排出口側ヘッダ流路２２を介して対向するように固定される。突出段付部１２Ａ及び切欠部１３Ａが、円周方向にわたって切欠き加工される回転電機が組み立てられる際には、突出段付部１２Ａの内側端面１２Ｂの外周側面と、軸Ｚｒ方向における切欠部１３Ａの外側端面１３Ｂである内周側面と、を排出口１５の径よりも離して対向させて組み合わせる。組立後、排出口側ヘッダ流路２２が形成される。
【００４７】
よって、排出口１５の径は、突出段付部１２Ａの内側端面１２Ｂである外周側面と、切欠部１３Ａの外側端面１３Ｂである内周側面と、の間の距離よりも短いものとなる。
【００４８】
また、第２の段付き円筒状構造は、第２突出段付部１３Ｃと、切欠部１２Ｃとを有する。第２突出段付部１３Ｃは、第２の筒状部材１３の供給口１４に形成され、供給口１４側の内側端面１３Ｄである外周側面に凹みが形成される。第２突出段付部１３Ｃは、軸Ｚｒ方向と直交する内周方向に円周方向にわたって、第２の基準面４２側へ突出する。切欠部１２Ｃは、第１の筒状部材１２の供給口１４側の内周側面１２Ｄが円周方向にわたって形成される。回転電機が組み立てられる際には、第２突出段付部１３Ｃの供給口１４側の内側端面１３Ｄの外周側面と、切欠部１２Ｃの軸Ｚｒ方向の供給口１４側の内周側面１２Ｄとを離して、供給側の扁平な供給口側ヘッダ流路２１が形成される。これにより、軸Ｚｒ方向における供給口側ヘッダ流路２１の長さを大きくした扁平の流路が形成されている。
【００４９】
実施の形態３の回転電機冷却装置１０ｂは、実施の形態２と同様に、円環状の空隙２３を溝加工深さ限界の第２の基準面４２近くに形成できるので、固定子鉄心１１と円環状の空隙２３間との熱伝導の距離Ｌが小さくなり冷却性が向上する。また、実施の形態２とは異なり、供給口側ヘッダ流路２１を設ける際、第２の筒状部材１３の内面側を溝加工する必要がないので、加工コストが低減できる。
【００５０】
以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。
【符号の説明】
【００５１】
１０  回転電機冷却装置、１１  固定子鉄心、１２  第１の筒状部材、１３  第２の筒状部材、１４  供給口、１５  排出口、１６  冷却液、２０  冷却流路、２１  供給口側ヘッダ流路、２２  排出口側ヘッダ流路、２３  円環状の空隙、２４  環状溝、３１，３３  円周方向、３２  軸方向、４１  第１の基準面、４２  第２の基準面。
【図１】
2017212556.tif 000003
【図２】
2017212556.tif 000004
【図３】
2017212556.tif 000005
【図４】
2017212556.tif 000006
【図５】
2017212556.tif 000007
【図６】
2017212556.tif 000008
【図７】
2017212556.tif 000009
【図８】
2017212556.tif 000010
【図９】
2017212556.tif 000011
【図１０】
2017212556.tif 000012
【図１１】
2017212556.tif 000013
【図１２】
2017212556.tif 000014
【図１３】
2017212556.tif 000015
【図１４】
2017212556.tif 000016
【手続補正書】
【提出日】平成29年3月31日(2017.3.31)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定子鉄心の外周面に配設された第１の筒状部材と、
前記第１の筒状部材の外周面と円環状の空隙を隔てて配設された第２の筒状部材と、
前記第２の筒状部材の一端側に設けられた供給口から、前記円環状の空隙を通じて前記第２の筒状部材の他端側に設けられた排出口へ冷却液が通過する冷却流路と、を備え、
前記冷却流路は、前記供給口に連通する環状の供給口側ヘッダ流路と、
前記排出口に連通する環状の排出口側ヘッダ流路と、
前記第１の筒状部材の外周面に設けられた円状の環状溝と、を有することを特徴とする回転電機冷却装置。
【請求項２】
前記環状溝は、複数設けられることを特徴とする請求項１に記載の回転電機冷却装置。
【請求項３】
前記円環状の空隙は、前記固定子鉄心の軸方向と垂直な方向の幅が１．０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載の回転電機冷却装置。
【請求項４】
複数の前記環状溝同士の溝間のピッチは均等であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の回転電機冷却装置。
【請求項５】
複数の前記環状溝同士の溝間のピッチは不均等であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の回転電機冷却装置。
【請求項６】
固定子鉄心の外周面に配設された第１の筒状部材と、
前記第１の筒状部材の外周面と円環状の空隙を隔てて配設された第２の筒状部材と、
前記第２の筒状部材の一端側に設けられた供給口から、前記円環状の空隙を通じて前記第２の筒状部材の他端側に設けられた排出口へ冷却液が通過する冷却流路と、を備え、
前記冷却流路は、前記供給口に連通する環状の供給口側ヘッダ流路と、
前記排出口に連通する環状の排出口側ヘッダ流路と、
前記第１の筒状部材の外周面に設けられた円状の環状溝と、を有し、
複数の前記環状溝同士の溝間のピッチは不均等であると共に、
前記溝間のピッチは、前記供給口側よりも前記排出口側で狭いことを特徴とする回転電機冷却装置。
【請求項７】
前記環状溝は、複数設けられることを特徴とする請求項６に記載の回転電機冷却装置。
【請求項８】
前記円環状の空隙は、前記固定子鉄心の軸方向と垂直な方向の幅が１．０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項６又は７に記載の回転電機冷却装置。
【請求項９】
前記第１の筒状部材は、前記排出口側の外周側面が前記第２の筒状部材側に突出して形成された突出段付部を有し、
前記第２の筒状部材は、前記排出口側の内周側面が凹んだ切欠部を有し、
前記排出口側の前記外周側面と、前記排出口側の前記内周側面とが前記排出口側ヘッダ流路を介して対向するように固定されたことを特徴とする請求項１又は６に記載の回転電機冷却装置。
【請求項１０】
前記排出口の径は、前記排出口側の外周側面と前記排出口側の内周側面との間の距離よりも短いことを特徴とする請求項９に記載の回転電機冷却装置。
【手続補正書】
【提出日】平成29年7月14日(2017.7.14)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定子鉄心の外周面に配設された第１の筒状部材と、
前記第１の筒状部材の外周面と円環状の空隙を隔てて配設された第２の筒状部材と、
前記第２の筒状部材の一端側に設けられた供給口から、前記円環状の空隙を通じて前記第２の筒状部材の他端側に設けられた排出口へ冷却液が通過する冷却流路と、を備え、
前記冷却流路は、前記供給口に連通する環状の供給口側ヘッダ流路と、
前記排出口に連通する環状の排出口側ヘッダ流路と、
前記供給口側ヘッダ流路と前記排出口側ヘッダ流路との間に配置され、前記第１の筒状部材の外周面に設けられた円状の環状溝と、を有すると共に、
前記供給口側ヘッダ流路内で全周に拡がった冷却液は、前記排出側ヘッダ流路側に向かい前記環状溝の溝方向に直交する軸方向に流れることを特徴とする回転電機冷却装置。
【請求項２】
前記環状溝は、複数設けられることを特徴とする請求項１に記載の回転電機冷却装置。
【請求項３】
前記円環状の空隙は、前記固定子鉄心の軸方向と垂直な方向の幅が１．０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載の回転電機冷却装置。
【請求項４】
複数の前記環状溝同士の溝間のピッチは均等であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の回転電機冷却装置。
【請求項５】
複数の前記環状溝同士の溝間のピッチは不均等であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の回転電機冷却装置。
【請求項６】
固定子鉄心の外周面に配設された第１の筒状部材と、
前記第１の筒状部材の外周面と円環状の空隙を隔てて配設された第２の筒状部材と、
前記第２の筒状部材の一端側に設けられた供給口から、前記円環状の空隙を通じて前記第２の筒状部材の他端側に設けられた排出口へ冷却液が通過する冷却流路と、を備え、
前記冷却流路は、前記供給口に連通する環状の供給口側ヘッダ流路と、
前記排出口に連通する環状の排出口側ヘッダ流路と、
前記第１の筒状部材の外周面に設けられた円状の環状溝と、を有し、
複数の前記環状溝同士の溝間のピッチは不均等であると共に、
前記溝間のピッチは、前記供給口側よりも前記排出口側で狭いことを特徴とする回転電機冷却装置。
【請求項７】
前記環状溝は、複数設けられることを特徴とする請求項６に記載の回転電機冷却装置。
【請求項８】
前記円環状の空隙は、前記固定子鉄心の軸方向と垂直な方向の幅が１．０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項６又は７に記載の回転電機冷却装置。
【請求項９】
前記第１の筒状部材は、前記排出口側の外周側面が前記第２の筒状部材側に突出して形成された突出段付部を有し、
前記第２の筒状部材は、前記排出口側の内周側面が凹んだ切欠部を有し、
前記排出口側の前記外周側面と、前記排出口側の前記内周側面とが前記排出口側ヘッダ流路を介して対向するように固定されたことを特徴とする請求項１又は６に記載の回転電機冷却装置。
【請求項１０】
前記排出口の径は、前記排出口側の外周側面と前記排出口側の内周側面との間の距離よりも短いことを特徴とする請求項９に記載の回転電機冷却装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、固定子鉄心の外周面に配設された第１の筒状部材と、前記第１の筒状部材の外周面と円環状の空隙を隔てて配設された第２の筒状部材と、前記第２の筒状部材の一端側に設けられた供給口から、前記円環状の空隙を通じて前記第２の筒状部材の他端側に設けられた排出口へ冷却液が通過する冷却流路と、を備え、前記冷却流路は、前記供給口に連通する環状の供給口側ヘッダ流路と、前記排出口に連通する環状の排出口側ヘッダ流路と、前記供給口側ヘッダ流路と前記排出口側ヘッダ流路との間に配置され、前記第１の筒状部材の外周面に設けられた円状の環状溝と、を有すると共に、前記供給口側ヘッダ流路内で全周に拡がった冷却液は、前記排出側ヘッダ流路側に向かい前記環状溝の溝方向に直交する軸方向に流れることを特徴とする。
【手続補正書】
【提出日】平成29年9月27日(2017.9.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定子鉄心の外周面に配設された第１の筒状部材と、
前記第１の筒状部材の外周面と円環状の空隙を隔てて配設された第２の筒状部材と、
前記第２の筒状部材の一端側に設けられた供給口から、前記円環状の空隙を通じて前記第２の筒状部材の他端側に設けられた排出口へ冷却液が通過する冷却流路と、を備え、
前記冷却流路は、前記供給口に連通する環状の供給口側ヘッダ流路と、
前記排出口に連通する環状の排出口側ヘッダ流路と、
前記供給口側ヘッダ流路と前記排出口側ヘッダ流路との間に配置され、前記第１の筒状部材の外周面に設けられ、前記供給口側の環状のヘッダ流路及び前記排出口側の環状のヘッダ流路の溝幅よりも狭い溝幅を有し、且つ複数の独立した円状の環状溝と、を有すると共に、
前記供給口側ヘッダ流路内で全周に拡がった冷却液は、前記排出側ヘッダ流路側に向かい前記環状溝の溝方向に直交する軸方向に流れることを特徴とする回転電機冷却装置。
【請求項２】
前記環状溝は、複数設けられることを特徴とする請求項１に記載の回転電機冷却装置。
【請求項３】
前記円環状の空隙は、前記固定子鉄心の軸方向と垂直な方向の幅が１．０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載の回転電機冷却装置。
【請求項４】
複数の前記環状溝同士の溝間のピッチは均等であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の回転電機冷却装置。
【請求項５】
複数の前記環状溝同士の溝間のピッチは不均等であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の回転電機冷却装置。
【請求項６】
固定子鉄心の外周面に配設された第１の筒状部材と、
前記第１の筒状部材の外周面と円環状の空隙を隔てて配設された第２の筒状部材と、
前記第２の筒状部材の一端側に設けられた供給口から、前記円環状の空隙を通じて前記第２の筒状部材の他端側に設けられた排出口へ冷却液が通過する冷却流路と、を備え、
前記冷却流路は、前記供給口に連通する環状の供給口側ヘッダ流路と、
前記排出口に連通する環状の排出口側ヘッダ流路と、
前記第１の筒状部材の外周面に設けられた円状の環状溝と、を有し、
複数の前記環状溝同士の溝間のピッチは不均等であると共に、
前記溝間のピッチは、前記供給口側よりも前記排出口側で狭いことを特徴とする回転電機冷却装置。
【請求項７】
前記環状溝は、複数設けられることを特徴とする請求項６に記載の回転電機冷却装置。
【請求項８】
前記円環状の空隙は、前記固定子鉄心の軸方向と垂直な方向の幅が１．０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項６又は７に記載の回転電機冷却装置。
【請求項９】
前記第１の筒状部材は、前記排出口側の外周側面が前記第２の筒状部材側に突出して形成された突出段付部を有し、
前記第２の筒状部材は、前記排出口側の内周側面が凹んだ切欠部を有し、
前記排出口側の前記外周側面と、前記排出口側の前記内周側面とが前記排出口側ヘッダ流路を介して対向するように固定されたことを特徴とする請求項１又は６に記載の回転電機冷却装置。
【請求項１０】
前記排出口の径は、前記排出口側の外周側面と前記排出口側の内周側面との間の距離よりも短いことを特徴とする請求項９に記載の回転電機冷却装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、固定子鉄心の外周面に配設された第１の筒状部材と、前記第１の筒状部材の外周面と円環状の空隙を隔てて配設された第２の筒状部材と、前記第２の筒状部材の一端側に設けられた供給口から、前記円環状の空隙を通じて前記第２の筒状部材の他端側に設けられた排出口へ冷却液が通過する冷却流路と、を備え、前記冷却流路は、前記供給口に連通する環状の供給口側ヘッダ流路と、
前記排出口に連通する環状の排出口側ヘッダ流路と、前記供給口側ヘッダ流路と前記排出口側ヘッダ流路との間に配置され、前記第１の筒状部材の外周面に設けられ、前記供給口側の環状のヘッダ流路及び前記排出口側の環状のヘッダ流路の溝幅よりも狭い溝幅を有し、且つ複数の独立した円状の環状溝と、を有すると共に、前記供給口側ヘッダ流路内で全周に拡がった冷却液は、前記排出側ヘッダ流路側に向かい前記環状溝の溝方向に直交する軸方向に流れることを特徴とする。
【国際調査報告】
2017212556.tif 000017
2017212556.tif 000018