(57)【要約】【課題】回転電機の運転状態にかかわらず回転電機内に貯留したオイルを検出する回転電機を提供する。【解決手段】回転自在に軸支されたロータ２と、このロータの外周に配置されたステータ５と、ステータを構成するステータコアのスロット２５と、ステータ内周面に開口するスロットの開口部を閉塞してスロット内部に冷媒通路を形成する閉塞部材を備えた回転電機において、前記ステータ５の内周部または閉塞部材の内周部と前記ロータ外周部との間隙１８に温度検出手段１９を設け、検出された温度に基づき前記間隙への冷媒の漏出を判定する。【選択図】　　図１
2004015942.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転自在に軸支されたロータと、
このロータの外周に配置されたステータと、
ステータを構成するステータコアのスロットと、
ステータ内周面に開口するスロットの開口部を閉塞してスロット内部に冷媒通路を形成する閉塞部材を備えた回転電機において、
前記ステータの内周部または閉塞部材の内周部と前記ロータ外周部との間隙に温度検出手段を設け、
検出された温度に基づき前記間隙への冷媒の漏出を判定することを特徴とする回転電機。
【請求項２】
回転自在に軸支されたロータと、
このロータの外周に配置されたステータと、
ステータを構成するステータコアのスロットと、
ステータ内周面に開口するスロットの開口部を閉塞してスロット内部に冷媒通路を形成する閉塞部材を備えた回転電機において、
前記ステータコアの一部を構成し、コイルが巻回されるティース部を設け、
このティース部に温度検出手段が設置され、検出されたティース部の温度に基づき前記ステータの内周部または閉塞部材の内周部と前記ロータ外周部との間隙への冷媒の漏出を判定することを特徴とする回転電機。
【請求項３】
回転自在に軸支されたロータと、
このロータの外周に配置されたステータと、
ステータを構成するステータコアのスロットと、
ステータ内周面に開口するスロットの開口部を閉塞してスロット内部に冷媒通路を形成する閉塞部材を備えた回転電機において、
前記ロータとステータを収容するケースを備え、
このケースに温度検出手段が設置され、検出されたケースの温度に基づき前記ステータの内周部または閉塞部材の内周部と前記ロータ外周部との間隙への冷媒の漏出を判定することを特徴とする回転電機。
【請求項４】
前記間隙への冷媒漏出判定時に、前記間隙の冷媒を外部に排出するポンプを備えたことを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載の回転電機。
【請求項５】
前記ポンプを前記冷媒通路に冷媒を供給するポンプと兼用することを特徴とする請求項４に記載の回転電機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転電機、特に冷却機能を備えた回転電機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の回転電機として特開平１１−３１８０５５号公報に記載の技術がある。
【０００３】
この従来技術は、回転電機内に溜まった冷媒としてのオイルの油面レベルを検出し、溜まった油量を制御する技術である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来技術においては、ロータが回転している状態では回転電機内に溜まった油の油面が大きく変動して正確に油量を検出することが難しいという問題がある。
【０００５】
このような問題点を鑑み、本発明の目的は、回転電機の運転状態にかかわらず回転電機内に貯留したオイルを検出する回転電機を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、回転自在に軸支されたロータと、このロータの外周に配置されたステータと、ステータを構成するステータコアのスロットと、ステータ内周面に開口するスロットの開口部を閉塞してスロット内部に冷媒通路を形成する閉塞部材を備えた回転電機において、前記ステータの内周部または閉塞部材の内周部と前記ロータ外周部との間隙に温度検出手段を設け、検出された温度に基づき前記間隙への冷媒の漏出を判定する。
【０００７】
【発明の効果】
本発明によれば、回転電機の運転状態に係わらず、冷媒の漏出を判定することができる。従って、回転電機の構成部品にオイルの漏出に起因する熱影響が及ぶことがない。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面にしたがって本発明の実施の形態を説明する。
【０００９】
図１、図２に回転電機（モータ、または発電機、またはモータ兼発電機）の全体構成を示す。
【００１０】
図１は図２のＢ−Ｂ断面を示し、図１において、回転電機のケース１は、円筒板１Ａと、この円筒板１Ａの軸方向両端の開口を閉塞する側板１Ｂ、１Ｃからなる。
【００１１】
ケース１内には、円柱形のロータ２が収容される。ロータ２は、その回転軸２Ａの両端がそれぞれベアリング３を介して側板１Ｂ、１Ｃに支持され、回転軸２Ａを中心に回転自在となっている。
【００１２】
円筒板１Ａの内周面には、円筒形のステータ５が、ロータ２の外周を取り囲むように配置される。ステータ５の内周面とロータ２の外周面との間には、所定の間隙が設けられている。
【００１３】
ステータ５の軸方向の両端とケース１の内側との間には、環状空間からなる冷却ジャケット１０、１１が形成される。冷却ジャケット１０には円筒板１Ａを貫通するオイル供給口１６を介して、冷却用オイルが供給される。この冷却オイルは、ステータ５内に形成された冷媒通路２９（図２参照）を流通して、反対側の冷却ジャケット１１へ導かれる。この冷却オイルは、冷却ジャケット１１に形成されて円筒板１Ａを貫通するオイル排出口１７から外部へ排出される。
【００１４】
図２に示すように、ステータ５は、ステータコア２０と、このステータコア２０の周囲に巻装されるコイル３０とから構成される。
【００１５】
スタータコア２０は、所定個数（本実施の形態では１２個）の分割コア２１を、円環状に連ねて構成される（分割コア構造）。各分割コア２１は、略Ｔ字型の電磁鋼板を、ロータ２の回転軸２Ａ方向（図２の紙面に垂直方向）に所定枚数積層して形成される。
【００１６】
ステータコア２０（分割コア２１）は、ケース１の円筒板１Ａ内周面に沿うリング状のバックコア部２２と、このバックコア部２２からステータコア２０の内周側半径方向に突出するティース部２３とを備える（ただし図３参照）。
【００１７】
隣接するティース部２３の間の凹部（溝部）は、スロット２５となる。コイル３０は、各ティース部２３に集中巻きされることにより、スロット２５内部に収容された状態となっている。
【００１８】
このスロット２５を前記冷却ジャケット１０からの冷却用のオイルを通す冷媒通路２９とするために、図３に示すようにスロット２５のロータ２の外周に面した開口部２７には、プレート４０が装着される。なお、プレート４０はティース部２３の先端付近の両側面に設けた、軸方向に延びる突条部２８Ａと２８Ｂとの間に挿入保持され、その外側にはステータ内周面と同一面となるように樹脂材料が充填され、樹脂層５０が形成され、冷媒通路２９が密封される。プレート４０と樹脂層５０が本実施形態における閉塞部材である。
【００１９】
次に前記冷却ジャケット１０と１１を形成するために、ステータ５の両端からその内周面の延長上に円筒部１４が設けられ、この円筒部１４はケース１の側板１Ｂ、１Ｃまで達して、ケース１の円筒板１Ａの内周とステータ５の両端との間に、環状の空間を区画形成している。
【００２０】
円筒部１４は樹脂材料の充填加工により樹脂層を形成する際に樹脂層５０と一体的に形成される。
【００２１】
さらに樹脂層５０（またはティース部２３）の内周部とロータ２の外周部との隙間（以下、エアギャップ部という。）１８に温度センサ１９を設置する。この温度センサ１９は、冷媒通路２９からエアギャップ部１８に漏出した冷媒のオイルの温度を検出する。通常、冷媒通路２９および冷却ジャケット１０、１１とロータ２との間は、プレート４０と樹脂層５０と円筒部１４とにより遮断されており、冷媒がロータ２の設置空間に漏出することはない構成となっている。しかしながら、樹脂層５０とステータコア２０との間に隙間が生じ、その隙間からオイルがエアギャップ部１８に漏出することが考えられる。その漏出したオイル量が微量でロータ２の回転による遠心圧でエアギャップ部１８から排出されればよいが（図４の状態）、図５に示すようなエアギャップ部１８がオイルによって充満するような状態では、ロータ２の回転抵抗が増加してモータの出力低下を招くばかりか、エアギャップ部１８内のオイルの温度が上昇してモータに用いられる永久磁石の性能をも劣化させる。
【００２２】
そこで本発明は、エアギャップ部１８内の温度を検出する温度センサ１９を設けて、この温度センサ１９が検出する油温に基づきエアギャップ部１８内へのオイルの漏出を精度よく判定するものである。
【００２３】
図６に本発明のオイル漏出判定装置の構成を示す。判定装置は判定用回路３２とモータ制御用のコントローラ３３から構成される。
【００２４】
判定用回路３２は、正常時温度算出部３２Ａと、異常判定部３２と、出力部Ｂ３２Ｃからなる。
【００２５】
正常時温度算出部３２Ａには、モータの制御電流（例えば３相交流電流）の電流値とモータの回転速度が入力され、これら入力値に基づいてエアギャップ部１８の正常時の温度（オイルが満たされていない状態での温度）Ｍｔを算出する。
【００２６】
一般的には電流値が大きいほどステータコイル３０の銅損が大きく発熱し、エアギャップ部１８の温度が高くなる。また、回転速度が大きいほどステータコイル３０やロータコアの鉄損が大きく発熱し、エアギャップ部１８の温度が高くなる。そこで、この電流値とエアギャップ部１８の温度の関係または回転速度とエアギャップ部１８の温度との関係を予めマップとして記憶しておき、このマップを用いてエアギャップ部１８の正常時の温度Ｍｔを算出する。
【００２７】
異常判定部３２Ｂには、温度センサ１９によって検出されたエアギャップ部１８の実測温度Ａｔが入力され、正常時の温度Ｍｔとの差温ΔＨを算出する。次に差温ΔＨを異常判定の基準となる所定差Ｈと比較し、所定差Ｈ以上であれば異常と判定し、所定差Ｈより小さければ正常と判定する。
【００２８】
エアギャップ１９へ漏出したオイル量と温度との関係を図７に示す。エアギャップ部１８の温度は、オイル量が一定量を超えると急激に昇温し、４０℃から８０℃に上昇する。従って、所定温度差Ｈを２０℃程度に設定することで、迅速に異常判定を行うことができ、かつ外乱要因によって正常時に異常と判定する誤診が避けられる。
【００２９】
なお、図７に示すオイルの温度の上昇代は、そのときのロータの回転速度によって変化するため、所定温度差Ｈをロータの回転速度に応じて設定すればより精度よく異常判定を実施することができる。
【００３０】
出力部３２Ｃは、異常判定部３２Ｂの異常判定結果を受け、モータの運転者等に異常をＬＥＤ等の手段を用いて告知する。また、コントローラ３３にも判定結果を出力し、コントローラ３３は、異常判定を受けた場合にはモータの高回転運転を禁止したり、停止するようにモータを制御する。
【００３１】
従って、本実施形態においては、ロータ２と樹脂層５０（またはティース部２３）との間のエアギャップ１８に温度センサ１９を設置し、その検出温度に基づいてエアギャップ１８内に漏出したオイルの有無を判定することにより、回転電機の運転状態に左右されることなく、オイル漏出判定を正確に実施することができ、エアギャップ１８内のオイルによって生じる回転電機の構成部品への熱影響を防止し、回転電機の稼動寿命を延ばすことができる。
【００３２】
図８に第２の実施形態の構成を示す。この実施形態は温度センサ１９によってティース部２３の温度を検出するようにしたものである。これは、オイルのエアギャップ部１８への漏出による発熱により、回転電機を構成する部品に熱影響を及ぼすため直接、構成部品（本実施形態では一例としてティース部２３）の実測温度Ｔｔに基づき、異常判定を行うものである。すなわち、交流電流値等からマップを用いて設定されるティース部２３の温度Ｍｔに所定温度差Ｈを加算して（温度Ｂｔ）、温度Ｂｔと検出された温度Ｔｔとの比較により異常判定を行う。温度Ｂｔが温度Ｔｔ以下であるときにオイル漏れの異常状態であると判定する。このときの判定の基準となる所定温度差Ｈは、温度を検出する構成部品の可動温度に基づき定める。また判定に用いるマップもティース部２３の正常時の温度から予め設定しておく。
【００３３】
このようなティース部２３の温度に基づいてオイル漏出判定を行う構成とすることにより、回転電機の運転状態に係わらず、異常判定の精度を向上し、回転電機を構成する部品への熱影響を防止することができる。また、エアギャップ部１８は狭小なため、エアギャップ部１８に温度センサ１９を設置することで、温度センサ１９が振動や衝撃により回転しているロータ２に干渉する恐れが生じるが、本実施形態ではそのような危険が発生することはない。
【００３４】
図９は第３の実施形態の構成を示し、この実施形態は、温度センサをティース部２３に代えてケース１に設置したことを特徴とする。エアギャップ部１８へのオイルの漏出に起因する発熱により、ケース１もまた昇温し、この温度特性に基づき異常判定を行うものである。異常判定の方法については第２の実施形態と同様である。
【００３５】
温度センサ１９をケース１に設置し、ケース温度に基づいてオイル漏出判定を行うことにより、回転電機本体への温度センサ１９の設置を容易に済ますことができるという効果がある。また、温度センサ取り付け時のオイル漏れの対策を施す必要がない。
【００３６】
なお本実施形態では、温度センサ１９の検出値が、回転電機本体の環境温度の影響を受け易いため、回転電機近傍の環境温度を検出し、検出した環境の温度変化を異常判定の計算に織り込み補正することで、環境条件による異常判定の精度低下を防止する。補正の一例を説明すると、まず、マップを作成するためのケース１の温度データＫｔを検出する際に、同時に周辺の雰囲気温度Ｆｔを検出する。このとき温度データの測定条件に合わせて雰囲気温度を検出するようにする。検出されたケース温度を下式を用いて、雰囲気温度２５℃時のデータとして補正し、マップに割り付ける。
【００３７】
【数１】
ここで、Ｍｔｈは２５℃時の補正温度（℃）である。
【００３８】
次に、運転中のケース１実測温度Ｋｔと（２）式により求めた温度Ｋｔｈと所定温度Ｈを加算して求めた温度Ｂｔとを比較して異常判定を行う。
【００３９】
【数２】
ここで、Ｋｔｈはケース１の温度の補正温度（℃）である。
【００４０】
図１０は第４の実施形態の構成図である。これは、温度センサによって検出された温度データに基づいて異常判定がなされた場合に、エアギャップ部１８に漏出したオイルを外部に排出する構成である。
【００４１】
エアギャップ部１８に設置された温度センサ１９により検出された温度から異常が判定された場合には、回転電機の下端に設けられたオイル排出口を設け、この排出口にポンプ３４を連通され、エアギャップ部１８内のオイルをオイル溜めに排出する構成である。このポンプ３４は、異常判定に応じて運転を開始し、回転電機が停止するまで運転を継続する。また、ポンプ３４の稼動によっても異常判定が解除されない場合には、運転者等に異常を告知し、回転電機の運転制限や停止を実施する。
【００４２】
従って、本実施形態では、エアギャップ部１８にオイルが漏出してもこのオイルをポンプ３４の作用により強制的に排出し、回転電機への熱影響を排除し、連続運転を可能とすることができる。
【００４３】
図１１は第５の実施形態の構成を示す図である。この実施形態は、第４の実施形態のポンプ３４の代わりとして回転電機に設置される絶縁オイルの送油ポンプ３５を用いた構成である。この構成により、エアギャップ部１８に漏出したオイルの排除のための構成を新たに追加する必要がなく、より低コストでオイルの排出を可能とすることができる。
【００４４】
本実施形態の構成は、ケース１の下端部に排出口３７を設け、この排出口と送油ポンプ３５の吸引側を接続する。この経路途中には電磁弁３６が設置され、異常判定時に電磁弁３６が開き、オイルがポンプに吸引されて、エアギャップ部１８内から排出される。電磁弁３６は回転電機が停止するまで開放される。また、電磁弁３６の作動によっても異常判定が解除されない場合には、運転者等に異常を告知し、回転電機の運転制限や停止を実施する。
【００４５】
これまで説明したように本発明では、スロット内部に冷媒通路を形成した回転電機において、ステータの内周部またはプレートの内周部と前記ロータ外周部との間隙の温度を検出し、検出された温度に基づき前記間隙への冷媒の漏出を判定するため、回転電機の運転状態に左右されることなく、冷媒（オイル）漏出判定を正確に実施することができ、間隙（エアギャップ１８）内のオイルによって生じる回転電機の構成部品への熱影響を防止し、回転電機の稼動寿命を延ばすことができる。
【００４６】
前記ステータコアの一部を構成し、コイルが巻回されるティース部の温度に基づき前記間隙への冷媒の漏出を判定するため、回転電機の運転状態に係わらず、異常判定の精度を向上し、回転電機を構成する部品への熱影響を防止することができる。また、エアギャップ部１８は狭小なため、エアギャップ部１８に温度検出手段（温度センサ１９）を設置することで、温度センサ１９が振動や衝撃により回転しているロータ２に干渉する恐れがない。
【００４７】
前記ロータとステータを収容するケースの温度に基づき前記間隙への冷媒の漏出を判定するため、回転電機本体への温度センサ１９の設置を容易に済ますことができるという効果がある。また、温度センサ取り付け時のオイル漏れの対策を施す必要がない。
【００４８】
前記間隙への冷媒漏出判定時に、前記間隙の冷媒を外部に排出するポンプを備えたため、エアギャップ部１８にオイルが漏出してもこのオイルをポンプ３４の作用により強制的に排出し、回転電機への熱影響を排除し、連続運転を可能とすることができる。
【００４９】
前記ポンプを冷媒通路に冷媒を供給するポンプと兼用するため、エアギャップ部１８に漏出したオイルの排除のための構成を新たに追加する必要がなく、より低コストでオイルの排出を可能とすることができる。
【００５０】
本発明は、上記した実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内でさまざまな変更がなしうることは明白である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態の構成図である。
【図２】同じく構成図である。
【図３】ステータ２周辺部の詳細図である。
【図４】漏出オイル（少量時）の説明図である。
【図５】漏出オイル（多量時）の説明図である。
【図６】漏出オイル判定の構成図である。
【図７】オイル温度及び回転電機の軸トルクと漏出オイルの量の関係を示す図である。
【図８】第２の実施形態の構成図である。
【図９】第３の実施形態の構成図である。
【図１０】第４の実施形態の構成図である。
【図１１】第５の実施形態の構成図である。
【符号の説明】
１　ケース
２　ロータ
３　軸受
５　ステータ
１０　冷却ジャケット
１１　冷却ジャケット
１４　円筒部
１８　エアギャップ
１９　温度センサ
２０　ステータコア
２３　ティース部
２５　スロット
２９　冷媒通路
３２　判定用回路
３３　コントローラ
４０　プレート
５０　樹脂層
【図１】
2004015942.tif 000003
【図２】
2004015942.tif 000004
【図３】
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【図４】
2004015942.tif 000006
【図５】
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【図６】
2004015942.tif 000008
【図７】
2004015942.tif 000009
【図８】
2004015942.tif 000010
【図９】
2004015942.tif 000011
【図１０】
2004015942.tif 000012
【図１１】
2004015942.tif 000013