(57)【要約】【課題】システム全体としてエネルギー効率を向上させ、且つ、装置の小型化及び静粛化を実現可能な水冷式回転電気機械を得る。【解決手段】固定子枠１に回動自在に支持された回転子２と、固定子枠１に設けられ、回転子２の周囲に配置された固定子鉄心３と、固定子鉄心３に設けられた固定子巻線４と、固定子鉄心３に設けられ、固定子巻線４からの発熱エネルギーを吸収する冷却水が内部を流れる冷却水路５と、を備えた水冷式回転電気機械において、固定子鉄心３に、固定子鉄心３及び冷却水路５間に生じる温度差からゼーベック効果により電力を発生させる第１の熱電素子６を設けるとともに、固定子鉄心３の固定子巻線４近傍となる位置に、第１の熱電素子６で発生した電力によって駆動されてペルチェ効果により周囲を冷却する第２の熱電素子７を設ける。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定子枠に回動自在に支持された回転子と、
前記固定子枠に設けられ、前記回転子の周囲に配置された固定子鉄心と、
前記固定子鉄心に設けられた固定子巻線と、
前記固定子鉄心に設けられ、前記固定子巻線からの発熱エネルギーを吸収する冷却水が内部を流れる冷却水路と、
前記固定子鉄心に設けられ、前記固定子鉄心及び前記冷却水路間に生じる温度差からゼーベック効果により電力を発生させる第１の熱電素子と、
前記固定子鉄心に設けられ、前記固定子巻線の近傍に配置されるとともに、前記第１の熱電素子で発生した電力によって駆動されてペルチェ効果により周囲を冷却する第２の熱電素子と、
を備えたことを特徴とする水冷式回転電気機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、複数の熱電素子を用いた水冷却方式の回転電気機械に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図３は従来の水冷式回転電気機械を示す半断面図である。図３において、１は固定子枠、２は回転子、３は固定子鉄心、４は固定子巻線、５は冷却水路、８はファンである。かかる構成を有する水冷式回転電気機械では、固定子巻線４に流れる電流によって生じる発熱エネルギーの一部が冷却水路５内の冷却水によって吸収される。即ち、冷却水路５内の冷却水によって固定子鉄心３が冷却される。
【０００３】
一方、冷却水路５の冷却水によって吸収されなかった上記発熱エネルギーは、固定子鉄心３から固定子枠１の内部空間に放出され、かかる発熱エネルギーの冷却には、上記ファン８が利用される。即ち、水冷方式による冷却効率を更に向上させるために、上記ファン８が備えられている。
【０００４】
また、回転子と固定子との間に液体を用いた動圧軸受を有する電動機の従来技術として、上記液体の温度を調整するための熱電素子を回転子及び固定子の少なくとも一方に設けるとともに、液体動圧軸受の液体の温度を測定し、測定した温度に基づいて上記熱電素子の加熱及び冷却を制御するようにしたものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。なお、上記熱電素子として、電流の方向に応じて発熱機能（加熱機能）と吸熱機能（冷却機能）とを有するピエゾ素子といった半導体が例示されている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−１４０８８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来の水冷式回転電気機械では、冷却効率を向上させるためにファン８が設けられていたが、ファン８の動力は固定子枠１の外部に設けられた動力源（図３において図示せず）から供給されていたため、この動力源を含めたシステム全体としては、エネルギー効率を損なう結果となっていた。また、ファン８が設けられることにより、回転電気機械の大型化を招来するとともに、その静粛化を妨げる要因にもなっていた。
【０００７】
一方、特許文献１記載のものも上記従来の水冷式回転電気機械と同様に、液体の温度を調整するための熱電素子の動力が外部に設けられた動力源から供給されていたため、この動力源を含めたシステム全体としては、エネルギー効率を損なうこととなっていた。
【０００８】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的は、システム全体としてエネルギー効率を向上させ、且つ、装置の小型化及び静粛化を実現可能な水冷式回転電気機械を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明に係る水冷式回転電気機械は、固定子枠に回動自在に支持された回転子と、固定子枠に設けられ、回転子の周囲に配置された固定子鉄心と、固定子鉄心に設けられた固定子巻線と、固定子鉄心に設けられ、固定子巻線からの発熱エネルギーを吸収する冷却水が内部を流れる冷却水路と、固定子鉄心に設けられ、固定子鉄心及び冷却水路間に生じる温度差からゼーベック効果により電力を発生させる第１の熱電素子と、固定子鉄心に設けられ、固定子巻線の近傍に配置されるとともに、第１の熱電素子で発生した電力によって駆動されてペルチェ効果により周囲を冷却する第２の熱電素子と、を備えたものである。
【発明の効果】
【００１０】
この発明は、固定子枠に回動自在に支持された回転子と、固定子枠に設けられ、回転子の周囲に配置された固定子鉄心と、固定子鉄心に設けられた固定子巻線と、固定子鉄心に設けられ、固定子巻線からの発熱エネルギーを吸収する冷却水が内部を流れる冷却水路と、固定子鉄心に設けられ、固定子鉄心及び冷却水路間に生じる温度差からゼーベック効果により電力を発生させる第１の熱電素子と、固定子鉄心に設けられ、固定子巻線の近傍に配置されるとともに、第１の熱電素子で発生した電力によって駆動されてペルチェ効果により周囲を冷却する第２の熱電素子と、を備える構成としたことで、システム全体としてエネルギー効率を向上させ、且つ、装置の小型化及び静粛化を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
この発明をより詳細に説明するため、添付の図面に従ってこれを説明する。なお、各図中、同一又は相当する部分には同一の符号を付しており、その重複説明は適宜に簡略化ないし省略する。
【００１２】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１における水冷式回転電気機械を示す半断面図である。図１において、１は固定子枠、２は固定子枠１に回動自在に支持された回転子、３は固定子枠１に設けられ、回転子２の回転軸を取り囲むように回転子２の周囲に配置された固定子鉄心、４は固定子鉄心３に設けられた固定子巻線、５は固定子鉄心３の背面部に設けられ、固定子巻線４からの発熱エネルギーを吸収する冷却水がその内部を流れる冷却水路である。
【００１３】
６は固定子鉄心３の背面部内に挿入されたり、背面に貼り付けられたりすることによって固定子鉄心３に設けられ、固定子鉄心３と冷却水路５との間に生じる温度差からゼーベック効果により直流電力を発生させる第１の熱電素子、７は固定子鉄心３に挿入されたり、表面に貼り付けられたりすることによって固定子鉄心３に設けられ、上記固定子巻線４の近傍に配置されるとともに、第１の熱電素子６で発生した直流電力によって駆動されてペルチェ効果により周囲、例えば、固定子巻線４近傍の空気を冷却する第２の熱電素子である。
【００１４】
上記構成を有する水冷式回転電気機械では、固定子巻線４に流れる電流によって生じる発熱エネルギーが固定子鉄心３内を移動して、その一部が冷却水路５内を流れる冷却水によって吸収される。即ち、冷却水路５の冷却水によって固定子鉄心３が冷却される。一方、上記冷却水路５は、内部を冷却水が流れることにより、発熱元となる固定子巻線４から発熱エネルギーを受けている固定子鉄心３よりも、常時温度が低い状態を維持している。したがって、第１の熱電素子６では上記温度差に起因する直流電力が発生し、従来から冷却が容易ではなかった固定子巻線４近傍の空気が、上記第２の熱電素子７によって効率的に冷却される。
【００１５】
また、図２は第１の熱電素子及び第２の熱電素子の動作を説明するための図であり、（ａ）はゼーベック効果を、（ｂ）はペルチェ効果を示している。図２において、９は絶縁体、１０は半導体、１１は電極金属である。上記第１の熱電素子６は、固定子鉄心３と冷却水路５との間に生じる温度差から直流電力を発生させる、即ち、ゼーベック効果を奏する発電素子である。そして、第１の熱電素子６のゼーベック効果により、固定子鉄心３と冷却水路５との間に温度差が生じると、電子移動に伴って直流電流Ｉを得る。
【００１６】
一方、第２の熱電素子７は、第１の熱電素子６で発生した直流電力を動力源として周囲を冷却する、即ち、ペルチェ効果を奏するペルチェ素子である。そして、ペルチェ効果を利用した第２の熱電素子７により、次式を満たす吸熱量Ｑｃを得ることができる。
【００１７】
[数１]
Ｑｃ＝（ペルチェ効果による熱移動）−（ジュール熱）−（熱の逆流）
＝Ｋ・Ｉ−１／２・Ｉ２・Ｒ−μ・ΔＴ
ここで、Ｋはペルチェ定数、Ｉは上記直流電流、Ｒはペルチェモジュールの等価抵抗、μはペルチェモジュールの熱伝導率、ΔＴは吸熱面及び発熱面の温度差である。
【００１８】
この発明の実施の形態１によれば、固定子鉄心３と冷却水路５との間に生じる温度差から第１の熱電素子６によって直流電力を発生させるとともに、その直流電力を動力源として固定子巻線４の近傍の空気を冷却することができる。即ち、第２の熱電素子７を駆動するための動力源を外部に設ける必要がなく、上記直流電流Ｉを電源として第２の熱電素子７を熱制御することができる。したがって、第２の熱電素子７によって水冷方式による冷却効果を更に向上させることができるとともに、システム全体としてのエネルギー効率も向上させることが可能となる。
【００１９】
一方、回転電気機械内の全体の外部への発熱量が減少することに伴い、回転電気機械の小型化が可能となる。また、従来のように、水冷方式による冷却効果を向上させるためのファン８が不要となるため、システム全体の小型化及び静粛化が実現可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】この発明の実施の形態１における水冷式回転電気機械を示す半断面図である。
【図２】第１の熱電素子及び第２の熱電素子の動作を説明するための図である。
【図３】従来の水冷式回転電気機械を示す半断面図である。
【符号の説明】
【００２１】
１  固定子枠
２  回転子
３  固定子鉄心
４  固定子巻線
５  冷却水路
６  第１の熱電素子
７  第２の熱電素子
８  ファン
９  絶縁体
１０  半導体
１１  電極金属
【図１】
2007336670.tif 000003
【図２】
2007336670.tif 000004
【図３】
2007336670.tif 000005