(57)【要約】【課題】回転電機にあって、回転子の冷却性能を向上させることで、固定子枠に冷媒室を設けるなど過度に固定子の冷却性能を上げる必要をなくし、製造費用、製造期間の縮小、短縮及び部品点数の削減、適用範囲の拡大を可能にし、品質の安定化を図る。【解決手段】回転軸２３の外周に回転子鉄心１０を固着して回転子９となし、当該回転子の外側に固定子４を配置し、回転軸の端部を軸受箱２１内に収容し、回転軸２３の端部を当該軸受箱内に設置した軸受７にて軸支し、軸受箱内に冷媒室２２を設けると共に回転軸における軸受７の内輪７ａ及び回転子鉄心１０の内周に位置する箇所に穴２４を設けて当該冷媒室２２と穴２４とを連通させ、冷媒室と穴とに冷媒を充填した回転電機を特徴とする。【選択図】図１
2007336646.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸の外周に回転子鉄心を固着して回転子となし、当該回転子の外側に固定子を配置し、
前記回転軸の端部を軸受箱内に収容し、前記回転軸の端部を当該軸受箱内に設置した軸受にて軸支し、
前記軸受箱内に冷媒室を設けると共に前記回転軸における前記軸受の内輪及び回転子鉄心の内周に位置する箇所に穴を設けて当該冷媒室と穴とを連通させ、
前記冷媒室と穴とに冷媒を充填したことを特徴とする回転電機。
【請求項２】
前記冷媒室に通じる前記穴の冷媒入口に羽根車を設け、当該羽根車を前記回転軸に固定したことを特徴とする請求項１記載の回転電機。
【請求項３】
前記回転軸内の穴における前記回転子鉄心の内周に位置する箇所に円環を配置し、前記穴の奥端部に空間を設け、前記円環には、その中心部及び中心と外周との間に位置する箇所に穴を設けて前記冷媒の吸入穴と排出穴とし、前記冷媒を前記冷媒室、円環、穴の奥端部の空間、円環、冷媒室の順に循環させるようにしたことを特徴とする請求項１又は２記載の回転電機。
【請求項４】
前記回転軸内の穴の前記奥端部の空間の内径を前記円環に配置した部分の内径よりも小さくし、両者間に段部を形成したことを特徴とする請求項３記載の回転電機。
【請求項５】
回転軸の外周に回転子鉄心を固着して回転子となし、当該回転子の外側に固定子を配置し、
前記回転軸の端部を軸受箱内に収容し、前記回転軸の端部を当該軸受箱内に設置した軸受にて軸支し、
前記軸受箱内に冷媒室を設け、
前記回転軸における前記軸受の内輪の位置する箇所に穴を設けると共に当該回転軸の外周の前記回転子鉄心が位置する箇所に溝を設けて当該冷媒室と溝とを前記穴にて連通させて冷媒流路とし、
前記冷媒室と穴と溝とに冷媒を充填したことを特徴とする回転電機。
【請求項６】
前記回転軸の外周に溝に代えてリブを設け、当該リブの先端部にて前記回転子鉄心を支持させ、隣接するリブ間の空間を前記冷媒流路としたことを特徴とする請求項５記載の回転電機。
【請求項７】
前記回転軸の外周における前記回転子鉄心の位置する箇所に、前記流路間を連通させる円周方向の溝を形成したことを特徴とする請求項５又は６記載の回転電機。
【請求項８】
前記回転軸の外周に形成した溝に代えて、当該回転軸の外周近くの内部に軸方向に延びる穴を設けたことを特徴とする請求項５記載の回転電機。
【請求項９】
前記回転子鉄心の内周部に別部品である環を設置し、当該環の外周に前記回転子鉄心の内周を嵌着し、当該環の内周を前記回転軸の外周に嵌着したことを特徴とする請求項５〜８のいずれかに記載の回転電機。
【請求項１０】
回転軸の外周に回転子鉄心を固着して回転子となし、当該回転子の外側に固定子を配置し、
前記回転軸の端部を軸受箱内に収容し、当該回転軸の端部を当該軸受箱内に設置した軸受にて軸支し、
前記軸受箱内に冷媒室を設け、
前記回転子鉄心の内周に軸方向に延びる溝を設けると共に前記回転軸における前記軸受の内輪の位置する箇所に穴を設けて前記冷媒室と当該溝とを当該穴にて連通させて冷媒流路とし、
前記冷媒室と穴と溝とに冷媒を充填したことを特徴とする回転電機。
【請求項１１】
前記回転軸の外周における前記回転子鉄心の内周の溝に面する箇所に円周方向に連通溝を設けて前記回転子鉄心側の溝間を連通させたことを特徴とする請求項１０記載の回転電機。
【請求項１２】
前記回転子鉄心の内周に軸方向に延びる溝を複数条形成し、かつ、隣接する溝間を連通するように円周方向の連通溝を形成したしたことを特徴とする請求項１０記載の回転電機。
【請求項１３】
回転軸の外周に回転子鉄心を固着して回転子となし、当該回転子の外側に固定子を配置し、
前記回転軸の端部を軸受箱内に収容し、当該回転軸の端部を当該軸受箱内に設置した軸受にて軸支し、
前記軸受箱内に冷媒室を設け、
前記回転子鉄心の内周近くの内部に軸方向に延びる鉄心側穴を設けると共に前記回転軸における前記軸受の内輪の位置する箇所に軸側穴を設けて前記冷媒室と当該鉄心側穴とを当該軸側穴にて連通させて冷媒流路とし、
前記冷媒室と鉄心側穴と軸側穴とに冷媒を充填したことを特徴とする回転電機。
【請求項１４】
前記鉄心側穴を複数形成し、かつ、隣接する鉄心側穴間を連通するように円周方向の連通穴を形成したしたことを特徴とする請求項１３記載の回転電機。
【請求項１５】
回転軸の外周に回転子鉄心を固着して回転子となし、当該回転子の外側に固定子を配置し、
前記回転軸の端部を軸受箱内に収容し、当該回転軸の端部を当該軸受箱内に設置した軸受にて軸支し、
前記軸受箱内に冷媒室を設け、
前記回転子鉄心の内周に近くの内部に軸方向に延びる鉄心側穴を設け、
前記回転軸における前記軸受の内輪及び回転子鉄心の内周に位置する箇所に軸側穴を設けて当該冷媒室と穴とを連通させ、
前記回転軸の内部と回転子鉄心の内周部とに、前記軸側穴と鉄心側穴とを連通させる半径方向の連通穴を設けて前記冷媒室と軸側穴と鉄心側穴とを当該連通穴にて連通させて冷媒流路とし、
前記冷媒室と鉄心側穴と軸側穴とに冷媒を充填したことを特徴とする回転電機。
【請求項１６】
回転軸の外周に回転子鉄心を固着して回転子となし、当該回転子の外側に固定子を配置し、
前記回転軸の端部を軸受箱内に収容し、当該回転軸の端部を当該軸受箱内に設置した軸受にて軸支し、
前記軸受箱内に冷媒室を設け、
前記回転子鉄心の内部に軸方向に延びる鉄心側穴を設け、
前記回転軸の冷媒室側の端部の内部に当該冷媒室から軸外周に至る軸側穴を設け、
前記鉄心側穴の冷媒室側の開口部と前記軸側穴の外周側開口部との間に冷媒配管を接続して前記冷媒室と軸側穴と鉄心側穴とを当該冷媒配管にて連通させて冷媒流路とし、
前記冷媒室と鉄心側穴と軸側穴とに冷媒を充填したことを特徴とする回転電機。
【請求項１７】
前記鉄心側穴の中に鉄心側配管を装填し、前記冷媒配管を前記鉄心側配管の冷媒室側の開口部と前記軸側穴の外周側開口部との間に接続して前記冷媒室と軸側穴と鉄心側配管とを当該冷媒配管にて連通させて冷媒流路としたことを特徴とする請求項１６記載の回転電機。
【請求項１８】
前記回転子鉄心の内周の溝の内部に予め、自己ワニスを充填したシートを敷き詰め、当該自己ワニスを加熱硬化させることによって当該溝の内部に気密的な内張を形成したことを特徴とする請求項１０〜１２のいずれかに記載の回転電機。
【請求項１９】
前記回転子鉄心の内周の溝の開口縁部に、前記シートのずれ防止のための凸部を形成したことを特徴とする請求項１８記載の回転電機。
【請求項２０】
前記シートに代えて、前記回転子鉄心の内周の溝の内部に自己融着性の粉体塗料を塗布し、当該粉体塗料を硬化させることによって前記内張を形成したことを特徴とする請求項１８記載の回転電機。
【請求項２１】
前記回転子鉄心の内周の溝の内部に、自己ワニスを充填したシートを敷き詰めると共に自己融着性の粉体塗料を塗布し、当該自己ワニスと粉体塗料とを硬化させることによって当該溝の内部に気密的な内張を形成したことを特徴とする請求項１０〜１２のいずれかに記載の回転電機。
【請求項２２】
前記回転子鉄心の内周の溝の開口縁部に、前記シートのずれ防止のための凸部を形成したことを特徴とする請求項２１記載の回転電機。
【請求項２３】
回転子鉄心の内周の溝の内部を樹脂モールドしたことを特徴とする請求項１０〜１２のいずれかに記載の回転電機。
【請求項２４】
回転子鉄心の内周の溝の内部に凹状部材を設けたことを特徴とする請求項１０〜１２のいずれかに記載の回転電機。
【請求項２５】
前記回転子鉄心は、積層をスキューさせたものであることを特徴とする請求項１〜２４のいずれかに記載の回転電機。
【請求項２６】
前記回転軸の端部でかつ冷媒室内に、回転子軸と羽根車を設けたことを特徴とする請求項１〜２５のいずれかに記載の回転電機。
【請求項２７】
前記冷媒を前記回転軸の両側の軸受に流通させるようにしたことを特徴とする請求項１〜２６のいずれかに記載の回転電機。
【請求項２８】
請求項１〜２６の構成を前記回転軸の両側の軸受部分に設けたことを特徴とする回転電機。
【請求項２９】
前記回転軸内の羽根車を当該回転軸の軸心から偏心した位置に設けたことを特徴とする請求項２〜４のいずれかに記載の回転電機。
【請求項３０】
前記冷媒室内に設置した羽根車を、前記回転軸の軸心から偏心した位置に設けたことを特徴とする請求項２１記載の回転電機。
【請求項３１】
前記軸受箱における前記冷媒室の外部に相当する箇所に冷却フィンを設けたことを特徴とする請求項１〜３０のいずれかに記載の回転電機。
【請求項３２】
前記冷媒室を、前記回転軸の軸内に設置したことを特徴とする請求項１〜２５のいずれかに記載の回転電機。
【請求項３３】
前記冷媒室は固定子冷却方式とし、前記固定子を前記回転子と共に液冷するようにしたことを特徴とする請求項１〜３１のいずれかに記載の回転電機。
【請求項３４】
前記冷媒室に代えて強制循環機を取り付けたことを特徴とする請求項１〜３２のいずれかに記載の回転電機。
【請求項３５】
車載用の回転電機であることを特徴とする請求項１〜３４のいずれかに記載の回転電機。
【請求項３６】
巻上機用の回転電機であることを特徴とする請求項１〜３４のいずれかに記載の回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液冷式の回転電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、図２７に示す液冷式回転電機が知られている。図２７において、固定子枠１は円筒状で、両端部が開放され、かつ、インロー部１ａ、１ｂを設けられている。この固定子枠１の内周部には、電磁鋼板製の固定子鉄心２に固定子巻線３が巻装された構成の固定子４が嵌着されている。固定子枠１の両端部各々には、軸受箱５，６が嵌合配置されている。軸受箱５，６のハウジング部には、各軸受７，８の外輪７ａ，８ａが嵌着されている。
【０００３】
回転子９は、回転子鉄心１０の中心部に軸１１を嵌着した構成であり、この軸１１が前述の軸受７，８の内輪７ｂ，８ｂに回転可能に支承されている。回転子鉄心１０の外周面と固定子鉄心２の内周面とは対向し、これらの間に所定の空隙長を保つように空隙１２が形成されている。
【０００４】
固定子枠１の外周で、かつ、固定子鉄心２に相対する位置には、冷媒室１３が固定子枠１と一体的に形成されている。この冷媒室１３は、側板１４，１５及び外筒１６で構成されており、内部にしきり１７を複数配置することによって流路が形成されている。冷媒室１３には、吸入口１８と吐出口１９が設けられており、外部設置のポンプに代表される循環機２０に接続される。この循環機２０によって例えば水や油の冷媒を冷媒室１３に循環させることにより、固定子４を冷却する。
【０００５】
回転電機の発熱源としては、大きく分けて以下の３つがある。
【０００６】
１．固定子
回転電機を運転するために、電源を供給しエネルギーを発生すると同時に、損失分が発熱となる。
【０００７】
２．回転子
固定子と同様に損失分が発熱となる。特に高速回転をする場合にその発熱は顕著であり、また、急激に発生する。加えて、固定子の発熱に伴い、伝熱による温度上昇もある。
【０００８】
３．軸受
主に摩擦による発熱がある。構造的に、固定子、回転子からの伝熱による温度上昇もある。尚、構成や潤滑方式により、転動体（玉やころ）、外輪、内輪に温度差が生じる。
【０００９】
このように回転電機には発熱源となるものが大きく分けて３つあるが、回転子、軸受へ熱的な影響をおよぼす固定子を冷却することが一般的である。そしてその冷却方式は、上記従来例のような液冷式の他に、空冷式（自冷式、強制冷却式）も採用されている。
【００１０】
回転電機の運転に伴う伝熱による温度変化は、以下のように作用する。ただし、→は伝熱経路を示す。
【００１１】
固定子側：冷媒室１３→固定子枠１→軸受箱５，６→軸受外輪７ａ，８ａの各々冷却。この軸受外輪７ａ，８ａの冷却によって軸受７，８が収縮する。
【００１２】
回転子側：回転子９の発熱→軸受内輪７ｂ，８ｂの発熱膨張。
【００１３】
以上により、軸受７，８内において軸受外輪７ａ，８ａと軸受内輪７ｂ，８ｂとの隙間が減少し、軸受損傷の原因となる。この現象は、従来例のように固定子の冷却性能が高い場合、回転子との温度差が大きいために、顕著に発生する。特に、高速機などに代表される回転子側（二次側）の損失、発熱が大きい場合、始動時に上記現象が急激に発生する。
【００１４】
その対策として、軸受の内外輪の温度上昇を同時にさせる対策がある。その場合、徐々に温度上昇をするように、始動時間を長くとる必要がある。
【００１５】
運転に伴う固定子４の冷却において、冷媒室１３から固定子枠１を介して固定子４に低温熱が伝達される。そこで冷却効率を向上させるためには、固定子枠１と固定子鉄心１０との密着性を高精度にする必要がある。そしてそのためには、固定子鉄心１０の外周部の精密加工などを施すか、又は固定子鉄心１０の外径を増加する対策が必要である。
【００１６】
回転子９自身の発熱を低減させることは、損失をなくすことで可能であり、対策として、永久磁石を用いることで実現できる。しかしながら、固定子４からの伝熱を抑制することはできない。
【００１７】
回転電機を小形化するために、エネルギー積（ＢＨ＝Ｂ：磁束密度とＨ：磁場の積）の高い希土類材料の永久磁石を採用することが有効であり、中でもネオジム系（ＮｄＦｅＢ）磁石を採用することが多い。磁石は、高温となると減磁（磁束密度が減少）を誘発する。そしてネオジム系磁石は、この非可逆減磁（特性が復帰しない）する温度が低い。他の希土類材料のサマリウム系（ＳｍＣｏ）磁石は、ネオジム系に比べて温度特性は良いが、エネルギー積が低いために磁石量を多く必要とし、それを採用する場合には装置が高価になり、また大形化する問題点がある。このように、回転子の温度が高くなると磁石の減磁による品質の低下を誘発するだけでなく、高価、大形化の要因となる問題点がある。
【００１８】
容量に対する固定子鉄心寸法は、簡略的に（１）式で表される。
【００１９】
Ｐ＝ｋ・Ｄ２・Ｌ…（１）
ここで、Ｐは容量（ｋＷ）、ｋは材料係数、Ｄは固定子鉄心外径（ｍｍ）、Ｌは鉄心積厚（ｍｍ）である。
【００２０】
回転子への影響を抑制するため、固定子の温度を低くする必要があり、そのためには固定子を大形化する必要があり、結果的に回転電機が大形化する。
【００２１】
固定子の冷却は加工、構成が複雑化し、また固定子を冷却する場合には回転子との温度差により軸受破損の可能性があり、それらを防ぐ必要性がある。また、回転電機を含めた機器全体のスペースにおいて、冷媒を送り込むための付帯設備（循環機）などが必要であり、スペース、設備電源などが必要となる。
【００２２】
回転電機の用途として例えば、鉄鋼業のホットランテーブルや車輌の車軸に直接配置したり、その他、屋外型の各種用途品のように、実使用時や清掃時に水が直接軸に掛かる場合、軸受箱５，６と軸１１の軸貫通部に錆が発生する。この錆により、貫通部の固着などによる回転不能など事故を誘発することがある。この対策として、軸１１に防錆効果のあるステンレスの採用を検討した場合、回転子鉄心１０は電磁鋼板（鉄）製、軸受７，８は軸受鋼（鉄）製であり、線膨張係数の差が技術課題となる。代表的な物性値と（２）式に温度変化と膨張による寸法変化の関係に示す。
【００２３】
λ＝ｋｓ・Ｈ・ΔＴ…（２）
・ｋｓ：１１．８×１０−６  （１／℃）…鉄の線膨張係数
・ｋｓ：１７．３×１０−６  （１／℃）…ＳＵＳ３０３の線膨張係数
ここで、λは膨張による寸歩変化、ｋｓは線膨張係数、Ｈは固体寸法、ΔＴは温度差である。
【００２４】
即ち、各部品は軸１１に嵌着されており、各々所定の嵌合力を有している。そのため、回転電機の運転により回転子全体が発熱すると、膨張による寸法変化が発生し、その結果、所定の嵌合力が得られなくなってしまい、設計通りの性能が発揮できなくなる。このことから、一般に回転電機にステンレス製軸は採用が不可能であった。
【００２５】
上述したように、従来の回転電機には、次のような技術的課題があった。
【００２６】
（１）運転に伴う軸受の軸受内外輪の温度変化により、軸受内，外輪の内部隙間が減少し、軸受損傷の原因となる。この結果、軸受並びに回転電機の短寿命化の一要因となっていた。二次側（回転子側）の損失、発熱が大きい場合、始動時に上記現象が急激に発生する。その対策として、徐々に温度上昇をするように、始動時間を長くとる必要があるが、このことは、使用条件を限定することなる。
【００２７】
（２）回転電機の運転に伴う固定子の冷却において、冷媒室から固定子枠を介して、固定子に伝熱される。そこで冷却効率を向上させるためには、固定子枠と固定子鉄心の密着性を高精度にする必要がある。このため、固定子鉄心の外周部の精密加工などを施すか、又は固定子鉄心の外径を増加する対策が必要である。したがって、製造コストの増加や回転電機の大型化の一要因となっていた。また、固定子の発熱量が大きい場合には固定子巻線などの絶縁劣化などを誘発し、その結果、回転電機が短寿命化する要因にもなっていた。
【００２８】
（３）回転子自身の発熱を低減させることは、損失をなくすことで可能であり、対策として、永久磁石を用いることで実現できるが、固定子からの伝熱を抑制することはできない。回転電機を小形化するために、エネルギー積の高い希土類材料の永久磁石を採用することが有効であり、中でもネオジム系磁石を採用することが多い。しかしネオジム系磁石は、非可逆減磁する温度が低い。他の希土類材料のサマリウム系磁石は、ネオジム系に比べ、温度特性は良いが、エネルギー積が低いため、磁石量が多く必要となり、装置が高価、大形化するなどの問題がある。このように、回転子の温度が高くなると磁石の減磁による品質の低下，短寿命を誘発するだけでなく、高価、大形化の要因となる。また、永久磁石はリサイクルが可能であるが、完全消磁に費用がかかる問題点もあった。
【００２９】
（４）回転子及び軸受への影響を抑制するため、固定子の温度を低くする必要がある。固定子鉄心の容積を増加して、発熱量を抑えると固定子のみならず回転電機全体の製造価格の増加や大形化の要因となっていた。また、別の対策として、鉄心材料を高効率化する、即ち材料係数（ｋ）を大きくする策があるが、高効率化できる鉄心材料は一般に入手性が悪く、高価である。
【００３０】
（５）冷媒を送り込むための付帯設備（循環機）などが必要であり、スペース、設備電源などが余分に必要になる。以上のことから製造費用，製造期間の増加の要因となっていた。
【００３１】
（６）回転電機の用途として、実使用時及び清掃時に、水が直接軸に掛かる場合、軸受箱と軸の軸貫通部に錆が発生する。この錆により、貫通部の固着などによる回転不能など事故を誘発することがある。この対策として、軸に防錆効果のあるステンレスの採用を検討した場合、回転電機の運転により回転子全体が発熱すると、膨張による寸法変化が発生し、その結果、所定の嵌合力が得られなくなってしまい、設計通りの性能が発揮できなくなる。このことから一般的に回転電機にステンレス製軸は採用が不可能であり、防水カバーなど別の対策を講じる必要がる。この場合、部品点数の増加し、それに伴って製造費用が増加し、また装置が大形化することや関連部品の品質管理が必要になる問題が発生する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００３２】
本発明は、上述した従来技術の課題に鑑みてなされたものであり、回転子の冷却性能を向上させることで、固定子枠に冷媒室を設けるなど過度に固定子の冷却性能を上げる必要をなくし、製造費用、製造期間の縮小、短縮及び部品点数の削減、適用範囲の拡大を可能にし、さらに品質の安定化を図ることのできる回転電機を提供することを目的とする。
【００３３】
また本発明は、冷却効率を向上することにより、回転電機の小形化、長寿命化及び使用条件の緩和ができ、損失低減による省エネルギーや磁石量低減によるリサイクルに必要な費用も縮小でき、また耐熱性に劣るが高エネルギー積であるネオジム系磁石が採用できて、効率の向上ができ、環境改善が図れる回転電機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】
【００３４】
本発明は、回転軸の外周に回転子鉄心を固着して回転子となし、当該回転子の外側に固定子を配置し、前記回転軸の端部を軸受箱内に収容し、前記回転軸の端部を当該軸受箱内に設置した軸受にて軸支し、前記軸受箱内に冷媒室を設けると共に前記回転軸における前記軸受の内輪及び回転子鉄心の内周に位置する箇所に穴を設けて当該冷媒室と穴とを連通させ、前記冷媒室と穴とに冷媒を充填した回転電機を特徴とする。
【００３５】
また、本発明は、回転軸の外周に回転子鉄心を固着して回転子となし、当該回転子の外側に固定子を配置し、前記回転軸の端部を軸受箱内に収容し、前記回転軸の端部を当該軸受箱内に設置した軸受にて軸支し、前記軸受箱内に冷媒室を設け、前記回転軸における前記軸受の内輪の位置する箇所に穴を設けると共に当該回転軸の外周の前記回転子鉄心が位置する箇所に溝を設けて当該冷媒室と溝とを前記穴にて連通させて冷媒流路とし、前記冷媒室と穴と溝とに冷媒を充填した回転電機を特徴とする。
【００３６】
また、本発明は、回転軸の外周に回転子鉄心を固着して回転子となし、当該回転子の外側に固定子を配置し、前記回転軸の端部を軸受箱内に収容し、当該回転軸の端部を当該軸受箱内に設置した軸受にて軸支し、前記軸受箱内に冷媒室を設け、前記回転子鉄心の内周に軸方向に延びる溝を設けると共に前記回転軸における前記軸受の内輪の位置する箇所に穴を設けて前記冷媒室と当該溝とを当該穴にて連通させて冷媒流路とし、前記冷媒室と穴と溝とに冷媒を充填した回転電機を特徴とする。
【００３７】
また、本発明は、回転軸の外周に回転子鉄心を固着して回転子となし、当該回転子の外側に固定子を配置し、前記回転軸の端部を軸受箱内に収容し、当該回転軸の端部を当該軸受箱内に設置した軸受にて軸支し、前記軸受箱内に冷媒室を設け、前記回転子鉄心の内周近くの内部に軸方向に延びる鉄心側穴を設けると共に前記回転軸における前記軸受の内輪の位置する箇所に軸側穴を設けて前記冷媒室と当該鉄心側穴とを当該軸側穴にて連通させて冷媒流路とし、前記冷媒室と鉄心側穴と軸側穴とに冷媒を充填した回転電機を特徴とする。
【００３８】
また、本発明は、回転軸の外周に回転子鉄心を固着して回転子となし、当該回転子の外側に固定子を配置し、前記回転軸の端部を軸受箱内に収容し、当該回転軸の端部を当該軸受箱内に設置した軸受にて軸支し、前記軸受箱内に冷媒室を設け、前記回転子鉄心の内周に近くの内部に軸方向に延びる鉄心側穴を設け、前記回転軸における前記軸受の内輪及び回転子鉄心の内周に位置する箇所に軸側穴を設けて当該冷媒室と穴とを連通させ、前記回転軸の内部と回転子鉄心の内周部とに、前記軸側穴と鉄心側穴とを連通させる半径方向の連通穴を設けて前記冷媒室と軸側穴と鉄心側穴とを当該連通穴にて連通させて冷媒流路とし、前記冷媒室と鉄心側穴と軸側穴とに冷媒を充填した回転電機を特徴とする。
【００３９】
また、本発明は、回転軸の外周に回転子鉄心を固着して回転子となし、当該回転子の外側に固定子を配置し、前記回転軸の端部を軸受箱内に収容し、当該回転軸の端部を当該軸受箱内に設置した軸受にて軸支し、前記軸受箱内に冷媒室を設け、前記回転子鉄心の内部に軸方向に延びる鉄心側穴を設け、前記回転軸の冷媒室側の端部の内部に当該冷媒室から軸外周に至る軸側穴を設け、前記鉄心側穴の冷媒室側の開口部と前記軸側穴の外周側開口部との間に冷媒配管を接続して前記冷媒室と軸側穴と鉄心側穴とを当該冷媒配管にて連通させて冷媒流路とし、前記冷媒室と鉄心側穴と軸側穴とに冷媒を充填した回転電機を特徴とする。
【発明の効果】
【００４０】
本発明の回転電機によれば、回転子の冷却性能を向上させることで、固定子枠に冷媒室を設けるなど過度に固定子の冷却性能を上げる必要をなくし、製造費用、製造期間の縮小、短縮及び部品点数の削減、適用範囲の拡大を可能にし、さらに品質の安定化を図ることができる。
【００４１】
また、本発明の回転電機によれば、冷却効率を向上することにより、回転電機の小形化、長寿命化及び使用条件の緩和ができ、損失低減による省エネルギーや磁石量低減によるリサイクルに必要な費用も縮小でき、また耐熱性に劣るが高エネルギー積であるネオジム系磁石が採用できて、効率の向上ができ、環境改善が図れる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４２】
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて詳説する。
【００４３】
（第１の実施の形態）以下、本発明の第１の実施の形態の回転電機について、図１を参照して説明する。尚、図２７に示した従来例と共通する要素には従来例と同一の符号を使用して説明する。
【００４４】
図１は、第１の実施の形態の回転電機の上部断面を含む正面図である。この図１に基づき、従来例と異なる構成のみ説明する。使用する冷媒は、液体を意味する。図１において、軸受箱２１には、軸受７の近傍に冷媒室２２を設けている。軸２３には、軸受７の内輪７ｂ及び回転子鉄心１０の内周に位置する箇所に通じるように穴２４を設け、冷媒室２２と通じるようにしている。冷媒室２２と穴２４とに液体の冷媒が充填してある。
【００４５】
回転電機の運転による温度上昇により、回転子鉄心１０や軸受７は温度上昇する。冷媒室２２は、自己では発熱せず、また外気にさらされているため、回転子鉄心１０、軸受７の内部とは温度差が生じる。内部に充填されている冷媒においても同様に温度差が生じる。したがって、冷媒の温度差と回転電機の回転の双方により、冷媒は冷媒室２２と軸２３内の穴２４との間を循環する。以上の循環により、冷媒は冷媒室２２で冷却され、その結果、軸２３を介して軸受７の内輪７ｂ及び回転子鉄心１０を冷却できる。
【００４６】
以上により、第１の実施の形態による回転電機では、軸受７の内輪７ｂの冷却ができるために軸受７の外輪７ａと内輪７ｂとの温度差が縮小でき、軸受損傷防止に加え、始動時間に関する使用条件の拡大も図ることができる。また、回転子鉄心１０の冷却性能を向上できるため軸受７への熱影響を抑制し、かつ、冷媒が軸受７の近傍に位置するため軸受７全体の冷却にも利用でき、軸受７の寿命の延命化並びに回転電機の長寿命化が図れる。
【００４７】
また、本実施の形態によれば、回転子鉄心１０の冷却性能を向上できるので、固定子４の発熱、伝熱に伴う温度上昇を抑制でき、この結果として、固定子４側の冷却効率を縮小することができ、固定子枠１と固定子鉄心２との密着性を高精度にする必要がなく、適用仕様によっては固定子側の冷媒室１３を廃止することが可能であり、製造コストの縮小や固定子鉄心の外径の短縮による回転電機の小型化が図れる。
【００４８】
また、本実施の形態によれば、固定子４の発熱量が大きい場合でも、回転子の温度が低く、回転電機の内気温度が低減でき、固定子巻線３などの絶縁の延命化並びに回転電機の長寿命化が図れる。
【００４９】
また、本実施の形態によれば、回転子鉄心１０の発熱を低減させることができるので、永久磁石を用いても固定子からの伝熱に対する温度上昇を抑制することができ、そのため、エネルギー積が高く非可逆減磁する温度が低い希土類材料のネオジム系永久磁石を採用することができ、このネオジム系永久磁石を採用することで、回転電機を小形化することができ、かつ磁石量が少なくでき、回転電機を安価にして小形化することができ、その上、品質の向上、長寿命化が図れ、環境性改善、リサイクル回数削減による費用の縮小も図れる。
【００５０】
さらに、本実施の形態によれば、固定子４からの回転子鉄心１０及び軸受７への熱影響を抑制するため、固定子４の温度を低くする必要がなく、固定子鉄心２の容積の縮小、冷媒室１３の廃止など固定子４のみならず回転電機全体の製造価格の縮小や小形化が図れる。また、鉄心材料に特殊なものを採用しなくてもすむため、その入手性の向上によって低コスト化が図れ、また製造期間の短縮化も図れる。
【００５１】
加えて、本実施の形態によれば、軸２３を冷媒で直接冷却し、その軸２３を介して回転子鉄心１０を冷却するため、軸２３と回転子鉄心１０の嵌着部との温度上昇が抑制でき、その結果、熱膨張による寸法変化が少なく、嵌合力低下などの問題が発生しないため、軸２３にステンレス材を採用しても初期製作時の嵌合力を維持することができる。そのため、軸２３にステンレス材を採用することで、防錆を要求される用途に使用する場合にも防水カバーなどの付帯部品などの必要がなく、部品点数の削減、製造費用の縮小、部品管理の簡素化などが図れ、回転電機の構成の簡素化、それに伴う小形化、軽量化が図れる。
【００５２】
（第２の実施の形態）図２は、本発明の第２の実施の形態の回転電機を示している。本実施の形態の回転電機は、図１に示した第１の実施の形態の構成に対して、冷媒室２２と通じる箇所、即ち、軸２３の穴２４の冷媒入り口に羽根車２５を設け、軸２３に連結することで、回転電機の回転と共に羽根車２５が回転するように構成したことを特徴とする。
【００５３】
本実施の形態によれば、この構成により軸２３の穴２４内に冷媒を供給し、循環させることで、軸受７の内輪７ｂ及び回転子鉄心１０を冷却することができる。また、羽根車２５により、冷媒の循環能力を向上することができ、例えば、回転電機の始動時の各部に温度差が生じていない場合においても強制的に冷媒を循環させることができ、その結果、運転初期から冷却性能を十分発揮できる。したがって、高速機に代表される始動時の二次側（回転子）の損失が過大であっても軸受の急峻な温度上昇を抑制でき、始動特性の向上が図れる。
【００５４】
（第３の実施の形態）図３は、本発明の第３の実施の形態を示している。本実施の形態の回転電機は、前述した第１の実施の形態又は第２の実施の形態の回転電機の構成に対して、軸２３内の穴２６において、回転子内径部に位置する箇所を含む箇所に段差２６ａを形成し、その穴２６の穴径を冷媒の入口側＞奥側としたことを特徴とする。また、穴２６の冷媒入口側の内周に円環２７を配置し、その奥に空間２６Ａを設けている。この円環２７には、中心部及び中心と外周の間に位置する箇所に穴２７ａ，２７ｂを設け、各々冷媒の吸入穴と排出穴としている。この構成により、冷媒は冷媒室２２→円環２７の穴２７ｂ→奥端部の空間２６Ａ→円環２７の穴２７ａ→冷媒室２２と循環し、結果として冷媒の吸入、排出を分離し、冷媒が淀むことなく循環させることができる。
【００５５】
本実施の形態の回転電機によれば、円環２７に設けた穴２７ａ，２７ｂにより、冷媒の流れを整流することができるため、冷媒の循環能力を向上するのみならず温度の均一化が図れる。このことにより、冷却性能が向上し、さらに局部的な温度上昇がなくなるため、各部品にかかる熱ストレスを低下させ、また温度均一化による嵌合部の嵌合力の変動を防止できる。この結果、本実施の形態によれば、冷却性能向上による品質向上と長寿命化が図れる。
【００５６】
（第４の実施の形態）図４は、本発明の第４の実施の形態の回転電機を示している。本実施の形態の回転電機は、図３に示した第３の実施の形態に対して、穴２６に段差２６ａを設けず、円環２７を配置したことを特徴とする。尚、その他の構成は、図３に示した第３の実施の形態と共通である。
【００５７】
第４の実施の形態の回転電機によれば、穴２６に段差２６ａがないため、適用仕様に伴い回転子鉄心１０の積厚が変動した場合、円環２７の長さを変更することができ、このことにより、軸２３を変更することなく必要な円環２７を設定することができ、適用仕様に対応して最適の設計を行うことができる。
【００５８】
（第５の実施の形態）図５は、本発明の第５の実施の形態の回転電機を示している。本実施の形態の回転電機は、軸２８において、軸受７の内輪７ａに位置する箇所に穴２９を設け、かつ回転子鉄心１０が位置する箇所に溝３０を設け、冷媒室２２と軸２８の溝３０の部分と穴２９とを連通させることにより、冷媒室２２から回転子鉄心１０の内周に位置する軸２８の溝３０の部分を流路とし、冷媒を循環させるようにしたことを特徴としている。
【００５９】
本実施の形態の回転電機によれば、回転子鉄心１０の内周を冷媒で直接冷却することができるため、回転子鉄心１０の冷却性能を向上し、かつその嵌合部の温度低減が図れる。そして、回転子鉄心１０の冷却性能が向上することにより、回転電機の小形化が図れる。さらに軸受７への伝熱を抑えることによる軸受の長寿命化が図れ、ひいては回転電機の長寿命化が図れる。加えて、嵌合部の温度低減により、熱膨張による温度差の抑制ができる。
【００６０】
（第６の実施の形態）図６は、本発明の第６の実施の形態の回転電機を示している。本実施の形態の回転電機は、前述した図５に示した第５の実施の形態の構成に対して、溝３０の代用としてリブ３１を設け、軸２８の外周においてリブ３１とリブ３１との間の空間を流路としたことを特徴とする。尚、図６において、その他の構成要素については、図５に示した第５の実施の形態と共通するものには同一の符号を付して示してある。
【００６１】
第６の実施の形態の回転電機によれば、軸２８にリブ３１を設けているため、一体化した場合より、軸２８の小径化が図れ、ひいては、軸２８の素材径の軽量化や軸材の標準化が図れ、生産性を向上できる。
【００６２】
（第７の実施の形態）図７は、本発明の第７の実施の形態の回転電機を示している。本実施の形態の回転電機は、前述した図５の第５の実施の形態の構成に対して、回転子鉄心１０の内周に位置する溝３０間を流路３２にて貫通させ、円周方向へも冷媒が循環するようにしたことを特徴とする。尚、図７において、図５と共通する構成要素には共通の符号を付して示している。また、図６に示した第６の実施の形態にあっても、リブ３１に流路３２を形成することで円周方向に冷媒が循環するように構成することができる。
【００６３】
第７の実施の形態の回転電機によれば、流路３２を形成したことにより、冷媒の流れを整流することができるため、冷媒の循環能力を向上させることができ、また温度分布の均一化が図れる。そしてこの結果として冷却性能が向上し、さらに局部的な温度上昇がなくなるため、各部品の熱ストレスの低下や温度均一化による嵌合部の嵌合力の変動を防止でき、冷却性能向上による品質向上と長寿命化が図れる。
【００６４】
（第８の実施の形態）図８は、本発明の第８の実施の形態の回転電機を示している。本実施の形態は、図５の第５の実施の形態の構成に対して、溝３０の代用として穴３３を設け、軸２８の外周でかつ回転子内周近傍に流路を設けたことを特徴とする。
【００６５】
第８の実施の形態の回転電機によれば、回転子鉄心１０の内周は、軸２８の外周全周で支持できるため、伝熱性が良く、また嵌合精度の向上が図れる。
【００６６】
（第９の実施の形態）図９は、本発明の第９の実施の形態の回転電機を示している。本実施の形態の回転電機は、図５の第５の実施の形態乃至図８の第８の実施の形態の構成に対して、回転子鉄心１０の内周部に位置する箇所を別部品である環３４として、環３４の外周を回転子鉄心１０、内周を軸２８に嵌着したことを特徴とする。
【００６７】
回転子鉄心１０は電磁鋼板が積層されたものであるので厳密な機密性に欠けるが、冷媒の流路には気密性が要求される。そこで、第９の実施の形態の回転電機によれば、環３４を使用することで気密性の向上が図れる。また、軸２８の形状を簡素化することができ、また回転子鉄心１０の内径が異なった仕様のものでも、環３４の肉厚にて吸収できるので、軸２８の標準化ができ、これらにより、品質の向上と標準化による生産性の向上並びに製造費用の縮小が図れる。
【００６８】
（第１０の実施の形態）図１０は、本発明の第１０の実施の形態の回転電機を示している。本実施の形態の回転電機では、回転子鉄心１０の内周部に溝３５を設け、他方、軸３６には、冷媒室２２と回転子鉄心１０の溝３５とが通じるように溝３６ａを設けたことを特徴とする。尚、図１０において、その他の構成要素については、他の実施の形態と共通する要素については同一の符号を付して示している。
【００６９】
本実施の形態によれば、冷媒室２２と回転子鉄心１０の溝３５とを流路とし、軸３６に設けた溝３６ａを通じて冷媒を循環させることができ、この結果、回転子鉄心１０の内周を冷媒で直接冷却することができて、回転子鉄心１０の冷却性能を向上させ、かつその嵌合部の温度低減が図れる。また、回転子鉄心１０の冷却性能が向上することにより、回転電機の小形化が図れる。さらに軸受７への伝熱を抑えることによる軸受の長寿命化、ひいては回転電機の長寿命化が図れる。加えて、嵌合部の温度低減により、熱膨張による温度差の抑制ができる。
【００７０】
（第１１の実施の形態）図１１は、本発明の第１１の実施の形態の回転電機を示している。本実施の形態は、図１０に示した第１０の実施の形態の構成に対して、さらに、軸３６において回転子鉄心１０内周に位置する箇所に円周方向に溝３７を設け、回転子鉄心１０側の溝３５と通じるようにすることで、冷媒室２２と回転子鉄心１０の溝３５及び軸３６の円周方向の溝３７とを流路３８とし、冷媒を循環させるようにしたことを特徴とする。尚、図１１において、図１０に示した第１０の実施の形態と共通する要素には同一の符号を付して示している。
【００７１】
第１１の実施の形態の回転電機によれば、流路３８により、冷媒の流れを整流することができるために冷媒の循環能力を向上させることができ、要素各部の温度の均一化が図れる。このことにより、冷却性能が向上し、さらに局部的な温度上昇がなくなるため、各部品への熱ストレスを低下させ、また温度均一化により嵌合部の嵌合力の変動を防止でき、冷却性能向上による品質向上と長寿命化が図れる。
【００７２】
（第１２の実施の形態）図１２は、本発明の第１２の実施の形態の回転電機を示している。本実施の形態の回転電機は、図１０の第１０の実施の形態に対して、回転子鉄心１０の溝３５を複数箇所に形成し、かつ、隣接する溝３５，３５間を円周方向で連通させる溝３９を設けて流路４０を形成するようにしたことを特徴とする。尚、図１２において、図１０に示した第１０の実施の形態と共通する要素には同一の符号を付して示している。
【００７３】
第１２の実施の形態の回転電機によれば、溝３５，３５間を円周方向に連通させる溝３９によって形成される流路４０により、冷媒の流れを整流することができ、冷媒の循環能力を向上させ、各部の温度分布の均一化ができる。これにより、本実施の形態によれば、回転電機の冷却性能が向上し、さらに局部的な温度上昇がなくなるために各部品の熱ストレスを低下させ、また温度均一化による嵌合部の嵌合力の変動が防止ができ、ひいては、冷却性能の向上による品質向上と長寿命化が図れる。
【００７４】
（第１３の実施の形態）図１３は、本発明の第１３の実施の形態の回転電機を示している。本実施の形態では、回転子鉄心１０の内部に穴４１を設け、軸４２には軸受内輪７ｂに位置する箇所に穴４２ａを設けて冷媒室２２と回転子鉄心１０の穴４１とを連通させる構成にしたことを特徴とする。尚、図１３において、図１０に示した第１０の実施の形態と共通する要素には同一の符号を付して示している。
【００７５】
本実施の形態の場合、冷媒室２２と回転子鉄心１０の穴４１とが軸４２の穴４２ａを通じて流路４３となり、冷媒がこの流路４３を循環する。これにより、第１３の実施の形態の回転電機によれば、回転子鉄心１０の内周を冷媒で直接冷却することができるため、第１０の実施の形態と同様な効果が得られる。
【００７６】
（第１４の実施の形態）図１４は、本発明の第１４の実施の形態の回転電機を示している。本実施の形態の回転電機は、図１３の第１３の実施の形態の構成に対して、回転子鉄心１０の穴４１を複数箇所に形成し、さらに、回転子鉄心１０の穴４１，４１間が円周方向に通じるように穴４４を設けたことを特徴としている。尚、図１４において、図１３に示した第１３の実施の形態と共通する要素には同一の符号を付して示している。
【００７７】
第１４の実施の形態の回転電機によれば、回転子鉄心１０に形成した穴４１，４１間を円周方向の穴４４によって連通するようにしたことにより、冷媒を回転子鉄心１０の内部で循環させることができ、これによって冷媒の循環能力を向上できるのみならず、各部の温度分布の均一化できる。この結果、本実施の形態によれば、冷却性能が向上し、さらに局部的な温度上昇がなくなるために各部品の熱ストレスを低下させ、温度均一化によって嵌合部の嵌合力の変動を防止でき、ひいては冷却性能向上による品質向上と長寿命化が図れる。
【００７８】
（第１５の実施の形態）図１５は、本発明の第１５の実施の形態の回転電機を示している。本実施の形態の回転電機は、図１の第１の実施の形態又は図２の第２の実施の形態の構成に対して、さらに、回転子鉄心１０の構造を図１０の第１０の実施の形態乃至図１４の第１４の実施の形態のように流路を形成したことに特徴を有する。すなわち、軸受箱２１には、軸受７の近傍に冷媒室２２を設けている。軸４５には、軸受７の内輪７ｂ及び回転子鉄心１０の内周に位置する箇所に通じるように穴２４を設け、冷媒室２２と通じるようにしている。他方、回転子鉄心１０の内部に穴４１を設けている。さらに、軸４５には、回転子鉄心１０の内周が位置する箇所に穴４６を設け、冷媒室２２の穴２４と回転子鉄心１０内の穴４１とが通じるように、半径方向の穴４６を設けている。尚、図１５において、その他の構成については他の実施の形態と共通する要素について同一の符号を用いて示している。
【００７９】
第１５の実施の形態の回転電機では、半径方向の穴４６により冷媒室２２と軸４５内の穴２４、そして回転子鉄心１０内の穴４１へ通じる流路が形成でき、この流路に冷媒を循環させることができる。これにより、本実施の形態の回転電機によれば、冷媒の循環能力を向上させることができ、また各部の温度分布を均一化でき、このことにより、冷却性能を向上させ、さらに局部的な温度上昇をなくすことができるために各部品の熱ストレスを低下させ、温度均一化によって嵌合部の嵌合力の変動を防止ができ、冷却性能向上による品質向上と長寿命化が図れる。
【００８０】
尚、本実施の形態にあっては、第２の実施の形態のように軸４５の穴２４に羽根車２５を設置することができる。また、本実施の形態にあっては、第１０、第１２の実施の形態のように回転子鉄心１０の内周部に溝３５を設け、軸４５の穴２４からこの溝３５に通じる半径方向の穴４６を設ける構成にすることができる。
【００８１】
（第１６の実施の形態）図１６は、本発明の第１６の実施の形態の回転電機を示している。本実施の形態の回転電機は、前述した図１０の第１０の実施の形態乃至図１４の第１４の実施の形態の構成に対しては、図１６に代表して示すように、回転子鉄心１０側の溝３５や穴４１の冷媒吸入側に厚板構成の鉄心押え板４７を設け、その鉄心押え板４７と軸４８内に形成した穴４２ａとを配管４９にて接続し、冷媒室２２→軸４８→鉄心押え板４７→回転子鉄心１０のように冷媒が循環する流路を形成したことを特徴とする。
【００８２】
本実施の形態の回転電機によれば、軸４８の内部に必要とされる加工が少なくなり、その形状を簡素化ができる。
【００８３】
（第１７の実施の形態）図１７は、本発明の第１７の実施の形態の回転電機を示している。本実施の形態の回転電機は、図１６の第１６の実施の形態に対して、回転子鉄心１０内の冷媒流路を穴４１としたときに、その穴４１に中空のパイプ５０を配置したことを特徴とする。
【００８４】
本実施の形態の回転電機によれば、回転子鉄心１０の穴４１の部分の気密性を向上させることができると共に、回転子９の剛性を向上させることができる。尚、図１３の第１３の実施の形態においても、回転子鉄心１０の内部に形成した穴４１にパイプ５０を配置することができる。
【００８５】
（第１８の実施の形態）図１８は、本発明の第１８の実施の形態の回転電機を示している。前述した第１０乃至１２及び第１６の実施の形態の構成に対して、回転子鉄心１０の溝３５の部分に予め自己ワニスを充填したシート５１を敷き詰め、加熱により硬化させることにより内張とすることができる。これにより、溝３５、即ち、流路の気密性を向上させることができる。尚、シート５１は軽量のためにアンバランスの要因となることはない。
【００８６】
尚、上記のシート５１に代えて、回転子鉄心１０の溝３５の部分に自己融着性の粉体塗料を塗布し、その粉体塗料を硬化させることにより、溝３５の部分、即ち流路の気密性を向上させることもでき、また、形状の自由度の向上は枯れる可能となる。
【００８７】
る。
【００８８】
（第１９の実施の形態）図１９は、本発明の第１９の実施の形態の回転電機を示している。本実施の形態の回転電機は、前述した第１０乃至１２及び第１６の実施の形態の構成に対して、回転子鉄心１０の溝３５の部分に凸部５２を設け、前述した第１８の実施の形態で採用したものと同様のシート５１を内張としたことを特徴とする。このような構成にすることで、内張とされたシート５１を凸部５２によってずれ防止でき、第１８の実施の形態の効果を持ち、さらにシート５１のずれ防止による品質の向上が図れる。
【００８９】
尚、上記のシート５１に代えて、回転子鉄心１０の溝３５の部分に自己融着性の粉体塗料を塗布し、その粉体塗料を硬化させることにより、溝３５の部分、即ち流路の気密性を向上させることもできる。また、自己融着性の粉体塗料とシート５１とを併用した構成にすることもできる。また、回転子鉄心１０の溝３５の部分をモールドすることで、流路の気密性を向上しつつ、形状の自由度を上げることもできる。
【００９０】
（第２０の実施の形態）図２０は、本発明の第２０の実施の形態の回転電機を示している。本実施の形態の回転電機は、前述した第１０乃至１２及び第１６の実施の形態の構成に対して、回転子鉄心１０の溝３５の部分に凹状のしきり５３を設けたことを特徴とする。このような構成にすることで、回転子鉄心１０の溝３５の部分の気密性を向上させると共に、回転子９の剛性を向上させることができる。
【００９１】
尚、第１乃至２０の実施の形態の構成において、回転子鉄心１０の積層をスキューさせたものとすることができ、それによって、磁束密度分布の歪などにより発生するコギングトルクの低減による特性の向上を図ることができる。
【００９２】
（第２１の実施の形態）図２１は、本発明の第２１の実施の形態の回転電機を示している。本実施の形態の回転電機は、前述した第２の実施の形態の構成に対して、さらに、軸５４の端部でかつ冷媒室２２内に、回転子軸５５と羽根車５６を設け、軸５４の回転にて羽根車５６を回転させる構成にしたことを特徴とする。
【００９３】
本実施の形態の回転電機によれば、冷媒室２２内にある羽根車５６が回転するため、冷媒を送るための圧力を高めることができ、冷却効果をより高めることができる。尚、本実施の形態と同様の構成は、第３乃至１６の実施の形態に対しても同様に適用できる。
【００９４】
（第２２の実施の形態）図２２は、本発明の第２２の実施の形態の回転電機を示している。本実施の形態の回転電機は、前述した第２の実施の形態の構成に対して、この第２の実施の形態では軸２３内に配置されていた羽根車２５をなくし、軸５７の端部でかつ冷媒室２２内に、回転子軸５５と羽根車５６を設け、軸５７の回転にて羽根車５６を回転させる構成にしたことを特徴とする。
【００９５】
本実施の形態の回転電機によれば、冷媒室２２内にある羽根車５６が回転するため、冷媒を送るための圧力を高めることができ、冷却効果をより高めることができ、さらに、軸５７の形状の簡素化による生産性の向上と製造費用の縮小が図れる。尚、本実施の形態と同様の構成は、軸内に羽根車２５を設けていた他の実施の形態に対しても同様に適用できる。
【００９６】
また、前述した第１乃至２６の実施の形態の回転電機の構成それぞれに対して、両側の軸受７，８で冷媒を流通させる構成にすることができ、それによって、両側の軸受７，８の冷却が可能となり、本発明の効果がより高められ、軸受の小形化並びに回転電機の小形化が図れる。さらに、前述した請求項１乃至２６の実施の形態の回転電機の構成それぞれを両側の軸受７，８各々に配置する構成にすることができ、それによって、回転子鉄心１０内の流路を多数分割配置することができ、流路の長さを短くすることができ、この結果として、冷媒室２２及び羽根車５６の能力も縮小することができ、軸受部の小形化ができ、あるいは片側と同様の能力を持たせた場合には、冷媒の流速を速めることができ、冷却性能の向上とそれに伴う回転電機の小形化が図れる。
【００９７】
（第２３の実施の形態）図２３は、本発明の第２３の実施の形態の回転電機を示している。本実施の形態の回転電機は、前述した図２の第２の実施の形態の構成に対して、軸５７内の穴５８の入口と羽根車２５とを軸５７の中心から偏心させたことを特徴とする。その他の構成は、図２の第２の実施の形態と共通である。
【００９８】
本実施の形態の回転電機によれば、羽根車２５の回転に伴い、穴５８内の空間容積が変化して、吸入、圧縮、吐出を連続的に行うことができるようになり、循環効率を向上させるができ、この結果として、回転電機の冷却性能を向上させることができ、また、冷媒の流速を高くすることができるために冷媒自身の冷却性が向上され、近傍に設置される軸受の温度を低減できる。これにより、本実施の形態によれば、回転電機の小形化、絶縁寿命並びに回転電機の長寿命化が実現できる。尚、本実施の形態の構成は、第３乃至１６の実施の形態に対しても同様に適用することができる。
【００９９】
（第２４の実施の形態）図２４は、本発明の第２４の実施の形態の回転電機を示している。本実施の形態の回転電機は、前述した図２２の第２２の実施の形態、図２３の第２３の実施の形態の構成に対して、軸５４の端部に配置した羽根車５６に対し、冷媒室６０を軸５４の軸心から偏心させたことを特徴とする。
【０１００】
本実施の形態の回転電機によれば、羽根車５６の回転に伴い、冷媒室６０内の空間容積が変化して、吸入、圧縮、吐出を連続的に行うことができて冷媒の循環効率を向上させることができ、これによって回転電機の冷却性能を向上させることができ、同時に、冷媒の流速を高くすることができるために冷媒自身の冷却性が向上され、近傍に設置される軸受７の温度低減を図ることができる。この結果、本実施の形態によれば、回転電機の小形化、絶縁寿命並びに回転電機の寿命を長命化できる。
【０１０１】
（第２５の実施の形態）図２５は、本発明の第２５の実施の形態の回転電機を示している。本実施の形態の回転電機は、図１の第１の実施の形態の構成に対して、軸受箱２１における冷媒室６１の外部に相当する箇所に冷却フィン６２を設けたことを特徴とする。尚、図２の第２の実施の形態乃至図２４の第２４の実施の形態のいずれに対しても同様に冷却フィンを設けることができる。
【０１０２】
本実施の形態の回転電機によれば、冷却フィン６２により、冷媒自身の冷却性が向上され、近傍に設置される軸受７や回転子鉄心１０の温度を低減することができ、その結果、回転電機の小形化、絶縁寿命並びに回転電機の寿命の長命化が実現できる。
【０１０３】
（第２６の実施の形態）図２６は、本発明の第２６の実施の形態の回転電機を示している。本実施の形態の回転電機は、図１の第１の実施の形態の構成に対して、冷媒室６３を軸６４内に設置したことを特徴とする。尚、その他の構成は、図１の第１の実施の形態と共通である。また、第２乃至２５の実施の形態のそれぞれに対しても同様に軸内に冷媒室を設置することができる。
【０１０４】
本実施の形態の回転電機によれば、軸５４内に冷媒室６３を設置したことで、軸受箱２１の構成が簡素化され、回転電機の小形化、軽量化が図れる。また、軸６４内で冷媒が循環されるため、冷媒の流出防止が簡単にでき、品質の向上、対環境性の向上が図れる。
【０１０５】
尚、冷媒室の構成を固定子冷却方式とし、固定子、回転子とも液冷方式とすることができ、それによって、固定子、回転子ともに冷却性能が著しく高い自己冷却式回転電機を実現でき、システム全体の効率向上と設備の縮小とが図れる。
【０１０６】
また、前述した各実施の形態の構成に対して、冷媒室、羽根車を廃し、その代品をしてポンプなどの循環機を直取り付けし、回転電機の軸を直結することにより自己冷却する構成とすることもできる。この構成にすれば、適用仕様により、循環機ポンプを交換することで循環性能を可変にできる。また循環機単独とすることで、循環機自身で冷媒に対する漏れ対策をとることができ、耐環境性の向上や回転電機の軸受周辺のシール構造を簡略化できる。
【０１０７】
尚、前述した各実施の形態の回転電機は、車両用回転電機に代表される車載用の回転電機に適用することができる。車載用の回転電機の場合、車両の走行によって発生する走行風を受けながら運転をする場合があるが、その場合に、冷媒が過度に冷却される可能性が大きく、これが軸受損傷に発展する可能性がある。しかしながら、本発明の回転電機のように固定子枠１内に冷媒を設置することにより、より品質向上が図れる。その上、車載用の回転電機の特徴として回転速度が高いことが一般的であり、そのために永久磁石方式を採用できない場合、回転電機の二次側（回転子）の損失が大きいが、本発明のような回転電機では軸受内の温度差を抑制することができるので、車載用の回転電機として有効に利用できる。
【０１０８】
また、循環機の性能の目安として、次の（３）式に示すような比速度Ｎｓがある。
【０１０９】
Ｎｓ＝ｎ・Ｑ１／２／Ｈ３／４  …（３）
ここで、ｎは回転速度（ｍｉｎ−１）、Ｑは吐出量（ｍ３／ｍｉｎ）、Ｈは全揚程（ｍ）である。
【０１１０】
回転速度が高いとこの比速度を高く設定できる。比速度が高いことは、吐出量が多いことを意味しており、羽根車を小径として回転損失、回転バランス状態を良好としつつ、吐出量を確保することができ、用途として車載用回転電機は最適といえる。
【０１１１】
尚、直接駆動構成ではなく、減速装置を用いたカルダン駆動方式などの走行風を受ける方式では、同様の作用、効果が得られる。また、エンジン室に設置されるようなＥＶモータにおいても自己冷却方式としての効果が得られる。
【０１１２】
また、本発明の回転電機は、エレベータに代表される巻上機用の回転電機に適用することもできる。巻上機は、一般に大荷重・低速回転の仕様が多い。したがって、適用される軸受形式が大形化される場合が多い。また、低速回転のため、空冷の場合には冷却性能が低い。そこで、本発明のように液冷式とすると軸受が大きいため羽根車を大径にしやすく、回転速度に左右されにくい液冷式とすることができるため、小形化、長寿命化が図れる。
【０１１３】
さらに、本発明の回転電機は、一般産業用の回転電機などにも適用でき、適用仕様に左右されにくく、小形、長寿命の回転電機として利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１１４】
【図１】本発明の第１の実施の形態の回転電機の断面図。
【図２】本発明の第２の実施の形態の回転電機の断面図と側面図。
【図３】本発明の第３の実施の形態の回転電機の断面図。
【図４】本発明の第４の実施の形態の回転電機の断面図。
【図５】本発明の第５の実施の形態の回転電機の断面図と側面図。
【図６】本発明の第６の実施の形態の回転電機の断面図と側面図。
【図７】本発明の第７の実施の形態の回転電機の断面図と側面図と鉄心展開図。
【図８】本発明の第８の実施の形態の回転電機の断面図と側面図。
【図９】本発明の第９の実施の形態の回転電機の断面図。
【図１０】本発明の第１０の実施の形態の回転電機の断面図。
【図１１】本発明の第１１の実施の形態の回転電機の断面図。
【図１２】本発明の第１２の実施の形態の回転電機の断面図。
【図１３】本発明の第１３の実施の形態の回転電機の断面図。
【図１４】本発明の第１４の実施の形態の回転電機の断面図と鉄心断面図。
【図１５】本発明の第１５の実施の形態の回転電機の断面図と側面図。
【図１６】本発明の第１６の実施の形態の回転電機の断面図。
【図１７】本発明の第１７の実施の形態の回転電機の断面図。
【図１８】本発明の第１８の実施の形態の回転電機における回転子鉄心の内周の溝の部分の断面図。
【図１９】本発明の第１９の実施の形態の回転電機における回転子鉄心の内周の溝の部分の断面図。
【図２０】本発明の第２０の実施の形態の回転電機における回転子鉄心の内周の溝の部分の断面図。
【図２１】本発明の第２１の実施の形態の回転電機の断面図。
【図２２】本発明の第２２の実施の形態の回転電機の断面図。
【図２３】本発明の第２３の実施の形態の回転電機の断面図と側面図。
【図２４】本発明の第２４の実施の形態の回転電機の断面図と側面図。
【図２５】本発明の第２５の実施の形態の回転電機の断面図。
【図２６】本発明の第２６の実施の形態の回転電機の断面図。
【図２７】従来例の回転電機の上部断面を含む正面図。
【符号の説明】
【０１１５】
１…固定子枠
１ａ…インロー部
１ｂ…インロー部
２…固定子鉄心
３…固定子巻線
４…固定子
７…軸受
７ａ…軸受外輪
７ｂ…軸受内輪
８…軸受
９…回転子
１０…回転子鉄心
１１…軸
１２…空隙
２１…軸受箱
２２…冷媒室
２３…軸
２４…穴
２５…羽根車
２６…穴
２６Ａ…空間
２６ａ…段差
２７…環
２７ａ…穴
２７ｂ…穴
２９…穴
３０…溝
３１…リブ
３２…流路
３３…穴
３４…環
３５…溝
３６…軸
３６ａ…穴
３７…溝
３８…流路
３９…溝
４０…流路
４１…穴
４２…軸
４２ａ…穴
４３…流路
４４…穴
４５…軸
４６…穴
４７…鉄心押え板
４８…軸
４９…配管
５０…パイプ
５１…シート
５２…凸部
５３…しきり
５４…軸
５５…回転軸
５６…羽根車
５７…軸
５８…穴
５９…羽根車
６０…冷媒室
６１…冷媒室
６２…冷却フィン
６３…冷媒室
６４…軸
【図１】
2007336646.tif 000003
【図２】
2007336646.tif 000004
【図３】
2007336646.tif 000005
【図４】
2007336646.tif 000006
【図５】
2007336646.tif 000007
【図６】
2007336646.tif 000008
【図７】
2007336646.tif 000009
【図８】
2007336646.tif 000010
【図９】
2007336646.tif 000011
【図１０】
2007336646.tif 000012
【図１１】
2007336646.tif 000013
【図１２】
2007336646.tif 000014
【図１３】
2007336646.tif 000015
【図１４】
2007336646.tif 000016
【図１５】
2007336646.tif 000017
【図１６】
2007336646.tif 000018
【図１７】
2007336646.tif 000019
【図１８】
2007336646.tif 000020
【図１９】
2007336646.tif 000021
【図２０】
2007336646.tif 000022
【図２１】
2007336646.tif 000023
【図２２】
2007336646.tif 000024
【図２３】
2007336646.tif 000025
【図２４】
2007336646.tif 000026
【図２５】
2007336646.tif 000027
【図２６】
2007336646.tif 000028
【図２７】
2007336646.tif 000029