(57)【要約】【課題】電動機内部の各発熱部に対し安定かつ高速の空気の流れを作り、各発熱部表面の熱伝達率を向上することができ、抜熱効率を高くすることができる電動機固定子の冷却法を提供する。【解決手段】回転子３と、回転子の外側に同軸状に設けられた固定子４と、回転子と固定子とを収納するケース５と、から構成される電動機１における固定子の冷却法において、ケースを密閉型とし、回転子の端部にファン１１を設け、回転子の回転によりケース内部の空気が固定子の端部のコイルエンド部１２を通ってケース内周面と接触する構成とし、ケースに冷却手段１３を設けることで、固定子を冷却する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転子と、回転子の外側に同軸状に設けられた固定子と、回転子と固定子とを収納するケースと、から構成される電動機における固定子の冷却法において、ケースを密閉型とし、回転子の端部にファンを設け、回転子の回転によりケース内部の空気が固定子の端部のコイルエンド部を通ってケース内周面と接触する構成とし、ケースに冷却手段を設けることで、固定子を冷却することを特徴とする電動機固定子の冷却法。
【請求項２】
固定子の端部のコイルエンド部に空気を通す流路を設けることを特徴とする請求項１に記載の電動機固定子の冷却法。
【請求項３】
流路がファンによる空気の旋回流に沿う方向に形成されていることを特徴とする請求項２に記載の電動機固定子の冷却法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転子と、回転子の外側に同軸状に設けられた固定子と、回転子と固定子とを収納するケースと、から構成される電動機における電動機固定子の冷却法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、回転子と、回転子の外側に同軸状に設けられた固定子と、回転子と固定子とを収納するケースと、から構成される電動機における電動機固定子の冷却法は種々の方法が知られている。例えば、回転子にファンを設け、回転子の回転により電動機内部の空気の流速を高める事により、固定子の端部に存在するコイルエンド等の発熱部表面の熱伝導率を向上させる冷却法が知られている（例えば、特許文献１参照）。この方法では、電動機内部の空気はケースに配置された給排気口を通して、電動機周囲の空気と交換されることで、冷却を行っている。
【特許文献１】特開平７−１９４０６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上述した冷却法では、電動機内部の空気を電動機周囲の空気と交換するという構成になっていたため、電動機周囲の空気温度が高い場合は、電動機内部の空気温度も高くなるため、内部空気と電動機発熱部との温度差が小さくなり、抜熱量が低下してしまう問題があった。また、電動機周囲の空気が電動機内部に流入してくるため、電動機内部の空気流れに乱れが生じ、流速が低くなってしまう問題もあった。
【０００４】
さらに、上述した冷却法では、コイルエンドに空気の流路がないという構成になっていたため、最も高温になるコイルエンド内部から表面までの距離が長く、熱抵抗が大きいので、抜熱効率が悪くなる問題があった。また、コイルエンド外側まで流れる空気量が少なく、コイルエンド外周部での空気の流速が小さくなり、コイルエンド外周部の熱伝達率が小さく、抜熱面積も小さくなるので、この点でも抜熱効率が悪くなる問題があった。
【０００５】
本発明の目的は上述した問題点を解消して、電動機内部の各発熱部に対し安定かつ高速の空気の流れを作り、各発熱部表面の熱伝達率を向上することができ、抜熱効率を高くすることができる電動機固定子の冷却法を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の電動機固定子の冷却法は、回転子と、回転子の外側に同軸状に設けられた固定子と、回転子と固定子とを収納するケースと、から構成される電動機における固定子の冷却法において、ケースを密閉型とし、回転子の端部にファンを設け、回転子の回転によりケース内部の空気が固定子の端部のコイルエンド部を通ってケース内周面と接触する構成とし、ケースに冷却手段を設けることで、固定子を冷却することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明では、ケースを密閉型とし、回転子の端部にファンを設け、回転子の回転によりケース内部の空気が固定子の端部のコイルエンド部を通ってケース内周面と接触する構成とし、ケースに冷却手段を設けることで、固定子を冷却しているため、電動機周囲の空気が電動機内部に流入しない。そのため、電動機内部の空気流れに対する抵抗が小さく、流れの乱れが起きないため、流速が高くなく、各発熱部表面の熱伝達率が向上する。また、電動機周囲の温度が高い場合でも、冷却手段の冷媒温度を管理する事により、内部の空気温度との温度差を一定にすることができ、冷却性能が安定し、電動機の出力性能安定化に繋がる。
【０００８】
なお、本発明の電動機固定子の冷却法の好適例としては、固定子の端部のコイルエンド部に空気を通す流路を設けることがある。このように構成することで、コイルエンド部の表面の放熱面積が広がり、抜熱性能が向上する。また、コイルエンド部で最も温度が高い部位（中心部分）から放熱部（表面）の距離が小さくなるので、中心部分から表面への熱抵抗が小さくなり、その点でも抜熱性能が向上する。
【０００９】
また、本発明の電動機固定子の冷却法の好適例としては、流路がファンによる空気の旋回流に沿う方向に形成されていることがある。このように構成することで、コイルエンド部でのファンによる旋回流の流速が上がり、コイルエンド部の表面の熱伝達率が向上する。また、ケース内周の流速が上がり、電動機内部の空気からケース内周表面への熱伝達率が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下に、この発明の実施の形態を、図面に基づき詳細に説明する。
図１（ａ）、（ｂ）はそれぞれ本発明の電動機固定子の冷却法の一例を説明するための図であり、図１（ａ）は電動機の端部（端部のケースは除く）を示し、図１（ｂ）は電動機の軸方向断面を示している。図１（ａ）、（ｂ）に示す例において、電動機１は、回転軸２と、回転軸２に設けられた回転子３と、回転子３の外側に同軸状に設けられた固定子４と、回転子３と固定子４とを収納するケース５と、から構成されている。上述した回転子３、固定子４、ケース５等の構成としては、従来から知られている種々の構成のいずれをも利用することができる。
【００１１】
本発明の電動機固定子の冷却法における特徴は、図１（ａ）、（ｂ）に示す例において、以下の点にある。
【００１２】
まず、第１の特徴として、ケース５を密閉型として構成している。ケース５を密閉型とすることで、電動機１の内部の空気流れに対する抵抗を小さくでき、流れの乱れを防止できるため、流速が高くなり、各発熱部表面の熱伝達率が向上する。
【００１３】
次に、第２の特徴として、回転子３の端部にファン１１を設け、回転子３の回転によりケース５内の空気が固定子４の端部のコイルエンド部１２を通ってケース５の内周面と接触するよう構成している。ここで、ファン１１は遠心式のように、回転軸２の軸中心から外周方向へ風を送りながら回転しており、電動機１の内部に回転子３と同じ方向に旋回する風流れが発生する。また、電動機１の各部の発熱は、ファン１１が回転することで発生する冷却風により、電動機１の内部の空気へ伝達される。
【００１４】
次に、第３の特徴として、ケース５に冷却手段としての冷却水路１３を設けた構成としている。冷却水路１３を設けることで、電動機１の周囲の温度が高い場合でも、冷却水路１３の冷媒温度を管理する事により、内部の空気温度との温度差を一定にすることができ、冷却性能が安定し、電動機１の出力性能安定化に繋がる。
【００１５】
本発明の電動機固定子の冷却法は、上述した第１〜３の特徴をすべて兼ね備えることで達成することができる。
【００１６】
図２は本発明の電動機固定子の冷却法の他の例を説明するための図である。コイルエンド部１２の一部を示す図２に示す例では、固定子４の端部のコイルエンド部１２に、内周側から外周側へ向かって溝の幅が徐々に大きくなるような溝形状の流路２１を放射状に複数個設けている。図２に示す例では、流路２１を設けることで、コイルエンド部１２の表面の放熱面積が広がり、抜熱性能が向上する。また、コイルエンド部１２で最も温度が高い部位（中心部分）から放熱部（表面）までの距離が小さくなるので、中心部から表面への熱抵抗が小さくなり、抜熱性能が向上する。
【００１７】
図３は本発明の電動機固定子の冷却法のさらに他の例を説明するための図である。コイルエンド部１２の一部を示す図３に示す例では、コイルエンド部１２に、内周側から外周側へ向かって切り欠き部の幅が徐々に大きくなるような切り欠き形状の流路２１を、ファン１１による空気の旋回流に沿う方向になるよう複数個設けている。図３に示す例では、図２に示す例と比べて、コイルエンド部１２でのファン１１により旋回流の流速が上がり、コイルエンド部１２の表面の熱伝達率が向上する。また、ケース５内周表面への熱伝達率が向上する。
【００１８】
図４は本発明の密閉型電動機と従来の開放型電動機との温度分布の計算結果を示すグラフである。図４に示す例では、密閉型電動機及び開放型電動機の表通の計算条件として、発熱：０．５ｋＷ、コイルエンド熱伝達率：１００Ｗ／ｍ２Ｋ、冷却水温度：３０℃とし、開放型電動機にあっては、さらに、開放型電動ににあっては外気温度：９０℃とした。図４の結果から、内部空気、コイルエンド、バックヨークのいずれの部分でも、密閉型電動機の方が低温度となり、冷却性能が良いことがわかる。なお、ここで、バックヨーク及びハウジングは、ケース５の外周面をバックヨークとし、ケース５の両端部をハウジングとしている。
【産業上の利用可能性】
【００１９】
本発明の電動機固定子の冷却法によれば、回転子の端部にファンを設け、回転子の回転によりケース内部の空気が固定子の端部のコイルエンド部を通ってケース内周面と接触する構成とし、ケースに冷却手段を設けることで、固定子を冷却しているため、電動機内部の各発熱部に対し安定かつ高速の空気の流れを作り、各発熱部表面の熱伝達率を向上することができ、抜熱効率を高くすることができ、モータやジェネレータなどの種々の電動機における固定子の冷却に好適に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】（ａ）、（ｂ）はそれぞれ本発明の電動機固定子の冷却法の一例を説明するための図である。
【図２】本発明の電動機固定子の冷却法の他の例を説明するための図である。
【図３】本発明の電動機固定子の冷却法のさらに他の例を説明するための図である。
【図４】本発明の密閉型電動機と従来の開放型電動機との温度分布の計算結果を示すグラフである。
【符号の説明】
【００２１】
１  電動機
２  回転軸
３  回転子
４  固定子
５  ケース
１１  ファン
１２  コイルエンド部
１３  冷却水路
２１  流路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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