JP6560033B2 - 回転電機、並びに回転電機の冷却システム - Google Patents

Description

本発明は、固定子と回転子を備える回転電機に関し、特に、冷媒を用いて冷却される回転電機、並びに回転電機の冷却システムに関する。

液体冷媒を用いて回転電機を効率よく冷却することにより、回転電機の体格の増大を抑えつつ回転電機を高出力化することができる。このように回転電機を冷却するための従来技術として、特許文献１および特許文献２に記載の技術が知られている。

これら特許文献に記載の技術においては、回転電機に取付けられた冷却フレームに液体冷媒を流通させて、回転電機を冷却する。ここで、固定子および回転子が格納されるハウジングと、冷却フレームとは、略円筒形であり、互いに同軸に配置される。冷却フレームは、ハウジングの外周面上に、この外周面全体を覆うように取り付けられ、ハウンジングと一体化される。液体冷媒は、冷却フレームとハウンジングとの間に位置する間隙からなる流路に流通される。

特開２００３−１９９２９１号公報 特開２０１０−２０６９９３号公報

上記従来技術では、冷却フレームの重量の分、回転電機の全体の重量が増加する。これに対し、冷却フレームやハウジングの構成材料をアルミニウムや炭素繊維のような軽量素材にしたり、冷却フレームやハウジングの板厚を薄肉化したりする一般的な小型・軽量化手段が考えられる。しかし、このような小型・軽量化手段では、冷却フレームやハウジングの強度が低下し、回転電機の稼動時の振動や温度上昇による荷重に対して冷却フレームやハウジングの変形が大きくなる。さらに、ハウジングまたは冷却フレームに、回転電機を台座に据え付けるための取り付け脚を設けると、回転電機の稼動時の温度上昇による回転電機の膨張と台座の膨張の量に差があるために発生する熱荷重が、小型・軽量化されたハウジングまたは冷却フレームと取り付け脚の接続部に集中し、接続強度が低下する。

そこで、本発明は、強度を確保しながらも小型軽量化が可能な冷却構造を備える回転電機を提供する。

上記の課題を解決するため、本発明による回転電機は、略円筒形のハウジングと、ハウジング内に収納される固定子および回転子と、ハウジングの外周面に設けられ、第一の液体冷媒が流通する冷却フレームと、を備え、回転子は、回転子鉄心と、回転子鉄心における複数のスロットに収められる複数本の導体バーと、複数本の導体バーを電気的に接続する環状のエンドリングと、を備えるものであって、冷却フレームは部分円筒形であり、ハウジングの内部の下部に第二の液体冷媒が封入され、溜められ、回転子の一部が第二の液体冷媒に浸かり、回転子が回転すると、導体バーとエンドリングによって、第二の液体冷媒が掻き上げられる。

また、上記の課題を解決するために、本発明による回転電機の冷却システムは、回転電機と、回転電機を冷却する冷却装置と、を備えるものであって、回転電機は、略円筒形のハウジングと、ハウジング内に収納される固定子および回転子と、ハウジングの外周面に設けられ、第一の液体冷媒が流通する冷却フレームと、を備え、回転子は、回転子鉄心と、回転子鉄心における複数のスロットに収められる複数本の導体バーと、複数本の導体バーを電気的に接続する環状のエンドリングと、を備え、冷却フレームは部分円筒形であり、ハウジングの内部の下部に第二の液体冷媒が封入され、溜められ、回転子の一部が第二の液体冷媒に浸かり、回転子が回転すると、導体バーとエンドリングによって、第二の液体冷媒が掻き上げられ、冷却装置は、第一の液体冷媒を冷却する第一の熱交換器と、冷却フレームと第一の熱交換器との間で第一の液体冷媒を循環駆動するポンプと、を備える。

本発明によれば、冷却フレームが部分円筒形であることにより、強度を確保しながらも小型軽量化が可能な冷却構造を備える回転電機を提供することができる。

上記した以外の課題、構成および効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

本発明の実施例１である回転電機の軸方向断面図を示す。 実施例１の回転電機における軸方向端部付近の部分断面図を示す。 実施例１の回転電機における軸方向端部付近の外観を示す部分側面図である。 実施例１の回転電機の回転軸に垂直な方向の断面図を示す。 実施例１の回転電機の回転軸に垂直な方向の断面図を示す。 実施例１の回転電機の回転軸に垂直な方向の断面図を示す。 実施例１の回転電機の冷却フレームの回転軸に垂直な方向の断面図を示す。 実施例１の回転電機の冷却フレームの部分的外観図を示す。 本発明の実施例４である回転電機の回転軸に垂直な方向の断面図を示す。 本発明の実施例４である回転電機の回転軸に垂直な方向の断面図を示す。 本発明の実施例５である回転電機の回転軸に垂直な方向の断面図を示す。 本発明の実施例５である回転電機の回転軸に垂直な方向の断面図を示す。 本発明の実施例６である、回転電機の冷却システムの構成を示す。 実施例６の一変形例である、回転電機の冷却システムの構成を示す。 実施例６の他の変形例である、回転電機の冷却システムの構成を示す。

以下、本発明の実施形態について、図面を用いて説明する。なお、各図において、参照番号が同一のものは同一の構成要件あるいは類似の機能を備えた構成要件を示している。なお、各実施例における回転電機は誘導電動機であるが、同期電動機などの他の電動機にも各実施例を適用できる。

図１〜６を用いて本発明の実施例１について説明する。図１は、本発明の実施例１である回転電機の軸方向断面図を示す。図２は、実施例１の回転電機における軸方向端部付近の部分断面図を示す。図３は、実施例１の回転電機における軸方向端部付近の外観を示す部分側面図である。図４ａ〜ｃは、実施例１の回転電機の回転軸に垂直な方向の断面図を示す。なお、図４ａ〜ｃは、図２のＡＡ’断面を示す。図５は、実施例１の回転電機の冷却フレーム１７の回転軸に垂直な方向の断面図を示す。なお、図５は、図３のＡＡ’断面を示す。図６は、実施例１の回転電機の冷却フレーム１７の部分的外観図を示す。なお、図６は、図５において矢印で示すＢＢ’方向から見た図である。

図１に示す回転電機１は、固定子２と、その固定子２の内周に回転可能に保持されると共に、固定子２に空隙を介して対向配置される回転子３とを備え、さらに、液体冷媒１０１を流通させて回転電機１をハウジング１１の外側から冷却するための冷却フレーム１７を備える。固定子２は、固定子鉄心４と、固定子鉄心４に巻回される固定子巻線を備え、固定子鉄心４は環状のヨーク鉄心から径方向に突出する複数のティース鉄心と、そのティース鉄心の間にあって固定子巻線を収めるスロットを備える。回転子３は、回転可能なようにベアリング１０で保持されるシャフト８と、シャフト８に固定される回転子鉄心７を備える。回転子鉄心７は、環状のヨーク鉄心から径方向に突出する複数のティース鉄心と、そのティース鉄心の間に位置し、複数本の導体バー１３を収める複数のスロットを備える。複数本の導体バー１３は、環状のエンドリング１４により電気的に接続される。

固定子鉄心４および回転子鉄心７は、回転軸方向に積層される多数枚の磁性鋼板（例えば、珪素鋼板）によって構成され、回転軸方向端部において押え板１５によって支持される。

略円筒形の固定子２は略円筒形（図４ａ〜ｂ参照）のハウジング１１の内周面に収められる。ハウジング１１の両端開口部には、ベアリング１０が取り付けられるエンドブラケット９が固定される。ここで、エンドブラケット９は、図２に示すように、エンドブラケット９に挿通されるボルト２００ａとハウジング１１の端面に設けられるねじ穴によって、ハウジング１１に固定される。回転子３は、ベアリング１０をシャフト８の軸受として、ベアリング１０およびエンドブラケット９によって回転可能に軸支される。

後述するような略半割れ形あるいは略半円筒形の冷却フレーム１７は、略円筒形のハウジング１１の主胴部１１ａの外周面を部分的に（本実施例では、半周分）覆うようにハウジング１１に固定される。ここで、冷却フレーム１７は、図３に示すように、冷却フレーム１７の外周側面から挿通されるボルト２００ｂとハウジング１１の外周側面に設けられるねじ穴によって、ハウジング１１に固定される。半割れ形あるいは半円筒形の形状とボルト締結が相俟って、冷却フレーム１７は、ハウジング１１に着脱可能に固定される。ここで、図２，３に示すように、冷却フレーム１７がハウジング１１に取付けられた状態で、冷却フレーム１７の端部がエンドブラケット９から離れている。従って、冷却フレーム１７がハウジング１１に取付けられた状態で、冷却フレーム１７の端部とエンドブラケット９の間にはハウジング１１の主胴部１１ａが介在し、冷却フレーム１７はエンドブラケット９には接触しない。これにより、冷却フレーム１７は、エンドブラケット９と干渉することなく、ハウジング１１から容易に取り外すことができる。

冷却フレーム１７がハウジング１１に取付けられた状態で、ハウジング１１の外周面と冷却フレーム１７の内周面との間に形成される間隙に、回転電機１を冷却するための液体冷媒１０１が封入される。この間隙からなる流路１８に、液体冷媒１０１が流通する。冷却フレーム１７には、流路１８内に液体冷媒１０１を外部から流し込むための流入口１９（図１，５，６）と、流路１８を流れてきた液体冷媒１０１を外部へ流出させるための流出口２０（図５）が設けられている。

図４ａ〜ｃに示すように、本実施例１の回転電機１は、回転電機１とは別体の台座１０５に据え付けられ、負荷を回転運動する。回転電機１を台座１０５に固定するための複数の取り付け脚１０２が、ハウジング１１の主胴部１１ａの外周面に設けられる。なお、図４ａ〜ｃにおいて、回転電機１は台座１０５の垂直面に据え付けられている。このような据え付け方は、例えば、電気鉄道車両において用いられる。

図４ａ〜ｃに示すように、略半割れ形あるいは略半円筒形の冷却フレーム１７は、ハウジング１１の外周面において、取り付け脚１０２とハウジング１１の接続部並びに電源ケーブル端子台１０３を避けて、これらと干渉しない個所に取り付けられる。本実施例１においては、ハウジング１１の外周面の半周分内において取り付け脚１０２と電源ケーブル端子台１０３が設けられ、他の半周分上に冷却フレーム１７が取り付けられる。冷却フレーム１７の断面は、回転電機１の回転中心を中心とする中心角１８０度以下の円弧状であり、本実施例では中心角が略１８０度である半円弧状である。これらにより、冷却フレーム１７は、ハウジング１１に着脱可能に固定される。さらに、取り付け脚１０２や電源端子台１０３と干渉することなく、冷却フレーム１７をハウジング１１から容易に取り外すことができる。

なお、電源ケーブル端子台１０３は、ハウジング１１の外周面に固定されると共に、ハウジング１１内の固定子巻線に電気的に接続される。そして、電源ケーブル端子台１０３は、回転電機１を外部電源に接続するために用いられる。

図４ａ〜ｃに示すように、冷却フレーム１７を略半割れ形あるいは略半円筒形にすることで、冷却フレーム１７の重量を大幅に低減することができる。すなわち、冷却フレームやハウジングの構成材料の軽量素材化や冷却フレームやハウジングの板厚の薄肉化などの一般的な手段によらず、冷却フレーム１７を小型軽量化することができる。従って、強度を確保しながらも小型軽量化が可能な冷却構造が得られる。

また、本実施例１によれば、冷却フレーム１７が小型化できるので、冷媒１０１の流路１８の長さや、流路１８における液体冷媒流通時の圧力損失が低減できる。このため、液体冷媒１０１を流通させるためのポンプ容量を低減できる。これにより、回転電機と冷却装置を含めた回転電機システムの設置スペースおよびコストを低減できる。

上述したように、冷却フレーム１７とハウジング１１との間の間隙が液体冷媒１０１の流路１８となるが、このような間隙は、冷却フレーム１７の内周面あるいはハウジング１１の外周面に溝を形成することにより形成される。本実施例１においては、半割れ形あるいは半円筒形の冷却フレーム１７により、冷却フレーム１７の内周面の溝加工が容易になる。図４ｂは、冷却フレーム１７の内周面に溝を形成する冷却構造の一例を示し、図４ｃは、ハウジングの外周面に溝を形成する冷却構造の一例を示す。なお、冷却フレーム１７およびハウジング１１の両方に溝を形成しても良い。

上述したように、また、図５に示すように、冷却フレーム１７の断面は、回転電機１の回転中心を中心とする中心角が１８０度以下の円弧状である。すなわち、冷却フレーム１７は、中心角１８０度の半円筒形、あるいは半円筒形より中心角が小さな部分円筒形であればよい。本実施例１の冷却フレーム１７は、図５に示すように、ボルト締結部を含む断面の円弧形状の中心角θが略１８０度である半円筒状である。これにより、冷却フレーム１７は、ハウジング１１に着脱可能に固定できると共に、取り付け脚１０２や電源端子台１０３と干渉することなく、ハウジング１１から容易に取り外すことができる。さらに、冷却フレーム１７を、ボルト締結が解除されている状態で、回転電機１の軸方向、径方向および周方向に動かしながら着脱できるので、冷却フレーム１７の組み立て作業や保守作業が容易になり、作業性が向上する。また、上述したように、冷却フレーム１７とエンドブラケット９が互いに干渉しないので、冷却フレーム１７、ハウジング１１、エンドブラケット９の組立方の自由度が高くなる。さらに、適宜めねじ穴を設けることにより、冷却フレーム１７を任意の位置に取り付けることができる。

図６に示すように、流路１８は、固定子２の長軸方向に沿って均一に冷却するため、冷却フレーム１７の内周面に回転軸の軸線と平行方向（図５中、左右向きの矢印の方向）に流通できるように形成される。ここで、流路１８の軸方向長さは固定子鉄心４の軸方向長さよりも長く形成することが好ましい。これにより、温度上昇する固定子鉄心４からの熱が液体冷媒１０１へ十分伝達される。

流路１８の向きは上記の向きに限定されず、液体冷媒１０１が回転軸方向から見て回転周方向（図５中、上下向きの矢印の方向）に流通するように形成しても良い。なお、図６に示すように、回転軸の軸線と平行方向の流路と回転周方向の流路を併用して、液体冷媒１０１が、ボルト締結部およびＯリングを設ける部分（Ｏリング溝１０４）を含む冷却フレーム１７の内周面の縁部を除く略全領域にわたって流路１８が形成されることが好ましい。これにより、液体冷媒１０１が流通する領域が、固定子２の軸方向長さの領域を覆うので、冷却効率が向上する。

本実施例１において、冷却フレーム１７が覆う領域の固定子２が冷却されると、固定子２の内部には、径方向、周方向および軸方向に温度勾配が形成される。温度勾配ができると熱の伝導が促進されるので、部分的にでも固定子２が冷却できれば、回転電機１を高出力化する冷却効果が得られる。特に、本実施例１のように、半割れ形あるいは半円筒形の冷却フレームによれば、より確実に冷却効果が得られる。

図６に示すように、液体冷媒１０１を密閉するためのＯリングが装着されるＯリング溝１０４は、冷却フレーム１７の内周面の外周縁部に沿って設けられる。すなわち、Ｏリング溝１０４は、冷却フレーム１７における、ハウジング１１の周方向に沿う円筒座と、回転軸に平行な方向に沿う平面座に形成される。

冷却フレーム１７は、ハウジング１１に対して複数個所のボルト締結で固定される。ハウジング１１において、Ｏリング溝１０４の外周に対向する位置に、めねじ穴を複数設ける。めねじ穴は、ハウジング１１の主胴部１１ａに貫通しない深さで形成される。これにより、冷却フレーム１７の内の液体冷媒１０１が、めねじ穴からハウジング１１内に漏洩することが防止される。ボルト締結状態において、各ボルトの軸の向きが、回転電機１の径方向に一致するように配置されることが好ましい。これにより、慣性力や熱荷重が、各ボルトにほぼ均一に分担される。さらに、ボルト軸方向以外の方向に働く、せん断荷重や曲げモーメントが抑制され、液体冷媒１０１の密閉性が向上する。

なお、冷却フレーム１７の一部に設けられる切り欠け部あるいは開口部から電源ケーブル端子台を突出させることなどにより、冷却フレーム１７が取り付けられる領域内に電源ケーブルが設けられるようにすることができる。これに対し、本実施例１では、冷却フレーム１７が取り付けられる領域と電源ケーブルが設けられる領域が独立しており、冷却フレーム１７は切り欠け部あるいは開口部などが無い一般的な半割れ形または半円筒形している。これにより、液体冷媒１０１の密閉の信頼性が向上する。

次に、本発明の実施例２である回転電機について説明する。なお、本実施例２の構成自体は、実施例１と同様である。

本実施例２においては、実施例１における半割れ形あるいは半円筒形の冷却フレーム１７を、ハウジング１１において、非冷却状態の場合に固定子２および回転子３の周方向で最も温度が高くなる箇所に取付けられる。従って、本実施例２における冷却フレーム１７の取り付け位置は、実施例１の位置から周方向にずらした位置を取り得る。これにより、回転電機１の周方向において、ピーク温度が低減され、温度分布が均一化される。従って、冷却フレーム１７の大きさや強度の設定において、温度の不均一を考慮しなくても良いので、冷却フレーム１７を小型・軽量化できる。

本実施例２は、回転電機の構造によって温度不均一が生じる場合だけでなく、回転電機１の使用形態や使用環境によって温度不均一が生じる場合にも適用できる。代表的な場合は、回転電機が自動車や鉄道車両などの移動体の駆動源として使用する場合である。この場合、走行時における回転電機への対向風の当り方によって、対向風による冷却効果が不均一となるために温度の不均一が生じる。例えば、ハウジング１１の主胴部１１ａの外表面の一部分に対向風が当たる場合、その部分は対流熱伝達により冷却される。一方、対向風が当たらない箇所は、対向風が当たる箇所よりも温度が高くなる。これに対し、本実施例２によれば、対向風が当たらない箇所に半割れ形あるいは半円筒形の冷却フレーム１７を取り付けることにより、回転電機１の温度分布を均一化することができる。

なお、図４ｃに示した回転電機１は、ハウジング１１の外周面のほぼ全面に液体冷媒１０１を流通させるための流路１８と流路壁２１が形成されているので、実質、本実施例２として機能し得る。

次に、本発明の実施例３である回転電機について説明する。なお、本実施例３の構成自体は、実施例１と同様である。

本実施例３による回転電機１は、冷却フレーム１７が回転電機の他の部位に干渉することなく着脱可能であることを利用して、冷却フレーム１７を取り付けずに、空冷方式の回転電機として使用する。この時、ハウジング１１に取り付け脚１０２が設けられているので、本実施例３による回転電機は、他の部材を使用することなく、冷却フレーム１７を取り付けて使用して、液冷方式で冷却する場合と同様に据え付けることができる。

本実施例３によれば、液冷方式および空冷方式の両方に容易に適用可能な回転電機を実現できる。また、冷却方式を除いて仕様が同じであれば、液冷方式の回転電機と空冷方式の回転電機について、ハウジング１１や冷却フレーム１７や取り付け脚１０２などの構造部品の共通化が図れるので、生産性が向上したり、コストが低減されたりする。

なお、図４ｃに示した回転電機１は、本実施例３として機能する場合、ハウジング１１の外周面のほぼ全面に設けられる液体冷媒１０１用の流路１８および流路壁２１が放熱フィンとして作用する。このため、冷却効率が向上する。特に、自動車や鉄道車両のように対向風により空冷する場合、冷却効果が大きくなる。

図７ａ〜ｂを用いて本発明の実施例４について説明する。

図７ａ〜ｂは、本発明の実施例４である回転電機の回転軸に垂直な方向の断面図を示す。なお、本実施例４の構成自体は、実施例１と同様である。以下、主に実施例１と異なる点について説明する。

本実施例４においては、冷却フレーム１７内を流通する液体冷媒１０１とは別の液体冷媒１００が、ハウジング１１内すなわち回転電機１内に、封入され、溜められる。本実施例４においては、回転子が静止している状態で、液体冷媒１００の液面が回転中心より下部に位置する程度の量の液体冷媒１００がハウジング内に封入される。但し、液体冷媒１００の量は、これに限らず適宜設定できる。なお、液体冷媒１００と液体冷媒１０１は、同種であっても良いし異種であっても良い。例えば、液体冷媒１００を油とし液体冷媒１０１を水としたり、液体冷媒１００および液体冷媒１０１を共に油としたりすることができる。

回転電機１内の液体冷媒１００は、液体冷媒１００に浸っている固定子２と回転子３を冷却する。また、回転子３が回転すると、回転子３が備える導体バー１３とエンドリング１４によって、液体冷媒１００が、回転電機１内で掻き上げられる。これにより、液体冷媒１００に浸っていないコイルエンド１６や固定子鉄心４が、掻き上げられた液体冷媒を浴びて冷却される。さらに、回転電機１内に溜められる液体冷媒１００は、冷却フレーム１７を流れる液体冷媒１０１による吸熱によって冷却される。

上記のように、回転電機１内の液体冷媒１００の攪拌により、固定子２と回転子３の周方向のあらゆる箇所が液体冷媒１００を浴びて、浴びた液体冷媒１００によって吸熱される。回転電機１内の液体冷媒１００と冷却フレーム１７内の液体冷媒１０１とが熱交換する。このため、回転電機１の機内の周方向温度が均一化されると共に、回転電機１全体において冷却性能が向上する。

ここで、図７ｂに示すように、ハウジング１１の外周面において、冷却フレーム１７によって覆われずに露出する半周分の表面に放熱フィンを設けても良い。なお、図４ｃと同様に、ハウジング１１の表面に設けた流路１８と流路壁２１を放熱フィンとして利用しても良い。本構成によれば、放熱フィンに接触する空気と回転電機１内の液体冷媒１００との間の熱交換によっても液体冷媒１００が冷却されるので、回転電機１全体において冷却性能が向上する。

図８ａ〜ｂを用いて本発明の実施例５について説明する。

図８ａ〜ｂは、本発明の実施例５である回転電機の回転軸に垂直な方向の断面図を示す。なお、本実施例５の構成自体は、実施例１と同様である。また、本実施例５においては、実施例４と同様にハウジング１１内すなわち回転電機１内に液体冷媒１００が封入される。そこで、以下、主に実施例１および実施例４と異なる点について説明する。

本実施例５の回転電機１は台座１０５の水平面に据え付けられている。図８ａ〜ｂに示すように、ハウジング１１の主胴部１１ａの外周面において、ハウジング１１内における液体冷媒１００に浸かっていない部位に隣接する位置に、半割れ形あるいは半円筒形の冷却フレーム１７が配置される。これにより、回転電機１において、液体冷媒１００に浸かっている部位は液体冷媒１００によって冷却され、浸かっていない部位は液体冷媒１０１によって冷却される。さらに、外部に露出するハウジング１１の外周表面に接触する空気と液体冷媒１００との間の熱交換により、液体冷媒１００が冷却される。

本実施例５によれば、回転電機１の機内の周方向温度が均一化されると共に、回転電機１全体において冷却性能が向上する。

ここで、図８（ｂ）に示すように、ハウジング１１の外周面において、冷却フレーム１７によって覆われずに露出する半周分の表面に放熱フィンを設けても良い。すなわち、放熱フィンを、ハウジング１１の主胴部１１ａの外周面において、ハウジング１１内における液体冷媒１００に浸かっている部位に隣接する位置に、設けても良い。なお、図４ｃと同様に、ハウジング１１の表面に設けた流路１８と流路壁２１を放熱フィンとして利用しても良い。本構成によれば、放熱フィンによって、液体冷媒１００が効率良く冷却できるので、回転電機１全体において冷却性能が向上する。

図９〜１１を用いて本発明の実施例６並びにその変形例について説明する。なお、図中、符号が付記されない矢印は、液体冷媒１００あるいは液体冷媒１０１の流れの向きを示す。

図９は、本発明の実施例６である、回転電機の冷却システムの構成を示す。本冷却システムは、回転電機１とその冷却装置を備えているが、本実施例６では実施例５の回転電機１が適用される。但し、他の実施例の回転電機を適用しても良い（後述する変形例も同様）。

図９に示すように、本実施例６の冷却装置において、冷却フレーム１７内を流れた液体冷媒１０１は冷却フレーム１７が備える流出口２０から流出し、配管１５０内を流れてポンプ１０７に到る。ポンプ１０７に到った液体冷媒１０１は配管１５０内を流れて熱交換器１１２に到る。熱交換器１１２に到った液体冷媒１０１は熱交換器１１２によって冷却された後、配管１５０内を流れて、冷却フレーム１７が備える流入口１９に到る。流入口１９に到った液体冷媒１０１は、流入口１９から冷却フレーム１７内に流入し、冷却フレーム１７内を流れた後、流出口２０から流出する。すなわち、液体冷媒１０１が、冷却フレーム１７と熱交換器１１２との間で、ポンプによって循環駆動される。このように、液体冷媒１０１が、本実施例６の冷却装置における熱交換サイクルおいて循環することにより、回転電機１が高効率で冷却される。

本実施例６においては、ケーブル端子台１０３と電源１０６を電力ケーブル１６０によって接続することにより、電源１０６の主回路部から回転電機１に三相交流電力１０８が供給される。電源１０６は液体冷媒１０１が流通する経路の一部となっている。例えば、主回路部が備える冷却フィン内を、液体冷媒１０１が通過する。従って、電源１０６も、液体冷媒１０１によって高効率で冷却される。

図１０は、実施例６の一変形例である、回転電機の冷却システムの構成を示す。以下、実施例６と異なる点について説明する。

図１０に示す変形例においては、回転電機１のハウジング内に溜められる液体冷媒１００が、ポンプ１０９により、回転電機１外に吸い出される。吸い出された液体冷媒１００は、ポンプ１０９により、回転電機１へ送出駆動され、ハウジングに設けられる吐出口からハウジング内に吐出される。吐出口は、液体冷媒１００に固定子２および回転子３が浸かっていない側に設けられている。これにより、液体冷媒１００に浸かっていない固定子２および回転子３の部位が、吐出された液体冷媒１００を浴びて冷却される。従って、実施例５と同様に、回転電機１内の周方向温度が均一化されると共に、回転電機１全体において冷却性能が向上する。

図１１は、実施例６の他の変形例である、回転電機の冷却システムの構成を示す。以下、実施例６と異なる点について説明する。

図１１に示す変形例においては、図１０に示した変形例の構成に加え、ポンプ１０９によって回転電機１外に吸い出された液体冷媒１００が、熱交換器１１１を通ってから回転電機１内に吐出される。これにより、液体冷媒１００は、熱交換器１１１によって冷却されてから回転電機１内に吐出される。従って、回転電機１内の周方向温度が均一化されると共に、回転電機１内の温度低減効果が向上する。

なお、本発明は前述した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、前述した実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置き換えをすることが可能である。

例えば、冷却フレーム１７を複数個設けても良い。また、各実施例における回転電機１の冷却構造は、電動機に限らず、発電機にも適用しても良い。

１ 回転電機
２ 固定子
３ 回転子
４ 固定子鉄心
７ 回転子鉄心
８ シャフト
９ エンドブラケット
１０ ベアリング
１１ ハウジング
１１ａ ハウジングの主胴部
１３ 導体バー
１４ エンドリング
１５ 押え板
１６ コイルエンド
１７ 冷却フレーム
１７ａ 冷却フレームの主胴部
１８ 冷却フレームの流路
１９ 流入口
２０ 流出口
２１ 流路壁
１００ 液体冷媒
１０１ 液体冷媒
１０２ 取り付け脚
１０３ 電源ケーブル端子台
１０４ Ｏリング溝
１０５ 台座
１０６ 電源
１０７ ポンプ
１０８ 三相交流電力
１０９ ポンプ
１１１ 熱交換器
１１２ 熱交換器

Claims (17)

1. 略円筒形のハウジングと、
   前記ハウジング内に収納される固定子および回転子と、
   前記ハウジングの外周面に設けられ、第一の液体冷媒が流通する冷却フレームと、
   を備え、
   前記回転子は、回転子鉄心と、前記回転子鉄心における複数のスロットに収められる複数本の導体バーと、前記複数本の導体バーを電気的に接続する環状のエンドリングと、を備える回転電機において、
   前記冷却フレームは部分円筒形であり、
   前記ハウジングの内部の下部に第二の液体冷媒が封入され、溜められ、
   前記回転子の一部が前記第二の液体冷媒に浸かり、
   前記回転子が回転すると、前記導体バーと前記エンドリングによって、前記第二の液体冷媒が掻き上げられることを特徴とする回転電機。
2. 請求項１に記載の回転電機において、前記冷却フレームの断面は回転中心を中心とする中心角１８０度以下の円弧状であることを特徴とする回転電機。
3. 請求項２に記載の回転電機において、前記冷却フレームは、前記中心角が略１８０度である、半割れ形または半円筒形であることを特徴とする回転電機。
4. 請求項２に記載の回転電機において、前記冷却フレームは、前記ハウジングの外周面に着脱可能に固定されることを特徴とする回転電機。
5. 請求項１に記載の回転電機において、前記冷却フレームと前記ハウジングとの間の間隙によって前記第一の液体冷媒の流路が構成されることを特徴とする回転電機。
6. 請求項５に記載の回転電機において、前記間隙が、前記冷却フレームの内周面に設けられる溝部からなることを特徴とする回転電機。
7. 請求項５に記載の回転電機において、前記間隙が、前記ハウジングの外周面に設けられる溝部からなることを特徴とする回転電機。
8. 請求項１に記載の回転電機において、外部に露出する前記ハウジングの外周面に放熱フィンが設けられることを特徴とする回転電機。
9. 請求項１に記載の回転電機において、前記冷却フレームの内周面に前記第一の液体冷媒の流路および流路壁が設けられ、前記内周面の縁部にＯリングを装着するための溝が設けられることを特徴とする回転電機。
10. 請求項１に記載の回転電機において、前記冷却フレームが、前記ハウジングの外周面における任意の位置に取り付け可能であることを特徴とする回転電機。
11. 請求項１に記載の回転電機において、前記冷却フレームが、前記ハウジングの外周面において、非冷却状態の場合に温度が最大となる位置に取り付けられることを特徴とする回転電機。
12. 請求項１に記載の回転電機において、前記冷却フレームを取り外して空冷方式で使用可能であることを特徴とする回転電機。
13. 請求項１に記載の回転電機において、前記冷却フレームは、前記ハウジングの外周面において、前記ハウジングの内部における前記第二の液体冷媒に浸かっていない部位に隣接する位置に取り付けられることを特徴とする回転電機。
14. 請求項１に記載の回転電機において、前記ハウジングの外周面において、前記ハウジングの内部における前記第二の液体冷媒に浸かっている部位に隣接する位置に放熱フィンが設けられることを特徴とする回転電機。
15. 回転電機と、
    前記回転電機を冷却する冷却装置と、
    を備える回転電機の冷却システムにおいて、
    前記回転電機は、
    略円筒形のハウジングと、
    前記ハウジング内に収納される固定子および回転子と、
    前記ハウジングの外周面に設けられ、第一の液体冷媒が流通する冷却フレームと、
    を備え、
    前記回転子は、回転子鉄心と、前記回転子鉄心における複数のスロットに収められる複数本の導体バーと、前記複数本の導体バーを電気的に接続する環状のエンドリングと、を備え、
    前記冷却フレームは部分円筒形であり、
    前記ハウジングの内部の下部に第二の液体冷媒が封入され、溜められ、
    前記回転子の一部が前記第二の液体冷媒に浸かり、
    前記回転子が回転すると、前記導体バーと前記エンドリングによって、前記第二の液体冷媒が掻き上げられ
    前記冷却装置は、
    前記第一の液体冷媒を冷却する第一の熱交換器と、
    前記冷却フレームと前記第一の熱交換器との間で前記第一の液体冷媒を循環駆動するポンプと、
    を備えることを特徴とする回転電機の冷却システム。
16. 請求項１５に記載の回転電機の冷却システムにおいて、
    前記冷却装置は、前記ハウジングの外部に前記第二の液体冷媒を吸い出して、吸い出された前記第二の液体冷媒を前記ハウジング内へ送出するポンプを備えることを特徴とする回転電機の冷却システム。
17. 請求項１６に記載の回転電機の冷却システムにおいて、
    前記冷却装置は、前記ハウジングの外部において前記第二の液体冷媒を冷却する第二の熱交換器を備えることを特徴とする回転電機の冷却システム。

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