JP2013126311A - Rotary electric machine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、回転電機に関し、特に、回転電機に設けられるロータやステータの冷却構造に関する。 The present invention relates to a rotating electrical machine, and more particularly to a cooling structure for a rotor and a stator provided in the rotating electrical machine.
従来から、回転電機を冷却するための技術が多数提案されている。例えば、特許文献1には、ロータコアの内部に、冷媒が通る冷媒通路を形成し、当該冷媒通路内に冷媒を流すことで、ロータコアや、当該ロータコアの外周付近に配置された磁石、さらには、ロータの外周囲に配置されたステータ等を冷却する技術が開示されている。この特許文献1では、ロータコアを積層電磁鋼板で構成する場合に、ロータコア内を流れる冷媒が、この電磁鋼板の間に流れ込む問題を解決するために、冷媒流路のうち、外周側の面を被覆する樹脂モールドを設けている。かかる技術によれば、エネルギ損失の発生を抑制しつつ、ある程度、効率的な冷却が可能となる。 Conventionally, many techniques for cooling a rotating electrical machine have been proposed. For example, in Patent Document 1, by forming a refrigerant passage through which a refrigerant passes inside the rotor core and flowing the refrigerant in the refrigerant passage, the rotor core, a magnet disposed near the outer periphery of the rotor core, A technique for cooling a stator or the like disposed around the outer periphery of the rotor is disclosed. In Patent Document 1, in order to solve the problem that the refrigerant flowing in the rotor core flows between the electromagnetic steel sheets when the rotor core is composed of laminated electromagnetic steel sheets, the outer peripheral surface of the refrigerant flow path is covered. A resin mold is provided. According to this technique, it is possible to efficiently cool to some extent while suppressing the occurrence of energy loss.
しかしながら、この特許文献1をはじめとする従来技術では、ロータコアから吐出した冷媒の流れについて十分な考慮が成されておらず、冷却効率が高いとは言い難かった。特に、従来技術では、ロータコアに埋め込まれた磁石の端面が、エンドプレート等で覆われており、冷媒流路から吐出した冷媒との熱交換が十分に行えていなかった。 However, in the prior art including this Patent Document 1, sufficient consideration is not given to the flow of the refrigerant discharged from the rotor core, and it is difficult to say that the cooling efficiency is high. In particular, in the prior art, the end face of the magnet embedded in the rotor core is covered with an end plate or the like, and heat exchange with the refrigerant discharged from the refrigerant flow path has not been sufficiently performed.
そこで、本発明では、従来に比して、ロータの磁石を、より効率的に冷却でき得る回転電機を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a rotating electrical machine that can cool a rotor magnet more efficiently than in the prior art.
本発明の回転電機は、軸周りに回転するロータと、前記ロータの外周囲に配置されるステータと、を備えた回転電機であって、前記ロータは、複数の鋼板を軸方向に積層してなるロータコアであって、前記複数の鋼板のうち少なくとも最も軸方向端部に位置する鋼板が、溶接または接着により隣接する他の鋼板に固着されたロータコアと、その端面が外部に露出した状態で、ロータコアを軸方向に貫通する複数の磁石孔に挿通される複数の磁石と、前記複数の磁石より内周側位置に設けられ、ロータコアを軸方向に貫通する冷媒流路と、を備えたことを特徴とする。 A rotating electrical machine according to the present invention is a rotating electrical machine including a rotor that rotates about an axis and a stator that is disposed on the outer periphery of the rotor. The rotor includes a plurality of steel plates stacked in an axial direction. The rotor core, wherein the steel plate located at least at the end in the axial direction among the plurality of steel plates is fixed to another steel plate adjacent by welding or adhesion, and the end face thereof is exposed to the outside, A plurality of magnets that are inserted through a plurality of magnet holes that penetrate the rotor core in the axial direction; and a refrigerant flow path that is provided at an inner peripheral side of the plurality of magnets and penetrates the rotor core in the axial direction. Features.
好適な態様では、前記ロータコアの端面には、前記冷媒流路の端部から吐出した冷媒を前記磁石の端部付近に導くガイド部が形成されている。この場合、前記ガイド部は、溶接ビードで形成される、ことが望ましい。 In a preferred aspect, a guide portion for guiding the refrigerant discharged from the end portion of the refrigerant flow path to the vicinity of the end portion of the magnet is formed on the end face of the rotor core. In this case, it is desirable that the guide portion is formed of a weld bead.
他の好適な態様では、前記ロータは、さらに、少なくとも前記ロータコアの外周囲を覆う樹脂モールド部を含む。この場合、前記樹脂モールド部は、前記ロータコアの軸方向端面のうち前記磁石より外周側部分を覆うモールド端部を含み、前記モールド端部は、径方向外側に近づくにつれ、軸方向外側に向かうように傾斜している、ことが望ましい。また、前記樹脂モールド部は、磁性材料を含有した樹脂からなる、ことも望ましい。 In another preferred aspect, the rotor further includes a resin mold portion that covers at least the outer periphery of the rotor core. In this case, the resin mold portion includes a mold end portion that covers an outer peripheral side portion of the rotor core in the axial end surface of the rotor core, and the mold end portion is directed outward in the axial direction as approaching the radially outer side. It is desirable to be inclined. It is also desirable that the resin mold part is made of a resin containing a magnetic material.
本発明によれば、少なくとも、最も軸方向端部に位置する鋼板が、溶接または接着という強固な固着手段により隣接する他の鋼板に固着されているため、エンドプレートを配置しなくても、電磁鋼板の結合状態を維持できる。エンドプレートがないため、磁石の端面を外部に露出させることができ、結果として、ロータの磁石をより効率的に冷却できる。 According to the present invention, at least the steel plate located at the end in the axial direction is fixed to another adjacent steel plate by a strong fixing means such as welding or adhesion. The bonded state of the steel plates can be maintained. Since there is no end plate, the end face of the magnet can be exposed to the outside, and as a result, the rotor magnet can be cooled more efficiently.
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図1は、本発明の実施形態である回転電機10の概略構成を示す概略断面図である。また、図2は、この回転電機10のうちロータ12の概略正面図である。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a schematic configuration of a rotating
ここで説明する回転電機10は、モータおよび/またはジェネレータであり、典型的には、ハイブリッド車に搭載されるが、その用途はハイブリッド車に限定されず、たとえば燃料電池車や電気自動車、他の電気機器に搭載されてもよい。
The rotating
回転電機10は、ロータ12と、ステータ14とに大別される。ステータ14は、リング状のステータコア16とステータコイル20とを有する。ステータコア16は、鉄または鉄合金などからなる電磁鋼板や圧粉磁心などから構成される。ステータコア16の内周面上には複数のティース部および該ティース部間に形成される凹部としてのスロット部が形成されており、各スロット部は、ステータコア16の内周側に開口するように設けられる。
The rotating
3つの巻線相であるU相、V相およびW相を含むステータコイル20は、スロット部に嵌り合うようにティース部に巻き付けられる。U相、V相およびW相は、互いに円周上でずれるように巻き付けられる。なお、U相、V相およびW相は、それぞれが互いに異なる1つのティース部に巻回されてもよいし、一部が互いにオーバーラップするようにそれぞれが複数のティース部に巻回されてもよい。いずれにしても、ティース部に巻回されたステータコイルの一部は、ステータコアの端面から外側に突出して、コイルエンド21を形成する。
ロータ12は、ステータ14と同心軸上に配置され、回転軸となるロータシャフト24、当該ロータシャフト24に固着されたロータコア22、および、ロータコア22に挿通された永久磁石30などを有する。ロータコア22は、複数の電磁鋼板を、軸方向に積層することで構成されている。このロータコア22のうち外周近傍には、軸方向に延びる磁石孔23が、図2に示すように、周方向に複数並んで形成されている。各磁石孔23には、ロータ12の磁極となる永久磁石30が挿通されている。なお、図2で示した永久磁石30の配置態様は一例であり、その個数や形状、配置角度、配置位置は適宜、変更されてよい。
The
また、ロータコア22のうち、永久磁石30より内周側には、冷媒が流れる冷媒流路32が形成されている。この冷媒流路32は、ロータコア22を軸方向に貫通する孔である。この冷媒流路32は、図2に示すように、周方向に複数配設されている。なお、図2で示した冷媒流路32の配置態様は一例であり、永久磁石30より内周側に配されるのであれば、その個数や形状、配置角度、配置位置は適宜、変更されてよい。ただし、ロータ12やステータ14を均等に冷却するためには、この冷媒流路32は、周方向に均等に配置されることが望ましい。
Further, in the
ロータシャフト24は、軸受部(図示せず)を介して回転電機10のケース(図示せず)に回転可能に取り付けられる。このロータシャフト24は、ロータコア22に固着されており、ロータコア22とともに回転するようになっている。このロータシャフト24の内部には、冷媒が通過する中空部34が形成されている。この中空部34を流れる冷媒の少なくとも一部は、中空部34と冷媒流路32を結ぶ連通路36を介して、ロータコア22に形成された冷媒流路32へと導かれる。
The
本実施形態では、この冷媒流路32に導かれた冷媒による冷却効率をより向上するために、ロータコア22等を特殊な構成としている。これについて、従来技術と比較して説明する。
In the present embodiment, in order to further improve the cooling efficiency by the refrigerant guided to the
図4は、従来の回転電機の概略構成を示す概略断面図である。従来の回転電機でも、ロータコア22は、複数の電磁鋼板を軸方向に積層して構成されていた。従来のロータにおいて、電磁鋼板は、その裏面に形成された凸を、隣接する他の電磁鋼板の表面に形成された凹に押し込めるダボカシメ結合されていた。かかるカシメ結合は、結合の手間が楽である一方で、比較的結合力に乏しいという問題がある。そこで、従来の回転電機では、カシメ結合された電磁鋼板の積層体を一対のエンドプレート50で挟持していた。エンドプレート50は、ロータシャフト24に固着されており、その軸方向位置が規制される。かかるエンドプレート50で挟持されることにより、複数の電磁鋼板が互いに密着して結合した状態で保たれ、電磁鋼板の剥がれなどが防止される。
FIG. 4 is a schematic sectional view showing a schematic configuration of a conventional rotating electrical machine. Even in a conventional rotating electrical machine, the
かかる従来の回転電機10における冷媒の流れは、図4において、破線で示したような流れとなる。すなわち、エンドプレート50のうち、ロータコア22(積層体)に形成された冷媒流路32に対応する位置には、吐出孔52が設けられている。ロータシャフト24の中空部34に供給された冷媒は、連通路36、冷媒流路32を通過した後、吐出孔52から外部に吐出される。吐出された冷媒は、ロータ12の回転に伴い生じる遠心力により、軸方向外側に運ばれ、ステータ14のコイルエンド21等にぶつかり、これらを冷却する。その後、重力により回転電機10のケース底部に落下した冷媒は、ポンプ(図示せず)で汲み上げられ、再度、冷媒として回転電機10の各部に供給される。
The flow of the refrigerant in the conventional rotating
ここで、こうした従来の回転電機10の場合、コイルエンド21は効率的に冷却できる一方で、ロータ12に配された永久磁石30を効率的に冷却することが難しかった。すなわち、従来のロータ12は、ロータコア22(電磁鋼板の積層体)の両端がエンドプレート50で挟持されており、永久磁石30の端面は、エンドプレート50で覆われていた。そのため、吐出孔52から吐出された冷媒は、エンドプレート50の表面上を流れるものの、永久磁石30には直接接触することはできず、永久磁石30から熱を効率的に奪うことができなかった。その結果、永久磁石30を効率的に冷却できず、発熱に伴う永久磁石30の熱減磁、ひいては、回転電機10の効率低下などの問題を招いていた。
Here, in the case of such a conventional rotating
そこで、本実施形態では、より効率的に、永久磁石30を冷却するために、ロータ12を特殊構成とし、これにより、エンドプレート50を不要にし、永久磁石30の効率的な冷却を可能にした。これについて、図3を参照して説明する。図3は、ロータコア22の端部周辺の概略拡大図である。
Therefore, in this embodiment, in order to cool the
既述したとおり、このエンドプレート50は、永久磁石30の冷却の妨げとなる。そこで、エンドプレート50を省略することが考えられるが、単に、エンドプレート50を省略しただけでは、電磁鋼板40の連結状態を維持できず、一部の電磁鋼板40が剥がれる恐れがある。特に、最も端部に位置する電磁鋼板40eは、比較的剥がれやすいという問題がある。そこで、本実施形態では、少なくとも、最も端部に位置する電磁鋼板40eについては、カシメ結合に代えて、または、カシメ結合に加え、溶接という結合方法を採用し、最も端部に位置する電磁鋼板40eを溶接により隣接する他の電磁鋼板40に固着している。既述したとおり、最も端部に位置する電磁鋼板40eは、最も剥がれやすい電磁鋼板である。かかる最も端部に位置する電磁鋼板40eを、溶接という強固な固着手段で、隣接する他の電磁鋼板40に固着することで、電磁鋼板40の剥がれを効果的に防止することができる。なお、図3において、太線部分は、溶接箇所を示している。この図3から明らかなとおり、本実施形態では、端部の電磁鋼板40e以外の電磁鋼板40は、従来技術と同様、凹凸部分であるカシメ部38を、隣接する電磁鋼板40のカシメ部38に押し込めるダボカシメで連結している。このように、端部以外の電磁鋼板40については、結合の手間が楽なカシメ結合で結合することで、ロータコア22の製造工程を簡易化できる。ただし、ここで示した電磁鋼板40の結合態様は一例であり、少なくとも、最も端部に位置する電磁鋼板40eが溶接で結合されているのであれば、他の電磁鋼板40の結合態様は特に限定されない。したがって、例えば、より多数の電磁鋼板40が溶接で結合されてもよい。また、エンドプレート50を用いることなく、電磁鋼板40同士を強固に結合できるのであれば、溶接に代えて他の結合方法、例えば、接着結合などを用いるようにしてもよい。
As described above, the
また、本実施形態では、電磁鋼板40の剥がれをより効果的に防止するために、ロータコア22の外周囲を覆う樹脂モールド部44を設けている。この樹脂モールド部44は、ロータコア22を構成する複数の電磁鋼板40を積層し、軸方向に圧縮した状態(鋼板同士が密着した状態)で、モールド材料を当該積層体の周囲に配置し、固化させることで構成される。モールド材料が固化することで、電磁鋼板40の動きが規制され、電磁鋼板40同士が密着した状態で維持される。そして、これにより、電磁鋼板40の剥がれ等が効果的に防止される。
Moreover, in this embodiment, in order to prevent peeling of the
また、この樹脂モールド部44の軸方向端部は、ロータコア22の軸方向端面のうち永久磁石30より外周側部分を覆うモールド端部46を構成する。このモールド端部46は、図3に示す通り、外周側に向かうにつれ、徐々に肉厚になるように(軸方向外側に向かうように)傾斜している。これは、流れてきた冷媒を、より効率的にコイルエンド21に導くためであるが、これについては後に詳説する。なお、モールド材料は、樹脂のみで構成されてもよいが、ロータ12の磁気特性向上のためには、磁性材料含有樹脂で構成されることが望ましい。
Further, the axial end portion of the
また、本実施形態では、図2、図3に示すように、ロータコア22の端面に、略線状の突起体であるガイド部48を設けている。このガイド部48は、冷媒流路32から吐出した冷媒を、より確実に、永久磁石30の端部に導くための部材である。本実施形態では、このガイド部48を、溶接痕の盛り上がりである溶接ビードで構成している。ガイド部48を溶接ビードで形成するのは、溶接ビードの場合、自由に種々の形状を形成できる自由度があり、また、既述した端部の電磁鋼板40eの溶接に用いた器具をそのまま用いて形成できるという手軽さがあるためである。ただし、当然のことながら、冷媒の流れを形成でき得るのであれば、溶接ビードに代えて他の手段でガイド部48を形成してもよい。また、本実施形態では、ガイド部48を、放射線状に延びる複数の線状突起としているが、冷媒を永久磁石30に導けるのであれば、ガイド部48の形状、個数、配置角度などは適宜、変更されてもよい。また、本実施形態では、ロータコア22の端面に形成された突起体をガイド部48として用いているが、ロータコア22の端面に形成された溝や凹をガイド部48として利用してもよい。
In the present embodiment, as shown in FIGS. 2 and 3, a
次に、かかる構成の回転電機10における冷媒の流れについて説明する。ロータシャフト24の中空部34に供給された冷媒は、連通路36を経て、ロータコア22内の冷媒流路32に流れる。冷媒流路32に到達した冷媒は、当該冷媒流路32に沿って軸方向に流れていき、冷媒流路32の端部から外部に吐出する。この吐出した冷媒は、ロータ12の回転に伴い生じる遠心力により、径方向外側に向かって、ロータコア22の端面を移動する。ガイド部48は、この冷媒が、より確実に永久磁石30へと向かうように、冷媒をガイドする。ここで、冷媒が流れるロータコア22の端面上には、永久磁石30の端面が、エンドプレート50で覆われることなく、そのまま外部に露出している。そのため、冷媒が、このロータコア22の端面を移動する過程で、永久磁石30に直接接触することができる。冷媒が、永久磁石30に直接接触すると、冷媒と永久磁石30との間で熱交換が行われ、効率的に、永久磁石30が冷却される。そして、結果として、温度上昇に伴う熱減磁が抑制され、回転電機の効率をより向上できる。
Next, the flow of the refrigerant in the rotating
径方向外側に運ばれた冷媒は、樹脂モールド部44の端部であるモールド端部46に到達する。このモールド端部46は、既述した通り、径方向外側に向かうにつれ、肉厚になるように(軸方向外側に向かうように)傾斜している。そのため、このモールド端部46にぶつかった冷媒は、当該モールド端部の傾斜に沿った流れ、すなわち、径方向外側に近づくにつれ、軸方向外側に向かうような流れになる。かかる流れの場合、冷媒は、ロータ12とステータ14との間のギャップに落ち込むことなく、コイルエンド21へと到達しやすくなる。その結果、発熱量の多いコイルエンド21をより効率的に冷却でき、ひいては、回転電機10の効率をより向上できる。
The refrigerant carried to the outer side in the radial direction reaches the
つまり、本実施形態によれば、コイルエンド21だけでなく、永久磁石30も効率的に冷却することができ、結果として、回転電機10の効率をより向上できる。なお、ここで説明した構成は、一例であり、ロータコア22を構成する複数の電磁鋼板40のうち、少なくとも、最も端部に位置する電磁鋼板40eを、溶接または接着により、隣接する他の電磁鋼板40に固着し、エンドプレート50を省略するのであれば、その他の構成は適宜、変更されてもよい。
That is, according to the present embodiment, not only the
10 回転電機、12 ロータ、14 ステータ、16 ステータコア、20 ステータコイル、21 コイルエンド、22 ロータコア、23 磁石孔、24 ロータシャフト、30 永久磁石、32 冷媒流路、34 中空部、36 連通路、38 カシメ部、40 電磁鋼板、44 樹脂モールド部、46 モールド端部、48 ガイド部、50 エンドプレート、52 吐出孔。
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記ロータは、
複数の鋼板を軸方向に積層してなるロータコアであって、前記複数の鋼板のうち少なくとも最も軸方向端部に位置する鋼板が、溶接または接着により隣接する他の鋼板に固着されたロータコアと、
その端面が外部に露出した状態で、ロータコアを軸方向に貫通する複数の磁石孔に挿通される複数の磁石と、
前記複数の磁石より内周側位置に設けられ、ロータコアを軸方向に貫通する冷媒流路と、
を備えたことを特徴とする回転電機。 A rotating electrical machine comprising: a rotor that rotates around an axis; and a stator that is disposed around an outer periphery of the rotor,
The rotor is
A rotor core formed by laminating a plurality of steel plates in the axial direction, and at least the steel plate located at the end in the axial direction among the plurality of steel plates is fixed to another steel plate adjacent by welding or adhesion; and
With the end face exposed to the outside, a plurality of magnets inserted through a plurality of magnet holes penetrating the rotor core in the axial direction;
A refrigerant flow path provided in an inner peripheral side position from the plurality of magnets and penetrating the rotor core in the axial direction;
A rotating electrical machine comprising:
前記ロータコアの端面には、前記冷媒流路の端部から吐出した冷媒を前記磁石の端部付近に導くガイド部が形成されている、ことを特徴とする回転電機。 The rotating electrical machine according to claim 1,
A rotating electrical machine, wherein a guide portion that guides the refrigerant discharged from the end portion of the refrigerant flow path to the vicinity of the end portion of the magnet is formed on an end surface of the rotor core.
前記ガイド部は、溶接ビードで形成される、ことを特徴とする回転電機。 The rotating electrical machine according to claim 2,
The rotating electrical machine wherein the guide portion is formed of a weld bead.
前記ロータは、さらに、少なくとも前記ロータコアの外周囲を覆う樹脂モールド部を含む、ことを特徴とする回転電機。 The rotating electrical machine according to any one of claims 1 to 3,
The rotary electric machine further includes a resin mold portion that covers at least an outer periphery of the rotor core.
前記樹脂モールド部は、前記ロータコアの軸方向端面のうち前記磁石より外周側部分を覆うモールド端部を含み、
前記モールド端部は、径方向外側に近づくにつれ、軸方向外側に向かうように傾斜している、ことを特徴とする回転電機。 The rotating electrical machine according to claim 4,
The resin mold portion includes a mold end portion that covers an outer peripheral side portion of the rotor core in the axial direction end surface of the rotor core,
The rotating electric machine according to claim 1, wherein the mold end portion is inclined so as to go outward in the axial direction as it approaches the radially outer side.
前記樹脂モールド部は、磁性材料を含有した樹脂からなる、ことを特徴とする回転電機。 The rotating electrical machine according to claim 4 or 5,
The rotating electrical machine, wherein the resin mold part is made of a resin containing a magnetic material.
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