JP2013135577A - Cooling structure of rotary electric machine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、回転電機の冷却構造に関する。特に、回転電機に係るロータコアの冷却に供される回転電機の冷却構造に関する。 The present invention relates to a cooling structure for a rotating electrical machine. In particular, the present invention relates to a cooling structure for a rotating electrical machine used for cooling a rotor core according to the rotating electrical machine.
特許文献1に例示されている車両駆動用電動機は、円筒状のハウジングの中心軸上で直列状に配置された回転子の回転子軸が軸承されている。回転子軸に穿設されている中心軸孔には、それぞれ回転子の左右両側で半径方向の開口を所定角度間隔で形成された冷媒噴出ノズルがねじ込まれて固定されている。回転子の回転速度が高まり、遠心力が大きくなると、中心軸孔内の潤滑油が冷媒噴出ノズルから固定子に向かって噴出する。冷媒噴出ノズルから噴出された潤滑油は霧状となり、ハウジングの内気にふれて急激に冷却され、ハウジングを冷却するとともに固定子を冷却する。
In the electric motor for vehicle driving exemplified in
背景技術に記載されている車両駆動用電動機において、潤滑油は冷媒噴出ノズルから、ハウジングおよび固定子に噴出される構成であり、回転子には直接潤滑油が噴出されず、回転子が効果的に冷却されないおそれがあり問題である。 In the motor for driving a vehicle described in the background art, the lubricating oil is configured to be jetted from the refrigerant jet nozzle to the housing and the stator. The lubricating oil is not jetted directly to the rotor, and the rotor is effective. It is a problem that may not be cooled.
また、回転子の回転により、潤滑油と同様に、冷媒噴出ノズルにも、遠心力が印加される。冷媒噴出ノズルは、回転子軸の中心軸孔にねじ込まれて固定されているので、回転子が高速に回転するほど、回転子の外径方向に大きな遠心力が印加される。回転子の回転速度が高まり、遠心力が大きくなると、冷媒噴出ノズルが回転子軸から分離するおそれがある。よって、回転子軸から冷媒噴出ノズルの分離を防ぐため、回転子の回転速度が冷媒噴出ノズルの固定強度に耐えられる程度に制限され、高速回転する回転電機に利用できないおそれがあり問題である。 In addition, the centrifugal force is applied to the refrigerant ejection nozzle by the rotation of the rotor as well as the lubricating oil. Since the refrigerant jet nozzle is screwed and fixed in the central shaft hole of the rotor shaft, a larger centrifugal force is applied in the outer diameter direction of the rotor as the rotor rotates at a higher speed. If the rotational speed of the rotor increases and the centrifugal force increases, the refrigerant jet nozzle may be separated from the rotor shaft. Therefore, in order to prevent separation of the refrigerant jet nozzle from the rotor shaft, the rotational speed of the rotor is limited to such an extent that it can withstand the fixed strength of the refrigerant jet nozzle, and there is a possibility that it cannot be used for a rotating electric machine that rotates at high speed.
本発明は、上記の課題に鑑み提案されたものであって、ノズルからオイルを直接ロータのエンドリングに滴下することにより、エンドリングおよびエンドリングを含むロータコアの冷却を可能とする回転電機の冷却構造を提供することを目的とする。 The present invention has been proposed in view of the above-described problems, and the cooling of a rotating electrical machine that enables cooling of a rotor core including an end ring and an end ring by dropping oil directly from a nozzle onto the end ring of the rotor. The purpose is to provide a structure.
本願に係る回転電機の冷却構造は、ステータコアと、ロータコアと、ロータコアの回転軸方向の端部に設けられる円環状のエンドリングとを備える回転電機の冷却構造である。オイルを循環させるオイル循環回路と、オイル循環回路から供給されるオイルを滴下するノズルであって、エンドリングの径方向内側面に対向する第1ノズルとを備える。 The cooling structure for a rotating electrical machine according to the present application is a cooling structure for a rotating electrical machine including a stator core, a rotor core, and an annular end ring provided at an end portion of the rotor core in the rotation axis direction. An oil circulation circuit that circulates oil and a nozzle that drops oil supplied from the oil circulation circuit and that opposes the radially inner side surface of the end ring.
更に、エンドリングの径方向内側面が回転軸方向の外方に向かうに従って径方向の外径側に傾斜する傾斜面を有している。 Furthermore, it has an inclined surface which inclines to the outer diameter side of a radial direction as the radial inner surface of an end ring goes to the outward of a rotating shaft direction.
更に、第1ノズルに連接され、オイル循環回路から供給されるオイルを溜めるオイル溜り部を備える。 Furthermore, an oil reservoir is provided that is connected to the first nozzle and accumulates oil supplied from the oil circulation circuit.
更に、本願に係る回転電機は、ロータコアの回転軸を軸支するベアリングを有する。オイル溜り部は、ベアリングの少なくとも一部が、オイル溜り部に溜められるオイルに浸漬される位置に備えられる。 Furthermore, the rotating electrical machine according to the present application includes a bearing that supports the rotating shaft of the rotor core. The oil reservoir is provided at a position where at least a part of the bearing is immersed in the oil stored in the oil reservoir.
更に、第2ノズルを備えており、オイル循環回路から第2ノズルに供給されるオイルがステータコアから突出するコイル端部に滴下される。 Further, a second nozzle is provided, and oil supplied from the oil circulation circuit to the second nozzle is dropped onto the coil end protruding from the stator core.
本願に係る回転電機の冷却構造によれば、第1ノズルから、オイルを円環状のエンドリングの径方向内側面に滴下することにより、エンドリングおよびロータコアを効果的に冷却することができる。 According to the cooling structure for a rotating electrical machine according to the present application, the end ring and the rotor core can be effectively cooled by dropping oil from the first nozzle onto the radially inner side surface of the annular end ring.
また、ロータコア自体には冷却に供されるノズル等の冷却構造を備えていないため、冷却構造について、強度上の制約からロータコアの回転が制限されたり、回転に伴う遠心力に抗する強度を確保する等の対応は不要である。高速回転の回転電機に好適な冷却構造を提供することができる。 In addition, since the rotor core itself does not have a cooling structure such as a nozzle that is used for cooling, the rotor structure is restricted from rotating due to strength restrictions, and the strength against the centrifugal force associated with the rotation is secured. No action is required. A cooling structure suitable for a high-speed rotating electric machine can be provided.
また、エンドリングの内側面は、回転軸方向の外方に向かうに従い外径側に傾斜する傾斜面を有しており、この傾斜面に第1ノズルからオイルが適下される。これにより、エンドリングに適下されたオイルは、ロータコアの回転による遠心力で、ロータコアの外方に飛散させることができる。 Further, the inner surface of the end ring has an inclined surface that inclines to the outer diameter side toward the outer side in the rotation axis direction, and oil is appropriately applied to the inclined surface from the first nozzle. Thereby, the oil properly applied to the end ring can be scattered outward of the rotor core by the centrifugal force generated by the rotation of the rotor core.
また、オイル溜り部を備えることにより、オイル循環回路から供給されるオイルを、一旦、オイル溜り部に溜めることができる。これにより、オイル循環回路から供給されるオイルの量に変動が起きた場合においても、エンドリングに滴下されるオイルの量を一定に保つことができる。 Further, by providing the oil reservoir, the oil supplied from the oil circulation circuit can be temporarily stored in the oil reservoir. Thereby, even when the amount of oil supplied from the oil circulation circuit varies, the amount of oil dropped on the end ring can be kept constant.
また、ロータコアを軸支するベアリングの少なくとも一部がオイル溜り部に貯留されているオイルに浸漬されるので、ベアリングの潤滑を良好に維持することができる。 In addition, since at least a part of the bearing supporting the rotor core is immersed in the oil stored in the oil reservoir, the lubrication of the bearing can be maintained satisfactorily.
また、第2ノズルからステータコアから突出するコイル端部にオイルが滴下されるので、ロータコアおよびエンドリングを冷却すると同時に、コイル端部を介して、ステータコアおよびステータコアに巻回されているコイルを冷却することができ好都合である。 Further, since oil is dropped from the second nozzle onto the coil end protruding from the stator core, the rotor core and the end ring are cooled, and at the same time, the coil wound around the stator core and the stator core is cooled via the coil end. Can be convenient.
図1は、実施形態に係る回転電機1の断面図と回転電機1の冷却構造を示す図である。実施形態では、回転電機1の一例として誘導電動機を例示する。誘導電動機は、ロータ2がかご型構造を有しており、後述するステータコア3a、3bから発生する回転磁束によりロータ2の備える導体部23に発生する誘導電流と回転磁束とが鎖交してロータ2に回転力が発生する。このような、誘導電動機では、誘導電流が流れることにより導体部23に熱が発生し、この熱は高速回転であるほど多量に発生する。以下に説明する回転電機1では、高速回転の回転電機1に適用して好適な冷却構造について説明する。
FIG. 1 is a cross-sectional view of a rotating
回転電機1のケース6には、オイルをケース6内に供給するオイル第1供給口60、オイル第2供給口61、ケース6内に供給されたオイルを貯留するオイル溜り部63、オイル溜り部63に連接されオイルをエンドリング21に滴下するノズル64、ケース6から排出されるオイルの排出口であるオイル排出口62、オイル第1供給口60およびオイル第2供給口61とオイル排出口62との間を連結しオイルを循環させる経路を構成するオイル配管4、およびオイル配管4に連接されオイルをオイル配管4とケース6との間で循環させるポンプ5を有する。このうち、オイル配管4およびポンプ5がケース6を介して循環する経路がオイル循環回路である。また、オイル循環回路中に、オイルを冷却する熱交換器を設けてもよい。
The
回転電機1は、ケース6の内部にステータコア3a、3bとステータコア3a、3bの内径側に配置されるロータ2とを備える。ステータコア3a、3bは、後述するロータ2の側面を取り囲むように配置され、所定間隔で複数配置されるコイルが回転軸方向に沿って巻回される。各コイルには順次位相をずらした交流電流が供給されることにより、回転磁束が発生する。各コイルは、ステータコアの回転軸方向両端から突出するコイルエンドで折り返される。図1において、上方に位置するステータコア3aにはコイルエンド30a、下方のステータコア3bにはコイルエンド30bのそれぞれが突出する。
The rotating
ロータ2は、ロータコア20、エンドリング21、シャフト22、および導体部23を備えて構成される。ロータコア20は、シャフト22に嵌合等により固定されている。
The
エンドリング21は、ロータコア20の回転軸方向の両端に設けられ、ロータコア20を回転軸方向の外方から挟持する。エンドリング21は、ロータコア20から回転軸方向外側に突出する形状であり、エンドリング21の径方向内側の内側面24は、回転軸方向の外方に向かうに従い外径側に傾斜する傾斜面を有している。エンドリング21は、ダイカスト加工等により成型されたアルミニウムや銅などによって、形成される。
The
シャフト22は、ケース6の両端に配設されるベアリング65により軸支されている。
The
導体部23は、ロータコア20において、ステータコア3a、3bから発せられる回転磁束が周回する磁性材料部を取り囲んで配設されている。ロータコア20の全域に渡りシャフト22の両端部にまで延びて配設されており、ロータコア20の両端部でエンドリング21に連接されている。導体部23は誘導電流を流すため銅などの導電性材料で成型されている。互いに接触して配設されている導体部23およびエンドリング21は、共に熱伝導性の良好な部材で成型されているので、エンドリング21からロータコア20に至るロータ2全体は熱伝導性が良好に成型されている。
The
オイル溜り部63は、ケース6の内壁であってシャフト22が軸支されるベアリング65の配設される壁面に備えられ、オイル溜り部63の直上に備えられるオイル第1供給口60から滴下されるオイルを受け止めて内部に貯留する。
The
ノズル64は、オイル溜り部63に連接され、オイル溜り部63の下方部から突出してその先端をエンドリング21の内側面24に対向して配置される。オイル溜り部63に貯留されているオイルはノズル64を介してエンドリング21の内側面24に適下される。滴下されるオイルは冷媒として、エンドリング21、およびエンドリング21に連接されている導体部23の放熱・冷却に使用され、ロータ2を冷却することができる。
The
内側面24に滴下したオイルは、内側面24の傾斜に沿って、ロータコア20の回転による遠心力でロータコア20の外方に飛散する。
The oil dropped on the
内側面24から飛散したオイルは、ケース6の底部に溜まる。ケース6の底部に溜まったオイルは、ケース6の下方に位置するステータコア3bおよびコイルエンド30bを浸漬冷却する。そして、オイル排出口62から排出されることで回収され、ポンプ5により回転電機1を循環する。
The oil scattered from the
また、ケース6の上方に位置するオイル第2供給口61に供給されるオイルは、コイルエンド30aに滴下される。これにより、コイルエンド30a、およびコイルエンド30aを介してステータコア3aは冷却される。
Further, the oil supplied to the oil
図2は、ロータ2の回転軸方向から見たオイル溜り部63とベアリング65との位置関係を示す模式図である。オイル第1供給口60の供給口は、ベアリング65に軸支されるシャフト22の直上からずれた位置に配設される。これにより、オイル第1供給口60から滴下されるオイルはシャフト22に当たることなく、直接オイル溜り部63に供給される。
FIG. 2 is a schematic diagram showing the positional relationship between the
ベアリング65は、少なくとも一部が、オイル溜り部63に貯留されているオイルに浸漬されるように配置される。これにより、ベアリング65は、少なくとも一部がオイルに浸漬される状態となることで、潤滑状態が維持される。
The
以上詳細に説明したように、本願に係る回転電機1において、ロータコア20を回転軸方向の外方から挟持するエンドリング21は、ロータコア20から回転軸方向外側に突出する形状であり、エンドリング21の径方向内側の内側面24は、回転軸方向の外方に向かうに従い外径側に傾斜する傾斜面を有している。オイル溜り部63は、ケース6の内壁であってシャフト22が軸支されるベアリング65の配設される壁面に備えられ、オイル溜り部63に連接されるノズル64は、オイル溜り部63の下方部から突出して配置される。ノズル64の先端がエンドリング21の内側面24に対向しているので、オイル溜り部63に貯留されているオイルはノズル64を介して、直接にエンドリング21の内側面24に適下される。これにより、冷媒として利用されるオイルは、エンドリング21、およびエンドリング21に連接されているロータコア20に配設される導体部23の放熱・冷却に使用され、ロータ2を冷却することができる。
As described above in detail, in the rotating
また、オイル溜り部63を備えることにより、オイル第1供給口60から滴下されるオイルを、一旦、オイル溜り部63に溜める。これにより、オイル第1供給口60から滴下されるオイルの量に変動が起きた場合においても、エンドリング21の内側面24に滴下されるオイルの量を一定に保つことができ、安定してロータ2を冷却することができる。
In addition, by providing the
また、ケース6の上方に位置するオイル第2供給口61は、オイルをコイルエンド30aに滴下する。これにより、オイル第2供給口61から滴下されるオイルは、コイルエンド30a、およびコイルエンド30aを介してステータコア3aを冷却することができる。
Moreover, the oil
ここで、ノズル64は、第1ノズルの一例である。また、オイル第2供給口61は、第2ノズルの一例である。また、エンドコイル30aは、コイル端部の一例である。
Here, the
尚、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内での種々の改良、変更が可能であることは言うまでもない。
例えば、エンドリング21の径方向内側の内側面24は、回転軸方向の外方に向かうに従い内径側に傾斜してもよい。この場合、内側面に滴下されるオイルは、ロータコア20とエンドリング21の内側面との間に溜められる。これにより、ロータコア20とエンドリング21の内側面との間に溜められたオイルにより、エンドリング21、およびエンドリング21に連接されている導体部23を効果的に冷却することができる。
また、エンドリング21の径方向外側の外側面にも回転軸方向の外方に向かうに従い傾斜する傾斜面を設け、その外側面にオイルを滴下するオイル供給口を備えてもよい。これにより、外側面にオイルを滴下することで、内側面24だけでなく、外側面からもエンドリング21、およびエンドリング21に連接されている導体部23の放熱・冷却することができる。
この場合、エンドリング21の外側面は、回転軸方向の外方に向かうに従い外径側あるいは内径側の何れに傾斜する傾斜面とすることもできる。
また、オイル溜り部63へのオイル供給方法は、オイル第1供給口60からの滴下に限定されず、オイル配管4に直接に連接されてもよい。同様に、ベアリング65にオイル配管4を介してオイルを供給してもよい。
また、オイル第1供給口60、オイル第2供給口61、オイル溜り部63、ノズル64はロータ2の回転軸方向両側に配置されたが、片側だけでもよい。
また、オイル循環回路においてオイルの循環手段はポンプ5に限られない。オイルの循環手段を、例えば、自動車等に備えるエンジン、減速ギアなどの動力伝達機構の動力をオイルの循環に利用する手段に置き換えてもよい。
また、本発明に係る回転電機1は、誘導電動機に限られず、エンドリングを有したロータを有するものであれば、本発明を有効に利用することができる。
Needless to say, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various improvements and modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
For example, the
Moreover, the outer surface of the
In this case, the outer surface of the
Further, the method of supplying oil to the
Moreover, although the oil
Further, the oil circulation means in the oil circulation circuit is not limited to the
Moreover, the rotary
1 回転電機
2 ロータ
3a、3b ステータコア
4 オイル配管
5 ポンプ
6 ケース
20 ロータコア
21 エンドリング
22 シャフト
23 導体部
24 内側面
30a、30b コイルエンド
60 オイル第1供給口
61 オイル第2供給口
62 オイル排出口
63 オイル溜り部
64 ノズル
65 ベアリング
DESCRIPTION OF
Claims (5)
オイルを循環させるオイル循環回路と、
前記オイル循環回路から供給されるオイルを滴下するノズルであって、前記エンドリングの径方向内側面に対向する第1ノズルと、
を備えることを特徴とする回転電機の冷却構造。 A cooling structure for a rotating electrical machine comprising a stator core, a rotor core, and an annular end ring provided at an end of the rotor core in the rotation axis direction,
An oil circulation circuit for circulating oil;
A nozzle for dropping oil supplied from the oil circulation circuit, the first nozzle facing the radially inner side surface of the end ring;
A cooling structure for a rotating electrical machine comprising:
前記オイル溜り部は、前記ベアリングの少なくとも一部が、該オイル溜り部に貯留されているオイルに浸漬される位置に備えられることを特徴とする請求項1ないし3の何れかに記載の回転電機の冷却構造。 The rotating electrical machine has a bearing that pivotally supports the rotating shaft of the rotor core,
The rotating electrical machine according to any one of claims 1 to 3, wherein the oil reservoir is provided at a position where at least a part of the bearing is immersed in oil stored in the oil reservoir. Cooling structure.
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