JP5545180B2 - Rotating electric machine - Google Patents
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Description
本発明は、回転電機に係り、特に、ステータのコイルエンドを冷却することができる回転電機に関する。 The present invention relates to a rotating electrical machine, and more particularly to a rotating electrical machine that can cool a coil end of a stator.
ステータコイルに駆動電流を与えることでロータを回転させる回転電機においては、コイル通電による発熱のために温度が上昇するので、冷却をすることが好ましい。 In a rotating electrical machine that rotates a rotor by applying a drive current to a stator coil, the temperature rises due to heat generated by energizing the coil, and thus cooling is preferable.
例えば、特許文献1には、回転電機の冷却装置として、冷却油パイプがステータコアおよびコイルエンドの上方に回転軸方向に沿って配設され、上流側に設けられ第1コイルエンドに向かう第1吐出口と下流側に設けられ第2コイルエンドに向かう第2吐出口からの吐出流量を同じにする構成が述べられている。ここでは、第1吐出口の開口面積よりも第2吐出口の開口面積を小さくし、あるいは、開口面積を同じとして絞りを第1吐出口と第2吐出口との間に設けることが開示されている。 For example, in Patent Document 1, as a cooling device for a rotating electrical machine, a cooling oil pipe is disposed along a rotation axis direction above a stator core and a coil end, and is provided on the upstream side toward a first coil end. A configuration is described in which the discharge flow rate from the second discharge port that is provided on the downstream side and toward the second coil end is made the same. Here, it is disclosed that the opening area of the second discharge port is made smaller than the opening area of the first discharge port, or the aperture is made the same and the aperture is provided between the first discharge port and the second discharge port. ing.
特許文献2には、ハイブリッド車両の駆動装置内における電動モータの冷却として、ロータ軸の中空孔から軸受部材を経由して径方向に潤滑油を流出させる方法において、ロータ内周部に油溜りを設け、ロータエンドプレートに潤滑油路を設けることが開示されている。これによって、潤滑油がロータの回転に伴う遠心力を受けても、ステータの電磁コイルを内径側から十分に冷却できると述べられている。 In Patent Document 2, as a method for cooling an electric motor in a drive device of a hybrid vehicle, in a method in which lubricating oil flows out from a hollow hole of a rotor shaft in a radial direction via a bearing member, an oil reservoir is provided at an inner peripheral portion of the rotor. And providing a lubricating oil passage in the rotor end plate. Thus, it is stated that the electromagnetic coil of the stator can be sufficiently cooled from the inner diameter side even when the lubricating oil receives a centrifugal force accompanying the rotation of the rotor.
ロータ軸の側から冷媒を供給する方式によれば、ロータの冷却とステータコイルの内周側の冷却を行うことができるが、ロータ軸に冷媒通路を設ける必要がある。ステータの外周側に冷媒通路を設けてステータコイルの外周側に向かって冷媒を供給する方式によれば、冷媒通路を設けやすいが、ステータコイルの内周側やロータの冷却が不十分となることがある。 According to the method of supplying the refrigerant from the rotor shaft side, cooling of the rotor and cooling of the inner peripheral side of the stator coil can be performed, but it is necessary to provide a refrigerant passage in the rotor shaft. According to the system in which the refrigerant passage is provided on the outer peripheral side of the stator and the refrigerant is supplied toward the outer peripheral side of the stator coil, the refrigerant passage is easily provided, but the inner peripheral side of the stator coil and the rotor are not sufficiently cooled. There is.
本発明の目的は、ステータの外周側に設けられる冷媒通路を用いて、ステータコイルの内周側とロータの冷却を可能とする回転電機を提供することである。他の目的は、ステータコイルと共にロータ磁石の冷却も可能とする回転電機を提供することである。以下の手段は、これらの目的の少なくとも1つに貢献する。 An object of the present invention is to provide a rotating electrical machine that enables cooling of an inner peripheral side of a stator coil and a rotor using a refrigerant passage provided on the outer peripheral side of the stator. Another object is to provide a rotating electric machine that can cool a rotor magnet together with a stator coil. The following means contribute to at least one of these purposes.
本発明に係る回転電機は、ロータ軸とロータコアとロータコアの両側にそれぞれ配置されるエンドプレート部とを含むロータと、ロータの外周側に配置され、ステータコアとステータコアに巻回されるコイルとステータコアの外側のコイル部分であるコイルエンド部とを含むステータと、ステータの外周側に配置され、ロータ軸の軸方向に沿って延びコイルエンド部に対応する箇所に冷媒吐出口を有する冷媒通路と、を備え、ロータのエンドプレートは、外周側に開口部を有し内周側に底部を有する冷媒溜りポケットを含むことを特徴とする。 A rotating electrical machine according to the present invention includes a rotor including a rotor shaft, a rotor core, and end plate portions respectively disposed on both sides of the rotor core, a stator core, a coil wound around the stator core, and a stator core. A stator including a coil end portion that is an outer coil portion, and a refrigerant passage that is disposed on the outer peripheral side of the stator and extends along the axial direction of the rotor shaft and has a refrigerant discharge port at a location corresponding to the coil end portion. The end plate of the rotor includes a refrigerant pool pocket having an opening on the outer peripheral side and a bottom on the inner peripheral side.
また、本発明に係る回転電機において、ロータのエンドプレートは、周方向に沿って複数の冷媒溜りポケットを含むことが好ましい。 In the rotating electrical machine according to the present invention, it is preferable that the end plate of the rotor includes a plurality of refrigerant pool pockets along the circumferential direction.
また、本発明に係る回転電機において、周方向に互いに隣接する冷媒溜りポケットの間の仕切部の頂部がロータのエンドプレートの外径端部よりも内周側に設定されることが好ましい。 In the rotating electrical machine according to the present invention, it is preferable that the top of the partition between the refrigerant pool pockets adjacent to each other in the circumferential direction is set on the inner peripheral side of the outer diameter end of the end plate of the rotor.
また、本発明に係る回転電機において、ロータは、周方向に沿って配置される複数の永久磁石を含み、ロータのエンドプレートは、各永久磁石の周方向の配置に対応する位置にそれぞれ冷媒溜りポケットを含むことが好ましい。 Further, in the rotating electrical machine according to the present invention, the rotor includes a plurality of permanent magnets arranged along the circumferential direction, and the end plates of the rotor each have a refrigerant pool at a position corresponding to the circumferential arrangement of each permanent magnet. Preferably it includes a pocket.
上記構成により、回転電機は、ロータ軸の軸方向に沿って延びコイルエンド部に対応する箇所に冷媒吐出口を有する冷媒通路がステータの外周側に配置され、ロータのエンドプレートには、外周側に開口部を有し内周側に底部を有する冷媒溜りポケットが設けられる。これによって、ステータの外周側からコイルエンドを経てエンドプレートの冷媒溜りポケットに冷媒が供給され、ロータが回転すると、その遠心力で冷媒溜りポケットの冷媒がコイルエンドの内周側に供給される。このようにして、ステータコイルの内周側を冷却することができる。 With the above configuration, the rotating electrical machine has a refrigerant passage extending along the axial direction of the rotor shaft and having a refrigerant discharge port at a location corresponding to the coil end portion on the outer peripheral side of the stator. Is provided with a refrigerant pool pocket having an opening and a bottom on the inner peripheral side. Thus, the refrigerant is supplied from the outer peripheral side of the stator to the refrigerant pool pocket of the end plate through the coil end, and when the rotor rotates, the refrigerant in the refrigerant pool pocket is supplied to the inner peripheral side of the coil end by the centrifugal force. In this way, the inner peripheral side of the stator coil can be cooled.
また、回転電機において、ロータのエンドプレートは、周方向に沿って複数の冷媒溜りポケットを含むので、冷却効率が向上する。また、回転電機において、周方向に互いに隣接する冷媒溜りポケットの間の仕切部の頂部がロータのエンドプレートの外径端部よりも内周側に設定されるので、コイルエンドを介して供給される冷媒を効果的に冷媒溜りポケットに集めることが可能になる。 Further, in the rotating electrical machine, the end plate of the rotor includes a plurality of refrigerant pool pockets along the circumferential direction, so that the cooling efficiency is improved. In the rotating electrical machine, the top of the partition between the refrigerant pool pockets adjacent to each other in the circumferential direction is set on the inner peripheral side of the outer diameter end of the end plate of the rotor. It is possible to effectively collect the refrigerant in the refrigerant pool pocket.
また、回転電機において、ロータの周方向に沿って配置される複数の永久磁石の配置に対応する位置にそれぞれ冷媒溜りポケットを含むので、ステータコイルの冷却と共にロータ磁石の冷却も合わせて行うことができる。 In the rotating electrical machine, since the refrigerant pool pockets are included at positions corresponding to the arrangement of the plurality of permanent magnets arranged along the circumferential direction of the rotor, the cooling of the rotor magnets can be performed together with the cooling of the stator coils. it can.
以下に図面を用いて本発明に係る実施の形態につき、詳細に説明する。以下では、回転電機として、三相同期型を説明するが、これ以外の形式であっても、コイルが巻回されるステータと、エンドプレートを有するロータを備える回転電機であればよい。また、以下では、ロータコアおよびロータコアを積層鋼板によって形成されるものとして説明するが、これ以外の構造、例えば、バルク鉄心、粉末成形鉄心等で形成するものとしてもよい。また、以下では、ロータの永久磁石をロータコアの内部に埋め込む構成として説明するが、勿論、ロータコアの表面に永久磁石を配置する構成としてもよい。また、ロータの永久磁石の配置をV型として説明するが、これ以外の配置方式としてもよい。 Embodiments according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. In the following, a three-phase synchronous type will be described as a rotating electric machine, but any other type of rotating electric machine including a stator around which a coil is wound and a rotor having an end plate may be used. In the following description, the rotor core and the rotor core are described as being formed of laminated steel sheets, but may be formed of a structure other than this, for example, a bulk iron core, a powder-molded iron core, or the like. In the following description, the configuration is such that the permanent magnet of the rotor is embedded in the rotor core, but of course, the configuration may be such that the permanent magnet is disposed on the surface of the rotor core. In addition, although the arrangement of the permanent magnets of the rotor is described as a V type, other arrangement methods may be used.
以下では、全ての図面において同様の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、本文中の説明においては、必要に応じそれ以前に述べた符号を用いるものとする。 Below, the same code | symbol is attached | subjected to the same element in all the drawings, and the overlapping description is abbreviate | omitted. In the description in the text, the symbols described before are used as necessary.
図1は、回転電機10の断面図である。図2はその部分拡大図で、図2のA−A方向から見たロータコア24の様子が図3に、B−B方向から見たエンドプレート部26の平面図と、その断面図の様子が図4に示されている。回転電機10は、三相同期型のモータジェネレータであって、ステータ30の外周側に配置された冷媒通路42に冷媒60を供給して、ステータ30とロータ20を冷却するこことができる構造を有する。
FIG. 1 is a cross-sectional view of the rotating
回転電機ケース12は、ステータ30を固定して保持し、ロータ20のロータ軸22を回転自在に保持する回転電機筐体である。回転電機ケース12の上部には、冷媒60の供給口40が設けられ、下部には使用済みの冷媒70の排出口46が設けられる。ここで、上部、下部とは、重力方向に対しての上下を示す。供給口40と排出口46との間には、図示されていない冷媒循環機構が設けられる。冷媒としては、冷却水、冷却油等を用いることができ、冷却油としては、軸受等の潤滑油を利用することができる。
The rotating
ステータ30は、ロータ20の外周側に配置され、ステータコア32と、ステータコア32に巻回されるコイル34と、ステータコア32の外側のコイル34の部分であるコイルエンド部36とを含む回転電機10の固定子である。
The
ステータコア32は、ロータ20を配置するための内径側穴を有し、内径側に開口部を有するスロットが周方向に複数配置される形状に打ち抜かれた電磁鋼板を複数枚積層して形成される固定子コアである。ステータコア32は、その外周側で回転電機ケース12に固定保持される。
The
コイル34は、ステータコア32の隣接するスロットの間に形成されるティースに所定の巻数で巻回される絶縁被覆導線である。コイルエンド部36は、ティースに巻回されたコイル34がステータコア32の軸方向の両外側にはみ出る部分である。
The
冷媒通路42は、ステータ30の外周側に配置され、軸方向に沿って延び、冷媒吐出口44を有する冷媒供給用のパイプである。軸方向とは、回転電機10のロータ軸22の長手方向に沿った方向である。冷媒通路42は、一方端が冷媒60の供給口40で、他方端は行き止まりとされるので、供給口40から供給された冷媒60は、冷媒吐出口44から吐出される。冷媒吐出口44は、軸方向に沿って、ステータ30に向かって複数設けられる。図1では、ステータコア32に向かって1つ、ステータコア32の両側のコイルエンド部36のそれぞれに1つずつの3つの冷媒吐出口44が図示されている。勿論、これ以上の数の冷媒吐出口44を設けてもよい。
The
ロータ20は、ロータ軸22と、ロータコア24と、ロータコア24の両側にそれぞれ配置されるエンドプレート部26と、ロータコア24に埋め込まれる永久磁石28を含む
回転子である。
The rotor 20 is a rotor including a
ロータコア24は、図3に示されるように、ロータ軸22を通すための内径側穴を有する円環状の部材で、所定の形状に打ち抜かれた電磁鋼板を複数積層して形成される回転子コアである。ロータコア24は、外周側に永久磁石28を埋め込むための磁石配置穴29を有する。図3では、8つの磁極を有するロータとして、各磁極ごとに、2つの永久磁石28が相互にV字形状に配置されるように、合計で16の磁石配置穴29が設けられる。
As shown in FIG. 3, the
エンドプレート部26は、ロータコア24の軸方向の両端側にそれぞれ配置され、積層された電磁鋼板を両側から保持する機能を有する保持板材である。
冷媒溜りポケット50は、エンドプレート部26のロータコアに対向する側の面に設けられ、外周側に開口し、内周側に底部を有する凹部である。この凹部は、エンドプレート部26とロータコア24が組み合わされるときに、冷媒を溜めることができるポケット形状のくぼみを形成する。図2に示されるように、コイルエンド部36に向かって設けられる冷媒吐出口44から吐出される冷媒62は、コイルエンド部36を外周側から内周側に向かって流れる冷媒64となる。そして、コイルエンド部36の内周側から流れ出す冷媒66が、冷媒溜りポケット50に集められる。
The
冷媒溜りポケット50は、ロータコア24の磁極数と同じ数設けられる。上記の例では、磁極数が8であるので、冷媒溜りポケット50は8つ設けられる。図4には、エンドプレート部26がロータコア24と組み合わされたときのロータ20の1つの磁極に対応する2つの永久磁石28の配置位置が破線で示されている。ここで示されるように、各冷媒溜りポケット50は、永久磁石28の配置位置に対応する位置にそれぞれ設けられる。
The same number of refrigerant reservoir pockets 50 as the number of magnetic poles of the
周方向に互いに隣接する冷媒溜りポケット50の間は、互いに独立ではなく、それぞれの間が外周側で接続される。すなわち、図4に示されるように、周方向に互いに隣接する冷媒溜りポケット50の間の仕切部の頂部52は、エンドプレート部26の外径端部よりも内周側に設定される。これによって、ロータ20が回転するときに、コイルエンド部36の内周側から流れ出す冷媒66を、各冷媒溜りポケット50に効果的に集めることができる。
The refrigerant reservoir pockets 50 that are adjacent to each other in the circumferential direction are not independent from each other, and are connected to each other on the outer peripheral side. That is, as shown in FIG. 4, the
上記構成の作用を図2、図4を用いて詳細に説明する。回転電機10が動作開始すると、図示されていない冷媒供給機構から、回転電機10の上部の供給口40に冷媒60が供給される。冷媒60は、重力によって、冷媒通路42の冷媒吐出口44からコイルエンド部36に向かって設けられる冷媒吐出口44から吐出される。図2には、冷媒吐出口44から下方に吐出される冷媒62が示されている。そして、吐出された冷媒62は、コイルエンド部36を外周側から内周側に向かって流れる。図2には、コイルエンド部36を下方に流れる冷媒64が示されている。
The operation of the above configuration will be described in detail with reference to FIGS. When the rotary
これによって、ステータ30のコイルエンド部36が外周側から効果的に冷却される。
そして、コイルエンド部36の内周側から下方に流れ出す冷媒66が、冷媒溜りポケット50に集められる。これによって、ロータ20が冷却される。特に、冷媒溜りポケット50には永久磁石28が配置されているので、永久磁石28が効果的に冷却される。
Thereby, the
The refrigerant 66 that flows downward from the inner peripheral side of the
回転電機10が動作してロータ20が回転角速度ωで回転すると、冷媒溜りポケット50に集められた冷媒は、遠心力でエンドプレート部26の外周側に吐出される。図4には、回転角速度ωの方向と逆方向に吐き出される冷媒68が示されている。エンドプレート部26の外周側に吐出された冷媒68は、図2に示されるように、コイルエンド部36の内周側に供給される。これによって、ステータ30のコイルエンド部36が内周側から効果的に冷却される。冷却に用いられた冷媒は、回転電機ケース12の内部空間の下部に集められ、排出口46から使用済み冷媒70として排出され、図示されていない冷媒循環機構によって、再び回転電機10の上部の供給口40に戻される。
When the rotating
このように、重力とロータ20の回転とを利用して、冷媒をステータ30の上部から供給し、コイルエンド部36の外周側と内周側とを効果的に冷却し、また、ロータ20の永久磁石28を効果的に冷却することができる。
In this way, using the gravity and the rotation of the rotor 20, the refrigerant is supplied from the upper part of the
本発明に係る回転電機は、例えば、車両搭載用に利用される。 The rotating electrical machine according to the present invention is used for mounting on a vehicle, for example.
10 回転電機、12 回転電機ケース、20 ロータ、22 ロータ軸、24 ロータコア、26 エンドプレート部、28 永久磁石、29 磁石配置穴、30 ステータ、32 ステータコア、34 コイル、36 コイルエンド部、40 供給口、42 冷媒通路、44 冷媒吐出口、46 排出口、50 冷媒溜りポケット、52 頂部、60,62,64,68,70 冷媒。
DESCRIPTION OF
Claims (4)
ロータの外周側に配置され、ステータコアとステータコアに巻回されるコイルとステータコアの外側のコイル部分であるコイルエンド部とを含むステータと、
ステータの外周側に配置され、ロータ軸の軸方向に沿って延びコイルエンド部に対応する箇所に冷媒吐出口を有する冷媒通路と、
を備え、
ロータのエンドプレートは、
外周側に開口部を有し内周側に底部を有する冷媒溜りポケットを含むことを特徴とする回転電機。 A rotor including a rotor shaft, a rotor core, and end plate portions respectively disposed on both sides of the rotor core;
A stator that is disposed on the outer peripheral side of the rotor and includes a stator core, a coil wound around the stator core, and a coil end portion that is a coil portion outside the stator core;
A refrigerant passage disposed on the outer peripheral side of the stator and extending along the axial direction of the rotor shaft and having a refrigerant discharge port at a location corresponding to the coil end portion;
With
The rotor end plate
A rotating electrical machine comprising a refrigerant pool pocket having an opening on an outer peripheral side and a bottom on an inner peripheral side.
ロータのエンドプレートは、
周方向に沿って複数の冷媒溜りポケットを含むことを特徴とする回転電機。 In the rotating electrical machine according to claim 1,
The rotor end plate
A rotating electric machine comprising a plurality of refrigerant pool pockets along a circumferential direction.
周方向に互いに隣接する冷媒溜りポケットの間の仕切部の頂部がロータのエンドプレートの外径端部よりも内周側に設定されることを特徴とする回転電機。 The rotating electrical machine according to claim 2,
A rotating electrical machine characterized in that a top portion of a partition portion between refrigerant pool pockets adjacent to each other in the circumferential direction is set on an inner peripheral side with respect to an outer diameter end portion of an end plate of a rotor.
ロータは、周方向に沿って配置される複数の永久磁石を含み、
ロータのエンドプレートは、
各永久磁石の周方向の配置に対応する位置にそれぞれ冷媒溜りポケットを含むことを特徴とする回転電機。 The rotating electrical machine according to claim 2,
The rotor includes a plurality of permanent magnets arranged along the circumferential direction,
The rotor end plate
A rotating electrical machine comprising a refrigerant pool pocket at a position corresponding to the circumferential arrangement of each permanent magnet.
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