WO2014171224A1 - 回転電機 - Google Patents

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WO2014171224A1
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cooling oil
opening
stator
support member
outer rotor
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林 裕人
久保 秀人
清 上辻
祥平 松本
修士 湯本
康二 吉原
弘文 藤原
Original Assignee
株式会社豊田自動織機
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K16/00Machines with more than one rotor or stator
    • H02K16/02Machines with one stator and two or more rotors
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K9/00Arrangements for cooling or ventilating
    • H02K9/19Arrangements for cooling or ventilating for machines with closed casing and closed-circuit cooling using a liquid cooling medium, e.g. oil
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/22Rotating parts of the magnetic circuit
    • H02K1/32Rotating parts of the magnetic circuit with channels or ducts for flow of cooling medium

Definitions

  • the present invention relates to a rotating electrical machine, and more particularly to an apparatus having two rotors.
  • the present invention has been made to solve such a problem, and an object of the present invention is to provide a rotating electrical machine that improves the cooling efficiency when the inner rotor is stopped.
  • a rotary electric machine is a rotary electric machine provided with a casing, a stator, an outer rotor and an inner rotor, the casing has a cooling oil supply hole, and the outer rotor is an outer rotor core A rotary support member rotatably supporting the outer rotor core with respect to the rotary shaft, the rotary support member having an opening, and the cooling oil is supplied from the cooling oil supply hole to the stator and the opening; Through the inner rotor.
  • the cooling oil is supplied from the cooling oil supply hole of the casing to the inner rotor through the opening.
  • the cooling oil is supplied independently of the centrifugal force due to the rotation of the inner rotor, the cooling efficiency in the state where the inner rotor is stopped is improved.
  • FIG. 1 is a partial cross-sectional perspective view of a rotary electric machine according to Embodiment 1 of the present invention. It is the components expansion perspective view of the rotary electric machine of FIG.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line III-III in FIG.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view taken along the line IV-IV of FIG. It is a figure which shows the example of the supply area
  • FIG. 1 is a partial cross-sectional perspective view of the rotary electric machine 10
  • FIG. 2 is a component exploded perspective view of the rotary electric machine 10.
  • the rotary electric machine 10 is a double rotor motor provided with a stator 20, an outer rotor 30 and an inner rotor 40.
  • the outer rotor 30 is a magnet rotor in the present embodiment
  • the inner rotor 40 is a wound rotor in the present embodiment.
  • the outer rotor 30 and the inner rotor 40 are rotatably provided about a common rotational axis A and rotate in the direction of the arrow shown as the rotational direction R.
  • the rotary electric machine 10 includes a casing (not shown), which houses the stator 20, the outer rotor 30 and the inner rotor 40.
  • the stator 20 is fixedly supported by the casing.
  • the casing also has cooling oil supply holes for supplying cooling oil to the inner structure (i.e., the stator 20, the outer rotor 30 and the inner rotor 40).
  • the stator 20 includes a stator core 21 and a stator coil 22 wound around the stator core 21.
  • a gap 23 is formed between the stator core 21 and the coil end of the stator coil 22.
  • the gap 23 means, for example, a space formed between adjacent coil bundles at a portion where the coil bundle of the stator coil 22 is exposed from the slot at both axial ends of the stator core 21.
  • the specific arrangement, shape and size of the gap 23 may be any extent that allows the cooling oil to be guided by gravity and can be appropriately designed by those skilled in the art.
  • the outer rotor 30 includes an outer rotor core 31, a first rotation support member 32 and a second rotation support member 33.
  • the outer rotor core 31 has a magnet inside.
  • the outer rotor core 31, the first rotation support member 32, and the second rotation support member 33 are fastened and fixed to each other by the pin 53 and the nut 54, and integrally rotate around the rotation axis A.
  • the inner rotor 40 includes an inner rotor core 41, an inner rotor coil 42 wound around the inner rotor core 41, and a bracket 43.
  • the first rotary support member 32 of the outer rotor 30 is rotatably supported relative to the bracket 43 via the first bearing 51.
  • the second rotation support member 33 of the outer rotor 30 is rotatably supported relative to the bracket 43 via the second bearing 52.
  • the first rotation support member 32 and the second rotation support member 33 are provided on opposite sides of the outer rotor core 31 in the direction of the rotation axis A. With such a configuration, the first rotation support member 32 and the second rotation support member 33 rotatably support the outer rotor core 31.
  • the first rotary support member 32 is rotatably supported by a casing (not shown) via a bearing (not shown).
  • the first rotation support member 32 has a first opening 60.
  • the first opening 60 is an opening that penetrates the first rotation support member 32 in the radial direction.
  • the first rotation support member 32 includes a plurality of impeller-like first ribs 34, and the space between the two adjacent first ribs 34 is a first opening 60.
  • the second rotation support member 33 has a second opening 61.
  • the second opening 61 is an opening that penetrates the second rotation support member 33 in the radial direction.
  • the second rotation support member 33 is provided with a plurality of impeller-like second ribs 35, and a space between two adjacent second ribs 35 is a second opening 61.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line III-III of FIG.
  • the first opening 60 is constituted by the first rib 34 (more precisely, both circumferential sides of the first opening 60 are formed by the opposing circumferential surfaces of the two adjacent first ribs 34 It is configured).
  • the first ribs 34 are formed in the shape of an impeller, and are arranged at equal intervals in the circumferential direction, and as the rotation in the rotational direction R, the surrounding fluid is pushed inward. Specifically, for example, as shown in FIG. 3, the position of the outer end 34 b of the front surface 34 a of the first rib 34 is located forward in the rotational direction than the position of the inner end 34 c.
  • Cooling oil is supplied at the cooling oil supply position S1.
  • the cooling oil supply position S1 may be a position coincident with or in alignment with the cooling oil supply hole of the casing (not shown), or a position through which the cooling oil supplied from the cooling oil supply hole passes as a result. May be
  • the cooling oil supply position S1 is a position that coincides with the first opening 60 in the axial direction or a position where at least a part thereof overlaps. Those skilled in the art can appropriately determine the shape, size, etc. of the opening or cross section through which the cooling oil passes at the cooling oil supply position S1.
  • the cooling oil supplied from the cooling oil supply hole and reaching the cooling oil supply position S1 is guided by gravity and supplied to the stator core 21 and the stator coil 22. A portion of the cooling oil reaches the inside of the stator 20 through the coil end of the stator coil 22 or through the gap 23. A portion of the cooling oil that has reached the inside of the stator 20 is supplied to the first opening 60.
  • the gap 23 is not shown in FIG. 3 and FIG. 4 to be described later, the gap 23 may be formed at the position shown in FIGS. 3 and 4.
  • part of the cooling oil that has reached the first opening 60 passes radially inward through the first opening 60 and is supplied to the inner rotor 40.
  • the cooling oil is forced radially inward by the front surface 34 a of the first rib 34.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view taken along the line IV-IV of FIG.
  • the second opening 61 is configured by the second rib 35 (more strictly, both circumferential sides of the second opening 61 are formed by the opposing circumferential surfaces of the two adjacent second ribs 35. It is configured).
  • the second ribs 35 are formed in the shape of an impeller, and are arranged at equal intervals in the circumferential direction, and as the rotation in the rotational direction R, the surrounding fluid is pushed inward. Specifically, for example, as shown in FIG. 4, the position of the outer end 35b of the front surface 35a of the second rib 35 is located forward in the rotational direction than the position of the inner end 35c.
  • Cooling oil is supplied at the cooling oil supply position S2.
  • the cooling oil supply position S2 may be a position coincident with or in alignment with the cooling oil supply hole of the casing (not shown), or a position through which the cooling oil supplied from the cooling oil supply hole passes as a result. May be
  • the cooling oil supply position S2 is a position coinciding with the second opening 61 in the axial direction or a position where at least a part thereof overlaps.
  • a single cooling oil supply hole may be configured to include the cooling oil supply position S1 of FIG. 3 and the cooling oil supply position S2 of FIG. 4.
  • a part of the cooling oil supplied from the cooling oil supply hole and reaching the cooling oil supply position S 2 is supplied to the second opening 61. Furthermore, part of the cooling oil that has reached the second opening 61 passes radially inward in the second opening 61 and is supplied to the inner rotor 40. In particular, when the outer rotor 30 is rotating, the cooling oil is forcibly fed radially inward by the front surface 35 a of the second rib 35.
  • the cooling oil does not depend on the centrifugal force due to the rotation of the inner rotor 40, and the first opening 60 and the second opening 61 from the outside.
  • the cooling efficiency in the state where the inner rotor 40 is stopped is improved. Therefore, even if the inner rotor 40 is stopped, the inner rotor 40 can be sufficiently cooled.
  • each of the first rotation support member 32 and the second rotation support member 33 has an opening, but either one of the first rotation support member 32 and the second rotation support member 33 Only the opening may be configured.
  • the positions of the cooling oil supply position S1 and the cooling oil supply position S2 are not limited to the positions shown in FIGS. 3 and 4 and may be provided in a predetermined area.
  • FIG. 5 shows a supply area S3 as an example of this area.
  • Supply area S3 of FIG. 5 shows an area where the cooling oil supply position S1 of FIG. 3 can be arranged.
  • the supply area is defined as, for example, a position which satisfies all the following conditions in a cross section orthogonal to the rotation axis A.
  • the supply area S3 of FIG. 5 is an example of the existence range of such a position.
  • the upper and lower sides are defined, for example, in parallel with the direction of gravity.
  • “above the stator 20” means, for example, a position above the upper end of the stator 20, but may be a position above the upper end of the stator core 21 or a position above the upper end of the stator coil 22.
  • the direction of rotation R of the outer rotor 30 is opposite. In the example of FIG. 5, it is on the left side of the center of the outer rotor core 31.
  • the “opposite side to the rotational direction R” is defined as, for example, the opposite side to the rotational direction R with respect to a vertical plane including the rotational axis A.
  • a side opposite to the rotation direction with respect to a certain plane means that the momentum component is upward when a part of the outer rotor 30 moves toward the plane as the outer rotor 30 rotates. It means the side to become.
  • the position of the cooling oil supply hole and the path of the cooling oil are configured such that at least a portion of the cooling oil supplied from the cooling oil supply hole reaches the first opening 60 or the second opening 61 via the path.
  • it is not limited to the above.
  • at least one of variously formable paths such as the exposed portion of the stator coil 22, the gap 23, and the outer side of both axial ends of the stator coil 22 may be formed.

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Abstract

 ダブルロータモータにおいて、内側ロータが停止した状態における冷却効率を向上させる。 回転電機10のケーシングは冷却油供給孔を有する。外側ロータ30は、外側ロータコア31と、回転軸Aに対して外側ロータコア31を回転可能に支持する第1回転支持部材32および第2回転支持部材33とを備える。第1回転支持部材32および第2回転支持部材33は、それぞれ第1開口部60および第2開口部61を有する。冷却油が、冷却油供給孔からステータ20、第1開口部60および第2開口部61に供給され、第1開口部60および第2開口部61を介して内側ロータ40に供給される。

Description

回転電機
 本発明は回転電機に関し、とくに2つのロータを備えるものに関する。
 ダブルロータモータにおいて、内側ロータ(たとえば巻線ロータ)を冷却するために、回転軸に穴を設けておき、回転軸内に注入した冷却油を、この穴を利用して遠心力で外部へ飛ばし、これによって内側ロータの巻線を冷却する構成が知られている。このような構成の例は特許文献1に記載されている。
特開2011-62061号公報
 しかしながら、従来の構成では、内側ロータが停止しているときには遠心力が働かず、十分な冷却効果が得られないという問題があった。
 本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、内側ロータが停止した状態における冷却効率を向上する回転電機を提供することを目的とする。
 上述の問題を解決するため、この発明に係る回転電機は、ケーシング、ステータ、外側ロータおよび内側ロータを備える回転電機であって、ケーシングは冷却油供給孔を有し、外側ロータは、外側ロータコアと、回転軸に対して外側ロータコアを回転可能に支持する回転支持部材とを備え、回転支持部材は開口部を有し、冷却油が、冷却油供給孔からステータおよび開口部に供給され、開口部を介して内側ロータに供給される。
 このような構成によれば、冷却油が、ケーシングの冷却油供給孔から開口部を介して内側ロータに供給される。
 本発明に係る回転電機によれば、冷却油が、内側ロータの回転による遠心力に依存せず供給されるので、内側ロータが停止した状態における冷却効率が向上する。
本発明の実施の形態1に係る回転電機の部分断面斜視図である。 図1の回転電機の部品展開斜視図である。 図1のIII-III線に沿った断面図である。 図1のIV-IV線に沿った断面図である。 図3の冷却油供給位置を配置し得る供給領域の例を示す図である。
 以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
実施の形態1.
 この発明の実施の形態に係る回転電機10の構成を図1および図2に示す。図1は回転電機10の部分断面斜視図であり、図2は回転電機10の部品展開斜視図である。
 回転電機10は、ステータ20、外側ロータ30および内側ロータ40を備えるダブルロータモータである。外側ロータ30は本実施形態では磁石ロータであり、内側ロータ40は本実施形態では巻線ロータである。外側ロータ30および内側ロータ40は、共通の回転軸Aに周りに回転可能に設けられ、回転方向Rとして示す矢印の向きに回転する。
 回転電機10は図示しないケーシングを備え、このケーシングがステータ20、外側ロータ30および内側ロータ40を収容する。ステータ20はケーシングにより固定支持される。また、ケーシングは、内側の構造(すなわちステータ20、外側ロータ30および内側ロータ40)に対して冷却油を供給するための冷却油供給孔を有する。
 ステータ20は、ステータコア21と、ステータコア21の周囲に巻回されるステータコイル22とを備える。ステータコア21と、ステータコイル22のコイルエンドとの間には隙間23が形成される。隙間23は、たとえば、ステータコア21の軸方向両端においてスロットからステータコイル22のコイル束が露出する部分において、隣り合うコイル束の間に形成される空間を意味する。隙間23の具体的な配置、形状およびサイズは、冷却油が重力に導かれて通過可能な程度であればよく、当業者が適宜設計可能である。
 外側ロータ30は、外側ロータコア31、第1回転支持部材32および第2回転支持部材33を備える。外側ロータコア31は内部に磁石を有する。外側ロータコア31、第1回転支持部材32および第2回転支持部材33は、ピン53およびナット54により互いに締結されて固定され、回転軸Aの周りに一体に回転する。
 内側ロータ40は、内側ロータコア41と、内側ロータコア41の周囲に巻回される内側ロータコイル42と、ブラケット43とを備える。
 外側ロータ30の第1回転支持部材32は、第1ベアリング51を介し、ブラケット43に対して回転可能に支持される。また、外側ロータ30の第2回転支持部材33は、第2ベアリング52を介し、ブラケット43に対して回転可能に支持される。第1回転支持部材32および第2回転支持部材33は、回転軸Aの方向において、外側ロータコア31に対して互いに反対側に設けられる。このような構成により、第1回転支持部材32および第2回転支持部材33は外側ロータコア31を回転可能に支持する。なお、図示しないが、第1回転支持部材32は、さらに図示しないベアリングを介し、図示しないケーシングに対して回転可能に支持されている。
 外側ロータ30において、第1回転支持部材32は第1開口部60を有する。第1開口部60は、第1回転支持部材32を径方向に貫通する開口である。第1回転支持部材32はインペラ状の複数の第1リブ34を備え、隣接する2つの第1リブ34の間の空間が第1開口部60となる。
 同様に、外側ロータ30において、第2回転支持部材33は第2開口部61を有する。第2開口部61は、第2回転支持部材33を径方向に貫通する開口である。第2回転支持部材33はインペラ状の複数の第2リブ35を備え、隣接する2つの第2リブ35の間の空間が第2開口部61となる。
 図3は、図1のIII-III線に沿った断面図である。
 第1開口部60は、第1リブ34によって構成されている(より厳密には、第1開口部60の周方向両側は、隣接する2つの第1リブ34の、対向する周方向の面によって構成されている)。第1リブ34はインペラ状に形成され、周方向に等間隔に配置されており、回転方向Rへの回転に伴って周囲の流体を内側に押し込むようになっている。具体的には、たとえば図3に示すように、第1リブ34の前面34aの外側端34bの位置は、内側端34cの位置よりも回転方向前方に位置している。
 冷却油が、冷却油供給位置S1において供給される。ここで、冷却油供給位置S1は、図示しないケーシングの冷却油供給孔と一致または整合する位置であってもよいし、冷却油供給孔から供給された冷却油が結果的に通過する位置であってもよい。冷却油供給位置S1は、軸方向において第1開口部60と一致する位置または少なくとも一部が重複する位置である。冷却油供給位置S1において冷却油が通過する開口または断面の形状およびサイズ等は、当業者が適宜決定可能である。
 冷却油供給孔から供給され冷却油供給位置S1に到達した冷却油は、重力により導かれてステータコア21およびステータコイル22に供給される。冷却油の一部は、ステータコイル22のコイルエンドを介して、または隙間23を介して、ステータ20の内側に達する。ステータ20の内側に達した冷却油の一部は、第1開口部60に供給される。なお、図3および後述する図4には隙間23を示さないが、図3および図4に現れる位置に隙間23が形成されていてもよい。
 さらに、第1開口部60に達した冷却油の一部は、第1開口部60を径方向内側に向けて通過し、内側ロータ40に供給される。とくに、外側ロータ30が回転している場合には、冷却油が第1リブ34の前面34aにより強制的に径方向内側に送られる。
 図4は、図1のIV-IV線に沿った断面図である。
 第2開口部61は、第2リブ35によって構成されている(より厳密には、第2開口部61の周方向両側は、隣接する2つの第2リブ35の、対向する周方向の面によって構成されている)。第2リブ35はインペラ状に形成され、周方向に等間隔に配置されており、回転方向Rへの回転に伴って周囲の流体を内側に押し込むようになっている。具体的には、たとえば図4に示すように、第2リブ35の前面35aの外側端35bの位置は、内側端35cの位置よりも回転方向前方に位置している。
 冷却油が、冷却油供給位置S2において供給される。ここで、冷却油供給位置S2は、図示しないケーシングの冷却油供給孔と一致または整合する位置であってもよいし、冷却油供給孔から供給された冷却油が結果的に通過する位置であってもよい。冷却油供給位置S2は、軸方向において第2開口部61と一致する位置または少なくとも一部が重複する位置である。冷却油供給位置S2において冷却油が通過する開口または断面の形状およびサイズ等は、当業者が適宜決定可能である。また、単一の冷却油供給孔が、図3の冷却油供給位置S1および図4の冷却油供給位置S2を含む形状に構成されてもよい。
 図3の場合と同様にして、冷却油供給孔から供給され冷却油供給位置S2に到達した冷却油の一部は、第2開口部61に供給される。さらに、第2開口部61に達した冷却油の一部は、第2開口部61を径方向内側に向けて通過し、内側ロータ40に供給される。とくに、外側ロータ30が回転している場合には、冷却油が第2リブ35の前面35aにより強制的に径方向内側に送られる。
 このように、本発明の実施の形態1に係る回転電機10によれば、冷却油が、内側ロータ40の回転による遠心力に依存せず、外側から第1開口部60および第2開口部61を介して供給されるので、内側ロータ40が停止した状態における冷却効率が向上する。このため、内側ロータ40が停止していても、内側ロータ40を十分に冷却することができる。
 実施の形態1では、外側ロータ30において、第1回転支持部材32および第2回転支持部材33のそれぞれが開口部を有するが、第1回転支持部材32および第2回転支持部材33のいずれか一方のみが開口部を有する構成であってもよい。
 冷却油供給位置S1および冷却油供給位置S2の位置は、図3および図4に示す位置に限らず、所定の領域内に設けられればよい。図5にこの領域の例として供給領域S3を示す。図5の供給領域S3は、図3の冷却油供給位置S1を配置し得る領域を示す。冷却油は、ステータコイル22のコイルエンドまたは隙間23を介して第1開口部60または第2開口部61に供給される場合に、この供給領域S3の一部を通って供給されることになる。
 供給領域は、たとえば回転軸Aと直交する断面において、次の条件をすべて満たす位置として定義される。図5の供給領域S3はこのような位置の存在範囲の例である。
 ‐ステータ20より上側である。ここで、上下はたとえば重力の向きと平行に定義される。また、「ステータ20より上側」とは、たとえば、ステータ20の上端より上側の位置を言うが、ステータコア21の上端より上側の位置やステータコイル22の上端より上側の位置としてもよい。
 ‐外側ロータ30の回転方向Rとは逆側である。図5の例では、外側ロータコア31の中央よりも左側である。「回転方向Rとは逆側」とは、たとえば、回転軸Aを含む鉛直な平面に対して回転方向Rとは逆側として定義される。また、「ある平面に対して回転方向とは逆側」とは、外側ロータ30の回転に伴い、外側ロータ30の一部がその平面に向かって運動する場合に、上向きの運動量成分を持つこととなる側を意味する。
 ‐鉛直方向から見て外側ロータ30の一部と重なる。図5の例では、外側ロータコア31の左端よりも右側である。
 冷却油供給孔の位置および冷却油の経路は、冷却油供給孔から供給された冷却油の少なくとも一部がその経路を介して第1開口部60または第2開口部61に到達する構成であれば、上記のものに限らない。たとえば、ステータコイル22の露出部分、隙間23、ステータコイル22の軸方向両端よりもさらに外側、等の様々に形成可能な経路のうち、少なくとも1つが形成されていればよい。

Claims (5)

  1.  ケーシング、ステータ、外側ロータおよび内側ロータを備える回転電機であって、
     前記ケーシングは冷却油供給孔を有し、
     前記外側ロータは、外側ロータコアと、回転軸に対して前記外側ロータコアを回転可能に支持する回転支持部材とを備え、前記回転支持部材は開口部を有し、
     冷却油が、前記冷却油供給孔から前記ステータおよび前記開口部に供給され、前記開口部を介して前記内側ロータに供給される、回転電機。
  2.  前記冷却油は、前記冷却油供給孔からステータコイルのコイルエンドを介して前記開口部に供給される、請求項1に記載の回転電機。
  3.  前記ステータにおいて、ステータコアとステータコイルのコイルエンドとの間には隙間が形成され、
     前記冷却油は、前記冷却油供給孔から前記隙間を介して前記開口部に供給される、請求項1に記載の回転電機。
  4.  前記冷却油は、前記隙間を介して前記開口部に供給される場合に、所定の供給領域の一部を通って供給され、
     前記所定の供給領域は、回転軸に垂直な断面において、前記ステータより上側、かつ、回転軸を含む鉛直面に対して回転方向とは逆側の領域である
    請求項3に記載の回転電機。
  5.  前記回転支持部材はインペラ状のリブを備え、前記開口部の少なくとも一部は前記リブによって構成される、請求項1に記載の回転電機。
PCT/JP2014/056138 2013-04-17 2014-03-10 回転電機 WO2014171224A1 (ja)

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JP2013086250A JP2014212586A (ja) 2013-04-17 2013-04-17 回転電機
JP2013-086250 2013-04-17

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