JP2005073351A - Cooling structure of rotating electric machine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、モータ等の回転電機の構造に関し、特に、自動車等の車両に搭載される液冷の回転電機の冷却構造に関する。 The present invention relates to a structure of a rotary electric machine such as a motor, and more particularly to a cooling structure of a liquid-cooled rotary electric machine mounted on a vehicle such as an automobile.
自動車等の車両に搭載されるモータや発電機は、回転子(ロータ)と、その周囲に配設されステータコイルが巻き付けられたステータコアとを有する。モータはステータコイルに通電して回転力を得て、発電機はロータの回転によりステータコイルに流れる電流を取り出す。そして、ロータ回転時にステータコイルに電流が流れると、ステータコアやステータコイルが発熱する。これらの発熱は、モータや発電機の内部を貫通する磁束に影響を与え、運転効率を低下させる。運転効率を維持するため、モータや発電機を冷却する必要がある。 A motor or a generator mounted on a vehicle such as an automobile has a rotor (rotor) and a stator core that is disposed around the rotor and is wound with a stator coil. The motor energizes the stator coil to obtain a rotational force, and the generator extracts the current flowing through the stator coil by the rotation of the rotor. When a current flows through the stator coil during rotor rotation, the stator core and the stator coil generate heat. Such heat generation affects the magnetic flux penetrating the inside of the motor or the generator, and decreases the operation efficiency. In order to maintain the operation efficiency, it is necessary to cool the motor and the generator.
このようなモータや発電機は、ハウジングで覆われた形で車両に搭載される。従って、モータや発電機の冷却には、このハウジング内に冷却媒体の通路を設け、通路内を通過する冷媒による冷却、すなわち液冷が適用されることが多い。このとき、電動機のコイルについての絶縁性は確保しておく必要があるため、冷却は、ハウジング内でコイルと非接触の部位に設けられた冷媒路に冷却水を流す方法や、発熱部位近傍に絶縁性のある機械油等を流したり飛沫させたりする方法により行なわれる。機械油等の絶縁性の冷媒を用いる方法は、絶縁性を保持しつつハウジング内に冷媒路を設ける必要がないため、ハウジングを小型化することが可能であり、発熱部位の近傍に冷媒を供給できるため、冷却能力も大きい点で優れている。このような構造を含み、車両に搭載されるモータの発熱を抑えるための冷却に関する技術が、以下の公報に開示されている。 Such a motor or generator is mounted on the vehicle in a form covered with a housing. Therefore, for cooling the motor and the generator, a cooling medium passage is provided in the housing, and cooling with a refrigerant passing through the passage, that is, liquid cooling is often applied. At this time, since it is necessary to ensure insulation of the coil of the electric motor, cooling is performed by a method of flowing cooling water through a refrigerant path provided in a non-contact portion with the coil in the housing or in the vicinity of the heat generating portion. It is performed by a method of flowing or spraying an insulating machine oil or the like. In the method using an insulating refrigerant such as machine oil, it is not necessary to provide a refrigerant path in the housing while maintaining the insulating property. Therefore, the housing can be downsized and the refrigerant is supplied in the vicinity of the heat generating portion. Because it can, it is excellent in terms of large cooling capacity. A technique relating to cooling that includes such a structure and suppresses heat generation of a motor mounted on a vehicle is disclosed in the following publications.
実開昭54−607号公報(特許文献1)は、噴霧ノズルを備えた回転装置用流体噴霧冷却装置を開示する。この回転装置用流体噴霧冷却装置は、内部に液体を収納して回転中心軸に関して回転する中空回転軸に挿入して使用する噴霧ノズルを備える。この噴霧ノズルは、中空回転軸の壁を貫通して中空回転軸内に挿入される長い部材からなる。この長い部材は、回転中心軸から半径方向の線上に延長する中心孔を有し、かつ回転中心軸内の流体が、この中心孔を通って実質的に半径方向外向きに噴霧される少なくとも1つの開孔を端部の近くに備える。長い部材の中空回転軸外にある端部には、回転中心軸に直角な方向に流体を放射するような開孔が設けられ、長い部材の中空回転軸内にある端部には、回転する回転中心軸内に作用する遠心力によって流体内の固形粒子が中心孔内へ進入するのを防止するように回転中心軸に向かって閉ざされ、回転中心軸に面していない表面だけから中心孔へ通じる多数の開孔が設けられる。 Japanese Utility Model Laid-Open Publication No. 54-607 (Patent Document 1) discloses a fluid spray cooling device for a rotating device having a spray nozzle. This fluid spray cooling device for a rotating device includes a spray nozzle that is used by being inserted into a hollow rotating shaft that contains a liquid therein and rotates about a rotation center shaft. This spray nozzle consists of a long member that passes through the wall of the hollow rotary shaft and is inserted into the hollow rotary shaft. The elongated member has a central hole extending from the central axis of rotation on a radial line, and at least one fluid in the central axis of rotation is sprayed substantially radially outwardly through the central hole. One aperture is provided near the end. The end of the long member outside the hollow rotary shaft is provided with an opening that radiates fluid in a direction perpendicular to the central axis of rotation, and the end of the long member inside the hollow rotary shaft rotates. The central hole is closed only from the surface not facing the rotation center axis so as to prevent solid particles in the fluid from entering the center hole by centrifugal force acting in the rotation center axis. A number of apertures leading to are provided.
特許文献1に開示された回転装置用流体噴霧冷却装置によると、中空の回転軸に噴霧ノズルを備える。その噴霧ノズルの形状は、長い部材の形状であって、中心孔を有する。中心孔から回転子鉄心に巻かれた巻線に流体である冷却油が噴霧されて、ジュール熱により発熱する巻線が冷却される。噴霧ノズルの中空軸に挿入された部分においては、遠心力が働く向きの開孔を有しないので、中心孔が固形粒子で詰まることを防止できる。 According to the fluid spray cooling device for a rotating device disclosed in Patent Document 1, a spray nozzle is provided on a hollow rotating shaft. The shape of the spray nozzle is that of a long member and has a central hole. Cooling oil, which is a fluid, is sprayed onto the winding wound around the rotor core from the center hole, and the winding that generates heat by Joule heat is cooled. Since the portion inserted in the hollow shaft of the spray nozzle does not have an opening in the direction in which the centrifugal force acts, the center hole can be prevented from being clogged with solid particles.
特開2003−9467号公報(特許文献2)は、コイルの端末部に対する冷却効果を充分なものとするモータ冷却構造を開示する。このモータ冷却構造は、磁化された部材を備えたロータと、このロータの外周側に配置されてコイルを備えたステータと、ロータに設けられた、ロータの中心部に供給された冷却剤をコイルの端末部に案内する冷却剤案内部とを含む。特に、好ましくは、冷却剤案内部は、ロータコアの軸方向に対向する側面に設けられているものである。 Japanese Patent Laying-Open No. 2003-9467 (Patent Document 2) discloses a motor cooling structure that has a sufficient cooling effect on the terminal portion of a coil. The motor cooling structure includes a rotor provided with magnetized members, a stator provided on the outer periphery side of the rotor and provided with a coil, and a coolant supplied to the center of the rotor provided in the rotor. And a coolant guide section for guiding the terminal section. Particularly preferably, the coolant guide portion is provided on a side surface facing the axial direction of the rotor core.
特許文献2に開示されたモータ冷却構造によると、冷却剤がロータに設けた冷却剤案内部によってコイルの端末部に確実に案内されるので、コイルの端末部に対する冷却効果を充分なものとすることができる。特に、冷却剤は、ロータシャフト内の冷却剤通路を経てロータコアの側面に設けた冷却剤案内部に流れ込み、コイルの端末部に確実に案内されるので、コイルの端末部に対する冷却効果を充分なものとすることができる。 According to the motor cooling structure disclosed in Patent Document 2, the coolant is surely guided to the end portion of the coil by the coolant guide portion provided on the rotor, so that the cooling effect on the end portion of the coil is sufficient. be able to. In particular, the coolant flows through the coolant passage in the rotor shaft into the coolant guide portion provided on the side surface of the rotor core and is reliably guided to the end portion of the coil, so that the cooling effect on the end portion of the coil is sufficient. Can be.
特開平11−206063号公報(特許文献3)は、動力伝達装置に組み込まれる電動機であって冷却油を用いて冷却する電動機を開示する。この電動機は、電機子鉄心と電機子鉄心に巻回された電機子コイルを有する電機子を備え、回転軸を回転させる作用を奏する電動機であって、電機子は、電機子を覆い、電機子コイルが電機子鉄心から軸方向にはみ出した部分であるコイルエンドの近傍に冷却剤が通過する空隙を有するカバーと、コイルエンドからカバーへの熱伝達を可能とする熱伝達部材とを有し、電動機の回転中において、電機子鉄心とカバーとの空隙に冷却剤を供給する供給油路とを備える。冷却材が通過する空隙は、カバーに形成された溝部と、溝部とコイルエンドとを仕切る仕切り板により構成される空隙であり、熱伝達部材は、コイルエンドと仕切り板との間の熱伝達が可能となるように樹脂成形された部材である。 Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-206063 (Patent Document 3) discloses an electric motor that is incorporated in a power transmission device and that is cooled using cooling oil. The electric motor includes an armature core and an armature having an armature coil wound around the armature core, and has an effect of rotating a rotating shaft. The armature covers the armature, and the armature A cover having a gap through which the coolant passes in the vicinity of the coil end, which is a portion of the coil protruding in the axial direction from the armature core, and a heat transfer member that enables heat transfer from the coil end to the cover; A supply oil passage for supplying a coolant to the gap between the armature core and the cover is provided during rotation of the electric motor. The gap through which the coolant passes is a gap formed by a groove formed in the cover, and a partition plate that partitions the groove from the coil end, and the heat transfer member transmits heat between the coil end and the partition plate. It is a resin molded member so as to be possible.
特許文献3に開示された電動機によると、カバーに形成された溝部と仕切板の両者により冷媒路を形成するため、冷媒路の加工を容易に行うことができる。また、この仕切り板とコイルエンドとの間を樹脂で埋めることにより(モールドする)、先に形成された冷媒路を保持したまま、両者間の熱伝達を可能にすることができる。従来より、コイルエンドを樹脂でモールドすることにより、カバーへの熱伝達を可能にする技術は知られていたが、仕切り板により、冷媒路をコイルエンド近傍に残したまま、モールドすることが可能となった。この結果、コイルエンドの冷却を非常に効率的に行なうことができる。 According to the electric motor disclosed in Patent Document 3, since the refrigerant path is formed by both the groove portion and the partition plate formed in the cover, the refrigerant path can be easily processed. Further, by filling (molding) the space between the partition plate and the coil end with resin, it is possible to transfer heat between the two while holding the previously formed refrigerant path. Conventionally, a technology that enables heat transfer to the cover by molding the coil end with resin has been known, but it can be molded with the partition plate leaving the refrigerant path in the vicinity of the coil end. It became. As a result, the coil end can be cooled very efficiently.
特開平5−235704号公報(特許文献4)は、モータ内で一番温度が高くなりやすいステータを効果的に冷却しかつモータの駆動状態に応じて効率的にモータの冷却を行なうモータ冷却装置を開示する。このモータ冷却装置は、モータケースに設置されているステータと、モータの回転軸に設置されているロータとを有するモータの冷却装置であって、モータの回転軸内に軸方向に沿って設けられた冷却用冷媒供給路と、ステータコアに巻着されている巻線によって形成されているステータコイルエンドに対向し、冷却用冷媒を冷却用冷媒供給路よりステータコイルエンドに噴出させるように設けられた冷却用冷媒噴出孔と、冷却用冷媒供給路に冷却用冷媒を供給するポンプと、このポンプの吐出する冷却用冷媒量をモータの駆動状態に応じて可変とするポンプ制御手段とを設ける。 Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-235704 (Patent Document 4) discloses a motor cooling device that effectively cools the stator that is most likely to have the highest temperature in the motor and efficiently cools the motor according to the driving state of the motor. Is disclosed. This motor cooling device is a motor cooling device having a stator installed in a motor case and a rotor installed on a rotating shaft of the motor, and is provided along the axial direction in the rotating shaft of the motor. The cooling refrigerant supply path is opposed to the stator coil end formed by the winding wound around the stator core, and the cooling refrigerant is provided to be ejected from the cooling refrigerant supply path to the stator coil end. A cooling refrigerant jet hole, a pump for supplying the cooling refrigerant to the cooling refrigerant supply passage, and a pump control means for changing the amount of the cooling refrigerant discharged from the pump according to the driving state of the motor are provided.
特許文献4に開示されたモータ冷却装置によると、冷却用冷媒噴出孔がステータコイルエンドに対向してモータの回転軸に設けられているため、ポンプにより吐出される冷却用冷媒がステータコイルエンドに直接かけられる。さらにステータコイルエンドの温度は、モータの駆動状態に応じて変化するため、モータの駆動状態に応じて冷媒量を変えるようにしている。これによって、モータ内で一番温度が高くなりやすいステータコイルエンドが直接的に冷却されることとなり、ひいてはモータ全体が効率的に冷却されることとなる。
しかしながら、上述した公報に開示された技術では、以下のような問題点がある。 However, the technique disclosed in the above publication has the following problems.
特許文献1に開示された冷却装置では、中空の回転軸に冷却油を供給して、回転軸に垂直な方向であって回転軸から離れる方向に冷却油が噴霧される。この方向には、ロータ(回転子)のコイルエンドやステータ(固定子)のコイルおよびコイルエンドが配置されている。しかしながら、噴霧された冷却油はすぐに飛散してしまい、冷却効率が良好ではない。特に、ロータのコイルエンドがステータのコイルおよびコイルエンドよりも回転軸の内側に存在するので、ステータのコイルおよびコイルエンドに直接的に冷却油が到達する可能性が低く、ステータの冷却効率が好ましくない。 In the cooling device disclosed in Patent Document 1, cooling oil is supplied to a hollow rotating shaft, and the cooling oil is sprayed in a direction perpendicular to the rotating shaft and away from the rotating shaft. In this direction, the coil end of the rotor (rotor) and the coil and coil end of the stator (stator) are arranged. However, the sprayed cooling oil is scattered immediately and the cooling efficiency is not good. In particular, since the rotor coil end is located on the inner side of the rotating shaft than the stator coil and coil end, the possibility of cooling oil reaching the stator coil and coil end directly is low, and the cooling efficiency of the stator is preferable. Absent.
特許文献2に開示されたモータ冷却構造では、モータの回転軸からロータを伝ってステータのコイルおよびコイルエンドに冷却油が滴下される。ステータのコイルエンドに滴下された冷却油は滞留することなくそのまま、たとえば底部に配置されたオイルパンに落下してしまう。したがって、ステータコイルエンドを十分に冷却することができない。 In the motor cooling structure disclosed in Patent Document 2, cooling oil is dropped from the rotating shaft of the motor through the rotor to the stator coil and coil end. The cooling oil dropped on the coil end of the stator does not stay and falls, for example, into an oil pan disposed at the bottom. Therefore, the stator coil end cannot be sufficiently cooled.
特許文献3に開示された電動機では、ステータのコイルエンドの冷却を効率的に行なうために、コイルエンドを樹脂でモールドしつつ、コイルエンド付近に油路を形成している。樹脂でモールドする際には、コイルエンド付近に油路の一部を形成する溝部を構成して、この溝部をOリングでシールした上で、仕切り板で塞いでいる。このようにして、コイルエンドには、冷却用の油が流れる油路が形成され、またコイルエンドは樹脂でモールドされており、冷却用の油路と熱伝達による熱交換が可能としたのでコイルエンドがこの冷却油により冷却される。しかしながら、このようにステータのコイルエンドを油路をその近傍に形成しながら樹脂でモールドすることは、構造が非常に複雑なものになって、製作には非常に多くの工数が必要になる。このため、コストアップにつながる。また、このように加工することは、電動機の重量を増加させることになり、車重の増加は究極的には車両の燃費の悪化につながる。 In the electric motor disclosed in Patent Document 3, in order to efficiently cool the coil end of the stator, an oil passage is formed in the vicinity of the coil end while the coil end is molded with resin. When molding with resin, a groove that forms part of the oil passage is formed near the coil end, and the groove is sealed with an O-ring and then closed with a partition plate. In this way, an oil passage through which cooling oil flows is formed in the coil end, and the coil end is molded with resin, so that heat exchange by heat transfer with the cooling oil passage is possible. The end is cooled by this cooling oil. However, molding the stator coil end with resin while forming the oil passage in the vicinity thereof makes the structure very complicated and requires a great number of man-hours for production. For this reason, it leads to a cost increase. Also, processing in this way increases the weight of the electric motor, and the increase in the vehicle weight ultimately leads to a deterioration in the fuel consumption of the vehicle.
特許文献4に開示された電動機では、モータの中で最も温度が上がる、ステータのコイルエンドに回転軸から冷却油が供給される。ステータコイルエンドにおいて冷却油が滞留することなく、供給された冷却油は十分な熱交換が行なわれることなしに、たとえば底部に配置されたオイルパンに落下してしまう。したがって、ステータコイルエンドを十分に冷却することができない。 In the electric motor disclosed in Patent Document 4, the cooling oil is supplied from the rotating shaft to the coil end of the stator where the temperature rises most among the motors. The cooling oil does not stay at the stator coil end, and the supplied cooling oil falls to, for example, an oil pan disposed at the bottom without sufficient heat exchange. Therefore, the stator coil end cannot be sufficiently cooled.
このように、ステータ部の冷却油による冷却においては、1)回転軸からステータコイルエンドにモータの回転による遠心力を用いて供給したり、2)ステータ頂部からステータコイルエンドに冷却油を滴下したりしていた。1)では、ロータコイルエンドが邪魔になり回転軸から冷却油が十分にステータコイルエンドに供給されなかったり、2)では、ステータコイルエンドの回転軸側(すなわち、モータ回転軸を水平にした状態の断面において、上側のステータコイルエンドの下側)に十分な冷却油が供給されないで、ステータコイルエンドを十分に冷却することができない。 As described above, in cooling the stator portion with the cooling oil, 1) the cooling shaft is supplied from the rotating shaft to the stator coil end using the centrifugal force generated by the rotation of the motor; I was doing. In 1), the rotor coil end gets in the way and cooling oil is not sufficiently supplied from the rotating shaft to the stator coil end. In 2), the rotating shaft side of the stator coil end (that is, the motor rotating shaft is horizontal) In this cross section, sufficient cooling oil is not supplied to the lower side of the upper stator coil end, so that the stator coil end cannot be sufficiently cooled.
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、ステータ、ステータコイルおよびコイルエンドを十分に冷却することができる、回転電機の冷却構造を提供することである。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a cooling structure for a rotating electrical machine that can sufficiently cool a stator, a stator coil, and a coil end. .
第1の発明に係る回転電機の冷却構造は、回転軸を中心に回転するロータと、ロータの周面に対向したステータとを有する回転電機の冷却構造であって、回転軸からステータに冷却媒体を供給するための供給手段と、供給手段から供給された冷却媒体を、ステータが保持するための保持手段とを含む。 A cooling structure for a rotating electrical machine according to a first aspect of the present invention is a cooling structure for a rotating electrical machine having a rotor that rotates about a rotating shaft and a stator that faces the circumferential surface of the rotor, and a cooling medium from the rotating shaft to the stator. Supply means for supplying the cooling medium, and holding means for holding the cooling medium supplied from the supply means by the stator.
第1の発明によると、供給手段は、たとえば回転軸を中空軸にしてその中空部分を介して冷却媒体である冷却油を、回転軸に設けられた開口部からステータ方向(外周方向)に噴霧する。保持手段として、供給手段から噴霧された冷却油をステータが保持できるような形状を有する保持部材が設けられる。この保持部材は、たとえば、回転軸の方向に凹部を有し、ステータよりも外周側に設けられ、噴霧された冷却油をステータに導き、ステータが冷却油を保持できるような部材である。これにより、ステータを効率的に冷却することができる。その結果、ステータ、ステータコイルおよびコイルエンドを十分に冷却することができる、回転電機の冷却構造を提供することができる。 According to the first aspect of the invention, the supply means sprays cooling oil, which is a cooling medium, for example, from the opening provided in the rotating shaft in the stator direction (outer peripheral direction) through the hollow portion with the rotating shaft as the hollow shaft. To do. As the holding means, a holding member having a shape capable of holding the cooling oil sprayed from the supply means by the stator is provided. The holding member is, for example, a member that has a concave portion in the direction of the rotation axis, is provided on the outer peripheral side of the stator, guides the sprayed cooling oil to the stator, and allows the stator to hold the cooling oil. Thereby, a stator can be cooled efficiently. As a result, it is possible to provide a cooling structure for a rotating electrical machine that can sufficiently cool the stator, the stator coil, and the coil end.
第2の発明に係る回転電機の冷却構造においては、第1の発明の構成に加えて、保持手段は、ステータよりも外周側に設けられるものである。 In the cooling structure for a rotating electrical machine according to the second invention, in addition to the configuration of the first invention, the holding means is provided on the outer peripheral side of the stator.
第2の発明によると、外周側に設けられた保持手段により、回転軸から外周に向けて噴霧された冷却油を、ステータやステータコイルエンドを越えたハウジング部に到達させることを防いで、噴霧された冷却油がステータに導かれて、ステータが冷却油を保持できる。これにより、ステータを効率的に冷却することができる。 According to the second invention, the holding means provided on the outer peripheral side prevents the cooling oil sprayed from the rotating shaft toward the outer periphery from reaching the housing part beyond the stator and the stator coil end, thereby spraying. The cooled cooling oil is guided to the stator, and the stator can hold the cooling oil. Thereby, a stator can be cooled efficiently.
第3の発明に係る回転電機の冷却構造においては、第1の発明の構成に加えて、保持手段は、ステータコイルにより形成されるものである。 In the cooling structure for a rotating electrical machine according to the third aspect of the invention, in addition to the configuration of the first aspect of the invention, the holding means is formed by a stator coil.
第3の発明によると、保持手段を、ステータコイルエンドの形状を、たとえば、回転軸の方向に凹部を有するような形状であって、噴霧された冷却油をステータコイルエンド自体に冷却油を保持できる。これにより、ステータコイルエンドを効率的に冷却することができる。 According to the third invention, the holding means has a shape of the stator coil end, for example, a shape having a recess in the direction of the rotation axis, and the sprayed cooling oil is held in the stator coil end itself. it can. Thereby, a stator coil end can be cooled efficiently.
第4の発明に係る回転電機の冷却構造においては、第1〜3のいずれかの発明の構成に加えて、冷却媒体は冷却用の液体であって、供給手段は、冷却媒体を噴霧するための手段を含む。 In the rotating electrical machine cooling structure according to the fourth invention, in addition to the configuration of any one of the first to third inventions, the cooling medium is a cooling liquid, and the supply means sprays the cooling medium. Including means.
第4の発明によると、冷却効率の高い液体を用いて、ステータコイルエンドを効率的に冷却することができる。 According to the fourth aspect of the invention, the stator coil end can be efficiently cooled using the liquid having a high cooling efficiency.
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがってそれらについての詳細な説明は繰返さない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description, the same parts are denoted by the same reference numerals. Their names and functions are also the same. Therefore, detailed description thereof will not be repeated.
なお、以下の説明においては、本発明における回転電機を電動機として説明するが、本発明は電動機に限定されて適用されるものではない。たとえば、ジェネレータやオルタネータなどの発電機に適用するようにしてもよい。 In the following description, the rotating electrical machine in the present invention is described as an electric motor, but the present invention is not limited to the electric motor and is not applied. For example, you may make it apply to generators, such as a generator and an alternator.
図1を参照して、本発明の実施の形態に係る車両に搭載される電動機について説明する。車両には、図1に示す回転軸を水平あるいはほぼ水平な状態にして搭載されるものと想定する。 With reference to FIG. 1, the electric motor mounted in the vehicle which concerns on embodiment of this invention is demonstrated. It is assumed that the vehicle is mounted on the vehicle with the rotating shaft shown in FIG. 1 being horizontal or substantially horizontal.
図1は、このような電動機の横断面図(ただし回転軸の部分は外形を表わす)を示す。この電動機は、2つのベアリング1020により回転自在に支持されたロータ1010を含むロータ部と、ロータ1010の外周方向に設置されたステータコア2000を含むステータ部とから構成される。このロータ1010は、ベアリング1020により支持され、回転軸1000を中心として回転して、回転トルクを車両のパワートレーンに伝達する。
FIG. 1 shows a cross-sectional view of such an electric motor (where the rotating shaft represents the outer shape). This electric motor includes a rotor part including a
ロータ1010に対応して、わずかなギャップを介して対向した位置には、ステータコア2000が設けられる。ステータコア2000には、回転軸1000に平行な方向にステータコア2000を貫通するように設けられたスリットに、コイルが巻着される。ステータコア2000に巻着されたステータコイルの端部が、ステータコア2000の両側の側方にコイルエンド2010として形成される。
A
ステータコイルは、ステータコア2000のスロットに設けられた絶縁紙に覆われるように設けられている。またスロット間にはティースが形成されている。
The stator coil is provided so as to be covered with insulating paper provided in a slot of the
このステータコア2000に巻着されたコイルに電流が流されて、ステータコア2000は、ロータ1010を回転させるための磁界を発生させる。このときにステータのコイルに流れる電流によりジュール熱が発生して、ステータコア2000、ステータコイル、ステータコイルエンドが発熱する。
A current is passed through the coil wound around the
また、ロータ1010は、多数の電磁鋼板(0.2mm〜0.5mm程度の薄板)を積層して構成されたものであっても、一体的なものであってもいずれでもよい。なお、これらの構成部品である、回転軸1000、ロータ1010、ベアリング1020、ステータコア2000、ステータコイルエンド2010などは、ハウジング3000内に収められている。
The
図2を参照して、回転軸1000について詳細に説明する。図2は、図1のロータおよび回転軸部分の拡大図である。図2は、回転軸1000およびロータ1010の断面図である。ロータ1010の回転軸1000は、内側の中空軸1100(オイルポンプシャフト)と外側の中空軸1200(ロータシャフト)とから構成される。内側の中空軸1100の中空部分は、回転軸冷却油路1102である。この回転軸冷却油路1102は図示しないオイルポンプに接続され、冷却油がこの回転軸冷却油路1102に供給され、内側の中空軸1100に設けられた回転軸に垂直な方向の油路1104および外側の中空軸1200の開口部1202を介して、ハウジング3000の内部に噴霧される。
The
この開口部1202から回転軸1000に垂直な方向に冷却油が噴霧される。図2の矢印Aおよび矢印Bで示すように、冷却油は、遠心力によりロータ1010の側面に沿って外周側に流れて、ステータコア2000やステータコイルエンド2010に供給される。このとき、冷却油は、回転軸自体(内側の中空軸1100および外側の中空軸1200)、ロータ1010、ステータコア2000、ステータコイル、ステータコイルエンド2010との間で熱交換することにより、これらを冷却する。
Cooling oil is sprayed from the
ステータコア2000、ステータコイル、ステータコイルエンド2010を冷却した冷却油は、ハウジング3000の下方に設けられたオイルパンに貯められて、再度オイルポンプで回転軸冷却油路1102に供給される。すなわち、オイルポンプにより冷却油が循環して使用される。
The cooling oil that has cooled the
図3を参照して、ステータコア2000やステータコイルエンド2010に到達した冷却油の流れについて説明する。なお、図3には、回転軸1000から上半分の部分しか記載していないが、下半分も同様の構成としてもよいし、上半分のみを図3に示す構成としてもよい。
With reference to FIG. 3, the flow of the cooling oil that has reached
図3に示すように、この電動機のハウジング3000内には、冷却油保持部材2500が設けられている。この冷却油保持部材2500は、ステータコイルエンド2010の外周側であって、ステータコイルエンド2010を取り囲むように回転軸1000の方向に開口した凹形状を有する。なお、このステータコイルエンド2010は、ステータコア2000のスロットに設けられた絶縁紙に包含されてスロットに巻着されたステータコイルのステータコア2000の外側であって、この部分が主として冷却油により冷却される。
As shown in FIG. 3, a cooling
以上のような構造を有する電動機における、ステータコア2000のコイルに電流を流すことによりステータコイルエンド2010に発生した熱の冷却について説明する。
The cooling of the heat generated in the
電動機が回転軸1000を中心として回転して、車両を駆動するためには、ステータコア2000のコイルに、所定の電流(たとえば、車両を走行させるために必要とされるトルクを発生するための電流)が流される。このとき、この電流によりステータコイルエンド2010が発熱、あるいはステータコア2000での発熱がステータコイルエンド2010に熱伝導されて、ステータコイルエンド2010が発熱する。
In order for the electric motor to rotate about the
このとき、中空軸である回転軸1000の回転軸冷却油路1102を通ってオイルポンプから冷却油が供給される。回転軸冷却油路1102を通った冷却油は、回転軸に垂直な油路1104を通って開口部1202に到達する。
At this time, the cooling oil is supplied from the oil pump through the rotating shaft cooling
開口部1202からハウジング3000に噴霧された冷却油は、図2の矢印Aおよび矢印Bに示すように、ロータ1010の回転による遠心力を受けて、ロータ1010の外周に沿ってロータ1010の外周面を移動する。ロータ1010の端面からステータコイルエンド2010に冷却油が、図3の矢印Cに示すように飛沫される。このとき、たとえば図3の矢印Dに示すように、冷却油は、冷却油保持部材2500に当たってステータコイルエンドに供給される。また、冷却油は、冷却油保持部材2500とステータコイルエンド2010との間隙に保持される。このような状況は、図3に示す反対側(図3に示す電動機の下側)においても同様に発生させることもできる。
The cooling oil sprayed onto the
以上のようにして、本実施の形態に係る電動機によると、中空円筒形状を有するステータと、ステータの中空部の内周側に配置された円筒形状を有する回転自在なロータと、ロータの回転軸とから構成される。回転軸から外周方向に冷却油が供給され、冷却油保持部材によりステータコイルエンド、ステータコイル、ステータに冷却油を保持させる。このため、冷却油がステータコイルエンド、ステータコイル、ステータを十分に冷却することができる。ステータにロータの回転軸から冷却媒体を供給して冷却する電動機において、簡易な構造で、効率的にステータコイルエンドなどを冷却することができる。 As described above, according to the electric motor according to the present embodiment, the stator having the hollow cylindrical shape, the rotatable rotor having the cylindrical shape arranged on the inner peripheral side of the hollow portion of the stator, and the rotating shaft of the rotor It consists of. Cooling oil is supplied in the outer circumferential direction from the rotary shaft, and the cooling oil holding member holds the cooling oil in the stator coil end, the stator coil, and the stator. For this reason, the cooling oil can sufficiently cool the stator coil end, the stator coil, and the stator. In an electric motor that cools a stator by supplying a cooling medium from a rotating shaft of a rotor, a stator coil end and the like can be efficiently cooled with a simple structure.
なお、図4に本発明の実施の形態の変形例に係る電動機のステータにおける冷却油の流れを示す。この図4は、前述の図3に対応するものである。これ以外の構造(たとえば、回転軸1000の内部構造等)については、図1および図2に示した構造と同じであるので、ここでの詳細な説明は繰返さない。 FIG. 4 shows the flow of cooling oil in the stator of the electric motor according to the modification of the embodiment of the present invention. FIG. 4 corresponds to FIG. 3 described above. Since other structures (for example, the internal structure of rotating shaft 1000) are the same as those shown in FIGS. 1 and 2, detailed description thereof will not be repeated here.
図4に示す、変形例に係る電動機においては、図3に示した冷却油保持部材2500の機能をステータコイルエンド2012自体の形状を変更することで実現している。図4に示すように、このステータコイルエンド2012は、少なくとも、回転軸1000の方向に開口した凹形状を有するように成型される。具体的には、ステータコイルエンド2012は、ステータコア2000のスロットに巻着されるステータコイルの折返し部分であるので、この折返しを図4に示すような形状になるように成型する。
In the electric motor according to the modification shown in FIG. 4, the function of the cooling
このようにすると、開口部1202からハウジング3000に噴霧された冷却油は、図2の矢印Aおよび矢印Bに示すように、ロータ1010の回転による遠心力を受けて、ロータ1010の端面に移動し、ロータ1010の端面からステータコイルエンド2012に、図4の矢印Eに示すように冷却油が飛沫される。
In this way, the cooling oil sprayed to the
以上のようにして、本変形例に係る電動機によると、ステータコイルエンド自体を冷却油を保持できるような形状としたため、ステータコイルエンドに冷却油を保持させて十分に冷却することができる。その結果、ステータにロータの回転軸から冷却媒体を供給して冷却する電動機において、簡易な構造で、効率的にステータコイルエンドなどを冷却することができる。 As described above, according to the electric motor according to the present modification, the stator coil end itself has a shape that can hold the cooling oil. Therefore, the stator coil end can be cooled sufficiently by holding the cooling oil. As a result, the stator coil end and the like can be efficiently cooled with a simple structure in an electric motor that cools the stator by supplying a cooling medium from the rotating shaft of the rotor.
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
1000 回転軸、1010 ロータ、1020 ベアリング、2000 ステータコア、2010,2012 ステータコイルエンド、2500 冷却油保持部材、3000 ハウジング。 1000 rotating shaft, 1010 rotor, 1020 bearing, 2000 stator core, 2010, 2012 stator coil end, 2500 cooling oil holding member, 3000 housing.
Claims (4)
前記回転軸から前記ステータに冷却媒体を供給するための供給手段と、
前記供給手段から供給された冷却媒体を、前記ステータが保持するための保持手段とを含む、回転電機の冷却構造。 A cooling structure for a rotating electrical machine having a rotor that rotates about a rotation axis and a stator that faces the circumferential surface of the rotor,
Supply means for supplying a cooling medium from the rotating shaft to the stator;
A rotating electrical machine cooling structure, comprising: a holding means for holding the cooling medium supplied from the supply means by the stator.
前記供給手段は、前記冷却媒体を噴霧するための手段を含む、請求項1〜3のいずれかに記載の回転電機の冷却構造。 The cooling medium is a cooling liquid,
The cooling structure for a rotating electrical machine according to any one of claims 1 to 3, wherein the supply means includes means for spraying the cooling medium.
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