JP2009213218A - Cooling structure for rotating electrical machines and manufacturing method therefor - Google Patents
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Description
本発明は、回転電機の冷却構造およびその製造方法に関し、特に、冷却液通路の水密性を確保に好適な回転電機の冷却構造およびその製造方法に関するものである。 The present invention relates to a rotating electrical machine cooling structure and a manufacturing method thereof, and more particularly to a rotating electrical machine cooling structure and a manufacturing method thereof suitable for ensuring watertightness of a coolant passage.
従来から通電によるステータコイルの発熱及び内部磁束の影響によるステータコアの発熱を冷却するため、ステータ外周のハウジングの周壁部分に冷却液通路を備える電動機の冷却構造が知られている(特許文献1参照)。 2. Description of the Related Art Conventionally, a cooling structure for an electric motor having a coolant passage in a peripheral wall portion of a housing on the outer periphery of the stator is known in order to cool the heat generation of the stator coil due to energization and the heat generation of the stator core due to the influence of internal magnetic flux (see Patent Document 1). .
前記冷却液通路は、ハウジングの鋳造時に鋳型の型抜きを考慮して、ハウジング周壁の側方に開放した環状の空間により形成され、後工程で前記環状空間の開放端側の内外周面を機械加工し、リング状をなし且つ内外面にOリングなどのシール材を備える栓体により閉塞して、冷却液通路の水密性を確保するようにしている。なお、ハウジング内には焼嵌め圧入により電動機のステータが固定されており、また、前記栓体はハウジングの蓋体として機能するフロントカバーと一体に形成されている。
ところで、ハウジングの素材として、例えば、ステータより線膨張係数が大きいアルミニウム系金属等の軽金属が使用されることが一般的であり、電動機の運転による温度上昇時においても、ステータ外周面とハウジング内周面との接触状態を維持してステータを確実に保持させるためには、ステータ外周とハウジング内周との間に大きな締め代を持たせて焼嵌めする必要がある。 By the way, as a material of the housing, for example, a light metal such as an aluminum-based metal having a linear expansion coefficient larger than that of the stator is generally used. Even when the temperature rises due to operation of the motor, the stator outer peripheral surface and the housing inner periphery are used. In order to hold the stator securely while maintaining contact with the surface, it is necessary to shrink fit with a large interference between the stator outer periphery and the housing inner periphery.
しかしながら、ステータ外周とハウジング内周との間に大きな締め代を持たせて焼嵌めした場合には、ハウジングの周壁、特に前記冷却液通路を構成する環状空間の内周側部分に大きいフープ応力が発生して、その部分が変形し、前記栓体の内周側に対面するシール面の寸法精度が低下し、当該間に配置されるシール部材の水密性が低下する虞がある。なお、前記シール面をステータの焼嵌め後に加工すれば、シール面の寸法精度を確保することができるが、組立途中における加工であり、ステータに巻回されたコイルを保護しつつハウジングを高精度に機械加工することは、煩雑な作業工程を必要しコスト高となる。 However, when shrink fitting is performed with a large interference between the outer periphery of the stator and the inner periphery of the housing, a large hoop stress is applied to the peripheral wall of the housing, particularly to the inner peripheral side portion of the annular space constituting the coolant passage. When this occurs, the portion is deformed, the dimensional accuracy of the seal surface facing the inner peripheral side of the plug body is lowered, and the water tightness of the seal member disposed therebetween may be lowered. If the seal surface is processed after shrink-fitting of the stator, the dimensional accuracy of the seal surface can be ensured. However, the processing is performed during the assembly, and the housing is highly accurate while protecting the coil wound around the stator. Machining requires a complicated work process and increases the cost.
そこで本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、冷却液通路の水密性を確保に好適な回転電機の冷却構造およびその製造方法を提供することを目的とする。 Accordingly, the present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a cooling structure for a rotating electrical machine suitable for ensuring the water tightness of a coolant passage and a method for manufacturing the same.
本発明は、ステータ外周を取巻く周壁部分に、軸方向側方を内部空間に開口させて冷却液通路用の環状空間を形成するよう外周壁と外周壁に対して環状空間を挟んで内周側に位置する内周壁とを備えるハウジングと、各スロット内にコイルを収容して各ティース部に巻装され、前記ハウジングの内周壁の内面に外周部が圧入若しくは焼嵌めにより嵌合される嵌合領域と、前記環状空間の開口を側面により塞ぎ外周壁の内周面に外周面を対面させる拡径領域と、を備え、拡径領域の側面と内周壁の端面との間および拡径領域の外周面と外周壁内面との間に夫々シール手段により閉塞するステータと、を備えるようにした。 The present invention provides a peripheral wall portion that surrounds the outer periphery of the stator with an annular space between the outer peripheral wall and the outer peripheral wall so as to form an annular space for the coolant passage by opening the axial side to the inner space. A housing provided with an inner peripheral wall located in the slot, and a coil accommodated in each slot and wound around each tooth portion, and the outer peripheral portion is fitted to the inner surface of the inner peripheral wall of the housing by press-fitting or shrink fitting And an enlarged diameter region that closes the opening of the annular space with a side surface so that the outer peripheral surface faces the inner peripheral surface of the outer peripheral wall, and between the side surface of the enlarged diameter region and the end surface of the inner peripheral wall and And a stator that is closed by sealing means between the outer peripheral surface and the inner surface of the outer peripheral wall.
したがって、本発明では、各スロット内にコイルを収容して各ティース部に巻装され、ハウジングの冷却液通路用の環状空間の内周側に位置する内周壁の内面に外周部が圧入若しくは焼嵌めにより嵌合される嵌合領域と、前記環状空間の開口を側面により塞ぎ前記環状空間の外周側に位置する外周壁の内周面にその外周面を対面させる拡径領域と、をステータに設け、ステータの拡径領域の側面と内周壁の端面との間および拡径領域の外周面と外周壁内面との間に夫々シール手段により閉塞するため、冷却液通路の開口を塞ぐ栓体等の水密性を確保するための別部品が不要となり、部品点数を削減でき、コストを低減できる。また、前記拡径領域は、外周径の大きい継鉄鋼板をプレスにより打抜くのみで形成でき、また、積層してステータに形成する際にも従来工程をそのまま使用でき、特別な工程を必要としないため、コストアップに影響しない。 Therefore, in the present invention, the coil is accommodated in each slot and wound around each tooth portion, and the outer peripheral portion is press-fitted or fired on the inner surface of the inner peripheral wall located on the inner peripheral side of the annular space for the coolant passage of the housing. A fitting region that is fitted by fitting, and a diameter-enlarging region that closes the opening of the annular space with a side surface and faces the outer peripheral surface to the inner peripheral surface of the outer peripheral wall positioned on the outer peripheral side of the annular space. A plug body that closes the opening of the coolant passage is provided between the side surface of the enlarged diameter region of the stator and the end surface of the inner peripheral wall and between the outer peripheral surface of the enlarged diameter region and the inner surface of the outer peripheral wall. This eliminates the need for separate parts for ensuring the water tightness of the product, reducing the number of parts and reducing the cost. The expanded area can be formed by simply punching a yoke steel plate having a large outer diameter with a press, and the conventional process can be used as it is when it is laminated and formed into a stator, requiring a special process. Does not affect the cost increase.
以下、本発明の回転電機の冷却構造およびその製造方法の一実施形態を図1,2に基づいて説明する。図1は、本発明を適用した回転電機(モータ、または発電機、またはモータ兼発電機)の冷却構造の第1実施形態を示す回転電機の断面図、図2は要部を拡大した断面図である。 Hereinafter, an embodiment of a cooling structure for a rotating electrical machine and a manufacturing method thereof according to the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a sectional view of a rotating electrical machine showing a first embodiment of a cooling structure of a rotating electrical machine (motor, generator, or motor / generator) to which the present invention is applied, and FIG. It is.
図1において、回転電機1のハウジング2は、一方が開いた略円筒状の周壁2Aと、この周壁2Aと一体に連なって軸方向一端を閉塞する側壁2Bと、周壁2Aの開口内に嵌合して軸方向他端を閉塞する側板2Cと、からなる。ハウジング2の周壁2Aは側板2Cが嵌合した部分より更に軸方向に延長され、その先端には、図示しない他のハウジング類との連結部となるフランジ2Dを備える。ハウジング2内には、円柱形のロータ3が収容される。ロータ3は、その回転軸3Aの両端がそれぞれベアリング4を介して側壁2B、側板2Cに支持され、回転軸3Aを中心に回転自在となっている。前記ハウジング2の周壁2Aの内周面には、円筒形のステータ5が、ロータ3の外周を取り囲むように配置される。ステータ5の内周面とロータ3の外周面との間には、所定の間隙が設けられている。
In FIG. 1, a
前記ステータ5外周に位置するハウジング2の周壁2Aには、ハウジング2の鋳造時に鋳型の型抜きを考慮して、ハウジング2周壁2Aの内部空間に側方が開放した環状空間6により形成された冷却液通路が形成され、冷却液通路を構成する環状空間6により、前記周壁2Aは外周壁10に環状空間6の突き当り端(底部)で繋がった内周壁11が形成される。前記内周壁11の先端は機械加工により環状の平坦面に形成され、且つ、環状の平坦面には環状の溝11Aが形成されて、耐熱性のあるOリング等のシール材12が収容配置される。また、前記周壁2A(外周壁10)の前記環状空間6の開口部分に臨む内周面は、機械加工により円筒状のシール面13に形成されている。なお、前記前記環状空間6の開放端側の内外周面の機械加工は必要としない。
The
前記ステータ5は、継鉄鋼板を積層して形成され、ステータコイル5Aが図示しないスロットに収容された状態で図示しないティース部回りに巻回されて形成され、その状態において、焼嵌めのために温度上昇されたハウジング2の内周壁11の内面に圧入され、圧入後にハウジング2が冷却されることにより焼嵌め固定される。前記ステータ5には、前記内周壁11の内周面に焼嵌めにより嵌合する嵌合領域21と前記嵌合領域21に連ねて所定長さをもって前記外周壁10の内周面に設けたシール面13に対面する外周面を備えたフランジ状の拡径領域22とにより形成され、ステータコイル5Aは嵌合領域21と拡径領域22とを跨いで巻線されている。前記拡径領域22の外周には環状の周溝22Aが形成されて、耐熱性のあるOリング等のシール材23が収容配置される。
The
なお、前記拡径領域22の外周部分は、継鉄鋼板同士の隙間を埋めるよう、例えば、接着剤によりコーティングを施して、積層後に加温・加圧することにより、冷却液が継鉄鋼板間の隙間に浸透しないよう構成している。また、前記拡径領域22の所定長さは、シール材23またはOリングの保持が可能な周溝22Aが形成できる厚さとしている。
In addition, the outer peripheral part of the said enlarged diameter area |
以上の構成部品からなる回転電機1は、ハウジング2の外周壁10の側板2Cが嵌め込まれる内周面およびシール面13と、内周壁11の内周面およびシール材12を収容する環状溝11Aも含めて先端面の機械加工が完了された状態で、焼嵌めのために加熱されて温度上昇され且つ環状溝11Aにシール材12が配置された状態で、コイル5Aが巻線されたステータ5がその拡径領域22の周溝22Aにシール材23が配置された状態で、ステータ5の嵌合領域21の端部からハウジング2の内周壁11の内周面に圧入される。
The rotating electrical machine 1 composed of the above components includes an inner peripheral surface and a
ステータ5の拡径領域22の外周に設けたシール材23がハウジング2の外周壁10の内面に設けたシール面13に嵌合し、拡径領域22の端面がハウジング2の内周壁11の先端環状溝11Aに配置されたシール材12に接触し、その後に嵌合領域21の先端がハウジング2における内周壁11の内面加工端に当接した段階で、圧入が完了する。
The sealing
この状態においては、ハウジング2の内周壁11の先端環状溝11Aに配置されたシール材12はステータ5の拡径領域22の端面に水密に接触し、また、拡径領域22の外周に配置したシール材23はハウジング2の外周壁10内面に設けたシール面13に接触している。この状態でハウジング2が冷却され、ハウジング2が収縮してステータ5の嵌合領域21がハウジング2の内周壁11の内周面に強固に焼嵌めされる。また、ハウジング2の収縮により拡径領域22の外周に配置されているシール材23はハウジング2のシール面13に水密に接触する。
In this state, the
前記ハウジング2の外周壁10内面に設けたシール面13は、ステータ5の焼嵌めによっても変形しない部位であり、ステータ5における拡径領域22外周側との間で良好な水密性を確保することができる。また、ハウジング2の内周壁11の先端環状溝11Aに配置されたシール材12はステータ5の拡径領域22の端面に水密に接触し、内周壁11が焼嵌めにより径方向に大きく変形しても、軸方向に対向する面同士の間に配置する端面シール構造であり、水密性を維持する。その後に、ベアリング4、回転軸3Aに固定されたロータ3を順次組付け、側板2Cを組付けることにより、回転電機1が組立てられる。
The
以上の回転電機1の冷却構造においては、冷却液通路7には、外周壁102Aに設けた図示しない冷却液入口から冷却液が供給され且つ図示しない冷却液出口から排出されることにより、冷却液が循環流動される。冷却液通路を循環する冷却液は、内周壁11を介して内周に嵌合されているステータ5およびステータ5に巻回されているコイル5Aから吸熱して、これらを冷却する。また、ステータ5の拡径領域22に直接冷却液を接触させて拡径領域22からもステータ5およびステータ5に巻回されているコイル5Aから吸熱して、これらを冷却する。
In the cooling structure of the rotating electric machine 1 described above, the coolant is supplied to the coolant passage 7 from a coolant inlet (not shown) provided on the outer peripheral wall 102A and is discharged from the coolant outlet (not shown). Is circulated. The coolant circulating through the coolant passage absorbs heat from the
上記実施形態において、冷却液通路の内周側の水密性の確保手段として、ハウジング2側の内周壁11の端面に環状の溝11Aを設けてシール材12を保持させ、ステータ5の拡径領域22の側面との間でシール材12を挟んで水密性を確保するものについて説明したが、図3に示すように、シール材12をステータ5の拡径領域22の側面に形成した環状溝22Bにより保持させ、ハウジング2の内周壁11における先端面との間でシール材12を挟んで水密性を確保するようにするものであってもよい。
In the above embodiment, as a means for ensuring watertightness on the inner peripheral side of the coolant passage, an
このように構成することにより、ハウジング2の内周へのステータ5の焼き嵌めの際、シール材12がステータ5に保持されるため、シール材12が直接加熱されることを防止でき、シール材12の耐熱性能を緩和することができる。
With such a configuration, when the
なお、上記実施形態において、シール材12,23として、耐熱性のあるOリング等を使用するものについて説明したが、図示はしないが、ステータ5の拡径領域22の側面および周面とハウジング2とは摺動接触する部位でないため、ガスケット等の耐熱シール材であってもよい。その場合には、シール材を収容する溝を必ずしも使用しなくてもよい。
In the above-described embodiment, the
以上の構成の回転電機1においては、ステータ5の片端面側にカバー機能(栓体機能)を備えた拡径領域22を形成し、拡径領域22の側面と冷却液通路を構成し且つステータ5を保持する内周壁11の先端面との間、および、拡径領域22の外周面とハウジング2の内周側シール面13との間に、夫々配置したOリング等のシール材12,23により冷却液通路の水密性を確保することができるため、冷却液通路の開口を塞ぐ栓体等の水密性を確保するための別部品が不要となり、部品点数を削減でき、コストを低減できる。また、前記拡径領域22は、外周径の大きい継鉄鋼板をプレスにより打抜くのみで形成でき、また、積層してステータ5に形成する際にも従来工程をそのまま使用でき、特別な工程を必要としないため、コストアップに影響しない。
In the rotating electrical machine 1 having the above configuration, the
また、焼嵌めの際に径方向に変形するハウジング2の内周壁11の端面とステータ5の拡径領域22の側面との間に、冷却液通路の内周側シール手段(12)を配置して水密性を確保しているため、ハウジング2の内周壁11が焼嵌めの際に径方向に大きく変形しても、軸方向に対向する面同士の間に配置する端面シール構造となっており、径方向の寸法変化に影響なく水密性を確保することができる。
Further, an inner peripheral side sealing means (12) for the coolant passage is disposed between the end surface of the inner
本実施形態においては、以下に記載する効果を奏することができる。 In the present embodiment, the following effects can be achieved.
(ア)ステータ5外周を取巻く周壁部分に、軸方向側方を内部空間に開口させて冷却液通路用の環状空間6を形成するよう外周壁10と外周壁10に対して環状空間6を挟んで内周側に位置する内周壁11とを備えるハウジング2と、各スロット内にコイル5Aを収容して各ティース部に巻装され、前記ハウジング2の内周壁11の内面に外周部が圧入若しくは焼嵌めにより嵌合される嵌合領域21と、前記環状空間6の開口を側面により塞ぎ外周壁10の内周面に外周面を対面させる拡径領域22と、を備え、拡径領域22の側面と内周壁11の端面との間および拡径領域22の外周面と外周壁10内面との間に夫々シール手段12,23により閉塞するステータ5と、を備える。
(A) The
言換えれば、各スロット内にコイル5Aを収容して各ティース部に巻装され、ハウジング2の冷却液通路用の環状空間6の内周側に位置する内周壁11の内面に外周部が圧入若しくは焼嵌めにより嵌合される嵌合領域21と、前記環状空間6の開口を側面により塞ぎ前記環状空間6の外周側に位置する外周壁10の内周面にその外周面を対面させる拡径領域22と、をステータ5に設け、ステータ5の拡径領域22の側面と内周壁11の端面との間および拡径領域22の外周面と外周壁10内面との間に夫々シール手段12,23により閉塞するため、冷却液通路の開口を塞ぐ栓体等の水密性を確保するための別部品が不要となり、部品点数を削減でき、コストを低減できる。また、前記拡径領域22は、外周径の大きい継鉄鋼板をプレスにより打抜くのみで形成でき、また、積層してステータ5に形成する際にも従来工程をそのまま使用でき、特別な工程を必要としないため、コストアップに影響しない。
In other words, the
(イ)拡径領域22の側面と内周壁11の端面との間に配置されるシール手段は、拡径領域22の側面と内周壁11の端面とのいずれか一方に保持されたシール材12と拡径領域22の側面と内周壁11の端面とのいずれか他方の面との接触により形成されることにより、ハウジング2の内周壁11が焼嵌めの際に径方向に大きく変形しても、軸方向に対向する面同士の間に配置する端面シール構造となっており、径方向の寸法変化に影響なく水密性を確保することができる。
(A) The sealing means 12 disposed between the side surface of the
(ウ)図3に示すように、拡径領域22の側面と内周壁11の端面との間に配置されるシール手段は、拡径領域22の側面に保持されたシール材12と内周壁11の端面との接触により形成されるようにすると、ハウジング2の内周へのステータ5の焼き嵌めの際、シール材12がステータ5に保持されるため、シール材12が直接加熱されることを防止でき、シール材12の耐熱性能を緩和することができる。
(C) As shown in FIG. 3, the sealing means disposed between the side surface of the diameter-enlarged
(エ)ステータ5外周を取巻く周壁部分に、軸方向側方を内部空間に開口させて冷却液通路用の環状空間6を形成するよう外周壁10と外周壁10に対して環状空間6を挟んで内周側に位置する内周壁11とをハウジング2に形成し、前記ハウジング2の内周壁11の内面に外周部が圧入若しくは焼嵌めにより嵌合される嵌合領域21と前記環状空間6の開口を側面により塞ぎ外周壁10の内周面に外周面を対面させる拡径領域22と、を備えて一体に形成されたステータ5の各スロット内にコイル5Aを収容して各ティース部に巻装し、前記ハウジング2の内周壁11の内面に前記嵌合領域21を圧入若しくは焼嵌めすることにより、拡径領域22の側面と内周壁11の端面との間および拡径領域22の外周面と外周壁10内面との間に配置したシール手段12,23によりハウジング2の環状空間6を閉塞することにより、シール手段12,23を配置した状態でステータ5をハウジング2に焼嵌め・圧入するのみで、冷却液通路の水密性を確保することができる。
(D) The
1 回転電機
2 ハウジング
3 ロータ
4 ベアリング
5 ステータ
6 環状空間
10 外周壁
11 内周壁
12、23 シール手段としてのシール材
21 嵌合領域
22 拡径領域
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Rotating
Claims (4)
各スロット内にコイルを収容して各ティース部に巻装され、前記ハウジングの内周壁の内面に外周部が圧入若しくは焼嵌めにより嵌合される嵌合領域と、前記環状空間の開口を側面により塞ぎ外周壁の内周面に外周面を対面させる拡径領域と、を備え、拡径領域の側面と内周壁の端面との間および拡径領域の外周面と外周壁内面との間に夫々シール手段により閉塞するステータと、を備えることを特徴とする回転電機の冷却構造。 An inner wall located on the inner circumferential side of the outer circumferential wall and the outer circumferential wall with the annular space sandwiched between the outer circumferential wall and the outer circumferential wall so as to form an annular space for the coolant passage by opening the axial side to the inner space around the outer circumferential portion of the stator. A housing comprising a peripheral wall;
A coil is accommodated in each slot and wound around each tooth portion, and a fitting region in which the outer peripheral portion is fitted to the inner surface of the inner peripheral wall of the housing by press-fitting or shrink fitting, and the opening of the annular space is formed by the side surface. A diameter-enlarging region that causes the outer peripheral surface to face the inner peripheral surface of the closing outer peripheral wall, and between the side surface of the enlarged-diameter region and the end surface of the inner peripheral wall and between the outer peripheral surface of the enlarged-diameter region and the inner surface of the outer peripheral wall, respectively A cooling structure for a rotating electrical machine, comprising: a stator closed by a sealing means.
前記ハウジングの内周壁の内面に外周部が圧入若しくは焼嵌めにより嵌合される嵌合領域と前記環状空間の開口を側面により塞ぎ外周壁の内周面に外周面を対面させる拡径領域と、を備えて一体に形成されたステータの各スロット内にコイルを収容して各ティース部に巻装し、
前記ハウジングの内周壁の内面に前記嵌合領域を圧入若しくは焼嵌めすることにより、拡径領域の側面と内周壁の端面との間および拡径領域の外周面と外周壁内面との間に配置したシール手段によりハウジングの環状空間を閉塞することを特徴とする回転電機の製造方法。 An inner wall located on the inner circumferential side of the outer circumferential wall and the outer circumferential wall with the annular space sandwiched between the outer circumferential wall and the outer circumferential wall so as to form an annular space for the coolant passage by opening the axial side to the inner space around the outer circumferential portion of the stator. A peripheral wall and a housing,
A fitting region in which an outer peripheral portion is fitted to the inner surface of the inner peripheral wall of the housing by press-fitting or shrink fitting, and a diameter-enlarged region in which the opening of the annular space is closed with a side surface and the outer peripheral surface faces the inner peripheral surface of the outer peripheral wall; A coil is accommodated in each slot of the stator formed integrally and wound around each tooth portion,
The fitting region is press-fitted or shrink-fitted into the inner surface of the inner peripheral wall of the housing, thereby being arranged between the side surface of the enlarged diameter region and the end surface of the inner peripheral wall and between the outer peripheral surface of the enlarged diameter region and the inner surface of the outer peripheral wall. A method of manufacturing a rotating electrical machine, wherein the annular space of the housing is closed by the sealing means.
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