JP2010166709A - Cooling structure of rotating electrical machine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、円筒状のステータコアとコイルとを有するステータ、及びこのステータの径方向内側に回転可能に支持されたロータを備えた回転電機に冷媒を流通し、前記ステータコアの軸方向端部から突出する前記コイルのコイルエンド部を冷却する回転電機の冷却構造に関する。 The present invention distributes a refrigerant to a rotating electric machine including a stator having a cylindrical stator core and a coil, and a rotor rotatably supported inside the stator in the radial direction, and protrudes from an axial end portion of the stator core. The present invention relates to a cooling structure for a rotating electric machine that cools a coil end portion of the coil.
円筒状のステータコアとコイルとを有するステータ、及びこのステータの径方向内側に回転可能に支持されたロータを備えた回転電機におけるコイルの冷却方法として、ステータコアの軸方向端部から突出して環状に形成されるコイルのコイルエンド部に対して、径方向内側から冷媒を吹きかけ、コイルエンド部を冷却する技術が知られている(例えば、下記の特許文献1参照)。特許文献1に記載の構成では、コイルエンド部に冷媒としての油を吹きかけるための噴射孔は、ロータコア内に設けられた軸方向油路と連通する状態で、ロータコアと一体回転するプレートに設けられている。そして、ロータコアを冷却した後の油が噴射孔に供給され、その油がロータの遠心力によって噴射孔からコイルエンド部に向けて噴射される。コイルエンド部に吹きかけられた油は熱交換によりコイルエンド部を冷却した後、回転電機を収容するケースの下方に戻される。
As a method for cooling a coil in a rotating electrical machine including a stator having a cylindrical stator core and a coil, and a rotor supported rotatably inside the stator in the radial direction, the coil is formed in an annular shape protruding from the axial end of the stator core. A technique is known in which a coolant is sprayed from the radially inner side to a coil end portion of a coil to be cooled to cool the coil end portion (see, for example,
特許文献1のような構成では、ロータコアを冷却するための冷媒がコイルエンド部を冷却するためにも使用されるため、ロータコアを冷却した後の冷媒がなお有する冷却能力を無駄にせず、更にコイルエンド部を冷却するために用いることができる。また、ロータの遠心力を利用して噴射孔からコイルエンド部に向けて冷媒を噴射することができるため、冷媒を噴射するためだけにポンプ等を使用する必要はなく、ロータの回転に付随する遠心力を有効に利用することができる。
In the configuration as disclosed in
しかしながら、上記特許文献1のようなコイルエンド部の径方向内側からコイルエンド部へ向けて冷媒を噴射する構成においては、冷媒の一部が、コイルエンド部を形成する導体に一度も接触することなく、或いは、コイルエンド部を形成する導体と接触した後に、コイルエンド部を形成する導体間の空隙等を通過してコイルエンド部の径方向外側へ飛び出してしまう。特に、コイルエンド部が矩形断面を有する線状導体で形成され、当該線状導体が整列配置されている場合には、一般的に、コイルエンド部を形成する導体間の空隙が広いために、コイルエンド部の径方向外側へ飛び出す冷媒の量が多くなるおそれがある。コイルエンド部の径方向外側へ飛び出した冷媒には、コイルエンド部と熱交換を全く行っていないか、或いは、コイルエンド部との熱交換を十分に行っていないため、冷却能力を未だに保有する冷媒が含まれる。しかし、特許文献1のような構成では、コイルエンド部の径方向外側へ飛び出した冷媒は、径方向外側へ飛び出さずに冷媒としての機能を果たしたその他の冷媒と同様に回転電機を収容するケースの下方に戻されるため、コイルエンド部の径方向外側へ飛び出した冷媒が無駄になるという問題があった。
さらに、上記特許文献1のようなコイルエンド部の径方向内側からコイルエンド部へ向けて冷媒を噴射する構成においては、コイルエンド部の外周面に対して冷媒を吹きかけることが難しいため、コイルエンド部の温度が径方向において不均一になるという問題があった。
However, in the configuration in which the coolant is jetted from the radially inner side of the coil end portion toward the coil end portion as in
Further, in the configuration in which the coolant is injected from the radially inner side of the coil end portion toward the coil end portion as in
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、コイルエンド部の径方向内側からコイルエンド部へ向けて冷媒を噴射してコイルエンド部を冷却する回転電機の冷却構造において、コイルエンド部を形成する導体間の空隙等を通過してコイルエンド部の径方向外側へ飛び出した冷媒が無駄になることや、コイルエンド部の温度が径方向において不均一になることを抑制することができる冷却構造を提供することにある。 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 that cools a coil end portion by injecting a refrigerant from the radially inner side of the coil end portion toward the coil end portion. In addition, it is possible to prevent the refrigerant that has passed through the gap between the conductors forming the coil end portion and jumped to the outside in the radial direction of the coil end portion from being wasted and the temperature of the coil end portion from becoming uneven in the radial direction. The object is to provide a cooling structure that can.
上記目的を達成するための本発明に係る、円筒状のステータコアとコイルとを有するステータ、及びこのステータの径方向内側に回転可能に支持されたロータを備えた回転電機に冷媒を流通し、前記ステータコアの軸方向端部から突出する前記コイルのコイルエンド部を冷却する回転電機の冷却構造の特徴構成は、前記ロータ或いは前記ロータと一体回転する部材に設けられ、前記コイルエンド部の径方向内側から前記コイルエンド部へ向けて冷媒を噴射する噴射孔と、前記コイルエンド部の外周面を覆う円筒状の周壁部を有するカバー部材と、を備えた点にある。 In order to achieve the above object, according to the present invention, a refrigerant is circulated through a stator having a cylindrical stator core and a coil, and a rotating electrical machine including a rotor rotatably supported on the radially inner side of the stator, The characteristic structure of the cooling structure of the rotating electrical machine that cools the coil end portion of the coil protruding from the axial end portion of the stator core is provided in the rotor or a member that rotates integrally with the rotor, and is radially inward of the coil end portion. The injection hole which injects a refrigerant | coolant toward the said coil end part, and the cover member which has a cylindrical surrounding wall part which covers the outer peripheral surface of the said coil end part are provided.
なお、本願では、「回転電機」は、モータ(電動機)、ジェネレータ(発電機)、及び必要に応じてモータ及びジェネレータの双方の機能を果たすモータ・ジェネレータのいずれをも含む概念として用いている。 In the present application, the “rotary electric machine” is used as a concept including any of a motor (electric motor), a generator (generator), and a motor / generator functioning as both a motor and a generator as necessary.
上記の特徴構成によれば、ロータの回転に伴う遠心力を有効に利用してコイルエンド部に対して径方向内側から冷媒を噴射することができ、コイルエンド部の内周面に吹きかけられた冷媒が、コイルエンド部の内周面を中心に冷却を行う。また、コイルエンド部を形成する導体間の空隙等を通過して径方向外側に飛び出した冷媒は、カバー部材の周壁部に衝突し、カバー部材の周壁部に付着する。そして、カバー部材の周壁部に付着した冷媒は、重力や表面張力等の力を受けコイルエンド部に対して径方向外側から供給され、コイルエンド部の外周面に付着した冷媒が、コイルエンド部の外周面を中心に冷却を行う。よって、コイルエンド部を形成する導体間の空隙等を通過して径方向外側へ飛び出した冷媒を再度コイルエンド部へ戻してコイルエンド部の冷却を行わせることができ、コイルエンド部を形成する導体間の空隙等を通過してコイルエンド部の径方向外側へ飛び出した冷媒が無駄になることを抑制することができる。
さらに、コイルエンド部の内周面だけでなくコイルエンド部の外周面にも冷媒を付着させ冷却を行うことができるため、コイルエンド部の温度分布が径方向において不均一になることを抑制することができる。
According to said characteristic structure, the refrigerant | coolant can be injected from a radial inside with respect to a coil end part effectively using the centrifugal force accompanying rotation of a rotor, and was sprayed on the inner peripheral surface of the coil end part The refrigerant cools around the inner peripheral surface of the coil end portion. Further, the refrigerant that has passed through the gap between the conductors forming the coil end portion and jumped outward in the radial direction collides with the peripheral wall portion of the cover member and adheres to the peripheral wall portion of the cover member. And the refrigerant | coolant adhering to the surrounding wall part of a cover member receives force, such as gravity and surface tension, is supplied from a radial direction outer side with respect to a coil end part, and the refrigerant | coolant adhering to the outer peripheral surface of a coil end part is coil end part. Cooling is performed around the outer peripheral surface. Therefore, the refrigerant that has passed through the gap between the conductors forming the coil end portion and jumped radially outward can be returned to the coil end portion to cool the coil end portion, thereby forming the coil end portion. It can be suppressed that the refrigerant that has passed through the gap between the conductors and jumped to the outside in the radial direction of the coil end portion is wasted.
Furthermore, since it is possible to perform cooling by attaching a refrigerant not only to the inner peripheral surface of the coil end portion but also to the outer peripheral surface of the coil end portion, it is possible to prevent the temperature distribution of the coil end portion from becoming uneven in the radial direction. be able to.
ここで、前記周壁部は、前記コイルエンド部の外周面における軸方向の略全域を覆う構成とすると好適である。 Here, it is preferable that the peripheral wall portion is configured to cover substantially the entire axial direction of the outer peripheral surface of the coil end portion.
この構成によれば、コイルエンド部を形成する導体間の空隙等を通過してコイルエンド部の径方向外側に飛び出した冷媒の大部分をカバー部材の周壁部に付着させることができる。よって、コイルエンド部を形成する導体間の空隙等を通過してコイルエンド部の径方向外側へ飛び出した冷媒が無駄になることを更に抑制することができる。 According to this configuration, most of the refrigerant that has passed through the gaps between the conductors forming the coil end portion and jumped outward in the radial direction of the coil end portion can be attached to the peripheral wall portion of the cover member. Therefore, it is possible to further suppress the waste of the refrigerant that has passed through the gap between the conductors forming the coil end portion and jumped to the outside in the radial direction of the coil end portion.
また、前記ステータコアは、周方向に沿って所定間隔で設けられた複数のスロットを有し、前記コイルエンド部は、各スロットに挿入されたスロット導体部から軸方向に延出する軸方向導体部と、異なるスロット間を周方向につないで2つの前記軸方向導体部同士を接続する周方向導体部とを有し、前記カバー部材は、前記ステータの径方向に沿って放射状に配置され、隣接する2つの前記軸方向導体部間の空隙である導体間空隙に挿入される複数の径方向壁部を有する構成とすると好適である。 The stator core has a plurality of slots provided at predetermined intervals along the circumferential direction, and the coil end portion extends in the axial direction from a slot conductor portion inserted in each slot. And a circumferential conductor portion that connects the two axial conductor portions by connecting different slots in the circumferential direction, and the cover members are arranged radially along the radial direction of the stator, and adjacent to each other It is preferable to have a configuration having a plurality of radial wall portions that are inserted into a gap between conductors that is a gap between two axial conductor portions.
この構成によれば、導体間空隙を通過する冷媒は、径方向壁部のステータ周方向側面と軸方向導体部との間に形成される隙間を通過する。よって、冷媒が導体間空隙を通過する際にコイルエンド部と接触して熱交換を行う割合を高めることができ、冷却性能の向上を図ることができる。 According to this configuration, the refrigerant passing through the interconductor gap passes through a gap formed between the stator circumferential side surface of the radial wall portion and the axial conductor portion. Therefore, when the refrigerant passes through the gap between the conductors, the rate of heat exchange by contacting the coil end portion can be increased, and the cooling performance can be improved.
また、前記径方向壁部は、前記周壁部から径方向内側へ向かって突出するように、前記周壁部と一体的に形成されている構成とすると好適である。 Further, it is preferable that the radial wall portion is formed integrally with the peripheral wall portion so as to protrude radially inward from the peripheral wall portion.
この構成によれば、部品点数の増加を抑制することができる。また、カバー部材を樹脂等の鋳造部品として径方向壁部と周壁部とを容易に一体的に形成することができ、カバー部材を製造する工程を簡素なものとすることができる。 According to this configuration, an increase in the number of parts can be suppressed. In addition, the radial wall portion and the peripheral wall portion can be easily formed integrally with the cover member as a cast part such as resin, and the process of manufacturing the cover member can be simplified.
また、前記カバー部材は、周方向に配列された複数の前記導体間空隙と同数の前記径方向壁部を有し、前記径方向壁部は、前記導体間空隙の全てに挿入される構成とすると好適である。 The cover member has the same number of the radial wall portions as the plurality of inter-conductor gaps arranged in the circumferential direction, and the radial wall portion is inserted into all of the inter-conductor gaps. It is preferable.
この構成によれば、全ての導体間空隙において、径方向壁部のステータ周方向側面と軸方向導体部との間に冷媒を通過させるための隙間を形成することができる。よって、全ての導体間空隙において冷媒とコイルエンド部との間の熱交換が行われる割合を高めることができ、冷却性能を更に向上させることができる。 According to this configuration, in all the inter-conductor gaps, a gap for allowing the refrigerant to pass can be formed between the stator circumferential side surface of the radial wall portion and the axial conductor portion. Therefore, the ratio of heat exchange between the refrigerant and the coil end portion in all the inter-conductor gaps can be increased, and the cooling performance can be further improved.
また、前記径方向壁部は、前記ステータコアの軸方向端部に対して所定の間隔を空けて配置される構成とすると好適である。 In addition, it is preferable that the radial wall portion is arranged with a predetermined interval with respect to the axial end portion of the stator core.
この構成によれば、径方向壁部が導体間空隙に挿入されていない領域では、径方向壁部が挿入されていない分だけ導体間空隙が大きく、逆に、径方向壁部が導体間空隙に挿入されている領域では導体間空隙が小さい。よって、径方向壁部が挿入されていない領域へ向かって径方向内側から冷媒を噴射する構成とすれば、当該径方向壁部が挿入されていない領域を通過してカバー部材の周壁部に到達する冷媒の割合を高めることができる。従って、コイルエンド部の径方向外側へ冷媒を積極的に導き、コイルエンド部の外周面をより確実に冷却することが可能となる。 According to this configuration, in the region in which the radial wall portion is not inserted into the inter-conductor gap, the inter-conductor gap is large by the amount that the radial wall portion is not inserted, and conversely, the radial wall portion is the inter-conductor gap. The gap between the conductors is small in the region inserted in the. Therefore, if it is set as the structure which injects a refrigerant | coolant from the radial inside toward the area | region where the radial direction wall part is not inserted, it passes through the area | region where the said radial direction wall part is not inserted, and reaches | attains the peripheral wall part of a cover member. The ratio of the refrigerant | coolant to perform can be raised. Therefore, the refrigerant can be actively guided to the outside in the radial direction of the coil end portion, and the outer peripheral surface of the coil end portion can be cooled more reliably.
また、前記カバー部材は、前記周壁部の軸方向における前記ステータコア側と反対側の端部から径方向内側に向かって延出し、前記コイルエンド部の軸方向端部を覆う端壁部を備えた構成とすると好適である。 Further, the cover member includes an end wall portion that extends radially inward from an end portion on the opposite side of the stator core side in the axial direction of the peripheral wall portion and covers the axial end portion of the coil end portion. A configuration is preferable.
この構成によれば、カバー部材やコイルエンド部との衝突によって飛散した冷媒が、周壁部の軸方向におけるステータコア側と反対側に飛び出すことを抑制できる。従って、より多くの冷媒をコイルエンド部の冷却に用いることができる。 According to this structure, it can suppress that the refrigerant | coolant scattered by the collision with a cover member or a coil end part jumps out on the opposite side to the stator core side in the axial direction of a surrounding wall part. Therefore, more refrigerant can be used for cooling the coil end portion.
また、前記周壁部は、周方向の一部に切り欠き部を有し、当該切り欠き部を介して前記カバー部材の内部と外部とが連通されている構成とすると好適である。 Further, it is preferable that the peripheral wall part has a notch part in a circumferential direction, and the inside and the outside of the cover member are communicated with each other through the notch part.
この構成によれば、カバー部材の内部に冷媒が溜まった際に、当該冷媒をカバー部材の外部に排出することができる。よって、冷媒がロータとステータとの間に形成される隙間に浸入するのを抑制することができる。 According to this configuration, when the refrigerant accumulates inside the cover member, the refrigerant can be discharged to the outside of the cover member. Therefore, it can suppress that a refrigerant | coolant permeates into the clearance gap formed between a rotor and a stator.
また、前記噴射孔は、前記軸方向導体部へ向けて冷媒を噴射する構成とすると好適である。 In addition, it is preferable that the injection hole is configured to inject a refrigerant toward the axial conductor portion.
一般に、スロットから軸方向に延出する軸方向導体部は、その他のスロットから延出する軸方向導体部と周方向に重なることなく配置されている。そのため、この構成によれば、各スロットの軸方向導体部に対して略均一に冷媒を吹きかけることができ、軸方向導体部の温度がスロットによって不均一になることを抑制することができる。よって、例えば、コイルが複数の相からなる場合には、各相のコイルを略均一に冷却することができ、冷却性能の向上を図ることができる。 Generally, the axial conductor portion extending in the axial direction from the slot is disposed without overlapping the axial conductor portion extending from the other slot in the circumferential direction. Therefore, according to this configuration, the coolant can be sprayed substantially uniformly onto the axial conductor portion of each slot, and the temperature of the axial conductor portion can be prevented from becoming uneven due to the slot. Therefore, for example, when a coil consists of a plurality of phases, the coils of each phase can be cooled substantially uniformly, and the cooling performance can be improved.
また、前記コイルは、前記ステータコアに巻装可能な所定形状に予め形成された線状導体により構成されていると好適である。 Further, it is preferable that the coil is constituted by a linear conductor formed in a predetermined shape that can be wound around the stator core.
コイルが、ステータコアに巻装可能な所定形状に予め形成された線状導体である場合には、当該線状導体が整列配置されるために、一般的には導体間空隙が大きくなる。よって、コイルエンド部を形成する導体間の隙間を通過して径方向外側へ飛び出す冷媒の量が多くなる。この構成によれば、このような場合においても、コイルエンド部を形成する導体間の隙間等を通過してコイルエンド部の径方向外側へ飛び出した冷媒が無駄になることを抑制することができる。 In the case where the coil is a linear conductor formed in a predetermined shape that can be wound around the stator core, the linear conductor is generally arranged in an aligned manner, so that the gap between the conductors is generally increased. Therefore, the amount of the refrigerant that passes through the gap between the conductors forming the coil end portion and jumps outward in the radial direction increases. According to this configuration, even in such a case, it is possible to prevent the refrigerant that has passed through the gaps between the conductors forming the coil end portion and jumped to the outside in the radial direction of the coil end portion from being wasted. .
また、前記カバー部材は、絶縁材料で形成され、前記ステータを収容するケースと前記コイルエンド部との間の絶縁空間に配設されている構成とすると好適である。 Further, it is preferable that the cover member is made of an insulating material and is disposed in an insulating space between the case for housing the stator and the coil end portion.
この構成によれば、ケースとコイルエンド部との間を絶縁するのに必要な空間にカバー部材を配置することができるため、カバー部材を配置するためだけに用いる専用のスペースを設ける必要がない。よって、回転電機を収容するケースの大型化を抑制することができる。 According to this configuration, since the cover member can be arranged in a space necessary for insulating between the case and the coil end portion, it is not necessary to provide a dedicated space used only for arranging the cover member. . Therefore, an increase in the size of the case that houses the rotating electrical machine can be suppressed.
本発明の実施形態について図面に基づいて説明する。図1は、本発明に係る回転電機の冷却構造を採用した回転電機1の回転軸に沿った断面図である。図2は、カバー部材50が取り付けられた状態での、回転電機1のステータ20の斜視図である。これらの図に示されるように、本実施形態に係る回転電機1の冷却構造は、ステータコア21の軸方向端部から突出するコイル30のコイルエンド部32の外周面を覆う円筒状の周壁部51を有するカバー部材50を備えている。そして、このカバー部材50と、回転電機1のロータ10に備えられた噴射孔3と、噴射孔3に油を供給する油路により回転電機1の冷却構造が構成されている。本実施形態においては、油が本発明における冷媒に相当する。なお、冷媒は油に限定されず、公知の種々の冷却液を採用することができる。以下、本実施形態に係る回転電機1の冷却構造について、回転電機1の構成、カバー部材50の構成、及び回転電機1の冷却機構について順に詳細に説明する。なお、以下の説明では、特に断らない限り、回転電機1の回転軸心でもあるステータ20の中心軸心を基準として、軸方向、周方向、径方向が定義されている。
Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a cross-sectional view of a rotating
1.回転電機の構成
図1に示されるように、回転電機1は、ステータ20及びロータ10を備えている。ステータ20は、回転電機1の電機子を構成する。ステータ20の径方向内側には、永久磁石を備えた界磁としてのロータ10が、ステータ20に対して相対回転可能に配置される。
1. As shown in FIG. 1, the rotating
1−1.ロータの構成
ロータ10は、その回転軸11が軸受60を介してケース4に対して回転可能に保持されている。回転軸11は、軸方向端部に他の伝動軸と連結するための連結部(図示せず)を備え、回転電機1が発生する駆動力を回転電機1の外部に出力することが可能に構成されている。この場合、回転電機1は電動機として機能する。また、回転電機1に外部から伝達される駆動力により回転電機1が発電を行うことも可能に構成されている。この場合、回転電機1は発電機として機能する。
1-1. Configuration of Rotor The
ロータ10は、ロータコア内に永久磁石(図示せず)を備えている。そして、当該永久磁石を冷却することを可能とすべく、ロータコア内に軸方向油路6が形成されている。さらに、ロータ10は、回転軸11の内部に回転軸内油路8を備えるとともに、回転軸内油路8と軸方向油路6とを連通する径方向油路5を備えている。そして、ケース内油路(図示せず)を介して供給される油が、回転軸内油路8、径方向油路5、及び軸方向油路6を介して、ロータ10の軸方向端部に形成された噴射孔3に供給される。
The
本実施形態においては、噴射孔3は、ロータ10のロータコアを軸方向両側から挟持するリテーナ13に形成されている。すなわち、噴射孔3は、後述するステータ20のステータコア21の軸方向端部から突出するコイル30のコイルエンド部32の径方向内側に設けられるとともに、ロータ10と一体回転するように構成されている。そして、噴射孔3に供給された油は、ロータ10の回転によって生じる遠心力により、ステータコア21の軸方向端部から突出するコイル30のコイルエンド部32へ向けて、より正確にはコイルエンド部32の軸方向導体部33へ向けて噴射される。そして、コイルエンド部32に吹きかけられた油は、熱交換によりコイルエンド部32を冷却する。なお、冷却機構についての詳細は後述する。
In the present embodiment, the
1−2.ステータの構成
ステータ20は、締結ボルトによりケース4の内周面に固定されるステータコア21と、ステータコア21に巻装されるコイル30とを備えて構成されている。なお、コイル30は、ステータコア21の軸方向端部から突出するコイルエンド部32を備えている。
1-2. Configuration of Stator The
ステータコア21は、複数枚の電磁鋼板を積層して構成されており、略円筒形状に形成されている。図3は、ステータコア21の径方向断面図である。図1及び図3に示されるように、ステータコア21の内周面には、その軸方向に延びる複数のスロット22が周方向に沿って所定間隔で設けられている。各スロット22は互いに同じ断面形状であって、所定の幅及び深さを有している。本実施形態では、ステータコア21には、その全周で48個のスロット22が設けられている。
The
図1及び図2に示されるように、コイル30は、ステータコア21の各スロット22に挿入される複数のスロット導体部31と、上記コイルエンド部32とを有している。コイル30のコイルエンド部32は、スロット導体部31から軸方向に延出する軸方向導体部33と、異なるスロット間を周方向につないで2つの軸方向導体部33同士を接続する周方向導体部34とを有して構成されている。なお、図2に示すステータ20の斜視図は、コイルエンド部32の説明のため、後述するカバー部材50の一部を切り欠いて示した図である。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
本実施形態においては、コイル30は、ステータコア21に巻装可能な所定形状に予め形成されており、図1及び図2に示されるように、ステータコア21の各スロット22には、コイル30を形成する線状導体が複数本挿入される。なお、本実施形態では、各スロット22に4本の線状導体が挿入されている。また、コイル30を形成する線状導体は矩形断面を有している。スロット導体部31においては、当該4本の線状導体が、スロット22の内部において径方向に一列に並んで整列配置されている。そして、スロット導体部31に連続して軸方向に延出し、ステータコア21から軸方向に突出している線状導体により、コイルエンド部32の軸方向導体部33が構成されている。この軸方向導体部33においては、4本の線状導体は、一列に並んだ状態を保ちながら、軸方向に略平行な状態から径方向内側に屈曲され、径方向に略平行な状態になるように整列配置されている。なお、図2より明らかなように、軸方向導体部33は、軸方向導体部33同士が周方向に重なることなく配置されている。本実施形態では、コイルエンド部32を構成する線状導体の内、スロット導体部31と周方向位置が同じ部分を軸方向導体部33とする。そして、周方向導体部34においては、スロット22の内部において径方向外側に配置されている2本の線状導体が、ステータコア21の軸方向端部から軸方向外側に所定距離離れた位置において径方向に並んで配置されるとともに、軸方向における当該位置よりステータコア21側の位置において、スロット22の内部において径方向内側に配置されている2本の線状導体が径方向に並んで配置されている。
In the present embodiment, the
また、本実施形態においては、回転電機1は三相交流で駆動される回転電機であり、コイル30も三相構成(U相、V相、W相)で形成されている。そして、隣接する2つのスロットに同じ相の線状導体が4本ずつ挿入される。図4は、説明のため端壁部52を取り除いた断面でカバー部材50を表したステータ20の軸方向視図である。図2及び図4に示されるように、隣接する2つのスロット22のそれぞれにおいて径方向外側に配置されている2本の線状導体を併せた計4本の線状導体が、ステータコア21の軸方向端部から軸方向外側に所定距離離れた位置において径方向に並んで配置されているとともに、軸方向における当該位置よりステータコア21側の位置において、隣接する2つのスロット22のそれぞれにおいて径方向内側に配置されている2本の線状導体を併せた計4本の線状導体が径方向に並んで配置されている。
Moreover, in this embodiment, the rotary
図2及び図4に示されるように、位相の異なる周方向導体部34の一部が周方向に重なり合うように配置されている。そして、位相の異なる周方向導体部34の間での電気的絶縁性を確保するため、位相の異なる周方向導体部34の重なり合った部分に絶縁シート36が介装されている。絶縁シート36は、例えばアラミド繊維とポリエチレンテレフタラートを貼り合わせたもの等の電気的絶縁性及び耐熱性の高い材料で成形したシート等を用いることができる。
As shown in FIGS. 2 and 4, the
また、図2及び図4に示されるように、隣接する2つの軸方向導体部33間の空隙である導体間空隙35は、周方向に沿って所定間隔で形成され、周方向における幅が軸方向においてほぼ一様になっている。そして、この導体間空隙35に、後述するカバー部材50の径方向壁部54が挿入されている。
Further, as shown in FIGS. 2 and 4, the
2.カバー部材の構成
図5は、カバー部材50の斜視図である。図5に示されるように、本実施形態においては、カバー部材50は、周壁部51、端壁部52、及び径方向壁部54を備えている。そして、周壁部51、端壁部52、及び径方向壁部54は、例えば樹脂等の絶縁材料で一体的に形成され、図1に示されるように、ステータ20を収容するケース4とコイルエンド部32との間の絶縁性を確保するための絶縁空間2に配設されている。
2. Configuration of Cover Member FIG. 5 is a perspective view of the
周壁部51は、図1及び図2に示されるように、コイルエンド部32の外周面を覆う円筒状の形状を有している。ここで、コイルエンド部32の外周面とは、本実施形態においては、コイルエンド部32の複数の軸方向導体部33における径方向最外周に沿った面である。また、周壁部51は、コイルエンド部32の軸方向高さよりも高い軸方向高さを有するように形成され、コイルエンド部32の外周面における軸方向の略全域を覆うように配置されている。また、周壁部51は、軸方向におけるステータコア21側の端部が、図1に示されるように、ステータコア21の軸方向端部と当接するように配置されている。なお、周壁部51の軸方向におけるステータコア21側の端部が、ステータコア21の軸方向端部と当接しないように構成しても良い。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
また、周壁部51は、図2及び図5に示すように、周方向の一部に切り欠き部53を有し、切り欠き部53を介してカバー部材50の内部と外部とが連通されるように構成されている。この切り欠き部53は、カバー部材50の内部に溜まった油を外部に排出するためのものである。切り欠き部53は、油がロータ10のロータコアとステータコア21との間に形成される隙間に浸入するのを抑制することができる位置に設けることが望ましい。具体的には、切り欠き部53の少なくとも一部が、ステータコア21の内周面の最下部よりも下側に位置するように配置する。例えば、図1に示すように、回転電機1の使用状態において軸方向が水平になる場合には、切り欠き部53の少なくとも一部が周壁部51の最下部に位置するように切り欠き部53を形成すると良い。
Further, as shown in FIGS. 2 and 5, the
端壁部52は、周壁部51の軸方向におけるステータコア21側と反対側の端部から径方向内側に向かって延出し、コイルエンド部32の軸方向端部を覆うように形成されている。ここで、コイルエンド部32の軸方向端部とは、コイルエンド部32の軸方向におけるステータコア21と反対側の端部である。また、端壁部52は、図1に示されるように、軸方向一方側の端面がケース4の内壁と当接するように配置されている。なお、端壁部52の軸方向一方側の端面がケース4の内壁と当接しない構成としても良い。
The
径方向壁部54は、図5に示されるように、周壁部51から径方向内側へ向かって突出するように、周壁部51と一体的に形成されており、径方向に沿って放射状に配置されている。また、径方向壁部54は、周方向に配列された複数の導体間空隙35と同数備えられ、図2及び図4に示されるように、全ての導体間空隙35に対して径方向外側から径方向内側に向かって挿入されている。また、径方向壁部54は、図4に示されるように、周方向導体部34の重なり合った部分に介装されている絶縁シート36と接触しないように、径方向における長さが定められている。
As shown in FIG. 5, the
さらに、径方向壁部54は、図5に示されるように、径方向とともに軸方向にも延設されており、周壁部51の軸方向におけるステータコア21側の端部から所定の間隔だけ端壁部52側に離れた位置から端壁部52側の端部に亘って形成されている。よって、カバー部材50を取り付けた状態においては、図1及び図2に示されるように、径方向壁部54は、ステータコア21の軸方向端部に対して上記の所定の間隔を空けて配置されることになる。なお、本実施形態においては、図1に示されるように、噴射孔3と径方向壁部54との軸方向における位置関係は、噴射孔3の開口部よりも軸方向外側に、径方向壁部54の軸方向におけるステータコア21側の端部が位置するように、上記の所定の間隔が設定されている。
Further, as shown in FIG. 5, the
3.回転電機の冷却機構
上述のように、回転電機1のロータ10は、コイルエンド部32の径方向内側からコイルエンド部32の軸方向導体部33へ向けて冷媒としての油を噴射する噴射孔3を備え、当該噴射孔3に、回転軸内油路8、径方向油路5、及び軸方向油路6を介して油が供給されるように構成されている。そして、周壁部51、端壁部52、及び径方向壁部54を有するカバー部材50が、コイルエンド部32の外周面及び軸方向端部を覆うように配置されている。これらの、噴射孔3、噴射孔3に油を供給する油路(回転軸内油路8、径方向油路5、及び軸方向油路6)、及びカバー部材50により、回転電機に油を流通し、ステータコア21の軸方向端部から突出するコイル30のコイルエンド部32を冷却する回転電機1の冷却構造が構成されている。以下、この回転電機1の冷却構造における回転電機1の冷却機構について詳細に説明する。
3. As described above, the
図示しないポンプが作動することによりケース内油路(図示せず)を介して回転軸内油路8に供給された油は、回転軸11の回転によって生じる遠心力により径方向油路5を介して軸方向油路6に供給される。そして、軸方向油路6を油が流通する際における油とロータ10のロータコアとの間の熱交換により、ロータコア内に配設された永久磁石が冷却される。この際の油の流れが、図1において実線の矢印で示されている。
The oil supplied to the rotary
ロータコア内の永久磁石を冷却した後の油は、リテーナ13に形成されている噴射孔3に供給され、その油が、ロータ10の回転に伴う遠心力によって、噴射孔3からコイルエンド部32の軸方向導体部33へ向けて噴射される。そして、コイルエンド部32を形成する線状導体に付着した油が熱交換により当該線状導体を冷却する。この際、油はコイルエンド部32の径方向内側から軸方向導体部33へ向けて噴射されるため、コイルエンド部32の内周面を中心に冷却が行われることになる。ここで、コイルエンド部32の内周面とは、本実施形態においては、コイルエンド部32の複数の軸方向導体部33における径方向最内周に沿った面である。
The oil after cooling the permanent magnet in the rotor core is supplied to the
上述のように、軸方向導体部33は、軸方向導体部33同士が周方向に重なることなく配置されているため、噴射孔3からコイルエンド部32の軸方向導体部33へ向けて油を噴射することで、各スロット22の軸方向導体部33に対して略均一に油が吹きかけられる。また、本実施形態では、噴射孔3から噴射された油はほとんど周方向導体部34には吹きかけられないが、軸方向導体部33に付着した油が重力や表面張力等の力を受け周方向導体部34に流れた際に、周方向導体部34の冷却が行われる。
As described above, since the
また、隣接する2つの軸方向導体部33間の空隙である導体間空隙35が周方向に沿って所定間隔で形成されているため、噴射孔3からコイルエンド部32の軸方向導体部33へ向けて噴射された油の一部は、コイルエンド部32を形成する線状導体に一度も接触することなく、或いは、コイルエンド部32を形成する線状導体と接触した後に、導体間空隙35を通過してコイルエンド部32の径方向外側へ飛び出す。なお、上述のように、噴射孔3と径方向壁部54との間の軸方向における位置関係は、噴射孔3の開口部よりも軸方向外側に、径方向壁部54の軸方向におけるステータコア21側の端部が位置するように設定されている。そのため、噴射孔3から導体間空隙35へ向かう油の大部分は径方向壁部54が挿入されていない導体間空隙35が大きい領域を径方向外側へ向かって通過する。すなわち、本実施形態におけるカバー部材50は、噴射孔3から噴射された油の一部を積極的にコイルエンド部32の径方向外側へ飛び出させる構成となっている。そして、コイルエンド部32の径方向外側へ飛び出した油は、カバー部材50の周壁部51に衝突し、当該周壁部51に付着する。
Further, since the
カバー部材50の周壁部51に付着した油は、重力や表面張力等の力を受け、コイルエンド部32に対して径方向外側から供給される。そして、コイルエンド部32を形成する線状導体に付着した油が熱交換により当該線状導体を冷却する。この際における油の移動経路は、油が付着した箇所の、回転電機1の使用状態における周方向の位置や、周壁部51に付着する油の量等に依存するが、油はコイルエンド部32に対して径方向外側から供給されるため、コイルエンド部32の外周面を中心に冷却が行われることになる。なお、径方向外側から供給された油は、導体間空隙35を通過して径方向内側へ向かうが、径方向壁部54が挿入されていない導体間空隙35が大きい領域には径方向内側から油が飛来してくる。そのため、径方向外側から供給された油の大部分は、径方向壁部54が挿入されている導体間空隙35が小さい領域を通過して径方向内側へ向かうことになる。よって、本実施形態においては、油が導体間空隙35を径方向内側へ通過する際における、油と軸方向導体部33との間の熱交換が行われる割合が高くなるように構成されている。また、軸方向導体部33に付着した油が重力や表面張力等の力を受け周方向導体部34に流れた際や、周壁部51に付着した油が直接周方向導体部34に供給された際には、周方向導体部34の冷却が行われる。
The oil adhering to the
また、カバー部材50やコイルエンド部32との衝突によって軸方向におけるステータコア21側と反対側に飛散した油は、カバー部材50の端壁部52に衝突し、当該端壁部52に付着するため、油が周壁部51の軸方向におけるステータコア側と反対側に飛び出すことが抑制されている。
Further, the oil splashed to the opposite side of the
噴射孔3から噴射された油は、コイルエンド部32を冷却した後、切り欠き部53を介してカバー部材50の外部に排出され、図示しない油路等を通って油貯留部に蓄えられる。そして、コイルエンド部32等の熱を奪って温められた油は、その後オイルクーラーに循環されて冷却され、再度、コイルエンド部32を含む回転電機1を冷却するために用いられる。
The oil injected from the
〔その他の実施形態〕
(1)上記の実施形態においては、噴射孔3がロータコアを軸方向両側から挟持するリテーナ13に形成されている場合を例として説明した、しかし、本発明の実施形態はこれに限定されるものではない。すなわち、噴射孔3は、ロータ10或いはロータ10と一体回転する部材であれば何れの部材に設けられていてもよく、例えば、噴射孔3が、回転軸11の外周面に回転軸内油路8と連通する状態で設けられている構成とすることも本発明の好適な実施形態の一つである。
[Other Embodiments]
(1) In the above embodiment, the case where the
(2)上記の実施形態においては、噴射孔3が、コイルエンド部32の軸方向導体部33へ向けて油を噴射するように構成されている場合を例として説明した。しかし、本発明の実施形態はこれに限定されるものではない。すなわち、噴射孔3が、軸方向導体部33と周方向導体部34の双方、或いは周方向導体部34のみに向けて油を噴射する構成とすることも本発明の好適な実施形態の一つである。
(2) In the above embodiment, the case where the
(3)上記の実施形態においては、コイル30がステータコア21に巻装可能な所定形状に予め形成されており、コイル30を形成する線状導体が矩形断面を有している場合を例として説明した。しかし、本発明の実施形態はこれに限定されるものではない。すなわち、コイル30を形成する線状導体が、例えば円形等の矩形断面以外の断面形状を有する構成とすることも、本発明の好適な実施形態の一つである。また、コイル30が、ステータコア21に巻装可能な所定形状に予め形成されていない構成とすることも本発明の好適な実施形態の一つである。
(3) In the above embodiment, the case where the
(4)上記の実施形態においては、コイルエンド部32の軸方向導体部33は、軸方向導体部33同士が周方向に重なることなく配置されている場合を例として説明した。しかし、本発明の実施形態はこれに限定されるものではなく、コイルエンド部32の形状は、適宜変更可能である。
(4) In the embodiment described above, the
(5)上記の実施形態においては、カバー部材50が、周壁部51に加え、端壁部52、及び径方向壁部54を備え、周壁部51、端壁部52、及び径方向壁部54が一体的に形成されている場合を例として説明した。しかし、本発明の実施形態はこれに限定されるものではない。すなわち、カバー部材50が複数の部品を組み合わせて形成される構成とすることも、本発明の好適な実施形態の一つである。また、カバー部材50が、端壁部52及び径方向壁部54の何れか一方或いは双方を備えない構成とすることも本発明の好適な実施形態の一つである。
(5) In the above embodiment, the
(6)上記の実施形態においては、周壁部51が、コイルエンド部32の外周面における軸方向の略全域を覆うように形成されている場合を例として説明した。しかし、本発明の実施形態はこれに限定されるものではない。すなわち、周壁部51が、コイルエンド部32の外周面における軸方向の一部の領域を覆うように構成することも本発明の好適な実施形態の一つである。
(6) In the above embodiment, the case where the
(7)上記の実施形態においては、周壁部51が、周方向の一部に切り欠き部53を有し、当該切り欠き部53を介してカバー部材50の内部と外部とが連通されている場合を例として説明した。しかし、本発明の実施形態はこれに限定されるものではない。すなわち、周壁部51が切り欠き部53を有さない構成とすることも本発明の好適な実施形態の一つである。
(7) In the above embodiment, the
(8)上記の実施形態においては、カバー部材50は、導体間空隙35と同数の径方向壁部54を有し、径方向壁部54が導体間空隙35の全てに挿入される構成を例として説明した。しかし、本発明の実施形態はこれに限定されるものではない。すなわち、例えば、回転電機1の使用状態において、ステータ20の中心軸心より上方にある導体間空隙35のみに径方向壁部54が挿入される構成とすることや、導体間空隙35の半数に径方向壁部54が挿入される構成とすることも本発明の好適な実施形態の一つである。
(8) In the above embodiment, the
(9)上記の実施形態においては、カバー部材50が取り付けられた状態において、径方向壁部54は、ステータコア21の軸方向端部に対して所定の間隔を空けて配置されている場合を例として説明した。しかし、本発明の実施形態はこれに限定されるものではない。すなわち、カバー部材50が取り付けられた状態において、径方向壁部54は、ステータコア21の軸方向端部と当接する構成とすることも本発明の好適な実施形態の一つである。
(9) In the above embodiment, in the state in which the
(10)上記の実施形態においては、カバー部材50が絶縁材料で形成され、ケース4とコイルエンド部32との間の絶縁性を確保するための絶縁空間2に配設されている場合を例として説明した。しかし、本発明の実施形態はこれに限定されるものではない。すなわち、カバー部材50が絶縁材料で形成されない構成とすることも本発明の好適な実施形態の一つである。
(10) In the above embodiment, an example is given in which the
(11)上記の実施形態においては、回転電機1は三相交流で駆動される回転電機である場合を例として説明した、しかし、本発明の実施形態はこれに限定されるものではない。すなわち、回転電機1が、三相交流以外の電力により駆動される回転電機とすることも本発明の好適な実施形態の一つである。
(11) In the above embodiment, the case where the rotating
本発明は、円筒状のステータコアとコイルとを有するステータ、及びこのステータの径方向内側に回転可能に支持されたロータを備え、ステータコアの軸方向端部から突出するコイルのコイルエンド部を冷却する必要がある公知の各種回転電機に好適に利用することができる。 The present invention includes a stator having a cylindrical stator core and a coil, and a rotor rotatably supported on the radially inner side of the stator, and cools a coil end portion of a coil protruding from an axial end portion of the stator core. It can utilize suitably for the well-known various rotary electric machine which needs.
1:回転電機
2:絶縁空間
3:噴射孔
10:ロータ
20:ステータ
21:ステータコア
22:スロット
30:コイル
31:スロット導体部
32:コイルエンド部
33:軸方向導体部
34:周方向導体部
35:導体間空隙
50:カバー部材
51:周壁部
52:端壁部
53:切り欠き部
54:径方向壁部
1: rotating electric machine 2: insulating space 3: injection hole 10: rotor 20: stator 21: stator core 22: slot 30: coil 31: slot conductor part 32: coil end part 33: axial conductor part 34: circumferential conductor part 35 : Inter-conductor gap 50: Cover member 51: Peripheral wall portion 52: End wall portion 53: Notch portion 54: Radial wall portion
Claims (11)
前記ロータ或いは前記ロータと一体回転する部材に設けられ、前記コイルエンド部の径方向内側から前記コイルエンド部へ向けて冷媒を噴射する噴射孔と、
前記コイルエンド部の外周面を覆う円筒状の周壁部を有するカバー部材と、
を備えた回転電機の冷却構造。 A coolant is circulated through a stator having a cylindrical stator core and a coil, and a rotating electrical machine including a rotor rotatably supported on the radially inner side of the stator, and the coil protrudes from an axial end of the stator core. A cooling structure for a rotating electrical machine that cools a coil end portion,
An injection hole that is provided in the rotor or a member that rotates integrally with the rotor, and that injects the refrigerant from the radially inner side of the coil end portion toward the coil end portion;
A cover member having a cylindrical peripheral wall portion covering the outer peripheral surface of the coil end portion;
A cooling structure for a rotating electrical machine.
前記カバー部材は、前記ステータの径方向に沿って放射状に配置され、隣接する2つの前記軸方向導体部間の空隙である導体間空隙に挿入される複数の径方向壁部を有する請求項1又は2に記載の回転電機の冷却構造。 The stator core has a plurality of slots provided at predetermined intervals along a circumferential direction, and the coil end portion includes an axial conductor portion extending in an axial direction from a slot conductor portion inserted in each slot; A circumferential conductor portion that connects the two axial conductor portions by connecting different slots in the circumferential direction;
The said cover member is radially arranged along the radial direction of the stator, and has a plurality of radial wall portions that are inserted into inter-conductor gaps that are gaps between two adjacent axial conductor portions. Or the cooling structure of the rotary electric machine of 2.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2009006917A JP2010166709A (en) | 2009-01-15 | 2009-01-15 | Cooling structure of rotating electrical machine |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2012110137A (en) * | 2010-11-18 | 2012-06-07 | Toyota Motor Corp | Rotating electric machine |
CN110311512A (en) * | 2018-03-20 | 2019-10-08 | 本田技研工业株式会社 | Rotating electric machine |
-
2009
- 2009-01-15 JP JP2009006917A patent/JP2010166709A/en active Pending
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