JP2010172132A - Rotating electric machine and method for cooling the rotating electric machine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、回転電機及び回転電機の冷却方法に関し、特に、回転電機の回転子を冷却するために用いて好適なものである。 The present invention relates to a rotating electrical machine and a method for cooling a rotating electrical machine, and is particularly suitable for use in cooling a rotor of a rotating electrical machine.
固定子(ステータ)と回転子(ロータ)とを備えたモータ等の回転電機では、回転子の鉄心の鉄損等によって回転子が発熱する。この回転子は、固定子よりも軸心側に設けられており、回転子の外周面は固定子の内周面に近接している。よって、回転子が固定子で発生した熱を受けることにもなる。しかるに、回転子から回転電機の外部に熱を伝達するに適した固体部材は、一般的に断面積の小さい回転シャフトに限られるため、回転子で発生した熱を外に逃がすことが難しい。
また、回転子の磁極として永久磁石を用いた場合には、永久磁石の温度が上昇すると永久磁石が減磁してしまい、永久磁石の磁石としての機能が低下してしまう虞がある(すなわち、回転子としての機能が低下してしまう虞がある)。
In a rotating electrical machine such as a motor having a stator (stator) and a rotor (rotor), the rotor generates heat due to iron loss of the rotor core. The rotor is provided on the axial center side with respect to the stator, and the outer peripheral surface of the rotor is close to the inner peripheral surface of the stator. Therefore, the rotor also receives heat generated by the stator. However, since the solid member suitable for transferring heat from the rotor to the outside of the rotating electrical machine is generally limited to the rotating shaft having a small cross-sectional area, it is difficult to release the heat generated in the rotor to the outside.
When a permanent magnet is used as the magnetic pole of the rotor, the permanent magnet is demagnetized when the temperature of the permanent magnet rises, and the function of the permanent magnet as a magnet may be reduced (that is, There is a possibility that the function as a rotor is lowered).
そこで、従来から、回転電機の回転子を冷却するための技術がある。
特許文献1〜3には、回転電機の軸心部分に設けられた回転シャフトの中空部分に形成された油路から連通する油路を、回転子の鉄心の内部において径方向に形成するようにする技術が開示されている。
Therefore, conventionally, there is a technique for cooling the rotor of the rotating electrical machine.
In Patent Documents 1 to 3, an oil passage communicating with an oil passage formed in a hollow portion of a rotating shaft provided in a shaft portion of a rotating electrical machine is formed radially in the iron core of the rotor. Techniques to do this are disclosed.
しかしながら、前述した特許文献1〜3に記載の技術では、回転子の鉄心としての機能を確保する必要があるため、鉄心の内部に多数の油路を形成したり大きな油路を形成したりすることが困難である。したがって、冷却油と回転子の鉄心との接触面積が小さくなるので、回転子の温度上昇を抑制することが困難であるという問題点があった、 However, in the techniques described in Patent Documents 1 to 3 described above, since it is necessary to ensure the function as the iron core of the rotor, a large number of oil passages or large oil passages are formed inside the iron core. Is difficult. Therefore, since the contact area between the cooling oil and the iron core of the rotor is small, there is a problem that it is difficult to suppress the temperature rise of the rotor.
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、回転電機の回転子の温度上昇を従来よりも抑制できるようにすることを目的とする。 The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to make it possible to suppress an increase in the temperature of a rotor of a rotating electrical machine more than in the past.
本発明の回転電機は、周方向に延在するヨークと、当該ヨークから径方向に延在するティースと、前記ティースに対して巻き回されているコイルとを有する固定子と、外周面が前記固定子の内周面と間隔を有して対向するように、前記固定子の軸心と軸心が同一になる位置に配置された回転子と、外周面が前記回転子の内周面より軸心側となるように、前記固定子及び前記回転子の軸心と軸心が同一になる位置に配置された回転シャフトと、前記回転子の内周面と、前記回転シャフトの外周面との間に配置された回転子保持部材とを有し、前記回転子保持部材は、前記軸心の方向に延在する外周面と内周面とを有し、前記回転子保持部材の外周面は、前記回転子の内周面と当接しており、前記回転子保持部材の内周面は、前記回転シャフトの外周面と当接する当接領域と、前記回転シャフトの外周面と間隔を有している非当接領域とを有し、前記回転子保持部材の内周面の非当接領域に冷却媒体が供給されることを特徴とする。 The rotating electrical machine according to the present invention includes a yoke extending in the circumferential direction, a tooth extending in the radial direction from the yoke, a stator wound around the teeth, and an outer peripheral surface of the stator. A rotor disposed at a position where the axis and the center of the stator are the same so as to be opposed to the inner peripheral surface of the stator with a gap, and an outer peripheral surface is more than the inner peripheral surface of the rotor A rotation shaft disposed at a position where the axis and the axis of the stator and the rotor are the same so as to be on the axis side, an inner circumferential surface of the rotor, and an outer circumferential surface of the rotation shaft; A rotor holding member disposed between the rotor holding member, the rotor holding member having an outer peripheral surface and an inner peripheral surface extending in a direction of the axis, and the outer peripheral surface of the rotor holding member Is in contact with the inner peripheral surface of the rotor, and the inner peripheral surface of the rotor holding member is A contact region that contacts the peripheral surface, and a non-contact region that is spaced from the outer peripheral surface of the rotating shaft, and a cooling medium is provided in the non-contact region of the inner peripheral surface of the rotor holding member. It is characterized by being supplied.
本発明の回転電機の冷却方法は、周方向に延在するヨークと、当該ヨークから径方向に延在するティースと、前記ティースに対して巻き回されているコイルとを有する固定子と、外周面が前記固定子の内周面と間隔を有して対向するように、前記固定子の軸心と軸心が同一になる位置に配置された回転子と、外周面が前記回転子の内周面より軸心側となるように、前記固定子及び前記回転子の軸心と軸心が同一になる位置に配置された回転シャフトと、前記回転子の内周面と、前記回転シャフトの外周面との間に配置された回転子保持部材とを有し、前記回転子保持部材は、前記軸心の方向に延在する外周面と内周面とを有し、前記回転子保持部材の外周面は、前記回転子の内周面と当接しており、前記回転子保持部材の内周面は、前記回転シャフトの外周面と当接する当接領域と、前記回転シャフトの外周面と間隔を有している非当接領域とを有する回転電機の冷却方法であって、前記回転子保持部材の内周面の非当接領域に冷却媒体を供給する供給工程を有することを特徴とする。 A cooling method for a rotating electric machine according to the present invention includes a stator having a yoke extending in a circumferential direction, teeth extending in a radial direction from the yoke, and a coil wound around the teeth, A rotor disposed at a position where the axial center of the stator and the axial center are the same so that the surface faces the inner peripheral surface of the stator with an interval, and an outer peripheral surface of the inner surface of the rotor A rotation shaft disposed at a position where the axis and the axis of the stator and the rotor are the same so as to be closer to the axis side than the circumferential surface; an inner circumferential surface of the rotor; and A rotor holding member disposed between the rotor holding member and the outer peripheral surface, the rotor holding member having an outer peripheral surface and an inner peripheral surface extending in a direction of the axis, and the rotor holding member. An outer peripheral surface of the rotor is in contact with an inner peripheral surface of the rotor, and an inner peripheral surface of the rotor holding member is A cooling method for a rotating electrical machine, comprising: a contact region that contacts the outer peripheral surface of the shaft; and a non-contact region that is spaced from the outer peripheral surface of the rotary shaft, the inner peripheral surface of the rotor holding member A supply step of supplying a cooling medium to the non-contact area.
本発明によれば、回転子の内周面と当接している外周面と、回転シャフトの外周面と当接する当接領域と、回転シャフトの外周面と間隔を有する非当接領域とを有する内周面とを有する回転子保持部材の内周面に、冷却媒体を供給するようにした。したがって、従来よりも広い領域において回転子との熱交換を行うことが可能になる。よって、回転電機の回転子の温度上昇を従来よりも抑制することができる。 According to the present invention, the outer peripheral surface is in contact with the inner peripheral surface of the rotor, the contact region is in contact with the outer peripheral surface of the rotary shaft, and the non-contact region is spaced from the outer peripheral surface of the rotary shaft. The cooling medium is supplied to the inner peripheral surface of the rotor holding member having the inner peripheral surface. Therefore, heat exchange with the rotor can be performed in a wider area than before. Therefore, the temperature rise of the rotor of the rotating electrical machine can be suppressed more than before.
(第1の実施形態)
以下、図面を参照しながら、本発明の第1の実施形態を説明する。
図1は、回転電機の一例であるIPMモータの構成の一例を示す図である。具体的に図1では、IPMモータの回転軸(回転シャフト15の回転軸)を通り、且つ、当該回転軸に沿って切った場合のIPMモータの断面図の一例を示す。また、図2は、図1のA−A´方向から見たIPMモータの断面図である。尚、図1において、符号16h以外の符号が指している部分が断面である。また、本実施形態では、IPMモータが電気自動車等の車両駆動モータとして用いられる場合を例に挙げて説明する。また、各図では、説明の都合上、必要な部分の概略だけを示している。
(First embodiment)
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a configuration of an IPM motor that is an example of a rotating electrical machine. Specifically, FIG. 1 shows an example of a cross-sectional view of the IPM motor when passing along the rotation axis of the IPM motor (the rotation axis of the rotation shaft 15) and cutting along the rotation axis. FIG. 2 is a cross-sectional view of the IPM motor viewed from the AA ′ direction in FIG. In addition, in FIG. 1, the part which codes | symbols other than the code |
図1、図2において、IPMモータ10は、固定子(ステータ)11と、永久磁石13a〜13hを備えた回転子(ロータ)12と、ケース14と、回転シャフト15と、回転子保持部材16と、冷却媒体供給部材17と、端面板18とを有している。
1 and 2, an
固定子11は、周方向に延在するヨークと、ヨークの内周側から軸心方向に延在する複数のティースとを有している。複数のティースは、周方向において略等間隔で設けられている(図21に示す例では、12個のティースが設けられている)。尚、ティースには、コイルが巻き回されている。本実施形態では、コイルが分布巻である場合を例に挙げて説明する。したがって、図2に示すように、IPMモータ10には、コイルエンド19a〜19dが存在している。ただし、コイルは分布巻に限定されるものではなく、集中巻であってもよい。
The
回転子12は、肉厚の中空円筒形状を有し、その外周面が、回転子211のティースの先端面と所定の間隔を有して相互に対向し、且つ、その軸心(回転軸)が固定子11の軸心と同一となる位置に配置される。
このような回転子12は、外周側において円周方向に相互に間隔を有して複数の孔が形成された円形の複数の電磁鋼板をその厚み方向に積み重ねることにより構成された鉄心と、鉄心に形成された孔に埋め込まれた(挿入された)複数の永久磁石13a〜13hとを有している。そして、本実施形態では、永久磁石13a〜13hのうち、相対的に回転子12の回転軸側で相互に隣接している2つの永久磁石(例えば永久磁石13a、13b)により回転子12の1つのポール(極)を形成するようにしている。
The
Such a
ケース14は、焼き嵌め等が行われることにより、固定子11の周囲(外周)から固定子11に密接して、固定子11を固定する。ケース14は、例えば、鉄等の磁性体あるいはアルミニウム等の非磁性体により構成される。
回転シャフト15は、回転子12を回転させるためのものであり、その軸心(回転軸)がIPMモータ10の軸心(回転軸)と一致するように、回転子12の内周面よりも軸心側に配置されている。尚、以下の説明では、IPMモータ10の回転軸、軸心(回転シャフト15の回転軸、軸心)を必要に応じて回転軸又は軸と略称する。
When the
The
回転シャフト15は、中空円筒形状を有し、その中空部が、図示しないポンプにより供給される冷却媒体31が通る冷却媒体路となっている。また、回転シャフト15の側面のうち、後述する回転子保持部材16の内周面が当接していない領域のうち、IPMモータ10の軸心方向の中央に近い領域には、回転シャフト15の外周面と内周面との間を貫通する孔15a〜15dが形成されている。尚、冷却媒体31は、IPMモータ10に付随するベアリングあるいは動力伝達部(ギヤ等)にATF(Automatic Transmission Fluid)等の潤滑油が使用されている場合には、当該潤滑油を用いることが好ましい。また、冷却媒体31はIPMモータの下部に溜まっており、前述のポンプにより前述の冷却媒体路に供給され、循環されるが、その循環経路において冷却媒体31を熱交換器で冷却するようにすることができる。
The rotating
回転子保持部材16は、その軸心がIPMモータ10の軸心(回転軸)と一致するように、回転シャフト15の外周面と、回転子12(の鉄心)の内周面との間に設けられる。回転子保持部材16は、回転子12(の鉄心)を保持する機能と、回転子12(の鉄心)を冷却する機能とを有する。回転子保持部材16は、機械的強度および熱伝導率の点から金属製であることが好ましい。
The
回転子保持部材16は、IPMモータ10の軸心方向に延在する外周面と内周面とを有している。本実施形態では、回転子保持部材16の外周面は、回転子12(の鉄心)の内周面全体と当接している。また、回転子保持部材16の内周面には、回転シャフト15の外周面と当接する領域と、回転シャフト15の外周面と間隔を有している領域とがある。本実施形態では、IPMモータ10の軸心方向の中央付近で回転子保持部材16の内周面と回転シャフト15の外周面とが当接し、回転子保持部材16の内周面のそれ以外の領域では、回転子保持部材16の内周面と回転シャフト15の外周面とは間隔を有している。
尚、以下の説明では、回転子保持部材16の内周面のうち、回転シャフト15の外周面と当接する領域を、必要に応じて、回転子保持部材16の内周面の当接領域、或いは単に当接領域と称する。また、回転子保持部材16の内周面のうち、回転シャフト15の外周面と間隔を有している領域を、必要に応じて、回転子保持部材16の内周面の非当接領域、或いは単に非当接領域と称する。
In the following description, the region of the inner peripheral surface of the
図3は、回転子保持部材16の内周面の非当接領域を流れる冷却媒体31の様子の一例を概念的に示す図である。
図3に示すように、本実施形態では、回転子保持部材16の内周面の非当接領域と、回転子12の軸心との間隔が、IPMモータ10(回転子保持部材16)の軸心方向の端部に向かうほど大きくなるように、回転子保持部材16の内周面の非当接領域は傾斜している。このように、回転シャフト15の孔15a〜15dから流れ出た冷却媒体31を、回転子12の回転により冷却媒体31に作用する遠心力により、回転子保持部材16の内周面の非当接領域に形成されている傾斜に沿って(すなわち、当該傾斜の相対的に上側の領域から下側の領域に向けて)流すことで、冷却媒体31を当該傾斜に沿って軸方向に流れ易くすることができる。図面においては当該傾斜を説明の都合上やや誇張して描いているが、回転子の回転速度と冷却媒体の流量に適した傾斜角度を選択できる。
FIG. 3 is a diagram conceptually illustrating an example of the state of the cooling
As shown in FIG. 3, in the present embodiment, the distance between the non-contact area of the inner peripheral surface of the
また、図3に示すように、本実施形態では、回転子保持部材16の内周面の非当接領域には、軸方向において所定の間隔を有するように、複数の凸部16a〜16jが回転子保持部材16の周方向に形成されている。複数の凸部16a〜16jは、回転子12の回転に伴う回転子保持部材16の回転が起こっても、非当接領域の周方向において冷却媒体31が滞留してしまうことを可及的に抑制することができる程度の高さと断面形状を有している。このようにすることで、回転シャフト15の孔15a〜15dから流れ出た冷却媒体31の少なくとも一部が、回転シャフト15の回転に伴う回転子保持部材16の回転により、複数の凸部16a〜16jで一時的にせき止められ、回転子保持部材16の内周面を周方向に移動する。したがって、回転シャフト15の孔15a〜15dから流れ出た冷却媒体31を、回転子保持部材16の内周面の周方向に広がり流れ易くすることができる。
As shown in FIG. 3, in the present embodiment, the non-contact region on the inner peripheral surface of the
本実施形態では、以上のようにして回転子保持部材16を構成することで、回転シャフト15の孔15a〜15dから流れ出た冷却媒体31を、可及的に回転子保持部材16の内周面全体に行き渡らせるようにすることができる。
前述したように回転子保持部材16の外周面は、回転子12の内周面と当接しており、回転子12(の鉄心)と回転子保持部材16とが熱交換を行う。そして、回転子保持部材16は冷却媒体31により冷却される。すなわち、回転子保持部材16は、冷却媒体31により冷却されながら、回転子12(の鉄心)と熱交換を行う。これにより、回転子12の温度を低下させることが可能になる。本実施形態では、このようにして回転子12の温度を低下させるので、金属などの熱伝導度の大きな材料で回転子保持部材16を形成するのが好ましい。
In the present embodiment, by configuring the
As described above, the outer peripheral surface of the
冷却媒体供給部材17は、回転シャフト15の中空部である油路内に配置され、駆動装置20の制御に従って軸方向に移動し、回転シャフト15の孔15a〜15dを開放したり、閉鎖したりする機能を有する。
図4は、冷却媒体供給部材17が、回転シャフト15の孔15a〜15dを開放している様子の一例(図4(a))と、冷却媒体供給部材17が、回転シャフト15の孔15a〜15dを閉鎖している様子の一例(図4(b))とを示す図である。
The cooling
FIG. 4 shows an example (FIG. 4A) in which the cooling
本実施形態では、冷却媒体供給部材17は、中空円筒形状を有している。また、冷却媒体供給部材17には、冷却媒体供給部材17の外周面と内周面との間を貫通する孔17a〜17lが形成されている。これらの孔17a〜17lによって、回転シャフト15内の冷却媒体路に供給された冷却媒体31が、冷却媒体供給部材17の内外を行き来することができる(すなわち、回転シャフト15内の冷却媒体路全体に冷却媒体31を行き渡らせることができる)。
In the present embodiment, the cooling
また、冷却媒体供給部材17の外周面には、複数の凸部17m〜17pが形成されている。これら複数の凸部17m〜17pは、回転シャフト15の孔15a〜15dとの相対的な位置関係が同じになる位置に形成されている。更に、複数の凸部17m〜17pの周方向の面の面積が、回転シャフト15の孔15a〜15dの面積以上となるようにしている。
Further, a plurality of
前述したように冷却媒体供給部材17は、駆動装置20によって軸方向に移動する。駆動装置20は、IPMモータ10の所定の位置における温度信号、例えば、IPMモータ10の駆動条件により予測される回転子12の所定の位置における温度の推定値、あるいは回転子保持部材16の内周面から固定子11のコイルエンド19aに流れ落ちる冷却媒体の温度を測定する温度計からの信号に基づいて、回転子保持部材16の内周面に流す冷却媒体の所要流量を判定する。この判定に基づき冷却媒体31の流量を増加させる場合には、駆動装置20は、冷却媒体供給部材17を図4(b)に示す白抜きの矢印の方向に所要距離だけ移動させる。これにより、回転シャフト15の孔15a〜15dの開口度が増加し、前述したようにして冷却媒体31が回転子支持部材16に流れる流量を増加させることができる。
As described above, the cooling
また、前述の判定に基づき冷却媒体31の流量を減少させる場合には、駆動装置20は、冷却媒体供給部材17を図4(a)に示す白抜きの矢印の方向に所要距離だけ移動させる。これにより、回転シャフト15の孔15a〜15dの開口度が減少し、冷却媒体31が回転子保持部材16に流れ出る流量を減少させることができる。そして、回転子12の所定の位置における温度が所定値以下であり、冷却の必要がないと判定された場合には、その間、駆動装置20は、冷却油供給部材17の位置を図4(b)に示す位置に移動し保持し続ける(すなわち、駆動装置20は、冷却油供給部材17の動作を制御しない)。
本実施形態では、駆動装置20が以上のような制御を行うことにより、冷却媒体供給部材17が、回転シャフト15の孔15a〜15dの開口度を調整する。開口度の調整は、回転シャフト15の孔15a〜15dを全開及び全閉してもよいし、回転シャフト15の孔15a〜15dの一部を開閉してもよいし、これらを組み合わせてもよい。尚、駆動装置20は、温度計からの信号を受信するインターフェースと、マイクロコンピュータと、冷却媒体供給部材17を駆動するための機構部品とを用いることにより実現される。
Further, when the flow rate of the cooling
In the present embodiment, the cooling
端面板18は、回転子12の鉄心が軸方向に広がるのを押さえるとともに、永久磁石18が回転子12の鉄心から抜けないようにするためのものであり、回転子12の軸方向における端面に形成されている。本実施形態では、回転子保持部材16の内周面の非当接領域から流れ出た冷却媒体31が、固定子11と回転子12の近接するすき間に浸入するのを防ぐとともに、コイルエンド19a〜19dの発熱量が大きい所定の位置にかかるように端面板18が傾斜している。このようにすることにより、固定子11と回転子12との間に冷却媒体が浸入することによるモータの効率の低下を回避するとともに、回転子12を冷却する際に、固定子11(コイルエンド19a)も併せて冷却することができる。
尚、回転子保持部材16の内周面の非当接領域から流れ出た冷却媒体31が、コイルエンド19a〜19dにかかるように端面板18が配置されていれば、必ずしも端面板18を傾斜する必要はない。また、端面板18に、回転子保持部材16の内周面の非当接領域から流れ出た冷却媒体31をコイルエンド19a〜19dに誘導するための溝及び、冷却媒体31を飛沫にするための突起の少なくとも何れか一方を、前記傾斜に加えて、又は前記傾斜に代えて形成するようにしてもよい。
The end face plate 18 is for preventing the iron core of the
In addition, if the end surface plate 18 is arrange | positioned so that the cooling
回転子保持部材16から流れ出た冷却媒体31は、以上のようにして端面板18を流れた後、又は、回転子保持部材16から直接、IPMモータ10の下部に排出される。すなわち、本実施形態では、IPMモータ10の下部の領域に溜まっている冷却媒体31を、IPMモータ10の下部の領域→回転シャフト15→回転子保持部材16(→端面板18)→IPMモータ10の下部の領域の経路で循環させるようにしている。
The cooling
以上のように本実施形態では、"回転子12(の鉄心)の内周面全体と当接している外周面"と、"回転シャフト15の外周面と当接する当接領域と、回転シャフト15の外周面と間隔を有する非当接領域とを有する内周面"とを有する回転子保持部材16の内周面に、回転シャフト15に形成された孔15a〜15dから冷却媒体31を流すようにした。したがって、回転子保持部材16は、冷却媒体31により冷却されながら回転子12(の鉄心)と熱交換を行うことができる。回転子保持部材16の外周面は、回転子12(の鉄心)の内周面全体と当接しているので、冷却媒体31は従来よりも広い領域で回転子12との熱交換を行うことができる。したがって、回転子12の冷却を効率的に行うことができ、回転子12の温度上昇を従来よりも抑制することができる。これにより、永久磁石13a〜13dの温度が上昇し、永久磁石13a〜13dの磁石としての機能が低下してしまうことを従来よりも抑制することができる。よって、例えば、永久磁石13a〜13dとして、例えば希少元素の添加量を増やして耐熱性を向上させたネオジウム−鉄−ボロン(Ne−Fe−B)のような、高価な材料を用いなくてもよくなる。
As described above, in this embodiment, “the outer peripheral surface in contact with the entire inner peripheral surface of the rotor 12 (iron core)”, “the contact region in contact with the outer peripheral surface of the
また、本実施形態では、軸方向の端部の方向に向かい広がる勾配の傾斜を回転子保持部材16の内周面の非当接領域に形成するようにしたので、回転子12の回転に伴い冷却媒体に作用する遠心力により、冷却媒体31を、当該傾斜に沿って、軸方向に流れ易くすることができる。
また、本実施形態では、軸方向において所定の間隔を有するように、複数の凸部16a〜16jを回転子保持部材16の内周面の非当接領域において円周方向に形成するようにしたので、回転子保持部材16の内周面における周方向に冷却媒体31を広げて流れ易くすることができる。
したがって、回転子保持部材16の内周面全体にわたって冷却媒体31を流すことができる。
Further, in the present embodiment, since the slope of the gradient spreading toward the end of the axial direction is formed in the non-contact area of the inner peripheral surface of the
In the present embodiment, the plurality of
Therefore, the cooling
また、本実施形態では、例えばIPMモータ10の所定の位置における温度に基づき、冷却媒体供給部材17が、回転シャフト15の孔15a〜15dの開口度を調整するようにしたので、回転シャフト15の孔15a〜15dの開口度が小さい場合にはポンプの吐出量を低く抑えることができ、ポンプの駆動エネルギーの無駄を抑制することができる。
また、本実施形態では、回転子保持部材16の内周面の非当接領域から流れ出た冷却媒体31が、コイルエンド19a〜19dにかかるように端面板18の形状を加工するようにしたので、回転子12を冷却する際に、固定子11(コイルエンド19a)も併せて冷却することができる。
In the present embodiment, for example, the cooling
Further, in the present embodiment, the shape of the end face plate 18 is processed so that the cooling
尚、回転子保持部材16の内周面の非当接領域に、前述したような傾斜や凸部16a〜16jを設けるようにすれば、前述した効果が得られるので好ましいが、必ずしもこのようにする必要はない。回転子12の回転に伴い回転子保持部材が回転することによって、回転子保持部材16の内周面の非当接領域に供給した冷却媒体は、遠心力により圧縮され当該内周面の軸端の開放部から押し出されるからである。
また、冷却媒体供給部材17を設けなくても、回転シャフト15の孔15a〜15dから回転子保持部材16の内周面の非当接領域に冷却媒体31を流すことができるので、必ずしも冷却媒体供給部材17及び駆動装置20を設ける必要はない。
It should be noted that it is preferable to provide the above-described slopes and
Further, since the cooling
また、IPMモータ10の下部に溜まっている冷却媒体31を外気又は水冷により冷却してから回転子保持部材16に供給するようにしてもよい。
また、冷却媒体31の循環を、ポンプではなく、回転子12の回転により回転シャフト15の孔15a〜15dを通る冷却媒体31に作用する遠心力を利用して行うようにしてもよい。この場合には、回転子保持部材16の内周面の非当接領域に供給される冷却媒体の流量は、回転体の回転数が高いほど増加する。また、同じ回転数における前記冷却媒体の流量は、回転シャフト15の孔15a〜15dの断面積及び、孔15a〜15dの外周側出口の軸心からの距離により調整することができる。
Further, the cooling
Further, the circulation of the cooling
(第2の実施形態)
次に、本発明の第2の実施形態について説明する。前述した第1の実施形態では、駆動装置20により、回転シャフト15の孔15a〜15dを必要に応じて開放したり閉鎖したりした。これに対し、本実施形態では、回転シャフト15の孔15a〜15dを開放し続けるようにする。このように本実施形態と前述した第1の実施形態とは、回転シャフト15の孔15a〜15dに冷却媒体31を誘導する構成が主として異なる。したがって、本実施形態の説明において、前述した図1〜図4と同じ部分については、図1〜図4に付した符号と同一の符号を付す等して詳細な説明を省略する。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described. In the first embodiment described above, the
図5は、回転電機の一例であるIPMモータの構成の一例を示す図である。図5は、図1に対応する図である。
本実施形態のIPMモータ50は、図1に示したIPMモータ10の冷却媒体供給部材17の代わりに、冷却媒体供給部材51を有している。また、本実施形態では、図1に示した駆動装置20は使用しない。
FIG. 5 is a diagram illustrating an example of a configuration of an IPM motor that is an example of a rotating electrical machine. FIG. 5 is a diagram corresponding to FIG.
The
図5において、冷却媒体供給部材51は、回転シャフト15の中空部である油路内に固定されている。本実施形態では、冷却媒体供給部材51は、中空円筒形状を有している。また、冷却媒体供給部材51の側面のうち、軸方向の先端の領域は回転シャフト15の内周面と当接しており、その他の領域は、回転シャフト15の内周面及び孔15a〜15dの部分と間隔を有している。
このように本実施形態では、回転シャフト15の油路として、動力伝達部に伝わる油路52aと、回転シャフト15の孔15a〜15dに伝わる冷却媒体路52bとを個別に形成するようにし(すなわち、これらの油路52a、冷却媒体52b間で冷却媒体31が行き来することがないようにし)、回転シャフト15の孔15a〜15dが一時的に閉鎖されることがないようにした。したがって、第1の実施形態で説明した効果のうち、回転シャフト15の孔15a〜15dを必要に応じて開口度を調整することによる効果は得られないが、特別な駆動装置を設けなくても、図示しない冷却媒体を循環させるポンプの吐出量を、IPMモータ10の所定の位置にける温度に基づいて調節することにより、回転子保持部材16の内周面の非当接領域に供給される冷却媒体の流量を調整することができるので、第1の実施形態のものに対して、省スペース化、低コスト化を実現することができる。
In FIG. 5, the cooling
Thus, in this embodiment, the
(第3の実施形態)
次に、本発明の第3の実施形態について説明する。前述した第1、第2の実施形態では、冷却媒体31を回転シャフト15の油路を経て、回転子保持部材16の内周面の非当接領域に供給した場合について説明した。これに対し、本実施形態では、回転子保持部材16に対して、回転シャフト15の油路を経ずに冷却媒体31を供給する場合について説明する。このように本実施形態と前述した第1、第2の実施形態とは、回転子保持部材16に対して冷却媒体を供給する構成が主として異なる。したがって、本実施形態の説明において、前述した第1、第2の実施形態と同じ部分については、図1〜図5に付した符号と同一の符号を付す等して詳細な説明を省略する。
(Third embodiment)
Next, a third embodiment of the present invention will be described. In the first and second embodiments described above, the case where the cooling
図6は、回転電機の一例であるIPMモータの構成の一例を示す図である。図5は、図1に対応する図である。
本実施形態のIPMモータ60は、図1に示したIPMモータ10、図5に示したIPMモータ50の冷却媒体供給部材17、51は有していない。また、本実施形態では、図1に示した駆動装置20は使用しない。また、本実施形態では、ノズル61a、61bが設けられている。ノズル61a、61bはそれぞれ、1個のノズルであっても、角度等が異なる複数個のノズルからなる構成であってもよい。
FIG. 6 is a diagram illustrating an example of a configuration of an IPM motor that is an example of a rotating electrical machine. FIG. 5 is a diagram corresponding to FIG.
The
ノズル61a、61bは、ケース14等に取り付けられ、図示しないポンプにより供給された冷却媒体31が、回転子保持部材16の内周面の非当接領域のうち、可及的に奥の方に到達するように、冷却媒体31を回転子保持部材16の内周面の非当接領域に吹き付ける。本実施形態では、このようにすることによって、前述した第1の実施形態で説明したのと同様に、回転子保持部材16の内周面全体にわたって冷却媒体31を流すことができる。このとき、冷却媒体31を回転子保持部材16の内周面の非当接領域に、流束として吹き付けても、液滴あるいは霧状に吹き付けてもよい。
また、本実施形態では、IPMモータ60の下部の領域→ノズル61a、61→IPMモータ60の下部の領域の経路で冷却媒体31を循環させるようにしている。また、前記循環経路に熱交換器を設けて冷却媒体31を冷却させるようにしてもよい。
以上のようにノズル61a、61bを用いても、前述した第1、第2の実施形態で説明した効果を得ることができる。尚、ノズル61a、61bを動かして、ノズル61a、61bの冷却媒体31の吹き付け方向を異ならせるようにしてもよい。
The
Further, in the present embodiment, the cooling
As described above, even when the
尚、前述した各実施形態では、ATF等の潤滑油を冷却媒体31として用いた場合を例に挙げて説明したが、冷却媒体31に潤滑油以外の冷却媒体(ATF等の潤滑油以外の油、又は油以外の液体、又は気体と液体の混合物)を、回転子保持部材16の内周面の非当接領域に供給するようにしてもよい。このようにした場合には、回転子保持部材16の内周面の非当接領域から流れ出た冷却媒体がIPMモータ10に付随するベアリングあるいはギヤ等の動力伝達部に使用されているATF等の潤滑油と混ざらないように、当該冷却媒体の循環路あるいは滞留部と、潤滑油の循環路あるいは滞留部を区分する部材を設けるようにする。
In each of the embodiments described above, the case where the lubricating oil such as ATF is used as the cooling
尚、前述した各実施形態では、回転電機としてIPMモータを例に挙げて説明したが、IPMモータ以外の回転電機であっても前述した各実施形態を適用することが可能である。 In each of the above-described embodiments, an IPM motor has been described as an example of a rotating electrical machine. However, the above-described embodiments can be applied to a rotating electrical machine other than an IPM motor.
また、前述した各実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。 In addition, each of the above-described embodiments is merely a specific example for carrying out the present invention, and the technical scope of the present invention should not be construed as being limited thereto. . That is, the present invention can be implemented in various forms without departing from the technical idea or the main features thereof.
10、50、60 IPMモータ
11 固定子
12 回転子
13 永久磁石
14 ケース
15 シャフト
16 回転子保持部材
17、51 冷却油供給部材
18 端面板
19 コイルエンド
20 駆動装置
61 ノズル
10, 50, 60
Claims (12)
外周面が前記固定子の内周面と間隔を有して対向するように、前記固定子の軸心と軸心が同一になる位置に配置された回転子と、
外周面が前記回転子の内周面より軸心側となるように、前記固定子及び前記回転子の軸心と軸心が同一になる位置に配置された回転シャフトと、
前記回転子の内周面と、前記回転シャフトの外周面との間に配置された回転子保持部材とを有し、
前記回転子保持部材は、前記軸心の方向に延在する外周面と内周面とを有し、
前記回転子保持部材の外周面は、前記回転子の内周面と当接しており、
前記回転子保持部材の内周面は、前記回転シャフトの外周面と当接する当接領域と、前記回転シャフトの外周面と間隔を有している非当接領域とを有し、
前記回転子保持部材の内周面の非当接領域に冷却媒体が供給されることを特徴とする回転電機。 A stator having a yoke extending in the circumferential direction, teeth extending in a radial direction from the yoke, and a coil wound around the teeth;
A rotor disposed at a position where the axis and the axis of the stator are the same so that the outer circumferential surface faces the inner circumferential surface of the stator with a gap;
A rotating shaft disposed at a position where the axial center of the stator and the rotor is the same so that the outer peripheral surface is on the axial side of the inner peripheral surface of the rotor;
A rotor holding member disposed between the inner peripheral surface of the rotor and the outer peripheral surface of the rotary shaft;
The rotor holding member has an outer peripheral surface and an inner peripheral surface extending in the direction of the axis,
The outer peripheral surface of the rotor holding member is in contact with the inner peripheral surface of the rotor,
The inner peripheral surface of the rotor holding member has a contact region that contacts the outer peripheral surface of the rotary shaft, and a non-contact region that is spaced from the outer peripheral surface of the rotary shaft,
A rotating electrical machine, wherein a cooling medium is supplied to a non-contact area of an inner peripheral surface of the rotor holding member.
前記傾斜の相対的に上側の領域から冷却媒体が供給されることを特徴とする請求項1に記載の回転電機。 In the non-contact area of the inner peripheral surface of the rotor holding member, the interval between the non-contact area of the inner peripheral surface of the rotor holding member and the axis of the rotor is in the direction of the axis. A slope that increases toward the end is formed,
The rotating electrical machine according to claim 1, wherein a cooling medium is supplied from a region relatively above the slope.
前記回転シャフトの側面には、当該回転シャフトの中と前記回転子保持部材の内周面の非当接領域とが連通する孔が形成されていることを特徴とする請求項1〜3の何れか1項に記載の回転電機。 A cooling medium flows in the rotating shaft,
4. The hole according to claim 1, wherein a hole is formed in a side surface of the rotary shaft so that the inside of the rotary shaft communicates with a non-contact area of the inner peripheral surface of the rotor holding member. The rotating electrical machine according to claim 1.
外周面が前記固定子の内周面と間隔を有して対向するように、前記固定子の軸心と軸心が同一になる位置に配置された回転子と、
外周面が前記回転子の内周面より軸心側となるように、前記固定子及び前記回転子の軸心と軸心が同一になる位置に配置された回転シャフトと、
前記回転子の内周面と、前記回転シャフトの外周面との間に配置された回転子保持部材とを有し、
前記回転子保持部材は、前記軸心の方向に延在する外周面と内周面とを有し、
前記回転子保持部材の外周面は、前記回転子の内周面と当接しており、
前記回転子保持部材の内周面は、前記回転シャフトの外周面と当接する当接領域と、前記回転シャフトの外周面と間隔を有している非当接領域とを有する回転電機の冷却方法であって、
前記回転子保持部材の内周面の非当接領域に冷却媒体を供給する供給工程を有することを特徴とする回転電機の冷却方法。 A stator having a yoke extending in the circumferential direction, teeth extending in a radial direction from the yoke, and a coil wound around the teeth;
A rotor disposed at a position where the axis and the axis of the stator are the same so that the outer circumferential surface faces the inner circumferential surface of the stator with a gap;
A rotating shaft disposed at a position where the axial center of the stator and the rotor is the same so that the outer peripheral surface is on the axial side of the inner peripheral surface of the rotor;
A rotor holding member disposed between the inner peripheral surface of the rotor and the outer peripheral surface of the rotary shaft;
The rotor holding member has an outer peripheral surface and an inner peripheral surface extending in the direction of the axis,
The outer peripheral surface of the rotor holding member is in contact with the inner peripheral surface of the rotor,
A cooling method for a rotating electrical machine, wherein the inner peripheral surface of the rotor holding member has a contact region that contacts the outer peripheral surface of the rotating shaft and a non-contact region that is spaced from the outer peripheral surface of the rotating shaft. Because
A cooling method for a rotating electrical machine, comprising a supplying step of supplying a cooling medium to a non-contact area of an inner peripheral surface of the rotor holding member.
前記供給工程は、前記傾斜の相対的に上側の領域から冷却媒体を供給することを特徴とする請求項7に記載の回転電機の冷却方法。 In the non-contact area of the inner peripheral surface of the rotor holding member, the interval between the non-contact area of the inner peripheral surface of the rotor holding member and the axis of the rotor is in the direction of the axis. A slope that increases toward the end is formed,
The cooling method for a rotating electrical machine according to claim 7, wherein the supplying step supplies a cooling medium from a region relatively above the slope.
前記供給工程は、前記回転シャフトの中に冷却媒体を流し、前記回転シャフトの側面に形成されている孔から、前記回転子保持部材の内周面の非当接領域に当該冷却媒体を供給することを特徴とする請求項7〜9の何れか1項に記載の回転電機の冷却方法。 On the side surface of the rotating shaft, a hole is formed through which the inside of the rotating shaft communicates with the non-contact area of the inner peripheral surface of the rotor holding member,
In the supplying step, the cooling medium is caused to flow into the rotating shaft, and the cooling medium is supplied from a hole formed in a side surface of the rotating shaft to a non-contact area of the inner peripheral surface of the rotor holding member. The method for cooling a rotating electric machine according to any one of claims 7 to 9, wherein the cooling method is performed.
前記回転電機の冷却方法は、前記冷却媒体供給部材を駆動する駆動工程を有し、
前記駆動工程は、前記回転電機の所定の位置における温度に基づき、前記冷却媒体供給部材を駆動して、前記回転シャフトの孔の開口度を調整することを特徴とする請求項10に記載の回転電機の冷却方法。 The rotating electrical machine includes a cooling medium supply member that is disposed in the rotating shaft and operates to open and close the hole of the rotating shaft;
The cooling method of the rotating electrical machine has a driving step of driving the cooling medium supply member,
The rotation according to claim 10, wherein the driving step adjusts an opening degree of the hole of the rotating shaft by driving the cooling medium supply member based on a temperature at a predetermined position of the rotating electric machine. Electric cooling method.
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