JP2010279226A - Cooling structure of coil, stator and rotary electric machine, as well as vehicle - Google Patents

Cooling structure of coil, stator and rotary electric machine, as well as vehicle Download PDF

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Tomohiko Miyamoto
知彦 宮本
Yasuhiro Endo
康浩 遠藤
Takashi Shimazu
孝 志満津
Masatoshi Suzuki
正利 鈴木
Koichi Kurazono
功一 藏薗
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a cooling structure of a coil, capable of cooling the coil efficiently, and to provide a stator, a rotary electric machine and a vehicle which are equipped with the cooling structure of a coil. <P>SOLUTION: The cooling structure of a coil includes a coil 222 consisting of a winding which has a flat cross-section and multiple turns wound around each tooth of a stator core 221. The coil 222 includes a long diameter part 222A, and a short diameter part 222B contiguous to the long diameter part 222A. Cooling medium for cooling the coil 222 is supplied to the long diameter part 222A and the short diameter part 222B. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、コイルの冷却構造、ステータおよび回転電機ならびに車両に関し、特に、扁平断面の巻線からなるコイルの冷却構造、ならびに該巻回構造を含むステータ、回転電機および車両に関する。   The present invention relates to a coil cooling structure, a stator and a rotating electric machine, and a vehicle, and more particularly, to a coil cooling structure including a winding having a flat cross section, and a stator, a rotating electric machine, and a vehicle including the winding structure.

特開2006−311750号公報(特許文献1)には、コイルエンドの外周または内周の少なくとも一方に、コイルエンド整形時に周に沿って油路溝を形成した回転電機の冷却装置が示されている。   Japanese Patent Laying-Open No. 2006-311750 (Patent Document 1) discloses a cooling device for a rotating electrical machine in which an oil passage groove is formed along at least one of an outer periphery and an inner periphery of a coil end during shaping of the coil end. Yes.

特開2005−304244号公報(特許文献2)には、回転電機のコイルにおいて、曲げ部の内側部分を隣接する巻線でずらすことが示されている。当該文献では、曲げ部の内側の膨らみ同士が対向しないので、コイル全体の厚みを抑えることができるとされている。   Japanese Patent Laying-Open No. 2005-304244 (Patent Document 2) discloses that, in a coil of a rotating electrical machine, an inner portion of a bending portion is shifted by an adjacent winding. In this document, since the bulges inside the bent portion do not face each other, the thickness of the entire coil can be suppressed.

特開2006−311750号公報JP 2006-31750 A 特開2005−304244号公報JP-A-2005-304244

扁平断面の巻線からなるエッジワイズコイルは、占積率が高くなるという利点を有する。しかし、占積率が高いことにより発熱密度も大きくなるため、効率的な冷却を行なうことの重要性が高い。   An edgewise coil composed of a winding with a flat cross section has the advantage of a high space factor. However, since the heat generation density increases due to the high space factor, it is highly important to perform efficient cooling.

特許文献1には、コイルの冷却装置が示されているが、この装置では、コイルエンドの外周に溝を形成することにより、コイル断面積が減少し、電流密度が高くなるため、発熱量が増大するという問題がある。   Patent Document 1 discloses a coil cooling device. In this device, a groove is formed on the outer periphery of the coil end, thereby reducing the coil cross-sectional area and increasing the current density. There is a problem of increasing.

特許文献2に記載のコイルの構造は、コンパクトでかつ信頼性が高いエッジワイズ型コイルを提供するためのものであり、コイルの冷却を効率よく行なうことを目的とする本発明とは前提が全く異なる。   The structure of the coil described in Patent Document 2 is intended to provide a compact and highly reliable edgewise coil, and is completely premised on the present invention aimed at efficiently cooling the coil. Different.

本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、コイルの冷却を効率よく行なうことが可能なコイルの冷却構造、ならびにそれを備えたステータ、回転電機および車両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 coil cooling structure capable of efficiently cooling a coil, a stator including the same, a rotating electrical machine, and To provide a vehicle.

本発明に係るコイルの冷却構造は、ティース部と、扁平断面の巻線からなり、ティース部に複数回巻回されるコイルとを備え、コイルは、長径部分と、該長径部分に隣接する短径部分とを含み、長径部分および短径部分にコイルを冷却する冷却媒体が供給される。   The coil cooling structure according to the present invention includes a tooth portion and a coil having a flat cross section and is wound a plurality of times around the tooth portion. The coil includes a long diameter portion and a short diameter adjacent to the long diameter portion. A cooling medium for cooling the coil is supplied to the long diameter portion and the short diameter portion.

上記構成によれば、長径部分と、該長径部分に隣接する短径部分とをコイルに設け、それらにコイルを冷却する冷却媒体を供給することにより、コイルと冷却媒体との接触面積を増大させ、コイルの冷却効率を向上させることができる。   According to the above configuration, the contact area between the coil and the cooling medium is increased by providing the coil with the long diameter portion and the short diameter portion adjacent to the long diameter portion and supplying the cooling medium to cool the coil to them. The cooling efficiency of the coil can be improved.

なお、本明細書において、『長径部分』とは、コイルを構成する複数ターンのうち、コイル中心からの距離が他のターンに対して相対的に大きい部分を有するターンを意味し、『短径部分』とは、コイルを構成する複数ターンのうち、コイル中心からの距離が他のターンに対して相対的に小さい部分を有するターンを意味する。   In the present specification, the “major axis portion” means a turn having a portion having a relatively large distance from the coil center among a plurality of turns constituting the coil, The “part” means a turn having a part having a relatively small distance from the center of the coil among a plurality of turns constituting the coil.

1つの実施態様では、上記コイルの冷却構造において、長径部分と短径部分とがティース部の長手方向に複数回繰り返される。   In one embodiment, in the cooling structure for the coil, the long diameter portion and the short diameter portion are repeated a plurality of times in the longitudinal direction of the tooth portion.

1つの実施態様では、上記コイルの冷却構造において、長径部分と短径部分とがそれぞれ1ターンの巻線からなる。   In one embodiment, in the coil cooling structure, each of the long diameter portion and the short diameter portion is composed of one turn of winding.

1つの実施態様では、上記コイルの冷却構造において、ティース部は同一円周上に複数並んで形成され、長径部分と短径部分とは複数のティース部上において、同一円周上に各々位置するように形成される。   In one embodiment, in the coil cooling structure, a plurality of teeth portions are formed side by side on the same circumference, and the long diameter portion and the short diameter portion are respectively located on the same circumference on the plurality of teeth portions. Formed as follows.

1つの実施態様では、上記コイルの冷却構造において、ティース部は同一円周上に複数並んで形成され、長径部分と短径部分とは複数のティース部上において、千鳥状に各々配置される。   In one embodiment, in the coil cooling structure, a plurality of teeth portions are formed side by side on the same circumference, and the long diameter portion and the short diameter portion are respectively arranged in a staggered manner on the plurality of tooth portions.

1つの実施態様では、上記コイルの冷却構造において、長径部分および短径部分による階差構造が、ティース部を挟む両側に形成される。   In one embodiment, in the coil cooling structure, a step difference structure having a long diameter portion and a short diameter portion is formed on both sides of the tooth portion.

上記コイルの冷却構造において、1つの例としては、1つのコイルが1つのティース部に巻回され、他の例としては、1つのコイルが複数のティース部に巻回される。   In the coil cooling structure, as one example, one coil is wound around one tooth portion, and as another example, one coil is wound around a plurality of tooth portions.

本発明に係るステータは、上述したコイルの冷却構造を含む。
本発明に係る回転電機は、上述したステータを含む。
The stator according to the present invention includes the above-described coil cooling structure.
The rotating electrical machine according to the present invention includes the stator described above.

本発明に係る車両は、上述した回転電機を含む駆動ユニットを備える。   A vehicle according to the present invention includes a drive unit including the rotating electrical machine described above.

本発明によれば、コイルの冷却を効率よく行なうことができる。   According to the present invention, the coil can be efficiently cooled.

本発明の1つの実施の形態に係るコイルの冷却構造を含む車両の駆動ユニットが適用されるハイブリッド車両の構成を示す概略図である。1 is a schematic diagram showing a configuration of a hybrid vehicle to which a vehicle drive unit including a coil cooling structure according to an embodiment of the present invention is applied. 本発明の1つの実施の形態に係るコイルの冷却構造を含む車両の駆動ユニットの構成を示す概略図である。It is the schematic which shows the structure of the drive unit of the vehicle containing the cooling structure of the coil which concerns on one embodiment of this invention. ステータコアのティース部に巻回されるコイルの構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the coil wound by the teeth part of a stator core. 本発明の1つの実施の形態に係るコイルの冷却構造を含むステータの断面斜視図である。1 is a cross-sectional perspective view of a stator including a coil cooling structure according to an embodiment of the present invention. 本発明の1つの実施の形態に係るコイルの冷却構造の冷却効果について説明するための図である。It is a figure for demonstrating the cooling effect of the cooling structure of the coil which concerns on one embodiment of this invention. 図5におけるVI−VI断面図である。It is VI-VI sectional drawing in FIG. 図6に対する比較例に係る断面図である。It is sectional drawing which concerns on the comparative example with respect to FIG. 本発明の1つの実施の形態に係るコイルの冷却構造の変形例について説明するための図である。It is a figure for demonstrating the modification of the cooling structure of the coil which concerns on one embodiment of this invention. 本発明の1つの実施の形態に係るコイルの冷却構造の一例を示す上面図である。It is a top view which shows an example of the cooling structure of the coil which concerns on one embodiment of this invention. 本発明の1つの実施の形態に係るコイルの冷却構造の他の例を示す上面図である。It is a top view which shows the other example of the cooling structure of the coil which concerns on one embodiment of this invention. 冷媒のα(熱伝達率)×A(表面積)倍率と、コイル最高温度/冷媒流量との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship of (alpha) (heat transfer coefficient) xA (surface area) magnification of a refrigerant | coolant, and coil maximum temperature / refrigerant | coolant flow rate.

以下に、本発明の実施の形態について説明する。なお、同一または相当する部分に同一の参照符号を付し、その説明を繰返さない場合がある。   Embodiments of the present invention will be described below. Note that the same or corresponding portions are denoted by the same reference numerals, and the description thereof may not be repeated.

なお、以下に説明する実施の形態において、個数、量などに言及する場合、特に記載がある場合を除き、本発明の範囲は必ずしもその個数、量などに限定されない。また、以下の実施の形態において、各々の構成要素は、特に記載がある場合を除き、本発明にとって必ずしも必須のものではない。   Note that in the embodiments described below, when referring to the number, amount, and the like, the scope of the present invention is not necessarily limited to the number, amount, and the like unless otherwise specified. In the following embodiments, each component is not necessarily essential for the present invention unless otherwise specified.

図1は、本発明の1つの実施の形態に係るコイルの冷却構造を含む車両の駆動ユニットが適用されるハイブリッド車両の構成を示す概略図である。図1を参照して、本実施の形態に係るハイブリッド車両は、エンジン1と、駆動ユニット2と、PCU3と、バッテリ4とを含んで構成される。駆動ユニット2は、ケーブル3Aを介してPCU3と電気的に接続される。また、PCU3は、ケーブル4Aを介してバッテリ4と電気的に接続される。   FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of a hybrid vehicle to which a vehicle drive unit including a coil cooling structure according to an embodiment of the present invention is applied. Referring to FIG. 1, the hybrid vehicle according to the present embodiment includes an engine 1, a drive unit 2, a PCU 3, and a battery 4. The drive unit 2 is electrically connected to the PCU 3 via the cable 3A. The PCU 3 is electrically connected to the battery 4 via the cable 4A.

内燃機関であるエンジン1は、ガソリンエンジンであってもよいし、ディーゼルエンジンであってもよい。駆動ユニット2は、エンジン1とともに車両を駆動する駆動力を発生させる。エンジン1および駆動ユニット2は、ともにハイブリッド車両のエンジンルーム内に設けられている。また、PCU3は、駆動ユニット2の動作を制御する制御装置である。   The engine 1 that is an internal combustion engine may be a gasoline engine or a diesel engine. The drive unit 2 generates a driving force for driving the vehicle together with the engine 1. Both the engine 1 and the drive unit 2 are provided in the engine room of the hybrid vehicle. The PCU 3 is a control device that controls the operation of the drive unit 2.

図2は、駆動ユニット2の内部構造について説明するための模式図である。図2を参照して、駆動ユニット2は、モータジェネレータ100,200と、動力分割機構300と、カウンタギヤ400と、ディファレンシャルギヤ500とを含んで構成される。   FIG. 2 is a schematic diagram for explaining the internal structure of the drive unit 2. Referring to FIG. 2, drive unit 2 includes motor generators 100 and 200, power split mechanism 300, counter gear 400, and differential gear 500.

モータジェネレータ100,200は、電動機および発電機の少なくとも一方の機能を有する回転電機である。動力分割機構300は、モータジェネレータ100,200の間に設けられる。カウンタギヤ400は、動力分割機構300とディファレンシャルギヤ500との間に設けられる。そして、ディファレンシャルギヤ500は、ドライブシャフト受け部を介してドライブシャフトと接続される。モータジェネレータ100,200、動力分割機構300、カウンタギヤ400およびディファレンシャルギヤ500は、ケーシング内に収納される。   Motor generators 100 and 200 are rotating electrical machines having at least one function of an electric motor and a generator. Power split device 300 is provided between motor generators 100 and 200. Counter gear 400 is provided between power split device 300 and differential gear 500. Differential gear 500 is connected to the drive shaft via a drive shaft receiving portion. Motor generators 100 and 200, power split device 300, counter gear 400 and differential gear 500 are housed in a casing.

モータジェネレータ100,200は、ケーブル3Aと電気的に接続される。ケーブル3Aの他端は、図1に示すように、PCU3に接続される。これにより、バッテリ4とモータジェネレータ100,200とが、PCU3およびケーブル3A,4Aを介して電気的に接続される。   Motor generators 100 and 200 are electrically connected to cable 3A. The other end of the cable 3A is connected to the PCU 3 as shown in FIG. Thereby, battery 4 and motor generators 100 and 200 are electrically connected via PCU 3 and cables 3A and 4A.

モータジェネレータ100,200は、それぞれ、ロータ110,210と、ステータ120,220とを含んで構成される。ステータ120,220は、ステータコア121,221と、ステータコア121,221に巻回されるステータコイル122,222とを含む。   Motor generators 100 and 200 include rotors 110 and 210 and stators 120 and 220, respectively. Stator 120 and 220 include stator cores 121 and 221 and stator coils 122 and 222 wound around stator cores 121 and 221.

動力分割機構300は、プラネタリギヤ310,320を含んで構成される。プラネタリギヤ310,320は、それぞれ、サンギヤ311,321、ピニオンギヤ312,322、プラネタリキャリヤ313,323およびリングギヤ314,324を含んで構成される。   Power split device 300 is configured to include planetary gears 310 and 320. Planetary gears 310 and 320 include sun gears 311 and 321, pinion gears 312 and 322, planetary carriers 313 and 323, and ring gears 314 and 324, respectively.

エンジン1のクランクシャフト1Aと、モータジェネレータ100のロータ110と、モータジェネレータ200のロータ210とは、同じ軸を中心に回転する。   The crankshaft 1A of the engine 1, the rotor 110 of the motor generator 100, and the rotor 210 of the motor generator 200 rotate about the same axis.

プラネタリギヤ310におけるサンギヤ311は、クランクシャフト1Aに軸中心を貫通された中空のサンギヤ軸に結合される。リングギヤ314は、クランクシャフト1Aと同軸上で回転可能に支持されている。ピニオンギヤ312は、サンギヤ311とリングギヤ314との間に配置され、サンギヤ311の外周を自転しながら公転する。プラネタリ
キャリヤ313は、クランクシャフト1Aの端部に結合され、各ピニオンギヤ312の回転軸を支持する。
The sun gear 311 in the planetary gear 310 is coupled to a hollow sun gear shaft that penetrates the center of the crankshaft 1A. The ring gear 314 is rotatably supported coaxially with the crankshaft 1A. The pinion gear 312 is disposed between the sun gear 311 and the ring gear 314 and revolves while rotating on the outer periphery of the sun gear 311. Planetary carrier 313 is coupled to the end of crankshaft 1 </ b> A and supports the rotation shaft of each pinion gear 312.

モータジェネレータ200のロータ220は、減速機としてのプラネタリギヤ320を介して、プラネタリギヤ310のリングギヤ314と一体的に回転するリングギヤケースに結合されている。   The rotor 220 of the motor generator 200 is coupled to a ring gear case that rotates integrally with the ring gear 314 of the planetary gear 310 via a planetary gear 320 as a speed reducer.

プラネタリギヤ320は、回転要素の1つであるプラネタリキャリヤ323が車両駆動装置のケースに固定された構造により減速を行なう。すなわち、プラネタリギヤ320は、ロータ210のシャフトに結合されたサンギヤ321と、リングギヤ314と一体的に回転するリングギヤ324と、リングギヤ324およびサンギヤ321に噛み合い、サンギヤ321の回転をリングギヤ324に伝達するピニオンギヤ322とを含む。   The planetary gear 320 performs speed reduction by a structure in which a planetary carrier 323 that is one of rotating elements is fixed to a case of a vehicle drive device. That is, planetary gear 320 meshes with sun gear 321 coupled to the shaft of rotor 210, ring gear 324 that rotates integrally with ring gear 314, ring gear 324 and sun gear 321, and pinion gear 322 that transmits the rotation of sun gear 321 to ring gear 324. Including.

車両の走行時において、エンジン1から出力された動力は、クランクシャフト1Aに伝達され、動力分割機構300により2経路に分割される。   When the vehicle travels, the power output from the engine 1 is transmitted to the crankshaft 1A and divided into two paths by the power split mechanism 300.

上記2経路のうちの一方は、カウンタギヤ400から、ディファレンシャルギヤ500を介してドライブシャフトに伝達される経路である。ドライブシャフトに伝達された駆動力は、駆動輪に回転力として伝達されて、車両を走行させる。   One of the two paths is a path that is transmitted from the counter gear 400 to the drive shaft via the differential gear 500. The driving force transmitted to the drive shaft is transmitted as a rotational force to the drive wheels, and causes the vehicle to travel.

もう一方は、モータジェネレータ100を駆動させて発電する経路である。モータジェネレータ100は、動力分割機構300により分配されたエンジン1の動力により発電する。モータジェネレータ100により発電された電力は、車両の走行状態や、バッテリ4の状態に応じて使い分けられる。たとえば、車両の通常走行時および急加速時においては、モータジェネレータ100により発電された電力はそのままモータジェネレータ200を駆動させる電力となる。一方、バッテリ4において定められた条件の下では、モータジェネレータ100により発電された電力は、PCU3内に設けられたインバータおよびコンバータを介してバッテリ4に蓄えられる。   The other is a path for driving the motor generator 100 to generate power. Motor generator 100 generates power using the power of engine 1 distributed by power split device 300. The electric power generated by the motor generator 100 is properly used according to the traveling state of the vehicle and the state of the battery 4. For example, during normal traveling and sudden acceleration of the vehicle, the electric power generated by motor generator 100 becomes the electric power for driving motor generator 200 as it is. On the other hand, under the conditions determined in battery 4, the electric power generated by motor generator 100 is stored in battery 4 through an inverter and a converter provided in PCU 3.

モータジェネレータ200は、バッテリ4に蓄えられた電力およびモータジェネレータ100により発電された電力のうちの少なくとも一方の電力により駆動する。モータジェネレータ200の駆動力は、カウンタギヤ400からディファレンシャルギヤ500を介してドライブシャフトに伝達される。このようにすることで、モータジェネレータ200からの駆動力によりエンジン1の駆動力をアシストしたり、モータジェネレータ200からの駆動力のみにより車両を走行させたりすることができる。   Motor generator 200 is driven by at least one of the electric power stored in battery 4 and the electric power generated by motor generator 100. The driving force of the motor generator 200 is transmitted from the counter gear 400 to the drive shaft via the differential gear 500. By doing so, the driving force of the engine 1 can be assisted by the driving force from the motor generator 200, or the vehicle can be driven only by the driving force from the motor generator 200.

一方、車両の回生制動時には、駆動輪は車体の慣性力により回転させられる。駆動輪からの回転力によりドライブシャフト、ディファレンシャルギヤ500およびカウンタギヤ400を介してモータジェネレータ200が駆動される。このとき、モータジェネレータ200が発電機として作動する。このように、モータジェネレータ200は、制動エネルギーを電力に変換する回生ブレーキとして作用する。モータジェネレータ200により発電された電力は、PCU3内に設けられたインバータを介してバッテリ4に蓄えられる。   On the other hand, during regenerative braking of the vehicle, the driving wheels are rotated by the inertial force of the vehicle body. Motor generator 200 is driven through the drive shaft, differential gear 500 and counter gear 400 by the rotational force from the drive wheels. At this time, the motor generator 200 operates as a generator. Thus, motor generator 200 acts as a regenerative brake that converts braking energy into electric power. The electric power generated by the motor generator 200 is stored in the battery 4 via an inverter provided in the PCU 3.

次に、図3を用いて、ステータコア221に巻回されるステータコイル222の構造について説明する。図3に示すように、ステータコア221には、径方向内方に向けて突出するティース部221Aが設けられ、ティース部221Aにステータコイル222が巻回される。本実施の形態に係るステータコイル222は、断面が扁平の略四角形形状を有する巻線からなるエッジワイズ型コイルである。   Next, the structure of the stator coil 222 wound around the stator core 221 will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 3, the stator core 221 is provided with a tooth portion 221A that protrudes radially inward, and the stator coil 222 is wound around the tooth portion 221A. Stator coil 222 according to the present embodiment is an edgewise coil made of a winding having a substantially rectangular shape with a flat cross section.

扁平断面の巻線からなるエッジワイズコイルは、占積率が高くなるという利点を有する。しかし、占積率が高いことにより発熱密度も大きくなるため、効率的な冷却を行なうことの重要性が高い。   An edgewise coil composed of a winding with a flat cross section has the advantage of a high space factor. However, since the heat generation density increases due to the high space factor, it is highly important to perform efficient cooling.

図4は、ステータ220の断面斜視図である。図4を参照して、ステータ220は、ステータコア221およびステータコイル222の他、コイルエンドカバー223、内径側カバー224、およびリング225を含む。   FIG. 4 is a cross-sectional perspective view of the stator 220. Referring to FIG. 4, stator 220 includes a coil end cover 223, an inner diameter side cover 224, and a ring 225 in addition to stator core 221 and stator coil 222.

コイルエンドカバー223は、ステータコイル222のコイルエンドを覆うように形成される。なお、コイルエンドとは、ステータコイル222のうち、ステータコア221の軸方向端面上に位置する部分を意味する。   The coil end cover 223 is formed so as to cover the coil end of the stator coil 222. The coil end means a portion of the stator coil 222 located on the end surface in the axial direction of the stator core 221.

内径側カバー224は、ステータコア221の内周面上、すなわち、ティース部221Aの先端上に設けられる。リング225は、ステータコア221の外周面上に設けられる。リング225は、周方向に複数に分割して形成されたステータコア221を締結する締結リングとして機能する。   The inner diameter side cover 224 is provided on the inner peripheral surface of the stator core 221, that is, on the tip of the tooth portion 221 </ b> A. Ring 225 is provided on the outer peripheral surface of stator core 221. The ring 225 functions as a fastening ring that fastens a stator core 221 that is formed by being divided into a plurality of pieces in the circumferential direction.

上述のように、コイルエンドカバー223により、ステータコイル222のコイルエンドが覆われている。したがって、コイルエンドカバー223内に(矢印DR223方向に)冷媒を流すことにより、ステータコイル222の冷却を促進することができる。上記冷媒としては、駆動ユニット2を構成するケーシング内を循環するオイルが供給される。上記冷媒による冷却の効率は、当該冷媒の熱伝達率、流量、冷媒とコイルとの接触面積などにより決定される。   As described above, the coil end of the stator coil 222 is covered with the coil end cover 223. Therefore, the cooling of the stator coil 222 can be promoted by flowing the coolant through the coil end cover 223 (in the direction of the arrow DR223). As the refrigerant, oil circulating in the casing constituting the drive unit 2 is supplied. The efficiency of cooling by the refrigerant is determined by the heat transfer coefficient, flow rate, contact area between the refrigerant and the coil, and the like.

次に、図5,図6を用いて、本実施の形態に係るコイルの冷却構造の冷却効果について説明する。図5は、本実施の形態に係るステータコア221を径方向内方から見た状態を示す図であり、図6は、図5におけるVI−VI断面図である。なお、図7は、図6に対する比較例に係る断面図である。   Next, the cooling effect of the coil cooling structure according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 5 is a view showing the stator core 221 according to the present embodiment as viewed from the inside in the radial direction, and FIG. 6 is a cross-sectional view taken along the line VI-VI in FIG. 7 is a cross-sectional view according to a comparative example with respect to FIG.

図5,図6を参照して、本実施の形態に係るステータ220においては、ステータコイル222の1ターンごとに長径部分222Aと短径部分222Bとが繰り返されている。これに対し、図7に示すように、比較例に係るステータ2200においては、ステータコア2210のティース部に巻回されるステータコイル2220の径は全体に亘って略一定である。   With reference to FIGS. 5 and 6, in stator 220 according to the present embodiment, long diameter portion 222 </ b> A and short diameter portion 222 </ b> B are repeated for each turn of stator coil 222. On the other hand, as shown in FIG. 7, in the stator 2200 according to the comparative example, the diameter of the stator coil 2220 wound around the teeth portion of the stator core 2210 is substantially constant throughout.

図5,図6の例のように、ステータコイル222に長径部分222Aと短径部分222Bとを交互に設けることにより、図7の比較例に対して、ステータコイル222と、矢印DR223方向に流れる冷媒との接触面積が増大し、ステータコイル222の熱が冷媒に吸収されやすくなる(図5中の波線矢印)ため、冷却効率が向上する。   As shown in FIGS. 5 and 6, by providing the stator coil 222 with the long diameter portion 222A and the short diameter portion 222B alternately, the stator coil 222 flows in the direction of the arrow DR223 relative to the comparative example of FIG. Since the contact area with the refrigerant increases and the heat of the stator coil 222 is easily absorbed by the refrigerant (broken line arrow in FIG. 5), the cooling efficiency is improved.

なお、図5の記載から明らかなように、長径部分222Aは、短径部分222Bに対して、ステータコア221の軸方向(図5における上下方向)の長さを伸長したものであり、ステータコア221の周方向(図5における左右方向)に沿った長径部分222Aと短径部分222Bとの幅は同じである。   As is clear from the description of FIG. 5, the long diameter portion 222A is obtained by extending the length of the stator core 221 in the axial direction (vertical direction in FIG. 5) with respect to the short diameter portion 222B. The long diameter portion 222A and the short diameter portion 222B have the same width along the circumferential direction (left and right direction in FIG. 5).

なお、図5,図6の例では、長径部分222Aおよび短径部分222Bをそれぞれ1ターンの巻線から構成しているが、長径部分222Aおよび短径部分222Bをそれぞれ複数ターンの巻線から構成してもよい。   5 and 6, the long diameter portion 222A and the short diameter portion 222B are each composed of a single turn winding, but the long diameter portion 222A and the short diameter portion 222B are each composed of a plurality of turns. May be.

また、図5,図6の例では、長径部分222Aと短径部分222Bとがティース部221Aの長手方向(図6における左右方向)に複数回繰り返されているが、長径部分222Aおよび短径部分222Bは、必ずしもティース部221Aの長手方向に複数回繰り返される必要はなく、各々1つずつ形成されるものであってもよい。   5 and 6, the long diameter portion 222A and the short diameter portion 222B are repeated a plurality of times in the longitudinal direction of the teeth portion 221A (left and right direction in FIG. 6). 222B does not necessarily need to be repeated a plurality of times in the longitudinal direction of the tooth portion 221A, and may be formed one by one.

また、図5,図6の例では、長径部分222Aおよび短径部分222Bによる階差構造が、ティース部221Aを挟む軸方向の両側(図6における上下両側)に形成されているが、上記階差構造がティース部221Aの軸方向の片側に形成されるように長径部分222Aおよび短径部分222Bを形成してもよい。   In the example of FIGS. 5 and 6, the step difference structure by the long diameter portion 222A and the short diameter portion 222B is formed on both axial sides (upper and lower sides in FIG. 6) sandwiching the teeth portion 221A. The long diameter portion 222A and the short diameter portion 222B may be formed so that the difference structure is formed on one side in the axial direction of the tooth portion 221A.

さらに、図5,図6の例では、図8(A)のように、コイルエンド部分において、長径部分222Aと短径部分222Bとがオーバーラップしないように形成されているが、図8(B)に示すように、長径部分222Aと短径部分222Bとが一部オーバラップするように形成されてもよい。   Further, in the example of FIGS. 5 and 6, as shown in FIG. 8A, the long diameter portion 222A and the short diameter portion 222B are formed so as not to overlap in the coil end portion. ), The long diameter portion 222A and the short diameter portion 222B may be partially overlapped.

上述した長径部分222Aおよび短径部分222Bは、ステータ220における複数のステータコイル222において各々形成される。長径部分222Aおよび短径部分222Bは、図9に示すように、複数のティース部上において同一円周上に各々位置するように形成されてもよいし、図10に示すように、複数のティース部上において千鳥状に各々配置されてもよい。   The long diameter portion 222 </ b> A and the short diameter portion 222 </ b> B described above are respectively formed in the plurality of stator coils 222 in the stator 220. The long diameter portion 222A and the short diameter portion 222B may be formed so as to be positioned on the same circumference on the plurality of teeth portions as shown in FIG. 9, or as shown in FIG. They may be arranged in a staggered manner on the part.

図10に示すように、長径部分222Aおよび短径部分222Bを千鳥状に配置した場合は、図9の例と比較して、冷媒流れの乱れが促進されることにより、熱交換効率が向上し、さらに効率よくステータコイル222の冷却を行なうことができる。   As shown in FIG. 10, when the long diameter portion 222A and the short diameter portion 222B are arranged in a staggered pattern, the heat exchange efficiency is improved by promoting disturbance of the refrigerant flow as compared with the example of FIG. In addition, the stator coil 222 can be cooled more efficiently.

図11は、『α(熱伝達率)×A(表面積)倍率』と、『コイル最高温度(℃)』および『冷媒流量(L/min)』との関係を示す図である。   FIG. 11 is a diagram showing the relationship between “α (heat transfer coefficient) × A (surface area) magnification”, “maximum coil temperature (° C.)”, and “refrigerant flow rate (L / min)”.

図11の横軸の値は、図7に示す比較例に対して、冷媒の熱伝達率(α)、および冷媒とコイルとの接触面積(A)の積が何倍であるかを示したものである。この倍率が高い場合、ステータコイル222の冷却に寄与する冷媒の流量は大きく、ステータコイル222の最高温度は低い。本実施の形態に係るステータコイル222の冷却構造では、たとえば図6に示すように、各コイルに長径部分222Aおよび短径部分222Bを形成することにより、冷媒とコイルとの接触面積(A)を増大させ、さらに、好ましい例では、図10に示すように、長径部分222Aおよび短径部分222Bを千鳥状に形成することにより、冷媒の熱伝達率(α)を増大させることができる。この結果として、本実施の形態に係るステータコイル222の冷却構造では、ステータコイル222を効率よく冷却することができる。   The values on the horizontal axis in FIG. 11 indicate how many times the product of the heat transfer coefficient (α) of the refrigerant and the contact area (A) between the refrigerant and the coil is compared to the comparative example shown in FIG. Is. When this magnification is high, the flow rate of the refrigerant contributing to cooling of the stator coil 222 is large, and the maximum temperature of the stator coil 222 is low. In the cooling structure of stator coil 222 according to the present embodiment, for example, as shown in FIG. 6, the contact area (A) between the refrigerant and the coil is reduced by forming a long diameter portion 222A and a short diameter portion 222B in each coil. Further, in a preferred example, as shown in FIG. 10, the heat transfer coefficient (α) of the refrigerant can be increased by forming the long diameter portion 222A and the short diameter portion 222B in a staggered manner. As a result, in the stator coil 222 cooling structure according to the present embodiment, the stator coil 222 can be efficiently cooled.

上述した内容について要約すると、以下のようになる。すなわち、本実施の形態に係るコイルの冷却構造は、ティース部221Aと、扁平断面の巻線からなり、ティース部221Aに複数回巻回されるコイル222とを備える。コイル222は、長径部分222Aと、長径部分222Aに隣接する短径部分222Bとを含む。長径部分222Aおよび短径部分222Bにコイル222を冷却する冷却媒体が供給される。   The above contents are summarized as follows. That is, the coil cooling structure according to the present embodiment includes a tooth portion 221A and a coil 222 that is formed of a winding having a flat cross section and is wound around the tooth portion 221A a plurality of times. The coil 222 includes a long diameter portion 222A and a short diameter portion 222B adjacent to the long diameter portion 222A. A cooling medium for cooling the coil 222 is supplied to the long diameter portion 222A and the short diameter portion 222B.

なお、本実施の形態では、1つのステータコイル222が1つのティース部221Aに巻回される集中巻構造について主に説明したが、本発明の思想は、1つのステータコイル222が複数のティース部221Aに巻回される分布巻構造にも適用可能である。   Although the concentrated winding structure in which one stator coil 222 is wound around one tooth portion 221A has been mainly described in the present embodiment, the idea of the present invention is that one stator coil 222 has a plurality of tooth portions. The present invention can also be applied to a distributed winding structure wound around 221A.

以上、本発明の実施の形態について説明したが、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。   Although the embodiments of the present invention have been described above, the embodiments 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, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.

1 エンジン、1A クランクシャフト、2 駆動シャフト、3 PCU、3A,4A ケーブル、4 バッテリ、100,200 モータジェネレータ、110,210 ロータ、120,220,2200 ステータ、121,221,2210 ステータコア、221A ティース部、122,222,2220 ステータコイル、222A 長径部分、222B 短径部分、223 コイルエンドカバー、224 内径側カバー、225 リング、300 動力分割機構、310,320 プラネタリギヤ、311,321 サンギヤ、312,322 ピニオンギヤ、313,323 プラネタリキャリヤ、314,324 リングギヤ、400 カウンタギヤ、500 ディファレンシャルギヤ。   1 engine, 1A crankshaft, 2 drive shaft, 3 PCU, 3A, 4A cable, 4 battery, 100, 200 motor generator, 110, 210 rotor, 120, 220, 2200 stator, 121, 221, 2210 stator core, 221A teeth part , 122, 222, 2220 Stator coil, 222A long diameter portion, 222B short diameter portion, 223 coil end cover, 224 inner diameter side cover, 225 ring, 300 power split mechanism, 310, 320 planetary gear, 311, 321 sun gear, 312, 322 pinion gear , 313, 323 planetary carrier, 314, 324 ring gear, 400 counter gear, 500 differential gear.

Claims (11)

ティース部と、
扁平断面の巻線からなり、前記ティース部に複数回巻回されるコイルとを備え、
前記コイルは、長径部分と、該長径部分に隣接する短径部分とを含み、
前記長径部分および前記短径部分に前記コイルを冷却する冷却媒体が供給される、コイルの冷却構造。
Teeth section,
Comprising a coil with a flat cross section, comprising a coil wound around the teeth part a plurality of times,
The coil includes a long diameter portion and a short diameter portion adjacent to the long diameter portion,
A coil cooling structure in which a cooling medium for cooling the coil is supplied to the long diameter portion and the short diameter portion.
前記長径部分と前記短径部分とが前記ティース部の長手方向に複数回繰り返される、請求項1に記載のコイルの冷却構造。   The coil cooling structure according to claim 1, wherein the long diameter portion and the short diameter portion are repeated a plurality of times in the longitudinal direction of the tooth portion. 前記長径部分と前記短径部分とがそれぞれ1ターンの巻線からなる、請求項1または請求項2に記載のコイルの冷却構造。   The coil cooling structure according to claim 1 or 2, wherein each of the long diameter portion and the short diameter portion is formed of a one-turn winding. 前記ティース部は同一円周上に複数並んで形成され、
前記長径部分と前記短径部分とは前記複数のティース部上において、同一円周上に各々位置するように形成される、請求項1から請求項3のいずれかに記載のコイルの冷却構造。
The teeth portions are formed side by side on the same circumference,
The coil cooling structure according to any one of claims 1 to 3, wherein the long diameter portion and the short diameter portion are formed on the plurality of teeth portions so as to be positioned on the same circumference.
前記ティース部は同一円周上に複数並んで形成され、
前記長径部分と前記短径部分とは前記複数のティース部上において、千鳥状に各々配置される、請求項1から請求項3のいずれかに記載のコイルの冷却構造。
The teeth portions are formed side by side on the same circumference,
4. The coil cooling structure according to claim 1, wherein the long diameter portion and the short diameter portion are respectively arranged in a staggered manner on the plurality of tooth portions. 5.
前記長径部分および前記短径部分による階差構造が、前記ティース部を挟む両側に形成される、請求項1から請求項5のいずれかに記載のコイルの冷却構造。   The coil cooling structure according to any one of claims 1 to 5, wherein a step difference structure including the long diameter portion and the short diameter portion is formed on both sides of the tooth portion. 1つの前記コイルが1つのティース部に巻回される、請求項1から請求項6のいずれかに記載のコイルの冷却構造。   The coil cooling structure according to claim 1, wherein one coil is wound around one tooth portion. 1つの前記コイルが複数のティース部に巻回される、請求項1から請求項6のいずれかに記載のコイルの冷却構造。   The coil cooling structure according to claim 1, wherein one coil is wound around a plurality of tooth portions. 請求項1から請求項8のいずれかに記載のコイルの冷却構造を含む、ステータ。   A stator including the coil cooling structure according to claim 1. 請求項9に記載のステータを含む、回転電機。   A rotating electrical machine comprising the stator according to claim 9. 請求項10に記載の回転電機を含む駆動ユニットを備えた、車両。   A vehicle comprising a drive unit including the rotating electrical machine according to claim 10.
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