JP2011142787A - Cooling structure for electric motor - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、電動機の冷却構造に関し、特に回転子(ロータ)および固定子(ステータ)を冷却する電動機の冷却構造に関するものである。 The present invention relates to a motor cooling structure, and more particularly to a motor cooling structure for cooling a rotor (rotor) and a stator (stator).
電動機が車両の駆動力源として用いられる場合には、小型・高出力化あるいは高効率化などが要求される。また、車両の駆動力源として用いられる電動機は、負荷も大きく高出力化あるいは高効率化が要求される。このような電動機は、連続運転されるため各部位が電気抵抗や磁界等の作用による内部損失から発熱して温度が上昇する。電動機の各部位の温度が上昇すると、電動機の性能が低下する。そのため、電動機の高出力化あるいは高効率化を図るためには、電動機の温度上昇を抑制するための冷却性能を向上させる必要がある。 When an electric motor is used as a driving force source for a vehicle, it is required to reduce the size, increase the output, or increase the efficiency. In addition, an electric motor used as a driving force source of a vehicle is required to have a large load and high output or high efficiency. Since such an electric motor is continuously operated, each part generates heat due to an internal loss due to an action such as an electric resistance or a magnetic field, and the temperature rises. When the temperature of each part of the electric motor increases, the performance of the electric motor decreases. Therefore, in order to increase the output or efficiency of the electric motor, it is necessary to improve the cooling performance for suppressing the temperature rise of the electric motor.
このように電動機で発生する熱は電動機の性能に影響を与えるため、従来より冷媒を用いてロータ(回転子)の磁石やステータ(固定子)のコイルエンドを冷却する冷却構造を有する電動機が存在する。電動機の冷却構造は、電動機の設置環境や運転環境等に応じて、ファンなどを用いた空気を冷媒とする空冷方式や、水や油などの液体を循環冷媒とした水冷方式や油冷方式などの循環冷媒供給方式が採用されている。そのような、液体を循環冷媒とした循環冷媒供給方式には、固定子や回転子と共に流路が設けられる。 Since the heat generated in the motor affects the performance of the motor in this way, there is an electric motor having a cooling structure that cools the rotor (rotor) magnet and the stator (stator) coil end using a refrigerant. To do. Depending on the motor installation environment and operating environment, etc., the cooling structure of the motor can be an air cooling system using air using a fan as a refrigerant, a water cooling system using a liquid such as water or oil, or an oil cooling system. The circulating refrigerant supply method is adopted. In such a circulating refrigerant supply system using a liquid as a circulating refrigerant, a flow path is provided together with a stator and a rotor.
このようなロータやコイルエンドなどを冷却する冷却構造を備えた電動機が特許文献1に記載されている。特許文献1に記載の回転電機(電動機)は、ステータに設けられた永久磁石を含む冷却対象部を冷媒によって冷却する構成となっている。この回転電機は、回転可能に設けられたシャフトと、永久磁石を収容可能な収容孔とその収容孔内に収容された永久磁石とを含むシャフトに固設されたロータとを備えている。また、このロータと対向して位置する、コイルを有するステータと、ロータの軸方向端部に設けられたエンドプレートとを備えている。そして、このエンドプレートには、永久磁石の軸方向端部を経由し冷媒が流通可能な冷媒通路と、冷媒通路に連通し、冷媒を排出可能な排出孔とが形成されている。この排出孔は、永久磁石の内径方向端部からロータの外周側に位置し、永久磁石を含む冷却対象部に対してロータの径方向内方に位置している。このように構成されることから、コイルエンドに吹き付けられる冷媒を低減している。
An electric motor having a cooling structure for cooling such a rotor and a coil end is described in
前述のように電動機の固定子(ステータ)や回転子(ロータ)などは、電動機の動作や性能に影響を与える発熱を抑制するために、冷却される必要がある。そして、冷却が効果的に行われるためには、電動機に設けられた冷媒の流路内での滞留などを考慮して、冷却効率のよい冷媒の挙動もしくは流れをつくって制御することが望ましい。さらに、このような冷媒の挙動を制御する場合であっても、複雑な構成でなく工作性が良好なものがコスト面や生産性の点で有利である。 As described above, a stator (stator) and a rotor (rotor) of an electric motor need to be cooled in order to suppress heat generation that affects the operation and performance of the electric motor. In order to effectively perform cooling, it is desirable to control the refrigerant behavior or flow with good cooling efficiency in consideration of the retention of the refrigerant provided in the motor in the flow path. Furthermore, even in the case of controlling the behavior of such a refrigerant, it is advantageous in terms of cost and productivity that the workability is not complicated and the workability is good.
また、回転子の軸方向の両端部に備えられたエンドプレート(端板)に冷媒通路が設けられ、その冷媒通路から冷媒を排出させてステータのコイルエンドに吹き付けてコイルエンドの冷却が行れるような構成では、コイルエンドから排出されるオイルの排出速度を低減して回転子のトルク損失を低減するといった課題がある。特許文献1の構成では、排出孔がエンドプレートの内周側に設けられていることから、コイルエンドから排出されるオイルの排出速度を低減でき、これによりコイルエンドに吹き付けられるオイルの低減を図っている。しかしながら、排出孔がエンドプレートの内周側に設けられているのみでは、コイルエンドから排出されるオイルの排出速度をさらに低減することが難しく、モータの動力がオイルを加速させるための仕事として消費されてしまう可能性がある。
In addition, a refrigerant passage is provided in end plates (end plates) provided at both ends of the rotor in the axial direction, and the refrigerant is discharged from the refrigerant passage and sprayed to the coil end of the stator to cool the coil end. In such a configuration, there is a problem in that the torque loss of the rotor is reduced by reducing the discharge speed of the oil discharged from the coil end. In the configuration of
この発明は上記の技術的課題に着目してなされたものであり、固定子(ステータ)や回転子(ロータ)からの熱を冷媒によって冷却する電動機の冷却構造であって、エンドプレートからの冷媒の排出を改善して電動機の性能を向上させることができる電動機の冷却構造を提供することを目的とするものである。 The present invention has been made paying attention to the above technical problem, and is a cooling structure for an electric motor that cools heat from a stator (stator) and a rotor (rotor) with a refrigerant, and the refrigerant from an end plate An object of the present invention is to provide a cooling structure for an electric motor that can improve the performance of the electric motor by improving the discharge of the motor.
上記の目的を達成するために、請求項1の発明は、回転軸が挿入された回転コアと、ケーシングに固定された固定コアと、前記回転コアの両端部に備えられるエンドプレートとを備え、前記回転コアと前記固定コアとの少なくとも一方のコアは、電流の変化により磁極を変化させるように構成されており、前記両コアの少なくとも他方のコアは、永久磁石により磁極を有するように構成されており、前記エンドプレートの内部に形成される冷媒通路と、該冷媒通路内を流通する冷媒を供給する供給孔と、該冷媒通路内を流通された冷媒を排出する排出孔とを備える、電動機の冷却構造において、前記排出孔は、前記回転コアの回転速度よりも遅い速度で冷媒が排出されるように構成されていることを特徴とするものである。
In order to achieve the above object, the invention of
また、請求項2の発明は、請求項1の発明において、前記排出孔は、オイルの排出方向がロータの回転方向とは反対側の向きとなるように構成されていることを特徴とする、電動機の冷却構造である。
The invention of
そして、請求項3の発明は、請求項1または2の発明において、前記排出孔は、オイルの排出方向がロータの半径方向の内周側の向きとなるように構成されていることを特徴とする、電動機の冷却構造である。
The invention of
請求項1の発明によれば、排出孔は、回転コアの回転速度よりも遅い速度で冷媒が排出されるように構成されていることからオイルの排出速度を低減してオイルによる加速損失を抑制できる。
According to the invention of
また、請求項2の発明によれば、前記排出孔は、オイルの排出方向がロータの回転方向とは反対側の向きとなるように構成されていることからオイルの排出速度を低減してオイルによる加速損失を抑制できる。 According to a second aspect of the invention, the discharge hole is configured such that the oil discharge direction is opposite to the rotation direction of the rotor. Acceleration loss due to can be suppressed.
そして、請求項3の発明によれば、前記排出孔は、オイルの排出方向がロータの半径方向の内周側の向きとなるように構成されていることからオイルの排出速度を低減してオイルによる加速損失を抑制できる。 According to a third aspect of the invention, the discharge hole is configured so that the oil discharge direction is directed toward the inner peripheral side in the radial direction of the rotor. Acceleration loss due to can be suppressed.
つぎに、この発明の構成例を図面を参照して説明する。この発明の電動機の冷却構造は、ハイブリッド車両や電気自動車の動力源として用いられ、車両の走行のために連続運転する際の発熱を冷媒によって冷却するような電動機などに採用することができる。また、このような車両以外にも連続運転することによる発熱を冷媒によって冷却するような電動機にも採用できる。より具体的には、この発明の電動機の冷却構造を適用する電動機は、固定子(ステータ)が回転子(ロータ)の外周側に筒状に設けられて、固定子の軸線方向の両端部が、回転子の軸線方向の両端部より突き出され、もしくは張り出されており、その固定子の両端部を回転子の両端部に設けられたエンドプレート(端板)により構成される冷媒通路に供給された冷媒を、吹き付けて冷却する構成のものに適用できる。 Next, a configuration example of the present invention will be described with reference to the drawings. The motor cooling structure of the present invention is used as a power source for a hybrid vehicle or an electric vehicle, and can be employed in an electric motor that cools heat generated by continuous operation for running the vehicle with a refrigerant. In addition to such a vehicle, the present invention can also be applied to an electric motor that cools heat generated by continuous operation with a refrigerant. More specifically, in the electric motor to which the electric motor cooling structure of the present invention is applied, the stator (stator) is provided in a cylindrical shape on the outer peripheral side of the rotor (rotor), and both end portions in the axial direction of the stator are provided. The both ends of the stator protrude or protrude from both ends in the axial direction of the rotor, and the stator is supplied to a refrigerant passage constituted by end plates (end plates) provided at both ends of the rotor. It can apply to the thing of the structure which sprays and cools the made refrigerant | coolant.
例えば、モータの種類で挙げれば、三相かご形誘導モータ、三相巻線形誘導モータ、単相誘導モータ、同期モータ、ブラシレス同期モータ、リラクタンスモータ、永久磁石形同期モータ(PMモータ)、ヒステリシスモータおよびシリースモータ(単相直巻整流子モータ)などである。また、この発明で対象とすることのできる電動機は、電力の供給により駆動する電動機としての機能(力行機能)と、機械エネルギを電気エネルギに変換する発電機としての機能(回生機能)とを兼ね備えている。以下、この発明の電動機の冷却構造の対象とする電動機(モータ)の構成の一例について説明する。また、この発明の対象となるモータは、一例として交流電流を供給することによって回転するモータとして説明する。 For example, motor types include three-phase squirrel-cage induction motor, three-phase winding induction motor, single-phase induction motor, synchronous motor, brushless synchronous motor, reluctance motor, permanent magnet synchronous motor (PM motor), hysteresis motor And a series motor (single phase series commutator motor). The electric motor that can be the subject of the present invention has both a function as a motor driven by the supply of electric power (power running function) and a function as a generator that converts mechanical energy into electric energy (regenerative function). ing. Hereinafter, an example of the configuration of an electric motor (motor) that is an object of the cooling structure of the electric motor of the present invention will be described. Moreover, the motor used as the object of this invention is demonstrated as a motor rotated by supplying an alternating current as an example.
図5には、このモータの主要な構成要素である、固定子(ステータ)1と回転子(ロータ)2とがモータの内部に配置される状態と同様の位置関係で示されている。固定子1は、筒状に形成されており、回転子2をその筒状の内部に囲んで収容して、その内周面が円筒状の回転子2の外周面と対向して配置されている。この固定子1の内周面と回転子2の外周面とが対向する隙間が、エアギャップ3となっている。なお、このエアギャップ3により固定子1と回転子2とが相互に働く磁気吸引力が決定され、その間隔は、モータの大きさなどによって設定される。
In FIG. 5, the stator (stator) 1 and the rotor (rotor) 2, which are the main components of the motor, are shown in the same positional relationship as in the state where they are arranged inside the motor. The
また、固定子1の外周側には、その外周面を覆うようにケーシング(筐体)4が備えられて、この固定子1がケーシング4に収容されて、図示しない支持部材などにより固定されている。この固定子1は、複数枚の電磁鋼板5を配列して積層させた固定子鉄芯6とともに銅線などの導線が巻かれたコイル(固定子巻き線)7を有する電磁石として構成される。固定子鉄芯(固定子コア)6に巻かれたコイル7は、その両端部で固定子鉄芯6の軸線A1方向の長さより延長された位置で折り返されており、この折り返した部位がコイル7のコイルエンド8となる。また、コイルエンド8には、絶縁被膜9が設けられている。そして、この固定子1がケーシング4内の複数箇所に周状に並べられて配置されている。
Further, a casing (housing) 4 is provided on the outer peripheral side of the
また、コイル7に繋がれて結線された導線10が、インバーター11に電気的に接続されて、このインバーター11からバッテリ12に別の導線13によって電気的に接続されている。なお、例えばこのモータが三相交流モータである場合には、U端子、V端子およびW端子を有する端子ボックス(図示せず)などがケーシング4に設けられて、それぞれにインバーター11からの導線が結線される構成となる。また、インバーター11には、運転者のアクセルペダルおよびブレーキペダル(共に図示せず)の操作が、センサ(図示せず)により検知されて、導線15により接続された電子制御装置(ECU)14を介してインバーター11にその操作状況を表す情報が電気信号として通信される構成となっている。インバーター11が、この電気信号を受け取るとバッテリ12に電力量を指示して、バッテリ12からの直流電流を交流電流に変換してモータに電力を供給する構成となっている。
A
一方、回転子2は、その半径方向の中心部に設けられた収容孔16に回転軸17が挿入された構成となっている。回転軸17は軸線A1を軸心に回転して、軸線A1の左右方向に所定の長さを有して、図示しない動力伝達要素などに動力を伝達する構成となっている。また、回転軸17の一方側(図5のx軸正方向)に回転子2の一方の端面が当接する位置決めリブ18が設けられている。さらに、回転軸17の他方側(図5のx軸負方向)に回転子2の他方の端面が当接する回転子取付具19が冠着されている。この位置決めリブ18と回転子取付具19とに回転子2の両端面が当接して挟まれて回転子2の軸線A1方向の位置が規定されている。
On the other hand, the
この回転軸17の両端部は、ボールベアリングや軸受けメタルなどの軸受け部材(図示せず)によりケーシング4に支持されている。また、この回転軸17には、中空状にシャフト流路20が形成されている。さらに、後述するエンドプレート22の供給孔32に冷媒(以下、一例としてオイルとする)を供給するための孔21が、シャフト流路20の内周面から回転軸17の外周面へと設けられている。このシャフト流路20に供給されるオイルは、図示しないオイルパンなどの冷媒溜め部に収容されたオイルが、図示しないポンプや回転子2の遠心力(遠心油圧)に起因する油圧力によって流通する構成となっている。
Both ends of the
このような回転軸17に組み付けられた回転子2は、位置決めリブ18と回転子取付具19とに当接する回転子2の端部であるエンドプレート(端板)22を両端部に有している。また、回転子2には、このエンドプレート22に軸方向で挟み付けられて、回転軸17の外周面に当接して配置される、回転子鉄芯(回転子コア)23が設けられている。この回転子鉄芯23は、複数枚の電磁鋼板24を配列して積層させて構成されている。また、エンドプレート22は、この回転子鉄芯23の積層構造となっている複数枚の電磁鋼板24を挟持して分散するのを防止する構造となっている。また、回転軸17には、ネジ止め、かしめ、圧入などの方法によって固定されて、その回転軸17と一体的に回転する構成となっている。このように、エンドプレート22が締結されることから、このエンドプレート22と一体的に回転子鉄芯23も回転するように構成されている。なお、エンドプレート22と複数枚の電磁鋼板24とは、ネジやボルトなどの締結部材がこの両部材22,24に挿通されて締結され、一体的に回転するような構成であってもよい。
The
また、図6に示すように、この回転子鉄芯23の外周側付近には、周状に複数の永久磁石群25が設けられている。言い換えると、複数の永久磁石群25は、周状に回転子鉄芯23に埋め込まれて構成されている。このように構成される永久磁石群25による磁極は、対となる永久磁石25同士で作られる磁極が、周方向に隣り合う磁極とは交互に異なるように複数の永久磁石群25が周状に並べられている。したがって、回転子鉄芯23の外周では、周状に交互に異なる磁極を帯びる構成となっている。
Further, as shown in FIG. 6, a plurality of
ここで、回転子2の両端部に備えられ、永久磁石群25が埋め込まれた回転子鉄芯23を挟持するエンドプレート(端板)22について説明する。また、図5に示すとおり、このエンドプレート22は、回転子2の両端部に設けられており、その2つのエンドプレート22は、鏡面対象に形成されているため、いずれか一方について説明する。したがって、いずれか他方のエンドプレート22は、以下に説明する一方のエンドプレート22と鏡面対象の構造となる。図3に示すとおり、このエンドプレート22には後述する溝26が形成されて、エンドプレート22の内側の軸線A1方向の端面である壁面33と回転子2の両端部と共にオイルを流通させるための流路(冷媒通路27)を構成し、その流通されたオイルが後述する排出孔34(もしくは36)より排出され、コイルエンド8に吹き付けられて、そのコイルエンド8が冷却される構成となっている。そのため、エンドプレート22とコイルエンド8との位置関係は、軸線A1方向で後述するエンドプレート22の排出孔34(もしくは36)の位置とコイルエンド8の位置とが重なる構成となっている。
Here, an end plate (end plate) 22 provided between both ends of the
前述のとおり、このエンドプレート22は、例えばプレス成形などで加工されることにより、連通された溝26が一方面に形成されて、この溝26と回転子2の両端部とから流路が構成されて冷媒通路27を形成している。言い換えると、溝26が設けられることから、エンドプレート22の内部の空間に、周状の複数の領域に同じように設けられる第1内周壁28,第2内周壁29,隔壁30および外周壁31が形成されてオイルが通過する流路が形成される。図1に示すようにこの実施例では、一例として周状に4箇所に設けられている。このように周状の4箇所に同様に設けられた冷媒通路27は、エンドプレート22に、回転軸17の孔21に連通された供給孔32から半径方向に、すなわち外周壁31の方向に向かって設けられて、周方向に屈曲されて、さらに半径方向の内周側、すなわち回転軸17側に屈曲されて設けられた溝26によって構成されている。
As described above, the
具体的には、図1に示すように冷媒通路27の第1流路R1が、回転軸17の孔21に連通された供給孔32から半径方向に、すなわち外周壁31の方向に向かって設けられる。この第1流路R1は、エンドプレート22の内部の最外周面(外周壁31の壁面31a)に到達して周方向に沿って屈曲(もしくは曲折)するまでの流路である。言い換えると、前述のとおり溝26が形成されたことから隔壁30の壁面30aと第1内周壁28の壁面28aとにより第1流路R1が構成される。
Specifically, as shown in FIG. 1, the first flow path R1 of the
なお、このように第1流路R1が形成されるので、その断面は矩形となるが、溝26が例えばプレス成形などによって形成できればよく、断面が半円形や半楕円形もしくは三角形などの種々の形状の流路であってもよく、エンドプレート22に形成される以下に示す流路についても同様に、断面が半円形や半楕円形もしくは三角形などの種々の形状の流路であってもよい。
Since the first flow path R1 is formed in this way, the cross section thereof is rectangular. However, it is sufficient that the
この第1流路R1が周方向に屈曲した部分から第2流路R2が設けられており、この第2流路R2は、半径方向の外周側で周方向に沿って一定の長さに延長されている。第2流路R2は、一定の長さに延長されて半径方向の内周側に屈曲するまでの流路である。言い換えると、前述のとおり溝26が形成されたことからエンドプレート22の内部の最外周面(外周壁31の壁面31a)と第1内周壁28の壁面28bとにより第2流路R2が構成される。
A second flow path R2 is provided from a portion where the first flow path R1 is bent in the circumferential direction, and the second flow path R2 extends to a certain length along the circumferential direction on the outer peripheral side in the radial direction. Has been. The second flow path R2 is a flow path that extends to a certain length and is bent toward the inner peripheral side in the radial direction. In other words, since the
また、第2流路R2が、半径方向の内周側に屈曲した部分から第3流路R3が設けられており、この第3流路R3は、半径方向の内周側に向かって一定の長さに延長されている。第3流路R3は、第1流路R1を折り返すように半径方向の内周側に向かって一定の長さに延長された流路である。言い換えると、第1内周壁28の壁面28cと隔壁30の壁面30bとにより第3流路R3が構成されて、第2内周壁29の壁面29aに到達するまでの流路である。
Further, the third flow path R3 is provided from a portion where the second flow path R2 is bent toward the inner peripheral side in the radial direction, and the third flow path R3 is constant toward the inner peripheral side in the radial direction. The length has been extended. The third flow path R3 is a flow path extended to a certain length toward the inner peripheral side in the radial direction so as to fold back the first flow path R1. In other words, the third flow path R <b> 3 is configured by the
また、この第3流路R3の第2流路R2がある位置とは反対側の末端部すなわち第2内周壁29の壁面29a付近には、オイルを吐出するための排出孔34が設けられている。言い換えると、排出孔34はこのように冷媒通路27における供給孔32の位置を一方の端部とすると冷媒通路27における他方の端部に位置して設けられている。この排出孔34から吐出されたオイルは、コイルエンド8に吹き付けられて図示しないオイルパンなどの冷媒溜め部に戻される構成となっている。なお、冷媒通路27を構成する第1流路R1,第2流路R2,第3流路R3の長さや断面の大きさ、供給孔32の寸法および排出孔34の寸法は、例えばエンドプレート22にプレス成形された溝26の形状などを変更することにより可能となっており、電動機の種類や使用条件によって適宜に調整できる構成となっている。また、このようにエンドプレート22に形成された第1流路R1ないし第3流路R3には、その溝26が形成されている側の面に当接する薄板状もしくはシート状のシール部材(図示せず)が取り付けられて、回転子2に圧着されて流路が液密な状態に保たれる構成であってもよい。また、オイルは、冷媒溜め部から供給孔32の間もしくは排出孔34から冷媒溜め部の間で、フィンやファンなどが設けられて冷却される構成であってもよい。
Further, a
ここで、この排出孔34について詳しく述べる。この排出孔34からオイルが吐出されて、その吐出されたオイルによって回転子鉄芯23のコイルエンド8が冷却される。排出孔34からオイルが排出される時のオイルの速度が低減できれば、すなわち回転子2の回転速度よりも遅くすることができれば、回転子2のオイルによる加速損失を低減することができる。そのため、この発明の排出孔34は、回転子2の回転速度よりも遅い速度でオイルが排出されるように構成されて、エンドプレート22に設けられる。
Here, the
具体的には、図1および図2に示すように、排出孔34はオイルの排出方向が回転子2の回転方向(矢印B1の方向)とは反対側の向き、すなわち図2の矢印C1の方向となるように構成されている。また、この排出孔34は冷媒通路27に連通された位置と排出孔34の開口端35とが、回転子2の回転方向(図1、図2の矢印B1の方向)でずらされて(位相を遅らせて)エンドプレート22に形成されている。つまり、この排出孔34は、冷媒通路27に連通された位置と排出孔34の開口端35とが周方向でずらされて設けられて、回転子2の回転方向(図1、図2の矢印B1の方向)に沿って、もしくは回転方向とは逆の回転成分を有してオイルが流通するように、エンドプレート22に形成されている。また、図2に示すとおりこの実施例1の構成では、一例として排出孔34の内部の流路は冷媒通路27に連通された位置と排出孔34の開口端35とが直線的に繋がれた流路となっている。なお、この排出孔34がエンドプレート22に設けられた構成が実施例1となる。
Specifically, as shown in FIGS. 1 and 2, the
また、図4に示すように、この実施例1における排出孔34が、オイルの排出方向が回転子2の半径方向の内周側の向き、すなわち図4のy軸負方向に傾いた向きとなるように構成されている排出孔36であってもよい。この発明の排出孔36も、回転子2の回転速度よりも遅い速度でオイルが排出されるように構成されて、エンドプレート22に設けられる。この排出孔36は、冷媒通路27に連通された位置と排出孔36の開口端37とが半径方向でずらされて設けられて、回転子2の半径方向の内周側すなわちに図4および図5のy軸負方向の成分を有してオイルが流通するように形成されている。言い換えると、この排出孔36は、回転子2の遠心力の方向とは逆の方向成分を有してオイルが流通するように、エンドプレート22に形成されている。また、図4に示すとおりこの実施例2の構成では、一例として排出孔36の内部の流路は冷媒通路27に連通された位置と排出孔36の開口端37とが直線的に繋がれた流路となっている。なお、この排出孔36がエンドプレート22に設けられた構成が実施例2となる。
Further, as shown in FIG. 4, the
上記のように構成されたこの発明の構成例における電動機(モータ)およびこの発明の電動機の冷却構造の動作、作用および効果について、以下に説明する。運転者による図示しないアクセルペダルなどの操作により、インバーター11によりバッテリ12から電力がモータ(図示せず)に供給される。モータに供給された電力による電流が固定子1のコイル7に供給される。固定子1のコイル7に電流が流されることから、コイル7と複数枚の電磁鋼板5とから固定子1に磁界を発生させる。固定子1は、ケーシング4内に数箇所に備え付けられており、この複数の固定子1に発生する磁界は、回転子2の回転状態と同期して切り替えられて変化する。この同期切り替えによる磁界の変化は、回転子2が回転するように行われる。このように、電流がコイル7に流れてモータの回転軸17が回転する。
The operation, action, and effect of the electric motor (motor) and the electric motor cooling structure of the present invention configured as described above will be described below. Electric power is supplied from the
モータは、コイル7に電流が流されて、回転軸17が回転して、その回転軸17の動力が種々の動力伝達要素から車輪に伝達されて車両を駆動させる。このように車両を駆動させる場合には、連続的に回転軸17が回転して連続運転される。モータが連続運転される場合、上述のとおり、このモータの熱定格以上の熱が発生しないように発熱部位を冷却する必要がある。この発明においては、エンドプレート22内に設けられた冷媒通路27によって回転子2を冷却し、またこの冷媒通路27に設けられた排出孔34(もしくは36)から排出したオイルをコイルエンド8に吹き付けて冷却する。以下のその動作について述べる。
In the motor, an electric current is passed through the
前述のようにモータが連続運転されるため、回転軸17も連続して回転している。回転軸17とともに回転子鉄芯23が回転することから、エンドプレート22も一体で回転する。このように、エンドプレート22が回転することから、エンドプレート22の内部のオイルに遠心力が作用している。このエンドプレート22の内部のオイルに遠心力が作用しているために、回転軸17のシャフト流路20の内部に供給されているオイルが、回転軸17の孔21から吐出する。回転軸17の孔21から吐出されたオイルは、エンドプレート22の供給孔32から冷媒通路27に供給される。冷媒通路27に供給されたオイルは、第1流路R1内で、半径方向の内周側から外周側へと流通する。オイルは、第1流路R1が周方向に屈曲して第2流路R2と連通されていることから、流れの向きを変えて、第2流路R2内を周方向に沿って流通する。
Since the motor is continuously operated as described above, the rotating
第2流路R2を流通したオイルは、半径方向内側に第2流路R2から屈曲している第3流路R3に流通する。このように第1流路R1から第3流路R3までオイルが流通して、回転子2で発生した熱をこのオイルが吸収する。そして、第3流路R3を流通したオイルは、第3流路R3の末端部付近に設けられている排出孔34から吐出される。排出孔34から吐出されたオイルは、コイルエンド8に吹き付けられて、このコイルエンド8の冷却を行い、図示しないオイルパンなどの冷媒溜め部に回収される。
The oil that has flowed through the second flow path R2 flows through the third flow path R3 that is bent from the second flow path R2 radially inward. In this way, the oil flows from the first flow path R1 to the third flow path R3, and this oil absorbs the heat generated in the
上記のように第1流路R1から第3流路R3へとオイルが流通することで、回転子2が冷却される。この際、第1流路R1から流れ込んだオイルが第2流路R2を通り、第3流路R3に流れ込む過程で、第3流路R3が半径方向の外周側から内周側へとオイルを流通させる構造となっている。これにより第2流路R2を流れるオイルがエンドプレート22の内部の最外周面(外周壁31の壁面31a)付近でその流速が大きくなる。第2流路R2を流れるオイルが最外周面31a付近でその流速が大きくなることから、冷却の必要な最外周面31a付近でのオイルの流れがスムースとなって、冷却効果が向上される。そのため、図6に示す、回転子2の回転子鉄芯23の外周側に周状に埋め込まれた永久磁石群25を効率よく冷却できる。
As described above, the oil flows from the first flow path R1 to the third flow path R3, whereby the
また、排出孔34が第3流路R3の末端部付近に設けられ、その配置はエンドプレート22の内周側となることから、コイルエンド8に吹き付けられるオイルの勢いが弱められて、コイルエンド8の絶縁被膜9の損傷を低減できる。さらにエンドプレート22に設けられた第1流路R1ないし第3流路R3は、エンドプレート22の一方面にプレス成形されて連通した溝26が形成され、周状の複数の領域に同じように設けられる第1内周壁28,第2内周壁29,隔壁30および外周壁31とエンドプレート22の内側の軸線A1方向の端面である壁面33と回転子鉄芯23の端面とによって構成される。このようにエンドプレート22に曲折した溝26が形成されて、エンドプレート22の壁面33と回転子鉄芯23の端面との軸線A1方向での間に冷媒通路27が設けられる構造となっていることから、エンドプレート22の剛性が増し、エンドプレート22と回転子2との間からオイルが漏れて、固定子1と回転子2との間のエアギャップ3に侵入することによるトルク損失を抑制できる。またさらに、このように第1流路R1ないし第3流路R3を構成することのできるエンドプレート22が、加工容易な形状であり、プレス成形などにより加工できるため、工作性がよいことから、製造コストの低減および製造工程の簡略化を実現することができ、生産性が向上する。
Further, the
そして、排出孔34が第3流路R3の末端部付近に設けられ、その配置はエンドプレート22の内周側であり、かつ排出孔34はオイルの排出方向が回転子2の回転方向(矢印B1の方向)とは反対側の向き、すなわち図2の矢印C1の方向となるように構成されていることから、オイルの排出速度を低減してオイルによる加速損失を低減もしくは抑制できる。また、エンドプレート22に排出孔36が設けられる構成であっても同様に、オイルの排出方向が回転子2の半径方向の内周側の向き、すなわち図4のy軸負方向に傾いた向きとなるように構成されていることから、オイルの排出速度を低減してオイルによる加速損失を低減もしくは抑制できる。
A
このように排出孔34,36が設けられた効果についてさらに詳しく述べると、この排出孔34,36から排出されるオイルの回転方向速度が、回転子2の回転数よりも低くなるため、回転子鉄芯23から供給されるオイルの加速仕事としてのトルク損失が低減されることによる。このオイルの加速仕事としてのトルク損失とは、例えば、排出孔がエンドプレート22において単純に軸線A1方向と平行な孔であった場合には、オイルは回転子2の回転方向に押されるため、回転子2の系の外側から見ると回転子2と同じ回転速度で回転子2の回転方向に排出される。この回転子2に押された仕事分が回転子2のトルク損失分となる。この発明によれば、回転子2のエンドプレート22に設けられたオイル排出孔34(実施例1)は、回転子2の回転方向に対し、逆方向を向いている。これにより、回転子2に対するオイルの排出方向は図1の矢印C1の方向になり、回転子2の回転方向(矢印B1の方向)と逆方向の回転成分となる。そのため、オイルが回転子2に押される仕事量が減り、オイルの回転子2の回転方向の速度は、回転子2の回転速度より小さくなる。すなわち、回転子2の仕事分を奪わないことにより、オイルが回転子2から受ける力、すなわちオイルが回転子2から受ける回転子2の回転方向への加速仕事を低減することができる。
The effect of providing the discharge holes 34 and 36 will be described in more detail. Since the rotational speed of the oil discharged from the discharge holes 34 and 36 is lower than the rotational speed of the
また、回転子2のエンドプレート22にオイル排出孔36(実施例2)が設けられた構成である場合には、上記のオイル排出孔34と同様の原理で半径方向および軸線A1方向のオイルの排出速度が低減されて、オイルによるトルク損失が抑制される。
Further, when the oil discharge hole 36 (Embodiment 2) is provided in the
なお、以上に示した構成例(実施例1、2)では、回転子2に永久磁石を採用したものを記載したが、回転子2が電磁石によって構成されるものであってよい。また、前述のとおり、固定子1が回転子2の外周側に筒状に設けられて、固定子1にはコイル(固定子巻き線)7が設けられており、そのコイル(固定子巻き線)7の軸線A1方向の両端部(コイルエンド8)が、回転子2の軸線A1方向の両端部より突き出て(張り出して)いるような構成の電動機に適用できる。
In the configuration examples (Examples 1 and 2) described above, the
1…固定コア(固定子、ステータ)、 2…回転コア(回転子、ロータ)、 17…回転軸、 22…エンドプレート、 26…溝、 27…冷媒通路、 32…供給孔、 34…排出孔、 A1…軸方向(軸線方向)。
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記排出孔は、前記回転コアの回転速度よりも遅い速度で冷媒が排出されるように構成されていることを特徴とする、電動機の冷却構造。 A rotating core having a rotating shaft inserted therein; a fixed core fixed to the casing; and end plates provided at both ends of the rotating core, wherein at least one of the rotating core and the fixed core has a current The magnetic pole is changed by the change of the at least the other core of the both cores is configured to have a magnetic pole by a permanent magnet, and a refrigerant passage formed inside the end plate; In a cooling structure for an electric motor, comprising: a supply hole for supplying a refrigerant that circulates in the refrigerant passage; and a discharge hole that discharges the refrigerant circulated in the refrigerant passage.
The motor cooling structure according to claim 1, wherein the discharge hole is configured to discharge the refrigerant at a speed slower than a rotation speed of the rotary core.
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