JP2012244659A - Stator structure of rotary electric machine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は回転電機のステータ構造、特に回転電機のステータの冷却構造に関する。 The present invention relates to a stator structure for a rotating electrical machine, and more particularly to a cooling structure for a stator of a rotating electrical machine.
従来から、回転電機あるいはモータジェネレータの冷却構造が提案されている。例えば、下記に示す特許文献1には、コイルがステータの軸方向端部位置から軸方向に張り出した領域としてのコイルエンド部が形成された回転電機において、コイルエンド部を冷却するための冷却液の流路をなす樋を有し、樋にはその流路の途中に設けられコイルエンド部の表面に冷却液を供給するための複数の冷却液供給口と、冷却液供給口に接続され冷却液供給口から流出した冷却液を伝わせるガイドを設けることが開示されている。
Conventionally, cooling structures for rotating electrical machines or motor generators have been proposed. For example, in
また、特許文献2には、モータジェネレータの冷却構造において、ステータコアの前端及び後端にそれぞれ設けた冷却ジャケットの下方に冷媒の入口をそれぞれ形成するとともにそれぞれの冷却ジャケットの上方に冷媒の出口を形成し、冷媒をそれぞれの冷却ジャケットにおいて下方から上方へ流動させることが開示されている。
In
また、特許文献3には、回転電機において、ステータコアの両端面から突出するコイルエンドの片側位置または両側位置に、コイルエンドの少なくとも一部を覆う冷却媒体溜めを設けるとともに、コイルエンドに冷却媒体を供給する冷却媒体供給口をコイルエンドの中心位置よりも高い位置に設定することが開示されている。
Further, in
特許文献1では、冷却液のコイルへの供給が冷却液槽からの自然滴下であるため、コイル面での流体速度が比較的遅く、冷却性能の向上が困難である。また、滴下された冷却液の一部は、コイル外縁部より下方にそのまま落下するので、冷却液の全量が冷却に有効に使用されない問題もある。
In
特許文献2では、冷媒通路が油密状態であるのでオイル通過時の粘性抵抗により滴下冷却に比べて圧力損失が増大してしまう。また、冷却性能を向上させるためにはオイル流速を増大させる必要があるので、流路断面積の狭小化あるいは流量の増加が必要であるところ、これにより圧力損失がさらに増大してしまう問題がある。
In
特許文献3では、オイル供給口直下への滴下では供給口下のコイルは冷却性能が高いものの、コイル面全域にわたってコイルが供給されないのでその他の部分は冷却性能が低く温度分布の原因となる。特に、低流量域での温度分布が顕著となる。さらに、オイル排出口に排出量を調整するための手段がないので、オイル溜めの液面がオイル供給量の変動で大きく上下してしまい、浸漬面以外の部分の冷却性能が大きく低下してしまう。
In
本発明の目的は、回転電機のステータのコイル全体を効率的に冷却することができる構造を提供することにある。 The objective of this invention is providing the structure which can cool the whole coil of the stator of a rotary electric machine efficiently.
本発明は、回転電機のステータ構造であって、ステータコアと、前記ステータコアに巻回されるステータコイルと、前記ステータコアの両側に突出した前記ステータコイルのコイルエンドを覆う冷媒ケースと、前記冷媒ケースの鉛直上方に設けられた冷媒流入口と、前記冷媒ケースの鉛直下方に設けられた冷媒排出口と、前記冷媒ケースの、前記冷媒流入口と前記冷媒排出口との間に設けられた開口部と、前記冷媒排出口に設けられた排出流量調整弁とを備えることを特徴とする。 The present invention relates to a stator structure of a rotating electrical machine, wherein a stator core, a stator coil wound around the stator core, a refrigerant case covering coil ends of the stator coil protruding on both sides of the stator core, and the refrigerant case, A refrigerant inlet provided vertically above, a refrigerant outlet provided vertically below the refrigerant case, and an opening provided between the refrigerant inlet and the refrigerant outlet of the refrigerant case; And a discharge flow rate adjusting valve provided at the refrigerant discharge port.
本発明の1つの実施形態では、前記開口部は、前記冷媒流入口と前記回転電機の回転軸水平位置との間に設けられる。 In one embodiment of the present invention, the opening is provided between the refrigerant inlet and a rotary shaft horizontal position of the rotating electrical machine.
また、本発明の他の実施形態では、前記開口部は、前記回転電機の回転軸水平位置と同一位置に設けられる。 In another embodiment of the present invention, the opening is provided at the same position as a horizontal position of the rotating shaft of the rotating electrical machine.
また、本発明の他の実施形態では、前記冷媒ケースのうち、前記開口部より鉛直上部は冷媒通路を構成し、前記開口部より鉛直下部は冷媒溜めを構成する。 In another embodiment of the present invention, in the refrigerant case, a vertically upper part from the opening constitutes a refrigerant passage, and a vertical lower part from the opening constitutes a refrigerant reservoir.
また、本発明の他の実施形態では、前記排出流量調整弁は、前記冷媒溜めにおける冷媒液面の高さが最大となるように排出量を調整する。 In another embodiment of the present invention, the discharge flow rate adjustment valve adjusts the discharge amount so that the height of the coolant level in the coolant reservoir is maximized.
また、本発明の他の実施形態では、前記冷媒通路を構成する冷媒ケースの内径は、前記冷媒溜めを構成する冷媒ケースの内径よりも小さく設定される。 In another embodiment of the present invention, the inner diameter of the refrigerant case constituting the refrigerant passage is set smaller than the inner diameter of the refrigerant case constituting the refrigerant reservoir.
また、本発明の他の実施形態では、前記開口部は、同一水平位置に複数設けられる。 In another embodiment of the present invention, a plurality of the openings are provided at the same horizontal position.
また、本発明の他の実施形態では、前記冷媒流入口は、円筒状ステータの円周に沿って等間隔に複数設けられる。 In another embodiment of the present invention, a plurality of the refrigerant inlets are provided at equal intervals along the circumference of the cylindrical stator.
本発明によれば、回転電機のステータのステータコイルを効率的に冷却することができる。特に、本発明によれば、滴下冷却と浸漬冷却を併用し、圧力損失を低減しつつ効率的にコイルエンドを冷却することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the stator coil of the stator of a rotary electric machine can be cooled efficiently. In particular, according to the present invention, it is possible to cool the coil end efficiently while reducing pressure loss by using both dripping cooling and immersion cooling.
以下、図面に基づき本発明の実施形態について説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
<第1実施形態>
図1に、本実施形態における回転電機(モータあるいはジェネレータ)の断面図を示す。また、図2に、回転電機の軸方向から見た平面図を示す。
<First Embodiment>
FIG. 1 shows a cross-sectional view of a rotating electrical machine (motor or generator) in the present embodiment. FIG. 2 shows a plan view seen from the axial direction of the rotating electrical machine.
回転電機は、積層鋼板による円筒状ステータコア1に対し、コイルを複数回巻回してなるステータと、このステータに対してエアギャップを介して配置されたロータ6と、このロータ6に設けられた回転電機軸7とを有する。
The rotating electrical machine includes a stator formed by winding a coil a plurality of times around a
ステータコア1の両端面から突出するコイルエンド3の両側位置に、コイルエンド3を覆う冷媒ケース4が形成される。冷媒ケース4は、コイルエンド3を全周的に被覆する円弧状の平面形状をなし、溶接や接着等によりステータコア1に固定される。冷媒ケース4の鉛直上方、より特定的には鉛直最上部に冷媒流入口2が形成され、ここからオイル等の冷媒が供給される。さらに、冷媒ケース4の鉛直下方、より特定的には鉛直最下部に冷媒排出口8が設けられ、冷媒排出口8には冷媒排出量調整弁9が設けられる。
一方、図2に示すように、冷媒ケース4の一部には、冷媒通路開口部10が形成される。図では、冷媒通路開口部10は、鉛直下端を基準として水平方向に略90°の位置に形成される。言い換えれば、冷媒通路開口部10は、回転電機軸7と同一の水平面内に形成される。冷媒ケース4の一部に形成された冷媒通路開口部10により、冷媒ケース4は冷媒通路開口部10より鉛直上部の冷媒通路4aと、冷媒溜め4bとに機能的に分離される。冷媒流入口2から流入した冷媒は、冷媒通路4aを流れてステータコイルを冷却し、冷媒溜め4bに溜る。冷媒溜め4bに溜った冷媒は、冷媒排出口8から外部に排出される。外部への排出量は、冷媒排出量調整弁9により調整される。
On the other hand, as shown in FIG. 2, a
図3に、冷媒排出量調整弁9の一例を示す。冷媒排出量調整弁9はプランジャを有し、プランジャはバネにより弁座方向(図中上方向)に付勢されるとともに、電磁コイルに通電することでバネの付勢力に抗して弁座から離間する方向(図中下方向)に駆動される。通常状態ではプランジャはバネ力により弁座に当接し、冷媒は冷媒溜め4bに滞留する。一方、排出時には、電磁コイルに通電することでプランジャがバネ力に抗して弁座から離間し、冷媒は冷媒溜め4bから排出される。冷媒排出量調整弁9は、冷媒溜め4bの液面位置が最大となるように冷媒排出量を調整する。この調整により、冷媒流量の変動による冷媒溜め4bでの冷媒液面高さの変動を吸収し、冷媒液面高さが一定となるため液面低下によるステータコイル温度上昇が抑制される。
FIG. 3 shows an example of the refrigerant discharge
このように、本実施形態では、冷媒ケース4の一部に開口部10を形成して大気開放部分を形成したことにより冷媒通路部分と冷媒溜め部分を形成したので、ステータコイル全周を密閉状の冷媒通路とした場合に比べて、圧力損失の大幅な低減が可能となる。すなわち、密閉形状では、冷媒流通時の粘性抵抗により圧力損失が増大することとなるが、開口部10により大気開放とすることで冷媒溜め4bの存在比率を制限ないし調整して圧力損失を防止できる。
Thus, in this embodiment, since the
図4に、本実施形態の場合と密閉形状の場合における圧力損失を示す。図において、横軸は冷媒流量を示し、縦軸は圧力損失を示す。密閉形状では冷媒流量が増大するほど粘性抵抗により圧力損失が増大してしまうが、本実施形態では冷媒流量によらず圧力損失は一定である。本実施形態における最大圧力損失は、冷媒排出口8から冷媒溜め液面までの水頭分であり、冷媒排出量調整弁9により冷媒溜め4bの液面位置が最大となるように調整した場合には、液面高さは開口部10の形成高さHに略等しいから、冷媒の比重をγとして、最大圧力損失ΔP=γHとなる。
In FIG. 4, the pressure loss in the case of this embodiment and the case of a sealing shape is shown. In the figure, the horizontal axis indicates the refrigerant flow rate, and the vertical axis indicates the pressure loss. In the sealed shape, the pressure loss increases due to viscous resistance as the refrigerant flow rate increases, but in this embodiment, the pressure loss is constant regardless of the refrigerant flow rate. The maximum pressure loss in the present embodiment is the water head from the refrigerant discharge port 8 to the refrigerant reservoir liquid level, and when the refrigerant discharge
また、本実施形態では、冷媒通路4aにおいて滴下冷却によりステータコイルのコイルエンド3を冷却するとともに、冷媒溜め4bでは浸漬冷却によりステータコイルのコイルエンド3を冷却するので、コイルエンド3の温度分布が抑制される。すなわち、図9に示すように、冷媒溜め4bが存在せず、冷媒の滴下による滴下冷却のみの構成では、冷媒がコイルエンド3の外縁部より下方にそのまま自由落下するため有効に利用されず冷却が不均一となるが、本実施形態では開口部10より下部を冷媒溜め4bによる浸漬冷却とすることができ、滴下冷却後の冷媒を有効利用してコイルエンド3の温度分布を低減できる。
In the present embodiment, the
なお、ステータコイルはステータコア1に巻回されており、ステータコイルのうちステータコア1の側面に巻回されている部分のコイル熱はステータコアを介して熱放出されるが、コイルエンド3はステータコアから突出しているため熱が逃げにくく温度上昇し易い。本実施形態では、このコイルエンド3を冷媒ケース4で被覆するので、冷媒がコイル面に衝突後に飛び出すことを防止してコイルエンド3を効果的に冷却できる。
The stator coil is wound around the
<第2実施形態>
第1実施形態では、冷媒ケース4の鉛直頂部に冷媒流入口2を1個(両端のコイルエンド毎に1個であり、全体としては2個)設けているが、冷媒流入口2を複数個設けてもよい。
Second Embodiment
In the first embodiment, one
図5に、本実施形態における回転電機の軸方向から見た平面図を示す。冷媒ケース4の最上部に冷媒流入口2が設けられるとともに、これに加えてさらに2個の冷媒流入口2が設けられる。3個の冷媒流入口2は、冷媒通路開口部10より鉛直上方であり、かつ、円周方向に沿って等間隔に配置される。
In FIG. 5, the top view seen from the axial direction of the rotary electric machine in this embodiment is shown. A
このように、冷媒流入口2を複数設け、これらの冷媒流入口2から冷媒を供給することで、ステータコイルをさらに効率的に冷却することができる。本実施形態においても、第1実施形態と同様に、冷媒通路開口部10より鉛直上方では滴下冷却によりステータコイルのコイルエンド3が冷却され、冷媒通路開口部10より鉛直下方では浸漬冷却によりステータコイルのコイルエンド3が冷却される。
Thus, by providing a plurality of
<第3実施形態>
上記の実施形態では、冷媒ケース4に冷媒通路開口部10を1か所だけ設けているが、冷媒通路開口部10を複数個所に設けることもできる。
<Third Embodiment>
In the above embodiment, the
図6に、本実施形態における回転電機の軸方向から見た平面図を示す。冷媒通路開口部10が左右に2個設けられる。2個の冷媒通路開口部10は、同一の高さに形成され、鉛直下端から90°の位置、言い換えれば回転電機軸7と同一の水平面内に形成される。
In FIG. 6, the top view seen from the axial direction of the rotary electric machine in this embodiment is shown. Two
本実施形態によっても、2個の冷媒通路開口部10の鉛直上部は冷媒通路4aを形成し、鉛直下部は冷媒溜め4bを形成することとなり、圧力損失を抑制しつつ、効率的にステータコイルを冷却することができる。
Also in the present embodiment, the vertical upper portion of the two
<第4実施形態>
第3実施形態では、冷媒ケース4に2個の冷媒通路開口部10を設けているが、同様に2個の冷媒通路開口部10を設けるとともに、冷媒通路開口部10の鉛直上部と鉛直下部の冷媒ケース4の内径を同一ではなく異なるものとすることもできる。
<Fourth embodiment>
In the third embodiment, the
図7に、本実施形態における回転電機の軸方向から見た平面図を示す。図において、鉛直上方の冷媒ケース4の内径は、鉛直下部の冷媒ケース4の内径よりも相対的に小さい。したがって、鉛直上部の冷媒ケース4で構成される冷媒通路4aは、鉛直下部の冷媒ケース4で構成される冷媒溜め4bよりも内径が小さく、冷媒通路4aを流れた冷媒は確実に冷媒溜め4bに供給される。
In FIG. 7, the top view seen from the axial direction of the rotary electric machine in this embodiment is shown. In the figure, the inner diameter of the vertically upper
<第5実施形態>
図8に、本実施形態の回転電機を用いた冷却システムの全体構成図を示す。車両に搭載した場合のシステムである。モータジェネレータとしての回転電機11は、ディファレンシャルギア13を含むトランスアクスル12内に設けられる。回転電機11の冷媒排出量調整弁9を介して冷媒排出口8から排出された冷却済の冷媒は、熱交換器15に供給される。熱交換器15で冷却された冷媒はトランスアクスル12内のオイルパン16に貯留される。オイルパン16に貯留された冷媒は、オイルポンプ14により回転電機11の冷媒流入口2まで運ばれ、再び回転電機11のステータコイルを冷却する冷媒として循環される。
<Fifth Embodiment>
FIG. 8 shows an overall configuration diagram of a cooling system using the rotating electrical machine of the present embodiment. This is a system when mounted on a vehicle. A rotating
このように、回転電機11からの冷媒排出口8を1か所とすることで、冷媒の流量や熱管理が容易となり、熱交換器15を含む冷媒循環システムの簡易化を図ることができる。
Thus, by providing the refrigerant discharge port 8 from the rotating
<第6実施形態>
図10に、本実施形態における回転電機(モータあるいはジェネレータ)のステータの斜視図を示す。また、図11に、図10における冷媒入口101を通る切断面で切断した場合の斜視図を示す。
<Sixth Embodiment>
FIG. 10 is a perspective view of a stator of a rotating electrical machine (motor or generator) in the present embodiment. Further, FIG. 11 shows a perspective view when cut along a cut surface passing through the
ステータコアの両端面から突出するステータコイルのコイルエンドの両側位置に、コイルエンドを覆う冷媒ケース501,601がそれぞれ形成される。冷媒ケース501,601は、両端のコイルエンドをそれぞれ全周的に被覆して液密的な環状空間を形成する。冷媒ケース501,601は、溶接や接着等によりステータコアに固定される。冷媒ケース501,601の鉛直下方にはそれぞれ冷媒入口101,201が形成され、冷媒ケース501,601の鉛直上方にはそれぞれ冷媒出口102,202が形成される。冷媒ケース501の冷媒入口101と冷媒出口102は互いに180°対向する位置に形成され、冷媒ケース601の冷媒入口201と冷媒出口202も互いに180°対向する位置に形成される。冷却オイル等の冷媒は、冷媒ケース501,601内を鉛直下方から鉛直上方に向かってそれぞれ流れ、コイルエンドとの熱交換によりコイルエンドを冷却し、冷媒出口102,202からそれぞれ排出される。なお、図には示していないが、冷媒出口102,202から排出された冷却済の冷媒は熱交換器で放熱された後、再び温度の低い冷媒として冷媒入口101,201に循環供給される。
コイルエンドを覆うように環状の冷媒ケース501,601が設けられる点は上記の特許文献2と共通するが、上記の特許文献2では、冷媒ケース501,601に相当する冷媒ジャケットの流路断面積は冷媒入口101,201から冷媒出口102,202に沿ってほぼ一定であるため、コイルエンドの熱伝達率は冷媒入口101,201から冷媒出口102,202まで一様となり、このためステータコイルの温度は冷媒出口102,202に向かって徐々に高くなり、冷媒出口102,202において最高温度となる(図19参照)。
The point that the annular
これに対し、本実施形態では、冷媒ケース501,601の冷媒入口101,201近傍の通路断面積を冷媒出口102,202の通路断面積よりも相対的に増大させる。言い換えれば、冷媒出口側の通路断面積を冷媒入口側よりも相対的に小さく設定する。具体的には、冷媒入口101,201の位置を0°、冷媒出口102,202の位置を180°として、冷媒入口101,201の位置から冷媒出口102,202に沿って角度にして60°〜80°まで外周方向に冷媒ケース501,601を広げることで冷媒ケース501,601の流路断面積を増大させ、60°〜80°から冷媒出口102,202の位置まで外周方向に広げず冷媒ケース501,601の通路断面積を相対的に小さくする。
On the other hand, in this embodiment, the passage cross-sectional area in the vicinity of the
このように、冷媒入口101,201近傍の通路断面積を冷媒出口102,202近傍の通路断面積より増大させることで、冷媒入口101,201近傍での流速を低下させて熱伝達率を下げるとともに、一部の冷媒の入口での温度をそのまま保持した状態で下流側のコイルに供給する。また、冷媒出口102,202近傍では通路断面積が相対的に減少しているので、その分だけ冷媒の流速が増大し、ステータコイルを効果的に冷却することができる。結果として、下流側、つまり冷媒出口側のコイル温度が低下し、冷媒入口側のコイル温度と冷媒出口側のコイル温度との温度差が低減される。
Thus, by increasing the passage cross-sectional area in the vicinity of the
なお、この場合、冷媒入口101,201のコイル温度は外周方向に流路を広げない場合に比べて相対的に上昇することになるが、冷媒出口102,202近傍では周囲から流入する温度の低い冷媒とステータコイルに接触した冷媒とが合流し、流速増大の効果も相俟って大きな冷却性能の向上が図られるので、コイル温度は全体として低下することになる。
In this case, the coil temperature of the
本実施形態では、コイル温度が最高温度となる冷媒出口102,202近傍の温度を低下させることで、コイル絶縁材の耐熱温度に対して余裕ができる。したがって、回転電機の信頼性が向上する。さらに、耐熱温度に対して余裕ができるため、結果として出力向上が期待できる。
In the present embodiment, by reducing the temperature in the vicinity of the
<第7実施形態>
図12に、本実施形態におけるステータの冷媒入口101の一部拡大図を示す。本実施形態では、上記の第1実施形態と同様に冷媒ケース501の冷媒入口101近傍の通路断面積を冷媒出口102の通路断面積よりも相対的に増大させることに加え、冷媒ケース501内の冷媒入口101近傍に、冷媒がコイルエンド40に噴流のように衝突することを防止し、冷媒の一部を温度の低い状態で下流に導くガイド90が円周方向に沿って設けられる。ガイド90には、冷媒入口101に対向する位置にスリットが形成される。このスリットを介して冷媒がコイルエンド40に供給され、コイルエンド40を冷却する。
<Seventh embodiment>
FIG. 12 is a partially enlarged view of the
ガイド90は、冷媒入口101近傍に局所的に設ければよいが、冷媒入口101の位置を0°、冷媒出口102の位置を180°として、冷媒入口101の位置から冷媒出口102に向けて60°〜80°まで延在することもできる。ガイド90に設けられたスリットの開口によりコイルエンド40に供給される冷媒の量を制御することができる。また、冷媒入口101から供給された冷媒の一部をガイド90により迂回させてコイルエンド40の下流に導くことができ、下流における冷媒の流速増大と相俟って、冷媒出口102側における冷却性能が一層向上する。
The
なお、図12では冷媒ケース501に形成される冷媒入口101について示したが、冷媒ケース601に形成される冷媒入口201についても同様であり、冷媒ケース601内の冷媒入口201近傍にガイドを設け、かつ、冷媒入口201に対向する位置にスリットを設けて冷媒の一部を温度の低い状態で下流側に導くことができる。
Although FIG. 12 shows the
冷媒ケース501に設けられるガイド90と冷媒ケース601に設けられるガイドの円周方向に沿った延在長は同一でもよく、あるいは異なっていてもよい。
The extension length along the circumferential direction of the
<第8実施形態>
図13に、本実施形態における冷媒ケース502の断面斜視図を示す。本実施形態の冷媒ケース502は、第1実施形態の冷媒ケース501と同様に鉛直下方に冷媒入口101、鉛直上方に冷媒出口102を有して冷媒が鉛直下方から鉛直上方に流れる構成であるが、冷媒入口101から冷媒出口102に至る経路の中間まで、外周部に沿ってバイパス経路92が形成されており、冷媒入口101から導入された冷媒は、主経路に加えてその一部がバイパス経路92に流れ込む。このバイパス経路92はステータコイルのコイルエンド40に接触しないため温度の低い状態がそのまま維持される。そして、冷媒入口101から冷媒出口102の間の所定位置に主経路との合流口93が設けられ、バイパス経路92を流れた冷媒と主経路を流れた冷媒とが合流して下流に流れる。下流側、つまり冷媒出口102側では、通路断面積が相対的に小さいため流速が増大するとともに、バイパス経路92から合流した温度の低い冷媒が含まれているため、冷却性能が向上して冷媒出口102側におけるコイル温度を低下させる。
<Eighth Embodiment>
FIG. 13 is a cross-sectional perspective view of the
ここで、バイパス経路92の合流点は、冷媒入口101から60°〜80°の範囲に設定するのが望ましい。合流点を60°〜80°の範囲に設定した理由は、以下の通りである。すなわち、図19に示すように、冷媒入口から90°までは温度勾配が相対的に大きく、90°以上では温度勾配が相対的に小さくなる。したがって、冷媒入口から90°近傍において冷却性能を向上させることが効果的であり、このためには90°の直前の60°〜80°において温度の低い冷媒をバイパス経路92から合流させるのが望ましいからである。
Here, it is desirable to set the junction of the
なお、図では冷媒ケース501の変形例としての冷媒ケース502を示したが、同様に冷媒ケース601にも外周に沿ってバイパス経路を設けることができる。
Although the
<第9実施形態>
第7実施形態において、冷媒入口101の近傍にガイド90を設けているが、冷媒入口101から導入された冷媒はスリットを介してコイルエンド40に供給されるので、この部分で圧力損失が増大するおそれがある。そこで、冷媒入口101とガイド90との間に前室を設け、この前室をバッファ空間として用いて冷媒を導入することもできる。前室に一時的に貯留された冷媒は、ガイド90のスリットを介してコイルエンド40側に流れる冷媒と、ガイド90の外側を経由する冷媒とに分配される。
<Ninth Embodiment>
In the seventh embodiment, the
<第10実施形態>
上記の各実施形態では、冷媒ケース501,601の外周方向(あるいは環状冷媒ケース501,601の径方向)に冷媒通路を広げているが、冷媒ケース501,601の外周方向に代えて、冷媒ケース501,601の軸方向(回転電機の回転軸方向)に冷媒通路を広げることもできる。
<Tenth Embodiment>
In each of the above embodiments, the refrigerant passage is widened in the outer circumferential direction of the
図14、図15、及び図16に、本実施形態における冷媒ケースの構成を示す。図14は、冷媒ケース801,901の平面図、図15は、図14のB−B断面斜視図、図16は、図14の中心線Cに沿って抜き出した斜視図である。
14, 15 and 16 show the configuration of the refrigerant case in the present embodiment. 14 is a plan view of the
冷媒ケース801は、鉛直下方に冷媒入口101、鉛直上方に冷媒出口102を有する。冷媒ケース801は、冷媒入口101において軸方向に沿って冷媒通路が拡張しており、冷媒入口101から冷媒出口102に向けて60°の範囲では拡張された冷媒通路が維持される。そして、60°〜135°までは軸方向に広げられた冷媒通路が徐々に狭まり、135°〜180°では冷媒通路が最も狭くなる。図14において、0°〜60°は「隙間大」領域、60°〜135°は「隙間徐変領域」、135°〜180°は「隙間小」領域として冷媒通路断面積の大小が示されている。また、図16において、冷媒通路110は冷媒入口101の近傍において最大隙間を有するためその断面積が最大となり、冷媒出口102の近傍において最小隙間を有するためその断面積が最小となることが示されている。
The
ここで、135°〜180°を「隙間小」とする理由は以下の通りである。すなわち、図19に示すように、冷媒入口から90°〜冷媒出口まではコイル温度差は比較的小さい
。したがって、この範囲内において隙間をある値に固定しても温度差に影響はなく、90°〜冷媒出口の中間位置として135°に設定したものである。
Here, the reason why 135 ° to 180 ° is “small gap” is as follows. That is, as shown in FIG. 19, the coil temperature difference is relatively small from the refrigerant inlet to 90 ° to the refrigerant outlet. Therefore, even if the gap is fixed to a certain value within this range, the temperature difference is not affected, and the intermediate position of 90 ° to the refrigerant outlet is set to 135 °.
冷媒ケース901も冷媒ケース801と同様であり、鉛直下方に冷媒入口201、鉛直上方に冷媒出口202を有する。冷媒ケース901は、冷媒入口201において軸方向に沿って冷媒通路が拡張しており、冷媒入口201から冷媒出口202に向けて60°の範囲では拡張された冷媒通路が維持される。そして、60°〜135°までは軸方向に広げられた冷媒通路が徐々に狭まり、135°〜180°では冷媒通路が最も狭くなる。
The
本実施形態においても、冷媒入口101,201近傍での流速を低下させて熱伝達率を下げるとともに、一部の冷媒の入口温度を保持した状態で下流側のステータコイルに供給することができる。また、冷媒出口102,202近傍では通路断面積が減少しているので、その分だけ冷媒の流速が増大し、下流においてステータコイルを効率的に冷却することができる。
Also in this embodiment, the flow rate in the vicinity of the
<第11実施形態>
第10実施形態では、冷媒入口101,201から冷媒出口102,202に向けて冷媒通路断面積が軸方向に小さくなるように形成しているが、さらに、冷媒通路内に外周から内周に向けて冷媒通路を狭め、冷媒を外周側に誘導するガイドを設けることもできる。
<Eleventh embodiment>
In the tenth embodiment, the refrigerant passage cross-sectional area is formed so as to be reduced in the axial direction from the
図17に、この場合の冷媒ケース801の斜視図を示す。冷媒通路にガイド111が設けられ、このガイド111により冷媒通路が外周から内周に向けて狭まるように調整される。これにより、下流側において内周側よりも外周側に相対的に冷媒が多く導入されるようになり、外周側における冷却性能が向上される。
FIG. 17 is a perspective view of the
このように、下流側においてガイド111を設けて冷媒通路が外周側から内周に向けて狭める理由は以下の通りである。すなわち、図19に示すように、冷媒入口〜冷媒出口の全周位置において、内周よりも外周の方がコイル温度が相対的に高い。そこで、内周側の絞りを大きくして冷媒を外周側に供給することで、内周側に比べて外周側の冷却性能を向上させ、内周側と外周側のコイル温度差を低減するためである。
Thus, the reason why the
<第12実施形態>
上記の各実施形態において、冷媒入口101,201は冷媒ケースの鉛直下方、冷媒出口102,202は冷媒ケースの鉛直上方に形成されているが、冷媒入口101,201及び冷媒出口102,202の位置をコイルエンドの高さとの関係において調整することもできる。
<Twelfth embodiment>
In each of the embodiments described above, the
すなわち、図18に示すように、ステータコア70を基準とした冷媒入口101,201側のコイルエンド30,40の高さをFとすると、ステータコア70を基準とした冷媒入口101,201の高さGはコイルエンド30,40の高さFの1/2以上となるような位置に形成する。これにより、入口側のコイルエンド30,40に当たる冷媒の流れを少なくし、冷媒入口101,201近傍においてコイルエンド30,40の冷却を抑制することができる。
That is, as shown in FIG. 18, if the height of the coil ends 30 and 40 on the
また、冷媒出口102,202側のコイルエンド30,40の高さをDとすると、冷媒出口102,202の高さEはコイルエンド30,40の高さDの1/2以下となるような位置に形成する。これにより、冷媒出口102,202のコイルエンド30,40の根本付近に積極的に流れを形成し、冷却性能を向上させることができる。
Further, assuming that the height of the coil ends 30 and 40 on the
<その他の実施形態>
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、種々の変更が可能である。
<Other embodiments>
As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to this, A various change is possible.
例えば、第1実施形態では冷媒流入口2を1個、第2実施形態では冷媒流入口2を3個設けているが、これらをいずれも噴流構造として冷媒を噴流させて冷媒通路4aに導入する構成とすることができる。冷媒流入口2を噴流口とすることで、ステータコイル表面での冷媒速度の向上とステータコイル面全域の濡れ性が改善し、その結果冷却性能を向上させることができる。
For example, in the first embodiment, one
また、本実施形態では、冷媒通路開口部10を鉛直下端(最下部)から90°の位置、あるいは回転電機軸7と同一の水平面内に形成しているが、必ずしもこの位置に限定されるものではなく、任意の角度位置に形成することもできる。但し、冷媒溜め4bにより冷媒を無駄なく利用して冷却効率を上げるためには回転電機軸7と同一の水平面からコイルエンド3の最上部までの範囲において形成することが望ましく、冷媒効率の向上と圧力損失の低減を共に図るとの観点からは鉛直下端(最下部)から90°の位置に形成するのがさらに望ましい。
In the present embodiment, the refrigerant passage opening 10 is formed at a
また、本実施形態では、冷媒通路開口部10は、冷却ケース4を径方向に切断するように形成されているが、冷却ケース4の一部のみに形成し、冷媒通路4aと冷媒溜め4bが開口部10の形成位置において互いに分離されずその一部が接続されていてもよい。要するに、冷媒通路開口部10により冷媒ケース4を大気開放すればよい。
In the present embodiment, the coolant passage opening 10 is formed so as to cut the
また、第6実施形態では冷媒入口101,201近傍において外周方向に流路を広げることで冷媒入口101,201近傍の冷媒通路断面積を出口側に比べて相対的に大きくし、第10実施形態では冷媒入口101,201近傍において軸方向に流路を広げることで冷媒入口101,201近傍の冷媒通路断面積を出口側に比べて相対的に大きくしているが、これらを組み合わせることもできる。すなわち、冷媒入口101,201近傍において外周方向に流路を広げるとともに、軸方向に流路を広げることで冷媒入口101,201近傍の冷媒通路断面積を出口側に比べて相対的に大きくしてもよい。
Further, in the sixth embodiment, the refrigerant passage cross-sectional area in the vicinity of the
また、図14、図15及び図16に示す形態では、冷媒入口101,201から0°〜60°の範囲までは隙間大としているが、この範囲は任意に設定することができる。隙間小の範囲についても同様である。例えば、0°〜80°の範囲までを隙間大とし、80°〜110°の範囲を徐変範囲とし、110°〜180°を隙間小としてもよい。 Moreover, in the form shown in FIG.14, FIG15 and FIG.16, although the clearance gap is large from the refrigerant | coolant inlet_port | entrance 101,201 to the range of 0 degree-60 degrees, this range can be set arbitrarily. The same applies to the range with a small gap. For example, the gap may be large from 0 ° to 80 °, the gradually changing range may be from 80 ° to 110 °, and the gap may be small from 110 ° to 180 °.
また、上記の実施形態では、冷媒ケースの鉛直下方に冷媒入口、鉛直上方に冷媒出口を設けているが、鉛直上方に冷媒入口、鉛直下方に冷媒出口を設けてもよい。この場合において、冷媒入口から冷媒出口に向けて、冷媒ケースの冷媒通路断面積は順次減少するように設定すればよい。 In the above embodiment, the refrigerant inlet is provided vertically below the refrigerant case, and the refrigerant outlet is provided vertically above. However, the refrigerant inlet may be provided vertically above and the refrigerant outlet may be provided vertically below. In this case, the refrigerant passage cross-sectional area of the refrigerant case may be set so as to decrease sequentially from the refrigerant inlet to the refrigerant outlet.
さらに、本実施形態における回転電機は、モータあるいはジェネレータとしてハイブリッド車両や電気自動車に搭載され得るものであるが、必ずしも車載に限定されるものではない。 Furthermore, the rotating electrical machine in the present embodiment can be mounted on a hybrid vehicle or an electric vehicle as a motor or a generator, but is not necessarily limited to being mounted on a vehicle.
1 ステータコア、2 冷媒流入口、3 コイルエンド、4 冷媒ケース、4a 冷媒通路、4b 冷媒溜め、6 ロータ、7 回転電機軸、8 冷媒排出口、9 冷媒排出量調整弁、10 冷媒通路開口部、101,201 冷媒入口、102,202 冷媒出口、110 冷媒通路、111 ガイド、501,502,601,801,901 冷媒ケース。 1 Stator core, 2 Refrigerant inlet, 3 Coil end, 4 Refrigerant case, 4a Refrigerant passage, 4b Refrigerant reservoir, 6 Rotor, 7 Rotating electrical machine shaft, 8 Refrigerant discharge port, 9 Refrigerant discharge amount adjusting valve, 10 Refrigerant passage opening, 101, 201 Refrigerant inlet, 102, 202 Refrigerant outlet, 110 Refrigerant passage, 111 guide, 501, 502, 601, 801, 901 Refrigerant case.
Claims (8)
ステータコアと、
前記ステータコアに巻回されるステータコイルと、
前記ステータコアの両側に突出した前記ステータコイルのコイルエンドを覆う冷媒ケースと、
前記冷媒ケースの鉛直上方に設けられた冷媒流入口と、
前記冷媒ケースの鉛直下方に設けられた冷媒排出口と、
前記冷媒ケースの、前記冷媒流入口と前記冷媒排出口との間に設けられた開口部と、
前記冷媒排出口に設けられた排出流量調整弁と、
を備えることを特徴とする回転電機のステータ構造。 A stator structure of a rotating electric machine,
A stator core;
A stator coil wound around the stator core;
A refrigerant case covering a coil end of the stator coil protruding on both sides of the stator core;
A refrigerant inlet provided vertically above the refrigerant case;
A refrigerant outlet provided vertically below the refrigerant case;
An opening provided between the refrigerant inlet and the refrigerant outlet of the refrigerant case;
An exhaust flow rate adjusting valve provided at the refrigerant outlet;
A stator structure for a rotating electrical machine, comprising:
前記開口部は、前記冷媒流入口と前記回転電機の回転軸水平位置との間に設けられる
ことを特徴とする回転電機のステータ構造。 In the stator structure of the rotating electrical machine according to claim 1,
The opening is provided between the refrigerant inlet and a rotary shaft horizontal position of the rotating electrical machine. A stator structure of a rotating electrical machine.
前記開口部は、前記回転電機の回転軸水平位置と同一位置に設けられる
ことを特徴とする回転電機のステータ構造。 In the stator structure of the rotating electrical machine according to claim 2,
The opening is provided at the same position as a horizontal position of the rotating shaft of the rotating electrical machine.
前記冷媒ケースのうち、前記開口部より鉛直上部は冷媒通路を構成し、前記開口部より鉛直下部は冷媒溜めを構成する
ことを特徴とする回転電機のステータ構造。 In the stator structure of the rotating electrical machine according to claim 1,
A stator structure for a rotating electrical machine, wherein, in the refrigerant case, an upper part vertically from the opening constitutes a refrigerant passage, and a lower part vertically from the opening constitutes a refrigerant reservoir.
前記排出流量調整弁は、前記冷媒溜めにおける冷媒液面の高さが最大となるように排出量を調整する
ことを特徴とする回転電機のステータ構造。 In the stator structure of the rotating electrical machine according to claim 4,
The discharge flow rate adjusting valve adjusts a discharge amount so that a height of a coolant level in the coolant reservoir is maximized.
前記冷媒通路を構成する冷媒ケースの内径は、前記冷媒溜めを構成する冷媒ケースの内径よりも小さい
ことを特徴とする回転電機のステータ構造。 In the stator structure of the rotating electrical machine according to claim 4,
A stator structure for a rotating electrical machine, wherein an inner diameter of a refrigerant case constituting the refrigerant passage is smaller than an inner diameter of a refrigerant case constituting the refrigerant reservoir.
前記開口部は、同一水平位置に複数設けられる
ことを特徴とする回転電機のステータ構造。 In the stator structure of the rotating electrical machine according to claim 1,
A plurality of the openings are provided at the same horizontal position. A stator structure of a rotating electrical machine.
前記冷媒流入口は、円筒状ステータの円周に沿って等間隔に複数設けられる
ことを特徴とする回転電機のステータ構造。 In the stator structure of the rotating electrical machine according to claim 1,
A plurality of the refrigerant inlets are provided at equal intervals along the circumference of the cylindrical stator.
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