JP2013110922A - Coolant pipe - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、回転電機の冷却に関し、特に、回転電機の所定の部分に冷却液を導く冷却液パイプの構造に関する。 The present invention relates to cooling of a rotating electrical machine, and more particularly to a structure of a coolant pipe that guides coolant to a predetermined portion of the rotating electrical machine.
電気エネルギを回転の運動エネルギに変換する電動機、回転の運動エネルギを電気エネルギに変換する発電機、さらに電動機と発電機どちらにも機能する電気機器が知られている。以下において、これらの電気機器を回転電機と記す。 An electric motor that converts electrical energy into rotational kinetic energy, a generator that converts rotational kinetic energy into electrical energy, and an electric device that functions as both the motor and the generator are known. Hereinafter, these electric devices are referred to as rotating electric machines.
回転電機は、同軸に配置されて相対的に回転する二つの部材を有する。通常は、一方が固定され、他方が回転する。固定された部材(ステータ)にコイルを配置し、このコイルに電力を供給することにより回転する磁界を形成する。この磁界との相互作用により他方の部材(ロータ)が回転する。 The rotating electrical machine has two members that are arranged coaxially and relatively rotate. Normally, one is fixed and the other rotates. A coil is arranged on a fixed member (stator), and a rotating magnetic field is formed by supplying electric power to the coil. The other member (rotor) is rotated by the interaction with the magnetic field.
回転電機は、その運転によって発熱し、温度が上昇する。回転電機の過熱を防止するために、液体を用いて冷却する技術が知られている。例えば、下記特許文献1には、オイルポンプが吐出した冷却液(オイル)をパイプにより回転電機の上方に送り、パイプの側面に設けられた吐出孔から回転電機の所定の部分に向けて吐出する技術が記載されている。 The rotating electrical machine generates heat by its operation and the temperature rises. In order to prevent overheating of a rotating electrical machine, a technique of cooling using a liquid is known. For example, in Patent Document 1 below, coolant (oil) discharged from an oil pump is sent to the upper side of a rotating electrical machine by a pipe, and discharged from a discharge hole provided on a side surface of the pipe toward a predetermined portion of the rotating electrical machine. The technology is described.
パイプから吐出される冷却液は、パイプ内を流れている時の速度成分が残っていると、パイプの延びる方向に対して直交する方向に吐出せず、斜めに吐出する。パイプ厚さを増すことでパイプ内の流速の影響を小さくすることができるが、これはパイプの重量および材料の増加を招く。 The cooling liquid discharged from the pipe is not discharged in a direction perpendicular to the direction in which the pipe extends but is discharged obliquely if the velocity component when flowing in the pipe remains. Increasing the pipe thickness can reduce the effect of flow velocity in the pipe, but this increases the weight and material of the pipe.
本発明は、冷却液の吐出方向を安定させ、かつパイプの重量等の増加を抑えることを目的とする。 An object of the present invention is to stabilize the discharge direction of the coolant and suppress an increase in the weight of the pipe.
本発明に係る冷却液パイプは、冷却液を回転電機の所定の位置に導く冷却液パイプであって、側壁に冷却液を吐出する吐出孔を有し、吐出孔の周囲の厚さが、他の部分に比べて厚くなっている。 The cooling liquid pipe according to the present invention is a cooling liquid pipe that guides the cooling liquid to a predetermined position of the rotating electrical machine, and has a discharge hole for discharging the cooling liquid on the side wall. It is thicker than the part.
また、直径の異なる吐出孔を複数有し、直径が大きい吐出孔ほど周囲の側壁の厚さを厚くすることができる。 Moreover, the thickness of the surrounding side wall can be increased as the discharge hole has a plurality of discharge holes having different diameters and has a larger diameter.
吐出孔の周囲の冷却液パイプ側壁の厚さを厚くすることで冷却液の吐出方向が安定し、一方吐出孔周囲以外の部分では、パイプ側壁の厚さを薄くすることで重量の増加を抑えることができる。 Increasing the thickness of the coolant pipe side wall around the discharge hole stabilizes the coolant discharge direction. On the other side of the discharge hole, reducing the pipe side wall thickness reduces the increase in weight. be able to.
以下、本発明の実施形態を、図面に従って説明する。図1は、ケース10内に収められた回転電機12の要部、および回転電機の冷却系14を示す断面図である。このような装置の例としてハイブリッド車両用のトランスアクスルが挙げられる。トランスアクスルは、内燃機関等の原動機からの出力を変速して駆動輪へと送り出す動力伝達装置の一種であり、一般的には変速機構と終減速機構を含む。内燃機関に加え回転電機の出力により走行を行うハイブリッド車両においては、トランスアクスル内に車両駆動用の回転電機を備えたものが知られている。変速機構および終減速機構を収めたトランスアクスルのケース内に回転電機が収められている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a cross-sectional view showing a main part of a rotating
回転電機12は、ロータ16と、ロータ16の周囲を取り囲むように配置される略円筒形のステータ18を有する。ステータ18は、電磁鋼板を、回転電機の回転の軸線の方向(以下、回転軸線方向と記す。)に積層して形成されたステータコア20を有する。この電磁鋼板は、円環板の内周に櫛歯状に凹凸が形成された形状を有し、この凹凸が揃うように積層される。この結果、ステータコア20の円筒の内周面には、回転電機の回転軸線方向に沿って延びる凸部が、周方向に配列されるようになる。この凸部に導線が巻回されてコイル22が形成される。コイル22の、ステータコア20の円筒の端面から出た部分はコイルエンドと呼ばれている。図1において、コイルエンドを符号23で示している。
The rotating
ケース10内に収められた回転電機12は、外気による冷却が期待できないため、冷却液を供給して冷却を行う。トランスアクスル内に収容された回転電機12の場合、その冷却液は、変速機構の液圧アクチュエータ(クラッチ、ブレーキなど)の作動液を用いることができる。また、この作動液は、変速機構等の潤滑油も兼ねている。冷却液は、ポンプ24により送出され、ケースに設けられた流路および配管により回転電機12の所定の部位に送られる。ポンプ24は、ケース内に備えられる各機構の潤滑、アクチュエータの動作のために作動液を送るポンプであってよい。ポンプ24は、回転電機12に駆動されてよく、ハイブリッド車両であれば内燃機関により駆動されてもよい。また、回転電機12とは別にポンプ24を駆動するための電動機を備えるようにしてもよい。
Since the rotating
ポンプ24から送出された冷却液は、回転電機12の上方に配置された冷却液パイプ26に達する。冷却液パイプ26は筒形状、例えば円筒形状の側壁28と、筒の一端を塞ぐように設けられた端壁30を有する。筒の開放された側の端から、冷却液パイプ26内に冷却液が送り込まれる。側壁28は、回転電機12に対向する面に吐出孔32を有している。吐出孔32は、冷却液パイプ26の長さ方向に沿って複数、例えば3個が設けられている。3個の吐出孔32のうち2個(32A,32B)が、ステータコア20の両側のコイルエンド23に対向する位置に配置され、残りの1個がステータコア20の外周に対向する位置に配置されている。それぞれの吐出孔32は、その軸線が冷却液パイプ26の軸線に直交するよう設けられている。
The coolant sent from the
吐出孔32からの吐出流には、冷却液パイプ26内を流れていたときの冷却液の速度成分が含まれることがある。冷却液パイプ26内の流れが速くなると、その影響が大きくなり、吐出流は図1中に破線で示すように、冷却液パイプ26の軸線に直交する方向、又は吐出孔32の軸線に沿う方向に対して角度を有するようになる。このように吐出流が斜めになると、冷却液が所期の位置に掛からず冷却が十分に行えないことがある。ポンプ24が、内燃機関や回転電機12により駆動される場合、ポンプ24の運転速度は内燃機関等の速度に依存するため、冷却液パイプ26内の冷却液の速度も内燃機関等の速度に応じて変動する。また、冷却液(作動液)を変速機構等にも送る場合、ポンプ24の吐出流量は、変速機構等の要求を優先して定められる。これらの理由により、冷却液パイプ26内の流速は変動し、よって吐出流の方向が斜めになることがあり得る。
The discharge flow from the
冷却液パイプの側壁の厚みを増加させることによって、吐出流の角度を冷却液パイプの軸線に直交する方向に近づけることができる。図2には、吐出孔の内径および冷却液パイプ内の流速を固定したときの、冷却液パイプの側壁の厚さに対する吐出流の吐出角度を示す図である。吐出角度は、冷却液パイプの軸線に直交する方向が0°である。この図から理解できるように、冷却液パイプの側壁の厚さが増加するに従って、吐出角度が0°に近づく。つまり、吐出孔の内径に対して吐出孔の長さを長くすることで、吐出流の方向を冷却液パイプの軸線に直交する方向とすることができる。一方で、吐出孔の長さを長くするために、冷却液パイプ全体の側壁の厚さを厚くすると、重量、材料の使用量の増加を招く。 By increasing the thickness of the side wall of the coolant pipe, the angle of the discharge flow can be made closer to the direction perpendicular to the axis of the coolant pipe. FIG. 2 is a diagram showing the discharge angle of the discharge flow with respect to the thickness of the side wall of the coolant pipe when the inner diameter of the discharge hole and the flow velocity in the coolant pipe are fixed. The discharge angle is 0 ° in the direction perpendicular to the axis of the coolant pipe. As can be understood from this figure, the discharge angle approaches 0 ° as the thickness of the side wall of the coolant pipe increases. That is, by increasing the length of the discharge hole with respect to the inner diameter of the discharge hole, the direction of the discharge flow can be set to a direction perpendicular to the axis of the coolant pipe. On the other hand, if the thickness of the entire side wall of the coolant pipe is increased in order to increase the length of the discharge hole, the weight and the amount of material used are increased.
そこで、この実施形態の冷却液パイプ26は、全体的な側壁の厚さは薄いまま、吐出孔32の周囲の側壁の厚さを増加させている。具体的には、側壁28に、円錐または円錐台形状に盛り上がった部分を設け、この円錐の中央に吐出孔32を形成するようにしている。
Therefore, in the
図3は、吐出流の向きが許容範囲にある場合の、吐出孔の長さと、直径(孔径)の関係を示す図である。図中にプロットされた点は、冷却液パイプ内の流速が速い場合でも、吐出流の向きが許容範囲内に収まる孔径と孔長さを表している。これから、吐出流の向きをある範囲内に収めるためには、孔径に対する孔長さの比をある値以上とすればよいことが理解できる。つまり、孔径が大きい時には孔長さを長くする。孔径が小さいときには孔長さが小さくて済む。 FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the length of the discharge hole and the diameter (hole diameter) when the direction of the discharge flow is within an allowable range. The points plotted in the figure represent the hole diameter and the hole length in which the direction of the discharge flow is within the allowable range even when the flow velocity in the coolant pipe is high. From this, it can be understood that the ratio of the hole length to the hole diameter may be set to a certain value or more in order to keep the direction of the discharge flow within a certain range. That is, when the hole diameter is large, the hole length is increased. When the hole diameter is small, the hole length may be small.
回転電機12の部位によって、必要な冷却液の量が異なる場合には、吐出孔32の孔径によってこれを調整することができる。つまり、冷却液を多く必要とする部分に対応する吐出孔32の孔径は大きくする。この場合、孔径に合わせて孔長さを調節する。つまり、孔径が大きい吐出孔においては、孔長さも長くする。孔長さを長くするためには、吐出孔周囲に形成される円錐または円錐台形状の高さを高くして、この部分の側壁を厚くすることにより達成できる。ステータコア20よりもコイルエンド23に多くの冷却液を供給する必要がある場合、コイルエンド23に対向する吐出孔32A,32Bの孔径を大きくし、長さも長くするようにする。
If the required amount of coolant varies depending on the location of the rotating
吐出孔は、冷却液パイプの軸線方向において同じ位置に、複数設けるようにしてもよい。つまり一つの円周上に複数の吐出口を配置するようにもできる。 A plurality of discharge holes may be provided at the same position in the axial direction of the coolant pipe. That is, it is possible to arrange a plurality of discharge ports on one circumference.
図4は、冷却液パイプの軸線方向において同じ位置に、複数の吐出孔を設けた例を示す図である。図4は、冷却液パイプ34の軸線に直交する断面を示す図である。冷却液パイプ34は、図4に示される断面において、二つの吐出孔36A,36Bを有している。これらの吐出孔36A,36Bは、それらの軸線が、冷却液パイプ34の軸線に直交するように配置される。また、冷却液パイプ34の直下ではなく、左右に若干振られて配置されている。これにより、コイルエンド23に掛かった冷却液が、コイルエンド23の円周に沿って伝って、コイルエンド23側方に流れやすくしている。
FIG. 4 is a diagram illustrating an example in which a plurality of discharge holes are provided at the same position in the axial direction of the coolant pipe. FIG. 4 is a view showing a cross section perpendicular to the axis of the
さらに、図4の例では、吐出孔36Aの孔径が、吐出孔36Bの孔径より大きくなっている。これに合わせて冷却液パイプ34の側壁の厚さも、吐出孔36Aの周囲において、吐出孔36Bの周囲よりも厚くなっている。なお、吐出孔36Bの周囲の側壁の厚さは、その他の部分よりは厚くなっている。異なる孔径とすることで、吐出孔36Aからより多くの冷却液を吐出するようにできる。このように、非対称の吐出量とすることにより、図4に示すように、冷却液パイプ34がコイルエンド23に対して、寸法dだけオフセットしている場合などに適応することができる。冷却液パイプ34が図4のようにコイルエンド23の中心線に対して右にオフセットしている場合、冷却液パイプ34から左右均等に冷却液を吐出すると、コイルエンド23の左半分を流れる冷却液が少なくなる。これを是正するために、左側の吐出孔36Aの孔径を大きくして、左側により多くの冷却液が送られるようにする。
Furthermore, in the example of FIG. 4, the hole diameter of the
12 回転電機、18 ステータ、20 ステータコア、22 コイル、23 コイルエンド、24 ポンプ、26,34 冷却液パイプ、28 側壁、32,36 吐出孔。 12 rotating electrical machines, 18 stators, 20 stator cores, 22 coils, 23 coil ends, 24 pumps, 26, 34 coolant pipes, 28 side walls, 32, 36 discharge holes.
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- 2011-11-24 JP JP2011256013A patent/JP2013110922A/en active Pending
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