JP2014220885A - Induction motor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、車両に用いられる誘導電動機に関し、特に内部の温度上昇を抑制する冷却構造を有する誘導電動機に関する。 The present invention relates to an induction motor used in a vehicle, and more particularly to an induction motor having a cooling structure that suppresses an internal temperature rise.
従来、車両用駆動装置(例えば、電動式4輪駆動装置など)用のモータとして、高出力大電流の誘導電動機が用いられている。この誘導電動機の動作は、ステータに配置された1次コイルに電流を流して磁束を発生させ、この磁束によりロータ側に誘導電流を発生させ、磁束と誘導電流との相互作用により回転トルクを発生させるものである。この種のモータは、例えば、車両の発進時にはモータが停止していても高トルク(大電流)が必要となり、このときモータのステータやロータが発熱するため冷却が必要である。そして、上記のようなモータ内部の温度上昇を防止するため、ロータ端部に設けた羽根車(ファン)により空気を対流させてステータおよびロータを冷却する手段が設けられたものがある(例えば、特許文献1参照)。 2. Description of the Related Art Conventionally, high-output large-current induction motors are used as motors for vehicle drive devices (for example, electric four-wheel drive devices). The operation of this induction motor is to generate a magnetic flux by passing a current through a primary coil arranged in the stator. This magnetic flux generates an induced current on the rotor side, and generates a rotating torque by the interaction between the magnetic flux and the induced current. It is something to be made. This type of motor, for example, requires high torque (large current) even when the motor is stopped when the vehicle starts, and at this time, the stator and rotor of the motor generate heat, and thus cooling is necessary. And in order to prevent the temperature rise inside the motor as described above, there is one provided with means for cooling the stator and the rotor by convection of air by an impeller (fan) provided at the end of the rotor (for example, Patent Document 1).
しかしながら、上記構成では、ロータの回転時にロータ端部に設けられたファンが回転して周りの空気を攪拌させて冷却するが、ロータが拘束されて回転していない場合には、ファンが回転しない。そして、ロータが回転していない場合にもステータ巻線には電流が流れており、さらにロータにも誘導(2次)電流が流れ、これにより、ステータおよびロータが発熱しモータ内部が温度上昇する。 However, in the above configuration, when the rotor rotates, the fan provided at the end of the rotor rotates and agitates the surrounding air to cool it, but the fan does not rotate when the rotor is not constrained to rotate. . Even when the rotor is not rotating, a current flows through the stator winding, and an induced (secondary) current also flows through the rotor. As a result, the stator and the rotor generate heat, and the temperature inside the motor rises. .
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、ロータ停止時においてもステータおよびロータの発熱によるハウジング内部の温度上昇を抑制できる誘導電動機を提供することにある。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide an induction motor that can suppress temperature rise in the housing due to heat generation of the stator and the rotor even when the rotor is stopped.
上記課題を解決するために、請求項1に記載の発明は、ハウジングに収容され回転磁界を発生するステータと、回転軸に固定され前記ステータ内で回転するロータと、前記ステータの径方向内方に、前記ロータに隣接して配置され、前記回転軸線上に軸受を介して回転自在に支持され、前記回転軸とは独立して回転する冷却ファンと、を備え、前記冷却ファンは、略円筒状に形成され、外周に前記ステータに対向して配置された制動巻線部と、側面に放射状に配置された複数の羽根を有するファン部と、を備えることを要旨とする。 In order to solve the above-mentioned problem, the invention described in claim 1 is a stator that is housed in a housing and generates a rotating magnetic field, a rotor that is fixed to a rotating shaft and rotates within the stator, and a radially inner side of the stator. A cooling fan that is disposed adjacent to the rotor, is rotatably supported on the rotation axis via a bearing, and rotates independently of the rotation axis, and the cooling fan is substantially cylindrical. And a fan winding part having a plurality of blades arranged radially on the side surface, and a braking coil part formed on the outer periphery and arranged opposite to the stator.
上記構成によれば、ステータを共用して回転軸と同軸上にロータとは独立して自由に回転できる制動巻線部とファン部とからなる冷却ファンを配置したので、この冷却ファンをステータから発生させる回転磁界により回転させることができる。これにより、ファン部の回転により空気を攪拌させ、ステータおよびロータの発熱を抑えハウジング内部を冷却することができる。 According to the above configuration, since the cooling fan including the brake winding portion and the fan portion that can be freely rotated independently of the rotor is provided coaxially with the rotation shaft by using the stator, the cooling fan is separated from the stator. It can be rotated by the generated rotating magnetic field. Thereby, air can be stirred by rotation of a fan part, the heat_generation | fever of a stator and a rotor can be suppressed and the inside of a housing can be cooled.
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の誘導電動機において、前記冷却ファンは、前記回転軸が停止している場合であっても、前記ステータから回転磁界を供給することにより、前記制動巻線部に誘導電流を発生させ、回転駆動されることを要旨とする。
The invention according to
上記構成によれば、ロータが停止中であってもステータから回転磁界を供給し続けるので、制動巻線部に回転トルクを発生させることができる。これにより、冷却ファンを回転駆動できる。その結果、ロータ停止時においてもステータおよびロータの発熱によるハウジング内部の温度上昇を抑制することができる。 According to the above configuration, since the rotating magnetic field is continuously supplied from the stator even when the rotor is stopped, the rotating torque can be generated in the braking winding portion. Thereby, a cooling fan can be rotationally driven. As a result, temperature rise inside the housing due to heat generated by the stator and the rotor can be suppressed even when the rotor is stopped.
本発明によれば、ロータ停止時においてもステータおよびロータの発熱によるハウジング内部の温度上昇を抑制できる誘導電動機を提供できる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the induction motor which can suppress the temperature rise inside a housing by the heat_generation | fever of a stator and a rotor can be provided even when a rotor stops.
次に、本発明の実施形態に係る車両に搭載される誘導電動機について、図に基づいて説明する。
図1は、本発明の一実施形態に係る誘導電動機1の概略構成を示す縦断面図である。誘導電動機1として、例えば、かご型誘導電動機が使用されている。誘導電動機1のハウジング(モータケース)12にステータ3が固定され、このステータ3の内周には複数のスロット(図示せず)が設けられ、それぞれのスロットにはコイル(巻線)15が配置されている。ハウジング12の中央部には1対のベアリング13,13が取り付けられ、回転軸2を両端部で回転自在に支持している。この回転軸2には、かご型巻線を組み込んだロータ4が固定されている。かご型巻線は、複数のロータバー(2次導体)11と1対のエンドリング(短絡環)10とから構成されている。また、ロータ4の軸線方向前方(図中左)側面には冷却用のロータファン14が取り付けられている。
Next, an induction motor mounted on a vehicle according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing a schematic configuration of an induction motor 1 according to an embodiment of the present invention. As the induction motor 1, for example, a cage type induction motor is used. A
ここで、上記誘導電動機1の動作について図1を参照して説明する。ステータ3のコイル15に3相交流が通電されると、周方向に回転磁界が発生する。この回転磁界の磁束がロータ4の各ロータバー11を横切ることにより、ロータバー11に速度(誘起)起電力が発生する。この速度起電力によりロータバー11内に誘導電流が流れ、この電流と磁束との相互作用によりトルクが発生してロータ4を回転磁界と同じ方向へ回転させる。このときのロータ4の回転速度は、発生するトルクに関連してすべりを有しているので、ステータ3側の回転磁界の速度よりも低い。
Here, the operation of the induction motor 1 will be described with reference to FIG. When a three-phase alternating current is applied to the
また、ロータバー11において電流と磁束との相互作用により発生する力は、フレミングの左手の法則に従い、磁束と速度起電力による電流との積になる。この発生力は、径方向に向う磁束に対して垂直方向(ロータ4の接線方向)に発生するため、ロータ4を回転させる向きに発生することになる。したがって、各ロータバー11で発生する力は、ロータ4のトルクとして有効に用いられることになる。
The force generated by the interaction between the current and the magnetic flux in the
次に、冷却ファン5の構造について図1を参照して説明する。ステータ3の径方向内方に、回転軸線上にロータ4に隣接して設けられた冷却ファン5は、ベアリング(軸受)6によりロータ4および回転軸2とは独立して回転自在に支持されている。この冷却ファン5は、円筒状の導体からなる制動巻線部9と、軸線方向後方(図中右)側面に配置され径方向に放射状に延びる複数枚の羽根7が形成された円盤状のファン部8とで構成されている。制動巻線部9は、金属製のかご型巻線、あるいは導体スリーブであり、ステータ3に対向して配置されている。
Next, the structure of the
ここで、ステータ3のコイル15に3相交流が与えられると、周方向に回転磁界が発生する。この回転磁界の磁束が制動巻線部9の各導体を横切ることにより、導体に速度起電力が発生し、この速度起電力により導体内に誘導電流が流れる。そして、この電流と磁束との相互作用により回転トルクが発生して制動巻線部9を回転磁界と同じ方向へ回転させる。このとき、制動巻線部9に一体的に固定されたファン部8が回転する。これにより、ロータ4が回転中の場合には、ロータファン14と冷却ファン5との回転により、周りの空気を攪拌し、ステータ3およびロータ4の発熱を抑え、ハウジング12内部を冷却することができる。
Here, when a three-phase alternating current is applied to the
また、ロータ4が停止している場合であっても、共用のステータ3により回転磁界が発生している状態であれば、上記冷却ファン5は回転することができる。この結果、冷却ファン5の回転により、空気を攪拌させてステータ3およびロータ4の発熱によるハウジング12内部の温度上昇を抑制することが可能となる。
Even when the rotor 4 is stopped, the
図2は、図1のロータ4部分を示す斜視図である。図2に示すように、誘導電動機1(図1参照)のトルクを出力するロータ4が回転軸2に固定され、回転軸線上に冷却ファン5が回転軸2およびロータ4とは、独立して回転可能に配置されている。また、複数の冷却用の羽根からなるロータファン14は、ロータ4の軸線方向の前方側面(図中、左側)に取り付けられ、ロータ4および回転軸2とともに回転する。
FIG. 2 is a perspective view showing a portion of the rotor 4 of FIG. As shown in FIG. 2, the rotor 4 that outputs the torque of the induction motor 1 (see FIG. 1) is fixed to the rotating
次に、図3(a),(b)は、冷却ファン5のファン部8の正面図である。ファン部8は、円盤状の金属または樹脂からなり、回転中心から径方向に放射状に延びる、図3(a)に示す直線状、または、図3(b)に示す曲線状の複数枚の羽根7が配置されている。
Next, FIGS. 3A and 3B are front views of the
また、図4(a),(b)は、冷却ファン5の制動巻線部9の斜視図である。制動巻線部9は、金属材料(例えば、銅、またはアルミニウムなど)からなり、図4(a)に示すかご型巻線、または、図4(b)に示す円筒状(スリーブ)に形成されている。図4(a)に示すように、かご型の制動巻線部9は、複数の導体バーが円周方向に配置され、この両端が1対の短絡環に繋がれて構成されている。
4A and 4B are perspective views of the
次に、上記のように構成された本発明の実施形態に係る誘導電動機1の作用および効果について説明する。 Next, the operation and effect of the induction motor 1 according to the embodiment of the present invention configured as described above will be described.
本実施形態の構成によれば、ステータ3の径方向内方に、回転軸線上にロータ4に隣接して設けられた冷却ファン5は、ベアリング6によりロータ4および回転軸2とは独立して回転自在に支持されている。この冷却ファン5は、略円筒状の制動巻線部9と軸線方向後方側面に配置され径方向に放射状に延びる複数枚の羽根7が形成された円盤状のファン部8とで構成されている。制動巻線部9は、金属製のかご型巻線、あるいは導体スリーブであり、ステータ3に対向して配置されている。ステータ3のコイル15に3相交流が与えられると、回転磁界が発生する。この回転磁界の磁束が制動巻線部9の各導体を横切ることにより、導体に速度起電力が発生する。この速度起電力により導体内に誘導電流が流れ、この電流と磁束との相互作用により回転トルクが発生して制動巻線部9を回転磁界と同じ方向へ回転させる。そして、制動巻線部9に一体的に固定されたファン部8が回転する。これにより、ロータ4が回転中の場合には、ロータファン14と冷却ファン5との回転により、周りの空気を攪拌し、ステータ3およびロータ4の発熱を抑え、ハウジング12内部を冷却することができる。
According to the configuration of the present embodiment, the cooling
また、ロータ4が停止している場合であっても、共用のステータ3により回転磁界が発生している状態であれば、冷却ファン5に設けられたファン部8を回転させることができるので、攪拌した空気の流れによりステータ3およびロータ4の発熱によるハウジング12内部の温度上昇を抑制することが可能となる。この結果、車両の発進時や登坂時における誘導電動機1が停止中でのステータ3およびロータ4の発熱による誘導電動機1の温度上昇を抑制できる。また、ステータ3を共用して冷却ファン5を構成できるので、冷却ファン5の部品点数を少なくでき、モータサイズも小型化することができる。
Further, even when the rotor 4 is stopped, the
以上のように、本発明の実施形態によれば、ロータ停止時においてもステータおよびロータの発熱によるハウジング内部の温度上昇を抑制できる誘導電動機を提供できる。 As described above, according to the embodiment of the present invention, it is possible to provide an induction motor that can suppress a temperature rise inside the housing due to heat generation of the stator and the rotor even when the rotor is stopped.
以上、本発明に係る実施形態について説明したが、本発明はさらに他の形態で実施することも可能である。 As mentioned above, although embodiment which concerns on this invention was described, this invention can also be implemented with another form.
上記実施形態では、空気を攪拌させることにより誘導電動機1内部の冷却を行なうようにしたが、これに限らず、羽根車を用いてハウジング12下部に貯留したオイル(油)を掻き揚げ冷却する方式を適用してもよい。この場合、回転軸2と同軸上でロータ4および回転軸2に対して自由に回転できるオイル掻き揚げ用の羽根車を有する構造とする。
In the above embodiment, the inside of the induction motor 1 is cooled by stirring the air. However, the present invention is not limited to this, and a method of cooling the oil (oil) stored in the lower part of the
上記実施形態では、誘導電動機1を電動式4輪駆動装置などの車両用駆動装置に適用する例を説明したが、これに限らず、他の誘導電動機を使用する装置にも適用できる。 In the above embodiment, the example in which the induction motor 1 is applied to a vehicle drive device such as an electric four-wheel drive device has been described. However, the present invention is not limited to this, and the present invention can also be applied to a device using another induction motor.
1:誘導電動機、2:回転軸、3:ステータ、4:ロータ、5:冷却ファン、
6,13:ベアリング(軸受)、7:羽根、8:ファン部、9:制動巻線部、
10:エンドリング、11:ロータバー、12:ハウジング、14:ロータファン、
15:コイル
1: induction motor, 2: rotating shaft, 3: stator, 4: rotor, 5: cooling fan,
6, 13: bearing (bearing), 7: blade, 8: fan part, 9: braking winding part,
10: End ring, 11: Rotor bar, 12: Housing, 14: Rotor fan,
15: Coil
Claims (2)
回転軸に固定され前記ステータ内で回転するロータと、
前記ステータの径方向内方に、前記ロータに隣接して配置され、前記回転軸線上に軸受を介して回転自在に支持され、前記回転軸とは独立して回転する冷却ファンと、を備え、
前記冷却ファンは、略円筒状に形成され、外周に前記ステータに対向して配置された制動巻線部と、側面に放射状に配置された複数の羽根を有するファン部と、を備えることを特徴とする誘導電動機。 A stator that is housed in a housing and generates a rotating magnetic field;
A rotor fixed to a rotating shaft and rotating in the stator;
A cooling fan disposed radially inward of the stator, adjacent to the rotor, rotatably supported via a bearing on the rotation axis, and rotating independently of the rotation axis;
The cooling fan is formed in a substantially cylindrical shape, and includes a braking winding portion disposed on the outer periphery so as to face the stator, and a fan portion having a plurality of blades radially disposed on a side surface. Induction motor.
前記冷却ファンは、前記回転軸が停止している場合であっても、前記ステータから回転磁界を供給することにより、前記制動巻線部に誘導電流を発生させ、回転駆動されることを特徴とする誘導電動機。 The induction motor according to claim 1,
The cooling fan is driven to rotate by generating an induced current in the braking winding portion by supplying a rotating magnetic field from the stator even when the rotating shaft is stopped. Induction motor.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2013097444A JP2014220885A (en) | 2013-05-07 | 2013-05-07 | Induction motor |
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JP2013097444A Pending JP2014220885A (en) | 2013-05-07 | 2013-05-07 | Induction motor |
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2013
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