JP2020078204A

JP2020078204A - Motor cooling structure

Info

Publication number: JP2020078204A
Application number: JP2018211341A
Authority: JP
Inventors: 光俊秋田; Mitsutoshi Akita
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2018-11-09
Filing date: 2018-11-09
Publication date: 2020-05-21

Abstract

To provide a motor cooling structure that can prevent the corrosion of a magnet while cooling the magnet.SOLUTION: A cooling structure of a motor 1 includes a rotation axis 2, a rotor core 31 rotating about the rotation axis 2, a magnet 32 embedded in the rotor core 31, and a coolant passage 5 that penetrates the rotor core 31 on the inner diameter side of the magnet 32 and extends along the axial direction of the rotating axis 2. The rotor core 31 is provided with a heat pipe 6 extending in the radial direction and connecting the coolant path 5 and the magnet 32.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、モータの冷却構造に関する。 The present invention relates to a motor cooling structure.

近年、電動車両に用いられるモータについて、高出力化が求められている。モータを高出力化すると、モータの温度が上昇するので、磁石の性能が劣化（すなわち、減磁）する問題が生じる。この問題を解決するために、磁石を冷却する（言い換えれば、モータを冷却する）技術が提案されている。 In recent years, higher output has been required for motors used in electric vehicles. When the output of the motor is increased, the temperature of the motor rises, so that the performance of the magnet deteriorates (that is, demagnetization) occurs. In order to solve this problem, a technique of cooling the magnet (in other words, cooling the motor) has been proposed.

例えば、下記特許文献１には、モータ回転軸の軸方向に形成されて冷媒が供給される回転軸流路と、該回転軸流路から磁石挿入穴まで径方向に冷媒を導く径方向流路とを備えるモータの冷却構造が開示されている。 For example, in Patent Document 1 below, a rotary shaft flow path that is formed in the axial direction of a motor rotary shaft and is supplied with a refrigerant, and a radial flow path that guides the refrigerant in a radial direction from the rotary shaft flow path to the magnet insertion hole. There is disclosed a motor cooling structure including:

特開２０１４−１８３６０２号公報JP, 2014-183602, A

しかし、上述したモータの冷却構造では、冷媒が回転軸流路及び径方向流路を経由して磁石挿入穴に侵入し、磁石挿入穴に挿入される磁石と直接接触することになる。冷媒が磁石に直接接触すると、磁石の腐食を招く問題が新たに生じる。 However, in the above-described motor cooling structure, the refrigerant enters the magnet insertion hole via the rotary shaft flow path and the radial direction flow path and comes into direct contact with the magnet inserted into the magnet insertion hole. The direct contact of the refrigerant with the magnet causes a new problem of corrosion of the magnet.

本発明は、このような技術課題を解決するためになされたものであって、磁石を冷却しつつ、磁石の腐食を防止できるモータの冷却構造を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve such a technical problem, and an object of the present invention is to provide a motor cooling structure capable of preventing corrosion of a magnet while cooling the magnet.

本発明に係るロータの冷却構造は、回転軸と、前記回転軸を中心として回転するロータコアと、前記ロータコアに埋設される磁石と、前記ロータコアの前記磁石より内径側に貫設され、前記回転軸の軸方向に沿って延びる冷媒流路と、を備え、前記ロータコアには、径方向に延びるとともに前記冷媒流路と前記磁石とを繋ぐヒートパイプが設けられていることを特徴としている。 A rotor cooling structure according to the present invention includes a rotating shaft, a rotor core that rotates about the rotating shaft, a magnet embedded in the rotor core, and an inner diameter side of the rotor core that penetrates the magnet. And a heat pipe that extends in the radial direction and connects the coolant flow path to the magnet is provided in the rotor core.

本発明に係るロータの冷却構造では、ロータコアに径方向に延びるとともに冷媒流路と磁石とを繋ぐヒートパイプが設けられているため、熱輸送能力のあるヒートパイプを用いて磁石を冷却することができる。加えて、冷媒流路を流れる冷媒が磁石に直接接触することがないので、従来のように冷媒の接触に起因する磁石の腐食を防止することができる。 In the rotor cooling structure according to the present invention, the rotor core is provided with the heat pipe that extends in the radial direction and connects the refrigerant passage and the magnet. Therefore, the magnet can be cooled by using the heat pipe having the heat transport capability. it can. In addition, since the refrigerant flowing through the refrigerant passage does not come into direct contact with the magnet, it is possible to prevent the magnet from being corroded due to the contact of the refrigerant as in the conventional case.

本発明によれば、磁石を冷却しつつ、磁石の腐食を防止することができる。 According to the present invention, it is possible to prevent corrosion of a magnet while cooling the magnet.

実施形態に係るモータの冷却構造を説明するための平面図である。It is a top view for explaining the cooling structure of the motor concerning an embodiment. モータの１／８モデルを示す拡大平面図である。It is an enlarged plan view showing a 1/8 model of a motor. ヒートパイプを示す模式断面図である。It is a schematic cross section which shows a heat pipe.

以下、図面を参照して本発明に係るロータの冷却構造の実施形態について説明する。図１は実施形態に係るモータの冷却構造を説明するための平面図であり、図２はモータの１／８モデルを示す拡大平面図である。 Embodiments of a rotor cooling structure according to the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a plan view for explaining the motor cooling structure according to the embodiment, and FIG. 2 is an enlarged plan view showing a 1/8 model of the motor.

本実施形態に係るモータの冷却構造は、モータ１に設けられた磁石３２を冷却し、磁石３２の減磁を抑制するための構造である。モータ１は、例えばハイブリッド自動車や電気自動車の駆動源として用いられる埋込磁石型モータであり、回転軸２と、回転軸２と固定されるとともに該回転軸２を中心として回転するロータ３と、ロータ３を取り囲むようにロータ３の外周に配置される円環状のステータ４と、を備えている。 The motor cooling structure according to the present embodiment is a structure for cooling the magnet 32 provided in the motor 1 and suppressing demagnetization of the magnet 32. The motor 1 is, for example, an embedded magnet type motor used as a drive source of a hybrid vehicle or an electric vehicle, and includes a rotating shaft 2, a rotor 3 fixed to the rotating shaft 2 and rotating about the rotating shaft 2. An annular stator 4 arranged on the outer circumference of the rotor 3 so as to surround the rotor 3.

ロータ３は、中心部分に軸穴３ａが形成されたロータコア３１と、ロータコア３１の周方向に沿って所定の間隔で配置されるとともに、回転軸２の軸方向に延びる複数（本実施形態では、８つ）の磁石用スロット３３（図２参照）と、磁石用スロット３３にそれぞれ埋設された磁石３２とを備えている。 The rotor 3 is arranged at a predetermined interval along the circumferential direction of the rotor core 31 and a rotor core 31 having a shaft hole 3a formed in the central portion, and a plurality of rotors 3 extend in the axial direction of the rotary shaft 2 (in the present embodiment, Eight) magnet slots 33 (see FIG. 2) and magnets 32 embedded in the magnet slots 33 are provided.

回転軸２は、金属製であり、ロータコア３１の軸穴３ａに挿通された状態で、かしめ等によりロータコア３１と固定されている。ロータコア３１は、例えば円板状の電磁鋼板を回転軸２の軸方向に積層することで形成され、ステータ４の鉄磁極の磁束（リラクタンストルク）や磁石３２の磁束（マグネットトルク）の磁路として機能するものである。 The rotating shaft 2 is made of metal, and is fixed to the rotor core 31 by caulking or the like while being inserted into the shaft hole 3a of the rotor core 31. The rotor core 31 is formed by laminating, for example, disk-shaped electromagnetic steel plates in the axial direction of the rotating shaft 2, and serves as a magnetic path for the magnetic flux (reluctance torque) of the iron magnetic pole of the stator 4 and the magnetic flux (magnet torque) of the magnet 32. It works.

磁石３２は、ネオジムと鉄とホウ素を主成分とするネオジム磁石、サマリウムとコバルトを主成分とするサマリウムコバルト磁石等の希土類磁石であっても良く、フェライト磁石、アルニコ磁石であっても良い。磁石３２は、直方体形状を呈しており、その長手方向が回転軸２の軸方向と平行になる状態で、磁石用スロット３３の内部に挿入され、熱硬化性樹脂によって該磁石用スロット３３に固定されている。なお、熱硬化性樹脂としては、エポキシ系樹脂、ポリイミド系樹脂等を用いることができる。 The magnet 32 may be a rare earth magnet such as a neodymium magnet containing neodymium, iron and boron as main components, a samarium cobalt magnet containing samarium and cobalt as main components, a ferrite magnet or an alnico magnet. The magnet 32 has a rectangular parallelepiped shape, and is inserted into the magnet slot 33 with its longitudinal direction parallel to the axial direction of the rotary shaft 2 and fixed to the magnet slot 33 by a thermosetting resin. Has been done. In addition, as the thermosetting resin, an epoxy resin, a polyimide resin, or the like can be used.

ステータ４は、電磁鋼板により円環状に形成されたステータ鉄心４１と、ステータ鉄心４１に巻回された複数（本実施形態では、８つ）のコイル４２とから構成されている。コイル４２は、対応する磁石３２と対になるように、ステータ４の周方向に等間隔に配置されている。そして、コイル４２が通電されると、ロータ３を回転させるための回転磁界が生じる。 The stator 4 is composed of a stator iron core 41 formed of an electromagnetic steel plate in an annular shape, and a plurality of (in the present embodiment, eight) coils 42 wound around the stator iron core 41. The coils 42 are arranged at equal intervals in the circumferential direction of the stator 4 so as to be paired with the corresponding magnets 32. Then, when the coil 42 is energized, a rotating magnetic field for rotating the rotor 3 is generated.

本実施形態において、モータ１は、ロータコア３１の磁石３２より内径側に貫設され、回転軸２に沿って延びる冷媒流路５を更に複数（本実施形態では、８つ）備えている。具体的には、８つの冷媒流路５は、ロータコア３１の磁石３２より内径側に設けられており、回転軸２を取り囲むようにロータコア３１の周方向に等間隔で配置されている。これらの冷媒流路５は、回転軸２の軸方向に沿ってロータコア３１を貫通する円形の貫通孔によって形成され、内部にＡＴＦ（Automatic Transmission Fluid）等の冷媒が流れる。 In the present embodiment, the motor 1 further includes a plurality of refrigerant flow paths 5 (eight in the present embodiment) which are provided on the inner diameter side of the magnet 32 of the rotor core 31 and extend along the rotation shaft 2. Specifically, the eight refrigerant flow paths 5 are provided on the inner diameter side of the magnet 32 of the rotor core 31, and are arranged at equal intervals in the circumferential direction of the rotor core 31 so as to surround the rotating shaft 2. These coolant channels 5 are formed by circular through holes that penetrate the rotor core 31 along the axial direction of the rotary shaft 2, and a coolant such as ATF (Automatic Transmission Fluid) flows inside.

また、ロータコア３１には、径方向に延びるとともに冷媒流路５と磁石３２とを繋ぐヒートパイプ６が複数（本実施形態では、８つ）設けられている。図１に示すように、ヒートパイプ６は、対となる冷媒流路５及び磁石３２を繋ぐように、ロータコア３１に設けられたヒートパイプ挿入穴（図示せず）に嵌められることでロータコア３１に固定されている。 Further, the rotor core 31 is provided with a plurality of heat pipes 6 (eight in the present embodiment) that extend in the radial direction and connect the refrigerant flow path 5 and the magnet 32. As shown in FIG. 1, the heat pipe 6 is fitted into a heat pipe insertion hole (not shown) provided in the rotor core 31 so as to connect the pair of refrigerant flow paths 5 and the magnet 32 to each other. It is fixed.

図３はヒートパイプを示す模式断面図である。ヒートパイプ６は、密閉構造を有する筒体６１の内部に、作動流体を封入した公知のものである。筒体６１は、熱伝導性に優れた金属材料、例えばアルミニウム、ステンレス鋼、銅などを管形状に成形して構成されている。好適には、筒体６１の内壁にガラス繊維または網状の細い銅線により構成されたウィック材が設けられている。このようにすれば、ウィック材からなる毛細管構造を利用し、ヒートパイプ６の熱輸送能力を高めることができる。筒体６１の内部に封入される作動流体は、６０℃ないし２００℃の温度範囲で作動するものであり、例えば水、アンモニア、メタノール、アセトン、フレオン等が用いられる。 FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing a heat pipe. The heat pipe 6 is a well-known one in which a working fluid is enclosed inside a cylindrical body 61 having a closed structure. The tubular body 61 is formed by molding a metal material having excellent thermal conductivity, such as aluminum, stainless steel, or copper, into a tubular shape. Preferably, the inner wall of the tubular body 61 is provided with a wick material made of glass fiber or fine mesh copper wire. In this way, the heat transfer capacity of the heat pipe 6 can be increased by utilizing the capillary structure made of the wick material. The working fluid enclosed in the cylindrical body 61 operates in the temperature range of 60 ° C. to 200 ° C., and for example, water, ammonia, methanol, acetone, freon or the like is used.

図３に示すように、ヒートパイプ６は、棒状を呈しており、一端部に位置する蒸発部６２と、他端部に位置する凝縮部６３とを有する。ヒートパイプ６による鉄損を防止するために、本実施形態のヒートパイプ６の表面は絶縁処理されている。すなわち、ヒートパイプ６は、筒体６１が絶縁層６５に覆われる構造になっている。 As shown in FIG. 3, the heat pipe 6 is rod-shaped, and has an evaporation section 62 located at one end and a condensation section 63 located at the other end. In order to prevent iron loss due to the heat pipe 6, the surface of the heat pipe 6 of this embodiment is insulated. That is, the heat pipe 6 has a structure in which the tubular body 61 is covered with the insulating layer 65.

このような構造を有するヒートパイプ６は、その蒸発部６２が磁石３２側、凝縮部６３が冷媒流路５側に位置するように配置されている（図２参照）。これによって、ヒートパイプ６の蒸発部６２は磁石３２と接触し、凝縮部６３は冷媒流路５を流れる冷媒と接触するようになる。ヒートパイプ６は、その軸方向の厚さがロータコア３１を構成する電磁鋼板と同じ厚さを有することが好ましい。このようにすれば、ヒートパイプ６による鉄損を防止することができる。 The heat pipe 6 having such a structure is arranged such that the evaporation part 62 is located on the magnet 32 side and the condensation part 63 is located on the refrigerant flow path 5 side (see FIG. 2). As a result, the evaporator 62 of the heat pipe 6 comes into contact with the magnet 32, and the condenser 63 comes into contact with the refrigerant flowing through the refrigerant passage 5. The heat pipe 6 preferably has the same axial thickness as that of the electromagnetic steel sheet forming the rotor core 31. By doing so, iron loss due to the heat pipe 6 can be prevented.

本実施形態に係るモータ１の冷却構造では、ロータコア３１に径方向に延びるとともに冷媒流路５と磁石３２とを繋ぐヒートパイプ６が設けられている。ヒートパイプ６は、その熱伝導率が電磁鋼板や銅等の金属材料よりも大きいので、磁石３２の熱を効率良く冷媒流路５を流れる冷媒に輸送することができ、磁石３２を効率良く冷却することができる。このように熱輸送能力のあるヒートパイプ６を用いて磁石３２を効率良く冷却できることにより、モータ１の更なる高出力化を図ることが可能になる。加えて、冷媒流路５を流れる冷媒が磁石３２に直接接触することがないので、従来のように冷媒の接触に起因する磁石の腐食を防止することができる。 In the cooling structure of the motor 1 according to the present embodiment, the rotor core 31 is provided with the heat pipe 6 that extends in the radial direction and connects the refrigerant flow path 5 and the magnet 32. Since the heat conductivity of the heat pipe 6 is higher than that of a metal material such as an electromagnetic steel plate or copper, the heat of the magnet 32 can be efficiently transported to the refrigerant flowing through the refrigerant passage 5, and the magnet 32 can be cooled efficiently. can do. As described above, the magnet 32 can be efficiently cooled by using the heat pipe 6 having the heat transporting ability, so that the output of the motor 1 can be further increased. In addition, since the refrigerant flowing through the refrigerant flow path 5 does not come into direct contact with the magnet 32, it is possible to prevent the corrosion of the magnet due to the contact of the refrigerant as in the conventional case.

また、ヒートパイプ６は、その蒸発部６２が磁石３２側、凝縮部６３が冷媒流路５側に位置するように配置されているため、ヒートパイプ６自体の熱輸送能力に加えて、ロータ３の回転で発生する遠心力を利用しヒートパイプ６内に封入される作動流体を磁石３２側に移動させることができるので、ヒートパイプ６の熱輸送効率を更に高めることができる。その結果、磁石３２を冷却する効率を更に向上することができる。 Further, the heat pipe 6 is arranged such that the evaporation portion 62 is located on the magnet 32 side and the condensation portion 63 is located on the refrigerant flow path 5 side. Therefore, in addition to the heat transport capacity of the heat pipe 6 itself, the rotor 3 Since the working fluid enclosed in the heat pipe 6 can be moved to the magnet 32 side by utilizing the centrifugal force generated by the rotation of the heat pipe 6, the heat transport efficiency of the heat pipe 6 can be further enhanced. As a result, the efficiency of cooling the magnet 32 can be further improved.

以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。 Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various designs can be made without departing from the spirit of the present invention described in the claims. It is something that can be changed.

１モータ
２回転軸
３ロータ
３ａ軸穴
４ステータ
５冷媒流路
６ヒートパイプ
３１ロータコア
３２磁石
３３磁石用スロット
４１ステータ鉄心
４２コイル
６１筒体
６２蒸発部
６３凝縮部
６５絶縁層 1 Motor 2 Rotating Shaft 3 Rotor 3a Shaft Hole 4 Stator 5 Refrigerant Flow Path 6 Heat Pipe 31 Rotor Core 32 Magnet 33 Magnet Slot 41 Stator Iron Core 42 Coil 61 Cylindrical Body 62 Evaporating Part 63 Condensing Part 65 Insulating Layer

Claims

A rotation axis,
A rotor core that rotates about the rotation axis;
A magnet embedded in the rotor core,
A coolant flow passage that is provided on the inner diameter side of the magnet of the rotor core and extends along the axial direction of the rotating shaft,
Equipped with
A cooling structure for a motor, wherein the rotor core is provided with a heat pipe that extends in a radial direction and connects the refrigerant passage and the magnet.