JP2023075986A

JP2023075986A - Rotary electric machine

Info

Publication number: JP2023075986A
Application number: JP2021189107A
Authority: JP
Inventors: 一隆青木; Kazutaka Aoki
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2021-11-22
Filing date: 2021-11-22
Publication date: 2023-06-01

Abstract

To provide a rotary electric machine capable of suppressing leakage of electromagnetic waves.SOLUTION: A rotary electric machine includes a coil, a stator core around which the coil is wound, a rotor provided inside the stator core, a case that houses the stator core and the rotor, and a tubular member sandwiched between the stator core and the case, and the tubular member includes an inner peripheral portion provided on the stator core side and an outer peripheral portion provided on the case side, the conductivity of the inner peripheral portion is lower than the conductivity of the outer peripheral portion, and the outer peripheral portion is ferromagnetic.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、回転電機に関する。 The present invention relates to rotating electric machines.

例えば特許文献１には、コイルが巻き付けられたステータコアとアルミニウム製のケースの間の熱伝導性樹脂により、ステータコアの熱をケースに放熱することができる回転電機が開示されている。 For example, Patent Literature 1 discloses a rotating electric machine capable of dissipating the heat of the stator core to the case by means of thermally conductive resin between the stator core around which the coil is wound and the case made of aluminum.

特開２０２０－１２０４８９号公報JP 2020-120489 A

コイルに三相交流電流が流れると、ステータコアから磁束が発生することにより、ステータコアの内側のロータにトルクが生ずる。回転電機を小型化すると、ステータコアのサイズが小さくなるため、漏れ磁束が増加して外部に多くの電磁波が放射されるおそれがある。しかし、特許文献１には、電磁波の漏洩を抑制する技術は開示されていない。 When a three-phase alternating current flows through the coils, magnetic flux is generated from the stator core, and torque is generated in the rotor inside the stator core. When the size of the rotating electric machine is reduced, the size of the stator core is reduced, so there is a risk that leakage magnetic flux will increase and a large amount of electromagnetic waves will be radiated to the outside. However, Patent Literature 1 does not disclose a technique for suppressing leakage of electromagnetic waves.

そこで本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、電磁波の漏洩を抑制することができる回転電機を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, it is an object of the present invention to provide a rotating electrical machine capable of suppressing leakage of electromagnetic waves.

本発明の回転電機は、コイルと、前記コイルが巻き付けられたステータコアと、前記ステータコアの内側に設けられたロータと、前記ステータコア及び前記ロータを収容するケースと、前記ステータコアと前記ケースの間に挟まれる筒状部材とを有し、前記筒状部材は、前記ステータコア側に設けられる内周部、及び前記ケース側に設けられる外周部を含み、前記内周部の導電率は、前記外周部の導電率より低く、前記外周部は、強磁性体である。 A rotating electric machine according to the present invention includes a coil, a stator core around which the coil is wound, a rotor provided inside the stator core, a case that accommodates the stator core and the rotor, and a stator that is sandwiched between the stator core and the case. The tubular member includes an inner peripheral portion provided on the stator core side and an outer peripheral portion provided on the case side, and the conductivity of the inner peripheral portion is equal to that of the outer peripheral portion. Lower than electrical conductivity, the peripheral portion is ferromagnetic.

本発明によれば、電磁波の漏洩を抑制することができる According to the present invention, leakage of electromagnetic waves can be suppressed.

回転電機の一例を示す上面図である。It is a top view which shows an example of a rotary electric machine. 図１のＡ－Ａ線に沿った断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line AA of FIG. 1; 円筒リングの層構造の一例を示す断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view showing an example of a layered structure of a cylindrical ring; ステータコアの鋼板と内周層の接触の様子の一例を示す断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view showing an example of contact between the steel plate of the stator core and the inner peripheral layer.

図１は、回転電機１の一例を示す上面図である。図２は、図１のＡ－Ａ線に沿った断面図である。回転電機１は、例えばハイブリッド車両や電気自動車などに駆動手段として搭載される。回転電機１は、ステータコア３、ロータ２、コイル４、円筒リング５、及びケース６を有する。 FIG. 1 is a top view showing an example of a rotating electric machine 1. FIG. FIG. 2 is a cross-sectional view along line AA of FIG. The rotary electric machine 1 is mounted, for example, on a hybrid vehicle, an electric vehicle, or the like as a driving means. A rotating electric machine 1 has a stator core 3 , a rotor 2 , coils 4 , a cylindrical ring 5 and a case 6 .

ステータコア３は、例えば電磁鋼板の積層体として形成され、略円筒形状を有する。ステータコア３には、その内周面から径方向の内側に突出する複数のティース３０が設けられている。ティース３０はロータ２の回転軸Ｌの方向に延びるように形成されている。 The stator core 3 is formed, for example, as a laminate of electromagnetic steel sheets and has a substantially cylindrical shape. The stator core 3 is provided with a plurality of teeth 30 protruding radially inward from its inner peripheral surface. Teeth 30 are formed to extend in the direction of rotation axis L of rotor 2 .

ティース３０にはコイル４が巻き付けられている。ロータ２の回転軸Ｌの方向において、コイル４の両端のコイルエンド４０はステータコア３の両端面から突出する。コイル４には、不図示の電源装置から三相交流電流が流れる。これにより、ステータコア３から磁束が発生する。 A coil 4 is wound around the teeth 30 . Coil ends 40 at both ends of the coil 4 protrude from both end surfaces of the stator core 3 in the direction of the rotation axis L of the rotor 2 . A three-phase alternating current flows through the coil 4 from a power supply device (not shown). Magnetic flux is thereby generated from the stator core 3 .

ロータ２は、ステータコア３の内側に設けられる。ロータ２は、例えば電磁鋼板の積層体として形成され、略円柱形状を有する。ロータ２には、例えば内部に永久磁石が設けられており、ステータコア３からの磁束によりトルクが発生する。これによりロータ２は回転軸Ｌを中心として回転する（符号Ｒ参照）。 The rotor 2 is provided inside the stator core 3 . The rotor 2 is formed, for example, as a laminate of electromagnetic steel sheets and has a substantially cylindrical shape. The rotor 2 is provided with, for example, a permanent magnet inside, and torque is generated by the magnetic flux from the stator core 3 . As a result, the rotor 2 rotates about the rotation axis L (see symbol R).

ケース６は、ロータ２及びステータコア３を収容する。ケース６は、例えばアルミニウムにより形成され、一方の端面が塞がれた略円筒形状を有する。ステータコア３及びコイル４で発生した熱はケース６により放熱される。ケース６の外周壁の内部には、熱を冷却する冷却水の流路６０が設けられている。 Case 6 accommodates rotor 2 and stator core 3 . The case 6 is made of aluminum, for example, and has a substantially cylindrical shape with one end face closed. Heat generated by the stator core 3 and the coils 4 is dissipated by the case 6 . Inside the outer peripheral wall of the case 6, a cooling water flow path 60 for cooling heat is provided.

円筒リング５は、筒状部材の一例であり、ステータコア３とケース６の間に挟まれている。ステータコア３は円筒リング５の内部に圧入され、ステータコア３が圧入された円筒リング５はケース６の内部に圧入される。円筒リング５は、回転軸Ｌ方向の両端面が開放された筒状部材であるが、一方の端面が閉じられた有底の筒状部材であってもよい。 Cylindrical ring 5 is an example of a cylindrical member and is sandwiched between stator core 3 and case 6 . The stator core 3 is press-fitted inside the cylindrical ring 5 , and the cylindrical ring 5 with the stator core 3 press-fitted is press-fitted inside the case 6 . The cylindrical ring 5 is a cylindrical member having both open end surfaces in the direction of the rotation axis L, but may be a bottomed cylindrical member having one end surface closed.

円筒リング５は、ステータコア３及びコイル４から漏れる電磁波を抑制する。また、円筒リング５は、ステータコア３からの熱をケース６に伝導する。このため、円筒リング５は、以下に述べるように多層構造を有する。 Cylindrical ring 5 suppresses electromagnetic waves leaking from stator core 3 and coil 4 . Also, the cylindrical ring 5 conducts heat from the stator core 3 to the case 6 . For this reason, the cylindrical ring 5 has a multi-layer structure as described below.

図３は、円筒リング５の層構造の一例を示す断面図である。図３には、図２の符号Ｘが示す領域が拡大されて示されている。 FIG. 3 is a cross-sectional view showing an example of the layered structure of the cylindrical ring 5. As shown in FIG. FIG. 3 shows an enlarged view of the area indicated by symbol X in FIG.

円筒リング５は内周層５０及び外周層５１を含む。内周層５０は、内周部の一例であり、ステータコア３側に設けられる。外周層５１は、外周部の一例であり、ケース６側に設けられる。 Cylindrical ring 5 includes an inner peripheral layer 50 and an outer peripheral layer 51 . The inner peripheral layer 50 is an example of an inner peripheral portion, and is provided on the stator core 3 side. The outer peripheral layer 51 is an example of an outer peripheral portion, and is provided on the case 6 side.

具体的には、回転軸Ｌから見ると、内周層５０の内周面はステータコア３の外周面に接触し、外周層５１の外周面はケース６の内周面に接している。このため、ステータコア３の熱が内周層５０及び外周層５１を介してケース６に伝導する。熱はケース６内の流路６０を流れる冷却水により冷却される。 Specifically, when viewed from the rotation axis L, the inner peripheral surface of the inner peripheral layer 50 is in contact with the outer peripheral surface of the stator core 3 , and the outer peripheral surface of the outer peripheral layer 51 is in contact with the inner peripheral surface of the case 6 . Therefore, the heat of the stator core 3 is conducted to the case 6 via the inner peripheral layer 50 and the outer peripheral layer 51 . The heat is cooled by cooling water flowing through the flow path 60 inside the case 6 .

内周層５０は、ステータコア３の積層鋼板に接触するため、ステータコア３の圧入時に積層鋼板が変形しないように積層鋼板より軟らかい素材で形成されている。また、外周層５１は、アルミニウムなど軟らかい素材で形成されたケース６に接触するため、ケース６より硬い素材で形成されている。 Since the inner peripheral layer 50 contacts the laminated steel plates of the stator core 3 , it is made of a material softer than the laminated steel plates so that the laminated steel plates do not deform when the stator core 3 is press-fitted. In addition, the outer layer 51 is made of a material harder than the case 6 because it comes into contact with the case 6 made of a soft material such as aluminum.

図４は、ステータコア３の鋼板３１と内周層５０の接触の様子の一例を示す断面図である。ステータコア３の外周面Ｓには、回転軸Ｌ方向に積層された各鋼板３１の端面同士のずれにより凹凸が存在する。 FIG. 4 is a cross-sectional view showing an example of contact between the steel plate 31 of the stator core 3 and the inner peripheral layer 50 . The outer peripheral surface S of the stator core 3 has irregularities due to the deviation between the end surfaces of the steel plates 31 laminated in the rotation axis L direction.

内周層５０は、鋼板３１より軟らかい素材で形成されるため、ステータコア３の圧入時、外周面Ｓの凹凸の隙間に入り込むことができる。このため、内周層５０が鋼板３１と同等以上の硬さを有する素材で形成された場合と比べると、ステータコア３の変形が抑制されるだけでなく、外周面Ｓと内周層５０の接触面積を増加させることができる。接触面積の増加によりステータコア３の外周面Ｓから内周層５０に効率的に熱が伝導する。また、ステータコア３の変形が抑制されることにより鉄損の増加が抑制される。 Since the inner peripheral layer 50 is made of a material softer than the steel plate 31, it can enter into the irregularities of the outer peripheral surface S when the stator core 3 is press-fitted. Therefore, compared with the case where the inner peripheral layer 50 is formed of a material having a hardness equal to or higher than that of the steel plate 31, not only is the deformation of the stator core 3 suppressed, but also the contact between the outer peripheral surface S and the inner peripheral layer 50 is suppressed. Area can be increased. Due to the increased contact area, heat is efficiently conducted from the outer peripheral surface S of the stator core 3 to the inner peripheral layer 50 . In addition, by suppressing deformation of the stator core 3, an increase in iron loss is suppressed.

再び図３を参照すると、内周層５０及び外周層５１の導電率は相違する。内周層５０は、ステータコア３と接触するため、外周層５１より導電率の低い部材により形成される。内周層５０は、例えばステータコア３の鉄損を抑えるために例えばシリコン系樹脂のような絶縁体で形成される。仮に内周層５０が導体で形成された場合、磁束によってステータコア３からの漏れ電流が内周層５０を流れるため、鉄損が増加する。また、内周層５０が絶縁体である場合、導体より熱伝導率が低いため、十分な放熱性が得られるように内周層５０の厚みは外周層５１の厚みより薄く設定される。 Referring to FIG. 3 again, the conductivity of the inner peripheral layer 50 and the outer peripheral layer 51 are different. Since the inner peripheral layer 50 is in contact with the stator core 3 , it is made of a member having a lower electrical conductivity than the outer peripheral layer 51 . The inner peripheral layer 50 is made of an insulating material such as silicon-based resin in order to suppress iron loss of the stator core 3, for example. If the inner layer 50 were made of a conductor, magnetic flux would cause leakage current from the stator core 3 to flow through the inner layer 50, increasing core loss. Further, when the inner layer 50 is an insulator, the thermal conductivity is lower than that of a conductor.

また、円筒リング５は、コイル４及びステータコア３から外周方向に放射される電磁波の漏れを抑制する。矢印Ｅａで示されるように、外周層５１とケース６の境界面Ｂｏｕｔで電磁波が反射される。また、内周層５０及び外周層５１の導電率が相違するため、矢印Ｅｂで示されるように、その境界面Ｂｉｎでも電磁波が反射される。 In addition, the cylindrical ring 5 suppresses leakage of electromagnetic waves radiated from the coil 4 and the stator core 3 in the outer peripheral direction. Electromagnetic waves are reflected at the interface Bout between the outer layer 51 and the case 6 as indicated by an arrow Ea. In addition, since the conductivity of the inner layer 50 and the outer layer 51 is different, the electromagnetic wave is also reflected at the interface Bin, as indicated by the arrow Eb.

電磁波の反射量は、境界面Ｂｉｎ，Ｂｏｕｔにおける導電率の差が大きいほど多い。したがって、内周層５０及び外周層５１の各導電率の差と外周層５１及びケース６の各導電率の差は大きいほど、電磁波の反射性能は向上する。 The amount of reflected electromagnetic waves increases as the difference in conductivity between the boundary surfaces Bin and Bout increases. Therefore, the larger the difference in the conductivity between the inner layer 50 and the outer layer 51 and the difference in the conductivity between the outer layer 51 and the case 6, the better the electromagnetic wave reflection performance.

また、外周層５１の透磁率は内周層５０の透磁率より高い。外周層５１は、符号Ｅｃで示されるように電磁波を吸収するため、鉄などの強磁性体により形成される。 Further, the magnetic permeability of the outer layer 51 is higher than the magnetic permeability of the inner layer 50 . The outer layer 51 is made of a ferromagnetic material such as iron in order to absorb electromagnetic waves as indicated by symbol Ec.

回転軸Ｌ方向において、円筒リング５の高さＨはコイル４の高さｈより高い。このため、円筒リング５は、ステータコア３から漏れる電磁波だけでなく、ステータコア３から突出するコイル４の両端のコイルエンド４０から放射される電磁波の漏れを抑制することができる。 The height H of the cylindrical ring 5 is higher than the height h of the coil 4 in the rotation axis L direction. Therefore, the cylindrical ring 5 can suppress leakage of not only electromagnetic waves leaking from the stator core 3 but also electromagnetic waves radiated from the coil ends 40 at both ends of the coil 4 projecting from the stator core 3 .

このように、内周層５０の導電率は外周層５１の導電率より低いため、ステータコア３の鉄損を抑制しつつ、内周層５０及び外周層５１の境界面Ｂｉｎにおける電磁波の反射が可能となる。また、外周層５１は強磁性体であるため、電磁波を吸収することができる。これにより、コイル４及びステータコア３からケース６の外に電磁波が漏洩することが抑制される。 In this way, since the electrical conductivity of the inner peripheral layer 50 is lower than that of the outer peripheral layer 51, the electromagnetic wave can be reflected at the interface Bin between the inner peripheral layer 50 and the outer peripheral layer 51 while suppressing iron loss in the stator core 3. becomes. Moreover, since the outer layer 51 is a ferromagnetic material, it can absorb electromagnetic waves. This suppresses electromagnetic waves from leaking from the coil 4 and the stator core 3 to the outside of the case 6 .

本例では、内周層５０及び外周層５１の組み合わせとして、鉄及びシリコン系樹脂の組み合わせを挙げたが、これに限定されない。内周層５０としては、ＳＵＳ（Steel Use Stainless）などの高抵抗の金属材料、またはアルミニウムや銅などの軟金属が用いられてもよい。また、外周層５１には、シリコン系樹脂以外の軟らかい樹脂素材が用いられてもよい。 In this example, as a combination of the inner peripheral layer 50 and the outer peripheral layer 51, a combination of iron and silicon-based resin is mentioned, but the combination is not limited to this. As the inner peripheral layer 50, a high resistance metal material such as SUS (Steel Use Stainless) or a soft metal such as aluminum or copper may be used. Also, the outer layer 51 may be made of a soft resin material other than silicon-based resin.

また、本例の円筒リング５は２層構造を有するが、３層以上の層構造を有してもよい。例えば内周層５０及び外周層５１がそれぞれ鉄及びシリコン系樹脂である場合、内周層５０及び外周層５１の中間に、例えばＳＵＳで形成された中間層を設けてもよい。この場合、層間の境界面Ｂｉｎ，Ｂｏｕｔが増加するため、電磁波の反射性能をさらに向上することができる。 Moreover, although the cylindrical ring 5 of this example has a two-layer structure, it may have a layer structure of three or more layers. For example, when the inner layer 50 and the outer layer 51 are made of iron and silicone resin, respectively, an intermediate layer made of SUS, for example, may be provided between the inner layer 50 and the outer layer 51 . In this case, since the boundary surfaces Bin and Bout between the layers are increased, the electromagnetic wave reflection performance can be further improved.

上述した実施形態は本発明の好適な実施の例である。但し、これに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変形実施可能である。 The embodiments described above are examples of preferred implementations of the present invention. However, the present invention is not limited to this, and various modifications can be made without departing from the gist of the present invention.

１回転電機
２ロータ
３ステータコア
４コイル
５円筒リング（筒状部材）
６ケース
５０内周層（内周部）
５１外周層（外周部）

REFERENCE SIGNS LIST 1 rotary electric machine 2 rotor 3 stator core 4 coil 5 cylindrical ring (cylindrical member)
6 case 50 inner peripheral layer (inner peripheral part)
51 outer layer (periphery)

Claims

a coil;
a stator core around which the coil is wound;
a rotor provided inside the stator core;
a case that houses the stator core and the rotor;
Having a tubular member sandwiched between the stator core and the case,
The tubular member includes an inner peripheral portion provided on the stator core side and an outer peripheral portion provided on the case side,
The conductivity of the inner peripheral portion is lower than the conductivity of the outer peripheral portion,
The outer peripheral portion is a ferromagnetic material,
rotating electric machine.