JP4442207B2 - Cooling structure of rotating electric machine - Google Patents

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Description

本発明は、電気自動車、ハイブリッド自動車、燃料電池自動車などに適した回転電機(モータ、ジェネレータ又はモータ兼ジェネレータ等)に好適な回転電機の冷却構造に関するものである。   The present invention relates to a cooling structure for a rotating electrical machine suitable for a rotating electrical machine (such as a motor, a generator, or a motor / generator) suitable for an electric vehicle, a hybrid vehicle, a fuel cell vehicle, and the like.

回転電機を効率よく冷却するには、発熱部位である巻線を直接冷却するとよい。従来の回転電機では、例えば、固定子内周面の全体を樹脂材料によって被覆することで、固定子のスロット(巻線の収装される溝部)の内部を冷媒通路として利用して、巻線を直接冷却している(特許文献1参照)。
特開平4−364343号公報
In order to efficiently cool the rotating electrical machine, it is preferable to directly cool the winding that is the heat generating portion. In a conventional rotating electrical machine, for example, the entire inner peripheral surface of the stator is covered with a resin material, and the inside of the stator slot (groove portion in which the winding is accommodated) is used as a refrigerant passage. Is directly cooled (see Patent Document 1).
JP-A-4-364343

しかしながら、前述した従来の方法では、冷媒のシール性、冷媒の圧力、回転電機としての耐久性を確保するために、樹脂層を厚くしなくてはならない。そのため樹脂層が固定子〜回転子の間のエアギャップを広くすることとなり、回転電機の出力性能が悪化する。   However, in the conventional method described above, the resin layer must be thickened in order to ensure the sealing performance of the refrigerant, the pressure of the refrigerant, and the durability as a rotating electric machine. Therefore, the resin layer widens the air gap between the stator and the rotor, and the output performance of the rotating electrical machine is deteriorated.

本発明は、このような従来の問題点に着目してなされたものであり、回転電機の出力性能を悪化させることなく、冷却性能に優れる回転電機の冷却構造を提供することを目的としている。   The present invention has been made paying attention to such conventional problems, and an object of the present invention is to provide a cooling structure for a rotating electrical machine that is excellent in cooling performance without deteriorating the output performance of the rotating electrical machine.

本発明は以下のような解決手段により前記課題を解決する。なお、理解を容易にするために本発明の実施形態に対応する符号を付するが、これに限定されるものではない。   The present invention solves the above problems by the following means. In addition, in order to make an understanding easy, although the code | symbol corresponding to embodiment of this invention is attached | subjected, it is not limited to this.

本発明は、回転軸(30)と一体に回転する回転子(10)と、巻線(21)を巻装する複数のティース部(20b)を有する固定子(20)とを備える回転電機の冷却構造であって、前記ティース部(20b)の間のスロット部(20c)に配置され、内部に冷媒を通流し、表面に形成された孔部(61)から、その冷媒を流出可能なパイプ(60)を有し、前記孔部(61)は、前記巻線(21)に向けて開口することを特徴とする。
The present invention relates to a rotating electrical machine including a rotor (10) that rotates integrally with a rotating shaft (30), and a stator (20) having a plurality of teeth (20b) around which a winding (21) is wound. A cooling structure that is arranged in a slot portion (20c) between the teeth portions (20b), allows a refrigerant to flow inside, and allows the refrigerant to flow out from a hole portion (61) formed on the surface. (60) have a, the hole (61), characterized in that it opens toward the winding (21).

本発明によれば、ティース部の間のスロット部に配置され、内部に冷媒を通流し、表面に形成された孔部から、その冷媒を流出可能なパイプを有し、孔部は、巻線に向けて開口するようにした。
そのため、孔部から流出する冷媒によって巻線を冷却することができる。
この巻線は回転電機の発熱部位であるので、その発熱源を冷却することで効率のよい冷却性能を得ることができるのである。
また、その冷却構造をスロット部に形成するので、固定子〜回転子の間のエアギャップを広げない。
したがって回転電機の出力性能を悪化させないのである。
According to the present invention, is disposed in the slot portion between the teeth to flow through the refrigerant therein, the hole portion formed on the surface, have a runoff can pipe the refrigerant, the hole portion, the winding It was made to open toward .
Therefore, the winding can be cooled by the refrigerant flowing out from the hole.
Since this winding is a heat generating part of the rotating electrical machine, efficient cooling performance can be obtained by cooling the heat generating source.
Moreover, since the cooling structure is formed in the slot portion, the air gap between the stator and the rotor is not widened.
Therefore, the output performance of the rotating electrical machine is not deteriorated.

以下、図面等を参照して本発明の実施の形態についてさらに詳しく説明する。
(第1実施形態)
図1は本発明による回転電機の冷却構造の第1実施形態を示す図であり、回転軸方向から見た断面図である。図2は側断面図である。図3は冷媒パイプ付近を示す図である。なお図3(A)は冷媒パイプ付近を拡大して回転軸方向から見た図であり、矢印で冷媒の噴出方向を示す。図3(B)は冷媒パイプの側面の孔部を示す図である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to the drawings.
(First embodiment)
FIG. 1 is a diagram showing a first embodiment of a cooling structure for a rotating electrical machine according to the present invention, and is a cross-sectional view as seen from the direction of the rotation axis. FIG. 2 is a sectional side view. FIG. 3 is a view showing the vicinity of the refrigerant pipe. Note that FIG. 3A is an enlarged view of the vicinity of the refrigerant pipe as viewed from the direction of the rotation axis, and the arrow indicates the direction of refrigerant ejection. FIG. 3B is a view showing a hole on the side surface of the refrigerant pipe.

図示されるように、回転電機1は、回転子(ロータ)10と、固定子(ステータ)20と、軸30と、ケース40とによって構成されている。回転子10は外周方向に設けられている固定子20の内部で、固定子20から与えられる回転磁束に対して、永久磁石11に反力を発生させ、回転軸30を中心に回転するように構成されている。この永久磁石11は、互いに隣接する磁極が相違するよう配置されている。ここで、回転子10と固定子20の間にはエアギャップと呼ばれる隙間51が存在し、互いに接触することはない。   As shown in the figure, the rotating electrical machine 1 includes a rotor (rotor) 10, a stator (stator) 20, a shaft 30, and a case 40. The rotor 10 generates a reaction force in the permanent magnet 11 with respect to the rotating magnetic flux applied from the stator 20 inside the stator 20 provided in the outer circumferential direction, and rotates about the rotating shaft 30. It is configured. The permanent magnets 11 are arranged so that the magnetic poles adjacent to each other are different. Here, a gap 51 called an air gap exists between the rotor 10 and the stator 20 and does not contact each other.

固定子20は、その外周面20aを通じてケース40に保持される。固定子20のティース20bには、絶縁体22を挟んで巻線21が巻装されている。また、回転子10は軸30、ベアリング41を通じてケース40に保持される。   The stator 20 is held by the case 40 through the outer peripheral surface 20a. A winding 21 is wound around the teeth 20b of the stator 20 with an insulator 22 interposed therebetween. The rotor 10 is held by the case 40 through the shaft 30 and the bearing 41.

回転電機1を冷却するための冷媒はケース40を貫通する冷媒入口62を通り、回転電機1の内部に進入する。そして、巻線21の近傍に配置された冷媒パイプ60の内部を通過して孔部61から巻線21に向かって噴霧され、回転電機1を冷却する(図3参照)。その後、入力側と反対側の冷媒出口63、もしくは、ケース40の下部に設けられた出口42を通り、熱交換器(不図示)へと流れていく。ここで冷媒パイプ60が金属製の場合は、冷媒パイプ60の保持のために冷媒パイプ60の両端が溶接されていると、金属冷媒パイプ60の両端に誘起電圧が発生し、隣のスロットに同じく設けられた金属冷媒パイプとの間にループ電流が発生してしまう。これは損失になるのでその発生を防止することが望ましい。当然、樹脂で作製されていれば、この問題は発生しないが、強度上十分留意する必要がある。本実施形態では、両端を樹脂リング64およびオイル漏れ防止のOリング65を介して保持される。   The refrigerant for cooling the rotary electric machine 1 passes through the refrigerant inlet 62 penetrating the case 40 and enters the rotary electric machine 1. And it passes through the inside of the refrigerant | coolant pipe 60 arrange | positioned in the vicinity of the coil | winding 21, and is sprayed toward the coil | winding 21 from the hole 61, and the rotary electric machine 1 is cooled (refer FIG. 3). Thereafter, the refrigerant flows through the refrigerant outlet 63 on the side opposite to the input side or the outlet 42 provided in the lower part of the case 40 and flows to a heat exchanger (not shown). Here, when the refrigerant pipe 60 is made of metal, if both ends of the refrigerant pipe 60 are welded to hold the refrigerant pipe 60, an induced voltage is generated at both ends of the metal refrigerant pipe 60, and the same is applied to the adjacent slot. A loop current is generated between the metal refrigerant pipe provided. Since this is a loss, it is desirable to prevent its occurrence. Of course, this problem does not occur if it is made of a resin, but sufficient attention must be paid to its strength. In this embodiment, both ends are held via a resin ring 64 and an O-ring 65 for preventing oil leakage.

ここで本発明の効果を明確にするために従来技術について説明しておく。回転電機の冷却構造としては、例えば図13に示すように、固定子20の内周面にシール部23を樹脂材料にて一体成形して冷媒通路24を形成することが考えられる。しかし、樹脂材料では冷媒へのシール性、シール部の強度・耐久性を確保するためには、シール部23が厚くならざるをえない。また、そのためエアギャップ部に入り込むシール部も増えるために、エアギャップが広がってしまい、回転電機としての出力性能が悪化してしまう。   Here, the prior art will be described in order to clarify the effect of the present invention. As a cooling structure for a rotating electrical machine, for example, as shown in FIG. 13, it is conceivable to form a coolant passage 24 by integrally forming a seal portion 23 with a resin material on the inner peripheral surface of the stator 20. However, in the case of a resin material, in order to ensure the sealing performance to the refrigerant and the strength and durability of the sealing portion, the sealing portion 23 must be thick. Moreover, since the seal | sticker part which penetrates into an air gap part also increases, an air gap will spread and the output performance as a rotary electric machine will deteriorate.

また、図14に示すように、スロット内部形状に合わせた冷媒パイプ60を設け、スロット部に樹脂25を充填することが考えられる。しかし、巻線部分21の寸法管理が非常に難しいため、巻線21と冷媒パイプ60との距離が必要となり、その間の熱抵抗が増加し、冷却性能が悪化する。また、冷媒パイプ60の形状をスロット内部形状に合わせることで、管厚当りの強度が低下するため、管厚が増え、その間の熱抵抗が増加し、冷却性能が悪化する。   Further, as shown in FIG. 14, it is conceivable to provide a refrigerant pipe 60 that matches the internal shape of the slot and fill the slot 25 with resin 25. However, since it is very difficult to manage the dimensions of the winding portion 21, the distance between the winding 21 and the refrigerant pipe 60 is necessary, the thermal resistance between them increases, and the cooling performance deteriorates. Further, by matching the shape of the refrigerant pipe 60 with the internal shape of the slot, the strength per tube thickness is reduced, so that the tube thickness increases, the thermal resistance therebetween increases, and the cooling performance deteriorates.

ところが、本実施形態によれば、ティース部20bの間のスロット部20cに冷媒パイプ60を配置し、その内部に冷媒を通流し、表面に形成された孔部61から、その冷媒を流出するようにしたので、孔部61から流出する冷媒によって巻線21を冷却することができる。この巻線21は回転電機の発熱部位であるので、その発熱源を冷却することで効率のよい冷却性能を得ることができるのである。また、その冷却構造をスロット部20cに形成するので、固定子20〜回転子110の間のエアギャップ51を広げない。したがって回転電機の出力性能を悪化させないのである。また、冷媒パイプ60をスロット部20cの内部形状に合わせるのではないので、管厚当りの強度が低下することがない。   However, according to the present embodiment, the refrigerant pipe 60 is arranged in the slot portion 20c between the teeth portions 20b, the refrigerant is passed through the inside, and the refrigerant flows out from the hole 61 formed on the surface. Therefore, the winding 21 can be cooled by the refrigerant flowing out of the hole 61. Since this winding 21 is a heat generating part of the rotating electrical machine, efficient cooling performance can be obtained by cooling the heat generating source. Further, since the cooling structure is formed in the slot portion 20c, the air gap 51 between the stator 20 and the rotor 110 is not widened. Therefore, the output performance of the rotating electrical machine is not deteriorated. Moreover, since the refrigerant pipe 60 is not matched with the internal shape of the slot portion 20c, the strength per tube thickness does not decrease.

したがって、回転電機の出力性能を低下させることなく、冷却性能を確保でき、かつ容易に製作することが可能である。   Therefore, the cooling performance can be ensured and can be easily manufactured without deteriorating the output performance of the rotating electrical machine.

(第2実施形態)
図4は、冷媒パイプのバリエーションを示す図であり、冷媒パイプから巻線への噴霧方向、位置、本数、配置等の例を示す図である。なお、この図4は上記第1実施形態の図3(B)に相当する図である。以下に示す各実施形態では前述した第1実施形態と同様の機能を果たす部分には同一の符号を付して重複する説明を適宜省略する。
(Second Embodiment)
FIG. 4 is a diagram showing variations of the refrigerant pipe, and is a diagram showing an example of the spraying direction, position, number, arrangement and the like from the refrigerant pipe to the winding. FIG. 4 corresponds to FIG. 3B of the first embodiment. In each embodiment shown below, the same code | symbol is attached | subjected to the part which fulfill | performs the same function as 1st Embodiment mentioned above, and the overlapping description is abbreviate | omitted suitably.

図4(A)の冷媒パイプ60は左右の側面に上下2列ずつの孔部61を有する。このようにすることで、冷媒パイプ60内を通流する冷媒は、巻線21の上方及び下方に噴霧されることとなる。したがって、さらに優れる冷却性能を呈する。   The refrigerant pipe 60 in FIG. 4A has two upper and lower holes 61 on the left and right side surfaces. By doing so, the refrigerant flowing through the refrigerant pipe 60 is sprayed above and below the winding 21. Therefore, the further excellent cooling performance is exhibited.

図4(B)では、ひとつのスロット部内に3本の冷媒パイプ60が上下方向(回転電機の半径方向)に配置されている。このようにすることで、巻線21の広範囲にわたって冷媒を噴霧することができるので、一層優れた冷却性能を得ることができる。   In FIG. 4B, three refrigerant pipes 60 are arranged in the vertical direction (radial direction of the rotating electrical machine) in one slot portion. By doing in this way, since a refrigerant | coolant can be sprayed over the wide range of the coil | winding 21, the further outstanding cooling performance can be obtained.

図4(C)では、ひとつのスロット部内に2本の冷媒パイプ60が左右方向(回転電機の周方向)に配置されている。冷媒パイプには、巻線21側の側面に1列に並べられて孔部61が形成されている。このようにすることで、巻線21に対して冷媒を強く噴霧することができるので、優れた冷却性能を得ることができる。   In FIG. 4C, two refrigerant pipes 60 are arranged in the left-right direction (the circumferential direction of the rotating electrical machine) in one slot portion. In the refrigerant pipe, holes 61 are formed in a row on the side surface on the winding 21 side. By doing in this way, since a refrigerant | coolant can be sprayed strongly with respect to the coil | winding 21, the outstanding cooling performance can be obtained.

図4(D)では、ひとつのスロット部内に6本の冷媒パイプ60が上下左右方向に配置されている。冷媒パイプ60には、巻線21側の側面に1列に並べられて孔部61が形成されている。このようにすることで、巻線21に対して多量の冷媒を強く噴霧することができるので、非常に優れた冷却性能を得ることができる。   In FIG. 4 (D), six refrigerant pipes 60 are arranged vertically and horizontally in one slot portion. The refrigerant pipe 60 has holes 61 arranged in a line on the side surface on the winding 21 side. By doing in this way, since a lot of refrigerant can be sprayed strongly with respect to winding 21, very excellent cooling performance can be obtained.

以上説明したように、このように、冷媒パイプ60を設けることで、巻線21への冷媒の噴霧が自由に設定できる。   As described above, by providing the refrigerant pipe 60 as described above, spraying of the refrigerant onto the winding 21 can be freely set.

(第3実施形態)
図5は、本発明の第3実施形態を示す図であり、冷媒パイプ付近を拡大して示した側断面図である。
(Third embodiment)
FIG. 5 is a diagram showing a third embodiment of the present invention, and is a side sectional view showing the vicinity of a refrigerant pipe in an enlarged manner.

冷媒パイプ60の一端60aをケース40に溶接固定するとともに他端60bを封し、もしくは小穴を形成し、この他端60bを自由端にした片持梁タイプのものである。   One end 60a of the refrigerant pipe 60 is welded and fixed to the case 40, the other end 60b is sealed, or a small hole is formed, and the other end 60b is a free end.

このように形成することでループ電流を遮断することができる。   By forming in this way, the loop current can be cut off.

(第4実施形態)
図6は、本発明の第4実施形態を示す図であり、冷媒パイプ付近を拡大して示した側断面図である。
(Fourth embodiment)
FIG. 6 is a view showing a fourth embodiment of the present invention, and is a side sectional view showing the vicinity of a refrigerant pipe in an enlarged manner.

本実施形態では、冷媒パイプ60の他端60bを樹脂等の絶縁材料の支持部65でケース40に保持する。   In the present embodiment, the other end 60b of the refrigerant pipe 60 is held in the case 40 by a support portion 65 of an insulating material such as resin.

このように他端60bも支持すれば、冷媒パイプ60の振動等を低減することができ、冷媒パイプの耐久性が向上する。なお、図4にあるように、同一スロット内に複数本設定してもよい。   If the other end 60b is also supported in this manner, vibration of the refrigerant pipe 60 and the like can be reduced, and the durability of the refrigerant pipe is improved. As shown in FIG. 4, a plurality of lines may be set in the same slot.

(第5実施形態)
図7は、本発明の第5実施形態を示す図であり、冷媒パイプ付近を拡大して示した側断面図である。
(Fifth embodiment)
FIG. 7 is a diagram showing a fifth embodiment of the present invention, and is a side sectional view showing an enlarged vicinity of a refrigerant pipe.

本実施形態では、ひとつのスロット部内に3本の冷媒パイプ60が上下方向(回転電機の半径方向)に配置したものであり、上記図4(B)に対応する図である。
このようにすることで、巻線21の広範囲にわたって冷媒を噴霧することができるので、一層優れた冷却性能を得ることができる。
In the present embodiment, three refrigerant pipes 60 are arranged in the vertical direction (radial direction of the rotating electrical machine) in one slot portion, and corresponds to FIG. 4B.
By doing in this way, since a refrigerant | coolant can be sprayed over the wide range of the coil | winding 21, the further outstanding cooling performance can be obtained.

(第6実施形態)
図8は、本発明の第6実施形態を示す図であり、冷媒パイプ付近を拡大して示した側断面図である。
(Sixth embodiment)
FIG. 8 is a view showing a sixth embodiment of the present invention, and is a side sectional view showing the vicinity of a refrigerant pipe in an enlarged manner.

本実施形態では、冷媒パイプ60をU字型に形成した。図面左側の開口端60a,60bをケース40に溶接固定するとともに底部60cを自由端にした片持梁タイプのものである。   In the present embodiment, the refrigerant pipe 60 is formed in a U shape. The open ends 60a and 60b on the left side of the drawing are fixed to the case 40 by welding and the bottom portion 60c is a free end.

このように形成することでループ電流の発生はほとんどない。なお、図6においては開口端60a,60bの両方を溶接固定した状態を図示しているが、いずれか一方のみを溶接固定してもよい。さらに、冷媒が冷媒パイプ60を貫通しない構造にすれば、リターンの冷媒路を設ける必要もなく、低コスト化できる。   By forming in this way, almost no loop current is generated. In addition, although the state which welded and fixed both the opening ends 60a and 60b is illustrated in FIG. 6, you may fix only either one by welding. Further, if the refrigerant does not penetrate the refrigerant pipe 60, it is not necessary to provide a return refrigerant path, and the cost can be reduced.

(第7実施形態)
図9は、本発明の第7実施形態を示す図であり、冷媒パイプ付近を拡大して示した側断面図である。
(Seventh embodiment)
FIG. 9 is a view showing a seventh embodiment of the present invention, and is a side sectional view showing the vicinity of a refrigerant pipe in an enlarged manner.

本実施形態では、冷媒パイプ60の底部60cを樹脂等の絶縁材料の支持部65でケース40に保持する。   In the present embodiment, the bottom portion 60c of the refrigerant pipe 60 is held in the case 40 by the support portion 65 of an insulating material such as resin.

このように底部60cも支持すれば、冷媒パイプ60の振動等を低減することができ、冷媒パイプの耐久性が向上する。   If the bottom portion 60c is also supported in this way, vibration of the refrigerant pipe 60 and the like can be reduced, and the durability of the refrigerant pipe is improved.

(第8実施形態)
図10は、本発明の第8実施形態を示す図であり、冷媒パイプ付近を拡大してコア上面から見た平断面図である。
(Eighth embodiment)
FIG. 10 is a view showing an eighth embodiment of the present invention, and is a plan sectional view in which the vicinity of the refrigerant pipe is enlarged and seen from the upper surface of the core.

冷媒パイプ60をU字型に形成し、開口端60a,60bを、異なるスロット20c−1,20c−2に配置した。開口端60a,60bをケース40に絶縁材料を介して固定するとともに底部60cを自由端にした片持梁タイプのものである。   The refrigerant pipe 60 was formed in a U shape, and the open ends 60a and 60b were arranged in different slots 20c-1 and 20c-2. The open ends 60a and 60b are fixed to the case 40 via an insulating material, and the bottom 60c is a free end.

このように開口端60a,60bを絶縁材料を介してケース40に固定したので、ループ電流はほとんど発生しない。なお、図8においては開口端60a,60bの両方を絶縁材料を介して固定した状態を図示しているが、一方が絶縁されていれば、他方は溶接によって固定してもよい。   Thus, since the opening ends 60a and 60b are fixed to the case 40 through the insulating material, almost no loop current is generated. In addition, in FIG. 8, although the state which fixed both the opening ends 60a and 60b via the insulating material is illustrated, as long as one side is insulated, the other may be fixed by welding.

さらに、冷媒が冷媒パイプを貫通しない構造にすれば、リターンの冷媒路を設ける必要もなく、低コスト化できる。   Further, if the refrigerant does not penetrate the refrigerant pipe, it is not necessary to provide a return refrigerant path, and the cost can be reduced.

また、複数の冷媒パイプを設けてもよい。   A plurality of refrigerant pipes may be provided.

(第9実施形態)
図11は、本発明の第9実施形態を示す図であり、冷媒パイプ付近を拡大してコア上面から見た平断面図である。
(Ninth embodiment)
FIG. 11 is a view showing a ninth embodiment of the present invention, and is a plan sectional view in which the vicinity of the refrigerant pipe is enlarged and seen from the upper surface of the core.

本実施形態では、開口端60a,60bの反対側60cをケース40で絶縁材料等の支持部65で保持した。このようにすることで、冷媒パイプ60の振動等を低減することができ、冷媒パイプ60の耐久性が向上する。なお、開口端60a,60bの両方が絶縁されていれば、支持部65は金属でもよい。また、複数の冷媒パイプを設けてもよい。   In this embodiment, the opposite side 60c of the opening ends 60a and 60b is held by the case 40 with the support portion 65 made of an insulating material or the like. By doing in this way, the vibration etc. of the refrigerant | coolant pipe 60 can be reduced and durability of the refrigerant | coolant pipe 60 improves. Note that the support portion 65 may be made of metal as long as both the open ends 60a and 60b are insulated. A plurality of refrigerant pipes may be provided.

(第10実施形態)
図12は、本発明の第10実施形態を示す図であり、冷媒パイプ付近を拡大して回転軸方向から見た断面図である。
(10th Embodiment)
FIG. 12 is a diagram showing a tenth embodiment of the present invention, and is a cross-sectional view in which the vicinity of the refrigerant pipe is enlarged and viewed from the rotation axis direction.

本実施形態では、スロット部20cの開口部分に邪魔板20dを設け、回転子10と固定子20とのギャップ51へ冷媒が流入することを軽減するようにした。   In the present embodiment, the baffle plate 20d is provided in the opening portion of the slot portion 20c so as to reduce the refrigerant flowing into the gap 51 between the rotor 10 and the stator 20.

このように構成したので、冷媒が巻線21に当たった後にギャップ51内に流れ込むことを防止することができ、損失を低減することが可能である。   Since it comprised in this way, it can prevent that a refrigerant | coolant flows into the gap 51, after striking the coil | winding 21, and it can reduce a loss.

(第11実施形態)
図15は本発明による回転電機の冷却構造の第11実施形態を示す図であり、回転軸方向から見た断面図である。なお発明の内容を明確にするために、回転子は図示を省略した。
(Eleventh embodiment)
FIG. 15 is a view showing an eleventh embodiment of the cooling structure for a rotating electrical machine according to the present invention, and is a cross-sectional view seen from the direction of the rotation axis. In order to clarify the contents of the invention, the rotor is not shown.

本実施形態の冷媒パイプ60は、横置きされた固定子20の上部のスロットに配置されているものほど、固定子20の外径側(すなわちティース20bの根元側)に配置し、固定子20の下部のスロットに配置されているものほど、固定子20の内径側(すなわちティース20bの先端側)に配置した。なお本実施形態では、特に、固定子20の中心軸O、冷媒パイプ配置最小径Dn、冷媒パイプ配置最大径Dxとしたときに、中心軸Oから(Dx−Dn)/2上方のO1を中心とする半径Dm=(Dx+Dn)/2の円周上に、冷媒パイプ60を配置してある。   The refrigerant pipe 60 of the present embodiment is arranged on the outer diameter side of the stator 20 (that is, the root side of the teeth 20b) as the refrigerant pipe 60 is arranged in the upper slot of the horizontally placed stator 20, and the stator 20 The one arranged in the lower slot is arranged on the inner diameter side of the stator 20 (that is, the tip side of the teeth 20b). In the present embodiment, in particular, when the central axis O of the stator 20, the refrigerant pipe arrangement minimum diameter Dn, and the refrigerant pipe arrangement maximum diameter Dx are set, O1 above (Dx−Dn) / 2 from the center axis O is the center. The refrigerant pipe 60 is arranged on the circumference of the radius Dm = (Dx + Dn) / 2.

図16は固定子の上部付近を示す拡大図、図17は固定子の下部付近を示す拡大図、図18は固定子の側部付近を示す拡大図である。また各図中の矢印は冷媒の流れを示す。   16 is an enlarged view showing the vicinity of the upper portion of the stator, FIG. 17 is an enlarged view showing the vicinity of the lower portion of the stator, and FIG. 18 is an enlarged view showing the vicinity of the side portion of the stator. Moreover, the arrow in each figure shows the flow of a refrigerant | coolant.

固定子20の上部では、図16に示すように、冷媒パイプ60は固定子20の外径側に配置されている。そのため、冷媒パイプ60から供給された冷媒は、重力の影響を受けて矢印のように下方に流れ、巻線21の表面を覆うように流れる。固定子20の下部では、図17に示すように、冷媒パイプ60は固定子20の内径側に配置されている。そのため、冷媒パイプ60から供給された冷媒は、重力の影響を受けて矢印のように下方に流れ、巻線21の表面を覆うように流れる。以上により、巻線21の表面と、その表面を覆うように流れる冷媒との間の熱交換が良好となり、高い冷却性能を得ることができる。   In the upper part of the stator 20, as shown in FIG. 16, the refrigerant pipe 60 is disposed on the outer diameter side of the stator 20. Therefore, the refrigerant supplied from the refrigerant pipe 60 flows downward as indicated by an arrow under the influence of gravity and flows so as to cover the surface of the winding 21. In the lower part of the stator 20, as shown in FIG. 17, the refrigerant pipe 60 is disposed on the inner diameter side of the stator 20. Therefore, the refrigerant supplied from the refrigerant pipe 60 flows downward as indicated by an arrow under the influence of gravity and flows so as to cover the surface of the winding 21. As described above, heat exchange between the surface of the winding 21 and the refrigerant flowing so as to cover the surface becomes favorable, and high cooling performance can be obtained.

また、固定子20の側部では、図18に示すように、上側のスロット20c−Aに配置されている冷媒パイプ60から供給された冷媒は、巻線21−Aの表面を覆うように流れ、重力の影響を受けて矢印のように下側のスロット20c−Bに落下して、巻線21−Bの表面を覆うように流れる。したがって、下方のスロットに配置された巻線には、略2倍の冷媒が供給されることになるので、側部に配置された巻線は、上下位置に配置された巻線よりも少ない量の冷媒で、良好な冷却性能を得ることができる。   Further, at the side of the stator 20, as shown in FIG. 18, the refrigerant supplied from the refrigerant pipe 60 arranged in the upper slot 20c-A flows so as to cover the surface of the winding 21-A. Under the influence of gravity, it falls into the lower slot 20c-B as shown by the arrow and flows so as to cover the surface of the winding 21-B. Accordingly, the winding disposed in the lower slot is supplied with approximately twice as much refrigerant, so that the winding disposed in the side portion has a smaller amount than the winding disposed in the vertical position. With this refrigerant, good cooling performance can be obtained.

そこで、上部および下部に配置されたパイプによって供給される冷媒の量を略等しくし、側部に配置されたパイプによって供給される冷媒の量を、上下方向の冷媒供給量の略半分にするようにした。   Therefore, the amount of refrigerant supplied by the pipes arranged at the upper part and the lower part is made substantially equal, and the amount of refrigerant supplied by the pipes arranged at the side part is made substantially half of the refrigerant supply amount in the vertical direction. I made it.

具体的には、
(1)冷媒流量自体を制御して半分にする。
(2)側部に配置された冷媒パイプの下面の小穴数Ndを、上面の小穴数Nuよりも、少なくする。
(3)側部に配置された冷媒パイプの小穴の径を、上下位置に設置された冷媒パイプの小穴の径よりも小径にする。
などにより、側部のスロットに供給される冷媒量を少なくすることで、良好な冷却性能を保ちつつ、冷媒の総供給量を減らすことができ、冷媒送通に要する動力損失が小さくなるとともに、固定子〜回転子間に漏れ出す冷媒量を減らすことができるため損失を低減することができる。
In particular,
(1) The refrigerant flow rate itself is controlled and halved.
(2) The number of small holes Nd on the lower surface of the refrigerant pipe disposed on the side is made smaller than the number of small holes Nu on the upper surface.
(3) The diameter of the small hole of the refrigerant pipe arranged on the side is made smaller than the diameter of the small hole of the refrigerant pipe installed in the vertical position.
By reducing the amount of refrigerant supplied to the side slot, etc., it is possible to reduce the total amount of refrigerant supplied while maintaining good cooling performance, and the power loss required for refrigerant delivery is reduced, Since the amount of refrigerant leaking between the stator and the rotor can be reduced, loss can be reduced.

また、冷媒パイプ60に形成された孔部61の径を、冷媒の流入端から遠ざかるにしたがって、大径化するようにした。そのため、スロット内の回転軸に平行方向の冷媒供給量が均一になり、冷却性能のバラツキを小さくすることができる。   Further, the diameter of the hole 61 formed in the refrigerant pipe 60 is increased as the distance from the refrigerant inflow end increases. Therefore, the refrigerant supply amount in the direction parallel to the rotation axis in the slot becomes uniform, and the variation in cooling performance can be reduced.

本実施形態によれば、冷媒パイプ60は、横置きされた固定子20の上部のスロットに配置されているものほど、固定子20の外径側に配置し、固定子20の下部のスロットに配置されているものほど、固定子20の内径側に配置した。   According to the present embodiment, the refrigerant pipe 60 is arranged on the outer diameter side of the stator 20 as the refrigerant pipe 60 is arranged in the upper slot of the horizontally placed stator 20, and is arranged in the lower slot of the stator 20. The one arranged was arranged on the inner diameter side of the stator 20.

そのため、冷媒パイプ60から巻線21に吹き付けられた冷媒は、下部スロットではステータ内径側から外径側に、上部スロットではステータ外径側から内径側に、重力の影響を受けて流れるので、巻線表面全体を覆う液膜となり、高い冷却性能を得ることができる。   For this reason, the refrigerant blown from the refrigerant pipe 60 to the winding 21 flows under the influence of gravity from the stator inner diameter side to the outer diameter side in the lower slot and from the stator outer diameter side to the inner diameter side in the upper slot. It becomes a liquid film covering the entire wire surface, and high cooling performance can be obtained.

そして、特に、固定子20の中心軸O、冷媒パイプ配置最小径Dn、冷媒パイプ配置最大径Dxとしたときに、中心軸Oから(Dx−Dn)/2上方のO1を中心とする半径Dm=(Dx+Dn)/2の円周上に、冷媒パイプ60を配置してある。そのため、全てのスロットで、供給された冷媒が効率良く巻線表面全体を覆う液膜となり、高い冷却性能を得ることができる。   In particular, when the center axis O of the stator 20, the refrigerant pipe arrangement minimum diameter Dn, and the refrigerant pipe arrangement maximum diameter Dx are set, the radius Dm centered on O1 above the center axis O by (Dx−Dn) / 2. = The refrigerant pipe 60 is arranged on the circumference of (Dx + Dn) / 2. Therefore, in all slots, the supplied refrigerant efficiently becomes a liquid film covering the entire surface of the winding, and high cooling performance can be obtained.

側部のスロット内では、図18に示すように、上部のスロット20c−Aに位置する巻線21−Aに吹きかけられた冷媒は、重力の影響を受けてスロット内を落下し、下部のスロット20c−Bに位置する巻線21−Bに供給されるので、スロット内下部に位置する巻線21−Bには、略2倍の冷媒が供給されることになる。そのため、側部に配置された巻線は、上部に配置された巻線よりも少ない量の冷媒で、良好な冷却性能を得ることができる。そこで、本実施形態においては、上部及び下部に配置されたパイプに供給される冷媒の量を略等しくし、側部に配置されたパイプに供給される冷媒の量を、上下方向の冷媒供給量の略半分にしたので、冷媒の総供給量が少なくなり、冷媒送通に要する動力損失が小さくなるとともに、ステータ−ロータ間に漏れ出す冷媒量を減らすことができるため損失を低減することができるようになった。   In the side slot, as shown in FIG. 18, the refrigerant blown on the winding 21-A located in the upper slot 20c-A falls under the influence of gravity and falls in the lower slot. Since it is supplied to the winding 21-B located at 20c-B, approximately twice as much refrigerant is supplied to the winding 21-B located at the lower part in the slot. For this reason, the windings arranged on the side portions can obtain good cooling performance with a smaller amount of refrigerant than the windings arranged on the upper part. Therefore, in the present embodiment, the amount of refrigerant supplied to the pipes arranged at the upper part and the lower part is made substantially equal, and the amount of refrigerant supplied to the pipes arranged at the side part is set to the refrigerant supply amount in the vertical direction. Therefore, the total supply amount of refrigerant is reduced, the power loss required for refrigerant delivery is reduced, and the amount of refrigerant leaking between the stator and rotor can be reduced, so that the loss can be reduced. It became so.

また、冷媒パイプ60に形成された孔部61の径を、冷媒の流入端から遠ざかるにしたがって、大径化するようにしたので、スロット内の回転軸に平行方向の冷媒供給量が均一になり、冷却性能のバラツキを小さくすることができたのである。   Further, since the diameter of the hole 61 formed in the refrigerant pipe 60 is increased as the distance from the refrigerant inflow end increases, the refrigerant supply amount in the direction parallel to the rotation axis in the slot becomes uniform. Thus, variation in cooling performance could be reduced.

以上説明した実施形態に限定されることなく、その技術的思想の範囲内において種々の変形や変更が可能であり、それらも本発明と均等であることは明白である。   The present invention is not limited to the embodiment described above, and various modifications and changes can be made within the scope of the technical idea, and it is obvious that these are equivalent to the present invention.

例えば、上述した実施形態では、永久磁石式同期電動機であったが、誘導電動機でもSRモータでもその他の回転電機でもよい。   For example, in the above-described embodiment, the permanent magnet type synchronous motor is used, but an induction motor, an SR motor, or another rotating electric machine may be used.

また、上記実施形態では、固定子コアが一体構造のものであるが、分割構造の固定子コアでもよい。   Moreover, in the said embodiment, although the stator core is a thing of integral structure, the stator core of a division structure may be sufficient.

さらに、磁石極数は、当然のことながら上記実施形態で図示したものに限定されない。   Furthermore, as a matter of course, the number of magnet poles is not limited to that shown in the above embodiment.

さらにまた、冷媒は、油でも空気でもよく、その種類に特に限定はない。   Furthermore, the refrigerant may be oil or air, and the type is not particularly limited.

また、本発明は電動機にも発電機にも適用することが可能である。   The present invention can be applied to both an electric motor and a generator.

本発明による回転電機の冷却構造の第1実施形態を示す図である。It is a figure which shows 1st Embodiment of the cooling structure of the rotary electric machine by this invention. 本発明による回転電機の冷却構造の第1実施形態を示す側断面図である。It is a sectional side view which shows 1st Embodiment of the cooling structure of the rotary electric machine by this invention. 本発明による回転電機の冷却構造の第1実施形態の冷媒パイプ付近を示す図である。It is a figure which shows the refrigerant | coolant pipe vicinity of 1st Embodiment of the cooling structure of the rotary electric machine by this invention. 冷媒パイプのバリエーションを示す図である。It is a figure which shows the variation of a refrigerant pipe. 本発明の第3実施形態を示す図である。It is a figure which shows 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第4実施形態を示す図である。It is a figure which shows 4th Embodiment of this invention. 本発明の第5実施形態を示す図である。It is a figure which shows 5th Embodiment of this invention. 本発明の第6実施形態を示す図である。It is a figure which shows 6th Embodiment of this invention. 本発明の第7実施形態を示す図である。It is a figure which shows 7th Embodiment of this invention. 本発明の第8実施形態を示す図である。It is a figure which shows 8th Embodiment of this invention. 本発明の第9実施形態を示す図である。It is a figure which shows 9th Embodiment of this invention. 本発明の第10実施形態を示す図である。It is a figure which shows 10th Embodiment of this invention. 従来技術1を説明する図である。It is a figure explaining prior art 1. FIG. 従来技術2を説明する図である。It is a figure explaining the prior art 2. FIG. 本発明による回転電機の冷却構造の第11実施形態を示す図である。It is a figure which shows 11th Embodiment of the cooling structure of the rotary electric machine by this invention. 第11実施形態の固定子の上部付近を示す拡大図である。It is an enlarged view which shows the upper part vicinity of the stator of 11th Embodiment. 第11実施形態の固定子の下部付近を示す拡大図である。It is an enlarged view which shows the lower part vicinity of the stator of 11th Embodiment. 第11実施形態の固定子の側部付近を示す拡大図である。It is an enlarged view which shows the side part vicinity of the stator of 11th Embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

1 回転電機
10 回転子(ロータ)
11 磁石
20 固定子(ステータ)
20b ティース部
20c スロット部
21 巻線
30 軸
40 ケース
51 エアギャップ
60 冷媒パイプ
61 孔部
1 Rotating electric machine 10 Rotor
11 Magnet 20 Stator
20b Teeth portion 20c Slot portion 21 Winding 30 Shaft 40 Case 51 Air gap 60 Refrigerant pipe 61 Hole portion

Claims (19)

  1. 回転軸と一体に回転する回転子と、
    巻線を巻装する複数のティース部を有する固定子と、
    を備える回転電機の冷却構造であって、
    前記ティース部の間のスロット部に配置され、内部に冷媒を通流し、表面に形成された孔部から、その冷媒を流出可能なパイプを有し、
    前記孔部は、前記巻線に向けて開口する、
    ことを特徴とする回転電機の冷却構造。
    A rotor that rotates integrally with the rotation shaft;
    A stator having a plurality of teeth portions for winding the winding;
    A cooling structure for a rotating electrical machine comprising:
    It is disposed in the slot portion between the teeth portions, and has a pipe through which the refrigerant flows and from which the refrigerant can flow out from the hole formed on the surface.
    The hole opens toward the winding;
    A cooling structure for a rotating electrical machine.
  2. 前記孔部は、前記パイプの中心軸に沿って並べられて形成される、
    ことを特徴とする請求項1に記載の回転電機の冷却構造。
    The hole is formed along the central axis of the pipe.
    The cooling structure for a rotating electric machine according to claim 1.
  3. 前記孔部は、前記パイプの中心軸に沿って2列に並べられて形成され、各列ごとに異なる巻線に向けて開口する、
    ことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の回転電機の冷却構造。
    The hole is formed by being arranged in two rows along the central axis of the pipe, and opens toward a different winding for each row.
    The cooling structure for a rotating electrical machine according to claim 1 or 2, wherein the cooling structure is used.
  4. 前記孔部は、前記パイプの中心軸に沿って少なくとも4列以上に並べられて形成され、そのうちの半分の列は一の巻線に向けて開口し、残りの列は他の巻線に向けて開口する、
    ことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の回転電機の冷却構造。
    The holes are formed in at least four rows along the central axis of the pipe, half of which are open toward one winding, and the remaining rows are toward the other winding. Open,
    The cooling structure for a rotating electrical machine according to claim 1 or 2, wherein the cooling structure is used.
  5. 前記孔部は、前記パイプの中心軸に沿って1列に並べられて形成され、巻線に向けて開口する、
    ことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の回転電機の冷却構造。
    The holes are formed in a line along the central axis of the pipe, and open toward the winding.
    The cooling structure for a rotating electrical machine according to claim 1 or 2, wherein the cooling structure is used.
  6. 前記パイプは、ひとつのスロット部の中に複数本設けられ、回転電機の半径方向に並べられている、
    ことを特徴とする請求項1から請求項4までのいずれか1項に記載の回転電機の冷却構造。
    A plurality of the pipes are provided in one slot portion, and are arranged in the radial direction of the rotating electrical machine.
    The cooling structure for a rotating electric machine according to any one of claims 1 to 4, wherein the cooling structure is provided.
  7. 前記パイプは、ひとつのスロット部の中に複数本設けられ、回転電機の周方向に並べられている、
    ことを特徴とする請求項1から請求項5までのいずれか1項に記載の回転電機の冷却構造。
    A plurality of the pipes are provided in one slot portion, and are arranged in the circumferential direction of the rotating electrical machine.
    The cooling structure for a rotating electric machine according to any one of claims 1 to 5, wherein the cooling structure is provided.
  8. 前記複数本のパイプは、隣接するパイプの一端同士が連設されてU字状に形成されている、
    ことを特徴とする請求項6又は請求項7に記載の回転電機の冷却構造。
    The plurality of pipes are formed in a U shape by connecting one end of adjacent pipes.
    The cooling structure for a rotating electric machine according to claim 6 or 7, wherein
  9. 前記パイプは、異なるスロット部に配置されたパイプの一端同士が連設されてU字状に形成されている、
    ことを特徴とする請求項1から請求項7までのいずれか1項に記載の回転電機の冷却構造。
    The pipe is formed in a U shape by connecting one end of pipes arranged in different slot portions.
    The cooling structure for a rotating electric machine according to any one of claims 1 to 7, wherein the cooling structure is provided.
  10. 前記パイプは、金属製である、
    ことを特徴とする請求項1から請求項9までのいずれか1項に記載の回転電機の冷却構造。
    The pipe is made of metal,
    The cooling structure for a rotating electrical machine according to any one of claims 1 to 9, wherein the cooling structure is provided.
  11. 前記パイプの少なくとも一端が絶縁材料を介してケースに保持されている、
    ことを特徴とする請求項10に記載の回転電機の冷却構造。
    At least one end of the pipe is held in the case via an insulating material,
    The cooling structure for a rotating electric machine according to claim 10.
  12. 前記パイプは、樹脂製である、
    ことを特徴とする請求項1から請求項9までのいずれか1項に記載の回転電機の冷却構造。
    The pipe is made of resin.
    The cooling structure for a rotating electrical machine according to any one of claims 1 to 9, wherein the cooling structure is provided.
  13. 前記スロット部の開口部分に設けられ、前記回転子と固定子とのギャップへ冷媒が流入することを軽減する邪魔板を有する、
    ことを特徴とする請求項1から請求項12までのいずれか1項に記載の回転電機の冷却構造。
    The baffle plate is provided at the opening portion of the slot portion and reduces a refrigerant flowing into the gap between the rotor and the stator.
    The cooling structure for a rotating electric machine according to any one of claims 1 to 12, wherein the cooling structure is provided.
  14. 前記パイプは、前記回転子の回転軸が水平方向になるように設置したときに、前記ティース部の上方のスロット部に配置されているパイプほど、固定子の径側に配置され、前記ティース部の下方のスロット部に配置されているパイプほど、固定子の径側に配置されている、
    ことを特徴とする請求項1から請求項13までのいずれか1項に記載の回転電機の冷却構造。
    When the pipe is installed so that the rotation axis of the rotor is horizontal, the pipe arranged in the slot portion above the teeth portion is arranged on the outer diameter side of the stator, and the teeth more pipes disposed in slots of the lower parts, and is disposed on the inner diameter side of the stator,
    The cooling structure for a rotating electric machine according to any one of claims 1 to 13, wherein the cooling structure is provided.
  15. 前記パイプは、パイプ配置最小径Dn、パイプ配置最大径Dxとしたときに、前記固定子の中心軸から(Dx−Dn)/2上方の点を中心として半径Dm=(Dx+Dn)/2の円周上に配置されている、
    ことを特徴とする請求項14に記載の回転電機の冷却構造。
    The pipe has a radius Dm = (Dx + Dn) / 2 centered on a point above (Dx−Dn) / 2 from the central axis of the stator when the pipe arrangement minimum diameter Dn and the pipe arrangement maximum diameter Dx are set. Arranged on the circumference,
    The cooling structure for a rotating electric machine according to claim 14.
  16. 前記パイプのうち前記固定子の上部及び下部に配置されたパイプから供給される冷媒量は略等しく、側部に配置されたパイプから供給される冷媒量はそれらの略半分である、
    ことを特徴とする請求項14又は請求項15に記載の回転電機の冷却構造。
    Among the pipes, the amount of refrigerant supplied from the pipes arranged at the upper and lower parts of the stator is substantially equal, and the amount of refrigerant supplied from the pipe arranged at the side is substantially half of them.
    The cooling structure for a rotating electric machine according to claim 14 or 15, wherein:
  17. 前記パイプのうち前記固定子の側部に配置されたパイプの下面の孔数Ndが、上面の孔数Nuよりも少ない、
    ことを特徴とする請求項14から請求項16までのいずれか1項に記載の回転電機の冷却構造。
    Of the pipes, the number of holes Nd on the lower surface of the pipe disposed on the side of the stator is smaller than the number of holes Nu on the upper surface,
    The cooling structure for a rotating electrical machine according to any one of claims 14 to 16, wherein the cooling structure is provided.
  18. 前記パイプのうち前記固定子の側部に配置されたパイプの孔部の径が、固定子の上部に配置されたパイプの孔部の径よりも小径である、
    ことを特徴とする請求項14から請求項17までのいずれか1項に記載の回転電機の冷却構造。
    The diameter of the hole of the pipe disposed on the side of the stator of the pipe is smaller than the diameter of the hole of the pipe disposed on the upper part of the stator.
    The cooling structure for a rotating electric machine according to any one of claims 14 to 17, wherein the cooling structure is provided.
  19. 前記パイプに形成された孔部の径が、冷媒の流入部から遠ざかるにしたがって大径化されている、
    ことを特徴とする請求項1から請求項18までのいずれか1項に記載の回転電機の冷却構造。
    The diameter of the hole formed in the pipe is increased as the distance from the refrigerant inflow part increases.
    The cooling structure for a rotating electric machine according to any one of claims 1 to 18, wherein the cooling structure is provided.
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