JP5590385B2 - Rotating electric machine - Google Patents
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Description
本発明は、回転軸によってケースに軸支され、回転軸の軸心に沿う方向に貫通した冷媒用流路を備えるロータと、ロータの径方向外側に配置され、ケースに固定されるステータとを備えた回転電機に関する。 The present invention includes a rotor provided with a refrigerant flow path that is pivotally supported on a case by a rotation shaft and penetrates in a direction along the axis of the rotation shaft, and a stator that is disposed radially outside the rotor and is fixed to the case. The present invention relates to a rotating electrical machine provided.
ロータから飛散する冷却油の衝突によるコイルエンドの劣化、損傷を抑制する回転電機が特許文献1に記載されている。この回転電機は、ロータのエンドプレートの外面に形成した第1の排出口に接続する案内路と、案内路から分岐して、第1の排出口よりも径方向内側に形成された第2の排出口に接続する分岐路とを備えている。案内路の通路抵抗や通路径等は予め適正に設計されており、第1の排出口の排出限界を超える余剰の冷媒が案内路に導入された場合、分岐路を介して第2の排出口からこれを排出するよう構成されている。第2の排出口から排出された冷媒は、ハウジングに設けた隔壁で受け止められ、コイルエンドには衝突しない。従って、ロータの高速回転時に遠心力が増大した場合であっても、過量な冷媒がコイルエンドに衝突することを回避することができ、第1の排出口から排出される冷媒のコイルエンドに対する攻撃性を軽減することができる。
しかし、上記回転電機においては、第1の排出口から排出される冷媒の量を制限しているだけであって、ロータから排出される冷媒がコイルエンドに衝突することは避けられない。従って、ロータの回転速度が非常に高速の場合には、第1の排出口から排出される冷媒に作用する遠心力が過大となり、コイルエンドに劣化や損傷が生じるおそれがある。 However, in the rotating electrical machine, only the amount of refrigerant discharged from the first discharge port is limited, and it is inevitable that the refrigerant discharged from the rotor collides with the coil end. Therefore, when the rotational speed of the rotor is very high, the centrifugal force acting on the refrigerant discharged from the first discharge port becomes excessive, and the coil end may be deteriorated or damaged.
本発明は以上の課題に鑑みてなされたもので、ロータに形成された冷媒用流路から排出される冷媒が、ステータに備えられたコイルのコイルエンドに衝突することを防止可能な回転電機を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and provides a rotating electrical machine capable of preventing a refrigerant discharged from a refrigerant flow path formed in a rotor from colliding with a coil end of a coil provided in a stator. The purpose is to provide.
本発明に係る回転電機の特徴構成は、回転軸によってケースに軸支され、前記回転軸の軸心に沿う方向に貫通した冷媒用流路を備えるロータと、前記ロータの径方向外側に配置され、前記ケースに固定されるステータと、前記ロータに形成された前記冷媒用流路の排出口と、前記ステータに備えられたコイルのコイルエンドとの間に、前記排出口から排出される冷媒が前記コイルエンドに衝突することを防止する環状の壁部を有する規制部材と、を備え、前記壁部が前記ロータの端面に設けられており、前記壁部の先端が、前記コイルエンドの先端よりも突出するよう構成し、前記壁部の内周面の径が、先端側ほど大きくなるように形成されている点にある。 FEATURES configuration of the rotating electric machine according to the present invention, is supported on the case by the rotating shaft, a rotor provided with a refrigerant flow path which penetrates in the direction along the axis of the rotary shaft, located radially outwardly of the rotor The refrigerant discharged from the discharge port between the stator fixed to the case, the discharge port of the refrigerant flow path formed in the rotor, and the coil end of the coil provided in the stator. And a regulating member having an annular wall portion that prevents the coil end from colliding with the coil end, and the wall portion is provided on an end surface of the rotor, and the tip of the wall portion is the tip of the coil end. The wall portion is formed so that the diameter of the inner peripheral surface of the wall portion increases toward the tip end side .
本特徴構成のごとく、冷媒用流路の排出口とコイルエンドとの間に環状の壁部を有する規制部材を設けておけば、排出口から排出される冷媒が遠心力を受けて径方向外側に飛散する際に、周方向の何れの位置に飛散しても規制部材の壁部に衝突するので、直接コイルエンドに冷媒が衝突することを防止できる。このような効果はロータの回転速度が高速となっても得られるので、高速回転時にもコイルエンドの保護を図ることができる。尚、規制部材はロータ、ステータ及びケースの何れに設けてもよいし、環状とは排出口を取り囲むような形状であれば円環状に限定されない。
また、壁部の先端がコイルエンドの先端よりも突出しているので、排出口から排出された冷媒が壁部の先端から遠心力により径方向外側に飛散しても、コイルエンドに衝突しない。更に、壁部の内周面を、例えば先端側ほど径が大きくなるテーパー状とすることができる。すると、冷媒が壁部の内周面に沿って移動する際に、遠心力のうちテーパー面に沿う方向の成分により、冷媒に先端方向への速度成分が発生する。その結果、冷媒が排出口から排出される際に、その排出方向に先端方向の成分を含ませることができるので、冷媒がコイルエンドに衝突することをより確実に防止できる。又、本特徴構成によれば、壁部の高さを低くすることが可能となるので、規制部材の軽量化、小型化及び低廉化を図ることができる。
If a regulating member having an annular wall portion is provided between the outlet of the refrigerant flow path and the coil end as in this feature configuration, the refrigerant discharged from the outlet receives a centrifugal force and is radially outward. When it is scattered, it collides with the wall portion of the regulating member even if it is scattered at any position in the circumferential direction, so that it is possible to prevent the refrigerant from directly colliding with the coil end. Since such an effect can be obtained even when the rotational speed of the rotor is high, the coil end can be protected even during high-speed rotation. The restricting member may be provided in any of the rotor, the stator, and the case, and the annular shape is not limited to the annular shape as long as the shape surrounds the discharge port.
Moreover, since the tip of the wall portion protrudes from the tip of the coil end, even if the refrigerant discharged from the discharge port is scattered radially outward from the tip of the wall portion by centrifugal force, it does not collide with the coil end. Furthermore, the inner peripheral surface of the wall portion can be tapered, for example, with a diameter increasing toward the tip side. Then, when the refrigerant moves along the inner peripheral surface of the wall portion, a speed component in the tip direction is generated in the refrigerant due to the component in the direction along the tapered surface of the centrifugal force. As a result, when the refrigerant is discharged from the discharge port, the tip direction component can be included in the discharge direction, so that the refrigerant can be more reliably prevented from colliding with the coil end. In addition, according to the present feature configuration, the height of the wall portion can be reduced, so that the restriction member can be reduced in weight, size, and cost.
本発明の特徴構成は、前記壁部の外周面のうち前記コイルエンドの先端よりも先端側の領域に、基端側の径が先端側の径よりも小さくなる部位を設けてある点にある。 The characteristic configuration of the present invention resides in that, in the outer peripheral surface of the wall portion, a region where the diameter on the proximal end side is smaller than the diameter on the distal end side is provided in a region closer to the distal end than the distal end of the coil end. .
例えばロータが低速で回転している場合には、排出口から排出された冷媒に作用する遠心力が小さく、冷媒が壁部の内周面から先端を経由して外周面に至り、外周面に沿ってロータ側に移動する場合がある。冷媒がコイルエンドと重複する領域まで壁部の外周面に沿って移動してしまうと、その後、ロータの回転速度が大きくなった場合に壁部の外周面に付着している冷媒がコイルエンドに衝突するおそれがある。本特徴構成によれば、基端側の径が先端側の径よりも小さくなる部位にて、壁部の外周面に付着している冷媒が径方向外側に飛散し易くなり、冷媒がコイルエンドと重複する領域まで壁部の外周面に沿って移動することを抑制できる。 For example, when the rotor rotates at a low speed, the centrifugal force acting on the refrigerant discharged from the discharge port is small, and the refrigerant reaches the outer peripheral surface from the inner peripheral surface of the wall portion via the tip, and reaches the outer peripheral surface. Along the rotor side. If the refrigerant moves along the outer peripheral surface of the wall to the area where it overlaps with the coil end, then the refrigerant adhering to the outer peripheral surface of the wall when the rotational speed of the rotor increases becomes a coil end. There is a risk of collision. According to this characteristic configuration, the refrigerant adhering to the outer peripheral surface of the wall portion is likely to scatter radially outward at a portion where the diameter on the base end side is smaller than the diameter on the tip end side, and the refrigerant is at the coil end. It can suppress moving to the area | region which overlaps with the outer peripheral surface of a wall part.
本発明の特徴構成は、前記ケースの内周面のうち前記排出口から排出された冷媒が衝突する領域に、内側に突出するフィンを設けてある点にある。 The characteristic configuration of the present invention is that a fin protruding inward is provided in a region of the inner peripheral surface of the case where the refrigerant discharged from the discharge port collides.
本特徴構成によれば、ロータ内の磁石を冷却する際に昇温した冷媒がフィンに接触することにより、冷媒の放熱が促進される。又、フィンに衝突した冷媒がステータ側に飛散しないようにフィンの形状や配置を決めれば、コイルエンドの損傷防止をより確実に行うことができる。一方、フィンに衝突して減速した冷媒をステータ側に誘導できるようフィンの形状や配置を決めれば、高速の冷媒によりコイルエンドを損傷させることなく、コイルやステータを効率的に冷却することも可能である。 According to this characteristic configuration, the refrigerant whose temperature has been increased when the magnet in the rotor is cooled comes into contact with the fins, so that the heat radiation of the refrigerant is promoted. Further, if the shape and arrangement of the fins are determined so that the refrigerant that has collided with the fins does not scatter to the stator side, the coil end can be more reliably prevented from being damaged. On the other hand, if the shape and arrangement of the fins are determined so that the refrigerant that has collided with the fins and decelerated can be guided to the stator side, the coils and the stator can be efficiently cooled without damaging the coil ends by the high-speed refrigerant. It is.
図1に示した断面図、図2に示した平面図及び図3に示した分解斜視図に基づいて、本発明に係る回転電機を電動モータとして使用する場合の実施形態について説明する。各図において、破線の矢印は冷媒の流れを示す。電動モータ1は永久磁石型モータであり、ハイブリッド車や電気自動車の駆動源として利用可能なものである。電動モータ1は、回転軸40によってケース30に軸支されるロータ10と、ロータ10の径方向外側に配置され、ケース30に固定されるステータ20とを備えて構成される。ケース30は、図1において左側部分を構成するケース部材30aと、右側部分を構成するケース部材30bとを接合して構成される。尚、回転軸40を駆動するように構成すれば、本回転電機を発電機として機能させることも可能である。
Based on the cross-sectional view shown in FIG. 1, the plan view shown in FIG. 2, and the exploded perspective view shown in FIG. 3, an embodiment in which the rotating electrical machine according to the present invention is used as an electric motor will be described. In each figure, broken arrows indicate the flow of the refrigerant. The
ロータ10は、プレス加工により円周方向に等間隔に打ち抜き穴を作製した複数の電磁鋼板を積層させて構成される。その結果、ロータ10の円周方向には等間隔に複数の冷媒用流路10aが形成される。図3に示すように、それぞれの冷媒用流路10aの径方向外側には永久磁石11が配置され、ロータ10に接着固定される。冷媒が冷媒用流路10aを流れて排出口10bから排出される間に、永久磁石11の熱が冷媒によって回収されることにより、永久磁石11が高温により減磁するのを抑えることができる。永久磁石11は冷媒用流路10aの径方向外側に配置されているので、ロータ10の回転時に冷媒に遠心力が作用すると、冷媒が永久磁石11に接するように流れ、永久磁石11が効率的に冷却される。尚、永久磁石11の配置はこれに限らず、例えば冷却用流路10aとは別に設けた空間に配置してもよい。
The
ステータ20は、ロータ10と同様に、複数の電磁鋼板を積層させて構成される。ステータ20にはコイル21が配置され、コイル21に通電を行うことにより、ステータ20に磁界が発生し、永久磁石11を備えたロータ10が回転する。コイル21には絶縁紙や絶縁皮膜が設けられており、又、複数の導線を束ねるために結束糸が用いられている。ステータ20から突出したコイルエンド21aにおいては、上記絶縁紙、絶縁皮膜、結束糸等が外部に曝されており、高速の冷媒が衝突するとこれらが破損するおそれがある。本発明は、このような問題を回避するために、後述する規制部材50を設けたものである。
The
回転軸40は、ケース30に設けられた一対のベアリング31を介してケース30に軸支される。回転軸40は、内部空間40aを有する円筒状に構成されるとともに、周方向に複数形成された連通孔40bを有している。回転軸40の一端には、回転軸40と同心軸を有する出力軸41が接続され、回転軸40と一体に回転する。回転軸40と同様に、出力軸41は内部空間41aを有して円筒状に構成される。図示しないポンプより送られる冷媒は、出力軸41の内部空間41aを経由して、回転軸40の内部空間40aに導入される。尚、回転軸40と出力軸41とを一部材として構成してもよい。
The rotating
ロータ10の両端面のうち出力軸41側(図1の右側)の面にはプレート部材60が、反対側の面には規制部材50が取り付けられる。プレート部材60に形成された連通空間60aは、回転軸40の連通孔40bとロータ10の冷媒用流路10aとを接続し、冷媒が回転軸40の内部空間40aから冷媒用流路10aに流れることができるよう構成されている。プレート部材60は、ロータ10の端面に接着や溶接等の適当な手段で取り付けることができるが、プレート部材60とロータ10との間に冷媒漏れを防止する弾性部材等を設けると好適である。
The
図3に示すように、規制部材50は、壁部50aと底部50cとを有する皿状に構成され、底部50cをロータ10の端面に当接させて取り付けられる。回転軸40の外周面の一部にねじ山が形成されており、このねじ山と係合するナット51を締め付けることにより、規制部材50はロータ10に対して固定される。底部50cの冷媒用流路10aと対応する位置には、連通孔50dが形成される。尚、規制部材50に底部50cを設けずに、環状の壁部50aのみで構成することも可能である。
As shown in FIG. 3, the regulating
連通孔50dを冷媒用流路10aの径方向外側寄りに形成すると、遠心力により径方向外側に沿って流れる冷媒が連通孔50dから排出され易くなる。一方、連通孔50dを冷媒用流路10aの径方向内側寄りに形成すると、一定量以上の冷媒が冷媒用流路10aに溜まってから、冷媒が連通孔50dから排出される。従って、冷媒用流路10a内の冷媒が時間をかけて永久磁石11の熱を回収できるので、冷却効率の向上が期待できる。即ち、連通孔50dを径方向のどのような位置に形成するかは、電動モータ1が使用される条件等に応じて適宜決めればよい。
When the
規制部材50の壁部50aの先端50bは、コイルエンド21aの先端21bよりも先端側に突出するように構成されている。従って、壁部50aの先端50bから遠心力により径方向外側に排出される冷媒が、コイルエンド21aと衝突することを防止できる。その結果、コイルエンド21aの絶縁紙、絶縁皮膜、結束糸等の損傷を回避することができる。
The
又、規制部材50の壁部50aの内周面は、先端に向かって径が大きくなるようにテーパー状に構成してある。こうすると、冷媒が壁部50aの内周面に沿って移動する際に、遠心力のうちテーパー面に沿う方向の成分により、冷媒に先端方向への速度成分が発生する。その結果、冷媒が排出口10bから排出される際に、その排出方向に先端方向の成分を含ませることができるので、冷媒がコイルエンド21aに衝突することをより確実に防止できる。冷媒に先端方向の速度成分を十分に持たせることができれば、壁部50aの先端50bがコイルエンド21aの先端21bから突出していなくとも、冷媒がコイルエンド21aに衝突することを防止可能となる。この場合、壁部50aの高さを低くすることができ、規制部材50の軽量化、小型化及び低廉化を図ることができる。
Further, the inner peripheral surface of the
本実施形態のごとく、ケース30の内周面のうち冷媒が衝突する領域に、例えば径方向内側に突出するフィン32を設けることもできる。永久磁石11を冷却して昇温した冷媒がロータ10から排出された後、フィン32と接触することにより、フィン32を介した熱交換が促進され、冷媒の放熱を効率的に行うことができる。又、フィン32に衝突し、運動エネルギーを消失するとともに冷却された冷媒が、ケース30の内面を伝ってステータ20やコイル21に供給されることにより、これらの部材を破損することなく、効率的に冷却を行うことができる。尚、フィン32の形状は図2に示したものに限らず、内周面から斜めに突出したものでもよいし、複数のフィン32が必ずしも同一形状である必要はない。
As in the present embodiment, a
図4に示すように、フィン32をケース30の側面から突出するように形成することも可能である。フィン32がコイルエンド21aと重複する領域まで延設されていれば、壁部50aの先端50bがコイルエンド21aの先端21bから突出していなくとも、冷媒がコイルエンド21aに衝突することを防止可能となる。この場合、壁部50aの高さを低くすることができ、規制部材50の軽量化、小型化及び低廉化を図ることができる。尚、フィン32は上述の形態に限らず、例えばケース30の内周面から径方向内側に突出する円盤状のものでもよい。
As shown in FIG. 4, the
ロータ10が低速で回転している場合には、冷媒に作用する遠心力が小さく、規制部材50の壁部50aの内周面から先端50bを経由して外周面に至り、外周面に沿ってロータ10側に移動する場合がある。冷媒がコイルエンド21aと重複する領域まで壁部50aの外周面に沿って移動してしまうと、その後、ロータ10の回転速度が大きくなった場合に壁部50aの外周面に付着している冷媒がコイルエンド21aに衝突するおそれがある。このような問題を回避するための規制部材50の壁部50aの形態について、図5〜図7に基づいて説明する。
When the
図5に示すように、壁部50aの外周面に凹部50eを設けておけば、冷媒が遠心力に抗して壁部50aの外周面から凹部50eの底部に向かって径方向内側に移動することは困難なので、冷媒は凹部50eに至る前に遠心力により径方向外側に飛散し易くなる。凹部50eは壁部50aの外周面のうちコイルエンド21aの先端21bよりも先端側の領域に設けてあるので、冷媒がコイルエンド21aの領域まで移動することを抑制できる。その結果、コイルエンド21aに冷媒が衝突し、コイルエンド21aが破損するのをより確実に防止することができる。
As shown in FIG. 5, if the
図6に示すように、壁部50aの外周面に凸部50fを設けても、同様の効果が得られる。即ち、冷媒が凸部50fの頂部に移動した場合、そこから遠心力に抗して壁部50aの外周面に向かって径方向内側に移動することは困難なので、凸部50fにおいて遠心力により径方向外側に飛散し易くなる。凸部50fは壁部50aの外周面のうちコイルエンド21aの先端21bよりも先端側の領域に設けてあるので、冷媒がコイルエンド21aの領域まで移動することを抑制できる。その結果、コイルエンド21aに冷媒が衝突し、コイルエンド21aが破損するのをより確実に防止することができる。
As shown in FIG. 6, the same effect can be obtained even if the
さらに、図7に示すように、壁部50aの先端50b近傍の外周面にロータ10側に向かって径が小さくなる斜部50gを設けてもよい。この場合、壁部50aの先端50bに付着している冷媒が、遠心力に抗して斜部50gに沿って径方向内側に移動することは困難なので斜部50gにおいて遠心力により径方向外側に飛散し易くなる。その結果、コイルエンド21aに冷媒が衝突し、コイルエンド21aが破損するのをより確実に防止することができる。図7には、先端50bから斜部50gが形成されている形態を示したが、壁部50aの外周面のうちコイルエンド21aの先端21bよりも先端側の領域であれば、斜部50gを他の位置に形成しても構わない。
Further, as shown in FIG. 7, an inclined portion 50 g whose diameter decreases toward the
以上の実施形態においては、壁部50aを有する規制部材50をロータ10に取り付ける構成としたが、規制部材50と同様の機能を有する部材をステータ20やケース30に取り付けて、ロータ10から排出した冷媒がコイルエンド21aに衝突することを防止するように構成することも可能である。
In the above embodiment, the
本発明は、回転軸によってケースに軸支され、回転軸の軸心に沿う方向に貫通した冷媒用流路を備えるロータと、ロータの径方向外側に配置され、ケースに固定されるステータとを備えた回転電機に適用することができる。 The present invention includes a rotor provided with a refrigerant flow path that is pivotally supported on a case by a rotation shaft and penetrates in a direction along the axis of the rotation shaft, and a stator that is disposed radially outside the rotor and is fixed to the case. It can be applied to the rotating electrical machine provided.
1 電動モータ(回転電機)
10 ロータ
10a 冷媒用流路
10b 排出口
20 ステータ
21 コイル
21a コイルエンド
21b コイルエンドの先端
30 ケース
32 フィン
40 回転軸
50 規制部材
50a 壁部
50b 壁部の先端
50e 凹部(壁部の外周面のうち基端側の径が先端側の径よりも小さくなる部位)
50f 凸部(壁部の外周面のうち基端側の径が先端側の径よりも小さくなる部位)
50g 斜部(壁部の外周面のうち基端側の径が先端側の径よりも小さくなる部位)
1 Electric motor (rotary electric machine)
DESCRIPTION OF
50f Convex part (part where the diameter on the base end side becomes smaller than the diameter on the front end side in the outer peripheral surface of the wall part)
50g oblique part (part where the diameter on the base end side becomes smaller than the diameter on the tip end side of the outer peripheral surface of the wall part)
Claims (3)
前記ロータの径方向外側に配置され、前記ケースに固定されるステータと、
前記ロータに形成された前記冷媒用流路の排出口と、前記ステータに備えられたコイルのコイルエンドとの間に、前記排出口から排出される冷媒が前記コイルエンドに衝突することを防止する環状の壁部を有する規制部材と、を備え、
前記壁部が前記ロータの端面に設けられており、前記壁部の先端が、前記コイルエンドの先端よりも突出するよう構成し、前記壁部の内周面の径が、先端側ほど大きくなるように形成されている回転電機。 A rotor provided with a refrigerant flow path that is pivotally supported on the case by a rotating shaft and penetrates in a direction along the axis of the rotating shaft;
A stator that is disposed radially outside the rotor and fixed to the case;
The refrigerant discharged from the discharge port is prevented from colliding with the coil end between the discharge port of the refrigerant flow path formed in the rotor and the coil end of the coil provided in the stator. A regulating member having an annular wall ,
The wall portion is provided on the end surface of the rotor, the tip of the wall portion is configured to protrude beyond the tip of the coil end, and the diameter of the inner peripheral surface of the wall portion increases toward the tip side. The rotating electrical machine is formed as follows .
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