JP6173593B2 - Rotating electric machine - Google Patents
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Description
本発明は、永久磁石を有する回転子を備えた回転電機に関する。 The present invention relates to a rotating electrical machine including a rotor having permanent magnets.
電気自動車またはハイブリッド自動車の駆動用および発電用の回転電機では、高効率化および小型化が要求されている。そのため近年では、電気自動車用またはハイブリッド自動車用の回転電機として、永久磁石式の回転電機が一般的に用いられている。また、永久磁石式の回転電機において回転トルクを向上させるためには、大きな最大エネルギー積をもつ永久磁石が志向されている。そのため、回転電機に用いられる永久磁石として、大きな最大エネルギー積をもつネオジム磁石が用いられる事例が多い。また自動車用途において、回転電機がエンジンの近くに配設される場合がある。この場合における回転電機では、高温下での駆動が要求される。さらに、永久磁石式の回転電機が通電されると、固定子における多相巻線の励磁によって発生するジュール損、交番磁界によって発生する鉄損および磁石への鎖交磁束によって発生する渦電流損によって、回転電機が自己発熱する。回転電機の自己発熱を抑制するためには、回転電機の冷却が必要となる。 High efficiency and miniaturization are required for rotating electric machines for driving and generating electric vehicles for electric vehicles or hybrid vehicles. Therefore, in recent years, permanent magnet type rotating electrical machines are generally used as rotating electrical machines for electric vehicles or hybrid vehicles. In order to improve the rotational torque in a permanent magnet type rotating electrical machine, a permanent magnet having a large maximum energy product is desired. Therefore, there are many cases where neodymium magnets having a large maximum energy product are used as permanent magnets used in rotating electrical machines. In automobile applications, the rotating electrical machine may be disposed near the engine. The rotating electrical machine in this case is required to be driven at a high temperature. Furthermore, when a permanent magnet type rotating electrical machine is energized, it is caused by Joule loss caused by excitation of multiphase windings in the stator, iron loss caused by an alternating magnetic field, and eddy current loss caused by interlinkage magnetic flux to the magnet. The rotating electrical machine generates heat. In order to suppress the self-heating of the rotating electrical machine, it is necessary to cool the rotating electrical machine.
その冷却方法として、例えば特許文献1の回転電機においては、回転子を冷却するために、回転子の回転軸内に冷媒が通る冷却流路が設けられている。
As a cooling method, for example, in the rotating electric machine of
また、特許文献2の回転電機においては、回転子の中心軸から径方向に沿った流路が、回転子鉄心に形成されている。
Moreover, in the rotary electric machine of
さらに、特許文献3の回転電機においては、回転子鉄心における冷却流路の内周面に複数の突起が形成されている。
Furthermore, in the rotating electrical machine of
特許文献1における冷却流路を用いた構成では、回転子鉄心の中心軸方向中央部が積極的に冷却される。しかし、回転軸内の冷却流路に十分な冷媒量を通すためには、冷却流路の断面積を大きくする必要があり、回転軸が大型化するという課題があった。
In the configuration using the cooling flow path in
また、特許文献2の構成では、回転子の中心軸方向中央部の冷却性能が向上する。しかし、回転子の径方向に冷却流路を設けているため、回転子鉄心の中心軸方向長さが増加し、回転子が中心軸方向に大型化するという課題があった。
Moreover, in the structure of
さらに、特許文献3の構成では、冷却流路の内周面に複数の突起により冷却面積が増加するため、回転子が大型化せずに、回転子の冷却性能が向上する。しかし、冷却流路における回転子の中心軸に垂直な断面形状が、回転子の中心軸方向において同じ形状である。このため、回転子の中心軸方向端部の冷却性能に対して、中心軸方向中央部の冷却性能が同一となる。よって、回転子の中心軸方向端部と中心軸方向中央部との温度差が平坦化されず、回転子の中心軸方向における熱分布が均一化されないという課題があった。
Furthermore, in the configuration of
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、回転電機を大型化せずに、回転子の中心軸方向における熱分布を均一化することができ、永久磁石の熱減磁を抑制できる回転電機を得るものである。 The present invention has been made in order to solve the above-described problems, and can achieve uniform heat distribution in the direction of the central axis of the rotor without increasing the size of the rotating electrical machine. A rotating electrical machine capable of suppressing magnetism is obtained.
本発明に係る回転電機は、固定子鉄心およびこの固定子鉄心に巻回された多層巻線を有する固定子と、固定子鉄心に対向させて配置された回転子鉄心を有し固定子に対し回転自在に支持された回転子と、を備え、回転子鉄心は、永久磁石と、回転子の中心軸方向に貫通し回転子の中心軸方向に順に並んで第1の冷却流路、第2の冷却流路および第3の冷却流路とを有し、回転子の中心軸方向に垂直な第2の冷却流路の断面積は、回転子の中心軸方向に垂直な第1の冷却流路の断面積および第3の冷却流路の断面積よりも小さく、第2の冷却流路の中心軸方向の長さは、第1の冷却流路の中心軸方向の長さと第3の冷却流路の中心軸方向の長さとを合わせた長さの0.2倍以上、かつ2倍以下であり、第1の冷却流路の断面積をSa、第2の冷却流路の断面積をSb、およびSaに対するSbの減少率をκ=(Sa―Sb)/(Sa)とした場合に、κが0.02≦κ≦0.09の関係にあることを特徴とする。 A rotating electrical machine according to the present invention includes a stator core and a stator having a multi-layer winding wound around the stator core, and a rotor core disposed so as to face the stator core. A rotor core that is rotatably supported , and the rotor core includes a permanent magnet, a first cooling flow path, a second cooling channel, and a second cooling passage arranged in order in the direction of the center axis of the rotor. The cross-sectional area of the second cooling flow path perpendicular to the central axis direction of the rotor is the first cooling flow perpendicular to the central axis direction of the rotor. rather smaller than the cross-sectional area of the cross-sectional area and the third cooling channel of the road, the length in the central axis direction of the second cooling passage, the first cooling flow path length in the central axial direction and the third It is 0.2 times or more and 2 times or less the total length of the cooling flow path in the central axis direction, and the cross-sectional area of the first cooling flow path is Sa, When the cross-sectional area of the flow path is Sb and the reduction rate of Sb with respect to Sa is κ = (Sa−Sb) / (Sa), κ has a relationship of 0.02 ≦ κ ≦ 0.09 And
本発明に係る回転電機によれば、回転子の中心軸方向に垂直な第2の冷却流路の断面積が、第1の冷却流路の断面積および第3の冷却流路の断面積よりも小さいため、第2の冷却流路における冷媒の流速が増加し、温度が高い回転子の中心軸方向中央部の冷却効果が中心軸方向両端部の冷却効果より向上する。よって、相対的に温度の低い中心軸方向両端部から温度の高い中心軸方向中央部へ冷却性能配分を変えることができ、回転電機を大型化せずに、回転子の中心軸方向の熱分布を均一化することができる。また、効率よく永久磁石を冷却でき、永久磁石の熱減磁を抑制できる。 According to the rotating electrical machine according to the present invention, the cross-sectional area of the second cooling channel perpendicular to the central axis direction of the rotor is greater than the cross-sectional area of the first cooling channel and the third cooling channel. Therefore, the flow rate of the refrigerant in the second cooling channel is increased, and the cooling effect at the central portion in the central axis direction of the rotor having a high temperature is improved as compared with the cooling effects at both ends in the central axial direction. Therefore, it is possible to change the cooling performance distribution from the both ends of the central axis direction where the temperature is relatively low to the central part where the temperature is high, and the heat distribution in the central axis direction of the rotor without increasing the size of the rotating electrical machine. Can be made uniform. In addition, the permanent magnet can be efficiently cooled and thermal demagnetization of the permanent magnet can be suppressed.
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
実施の形態1.
図1は、本発明を実施するための実施の形態1に係る回転電機1の上半面の側断面図である。図1において、回転電機1は、円環状の固定子31と、固定子31の内側に配置され、固定子31に対して回転可能な回転子40とを備えている。Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a side sectional view of an upper half surface of a rotating
固定子31は、固定子鉄心32および固定子鉄心32に巻回された多相巻線33で構成され、固定子鉄心32の外周がフレーム10に固定されている。固定子鉄心32は、所定の形状に成形された複数枚の磁性鋼板が回転子40の中心軸方向に積層一体化されて構成されている。また、固定子鉄心32は、円筒状のコアバックおよびコアバックの内周面から回転子40の中心軸に垂直な方向である径方向に突出し、周方向に等角ピッチで配置された48個のティースを備えている。図1において、ティースおよびコアバックは省略されている。ここで、固定子は、毎極毎相あたりのティースの数が2となるようにティースに分布巻に巻回された多相巻線33を有するが、図1において詳細の巻線分布は省略されている。
The
回転子40は、起磁力発生源としての永久磁石42(図示せず)、第1の回転子鉄心34、第2の回転子鉄心35、第3の回転子鉄心36および回転軸38を備えている。また、回転子40は、回転軸38の中心軸方向両端に取り付けられたベアリング39を介して、回転子40の中心軸方向両端に取り付けられたブラケット11およびブラケット12に、回転自在に取り付けられている。そして、第1の回転子鉄心34、第2の回転子鉄心35および第3の回転子鉄心36は、回転軸38の外周に固定されている。さらに、第1の回転子鉄心34、第2の回転子鉄心35および第3の回転子鉄心36は、固定子鉄心32に対向させて配置されている。
The
第1の回転子鉄心34、第2の回転子鉄心35および第3回転子鉄心36には、空気や油などの冷媒が通る流路である第1の冷却流路134、第2の冷却流路135および第3の冷却流路136がそれぞれ形成されている。ブラケット11に冷媒流入口13が設けられ、ブラケット12に冷媒流出口14が設けられている。冷媒流入口13および冷媒流出口14の少なくともいずれか一方には、図示しないが、冷媒を移動させる動力源であるファンまたはポンプが取り付けられている。そして、ファンまたはポンプは、冷媒流入口13から、第1の冷却流路134、第2の冷却流路135および第3の冷却流路136を順に経由して冷媒流出口14まで、図1における矢印の向きに冷媒を移動させる。なお、ファンまたはポンプは、冷媒流入口13および冷媒流出口14に限らず、回転電機の外部に取り付けられて、冷媒流入口13および冷媒流出口14に冷媒を移動させてもよい。
In the
また、図1において、第1の冷却流路134の中心軸方向の長さをLa、第2の冷却流路135の中心軸方向の長さをLb、第3の冷却流路136の中心軸方向の長さをLcと定義する。
In FIG. 1, the length of the
図2は、本実施の形態に係る回転子鉄心の斜視図である。図2において、第1の回転子鉄心34、第2の回転子鉄心35および第3の回転子鉄心36は、所定の形状に成形された複数枚の磁性鋼板が回転子40の中心軸方向にそれぞれ積層一体化されて作製されている。第1の回転子鉄心34、第2の回転子鉄心35および第3回転子鉄心36には、回転子40の回転方向である周方向に等角ピッチで配置され永久磁石42(図示せず)を挿通する永久磁石挿通孔41が形成されている。また、穴部41−1が、永久磁石挿通孔41に挿通される永久磁石42に隣接し、永久磁石42間における回転子鉄心の外周との幅を最小にする位置に形成されている。穴部41−1には、永久磁石42が挿通されず、永久磁石42間の磁束の漏れを抑制できる。
FIG. 2 is a perspective view of the rotor core according to the present embodiment. In FIG. 2, the
また、第1の回転子鉄心34、第2の回転子鉄心35および第3回転子鉄心36には、空気や油などの冷媒が通る流路である第1の冷却流路134、第2の冷却流路135および第3の冷却流路136がそれぞれ形成されている。なお、図の簡略化のため、回転子鉄心の中心軸方向端部に設けられる端板は図示していない。
The
また、図2において、第1の冷却流路134、第2の冷却流路135および第3の冷却流路136は、周方向に等角ピッチで永久磁石挿通孔41の間に設けられているが、周方向に対して等角ピッチである必要はない。第1の冷却流路134、第2の冷却流路135および第3の冷却流路136の個数も、永久磁石挿通孔41の数と一致する必要は無い。
In FIG. 2, the
図3および図4は、本実施の形態に係る回転子の要部断面図である。図3は、第1の回転子鉄心34の第1の冷却流路134の断面形状および第3の回転子鉄心36の第3の冷却流路136の断面形状であり、図4は、第2の回転子鉄心35の第2の冷却流路135の断面形状である。ここで、図4に示す破線は、第1の冷却流路134の断面形状および第3の冷却流路136の断面形状を示しており、第2の冷却流路135の断面形状との比較のために図示している。図3および図4において、第2の冷却流路135における回転子40の中心軸方向に垂直な断面積が、第1の冷却流路134および第3の冷却流路136における回転子40の中心軸方向に垂直な断面積よりも小さい。そして、第1の冷却流路134から第2の冷却流路135を経由して第3の冷却流路136まで、冷媒が流れる。このため、第1の冷却流路134、第2の冷却流路135および第3の冷却流路136は、回転子40の中心軸方向の一端から他端まで貫通している。すなわち、第1の冷却流路134、第2の冷却流路135および第3の冷却流路136は、回転子40の中心軸方向に順に並んで配置されている。そして、第1の回転子鉄心34、第2の回転子鉄心35および第3の回転子鉄心36も、回転子40の中心軸方向に順に並んで配置されている。
3 and 4 are main part sectional views of the rotor according to the present embodiment. FIG. 3 shows a cross-sectional shape of the first
次に、回転電機1の冷却動作について説明する。図5は、本実施の形態に係る回転子の熱コンダクタンスの特性図である。図5における横軸は、後述する冷却流路の断面積の減少率κを表している。図5における縦軸は、後述する回転子鉄心の熱コンダクタンス[W/℃]を表している。また、図5における棒グラフ51および棒グラフ52は、それぞれ第1の回転子鉄心34の熱コンダクタンスGaおよび第2の回転子鉄心35の熱コンダクタンスGbを示している。
Next, the cooling operation of the rotating
ここで、第1の回転子鉄心34の第1の冷却流路134の断面積Saに対する第2の回転子鉄心35の第2の冷却流路135の断面積Sbの減少率κを、κ=(Sa―Sb)/(Sa)と定義する。κ=0の場合、第2の冷却流路135の断面積Sbは、第1の冷却流路134の断面積Saと等しく、κ>0では、第2の冷却流路135の断面積Sbは、第1の冷却流路134の断面積Saよりも減少する(Sb<Sa)。また、熱コンダクタンスを熱の通り易さと定義する。回転子鉄心で発生する熱量をQ、回転子鉄心と冷媒との温度差をΔTとした場合、回転子鉄心と冷媒との間の熱コンダクタンスGはG=Q/ΔTで表される。また、熱コンダクタンスは、熱抵抗の逆数でもある。そのため、熱コンダクタンスが大きいと、熱が伝わりやすくなるため、回転子鉄心の温度は低下する。反対に、熱コンダクタンスが小さいと、熱が伝わりにくくなるため、回転子鉄心の温度は上昇する。
Here, the reduction rate κ of the cross-sectional area Sb of the second
図5において、κ=0の場合、第2の冷却流路135の断面積は、第1の冷却流路134の断面積と等しい。このため、第1の冷却流路134および第2の冷却流路135を流れる冷媒の圧力損失は変化せず一定である。また、第1の冷却流路134および第2の冷却流路135を流れる冷媒の流速も一定である。よって、冷媒の圧力損失が一定であり、冷媒の流速も一定であるため、第1の回転子鉄心34および第2の回転子鉄心35における熱コンダクタンスは、Ga=Gbで一定となる。
In FIG. 5, when κ = 0, the cross-sectional area of the
また、図5において、κ>0の場合、κ=0の場合と比較して、第1の回転子鉄心34の熱コンダクタンスGaは減少している。一方、第2の回転子鉄心35の熱コンダクタンスGbは増加している。さらに、第2の回転子鉄心35の熱コンダクタンスGbは、第1の回転子鉄心34の熱コンダクタンスGaより大きくなっている(Ga<Gb)。よって、第2の回転子鉄心35の冷却性能が、第1の回転子鉄心34の冷却性能に対して向上する。
In FIG. 5, when κ> 0, the thermal conductance Ga of the
この原理について説明する。まず、第2の冷却流路135の断面積Sbが第1の冷却流路134の断面積Saより減少すると、流量保存の法則から第2の冷却流路135における冷媒の流速が増加する。第2の冷却流路135における冷媒の流速が増加すると、次式により圧力損失が増加する。
This principle will be described. First, when the cross-sectional area Sb of the second
式(1)において、Pは圧力損失、ξは摩擦損失係数、Lは冷却流路の長さ、Deは冷却流路断面を等価的に円で近似した場合の直径である等価直径、uは冷媒の流速、ρは冷媒の密度、nは冷却流路の並列数、Reはレイノルズ数、dは冷却流路の直径、νは冷媒の動粘性係数、Sは冷却流路の断面積、fwは冷却流路の断面における周長を表す。なお、式(1)において、第1の冷却流路134、第2の冷却流路135および第3の冷却流路136の添字a、bおよびcは省略されている。以降の式においても同様である。
図5の前提条件として、第1の冷却流路134の冷媒の入口と第3の冷却流路136の冷媒の出口との圧力差を一定としている。このため、第2の冷却流路135における圧力損失の増加によって、第1の冷却流路134における冷媒の流速が減少する。この結果、回転子全体における冷媒の平均流速が減少する。
ここで、次式に熱コンダクタンスと冷媒の流速の関係を示す。In Equation (1), P is a pressure loss, ξ is a friction loss coefficient, L is a length of the cooling channel, De is an equivalent diameter that is a diameter when the cooling channel cross section is approximated by a circle, u is The flow velocity of the refrigerant, ρ is the density of the refrigerant, n is the number of parallel cooling channels, Re is the Reynolds number, d is the diameter of the cooling channel, ν is the kinematic viscosity coefficient of the refrigerant, S is the cross-sectional area of the cooling channel, fw Represents the circumference of the cross section of the cooling channel. In the formula (1), the subscripts a, b, and c of the
As a precondition in FIG. 5, the pressure difference between the refrigerant inlet of the
Here, the relationship between the thermal conductance and the flow rate of the refrigerant is shown in the following equation.
式(2)において、Gは第1、第2または第3の回転子鉄心34、35または36の熱コンダクタンス、Aは伝熱面積、hは熱伝達率、Nuはヌセルト数、λは熱伝導率を表す。
In equation (2), G is the thermal conductance of the first, second or
第1の冷却流路134における冷媒の流速が減少するため、式(2)より、第1の回転子鉄心34の熱コンダクタンスGaが減少する。よって、第1の回転子鉄心34の冷却性能が低下する。一方、第2の冷却流路135における冷媒の流速が増加するため、式(2)より、第2の回転子鉄心35の熱コンダクタンスGbが増加し、第2の回転子鉄心35の冷却性能が向上する。よって、第2の回転子鉄心35の熱コンダクタンスGbが、第1の回転子鉄心34の熱コンダクタンスGaよりも大きくなる(Ga<Gb)。このため、第2の回転子鉄心35の冷却性能が、第1の回転子鉄心34の冷却性能よりも向上することになる。
図5では、冷媒が空気と仮定し、ρ=1.2[kg/m3]、ν=0.0000154[m2/s]、Nu=4.36、λ=0.0261[W/(mK)]とおいて計算した。Since the flow rate of the refrigerant in the first
In FIG. 5, assuming that the refrigerant is air, ρ = 1.2 [kg / m 3 ], ν = 0.0000154 [m 2 / s], Nu = 4.36, λ = 0.0261 [W / ( mK)].
さらに、図5において、第2の冷却流路135の断面積Sbが減少し、κ=61%まで増加すると、第1の回転子鉄心34の熱コンダクタンスGaは単調に減少する。一方、第2の回転子鉄心35の熱コンダクタンスGbは、κ=26%まで増加し、その後減少する。κ>26%の場合、圧力損失も増加していくため、回転子全体における冷媒の平均流速も減少していく。そして、回転子全体における冷媒の平均流速の減少による第2の回転子鉄心35の熱コンダクタンスGbの減少分が、第2の回転子鉄心35における冷媒の流速の増加による第2の回転子鉄心35の熱コンダクタンスGbの増加分を上回る。このため、第2の回転子鉄心35の熱コンダクタンスGbが減少し、第2の回転子鉄心35の冷却性能が低下することになる。しかし、κ=61%まで増加しても、第2の回転子鉄心35の熱コンダクタンスGbが、第1の回転子鉄心34の熱コンダクタンスGaよりも大きくなっている(Ga<Gb)。このため、第2の回転子鉄心35の冷却性能が、第1の回転子鉄心34の冷却性能よりも向上することになる。
Further, in FIG. 5, when the cross-sectional area Sb of the second
また図5には示していないが、第3の回転子鉄心36の第3の冷却流路136の断面積Scが、第1の回転子鉄心34の第1の冷却流路134の断面積Saと異なる場合でも(Sa≠Sc)、第2の回転子鉄心35の第2の冷却流路135の断面積Sbよりも大きい場合は(Sb<Sc)、前述のSb<Saの場合と同様に、第2の回転子鉄心35の熱コンダクタンスGbが、第3の回転子鉄心36の熱コンダクタンスGcよりも大きくなる(Gc<Gb)。よって、第2の回転子鉄心35の冷却性能が、第3の回転子鉄心36の冷却性能よりも向上することになる。
Although not shown in FIG. 5, the sectional area Sc of the
この原理について説明する。第3の冷却流路136の断面積Scが、第2の冷却流路135の断面積Sbより大きくなると、前述のSb<Saの場合と同様に、流量保存の法則から、第3の冷却流路136における冷媒の流速が減少する。このため、第3の回転子鉄心36の熱コンダクタンスGcが減少し、第3の回転子鉄心36の冷却性能が低下することになる。
This principle will be described. When the cross-sectional area Sc of the third
また、図6は、本実施の形態に係る回転子の温度特性図である。図6における横軸は、冷却流路の断面積の減少率κを表している。図6における縦軸は、回転子鉄心の温度[℃]を表している。また、図6における棒グラフ61および棒グラフ62は、それぞれ第1の回転子鉄心34の温度および第2の回転子鉄心35の温度を示している。ここで、第3の回転子鉄心36の第3の冷却流路136の断面積Scが、第1の回転子鉄心34の第1の冷却流路134の断面積Saと等しい(Sa=Sc)。第1、第2または第3の回転子鉄心34、35または36の温度上昇δT[℃]の計算式を以下に示す。
FIG. 6 is a temperature characteristic diagram of the rotor according to the present embodiment. The horizontal axis in FIG. 6 represents the reduction rate κ of the cross-sectional area of the cooling channel. The vertical axis in FIG. 6 represents the temperature [° C.] of the rotor core. Moreover, the
式(3)において、Q[W]は熱量を表す。
κ=0%の場合では、第1の回転子鉄心34の温度よりも第2の回転子鉄心35の温度が高い。一方、κ>0%の場合では、κ=0%と比べて第2の回転子鉄心35の温度が低下する。このため、第1の回転子鉄心34の温度が第2の回転子鉄心35の温度よりも高くなるようなκが存在する。さらにκを増加させると、第1の回転子鉄心34の温度よりも第2の回転子鉄心35の温度が低下する。これは、第1の回転子鉄心34の冷却性能よりも第2の回転子鉄心35の冷却性能が向上したことを示している。In Formula (3), Q [W] represents the amount of heat.
When κ = 0%, the temperature of the
図7は、本実施の形態に係る回転子における冷却流路の冷却効果を示す図である。図7は、回転子鉄心の中心軸方向両端において、熱の授受がない条件で解析を行った結果である。図7における横軸は、冷却流路の断面積の減少率κを表している。図7における縦軸は、第1の回転子鉄心34の最大温度をTmax、第2の回転子鉄心35の最小温度をTminとした場合の温度差の絶対値ΔT=|Tmax−Tmin|[℃]の解析値を表している。図7の曲線Aは、第1の冷却流路134の中心軸方向の長さLaと、第2の冷却流路135の中心軸方向の長さLbと、第3の冷却流路136の中心軸方向の長さLcとの比が1:1:1の場合におけるκとΔTとの関係を表している。図7の曲線Aより、κが0から増加するに連れて、ΔTが減少し、κ=0.05のとき、ΔTが極小となる。さらに、κが増加すると、第2の回転子鉄心35の温度が、第1の回転子鉄心34の温度より低下し、ΔT>0となる。よって、ΔTが極小となるκから、ΔTが極小となる第1の冷却流路134の断面積Saおよび第2の冷却流路135の断面積Sbを求めることができる。図7の曲線Aにおいて、0<κ<0.15の場合、ΔTは、κ=0の場合よりも低下する。また、0.02<κ<0.1の場合、ΔTは、κ=0の場合の半分以下になる。そして、κ=0.05の場合、ΔTは0で極小となる。よって、κ=0.05の場合、第1の回転子鉄心34の温度と第2の回転子鉄心35の温度と第3の回転子鉄心36の温度とが同じになる。
なお、上述の図5、図6は、それぞれLa:Lb:Lc=1:1:1の場合における熱コンダクタンス特性図、温度特性図であり、図7の曲線Aの場合に対応している。FIG. 7 is a diagram showing the cooling effect of the cooling flow path in the rotor according to the present embodiment. FIG. 7 shows the results of analysis under conditions where heat is not transferred at both ends of the rotor core in the central axis direction. The horizontal axis in FIG. 7 represents the reduction rate κ of the cross-sectional area of the cooling channel. The vertical axis in FIG. 7 represents the absolute value ΔT = | Tmax−Tmin | [° C. of the temperature difference when the maximum temperature of the
5 and 6 are a thermal conductance characteristic diagram and a temperature characteristic diagram in the case of La: Lb: Lc = 1: 1: 1, respectively, and correspond to the case of the curve A in FIG.
また、図7の曲線Bは、La:Lb:Lc=0.5:2:0.5の場合におけるκとΔTとの関係を表している。すなわち、第1の冷却流路134の中心軸方向の長さLaと、第3の冷却流路136の中心軸方向の長さLcとが等しい場合において、第2の冷却流路135の中心軸方向の長さLbが、第1の冷却流路の中心軸方向の長さLaと第3の冷却流路の中心軸方向の長さLcとを合わせた長さの2倍の条件で解析した結果である。曲線Bにおいて、κ=0.02のときΔTが極小となっている。
A curve B in FIG. 7 represents the relationship between κ and ΔT when La: Lb: Lc = 0.5: 2: 0.5. That is, when the length La in the central axis direction of the
図7の曲線Cは、La:Lb:Lc=1.25:0.5:1.25の場合におけるκとΔTとの関係を表している。すなわち、第1の冷却流路134の中心軸方向の長さLaと、第3の冷却流路136の中心軸方向の長さLcとが等しい場合において、第2の冷却流路135の中心軸方向の長さLbは、第1の冷却流路の中心軸方向の長さLaと第3の冷却流路の中心軸方向の長さLcとを合わせた長さの0.2倍の条件で解析した結果である。曲線Cにおいて、κ=0.09のときΔTが極小となっている。
Curve C in FIG. 7 represents the relationship between κ and ΔT when La: Lb: Lc = 1.25: 0.5: 1.25. That is, when the length La in the central axis direction of the
以上の結果から、曲線A、B、Cにおいて、ΔTが極小となるκの範囲は、0.02≦κ≦0.09となっている。即ち、第2の冷却流路の中心軸方向の長さLbが、第1の冷却流路の中心軸方向の長さLaと第3の冷却流路の中心軸方向の長さLcとを合わせた長さの0.2倍以上、かつ2倍以下である場合には、κが0.02≦κ≦0.09の関係にある。このとき、ΔTを極小とすることができ、第1の回転子鉄心34の温度と第2の回転子鉄心35の温度と第3の回転子鉄心36の温度とが同じになる。よって、回転子40の中心軸方向の熱分布を均一化することができる。
From the above results, in the curves A, B, and C, the range of κ where ΔT is minimal is 0.02 ≦ κ ≦ 0.09. That is, the length Lb in the central axis direction of the second cooling channel is equal to the length La in the central axis direction of the first cooling channel and the length Lc in the central axis direction of the third cooling channel. Κ is in the relationship of 0.02 ≦ κ ≦ 0.09. At this time, ΔT can be minimized, and the temperature of the
ここで、上述の原理を説明する。第2の冷却流路135の中心軸方向の長さLbが、第1の冷却流路の中心軸方向の長さLa、および第3の冷却流路の中心軸方向の長さLcよりも大きくなる(第2の冷却流路135の中心軸方向の長さLbは、第1の冷却流路の中心軸方向の長さLaと第3の冷却流路の中心軸方向の長さLcとを合わせた長さの0.5倍よりも大きくなる)と、式(2)より、第2の回転子鉄心35の熱コンダクタンスGbが、曲線AのGbよりも大きくなる。このとき、第2の冷却流路135の断面積Sbの減少率であるκが曲線Aのκよりも小さい場合、すなわち、第2の冷却流路135の断面積Sbに比例する等価直径Deが曲線Aの等価直径Deよりも大きい場合、第2の回転子鉄心35の熱コンダクタンスGbが曲線AのGbと等しくなる。よって、曲線Bは、曲線Aより左側にシフトする。
Here, the above principle will be described. The length Lb of the
反対に、第2の冷却流路135の中心軸方向の長さLbが、第1の冷却流路の中心軸方向の長さLa、および第3の冷却流路の中心軸方向の長さLcより小さくなる(第2の冷却流路135の中心軸方向の長さLbは、第1の冷却流路の中心軸方向の長さLaと第3の冷却流路の中心軸方向の長さLcとを合わせた長さの0.5倍より小さくなる)と、式(2)より、第2の回転子鉄心35の熱コンダクタンスGbが、曲線AのGbよりも小さくなる。このとき、第2の冷却流路135の断面積Sbの減少率であるκが曲線Aのκよりも大きい場合、すなわち、第2の冷却流路135の断面積Sbに比例する等価直径Deが曲線Aの等価直径Deよりも小さい場合、第2の回転子鉄心35の熱コンダクタンスGbが曲線AのGbと等しくなる。よって、曲線Cは、曲線Aより右側にシフトする。
以上の結果から、曲線A,B,Cの関係は図7のような大小関係になる。In contrast, the length Lb of the
From the above results, the relationship between the curves A, B, and C is as shown in FIG.
なお、図7において、第1の冷却流路134の中心軸方向の長さLaと、第3の冷却流路136の中心軸方向の長さLcとが等しい場合を示したが、第1の冷却流路134の中心軸方向の長さLaと第3の冷却流路136の中心軸方向の長さLcとが異なる場合でも、第1の冷却流路の中心軸方向の長さLaと第3の冷却流路の中心軸方向の長さLcとを合わせた長さが同じであれば、図7に示す曲線A,B,Cの関係となる。したがって、同様に、第2の冷却流路の中心軸方向の長さLbが、第1の冷却流路の中心軸方向の長さLaと第3の冷却流路の中心軸方向の長さLcとを合わせた長さの0.2倍以上、かつ2倍以下である場合には、κが0.02≦κ≦0.09の関係にある。
FIG. 7 shows the case where the length La in the central axis direction of the first
また、図6および図7では、第3の冷却流路136の断面積Scが、第1の冷却流路134の断面積Saと等しいとしたが、完全に一致するという意味ではない。すなわち、第1の冷却流路134の断面積Sa、および第3の冷却流路136の断面積Scが製造上の誤差の範囲内で異なっても、第1の冷却流路134の断面積Saと第3の冷却流路136の断面積Scとの平均値を第1の冷却流路134の断面積Saとして計算されたκが、0.02≦κ≦0.09の範囲内にある場合は、上述と同じ効果を奏する。
6 and 7, the cross-sectional area Sc of the third
このような回転電機1では、第1の回転子鉄心34,第2の回転子鉄心35および第3の回転子鉄心36は、永久磁石42と回転子40の中心軸方向に貫通し回転子40の中心軸方向に順に並んで配置された第1の冷却流路134、第2の冷却流路135および第3の冷却流路136とをそれぞれ有し、回転子40の中心軸方向に垂直な第2の冷却流路135の断面積Sbが、第1の冷却流路134の断面積Saおよび第3の冷却流路136の断面積Scよりも小さいため、第2の冷却流路135における冷媒の流速が増加し、温度が高い回転子40の中心軸方向中央部の冷却効果が、中心軸方向両端部の冷却効果より向上する。また、回転子40の中心軸方向に垂直な第2の冷却流路135の断面積Sbが、第1の冷却流路134の断面積Saおよび第3の冷却流路136の断面積Scよりも小さい構成のため、回転電機1は大型化しない。よって、放熱特性が良く相対的に温度が低くなる中心軸方向両端部から、放熱特性が悪く温度が高くなる中心軸方向中央部へ冷却性能配分を変えることができ、回転電機1を大型化せずに、回転子40の中心軸方向の熱分布を均一化することができる。また、効率よく永久磁石42を冷却でき、永久磁石42の熱減磁を抑制できる。
In such a rotating
なお、本実施の形態における回転電機1では、多相巻線33は、分布巻方式で固定子鉄心32に巻装されているが、集中巻方式で固定子鉄心32に巻装されてもよい。
In the rotating
また、本実施の形態における回転電機1では、極数とスロット数は、8極48スロットであるが、これに限定されるものではなく、例えば8極72スロットであってもよい。
In the rotating
実施の形態2.
図8は、本発明を実施するための実施の形態2に係る回転子鉄心の断面図である。図8において、本実施の形態に係る回転電機1の構成は、以下に述べる点で、実施の形態1と異なる。第2の冷却流路135の断面形状は、第1の冷却流路134の断面形状および第3の冷却流路136の断面形状と同様に四辺形形状を有している。そして、四辺形形状の4つの隅部における各2辺は、円弧状に滑らかに接続されている。また、第1の冷却流路134の断面形状、第2の冷却流路135の断面形状および第3の冷却流路136の断面形状は、回転子40の周方向に配置された永久磁石42間の周方向における中間点43(図3における回転子40の外周上の点)と中間点43から回転子40の軸に直交する点とを結ぶ線を基準線44とした場合に、基準線44と長辺方向とが平行に形成された四辺形形状となっている。ここで、永久磁石42による界磁磁束が固定子31の多相巻線33に鎖交することによって生じる誘起電圧と同位相の電流をq軸電流、q軸電流に対して90度位相が遅れた電流をd軸電流と呼ぶ。また、図8に示すq軸磁路81は、q軸電流で発生する磁界による磁束が通る磁路であり、永久磁石42間の周方向における中間点43におけるq軸磁路の方向は、基準線44に沿っている。そのため四辺形形状の長辺方向は、q軸磁路81に沿っている。
FIG. 8 is a cross-sectional view of a rotor core according to
このように、q軸磁路81が、永久磁石42と第1の冷却流路134、第2の冷却流路135および第3の冷却流路136との間を通るように形成されているため、第1の冷却流路134、第2の冷却流路135および第3の冷却流路136によるq軸磁路81上の磁気抵抗の増加を防ぐことができる。よって、q軸電流とq軸電流による磁束との比例係数であるq軸インダクタンスLqは、冷却流路が設けられていない場合と同等となる。また、第2の冷却流路135の断面形状が、従来の円形形状である場合に対して、Lqは増加する。ここで、この円形形状の中心は、本実施の形態の冷却流路135の断面における四辺形形状の図心と同じ位置にある。よって、Lqは、d軸電流とd軸電流による磁束との比例係数であるd軸インダクタンスLdより大きくなる(Lq>Ld)。このため、突極性の指標であるLq−Ldが増加する。よって、Lq−Ldに比例するリラクタンストルクが、従来の円形形状の断面形状を有する冷却流路に対して向上する。
Thus, the q-axis
このように、第1の冷却流路134、第2の冷却流路135および第3の冷却流路136の断面形状は、回転子40の周方向に配置された永久磁石42間の周方向における中間点43と中間点43から回転子40の軸に直交する点とを結ぶ線を基準線44とした場合に、基準線44と長辺方向とが平行に形成された四辺形形状となっており、四辺形形状の長辺方向は、q軸磁路81に沿っているため、Lq−Ldに比例するリラクタンストルクが、従来の円形形状の断面形状を有する冷却流路に対して向上する。
Thus, the cross-sectional shapes of the first
また、第1の冷却流路134、第2の冷却流路135および第3の冷却流路136の配置は等角ピッチでない場合や、第1の冷却流路134、第2の冷却流路135および第3の冷却流路136の数が回転子40の極数より少ない場合でも、第1の冷却流路134、第2の冷却流路135および第3の冷却流路136の四辺形形状の長辺方向がq軸磁路81に沿っているため、リラクタンストルクが向上し、小型・軽量化できる。
Further, the arrangement of the
実施の形態3.
図9は、本発明を実施するための実施の形態3に係る回転子鉄心における第2の冷却流路135aの断面図である。図9において、本実施の形態に係る回転電機1の構成は、以下に述べる点で、実施の形態2と異なる。第2の冷却流路135aの断面形状は、基準線44に沿って左右に分割された四辺形のスリット状になっている。そして、基準線44に沿って平行な鉄心部分45が、これらのスリット135a−1、135a−2を中央部で分割している。また、第1の冷却流路134の断面形状および第3の冷却流路136の断面形状は、図示されていないが、第2の冷却流路135aの断面形状から鉄心部分45を除いた形状である。このため、第2の冷却流路135aの断面積は、第1の冷却流路134の断面形状および第3の冷却流路136の断面形状よりも鉄心部分45の断面積の分だけ減少している。なお、スリット135a−1、135a−2における四辺形形状の4つの隅部では、各2辺が円弧状に滑らかに接続されている。そして、スリット135a−1、135a−2における四辺形形状の長辺方向は、q軸磁路(図示せず)に沿っている。
FIG. 9 is a cross-sectional view of second
このように、本実施の形態では、第2の冷却流路135aの断面形状は、基準線44に対して左右に分割された四辺形形状であるため、第2の冷却流路135aを通る流体分子と接触する面積を増やすことが可能となり、冷却性能を高めることができる。
As described above, in the present embodiment, the cross-sectional shape of the second
また、第2の冷却流路135aの断面形状が、基準線44に対して左右に分割された四辺形形状となっているため、回転子40の中心軸方向に垂直な第2の冷却流路135aの断面積Sbが、第1の冷却流路134の断面積Saおよび第3の冷却流路136の断面積Scよりも小さい。よって、実施の形態1と同様に、回転電機1を大型化せずに、回転子40の中心軸方向の熱分布を均一化することができる。また、効率よく永久磁石42を冷却でき、永久磁石42の熱減磁を抑制できる。
In addition, since the cross-sectional shape of the second
また、第2の冷却流路135aの四辺形形状の長辺方向は、q軸磁路(図示せず)に沿っている。このため、実施の形態2と同様に、リラクタンストルクが向上し、小型・軽量化できる。
The long side direction of the quadrilateral shape of the
また、第2の冷却流路135aの断面形状が、基準線44に対して左右に分割された四辺形形状となっているのみならず、第1の冷却流路134の断面形状および第3の冷却流路136の断面形状が、基準線44に対して左右に分割された四辺形形状であってもよい。この場合、回転子40の中心軸方向に垂直な第2の冷却流路135aの断面積Sbが、第1の冷却流路134の断面積Saおよび第3の冷却流路136の断面積Scよりも小さくなる必要がある。この構成によっても、第1の冷却流路134の断面形状および第3の冷却流路136の断面形状を通る流体分子と接触する面積を増やすことが可能となり、冷却性能をさらに高めることができる。また、実施の形態1と同様に、回転電機1を大型化せずに、回転子40の中心軸方向の熱分布を均一化することができる。また、効率よく永久磁石42を冷却でき、永久磁石42の熱減磁を抑制できる。
In addition, the cross-sectional shape of the second
実施の形態4.
図10は、本発明を実施するための実施の形態4に係る回転子鉄心における第2の冷却流路135bの断面図である。図10において、本実施の形態に係る回転電機1の構成は、以下に述べる点で、実施の形態2と異なる。第2の冷却流路135bの内面は、複数の突起46を有している。第1の冷却流路134の断面形状および第3の冷却流路136の断面形状は、図示していないが、第2の冷却流路135bの内面から複数の突起46を除いた形状である。このため、第2の冷却流路135bの断面積は、第1の冷却流路134の断面形状および第3の冷却流路136の断面形状よりも複数の突起46の分だけ減少している。なお、四辺形形状の4つの隅部では、各2辺が円弧状に滑らかに接続されている。そして、四辺形形状の長辺方向は、q軸磁路(図示せず)に沿っている。Embodiment 4 FIG.
FIG. 10 is a cross-sectional view of second
このように、本実施の形態では、第2の冷却流路135bの内面は、複数の突起46、すなわち複数の凹凸を有する形状を有するため、第2の冷却流路135bの内面の放熱面積を増やすことができ、冷却性能を高めることができる。さらに各内面の凹凸形状によって流体分子が攪拌されるため、冷却性能を高めることができる。
As described above, in the present embodiment, the inner surface of the
また、第2の冷却流路135bの内面が、複数の突起46、すなわち複数の凹凸を有する形状を有するため、回転子40の中心軸方向に垂直な第2の冷却流路135bの断面積Sbが、第1の冷却流路134の断面積Saおよび第3の冷却流路136の断面積Scよりも小さい。よって、実施の形態1と同様に、回転電機1を大型化せずに、回転子40の中心軸方向の熱分布を均一化することができる。また、効率よく永久磁石42を冷却でき、永久磁石42の熱減磁を抑制できる。
Further, since the inner surface of the
また、第2の冷却流路135bの四辺形形状の長辺方向は、q軸磁路(図示せず)に沿っている。このため、実施の形態2と同様に、リラクタンストルクが向上し、小型・軽量化できる。
The long side direction of the quadrilateral shape of the
また、第2の冷却流路135bの内面が、複数の突起46、すなわち複数の凹凸を有する形状を有するのみならず、第1の冷却流路134の断面形状および第3の冷却流路136の内面が、複数の突起46、すなわち複数の凹凸を有する形状を有していてもよい。この場合、回転子40の中心軸方向に垂直な第2の冷却流路135bの断面積Sbが、第1の冷却流路134の断面積Saおよび第3の冷却流路136の断面積Scよりも小さくなる必要がある。この構成によっても、第1の冷却流路134の断面形状および第3の冷却流路136の断面形状を通る流体分子と接触する面積を増やすことが可能となり、冷却性能をさらに高めることができる。また、実施の形態1と同様に、回転電機1を大型化せずに、回転子40の中心軸方向の熱分布を均一化することができる。また、効率よく永久磁石42を冷却でき、永久磁石42の熱減磁を抑制できる。
In addition, the inner surface of the
また、第2の冷却流路135bの内面が、複数の突起46、すなわち複数の凹凸を有する形状を有しているのに加えて、実施の形態3と同様に、第2の冷却流路135bの断面形状が、基準線44に対して左右に分割された四辺形形状であってもよい。このような構成によっても、第2の冷却流路135bを通る流体分子と接触する面積を増やすことが可能となり、冷却性能を高めることができる。また、第2の冷却流路135bの内面が、複数の突起46、すなわち複数の凹凸を有する形状を有し、第2の冷却流路135bの断面形状が、基準線44に対して左右に分割された四辺形形状となっているため、回転子40の中心軸方向に垂直な第2の冷却流路135bの断面積Sbが、第1の冷却流路134の断面積Saおよび第3の冷却流路136の断面積Scよりも小さい。よって、実施の形態1と同様に、回転電機1を大型化せずに、回転子40の中心軸方向の熱分布を均一化することができる。また、効率よく永久磁石42を冷却でき、永久磁石42の熱減磁を抑制できる。
Further, in addition to the inner surface of the
また、第1の冷却流路134の断面形状および第3の冷却流路136の内面が、複数の突起46、すなわち複数の凹凸を有する形状を有しているのに加えて、実施の形態3と同様に、第1の冷却流路134の断面形状および第3の冷却流路136の断面形状が、基準線44に対して左右に分割された四辺形形状であってもよい。この場合、回転子40の中心軸方向に垂直な第2の冷却流路135bの断面積Sbが、第1の冷却流路134の断面積Saおよび第3の冷却流路136の断面積Scよりも小さくなる必要がある。この構成によっても、第1の冷却流路134の断面形状および第3の冷却流路136の断面形状を通る流体分子と接触する面積を増やすことが可能となり、冷却性能をさらに高めることができる。また、実施の形態1と同様に、回転電機1を大型化せずに、回転子40の中心軸方向の熱分布を均一化することができる。また、効率よく永久磁石42を冷却でき、永久磁石42の熱減磁を抑制できる。
In addition to the fact that the cross-sectional shape of the
実施の形態5.
図11は、本発明を実施するための実施の形態5に係る回転子の斜視図である。図11において、本実施の形態に係る回転電機1の構成は、以下に述べる点で、実施の形態1と異なる。回転子40は、実施の形態1の第1の回転子鉄心34、第2の回転子鉄心35および第3の回転子鉄心36に代えて、第4の回転子鉄心63、第5の回転子鉄心64および第6の回転子鉄心65を備えている。
FIG. 11 is a perspective view of a rotor according to
図12は、本実施の形態に係る回転子鉄心の要部を構成する側断面図である。図12において、本実施の形態に係る回転電機1の構成は、以下に述べる点で、実施の形態1と異なる。第5の回転子鉄心64の第5の冷却流路164は、冷媒の上流から下流に向かうにつれて、外周側に向かって回転子40の中心軸方向に対し傾斜している。また、第4の回転子鉄心63の第4の冷却流路163および第6の回転子鉄心65の第6の冷却流路165は、回転子40の中心軸方向に略平行に形成されている。そして、第4の冷却流路163および第6の冷却流路165は、第5の冷却流路164における冷媒の上流端および下流端でそれぞれつながっている。このため、第6の冷却流路165の径方向位置は、第4の冷却流路163の径方向位置よりも外周側にある。よって、第5の冷却流路164における第6の回転子鉄心65側の径方向位置が、第5の冷却流路164における第4の回転子鉄心63側の径方向位置よりも外周側にある。すなわち第5の冷却流路の冷媒が流れる方向の下流端の径方向位置が、冷媒が流れる方向の上流端の径方向位置よりも外周側にある。また、第5の冷却流路164の断面積は、第4の冷却流路163の断面積および第6の冷却流路165の断面積よりも小さい。
FIG. 12 is a side cross-sectional view that configures a main part of the rotor core according to the present embodiment. In FIG. 12, the configuration of the rotating
実際に回転子40が回転した場合の冷媒の流れを説明する。図12において、回転子40が中心軸周りに回転すると、空気や油などの冷媒は、第4の冷却流路163から第5の冷却流路164を通り第6の冷却流路165へ流れる。第4の冷却流路163を冷媒が通るとき、第4の冷却流路163が回転子40の中心軸方向に略平行に形成されているため、回転子40の回転によって生じる遠心力が一定となり、冷媒の流速が一定となる。一方、第5の冷却流路164では冷媒の流れ方が変わる。すなわち、第5の冷却流路164の径方向位置は、冷媒の上流から下流に向かうにつれて外周側に向かうため、第5の冷却流路164における冷媒の上流端と下流端とで遠心力が異なる。このため、第5の冷却流路164を通る冷媒は、上流端と下流端との遠心力の差異により攪拌され、冷媒分子と第5の冷却流路164における伝熱面との熱交換の回数が増加する。この結果、第5の回転子鉄心64と冷媒との熱伝達は向上する。
The flow of the refrigerant when the
このように、本実施の形態では、第5の冷却流路164の冷媒が流れる方向の下流端の径方向位置が、冷媒が流れる方向の上流端の径方向位置よりも外周側にあるため、第5の冷却流路164を通る冷媒分子は、上流端と下流端との遠心力の差異により攪拌され、伝熱面との接触回数が増加する。この結果、実施の形態1よりも第5の回転子鉄心64の冷却性能を上げることができる。
Thus, in the present embodiment, the radial position of the downstream end in the direction in which the refrigerant flows in the
また、第5の冷却流路164の断面積は、第4の冷却流路163の断面積と第6の冷却流路165の断面積よりも小さい。よって、実施の形態1と同様に、回転電機1を大型化せずに、回転子40の中心軸方向の熱分布を均一化することができる。また、効率よく永久磁石42を冷却でき、永久磁石42の熱減磁を抑制できる。
The cross-sectional area of the
実施の形態6
図13は、本発明を実施するための実施の形態6に係る回転子鉄心の要部を構成する側断面図である。図13において、本実施の形態に係る回転電機1の構成は、以下に述べる点で、実施の形態5と異なる。第4の回転子鉄心63の第4の冷却流路163および第6の回転子鉄心65の第6の冷却流路165は、冷媒の上流から下流に向かうにつれて、外周側に向かって回転子40の中心軸方向に対し傾斜している。そして、第4の冷却流路163および第6の冷却流路165は、第5の回転子鉄心64の第5の冷却流路164における冷媒の上流端および下流端でつながっている。すなわち、第4の冷却流路163の冷媒が流れる方向の下流端における径方向位置が、第4の冷却流路163の冷媒が流れる方向の上流端における径方向位置よりも外周側にある。そして、第6の冷却流路165の冷媒が流れる方向の下流端における径方向位置が、第6の冷却流路165の冷媒が流れる方向の上流端における径方向位置よりも外周側にある。また、第5の冷却流路164の断面積は、第4の冷却流路163の断面積および第6の冷却流路165の断面積よりも小さい。Embodiment 6
FIG. 13 is a side cross-sectional view that constitutes a main part of a rotor core according to Embodiment 6 for carrying out the present invention. In FIG. 13, the configuration of the rotating
このように、本実施の形態では、第4の冷却流路163の冷媒が流れる方向の下流端における径方向位置が、第4の冷却流路163の冷媒が流れる方向の上流端における径方向位置よりも外周側にある。そして、第6の冷却流路165の冷媒が流れる方向の下流端における径方向位置が、第6の冷却流路165の冷媒が流れる方向の上流端における径方向位置よりも外周側にある。このため、第4の冷却流路163および第6の冷却流路165を通る冷媒分子は、上流端と下流端との遠心力の差異により攪拌され、伝熱面との接触回数が増加する。この結果、実施の形態5よりも、第4の回転子鉄心63および第6回転子鉄心65の冷却性能、すなわち回転子40の中心軸方向両端の冷却性能を上げることができる。
Thus, in the present embodiment, the radial position at the downstream end in the direction in which the refrigerant flows in the fourth
また、第5の冷却流路164の断面積は、第4の冷却流路163の断面積と第6の冷却流路165の断面積よりも小さい。よって、実施の形態1と同様に、回転電機1を大型化せずに、回転子40の中心軸方向の熱分布を均一化することができる。また、効率よく永久磁石42を冷却でき、永久磁石42の熱減磁を抑制できる。
The cross-sectional area of the
また、実施の形態5および6の第4の冷却流路163、第5の冷却流路164および第6の冷却流路165の断面形状は、それぞれ実施の形態3における第1の冷却流路134の断面形状、第2の冷却流路135aおよび第3の冷却流路136の断面形状であってもよい。また、実施の形態5および6の第4の冷却流路163、第5の冷却流路164および第6の冷却流路165の断面形状は、それぞれ実施の形態4における第1の冷却流路134の断面形状、第2の冷却流路135bおよび第3の冷却流路136の断面形状であってもよい。
Further, the
1 回転電機、10 フレーム、11、12 ブラケット、13 冷媒流入口、14 冷媒流出口、31 固定子、32 固定子鉄心、33 多相巻線、34 第1の回転子鉄心、35 第2の回転子鉄心、36 第3の回転子鉄心、38 回転軸、39 ベアリング、40 回転子、41 永久磁石挿通孔、41−1 穴部、42 永久磁石、43 中間点、44 基準線、45 鉄心部分、46 突起、51 第1の回転子鉄心の熱コンダクタンスを示す棒グラフ、52 第2の回転子鉄心の熱コンダクタンスを示す棒グラフ、61 第1の回転子鉄心の温度を示す棒グラフ、62 第2の回転子鉄心の温度を示す棒グラフ、63 第4の回転子鉄心、64 第5の回転子鉄心、65 第6の回転子鉄心、81 q軸磁路、134 第1の冷却流路、135、135a、135b 第2の冷却流路、135a−1、135a−2 スリット、136 第3の冷却流路、163 第4の冷却流路、164 第5冷却流路、165 第6の冷却流路。
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記固定子鉄心に対向させて配置された回転子鉄心を有し前記固定子に対し回転自在に支持された回転子と、を備え、
前記回転子鉄心は、永久磁石と前記回転子の中心軸方向に貫通し前記回転子の中心軸方向に順に並んで第1の冷却流路、第2の冷却流路および第3の冷却流路とを有し、
前記回転子の中心軸方向に垂直な前記第2の冷却流路の断面積は、前記回転子の中心軸方向に垂直な前記第1の冷却流路の断面積および前記第3の冷却流路の断面積よりも小さく、
前記第2の冷却流路の中心軸方向の長さは、前記第1の冷却流路の中心軸方向の長さと前記第3の冷却流路の中心軸方向の長さとを合わせた長さの0.2倍以上、かつ2倍以下であり、
前記第1の冷却流路の断面積をSa、前記第2の冷却流路の断面積をSb、および前記Saに対する前記Sbの減少率をκ=(Sa―Sb)/(Sa)とした場合に、
前記κが0.02≦κ≦0.09の関係にあることを特徴とする回転電機。 A stator having a stator core and a multi-layer winding wound around the stator core;
And a rotor rotatably supported relative to the stator having a rotor core disposed so as to face the stator core,
The rotor core penetrates in the direction of the central axis of the permanent magnet and the rotor, and is arranged in order in the direction of the central axis of the rotor. The first cooling channel, the second cooling channel, and the third cooling channel And
The sectional area of the second cooling channel perpendicular to the central axis direction of the rotor is equal to the sectional area of the first cooling channel perpendicular to the central axis direction of the rotor and the third cooling channel. rather smaller than the cross-sectional area of,
Length before Symbol length of the second central axis of the cooling channel, a combination of the length of the first cooling channel central axis of a length wherein the third direction of the central axis of the cooling channel 0.2 times or more and 2 times or less,
When the cross-sectional area of the first cooling flow path is Sa, the cross-sectional area of the second cooling flow path is Sb, and the reduction rate of Sb with respect to Sa is κ = (Sa−Sb) / (Sa) In addition,
The rotating electrical machine, wherein κ is in a relationship of 0.02 ≦ κ ≦ 0.09.
前記第3の冷却流路の前記冷媒が流れる方向の下流端における径方向位置が、前記第3の冷却流路の前記冷媒が流れる方向の上流端における径方向位置よりも外周側にあることを特徴とする請求項7に記載の回転電機。 The radial position at the downstream end of the first cooling channel in the direction in which the refrigerant flows is on the outer peripheral side than the radial position at the upstream end in the direction in which the refrigerant flows in the first cooling channel,
The radial position at the downstream end of the third cooling flow path in the direction in which the refrigerant flows is closer to the outer peripheral side than the radial position at the upstream end in the direction in which the refrigerant flows in the third cooling flow path. The rotating electrical machine according to claim 7 , wherein
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