JP6572834B2 - Rotating electric machine with cooling structure - Google Patents
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Description
本発明は、回転電機に関するものである。 The present invention relates to a rotating electrical machine.
回転電機は永久磁石を内部にもつロータと、ロータの外周側に配置され且つコイルがステータコアに回巻されるステータとを有する。回転電機をモータとして動作させ機械的動力を得る場合は、コイルに電流を流してロータに回転力を付与する。また、回転電機により発電し電力を得る場合には、ロータを外部からの回転力により回転させ、コイルに発生する電流を取り出す。 The rotating electrical machine includes a rotor having a permanent magnet therein, and a stator that is disposed on the outer peripheral side of the rotor and in which a coil is wound around a stator core. When mechanical power is obtained by operating the rotating electrical machine as a motor, a current is passed through the coil to apply a rotational force to the rotor. In addition, when the electric power is generated by the rotating electrical machine and the electric power is obtained, the rotor is rotated by the external rotational force, and the current generated in the coil is taken out.
この機械的動力又は電力を得る際に、ステータ内のコイルやロータ内の永久磁石は発熱する。コイルを被覆する絶縁材料の耐久温度や、温度によって増加する永久磁石の減磁を考慮すると、コイルと永久磁石は一定の温度以下にする必要があり、それらを内部に備える回転電機を冷却する必要がある。 When this mechanical power or electric power is obtained, the coils in the stator and the permanent magnets in the rotor generate heat. Considering the endurance temperature of the insulating material that covers the coil and the demagnetization of the permanent magnet that increases with temperature, the coil and permanent magnet must be kept below a certain temperature, and it is necessary to cool the rotating electrical machine that contains them. There is.
回転電機の冷却は、冷却媒体として冷却水や油などの液体を用いる液冷方式によって行われることがある。 The rotating electrical machine may be cooled by a liquid cooling method using a liquid such as cooling water or oil as a cooling medium.
特許文献1には冷却液供給口からコイルやステータコアの外周面に直接冷却液を供給することについて開示されている。 Patent Document 1 discloses that the coolant is directly supplied from the coolant supply port to the outer peripheral surface of the coil or the stator core.
しかしながら、特許文献1において供給された冷却液はステータの外周面に沿って流れていくため、ステータの内部にあるロータを冷却しにくいという課題がある。 However, since the coolant supplied in Patent Document 1 flows along the outer peripheral surface of the stator, there is a problem that it is difficult to cool the rotor inside the stator.
そこで、ステータコアにステータコアの内周面と外周面とを連通する流路を設け、ステータコアの外周面に供給される冷却液をステータコア内周側に位置するロータへ供給することで上述した課題を解決することが考えられる。 Accordingly, the stator core is provided with a flow path that communicates the inner peripheral surface and the outer peripheral surface of the stator core, and the cooling liquid supplied to the outer peripheral surface of the stator core is supplied to the rotor located on the inner peripheral side of the stator core to solve the above-described problems. It is possible to do.
しかしながら、ステータの外周面に冷却液を供給すると、供給された冷却液の多くは勢いよくステータの外周面に沿って流れるため、冷却液にステータの外周面から内周面へと向う流れは発生しにくい。そのため、ステータの外周面と内周面とを連通する流路に冷却液を効率よく供給することができず、ステータ内周側に位置するロータに十分な冷却液を供給することができない。その結果、ロータを十分に冷却することができないという課題が生じる。 However, when cooling liquid is supplied to the outer peripheral surface of the stator, most of the supplied cooling liquid flows vigorously along the outer peripheral surface of the stator, so that a flow from the outer peripheral surface of the stator to the inner peripheral surface is generated in the cooling liquid. Hard to do. For this reason, the cooling liquid cannot be efficiently supplied to the flow path connecting the outer peripheral surface and the inner peripheral surface of the stator, and sufficient cooling liquid cannot be supplied to the rotor located on the inner peripheral side of the stator. As a result, there arises a problem that the rotor cannot be sufficiently cooled.
本発明は前述した課題を解決するためのものであり、ロータを十分に冷却可能な冷却構造を備えた回転電機を提供することにある。 The present invention is for solving the above-described problems, and provides a rotating electrical machine having a cooling structure capable of sufficiently cooling a rotor.
中空部を有する円筒状のステータと、
前記ステータの中空部の内周側に配置され、回転軸を中心に回転するロータと、を有し、冷却液が前記ステータの外周面に供給され、前記ステータの外周面に沿って流れる回転電機において、
前記ステータは、前記ステータの内周面と前記ステータの外周面とを連通する連通流路と、
前記ステータの外周面から突出して前記ステータの外周面に沿って流れる冷却液を滞留させる谷部を前記ステータの外周面とで形成する突出部と、を備え、
前記ステータの外周面に形成される前記連通流路の開口部は、前記ステータの外周面と前記突出部とで形成される前記谷部に、かつ、前記突出部よりも前記ステータの外周面に沿って流れる冷却液の流れの上流側に設けられていることを特徴とする回転電機。
A cylindrical stator having a hollow portion;
A rotating electrical machine that is disposed on the inner peripheral side of the hollow portion of the stator and that rotates about a rotation axis, and that is supplied to the outer peripheral surface of the stator and flows along the outer peripheral surface of the stator In
The stator has a communication channel that connects the inner peripheral surface of the stator and the outer peripheral surface of the stator;
A protrusion that protrudes from the outer peripheral surface of the stator and that forms a trough that retains the coolant flowing along the outer peripheral surface of the stator with the outer peripheral surface of the stator , and
Opening of the communication passage formed in the outer circumferential surface of the stator, the valley formed by the outer peripheral surface and the projecting portion of the stator, and the outer peripheral surface of the stator than the protrusion A rotating electrical machine characterized by being provided on the upstream side of a flow of coolant flowing along .
本発明の回転電機は、中空部を有する円筒状のステータに、ステータの外周面と内周面とを連通する連通流路と、ステータの外周面から突出してステータの外周面に沿って流れる冷却液を滞留させる谷部をステータの外周面とで形成する突出部とを備える。さらに、ステータの外周面に形成される連通流路の開口部はステータの外周面と突出部とで形成される谷部に、かつ、突出部よりもステータの外周面に沿って流れる冷却液の流れの上流側に設けられている。
従って、回転電機の外周面に供給された冷却液は外周面に沿って流れた後に、突出部にぶつかりステータの外周面と突出部とで形成される谷部に滞留し、連通流路を通して冷却液にステータの外周面から内周面に向う流れが発生する。その結果、ステータの外周面と内周面とを連通する流路の開口部に供給されやすくなる。
ゆえに、本発明の回転電機はステータの外周面に供給された冷却液を、効率よくステータの内周側にあるロータに供給し、ロータを十分に冷却することができる。
In the rotating electrical machine of the present invention, a cylindrical stator having a hollow portion, a communication channel that communicates the outer peripheral surface and the inner peripheral surface of the stator, and a flow that protrudes from the outer peripheral surface of the stator and flows along the outer peripheral surface of the stator. And a protrusion that forms a trough for retaining the coolant with the outer peripheral surface of the stator . Furthermore, the opening of the communication flow path formed on the outer peripheral surface of the stator is in the valley formed by the outer peripheral surface of the stator and the protruding portion, and the coolant flowing along the outer peripheral surface of the stator rather than the protruding portion . It is provided upstream of the flow .
Therefore, after the coolant supplied to the outer peripheral surface of the rotating electrical machine flows along the outer peripheral surface, it collides with the projecting portion, stays in the valley formed by the outer peripheral surface of the stator and the projecting portion, and cools through the communication channel. A flow from the outer peripheral surface of the stator toward the inner peripheral surface is generated in the liquid. As a result, it becomes easy to supply to the opening part of the flow path which connects the outer peripheral surface and the inner peripheral surface of the stator.
Therefore, the rotating electrical machine of the present invention can efficiently supply the coolant supplied to the outer peripheral surface of the stator to the rotor on the inner peripheral side of the stator, thereby sufficiently cooling the rotor.
以下、本発明の各実施形態を図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
第1の実施形態に係る冷却構造を備えた回転電機について、図1〜図3を用いて説明する。図2に示すように、回転電機10は、円筒形状のステータ100と、ステータ100の円筒形状と同軸に配置される円柱形状のロータ400を有する。ロータ400の中心を回転軸403が貫通している。図1及び図3に示すステータ100は、内周に周方向に沿って凹凸が配列されたステータコア101を含む。ステータコア101の内周に設けられた凹部分(以下スロットと記載)にはコイルが収められ、このコイルが凸部分(以下ティースと記載)に巻回されてコイル300が形成されている。コイル300に電力を供給することにより、ステータ100の内側の空間にロータを回転させる磁界を形成する。
A rotating electrical machine including the cooling structure according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. As shown in FIG. 2, the rotating
ステータコア101の外周には、外周縁から外側に延びた3個の突出部104が設けられている。突出部104には貫通孔が開けられている。これらの貫通孔には、ボルトが貫通して、積層された鋼板を結束する。突出部104および貫通孔数は、3個以外であってもよい。
On the outer periphery of the
さらに、ステータコア101にはステータコア101の内周面と外周面とを連通する連通流路(以下、流路という)105が3つ設けられている。ステータコア外周面には流路入口として105a、105b、105cが形成されている。本実施例においてはティース102の先端には流路入口105a、105b、105cの出口として、それぞれ流路出口106a、106b、106cが形成されている。また、ステータコア101と一定の距離を離して、ステータコア101の外周面に向かって冷却液を供給する冷却液供給管200が設けられている。
Further, the
ロータ400は、全体として円筒形状であり、ステータ100の内周、特にティース102の先端に僅かの隙間をもって配置される。ロータ400はロータコア401の外周面または外周面近傍に永久磁石402が埋設されている。また、ロータコア401の周方向にリラクタンスの異なる部分を設け、これと回転磁界との相互作用にてロータ400を回転するようにすることもできる。回転軸403は、ロータ400と一体に回転するようロータ400に対して固定されている。回転電機10を電動機として機能させる場合は、回転軸403は、ロータで発生した回転力を外部に出力する出力軸となり、発電機として機能させる場合は、外部からの回転力を回転電機に入力するための入力軸となる。
The
回転電機10が自動車のトランスアクスル内に配置されるものである場合、冷却液はトランスアクスルの潤滑油または作動液とすることができる。冷却液は、不図示のポンプにより供給され冷却液供給管200の端の開口である冷却液供給口201より、ステータコア101の外周面に供給される。冷却液供給管200は、図において管状の態様で示しているが、回転電機10を収めるケース(例えば、トランスアクスルケース)に孔をあけることにより形成された流路であってもよい。
When the rotating
回転電機10の冷却構造においては、冷却液供給口201は図3に示すようにステータ100の回転軸線の鉛直上方に配置され、ここから冷却液をステータコア101の外周面に供給する。冷却液供給口201の位置は、前記の鉛直上方位置からずれていても、また2個以上設けられてもよい。
In the cooling structure of the rotating
コイル300に電流を流すとコイル300は発熱する。スロット103内のコイルにおいては、発生した熱は周囲のステータコア101に伝わる。また、回転電機の高速回転領域では、永久磁石402に発生する渦電流により永久磁石が発熱し、熱は周囲のロータコア401に伝わる。よって、ステータコア101とロータコア401を備える回転電機10の効率的な冷却が求められる。
When a current is passed through the
ステータコア101の外周面に供給された冷却液は、図1、図3中の破線矢印の方向に、ステータコア101の外周面に沿って流れる。冷却液供給口201から供給される冷却液は、冷却液供給口201の真下に位置する流路入口105bに集中的に供給されるのではなく、ステータコア101の外周面に拡散しながら供給される。そのため、仮に流路入口として105bのみが形成される構成であると、流路入口105bを外れてステータコア101の外周面に供給された冷却液は、流路105に供給されずロータコア401を十分に冷却できないおそれがある。そこで、流路入口をステータコア101の外周面に複数個形成することで、ロータ400の冷却性能を向上させることが考えられる。しかしながら、ステータコア101の外周面に沿って流れる冷却液は勢いよくステータの外周面に沿って流れていくため、冷却液にステータコア101の外周面から内周面に向う流れは発生しにくい。そのため、ステータコア101の外周面と内周面とを連通する流路に冷却液を効率よく供給することができず、十分にロータ400を冷却できないおそれがある。
The coolant supplied to the outer peripheral surface of the
そこで、本発明の第1の実施形態における回転電機10の冷却構造では、冷却液供給管200からステータコア101の外周面に供給された冷却液は、ステータコア外周面に沿って図1、図3中の破線矢印で示す方向に流れ、突出部104とステータコア101との外周面とで形成される谷部で滞留することに着目し、突出部104とステータコア101の外周面とで形成される谷部(図3に示される斜線部の領域)に流路入口105a、105cを形成している。
Therefore, in the cooling structure of the rotating
突出部104によって、ステータコアの外周面に沿って流れる冷却液を滞留させることで、冷却液にステータの外周面から内周面に向う流れを発生させる。その結果、流路入口105a、105cに供給できる冷却液を、流路入口が谷部に場合に比して増加させる、なわち、ロータ400へ供給できる冷却液を増加させることができる。そして、ロータ400冷却性能は向上する。
By causing the
本発明の第1の実施形態においては、ロータ400の冷却性能を向上させる最適な構成として流路出口106a、106b、106cはティース102の先端部に設けられているが、流路出口をスロット部103に設け、コイル300を冷却した後に、ロータ400へ供給される構成としても良い。
In the first embodiment of the present invention, the
流路入口105a、105c、が突出部104とステータコアの外周面とで形成される谷部、かつ突出部104より冷却液流れ上流に形成されるのであれば、流路105の形状は図3に示される形状に限定されず、例えば直線形状であっても良い。また流路の本数は増減しても良い。例えば、流路入口105bと流路出口106bは無くても良い。
If the
第2の実施形態に係る冷却構造を備えた回転電機について、図4を用いて説明する。 A rotating electrical machine having the cooling structure according to the second embodiment will be described with reference to FIG.
第2の実施形態においては、本発明の第1の実施形態のように積層された鋼鈑を結束する突出部101を用いるではなく、突出部500として冷却ガイドを用いている。突出部500はステータコア18外周面に流れる冷却液の流れをコントロールする。
In 2nd Embodiment, the cooling guide is used as the
突出部500とステータコア101の外周面とで形成される谷部に、流路入口105dを設けることで、ステータコア101の外周面の冷却液流れをコントロールしながら、図4には図示されていないロータ400の冷却性能を向上させることができる。その他ステータコアの突出部としてステータコアを補強するためのリブを用いたりしても良い。
4 is shown in FIG. 4 while controlling the flow of the coolant on the outer peripheral surface of the
以上説明したように、本発明の実施形態に係る回転電機の冷却構造の主たる特徴はステータの内周面と外周面とを連通する流路と、ステータの外周面から突出する突出部と、を備え、ステータの外周面に形成されている流路の開口部はステータコアの外周面と突出部とで形成される谷部に、かつ、前記突出部より冷却液流れの上流側に設けることにある。 As described above, the main features of the cooling structure for a rotating electrical machine according to the embodiment of the present invention are the flow path that connects the inner peripheral surface and the outer peripheral surface of the stator, and the protruding portion that protrudes from the outer peripheral surface of the stator. Provided, the opening of the flow path formed in the outer peripheral surface of the stator is provided in the valley formed by the outer peripheral surface of the stator core and the protruding portion, and on the upstream side of the cooling liquid flow from the protruding portion. .
上述した本発明の特徴を備えることで、ロータへ効率よく冷却液を供給することができる。 By providing the above-described features of the present invention, the coolant can be efficiently supplied to the rotor.
10 回転電機、100 ステータ、 101 ステータコア、 102 ティース、 103 スロット、 104 突出部、 105 流路(連通流路)、200 冷却液供給管、 201 冷却液供給口、 300コイル、 400 ロータ、 401 ロータコア、 402 永久磁石、 403 回転軸
DESCRIPTION OF
Claims (1)
前記ステータの中空部の内周側に配置され、回転軸を中心に回転するロータと、を有し、冷却液が前記ステータの外周面に供給され、前記ステータの外周面に沿って流れる回転電機において、
前記ステータは、前記ステータの内周面と前記ステータの外周面とを連通する連通流路と、
前記ステータの外周面から突出して前記ステータの外周面に沿って流れる冷却液を滞留させる谷部を前記ステータの外周面とで形成する突出部と、を備え、
前記ステータの外周面に形成される前記連通流路の開口部は、前記ステータの外周面と前記突出部とで形成される前記谷部に、かつ、前記突出部よりも前記ステータの外周面に沿って流れる冷却液の流れの上流側に設けられている
ことを特徴とする回転電機。 A cylindrical stator having a hollow portion;
A rotating electrical machine that is disposed on the inner peripheral side of the hollow portion of the stator and that rotates about a rotation axis, and that is supplied to the outer peripheral surface of the stator and flows along the outer peripheral surface of the stator In
The stator has a communication channel that connects the inner peripheral surface of the stator and the outer peripheral surface of the stator;
A protrusion that protrudes from the outer peripheral surface of the stator and that forms a trough that retains the coolant flowing along the outer peripheral surface of the stator with the outer peripheral surface of the stator , and
Opening of the communication passage formed in the outer circumferential surface of the stator, the valley formed by the outer peripheral surface and the projecting portion of the stator, and the outer peripheral surface of the stator than the protrusion A rotating electrical machine characterized by being provided on the upstream side of the flow of the coolant flowing along .
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