JP6881692B1

JP6881692B1 - 回転電機の冷却構造

Info

Publication number: JP6881692B1
Application number: JP2020554923A
Authority: JP
Inventors: 拓植松; 洸太塩谷
Original assignee: Meidensha Corp
Current assignee: Meidensha Corp
Priority date: 2019-12-24
Filing date: 2020-09-18
Publication date: 2021-06-02
Anticipated expiration: 2040-09-18
Also published as: CN114788147B; JPWO2021131182A1; CN114788147A

Abstract

回転電機１の冷却構造において、ブラケット６１は回転電機１の固定子４を収容するフレーム６０の開口部を密閉すると共に固定子４のコイルエンドに冷媒を供給可能である。冷媒案内部材５は、ブラケット６１から供された前記冷媒を回転電機１の回転軸よりも下方のコイルエンドに案内可能である。冷媒案内部材５において、案内本体部５０はブラケット６１の内面部６１ａに沿って供された前記冷媒を前記下方に案内する。

Description

本発明は、回転電機の冷却構造に関する。

回転電機においては発熱対策として冷却油等の冷媒を用いた冷却構造が備えられている。冷却構造としては、例えば、固定子のコイルエンドの上方から当該コイルエンドの外径方向から冷媒を噴射する方式（特許文献１）や、コイルエンドに対応した位置から回転電機の軸方向に冷媒を噴射するオイルガイドを用いた方式（特許文献２）が採用されている。

特開２００６−１１５６５１号公報特許第６４３６２００号公報

特許文献１のような冷却構造は、コイルエンドの上方から冷媒が噴射され、コイルエンドを伝達経路として下方に冷媒が供されるが、冷媒が重力流下するので、短絡流が生じやすく、コイルエンドの最下部に油が伝達されないことがあり、冷却効率が悪くなる。

また、特許文献２のようなオイルガイドを備えた冷却構造は、オイルガイドの配置空間の確保を要し、モータサイズの大型化や部品点数の増加を招き、製造コストが高くなる。

本発明は、以上の事情を鑑み、低コストに回転電機におけるコイルエンドの冷却効果の向上を図ることを課題とする。

そこで、本発明の一態様は、回転電機の冷却構造であって、回転電機の固定子を収容するフレームの開口部を密閉すると共に当該固定子のコイルエンドに冷媒を供給可能なブラケットと、このブラケットから供された前記冷媒を前記回転電機の回転軸よりも下方の前記コイルエンドに案内可能な冷媒案内部材とを有する。

本発明の他の態様は、前記回転電機の冷却構造において、前記冷媒案内部材は、前記ブラケットの内面部に沿って供された前記冷媒を前記回転軸の下方に案内する長板状の案内本体部を有する。

本発明の他の態様は、前記回転電機の冷却構造において、前記案内本体部の長手方向に沿う縁部には、前記冷媒を当該案内本体部の一端側から前記下方に案内する第一案内補助部がさらに立設される。

本発明の他の態様は、前記回転電機の冷却構造において、前記案内本体部の上面部には、前記内面部に沿って前記回転軸の付近に供された前記冷媒をさらに当該回転軸から最下方の前記コイルエンドに案内する第二案内補助部がさらに立設される。

本発明の他の態様は、前記回転電機の冷却構造において、前記第二案内補助部が設けられる前記案内本体部の上面部は、前記第一案内補助部が設けられる前記案内本体部の上面部よりも、前記内面部からの張り出し長さが大きい。

本発明の他の態様は、前記回転電機の冷却構造において、前記案内本体部の上面部は、前記下方の前記コイルエンドに向けて傾斜する。

本発明の他の態様は、前記回転電機の冷却構造において、前記冷媒案内部材は、前記ブラケットの内面部に取り付けられる。

以上の本発明によれば、低コストに回転電機におけるコイルエンドの冷却効果の向上が図られる。

本発明の実施形態における冷媒案内部材が取り付けられたブラケットの正面図。図１のブラケットの斜視図。本発明の実施形態における冷媒案内部材と回転電機の回転軸、回転子、固定子、コイルエンド及びフレームとの位置関係を示した斜視図。本発明の実施形態における回転電機の反直結側からの斜視図。図４の回転電機の直結側からの斜視図。本発明の実施形態における冷媒案内部材の上面図。

以下に図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。

本発明の一態様である冷却機構が適用された本実施形態の回転電機１は、例えば、車両に搭載され、図１〜６に示された回転軸２、回転子３、固定子４、冷媒案内部材５及びケーシング６を備える。

回転軸２は、図３，５に示されたように、回転電機１のケーシング６内にて軸受７，８を介して回転自在に支持される。回転子３は、ケーシング６内にて回転軸２の外周部に固定される。

固定子４は、同図に示したように、回転子３の外周部とのエアギャップが確保されて回転軸２及び回転子３と同軸にケーシング６内に固定される。固定子４は、固定子鉄心４１及び固定子コイル４２を備える。固定子コイル４２は、固定子鉄心４１に巻着される図示省略した複数のセグメントコイルからなる。そして、回転電機１の反直結側，直結側における固定子鉄心４１の端部からは、固定子コイル４２の一部がコイルエンド４２Ａ，４２Ｂとして各々突出している。また、固定子コイル４２には、図示省略のバスバーが接続されている。

冷媒案内部材５は、ケーシング６のブラケット６１から供された冷媒（例えば、冷却油）を回転電機１の回転軸２よりも下方のコイルエンド４２Ａに案内可能となっている。

冷媒案内部材５は、具体的な態様として、案内本体部５０、第一案内補助部５１及び第二案内補助部５２と取り付け部５３とを有する。

案内本体部５０は、コイルエンド４２Ａと対向するブラケット６１の内面部６１ａに沿って供された前記冷媒を前記下方に案内する長板状の部材から成る。案内本体部５０の上面部５４は、前記下方のコイルエンド４２Ａに向けて傾斜している。

第一案内補助部５１は、案内本体部５０の長手方向に沿う縁部にて立設され、前記冷媒を案内本体部５０の一端側から前記下方に案内する。

第二案内補助部５２は、案内本体部５０の上面部５４の長手方向に対して斜めに複数一対に立設され、図２，３に示したようにブラケット６１の内面部６１ａに沿って回転軸２の付近に供された前記冷媒をさらに回転軸２から最下方のコイルエンド４２Ａに案内する。また、図６に示されたように、第二案内補助部５２が設けられる案内本体部５０の上面部５４は、第一案内補助部５１が設けられる案内本体部５０の上面部５４よりも、内面部６１ａからの張り出し長さが大きく設定される（Ｄ２＞Ｄ１）。

取り付け部５３は、図２に示したように、ボルト，ナット等の締結具（図示省略）によりブラケット６１の内面部６１ａにおける軸受支持部６６の下方の位置に固定される。

ケーシング６は、図４，５に示したように、フレーム６０と、回転電機１の反直結側のブラケット６１と、回転電機１の直結側のブラケット（図示省略）とを備える。

フレーム６０は、回転軸２、回転子３及び固定子４を収容する。フレーム６０の外面部には、冷媒導入路６２ａが回転電機１（回転軸２、回転子３及び固定子４）の軸方向と略平行に形成されている。冷媒導入路６２ａは外部から前記冷媒を導入してブラケット６１の冷媒導入路６２ｂ及び前記直結側のブラケットの冷媒導入路（図示省略）に供する。また、フレーム６０の前記直結側の下端付近における側面部には、コイルエンド４２Ａ，４２Ｂの冷却に供された冷媒が排出される排出口６２ｃが形成されている。

ブラケット６１は、図４，５に示されたように、例えば、アルミ合金のダイカスト成形品から成り、前記反直結側のフレーム６０の開口部を密閉する。

図１，２に示したように、ブラケット６１には、冷媒導入路６２ｂ、第一流入孔６３、第二流入孔６４が形成されている。冷媒導入路６２ｂは、回転電機１の軸方向と平行に形成され、フレーム６０の冷媒導入路６２ａと連通する。第一流入孔６３は、冷媒導入路６２ｂ内の冷媒をコイルエンド４２Ａの径方向に沿ってブラケット６１内に流入させる。第二流入孔６４は、第一流入孔６３を対称に一対に形成され、冷媒導入路６２ｂ内の冷媒をコイルエンド４２Ａの外周方向に沿ってブラケット６１内に流入させる。また、ブラケット６１の背面部６１ｂからは、前記反直結側に突設された固定子４のバスバーが突出して引き出される。さらに、ブラケット６１には、固定子４と図示省略の駆動制御系とを接続する電線が引き出される接続口６５が形成されている。

また、ブラケット６１の内面部６１ａにおける中央開口部６１ｃの周縁には、回転軸２の前記反直結側の軸受７を支持する軸受支持部６６が設けられている。軸受支持部６６には、第一流入孔６３からの冷媒を導入して軸受７に供する冷媒導入溝６７が形成されている。さらに、内面部６１ａには、前記冷媒を冷媒導入溝６７に案内する一対の案内部６８が設けられている。また、軸受支持部６６と冷媒案内部材５との間には、前記冷媒をブラケット６１の背面部６１ｂの冷却に供する流出口６９が形成されている。

そして、図４に示されたように、ブラケット６１の背面部６１ｂには、軸受支持部６６から突出した回転軸２の一端２１に回転角センサ９が具備される。

前記直結側のブラケットは、図５に示された直結側のフレーム６０の開口部を密閉する。当該ブラケットは、接続口６５及び回転角センサ９を有しないこと以外は、ブラケット６１と同態様を成す。また、この直結側のブラケットの中央部からは、前記直結側の回転軸２の他端２２が突出している。尚、当該ブラケットにおいても、フレーム６０から供された冷媒を回転電機１の回転軸２よりも下方のコイルエンド４２Ｂに案内可能な冷媒案内部材５と同態様の冷媒案内部材（図示省略）が具備される。

以下、図１〜６を参照して回転電機１の冷却作用の一例について説明する。

ポンプ圧送によりフレーム６０の冷媒導入路６２ａを介してブラケット６１の冷媒導入路６２ｂに導入された前記冷媒は第一流入孔６３及び第二流入孔６４を介してブラケット６１内に流入する。第一流入孔６３から流入した前記冷媒はブラケット６１の内面部６１ａに沿って重力流下する。この内面部６１ａに沿って流下した冷媒は、案内部６８に案内されて冷媒導入溝６７に移行し、軸受７に供される。一方、第二流入孔６４から流入した前記冷媒は内面部６１ａの内周方向に沿って重力流下する。この内周方向に流下した冷媒の一部は回転軸２の上方の固定子４のコイルエンド４２Ａの冷却に供される。また、前記冷媒の他の一部は内面部６１ａに沿って冷媒案内部材５側に流下する。さらに、冷媒案内部材５の第一案内補助部５１側に流下した前記冷媒は、第一案内補助部５１の案内により案内本体部５０の長手方向に沿って第二案内補助部５２に向かって流下する。また、軸受支持部６６（回転軸２、軸受７）の近傍から第二案内補助部５２側に流下した前記冷媒は第二案内補助部５２の案内により回転軸２から最下方のコイルエンド４２Ａに向けて供される。以上のように、前記冷媒がコイルエンド４２Ａの周方向に沿って均一に供されるので、コイルエンド４２Ａが均等に冷却される。また、軸受支持部６６側から冷媒案内部材５に流下する冷媒の一部は流出口６９を介してブラケット６１の背面部６１ｂ側に移行して背面部６１ｂの冷却に供される。さらに、前記直結側のブラケット内のコイルエンド４２Ｂもブラケット６１内のコイルエンド４２Ａと同様の前記冷媒の供給を受けて均等に冷却される。そして、コイルエンド４２Ａ，４２Ｂの冷却に供された冷媒はフレーム６０の排出口６２ｃから排出される。

以上のように、回転電機１の冷却機構によれば、フレーム６０内に導入された冷媒が、冷媒案内部材５の案内により、フレーム６０内のコイルエンド４２Ａ，４２Ｂの所定部位に供給される。特に、従来において冷却が不充分であった回転軸２よりも下方の部位、特に、コイルエンド４２Ａ，４２Ｂの最下位への冷媒の供給が可能となる。そして、この冷却効果の向上により、電流密度に余裕ができるので、回転電機１の小型化も可能となる。よって、低コストに回転電機１におけるコイルエンド４２Ａ，４２Ｂの冷却効果の向上が図られる。

また、冷媒案内部材５が取り付けられる反直結側及び直結側のブラケットが放熱性の高い合金、例えば、アルミ合金から構成されることで、冷媒が冷媒案内部材５に供される過程で冷やされるので、冷却効果がさらに高まる。

さらに、冷媒案内部材５においては、長板状の案内本体部５０により前記ブラケットの内面部に沿って供された前記冷媒が前記下方に案内されるので、当該冷媒を回転軸２の下方に移行できる。

そして、案内本体部５０の長手方向に沿う縁部において第一案内補助部５１がさらに立設されることで、前記冷媒が案内本体部５０の一端側から前記下方に案内されるので、当該冷媒を確実に前記下方に移行できる。

また、案内本体部５０の上面部において第二案内補助部５２がさらに立設されたことで、前記内面部に沿って回転軸２の付近に供された前記冷媒を回転軸２から最下方のコイルエンド４２Ａ，４２Ｂに向けて供給できる。

さらに、第二案内補助部５２が設けられる案内本体部５０の上面部は、第一案内補助部５１が設けられる案内本体部５０の上面部よりも、前記内面部からの張り出し長さを大きくすることで、前記最下方のコイルエンド４２Ａ，４２Ｂへの前記冷媒の供給効果がさらに高まる。

そして、案内本体部５０の上面部が前記下方のコイルエンド４２Ａ，４２Ｂに向けて傾斜に配置されることで、第二案内補助部５２が前記最下方のコイルエンド４２Ａ，４２Ｂに向けて張り出される。よって、前記最下方のコイルエンド４２Ａ，４２Ｂへの前記冷媒の供給効果がさらに一層高まる。

また、冷媒案内部材５がブラケット６１の内面部６１ａに取り付けられることで、ブラケット６１と冷媒案内部材５との間の熱伝導により冷媒案内部材５の冷却効果が高まるので、前記下方のコイルエンド４２Ａ，４２Ｂの冷却効果がさらに高まる。

Claims

回転電機の固定子を収容するフレームの開口部を密閉すると共に当該固定子のコイルエンドに冷媒を供給可能なブラケットと、
このブラケットから供された前記冷媒を前記回転電機の回転軸よりも下方の前記コイルエンドに案内可能な冷媒案内部材と、
を有し、
前記冷媒案内部材は、前記ブラケットの内面部に沿って供された前記冷媒を前記下方に案内する長板状の案内本体部を有し、
前記案内本体部の長手方向に沿う縁部には、前記冷媒を当該案内本体部の一端側から前記下方に案内する第一案内補助部がさらに立設され、
前記案内本体部の上面部には、前記内面部に沿って前記回転軸の付近に供された前記冷媒をさらに当該回転軸から最下方のコイルエンドに案内する第二案内補助部がさらに立設された回転電機の冷却構造。
前記第二案内補助部が設けられる前記案内本体部の上面部は、前記第一案内補助部が設けられる前記案内本体部の上面部よりも、前記内面部からの張り出し長さが大きい請求項１に記載の回転電機の冷却構造。
前記案内本体部の上面部は、前記下方の前記コイルエンドに向けて傾斜する請求項１または２に記載の回転電機の冷却構造。
前記冷媒案内部材は、前記ブラケットの内面部に取り付けられる請求項１から３のいずれか１項に記載の回転電機の冷却構造。