JP7043820B2 - Cooling structure of rotary electric machine - Google Patents
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Description
本発明は、回転電機の冷却構造、特にステータコアの外周を効率良く冷却する冷却構造に関する。 The present invention relates to a cooling structure for a rotary electric machine, particularly a cooling structure for efficiently cooling the outer periphery of a stator core.
従来、ハイブリッド自動車や電気自動車などの電動車両に搭載され、電動機や発電機として機能する回転電機が知られている。このような回転電機は、ステータの内周側にロータが設けられている。回転電機のステータコアは、使用に伴いステータ電流により高温になるため、冷却を行う必要がある。 Conventionally, a rotary electric machine that is mounted on an electric vehicle such as a hybrid vehicle or an electric vehicle and functions as an electric motor or a generator is known. In such a rotary electric machine, a rotor is provided on the inner peripheral side of the stator. Since the stator core of a rotary electric machine becomes hot due to the stator current with use, it is necessary to cool it.
特許文献1には、ステータの内周側にロータが設けられた電動機の冷却構造に関し、電動機の周囲に配置された電動機のケースに水路(流路)を設け、その水路に冷却液を流すことで電動機のステータを冷却することが記載されている。
In
回転電機のケース(回転電機ケース)に冷却液の流路を形成する場合、ケースの加工が複雑で、コストも高くなる。また、ケースの流路と回転電機との間には、所定の厚みのケースの壁板が介在するので、回転電機の冷却効率に改善の余地がある。 When the flow path of the coolant is formed in the case of the rotary electric machine (rotary electric machine case), the processing of the case is complicated and the cost is high. Further, since the wall plate of the case having a predetermined thickness is interposed between the flow path of the case and the rotary electric machine, there is room for improvement in the cooling efficiency of the rotary electric machine.
そこで、本発明の目的は、簡易な構造で冷却効率が高い回転電機の冷却構造を提供することにある。 Therefore, an object of the present invention is to provide a cooling structure for a rotary electric machine having a simple structure and high cooling efficiency.
本発明の回転電機の冷却構造は、ステータコアを備えるステータと、前記ステータの内周側に配置されたロータとを備える回転電機を冷却するための回転電機の冷却構造であって、柔軟性を有し冷却液が流れるウォータジャケットと、剛性を有し前記冷却液が流れる2つの内部配管とを内部に含む冷却エレメントケースを備え、前記2つの内部配管はそれぞれ、前記回転電機の軸方向と直交する方向に突出する突出部を含み、前記2つの内部配管のそれぞれの前記突出部は、前記ステータコアの周方向に間隔をあけて配置され、前記ステータコアの外周面に向かって突出しており、前記ウォータジャケットの一端は、前記2つの内部配管のうちの一方の前記突出部に接続されており、前記ウォータジャケットの他端は、前記2つの内部配管のうちの他方の前記突出部に接続されており、前記ウォータジャケットが前記ステータコアに直接、又は、回転電機ケースを介して圧接するように、前記冷却エレメントケースが配置されている、ことを特徴とする。
The cooling structure of the rotary electric machine of the present invention is a cooling structure of the rotary electric machine for cooling the rotary electric machine including the stator including the stator core and the rotor arranged on the inner peripheral side of the stator, and has flexibility. A cooling element case including a water jacket through which the coolant flows and two internal pipes having rigidity and through which the coolant flows is provided, and the two internal pipes are orthogonal to the axial direction of the rotary electric machine. Each of the two internal pipes, including the projecting portion protruding in the direction, is arranged at intervals in the circumferential direction of the stator core, and projects toward the outer peripheral surface of the stator core, and the water jacket. One end of the water jacket is connected to the protrusion of one of the two internal pipes, and the other end of the water jacket is connected to the protrusion of the other of the two internal pipes. The cooling element case is arranged so that the water jacket is in pressure contact with the stator core directly or via a rotary electric machine case.
本発明によれば、柔軟性を有するウォータジャケットがステータコアに直接、又は、回転電機ケースを介して圧接されることで、ウォータジャケットがそれらに密着するため、ウォータジャケットに流れる冷却液によりステータコアを効率良く冷却することができる。また、ウォータジャケットをステータコアに直接、又は、回転電機ケースを介して圧接するように冷却エレメントケースを配置すればよく、構造が簡易である。 According to the present invention, the flexible water jacket is pressed against the stator core directly or via the rotary electric case, so that the water jacket is in close contact with them, so that the coolant flowing through the water jacket efficiently makes the stator core. Can be cooled well. Further, the cooling element case may be arranged so that the water jacket is directly pressed against the stator core or via the rotary electric machine case, and the structure is simple.
以下、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。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、回転電機の冷却構造100を回転電機10の軸方向の一方側から見たときの模式構成図である。回転電機10は回転電機ケース32内に配置されおり、回転電機ケース32は、回転電機10のステータコア16の外周面に密着している。回転電機ケース32は、軸方向の一方側が開口するように構成されており、開口は蓋部(不図示)によって閉じられる。図1には、回転電機ケース32の蓋部を外した状態の回転電機10が描かれている。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram when the
回転電機10、及び、回転電機の冷却構造100は、ハイブリッド自動車や電気自動車などの電動車両に搭載されている。回転電機10は、車両が力行するときは電動機として機能する一方、車両が制動時にあるときは発電機として機能するモータ・ジェネレータである。図1に示すように、回転電機10は、ステータ12と、その内周側に設けられたロータ14とを備える。
The rotary
ステータ12は、ステータコア16と、ステータコア16に巻回されたステータコイルとを備える。ステータコア16は、環状の磁性体部品であり、複数の珪素鋼鈑(電磁鋼鈑)が積層されて構成されている。ステータコア16は、環状で外周側に配設されるヨーク18と、ヨーク18から内径側に突出し周方向に間隔をおいて設けられたティース(不図示)を有する。ステータコイルは、隣接するティースの間の空間であるスロット(不図示)に挿通されてティースに巻回されている。図1には、ステータコア16の端面から突出したステータコイルの部分であるコイルエンド20が示されている。
The
ロータ14は、ロータコア22と、ロータコア22内に配設された永久磁石(不図示)とを備える。ロータコア22は回転軸24に軸支されており、回転軸24は、回転電機ケース32に配置された軸受け(不図示)に回転可能に支持されている。
The
図1に示すように、ロータ14は、ステータ12の内周側に間隙26をあけて配置されている。ステータコア16には、径方向に突出した3つの取付部27が設けられている。ボルト30を、取付部27に設けられた孔28に通過させた後、回転電機ケース32の軸方向の端面に固定することで、ステータ12が回転電機ケース32に取り付けられている。
As shown in FIG. 1, the
回転電機10は、使用に伴いステータコイルに電流が流れることでステータコア16が高温になるため、ステータコア16を冷却する必要がある。そのため、本実施形態では、ステータコア16を冷却する回転電機の冷却構造100を設けている。
In the rotary
図1に示すように、本実施形態の回転電機の冷却構造100は、冷却エレメントケース34と、冷却エレメントケース34内に冷却液を取り入れる外部配管36と、冷却エレメントケース34内から冷却液を排出させる外部配管39と、ポンプ(不図示)と、ラジエータ(不図示)とを備える。回転電機の冷却構造100は、冷却液の循環流路を有し、冷却液の循環流路は、ポンプ、外部配管36、冷却エレメントケース34、外部配管39、ラジエータ、そしてポンプに戻るように形成されている。
As shown in FIG. 1, in the
冷却エレメントケース34は、外部配管36,39の各々が接続されるコネクタ37,40を備える。冷却エレメントケース34は、コネクタ37,40の各々に接続された内部配管38,41と、一端が内部配管38に接続され他端が内部配管41に接続されたウォータジャケット42とを内部に含む。ウォータジャケット42は、内部を冷却液が流れる管状の部材である。冷却エレメントケース34は、例えば、樹脂や金属で形成されている。内部配管38,41も、例えば、樹脂や金属で形成されており剛性を有する。一方、ウォータジャケット42は、例えば、合成ゴム等によって形成されており柔軟性を有する。このように、ウォータジャケット42が柔軟性を有するため、後で詳述するように、本実施形態の回転電機の冷却構造100は、ウォータジャケット42が回転電機ケース32の外周面52に沿って圧接状態で密着するという特徴を有する。
The
図1に示すように、冷却エレメントケース34は、トランスアクスルケース70に固定されている。具体的には、複数のボルト44を、トランスアクスルケース70に設けられた孔46に通過させ、冷却エレメントケース34に設けられた締結孔(不図示)に螺合させることで、冷却エレメントケース34は、トランスアクスルケース70に固定されている。なお、冷却エレメントケース34は、トランスアクスルケース70以外の部材に固定されていてもよい。冷却エレメントケース34がトランスアクスルケース70等に固定されることで、冷却エレメントケース34が回転電機ケース32に接して配置されている。ウォータジャケット42は冷却エレメントケース34から側面が張り出して収納されているので、上記固定時には、冷却エレメントケース34の内部のウォータジャケット42が、回転電機ケース32の外周面52に沿って圧接状態で密着している。
As shown in FIG. 1, the
ここで、回転電機10の冷却動作について説明する。ポンプから送り出された冷却液は、外部配管36を通って冷却エレメントケース34内に流れ込む。そして、冷却液は、冷却エレメントケース34内の内部配管38を通ってウォータジャケット42に達し、冷却液がウォータジャケット42内を流れることにより回転電機ケース32を介してステータコア16の外周面を冷却する。換言すれば、冷却液とステータコア16との間で熱交換をすることで、ステータコア16を冷却する。熱交換により温められた冷却液は、ウォータジャケット42から内部配管41に入り、内部配管41を通って冷却エレメントケース34から排出される。そして、冷却液は、外部配管39を通ってラジエータに送り込まれ、ラジエータにより冷却される。ラジエータにより冷却された冷却液は、ポンプに送られて、再び外部配管36を通って冷却エレメントケース34に送り込まれる。このように、冷却液が循環流路を循環することによって、回転電機のステータコア16が冷却される。
Here, the cooling operation of the rotary
ここで、本実施形態のウォータジャケット42の特徴について、さらに詳しく説明する。図1に示すように、内部配管38,41の各々は回転電機10の軸方向と直交する方向(図1の左右方向)に突出した部分(突出部66,68)を有し、突出部66,68の各々にウォータジャケット42が接続されている。図2は、内部配管38,41の突出部66,68に接続されたウォータジャケット42を示す斜視図であり、冷却エレメントケース34が回転電機ケース32に組み付けられる前のウォータジャケット42の状態を示す斜視図である。図2に示すように、内部配管38の突出部66は軸方向に沿って分岐しており、同様に、内部配管41の突出部68は軸方向に沿って分岐している。そして、突出部66の分岐した各々の端部から、突出部68の分岐した各々の端部に向かって、ウォータジャケット42が架け渡されている。なお、図2では、一例として、突出部66,68の分岐の数は4つであり、ウォータジャケット42の数は4つとなっているが、分岐の数およびウォータジャケット42の数はそれ以外の数であってもよい。
Here, the features of the
冷却エレメントケース34を組み付ける際には、冷却エレメントケース34を回転電機ケース32に向かって押し込んで配置することで、剛性を有する内部配管38,41の突出部66,68により、元々、冷却エレメントケース34から張り出して配置されている4つのウォータジャケット42が回転電機ケース32の外周面52に向かって押圧状態で密着する。すなわち、柔軟性を有するウォータジャケット42が回転電機ケース32の外周面52に圧接し、ウォータジャケット42が回転電機ケース32の外周面52に沿って密着する。換言すれば、柔軟性を有するウォータジャケット42が回転電機ケース32を介してステータコア16の外周面に圧接し、ウォータジャケット42が回転電機ケース32を介してステータコア16の外周面に沿って密着する。よって、ウォータジャケット42に冷却液を流した際には、ステータコア16を効率良く冷却することができる。
When assembling the
次に、本実施形態の回転電機の冷却構造100の作用効果について説明する。
Next, the operation and effect of the
本実施形態の回転電機の冷却構造100は、柔軟性を有するウォータジャケット42が回転電機ケース32を介してステータコア16に圧接するように冷却エレメントケース34が配置されている。よって、ウォータジャケット42が回転電機ケース32を介してステータコア16の外周面に沿って密着するため、ウォータジャケット42に流れる冷却液によりステータコア16を効率良く冷却することができる。また、合成ゴム等から形成されるウォータジャケット42は、その流路の壁を薄くする(例えば薄膜のような状態にする)ことも可能であり、その場合には、冷却液の流路と回転電機ケース32とが著しく接近し、ステータコア16の冷却効率を一段と高めることができる。
In the
また、本実施形態の回転電機の冷却構造100によれば、ウォータジャケット42を回転電機ケース32に圧接するように冷却エレメントケース34を配置することで、ステータコア16を冷却できるので、冷却構造が非常に簡易である。
Further, according to the
また、本実施形態の回転電機の冷却構造100によれば、ウォータジャケット42により回転電機ケース32の外周面52が支持されるので、回転電機ケース32および回転電機10の振動やノイズを効果的に抑制することができる。
Further, according to the
なお、以上説明した実施形態の回転電機の冷却構造100は、ウォータジャケット42が柔軟性を有していたが、ウォータジャケット42は剛性を有するもの(硬い構造体)であってもよい。この場合であっても、ウォータジャケット42を回転電機ケース32の外周面52に沿って密着させることで、ステータコア16を効率良く冷却することができる。
In the
図3は、別の実施形態における回転電機の冷却構造102を回転電機10の軸方向の一方側から見たときの模式構成図である。図3では、図1と同様の部材には同じ符号を付してあり、図1と同様の構造については説明を省略する。この実施形態でも、冷却エレメントケース34はトランスアクスルケース70に固定されている。具体的には、複数のボルト44を、冷却エレメントケース34に設けられた孔58とトランスアクスルケース70に設けられた孔46に通過させてナット60に螺合させることで、冷却エレメントケース34がトランスアクスルケース70に固定されている。
FIG. 3 is a schematic configuration diagram when the
この実施形態では、ステータコア16の外周面54の一部が露出するように、回転電機ケース32の外周壁に孔62が設けられている。そして、冷却エレメントケース34が、その孔62を通してステータコア16の外周面54に接するように配置されている。すなわち、柔軟性を有するウォータジャケット42がステータコア16の外周面54に直接、圧接するように、冷却エレメントケース34が配置されている。これにより、ウォータジャケット42がステータコア16の外周面54に沿って密着している。このように、ウォータジャケット42をステータコア16の外周面54に直接密着させることで、ウォータジャケット42の冷却液により、ステータコア16をさらに効率良く冷却することができる。
In this embodiment, a
10 回転電機、12 ステータ、14 ロータ、16 ステータコア、18 ヨーク、20 コイルエンド、22 ロータコア、24 回転軸、26 間隙、27 取付部、28 孔、30 ボルト、32 回転電機ケース、34 冷却エレメントケース、36,39 外部配管、37,40 コネクタ、38,41 内部配管、42 ウォータジャケット、44 ボルト、46 孔、52,54 外周面、58 孔、60 ナット、62 孔、66,68 突出部、70 トランスアクスルケース、100,102 回転電機の冷却構造。 10 rotary electric machine, 12 stator, 14 rotor, 16 stator core, 18 yoke, 20 coil end, 22 rotor core, 24 rotary shaft, 26 gap, 27 mounting part, 28 holes, 30 bolts, 32 rotary electric machine case, 34 cooling element case, 36,39 external piping, 37,40 connectors, 38,41 internal piping, 42 water jacket, 44 bolts, 46 holes, 52,54 outer surface, 58 holes, 60 nuts, 62 holes, 66,68 protrusions, 70 transformers Axle case, cooling structure for 100,102 rotary electric machines.
Claims (1)
柔軟性を有し冷却液が流れるウォータジャケットと、剛性を有し前記冷却液が流れる2つの内部配管とを内部に含む冷却エレメントケースを備え、
前記2つの内部配管はそれぞれ、前記回転電機の軸方向と直交する方向に突出する突出部を含み、
前記2つの内部配管のそれぞれの前記突出部は、前記ステータコアの周方向に間隔をあけて配置され、前記ステータコアの外周面に向かって突出しており、
前記ウォータジャケットの一端は、前記2つの内部配管のうちの一方の前記突出部に接続されており、前記ウォータジャケットの他端は、前記2つの内部配管のうちの他方の前記突出部に接続されており、
前記ウォータジャケットが前記ステータコアに直接、又は、回転電機ケースを介して圧接するように、前記冷却エレメントケースが配置されている、
ことを特徴とする回転電機の冷却構造。 A cooling structure for a rotary electric machine for cooling a rotary electric machine including a stator having a stator core and a rotor arranged on the inner peripheral side of the stator.
It is provided with a cooling element case that includes a water jacket that is flexible and allows the coolant to flow, and two internal pipes that are rigid and allows the coolant to flow.
Each of the two internal pipes includes a protrusion that protrudes in a direction orthogonal to the axial direction of the rotary electric machine.
The protrusions of each of the two internal pipes are arranged at intervals in the circumferential direction of the stator core, and project toward the outer peripheral surface of the stator core.
One end of the water jacket is connected to the protrusion of one of the two internal pipes, and the other end of the water jacket is connected to the protrusion of the other of the two internal pipes. And
The cooling element case is arranged so that the water jacket is in pressure contact with the stator core directly or via a rotary electric machine case.
The cooling structure of the rotating electric machine is characterized by this.
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