WO2017082023A1 - 回転電機 - Google Patents

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    • H02K3/24—Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors with channels or ducts for cooling medium between the conductors
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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    • H02K5/203—Casings or enclosures characterised by the shape, form or construction thereof with channels or ducts for flow of cooling medium specially adapted for liquids, e.g. cooling jackets

Definitions

  • the present invention relates to a rotating electrical machine, and more particularly to a rotating electrical machine having a cooling channel.
  • Rotating electric machines are used as power sources for hybrid cars and electric cars.
  • the rotating electric machine needs to be cooled in order to generate heat during use.
  • a rotating electrical machine disclosed in Patent Document 1 a rotor and a stator are arranged in a housing, and a flow path for coolant is provided inside the housing.
  • the flow path is provided in the upper part of the housing along the axial direction of the rotation shaft, and supplies the coolant to the inside of the housing.
  • a flow path through which a coolant is supplied is provided inside the housing. And a cooling fluid is supplied with respect to an outer periphery of a stator and a coil through a several ejection hole from this flow path.
  • a cooling fluid is supplied with respect to an outer periphery of a stator and a coil through a several ejection hole from this flow path.
  • An object of the present invention is to efficiently cool the stator and the coil by suppressing the flow rate of the coolant.
  • a rotating electrical machine includes a rotating shaft, a rotor provided on the rotating shaft, a stator, and a housing.
  • the stator includes a stator core disposed on the outer periphery of the rotor, and a coil having an end coil wound around the stator core and exposed from the stator core in a direction along the axial direction of the rotation shaft.
  • the housing supports the rotating shaft in a rotatable manner, and houses a rotor and a stator therein, and an inner wall surface is formed with a series housing flow path through which a coolant for cooling the outer periphery of the stator core and the end coil flows.
  • stator core and the end coil are cooled through a series housing flow path formed on the inner wall surface of the housing. That is, the coolant flows in series in the housing flow path to cool the stator core and the end coil, so that each part can be efficiently cooled with less coolant compared to the conventional configuration in which the coolant flows. can do.
  • the housing has an inlet for allowing the coolant to flow into the housing flow path. Then, the coolant is introduced into the housing flow path from the inlet, flows along the outer periphery of the stator core, and then flows toward the end coil.
  • the end coil becomes hotter. Therefore, if the coolant is allowed to flow from the end coil side toward the stator core, the coolant heated by the end coil flows to the stator core, and the stator core cannot be efficiently cooled.
  • the coolant is allowed to flow from the stator core having a low temperature toward the end coil having a high temperature.
  • the housing further includes a pair of covers which are arranged at both ends in the axial direction of the rotation axis of the housing so as to face the end coil and are formed integrally or separately from the housing.
  • a shaft end flow path communicating with the housing flow path is formed between the axial end face of the stator core and each cover.
  • the coolant flowing through the housing flow path is supplied to the shaft end flow path.
  • an end coil can be cooled efficiently because a cooling fluid flows through this shaft end channel.
  • the housing has a discharge port for discharging the coolant from the shaft end flow path to the drain.
  • the housing flow path has an annular flow path and an axial flow path.
  • the annular channel is formed over the entire circumference of the inner wall surface of the housing.
  • the axial flow path extends to the outer peripheral side of the end coil in the direction along the axial direction of the rotating shaft on the inner wall surface of the housing, and communicates with the annular flow path.
  • the shaft end flow path communicates with the axial flow path.
  • the stator and the coil can be efficiently cooled while suppressing the total flow rate of the coolant.
  • FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a rotating electrical machine according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 shows a rotating electrical machine 1 according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a longitudinal sectional view of the rotating electrical machine 1.
  • the rotating electrical machine 1 is detachably mounted on a rotating shaft 2, a rotor 3 provided on the rotating shaft 2, a stator 4, a housing 5, a first cover 6 formed integrally with the housing 5, and the housing 5.
  • Second cover 7 is provided.
  • Both ends of the rotary shaft 2 are rotatably supported by the first cover 6 and the second cover 7 by bearings 10 and 11, respectively, thereby being supported by the housing 5.
  • the rotor 3 is mounted on the rotary shaft 2 and has a rotor core 13 and a pair of end plates 14a and 14b.
  • the rotor core 13 is configured by laminating a plurality of magnetic plates along the axial direction of the rotary shaft 2.
  • the pair of end plates 14 a and 14 b are attached to both ends of the rotor core 13 in the axial direction.
  • the stator 4 has a stator core 16 and a coil 17.
  • the stator core 16 is formed by laminating a plurality of magnetic plates along the axial direction of the rotary shaft 2.
  • the coil 17 is wound around the stator core 16 and has substantially the same length as the rotor core 13 in the axial direction.
  • the coil 17 has end coils 17a and 17b exposed from the stator core 16 in the direction along the axial direction.
  • the housing 5 has a first cover 6 on one end side in the axial direction and is formed in a cylindrical shape with the other end side opened.
  • the second cover 7 is attached to the other end side.
  • the rotor 3 and the stator 4 are accommodated in the housing 5.
  • the first sleeve 21 and the second sleeve 22 are disposed on the inner peripheral surfaces of both end portions in the axial direction of the housing 5.
  • the first sleeve 21 is disposed between the first cover 6 and one end face of the stator core 16 so as to face the end coil 17a in the radial direction.
  • the second sleeve 22 is disposed between the second cover 7 and the other end face of the stator core 16 so as to face the end coil 17b in the radial direction.
  • the first and second sleeves 21 and 22 are made of an insulating material in order to insulate the end coils 17 a and 17 b from the housing 5.
  • Seal members 24 and 25 are disposed between the first cover 6 and the end surface of the first sleeve 21 and between the second cover 7 and the second sleeve 22, respectively.
  • a sealing member is provided between one end face of the stator core 16 and the end face of the first sleeve 21, and between the other end face of the stator core 16 and the end face of the second sleeve 22. May be arranged.
  • the rotating electrical machine 1 has a cooling structure for cooling the stator core 16 and the end coils 17a and 17b mainly with a coolant.
  • the cooling structure includes a housing flow path 28 formed in the housing 5 and a shaft end flow path 29 formed between the housing 5 and the first and second covers 6 and 7.
  • the housing flow path 28 has an annular groove (annular flow path) 28a and an axial groove (axial flow path) 28b as shown in FIGS. 2 is a front sectional view of the housing 5, and FIG. 3 is an external perspective view of the housing 5. As shown in FIG.
  • the annular groove 28 a is formed over the entire circumference of the inner wall surface of the housing 5. Although the annular groove 28 a is shorter than the stator core 16 in the axial direction, the annular groove 28 a is formed to have substantially the same length as the entire length of the stator core 16. An inflow port 5 a that communicates with the annular groove 28 a is formed at the lower end portion of the housing 5 so as to penetrate the housing 5.
  • the axial groove 28b extends in the axial direction.
  • the axial groove 28 b communicates with the annular groove 28 a and extends from the end of the first cover 6 to the second cover 7. That is, the axial groove 28 b is formed to extend from the outer periphery of the first sleeve 21 to the outer periphery of the second sleeve 22.
  • the first and second sleeves 21 and 22 are formed with communication holes 21a and 22a penetrating in the radial direction so as to communicate with the axial groove 28b, respectively.
  • the shaft end flow path 29 has a first shaft end flow path 29a on the first cover 6 side and a second shaft end flow path 29b on the second cover 7 side.
  • the first shaft end flow path 29 a communicates with the axial groove 28 b of the housing flow path 28 through the communication hole 21 a of the first sleeve 21.
  • the second shaft end flow path 29 b communicates with the axial groove 28 b of the housing flow path 28 through the communication hole 22 a of the second sleeve 22.
  • the first shaft end flow passage 29 a is formed between one end surface (axial end surface) of the stator core 16 and the first cover 6. That is, the first shaft end flow passage 29a is formed so that the coolant flows through the axial end surface and the outer peripheral portion of the end coil 17a. Further, the second shaft end flow path 29 b is formed between the other end surface (end surface in the axial direction) of the stator core 16 and the second cover 7. That is, the second shaft end flow path 29b is formed so that the coolant flows through the axial end surface and the outer peripheral portion of the end coil 17b.
  • the lower ends of the first sleeve 21 and the second sleeve 22 are respectively formed with holes 21b and 22b penetrating in the radial direction, and the lower end of the housing 5 is connected to the lower ends of the housing 5 so as to communicate with these holes 21b and 22b.
  • a first outlet 5b and a second outlet 5c are formed. These first and second outlets 5b and 5c are connected to a drain.
  • the coolant flows through the first serial flow path of the inflow port 5a ⁇ the annular groove 28a ⁇ the axial groove 28b ⁇ the first shaft end flow path 29a ⁇ the first discharge port 5b.
  • the outer periphery and one end coil 17a can be cooled.
  • the second serial flow path of the inlet 5a ⁇ the annular groove 28a ⁇ the axial groove 28b ⁇ the second shaft end flow path 29b ⁇ the second discharge port 5c the outer periphery of the stator core 16 and the other end
  • the coil 17b can be cooled.
  • stator core 16 and the end coils 17a and 17b can be cooled by flowing a cooling liquid along a series flow path. Therefore, the required flow rate of the cooling liquid can be suppressed and the cooling liquid pump can be reduced in size as compared with the case where the cooling liquid is flowed in parallel and cooled.
  • the coolant is supplied to the stator core 16 having a relatively low temperature and then to the end coils 17a and 17b having a temperature higher than that of the stator core 16, the stator core 16 and the end coils 17a and 17b are efficiently cooled. Can do.
  • the coolant inlet 5a is provided at the lower end of the housing 5.
  • the inlet 5'd is formed at the upper portion of the housing 5 ', along the annular groove 28a.
  • the coolant may flow in one direction and flow in the axial groove 28b.
  • the stator and the coil can be efficiently cooled while suppressing the total flow rate of the coolant.

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Abstract

冷却液の流量を抑えて、効率的にステータ及びコイルを冷却できるようにする。この回転電機（１）は、回転軸（２）と、回転軸（２）に設けられたロータ（３）と、ステータ（４）と、ハウジング（５）と、を備えている。ステータ（４）は、ロータ（３）の外周に配置されたステータコア（１６）と、ステータコア（１６）に巻回されるとともに回転軸（２）の軸方向に沿った方向においてステータコア（１６）から露出するエンドコイル（１７ａ，１７ｂ）を有するコイル（１７）と、を有する。ハウジング（５）は、回転軸（２）を回転自在に支持するとともに、内部にロータ（３）及びステータ（４）が収容され、内壁面にステータコア（１６）の外周及びエンドコイル（１７ａ，１７ｂ）を冷却するための冷却液が流通する直列のハウジング流路（２８）が形成されている。

Description

回転電機
　本発明は、回転電機、特に冷却用の流路を有する回転電機に関する。
　ハイブリッドカー及び電気自動車などの動力源として回転電機が用いられている。回転電機は、使用中に発熱するために冷却する必要がある。例えば特許文献１に示された回転電機は、ハウジング内にロータ及びステータが配置されており、さらにハウジング内部に冷却液用の流路が設けられている。流路は、ハウジングの上部に回転軸の軸方向に沿って設けられ、ハウジングの内部に冷却液を供給する。
特開２０１４－１０７９０５号公報
　特許文献１の回転電機では、前述のように、ハウジング内部に冷却液が供給される流路が設けられている。そして、この流路から複数の噴出孔を通してステータ外周及びコイルに対して冷却液が供給される。このような構成では、流路から複数の噴出孔を通してステータ外周及びコイルに並列的に冷却液が供給されるために、冷却液のトータル流量を多くする必要がある。
　本発明の課題は、冷却液の流量を抑えて、効率的にステータ及びコイルを冷却できるようにすることにある。
　（１）本発明に係る回転電機は、回転軸と、回転軸に設けられたロータと、ステータと、ハウジングと、を備えている。ステータは、ロータの外周に配置されたステータコアと、ステータコアに巻回されるとともに回転軸の軸方向に沿った方向においてステータコアから露出するエンドコイルを有するコイルと、を有する。ハウジングは、回転軸を回転自在に支持するとともに、内部にロータ及びステータが収容され、内壁面にステータコアの外周及びエンドコイルを冷却するための冷却液が流通する直列のハウジング流路が形成されている。
　ここでは、ハウジングの内壁面に形成された直列のハウジング流路を通して、ステータコア及びエンドコイルが冷却される。すなわち、冷却液は、ハウジング流路を直列的に流通してステータコア及びエンドコイルを冷却するので、従来の並列的に冷却液を流す構成に比較して、少ない冷却液で各部を効率的に冷却することができる。
　（２）好ましくは、ハウジングは、ハウジング流路に冷却液を流入するための流入口を有している。そして、冷却液は、流入口からハウジング流路に導入され、ステータコア外周に沿って流れた後にエンドコイルに向かって流れる。
　ここで、ステータコアとエンドコイルでは、エンドコイルの方が高温になる。したがって、仮に冷却液をエンドコイル側からステータコアに向かって流すと、エンドコイルによって加熱された冷却液がステータコアに流れ、ステータコアを効率よく冷却することができない。
　そこで、ここでは、温度の低いステータコアから温度の高いエンドコイルに向かって冷却液を流すようにしている。
　（３）好ましくは、ハウジングの回転軸の軸方向両端部に、エンドコイルと対向するように配置され、ハウジングと一体又は別体で形成された１対のカバーをさらに備えている。そして、ステータコアの軸方向端面と各カバーとの間にはハウジング流路に連通する軸端流路が形成されている。
　ここでは、ハウジング流路を流れた冷却液は軸端流路に供給される。そして、この軸端流路を冷却液が流れることによって、エンドコイルを効率よく冷却することができる。
　（４）好ましくは、ハウジングは、軸端流路からの冷却液をドレンに排出するための排出口を有している。
　（５）好ましくは、ハウジング流路は、環状流路と軸方向流路とを有している。環状流路はハウジングの内壁面の全周にわたって形成されている。軸方向流路は、ハウジングの内壁面に、回転軸の軸方向に沿った方向にエンドコイルの外周側にまで延び、環状流路に連通する。
　（６）好ましくは、軸端流路は軸方向流路に連通している。
　以上のような本発明では、冷却液のトータル流量を抑えて、効率的にステータ及びコイルを冷却することができる。
本発明の一実施形態による回転電機の縦断面図。 回転電機のハウジングの正面断面図。 ハウジングの外観斜視図。 他の実施形態によるハウジングの正面断面図。
　本発明の一実施形態による回転電機１を図１に示している。図１は回転電機１の縦断面図である。回転電機１は、回転軸２と、回転軸２に設けられたロータ３と、ステータ４と、ハウジング５と、ハウジング５と一体で形成された第１カバー６と、ハウジング５に取り外し自在に装着された第２カバー７と、を備えている。
　［装置構成］
　回転軸２は、両端がそれぞれ軸受１０，１１によって第１カバー６及び第２カバー７に回転自在に支持され、これにより、ハウジング５に支持されている。
　ロータ３は、回転軸２に装着されており、ロータコア１３と、１対のエンドプレート１４ａ，１４ｂと、を有している。ロータコア１３は複数の磁性体プレートを回転軸２の軸方向に沿って積層して構成されている。１対のエンドプレート１４ａ，１４ｂは、それぞれロータコア１３の軸方向の両端に装着されている。
　ステータ４は、ステータコア１６と、コイル１７と、を有している。ステータコア１６は、複数の磁性体プレートを回転軸２の軸方向に沿って積層して形成されている。コイル１７は、ステータコア１６に巻回されており、軸方向において、ロータコア１３とほぼ同じ長さを有している。また、コイル１７は、軸方向に沿った方向において、ステータコア１６から露出したエンドコイル１７ａ，１７ｂを有している。
　ハウジング５は、軸方向の一端側に第１カバー６を有するとともに、他端側が開放された円筒形状に形成されている。そして、この他端側に第２カバー７が装着されている。このハウジング５の内部に、ロータ３及びステータ４が収容されている。
　ハウジング５の軸方向両端部の内周面には、第１スリーブ２１及び第２スリーブ２２が配置されている。第１スリーブ２１は、第１カバー６とステータコア１６の一方の端面との間に、エンドコイル１７ａと径方向で対向するように配置されている。また、第２スリーブ２２は、第２カバー７とステータコア１６の他方の端面との間に、エンドコイル１７ｂと径方向で対向するように配置されている。なお、第１及び第２スリーブ２１，２２はエンドコイル１７ａ，１７ｂとハウジング５とを絶縁するために絶縁性の材料で形成されている。
　第１カバー６と第１スリーブ２１の端面との間、及び第２カバー７と第２スリーブ２２との間には、それぞれシール部材２４，２５が配置されている。なお、図１では設けられていないが、ステータコア１６の一方の端面と第１スリーブ２１の端面との間、及びステータコア１６の他方の端面と第２スリーブ２２の端面との間に、それぞれシール部材を配置してもよい。
　［冷却構造］
　この回転電機１は、主にステータコア１６及びエンドコイル１７ａ，１７ｂを冷却液で冷却するための冷却構造を有している。冷却構造は、ハウジング５に形成されたハウジング流路２８と、ハウジング５と第１及び第２カバー６，７との間に形成された軸端流路２９と、を有している。
　ハウジング流路２８は、図２及ぶ図３に示すように、環状溝（環状流路）２８ａと軸方向溝（軸方向流路）２８ｂと、を有している。なお、図２はハウジング５の正面断面図であり、図３はハウジング５の外観斜視図である。
　環状溝２８ａは、ハウジング５の内壁面の全周にわたって形成されている。環状溝２８ａは、軸方向において、ステータコア１６よりは短いが、ステータコア１６の全長とほぼ同じ長さに形成されている。また、ハウジング５の下端部には、環状溝２８ａに連通する流入口５ａがハウジング５を貫通して形成されている。
　軸方向溝２８ｂは、軸方向に延びて形成されている。軸方向溝２８ｂは、環状溝２８ａと連通し、第１カバー６の端部から第２カバー７にまで延びて形成されている。すなわち、軸方向溝２８ｂは第１スリーブ２１の外周から第２スリーブ２２の外周にまで延びて形成されている。また、第１及び第２スリーブ２１，２２には、それぞれ軸方向溝２８ｂに連通するように、径方向に貫通する連絡孔２１ａ，２２ａが形成されている。
　軸端流路２９は、第１カバー６側の第１軸端流路２９ａと、第２カバー７側の第２軸端流路２９ｂと、を有している。第１軸端流路２９ａは第１スリーブ２１の連絡孔２１ａを介してハウジング流路２８の軸方向溝２８ｂと連通している。また、第２軸端流路２９ｂは第２スリーブ２２の連絡孔２２ａを介してハウジング流路２８の軸方向溝２８ｂと連通している。
　第１軸端流路２９ａは、ステータコア１６の一方の端面（軸方向の端面）と第１カバー６との間に形成されている。すなわち、第１軸端流路２９ａは、エンドコイル１７ａの軸方向端面と外周部とに冷却液を流すように形成されている。また、第２軸端流路２９ｂは、ステータコア１６の他方の端面（軸方向の端面）と第２カバー７との間に形成されている。すなわち、第２軸端流路２９ｂは、エンドコイル１７ｂの軸方向端面と外周部とに冷却液を流すように形成されている。
　第１スリーブ２１及び第２スリーブ２２の下端部には、それぞれ径方向に貫通する孔２１ｂ，２２ｂが形成され、これらの孔２１ｂ，２２ｂと連通するように、ハウジング５の下端部には、第１排出口５ｂ及び第２排出口５ｃが形成されている。これらの第１及び第２排出口５ｂ，５ｃはドレンに接続されている。
　以上のような構成では、流入口５ａ→環状溝２８ａ→軸方向溝２８ｂ→第１軸端流路２９ａ→第１排出口５ｂの第１直列流路に冷却液を流すことによって、ステータコア１６の外周及び一方のエンドコイル１７ａを冷却することができる。また、流入口５ａ→環状溝２８ａ→軸方向溝２８ｂ→第２軸端流路２９ｂ→第２排出口５ｃの第２直列流路に冷却液を流すことによって、ステータコア１６の外周及び他方のエンドコイル１７ｂを冷却することができる。
　ここでは、ステータコア１６及びエンドコイル１７ａ，１７ｂを、それぞれ直列の流路に沿って冷却液を流すことによって冷却することができる。したがって、従来の並列的に冷却液を流して冷却する場合に比較して、冷却液の必要流量を抑えることができ、冷却液用のポンプを小型化することができる。
　また、冷却液を、比較的温度の低いステータコア１６に流し、その後ステータコア１６よりも温度が高くなるエンドコイル１７ａ，１７ｂに流しているので、ステータコア１６及びエンドコイル１７ａ，１７ｂを効率よく冷却することができる。
　［他の実施形態］
　本発明は以上のような実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱することなく種々の変形又は修正が可能である。
　前記実施形態では、ハウジング５の下端部に冷却液の流入口５ａを設けたが、図４に示すように、ハウジング５’の上部に流入口５’ｄを形成し、環状溝２８ａに沿って一方向に冷却液を流して軸方向溝２８ｂに流すようにしてもよい。
　本発明の回転電機では、冷却液のトータル流量を抑えて、効率的にステータ及びコイルを冷却することができる。
１　回転電機
２　回転軸
３　ロータ
４　ステータ
５　ハウジング
５ａ　流入口
５ｂ，５ｃ　排出口
６　第１カバー
７　第２カバー
１６　ステータコア
１７　コイル
１７ａ，１７ｂ　エンドコイル
２８　ハウジング流路
２８ａ　環状溝（環状流路）
２８ｂ　軸方向溝（軸方向流路）
２９　軸端流路

Claims (6)

  1. 　回転軸と、
    　前記回転軸に設けられたロータと、
    　前記ロータの外周に配置されたステータコアと、前記ステータコアに巻回されるとともに前記回転軸の軸方向に沿った方向において前記ステータコアから露出するエンドコイルを有するコイルと、を有するステータと、
    　前記回転軸を回転自在に支持するとともに、内部に前記ロータ及びステータが収容され、内壁面に前記ステータコアの外周及び前記エンドコイルを冷却するための冷却液が流通する直列のハウジング流路が形成されたハウジングと、
    を備えた回転電機。
  2. 　前記ハウジングは、前記ハウジング流路に冷却液を流入するための流入口を有し、
    　冷却液は、前記流入口から前記ハウジング流路に導入され、前記ステータコア外周に沿って流れた後に前記エンドコイルに向かって流れる、
    請求項１に記載の回転電機。
  3. 　前記ハウジングの前記回転軸の軸方向両端部に、前記エンドコイルと対向するように配置され、前記ハウジングと一体又は別体で形成された１対のカバーをさらに備え、
    　前記ステータコアの軸方向端面と前記各カバーとの間には前記ハウジング流路に連通する軸端流路が形成されている、
    請求項１又は２に記載の回転電機。
  4. 　前記ハウジングは、前記軸端流路からの冷却液をドレンに排出するための排出口を有している、請求項３に記載の回転電機。
  5. 　前記ハウジング流路は、
    　前記ハウジングの内壁面の全周にわたって形成された環状流路と、
    　前記ハウジングの内壁面に、前記回転軸の軸方向に沿った方向に前記エンドコイルの外周側にまで延び、前記環状流路に連通する軸方向流路と、
    を有する、
    請求項１から４のいずれかに記載の回転電機。
  6. 　前記軸端流路は前記軸方向流路に連通している、請求項５に記載の回転電機。
PCT/JP2016/081302 2015-11-13 2016-10-21 回転電機 Ceased WO2017082023A1 (ja)

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