WO2019039243A1 - 回転電機の固定子の冷却構造 - Google Patents

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有 酒井
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株式会社 明電舎
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    • H02K5/1732Means for supporting bearings, e.g. insulating supports or means for fitting bearings in the bearing-shields using bearings with rolling contact, e.g. ball bearings radially supporting the rotary shaft at both ends of the rotor

Definitions

  • the present invention relates to a cooling structure of a stator of a rotating electrical machine.
  • a cooling structure of a stator of a rotating electrical machine one configured to cool a coil end by dripping a refrigerant from above the coil end is known, for example, a coil is formed by concentrated winding
  • a coil is formed by concentrated winding
  • an outer annular oil pipe and an inner annular oil pipe are provided along the coil end, and a plurality of discharges for discharging the cooling oil toward the coil end are respectively provided to these.
  • a cooling device for a vehicular power transmission device is disclosed, in which a hole is formed to supply cooling oil to an annular oil pipe so that the cooling oil is uniformly supplied in the circumferential direction of the coil end.
  • Patent Document 2 a plurality of injection holes are formed at predetermined intervals in an oil passage lid covering the opening surface of a circumferential oil passage extending along the circumferential direction of the motor, and they are adjacent from these injection holes
  • An oil cooling structure of a motor is disclosed in which oil is supplied to all coils by supplying oil toward gaps of the coils.
  • Patent Documents 3 and 4 discharge holes to which the refrigerant is supplied through the flow paths are formed in the side cover for protecting the rotor and the stator, and the refrigerant is discharged from the discharge holes to A cooling structure for a rotating electrical machine is disclosed that improves the cooling efficiency.
  • a refrigerant flow passage pipe extending circumferentially along the axially outer end surface of the rotary electric machine is provided, and the outer peripheral surface of the refrigerant flow passage pipe and the axially outer end surface of the rotary electric machine
  • a cooling structure of a rotating electrical machine is disclosed, in which a plurality of openings communicated in a pipe are formed at opposite positions to enable efficient cooling of the rotating machine.
  • the presence of the bus bar causes the discharge from the refrigerant discharge portion to the coil end.
  • the refrigerant may not reach the coil end depending on the distance between the refrigerant discharge part and the coil end, so that the coil end may not be cooled sufficiently.
  • the present invention is characterized by providing a stator cooling structure of a rotating electrical machine which can reliably cool the stator coil end of each unit coil.
  • a cooling structure of a stator of a rotating electrical machine for solving the above-mentioned problems,
  • a cooling structure of a stator of a rotating electrical machine that cools a stator coil end with a refrigerant,
  • a refrigerant flow path which is disposed opposite to an axial end of the stator coil end and into which a refrigerant is introduced, and protrudes from the refrigerant flow path toward the stator coil end of each unit coil and the refrigerant from the tip thereof
  • an oil guide having a refrigerant discharge portion for discharging the refrigerant introduced into the flow path.
  • the oil guide may be made of an insulator having heat resistance and oil resistance.
  • the coil is characterized by being formed by concentrated winding.
  • the oil guide is disposed to face the stator coil end on the side where the end of the electric wire constituting the coil is located.
  • the refrigerant flow path is characterized in that a tubular body is formed in an arc shape along the arrangement of the stator coil end.
  • the oil guide has another refrigerant discharge portion that discharges the refrigerant from the refrigerant flow path toward the side opposite to the refrigerant discharge portion above the bearing that pivotally supports the rotary shaft of the rotary electric machine. I assume.
  • the stator coil end of each unit coil can be reliably cooled.
  • FIG. 3 is a front view of a direct coupling side oil guide shown in FIG. 2;
  • FIG. 3 is a side view of the direct coupling side oil guide shown in FIG. 2;
  • It is a front view of the anti-direct connection side oil guide shown in FIG.
  • It is a side view of the anti-direct-coupling side oil guide shown in FIG.
  • It is a perspective view which fractures
  • FIGS. 1 to 5 a cooling structure of a stator of a rotating electrical machine according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 5.
  • the rotary electric machine includes a rotary shaft 3 rotatably supported in the casing 1 via a bearing 2, and a rotor fixed to the outer peripheral portion of the rotary shaft 3 (shown in FIG. And a stator 4 disposed opposite to the outer peripheral portion of the rotor via an air gap and fixed to the casing 1.
  • the casing 1 is configured to include a substantially cylindrical frame 11 and an anti-direct connection side bracket 12 and a direct connection side bracket 13 which are attached to the opening of the frame 11.
  • the stator 4 includes a stator core 41 and a stator coil 42 wound around the stator core 41.
  • portions of the stator coil 42 which project from the stator core 41 of the stator in the axial direction on both sides (anti-direct connection side, direct connection side) will be referred to as stator coil ends 42A and 42B.
  • the stator coil 42 is formed by concentrated winding, and the end (outlet line) of the wire constituting each unit coil 42a (see FIG. 5) is disposed on the opposite side of the direct connection.
  • the outlet lines are connected by bus bars 43 for each phase.
  • this rotating electrical machine is provided with a refrigerant supply body for supplying a refrigerant (cooling oil) to the stator coil ends 42A, 42B and so on.
  • the refrigerant supply body is configured to include a refrigerant introduction portion 51 extending along the axial direction, and oil guides 52 and 53 connected to both sides of the refrigerant introduction portion 51 in the axial direction.
  • the refrigerant introduction unit 51 is a hollow cylindrical body, and is fixed to, for example, the frame 11.
  • the refrigerant introduction passage 51 is formed in an elliptical shape in cross section.
  • the refrigerant introducing unit 51 includes an inflow unit 511 for introducing a refrigerant supplied from the outside of the casing 1, refrigerant supply ports 512 and 513 connected to the oil guides 52 and 53, and a stator core 41 for the refrigerant. And a refrigerant supply nozzle 514 for supplying upward.
  • the oil guides 52 and 53 are made of an insulator (for example, resin) having heat resistance and oil resistance, and are fixed to, for example, the brackets 12 and 13, respectively.
  • the oil guides 52 and 53 are formed in a generally arc shape of a tubular body having both ends open, and the both ends extend substantially linearly toward the radially outer side.
  • the arc-shaped portions of the oil guides 52 and 53 will be referred to as arc portions 521 and 531, and the linear portions directed radially outward will be referred to as linear portions 522 and 532.
  • the arc portions 521 and 531 and the straight portions 522 and 532 form a refrigerant flow path.
  • the arc portions 521 and 531 of the oil guides 52 and 53 are disposed to face the axial ends of the stator coil ends 42A and 42B, respectively. Further, the tips (openings) of the straight portions 522 and 532 of the oil guides 52 and 53 are connected to the refrigerant supply ports 512 and 513 of the refrigerant introduction unit 51, respectively.
  • the oil guide 52 includes a refrigerant discharge portion 523 formed at a position facing the stator coil end 42A of each unit coil 42a of the arc portion 521, and a position facing the inner circumferential surface of the casing 1 at the linear portion 522.
  • coolant discharge part) 524 formed in these is provided.
  • the refrigerant discharge portion 523 of the oil guide 52 is a protruding portion extending from the arc portion 521 toward the stator coil end 42A. That is, the refrigerant
  • the refrigerant discharge portion 524 of the oil guide 52 is a projecting portion extending from the straight portion 522 toward the inner peripheral surface side of the casing 1. That is, the refrigerant discharge portion 524 is configured to inject the refrigerant from the tip of the protrusion extending from the straight portion 522 toward the inner peripheral surface of the casing 1.
  • coolant discharge part) 534 formed in these is provided.
  • the refrigerant discharge portion 533 of the oil guide 53 is an opening formed in the arc portion 531, and is configured to inject the refrigerant directly toward the stator coil end 42B from the arc portion 531.
  • the refrigerant discharge portion 534 of the oil guide 53 is formed to protrude toward the inner peripheral surface side of the casing 1 from the linear portion 532. That is, the refrigerant discharge portion 534 is configured to inject the refrigerant from the tip of the protrusion extending from the straight portion 532 toward the inner peripheral surface of the casing 1.
  • the refrigerant discharge portions 523 and 533 of the oil guides 52 and 53 reliably reach the stator coil ends 42A and 42B of each unit coil 42a.
  • the stator coil ends 42A and 42B can be uniformly cooled in the circumferential direction.
  • the arc portion 521 of the oil guide 52 can not be brought close to the stator coil end 42A on the non-direct connection side where the bus bar 43 etc.
  • the refrigerant discharge portion 523 is a stator coil end Since the projection extends toward 42A, the refrigerant can reach the stator coil end 42A of each unit coil 42a, and the stator coil end 42A can be reliably cooled. Further, refrigerant discharge portions 524 and 534 are formed at positions facing the inner peripheral surface of the casing 1 of the straight portions 522 and 532 of the oil guides 52 and 53 so that the refrigerant is supplied toward the inner peripheral surface of the casing 1 By doing this, it is possible to perform cooling and lubrication of the bearing 2 by the refrigerant.
  • the oil guide 52 is formed of an insulator, the refrigerant discharge portion 523 of the oil guide 52 can be extended to the vicinity of the stator coil end 42A. Thus, the refrigerant can be reliably supplied to the stator coil end 42A.
  • the refrigerant discharge portion 533 of the oil guide 53 disposed to face the stator coil end 42B on the direct connection side is an example in which the opening hole formed in the arc portion 531 is used.
  • the refrigerant discharge portion 533 may be formed to protrude from the arc portion 531 toward the stator coil end 42B.
  • the oil guides 52 and 53 are integrally formed.
  • the refrigerant may be jetted from the tip of the protrusion extending from the arc portion 521 toward the inner peripheral surface of the casing 1. If it is possible, for example, the arc portions 521 and 531 may be divided at the lower part to be semicircular. In addition, the length of the refrigerant discharge portion 523 can be changed as necessary.
  • coolant introduction part 51 may be embed
  • stator coil end 42A of each unit coil 42a is , 42B may be provided with a plurality of refrigerant discharge parts.

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Abstract

各単位コイルの固定子コイルエンドを確実に冷却することができる回転電機の固定子の冷却構造を提供するために、冷媒により固定子コイルエンド(42A)の冷却を行う回転電機の固定子の冷却構造に、固定子コイルエンド(42A)の軸方向端部に対向して配置され、冷媒が流通する冷媒流路(521)と、冷媒流路(521)から各単位コイル(42a)の固定子コイルエンド(42A)へ向かって突出しその先端から冷媒を吐出する冷媒吐出部(523)とを有するオイルガイド(52)を設けた。

Description

回転電機の固定子の冷却構造
 本発明は、回転電機の固定子の冷却構造に関する。
 従来、回転電機の固定子の冷却構造として、コイルエンドの上方から冷媒を滴下してコイルエンドを冷却するように構成されたものが知られているが、例えばコイルが集中巻により形成されている場合、周方向に隣接するコイル同士が相互に離間しているため、コイルエンドの上方から冷媒を滴下したとしても、隣接するコイルへ冷媒が伝搬しにくく、効率よくコイルエンドを冷却することができないという問題があった。
 このような問題に対し、下記特許文献1には、コイルエンドに沿って外周環状油管および内周環状油管を設け、これらに、それぞれコイルエンドに向かって冷却油を放出するための複数個の放出穴を形成して、環状油管に冷却油を供給することにより、コイルエンドの周方向に対して均等に冷却油を供給するようにした車両用動力伝達装置の冷却装置が開示されている。
 また、下記特許文献2には、モータの周方向に沿って延在する周方向油路の開口面を覆う油路蓋に複数の噴射孔が所定間隔で形成され、これらの噴射孔から隣接するコイルの隙間に向かってオイルを供給することにより、全てのコイルに対してオイルが供給されるようにしたモータの油冷構造が開示されている。
 また、下記特許文献3,4には、ロータおよびステータを保護するサイドカバーに、流路を介して冷媒が供給される吐出孔を形成し、この吐出孔から冷媒を放出することにより、コイルの冷却効率を向上させるようにした回転電機の冷却構造体が開示されている。
 また、下記特許文献5には、回転電機の軸方向外側端面に沿って円周方向に延びる冷媒流路管を設け、この冷媒流路管の外周面であって回転電機の軸方向外側端面と対向する位置に、管内に連通した複数の開口を形成し、効率よく回転電機を冷却できるようにした回転電機の冷却構造が開示されている。
特開2007-312569号公報 特開2010-57261号公報 特開2014-96876号公報 特開2015-70655号公報 特開2015-211543号公報
 しかしながら、上述した従来の構造においては、例えば各単位コイルを形成している電線の端部(出口線)をバスバーにより接続している場合、このバスバーの存在により冷媒の吐出部からコイルエンドまでの距離が長くなるなど、冷媒の吐出部とコイルエンドとの間の距離によってはコイルエンドに冷媒が到達せず、コイルエンドを十分に冷却することができないおそれがあった。
 このようなことから本発明は、各単位コイルの固定子コイルエンドを確実に冷却することを可能とした回転電機の固定子の冷却構造を提供することを特徴とする。
 上記の課題を解決するための第1の発明に係る回転電機の固定子の冷却構造は、
 冷媒により固定子コイルエンドの冷却を行う回転電機の固定子の冷却構造であって、
 前記固定子コイルエンドの軸方向端部に対向して配置され、冷媒が導入される冷媒流路と、前記冷媒流路から各単位コイルの前記固定子コイルエンドへ向かって突出しその先端から前記冷媒流路に導入された冷媒を吐出する冷媒吐出部とを有するオイルガイドを備える
ことを特徴とする。
 また、第2の発明に係る回転電機の固定子の冷却構造は、第1の発明において、
 前記オイルガイドは耐熱性および耐油性を有する絶縁体からなる
ことを特徴とする。
 また、第3の発明に係る回転電機の固定子の冷却構造は、第1または第2の発明において、
 前記コイルは集中巻により形成されている
ことを特徴とする。
 また、第4の発明に係る回転電機の固定子の冷却構造は、第1から第3のいずれか一つの発明において、
 前記オイルガイドは、前記コイルを構成する電線の端部が位置する側の前記固定子コイルエンドに対向して配置される
ことを特徴とする。
 また、第5の発明に係る回転電機の固定子の冷却構造は、第1から第4のいずれか一つの発明において、
 前記冷媒流路は、管状体を、前記固定子コイルエンドの配置に沿って円弧状に成形してなる
ことを特徴とする。
 また、第6の発明に係る回転電機の固定子の冷却構造は、第1から第5のいずれか一つの発明において、
 前記オイルガイドは、前記回転電機の回転軸を軸支する軸受の上方に、前記冷媒流路から前記冷媒吐出部とは反対側に向かって冷媒を吐出する他の冷媒吐出部を有する
ことを特徴とする。
 本発明に係る回転電機の固定子の冷却構造によれば、各単位コイルの固定子コイルエンドを確実に冷却することができる。
本発明の実施形態に係る回転電機の固定子の冷却構造を模式的に示す部分断面図である。 図1に示す冷媒供給体の斜視図である。 図2に示す直結側オイルガイドの正面図である。 図2に示す直結側オイルガイドの側面図である。 図2に示す反直結側オイルガイドの正面図である。 図2に示す反直結側オイルガイドの側面図である。 図1の一部を破断して示す斜視図である。
 以下、図1から図5を用いて本発明の一実施形態に係る回転電機の固定子の冷却構造について説明する。
 図1に示すように、本実施形態において回転電機は、ケーシング1内に軸受2を介して回転自在に支持される回転軸3と、回転軸3の外周部に固定された回転子(図示せず)と、回転子の外周部にエアギャップを介して対向配置され、ケーシング1に固定される固定子4とを備えている。
 ケーシング1は、概ね円筒状のフレーム11と、このフレーム11の開口部に装着される反直結側ブラケット12および直結側ブラケット13とを含んで構成されている。
 固定子4は、固定子鉄心41と、この固定子鉄心41に巻着された固定子コイル42とを備えている。以下、この固定子コイル42の固定子鉄心41から軸方向両側(反直結側,直結側)に突出している部分を固定子コイルエンド42A,42Bと称する。
 固定子コイル42は、集中巻により形成されており、各単位コイル42a(図5参照)を構成する電線の端部(出口線)は反直結側に配置されている。出口線はバスバー43によって各相ごとに接続されている。
 さらに、図1から図5に示すように、この回転電機は、固定子コイルエンド42A,42B等へ冷媒(冷却油)を供給するための冷媒供給体を備えている。冷媒供給体は、軸方向に沿って延びる冷媒導入部51と、冷媒導入部51の軸方向両側に接続されたオイルガイド52,53とを含んで構成されている。
 冷媒導入部51は中空の筒状体であり、例えばフレーム11に固定されている。本実施形態において冷媒導入路51は断面視楕円形状に形成されている。この冷媒導入部51は、ケーシング1の外部から供給される冷媒を導入するための流入部511と、オイルガイド52,53にそれぞれ接続される冷媒供給口512,513と、冷媒を固定子鉄心41上へ供給するための冷媒供給ノズル514とを有している。
 オイルガイド52,53は耐熱性および耐油性を有する絶縁体(例えば、樹脂)からなり、例えば、ブラケット12,13にそれぞれ固定される。オイルガイド52,53は、両端が開口した管状体を概ね円弧状に成形したものであり、その両端は径方向外側へ向かって概ね直線状に延びている。以下、オイルガイド52,53の円弧状の部分を円弧部521,531、径方向外側へ向かう直線状の部分を直線部522,532と称する。本実施形態では、円弧部521,531および直線部522,532が冷媒流路を構成する。
 このオイルガイド52,53の円弧部521,531は、それぞれ固定子コイルエンド42A,42Bの軸方向端部に対向するように配置される。また、オイルガイド52,53の直線部522,532の先端(開口部)は、冷媒導入部51の冷媒供給口512,513にそれぞれ接続される。
 オイルガイド52には、円弧部521の、各単位コイル42aの固定子コイルエンド42Aに対向する位置に形成された冷媒吐出部523と、直線部522の、ケーシング1の内周面に対向する位置に形成された冷媒吐出部(他の冷媒吐出部)524とが設けられている。
 本実施形態においてオイルガイド52の冷媒吐出部523は、円弧部521から固定子コイルエンド42A側へ向かって延びる突出部となっている。すなわち、冷媒吐出部523は、円弧部521から固定子コイルエンド42Aへ向かって延びる突起の先端から冷媒を噴射させるように構成されている。冷媒吐出部523は、図5に示すように、その先端が出口線の先端やバスバー43の先端よりも固定子コイルエンド42A側に位置するように配置されている。
 また、オイルガイド52の冷媒吐出部524は、直線部522からケーシング1の内周面側へ向かって延びる突出部となっている。すなわち、冷媒吐出部524は、直線部522からケーシング1の内周面へ向かって延びる突起の先端から冷媒を噴射させるように構成されている。
 また、オイルガイド53には、円弧部531の各単位コイル42aの固定子コイルエンド42Bに対向する位置に形成された冷媒吐出部533と、直線部532のケーシング1の内周面に対向する位置に形成された冷媒吐出部(他の冷媒吐出部)534とが設けられている。
 本実施形態においてオイルガイド53の冷媒吐出部533は、円弧部531に形成された開口孔であり、円弧部531から固定子コイルエンド42Bへ向かって直接冷媒を噴射させるように構成されている。
 また、オイルガイド53の冷媒吐出部534は、直線部532からケーシング1の内周面側へ向かって突出して形成されている。すなわち、冷媒吐出部534は、直線部532からケーシング1の内周面へ向かって延びる突起の先端から冷媒を噴射させるように構成されている。
 このように構成される本実施形態に係る回転電機の固定子の冷却構造によれば、オイルガイド52,53の冷媒吐出部523,533から各単位コイル42aの固定子コイルエンド42A,42Bへ確実に冷媒を供給することができるため、固定子コイルエンド42A,42Bを周方向にわたって均一に冷却することができる。
 とくに、バスバー43等が配設される反直結側の固定子コイルエンド42Aに対し、オイルガイド52の円弧部521を近接させることができない場合であっても、冷媒吐出部523を固定子コイルエンド42Aへ向かって延びる突出部としたため、冷媒を各単位コイル42aの固定子コイルエンド42Aへ到達させることができ、固定子コイルエンド42Aを確実に冷却することが可能になる。
 また、オイルガイド52,53の直線部522,532のケーシング1の内周面に対向する位置に冷媒吐出部524,534を形成し、ケーシング1の内周面に向けて冷媒を供給するようにしたことで、冷媒により軸受2の冷却および潤滑も行うことが可能となる。
 また、オイルガイド52を絶縁体により形成したため、当該オイルガイド52の冷媒吐出部523を固定子コイルエンド42Aの近傍まで延設することができる。これにより、確実に冷媒を固定子コイルエンド42Aへ供給することが可能となる。
 なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
 例えば、上述した実施形態では、直結側の固定子コイルエンド42Bに対向して配置されるオイルガイド53の冷媒吐出部533を、円弧部531に形成された開口孔とする例を示したが、冷媒吐出部533は、円弧部531から固定子コイルエンド42B側へ向かって突出して形成されてもよい。
 また、上述した実施形態では、オイルガイド52,53をそれぞれ一体的に形成する例を示したが、円弧部521からケーシング1の内周面へ向かって延びる突起部の先端から冷媒を噴出させることができれば、例えば円弧部521,531を下部で分割して半円状とするなどとしてもよい。
 また、冷媒吐出部523の長さは必要に応じて変更することができる。
 また、上述した実施形態では、冷媒導入部51をケーシング1の内側に設置する例を示したが、冷媒導入部51はフレーム11の内部に埋設されていてもよく、フレーム11に直接形成されてもよい。
 また、上述した実施形態では、オイルガイド52,53の両端を冷媒供給口512,513に接続する例を示したが、円弧部521,531を閉じた形状(円環状)とし、この円環状の部分に冷媒を供給する連通部を接続してもよい。
 また、上述した実施形態では、各単位コイル42aの固定子コイルエンド42A,42Bに対してそれぞれ一つの冷媒吐出部523,533を設ける例を示したが、各単位コイル42aの固定子コイルエンド42A,42Bに対してそれぞれ複数の冷媒吐出部を設けてもよい。
 1 ケーシング
 2 軸受
 3 回転軸
 4 固定子
 11 フレーム
 12 反直結側ブラケット
 13 直結側ブラケット
 41 固定子鉄芯
 42 固定子コイル
 42a 単位コイル
 42A,42B 固定子コイルエンド
 43 バスバー
 51 冷媒導入部
 52,53 オイルガイド
 511 流入部
 512,513 冷媒供給口
 514 冷媒供給ノズル
 521,531 円弧部
 522,532 直線部
 523,524,533,534 冷媒吐出部

Claims (6)

  1.  冷媒により固定子コイルエンドの冷却を行う回転電機の固定子の冷却構造であって、
     前記固定子コイルエンドの軸方向端部に対向して配置され、冷媒が導入される冷媒流路と、前記冷媒流路から各単位コイルの前記固定子コイルエンドへ向かって突出しその先端から前記冷媒流路に導入された冷媒を吐出する冷媒吐出部とを有するオイルガイドを備える
    ことを特徴とする回転電機の固定子の冷却構造。
  2.  前記オイルガイドは耐熱性および耐油性を有する絶縁体からなる
    ことを特徴とする請求項1記載の回転電機の固定子の冷却構造。
  3.  前記コイルは集中巻により形成されている
    ことを特徴とする請求項1または請求項2記載の回転電機の固定子の冷却構造。
  4.  前記オイルガイドは、前記コイルを構成する電線の端部が位置する側の前記固定子コイルエンドに対向して配置される
    ことを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の回転電機の固定子の冷却構造。
  5.  前記冷媒流路は、管状体を、前記固定子コイルエンドの配置に沿って円弧状に成形してなる
    ことを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の回転電機の固定子の冷却構造。
  6.  前記オイルガイドは、前記回転電機の回転軸を軸支する軸受の上方に、前記冷媒流路から前記冷媒吐出部とは反対側に向かって冷媒を吐出する他の冷媒吐出部を有する
    ことを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の回転電機の固定子の冷却構造。
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