WO2020049830A1 - 界磁巻線を含む回転子の冷却構造 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a cooling structure for a rotor of a winding field type synchronous machine including a field winding in the rotor.
- PMSM permanent magnet type synchronous machine
- WFSM wound ⁇ synchronous ⁇ machine
- an object of the present invention is to provide a cooling structure of a rotor including a field winding capable of reliably cooling a central portion of a winding while maintaining productivity and strength.
- the shaft includes a plurality of shaft-side oil passages penetrating between the hollow portion and the outer peripheral surface of the shaft in a circumferential direction
- the steel plate includes one or a plurality of oil passage holes smaller than the radial width of the back yoke at positions facing the slots of the back yoke, respectively.
- the oil passage hole is formed so as to partially or entirely overlap in the radial direction and the circumferential direction with respect to the oil passage hole formed in the steel plate adjacent in the axial direction,
- the oil passage hole formed in the back yoke of at least one of the steel plates opens radially inward of the back yoke,
- the oil passage hole formed in the back yoke of at least one other steel plate is opened radially outward of the back yoke,
- the opening on the outer peripheral surface side of the shaft-side oil passage is disposed at a position facing the oil passage hole opened radially inward of the back yoke.
- a cooling structure of a rotor including a field winding for solving the above-mentioned problems, according to the first invention
- the steel plates located on both sides in the axial direction each have the oil passage hole that opens radially inward of the back yoke
- At least two steel plates located at the axial center portion have the oil passage holes that open radially outward of the back yoke
- the rotor core has a steel plate that is interposed between the two steel plates located at the center in the axial direction and does not have the oil passage hole.
- the radially central side of the winding can be reliably cooled while maintaining productivity and strength.
- FIG. 2 is a cross-sectional view along the axial direction of a rotor of the salient pole type rotating electric machine according to the embodiment of the present invention.
- FIG. 2 is an enlarged view of a shaft and a rotor core shown in FIG. 1. It is a front view of each steel plate shown in FIG.
- a winding field type synchronous machine 1 is rotatably held on a substantially cylindrical stator 10 fixed to a frame or the like (not shown) and an inner peripheral side of the stator 10. Rotor 20.
- the stator 10 includes a stator core 11 and a winding (stator winding) 12 wound around the stator core 11.
- the winding 12 is wound around a plurality (36 in this embodiment) of teeth 11 a provided radially inside the stator core 11.
- the rotor 20 includes a shaft 21, a rotor core 22 fixed to the shaft 21, and a winding (rotor field winding) 23 wound around the rotor core 22.
- the shaft 21 has a hollow portion 21a and a shaft-side oil passage 21b extending from the hollow portion 21a toward the outer peripheral surface of the shaft 21.
- the rotor core 22 includes a cylindrical back yoke 22a and a plurality (six in this embodiment) of teeth 22b radially extending radially outward from the outer peripheral surface of the back yoke 22a.
- the back yoke 22a is provided with a core-side oil passage 22c that communicates the inner peripheral surface and the outer peripheral surface.
- the winding 23 is formed by winding a coil wire 23a around a tooth 22b as shown in FIG.
- 24 shown in FIG. 2 is a bobbin.
- the hollow portion 21a of the shaft 21 is open at one axial end.
- the shaft-side oil passage 21b is formed at a position facing the steel plates 22A 1 and 22B 1 described later in the axial direction (hereinafter, the shaft-side oil passage formed at a position facing the steel plate 22A 1 is referred to as 21b). 1, referred to the shaft-side oil passage formed in a position opposed to the steel plate 22B 1 and 21b 2).
- a plurality of shaft-side oil passages 21b 1 and 21b 2 are provided in the circumferential direction along the radial direction so as to communicate between the hollow portion 21a and oil passage holes 22c A1 and 22c B1 (twelve in this embodiment). Is formed.
- the rotor core 22 includes a plurality of thin steel plates 22A 1 to 22A 6 and 22B 6 to 22B 1 laminated in the axial direction, and the steel plates 22A 1 to 22A are provided at both ends in the axial direction.
- the steel plates 22C 2 and 22D 2 having a greater width in the axial direction are arranged.
- the core-side oil passage 22c is constituted by holes formed at different positions in the steel plates 22A 1 to 22A 6 and holes formed at different positions in the steel plates 22B 1 to 22B 6 (hereinafter, referred to as “holes”).
- the holes formed in the steel plates 22A 1 to 22A 6 are oil passage holes 22c A1 to 22c A6
- the holes formed in the steel plates 22B 1 to 22B 6 are oil passage holes 22c B1 to 22c B6 respectively. Name).
- the oil passage holes 22c A1 to 22c A6 and 22c B1 to 22c B6 are respectively provided at two positions on the back yoke 22a facing the space between the teeth 22b (slot 22d) adjacent to each other in the circumferential direction. Each is formed in a total of 12 places.
- the oil passage holes 22c A1 to 22c A6 and 22c B1 to 22c B6 are each formed to be smaller than the radial width of the back yoke 22a.
- the oil passage holes 22c A1 to 22c A6 and 22c B1 to 22c B6 are adjacent to each other in the axial direction of each of the steel plates 22A 1 to 22A 6 and 22B 1 to 22B 6 and are located at the same position in the circumferential direction. It is formed so as to partially overlap in the radial direction.
- the steel plate 22A 1 and the steel plate 22B 1, the steel plate 22A 2 and the steel plate 22B 2, the steel plate 22A 3 and the steel plate 22B 3, the steel plate 22A 4 and the steel plate 22B 4, the steel plate 22A 5 and the steel plate 22B 5, and the steel plate 22A 6 steel 22B 6 have holes at the same position.
- oil passage holes 22c A1 and 22c B1 formed in the steel plates 22A 1 and 22B 1 disposed on the outermost side in the axial direction are opened radially inward, and the innermost in the axial direction (the steel plates 22C 2 and 22C 2) .
- 22D steel sheet 22A 6 disposed on the position) adjacent to the 2, 22B 6 in the formed oil passage hole 22c A6, 22c B6 is open radially outward of the back yoke 22a.
- the core-side oil passage 22c is in a state of communication between the surface contacting the shaft 21 and the surface facing the winding 23, and the cooling oil from the hollow portion 21a of the shaft 21 to the winding 23 through the rotor core 22 is formed.
- the steel plates 22C 1 , 22C 2 , 22D 1 , and 22D 2 are not provided with a core-side oil passage.
- the cooling oil flows from the inside of the hollow portion 21a of the shaft 21 through the shaft-side oil passages 21b 1 and 21b 2 , respectively, into the oil passage holes 22c A1 to 22c A6 and the oil passage holes 22c B1 to 22c.
- the fuel is injected toward the winding 23 through B6 , and the rotor core 22 and the winding 23 are cooled.
- the steel plates 22A 1 to 22A 6 and 22B 1 to 22B 6 can be integrally formed without being divided. In addition, accuracy and assemblability are improved as compared with the case where a steel sheet is divided.
- the cooling oil supplied through the hollow portion 21a of the shaft 21 can be injected from the root portion of the teeth 22b toward the winding 23 when the rotor core 22 rotates, through the inside of the rotor core 22. Since the cooling oil can be directly injected into the central portion of the peripheral surface, the central portion of the winding 23 can be sufficiently cooled, and the cooling performance is improved.
- the positions of the oil passage holes 22c A1 to 22c A6 and 22c B1 to 22c B6 are different for each of the steel plates 22A 1 to 22A 6 and 22B 1 to 22B 6 , so that the cooling oil injection port can be located at an arbitrary position. Can be set, and the convenience is improved.
- the rotor 20 has the twelve steel plates 22A 1 to 22A 6 and 22B 1 to 22B 6 having the core-side oil passage is described, but the number of the steel plates is limited to the above-described embodiment. It is not something to be done.
- the oil passage holes 22c A1 to 22c A6 and 22c B1 to 22c B6 formed in the steel plates 22A 1 to 22A 6 and 22B 1 to 22B 6 are adjacent to each other in the axial direction.
- the core-side oil passage may be the same position for a plurality of steel plates adjacent in the axial direction. Absent.
- At least the oil passage holes 22c A1 and 22c B1 formed in the steel plates 22A 1 and 22B 1 disposed at the most outer side in the axial direction are opened radially inward, and the innermost in the axial direction.
- steel sheet 22A disposed on the (steel plate 22C 2, 22D 2 to position adjacent) 6, 22B 6 in the formed oil passage hole 22c A6, 22c B6 is open radially outward of the back yoke 22a
- the present invention is not limited to the above-described embodiment, and the position of the opening of the core-side oil passage 22c can be changed as necessary.
- the core-side oil passage 22c is arranged at a position symmetrical with respect to the center in the axial direction.
- the position of the core-side oil passage 22c may be determined as necessary.
- the present invention is not limited to the embodiment.
- the steel plates 22C 1 and 22D 1 and the steel plates 22C 2 and 22D 2 have an example in which the width in the axial direction is larger than the steel plates 22A 1 to 22A 6 and 22B 6 to 22B 1.
- 1, 22D 1 and the steel plate 22C 2, 22D 2 in the axial width is arbitrary, but is not limited to the embodiments described above.
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Abstract
生産性および強度を維持しつつ巻線の中央部を確実に冷却可能な界磁巻線を含む回転子の冷却構造を提供する。 鋼板22A1~22An,22B1~22Bnの、バックヨーク22aのスロット22dに対向する位置にそれぞれ軸方向に隣接する鋼板に形成されたものに対して径方向及び周方向に一部または全部が重なるように形成された油路用孔22cA1~22cA6,22cB1~22cB6を設け、鋼板22A1,22B1の油路用孔22cA1,22cB1がバックヨーク22aの径方向内側に開口し、鋼板22An,22Bnのバックヨーク22aに形成された油路用孔22cAn,22cBnがバックヨーク22aの径方向外側に開口し、シャフト側油路21bの外周面側の開口部が鋼板22A1,22B1の油路用孔22cA1,22cB1に対向する位置に配設されるようにした。
Description
本発明は、回転子に界磁巻線を含む巻線界磁型同期機の回転子の冷却構造に関する。
従来、永久磁石型同期機(PMSM:permanent magnet synchronous machine)に対して、高速・低負荷域での効率向上、高速での出力向上のために、動作領域に応じて界磁量を変えることのできる回転子に界磁巻線を含む巻線界磁型同期機(WFSM:wound field synchronous machine)が用いられることが知られている。
巻線界磁型同期機は、長時間の連続運転で使用する場合、巻線の温度上昇を抑制するために回転している間冷却することが必要となる。一般的には、ロータの外側から空気や冷却油により冷却が行われている。
しかしながら、巻線界磁型同期機においてはロータの外側から空気や冷却油を供給するだけでは、巻線の中央部まで空気や冷却油が十分に行き渡らず、巻線を十分に冷却することができないという問題があった。
また、一部の鋼板に油路を形成してシャフト側から冷却油を供給しようとすると、この鋼板が分割コアとなり、生産性や強度が悪化するという問題もあった。
このようなことから本発明は、生産性および強度を維持しつつ巻線の中央部を確実に冷却可能な界磁巻線を含む回転子の冷却構造を提供することを目的とする。
上記の課題を解決するための第1の発明に係る界磁巻線を含む回転子の冷却構造は、
中空部を有するシャフトと、
軸方向に複数の鋼板を積層して形成され前記シャフトに固定されるロータコアと、
前記ロータコアに巻回された界磁巻線と、
を含み、
前記シャフトは前記中空部と当該シャフトの外周面との間で貫通するシャフト側油路を周方向に複数備え、
前記鋼板は、バックヨークのスロットに対向する位置に、それぞれ当該バックヨークの径方向の幅より小さい一または複数の油路用孔を備え、
前記油路用孔は軸方向に隣接する前記鋼板に形成された油路用孔に対して径方向及び周方向に一部または全部が重なるように形成され、
少なくともひとつの前記鋼板の前記バックヨークに形成された前記油路用孔は前記バックヨークの径方向内側に開口し、
少なくとも他のひとつの前記鋼板の前記バックヨークに形成された前記油路用孔は前記バックヨークの径方向外側に開口し、
前記シャフト側油路の前記外周面側の開口部は前記バックヨークの径方向内側に開口した前記油路用孔に対向する位置に配設されている。
中空部を有するシャフトと、
軸方向に複数の鋼板を積層して形成され前記シャフトに固定されるロータコアと、
前記ロータコアに巻回された界磁巻線と、
を含み、
前記シャフトは前記中空部と当該シャフトの外周面との間で貫通するシャフト側油路を周方向に複数備え、
前記鋼板は、バックヨークのスロットに対向する位置に、それぞれ当該バックヨークの径方向の幅より小さい一または複数の油路用孔を備え、
前記油路用孔は軸方向に隣接する前記鋼板に形成された油路用孔に対して径方向及び周方向に一部または全部が重なるように形成され、
少なくともひとつの前記鋼板の前記バックヨークに形成された前記油路用孔は前記バックヨークの径方向内側に開口し、
少なくとも他のひとつの前記鋼板の前記バックヨークに形成された前記油路用孔は前記バックヨークの径方向外側に開口し、
前記シャフト側油路の前記外周面側の開口部は前記バックヨークの径方向内側に開口した前記油路用孔に対向する位置に配設されている。
また、上記の課題を解決するための第2の発明に係る界磁巻線を含む回転子の冷却構造は、第1の発明において、
軸方向両側に位置する前記鋼板が、それぞれ前記バックヨークの径方向内側に開口する前記油路用孔を有し、
軸方向中央部に位置する少なくとも二つの前記鋼板が、前記バックヨークの径方向外側に開口する前記油路用孔を有し、
前記ロータコアが、軸方向中央部に位置する二つの前記鋼板の間に介在し、前記油路用孔を備えない鋼板を有している。
軸方向両側に位置する前記鋼板が、それぞれ前記バックヨークの径方向内側に開口する前記油路用孔を有し、
軸方向中央部に位置する少なくとも二つの前記鋼板が、前記バックヨークの径方向外側に開口する前記油路用孔を有し、
前記ロータコアが、軸方向中央部に位置する二つの前記鋼板の間に介在し、前記油路用孔を備えない鋼板を有している。
本発明に係る界磁巻線を含む回転子の冷却構造によれば、生産性および強度を維持しつつ、巻線の径方向中央側を確実に冷却することができる。
以下、図面を参照しつつ本発明に係る界磁巻線を含む回転子の冷却構造について説明する。
図1から図5を用いて本発明の一実施例に係る界磁巻線を含む回転子の冷却構造の詳細を説明する。
図1に示すように、本実施例に係る巻線界磁型同期機1は、図示しないフレーム等に固定された略円筒状のステータ10と、ステータ10の内周側に回転自在に保持されたロータ20とを有している。
ステータ10は、ステータコア11と、このステータコア11に巻回された巻線(固定子巻線)12とを備えている。巻線12は、ステータコア11の径方向内側に設けられた複数(本実施例では36個)のティース11aに巻回されている。
ロータ20は、シャフト21と、シャフト21に固定されたロータコア22と、ロータコア22に巻回された巻線(回転子界磁巻線)23とを備えている。
シャフト21は、中空部21aを有すると共に、中空部21aからシャフト21の外周面に向かって延びるシャフト側油路21bを有している。
ロータコア22は、円筒状のバックヨーク22aと、バックヨーク22aの外周面から径方向外側に向かって放射状に延びる複数(本実施例では6個)のティース22bとを備えている。バックヨーク22aにはその内周面と外周面とを連通するコア側油路22cが形成されている。
巻線23は、図2に示すようにコイル素線23aをティース22bに巻回することにより形成されている。なお、図2に示す24はボビンである。
巻線23は、図2に示すようにコイル素線23aをティース22bに巻回することにより形成されている。なお、図2に示す24はボビンである。
図3および図4に示すように、シャフト21の中空部21aは、軸方向一端側に開口している。また、シャフト側油路21bは、軸方向において後述する鋼板22A1,22B1に対向する位置にそれぞれ形成されている(以下、鋼板22A1に対向する位置に形成されたシャフト側油路を21b1,鋼板22B1に対向する位置に形成されたシャフト側油路を21b2と称する)。シャフト側油路21b1,21b2は中空部21aと後述する油路用孔22cA1,22cB1との間を連通するよう概ね径方向に沿って周方向に複数(本実施例では12箇所)形成されている。
また、図3から図5に示すように、ロータコア22は、複数の薄板状の鋼板22A1~22A6,22B6~22B1を軸方向に積層し、その軸方向両端に鋼板22A1~22A6,22B6~22B1よりも軸方向の幅が大きい鋼板22C1,22D1をそれぞれ配するとともに、鋼板22A6と鋼板22B6との間に鋼板22A1~22A6,22B6~22B1よりも軸方向の幅が大きい鋼板22C2,22D2を配して構成されている。
コア側油路22cは、鋼板22A1~22A6にそれぞれ異なる位置に形成された孔部と、鋼板22B1~22B6にそれぞれ異なる位置に形成された孔部とによって構成されている(以下、各鋼板22A1~22A6に形成された孔部をそれぞれ油路用孔22cA1~22cA6、各鋼板22B1~22B6に形成された孔部をそれぞれ油路用孔22cB1~22cB6と称する)。
油路用孔22cA1~22cA6,22cB1~22cB6は、それぞれバックヨーク22aの、周方向に隣り合うティース22b間(スロット22d)に対向する位置に、周方向に離間して各2箇所ずつ、合計12箇所形成されている。油路用孔22cA1~22cA6,22cB1~22cB6は、それぞれバックヨーク22aの径方向の幅より小さく形成されている。
この油路用孔22cA1~22cA6,22cB1~22cB6は、各鋼板22A1~22A6,22B1~22B6の軸方向に隣接するもの同士で、周方向に同一の位置であって径方向に一部が重なるように形成されている。
本実施例では、鋼板22A1と鋼板22B1、鋼板22A2と鋼板22B2、鋼板22A3と鋼板22B3、鋼板22A4と鋼板22B4、鋼板22A5と鋼板22B5、鋼板22A6と鋼板22B6はそれぞれ同一の位置に孔部を有している。
さらに、最も軸方向外側に配設されている鋼板22A1,22B1に形成された油路用孔22cA1,22cB1は径方向内側に開口しており、最も軸方向内側(鋼板22C2,22D2に隣接する位置)に配設されている鋼板22A6,22B6に形成された油路用孔22cA6,22cB6はバックヨーク22aの径方向外側に開口している。
これにより、コア側油路22cはシャフト21に当接する面から巻線23に対向する面までの間で連通した状態となり、シャフト21の中空部21aからロータコア22を通じて巻線23まで冷却油用の油路が形成されたこととなる。なお、鋼板22C1,22C2,22D1,22D2にはコア側油路は設けられていないものとする。
したがって、ロータ20の回転時には、冷却油がシャフト21の中空部21a内からシャフト側油路21b1,21b2を介してそれぞれ油路用孔22cA1~22cA6、油路用孔22cB1~22cB6を通り巻線23へ向けて噴射され、ロータコア22および巻線23が冷却される。
このように構成される本実施例に係る界磁巻線を含む回転子の冷却構造によれば、鋼板22A1~22A6,22B1~22B6を分割することなく一体で形成することができ、鋼板を分割する場合に比較して精度および組立性が向上する。且つ、シャフト21の中空部21aを介して供給される冷却油をロータコア22の内部を通してロータコア22の回転時にティース22bの根元部分から巻線23に向けて噴射させることができ、巻線23の内周面の中央部分に直接冷却油を噴射することができるので、巻線23の中央部分を十分に冷却することが可能となり、冷却性能が向上する。
また、油路用孔22cA1~22cA6,22cB1~22cB6の位置を鋼板22A1~22A6,22B1~22B6ごとに異なる位置としたことにより、冷却油の噴射口を任意の位置に設定することが可能となり、利便性が向上する。
なお、上述した実施例では、ロータ20がコア側油路を有する12枚の鋼板22A1~22A6,22B1~22B6を有する例を示したが、鋼板の数は上述した実施例に限定されるものではない。
また、上述した実施例では、各鋼板22A1~22A6,22B1~22B6に形成される油路用孔22cA1~22cA6,22cB1~22cB6が、軸方向に隣接するもの同士で、周方向に同一の位置であって径方向で一部が重なるように形成される例を示したが、コア側油路は軸方向に隣接する複数枚の鋼板ごとに同一の位置としても構わない。
また、上述した実施例では、少なくとも最も軸方向外側に配設されている鋼板22A1,22B1に形成された油路用孔22cA1,22cB1が径方向内側に開口し、最も軸方向内側(鋼板22C2,22D2に隣接する位置)に配設されている鋼板22A6,22B6に形成された油路用孔22cA6,22cB6がバックヨーク22aの径方向外側に開口している例を示したが、本発明は上述した実施例に限定されるものではなく、コア側油路22cの開口部の位置は必要に応じて変更することができる。
また、上述した実施例ではコア側油路22cを軸方向中央に対して対称な位置に配置する例を示したが、コア側油路22cは必要に応じてその位置を決定すればよく、上述した実施例に限定されるものではない。
また、上述した実施例では、鋼板22C1,22D1及び鋼板22C2,22D2が鋼板22A1~22A6,22B6~22B1よりも軸方向の幅が大きい例を示したが、鋼板22C1,22D1及び鋼板22C2,22D2の軸方向の幅は任意であり、上述した実施例に限定されるものではない。
Claims (2)
- 中空部を有するシャフトと、
軸方向に複数の鋼板を積層して形成され前記シャフトに固定されるロータコアと、
前記ロータコアに巻回された界磁巻線と、
を含み、
前記シャフトは前記中空部と当該シャフトの外周面との間で貫通するシャフト側油路を周方向に複数備え、
前記鋼板は、バックヨークのスロットに対向する位置に、それぞれ当該バックヨークの径方向の幅より小さい一または複数の油路用孔を備え、
前記油路用孔は軸方向に隣接する前記鋼板に形成された油路用孔に対して径方向及び周方向に一部または全部が重なるように形成され、
少なくともひとつの前記鋼板の前記バックヨークに形成された前記油路用孔は前記バックヨークの径方向内側に開口し、
少なくとも他のひとつの前記鋼板の前記バックヨークに形成された前記油路用孔は前記バックヨークの径方向外側に開口し、
前記シャフト側油路の前記外周面側の開口部は前記バックヨークの径方向内側に開口した前記油路用孔に対向する位置に配設されている
界磁巻線を含む回転子の冷却構造。 - 軸方向両側に位置する前記鋼板が、それぞれ前記バックヨークの径方向内側に開口する前記油路用孔を有し、
軸方向中央部に位置する少なくとも二つの前記鋼板が、前記バックヨークの径方向外側に開口する前記油路用孔を有し、
前記ロータコアが、軸方向中央部に位置する二つの前記鋼板の間に介在し、前記油路用孔を備えない鋼板を有している
請求項1に記載の界磁巻線を含む回転子の冷却構造。
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WO (1) | WO2020049830A1 (ja) |
Cited By (3)
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DE102023106332A1 (de) | 2023-03-14 | 2024-09-19 | Audi Aktiengesellschaft | Elektrische Maschine, ausgebildet als eine Schenkelpol-Synchronmaschine, Komponente für eine als eine Schenkelpol-Synchronmaschine ausgebildete elektrische Maschine, Kraftfahrzeug umfassend eine elektrische Maschine und Verfahren zur Herstellung einer Komponente für eine als eine Schenkelpol-Synchronmaschine ausgebildete elektrische Maschine |
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2018
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