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JP7548124B2 - Cooling structure for rotating electrical machines - Google Patents
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JP7548124B2 - Cooling structure for rotating electrical machines - Google Patents

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Description

本発明は、回転電機の冷却構造に関する。 The present invention relates to a cooling structure for a rotating electrical machine.

従来から、例えば特許文献1のように、回転軸と接続されたファンの回転により放熱器に冷却風を導く冷却構造を備えた回転電機が提案されている。また、送風機により筐体内に空気を導入してコイルを冷却する空冷方式の回転電機も知られている。 Conventionally, as in Patent Document 1, for example, rotating electric machines have been proposed that have a cooling structure that guides cooling air to a radiator by the rotation of a fan connected to a rotating shaft. In addition, rotating electric machines that use an air-cooling system in which a blower introduces air into a housing to cool a coil are also known.

特開2008-125172号公報JP 2008-125172 A

回転軸と交差する径方向から筐体内に外気を導入する空冷方式の回転電機では、送風機から入口ダクトにかけての空気の流れは縮小流れとなり、また入口ダクトから回転電機内にかけての空気の流れは拡大流れとなる。このとき、入口ダクトの前後で流路形状の幾何学的不連続性が大きいと、空気の渦が発生することで圧力損失(エネルギー損失)が生じてしまう。コイルの冷却効率を向上させる観点からは、かかる圧力損失を抑制することが重要となる。 In an air-cooled rotating electric machine that introduces outside air into the housing from a radial direction intersecting the rotating shaft, the air flow from the blower to the inlet duct is a contracting flow, and the air flow from the inlet duct to the inside of the rotating electric machine is an expanding flow. In this case, if there is a large geometric discontinuity in the shape of the flow path before and after the inlet duct, air vortexes are generated, causing pressure loss (energy loss). From the perspective of improving the cooling efficiency of the coil, it is important to suppress such pressure loss.

本発明は、上記の状況に鑑みてなされたものであって、回転軸と交差する方向から筐体内に空気を導入するときの圧力損失を抑制できる回転電機の冷却構造を提供する。 The present invention was made in consideration of the above situation, and provides a cooling structure for a rotating electric machine that can suppress pressure loss when air is introduced into the housing from a direction intersecting the rotation axis.

本発明の一態様に係る回転電機の冷却構造は、ステータおよびロータを収容する筐体と、ロータの回転軸方向と交差する方向から筐体内に、ステータのコイルを冷却する冷却風を導入するダクトと、を備え、ダクトは、回転軸方向およびダクトの延長方向と交差する高さ方向の流路幅を曲線状に変化させる一対の渦抑制部を内部に有する。各々の渦抑制部は、ダクトの入口側に臨み、高さ方向の流路幅を狭める第1領域と、第1領域に接続され、ダクトの出口側に向けて高さ方向の流路幅を広げる第2領域を有する凸形状をなしている。
A cooling structure for a rotating electric machine according to one aspect of the present invention includes a housing that houses a stator and a rotor, and a duct that introduces cooling air into the housing from a direction intersecting with the rotation axis direction of the rotor to cool a coil of the stator , the duct having a pair of vortex suppression parts therein that change a flow passage width in a height direction intersecting with the rotation axis direction and the extension direction of the duct in a curved shape. Each of the vortex suppression parts has a convex shape having a first region facing an inlet side of the duct and narrowing the flow passage width in the height direction, and a second region connected to the first region and widening the flow passage width in the height direction toward an outlet side of the duct.

ダクトの延長方向での渦抑制部の第2領域の長さは、ダクトの延長方向での渦抑制部の第1領域の長さよりも長く設定されていてもよい。
また、渦抑制部は、ダクトの内面に後付け可能な部材として構成されていてもよい。
また、筐体とダクトの出口側の端部は、ステータに設けられたコイルエンドに臨む位置で接続されていてもよい。
The length of the second region of the vortex suppression portion in the extension direction of the duct may be set to be longer than the length of the first region of the vortex suppression portion in the extension direction of the duct.
The vortex suppressor may also be configured as a member that can be retrofitted to the inner surface of the duct.
Furthermore, the outlet end of the duct and the housing may be connected at a position facing a coil end provided on the stator.

本発明の一態様の回転電機の冷却構造によれば、回転軸と交差する方向から筐体内に空気を導入するときの圧力損失を抑制できる。 The cooling structure for a rotating electric machine according to one aspect of the present invention can suppress pressure loss when air is introduced into the housing from a direction intersecting the rotation axis.

本実施形態に係る回転電機の一例の外観を示す斜視図である。1 is a perspective view showing an external appearance of an example of a rotating electric machine according to an embodiment of the present invention; 図1のA-A断面図である。2 is a cross-sectional view taken along line AA of FIG. 1. 比較例での冷却構造における空気の流れを模式的に示す図である。FIG. 11 is a diagram illustrating an air flow in a cooling structure in a comparative example. 比較例の空気導入ダクト側の空気の流れを模式的に示す拡大図である。FIG. 11 is an enlarged view showing a schematic view of the air flow on the air inlet duct side of the comparative example. (a)は本実施形態での冷却構造における空気の流れを模式的に示す図であり、(b)は渦抑制部の構成例を示す図である。5A is a diagram showing a schematic diagram of an air flow in the cooling structure of the present embodiment, and FIG. 5B is a diagram showing an example of the configuration of a vortex suppression section. 本実施形態の空気導入ダクト側の空気の流れを模式的に示す拡大図である。4 is an enlarged view showing a schematic view of the air flow on the air inlet duct side in this embodiment. FIG. 実施例の熱流体解析の解析モデルを示す図である。FIG. 2 is a diagram showing an analysis model of a thermal fluid analysis in the embodiment.

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
実施形態では説明を分かり易くするため、本発明の主要部以外の構造や要素については、簡略化または省略して説明する。また、図面において、同じ要素には同じ符号を付す。なお、図面に示す各要素の形状、寸法などは模式的に示したもので、実際の形状、寸法などを示すものではない。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
In the embodiments, in order to make the description easier to understand, structures and elements other than the main parts of the present invention will be described in a simplified or omitted manner. In addition, in the drawings, the same elements are given the same reference numerals. Note that the shapes, dimensions, etc. of each element shown in the drawings are shown only for illustrative purposes, and do not represent the actual shapes, dimensions, etc.

また、図面においては、適宜3次元直交座標系としてXYZ座標系を示す。XYZ座標系において、Z方向は回転軸と平行な方向とする。X方向は、Z方向と直交する方向であって、図2の左右方向に対応する。Y方向は、X方向とZ方向との両方と直交する方向であって、図2の紙面奥行方向に対応する。なお、図面において、必要に応じて回転電機の回転軸を符号AXで示す。 The drawings also show an XYZ coordinate system as a three-dimensional Cartesian coordinate system where appropriate. In the XYZ coordinate system, the Z direction is parallel to the axis of rotation. The X direction is perpendicular to the Z direction, and corresponds to the left-right direction in FIG. 2. The Y direction is perpendicular to both the X and Z directions, and corresponds to the depth direction of the paper in FIG. 2. In the drawings, the axis of rotation of the rotating electric machine is indicated by the symbol AX as necessary.

図1は、本実施形態に係る回転電機の一例の外観を示す斜視図である。図2は、図1のXZ平面の断面図である。本実施形態の回転電機は、例えば、乗物の駆動輪に対して負荷を発生させて路行状態を再現する試験装置(ダイナモメータ)に適用される。なお、本実施形態の回転電機は、ダイナモメータに限定されず他の用途に適用されてもよい。 Figure 1 is a perspective view showing the appearance of an example of a rotating electric machine according to this embodiment. Figure 2 is a cross-sectional view of the XZ plane of Figure 1. The rotating electric machine of this embodiment is applied, for example, to a test device (dynamometer) that generates a load on the drive wheels of a vehicle to reproduce road conditions. Note that the rotating electric machine of this embodiment is not limited to dynamometers and may be applied to other uses.

回転電機1は、例えばインナーロータ型のモータであって、ステータ2と、ロータ3と、モータシャフト4と、筐体5とを備える。 The rotating electric machine 1 is, for example, an inner rotor type motor, and includes a stator 2, a rotor 3, a motor shaft 4, and a housing 5.

ステータ2は、円筒形状であって、回転軸AXを中心とする中央の空間部分にロータ3を収容する。ステータ2の内周には軸方向に沿って複数のスロット(不図示)が形成され、各スロットにはコイルが巻回されている。コイルのコイルエンド部6は、ステータ2の軸方向両端(回転電機1の負荷側と反負荷側)においてそれぞれステータ2から張り出し、軸方向と交差する平面(XY平面)で環状をなしている。 The stator 2 is cylindrical and houses the rotor 3 in a central space centered on the rotation axis AX. A number of slots (not shown) are formed along the axial direction on the inner circumference of the stator 2, and a coil is wound in each slot. The coil end portions 6 of the coil protrude from the stator 2 at both axial ends of the stator 2 (the load side and the anti-load side of the rotating electric machine 1), and form a ring shape in a plane (XY plane) that intersects with the axial direction.

ロータ3は、永久磁石(不図示)が配置された鉄心を備え、わずかなエアギャップを隔ててステータ2の内側に配置される。モータシャフト4は、回転軸AXに沿ってロータ3の鉄心中央に嵌入され、筐体5に設けられた軸受7a,7bにより回転可能に軸支される。モータシャフト4の負荷側は、筐体5を貫通して回転電機1の外側に突出している。 The rotor 3 has an iron core in which permanent magnets (not shown) are arranged, and is disposed inside the stator 2 across a small air gap. The motor shaft 4 is fitted into the center of the iron core of the rotor 3 along the rotation axis AX, and is rotatably supported by bearings 7a and 7b provided in the housing 5. The load side of the motor shaft 4 penetrates the housing 5 and protrudes to the outside of the rotating electric machine 1.

回転電機1においては、コイルの電流制御によりステータ2の磁界を順番に切り替えることで、ロータ3の磁界との吸引力または反発力が生じる。これにより、ロータ3およびモータシャフト4が回転し、回転電機1が駆動する。このとき、通電によってコイルは発熱する。 In the rotating electric machine 1, the magnetic field of the stator 2 is switched in sequence by controlling the current through the coil, which generates an attractive or repulsive force with the magnetic field of the rotor 3. This causes the rotor 3 and the motor shaft 4 to rotate, driving the rotating electric machine 1. At this time, the coil generates heat as a result of the current passing through it.

筐体5は、略円筒形状の全体形状をなす本体部10を有する。本体部10は、ステータ2およびロータ3を内部に収容するとともに、モータシャフト4を軸支する。また、筐体5は、負荷側および反負荷側のコイルエンド部6をそれぞれ空冷するための空気導入ダクト11および空気排出ダクト12を有している。 The housing 5 has a main body 10 that has an overall shape of a substantially cylindrical shape. The main body 10 houses the stator 2 and rotor 3 and supports the motor shaft 4. The housing 5 also has an air inlet duct 11 and an air exhaust duct 12 for air-cooling the coil end portions 6 on the load side and anti-load side, respectively.

空気導入ダクト11は、軸方向に間隔をあけて筐体5に2つ設けられている。各々の空気導入ダクト11は、回転軸AXと直交する径方向(X方向)に延び、外形および横断面形状が矩形状をなすダクトである。各々の空気導入ダクト11の一端側は筐体外と連通し、その他端側は本体部10のコイルエンド部6に臨む位置にそれぞれ接続されている。また、空気導入ダクト11の一端側には送風機13が配置される。これにより、送風機13を駆動させることで冷却風が空気導入ダクト11を通過して筐体5の本体部10に導入され、コイルエンド部6がそれぞれ空冷される。 Two air inlet ducts 11 are provided in the housing 5 with a gap between them in the axial direction. Each air inlet duct 11 extends in a radial direction (X direction) perpendicular to the rotation axis AX, and is a duct with a rectangular outer shape and cross-sectional shape. One end of each air inlet duct 11 communicates with the outside of the housing, and the other end is connected to a position facing the coil end portion 6 of the main body portion 10. In addition, a blower 13 is disposed on one end of the air inlet duct 11. As a result, by driving the blower 13, cooling air passes through the air inlet duct 11 and is introduced into the main body portion 10 of the housing 5, and the coil end portions 6 are air-cooled.

空気排出ダクト12は、空気導入ダクト11と同様に、軸方向に間隔をあけて筐体5に2つ設けられている。各々の空気排出ダクト12は、回転軸AXと直交する径方向(X方向)に延び、外形および横断面形状が矩形状をなすダクトである。各々の空気排出ダクト12の一端側は、本体部10のコイルエンド部6に臨む位置にそれぞれ接続され、その他端側が筐体5の外と連通している。また、空気排出ダクト12の一端側は、空気導入ダクト11の他端側に対して、XY平面上で回転軸AXを中心として180°回転対称となる位置にある。つまり、筐体5の本体部10には、各々のコイルエンド部6に対して、空気導入ダクト11と空気排出ダクト12が一対ずつ配置されている。 Similar to the air inlet duct 11, two air exhaust ducts 12 are provided in the housing 5 with an axial gap between them. Each air exhaust duct 12 extends in a radial direction (X direction) perpendicular to the rotation axis AX, and has a rectangular outer shape and cross-sectional shape. One end of each air exhaust duct 12 is connected to a position facing the coil end portion 6 of the main body 10, and the other end communicates with the outside of the housing 5. In addition, one end of the air exhaust duct 12 is located in a position that is 180° rotationally symmetrical about the rotation axis AX on the XY plane with respect to the other end of the air inlet duct 11. In other words, a pair of air inlet ducts 11 and air exhaust ducts 12 is arranged for each coil end portion 6 in the main body 10 of the housing 5.

図3は、比較例での冷却構造における空気の流れを模式的に示す図である。空気導入ダクト11の他端側から筐体5の本体部10に導入された空気は、コイルエンド部6の外周に沿って左回り方向と右回り方向の両側から本体部10内を流れ、コイルエンド部6から熱を奪いつつ空気排出ダクト12に向かう。これにより、各々のコイルエンド部6が全周に亘って空冷される。その後、コイルエンド部6と熱交換した空気は、空気排出ダクト12を経て筐体の外に排出される。 Figure 3 is a diagram showing the air flow in the cooling structure of the comparative example. The air introduced into the main body 10 of the housing 5 from the other end of the air inlet duct 11 flows inside the main body 10 from both the left and right directions along the outer periphery of the coil end portions 6, and heads toward the air exhaust duct 12 while removing heat from the coil end portions 6. This allows each coil end portion 6 to be air-cooled all around. After that, the air that has exchanged heat with the coil end portions 6 is exhausted outside the housing via the air exhaust duct 12.

また、図4は、比較例の空気導入ダクト11側の空気の流れを模式的に示す拡大図である。上記構成の回転電機1では、送風機13から空気導入ダクト11にかけての空気の流れは縮小流れとなり、また空気導入ダクト11から筐体5の本体部10にかけての空気の流れは拡大流れとなる。このとき、図3、図4に示す比較例のように、空気導入ダクト11の前後での流路形状の幾何学的不連続性が大きいと、空気導入ダクト11の手前や筐体5の本体部10において空気の渦vo1、vo2が発生する。かかる渦vo1、vo2は、空気流の圧力損失(エネルギー損失)につながり、コイルエンド部6を空冷するときの冷却効率を低下させる一因となる。 Figure 4 is an enlarged view showing the air flow on the air inlet duct 11 side of the comparative example. In the rotating electric machine 1 having the above configuration, the air flow from the blower 13 to the air inlet duct 11 is a contracting flow, and the air flow from the air inlet duct 11 to the main body 10 of the housing 5 is an expanding flow. At this time, as in the comparative example shown in Figures 3 and 4, if the geometric discontinuity of the flow path shape before and after the air inlet duct 11 is large, air vortices vo1 and vo2 are generated in front of the air inlet duct 11 and in the main body 10 of the housing 5. Such vortices vo1 and vo2 lead to pressure loss (energy loss) of the air flow, and are one of the factors that reduce the cooling efficiency when air-cooling the coil end portion 6.

かかる事象の対策として、本実施形態の空気導入ダクトには、流路形状の幾何学的連続性を高めるために渦抑制部14が設けられている。以下、図5、図6を参照して渦抑制部14の構成について説明する。
ここで、渦抑制部14の構成は、負荷側と反負荷側の2つの空気導入ダクト11でいずれも共通である。そのため、以下の説明では、回転電機1の負荷側での空気導入ダクト11の構成を説明し、反負荷側の構成に関する重複説明はいずれも省略する。
As a countermeasure against such an event, the air introduction duct of this embodiment is provided with a vortex suppression section 14 in order to increase the geometric continuity of the flow passage shape. The configuration of the vortex suppression section 14 will be described below with reference to Figs. 5 and 6.
Here, the configuration of the vortex suppression portion 14 is common to both the load side and anti-load side air inlet ducts 11. Therefore, in the following description, the configuration of the air inlet duct 11 on the load side of the rotating electric machine 1 will be described, and any duplicated description of the configuration on the anti-load side will be omitted.

本実施形態の空気導入ダクト11には、ダクト内部において回転軸方向および空気導入ダクトの延長方向と直交する高さ方向(Y方向)の一対の壁面にそれぞれ渦抑制部14が上下に対向して形成されている。渦抑制部14は、空気導入ダクトの延長方向(X方向)に沿って、高さ方向(Y方向)の流路幅を曲線状に変化させる構成であり、流路の幅方向(Z方向)にかけての形状は一定である。 In the air inlet duct 11 of this embodiment, vortex suppression sections 14 are formed on a pair of wall surfaces in the height direction (Y direction) perpendicular to the rotation axis direction and the extension direction of the air inlet duct, facing each other above and below. The vortex suppression sections 14 are configured to change the flow path width in the height direction (Y direction) in a curved shape along the extension direction (X direction) of the air inlet duct, and the shape of the flow path in the width direction (Z direction) is constant.

渦抑制部14の形状は、ダクトのY方向の各壁面でいずれも共通であり、図5(b)に示すように、流路側の輪郭がダクト内側に向けて凸となる形状である。渦抑制部14は、空気導入ダクト11の延長方向に沿って入口側から順に、流路側の輪郭形状の異なる第1領域14aと第2領域14bを有する。 The shape of the vortex suppression section 14 is the same for all of the wall surfaces of the duct in the Y direction, and as shown in FIG. 5(b), the contour on the flow path side is convex toward the inside of the duct. The vortex suppression section 14 has, in order from the inlet side along the extension direction of the air introduction duct 11, a first region 14a and a second region 14b with different contour shapes on the flow path side.

渦抑制部14の第1領域14aは、空気導入ダクト11の入口側に臨み、ダクト内側に向かうY方向の突出量が曲線状に増加する形状をなす。つまり、一対の渦抑制部14を対向させて空気導入ダクト11に配置すると、第1領域14aの部位では空気導入ダクト11のY方向の流路幅が出口側に向けて曲線状に狭まってゆく。これにより、空気導入ダクト11の入口側の縮小流れにおいて、流路の形状が曲線状に変化することで剥離流の発生が抑制されるので、空気導入ダクト11の入口側は渦が生じにくくなる。そのため、図4の比較例と比べると、図6の渦vo1’は小さくなる。 The first region 14a of the vortex suppression section 14 faces the inlet side of the air inlet duct 11 and has a shape in which the amount of protrusion in the Y direction toward the inside of the duct increases in a curved shape. In other words, when a pair of vortex suppression sections 14 are arranged facing each other in the air inlet duct 11, the flow path width in the Y direction of the air inlet duct 11 narrows in a curved shape toward the outlet side in the area of the first region 14a. As a result, in the reduced flow on the inlet side of the air inlet duct 11, the shape of the flow path changes to a curved shape, suppressing the generation of separated flow, making it difficult for vortices to occur on the inlet side of the air inlet duct 11. Therefore, the vortex vo1' in Figure 6 is smaller than in the comparative example in Figure 4.

渦抑制部14の第2領域14bは、第1領域14aと接続され、空気導入ダクト11の出口側に向けてY方向の突出量が曲線状に減少してゆく形状をなす。つまり、一対の渦抑制部14を対向させて空気導入ダクト11に配置すると、第2領域14bの部位では空気導入ダクト11のY方向の流路幅が出口側に向けて曲線状に広がっていく。これにより、空気導入ダクト11から筐体5の本体部10への拡大流れにおいて、流路の形状が曲線状に変化することで剥離流の発生が抑制されるとともに、空気導入ダクト11と本体部10の接続部分での形状の変化が緩やかになることで、筐体5の本体部10内で渦が生じにくくなる。そのため、図4の比較例と比べると、図6の渦vo2’は小さくなる。 The second region 14b of the vortex suppression section 14 is connected to the first region 14a, and has a shape in which the amount of protrusion in the Y direction decreases in a curved manner toward the outlet side of the air inlet duct 11. In other words, when a pair of vortex suppression sections 14 are arranged in the air inlet duct 11 facing each other, the flow path width in the Y direction of the air inlet duct 11 expands in a curved manner toward the outlet side at the second region 14b. As a result, in the expanding flow from the air inlet duct 11 to the main body 10 of the housing 5, the shape of the flow path changes to a curved shape, suppressing the generation of separated flow, and the change in shape at the connection part between the air inlet duct 11 and the main body 10 becomes gentle, making it difficult for vortices to occur in the main body 10 of the housing 5. Therefore, the vortex vo2' in FIG. 6 is smaller than the comparative example in FIG. 4.

ここで、渦抑制部14で規定される空気導入ダクト11の流路形状に関しては、入口側の勾配が急峻でも剥離流は生じにくいが、出口側の勾配が急峻であると剥離流が生じやすくなる。したがって、渦抑制部14の形状は、入口側の勾配よりも出口側の勾配が小さい形状であることが好ましい。 Here, regarding the flow path shape of the air intake duct 11 defined by the vortex suppression section 14, even if the gradient on the inlet side is steep, a separated flow is unlikely to occur, but if the gradient on the outlet side is steep, a separated flow is likely to occur. Therefore, it is preferable that the shape of the vortex suppression section 14 is such that the gradient on the outlet side is smaller than the gradient on the inlet side.

以上の観点から、空気導入ダクト11の延長方向における第2領域14bの長さは、第1領域14aの長さと比べて長く設定されている。これにより、渦抑制部14の第1領域14aでの勾配は第2領域14bと比べて急峻である一方、第2領域14bでの勾配は第1領域14aと比べてなだらかな形状となる。例えば、空気導入ダクト11の延長方向における第2領域14bの長さは、第1領域14aの長さに対して十分に長くなるように少なくとも2倍以上に設定される。なお、空気導入ダクト11の延長方向における第1領域14aの長さを短くするほど第2領域14bの長さが長くなり、空気導入ダクト11の延長方向における第2領域14bでの勾配は緩やかになる。 From the above viewpoints, the length of the second region 14b in the extension direction of the air inlet duct 11 is set to be longer than the length of the first region 14a. As a result, the gradient in the first region 14a of the vortex suppression section 14 is steeper than the second region 14b, while the gradient in the second region 14b is gentler than the first region 14a. For example, the length of the second region 14b in the extension direction of the air inlet duct 11 is set to be at least twice as long as the length of the first region 14a so that it is sufficiently long. Note that the shorter the length of the first region 14a in the extension direction of the air inlet duct 11, the longer the length of the second region 14b, and the gentler the gradient in the second region 14b in the extension direction of the air inlet duct 11 becomes.

上記の渦抑制部14における流路側の輪郭形状は、例えば、円弧形状、楕円形状を組み合わせて適宜設定することができる。例えば、渦抑制部14の流路側の輪郭形状として、長軸および短軸の長さの異なる2種類の1/4楕円を組み合わせた形状としてもよい。また、渦抑制部14の流路側の輪郭形状として、NACAにより規定された翼型の形状を適用してもよい。 The contour shape of the flow path side of the vortex suppression section 14 can be set as appropriate, for example, by combining a circular arc shape and an elliptical shape. For example, the contour shape of the flow path side of the vortex suppression section 14 may be a shape that combines two types of 1/4 ellipses with different lengths of the major and minor axes. In addition, the airfoil shape defined by NACA may be applied as the contour shape of the flow path side of the vortex suppression section 14.

ここで、渦抑制部14は、空気導入ダクト11と一体に形成されていてもよく、空気導入ダクト11内に接着やボルト等によって渦抑制部14の部材を後付けで固定して形成してもよい。渦抑制部14の部材を後付けする場合、部品の交換により空気導入ダクト11の流路形状を微調整することも容易となる。 Here, the vortex suppression section 14 may be formed integrally with the air inlet duct 11, or may be formed by later fixing the components of the vortex suppression section 14 inside the air inlet duct 11 by gluing, bolts, etc. When the components of the vortex suppression section 14 are later attached, it is also easy to fine-tune the flow path shape of the air inlet duct 11 by replacing the parts.

以上のように、上記実施形態の回転電機1は、ステータ2およびロータ3を収容する本体部10と、ロータ3の回転軸方向と交差する径方向から本体部10内に冷却風を導入する空気導入ダクト11と、を備える。空気導入ダクト11は、回転軸方向および空気導入ダクトの延長方向と交差する高さ方向の流路幅を曲線状に変化させる一対の渦抑制部14を内部に有している。そして、各々の渦抑制部14は、高さ方向の流路幅を狭める第1領域14aと、空気導入ダクト11の出口側に向けて高さ方向の流路幅を広げる第2領域14bを有する凸形状をなしている。
上記の渦抑制部14により、空気導入ダクト11の入口側と出口側において流路の形状が曲線状に変化することで剥離流が抑制され、圧力損失を抑制することができる。
As described above, the rotating electric machine 1 of the above embodiment includes a main body 10 that houses the stator 2 and the rotor 3, and an air inlet duct 11 that introduces cooling air into the main body 10 from a radial direction intersecting with the rotation axis direction of the rotor 3. The air inlet duct 11 has therein a pair of vortex suppression parts 14 that change the flow passage width in a height direction intersecting with the rotation axis direction and the extension direction of the air inlet duct in a curved shape. Each of the vortex suppression parts 14 has a convex shape having a first region 14a that narrows the flow passage width in the height direction and a second region 14b that widens the flow passage width in the height direction toward the outlet side of the air inlet duct 11.
The vortex suppressor 14 described above changes the shape of the flow passage into a curved shape at the inlet and outlet sides of the air introduction duct 11, thereby suppressing separated flows and making it possible to suppress pressure loss.

(実施例)
以下、本発明の実施例における熱流体解析について説明する。
実施例では、本実施形態の同様の構成の回転電機を対象として、XY平面の二次元的な解析モデルで熱流体解析を行い、渦抑制部の有無による圧力損失の変化を確認した。図7は、実施例の熱流体解析の解析モデルを示す図である。
(Example)
A thermal fluid analysis according to an embodiment of the present invention will now be described.
In the example, a thermal fluid analysis was performed on a two-dimensional analysis model on the XY plane for a rotating electric machine having a similar configuration to that of this embodiment, and the change in pressure loss due to the presence or absence of a vortex suppression unit was confirmed. Fig. 7 is a diagram showing the analysis model for the thermal fluid analysis of the example.

図7の解析モデルは、ダイナモメータにおけるコイルエンド部を模している。解析モデルの各部寸法はダイナモメータの代表的な寸法に対応している。また、解析モデルでは、流れを安定させるため上流側と下流側の流路をそれぞれ矩形状に延長させている。 The analytical model in Figure 7 mimics the coil end of a dynamometer. The dimensions of each part of the analytical model correspond to the typical dimensions of a dynamometer. In addition, in the analytical model, the upstream and downstream flow paths are each extended into a rectangular shape to stabilize the flow.

図7に示すように、入口側と出口側の延長部分の流路寸法は長さ400mm、幅170mmであり、筐体と接続されるダクト部分(空気導入ダクト、空気排出ダクト)の寸法は、長さ112.57mm、幅150mmである。また、筐体の内径は460mm(R230mm)、コイルエンド部の外径は340mm、コイルエンド部と筐体との間隔は60mmとした。また、渦抑制部の寸法は、全長112.57mm、第1領域の長さを15mm、ダクト内側への突出量を30mmに設定した。 As shown in FIG. 7, the flow path dimensions of the inlet and outlet extensions are 400 mm long and 170 mm wide, and the dimensions of the duct parts (air inlet duct, air exhaust duct) connected to the housing are 112.57 mm long and 150 mm wide. The inner diameter of the housing is 460 mm (R230 mm), the outer diameter of the coil end is 340 mm, and the distance between the coil end and the housing is 60 mm. The dimensions of the vortex suppression part are 112.57 mm long, 15 mm long for the first region, and 30 mm protrusion into the duct.

熱流体解析では、出口側の圧力を0Pa、流速を39m/sにそれぞれ設定し、入口側の圧力値を圧力損失の値として算出した。渦抑制部のない比較例の場合、圧力損失の値は1532Paであった。これに対し、渦抑制部を設けた実施例の場合、圧力損失の値は1366Paであった。したがって、渦抑制部を設けた実施例の場合、比較例に対して圧力損失が約11%低減する効果を得ることができた。 In the thermal fluid analysis, the outlet pressure was set to 0 Pa, the flow rate to 39 m/s, and the inlet pressure value was calculated as the pressure loss value. In the comparative example without a vortex suppression section, the pressure loss value was 1532 Pa. In contrast, in the example with a vortex suppression section, the pressure loss value was 1366 Pa. Therefore, in the example with a vortex suppression section, the effect of reducing pressure loss by approximately 11% was achieved compared to the comparative example.

本発明は、上記実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の改良並びに設計の変更を行ってもよい。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various improvements and design changes may be made without departing from the spirit of the present invention.

例えば、上記実施形態における空気導入ダクト11および空気排出ダクト12の配置は一例であって、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、空気導入ダクト11および空気排出ダクト12は径方向に対して傾斜して延長していてもよい。また、1つのコイルエンド部6に対して空気導入ダクト11および空気排出ダクト12を複数対配置してもよい。例えば、空気導入ダクト11および空気排出ダクト12を90°ずらして2つずつ円周方向に交互に配置してもよい。 For example, the arrangement of the air inlet duct 11 and the air exhaust duct 12 in the above embodiment is one example and is not limited to the above embodiment. For example, the air inlet duct 11 and the air exhaust duct 12 may extend at an angle to the radial direction. Also, multiple pairs of air inlet ducts 11 and air exhaust ducts 12 may be arranged for one coil end portion 6. For example, the air inlet ducts 11 and air exhaust ducts 12 may be arranged alternately in the circumferential direction, with two pairs of air inlet ducts 11 and two pairs of air exhaust ducts 12 shifted by 90°.

また、本実施形態では、本体部の軸方向の両側にそれぞれ空気導入ダクト11を配置する例を示したが、軸方向の一方側にのみ空気導入ダクト11を設け、ステータ2とロータ3のエアギャップを介して他方側に冷却風を送る構成としてもよい。 In addition, in this embodiment, an example is shown in which the air inlet duct 11 is arranged on both axial sides of the main body, but the air inlet duct 11 may be provided only on one axial side, and cooling air may be sent to the other side through the air gap between the stator 2 and rotor 3.

加えて、今回開示された実施形態は、全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。 In addition, the embodiments disclosed herein should be considered to be illustrative and not restrictive in all respects. The scope of the present invention is indicated by the claims, not the above description, and is intended to include all modifications within the meaning and scope of the claims.

1…回転電機、2…ステータ、3…ロータ、4…モータシャフト、5…筐体、6…コイルエンド部、10…本体部、11…空気導入ダクト、12…空気排出ダクト、13…送風機、14…渦抑制部、14a…第1領域、14b…第2領域

Reference Signs List 1: rotating electric machine, 2: stator, 3: rotor, 4: motor shaft, 5: housing, 6: coil end portion, 10: main body portion, 11: air inlet duct, 12: air exhaust duct, 13: blower, 14: vortex suppression portion, 14a: first region, 14b: second region

Claims (4)

ステータおよびロータを収容する筐体と、
前記ロータの回転軸方向と交差する方向から前記筐体内に、前記ステータのコイルを冷却する冷却風を導入するダクトと、を備え、
前記ダクトは、前記回転軸方向および前記ダクトの延長方向と交差する高さ方向の流路幅を曲線状に変化させる一対の渦抑制部を内部に有し、
各々の前記渦抑制部は、前記ダクトの入口側に臨み、前記高さ方向の流路幅を狭める第1領域と、前記第1領域に接続され、前記ダクトの出口側に向けて前記高さ方向の流路幅を広げる第2領域を有する凸形状をなしている
回転電機の冷却構造。
A housing that houses the stator and the rotor;
a duct that introduces cooling air for cooling a coil of the stator into the housing from a direction intersecting a rotation axis direction of the rotor,
the duct has therein a pair of vortex suppression sections that change a flow passage width in a height direction intersecting with the rotation axis direction and an extension direction of the duct in a curved shape,
A cooling structure for a rotating electric machine, wherein each of the vortex suppression sections has a convex shape having a first region facing the inlet side of the duct and narrowing the flow path width in the height direction, and a second region connected to the first region and widening the flow path width in the height direction toward the outlet side of the duct.
前記ダクトの延長方向での前記渦抑制部の前記第2領域の長さは、前記ダクトの延長方向での前記渦抑制部の前記第1領域の長さよりも長く設定されている
請求項1に記載の回転電機の冷却構造。
2. The cooling structure for a rotating electric machine according to claim 1, wherein a length of the second region of the vortex suppression portion in the extension direction of the duct is set longer than a length of the first region of the vortex suppression portion in the extension direction of the duct.
前記渦抑制部は、前記ダクトの内面に後付け可能な部材として構成される
請求項1または請求項2に記載の回転電機の冷却構造。
3. The cooling structure for a rotating electric machine according to claim 1, wherein the vortex suppression portion is configured as a member that can be later attached to the inner surface of the duct.
前記筐体と前記ダクトの出口側の端部は、前記ステータに設けられたコイルエンドに臨む位置で接続されている
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冷却構造。
4. The cooling structure for a rotating electric machine according to claim 1, wherein the housing and an outlet end of the duct are connected to each other at a position facing a coil end provided in the stator.
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