CN105009421B - 用于旋转电机的转子和旋转电机 - Google Patents

Abstract

转子(14)包括具有冷却剂流动通路和冷却剂供给端口的轴、固定在轴上并由层叠钢板形成的转子芯(24)、和在转子芯(24)中设置成沿其轴向延伸的磁体组(32)。转子芯(24)具有在磁体附近设置成沿着其延伸的第一流动通路(34)以及将轴(22)的冷却剂供给端口(28)和第一流动通路(34)连接的第二流动通路(36)，由此构成冷却剂流动路径。第二流动通路(36)通过在转子芯(24)的轴向中央区域A重叠形成在相应钢板中的第二狭缝(37)而形成，第二狭缝(37)的形成位置针对被组合的每块钢板而言不同。第一流动通路(34)和第二流动通路(36)在转子芯(24)的轴向中央区域A结合。

Description

用于旋转电机的转子和旋转电机

技术领域

本发明涉及用于旋转电机的转子，特别涉及一种包括转子芯的转子，在所述转子芯中设置有磁体。

背景技术

在实践中利用诸如冷却油的冷却剂来冷却旋转电机的嵌埋有磁体的转子。

例如，日本专利申请公报No.2008-228522(JP 2008-228522 A)公开了一种旋转电机的转子，该转子形成有从设置有磁体的转子芯的内周穿过转子芯延伸到外周的冷却剂流动路径，该转子芯通过组合或层叠每块都形成有狭缝的钢板而形成。

另外，日本专利申请公报No.2006-67777(JP 2006-67777 A)公开了一种旋转电机的冷却结构，该冷却结构形成有从转子芯的内周穿过转子芯延伸到外周的冷却剂流动路径，该转子芯是通过层叠每块都形成有从形成于芯的中心部的轴孔沿径向向外延伸到外周部的狭缝的钢板而形成。

此外，日本专利申请公报No.2008-312343(JP 2008-312343 A)公开了一种具有磁体冷却结构的电机装置，在所述磁体冷却结构中，从位于转子芯的轴向中心部的轴接收的冷却剂被朝磁体引导且然后流到转子芯的相对两端部以便冷却转子芯中的磁体。

再者，日本专利申请公报No.2010-263757(JP 2010-263757 A)公开了一种笼式感应电机中的冷却剂流动路径，不过该冷却剂流动路径未设计成冷却设置在转子芯中的磁体，该冷却剂流动路径从转子芯的内周穿过转子芯延伸到外周，该转子芯通过组合或层叠每块都形成有狭缝的钢板而形成。

在转子芯中设置成沿转子芯的轴向延伸的磁体趋于因转子芯的轴向中央部处的蓄热而发生高温。因此，为了抑制高温导致的不可逆的热消磁的产生，希望以高优先度冷却各磁体的轴向中央部。为此目的，在通过在轴向上层叠电磁钢板而构成的转子芯中，如果在转子芯中将冷却剂从轴引向磁体的冷却剂流动路径由径向上的长形狭缝形成，则转子旋转期间的离心力增大所产生的作用于电磁钢板的狭缝形成部分上的应力，这可能导致电磁钢板的强度下降。

发明内容

本发明提供了一种旋转电机以及一种用于该旋转电机中的转子，所述旋转电机能供给较低温度的冷却剂以冷却磁体的易于具有高温的部分，而不会导致形成狭缝的钢板的强度下降。

根据本发明的用于旋转电机的转子包括：转子芯；轴，所述轴中具有冷却剂流动通路和冷却剂供给端口；和设置在所述转子芯中的磁体，所述磁体沿所述转子芯的轴向延伸。所述冷却剂流动通路允许冷却剂流动，所述冷却剂供给端口向外部供给冷却剂。所述转子芯被固定地安装在所述轴上并由层叠的钢板形成。所述转子芯具有供冷却剂流过的冷却剂流动路径。所述冷却剂流动路径包括第一流动通路和第二流动通路。所述第一流动通路在所述磁体附近沿所述轴向延伸。所述第二流动通路将所述轴的冷却剂供给端口和所述第一流动通路连接。所述第一流动通路形成为通过重叠形成在所有构成所述转子芯的相应钢板中的第一狭缝而穿过所述转子芯。所述第二流动通路通过重叠形成在构成所述转子芯的轴向中央区域的钢板中的第二狭缝而形成并通过组合形成有相应狭缝的所述钢板而形成，所述狭缝的形成位置不同。所述第一流动通路和所述第二流动通路在所述转子芯的轴向中央区域结合。

在根据本发明的用于旋转电机的转子中，所述第一流动通路的周向宽度可被设定成大于所述第二流动通路的周向宽度，并且形成在设置有所述第一流动通路和所述第二流动通路结合的结合部的钢板中的所述第二狭缝可成形为在径向向外的方向上扩展以与构成所述第一流动通路的所述第一狭缝连接。

此外，在根据本发明的用于旋转电机的转子中，所述第二流动通路可朝向所述第一流动通路分岔且可具有关于径向对称的形状。

此外，在根据本发明的用于旋转电机的转子中，关于形成所述第二流动通路的所述第二狭缝，内径侧狭缝部可设定成比中间狭缝部短。在所述内径侧狭缝部中，一个径向端可向所述转子芯的轴孔开口且另一个径向端可封闭。在所述中央狭缝部中，两个径向端都可封闭。

根据本发明的另一方面的旋转电机包括具有上述构型中的任何一种构型的转子和以一间隙与所述转子对向的定子。

根据本发明的用于旋转电机的转子和根据本发明的旋转电机能通过供给较低温度的冷却油来冷却磁体的高温部分，同时尽管形成了狭缝也抑制钢板强度的下降。

附图说明

下面将参照附图说明本发明的示例性实施方式的特征、优点以及技术和工业意义，在附图中相似的附图标记表示相似的要素，并且其中：

图1是根据本发明的一个实施例的旋转电机的沿其轴向截取的截面图；

图2是形成在图1所示的转子芯中的冷却剂流动路径的放大视图；

图3A是形成在各电磁钢板中以构成图2所示的冷却剂流动路径的狭缝构型的内径侧狭缝部的平面图；

图3B是形成在各电磁钢板中以构成图2所示的冷却剂流动路径的狭缝构型的中间狭缝部的平面图；

图3C是形成在各电磁钢板中以构成图2所示的冷却剂流动路径的狭缝构型的外径侧狭缝部的平面图；

图4A是根据本发明的一个实施例的转子中的磁体冷却作用的示意性地示出的视图；

图4B是第一比较例中的磁体冷却作用的示意性地示出的视图；

图4C是第二比较例中的磁体冷却作用的示意性地示出的视图；

图5是与图2对应的视图，示出了形成在转子芯中的第二流动通路的一个改型；以及

图6是与图2对应的视图，示出了形成在转子芯中的第二流动通路的另一改型。

具体实施方式

在下文中，将参考附图详细说明本发明的一个实施例(在下文中称为“实施例”)。在本说明书中，具体形状、原材料、数值、方向和其它要素出于容易理解本发明的目的仅为示例性的，且如有必要可根据例如用途、目的或设计规范进行适当修改或变更。此外，根据以下说明中包含的多个实施例或改型，适当地组合各实施例或改型的特征处于本来的预期范围内。

图1是根据本发明的一个实施例的旋转电机10的沿其轴向截取的截面图。旋转电机10包括定子12和转子14。定子12也被称为静止部件。此外，转子14也被称为旋转部件。

定子12具有例如通过在轴向上层叠每块都呈大致圆环形的冲孔电磁钢板而形成的圆筒形定子芯16，以及卷绕在多个周向等间隔的齿周围的线圈18，所述齿在圆筒形定子芯16的内侧形成为例如突出。当线圈18被供给以例如来自旋转电机10外部的交流电压时，在定子12的内侧形成了旋转磁场。

转子14以间隙20配置在定子12的内侧。转子14包括由轴承部件(未示出)支承以旋转的轴22和固定地安装在轴22的外周上的转子芯24。转子14构造成通过其相对于在定子12的内侧生成的旋转磁场的吸引/排斥作用而旋转。

在轴22的内部，形成有供诸如(例如)冷却油的冷却剂流过的冷却剂流动通路26。在图1中，示出了轴22的旋转中心轴线X。冷却剂流动通路26形成为沿轴22的旋转中心轴线X延伸。此外，轴22形成有将冷却油从轴22内的冷却剂流动通路26供给至转子芯24的冷却剂供给端口28。

这里，沿轴22的旋转中心轴线X的方向对应于定子12和转子14每一者的轴向。此外，中心在轴22的旋转中心轴线X上的放射方向对应于定子12和转子14每一者的径向。这样的关系在本说明书和权利要求中通篇保持不变。

在以下说明中，冷却油被描述为冷却剂，但不限于这样。可采用不同于冷却油的液体如冷却水或诸如空气的气体作为冷却剂。

转子芯24具有例如圆柱形的外形。转子芯24例如通过沿轴向层叠每块都呈圆环形的冲孔电磁钢板而形成。转子芯24在其中心部形成有沿轴向穿过转子芯24的轴孔30。转子芯24在轴22被保持在轴孔30中的状态下通过铆接、压配合、过盈配合(收缩配合)、焊接、螺接或其它固定技术固定在轴22上。

磁体组32在转子芯24的外周附近嵌埋在其中。长度与转子芯24的长度几乎相同的各磁体组32在转子芯24中设置成沿其轴向长度延伸。此外，如图3A-3C所示，设置在转子芯24中以构成多个周向等间隔的磁极的各磁体组32由一对磁体32a和32b构成，所述一对磁体配置成使得两个磁体32a和32b构成朝向转子芯24的外周扩展的大致V形结构。应该指出的是，各磁极中的磁体的数量不限于两个，且因此每个磁极可由一个磁体或多于两个磁体组成。

在转子芯24中设置有供冷却油流过的冷却剂流动路径，该冷却剂流动路径包括在转子芯24的径向内侧方向附近平行于轴向沿磁体组32延伸的第一流动通路34以及将轴22的冷却剂供给端口28和第一流动通路34连接的第二流动通路36。第一流动通路34和第二流动通路36形成为在转子芯24的轴向中央区域A(参看图2)结合在一起。接下来将参考图2和图3A-3C更详细地说明转子芯24的第一流动通路34和第二流动通路36。

图2是形成在图1中的转子芯24中且包括第一流动通路34和第二流动通路36的冷却剂流动路径的放大视图。在图2中，转子芯24的径向上半部分被放大，并且省略了轴22的图示。另外，图3A至3C是形成在电磁钢板中的狭缝形状的平面图，并且分别示出了内径侧狭缝部、中间狭缝部和外径侧狭缝部。

如图2和3A-3C所示，第一流动通路34形成为通过重叠形成在所有构成转子芯24的相应电磁钢板中的第一狭缝40而沿其轴向穿过转子芯24。在此实施例中，转子14中的各第一狭缝40定位成与对应磁极的周向中间区域对向。具体而言，关于在周向上邻接的两个磁极——每个磁极都包括一对磁体32a和32b，第一狭缝40在一个磁极的磁体32a与另一个磁极的磁体32b之间的部位形成在径向内侧。第一狭缝40具有例如大致圆弧形的开口槽，其周向相对两端最接近磁体32a和32b。

转子芯24的第二流动通路36通过重叠形成在构成转子芯24的轴向中央区域A的电磁钢板中的第二狭缝37而形成。另外，第二流动通路36的形成通过组合第二狭缝37的形成部位不同的电磁钢板而实现。

构成第二流动通路36的第二狭缝37每个都包括作为与轴孔30对向的最内径侧的内径侧狭缝部37a、在径向中间位置处定位成与内径侧狭缝部37a的径向外侧流体连通的中间狭缝部37b、以及在径向外侧位置定位成与中间狭缝部37b和第一狭缝40流体连通的外径侧狭缝部37c。

更具体地，如图2和3A所示，第二狭缝37的内径侧狭缝部37a形成在构成中心部B的各电磁钢板25b中，所述中心部B的形式是转子芯24的轴向中央区域A的更中心部。在此实施例中，内径侧狭缝部37a构造成在其径向内侧端部处向轴孔30开放，在径向上以长度L延伸，并在其径向外侧端部处呈大致圆形。

在这样的结构中，期望使内径侧狭缝部37a的径向长度L1比如下文将说明的中间狭缝部37b的径向长度L2短。原因在于，内周侧端部形成在开口结构中的内径侧狭缝部37a的径向长度越长，通过转子旋转期间的离心力而作用于内径侧狭缝部37a的径向外侧端部附近的应力就越大，这降低了电磁钢板25b的强度并进而降低了转子芯24的强度。

如图2和3B所示，第二狭缝37的中间狭缝部37b形成于构成在转子芯24的轴向中央区域A内与中心部B的各轴向两侧邻接的区域C的各电磁钢板25c中。中间狭缝部37b以长度L2沿径向延伸且其相对两端部封闭。另外，此实施例中的中间狭缝部37b形成为使得其径向内侧端部与内径侧狭缝部37a对应地呈大致圆形。

如图2和3C所示，第二狭缝37的外径侧狭缝部37c形成于构成在转子芯24的轴向中央区域A内与区域B的各周向外侧邻接的区域D的各电磁钢板25d中。

此实施例中的外径侧狭缝部37c是呈准三角形状的通孔，其三个角部被弄圆以建立周缘且其顶角部定向在径向内侧。外径侧狭缝部37c的位于径向内侧的部分如图3C中用点划线所示是与第二狭缝37的中间狭缝部37b的径向外侧端部流体连通的部分。另一方面，外径侧狭缝部37c的位于径向外侧的部分如图3C中用虚线所示是与构成第一流动通路34的第一狭缝40流体连通的部分。

构成第一流动通路34的第一狭缝40的周向宽度被设定成大于第二狭缝37。因此，用于将第二狭缝37的中间狭缝部37b与第一狭缝40连接的外径侧狭缝部37c成形为在径向向外的方向上呈扇形扩展。

在构成第二流动通路36的上述第二狭缝37中，内径侧狭缝部37a在分岔之后从轴孔30沿径向延伸到中间狭缝部37b中，并且中间狭缝部37b沿径向向外的方向进一步延伸。然后，中间狭缝部37b与位于轴向外侧的外径侧狭缝部37c流体连通，并沿径向向外的方向进一步延伸成与构成第一流动通路34的第一狭缝40流体连通。

在这样的结构中，期望第二流动通路36在转子芯24的轴向中心部B中呈径向对称的形状。这提供了转子14的旋转平衡良好的优点。由于类似原因，期望第一流动通路34和第二流动通路36形成为关于转子芯24的旋转中心轴线X旋转对称地定位。

在图2中，利用粗箭头线示出了冷却油的流动。从轴22内的冷却剂流动通路26经过的冷却油通过转子旋转期间的离心力而从冷却剂供给端口28排出到转子芯24，由此被导入第二狭缝37中。

导入第二狭缝37中的冷却油流经第二狭缝37的在径向向外的方向上分步流体连通的各部37a、37b和37c，并流入由第一狭缝40构成的第一流动通路34中。

进入第一流动通路34的冷却油沿轴向流动。由此，与第一流动通路34的在径向向外的方向上的壁面接触的冷却油在从第一流动通路34通过的同时经构成转子芯24的电磁钢板冷却磁体组32。

以这样的方式，通过从转子芯24受热而升温的冷却油从在转子芯24的轴向端面开口的第一流动通路34的端部排出并在离心力的作用下沿径向向外的方向飞散。应该指出的是，降温后的冷却油由包括例如散热器和泵的冷却油循环系统(未示出)回收并被供给到轴22内的冷却剂流动通路26中以进行循环。

图4A是根据此实施例的转子14中的磁体冷却作用的示意性地示出的视图，且图4B和4C示意性地示出了两个比较例中的磁体冷却作用。在图4A-4C各者中，上侧部分示出了转子冷却结构的示意图，而下侧部分示出了示意性地标示磁体的轴向位置与温度之间的关系的曲线图。在各曲线图中，横轴表示磁体的轴向位置，而纵轴表示磁体的温度。此外，冷却之前的磁体温度分布、冷却之后的磁体温度分布和冷却目标温度分别用实线、点划线和虚线示出。

图4B所示的第一比较例表示具有从轴供给到转子芯的一端侧的冷却油经磁体附近的冷却剂流动通路流到轴向另一端侧的冷却结构的转子。在此结构中，关于最高温度出现在其轴向中央区域的磁体，在磁体的被供给新鲜的低温冷却油的一端侧的冷却性能高，而磁体中最需要冷却的磁体轴向中央区域由于冷却油的升温导致的冷却性能下降而无法实现期望的冷却目标温度，并且无法实现磁体沿其轴向的均匀冷却。

在图4C所示的第二比较例中，从轴供给至转子芯的轴向中央位置的冷却油沿径向向外的方向流经转子芯，分支成两股，此后沿径向向外的方向进一步流动，引起冷却油从转子芯的外周排出。在此构型中，当新鲜的低温冷却油被用于冷却磁体的轴向中央区域时，温度降低的幅度较大，而转子芯的其它部分则由于升温的冷却油导致的冷却性能下降而无法被冷却至期望的冷却目标温度。另外，无法取得磁体沿其轴向的均匀冷却。此外，如果冷却油进入转子与定子之间，则在转子旋转期间产生拖曳损失。

相反，如图4A所示，根据此实施例的转子14，低温冷却油将磁体的变成高温的轴向中央区域冷却至期望的冷却目标温度，此后从轴向中央区域沿轴向向外的方向流动的冷却油可将整个磁体组32直至其轴向端部均匀地冷却至期望的冷却目标温度。因此，整个磁体组32的这样的均匀冷却使得能抑制为了提高耐消磁性而添加的稀土元素如(例如)镝(Dy)或铽(Tb)的量，由此降低了磁体的制造成本。

另外，在本实施例的转子14中，构成第二流动通路36的第二狭缝37通过组合每块都具有内径侧狭缝部37a的电磁钢板25b、每块都具有中间狭缝部37b的电磁钢板25c和每块都具有外径侧狭缝部37c的电磁钢板25d而形成。各电磁钢板25b、25c和25d中的狭缝部37a、37b和37c的形成位置相互不同，这能通过将由于转子旋转期间的离心力导致的应力分配给各电磁钢板25b、25c和25d来抑制该应力。因此，能抑制形成第二狭缝37的电磁钢板25b、25c和25d的强度的下降、也就是转子芯24的强度的下降。

此外，在转子芯24内，构成第一流动通路34的第一狭缝40的周向宽度被设定成比构成第二流动通路36的第二狭缝37的内径侧狭缝部37a和中间狭缝部37b大。由此，允许形成在磁体组32附近的第一流动通路34与冷却油的接触面积增大，这能通过流经第一流动通路34的冷却油来提高磁体冷却性能。

图5是与图2对应的视图，示出了形成在转子芯24中的第二流动通路36的一个改型。在此改型中，代替分岔结构，第二流动通路36以分步方式从形成在转子芯24的径向中心部中的轴孔30延伸到第一流动通路34，并与转子芯24的轴向中央区域A中的第一流动通路34结合。更具体地，此改型中的第二流动通路36以这样的方式形成：每块都形成有中间狭缝部37b的一组多个电磁钢板25c定位成与每块都形成有内径侧狭缝部37a的一组多个电磁钢板25b的轴向一端侧邻接，且此外每块都形成有外径侧狭缝部37c的一组多个电磁钢板25d定位成与一组多个电磁钢板25c的轴向一端侧邻接。此改型还能通过供给处于低温状态的冷却油来冷却磁体的高温部分，同时抑制电磁钢板的强度由于第二狭缝37的形成而下降。

图6是与图2对应的视图，示出了形成在转子芯24中的第二流动通路36的一个替代改型。在该替代改型中，被限定为形状与第二狭缝37的外径侧狭缝部37c相同的孔的第一流动通路34延伸到转子的轴向两端部。更具体地，在此替代改型中，第二流动通路36以这样的方式形成：每块都形成有中间狭缝部37b的一组多个电磁钢板25c定位成与每块都形成有内径侧狭缝部37a的一组多个电磁钢板25b的各轴向端邻接，且每块都形成有外径侧狭缝部37c的一组多个电磁钢板25d定位成与一组多个电磁钢板25c的各轴向端邻接。该替代改型也能通过供给温度被设定成较低的冷却油来冷却磁体的高温部分，同时抑制电磁钢板的强度由于第二狭缝37的形成而下降。另外，被限定为形状与第二狭缝37的外径侧狭缝部37c相同的孔的第一流动通路34延伸到转子的轴向两端部，这扩展了第一流动通路34，由此使得转子芯24能够轻量化。

应该指出的是，本发明不应当局限于上述实施例及其改型，并且容易有各种变更和改进而不脱离主张权利的发明及其等效物的范围。

例如，在以上说明中，关于第二狭缝37，内径侧狭缝部37a的径向长度被设定成比中间狭缝部37b的径向长度短，这不是限定的构型。与此相反，内径侧狭缝部37a可被设定成比中间狭缝部37b长或与其相等。

另外，根据以上说明，第一流动通路34的位置被说明为对应于转子芯24的磁极之间，这不是限定的构型，并且第一流动通路34和第二流动通路36中的每一者的形成可通过与各磁极的径向内径侧对应而定位。

此外，第一流动通路34可具有限定出供磁通量在转子芯24中通过的通路的磁通屏障的功能。

Claims (4)

1.一种用于旋转电机(10)的转子(14)，所述转子(14)的特征在于包括：

转子芯(24)；

轴(22)，所述轴中具有冷却剂流动通路(26)和冷却剂供给端口(28)，所述冷却剂流动通路(26)构造成允许冷却剂流动，且所述冷却剂供给端口(28)构造成向所述转子芯(24)供给冷却剂；和

设置在所述转子芯(24)中的磁体(32)，所述磁体(32)沿所述转子芯(24)的轴向延伸，

其中，所述转子芯(24)被固定地安装在所述轴(22)上，所述转子芯(24)由层叠的钢板(25)形成，所述转子芯(24)具有供冷却剂流过的冷却剂流动路径(34，36)，

所述冷却剂流动路径(34，36)包括第一流动通路(34)和第二流动通路(36)，

所述第一流动通路(34)在所述磁体(32)附近沿所述轴向延伸，

所述第二流动通路(36)将所述轴(22)的冷却剂供给端口(28)和所述第一流动通路(34)连接，

所述第一流动通路(34)形成为通过重叠形成在所有构成所述转子芯(24)的相应钢板(25)中的第一狭缝(40)而贯穿所述转子芯(24)，

所述第二流动通路(36)通过重叠形成在构成所述转子芯(24)的轴向中央区域的钢板(25)中的第二狭缝(37)而形成，

所述第二狭缝(37)在它们形成在相应钢板(25)中的位置方面不同，

所述第一流动通路(34)和所述第二流动通路(36)在所述转子芯(24)的轴向中央区域结合，

所述第二流动通路(36)朝向所述第一流动通路(34)分岔，

所述第二流动通路(36)具有关于径向对称的形状，并且

所述第二流动通路(36)构造成使得所述第二流动通路(36)在轴向上的宽度沿径向向外方向逐步变宽。

2.根据权利要求1所述的转子，其中

所述第一流动通路(34)的周向宽度被设定成大于所述第二流动通路(36)的周向宽度，

所述钢板(25)具有所述第一流动通路(34)和所述第二流动通路(36)结合的结合部，且

所述第二狭缝在径向向外的方向上扩展且与构成所述第一流动通路(34)的所述第一狭缝(40)连接。

3.根据权利要求1或2所述的转子，其中

所述第二狭缝(37)具有内径侧狭缝部(37a)和中间狭缝部(37b)，

所述内径侧狭缝部(37a)设定成比所述中间狭缝部(37b)短，

所述内径侧狭缝部(37a)具有一个径向端和另一个径向端，所述一个径向端向所述转子芯(24)的轴孔(30)开口且所述另一个径向端封闭，并且

所述中间狭缝部(37b)的两个径向端都封闭。

4.一种旋转电机(10)，包括：

根据权利要求1至3中任一项所述的转子；和

以一间隙与所述转子(14)对向的定子(12)。