CN105122606B

CN105122606B - 旋转电机

Info

Publication number: CN105122606B
Application number: CN201380075638.5A
Authority: CN
Inventors: 橘田佳明; 井上正哉
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2013-04-15
Filing date: 2013-04-15
Publication date: 2017-12-08
Anticipated expiration: 2033-04-15
Also published as: WO2014170938A1; JP5864029B2; CN105122606A; US20150303774A1; JPWO2014170938A1; DE112013006949T5; US9954419B2

Abstract

通过利用非负载侧端板(18)的下端部溅起冷却油来产生喷雾，利用设置于负载侧端板(17)的远心风扇来使包含该喷雾的空气循环，从而形成在转子铁心(15)内部的第1贯通孔(13)与转子(2)外部的通风路径中以相反方向流动的循环气流。根据上述冷却机构，能够将在外壳内的某一处产生的喷雾随着循环气流提供至整个设备内的任意部位，从而能以少量的量来有效地冷却转子(2)及定子(3)双方。

Description

旋转电机

技术领域

本发明涉及一种旋转电机。

背景技术

作为现有的旋转电机的冷却机构，在收容旋转电机的转子及定子的壳体内存积冷却油，将风扇设置于转子两端所设置的其中一个端板(专利文献1)。将冷却油的高度调整成使得在该风扇因转子的旋转而位于最下端时，该风扇浸入冷却油中。由此，在转子旋转时，利用风扇产生风，并溅起冷却油，从而高效地冷却定子。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利5023100号

发明内容

发明所要解决的技术问题

在采用上述冷却机构的情况下，利用设置于转子端板的风扇来提高冷却油溅起的效果。然而，高速运行的风扇会搅拌冷却油，因此转矩损耗增加，从而产生旋转电机效率下降的问题。此外，突起状的风扇因搅拌阻力而被重复施加负载，因此需要确保风扇的强度。其结果是，会产生如下问题：因端板的重量的增加而使得旋转电机的效率下降以及制造成本增加。

另外，上述专利文献1中记载了如下技术特征，由风扇在径向产生的风对定子、线圈进行冷却，由风扇溅起的冷却油向半径方向飞散，从而对线圈的连结部等进行冷却。然而，关于收容永磁体的转子，风扇对其的冷却效果较小。

本发明鉴于上述问题，提供一种旋转电机，该旋转电机能以简易的结构来高效地冷却转子、定子双方，并能抑制制造成本的上升、因冷却剂的搅拌阻力而造成的效率降低。

解决技术问题所采用的技术方案

本发明所涉及的旋转电机包括：旋转驱动的轴；支承轴的两端的轴承的外壳；转子，该转子设置于轴的周面，且具有转子铁心及多个永磁体，其中，该转子铁心在轴向上具有多个第1贯通孔，该多个永磁体配置于收纳孔中，该收纳孔形成于该转子铁心；卷绕有线圈，隔着间隙与转子的外周面相对配置，并与外壳相嵌合的圆环状的定子；在外壳内提供液体制冷剂的喷雾的喷雾产生单元；以及设置于转子铁心的轴向两端的圆盘状的端板，一个端板设有与转子铁心的第1贯通孔的至少一部分重叠的第2贯通孔，另一端板设有远心风扇，该远心风扇具有与转子铁心的第1贯通孔相对的叶片，且该叶片的外径小于该端板的外径，远心风扇使包含液体制冷剂的喷雾在内的外壳内的空气在转子铁心内部的第1贯通孔与转子外部的通风路径中以相反方向流动。

发明效果

本发明所涉及的旋转电机，在外壳内部利用远心风扇使包含液体制冷剂的喷雾在内的空气循环，形成在转子铁心内部的第1贯通孔与转子外部的通风路径中以相反方向流动的循环气流，因此能以简易的结构来高效地冷却转子、定子双方，从而能抑制制造成本的上升，以及因液体制冷剂的搅拌阻力而造成的效率下降。

本发明的上述以外的目的、特征、观点及效果通过参照附图并进行下述详细说明来进一步阐明。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式1所涉及的旋转电机的轴向剖面的图。

图2是表示本发明的实施方式1所涉及的旋转电机的径向剖面的图。

图3是说明由本发明的实施方式1所涉及的旋转电机的冷却机构所产生的循环气流的图。

图4是表示本发明的实施方式2所涉及的旋转电机的转子外周槽的图。

图5是表示本发明的实施方式2所涉及的旋转电机的非负载侧端板的图。

图6是表示本发明的实施方式2所涉及的旋转电机的非负载侧端板的变形例的图。

图7是表示本发明的实施方式2所涉及的旋转电机的非负载侧端板的变形例的图。

图8是表示本发明的实施方式2所涉及的旋转电机的非负载侧端板的变形例的图。

图9是表示本发明的实施方式2所涉及的旋转电机的非负载侧端板的变形例的图。

图10是说明转子与定子的组装方向和非负载侧端板的外径之间的关系的图。

图11是表示本发明的实施方式2所涉及的旋转电机的非负载侧端板的变形例的图。

图12是表示本发明的实施方式3所涉及的旋转电机的负载侧端板的图。

图13是表示本发明的实施方式4所涉及的旋转电机的轴向剖面的图。

具体实施方式

实施方式1

基于图1及图2对本发明的实施方式1的旋转电机进行说明。图1是表示本发明的实施方式1所涉及的旋转电机的轴向剖视图，图2是径向剖视图。此外，在以下所有附图中，对图中相同部分附加相同标号。本实施方式1所涉及的旋转电机包括：进行旋转驱动的轴1；设置于轴1的周面的转子2；与转子2的外周面相对配置的定子3；支承轴1两端的轴承，并收容转子2及定子3的外壳。

图1中，外壳由前框架5、中框架6以及后框架7这三个框架构成。配置成圆环状的分隔型的定子3与筒状的铁制框架4相嵌合，此外，铁制框架4与铝制的中框架6相嵌合。轴1的轴承、即负载侧轴承8与非负载侧轴承9分别被前框架5及后框架7所支承。

定子3的非负载侧的端面配置有对UVW各相供电的总线10、以及收纳总线10的总线保持部11。定子3卷绕有线圈(省略图示)，其轴向两端部设有线圈端部12。

轴1的两端通过负载侧轴承8及非负载侧轴承9来由外壳支承，在轴1的周面固定有转子2。转子2具有转子铁心15及多个永磁体16，其中，该转子铁心15具有在轴向上贯通的多个第1贯通孔13，该多个永磁体16配置于磁体收纳孔14，该磁体收纳孔14在上述转子铁心15的周向上大致等间隔地形成。如图2所示，第1贯通孔13在周向上大致等间隔地配置，磁体收纳孔14设置于第1贯通孔13的外周侧。

转子2的轴向两端设有圆板状的端板、即负载侧端板17及非负载侧端板18，以用于防止配置于磁体收纳孔14的永磁体16脱落。本实施方式1中，上述端板17、18的外径在转子铁心15的外径以下。非负载侧端板18设有与转子铁心15的第1贯通孔13至少部分重叠的第2贯通孔181。上述端板17、18由热传导率较高的板材构成，具有吸收转子2的热量并冷却永磁体16的功能。

定子3隔着间隙、即空隙19与转子2的外周面相对配置，并通过铁制框架4与中框架6相嵌合。另外，定子3在与铁制框架4相嵌合的背面，具有在轴向上贯通的多个定子外周槽20。

此外，外壳内，在负载侧端板17与前框架5的轴承支承壁之间形成有负载侧空间21，在非负载侧端板18与后框架7的轴承支承壁之间形成有非负载侧空间22。这些空间通过转子2的第1贯通孔13与非负载侧端板18的第2贯通孔181、空隙19以及定子外周槽20来连通。

此外，在本实施方式1中，外壳由前框架5、中框架6以及后框架7这三个框架构成，但外壳结构并不局限于此。例如，也可以是将前框架5与中框架6形成为一体的结构，或者将中框架6与后框架7形成为一体的结构。另外，图1中，将铁制框架4安装于前框架5，也可以安装于后框架7。

接着，利用图3来说明本实施方式1所涉及的旋转电机的冷却机构。本实施方式1所涉及的旋转电机在负载侧端板17具备远心风扇，以作为冷却机构。远心风扇具有构成端板17的圆盘部171、以及安装于该圆盘部171并与转子铁心15的第1贯通孔13相对的叶片172。叶片172的外径设定得比端板17的外径要小。

如图3所示，将轴1的转轴至叶片172的最端部为止的距离设为R₁(叶片172的外径为R₁×2)，将从转轴至设置于转子铁心15的贯通孔13的外周侧端部为止的距离设为R₂，将端板17的半径设为R₃，此时，具有关系R₃＞R₁＞R₂。此外，叶片172的形状、数量并没有特别限定，只要是能够随着转子2的旋转而旋转，并从远心方向、即径向内侧朝向外侧产生气流的形状即可。

另外，本实施方式1所涉及的旋转电机在外壳内作为冷却机构具备喷雾产生单元以提供作为液体制冷剂的冷却油喷雾。喷雾产生单元通过随着转子2的旋转，而利用负载侧端板17及非负载侧端板18中的某一个端板的下端部或这两个端板的下端部使存积在外壳内的冷却油溅起，从而产生喷雾。本实施方式1中，将非负载侧端板18的下端部设为主要的喷雾产生单元。

存积在外壳内的冷却油的液面高度(图3中用H来表示)被调整成比非负载侧端板18的下端部要高且比远心风扇的叶片172的最下端部要低的位置。由此，转子铁心15及非负载侧端板18的下端部浸入冷却油中，通过旋转来溅起冷却油，产生喷雾。另一方面，由于远心风扇的叶片172不浸入冷却油中，因此叶片172不会搅拌冷却油，从而抑制转矩损耗的产生。

若在具有上述冷却机构的旋转电机中使转子2旋转，则非负载侧端板18的下端部溅起冷却油，产生冷却油喷雾。另外，如图3的箭头标记所示，由设置于负载侧端板17的远心风扇产生从径向内侧朝径向外侧的气流。流入远心风扇的空气通过转子铁心15的第1贯通孔13及非负载侧端板18的第2贯通孔181，从非负载侧空间22提供。另外，由远心风扇排出至负载侧空间21的空气通过空隙19及定子外周槽20返回至非负载侧空间22。

也就是说，利用设置于负载侧端板17的远心风扇，包含冷却油喷雾的外壳内空气在转子铁心15内部的第1贯通孔13与转子2外部的通风路径中以相反方向流动，从而在旋转电机内形成包含冷却油喷雾的汽液混合的循环气流。根据上述冷却机构，能够将在外壳内的某一处产生的喷雾随着循环气流提供至整个设备内的任意部位，从而能以少量的喷雾量来进行有效的冷却。例如，在上述现有技术中无法获得冷却效果的线圈端部12的外周侧、定子3的背面侧也能获得冷却效果。

此外，通过将不具有远心风扇的非负载侧端板18设为喷雾产生单元，从而刚刚产生的喷雾随着循环气流通过转子铁心15内部的第1贯通孔13，因此转子2能获得较好的冷却效果。

此外，作为负载侧端板17及非负载侧端板18的构成材料，通过使用非磁性材料，从而能添加将来自永磁体16的漏磁通阻断的效果。另外，为了获得相同效果，也可以在转子铁心15与端板17、18之间设置由非磁性材料构成的构件。

另外，对于端板17、18的构成材料，优选热膨胀率与轴1的构成材料相近似的材料。由此，在转子铁心15的温度发生变化的情况下，轴1与两端板17、18的嵌合条件也不会发生变化，因此旋转电机的可靠性得到提高。

此外，对于嵌合有定子3的部分的构成材料，优选线膨胀率与定子3的构成材料相近似的材料。由此，即使在高温时，嵌合的关系特性也不会发生变化，在使用润滑性较高的液体制冷剂时，也不会产生嵌合部发生滑动这样的问题。

如上所述，根据本实施方式1，通过利用非负载侧端板18的下端部溅起冷却油来产生喷雾，并利用设置于负载侧端板17的远心风扇来使包含该喷雾的空气循环，从而能利用该简易结构来高效地冷却转子2、定子3双方。另外，由于远心风扇的叶片172不浸入冷却油中，因此无需叶片172具有能耐搅拌阻力的强度，从而能以简易的结构来实现，并能抑制制造成本的提高。此外，由于远心风扇不浸入冷却油，因此能抑制因搅拌阻力而造成的效率下降，从而能实现旋转电机的小型轻量化及高效化。

实施方式2

本发明的实施方式2中，利用图4～图11来说明用于提高上述实施方式1中说明的旋转电机的冷却机构的冷却效果的各种变形例。此外，本实施方式2所涉及的旋转电机的整体结构与上述实施方式1相同，因此省略说明(参照图1)。

作为用于增加循环气流的流量的变形例，如图4所示，在转子2的外周面形成在轴向上贯通的多个转子外周槽23。由此，转子2与定子3之间的空隙19与转子外周槽23成为转子2外部的通风路径，转子2外部的循环气流的流量增加，因此冷却效果提高。

另外，上述实施方式1中，在非负载侧端板18的端部溅起冷却油，然而端部是平滑面，溅起的量依赖于冷却油的粘性。增加冷却油的溅起量能有效增加喷雾产生量。图5～图9示出了用于提高非负载侧端板18的冷却油溅起能力，并增加喷雾产生量的变形例。此外，图5～图9示出了非负载侧端板，(a)是俯视图，(b)是局部剖视图。这些图中，省略了第2贯通孔181的图示，图中，H表示冷却油的油面高度。

在图5所示的示例中，浸入非负载侧端板18的冷却油的端部在周向上等间隔地形成多个圆筒状的凹陷部182。凹陷部182浸入冷却油，通过旋转在凹陷部182的内部获得冷却油。由此，能提高非负载侧端板18的冷却油溅起能力，增加喷雾产生量。此外，设置于负载侧端板17的叶片172的外径位于凹陷部182的内侧。

另外，如图6所示，也可以将多个凹陷部182a从转轴中心起配置成辐射状。由此，能够提高作为喷雾产生单元的功能，并实现非负载侧端板18的轻量化，提高旋转电机的效率。此外，在图7所示的示例中，凹陷部182b具有与端板18的外周连通的槽部。由此，能够提高作为喷雾产生单元的功能，提高冷却油向转子2的径向飞散的能力，提高线圈端部12的冷却效果。

图5～图7所示的变形例中，与上述实施方式1相同，非负载侧端板18的外径在转子铁心15的外径以下，然而，如图8所示，也可以将端板18的外径设得大于转子铁心15，仅使具有凹陷部182的端板18的下端部浸入冷却油中。由此，能将转子铁心15的下端部设得高于冷却油的油面高度。此外，图9中，使非负载侧端板18的形状朝轴向倾斜，避开线圈端部12来进行配置，从而能比图8更进一步下降油面高度。

由此，将非负载侧端板18的外径设定为在转子铁心15的外径以下的情况，以及将非负载侧端板18的外径设定得大于转子铁心15的外径的情况，分别具有如下优点。在端板18的外径在转子铁心15的外径以下的情况下，如图10(a)所示，在将转子2与定子3相组合时，既能够从转子2的负载侧(图中用L表示)进行组装，也能够从转子2的非负载侧(图中用R表示)进行组合，从而组装特性的自由度较大。

另一方面，在将端板18的外径设定得大于转子铁心15的外径的情况下，如图10(b)所示，从非负载侧进行的组装受到限制。取而代之地，由于转子铁心15的下端部不浸入冷却油，因此因冷却油溅起而产生的转矩损耗能得到抑制，从而兼顾旋转电机的高效化与冷却效果的提高。

优选为，根据旋转电机的规格来决定是否将端板18的外径设定得大于转子铁心15的外径。例如，在是转子铁心15的轴向尺寸较短的规格的情况下，转子铁心15与冷却油之间的接触面积较小，因冷却油溅起而产生的转矩损耗较小，因此优先组装特性而将端板18的外径设定为在转子铁心15的外径以下。相反，在是转子铁心15的轴向尺寸较长的规格的情况下，因冷却油溅起而产生的转矩损耗较大，因此将端板18的外径设定得大于转子铁心15的外径，使得转子铁心15不浸入冷却油。

此外，在将端板18的外径设定得大于转子铁心15的外径的情况下，如图11所示，也可以将凹陷部182设置在转子铁心15一侧。由此，能进一步提高冷却油的溅起能力。另外，在到此为止说明的示例中，在圆周方向上配置多个凹陷部182，但配置一个以上的凹陷部182即可。在凹陷部182为一个的情况下，能够兼作为使转子2平衡的加工，从而提高制造效率。

根据实施方式2，通过在作为喷雾产生单元的非负载侧端板18的端部设置凹陷部182(182a、182b)，从而能提高冷却油的溅起能力，增加喷雾产生量。上述凹陷部182为去除端板18的材料后得到的结构，因此易于加工，能实现端板18的轻量化。由此，在本实施方式2中，在与上述实施方式1相同的效果的基础上，还能进一步实现旋转电机的高效化及冷却效果的提高。

实施方式3

图12示出了本发明的实施方式3所涉及的旋转电机的负载侧端板，(a)是俯视图，(b)是轴向剖视图。图中，H表示冷却油的油面高度。此外，本实施方式3所涉及的旋转电机的整体结构与上述实施方式1相同，因此省略说明(参照图1)。

喷雾产生单元具有随着转子2的旋转使存积在外壳内的冷却油溅起的功能即可，因此可以是负载侧端板17及非负载侧端板18中的某一个，也可以是这两个。也就是说，提高冷却油溅起能力的凹陷部可以设置于负载侧端板17及非负载侧端板18中的某一个，也可以两处均设置。在上述实施方式1及实施方式2中，将非负载侧端板18设为喷雾产生单元，将凹陷部182(182a、182b)设于非负载侧端板18，在本实施方式3中，将具有远心风扇的负载侧端板17作为喷雾产生单元，设置凹陷部173。

如图12所示，设置于负载侧端板17的端部的凹陷部173浸入冷却油，通过旋转在凹陷部173内部获得冷却油，产生喷雾。另外，在将端板17的圆盘部171的外径设定得大于转子铁心15的外径，使得远心风扇的叶片172与转子铁心15不浸入冷却油。

在将喷雾产生单元设置于不具有风扇的非负载侧端板18的情况及将喷雾产生单元设置于具有风扇的负载侧端板17的情况分别具有如下优点。在将喷雾产生单元设置于非负载侧端板18的情况下，所产生的喷雾首先通过转子铁心15的贯通孔13，因此具有能强化转子2及永磁体16的冷却效果的优点。另一方面，在设置于负载侧端板17的情况下，能够将产生循环气流的远心风扇及喷雾产生单元的凹陷部集成为一个构件，因此能提高制造效率。也就是说，通过根据旋转电机的规格来选择将喷雾产生单元设置于负载侧端板17还是设置在非负载侧端板18，从而能最优化冷却性能、成本及生产效率。

实施方式4

图13是表示本发明的实施方式4所涉及的旋转电机的轴向剖面的图。此外，对图13中与图1相同的部分标注相同标号，并省略说明。本实施方式4中，在旋转电机的负载侧空间21，作为喷雾产生单元具备从外壳外部将作为液体制冷剂的冷却油导入内部的冷却油通路24、以及将由泵(省略图示)压送至冷却油通路24的冷却油喷出至外壳内，从而产生喷雾的小口径喷射孔25。

在上述实施方式1至实施方式3中，通过溅起冷却油来产生喷雾，但喷雾产生单元只要是能将冷却油的喷雾提供至外壳内的循环气流的路径的一部分即可。在采用图13所示的喷雾产生单元的情况下，不在外壳内存积冷却油，因此转子2及端板17、18不会产生搅拌阻力。

根据本实施方式4，在与上述实施方式1至实施方式3相同的效果的基础上，还能去除因搅拌阻力而产生的转矩损耗，从而进一步实现旋转电机的高效化。此外，本发明可以在该发明的范围内对各实施方式自由地进行组合，或对各实施方式进行适当的变形、省略。

工业上的实用性

本发明能作为旋转电机的冷却机构来利用。

Claims

1.一种旋转电机，其特征在于，具备：

旋转驱动的轴(1)；

支承所述轴(1)的两端的轴承(8、9)的外壳(5、6、7)；

转子(2)，该转子(2)设置于所述轴(1)的周面，且具有转子铁心(15)及多个永磁体(16)，其中，该转子铁心(15)在轴向上具有多个第1贯通孔(13)，该多个永磁体(16)配置于收纳孔(14)中，该收纳孔(14)形成于该转子铁心(15)；

卷绕有线圈，隔着间隙(19)与所述转子(2)的外周面相对配置，并与所述外壳(6)相嵌合的圆环状的定子(3)；

在所述外壳(5、6、7)内提供液体制冷剂的喷雾的喷雾产生单元；以及

设置于所述转子铁心(15)的轴向两端的圆盘状的端板(17、18)，

一个所述端板(18)设有与所述转子铁心(15)的所述第1贯通孔(13)的至少一部分重叠的第2贯通孔(181)，另一个所述端板(17)设有远心风扇，该远心风扇具有与所述转子铁心(15)的所述第1贯通孔(13)相对的叶片(172)，且该叶片(172)的外径小于该端板(17)的外径，

所述远心风扇在所述转子铁心(15)内部的所述第1贯通孔(13)与所述转子(2)外部的通风路径中使包含所述液体制冷剂的喷雾在内的所述外壳(5、6、7)内的空气以相反方向流动，

所述喷雾产生单元通过随着所述转子(2)的旋转，而利用所述端板(17、18)中的一个端板或两个端板的下端部使存积在所述外壳(5、6、7)内的所述液体制冷剂溅起，从而产生喷雾，将所述液体制冷剂的液面高度调整成低于所述叶片(172)的最下端部的位置，所述叶片(172)不浸入所述液体制冷剂。

2.如权利要求1所述的旋转电机，其特征在于，

所述转子(2)在其外周面具有在轴向上贯通的多个转子外周槽(23)，将所述间隙(19)及所述转子外周槽(23)作为所述转子(2)外部的所述通风路径。

3.如权利要求1或2所述的旋转电机，其特征在于，

所述定子(3)在与所述外壳(6)相嵌合的背面，具有在轴向上贯通的多个定子外周槽(20)，将所述定子外周槽(20)设为所述转子(2)外部的所述通风路径。

4.如权利要求1或2所述的旋转电机，其特征在于，

所述外壳(6)的嵌合所述定子(3)的部分的构成材料的线膨胀率与所述定子(3)的构成材料的线膨胀率相近似。

5.如权利要求1或2所述的旋转电机，其特征在于，

所述端板(17、18)的构成材料的热膨胀率与所述轴(1)的构成材料的热膨胀率相近似。

6.如权利要求1或2所述的旋转电机，其特征在于，

所述端板(17、18)的构成材料为非磁性材料。

7.如权利要求1或2所述的旋转电机，其特征在于，

在所述转子铁心(15)与所述端板(17、18)之间，设有由非磁性材料构成的构件。

8.如权利要求1所述的旋转电机，其特征在于，

在所述端板(17、18)中的一个端板或两个端板的浸入所述液体制冷剂的端部设置有凹陷部(182、182a、182b)。

9.如权利要求8所述的旋转电机，其特征在于，

所述凹陷部(182b)具有与所述端板(17、18)的外周连通的槽部。

10.如权利要求1所述的旋转电机，其特征在于，

所述端板(17、18)的外径在所述转子铁心(15)的外径以下。

11.如权利要求1所述的旋转电机，其特征在于，

所述端板(17、18)的某一个端板的外径比所述转子铁心(15)的外径要大。