CN105917558A - 旋转电机 - Google Patents

Abstract

在具有环状的定子(15)和旋转自如地配置于定子(15)的内周侧的转子(14)的旋转电机中，在定子(15)上，沿周向等间隔地设有向转子(14)侧突出且缠绕有线圈(52)的多个定子齿(51)，在转子(14)上，沿周向等间隔地设有向定子(15)侧突出的多个转子齿(41)，转子齿(41)具有凸状的齿本体部(42)和由齿本体部(42)的前端向周向两侧延伸的延出部(43)，在转子齿(41)的突出方向的中间，设有具有比定子齿(51)前端的周向宽度(WS1)小的周向最小宽度(WR2)的缩颈部(44)。

Description

旋转电机

技术领域

本发明涉及一种旋转电机，涉及一种开关磁阻(以下简称SR：SwitchedReluctance)电动机及相同构造的发电机的改良。

背景技术

以往，提出过一种以降低振动和噪音为目的的SR电动机(例如，参照专利文献1)。作为这样的SR电动机的转子齿前端的形状，其包含凸条的第一部分、邻接设置于第一部分的周向两侧的第二部分、进一步邻接设置于第二部分的周向两侧的延长部和由从延长部开始向转子齿的基端侧延伸的根切部形成的腰部。延长部被设为稍显与第二部分不出现不连续的圆形的形状，以起到使转子齿的前端宽度比定子齿的前端宽度大的作用。另外，形成腰部的根切部被设为缓变的形状，以在延长部与转子齿的基端侧之间不出现不连续。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：(日本)特开平11-262225号公报

发明内容

发明所要解决的技术问题

然而，在特许文献1所记载的SR电动机中，设于转子齿的延长部为稍显圆形的形状，而且该延长部与转子齿的基端侧利用缓变的根切部形状的腰部而被设为连续，因此转子齿处的磁通的通过难易度的变化变大，在转子旋转过程中转子齿与定子齿之间产生的径向力随时间的变化加剧。因此，存在径向力的高次谐波变大而导致对振动和噪音的抑制受到阻碍，无法将振动和噪音充分降低的问题。

另外，由于转子齿处的磁通的通过难易度的变化变大将导致所产生的径向力变大，因此在降低振动和噪音方面是有限度的。

本发明的目的在于，提供一种能够切实将振动和噪音充分降低的旋转电机。

解决技术问题的技术手段

本发明的旋转电机具有环状的定子和旋转自如地配置于所述定子的内周侧的转子，其特征在于，在所述定子上，沿周向等间隔地设有向所述转子侧突出且缠绕有线圈的多个定子齿，在所述转子上，沿周向等间隔地设有向所述定子侧突出的多个转子齿，所述转子齿具有凸状的齿本体部和从所述齿本体部的前端向周向两侧延伸的延出部，在所述转子齿的突出方向的中间，设有具有比所述定子齿前端的周向宽度小的周向宽度的缩颈部。

在本发明的旋转电机中，优选地，在所述延出部的前端侧的周向端缘处形成有棱边。

在本发明的旋转电机中，优选地，所述转子齿前端的周向宽度大于所述缩颈部的周向最小宽度的1.5倍。

在本发明的旋转电机中，优选地，所述缩颈部的周向最小宽度小于所述定子齿前端的宽度的0.75倍。

在本发明的旋转电机中，优选地，所述转子齿具有横跨所述齿本体部的前端及所述延出部连续的圆弧面，在所述圆弧面与所述定子齿前端的圆弧面之间形成的间隙在周向上是一定的。

本发明的旋转电机具有环状的定子和旋转自如地配置于所述定子的内周侧的转子，其特征在于，在所述定子上，沿周向等间隔地设有向所述转子侧突出且缠绕有芯线的多个定子齿，在所述转子上，沿周向等间隔地设有向所述定子侧突出的多个转子齿，所述转子齿具有凸状的齿本体部、从所述齿本体部的前端向周向两侧延伸的延出部和横跨所述齿本体部的前端及所述延出部连续的圆弧面，在所述圆弧面与所述定子齿前端的圆弧面之间形成的间隙在周向上是一定的，在所述延出部的前端侧的周向端缘处形成有棱边，在所述转子齿的突出方向的中间，设有具有周向最小宽度的缩颈部，所述转子齿前端的周向宽度大于所述缩颈部的周向最小宽度的1.5倍，所述缩颈部的周向最小宽度小于所述定子齿前端的宽度的0.75倍。

根据本发明，由于在转子齿上设有延出部及比定子齿的宽度窄的缩颈部，因此会发生磁饱和而使来自定子齿侧的磁通很难通过转子齿的内部，能够抑制所产生的径向力的峰值。因此，在转子齿与定子齿的正对位置处，由定子齿向转子齿通过的磁通受到限制，能够充分减轻振动和噪音。

附图说明

图1是搭载本发明一实施方式的旋转电机的建筑机械的侧面图。

图2是示出了所述建筑机械的一部分的俯视图。

图3是示出了所述旋转电机的分解立体图。

图4是示出了所述旋转电机的剖视图。

图5是示出了所述旋转电机的转子及定子的主视图。

图6是示出了转子及定子的主要部分的放大图。

图7是用于说明所述实施方式的效果的图。

图8是用于说明所述实施方式的其他效果的图。

图9是示出了本发明的变形例的图。

具体实施方式

以下基于附图对本发明一实施方式进行说明。

图1是搭载发电电动机10的液压挖掘机1的侧面图，其中，所述发电电动机10是应用了本实施方式的齿形状的旋转电机。图2是示出了液压挖掘机1的一部分的俯视图。

[液压挖掘机的大致结构]

液压挖掘机1是所谓的混合动力方式的建筑机械，它利用发动机6驱动发电电动机10来产生电力，并利用该电力使上部回转体3回转，或者是对液压挖掘机1的辅机类进行驱动。

这样的液压挖掘机1具有下部行驶体2和可回转地设于下部行驶体2上的上部回转体3。上部回转体3具有工作装置4、驾驶室5、发动机6、液压泵7、逆变器8、电容器9及发电电动机10。发电电动机10与逆变器8经由电源线CA1电连接，另外，逆变器8与电容器9电连接。

其中的上部回转体3由利用来自发电电动机10或者电容器9的电能进行动作的回转电动机3A驱动。回转电动机3A与逆变器8经由电源线CA2电连接。回转电动机3A通过上部回转体3在减速时的再生动作发电，发电获得的电能通过逆变器8向电容器9蓄积。

另外，在上部回转体3上固定有回转环SC的外圈OL，在下部行驶体2上固定有回转环SC的内圈IL。通过这样的构造，回转环SC将上部回转体3与下部行驶体2连结起来。回转电动机3A的输入/输出轴经由具有减速机构的回转机构与回转小齿轮SP连结。回转小齿轮SP与形成于回转环SC的内圈1L上的内齿啮合。

回转电动机3A的驱动力经由所述回转机构传递给回转小齿轮SP，使上部回转体3进行回转。在本实施方式中，在回转电动机3A纵向放置，也就是在将混合动力式的液压挖掘机1设置于水平面的情况下，回转电动机3A以回转电动机3A的输入/输出轴朝向重力作用的方向的方式设置。

工作装置4具有大臂4A、小臂4B及铲斗4C。大臂4A、小臂4B及铲斗4C分别由大臂4A用、小臂4B用、铲斗4C用的各液压缸利用从图2所示的液压泵7压送来的工作油经由控制阀驱动，执行挖掘等各种作业。

[发电电动机的结构]

图3是本实施方式的发电电动机10的分解图。图4是发电电动机10的剖视图。更具体地，图4示出了在包含发电电动机10的转子14的旋转中心轴Z且与旋转中心轴Z平行的平面处将发电电动机10切开时的剖面。

发电电动机10使转子轴14A被直接地、或者间接地连接于发动机6的输出轴及液压泵7的输入轴，通过发动机6的输出轴的旋转驱动力进行发电。在要使发动机6的旋转增加等情况下，根据需要利用储存于电容器9的电能将发电电动机10作为电动机使用，辅助发动机6的旋转。另外，例如，在发动机6处于怠速状态的情况下，发电电动机10受到发动机6的旋转驱动力而发电，通过发电所产生的电能被储存于电容器9中。

本实施方式中的发电电动机10为具有三相的开关磁阻电动机构造的发电电动机，例如具有发动机6侧的第一壳体11、飞轮12、连接器13、转子14、定子15、液压泵7侧的第二壳体16和法兰盘17。

第一壳体11为铸铁制部件，，与第二壳体16接合而在内部形成收容转子14及定子15等的空间。在该收容空间的下部形成有油积存部21，该油积存部21储存用于促进转子轴14A和轴承18部分的润滑并且对定子15的发热部位(线圈52)进行冷却的冷却油。定子15的冷却构造见后述。

飞轮12在由第一壳体11、第二壳体16形成的收容空间内被固定于发动机6的输出轴。另外，飞轮12经由连接器13与转子14连接，在第一壳体11、第二壳体16内旋转。

连接器13为大致圆环状的部件，由螺栓固定于飞轮12上。该连接器13的形成于内径部分的内齿花键与转子轴14A的发动机侧的外径部分上形成的外齿花键啮合，互相形成花键结合。由此，飞轮12、连接器13及具有转子轴14A的转子14一同旋转，并由发动机6驱动。

转子14在第一壳体11、第二壳体16内被配置于定子15的内周侧的空间。在转子14的中央，形成有用螺栓固定转子轴14A的支承空间14B。在支承空间14B内，放入了设于法兰盘17的中央的圆筒状的支承部17A。并且，通过在支承空间14B的内周面与支承部17A的外周面之间配置轴承18、18，将转子14以绕法兰盘17的支承部17A旋转自如的方式支承。

另一方面，转子14的转子轴14A的液压泵7侧的部分被插入法兰盘17的支承部17A内。在转子14的转子轴14A中，在插入支承部17A内的部分的内径侧形成有内齿花键。该内齿花键与设于液压泵7的输入轴上的外齿花键形成花键结合。由此，液压泵7被发动机6经由转子14驱动。

定子15设于第一壳体11、第二壳体16内的空间中，利用由发动机6侧贯通转子芯40部分的多个螺栓26(图3中仅图示了一根)被螺栓固定于第二壳体16上。

第二壳体16为铸铁制部件，被设于发电电动机10的液压泵7侧(图4中的右侧)。第二壳体16与由螺栓固定的第一壳体11一同形成收容飞轮12、连接器13、转子14及定子15的收容空间，并且形成发电电动机10的外轮廓。

在第二壳体16的肩部分，安装有具有与收容空间连通的内部空间的配电箱19。在配电箱19的内部空间内，配置有连接来自线圈52的引线的接线端子。这样的接线端子与固定于配电箱19的电源线CA1(图2)的连接器连接。也就是说，由发电电动机10发电得到的电能由配电箱19通过该电源线CA1输送到电容器8。

法兰盘17为在第二壳体16侧封闭由第一壳体11、第二壳体16形成的收容空间的部件。因此，法兰盘17被从液压泵7侧用螺栓固定于第二壳体16。在法兰盘17的中央，与支承部17A同轴地设有插通口17B，如前所述，插入该插通口17B的液压泵7的输入轴与转子14的转子轴14A花键结合。

[发电电动机的冷却构造]

在图4中，在第二壳体16上，朝向旋转中心轴Z设有导入油等冷却介质的冷却介质导入路31。冷却介质导入路31的下端在第二壳体16与法兰盘17的抵接面处向法兰盘17侧开口。在法兰盘17上设有铅直的冷却介质连通路32，冷却介质连通路32的上端与冷却介质导入路31的下端连通，冷却介质连通路32的下端在形成于转子轴14A的内齿花键的端部开口。另外，在法兰盘17上，设有从冷却介质连通路32的中途开始向水平方向分支并在支承部17A的上方开口的冷却介质分支路33。在支承部17A上，沿周向设有多个进行径向上的连通的连通孔17C。

供给到第二壳体16的冷却介质导入路31的冷却介质的一部分流通过法兰盘17的冷却介质连通路32而流下。流下的冷却介质的另一部分通过法兰盘17与转子轴14A的间隙，流入支承部17A与转子轴14A之间的空间。另外，从冷却介质连通路32流下的冷却介质的再一部分通过转子轴14A与液压泵7(图2)的输入轴的花键结合部分而流向转子轴14A的内部空间。

流入支承部17A与转子轴14A之间的空间中的冷却介质在转子14旋转时的离心力的作用下向支承部17A的内表面侧移动，并通过支承部17A的连通孔17C向轴承18侧供给，对该轴承18进行冷却及润滑。冷却过轴承18的冷却介质在离心力的作用下进一步向外侧移动，其大部分到达设于转子14的外周的断面为J字形状的第一叶片34。到达第一叶片34的冷却介质在离心力的作用下从设于第一叶片34的吐出孔34A吐出，并向线圈52的线圈端部与第二壳体16之间的间隙处供给，对线圈52的朝向第二壳体16侧的线圈端部进行有效的冷却。

与之相对，流入转子轴14A的内部空间的冷却介质在从转子轴14A与发动机6(图2)的输出轴的花键结合部分流出后，通过转子轴14A与连接器13的花键结合部分向连接器13的外周侧流出。流出的冷却介质在离心力的作用下向外侧移动，其大部分到达设于转子14的外周的第二叶片35。到达第二叶片35的冷却介质在离心力的作用下从设于第二叶片35的吐出孔35A吐出，对线圈52的朝向第一壳体11侧的线圈端部进行有效的冷却。

另一方面，被供给到冷却介质导入路31的冷却介质中，流到冷却介质分支路33侧的冷却介质在支承部17A的上方流出。流出的冷却介质在扩散到支承部17A的周围后，在离心力的作用下向外侧移动，到达第一叶片34。到达第一叶片34的冷却介质与前述一样，在离心力的作用下由吐出孔34A吐出并对线圈端部进行冷却。

冷却过线圈端部的冷却介质在第一壳体11、第二壳体16内滴下而积存于油积存部21，并由此处开始经由排出通路22、未图示的过滤器及泵输送到图3所示的油冷却器入口23。在油冷却器处被冷却的冷却介质由油冷却器出口24开始通过配管25，再次被供给到冷却介质导入路31的上部。

[定子及转子的构造]

图5是示出了发电电动机10的转子14及定子15的主视图。图6是示出了转子14及定子15的主要部分的放大图。

在图5中，转子14具有圆环状的转子芯40。转子芯40是层叠多个电磁钢板而构成。各个电磁钢板都是相同的形状，与转子14的旋转中心轴Z正交的面处的转子芯40的截面形状在任何部位都相同。在转子芯40上，沿周向等间隔地设有朝向定子15侧突出的多个转子齿41。在本实施方式中，为了构成二十四极的转子14，在转子芯40上设有共计二十四个转子齿41。转子齿41被设为关于沿着径向的中心线呈线对称的形状。

定子15具有圆环状的定子芯50。定子芯50是层叠电磁钢板而构成。各个电磁钢板都是相同的形状，与转子14的旋转中心轴Z正交的面处的定子芯50的截面形状在任何部位都相同。在定子芯50上，沿周向等间隔地设有朝向转子14侧突出的多个定子齿51。在各定子齿51上，缠绕有集中绕组式的线圈52。在本实施方式中，为了构成三十六极的定子15，在定子芯50上设有共计三十六个定子齿51。邻接的定子齿51之间的空间形成线槽53。定子齿51被设为关于沿着径向的中心线呈线对称的形状。

如图6中放大显示地，由转子轭的外周面40A突出的转子齿41具有凸状的齿本体部42和由齿本体部42的前端向周向两侧延伸的延出部43、43。在延出部43的前端侧的周向端缘处形成有棱边43A。通过该棱边43A，使得转子齿41及定子齿51之间的径向力的变化变得平缓，因此能够降低高次谐波，能够进一步减轻振动和噪音。在转子齿41的突出方向的中间，设有具有比定子齿51前端的周向宽度WS1小的周向最小宽度WR2的缩颈部44。所谓“突出方向的中间”，是指从相对于转子轭的外周面40A立起的部分到沿周向延伸的延出部43的根部分之间的部分。

也就是说，在转子芯40上，以突出设置成越往前端越细的形状且从中途开始越朝向前端越沿周向扩大的方式形成有转子齿41。在齿本体部42中，在从越往前端越细的部分向扩大部分转变的位置处形成缩颈部44，在突出设置方向的前端侧利用向周向两侧扩大的部分形成延出部43。转子齿41具有横跨齿本体部42的前端及延出部43连续的圆弧面45。

也就是说，定子齿51的前端及与该前端靠近并相对的转子齿41的前端均形成为沿着周向的圆弧面45、55。并且，在转子齿41的圆弧面45中，形成于周向两端侧的端缘为棱边43A。在这些定子齿51前端的圆弧面55与转子齿41前端的圆弧面45之间形成的间隙G在周向上是一定的。因此，能够更加切实地使转子齿41及定子齿51之间的径向力的变化平缓，能够降低高次谐波从而进一步降低振动和噪音。

在此，转子齿41前端的周向宽度WR1大于缩颈部44的周向最小宽度WR2的1.5倍。另外，缩颈部44的周向最小宽度WR2小于定子齿51前端的宽度WS1的0.75倍。WR1最好在WS1的1.25倍附近。转子齿41的圆弧面45与从缩颈部44向延出部43的斜面46所成的角度θ大致为45°。定子齿51前端的宽度WS1与线槽53(图5)的开口宽度WS2之比(WS1:WS2)为4:6。

[特性与效果]

图7中示出了发电电动机10的静扭矩特性。本实施方式的发电电动机10的静扭矩特性由实线表示，作为背景技术说明的以往的发电电动机的静扭矩特性由虚线表示。所谓静扭矩特性，是指在向定子15的一相的线圈52供给直流电流并在所产生的磁力中使转子14旋转时，通过计测使转子14旋转所需的扭矩而得到的特性。图7的横轴为电角度(edeg(°)),纵轴为扭矩(Nm)。

在电角度180°的位置，定子齿51位于彼此邻接设置的一对转子齿41之间，转子齿41与定子齿51处于非相对位置。在本实施方式的发电电动机10中，若使转子14由非相对位置前进，则延出部43的棱边43A比以往的情况更早地向定子齿51靠近，因此从紧随其后的较早的时刻开始产生扭矩，在230°附近已经接近峰值，并持续到280°附近。

这样的特性源于在转子齿41上设有延出部43。因此，作为发电电动机10，由于从靠近非相对位置的位置开始产生规定大小的扭矩，因此在转子齿41与定子齿51相对之前即使没有电流流过也可以获得足够的扭矩，能够降低转子齿41与定子齿51之间产生的径向力，能够减轻振动和噪音。

图8中示出了根据电角度而变化的转子齿41与定子齿51之间的径向力。本实施方式的发电电动机10的径向力由实线表示，以往的发电电动机的径向力由虚线表示。径向力是在向定子15的一相的线圈52供给直流电流时，根据通过转子齿41与定子齿51的磁力线(交链磁通)所求得的值。图8的横轴为电角度(edeg(°))，纵轴为径向力(N)。

在本实施方式中，由于在转子齿41上以最优的最小宽度WR2设有缩颈部44，因此会在该缩颈部44发生磁饱和，能够抑制径向力。其结果，如图8所示，最大径向力(径向力的峰值部分)变得平坦，与难以发生磁饱和的以往情况相比能够切实减小最大径向力，能够较好地减轻噪音。并且，由于在这样的一相中，最大径向力变小，因此在以三相实际驱动发电电动机10的情况下，能够显著减小各相的峰值之间的径向力的下降，能够大幅度地抑制振动。

另外，利用设于转子齿41的延出部43，与未设有这样的延出部43的情况相比，会从更早的阶段开始产生径向力，因此能够减小径向力随时间的变化从而抑制径向力的高次谐波成分。并且，由于在延出部43的端缘处形成有棱边43A，因此能够使径向力的变化变得平缓，这点也能够降低高次谐波。因此，加上缩颈部44产生的效果，能够切实地降低振动和噪音。

特别是，由于转子齿41前端的周向宽度WR1、缩颈部44的周向最小宽度WR2、定子齿51前端的宽度WS1的关系被设定为最优，因此该作用效果显著。

注意，本发明并不限定于前述的实施方式，在能够达成本发明的目的的范围内的变形、改良等也包含于本发明。

例如，虽然在所述实施方式中，转子齿41的前端为单纯的圆弧面45所形成，但是也可以如图9所示的那样，在转子齿41的前端设置从圆弧面45凹进规定深度的凹部47。由于通过设置这样的凹部47，磁阻变大，因此能够进一步降低径向力，能够进一步减轻振动和噪音。

虽然在所述实施方式中规定了转子齿41及定子齿51的各宽度WR1、WR2、WS1、WS2彼此的关系，但是即使是在脱离这样的规定而设定的情况下，在能够达成本发明的目的的范围内也包含于本发明。也就是说，即使是在包含延出部43的转子齿41的前端的宽度WR1比定子齿51的前端的宽度WS1小的情况下，只要作为转子齿41具有本发明所涉及的带有棱边43A的延出部43及缩颈部44，就包含于本发明。

虽然在所述实施方式中，转子齿41与定子齿51之间的间隙G在周向的整个区域内是一定的，但是如现有技术文献中列举的专利文献1所记载的那样，也可以是随着朝向周向两侧，间隙G的大小逐渐地变大。

虽然在所述实施方式中，转子齿41的具有最小宽度WR2的缩颈部44对应齿本体部42与延出部43的斜面46相交的位置设置，但是例如也可以设于比这样的相交位置靠内侧也就是旋转中心轴Z侧的位置。

工业实用性

本发明除了能够用于混合动力型的建筑机械以外，还能够用于混合动力型的汽车、电动式的汽车、还有电动式的建筑机械。

附图标记说明

10…作为旋转电机的发电电动机

14…转子

15…定子

41…转子齿

42…齿本体部

43…延出部

43A…棱边

44…缩颈部

45…圆弧面

51…定子齿

52…线圈

G…间隙

Z…旋转中心轴

WR2…最小宽度

Claims (6)

1.一种旋转电机，具有环状的定子和旋转自如地配置于所述定子的内周侧的转子，其特征在于，

在所述定子上，沿周向等间隔地设有向所述转子侧突出且缠绕有线圈的多个定子齿，

在所述转子上，沿周向等间隔地设有向所述定子侧突出的多个转子齿，

所述转子齿具有凸状的齿本体部和从所述齿本体部的前端向周向两侧延伸的延出部，

在所述转子齿的突出方向的中间，设有具有比所述定子齿前端的周向宽度小的周向最小宽度的缩颈部。

2.如权利要求1所述的旋转电机，其特征在于，

在所述延出部的前端侧的周向端缘处形成有棱边。

3.如权利要求1或权利要求2所述的旋转电机，其特征在于，

所述转子齿前端的周向宽度大于所述缩颈部的周向最小宽度的1.5倍。

4.如权利要求1到权利要求3中任一项所述的旋转电机，其特征在于，

所述缩颈部的周向最小宽度小于所述定子齿前端的宽度的0.75倍。

5.如权利要求1到权利要求4中任一项所述的旋转电机，其特征在于，

所述转子齿具有横跨所述齿本体部的前端及所述延出部连续的圆弧面，

在所述圆弧面与所述定子齿前端的圆弧面之间形成的间隙在周向上是一定的。

6.一种旋转电机，具有环状的定子和旋转自如地配置于所述定子的内周侧的转子，其特征在于，

在所述定子上，沿周向等间隔地设有向所述转子侧突出且缠绕有线圈的多个定子齿，

在所述转子上，沿周向等间隔地设有向所述定子侧突出的多个转子齿，

所述转子齿具有凸状的齿本体部、从所述齿本体部的前端向周向两侧延伸的延出部和横跨所述齿本体部的前端及所述延出部连续的圆弧面，

在所述圆弧面与所述定子齿前端的圆弧面之间形成的间隙在周向上是一定的，

在所述延出部的前端侧的周向端缘处形成有棱边，

在所述转子齿的突出方向的中间，设有具有周向最小宽度的缩颈部，

所述转子齿前端的周向宽度大于所述缩颈部的周向最小宽度的1.5倍，

所述缩颈部的周向最小宽度小于所述定子齿前端的宽度的0.75倍。