CN106067710B - 定子的冷却结构 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种能够防止组装时密封构件的扭曲且密封性能较高的定子的冷却结构。定子保持构件(40)的外侧凸缘部(42)沿着轴向面对外壳(20)的一个端面(24)，以与一个端面(24)接触的方式固定在一个端面(24)上，定子保持构件(40)的内侧凸缘部(43)和外壳(20)的台阶部(23)之间配置有截面呈多边形的环形的密封构件(11B)，在外侧凸缘部(42)被螺栓(13)以与外壳(20)的一个端面(24)接触的方式固定在外壳(20)的一个端面(24)上的状态下，内侧凸缘部(43)和密封构件(11B)沿轴向相互推压。

Description

定子的冷却结构

技术领域

本发明涉及一种具有冷却介质流路的定子的冷却结构。

背景技术

如图6所示，现有技术中公开有一种旋转电机100，其具有内部保持有定子101的有底圆筒形的前壳102和隔着O形密封圈103嵌合在前壳102外部的有底圆筒形的后壳104，由O形密封圈103对设置在前壳102和后壳104之间的圆筒形空间105进行密封(例如参照专利文献1)。

专利文献1：日本发明专利公开公报特开平8-237904号

然而，为了使用于保持定子的定子保持构件与定子之间的线膨胀系数的差值较小，定子保持构件需要使用与定子相同的材料(铁)。另外，由于易于形成冷却水套，因此，现有技术中，定子保持构件大多通过铸造制成。但是，铸造制成的定子保持构件中，冷却水套(water jacket)的中心部分必须要较厚，因而存在不仅布局性变差而且重量会增加的问题。

在专利文献1所记载的旋转电机100中，前壳102和后壳104之间由O形密封圈103密封，形成供液状冷却介质流动的圆筒形空间105。但是，用铁来构成保持定子的前壳102，并且为了实现轻量化而用铝来构成后壳104等这样的、使用不同材料的2个构件的情况下，当温度发生变化时，会由于前壳102和后壳104之间的线膨胀系数的不同，导致前壳102和后壳104之间发生热伸长差异。因此，O形密封圈103需要应对该热伸长差异。但是，当电机直径增大时，为了通过O形密封圈103的弹性变形来吸收径向上的热伸长差异，不得不增大O形密封圈103的尺寸(线径)。在增大了O形密封圈103的尺寸(线径)的情况下，用于配置O形密封圈103的空间增大，导致了旋转电机的大型化。另外，从轴向上组装前壳102和后壳104时，由于后壳104蹭着设在前壳102上的O形密封圈103的上部沿轴向移动，因而存在O形密封圈103可能会发生扭曲，难以确保密封性的问题。尤其是，当电机用于驱动车辆时，电机的直径较大，若相对于O形密封圈103的线径而言O形密封圈103的外径相对较大，则O形密封圈103容易发生扭曲。

发明内容

本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的在于，提供一种能够在组装时防止密封构件的扭曲且密封性能较高的定子的冷却结构。

为了达成上述目的，本发明的技术方案1为，一种定子(例如，后述的实施方式中的定子10)的冷却结构，所述定子具有：外壳(例如，后述的实施方式中的外壳20)、定子芯(例如，后述的实施方式中的定子芯36)、定子保持构件(例如，后述的实施方式中定子保持构件40)和冷却介质流路(例如，后述的实施方式中的冷却介质流路12)，其中，所述定子芯收装在所述外壳中；所述定子保持构件具有筒形部(例如，后述的实施方式中的筒形部41)和凸缘部(例如，后述的实施方式中的外侧凸缘部42)，所述筒形部将所述定子芯保持在其内周部，所述凸缘部设在所述筒形部的轴向一端侧并被紧固构件(例如，后述的实施方式中的螺栓13)固定在所述外壳上；所述冷却介质流路由所述筒形部的外周部(例如，后述的实施方式中的外周面41b)、所述外壳的内周部(例如，后述的实施方式中的大径孔21)和所述凸缘部围合形成，所述凸缘部沿着轴向面对所述外壳的轴向一端侧的表面(例如，后述的实施方式中的一个端面24)，以与所述外壳的轴向一端侧的表面接触的方式固定在所述外壳的轴向一端侧的表面上，所述定子保持构件的轴向另一端侧的表面(例如，后述的实施方式中的内侧凸缘部43)和所述外壳的轴向另一端侧的内壁面(例如，后述的实施方式中的台阶部23)之间配置有环形的密封构件(例如，后述的实施方式中的密封构件11B)，在所述凸缘部被所述紧固构件以与所述外壳的轴向一端侧的所述表面接触的方式固定在所述外壳的轴向一端侧的所述表面上的状态下，所述定子保持构件的轴向另一端侧的所述表面和所述密封构件沿轴向相互推压。

在技术方案1的基础之上，本发明的技术方案2为，所述外壳和所述定子保持构件由不同材料构成，所述外壳的线膨胀系数大于所述定子保持构件的线膨胀系数。

在技术方案1或2的基础之上，本发明的技术方案3为，所述密封构件具有截面呈多边形的形状。

在技术方案1～3中任一技术方案的基础之上，本发明的技术方案4为，所述密封构件形成为截面呈具有长边(例如，后述的实施方式中的长边11a)和短边(例如，后述的实施方式中的短边11b)的大致矩形的形状。

在技术方案1～4中任一技术方案的基础之上，本发明的技术方案5为，所述定子芯由多个定子芯分割部(例如，后述的实施方式中的定子芯分割部33)呈环形排列而构成，并且，多个所述定子芯分割部的外周部压入所述筒形部的内周部(例如，后述的实施方式中的内周面41a)。

采用本发明的技术方案1，由于定子保持构件的轴向另一端侧的表面和密封构件沿着轴向相互推压，因此，在温度发生了变化时，密封构件也能够应对定子保持构件和外壳的热膨胀或热收缩，维持冷却介质流路的密闭状态。另外，在将定子保持构件组装到外壳上而构成冷却介质流路时，定子保持构件不在密封构件上移动，而是触碰密封构件，因此，能够抑制在组装时密封构件发生扭曲。

采用本发明的技术方案2，为了实现定子的轻量化，例如，采用用铝构成外壳并且用与硅钢片同等的铁构成定子保持构件等这样的、使用不同材料的2个构件的结构，此时，会由于外壳和定子保持构件之间的线膨胀系数的不同，导致在外壳和定子保持构件之间发生热伸长差异，不过，由于密封构件能够应对定子保持构件和外壳之间的热伸长差异，因而能够维持冷却介质流路的密闭状态。另外，密封构件只要能够通过弹性变形来吸收相对较小的轴向上的热伸长差异即可，能够抑制密封构件的大型化。

采用本发明的技术方案3，密封构件的表面能够紧贴定子保持构件的轴向另一端侧的表面，因而密封构件能够在紧贴定子保持构件的轴向另一端侧的表面的状态下，容易地应对定子保持构件的热膨胀或热收缩，更易于维持密闭状态。

采用本发明的技术方案4，能够更可靠地维持密封性。另外，通过使长边沿轴向配置，能够利用密封构件的压缩量，容易地应对由于外壳和定子保持构件之间在轴向上的热伸长差异而发生的、外壳的内壁面和定子保持构件的轴向另一端侧的表面之间的间隙的变化。

采用本发明的技术方案5，能够由定子保持构件在多个定子芯分割部呈环形排列的状态下保持多个定子芯分割部。

附图说明

图1是适用了本发明所涉及的定子的冷却结构的定子的侧视图。

图2是沿图1中A-A线剖切而成的剖视图。

图3是图2中的圆B所包围部分的放大图。

图4是密封构件相应于由温度变化引起的热伸长差异而发生变形以维持密闭状态的说明图，其中，图4(a)表示通常温度时的密闭状态，图4(b)表示温度上升时的密闭状态，图4(c)表示温度降低时的密闭状态。

图5是表示密封构件的各种截面形状的示意图。

图6是专利文献1所记载的旋转电机的剖视图。

【附图标记说明】

10：定子；11B：密封构件；11a：长边；11b：短边；12：冷却介质流路；13：螺栓(紧固构件)；20：外壳；21：大径孔(外壳的内周部)；23：台阶部(外壳的轴向另一端侧的内壁面)；24：一个端面(外壳的轴向一端侧的表面)；33：定子芯分割部；36：定子芯；40：定子保持构件；41：筒形部；41a：内周面(内周部)；41b:外周面(外周部)；42：外侧凸缘部(凸缘部)；43：内侧凸缘部(定子保持构件的轴向另一端侧的表面)。

具体实施方式

下面，参照附图对本发明的实施方式进行说明。另外，以图中标记的朝向为准来观察附图。

如图1～3所示，本发明所涉及的定子10具有外壳20、环形定子片组合体30、保持环形定子片组合体30并嵌合在外壳20内部的定子保持构件40。定子10构成为，外壳20的内壁和定子保持构件40的外壁之间形成有由密封构件11A、11B密封的冷却介质流路12，在该冷却介质流路12内流动的冷却介质对定子10进行冷却。

外壳20上形成有用于收装定子保持构件40的大径孔21，该大径孔21在一个端面24上开口。另外，直径小于大径孔21的小径孔22与大径孔21连续形成，该小径孔22在另一个端面28上开口，在大径孔21和小径孔22之间形成有沿径向伸展的台阶部23。

在一个端面24上，在圆周方向上分离设置有多个内螺纹25，并且，在比多个内螺纹25更靠内径一侧的位置，以不与螺合于内螺纹25的螺栓13的支承面重叠的方式形成有圆环形的密封槽26，该密封槽26中安装有密封构件11A。另外，台阶部23上也形成有圆环形的密封槽27，该密封槽27中安装有密封构件11B。为了使外壳20实现轻量化，外壳20例如由铝制成，构成定子10的外装部。

环形定子片组合体30包括呈环形配置的多个(例如18个)定子片31。定子片31具有由多张大致呈T字形的硅钢片32层积构成的定子芯分割部33和隔着绝缘体35卷绕在定子芯分割部33上的线圈34。由此，由环形排列的多个(例如18个)定子芯分割部33形成定子芯36。

参照图3，定子保持构件40形成为，具有筒形部41、设在筒形部41的轴向一端侧并向径向外侧延伸的外侧凸缘部42以及设在筒形部41的轴向另一端侧并向径向外侧延伸的内侧凸缘部43，外侧凸缘部42的径向长度大于内侧凸缘部43的径向长度。环形定子片组合体30(多个定子片31)被压入并固定在筒形部41的内周面41a上。在筒形部41的外周面41b上，于外侧凸缘部42和内侧凸缘部43之间设有环形凸筋44，该环形凸筋44向径向外侧延伸。内侧凸缘部43及环形凸筋44的径向长度设定为，即使在热膨胀时以及热收缩时内侧凸缘部43及环形凸筋44也不会与外壳20的大径孔21接触。外侧凸缘部42上形成有用于通过螺栓将定子保持构件40紧固在外壳20上的多个螺栓孔45，多个螺栓孔45以与形成在外壳20的端面24上的内螺纹25连通的方式在周向上分离形成。

为了抑制由于定子保持构件40与压入其中的定子芯分割部33之间的线膨胀系数的不同而引起热伸长差异，定子保持构件40用具有与构成定子芯分割部33的硅钢片32大致同等的特性的铁，例如通过铸造形成。在这种情况下，铝制的外壳20的线膨胀系数大于铁制的定子保持构件40的线膨胀系数。

在组装定子10时，在将密封构件11A安装到密封槽26中并将密封构件11B安装到密封槽27中之后，将压入有环形定子片组合体30的定子保持构件40的筒形部41从一个端面24一侧插入外壳20的大径孔21。然后，使螺栓13穿过外侧凸缘部42的螺栓孔45与内螺纹25螺合，并使一个端面24和外侧凸缘部42抵接，从而将定子保持构件40固定在外壳20上。

由此，安装在密封槽26中的密封构件11A被外侧凸缘部42触碰而在轴向上被推压。此时，密封构件11A发生弹性变形，外壳20的一个端面24和外侧凸缘部42在轴向上无间隙地接触，由密封构件11A对外壳20的一个端面24和外侧凸缘部42之间进行密封。另外，安装在密封槽27中的密封构件11B被内侧凸缘部43触碰而在轴向上被推压。此时，密封构件11B发生弹性变形，在外壳20的台阶部23和内侧凸缘部43之间设有间隙C的状态下，由密封构件11B对外壳20的台阶部23和内侧凸缘部43之间进行密封。

由此，在外壳20的内周面(大径孔21)和定子保持构件40的外周面41b之间，形成由一对密封构件11A、11B密封的冷却介质流路12。即，由于一对密封构件11A、11B被触碰而与外壳20和定子保持构件40面接触，从而外壳20和定子保持构件40之间被密封。定子10由被供应到冷却介质流路12内的冷却介质进行冷却。

参照图4，本实施方式的密封构件11A、11B由橡胶等具有弹性的材料形成，其形状为，截面呈多边形，更具体而言，截面呈具有长边11a和短边11b的大致矩形。密封构件11A、11B以其长边11a沿着外壳20的轴向的方式配置，其安装在密封槽26、27中。

如铝制的外壳20和铁制的定子保持构件40等那样，外壳20和定子保持构件40之间的线膨胀系数不同的话，在温度发生变化时，外壳20和定子保持构件40之间会发生在轴向上及径向上的热伸长差异。轴向上的热伸长差异作为外壳20的台阶部23和内侧凸缘部43之间的间隙C的变化呈现出来，径向上的热伸长差异作为外壳20的台阶部23和内侧凸缘部43之间在径向上的相对移动呈现出来。如图2所示，在定子10的直径D大于宽度(轴向长度)W的情况下，径向上的热伸长差异大于轴向上的热伸长差异。

相较而言，位移量较小的轴向上的热伸长差异由在轴向上被推压而在轴向上发生弹性变形的密封构件11B的压缩量(弹性恢复量)所吸收。另外，如图4所示，位移量相对较大的径向上的热伸长差异由随着内侧凸缘部43向径向的相对移动而发生的、密封构件11B的弯曲(弹性变形)所吸收。图4中，图4(a)表示常温时的状态，图4(b)表示温度上升而外壳的伸长量大于定子保持构件的伸长量时的状态，图4(c)表示温度降低而外壳的伸长量小于定子保持构件的伸长量时的状态。

此外，如果通过由例如铁等同质材料形成定子保持构件40和定子芯36，来使定子保持构件40的线膨胀系数和定子芯36的线膨胀系数大致相等，那么，即使在发生温度变化时，也能够由定子保持构件40稳定地保持定子芯36。

另外，图6所示的现有技术的密封结构的情况下，由于前壳102的直径相对较大，因此，前壳102和后壳104在径向上的热伸长差异较大，为了使O形密封圈103能够应对该热伸长差异，必须增大O形密封圈103的尺寸(线径)。结果使得用于配置O形密封圈103的空间增大，导致了旋转电机100大型化。另外，在使安装有O形密封圈103的前壳102与后壳104嵌合时，可能会发生因O形密封圈103的扭曲而对密封性能造成负面影响的情况。尤其是，当电机用于驱动车辆时，电机的直径较大，若相对于O形密封圈103的线径而言O形密封圈103的外径相对较大，则O形密封圈103容易发生扭曲。但是，本实施方式的密封结构中，采用了密封构件11A、11B在轴向上被推压以进行组装的密封结构，因而能够在将定子保持构件40组装到外壳20上时，防止密封构件11A、11B发生扭曲，可靠地对定子保持构件40和外壳20之间进行密封。

再者，由于定子保持构件40的外侧凸缘部42和外壳20的一个端面24在直接接触的状态下被螺栓13固定，密封构件11A不存在于螺栓13和定子保持构件40之间以及螺栓13和外壳20之间，因此即使密封构件11A发生了老化等，也不会导致螺栓13的紧固力降低。

另外，由于定子保持构件40和外壳20由不同的构件(2个构件的结构)形成，因而能够吸收零部件的尺寸公差，容易组装。而且，环形凸筋44的形状的自由度提高，能够形成任意形状的冷却介质流路12。

图5是表示密封构件11B的各种形状的示意图。作为能够适用在本发明的定子10的冷却结构中的密封构件11B，其形状可以为，截面呈多边形，优选为，截面呈在轴向上具有长边的多边形。图5所例示的是密封构件11B的优选形状，其中，图5(a)所示的是截面呈矩形的形状，图5(b)所示的是截面呈梯形的形状，图5(c)所示的是截面呈两个梯形以平行边中的短边重合的方式连接后的形状。此外，安装在密封槽26、27中的一对密封构件11A、11B可以为同一形状，也可以为不同形状。

如上所述，采用本实施方式所涉及的定子10的冷却结构，外侧凸缘部42沿着轴向面对外壳20的一个端面24，以接触一个端面24的方式固定在一个端面24上，在定子保持构件40的内侧凸缘部43和外壳20的台阶部23之间配置有环形密封构件11B。另外，在由螺栓13将外侧凸缘部42以接触外壳20的一个端面24的方式固定在一个端面24上的状态下，定子保持构件40的内侧凸缘部43和密封构件11B沿着轴向相互推压，因此，在温度发生变化时，密封构件11B能够应对定子保持构件40的热膨胀或热收缩，维持冷却介质流路12的密闭状态。

另外，在将定子保持构件40组装到外壳20上而构成冷却介质流路12时，定子保持构件40不在密封构件11B上移动，而是触碰密封构件11B，因而能够抑制在进行组装时密封构件11B发生扭曲。由此也能够确保稳定的密封性能。

另外，若为了实现定子10的轻量化，而采用外壳20例如由铝构成且定子保持构件40由与硅钢片32同等的铁构成那样的、使用不同材料的2个构件的结构，会由于外壳20和定子保持构件40之间的线膨胀系数的不同，导致在外壳20和定子保持构件40之间发生热伸长差异，不过，由于密封构件11B能够应对定子保持构件40和外壳20之间的热伸长差异，因而能够维持冷却介质流路12的密闭状态。另外，在这种情况下，密封构件11B只要能够通过弹性变形来吸收相对较小的轴向上的热伸长差异即可，因而可以减小密封构件11B在径向上的尺寸。由此，能够提高布局性，在较小的空间内进行布局。

再者，通过将外壳20和定子保持构件40作为2个构件的结构，能够使作为冷却水套的冷却介质流路12较薄，进而能够自由地设定突筋及凹凸等。

另外，由于密封构件11B具有多边形的截面，因而密封构件11B的表面(短边11b一侧的表面)能够紧贴定子保持构件40的内侧凸缘部43的表面，因此密封构件11B能够在紧贴定子保持构件40的内侧凸缘部43的状态下，容易地应对定子保持构件40的热膨胀或热收缩，更易于维持密闭状态。

另外，密封构件11B形成为，截面呈具有长边11a和短边11b的大致矩形，因而能够更可靠地维持密封性。另外，通过使长边11a沿轴向配置，能够利用密封构件11B的压缩量，容易地应对由于外壳20和定子保持构件40之间在轴向上的热伸长差异而发生的、内侧凸缘部43和台阶部23之间的间隙C的变化。

再者，定子芯36由多个定子芯分割部33呈环形排列而构成，并且，多个定子芯分割部33的外周面被压入定子保持构件40的筒形部41的内周面41a，因而能够由定子保持构件40在多个定子芯分割部33呈环形排列的状态下保持多个定子芯分割部33。

此外，本发明并不局限于上述的实施方式，可以适当地进行变更、改进等。例如，也可以采用使用3个构件以上的结构来代替使用外壳20和定子保持构件40这2个构件的结构。

另外，密封构件11A、11B也可以为，截面呈圆形或截面呈椭圆形的形状，或者呈在椭圆形截面的紧贴定子保持构件一侧加工出倒角的形状。

Claims (7)

1.一种定子的冷却结构，所述定子包括：外壳、定子芯、定子保持构件和冷却介质流路，其中，所述定子芯收装在所述外壳中；所述定子保持构件具有筒形部和凸缘部，所述筒形部将所述定子芯保持在其内周部，所述凸缘部设在所述筒形部的轴向一端侧并被紧固构件固定在所述外壳上；所述冷却介质流路由所述筒形部的外周部、所述外壳的内周部和所述凸缘部围合形成，

其特征在于，

所述凸缘部沿着轴向面对所述外壳的轴向一端侧的表面，以与所述外壳的轴向一端侧的表面接触的方式固定在该表面上，

所述定子保持构件的轴向另一端侧的表面和所述外壳的轴向另一端侧的内壁面之间配置有环形的密封构件，

在所述凸缘部被所述紧固构件以与所述外壳的轴向一端侧的所述表面接触的方式固定在该表面上的状态下，所述定子保持构件的轴向另一端侧的所述表面和所述密封构件沿轴向相互推压，且在所述定子保持构件的轴向另一端侧的所述表面和所述外壳的轴向另一端侧的内壁面之间设有间隙。

2.根据权利要求1所述的定子的冷却结构，其特征在于，

所述外壳和所述定子保持构件由不同材料构成，

所述外壳的线膨胀系数大于所述定子保持构件的线膨胀系数。

3.根据权利要求1所述的定子的冷却结构，其特征在于，

所述密封构件具有截面呈多边形的形状。

4.根据权利要求2所述的定子的冷却结构，其特征在于，

所述密封构件具有截面呈多边形的形状。

5.根据权利要求1～4中任意一项所述的定子的冷却结构，其特征在于，

所述密封构件形成为截面呈具有长边和短边的大致矩形的形状。

6.根据权利要求1～4中任意一项所述的定子的冷却结构，其特征在于，

所述定子芯由多个定子芯分割部呈环形排列而构成，并且多个所述定子芯分割部的外周部压入所述筒形部的内周部。

7.根据权利要求5所述的定子的冷却结构，其特征在于，

所述定子芯由多个定子芯分割部呈环形排列而构成，并且多个所述定子芯分割部的外周部压入所述筒形部的内周部。