CN106340985B - 旋转电机的转子 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种旋转电机的转子。转子芯包括至少一个芯致冷剂通路，所述至少一个芯致冷剂通路构造成将致冷剂释放到转子芯与定子之间的间隙。芯致冷剂通路包括：在永磁体的径向内侧设置成沿轴向延伸的中央致冷剂通路，中央致冷剂通路在转子芯的轴向端面上开口；使轴致冷剂通路与中央致冷剂通路连通的内致冷剂通路；使中央致冷剂通路与间隙连通的外致冷剂通路；和在中央致冷剂通路的相对于外致冷剂通路的两个轴向端侧设置成在中央致冷剂通路中从径向外侧朝径向内侧突出的阻塞部。
Description
技术领域
本发明涉及一种旋转电机的转子，所述转子包括转子芯和嵌埋在所述转子芯中的永磁体。
背景技术
在构造成使得永磁体嵌埋在转子芯中的永磁体同步旋转电机中，当转子的温度随着旋转电机的驱动而升高时，不仅磁体性能降低以致转矩和效率降低，而且永磁体的减磁(消磁)由于高温而发生。如果采用具有高矫顽力的磁体，则能够避免与减磁相关的问题。但是，在这种情况下，有必要增大重稀土的含量，这会导致成本增加。
为此，为了冷却旋转电机，常规上已经提出各种结构。例如，日本专利申请公报No.2008-228522(JP2008-228522A)描述了一种其中从形成在旋转轴内部的供给油通路供给的油通过在转子芯内部形成的多个冷却油通路排放以便冷却转子的技术。在JP2008-228522A中，在旋转电机的q-轴线上延伸的槽口形成在沿轴向连续布置的多个电磁钢板中的每一个上，使得各个电磁钢板上的槽口在径向范围内彼此偏移地形成，由此形成在q-轴线上延伸的冷却油通路。
此外，日本专利申请公报No.2006-067777(JP2006-067777A)描述了一种其中从形成在旋转轴内部的供给油通路供给的油通过在转子芯内部形成的多个冷却油通路排放以便冷却转子的技术。在JP2006-067777A中，冷却油通路在旋转电机的d-轴线上延伸。在JP2006-067777A中，沿径向延伸的多个油通路在轴向上排布。
发明内容
根据JP2008-228522A和JP2006-067777A中的技术，致冷剂全部释放到转子芯与定子之间的间隙中。通过将致冷剂排入所述间隙中，能够冷却转子芯的径向外表面、定子芯的径向内表面和定子线圈。但是，当大量致冷剂释放到所述间隙中时，充满在所述间隙中的致冷剂的剪切阻力增大，由此导致由于致冷剂的拖滞引起的电机转矩损失(所谓拖滞损失)增大。JP2008-228522A和JP2006-067777A的常规技术不足以应对这种拖滞损失。
为此，本发明提供了一种用于旋转电机的转子，所述转子能够在通过将致冷剂供给到转子芯与定子之间的间隙中来有效冷却转子芯的径向外表面、定子芯的径向内表面和定子线圈的同时减小拖滞损失。
根据本发明的一个方面的旋转电机的转子是这样一种转子，所述转子包括转子芯、嵌埋在所述转子芯中的永磁体，和旋转轴，并且所述转子由所述旋转轴支承。所述旋转轴包括供致冷剂流过的轴致冷剂通路，所述转子芯包括至少一个芯致冷剂通路，所述至少一个芯致冷剂通路将从所述轴致冷剂通路供给的所述致冷剂引导到所述转子芯的径向外端而使得所述致冷剂释放到所述转子芯和定子之间的间隙。所述芯致冷剂通路包括：在所述永磁体的径向内侧设置成沿轴向延伸的中央致冷剂通路，所述中央致冷剂通路在所述转子芯的轴向端面上开口；使所述轴致冷剂通路与所述中央致冷剂通路连通的内致冷剂通路；使所述中央致冷剂通路与所述间隙连通的外致冷剂通路；和设置在所述中央致冷剂通路的两个轴向端侧的阻塞部，所述阻塞部设置在所述外致冷剂通路的轴向外侧。所述阻塞部在所述中央致冷剂通路中从径向外侧朝径向内侧突出。
根据本发明的一个方面，在从所述轴致冷剂通路供给的所述致冷剂的量少的情况下，通过所述阻塞部抑制所述致冷剂朝两个轴向端部的排放，以便所述致冷剂从所述外致冷剂通路释放到所述间隙，由此能够有效冷却所述转子芯的径向外表面、所述定子芯的径向内表面，和所述定子线圈。此外，在从所述轴致冷剂通路供给的所述致冷剂的量多的情况下，所述致冷剂部分地越过所述阻塞部朝两个轴向端部排放，由此能够抑制由于从所述外致冷剂通路释放过量的所述致冷剂时导致的所述致冷剂的拖滞所引起的电机转矩损失的增大。此外，因为所述致冷剂通过所述中央致冷剂通路从所述轴向端面释放到外部，所以能够沿轴向均等地冷却整个转子芯，由此能够有效冷却所述转子芯。也即，根据本发明，能够在有效冷却所述转子的同时减小拖滞损失。
附图说明
下面参照附图说明本发明的示例性实施例的特征、优点，以及技术和工业意义，在附图中同样的附图标记表示同样的要素，并且其中:
图1是根据本发明的一个实施例的旋转电机的转子的轴向视图；
图2是沿图1中的线X-X截取的旋转电机的剖视图；
图3是示出致冷剂的流动的视图；
图4A是示出电磁钢板的一个示例的视图；
图4B是示出电磁钢板的一个示例的视图；
图4C是示出电磁钢板的一个示例的视图；
图5是示出另一种转子的构型的视图。
具体实施方式
下面参照附图说明本发明的实施例。图1是根据本发明的实施例的要用于旋转电机60的转子10的轴向视图。此外，图2是旋转电机60沿图1中的线X-X截取的剖视图。此外，图3是示出致冷剂的流动的视图。但是，为了清楚理解本发明，图2和3中的径向长度与图1中不一样，而是以稍微放大的方式示出。此外，各电磁钢板14的厚度等也与实际厚度等不同。
本实施例的旋转电机60是构造成使得永磁体16嵌埋在转子芯12中的永磁体同步旋转电机。旋转电机60包括转子10和定子62。定子62由在其内周上形成有多个齿的大致环状的定子芯64和围绕每个齿卷绕的定子线圈66构成。转子10在定子62内侧布置成与定子62同心。具有大致均匀距离的间隙G形成在转子10的径向外表面与定子62的径向内表面之间。
转子10包括转子芯12和嵌埋在转子芯12中的永磁体16。旋转轴50穿过转子芯12的中心，旋转轴50经由轴承(未示出)等相对于壳体(未示出)可转动地支承。转子10也可与旋转轴50一起转动。
转子芯12构造成使得多个电磁钢板14沿轴向层叠。电磁钢板14中的每一个呈圆盘状，并且是例如硅电磁钢板等。供永磁体16嵌埋于其中的多个磁体孔20形成在转子芯12的外周附近。多个磁体孔20沿转子芯12的周向均匀排列，并且磁体孔20中的每一个沿转子轴向(相对于图1所在纸面的垂直方向)贯通转子芯12。
构成磁极18的永磁体16嵌埋在磁体孔20中的每一个中。一个磁极18通过两个永磁体16构成。构成一个磁极18的两个永磁体16以大体呈V字形朝转子芯12的外周张开的姿势布置。在本实施例中，16个永磁体16和8个磁极18布置在转子芯12的径向外端附近。永磁体16中的每一个具有扁平矩形截面和轴向长度大致等于转子芯12的轴向长度的平板形状。应注意，在此说明的永磁体16的数量和磁极18的数量仅仅是一个示例，并且数量可以适当改变。此外，在本实施例中，一个磁极18由一对永磁体16构成，但是一个磁极18也可以由一个永磁体16或者更多个永磁体16构成。
供冷却转子10和定子62的致冷剂通过的致冷剂通路形成在旋转轴50和转子芯12中。致冷剂通路大致分成形成在旋转轴50中的轴致冷剂通路52和形成在转子芯12中的芯致冷剂通路。轴致冷剂通路52是穿过旋转轴50的轴心的孔。轴致冷剂通路52从旋转轴50的一端延伸到大致轴向中央，然后轴致冷剂通路52沿径向分支成延伸到转子芯12的径向内端。
如后面将更具体地说明的，芯致冷剂通路是将从轴致冷剂通路52供给的致冷剂引导至转子芯12的径向外端或转子芯12的两个轴向端部并且然后将致冷剂释放到转子芯12外部的致冷剂通路。致冷剂通过泵等从设置在旋转电机60外部的致冷剂源供给到轴致冷剂通路52。这样供给到轴致冷剂通路52的致冷剂中的大部分通过芯致冷剂通路从转子芯12的径向外端释放到间隙G。这样释放到间隙G的致冷剂经间隙G向前移动，然后落到旋转电机60的壳体底部。此外，不能释放到间隙G的过量致冷剂从转子芯12的两个轴向端部释放到外部以便落到壳体底部。这样落到壳体底部的致冷剂被适当回收并且冷却，然后返回到致冷剂源。应注意，致冷剂不受特别限制，只要致冷剂是能够相对于转子10和定子62发挥优选冷却性能的液体即可。但是，在本实施例中，冷却油用作致冷剂。
芯致冷剂通路大致分成中央致冷剂通路22、内致冷剂通路24和外致冷剂通路26。中央致冷剂通路22是沿转子芯12的轴向延伸成贯穿转子芯12的致冷剂通路。中央致冷剂通路22设置在永磁体16的径向内侧并且位于旋转电机60的q-轴线上。应注意，如一般已知的，q-轴线是穿过相邻磁极18之间的中心位置(凸极的中心位置)和转子10的中心的轴线。此外，d-轴线是穿过一个磁极18的中心位置和转子10的中心的轴线。本实施例的中央致冷剂通路22设置在各个q-轴线上，中央致冷剂通路22的数量与磁极18的数量相同。
中央致冷剂通路22具有位于转子芯12的轴向端面上的开口，以便致冷剂从开口排出。从中央致冷剂通路22的径向外侧朝径向侧突出的阻塞部40形成在中央致冷剂通路22的两个轴向端部处。由于阻塞部40，中央致冷剂通路22的截面积在两个轴向端部处突然变窄。构成中央致冷剂通路22的中央孔22a形成在每个电磁钢板中。在本实施例中，为了形成阻塞部40，形成在两个轴向端部处的中央孔22a比形成在其它电磁钢板14中的中央孔22a小。
内致冷剂通路24是使轴致冷剂通路52与中央致冷剂通路22连通的致冷剂通路。内致冷剂通路24总体上设置在转子芯12的大致轴向中央。内致冷剂通路24包括从转子芯12的径向内端延伸出的第一致冷剂通路28和使第一致冷剂通路28与中央致冷剂通路22连通的第二致冷剂通路30。第一致冷剂通路28是在d-轴线上延伸的通路，并且其一端与轴致冷剂通路52连接，其另一端止于永磁体16的径向内侧。第一致冷剂通路28的所述另一端呈大致椭圆形扩大以便容易与第二致冷剂通路30连通。第一致冷剂通路28设置在各个d-轴线上，包括在一个内致冷剂通路24中的第一致冷剂通路28的数量与磁极18的数量相同。
第二致冷剂通路30是设置在永磁体16的径向内侧的通路。第二致冷剂通路30的一端处于其中该一端与它相应的第一致冷剂通路28的另一端重叠的位置。因此，如图2所示，其中形成有第二致冷剂通路30的电磁钢板14邻接地层叠在其中形成有第一致冷剂通路28的电磁钢板14上，以便第二致冷剂通路30与它们相应的第一致冷剂通路28连通。第二致冷剂通路30的另一端与它相应的中央致冷剂通路22连通，如图1所示。在本实施例中，沿相反方向延伸的两个第二致冷剂通路30与一个第一致冷剂通路28连通。此外，从不同的第一致冷剂通路28延伸出的两个第二致冷剂通路30与一个中央致冷剂通路22连通。因此，包括在一个内致冷剂通路24中的第二致冷剂通路30的数量是第一致冷剂通路28的数量的两倍，并且是磁极18的数量的两倍。
外致冷剂通路26是从中央致冷剂通路22的大致轴向中央沿径向向外延伸以便与间隙G连通的致冷剂通路。外致冷剂通路26从转子芯12的径向外端沿径向延伸，并且与它相应的中央致冷剂通路22连接。外致冷剂通路26具有位于转子芯12的径向外表面上的开口，以便致冷剂从开口排出。在此，如图2所示，外致冷剂通路26仅设置在转子芯12的大致轴向中央。换句话说，在径向外表面上，用于致冷剂的出口(外致冷剂通路26的径向外端)仅设置在转子芯12的轴向中央。此外，外致冷剂通路26设置在各个q-轴线上，外致冷剂通路26的数量与磁极18的数量相同。
如上所述的芯致冷剂通路形成为使得槽口和孔适当地形成在构成转子芯12的电磁钢板14中。此外，构成转子芯12的电磁钢板14根据电磁钢板14所层叠的轴向位置而具有不同的形状。这一点参照图4A-4C进行说明。
构成转子芯12的电磁钢板14大致有三种类型。第一种类型是其中形成有多个磁体孔20和中央孔22a的电磁钢板14，如图4A所示。本类型的电磁钢板14布置在除了转子芯12的轴向中央附近以外的大部分中。中央孔22a是布置在磁体孔20的径向内侧并且位于各个q-轴线上并构成中央致冷剂通路22的通孔。形成在位于两个轴向端部处的电磁钢板14中的中央孔22a构造成使得其径向外缘比形成在其它电磁钢板14中的中央孔22a更靠近径向内侧并且具有比形成在其它电磁钢板14中的中央孔22a小的尺寸。
第二种类型是其中形成有多个磁体孔20、中央孔22a、第一槽口28a和外槽口26a的电磁钢板14，如图4B所示。本类型的电磁钢板14布置在转子芯12的大致轴向中央。第一槽口28a是沿着各个d-轴线从径向内端径向向外延伸以便构成第一致冷剂通路28的槽口。外槽口26a是沿着各个q-轴线从径向外端径向向内延伸以便构成外致冷剂通路26的槽口。中央孔22a与各个外槽口26a连接。
第三种类型是其中形成有多个磁体孔20、中央孔22a和第二槽口30a的电磁钢板14，如图4C所示。本类型的电磁钢板14布置在图4B的电磁钢板14在轴向上的两侧。第二槽口30a是在磁体孔20的径向内侧沿斜向(包括径向分量和周向分量两者的方向)延伸并且构成第二致冷剂通路30的槽口。中央孔22a与第二槽口30a连接。具有芯致冷剂通路的转子芯12能够通过层叠这几种类型的电磁钢板14而形成。
在本实施例中，设置有在轴向上贯穿的中央致冷剂通路22并且阻塞部40设置在中央致冷剂通路22的两端。对于这种构型，在从轴致冷剂通路供给的致冷剂的量少的情况下，通过阻塞部抑制致冷剂朝两个轴向端部的排放，以便致冷剂从外致冷剂通路释放到间隙，由此能够有效冷却转子芯的径向外表面、定子芯的径向内表面和定子线圈。此外，在从轴致冷剂通路供给的致冷剂的量多的情况下，致冷剂部分地越过阻塞部朝两个轴向端部排放，由此能够抑制由于从外致冷剂通路释放过量的致冷剂时导致的致冷剂的拖滞所引起的电机转矩损失的增大。从轴致冷剂通路52供给的致冷剂承受由于离心力引起的指向径向外侧的力。结果，大部分致冷剂从内致冷剂通路24通过中央致冷剂通路22和外致冷剂通路26移动到间隙G，如图3中的加粗的连续实线所示。
在此，从径向外侧以直立方式设置的阻塞部40位于中央致冷剂通路22的两个轴向端部处。留在中央致冷剂通路22中的致冷剂由于离心力而朝中央致冷剂通路22的径向外侧被拖引。留在中央致冷剂通路22中的致冷剂被从径向外侧以直立方式设置的阻塞部40所停止。结果，在要留在中央致冷剂通路22中的致冷剂的量少的情况下，致冷剂不会从设置在两个轴向端部处的开口排放到外部，而是从外致冷剂通路释放。结果，能够有效防止间隙G中的致冷剂变得不足。
当要供给到转子10的致冷剂增加以便提高冷却性能时，要留在中央致冷剂通路22中的致冷剂的量增大。当致冷剂越过阻塞部40时，这样越过阻塞部40的致冷剂从设置在两个轴向端部上的开口排放到外部。这会减小要从外致冷剂通路排出的致冷剂量相对于从轴致冷剂通路供给的致冷剂量的比率，由此能够抑制由于过量的致冷剂从外致冷剂通路释放时导致的致冷剂的拖滞所引起的电机转矩损失的增大。此外，因为致冷剂从轴向端面释放，所以导致中央致冷剂通路22内部的致冷剂如图3中双点划线所示的轴向流动。此外，当致冷剂的流动速度提高时，能够更有效地冷却转子10。
此外，在本实施例中，致冷剂从外致冷剂通路26释放到间隙G。外致冷剂通路26仅设置在大致轴向中央。由于这个原因，用于致冷剂的出口仅在径向外表面上设置在大致轴向中央。结果，如图3中的粗线所示，从大致轴向中央释放的致冷剂迅速释放到间隙G外部，而不会在朝间隙G的两个轴向端部移动的过程中与从其它出口释放的致冷剂相干涉。这因此能够有效防止由于致冷剂的滞留导致的拖滞损失。
此外，在本实施例中，致冷剂流过相对于永磁体16位于径向内侧的中央致冷剂通路22和相对于永磁体16位于径向外侧的间隙G两者。结果，从径向内侧和径向外侧两者冷却了永磁体16，由此能够更有效冷却永磁体16。这因此能够防止由于热量引起的永磁体16的性能下降和减磁。
此外，在本实施例中，致冷剂通路布置成不分断d-轴线磁路Ld和q-轴线磁路Lq。结果，能够利用磁转矩和磁阻转矩两者，由此最终能够防止旋转电机60的输出性能降低。
也即，如图4A-4C中的虚线所示，d-轴线磁路Ld在转子芯12中行进以便穿过一个磁极18的中心，并且然后从转子芯12出去以便跨q-轴线而穿过与所述一个磁极18邻接的另一个磁极18的中心。此外，如图4A-4C中的一长两短交替的虚线所示，q-轴线磁路Lq从磁极18之间形成的凸极开始在转子芯12中行进，然后从转子芯12出去以便跨d-轴线磁路Ld而穿过与该凸极邻接的另一个凸极。当有槽口等设置在d-轴线磁路Ld或q-轴线磁路Lq的中间时，磁转矩和磁阻转矩减小。
在本实施例中，沿斜向延伸的第二致冷剂通路30和在q-轴线上延伸的外致冷剂通路26形成在不同的电磁钢板14中，以便不妨碍d-轴线磁路Ld，并且第一致冷剂通路28仅在电磁钢板14的径向上的中间延伸。因此，d-轴线磁路Ld不会被致冷剂通路分断，由此因而能够抑制d-轴线磁路Ld的磁阻变低。此外，在本实施例中，在q-轴线上延伸的外致冷剂通路26仅延伸到永磁体16的径向内侧，以便不妨碍q-轴线磁路Lq。因此，q-轴线磁路Lq不会被致冷剂通路分断，由此因而能够抑制磁阻变低。
应注意，上述构型是一个示例，并且可以改变为其它构型，只要芯致冷剂通路包括以贯穿方式在轴向上延伸的中央致冷剂通路22、使轴致冷剂通路52与中央致冷剂通路22连通的内致冷剂通路24和使中央致冷剂通路22在大致轴向中央与间隙G连通的外致冷剂通路26并且阻塞部40设置在中央致冷剂通路22相对于外致冷剂通路26的两个轴向端侧即可。
例如，中央致冷剂通路22的阻塞部40可以不由一个电磁钢板14构成，而是如图5所示由更多个电磁钢板14(在此示出的示例中是三个)构成。此外，如图5所示，阻塞部40可以以倾斜方式形成为朝轴向上的外侧降低。利用这种倾斜，形成了朝斜外侧也即朝向线圈端部的方向越过阻塞部40引导致冷剂的通路40a。利用这种通路40a，也能够有效冷却线圈端部。
此外，在本实施例中，第一致冷剂通路28、第二致冷剂通路30和外致冷剂通路26由贯穿电磁钢板14的槽口构成，但是代替槽口，这些致冷剂通路也可以由不贯穿电磁钢板14的沟槽构成。此外，第一致冷剂通路28、第二致冷剂通路30和外致冷剂通路26可以不由一个电磁钢板14而是由多个电磁钢板14构成。例如，如图5所示，可以层叠其中形成有外槽口26a的三个电磁钢板14。在这种情况下，外致冷剂通路26的厚度(轴向距离)相当于三个电磁钢板14的总厚度，由此能够增大外致冷剂通路26的截面积。此外，本实施例仅以由通过层叠电磁钢板14所形成的层叠钢板制成的转子芯12作为示例。但是，例如，除了层叠钢板外，也可以由压粉磁芯等制成转子芯12，只要能够保持强度特性和磁特性即可。
此外，在本实施例中，第一致冷剂通路28位于d-轴线上。但是，第一致冷剂通路28可以不设置在d-轴线上而是可以设置在其它部位上，只要第一致冷剂通路28形成于在周向上偏离q-轴线的位置处即可。此外，致冷剂通路的数量可以适当改变。例如，中央致冷剂通路22可以每两个磁极地形成。与此相应地，第一致冷剂通路28、第二致冷剂通路30和外致冷剂通路26的数量也可以调整。此外，在本实施例中，阻塞部40设置在中央致冷剂通路22的轴向端部，但是也可以设置在其它位置，只要阻塞部40相对于外致冷剂通路26位于两个轴向端侧。例如，阻塞部40可以设置在外致冷剂通路26与轴向端部之间的中间位置。
此外，在上述说明中，仅例述了其中永磁体16呈V形布置的转子10。但是，永磁体16可以呈矩形或马蹄形，只要转子10构造成使得永磁体16嵌埋在转子芯12中即可。
Claims (2)
1.一种旋转电机的转子，所述转子的特征在于包括：
转子芯；
嵌埋在所述转子芯中的永磁体；和
旋转轴，所述转子由所述旋转轴支承，所述旋转轴包括供致冷剂流过的轴致冷剂通路；
所述转子芯包括至少一个芯致冷剂通路，所述至少一个芯致冷剂通路将从所述轴致冷剂通路供给的所述致冷剂引导到所述转子芯的径向外端而使得所述致冷剂释放到所述转子芯和定子之间的间隙，
所述芯致冷剂通路包括：
在所述永磁体的径向内侧设置成沿轴向延伸的中央致冷剂通路，所述中央致冷剂通路在所述转子芯的轴向端面上开口，
使所述轴致冷剂通路与所述中央致冷剂通路连通的内致冷剂通路，
使所述中央致冷剂通路与所述间隙连通的外致冷剂通路，和
设置在所述中央致冷剂通路的两个轴向端侧的阻塞部，所述阻塞部设置在所述外致冷剂通路的轴向外侧，所述阻塞部在所述中央致冷剂通路中从径向外侧朝径向内侧突出。
2.根据权利要求1所述的旋转电机的转子，其特征在于：
所述外致冷剂通路设置在所述轴向上的仅一个位置。
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