CN108736603B - 旋转电机 - Google Patents

Abstract

本发明获得一种能有效冷却定子绕组、安装于转子的永磁体等的旋转电机。转轴(11)的轴向的一端被插入制冷剂储存部(8)的内部，轴向流路(20)形成为从转轴(11)的轴向一端沿轴中心线向另一端侧，制冷剂存积部(22)使第一端板(15)的与转子铁心(12)相接的面凹陷并形成为环状，径向流路(21)在第一端板(15)的轴向的安装位置上，与轴向流路(20)正交地连接，在转轴(11)的外周面上开口，与制冷剂存积部(22)直接连接，节流栓(23)被安装在径向流路(21)的出口侧。

Description

旋转电机

技术领域

本发明涉及一种例如电动机或发电机等旋转电机，特别涉及安装于转子的永磁体的冷却结构。

背景技术

以往的旋转电机中，包括：从转轴的一个端部到另一个端部附近沿着轴中心线设置的第一流路；以及在另一端部附近由设定于第一流路的连接部与第一流路大致正交地连接、并向转轴的外周侧开放的第二流路，构成为第二流路的流路截面积朝向转轴的外周侧增大(例如参照专利文献1)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利第6032056号公报

发明内容

发明所要解决的技术问题

以往的旋转电机中，由于第二流路的流路截面积沿径向朝外逐渐增大，因此随着转轴的旋转加快，来自第二流路的制冷剂的排出量增大，从第一流路向第二流路提供的制冷剂、即向第一流路吸入的制冷剂赶不上排出的需求。像这样，在转子的高速旋转区域中存在下述问题：即，制冷剂向第一流路的吸入量减少，无法有效地冷却定子绕组、安装于转子的永磁体等。

本发明是为了解决像这样的问题而完成，其目的在于获得一种能有效冷却定子绕组、安装于转子的永磁体等的旋转电机。

解决技术问题所采用的技术方案

本发明的旋转电机包括：外壳；定子，该定子被保持于所述外壳；以及转子，该转子被固定于以可旋转的方式保持在所述外壳的转轴，在所述定子内与所述定子同轴配设，所述转子包括：转子铁心，该转子铁心被安装于所述转轴，多个磁体收纳孔各自以孔方向为轴向，以从轴向的一端到另一端的方式形成且排列在周向上；永磁体，该永磁体被分别收纳于多个所述磁体收纳孔；以及第一端板，该第一端板以与所述转子铁心的轴向的一个端面相接的状态被安装于所述转轴，覆盖多个所述磁体收纳孔，该旋转电机具有：制冷剂储存部，所述转轴的轴向的一端插入该制冷剂储存部的内部；轴向流路，该轴向流路从所述转轴的轴向的一端沿轴中心线向另一端侧形成；制冷剂存积部，该制冷剂存积部使所述第一端板的与所述转子铁心相接的面凹陷而形成包围所述转轴的环状，与所述多个磁体收纳孔的至少一个连接；径向流路，至少一个该径向流路在所述第一端板的轴向的安装位置，与所述轴向流路正交连接，并在所述转轴的外周面开口，与所述制冷剂存积部直接连接、或经由连通路径连接，该连通路径向着使所述第一端板的与所述转子铁心相接的面凹陷而形成的径向延伸；以及节流部，该节流部形成在从所述轴向流路到所述制冷剂存积部为止的流路中的、至少一个流路的一部分，且缩小流路截面积。

发明效果

根据本发明，转子的转速上升的同时，制冷剂从制冷剂储存部向轴向流路的吸入量增加，能有效地冷却定子绕组、安装于转子的永磁体等。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式1的旋转电机的剖视图。

图2是表示本发明的实施方式1的旋转电机的主要部分的剖视图。

图3是表示本发明的实施方式1的旋转电机中制冷剂的吸入量和转子的转速的关系的图。

图4是表示本发明的实施方式2的旋转电机的主要部分的剖视图。

图5是表示本发明的实施方式3的旋转电机的主要部分的剖视图。

图6是表示本发明的实施方式4的旋转电机的主要部分的剖视图。

图7是表示本发明的实施方式5的旋转电机中制冷剂的吸入量和转子的转速的关系的图。

具体实施方式

以下，使用附图，对本发明的旋转电机的优选实施方式进行说明。

实施方式1

图1是表示本发明的实施方式1的旋转电机的剖视图，图2是表示本发明的实施方式1的旋转电机的主要部分的剖视图。此外，图1以及图2中，A为转轴的轴中心线。

图1以及图2中，旋转电机100包括：外壳1；配设于外壳1内的定子2；以及固定于转轴11，并与定子2的内周侧同轴配设的转子10，该转轴11经由轴承5以可旋转的方式被支承于外壳1。

定子2包括圆环状的定子铁心3，和安装于定子铁心3的定子绕组4。

转子10包括转轴11；层叠电磁钢板而构成，且固定于插通其轴心位置的转轴11的转子铁心12；以及构成磁极的永磁体13。磁体收纳孔14分别使孔方向与转轴11的轴向平行，在转子铁心12的外周部以从轴向一端到达另一端的方式形成，在周向上以等角间距配设有多个。永磁体13分别被收纳至磁体收纳孔14，利用粘接剂等来固定。

第一端板15以及第二端板16通过从轴向的两侧利用压入等方式安装、固定于转轴11，防止其从转子铁心12的转轴11拔出。第一端板15被制作为比转子铁心12小的小直径，且覆盖磁铁收纳孔14的圆板状。第二端板16被制作为使磁体收纳孔14露出的大小的圆板状。

在转轴11中，轴向流路20在转轴11的轴心位置从轴向一端到第一端板15的安装位置为止沿着轴中心线A而形成。径向流路21分别在第一端板15的安装位置，在周向上以等角间距配设有四条，且形成为从轴向流路20的底部分岔并沿径向向外延伸而在转轴11的外周面开口。轴向流路20也可以形成为沿着轴中心线A，从轴向一端开始超过第一端板15的安装位置。

制冷剂存积部22使第一端板15的与转子铁心12相向的面呈环状地凹陷而形成。径向流路21与制冷剂存积部22直接连接。磁体收纳孔14在制冷剂存积部22内开口。圆筒状的节流栓23被压入并固定于径向流路21的外周侧端部。

在外壳1内的垂直方向的上部配设制冷剂分配部6，在制冷剂分配部6d的轴向的一端侧和另一端侧形成开口6a、6b。作为从制冷剂流入端口7流入制冷剂分配部6内的制冷剂的冷却油，从开口6a、6b被排出至外壳1内。盖体27被安装至转子铁心12的轴向一端侧的外壳1的位置上。制冷剂储存部8由外壳1和盖体27形成。该制冷剂储存部8位于转子铁心12的轴向一端侧、且转轴11的轴心位置上。并且，转轴11的轴向的一个端部被插入制冷剂储存部8内。进而，引导构件9被配设于外壳1的与转子铁心12的轴向的一个端面相向的内壁面、与转子铁心12之间，将从开口6a排出的冷却油引导至制冷剂储存部8。

像这样结构的旋转电机100中，将冷却油从制冷剂流入端口7提供至制冷剂分配部6。被提供至制冷剂分配部6的冷却油从开口6a、6b排出至外壳1内。从开口6a排出的冷却油被引导构件9接受，由引导构件9进行引导而储存至制冷剂储存部8。储存在制冷剂储存部8的制冷剂通过轴向流路20流入各个径向流路21。

这里，若旋转电机100被驱动，则转子10以转轴11为旋转中心进行旋转。利用转子10的旋转，使离心力作用于径向流路21的冷却油，冷却油流出至制冷剂存积部22内。由此，在径向流路21内产生负压，冷却油从制冷剂储存部8经由轴向流路20流入径向流路21。由此，形成制冷剂流通路，该制冷剂流通路中，使冷却油从制冷剂储存部8依次提供至轴向流路20，通过轴向流路20、径向流路21以及制冷剂存积部22流入磁体收纳孔14的一端侧，从磁体收纳孔14的另一端被排出至外壳1内。

在像这样构成的冷却机构中，流入制冷剂分配部6内的制冷剂从开口6b被排出至外壳1内的轴向另一侧。从该开口6b排出的制冷剂淋在配设于轴向另一侧的轴承5上，使该轴承5上的发热得到散热。

来自制冷剂储存部8的制冷剂在轴向流路20以及径向流路21中流通，从而使轴向一端侧的轴承5上的发热得到散热。此外，利用在磁体收纳孔14内流通的制冷剂，使永磁体13上的发热得到散热。进而，从磁体收纳孔14的另一端向外壳1内排出的冷却油通过转子10的旋转沿径向朝外飞溅，淋在定子绕组4的线圈终端，使定子绕组4上的发热得到散热。

接着，对节流栓23的效果进行说明。这里，轴向流路20、径向流路21以及节流栓23各自具有一定的流路截面积。并且，在将制冷剂存积部22的流路截面积设为S1、轴向流路20的流路截面积设为S2、径向流路21的流路截面积设为S3、节流栓23的流路截面积设为S4时，成为S1＞S2＞S3＞S4。此外，在全部径向流路21安装节流栓23。节流栓23成为节流部。

图3示出了本旋转电机100中，使转子10的转速上升，对制冷剂从制冷剂储存部8向轴向流路20的吸入量进行测定的结果。图3是表示本发明的实施方式1的旋转电机中制冷剂的吸入量和转子的转速的关系的图。图3中，C1表示实施方式1中制冷剂的吸入量，C2表示比较例的制冷剂的吸入量。比较例的旋转电机除了节流栓23不是安装在各个径向流路21这一点之外，与旋转电机100的结构相同。

如图3的C1所示，实施方式1中，随着转子10的转速上升，制冷剂的吸入量上升。另一方面，在比较例中，如图3的C2所示，随着转子10的转速上升，制冷剂的吸入量上升，若转子10的转速超过R2，则制冷剂的吸入量下降，若转子10的转速超过R3，则制冷剂的吸入量大致恒定。由此可知，在转子10的转速较高的区域中，安装了节流栓23的旋转电机中制冷剂的吸入量增多，从而能有效地冷却永磁体13、定子绕组4。

在比较例中，推测是在转速较低的区域中，径向流路21的出口侧中的压力没有降低，随着转速上升，制冷剂的吸入量增加。然而，若转速超过R2，则经由轴向流路20对径向流路21的提供量赶不上从径向流路21向制冷剂存积部22的流出量，推测为径向流路21的出口侧中的压力下降，制冷剂的吸入量下降。

在实施方式1中，推测为是利用节流栓23将径向流路21的出口侧的流路截面积设定得较小。于是，即使转子10的转速上升，也抑制了径向流路21的出口侧中的压力的降低，因此推测出转子10的转速越是上升，制冷剂的吸入量变得越多。

像这样，根据实施方式1，在径向流路21的出口侧安装节流栓23，使径向流路21的流路截面积在出口侧变小。由此，转子10的转速越是上升，制冷剂的吸入量越是增多，因此能有效地冷却永磁体13，能抑制永磁体13的温度上升。于是，不需要为了防止永磁体13的热退磁而使用耐热性优良的磁体材料。即，能降低磁体材料的等级，实现低成本。

通过使转子10旋转，能将制冷剂储存部8内的冷却油吸入至轴向流路20，因此不需要外部泵等的动力，实现成本降低。

将节流栓23插入径向流路21，构成节流部。于是，能使径向流路21形成一定的流路截面积，因此转轴11的加工变得容易。

实施方式2

图4是表示本发明的实施方式2的旋转电机的主要部分的剖视图。

图4中，制冷剂存积部22在第一端板15的与转子铁心12相向的面上，在径向上远离径向流路21并形成为环状。连通路径24将通路方向作为径向，在第一端板15的与转子铁心12相对的面上，以各个径向流路21与制冷剂存积部22连通的方式来形成。并且，连通路径24形成为比径向流路21的流路截面积要小的流路截面积，构成节流部。

此外，其它结构与上述实施方式1的结构相同。

实施方式2中，连通路径24的流路截面积小于径向流路21的流路截面积，使从轴向流路20到制冷剂存积部22的制冷剂流路的一部分变窄。由此，即使转子10的转速上升，也抑制了径向流路21的出口侧的压力下降。从而，实施方式2中也能获得与上述实施方式1相同的效果。

根据实施方式2，不需要节流栓23，因此减少了元器件个数，实现成本降低。

实施方式3

图5是表示本发明的实施方式3的旋转电机的主要部分的剖视图。

图5中，大径部25形成在各径向流路21的出口侧。节流栓23被压入并固定于大径部25。

此外，其它结构与上述实施方式1的结构相同。

实施方式3中，节流栓23被配设于径向流路21的出口侧，因此径向流路21的出口侧的流路截面积变小。从而，实施方式3中也能获得与上述实施方式1相同的效果。

根据实施方式3，节流栓23被压入并固定于形成在径向流路21的出口侧的大径部25。于是，通过提高大径部25的加工精度，插入节流栓23直至其碰触大径部25的底部，从而能高精度地将节流栓23设置在规定的位置上。由此，不需要对节流栓23的设置位置进行管理，能提高组装性。此外，即使节流栓23的固定力消失，节流栓23在径向流路21内也不会向轴心方向移动，提高了可靠性。

此外，上述实施方式1、3中，节流栓被压入并固定于径向流路，但节流栓也可以被插入径向流路且由粘接剂来固定。

实施方式4

图6是表示本发明的实施方式4的旋转电机的主要部分的剖视图。

图6中，制冷剂存积部22在第一端板15的与转子铁心12相向的面上，在径向上远离径向流路21并形成为环状。连通路径24将通路方向作为径向，在第一端板15的与转子铁心12相对的面上，以各个径向流路21与制冷剂存积部22连通的方式来形成。突起26形成在各连通路径24的内壁面。这里，连通路径24的流路截面积为径向流路21的流路截面积以上。使突起26的形成部的流路截面积小于径向流路21的流路截面积，从而构成节流部。

此外，其它结构与上述实施方式1的结构相同。

实施方式4中，突起26的形成部分的流路截面积小于径向流路21的流路截面积，使从轴向流路20到制冷剂存积部22的制冷剂流路的一部分变窄。从而，实施方式4中也能获得与上述实施方式1相同的效果。

根据实施方式4，不需要节流栓23，因此减少了元器件个数，实现成本降低。

实施方式5

上述实施方式1中，节流栓23被分别安装于四个径向流路21，但在实施方式6中，节流栓23被分别安装于三个径向流路21。

此外，其它结构与上述实施方式1的结构相同。

图7示出了像这样构成的旋转电机中，使转子10的转速上升，对制冷剂从制冷剂储存部8向轴向流路20的吸入量进行测定的结果。图7是表示本发明的实施方式5的旋转电机中制冷剂的吸入量和转子的转速的关系的图。图7中，C1表示实施方式1中制冷剂的吸入量，C2表示实施方式5的制冷剂的吸入量。

如图7的C3所示，在实施方式5中，随着转子10的转速上升，制冷剂的吸入量上升，若转子10的转速超过R4，则制冷剂的吸入量下降，若转子10的转速超过R5，则制冷剂的吸入量上升。

在转速较低的区域中，冷却油从未安装节流栓23的径向流路21向制冷剂存积部22的排出量比冷却油从安装了节流栓23的径向流路21向制冷剂存积部22的排出量要多。即，由于存在未安装节流阀23的径向流路21，从而使冷却油从四条径向流路21向制冷剂存积部22的排出量比实施方式1要多。于是，从实施方式5可知，随着冷却油的排出量的增大，冷却油向轴向流路20的吸入量增大，变得比实施方式1要多。

并且推测为，若转速超过R4，则制冷剂向未安装节流栓23的径向流路21的提供量赶不上从该径向流路21向制冷剂存积部22的流出量，径向流路21的出口侧的压力下降，向轴向流路20的制冷剂的吸入量下降。进而，若转速超过R5，则冷却油向未安装节流栓23的径向流路21的提供量和冷却油向安装了节流阀23的径向流路21的提供量变得相等。因此，认为，随着转速的上升，制冷剂的吸入量也上升从而接近实施方式1的制冷剂的吸入量。

这里确认了通过改变安装了节流栓23的径向流路21的个数，使吸入量的拐点的转速R4、R5发生变化。

像这样，根据实施方式5，在特定的转速时，能调节安装了节流栓23的径向流路21的个数，从而使得制冷剂的吸入量达到最大。即，在特定的转速时，能构成可以有效地冷却定子绕组4、永磁体13等的旋转电机。

另外，上述实施方式5中，利用实施方式1的旋转电机进行了说明，但利用其它实施方式的旋转电机也能获得相同的效果。

此外，上述各实施方式中，对与制冷剂存积部连接的磁体收纳孔的个数不特别限定，但不一定要将全部的磁体收纳孔与制冷剂存积部相连接，例如也可以将周向上所配置排列的磁体收纳孔每隔一个与制冷剂存积部相连接。

此外，上述各实施方式中形成四个径向流路，但径向流路的个数不限定于四个，考虑到冷却性能适当设定径向流路的个数即可。

标号说明

1外壳、2定子、8制冷剂储存部、9引导构件、10转子、11转轴、12转子铁心、13永磁体、14磁体收纳孔、15第一端板、20轴向流路、21径向流路、22制冷剂存积部、23节流栓(节流部)、24连通路径、25大径部、26突起(节流部)。

Claims (16)

1.一种旋转电机，包括：

外壳；

定子，该定子被保持于所述外壳；以及

转子，该转子被固定于以可旋转的方式保持在所述外壳的转轴，在所述定子内与所述定子同轴配设，

所述转子包括：转子铁心，该转子铁心被安装于所述转轴，多个磁体收纳孔各自以孔方向为轴向，以从轴向的一端到另一端的方式形成，并排列在周向上；永磁体，该永磁体被分别收纳于多个所述磁体收纳孔；以及第一端板，该第一端板以与所述转子铁心的轴向的一个端面相接的状态被安装于所述转轴，覆盖多个所述磁体收纳孔，该旋转电机的特征在于，具有：

制冷剂储存部，所述转轴的轴向的一端被插入该制冷剂储存部的内部；

轴向流路，该轴向流路形成为从所述转轴的轴向的一端沿轴中心线向另一端侧；

制冷剂存积部，该制冷剂存积部使所述第一端板的与所述转子铁心相接的面凹陷而形成为包围所述转轴的环状，与多个所述磁体收纳孔的至少一个连接；

至少一个径向流路，该至少一个径向流路在所述第一端板的轴向的安装位置，与所述轴向流路正交地连接，并在所述转轴的外周面开口，与所述制冷剂存积部直接连接、或经由连通路径连接，该连通路径使所述第一端板的与所述转子铁心相接的面凹陷而形成且沿径向延伸；以及

节流部，该节流部形成在从所述轴向流路到所述制冷剂存积部为止的流路中的、至少一个流路的一部分，且缩小流路截面积。

2.如权利要求1所述的旋转电机，其特征在于，

通过将筒状的节流栓安装于所述径向流路来构成所述节流部。

3.如权利要求2所述的旋转电机，其特征在于，

大径部形成在所述径向流路的开口侧，

所述节流栓被安装于所述大径部。

4.如权利要求2或权利要求3所述的旋转电机，其特征在于，

所述节流栓被压入并固定于所述径向流路。

5.如权利要求2或权利要求3所述的旋转电机，其特征在于，

所述节流栓被粘接并固定于所述径向流路。

6.如权利要求1所述的旋转电机，其特征在于，

通过使得所述连通路径的从所述径向流路到所述制冷剂存积部的区域的流路截面积小于所述径向流路的流路截面积，来构成所述节流部。

7.如权利要求1所述的旋转电机，其特征在于，

通过使得所述连通路径的从所述径向流路到所述制冷剂存积部的区域的一部分流路截面积小于所述径向流路的流路截面积，来构成所述节流部。

8.如权利要求1至权利要求3、权利要求6及权利要求7中的任一项所述的旋转电机，其特征在于，

所述节流部形成于将从所述轴向流路到所述制冷剂存积部的流路中的至少一个流路除去的流路。

9.如权利要求4所述的旋转电机，其特征在于，

所述节流部形成于将从所述轴向流路到所述制冷剂存积部的流路中的至少一个流路除去的流路。

10.如权利要求5所述的旋转电机，其特征在于，

所述节流部形成于将从所述轴向流路到所述制冷剂存积部的流路中的至少一个流路除去的流路。

11.如权利要求1至权利要求3、权利要求6及权利要求7中的任一项所述的旋转电机，其特征在于，

包括引导构件，该引导构件将从所述制冷剂储存部垂直上方的位置起向所述外壳内提供的制冷剂引导至所述制冷剂储存部。

12.如权利要求4所述的旋转电机，其特征在于，

包括引导构件，该引导构件将从所述制冷剂储存部垂直上方的位置起向所述外壳内提供的制冷剂引导至所述制冷剂储存部。

13.如权利要求5所述的旋转电机，其特征在于，

包括引导构件，该引导构件将从所述制冷剂储存部垂直上方的位置起向所述外壳内提供的制冷剂引导至所述制冷剂储存部。

14.如权利要求8所述的旋转电机，其特征在于，

包括引导构件，该引导构件将从所述制冷剂储存部垂直上方的位置起向所述外壳内提供的制冷剂引导至所述制冷剂储存部。

15.如权利要求9所述的旋转电机，其特征在于，

包括引导构件，该引导构件将从所述制冷剂储存部垂直上方的位置起向所述外壳内提供的制冷剂引导至所述制冷剂储存部。

16.如权利要求10所述的旋转电机，其特征在于，

包括引导构件，该引导构件将从所述制冷剂储存部垂直上方的位置起向所述外壳内提供的制冷剂引导至所述制冷剂储存部。

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