CN109906540B - 旋转电机的转子 - Google Patents

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Abstract

本发明获得一种旋转电机的转子，能一边确保冷却性，一边抑制导体线的量的增大以实现低成本化，并且能抑制作用于励磁线圈的离心力的增大。本旋转电机的转子包括：爪极型铁心，其具有圆筒部、一对磁轭部和多个爪状磁极部，其中，一对所述磁轭部配设于所述圆筒部的轴向的两端部，多个所述爪状磁极部从一对所述磁轭部的每一个交替地沿轴向延伸设置；绕线管，其安装于所述圆筒部的外周；励磁线圈，其重叠多层地卷绕于所述绕线管，并与所述爪状磁极部的内周面的根部侧接触；以及冷却风扇，其将空气供给至所述励磁线圈的外周表面，所述励磁线圈形成为两个以上的峰在轴向上并排相连的山形，所述峰的每一个的顶部位于比所述爪状磁极部的根部位置靠径向外侧。

Description

旋转电机的转子
技术领域
本发明涉及例如应用于装设于车辆的交流发电机、电动机等旋转电机的爪极型转子。
背景技术
在这种车用交流发电机中，近年来，高输出化的需求提高，并且由终端用户的高品质追求带来的对降噪的要求也越来越严格。
此外，当电流流过励磁线圈时，励磁线圈的温度因焦耳热而上升，使电阻值增加。因励磁线圈的电阻值的增加，使得转子的电动势减小，并使输出降低。
鉴于上述这种情况，使励磁线圈的最外径比爪状磁极部的根部位置的外径大并增大励磁线圈的表面积，并通过冷却风扇积极地对励磁线圈进行冷却，从而抑制因励磁线圈的升温导致的电阻值的增大，以确保转子的电动势(例如，参照专利文献1)。
此外，一般情况下，已知通过使励磁线圈的外径比爪状磁极部的根部位置的外径大并将励磁线圈按压于爪状磁极部的根部侧内周面，使得爪状磁极部的振动振幅减小，爪状磁极部的共振声减小。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开2000－341890号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
在以往的车用交流发电机中，励磁线圈制作成外径随着从轴向一侧朝向轴向中央部而逐渐变大，并随着从轴向中央部朝向另一侧而逐渐变小的单峰(日文：一山)的山形状。因而，若为了确保励磁线圈的冷却性而增大励磁线圈的最外径并增大表面积，则存在导体线的量增大到必要以上，并且成本变高这样的技术问题。另外，还存在爪状磁极部的外径的平均值变大，并且作用于励磁线圈的离心力增大这样的技术问题。
本发明为解决上述技术问题而作，其目的在于获得一种旋转电机的转子，能一边确保冷却性，一边抑制导体线的量的增大以实现低成本化，并且能抑制作用于励磁线圈的离心力的增大。
解决技术问题所采用的技术方案
本发明的旋转电机的转子包括：爪极型铁心，所述爪极型铁心具有圆筒部、环状的一对磁轭部和多个爪状磁极部，其中，一对所述磁轭部配设于所述圆筒部的轴向的两端部，多个所述爪状磁极部从一对所述磁轭部的每一个交替地沿轴向延伸设置，并啮合地在周向上排列；转轴，所述转轴插入并固接于所述爪极型铁心的轴心位置；绕线管，所述绕线管具有圆环状的卷绕主体部和环形平板状的一对凸缘部，其中，所述卷绕主体部安装于所述圆筒部的外周，一对所述凸缘部从卷绕主体部的轴向的两端部向径向外侧突出；励磁线圈，所述励磁线圈卷绕多层地重叠于由所述卷绕主体部和一对所述凸缘部围成的空间，并与所述爪状磁极部的内周面的根部侧接触；以及冷却风扇，所述冷却风扇将空气供给至所述励磁线圈的外周表面，所述励磁线圈形成为两个以上的峰在轴向上并排相连的山形，所述峰的每一个的顶部位于比所述爪状磁极部的根部位置靠径向外侧。
发明效果
根据本发明，励磁线圈形成为两个以上的峰在轴向上并排相连的山形，峰的每一个的顶部位于比爪状磁极部的根部位置靠径向外侧。因而，励磁线圈能确保与单峰的山形的励磁线圈相等的、暴露在被冷却风扇供给的空气中的表面积，因此，能确保励磁线圈的冷却性。此外，由于形成有谷，因此，能减少构成励磁线圈的导体线的量，从而能实现低成本化。
此外，形成为两个以上的峰沿轴向并排相连而成的山形，因此，与单峰的励磁线圈相比，励磁线圈的平均外径变小，作用于励磁线圈的离心力变小。
附图说明
图1是表示本发明实施方式1的旋转电机的转子的剖视图。
图2是表示本发明实施方式1的旋转电机的转子的主要部分的剖视图。
图3是表示本发明实施方式2的旋转电机的转子的主要部分的剖视图。
图4是表示本发明实施方式3的旋转电机的转子的主要部分的剖视图。
图5是表示本发明实施方式4的旋转电机的转子的剖视图。
具体实施方式
实施方式1
图1是表示本发明实施方式1的旋转电机的转子的剖视图，图2是表示本发明实施方式1的旋转电机的转子的主要部分的剖视图。另外，在图2中，虚线A是第一爪状磁极部和第二爪状磁极部的根部位置的外径。
在图1和图2中，转子1包括：转轴2；固接于转轴2的爪极型铁心3；励磁线圈12；以及作为冷却风扇的离心风扇14、15。
爪极型铁心3由第一磁极铁芯4和第二磁极铁芯8分割构成。第一磁极铁芯4包括：第一圆筒部5；厚壁环状的第一磁轭部6，该第一磁轭部6一体形成于第一圆筒部5的轴向的一端部，且直径比第一圆筒部5大；以及多个第一爪状磁极部7，多个上述第一爪状磁极部7分别从第一磁轭部6朝轴向另一侧延伸，并在周向上以等角度间距排列。第一爪状磁极部7形成为如下的顶端细形状，即，将第一爪状磁极部7的最外径面形状设为大致梯形形状，周向宽度随着朝向前端侧而逐渐变窄、且径向厚度随着向前端侧而逐渐变薄。
第二磁极铁芯8包括：第二圆筒部9；厚壁环状的第二磁轭部10，该第二磁轭部10一体形成于第二圆筒部9的轴向另一端部，且直径比第二圆筒部9大；以及多个第二爪状磁极部11，多个上述第二爪状磁极部11分别从第二磁轭部10朝轴向一侧延伸，并在周向上以等角度间距排列。第二爪状磁极部11形成为如下的顶端细形状，即，将第二爪状磁极部11的最外径面形状设为大致梯形形状，周向宽度随着朝向前端侧而逐渐变窄、且径向厚度随着向前端侧而逐渐变薄。
如上所述构成的第一磁极铁芯4和第二磁极铁芯8在使第一圆筒部5的轴向的另一端面与第二圆筒部9的轴向的一端面对接的状态下，通过被压入到第一圆筒部5和第二圆筒部9的轴心位置的转轴2而一体构成。此时，第一爪状磁极部7和第二爪状磁极部11从第一磁轭部6和第二磁轭部10的每一个交替地沿轴向延伸设置，并啮合地在周向上排列。
绕线管13是由绝缘性树脂形成的树脂成型体，包括：薄壁的圆筒状的卷绕主体部13a；薄壁的环形平板状的一对凸缘部13b，一对上述凸缘部13b从卷绕主体部13a的轴向的两端部向径向外侧突出；以及舌部13c，所述舌部13c分别从一对凸缘部13b的每一个延伸出来。
励磁线圈12以将导体线重叠多层地卷绕于绕线管13的方式构成。此时，励磁线圈12构成为外径从轴向一端向中央部逐渐变大，随后逐渐变低，接着从中央部向轴向另一侧逐渐变大，随后逐渐变低，直至轴向另一端的山形。即，励磁线圈12构成为两个峰在轴向上并排相连的山形。
励磁线圈12卷绕于绕线管13，并收纳于由第一圆筒部5、第二圆筒部9、第一磁轭部6、第二磁轭部10、第一爪状磁极部7和第二爪装磁极部11围成的空间。接着，卷绕主体部13a以外切状态安装于在轴向上连结的第一圆筒部5和第二圆筒部9。一对凸缘部13b与第一磁轭部6和第二磁轭部10在轴向上相对的内表面接触。励磁线圈12的轴向一端、中央部以及另一端的外径与第一爪状磁极部7和第二爪状磁极部11的根部位置的外径A相等。此外，励磁线圈12的一方的峰的斜面经由舌部13c而与第一爪状磁极部7的内周面的根部侧接触。此外，励磁线圈12的另一方的峰的斜面经由舌部13c而与第二爪状磁极部11的内周面的根部侧接触。另外，第一爪状磁极部7和第二爪状磁极部11的根部位置是第一爪状磁极部7的根部侧的、与第一磁轭部6的边界位置和第二爪状磁极部11的根部侧的、与第二磁轭部10的边界位置。
离心风扇14、15具有沿着轴向延伸的叶片14a、15a，并通过焊接等固定于爪极型铁心3的轴向两端面。在此，叶片14a、15a的块数相同，但叶片14a的面积比叶片15a的面积大，离心风扇14的送风能力比离心风扇15的送风能力大。
如上所述构成的转子1例如应用于车用交流发电机。也就是说，虽未图示，但转子1的转轴2被碗状的第一支架和第二支架支承，并且上述转子1能旋转地配设于由第一支架和第二支架构成的外壳内。此外，定子(未图示)被第一支架和第二支架从轴向两侧夹持，并隔着规定的间隙而与转子1同轴地配设于转子1的外周侧。另外，将由定子产生的交流整流成直流的整流器(未图示)、对定子产生的交流电压的大小进行调节的电压调节器(未图示)等配设于外壳，以构成车用交流发电机。
此外，在车用交流发电机中，电流被从蓄电池供给至励磁线圈12，并产生磁通量。通过上述磁通量，第一爪状磁极部7被磁化成N极，第二爪状磁极部11被磁化成S极。另一方面，发动机的旋转扭矩被传递至转轴2，以使转子1旋转。因而，旋转磁场被施加到定子的定子线圈，从而在定子线圈中产生电动势。上述交流的电动势通过整流器被整流成直流电流，并对蓄电池充电或是被供给至电负载。
此外，电流流过励磁线圈12，励磁线圈12发热。此外，离心风扇14、15与转子1的旋转连动地旋转。由此，空气被从第一支架的吸气孔吸入，并流至转子1的第一磁极铁芯4附近，并通过离心风扇14而朝离心方向弯曲，对定子线圈的线圈边端进行冷却，以从第一支架的排气孔排出。同样地，空气被从第二支架的吸气孔吸入，并流至转子1的第二磁极铁芯8附近，并通过离心风扇15而朝离心方向弯曲，对定子线圈的线圈边端进行冷却，以从第二支架的排气孔排出。
此时，由于离心风扇14的送风能力比离心风扇15的送风能力强，因此，转子1的第一支架侧的压力变得比第二支架侧的压力低。在上述压力差的作用下，使得第二支架侧的空气穿过第二爪状磁极部11之间并流入到转子1内，并且穿过第一爪状磁极部7之间而向第一支架侧流出。励磁线圈12中的发热被释放到流过上述路径的空气，使得励磁线圈12的温度上升得以抑制。
在此，使离心风扇14、15的送风能力互为不同是指，当驱动转子1使其旋转时，在爪极型铁心3的第一支架侧和第二支架侧之间产生压力差。
在实施方式1中，由于离心风扇14的送风能力比离心风扇15的送风能力强，因此，在动作时转子1的第一磁极铁芯4侧与第二磁极铁芯8侧之间会产生压力差。在上述压力差的作用下，形成有从第二爪状磁极部11之间流入到转子1内，并穿过第一爪状磁极部7之间而流出到转子1外的空气流动。
励磁线圈12形成为以轴向中央部为谷的两个峰的山形，因此，确保与单峰的山形的励磁线圈相等的、暴露在流过转子1内的空气中的表面积。另外，励磁线圈12形成为两个峰的山形，因此，与单峰的山形的情况相比，流过转子1内的空气的路径的通风阻力变小，空气流量增大。由此，励磁线圈12中的发热被高效地散热，使得励磁线圈12的温度上升得以抑制。这样，作为转子1的电动势降低的主要原因的励磁线圈12的电阻值的上升得以抑制，因此，确保转子1的电动势，输出下降得到抑制。
励磁线圈12形成为两个峰的山形，因此，励磁线圈12的外径的平均值变小。由此，在转子1的旋转时，作用于励磁线圈12的离心力变小，因此，能实现励磁线圈12的保持结构的简化。此外，由于励磁线圈12具有谷，因此，导体线的量变少，从而能实现低成本化。
励磁线圈12的两个峰的斜面分别经由绕线管13的舌部13c而与第一爪状磁极部7和第二爪状磁极部11的内周面的根部侧接触。因而，第一爪状磁极部7和第二爪状磁极部11的振动振幅减少，使得第一爪状磁极部7和第二爪状磁极部11的共振声减小，从而使得磁噪声得到减小。
实施方式2
图3是表示本发明实施方式2的旋转电机的转子的主要部分的剖视图。
在图3中，励磁线圈12A形成为两个峰在轴向上并排相连的、以轴向中央部为谷的山形。此外，轴向两端的外径与第一爪状磁极部7和第二爪状磁极部11的根部位置的外径A相等。谷底部的外径比第一爪状磁极部7和第二爪状磁极部11的根部位置的外径A小。两个峰的顶部的外径比第一爪状磁极部7和第二爪状磁极部11的根部位置的外径A大。
另外，其它结构与上述实施方式1同样地构成。
在如上所述构成的转子1A中，励磁线圈12A形成为以轴向中央部为谷的两个峰的山形。另外，励磁线圈12A的两个峰的斜面分别经由绕线管13的舌部13c而与第一爪状磁极部7和第二爪状磁极部11的内周面的根部侧接触。因而，在实施方式2中，也能获得与上述实施方式1相同的效果。
在实施方式2中，励磁线圈12A的谷底部的外径比第一爪状磁极部7和第二爪状磁极部11的根部位置的外径A小。因而，与励磁线圈12相比，励磁线圈12A的表面积增大，并且空气路径的通风阻力减小，因此，能进一步抑制励磁线圈12A的温度上升。此外，与励磁线圈12相比，励磁线圈12A的外径的平均值变小，因此，能进一步减小作用于励磁线圈12A的离心力。另外，与励磁线圈12相比，能进一步减少导体线的量，从而能实现低成本化。
实施方式3
图4是表示本发明实施方式3的旋转电机的转子的主要部分的剖视图。
在图4中，励磁线圈12B形成为三个峰在轴向上并排相连的、以轴向的两端侧和中央部为峰的山形。此外，轴向两端的外径与第一爪状磁极部7和第二爪状磁极部11的根部位置的外径A相等。两个谷的底部的外径比第一爪状磁极部7和第二爪状磁极部11的根部位置的外径A小。三个峰的顶部的外径比第一爪状磁极部7和第二爪状磁极部11的根部位置的外径A大。
另外，其它结构与上述实施方式1同样地构成。
在如上所述构成的转子1B中，励磁线圈12B形成为以轴向的两端侧和中央部为峰的三个峰的山形。另外，励磁线圈12B的轴向两侧的两个峰的斜面分别经由绕线管13的舌部13c而与第一爪状磁极部7和第二爪状磁极部11的内周面的根部侧接触。因而，在实施方式3中，也能获得与上述实施方式1相同的效果。
在实施方式3中，励磁线圈12B形成为三个峰的山形，上述山形的谷的底部的外径比第一爪状磁极部7和第二爪状磁极部11的根部位置的外径A小。因而，与励磁线圈12相比，励磁线圈12B的表面积增大，并且空气路径的通风阻力减小，因此，能进一步抑制励磁线圈12B的温度上升。此外，与励磁线圈12相比，励磁线圈12B的外径的平均值变小，因此，能进一步减小作用于励磁线圈12B的离心力。另外，与励磁线圈12相比，能进一步减少导体线的量，从而能实现低成本化。
另外，在上述实施方式1至实施方式3中，使固接于爪极型铁心的轴向的两端面的离心风扇的叶片的面积变化，从而使两个离心风扇的送风能力不同，但也可以改变叶片的块数而使两个离心风扇的送风能力不同。
实施方式4
图5是表示本发明实施方式4的旋转电机的定子的剖视图。
在图5中，作为冷却风扇的斜流风扇16具有相对于轴向朝旋转方向前方倾斜的叶片16a，并通过焊接等固定于第一磁极铁芯4的轴向的一端面。
另外，其它结构与上述实施方式1同样地构成。
在上述转子1C中，斜流风扇16具有介于轴流风扇和离心风扇的中间性能，能与爪极型铁心3的旋转连动地旋转，从而能构成穿过爪极型铁心3内的空气的路径。
因而，在实施方式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，只要将斜流风扇16固定于爪极型铁心3的轴向的仅一端面即可，能削减部件个数。
另外，在上述实施方式4中，将斜流风扇安装于爪极型铁心3的轴向的一端面，但也可以将斜流风扇安装于爪极型铁心3的轴向的两端面。在这种情况下，只要使安装于爪极型铁心3的轴向的两端面的两个斜流风扇的送风性能不同即可。
此外，在上述实施方式4中，将斜流风扇安装于爪极型铁心3的轴向的一端面，但也可以将斜流风扇安装于爪极型铁心3的轴向的另一端面。
此外，在上述各实施方式中，爪极型铁心分割构成为第一磁极铁芯和第二磁极铁芯这两个，但爪极型铁心并不局限于上述结构，也可以例如分割构成为第一圆筒部和第二圆筒部的一体构件、第一磁轭部和第一爪状磁极部的一体构件以及第二磁轭部与第二爪状磁极部的一体构件这三个。
(符号说明)
1转子；2转轴；3爪极型铁心；5第一圆筒部；6第一磁轭部；7第一爪状磁极部；9第二圆筒部；10第二磁轭部；11第二爪状磁极部；12励磁线圈；13绕线管；13a卷绕主体部；13b凸缘部；14、15离心风扇(冷却风扇)；14a、15a叶片。

Claims (3)

1.一种旋转电机的转子，包括：
爪极型铁心，所述爪极型铁心具有圆筒部、环状的一对磁轭部和多个爪状磁极部，其中，一对所述磁轭部配设于所述圆筒部的轴向的两端部，多个所述爪状磁极部从一对所述磁轭部的每一个交替地沿轴向延伸设置，并啮合地在周向上排列；
转轴，所述转轴插入并固接于所述爪极型铁心的轴心位置；
绕线管，所述绕线管具有圆环状的卷绕主体部和环形平板状的一对凸缘部，其中，所述卷绕主体部安装于所述圆筒部的外周，一对所述凸缘部从卷绕主体部的轴向的两端部向径向外侧突出；
励磁线圈，所述励磁线圈卷绕多层地重叠于由所述卷绕主体部和一对所述凸缘部围成的空间，并与所述爪状磁极部的内周面的根部侧接触；以及
冷却风扇，所述冷却风扇将空气供给至所述励磁线圈的外周表面，
所述励磁线圈形成为两个以上的峰在轴向上并排相连的山形，所述峰的每一个的顶部位于比所述爪状磁极部的根部位置靠径向外侧，
所述励磁线圈的位于在轴向上相邻的所述峰之间的谷的底部位于比所述爪状磁极部的根部位置靠径向内侧。
2.如权利要求1所述的旋转电机的转子，其特征在于，
所述冷却风扇是固接于所述爪极型铁心的轴向的两端部的一对离心风扇，
一对所述离心风扇构成为送风能力互为不同。
3.如权利要求1所述的旋转电机的转子，其特征在于，
所述冷却风扇是固接于所述爪极型铁心的轴向的一端部的斜流风扇。
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Citations (7)

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