CN110071587A - 旋转电机的转子和旋转电机 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种旋转电机的转子和旋转电机，其能够抑制旋转电机的效率降低。旋转电机(11)具有：圆筒状的定子(15)，其具有设置有定子线圈(29)的定子铁芯(27)；以及转子(21)，其以旋转自如的方式设置在定子(15)的中空部，具有被支承于旋转轴(19)且沿周向设置有多个永磁体(35)的转子铁芯(31)、以及分别设置在转子铁芯(31)的轴向端部上的一对端面板(41、43)。在转子铁芯(31)上设置有沿轴向贯穿转子铁芯(31)的制冷剂流通路(37)。在第1端面板(41)上设置有制冷剂导入部(45)，该制冷剂导入部(45)将通过制冷剂供给管(25)供给的制冷剂导入到制冷剂流通路(37)中。

Description

旋转电机的转子和旋转电机
技术领域
本发明涉及能够抑制旋转电机的效率降低的旋转电机的转子和旋转电机。
背景技术
最近，在作为驱动源的内燃机的基础上或者代替这种内燃机而搭载有旋转电机的车辆得到普及。被称为混合动力汽车(Hybrid Electric Vehicle)和电动汽车(ElectricVehicle)的车辆就是这样的车辆。
在旋转电机中，在旋转电机运转时，会发生包括铜损(定子线圈的电阻造成的损失)、铁损(定子铁芯等磁性材料的磁特性造成的损失)、机械损失(摩擦等机械要因造成的损失)在内的各种损失而发热。这种旋转电机的发热会导致设置于转子上的永磁体的退磁等，成为引起旋转电机的效率降低的要因。
为了抑制这种旋转电机的效率降低，本申请的申请人提出了意图在于提高冷却效率的旋转电机的转子构造(参照专利文献1)。专利文献1中记载了如下的转子构造，其具有：旋转轴；转子，其被枢转支承于旋转轴，在周向上设置有多个永磁体；以及制冷剂供给配管，其从转子的轴向对转子供给制冷剂，转子具有孔部，该孔部沿轴向贯穿转子，供从制冷剂供给配管喷出的制冷剂流过。
根据专利文献1的旋转电机的转子构造，能够实现旋转电机的转子的冷却效率的提高。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2017-184343号公报
发明内容
发明要解决的课题
一般情况下，在旋转电机中，转速越高则越会导致包括永磁体的转子的温度上升。转子温度的升高会导致旋转电机的效率降低。因此，强烈要求通过抑制转子的温度上升来抑制旋转电机的效率降低。
本发明就是鉴于上述实际情况而完成的，其目的在于提供能够抑制旋转电机的效率降低的旋转电机的转子和旋转电机。
用于解决课题的手段
为了达成上述目的，本发明的第一方面提供一种旋转电机的转子，其具有：转子铁芯，其被支承于旋转轴，并且沿周向设置有多个永磁体；以及一对端面板，它们分别设置在所述转子铁芯的轴向两端部上，该旋转电机的转子的最主要的特征在于，在所述转子铁芯上设置有沿轴向贯穿该转子铁芯的制冷剂流通路，在所述一对端面板中的任意一方设置有制冷剂导入部，该制冷剂导入部将所供给的制冷剂导入到所述制冷剂流通路中。
根据本发明的第一方面，在一对端面板中的任意一方设置有制冷剂导入部，该制冷剂导入部将所供给的制冷剂导入到沿轴向贯穿转子铁芯的制冷剂流通路中，因此能够提高转子铁芯的冷却效率。其结果是，能够抑制旋转电机的效率降低。
发明效果
根据本发明，能够抑制旋转电机的效率降低。
附图说明
图1A是表示本发明的实施方式的旋转电机的整体结构的纵剖视图。
图1B是将图1A所示的旋转电机的转子周边放大示出的图。
图2是本发明的实施方式的旋转电机的转子所具有的转子铁芯的主视图。
图3A是本发明的实施方式的旋转电机的转子所具有的一对端面板中的具有制冷剂导入部的端面板的主视图。
图3B是示意性地表示设置在图3A所示的端面板上的制冷剂导入部的立体图。
图4A是本发明的实施方式的旋转电机的转子所具有的一对端面板中的具有制冷剂导出部的端面板的主视图。
图4B是示意性地表示设置在图4A所示的端面板上的制冷剂导出部的立体图。
标号说明
11：实施方式的旋转电机，15：定子，19：旋转轴，21：转子，25：制冷剂供给管，27：定子铁芯，29：定子线圈(线圈)，31：转子铁芯，35：永磁体，37：制冷剂流通路，41：第1端面板(一对端面板中的任意一方)，43：第2端面板(一对端面板中的另一方)，45：制冷剂导入部，45a：导入口，47：制冷剂导出部，47a：导出口。
具体实施方式
下面，参照适当的附图来详细说明本发明的实施方式的旋转电机的转子和旋转电机。
并且，在以下所示的附图中，对同一部件或对应部件之间赋予同一参照标号。另外，为了便于说明，有时将部件的尺寸和形状进行变形或夸张而示意表现。
(本发明的实施方式的旋转电机11的结构)
首先，参照图1A、图1B来详细说明本发明的实施方式的旋转电机11。
图1A是表示本发明的实施方式的旋转电机11的整体结构的纵剖视图。图1B是将图1A所示的旋转电机11的转子21的周边放大示出的图。
如图1A、图1B所示，本发明的实施方式的旋转电机11构成为具有：定子15，其设置在圆筒状的壳体13上；旋转轴19，其借助分别设置于壳体13的侧壁13a、13b上的一对轴承17a、17b而被枢转支承；转子21，其设置于旋转轴19上；以及制冷剂供给装置23。
定子15通过将圆筒状的外周面安装在圆筒状的壳体13的内周面上而被设置在壳体13上。定子15构成为具有定子铁芯27和设置在定子铁芯27上的定子线圈29。
如图1A、图1B所示，定子铁芯27整体形成为圆筒状。例如通过在轴向上层叠多个形成为圆环状的电磁钢板27a而构成定子铁芯27。在设置于定子铁芯27的多个槽(未图示)中分别设置有定子线圈29。
在旋转电机11中，若马达电流流过定子线圈29，则会在定子15上产生旋转磁场。这样在定子15上产生的旋转磁场与设置于转子21的后述永磁体35的磁场进行相互作用而对转子21进行旋转驱动。
(本发明的实施方式的旋转电机11的转子21的结构)
下面，参照图2、图3A、图3B、图4来说明本发明的实施方式的旋转电机11的转子21的结构。
图2是本发明的实施方式的旋转电机11的转子21所具有的转子铁芯31的主视图。图3A是旋转电机11的转子21所具有的一对端面板中的具有制冷剂导入部45的端面板的主视图。图3B是示意性地表示设置在图3A所示的端面板上的制冷剂导入部45的立体图。图4A是旋转电机11的转子21所具有的一对端面板中的具有制冷剂导出部47的端面板的主视图。图4B是示意性地表示设置在图4A所示的端面板上的制冷剂导出部47的立体图。
如图1A、图1B所示，本发明的实施方式的旋转电机11的转子21隔着微小的间隙G(参照图1B)而旋转自如地设置在存在于定子15的内周侧的中空部。转子21具有转子铁芯31和一对端面板(第1端面板41和第2端面板43)。
如图1A、图1B所示，转子铁芯31整体形成为圆筒状。如图2所示，例如通过在轴向上层叠多个形成为圆环状的电磁钢板31a而构成转子铁芯31。
如图1A、图1B和图2所示，在转子铁芯31上沿周向(参照图2)隔开相等间隔地设置有多组沿轴向(参照图1A、图1B)贯穿的磁铁插入孔33。一组磁铁插入孔33的横截面形成为朝向转子铁芯31的径向(参照图2)外侧打开的大致V字状，然而不特别限于此。
通过将3个通孔组合而构成一组磁铁插入孔33。如图1A、图1B和图2所示，在一组磁铁插入孔33中插入有棒状的永磁体35，并通过未图示的填充材料而固定。永磁体35的长度被设定为与转子铁芯31的轴向(参照图1A、图1B)全长同等的长度。
另外，如图1A、图1B和图2所示，在转子铁芯31上，沿周向(参照图2)隔开相等间隔地按照与磁铁插入孔33的组数相同的数目设置有沿轴向(参照图1A、图1B)贯穿的多个制冷剂流通路37。制冷剂流通路37以接近磁铁插入孔33(永磁体35)的方式相对于磁铁插入孔33设置于转子铁芯31的径向(参照图2)内侧。
制冷剂流通路37的横截面形成为顶部朝向转子铁芯31的径向(参照图2)外侧的大致三角形状。存在于制冷剂流通路37的横截面上的3个顶部被实施了倒角加工。
圆环状的第1端面板41和第2端面板43作为一对端面板而分别设置于转子铁芯31的轴向(参照图1A、图1B)端部上。第1端面板41和第2端面板43例如由非磁性不锈钢(SUS305)、铝等非磁性金属材料形成。
如图1A、图1B、图3A所示，在第1端面板41上设置有制冷剂导入部45，该制冷剂导入部45将通过制冷剂供给装置23的制冷剂供给管25而供给的制冷剂(例如绝缘油等)导入到制冷剂流通路37中。
下面，对制冷剂供给装置23进行说明。如图1A、图1B所示，制冷剂供给装置23构成为具有利用未图示的泵加压输送并喷出制冷剂的制冷剂喷出部(未图示)以及制冷剂供给管25。通过制冷剂供给管25供给的制冷剂向转子铁芯31的轴向(参照图1B)被喷出。
如图1B、图3B所示，制冷剂导入部45形成为相对于第1端面板41的一般面41a突出。如图3A、图3B所示，制冷剂导入部45具有：导入口45a，其导入通过制冷剂供给管25而供给的制冷剂；以及引导部45b，其将通过导入口45a导入的制冷剂引导至制冷剂流通路37。
关于制冷剂导入部45不做特别限定，例如通过对形成为圆环状的作为第1端面板41的非磁性金属材料在整个周向上的所需位置处实施冲压加工来制作即可。
如图1A、图1B、图3A、图3B所示，制冷剂导入部45的导入口45a相对于第1端面板41的一般面41a突出(参照图3B)，并且朝向相对于制冷剂导入部45被配置于转子铁芯31的径向(参照图1B)内侧、即旋转轴19侧的制冷剂供给管25的制冷剂喷出口25a开口。
如图3B所示，制冷剂导入部45的导入口45a的周向尺寸L1被设定为等于或大于制冷剂流通路37的周向尺寸L2。由此，能够顺畅地进行通过制冷剂导入部45的导入口45a而向着制冷剂流通路37被引导的制冷剂的流动。
并且，若对导入口45a的周向尺寸L1进行可变调整，则相邻的制冷剂导入部45相互的间隔L3(参照图3A)也会发生变化。
这意味着，若对导入口45a的周向尺寸L1进行可变调整，则能够对不向制冷剂流通路37导入而以冷却第1端面板41的周边区域的方式发挥作用的制冷剂与向制冷剂流通路37导入而以冷却包含永磁体35的转子铁芯31的方式发挥作用的制冷剂之间的分配比适当进行调整。
如图1A、图1B、图3A、图3B所示，制冷剂导入部45的引导部45b形成为存在于突出外壁部45c的内侧的封闭空间，该突出外壁部45c相对于第1端面板41的一般面41a突出(参照图1B、图3B)。制冷剂导入部45的引导部45b发挥如下作用：将通过导入口45a导入的制冷剂的流通方向从转子铁芯31的径向朝轴向(参照图1B)弯曲为大致直角而将制冷剂引导至制冷剂流通路37。
另一方面，如图1A、图1B、图4A所示，在第2端面板43上设置有制冷剂导出部47，该制冷剂导出部47将在制冷剂流通路37中流通的制冷剂导出到转子铁芯31的外部。如图1B、图4B所示，制冷剂导出部47与制冷剂导入部45同样地形成为相对于第2端面板43的一般面43a突出。
如图4A、图4B所示，制冷剂导出部47具有：导出口47a，其将在制冷剂流通路37中流通的制冷剂导出到转子铁芯31的外部；以及引导部47b，其将在制冷剂流通路37中流通的制冷剂引导至导出口47a。
如图1A、图1B、图4A、图4B所示，制冷剂导出部47的引导部47b形成为存在于突出外壁部47c的内侧的封闭空间，该突出外壁部47c相对于第2端面板43的一般面43a突出(参照图4B)。制冷剂导出部47的引导部47b发挥如下作用：将在制冷剂流通路37中流通的制冷剂的流通方向从转子铁芯31的轴向朝径向(参照图1B)弯曲为大致直角而将制冷剂引导至导出口47a。
如图1A、图1B、图4A、图4B所示，制冷剂导出部47的导出口47a相对于第2端面板43的一般面43a突出(参照图1B、图4B)，并且朝向相对于制冷剂导出部47存在于转子铁芯31的径向(参照图1B)外侧、即存在于定子线圈29的端部的过渡部开口。并且，过渡部是将同相的定子线圈29彼此连接起来的部分。
(本发明的实施方式的旋转电机11的转子21的作用)
下面，对本发明的实施方式的旋转电机11的转子21的作用进行说明。
若马达电流流过定子线圈29，则会在定子15上产生旋转磁场。这样在定子15上产生的旋转磁场与设置于转子21上的永磁体35的磁场进行相互作用而对转子21进行旋转驱动。
在旋转电机11运转时，旋转电机11的效率损失的部分成为热而使旋转电机11的温度上升。特别地，设置于转子21上的永磁体35的温度上升会降低永磁体35的磁力，从而成为引起旋转电机11的效率降低的要因。因此，关键点在于通过效率良好地对包含永磁体35的转子21进行冷却，从而抑制转子21的温度上升。
关于这一点，在基于本发明的第一观点的旋转电机11的转子21中，在转子铁芯31上设置有沿轴向贯穿转子铁芯31的制冷剂流通路37，在一对端面板中的任意一方(第1端面板41)设置有制冷剂导入部45，该制冷剂导入部45将所供给的制冷剂导入到制冷剂流通路37中，因此能够提高转子铁芯31的冷却效率。其结果是，能够抑制旋转电机11的效率降低。
而且，在基于本发明的第一观点的旋转电机11的转子21中，通过设置于一对端面板中的任意一方(第1端面板41)的制冷剂导入部45将制冷剂导入到制冷剂流通路37中(参照图1B的箭头所示的制冷剂的流向)，因此相比通过设置于旋转轴上的制冷剂流通路将制冷剂应用到端面板的侧面上的现有冷却技术(例如参照日本特开平9-182375号公报)而言，能够以较为简单的结构(不在旋转轴上设置制冷剂流通路)来事先避免在旋转轴的局部(旋转轴中的制冷剂流通路的设定部位)产生应力集中的事态，并能够抑制旋转电机11的效率降低。
此外，在基于本发明的第二观点的旋转电机11的转子21中，在转子铁芯31的周向上隔开相等间隔地设置有多个制冷剂流通路37，并且与多个制冷剂流通路37分别对应地设置有多个制冷剂导入部45，因此相比基于第一观点的旋转电机11的转子21而言，能够使转子铁芯31的温度均匀地成为较低的温度，能够进一步提高转子铁芯31的冷却效率。其结果是，能够抑制永磁体35的退磁，能够抑制旋转电机11的效率降低。
此外，在基于本发明的第三观点的旋转电机11的转子21中，多个制冷剂流通路37设置于多个永磁体35的附近，因此相比基于第一观点和第二观点的旋转电机11的转子21而言，能够使多个永磁体35的温度均匀地成为较低的温度，能够进一步提高转子铁芯31的冷却效率。其结果是，能够抑制永磁体35的退磁，能够抑制旋转电机11的效率降低。
另外，在基于本发明的第四观点的旋转电机11的转子21中，制冷剂导入部45具有向制冷剂导入部45导入从所述旋转轴19侧供给的制冷剂的导入口45a，导入口45a向旋转轴19侧开口，因此在旋转电机11运转时离心力会作用于通过导入口45a导入的制冷剂上。
因此，在旋转电机11运转时，通过导入口45a导入的制冷剂向制冷剂流通路37的引导得以促进。通过导入口45a导入的制冷剂不会在制冷剂流通路37内滞留。即，制冷剂流通路37内始终被供给新的制冷剂，因此能够进一步提高转子铁芯的冷却效率。
此外，旋转电机11的转速越高，则作用在通过导入口45a导入的制冷剂上的离心力也越大。亦即，旋转电机11的转速越高，则离心力对于制冷剂的引导促进效果就越大。
因此，根据基于本发明的第四观点的旋转电机11的转子21，还能够期待得到根据旋转电机11的转速高低来可变地设定转子21的冷却效率的效果。
另外，在基于本发明的第五观点的旋转电机11的转子21中，在一对端面板中的另一方(第2端面板43)上设置有将在制冷剂流通路37中流通的制冷剂导出到转子铁芯31的外部的制冷剂导出部47，因此能够通过迅速排出制冷剂来促进制冷剂流通路37中的制冷剂的流通，从而提高转子铁芯31的冷却效率。其结果是，能够抑制旋转电机11的效率降低。
此外，在基于本发明的第六观点的旋转电机11的转子21中，制冷剂导出部47具有将在制冷剂流通路37中流通的制冷剂导出的导出口47a，导出口47a向旋转轴19的相反侧开口，因此能够对第2端面板43中的位于制冷剂导出部47的附近且旋转轴19的相反侧附近的部位有效地进行冷却。其结果是，能够抑制旋转电机11的效率降低。
另一方面，在基于本发明的第七观点的旋转电机11中，在转子铁芯31上设置有沿轴向贯穿转子铁芯31的制冷剂流通路37，在一对端面板中的任意一方(第1端面板41)设置有制冷剂导入部45，该制冷剂导入部45将通过制冷剂供给管25供给的制冷剂导入到制冷剂流通路37中，因此能够提高转子铁芯31的冷却效率。其结果是，可得到能够抑制永磁体35的退磁且呈现出优秀效率的旋转电机11。
另外，在基于本发明的第八观点的旋转电机11中，在一对端面板中的另一方(第2端面板43)上设置有将在制冷剂流通路37中流通的制冷剂导出到转子铁芯31的外部的制冷剂导出部47，因此通过迅速排出制冷剂来促进制冷剂流通路37中的制冷剂的流通，从而能够提高转子铁芯31的冷却效率。其结果是，可得到呈现出优秀效率的旋转电机11。
此外，在基于本发明的第九观点的旋转电机11中，制冷剂导出部47具有将在制冷剂流通路37中流通的制冷剂导出的导出口47a，导出口47a向设置于定子铁芯27的定子线圈29的端部开口，因此能够对存在于定子线圈29的端部的过渡部附近的部位有效地进行冷却。其结果是，可得到呈现出优秀效率的旋转电机11。
(其他实施方式)
以上所说明的多个实施方式示出了具体实现本发明的示例。因此，不应根据这些内容对本发明的技术范围进行限定性的解释。本发明可以在不脱离其主旨或其主要特征的情况下通过各种方式来实施。
例如在本发明的实施方式的发明的说明中，举例说明的是，通过对导入口45a的周向尺寸L1进行可变调整，来对不向制冷剂流通路37导入而以冷却第1端面板41的周边区域的方式发挥作用的制冷剂与向制冷剂流通路37导入而以冷却包含永磁体35的转子铁芯31的方式发挥作用的制冷剂之间的分配比进行可变调整的情况，然而本发明不限于该示例。
还可以采用如下方式：通过对制冷剂导入部45的制冷剂的流通阻力和制冷剂导出部47的制冷剂的流通阻力进行可变调整，来对不向制冷剂流通路37导入而以冷却第1端面板41的周边区域的方式发挥作用的制冷剂与向制冷剂流通路37导入而以冷却包含永磁体35的转子铁芯31的方式发挥作用的制冷剂之间的分配比进行可变调整。
另外，在本发明的实施方式的发明的说明中，举例说明的是，在转子铁芯31的整个周向上彼此隔开相等间隔地设置8组磁铁插入孔33和永磁体35、8个制冷剂流通路37以及8个制冷剂导入部45和制冷剂导出部47的情况，然而本发明不限于该示例。磁铁插入孔33和永磁体35的组数、制冷剂流通路37以及制冷剂导入部45和制冷剂导出部47的数量可采用包括8在内的任意数量。
另外，在本发明的实施方式的发明的说明中，举例说明的是，以相对于第2端面板43的一般面43a突出的方式形成制冷剂导出部47的情况，然而本发明不限于该示例。还可以采用如下方式：通过在第2端面板43的内侧面上刻入设置沿径向延伸的制冷剂的排出槽，从而相对于第2端面板43形成制冷剂导出部47。

Claims (11)

1.一种旋转电机的转子，其具有：
转子铁芯，其被支承于旋转轴，并且沿周向设置有多个永磁体；以及
一对端面板，它们分别设置在所述转子铁芯的轴向端部上，
其特征在于，
在所述转子铁芯上设置有沿轴向贯穿该转子铁芯的制冷剂流通路，
在所述一对端面板中的任意一方设置有制冷剂导入部，该制冷剂导入部将所供给的制冷剂导入到所述制冷剂流通路中。
2.根据权利要求1所述的旋转电机的转子，其特征在于，
在所述转子铁芯的周向上隔开相等间隔地设置有多个所述制冷剂流通路，
与多个所述制冷剂流通路分别对应地设置有多个所述制冷剂导入部。
3.根据权利要求2所述的旋转电机的转子，其特征在于，
多个所述制冷剂流通路设置在多个所述永磁体的附近。
4.根据权利要求1至3中的任意一项所述的旋转电机的转子，其特征在于，
所述制冷剂导入部具有导入所供给的制冷剂的导入口，
所述导入口朝向所述旋转轴侧开口。
5.根据权利要求1至3中的任意一项所述的旋转电机的转子，其特征在于，
在所述一对端面板中的另一方设置有制冷剂导出部，该制冷剂导出部将在所述制冷剂流通路中流通的制冷剂导出到所述转子铁芯的外部。
6.根据权利要求5所述的旋转电机的转子，其特征在于，
所述制冷剂导出部具有导出所供给的制冷剂的导出口，
所述导出口朝向所述旋转轴的相反侧开口。
7.根据权利要求4所述的旋转电机的转子，其特征在于，
在所述一对端面板中的另一方设置有制冷剂导出部，该制冷剂导出部将在所述制冷剂流通路中流通的制冷剂导出到所述转子铁芯的外部。
8.根据权利要求7所述的旋转电机的转子，其特征在于，
所述制冷剂导出部具有导出所供给的制冷剂的导出口，
所述导出口朝向所述旋转轴的相反侧开口。
9.一种旋转电机，其具有：
圆筒状的定子，其具有设置有线圈的定子铁芯；以及
转子，其以旋转自如的方式设置于所述定子的中空部，具有被支承于旋转轴且沿周向设置有多个永磁体的转子铁芯、以及分别设置在所述转子铁芯的轴向端部上的一对端面板，
其特征在于，
在所述转子铁芯上设置有沿轴向贯穿该转子铁芯的制冷剂流通路，
在所述一对端面板中的任意一方设置有制冷剂导入部，该制冷剂导入部将通过制冷剂供给管供给的制冷剂导入到所述制冷剂流通路中。
10.根据权利要求9所述的旋转电机，其特征在于，
在所述一对端面板中的另一方设置有制冷剂导出部，该制冷剂导出部将在所述制冷剂流通路中流通的制冷剂导出到所述转子铁芯的外部。
11.根据权利要求10所述的旋转电机，其特征在于，
所述制冷剂导出部具有将在所述制冷剂流通路中流通的制冷剂导出的导出口，
所述导出口朝向设置于所述定子铁芯上的线圈的端部开口。
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