CN111614182A - 同步旋转电机 - Google Patents

Abstract

在同步旋转电机中在确保转子的冷却功能的同时抑制磁饱和。包括具有转子轴与安装于转子轴的转子磁路部(13)的转子、具有定子磁路部的定子、框架、及轴承。转子以及定子的至少一方具有磁力生成部(15)，转子磁路部(112)以及定子磁路部的至少一方是板状，具有至少一个组，该组具有沿其厚度方向贯通的多个磁场中冷却通路(17)。在一个组中，在一方的表面朝向一个方向排列成一列，沿一个方向排列的多个磁场中冷却通路中的相互邻接的磁场中冷却通路，对于规定的多个方向，形成为相互沿同一方向或者不同方向贯通，所述规定的多个方向是从包含排列成一列的列的中心线并沿着与一方的表面垂直的面的方向、以及夹着垂直面的相互相反的方向中选择出的。

Description

同步旋转电机

技术领域

本发明涉及同步旋转电机。

背景技术

在同步旋转电机中，通常在定子侧设置电枢绕组，在转子侧形成旋转磁场。作为形成旋转磁场的构成，有在转子设置励磁绕组的情况和设置永磁体的情况。即，例如在同步发电机中，有在为了进行超前、延迟的调整等而需要励磁调整的情况下设置励磁绕组的方式。或者，有在不需要励磁调整的情况下使用永磁体而并非绕组的方式。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利第5785521号公报

发明内容

在同步旋转电机的情况下，也有时从转子侧形成励磁，需要高效地进行转子的冷却。因此，例如在凸极形的转子中，有如下例子：在相互邻接的凸极之间，在轴向上相互隔开间隔地形成从径向的内侧向外侧贯通的多个流路来确保冷却通路(参照专利文献1)。

然而，这些流路横穿本应由励磁的磁力线通过的磁路，因此会缩窄磁路。因此，会局部产生磁饱和。为了对其进行防止，需要增大成为励磁的磁路的构造体的尺寸。

因此，本发明的目的在于，在同步旋转电机中，在确保转子的冷却功能的同时抑制磁饱和。

为了实现上述的目的，本发明的同步旋转电机的特征在于，具备：转子，具有沿旋转轴方向延伸的转子轴和安装于所述转子轴的转子磁路部；定子，具有与所述转子对置的定子磁路部；框架，以包围所述定子的方式配置于径向的外侧；以及轴承，将所述转子在两个位置分别支承为能够旋转，所述转子以及所述定子的至少一方具有磁力生成部，所述转子磁路部以及所述定子磁路部的至少一方是板状，具有至少一个组，该组具有沿其厚度方向贯通的多个磁场中冷却通路，在所述一个组中，所述多个磁场中冷却通路在一方的表面上朝向一个方向排列成一列，沿所述一个方向排列的所述多个磁场中冷却通路中的相互邻接的所述磁场中冷却通路，对于规定的多个方向，形成为相互沿同一方向或者不同的方向贯通，所述规定的多个方向是从如下方向中选择出的：包含所述排列成一列的列的中心线并沿着与所述一方的表面垂直的面的方向、以及夹着所述面的相互相反的方向。

发明效果

根据本发明，在同步旋转电机中，能够在确保转子的冷却功能的同时抑制磁饱和。

附图说明

图1是表示第一实施方式的同步旋转电机的构成的立剖视图。

图2是表示第一实施方式的同步旋转电机的转子的构成的图3的II－II线箭头方向轴向局部纵剖视图。

图3是表示第一实施方式的同步旋转电机的转子的构成的图2的III－III线箭头方向横剖视图。

图4是表示第一实施方式的同步旋转电机的转子的构成的图2的IV－IV线箭头方向局部横剖视图。

图5是表示第一实施方式的同步旋转电机的转子的构成的图2的V－V线箭头方向局部横剖视图。

图6是将第一实施方式的同步旋转电机的转子的转子主体部向从径向外侧观察时的周向展开的展开图。

图7是将第一实施方式的同步旋转电机的转子的转子主体部向从径向内侧观察时的周向展开的展开图。

图8是表示第一实施方式的同步旋转电机的转子的第一变形例的转子主体部的局部横剖视图。

图9是将第一实施方式的同步旋转电机的转子的第一变形例的转子主体部向从径向内侧观察时的周向展开的展开图。

图10是表示第一实施方式的同步旋转电机的转子的第二变形例的转子主体部的局部横剖视图。

图11是将第一实施方式的同步旋转电机的转子的第二变形例的转子主体部向从径向内侧观察时的周向展开的展开图。

图12是用于说明第一实施方式的同步旋转电机的转子的作用的局部横剖视图。

图13是用于说明第一实施方式的同步旋转电机的转子的作用的图12的XIII－XIII线箭头方向局部横剖视图。

图14是表示第二实施方式的同步旋转电机的构成的图16的XIV－XIV线箭头方向纵剖视图。

图15是表示第二实施方式的同步旋转电机的构成的图16的XV－XV线箭头方向纵剖视图。

图16是表示第二实施方式的同步旋转电机的构成的图14的XVI－XVI线箭头方向横剖视图。

图17是表示第二实施方式的同步旋转电机的构成的图14的XVII－XVII线箭头方向横剖视图。

附图标记说明

11…转子轴，13…转子磁路部，14…定子磁路部，15…磁力生成部，17…磁场中冷却通路，32…轴承，34…轴承托架，100…同步旋转电机，110…转子，112…转子主体部，113…主体部通气孔(磁场中冷却通路)，113a…第一通气孔，113b…第二通气孔，113c…第一通气孔，113d…第二通气孔，113e…第三通气孔，113f…第一通气孔，113g…第二通气孔，113h…第三通气孔，113j…第四通气孔，115…主体部支承板，115a…支承板开口，116…空隙，117…磁极，117a…磁体支承部，117b…永磁体，119…内扇，120…定子，121…定子铁芯，122…定子绕组，130…框架，140…冷却器，141…冷却管，142…冷却器罩，143…冷却器入口开口，144…冷却器出口开口，200…同步旋转电机，210…转子，212…转子铁芯，212a…间隙，213…永磁体，214…转子通气孔，220…定子，221…定子铁芯，222…定子齿，223…定子绕组，224…定子通气孔(磁场中冷却通路)，230…框架，231…通风通路，231a…通风通路入口，231b…通风通路出口，232…内扇

具体实施方式

以下，参照附图，对本发明的实施方式的同步旋转电机以及转子进行说明。

[第一实施方式]

图1是表示第一实施方式的同步旋转电机的构成的立剖视图。同步旋转电机100具有转子110、定子120、框架130、两个轴承32、冷却器140。

转子110具有沿旋转轴方向(以下，也称作轴向)延伸的转子轴11、安装于转子轴11的径向外侧的作为转子110侧的转子磁路部13的圆筒状的转子主体部112、以及支承于转子主体部112的作为转子110侧的磁力生成部15的多个磁极117。转子轴11在夹着转子主体部112的轴向的两侧分别由轴承32支承为能够旋转。

在转子轴11上，在转子主体部112与各个轴承32之间，分别安装有内扇119，其随着转子轴11的旋转而旋转。内扇119将轴承32侧的冷却用气体吸入，并向转子主体部112以及定子120侧推出。

定子120具有隔着空隙116而配置于磁极117的径向外侧的作为定子磁路部14的圆筒形状的定子铁芯121和贯通定子铁芯121内的多个定子绕组122。

框架130以将转子主体部112与磁极117、以及定子120包围的方式配置于他们的径向外侧。在框架130的轴向两侧的端部分别安装有轴承托架34。轴承托架34分别将轴承32静止支承。

冷却器140例如具有供外部空气或者水等冷却介质流经管内的冷却管141和收纳冷却管141的冷却器罩142，用于冷却将转子110以及定子120冷却的空气等的冷却用气体。

框架130内的空间与冷却器罩142内的空间在冷却器入口开口143以及两个冷却器出口开口144连通。冷却器入口开口143形成于定子120的上方。另外，两个冷却器出口开口144隔着冷却器入口开口143形成于轴向的两侧。

框架130、轴承托架34、以及冷却器罩142相互结合地作为整体而形成一个密闭空间。

图2是表示第一实施方式的同步旋转电机的转子的构成的图3的II－II线箭头方向轴向局部纵剖视图，图3是图2的III－III线箭头方向横剖视图。

转子110中，转子110侧的作为转子磁路部13的转子主体部112被圆板状的主体部支承板115从径向内侧支承其轴向的两端部分。

各个主体部支承板115是开孔的圆板状，径向内侧固定于转子轴11，径向外侧连接于转子主体部112。在主体部支承板115上，除了转子轴11所贯通的部分以外，也在周向上相互隔开间隔地形成有多个圆形的支承板开口115a。另外，支承板开口115a的形状并不局限于圆形，例如也可以是椭圆形或者多边形。另外，在图2中，以转子主体部112隔着两个主体部支承板115安装于转子轴11的情况为例进行了示出，但并不限定于此。例如，也可以是在转子主体部112的轴向的中央附近隔着一个主体部支承板115安装于转子轴11的情况。

在作为转子磁路部13的转子主体部112的径向表面安装有作为磁力生成部15的多个磁极117。各个磁极117具有大致立方体且沿轴向延伸的永磁体117b、以及安装于转子主体部112的径向表面而支承永磁体117b的磁体支承部117a。这多个磁极117在周向上相互隔开间隔地配置。另外，以磁极117具有永磁体117b的情况为例示出，但并不限定于此。即，也可以是磁极117具有励磁绕组的电磁体的情况。

图4是表示第一实施方式的同步旋转电机的转子的构成的图2的IV－IV线箭头方向局部横剖视图，图5是图2的V－V线箭头方向局部横剖视图。另外，图6是将第一实施方式的同步旋转电机的转子的转子主体部向从径向外侧观察时的周向展开的展开图，图7是将转子主体部向从径向内侧观察时的周向展开的展开图。

图4至图7示出形成于作为转子磁路部13的转子主体部112的、作为磁场中冷却通路17的主体部通气孔113的细节。

如将转子主体部112向从径向外侧观察时的周向展开的展开图即图6所示，主体部通气孔113被配置为，在被相互邻接的磁极117夹着而沿轴向扩展的转子主体部112的径向外侧的表面上沿轴向排列成一列。将它们称作一个组。在所有相互邻接的磁极117所夹着的区域中配置有各个组。因而，在转子主体部112的整体中形成有磁极117的数量的组，但并不限定于此。例如，也可以每隔一个地形成。或者也可以在各个组中形成有2列。

如与轴向垂直的剖面即图4以及图5所示，主体部通气孔113分别沿与轴向垂直的平面形成。但是，各个主体部通气孔113朝向径向内侧贯通的方向不是旋转中心轴向，也就是说，不是与转子主体部112的表面垂直的方向。

即，若将图4中的沿周向的顺时针方向设为Θ方向的正方向，则第一通气孔113a形成为向如下的方向倾斜的方向：从径向外侧朝向径向内侧地、向比旋转中心轴向更靠Θ方向的负方向倾斜。另外，如图5所示，在轴向上与第一通气孔113a邻接的第二通气孔113b形成为向如下的方向倾斜的方向：从径向外侧朝向径向内侧地、向比旋转中心轴向靠Θ方向的正方向倾斜。

其结果，如将转子主体部112向从径向内侧观察时的周向展开的展开图即图7所示，主体部通气孔113形成为，在转子主体部112的径向内侧的表面上，与径向外侧的表面相比，彼此的距离得到扩大。

在图4至图7中，以作为磁场中冷却通路17的主体部通气孔113为第一通气孔113a与第二通气孔113b这两种的情况为例进行示出，但并不限定于此。例如，也可以除了前述第一通气孔113a与第二通气孔113b之外，还在与转子主体部112的表面垂直的方向上形成第三通气孔，并依次配置3种通气孔。以下对变形例进行说明。

图8是表示第一变形例的转子主体部的局部横剖视图，图9是将转子主体部向从径向内侧观察时的周向展开的展开图。

在第一变形例中，作为磁场中冷却通路17的主体部通气孔113具有第一通气孔113c、第二通气孔113d、以及第三通气孔113e。第一通气孔113c、第二通气孔113d、以及第三通气孔113e按照该顺序重复且沿轴向排列。第二通气孔113d沿径向形成。第一通气孔113c与第三通气孔113e相互在周向上向相反方向倾斜。

图10是表示第二变形例的转子主体部的局部横剖视图，图11是将转子主体部向从径向内侧观察时的周向展开的展开图。

在第二变形例中，作为磁场中冷却通路17的主体部通气孔113具有第一通气孔113f、第二通气孔113g、第三通气孔113h以及第四通气孔113j。第一通气孔113f、第二通气孔113g、第三通气孔113h以及第四通气孔113j按照该顺序重复且沿轴向排列。第二通气孔113g与第三通气孔113h相互在周向上向相反方向倾斜。另外，第一通气孔113f与第四通气孔113j以更大的倾斜相互向周向的相反方向倾斜。

在以上说明的本实施方式以及第一、第二变形例中，表示了沿轴向依次排列有周向的倾斜不同的通气孔的例子，但并不限定于此。例如，也可以是分别并排排列多个而非一个的情况。或者，也可以是排列有多个特定方向的通气孔的情况下。或者，也可以在轴向上按照每个区域而使排列方式不同。另外，也可以是在周向上使排列相互不同的情况。

即，总结以上，如以下那样形成。即，在一个组中，多个作为磁场中冷却通路17的主体部通气孔113在一方的表面上朝向轴向排列成一列。另外，从沿着包含该排列成一列的列的中心线并与该一方的表面垂直的面的方向、以及隔着该面的相互相反的方向中，选择规定的多个方向。沿该一个方向排列的多个主体部通气孔113中的相互邻接的主体部通气孔113形成为，相互向同一方向或者不同的方向贯通。

另外，以上表示了各个主体部通气孔113直线状地延伸的情况，但并不限定于此。即，也可以形成为曲线。

图12是用于说明第一实施方式的同步旋转电机的转子的作用的局部横剖视图，图13是图12的XIII－XIII线箭头方向局部横剖视图。并且是在转子主体部112的剖视上沿轴向透视了第一通气孔113a以及第二通气孔113b的图。

用粗虚线示出通过相互邻接的磁力生成部15即磁极117的永磁体117b之间的多个磁力线M。各个磁力线M从永磁体117b出来，通过磁体支承部117a以及作为转子磁路部13的转子主体部112。

如图12以及图13所示，本实施方式的转子110的作为转子磁路部13的转子主体部112中，作为阻碍磁力线M的分布的磁场中冷却通路17的主体部通气孔113、具体而言是第一通气孔113a以及第二通气孔113b，在特定的位置不集中，而是分散配置。其结果，能够在确保转子的冷却功能的同时抑制磁饱和。

[第二实施方式]

图14是表示第二实施方式的同步旋转电机的构成的图16的XIV－XIV线箭头方向纵剖视图，图15是图16的XV－XV线箭头方向纵剖视图，图16是图14的XVI－XVI线箭头方向横剖视图，另外，图17是表示第二实施方式的同步旋转电机的构成的图14的XVII－XVII线箭头方向横剖视图。

本第二实施方式是第一实施方式的变形。本第二实施方式中的同步旋转电机200具有转子210、定子220、框架230、轴承32以及轴承托架34。本实施方式的同步旋转电机200也可以是转子轴11沿铅垂方向延伸的纵置形状。或者也可以是转子轴11沿水平方向延伸的横置形状。

在本第二实施方式中，在框架230形成有通风通路231，并形成有如下的一个循环的流路：利用内扇232，冷却用气体在形成于以下说明的定子220的流路以及形成于转子210的流路中通过之后，从通风通路入口231a流入通风通路231，并从通风通路出口231b再次流入内扇232。

转子210具有转子轴11、安装于其并沿径向扩展的圆板状的转子铁芯212、以及在周向上相互隔开间隔地配置的沿径向延伸的多个永磁体213。另外，也可以取代永磁体而为电磁体。

在转子铁芯212，在径向上向转子轴11安装的安装部与永磁体213之间，形成有在周向上相互隔开间隔而沿厚度方向贯通的多个转子通气孔214，确保了冷却用气体沿轴向通过转子210的流路。

定子220具有在轴向的两侧夹着转子铁芯212的作为定子磁路部14的圆板状的两个定子铁芯221以及配置于各个定子铁芯221的定子绕组223。

各个定子铁芯221为在中央形成有供转子轴11贯通的开口212a的开孔圆板状，开口212a与转子轴11的径向外侧表面具有间隙。在各个定子铁芯221的面向转子铁芯212的一侧的表面形成有在周向上相互隔开间隔地配置的多个定子齿222。各个定子齿222向轴向投影的形状为大致梯形，以上边成为径向内侧、下边成为径向外侧的方式配置。另外，在轴向上具有厚度。

定子绕组223卷绕于定子齿222。定子齿222与定子绕组223构成磁力生成部15。

在定子铁芯221的相互邻接的定子齿222之间的区域形成有作为磁场中冷却通路17的多个定子通气孔224。

在定子铁芯221的形成有定子齿222的一侧的表面、即与转子铁芯212对置的一侧的表面上，如图16所示，作为磁场中冷却通路17的定子通气孔224在被相互邻接的定子齿222夹住而沿径向延伸的区域中沿径向排列成一列地配置。将它们称作一个组。在所有相互邻接的定子齿222所夹住的区域配置有各个组。因而，在转子主体部112中整体形成有定子齿222的数量的组，但并不限定于此。例如，也可以每隔一个地形成。或者也可以在各个组中形成有2列。

若设想包含旋转轴且沿着与转子铁芯212对置一侧的表面中的定子通气孔224的中心的平面，则如图16以及图17所示，在各个组中，定子通气孔224沿径向交替地夹着该平面相互向相反方向贯通。该状态与第一实施方式相同，产生与第一实施方式相同的效果。

另外，在本第二实施方式中，以转子侧为具有永磁体的励磁侧、定子侧为具有电枢绕组的电枢侧的情况为例进行了表示，但并不限定于此。例如，也可以是具有电枢绕组的电枢侧为转子侧即在转子齿上卷绕有作为电枢绕组的转子绕组、励磁侧为定子侧的情况，并且关于相互邻接的电枢绕组所夹着的区域的各自的通气孔的组，设为相同的构成。

[其他实施方式]

以上，说明了本发明的实施方式，但实施方式是作为例子而提出的，并不意图限定发明的范围。例如，在实施方式中，以转子轴沿水平方向延伸的横式的同步旋转电机的情况为例进行了表示，但并不限定于此。例如，也可以是纵式的同步旋转电机的情况。

而且，这些实施方式能够以其他各种方式实施，在不脱离发明的主旨的范围内，能够进行各种省略、替换、变更。这些实施方式及其变形包含在发明的范围、主旨中，同样包含在权利要求书所记载的发明及与其等效的范围内。

Claims (8)

1.一种同步旋转电机，其特征在于，具备：

转子，具有沿旋转轴方向延伸的转子轴和安装于所述转子轴的转子磁路部；

定子，具有与所述转子对置的定子磁路部；

框架，以包围所述定子的方式配置于径向的外侧；以及

轴承，将所述转子在两个位置分别支承为能够旋转，

所述转子以及所述定子的至少一方具有磁力生成部，

所述转子磁路部以及所述定子磁路部的至少一方是板状，并具有至少一个组，该组具有沿所述转子磁路部以及所述定子磁路部的至少一方的厚度方向贯通的多个磁场中冷却通路，

在所述一个组中，所述多个磁场中冷却通路在一方的表面上朝向一个方向排列成一列，

沿所述一个方向排列的所述多个磁场中冷却通路中的相互邻接的所述磁场中冷却通路，对于规定的多个方向，形成为相互沿同一方向或者不同的方向贯通，所述规定的多个方向是从如下方向中选择出的：包含排列成一列的所述列的中心线并沿着与所述一方的表面垂直的面的方向、以及夹着所述面的相互相反的方向。

2.根据权利要求1所述的同步旋转电机，其特征在于，

所述多个磁场中冷却通路的、夹着与所述一方的表面垂直的面而成为相互相反侧的各个区域中的通风面积的合计，形成为实质上彼此相同。

3.根据权利要求1或2所述的同步旋转电机，其特征在于，

所述多个磁场中冷却通路的各个磁场中冷却通路形成为，夹着如下的面而交替地朝向相反方向贯通，所述面为包含排列成一列的所述列的中心并与所述一方的表面垂直的面。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的同步旋转电机，其特征在于，

所述多个磁场中冷却通路的各个磁场中冷却通路沿着如下的面形成，所述面为包含排列成一列所述列的中心并与所述一方的表面垂直的面。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的同步旋转电机，其特征在于，

所述多个磁场中冷却通路的各个磁场中冷却通路形成为直线状。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的同步旋转电机，其特征在于，

所述转子磁路部是与所述转子轴同芯地经由主体部支承板安装于所述转子轴上的圆筒状的转子主体部，

所述转子具有多个永磁体或者励磁绕组作为所述磁力生成部，所述多个永磁体或者所述励磁绕组相互在周向上隔开间隔地配置于所述转子主体部、并且分别沿轴向延伸，

在沿周向相互邻接的所述永磁体或者所述励磁绕组所夹着的所述转子主体部，形成有多个主体部通气孔作为所述多个磁场中冷却通路。

7.根据权利要求1至5中任一项所述的同步旋转电机，其特征在于，

所述转子磁路部是安装于所述转子轴的圆板状的转子铁芯，

所述定子磁路部是开孔圆板状的定子铁芯，在轴向上夹着所述转子铁芯并且在中央形成有与所述转子轴隔开间隙地配置成与所述转子轴同芯的圆形的开口，

所述转子具有多个永磁体或者电磁体作为所述磁力生成部，所述多个永磁体或者所述电磁体相互在周向上隔开间隔地配置于所述转子铁芯且分别沿径向延伸，

所述定子具有多个定子齿和卷绕于所述多个定子齿的多个定子绕组作为所述磁力生成部，所述多个定子齿形成为，在所述定子铁芯的与所述转子铁芯对置的一侧的表面上在周向上相互隔开间隔地沿径向延伸。

8.根据权利要求1至5中任一项所述的同步旋转电机，其特征在于，

所述转子磁路部是安装于所述转子轴的圆板状的转子铁芯，

所述定子磁路部是在轴向上夹着所述转子铁芯并且在中央与所述转子轴的外表面隔开间隙地配置成与所述转子轴同芯的开孔圆板状的定子铁芯，

所述定子具有多个永磁体或者电磁体作为所述磁力生成部，所述多个永磁体或者所述电磁体相互在周向上隔开间隔地配置于所述定子铁芯且分别沿径向延伸，

所述转子具有多个转子齿与卷绕于所述多个转子齿的多个转子绕组作为所述磁力生成部，所述多个转子齿形成为，在所述转子铁芯的与所述定子铁芯对置的一侧的表面上在周向上相互隔开间隔地沿径向延伸。

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