CN111654126B - 旋转电机以及旋转电机的组装方法 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于在铁心设有管道的旋转电机中进行高效的冷却。旋转电机具备：转子，具有转子轴、以及形成有轴向流路和多个转子铁心管道的转子铁心；定子，具有与转子铁心隔着空隙而设置并形成有多个定子铁心管道的定子铁心、以及包括贯通多个定子槽内的定子绕组导体的定子绕组；框架；结合侧和反结合侧轴承；结合侧和反结合侧轴承托架；以及外部空气供给装置。转子铁心具有将面向轴向流路的出口空间的端部封闭的轴向流路封闭板，框架具有将面向定子铁心与框架间的环状流路的入口空间的端部封闭的定子封闭板。

Description

旋转电机以及旋转电机的组装方法

技术领域

本发明涉及旋转电机以及旋转电机的组装方法。

背景技术

旋转电机具备具有转子轴和转子铁心的转子以及定子，通常转子铁心以及定子被收纳在框架内。

在旋转电机的运转中，在转子以及定子中产生由铜损、铁损导致的热量。为了转子以及定子的各要素间的电绝缘而使用了各种绝缘材料。为了维持绝缘材料的健全性，需要将它们的温度保持在规定的水平以下，因此，需要从转子以及定子去除热量。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2003－79099号公报

发明内容

发明要解决的课题

若无需将旋转电机设为全封闭型，则为了转子以及定子的冷却，能够使用外部空气。

例如，已知有如下方式：在框架的一方的端部设置外部空气的取入口，通过安装于转子轴的内扇，将外部空气取入到框架内部，并使其沿一个方向通过转子铁心以及定子来进行冷却(参照专利文献1)。

若转子铁心以及定子铁心中的由铁损导致的发热变大，则为了高效地去除该发热，已知有在各个铁心内形成在轴向上相互隔开间隔而朝向管道(duct)即径向外侧的多个流路的方式。在这样的方式的情况下，与使外部空气向一个方向流动的方式不匹配。

另外，例如，在可变速的旋转电机的情况下，内扇的转速根据转子轴的转速而变化，但有时框架内的发热量不一定与转速成比例。在这样的情况下，也大多使用驱动源独立的外部风扇冷却方式。

这样，包括外部风扇冷却方式的情况在内，需要在铁心设有管道的旋转电机中进行高效的冷却的构成。

因此，本发明的目的在于，在铁心设有管道的旋转电机中进行高效的冷却。

用来解决课题的手段

为了实现上述的目的，本发明的旋转电机，其特征在于，具备：转子，具有转子轴和转子铁心，该转子轴沿旋转轴方向延伸且被支承为能够旋转，该转子铁心设于所述转子轴的径向外侧，并形成有在轴向上贯通的轴向流路、以及在轴向上相互隔开间隔而形成且成为从所述轴向流路向径向外侧的流路的多个转子铁心管道；定子，具有圆筒状的定子铁心和定子绕组，该圆筒状的定子铁心隔着空隙被设置在所述转子铁心的径向外侧，并形成有多个定子铁心管道，所述多个定子铁心管道在轴向上相互隔开间隔而形成、且成为从所述空隙向径向外侧的流路，该定子绕组包括在多个定子槽内贯通的定子绕组导体，所述多个定子槽在周向上相互隔开间隔地配置在所述定子铁心的径向内侧且在轴向上贯通；筒状的框架，以覆盖所述定子的径向的方式配置，并形成有用于取入外部空气的取入口以及隔着所述定子配置于轴向上的相反侧并将所取入的外部空气排出的排气口；结合侧轴承和反结合侧轴承，隔着所述转子铁心在所述旋转轴方向上的两侧支承所述转子轴；结合侧轴承托架和反结合侧轴承托架，分别固定支承所述结合侧轴承和所述反结合侧轴承，与所述框架一起形成机内空间，并连接于所述框架的所述旋转轴方向上的两侧，所述机内空间具有作为从所述取入口流入的部分的入口空间以及作为从所述排气口流出的部分的出口空间，并成为外部空气的流路；以及外部空气供给装置，向所述框架内供给外部空气，所述转子铁心具有轴向流路封闭板，该轴向流路封闭板将所述轴向流路的面向所述出口空间的端部封闭，所述框架具有定子封闭板，所述定子封闭板将所述定子铁心与所述框架间的环状流路的面向所述入口空间的端部封闭。

另外，本发明的旋转电机的组装方法，该旋转电机的转子铁心具有轴向流路封闭板，该旋转电机的框架具有定子封闭板，该组装方法的特征在于，具有：反结合侧轴承托架安装步骤，安装反结合侧轴承托架；定子安装步骤，在所述反结合侧轴承托架安装步骤之后，将定子安装于所述框架；结合侧轴承托架安装步骤，在所述定子安装步骤之后，安装结合侧轴承和结合侧轴承托架；以及转子插入步骤，在所述定子安装步骤和所述结合侧轴承托架安装步骤之后，将转子插入所述定子内，在该旋转电机的组装方法中，还具有：定子封闭板安装步骤，在所述反结合侧轴承托架安装步骤之前，在所述框架的内表面安装所述定子封闭板；以及轴向流路封闭板安装步骤，与所述定子封闭板安装步骤至所述定子安装步骤并行地，在将所述转子铁心安装于转子轴之后，在轴向流路的面向出口空间的端部安装所述轴向流路封闭板。

发明效果

根据本发明，能够在铁心设有管道的旋转电机中进行高效的冷却。

附图说明

图1是表示第一实施方式的旋转电机的构成的纵剖面图。

图2是表示第一实施方式的旋转电机的组装方法的步骤的流程图。

图3是表示第一实施方式的旋转电机的组装方法中的定子封闭板的安装阶段的纵剖面图。

图4是表示第一实施方式的旋转电机的组装方法中的反结合侧轴承托架的安装阶段的纵剖面图。

图5是表示第一实施方式的旋转电机的组装方法中的定子的安装阶段的纵剖面图。

图6是表示第一实施方式的旋转电机的组装方法中的插入转子中的状态的纵剖面图。

图7是表示第一实施方式的旋转电机的组装方法中的安装转子后的状态的纵剖面图。

图8是表示第一实施方式的旋转电机的主体内的外部空气的流动的概念性的纵剖面图。

图9是表示第二实施方式的旋转电机的构成的纵剖面图。

图10是表示第二实施方式的旋转电机的定子铁心端部的构成的横剖面图。

图11是表示第二实施方式的旋转电机的定子铁心端部的构成的图9的XI－XI线向视横剖面图。

图12是表示示出第二实施方式的旋转电机的定子铁心端部的构成的图11的YY部分的详细情况的局部横剖面图。

图13是表示示出第二实施方式的旋转电机的定子铁心端部的构成的图11的YY部分的详细的情况的图12的XIII－XIII线向视局部剖面图。

图14是表示第三实施方式的旋转电机的构成的纵剖面图。

附图标记说明

1…主体，10…转子，11…转子轴，11a…结合部，12…转子铁心，12a…轴向流路，12d…转子铁心管道，12p…轴向流路封闭板，18…空隙，20…定子，21…定子铁心，21a…定子槽，21d…定子铁心管道，21t…绕组导体压紧楔，22…定子绕组，22a…定子绕组导体，24…空隙端部流出抑制板，24a…环状部，24b…固定部，24c…环状密封部件，30a…结合侧轴承，30b…反结合侧轴承，40…框架，40a…机内空间，40c…定子封闭板，40f…环状流路，40h…结合侧端部开口，40p…取入口，40q…排气口，40v…出口空间，40w…入口空间，45a…结合侧轴承托架，45b…反结合侧轴承托架，48a、48b…引导件，50…外部空气供给装置，51…外部风扇，52…驱动部，53…风扇罩，56…流入口，57…供气口，100、100a、100b…旋转电机

具体实施方式

以下，参照附图，对本发明的实施方式的旋转电机以及旋转电机的组装方法进行说明。在此，对彼此相同或者类似的部分标注共用的附图标记，并省略重复说明。

[第一实施方式]

图1是表示第一实施方式的旋转电机的构成的纵剖面图。旋转电机100具有主体1以及外部空气供给装置50。

主体1具有转子10、定子20、结合侧轴承30a和反结合侧轴承30b、框架40。

转子10具有沿旋转轴方向延伸的转子轴11以及安装于转子轴11的径向外侧的圆筒状的转子铁心12。在转子轴11的一端形成有用于与结合对象结合的结合部11a。以下，将结合部11a侧称为结合侧，将与其相反的一侧称为反结合侧。在转子铁心12形成有在轴向上贯通的轴向流路12a。另外，在转子铁心12形成有在轴向上相互隔开间隔、从轴向流路12a向转子铁心12的径向外侧连通的多个转子铁心管道12d。轴向流路12a的结合侧的端部被轴向流路封闭板12p封闭。

定子20具有定子铁心21以及定子绕组22。定子铁心21为圆筒形状，在转子铁心12的径向外侧隔着空隙18而设置。在定子铁心21形成有在轴向上相互隔开间隔、从空隙18向定子铁心21的径向外侧连通的多个定子铁心管道21d。定子绕组22在轴向上贯通定子铁心21内。

框架40为筒状，以包围定子20的径向外侧的方式设置。框架40具有安装于其两端部的环状板。形成于结合侧的环状板的结合侧端部开口40h具有能够供定子20通过的直径。

在框架40的两侧的端部分别安装有结合侧轴承托架45a和反结合侧轴承托架45b。结合侧轴承托架45a和反结合侧轴承托架45b分别静止支承结合侧轴承30a和反结合侧轴承30b。结合侧轴承30a和反结合侧轴承30b在转子铁心12的轴向的两侧，分别将转子轴11支承为能够旋转。

在定子铁心21的径向外侧表面与框架40的内表面之间存在间隙，形成有沿轴向延伸的环状流路40f。该环状流路40f的反结合侧的端部被安装于框架40的内表面的定子封闭板40c封闭。

在框架40形成有取入口40p和排气口40q。取入口40p形成于比定子20靠反结合侧的部分。另外，排气口40q形成于比定子20靠结合侧的部分。取入口40p与排气口40q在周向上位于相对于旋转轴彼此大致相反的一侧。

由框架40、结合侧轴承托架45a以及反结合侧轴承托架45b包围的机内空间40a具有：位于转子铁心12以及定子20的上游侧、且与取入口40p连通的入口空间40w；以及位于转子铁心12以及定子20的下游侧、且与排气口40q连通的出口空间40v。

外部空气供给装置50具有外部风扇51、驱动部52、以及风扇罩53。外部风扇51是轴流风扇，例如通过电动机等驱动部52而进行旋转。外部风扇51被收纳于风扇罩53内。驱动部52被风扇罩53静止支承。风扇罩53安装于框架40，并形成有流入口56以及供气口57。流入口56形成于风扇51的吸入侧，供气口57形成于风扇51的排出侧。供气口57与框架40的取入口40p邻接，风扇罩53内的空间与框架40内的机内空间40a相互连通。

图2是表示第一实施方式的旋转电机的组装方法的步骤的流程图。以下，参照附图对各步骤进行说明。

图3是表示第一实施方式的旋转电机的组装方法中的定子封闭板的安装阶段的纵剖面图。首先，如图3所示，在框架40上，没有安装结合侧轴承托架45a(图1)以及反结合侧轴承托架45b，另外，也没有安装外部空气供给装置50。

在该状态下，在框架40的内表面安装定子封闭板40c(步骤S01)。另外，由于无法将环状的定子封闭板40c带入框架40内，因此例如能够将其对切，并将各部分带入，然后将各部分安装于框架40的内表面。

另外，框架40的结合侧的端板所形成的结合侧端部开口40h是在之后的步骤S03中定子20能够通过的大小。

接下来，如图4所示，将反结合侧轴承托架45b安装于框架40(步骤S02)。图4是表示第一实施方式的旋转电机的组装方法中的反结合侧轴承托架的安装阶段的纵剖面图。

接下来，如图5所示，以定子铁心21的端部紧贴于定子封闭板40c的方式，将定子20安装于框架40内(步骤S03)。图5是表示第一实施方式的旋转电机的组装方法中的定子的安装阶段的纵剖面图。

另一方面，与步骤S01至步骤S03的步骤并行地，通过接下来的步骤S04至步骤S06，进行转子10的组装。

首先，在转子轴11安装转子铁心12(步骤S04)。接下来，在转子铁心12的结合侧的端部安装轴向流路封闭板12p(图1)(步骤S05)。

接下来，将反结合侧轴承30b、结合侧轴承30a、结合侧轴承托架45a以及轴向流路封闭板12p安装于转子10(步骤S06)。另外，关于反结合侧轴承30b，在后述的步骤S07中的转子10向定子20插入时，存在有可能妨碍插入的情况。在这样的情况下，在该阶段不在转子轴11安装反结合侧轴承30b，而在步骤S07之后进行安装。

另外，不限定步骤S04至步骤S06与步骤S01至步骤S03的前后关系。

接下来，在转子10、反结合侧轴承30b、结合侧轴承30a、结合侧轴承托架45a以及轴向流路封闭板12p一体化的状态下，将转子10插入定子20(步骤S07)。图6是表示第一实施方式的旋转电机的组装方法中的插入转子中的状态的纵剖面图。

接下来，在转子10、反结合侧轴承30b、结合侧轴承30a、结合侧轴承托架45a以及轴向流路封闭板12p一体化的状态下，将它们安装为正规的状态。

图7是表示第一实施方式的旋转电机的组装方法中的安装转子后的状态的纵剖面图。在此，反结合侧轴承30b成为被安装于框架40的反结合侧轴承托架45b支承的状态。另外，结合侧轴承托架45a安装于框架40。

接下来，将外部空气供给装置50安装于主体1(步骤S08)。

接下来，对本第一实施方式的旋转电机100的作用进行说明。

图8是表示第一实施方式的旋转电机的主体内的外部空气的流动的概念性的纵剖面图。在旋转电机100的运转状态下，外部空气供给装置50也被运转，外部风扇51通过驱动装置而进行旋转。外部空气从风扇罩53的流入口56流入风扇罩53内，从供气口57流出，从框架40的取入口40p流入框架40内的作为机内空间40a的反结合侧的部分的入口空间40w。

由于在定子20的径向的外侧的环状流路40f的入口设有定子封闭板40c，因此流入到入口空间40w的外部空气流入形成于转子10的轴向流路12a以及转子铁心12与定子铁心21之间的空隙18中的某一个。

流入到形成于转子10的轴向流路12a的外部空气在轴向流路12a中从反结合侧朝向结合侧流动，并依次流入转子铁心管道12d。另外，如上所述，轴向流路12a的结合侧的端部被轴向流路封闭板12p封闭，因此不会出现流入到轴向流路12a的外部空气不流过转子铁心管道12d而直接向出口空间40v流出的情况。

从轴向流路12a流入到转子铁心管道12d的外部空气向转子铁心12与定子铁心21之间的空隙18流出。

流出到空隙18的外部空气与流入框架40内的入口空间40w并直接流入到空隙18的外部空气混合，从空隙18分别流入形成于定子铁心21的多个定子铁心管道21d。

流入到定子铁心管道21d的外部空气向径向外侧流动，并向定子铁心21的径向外侧的环状流路40f流出。流入到环状流路40f的外部空气在轴向上朝向结合侧而流动，从环状流路40f向作为机内空间40a的结合侧的部分的出口空间40v流出。

从环状流路40f流出到出口空间40v的外部空气相互合流，经由排气口40q，从机内空间40a向主体1的外部流出。

如以上那样，在本实施方式中，外部空气在将转子铁心12的各部分以及定子铁心21的各部分广泛地冷却之后，向外部流出。

[第二实施方式]

本第二实施方式是第一实施方式的变形。本第二实施方式的旋转电机100a具有抑制外部空气从环状空间即空隙18的下游侧的端部的流出的空隙端部流出抑制板24。除此之外，与第一实施方式相同。

图9是表示第二实施方式的旋转电机的构成的纵剖面图。图10是表示本实施方式的旋转电机的定子铁心端部的构成的横剖面图，图11是图9的XI－XI线向视横剖面图。图10是比空隙端部流出抑制板24更靠轴向内侧的剖面图，图11是包括空隙端部流出抑制板24的剖面图。

如图10所示，在定子20的端部，定子绕组22的定子绕组导体22a从形成于定子铁心21的定子槽21a的轴向端部向轴向外侧突出。作为防止定子绕组导体22a向径向内侧突出的用途，被设置于定子槽21a的朝向空隙18的方向的开口且沿轴向延伸的板状的绕组导体压紧楔21t也从定子铁心21的轴向端部向轴向外侧突出。

如图11所示，空隙端部流出抑制板24是环状的板，在径向外侧具有凹凸。空隙端部流出抑制板24在从轴向观察时，以覆盖转子铁心12与定子铁心21之间的空隙18(图10)的方式形成。

图12是表示示出定子铁心端部的构成的图11的YY部分的详细情况的局部横剖面图，图13是图12的XIII－XIII线向视局部剖面图。

空隙端部流出抑制板24具有环状部24a、固定部24b、以及环状密封部件24c(图13)。

环状部24a是环状的板，当从轴向观察时，以在径向上覆盖空隙18的方式形成形状、尺寸。

固定部24b分别为长方形，在周向上相互隔开间隔，向环状部24a的径向外侧的相互相邻的绕组导体压紧楔21t之间的空间突出。另外，固定部24b的形状并不局限于长方形，例如也可以为梯形。固定部24b具有比环状部24a厚的壁厚。环状部24a与固定部24b在定子铁心21侧的面上具有相互的阶差。

固定部24b例如利用粘合剂等安装于定子铁心21。或者，也可以利用螺栓等机械地安装。或者也可以固定于绕组导体压紧楔21t。

另外，以上以将空隙端部流出抑制板24直接设置在定子铁心21的轴向外侧的情况为例进行了示出，但并不限定于此。例如，即使在定子铁心21的轴向的两个外侧设有在轴向上夹持定子铁心21的夹具的情况下也相同。在该情况下，能够将空隙端部流出抑制板24固定于夹具。

由于环状部24a与固定部24b在定子铁心21侧的面上具有相互的阶差，因此在环状部24a与转子铁心12之间在轴向上产生间隙。环状密封部件24c被安装于环状部24a的转子铁心12侧的面而填埋该间隙。环状密封部件24c具有伸缩性，即使与转子铁心12接触，也几乎不对转子铁心12施加摩擦力。环状密封部件24c的转子铁心12侧的面优选为光滑且摩擦系数尽可能地低。

另外，只要通过设有环状密封部件24c而使间隙变小，则环状密封部件24c也可以不与转子铁心12接触。或者，即使未设有环状密封部件24c，只要通过设有环状部24a，将外部空气从空隙18向出口空间40v的流出抑制在所期望的程度，则也可以不必设置环状密封部件24c。

另外，在本实施方式的旋转电机100a中，能够通过如下步骤来组装：在将转子10插入定子20时，不封闭结合侧轴承托架45a而安装空隙端部流出抑制板24，之后，封闭结合侧轴承托架45a。

在如以上那样形成的本实施方式的旋转电机中，从转子10流入空隙18的外部空气以及直接流入空隙18的外部空气几乎全部流入定子20侧，因此能够进一步确保冷却能力。

[第三实施方式]

图14是表示第三实施方式的旋转电机的构成的纵剖面图。

本第三实施方式是第一实施方式的变形。本第三实施方式的旋转电机100b具有结合侧的引导件48a以及反结合侧的引导件48b。除此之外与第一实施方式相同。

引导件48a设于框架40以及结合侧轴承托架45a的内表面，形成平滑的流路而减少外部空气的流动的压力损失。同样，引导件48b设于框架40以及反结合侧轴承托架45b的内表面，形成平滑的流路而减少外部空气的流动的压力损失。

如以上那样，在本第三实施方式的旋转电机100b中，能够实现由外部空气的流动导致的压力损失的减少。

[其他实施方式]

以上，对本发明的实施方式进行了说明，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，以横置型的旋转电机的情况为例进行了示出，但也可以是纵置型的情况。

另外，在实施方式中，以入口空间为反结合侧的空间、出口空间为结合侧的空间的情况为例进行了示出，但也可以是相反地，入口空间为结合侧的空间、出口空间为反结合侧的空间的情况。

而且，实施方式能够以其他各种方式来实施，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。实施方式、其变形包含在发明的范围、主旨内，同样也包含在权利要求书所记载的发明及其等效的范围内。

Claims (2)

1.一种旋转电机，其特征在于，具备：

转子，具有转子轴和转子铁心，该转子轴沿旋转轴方向延伸且被支承为能够旋转，该转子铁心设于所述转子轴的径向外侧，并形成有在轴向上贯通的轴向流路、以及在轴向上相互隔开间隔而形成且成为从所述轴向流路向径向外侧的流路的多个转子铁心管道；

定子，具有圆筒状的定子铁心和定子绕组，该圆筒状的定子铁心隔着空隙被设置在所述转子铁心的径向外侧，并形成有多个定子铁心管道，所述多个定子铁心管道在轴向上相互隔开间隔而形成、且成为从所述空隙向径向外侧的流路，该定子绕组包括在多个定子槽内贯通的定子绕组导体，所述多个定子槽在周向上相互隔开间隔地配置在所述定子铁心的径向内侧且在轴向上贯通；

筒状的框架，以覆盖所述定子的径向的方式配置，并形成有用于取入外部空气的取入口以及隔着所述定子配置于轴向上的相反侧并将所取入的外部空气排出的排气口；

结合侧轴承和反结合侧轴承，隔着所述转子铁心在所述旋转轴方向上的两侧支承所述转子轴；

结合侧轴承托架和反结合侧轴承托架，分别固定支承所述结合侧轴承和所述反结合侧轴承，与所述框架一起形成机内空间，并连接于所述框架的所述旋转轴方向上的两侧，所述机内空间具有作为从所述取入口流入的部分的入口空间以及作为向所述排气口流出的部分的出口空间，并成为外部空气的流路；以及

外部空气供给装置，向所述框架内供给外部空气，

所述转子铁心具有轴向流路封闭板，该轴向流路封闭板将所述轴向流路的面向所述出口空间的端部封闭，

所述框架具有定子封闭板，所述定子封闭板将所述定子铁心与所述框架间的环状流路的面向所述入口空间的端部封闭，

所述定子铁心具有空隙端部流出抑制板，该空隙端部流出抑制板抑制外部空气从所述空隙的面向所述出口空间的端部向所述出口空间的流出，

在所述多个定子槽分别设有绕组导体压紧楔，该绕组导体压紧楔配置在所述定子绕组导体的径向内侧的所述空隙侧，并沿轴向延伸，

所述空隙端部流出抑制板具有：

环状部；以及

多个固定部，在周向上相互隔开间隔，向所述环状部的径向外侧的相互相邻的所述绕组导体压紧楔之间突出，

所述环状部是以在径向上覆盖所述空隙的整体的方式而形成的环状的板。

2.如权利要求1所述的旋转电机，其特征在于，

具有环状密封部件，所述环状密封部件填埋所述环状部与所述转子铁心之间的轴向上的间隙，且具有伸缩性。

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