CN112994287A

CN112994287A - 旋转电机

Info

Publication number: CN112994287A
Application number: CN202011422606.6A
Authority: CN
Inventors: 村上直司; 吉泽敏行; 前田直秀; 田原润; 东野浩之; 日高勇気
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2019-12-13
Filing date: 2020-12-08
Publication date: 2021-06-18
Also published as: JP6890651B1; DE102020214309A1; US20210184541A1; JP2021097427A; FR3104851A1

Abstract

提供一种旋转电机，能使转子的冷却性能提高，并且廉价且小型化。电力供给单元(300)固定于支架(2)中的轴(4)的轴向侧，永磁体(10)邻接配置于设置有电力供给单元(300)一侧的磁极(92)的爪状磁极部(921)的旋转方向行进侧。

Description

旋转电机

技术领域

本申请涉及一种电力供给单元被一体化的旋转电机。

背景技术

在将永磁体配置于爪极式转子的磁极爪部之间的兼用磁铁型的车用交流发电机中，已知有极间磁铁形成得比爪状磁极的合计数量少的结构。例如，在专利文献1记载的旋转电机中，转子在第一爪状磁极与第二爪状磁极之间具有励磁磁铁，励磁磁铁被交替配置。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开平11-98787号公报

在电力供给单元被一体化的旋转电机中采用这种结构时，在电力供给单元一侧和与电力供给单元相反一侧处，电力供给单元一侧的压力损失更大，向电动机的吸气量更少。因而，在将磁铁配置于对来自与电力供给单元相反一侧的冷却风进行阻碍的位置时，压力损失会增加，冷却风的流量会降低，从而使得导热率下降。另外，由于需要增大吸气口，因此，会大型化且会变重。

此外，特别是在装载于汽车的发动机舱的情况下，要求能设置于有限的空间内。在仅能确保径向的空间的车型中，会出现部件发生干涉的不良情况，此外，存在无法确保供与外部设备连接的连接器或是固定用的螺钉安装的作业空间，在最坏情况下，存在尺寸上不宽裕而无法设置旋转电机的情况。这样便存在安装会受到发动机舱内的布局限制的问题。此外，在装载于混合动力汽车(HV)等的电动机中，会要求较高的冷却性，在温度上升较大的情况下，有必要减少电流密度而在性能方面会降低。或者，由于使用耐热性高的部件，存在成本上升这样的问题。

发明内容

本发明为解决上述技术问题，其目的在于提供一种在使转子的冷却性能提高的同时，廉价且小型化的旋转电机。

本发明公开的旋转电机包括：转子，所述转子具有在外周设置有多个爪状磁极部的磁极、卷装于磁极的励磁绕组以及与磁极和励磁绕组一体旋转的轴；定子，所述定子具有与磁极的外周相对配置的定子铁心以及卷装于定子铁心的定子绕组；永磁体，所述永磁体配设在磁极的邻接的爪状磁极部之间，并以降低邻接的所述爪状磁极部之间的漏磁通的朝向被磁化；冷却风扇，所述冷却风扇设置在磁极中的轴的轴向侧的至少一方，并对励磁绕组和永磁体进行冷却；支架，所述支架对定子和转子进行收容，并且将轴支持成能旋转；以及电力供给单元，所述电力供给单元对定子绕组或励磁绕组供给电力，电力供给单元固定于支架中的轴的轴向侧，永磁体配置于设置有电力供给单元一侧的磁极的爪状磁极部的旋转方向行进侧。

根据本申请公开的旋转电机，由于永磁体配置于电力供给单元一侧的磁极的爪状磁极部的旋转方向行进侧，因此，能在不阻碍风量较多的、来自与电力供给单元相反一侧的冷却风的情况下进行冷却。此外，由于励磁绕组的冷却性提升，因此，能使连续输出提高。另外，由于能提升永磁体的冷却性能，因此，能使用廉价的永磁体。

附图说明

图1是实施方式1的旋转电机的主要部分剖视图。

图2是以横向配置表示实施方式1的旋转电机中的转子的一例的外观图。

图3是从电力供给单元一侧观察实施方式1的旋转电机中的转子的图。

图4是以纵向配置表示实施方式1的旋转电机中的转子的一例的外观图。

图5是对在实施方式1的转子中流动的冷却风进行说明的示意图。

图6是以横向配置表示实施方式2的旋转电机中的转子的外观图。

图7是从电力供给单元一侧观察实施方式2的旋转电机中的转子的图。

图8是表示实施方式3的旋转电机中的转子的主要部分的示意外观图。

图9是表示实施方式4的旋转电机中的转子的主要部分的示意外观图。

图10是表示实施方式5的旋转电机中的转子的主要部分的示意外观图。

图11是实施方式6的旋转电机的主要部分剖视图。

(符号说明)

1 前支架；

2 后支架；

3 定子；

4 轴；

5 励磁绕组；

6 转子；

10 永磁体；

31 定子铁心；

32 定子绕组；

81、82 冷却风扇；

91、92 磁极；

911、921 爪状磁极部；

300 电力供给单元。

具体实施方式

以下，使用附图，对本申请的旋转电机的优选实施方式进行说明，但在各图中，对于相同或相当的部分，标注相同符号进行说明。另外，在各图之间的图示中，对应的各构成部的尺寸或缩小比例各自独立。

实施方式1

基于附图，对实施方式1进行说明。图1是本实施方式1的旋转电机的主要部分剖视图。图2是表示本实施方式1的转子的一例的外观图。图3是从电力供给单元一侧观察实施方式1的旋转电机中的转子的图。图4是以纵向配置表示实施方式1的旋转电机中的转子的一例的外观图。图5是对在实施方式1的转子中流动的冷却风进行说明的示意图。

在图1中，将轴所延伸的方向即上下方向设为轴向，将转子、定子的径向即左右方向设为径向，此外，将轴向的上方设为后侧，将轴向的下方设为前侧。此外，也称为电动机的轴向、径向、后侧、前侧。

在图1中，旋转电机由电动机200和将电力供给至电动机200的电力供给单元300构成。电动机200包括：外壳，所述外壳由与电力供给单元相反一侧的支架(以下，称为前支架)1和电力供给单元一侧的支架(以下，称为后支架)2构成；定子3，所述定子3具有定子铁心31和定子绕组32；以及转子6，所述转子6具有轴4和励磁绕组5。定子3通过前支架1的一端部和后支架2的一端部支承并固定，转子6配置于定子3的内侧。转子6的轴4通过设置于前支架1的轴承71和设置于后支架2的轴承72支承成能自由旋转，转子6构成为能相对于定子3同轴地旋转。电力供给单元300将电力供给至定子绕组32和励磁绕组5中的至少任意一个。

将冷却风扇81固定在转子6的轴向的、与电力供给单元相反一侧(以下，称为前侧)，并且将冷却风扇82固定在电力供给单元一侧(以下，称为后侧)。将带轮(未图示)安装于轴4的负载侧端部、即前支架1的前侧的外侧。带轮经由未图示的皮带而与发动机的转轴连结，并传递旋转能量。

转子6以使第一磁极91(前侧)与第二磁极92(后侧)组合的方式构成，在由第一磁极和第二磁极形成的内部空间配置有励磁绕组5，第一磁极具有在转子的旋转方向上隔开间隔配置的多个第一爪状磁极部911，第二磁极具有在转子的旋转方向上隔开间隔配置的多个第二爪状磁极部921，在作为第一爪状磁极部911与第二爪状磁极部921之间的磁极间部的一部分设置有永磁体10，第一磁极91和第二磁极92以使第一爪状磁极部911与第二爪状磁极部921相互啮合的方式组合。

永磁体10的特征是在第二磁极92的第二爪状磁极部921的旋转方向行进侧邻接配置。

在上述电力供给单元一体型旋转电机中，若驱动转子6旋转，则冷却风扇81、82也一起旋转，如图1的箭头所示那样构成流路。

前支架1在前侧的冷却风扇81的径向外侧的部分沿周向分散地设置多个开口部12(以下，称为排气开口部12)，在前侧的部分沿周向分散地设置多个开口部11(以下，称为吸气开口部11)。

后支架2在后侧的冷却风扇82的径向外侧的部分沿周向分散地设置多个开口部22(以下，称为排气开口部22)，在后侧的部分沿周向分散地设置多个开口部21(以下，称为吸气开口部21)。

冷却风W1具有经过吸气开口部11并从排气开口部12排出的冷却风W11和经过转子6的爪部之间并从排气开口部22排出的冷却风W12。

冷却风W2具有经过电力供给单元、经过吸气开口部21并从排气开口部22排出的冷却风W21和经过转子6的爪部之间并从排气开口部22排出的冷却风W22。

在冷却风W1和冷却风W2中，由于经过电力供给单元300，因此，冷却风W2的压力损失大，而冷却风W1的风量多。伴随这样，在对转子6进行冷却的冷却风W12和冷却风W22中，冷却风W12的风量多。

因转子6旋转，第一爪状磁极部911对邻接的空气进行按压(朝向：P1)，由此产生冷却风W12，第二爪状磁极部921对空气进行按压(朝向：P2)，由此产生冷却风W22。

电力供给单元300配置于电动机200的后侧，并固定于电动机200。电力供给单元300包括：逆变器，所述逆变器具有多个电力用半导体元件，并在直流电源与多个相的绕组之间进行直流交流变换；控制电路，所述控制电路对电力用半导体元件进行接通、断开控制；一对电刷14，一对所述电刷14与设置于从后支架2朝后侧突出的轴4的突出部处的一对集电环13接触；以及用于励磁绕组的电力用半导体元件，所述用于励磁绕组的电力用半导体元件将经由电刷14和集电环13供给至励磁绕组5的电力接通、断开。用于励磁绕组的电力用半导体元件(切换元件)通过控制电路进行接通、断开控制，因旋转电机动作而发热。

根据本实施方式，由于永磁体10配置于产生冷却风W22的位置，不会对风量较多的冷却风W12造成阻碍，因此，能有效地利用冷却风，从而能高效地对转子6、定子3进行冷却。另外，由于不将经过作为热源的电力供给单元300的冷却风W21引入转子6，因此，不将温度上升后的风作为冷却风使用，从而冷却效率提高。为了产生与邻接配置于第一磁极的爪状磁极部的旋转方向行进侧的情况相同的风量，需要使整体的压力损失降低并且会大型化，另一方面，能够小型化且廉价地制造。另外，通过提高电动机的冷却效率，电力供给单元不容易从电动机获取热量，因此，电力供给单元的冷却效率也提高，无需使用耐热性高的部件，性价比提高。

实施方式2

图6是以横向配置表示实施方式2的旋转电机中的转子的外观图。图7是从电力供给单元一侧观察实施方式2的旋转电机中的转子的图。

永磁体10邻接地配置于第二磁极的爪状磁极部921的旋转方向行进侧，供永磁体10插入的磁极间部与不插入永磁体10的磁极间部在旋转方向上交替配置。

根据本实施方式，由于能在不损害冷却风的利用效率的情况下，最大数量地配置永磁体10，因此，降低漏磁通，并使输出提高。此外，由于最大限度地对经过作为热源的电力供给单元300而被加热的冷却风21进入转子6进行阻碍，因此，电动机的冷却效率也提高。

实施方式3

在不插入永磁体10的磁极间部的轴向上，冷却风扇81设置有缺口部A。

根据本实施方式，通过增大风扇外径，提高风量，从而使得冷却性能提升。但是，冷却风扇81一旦将未插入永磁体10的磁极间部封堵，则会阻碍冷却风W12，风量下降。通过设置缺口部A，从而不会阻碍冷却风W12。由此，使得风路的压力损失下降，励磁绕组的冷却性能提升，输出提高。通过在冷却风扇82设置同样的缺口部A，从而不会阻碍冷却风W22，并能获得同样的效果。

实施方式4

冷却风扇81的外径比供永磁体10插入的磁极间部的径向间隙小。即，冷却风扇81的风扇最外径D1比永磁体10的插入部最内径D2小。

根据本实施方式，通过减小风扇外径，从而不会阻碍冷却风W12，使得风路压力损失下降。另外，能减少部件成本或重量。此外，能减小噪音。关于冷却风扇82，通过形成为同样的结构，从而不会阻碍冷却风W22，能获得相同的效果。

实施方式5

没有永磁体一侧(旋转方向行进侧)C的第一爪状磁极部911的爪的倾角比永磁体10所在一侧(旋转方向回退侧)B的第一爪状磁极部911的爪的倾角大。即，关于未配置电力供给单元一侧的、形成爪状磁极部的周向上的两个面，位于旋转方向行进侧的、轴的轴向与由爪状磁极部的最外周侧的面的法线方向构成的面的倾角更大。

根据本实施方式，第一爪状磁极部911对邻接的空气进行按压的朝向P1中的轴向分量增大，促进冷却风W12的流动。由此，使得风量增大，冷却性能提升，输出提高。

实施方式6

图11是实施方式6的旋转电机的主要部分剖视图。

通过被供给至设于电力供给单元300的液体制冷剂用配管15的液体制冷剂进行冷却。

根据本实施方式，由于不需要通过由冷却风扇旋转而产生的冷却风对电力供给单元300进行冷却，因此，能减小或去除冷却风扇82。由此，部件成本减少。另外，能减少电动机的轴向高度。在图11的实施方式中，未设置冷却风扇82。

此时，冷却风W2的风量相比于冷却风W1进一步减小，或是变为零。在这种状况下，若在产生冷却风W12的位置处配置永磁体10，则仅冷却风W11流至电动机，因而使得冷却效率下降，性能下降，因此，永磁体10需要邻接配置于第二磁极的爪状磁极部的旋转方向行进侧。

本申请记载有各种各样的例示的实施方式和实施例，但一个或多个实施方式所记载的各种各样的特征、方式以及功能并不局限于应用于特定的实施方式，能单独或以各种组合的方式应用于实施方式。

因此，未被例示的无数变形例被设想在本申请说明书所公开的技术范围内。例如，包含对至少一个构成要素进行变形的情况、追加的情况或省略的情况，另外包含将至少一个构成要素抽出并与其它实施方式的构成要素组合的情况。

Claims

1.一种旋转电机，其特征在于，包括：

转子，所述转子具有在外周设置有多个爪状磁极部的磁极、卷装于所述磁极的励磁绕组以及与所述磁极和所述励磁绕组一体旋转的轴；

定子，所述定子具有与所述磁极的外周相对配置的定子铁心以及卷装于所述定子铁心的定子绕组；

永磁体，所述永磁体配设在所述磁极的邻接的所述爪状磁极部之间，并以降低邻接的所述爪状磁极部之间的漏磁通的朝向被磁化；

冷却风扇，所述冷却风扇设置在所述磁极中的所述轴的轴向侧的至少一方，并对所述励磁绕组和所述永磁体进行冷却；

支架，所述支架对所述定子和所述转子进行收容，并且将所述轴支持成能旋转；以及

电力供给单元，所述电力供给单元对所述定子绕组或所述励磁绕组供给电力，

所述电力供给单元固定于所述支架中的所述轴的轴向侧，

所述永磁体配置于设置有所述电力供给单元一侧的所述磁极的爪状磁极部的旋转方向行进侧。

2.如权利要求1所述的旋转电机，其特征在于，

配设有所述永磁体的磁极间部与未配设所述永磁体的磁极间部在旋转方向上交替配置。

3.如权利要求1或2所述的旋转电机，其特征在于，

所述冷却风扇在未配设所述永磁体的磁极间部的轴向侧设置有缺口部。

4.如权利要求1或2所述的旋转电机，其特征在于，

所述冷却风扇的最外径比供所述永磁体插入的磁极间部的间隙小。

5.如权利要求1至4中任一项所述的旋转电机，其特征在于，

关于未配置所述电力供给单元一侧的、形成爪状磁极部的周向上的两个面，位于旋转方向行进侧的、所述轴的轴向与由所述爪状磁极部的最外周侧的面的法线方向构成的面的倾角更大。

6.如权利要求1至5中任一项所述的旋转电机，其特征在于，

所述电力供给单元通过被供给至设于所述电力供给单元的液体制冷剂用配管的液体制冷剂进行冷却。