CN111478519A

CN111478519A - 旋转电机

Info

Publication number: CN111478519A
Application number: CN201911179217.2A
Authority: CN
Inventors: 松本隆志
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2019-01-23
Filing date: 2019-11-27
Publication date: 2020-07-31
Anticipated expiration: 2039-11-27
Also published as: JP2020120491A; US11387697B2; DE102020200626A1; US20200235620A1; JP7031619B2; CN111478519B

Abstract

本公开是一种旋转电机。定子(14)的齿(32)被分割为两个齿段(42A、42B)，在它们之间形成有段间间隙(44)。段间间隙(44)相对于相邻的齿(32)之间的空间即槽敞开。从转子铁芯(16)的转子铁芯内流路(40)向段间间隙(44)送入冷却液，送入的冷却液与槽内的线圈导线直接接触而将其冷却。

Description

旋转电机

相关申请的交叉引用

本申请要求在2019年1月23日提交的日本专利申请No.2019-009529的优先权，通过援引而将其包括说明书、权利要求书、附图及摘要在内的全部内容合并于此。

技术领域

本公开涉及旋转电机，特别是涉及定子的冷却。

背景技术

已知有将电能转换为旋转动能的电动机、将旋转动能转换为电能的发电机以及可作为电动机和发电机中的任一方发挥功能的电气设备。以下，将这些电气设备统称并记载为旋转电机。典型的旋转电机具有转子和以将转子的外侧包围的方式配置的定子，定子被固定，转子进行旋转。转子及定子分别包括形成磁路的转子铁芯及定子铁芯。

已知有如下的旋转电机，该旋转电机使冷却用的流体在转子铁芯内或定子铁芯内流动，并从内部对这些铁芯进行冷却。在日本特开2016-54608号公报中示出了形成有供冷却用的流体流动的流路(40、41a、41b、42a、42b、43、44a、44b)的转子铁芯(21)。利用在流路(40等)中流动的流体，从内部对转子铁芯进行冷却。在日本特开2004-312898号公报中示出了形成有径向孔(28)的转子铁芯(24)和形成有冷却管(50)的定子铁芯(定子40)。从径向孔(28)释放的空气通过冷却管(50)而从内部对定子铁芯(40)进行冷却。在日本特开2014-230408号公报中示出了形成有转子内制冷剂流路(22)的转子(16)和形成有空气流路(26)的定子铁芯(12)。从转子轴(18)供给的制冷剂在转子内制冷剂流路(22)内流动。另外，从定子铁芯(12)的外周侧将空气等气体送入到空气流路(26)中。此外，上述括号内的构件名称及附图标记是在下述专利文献1～3中使用的构件名称及附图标记，与在本申请的实施方式的说明中使用的附图标记并不相关。

定子铁芯具有隔着间隔地排列的齿，在齿上卷绕有线圈。由于线圈的一部分被配置在相邻的齿之间的空间即槽内，所以存在无法充分地进行冷却而使得温度容易上升(无法充分地进行冷却而使得温度容易上升的是线圈的一部分，即配置于槽的部分)这样的问题。

发明内容

本公开改善线圈的配置在槽内的部分的冷却性。

本公开的旋转电机具备：转子轴；转子铁芯，转子轴贯通所述转子铁芯的中心；以及定子铁芯，所述定子铁芯卷挂有线圈。转子轴限定出旋转电机的旋转轴线。另外，输送冷却液的轴内流路在转子轴的外周面开口。在转子铁芯形成有转子铁芯内流路，转子铁芯内流路的内侧端与转子轴外周面的轴内流路的开口相向，且外周端在转子铁芯的外周面开口。定子铁芯以将转子铁芯的外周围绕的方式配置，且具有圆环或圆筒形状的轭部和在轭部的内周面隔着间隔地沿周向排列的齿。齿在与转子铁芯内流路的外侧端对应的位置隔着间隙地被分割。

通过转子轴内流路及转子铁芯内流路而从转子铁芯的外周面喷出的冷却液被输送到齿的被分割的部分的间隙，与被配置在相邻的齿之间的线圈导线直接接触并将其冷却。由此，能够高效地冷却线圈。

而且，能够在轭部形成轭部内流路，轭部内流路的内侧端相对于齿的被分割的部分之间的间隙开口，且外侧端在轭部的外周面开口。被输送到齿的间隙的冷却液的至少一部分通过轭部内流路而从定子的外周面被排出。

而且，旋转电机能够具备从轭部延伸并夹设在齿的被分割的部分之间的间隔件。关于周向上的尺寸，间隔件的尺寸比齿的尺寸小。能够利用间隔件来抑制齿的被分割的各部分在旋转轴线方向上的倾倒。

而且，能够将齿在旋转轴线方向上的中央部分割。

附图说明

图1是示意性地示出本实施方式的旋转电机的与旋转轴线正交的截面的图。

图2是示意性地示出本实施方式的旋转电机的包含旋转轴线的截面的图。

图3是示出图1、2所示的旋转电机的一个齿的立体图。

图4是示出构成转子的铁芯板、特别是未设置冷却液的流路的部分的铁芯板的图。

图5是示出构成转子的铁芯板、特别是用于在转子铁芯内形成冷却液的流路的铁芯板的图。

图6是示出构成转子的铁芯板、特别是用于在转子铁芯内形成冷却液的流路的铁芯板的图。

图7是示出构成定子的铁芯板、特别是具有形成齿的突起部的铁芯板的图。

图8是示出构成定子的铁芯板、特别是用于在齿处形成间隙的铁芯板的图。

图9是示出构成定子的铁芯板、特别是用于在齿处形成间隙进而在轭部内形成冷却液的流路的铁芯板的图。

图10是示出构成定子的铁芯板、特别是用于在齿处形成间隙进而在轭部内形成冷却液的流路的铁芯板的图。

图11是示意性地示出另一实施方式的旋转电机的与旋转轴线正交的截面的图。

图12是示出图11所示的旋转电机的一个齿的立体图。

图13是示出构成定子的铁芯板、特别是具有形成齿的突起部的铁芯板的图。

图14是示出构成定子的铁芯板、特别是用于在齿处形成间隙并形成位于该间隙的间隔件的铁芯板的图。

图15是示出构成定子的铁芯板、特别是用于在齿处形成间隙进而形成位于齿的间隙的间隔件和轭部内的冷却液流路的铁芯板的图。

图16是示出构成定子的铁芯板、特别是用于在齿处形成间隙进而形成位于齿的间隙的间隔件和轭部内的冷却液流路的铁芯板的图。

具体实施方式

以下，依照附图，对本公开的实施方式进行说明。图1及图2是示意性地示出本实施方式的旋转电机10的截面的图。图1是示出旋转电机10的与轴线正交的截面、特别是图2所示的I-I线处的截面的图，图2是示出包含轴线的截面、特别是图1所示的II-II线处的截面的图。

旋转电机10具备转子12和以围绕转子12的方式同轴配置的定子14。转子12包括大致圆筒形状的转子铁芯16和将转子铁芯16的中心贯通的转子轴18。转子轴18的中心线为转子12的旋转轴线A。通过在旋转轴线A的方向上层叠将电磁钢板加工成预定的形状而成的转子铁芯板20，从而形成转子铁芯16。在转子铁芯16的外周面附近配置有永久磁铁22。在该旋转电机10中，利用形成朝向径向外侧打开的V字的两个永久磁铁22，形成有一个磁极。如图示那样，转子12的磁极的数量为八个。定子14包括定子铁芯24和卷挂在定子铁芯24上的线圈26。通过层叠将电磁钢板加工成预定的形状而成的定子铁芯板28，从而形成定子铁芯24。定子铁芯24具有大致圆环或大致圆筒形状的轭部30和在轭部30的内周面沿着周向隔着间隔地排列的齿32。在该旋转电机10中，齿32的数量为十二个。将相邻的齿32之间的空间称为槽34。通过在齿32上卷绕线圈导线36而形成有线圈26。

转子轴18为中空轴，冷却液在该中空空间流动。作为冷却液，能够使用对支承转子12的轴承等进行润滑的润滑油。在转子轴18以将中空空间与外周面相连的方式形成有沿着径向延伸的轴内流路38，轴内流路38在转子轴18的外周面开口。通过轴内流路38向转子轴18的外周面输送冷却液。在转子铁芯16形成有转子铁芯内流路40。转子铁芯内流路40的径向上的内侧端与形成于转子轴18的外周面的轴内流路38的开口(形成于外周面所指的是开口)相向。另外，转子铁芯内流路40的径向上的外侧端在转子铁芯16的外周面开口。通过轴内流路38和转子铁芯内流路40向转子铁芯16的外周输送冷却液，并将冷却液从转子铁芯内流路40的形成于转子铁芯外周面的开口喷出。

图3是示出一个齿32的立体图。依照图1、2及图3，对齿32的形状进行说明。齿32在旋转轴线A的方向(图3中的上下方向)上被分割为两个。将被分割而成的部分记为齿段42A、42B。在两个齿段42A、42B之间形成有间隙44。以后，将该间隙44记为段间间隙44。段间间隙44在旋转轴线A的方向上由齿段42A、42B的端面划定，外侧在径向上由轭部30的内周面划定。段间间隙44的内侧在径向上朝向转子12的外周面敞开，另外，两侧在周向上朝向槽34敞开。齿32的分割位置、即段间间隙44的位置与转子铁芯内流路40的径向外侧端对应。例如，段间间隙44在旋转轴线A的方向上配置在与转子铁芯内流路40的外侧端相同的位置。

在定子铁芯24的轭部30形成有轭部内流路46。轭部内流路46的径向上的内侧端相对于段间间隙44开口，外侧端在轭部30的外周面开口。

图4～图6是示出转子铁芯板20的形状的图。转子铁芯板20为了形成转子铁芯内流路40而包含有多种板。数量最多的板是图4所示的不具有用于形成转子铁芯内流路40的狭缝的板，将其记为第一转子铁芯板20A。具有用于形成转子铁芯内流路的狭缝的板有两种，将一方记为第二转子铁芯板20B(参照图5)，将另一方记为第三转子铁芯板20C(参照图6)。

第一至第三转子铁芯板20A、20B、20C具有圆环形状，在外周附近分别形成有磁铁保持孔48A、48B、48C。磁铁保持孔48A、48B、48C沿着旋转轴线A的方向排列，并在转子铁芯16内形成一体的磁铁保持孔48(参照图1)。永久磁铁22被保持在磁铁保持孔48内。

在第二转子铁芯板20B形成有沿着径向延伸的狭缝。狭缝在中途中断，将径向上的内侧的部分记为转子内侧狭缝50，将外侧的部分记为转子外侧狭缝52。转子内侧狭缝50和转子外侧狭缝52分别形成有八个，且分别配置在磁极之间。转子内侧狭缝50及转子外侧狭缝52的数量也可以为八个以外，例如也可以设为四个、两个等。转子内侧狭缝50到达第二转子铁芯板20B的内周缘，并朝向径向内方敞开。转子外侧狭缝52到达第二转子铁芯板20B的外周缘，并朝向径向外方敞开。

在第三转子铁芯板20C形成有沿着径向延伸的转子中央狭缝54。转子中央狭缝54的径向上的内侧、外侧这双方的端部均未到达第三转子铁芯板20C的内周缘、外周缘。转子中央狭缝54的径向上的内侧的端部与第二转子铁芯板20B的转子内侧狭缝50的外侧的端部重叠，外侧的端部与转子外侧狭缝52的内侧的端部重叠。

通过将第二转子铁芯板20B与第三转子铁芯板20C相邻地配置，从而使转子内侧狭缝50、转子中央狭缝54、转子外侧狭缝52相连，并形成将转子铁芯16的内周面与外周面相连的转子铁芯内流路40。在该旋转电机10中，在多块第二转子铁芯板20B的两侧分别配置有多块第三转子铁芯板20C。第二及第三转子铁芯板20B、20C在旋转轴线A的方向上配置在转子铁芯16的中央部，由此，转子铁芯内流路40形成于转子铁芯16的中央部。

图7～图10是示出定子铁芯板28的形状的图。在图7～图10中，示出了各板28的上侧的一半，下侧的一半与上侧的一半对称。为了形成段间间隙44及轭部内流路46，定子铁芯板28由多种板形成。数量最多的板为图7所示的具有成为齿32的突起部56的板。将该板记为第一定子铁芯板28A。第一定子铁芯板28A具有圆环形状的圆环部58，突起部56沿着圆环部58的内周缘隔着间隔地排列。通过将突起部56层叠，从而形成齿32。

图8所示的板具有圆环形状，与第一定子铁芯板28A不同，未设置有突起部56。将该板记为第二定子铁芯板28B。第二定子铁芯板28B具有与第一定子铁芯板28A的圆环部58相同的形状。

图9所示的板具有形成有沿着径向延伸的狭缝60的圆环形状，将其记为第三定子铁芯板28C。第三定子铁芯板28C除了设置有狭缝60以外，为与第二定子铁芯板28B相同的形状。狭缝60设置于径向上的内侧，并到达第三定子铁芯板28C的内周缘，且朝向径向内方敞开。将该狭缝60记为轭部内侧狭缝60。

图10所示的板具有形成有沿着径向延伸的狭缝62的圆环形状，将其记为第四定子铁芯板28D。第四定子铁芯板28D除了设置有狭缝62以外，为与第二定子铁芯板28B相同的形状。狭缝62设置于径向上的外侧，并到达第四定子铁芯板28D的外周缘，且朝向径向外方敞开。将该狭缝62记为轭部外侧狭缝62。

在旋转电机10中，第一至第四定子铁芯板28A、28B、28C、28D中的第三定子铁芯板28C配置于旋转轴线A的方向上的中央，与该第三定子铁芯板28C相邻地配置第四定子铁芯板28D，在该第四定子铁芯板28D的外侧(是指在旋转轴线A的方向上从中央离开的部分)配置第二定子铁芯板28B，进而在外侧(是指在旋转轴线A的方向上从中央离开的部分)配置第一定子铁芯板28A。

通过将第二至第四定子铁芯板28B、28C、28D层叠，并利用层叠的第一定子铁芯板28A对它们进行夹持，从而形成在旋转轴线A的方向上被分割的齿32。另外，通过使轭部内侧狭缝60的径向外侧的端部与轭部外侧狭缝62的径向内侧的端部重叠，并将第三定子铁芯板28C与第四定子铁芯板28D相邻地配置，从而形成将轭部30的内周面与外周面相连的轭部内流路46。此外，也可以省略第二间隔件铁芯板28B而与第四定子铁芯板28D相邻地配置第一定子铁芯板28A。

被输送到中空的转子轴18内的冷却液通过轴内流路38及转子铁芯内流路40而从在转子铁芯16的外周面形成的转子铁芯内流路40的开口向径向外方喷出。被喷出的冷却液与定子14的内周面抵碰(喷射流体进行碰撞那样的感觉)。冷却液抵碰的位置伴随着转子12的旋转而移动。因此，冷却液朝向定子14的内周面而沿着圆周被全面地喷出。被喷出的冷却液的一部分被输送到与转子铁芯内流路40的开口对应地配置的段间间隙44。段间间隙44朝向被配置在槽34内的线圈导线36敞开，被送入到段间间隙44的冷却液与线圈导线36直接接触。由此，能够高效地冷却线圈导线36。段间间隙44内的冷却液被随后送入的冷却液推压而使得一部分通过轭部内流路46而到达定子14的外周面并被排出。另外，在转子轴18被配置成大致水平的旋转电机中，位于下侧的段间间隙44内的冷却液也会借助于重力而从外周面排出。

由于从转子铁芯16喷出的冷却液通过段间间隙44而被输送到定子铁芯24的外周面，所以段间间隙44作为设置于齿32的冷却液流路发挥功能。

图11是示出本公开的另一实施方式的旋转电机70的图，示意性地示出了与旋转轴线A正交的截面。对与前述的旋转电机10相同的构成要素标注相同的附图标记，并省略其说明。

旋转电机70具备转子12和以围绕转子12的方式同轴配置的定子72。定子72包括定子铁芯74和卷挂于定子铁芯74的线圈26。通过层叠将电磁钢板加工成预定的形状而成的定子铁芯板76(参照图13～16)，从而形成定子铁芯74。定子铁芯74具有大致圆环或大致圆筒形状的轭部78和在轭部78的内周面沿着周向隔着间隔地排列的齿80。该旋转电机70的齿80的数量为十二个。将相邻的齿80之间的空间称为槽82。通过在齿80上卷绕线圈导线36而形成有线圈26。

图12是示出一个齿32的立体图。依照图11及图12，对齿80的形状进行说明。齿80在旋转轴线A的方向(图12中的上下方向)上被分割为两个。将被分割而成的部分记为齿段84A、84B。在图12中，以能够透视地看到背后的状态对上侧的齿段84A进行表示。在两个齿段84A、84B之间形成有间隙86。将该间隙86记为段间间隙86。而且，在齿段84A、84B之间夹设有间隔件88。间隔件88从轭部78的内壁面向径向内方延伸，并被两个齿段84A、84B夹持。间隔件88抑制齿段84A、84B的旋转轴线A的方向上的倾倒。另外，间隔件88抑制第一定子铁芯板76A的齿突起部92、特别是与段间间隙86相邻的齿突起部92的弯曲变形。间隔件88的周向上的尺寸比齿80小，在间隔件88的两侧形成有段间间隙86。另外，间隔件88的径向内侧的端缘并未到达齿80的内侧的端缘，而是位于径向上的外侧。在齿80的径向内侧的端缘附近，在两个齿段84A、84B之间也形成有间隙。间隔件88的径向内侧的端缘也可以与齿80的内侧的端缘对齐。段间间隙86的径向上的内侧朝向转子12的外周面敞开，另外，周向上的两侧朝向槽82敞开。齿80的分割位置、即段间间隙86的位置与转子铁芯内流路40的径向外侧端对应。例如，段间间隙86在旋转轴线A的方向上配置在与转子铁芯内流路40的外侧端相同的位置。

在定子铁芯74的轭部78形成有轭部内流路90。轭部内流路90的径向上的内侧端相对于段间间隙86开口，外侧端在轭部78的外周面开口。

图13～图16是示出定子铁芯板76的形状的图。在图13～图16中，示出了各板76的上侧的一半，下侧的一半与上侧的一半对称。定子铁芯板76为了形成段间间隙86、间隔件88及轭部内流路90而包含有多种板。数量最多的板为图13所示的具有成为齿的齿突起部92的板。将该板记为第一定子铁芯板76A。第一定子铁芯板76A具有圆环形状的圆环部94，齿突起部92沿着圆环部94的内周缘隔着间隔地排列。通过将齿突起部92层叠，从而形成齿80。

图14所示的板具有成为间隔件88的间隔件突起部96。将该板记为第二定子铁芯板76B。第二定子铁芯板76B具有形状与第一定子铁芯板76A的圆环部94相同的圆环部98，间隔件突起部96沿着圆环部98的内周缘隔着间隔地以与齿突起部92相同的间距排列。间隔件突起部96比齿突起部92小一圈，即相对于齿突起部92较细且较短地形成。

图15所示的板具有成为间隔件88的间隔件突起部100，且形成有沿着径向延伸的狭缝102。将该板记为第三定子铁芯板76C。第三定子铁芯板76C除了设置有狭缝102以外，为与第二定子铁芯板76B相同的形状。狭缝102设置于径向上的内侧，并到达第三定子铁芯板76C的内周缘，且朝向径向内方敞开。将该狭缝102记为轭部内侧狭缝102。

图16所示的板具有成为间隔件88的间隔件突起部104，且形成有沿着径向延伸的狭缝106。将该板记为第四定子铁芯板76D。第四定子铁芯板76D除了设置有狭缝106以外，为与第二定子铁芯板76B相同的形状。狭缝106设置于径向上的外侧，并到达第四定子铁芯板76D的外周缘，且朝向径向外方敞开。将该狭缝106记为轭部外侧狭缝106。

在旋转电机70中，第一至第四定子铁芯板76A、76B、76C、76D中的第三定子铁芯板76C配置于旋转轴线A的方向上的中央，与该第三定子铁芯板76C相邻地配置第四定子铁芯板76D，在该第四定子铁芯板76D的外侧配置第二定子铁芯板76B，进而在外侧配置第一定子铁芯板76A。

通过将第二至第四定子铁芯板76B、76C、76D层叠，并利用层叠的第一定子铁芯板76A对它们进行夹持，从而形成在旋转轴线A的方向上被分割且在其间夹设有间隔件88的齿80。通过将第二至第四定子铁芯板76B、76C、76D层叠，从而将各个间隔件突起部96、100、104层叠而形成间隔件88。另外，通过使轭部内侧狭缝102的径向外侧的端部与轭部外侧狭缝106的径向内侧的端部重叠，并将第三定子铁芯板76C与第四定子铁芯板76D相邻地配置，从而形成将轭部78的内周面与外周面相连的轭部内流路90。此外，也可以省略第二间隔件铁芯板76B而与第四定子铁芯板76D相邻地配置第一定子铁芯板76A。

从转子铁芯16喷出的冷却液与定子72的内周面抵碰(喷射流体进行碰撞那样的感觉)。冷却液抵碰的位置伴随着转子12的旋转而移动。因此，冷却液朝向定子72的内周面而沿着圆周被全面地喷出。被喷出的冷却液的一部分被输送到与转子铁芯内流路40的开口对应地配置的段间间隙86。段间间隙86朝向被配置在槽82内的线圈导线36敞开，被送入到段间间隙86的冷却液与线圈导线36直接接触。由此，能够高效地冷却线圈导线36。段间间隙86内的冷却液被随后送入的冷却液推压而使得一部分通过轭部内流路90而到达定子72的外周面并被排出。另外，在转子轴18被配置成大致水平的旋转电机中，位于下侧的段间间隙86内的冷却液也会借助于重力而从外周面排出。

由于从转子铁芯16喷出的冷却液通过段间间隙86而被输送到定子铁芯74的外周面，所以段间间隙86作为设置于齿80的冷却液流路发挥功能。

分割齿的位置也可以不是旋转轴线A的方向上的中央，另外，齿的分割数量也可为三个以上。

Claims

1.一种旋转电机，其中，所述旋转电机具备：

转子轴，所述转子轴限定出旋转轴线，并形成有在所述转子轴的外周面开口并输送冷却液的轴内流路；

转子铁芯，所述转子轴贯通所述转子铁芯的中心，所述转子铁芯形成有内侧端与所述轴内流路的开口相向且外侧端在所述转子铁芯的外周面开口的转子铁芯内流路；以及

定子铁芯，所述定子铁芯具有圆环或圆筒形状的轭部和在所述轭部的内周面隔着间隔地沿周向排列的齿，且以将所述转子铁芯的外周包围的方式配置，所述齿在与所述转子铁芯内流路的所述外侧端对应的位置隔着间隙地被分割。

2.根据权利要求1所述的旋转电机，其中，

在所述轭部形成有轭部内流路，所述轭部内流路的内侧端相对于所述齿的被分割的部分之间的所述间隙开口，且外侧端在所述轭部的外周面开口。

3.根据权利要求1或2所述的旋转电机，其中，

所述旋转电机具备间隔件，所述间隔件从所述轭部延伸，并夹设在所述齿的被分割的部分之间，且在周向上的尺寸比所述齿的尺寸小。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的旋转电机，其中，

所述齿在沿着旋转轴线的方向上在中央部被分割。