转子及旋转电机
专利摘要:提供能够提高冷却效率的转子及旋转电机。转子具备:输出轴(5),其构成为能够绕轴线(C)旋转,并且具有供冷却介质流通的轴芯冷却路(15);以及转子铁心(4),其固定于所述输出轴(5),并且具有转子内部流路(12),所述转子内部流路(12)的上游侧端部与所述轴芯冷却路(15)连通,并且所述转子内部流路(12)的下游侧端部在所述转子铁心的面向所述轴线延伸的方向的端面(48,49)开口,所述转子内部流路(12)在至少一部分具有在从所述上游侧端部趋向所述下游侧端部的过程中向径向的外侧延伸的倾斜部(26,27)。
专利说明:
转子及旋转电机
[0001] 技术领域
[0002] 本发明涉及转子及旋转电机。
[0003] 背景技术
[0004] 以往,作为混合动力机动车、电动机动车的动力源而使用旋转电机。在旋转电机中,在内置于转子铁心的磁铁与卷绕有线圈的定子之间产生磁性的吸引力、排斥力。由此,转子相对于定子旋转。
[0005] 此外,转子因在旋转时产生于磁铁的涡电流等的影响而发热。当由于磁铁的发热而磁力降低(所谓的热减磁)时,旋转电机的性能可能降低。
[0006] 于是,例如在日本特开2009-284603号公报中,公开了使冷却介质在将转子铁心沿着轴向贯穿的减重孔内流通的结构。根据该结构,认为冷却介质在通过减重孔的过程中能够对转子进行冷却。
[0007] 发明要解决的课题
[0008] 然而,在上述的文献的技术中,在减重孔内使冷却介质顺畅地通过这点上尚存在改善的余地。即,在上述文献的技术中,由于转子的旋转而偏向减重孔的外周侧的冷却介质容易滞留于减重孔内。当滞留于减重孔内的冷却介质通过与转子的热交换而成为高温时,转子的冷却效率降低。
[0009] 发明内容
[0010] 本发明的方案的目的在于,提供能够提高冷却效率的转子及旋转电机。
[0011] 用于解决课题的方案
[0012] 本发明的一方案的转子(例如第一实施方式中的转子7)的特征在于,具备:输出轴(例如第一实施方式中的输出轴5),其构成为能够绕轴线(例如第一实施方式中的轴线C)旋转,并且具有供冷却介质流通的轴芯冷却路(例如第一实施方式中的轴芯冷却路15);以及转子铁心(例如第一实施方式中的转子铁心4),其固定于所述输出轴,并且具有转子内部流路(例如第一实施方式中的转子内部流路12),所述转子内部流路的上游侧端部与所述轴芯冷却路连通,并且所述转子内部流路的下游侧端部在所述转子铁心的面向轴向的端面(例如第一实施方式中的第一侧铁心端面48及第二侧铁心端面49)开口,所述转子内部流路在至少一部分具有在从所述上游侧端部趋向所述下游侧端部的过程中向径向的外侧延伸的倾斜部(例如第一实施方式中的第一倾斜部26及第二倾斜部27)。
[0013] 在上述方案的一例中,所述转子内部流路具备:连接路(例如第一实施方式中的铁心连接路45及套筒连接路28),其与所述轴芯冷却路连通;第一冷却介质输送路(例如第一实施方式中的第一冷却介质输送路22),其从所述连接路朝向所述轴向的第一侧延伸,所述第一冷却介质输送路的下游侧端部在所述转子铁心的所述第一侧的端面开口;以及第二冷却介质输送路(例如第一实施方式中的第二冷却介质输送路23),其从所述连接路朝向所述轴向的第二侧延伸,所述第二冷却介质输送路的下游侧端部在所述转子铁心的所述第二侧的端面开口,所述连接路设置于所述轴向的中央部,所述第一冷却介质输送路及所述第二冷却介质输送路分别在至少一部分具有所述倾斜部。
[0014] 在上述方案的一例中,在所述第一冷却介质输送路及所述第二冷却介质输送路中,在整个所述轴向上设置所述倾斜部。
[0015] 在上述方案的一例中,在所述转子铁心以分体的方式安装有套筒(例如第一实施方式中的套筒2),该套筒形成有所述转子内部流路。
[0016] 在上述方案的一例中,所述套筒为树脂制品。
[0017] 在上述方案的一例中,在所述转子铁心在周向上形成有多个连通孔(例如第一实施方式中的连通孔47),所述套筒配置于多个所述连通孔。
[0018] 在上述方案的一例中,所述连通孔及所述套筒在从所述轴向观察的俯视下形成为多边形状。
[0019] 在上述方案的一例中,所述连通孔及所述套筒在从所述轴向观察的俯视下形成为以所述轴线为中心的圆弧状。
[0020] 在上述方案的一例中,在所述转子铁心中的从所述径向观察的侧视下至少一部分与所述转子内部流路重叠的位置,沿着所述轴向配置有磁铁(例如第一实施方式中的磁铁6)。
[0021] 本发明的另一方案的旋转电机(例如第一实施方式中的旋转电机1)的特征在于,具备上述方案的转子;以及包围在所述转子的周围的定子(例如第一实施方式中的定子3)。
[0022] 在上述方案的一例中,所述定子具备:定子铁心(例如第一实施方式中的定子铁心30);以及线圈(例如第一实施方式中的线圈32),其装配于所述定子铁心,并且具有从所述定子铁心中的所述轴向的两端面突出的线圈末端部(例如第一实施方式中的线圈末端部34、35),所述线圈末端部相对于所述转子铁心中的所述轴向的第一侧的端面及所述轴向的第二侧的端面而位于所述轴向的外侧。
[0023] 发明效果
[0024] 根据本发明的方案的转子,转子内部流路在至少一部分具有在从上游侧端部趋向下游侧端部的过程中向径向的外侧延伸的倾斜部。因此,从轴芯冷却路供给到转子内部流路的冷却介质通过伴随转子的旋转产生的离心力而在倾斜部的壁面上传递并从上游侧端部朝向下游侧端部移动。之后,冷却介质从转子铁心中的面向轴向的端面排出。由此,冷却介质稳定地在转子内部流路流动而不滞留于转子内部流路内,因此容易对转子供给低温的冷却介质,能够高效地冷却转子。因此,能够提供能提高冷却效率的转子。
[0025] 在上述方案的一例中,连接路设置于转子铁心中的轴向的中央部,转子内部流路具有在转子铁心的第一侧的端面开口的第一冷却介质输送路和在转子铁心的第二侧的端面开口的第二冷却介质输送路,因此冷却介质容易向第一冷却介质输送路22及第二冷却介质输送路23均等地分配并供给。由此,能够抑制在转子7的第一侧与第二侧产生由冷却效果的不平衡引起的温度差。另外,转子7能够采用在轴向上以转子铁心4的轴向的中央部为中心的对称的构造,因此在轴向的第一侧与第二侧能够使转子7的重量平衡均匀。其结果是,能够抑制转子7的轴晃动,使转子7稳定地旋转。另外,能够抑制转子内部流路12内的冷却介质流动所引起的重心的偏倚。因此,可实现能够提高冷却效率且转子的偏倚得到了抑制的稳定且高性能的转子。
[0026] 在上述方案的一例中,在第一冷却介质输送路及第二冷却介质输送路中,在整个轴向上设置倾斜部,因此对于流入到第一冷却介质输送路及第二冷却介质输送路的冷却介质,通过离心力而恒久地作用有朝向下游侧端部的力。由此,冷却介质稳定地流动,在倾斜部的壁面上传递而从上游侧端部朝向下游侧端部移动,并从转子铁心的端面排出,而不会滞留于转子铁心的内部。因而,能够高效地冷却转子。因此,可提供能够提高冷却效率的转子。
[0027] 在上述方案的一例中,转子内部流路形成于与转子铁心分体的套筒,因此与在转子铁心直接形成转子内部流路的情况相比,能够使转子内部流路的加工容易。因此,能够提供加工容易的转子。
[0028] 在上述方案的一例中,套筒为树脂制品,因此例如与通过将电磁钢板层叠而在金属的套筒形成转子内部流路的情况相比,能够使转子内部流路的表面光滑。由此,能够使冷却介质容易流动。另外,能够使转子内部流路的加工容易。另外,作为套筒所使用的树脂而选定热传递率高的树脂,由此在形成于套筒的转子内部流路流动的冷却介质能够经由树脂对转子铁心进行冷却。因此,能够提供加工容易且冷却效率高的转子。
[0029] 在上述方案的一例中,在转子铁心的周向上设置的多个连通孔配置套筒,因此通过套筒而能够使转子内部流路的加工容易,并且只需在转子铁心形成沿着轴向具有一样的形状的连通孔即可,因此能够使转子铁心的加工容易。另外,能够将多个转子内部流路简单地沿着周向配置,因此能够提高转子的冷却效率。因此,能够提供提高冷却效率且加工容易的转子。
[0030] 在上述方案的一例中,连通孔及套筒在从轴向观察的俯视下形成为多边形状,因此在将套筒向连通孔插入时,通过以连通孔的一角部与套筒的一角部对应的方式插入套筒,能够容易地进行套筒的定位。因此,能够形成提高了安装性及作业性的转子。
[0031] 在上述方案的一例中,连通孔及套筒在从轴向观察的俯视下形成为以轴线为中心的圆弧状,因此在将套筒插入连通孔时,套筒的朝向唯一确定。由此,能够防止套筒的误组装。因此,能够形成提高了安装性及作业性的转子。
[0032] 在上述方案的一例中,在从径向观察的侧视下至少一部分与转子内部流路重叠的位置,沿着轴向配置有磁铁。因此,由磁铁产生的热量容易在转子铁心传热而被在内部流路流动的冷却介质吸热。由此,冷却介质能够有效地冷却磁铁。因此,可提供能够提高冷却效率的转子。
[0033] 根据本发明的另一方案的旋转电机,可提供具备与以往技术相比能够提高冷却效率的转子的具有高的冷却性能的旋转电机。
[0034] 在上述方案中,对于在第一冷却介质输送路的倾斜部流动的冷却介质,通过离心力的分力而作用有朝向轴向的第一侧的力。由此,从第一冷却介质输送路排出的冷却介质被朝向轴向的第一侧加速。因而,从第一冷却介质输送路排出的冷却介质从位于转子铁心的第一侧的端面朝向轴向的外侧飞散。而且,从第一冷却介质输送路排出的冷却介质借助离心力而被向径向的外侧引导并飞散,并被向相对于定子铁心而位于轴向的第一侧的线圈末端部供给。同样地,对于在第二冷却介质输送路的倾斜部流动的冷却介质,通过离心力的反作用力而作用有朝向轴向的第二侧的力。由此,从第二冷却介质输送路排出的冷却介质被朝向轴向的第二侧加速。因而,从第二冷却介质输送路排出的冷却介质从位于转子铁心的第二侧的端面朝向轴向外侧飞散。而且,从第二冷却介质输送路排出的冷却介质借助离心力而被朝向径向的外侧引导并飞散,并被向相对于定子铁心而位于轴向的第二侧的线圈末端部供给。
[0035] 在此,线圈末端部相对于转子铁心中的轴向的第一侧的端面及轴向的第二侧的端面而分别位于轴向的外侧,因此从转子铁心的端面排出的冷却介质从转子的端面朝向轴向外侧飞散并被向线圈末端部供给。由此,能够向发热量大的线圈直接喷送冷却介质,高效地对线圈进行冷却。另外,从转子的端面向远离轴向的方向供给冷却介质,因此能够抑制冷却介质进入定子与转子之间的间隙。
[0036] 另外,在转子的端面设置端面板的情况下,无需在端面板设置用于从转子的端面朝向轴向外侧引导冷却介质的引导部,因此能够使转子为简单的结构。
[0037] 因此,根据本发明的方案,能够提供提高冷却效率且加工容易的旋转电机。另外,能够形成冷却介质不容易进入定子与转子之间的间隙的高性能的旋转电机。
[0038] 附图说明
[0039] 图1是表示第一实施方式的旋转电机的简要结构的剖视图。
[0040] 图2是表示第一实施方式的转子的冷却构造的旋转电机的局部剖视图。
[0041] 图3是表示第一实施方式的转子铁心的沿着图2的III-III线的剖视图。
[0042] 图4是第一实施方式的套筒的立体图。
[0043] 图5是第一实施方式的套筒的剖视图。
[0044] 图6是第二实施方式的转子铁心的侧视图。
[0045] 图7是第二实施方式的套筒的立体图。
[0046] 图8是第二实施方式的套筒的剖视图。
[0047] 图9是第二实施方式的第一变形例的套筒的立体图。
[0048] 图10是第三实施方式的转子铁心的侧视图。
[0049] 图11是第三实施方式的套筒的立体图。
[0050] 图12是第三实施方式的套筒的剖视图。
[0051] 图13是第三实施方式的第一变形例的套筒的立体图。
[0052] 图14是第四实施方式的转子铁心的侧视图。
[0053] 图15是第四实施方式的套筒的立体图。
[0054] 图16是第四实施方式的套筒的剖视图。
[0055] 图17是表示第五实施方式的转子的冷却构造的旋转电机的局部剖视图。
[0056] 图18是表示第五实施方式的第一变形例的转子的冷却构造的旋转电机的局部剖视图。
[0057] 附图标记说明:
[0058] 1 旋转电机
[0059] 2 套筒
[0060] 3 定子
[0061] 4 转子铁心
[0062] 5 输出轴
[0063] 6 磁铁
[0064] 7 转子
[0065] 12 转子内部流路
[0066] 15 轴芯冷却路
[0067] 22 第一冷却介质输送路(冷却介质输送路)
[0068] 23 第二冷却介质输送路(冷却介质输送路)
[0069] 26 第一倾斜部(倾斜部)
[0070] 27 第二倾斜部(倾斜部)
[0071] 28 套筒连接路(连接路)
[0072] 30 定子铁心
[0073] 32 线圈
[0074] 34 线圈末端部
[0075] 35 线圈末端部
[0076] 45 铁心连接路(连接路)
[0077] 47 连通孔
[0078] 48 第一侧铁心端面
[0079] 49 第二侧铁心端面
[0080] C 轴线。
[0081] 具体实施方式
[0082] 以下,参照附图来说明本发明的实施方式。
[0083] (第一实施方式)
[0084] (旋转电机)
[0085] 图1是表示实施方式的旋转电机的简要结构的剖视图。
[0086] 图1所示的旋转电机1例如是搭载于混合动力机动车、电动机动车等车辆的行驶用马达。不过,本发明的结构不限于行驶用马达,也能够适用于发电用马达、其他用途的马达、车辆用以外的旋转电机(包括发电机)。
[0087] 旋转电机1具备壳体11、定子3及转子7。
[0088] 壳体11收容定子3及转子7。在壳体11的内部收容有冷却介质(未图示)。上述的定子3在壳体11的内部以一部分浸渍于冷却介质的状态配置。需要说明的是,作为冷却介质,优选使用变速器的润滑、动力传递等中使用的工作油即ATF(Automatic TransmissionFluid)等。
[0089] 在以下的说明中,有时将沿着转子7中的输出轴5的轴线C的方向简称作轴向,将与轴线C正交的方向称作径向,将绕轴线C的方向称作周向。
[0090] (定子)
[0091] 定子3具备定子铁心30和装配于定子铁心30的线圈32。定子铁心30为与轴线C同轴地配置的筒状。定子铁心30固定于壳体11的内周面。定子铁心30通过将电磁钢板沿着轴向层叠而构成。需要说明的是,定子铁心30也可以是所谓的压粉铁心。
[0092] 线圈32装配于定子铁心30。线圈32具有在周向上以规定的相位差配置的U相线圈、V相线圈及W相线圈。线圈32具有穿过定子铁心30的插槽(未图示)的插通部33、从定子铁心30向轴向的第一侧突出的线圈末端部34、以及从定子铁心30向轴向的第二侧突出的线圈末端部35。在定子铁心30上,电流流过线圈32而产生磁场。
[0093] (转子)
[0094] 图2是表示转子的冷却构造的旋转电机的局部剖视图。另外,图3是转子铁心的沿着图2的III-III线的剖视图。
[0095] 如图2、图3所示,转子7构成为能够绕轴线C旋转。转子7具备转子铁心4、输出轴5、磁铁6及套筒2。
[0096] (输出轴)
[0097] 如图2所示,输出轴5以能够旋转的方式支承于壳体11。
[0098] 输出轴5具有轴芯冷却路15和径向流路14。
[0099] 轴芯冷却路15在输出轴5的内部在与轴线C同轴的位置沿着轴向延伸。在轴芯冷却路15的内部,从冷却介质泵送出的冷却介质沿着轴向流通。需要说明的是,冷却介质泵可以是与输出轴5的旋转连动地进行驱动的所谓的机动泵,也可以相对于输出轴5的旋转而独立地进行驱动的电动泵。
[0100] 径向流路14在输出轴5的内部中的轴向的中央部沿着径向延伸。
[0101] 径向流路14中的径向的内侧端部与轴芯冷却路15的内部连通。
[0102] 在轴芯冷却路15的内部流动的冷却介质能够流入径向流路14的内部。
[0103] 径向流路14中的径向的外侧端部在输出轴5的外周面开口。
[0104] 另外,径向流路14在周向上形成有多个(在本实施方式中为8个)。需要说明的是,径向流路14也可以相对于轴向的中央部向第一侧或第二侧偏移地配置。
[0105] (转子铁心)
[0106] 转子铁心4相对于定子3在径向的内侧隔开间隔地配置。
[0107] 转子铁心4形成为与轴线C同轴地配置的筒状。在转子铁心4的径向中央部形成有使转子铁心4沿着轴向贯穿的轴贯通孔41。
[0108] 在轴贯通孔41内,例如通过压入等而固定有输出轴5。因此,转子铁心4构成为能够绕轴线C与输出轴5一体地旋转。
[0109] 在转子铁心4的外周部分形成有将转子铁心4沿着轴向贯穿的磁铁保持孔46。磁铁保持孔46在周向上隔开间隔地形成有多个。在各磁铁保持孔46的内部插入有磁铁6。
[0110] 磁铁6例如为稀土类磁铁。作为稀土类磁铁,例如可举出钕磁铁、钐钴磁铁、镨磁铁等。
[0111] 如图3所示,转子铁心4在径向上在磁铁保持孔46与轴贯通孔41之间具有连通孔47和铁心连接路(连接路)45。
[0112] 连通孔47将转子铁心4沿着轴向贯穿。连通孔47为截面圆形状且内径一样地形成。连通孔47在周向上形成有多个(在本实施方式中为8个)。
[0113] 铁心连接路45设置于转子铁心4中的轴向的中央部,在连通孔47与轴贯通孔41之间沿着径向延伸。铁心连接路45中的径向的内侧端部在轴贯通孔41的内周面开口。铁心连接路45中的径向的内侧端部与径向流路14中的径向的外侧端部连通。由此,在径向流路14中流动的冷却介质能够流入铁心连接路45。
[0114] 铁心连接路45中的径向的外侧端部与连通孔47的内部连通。需要说明的是,铁心连接路45也可以相对于轴向的中央部向轴向的第一侧或第二侧偏移地配置。
[0115] (套筒)
[0116] 图4为套筒的外观立体图,图5为套筒的剖视图。
[0117] 如图4及图5所示,套筒2为圆柱状的构件,例如优选使用热传导率高的树脂。套筒2插入转子铁心4的连通孔47。需要说明的是,套筒2可以通过粘接等而固定于转子铁心4的连通孔47内,也可以通过压入等而固定于连通孔47内。
[0118] 套筒2中的面向轴向的第一侧的端面(以下称作第一侧套筒端面16。)与转子铁心4中的面向轴向的第一侧的端面(以下称作第一侧铁心端面48。)共面。套筒2中的面向轴向的第二侧的端面(以下称作第二侧套筒端面17。)与转子铁心4中的面向轴向的第二侧的端面(以下称作第二侧铁心端面49。)共面。套筒2分别配置于各连通孔47内。
[0119] 在此,向第一侧突出的线圈末端部34相对于第一侧套筒端面16及第一侧铁心端面48位于轴向的外侧。
[0120] 另外,向第二侧突出的线圈末端部35相对于第二侧套筒端面17及第二侧铁心端面49位于轴向的外侧。
[0121] 需要说明的是,各套筒2均为同样的结构,因此在以下的说明中,以1个套筒2为例进行说明。
[0122] 在套筒2形成有供冷却介质流通的冷却介质流路20。冷却介质流路20具有套筒连接路(连接路)28、第一冷却介质输送路22及第二冷却介质输送路23。
[0123] 套筒连接路28在套筒2中的轴向的中央部沿着径向延伸。
[0124] 套筒连接路28中的径向的内侧端部在套筒2的外周面开口。套筒连接路28中的径向的内侧端部与转子铁心4的铁心连接路45中的径向的外侧端部连通。另外,套筒连接路28中的径向的外侧端部在套筒2的内部终止。
[0125] 需要说明的是,在本实施方式中,由上述的铁心连接路45和套筒2的冷却介质流路20构成转子内部流路12。
[0126] 第一冷却介质输送路22从套筒连接路28朝向轴向的第一侧延伸。
[0127] 第一冷却介质输送路22具有第一倾斜部26和第一出口部24。
[0128] 第一倾斜部26在从上游侧端部(轴向的中央部)趋向下游侧端部(轴向的第一侧端部)的过程中向径向的外侧延伸。第一倾斜部26中的上游侧端部与套筒连接路28中的径向的外侧端部连通。在本实施方式中,第一倾斜部26在轴向的整体的范围中内径一样且在轴向的整体的范围中向径向的外侧倾斜。
[0129] 第一出口部24在套筒2中的第一侧套筒端面16开口。
[0130] 第一出口部24与第一倾斜部26的下游侧端部相连。第一出口部24形成为截面呈圆形状。
[0131] 第二冷却介质输送路23从套筒连接路28朝向轴向的第二侧延伸。
[0132] 第二冷却介质输送路23具有第二倾斜部27和第二出口部25。
[0133] 第二倾斜部27在从上游侧端部(轴向的中央部)趋向下游侧端部(轴向的第二侧端部)的过程中向径向的外侧延伸。第二倾斜部27中的上游侧端部与套筒连接路28中的径向的外侧端部连通。在本实施方式中,第二倾斜部27在轴向的整体的范围中内径一样且在轴向的整体的范围中向径向的外侧倾斜。
[0134] 第二出口部25在套筒2中的第二侧套筒端面17开口。
[0135] 第二出口部25与第二倾斜部27的下游侧端部相连。第二出口部25形成为截面呈圆形状。
[0136] 第一冷却介质输送路22及第二冷却介质输送路23成为相对于套筒2的轴向的中央部对称的结构。另外,第一冷却介质输送路22与第二冷却介质输送路23在上游侧端部彼此连通。因而,从套筒连接路28流入的冷却介质能够流入第一冷却介质输送路22和第二冷却介质输送路23中的任一方。
[0137] 在本实施方式中,转子内部流路12(尤其是,冷却介质输送路22、23)及磁铁6以在从径向观察的侧视下至少一部分重叠的状态沿着轴向延伸。
[0138] (旋转电机的作用、效果)
[0139] 接着,说明上述的旋转电机1的作用。
[0140] 在输出轴5的轴芯冷却路15中流动的冷却介质通过伴随转子7的旋转产生的离心力而流入径向流路14。流入到径向流路14的冷却介质在径向流路14的内部朝向径向的外侧流动。接着,在径向流路14中流动的冷却介质流入转子铁心4的铁心连接路45。
[0141] 流入到铁心连接路45的冷却介质通过离心力而在铁心连接路45的内部朝向径向的外侧流动。接着,在铁心连接路45中流动的冷却介质流入套筒2的冷却介质流路20。具体而言,铁心连接路45的冷却介质首先流入套筒连接路28。接着,在套筒连接路28中流动的冷却介质在套筒连接路28中的径向的外侧端部处向转子铁心4的第一冷却介质输送路22及第二冷却介质输送路23分配。流入到第一冷却介质输送路22的冷却介质通过离心力而在第一倾斜部26的壁面中的主要位于径向的外侧的外向壁面上传递而从上游侧端部朝向下游侧端部移动,并从在转子铁心4的第一侧套筒端面16开口的第一出口部24排出。流入到第二冷却介质输送路23的冷却介质通过离心力而在第二倾斜部27的壁面中的主要位于径向的外侧的外向壁面上传递而从上游侧端部朝向下游侧端部移动,并从在转子铁心4的第二侧套筒端面17开口的第二出口部25排出。
[0142] 在各冷却介质输送路22、23内流动的冷却介质在各冷却介质输送路22、23流动的过程中经由套筒2与转子铁心4、磁铁6进行热交换。由此,能够冷却转子铁心、磁铁。尤其是,在本实施方式中,磁铁6沿着转子内部流路12配置,因此在磁铁6产生的热量在转子铁心4传热而被在转子内部流路12流动的冷却介质吸热。
[0143] 由此,冷却介质能够有效地冷却收容于转子铁心4的磁铁6。
[0144] 这样,在本实施方式中,采用了在冷却介质输送路22、23中的至少一部分具有倾斜部26、27的结构。
[0145] 根据该结构,在通过转子7的旋转而产生的离心力地作用下,容易将冷却介质向出口部24、25引导。由此,冷却介质稳定地在转子7的内部流动而不会滞留于冷却介质输送路22、23内。因此,容易对转子7供给低温的冷却介质,能够提高转子7的冷却效率。
[0146] 在此,对于在第一冷却介质输送路22的倾斜部26流动的冷却介质,由于离心力的分力而作用有朝向轴向的第一侧的力。由此,从第一冷却介质输送路22排出的冷却介质被朝向轴向的第一侧加速。因而,从第一冷却介质输送路22排出的冷却介质从转子铁心4的第一侧套筒端面16朝向轴向的外侧飞散。而且,从第一冷却介质输送路22排出的冷却介质借助离心力而被向径向的外侧引导并飞散,被向相对于定子铁心30位于轴向的第一侧的线圈末端部34供给。
[0147] 同样地,对于在第二冷却介质输送路23的倾斜部27流动的冷却介质,由于离心力的分力而作用有朝向轴向的第二侧的力。由此,从第二冷却介质输送路23排出的冷却介质被朝向轴向的第二侧加速。因而,从第二冷却介质输送路23排出的冷却介质从转子铁心4的第二侧套筒端面17朝向轴向外侧飞散。而且,从第二冷却介质输送路23排出的冷却介质借助离心力而被向径向的外侧引导并飞散,被向相对于定子铁心30位于轴向的第二侧的线圈末端部35供给。
[0148] 尤其是,在本实施方式中,线圈末端部34、35相对于铁心端面48、49(套筒端面16、17)位于轴向的外侧,因此从转子铁心4的端面排出的冷却介质容易向线圈末端部34、35喷送。由此,向发热量大的线圈32的线圈末端部34、35直接喷送冷却介质,能够高效地冷却线圈32。另外,在轴向上,冷却介质从转子铁心4的铁心端面48、49分别向分离的方向飞散,因此能够抑制冷却介质进入定子3与转子7之间的间隙。
[0149] 因此,能够在提高冷却效率的基础上,使冷却介质不容易进入定子3与转子7之间的间隙,能够形成高性能的旋转电机1。
[0150] 另外,在本实施方式中,如上所述,在冷却介质在转子内部流路12中流动的过程中,冷却介质被向从转子7沿着轴向分离的方向加速。因此,例如无需在转子铁心4的铁心端面48、49设置用于从转子7的端面朝向轴向的外侧引导冷却介质的引导部等。因而,与在转子铁心4的外侧设置引导部的情况相比,能够实现转子7的简化、部件个数的削减。
[0151] 因此,能够通过简单的结构来提高冷却效率。
[0152] 在此,铁心连接路45及套筒连接路28设置于转子铁心4中的轴向的中央部,因此冷却介质在通过铁心连接路45及套筒连接路28之后,容易向第一冷却介质输送路22及第二冷却介质输送路23均等地分配并供给。由此,能够抑制在转子7的第一侧和第二侧产生由冷却效果的不平衡引起的温度差。另外,转子7能够采用在轴向上以转子铁心4的轴向的中央部为中心的对称的构造,因此在轴向的第一侧与第二侧能够使转子7的重量平衡均匀。其结果是,能够抑制转子7的轴晃动,使转子7稳定地旋转。另外,能够抑制转子内部流路12内的冷却介质流动所引起的重心的偏倚。
[0153] 而且,通过从轴向的中央部向各冷却介质输送路22、23分配,能够对在转子7中容易成为高温的轴向的中央部供给低温的冷却介质。由此,也能够抑制转子7中的轴向位置的温度梯度。
[0154] 因此,根据本发明,能够提高冷却效率,能够实现转子7的偏倚被抑制了的稳定且高性能的转子7。
[0155] 根据本实施方式,转子内部流路12形成于与转子铁心4分体的套筒2。因此,与在转子铁心4直接形成转子内部流路12的情况相比,能够提高材料选择的自由度,并且使转子内部流路12的加工容易。
[0156] 另外,套筒2为树脂制品,因此例如与通过将电磁钢板层叠而在金属的套筒2形成转子内部流路12的情况相比,加工容易且能够使转子内部流路12的表面光滑。由此,能够使冷却介质在冷却介质流路内容易流动。另外,作为套筒2所使用的树脂而选定热传递率高的树脂,从而在套筒2形成的转子内部流路12中流动的冷却介质能够经由树脂对转子铁心4进行冷却。
[0157] 因此,根据本发明,能够提供加工容易且冷却效率高的转子7。
[0158] 另外,与使用金属的套筒2的情况相比轻量化,因此能够抑制针对转子7的旋转所引起的离心力产生应力。
[0159] 另外,套筒2通过插入到在转子铁心4的周向上设置的多个连通孔47中而配置于转子铁心4的内部。这样,通过套筒2而能够使转子内部流路12的加工容易,并且只需在转子铁心4形成沿着轴向具有一样的形状的连通孔47即可,因此加工变得容易,能够使转子铁心4为简单的结构。
[0160] 另外,仅通过将套筒2插入到连通孔47中就能够将多个转子内部流路12简单地配置在转子铁心4的周向上,因此能够抑制伴随转子内部流路12的追加而产生的制造效率的降低,并且能够提高转子7的冷却效率。
[0161] 因此,根据本发明,能够提供提高冷却效率且加工容易的转子7。
[0162] 接着,基于图6~图18来说明第二实施方式~第五实施方式。需要说明的是,在第二实施方式~第五实施方式中,对与第一实施方式同一类似构件标注相同的附图标记并省略详细的说明。在以下的说明中,关于记载于图6~图18之外的结构所涉及的附图标记,请适当参照图1至图5。
[0163] (第二实施方式)
[0164] 说明本发明的第二实施方式。图6是第二实施方式的转子铁心的侧视图。另外,图7为实施方式2的套筒的外观立体图,图8为第二实施方式的套筒的剖视图。在本实施方式中,与上述的实施方式不同点在于,套筒2及连通孔47在从轴向观察的剖视下形成为三角形形状。
[0165] 在本实施方式中,在转子铁心4形成有截面为三角形形状的连通孔47。连通孔47形成为三角形形状的一个角部朝向径向的内侧。连通孔47在周向上形成有多个(在本实施方式中为8个)。
[0166] 如图7及图8所示,套筒2的外形在从轴向观察的剖视下形成为三角形形状。另外,套筒连接路28设置于三角形形状的一个角部。在向转子铁心4插入套筒2时,套筒2的具有套筒连接路28的角部配置为与转子铁心4中的朝向径向的内侧的连通孔47的角部一致。
[0167] 各冷却介质输送路22、23与第一实施方式同样地,随着趋向轴向的外侧而向径向的外侧延伸。在本实施方式中,各冷却介质输送路22、23朝向套筒2中的形成有套筒连接路28的一个角部的对边延伸。
[0168] 这样,套筒2及连通孔47形成为截面呈三角形形状,因此在向转子铁心4的连通孔47插入套筒2时,仅通过使套筒2的角部与连通孔47的角部对准而进行组装,就能够容易地进行铁心连接路45与套筒连接路28的定位。由此,能够抑制误组装的产生。另外,能够抑制套筒2在连通孔47内旋转,因此能够长期地确保冷却介质流路20的可靠性。
[0169] (第二实施方式的第一变形例)
[0170] 图9是第二实施方式的第一变形例的套筒的外观立体图。
[0171] 在第一变形例中,与上述的实施方式不同点在于,套筒2的第一冷却介质输送路22及第二冷却介质输送路23分别各形成有两个。如图9所示,套筒2具有两个第一冷却介质输送路22、22、两个第二冷却介质输送路23、23、两个第一出口部24、24、以及两个第二出口部25、25。
[0172] 第一冷却介质输送路22、22随着趋向轴向的第一侧而向径向的外侧且在周向上彼此分离开的方向延伸。
[0173] 第二冷却介质输送路23、23随着趋向轴向的第二侧而向径向的外侧且在周向上彼此分离开的方向延伸。
[0174] 第一出口部24、24在第一侧套筒端面16开口。第一出口部24、24与具有套筒连接路28的角部所对置的面平行地排列。两个第一冷却介质输送路22、22中的一方的第一冷却介质输送路22将套筒连接路28与一方的第一出口部24分别连通。另一方的第一冷却介质输送路22将套筒连接路28与另一方的第一出口部24分别连通。
[0175] 第二出口部25、25在第二侧套筒端面17开口。第二出口部25、25与具有套筒连接路28的角部所对置的面大致平行地排列。两个第二冷却介质输送路23、23中的一方的第二冷却介质输送路23与套筒连接路28和一方的第二出口部25分别连通。另一方的第二冷却介质输送路23与套筒连接路28和另一方的第二出口部25分别连通。需要说明的是,在同一套筒2上形成的第一出口部24、24彼此及第二出口部25、25彼此也可以分别沿着周向排列地形成。
[0176] 根据本结构,与第一冷却介质输送路22及第二冷却介质输送路23各形成有一个的情况相比,能够使冷却介质沿着周向分配。由此,容易将转子7沿着周向均等地冷却。因此,能够高效地冷却转子7。另外,冷却介质向周向的广范围飞散,因此能够遍及线圈末端部34、35的整体地向广范围供给冷却介质。因此,能够高效地冷却线圈32。
[0177] (第三实施方式)
[0178] 接着,说明本发明的第三实施方式。图10是第三实施方式的转子铁心的侧视图。另外,图11是实施方式三的套筒的外观立体图,图12是第三实施方式的套筒的剖视图。在本实施方式中,与上述的实施方式不同点在于,套筒2及连通孔47在从轴向观察的剖视下形成为梯形形状。
[0179] 在本实施方式中,在转子铁心4形成有截面呈等腰梯形形状的连通孔47。连通孔47形成为对置的底面中的一方的底面(在本实施方式中为短边侧的底面)朝向径向的内侧。连通孔47在周向上形成有多个(在本实施方式中为8个)。
[0180] 如图11及图12所示,套筒2的外形形成为截面呈等腰梯形形状。另外,套筒连接路28设置于一方的底面(在本实施方式中为短边侧的底面)。套筒以短边侧的底面与连通孔47的短边侧的底面一致的方式配置于连通孔47内。
[0181] 各冷却介质输送路22、23与第一实施方式同样地,随着趋向轴向的外侧而向径向的外侧延伸。在本实施方式中,各冷却介质输送路22、23朝向另一方的底面(在本实施方式中,长边侧的底面)延伸。
[0182] 根据本实施方式,相对于转子铁心4的连通孔47而言,套筒2的安装方向唯一确定。因此,能够容易地进行套筒2的定位,能够提高安装性。
[0183] (第三实施方式的第一变形例)
[0184] 图13是实施方式三的第一变形例的套筒的外观立体图。
[0185] 在第一变形例中,与上述的实施方式不同点在于,套筒2的出口部24、25形成为长孔状。如图13所示,出口部24、25形成为在与径向大致垂直的方向上具有长轴的长孔。
[0186] 根据本结构,第一出口部24及第二出口部25沿着周向延伸,因此能够使冷却介质遍布周向的广范围。由此,容易将转子沿着周向均等地冷却。因此,能够高效地冷却转子7。另外,冷却介质在周向上连续地向广范围飞散,因此能够遍及线圈末端部34、35的整体地向广范围供给冷却介质。因此,能够高效地冷却线圈32。
[0187] (第四实施方式)
[0188] 接着,说明本发明的第四实施方式。图14是第四实施方式的转子铁心的侧视图。另外,图15是实施方式四的套筒的外观立体图,图16是第四实施方式的套筒的剖视图。在本实施方式中,与上述的实施方式不同点在于,套筒2及连通孔47在从轴向观察的剖视下形成为以转子铁心4的轴线C为中心的圆弧状。
[0189] 在本实施方式中,在转子铁心4形成有截面呈圆弧状的连通孔47。
[0190] 具体而言,连通孔47在从轴向观察的剖视下,由外周圆弧部、内周圆弧部、一侧面部、另一侧面部这4个边构成。外周圆弧部的圆弧状的中心与转子铁心4的轴线C一致。内周圆弧部的圆弧状的中心与转子铁心4的轴线C一致,且内周圆弧部位于比外周圆弧部靠径向的内侧的位置。一侧面部沿着径向延伸并将外周圆弧部及内周圆弧部的周向一侧的端部连结。另一侧面部沿着径向延伸并将外周圆弧部及内周圆弧部的周向另一侧的端部连结。连通孔47在周向上形成有多个(在本实施方式中为4个)。
[0191] 如图15及图16所示,套筒2的外形形成为截面呈圆弧状。另外,套筒连接路28设置于圆弧状的内周圆弧部。由此,相对于转子铁心4的连通孔47,套筒2的安装方向唯一确定。因此,能够容易地进行套筒2的定位,能够提高安装性。
[0192] 在本实施方式中,第一冷却介质输送路22及第二冷却介质输送路23在从轴向观察的剖视下形成为沿着外周圆弧部的圆弧状。第一冷却介质输送路22及第二冷却介质输送路23的截面形状从上游侧端部到下游侧端部一样。这样,第一冷却介质输送路22及第二冷却介质输送路23形成为截面呈圆弧状,因此冷却介质在周向上具有幅宽地从出口部24、25排出。因此,能够遍及线圈末端部34、35的整体地向广范围供给冷却介质。
[0193] (第五实施方式)
[0194] 接着,说明本发明的第五实施方式。图17是表示第五实施方式的转子的冷却构造的旋转电机的局部剖视图。在本实施方式中,与上述的实施方式不同点在于,在转子铁心4直接形成有转子内部流路12。
[0195] 在本实施方式中,在转子铁心4形成有转子内部流路12。转子内部流路12具有铁心连接路45、第一冷却介质输送路22及第二冷却介质输送路23。转子内部流路12在周向上隔开间隔地配置有多个。伴随转子7的旋转,在输出轴5的轴芯冷却路15中流动的冷却介质能够向转子内部流路12流通。
[0196] 铁心连接路45在转子铁心4的内部的轴向的中央部沿着径向延伸。铁心连接路45中的径向的内侧端部在轴贯通孔41的内周面开口。铁心连接路45中的径向的内侧端部与输出轴5中的径向流路14的外侧端部连通。在径向流路14的内部流动的冷却介质能够流入铁心连接路45的内部。
[0197] 另外,铁心连接路45中的径向的外侧端部在转子铁心4的内部终止。
[0198] 第一冷却介质输送路22设置于转子铁心4的轴向的第一侧。第一冷却介质输送路22在从上游侧端部趋向下游侧端部的过程中向径向的外侧延伸。第一冷却介质输送路22的上游侧端部与铁心连接路45中的径向的外侧端部连通。第一冷却介质输送路22的下游侧端部在转子铁心4的第一侧铁心端面48开口。
[0199] 第二冷却介质输送路23设置于转子铁心4的轴向的第二侧。第二冷却介质输送路23在从上游侧端部趋向的下游侧端部的过程中向径向的外侧延伸。第二冷却介质输送路23的上游侧端部与铁心连接路45中的径向的外侧端部连通。第二冷却介质输送路23的下游侧端部在转子铁心4的第二侧铁心端面49开口。
[0200] 第一冷却介质输送路22及第二冷却介质输送路23成为相对于轴向的中央部对称的结构。另外,第一冷却介质输送路22的上游侧端部与第二冷却介质输送路23的上游侧端部彼此连通。因而,从铁心连接路45流入的冷却介质能够向第一冷却介质输送路22和第二冷却介质输送路23中的任一方流入。
[0201] 在例如通过电磁钢板的层叠而形成本实施方式的转子铁心4时,首先对电磁钢板形成要成为冷却介质输送路22、23的冷却介质孔。此时,冷却介质孔以构成转子铁心4的电磁钢板中的越是配置于转子铁心4的轴向的中央部的电磁钢板,则越位于径向的内侧的方式形成。之后,将冷却介质孔的形成位置在径向上不同的电磁钢板沿着轴线C同轴地层叠。由此,形成具有上述的转子内部流路12的转子铁心4。
[0202] 在本实施方式中,能够起到与上述的实施方式同样的作用效果,并且与设置套筒2的情况相比,由于部件个数的削减、用于固定套筒2的工序的省略而能够提高作业性。另外,能够通过冷却介质直接地冷却转子铁心4。
[0203] (第五实施方式的第一变形例)
[0204] 图18是表示第五实施方式的第一变形例的转子的冷却构造的旋转电机的局部剖视图。
[0205] 作为第五实施方式的第一变形例,例如如图18所示,冷却介质输送路22、23的径向的内侧部分整体也可以由直线部29构成。
[0206] 在第一变形例中,第一冷却介质输送路22具有第一倾斜部26和直线部29。第一倾斜部26形成于第一冷却介质输送路22中的径向的外侧部分。直线部29形成于第一冷却介质输送路22中的径向的内侧部分。由此,第一冷却介质输送路22随着从上游侧端部趋向下游侧端部而内径逐渐扩大。
[0207] 第二冷却介质输送路23具有第二倾斜部27和直线部29。第二倾斜部27形成于第二冷却介质输送路23中的径向的外侧部分。直线部29形成于第二冷却介质输送路23中的径向的内侧部分。由此,第二冷却介质输送路23随着从上游侧端部趋向下游侧端部而内径逐渐扩大。
[0208] 另外,优选的是,第一冷却介质输送路22的直线部29在径向上距转子铁心4的距离与第二冷却介质输送路23的直线部29在径向上距转子铁心4的距离形成为相等。
[0209] 这样,倾斜部26、27也可以采用形成于冷却介质输送路22、23中的径向的外侧部分的至少一部分的结构。另外,在使用套筒2的情况下,也同样地可以使径向内侧部分为直线部29。
[0210] 由此,例如在通过压粉铁心或模具形成转子铁心4及套筒2的情况下,能够使冷却介质输送路22、23的加工容易。
[0211] 以上,说明了本发明的优选的实施例,但本发明不限定于这些实施例。在不脱离本发明的主旨的范围内能够进行结构的附加、省略、置换及其他变更。本发明不被前述的说明限定,而仅被技术方案的范围所限定。
[0212] 例如,在上述的实施方式中,说明了套筒2为树脂制品的情况,但并非仅限定于该结构。套筒2也可以是金属。在该情况下,例如通过将钢板沿着轴向层叠而形成套筒2。或者,也可以由沿着轴向分割的两个构件形成。
[0213] 在上述的实施方式中,说明了套筒2的俯视外形为正圆、三角形、梯形、圆弧状等的情况,但并非仅限定于该结构。套筒2也可以是正圆以外的圆形状(例如椭圆、长圆),也可以是三角形、梯形以外的多边形状等上述形状以外的形状。在使套筒2为正圆以外的形状的情况下,在从轴向观察的剖视下,具有距套筒2的重心的距离不同的部分,由此如上所述,能够实现套筒2相对于转子铁心4的止转、误组装的抑制。
[0214] 需要说明的是,在上述的实施方式中,采用了在转子铁心4的铁心端面48、49未设置端面板的结构,但并非仅限定于该结构。也可以在转子铁心4的铁心端面48、49中的任一方或两方设置端面板。在该情况下,优选的是,端面板在与出口部24、25对应的位置设置有用于排出冷却介质的孔。
[0215] 在上述的实施方式中,说明了在轴向的整体形成有倾斜部26、27的结构,但在从套筒连接路28到出口部24、25的区间的至少一部分形成有倾斜部26、27即可。
[0216] 在上述的实施方式中,说明了冷却介质流路20从轴向的中央部向各冷却介质输送路22、23分支的结构,但并非仅限定于该结构。例如,也可以是在轴向的第一侧端部形成套筒连接路28,冷却介质输送路23为随着从轴向的第一侧端部趋向第二侧端部而向径向的外侧延伸的结构。
[0217] 在上述的实施方式中,说明了通过电磁钢板的层叠而形成了转子铁心4的情况,但并非仅限定于该结构。转子铁心4可以是所谓的压粉铁心,也可以使用所谓的3D打印机来成形。即,在3D打印机中,基于转子铁心的截面数据使金属粉末呈层状供给的粉体层选择性地熔融固化,由此能够成形转子铁心4。
[0218] 在上述的实施方式中,说明了在连通孔47内配置套筒2的结构,但并非仅限定于该结构。例如,也可以是,转子铁心4具有嵌合于输出轴5的内筒和包围在内筒的周围的外筒,在内筒与外筒之间配置筒状的套筒。
[0219] 在上述的实施方式中,说明了使转子铁心4与套筒2分体地形成的情况,但并非仅限于该结构,也可以通过嵌件成形等而使套筒2相对于转子铁心4一体地形成。
权利要求:1.一种转子,其特征在于,
所述转子具备:
输出轴,其构成为能够绕轴线旋转,并且具有供冷却介质流通的轴芯冷却路;以及
转子铁心,其固定于所述输出轴,并且具有转子内部流路,
所述转子内部流路的上游侧端部与所述轴芯冷却路连通,并且所述转子内部流路的下游侧端部在所述转子铁心的面向轴向的端面开口,
所述转子内部流路在至少一部分具有在从所述上游侧端部趋向所述下游侧端部的过程中向径向的外侧延伸的倾斜部。
2.根据权利要求1所述的转子,其特征在于,
所述转子内部流路具备:
连接路,其与所述轴芯冷却路连通;
第一冷却介质输送路,其从所述连接路朝向轴向的第一侧延伸,所述第一冷却介质输送路的所述下游侧端部在所述转子铁心的所述第一侧的端面开口;以及
第二冷却介质输送路,其从所述连接路朝向所述轴向的第二侧延伸,所述第二冷却介质输送路的所述下游侧端部在所述转子铁心的所述第二侧的端面开口,
所述连接路设置于所述轴向的中央部,
所述第一冷却介质输送路及所述第二冷却介质输送路分别在至少一部分具有所述倾斜部。
3.根据权利要求2所述的转子,其特征在于,
在所述第一冷却介质输送路及所述第二冷却介质输送路中,在整个所述轴向上设置所述倾斜部。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的转子,其特征在于,
在所述转子铁心以分体的方式安装有套筒,该套筒形成有所述转子内部流路。
5.根据权利要求4所述的转子,其特征在于,
所述套筒为树脂制品。
6.根据权利要求4或5中任一项所述的转子,其特征在于,
在所述转子铁心在周向上形成有多个连通孔,所述套筒配置于多个所述连通孔。
7.根据权利要求6所述的转子,其特征在于,
所述连通孔及所述套筒在从所述轴向观察的俯视下形成为多边形状。
8.根据权利要求6所述的转子,其特征在于,
所述连通孔及所述套筒在从所述轴向观察的俯视下形成为以所述轴线为中心的圆弧状。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的转子,其特征在于,
在所述转子铁心中的从所述径向观察的侧视下至少一部分与所述转子内部流路重叠的位置,沿着所述轴向配置有磁铁。
10.一种旋转电机,其特征在于,
所述旋转电机具备:
权利要求1至9中任一项所述的转子;以及
包围在所述转子的周围的定子。
11.根据权利要求10所述的旋转电机,其特征在于,
所述定子具备:
定子铁心;以及
线圈,其装配于所述定子铁心,并且具有从所述定子铁心中的所述轴向的两端面突出的线圈末端部,
所述线圈末端部相对于所述转子铁心中的所述轴向的第一侧的端面及所述轴向的第二侧的端面而位于所述轴向的外侧。
公开号:CN110601446
申请号:CN201910488844.8A
发明人:竹岛彻
申请人:本田技研工业株式会社
申请日:2019-06-05
公开日:2019-12-20
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