旋转电机

技术领域

本发明涉及一种旋转电机。

背景技术

旋转电机用于工业设备、电动汽车、混合动力汽车等。其中使用的旋转电机要求小型化、高输出化。为了满足该要求，旋转电机有高速旋转化的倾向。通过高速旋转化，在旋转电机中高频磁通引起的损失、伴随于此的发热增加。在旋转电机的定子侧配置有线圈，并且在转子侧的磁铁插入孔中配置有磁铁。在旋转电机中，主要是线圈和磁铁发热，要求它们的冷却。

为了磁铁的冷却，例如使用使制冷剂直接流过磁铁的方法。制冷剂通过驱动泵等从制冷剂储存部供给到磁铁。插入到转子的磁铁插入孔中的磁铁为了承受转子旋转时产生的离心力、转子停止时产生的排斥力，使用粘接剂等固定在磁铁插入孔中。由于在磁铁与磁铁插入孔的粘接部分不能流过制冷剂，所以使制冷剂流过转子的磁通屏障，冷却磁铁。暴露于磁通屏障的磁铁成为矩形截面的短边，制冷剂沿着短边的壁面流动，因此与制冷剂接触的磁铁的表面积变小，不能有效地冷却磁铁。

因此，提出了如下技术：将沿着磁铁的矩形截面的长边的壁面中的一个壁面与磁铁插入孔粘接，使制冷剂在形成在另一个壁面与磁铁插入孔的内壁面之间的间隙中流动。作为这样的技术，例如有专利文献1和专利文献2。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：国际公开第2019/008820号

专利文献2：国际公开第2015/087445号

发明内容

发明要解决的问题

插入到转子的磁铁插入孔中的磁铁特别是磁铁的轴向中央部的温度容易上升，所以要求积极地冷却该部分。在专利文献1及2中记载的技术中，在磁铁的长边的一个面上，制冷剂在中央部附近也流动，但在粘接的另一个面上没有制冷剂流动，因此不能有效地冷却磁铁。另外，由于磁铁仅一面与磁铁插入孔的内壁面接触，因此磁铁的粘接较弱，由于旋转电机的驱动停止的反复，存在磁铁剥落的可能性。

虽然存在不用粘接剂来固定插入到磁铁插入孔中的磁铁，而使制冷剂在磁铁的长边的两面流动的技术，但由于磁铁没有固定在磁铁插入孔内，因此，由于转子旋转时产生的离心力、转子停止时产生的排斥力，磁铁与磁铁插入孔的壁面碰撞，磁铁有可能破损。

本发明的目的在于提供一种解决上述问题，抑制磁铁的破损，并且提高磁铁的冷却性能的旋转电机。

解决问题的技术手段

用于达成上述目的的本发明的特征在于，具备：旋转轴；转子，其与所述旋转轴连接；以及铁芯端构件，其与轴向上的所述转子的端部连接，所述转子具有：磁铁；转子铁芯，其收纳所述磁铁；以及夹装构件，其夹装在所述磁铁与所述转子铁芯之间，所述转子铁芯形成用于配置所述磁铁的磁铁区域和与所述磁铁区域连接并且产生减磁作用的磁通屏障区域，所述旋转轴设置有制冷剂流动的第1流路，所述铁芯端构件设置有连接所述第1流路和所述磁通屏障区域的第2流路，所述夹装构件是以在从所述轴向观察的所述磁铁的矩形截面的长边、并且是所述轴向的所述磁铁中央部的两相对面上形成有所述制冷剂的冷却流路的方式沿着所述轴向设置。

发明的效果

根据本发明，能够提供一种抑制磁铁的破损并且提高磁铁的冷却性能的旋转电机。

附图说明

图1是沿轴向剖切本发明的实施例1的旋转电机的概略图。

图2是本发明的实施例1的转子的截面图。

图3是放大了本发明的实施例1的转子的一部分的立体图。

图4是放大了本发明的实施例1的转子的一部分的侧视图。

图5是表示本发明的实施例1的制冷剂的流动的转子的立体图。

图6是图4中的VI-VI线截面图。

图7是图4中的VII-VII线截面图。

图8是放大了本发明的实施例2的转子的一部分的立体图。

图9是放大了本发明的实施例3的转子的一部分的立体图。

图10是放大了本发明的实施例4的转子的一部分的立体图。

图11是放大了本发明的实施例5的转子的一部分的立体图。

图12是放大了本发明的实施例6的转子的一部分的立体图。

图13是放大了本发明的实施例7的转子的一部分的立体图。

图14是放大了本发明的实施例8的转子的一部分的立体图。

图15是夹装构件的放大图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施例进行说明。对相同的构成要素赋予相同的符号，不重复相同的说明。

本发明的各种构成要素不必各自独立存在，而是允许一个构成要素由多个构件组成、多个构成要素由一个构件组成、构成要素是其他构成要素的一部分、或者构成要素的一部分与其他构成要素的一部分重复等。

实施例1

使用图1至图7对本发明的实施例1进行说明。图1是沿轴向剖切本发明的实施例1的旋转电机的概略图，图2是本发明的实施例1的转子的截面图，图3是放大了本发明的实施例1的转子的一部分的立体图，图4是放大了本发明的实施例1的转子的一部分的侧视图，图5是表示本发明的实施例1的制冷剂的流动的转子的立体图，图6是图4中的VI-VI线截面图，图7是图4中的VII-VII线截面图。在图中，将纸面上记载的方向定义为上、下、负载侧、反负载侧、径向外侧、径向内侧(旋转轴侧)。另外，将旋转轴的长度方向定义为轴向。

如图1所示，旋转电机1具备：构成外轮廓的壳体10；与可旋转地轴支承在壳体10内的旋转轴21连接的转子20；以及配置在转子20的外周并具备绕组30a的定子30。

壳体10具备：形成为圆筒状的圆筒构件11；在圆筒构件11的一侧闭塞开口的负载侧托架12；闭塞圆筒构件11的另一侧的开口的反负载侧托架13。在负载侧托架12及反负载侧托架13上分别具备旋转支承旋转轴21的轴承14a、14b。

在壳体10的反负载侧具备驱动旋转电机1的逆变器40。

在旋转轴21的负载侧固定有与旋转轴21一起旋转的第1齿轮22。第1齿轮22与第2齿轮23啮合，第2齿轮23固定在泵旋转轴24上。泵旋转轴24与用于使制冷剂(冷却油)循环的泵25连接。在负载侧托架12的负载侧以覆盖第1齿轮22及第2齿轮23的方式具备罩构件15。在罩构件15上具备支承旋转轴21的负载侧端部的轴承16a和支承泵旋转轴24的一端的轴承17a。另外，在由盖构件15和负载侧托架12围成的空间内，具备支承泵旋转轴24的另一端的轴承17b。

在壳体10的下方具备储存制冷剂的制冷剂储存部18。制冷剂储存部18经由未图示的配管与泵25连接，泵25通过未图示的配管与旋转轴21的第1流路21a连接。

如图2所示，第1流路21a从旋转轴21的负载侧端部向轴向的中央部延伸，在转子20的负载侧端部附近朝向径向外侧弯曲，由形成于径向外侧的贯通孔21b形成。

转子20具备磁铁201(永久磁铁)和收纳磁铁201的转子铁芯200。本实施例的磁铁201由钕、镝、铽等重稀土类构成。转子铁芯200通过层叠电磁钢板而构成。

如图3和图4所示，在转子铁芯200上形成有用于插入沿轴向贯通的磁铁201的磁铁插入孔202(磁铁区域)和在磁铁201的矩形截面的短边上沿短边的轴向贯通而形成的磁通屏障203a、203b(磁通屏障区域)。磁通屏障203a位于转子铁芯200的径向内侧，磁通屏障203b位于转子铁芯200的径向外侧。磁通屏障203a、203b(磁通屏障区域)是为了与磁铁插入孔202(磁铁区域)连接并且产生减磁作用而设置的。

磁铁插入孔202形成为V字状，插入到磁铁插入孔202中的磁铁201也配置为V字状。在转子铁芯200的负载侧、反负载侧的轴向端部分别具备铁芯端构件204、205。

在位于负载侧的铁芯端构件204上形成有与形成旋转轴21的第1流路21a的贯通孔21b连通的第2流路204a。第2流路204a从旋转轴侧朝向径向外侧延伸，与位于径向内侧的磁通屏障203a连通。即，第2流路204a作为连接第1流路21a和磁通屏障203a的流路而发挥功能。

在位于反负载侧的铁芯端构件205上形成有制冷剂排出孔205a。制冷剂排出孔205a以朝向铁芯端构件205的轴向贯通的方式形成，与位于径向外侧的磁通屏障203b连通。

通过用于驱动旋转电机1的逆变器40等电源，对旋转电机1的定子30的绕组30a通电，伴随转子20的旋转，产生转矩。此时，因与绕组30a重叠的电流的高次谐波分量而在磁铁201的表面产生涡电流，因此磁铁201发热。由于磁铁201的轴向中央部附近的温度特别高，所以要求积极地冷却该部分。另一方面，磁铁插入孔202为了容许磁铁201的插入而构成为比磁铁201的外径尺寸大。在磁铁201的外表面与磁铁插入孔202的内表面之间形成有间隙。由于磁铁没有固定在磁铁插入孔内，因此，由于转子旋转时产生的离心力、转子停止时产生的排斥力，磁铁与磁铁插入孔的壁面碰撞，磁铁有可能破损。另外，如果为了固定磁铁而使粘接剂流入磁铁插入孔，则制冷剂不流动，因此不能有效地冷却磁铁。对用于解决该问题的方法进行说明。

如图3至图6所示，在磁铁201与转子铁芯之间具备夹装构件301a、301b。夹装构件301a、301b配置在从轴向观察的磁铁201的矩形截面的长边两面。在本实施例中，夹装构件301a、301b配置在磁铁201的轴向两端部(负载侧、反负载侧)。作为夹装构件301a、301b，例如使用发泡粘接剂。发泡粘接剂是在作为基础的粘接剂中分散配合发泡剂而构成的。作为发泡剂，例如使用内包醇等的微胶囊。夹装构件301a、301b从磁铁201的表面突出配置，如图6所示，与磁铁插入孔202的内壁面接触。由此，磁铁201被固定在磁铁插入孔202内，移动被限制。另一方面，在没有配置夹装构件301a、301b的磁铁201的矩形截面的长边，如图7所示，在磁铁插入孔202的轴向的两相对面，形成有与磁通屏障203a、203b连通的冷却流路401。即，夹装构件301a、301b是以在从轴向观察的磁铁201的矩形截面的长边、并且是轴向上的磁铁201的中央部的两相对面上形成有制冷剂的冷却流路401的方式沿轴向设置。

接着，对制冷剂的流动进行说明。图中的虚线表示制冷剂的流动。在图1中，当旋转电机1开始运转而转子20旋转时，固定在转子20的旋转轴21上的第1齿轮22旋转，第1齿轮22的旋转力传递到第2齿轮23。第2齿轮23使泵旋转轴24旋转，旋转驱动与泵旋转轴24连接的泵25。当泵25旋转时，储存在制冷剂储存部18中的制冷剂被泵25吸引，在泵25内被加压并从泵25排出，供给到旋转轴21的第1流路21a。

如图2所示，流入第1流路21a的制冷剂在离心力的作用下从形成于径向外侧的贯通孔21b排出。如图4及图5所示，从形成第1流路21a的贯通孔21b排出的制冷剂在离心力的作用下流入第2流路204a。排出第2流路204a的制冷剂流入磁通屏障203a，如图4、图5、图7所示，从磁通屏障203a流入冷却流路401。制冷剂流过冷却流路401，冷却磁铁201的矩形截面的长边两面。夹装构件301a、301b避开磁铁201的轴向中央部的位置而配置，所以制冷剂有效地冷却温度最高的中央部。通过了冷却流路401的制冷剂流入径向外侧的磁通屏障203b，从铁芯端构件205的制冷剂排出孔205a排出到反负载侧。如图1所示，从制冷剂排出孔205a排出的制冷剂向下方落下，通过贯通孔19a、19b而回收到制冷剂储存部18中。然后，再次从泵25吸引，冷却磁铁201。

根据实施例1，通过夹装构件301a、301b能够抑制磁铁201的移动，进而在磁铁201的轴向中央部的两面上形成供制冷剂流动的冷却流路401，所以能够提供抑制磁铁201的破损，并且提高磁铁201的冷却性能的旋转电机。

实施例2

使用图8对本发明的实施例2进行说明。图8是放大了本发明的实施例2的转子的一部分的立体图。对于与实施例1相同的构成赋予相同的符号，并省略其详细说明。

在实施例2中，与实施例1不同点在于，分割了磁铁201。在磁铁201中产生涡电流，这成为涡电流损失。作为用于降低涡电流损失的对策，将磁铁分割而多个配置是有效的。

在图8中，在转子铁芯200的磁铁插入孔202中配置有多个磁铁201a、201b、201c、201d。另外，在各磁铁201a、201b、201c、201d的矩形截面的两长边上具备夹装构件301a、301b。

排出第2流路204a的制冷剂流入磁通屏障203a，从磁通屏障203a流入冷却流路401a、401b、401c、401d。制冷剂流过冷却流路401a、401b、401c、401d，冷却磁铁201a、201b、201c、201d的矩形截面的长边两面。夹装构件301a、301b避开各磁铁201a、201b、201c、201d的轴向中央部的位置而配置，所以制冷剂有效地冷却温度最高的中央部。通过了冷却流路401a、401b、401c、401d的制冷剂流入径向外侧的磁通屏障203b，从铁芯端构件205的制冷剂排出孔205a排出到反负载侧。

根据实施例2，由于配置多个磁铁201a、201b、201c、201d，所以能够降低涡电流损失，并且能够通过夹装构件301a、301b抑制各磁铁201a、201b、201c、201d的移动。

进而，根据实施例2，由于在磁铁201的轴向中央部的两面上形成供制冷剂流动的冷却流路401a、401b、401c、401d，所以能够提供抑制磁铁201a、201b、201c、201d的破损，并且提高磁铁201a、201b、201c、201d的冷却性能的旋转电机。

实施例3

使用图9对本发明的实施例3进行说明。图9是放大了本发明的实施例3的转子的一部分的立体图。对于与实施例1相同的构成赋予相同的符号，并省略其详细说明。

在实施例3中，与实施例1的不同点在于，将夹装构件301a、301b配置在磁铁201的全周上。即，在实施例3中，除了在磁铁201的矩形截面的长边配置夹装构件301a、301b之外，还在矩形截面的短边配置夹装构件301a、301b。磁通屏障203a、203b形成得比磁铁201的矩形截面的短边窄(参照图6)。配置在磁铁201的矩形截面的短边的夹装构件301a、301b与形成得比磁铁201的矩形截面的短边窄的磁通屏障203a、203b抵接，抑制磁铁201的移动。在形成于磁铁201的矩形截面的长边上的冷却流路401中流动的制冷剂的流动方式与实施例1相同。

根据实施例3，除了实施例1的效果之外，由于在磁铁201的全周上配置夹装构件301a、301b，所以在固定磁铁201的部分面积增加，能够更强地抑制磁铁201的移动。

实施例4

使用图10对本发明的实施例4进行说明。图10是放大了本发明的实施例4的转子的一部分的立体图。对于与实施例1相同的构成赋予相同的符号，并省略其详细说明。

在实施例4中，与实施例1不同点在于，形成多个冷却流路401(冷却流路401a、冷却流路401b、冷却流路401c)。即，除了磁铁201的轴向两端部(夹装构件301a、301b)之外，还在中央部以外的部位配置夹装构件301c、301d，分割流路。在磁铁201的矩形截面的长边流动的制冷剂避开多个夹装构件301a、301b、301c、301d而流动。在实施例4中，制冷剂在夹装构件301a与夹装构件301c之间(冷却流路401a)、夹装构件301c与夹装构件301d之间(冷却流路401b)、夹装构件301d与夹装构件301b之间(冷却流路401c)分流流动。在实施例4中，除了磁铁201的轴向的两端部之外，还配置有两个夹装构件301c、301d，但配置在磁铁201的轴向的两端部以外的夹装构件的数量不限于此，也可以配置三个以上。

根据实施例4，除了实施例1的效果之外，由于任意地设定配置在磁铁201的轴向的两端部以外的夹装构件的数量，所以能够调整在磁铁201的矩形截面的长边流动的制冷剂的位置。进而，能够任意地调整在磁铁201的矩形截面的长边流动的制冷剂的流量。

另外，与实施例3同样地，在实施例4中，夹装构件301a、301b、301c、301d也可以配置在磁铁201的全周。在这种情况下，起到与实施例3同样的效果。

实施例5

使用图11对本发明的实施例5进行说明。图11是放大了本发明的实施例5的转子的一部分的立体图。对于与实施例1相同的构成赋予相同的符号，并省略其详细说明。

在实施例5中，与实施例1的不同点在于，将夹装构件301朝向磁铁201的轴向配置成螺旋状。即，在实施例5中，从磁铁201的负载侧端部朝向反负载侧端部，以螺旋状连续地卷绕的方式配置一根夹装构件301。

在磁铁201的矩形截面的长边流动的制冷剂避开多个夹装构件301而流动。在实施例5中，制冷剂向形成于各夹装构件301间的冷却流路401a、401b、401c、401d分流而流动。

根据实施例5，除了实施例1的效果之外，由于从磁铁201的负载侧端部朝向反负载侧端部，以螺旋状连续地卷绕的方式配置一根夹装构件301，所以能够简化夹装构件301的设置工序。

实施例6

使用图12对本发明的实施例6进行说明。图12是放大了本发明的实施例6的转子的一部分的立体图。对于与实施例1相同的构成赋予相同的符号，并省略其详细说明。

在实施例6中，与实施例1的不同点在于，在磁铁201的轴向两端部(夹装构件301a、301b)及中央部以外的任意位置，以流路面积不均匀的方式配置夹装构件301c～301j。即，在实施例6中，通过将多个夹装构件301c～301j配置在任意的位置，使由这些多个夹装构件301c～301j形成的多个流路的面积不同。

在磁铁201的矩形截面的长边流动的制冷剂避开多个夹装构件301a～301j而流动。在实施例6中，使夹装构件301a～301j的轴向宽度相同，制冷剂例如在夹装构件301a与夹装构件301c之间(冷却流路401a)、夹装构件301d与夹装构件301e之间(冷却流路401b)、夹装构件301e与夹装构件301f之间(冷却流路401c)、夹装构件301f与夹装构件301g之间(冷却流路401d)、夹装构件301i与夹装构件301j之间(冷却流路401e)分流流动。也可以在除此之外的间隙中流动。

在实施例6中，使流路面积如冷却流路401b>冷却流路401a>冷却流路401c>冷却流路401e>冷却流路401d那样不均匀。

根据实施例6，除了实施例1的效果之外，由于将配置在磁铁201的轴向的两端部以外的夹装构件不均匀地配置，所以能够任意地调整在磁铁201的矩形截面的长边的各夹装构件间流动的制冷剂的流量。因此，能够使较多的制冷剂流过想要积极冷却的磁铁201的部位。

另外，与实施例3同样地，在实施例6中，夹装构件301a～301j也可以配置在磁铁201的全周。在这种情况下，起到与实施例3同样的效果。

实施例7

使用图13对本发明的实施例7进行说明。图13是放大了本发明的实施例7的转子的一部分的立体图。对于与实施例1相同的构成赋予相同的符号，并省略其详细说明。

在实施例7中，与实施例1的不同点在于，使配置在磁铁201的轴向两端部的夹装构件301a和夹装构件301b的轴向宽度不同(不均匀)。即，相对于作为一个夹装构件的夹装构件301b的轴向宽度，加宽作为另一个夹装构件的夹装构件301a的轴向宽度。在磁铁201的矩形截面的长边流动的制冷剂避开夹装构件301a、301b而流动。由于夹装构件301a的轴向宽度形成为比夹装构件301b的轴向宽度宽，因此能够使制冷剂的流动位置向夹装构件301b侧偏移。另外，由于夹装构件301a与夹装构件301b之间的流路变窄，因此能够加快在该冷却流路401中流动的制冷剂的流速。

根据实施例7，由于使夹装构件301a和夹装构件301b的轴向宽度不同，所以能够任意地变更流路的位置，能够调整流过磁铁201的制冷剂的位置。进而，由于夹装构件301a与夹装构件301b之间的流路变窄，所以能够加快在该流路中流动的制冷剂的流速，能够加快在磁铁201的轴向中央部流动的流量的流速，能够有效地冷却磁铁201的轴向中央部。

另外，与实施例3同样地，在实施例7中，夹装构件301a、301b也可以配置在磁铁201的全周。此时，起到与实施例3同样的效果。

实施例8

使用图14及图15对本发明的实施例8进行说明。图14是放大了本发明的实施例8的转子的一部分的立体图，图15是夹装构件的放大图。对于与实施例1相同的构成赋予相同的符号，并省略其详细说明。

在实施例8中，与实施例1的不同点在于，配置在磁铁201的轴向两端部的夹装构件由弹性构件302构成。

从径向外侧或径向内侧观察，弹性构件302形成为U字状。弹性构件302由形成U字状的两侧面的一部分且轴向中央部弯曲的多个弹簧部302a、302b、和连接多个弹簧部302a、302b彼此的连接固定部302c构成。

弹性构件302的弹簧部302a、302b沿着磁铁201的矩形截面的短边，从磁铁201的轴向两端朝向轴向中央安装。并且，连接固定部302c通过紧固构件303固定在磁铁201的两端部。

弹簧部302a、302b分别配置在磁通屏障203a、203b上，弯曲的中央部分与磁通屏障203a、203b的内壁接触，保持磁铁201。在磁铁201的矩形截面的长边，在轴向整体上形成有冷却流路401。由于用于形成冷却流路401的弹性构件302仅从磁铁201的轴向端部安装，所以能够简化制造工序。

根据实施例8，除了实施例1的效果之外，由于用于形成冷却流路401的弹性构件302仅从磁铁201的轴向端部安装，所以能够简化制造工序。

另外，本发明不限于上述实施例，还包含各种变形例。上述实施例是为了容易理解地说明本发明而进行的详细说明，并不一定限定于具备所说明的全部构成。

符号说明

1…旋转电机，10…壳体，11…圆筒构件，12…负载侧托架，13…反负载侧托架，14a、14b、16a、17a、17b…轴承，15…罩构件，18…制冷剂储存部，19a、19b…贯通孔，20…转子，21…旋转轴，21a…第1流路，21b…贯通孔，22…第1齿轮，23…第2齿轮，24…泵旋转轴，25…泵，30…定子，30a…绕组，40…逆变器，200…转子铁芯，201、201a、201b、201c、201d…磁铁，202…磁铁插入孔，203a、203b…磁通屏障，204、205…铁芯端构件，204a…第2流路，205a…制冷剂排出孔，301、301a、301b、301c、301d、301e、301f、301g、301h、301i、301j…夹装构件，302…弹性构件，302a、302b…弹簧部，302c…连接固定部，303…紧固构件，401、401a、401b、401c、401d、401e…冷却流路。