CN104218734A

CN104218734A - 旋转电机

Info

Publication number: CN104218734A
Application number: CN201410242573.5A
Authority: CN
Inventors: 长谷川和哉; 田中和德
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2013-06-04
Filing date: 2014-06-03
Publication date: 2014-12-17
Anticipated expiration: 2034-06-03
Also published as: CN104218734B; US9853522B2; US20140354092A1; EP2811624B2; EP2811624B1; EP2811624A1; JP2014236616A

Abstract

一种旋转电机，能避免生产率的降低及风扇噪声的加剧，并能实现冷却性能的提高。在转子(2)的轴线方向端部设有冷却风扇(5)。冷却风扇(5)通过与转子(2)一体旋转而产生冷却风。在配置于比转子(2)更靠径向外侧的位置的定子铁心(11)上，沿周向排列地设有多个定子线圈(12)。各定子线圈(12)分别具有从定子铁心(11)的轴线方向端面突出的线圈端(12a)。在覆盖冷却风扇(5)的前侧外壳(13)设有排气口(26)和凹部(27)，其中，所述排气口(26)的至少一部分存在于比线圈端(12a)更靠径向外侧的位置并供冷却风流过，所述凹部(27)在轴线方向上与线圈端(12a)相对。

Description

旋转电机

技术领域

本发明涉及一种具有与转子一体旋转的冷却风扇的旋转电机。

背景技术

目前，已知有一种为了对配置于转子的径向外侧的多个定子线圈的线圈端进行冷却而利用与转子一体旋转的冷却风扇产生冷却风的车用交流发电机。在上述现有的车用交流发电机中，提出了以下结构：为了提高来自冷却风扇的冷却风对线圈端的冷却性能，使彼此相邻的定子线圈的线圈端的长度不同而在各线圈端间形成落差，以增大线圈端与冷却风的接触面积(例如参照专利文献1)。

专利文献1：日本专利特许第3561927号公报

但是，在上述现有的车用交流发电机中，需使各定子线圈的线圈端的长度不同，因此，各定子线圈的绕线作业变得复杂，降低了生产率。

另外，一部分定子线圈的线圈端的长度增大，因此，覆盖线圈端的外壳与线圈端的间隙局部变得狭小，降低了流过线圈端与外壳之间的间隙的冷却风的风量。藉此，可能会降低线圈端处的冷却性能。

此外，在各线圈端间形成落差，因此，冷却风的流路截面积因部位不同而大幅变动，流体压力的变动变大。藉此，因冷却风扇而产生的风扇噪声可能会加剧特定程度。

发明内容

本发明为解决上述技术问题而作，其目的在于提供一种能避免生产率的降低及风扇噪声的加剧，并能实现冷却性能提高的旋转电机。

本发明的旋转电机包括：转子，该转子以轴线为中心进行旋转；定子，该定子具有定子铁心和多个定子线圈，其中，上述定子铁心呈环状，且配置于比转子更靠径向外侧的位置，上述多个定子线圈在定子铁心的周向上排列地设于定子铁心；外壳，该外壳对转子及定子进行支承；以及冷却风扇，该冷却风扇设于转子的轴线方向端部并被外壳覆盖，且冷却风扇通过与转子一体旋转而产生冷却风，定子线圈分别具有从定子铁心的轴线方向端面突出的线圈端，在外壳设有排气口和凹部，其中，上述排气口的至少一部分存在于比线圈端更靠径向外侧的位置并供冷却风流过，上述凹部在轴线方向上与线圈端相对。

根据本发明的旋转电机，在轴线方向上与定子线圈的线圈端相对的凹部设于外壳，因此，能扩大形成于线圈端与外壳之间的冷却风的流路宽度，并能实现冷却性能的提高。另外，因冷却风的流路宽度的扩大而无需在各线圈端间设置落差，能使各线圈端的长度都相同。藉此，能避免生产率的降低及风扇噪声的加剧。

附图说明

图1是表示本发明实施方式一的车用交流发电机的剖视图。

图2是表示从图1的外壳的内侧观察时的前侧外壳的立体图。

图3是表示图1的冷却风扇及前侧外壳的主要部分的示意剖视图。

图4是表示本发明实施方式二的车用交流发电机的主要部分的示意剖视图。

图5是表示本发明实施方式三的车用交流发电机的主要部分的示意剖视图。

图6是表示本发明实施方式四的车用交流发电机的主要部分的示意剖视图。

图7是表示本发明实施方式五的车用交流发电电动机的剖视图。

图8是表示图7的转子的立体图。

(符号说明)

1 车用交流发电机(旋转电机)

2、42 转子

3、43 定子

4、44 外壳

5、45 冷却风扇

5a、45a 叶片

11、51 定子铁心

12、52 定子线圈

12a、52a 线圈端

13、53 前侧外壳

26 排气口

27 凹部

41 车用交流发电电动机(旋转电机)

具体实施方式

实施方式一

图1是表示本发明实施方式一的车用交流发电机的剖视图。在图中，车用交流发电机(旋转电机)1具有：转子2，该转子2以轴线为中心进行旋转；筒状的定子3，该定子3配置于转子2的径向外侧的位置，并将转子2的外周围住；外壳4，该外壳4对转子2及定子3进行支承；冷却风扇5，该冷却风扇5设于转子2，并通过与转子2一体旋转而产生冷却风；以及电刷装置6，该电刷装置6设于外壳4内，并用于朝转子2进行供电。

转子2具有：转轴7，该转轴7配置于转子2的轴线上；以及转子主体8，该转子主体8设于转轴7并收容于外壳4内。转子主体8具有：励磁线圈9，该励磁线圈9因来自电刷装置6的供电而产生磁通；以及磁极铁心10，该磁极铁心10供励磁线圈9设置，并利用由励磁线圈9产生的磁通而形成磁极。

定子3固定于外壳4内。另外，定子3具有：圆筒状(环状)的定子铁心11，该定子铁心11将转子主体8围住；以及多个定子线圈12，这多个定子线圈12设于定子铁心11，并伴随着转子2的旋转因来自励磁线圈9的磁通变化而产生交流电动势。另外，虽未图示，但在外壳4内设有将定子3中产生的交流电流整流为直流电流的整流器、以及对定子3中产生的交流电压的大小进行调节的电压调节器等。

定子铁心11由磁性体(例如铁等)构成。在本例中，定子铁心11由层叠在转子2的轴线方向上的多片磁性体构成。定子铁心11具有后轭部11a和多个磁极齿部11b，其中，上述后轭部11a呈圆环状，上述多个磁极齿部11b分别从后轭部11a朝径向内侧突出，并被配置成在定子铁心11的周向上彼此隔着间隔。各磁极齿部11b在定子铁心11的周向上等间隔地配置。

定子线圈12设于各磁极齿部11b。另外，多个定子线圈12沿定子铁心11的周向排列。在本例中，各定子线圈12被设成横跨多个磁极齿部11b，周向上彼此相邻的定子线圈12的一部分彼此在径向上重叠配置。各定子线圈12分别具有沿转子2的轴线方向从定子铁心11的端面(定子铁心11的轴线方向端面)突出的线圈端12a。

各线圈端12a的顶部到达冷却风扇5的径向外侧的位置。各线圈端12a的长度(各线圈端12a的轴线方向上的尺寸)都是相同的。藉此，各线圈端12a的顶部相对于定子铁心11的轴线方向端面的位置在转子2的轴线方向上相同。即，各定子线圈12以各线圈端12a的顶部不在转子2的轴线方向上彼此偏移的方式(即，以各线圈端12a的顶部间不在转子2的轴线方向上形成落差的方式)沿周向排列。

外壳4由分别呈大致碗形状的铝制的前侧外壳13及后侧外壳14构成。前侧外壳13及后侧外壳14在使各自的开口部彼此相对的状态下被未图示的多根螺栓彼此固定。前侧外壳13及后侧外壳14分别在转子2的轴线方向上与转子2及定子3相对。在本例中，前侧外壳13及后侧外壳14分别通过砂型铸造、铝压铸等铸造而成形。

转轴7贯穿前侧外壳13及后侧外壳14各自的中心。此外，转轴7通过轴承15能自由旋转地分别支承于前侧外壳13及后侧外壳14。

冷却风扇5分别固定于转子主体8的轴线方向两端面。因此，固定于转子主体8的一个端面的冷却风扇5被前侧外壳13覆盖，固定于转子主体8的另一个端面的冷却风扇5被后侧外壳14覆盖。另外，冷却风扇5具有在冷却风扇5的旋转方向上彼此隔着间隔配置的多片叶片5a。各叶片5a配置于冷却风扇5的外周部。

电刷装置6具有：一对集电环16，这一对集电环16固定于转轴7的后侧部分；以及一对电刷17，这一对电刷17设于外壳4内，并与各集电环16个别地接触。当转轴7旋转时，各集电环16一边与各电刷17相对滑动，一边以转轴7的轴线为中心进行旋转。

另外，在从前侧外壳13朝外壳4外突出的转轴7的端部固定有带轮18，该带轮18卷挂有用于传递动力的传动带(未图示)。

图2是表示从图1的外壳4的内侧观察时的前侧外壳13的立体图。另外，图3是表示图1的冷却风扇5及前侧外壳13的主要部分的示意剖视图。在图中，前侧外壳13具有：环状的外框部19，该外框部19与转子2同轴配置；环状的中间框部20，该中间框部20与外框部19同轴配置，且配置于在转子2的轴线方向上比外框部19更远离转子主体8的位置；轴套部22，该轴套部22设有供转轴7穿过的通孔21，并配置于中间框部20的内侧位置；多个轮辐23，这多个轮辐23连接在中间框部20与轴套部22之间；以及多个肋24，这多个肋24连接在外框部19与中间框部20之间。在外框部19的内周部设有供定子铁心11嵌入的台阶部。

各轮辐23在转子2的轴线方向上配置于与转子主体8相对的位置。另外，各轮辐23分别沿着前侧外壳13的径向配置，且在前侧外壳13的周向上彼此隔着间隔配置。藉此，在前侧外壳13的中间框部20与轴套部22之间的位置形成有由各轮辐23分隔开的多个吸气口25。

各肋24配置于比冷却风扇5更靠径向外侧的位置。另外，各肋24在前侧外壳13的周向上彼此隔着间隔配置。藉此，在前侧外壳13的外框部19与中间框部20之间的位置形成有由各肋24分隔开的多个排气口26。

在本例中，各肋24具有：肋轴线方向部24a，该肋轴线方向部24a在线圈端12a的径向外侧的位置从外框部19沿着线圈端12a配置；以及肋径向部24b，该肋径向部24b一边从肋轴线方向部24a的端部弯曲，一边通过线圈端12a的轴线方向外侧而到达中间框部20。藉此，将各排气口26设为从线圈端12a的径向外侧的位置到达比线圈端12a更靠近转轴7的位置的狭缝状的孔。

为了确保因冷却风扇5旋转而产生的冷却风的流量，使前侧外壳13中的和冷却风扇5的叶片5a相对的面(风扇相对面)与冷却风扇5的叶片5a之间的间隙比冷却风扇5的其它部分与前侧外壳13之间的间隙狭小。在本例中，如图3所示，中间框部20在转子2的轴线方向上与冷却风扇5的叶片5a相对。

因冷却风扇5旋转而产生的冷却风从外壳4外经由各吸气口25而被输送至外壳4内。经由各吸气口25而被输送至外壳4内的冷却风在外壳4内朝前侧外壳13的径向外侧流动，并在流过形成于线圈端12a与前侧外壳13之间的流路之后，流过各排气口26而被排出至外壳4外。冷却风在流过线圈端12a与前侧外壳13之间的流路时，与线圈端12a之间进行热交换。线圈端12a通过与冷却风之间的热交换而被冷却。

在各肋24的肋径向部24b上设有凹部27，该凹部27在转子2的轴向方向上与线圈端12a相对。肋径向部24b的壁厚因设有凹部27而比中间框部20的壁厚薄。

凹部27以避开前侧外壳13的与冷却风扇5的叶片5a相对的部分的方式设于肋径向部24b。因此，在本例中，以避开中间框部20的方式将凹部27设于肋径向部24b。凹部27的内表面具有：线圈端相对面27a，该线圈端相对面27a在转子2的轴线方向上与线圈端12a相对；以及凹部侧面27b，该凹部侧面27b将中间框部20的风扇相对面与线圈端相对面27a连接。

凹部侧面27b是沿着转子2的轴线方向形成的面。线圈端相对面27a是在转子2的轴线方向上形成于比肋径向部24b的风扇相对面更远离冷却风扇5及线圈端12a的位置的面。藉此，形成于线圈端12a与各肋径向部24b之间的冷却风的流路(间隙)的宽度与没有凹部27的情况相比是较大的。

在这种车用交流发电机中，在转子2的轴线方向上与线圈端12a相对的凹部27设于前侧外壳13，因此，能扩大形成于线圈端12a与前侧外壳13之间的冷却风的流路宽度。藉此，能增加流过线圈端12a与前侧外壳13之间的冷却风的风量，并能增加线圈端12a的热交换量。因此，能实现线圈端12a的冷却性能的提高。

另外，由于能增加流过线圈端12a与前侧外壳13之间的冷却风的风量，因此，即便不采用使线圈端12a的顶部的位置在转子2的轴线方向上偏移(在转子2的轴线方向上设置落差)来增大线圈端12a与冷却风的接触面积的方法，也能确保对线圈端12a的冷却性能。藉此，能避免定子线圈12的绕线作业的复杂化，并能避免生产率的降低。

此外，凹部27被设成避开风扇相对部分，因此，能防止冷却风扇5的叶片5a与前侧外壳13之间的间隙因凹部27而扩大，从而能确保冷却风的风量。藉此，能防止线圈端12a的冷却性能的降低。

另外，各线圈端12a的长度在转子2的轴线方向上都相同，因此，能防止因一部分定子线圈12的轴线方向长度变长而导致定子线圈12的铜损增大。此外，能防止形成于线圈端12a与各肋径向部24b之间的冷却风的流路截面积因部位不同而大幅变动。藉此，能抑制流过流路的流体压力的变动，并能避免因冷却风扇5而产生的风扇噪声加剧。

实施方式二

在实施方式一中，凹部侧面27b是沿着转子2的轴线方向形成的面，但也可将凹部侧面27b设为相对于转子2的轴线方向倾斜的面。

图4是表示本发明实施方式二的车用交流发电机的主要部分的示意剖视图。如图所示，凹部侧面27b是以其与转轴7的距离随着在转子2的轴线方向上远离转子2及定子3而连续变大的方式相对于转子2的轴线倾斜的平面。其它的结构与实施方式一相同。

即便是这种结构，也能获得与实施方式一相同的效果。

实施方式三

在实施方式二中，凹部侧面27b是相对于转子2的轴线倾斜的面，但也可将凹部侧面27b设为台阶状的面。

图5是表示本发明实施方式三的车用交流发电机的主要部分的示意剖视图。如图所示，凹部侧面27b是沿着轴线方向的第一面和沿着径向的第二面彼此连续的台阶状的面。在本例中，由两个第一面和一个第二面构成凹部侧面27b。凹部侧面27b的两个第一面中，距转子2及定子3较近的第一面与转轴7的距离比远离转子2及定子3的第一面与转轴7的距离小。其它的结构与实施方式一相同。

即便是这种结构，也能获得与实施方式一相同的效果。

实施方式四

在实施方式三中，凹部侧面27b是台阶状的面，但也可将凹部侧面27b设为曲面。

图6是表示本发明实施方式四的车用交流发电机的主要部分的示意剖视图。如图所示，凹部侧面27b是以其与转轴7的距离随着在转子2的轴线方向上远离转子2及定子3而连续变大的方式形成的平面。在本例中，凹部侧面27b是沿着在线圈端12a与肋径向部24b之间的流路内具有中心点的圆弧的曲面。其它的结构与实施方式一相同。

即便是这种结构，也能获得与实施方式一相同的效果。

实施方式五

在各上述实施方式中，本发明应用于车用交流发电机，但也可将本发明应用于旋转电机即发电电动机。

图7是表示本发明实施方式五的车用交流发电电动机的剖视图。另外，图8是表示图7的转子的立体图。在图中，车用交流发电电动机(旋转电机)41具有：爪极式的转子42，该转子42以轴线为中心进行旋转；筒状的定子43，该定子43配置于转子42的径向外侧的位置，并将转子42的外周围住；外壳44，该外壳44对转子42及定子43进行支承；冷却风扇45，该冷却风扇45设于转子42，并通过与转子42一体旋转而产生冷却风；以及电刷装置46，该电刷装置46设于外壳44内，并用于朝转子42进行供电。

转子42具有：转轴47，该转轴47配置于转子42的轴线上；以及转子主体48，该转子主体48设于转轴47并收容于外壳44内。转子主体48具有：励磁线圈49，该励磁线圈49因来自电刷装置46的供电而产生磁通；以及磁极铁心50，该磁极铁心50设有励磁线圈49，并利用由励磁线圈49产生的磁通而形成磁极。

磁极铁心50由一对彼此啮合的第一磁极铁心部71及第二磁极铁心部72构成。如图8所示，第一磁极铁心部71及第二磁极铁心部72分别具有爪状磁极73、74。在相邻的各爪状磁极73、74固定有永磁体75，该永磁体75被朝减少上述爪状磁极73、74间的磁通泄漏的方向磁化。

定子43固定于外壳44内。另外，定子43具有：圆筒状的定子铁心51，该定子铁心51将转子主体48围住；以及多个定子线圈52，这多个定子线圈52设于定子铁心51，并伴随着转子42的旋转因来自励磁线圈49的磁通变化而产生交流电动势。另外，虽未图示，但在外壳44内设有将定子43中产生的交流电流整流为直流电流的整流器、以及对定子43中产生的交流电压的大小进行调节的电压调节器等。

定子铁心51由磁性体(例如铁等)构成。在本例中，定子铁心51由层叠在转子42的轴线方向上的多片磁性体构成。定子铁心51具有后轭部51a和多个磁极齿部51b，其中，上述后轭部51a呈圆环状，上述多个磁极齿部51b分别从后轭部51a朝径向内侧突出，并被配置成在定子铁心51的周向上彼此隔着间隔。各磁极齿部51b在定子铁心51的周向上等间隔地配置。

定子线圈52设于各磁极齿部51b。另外，多个定子线圈52沿定子铁心51的周向排列。在本例中，各定子线圈52被设成横跨多个磁极齿部51b，周向上彼此相邻的定子线圈52的一部分彼此在径向上重叠配置。各定子线圈52分别具有沿转子42的轴线方向从定子铁心51的端面(定子铁心51的轴线方向端面)突出的线圈端52a。

各线圈端52a的顶部到达冷却风扇45的径向外侧的位置。各线圈端52a的长度(各线圈端52a的轴线方向上的尺寸)都是相同的。藉此，各线圈端52a的顶部相对于定子铁心51的轴线方向端面的位置在转子42的轴线方向上都相同。即，各定子线圈52以各线圈端52a的顶部不在转子42的轴线方向上彼此偏移的方式(即，以各线圈端52a的顶部间不在转子42的轴线方向上形成落差的方式)沿周向排列。

外壳44由分别呈大致碗形状的铝制的前侧外壳53及后侧外壳54构成。前侧外壳53及后侧外壳54在使各自的开口部彼此相对的状态下被未图示的多根螺栓彼此固定。前侧外壳53及后侧外壳54分别在转子42的轴线方向上与转子42及定子43相对。在本例中，前侧外壳53及后侧外壳54分别通过砂型铸造、铝压铸等铸造而成形。

转轴47贯穿前侧外壳53及后侧外壳54各自的中心。此外，转轴47通过轴承55能自由旋转地分别支承于前侧外壳53及后侧外壳54。

冷却风扇45分别固定于转子主体48的轴线方向两端面。因此，固定于转子主体48的一个端面的冷却风扇45被前侧外壳53覆盖，固定于转子主体48的另一个端面的冷却风扇45被后侧外壳54覆盖。另外，冷却风扇45具有在冷却风扇45的旋转方向上彼此隔着间隔配置的多片叶片45a。各叶片45a配置于冷却风扇45的外周部。

电刷装置46具有：一对集电环56，这一对集电环56固定于转轴47的后侧部分；以及一对电刷57，这一对电刷57设于外壳44内，并与各集电环56个别地接触。当转轴47旋转时，各集电环56一边与各电刷57相对滑动，一边以转轴47的轴线为中心进行旋转。

前侧外壳53的结构与实施方式一的前侧外壳13的结构相同。另外，在前侧外壳53的各肋24设有凹部27，该凹部27在转子42的轴线方向上与线圈端52a相对。凹部27的结构也与实施方式一相同。

在从前侧外壳53朝外壳44外突出的转轴47的端部固定有带轮58，该带轮58卷挂有用于传递动力的传动带(未图示)。在后侧外壳54上设有用于与逆变器电路(未图示)连接的端子台61。配线基板62与端子台61连接。

接着，对将发电电动机41用作发电机的情况下的动作进行说明。从电池(未图示)经由电刷57、集电环56朝励磁线圈49供给电流而产生磁通，在第一磁极铁心部71的爪状磁极73磁化出N极，在第二磁极铁心部72的爪状磁极74磁化出S极。另一方面，利用发动机驱动带轮58以使转子42旋转，因此，朝定子线圈52施加旋转磁场以产生电动势。该交流电动势经由整流器而被整流为直流，并利用电压调节器调节其大小以朝电池进行充电。

接着，对将发电电动机41用作电动机的情况下的动作进行说明。发动机启动时，交流电流被供给至定子线圈52。另外，励磁电流经由电刷57、集电环56朝励磁线圈49供给而产生磁通，在第一磁极铁心部71的爪状磁极73磁化出N极，在第二磁极铁心部72的爪状磁极74磁化出S极。此外，定子线圈52及转子主体48作为电磁体起作用，转子主体48与转轴47一起在定子43内进行旋转。该转轴47的旋转力经由带轮58传递至发动机的输出轴，以启动发动机。

即便将本发明应用于上述发电电动机41，也能获得与实施方式一相同的效果。

另外，在各上述实施方式中，凹部27仅设于肋24，但并不限于此，例如在转子2的轴线方向上与线圈端12a相对地设于肋24的凹部27也可形成至中间框部20。

另外，在各上述实施方式中，将各排气口26设为从线圈端12a的径向外侧的位置到达比线圈端12a更靠近转轴7的位置的狭缝状的孔，但只要各排气口26的至少一部分存在于线圈端12a的径向外侧的位置即可，例如也可只在线圈端12a的径向外侧的位置设置各排气口26。

另外，在各上述实施方式中，凹部27以避开前侧外壳13、53的与冷却风扇5、45的叶片5a、45a相对的部分的方式设于肋径向部24b，但只要能确保由冷却风扇5、45产生的冷却风的风量，也可使凹部27的一部分形成至前侧外壳13、53的与叶片5a、45a相对的部分。

Claims

1.一种旋转电机，其特征在于，包括：

转子，该转子以轴线为中心进行旋转；

定子，该定子具有定子铁心和多个定子线圈，其中，所述定子铁心呈环状，且配置于比所述转子更靠径向外侧的位置，所述多个定子线圈在所述定子铁心的周向上排列地设于所述定子铁心；

外壳，该外壳对所述转子及所述定子进行支承；以及

冷却风扇，该冷却风扇设于所述转子的轴线方向端部并被所述外壳覆盖，所述冷却风扇通过与所述转子一体旋转而产生冷却风，

所述定子线圈分别具有从所述定子铁心的轴线方向端面突出的线圈端，

在所述外壳设有排气口和凹部，其中，所述排气口的至少一部分存在于比所述线圈端更靠径向外侧的位置并供所述冷却风流过，所述凹部在轴线方向上与所述线圈端相对。

2.如权利要求1所述的旋转电机，其特征在于，

所述凹部被设成避开所述外壳的与所述冷却风扇的叶片相对的部分。

3.如权利要求1或2所述的旋转电机，其特征在于，

各所述线圈端的长度都是相同的。