CN111971879A - 内燃机用旋转电机及其转子 - Google Patents

Abstract

转子(21)具有转子芯(22)。转子芯具有筒状的外筒(22b)及向外筒的一端扩展的底板(22c)。底板具有贯通底板的通孔(22e)。转子具有叶片(28)。叶片靠近通孔配置。叶片向通孔施加负压或正压。旋转电机利用了通过通孔的流动。

Description

内燃机用旋转电机及其转子

相关申请的交叉引用

本申请以2018年3月27日提交的日本专利申请第2018-59817号为基础申请，基础申请的公开内容全部通过引用并入本申请。

技术领域

本说明书中的公开，涉及一种内燃机用旋转电机及其转子。

背景技术

专利文献1和专利文献2公开了一种内燃机用旋转电机及其转子。内燃机用旋转电机，具备风扇。作为背景技术所列举的现有技术文献中的公开内容，作为本说明书中技术要素的说明内容援引并入本申请。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：特开昭59-35547号公报

专利文献2：特开2001-45714号公报

发明内容

在专利文献1的结构中，风扇部件设置在旋转电机的内部。风扇在旋转电机、尤其在转子的内部产生流动。另一方面，专利文献2从转子的外部导入流动。在内燃机用旋转电机中，要求高效地产生流动。在上述观点或未提及的其他观点中，要求对内燃机用旋转电机及其转子进行进一步的改良。

本公开的一个目的在于，提供一种内燃机用旋转电机及转子，其通过配置在转子的内部的部件而高效生成流动。

在此公开的内燃机用旋转电机的转子，其包括：转子芯(22)，其具有筒状的外筒(22b)和向外筒的一端扩展的底板(22c)，且设有贯通底板的通孔(22e)；以及叶片(28、228、328)，其配置于外筒的内侧的底板上，且在转子的旋转方向(R21)上位于通孔的前方侧或后方侧。

本公开的内燃机用旋转电机的转子，通过叶片产生通过通孔的流动。当叶片位于通孔的前方侧时，在叶片的后方侧产生负压，并且产生通过通孔的内向流。当叶片位于通孔的后方侧时，在叶片的前方侧产生正压，并且产生通过通孔的外向流。转子可利用内向流或外向流。其结果是，提供了一种内燃机用旋转电机的转子，其通过配置在转子内部的叶片而高效产生流动。

在此公开的内燃机用旋转电机，包括上述转子(21)、以及与转子相对的定子(31)。

本说明书中公开的多种实施方式，采用彼此不同的技术手段以实现各自的目的。权利要求书以及其各项中所记载的括号中的附图标记，用于举例说明与后述实施方式相关部分的对应关系，并不意图限制本发明的技术范围。通过参考以下的详细说明及附图，本说明书所要公开的目的、特征和效果会更加明确。

附图说明

图1是第一实施方式提供的旋转电机的截面图。

图2是转子内的平面图。

图3是转子的局部截面图。

图4是第二实施方式中转子的局部截面图。

图5是第三实施方式中转子内的平面图。

图6是转子的局部截面图。

具体实施方式

下面，结合说明书附图对多个实施方式进行说明。这多个实施方式中，在功能上和/或结构上的对应部分和/或关联部分，有时标记为相同的附图标记、或仅标记为百位以上的数位不同的附图标记。对于对应部分和/或关联部分，可以参考其他实施方式中的相关说明。

第一实施方式

图1表示内燃机用旋转电机的示意性结构。内燃机***10具备内燃机(发动机12)和内燃机用旋转电机(以下简称为旋转电机15)。旋转电机15的一个应用示例，是由发动机12驱动的发电机。在这种情况下，旋转电机15向包括电池的多个电负荷供电。旋转电机15的用途也可以是发电电动机。在这种情况下，旋转电机15既可作为发电机发挥功能，也可作为电动机发挥功能。在这种情况下，旋转电机15，例如可作为用于起动发动机12的起动马达发挥功能。

发动机12具有机身13。机身13由发动机12的曲轴箱或罩体提供。机身13限定用于容纳旋转电机15的收容室13a。收容室13a是充满空气的干式空腔，或者是空气与润滑油、或空气与冷却液混合的湿式空腔。旋转电机15向该收容室13a内的流体散热。这里，流体包括空气、润滑油和/或冷却液。发动机12具有旋转轴14。旋转轴14由曲轴或与曲轴联动的轴提供。旋转轴14与旋转电机15连结。

旋转电机15通过安装于发动机12而与发动机12联动。发动机12是安装在交通工具上的交通工具用发动机或通用发动机。在此，交通工具的用语应该广义地解释，包括车辆、船舶、航空器等移动物体，以及诸如游乐设备、模拟设备等固定物体。另外，通用发动机可以用作例如发电机和泵。在本实施方式中，发动机12搭载于鞍乘型车辆。

旋转电机15组装在机身13和旋转轴14上。旋转电机15为外转子型的旋转电机。旋转电机15具有转子21和定子31。在以下的说明中，轴向一词是指将转子21、定子31、或定子芯32看作圆筒时沿其中心轴AX的方向。径向一词是指将转子21、定子31、或定子芯32看作圆筒时的直径方向。

转子21为是励磁元件。转子21整体呈杯状。转子21被固定在旋转轴14的端部。转子21与旋转轴14一同旋转。转子21具有杯状的转子芯22。转子21具有配置在转子芯22的内表面上的永久磁铁23。转子21通过永久磁铁23提供旋转磁场。永久磁铁23由多个圆弧状磁铁提供。转子21具有用于固定永久磁铁23的支架24。永久磁铁23也可以通过粘接剂来固定。

转子芯22与旋转轴14连接。旋转轴14具有外表面14a，用于接受转子芯22。外表面14a为前端变小的锥形面。转子芯22与旋转轴14通过键配合等旋转方向上的定位机构相连接。转子芯22通过作为固定构件的螺母14b被紧固并固定到旋转轴14上。转子芯22提供用于后述永久磁铁的磁轭。转子芯22是磁性金属制品。

转子芯22具有内筒22a、外筒22b和底板22c。内筒22a与旋转轴14连接。内筒22a提供毂部。外筒22b为筒状。外筒22b位于内筒22a的径向外侧、且与内筒22a分离。外筒22b在内表面上支承永久磁铁23。底板22c为环状。底板22c向外筒的一端扩展。底板22c在内筒22a与外筒22b之间扩展。

内筒22a具有接受旋转轴14的通孔。内筒22a具有内表面22d。内表面22d为与外表面14a接触的锥形面。在本实施方式中，内筒22a、外筒22b和底板22c由连续材料一体地形成。内筒22a、外筒22b和底板22c也可以由多个构件提供。例如，也可以通过其它的构件提供用于提供内筒22a的毂部分，并通过铆钉等连结构件进行连结。

底板22c具有通孔22e。通孔22e连通杯状的转子21的内外。通孔22e位于底板22c所提供的环状范围的径向外侧。通孔22e在一端向转子21的内侧开口。通孔22e在另一端仅在底板22c的轴向端面开口。

支架24是杯状的构件。支架24从永久磁铁23的端面延伸至永久磁铁23的内表面、以及底板22c的内表面。支架24通过铆钉等固定构件固定在底板22c上。支架24将永久磁铁23固定于转子芯22上。支架24提供径向内表面24a。径向内表面24a也是转子21的内表面。支架24由薄型非磁性金属制成。

支架24以不覆盖通孔22e的方式形成。支架24有时具有相当于通孔22e的通孔。其结果是，通孔22e不仅被识别为转子芯22上的孔，还被识别为转子21上的孔。通孔22e连通转子21的内外。

定子31为电枢。定子31为环状构件。定子31为外凸极式定子。定子31固定于机身13。定子31具有可接受旋转轴14和内筒22a的通孔。定子31具有隔着间隙与转子21的内表面相对的外周面。

定子31具有定子芯32。定子芯32配置在转子21的内侧。定子芯32固定于机身13。定子芯32的形状通过在径向内侧设置的环状部、以及在径向外侧设置的多个齿(凸极)来表征。

定子31具有被安装在定子芯32上的定子线圈33。定子线圈33安装在定子芯32的一部分上。定子线圈33卷绕在定子芯32上。定子线圈33提供单相绕组、或多相绕组。定子线圈33配置在定子芯32的径向外侧的齿上。定子线圈33提供电枢绕组。定子芯32由作为固定构件的螺栓35固定到机身13上。螺栓35贯通定子芯32。螺栓35将定子芯32固定到机身13的罩体上。螺栓35可被视为旋转电机15的一个部件、或发动机12的一个部件。

图2是图1中箭头II方向的转子21的平面图。箭头R21是转子21的旋转方向R21。在以下的说明中，相对于旋转方向R21的方向而言的对象物的前方侧有时也被称为前进方向，相对于旋转方向R21而言的对象物的后方侧有时被称为后退方向。转子21中的多个通孔22e的位置等被相对正确地描绘。

转子21设有多个通孔22e。多个通孔22e彼此等间隔地配置。多个通孔22e在转子21的轴向内表面上彼此分离地分散配置。转子21的轴向内表面在周向彼此相邻的两个通孔22e之间扩伸。通孔22e在转子21的轴向内表面上位于径向外侧。通孔22e靠近转子21的径向内表面24a。通孔22e与内筒22a明显分离。转子21的轴向内表面在内筒22a与通孔22e之间扩展。在径向内表面24a与通孔22e之间，存在有限的轴向内表面。另外，通孔22e的边缘也可以与径向内表面24a相接。通孔22e是圆形的孔。

返回图1，旋转电机15具有风扇25。风扇25具有内环26、外环27、以及在内环26与外环27之间延伸的叶片28。内环26由形成在内筒22a上的凸缘22f固定。风扇25可通过凸缘22f的铆接、粘接、压入等多种固定机构固定在转子21上。风扇25从内筒22a沿着转子21的轴向内表面延伸。风扇25经由转子21的轴向内表面到达转子21的轴向内表面的径向外边缘。风扇25是转子21的一部分。风扇25由树脂制成。风扇25也可以由铝等金属制成。

在图2中，风扇25具有多个叶片28。多个叶片28彼此等间隔地配置。多个叶片28在转子21的轴向内表面上彼此分离地分散配置。

一个叶片28，从内环26朝向径向外侧延伸。叶片28从内环26与内环26的切线方向平行地延伸。叶片28具有直线部分28a和曲线部分28b。直线部分28a与曲线部分28b相比、占据径向更内侧部分。曲线部分28b与直线部分28a相比占据径向更外侧部分。曲线部分28b以向后退方向卷入的方式弯曲。叶片28在经由直线部分28a和曲线部分28b后到达外环27。

叶片28具有后掠角RDn。后掠角RDn，是叶片28相对于径向的倾斜角。叶片28以从径向内侧朝向径向外侧逐渐向旋转方向R21的后方侧后退的方式相对于径向倾斜。假定一个叶片28的中心为叶片轴BLn。在此，将叶片28的直线部分28a的中心作为叶片轴BLn。进一步地，假定径向轴线Rn经过内环26与一个叶片28的交点。在这种情况下，叶片28的后掠角RDn如箭头所示。曲线部分28b在旋转方向R21上比叶片28更向后弯曲。换言之，限定曲线部分28b的中心在旋转方向R21上位于比叶片28更靠后的位置。叶片28从内环26朝向外环27以后掠角RDn延伸。后掠角RDn可以由直线部分28a和曲线部分28b的整体来限定。在这种情况下，叶片28也具有后掠角。

叶片28具有，作为在旋转方向R21上的前方侧的前缘、和作为在旋转方向R21上的后方侧的后缘。前缘在径向内侧的内端点L1与径向外侧的外端点L3之间延伸。前缘以朝向旋转方向R21的前方凸出的方式弯曲。前缘具有直线部分28a与曲线部分28b的分界点L2。后缘在径向内侧的内端点T1与径向外侧的外端点T3之间延伸。后缘以朝向旋转方向R21的前方凹陷的方式弯曲。后缘具有直线部分28a与曲线部分28b的分界点T2。

叶片28配置在转子21内。叶片28配置在外筒22b内侧的底板22c上。多个叶片28与转子21内的面、例如底板22c的面相接触。叶片28配置在底板22c的与定子31相对的面上。

多个叶片28以等间隔放射状地配置。多个叶片28以与多个通孔22e相同的角度间隔配置。多个叶片28被配置成沿着转子21的旋转方向逐渐从内筒22a向外筒22b扩展的螺旋状。所有的叶片28具有相同的形状。

在周向上彼此相邻的两个叶片28之间限定有与叶片28的轴向高度相当的空腔22g。空腔22g是扇形的。空腔22g，随着从径向内端朝向径向外端而逐渐向后退方向推移。由于叶片28具有后掠角RDn，因此沿着叶片28逐渐产生从径向内侧朝向径向外侧的流动。该流动包括空气的流动、含油混合物的流动、液体的流动等各种流体的流动。

一个叶片28配置在两个通孔22e之间的底板22c上。叶片28位于一个通孔22e的旋转方向R21的前方侧。叶片28位于向一个通孔22e的前方侧扩展的底板22c上。叶片28在旋转方向R21上，靠近在旋转方向R21上彼此分离且相邻的两个通孔22e中位于后方侧的通孔22e。

叶片28相对于转子21的径向倾斜配置。叶片28在曲线部分28b处靠近通孔22e。曲线部分28b的后掠角RDn大于直线部分28a。叶片28从一个通孔22e的径向内侧朝向径向外侧延伸。该叶片28在旋转方向R21上向位于上述一个通孔22e的后方侧的、另一个通孔22e的前方侧延伸。叶片28在曲线部分28b处以卷附于通孔22e的方式延伸。曲线部分28b以卷附通孔22e的径向外侧的圆弧部分上的方式延伸。

曲线部分28b的一部分与通孔22e重叠。这一部分从底板22c上呈檐状地突出到通孔22e的上方。叶片28可以部分地配置在通孔22e的上方。然而，叶片28不是以将一个通孔22e分割成两部分的方式配置。即，叶片28不会延伸至通孔22e的上方。由此，可抑制叶片28的破损。全部的多个叶片28，相对于多个通孔22e都处于上述位置。相对于全部的多个通孔22e，多个叶片28处于上述位置。多个叶片28被分别定位在多个通孔22e各自的前方侧或后方侧。

叶片28也可以与通孔22e的周缘部接触。另外，叶片28也可以通过跨过通孔22e的周缘部而堵塞通孔22e的一部分。然而，叶片28堵塞整个通孔22e，或叶片28将通孔22e分割成多个区域是不合适的。

图3表示图2中III-III线的示意性截面。在此，图示了底板22c和风扇25。当转子21朝向旋转方向R21旋转时，转子21的外侧的空气作为外侧流OTF流动，转子21的内侧的空气作为内侧流INF流动。叶片28产生避开叶片28而流动的上升流LF。此时，在旋转方向R21上的、叶片28的前方侧LS产生压力的上升。在旋转方向R21上的、叶片28的后方侧TS则产生压力的下降。

叶片28产生通过通孔22e的内向流IWF。由于叶片28在旋转方向R21上位于通孔22e的前方侧紧前方，因此，在后方侧TS产生从转子21的外侧朝向内侧的内向流IWF。换言之，叶片28足够靠近通孔22e，从而可在后方侧TS产生内向流IWF。即，叶片28靠近后方侧的通孔22e，以使在后方侧TS产生的负压作用于通孔22e。由此，促进通过通孔22e的流体的流动。流体的流动促进转子21的散热以及定子31的散热。即使叶片28与通孔22e的周缘部接触、或者叶片28堵塞通孔22e的一部分，也能够促进转子21的散热以及定子31的散热。

叶片28从内筒22a到外筒22b是连续形成的。叶片28即使在转子21的内部也配置在与定子31相对的侧面。叶片28优选以这种方式配置。其结果是，产生与后述空气的相互作用。

通常已知：转子21内部的环境温度随着定子线圈33的发热、转子芯22和/或定子芯32的发热，会高于转子21外部的环境温度。因此，使转子21外部的低温流体高效地流向转子21内部，可提高散热效果。由于通孔22e配置在定子线圈33的附近，因此，当较低温的内向流IWF从外部导入到内部时，低温流体就被提供给了定子线圈33。因此，上述结构进一步提高了散热效果。另外，从径向外侧朝向径向内侧连续的叶片28能够向发热的定子芯32整体供给较低温的流体。

而且，叶片28从径向内侧朝向径向外侧逐渐接近通孔22e的边缘。而且，叶片28在曲线部分28b处以卷附于通孔22e的方式弯曲。因此，在转子21的内部，在生成从径向内侧朝向径向外侧的流动的同时，在转子21的径向外侧的通孔22e的外侧部分会生成更强的内向流IWF。

根据以上所述的实施方式，能够通过在转子21的内部配置叶片28的简单结构高效地生成气流。还提供一种内燃机用旋转电机的转子21，其通过配置在转子21内部的叶片28而高效产生流动。进一步地，提供一种具备该转子21的内燃机用旋转电机。

第2实施方式

本实施方式是以在先实施方式为基础形态的变形例。在上述实施方式中，叶片28是与中心轴AX平行的直立板。可替代地，叶片也可以是相对于中心轴AX倾斜的倾斜板。

在图4中，叶片228相对于与中心轴AX平行的面倾斜。其倾斜方向是相对于旋转方向R21的后退方向。即，叶片228以随着远离底板22c而在旋转方向R21上向后退方向推移的方式倾斜。叶片228由倾斜板提供。该叶片228可高效率地生成内向流IWF。

第3实施方式

本实施方式是以在先实施方式为基础形态的变形例。在上述实施方式中，叶片28在旋转方向R21上配置在通孔22e的前方侧。可替代地，叶片可配置在通孔22e的旋转方向R21上的后方侧。

在图5中，叶片328靠近在旋转方向R21上分离设置的两个通孔22e中、位于旋转方向R21的前方侧的一个通孔22e。而且，叶片328的前缘，被定位成与通孔22e的边缘接触。叶片328的前缘以在旋转方向R21上向前方侧凸出的方式弯曲。在该弯曲中，叶片328的前缘与通孔22e的边缘接触。由于叶片328具有后掠角RDn，因此叶片328的弯曲与通孔22e的边缘的接触点，位于较径向内侧处。换言之，通孔22e的大部分，在比叶片328的弯曲与通孔22e的边缘的接触点更靠近径向外侧处扩展。而且，空腔22g的一部分，在比叶片328的弯曲与通孔22e的边缘的接触点更靠近径向外侧处扩展。该空腔22g的一部分在径向外侧提供朝向旋转方向R21的后方逐渐变窄的三角形空腔。其结果是，在空腔22g的一部分中，会产生压力的上升。

图6表示图5中VI-VI线的示意性截面。叶片328产生通过通孔22e的外向流OWF。由于叶片328在旋转方向R21上位于通孔22e紧后方，因此，在前方侧LS产生从转子21的内侧朝向外侧的外向流OWF。换言之，叶片328足够靠近通孔22e，从而在前方侧LS产生外向流OWF。即，叶片328靠近叶片328的前方侧LS的通孔22e，以使前方侧LS产生的正压作用于通孔22e。由此，促进通过通孔22e的流体的流动。流体的流动可促进转子21的散热以及定子31的散热。多个叶片328有助于在转子21内部高效生成流动。

叶片28也可以与通孔22e的周缘部接触。另外，叶片28也可以通过跨过通孔22e的周缘部而堵塞通孔22e的一部分。然而，叶片28堵塞整个通孔22e，或叶片28将通孔22e分割成多个区域是不合适的。

在本实施方式中，转子21内部的高温流体排出到转子21的外部。转子21外部的温度较低的流体，经由转子21的开口端沿轴向从定子31的外侧(图1左侧)供给。图1的左侧是机身13的外侧，在多数情况下是发动机12的罩体。因此，在多数情况下，图1的左侧多暴露于发动机12的外侧，并且易于与外部环境进行热交换。其结果是，从图1的左侧导入的流体在多数情况下为低温。因此，上述结构容易向转子21的内部导入比较低温的流体。

在本实施方式中，有时会在一个通孔22e中生成外向流OWF和内向流IWF这两者。例如，在叶片328与通孔22e的边缘的接触点处生成外向流OWF，而在外端点L3处生成内向流IWF。另外，叶片328也可朝前进方向倾斜，以覆盖前方侧的通孔22e。在这种情况下，会生成更强的外向流OWF。叶片328与通孔22e的边缘的接触点可由直线部分28a形成。叶片328与通孔22e的边缘的接触点也可由曲线部分28b形成。

其他实施方式

本说明书及附图等中的公开，并不限于列举出的实施方式。本公开包括已列举出的实施方式、以及本领域技术人员基于它们而得到的变形实施方式。例如，本公开并不限于实施方式中所公开的部件和/或要素的组合。本公开可通过多种组合来实施。本公开还可包括可追加到实施方式中的追加部分。本公开包含实施方式中的部件和/或要素被省略的实施方式。本公开包含一个实施方式与其他实施方式间的部件和/或要素的置换或组合。本发明的技术范围不限于实施方式记载的范围。所公开的一些技术保护范围，由权利要求书的记载来确定，还应理解为包括与权利要求书的记载同等意义及范围内的所有变更。

上述实施方式具备树脂制的风扇25。可替代地，风扇25可以由金属制成。风扇25优选为非磁性体。非磁性体制成的风扇25可防止磁通量的泄漏，并且还可抑制由磁通泄漏引起的风扇25中的铁损。此外，风扇25也可以由支架24提供。例如，可在支架24的一部分上形成相当于叶片28、228、328的凸起部分。此外，支架24也可以在树脂制成的风扇25上镶嵌成形。

在上述实施方式中，多个通孔22e以等角度间隔配置。而且，多个通孔22e与中心轴AX等距离地分离。可替代地，多个通孔22e也可以不等间隔配置。而且，多个通孔22e距中心轴AX的距离，也可以是分散的。例如，多个通孔22e距中心轴AX的距离也可以交替地不同。

在上述实施方式中，通孔22e与曲线部分28b接触。可替代地，通孔22e与直线部分28a也可以接触。此外，直线部分28a与曲线部分28b的边界也可以与通孔22e相接触。

在上述实施方式中，多个叶片28、228、328与多个通孔22e彼此一对一地相关联。这种结构有助于高效率。可替代地，也可以存在不配置叶片28、228、328的通孔22e。而且，也可以存在不配置于通孔22e的叶片28、228、328。此外，通孔22e可以包括直径不同的多个通孔。

Claims (10)

1.一种内燃机用旋转电机的转子，其包括：

转子芯(22)，其具有筒状的外筒(22b)和向所述外筒的一端扩展的底板(22c)，且设有贯通所述底板的通孔(22e)；以及

叶片(28、228、328)，其配置于所述外筒的内侧的所述底板上，且在所述转子的旋转方向(R21)上位于所述通孔的前方侧或后方侧。

2.根据权利要求1所述的内燃机用旋转电机的转子，其中，所述叶片在所述旋转方向上位于所述通孔的前方侧。

3.根据权利要求1所述的内燃机用旋转电机的转子，其中，所述叶片在所述旋转方向上位于所述通孔的后方侧。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的内燃机用旋转电机的转子，其中，所述叶片相对于所述转子的径向倾斜配置。

5.根据权利要求4所述的内燃机用旋转电机的转子，其中，所述叶片在所述旋转方向上以后掠角(RDn)延伸。

6.根据权利要求1-5中的任一项所述的内燃机用旋转电机的转子，其中，

所述叶片具有直线部分(28a)和曲线部分(28b)，

所述直线部分被配置成，与所述曲线部分相比占据径向内侧，

所述曲线部分被配置成，与所述直线部分相比占据径向外侧。

7.根据权利要求6所述的内燃机用旋转电机的转子，其中，所述曲线部分与所述通孔的边缘接触。

8.根据权利要求1-7中的任一项所述的内燃机用旋转电机的转子，其具有多个所述通孔和多个所述叶片，

其中，多个所述叶片分别位于多个所述通孔各自的前方侧或后方侧。

9.根据权利要求1-8中的任一项所述的内燃机用旋转电机的转子，其中，

所述叶片作为具备内环(26)和外环(27)的风扇(25)的一部分而被提供，在所述内环与所述外环之间延伸，且由树脂制成。

10.一种内燃机用旋转电机，其具备：

根据权利要求1-9中的任一项所述的转子(21)，以及

与所述转子相对的定子(31)。

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