旋转电机的冷却构造及冷却方法

专利名称：旋转电机的冷却构造及冷却方法
技术领域：
本发明涉及一种旋转电机的冷却构造，该旋转电机具有定子和转 子，在构成上述转子的转子铁芯上在轴向的铁芯端面之间设置磁铁容置 孔，在上述磁铁容置孔内容置永久磁铁。
背景技术：
作为这种旋转电机的冷却构造，提出有专利文献l记载的构造、专
利文献2记载的构造。
专利文献l也是由本申请人提出的方案，作为电动机的冷却回路， 具有在永久磁铁(专利文献l中的31，下同)的径向内侧设置而在轴 方向贯通铁芯(30)的轴向油路(32)、以及向该油路供油的供给单元 (5)。在该例中，由专利文献l中的图4可知，转子铁芯的一部分处于 轴向油路(32)与永久磁铁(31)之间，流经轴向油路32的冷却液间 接地(经由转子铁芯的一部分)冷却永久磁铁(31)。
专利文献2涉及旋转电机，该旋转电机也在转子的外周附近部位具 有多个永久磁铁(专利文献2中的12,下同)。在该例情况下，在贯穿 转子铁芯的磁铁插入孔(16)的内径侧部位设置内径侧成为三角形顶点 的孔部，形成在该孔部内流过冷却液的冷却通路(15)。在该例中，冷 却液与永久磁铁(12)的磁极面直接联接而流过，因此能够直接地对永 久磁铁(12)进行冷却。
专利文献l:特开平9-182374号公报
专利文献2:特开2002-345188号7>才艮

发明内容
在转子具有永久磁铁的旋转电机中，当永久磁铁的温度升高时，存 在因热导致永久磁铁退磁的问题。因此，在现有技术中使油等冷却液流过转子铁芯来冷却永久磁铁。然而上述现有技术存在以下问题。
在专利文献1公开的技术中，冷却液对永久磁铁的冷却是经由转子 铁芯的间接的冷却，因此冷却能力有限而需要改进。
在专利文献2公开的技术中，冷却液与永久磁铁的磁极面直接联接 并流过，因此能够在一定程度上提高冷却性能，但是由于冷却通路横跨 永久磁铁的磁路设置，冷却通路的介入扰乱磁通分布，无法获得作为旋 转电机应有的性 能。
本发明目的在于提供旋转电机的冷却构造，涉及转子的永久磁铁的 冷却而能够提高冷却性能，并且能够降低对转子铁芯和定子铁芯之间的 磁通分布的影响而提高旋转电机的性能。
为了实现上述目的，本发明的旋转电机的冷却构造，该旋转电机具
有定子和转子，在构成上述转子的转子铁芯上在轴向的铁芯端面之间设
置磁铁容置孔，在上述磁铁容置孔内容置有永久磁铁，第一特征在于，
在上述轴向的铁芯端面之间设置与上述永久磁铁接触的泄漏磁通防止
用空隙，设有向一方铁芯端面供给冷却液的转子冷却液供给路径，使从 上述转子冷却液供给路径供给的冷却液流入上述泄漏磁通防止用空隙，
利用在上述空隙内流动的冷却液对永久磁铁进行冷却。
在采用本发明旋转电机的冷却构造的转子的转子铁芯上，与该转子 铁芯内容置的永久磁铁接触并在轴向上贯通(在转子铁芯的铁芯端面之 间)地设置有泄漏磁通防止用空隙。通过设置该泄漏磁通防止用空隙， 能够确保永久磁铁与定子铁芯之间良好的磁通分布状态，从而充分发挥 旋转电机的固有性能。
另外，在本发明旋转电机的冷却构造中，在以与上述永久磁铁接触的 状态设置的泄漏磁通防止用空隙内流过冷却液。从而能够利用该空隙有效 地冷却永久磁铁。并且除了上述功能以外，泄漏磁通防止用空隙以在在永 久磁铁的磁极之间的方向上形成的永久磁铁的面(截面上为边)为一面， 从而变为与该面接触的规定形状的空隙，因此能够使在该空隙内流过的冷 却液直接与永久磁铁的该面接触来冷却磁铁，从而提高冷却性能。
当采用该旋转电机的冷却构造时，其冷却方法适用的旋转电机具有定子和转子，在构成上述转子的转子铁芯上，在轴向的铁芯端面之间地 设置磁铁容置孔，在上述磁铁容置孔内容置有永久磁铁，在该冷却方法 中，对于在上述轴向的铁芯端面之间设置与上述永久磁铁接触的泄漏磁 通防止用空隙的转子铁芯，向一方铁芯端面供给冷却液，使供给的冷却 液流入上述泄漏磁通防止用空隙，利用在上述空隙内流过的冷却液对转 子进行冷却。
作为上述泄漏磁通防止用空隙，关于各永久磁铁，优选采用以下形状。
即优选，将与介入永久磁铁之间的换向极部相对的永久磁铁的面作 为一端面的上述泄漏磁通防止用空隙，对各永久磁铁分别设置一对，在 与旋转轴正交的截面上，关于在旋转轴周向上邻接配设的一对永久磁
铁，上述空隙形成于将转子铁芯的中心轴与上述一对永久磁铁上在旋 转轴周向上处于最接近的位置的最近部位连结的连结线，与在具有上述 最近部位的永久磁铁的磁极间联结的方向上形成的边即从上述最近部 位延伸的边之间。
在与旋转轴正交的截面上，转子铁芯中容置的永久磁铁，具有一对 成为磁极的面(在本说明书中将该面称为磁极面)、和连接两极的方向 的面(在本说明书中将该面称为换向极面，是与介入各永久磁铁之间的 换向极相对的面)。另外，永久磁铁的磁通从一个磁极面朝向另一个磁 极面分布。因此，每个永久磁铁具有一对换向极面。但是在本发明中对 各永久磁铁形成一对泄漏磁通防止用空隙，该泄漏磁通防止用空隙将这 些成对的换向极面作为一端面。因此能够有效地防止磁通泄漏的发生， 并且对于各永久磁铁，冷却液能够在与该换向极面接触形成的一对空隙 流过而有效地冷却永久磁铁。
另外，由于各个空隙是形成于将转子铁芯的中心轴与一对永久磁铁 上在旋转轴周向上处于最接近的位置的最近部位连结的连结线，与在具 有上述最近部位的永久磁铁的磁极间联结的方向上形成的边即从上述 最近部位延伸的边之间的间隙，因此能够确保永久磁铁形成的磁通的磁 路，从而确保旋转电机自身良好的工作状态。
另外，为了形成上述的转子冷却液供给路径，优选在转子冷却液供给路径的空隙侧部位上设置与上述空隙连通的分配部，并且在比上述分 配部靠上游侧设置存贮冷却液的贮液部，利用节流路径将上述分配部与 上述j^液部连通。
在该构成中，将供给的冷却液在贮液部中临时存贮，并且向分配部 供给，在从分配部向空隙供给冷却液的状态下，防止冷却液从分配部向 贮液部倒流，从而稳定地向空隙供给冷却液。
另外，通过使分配部在径向上比贮液部靠近外径侧，能够利用转子 旋转时产生的离心力稳定地使冷却液流入空隙。
另外，为了构成转子冷却液供给路径，优选上述转子冷却液供给路 径的至少一部分，在旋转轴的外径面与比上述外径面靠近外径侧的流路 构成部件之间形成。
在本发明旋转电机的冷却构造中，必须经由转子冷却液供给路径将 冷却液向转子铁芯的一方铁芯端面供给，但是通过使上述转子冷却液供 给路径的至少 一部分由在旋转轴的外径面与比该外径面靠近外径侧的 流路形成，能够抑制零部件数量并良好地构成转子冷却液供给路径。
以上，对转子冷却液供给路径进行了说明，在本发明旋转电机的冷 却构造中，冷却液从一方铁芯端面流入空隙内，并且从另一方铁芯端面 流出。因此，能够有效地利用流出的冷却液。
以下对这种从空隙流出的冷却液的利用方式进行说明。
在上述旋转电机的冷却构造中，优选设置经由上述空隙从另一方的 铁芯端面流入冷却液的冷却液扩散路径，并使流入的冷却液从上述冷却 液扩散路径向定子的线圏端的内径面扩散来冷却线圏端。
这样使从空隙流出的冷却液经由冷却液扩散路径向线圏端的内径 面扩散，从而能够有效地对位于另一方的铁芯端面一侧的线圏端进行冷 却。
当采用该构成时，转子的冷却方法为使在泄漏磁通防止用空隙内流 过而从另一方的铁芯端面流出的冷却液向线圏端的内径面扩散来冷却 上述线圏端的旋转电机的冷却方法。以下对本发明独特的永久磁铁的配置构成进行说明。该配置构成目 的在于，使泄漏磁通防止用空隙充分发挥其防止磁通泄漏的功能，并且 确保空隙自身的容积而确保空隙内流过的冷却液的量。
在该配置构成中优选，在与旋转轴正交的截面上，具有多个把一对
上述永久磁铁成对配设为V字状的V字状的磁铁对，V字的谷部位于 内径侧。
在该配置构成中，在与旋转轴正交的截面上，关于在周向上邻接配 设的一对永久磁铁，能够使将转子铁芯的中心轴与一对永久磁铁上在周 向上处于最接近的位置的最近部位连结的连结线，与在具有该最近部位 的永久磁铁的磁极间联结的方向上形成的边即从该最近部位延伸的边 之间的间隙较大，从而有效地防止磁通泄漏并且确保在空隙内流过的冷 却液量。从而充分地发挥旋转电机的性能并且有效地冷却永久磁铁，能 够防止旋转电机由于过热而导致不可逆的退磁。
并且优选，作为上述泄漏磁通防止用空隙，具有位于内径侧的内径 侧空隙和位于外径侧的外径侧空隙，从上述转子冷却液供给路径分别向 上述内径侧空隙和上述外径侧空隙流入冷却液。
在这种构成的旋转电机的冷却构造中，由于使空隙的位置成为内径 侧和外径侧而径向位置不同，因此与在同 一径向位置设置空隙的情况相 比，易于确保各个空隙的尺寸。并且通过分别供给冷却液，易于消除例 如由于转子运转状态引起所供给的冷却液供给量波动等问题。
这样在具有外径侧空隙和内径侧空隙的构成中优选，设置经由上述 空隙从另一方的铁芯端面流入冷却液的冷却液扩散路径，并使流入的冷 却液从上述冷却液扩散路径向定子线圏端的内径面扩散来冷却线圏端， 在上述的构成中，上述冷却液扩散路径的径向位置比上述空隙径向上的 至少一部分的位置靠近外径侧。
在本发明旋转电机的冷却构造中，冷却液在空隙内从一方铁芯端部 流向另一方铁芯端部，然后被导入冷却液扩散路径。通过使该冷却液扩 散路径的径向位置比上述空隙径向上的至少一部分的位置靠近外径侧， 利用伴随转子旋转而作用于冷却液的离心力，易于将冷却液引向冷却液扩散路径和线圏端。
另外，在具有外径侧空隙和内径侧空隙的构成中，优选采用在另一 方的铁芯端面上设有使从上述内径侧空隙和上述外径侧空隙流出的冷 却液集合的集合部，并且设有使从上述空隙流入上述集合部的冷却液向 线圏端的内径面扩散的冷却液扩散路径，使从上述空隙流入上述冷却液 扩散路径的冷却液向线圏端的内径面扩散而冷却线圏端的构成。
在该构成中，利用集合部对分别流过外径侧空隙和内径侧空隙的冷 却液进行收集，然后使其流入冷却液扩散路径并扩散到线圏端的内径 面，从而有效地对线圏端的内径面进行冷却。
本发明特征在于，在泄漏磁通防止用空隙内流动冷却液，利用冷却 液直接对永久磁铁进行冷却。因此，只要是在旋转轴的周向上配设有多 个上述永久磁铁，各永久磁铁的磁极面的至少一部分，朝向与径向正交 的方向配设的旋转电机即可采用该构造。
另外，如果利用本发明公开的泄漏磁通防止用空隙对永久磁铁进行 冷却，则即使对于在旋转轴的周向上设有多个永久磁铁，各永久磁铁的
磁极面的至少一部分，朝向与径向正交的方向配i殳的普通旋转电机，也 能够充分确保其输出功率，并且利用冷却液直接对永久磁铁进行冷却， 能够防止旋转电机由于过热而导致不可逆的退磁。
在上述构成中，优选具有向构成定子的定子铁芯供给冷却液的定子 铁芯冷却液供给路径和向线圏端的外径侧供给冷却液的线圏端冷却液 供给路径的任意一方或者双方。
这样，具有定子铁芯冷却液供给路径或者线圏端冷却液供给路径或 者双方，通过对定子铁芯进行冷却或者对线圏端的外径面进行冷却或者 兼顾这两种冷却，从而能够抑制转子和定子的温度上升。
另外，在以上说明的具有上述转子冷却液供给路径和该转子冷却液 供给路径以外的供给路径(定子铁芯冷却液供给路径或者线圏端冷却液 供给路径)的构成中，优选在上述转子冷却液供给路径和该转子冷却液 供给路径以外的供给路径之间，设有调节冷却液的量的冷却液供给量调 节单元。通过设置冷却液供给量调节单元，在转子冷却液供给路径和该转子 冷却液供给路径以外的供给路径之间对冷却液的量进行调节，从而在冷 却液的总供给量有限的情况下，也能够适当地对从转子冷却液供给路径 供给的冷却液的量进行调节而确保其供给量。


图1为本发明的旋转电机的冷却构造的沿旋转轴的剖视图。
图2为本发明的旋转电机的冷却构造的分解立体图。
图3 ( a)为图1的III-III剖视图，图3 ( b )为图1的IV-IV剖视图。
图4为表示对左右线圏端外径部位的冷却液供给路径的沿着旋转轴的剖 视图。
图5为向定子铁芯周围供给冷却液的供给构造的模式图。图6为表示采用本发明的永久磁铁的配设构造时的磁通分布的说明图。
图7为向转子供给冷却液的供给构造的模式图。
图8表示本发明永久磁铁的配设构造的另一实施方式。
具体实施例方式
以下参照附图对采用本发明的旋转电机的冷却构造的旋转电机M 进行说明。
图1为釆用本发明的旋转电机的冷却构造的旋转电机M的沿旋转 轴A的剖纟见图。图2为概略^L明旋转电机M的构成的分解立体图。图 3 ( a)为图1的III-III剖视图，图3 ( b )为图1的IV-IV剖视图。图3 (a)和图3 (b)表示了旋转轴A方向的不同位置，在图3 (a)中，机 壳MC的内径面与定子铁芯SC的外径面之间没有形成周向的冷却液流 路。与此相对，在图3(b)中，机壳MC的内径面与定子铁芯SC的外 径面之间形成有周向的冷却液流路。图4 (a)和图4 (b)分别表示用 于对巻绕于定子S的线團C的线團端CE进行冷却的冷却液供给构造。 图5示意地表示用于对定子铁芯SC和线圏端CE进行冷却的冷却液的供给构造。另外，图6示意地表示用于对转子R进行冷却的冷却液的供 给构造。
如图1所示，旋转电机M构成为在圆筒状的机壳本体MC1内容置 有定子S和转子R。定子S固定于机壳本体MC1。转子R被覆盖机壳 本体MC1的两端开口的左右一对的罩MCL、 MCR可旋转地支承。
上述转子R具有经由支撑轴承BRG可旋转地支承于上述一对罩 MCL、 MCR的旋转轴A,以及在该旋转轴A的中央侧部位以夹持于保 持器RL、 RR之间的状态保持的转子本体Rl。在该转子本体R1内如 后详述容置配设有在旋转轴A的轴向上延伸的棒状的永久磁铁PM。
旋转轴A在其两端部位具有用于联结其它传动轴(未图示)的联结 部A1，能够将旋转电机M产生的驱动力向旋转电机的外部输出。即， 旋转轴A例如可以构成为，从一侧接受内燃机(发动机未图示)产生 的驱动力并且将其与自身产生的驱动力一起向另一侧输出，或者利用旋 转电机M产生的驱动力起动内燃机。另外，也可以利用从外部向旋转 电才几传递的驱动力，〗吏该旋转电机M作为发电机工作。
上述定子S构成为具有固定于机壳本体MC1的定子铁芯SC，巻绕 于该定子铁芯SC的线圏C的线圏端CE，位于定子铁芯SC的轴向两 端外侧。
如图2所示，定子铁芯SC通过将多枚大致环状的钢板p在旋转轴 A的轴向上层叠而构成。图3为从轴向看这些钢板p的图。
各钢板p构成为在其内径侧具有多个齿t。在该齿t之间，先前说 明的线圏C以规定状态巻绕。另一方面，在各钢板p的外径侧，沿着周 向形成有三处焊接槽wh，用于通过焊接使处于层叠状态的多个钢板p 彼此接合，并且沿旋转轴A的周向形成有两处定位突部pp，该定位突 部pp插入设置于机壳本体MC1的定位槽ph而将钢板p在旋转轴A的 周向上固定。
上述焊接槽wh，在钢板p上，作为向内径侧形成凹状的槽，在层 叠方向(与旋转轴的轴向相同)上跨越其整个区域(图2所示的从位于 最下侧的钢板pb到位于最上侧的钢板pt的区域)形成。另外，如图3 12所示，该焊接槽wh包括彼此邻接形成的一对槽部whl、 wh2。
上述定位突部pp作为在钢板p的外径侧上呈凸状形成的突部跨越 层叠方向上的整个区域形成。
另外，如图1所示，在旋转电机M的沿着旋转轴A的剖视图中， 定子铁芯SC的外径线成为沿着旋转轴A的直线。
在该定子铁芯SC上巻绕线圏C(称为定子线圏)，该线圏C浸渍有 清漆(未图示)而以绝缘状态固定形状。并且，在钢板p与绝缘纸之间 也浸渍有清漆，提高了定子铁芯与线圏之间的热传导率而提高散热性。
下面对定子S的定位进行说明。定子S在旋转轴A的轴向上的位置 通过使定子铁芯SC的一个轴向端部(图1所示例中为左侧端部)与在 机壳MC上设置的座部MC4抵接来确定。如图l所示，以在机壳本体 MC1上固定左罩MCL的状态，将定子S容置于机壳MC内，并且在 机壳本体MC1上固定右罩MCR，从而实现定子S的定位。
另一方面，定子S在旋转轴A的径向上的位置，通过定子铁芯SC 与机壳本体MC1热压配合而确定。另外，定子S在旋转轴A的周向上 的位置，通过使上述定位突部pp嵌入在机壳MC上设置的定位槽ph 来确定。
因此，在本发明的旋转电机M中，在机壳MC的内径面上，除了 设置本发明所谓的机壳侧冷却液槽ch的区域，以及在定子铁芯一侧形 成了上述焊接槽wh的区域、或者、形成了上述定位突部pp的区域以 外，如图3(a)所示，定子铁芯SC的外径面与机壳MC的内径面直接 接触。
以上概略说明了采用本发明旋转电机的冷却构造的旋转电机M的 构造，下面对该旋转电机M中利用冷却液对定子S和转子R进行冷却 的构造进行说明。
如图1所示，在左罩MCL的上表面设有冷却液导入口 in和与其连 通 共用导入路径ci,将冷却液从该共用导入路径ci向定子铁芯SC的 外径部、左右的线圏端CE、在机壳本体MC1内设置的空隙Hl、 H2供给，从而对定子铁芯SC、两线圏端CE以及转子R进行冷却。 定子铁芯的冷却
如图1、图5所示，从上述共用导入路径ci到上述定子铁芯SC的 外径部形成有用于向该部位供给冷却液的定子铁芯冷却液供给路径 scs。该定子铁芯冷却液供给路径scs主要在机壳本体MCl上设置，其 基端侧与上述共用导入路径ci连通，并且在定子铁芯SC的外径部一侧， 在机壳本体MC1的轴向上大致中央部位i殳置中央开口 co，从而将冷却 液向定子铁芯SC的外径部供给。
以上对定子铁芯外径部位之前的冷却液供给构造进行了说明，下面 对定子铁芯SC周围的冷却构造进行具体说明。在本发明中为了实现定 子铁芯SC的冷却，在机壳本体MC1的内径面上开设向外径侧凹陷的 机壳侧冷却液槽ch,在该冷却液槽ch与定子铁芯SC的外径面之间形 成冷却液流动的冷却液流路，从而实现本发明目的。
机壳侧冷却液槽
在本实施方式中，作为机壳侧冷却液槽ch，沿着旋转轴A的周向 设有7条周向冷却液槽chw。另外，作为机壳侧冷却液槽ch,沿着旋转 轴A的轴向设有上下两条轴向冷却液槽cha，用于流通冷却液，并且上 述定位槽ph也用作该轴向冷却液槽cha。
图3(b)示出了上述周向冷却液槽chw的形成状态，在图1的IV-IV 剖面上，在定子铁芯SC的外径面与机壳本体MC1的内径面之间形成 冷却液流路的空间，在旋转轴A的整周连通而形成。
并且如该图3所示，在机壳MC的左右方向下侧部位，在旋转轴A 的轴向形成有电器件配设空间EA，用于容置配设电器件(未图示)。并 且，将该电器件配设空间EA与配设定子铁芯SC的定子铁芯配设空间 SCA连通连接的连通连接部，成为周向冷却液槽chw的一部分。
另外，下面对设有多个的先前说明的周向冷却液槽chw在旋转轴A 的轴向上的分布进行说明。如图1所示，定子铁芯中央侧的周向冷却液 槽chw的数量设定为比定子铁芯SC的铁芯端面侧的周向冷却液槽chw的数量大。结果能够良好地对通常容易变热的定子铁芯sc的中央侧部
位进行冷却。
铁芯侧冷却液流路构成部
在本发明中，在上述定子铁芯SC的构造中说明的焊接槽wh以及 定位突部pp,起到在旋转轴A的轴向上引导冷却液并向各周向冷却液 流路chw分配的效果。
即，在本发明的定子铁芯SC的外径面上，沿着旋转轴A的轴向设 有铁芯侧冷却液流路构成部(具体而言为焊接槽wh以及定位突部卯)， 该铁芯侧冷却液流路构成部wh、 pp用于冷却液的轴向分配。如图3( a )、 图6所示，关于焊接槽wh,由于定子铁芯SC的外径向内径侧缩进， 所以由该焊接槽wh形成在旋转轴A的轴向上连通的冷却液流路。另一 方面，在定位槽ph与定位突部pp之间形成有径向间隙，因此由该间隙 形成在旋转轴A的轴向上连通的冷却液流路。
因此，根据上述构成，如图5所示，在本发明的旋转电机M中，围 绕圆筒状的定子铁芯SC形成多个周向的冷却液流路和轴向的冷却液流 路并且使其交叉连通，从而使冷却液到达定子铁芯SC的外径面的各部 位。
并且，周向的冷却液流路也与由上述铁芯侧冷却液流路构成部wh、 pp形成的轴向的冷却液流路连通，他们交叉连通，构成为使冷却液到 达定子铁芯SC的外径面的各部位。
线圏端的冷却
如图1、图4、图5所示，从上述共用导入路径ci到左右的线圏端 CE形成有用于向该部位CE供给冷却液的一对线圏端冷却液供给路径 ces。该线圏端冷却液供给路径ces也主要设置在机壳本体MC1，其基 端侧与上述共用导入路径ci连通。并且，线圏端冷却液供给路径ces在 线圏端CE的外径部一侧分别i殳置于左右的机壳MCL、 MCR，并且经 由在旋转轴A的轴向上分配冷却液(本例中在轴向上的三个位置分配) 的分配部cd、 cer，向线圏端CE的外表面(上表面)分配流下冷却液。 上述定子铁芯冷却液供给路径scs,以及左右一对的线圏端冷却液供给路径ces，构成了在机壳本体MC1上独立设置的轴向流路。另外，右侧 的线圏端冷却液供给路径ces,在配置于右侧的线圏端CE的上部"^L置 其分配部cer，而左侧的线圈端冷却液供给路径ces，在配置于左侧的线 圏端CE的上部设置其分配部cel,并且从外径侧向左右各线圏端CE供 给冷却液而对该部位CE进行冷却。
以上是与定子S有关的冷却构造，在本发明的旋转电机M中，转 子R也采用了独特的冷却构造。下面对该转子R构造及其冷却构造进 行说明。
转子的构造
如上所述，转子R具有围绕旋转轴的转子本体Rl，转子本体Rl 以被保持器RL、 RR夹持的状态固定于旋转轴A。如图2、图3所示， 转子本体Rl构成为具有层叠铁芯即转子铁芯RC、以及在该转子铁 芯RC的外周侧部位沿着旋转轴A的轴向跨转子本体全幅容置的棒状的 永久磁铁PM。即，在转子铁芯RC的规定部位形成磁铁容置孔H,在 该磁铁容置孔H中分别容置有永久磁铁PM。各永久磁铁PM为立方体 形状，沿着旋转轴A配设的轴向长度最长，并且横断旋转轴A的截面 形状为长方形，其一边长度为另一边三倍左右。在本发明中，对于该永 久磁铁PM，为了称呼在旋转轴A的轴向上延伸的各面，将在图6所示 截面中成为长方形长边侧的边的、永久磁铁PM的各磁极S、 N所在面 称为磁极面ps，成为截面中短边的、与换向极部CP相对的面则被称为 换向极面cs。
如图6所示，该转子R中的永久磁铁PM的配置采用独特的构造， 将成对的永久磁铁PM配置为V字状的V字状磁铁对，在中心轴Z的 周向上均等地分散配置8组。因此在转子铁芯RC中合计容置有16个 永久磁铁PM。
下面进一步对V字状磁铁的配置进行详细说明。关于成对的一对永 久磁铁PM,使按照相对位置关系接近的接近侧的换向极面cs在径向上 位于内径侧，并且使按照相对位置关系远离的远离侧的换向极面cs分 别位于外径侧。因此在该构造中，V字的谷部位于内径侧。接着，关于成对的一对永久磁铁PM，对其磁极N、 S进行说明。 接近配置的磁极面ps (在径向上都位于外径侧的磁极面)极性相同(示 出图6的磁通分布的一对永久磁铁PM上均为N极)，远离配置的磁极 面ps(在径向上都位于内径侧的磁极面)极性也相同(示出图6的磁通 分布的一对永久磁铁PM上均为S极)。
V字状磁铁对之间的该磁极面ps上的极性N、 S的配置，与在周向 上邻接的V字状磁铁对间，磁极的配置相反。即，在图6中示出磁通分 布的V字状磁铁对上N极配设于外径侧，而在轴周向上两侧邻接的V 字状磁铁对上则将S极配设于外径侧。
在该一对永久磁铁PM与定子S之间，如图6所示以单点划线示出 了磁矩相关的磁通分布，在各永久磁铁PM上，磁通形成从一个磁极面 ps发出并通过定子S的轭部Y而到达另 一磁极面ps的分布(图6中al 、 a2所示)。另一方面，磁阻转矩的相关磁通分布由双点划线示出，关于 V字状磁铁对，沿着成对的一侧磁极面ps (N极或S极)分布，然后从 该一侧的磁极面ps的附近部位进入定子S，并且在通过该定子S的轭 部Y之后再回到原磁极面ps的附近。如图6所示，关于构成V字状磁 铁对的一对永久磁4失PM,存在从相对于两永久磁铁PM位于外径侧的 永久磁铁附近位置起遍布定子S内的分布(图6中bl所示)，以及从相 对于两永久磁铁PM位于内径侧的永久磁铁附近位置起遍布定子S内的 分布(图6中b2所示)。
在本发明的转子铁芯RC中，对于铁芯内容置的久磁铁PM分别跨 转子本体R1的轴向全幅地与换向极面cs邻接地设置用于防止磁通泄漏 的一对空隙H1、 H2。因此，如图1所示，该空隙H1、 H2在其轴向端 上与保持器RL、 RR接触。
下面对该空隙H1、 H2的形状进行详细说明。该泄漏磁通防止用空 隙Hl、 H2,针对各个久磁铁PM，作成位于内径侧的内径侧空隙Hl 以及位于外径侧的外径侧空隙H2的组合。
如图6所示，两空隙H1、 H2都形成为近似三角形。
内径侧空隙Hl作成如下形状，即其一边为永久磁铁PM的换向极面cs，内径侧边沿形成直线状的永久磁铁PM的磁极面ps的延长线延 伸。剩余的一边是与将转子铁芯RC的中心轴Z的位置与永久磁铁PM 的换向极侧端部cl的位置连通的连结线(称为内径侧连结线，图6中 Ll所示)相比位于永久磁铁配i殳侧的边，即沿该连结线Ll延伸的边。 这里，换向极侧端部cl,针对V字状配设的一对永久磁铁PM,在图6 所示截面上为在轴周向上最接近的端部(最近部位的一例)，在邻接的 V字状磁铁对之间则为最远的端部。采用该构成，能够抑制构成V字状 磁铁对的一对永久磁铁PM的磁通泄漏。
内径侧空隙H2作成如下形状，即其一边为永久磁铁PM的换向极 面cs,外径侧边形成沿形成圆周状的转子铁芯RC的外周的形状。剩余 的一边是与将转子铁芯RC的中心轴Z的位置与永久磁铁PM的换向极 侧端部c2的位置连通的连结线(称为外径侧连结线，图6中L2所示) 相比位于永久磁铁配设侧的边，即沿着该连结线L2延伸的边。这里， 换向极侧端部c2,针对V字状配设的一对永久磁铁PM，在图6所示截 面上为在轴周向上最远的端部，在邻接的V字状磁铁对之间则为最接近 的端部(最近部位的一例)。采用该构成，能够在邻接的V字状磁铁对 之间的区域确保换向极部，使磁通可靠地通过定子S —侧而抑制磁通泄
并且如图6所示，在各V字状磁铁对的径向内径侧位置上跨转子本 体Rl的轴向全长设置减重孔Hz，该减重孔Hz剖视为顶点朝向外径侧 的三角形。
以上对本例的转子R的构造进行了说明，在本发明中能够将上述泄 漏磁通防止用空隙H1、 H2用于转子R的冷却。
转子的冷却
以下对转子R容置的永久磁铁PM的冷却进行说明。
如图1所示，从左保持器RL向上述空隙H1、 H2内导入冷却液并 且向右保持器RR侧排出，然后向该右保持器RL的轴向外侧排放。由 此，构成为从内径侧向位于该右保持器RR侧的线圏端CE供给冷却液， 冷却该线圏端CE的内径面。如图1所示，设置有从上述的共用供给路径ci经由左保持器RL与 上述空隙H1、 H2连通的转子冷却液供给路径rs。该转子冷却液供给路 径rs构成为包括在轴向上与共用供给路径ci的内径侧部位连通而在 左罩MCL的右侧端面上开口的左罩内流路rsl、将该左罩内流路rsl 的开口部与在左保持器RL上设置的冷却液接受部连接起来的连接流路 rs2、保持器内流路rs3。这里，连接流路rs2和保持器内流路rs3在左 罩MCL上固定设置，并且由在径向上位于内径侧和外径侧的一对圆筒 状的部件(内径侧流路构成部件pl和外径侧流路构成部件p2 )构成。
上述连接流路rs2构成为，在上述内径侧流路构成部件pl和外径侧 流路构成部件p2之间接受冷却液，并且在左保持器RL—侧，经由在 外径侧流路构成部件p2与转子R的旋转轴A的外径面之间形成的圆筒 状导入路径，将冷却液导入左保持器RL内。
如图1、图7所示，保持器内流路rs3构成为包括在外径侧流路 构成部件p2的保持器侧端上设置的环状的内径侧贮液部rl、在外径侧 流路构成部件p2的保持器侧端附近，设置于该部件外径侧而同样为环 状的外径侧j^液部r2。
另一方面，在与左保持器RL的与转子铁芯RC接触的面上设有分 别与上述空隙Hl、 H2连通的环状的内径侧分配部tl和同样为环状的 外径侧分配部t2。另外，上述内径侧贮液部rl经由多个内径侧节流路 径ul与上述内径侧分配部tl连通连接，上述外径侧贮液部r2经由多 个外径侧节流路径u2与上述外径侧分配部t2连通连接。因此，能够从 共用供给路径ci分别独立地向上述内径侧分配部tl和外径侧分配部t2 导入冷却液。
并且，通过设置内径侧节流路径ul和外径侧节流路径u2，能够在 分配部tl、 t2侧确保一定的冷却液量。
冷却液从上述内径侧分配部tl流入上述"i兌明过的内径侧空隙Hl， 并且从上述外径侧分配部t2流入上述说明过的外径侧空隙H2。
另一方面，如图1所示，在右保持器RR的与转子铁芯RC接触的 面上，设有与上述空隙H1、 H2—起连通而收集从内径侧空隙H1和外径侧空隙H2这两方流过的冷却液的环状的集合部v。该集合部v是在 右保持器RR的左侧端面上设置而在轴向上薄的凹部。另外，流过内径 侧空隙HI和外径侧空隙H2的冷却液，受到伴随转子R的旋转产生的 离心力作用而被向集合部v的外径侧施力。从集合部v的外径侧部位横 亘右保持器RR的右侧端面，设置有用于使冷却液向右侧的线圏端CE 的内径面扩散的冷却液扩散路径x。
因此，流过上述内径侧空隙Hl和外径侧空隙H2而对转子铁芯进 行冷却的冷却液，从上述冷却液扩散路径x向右侧的线圈端CE的内径 面扩散，能够对右侧的线圏端CE进行冷却。
另外，如图1、图4、图5所示，为了适当地对上述冷却液向各部 位的供给量进行调节，在定子铁芯冷却液供给路径scs、线圏端冷却液 供给路径ces以及转子冷却液供给路径rs之间形成节流部，作为对向各 供给路径scs、 ces、 rs供给的冷却液的量进行调节的冷却液供给量调节 单元。这里，在定子铁芯冷却液供给路径scs和线圏端冷却液供给路径 ces的流入路径的入口附近部位(具体而言为机壳本体MC1的与左罩 MCL接触的左侧端面)，配"&有限制流路截面的截面限制部件y。从而 能够适当地调节向转子冷却液供给路径rs供给冷却液的冷却液量。
[其它实施方式
(l)在上述实施方式中，为了在定子铁芯SC内配设永久磁铁PM, 将一对长方体形状的永久磁铁PM在与旋转轴A正交的截面上配设成V 字状，并且与成对的永久磁铁PM的换向极面cs接触地形成内径侧空 隙Hl和外径侧空隙H2。
上述构成是将一对永久磁铁PM配设成V字状时适宜的构成，但是 众所周知，也可以将多个永久磁铁PM在径向的规定位置(尽量靠近外 径侧)，在永久磁铁PM之间沿着周向环绕配设形成换向极部CP。图8 示出了这种例子。
如图8所示，永久磁铁PM在该转子R上的配置为在各永久磁铁 PM之间构成换向极部CP,并且在中心轴Z的周向上均等地分散配置8 组永久磁铁PM。因此，在转子铁芯RC内容置有相同数量的8个永久磁铁PM。适用该例时，磁极面ps大致配置于周向。另外，磁极面ps 上的极性N、 S的配置，在周向上邻接的永久磁铁PM间，磁极的配置 相反。
在本发明中，将用于防止磁通泄漏的空隙用于冷却液的流通，在本 例中与永久磁铁PM的换向极面cs接触地形成的空隙H3如下所述。
在该实施方式中，空隙H3也大致形成为三角形。
具体而言，空隙H3形成为其一边为永久磁铁PM的换向极面cs， 外径侧边形成沿着位于永久磁铁PM的外径侧的磁极面ps的延长线的 形状。剩余的一边是与将转子铁芯RC的中心轴Z的位置与永久磁铁 PM的位于内径侧的换向极侧端部c3的位置连结的连结线(图8中L3 所示)相比位于永久磁铁配设侧的边，即沿着该连结线L3的边。这里， 换向极侧端部c3,针对在周向配设的邻接的永久磁铁PM,在图8所示 截面上为在轴周向上最接近的端部(最近部位的一例)。采用该构成， 能够在邻接的永久磁铁之间的区域，使磁通可靠地通过定子S—侧，从 而抑制磁通泄漏。
并且如图8所示，本例也在永久磁铁之间的径向上的内径侧位置上 跨转子本体Rl的轴向全长设置减重孔Hz，该减重孔Hz剖视为顶点朝 向外径侧的三角形。
在这样配置永久磁铁PM的构成中，也能够将上述空隙H3用作冷 却液的流通路径。
另外，作为永久磁铁PM的配置构成，也可以将图8所示的多个永 久磁铁PM在径向上尽量靠近外径侧配置，从而沿着周向在永久磁铁 PM之间形成换向极部CP,并且可以在这些永久磁铁PM的内径侧， 如图6所示将一对永久磁铁PM配置成V字状，沿着周向配置共含三个 永久磁铁PM的组。
(2)在上述实施方式中，示出了从左罩侧供给冷却液的例子，但 是冷却液的供给侧并不限定于左罩或右罩，而可以从任意一个罩侧供给 冷却液。(3) 在上述实施方式中，示出了一并对转子和定子进行冷却的例 子，但是也可以仅对转子侧进行冷却。
(4) 在上述实施方式中，示出了对转子铁芯(永久磁铁)进行冷 却并且同时进行定子铁芯的冷却和线圈端的冷却的例子，但是除了对转 子铁芯进行冷却以外，也可以仅对定子铁芯侧或者线圏端侧进行冷却。
(5) 在上述实施方式中，示出了将冷却液作为也可以进行轴承润 滑的润滑油使用例子，但是在本发明中只要实现至少冷却转子铁芯即 可，因此也可以采用流动其它冷却液给转子铁芯用的构造。
(6) 在上述实施方式中，如图1所示，关于冷却液从导入口in向
定子铁芯SC的外径部、左右的线圏端CE、在转子本体MC1内设置的
空隙H1、 H2的供给，分别使用的单一的机壳本体MC1、左罩MCL向
规定部位供给冷却液。但是，例如也可以由多个部件构成机壳本体，将 其中一个部件用作形成冷却液供给路径的专用部件。罩也同样地可以这
样设置用于形成冷却液供给路径的专用部件。 产业上的可利用性
本发明旋转电机的冷却构造，针对转子具备的永久磁铁的冷却，可 以发挥较高的冷却能力，同时避免对转子铁芯和定子铁芯之间的磁通分 布的影响，从而可以作为旋转电机发挥高能力。
权利要求
1.一种旋转电机的冷却构造，该旋转电机具有定子和转子，在构成上述转子的转子铁芯上在轴向的铁芯端面之间设置磁铁容置孔，在上述磁铁容置孔内容置有永久磁铁，其特征在于，在上述轴向的铁芯端面之间设置与上述永久磁铁接触的泄漏磁通防止用空隙，设有向一方铁芯端面供给冷却液的转子冷却液供给路径，使从上述转子冷却液供给路径供给的冷却液流入上述泄漏磁通防止用空隙，利用在上述空隙内流动的冷却液对永久磁铁进行冷却。
2. 根据权利要求1所述的旋转电机的冷却构造，其特征在于， 对各永久磁铁分别设置一对上述泄漏磁通防止用空隙，该泄漏磁通防止用空隙将与介入永久磁铁之间的换向极部相对的永久磁铁的表面 作为一个端面，在与旋转轴正交的截面上，关于在旋转轴周向上邻接配设的一对永 久磁铁，上述空隙形成于将转子铁芯的中心轴与上述一对永久磁铁上 在旋转轴周向上处于最接近的位置的最近部位连结的连结线，与在具有 上述最近部位的永久磁铁的磁极间联结的方向上形成的边即从上述最 近部位延伸的边之间。
3. 根据权利要求1或2所述的旋转电机的冷却构造，其特征在于， 在上述转子冷却液供给路径的空隙侧部位设置与上述空隙连通的分配部，并且在比上述分配部靠上游侧设置存ji&冷却液的贮液部， 利用节流路径将上述分配部与上述贮液部连通。
4. 根据权利要求1至3任一所述的旋转电机的冷却构造，其特征 在于，上述转子冷却液供给路径的至少一部分，在旋转轴的外径面与比上 述外径面靠近外径侧的流路构成部件之间形成。
5. 根据权利要求1至4任一所述的旋转电机的冷却构造，其特征 在于，设置经由上述空隙从另一方的铁芯端面流入冷却液的冷却液扩散 路径，并使流入的冷却液从上述冷却液扩散路径向定子的线圏端的内径 面扩散来冷却线團端。
6. 根据权利要求1至5任一所述的旋转电机的冷却构造，其特征 在于，在与旋转轴正交的截面上，具有多个把一对上述永久磁铁成对配设 为V字状的V字状的磁铁对，V字的谷部位于内径侧。
7. 根据权利要求6所述的旋转电机的冷却构造，其特征在于， 作为上述泄漏磁通防止用空隙，具有位于内径侧的内径侧空隙和位于外径侧的外径侧空隙，从上述转子冷却液供给路径分别向上述内径侧空隙和上述外径侧 空隙流入冷却液。
8. 根据权利要求7所述的旋转电机的冷却构造，其特征在于， 设置经由上述空隙从另一方的铁芯端面流入冷却液的冷却液扩散路径，并使流入的冷却液从上述冷却液扩散路径向线圏端的内径面扩散 来冷却线圏端，在上述的构成中，上述冷却液扩散路径的径向位置比上 述空隙的径向上的至少一部分的位置靠近外径侧。
9. 根据权利要求7所述的旋转电机的冷却构造，其特征在于， 在另 一方的铁芯端面上设有使从上述内径侧空隙和上述外径侧空隙流出的冷却液集合的集合部，并且设有使从上述空隙流入上述集合部 的冷却液向线圏端的内径面扩散的冷却液扩散路径，使从上述空隙流入 上述冷却液扩散路径的冷却液向线圏端的内径面扩散而冷却线圈端。
10. 根据权利要求1至5任一所述的旋转电机的冷却构造，其特征 在于，在周向上配设有多个上述永久磁铁，各永久磁铁的磁极面的至少一 部分，朝向与径向正交的方向配"没。
11. 根据权利要求1至10任一所述的旋转电机的冷却构造，其特 征在于，具有向构成定子的定子铁芯供给冷却液的定子铁芯冷却液供给路 径和向线圏端的外径面供给冷却液的线圏端冷却液供给路径的任意一 方或者双方。
12. 根据权利要求11所述的旋转电机的冷却构造，其特征在于， 在上述转子冷却液供给路径和该转子冷却液供给路径以外的供给路径之间，设有调节冷却液的量的冷却液供给量调节单元。
13. —种旋转电机的冷却方法，该旋转电机具有定子和转子，在构 成上述转子的转子铁芯上在轴向的铁芯端面之间设置磁铁容置孔，在上 述磁铁容置孔内容置有永久磁铁，其特征在于，对于在上述轴向的铁芯端面之间设置与上述永久磁铁接触的泄漏 磁通防止用空隙的转子铁芯，向一方铁芯端面供给冷却液，使供给的冷却液流入上述泄漏磁通防 止用空隙，利用在上述空隙内流动的冷却液对永久磁铁进行冷却。
14.根据权利要求13所述的旋转电机的冷却方法，其特征在于， 使在上述泄漏磁通防止用空隙内流动并从另一方的铁芯端面流出 的冷却液向线圏端的内径面扩散而对上述线圏端进行冷却。
全文摘要
旋转电机的冷却构造，能够提高转子具有的永久磁铁的冷却能力并且提高旋转电机的性能。旋转电机(M)具有定子(S)和转子(R)，在转子铁芯(RC)上在轴向的铁芯端面之间设置磁铁容置孔，在该磁铁容置孔内容置有永久磁铁，在轴向的铁芯端面之间设置与永久磁铁接触的泄漏磁通防止用空隙(H1、H2)，设有向一方铁芯端面供给冷却液的转子冷却液供给路径(rs)，使冷却液流入泄漏磁通防止用空隙(H1、H2)，利用在空隙(H1、H2)内流动的冷却液对永久磁铁进行冷却。
文档编号H02K1/32GK101627523SQ20088000696
公开日2010年1月13日 申请日期2008年5月27日 优先权日2007年7月13日
发明者三治广明, 宫本知彦, 石田龙太, 竹中正幸 申请人:爱信艾达株式会社;丰田自动车株式会社