阅读说明：本技术 旋转电机以及转子 (Rotating electric machine and rotor ) 是由 栗田聪 坪井雄一 于 2019-07-09 设计创作，主要内容包括：一种旋转电机以及转子,在不使效率降低的情况下确保旋转电机的冷却性能。旋转电机具备：转子,具有转子轴、转子铁心(110)、多个转子导体(16)；定子,具有定子铁心和定子绕组；以及两个轴承。在转子铁心形成有多个环状排列贯通孔(111),并且在轴向相互隔开间隔地形成有多个铁心径向通气孔(112),多个环状排列贯通孔具有供转子导体沿轴向贯通的贯通孔导体收纳部(111a)和其径向内侧的贯通孔轴向通气部(111b),多个铁心径向通气孔在上述转子铁心的外周在周向相互隔开间隔地配置,且从环状排列贯通孔通到径向外侧。在多个转子导体的各个,至少在形成有铁心径向通气孔的位置,形成有沿径向贯通转子导体的导体通气孔。(A rotating electrical machine and a rotor that ensure cooling performance of the rotating electrical machine without reducing efficiency. The rotating electric machine is provided with: a rotor having a rotor shaft, a rotor core (110), and a plurality of rotor conductors (16); a stator having a stator core and a stator winding; and two bearings. A plurality of annularly arranged through holes (111) are formed in the rotor core, and a plurality of core radial direction vent holes (112) are formed at intervals in the axial direction, the plurality of annularly arranged through holes have through hole conductor receiving portions (111a) through which the rotor conductors pass in the axial direction and through hole axial direction vent portions (111b) on the radial inner side thereof, and the plurality of core radial direction vent holes are arranged at intervals in the circumferential direction on the outer periphery of the rotor core and pass from the annularly arranged through holes to the radial outer side. At least at the position where the core radial direction vent hole is formed, a conductor vent hole penetrating the rotor conductor in the radial direction is formed in each of the plurality of rotor conductors.)

旋转电机以及转子

技术领域

本发明涉及旋转电机及其转子。

背景技术

在旋转电机的转子铁心以及定子铁心中，由在运转中产生的涡电流等导致的铁损成为发热的一个原因，成为效率降低的重要原因。因而，降低转子铁心以及定子铁心各自的内部的涡电流的流动在确保旋转电机的效率的方面是有效的。

因此，在旋转电机中的转子铁心以及定子铁心中，通常分别采用将由强磁性体制且在中央具有开口的圆板状的电磁钢板在轴向层叠的层叠构造。电磁钢板例如使用透磁率比较高且价格低廉的硅钢板等。

在笼式感应电动机的情况下，借助由在定子绕组流动的交流产生的感应电动势，在贯通转子内的转子导体棒中流过有电流。在同步旋转电机的情况下，借助从外部供给的电力而在转子绕组流过有电流。并且，设置有隔着空隙而在转子铁心的径向的外侧以包围转子铁心的方式配置的定子铁心，但在沿轴向贯通该定子铁心的定子绕组中因从外部供给的电力而流过有电流。

通常，转子铁心以及定子被收纳在框架内。在框架内，冷却用气体进行循环，对转子铁心、转子导体棒或者转子绕组、定子铁心以及定子绕组等进行冷却。并且，在大多旋转电机中通常设置有冷却器，冷却用气体在冷却器中被冷却，被冷却后的冷却用气体对转子以及定子进行冷却。

专利文献1：日本特开2017－158398号公报

专利文献2：日本特开2017－184529号公报

转子绕组与多个部件机械地接触或者结合。但是，在电气方面需要维持绝缘。因此，转子线圈、转子导体棒及其周边的部件使用多个绝缘材料。

绝缘材料根据各自的材质等而在使用温度上存在耐热性能上的限制。另一方面，在近年来的旋转电机的单机容量的增大化的同时，转子线圈内的电流密度存在上升的倾向。因此，以转子绕组为首而进行转子的各部分的冷却很重要。并且，关于定子也同样各部分的冷却很重要。

存在在轴向设置转子铁心间的间隙即通道的例子。空气等转子的冷却用气体在形成于转子铁心与转子轴之间的轴向的流路中流动，并转换方向而在通道内朝径向外侧流动(参照专利文献1)。在这种情况下，因冷却用气体的流动而导致的压力损失的降低是重要的。在因通道的形成而对转子进行冷却的情况下，在轴向形成通道的数量越是增加，则在轴向磁阻大的空隙越增加，因此电磁性能方面并不优选。并且，也成为轴向长度的增加的重要原因。

并且，例如，在开口槽形即具有在轴向连续地形成的槽的转子中，公知有通过在转子导体棒的径向内侧设置轴向的流路、并且在转子导体棒设置径向的流路，由此来提高基于冷却用气体的冷却效果的例子(参照专利文献2)。在开口槽形的情况下，因转速增加而导致的施加于转子线圈或转子导体棒的离心力成为问题。并且，因产生转子铁心的外周面并非完全的圆筒表面的部分而导致风损增加，成为效率降低的重要原因。

发明内容

因此，本发明的目的在于确保旋转电机的冷却性能并且提高效率。

为了达成上述目的，本发明提供一种旋转电机，具备转子、定子和两个轴承，上述转子具有：转子轴，沿轴向延伸；转子铁心，安装在上述转子轴的径向外侧；以及多个转子导体，在上述转子铁心内贯通且相互在周向隔开间隔地配置，上述定子具有：圆筒状的定子铁心，设置在上述转子铁心的径向外侧；以及定子绕组，在上述定子铁心内沿轴向贯通，上述两个轴承夹着上述转子铁心而在上述转子轴的轴向的两侧将上述转子轴支承为能够旋转，其特征在于，在上述转子铁心形成有多个环状排列贯通孔，并且在轴向相互隔开间隔地形成有多个铁心径向通气孔，上述多个环状排列贯通孔具有供上述多个转子导体的各个沿轴向贯通的贯通孔导体收纳部以及上述贯通孔导体收纳部的径向内侧的贯通孔轴向通气部，上述多个铁心径向通气孔在上述转子铁心的外周在周向相互隔开间隔地配置，且从上述环状排列贯通孔通到径向外侧，在上述多个转子导体的各个，至少在形成有上述铁心径向通气孔的位置，形成有沿径向贯通该转子导体的导体通气孔。

并且，本发明提供一种转子，该转子为旋转电机的转子，该旋转电机具备：定子，具有圆筒状的定子铁心以及在上述定子铁心内沿轴向贯通的定子绕组；以及两个轴承，上述转子的特征在于，具有：转子轴，沿旋转轴方向延伸且由上述两个轴承支承为能够旋转；转子铁心，配置在上述定子铁心的径向内侧，且安装在上述转子轴的径向外侧；以及多个转子导体，在上述转子铁心内贯通且相互在周向隔开间隔地配置，在上述转子铁心形成有多个环状排列贯通孔，并且在轴向相互隔开间隔地形成有多个铁心径向通气孔，上述多个环状排列贯通孔具有供上述多个转子导体的各个沿轴向贯通的贯通孔导体收纳部以及上述贯通孔导体收纳部的径向内侧的贯通孔轴向通气部，上述多个铁心径向通气孔在上述转子铁心的外周在周向相互隔开间隔地配置，且从上述环状排列贯通孔通到径向外侧，在上述多个转子导体的各个，至少在形成有上述铁心径向通气孔的位置，形成有沿径向贯通该转子导体的导体通气孔。

发明效果

根据本发明，能够确保旋转电机的冷却性能并且提高效率。

附图说明

图1是示出第一实施方式所涉及的旋转电机的结构的纵剖视图。

图2是示出第一实施方式所涉及的旋转电机的转子导体的立体图。

图3是示出第一实施方式所涉及的旋转电机的转子导体的、图4的III－III线向视剖视图。

图4是示出第一实施方式所涉及的旋转电机的转子导体的、图3的IV－IV线向视剖视图。

图5是示出第一实施方式所涉及的旋转电机的转子铁心的立体图。

图6是在第一组钢板的部分沿旋转轴方向观察第一实施方式所涉及的旋转电机的转子铁心的剖视图。

图7是在第二组钢板的部分沿旋转轴方向观察第一实施方式所涉及的旋转电机的转子铁心的剖视图。

图8是示出第二实施方式所涉及的旋转电机的转子导体的立体图。

图9是在第一组钢板的部分沿旋转轴方向观察第二实施方式所涉及的旋转电机的转子铁心的剖视图。

图10是在第二组钢板的部分沿旋转轴方向观察第二实施方式所涉及的旋转电机的转子铁心的剖视图。

附图标记说明

10…转子、11…转子轴、15…短路环、16…转子导体、16a…导体通气孔、16b…止挡部、16c…入口锥状部、16d…出口锥状部、17…转子导体、17a…导体通气孔、18…内扇、19…空隙、20…定子、21…定子铁心、21a…定子通道、22…定子绕组、30…轴承、40…框架、40a…闭空间、45…轴承支架、60…冷却器、61…冷却管、62…冷却器罩、63…冷却器入口开口、64…冷却器出口开口、110…转子铁心、111…环状排列贯通孔、111a…贯通孔导体收纳部、111b…贯通孔轴向通气部、112…铁心径向通气孔、120…第一电磁钢板、120g…第一钢板组、121…第一钢板环状排列开口、121a…第一钢板开口导体收纳部、121b…第一钢板开口轴向通气部、122…径向通气用切口、130…第二电磁钢板、130g…第二钢板组、131…第二钢板环状排列开口、131a…第二钢板开口导体收纳部、131b…第二钢板开口轴向通气部、200…旋转电机

具体实施方式

以下，参照附图对本发明所涉及的旋转电机及其转子进行说明。此处，对彼此相同或者类似的部分标注共通的附图标记并省略重复说明。

[第一实施方式]

图1是示出第一实施方式所涉及的旋转电机的结构的纵剖视图。

旋转电机200具有转子10、定子20、两个轴承30、框架40、两个轴承支架45、以及冷却器60。

转子10具有沿水平的旋转轴方向延伸的转子轴11、转子铁心110、以及多个转子导体16。转子轴11的轴向的两侧由轴承30支承为能够旋转。

转子铁心110呈圆筒状，且安装于转子轴11。在转子铁心110的径向外侧表面附近，在周向相互隔开间隔地形成有沿轴向贯通的多个环状排列贯通孔111(图5)。

多个转子导体16分别呈棒状，贯通环状排列贯通孔111(图5)的各贯通孔导体收纳部111a(图5)，并朝转子铁心110的轴向的两侧突出。在转子铁心110的轴向的两个外侧分别配置有短路环15。各个短路环15与所有的转子导体16连接，转子导体16借助短路环15而电短路。

如图1所示，在转子轴11，在一方的轴承30与转子铁心110之间设置有内扇18。另外，内扇也可以夹着转子铁心110而设置在相反侧。或者，也可以在两侧均设置。另外，如果在机内的冷却的方面没有问题，则也可以是不设置内扇的情况。

定子20具有定子铁心21以及定子绕组22。定子铁心21呈圆筒状，且隔着环状的空隙19而配置在转子铁心110的径向外侧。在定子铁心21，在轴向相互隔开间隔地形成有朝向径向外侧的流路即多个定子通道21a。在定子铁心21的径向的内表面，在周向相互隔开间隔地形成有沿轴向贯通的多个槽状的定子槽(未图示)。定子绕组22在定子槽内贯通，且在定子铁心21的轴向外侧相互连接、或者与外部的导体连接。

在定子20的径向外侧设置有框架40，框架40收纳转子铁心110以及定子20。在框架40的轴向的两端分别连接有轴承支架45，对轴承30进行静止支承。

在框架40的上侧设置有冷却器60。冷却器60具有至少1根冷却管61和收纳冷却管61的冷却器罩62。冷却器罩62与框架40以及轴承支架45协作，形成内包冷却用气体的闭空间40a。冷却器罩62内的空间和框架40内的空间经由冷却器入口开口63以及冷却器出口开口64连通。

图2是示出第一实施方式所涉及的旋转电机的转子导体的立体图。转子导体16截面呈与在转子铁心110形成的各个环状排列贯通孔111的贯通孔导体收纳部111a的形状对应的大致四边形，且以旋转轴方向作为长度方向而延伸。另外，转子导体16的截面形状也可以是其他的多边形、或者例如圆形或者椭圆形等其他形状。

在转子导体16，在长度方向相互隔开间隔地形成有从径向内侧通到径向外侧的多个导体通气孔16a。形成有多个导体通气孔16a的位置与形成有在转子铁心110形成的后述的铁心径向通气孔112(图5)的轴向的位置对应。另外，在图2中，为了图示的方便，缩短相互邻接的导体通气孔16a间的间隔来进行表示。

在转子导体16的一方的端部附近形成有止挡部16b。在转子铁心110一体化后，将转子导体16从轴向的一方***至在转子铁心110形成的环状排列贯通孔111的贯通孔导体收纳部111a，但止挡部16b进行转子导体16的轴向的定位。即、是用于使多个导体通气孔16a的位置成为与形成有在转子铁心110形成的铁心径向通气孔112的轴向的位置对应的轴向位置的部分。另外，在图2中，示出止挡部16b朝径向的内侧突出的情况，但例如也可以朝径向外侧等其他方向突出。

图3是示出第一实施方式所涉及的旋转电机的转子导体的、图4的III－III线向视剖视图。并且，图4是图3的IV－IV线向视剖视图。

在各个导体通气孔16a，在入口侧即径向内侧的部分形成有入口锥状部16c。并且，在出口侧即径向外侧的部分形成有出口锥状部16d。结果，在贯通孔轴向通气部111b(图5)中沿轴向流动的冷却用气体流入各个导体通气孔16a时的压力损失以及从各个导体通气孔16a朝空隙19流出时的压力损失降低。另外，当该部分的压力损失不会成为问题、或者更希望减轻加工的负担的情况下，可以仅形成入口锥状部16c以及出口锥状部16d中的任一方，也可以两个都不形成。

图5是示出第一实施方式所涉及的旋转电机的转子铁心的立体图。转子铁心110具有圆板状的多个第一电磁钢板120以及圆板状的多个第二电磁钢板130这两种电磁钢板。另外，在转子铁心110的轴向的端面中，原本转子导体16朝轴向的外侧突出，但在图5中为了图示的方便，省略该部分而示出转子导体16的截面。

在旋转轴方向层叠的多个第一电磁钢板120形成1个第一钢板组120g。并且，在旋转轴方向层叠的多个第二电磁钢板130形成1个第二钢板组130g。转子铁心110具有多个第一钢板组120g和多个第二钢板组130g，各个第一钢板组120g和第二钢板组130g交替地在旋转轴方向层叠。

在转子铁心110形成的环状排列贯通孔111具有前述的贯通孔导体收纳部111a和位于贯通孔导体收纳部111a的径向内侧的槽状的贯通孔轴向通气部111b。贯通孔轴向通气部111b是在转子导体16的径向内侧形成的沿轴向贯通的流路。

图6是在第一组钢板的部分沿旋转轴方向观察转子铁心的剖视图。

在第一电磁钢板120的外周附近，在周向相互隔开间隔地形成有多个第一钢板环状排列开口121。通过第一电磁钢板120沿轴向层叠，第一钢板环状排列开口121形成转子铁心110的环状排列贯通孔111。第一钢板环状排列开口121具有：与转子铁心110的环状排列贯通孔111中的贯通孔导体收纳部111a的截面形状对应的第一钢板开口导体收纳部121a；以及与贯通孔轴向通气部111b的截面形状对应的第一钢板开口轴向通气部121b。

在第一钢板环状排列开口121的径向外侧，与第一钢板环状排列开口121相连续地，形成有与外周的外侧连通的径向通气用切口122。通过第一电磁钢板120沿轴向层叠，径向通气用切口122形成铁心径向通气孔112(图5)。

图7是在第二组钢板的部分沿旋转轴方向观察转子铁心的剖视图。图7示出第二电磁钢板130以及转子导体16。

在第二电磁钢板130的外周附近，在周向相互隔开间隔地形成有多个第二钢板环状排列开口131。通过第二电磁钢板130沿轴向层叠，第二钢板环状排列开口131形成转子铁心110的环状排列贯通孔111。第二钢板环状排列开口131具有与在第一电磁钢板120形成的第一钢板环状排列开口121相同的形状、尺寸，并且沿轴向投影形成在相同位置。

第二钢板环状排列开口131与第一钢板环状排列开口121同样，具有：与转子铁心110的环状排列贯通孔111中的贯通孔导体收纳部111a的截面形状对应的第二钢板开口导体收纳部131a；以及与贯通孔轴向通气部111b的截面形状对应的第二钢板开口轴向通气部131b。

另外，在第二电磁钢板130，并未形成有在第一电磁钢板120形成的径向通气用切口122。

如引用图5说明了的那样，由多个第一电磁钢板120形成的第一钢板组120g和由多个第二电磁钢板130形成的第二钢板组130g在轴向交替层叠。

通过第一钢板组120g和第二钢板组130g在旋转轴方向交替层叠而形成的贯通孔导体收纳部111a以及贯通孔轴向通气部111b分别在轴向以形成相同截面的方式形成。转子导体16贯通各个第一钢板环状排列开口121。

如图5所示，在第一电磁钢板120层叠的轴向的区域、即第一钢板组120g中，在转子铁心的外周面，在周向相互隔开间隔地形成有在周向具有宽度的多个铁心径向通气孔112。并且，在第二电磁钢板130层叠的轴向的区域、即第二钢板组130g中，并未形成有这样的孔，而形成为与所谓的闭口槽同样的形态。

因而，铁心径向通气孔112的轴向的长度形成为轴向的两侧由第二电磁钢板130夹着的第一电磁钢板120的层叠的轴向的长度、即第一钢板组120g的轴向的厚度。

以上述方式构成的本实施方式所涉及的旋转电机具有以下的作用、效果。

第一，通过设置由在转子铁心110内的转子导体16的径向内侧部分形成的沿轴向贯通的贯通孔轴向通气部111b、在转子导体16中在轴向相互隔开间隔地形成的多个导体通气孔16a、在转子铁心110内的转子导体16的径向外侧部分在轴向相互隔开间隔地形成的多个铁心径向通气孔112构成的转子铁心110内的流路，能够确保基于冷却用气体的转子铁心110的冷却效果。

第二，设置有第二电磁钢板130的范围在转子铁心110的外周没有切口部，形成为与闭口槽形同样的结构，因此，即便在旋转电机200的转速高的情况下，也能够利用转子铁心110的转子导体16的径向外侧的部分承受施加于转子导体16的离心力。因而，不存在因离心力引起的构造上的担忧。

第三，形成有铁心径向通气孔112的仅仅是转子铁心110的外周的一部分，因此，与转子铁心110的外周面靠近圆筒表面、开口槽形的情况相比能够将因风损导致的效率降低抑制得小。

如上，根据本实施方式，能够维持性能并确保旋转电机的冷却性能。

[第二实施方式]

本第二实施方式是第一实施方式的变形。在本第二实施方式中，代替第一实施方式中的转子导体16，设置有与其具有同样的外形尺寸的转子导体17。其他的点与第一实施方式相同。

图8是示出第二实施方式所涉及的旋转电机的转子导体的立体图。

在本实施方式中，由多个第一电磁钢板120形成的第一钢板组120g和由多个第二电磁钢板130形成的第二钢板组130g在轴向交替层叠。

在转子导体17形成有1个导体通气孔17a。导体通气孔17a形成为从径向内侧贯通至径向外侧，且在长度方向连续地延伸。因此，即便不严格地进行轴向的定位，在形成有在转子铁心110形成的铁心径向通气孔112的轴向的部位，也存在从转子导体17的径向内侧朝向径向外侧的流路。

结果，不需要第一实施方式中的转子导体16所具有的止挡部16b那样的用于进行轴向的定位的部位。

图9是在第一组钢板的部分沿旋转轴方向观察转子铁心的剖视图。并且，图10是在第二组钢板的部分沿旋转轴方向观察转子铁心的剖视图。

如图9以及图10所示，在未形成径向通气用切口122的范围、即未形成铁心径向通气孔112的轴向的部分，也在转子导体17形成有导体通气孔17a。

如上，在本实施方式中，在相对于转子导体17形成导体通气孔17a时，无需严格地进行轴向的定位，加工以及组装时的负担减轻。并且，即便不相独立地形成第一实施方式中的入口锥状部16c以及出口锥状部16d，也存在导体通气孔17a中的冷却用气体的方向转换的程度小、并且几乎不会产生缩流以及扩流的优点。此外，在并未形成有铁心径向通气孔112的轴向的部分，也在转子导体17形成有导体通气孔17a，因此能够进一步获得转子导体17的冷却效果。

另外，作为本实施方式的变形，导体通气孔17a也可以并非1个，也可以在轴向相互隔开间隔地形成有多个以包含多个形成有铁心径向通气孔112的范围的范围在长度方向连续地形成的导体通气孔。并且，也可以在长度方向使导体通气孔的宽度变化。

[其他实施方式]

以上对本发明的实施方式进行了说明，但实施方式只不过是作为例子加以提示，并非意图限定发明的范围。例如，在实施方式中，作为例子示出了转子轴水平延伸的情况，但并不限定于此。例如，也可以是转子轴沿铅垂方向延伸的情况。

此外，实施方式能够以其他各种各样的形态实施，能够在不脱离发明的主旨的范围进行各种省略、置换、变更。实施方式及其变形包含于发明的范围或主旨中，并且同样也包含于技术方案中记载的发明及其等同的范围中。