旋转电机及其运行方法与流程

本发明涉及通过在内部流通的制冷剂进行冷却的旋转电机及其运行方法。

背景技术：

以往，已知有如下旋转电机：即，提供给中空轴的制冷剂通过轴自身的旋转而发生飞散来对定子的绕组端部进行冷却(例如参照专利文献1)。

此外，已知有如下旋转电机：该旋转电机包括设置于定子铁芯外周的环构件、以及收纳所述定子铁芯和所述环构件的壳体，向所述环构件与壳体之间提供制冷剂，从环构件的孔向定子的绕组端部提供所述制冷剂(例如，参照专利文献2)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开2013-115848号公报

专利文献2：日本专利特开2009-195082号公报

技术实现要素：

发明所要解决的技术问题

上述公报所记载的旋转电机均是对定子的绕组端部进行冷却的结构，其具有如下问题：即，即使积极地对上述部位进行冷却，但没有积极地对定子的其他部位、及配置于定子内侧的转子进行冷却，作为整体的冷却效率较低。

本发明将解决上述问题点作为技术问题，其目的在于获得一种旋转电机，该旋转电机通过将制冷剂并行地流过定子及转子双方，从而可并行地对定子及转子进行冷却，由此提高整体的冷却效率。

此外，其目的在于获得一种旋转电机的运行方法，根据旋转电机的内部状态的物理量，来改变流过定子侧、转子侧的制冷剂的流量分配，从而更有效地分别对定子及转子进行冷却。

解决技术问题所采用的技术方案

本发明所涉及的旋转电机具备旋转电机主体，

该旋转电机主体包括：轴；固定于该轴的转子；包围该转子的外周面且具有定子铁芯及定子绕组的定子；以及包围该定子及所述转子的外壳，该旋转电机的特征在于，

所述外壳具有将制冷剂导入到内部的第一制冷剂流入口和第二制冷剂流入口、以及将所述外壳内的所述制冷剂排出到外部的制冷剂排出口，

所述轴具有轴内流路，该轴内流路的端面与所述第一制冷剂流入口相对，将所述制冷剂导入至所述轴的内部，

所述转子具有转子内流路，该转子内流路与所述轴内流路相连通并沿着所述转子的轴线方向进行贯通，将从所述轴内流路流出的所述制冷剂导至所述转子的外部，

从所述第一制冷剂流入口流入的所述制冷剂在通过所述轴内流路、所述转子内流路后，通过所述制冷剂排出口流出到所述外壳的外部，

从所述第二制冷剂流入口流入的所述制冷剂在通过所述外壳与所述定子之间的间隙、及所述定子绕组的绕组端部后，通过所述制冷剂排出口流出到所述外壳的外部。

本发明所涉及的旋转电机的运行方法的特征在于，

选择电动机主体的内部状态的物理量、即定子及转子的温度、所述转子的转速、所述电动机主体的输出转矩中的至少一个所述物理量，基于该物理量来 改变流到所述转子侧的自动变速机油的量与流到所述定子侧的自动变速机油的量之间的流量分配。

发明效果

根据本发明所涉及的旋转电机，通过将制冷剂并行地流到定子和转子双方，从而能并行地冷却定子和转子，提高整体的冷却效率。

根据本发明所涉及的旋转电机的运行方法，根据旋转电机的内部状态的物理量来改变流到定子侧、转子侧的制冷剂的流量分配，从而能将适当量的制冷剂送至定子及转子，分别高效地对定子和转子进行冷却。

附图说明

图1是本发明的实施方式1中的电动机的制冷剂回路图。

图2是图1的电动机主体的正剖视图。

图3是表示搭载于汽车的电动机主体上的转子的转速与电动机主体的转矩之间的关系的关系图。

图4是本发明的实施方式2中的电动机的制冷剂回路图。

下面，对本发明的各实施方式的电动机1进行说明，对各图中的相同或者相当的构件、部位标注相同的标号来进行说明。

实施方式1.

图1是本发明的实施方式1中的旋转电机即电动机1的制冷剂回路图。

该电动机1搭载于汽车，其中，作为旋转电机主体的电动机主体2和泵5经由去路配管3和回路配管4相连。

去路配管3中，一端部与泵5相连的配管主体6的另一端部安装有三通阀7。在该三通阀7的下游，从配管主体6分岔为第一去路配管部8和第二去路配管部9 。第一去路配管部8的前端部与电动机主体2的第一制冷剂流入口10相连。第二去路配管部9的前端部与电动机主体2的第二制冷剂流入口11相连。

回路配管4的中间部安装有双通阀12和冷却装置30。

图2是表示图1的电动机主体2的正剖视图。

该电动机主体2包括端部与减速机(未图示)相连的轴13、固定于该轴13的转子14、包围该转子14的外周面的定子17、包围该定子17和转子14的外壳18、从轴线方向的两侧夹住转子14的第一板23及第二板24。外壳18的内周壁面与定子铁芯15的外周面之间形成有间隙31。

外壳18中，与由轴承19自由旋转地支承的轴13的单侧端面相对地形成有第一制冷剂流入口10。此外，在上部形成有第二制冷剂流入口11。外壳18的下部形成有制冷剂排出口20。

作为制冷剂的自动变速机油从第一制冷剂流入口10及第二制冷剂流入口11流入外壳18的内部，并从制冷剂排出口20流出到外部。

轴13具有轴内流路，该轴内流路的端面与第一制冷剂流入口10相对，将自动变速机油导入至轴13的内部。

轴内流路由第一轴内流路部21和多个第二轴内流路部22构成，该第一轴内流路部21沿着轴13的轴线方向形成，将来自第一制冷剂流入口10的自动变速机油导入至轴13的内部，该多个第二轴内流路部22从第一轴内流路部21向轴13的径向方向延伸，沿着周向等间隔地形成。各第二轴内流路部22的前端面面向形成于圆盘状的第一板23的内侧的空间部即滞留部25。

转子14通过压入、烧嵌或键(key)等固定于轴13，包括由薄钢板层叠而成的转子铁芯26、以及在该转子铁芯26的外周侧沿周向隔着间隔埋设的多个永磁体(未图示)。

转子铁芯26中沿其轴线方向贯通的多个转子内流路27沿着周向方向等间隔地形成。另外，第二板24中在与转子内流路27同一轴线上也形成有多个板内流路28。

定子17具有由薄钢板层叠而成的定子铁芯15、定子绕组16。

定子铁芯15形成有沿其轴线方向延伸并沿着周向等间隔地形成的多个切口(未图示)。

定子绕组16具有导线卷绕于切口并从定子铁芯15的两端面向轴线方向的外侧突出的绕组端部29。

上述电动机主体2中，通过在定子绕组16中流过三相交流电流，从而在定子17上产生旋转磁场，该旋转磁场拉动转子14的永磁体组，从而转子14以轴13为中心进行旋转。

若由于该电动机主体2的驱动，定子17和转子14发热而导致温度上升，则电动机主体2的运行效率会下降。

为了防止该运行效率的下降，利用作为制冷剂的自动变速机油并行地对定子17和转子14进行冷却。

上述结构的电动机1中，通过泵5的驱动，自动变速机油如图1及图2的箭头所示那样，在通过配管主体6、三通阀7之后，分别分流至第一去路配管部8和第二去路配管部9，流过第一去路配管部8的自动变速机油流至第一制冷剂流入口10、第一轴内流路部21、第二轴内流路部22、滞留部25。

之后，自动变速机油在接着通过转子内流部27、板内流路28及外壳18的内部空间部后，到达制冷剂排出口20。

另一方面，流至第二去路配管部9后的自动变速机油在通过第二制冷剂流入口11、外壳18与定子铁芯15之间的间隙31、绕组端部29之后，到达制冷剂排出口20。

之后，利用三通阀7进行分流后的自动变速机油从制冷剂排出口20通过回路配管4、冷却装置30后回到泵5。

由此，自动变速机油在泵5与电动机主体2之间循环，由转子14和定子17产生的热量经由自动变速机油利用冷却装置30积极地释放到外部。

然而，根据电动机主体2的内部状态的物理量(温度、转速、转矩)使三 通阀7动作，来调整通过第一制冷剂流入口10流到转子14侧的自动变速机油的量、以及通过第二制冷剂流入口11流到定子17侧的自动变速机油的量。

此处，电动机主体2的内部状态的物理量中，温度是指定子17和转子14的温度，转速是指转子14的转速，转矩是指电动机主体2的输出转矩。

图3是表示搭载于汽车的电动机主体2的转子14的转速与电动机主体2的转矩之间的关系的关系图，实线为最大转矩，虚线为连续额定转矩。

图3中，区域A为汽车发动、上坡运行等时，此时，转子14的转速较小，电动机主体2的负载转矩较大。

转子14的转速较低、电动机主体2的负载转矩较大时，大电流流过定子绕组16，定子17的发热量增大(铜损)，此时，定子17侧与转子14侧相比要求较大的冷却能力。

因此，在该情况下，利用三通阀7的动作，使从泵5流过配管主体6的自动变速机油中流入第一制冷剂流入口10的量减少，流入第二制冷剂流入口11的量增多，从而与转子14侧相比能提高定子17侧的冷却能力。

此外，图3中，区域B为汽车巡航、下坡的油门关闭运行等时，此时转子14的转速较大，电动机主体2的负载转矩较小。

由此，电动机主体2的转子14的转速较高时，转子14与来自定子17的旋转磁场之间的交链频度增大，磁通变动增大，磁通的周围会有涡流流过，因此转子14因涡流而导致电阻的发热量增大(铁损)，此时，转子14侧与定子17侧相比要求较大的冷却能力。

因此，在该情况下，通过三通阀7的动作，使从泵5流过配管主体6的自动变速机油中流入第一制冷剂流入口10的量增多，流入第二制冷剂流入口11的量较少，从而与定子17侧相比能提高转子14侧的冷却能力。

图3中，在由区域A的区域和区域B的区域所夹住的区域中，将转子14的允许上限温度设为X、将转子14的检测温度设为X1、将定子17的允许上限温度设为Y、将定子17的检测温度设为Y1的情况下，比较X1/X及Y1/Y各自的值，能通 过使三通阀7动作，来进行流量分配，使得向X1/X及Y1/Y的值较高侧的转子14侧或定子17侧流过较多的自动变速机油。

在超过电动机主体2的连续额定转矩进行运行时，大电流流过定子绕组16，此时，定子17的发热量增大，由此能通过使三通阀7动作，使较多的自动变速机油流过定子17侧。

在电动机主体2的转子14转速较高、没有电流流过定子绕组16的无负载旋转运行时，能通过停止泵5来抑制耗电。

另外，在泵5刚停止时泵5的风扇因惯性而旋转，因此在此期间，自动变速机油能流到转子14侧、定子17侧。

在电动机主体2的转子14转速较高、没有电流流过定子绕组16的无负载旋转运行时，可以停止泵5，并关闭三通阀7。

由此，在由于是发动机驱动那样的机械式泵而无法切断动力传输的泵5的情况下，能使得没有机械损耗，能提高电动机主体2的输出。

实施方式2.

图4是本发明的实施方式2中的电动机1的制冷剂回路图。

本实施方式中，去路配管3由第一去路配管部8A和第二去路配管部9A构成，该第一去路配管部8A的一端部与泵5相连，另一端部与电动机主体2的第一制冷剂流入口10相连，该第二去路配管部9A的一端部与泵5相连，另一端部与电动机主体2的第二制冷剂流入口11相连。

第一去路配管部8A的中间部安装有第一双通阀32，第二去路配管部9A的中间部安装有第二双通阀33。

其他结构与实施方式1的电动机1相同。

实施方式1的电动机1中，流过自动变速机油的转子14侧、定子17侧的量由三通阀7的调整进行，各自量的多少相互联动，与此相对，本实施方式2中，流 过转子14侧的自动变速机油的量由第一双通阀32所决定，流过定子17侧的自动变速机油的量由第二双通阀33决定，各自的量独立地进行调整。

另外，上述各实施方式中，在电动机主体2的内部状态的物理量即定子17及转子14的温度、转子14的转速、电动机主体2的输出转矩中，在图3的区域A和区域B中，基于转子14转速和电动机主体2的输出转矩的值，来改变流到转子14侧的自动变速机油的量与流到定子17侧的自动变速机油的量之间的流量分配，在区域A和区域B所夹住的区域中，基于定子17及转子14的温度来改变流到转子14侧的自动变速机油的量与流到定子17侧的自动变速机油的量之间的流量分配，但各个物理量的选择是一个示例。

根据电动机主体2的运行状况，电动机主体2的内部状态的物理量即定子17及转子14的温度、转子14的转速、电动机主体2的输出转矩发生变化，但能选择这些物理量中的至少一个物理量，基于该物理量来改变流到转子14侧的自动变速机油的量与流到定子17侧的自动变速机油的量之间的流量分配。

此外，对作为旋转电机搭载于汽车的电动机1进行了说明，但也可以是用于其他用途的电动机。

旋转电机可以是发电机。

对制冷剂是作为汽车的润滑油的自动变速机油的情况进行了说明，但根据用途，制冷剂也可以是空气等气体。

根据旋转电机所设置的环境，也可以不使用冷却装置30。

标号说明

1电动机(旋转电机)、2电动机主体(旋转电机主体)、3去路配管、4回路配管、5泵、6配管主体、7三通阀、8、8A第一去路配管部、9、9A第二去路配管部、10第一制冷剂流入口、11第二制冷剂流入口、12三通阀、13轴、14转子、15定子铁芯、16定子绕组、17定子、18外壳、19轴承、20制冷剂排出口、21第一轴内流路部、22第二轴内流路部、23第一板、24第二板、25滞留部、26转子铁芯、27转子内流路、28板内流路、29绕 组端部、30冷却装置、31间隙、32第一双通阀、33第二双通阀。