CN102668338A - 旋转电机 - Google Patents

Abstract

本发明可以提供一种具备紧凑型水冷结构的旋转电机，通过使定子线圈中产生的热损失有效地向冷却水路散热，抑制定子线圈的温度上升，在容许温度内实现更大的通电，从而提高额定输出。旋转电机的特征为，具备：大致圆筒形的转子，被旋转自如地支撑；定子；托架，支撑定子；及水冷结构，托架具有冷却水路，同时具有隔着绝缘体紧贴定子线圈的部分。

Description

旋转电机

技术领域

本发明涉及例如像EV马达那样的旋转电机，尤其涉及定子线圈的冷却。

背景技术

旋转电机由于负载电流的通电所产生的热损失而定子线圈的温度上升。为了得到更大的输出，必须增大负载电流，定子线圈的温度则更加上升。大多数情况下，由于旋转电机的额定输出被限制在定子线圈的温度没有达到耐热界限温度的范围内，因此定子线圈的冷却方法是提高旋转电机的输出的不可欠缺的重要技术。

在具备被旋转自如地支撑的大致圆筒形的转子、定子、支撑所述部件的托架和水冷结构的现有的旋转电机中，存在框架上具备冷却水路的例子（例如参照专利文献1）。

图14是具备现有的水冷结构的旋转电机的结构例。

在图中，所述旋转电机具有：大致圆筒形的转子7，被旋转自如地支撑；定子铁心2；定子线圈3，被安装在定子铁心上；负载侧托架4a和负载相反侧托架4b，支撑所述部件；及框架1。

在框架上设置有冷却水路12。定子线圈产生的损失的热量经过绝缘子、定子铁心、框架，通过冷却水向外部散热。

为了提高到达框架的导热性，在定子线圈的负载侧线圈末端3a、负载相反侧线圈末端3b与框架之间填充有高导热绝缘体10a、10b。

通过高导热绝缘体，可以使定子线圈产生的热量更直接地向框架散热，能够增大旋转电机的额定输出。

在现有的旋转电机中，也存在使被安装在定子铁心上的定子线圈所产生的热直接向负载侧托架散热从而使冷却效果提高的旋转电机（例如参照专利文献2）。

图15是现有的另一种旋转电机的轴向剖视图。

在图中，将由安装在定子铁心22上的板状导体形成的定子线圈21的负载侧线圈末端21e的内周面与外周面分别形成在一个圆筒面上，同时将端面形成在一个平面上，使负载侧线圈末端21e隔着绝缘体24紧贴负载侧托架25的沟部25e。由此，使定子线圈产生的热量直接向负载侧托架散热，并从负载侧托架向外部装置散热。

定子线圈的线圈末端与框架相比更容易向负载侧托架紧贴，与图14所示的隔着高导热绝缘体相比，散热效果大。到达负载侧托架的热量向安装有负载侧托架的外部装置散热。

如此，现有的旋转电机设法使安装在定子铁心上的定子线圈所产生的热损失更有效地向外部散热。

专利文献1：日本国特开2002－191149号公报（第6页，图1）

专利文献2：日本国特开2006－050853号公报（第7页、图2）

发明内容

为了改善定子线圈产生的热量经过绝缘子、定子铁心、框架通过冷却水向外部散热的不好的散热性，专利文献1表示的现有的旋转电机并用以下效果，即使用高导热绝缘体，使定子线圈产生的热量更直接地向框架散热。然而，高导热绝缘体虽然比通常绝缘体的导热性优良，但是如果与托架等的材料即金属相比较，导热性却明显不如金属，散热效果的改善也较小。

专利文献2表示的现有的另一个旋转电机，由于使定子线圈的线圈末端向负载侧托架紧贴，所以，虽然在到达负载侧托架之前的散热效果较大，但是由于不具有水冷结构，因此在从负载侧托架向旋转电机外部散热方面存在局限。

本发明是鉴于这样的问题而进行的，目的在于提供一种具备紧凑型水冷结构的旋转电机，通过使定子线圈中产生的热损失有效地向冷却水路散热，抑制定子线圈的温度上升，在容许温度内实现更大的通电，从而提高额定输出。

为了解决上述问题，本发明如以下构成。

技术方案1所述的发明是一种旋转电机，具备：大致圆筒形的转子，被旋转自如地支撑；定子；托架，支撑定子；及水冷结构，其特征为，托架具有冷却水路，同时具有隔着绝缘体紧贴定子线圈的部分。

而且，技术方案2所述的发明为，根据技术方案1所述的旋转电机，其特征为，托架的冷却水路在马达外部侧具有开口部分，在马达内部侧不具有开口部分。

而且，技术方案3所述的发明为，根据技术方案1所述的旋转电机，其特征为，定子线圈是外形状被加压成形的空芯线圈安装在定子铁心的槽部。

而且，技术方案4所述的发明为，根据技术方案1所述的旋转电机，其特征为，定子线圈被以分布绕组安装在定子铁心的槽部，具有外形状被加压成形的线圈末端部。

而且，技术方案5所述的发明为，根据技术方案1所述的旋转电机，其特征为，介于定子线圈与托架之间的绝缘体为环状成形品，安装在定子线圈的线圈末端部与托架之间。

而且，技术方案6所述的发明为，根据技术方案1所述的旋转电机，其特征为，介于定子线圈与托架之间的绝缘体是进行托架表面处理的陶瓷保护膜。

根据技术方案1所述的发明，可提供一种具备紧凑型水冷结构的旋转电机，由于托架具有冷却水路，同时具有隔着绝缘体紧贴定子线圈的部分，因此通过使定子线圈中产生的热损失有效地向冷却水路散热，抑制定子线圈的温度上升，在容许温度内实现更大的通电，从而提高额定输出。

而且，根据技术方案2所述的发明，由于托架的冷却水路在马达内部侧不具有开口部分，因此冷却水不会浸渍托架的旋转电机内部侧，不会使定子线圈周围的绝缘降低。

根据技术方案3所述的发明，由于定子线圈是外形状被加压成形的空芯线圈安装在定子铁心的槽部，因此容易使定子线圈的线圈末端部分紧贴于托架，容易使定子线圈产生的热量向托架散热。

而且，根据技术方案4所述的发明，由于定子线圈被以分布绕组安装在定子铁心的槽部，具有外形状被加压成形的线圈末端部，因此容易使定子线圈的线圈末端部分紧贴于托架，容易使定子线圈产生的热量向托架散热。

而且，根据技术方案5所述的发明，由于介于定子线圈与托架之间的绝缘体为环状成形品，因此可以廉价制作。

而且，根据技术方案6所述的发明，由于介于定子线圈与托架之间的绝缘体是进行托架表面处理的陶瓷保护膜，因此是高绝缘电阻与高导热性兼备的材质，在确保绝缘的同时，容易使定子线圈产生的热量向托架散热。

附图说明

图1是表示本发明的第1实施例的旋转电机的轴向剖视图。

图2是所述马达的径向剖视图。

图3是负载侧托架形状的说明图。

图4是定子线圈安装前的说明图。

图5是定子线圈的绝缘结构的说明图。

图6是定子线圈安装后的说明图。

图7是框架的安装状态的说明图。

图8是加压成形定子线圈的外形状的作业说明图。

图9是从周向观察的定子线圈外形状的加压成形说明图。

图10是表示本实施例的效果的对比图。

图11是表示本发明的第2实施例的旋转电机的轴向剖视图。

图12是所述旋转电机的径向剖视图。

图13是表示负载侧线圈末端部的加压成形方法的说明图。

图14是具备现有的水冷结构的旋转电机的结构例。

图15是现有的另一种旋转电机的轴向剖视图。

符号说明

1－框架；2－定子铁心；3－定子线圈；3a－负载侧线圈末端；3b－负载相反侧线圈末端；4a－负载侧托架；4b－负载相反侧托架；5a－负载侧轴承；5b-负载相反侧轴承；6-旋转轴；7-转子；10a－高导热绝缘体；10b－高导热绝缘体；12－冷却水路；21－定子线圈；21e－负载侧线圈末端；22－定子铁心；24－绝缘体；25－负载侧托架；25e－负载侧托架的沟部；26－负载相反侧托架；27－永久磁铁；28－转子铁心；29－旋转轴；31－转子；32－永久磁铁；33－转子铁心；34－旋转轴；35－负载侧侧板；36－负载相反侧侧板；37－负载侧轴承；38－负载相反侧轴承；41－编码器部；42－接线部；43－负载侧托架；43a－导入管；43b－导出管；43c－冷却水路；43d－冷却凸片；43e－向外部装置上安装用的螺栓孔；43f－与框架连接的螺栓孔；43g－罩安装用螺纹孔；44－负载相反侧托架；45－定子铁心；45－齿部；46－定子线圈；46a－缠绕开始线圈端；46b－缠绕结束线圈端；46c－负载侧线圈末端部；46d－负载相反侧线圈末端部；47－绝缘体；48－绝缘子；48a－外侧绝缘子；48b－内侧绝缘子；48c－绝缘胶带；49－防尘圈；50－罩；51－框架；52－接线板；53－外侧O形环；54－内侧O形环；55－螺栓；61－上冲头；62－下冲头；63－模；63a－线圈的安装空间；64－中心销；71－转子；73－转子铁心；74－旋转轴；75－永久磁铁；82－接线部；83－负载侧托架；83a－沟部；84－负载相反侧托架；85－定子铁心；85a－齿部；86－定子线圈；86a－负载侧线圈末端部；86aa－负载侧线圈末端部的内周面；86ab－负载侧线圈末端部的外周面；86ac－负载侧线圈末端部的端面；87－绝缘体；88－绝缘纸；91－框架；92－内周面成形夹具；93－外周面成形夹具；94－端面成形夹具；F－负载。

具体实施方式

以下，参考附图对本发明的实施方式进行说明。

（实施例1）

图1是表示供于EV马达的本发明的第1实施例的旋转电机的轴向剖视图。

在图中，所述马达的转子31的转子铁心33被用负载侧侧板35与负载相反侧侧板36固定在旋转轴34上，通过负载侧轴承37与负载相反侧轴承38，被旋转自如地支撑于负载侧托架43与负载相反侧托架44。

在旋转轴的负载相反侧端部，设置用于检测转子的旋转位置的编码器部41。

定子线圈46隔着绝缘体47与负载侧托架紧贴安装。由于负载侧托架具有隔着绝缘体紧贴定子线圈的部分，同时具有冷去水路43c，因此使定子线圈中产生的热损失的热量有效地向冷却水路散热，抑制定子线圈的温度上升，在容许温度内实现更大的通电，从而提高额定输出。冷却水路被由螺栓55而连接在负载侧托架上的罩50密闭，外侧O形环53与内侧O形环54防止冷却水渗漏。热量随着冷却水由导出管43b向外部散热。

定子线圈以绝缘子48而与定子铁心绝缘。

向定子线圈的通电是从外部通过未图示的引线由定子线圈的接线部42供给的。

负载相反侧托架与框架51一起被用未图示的螺栓连接于负载侧托架。

图2是所述马达的径向剖视图。

在图中，所述马达的转子31是埋入式磁铁型结构，永久磁铁32按每1极以V形设置于转子铁心33，构成10极磁极。

定子具有按每个齿分割的定子铁心45和被缠绕成集中绕组且外形状被加压成形的定子线圈46。

图3是负载侧托架形状的说明图。

在图中，负载侧托架43具有隔着绝缘体紧贴定子线圈的部分，同时具有冷却水路43c。

冷却水由导入管43a导入，一边通过冷却水路43c一边吸收负载侧托架的热量，然后由导出管43b导出。用未图示的外部装置冷却后，一边反复再次被导入负载侧托架的循环，一边冷却本实施例的马达。

冷却凸片43d构成冷却水路，同时也是为了促进从负载侧托架向冷却水换热而设置的。

而且，在负载侧托架中设置有向外部装置上安装用的螺栓孔43e、与框架连接用的螺栓孔43f以及罩安装用螺纹孔43g。

图4是定子线圈安装前的说明图。

在图中，定子线圈46被如下安装，12个外形状被加压成形的空芯线圈隔着绝缘体47与负载侧托架43紧贴。

介于定子线圈与负载侧托架之间的绝缘体由于是进行负载侧托架表面处理的陶瓷保护膜，因此是高绝缘电阻与高导热性兼备的材质，在确保绝缘的同时，容易使定子线圈产生的热量向托架散热。为了确保绝缘性，陶瓷保护膜实施有封孔处理。

而且，如图5的定子线圈的绝缘结构的说明图所示，定子线圈46以外侧绝缘子48a与内侧绝缘子48b而与定子铁心绝缘，通过在周向上粘贴的绝缘胶带48c与相邻的定子线圈绝缘。绝缘子为可进行薄成形的流动性良好的树脂材料形成的射出成形部件，或者是加热板状的树脂而加压成形的板状加工部件。

定子线圈由具有绝缘保护膜的圆铜线缠绕而成，安装在定子铁心的槽部、以及负载侧托架上的负载侧线圈末端部46c被缠绕为完全整齐排列的绕组，圆铜线的交叉全部在负载相反侧线圈末端部46d处进行，定子线圈的缠绕开始线圈端46a与缠绕结束线圈端46b设置在负载相反侧线圈末端部46d。

而且，如图6的定子线圈安装后的说明图所示，定子线圈46的负载侧线圈末端部46c由于内周面与外周面分别形成在一个圆筒面上，同时是在一个圆锥面上加压成形端面的空芯线圈，因此隔着绝缘体47以环状紧贴安装在负载侧托架上。

绝缘体是进行负载侧托架43表面处理的陶瓷保护膜，通过使其为可以确保定子线圈与负载侧托架之间必要的绝缘电阻和耐压的最小厚度，从而从使定子线圈向负载侧托架的散热性良好。

在定子线圈上存在安装定子铁心的齿部45a的定子线圈的内侧空隙46d，从外侧连接绝缘体47来安装按每个齿分割的定子铁心45。

接线板52通过连接在图5所示的定子线圈的负载相反侧线圈末端的缠绕开始线圈端和缠绕结束线圈端而安装。

图7是框架的安装状态的说明图。

在图中，在安装有定子铁心45的状态下，将已加热的框架51热套安装在定子铁心上。

图8是加压成形定子线圈的外形状的作业说明图。

在（a）图中，加压成形定子线圈外形状的冲压夹具由上冲头61、下冲头62、模63与中心销64组成，在线圈的安装空间63a缠绕圆铜线，如（b）所示，对上冲头向下方加压从而加压成形定子线圈46的外形状。

图9是从周向观察的加压成形定子线圈外形状的说明图。

在图中，定子线圈46为，除负载相反侧线圈末端部端面之外，整个外形状被加压成形，然后加热从而热粘接绝缘保护膜，完成空芯线圈。

图10是表示本实施例的效果的对比图。

在图中，在框架中具有冷却水路的现有结构的旋转电机（A）中，在额定输出的状态下，将框架的冷却水温度保持在60℃时，定子线圈的平均温度为130℃。定子线圈与绝缘子约在129℃时连接，绝缘子与定子铁心约在102℃时连接，定子铁心与框架约在72℃时连接。因为热量的散热路径复杂，所以针对60℃的冷却水温度，定子线圈的平均温度上升了70℃。

在相同的输出和冷却水温度保持相同的条件下，如果是本实施例的结构（B），定子线圈的温度则降低至73℃，定子线圈的平均温度降低至比60℃的冷却水温度上升了13℃的温度。

这是因为热量更直接地从定子线圈向负载侧托架的冷却水移动。

而且，如果要求成为如（C）所示的与现有结构的定子线圈相同的130℃的热量，那么针对（A），可以容许至567%的热量产生，输出可以约增大至2.4倍。

如上所述，根据本实施例的旋转电机，可以提供具备紧凑型水冷结构的旋转电机，通过使定子线圈中产生的热损失有效地向冷却水路散热，抑制定子线圈的温度上升，在容许温度内实现更大的通电，从而提高额定输出。

本发明与专利文献1、2不同的部分是托架具有冷却水路，同时具有隔着绝缘体紧贴定子线圈的部分。

（实施例2）

图11是表示本发明的第2实施例的旋转电机的轴向剖视图。

在图中，旋转电机具备：定子，具有框架91、负载相反侧托架84、定子线圈86；及负载侧托架83，旋转自如地支撑于负载侧托架与负载相反侧托架的转子未进行图示。定子线圈的负载侧线圈末端部86a的内周面86aa与外周面86ab分别形成在一个圆筒面上，端面86ac加压成形在一个平面上。负载侧托架具有凹部的沟部83a，其在负载侧线圈末端部的内周面、外周面、以及端面与负载侧线圈末端部紧贴，在沟部中，隔着绝缘体即高导热性树脂的射出成形部件，在紧贴负载侧线圈末端部的状态下用注塑树脂固定。

负载侧托架的外侧具有冷却水路，这与第1实施例一样。

由于负载侧托架具有隔着绝缘体紧贴定子线圈的部分，同时具有冷却水路，因此通过使定子线圈中产生的热损失的热量有效地向冷却水路散热，抑制定子线圈的温度上升，在容许温度内实现更大的通电，从而提高额定输出。

向定子线圈的通电是从外部通过未图示的引线向定子线圈供给的等其他结构与第1实施例一样。

图12是所述旋转电机的径向剖视图。

在图中，旋转电机的转子71为埋入式磁铁型结构，永久磁铁75按每1极以V形设置于转子铁心73，构成10极磁极。

定子是在定子铁心85的齿部85a上安装绝缘纸从而进行绝缘处理，以分布绕组缠绕具有绝缘覆盖膜的绕线后安装在齿部，从而成为定子线圈86，保持在框架91的内周。

图13是表示负载侧线圈末端部的加压成形方法的说明图。

在图中，（a）表示成形前的样子，（b）表示成形后的样子。

定子4为，在定子铁心84的齿部以分布绕组缠绕具有绝缘覆盖膜的绕线后安装在齿部，从而成为定子线圈86，然后，负载侧线圈末端部86a如下形成，用内周面成形夹具92、外周面成形夹具93以及端面成形夹具94，分别在一个圆筒面上形成内周面86aa与外周面86ab，在一个平面上形成端面86ac。

如上所述，根据本实施例的旋转电机，可以提供具备紧凑型水冷结构的旋转电机，通过使定子线圈中产生的热损失有效地向冷却水路散热，抑制定子线圈的温度上升，在容许温度内实现更大的通电，从而提高额定输出，这与本发明的第1实施例的旋转电机相同。

本发明与专利文献1、2不同的部分是托架具有冷却水路，同时具有隔着绝缘体紧贴定子线圈的部分。

本实施例与本发明的第1实施例不同的部分是不安装空芯线圈，而是把绕线以分布绕组安装在定子铁心的槽部。

由于本发明的旋转电机可以提供抑制温度上升且与现有的旋转电机相比提高额定输出的旋转电机，因此不局限于EV马达，也可以应用于大范围的种类的工业用旋转电机。

Claims (6)

1.一种旋转电机，具备：大致圆筒形的转子，被旋转自如地支撑；定子；托架，支撑所述定子；及水冷结构，其特征为，

所述托架具有冷却水路，同时具有隔着绝缘体紧贴定子线圈的部分。

2.根据权利要求1所述的旋转电机，其特征为，所述冷却水路在马达外部侧具有开口部分，在马达内部侧不具有开口部分。

3.根据权利要求1所述的旋转电机，其特征为，所述定子线圈是外形状被加压成形的空芯线圈安装在定子铁心的槽部。

4.根据权利要求1所述的旋转电机，其特征为，所述定子线圈被以分布绕组安装在定子铁心的槽部，具有外形状被加压成形的线圈末端部。

5.根据权利要求1所述的旋转电机，其特征为，所述绝缘体为环状成形品，被安装在所述线圈末端部与所述托架之间。

6.根据权利要求1所述的旋转电机，其特征为，所述绝缘体是进行所述托架表面处理的陶瓷保护膜。

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