CN103023215A - 电动马达 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电动马达，它包括：第一电动马达框架；第二电动马达框架，它设置在第一电动马达框架的外部；第一通风通道，它位于第一框架和第二框架之间；及第一通风通道风扇，它安装在第一通风通道内。第一通风通道风扇可以与电动马达的轴成一体。第一通风通道可以至少部分地由第一和第二电动马达框架来限定出。本发明的电动马达还包括控制装置，该控制装置连接在第二框架的外侧。电动马达还包括位于控制装置和第二框架之间的第二通风通道，其中第二通风通道与第一通风通道相连通。电动马达还包括第二通风通道风扇，该风扇设置在第二通风通道内。

Description

电动马达

相关申请的参照

本申请基于并且要求2011年9月26日提交的在先日本专利申请No.2011-209991的优先权，该申请的全部内容在这里引入以作参考。

技术领域

在这里所描述的实施例整体上涉及一种控制装置和电动马达安装成一体或者以紧密接触的方式进行安装的控制装置集成电动马达。

背景技术

在机动车、例如铁路机动车的电动马达中，主电动马达被安装在卡车内的轮的附近。传统地，在用作主电动马达的感应电动机中，借助一个控制装置来驱动若干主电动马达。由于控制装置的尺寸大小较大，因此它被安装在机动车底部下方，并且通过配线连接到每个主电动马达上。

近年来，基于磁体的高效和改善磁感应强度的技术先进，永磁体同步马达被用作主电动马达。在这种情况下，主电动马达和供给电力的控制装置一对一地单独对应。由于事先与若干主电动马达相对应的、尺寸大小很大的控制装置可以单独安装，因此它可以安装在每个主电动马达的附近，或者可以与主电动马达构成为一体。

借助使主电动马达和控制装置构成为一体，可以产生下面的优点。

作为这些优点中的第一个优点，传统主电动马达和控制装置借助电缆线路来连接。在这两个元件布置成相互靠近时，线路变得较短，或者不需要线路，并且可以减小费用。此外，由于没有产生线路噪音，因此噪声不会影响信号线路。

作为第二优点，由于主电动马达和控制装置一对一地单独对应，因此可以减小控制装置的尺寸大小，并且可以减少包括主电动马达和控制装置在内的总费用。

作为第三优点，由于产生了控制装置所占有的机动车的下面空间，因此它可以有效地被用来把其它电力单元安装到这个部分中、安装双层机动车等等。

但是，为了在尺寸大小受到很大限制的卡车内安装主电动马达和控制装置，因此需要使它们的尺寸大小减小。此外，由于主电动马达和控制装置产生了热量，因此需要充分地冷却以防止它们超出允许的温度。

作为把电动马达和控制装置设置成一体的驱动装置，例如它可以是公开在JP-A No.2003-259600中的装置。

根据这种装置，它被如此地构造，以致在设置于转子内的风扇进行旋转的基础上冷却风从外部吸入，并且在通过变换器的开关元件的边缘时，风吸入热量，并且排出到外部中。

但是，在传统的上述装置，存在要解决的下面问题。

在控制装置中，由于在开始工作时或者刚好在停止它之前发热量大大地提高，因此低速范围内的冷却性能是重要的。与转子成一体地旋转的风扇与转子成比例地旋转，例如铁路机动车的风扇。在这种情况下，由于在火车以低速运行或者停止时，风扇的旋转以低速运转或者停止，因此不能充分地把冷却风供给到控制装置中。

发明内容

借助解决上述问题来形成本发明，及它的目的是提供一种控制装置集成电动马达，该控制装置集成电动马达借助使主电动马达和控制装置成一体可以改善低速范围内的冷却性能。

根据实施例的电动马达包括：圆柱形第一电动马达框架；旋转轴，它通过轴承可旋转地被支撑到第一电动马达框架上并且具有端部，该端部以这样的方式伸出到第一电动马达框架的外侧，从而沿着第一电动马达框架的纵向通过中心部分；圆柱形转子，它设置在第一电动马达框架内的旋转轴外边缘侧上；定子，它设置在转子的外边缘侧上并且设置在第一电动马达框架内；盘状电动马达风扇，它连接到旋转轴的轴承外侧的端部上；第二电动马达框架，它以这样的方式设置在外边缘侧上，从而盖住第一电动马达框架的一部分；控制装置，它安装成邻近第二电动马达框架的外侧；元件，它连接到控制装置内的基板上；热辐射散热片，它连接到另一个基板的表面上，该元件连接到控制装置内的该另一个基板上；通风通道，它连接第二电动马达框架和控制装置；及通风通道风扇，它设置在通风通道内。

附图说明

图1是根据第一实施例形成为完全封闭的风扇冷却型并且属于进气型的控制装置集成电动马达的立式横剖视图；

图2是根据第一实施例形成为自通风型并且属于进气型的控制装置集成电动马达的立式横剖视图；

图3是根据第一实施例形成为完全封闭的风扇冷却型并且属于排气型的控制装置集成电动马达的立式横剖视图；

图4是根据第二实施例形成为完全封闭的风扇冷却型并且属于进气型的控制装置集成电动马达的立式横剖视图；

图5是根据第二实施例形成为完全封闭的风扇冷却型并且属于排气型的控制装置集成电动马达的立式横剖视图；

图6是根据第三实施例形成为完全封闭的风扇冷却型并且属于进气型的控制装置集成电动马达的立式横剖视图；

图7是根据第三实施例形成为完全封闭的风扇冷却型并且属于进气型的控制装置集成电动马达的立式横剖视图；

图8是根据第四实施例形成为完全封闭的风扇冷却型并且属于进气型的控制装置集成电动马达的立式横剖视图；

图9是根据第四实施例形成为完全封闭的风扇冷却型并且属于排气型的控制装置集成电动马达的立式横剖视图；

图10是根据第五实施例形成为完全封闭的风扇冷却型并且属于进气型的控制装置集成电动马达的立式横剖视图；及

图11是根据第五实施例形成为完全封闭的风扇冷却型并且属于排气型的控制装置集成电动马达的立式横剖视图。

具体实施方式

在下面参照附图来详细地描述本发明实施例的控制装置集成电动马达。

(第一实施例)

(结构)

图1是控制装置集成电动马达(control apparatus integrated electricmotor)的立式横剖视图，根据第一实施例，该马达形成为完全封闭的风扇冷却型并且属于进气型。图2是控制装置集成电动马达的立式横剖视图，根据第一实施例，该马达形成为自通风型并且属于进气型。图3是控制装置集成电动马达的立式横剖视图，根据第一实施例，该马达形成为完全封闭的风扇冷却型并且属于排气型。

如图1所示，控制装置集成电动马达包括：第一电动马达框架3a，它在两端处被封闭并且形成为接近圆柱形的形状；及旋转轴1，它设置成共轴线地通过第一电动马达框架3a。旋转轴1的两端部各自以这样的方式通过轴承2来支撑，以致相对于第一电动马达框架3a可以旋转，并且这两端部从第一电动马达框架3a向外伸出。旋转轴1的一端部形成了输出端，该输出端使驱动力通过没有被示出的联结器、齿轮箱或者类似装置而输出到轮上。

在第一电动马达框架3a内，由层压铁芯所形成的圆柱形转子铁芯6沿着转子1的轴向被固定到中心部分上。通过轴向的若干转子孔道5形成在转子铁芯6(或者转子6)中。

由层压铁芯所形成的圆柱形定子铁芯7通过气隙设置在转子铁芯6的外边缘侧。定子铁芯7被固定到第一电动马达框架3a的内边缘表面上。沿着轴向进行延伸的若干槽形成在定子铁芯7的内边缘部分内，及定子线圈4被嵌入到这些槽中。定子线圈4的线圈端沿着轴向从定子铁芯7的两侧表面伸出。借助使定子铁芯7和定子线圈4结合来形成定子。

就完全封闭的风扇冷却型而言，外风扇9连接到旋转轴1的相对负荷侧端部，并且与旋转轴1成一体地旋转。外风扇9一般称为径流式风扇，并且如此地形成，以致沿着旋转轴1的两个旋转方向可以得到相同效果。此外，就自通风型而言，没有设置外风扇，而是用内风扇16来取代了外风扇，该内风扇16被构造在驱动侧电动马达的内部内。驱动模式和它的效果与外风扇的这些相同。包括本实施例在内，在下面实施例中，电动马达内的风扇例如上述的外风扇9和内风扇16总称为通风通道风扇13。

形成为半圆柱形形状的第二电动马达框架3b以这样的方式设置在第一电动马达框架3a的外边缘内，从而盖住电动马达框架3a。第二电动马达框架3b的上部设置有若干控制装置12，这些控制装置12控制电动马达的运动和把电力供给到电动马达中。在这种情况下，第一电动马达框架3a、第二电动马达框架3b和控制装置12被构造成连接成一体，但是也可以被如此地构造，以致两者被分开。此外，第一电动马达框架3a和第二电动马达框架3b总称为电动马达框架3。

控制装置12的内部分设置在被分隔如同小室的内部分内，该小室具有元件10和其它电子设备。若干热辐射散热片11被构造在通过元件10和基板18的相对表面侧内。此外，控制装置12内的一部分称为通风通道，及通风通道风扇13在冷却风的流动通道上的一个位置或者若干位置处设置在通风通道内。在图1中，通风通道风扇13连接在元件10的安装部分、基板18和热辐射散热片11及电动马达框架3之间。

通风通道风扇13的形状可以自由地设定，例如轴流式风扇、径流式风扇。根据通过的风量、想得到的旋转持续时间或者类似参数来决定引起惯性力的重量。

就图1的结构而言，从控制装置12到电动马达进气口15沿着第二电动马达框架3b的侧表面构造出通风通道14，该电动马达进气口15设置在相对驱动侧的旋转轴附近。在沿着外边缘的若干位置处，定子孔道8设置在外风扇9的外边缘侧内，并且通到外部中。也就是说，借助第一电动马达框架3a的外表面和第二电动马达框架3b的内表面来构造出定子孔道。

就图2的结构而言，从控制装置12到电动马达设置了连通孔17。用来排出空气的孔设置在内风扇16的外边缘侧附近的电动马达框架3内，并且与外部相连通。

就图3的结构而言，连通孔17设置在外风扇9的外边缘附近的第二电动马达框架3b内，及连通孔17连通到控制装置12的通风通道中。通风通道风扇13设置在连通孔17和元件10、基板18和控制装置12内的热辐射散热片11之间。其它结构与图1的相同。

(工作)

描述如上述那样构造出的控制装置集成电动马达的工作。

每当操纵电动马达，在旋转轴1借助电动马达的主体来旋转时，外风扇9或者内风扇16与它成一体地旋转。

就图1而言，环境空气(冷却风)从安装在控制装置12内的元件10的侧部流入，并且在热辐射散热片11之间通过。之后，冷却风通过，同时与通风通道风扇13产生接触，并且从电动马达进气口15通过通风通道14流入到电动马达的内部。之后，冷却风从外风扇9通过定子孔道8并且被排到外部中。

就图2而言，直到电动马达的内部产生与图1相同的流动，及，流入到电动马达内部中同时通过连通孔17的风通过定子孔道5，并且从内风扇16排出到外部中。

就图3而言，环境空气(冷却风)从电动马达进气口15流入到电动马达的内部中，该进气口15设置在相对负荷侧旋转轴1的附近。来自内风扇9的风被分成向着定子孔道8的气流和向着控制装置12的气流。流入到控制装置12中的风通过，同时与通风通道风扇13产生接触，在热辐射散热片11之间通过，并且被排出到外部中。

即使自由地设定控制装置16的每个布置、热辐射散热片11的形状和进气口的形状，冷却风的气流大约也能达到相同的工作。

(效果)

根据吸入力和外风扇9或者内风扇16的旋转，吸入环境空气(冷却风)，及在通过热辐射散热片11时，从元件10所产生的热量被吸收。此外，根据冷却风的连续接触，使通风通道风扇13旋转，及，甚至在借助惯性力而没有供给冷却风之后，也保持旋转一会儿，并供给冷却风。

也就是说，在工作期间，借助与旋转轴一起旋转的风扇来冷却控制装置12，及在停止之后，借助通风通道风扇13来冷却该控制装置12。根据上述系统，在电动马达高速旋转和低速旋转时以固定量或者更多量把冷却风供给到控制装置12中是可能的，及把元件10设定成等于或者小于允许的温度是可能的。

此外，在图3中，由于从电动马达和控制装置中所排出的冷却风的方向是相同的，加上图1和图2的工作相同，因此通过电动马达或者控制装置的冷却风不会又混合到电动马达或者控制装置中。根据这个，进一步保持冷却性能是可能的。

根据上述实施例的电动马达，以用来冷却的风扇连接到主电动马达的旋转轴上的结构为基础，提供在低速范围内可以改善冷却性能的控制装置集成电动马达是可能的。

(第二实施例)

(结构)

接下来，描述本发明第二实施例的控制装置集成电动马达。

图4是根据第二实施例形成为完全封闭的风扇冷却型并且属于进气型的控制装置集成电动马达的立式横剖视图。图5是根据第二实施例形成为完全封闭的风扇冷却型并且属于排气型的控制装置集成电动马达的立式横剖视图。在附图中，相同标号表示与第一实施例相同的元件，并且省略了它的详细描述。

在第二实施例中，通风通道风扇13设置在电动马达的外风扇9的附近，并且以它的半径小于外风扇9的结构为基础。安装好的板设置到电动马达进气口15的前表面上是优选的，并且独立于电动马达的旋转轴1地设置通风通道风扇13的旋转轴。

在第二实施例中，其它结构与第一实施例的相同。

(工作)

描述如上述那样构造出的控制装置集成电动马达的工作。

在与第一实施例相同的方式中，冷却风通过，同时以吸入作用结合外风扇8的旋转为基础，与通风通道风扇13产生接触，及流到外风扇9中。其他工作是相同的。

(效果)

借助使通风通道风扇13嵌入到电动马达侧中使通风通道风扇13的直径形成得更大是可能的，及借助提高惯性力来提高旋转持续时间是可能的。因此，甚至在停止之后，控制装置12的冷却时间也提高了，及，改善冷却性能是可能的。此外，由于在停止之后冷却风继续在电动马达本身中流动，因此额外地改善电动马达的冷却性能是可能的。其它效果与第一实施例的相同。

根据至少一个上述实施例的电动马达，提供一种在用来冷却的风扇连接到主电动马达旋转轴上的结构的基础上在低速范围内可以改善冷却性能的控制装置集成电动马达是可能的。

(第三实施例)

(结构)

图6和7是根据第三实施例形成为完全封闭的风扇冷却型并且属于进气型的控制装置集成电动马达的立式横剖视图。在附图中，相同标记表示与第一实施例相同的元件，并且省略了它的详细描述。

在第三实施例中，电动风扇18设置在控制装置12的进气口部分中。电动风扇18通过电来驱动，并且被如此地构造，以致它可以控制旋转速度。此外，在附图中它只设置在一个位置上，但是它可以布置在若干位置上。

在图6中，其它结构与图1中的相同。此外，在图7中，其它结构与图4中的相同。除了这些结构之外，电动风扇18以图2所示的那种自通风型来安装并且属于图3所示的排气型。

在第三实施例中，其它结构与第一实施例的这些相同。

(工作)

描述如上述那样所构造出的控制装置集成电动马达的工作。

通过电动风扇18并且在流入到控制装置12中时提高它的风量的风通过热辐射散热片11并且流向通风通道风扇13。之后的流动与第一实施例的相同。

(效果)

即使在通风通道风扇13停止的状态下，借助电动风扇18，冷却风也可以被供给到控制装置12。此外，在通过的风量基础上，电动风扇18借助控制电的供给量可以减小电力消耗，例如借助控制它的旋转速度，在工作时，在冷却风量较多的情况下，借助把电力设定成关闭状态。

由于电力风扇18设置在控制装置外部的侧部上，因此维护工作容易执行，并且在出故障的情况下容易更换。此外，由于设置若干电动风扇，因此，即使一个风扇出故障，但是借助其他电动风扇，冷却风量也不会到达0。其它效果与第一实施例的相同。

根据至少一个上述实施例的电动马达，提供一种在用来冷却的风扇连接到主电动马达旋转轴上的结构基础上在低速范围内可以改善冷却性能的控制装置集成电动马达是可能的。

(第四实施例)

(结构)

图8和9是根据第四实施例形成为完全封闭的风扇冷却型并且属于进气型的控制装置集成电动马达的立式横剖视图。在附图中，相同标记表示与第一实施例相同的元件，并且省略了它的详细描述。

在第四实施例中，通风通道风扇设置在控制装置12和电动马达内。它达到借助结合第一实施例和第二实施例来获得的结构。

其他的结构与第一实施例的相同。

(工作)

描述如上述那样所构造出的控制装置集成电动马达的工作。

在图8的进气型的结构中，在吸入作用结合外风扇9的旋转的基础上，流入到控制装置12中的冷却风在热辐射散热片11之间通过，通过的同时与通风通道风扇13a产生接触，之后通过连通通风通道14，之后通过同时与通风通道风扇13b产生接触，并且流向外风扇9。之后的流动与第一实施例的工作相同。

此外，在图9的排气型的结构中，从电动马达进气口15流入的冷却风通过，同时与通风通道风扇13b产生接触，并且流向外风扇9。之后，它分别流向定子孔道8和连通孔17，通过控制装置12的内部同时与通风通道风扇13a产生接触，在热辐射散热片11之间通过，并且被排出到外部中。其它流动具有与第一实施例相同的工作。

(效果)

由于通风通道风扇13设置在控制装置12和电动马达内的两个位置上，因此在电动马达停止之后提高冷却风量是可能的。此外，如果它们中的任何一个出了故障，那么借助另一个来进行冷却是可能的，并且提高多余量是可能的。

(第五实施例)

(结构)

图10和11是根据第五实施例形成为完全封闭的风扇冷却型并且属于进气型的控制装置集成电动马达的立式横剖视图。在附图中，相同标记表示与第一实施例相同的元件，并且省略了它们的详细描述。

在第五实施例中，通风通道风扇设置在控制装置12和电动马达内，及电动风扇18设置在控制装置12的进气口部分内。它达到借助把第一实施例结合到第三实施例中所获得的一种结构。

其他结构与第一实施例的相同。

(工作)

描述上述构造出的控制装置集成电动马达的工作。

由于电动风扇18设置在控制装置12的进气口内，因此即使在通风通道风扇13a和13b停止的状态下，在电动风扇18旋转的基础上，冷却风也能通过控制装置12的内部。其它流动具有与实施例4相同的工作。

(效果)

即使在通风通道风扇13a和13b停止的状态下，借助驱动电动风扇18，冷却控制装置是可能的，并且改善冷却性能是可能的。此外，由于安装了用来冷却的、包括通风通道风扇在内的若干风扇，因此，即使在任何一个出了故障时，借助其它风扇来进行冷却工作是可能的，并且提高多余量是可能的。

由于连接板13被安装在水平方向上并且一个控制装置设置在一个连接板上及单独地被支撑，因此，在振动进行传播时，一个连接板的振动不会影响另一个连接板。

此外，由于冷却风的通风通道只设置在连接和分离框架12内的热辐射散热片11之间，因此风量较大且流速高的冷却风通过热辐射散热片11。相应地，有效地辐射产生在控制装置12内的热量是可能的，并且提高冷却性能是可能的。

作为另一个效果，缩短连接和分离框架12的径向尺寸大小是可能的，及尽管沿着轴向增大了，但是减少连接和分离框架12所占有的空间是可能的。

本发明不局限于上述实施例，而是在没有偏离本内容的范围内可以改进构造元件。此外，借助合适地结合公开在上述实施例中的若干构造元件可以形成各种发明。许多结构元件可以从示出在这些实施例中的所有结构元件中省略，并且不同实施例中的结构元件可以合适地结合。

本发明不局限于控制装置集成电动马达，而是可以应用到旋转式电动马达例如汽车的电动马达、消费者的电子设备的电动马达、工业电动马达、电力发电机中。

Claims (16)

1.一种电动马达，包括：

第一电动马达框架；

第二电动马达框架，其设置在第一电动马达框架的外部；

第一通风通道，其位于第一框架和第二框架之间；及

第一通风通道风扇，它安装在第一通风通道内。

2.根据权利要求1所述的电动马达，其特征在于，第一通风通道风扇与电动马达的轴成一体。

3.根据权利要求1所述的电动马达，其特征在于，第一通风通道至少部分地由第一和第二电动马达框架来限定出。

4.根据权利要求1所述的电动马达，其特征在于，还包括控制装置，该控制装置连接在第二框架的外侧。

5.根据权利要求4所述的电动马达，其特征在于，还包括位于控制装置和第二框架之间的第二通风通道，其中第二通风通道与第一通风通道相连通。

6.根据权利要求4所述的电动马达，其特征在于，还包括设置在第二通风通道内的第二通风通道风扇。

7.根据权利要求4所述的电动马达，其特征在于，还包括散热设备，该散热设备与控制装置和第二通风通道相热连通。

8.根据权利要求1所述的电动马达，其特征在于，还包括控制装置框架和第二通风通道，其中第二通风通道至少部分地由控制装置框架来限定出并且与第一通风通道相连通。

9.一种电动马达，包括：

第一电动马达框架；

轴，其可旋转地被支撑到第一电动马达框架上；

转子，其设置在第一电动马达框架内的旋转轴的外侧中；

定子，其设置在转子的外侧内并且设置在第一电动马达框架内；及

通风通道风扇，其连接到旋转轴外侧内的端部上。

10.根据权利要求9所述的电动马达，其特征在于，还包括：

第二电动马达框架，其设置在外侧内从而盖住第一电动马达框架的一部分；

控制装置，其安装成邻近第二电动马达框架的外侧；

热辐射散热片，其与控制装置相热连通；

通风通道，其连接第二电动马达框架和控制装置；及

通风通道风扇，其设置在通风通道内。

11.根据权利要求10所述的电动马达，其特征在于，还包括部分地由第二电动马达框架来限定出的进气口。

12.根据权利要求10所述的电动马达，其特征在于，还包括部分地由第一电动马达框架来限定出的排气口。

13.根据权利要求9所述的电动马达，其特征在于，还包括进气口和排气口，其中进气口设置在与排气口相反的电动马达的侧部上。

14.一种电动马达，包括：

圆柱形的第一电动马达框架；

轴，其通过轴承可旋转地被支撑到第一电动马达框架上；

圆柱形转子，其设置在第一电动马达框架内的旋转轴外边缘侧上；

定子，其设置在转子的外边缘侧上并且设置在第一电动马达框架内；

电动马达风扇，其连接在第一电动马达框架和在旋转轴中的转子之间；

控制装置，其安装成邻近第一电动马达框架的外侧；

热辐射散热片，其与控制装置相热连通；

通风通道，其连接第一电动马达框架和控制装置；及

通风通道风扇，其设置在通风通道内。

15.根据权利要求14所述的电动马达，其特征在于，通风通道风扇的旋转中心基本上与轴的相同。

16.根据权利要求14所述的电动马达，其特征在于，还包括速度可控制的电动风扇，该电动风扇设置在控制装置的环境空气进入口中。

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