CN103250346B - 旋转电机 - Google Patents

Abstract

获得一种能实现小型化的旋转电机。包括：定子(2)，该定子(2)具有电枢绕组(9)；转子(3)，该转子(3)以能旋转的方式设于定子(2)的内侧；电源电路部(18)，该电源电路部(18)具有电源电路用半导体开关元件，并朝电枢绕组(9)供电；以及控制基板(6)，该控制基板(6)设定有与转子(3)的转速相对应的通电允许时间，以对电源电路部(18)的供电进行控制，当朝电枢绕组(9)的通电时间的累计时间比通电允许时间长时，控制基板(6)停止电源电路部(18)的供电。

Description

旋转电机

技术领域

本发明涉及一种通过将电流供给至电枢绕组而使转子旋转的旋转电机。

背景技术

目前，已知一种旋转电机，其包括对电枢绕组的温度进行检测的温度检测装置，通过输入转子的转速信息，能使用设定有与转子的转速相对应的电枢绕组的保护温度的地图（map）来算出电枢绕组的保护温度，并将电枢绕组的温度与算出的保护温度进行比较以进行电枢绕组的过热保护(例如参照专利文献1)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开平11－355959号公报

发明内容

发明所要解决的技术问题

然而，当旋转电机启动时等、电枢绕组的温度过渡性地变化时，在温度检测装置检测出的电枢绕组的温度与实际的电枢绕组的温度之间会产生差异。为了与电枢绕组的过渡性的温度变化相对应地进行电枢绕组的过热保护，需要冷却电枢绕组的冷却装置，藉此，存在旋转电机大型化这样的问题。

本发明提供一种能实现小型化的旋转电机。

解决技术问题所采用的技术方案

本发明的旋转电机包括：定子，该定子具有电枢绕组；转子，该转子以能旋转的方式设于上述定子的内侧；电源电路部，该电源电路部具有电源电路用半导体开关元件，并朝上述电枢绕组供电；以及控制装置，该控制装置设定有与上述转子的转速相对应的通电允许时间，以对上述电源电路部的供电进行控制，当朝上述电枢绕组的通电时间的累计时间比上述通电允许时间长时，上述控制装置停止上述电源电路部的供电。

发明效果

根据本发明的旋转电机，由于控制装置设定有与转子的转速相对应的通电允许时间，当朝电枢绕组的通电时间的累计时间比通电允许时间长时，停止电源电路部的供电，因此，即便在旋转电机启动时等、电枢绕组的温度过渡性变化时，也能与电枢绕组的过渡性的温度变化相对应地进行电枢绕组的过热保护。藉此，不需要冷却电枢绕组的冷却装置，能实现旋转电机的小型化。

附图说明

图1是表示本发明实施方式一的旋转电机的剖视图。

图2是表示图1的旋转电机的通电允许时间地图的图。

图3是表示利用图1的控制基板对朝电源电路部的供电进行控制的流程图。

图4是表示本发明实施方式二的旋转电机的通电允许时间地图的图。

图5是表示利用本发明实施方式三的旋转电机的控制基板对朝电源电路部的供电进行控制的流程图。

具体实施方式

以下，根据附图对本发明的各实施方式进行说明，但在各图中，对相同或相当的构件、部位标注相同符号进行说明。

实施方式一

图1是表示本发明实施方式一的旋转电机的剖视图。在图中，旋转电机包括：支架1；定子2，该定子2收容于支架1内；转子3，该转子3以能旋转的方式设于定子2的内侧；转轴4，该转轴4贯穿转子3并固定于转子3；供电装置5，该供电装置5分别朝定子2及转子3供电；控制基板(控制装置)6，该控制基板6对供电装置5的供电进行控制；以及分解器7，该分解器7对转轴4的转速进行检测。分解器7对转轴4的转速进行检测，以检测出转子3的转速。

定子2具有定子主体8和设于定子主体8的电枢绕组9。转子3具有：转子主体10；励磁绕组11，该励磁绕组11设于转子主体10并产生磁动势；风扇12，该风扇12形成为环形状并与转子主体10一起旋转；以及集电环13，该集电环13配置于风扇12的内侧并与转子主体10一起旋转。

供电装置5具有：电刷14，该电刷14与集电环13接触；刷握15，该刷握15对电刷14进行保持；励磁电路部16，该励磁电路部16经由集电环13及电刷14朝励磁绕组11供电；配线构件17，该配线构件17与电枢绕组9连接；以及电源电路部18，该电源电路部18经由配线构件17朝电枢绕组9供给交流电。

另外，供电装置5具有：散热器19，该散热器19设于励磁电路部16及电源电路部18；冷却翅片20，该冷却翅片20设于散热器19；壳体21，该壳体21嵌入有电源配线等的端子，并收容有励磁电路部16及电源电路部18；中转基板22，该中转基板22分别与励磁电路部16及电源电路部18电连接；以及连接器23，该连接器23设于中转基板22并将控制基板6与中转基板22电连接。

风扇12配置成通过其旋转而产生吹向供电装置5的风。

散热器19形成为圆盘形状。在散热器19的一个面上形成有多个凸部(未图示)。励磁电路部16及电源电路部18分别通过绝缘性粘接剂而固接于散热器19的各个凸部。因此，励磁电路部16及电源电路部18分别配置于散热器19的同一个面上。壳体21通过粘接剂固接于散热器19。壳体21配置于与配置有励磁电路部16及电源电路部18的散热器19的面相同的面上。励磁电路部16的电源配线端子和电源电路部18的电源配线端子与壳体21的电源配线连接。通过将励磁电路部16及电源电路部18收容于壳体21内，此外，在将中转基板22及连接器23与励磁电路部16及电源电路部18电连接之后，用树脂将壳体21内密封，从而形成电子模块24。

冷却翅片20配置于散热器19的与安装有励磁电路部16及电源电路部18的面相反一侧的面上。另外，冷却翅片20配置成使因风扇12旋转而产生的风能吹到冷却翅片20。

在冷却翅片20上形成有供刷握15插入的凹部。插入凹部的刷握15通过嵌入壳体21的端子而与励磁电路部16电连接。由于在冷却翅片20上形成有凹部，因此，冷却翅片20的冷却能力会降低，但可通过使热量朝散热器19整体扩散来抑制因凹部而导致的冷却翅片20冷却能力的降低。

在风扇12与散热器19之间配置有刷握15及配线构件17。由刷握15及配线构件17形成因风扇12旋转而产生的风的流路即冷却风路。

电子模块24收容于支架1内。控制基板6及分解器7配置于支架1的外侧。

励磁电路部16具有：励磁用半导体开关元件，该励磁用半导体开关元件朝励磁绕组11供电；电容器等电子零件，该电子零件与励磁用半导体开关元件电连接；以及金属框架，该金属框架装设有励磁用半导体开关元件及电子零件。励磁电路部16是通过传递模塑成形将励磁用半导体开关元件、电子零件及金属框架树脂密封成箱状的模塑成形型模块。金属框架由热传导性较佳的铜或铜合金构成。

电源电路部18具有：电源电路用半导体开关元件，该电源电路用半导体开关元件朝电枢绕组9供电；测温二极管(第一温度检测装置)，该测温二极管对电源电路用半导体开关元件的温度进行检测；以及金属框架，该金属框架装设有电源电路用半导体开关元件及测温二极管。电源电路部18是通过传递模塑成形将电源电路用半导体开关元件、测温二极管及金属框架树脂密封成箱状的模塑成形型模块。金属框架由热传导性较佳的铜或铜合金构成。在电源电路部18上设有上下桥臂。在电源电路部18上设有露出的多个连接端子。在该连接端子中包含与测温二极管电连接的构件。

控制基板6具有设定有与转子3的转速相对应的通电允许时间的通电允许时间地图。如图2所示，在通电允许时间地图中，按电源电路用半导体开关元件的温度的上升值△T对应有通电允许时间。电源电路用半导体开关元件的温度的上升值△T是由电源电路用半导体开关元件的实际温度与电源电路用半导体开关元件的极限温度之间的差算出的。对通电允许时间进行了与转子3的转速相对应的加权。即，在通电允许时间地图中，随着转子3的转速变大，通电允许时间变长。

在旋转电机的动作模式中，存在用于使发动机再次启动的再启动、使车的动力增加的助推（assist）、发电、再生发电、怠速停止（idlingstop）等动作模式。在任意动作模式下，为了防止在电源电路部18的电源电路用半导体开关元件中产生异常过热，都需要进行过热保护。

在电源电路用半导体开关元件中，当进行动作时间较短但流动的电流较大、发热量较大的再启动、助推等驱动时，温度上升特别大。因此，即便在根据动作前的电源电路用半导体开关元件的温度不进行怠速停止(＋再启动)、驱动的动作的情况或进行动作的情况下，都需设定可动作的通电时间，以避免超过电源电路用半导体开关元件的元件极限温度。然而，在怠速停止的情况下，电源电路用半导体开关元件自身不发热，但也需考虑例如因来自电源电路用半导体开关元件以外的部分即定子2等的散热而经由散热器19使电源电路用半导体开关元件温度上升的情况。

接着，对旋转电机的过热保护的动作进行说明。图3是表示利用图1的控制基板6对朝电源电路部18的供电进行控制的流程图。在旋转电机产生动力之前即动作前，控制基板6将电源电路用半导体开关元件的温度和为朝电源电路用半导体开关元件供电所需的温度即能进行下个动作的温度进行比较(步骤S1)。电源电路用半导体开关元件的温度由测温二极管检测出。能进行下个动作的温度是通过考虑了进行之后的动作、例如怠速停止＋再启动、驱动等后产生的必要的温度上升量而确定出的。通过将电源电路用半导体开关元件的温度和能进行下个动作的温度进行比较，根据电源电路用半导体开关元件的温度，例如仅能进行极短时间的助推，可防止旋转电机立即开始过热保护。

在步骤S1中，当控制基板6判断为电源电路用半导体开关元件的温度比能进行下个动作的温度高时，不转移至下个动作(步骤S2)。藉此，开始旋转电机的过热保护。

另一方面，在步骤S1中，当控制基板6判断为电源电路用半导体开关元件的温度比能进行下个动作的温度低时，控制基板6开始从电源电路用半导体开关元件朝电枢绕组9供电，并开始旋转电机的下个动作(步骤S3)。

另外，控制基板6使用电源电路用半导体开关元件的温度和由分解器7测出的转子3的转速，参照通电允许时间地图来确定通电允许时间，并从动作开始起对累计时间进行计时(步骤S4)。

然后，控制基板6将累计时间和通电允许时间进行比较(步骤S5)。在步骤S5，当控制基板6判断为累计时间比通电允许时间短时，继续旋转电机的动作(步骤S6)。在累计时间比通电允许时间短的情况下，若在动作中转子3的转速发生了变化，则控制基板6参照通电允许时间地图将通电允许时间改变为与当前的转子3的转速相对应的通电允许时间。

在步骤S5，当控制基板6判断为累计时间比通电允许时间长时，开始旋转电机的过热保护，停止旋转电机的动作(步骤S7)。

如上所述，根据本发明实施方式一的旋转电机，控制基板6设定有与转子3的转速相对应的通电允许时间，当朝电枢绕组9的通电时间的累计时间比通电允许时间长时，停止电源电路部18的供电，因此，即便在旋转电机启动时等、电枢绕组9的温度过渡性变化时，也能与电枢绕组9的过渡性的温度变化相对应地进行电枢绕组9的过热保护。藉此，不需要冷却电枢绕组9的冷却装置，能实现旋转电机的小型化。

另外，旋转电机包括对电源电路用半导体开关元件的温度进行检测的测温二极管，控制基板6与电源电路用半导体开关元件的温度相对应地控制电源电路部18的供电，因此，能根据刚开始驱动之前的电源电路半导体开关元件的温度确定是否进行下个动作。藉此，能可靠地保护电源电路用半导体开关元件。

另外，控制基板6设定有与电源电路用半导体开关元件的温度相对应的通电允许时间，因此，能将通电允许时间设定得较长。

此外，对通电允许时间进行了与转子3的转速相对应的加权，因此，能将通电允许时间设定得较长。

由于励磁电路部16及电源电路部18分别配置于散热器19的同一个面上，中转基板22与励磁电路部16及电源电路部18电连接，因此，即便在电子模块24内，励磁电路部16及电源电路部18各自的连接端子的位置分散，也能容易地将励磁电路部16及电源电路部18分别与控制基板6电连接。

由于散热器19形成为圆盘形状，励磁电路部16及电源电路部18分别配置于散热器19的同一个面上，冷却翅片20配置于散热器19的与安装有励磁电路部16及电源电路部18的面相反一侧的面上，因此，能有效地使用支架1内的配置空间，能增大散热器19的尺寸，并能容易地确保励磁电路部16及电源电路部18的设置空间和冷却翅片20的面积。

电枢绕组9与电源电路部18经由配线构件17电连接，因此，即便在定子2的位置和电子模块24的配线安装位置分离较远的情况下，也能容易地进行电枢绕组9与电源电路部18的电连接。藉此，能提高电枢绕组9及电源电路部18各自的配置位置的自由度。

实施方式二

图4是表示本发明实施方式二的旋转电机的通电允许时间地图的图。在实施方式一中，根据动作前的电源电路用半导体开关元件的温度确定出动作开始后的通电允许时间，但在实施方式二中，控制基板6还具有设定有与B端子电压相对应的允许通电时间的通电允许时间地图。在新的通电允许时间地图中，按电源电路用半导体开关元件的温度上升值△T设定有与B端子电压及转子3的转速相对应的通电允许时间。

即便转子3的转速未变化，供给至电源电路用半导体开关元件的电流也会与施加于电源电路用半导体开关元件的B端子电压相对应地变化，因此，根据B端子电压的变化会使电源电路用半导体开关元件中的发热量变化，从而使电源电路用半导体开关元件的温度变化量变化。

如上所述，根据本发明实施方式二的旋转电机，由于设定有与B端子电压相对应的通电允许时间，因此，控制基板6能与因B端子电压的变化而产生的电源电路用半导体开关元件的温度变化量相对应地设定通电允许时间。藉此，能将过热保护时的条件细分化而提高温度推算的精度，能增加旋转电机能进行动作的条件，无需过强的冷却性能，能实现旋转电机的小型轻量化。

另外，由于设定有与电源电路部18开始供电前的电源电路用半导体开关元件的温度及B端子电压相对应的通电允许时间，因此，控制基板6能根据即将开始驱动之前的电源电路用半导体开关元件的温度及B端子电压来确定是否进行下个动作。藉此，能可靠地保护电源电路用半导体开关元件。

实施方式三

图5是表示利用本发明实施方式三的旋转电机的控制基板6对朝电源电路部18的供电进行控制的流程图。在实施方式三中，在因旋转电机的过热保护而使旋转电机的动作停止之后(步骤S7)并再次开始动作(继续动作)的情况下(步骤S8)，控制基板6对电源电路用半导体开关元件的温度是否比规定的温度低、或者从电源电路部18停止供电起是否经过了规定的时间进行判断(步骤S9)。

在步骤S9中，当控制基板6判断为电源电路用半导体开关元件的温度比规定的温度低时，或者当控制基板6判断为从电源电路部18停止供电起经过了规定的时间时，开始旋转电机的下个动作(步骤S3)。

另一方面，在步骤S9中，当控制基板6判断为电源电路用半导体开关元件的温度不比规定的温度低时，或者当控制基板6判断为从电源电路部18停止供电起未经过规定的时间时，继续停止电源电路部18的供电(步骤S7)。

另一方面，在步骤S8中未再次开始动作(继续动作)的情况下，朝其它动作转移(步骤S10)。

如上所述，根据本发明实施方式三的旋转电机，在控制基板6因通电时间的累计时间比通电允许时间长而停止电源电路部18的供电之后，控制基板6保持停止电源电路部18的供电的状态，直至电源电路用半导体开关元件的温度比规定的温度低，或者直至从电源电路部18停止供电起经过了规定的时间，因此，能防止在刚进行完再次动作之后因累计时间超过通电允许时间而产生停止。

实施方式四

本发明实施方式四的旋转电机还包括对散热器19的温度进行检测的热敏电阻(第二温度检测装置)。控制基板6还具有与散热器19的温度相对应的通电允许时间地图。藉此，可实现能进行下个动作的温度和通电允许时间的细分化，从而提高了电源电路用半导体开关元件的温度推算的精度。

在动作中，转子3旋转，因此，能利用冷却风冷却散热器19。因此，散热器19的温度比电源电路用半导体开关元件的温度低。然而，在怠速停止时，例如，因来自定子2的散热会使散热器19的温度在动作停止后上升。另一方面，电源电路用半导体开关元件的温度因动作停止而降低。其结果是，随着动作停止后的时间经过，电源电路用半导体开关元件与散热器19之间的温度差消除，此外，散热器19的温度有时会比电源电路用半导体开关元件的温度高。

在散热器19的温度比电源电路用半导体开关元件的温度高的情况下，散热器19对电源电路用半导体开关元件的冷却效果降低，因此，需缩短通电允许时间。因此，在实施方式四中，将动作开始前的散热器19的温度与电源电路用半导体开关元件的温度进行比较，在散热器19的温度比电源电路用半导体开关元件的温度低的情况下，与实施方式一相同地，使用电源电路用半导体开关元件的温度来确定通电允许时间，在散热器19的温度比电源电路用半导体开关元件的温度高的情况下，使用散热器19的温度来确定通电允许时间。

如上所述，根据本发明实施方式四的旋转电机，由于包括对散热器19的温度进行检测的热敏电阻，控制基板6与散热器19的温度相对应地控制电源电路部18的供电，因此，在散热器19的温度比电源电路用半导体开关元件的温度高的情况下，也能可靠地进行电源电路用半导体开关元件的过热保护。

另外，在上述实施方式四中，作为第二温度检测装置，以对散热器19的温度进行检测的热敏电阻为例进行了说明，但除了散热器19的温度以外，只要是对支架1内的温度进行检测的温度检测装置即可。

符号说明

1支架

2定子

3转子

4转轴

5供电装置

6控制基板(控制装置)

7分解器

8定子主体

9电枢绕组

10转子主体

11励磁绕组

12风扇

13集电环

14电刷

15刷握

16励磁电路部

17配线构件

18电源电路部

19散热器

20冷却翅片

21壳体

22中转基板

23连接器

24电子模块

Claims (7)

1.一种旋转电机，其特征在于，包括：

定子，该定子具有电枢绕组；

转子，该转子以能旋转的方式设于所述定子的内侧；

电源电路部，该电源电路部具有电源电路用半导体开关元件，并朝所述电枢绕组供电；以及

控制装置，该控制装置设定有与所述转子的转速相对应的通电允许时间，以对所述电源电路部的供电进行控制，

所述通电允许时间进行了与所述转子的转速相对应的加权，

当由通电开始起始的通电时间的累计时间比所述通电允许时间长时，所述控制装置停止所述电源电路部的供电，其中，所述通电开始是指开始从所述电源电路用半导体开关元件朝所述电枢绕组供电。

2.如权利要求1所述的旋转电机，其特征在于，

所述旋转电机还包括对所述电源电路用半导体开关元件的温度进行检测的第一温度检测装置，

所述控制装置与所述电源电路用半导体开关元件的温度相对应地控制所述电源电路部的供电。

3.如权利要求2所述的旋转电机，其特征在于，

所述控制装置设定有与所述电源电路用半导体开关元件的温度相对应的所述通电允许时间。

4.如权利要求2所述的旋转电机，其特征在于，

在因所述通电时间的累计时间比所述通电允许时间长而停止所述电源电路部的供电之后，所述控制装置使所述电源电路部的供电继续停止，直至所述电源电路用半导体开关元件的温度比规定的温度低，或者直至从所述电源电路部停止供电起经过了规定的时间。

5.如权利要求1所述的旋转电机，其特征在于，

所述控制装置设定有与直流端子电压相对应的所述通电允许时间。

6.如权利要求2所述的旋转电机，其特征在于，

所述控制装置设定有与所述电源电路部开始供电前的所述电源电路用半导体开关元件的温度及直流端子电压相对应的所述通电允许时间。

7.如权利要求1所述的旋转电机，其特征在于，还包括：

散热器，该散热器设于所述电源电路部；以及

第二温度检测装置，该第二温度检测装置对所述散热器的温度进行检测，

所述控制装置与所述散热器的温度相对应地控制所述电源电路部的供电。