CN103368332A - 马达 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种马达，其目的在于，无需使用泵等外部装置就使冷却液在容纳有马达的封闭空间内循环。本发明的马达具备：转子（66），具有输出轴；定子（64），卷绕有线圈；及外壳，容纳转子（66）及定子（64）并封入有冷却液，在转子及定子中的至少一方形成斜槽。在输出轴内形成有向轴向延伸的空心部（90）。空心部（90）在冷却液的液面通过转子（66）的旋转而变高的一侧的输出轴的端面向外壳内开口，并且在该端面的相反侧的端部附近具有与外壳内连通的贯穿孔（94）。

Description

马达

技术领域

本发明涉及一种使用冷却液的马达。

背景技术

已知有将马达及减速机密封于相互连通的空间内，并使润滑油在空间内循环的结构的油浴式马达。例如，专利文献1中公开有如下构成的旋转电力：将马达的旋转轴设为空心，且从外部的冷却流体供给部通过旋转轴的孔向壳体内的转子容纳空间吹出含油制冷剂。

专利文献1：日本特开平11-41861号公报

专利文献1中记载的技术中，需要使用冷却流体供给部而使制冷剂循环。

发明内容

本发明是鉴于这种情况而完成的，其目的在于提供一种无需使用泵等外部装置就使冷却液在容纳有马达的封闭空间内循环的技术。

本发明的一种形态为如下马达，其具备：转子，具有输出轴；定子，卷绕有线圈；及外壳，容纳转子及定子并封入有冷却液，在转子及定子中的至少一方形成斜槽。在输出轴内形成有向轴向延伸的空心部，空心部在冷却液的液面通过转子的旋转而变高的一侧的输出轴的端面向外壳内开口，并且具有在该端面的相反侧的输出轴端部附近与外壳内连通的开口部。

根据该形态，能够利用由转子的旋转和斜槽而产生的转子两侧的冷却液的液面差来通过输出轴端面的开口向空心部内导入冷却液，通过空心部而从液面较高的一侧朝向较低的一侧输送冷却液。因此，无需使用泵等外部装置就能够降低转子两侧的液面差并使冷却液遍布于各部。

另外，在方法、装置、系统等之间相互置换以上构成要件的任意组合或本发明的构成要件或表现的内容也作为本发明的形态是有效的。

发明效果

根据本发明，无需使用泵等外部装置就能够使冷却液在容纳有马达的封闭空间内循环。

附图说明

图1是表示组装于叉车的车轮的使用本发明的一实施方式所涉及的马达的动力传递装置的结构的图。

图2是表示马达停止时的冷却液的液面的图。

图3是表示在马达输出轴上未形成贯穿孔的以往结构的马达中，马达运行时的液面变化的情况的图。

图4是表示本实施方式所涉及的马达运行时的液面变化的情况的图。

图中：10-减速机，12-IPM马达，21、23-滚子轴承，30、60-外壳，46、47-主轴承，52、54-角接触球轴承，64-定子，66-转子，70-马达输出轴，82-轴承，90-空心部，92-贯穿孔，96-开口部，100-动力传递装置。

具体实施方式

图1是表示组装于叉车的车轮的使用本发明的一实施方式所涉及的马达的动力传递装置100的结构。图1为以包含动力传递装置100的中心轴的垂直面剖切时的截面图。

动力传递装置100包括：减速机10、IPM（Interior Permanent Magnet）马达12、及制动机构14，用于独立地驱动工作车辆的每一车轮50。

减速机10为被称为偏心摆动啮合型的行星齿轮减速机的一种。输入轴16配置于后述的外齿轮24、26的半径方向中央。在输入轴16上一体形成有轴心与该输入轴16偏移的2个偏心体18、20。2个偏心体18、20相互具有180度的相位差而偏心。另外，偏心体18、20可以在与输入轴16分体构成的基础上，通过键等固定于输入轴上。

在各偏心体18、20的外周，经滚子轴承21、23可摆动地外嵌有2个外齿轮24、26。外齿轮24、26分别内啮合于内齿轮28。

内齿轮28主要包括：圆筒状内齿销28A、28B，其构成内齿；保持销28C，其贯穿内齿销28A、28B而旋转自如地保持该内齿销；及内齿轮主体28D，其将保持销28C支承为旋转自如，并且与外壳30成为一体。

在外齿轮24、26的轴向车体侧配置固定于车架（未图示）的第1轮架体34，在轴向车体相反侧配置有经轮架螺栓36及轮架销42与第1轮架体34成为一体的第2轮架体38。在第2轮架体38上一体形成有内销40。

在外齿轮24上，在从其轴心偏移的位置等间隔地形成有12个同径的贯穿孔。其中，在以120度等间隔配置的3个孔中插通轮架销42，在剩余的9个孔中插通内销40。在外齿轮24的外周形成有波形齿，且该齿在内齿轮28的内齿销28A上接触的同时移动，从而外齿轮24能够在以中心轴为法线的面内摆动。除了相对外齿轮24有180度相位差的这一点之外，外齿轮26也相同。

减速机10的外壳30经一对主轴承46、47被旋转自如地支承于固定在车架上的第1轮架体34及第2轮架体38。在外壳30的轴向车体相反侧的端面上通过螺栓49连结轮部件48，并在该轮部件48上安装有叉车（未图示）的轮胎50。减速机10容纳于轮胎50的轴向范围内（图1的双点划线的范围内）。

作为减速机10的输入部件的输入轴16经以正面对置而配置的一对角接触球轴承52、54旋转自如地支承于第1轮架体34及第2轮架体38。

另外，减速机10内的主轴承46、47及角接触球轴承52、54为开放型轴承，如后述，通过封入于外壳内的冷却液而被润滑。

IPM马达12具备均由层叠钢板构成的定子64及转子66。在转子66的层叠钢板上形成有多个向轴向延伸的空隙66A，在该空隙内埋入有永久磁铁76A、76B。永久磁铁埋入于转子内的IPM马达与永久磁铁粘贴于转子的表面的SPM马达相比其效率高，适合作为叉车驱动用马达。构成转子66的层叠钢板通过螺栓67成为一体，且经未图示的卡合部与马达输出轴70成为一体。马达输出轴70的车体侧经轴承82旋转自如地支承于从马达外壳60向内侧延伸的延伸部60A。马达输出轴70的车体相反侧经花键70A与减速机10的输入轴16连结。

定子64固定于马达外壳60。在定子64上卷绕有预定圈数的用于形成磁场的线圈。用于线圈的卷绕的折回部分作为线圈端部68A、68B从定子64的两端向轴向突出。

虽然未图示，但是在与转子66对置的定子64的内周面以电压波形的改善或变动转矩的下降为目的而形成有斜槽（skew）。另外，也可不在定子64，而在与定子64对置的转子66的外周面形成有斜槽，也可在定子64的内周面与转子66的外周面的双方形成有斜槽。后者时，定子与转子的斜槽的扭转方向相同。

在转子66的轴向两端面上分别安装有用于不使埋入于转子内的永久磁铁在旋转中迸出的端板72、74。端板为例如不锈钢或铝制。

在马达输出轴70的内部形成有向轴向延伸的空心部90。空心部90的车体侧端部在开口部96与空间80L连通，且在空心部90的车体相反侧端部上，如上述插入有减速机10的输入轴16。另外，在马达输出轴70上，与转子66的两端的端板72、74邻接地分别形成有向径向延伸且向输出轴70的侧面开口的贯穿孔92、94，连通空心部90与空间80L、80R。贯穿孔92、94分别在马达输出轴70的周向上至少设置2个，优选旋转对称地设置3个以上，但是也可以仅为1个。贯穿孔92、94在轴向上设成输出轴70的侧面上的开口分别位于定子64的向两端延伸的线圈端部68A、68B的径向内侧。

虽然未图示，但是在输出轴70的内周面形成有与定子内周面或转子外周面的斜槽的扭转方向相反方向的螺旋槽。详细内容在后面进行叙述，但是该螺旋槽作为将通过开口部96而浸入空心部90内的冷却液从车体侧（空间80L侧）向车体相反侧（空间80R侧）引导的机构而发挥作用。

制动机构14对马达输出轴70的旋转进行制动。制动机构14容纳在卷绕于定子64上的线圈的线圈端部68A的半径方向内侧，并具备具有多个摩擦板的多板式制动部78。多板式制动部78的摩擦板由多个（图示的例子中为4个）固定摩擦板78A及多个（图示的例子中为3个）旋转摩擦板78B构成。

固定摩擦板78A在以堵塞IPM马达12的马达外壳60的后端的方式配置的制动活塞84与外壳60的延伸部60A之间通过未图示的贯穿销在圆周方向上固定，并且可沿贯穿销向轴向移动。

另一方面，旋转摩擦板78B组装于与转子66一体旋转的马达输出轴70侧，且可与输出轴70一体旋转。在输出轴70的外周沿轴向形成有花键70B，且旋转摩擦板78B的内周端与花键70B卡合。由此，旋转摩擦板78B经花键70B在圆周方向上与输出轴70成为一体，并且可沿输出轴70的轴向移动。在旋转摩擦板78B的表面粘结有摩擦片（未图示）。

制动活塞84配置成在经油路86与未图示的液压机构连通的缸体内滑动。若叉车的工作人员进行制动操作，则构成为从液压机构经油路86向缸体内供给压力油，且制动活塞84在轴向上按压最靠近车体侧的固定摩擦板78A。

IPM马达12的转子66、输出轴70、制动机构14的摩擦板78A、78B、减速机10的输入轴16、作为减速机10的输出轴的外壳30、及轮部件48均同轴配置。

IPM马达12及制动机构14均由湿式构成，并且减速机10、IPM马达12、及制动机构14的内部空间成为被密闭的一连串的空间。在该空间内封入有冷却液，且使冷却液能够在空间内流通。该冷却液除了IPM马达的转子66及定子64的冷却之外，同时还发挥减速机和马达内的轴承及滑动部的润滑液的作用。

以下，对IPM马达12驱动时的动力传递装置100的作用进行说明。

若叉车的工作人员进行指定的前进或后退操作，则转子66及输出轴70相对IPM马达12的定子64旋转，且输出轴70的旋转经花键70A传递至减速机10的输入轴16。若输入轴16旋转，则偏心体18、20的外周进行偏心运动，且经滚子轴承21、23使外齿轮24、26摆动。因该摆动产生外齿轮24、26的外齿轮与内齿轮28的内齿销28A、28B的啮合位置依次偏离的现象。

外齿轮24、26与内齿轮28的齿数差设定为“1”，并且，各外齿轮24、26的自转被在固定于车架的第1轮架体34上固定的内销40限制。因此，输入轴16每旋转1次，内齿轮28相对自转被限制的外齿轮24、26仅自转（旋转）相当于齿数差的量。其结果，通过输入轴16的旋转，与内齿轮主体28D成为一体的外壳30以被减速至1/（内齿轮的齿数）的转速旋转。通过外壳30的旋转，叉车的轮胎50经通过螺栓49固定于外壳30的轮部件48而发生旋转。

接着，对基于制动机构14的动力传递装置100的制动作用进行说明。

若叉车的工作人员进行预定的制动操作，则从液压机构经油路86向缸体内供给压力油，制动活塞84在缸体内向车体相反侧（图中的右侧方向）移动。其结果，位于最靠车体侧的固定摩擦板78A按压于制动活塞84而向车体相反侧移动。所以，多个固定摩擦板78A和旋转摩擦板78B依次以较强作用力接触。如上所述，固定摩擦板78A经贯穿销在圆周方向上固定，旋转摩擦板78B经组装于输出轴70的花键70B与输出轴70在圆周方向上成为一体。因此，固定摩擦板78A与旋转摩擦板78B经粘结于旋转摩擦板78B的摩擦片较强地接触，从而产生输出轴70的制动作用。

若工作人员停止制动操作，则缸体内的压力油的供给被停止，因此通过设置于延伸部60A与制动活塞84之间的弹簧84A的复原力，制动活塞84返回到车体侧，各固定摩擦板78A恢复到原来的轴向位置。随此旋转摩擦板78B也恢复到原来的轴向位置，且固定摩擦板78A与旋转摩擦板78B的接触被解除而制动作用失效。

图2是表示马达停止时的冷却液（润滑油）的液面的图。图中的阴影部分表示冷却液。如图示所示，本实施方式中，在中心轴成为水平的状态下，使IPM马达12的轴承82、减速机10的滚子轴承21、23及角接触球轴承52、54的一部分浸入程度的量的冷却液封入于外壳30及60内。

图3是表示在马达输出轴上未形成贯穿孔的以往结构的马达中，马达运行时的液面变化的情况的图。若转子旋转，则冷却液因其粘性而被拖拽到转子表面，且向与转子的旋转方向相同的方向流出。尤其，存在于转子与定子之间的间隙的冷却液通过形成于定子的内周面或转子的外周面的斜槽而沿轴向向斜槽倾斜的一侧挤出。为了产生朝向轴向车体侧的流动而确定斜槽的倾斜方向时，由于该作用，如图3所示，在车体侧的空间80L与车体相反侧的空间80R产生液面高度不同的现象。若产生该现象，则如图3所示，有可能减速机10内的滚子轴承21、23或角接触球轴承52、54成为未浸入冷却液的状态，从而无法确保充分的润滑性能。

并且，在冷却液较少的状态下，作为马达的主要的发热源的线圈中，由于成为仅下半部分程度浸入到冷却液的状态，因此无法冷却上半部分的线圈，散热性能不足。

为提高马达的冷却性能，需要增加冷却液向上半部分的线圈的接触量。因此，存在若采用增加封入于外壳内的冷却液的量的方法，则导致由于冷却液的粘性阻力导致的转子的旋转负载增大，且马达效率下降的问题。

本实施方式中，通过在具有空心部的马达输出轴上形成向输出轴的径向延伸且向其侧面开口的贯穿孔来解决上述问题。

图4是表示本实施方式所涉及的马达运行时的液面变化的情况的图。图中的箭头表示冷却液的流动及输出轴的旋转方向。若转子66通过定子与转子之间的电磁性作用旋转，则与图3相同，冷却液因其粘性拖拽于转子的表面，并向与转子的旋转方向相同的方向流出。存在于转子与定子之间的间隙的冷却液通过形成于定子的内周面或转子的外周面的斜槽，沿轴向向斜槽倾斜的一侧挤出。

若转子的转速变大，车体侧的空间80L中的冷却液的液面超过马达输出轴70的开口部96的下端，则冷却液流入到空心部90内。通过形成于输出轴的内周面的螺旋槽的旋转，从车体侧的开口部96朝向车体相反侧的轴端产生在内周面上移动的冷却液的流动。

在输出轴70的内周面上移动的冷却液的一部分通过作用于输出轴70的离心力，通过贯穿孔92、94并朝向位于贯穿孔92、94的上方的线圈端部68A、68B飞散。从贯穿孔92、94飞散的冷却液附着于线圈端部68A、68B，且从线圈夺取热量，并由于重力下降到液面。并且，从贯穿孔94飞散的冷却液通过输出轴70的外侧供给于减速机侧。冷却液的残留量通过花键70A的间隙供给于减速机10侧。

并且，通过由空心部90形成的冷却液的输送作用，车体侧的空间80L的液面与车体相反侧的空间80R的液面相比不会极端变大，左右的液面接近均匀。其结果，减速机10内的滚子轴承21、23或角接触球轴承52、54等滑动部也浸入于冷却液中，所以能够确保润滑性能。

图4中示出了空心部90的内径恒定的情况，但是例如也可以为从车体侧端面朝向车体相反侧端面内径变小等，内径不恒定。

并且，沿径向延伸的贯穿孔92、94也被描述为其内径恒定，但是也可以内周侧的开口大于侧面侧的开口的方式形成贯穿孔。此时，能够提高来自贯穿孔的冷却液的飞散速度。

并且，贯穿孔92、94可设为倾斜地延伸，而非向相对中心轴正交的方向延伸。由此，也能够使冷却液飞散于侧面侧的开口正上方以外的线圈端部部分。贯穿孔92、94分别各设置多个时，也可为按贯穿孔其倾斜角度不同。由此，能够使冷却液飞散于线圈端部的广范围内。

转子两侧的空间80L、80R中的哪个液面变高是根据转子的旋转方向及定子内周面或转子外周面的斜槽的倾斜方向决定的。本实施方式中，为了通过开口部96向空心部90内导入冷却液，需要空间80L的液面高于空间80R，因此优选为以配合使用频度较高的转子的旋转方向产生朝向空间80L的冷却液的流动的方式，确定定子内周面或转子外周面的倾斜方向。以动力传递装置100驱动叉车时，使用频度较高的转子的旋转方向为对应于叉车的前进的旋转方向。

并且，优选测定转子以预定的转速（优选为使用频度较高的高旋转时）运行时的转子两侧的空间80L和80R中的液面的偏差，且以即便在该运转时在减速机侧也存在适当量的冷却液的方式来使封入于外壳30、60内的冷却液的量最佳化。

另外，图4中马达输出轴70的车体相反侧端部经花键70A与减速机10的输入轴16连接，但是也可以用其他方法（例如利用联接器等）使减速机10的输入轴16与马达输出轴70连接，从而也可使马达输出轴70的车体相反侧端部更大地开口，或也可以完全堵塞车体相反侧端部的方式与输入轴16连接。即使为后者时，从贯穿孔94飞散的冷却液通过输出轴70的外侧供给于减速机10侧，因此减速机10侧的冷却液不会不足。并且，即使用花键连接马达输出轴70与减速机10的输入轴16时，也能够通过几乎无间隙的花键或过盈配合而将马达输出轴的车体相反侧端部设为堵塞的状态。

并且，也可在马达输出轴70的内周面不形成螺旋槽而设为平滑面。这是因为在转子的两端产生冷却液的液面差时，通过车体侧的空间80L和车体相反侧的空间80R中的液面的势能之差，即使无螺旋槽也可从车体侧朝向车体相反侧通过空心部90来输送冷却液。也可取代形成螺旋槽或者除此之外，在空心部90内设置叶轮来产生从车体侧朝向车体相反侧的冷却液的流动。

如以上说明，根据本实施方式，能够利用由转子的旋转和定子内周面或转子外周面的斜槽而产生的转子的两侧的冷却液的液面差，通过输出轴端面的开口而向空心部内导入冷却液，通过空心部从液面较高的一侧向较低的一侧输送冷却液。因此，无需使用泵等外部装置，就能够减轻转子的两端的液面差来使冷却液遍及马达及减速机的滑动部。

并且，通过作用于输出轴的离心力，使冷却液从形成于空心部的贯穿孔朝向线圈端部飞散，因此即使封入于外壳内的冷却液的量较少（例如，即使为输出轴在水平的状态下转子的下侧的一部分浸渍的程度的量），也能够有效地进行线圈端部的冷却。因此，能够抑制因冷却液的增量引起的转子旋转时的搅拌阻力的增加。

以上，对本发明的实施方式进行了说明。这些实施方式为例示，本领域技术人员可理解为，在这些各结构要件的组合中能够实现各种变形例，并且这种变形例也在本发明范围内。

实施方式中，以在IPM马达的车体侧配置有制动机构的结构为例进行了说明，但是即使为制动机构配置于减速机与IPM马达之间的结构也能够应用本发明。并且，即使这些以外的结构，也能够使本发明应用于轴承等滑动部的润滑油与马达的冷却液被共用化的任意结构的油浴式马达。

实施方式中，阐述了作为减速机的减速机构采用摆动内啮合型的减速机构的内容。但是，与本发明所涉及的马达共同使用的减速机的减速机构并不限定于此，例如也可为单纯行星齿轮减速机构等其他减速机。并且，可以为多轴或多级的减速机构，而不是输入轴与输出轴为同轴的一级减速机构。

实施方式中，说明了与输入轴（偏心体轴）16配置于内齿轮28的中心的类型的偏心摆动啮合型行星齿轮减速机一同使用本发明所涉及的马达的内容。但是，并不限定于该类型的减速机，例如能够与在从内齿轮中心偏移的位置配置多根偏心体轴的类型的行星齿轮减速机一同使用本发明所涉及的马达。

实施方式中，阐述了以固定第1轮架体34及第2轮架体38并从外壳30输出旋转的方式构成偏心摆动啮合型的行星齿轮减速机的内容。但是，也可以固定外壳30并从第1轮架体34及第2轮架体38输出旋转的方式构成行星齿轮减速机构。此时，外齿轮24、26的自转成分经内销40传递至第1轮架体34及第2轮架体38。

本发明所涉及的马达不限定于在叉车等工作车辆的车轮驱动装置上组装的用途，能够适用于任意用途。

本申请主张基于2012年3月29日申请的日本专利申请第2012-077931号的优先权。其申请的全部内容通过参考援用于本说明书中。

Claims (7)

1.一种马达，其具备：具有输出轴的转子；卷绕有线圈的定子；容纳所述转子及所述定子并封入有冷却液的外壳，在转子及定子中的至少一方形成有斜槽，该马达的特征在于，

在所述输出轴内形成有向轴向延伸的空心部，

所述空心部在所述输出轴的由于所述转子的旋转而使冷却液的液面变高的一侧的端面向所述外壳内开口，并且在该端面的相反侧的端部附近具有与外壳内连通的开口部。

2.如权利要求1所述的马达，其特征在于，

所述空心部在所述输出轴的两端面向所述外壳内开口。

3.如权利要求1或2所述的马达，其特征在于，

形成从所述空心部向所述输出轴的径向延伸并向该输出轴的侧面开口的贯穿孔。

4.如权利要求3所述的马达，其特征在于，

所述贯穿孔的空心部侧的内径形成为大于所述贯穿孔的输出轴的侧面侧的内径。

5.如权利要求3或4所述的马达，其特征在于，

所述贯穿孔的输出轴侧面处的开口位于所述定子的向两端延伸的线圈端部的径向内侧。

6.如权利要求1至5中任一项所述的马达，其特征在于，

在所述空心部中，形成有将冷却液从液面较高的一侧朝向较低的一侧引导的引导机构。

7.如权利要求6所述的马达，其特征在于，

所述引导机构是形成于所述输出轴内周面的螺旋槽。

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