CN105075093A - 带变换器的电动机 - Google Patents

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Abstract

一种带变换器的电动机，收纳有转子(23)及定子(22)的电动机框体(41)、和收纳有变换器(3)的功率模块(31)且具有散热功能的变换器框体(42)在所述电动机框体的一端部和所述变换器框体的一端部被一体化而构成，其中，在所述变换器框体的另一端部侧的内部配置有所述功率模块，在所述功率模块与所述变换器框体的内面之间设有散热部件(44)。

Description

带变换器的电动机
技术领域
本发明涉及带变换器的电动机。
背景技术
在变换器一体型交流电动机的散热构造中，已知有如下的构成，即，使作为发热体的电动机和功率模块相对，在其间配置有载置圆板形状的元件冷却用金属部件而将其强制冷却的中空圆筒形状的冷却块(专利文献1)。
专利文献1：(日本)特开2007－116840号公报
但是，在上述现有的带变换器的电动机中，由于为将作为发热体的电动机和变换器利用设于二者之间的冷却块冷却的构成，故而电动机和变换器的发热量大的话，则具有仅由冷却块不能充分冷却的问题。
发明内容
本发明要解决的课题在于提供一种散热性优良的带变换器的电动机。
本发明通过在具有散热功能的变换器框体的端部经由散热部件设置功率模块来解决上述课题。
根据本发明，来自变换器的主要的发热体即功率模块的热通过散热部件而扩散并向变换器框体传递，故而起到通过增加散热面积而使散热性提高的效果。
附图说明
图1是表示本发明一实施方式的带变换器的电动机的轴方向的剖面图；
图2是沿着图1的II－II线的向视图；
图3是表示图1的变换器框体的制造工序的剖面图；
图4是表示本发明另一实施方式的变换器框体的制造工序的剖面图；
图5是表示本发明再一实施方式的带变换器的电动机的轴方向的剖面图；
图6是沿着图5的VI－VI线的向视图；
图7是表示图5的一个散热部件和功率模块的立体图；
图8是表示图5的变换器框体的制造工序的剖面图。
标记说明
1：带变换器的电动机
2：电动机
21：旋转轴
22：定子
23：转子
3：变换器
31：功率模块
32：DC母线及平滑用电容器
33：电路基板
4：框体
41：电动机框体
411：筒状主体
412：支架
413：轴承
414：电动机室
42：变换器框体
421：筒状主体部
422：支架部
423：排气孔
424：变换器室
425：卡止凸部
43：分隔支架
431：轴承
44：散热部件
441：底面
442：侧面
具体实施方式
以下，基于附图对本发明的实施方式进行说明。
第一实施方式
图1、图2是表示本发明第一实施方式的带变换器的电动机1的图。本例的带变换器的电动机1为将电动机2和变换器3一体化的机电一体装置，在框体4内设有作为电动机2的构成部件的旋转轴21和定子22和转子23、及作为变换器3的构成部件的功率模块31和DC母线及平滑用电容器32(包含DC母线和平滑用电容器在内，用标记32表示)和电路基板33。另外，本例的带变换器的电动机1包含也具有再生产生的发电功能的带变换器的电动发动机。
本例的框体4包含电动机框体41、变换器框体42及分隔支架43，这些电动机框体41、分隔支架43及变换器框体42依次在轴方向上并列，通过螺栓或螺钉等联接装置(省略图示)而将这些凸缘部彼此结合。这样将构成框体4的电动机框体41和变换器框体42由其他部件构成并通过联接装置结合的情况也称为一体化。另外，电动机框体41和变换器框体42由一个框体部件构成的情况也称为一体化。
电动机框体41具有轴方向的两端面开放的筒状主体411、将该筒状主体411的一端面闭塞且可旋转地支承旋转轴21并使旋转轴21贯通的支架412，这些筒状主体411和支架412通过焊接、铆接、螺栓等联接装置(省略图示)而固定。筒状主体411及支架412可通过散热性优良的铝材等材料形成，另外，在筒状主体411的外面形成多个散热片，将传递到电动机框体41的来自功率模块31的热向外部散热。
变换器框体42以具有筒状主体部421和将该筒状主体部421的一端面闭塞的支架部422的方式一体成形为有底筒状。变换器框体42能够由散热性优良的铝材等材料形成，也可以在支架部422的外面设置多个散热片，将传递到变换器框体42的来自功率模块31的热向外部散热。另外，也可以将筒状主体部421和支架部422由其他部件构成，通过焊接、铆接、螺栓等联接装置将其固定。在后文中对变换器框体42的其他构成进行说明。
分隔支架43兼具电动机框体41的另一支架、变换器框体42的另一支架，为了防止电动机框体41内的尘埃向变换器框体42侵入而设置在电动机框体41的筒状主体411与变换器框体42的筒状主体部421之间。在该分隔支架43的部分，将电动机框体41和变换器框体42一体地联接。另外，分隔支架43也可以构成为电动机框体41的筒状主体411的一部，或者构成为变换器框体42的筒状主体部421的一部分。
在电动机框体41的内部形成电动机室414，在变换器框体42的内部形成变换器室424，在这些电动机室414及变换器室424的轴方向的中心，通过轴承413、431支承旋转轴21，使其向两方向自如旋转。而且，旋转轴21的下端从电动机框体41向外部延伸，在此连接负荷。作为本例的与电动机2连接的负荷，列举电动车的驱动轴等，将电动机2动力驱动而向驱动轴输出，或能够将电动车的驱动轴的旋转作为输入而再生驱动。
在电动机室414，在筒状主体411的内周面固定有定子22，转子21经由空隙与该定子22的内侧而固定在旋转轴21上。
定子22为产生旋转磁场的静止部件，包括：构成磁路的定子芯；卷绕在该定子芯上而被从变换器3供给交流电而生成旋转磁场的定子线圈。定子芯例如为将多张硅铜板在轴方向上层叠而形成的圆筒状的磁性体，被压入筒状主体411的内周面，通过将定子芯的外周面嵌合在筒状主体411的内周面而进行固定。另外，定子线圈通过电连接卷绕在定子芯上的线圈导体而形成三相(U相、V相、W相)的相线圈，并且该三相的相线圈被星形结线(Y结线)而构成。星形结线以形成中性点的方式将各相线圈的一端彼此电连接。另外，电动机的相数不限于三相。
虽然省略了图示，在定子线圈的各相线圈的末端(与中性点侧端部相对侧的端部)电连接有引出导体。各引出导体为兼具有电动机2的输入端子的平板状长条导体，定子22的分隔支架43侧的轴方向端部、具体地从定子线圈的线圈端部的分隔支架43侧沿轴方向导出，以从电动机室414经由分隔支架43的贯通孔而到达变换器室424的方式延伸，与变换器3的对应相的端子电连接。
由此，变换器3的端子和电动机2的定子线圈的相线圈的同相彼此电连接，本例的带变换器的电动机1作为电动机而起作用的情况下，从变换器3的端子输出的各相的交流驱动电力经由对应的相的引出导体向定子线圈的对应的相线圈引导。另外，在本例的带变换器的电动机1作为发电机起作用的情况下，从定子线圈输出的各相的交流再生电力经由对应相的引出导体向变换器3的对应相的端子引导。
转子23为通过与定子22的磁作用而旋转的部位，在例如将多张硅铜板在旋转轴21的方向上层积而形成的圆柱状的磁性体的内部埋入有多个永久磁铁，或者在其磁性体的外周面上配置有多个永久磁铁而构成。在该情况下，多个永久磁铁将极性不同的磁铁在周方向上交替地等间隔排列。
另外，作为转子23也能够使用除了上述的永久磁铁以外，还具有构成磁路的转子芯、卷绕在该转子芯上且将从车载蓄电池等的外部供给的磁场电流经由刷及滑环构成的通电机构接收而产生用于使转子芯的爪状磁极磁化用的磁通的转子线圈、设于转子芯的极性不同的爪状磁极间的永久磁铁的随机型爪极构造的转子。
接着，对变换器室424内的配置构成进行说明。
在变换器室424中，以与变换器框体42的支架部422的内面及筒状主体部421的内面相接的方式设置散热部件44，在该散热部件44安装功率模块31，进而依次固定有母线及平滑用电容器32和电路基板33。
散热部件44优选由导热率高且廉价的材料、例如铜(398W/m·K)及铝(236W/m·K)等金属材料形成。而且，本例的散热部件44形成为具有与变换器框体42的支架部422热连接的底面441、与筒状主体部421的内面热连接的侧面442的杯状，在支架部422的内面与底面441之间安装有热阻小的粘接剂或润滑脂(由X2所示)，筒状主体部421的内面和侧面442通过热装或压入等方法(由Xl所示)而接合固定。
图3表示通过热装将安装有功率模块31的散热部件44相对于变换器框体42接合固定后，组装母线及平滑用电容器32和电路基板33的工序的一例。最初，如图3(A)所示，在散热部件44上安装了功率模块31之后，在散热部件44的底面的外面及/或变换器框体42的支架部422的内面涂敷粘接剂或润滑脂。而且，如图3(B)所示，将变换器框体42及散热部件44以升温到小于功率模块31的耐热上限温度的规定温度的状态下嵌合。
若变换器框体42由铝材成形，散热部件44由铜材成形的话，由于铝材的热膨胀率为23.9×10－6/℃，而铜材的热膨胀率为17.7×10－6/℃，故而若升温到相同的温度，则变换器框体42的内径较大膨胀，能够容易地进行二者的嵌合，若降温到室温，则变换器框体42和散热部件44通过热装而被牢固地接合固定。此时，若在变换器框体42的筒状主体部421形成一个或多个排气孔423，则能够将变换器框体42与散热部件44之间的空气在嵌合时排出，并能够容易地进行嵌合。另外，从排气性的观点来看，排气孔423形成在与变换器框体42的支架部422侧接近的筒状主体部421为好。
接着，如图3(C)所示，在功率模块31组装母线及平滑用电容器32和电路基板33。通过以上的工序，在变换器框体42组装有散热部件44、功率模块31、母线及平滑用电容器32及电路基板33的副组件完成。
第二实施方式
图3所示的第一实施方式的制造工序优选适用于变换器框体42的成形材料的热膨胀率比散热部件44的成形材料的热膨胀率大的情况，但例如在二者的热膨胀率大致相同的情况，或者变换器框体42的成形材料的热膨胀率比散热部件44的成形材料的热膨胀率小的情况下，能够代替热装处理而进行压入处理。但是，该压入处理能够与变换器框体42及散热部件44的成形材料的热膨胀率的大小无关地进行适用。
图4表示通过压入将安装有功率模块31的散热部件44在变换器框体42接合固定之后，组装母线及平滑用电容器32和电路基板33的工序的一例。最初，如图4(A)所示，在将功率模块31安装于散热部件44之后，在散热部件44底面的外面及/或变换器框体42的支架部422的内面涂敷粘接剂或润滑脂。散热部件44如图4(A)所示地，随着侧面442从底面441朝向开放端而向外侧扩径地预先形成。而且，如图4(B)所示，将变换器框体42及散热部件44压入。
此时，若在变换器框体42的筒状主体部421形成有一个或多个排气孔423，则变换器框体42与散热部件44之间的空气在压入时被排出，能够容易地压入。另外，由排气性的观点来看，排气孔423预先形成在与变换器框体42的支架部422侧接近的筒状主体部421为好。
接着，如图4(C)所示，在功率模块31安装母线及平滑用电容器32和电路基板33。通过以上的工序，在变换器框体42组装有散热部件44、功率模块31、母线及平滑用电容器32及电路基板33的副组件完成。
第三实施方式
在上述的第一及第二实施方式中，作为散热部件44使用有具有圆形平板状的底面441和从该底面直立的筒状侧面442的形成杯状的部件，但散热部件44设置在作为发热体的功率模块31与变换器框体42之间，只要具有使功率模块31产生的热扩散的功能即可，故而也可以在圆周方向上不连续。图5～图7是表示本发明第三实施方式的带变换器的电动机1的图，对与第一及第二实施方式相同构成的部件等标注相同的标记。在此援引其说明。
本例的带变换器的电动机1与上述的第一及第二实施方式的带变换器的电动机1相比，不同之处在于散热部件44的构成、和相对于该散热部件44的变换器框体42的接合固定构造。即，本例的散热部件44如图6所示地，相对于六个功率模块31分别个别地成形为具有底面441和侧面442的弯折部件。而且，这六个散热部件44在变换器框体42的支架部422的内面等间隔地配置。另外，散热部件44的底面441和侧面442的宽度尺寸也可以不相同。
另一方面，在变换器框体42的支架部422的内面形成与六个散热部件44的底面的前端抵接的卡止凸部425，使具有弹性的散热部件44的底面的前端与该卡止凸部425抵接，并且侧面与变换器框体42的筒状主体部421的内面抵接，从而散热部件44与变换器框体42接合固定。
图8表示通过压入将分别安装有功率模块31的六个散热部件44与变换器框体42接合固定之后，组装母线及平滑用电容器32和电路基板33的工序之一例。各散热部件44如图8(A)所示地以侧面442相对于底面441构成钝角的方式预先成形。最初，如图8(A)所示，在将功率模块31安装于散热部件44之后，在散热部件44的底面的外面及/或变换器框体42的支架部422的内面涂敷粘接剂或润滑脂。
接着，如图8(B)所示，以散热部件44的底面441的前端与卡止凸部425抵接的方式压入变换器框体42的内面。此时，变换器框体42与散热部件44之间的空气在压入时被从侧部排出，故而也可以不如上述的第一及第二实施方式那样地在变换器框体42的筒状主体部421形成一个或多个排气孔423。
接着，如图8(C)所示，在功率模块31组装母线及平滑用电容器32和电路基板33。通过以上的工序，在变换器框体42组装有散热部件44、功率模块31、母线及平滑用电容器32及电路基板33的副组件完成。
如上构成的第一～第三实施方式的带变换器的电动机1起到如下的作用效果。
(1)根据本例的带变换器的电动机1，由于导热率高的散热部件44设置在变换器框体42的支架部422及筒状主体部421与功率模块31之间，故而由功率模块31产生的热量在散热部件44扩散，以散热面积扩大的状态向具有散热功能的变换器框体传递。其结果，由于散热性能提高，故而也能够适用于空冷式的带变换器的电动机。
(2)另外，根据本例的带变换器的电动机1，由于在安装功率模块31的散热部件44的底面441与变换器框体42的支架部422之间存在有热阻小的粘接剂或润滑脂，故而也能够缓和热应力。
(3)另外，根据本例的带变换器的电动机1，将发热量大的功率模块31配置在变换器框体42的支架部422侧，将耐热性高的母线及平滑用电容器32和电路基板33依次配置在电动机侧，故而由功率模块31产生的热量在变换器室424内被耐热性高的部件32、33隔热，能够抑制向电动机室414的传递，或者抑制来自电动机室414的热传递到功率模块31。
(4)另外，根据本例的带变换器的电动机1，散热部件44不使用螺栓，而利用热装或压入手法在变换器框体42上接合固定，故而能够抑制散热部件44的尺寸扩大。
(5)特别是，根据利用热装将散热部件44接合固定的本例的带变换器的电动机1，在常温时，通过散热部件44的压缩应力对功率模块31的接合部作用应力，但功率模块31发热的话，散热部件44热膨胀，从而能够降低作用于功率模块31的接合部的热应力的最大值。
(6)另外，根据通过压入而将散热部件44接合固定的本例的带变换器的电动机1，与构成散热部件44和变换器框体42的材料的热膨胀率无关，能够由容易的工序进行低热阻的接合。另外，也能够降低作用于功率模块31的应力。
(7)另外，根据通过热装或压入而接合固定有散热部件44的本例的带变换器的电动机1，在变换器框体42的筒状主体部421形成有排气孔423，故而能够将散热部件44与变换器框体42的内面之间的气体排出，能够顺畅地进行热装或压入操作。
上述粘接剂或润滑脂X2相当于本发明的接合部件。

Claims (6)

1.一种带变换器的电动机，其将收纳有转子及定子的电动机框体、收纳变换器的功率模块且具有散热功能的变换器框体在所述电动机框体的一端部和所述变换器框体的一端部一体化而构成，其中，
在所述变换器框体的另一端部侧的内部配置所述功率模块，在该功率模块与所述变换器框体的内面之间设有散热部件。
2.如权利要求1所述的带变换器的电动机，其中，
所述变换器具有所述功率模块、电容器、母线及电路基板，
从所述变换器框体的另一端部朝向一端部依次配置有所述功率模块、所述电容器、所述母线及所述电路基板。
3.如权利要求1或2所述的带变换器的电动机，其中，
所述变换器框体具有筒状主体部、将该筒状主体部的所述另一端部闭塞的平板状支架部，
所述散热部件与所述筒状主体部的内面和所述平板状支架部的内面热接合。
4.如权利要求3所述的带变换器的电动机，其中，
所述散热部件经由接合部件与所述变换器框体的所述平板状支架部的内面接合，通过热装与所述变换器框体的所述筒状主体部的内面接合。
5.如权利要求3所述的带变换器的电动机，其中，
所述散热部件经由接合部件与所述变换器框体的所述平板状支架部的内面接合，通过压入与所述变换器框体的所述筒状主体部的内面接合。
6.如权利要求4或5所述的带变换器的电动机，其中，
在所述变换器框体的所述筒状主体部形成有排气孔。
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