CN105827048A

CN105827048A - 旋转电机

Info

Publication number: CN105827048A
Application number: CN201610041505.1A
Authority: CN
Inventors: 林二郎
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2015-01-26
Filing date: 2016-01-21
Publication date: 2016-08-03
Anticipated expiration: 2036-01-21
Also published as: JP2016140149A; US20160218583A1; CN105827048B; JP6425085B2; US10173715B2

Abstract

提供一种旋转电机。定子(12)固定至电动马达(10)的框架(11)。转子(18)以在径向方向上面向定子(12)的方式可旋转地安装至框架(11)。在框架(11)的开口(11e)中安装有散热器(13)，其中，控制基板(21)附接至散热器(13)。马达盖(23)附接至框架(11)的前端部(11a)以覆盖散热器(13)。前端部(11a)上形成有具有固定深度并且以粘合剂(24)填充的粘合剂槽(11f)。在马达盖(23)的后端部上形成有连结部分(23c)，并且连结部分(23c)沿旋转轴线方向插入至粘合剂槽(11f)中，从而使马达盖(23)与框架(11)以液密的方式连结。

Description

旋转电机

技术领域

本公开涉及通过使转子旋转而产生电力或在被供给电力时使转子旋转的旋转电机。

背景技术

常规地，旋转电机包括马达罩壳，该马达罩壳在旋转轴线方向上的一个端部是敞开的。定子固定至马达罩壳的内周表面。转子以在径向方向上面向定子的方式可旋转地安装在马达罩壳中。参见例如JP2013-207968。在这种常规的旋转电机中，马达罩壳包括马达罩壳本体、前框架端部以及后框架端部。定子固定至马达罩壳本体。此外，前框架端部和后框架端部附接至马达罩壳本体的两端。轴固定至转子并且可旋转地安装在前框架端部和后框架端部中。

发明内容

在以上所述的常规的旋转电机中，散热器螺纹连接至后框架端部。在散热器上安装有控制基板等。此外，控制单元罩壳通过螺钉附接至后框架端部以覆盖散热器。因此，在下述三个位置处形成有连结部分：在马达罩壳本体的两端处，以及在后框架端部与控制单元罩壳之间。在这些连结部分的每一者处，在成对的部件之间设置有O形环以防止外部的水等进入。

因此，在该常规的旋转电机中，围绕马达罩壳形成有大量的连结部分。因此，为了保持连结部分的密封性能，必须提高许多部件的尺寸精度。因此，在制造旋转电机时可能会遇到问题，或可能由于增加部件的数量而增大制造成本。此外，由于在每个连结部分处布置有诸如O形环的密封构件，因此会增加部件的尺寸，从而可能增大旋转电机的物理尺寸。

鉴于上述内容，本公开的目的是提供一种可以容易地以小尺寸制造的旋转电机。

鉴于上述内容，根据本公开提供了如下旋转电机，该旋转电机包括壳体、定子、转子、散热器、控制基板以及盖构件。其中，壳体由筒部部分和底部部分一体地形成，筒部部分具有在旋转轴线方向上的一个端部，所述一个端部是敞开的，底部部分连接至筒部部分的在旋转轴线方向上的另一端部，底部部分沿径向方向向内延伸；定子固定至筒部部分的内周表面；转子以在径向方向上面向定子的方式可旋转地安装在壳体中；散热器布置成封闭壳体的开口；控制基板连接至散热器，控制基板控制对定子的电力供给；并且盖构件以液密的方式连结至壳体的一个端部从而覆盖散热器，盖构件是一体形成的。

根据这个构型，一体形成的盖构件以液密的方式连结至一体形成的壳体的一个端部从而覆盖散热器。因此，将旋转电机的内部与外部分离的元件可能仅在一个位置处连结。因此，该旋转电机可以通过减少具有高测量精度的部件的数量而容易地制造，同时仍维持了密封性能。此外，可以减少密封部件的数量，并且因而可以降低旋转电机的成本并且减小旋转电机的物理尺寸。

此外，定子和散热器安装至壳体。因此，在定子和控制基板处产生的热可以通过壳体耗散，并且因而可以改善旋转电机的散热。

附图说明

根据以下描述、所附权利要求和附图，将更好地理解本公开及其额外的目的、特征以及优点，在附图中：

图1为根据本公开的第一实施方式的安装在车辆上的电动动力转向装置的简化图；

图2为沿旋转轴线截取的图1所示的电动马达的截面图；

图3为电动马达的控制器的电路图；

图4为图2的电动马达的放大图；

图5A为示出了电动马达的组装过程的简化图，其中，转子和定子被安装至框架；

图5B示出了将控制基板安装至散热器的步骤；

图5C示出了将散热器安装至框架的步骤；

图5D示出了将马达盖安装至框架的步骤；

图6为与图4对比的参考示例的电动马达的放大图；以及

图7为根据本公开的第二实施方式的电动马达的放大图。

具体实施方式

(第一实施方式)

(电动动力转向装置的构型)

将参照图1对包括根据本公开的第一实施方式的电动马达10(对应于旋转电机)的电动动力转向装置50进行说明。如图1中所示，电动动力转向装置50安装在车辆70中，并且包括能够由驾驶员以旋转的方式操作的方向盘51。转向轴52将方向盘51连接至中间轴53。中间轴53通过齿条齿轮机构54连接至齿条轴55。齿条轴55的两个端部连接至一对转向轮56R、56L(对应于车辆的车轮)。

因此，当方向盘51以可旋转的方式被操作时，旋转运动通过转向轴52和中间轴53传递，并且该旋转运动由齿条齿轮机构54转换成齿条轴55在轴向方向上的直线运动。当齿条轴55沿轴向方向移动时，转向轮56R、56L被转动了与施加至方向盘51的操作量相对应的角度。

齿条轴55通过动力传动装置57连接至电动马达10。具体地，齿条轴55接合至包括在动力传动装置57中的从动侧带轮571。从动侧带轮571能够相对于齿条轴55旋转，并且从动侧带轮571以在旋转轴线方向(图1中的左右方向)上不可移动的方式布置在动力传动装置57的内部。从动侧带轮571由传动带572连接至电动马达10的驱动侧带轮19。驱动侧带轮19的外径构造成小于从动侧带轮571的外径。

根据以上构型，当电动马达10被驱动时，电动马达10的旋转由传动带572减速并且被传递至从动侧带轮571。从动侧带轮571的旋转用作致使齿条轴55直线地移动的辅助力。因此，电动马达10对转向轮56R、56L提供辅助转向力。

(电动马达的构型)

接着，将参照图2对包括在电动动力转向装置50中的电动马达10的构型进行说明。在图2中，转子轴17的旋转中心被示作旋转轴线φ。此外，在以下说明中，旋转轴线φ的延伸方向将被简称为旋转轴线方向。另外，在旋转轴线方向上，更靠近驱动侧带轮19的一侧(即图2中的左侧)为电动马达10的后侧，而相反侧(即图2中的右侧)为电动马达10的前侧。此外，从电动马达10的外周朝向转子轴17的方向将被称为径向向内，而相反的方向将被称为径向向外。

如上所述，本实施方式的电动马达10在安装有电动动力转向装置50的车辆70中用于辅助转向。然而，本公开的电动马达10并不限于这种用途。电动马达10可以用于驱动不包括电动动力转向装置50的车辆装置、用于驱动一般工业机械、用于驱动住宅设备等等。此外，本实施方式的电动马达10由无刷直流(DC)马达形成，但并不限于该示例。电动马达10可以为同步马达、感应马达、或其它类型的电动马达。

如在图2中所示，电动马达10包括框架11(对应于壳体)，框架11由铝合金或具有良好导热性的树脂材料一体地形成。框架11包括筒部部分11b和底部部分11c。筒部部分11b大致呈筒状并且包括在旋转轴线方向上的前端部11a(对应于在旋转轴线方向上的一个端部)，该前端部11a是敞开的。底部部分11c连接至筒部部分11b的在旋转轴线方向上的后端部(对应于在旋转轴线方向上的另一端部)并且径向向内延伸。定子12通过缩套配合(shrinkfitting)或压配合附接至筒部部分11b的内周表面11d。定子12通过将定子线圈122缠绕在由多个层压磁钢板形成的大致筒状的定子芯121的每个齿上而形成。

在框架11的前端部11a中具有布置成封闭框架11的开口11e(对应于开口部分)的散热器13。散热器13由具有良好导热性的金属——诸如铝合金、铜等——形成，并且散热器13的容积足以耗散由将在后面说明的控制基板21产生的热。散热器13包括从开口11e插入到框架11的内部中的后端部部分13a，并且后端部部分13a与筒部部分11b的内周表面11d配装。装配螺钉14穿透散热器13的凸缘部分13b从而将凸缘部分13b螺纹连接至框架11。由此，散热器13被固定至框架11。

在框架11的底部部分11c的内周缘处安装有后轴承15(对应于第一轴承)。此外，在散热器13的内周部分处安装有前轴承16(对应于第二轴承)。转子轴17(对应于轴)通过后轴承15和前轴承16可旋转地安装在框架11和散热器13中。

转子轴17与转子18固定地压配合在一起。因此，转子18相对于框架11和散热器13可旋转地安装。转子18以与定子12之间具有固定间隙的方式在径向方向上定位成面向定子12。在此，转子18通过将多个场磁极磁体(未示出)布置在层压钢板的转子芯内而形成。如下文所述，当对定子线圈122供电时，则产生旋转磁场。然后，转子18由于所产生的吸引力和排斥力而旋转。

此外，如先前所述的驱动侧带轮19固定至转子轴17的后端部。如先前所述，动力传动装置57的从动侧带轮571经由传动带572连接至驱动侧带轮19。此外，转子轴17的前端部附接有传感器磁体20。

控制基板21通过多个螺钉(未示出)固定至散热器13的前表面，使得控制基板21抵接散热器13的前表面。控制基板21为由环氧树脂形成的印刷电路板。在控制基板21上形成有控制转子18的旋转的控制器30。如图2中所示，控制器30包括形成在控制基板21的前表面上的扼流线圈31和电容器32。除了这些元件，在控制基板21的后表面上还设置有逆变器33(将参照图3进行说明)等。逆变器33由多个MOS-FET(金属氧化物半导体场效应晶体管)形成。由控制基板21上的这些发热元件的每一者产生的热通过散热器13耗散。

此外，控制基板21通过穿透散热器13的导体123连接至定子线圈122，以便于对定子线圈122供给电力。因此，在控制基板21处产生的热还通过导体123传递至定子芯121，然后该热被传递至框架11从而被耗散。

旋转角度传感器22以面向先前所述的传感器磁体20的方式附接至控制基板21的后表面。旋转角度传感器22由磁阻元件或霍尔元件形成，并且通过感测由传感器磁体20产生的磁场的改变而检测转子18的旋转角度。

马达盖23(对应于盖构件)以覆盖控制基板21和散热器13的方式连接至框架11的前端部11a。马达盖23由合成树脂一体地形成并且大致呈盘形形状。在马达盖23的前表面上形成有防水连接器23a。从控制基板21向前突出的连接器端子23b插入至防水连接器23a中。

在框架11的前端部11a中形成有粘合剂槽11f。粘合剂槽11f在旋转轴线方向上具有固定深度并且填充有粘合剂24。粘合剂24为防水的且为硅基的。此外，粘合剂24为耐热的并且为电绝缘体。在马达盖23的后端部上形成有连结端23c(对应于连结部分)。连结端23c浸入粘合剂24中。因此，马达盖23的连结端23c与框架11的前端部11a以液密的方式连结。以下将参照图4对位于马达盖23与框架11之间的接合结构进行详细说明。

(控制器的电路配置)

接着，将参照图3提供对形成在控制基板21上的控制器30的说明。安装在车辆70上的车辆电池71连接至控制器30的扼流线圈31和电容器32。扼流线圈31和电容器32形成降低泄漏至控制器30中的噪声以及从控制器30泄漏出的噪声的滤波器。此外，扼流线圈31使来自车辆电池71的电压平稳，并且减少该电压的脉动。

如图3中所示，前述定子线圈122可以由两组三相绕组122a、122b形成。逆变器33包括两个逆变器电路33a、33b系统，其中，逆变器电路33a系统连接至三相绕组122a并且逆变器电路33b系统连接至三相绕组122b，以便对三相绕组122a、122b供给三相交流电流。

旋转角度传感器22连接至包括在控制器30中的微处理器34。微处理器34基于来自旋转角度传感器22、车辆70的扭矩传感器(未示出)等的检测值而产生三相电压控制信号。然后，微处理器34将三相电压控制信号发送至PWM(脉冲宽度调制)电路35。PWM电路35基于三相电压控制信号产生PWM信号，并且将PWM信号传输至逆变器电路33a、33b。逆变器电路33a、33b中的每一者根据PWM信号进行切换、产生需要的交流电压、并且将交流电压供给至三相绕组122a、122b。

此外，在图3中示出的控制器30的配置中，可以省略某些电气部件，并且可以添加未示出的某些电气部件或电路。

(位于马达盖与框架之间的接合结构)

接着，将参照图4对位于马达盖23与框架11之间的接合结构进行说明。如图4所示，马达盖23包括从连结端23c径向地向外延伸的多个锁定条23d(对应于止动件部分)。替代性地，作为替代，锁定条23d可以从连结端23c径向向内延伸。锁定条23d沿旋转轴线方向抵接框架11的前端部11a。换句话说，连结端23c沿着旋转轴线方向插入到粘合剂槽11f中直至锁定条23d抵接框架11的前端部11a。

当连结端23c被插入到粘合剂槽11f中时，在连结端23c的梢端与粘合剂槽11f的底表面11f1之间形成有固定的流动性间隙CF。当连结端23c被插入到粘合剂槽11f中时，所填充的粘合剂24最初为凝胶状态。在一段时间之后，粘合剂24在加热或不加热的情况下硬化。流动性间隙CF设定为处于或大于如下尺寸，即，使得当马达盖23与框架11连结时在连结端23c的梢端与底表面11f1之间的粘合剂24的流动性不受阻碍的尺寸。

(电动马达的组装)

接着，将参照图5A至图5D提供对电动马达10的组装方法的简单说明。当组装电动马达10时执行下述步骤。

(i)将压配合至转子18中的转子轴17连同后轴承15和前轴承16一起安装至框架11中。此外，将定子12插入至框架11中(转子和定子的安装步骤：图5A)。

(ii)利用多个螺钉将控制基板21安装至散热器13的前表面(控制基板的安装步骤：图5B)。

(iii)利用装配螺钉14将散热器13安装在框架11的开口11e中(散热器的安装步骤：图5C)。

(iv)在利用夹具将马达盖23在径向方向上定位的同时，将连结端23c插入到粘合剂槽11f中。此时，用粘合剂24填充粘合剂槽11f，并且粘合剂24变硬，从而将框架11连结至马达盖22(马达盖的安装步骤：图5D)。

(第一实施方式的效果)

根据本实施方式，一体形成的马达盖23以液密的方式连结至一体形成的框架11的前端部11a，其中，马达盖23覆盖散热器13。因此，框架11和马达盖23可以在仅有一个连结部分的情况下形成电动马达的内部与外部之间的分界线。因此，电动马达10可以通过减少具有高测量精度的部件的数量而被容易地制造，同时仍保持密封性能。此外，可以减少密封部件的数量，因此可以降低电动马达10的成本并且减小电动马达10的物理尺寸。

另外，定子12和散热器13安装至框架11。因此，在定子线圈122和控制基板21处产生的热可以通过框架11耗散至外部，从而可以改善电动马达10的散热。

此外，粘合剂24用于将马达盖23的连结端23c与框架11的前端部11a连结。因此，当将马达盖23与框架11连结时，则不需要诸如螺栓的紧固部件，并且马达盖23可以与框架11容易地连结。

另外，框架11的前端部11a包括粘合剂槽11f，该粘合剂槽11f在旋转轴线方向上具有固定深度并且填充有粘合剂24。此外，马达盖23的连结端23c沿着旋转轴线方向插入到粘合剂槽11f中。通过将连结端23c的插入至粘合剂槽11f中的长度设定成足够长，则可以在不增大电动马达10的尺寸的情况下增大连结端23c与前端部11a之间的连结力。

相对比地，图6示出了具有沿径向方向延伸的粘合条23e的假设的马达盖23。粘合条23e连结至粘合剂24。在这种情况下，为了增大马达盖23与框架11之间的连结力，必须增大粘合条23e在径向方向上的接触长度S，因此电动马达10在径向方向上的尺寸将会增大。就此而言，在本实施方式的电动马达10的情况下，粘合剂槽11f可以沿着前端部11a的在旋转轴线方向上的长度布置，因而可以维持电动马达10的尺寸。

此外，马达盖23包括从连结端23c沿径向方向延伸的锁定条23d。锁定条23d沿旋转轴线方向抵接框架11的前端部11a。因此，连结端23c可以相对于框架11的前端部11a定位，从而避免连结端23c在粘合剂槽11f中的插入深度方面的变化。

另外，在连结端23c的梢端与粘合剂槽11f的底表面11f1之间设置有固定的流动性间隙CF。因此，当将马达盖23连结至框架11时，改善了位于连结端23c与底表面11f1之间的粘合剂24的流动性(参见图4中的粘合剂24中的箭头)。由此使得粘合剂24均匀地分布在粘合剂槽11f中，并且可以增大马达盖23与框架11之间的连结力。

此外，后轴承15安装在框架11的底部部分11c的内周缘处，并且前轴承16安装在散热器13的内周部分处。然后，转子轴17通过后轴承15和前轴承16可旋转地安装在框架11和散热器13中。转子18固定至转子轴17。因此，转子轴17被保持在安装有定子12的框架11的内周缘以及连结至框架11的散热器13的内周缘之间。因此，可以提高转子18相对于定子12的同心度。

应当注意的是，当机加工框架11时，可以在不将框架11从卡盘移出的情况下连续执行形成内周表面11d的步骤和形成用于后轴承15的接合部分的步骤。此外，当机加工散热器13时，可以在不将散热器13从卡盘移出的情况下连续执行形成用于框架11的接合部分的步骤和形成用于前轴承16的接合部分的步骤。由此可以进一步提高转子18相对于定子12的同心度。此外，如果使用阶梯状刀具等在框架11上对内周表面11d和用于后轴承的15的接合部分同步地进行机加工，以及如果在散热器13上对用于框架11的接合部分和用于前轴承16的接合部分同步地进行机加工，则可以进一步提高转子18相对于定子12的同心度。

此外，前轴承16被安装在散热器13的内周部上，并且后轴承15被安装在框架11的底部部分11c上。因此，由前轴承16产生的热可以通过散热器13耗散，并且由后轴承15产生的热可以通过框架11耗散，从而改善散热。

此外，由于前轴承16被安装至散热器13的内周部，因此不需要特别提供用于前轴承16的安装构件。从而可以使电动马达10在旋转轴线方向上小型化，并且可以减少电动马达10中的部件数量。

另外，电动马达10包括在电动动力转向装置50中，并且对车辆70的转向轮56R、56L提供辅助转向力。因此，由于可以使根据本实施方式的构型的电动马达10小型化，该电动动力转向装置可以在不牺牲性能的情况下容易地定位在转向轮56R、56L周围的狭窄空间内。

(第二实施方式)

接着，将参照图7对根据第二实施方式的电动马达10进行说明。与第一实施方式不同的是，本实施方式的框架11和马达盖23不通过粘合剂24连结。压接条23f从马达盖23的连结端23c径向向外突出。当将马达盖23连结至框架11时，在压接条23f与前端部11a之间设置有衬垫25(对应于密封构件)。衬垫25由弹性合成橡胶材料或合成树脂材料形成为呈环形形状。

在将衬垫25设置在压接件23f与前端部11a之间的同时，穿透压接件23f和衬垫25的多个紧固螺栓26沿旋转轴线方向紧固至前端部11a。紧固螺栓26一直被紧固至连结端23c的梢端抵接前端部11a，从而将马达盖23连结至框架11。当紧固螺栓26被紧固时，衬垫25在压接件23f与前端部11a之间受压缩。因此，马达盖23和框架11以液密的方式连结。其他构型与第一实施方式的构型相同，并且为了简明起见省略了对其它构型的说明。

(第二实施方式的效果)

根据本实施方式，衬垫25设置在马达盖23的压接件23f与框架11的前端部11a之间。然后，穿透马达盖23的紧固螺栓26沿旋转轴线方向紧固至框架11。因此，衬垫25被压缩，并且马达盖23以液密的方式连结至前端部11a。因此，位于马达盖23与前端部11a之间的接合结构更能抵抗时间磨损，并且抵抗振动和来自车辆70的振动。因而，可以长时间保持电动马达10的内部与外部之间的液密密封。

(其它实施方式)

本公开并不限于以上描述的实施方式，并且可以想到各种改型。

框架11和马达盖23可以由合成树脂材料形成，从而通过熔融以液密的方式将马达盖23连结至框架11。

本公开的描述可以应用于当转子18旋转时在定子12处产生电力的电动发电机。

此外，本公开的描述可以应用于用作电动发电机和电动马达两者的电动马达/发电机。

Claims

1.一种旋转电机，包括：

壳体(11)，所述壳体(11)由筒部部分(11b)和底部部分(11c)一体地形成，所述筒部部分(11b)具有在旋转轴线方向(φ)上的一个端部，所述一个端部是敞开的，所述底部部分(11c)连接至所述筒部部分的在所述旋转轴线方向上的另一端部，所述底部部分沿径向方向向内延伸；

定子(12)，所述定子(12)固定至所述筒部部分的内周表面(11d)；

转子(18)，所述转子(18)可旋转地安装在所述壳体中且安装成在所述径向方向上面向所述定子；

散热器(13)，所述散热器(13)布置成封闭所述壳体的开口(11e)；

控制基板(21)，所述控制基板(21)连接至所述散热器，所述控制基板控制对所述定子的电力供给；以及

盖构件(23)，所述盖构件(23)具有连结部分(23c)，所述连结部分(23c)以液密的方式连结至所述壳体的所述一个端部从而覆盖所述散热器，所述盖构件是一体形成的。

2.根据权利要求1所述的旋转电机，还包括：

粘合剂(24)，所述粘合剂(24)将所述连结部分与所述壳体的所述一个端部连结。

3.根据权利要求2所述的旋转电机，其中，

所述壳体的所述一个端部包括粘合剂槽(11f)，所述粘合剂槽(11f)具有在所述旋转轴线方向上的固定深度，

所述粘合剂槽以所述粘合剂填充，以及

所述连结部分沿着所述旋转轴线方向插入至所述粘合剂槽中。

4.根据权利要求3所述的旋转电机，其中，

所述盖构件包括从所述连结部分沿所述径向方向延伸的止动件部分(23d)，以及

所述止动件部分沿所述旋转轴线方向抵接所述壳体的所述一个端部。

5.根据权利要求3或权利要求4所述的旋转电机，其中，

在所述连结部分的梢端与所述粘合剂槽的底表面(11f1)之间布置有固定的流动性间隙(CF)。

6.根据权利要求1所述的旋转电机，还包括：

密封构件(25)，所述密封构件(25)置于所述壳体的所述一个端部与所述盖构件之间；以及

紧固螺栓(26)，所述紧固螺栓(26)穿透所述盖构件，所述紧固螺栓沿所述旋转轴线方向紧固至所述壳体以压缩所述密封构件并且将所述盖构件连结至所述壳体的所述一个端部。

7.根据权利要求1至4中的任一项所述的旋转电机，还包括：

第一轴承(15)，所述第一轴承(15)安装在所述底部部分的内周缘处；

第二轴承(16)，所述第二轴承(16)安装在所述散热器的内周部分处；以及

轴(17)，所述轴(17)通过所述第一轴承和所述第二轴承可旋转地安装在所述壳体和所述散热器中，所述转子固定至所述轴。

8.根据权利要求1至4中的任一项所述的旋转电机，其中，

所述旋转电机包括在电动动力转向装置(50)中，并且

所述旋转电机对车辆(70)的车轮(56R、56L)提供辅助转向力。