CN105827068A - 旋转电机 - Google Patents

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)的一个端部中安装有散热器(13)，其中，控制基板(22)附接至散热器(13)。传热板(23)布置在散热器与形成在控制基板(22)上的发热元件(33a1、33b1、34)之间，以吸收发热元件与散热器之间的距离变化，传热板(23)允许热从发热元件传递至散热器(13)。传热板(23)包括框架本体(23a)和多个接触条(23b)，其中，框架本体(23a)安装至散热器(13)，多个接触条(23b)从框架本体(23a)挠性地突出并且抵接发热元件。

Description

旋转电机

技术领域

本公开涉及旋转电机，该旋转电机通过使转子旋转而产生电力或当供给电力时使转子旋转。

背景技术

常规地，旋转电机包括马达壳体，该马达壳体在旋转轴线方向上的一个端部是敞开的。定子固定至马达壳体的内周表面。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壳体中。例如参见JP2013-207968。在这种常规的旋转电机中，散热器布置在马达壳体的开口处。控制转子的旋转的控制基板被安装至散热器。由控制基板的电路元件产生的热通过散热器被耗散。

发明内容

在旋转电机中，在定子中由于铜损和铁损而产生热，在转子中由于机械损耗而产生热，并且还在控制基板处产生热。旋转电机的控制基板还包括用于控制供给至定子的电力的电源模块等。这些电源模块通过脉冲宽度调制(PWM)控制对定子供给能量以控制转子的旋转。因此，产生的热量增加，并且控制基板的冷却是个迫切的问题。

如在上述常规的旋转电机中，由发热元件例如电源模块产生的热通常通过控制基板所连接的散热器被耗散。毋庸置疑，为了提高发热元件的散热，发热元件优选地直接连接至散热器。然而，存在以下方面的变化：控制基板的每个部分的尺寸、在控制基板上的每个发热元件的位置、发热元件的大小、散热器的尺寸等。因此，难以将发热元件设置成直接抵接散热器。为了减少这些变化，需要严格控制每个部件的形状和尺寸精度。在这种情况下，存在如下方面的担忧：旋转电机可能难以制造，并且制造成本可能增大。

在这点上，已知的是可能在发热元件与散热器之间的空间可以以导热凝胶填充。然而，凝胶可能不是充分导热的。此外，当制造这种旋转电机时，必须执行特定的凝胶填充操作，并且该制造过程可能变得复杂。

鉴于上文，本公开的目的是提供一种控制基板能良好冷却并且易于制造的旋转电机。

鉴于上文，根据本公开，提供有一种旋转电机，该旋转电机包括壳体、定子、转子、散热器、控制基板以及传热构件。其中，壳体的在旋转轴线方向上的至少一个端部是敞开的，壳体呈筒状；定子固定至壳体的内周表面；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；散热器设置在壳体的开口中；控制基板连接至散热器，控制基板包括控制对定子的电力供给的发热电路元件；并且传热构件布置在电路元件与散热器之间以吸收电路元件与散热器之间的距离变化，传热构件构造成允许热从电路元件传递至散热器。

根据这个构型，传热构件布置在电路元件与散热器之间以吸收电路元件与散热器之间的距离变化，传热构件构造成允许热从电路元件传递至散热器。因此，电路元件与散热器始终通过传热构件连接。从而可以提高从电路元件至散热器的导热性。

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为安装在车辆上的电动动力转向装置的简化图；

图2为根据本公开的第一实施方式的电动马达沿旋转轴线截取的截面图；

图3为电动马达的控制器的电路图；

图4为从控制基板的转子侧观察的正视图；

图5A为在图4中示出的传热板的正视图；

图5B为图5A的右视图；

图6为沿着图5A的线VI-VI截取的截面图；

图7A为示出了电动马达的组装过程的简化图，其中，转子被安装至框架；

图7B示出了将定子和散热器安装至框架的步骤；

图7C示出了将控制基板安装至散热器的步骤；

图7D示出了将马达盖安装至框架的步骤。

具体实施方式

(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)上不可移动的方式设置在动力传动装置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的旋转通过传动带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。电动马达10的前部对应于旋转轴线方向上的一个端部，同时电动马达10的后部对应于旋转轴线方向上的另一端部。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在电动动力转向装置50所安装至的车辆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形成。框架11大致呈筒状并且在旋转轴线方向上向前敞开。框架11包括筒部部分11a和底部部分11b。底部部分11b连接至筒部部分11a在旋转轴线方向上的后端部并且径向向内延伸。替代性地，框架11可以仅由筒部部分11a形成，且底部部分11b是独立的。定子12通过缩套配合(shrinkfitting)或压配合附接至筒部部分11a的内周表面11c通。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的前端部中具有布置成封闭框架11的开口11d(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22产生的热。散热器13包括从开口11d插入至框架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11a的内周表面11c配装在一起。装配螺钉14穿透散热器13从而将散热器13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11b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可旋转地安装至框架11和散热器13中。

转子轴17与转子18固定地压配合。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)放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，在转子轴17的前端部附接有传感器磁体20。

控制基板22通过多个螺钉21(未示出)固定至散热器13的前表面，使得控制基板22抵接散热器13的前表面。控制基板22为由环氧树脂形成的印刷电路板。在控制基板22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22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22的后表面上形成有为MOS-FET(金属氧化物半导体场效应晶体管)的FET(场效应晶体管)元件33a1、FET元件33b1、多电力供给继电器34等。用于两个逆变器电路33a、33b系统(在图3中示出，对应于多个逆变器电路)的FET元件33a1、33b1包括在逆变器33中。FET元件33a1、33b1和电力供给继电器34控制对定子12的电力供给，从而产生热。因而，FET元件33a1、33b1和电力供给继电器34共同地对应于发热电路元件。在下文中，FET元件33a1、33b1和电力供给继电器34在适当的情况下将共同被称为发热元件33a1、33b1、34。之后将参照图3和图4对控制器30的细节进行说明。

在发热元件33a1、33b1、34与散热器13之间布置有传热板23(对应于传热构件)。之后将参照图5A至图6对传热板23的细节进行说明。传热板23具有良好的导热性，并且允许热从发热元件33a1、33b1、34传递至散热器13。具体地，来自发热元件33a1、33b1、34的热首先通过传热板23传递至散热器13，然后传递至框架11从而被耗散。

此外，控制基板22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22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24以面向先前所述的传感器磁铁20的方式附接在在控制基板22的后表面。旋转角度传感器24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25以覆盖控制基板22和散热器13的方式连接至框架11的前表面。马达盖25由合成树脂一体地形成并且大致呈盘状。框架11的前表面上形成有粘合剂槽11e，并且粘合剂槽11e填充有硅基粘合剂26。马达盖25的后端部浸没在粘合剂26中，从而将马达盖25连结至框架11。位于马达盖25与框架11之间的连结部分在电动马达10的内部与外部之间形成液密密封。马达盖25的前表面上形成有防水连接器25a。从控制基板22向前突出的连接器端子25b插入至防水连接器25a中。

(控制器的电路配置)

接着，将参照图3和图4提供对形成在控制基板22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中的噪声和从控制器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。

如在图3中所示，先前所述的定子线圈122可以由两组三相绕组122a、122b形成。两个逆变器电路33a、33b系统分别连接至三相绕组122a和三相绕组122b，以便对三相绕组122a、122b供给三相交流电流。替代性地，定子线圈122可以由三组或更多组的三相绕组122a、122b形成，并且可以在控制基板22上形成有连接至三组或更多组三相绕组122a、122b的中的相应的一者的三个或更多个逆变器电路33a、33b系统。

此外，旋转角度传感器24连接至包括在控制器30中的微处理器35中。微处理器35基于来自旋转角度传感器24、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35将三相电压控制信号发送至PWM(脉冲宽度调制)电路36。PWM电路36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的FET元件33a1、33b1根据PWM信号进行切换、产生需要的交流电压、并且对三相绕组122a、122b供给交流电压。应当注意的是，在图3中，仅用附图标记表示了每个逆变器电路33a、33b的FET元件33a1、33b1中的一个FET元件。

如在图4中所示，FET元件33a1、33b1——连同电力供给继电器34一起——以两侧对称的方式布置成避开旋转角度传感器24。

此外，在图3中示出的控制器30的构型中，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。

(传热板的构型)

接着，将参照图4至图6对传热板23的构型和安装过程进行说明。如在图4中所示，控制基板22上布置有与发热元件33a1、33b1、34对应的一对传热板23。两个传热板23具有彼此相同的构型。

如在图6中所示，传热板23的每一者由多层金属板233形成，多层金属板233包括连结在一起的两个不同材料类型的金属板——例如铜板231和不锈钢板232。在本实施方式中，多层金属板233通过将一个铜板231(对应于所述金属板中的一个金属板)布置在一对不锈钢板232(对应于所述金属板中的另外的金属板)之间形成。在多层金属板233中，铜板231起传热材料的作用，同时不锈钢板232起弹性材料的作用。替代性地，多层金属板233可以通过将一个不锈钢板232布置在一对铜板231之间形成。此外，多层金属板233可以由三个或更多个金属板形成，或由连结在一起的三个或更多个不同材料类型的金属板形成，只要多层金属板233包括具有良好导热性的至少一个金属板和起弹性作用的至少一个金属板即可。

此外，在多层金属板233中，可以使用铝板代替铜板231。另外，可以使用硬钢或其它类型的弹性材料代替不锈钢板232。可以使用常规的技术——例如在JP2006-3087A中公开的技术——将铜板231和不锈钢板232连结在一起。

如在图5A和图5B中所示，每个传热板23由框架本体23a(对应于散热器安装部分)和八个接触条23b形成(对应于一个或更多个元件接触条)。框架本体23a具有矩形的外周形状。接触条23b从框架本体23a突出并且在厚度方向上是挠性的。应当注意的是，在传热板23上可以形成有任何数量的接触条23b，只要设置有一个接触条23b即可。每个接触条23b通过对多层金属板233进行切割并使多层金属板233突起而被压制成型。应当注意的是，在图4中，仅通过附图标记表示传热板23中的每一者的一个接触条23b。

在散热器13(在图2和图4中示出)的前表面上形成有定位凹部13b。定位凹部13b的外部形状与框架本体23a的外部形状匹配。通过将框架本体23a配装至定位凹部13b中而将传热板23定位在散热器13上。

传热板23的接触条23b的梢端在挠曲的同时在固定表面区域上抵接发热元件33a1、33b1、34中的相对应的元件。由于接触条23b是挠性的，因此这种挠性能够吸收散热器13与发热元件33a1、33b1、34之间的距离变化。换句话说，传热板23被夹持并被弹性地保持在散热器13与发热元件33a1、33b1、34之间。

(电动马达的组装)

接着，将参照图7A至图7D提供对组装电动马达10的方法的简单说明。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(转子安装步骤：图7A)。

(ii)在将定子12插入到框架11中之后，使用装配螺钉14将散热器13安装在框架11的开口11d中(散热器的安装步骤：图7B)。

(iii)在将传热板23定位在散热器13上之后，使用螺钉21将控制基板22安装在散热器13上，同时将传热板23的接触条23b与发热元件33a1、33b1、34对齐(控制基板的安装步骤：图7C)。

(iv)使用粘合剂26将马达盖25安装至框架11(马达盖的安装步骤：图7D)。

(实施方式的效果)

根据本实施方式，传热板23布置在控制基板22的发热元件33a1、33b1、34与散热器13之间以吸收发热元件33a1、33b1、34与散热器13之间的距离变化。此外，传热板23允许热从发热元件33a1、33b1、34传递至散热器13。相应地，发热元件33a1、33b1、34始终通过传热板23连接至散热器13，而无需考虑以下方面的任何变化：控制基板22的每个部分的尺寸、在控制基板22上的发热元件33a1、33b1、34中的每个发热元件的位置、发热元件33a1、33b1、34的大小、散热器13的尺寸等。因此，可以提高从发热元件33a1、33b1、34通过散热器13的散热。此外，不需要使用导热凝胶或类似材料填充发热元件33a1、33b1、34与散热器13之间的空间。因此，可以简化电动马达10的制造过程。

此外，传热板23被夹持并弹性地保持在散热器13与发热元件33a1、33b1、34之间。因此，不需要在散热器13上设置用于传热板23的保持构件等，并且可以减小电动马达10的大小和重量。此外，由于传热板23的弹性，则传热板23能够始终抵接发热元件33a1、33b1、34和散热器13。因此，可以保持发热元件33a1、33b1、34与散热器13之间的导热性。

另外，散热器13包括定位凹部13b，定位凹部13b与传热板23配装在一起从而将传热板23定位。因此，在传热板23被定位在散热器13上的同时提高了控制基板22至散热器13的安装性能。此外，通过抵制由转子18的旋转所引起的电动马达10的振动而防止传热板23的位置的滑动。

此外，传热板23的每一者均由多层金属板233形成，在多层金属板233中，两个不同类型的金属板——铜板231和不锈钢板232——结合在一起。相应地，由于不锈钢板232的弹性性能，传热板23能够始终抵接发热元件33a1、33b1、34和散热器13。此外，由发热元件33a1、33b1、34至散热器13的导热性可以因铜板231而被维持。

另外，每个传热板23均包括框架本体23a和接触条23b，框架本体23a抵接散热器13，接触条23b从框架本体23a挠性地突出。接触条23b的梢端在固定表面区域上抵接发热元件33a1、33b1、34。因此，框架本体23a能够以稳定的方式抵接散热器13，并且由于可弯曲的接触条23b，发热元件33a1、33b1、34与散热器13能够可靠地连接而无需考虑在发热元件33a1、33b1、34与散热器13之间的距离的任何变化。因此，可以始终保持发热元件33a1、33b1、34与散热器13之间的导热性。

另外，每个接触条23b通过对多层金属板233进行切割并使多层金属板233突起而被压制成型。相应地，框架本体23a和接触条23b可以通过单个过程被同步制造，并且因而可以以简单的方式制造传热板23。

此外，后轴承15被安装在框架11的底部部分11b的内周缘处，并且前轴承16被安装在散热器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的内周缘之间以及连结至框架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。

此外，前轴承16安装在散热器13的内周部上，并且后轴承15安装在框架11的底部部分11b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。因此，可以使电动马达10在旋转轴线线方向上小型化，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。因而，由于可以使根据本实施方式的构型的电动马达10小型化，车辆70的电动动力转向装置50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。

另外，包括FET元件33a1、33b1的多个逆变器电路33a、33b形成在控制基板22上。相应地，当在电动马达10中产生相同的力矩时，可以减少由FET元件33a1、33b1中的每一者产生的热量。因此，可以减少通过每个传热板23传递至散热器13的热量，并且可以使传热板23小型化。

(其它实施方式)

本公开并不限于以上描述的实施方式，并且可以设想到各种改型。

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 (9)

1.一种旋转电机，包括：

壳体(11)，所述壳体(11)的在旋转轴线(φ)方向上的至少一个端部是敞开的，所述壳体呈筒状；

定子(12)，所述定子(12)固定至所述壳体的内周表面(11c)；

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径向方向上面向所述定子；

散热器(13)，所述散热器(13)布置在所述壳体的开口(11d)中；

控制基板(22)，所述控制基板(22)连接至所述散热器，所述控制基板包括控制对所述定子的电力供给的发热电路元件(33a1、33b1、34)；以及

传热构件(23)，所述传热构件(23)置于所述电路元件与所述散热器之间以吸收所述电路元件与所述散热器之间的距离变化，所述传热构件构造成允许热从所述电路元件传递至所述散热器。

2.根据权利要求1所述的旋转电机，其中，

所述传热构件被夹持并被弹性地保持在所述电路元件与所述散热器之间。

3.根据权利要求1或2所述的旋转电机，其中，

所述散热器包括定位凹部(13b)，所述定位凹部(13b)与所述传热构件配装在一起以将所述传热构件定位。

4.根据权利要求1或2所述的旋转电机，其中，

所述传热构件由多层金属板(233)形成，所述多层金属板(233)包括连结在一起的至少两种不同材料类型的金属板(231、232)，

形成所述多层金属板的所述金属板中的一个金属板(231)由铜或铝形成，以及

形成所述多层金属板的所述金属板中的另外的金属板(232)由弹性材料形成。

5.根据权利要求4所述的旋转电机，其中，

所述传热构件包括：

散热器安装部分(23a)，所述散热器安装部分(23a)抵接所述散热器，以及

一个或更多个元件接触条(23b)，所述一个或更多个元件接触条(23b)从所述散热器安装部分挠性地突出，所述一个或更多个元件接触条的梢端在固定表面区域上抵接所述电路元件。

6.根据权利要求5所述的旋转电机，其中，

所述传热构件的所述一个或更多个元件接触条通过对所述多层金属板进行切割并使所述多层金属板突起而被压制成型。

7.根据权利要求1或2所述的旋转电机，其中，

所述壳体包括：

筒部部分(11a)，所述定子安装至所述筒部部分，以及

底部部分(11b)，所述底部部分(11b)沿所述径向方向向内延伸，所述底部部分(11b)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，

在所述底部部分的内周缘处安装有第一轴承(15)，

在所述散热器的内周部分处安装有第二轴承(16)，

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，以及

所述转子固定至所述轴。

8.根据权利要求1或2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，以及

所述旋转电机对车辆(70)的轮(56R、56L)提供辅助转向力。

9.根据权利要求1或2所述的旋转电机，其中，

在所述控制基板上形成有包括所述电路元件的多个逆变器电路(33a、33b)。