CN107408869A

CN107408869A - 电气旋转机

Info

Publication number: CN107408869A
Application number: CN201680015593.6A
Authority: CN
Inventors: 今村幸人; 穴田忠; 桥本公志
Original assignee: Kawasaki Jukogyo KK
Current assignee: Kawasaki Motors Ltd
Priority date: 2015-03-13
Filing date: 2016-03-10
Publication date: 2017-11-28
Also published as: GB2553971A; JP2016171703A; KR20170140183A; GB201716737D0; WO2016147618A1; US20180051443A1

Abstract

一种电气旋转机具备：具有内部空间的壳体；容纳于壳体的内部空间，并且能够旋转地支持于壳体的转子；容纳于壳体的内部空间，并且在转子周围隔开间隔设置于壳体的定子芯，在周向上相互隔开间隔缠绕于定子芯的多个线圈；和以转子以及线圈的一部分为浸入的状态的形式封装于壳体的内侧空间的冷却液。

Description

电气旋转机

技术领域

本发明涉及在配置于转子周围的定子芯上缠绕多个线圈从而构成的电气旋转机。

背景技术

作为以往的有发电功能的电动装置的一个示例，参照图5进行说明（例如，参见专利文献1）。该电动装置1设置于混合动力挖掘机，该混合动力挖掘机，如图5所示，具备：油压泵2；驱动该油压泵2的电动机4；包括由油压泵2吐出的工作油驱动的执行器部的油压回路（未图示）；和油压泵2的排油（工作油）流入的冷却通路3。该油压泵2的排油以流入冷却通路3，冷却电动机4的形式设置，能够以比空气冷却式高的冷却效率冷却电动机4。

现有技术文献：

专利文献：

专利文献1：日本特开2010-53596号公报。

发明内容

发明要解决的问题：

包括图5所示的电动装置1所具备的电动机4，电动机中，由于电动机的工作，缠绕于定子芯的线圈发热，其产生的热通过定子芯从壳体放出至外部。线圈与定子芯之间存在电绝缘片，电绝缘片的电绝缘性能与导热性能具有相反倾向。因此，改善电绝缘片的电绝缘性，电绝缘片就能妨碍热传递。因此，线圈产生的热不易放出至壳体的外部，使电动机小型化或高性能化时如何冷却线圈是很重要的。

本发明是为解决上述问题而形成的，目的是提供一种能够改善线圈的冷却性能的电气旋转机。

解决问题的手段：

本发明的电气旋转机，其特征在于，具备：具有内部空间的壳体；容纳于所述壳体的内部空间，并且能够旋转地支持于所述壳体的转子；容纳于所述壳体的内部空间，并且在所述转子的周围隔开间隔设置于所述壳体的定子芯；在周向上相互隔开间隔缠绕于所述定子芯的多个线圈；和以所述转子以及线圈的一部分为浸入的状态的形式封装于所述壳体的内侧空间的冷却液。

根据本发明的电气旋转机，转子旋转时，壳体内的冷却液由于离心力被搅拌，再被压向定子芯。借此，能够使设置于该定子芯的较多的线圈接触冷却液，能够由冷却液从线圈吸收热。冷却液所吸收的热能够通过定子芯间接或直接地传递至壳体，并进一步通过该壳体放出至壳体的外部。即，线圈的热能够通过冷却液、定子芯以及壳体放出至壳体的外部，能够改善线圈的冷却性能。借此，例如在线圈与定子之间设置了电绝缘层的情况下能够在确保电绝缘层性能的同时冷却线圈。

本发明中，优选为所述转子的旋转轴为与铅垂方向大致平行配置的直立型。

根据上述结构，借助转子的旋转所产生的离心力，冷却液在转子的全周被压向定子芯，冷却液的液面成为臼状。借此，多个线圈全部都能够浸入冷却液，又能够使各线圈整体浸入冷却液。借此，能够高效地冷却多个线圈且冷却各线圈整体。

又根据上述结构，借助离心力被压向定子芯的冷却液，沿着壳体的内表面上升，然后，沿着臼状的液面下降的同时流向转子。而且，到达转子附近时再次借助离心力被压向壳体内表面。如此能够使冷却液在壳体的内部空间循环，通过循环能够抑制壳体内的冷却液局部达到高温。借此，能够高效地冷却电气旋转机。

本发明中，优选为封装于所述壳体的内部空间的冷却液的液量，被设定为来自所述壳体的每单位时间的放热量大于从所述线圈传递至所述冷却液的每单位时间的导热量，并且所述每单位时间的导热量为最大值或接近最大值的值。

根据上述结构，通过将封装于壳体的内部空间的冷却液的液量以来自壳体的每单位时间的放热量大于从线圈传递至冷却液的每单位时间的导热量的形式设定，能够将自线圈产生的全部热量通过冷却液以及壳体放出至外部。借此，能够抑制热留在壳体的内部空间，能够有效地冷却线圈。此外，通过以来自壳体的每单位时间的放热量为最大值的量或接近最大值的值的形式设定冷却液的液量，能够最大限度地发挥冷却液对线圈的吸热能力，能够取得对于线圈的较大的冷却效果。

根据本发明的电气旋转机可以是电动机、发电机、或具有发电功能的电动机。

该电气旋转机能够适用于电动机、发电机、或具有发电功能的电动机。

根据本发明的电气旋转机可以是建筑机械的旋转用电动机。

建筑机械的旋转用电动机，因多次反复进行启动以及停止导致发热量较大，所以用于防止过热是有效的。

发明效果：

根据本发明，能够改善线圈的冷却性能。

在参照附图的基础上，由以下合适的实施形态的详细说明来明确本发明的上述目的、其他目的、特征、以及优点。

附图说明

图1是示出根据本发明的一种实施形态的电气旋转机的原理的纵剖视图；

图2是示出封装于图1所示电气旋转机的壳体内的冷却液的循环路径的纵剖视图；

图3是示出图1所示的被封装的冷却液的液量与传向冷却液的导热量以及来自壳体的放射热量的关系的图；

图4是示出设置有图1所示电气旋转机的建筑机械的侧视图；

图5是示出设置于以往的混合动力挖掘机的带有发电功能的电动机的回路图。

具体实施方式

以下，参照图1～图4来说明根据本发明的电气旋转机的一种实施形态。该电气旋转机11能够适用于电动机、发电机、或具有发电功能的电动机。而且，该电气旋转机11能够使用于包括建筑机械的各种机械、装置，该实施形态中，以适用于图4所示建筑机械12的旋转用直立型电动机的示例进行说明。又，图4中，虽作为建筑机械12例举了油压挖掘机，但也能够适用于除此以外的起重机等，该建筑机械12可以是使用油压以及电力的混合动力型，也可以不是混合动力型。

图4所示的油压挖掘机（建筑机械）12，具备：下部行驶体13；可旋转地搭载于该下部行驶体13上的上部旋转体14；和安装于该上部旋转体14，进行挖掘作业等的挖掘作业机15。而且，该上部旋转体14搭载有电气旋转机11，该电气旋转机11由蓄积于未图示的蓄电装置的电力驱动。上部旋转体14由该电气旋转机11的驱动力旋转。又，该上部旋转体14也可由油压马达（未图示）的驱动力旋转。

该电气旋转机11，如图1所示，例如是旋转用直立型的三相电动机，由变换器（inverter）控制旋转速度。该电气旋转机11具备转子16、定子17、壳体18、冷却液19。

转子16具有旋转轴16a，该旋转轴16a上设置有圆柱状的转子主体16b。而且，旋转轴16a的两端部通过轴承（未图示）旋转自如地支持于壳体18。而且，该转子16的旋转轴16a与铅垂方向大致平行地配置，由此该电气旋转机11作为直立型电动机被使用。又，转子16的周围隔开间隔配置有定子17。

定子17即固定子，具有将薄钢板层叠而成的定子芯21与多个线圈22。又，定子芯21具有轭部21a与多个齿部21b。轭部21a大致形成为圆筒状，轭部21a的内周面一体设置有多个齿部21b。各齿部21b从轭部21a的内周面向半径方向内侧突出，在上下方向上形成较长尺寸。齿部21b在周方向上被相互等间隔隔开配置于轭部21a的内周面，各齿部21b上借助具有电绝缘性的电绝缘片23缠绕有线圈22，多个线圈22各自在周方向上被相互等间隔隔开配置。

形成为这样的结构的定子17固定设置于壳体18的内周面。壳体18的内周面形成为以转子16的旋转轴16a为中心的圆筒状，在壳体18的内周面上，以使定子芯21的外周面沿着壳体18的内周面的形式配置有定子17。如此，壳体18的内侧空间18a容纳有转子16以及定子17，并进一步封装有规定量的冷却液19。

冷却液19是吸收从作为主要热源的线圈22发出的产生热从而向定子芯21以及壳体18传递热的热媒，将线圈22的热间接或直接地传递至壳体18并从壳体18放出至外部。冷却液19封装于壳体18的内侧空间18a，转子16以及定子17的一部分（更详细来说，转子16以及线圈22的下端部分）浸入冷却液19。作为冷却液19，为防止各种结构间的导通而使用具有电绝缘性能的绝缘油，优选为绝缘油的绝缘性能长期稳定。又，优选为冷却液19在电气旋转机11的工作温度范围内黏度较低。借此，能够使冷却液19中形成的气泡容易浮上液面19a的同时，抑制液体中形成气泡。又，能够使浮上液面19a的气泡容易消失。借此，能够抑制气泡导致的冷却能力的下降。又，冷却液19也可以是向绝缘油中添加消泡剂从而具有消泡性，通过添加有消泡剂的冷却液19，与上述同样地，能够抑制气泡导致的冷却能力的下降。

接着，参照图2说明电气旋转机11中的冷却液19的动向。电气旋转机11如前所述是旋转用直立型的三相电动机，通过转子16的旋转，壳体18中的冷却液19以转子16为中心向相同方向旋转，进一步施加离心力。如此一来，冷却液19被压向定子17，冷却液19的液面19a形成为臼状。借此，各线圈22整体上，在本实施形态中，从各线圈22的下端部到上端部整体浸入冷却液19，能够使线圈22的热从线圈22整体传递至冷却液19。因此，能够有效地冷却线圈22整体。

又，冷却液19借助转子16的旋转而在壳体18的内侧空间18a循环。即，冷却液19以在转子16附近从转子16被压向定子17的形式流动，进一步在定子芯21的轭部21a与齿部21b之间的空间内沿着线圈22向上方流动。又，冷却液19向上方流动的同时进入定子芯21的间隙，通过该间隙到达壳体18的内周面。借此，扩大冷却液19与壳体18的内周面的接触面积。然后，到达液面19a后沿着液面19a下降的同时向转子16流动。返回至转子16时，冷却液19再次由转子16压向定子17。如此循环于内侧空间18a的冷却液19，从线圈22吸收热，进一步将吸收的热直接传递至壳体18或通过定子芯21间接传递至壳体18，通过壳体18放出至外部。借此，即使线圈22与定子芯21之间存在电绝缘片23，也能够使线圈22的热通过冷却液19以及壳体18放出至外部，能够有效地冷却线圈22。又，通过使该冷却液19循环，从转子16或定子芯21吸收热，该热也能够通过壳体18放出至外部。如此，能够从各结构16、21、22吸收热并通过壳体18放出至外部，能够有效地冷却电气旋转机11整体。又，通过使冷却液19循环，能够抑制内侧空间18a的冷却液19局部达到高温，能够高效地冷却电气旋转机。

根据形成为这样的结构的电气旋转机11，无需使冷却液19的配管或通路设置得靠近发热部，能够制造低价且紧凑的电气旋转机11。又，冷却液19封装于壳体18的内侧空间18a，所以冷却液19不被电气旋转机11的外部加热。因此，能够实现电气旋转机11中稳定的冷却特性。

形成为这样的结构的电气旋转机11中，从线圈22传递至冷却液19的每单位时间的热量以及从壳体18放出至外部的每单位时间的热量，随着封装于内侧空间18a的冷却液19的液量发生变化。以下，参照图3，说明电气旋转机11中的冷却液19的液量V（m³）、从线圈22传递至冷却液19的每单位时间的热量Q（W）、以及从壳体18放出至外部的每单位时间的放射热量R（W）的关系。

线圈22相对于封装在壳体18中的冷却液19的液量V（m³）的每单位时间的热量Q 变化，描绘规定的液量为V1时达到最大导热量Q_MAX的抛物线，无论冷却液19的液量多于还是少于规定的液量V1，从线圈22传递至冷却液19的每单位时间的热量Q变小。此处，描绘从线圈22传递至冷却液19的每单位时间的热量Q相对于冷却液19的液量V的变化的抛物线，液量V少于V1时所述导热量Q减小，是因为与冷却液19接触的线圈22的表面积减小。又，液量V多于V1时，由于搅拌冷却液19产生的热而从线圈22传递至冷却液19的热量减小。

又，每单位时间的放射热量R，例如是借助由于电气旋转机11的运行而在线圈22中流动的电流在线圈22等产生的热，以及由转子16搅拌冷却液19而产生的热等，是关于在壳体18内产生的热的，通过壳体18放出至外部的每单位时间的热量。随着冷却液19的液量V增多，转子16接触冷却液19的面积增大，每单位时间的放射热量R与壳体18中的冷却液19的液量V成比例地增加。

具有这样特性的每单位时间的导热量Q以及放射热量R，在冷却液19的液量V较少的状态（小于液量V2）下每单位时间的导热量Q大于每单位时间的放射热量R。如此一来，会有相对于线圈22产生的热，可放出壳体19外的热量减小，线圈22过热而难以继续运行的情况。因此，电气旋转机11中，优选为以每单位时间的热量Q小于每单位时间的放射热量R的形式设定冷却液19的液量V，即以冷却液19的液量V为V2以上的形式设定。又，电气旋转机11中，以用于从线圈22吸收更多的热而每单位时间的导热量Q为最大值Q_MAX或接近最大值的值（即，最大导热量Q_MAX附近的范围）的形式设定冷却液19的液量，即冷却液19的液量V被设定在V3以上V4以下的设定范围。另外，液量V3以及V4为大于上述液量V2的液量。

如此，通过将壳体18中的冷却液19的液量V设定为每单位时间的导热量Q小于每单位时间的放射热量R时的量，能够有效地冷却线圈22。又，形成为这样的结构的电气旋转机11，能够作为例如包括电动挖掘机的建筑机械12的旋转用电动机被采用。旋转用电动机会多次反复启动以及停止，发热量较大，通过采用该电气旋转机11，能够有效地冷却，能够谋求防止过热。

但是，上述实施形态中，已使电气旋转机11适用于电动机，但也可以替换成适用于发电机或具有发电功能的电动机。

由以上说明，作为本领域技术人员，可明确本发明较多的改良或其它实施形态。所以，上述说明应仅作为示例解释，是以向本领域技术人员教导本发明实行的最优形态为目的而提供的说明。在不脱离本发明的主旨的范围内，其构造和/或功能的详细内容可以发生实质性变动。

符号说明：

11　　电气旋转机；

12　　建筑机械；

13　　下部行驶体；

14　　上部旋转体；

15　　挖掘作业机；

16　　转子；

16a　　旋转轴；

16b　　转子主体；

17　　定子；

18　　壳体；

18a　　内部空间；

19　　冷却液；

21　　定子芯；

22　　线圈。

Claims

1.一种电气旋转机，其特征在于，具备：

具有内部空间的壳体；

容纳于所述壳体的内部空间，并且能够旋转地支持于所述壳体的转子；

容纳于所述壳体的内部空间，并且在所述转子的周围隔开间隔设置于所述壳体的定子芯；

在周向上相互隔开间隔缠绕于所述定子芯的多个线圈；和

以所述转子以及线圈的一部分为浸入的状态的形式封装于所述壳体的内侧空间的冷却液。

2.根据权利要求1所述的电气旋转机，其特征在于，

所述转子的旋转轴为与铅垂方向大致平行配置的直立型。

3.根据权利要求1或2所述的电气旋转机，其特征在于，

封装于所述壳体的内部空间的冷却液的液量，被设定为来自所述壳体的每单位时间的放热量大于从所述线圈传递至所述冷却液的每单位时间的导热量，并且所述每单位时间的导热量为最大值或接近最大值的值。

4.根据权利要求1至3中任意一项所述的电气旋转机，其特征在于，

是电动机、发电机、或具有发电功能的电动机。

5.根据权利要求2或3所述的电气旋转机，其特征在于，

是建筑机械的旋转用电动机。