CN107852071A - 旋转电机 - Google Patents

Abstract

本发明的旋转电机包括壳体、位于上述壳体的内侧的定子、接受来自上述定子的磁通而旋转的转子、对上述定子的各绕组提供驱动电流的电力转换装置，多个上述电力转换装置各自位于形成在上述壳体的外周的不同的平面部，由多个上述电力转换装置中的第一电力转换装置提供驱动电流的绕组、与由不同于第一电力转换装置的第二电力转换装置提供驱动电流的绕组不同。由此能够提供一种适合一体地构成控制装置等的旋转电机组装体。

Description

旋转电机

技术领域

本发明涉及旋转电机，特别涉及与包括电力转换装置的控制装置一体地构成的旋转电机。

背景技术

例如，在设置于室外的泵中，存在用于进行其驱动的旋转电机也单独地安装的情况。因此，存在该旋转电机与旋转电机主体都包括用于对旋转电机提供驱动电流的逆变器；和在内部搭载微型计算机、构成与内部和外部的有线或无线接口的I/F电路板和进行各种运转控制的控制电路板等，使旋转电机与逆变器等一体地构成的所谓旋转电机组装体的情况。

例如，以下的专利文献1中，公开了使旋转电机主体和各种控制装置一体地构成的旋转电机。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2012-157194号公报

发明内容

发明要解决的课题

但是，为了进一步提高旋转电机的效率，存在想要降低逆变器的耗电和来自逆变器的发热量这样的课题。

一般而言，构成逆变器的半导体元件和旋转电机的电枢易于因热引起的温度上升而受到寿命降低、误动作等的不良影响。因此，为了提供效率更优的旋转电机，通过发热体的分散化使热均匀地向壳体外部发散，实现降低热梯度并提高冷却效率是重要的课题。

本发明是鉴于上述现有技术中的问题点达成的，目的在于提供一种效率更优的旋转电机。

用于解决课题的技术方案

为了解决上述课题，例如采用要求的权利范围所记载的结构。本申请包括多种解决上述课题的技术方案，举其一例，是一种旋转电机，其特征在于，包括：壳体；位于壳体的内侧的定子；接受来自定子的磁通而旋转的转子；和对定子的各绕组提供驱动电流的电力转换装置，多个电力转换装置分别位于形成在壳体的外周的不同的平面部，由多个所述电力转换装置中的第一电力转换装置提供驱动电流的绕组，与由不同于所述第一电力转换装置的第二电力转换装置提供驱动电流的绕组不同。

或者，特征在于，包括：壳体；位于壳体的内侧的定子；接受来自定子的磁通而旋转的转子；对定子的各绕组提供驱动电流，具有开关元件的驱动电路；和对多个所述驱动电路发送控制信号的控制电路，多个开关元件分别位于形成在壳体的外周的不同的设置面，设置面是与开关元件的外表面中的与壳体相对的第一面相仿的形状，由多个所述驱动电路中的第一驱动电路提供驱动电流的绕组、与由不同于所述第一驱动电路的第二驱动电路提供驱动电流的绕组不同。

发明效果

根据上述本发明，能够提供一种效率优良的旋转电机。

附图说明

图1是表示应用本发明的实施例1中的旋转电机的整体结构的外观立体图。

图2是表示应用本发明的实施例1中的旋转电机的各部分的展开立体图。

图3是表示应用本发明的实施例1中的旋转电机主体的整体结构的外观立体图。

图4是表示应用本发明的实施例1中的旋转电机主体的各部分的展开立体图。

图5是应用本发明的实施例1中的逆变器电路板位置的说明图。

图6是应用本发明的实施例1中的旋转电机的截面图。

图7是应用本发明的实施例2中的旋转电机的截面图。

图8是表示应用本发明的实施例1中的旋转电机的电路结构的示意图。

图9是应用本发明的实施例2中的逆变器位置的说明图。

图10是应用本发明的实施例1中的逆变器位置的说明图。

具体实施方式

实施例1

以下，参考附图说明应用本发明的实施例1的结构。

图1是本实施例中的旋转电机的立体图，图3是安装逆变器等之前的旋转电机主体的立体图。图2表示旋转电机的整体结构，图4表示旋转电机主体的整体结构。另外，本实施例中，作为一例示出了永磁体式旋转电机的图，当然也可以是不同方式的旋转电机。

本实施例的旋转电机主体，如图4所示由定子10、转子11、通过转子的中心部而贯通负载侧和与负载相反侧的旋转轴12、轴承13、负载侧端部支架14a、负载相反侧端部支架14b、设置在负载相反侧端部支架的外侧的风扇15、壳体16和设置在壳体上的多个冷却用的翅片17等构成。

定子10由多个绕组构成，被固定在大致圆筒状的壳体16内部。进而在定子的内部空间内插入转子(rotor)11，隔开规定间隙地可旋转地安装。从逆变器的驱动电路对定子的各个绕组提供驱动电流。本实施例中，绕组的数量设为6的倍数的数量。这是因为本实施例的旋转电机采用了三相电动机，所以绕组对应于U、V、W，并且用两个逆变器控制不同的UVW的组。以下，记载为1组绕组(或绕组的组)的情况下，指的是U、V、W这3个绕组。关于绕组的卷绕方式可以是集中式卷绕也可以是分布式卷绕。只要存在用一个逆变器驱动的绕组和用另一个逆变器驱动的绕组，就能够发挥本发明的效果。

转子11由多个永磁体配置成圆筒状而构成。本实施例中示出了永磁体式旋转电机的例子，因此使用永磁体，当然也可以是不同结构的转子。

旋转轴12是与转子(rotor)11一体地形成的旋转轴，将旋转电机的旋转驱动力传递至与负载侧连接的被驱动设备(例如泵等)。

轴承13设置于旋转轴12的负载侧和负载相反侧两者。

端部支架通过负载侧端部支架14a和负载相反侧端部支架14b两者，将转子11、旋转轴12和轴承13分别固定在壳体16的端部。也可以在转子到端部支架之间，使密封部件、垫圈等通过旋转轴12固定。

风扇15配置在负载相反侧端部支架14b的外侧，安装在旋转轴12上。采用如下结构，即风扇15随转子11的旋转而旋转，由此来自外部的空气被导向壳体周围，通过翅片17之间进行热交换，能够对旋转电机主体进行冷却。

壳体16使得构成永磁体式旋转电机的定子(stator)10的电枢插入而固定在内部空间中。外观如图4所示，在其外周表面具有沿旋转轴排列延伸的多个冷却翅片17。特别是本实施例中，跨端部支架间形成有用于安装逆变器21a、21b的平面部161，因此在其周围形成有在与平面部平行的方向上延伸的冷却翅片17。壳体16和冷却翅片17通过金属压铸一体成形。另外，冷却翅片17也可以通过铆紧加工等其他方式形成。进而，本例中应用导热性优秀的铝，但本发明不限定于此。

该平面部161在以旋转轴12为中心的径向上相对的位置彼此隔开间隔地设置。由此，逆变器21产生的热均等地分散至壳体，所以能够高效率地经由翅片使热向空气中发散。另外，关于未设置平面部161的部分，通过设置多个冷却翅片17，增大表面积，能够使定子和转子产生的热进一步向空气中发散。进而，在平面部161设置有凹部162。关于凹部的功能在后文中叙述。

接着用图1、图2说明对于壳体16、使逆变器21等一体地设置的旋转电机。该旋转电机在如图3所示的旋转电机主体之外，由逆变器21(由逆变器电路板22、逆变器外壳26、外壳用内盖27等构成)、端子箱40、I/F电路板41、端子箱罩43、罩50、设置有供空气通过的网格状的孔的风扇罩51等构成。

旋转电机在其壳体16的外周表面上的分别相对的位置设置有平面部161，在平面部161上分别安装有外形截面形成为大致长方体状的逆变器外壳26。另外，在壳体外周上的、逆变器外壳26之间，保存I/F电路板41和对电动机的UVW供电的RST端子台的端子箱与翅片17相比安装在更外侧。本实施例中仅图示了I/F电路板41，但除此以外，可以将噪声滤波器、电抗器等或实现无线通信和上级控制等功能扩展用的电路电路板等也保存在端子箱40中。另外，不限定于端子箱40，也可以是保存在逆变器外壳26或其他专用外壳中并安装在外侧的结构。

在壳体16的平面部161上，安装有构成逆变器21的逆变器电路板22。电路板22例如是印刷电路板，对于电路板22安装有功率开关元件(Power Module(功率模块)或Intelligent Power Module(智能功率模块)等)23和二极管、电容器、MCU(Micro ControlUnit：微控制单元)等。通过安装在电路板22上的电子设备，实现对旋转电机的各绕组的组提供驱动电流的驱动电路25、和对驱动电路输入控制信号的控制电路24。

本实施例中称为逆变器的电力转换单元如图8所示，由用MCU实现的控制电路24、和用功率开关元件23等实现的驱动电路25构成。控制电路24从保存在端子箱中的I/F电路板接收“对绕组提供的电流的频率值”，基于其切换驱动电路内的功率开关元件内的各晶体管的ON(导通)和OFF(关断)。

驱动电路25由二极管、电容器、功率开关元件23等构成。经由端子箱内的端子提供的电流通过被控制电路24控制的开关元件23，由此成为要求的频率的电流，对U、V、W各绕组提供。此时，开关元件的电流也被反馈至一部分控制电路，控制电路基于反馈的电流值进行开关元件的控制。

本实施例中，两个逆变器21a、21b分别对定子绕组的1个组提供驱动电流。这样，通过将逆变器21分为多个，分别对绕组提供驱动电流，能够抑制一个逆变器自身的输出，用多个逆变器合计来确保必要的输出。因此，一个逆变器的发热量降低，进而，逆变器设置在彼此隔开间隔的位置，所以能够大幅减少一个逆变器与另一个逆变器的热干涉导致的热集中。结果，能够抑制因逆变器的温度上升而导致的可靠性降低。

进而，通过将逆变器分为两个，在一个逆变器发生故障的情况下，只要另一个逆变器完好，旋转电机就能够用一半输出继续工作。因此，也能够减少因旋转电机的故障而对其他装置产生影响的可能性。该情况下，特别是采用一个逆变器控制的绕组和另一个逆变器控制的绕组在周方向上交替地配置的结构时，用一半的输出也能够顺畅地使转子11旋转。

另外，将逆变器分为两个、并且控制的旋转电机是一个的情况下，需要使各逆变器的控制电路之间同步，控制为各绕组的组以相同的转速旋转。与此相对，本实施例中采用如图8所示使两个逆变器的控制电路24共用，对两个驱动电路25并行地发送控制信号的结构，由此无需使两个控制电路同步，能够简便地进行控制。进而，因为能够削减相当于一个控制电路的耗电量，所以能够进一步抑制来自逆变器的发热量。该情况下，在设置于壳体左右的逆变器外壳中，在一个中保存的电路板上仅安装驱动电路25b而不安装控制电路24。驱动电路25b接收来自另一个逆变器外壳中保存的控制电路24的信号，控制开关元件。关于来自该控制电路24的信号，并行地对驱动电路25a、25b分别输入完全相同的信号。

另外，在驱动电路25内部安装过电流保护等保护电路，例如采用在旋转电机被堵转、或者驱动电路与绕组之间发生短路或接地故障、或者进行急加减速而流过大电流的情况下能够保护驱动电路25的结构即可。此时，控制电路24通过接收来自双方的保护电路的错误信息，能够了解电路状态。

进而，作为该情况下的变形例，也可以采用进而将控制电路置入端子箱40中、逆变器外壳26的内部仅有驱动电路的结构。这样，也可以将控制电路24和驱动电路25分别设置在不同的平面上。例如，能够采用控制电路24被保存在端子箱中、驱动电路25被分别保存在两侧的逆变器外壳26a、26b中的结构。该情况下，发热量多的驱动电路也被分散地配置，因此能够获得提高冷却效率这样的本发明的效果。进而将控制电路24设置在端子箱中时，能够使逆变器外壳中保存的电路板的尺寸减小相当于控制电路24的尺寸。如果使变小的电路板接近负载侧或负载相反侧中的某一方地配置，减小平面部161的面积，在其他外周部也设置冷却翅片，则能够进一步提高冷却效率。

安装逆变器电路板22时，将具备控制电路24和驱动电路25的逆变器电路板22保存在逆变器外壳26中，安装在形成于旋转电机的壳体16的一部分的平面部161上。之后，从外侧安装用于其保护的内盖27和罩50。此时，通过将逆变器电路板保存在逆变器外壳中并密闭，能够保护其不受水、尘埃、直射日光等的影响，能够实现环境耐性，能够在室外单独设置。

另外，将安装在逆变器电路板上的部件中发热量最多的功率开关元件23置入设置在平面部161上的凹部162中并将逆变器电路板固定。通过采用这样的结构，功率开关元件23产生的热高效率地向导热性优秀的壳体16发散，因此能够抑制因逆变器的温度上升而导致的可靠性降低。该凹部的深度可以是开关元件23的一部分程度的深度，也可以是能够大致掩埋开关元件23程度的深度。

图5表示改变凹部162的深度的例子。设置凹部162的原因是为了使热也从功率开关元件23的顶面(与壳体16相对的面)以外的面发散。因此，凹部162的深度更深时热也易于从开关元件23的侧面向凹部162侧面传导，所以冷却性能提高。作为重视散热性的设置的例子，如图5(d)所示以使功率开关元件23接触凹部底面(或者称为设置面)和凹部侧面的方式决定逆变器电路板22的位置即可。进而，也可以为了提高凹部底面的平滑性而涂布液状或片状的硅等导热性优秀的填充材料并设置开关元件23。涂布硅时，硅将凹部底面的细微的凹凸填埋，开关元件与凹部底面之间存在的空气减少而密合，能够进一步提高冷却效率。

为了更简便地进行安装时的定位，优选如图5(c)所示，使凹部的深度形成为直至开关元件的中心部附近的深度。此时，通过使开关元件23与凹部底面和凹部侧壁不接触地配置，能够防止因为壳体16的振动而对连接开关元件与电路板的端子部分施加负荷，接触变差。当然，凹部的深度、开关元件与凹部底面或凹部壁面的距离能够与散热量和定位所耗费的工序数相应地随时变更。

另外，本实施例中出于易安装的观点设置了与逆变器电路板平行的平面部161和凹部162，但为了提高散热性的目的，在壳体16上仅形成与开关元件23的散热面接近的设置面即可。例如也能够对大致圆筒状的壳体162的极少的一部分进行切削，形成底面平滑的凹部162，在凹部底面与开关元件23相对的位置配置电路板，电路板的端部用销这样的部件固定在圆弧状的壳体表面。或者，也能够在壳体表面的一部分上堆积金属形成平滑的面，将该处作为设置面使其与开关元件23接近地设置。

覆盖旋转电机主体的外周的罩50对板状的共振抑制材料例如进行按压加工等，而形成为规定形状。进而，通过在罩50的内侧安装吸音材料、隔音材料、减振材料、防振材料等，能够抑制噪声或振动。

本实施例中使用永磁体式旋转电机，因此与使用感应式旋转电机的情况相比能够进一步小型化。进而，在通过小型化而得以确保的空间中配置逆变器，由此能够不增大外形尺寸而一体地构成。作为尺寸比较例在图6中用虚线表示与本实施例相同程度的输出的感应电动机的外形尺寸。根据图6可知，能够以与感应式旋转电机自身的外形尺寸大致同等的大小，提供本实施例的一体型旋转电机组装体。

根据以上所述，本实施例中记载的旋转电机特征在于包括壳体16、位于壳体16的内侧的定子10、接受来自定子10的磁通而与旋转轴12一起旋转的转子11、和对定子10的各绕组提供驱动电流的电力转换装置21，多个电力转换装置21分别位于形成在壳体16的外周的不同的平面部161，被第一电力转换装置21a提供驱动电流的绕组不同于被第二电力转换装置21b提供驱动电流的绕组。

或者，特征在于包括壳体16、位于壳体16的内侧的定子10、接受来自定子10的磁通而与旋转轴12一起旋转的转子11、对定子10的各绕组提供驱动电流且具有开关元件23的驱动电路24、和对驱动电路24发送控制信号的控制电路25，多个开关元件23分别位于形成在壳体16的外周的不同的设置面162，设置面162是沿开关元件23的外表面中的与壳体16相对的第一面的形状，被第一驱动电路提供驱动电流的绕组不同于被第二驱动电路提供驱动电流的绕组。

这样，能够提供一种使控制构成旋转电机的各绕组的逆变器(或者驱动电路)分散为多个、由此能够使由逆变器的功率开关元件产生的热量分散的效率更优的旋转电机。

实施例2

在应用本发明的实施例2中，对于逆变器的数量与实施例1不同的结构进行说明。另外，对于与实施例1共通的部分适当省略说明。

图7中示出了在3处设置逆变器的结构。该结构中，将定子的绕组的组数设为3的倍数，在3处设置控制各个绕组的组的逆变器。首先，在以旋转轴12为中心在径向上相对的位置设置逆变器21a和逆变器21b，接着在与端子箱40在径向上相对的位置设置逆变器21c。

另外，在图9中表示其他变形例。图9(a)是实施例1的示意图，图9(c)是图7的示意图。图9(b)(d)是使逆变器等间隔地隔开间隔的示意图。本实施例的图9(b)中的逆变器21a和逆变器21b与旋转轴12所成的角是约120度。可以采用像这样使逆变器自身在周方向上等间隔地分散地配置，在逆变器之间配置端子箱的结构。通过使逆变器等间隔地隔开间隔地配置，能够使热均等地向壳体发散，能够大幅减少逆变器之间的热干涉导致的热集中。结果，能够抑制因逆变器的温度上升而导致的可靠性降低。

这样，通过增加绕组的组数，增加对应的逆变器的数量，能够进一步抑制每一个逆变器的发热量。

实施例3

在应用本发明的实施例3中，对于设置逆变器的轴方向的位置与实施例1不同的情况进行说明。另外，对于与实施例1共通的部分适当省略说明。

图10是在逆变器为两个的情况下、从端子箱40的相反侧的方向观察旋转电机的示意图。图10(a)是实施例1的示意图，图10(b)(c)是其变形例。图10(b)中，示出了将2个逆变器设置在以旋转轴12为中心对向的面上，并且使逆变器的一方向负载相反侧、使另一方向负载侧偏移地设置的结构。

另外，图10(c)中逆变器外壳26的位置不在轴方向上偏移，而是改变内部的逆变器电路板22a和22b的方向，使作为热源的开关元件23的位置在轴方向上偏移地设置。

这样，通过使逆变器、或者开关元件在轴方向上偏移地设置，能够进一步使热高效率地向壳体整体发散。

另外，图10中举例表示了逆变器为2个的情况，但与实施例2组合、使3个以上的逆变器分别在轴方向上偏移地配置等结构当然也包括在本发明的概念中。另外，本发明的旋转电机能够用作电动机(motor)也能够用作发电机(generator)。

附图标记说明

定子…10，转子…11，旋转轴…12，轴承…13，端部支架…14，风扇…15，壳体…16，翅片…17，逆变器…21，逆变器电路板…22，功率开关元件…23，控制电路…24，驱动电路…25，逆变器外壳…26，逆变器用内盖…27，端子箱…40，I/F电路板…41，端子箱罩…43，罩…50，风扇罩…51，平面部…161，凹部…162。

Claims (10)

1.一种旋转电机，其特征在于，包括：

壳体；

位于所述壳体的内侧的定子；

接受来自所述定子的磁通而旋转的转子；和

对所述定子的各绕组提供驱动电流的电力转换装置，

多个所述电力转换装置各自位于形成在所述壳体的外周的不同的平面部，

由多个所述电力转换装置中的第一电力转换装置提供驱动电流的绕组，与由不同于所述第一电力转换装置的第二电力转换装置提供驱动电流的绕组不同。

2.如权利要求1所述的旋转电机，其特征在于：

所述平面部位于周向上彼此隔开间隔的位置。

3.如权利要求2所述的旋转电机，其特征在于：

所述平面部位于周向上等间隔的位置。

4.如权利要求3所述的旋转电机，其特征在于：

所述电力转换装置的数量为两个，

两个所述平面部位于以所述转子的旋转轴为中心相对的位置。

5.如权利要求1所述的旋转电机，其特征在于：

所述第一电力转换装置包括提供所述驱动电流的驱动电路和对所述驱动电路输出控制信号的控制电路，

所述第二电力转换装置的所述驱动电路响应来自第一电力转换装置的控制信号而动作。

6.如权利要求1所述的旋转电机，其特征在于：

所述电力转换装置具有包括电路板和与所述电路板连接的开关元件的驱动电路，

所述电路板位于所述开关元件的与所述电路板一侧相对的第一面与所述平面部相对的位置。

7.如权利要求6所述的旋转电机，其特征在于：

所述电路板位于所述平面部与所述第一面相接触的位置。

8.如权利要求6所述的旋转电机，其特征在于：

所述平面部在其一部分具有凹部，

所述电路板位于所述凹部的底面与所述第一面相接触的位置。

9.一种旋转电机，其特征在于，包括：

壳体；

位于所述壳体的内侧的定子；

接受来自所述定子的磁通而旋转的转子；

对所述定子的各绕组提供驱动电流，具有开关元件的驱动电路；和

对多个所述驱动电路发送控制信号的控制电路，

多个所述开关元件各自位于形成在所述壳体的外周的不同的设置面，

所述设置面是与所述开关元件的外表面中的与所述壳体相对的第一面相仿的形状，

由多个所述驱动电路中的所述第一驱动电路提供驱动电流的绕组，与由不同于所述第一驱动电路的所述第二驱动电路提供驱动电流的绕组不同。

10.如权利要求9所述的旋转电机，其特征在于：

所述控制电路对所述第一驱动电路和所述第二驱动电路发送所述控制信号。