CN115395734A - 旋转电机 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供一种旋转电机，能实现小型化，并且能兼顾冷却性和耐振性。在旋转电机主体(200)中的与外部装置连接部相反一侧支架(2)以及电力转换器(300)中的散热构件(11)设置由将旋转电机主体(200)与电力转换器(300)机械连接的第一连接部(6a)和第二连接部(6b)构成的多个连接部(6)，并使第一连接部(6a)和第二连接部(6b)的截面中心配置于定子(3)的外径的靠内径一侧处，并且在沿着周向相邻的两个连接部(6)之间配置电源模块(22)。

Description

旋转电机

技术领域

本申请涉及一种旋转电机。

背景技术

在装设于汽车等的旋转电机中，开发出一种机电一体型的旋转电机，包括旋转电机主体和电力转换器，所述电力转换器包括对所述旋转电机主体进行控制的逆变器，从空间节省性和装设容易性以及将旋转电机主体与逆变器连接的配线线束的缩小化等出发，使旋转电机主体与逆变器一体化。

此外，在包括具有逆变器或整流电路的电力转换器的旋转电机中，包括将电力转换器安装于对所述旋转电机进行冷却的冷却结构以及旋转电机主体的结构。(例如，参照专利文献1、专利文献2、专利文献3)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特许第5729268号公报

专利文献2：日本专利特许第4392352号公报

专利文献3：日本专利特许第5602214号公报

然而，在专利文献1所公开的旋转电机中，设置于后框架的凸部配置于定子的内径侧，并且后框架与电源模块直接接合，因此，在作为电动机使用的情况下，定子中产生的热量会传导至电源模块，存在会使电源模块的温度变差的可能性。

此外，在专利文献2所公开的旋转电机中，对电力转换器进行固定支承的多个固定螺柱分散配置于定子的内径侧，因此，径向冷却通路被封堵，电源模块的冷却性未必是最理想的。

另外，在专利文献3所公开的旋转电机中，为了能将旋转电机与逆变器容易分解而将设置于后支架的支柱配置于定子铁芯的外径侧，因此，旋转电机在外径侧会变大，使得向车辆的装载性变差。

此外，在后支架与散热器之间的径向通路设置连接部，因此，在连接部的接触截面积大的情况下，后支架与散热器之间的径向通路变小，使得电源模块的冷却性变差。相反，在连接部的接触截面积小的情况下，虽然电源模块的冷却性得到提高，但耐振性下降，从而在使用了铝线结合等跨接线的电源模块的半导体元件可能会发生断线。

发明内容

本申请所公开的旋转电机包括：旋转电机主体；电力转换器，所述电力转换器设置于所述旋转电机主体的转轴的一方，并经由集电器与所述旋转电机主体之间传输电力；以及外部装置连接部，所述外部装置连接部安装于所述旋转电机主体的转轴的另一方，其特征是，所述旋转电机主体包括：构成外壳的外部装置连接部侧支架和与外部装置连接部相反一侧支架；转子，所述转子能旋转地支承于所述外部装置连接部侧支架和所述与外部装置连接部相反一侧支架，并配设在所述外壳内；风扇，所述风扇安装于所述转子，并随着旋转而送风；以及定子，所述定子配设成被所述外部装置连接部侧支架和所述与外部装置连接部相反一侧支架从轴向两侧保持，并围绕所述转子，所述电力转换电路包括：电源电路部，所述电源电路部具有多个包括一组以上的电力用半导体元件的电源模块；控制部，所述控制部对所述电源电路部进行控制；以及散热构件，所述散热构件对所述电源电路部进行冷却，在所述与外部装置连接部相反一侧支架和所述散热构件设置由将所述旋转电机主体与所述电力转换器机械连接的第一连接部和第二连接部构成的多个连接部，并使所述第一连接部和所述第二连接部的截面中心位于所述定子的外径的靠内径侧处，并且在沿着周向相邻的两个所述连接部之间配置所述电源模块。

根据本申请所公开的旋转电机，能实现小型化，并且能兼顾电力转换器中的电源模块的冷却性和耐振性。

附图说明

图1是表示实施方式1的旋转电机的外观的立体图。

图2是表示沿着图1中的旋转电机的转轴的截面的概要图。

图3是从与转轴正交的截面的和带轮相反一侧对实施方式1的旋转电机进行观察的概要图。

图4是表示实施方式1的旋转电机的主要部分结构的剖视图。

图5是从与转轴正交的截面的和带轮相反一侧对实施方式2的旋转电机进行观察的概要图。

图6是表示沿着实施方式3的旋转电机的转轴的截面的概要图。

图7是从与转轴正交的截面的和带轮相反一侧对实施方式3的旋转电机进行观察的概要图。

图8是从与转轴正交的截面的和带轮相反一侧对实施方式4的旋转电机进行观察的概要图。

图9的(A)至(E)是将图2及图7的旋转电机的主要部分放大表示的剖视图。

图10是表示旋转电机的变形例的概要图。

(符号说明)

1外部装置连接部侧支架；2与外部装置连接部相反一侧支架；3定子；3a定子铁芯；3b定子绕组；4转轴；5转子；5a转子铁芯；5b励磁绕组；6连接部；6a第一连接部；6b第二连接部；7风扇；7a主板；7b叶片；8风扇；8a主板；8b叶片；11散热构件；12翅片；13控制部；14壳体；15罩；16集电器；19电力转换器制冷剂流入部；20电力转换器制冷剂流出部；21电源电路部；22电源模块；23电力用半导体元件；24配线构件；25接合构件；26树脂材料；100旋转电机；200旋转电机主体；300电力转换器；400外部装置连接部。

具体实施方式

以下，基于附图，对本申请的实施方式进行说明。另外，在各图中，对相同或相当的部分标注相同的符号并进行说明。

实施方式1

图1是表示实施方式1的旋转电机的外观的立体图。

在图中，旋转工具100由旋转电机主体200、电力转换器300和外部装置连接部400构成，所述电力转换器300配置于旋转电机主体200的转轴上的一方，并与旋转电机主体200之间传输电力，所述外部装置连接部400安装于转轴上的另一方。

在此，旋转电机主体200的外形由构成外壳的外部装置连接部侧支架1和与外部装置连接部相反一侧支架2，以及被固定并支承于外部装置连接部侧支架1和与外部装置连接部相反一侧支架2的定子3形成，作为对连接于外部装置连接部400的齿轮装置(未图示)或是内燃机进行驱动或辅助的电动机进行动作，进而作为由齿轮装置或是内燃机驱动的发电机进行动作。

此外，电力转换器300作为用于对旋转电机主体200进行控制的逆变器电路或是将利用旋转电机主体200发电的电力转换的转换器电路进行动作。

另外，作为外部装置连接部400，图示了带轮，但能采用能与外部装置连接的各种结构。

图2是表示沿着图1中的旋转电机的转轴的截面的概要图。

在图中，旋转电机主体200包括：定子3，所述定子3嵌合并支承于外部装置连接部侧支架1和与外部装置连接部相反一侧支架2；转轴4，所述转轴4经由轴承9、10能旋转地支承于外部装置连接部侧支架1和与外部装置连接部相反一侧支架2；转子5，所述转子5安装于转轴4，并配置成与定子3相对；以及集电器16，所述集电器16将转子5及电力转换器300电连接。

此处，定子3的外形为圆形，且包括：定子铁芯3a；以及定子绕组3b，所述定子绕组3b从该定子铁芯3a的两端部突出并安装于定子铁芯3a。此外，集电器16由集电环16a、电刷16b和刷握16c构成，所述集电环16a安装于转轴4，所述电刷16b与集电环16a接触而通电，所述刷握16c对电刷16b进行保持。

另一方面，转子5包括：转子铁芯5a，所述转子铁芯5a被转轴4支承；励磁绕组5b，所述励磁绕组5b卷绕于所述转子铁芯5a；以及风扇7、8，所述风扇7、8安装于转子铁芯5a的转轴方向的两端，并被转轴4驱动而产生制冷剂的流动。

风扇7、8具有安装于转子铁芯5a的主板7a、8a和叶片7b、8b，叶片7b、8b随着转轴4的旋转而旋转，从而产生制冷剂的流动。

另外，在外部装置连接部侧支架1的转轴方向外部装置连接部侧端面形成有外部装置连接部侧制冷剂流入部1a，并且在半径方向端面形成有外部装置连接部侧流路流出部1b，构成为以外部装置连接部侧风扇7的旋转为动力而使制冷剂流入外部装置连接部侧支架1内部且使制冷剂从外部装置连接部侧支架1内部流出。

此外，在与外部装置连接部相反一侧支架2的转轴方向外部装置连接部侧端面形成有与外部装置连接部相反一侧支架制冷剂流入部2a，并且在半径方向端面形成有与外部装置连接部相反一侧支架制冷剂流出部2b，构成为以与外部装置连接部相反一侧风扇8的旋转为动力而使制冷剂流入与外部装置连接部相反一侧支架2内部且使制冷剂从与外部装置连接部相反一侧支架2内部流出。

接着，对电力转换器300的结构进行说明。

电力转换器300经由连接部6固定于与外部装置连接部相反一侧支架2的转轴方向与外部装置连接部相反一侧，并且包括：罩15，所述罩15将电力转换器300整体包围；电源电路部21；控制部13，所述控制部13对电源电路部21进行控制；以及散热构件11，所述散热构件11被热结合以对电源电路部21进行冷却。

另外，连接部6由第一连接部6a和第二连接部6b构成，所述第一连接部6a设置成从与外部装置连接部相反一侧支架2突出，所述第二连接部6b突出设置于散热构件11，并与第一连接部6a抵接。此外，控制部13包括：基板13a；以及电子部件13b,所述电子部件13b安装于所述基板13a并与所述基板13a电连接。

另外，在散热构件11上以使冷却能力提高为目的而形成有翅片12。此外，设置有将控制部13及电源电路部21的外周包围的壳体14，在壳体14的外部设置有将电源模块22连接于外部电路的输入输出端子18(参照图3)。

另外，电源电路部21的电力用半导体元件配置于风扇8中的叶片8b的最内径部的径向外侧，由此，能使冷却作用变好。

图3是从与转轴正交的方向将图2中的电力转换器300的内部配置剖切进行表示的概要图。

在图中，电源电路部21包括电源模块22，所述电源模块22包括一组以上的构成上、下臂的电力用半导体元件23，电力用半导体元件23如图4所示经由接合构件25连接于配线构件24，并通过树脂材料26模塑而一体构成。

此外，连接部6设置成其截面中心C1位于定子3的外径D1的内侧的位置，并且在周向上相邻的两个连接部6之间配置有多个电源模块22。另外，这些电源模块22以转轴4为中心沿着周向配置，在两个电源模块22的沿着周向观察的中间配置有至少一个连接部6。

这样，通过将连接部6设置在与外部装置连接部相反一侧支架2与散热构件11之间的沿着径向流动的制冷剂的通路内，以使制冷剂分岔流向各个电源模块22，从而能高效地对电源模块22进行冷却。此时，连接部6的截面积A1优选比设置于连接部6之间的电源模块的底面积A2小。

此外，在电力转换器300的半径方向外周面形成有电力转换器制冷剂流入部19，并且在电力转换器300的转轴方向外部装置连接部侧端面形成有电力转换器制冷剂流出部20，并且构成为将风扇8的旋转作为动力使制冷剂流入电力转换器300且使制冷剂从电力转换器300流出。

另外，电力转换单元300设置于旋转电机主体200的转轴方向外部装置连接部侧，因此，从电力转换器制冷剂流出部20流出的制冷剂经由也作为电力转换器制冷剂流出部20的与外部装置连接部相反一侧支架制冷剂流入部2a向旋转电机主体200一侧流入。

在以上述方式构成的旋转电机100中，以使制冷剂向各个电源模块22分岔的方式配置连接部6，因此，能提高冷却性，另外由于在连接部6上并未装设电源模块22，因此，能实现冷却性的提高。除此以外，连接部6采用其截面积A1比电源模块22的底面积A2小的结构，能确保电源模块22下的冷却通路，从而能提高冷却性。此外，由于在定子铁芯3的外径D1的内径侧处配置连接部6，因此，能实现小型化和安全性的提高。特别是，通过分散配置至少三个以上连接部6，能提高电源模块22的冷却性，并且兼顾耐振性。

实施方式2

图5是从与转轴正交的方向将实施方式2的旋转电机的电力转换器内部的配置剖切进行表示的概要图。

在图中，电力转换器300构成为在将沿着周向相邻的两个连接部6的截面中心C1彼此连接的线L1上配置电源模块22。

另外，其他结构与实施方式1相同，因此，标注相同的符号并省略其说明。

在以上述方式构成的旋转电机100中，通过构成为将电源模块22配置于更靠外周侧处，并且未将连接部6配置于定子3的外径D1的外侧处，能在维持小型化的同时在电力转换器300的中央侧设置大的区域。因此，能在上述区域中装设例如将电源模块22与输入输出端子18电连接的电线或其固定构件、进而是构成滤波电路的电抗器及电容器等其他电子部件。

实施方式3

图6是实施方式3的旋转电机的轴向剖视图，图7是从与转轴正交的方向将图6中的电力转换器300的内部配置剖切进行表示的概要图。

在实施方式3中，在散热构件11的中央部设置孔并形成空间，并在该空间部配置集电器16。此外，设置有壳体14，所述壳体14以使电刷16b的磨损粉末不向控制部13一侧侵入的方式对控制部13和集电器16进行区分。

其他结构与实施方式2相同，因此，省略其说明。

在以上述方式构成的旋转电机100中，能在维持半径方向的小型化的同时在轴向上也实现小型化。

实施方式4

图8是从与转轴正交的方向将实施方式4的旋转电机的电力转换器内部的配置剖切进行表示的概要图。

在实施方式4中，在沿着周向相邻的连接部6之间配置两个电源模块22。

其他结构与实施方式1或实施方式2相同，因此，对于相同的部分标注相同的符号，并省略其说明。

在以上述方式构成的旋转电机100中，通过在连接部6之间配置多个电源模块22，能分散电源模块22的发热密度，因此，能抑制电源模块22的温度上升。另外，通过使电源模块变得小型，能提高配置的自由度。

以上，对本申请实施方式进行了说明，上述内容示出了一例，本申请可以将各实施方式的特征结构适当组合而构成旋转电机，此外，能如以下说明那样采取各种形态。

即，在上述实施方式中，示出了连接部6的截面形状是圆形，但也可以采取例如矩形、多边形、椭圆形等各种形状。此外，在图中示出了在同一半径上等间隔地设置四个连接部6，但也可以不局限于配置在同一半径上，也可以不局限于四个而是两个以上的多个，其设置间隔也可以不是等间隔。

另外，图2及图7所示的连接部6构成为使与外部装置连接部相反一侧支架2中的第一连接部6a和散热构件11中的第二连接部6b分别突出，但也可以如图9的(A)所示使与外部装置连接部相反一侧支架2中的仅第一连接部6a突出，散热构件11中的第二连接部6b设为平面状，还可以如图9的(B)所示使仅第二连接部6b突出。

此外，也可以如图9的(C)所示那样在散热构件11设置凹部并形成第二连接部6b，并在所述凹部插入第一连接部6a，也可以如图9的(D)所示那样在与外部装置连接部相反一侧支架2设置凹部并形成第一连接部6a，并在所述凹部插入第二连接部6b。

另外，也可以如图9的(E)所示那样在第一连接部6a与第二连接部6b之间设置导热率比与外部装置连接部相反一侧支架2及散热构件11的导热率低，或是绝缘性比与外部装置连接部相反一侧支架2及散热构件11的绝缘性好的例如树脂等的中间构件31。

此外，作为电源电路部21，也可以包括具有六组上下臂的电力用半导体元件以构成两组三相全波整流器，在这种情况下，在电源模块22中例如能采用包括具有两组上下臂的四个电力用半导体元件，或是包括具有三组上下臂的六个电力用半导体元件之类的各种结构。此外，也可以是包括五个具有一组上下臂的电源模块22的五相的电力转换器、或包括六个具有一组上下臂的电源模块22的六相的电力转换器、或是具有七个具有一组上下臂的电源模块22的七相的电力转换器之类的具有各种相数的电力转换器。另外，电源模块22例如也可以以各包括一个以上的具有一组上下臂的电源模块和具有两组上下臂的电源模块的方式混合配置。

另外，也可以在散热构件11配置对流向旋转电机主体200所包括的励磁绕组5b的电流量进行控制的电路32，该电路也可以是外观与电源模块22同样通过树脂材料26等封闭件被封闭的电路模块。包括上述情况在内，还可以如图10所示配置三个电源模块22和一个电路32，其排列也可以是任意顺序。此外，还能设为并非电路32而是具有四个电源模块22的形态。

Claims (8)

1.一种旋转电机，包括：

旋转电机主体；

电力转换器，所述电力转换器设置于所述旋转电机主体的转轴的一方，并经由集电器与所述旋转电机主体之间传输电力；以及

外部装置连接部，所述外部装置连接部安装于所述旋转电机主体的转轴的另一方，

其特征在于，

所述旋转电机主体包括：

构成外壳的外部装置连接部侧支架和与外部装置连接部相反一侧支架；

转子，所述转子能旋转地支承于所述外部装置连接部侧支架和所述与外部装置连接部相反一侧支架，并配设在所述外壳内；

风扇，所述风扇安装于所述转子，并随着旋转而送风；以及

定子，所述定子配设成被所述外部装置连接部侧支架和所述与外部装置连接部相反一侧支架从轴向两侧保持，并围绕所述转子，

所述电力转换器包括：

电源电路部，所述电源电路部具有多个包括一组以上的电力用半导体元件的电源模块；

控制部，所述控制部对所述电源电路部进行控制；以及

散热构件，所述散热构件对所述电源电路部进行冷却，

在所述与外部装置连接部相反一侧支架和所述散热构件设置由将所述旋转电机主体与所述电力转换器机械连接的第一连接部和第二连接部构成的多个连接部，使所述第一连接部和所述第二连接部的截面中心位于所述定子的外径的靠内径一侧处，并且在沿着周向相邻的两个所述连接部之间配置所述电源模块。

2.如权利要求1所述的旋转电机，其特征在于，

在将两个所述连接部的截面中心连接的线上配置所述电源模块。

3.如权利要求1或2所述的旋转电机，其特征在于，

所述连接部设置在所述与外部装置连接部相反一侧支架和所述散热构件之间的径向通路内，并构成为制冷剂通过所述连接部向各个所述电源模块分岔，且所述连接部的截面积比设置于所述连接部之间的所述电源模块的底面积小。

4.如权利要求1至3中任一项所述的旋转电机，其特征在于，

所述电源电路部包括构成两组三相全波整流器的、具有六组上下臂的所述电力用半导体元件。

5.如权利要求1至4中任一项所述的旋转电机，其特征在于，

所述电力用半导体元件由树脂构件模塑而构成，并将模塑的所述树脂构件配置于所述定子的外径内。

6.如权利要求1至5中任一项所述的旋转电机，其特征在于，

所述电源电路部配置于所述集电器的靠与外部装置连接部相反一侧的位置。

7.如权利要求1至6中任一项所述的旋转电机，其特征在于，

所述电力用半导体元件配置于所述风扇的叶片的最内径部的径向外侧处。

8.如权利要求1至7中任一项所述的旋转电机，其特征在于，

在所述与外部装置连接部相反一侧支架的所述第一连接部与所述散热构件的所述第二连接部之间包括导热率比所述与外部装置连接部相反一侧支架和所述散热构件的导热率低的构件。

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