CN115428310A

CN115428310A - 旋转电机

Info

Publication number: CN115428310A
Application number: CN202080099681.5A
Authority: CN
Inventors: 大西善彦; 园田功
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2020-04-16
Filing date: 2020-04-16
Publication date: 2022-12-02
Also published as: US12074507B2; EP4138280A4; JPWO2021210117A1; JP7361891B2; WO2021210117A1; EP4138280A1; US20230034461A1

Abstract

本发明提供一种旋转电机，即使在电容器发热的情况下，电容器也不会破裂。散热器(30)包括凹形状的电容器收纳部(32)，其内周侧面经由电容器用散热材料(42)接合到电容器(24)的外周侧面，电容器收纳部(32)包括：防爆阀用凹部(33)，其位于与电容器(24)的防爆阀(60)相对的位置；以及连通路(34)，其将驱动电路基板(3)和防爆阀(60)连通。

Description

旋转电机

技术领域

本申请涉及旋转电机。

背景技术

旋转电机中，在开关元件、扼流线圈和电容器中产生热，因此，经由散热材料向散热器散热。特别是在电容器的散热中，利用密封构件呈环状地包围防爆阀来进行密封，并将散热材料配置在防爆阀被密封的空间的外侧，由此来进行散热(例如，参照专利文献1)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：国际专利公开第2019/064897号公报

发明内容

发明所要解决的技术问题

现有旋转电机中，利用密封构件呈环状地包围防爆阀来密封。因此，在由于电源的反向连接等而导致电容器发热到非常高温的情况下，电解液从防爆阀泄漏到密封构件所密封的空间，电解液因进一步发热而汽化，此时存在如下问题：密封空间的压力上升，电容器破裂。

本申请是为了解决上述问题而完成的，其目的在于提供一种旋转电机，即使在电容器发热到非常高温的情况下，电容器也不发生破裂。

用于解决技术问题的技术手段

本申请所公开的旋转电机中，控制单元包括开关元件、电容器、扼流线圈和散热器，开关元件经由开关元件用散热材料与散热器相接合，散热器包括：凹形状的扼流线圈收纳部，其底面经由扼流线圈用散热材料接合到扼流线圈的上表面；以及凹形状的电容器收纳部，其内周侧面经由电容器用散热材料接合到电容器的外周侧面，电容器收纳部包括：防爆阀用凹部，其位于与电容器的防爆阀相对的位置；以及连通路，其将驱动电路基板和防爆阀连通。

发明效果

本申请所公开的旋转电机具备内周侧面经由电容器用散热材料接合到电容器的外周侧面的凹形状的电容器收纳部，电容器收纳部包括位于与电容器的防爆阀相对的位置的防爆阀用凹部、以及连通驱动电路基板和防爆阀的连通路，因此，即使在电容器发热到非常高温的情况下，也能向散热器进行散热，而不会使电容器破裂。

附图说明

图1是示出实施方式1所涉及的旋转电机的结构的剖视图。

图2是从电动机的反方向观察实施方式1所涉及的旋转电机的控制单元而得的俯视图。

图3是设置于实施方式1所涉及的旋转电机的电容器的剖视图。

图4是从电动机的方向观察实施方式1所涉及的旋转电机的电容器而得的俯视图。

图5是设置于实施方式1所涉及的旋转电机的扼流线圈的剖视图。

图6是示出实施方式2所涉及的旋转电机的结构的剖视图。

图7是实施方式2所涉及的旋转电机的控制单元的剖视图。

图8是示出实施方式2所涉及的旋转电机的功率模块的结构的剖视图。

图9是设置于实施方式2所涉及的旋转电机的扼流线圈的剖视图。

图10是从电动机的反方向观察实施方式2所涉及的旋转电机的控制单元而得的俯视图。

图11是从电动机的反方向观察实施方式2所涉及的旋转电机的控制单元而得的俯视图。

具体实施方式

下面，参照附图对用于实施本申请的实施方式所涉及的旋转电机进行详细说明。另外，各图中相同标号示出相同或相当部分。

实施方式1

作为旋转电机，例如有转子内置型的发电机或电动机，实施方式1中以电动机为例进行说明。图1是示出实施方式1所涉及的旋转电机的结构的剖视图。图1是以电动机为例的旋转电机的剖视图，由控制单元2和多相绕组的电动机1构成。

电动机1在内部包括作为输出轴的旋转轴11、转子12和定子13。图1中，旋转轴11的输出侧为图的下方向。转子12的周围具备多对永磁体，定子13中，多相的绕组14卷绕于线管15a、15b。将绕组14的端部连接到控制单元2的环状终端部16配置在绕组14的上部。轴承17a位于旋转轴11的上部，且位于外壳18的中央。轴承17b位于旋转轴11的下部。壳体19中，包括旋转轴11、转子12、定子13、绕组14、线管15a、15b、环状终端部16和轴承17a、17b，外壳18成为盖，整体上成为电动机1。

另一方面，控制单元2配置在电动机1的旋转轴11的输出侧的相反侧，并具备被盖板5所覆盖的驱动电路基板3。驱动电路基板3包括控制电路和功率电路，驱动电路基板3的端部连接有连接器4a和连接器4b。连接器4a、4b具备供电源和信息输入的端子，端子与由控制电路和功率电路构成的驱动电路基板3电连接。连接到电动机1的环状终端部16的终端部16a与驱动电路基板3的功率电路相连接，将电流从功率电路提供到绕组14，以使旋转轴11旋转。

驱动电路基板3与铝制的散热器30隔开规定的间隔设置，以确保绝缘性。驱动电路基板3中与安装有开关元件20的面相反侧的面上，经由热传导率良好的铜材设有开关元件用散热材料40，且开关元件用散热材料40与散热器30的接触面31相接。由此，开关元件20经由驱动电路基板3、铜材和开关元件用散热材料40与散热器30相接合。开关元件用散热材料40设置在驱动电路基板3中安装有开关元件20的部位的背面侧。

在驱动电路基板3中安装有开关元件20的面上，安装有CPU21和IC22。盖板5在与CPU21相对的位置处具有凸部51，并经由CPU用散热材料41与CPU21相接合。由此，能将CPU21所产生的热散热到盖板5。另外，可以在与CPU21和IC22双方相对的位置处具备凸部51，并经由CPU用散热材料41与CPU21和IC22相接合。该情况下，能将CPU21和IC22双方所产生的热散热到盖板5。

图2是从与电动机1相反的方向观察实施方式1所涉及的旋转电机中的控制单元2而得的俯视图。图2中，并未示出连接器4a、4b和盖板5。驱动电路基板3中，控制电路包括CPU21和IC22，功率电路包括开关元件20、扼流线圈23和电容器24。扼流线圈23和电容器24安装在驱动电路基板3的与散热器30相对的面即电容器安装面100上，开关元件20安装在电容器安装面100的背面侧即开关元件安装面200上。驱动电路基板3通过多个螺钉52固定于散热器30。

图3是设置于实施方式1所涉及的旋转电机的电容器24的剖视图，图4是从电动机1的方向观察实施方式1所涉及的旋转电机中的电容器24而得的俯视图。电容器24在上表面具有防爆阀60。防爆阀60的大小比电容器24的上表面要小。图3的散热器30的上表面上，在与电容器24相对的位置处，具备在与电容器24之间设有规定的间隙的凹形状的电容器收纳部32，电容器24的外周侧面和相对于防爆阀60更靠外周的电容器24的上表面、与电容器收纳部32的内周侧面和相对于防爆阀60更靠外周的底面经由电容器用散热材料42相接合。电容器用散热材料42优选为设置于间隙的偏差较小且表面积较大的表面。

散热器30的电容器收纳部32在朝向电容器24的防爆阀60的位置处具有防爆阀用凹部33。防爆阀用凹部33的大小设为电容器24的上表面的大小左右或防爆阀60的大小左右。由此，当在散热器30的电容器收纳部32的内周侧面涂布电容器用散热材料42并插入电容器24时，能防止防爆阀60被电容器用散热材料42所堵住。此外，在电容器32的旋转轴11侧的侧面设置将驱动电路基板3和防爆阀60连通的连通路34。由此，例如，即使在因电源的反向连接等导致电容器24发热到非常高温，电解液从防爆阀60泄漏，之后电解液进一步发热而汽化的情况下，汽化的电解液也能通过连通路34向驱动电路基板3的方向释放，电容器24的内部的压力不会上升，因此，能防止电容器24的破裂。

图5是设置于实施方式1所涉及的旋转电机的扼流线圈23的剖视图。在散热器30的上表面，在与扼流线圈23相对的位置处，具备在与扼流线圈23之间设有规定的间隙的扼流线圈收纳部35，扼流线圈23的上表面与扼流线圈收纳部35的底面经由扼流线圈用散热材料43相接合。扼流线圈用散热材料43优选为设置于间隙的偏差较小且表面积较大的表面。

在开关元件20的背面设置在铜材与散热器30之间的开关元件用散热材料40优选为使用以散热性为优先的材料。此外，电容器24与散热器30之间的电容器用散热材料42、以及扼流线圈23与散热器30之间的扼流线圈用散热材料43优选为使用具有弹性的材料，以确保防振性。因此，开关元件用散热材料40、与电容器用散热材料42和扼流线圈用散热材料43使用不同的材料。

控制单元2中，将电容器24配置在接近旋转轴11的控制单元2的中央部附近，将开关元件20配置在远离旋转轴11的控制单元2的周边部，并将扼流线圈23配置在接近连接器4a、4b的位置。即，在散热器30中，电容器收纳部32配置在相对于与开关元件用散热材料40的接触面31更接近散热器30的中央部的位置，并将扼流线圈收纳部35配置在接近连接器4a、4b的位置。由此，能提高散热器30的散热性能。

此外，当利用螺钉52将驱动电路基板3固定于散热器30时，若使开关元件20的散热面与散热器30的间隙变小则散热性变好，但必须防止散热面与散热器30相接触。实施方式1所涉及的控制单元2中，开关元件20经由驱动电路基板3、铜材和开关元件用散热材料40接合到散热器30，并且，开关元件20在驱动电路基板3上配置在由多个螺钉52所包围的区域的外侧。由此，当紧固螺钉52时，在驱动电路板3上位于多个螺钉52所包围的区域更外侧的开关元件用散热材料40被挤压扩张，并且驱动电路基板3发生弯曲，以使得散热面的间隙比散热器30要宽，因此，能确保稳定的散热性。

如上所述，本实施方式1所涉及的旋转电机中，开关元件20经由开关元件用散热材料40与散热器30相接合，散热器30包括：凹形状的扼流线圈收纳部35，其底面经由扼流线圈用散热材料43接合到扼流线圈23的上表面；以及凹形状的电容器收纳部32，其内周侧面经由电容器用散热材料42接合到电容器24的外周侧面，电容器收纳部32包括：防爆阀用凹部33，其位于与电容器24的防爆阀60相对的位置；以及连通路34，其将驱动电路基板3和防爆阀60连通，因此，即使在电容器24发热到非常高温的情况下，电容器24也不会破裂。

实施方式2

图6是示出实施方式2所涉及的旋转电机的结构的剖视图。若将实施方式2所涉及的旋转电机的结构与实施方式1所涉及的旋转电机相比，则控制单元的结构不同。图7是实施方式2中的控制单元2a的剖视图。图7中，并未示出连接器4a、4b和盖板5。实施方式1所涉及的控制单元2包括驱动电路基板3和散热器30，但实施方式2所涉及的控制单元2a包括驱动电路基板3a、功率单元70和散热器30a。驱动电路基板3a包括CPU21和IC22，这与实施方式1相同。从连接器4a、4b输入的电源和信息通过端子被发送到驱动电路基板3a和功率单元70。电动机1的终端部16a连接到功率单元70，将电流从功率单元70提供到线圈14以使旋转轴11旋转。

功率单元70包括树脂制的框架71、经由铜制的终端72a焊接并固定到框架71的扼流线圈23和电容器24、以及功率模块73。图8是示出功率模块73的结构的剖视图。功率模块73通过将多个开关元件20a接合到终端72b并用树脂74模塑而得到。

图7中，包含开关元件20a的功率模块73经由开关元件用散热材料40a和绝缘构件75与散热器30a的接触面36相接合。在散热器30a的上表面，在与电容器24相对的位置处具有凹形状的电容器收纳部32，电容器24的外周侧面和相对于防爆阀60更靠外周的电容器24的上表面、与电容器收纳部32的内周侧面和相对于防爆阀60更靠外周的底面经由电容器用散热材料42相接合，这与实施方式1相同。此外，在与电容器24的防爆阀60相对的位置处具有防爆阀用凹部33，并设有将驱动电路基板3a和防爆阀60连通的连通路34，这与实施方式1也相同。

图9是设置于实施方式2所涉及的旋转电机的扼流线圈23的剖视图。在散热器30a的上表面，在与扼流线圈23相对的位置处具备扼流线圈收纳部35，扼流线圈23的上表面和扼流线圈收纳部35的底面经由扼流线圈用散热材料43相接合，这与实施方式1相同。

图10是从与电动机1相反的方向观察实施方式2所涉及的旋转电机中的控制单元2a而得的俯视图。图10中，并未示出连接器4a、4b和盖板5。驱动电路基板3a和铝制的散热器30a设有规定的间隔来设置，以确保绝缘性，且驱动电路基板3a通过多个螺钉52固定到散热器30a，这与实施方式1相同。在驱动电路基板3a的电动机1的相反侧的表面上安装有CPU21和IC22。

图11是从与电动机1相反的方向观察实施方式2所涉及的旋转电机中的控制单元2a而得的俯视图，并未示出连接器4a、4b、盖板5、驱动电路基板3a、框架71和终端72a。图11示出扼流线圈23、功率模块73和电容器24接合到散热器30a的情形。

设置在包含开关元件20a的功率模块73与散热器30a之间的开关元件用散热材料40a优选为使用以散热性为优先的材料。此外，电容器24与散热器30a之间的电容器用散热材料42、以及扼流线圈23与散热器30a之间的扼流线圈用散热材料43优选为使用具有弹性的材料，以确保防振性。因此，开关元件用散热材料40a、与电容器用散热材料42和扼流线圈用散热材料43使用不同的材料。

控制单元2a中，将电容器24配置在接近旋转轴11的控制单元2a的中央部附近，将包含开关元件20a的功率模块73配置在远离旋转轴11的控制单元2a的周边部，并将扼流线圈23配置在接近连接器4a、4b的位置。即，在散热器30a中，电容器收纳部32配置在相对于与开关元件用散热材料40a的接触面36更接近散热器30a的中央部的位置，并将扼流线圈收纳部35配置在接近连接器4a、4b的位置。由此，能提高散热器30a的散热性能。

如上所述，本实施方式2所涉及的旋转电机中，控制单元2a具备功率单元70，功率单元70包括：包含开关元件20a的功率模块73；以及经由终端72a来固定的扼流线圈23和电容器24，开关元件20a经由开关元件用散热材料40a与散热器30a相接合，散热器30a包括：凹形状的扼流线圈收纳部35，其底面经由扼流线圈用散热材料43接合到扼流线圈23的上表面；以及凹形状的电容器收纳部32，其内周侧面经由电容器用散热材料42接合到电容器24的外周侧面，电容器收纳部32包括：防爆阀用凹部33，其位于与电容器24的防爆阀60相对的位置；以及连通路34，其将驱动电路基板3a和防爆阀60连通，因此，与实施方式1同样地，即使在电容器24发热到非常高温的情况下，电容器24也不会破裂。

本申请记载了各种例示的实施方式，但一个或多个实施方式中记载的各种特征、形态及功能并不限于特定实施方式的应用，可单独或以各种组合来应用于实施方式。

由此，可以认为未例示的无数变形例也包含在本申请所公开的技术范围内。例如，设为包括对至少一个构成要素进行变形、添加或省略的情况，以及提取至少一个构成要素并与其他实施方式的构成要素进行组合的情况。

标号说明

1 电动机

2、2a 控制单元

3、3a 驱动电路基板

4a、4b 连接器

5 盖板

11 旋转轴

12 转子

13 定子

14 绕组

15a、15b 线管

16 环状终端部

16a 终端部

17a、17b 轴承

18 外壳

19 壳体

20、20a 开关元件

21 CPU

22 IC

23 扼流线圈

24 电容器

30、30a 散热器

31 接触面

32 电容器收纳部

33 防爆阀用凹部

34 连通路

35 扼流线圈收纳部

36 接触面

40、40a 开关元件用散热材料

41 CPU用散热材料

42 电容器用散热材料

43 扼流线圈用散热材料

51 凸部

52 螺钉

60 防爆阀

70 功率单元

71 框架

72a、72b 终端

73 功率模块

74 树脂

75 绝缘构件

100 电容器安装面

200 开关元件安装面。

Claims

1.一种旋转电机，

具备控制单元，所述旋转电机的特征在于，

所述控制单元包括开关元件、电容器、扼流线圈和散热器，

所述开关元件经由开关元件用散热材料与所述散热器相接合，

所述散热器包括：

凹形状的扼流线圈收纳部，其底面经由扼流线圈用散热材料接合到所述扼流线圈的上表面；以及

凹形状的电容器收纳部，其内周侧面经由电容器用散热材料接合到所述电容器的外周侧面，

所述电容器收纳部包括：

防爆阀用凹部，其位于与所述电容器的防爆阀相对的位置；以及

连通路，其将驱动电路基板和所述防爆阀连通。

2.如权利要求1所述的旋转电机，其特征在于，

所述扼流线圈和所述电容器安装于所述驱动电路基板的与所述散热器相对的电容器安装面，

所述开关元件安装于所述电容器安装面的背面侧的开关元件安装面，所述驱动电路基板经由铜材和开关元件用散热材料与散热器相接合，

所述开关元件用散热材料由与所述扼流线圈用散热材料和所述电容器用散热材料不同的材料所组成。

3.如权利要求2所述的旋转电机，其特征在于，

所述驱动电路基板通过多个螺钉固定到所述散热器，

在所述驱动电路基板上，所述开关元件配置在由多个所述螺钉所包围的区域的外侧。

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，

所述电容器收纳部配置在相对于所述开关元件用散热材料和所述散热器相接合的位置更接近散热器的中央部的位置。

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，

所述控制单元包括CPU以及覆盖所述驱动电路基板的盖板，

所述盖板具备凸部，该凸部经由CPU用散热材料接合到所述CPU。

6.如权利要求1所述的旋转电机，其特征在于，

所述控制单元具备功率单元，

所述功率单元包括：包含所述开关元件的功率模块；以及经由终端来固定的所述扼流线圈和所述电容器。