CN118382985A - 旋转电机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种旋转电机，其以良好的效率进行旋转电机的冷却。旋转电机包括定子(6)、与旋转轴(10)连接的转子(5)、包围所述定子和所述转子的壳体(7)、与所述壳体连接的负载相反侧端架(3)、和从负载相反侧端架一侧输送冷却风的风扇(1)，所述负载相反侧端架(3)具有：使冷却风通过而去往所述壳体的内部的第一贯通孔(100)；在所述第一贯通孔与所述负载相反侧端架的外周之间具有顶点、从所述顶点到所述第一贯通孔向负载方向倾斜的第一锥形部(3A)；和从所述顶点到所述负载相反侧端架的外周向负载方向倾斜的第二锥形部(3B)。

Description

旋转电机

技术领域

本发明涉及旋转电机的冷却结构。

背景技术

电动机(motor)、发电机等旋转电机要实现大输出功率、大转矩的情况下，其体型一般存在大型化的倾向。随着旋转电机的大型化，安装旋转电机的机械侧装置也需要大型化，因此产生装置的设置空间的制约、成本提高等技术问题。

在旋转电机中，在驱动状态下因施加负载而产生铜损、铁损等损耗，因该损耗而在旋转电机内部产生热，进而该热通过导热而向壳体表面散热。通过抑制旋转电机内部产生的热，能够实现相同输出功率下的小型化，实现成本降低。另外，采用相同体型的情况下，能够提高输出功率、增大转矩。在永磁铁型旋转电机中，因为永磁铁的温度上升受到抑制，永磁铁对于永久退磁的耐性提高，所以能够实现永磁铁的薄型化，实现进一步的成本降低。

为了抑制旋转电机内部的温度上升，经常采用冷却风扇。作为使用冷却风扇的冷却结构的一例，有专利文献1。专利文献1中公开了：通过在负载相反侧端架的中央下方位置设置冷却风扇而使冷却风在旋转电机内部流通，抑制温度上升的结构。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2008-187792号公报

发明内容

发明要解决的技术问题

专利文献1中，公开了使来自冷却风扇的冷却风在旋转电机内部流通、抑制旋转电机的热量的技术。冷却风扇配置在端架内部的倾斜部。但是，虽然在旋转电机内部产生的热量通过导热而从壳体表面散热，但因为来自冷却风扇的冷却风仅在旋转电机内部流通，所以不能高效率地对电动机主体进行冷却。

本发明目的在于以更高效率进行旋转电机的冷却。

用于解决技术问题的技术手段

列举用于实现上述目的的、代表性的本发明的“旋转电机”，其包括：定子；与旋转轴连接的转子；包围所述定子和所述转子的壳体；与所述壳体连接的负载相反侧端架；和从负载相反侧端架一侧输送冷却风的风扇，所述负载相反侧端架具有：使冷却风通过而去往所述壳体的内部的第一贯通孔；第一锥形部，其在所述第一贯通孔与所述负载相反侧端架的外周之间具有顶点，从所述顶点到所述第一贯通孔向负载方向倾斜；和第二锥形部，其从所述顶点到所述负载相反侧端架的外周向负载方向倾斜。

发明的效果

根据本发明，能够高效率地进行旋转电机的冷却。

上述以外的技术问题、结构和效果，通过以下实施方式的说明而变得清楚。

附图说明

图1是表示实施例1的电动机的整体结构的立体图。

图2是图1的A-A＇处的电动机的截面图。

图3是负载相反侧端架的表面图。

图4是图3的B-B＇处的负载相反侧端架的截面图。

图5是表示图3的负载相反侧端架的冷却风的流动的图。

图6是表示图2的电动机的冷却风的流动的图。

图7是表示使用自励式风扇的电动机的结构的截面图。

图8是表示在图3的负载相反侧端架的中央部增加了翅片的实施例2的图。

具体实施方式

以下，使用附图，说明本旋转电机的实施例。但是，本发明并不限定地解释为以下所示的实施方式的记载内容。在不脱离本发明的思想或主旨的范围内，能够改变其具体的结构，这一点对于本领域技术人员是容易理解的。

另外，在用于说明实施例的各图中，对于同一构成要素尽可能标注同一名称、附图标记，省略其重复说明。

实施例1

在图1和图2中示出应用了本发明的实施例1的旋转电机。图1是表示本实施例的电动机的整体结构的立体图，图2是图1的A-A＇处的电动机的截面图。

本实施方式中的旋转电机包括定子(stator)6、转子(rotor)5和旋转轴(轴)10，它们被收纳在由壳体7和端架3、8形成的空间内，在其外侧安装了风扇罩2和风扇1。此处，定子6被热压配合(热装)在壳体7中，但也可以是压入的。下面，将旋转轴称为轴10。

转子5和轴10配置在定子6的内侧。轴10和转子5通过热压配合而连结，进而也可以将轴承4、9热压配合在轴的两端附近。另外，在壳体的负载侧、负载相反侧配置端架(endbracket)3、8。端架3、8发挥轴承支架的作用。以从负载相反侧端架3到壳体7的端部附近进行覆盖的方式设置风扇罩2，在其外侧存在他励风扇1，配置在轴上。

转子5固定在轴10上，包括磁性材料叠层而成的圆筒形状的转子铁芯、在转子铁芯的轴向端部配置的垫板、埋入在转子铁芯的内部的永磁铁作为主结构部。热压配合在转子铁芯中的轴10经由轴承4、9被端架3、8保持，转子5可旋转地支承在定子6内。

永磁铁在转子芯体内部以磁极在圆周方向上交替的方式排列，本实施例中构成8个磁极对。永磁铁的材料可以是铁氧体系、钕系、钐钴系等中的任一者。永磁铁可以在径向、周向上分割为多个。

图3表示从负载相反侧观察时的负载相反侧端架3的表面图。另外，图4表示图3的B-B＇截面处的负载相反侧端架3的截面图。在壳体7的负载相反侧，安装了负载相反侧端架3，在负载相反侧端架3的外表面，以风扇1一侧成为顶点的方式，按2阶设置了形成倾斜面的锥形部。即，端架3的外表面具有破火山口(caldera)结构(截面“く”字状)。下面，将负载相反侧端架3的第一锥形部称为锥形部3A，将第一锥形部的外侧的第二锥形部称为锥形部3B，将第一锥形部的内侧的第三锥形部称为锥形部3C。另外，将第一锥形部的翅片称为翅片3a，将第二锥形部的翅片称为翅片3b。

在轴1的轴心与端架3的锥形部3A之间，以轴1的轴心为中心设置了在周向上连续的贯通孔100。贯通孔100也可以具有锥形部。例如，通过以从负载相反侧向负载侧去孔径变小的方式设置锥形部，能够保留负载相反侧端架的轴承设置位置的厚度，使其具有强度。另外，通过在轴向上形成为同一贯通直径，能够将供冷却风进入的吸入口形成得较大。由此，能够减小通风阻力，能够以更高的效率对内部输送冷却风。关于贯通孔100的形状，越增大孔的表面积，冷却效率越好，因此也可以是方孔，但是不限定于长孔，另外，也可以不设置锥形部。来自风扇1的冷却风与端架3的外表面碰撞，分为2部分。一部分经过内侧的锥形部3A，流入贯通孔100中，易于流向壳体7内部。另一部分经过外侧的锥形部3B，易于流向壳体7外周。另外，本实施例中，端架3采用铝材，但也可以是铁、不锈钢材料。

对负载相反侧端架的形状进行总结，负载相反侧端架3在旋转轴(轴)1与端架的外周之间，具有使冷却风通过而到达壳体的内部的贯通孔100，在贯通孔100与负载相反侧端架的外周之间具有顶点，具有：从顶点到贯通孔100向负载方向倾斜的第一锥形部、从顶点到负载相反侧端架的外周向负载方向倾斜的第二锥形部、和位于旋转轴1与贯通孔100之间的第三锥形部，该第三锥形部从旋转轴到贯通孔100向负载方向倾斜。

在负载相反侧端架3的外表面，沿着端架的锥形部3A和锥形部3B，分别配置了翅片3a和翅片3b。通过配置翅片3a、3b，来自风扇1的冷却风碰撞的表面积增大，因此冷却效果变大。另外，翅片以轴心为中心，在周向上均匀地配置。通过在端架3的锥形部3A和锥形部3B分别配置翅片3a、3b，能够形成易于向壳体内部和壳体外周输送来自风扇1的冷却风的流路。

接着，参照图5和图6说明冷却风20的流动。图5和图6是在图3和图2增加了冷却风20的流动的图。从风扇1排出的冷却风20与负载相反侧端架3的表面碰撞，分为2部分。一部分直接沿着外侧的锥形部3B流向壳体上部，由翅片3b引导而向外部排出。另一方面，与内侧的锥形部3A碰撞的冷却风被翅片3a引导，另外，与锥形部3C碰撞的冷却风直接经过锥形部3C，流入贯通孔100中。之后，向壳体7的内部流入，冷却风在轴向上一部分通过定子部6、另一部分通过转子部5。之后，各部分的冷却风通过设置在负载侧端架8的贯通孔101排出到外部。

对负载相反侧端架3输送的冷却风20是旋风(回旋风)。负载相反侧端架3的锥形部3A和锥形部3B的顶点以及翅片3a和翅片3b的顶点，优选在从轴10观察时比风扇1靠外侧。关于旋风，外周侧的风速比内周侧的风速快，风速越快，则冷却效果越大。因此，能够以保持冷却风20的风速较快的状态，向壳体7上部、电动机内部送风，能够提高冷却效果。

另外，翅片3a和翅片3b是连续的，如果两者宽度相同，则更加优选。另外，在翅片3a与翅片3b的分支点也是同样的。这是为了消除成为冷却风去往壳体内部和壳体外周的阻力的要素(阶梯、壁)。关于翅片3a、3b的高度，因为越靠近风扇1，冷却流路越受到限制，所以能够抑制冷却风的相互干扰等引起的冷却风的衰减，能够以更高效率进行冷却。

翅片3a的轴侧部分与端架表面的贯通孔100接触，间隔越下越好，优选不存在阶梯、间隙。在周向上连续的贯通孔100彼此之间的间隔越小，则越能够确保贯通孔的表面积较大，因此冷却效果提高，但相应地，端架3的轴向的厚度变薄，因此强度降低。

为了在确保强度的同时提高冷却效果，并且为了向负载相反侧端架3表面的贯通孔100输送冷却风，翅片3a以与翅片3b的分支点为边界使一部分向2个方向分支(分叉)，并且在周向上设置了角度。通过采用这样的结构，能够以将来自风扇1的冷却风引导至贯通孔100的方式配置翅片3a，并且使翅片3a的周向间隔保持固定，因此能够从多个方向进行冷却，能够提高冷却效果。或者也可以采用这样的方式：不使翅片3a分支，而是增大翅片3a的厚度，使该厚度扩大至贯通孔100彼此之间的间隔宽度。

负载相反侧端架3的中央部的锥形部3C采用了圆锥台，但也可以是多棱台、半球形、漏斗形状，并不限定于圆锥台。此处，相对于风扇1平行的面，表面积越小，越能够减轻冷却风从面反弹导致的冷却风的抵消，因此易于获得更高的冷却效果。另外，优选圆锥台和贯通孔100不存在阶梯、间隙等。

关于设置在负载侧端架8的贯通孔101，相对于轴10在径向设置了孔。孔的场所可以是任意的，但是通过在旋转电机的上部设置孔，在电动机内部被加热了的空气向上方移动，因此具有易于使内部的热量散热的效果。旋转电机的上部也能够换言之为冷却风上升的方向。另外，孔也可以按照从电动机内部到外部变小的方式设置锥形孔。在此情况下，内部的孔的表面积较大，相应地通风阻力比外侧小，因此内部的空气更易于向外部逃逸，另一方面，外部空气难以从外部进入内部，因此能够减小垃圾等异物进入电动机内部的风险。或者，也可以是过滤器等。

作为设置在负载侧端架8的贯通孔101的其他例子，也可以与设置在负载相反侧端架3的贯通孔100同样地，在轴10方向设置多个孔。

另外，贯通孔101也可以代替设置在负载侧端架8，而是设置在壳体7的负载侧的端部。

在轴10的负载相反侧延长方向上，生成冷却风的他励风扇1由风扇罩2支承地配置。他励风扇是指由旋转电机以外的电动机等驱动的风扇。另外，为了防止吸入垃圾等异物，例如可以在风扇1与风扇罩2之间，在负载侧轴方向上设置过滤器等。

另外，本发明并不限定于他励风扇，也可以是自励风扇。图7表示使用自励风扇的电动机的实施例。风扇1与轴(旋转轴)10的负载相反侧(即，与负载相反的一侧)连接，通过与轴10一同旋转而生成冷却风。风扇的位置可以设置在负载侧、负载相反侧中的任意一者。在为负载相反侧的情况下，能够使安装结构变得简单，并且能够减少部件和工作量。

风扇罩2优选如图6所示地配置成，将从风扇1直到壳体7的负载相反侧的端部为止的部分覆盖、并且使得从风扇罩2喷出的空气沿着壳体7流动。

另外，本实施例中，使负载相反侧端架3的轴中心附近为大致锥台形状，提高冷却风的流通效率，例如在旋转电机是伺服电动机的情况下，存在在输出轴相反侧的端架3一侧内置测量转速等的编码器等的情况。也能够采用使锥台形状的端架3内部为编码器内置空间的结构。特别在需要编码器的结构中，还存在不能在输出轴相反侧设置自励风扇、而采用使用他励风扇的冷却结构的情况。将本实施例的结构应用于伺服电动机，能够在维持编码器的设置结构、空间的同时提高冷却效率，能够说是特别优选的应用例之一。

实施例2

图8表示实施例2的负载相反侧端架3。在轴10一侧、即中央部的锥形部3C，设置了从轴心去往贯通孔100的多个翅片3c。如图8所示，通过在负载相反侧端架3的第三锥形部即锥形部3C在圆周上设置翅片3c，能够形成冷却风的流路，因此能够减小冷却风之间的干扰，尽可能地对贯通孔100输送更多的冷却风。另外，通过使内侧也同样地分支，能够不浪费贯通孔彼此的间隔地对贯通孔100输送冷却风。

附图标记的说明

1风扇

2风扇罩

3负载相反侧端架

3A第一锥形部

3a第一锥形部的翅片

3B 第二锥形部

3b 第二锥形部的翅片

3C 第三锥形部

3c第三锥形部的翅片

4，9轴承

5转子(rotor)

6定子(stator)

7壳体

8负载侧端架

10轴(旋转轴)

20冷却风

100负载相反侧端架的贯通孔

101负载侧端架的贯通孔。

Claims (14)

1.一种旋转电机，其特征在于，包括：

定子；

与旋转轴连接的转子；

包围所述定子和所述转子的壳体；

与所述壳体连接的负载相反侧端架；和

从负载相反侧端架一侧输送冷却风的风扇，

所述负载相反侧端架具有：

使冷却风通过而去往所述壳体的内部的第一贯通孔；

第一锥形部，其在所述第一贯通孔与所述负载相反侧端架的外周之间具有顶点，从所述顶点到所述第一贯通孔向负载方向倾斜；和

第二锥形部，其从所述顶点到所述负载相反侧端架的外周向负载方向倾斜。

2.如权利要求1所述的旋转电机，其特征在于：

在所述第一锥形部，具有将流向所述第一锥形部的冷却风导向所述第一贯通孔的多个翅片。

3.如权利要求2所述的旋转电机，其特征在于：

在所述第二锥形部，具有将冷却风导向所述负载相反侧端架的外周的多个翅片。

4.如权利要求3所述的旋转电机，其特征在于：

所述第一锥形部的翅片和所述第二锥形部的翅片沿从所述旋转轴去往所述负载相反侧端架的外周的方向连接。

5.如权利要求2所述的旋转电机，其特征在于：

所述负载相反侧端架具有多个所述第一贯通孔，

多个所述第一贯通孔在沿旋转轴方向看时的平面图中，以所述旋转轴为中心配置在圆周上，

相邻的所述第一锥形部的翅片从所述顶点延伸至相邻的所述第一贯通孔各自的端部。

6.如权利要求1所述的旋转电机，其特征在于：

所述负载相反侧端架具有位于所述旋转轴与所述第一贯通孔之间的第三锥形部，所述第三锥形部从所述旋转轴到所述第一贯通孔向负载方向倾斜。

7.如权利要求6所述的旋转电机，其特征在于：

在所述第三锥形部，具有将流向所述第三锥形部的所述冷却风导向所述第一贯通孔的多个翅片。

8.如权利要求1所述的旋转电机，其特征在于：

包括与所述壳体连接的负载侧端架，

所述负载侧端架具有将通过所述第一贯通孔而输送至壳体内的冷却风排出的第二贯通孔。

9.如权利要求8所述的旋转电机，其特征在于：

所述第二贯通孔设置在冷却风上升的方向上。

10.如权利要求8所述的旋转电机，其特征在于：

所述第二贯通孔设置在旋转轴方向上。

11.如权利要求1所述的旋转电机，其特征在于：

在沿着旋转轴方向看时的截面图中，所述风扇在从所述旋转轴去往所述负载相反侧端架的外周的方向上位于所述顶点的内侧。

12.如权利要求1所述的旋转电机，其特征在于：

所述风扇是他励风扇。

13.如权利要求1所述的旋转电机，其特征在于：

所述风扇是与所述旋转轴连接的自励风扇。

14.如权利要求1所述的旋转电机，其特征在于：

旋转电机是伺服电动机，

在所述负载相反侧端架的内部内置有编码器。