CN209982194U

CN209982194U - 定子架、定子以及旋转电机

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Publication number: CN209982194U
Application number: CN201920395455.6U
Authority: CN
Inventors: 山田泰生
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2018-03-29
Filing date: 2019-03-27
Publication date: 2020-01-21
Anticipated expiration: 2029-03-27
Also published as: US20190305615A1; DE102019001679A1; JP2019176648A; CN110323858A

Abstract

本实用新型提供散热性优异的定子架、定子以及旋转电机。一种具有冷却旋转电机的定子的功能的大致筒状的定子架(22)，在定子架(22)的外周面具有作为制冷剂的流路(23)的冷却槽(230)，该冷却槽沿着外周面的周向设于自轴向上的一端侧到另一端侧之间，在定子架(22)的以包含定子架(22)的轴线的平面进行剖切而得到的截面上，轴向上的一端侧以及另一端侧的每单位截面区域的冷却槽(230)的沿面长与轴向上的中央附近的每单位截面区域的冷却槽(230)的沿面长相比较长。

Description

定子架、定子以及旋转电机

技术领域

本实用新型涉及定子架、定子以及旋转电机。

背景技术

对于具有转子和定子的旋转电机(电动机等)，定子包括供绕线插入的铁芯和安装于其外周面的定子架。在驱动旋转电机时，由于铁损等热损失而在定子等处产生热量。因此，为了冷却定子，采用了在定子架与嵌合于其外侧的壳体之间设有供制冷剂流通的流路的构造(例如，参照专利文献1)。

专利文献1：日本特开2011-15578号公报

实用新型内容

实用新型要解决的问题

在上述的旋转电机中，在定子架的外周面形成有槽。在使大致筒状的壳体嵌合于该定子架的外侧时，设于定子架的外周面的槽的开口被壳体的内周面封闭。由此，在定子(定子架)的外周面和壳体的内周面之间形成能够供制冷剂流通的流路。

但是，在以往的旋转电机中，轴向上的绕线的两端部不仅自铁芯分开，也自流路分开。因此，在以往的旋转电机中，有在绕线的两端部产生的热量难以散热的问题。

本实用新型的目的在于提供散热性优异的定子架、定子以及旋转电机。

用于解决问题的方案

(1).本实用新型涉及一种定子架，其是具有冷却旋转电机的定子(例如，后述的定子20)的功能的大致筒状的定子架(例如，后述的定子架22)，在所述定子架的外周面具有作为制冷剂的流路(例如，后述的流路23)的冷却槽(例如，后述的冷却槽230)，该冷却槽沿着外周面的周向设于自轴向(例如，后述的X方向)上的一端侧到另一端侧之间，在所述定子架的以包含所述定子架的轴线(例如，后述的旋转轴线S)的平面进行剖切而得到的截面上，轴向上的一端侧以及另一端侧的每单位截面区域(例如，后述的单位截面区域S1)的所述冷却槽的沿面长与轴向上的中央附近的每单位截面区域 (例如，后述的单位截面区域S2)的所述冷却槽的沿面长相比较长。

(2).根据上述的定子架，也可以是，对于所述定子架的所述截面上的所述冷却槽，将自轴向上的一端侧到另一端侧之间的槽宽(例如，后述的槽宽W)设为均等，将轴向上的一端侧以及另一端侧的区域的槽间距(例如，后述的槽间距P1)设为比轴向上的中央附近的区域的槽间距(例如，后述的槽间距P2)窄。

(3).根据上述的定子架，也可以是，对于所述定子架的所述截面上的所述冷却槽，将轴向上的一端侧以及另一端侧的槽间距(例如，后述的槽间距P1)设为比轴向上的中央附近的区域的槽间距(例如，后述的槽间距P2) 窄，将轴向上的一端侧以及另一端侧的区域的槽宽(例如，后述的槽宽W1) 设为比轴向上的中央附近的区域的槽宽(例如，后述的槽宽W2)窄。

(4).根据上述的定子架，也可以是，对于所述定子架的所述截面上的所述冷却槽，将轴向上的一端侧以及另一端侧的区域的槽深(例如，后述的槽深D1)设为与轴向上的中央附近的区域的槽深(例如，后述的槽深D2) 相比较深。

(5).本实用新型涉及一种定子(例如，后述的定子20)，其具有：上述定子架中的任一定子架；以及设置于所述定子架的内周侧的大致筒状的铁芯(例如，后述的铁芯21)。

(6).本实用新型涉及一种旋转电机(例如，后述的电动机1)，其具有：上述的定子；以及支承于旋转轴(例如，后述的旋转轴32)并设置于所述定子的内周侧的转子(例如，后述的转子30)。

实用新型的效果

根据本实用新型，能够提供散热性优异的定子架、定子以及旋转电机。

附图说明

图1是表示第1实施方式的电动机1的结构的剖面图。

图2是表示在第1实施方式的定子架22形成的冷却槽230的形状的示意图。

图3A是相当于图2的单位截面区域S1的剖面图。

图3B是相当于图2的单位截面区域S2的剖面图。

图4是表示定子20的轴向的一端部的示意图。

图5是表示在第2实施方式的定子架222形成的冷却槽230的形状的示意图。

图6A是表示在第6实施方式的定子架322形成的冷却槽230的形状的示意图。

图6B是相当于图6A的区域S3的放大图。

附图标记说明

1、电动机(旋转电机)；11、框主体；20、定子；21、铁芯；22、222、 322、定子架；23、流路；26、绕线；30、转子；230、冷却槽；D1、D2、槽深；P、P1、P2、槽间距；S1、S2、单位截面区域；W、W1、W2、槽宽。

具体实施方式

以下，说明本实用新型的实施方式。另外，本说明书所附的附图都是示意图，考虑到易于理解等，将各部分的形状、比例尺、横纵的尺寸比等相对于实物进行了变更或夸大。此外，在附图中，适当省略表示构件等的截面的剖面线。

在本说明书等中，对于确定形状、几何学的条件以及上述的程度的用语，例如“正交”、“方向”等用语，除了该用语严格的意义外，也包含能视为大致正交等的程度的范围、能够视为大致该方向的范围。

此外，将作为后述的旋转轴32的旋转中心的线称为“旋转轴线S”，也将沿着该旋转轴线S的方向称为“轴向”。旋转轴32的旋转轴线S与定子架22(后述)的中心轴线一致。

在实施方式中，在图1等附图中，记载了X、Y相互正交的坐标系。在该坐标系中，将电动机1的轴向设为X方向，将径向设为Y方向。电动机1的轴向以及径向也与后述的定子20、铁芯21以及定子架22的轴向以及径向一致。

第1实施方式

首先，说明具有第1实施方式的定子架22的电动机1(旋转电机)。第1实施方式的电动机1的基本的结构与后述的第2～第3实施方式共通。

图1是表示第1实施方式的电动机1的结构的剖面图。另外，图1所示的电动机1的结构是一例，只要是能够适用本实用新型的定子架，也可以是任意结构。

如图1所示，电动机1包括：框架10、定子20、转子30、旋转轴32以及轴承13。

框架10是电动机1的外壳构件，具有框架主体11和轴孔12。

框架主体11是包围并且保持定子20的框体。框架主体11借助轴承13来保持转子30。框架主体11具有供给口14、排出口15以及孔部16。

供给口14是用于向定子架22的流路23(后述)供给制冷剂的孔。供给口 14的外侧的开口与制冷剂的供给配管(未图示)连接。供给口14的内侧的开口与形成于定子架22的环状槽240(参照图2)连通。排出口15是用于使流过了流路23的制冷剂排出的孔。排出口15的外侧的开口与制冷剂的排出配管 (未图示)连接。排出口15的内侧的开口与形成于定子架22的环状槽240连通。

孔部16是用于使自定子20引出的动力线27贯穿的开口。

轴孔12是供旋转轴32(后述)贯穿的孔。

定子20是形成用于使转子30旋转的旋转磁场的复合构件。定子20整体形成为圆筒形，固定于框架10的内部。定子20具有铁芯21和定子架22。

铁芯21是能够在内侧插入绕线26的构件。铁芯21形成为圆筒形，配置于定子20的内侧。铁芯21在内侧面形成有多个槽(未图示)，在该槽插入绕线26。在铁芯21的轴向(X方向)上，绕线26的一部分自铁芯21的两端部突出。铁芯21是通过如下来制作的：例如层叠多张电磁钢板等薄板而形成层叠体，并利用粘接、凿紧等将该层叠体一体化。铁芯21承受由转子30的转矩产生的反力而与定子架22牢固地接合。另外，虽未在图1中示出，但在插入有绕线 26的铁芯21的轴向的两端部设有树脂制的模制件25(参照图4)。模制件25为了保护铁芯21以及绕线26而设置。

定子架22是用于将铁芯21保持在其内侧的构件。定子架22形成为大致筒状，并配置于定子20的径向(Y方向)的外侧。定子架22在外周面具有冷却槽230。冷却槽230是自轴向(X方向)的一端侧朝向另一端侧沿着定子架22 的外周面的周向形成的槽。

本实施方式的冷却槽230是在定子架22的外周面形成的一条螺旋槽。如图1所示，在使框架主体11嵌合于定子架22的外侧时，在定子架22的外周面形成的冷却槽230的开口被框架主体11的内周面封闭。由此，在定子20(定子架22)的外周面与框架主体11的内周面之间形成能够供制冷剂流通的螺旋状的流路23。

如上所述，流路23是通过定子架22与框架主体11嵌合而形成的。因此，在定子架22单独存在的情况下，制冷剂不会在冷却槽230中流通。在本实施方式中，对视为框架主体11嵌合于定子架22外侧而制冷剂在冷却槽230中流通的情况进行说明。

用于冷却自铁芯21传递的热量的制冷剂(未图示)在流路23中流通。自框架主体11(框10)的供给口14供给的制冷剂在定子架22的外周面沿着流路 23一边呈螺旋状旋回一边流通。制冷剂一边借助冷却槽230与定子架22的外周面进行热交换一边在流路23内流通，并自框架主体11的排出口15向外部排出。另外，图1是表示电动机1的基本的结构的图，因此将流路23(冷却槽230) 的槽宽、间距等均等地图示。

如图1所示，自定子20的铁芯21引出有与绕线26电连接着的动力线27。该动力线27与设置于电动机1的外部的电源装置连接(未图示)。在电动机1 动作时，通过例如向铁芯21供给三相交流电流来形成用于使转子30旋转的旋转磁场。

转子30是利用与由定子20形成的旋转磁场之间的磁相互作用而旋转的部件。转子30设置于定子20的内周侧。

旋转轴32是用于支承转子30的构件。旋转轴32以贯穿转子30的轴心的方式插入，并固定于转子30。在旋转轴32嵌合有一对轴承13。轴承13是用于将旋转轴32支承为旋转自如的构件，设置于框架主体11。旋转轴32被框架主体 11以及轴承13支承为以旋转轴线S为中心旋转自如。此外，旋转轴32贯穿轴孔12，与例如切削工具、设置于外部的动力传递机构、减速机构等(均未图示)连接。

在图1所示的电动机1中，在向定子20(铁芯21)供给三相交流电流时，由于形成了旋转磁场的定子20与转子30之间的磁相互作用而在转子30产生旋转力，该旋转力借助旋转轴32向外部输出。

接着，说明在第1实施方式的定子架22形成的冷却槽230。

在定子架22的轴向(X方向)的两端部，沿着外周面的周向形成有环状槽240。环状槽240在轴向的一端侧以及另一端侧分别与冷却槽230的端部(制冷剂的导入部以及排出部)连通，并且也与制冷剂的供给口14以及排出口15 (参照图1)连通。

自轴向(X方向)的一端侧的环状槽240向冷却槽230的导入部导入的制冷剂在定子架22的外周面沿着冷却槽230呈螺旋状流通后，自冷却槽230的排出部经由另一端侧的环状槽240向外部排出。

如图2所示，对于在第1实施方式的定子架22形成的冷却槽230，自轴向的一端侧到另一端侧之间的槽宽W都均等。此外，对于在定子架22形成的冷却槽230，轴向上的一端侧以及另一端侧的区域的槽间距P1比轴向上的中央附近的区域的槽间距P2窄(P1＜P2)。通过设为这样的结构，如后所述，对于定子架22，能够提高轴向上的一端侧以及另一端侧的区域的散热性。

接着，说明冷却槽230的沿面长与散热性的关系。

图3A是相当于图2的单位截面区域S1的剖面图。图3B是相当于图2的单位截面区域S2的剖面图。图4是表示定子20的轴向的一端部的示意图。在此，所谓的“单位截面区域”是在以包含定子架22的中心轴线(旋转轴线S)的平面剖切定子架22时的截面上设定的相同大小的区域。图3A所示的单位截面区域S1以及图3B所示的单位截面区域S2两者是相同大小的区域。

另外，在图3A以及图3B中，为了易于比较，将包含位于定子架22的径向(Y方向)的外侧的空间的范围设为单位截面区域。不限于此，单位截面区域的位置也可以以例如定子架22的外侧的面(以图3A的线L规定的面)为基准设定。换言之，只要能够比较冷却槽230的沿面长的大小关系，单位截面区域的大小、位置可以任意设定。

对于在定子架22的外周面形成的冷却槽230，每单位截面区域的沿面长越长，在与制冷剂之间能够进行越多的热交换。沿面长是将冷却槽230的两个侧面和底面加在一起的长度(用细斜线表示的长度)。将该沿面长沿着螺旋状的冷却槽230积分后的总面积成为对散热(热交换)有贡献的面积。若冷却槽230的全长相同，冷却槽230的每单位截面区域的沿面长越长则散热性越优异。另外，每单位截面区域的沿面长以包含于该区域的冷却槽230的沿面长的总和来表示。

如上所述，对于在第1实施方式的定子架22形成的冷却槽230，轴向上的一端侧以及另一端侧的区域的槽间距P1比轴向上的中央附近的区域的槽间距P2窄。由此，在轴向上的一端侧以及另一端侧的区域中，由于冷却槽230 的排列密度变高，因此如图3A所示，冷却槽230的每单位截面区域S1的沿面长变长。另一方面，轴向上的中央附近的区域的槽间距P2较宽(P2＞P1)。由此，在轴向上的中央附近的区域中，由于冷却槽230的排列密度变低，因此如图3B所示，冷却槽230的每单位截面区域S2的沿面长与轴向上的一端侧以及另一端侧的区域相比相对变小。另外，作为冷却槽230的一端侧以及另一端侧的区域，例如能够举出相对于定子架22的轴向上的全长来说0％～30％的范围，作为中央附近的范围能够举出30％～70％的范围。

在电动机1的运行中，在定子架22的内部，在被插入于铁芯21的绕线26 产生热量。但是，如图4所示，对于定子20，绕线26的端部26a(X方向的相反侧的端部也同样)不仅相对于铁芯21分开，也相对于在定子架22的轴向上处于最端部的冷却槽230分开，因此有难以散热的问题。

另外，如图4所示，对于定子20，在铁芯21的轴向(X方向)上的端部设有树脂制的模制件25。但是，产生于绕线26的端部26a的热量中的自模制件 25的端面散出的热量(图中细箭头)的量只不过极少。此外，也考虑通过在定子架22的轴向上的更端部的位置(绕线26的端部26a侧)形成冷却槽230来提高散热性。但是，如图4所示，在定子架22的轴向上的端部设有用于将定子架22向框架主体11(参照图1)安装的螺纹孔24。因此，无法在定子架22 的轴向上的更端部的位置形成冷却槽230，改善散热性较困难。

对此，第1实施方式的定子架22构成为：轴向上的一端侧以及另一端侧的每单位截面区域S1的冷却槽230的沿面长与轴向上的中央附近的每单位截面区域S2的冷却槽230的沿面长相比较长。因此，产生于绕线26的端部26a的热量中的更多的热量(图中粗箭头)能够向着设于轴向上的一端侧以及另一端侧的冷却槽230散热。

通常来说，电动机1整体设计为使散热性不良的区域为保护温度以下。因此，虽然能够获得更高的转矩，但还存在温度方面的限制，因此，作为电动机的能力(主要是连续转矩)被抑制。但是，如上所述，对于第1实施方式的定子架22，绕线26的端部26a的散热性优异。因此，具有第1实施方式的定子架22的电动机1能够设计为可以获得更高的转矩。

另外，由于第1实施方式的定子架22在轴向上的一端侧以及另一端侧的区域使冷却槽230的排列密度变高，因此担心在该区域流路(管路)阻力变大。若流路阻力变大，则无法使制冷剂的单位时间的流量变多，因此，有损散热性。但是，对于第1实施方式的定子架22，在轴向上的中央附近的区域由于冷却槽230的排列密度变低，因此流路阻力整体上不会变大。此外，在定子架22中，对于轴向上的中央附近的区域，由于绕线26以及铁芯21与定子架22之间的热阻本来就小，因此即使将槽间距P2变宽，对散热性的影响也近乎于无。因此，第1实施方式的定子架22能够在不增大流路阻力的情况下获得更优异的散热性。

第2实施方式

第2实施方式的定子架222在冷却槽230的槽间距以及槽宽这两者都不相同的点上与第1实施方式不同。其他的结构与第1实施方式同样。因此，在图 5中，仅将第2实施方式的定子架222图示，而省略电动机1的整体的图示。此外，在第2实施方式的说明以及附图中，对于与第1实施方式同等的构件等，适当地附上与第1实施方式相同的附图标记或末尾(后两位)相同的附图标记，并省略重复的说明。

如图5所示，对于在第2实施方式的定子架222形成的冷却槽230，轴向上的一端侧以及另一端侧的区域的槽间距P1比轴向上的中央附近的区域的槽间距P2窄(P1＜P2)。此外，对于在定子架222形成的冷却槽230，轴向上的一端侧以及另一端侧的区域的槽宽W1比轴向上的中央附近的区域的槽宽 W2窄(W1＜W2)。对于在第2实施方式的定子架222形成的冷却槽230，在将槽宽W2设为“1”的情况下，槽宽W1相对于槽宽W2的长度的比例例如是 0.1～0.9左右。

对于在第2实施方式的定子架222形成的冷却槽230，在轴向上的一端侧以及另一端侧的区域中，槽间距P1以及槽宽W1分别比轴向上的中央附近的区域的槽间距P2以及槽宽W2窄。因此，轴向上的一端侧以及另一端侧的每单位截面区域(S1)的冷却槽230的沿面长与轴向上的中央附近的每单位截面区域(S2)的冷却槽230的沿面长相比较长。因此，第2实施方式的定子架 222与第1实施方式的定子架22同样地，能够将绕线26的端部26a产生的热量的大部分向冷却槽230散热。

此外，对于在第2实施方式的定子架222形成的冷却槽230，在轴向上的一端侧以及另一端侧的区域，槽间距P1以及槽宽W1都较窄，因此能够使所述区域的冷却槽230的沿面长变得更长。此外，对于在第2实施方式的定子架 222形成的冷却槽230，通过使轴向上的中央附近的区域的槽间距P2以及槽宽 W2变宽，能够抑制流路阻力整体上变大。

另外，对于在第2实施方式的定子架222形成的冷却槽230，也可以构成为使槽间距P1和/或槽宽W1随着朝向轴向上的中央附近的区域而阶梯性地变宽。

第3实施方式

图6A是表示在第3实施方式的定子架322形成的冷却槽230的形状的示意图。图6B是相当于图6A的区域S3的放大图。

第3实施方式的定子架322在冷却槽230的槽深在轴向上局部地不同这点上与第1实施方式不同。其他的结构与第1实施方式同样。因此，在图6A中，仅将定子架322图示，而省略电动机1整体的图示。此外，在第3实施方式的说明以及附图中，对于与第1实施方式同等的构件等，适当地附上与第1实施方式相同的附图标记或者末尾(后两位)相同的附图标记，并省略重复的说明。

如图6A所示，对于在第3实施方式的定子架322形成的冷却槽230，自轴向上的一端侧到另一端侧之间的槽间距P以及槽宽W都为均等。此外，对于在定子架322形成的冷却槽230，如图6B所示，轴向上的一端侧以及另一端侧的区域的槽深D1与轴向上的中央附近的区域的槽深D2相比较深。在将槽深 D2设为“1”的情况下，槽深D1相对于槽深D2的比例例如是1.1～1.5左右。另外，如图6A所示，在本实施方式中，轴向上的中央附近的区域设定得比其他实施方式宽。

对于在第3实施方式的定子架322形成的冷却槽230，轴向上的一端侧以及另一端侧的区域的槽深D1分别比轴向上的中央附近的区域的槽深D2深。因此，轴向上的一端侧以及另一端侧的每单位截面区域S1的冷却槽230的沿面长与轴向上的中央附近的每单位截面区域S2的冷却槽230的沿面长相比较长。因此，第3实施方式的定子架322与第1实施方式的定子架22同样地，能够将绕线26的端部26a产生的热量的大部分向冷却槽230散热。

对于在第3实施方式的定子架322形成的冷却槽230，在轴向上的一端侧以及另一端侧的区域，通过使槽深变深而使沿面长变长。因此，如图6A所示，槽宽、槽间距也可以都为均等。不限于此，也可以使轴向上的一端侧以及另一端侧的区域的槽宽比轴向上的中央附近的区域的槽宽窄。此时，在以流路长/(槽宽×槽深)求得的数值变得比由流路阻力决定的常数大的情况下，通过改变轴向上的区域的槽间距并使流路长变短，从而能够使上述以流路长 /(槽宽×槽深)求得的数值变小。另外，对于在轴向上的区域改变槽间距的情况，使轴向上的一端侧以及另一端侧的区域的槽间距变得比轴向上的中央附近的区域的槽间距窄即可。由此，能够将冷却槽230的流路阻力限定在适当的范围。

以上，说明了本实用新型的实施方式，但本实用新型不限定于前述的实施方式，能够如后述的变形方式那样进行各种变形、变更，这些也包含于本实用新型的技术的范围内。此外，对于实施方式所记载的效果，只不过列举出了由本实用新型产生的最适当的效果，但不限定于实施方式所记载的内容。另外，上述的实施方式以及后述的变形方式也能够适当地组合使用，但省略详细的说明。

变形方式

在实施方式中，说明了将冷却槽230设为一条螺旋槽的情况，但不限定于此。冷却槽230可以是多条螺旋槽，也可以是平行槽。

在实施方式中，说明了将冷却槽230设为凹形的槽形状的例子，但不限定于此。冷却槽230可以是一侧为倾斜面的直角三角形的槽形状，也可以是两侧为倾斜面的三角形(V字形)的槽形状。此外，冷却槽230也可以是夹着底边而两侧为倾斜面的梯形的槽形状，也可以是底边为半圆形(U字形)的槽形状。此外，冷却槽230只要能够供制冷剂适当地流通，可以是任意形状。

此外，在实施方式中，作为能够适用本实用新型的定子架以及定子的旋转电机，以电动机为例进行了说明，但不限定于此。能够适用本实用新型的定子架以及定子的旋转电机也可以是发电机。

Claims

1.一种定子架，其是具有冷却旋转电机的定子的功能的大致筒状的定子架，其特征在于，

在所述定子架的外周面具有作为制冷剂的流路的冷却槽，该冷却槽沿着外周面的周向设于自轴向上的一端侧到另一端侧之间，

在所述定子架的以包含所述定子架的轴线的平面进行剖切而得到的截面上，轴向上的一端侧以及另一端侧的每单位截面区域的所述冷却槽的沿面长与轴向上的中央附近的每单位截面区域的所述冷却槽的沿面长相比较长。

2.根据权利要求1所述的定子架，其特征在于，

对于所述定子架的所述截面上的所述冷却槽，自轴向上的一端侧到另一端侧之间的槽宽均等，

轴向上的一端侧以及另一端侧的区域的槽间距比轴向上的中央附近的区域的槽间距窄。

3.根据权利要求1所述的定子架，其特征在于，

对于所述定子架的所述截面上的所述冷却槽，轴向上的一端侧以及另一端侧的槽间距比轴向上的中央附近的区域的槽间距窄，

轴向上的一端侧以及另一端侧的区域的槽宽比轴向上的中央附近的区域的槽宽窄。

4.根据权利要求1所述的定子架，其特征在于，

对于所述定子架的所述截面上的所述冷却槽，轴向上的一端侧以及另一端侧的区域的槽深与轴向上的中央附近的区域的槽深相比较深。

5.一种定子，其特征在于，

所述定子具有：

权利要求1～4中任一项所述的定子架；以及

设置于所述定子架的内周侧的大致筒状的铁芯。

6.一种旋转电机，其特征在于，

所述旋转电机具有：

权利要求5所述的定子；以及

支承于旋转轴并设置于所述定子的内周侧的转子。