CN105391262B - 无刷旋转电机 - Google Patents

Abstract

无刷旋转电机包括：具有旋转电机的主转轴和主转子铁芯的主转子、具有主定子铁芯和主定子线圈的主定子、励磁装置转轴(11a)、具备旋转整流器(110)及具有励磁机转子和励磁机定子的励磁机的励磁装置、框架、冷却器、冷却器护罩、励磁装置护罩、内部风扇。旋转整流器(110)设置有对励磁装置护罩内的循环气体进行搅拌的搅拌翼(118)。

Description

无刷旋转电机

技术领域

本发明涉及具有旋转整流器的无刷旋转电机。

背景技术

在同步旋转电机中，通常在定子一侧设有电枢绕组，在转子一侧设有励磁绕组。通常，由设置于静止侧的整流器通过电刷向设置于转子的励磁绕组提供直流电力。由于该电刷需要维护和更换，因此，为了不使用电刷，已知有通过设置与转子一起旋转的旋转整流器来实现无刷化的方式。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利实开昭63-156559号公报

专利文献2：日本专利实开昭63-21472号公报

发明内容

发明所要解决的技术问题

在针对整流器的发热，来自外部的冷却效果较大的情况下，由于能够使整流器紧凑化，因此已知有在例如整流器附近设置安装于转轴的冷却风扇的方法(专利文献1)。该情况下，在转轴的轴向需要设置用于安装冷却风扇的空间。

或者，已知有以在轴向夹住整流器的保持环的方式将整流器和冷却风扇相对地进行设置的方法(专利文献2)。该情况下，无法采用两个整流器互相相对的结构，从而会对整流器的设置台数造成影响。

因此，本发明的目的在于，在具有旋转整流器的无刷旋转电机中，抑制对旋转整流器的配置的影响，同时确保励磁装置的冷却性能。

解决技术问题所采用的技术方案

为了达成上述目的，本发明所涉及的无刷旋转电机的特征在于，包括：主转子，该主转子具有以可在主轴周围旋转的方式被轴支承且沿主轴方向延伸的主转轴、以及固定于该主转轴的径向外侧且沿主轴方向延伸的主转子铁芯；主定子，该主定子具有配置在所述主转子铁芯的径向外侧且沿主轴方向延伸的主定子铁芯、以及卷绕于该主定子铁芯的主定子线圈；励磁装置，该励磁装置具备与所述主转轴的主轴方向端部相结合且沿主轴方向延伸的励磁装置转轴、与所述励磁装置转轴一起旋转的旋转整流器、以及励磁机，该励磁机具有与所述励磁装置转轴一起旋转励磁机转子、以及以与所述励磁机转子相对的方式配置并固定支承于所述励磁机转子的径向外侧的励磁机定子；框架，该框架收纳所述主转子铁芯和所述主定子；冷却器，该冷却器具有冷却管，该冷却管将对所述框架内的所述主定子和所述主转子铁芯进行冷却的循环气体作为管外被冷却侧流体，将来自外部的外部空气作为管内冷却侧流体来进行热交换；冷却器护罩，该冷却器护罩安装于所述框架的上部，与所述框架一起构成密闭空间，且在内部包含有所述冷却器，通过用于从所述框架内流入的冷却器入口开口、以及用于流出至所述框架内的冷却器出口开口与所述框架相连通；励磁装置护罩，该励磁装置护罩在内部包含有所述励磁装置，与所述冷却器护罩和所述框架相连通；以及内部风扇，该内部风扇安装于所述主转轴，使所述循环流体在所述密闭空间内循环，在所述旋转整流器设置有对所述励磁装置护罩内的所述循环气体进行搅拌的搅拌翼。

发明效果

根据本发明，能够在具有旋转整流器的无刷旋转电机中，抑制对旋转整流器的配置带来的影响，同时确保励磁装置的冷却性能。

附图说明

图1是本发明的实施方式所涉及的无刷旋转电机的横向剖视图。

图2是本发明的实施方式所涉及的无刷旋转电机的励磁装置的电路图。

图3是从图1的III-III线观察时的左下四分之一的纵向剖视图。

图4是图3的IV-IV线观察时的纵向剖视图。

具体实施方式

下面，参照附图，对本发明的实施方式所涉及的无刷旋转电机进行说明。此处，对于彼此相同或类似的部分，标注相同的标号，并省略重复说明。

图1是本实施方式所涉及的旋转电机的横向剖视图。无刷旋转电机200包括主转子10、主定子20、连结侧轴承41、励磁机侧轴承42、冷却器61。主转子10具有主转轴11、以及设置于主转轴11的径向外侧的主转子铁芯12。主转轴11在轴向上沿水平延伸，以可旋转的方式被连结侧轴承41和励磁机侧轴承42分别进行轴支承。

主转子铁芯12由强磁性体制成，是在中央具有开口的圆筒状的一体结构。另外，圆板状的钢板可以是沿轴向层叠而成的层叠结构。主转子铁芯12设有未图示的励磁线圈。主转轴11安装有内部风扇15a、15b。

主定子20设置于主转子10的径向外侧，是沿轴向延伸的圆筒状。主定子20具有主定子铁芯21和主定子线圈22。主定子铁芯21由强磁性体制成，是将在中央具有开口的圆板状的钢板沿轴向层叠而成的层叠结构。在与主转子铁芯12的径向外侧相对的主定子铁芯21的内侧形成有未图示的槽部，该槽部在周向上彼此隔开间隔，且沿轴向延伸。在各槽部内及主定子铁芯21的轴向的两外侧设有主定子线圈22。

连结侧轴承41固定支承于连结侧轴承支架52，励磁机侧轴承42固定支承于励磁机侧轴承支架53。

主转子铁芯12和主定子20被收纳于由框架51、连结侧轴承支架52及励磁机侧轴承支架53形成的空间内。在框架51的上部设置有冷却器护罩62。冷却器护罩62收纳冷却器61。

框架51与冷却器护罩62通过冷却器入口开口51a、冷却器出口开口51b、51c相连通。框架51内设有形成有圆形的开口的隔板51d、51f。隔板51d设置于主定子铁芯21的连结侧轴承41方向的外侧。隔板51f设置于主定子铁芯21的励磁机侧轴承42方向的外侧。

主转轴11的由励磁机侧轴承42所支承的部分的延长部分与励磁装置转轴11a相连接。另外，在本实施方式中示出了励磁装置转轴11a为不同于主转轴11的构件，但主转轴11与励磁装置转轴11a可以是一体结构，由主转轴11的延长部分形成励磁装置转轴11a。

励磁装置100具有励磁机120和旋转整流器110。励磁机120包括具有励磁机转子线圈121a(图2)的励磁机转子121、以及励磁机定子122。旋转整流器110安装于励磁装置转轴11a，与励磁装置转轴11a一起绕主轴旋转。

励磁机定子122以与励磁机转子121相对的方式设置于励磁机转子121的半径方向外侧，为环状，从外部固定支承为静止。由未图示的电源向励磁机定子122提供直流电力。另外，励磁机定子122不限于线圈的电磁铁。例如，在不需要对无刷旋转电机200的励磁电流即流过主转子10的线圈的电流进行控制的情况下，也可以是永磁铁。

图2是励磁装置100的电路图。在励磁机定子122产生的直流的励磁的内侧，若励磁机转子121绕主轴旋转，则在励磁机转子121的励磁机转子线圈121a产生交流的感应电动势。在励磁机转子线圈121a所产生的交流电力由旋转整流器110转换成直流电力，并提供给同样绕主旋转轴旋转的主转子铁芯12所设置的励磁线圈(未图示)。利用该励磁，主定子线圈22即电枢绕组中产生感应电动势。

如图1所示，励磁机120收纳在励磁装置护罩63内。在励磁装置护罩63与冷却器护罩62之间，设置有连通励磁装置护罩63和冷却器护罩62的励磁装置入口管道64。在励磁装置护罩63与励磁机侧轴承支架53之间，设置有连通励磁装置护罩63和励磁机侧轴承支架53的励磁装置出口管道65。

框架51、冷却器护罩62、以及励磁装置护罩63形成密闭空间70。密闭空间70具有框架中央部71、冷却器护罩部72、风扇入口部73、74、以及励磁装置护罩部75。框架中央部71是设置有被隔板51d和隔板51f夹住的主转子铁芯12和主定子20的区域。风扇入口部73是内部风扇15a和隔板51d与连结侧轴承41之间的部分。框架入口部74是励磁机侧轴承42与内部风扇15b和隔板51f之间的部分。

图3是从图1的III-III线观察时的左下四分之一的纵向剖视图。图4是图3的IV-IV线观察时的纵向剖视图。励磁装置转轴11a安装有支承构件115，该支承构件115也称为保持环。支承构件115是在中央形成有贯通孔的向垂直于主轴的方向扩展的圆板状。支承构件115形成有在周向上彼此隔开间隔的支承构件开口115a。

支承构件115设置有多个旋转整流器110，在周向上彼此隔开间隔。各旋转整流器110具有整流元件部111、散热部112、连结部113、以及紧固部114。各两个旋转整流器110以夹着支承构件115的方式配置于主轴方向。散热部112配置于旋转整流器110中最靠径向外侧，沿主轴方向贯通支承构件115。各两个旋转整流器110共用同一个散热部112，整流元件部111在支承构件115的各侧与散热部113相连接。

在散热部112的径向内侧的与支承构件开口115a相对的位置配置有整流元件部111。由整流元件部111产生的热传递至散热部112，并从散热部112的表面传递至冷却用气体进行扩散。在旋转整流器110中最靠径向内侧配置紧固部114，连结部113连结在紧固部114与整流元件部111之间。

散热部112具有平面部分。各散热部112的平面部分安装有搅拌翼118。搅拌翼118以相对于径向具有倾斜度的方式进行安装。倾斜的方向具有相对于支承构件115的旋转方向，越是向前端前进，相位越是延迟的关系。

在具有上述结构的本实施方式中，在无刷旋转电机200运转的过程中，主转轴11旋转。其结果是使得内部风扇15a、15b旋转，从而驱动密闭空间70内的冷却用气体。冷却用气体在密闭空间70内的各部分进行循环。即，冷却用气体从框架中央部71经由冷却器入口开口51a流入冷却器护罩部72。在冷却器护罩部72内的冷却器61中被冷却之后，一部分经由冷却器出口开口51b流入风扇入口部73，然后流入框架中央部71。剩余部分经由冷却器出口开口51c流入风扇入口部74，然后流入框架中央部71。

与从冷却器护罩部72到风扇入口部74的流入相并行地存在有经由励磁装置护罩部75的流路。即，在冷却器护罩部72内的冷却器61中被冷却之后，通过励磁装置入口管道64流入励磁装置护罩部75，然后经由励磁装置出口管道65流入风扇入口部74。

励磁装置护罩部75的冷却用气体对励磁装置100进行冷却。图1中，以相对靠近的状态示出设置有通往励磁装置护罩部75的励磁装置入口管道64的出口即励磁装置入口开口64a的位置、以及设置有从励磁装置护罩部75导出的励磁装置出口管道65的入口即励磁装置出口开口65a的位置。如果可能，则希望励磁装置入口开口64a与励磁装置出口开口65a彼此夹住励磁装置100，例如位于相反侧。即，希望流入励磁装置护罩部75的冷却用气体的所有流量均有助于励磁装置100的冷却。

然而，由于配置上的限制等，设置有励磁装置入口开口64a的位置与设置有励磁装置出口开口65a的位置也并不限于彼此位于相反侧。此外，即使配置为相反侧，一般情况下，通过励磁器护罩部75的冷却用气体的全部流量也并不一定都有助于励磁装置护罩部75内的励磁装置100的冷却。

另一方面，在本实施方式中，由于在旋转整流器110的散热部112设置有搅拌翼118，由此励磁装置护罩部75内的冷却用气体被搅拌。其结果使得励磁装置护罩部75内的冷却用气体的温度均匀化，从而旋转整流器110等局部成为高温的部分的温度得以下降。

根据搅拌翼118的安装角度和旋转方向的关系，从励磁装置转轴11a的方向观察时，冷却用气体被驱动至径向外侧，从而在旋转整流器110的周围产生径向的流动。即，励磁装置100的周围的冷却用气体的流速变大，励磁装置100中散热部112以外的其他外表面处的热传导率上升。其结果促进了励磁装置100的冷却效果。

如上所述，在本实施方式中，能够在具有旋转整流器110的无刷旋转电机200中，抑制对旋转整流器110的配置带来的影响，同时确保励磁装置的冷却性能。

如上所述，对本发明的实施方式进行了说明，但实施方式只是作为示例而呈现，不旨在限定发明的范围。例如，实施方式中，示出了根据与旋转方向的关系，来设置搅拌翼118的安装角度，以将冷却用气体向径向外侧驱动的情况，但并不限于此。相反也可以是径向内侧。或者，利用驱动方向中具有主轴方向的分量的搅拌翼118，也能获得对励磁装置护罩部75内进行搅拌的效果。

此外，也可以将搅拌翼118的方向和形状决定为使其进一步对励磁装置护罩部75内的冷却用气体的通过进行驱动。即，在图1中，旋转整流器110将冷却用气体向径向驱动，从而将冷却用气体压入励磁装置出口开口65a，由此可获得使来自励磁装置出口开口65a的冷却用气体加速流出的效果。希望将搅拌翼118的方向和形状决定为可最大限度的发挥上述效果。

并且，这些实施方式可以通过其他各种方式来实施，在不脱离发明要旨的范围内，可进行各种省略、置换、变更。

这些实施方式及其变形均包含在发明范围和要旨中，同样也包含在权利要求书的范围所记载的发明及其等同范围内。

标号说明

10主转子、11主转轴、11a励磁装置转轴、12主转轴铁芯、15a、15b内部风扇、20主定子、21主定子铁芯、22主定子线圈、41连结侧轴承、42励磁机侧轴承、51框架、51a冷却器入口开口、51b、51c冷却器出口开口、51d、51f隔板、52连结侧轴承支架、53励磁机侧轴承支架、61冷却器、62冷却器护罩、63励磁装置护罩、64励磁装置入口管道、64a励磁装置入口开口、65励磁装置出口管道、65a励磁装置出口开口、70密闭空间、71框架中央部、72冷却器护罩部、73、74风扇入口部、75励磁装置护罩部、100励磁装置、110旋转整流器、111整流元件部、112散热部、113连结部、114紧固部、115支承构件、115a支承构件开口、118搅拌翼、120励磁机、121励磁机转子、121a励磁机转子线圈、122励磁机定子、200无刷旋转电机。

Claims (2)

1.一种无刷旋转电机，其特征在于，包括：

主转子，该主转子具有以可在主轴周围旋转的方式被轴支承且沿主轴方向延伸的主转轴、以及固定于该主转轴的径向外侧且沿主轴方向延伸的主转子铁芯；

主定子，该主定子具有配置在所述主转子铁芯的径向外侧且沿主轴方向延伸的主定子铁芯、以及卷绕于该主定子铁芯的主定子线圈；

励磁装置，该励磁装置具备与所述主转轴的主轴方向端部相结合且沿主轴方向延伸的励磁装置转轴、与所述励磁装置转轴一起旋转的旋转整流器、以及励磁机，该励磁机具有与所述励磁装置转轴一起旋转励磁机转子、以及以与所述励磁机转子相对的方式配置并固定支承于所述励磁机转子的径向外侧的励磁机定子；

框架，该框架收纳所述主转子铁芯和所述主定子；

冷却器，该冷却器具有冷却管，该冷却管将对所述框架内的所述主定子和所述主转子铁芯进行冷却的循环气体作为管外被冷却侧流体，将来自外部的外部空气作为管内冷却侧流体来进行热交换；

冷却器护罩，该冷却器护罩安装于所述框架的上部，与所述框架一起构成密闭空间，且在内部包含有所述冷却器，通过用于从所述框架内流入的冷却器入口开口、以及用于流出至所述框架内的冷却器出口开口与所述框架相连通；

励磁装置护罩，该励磁装置护罩在内部包含有所述励磁装置，与所述冷却器护罩和所述框架相连通；以及

内部风扇，该内部风扇安装于所述主转轴，使所述循环流体在所述密闭空间内循环，

所述旋转整流器具有安装于所述励磁装置转轴的圆板状的支承构件以及在轴向上贯穿所述支承构件的散热部，

所述散热部设置有对所述励磁装置护罩内的所述循环气体进行搅拌的搅拌翼。

2.如权利要求1所述的无刷旋转电机，其特征在于，

所述支承构件在径向上扩展，

所述旋转整流器为多个，安装于所述支承构件，彼此在周向上隔开间隔进行配置，各个所述旋转整流器具有整流元件部以及散热部，该散热部大致呈长方体形状，在与所述主轴相垂直的方向上形成散热面，

所述搅拌翼安装于所述散热面。