CN110994906B

CN110994906B - 无刷旋转电机

Info

Publication number: CN110994906B
Application number: CN201910937510.4A
Authority: CN
Inventors: 岩永康太
Original assignee: Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Current assignee: Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Priority date: 2018-10-03
Filing date: 2019-09-30
Publication date: 2022-10-25
Anticipated expiration: 2039-09-30
Also published as: CN110994906A; JP2020058165A

Abstract

在无刷旋转电机中，对于旋转整流器在抑制配置空间的增大等的影响的同时确保励磁装置的冷却性能。无刷旋转电机具备：主转子，具有主转子轴和主转子铁心；主定子，具有主定子铁心及主定子线圈；励磁装置，具备励磁装置转子轴、旋转整流器、具有励磁器转子和励磁器定子的励磁器；框架；冷却器；冷却器罩；励磁装置罩，内置励磁装置，并与冷却器罩及框架连通；及内扇。在旋转整流器的径向外表面，沿周向连续地形成有用于对励磁装置罩内的冷却用气体进行搅拌的多个倾斜部(118a)。

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，在定子侧设置电枢绕组，并在转子侧设置励磁绕组。对设置于转子的励磁绕组的直流电力，通常从设置于静止侧的整流器经由电刷而供给。该电刷需要保养及更换，所以为了实现不需要电刷，已知有通过设置与转子一起旋转的旋转整流器来谋求无刷化的方式。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本实开昭63－156559号公报

专利文献2：日本实开昭63－21472号公报

在相对于整流器的发热而言来自外部的冷却效果较大的情况下，能够使整流器小型化，所以例如在整流器的附近设置安装于转子轴的冷却扇的方法为人们所知(专利文献1)。在该情况下，需要有在转子轴的轴向上安装冷却扇的空间。

另外，已知有在轴向上夹着整流器的保持环地将整流器和冷却扇设置为相对的方法(专利文献2)。在该情况下，由于未采用2个整流器彼此相对那样的构成，因此在设置使用必要台数的整流器的情况下，有配置空间增大等的配置上的影响。

发明内容

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，对于旋转整流器，在抑制配置空间的增大等的影响的同时确保励磁装置的冷却性能。

为了达成上述的目的，本发明的无刷旋转电机具备：主转子，具有：主转子轴，被支承为能够旋转，且在轴向上延伸，以及主转子铁心，固定于该主转子轴的径向外侧，且在轴向上延伸；主定子，具有：主定子铁心，配置于上述主转子铁心的径向外侧，且在轴向上延伸；以及主定子线圈，卷绕于该主定子铁心；励磁装置，具备：励磁装置转子轴，与上述主转子轴的轴向端部结合，且在轴向上延伸；旋转整流器，与上述励磁装置转子轴一起旋转；以及励磁器，上述励磁器具有：励磁器转子，与上述励磁装置转子轴一起旋转；以及励磁器定子，以与上述励磁器转子对置的方式配置于上述励磁器转子的径向外侧，并固定支承于上述励磁器转子的径向外侧；框架，收纳上述主转子铁心及上述主定子；冷却器，将冷却用气体作为管外被冷却侧流体进行冷却，该冷却用气体对上述框架内的上述主定子及上述主转子铁心进行冷却；冷却器罩，安装于上述框架的上部并与上述框架一起构成封闭空间，内置上述冷却器，并通过用于从上述框架内流入的冷却器入口开口和用于向上述框架内流出的冷却器出口开口而与上述框架连通；励磁装置罩，内置上述励磁装置，与上述冷却器罩及上述框架连通；以及内扇，安装于上述主转子轴，使上述冷却用气体在上述封闭空间内循环，该无刷旋转电机的特征在于，在上述旋转整流器的径向外表面，沿着周向连续地形成有多个倾斜部，上述多个倾斜部对上述励磁装置罩内的上述冷却用气体进行搅拌。

发明效果

根据本发明，在具有旋转整流器的无刷旋转电机中，对于旋转整流器，能够在抑制配置空间的增大等的影响的同时确保励磁装置的冷却性能。

附图说明

图1是第1实施方式的无刷旋转电机的纵剖视图。

图2是图1的II－II线向视的四分之一横剖视图。

图3是第1实施方式的无刷旋转电机中的旋转整流器的环状部件的立体图。

图4是第2实施方式的无刷旋转电机中的旋转整流器的环状部件的立体图。

符号说明

10…主转子，11…主转子轴，11a…励磁装置转子轴，12…主转子铁心，15…内扇，20…主定子，21…主定子铁心，22…主定子线圈，41…连结侧轴承，42…励磁器侧轴承，51…框架，51a…冷却器入口开口，51b…冷却器出口开口，51c、51d…隔板，52…连结侧轴承托架，53…励磁器侧轴承托架，61…冷却器，62…冷却器罩，63…励磁装置罩，64…励磁装置入口管，64a…励磁装置入口开口，65…励磁装置出口管，65a…励磁装置出口开口，70…封闭空间，71…框架中央部，72…风扇出口部，73…冷却器罩部，74…框架入口部，75…励磁装置罩部，100…励磁装置，110…旋转整流器，111…整流元件，112…散热部，113…连接部，114…紧固部，115…支承部件，115a…支承部件开口，116…环状部件，117…中央部，118…搅拌部，118a…倾斜部，119…环状部件，119a…倾斜部，120…励磁器，121…励磁器转子，122…励磁器定子，200…无刷旋转电机

具体实施方式

以下，参照附图，对本发明的实施方式的无刷旋转电机进行说明。这里，对彼此相同或类似的部分，赋予共同的符号，重复说明予以省略。

[第1实施方式]

图1是第1实施方式的无刷旋转电机的纵剖视图。无刷旋转电机200具有主转子10、主定子20、连结侧轴承41、励磁器侧轴承42、励磁装置100及冷却器61。

主转子10具有主转子轴11及安装于主转子轴11的径向的主转子铁心12。主转子轴11在轴向上水平地延伸，并通过连结侧轴承41及励磁器侧轴承42被支承为能够旋转。

主转子铁心12由铁磁体制造且在中央具有开口的圆板状的钢板在轴向上层叠而成的层叠构造。在主转子铁心12上设置有未图示的励磁线圈。在主转子轴11上安装有内扇15。

主定子20是设置于主转子10的径向外侧并在轴向上延伸的圆筒状。主定子20具有主定子铁心21及主定子线圈22。主定子铁心21由铁磁体制造且是在中央具有开口的圆板状的钢板在轴向上层叠而成的层叠构造。在与主转子铁心12的径向外侧对置的主定子铁心21的内侧，在周向上彼此隔开间隔地形成有在轴向上延伸的未图示的槽。在各个槽内及主定子铁心21的轴向的两外侧，设置有主定子线圈22。

在主转子铁心12及主定子20的径向外侧设置有框架51。在框架51的轴向的两端，安装有连结侧轴承托架52及励磁器侧轴承托架53。连结侧轴承托架52固定支承连结侧轴承41，励磁器侧轴承托架53固定支承励磁器侧轴承42。

在框架51的上部设置有冷却器罩62。冷却器罩62收纳冷却器61。冷却器61具有未图示的冷却管，通过冷却管内的例如冷却水或者空气等的冷却介质，将在冷却管的外侧流动的冷却用气体冷却。

框架51与冷却器罩62通过冷却器入口开口51a及冷却器出口开口51b而连通。冷却器入口开口51a形成在内扇15的上方。另外，冷却器出口开口51b以在轴向上夹着主定子20的方式与冷却器入口开口51a形成于相反侧。

在框架51内设置有形成有圆形的开口的隔板51c、51d。隔板51c设置于主定子铁心21的连结侧轴承41方向的外侧。隔板51d设置于主定子铁心21的励磁器侧轴承42方向的外侧。

在主转子轴11的通过励磁器侧轴承42支承的部分的延长部分，连接有励磁装置转子轴11a。另外，在本第1实施方式中示出了励磁装置转子轴11a与主转子轴11是不同部件的情况，但也可以是主转子轴11与励磁装置转子轴11a为一体，且主转子轴11的延长部分形成励磁装置转子轴11a。

励磁装置100具有励磁器120及旋转整流器110。励磁器120具有：具有励磁器转子线圈(未图示)的励磁器转子121及励磁器定子122。励磁器转子121及旋转整流器110被安装于励磁装置转子轴11a，并与励磁装置转子轴11a一起旋转。

励磁器定子122被设置为在励磁器转子121的半径方向外侧与励磁器转子121对置，且为环状，并从外部被静止支承。从电源(未图示)对励磁器定子122的未图示的线圈供给直流电力。另外，励磁器定子122不限定于使用基于线圈的电磁铁的情况。例如，在无刷旋转电机200的励磁电流即主转子10的线圈中流动的电流的控制并不必要的情况下，可以是永久磁铁的情况。

励磁装置100被励磁装置罩63覆盖。励磁装置罩63的冷却用气体的入口即励磁装置入口开口64a经由励磁装置入口管64而与冷却器罩62内连通。另外，励磁装置罩63的冷却用气体的出口即励磁装置出口开口65a，经由励磁装置出口管65而与框架51内连通。

框架51、连结侧轴承托架52、励磁器侧轴承托架53、冷却器罩62及励磁装置罩63，彼此相结合而形成封闭空间70。在封闭空间70内，内置有例如空气等的冷却用气体。

封闭空间70具有框架中央部71、风扇出口部72、冷却器罩部73、框架入口部74及励磁装置罩部75。框架中央部71是被隔板51c和隔板51d所夹着的区域，在其内部设置有主转子铁心12及主定子20。风扇出口部72是内扇15及隔板51c与连结侧轴承41之间的部分。冷却器罩部73是冷却器罩62内的部分。框架入口部74是励磁器侧轴承42与隔板51d之间的部分。励磁装置罩部75是励磁装置罩63内的部分。

图2是图1的II－II线向视的四分之一横剖视图。在励磁装置转子轴11a上，安装有也被称为保持环的支承部件115。支承部件115是在中央形成有贯通孔并在与轴垂直的方向上延展的圆板状。在支承部件115上，在周向上互相隔开间隔地形成有支承部件开口115a。

在支承部件115上，在周向上互相隔开间隔地设置有多个旋转整流器110。各个旋转整流器110具有整流元件111、散热部112、连接部113及紧固部114。每2个旋转整流器110分别在轴向上夹着支承部件115而配置。散热部112配置于旋转整流器110上的最靠径向外侧，并在轴向上贯通支承部件115。夹着支承部件115而彼此相邻的2个旋转整流器110，共享同一个散热部112，整流元件111在支承部件115的轴向两侧与散热部112连接。

在散热部112的径向内侧的与支承部件开口115a对置的位置，配置有整流元件111。整流元件111产生的热传递到散热部112，并从散热部112的表面向冷却用气体传递并扩散。在旋转整流器110上最靠径向内侧配置有紧固部114，连接部113将紧固部114与整流元件111之间连接。

在圆板上的支承部件115的径向的端部，以包围支承部件115的方式安装有形成为环状的环状部件116。在旋转整流器110的径向表面、详细地说为环状部件116的径向外侧表面，连续地形成有多个倾斜部118a(图3)。

图3是无刷旋转电机中的旋转整流器的环状部件的立体图。环状部件116为环状，且在轴向上延展。环状部件116在轴向上具有中央部117及在轴向上夹着中央部117的2个搅拌部118这3个部分。在各搅拌部118，遍及周向地连续形成有多个倾斜部118a。在周向上彼此相邻的倾斜部118a之间，在径向上具有阶差(日文原文：段差)。旋转整流器110的旋转方向如图2及图3的箭头A所示那样，是倾斜部118a上的相对于周向角度的变化而直径变大一侧的周向。

在如以上那样构成的本实施方式中，无刷旋转电机200运转过程中，主转子轴11旋转。其结果，内扇15旋转，而驱动封闭空间70内的冷却用气体。冷却用气体在封闭空间70内的各部分循环。即，从框架中央部71起被内扇15驱动，而向风扇出口部72流出，并经由冷却器入口开口51a而流入到冷却器罩部73。在冷却器罩部73内的冷却器61中被冷却后，经由冷却器出口开口51b而流入到框架入口部74，并且流入到框架中央部71。

另外，与从冷却器罩部73向框架入口部74的流路并行地、存在经由励磁装置罩部75的流路。即，在冷却器罩部73内的冷却器61中被冷却后，在励磁装置入口管64中通过后流入到励磁装置罩部75，进而经由励磁装置出口管65而流入到框架入口部74。

励磁装置罩部75的冷却用气体，将励磁装置100冷却。设置有对励磁装置罩部75的励磁装置入口管64的出口即励磁装置入口开口64a的位置、与设置有从励磁装置罩部75起的励磁装置出口管65的入口即励磁装置出口开口65a的位置，在图1中以比较接近的状态示出。但是，期望的是，励磁装置入口开口64a与励磁装置出口开口65a，彼此夹着励磁装置100地位于例如相反侧。即，期望的是，流入到励磁装置罩部75的冷却用气体的总量有助于励磁装置100的冷却。

但是，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，未必位于彼此相反侧。另外，即使位于相反侧，通常来说，在励磁装置罩部75通过的冷却用气体的总量也不是一定有助于励磁装置罩部75内的励磁装置100的冷却。

在本实施方式中，在旋转整流器110的环状部件116上形成有倾斜部118a，所以励磁装置罩部75内的冷却用气体被搅拌。其结果，励磁装置罩部75内的冷却用气体的温度被均匀化，旋转整流器110等局部地达到高温的部分的温度降低。

如以上那样，在本实施方式中，在具有旋转整流器110的无刷旋转电机200中，关于旋转整流器110，能够在抑制对配置的影响的同时确保励磁装置的冷却性能。

[第2实施方式]

本实施方式是第1实施方式的变形。在本第2实施方式中，在环状部件119上，遍及径向外表面的整体地、在周向上连续地形成有多个倾斜部119a。

另外，各个倾斜部119a，周向的形状在轴向上变化。即，倾斜部119a的棱线形成为相对于轴向具有角度。

因此，伴随着旋转整流器110的旋转，在环状部件的表面，产生在轴向上驱动冷却用气体的风扇效果。这样，在本实施方式中，除了基于搅拌效果的励磁装置罩部75内的冷却用气体的温度均匀化的效果以外，还获得了使向励磁装置罩部75侧流入的冷却用气体增加的效果。

[其他的实施方式]

以上，对本发明的实施方式进行了说明，但实施方式是作为例子提示的，意图不是限定发明的范围。

并且，这些实施方式能够以其他的各种各样的方式实施，在不脱离发明的主旨的范围内，能够进行各种省略、置换、变更。

这些实施方式及其变形包含在发明的范围及主旨中，同样地包含在权利要求书记载的发明及其等同的范围中。

Claims

1.一种无刷旋转电机，具备：

主转子，具有：主转子轴，被支承为能够旋转，且在轴向上延伸，以及主转子铁芯，固定于该主转子轴的径向外侧，且在轴向上延伸；

主定子，具有：主定子铁芯，配置于上述主转子铁芯的径向外侧，且在轴向上延伸；以及主定子线圈，卷绕于该主定子铁芯；

励磁装置，具备：励磁装置转子轴，与上述主转子轴的轴向端部结合，且在轴向上延伸；旋转整流器，与上述励磁装置转子轴一起旋转；以及励磁器，上述励磁器具有：励磁器转子，与上述励磁装置转子轴一起旋转；以及励磁器定子，以与上述励磁器转子对置的方式配置于上述励磁器转子的径向外侧，并固定支承于上述励磁器转子的径向外侧；

框架，收纳上述主转子铁芯及上述主定子；

冷却器，将冷却用气体作为管外被冷却侧流体进行冷却，该冷却用气体对上述框架内的上述主定子及上述主转子铁芯进行冷却；

冷却器罩，安装于上述框架的上部并与上述框架一起构成封闭空间，内置上述冷却器，并通过用于从上述框架内流入的冷却器入口开口和用于向上述框架内流出的冷却器出口开口而与上述框架连通；

励磁装置罩，内置上述励磁装置，与上述冷却器罩及上述框架连通；以及

内扇，安装于上述主转子轴，使上述冷却用气体在上述封闭空间内循环，

该无刷旋转电机的特征在于，

在上述旋转整流器的环状部件的径向外表面，沿着周向连续地形成有多个倾斜部，上述多个倾斜部对上述励磁装置罩内的上述冷却用气体进行搅拌，上述多个倾斜部相对于该环状部件的径向而倾斜，

上述倾斜部具有第1面和第2面，上述第1面与上述第2面连续，上述第2面与相邻的上述倾斜部的第1面连续，上述第1面与上述第2面的连接线形成为相对于轴向具有角度。

2.如权利要求1所述的无刷旋转电机，其特征在于，

上述旋转整流器具有：

圆板状的支承部件，安装于上述励磁装置转子轴且在径向上延展，对整流元件进行支承；以及

上述环状部件，设置于上述支承部件的径向外侧，在径向表面连续地形成有上述倾斜部。

3.如权利要求1或2所述的无刷旋转电机，其特征在于，

在周向上彼此相邻的上述倾斜部之间，在径向上具有阶差。