旋转电机 |
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| 申请号 | CN201180072692.5 | 申请日 | 2011-11-09 | 公开(公告)号 | CN103733484B | 公开(公告)日 | 2016-03-02 |
| 申请人 | 三菱电机株式会社; | 发明人 | 白形雄二; 中岛泰; 藤田畅彦; | ||||
| 摘要 | 本 发明 所涉及的旋转 电机 具有：壳体，该壳体由前侧 外壳 和后侧外壳构成； 转子 ，该转子包括配置于壳体内的励磁绕组； 定子 ，该定子包括配置于壳体内部的定子绕组；控制部，该控制部包括用于对控制 电路 和励磁绕组提供 电流 的励磁电路部；功率电路部，该功率电路部 对流 过定子绕组中的定子电流进行控制； 散热 器，该 散热器 的配置用于对控制部和功率电路部进行冷却；第1防 水 部，该第1防水部对功率电路部和励磁电路部的 信号 端子 进行防水；第2防水部，该第2防水部形成有使控制部和功率电路部的局部露出的贯通孔，且对控制部、功率电路部和散热器部进行防水；以及绝缘部，该绝缘部配置于第2防水部的贯通孔中，且使控制部、功率电路部与散热器之间绝缘。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种旋转电机，其特征在于，具有： |
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| 说明书全文 | 旋转电机技术领域背景技术[0002] 在专利文献1中记载了如下结构：即，对应用于旋转电机中的功率电路部的各相分别进行模块化，使各个模块的底面与散热器相接合，各个接合面是平坦的、且由一块金属板构成，各个模块的底面与散热器为非绝缘且未在背面与散热器之间进行防水处理。 [0003] 在专利文献2中记载了如下结构：即，由模制密封型模块来构成功率电路部，用绝缘性粘接剂将多个模块固定到圆盘形的散热器上，且用密封树脂对散热器上所有的模块进行灌封。 [0004] 现有技术文献 [0005] 专利文献 [0006] 专利文献1：日本专利特表2008－543266号公报 [0007] 专利文献2：日本专利特开2011－147319号公报 发明内容[0008] 发明所要解决的技术问题 [0009] 在上述的现有旋转电机中，若对安装于散热器上的所有功率电路部一并进行树脂密封以进行信号端子与散热器之间的防水、以及模块背面和散热器之间的防水，则由于密封树脂、开关元件、电线、焊锡等材料中线膨胀率不同，导致较易在各个部分产生因温度的变化而生成的热应力。因此，为了长期地提高可靠性，需要对密封树脂的线膨胀率进行校对等大量工作。由于增大所使用的树脂的量，导致整体的重量增加、成本提高。而且，操作性也变差。 [0010] 本发明是为了解决上述问题而设计的，其目的在于提供一种具有能够确保防水结构且能够减少密封树脂的结构的旋转电机。 [0011] 解决技术问题所采用的技术方案 [0012] 本发明所涉及的旋转电机具有：壳体，该壳体由前侧外壳和后侧外壳构成；转子，该转子包括配置于所述壳体内的励磁绕组；定子，该定子包括配置于所述壳体内的定子绕组；控制部，该控制部包括用于对控制电路和所述励磁绕组提供电流的励磁电路部；功率电路部，该功率电路部对流过所述定子绕组中的定子电流进行控制；散热器，该散热器用于对所述控制部和所述功率电路部进行冷却；第1防水部，该第1防水部对所述功率电路部和所述励磁电路部的信号端子进行防水；第2防水部，该第2防水部形成有使所述控制部和所述功率电路部的局部露出的贯通孔，且对所述控制部、所述功率电路部和所述散热器进行防水；以及绝缘部，该绝缘部配置于所述第2防水部的贯通孔中，且使所述控制部与所述散热器之间、所述功率电路部与所述散热器之间实现绝缘。 [0013] 发明效果 [0014] 根据本发明所涉及的旋转电机，无需对整体进行树脂密封，通过在信号端子、模块背面和散热器之间分别设置防水部，能够省去密封树脂，由于能够减小功率电路部的重量、且能够省去进行树脂密封的工序，因此能够降低成本。另外，通过省去树脂密封，能够得到利用温度循环来减少施加到模块上的热应力所带来的影响的旋转电机。附图说明 [0015] 图1是表示本发明的实施方式1所涉及的旋转电机的剖视图。 [0016] 图2是表示本发明的实施方式1所涉及的旋转电机中的控制部和功率电路部的展开立体图。 [0017] 图3是表示本发明的实施方式1所涉及的旋转电机中的控制部和功率电路部的俯视图。 [0018] 图4是表示本发明的实施方式1所涉及的旋转电机中的控制部和功率电路部的立体图。 [0019] 图5是表示本发明的实施方式1所涉及的旋转电机中的功率电路部的剖视图。 [0020] 图6是表示本发明的实施方式1所涉及的旋转电机中的控制部的剖视图。 [0021] 图7是表示本发明的实施方式2所涉及的旋转电机中的功率电路部的剖视图。 [0022] 图8是表示本发明的实施方式3所涉及的旋转电机中的功率电路部的剖视图。 [0023] 图9是表示本发明的实施方式4所涉及的旋转电机中的功率电路部的剖视图。 [0024] 图10是表示本发明的实施方式5所涉及的旋转电机中的功率电路部的一个相的展开立体图。 具体实施方式[0025] 实施方式1 [0026] 下面，基于图1至图5，对本发明的实施方式1进行说明，但在各图中，对相同或相应构件、部位标注相同标号来进行说明。图1是表示本发明的实施方式1所涉及的旋转电机的剖视图。图2是表示本发明的实施方式1所涉及的旋转电机中的控制部和功率电路部的展开立体图。图3是表示本发明的实施方式1所涉及的旋转电机中的控制部和功率电路部的俯视图。图4是表示本发明的实施方式1所涉及的旋转电机中的控制部和功率电路部的立体图。图5是表示本发明的实施方式1所涉及的旋转电机中的功率电路部的剖视图、即图4中的A部的剖视图。图6是表示本发明的实施方式1所涉及的旋转电机中的控制部的剖视图。 [0027] 在图1中，该实施方式1中的旋转电机1具有：壳体4，该壳体4由例如铝制的前侧外壳2和后侧外壳3构成；轴6，该轴6设置于该壳体4内部，且在该轴6的一个端部安装有滑轮5；转子7，该转子7安装于该轴6；前侧风扇8，该前侧风扇8为了在该转子7的前侧外壳2一侧产生冷却风而设置、且由例如离心风扇构成；后侧风扇9，该后侧风扇9为了在转子7的后侧壳体3一侧产生冷却风而设置、且由例如离心风扇构成；定子10，该定子10在壳体4内的内壁侧被固定于前侧外壳2和后侧外壳3上；滑环11，该滑环11固定于轴6的另一个端部且用于向转子7提供励磁电流；一对电刷12，该一对电刷12在该滑环11上滑动；以及电刷架13，该电刷架13固定于后侧外壳3一侧且收纳有电刷12。 [0029] 转子7包括励磁绕组14，该励磁绕组14通过卷绕导线而形成，且该励磁绕组14中流过电流以产生磁通；以及励磁铁心15，该励磁铁心15以覆盖该励磁绕组14的方式进行设置，且通过该磁通来形成磁极。 [0030] 励磁铁心15由交替地咬合的一对第1磁极铁芯体16和第2磁极铁芯体17构成。第1磁极铁芯体16和第2磁极铁芯体17为铁制的，且分别具有爪形的爪形磁极18、19。 配置相邻的各个爪形磁极18、19，以使在两个爪形磁极之间不会泄漏磁通，并使该爪形磁极 18、19成为用于冷却励磁绕组14的冷却风通路，且使得形成某个固定的磁极间间隙。 [0031] 定子10具有：定子铁芯20；以及将导线卷绕于该定子铁心20的槽(未图示)、且通过励磁绕组14的磁通伴随转子7的旋转所产生的变化而生成交流的定子绕组21。该定子绕组21由对例如3个绕组部(未图示)进行3相Y形联接或者3相△形结线后得到的3相交流绕组来构成。 [0032] 旋转变压器(英语：resolver)22安装于轴6的电刷架13一侧。旋转电机1的后侧安装有盖板23，从而覆盖后述的控制部30、功率电路部40等以对它们进行保护。 [0033] 在旋转电机1的例如电刷架13的侧部具有用于控制励磁电路部和开关电路的控制部30。根据来自控制部30的指令对励磁电流进行调整，封装成1个并安装于旋转电机1中。 [0034] 具备用于在驱动时提供定子电流以及在发电时对定子电流进行整流的开关元件，以作为将一个相位的开关元件和周边电路合而为一的功率电路部40，如图2和图3所示，以设置三相间隔来进行配置。 [0035] 利用例如一块圆盘形的第2防水部24，在控制部30及功率电流部40、与散热器25之间进行防水，其中，该控制部30包括于用于对控制电路和励磁绕组14提供电流的励磁电路部，该功率电流部40输出流过定子绕组21的定子电流。再者，在第2防水部24的背面配置有例如一块圆盘形的散热器25，以用于对控制部30和功率电路部40进行冷却。在散热器25的控制部30以及功率电路部40的位置上分别配置多个散热片251。 [0036] 另外，控制部30及功率电路部40等控制设备元器件如图2的展开立体图所示的那样，散热器25上安装有第2防水部24，在第2防水部24的控制部30及功率电路部40的位置上分别形成有贯通孔24a。而且，在第2防水部24的各个贯通孔24a中分别收纳有例如在两个面上都配置有油脂37的绝缘部36。功率电路部40、控制部30如图2所示，分别由一个模块来构成。 [0037] 在第2防水部24的贯通孔24a的周边部分别配置有控制部30和功率电路部40。利用盖体32、35将控制部30和功率电路部40封闭。 [0038] 而且，安装有功率电路部40、对励磁电路部的信号端子进行防水的第1防水部34、以及布线构件31。布线构件31上形成有对密封件33进行收纳的收纳孔31a。 [0039] 接着，功率电路部40的模块结构如图5所示，利用对金属框38进行插入成型后得到的树脂壳体41，在树脂壳体41内的金属框38上利用焊锡或树脂等来接合用于向定子绕组21中提供电流的功率电路用半导体开关元件(MOSFET/IGBT等)42。 [0041] 通过在树脂壳体41上利用液体填料等来接合盖体35，从而构成为防水结构。为了提高耐震性和防水、可靠性，也可以利用树脂等对树脂壳体41内进行灌封。 [0042] 第2防水部24的贯通孔24a周边部对树脂壳体41和散热器25部进行防水。图中示出一个示例，在配置于第2防水部24的贯通孔24a内的绝缘部36和第2防水部24之间，设置有间隙G。 [0043] 控制部30也同样如图6所示，利用对金属框38进行插入成型而得到的树脂壳体43，在树脂壳体43内的金属框38上接合用于向励磁绕组14提供电流的励磁用半导体开关元件44以及电容器等电子元器件，而且还安装了组装有控制电路的第2防水部24。通过利用液体填料等将盖体32与树脂壳体43接合，从而得到防水结构。也可以利用密封树脂等对树脂壳体43内进行灌封。 [0044] 第2防水部24的贯通孔24a周边部构成为对树脂壳体43和散热器25部进行防水的第2防水部24。图中示出一个示例，在配置于第2防水部24的贯通孔24a内的绝缘部36和第2防水部24之间，设置有间隙G。 [0045] 功率电路部40中，为了提高散热性而使金属框38从树脂壳体41底面的贯通孔24a部露出，且分别具有P、N、AC等的电位。控制部30中也同样，使具有电位的金属框38从树脂壳体43底面露出。 [0046] 上述实施方式涉及在功率电路部40、控制部30中使用树脂壳体41、43的情况，但是也可以使用模制树脂密封型的模块。 [0047] 金属框38可以使用导热性和导电性良好的金属、例如导热性较好的铜或铜合金。 [0048] 功率电路部40、控制部30的信号端子利用焊锡、激光、熔接、压接等与布线构件31相接合。 [0049] 功率电路部40、控制部30安装于圆盘形的散热器25上。如图5和图6所示，由于金属框38从树脂壳体41、43底面的贯通孔24a部露出，因此需要与散热器25之间进行绝缘。 [0050] 因而，隔着在绝缘片、陶瓷等的绝缘物的两个面上涂布有油脂37的绝缘部36，在散热器25上进行配置。由于绝缘部36也兼顾散热，因此必须使用导热率较高的绝缘材料，或者必须降低涂布在绝缘部36和模块、散热器25之间的油脂37的厚度。 [0051] 关于绝缘耐压，由于低耐压系统中确保规定的绝缘耐压的爬电距离较短，因此允许绝缘物的厚度较薄，另外，通过紧固对树脂壳体41、43进行固定的螺钉，能够使所涂敷的油脂37的厚度变薄以降低热阻。 [0052] 另外，代替油脂37，也可使用具有散热性的粘接剂等。 [0053] 将绝缘部36和第2防水部24配置成与散热器25相同的平面形，在绝缘部36的外周隔着间隙G具有第2防水部24，功率电路部40、控制部30的树脂壳体41、43构成为隔着第2防水部24且利用螺钉等固定于散热器25、并按压第2防水部24的结构。 [0054] 即使第2防水部24和绝缘部36之间几乎没有间隙，也能够进行制造，但通过设置间隙G，能够确保油脂37的排斥空间(rejection space)，并且能够根据溢出的油脂37的量来获得爬电距离。 [0055] 散热器25具有圆盘形的形状，在安装于同一面上的功率电路部40、控制部30各自的背面侧分别设置冷却用的散热片251。通过将散热器25形成为圆盘形，能够有效地使用后侧外壳3的盖板23内的配置空间，能够使散热器25的尺寸达到最大值，能够确保功率电路部40、控制部30的设置空间和散热片的面积。 [0056] 由于旋转电机1的基本结构要素进行旋转运动，因此通过将该旋转电机形成为圆筒形，能够使其体积最小。为了将车室扩大至最大限度，使汽车的引擎舱(英语：engine room)紧凑，另外，从完全性的观点来看，要求安装于引擎舱的引擎和旋转电机实现小型化。 [0057] 因此，为了满足上述条件，将功率电路部40构成为圆形、且集中配置在控制装置一体型的旋转电机1的圆筒顶部是很重要的。即，特别在为了实现产品的小型化的情况下，有效地将功率电路部40配置在圆板上有限的空间中是很重要的。 [0058] 通过上述这样在配置上所下的工夫，在不对旋转电机1的功率电路部40、控制部30一并用树脂进行密封的情况下就能实现防水，因此，能够减少灌封的区域，能够降低施加到半导体开关元件及其接合部等的热应力，能够实现轻量化，而且实现了能进一步降低成本的结构。 [0059] 在功率电路部40的模块底面，金属框38的整个底面或局部底面从树脂壳体41露出。 [0060] 功率电路部40的模块底面与散热器25之间必须绝缘。例如在用于汽车的情况下，由于不需要100V以上的电压，因此，只要有20μm左右即可，即使在混入了导电性的杂质的情况下，也必须确保绝缘。因此，通过利用使用了绝缘片或陶瓷等绝缘材料的绝缘部36，能够确保所需最低限度的耐压。 [0061] 另外，在绝缘部36的上下涂敷油脂37，以降低热阻。由于利用螺钉等将功率电路部40的模块固定于散热器25，因此能够通过固定来排斥油脂37。在绝缘部36的外周具有第2防水部24，通过与第2防水部24固定在一起，能够执行防水对策。 [0062] 对于功率电路部40的模块的信号端子，在端子周边安装第1防水部34，在其上方用螺钉将布线构件31固定于散热器25，与此同时进行加压。在接合信号端子和布线构件31之后，利用密封树脂对布线构件31内进行灌封，由此对信号端子周围进行防水对策。 [0063] 另外，通过使油脂37处于功率电路部40的模块和散热器25之间，从而能够缓和从散热器25施加到功率电路部40的模块的热应力。 [0064] 在图2中，散热器25的功率电路部40的模块安装面为平坦的面，但只要是大致能利用第2防水部24和绝缘部36的油脂37进行吸收的凹凸或平面度，即使不切削散热器25的表面，也能够使用。 [0065] 图2示出了将功率电路部40的模块底面、散热器25的安装面同时设为平板的情况，但是也可以是如下述那样均不是平板的情况。 [0066] 控制部30的模块底面中，金属框38的整个底面或者部分底面也从树脂壳体43露出，与功率电路部40相同，控制部30的模块底面与散热器25之间必须绝缘，通过构成为与上述的功率电路部40相同的结构，起到相同的效果。 [0067] 由此，作为功率电路部40、控制部30的模块的绝缘、防水对策，通过使用第1防水部34、第2防水部24、绝缘部36，则无需对功率电路部40、控制部30的整个模块进行树脂密封，就成为模块单元，因而能够降低来自密封树脂的热应力。 [0068] 另外，由于减少了所使用的树脂量，因此能够降低重量、降低成本。而且，通过省去树脂密封，能够利用温度循环来减小施加到功率电路部40、控制部30的模块的热应力的影响。 [0069] 由于在功率电路部40、控制部30的模块和散热器25之间无需用粘接剂等进行固定，因此，在温度循环时，能够缓和从散热器25所施加的热应力的影响。通过设置绝缘物，从而即使混入了杂质，也能够确保绝缘。 [0070] 实施方式2 [0071] 基于图7说明本发明的实施方式2。图7是表示本发明的实施方式2所涉及的旋转电机中的功率电路部的剖视图。 [0072] 如图7所示，即使在具有阶差的结构的情况下，也能够构成散热器25，该阶差因在功率电路部40、控制部30的树脂壳体41、43底面侧分别设置有凸形部252而产生。 [0073] 利用设置于散热器25的凸形部252，能够增大绝缘部36与第2防水部24之间的间隙G的容积，进一步确保排斥油脂37的空间，从而能够进一步增大与散热器25之间的爬电距离。 [0074] 由此，作为功率电路部40、控制部30的模块的绝缘、防水对策，通过使用第1防水部34、第2防水部24、绝缘部36，则无需对功率电路部40、控制部30的整个模块进行树脂密封，就成为了模块单元，因而能够降低来自密封树脂的热应力。另外，由于减少了所使用的树脂量，因此能够降低重量、降低成本。 [0075] 实施方式3 [0076] 基于图8说明本发明的实施方式3。图8是表示本发明的实施方式3所涉及的旋转电机中的功率电路部的剖视图。 [0077] 如图8所示，在散热器25上设置有凸形部252，功率电路部40、控制部30的树脂壳体41、43底面侧为凹形形状，在此情况下，由于能够伸长绝缘距离，且能够使从功率电路部40、控制部30的树脂壳体41、43到散热器25为止的结构接近迷宫结构，由此能实现防水对策。 [0078] 由此，作为功率电路部40、控制部30的模块的绝缘、防水对策，通过使用第1防水部34、第2防水部24、绝缘部36，则无需对功率电路部40、控制部30的整个模块进行树脂密封，就成为了模块单元，因而能够降低来自密封树脂的热应力。另外，由于减少了所使用的树脂量，因此能够降低重量、降低成本。 [0079] 实施方式4 [0080] 基于图9说明本发明的实施方式4。图9是表示本发明的实施方式4所涉及的旋转电机中的功率电路部的剖视图。 [0081] 在上述实施方式1中，为了实现功率电路部40、控制部30的模块底面与散热器25之间的绝缘而使用了绝缘部36，如图9所示，也可以通过将第2防水部24和绝缘部36形成为一体来实现绝缘。 [0082] 通过使第2防水部24兼用作绝缘部36，能够使用相同的构件，因此，能够减少元器件的数量，且能够减少制造时的工作时间。 [0083] 通过在散热器25的功率电路部40、控制部30安装位置设置凸形部252，能够使第2防水部24变薄，因而能够降低热阻。 [0084] 第2防水部24使用导热性良好的材料。 [0085] 根据本实施方式4，通过将第2防水部24兼用作为绝缘部36，在兼具防水性能的情况下，能够减少元器件数量，且能够提高制造时的组装性并减少工作时间。 [0086] 实施方式5 [0087] 基于图10说明本发明的实施方式5。图10是表示本发明的实施方式5所涉及的旋转电机中的功率电路部的一个相的展开立体图。 [0088] 在上述实施方式1中，散热器25为圆盘形且是形成为一体的构件，但是也能够将功率电路部40和控制部30分割开来。 [0089] 如图10所示，通过分开构成散热器25，使得包括散热器25的每个模块的尺寸变小且因温度变化而发生的形状变化也变小，因此能够降低施加到功率电路部40和控制部30的热应力。 [0090] 由于散热器25的尺寸与圆盘形相比有所变小，因此能够降低因提高平面度、或生产性而产生的成本。 [0091] 根据实施方式5，由于分开构成散热器25，因此能够减小因热应力而引起的形变量，能够降低因提高生产性而产生的成本。 [0092] 此外，本发明在其发明的范围内能够自由组合各实施方式，对各实施方式进行适当的变形和省略。 [0093] 工业上的实用性 [0094] 本发明适用于确保防水结构、且能够减少密封树脂的结构的旋转电机。 |
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