无刷旋转电机的制作方法

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(定子绕组)，在转子侧设置励磁绕组。对在转子设置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来供给。该电刷需要保养及更换。因此，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，因此在此前的空间体积中，需要减少整流器的设置台数，而有产生了需要增加每1台的负载等的影响。或者，需要增大空间体积，而有引起旋转电机的尺寸的增大的影响。

技术实现要素：

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，在抑制配置上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，具有在轴向上延伸的主转子轴、及安装于上述主转子轴的径向外侧的主转子铁心；主定子，具有配置于上述主转子铁心的径向外侧的圆筒状的主定子铁心及卷绕于上述主定子铁心的主定子线圈；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，并在轴向上延伸；旋转整流器，与上述励磁装置转子轴一起旋转；励磁器，具有励磁器转子及励磁器定子，该励磁器转子与上述励磁装置转子轴一起旋转，该励磁器定子以与上述励磁器转子对置的方式配置并固定支承于励磁器转子的径向外侧；以及励磁装置内冷却机构，将上述旋转整流器及上述励磁器冷却；框架，收纳上述主转子铁心及上述主定子；冷却器，将用于将上述框架内的上述主定子及上述主转子铁心冷却的冷却用气体冷却；冷却器罩，安装于上述框架并与上述框架一起构成闭空间，收纳上述冷却器，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；以及励磁装置罩，收纳上述励磁装置，并与上述冷却器罩及上述框架连通，该无刷旋转电机的特征在于，上述旋转整流器具有：与上述励磁装置转子轴的旋转轴垂直地配置的圆板部及形成于上述圆板部的径向外侧的外侧环状部，上述励磁装置内冷却机构具有：多个外侧环状部通路，在上述旋转整流器的上述外侧环状部形成为沿径向贯通；以及通风驱动部，配置于上述外侧环状部通路内，能够转变为驱动与上述旋转整流器的旋转方向对应的上述冷却用气体的状态。

发明的效果

根据本发明，在具有旋转整流器的无刷旋转电机中，能够确保励磁装置的冷却性能。

附图说明

图1是表示第1实施方式的无刷旋转电机的构成的纵剖面图。

图2是表示第1实施方式的无刷旋转电机的旋转整流器的构成的图1的ii－ii线向视四分之一剖面图。

图3是表示第1实施方式的无刷旋转电机的旋转整流器的构成的图2的iii－iii线向视剖面图。

图4是表示第1实施方式的无刷旋转电机的旋转整流器的构成的图2的iv－iv线向视主视图。

图5是表示第1实施方式的无刷旋转电机的旋转整流器的外侧环状部的构成的立体图。

图6是说明第1实施方式的无刷旋转电机的旋转整流器的作用的第1局部剖面图。

图7是说明第1实施方式的无刷旋转电机的旋转整流器的作用的第2局部剖面图。

图8是表示第2实施方式的无刷旋转电机的旋转整流器的外侧环状部的构成的立体图。

图9是表示第2实施方式的无刷旋转电机的旋转整流器的翼调整部的构成的局部主视图。

图10是表示第2实施方式的无刷旋转电机的旋转整流器的翼调整部的构成的图9的x－x线向视局部剖面图。

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，附以共同的符号，重复说明予以省略。

[第1实施方式]

图1是表示第1实施方式的无刷旋转电机的构成的纵剖面图。无刷旋转电机300具有主转子10、主定子20、连接侧轴承41、励磁器侧轴承42、冷却器61及励磁装置200。

主转子10具有主转子轴11、及在主转子轴11的径向上安装的主转子铁心12。主转子轴11在轴向上水平地延伸，通过连接侧轴承41及励磁器侧轴承42分别被支承为能够旋转。在主转子轴11上安装有内部风扇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。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。

主转子铁心12及主定子20的外侧，配置有筒状的框架51。在框架51的各端部安装有连接侧轴承托架52及励磁器侧轴承托架53。连接侧轴承41固定支承于连接侧轴承托架52，励磁器侧轴承42固定支承于励磁器侧轴承托架53。

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例如有配置冷却管并使冷却水或者外部气体在冷却管内通过的构成。

框架51与冷却器罩62通过冷却器入口开口51a、冷却器出口开口51b而互相连通。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的连接侧轴承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。

另外，冷却器61在框架51上被安装的部位不限定于框架51的上部。如果冷却器罩62内的空间与框架51内的空间连通，则例如也可以在框架51的侧部。

在主转子轴11的通过励磁器侧轴承42来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是不同的部件的情况，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200具有励磁器210及旋转整流器100。励磁器210具有励磁器转子211及励磁器定子212。励磁器转子211及旋转整流器100被安装于励磁装置转子轴11a，并与励磁装置转子轴11a一起绕主轴旋转。

励磁器定子212为圆筒状，在励磁器转子211的径向外侧设置为其径向的内侧与励磁器转子211对置，并从外部被静止支承。在励磁器定子212上设置有基于线圈的电磁铁，并从未图示的电源被供给直流电力。另外，励磁器定子212不限定于基于线圈的电磁铁。例如，无刷旋转电机300的励磁电流即在主转子10的线圈中流通的电流的控制并不必要的情况下，可以是永久磁铁的情况。

如图1所示，励磁装置200收纳于励磁装置罩63内。在励磁装置罩63与冷却器罩62之间，设置有将励磁装置罩63与冷却器罩62连通的励磁装置入口管64。另外，在励磁装置罩63与励磁器侧轴承托架53之间，设置有将励磁装置罩63与励磁器侧轴承托架53连通的励磁装置出口管65。

框架51、冷却器罩62及励磁装置罩63形成闭空间70。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是被内部风扇及隔板51c和隔板51d夹着的设置有主转子铁心12及主定子20的区域。风扇出口部72是内部风扇15及隔板51c与连接侧轴承41间的部分。框架入口部74是励磁器侧轴承42与隔板51d间的部分。

图2是表示第1实施方式的无刷旋转电机的旋转整流器的构成的图1的ii－ii线向视四分之一剖面图。图3是表示旋转整流器的构成的图2的iii－iii线向视剖面图。

旋转整流器100具有整流器主体110、支承部件120及励磁装置内冷却机构150。

整流器主体110具有整流元件部111、散热部112|、连接部113及紧固部114。整流元件部111经由连接部113而被紧固部114固定。散热部112配置于整流元件部111的径向外侧，将在整流元件部111产生的热扩散。关于励磁装置内冷却机构150，在后面引用图4、图5进行说明。

支承部件120被安装于励磁装置转子轴11a。支承部件120具有：圆板状的圆板部122，中央形成有贯通孔、且在与主轴垂直的方向扩展；形成于圆板部122的径向内侧的内侧环状部121；及形成于径向外侧的外侧环状部123。在圆板部122，在周向上互相隔开间隔地形成有支承部件开口120a。

在支承部件120上，在周向上互相隔开间隔地、通过例如螺栓等的紧固部114而安装有多个整流元件部111。夹着支承部件120而在主轴方向上并排配置的2个整流元件部111和1个散热部112，通过连接部113而连接。散热部112配置于外侧环状部123的径向内侧的支承部件开口120a。

在外侧环状部123形成有多个外侧环状部通路123h，在各个外侧环状部通路123h中设置有通风驱动部130。

图4是表示旋转整流器的构成的图2的iv－iv线向视主视图。另外，图5是表示旋转整流器的外侧环状部的构成的立体图。

在外侧环状部123，在周向上彼此隔开间隔地形成有多个外侧环状部通路123h。外侧环状部通路123h形成于在周向上彼此相邻的散热部112之间。外侧环状部通路123h通过在轴向上互相对置的2个通路周向侧面123b及在周向上互相对置的2个通路径向侧面123a形成。2个通路周向侧面123b都与外侧环状部123的轴向外侧表面平行。另外，2个通路径向侧面123a，随着向径向外侧而彼此的间隔扩展。其结果，外侧环状部通路123h，越在径向外侧，周向的宽度越扩展。

通风驱动部130具有引导翼135、翼板转动支承轴136及2个挡块137a、137b。

引导翼135具有多个翼元件130a，作为翼元件130a，具有内侧翼板131及外侧翼板132。内侧翼板131及外侧翼板132分别为长方形的平板，内侧翼板131的一边与外侧翼板132的一边，通过翼板结合部133被结合为向表侧及里侧的任一方向都能够旋转。内侧翼板131的与外侧翼板132结合的相反一侧的边，与翼板转动支承轴136结合，引导翼135形成为能够绕翼板转动支承轴136旋转。

翼板转动支承轴136在外侧环状部通路123h的周向的中央且在径向的内侧部分沿着轴向而配置。翼板转动支承轴136的两端支承于互相对置的通路周向侧壁123w。

如图5所示，关于多个翼元件130a的每个翼元件130a，具有翼元件配重130b。具体而言，在翼板转动支承轴136的两侧的端部附近，前端设置有内侧翼板配重131a的支承杆131b被安装为向与内侧翼板131相反一侧延伸。另外，在外侧翼板132的两侧的侧部，沿着侧部并夹着翼板结合部133地安装有一直延伸到外侧翼板132的相反侧为止的支承杆132b。在支承杆132b的、外侧翼板132的相反侧的端部，设置有外侧翼板配重132a。另外，在图4中，由于会变得复杂，因此将内侧翼板配重131a、外侧翼板配重132a及支承杆131b、132b的图示省略。

2个挡块137a、137b分别为，两端支承于互相对置的2个通路周向侧壁123w。2个挡块137a、137b配置于在周向上夹着翼板转动支承轴136的两侧，并在径向上配置于比翼板转动支承轴136更靠外侧。

这里，从翼板转动支承轴136到挡块137a、137b为止的距离，分别被设定为比从翼板转动支承轴136到翼板结合部133为止的距离短。因此，在使引导翼135旋转时，挡块137a、137b分别与内侧翼板131接触。

另外，外侧环状部通路123h的尺寸、翼板转动支承轴136及挡块137a、137b的位置等被设定为，在挡块137a、137b与内侧翼板131相接触时，内侧翼板131与外侧翼板132相比，更靠近沿着径向的方向，且内侧翼板131与外侧翼板132所成的变化角θ为正。换言之，构成为，在挡块137a、137b与内侧翼板131接触时，引导翼135向径向外侧凸。

形成于外侧环状部123的多个外侧环状部通路123h及设置于各外侧环状部通路123h的通风驱动部130，构成励磁装置内冷却机构150，该励磁装置内冷却机构150驱动收纳励磁装置200的励磁装置罩63内的空间即励磁装置罩部75内的冷却用气体的流动，而促进励磁装置200的冷却。

接下来，对如以上那样构成的本实施方式的无刷旋转电机的作用进行说明。

无刷旋转电机300运转过程中，主转子轴11旋转。其结果，内部风扇15旋转，驱动闭空间70内的冷却用气体。冷却用气体在闭空间70内的各部分循环。即，从框架中央部71流出到风扇出口部72，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，进而流入到框架中央部71。

另外，在冷却器罩部73内的冷却器61中被冷却的冷却用气体的一部分，在励磁装置入口管64通过后从励磁装置入口开口64a流入到励磁装置罩部75，并在通过了励磁装置200后，从励磁装置出口开口65a经由励磁装置出口管65而流入到框架入口部74。

在本实施方式中，在旋转整流器100的外侧环状部123，在周向上互相隔开间隔地形成有多个外侧环状部通路123h。在各个外侧环状部通路123h，设置有通风驱动部130。

图6是说明第1实施方式的无刷旋转电机的旋转整流器的作用的第1局部剖面图，图7是第2局部剖面图。以下设为，即使在旋转整流器100向任一方向旋转的情况下，即主转子轴11的旋转方向任意的情况下，励磁装置罩部75(图1)中的冷却用气体的流动也不变。作为能够进行这样的设想的情况，有内部风扇15与在以下说明的旋转整流器100的通风驱动部130的作用同样地、相对于任一旋转方向都具有同样的驱动作用的情况。

另外，即使在根据主转子轴11的旋转方向而励磁装置罩部75(图1)中的冷却用气体的流动的方向不同的情况下，旋转整流器100中的冷却用气体的流动也是从径向的内侧向外侧的流动，所以作为冷却能力，没有问题。

在外侧环状部通路123h中，通风驱动部130的引导翼135，相应于主转子轴11的旋转方向，而采取第1状态及第2状态这2个稳定的状态中的某一状态。所谓的稳定的第1状态，如图6所示那样，是内侧翼板131与挡块137a接触，并且外侧翼板132与和挡块137a相同侧的通路径向侧面123a的径向的外侧的端部接触的状态。另外，所谓的稳定的第2状态，如图7所示那样，是内侧翼板131与挡块137b接触，并且外侧翼板132与和挡块137b相同侧的通路径向侧面123a的径向的外侧的端部接触的状态。

例如，在旋转整流器100的旋转方向在图6所示的截面中是如图6的实线箭头a所示那样的逆时针方向的情况下，首先，根据旋转整流器100的旋转的加速度，引导翼135向与旋转方向相反一侧被推压而成为第1状态。另外，在旋转整流器100的旋转过程中，对内侧翼板配重131a及外侧翼板配重132a施加离心力。因此，隔着翼板转动支承轴136而位于内侧翼板配重131a的相反侧的内侧翼板131被挡块137a推压。另外，隔着翼板结合部133而位于外侧翼板配重132a的相反侧的外侧翼板132，被通路径向侧面123a的外侧的端部推压。这样，稳定地维持第1状态。

在旋转整流器100的旋转方向变为相反侧的情况下，接受该切换信号后，引导翼135一并被切换位置，而向第2状态侧转变。作为使得向第2状态的转变成为可能的机构，例如设置将全部的外侧翼板132的径向外侧的端面连接的环状的引线(未图示)，并且设置使该引线在周向上移位的机构，由此能够在第1状态与第2状态之间相互切换。

在引导翼135处于第1状态的情况下，外侧环状部123的径向内侧的冷却用气体沿着内侧翼板131的外侧面(在图6中为左上的面)而流动。将以旋转的旋转整流器100为基准的该流动的速度向量设为向量vi。另外，在从内侧翼板131出来后，冷却用气体沿着外侧翼板132的外侧面而流动。将以旋转的旋转整流器100为基准的该流动的速度向量设为向量vo。

将旋转的旋转整流器100的、以静止侧为基准的径向外侧的周向的速度向量设为向量vh。

在将以静止侧为基准的体系中的、从旋转整流器100流出的冷却用气体的速度向量设为向量vc时，合成向量vc用向量vo与向量vh的向量和来表示。以合成向量vc靠近从旋转整流器100的旋转中心朝向径向外侧的方向的方式，设定内侧翼板131和外侧翼板132的长度、翼板转动支承轴136及挡块137a、137b的位置，由此能够获得与离心风扇同样的性能。因此，若设想如1张平板被安装于翼板转动支承轴并相对于任一旋转方向都具有引导功能那样的构成，则与这样的情况相比，本实施方式中的通风驱动部130能够更有效地驱动冷却用气体。

如以上那样，在本实施方式中，在具有旋转整流器100的无刷旋转电机300中，关于旋转整流器100，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。

另外，在旋转整流器100向任一旋转方向旋转的状况下，都能够有效地驱动冷却用气体。因此，在正转和反转的任一状态下都运转的例如搬送用的旋转电机中，在任一状态下都能够确保励磁装置200的冷却性能。

[第2实施方式]

图8是表示第2实施方式的无刷旋转电机的旋转整流器的外侧环状部的构成的立体图。本第2实施方式是第1实施方式的变形。在本第2实施方式中，旋转整流器100的励磁装置内冷却机构150还具有翼调整部140。关于其他的点，与第1实施方式是同样的。

翼调整部140，主要的部分被安装于外侧环状部123的通路周向侧壁123w，通过变更挡块137a及挡块137b(图6)的位置，来调节引导翼135的姿势、内侧翼板131与外侧翼板132所成的变化角θ。

图9是表示第2实施方式的无刷旋转电机的旋转整流器的翼调整部的构成的局部主视图。另外，图10是表示翼调整部的构成的图9的x－x线向视局部剖面图。

翼调整部140具有在外侧环状部123的通路周向侧壁123w上形成的引导贯通孔141、内侧支承板142及外侧支承板143。内侧支承板142及外侧支承板143分别能够在径向的某范围中移动。另外，关于内侧支承板142及外侧支承板143的径向的驱动部分，省略图示。

在内侧支承板142上，在周向的切线方向上互相隔开间隔地形成有3个切口142a，在外侧支承板143上，在周向的切线方向上互相隔开间隔地形成有3个切口143a。在内侧支承板142最靠径向外侧、且外侧支承板143在径向上最靠内侧时，内侧支承板142和外侧支承板143在径向上最接近或者最贴紧。此时，形成于内侧支承板142的切口142a与形成于外侧支承板143的切口143a，分别对置并形成圆形状的孔的一部分。

在图9中，示出了内侧支承板142最靠径向的外侧，而且外侧支承板143最靠径向外侧的情况。

在外侧环状部123的通路周向侧壁123w上形成的引导贯通孔141，是将上述的圆形状的孔全部覆盖那样的长圆形。

另外，在通路周向侧壁123w上形成的引导贯通孔141各自的位置关系，不限定于周向的切线方向。也可以相对于该切线方向具有倾斜。如果如前所述那样的第1及第2状态能够实现，则例如也可以不是直线性地配置。

在使挡块137a移动到不同的位置的情况下，在使内侧支承板142和外侧支承板143在径向上互相分离后，使它们在引导贯通孔141内沿长度方向移动。在挡块137a来到规定的位置后，使内侧支承板142与外侧支承板143在径向上接近，限制挡块137a的移动。关于挡块137b也是同样的。

另外，内侧支承板142和外侧支承板143，关于各个引导翼135分别各设置有2个，关于旋转整流器100，内侧支承板142和外侧支承板143存在散热部112的数目个组。因此，内侧支承板142的径向的移动，通过在周向上连接的驱动部(未图示)而一并进行。关于外侧支承板143，也是同样的。

另外，关于挡块137a或者挡块137b的移动也是，通过在周向上连接的驱动部(未图示)来一并进行。

如以上那样，在本第2实施方式中，对于通风驱动部130，能够设定多个不同的特性，并从它们之中选择。

[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。例如，在实施方式中，以主转子轴11水平地延伸的水平型的旋转电机的情况为例进行表示，但不限定于此。例如，可以是主转子轴11在铅垂方向上延伸的立式的旋转电机的情况。

另外，作为引导翼135的翼元件130a为2种的情况，以内侧翼板131和外侧翼板132这2张结合的情况为例进行表示，但也可以是3张以上。在该情况下，对它们设置挡块。

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。

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…内部风扇，20…主定子，21…主定子铁心，22…主定子线圈，41…连接侧轴承，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…连接侧轴承托架，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…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…旋转整流器，110…整流器主体，111…整流元件部，112…散热部，113…连接部，114…紧固部，120…支承部件，120a…支承部件开口，121…内侧环状部，122…圆板部，123…外侧环状部，123a…通路径向侧面，123b…通路周向侧面，123h…外侧环状部通路，123w…通路周向侧壁，130…通风驱动部，130a…翼元件，130b…翼元件配重，131…内侧翼板，131a…内侧翼板配重，131b…支承杆，132…外侧翼板，132a…外侧翼板配重，132b…支承杆，133…翼板结合部，135…引导翼，136…翼板转动支承轴，137a、137b…挡块，140…翼调整部，141…引导贯通孔，142…内侧支承板，142a…切口，143…外侧支承板，143a…切口，150…励磁装置内冷却机构，200…励磁装置，210…励磁器，211…励磁器转子，212…励磁器定子，300…无刷旋转电机。