具备包含圆筒线圈的定子的无铁心旋转电力机构及其冷却方法技术

技术编号:21440532 阅读:25 留言:0更新日期:2019-06-26 01:03
本发明专利技术涉及以小型化为目标的高功能的旋转电力机构,挑战因铜损和磁性体所产生的涡电流而引起的发热导致的旋转电力机构内部的温度上升而效率η恶化等难以避免的技术课题。上述技术课题通过如下方式构成而得以解决:使与配备于形成配置圆筒线圈的一个端面的气隙的外侧圆筒空路形成体和内侧圆筒空路形成体的磁铁(4)一起一体化的连结固定于贯穿盖型固定件的驱动轴的帽型安装的转子(3)与固定利用导电性金属片的层叠体结构成型为圆筒形的能够通电的无铁心的圆筒线圈的一个端面,旋转自如地连结于驱动轴的盖型固定件的定子(2)对置,向形成于圆筒线圈的内周面的空隙送入或吸入制冷剂或冷却用空气,将配置于气隙的圆筒线圈的内周面和外周面直接冷却。

Coreless Rotating Power Mechanism with Stator Containing Cylindrical Coil and Its Cooling Method

The invention relates to a high-function rotating power mechanism aiming at miniaturization, which challenges unavoidable technical issues such as temperature rise and efficiency deterioration in the rotating power mechanism caused by heating caused by copper loss and eddy current generated by magnets. The above technical problems can be solved by the following ways: forming a cap-mounted rotor (3) connected with a magnet (4) which integrates an outer cylinder cavity forming body and an inner cylinder cavity forming body equipped with an air gap at one end face of a cylinder coil, and a cap-mounted rotor (3) which is fixed on a driving shaft through a cover-type fixing part, and a laminated structure which fixes a conductive metal sheet. The stator (2) of the cap type fixture connected freely to the drive shaft is rotated at one end of a cylindrical coreless coil, which can be electrified. The refrigerant or cooling air is injected or inhaled into the gap formed on the inner and outer surface of the cylindrical coil, and the inner and outer surface of the cylindrical coil with air gap is directly cooled.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具备包含圆筒线圈的定子的无铁心旋转电力机构及其冷却方法
本专利技术涉及具备包含圆筒线圈的定子的无铁心旋转电力机构及其冷却方法。更具体而言,涉及由包含利用导电性金属片材的层叠体结构而成型为圆筒形的圆筒线圈的定子和夹着圆筒线圈形成气隙的转子构成的无铁心旋转电力机构以及用于将包含该无铁心旋转电力机构的圆筒线圈的气隙冷却的冷却方法。
技术介绍
电动马达是将电能转换成动能的装置。其大致分为DC马达和AC马达,根据定子(Stator)与转子(Rotor)的配置关系分为内转子型和外转子型,此外也分为绕组励磁型和永磁铁型,在任一情况下,均包括利用定子使磁场的方向旋转而对转子带来影响而使转子旋转的所谓的旋转磁场。在由包含圆筒线圈的定子和夹着圆筒线圈形成气隙的转子构成的旋转磁场型马达中,公知由于通电,引起因圆筒线圈的电阻(铜损)而带来的发热、因圆筒线圈、形成气隙的导体的内轭体和外轭体等产生的涡电流而带来的发热、因铁心的迟滞现象而带来的发热。也公知将该磁能转换成热能的铜损、迟滞损耗是难以避免的技术课题。针对伴随着这种技术课题的对电动马达的输出、效率带来的影响,另外针对由于将配备在构成转子的内轭体的外周面和/或外轭体的内周面的永磁铁加热而导致的其保磁力恶化等技术课题,进行了截至目前为止的向电动马达的内部通入空气等将绕线的线圈表面冷却的尝试等,但尚未根本解决课题。本专利技术是挑战这种技术课题而开发出来的具备包含圆筒线圈的定子的无铁心旋转电力机构及其冷却方法。在日本特开2012-16218号公报(专利文献1)中记载有无铁心型线圈的轮内马达。具体而言,该电动马达以如下方式构成:构成使与轮(wheel)一体化的圆筒形状的外轭体和在其与该外轭体之间形成气隙的圆筒形状的内轭体旋转自如地安装于固定轴的转子,构成将配置于该气隙的圆筒形状的线圈体连结固定于固定轴的定子,使配备于构成转子的外轭体的内周面的永磁铁的磁铁对置配置于构成定子的线圈体的外周面。在日本特开2012-30786公报(专利文献2)中记载了具有与专利文献1记载的转子和定子同样结构的无铁心型线圈的轮内马达。专利文献2中记载的电动马达还包括在形成于转子的内轭体的内周面的空间固定于该内轭体的制动单元。在专利文献1中没有针对将使电动马达动作时产生的发热冷却的单元的记载,专利文献2中记载的电动马达中还记载有使固定于外轭体的轮的端面相对于定子开放,将其作为通气孔使马达内与外部空气连通,将由内轭体的内表面和轮内表面形成的马达内的空间冷却的单元。虽然该通气孔是使形成于圆筒形的内轭体的内周面的该空间与外部空气连通,并且用于缓和由制动器产生的摩擦热的冷却单元,但其意图并不是像后述的本专利技术特征那样将由线圈体和两轭形成的气隙直接冷却。在日本专利2657192号说明书(专利文献3)中记载有线性直流无刷马达,该电动马达是由配备了相对于固定电枢移动的励磁磁铁的动子构成的线性马达,不是作为本专利技术对象的旋转磁场型马达。虽然是线性马达,但在固定电枢穿设有空气供给通路,具有“从空气供给通路向电枢线圈直接吹空气,将电枢线圈冷却,并且定子磁轭本身相对于磁铁磁轭也冷却的结构”。其中,该固定电枢由定子磁轭构成,所述定子磁轭是在印刷布线基板上顺着移动子的移动方向并排粘贴多个绕线有多匝导线而形成的矩形的空心型线圈而成,即使直接向电枢线圈吹空气,也无法没有死角地冷却多匝绕线成的导线。在日本特开2006-246678号公报(专利文献4)中记载有外转子型的轮内马达。该电动马达在空心车轴由定子侧六极、转子侧四极的凸极铁心构成的SR马达中,记载有将安装于定子侧六极的导线绕线多匝而形成的线圈的冷却单元。该冷却单元是通过将流入通路和排气通路介由隔壁设置于空心车轴,利用流入通路向线圈提供空气,利用排气通路将与线圈接触的空气排出到定子外,由此,专利文献4提示了形成有将对发热的线圈进行冷却的空气排出的路径的轮内马达。其中,其与专利文献3同样,即使直接向线圈吹空气,空气也仅吹到绕线多匝而成的导线的露出面,无法没有死角地将绕线成的导线冷却。在日本专利第3494056号公报(专利文献5)中记载了外转子型磁铁发电机,所述外转子型磁铁发电机由在环状的定子铁心卷装了线圈的定子和在覆盖该定子的外周的筒部的内周面支承永磁铁的外轭体构成的转子构成,在旋转自如地连结该定子的旋转轴固定该转子。该电动马达在支承旋转自如地连结到该旋转轴的定子的平板上设置通风口,为了将卷装于定子铁心的线圈和永磁铁的内表面冷却,包括使该通风口与设置于转子的底部的通风口连通,使该转子旋转而从平板的通风口引入空气,从转子的通风口吸出,将其进一步吹向转子的筒部,再将永磁铁通入筒部而冷却的单元。在日本实开平5-22133号公报(专利文献6)中记载了强制冷却电动车用的外转子型轮内马达的内部的冷却单元。该电动马达包括如下冷却单元,所述冷却单元直接介由过滤器,利用与中空轴连通的冷却风扇从该中空轴的通气口向定子内部引入外部空气,再从分隔板的排气口排出经过了定子的绕线和转子的内表面的空气。在美国专利6873085号说明书(专利文献7)中记载了包含固定电枢的无铁心型线圈马达和配置于旋转电枢的成型为圆筒形状的圆筒线圈。其中,该电动马达虽然在由外轭体以及内轭体形成的空隙配备有圆筒线圈,但并不具有用于将它们冷却的单元。在日本专利第3704044号公报(专利文献8)中记载了包含圆筒形的线圈体的DC马达用无铁心电枢,所述圆筒形的线圈体是根据生成利用绝缘材料聚酰胺相互分离的一系列大致平行的导电体的图案进行加工而成的。现有技术文献专利文献专利文献1:日本特开2012-16218号公报专利文献2:日本特开2012-30786公报专利文献3:日本专利2657192号说明书专利文献4:日本特开2006-246678号公报专利文献5:日本专利第3494056号公报专利文献6:日本实开平5-22133号公报专利文献7:美国专利US6873085B2说明书专利文献8:日本专利第3704044号公报非专利文献非专利文献1:《史上最强彩色图解了解所有最新马达技术的书》红津观监修枣出版企画株式会社(2013年7月20日发行)
技术实现思路
技术问题在由包含圆筒线圈的定子和形成配置有圆筒线圈的气隙的转子构成的无铁心旋转电力机构中,发现由于圆筒线圈的铜损和导体所产生的涡电流导致的发热而引起的马达内部的温度上升使电动马达的效率η恶化等是存在于电动马达内部难以避免的技术课题,因此,即便迄今为止提出了各种解决方案,也尚未彻底解决上述课题。本专利技术人等大胆挑战了这些技术课题,开发了具备包含本专利技术的圆筒线圈的定子的无铁心旋转电力机构。技术方案本专利技术的技术课题能够通过如下结构得以解决,使帽型固定件的转子3与盖型固定件的定子2对置,向形成于圆筒线圈的内周面的空隙送入或吸入制冷剂或冷却用空气,直接冷却配置于气隙的圆筒线圈的内周面和外周面,进而直接冷却配备于气隙的磁铁4,所述盖型固定件的定子2固定由导电性金属片材的层叠体结构成型为圆筒形的能够通电的无铁心的圆筒线圈的一个端面,并且旋转自如地连结到驱动轴,所述帽型固定件的转子3与配备于形成配置圆筒线圈的一个端面的气隙的外侧和内侧的圆筒空路形成体的磁铁4一起被一体化。本专利技术的第一方式涉及一种无铁心旋转电力机构10,如图本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种无铁心旋转电力机构,其特征在于,包括:定子,其具有能够通电的无铁心的圆筒线圈和盖型固定件,所述盖型固定件对该圆筒线圈的一个端面进行固定而使驱动轴旋转自如地连结到盖型固定件的中心部;转子,其具有帽型固定件和多个磁铁,所述帽型固定件使旋转自如地连结到所述盖型固定件的所述驱动轴连结固定在中心部而配置在所述盖型固定件的对极,并且具有底部、内侧圆筒空路形成体及外侧圆筒空路形成体,所述多个磁铁在所述外侧圆筒空路形成体的内周面及/或所述内侧圆筒空路形成体的外周面沿所述圆筒线圈的圆周方向彼此隔开间隔地配置;所述帽型固定件利用所述底部、所述内侧圆筒空路形成体及所述外侧圆筒空路形成体形成第一空隙的气隙,在所述气隙,所述圆筒线圈与所配置的露出的所述多个磁铁一起以在该圆筒线圈的另一端面与所述底部之间残留间隙而浮起的状态进行配置,在所述帽型固定件的一个端面与所述盖型固定件之间具有位于所述圆筒线圈的内周侧的第二空隙和位于所述圆筒线圈的外周侧的第三空隙,所述帽型固定件在所述底部具有向所述第二空隙引入外部气体的通气孔,利用由所述转子的旋转及所述多个磁铁的旋转而产生的所述转子周围的压力差而引入到所述第二空隙的所述外部气体在所述第一空隙流通,直接冷却在所述第一空隙露出的正加热的所述多个磁铁及配置于所述第一空隙的所述圆筒线圈的两面,经由所述第三空隙排出到外部。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.09.04 JP 2014-1802941.一种无铁心旋转电力机构,其特征在于,包括:定子,其具有能够通电的无铁心的圆筒线圈和盖型固定件,所述盖型固定件对该圆筒线圈的一个端面进行固定而使驱动轴旋转自如地连结到盖型固定件的中心部;转子,其具有帽型固定件和多个磁铁,所述帽型固定件使旋转自如地连结到所述盖型固定件的所述驱动轴连结固定在中心部而配置在所述盖型固定件的对极,并且具有底部、内侧圆筒空路形成体及外侧圆筒空路形成体,所述多个磁铁在所述外侧圆筒空路形成体的内周面及/或所述内侧圆筒空路形成体的外周面沿所述圆筒线圈的圆周方向彼此隔开间隔地配置;所述帽型固定件利用所述底部、所述内侧圆筒空路形成体及所述外侧圆筒空路形成体形成第一空隙的气隙,在所述气隙,所述圆筒线圈与所配置的露出的所述多个磁铁一起以在该圆筒线圈的另一端面与所述底部之间残留间隙而浮起的状态进行配置,在所述帽型固定件的一个端面与所述盖型固定件之间具有位于所述圆筒线圈的内周侧的第二空隙和位于所述圆筒线圈的外周侧的第三空隙,所述帽型固定件在所述底部具有向所述第二空隙引入外部气体的通气孔,利用由所述转子的旋转及所述多个磁铁的旋转而产生的所述转子周围的压力差而引入到所述第二空隙的所述外部气体在所述第一空隙流通,直接冷却在所述第一空隙露出的正加热的所述多个磁铁及配置于所述第一空隙的所述圆筒线圈的两面,经由所述第三空隙排出到外部。2.根据权利要求1所述的无铁心旋转电力机构,其特征在于,所述圆筒线圈是具有由多个沿长度方向分离的多个线状部的导电性金属片材构成的层积体结构的圆筒形,并且导电性金属片材的各线状部被绝缘层覆盖。3.根据权利要求1或2所述的无铁心旋转电力机构,其特征在于,所述多个磁铁分别为长方体,所述长方体的长边与配置于所述第一空隙的所述圆筒线圈的长度对应,短边沿所述圆筒线圈的圆周方向彼此隔开间隙,并且所述长方体在所述外侧圆筒空路形成体的内周面及/或所述内侧圆筒空路形成体的外周面沿所述圆筒线圈的长度方向配置。4.根据权利要求1或2所述的无铁心旋转电力机构,其特征在于,所述帽型固定件还包含覆盖所述通气孔的过滤器。5.根据权利要求1或2所述的无铁心旋转电力机构,其特征在于,所述帽型固定件还在与在所述圆筒线圈的圆周方向隔开间隙而沿长度方向配备的所述磁铁的所述间隙相当的所述内侧圆筒空路形成体的位置设置内侧排气孔和/或在所述外侧圆筒空路形成体的位置设置外侧排气孔。6.根据权利要求1或2所述的无铁心旋转电力机构,其特征在于,所述帽型固定件在所述外侧圆筒空路形成体的与所述第三空隙及/或外侧排气孔对应的位置,嵌装固定有多叶离心风扇旋转体,所述多叶离心风扇旋转体具有两个圆板和朝向该圆板的轴心并悬架于所述圆板的多个叶片板。7.根据权利要求1或2所述的无铁心旋转电力机构,其特征在于,所述定子还包含外装体,所述外装体的一个端面支承于所述盖型固定件,并且内径大于所述外侧圆筒空路形成体,所述外装体具有将从所述第三空隙及/或外侧排气孔排出的所述外部气体排出到外部的排出孔。8.一种方法,其特征在于,是无铁心旋转电力机构的冷却方法,所述无铁心旋转电力机构包含:定子,其具有能够通电的无铁心的圆筒线圈和盖型固定件,所述盖型固定件对该圆筒线圈的一个端面进行固定而使驱动轴旋转自如地连结到盖型固定件的中心部;转子,其具有帽型固定件和多个磁铁,所述帽型固定件使旋转自如地连结到所述盖型固定件的所述驱动轴连结固定在帽...

【专利技术属性】
技术研发人员:白木学白木努
申请(专利权)人:M链接株式会社
类型:发明
国别省市:日本,JP

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