CN102906974B

CN102906974B - 旋转电机

Info

Publication number: CN102906974B
Application number: CN201180017815.5A
Authority: CN
Inventors: 森崎祯夫; 水野末吉; 野田伸一
Original assignee: Ebara Corp; Toshiba Corp
Current assignee: Ebara Corp; Toshiba Corp
Priority date: 2010-04-06
Filing date: 2011-04-05
Publication date: 2016-05-18
Anticipated expiration: 2031-04-05
Also published as: WO2011126006A1; US8853896B2; JP2011223675A; EP2557667A1; US20130026866A1; JP5650429B2; EP2557667A4; CN102906974A

Abstract

本实施方式的旋转电机在其框架中具备收容反相器等驱动装置的控制壳体。在该控制壳体中设置用于抑制该控制壳体的振动或调整该控制壳体的固有频率的振动抑制构造。

Description

旋转电机

技术领域

本发明涉及一种在框架中具有定子及转子的旋转电机。

背景技术

作为上述旋转电机中驱动装置的主要配置方式，举例图8A、图8B中模式示出的两种。

即，图8A所示的控制壳体1在其内部收容反相器等驱动装置(省略图示)，与旋转电机2离间配设。所述反相器的输出电压经向控制壳体1的外部引出的电源缆线3供给旋转电机2。在该控制壳体1的配置方式中，除旋转电机2之外必需控制壳体1用的设置空间，存在空间效率差的问题。另外，还存在如下问题，由于旋转电机2与电源缆线3之间的反射等而发生电涌电压，或从该电源缆线3发出的电波作为噪声而对其他设备带来影响等。

另一方面，图8B所示的控制壳体1’固定在旋转电机2’的框架2a’的外周部(例如参照专利文献1)。据此，在不必电源缆线3等的同时，能实现设置空间的缩小化，还能解决所述噪声的问题等。

先前技术文献

专利文献

专利文献1：特开平10-80101号公报

专利文献2：特开平7-154940号公报

发明概要

发明所要解决的问题

但是，在后者的旋转电机2’中，即便在其框架2a’与控制壳体1’之间配置橡胶等弹性材料的情况下，若控制壳体1’因运行时来自框架2a’的振动传递而谐振，则从控制壳体1’放射其共鸣音。另外，因为控制壳体1’中收容包含构成反相器的电子部件的公知转换电路或该电子部件安装用基板等，所以在控制壳体1’形状较大且振动的情况下，发生的噪音也大，另一方面，必需保护电子部件不受振动影响。

另外，在专利文献2中公开一种旋转电机，通过在旋转电机的定子框中设置质量体，抑制旋转电机的振动或噪音，但实情是对上述控制壳体1’连暗示都不存在。即，在后者的旋转电机2’中，控制壳体1’自身的噪音特别大，或者必需保护反相器的电子部件不受振动影响，存在在旋转电机2’中附设控制壳体1’时应解决的特有课题。

因此，提供一种旋转电机，在旋转电机的框架中设置控制壳体中，能以较简单的构成抑制控制壳体的噪音及振动。

解决问题的手段

本实施方式的旋转电机在框架内具有定子及转子，在所述框架中设置收容反相器等驱动装置的控制壳体，在所述控制壳体中设置用于抑制该控制壳体振动或调整该控制壳体的固有频率的振动抑制构造。

附图说明

图1表示适用于泵装置的一实施方式，是部分截断附设了控制壳体的旋转电机来表示的整体图。

图2是控制壳体的平面图。

图3是表示控制壳体的解析模块的图。

图4是表示本实施方式的控制壳体中的噪音电平的图。

图5A是夸张表示本实施方式的控制壳体中装配壳体盖的状态下、基于固有值解析的振动模式的图。

图5B是本实施方式的控制壳体中取下壳体盖的状态下所示的图5A相当图。

图6是现有构成的控制壳体的图4相当图。

图7A是现有构成的控制壳体中装配壳体盖的状态下、基于固有值解析的振动模式图。

图7B是现有构成的控制壳体中取下壳体盖的状态下所示的图7A相当图。

图8A是用于说明现有旋转电机中控制壳体的主要配置方式的图。

图8B是表示现有旋转电机中其他配置方式的图8A相当图。

符号说明

附图中，10表示旋转电机，18表示框架，20表示控制壳体，30表示反相器，35a、35b表示侧面部，35表示壳体本体，36表示壳体盖，34、39表示扇，37表示肋(振动抑制构造)，38表示开口部，40表示闭塞部(振动抑制构造)。

实施发明的方式

下面，参照图1-图7B来说明将旋转电机(下面称为电动机10)例如适用于泵装置的一实施方式。

泵装置11具备电动机10，同时，该电动机10(具体地为后述的统一旋转体)中，对应于使用目的，可构成各种泵机壳(casing)13的连结。即，图1的泵装置11中，符号13示例不锈钢制离心泵专用的泵机壳，作为其余的泵机壳，例如将单吸离心泵用、管线泵用、不锈钢制管线泵用(均省略图示)等各种泵机壳分别可连结于统一旋转体。

如图1所示，电动机10具备转子15、在该转子15的外周对向配置的定子17、收容转子15及定子17的马达框架18、和设置在该框架18中的控制壳体20。转子15具备由积层钢板构成、形成大致圆柱状的转子铁芯21、安装成贯通于该转子铁芯21的中央部的旋转轴22、和埋设在转子铁芯21外周部的磁极形成用永久磁铁(省略图示)。虽然省略图示，但永久磁铁为了构成例如4极构造的转子15，在转子铁芯21外周部向轴向延伸地配设多个(例如4个)。定子17具备由积层钢板构成的环状定子铁芯23与绕装在该定子铁芯23的槽内的定子绕线23a，将定子17固定在马达框架18内周部。

马达框架18构成电动机10的外廓，在其筒部18a的一端侧(图1中左侧)具备闭塞该一端侧开口的薄壁平板状框架盖25。在该框架盖25的中央部，配设使旋转轴22贯通地延伸的同时、相当于轴封装置的机械密封27。另外，虽然省略图示，但在马达框架18的筒部18a的两端部分别设置具备轴承部的轴承支架，旋转轴22由该一对轴承部自由旋转地枢支。另外，马达框架18只要在其两端或一端具备枢支旋转轴22的轴承部即可，也可构成为代替框架盖25而由轴承支架来分隔马达与泵。

在所述旋转轴22的顶端部(图1中左端部)装配叶轮28。之后，通过在马达框架18中筒部18a的一端侧形成的法兰18b，连结固定包围叶轮28的泵机壳13，构成不锈钢制离心泵。另外，所述单吸离心泵用、管线泵用或不锈钢制管线泵用的泵机壳通过对应于其用途相对电动机10有选择地连结，构成单吸离心泵、管线泵或不锈钢制管线泵。

这样，泵装置11中，由电动机10、配置在该电动机10中且实现对各种泵机壳的共用化的主要部件(框架盖25、机械密封27、叶轮28等)构成统一旋转体。因此，通过在统一旋转体上对应于使用目的分别连结所述各种专用泵机壳，例如能够构成口径为Φ25-Φ50、输出为0.05kW-3.7kW的各种泵装置。另外，电动机10如上所述由所谓IPM(InteriorPermanentMagnet：磁铁埋入型)马达构成，所以能高效，节能效率好。

接着说明所述控制壳体(端子箱)20与收容在该壳体20中的反相器30。

首先，反相器30众所周知，由直流电源电路、转换来自该直流电源电路的直流电的转换电路、与开关控制该转换电路的转换元件的控制电路构成，这些电路中包含图1所示的控制电路基板31中设置的作为电子部件的电容器32和IGBT等转换元件33。另外，反相器30具备用于经未图示的缆线连接于交流电源的连结端子，构成为供电动机10的驱动控制的驱动装置。另外，虽然省略图示，但在控制壳体20中，在控制电路基板31之外，设置另外的控制基板，在该控制基板中可从外部设定操作地配设用于设定电动机10的转速的输入部件。

如图1-图3所示，控制壳体20具备具有开放一面部的开放面的壳体本体35、与覆盖该一面部地设置的壳体盖36，作为整体，形成矩形箱状。壳体本体35及壳体盖36均是由铸造形成的铸造品，由金属材料(例如铝合金)构成。另外，如后所述，作为构成壳体本体35及壳体盖36的材料，也可使用合成树脂材料或其他材料(包含非金属材料)。

壳体本体35的周壁由4个侧面部(侧壁)35a-35d与对向所述开放面的底面部(装配面侧的底壁)35e构成。壳体本体35在底面部35e侧装配固定在马达框架18的筒部18a的径向外侧(例如上侧)。在壳体本体35的底面部35e中一体形成沿其长方向延伸的放热用多个冷却扇34。如图3中示例，多个冷却扇34向马达框架18侧突出，各自的突出尺寸通过将外侧(侧面部35a、35b侧)设定得比中央侧大，沿筒部18a的外形来形成。由此，壳体本体35的底面部35e中，使接触外界的表面积增大，提高冷却效率。另外，壳体本体35在平面视图下形成长方形，仅在其4个侧面部35a-35d中、例如彼此相对的面积宽的2个侧面部35a、35b中设置形成蜂窝状的蜂窝肋37。

具体地，蜂窝肋37利用所述铸造中的模型成形，一体形成于侧面部35a、35b的表面(前面)全域中。就该尺寸关系而言，侧面部35a、35b例如将纵横大小设定成70mm×255mm(图3中纵L1×横L2)，将厚度设定成5mm。相反，蜂窝肋37例如将高度尺寸(换言之是距侧面部35a、35b表面的突出尺寸，与图1的纸面垂直方向的尺寸)设定为10mm，将厚度L3也设定为10mm。因此，蜂窝肋37的高度尺寸与厚度尺寸均分别设定为控制壳体20的侧面部35a、35b中长方向尺寸L2的大致5％前后(具体为约4％)的尺寸。利用设定为该尺寸形状的蜂窝肋37，侧面部35a、35b分别形成以规定间隔将深度为10mm的六边形孔部37a配置成千岛状的外观。

壳体盖36形成覆盖壳体本体35的开口面的矩形盖状，具有临近控制壳体20内的所述连接端子的开口部38。在壳体盖36中一体形成冷却(放热)用的多个扇39。另外，在壳体盖36中，利用螺钉40a装配固定作为闭塞所述开口部38的闭塞部的闭塞板40。闭塞板40由与构成壳体盖36的材料不同的材料(例如不锈钢)构成，形成矩形薄板状。

接着，还参照图4-图7B来说明具有上述构成的控制壳体20(模块A)及现有构成的控制壳体1’(模块B)各自的噪音电平与振动特性。

首先，图6表示将模块B的现有控制壳体1’装配在电动机10上、使之以200Hz旋转时的噪音频率的分析结果。此时，作为整体的噪音电平为73dB，表示较大的值，同时，在800Hz频率下表示突出的最大噪音电平。另外，在本实施方式中，电动机10的极数为4极，所以其额定转速为6000rpm。

图7A及图7B是模块B的控制壳体1’中装配壳体盖1a’的状态及取下后的状态下的振动模式图。利用该有限要素模块的固有值解析，得到壳体盖1a’的固有频率为834Hz、壳体本体1b’的固有频率为792Hz的结果。另外，如图所示，在壳体盖1a’的上面中央部与壳体本体1b’中面积宽的2个侧面部中，有位移大的部位(腹)。认为形成这种结果是基于以下理由。即，壳体盖1a’及壳体本体1b’的固有频率均具有接近作为电动机10的旋转频率的200Hz的4倍(即800Hz)的值。因此，认为控制壳体1’谐振，尤其是壳体盖1a’的上面部及壳体本体1b’的侧面部的振幅变大，通过放射其共鸣音，噪音增大。

相反，图4表示将模块A的控制壳体20装配在电动机10中、与上述一样以200Hz运转时的噪音频率的分析结果。此时，作为整体的噪音电平为60dB，与现有(模块B)的73dB相比，得到明显的噪音降低效果。另外，可知在图4所示的全频域中，噪音比规定的目标值(图中虚线所示)还低，尤其是降低800Hz频率下的噪音。

另外，图5A及图5B是模块A的控制壳体20中装配壳体盖36的状态及取下的状态下的振动模式图，为了便于说明，‘夸张’表示其固有振动模式。利用该有限要素模块的固有值解析，控制壳体20的固有频率为872Hz。即，控制壳体20中构成为蜂窝肋37及闭塞板40形成振动抑制构造，失谐固有频率，以便在电动机10的旋转频率与控制壳体20的固有频率下该控制壳体20不谐振。在本实施方式中，通过利用蜂窝肋37及闭塞板40将固有频率相对作为电动机10的旋转频率4倍的800Hz提高大致1成左右(上述解析中为72Hz)，认为防止控制壳体20的谐振，使噪音大大降低。

另外，虽然省略图示，但发明人对使肋形状不同的各种控制壳体(省略图示)进行所述固有值解析等。由此，在形成上述尺寸形状的蜂窝构造中，抑制该肋的高度尺寸和厚度尺寸，使控制壳体20非常紧凑，同时还得到能提高控制壳体20的刚性并抑制噪音与振动的结果。

因此，即便开始电动机10的运转后将其转速提高至额定转速或从额定转速下降转速，上述构成的控制壳体20也不谐振。在该控制壳体20中，构造成抑制大型化，同时能减少其振动，能使噪音大大降低。另外，运转时，即便反相器30的转换元件33发热，也能经作为控制壳体20的外表面的冷却扇34、39向外部进行热放出，能抑制电子部件的热恶化。另外，利用蜂窝肋37，还能使控制壳体20中接触外界的表面积增大，能提高冷却效果。

如上所述，在电动机10的框架18中，设置收容反相器30等驱动装置的控制壳体，在控制壳体20中，设置用于抑制该控制壳体20的振动或调整该控制壳体20的固有频率的振动抑制构造。据此，能利用振动抑制构造来抑制控制壳体20自身的振动，或防止因来自电动机10侧的振动传递引起的控制壳体20的谐振。因此，能防止电动机10运转时的噪音，能保护反相器30中包含的电子部件不受振动影响。另外，振动抑制构造设置在控制壳体20自身中来抑制振动或噪音，所以能省略电动机10与控制壳体20之间的橡胶等弹性材料，能实现构成的简化。

振动抑制构造由一体形成于控制壳体20中的形成蜂窝状的肋37构成。据此，抑制肋37的高度尺寸和厚度尺寸，使控制壳体20非常紧凑，同时还能尽量提高控制壳体20中的振动(噪音)抑制效果。另外，肋37能利用模型成形等来容易形成，能廉价简化振动抑制构造。虽然上述橡胶等弹性材料不可避免随时间恶化，但根据上述肋37，能省略该弹性材料，能永久维持噪音与噪音的抑制效果。

仅在控制壳体20的侧面部35a、35b中形成肋37，在控制壳体20的侧面部35a、35b以外的面部35e、36中设置冷却用扇34、39。据此，控制壳体20中能得到基于肋37的噪音与噪音抑制效果，另一方面，能由扇34、39得到冷却效果，适于作为收容反相器30的控制壳体20。

肋37形成为失谐固有频率以便在电动机10的旋转频率与控制壳体20的固有频率下该控制壳体20不谐振。这里，所谓‘失谐’包含错开所述旋转频率的整数倍(4倍、8倍等)的频率与控制壳体20的固有频率的含义，能防止控制壳体20的谐振并使噪音大大降低。

所述振动抑制构造由壳体本体35的侧面部35a、35b中设置的肋37、与闭塞壳体盖36的开口部38且与构成壳体盖36的材料不同的材料构成的闭塞板40构成。据此，壳体本体35与壳体盖36能分别得到振动与噪音的抑制效果。另外，如本实施方式那样通过临近所述连接端子形成开口部38，能从开口部38安全且容易地进行所述缆线的连接作业等。

将肋37的厚度尺寸与高度尺寸均分别设定为控制壳体20的侧面部35a、35b中长方向尺寸的大致5％前后的尺寸。据此，抑制肋37的高度尺寸与厚度尺寸，使控制壳体20非常紧凑，同时，还能提高控制壳体20的刚性。即，控制壳体20中必需确保用于收容各种电子部件或基板31的容积，但根据该肋37的尺寸形状，能在抑制控制壳体20大型化的同时，如上述分析结果所示，使噪音大大降低，尽量抑制振动。

通过如本实施方式那样将控制壳体20设为铝合金等轻量金属制，能遮蔽放射噪音，同时能实现轻量化，实用上有益。另外，因为将控制壳体20附设在马达框架18(电动机10)的径向外侧，所以与将控制壳体20附设在电动机10的轴向的情况相比，能形成难以受到电动机的振动影响的配置构成。

虽然说明了本发明的几个实施方式，但这些实施方式作为实例提示，不意图限定发明的范围。这些实施方式能以其他各种方式实施，在不脱离本发明要旨的范围下，能进行各种省略、置换、变更。这些实施方式及其变形包含在发明的范围或要旨中，同样包含在权利要求记载的发明与其均等的范围中。

例如，上述实施方式的旋转电机(电动机10)不限于泵装置11，也能适用为发电机兼用的各种驱动电动机。

所谓所述蜂窝状不仅是正六边形构造，还包含使其上下与左右尺寸比不同的图1的六边形等一般大致蜂窝构造。控制壳体20中，所谓侧面部是指去除控制壳体20的装配侧面部与同该装配面部对向的壳体盖的四面，只要在侧面部的一部分或全部中设置所述肋即可。另外，作为控制壳体20及至振动抑制构造的材料，不限于铝合金或不锈钢，也可适当使用铁材料外的非金属(例如合成树脂材料)等各种材料。

Claims

1.一种旋转电机，具有：构成外廓的框架、在框架内的定子及转子，在所述框架上设置收容反相器的驱动装置的控制壳体，其特征在于：

所述控制壳体配置在所述框架的外侧，

在所述控制壳体中设置用于抑制该控制壳体的振动或调整该控制壳体的固有频率的振动抑制构造，

所述振动抑制构造由所述控制壳体的侧面部中一体形成的构成蜂窝状的肋来构成。

2.根据权利要求1所述的旋转电机，其特征在于：

仅在所述控制壳体的侧面部中形成所述肋，

在所述控制壳体中所述侧面部以外的面部中设置冷却用扇。

3.根据权利要求1所述的旋转电机，其特征在于：

所述肋形成为失谐所述固有频率，以便该控制壳体在所述旋转电机的旋转频率与所述控制壳体的固有频率下不谐振。

4.根据权利要求2所述的旋转电机，其特征在于：

5.根据权利要求1所述的旋转电机，其特征在于：

所述控制壳体具备：开放一面部的壳体本体；以及设置成覆盖所述一面部且具有开口部的壳体盖，

所述振动抑制构造由所述壳体本体的侧面部中设置的所述肋以及闭塞所述壳体盖的所述开口部且由与构成所述壳体盖的材料不同的材料构成的闭塞部构成。

6.根据权利要求2所述的旋转电机，其特征在于：

7.根据权利要求3所述的旋转电机，其特征在于：

8.根据权利要求4所述的旋转电机，其特征在于：

9.根据权利要求1-8中的任意一项所述的旋转电机，其特征在于：

将所述肋的厚度尺寸与高度尺寸均分别设定为所述控制壳体的侧面部中长方向尺寸的5％的尺寸。