ВРАЩАЮЩАЯСЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МАШИНА И СПОСОБ ЕЕ СБОРКИ
ROTATING ELECTRIC MACHINE, AND ITS ASSEMBLY METHOD

Область техники
Настоящее изобретение относится к вращающейся электрической машине, в частности электрическому двигателю со встроенной электронной схемой управления.
Предшествующий уровень техники
Вращающаяся электрическая машина в основном содержит корпус, статор, прочно соединенный с корпусом, ротор, например, определенного типа с постоянными магнитами, находящийся в корпусе и соединенный с возможностью вращения с корпусом.
При функционировании электрической машины в качестве двигателя ротор приводится во вращательное движение электроэнергией статора посредством электронной схемы или схемы управления, которая в этом случае также размещается внутри корпуса.
Затем корпус закрывается крышкой с клеммной колодкой на ее внешней стороне для электропитания электронной схемы и, таким образом, электрического двигателя.
Схема управления содержит схему электропитания и, следовательно, должна быть снабжена теплоотводом для поглощения тепла, производимого электронными компонентами электропитания во время работы.
При этом сборка должна гарантировать эффективное электрическое соединение между электронной схемой и электрическим двигателем для того, чтобы обеспечивать правильную работу электродвигателя.
В случае электрических двигателей со встроенной электронной схемой поглощение избыточного тепла не является простым в осуществлении, поскольку сложно выполнить эффективное электрическое соединение между электронной схемой и двигателем и хороший термический контакт между электронной схемой и соответствующим теплоотводом, в частности крышкой.
Основные проблемы обусловлены именно тем фактом, что поскольку корпус должен быть закрыт крышкой, при, по существу, закрытом электродвигателе сложно выполнить все электрические и механические соединения оптимальным образом.
Для обеспечения закрывания сборки решения предшествующего уровня техники предусматривали, по меньшей мере, один скользящий контакт такой, как соединитель, например, который сразу обуславливается проблемами надежности и эффективности, например, в связи с вибрациями, изнашиванием контакта или действующей температурой между двигателем и электронной схемой или между электронной схемой и клеммной колодкой.
В первом случае электронная схема прочно подсоединяется к крышке для оптимизации теплового обмена с крышкой, и при закрывании корпуса скользящий контакт подсоединяет электронную схему к двигателю. Следовательно, в этом случае функция теплоотвода имеет приоритет над надежностью соединения между электронной схемой и двигателем.
Во втором случае электронная схема является эффективной и прочно соединенной с двигателем, например, посредством запаивания, в то время как контакт схемы с крышкой, в частности, не является эффективным по тепловому обмену в связи с необходимыми допусками при закрывании.
Таким образом, в последнем решении электронная схема не прижимается эффективно к теплоотводу, например, в связи с допусками сборки. Кроме того, как уже упоминалось, имеется обычный скользящий контакт между электронной схемой и клеммной колодкой на внешней стороне со всеми своими неотъемлемыми ограничениями.
Краткое изложение существа изобретения
Задачей настоящего изобретения является создание вращающейся электрической машины с электронной схемой, встроенной в корпус, которая преодолевает вышеупомянутые недостатки.
Следовательно, задачей настоящего изобретения является создание электрической машины, которая является более надежной, чем решения предшествующего уровня техники, по поглощению избыточного тепла и электрическим соединениям внутри нее.
Другой задачей настоящего изобретения является создание электрического двигателя со встроенной электронной схемой, в котором избыточное тепло, производимое самой схемой, эффективно поглощается.
Дополнительной задачей настоящего изобретения является создание электрической машины с надежным электрическим соединением между электрическим двигателем и электронной схемой электропитания.
Дополнительной задачей настоящего изобретения является создание электрической машины, имеющей эффективное межсоединение между клеммной колодкой и двигателем.
Поставленная техническая задача, по меньшей мере, достигается путем создания электрической машины с отличительными признаками, описанными в п.1 формулы изобретения и в одном или более зависимых от него пунктов. Настоящее изобретение также относится к способу сборки вращающейся электрической машины, содержащему рабочие этапы, описанные в п.18 и в одном или более зависимых от него пунктах формулы изобретения.
Краткое описание чертежей
В дальнейшем изобретение поясняется описанием предпочтительных вариантов воплощения со ссылками на сопроводительные чертежи, на которых:
фиг.1 изображает общий вид вращающейся электрической машины согласно изобретению;
фиг.2 - общий вид с некоторыми частями, удаленными для того, чтобы лучше иллюстрировать другие части вращающейся электрической машины согласно фиг.1;
фиг.3 - вид в разрезе машины согласно фиг.1 с некоторыми частями, удаленными для того, чтобы лучше иллюстрировать другие части;
фиг.4 - другой общий вид электрической машины согласно фиг.1 с некоторыми частями, удаленными для того, чтобы лучше иллюстрировать другие части;
фиг.5 - схематичный вид с пространственным разделением деталей с некоторыми частями, удаленными для большей ясности данной электрической машины согласно фиг.1;
фиг.6а - общий вид первого элемента электрической машины согласно изобретению;
фиг.6b - общий вид элемента, изображенного на фиг.6а, в другом варианте;
фиг.6с - общий вид элемента, изображенного на фиг.6а и 6b, с некоторыми частями, удаленными для большей ясности;
фиг.7 - общий вид второго элемента электрической машины согласно изобретению;
фиг.8 - общий вид элемента второго варианта осуществления электрической машины согласно изобретению.
Описание предпочтительных вариантов осуществления изобретения
Со ссылкой на сопроводительные чертежи, в частности фиг.1 и 5, электрическая машина 1 согласно настоящему изобретению описана ниже и ограничивается частями, необходимыми для понимания настоящего изобретения.
Предпочтительно машина 1 содержит электрический двигатель герметичного типа, который, иными словами, не предусматривает какого-либо открывания, обеспечивающего доступ внутрь нее, и описание при этом не ограничивает объема настоящего изобретения.
Машина 1 содержит корпус 2 и соответствующую крышку 2а, которые вместе образуют герметичный кожух 10, статор или блок 3 статора, размещенный в корпусе; и ротор или блок 4 ротора, размещенный в корпусе 2 и соединенный с возможностью вращения с корпусом.
Статор 3 (фиг.2 и 4) в иллюстрируемом примере имеет три обмотки 5, 6, 7 и машина 1 содержит электронную схему 8 для электропитания обмоток 5, 6, 7.
Схема 8 предпочтительно размещена в корпусе 2 и клеммная колодка 9 для электропитания схемы 8 является доступной с внешней стороны кожуха 10.
Машина 1 также содержит теплоотвод для поглощения тепла, образуемого, в частности, электронной схемой 8.
В этом решении теплоотвод выполнен посредством крышки 2а, которая, как станет более понятно в ходе данного описания, поддерживает тепловой контакт с электронной схемой 8.
Со ссылкой, в частности, на фиг.4, машина 1 содержит упругое соединение или соединительное средство 11, функционирующее между статором 3 и электронной схемой 8.
Когда двигатель закрывается, это соединительное средство 11 между электронной схемой 8 и статором позволяет электронной схеме 8 не только перемещаться ближе к статору 3, к которому она предпочтительно присоединяется жестко и прочно, как описано более подробно ниже, но также быть прижатой к крышке 2а.
Как показано, соединительное средство 11 содержит множество упругих нажимающих элементов 12 или, более конкретно, пружин, которые при сборке машины, прижимают электронную схему 8 к теплоотводу от статора 3.
Упругое соединительное средство 11 также содержит гибкий участок 13 обмоток 5, 6, 7.
Иными словами, каждая обмотка 5, 6, 7 имеет, по меньшей мере, один гибкий участок 13, в частности, около статора 3, образующий часть упругого соединительного средства 11 для поддержания прочного соединения между электронной схемой 8 и обмотками 5, 6 и 7, кроме того, при этом схема как таковая прижата вплотную к крышке 2а.
Электронная схема 8, в частности, прочно связана с обмотками 5, 6, 7 на конце 14 соответствующего гибкого участка 13.
Рассматривая более подробно элементы, в связи с гибким участком 13, где ссылочная позиция R обозначает ось вращения электродвигателя, по существу, параллельную направлению D сборки по которому собирается двигатель, гибкие участки имеют первое фиксирующее плечо 15, по существу, перпендикулярное направлению D.
Фиксирующее плечо 15 представляет собой разновидность системы подвески на пластинчатых пружинах, которая позволяет гибкому участку 13 перемещаться.
Электронная схема 8 может, таким образом, перемещаться по направлению к и от статора 3 в соответствии с растяжением пластинчатых пружин.
На практике концевой участок каждой обмотки, которая в иллюстрируемом примере принимает вид двух проволок, размещенных рядом, выступает, по меньшей мере, из катушки, намотанной вокруг соответствующего полюсного наконечника, по направлению к точке, где, по существу, он прикрепляется к электронной схеме 8.
Каждый гибкий участок 13 также имеет второе фиксирующее плечо 16, по существу, параллельное направлению D сборки и продолжающееся по направлению к электронной схеме 8.
Как показано на фиг.2, конец 14 гибкого участка 13 ограничен одним концом фиксирующего плеча 16.
Каждая обмотка 5, 6, 7 присоединяется к электронной схеме 8 у соответствующей ножки 17, надлежащим образом обеспеченной в самой электронной схеме 8.
Предпочтительно концы 14 припаяны к соответствующим ножкам 17.
Ссылочная позиция 35 на фиг.2, 5 и 8 обозначает во всей своей полноте средство для поддержания концов 14 в положении, соответствующем для сборки, как подробнее описывается ниже.
Средство 35 (фиг.2 и 5) содержит пластинчатый элемент 36, имеющий множество гнезд 37, в которых зацепляются гибкие участки 13, в частности их вторые фиксирующие плечи 16.
Машина 1 содержит средство 38 для подсоединения элемента 36 к статору 3 так, чтобы удерживать его, по существу, на месте во время сборки машины 1.
Средство 35 (фиг.8) для поддержания концов 14 в положении, соответствующем для сборки, выполнено посредством рассеивающего элемента 39, снабженного гнездами 37, подобно тому, как описано выше.
Рассеивающий элемент 39, по существу, круглый в сечении и имеет форму усеченного конуса с криволинейными боковыми поверхностями.
Рассеивающий элемент 39 размещается в корпусе 2 (не показан на фиг.8) и соединяется со статором 3 посредством вышеупомянутого соединительного средства 38.
Следует отметить, что в этом варианте осуществления элемент 39 выполнен так, чтобы удерживать теплый воздух, который образуется внутри корпуса 2 и который перемещается ротором 4, в частности вентилятором 4а, в область внутри самого элемента 39 так, чтобы не влиять на электронную схему 8 управления, или более конкретно, схему 22 электропитания, образующую часть схемы 8 и описанную более подробно ниже.
В альтернативном варианте осуществления, который не проиллюстрирован, средство 35 выполнено посредством фиксирующих плеч 16.
В этом варианте осуществления фиксирующие плечи 16 сами обеспечиваются жёсткой конструкцией, которая эффективно поддерживает их в положении, по существу, параллельном оси D.
Проволоки, образующие концевой участок обмотки, например, обвиваются друг вокруг друга в спираль и, таким образом, являются достаточно жесткими для того, чтобы оставаться на месте во время сборки двигателя 1.
В отношении упругих элементов 12 следует отметить, что статор 3, который содержит металлический сердечник или участок 18 с полюсными расширениями, покрытыми изолирующим участком 19, имеет множество гнезд 20 для упругих элементов 12.
Гнезда 20 выполнены в изолирующем участке 19 и предпочтительно являются коническими для обеспечения вставки упругих элементов 12.
Для удержания упругих элементов 12 в правильном положении, таким образом, обеспечивая схему 8 прижатой к крышке 2а даже в сложных рабочих условиях, которые обуславливают нагревание машины 1, гнезда 20 выполнены трубчатыми, иными словами, они открыты у одного конца так, чтобы упругие элементы 12 держались на металлическом участке 18.
На фиг.6а, 6b и 6с, в частности, показано, как электронная схема 8 устанавливается, по существу, на дискообразный установочный элемент 21 и упругий нажимающий элемент 12 функционирует между статором 3 и элементом 21.
Монтажный элемент 21 имеет соответствующие механические свойства для прикладывания нажимающего усилия к крышке 2а.
Отмечается, что электронная схема 8 содержит схему 22 питания, которая образует основную часть тепла, которое должно быть поглощено, и сигнальную схему 23.
Схема 22 электропитания содержит проводящие дорожки 22а, например, из меди, на которых установлены, по существу, известные электронные компоненты 22b электропитания, такие как полевые МОП-транзисторы (MOSFET), например, необходимые для работы двигателя 1.
Сигнальная схема 23 содержит плату с многослойной печатной схемой 23а и множество соответствующих пассивных электронных фильтрующих и/или сигнальных компонентов 23b, установленных на самой печатной плате 23а.
Предпочтительно электронные компоненты 22b электропитания установлены на стороне, противоположной пассивным электронным компонентам 23b относительно монтажного элемента 21.
В предпочтительном варианте осуществления электронные компоненты 22b электропитания установлены на стороне, противоположной крышке 2а по отношению к монтажному элементу 21.
Предпочтительно электронные компоненты 22b электропитания установлены непосредственно на монтажном элементе 21.
Следует отметить, что монтажный элемент 21 также содержит множество элементов 21а для индивидуального крепления пассивных электронных компонентов 23b так, чтобы прочно удерживать их на месте.
Важно отметить, что это решение предотвращает протекание больших токов на печатную плату, которая может быть повреждена или испорчена из-за этого типа протекания тока.
Как показано, в частности, на фиг.6с, схема 22 электропитания, в частности дорожки 22а, является доступной посредством монтажного элемента 21 таким образом, что он может быть размещен в контакте с теплоотводом.
На практике около схемы 22 электропитания монтажный элемент 21 имеет пару окон 24, обеспечивающих доступ к самим электропроводящим дорожкам 22а схемы 22.
Как может быть видно со ссылкой, в частности, на фиг.7, крышка 2а, которая, как упоминалось выше, является теплоотводом для электронной схемы 8, имеет на ее внутренней стороне пару выступов 25, размещенных, по существу, возле окон 24 таким образом, что она может приходить в контакт со схемой 22 электропитания, т.е. с проводящими дорожками 22а.
Предпочтительно между проводящими дорожками 22а схемы 22 электропитания и соответствующим выступом 25, машина 1 содержит теплопроводный электроизоляционный элемент 26, например, изготовленный из silpad.
Отмечается, что для обеспечения правильного функционирования элемента 26 упругие элементы 12 надлежащим образом рассчитаны по размеру для прижимания схемы 22 электропитания к теплоотводу посредством заданного давления.
Например, если применяется silpad, необходимое давление для правильного функционирования составляет, по меньшей мере, 1,5 кг на квадратный сантиметр.
Упругие элементы 12 выполнены и распределены для оптимизации нажимающего усилия, приложенного к монтажному элементу 21.
В частности, упругие элементы 12 предназначены для приложения нажимающего усилия к компонентам схемы 22 электропитания, но при этом не делая конструкцию гиперстатичной.
В иллюстрируемом варианте осуществления упругие элементы 12 разделены на два набора из трех, при этом элементы в каждом наборе из трех разнесены с угловыми интервалами по 120°. В предпочтительном варианте осуществления упругие элементы 12 прикладывают нажимающее усилие приблизительно в 60 кг.
В свете вышесказанного, когда крышка размещается на корпусе, упругие элементы 12 прижимают электронную схему 8 к крышке 2а достаточно сильно, чтобы гарантировать хороший теплообмен, при этом участки 13 обеспечивают оптимальное соединение, которое должно поддерживаться между электронной схемой 8 как таковой и обмотками статора.
Со ссылкой на фиг.3 и 7, для электропитания машины 1 настоящее изобретение предусматривает обеспечение клеммной колодки 27, выступающей из крышки 2а через соответствующее отверстие 28.
Следует отметить, что возле отверстия 28, между клеммной колодкой 27 и крышкой, имеется прокладка 29, которая прижимается к крышке на крышке 2а упругими элементами 12, таким образом, гарантируя эффективную герметизацию клеммной колодки 27, когда машина 1 закрывается.
Объектом настоящего изобретения также является обеспечение способа сборки машины 1, как описано выше, и далее описание ограничивается частями, необходимыми для понимания настоящего изобретения.
Способ сборки содержит этапы, на которых подготавливают корпус 2, размещают статор 3 с обмотками 5, 6, 7 в корпусе 2, размещают ротор 4 в корпусе 2, соединяют с возможностью вращения ротор с корпусом и подготавливают упругие элементы 12 на статоре 3.
Затем монтажный элемент 21 с электронной схемой 8 размещают на упругих элементах 12 таким образом, что каждый из концевых участков 14 гибких участков 13 размещается на соответствующей ножке 17.
Отмечается, что на этом этапе упругие элементы 12 удерживают электронную схему 8 на расстоянии "d" от статора 3, причем дополнительно дальше от статора, чем это имеет место при закрывании двигателя.
Таким образом, после того как двигатель 1 закрыт, упругие элементы 12 прижимают электронную схему 8 к крышке/теплоотводу с необходимым усилием.
Затем концы 14 обмоток припаиваются к соответствующим ножкам 17, чтобы обеспечить хороший надежный электрический контакт между двумя частями.
Следующий этап представляет собой размещение крышки 2а на электронной схеме 8 и ее прикрепление к корпусу 2.
На этом этапе, как упоминалось выше, упругие элементы 12 прижимают схему 8 к крышке 2а, при этом припаянные гибкие участки 13 позволяют ей перемещаться к статору 3 без нарушения электрического соединения.
Участки пластинчатых пружин выполняют с возможностью компенсирования "допусков" сборки без создания напряжения на материале, прежде всего, на спайках.
На практике двигатель может быть собран обычным способом до установки ротора и соответствующих опорных элементов, которые не описаны.
Упругие элементы 12 размещаются в статоре и, когда электронная схема устанавливается, удерживают ее на расстоянии от статора 3 и корпуса 2.
Предпочтительно концевые участки 14 обмоток выступают из монтажного элемента 21 через надлежаще расположенные соответствующие отверстия 30, где проводящие дорожки, на стороне, противоположной статору 3 относительно монтажного элемента 21, снабжены вышеупомянутыми ножками 17, к которым припаяны концы обмоток.
Средство 35 поддерживает концевые участки 14 в положении, соответствующем для вставки в соответствующие отверстия 30.
Монтажный элемент 21 предпочтительно изготовлен из формованного пластикового материала и проводящие дорожки электронной схемы 8 углублены в нем, иначе говоря, проводящие дорожки образованы в то же самое время, когда формуется монтажный элемент 21.
Настоящее изобретение имеет важные преимущества.
Упругие элементы и участки пластинчатых пружин делают электродвигатель полностью надежным как в отношении поглощения тепла, так и электрических соединений.
В частности, данное решение является предпочтительным для герметичных двигателей, которые, несмотря на то что не имеют отверстий, обеспечивающих доступ внутрь, могут быть собраны оптимальным способом.
Настоящее изобретение, описанное выше, может быть модифицировано и адаптировано различными путями, при этом не выходя за рамки объема идеи изобретения, определенного в формуле изобретения данного документа.
Кроме того, все элементы настоящего изобретения могут быть заменены технически эквивалентными элементами.