DE102016007278B4

DE102016007278B4 - Kühlstruktur eines Elektromotors, Elektromotor und Verfahren zum Kühlen eines Elektromotors

Info

Publication number: DE102016007278B4
Application number: DE102016007278.4A
Authority: DE
Inventors: Kei Yonemori; Nobuhide Seo
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 2015-06-23
Filing date: 2016-06-15
Publication date: 2022-04-28
Anticipated expiration: 2036-06-16
Also published as: CN106300810A; CN106300810B; US20160380517A1; US10014752B2; DE102016007278A1

Abstract

Kühlstruktur eines Elektromotors, wobei der Elektromotor umfasst: einen Rotor (10), einen Stator (20), der mit einer gewickelten Statorspule (22) versehen ist, und ein Gehäuse (30), das den Rotor (10) und den Stator (20) aufnimmt, wobei ein Spulenende (23) des Stators (20) von einer Innenwand des Gehäuses (30) beabstandet ist, wobei die Kühlstruktur des Elektromotors umfasst:
wenigstens ein thermisch leitfähiges Element (50; 150), das dafür vorgesehen ist, das Gehäuse (30) und das Spulenende (23) thermisch zu verbinden, und wenigstens eine laminierte Graphitlage (52) beinhaltet; und
einen Luftbeutel (60; 160), der dafür ausgelegt ist, in einem Raumabschnitt zwischen der Innenwand des Gehäuses (30) und dem Spulenende (23) derart eingesetzt zu werden, dass er wenigstens einen Abschnitt des thermisch leitfähigen Elementes (50; 150) gegen das Spulenende (23) mittels des Druckes von druckbeaufschlagter Luft darin drückt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kühlstruktur eines Elektromotors und insbesondere eine Kühlstruktur eines Elektromotors, bei der eine Graphitlage zum Einsatz kommt. Des Weiteren betrifft die Erfindung einen Elektromotor sowie ein Verfahren zum Kühlen eines Elektromotors.
Elektromotoren werden üblicherweise auf verschiedenen Gebieten verwendet. Elektromotoren werden dadurch in Drehung versetzt, dass zugeleitete elektrische Energie in kinetische Energie umgewandelt wird. Dabei wird ein Teil der elektrischen Energie in thermische Energie umgewandelt, wodurch ein wenig Wärme erzeugt wird. Es ist aus Sicherheitsgründen notwendig, eine Luftisolierung zwischen einer Innenwand eines Gehäuses und einem Spulenende eines Stators bereitzustellen. Entsprechend ist die Innenwand des Gehäuses dafür ausgelegt, von dem Spulenende des Stators beabstandet zu sein, wodurch ein Raumabschnitt zwischen beiden bereitgestellt wird. In einem Fall, in dem der Raumabschnitt zwischen der Innenwand des Gehäuses und dem Spulenende vorhanden ist, ist es schwierig, die thermische Leitfähigkeit vom Spulenende zum Gehäuse zu erhöhen, sodass die Temperatur innerhalb des Elektromotors tendenziell hoch wird. Insbesondere ist der Wärmewert eines groß bemessenen (oder eines hohe Leistung aufweisenden) Elektromotors, der für ein Elektroauto verwendet wird, hoch, was eine Verschlechterung der Effizienz des Elektromotors bedingt. Daher sind verschiedene Typen von Kühltechnologie als Gegenmaßnahmen vorgeschlagen worden.
Eine Kühlstruktur eines Elektromotors, die in der Veröffentlichung des offengelegten japanischen Patentes Nr. JP 2014 - 225 971 A offenbart ist, umfasst einen Rotor, einen Stator, der mit einer gewickelten Statorspule versehen ist, ein Gehäuse, das den Rotor und den Stator aufnimmt, einen ersten Vorratsbehälter für Schmieröl, der zwischen einem Spulenende mit Positionierung an einer dem einen Ende zu eigenen Seite des Stators und dem Gehäuse vorgesehen ist, einen zweiten Vorratsbehälter für Schmieröl, der zwischen einem anderen Spulenende mit Positionierung an der dem anderen Ende zu eigenen Seite des Stators und dem Gehäuse vorgesehen ist, und einen Verbindungsdurchlass, der die ersten und zweiten Vorratsbehälter verbindet, wobei ein Oberseitenabschnitt des Verbindungsdurchlasses auf einer höheren Ebene als eine Öloberfläche des Schmieröls, das in den ersten und zweiten Vorratsbehältern vorgehalten wird, befindlich ist. Hierdurch wird das Spulenende in das Schmieröl eingetaucht, wodurch dem entgegengewirkt wird, dass das Schmieröl in dem Verbindungsdurchlass verbleibt, was eine Kühlung des Spulenendes bewirkt.
In jüngster Zeit ist Graphen (Graphenlage) als Material in den Fokus gerückt, das eine hohe Mobilität geladener Teilchen (Elektronen) aufweist. Graphen ist ein laminierter bzw. geschichteter Kristall von einem Typ, bei dem Kohlenstoffatome in Form eines hexagonalen Gitters, das heißt gemäß dem Graphittyp, zusammengekoppelt sind, wobei insbesondere ein einzelner Schichtkristall, der die Dicke eines einzelnen Atom aufweist, Graphen genannt wird. Die Mobilität der geladenen Teilchen in dem Graphen liegt bei 15.000 cm²/Vs bei Raumtemperatur, wobei die Angabe (Darstellung) von Kennwerten im Zusammenhang mit der Mobilität (Elektrizität, Wärme, Festigkeit bzw. Stärke und dergleichen mehr) auf eine Ebenenrichtung beschränkt ist.
Die Kühlstruktur des Elektromotors aus der Offenbarung in der vorgenanntem Patentdruckschrift kann dem entgegenwirken, dass Schmieröl, ohne dass ein Belüftungsloch innerhalb des Gehäuses ausgebildet sein müsste, in dem Verbindungsdurchlass verbleibt, indem der Raumabschnitt zur Isolierung als Vorratsbehälter für das Schmieröl verwendet wird. Diese Kühlstruktur des Elektromotors ist eine sogenannte Kühlung vom Nasstyp, bei der das Spulenende in das Schmieröl eingetaucht ist (das heißt ein Kühlungstyp, der einen Wärmeaustausch mit dem Schmieröl ermöglicht). Daher erfordert dieser Typ die Bereitstellung des Schmieröls und des Öldurchlasses zum Umpumpen des Schmieröls und benötigt zudem eine Wartung des Schmieröls und dergleichen, sodass ein Problem dahingehend auftritt, dass die Herstellungskosten unverhältnismäßig ansteigen. Für den Fall eines groß bemessenen Elektromotors ist die Temperaturanstiegsgeschwindigkeit zudem so groß (beispielsweise bei einem Anstieg von etwa 200 °C in 3 s), dass ein Problem dahingehend auftritt, dass die Kühlung vom Nasstyp unter Verwendung des Schmieröls gegebenenfalls nicht für jede Komponente in dem Elektromotor eine Kühlbarkeit bereitstellt. Obwohl die Technologie aus der vorgenanntem Patentdruckschrift eine weitere Verbesserung der Kühlbarkeit innerhalb des Elektromotors durch Ausbilden eines zusätzlichen Kühlwasserdurchlasses in einem Wandteil des Gehäuses zusätzlich zu dem Kühlmechanismus unter Verwendung des Schmieröls bereitstellt, sind weiterhin Probleme hinsichtlich der komplexen Struktur, der Kosten und dergleichen vorhanden.
Da bekannt ist, dass Graphen hinsichtlich der Wärmeleitfähigkeit bei bestimmten Verwendungsbedingungen, wie vorstehend beschrieben worden ist, hervorragend ist, kann in Betracht gezogen werden, dass Graphen oder ein Graphenlaminat (nachstehend kollektiv als „Graphitlage“ bezeichnet) als Kühlmechanismus verwendet wird. In einem Fall, in dem die Graphitlage als Kühlmechanismus verwendet wird, ist es notwendig, den Anwendungsteil, die Anwendungsform oder dergleichen unter Berücksichtigung von spezifischen Eigenschaften dahingehend zu wählen, dass sich physikalische Eigenschaftswerte zwischen einer Ebenenrichtung und einer Dickenrichtung (Richtung senkrecht zur Ebene) stark unterschieden.
Entsprechend Ergebnissen von Studien, die von den Erfindern der vorliegenden Erfindung durchgeführt worden sind, hat man herausgefunden, dass sogar dann, wenn die Graphitlage in Flächenkontakt mit dem Spulenende als Kühlobjekt steht, keine ausreichende Wärmemenge von dem Spulenende auf die Graphitlage übertragen wird, wenn nicht ein gleichmäßiger Flächenkontakt bei einer spezifischen Druckkraft oder mehr hergestellt wird, sodass die gewünschte Kühlbarkeit nicht sichergestellt werden kann. Da die Struktur des Raumabschnittes zur Isolierung, wo das Spulenende angeordnet ist, schmal und kompliziert ist, ist es daher nicht einfach, einen Flächenkontakt der Graphitlage mit dem Spulenende bei gleichmäßiger Druckkraft herzustellen.
DE 10 2012 219 859 A1 offenbart ein System zur Entwärmung einer Wicklung, insbesondere in einer elektrisch rotierenden Maschine, aufweisend ein stirnseitig an ein Blechpaket anliegendes Wärmeleitelement, welches im thermischen Kontakt zu einem Wickelkopf der Wicklung steht.
DE 199 43 446 A1 offenbart die Kühlung und Befestigung von Wicklungsköpfen rotierender elektrischer Maschinen, insbesondere für oberflächengekühlte Drehmstrommaschinen, bestehend aus geschichteten Ständerblechpaketen mit Fremd- oder Eigenkühlung.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung einer Kühlstruktur eines Elektromotors, die die Kühlbarkeit durch einen Flächenkontakt des thermisch leitfähigen Elementes, das das Graphit beinhaltet, mit dem Spulenende bei gleichmäßiger Druckkraft verbessern kann.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der weiteren, abhängigen Ansprüche.
Die vorliegende Erfindung ist eine Kühlstruktur eines Elektromotors, der umfasst: einen Rotor, einen Stator mit einer gewickelten Statorspule und ein Gehäuse, das den Rotor und den Stator aufnimmt, wobei ein Spulenende des Stators von einer Innenwand des Gehäuses beabstandet ist, wobei die Kühlstruktur des Elektromotors umfasst: wenigstens ein thermisch leitfähiges Element, das dafür vorgesehen ist, das Gehäuse und das Spulenende thermisch zu verbinden, und wenigstens eine laminierte Graphitlage beinhaltet; und einen Luftbeutel, der dafür ausgelegt ist, in einem Raumabschnitt zwischen der Innenwand des Gehäuses und dem Spulenende derart eingesetzt zu werden, dass er wenigstens einen Abschnitt des thermisch leitfähigen Elementes gegen das Spulenende mittels des Druckes von druckbeaufschlagter Luft darin drückt.
Bei der vorliegenden Erfindung gemäß vorstehender Beschreibung impliziert die Bedeutung der Aussage „um das Gehäuse und das Spulenende thermisch zu verbinden“ nicht nur die Vorgehensweise, bei der das thermisch leitfähige Element direkt mit dem Gehäuse und dem Spulenende in Kontakt gebracht wird, sondern auch eine weitere Vorgehensweise, bei der das thermisch leitfähige Element mit dem Gehäuse und dem Spulenende über irgendein Element, das hinsichtlich der thermischen Leitfähigkeit überlegen ist, in Kontakt gebracht wird. Des Weiteren impliziert die Bedeutung von „laminiert“ einer „laminierten Graphitlage“ sowohl die Vorgehensweise, bei der mehrere getrennte Graphitlagen in Dickenrichtung aufeinandergestapelt sind, wie auch eine weitere Vorgehensweise, bei der eine einzelne Lage aus Graphit zu mehreren Schichten gefaltet wird.
Da entsprechend der vorliegenden Erfindung das thermisch leitfähige Element, das die laminierte Graphitlage beinhaltet, dafür vorgesehen ist, das Gehäuse und das Spulenende thermisch zu verbinden, kann das Spulenende ausreichend durch die Wärmeabstrahlung von dem Spulenende zu dem Gehäuse mittels des thermisch leitfähigen Elementes gekühlt werden. Da zudem der Luftbeutel, der die druckbeaufschlagte Luft vorhält, in dem Raumabschnitt zwischen der Innenwand des Gehäuses und dem Spulenabschnitt eingesetzt wird, kann das thermisch leitfähige Element in Flächenkontakt mit dem Spulenende bei gleichmäßiger Druckkraft unabhängig von der Form des Raumabschnittes sein. Daher kann die Kühlstruktur der vorliegenden Erfindung das Spulenende ausreichend kühlen, wodurch eine Luftisolierschicht (Raumabschnitt) sichergestellt ist, die zwischen dem Spulenende und dem Gehäuse aus Sicherheitsgründen notwendig ist.
Bei der vorliegenden Erfindung wird bevorzugt, wenn das thermisch leitfähige Element aus mehreren Bestandteilen zusammengesetzt ist, die in Umfangsrichtung innerhalb des Raumabschnittes angeordnet sind, und/oder der Luftbeutel einen einzigen Beutelkörper beinhaltet, der dafür ausgelegt ist, kollektiv gegen die mehreren Bestandteile des thermisch leitfähigen Elementes zu drücken. Daher kann das thermisch leitfähige Element, das aus den mehreren Bestandteilen zusammengesetzt ist, kollektiv von dem Luftbeutel (Beutelkörper), der eine vergleichsweise einfache Form aufweist, gedrückt werden.
Umfassen kann das vorbeschriebene Gehäuse einen rohrartigen Gehäusekörper, der einen Außenumfang des Rotors und des Stators umgibt, sowie ein Gehäuseendelement, das einen Endabschnitt, in axialer Richtung, des Gehäusekörpers schließt. In diesem Fall wird bevorzugt, wenn der vorbeschriebene Luftbeutel zwischen einem Endabschnitt, in axialer Richtung, des Spulenendes und dem Gehäuseendelement derart vorgesehen ist, dass das thermisch leitfähige Element in Dickenrichtung des thermisch leitfähigen Elementes gegen den Endabschnitt, in axialer Richtung, des Spulenendes drückt.
Des Weiteren wird bevorzugt, wenn zudem ein Positionsregulierungsmechanismus vorgesehen ist, der dafür ausgelegt ist, eine Position, in radialer Richtung, des Luftbeutels relativ zu dem Gehäuseendelement zu regulieren. Daher kann das thermisch leitfähige Element auf geeignete Weise gegen das Spulenende durch den Luftbeutel, dessen Position an einer spezifischen radialen Position relativ zu dem Gehäuseendelement reguliert wird, gedrückt werden.
Vorzugsweise umfasst der Luftbeutel einen Beutelkörper, der dafür ausgelegt ist, zwischen dem Endabschnitt, in axialer Richtung, des Spulenendes und dem Gehäuseendelement eingesetzt zu werden, und/oder einen Einleitungsabschnitt, der dafür vorgesehen ist, das Gehäuseendelement zu durchdringen und die druckbeaufschlagte Luft in den Beutelkörper einzuleiten, und/oder ein Ventil, das an dem Einleitungsabschnitt vorgesehen ist. Da hierdurch der Luftbeutel eingesetzt werden kann, nachdem der Luftbeutel in einem Nichteinsatzzustand angebracht worden ist, kann die Handhabbarkeit beim Zusammenbau verbessert werden, wodurch die Drucksteuerung bzw. Regelung des Luftbeutels vereinfacht werden kann.
Bevorzugt wird, wenn eine Fixiervorrichtung vorgesehen ist, um das thermisch leitfähige Element an dem Gehäuse zu fixieren, und das thermisch leitfähige Element einen Durchhangteil an einer Position zwischen einem Abschnitt hiervon, der gegen das Spulenende durch den Luftbeutel gedrückt wird, und einem weiteren Abschnitt hiervon, der an dem Gehäuse durch die Fixiervorrichtung fixiert ist, aufweist, wobei der Durchhangteil dafür ausgelegt ist, gebogen und nicht an irgendeinem Element fixiert zu werden. Da hierdurch der Durchhangteil als Abschnitt dient, der dem Wirken einer durch die thermische Kontraktion des Gehäuses oder dergleichen bewirkten großen Spannung auf das thermisch leitfähige Element entgegenwirken kann, kann eine Beschädigung des thermisch leitfähigen Elementes verhindert werden.
Bevorzugt wird, wenn ein Befestigungselement vorgesehen ist, um das thermisch leitfähige Element an dem Gehäuse fest zu befestigen, wobei das thermisch leitfähige Element ein Durchgangsloch und mehrere Schlitze aufweist, die dafür ausgelegt sind, sich radial von dem Durchgangsloch aus an einem Abschnitt hiervon, der fest an dem Gehäuse durch das Befestigungselement befestigt ist, zu erstrecken, und das Befestigungselement dafür ausgelegt ist, das Durchgangsloch zu durchdringen und einen Abschnitt des thermisch leitfähigen Elementes, der zwischen (between) oder unter (among) den Schlitzen in einer Befestigungsrichtung positioniert ist, zu biegen. Da hierdurch die Wärme auf das Gehäuse von dem thermisch leitfähigen Element über das Befestigungselement zusätzlich dazu, dass Wärme direkt zu dem Gehäuse von dem thermisch leitfähigen Element übertragen wird, übertragen wird, kann die thermische Leitfähigkeit verbessert werden, wodurch das Spulenende ausreichend gekühlt wird.
Entsprechend einem weiteren Aspekt wird ein Elektromotor bereitgestellt, der umfasst: ein Gehäuse, das einen Stator und einen Rotor darin aufnimmt,
wenigstens ein thermisch leitfähiges Element, das das Gehäuse und ein Spulenende des Stators thermisch verbindet und wenigstens eine laminierte Graphitlage beinhaltet; und einen Luftbeutel, der in einem Raumabschnitt zwischen einer Innenwand des Gehäuses und dem Spulenende derart entfaltet wird, dass er wenigstens einen Abschnitt des thermisch leitfähigen Elementes gegen das Spulenende drückt.
Vorzugsweise ist das thermisch leitfähige Element aus mehreren Bestandteilen zusammengesetzt, die in einer Umfangsrichtung innerhalb des Raumabschnittes angeordnet sind, und/oder der Luftbeutel umfasst einen einzigen Beutelkörper, der dafür ausgelegt ist, kollektiv gegen die mehreren Bestandteile des thermisch leitfähigen Elementes zu drücken.
Entsprechend einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren zum Kühlen eines Elektromotors bereitgestellt, wobei der Elektromotor ein Gehäuse umfasst, das einen Stator und einen Rotor darin beinhaltet, wobei das Verfahren die nachfolgenden Schritte umfasst:

thermisches Verbinden des Gehäuses und eines Spulenendes des Stators mittels wenigstens eines thermisch leitfähigen Elementes, das wenigstens eine laminierte Graphitlage beinhaltet; und
Entfalten eines Luftbeutels in einem Raumabschnitt zwischen einer Innenwand des Gehäuses und dem Spulenende derart, dass er wenigstens einen Abschnitt des thermisch leitfähigen Elementes gegen das Spulenende drückt.

Weitere Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung erschließen sich aus der nachfolgenden Beschreibung, die sich auf die begleitende Zeichnung bezieht.

1 ist eine Vertikalschnittansicht eines Elektromotors entsprechend einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 ist eine vergrößerte Ansicht eines Hauptteiles zur Darstellung eines umgebenden Teiles eines Luftbeutels von 1.
3 ist eine vergrößerte Ansicht eines Hauptteiles zur Darstellung eines Abschnittes um einen Fixierabschnitt des thermisch leitfähigen Elementes und ein Gehäuse von 2.
4 ist eine perspektivische Explosionsansicht von Hauptkomponenten des Elektromotors.
5 ist eine perspektivische Ansicht des thermisch leitfähigen Elementes selbst.
6 ist ein Graph zur Darstellung einer Beziehung zwischen einer Druckkraft und einer thermischen Leitfähigkeit einer Graphitlage.
7 ist eine Planansicht zur Darstellung eines umgebenden Teiles eines Einführungsabschnittes des thermisch leitfähigen Elementes.
8 ist eine vergrößerte Ansicht eines Kontaktabschnittes eines thermisch leitfähigen Bolzens und des thermisch leitfähigen Elementes.
9 ist eine Ansicht zur Beschreibung einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung entsprechend 2.

Nachstehend werden bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung insbesondere anhand der begleitenden Zeichnung beschrieben. Hierbei zeigen die nachstehend beschriebenen Ausführungsformen lediglich bevorzugte spezifische Beispiele, die bei einem Synchronmotor mit Permanentmagnet zum Einsatz kommen, und sollen die vorliegende Erfindung, die Aufgabe der vorliegenden Erfindung oder deren Verwendung nicht beschränken.
Ausführungsform 1
Nachstehend wird eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung anhand 1 bis 8 beschrieben. Wie in 1 gezeigt ist, umfasst ein Elektromotor 1 einen zylindrischen Rotor 10, einen Stator 20, der an einer Außenumfangseite des Rotors 10 angeordnet ist, ein zylindrisches Gehäuse 30, das den Rotor 10 und den Stator 20 darin aufnimmt, eine Steuerung bzw. Regelung (nicht dargestellt) zur Zuleitung eines Wechselstromes mit Steuerung bzw. Regelung entsprechend einer erforderlichen Ausgabe und dergleichen an den Stator 20. Der Elektromotor 1 ist derart ausgelegt, dass der Rotor 10, der innerhalb des Stators 20 vorgehalten wird, von einem Magnetfeld in Drehung versetzt wird, das durch den Fluss des Wechselstromes zu dem Stator 20 von der Steuerung bzw. Regelung erzeugt wird.
Zunächst wird der Rotor 10 beschrieben. Wie in 1 dargestellt ist, umfasst der Rotor 10 eine Rotorwelle 11, die als Ausgabewelle des Elektromotors 1 wie auch als Rotorkern 12 dient, sowie ein Paar von rechten und linken Endplatten 13. Die Rotorwelle 11 ist mit einer Lastvorrichtung 2 an einem Endabschnitt hiervon verbunden. An dem Gehäuse 30 vorgesehen sind ein Drehzapfen 35 zum Stützen des anderen Endabschnittes der Rotorwelle 11 und ein Drehzapfen 36 zum Stützen eines mittleren Abschnittes (Abschnitt zwischen der Lastvorrichtung 2 und dem Rotorkern 12) einer dem einen Ende zu eigenen Seite des Rotors der Rotorwelle 11. Dies bedeutet, dass die Rotorwelle 11 drehbar an dem Gehäuse 30 über die Drehzapfen 35, 36 gestützt ist. Im Folgenden wird eine Richtung, die parallel zu einem Wellenzentrum der Rotorwelle 11 ist, als „axiale Richtung“ bezeichnet, eine Richtung, die senkrecht zum Wellenzentrum der Rotorwelle 11 ist, wird als „radiale Richtung“ bezeichnet, und eine Umfangsrichtung eines Kreises, der sein Kreiszentrum an dem Wellenzentrum der Rotorwelle 11 hat, wird als „Umfangsrichtung“ bezeichnet. Des Weiteren wird eine Seite der axialen Richtung, die näher an der Lastvorrichtung 2 positioniert ist (das heißt eine Ausgabeseite), als „vorne bzw. vorderer, e, es)“ bezeichnet, während die andere Seite als „hinten bzw. rückwärtig“ bezeichnet wird.
Der Rotorkern 12 umfasst einen Körperabschnitt (nicht dargestellt), der aus mehreren elektromagnetischen Stahlplatten besteht, die in axialer Richtung laminiert und integral durch Thermokompressionsbonding oder dergleichen gebildet sind, sowie mehrere Permanentmagnete (nicht dargestellt), die feldartig in Umfangsrichtung an einem Außenumfang des Körperabschnittes angeordnet sind. Der Rotorkern 12 ist an der Rotorwelle 11 angebracht und derart arretiert, dass er sich nicht frei relativ zu der Rotorwelle 11 dreht. Das Paar der rechten und linken Endplatten 13 ist an beiden Endabschnitten, in axialer Richtung, des Rotorkernes 12 zur Positionierung des Rotorkernes 12 relativ zu der Rotorwelle 11 vorgesehen.
Als Nächstes wird der Stator 20 beschrieben. Wie in 1, 2 und 4 gezeigt ist, umfasst der Stator 20 einen Statorkern 21 und eine Statorspule 22. Der Statorkern 21 umfasst mehrere elektromagnetische Stahlplatten, die in axialer Richtung laminiert und integral durch Thermokompressionsbonding oder dergleichen gebildet sind. Der Statorkern 21 ist an einer Innenumfangsfläche 31c des Gehäuses 30 derart angeordnet, dass er nicht drehbar ist. Die Innenumfangsfläche des Statorkernes 21 ist derart vorgesehen, dass sie zu einer Außenumfangsfläche des Rotorkernes 20 weist, wobei ein kleiner Spalt zwischen beiden vorgesehen ist. Mehrere Rippen (nicht dargestellt) sind derart vorgesehen, dass sie an dem Statorkern 21 derart vorstehen, dass sie feldartig in gleichen Abständen in Umfangsrichtung angeordnet sind, wobei an den Rippen die Statorspule 22 vorgesehen ist, die aus einer U-Phasen-Spulengruppe, einer V-Phasen-Spulengruppe und einer W-Phasen-Spulengruppe, in denen einige aus Kupfer gefertigte lackierte Drähte in einem spezifischen Muster gewickelt sind, zusammengesetzt ist.
Die Statorspule 22 beinhaltet ein Paar von vorderen und rückwärtigen Spulenenden 23, die in einem Zustand, in dem sie nach außen von beiden Endabschnitten (vorderer Endabschnitt und rückwärtiger Endabschnitt) der axialen Richtung des Statorkernes 21 vorstehen, gefaltet sind. Wie in 1 und 2 gezeigt ist, umfasst das Paar der vorderen und rückwärtigen Spulenenden 23 jeweils einen einen großen Durchmesser aufweisenden Abschnitt 23a, der entfernt von dem Statorkern 21 vorgesehen ist, und einen einen kleinen Durchmesser aufweisenden Abschnitt 23b, der zwischen dem einen großen Durchmesser aufweisenden Abschnitt 23a und dem Statorkern 21 vorgesehen ist und eine geringere Breite, in radialer Richtung, als der einen großen Durchmesser aufweisende Abschnitt 23a aufweist. Bezugsrichtig vorgesehen an beiden Längsseiten des Statorkernes 21 sind ein ringförmiger Ausnehmungsabschnitt 24, der durch einen vertikalen Wandabschnitt (vordere Endfläche oder rückwärtige Endfläche) des Statorkernes 21 unterteilt ist, der einen kleinen Durchmesser aufweisende Abschnitt 23b und der einen großen Durchmesser aufweisende Abschnitt 23a, und zwar derart, dass sie in radialer Richtung nach innen zurückgenommen sind.
Eine isolierende Wärmeableitungspaste ist auf die jeweiligen Oberflächen des Paares von vorderen und rückwärtigen Spulenenden 23 (der einen großen Durchmesser aufweisende Abschnitt 23a und der einen kleinen Durchmesser aufweisende Abschnitt 23b) aufgebracht. Ein Material, das dazu in der Lage ist, die thermische Leitfähigkeit und die Wärmeableiteigenschaft wie auch die Isoliereigenschaft sicherzustellen, so beispielsweise eine Paste, die durch eine Hydrolysereaktion einer Alkoxidverbindung und eine Silanoldehydrierungskondensationsreaktion hergestellt ist, kann als isolierende Wärmeableitpaste verwendet werden. Hierbei wird die isolierende Wärmeableitpaste auch auf den vertikalen Wandabschnitt des Statorkernes 21 aufgetragen.
Die Typen der Drahtwicklung der Statorspule 22 können grundsätzlich als Konzentrationswicklungstyp und Verteilungswicklungstyp klassifiziert werden. Da beim Konzentrationswicklungstyp keine Überlappung von Magnetpolen der Phasen vorhanden ist und die Wechselwirkung der Statorspulen 22 klein ist, kann die Länge, in axialer Richtung, des Spulenendes 23 verkürzt werden. Da jedoch der Verwendungsgrad des Magneten pro Ausgabedrehmoment groß ist, wird das Rastmoment (cogging torque) unangemessen hoch. Beim Verteilungswicklungstyp wird indes, da die Magnetpole der Phasen einander teilweise überlappen und die Statorspulen 22 einander an dem Spulenende 23 kreuzen, die Länge, in axialer Richtung, des Spulenendes 23 länger, und es wird die Form komplizierter. Da der Verwendungsgrad des Magneten pro Ausgabedrehmoment indes kleiner wird, wird das Rastmoment ebenfalls kleiner. Die vorliegende Ausführungsform bedient sich des Verteilungswicklungstyps mit der größeren Länge des Spulenendes 23 zum Sicherstellen einer großen freiliegenden Zone des Spulenendes 23, die von dem Statorkern 21 freiliegt.
Im Folgenden wird das Gehäuse 30 beschrieben. Das Gehäuse 30 umfasst, wie in 1 bis 4 gezeigt ist, einen rohrartigen Gehäusekörper 31 mit einem unteren Boden und ein in etwa kreisplattenförmiges Gehäuseendelement 32, das eine Vorderseitenöffnung des Gehäusekörpers 31 schließt. Der Gehäusekörper 31 und das Gehäuseendelement 32 bestehen aus einer Aluminiumlegierung, damit Wärme, die an dem Elektromotor 1 erzeugt wird, schnell nach außen abgeleitet wird. Ein Anbringungsloch, das beträchtlich weiter als die Rotorwelle 11 ist, ist an einem zentralen Abschnitt einer rückwärtigen Wand 31f des Gehäusekörpers 31 ausgebildet, und der Drehzapfen 35 zum Stützen eines rückwärtigen Endabschnittes der Rotorwelle 11 ist an diesem Anbringungsloch angebracht. An einem Vorderendabschnitt des Gehäusekörpers 31 ist ein ringförmiger Ausnehmungsabschnitt 31a ausgebildet, der derart ausgestaltet ist, dass eine einwärtige Zone, in radialer Richtung, des Vorderendabschnittes, nach hinten zurückgenommen ist. Mehrere Bolzenlöcher 44h sind an dem Ausnehmungsabschnitt 31a ausgebildet, während mehrere (drei) Bolzenlöcher 34h an einer Außenumfangsvorderendwand 31b ausgebildet sind, die an einer auswärtigen Seite, in radialer Richtung, des Ausnehmungsabschnittes 31a positioniert ist. Diese mehreren (drei) Bolzenlöcher 34h sind derart vorgesehen, dass sie in gleichen Abständen in Umfangsrichtung an der Außenumfangsvorderendwand 31b verteilt sind. Wie in 3 gezeigt ist, ist das Bolzenloch 44h derart ausgestaltet, dass es eine spezifische Lochtiefe von einer Wandoberfläche des Ausnehmungsabschnittes 31a aus aufweist, und umfasst einen Schraubenabschnitt 44h1, in den ein thermisch leitfähiger Bolzen 44 (nachstehend beschrieben) eingeschraubt ist, und einen Sitzabschnitt 44h2, der einen größerem Durchmesser als der Schraubenabschnitt 44h1 aufweist.
Ein Anbringungsloch, das beträchtlich weiter als die Rotorwelle 11 ist, ist an einem zentralen Abschnitt des Gehäuseendelementes 32 ausgebildet, während der Drehzapfen 36 zum Stützen eines Vorderabschnittes der Rotorwelle 11 an diesem Anbringungsloch angebracht ist. Mehrere (drei) Einführungslöcher 32a und ein einziges Lufteinleitungsloch 32b sind an dem Gehäuseendelement 32 ausgebildet. Die mehreren (drei) Einführungslöcher 32a sind jeweils an mehreren (drei) Buckelabschnitten ausgebildet, die derart vorgesehen sind, dass sie in gleichen Abständen in Umfangsrichtung an einem äußersten Umfangsabschnitt des Gehäuseendelementes 32 verteilt sind. Das Lufteinleitungsloch 32b ist an einem mittleren Abschnitt, in radialer Richtung, des Gehäuseendelementes 32 ausgebildet und durchdringt das Gehäuseendelement 32 in axialer Richtung (Dickenrichtung). Das Gehäuseendelement 32 ist an dem Gehäuse 31 durch Befestigungsbolzen 34 befestigt, die in die Einführungslöcher 32a zu den Bolzenlöchern 34h eingeführt sind.
Wie in 1 und 2 dargestellt ist, ist eine Luftisolierung zwischen dem Paar von vorderen und rückwärtigen Spulenenden 23 und dem Gehäuse 30 vorgesehen. Dies bedeutet, dass das rückseitige Spulenende 23 derart vorgesehen ist, dass es von der Rückwand 31f und einer Umfangswand 31e des Gehäusekörpers 31 beabstandet ist, während das vorderseitige Spulenende 23 derart vorgesehen ist, dass es von der Umfangswand 31e des Gehäusekörpers 31 und dem Gehäuseendelement 32 beabstandet ist.
Mehrere thermisch leitfähige Elemente 50 sind an dem vorderseitigen Spulenende 23 angebracht. Die mehreren thermisch leitfähigen Elemente 50 sind derart angebracht, dass sie mit einem Vorderende des Spulenendes 23 in Kontakt stehen, und sind in gleichen Abständen in Umfangsrichtung mit kleiner Rasterweite angeordnet. Bei der vorliegenden Ausführungsform sind die thermisch leitfähigen Elemente 50 (und ein nachstehend noch beschriebener Luftbeutel 60) nur an dem vorderseitigen Spulenende 23 angebracht, sodass hauptsächlich die Umgebungsstruktur des vorderseitigen Spulenendes 23 beschrieben wird. Hierbei können im Unterschied zur vorliegenden Ausführungsform die thermisch leitfähigen Elemente 50 (und der Luftbeutel 60) auch sowohl an dem vorderseitigen wie auch dem rückseitigen Spulenende 23 angebracht sein.
Eine aus einer Aluminiumlegierung gefertigte Druckplatte 40 ist zwischen dem vorderseitigen Spulenende 23 und dem Gehäuseendelement 32 angebracht. Des Weiteren ist der Luftbeutel 60, der gegen die mehreren thermisch leitfähigen Elemente 50 mit einer spezifischen Druckkraft druckt, hinter der Druckplatte 40 vorgesehen.
Entsprechend der Anbringung der Druckplatte 40 zwischen dem Spulenende 23 (großen Durchmesser aufweisender Abschnitt 23a und kleinen Durchmesser aufweisender Abschnitt 23b) ist ein Raumabschnitt 33 vorgesehen, der durch eine Vorderendfläche 23c des einen großen Durchmesser aufweisenden Abschnittes 23a, eine Außenumfangsfläche 23d des einen großen Durchmesser aufweisenden Abschnittes 23a, eine Außenumfangsfläche 23e des einen kleinen Durchmesser aufweisenden Abschnittes 23b, eine Innenumfangsfläche 31c des Gehäusekörpers 31 und die Druckplatte 40 unterteilt ist. Der Luftbeutel 60 ist dafür ausgelegt, dass er die thermisch leitfähigen Elemente 50 gegen das Spulenende 23 drückt, indem er in dem Raumabschnitt 33 eingesetzt wird.
Wie in 1 bis 4 gezeigt ist, umfasst die Druckplatte 40 einen Ringabschnitt 41 und einen zylindrischen Abschnitt 42. Der Ringabschnitt 41 ist senkrecht zu dem Wellenzentrum der Rotorwelle 11 angeordnet. Die Druckplatte 40 ist an dem Gehäusekörper 31 durch Befestigen eines Außenumfangskantenabschnittes des Ringabschnittes 41 an dem Ausnehmungsabschnitt 31a des Gehäusekörpers 31 mit den mehreren thermisch leitfähigen Bolzen 44 (entsprechend einer Fixiervorrichtung oder einem Befestigungselement der vorliegenden Erfindung) fixiert. Eine Innenumfangskante des Ringabschnittes 41 ist im Wesentlichen an derselben Position, in radialer Richtung, wie die Innenumfangsfläche des Statorkernes 21 angeordnet, wenn die Druckplatte 40 an dem Ausnehmungsabschnitt 31a fixiert ist. Der Ringabschnitt 41 weist mehrere Einführungslöcher 41a zum Einleiten der thermisch leitfähigen Bolzen 40 auf. Die mehreren Einführungslöcher 41a sind in Umfangsrichtung angeordnet, wobei ein Satz hiervon aus drei Löchern besteht, die an Positionen entsprechend den Scheiteln eines gleichseitigen Dreiecks, wie in 4 gezeigt ist, angeordnet sind. Des Weiteren ist ein Lufteinleitungsloch 41b an einer Position der Druckplatte 40 angeordnet, die dem Lufteinleitungsloch 32b entspricht. Der zylindrische Abschnitt 42 ist derart ausgelegt, dass er nach hinten von seiner Innenumfangskante des Ringabschnittes 41 aus vorsteht, und erstreckt sich parallel zu dem Wellenzentrum der Rotorwelle 11 zu einer Position, die zu der Innenumfangsfläche des einen großen Durchmesser aufweisenden Abschnittes 23a des Spulenendes 23 orientiert ist. Ein rückwärtiger Endabschnitt des zylindrischen Abschnittes 42 ist derart vorgesehen, dass er von der Innenumfangsfläche des einen großen Durchmesser aufweisenden Abschnittes 23a in radialer Richtung beabstandet ist.
Als Nächstes werden die mehreren thermisch leitfähigen Elemente 50 beschrieben. Die mehreren thermisch leitfähigen Elemente 50 bilden einen Kühlmechanismus vom Trockentyp zum Kühlen des Spulenendes 23 durch Übertragen einer Wärmemenge, die von dem Spulenende 23 eingeleitet wird, zu der Innenumfangsfläche 31c des Gehäuses 30 und dergleichen. Diese mehreren thermisch leitfähigen Elemente 50 sind derart vorgesehen, dass sie feldartig in gleichen Abständen in Umfangsrichtung in dem Raumabschnitt 33 angeordnet sind. Hierbei weist jedes der mehreren thermisch leitfähigen Elemente 50 dieselbe Struktur auf, weshalb im Folgenden nur ein thermisch leitfähiges Element 50 als Beispiel beschrieben wird.
Wie in 5 gezeigt ist, umfasst das thermisch leitfähige Element 50 eine Graphitlage 52, die aus einem laminierten Kohlenstoffatomkristall gefertigt ist. Die Graphitlage 52 ist beispielsweise in Form einer Lage mit einer Dicke von etwa 75 µm ausgebildet. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist die Graphitlage 52 eine gerade Anzahl von Malen, so beispielsweise 28 Mal, bezüglich paralleler zweiseitiger Faltlinien 52a gefaltet, wodurch das lange thermisch leitfähige Element 50 gebildet wird, das eine Dicke von etwa 2 mm aufweist. Die in einer Ebenenrichtung gegebene Mobilität geladener Teilchen (Elektronen) ist in der Graphitlage 52 etwa gleich 15.000 cm²/Vs bei Raumtemperatur, was eine hervorragende thermische Leitfähigkeit (etwa 1000 bis etwa 1500 W/m·K) bedingt. Wie in 6 gezeigt ist, verfügt die Graphitlage 52 über Eigenschaften dahingehend, dass die thermische Leitfähigkeit stärker ansteigt, wenn die Druckkraft für eine Wärmequelle in Dickenrichtung (Richtung senkrecht zur Ebene) größer wird, wobei die thermische Leitfähigkeit an einem Punkt konvergiert, an dem die Druckkraft übermäßig groß wird.
Die Menge der Wärme, die in die unterste Schicht der Graphitlage 52 des thermisch leitfähigen Elementes 50 gemäß Darstellung in 5 eingeleitet wird, wird zu einer obersten Schicht der Graphitlage 52 durch die mehreren Faltlinien 52a mit hoher thermischer Leitfähigkeit übertragen.
Des Weiteren wird die Menge der Wärme, die zu dem dem einen Ende zu eigenen Abschnitt der untersten Schicht der Graphitlage 52 von 5 eingeleitet wird, zu dem anderen Endabschnitt mittels der Schichten der Graphitlage 52, wie in 7 durch einen Pfeil gezeigt ist, übertragen.
Wie in 5 gezeigt ist, beinhaltet das thermisch leitfähige Element 50 vier Verbindungsabschnitte 53, die feldartig in gleichen Intervallen in ihrer Längsrichtung angeordnet sind. Des Weiteren sind drei Einführungsabschnitte 54 bis 56 in der Umgebung eines Endabschnittes, in Längsrichtung, des thermisch leitfähigen Elementes 50 ausgebildet. Die vier Verbindungsabschnitte 53 umfassen jeweils einen Erstreckungsabschnitt 52b, der sich von einer langen Seite der einen Seite der untersten Schicht der Graphitlage 52 aus erstreckt, sowie einen weiteren Erstreckungsabschnitt 52c, der sich von einer langen Seite der einen Seite der obersten Schicht der Graphitlage 52 aus erstreckt, die mittels eines Klebstoffes oder dergleichen zusammengefügt sind. Des Weiteren sind alle Faltlinien 52a, die an einer weiteren langen Seite an der anderen Seite der Graphitlage 52 positioniert sind, durch den Klebstoff oder dergleichen zusammengefügt, sodass das thermisch leitfähige Element 50 gebildet wird, das gefaltet ist und seine lange Form beibehalten kann.
Wie in 5 und 7 gezeigt ist, sind die drei Einführungsabschnitte 54 bis 56 an Positionen angeordnet, die Scheiteln eines in etwa gleichseitigen Dreiecks entsprechen. Der Einführungsabschnitt 54 ist an einer stromabwärtigen Seite der Wärmeübertragungsrichtung, wie durch die Pfeile in 5 und 7 gezeigt ist, positioniert, während die Einführungsabschnitte 55, 56 an einer stromaufwärtigen Seite des Einführungsabschnittes 54 positioniert sind. Die drei Einführungsabschnitte 54 bis 56 sind derart vorgesehen, dass sie mit den drei Bolzenlöchern 44h (Sitzabschnitte 44h2) überlappen, die an dem Gehäusekörper 31 (Ausnehmungsabschnitt 31a) bezugsrichtig ausgebildet sind, wenn das thermisch leitfähige Element 50 an dem Gehäusekörper 31 fixiert ist. Wie in 7 dargestellt ist, beinhaltet der Einführungsabschnitt 54 (55, 56) ein Einführungsloch 54a (55a, 56a), das einen kleineren Durchmesser als ein Hülsenabschnitt 44c (nachstehend noch beschrieben) des thermisch leitfähigen Bolzens 44 aufweist, sowie mehrere Schlitze 54b (55b, 56b), die sich radial von dem Einführungsloch 54a (55a, 56a) aus in Abständen von in etwa 90° erstrecken. Wie in 7 dargestellt ist, sind die Schlitze 54b des Einführungsabschnittes 54 mit Positionierung an der stromabwärtigen Seite der Wärmeübertragungsrichtung dafür ausgelegt, sich im Wesentlichen in parallelen und senkrechten Richtungen bezugsrichtig zu erstrecken, und sind insgesamt in Form eines Kreuzes ausgebildet. Die Schlitze 55b (56b) der anderen Einführungsabschnitte 55, 56 sind zur Sicherstellung einer Breite eines Wärmeübertragungsdurchlasses im größtmöglichen Ausmaß dafür ausgelegt, sich in einer Richtung, die um etwa 45° zur Wärmeübertragungsrichtung geneigt ist, sowie in einer anderen Richtung, die um etwa 135° zur Wärmeübertragungsrichtung geneigt ist, bezugsrichtig zu erstrecken, und sind insgesamt in Form eines X ausgebildet. Die jeweiligen Schlitze 54b (55b, 56b) weisen kreisförmige Löcher zur Einreißverhinderung bzw. Verschleißverhinderung an ihren Spitzenabschnitten, die am weitesten von dem Einführungsloch 54a (55a, 56a) entfernt sind, auf. Daher weisen die Einführungslöcher 55, 56 dieselbe Struktur auf, während der Einführungsabschnitt 54 und die Einführungsabschnitte 55, 56 mit Ausnahme der Richtung des Schlitzes (Winkel) dieselbe Struktur aufweisen.
Wie in 3 dargestellt ist, ist der thermisch leitfähige Bolzen 44 ein aus Metall gefertigter Bolzen, der einen Kopfabschnitt 44a zur Aufnahme in einem Befestigungswerkzeug (nicht dargestellt) und einen Schaft- bzw. Wellenabschnitt 44b, der zu dem Kopfabschnitt 44a kontinuierlich ist, umfasst. Der Schaft- bzw. Wellenabschnitt 44b beinhaltet einen Hülsenabschnitt 44c, der zu dem Kopfabschnitt 44a kontinuierlich ist, und einen Schraubenabschnitt 44d, der zu dem Hülsenabschnitt 44c kontinuierlich ist und einen kleineren Durchmesser als der Hülsenabschnitt 44c aufweist. Der Durchmesser des Hülsenabschnittes 44c ist größer als derjenige des Schraubenabschnittes 44h1 des Bolzenloches 44h, der kleiner als das Doppelte der Länge des Schlitzes 54b (55b, 56b) gewählt ist. Wenn der thermisch leitfähige Bolzen 44 an dem Bolzenloch 44h durch den Einführungsabschnitt 54 (55, 56) befestigt wird, rückt der thermisch leitfähige Bolzen 44 dadurch vor und biegt dabei einen Umfangsabschnitt des Einführungsloches 54a (55a, 56a), insbesondere einen Abschnitt des thermisch leitfähigen Elementes 50, der zwischen den mehreren Schlitzen (Abschnitt zwischen dem Schlitz 54b (55b, 56b) und dem Schlitz 54b (55b, 56b), der diesen Schlitz kreuzt) hin zu einer Befestigungsrichtung (nach hinten) positioniert ist. Die Länge, in axialer Richtung, des Hülsenabschnittes 44c ist derart gewählt, dass die Druckkraft des thermisch leitfähigen Bolzens 44, die auf das thermisch leitfähige Element 50 wirkt, einen spezifischen Druck erreichen kann, wenn ein rückwärtiges Ende des Hülsenabschnittes 44c in Kontakt mit einem unteren Abschnitt des Sitzabschnittes 44h2 gelangt. Insbesondere ist die Länge, in axialer Richtung, des Hülsenabschnittes 44c derart gewählt, dass die Druckkraft des thermisch leitfähigen Bolzens 44 innerhalb eines Bereiches von etwa 100 bis etwa 700 kPa sein kann und zudem einen Druckkraftwert erreicht, der nicht bewirkt, dass sich die Faltlinie 52a des thermisch leitfähigen Elementes 50 vollständig (unter Beibehaltung einer spezifischen Krümmung) biegt, wenn das rückwärtige Ende des Hülsenabschnittes 44c in Kontakt mit dem unteren Abschnitt des Sitzabschnittes 44h2 gelangt, womit das Befestigen beendet ist.
Nachstehend wird der Luftbeutel 60 beschrieben. Wie in 1, 2 und 4 gezeigt ist, drückt der Luftbeutel 60 das thermisch leitfähige Element 50 von einer Seite (vorderwärtige Seite), in Dickenrichtung hiervon, des thermisch leitfähigen Elementes 50 mit einer gleichmäßigen Druckkraft, wenn die druckbeaufschlagte Luft eingefüllt ist, was dessen Einsatz ausmacht. Das thermisch leitfähige Element 50, das von dem Luftbeutel 60 gedrückt wird, ist in Flächenkontakt mit der Vorderendfläche des Statorkernes 21, dem Spulenende 23 und der Innenumfangsfläche 31c des Gehäuses 30 bei gleichmäßiger Druckkraft. Der Luftbeutel 60 beinhaltet einen Beutelkörper 61, der aus einem ringförmigen einzelnen Beutel gefertigt ist, in dem druckbeaufschlagte Luft vorgehalten werden kann, einen rohrförmigen Einleitungsabschnitt 62, der mit dem Beutelkörper 61 gekoppelt ist, und ein Druckanpassungsventil 63 (entsprechend einem Ventil der vorliegenden Erfindung), das die druckbeaufschlagte Luft in den Beutelkörper 61 durch den Einleitungsabschnitt 62 zuleitet und den Druck der zugeleiteten Luft auf einen spezifischen Druckwert regelt.
Der Beutelkörper 61 besteht aus faserverstärktem Gummi, wobei dessen Oberfläche behandelt ist. Ein beliebiges Gummimaterial mit Wärmebeständigkeit und Ölbeständigkeit, so beispielsweise Si (Silikongummi), FKM (Fluorgummi), IIR (Isobutylen-Isopren-Gummi), EPDM (Ethylen-Propylen-Gummi), CR (Chloropren-Gummi) oder NBR (Nitrilgummi), wird als Hauptmaterial des Gummis verwendet. Aramid, Kupferdraht, Kunstfaser oder dergleichen sind bei einem faserverstärkten Material, das in dem Gummimaterial enthalten sein soll, einsetzbar. Eine PEEK-Beschichtung (Polyether-Ether-Keton), eine Polyimid-Beschichtung, eine Polyamid-Imid-Beschichtung oder dergleichen werden bei der Oberflächenbehandlung eingesetzt.
In einem Nichteinsatzzustand, in dem die druckbeaufschlagte Luft aus dem Luftbeutel 60 abgelassen ist, ist der Beutelkörper 61 in dem Raumabschnitt 33 angeordnet, und der Einleitungsabschnitt 62 durchdringt die Lufteinleitungslöcher 41b, 32b derart, dass er nach außen hin freiliegt. Das Druckanpassungsventil 63, das an der Spitze des Einleitungsabschnittes 62 angebracht ist, passt den Innendruck des Beutelkörpers 61 auf einen spezifischen Druckwert von beispielsweise etwa 100 bis etwa 700 kPa über dem atmosphärischen Druck an, wenn die druckbeaufschlagte Luft von einer druckbeaufschlagte Luft zuleitenden Vorrichtung (nicht dargestellt) zugeleitet wird. In einem Einsatzzustand, in dem die druckbeaufschlagte Luft eingefüllt ist, wird die Position, in axialer Richtung, des Luftbeutels 60 durch den Ringabschnitt 41 der Druckplatte 40, die Vorderendfläche 23c des einen großen Durchmesser aufweisenden Abschnittes 23a des Spulenendes 23 und die Vorderendfläche des Statorkernes 21 (drei Elemente) geregelt. Des Weiteren wird die Position, in radialer Richtung, des Luftbeutels 60 durch die Außenumfangsfläche 23d des einen großen Durchmesser aufweisenden Abschnittes 23a und die Innenumfangsfläche 31c das Gehäusekörpers 31 (zwei Elemente) geregelt. Sogar in einem Fall, in dem das Regeln der Radialrichtungsposition durch die Außenumfangsfläche 23d des einen großen Durchmesser aufweisenden Abschnittes 23a und die Innenumfangsfläche 31c des Gehäusekörpers 31 bedingt durch einen Stoß, eine Schwingung oder dergleichen freigegeben wird, wird, da der zylindrische Abschnitt 42 der Druckplatte 40 den Luftbeutel 60 stützt, die Radialrichtungsposition des Luftbeutels 60 beibehalten, sodass der Luftbeutel 60 nicht von dem Raumabschnitt 33 gelöst wird.
Als Nächstes wird die Anbringungsreihenfolge der thermisch leitfähigen Elemente 50 beschrieben. Der Rotor 10, der Stator 20 und anderes werden zunächst in den Gehäusekörper 31 eingebaut. Anschließend werden die mehreren thermisch leitfähigen Elemente 50 in der Umfangsrichtung entlang der Vorderendfläche 23c des Spulenendes 23 angeordnet, und es wird die Form eines jeden der thermisch leitfähigen Elemente 50 derart angeordnet, dass sie zu dem Ausnehmungsabschnitt 31a und der Innenumfangsfläche 31c des Gehäusekörpers 31, der Vorderendfläche des Statorkernes 21 und der Vorderendfläche 23c der Außenumfangsfläche 23d des Spulenendes 23 passt. Die Faltlinie 52a des thermisch leitfähigen Elementes 50, wovon die Form gemäß vorstehender Beschreibung angeordnet worden ist, umfasst einen Abschnitt, der parallel zu dem Wellenzentrum der Rotorwelle 11 positioniert ist, und einen weiteren Abschnitt, der senkrecht zu dem Wellenzentrum der Rotorwelle 11 positioniert ist.
Als Nächstes werden die thermisch leitfähigen Elemente 50 derart positioniert, dass die Einführungsabschnitte 54 bis 56 jeweils mit den drei Bolzenlöchern 44h in Form eines Satzes überlappen. In einem Zustand nach dieser Positionierung ist jedes der thermisch leitfähigen Elemente 50 derart ausgestaltet, dass es einen Durchhangteil 50a aufweist, der übermäßig nach innen in radialer Richtung innerhalb des Ausnehmungsabschnittes 24 des Spulenendes 23 vorsteht. Dies rührt daher, dass einer durch eine Wärmeschrumpfung des Stators 20 oder des Gehäuses 30 oder dergleichen verursachte Beschädigung des thermisch leitfähigen Elementes 50 durch den Durchhangteil 50a entgegengewirkt wird.
Sodann wird die Druckplatte 40 vorübergehend in einem Zustand platziert, in dem der Beutelkörper 61 des Luftbeutels 60 an der Außenumfangsseite des zylindrischen Abschnittes 42 der Druckplatte 40 angeordnet ist, und es werden die mehreren thermisch leitfähigen Bolzen 44 in die Einführungslöcher 41 a des Ringsabschnittes 41 eingeführt. Gleichzeitig wird der Einleitungsabschnitt 62 des Luftbeutels 60 in das Lufteinleitungsloch 41b des Ringabschnittes 41 eingeführt. Sodann wird nach der Positionierung der Einführungslöcher 41 a des Ringabschnittes 41 mit den Einführungsabschnitten 54 bis 56 der thermisch leitfähigen Elemente 50 ein Vorgang des Fixierens der thermisch leitfähigen Elemente 50 an dem Gehäusekörper 31, das heißt ein Vorgang des Befestigens der mehreren thermisch leitfähigen Bolzen 44 in den Bolzenlöchern 44h des Ausnehmungsabschnittes 31a begonnen.
Sind die thermisch leitfähigen Bolzen 44 in die Einführungsabschnitte 54 (55, 56) der thermisch leitfähigen Elemente 50 eingeführt und in den Bolzenlöchern 44h des Gehäusekörpers 31 befestigt, so rücken die Hülsenabschnitte 44c der thermisch leitfähigen Bolzen 44 in Befestigungsrichtung (nach hinten) vor und ziehen dabei Umfangsabschnitte der Einführungslöcher 54a (55a, 56a) und der Schlitze 54b (55b, 56b), sodass diese gezogenen Abschnitte hin zur Befestigungsrichtung gebogen werden und sodann in engen Flächenkontakt mit den Umfangsflächen der Hülsenabschnitte 44c gelangen. Dadurch wird, wie in 8 gezeigt ist, das schuppenartige Graphit, das jedes der thermisch leitfähigen Elementes 50 bildet, in Befestigungsrichtung verschoben, sodass das schuppenartige Graphit in engen Flächenkontakt mit der Umfangsfläche des Hülsenabschnittes 44c gelangt. Als Folge dessen wird, wie in 3 durch Pfeile gezeigt ist, die Wärme zu dem Gehäuse 30 von den thermisch leitfähigen Elementen 50 über die thermisch leitfähigen Bolzen 44 zusätzlich dazu, dass Wärme direkt zu dem Gehäuse 30 von den thermisch leitfähigen Elementen 50 übertragen wird, übertragen.
Der Hülsenabschnitt 44c erreicht den unteren Abschnitt 44h2, wodurch das Befestigen des thermisch leitfähigen Bolzens 44 beendet ist. Hierbei wird die Spannung, die auf den thermisch leitfähigen Bolzen 44 in einem Zustand der Fertigstellung des Bolzens einwirkt, bei einem vorbestimmten Wert gewählt. Damit sind die thermisch leitfähigen Elemente 40 an dem Ausnehmungsabschnitt 31a ohne Biegung an den Faltlinien 52a fixiert.
Als Nächstes werden, nachdem das Positionieren des Gehäusekörpers 31 und des Gehäuserückendelementes 32 derart, dass die Bolzenlöcher 34h mit den Einführungslöchern 32a überlappen, beendet ist, die Bolzen 34 befestigt. Gleichzeitig wird der Einleitungsabschnitt 32 in das Lufteinleitungsloch 32b eingeführt. Schließlich wird die druckbeaufschlagte Luft durch die druckbeaufschlagte Luft zuleitende Vorrichtung zugeleitet, sodass der Luftdruck in dem Luftbeutel 60 auf dem spezifischen Druckwert sein kann. Dadurch sind die mehreren thermisch leitfähigen Elemente 50 in Flächenkontakt mit der Innenumfangsfläche 31c des Gehäusekörpers 31, der Vorderendfläche des Statorkernes 21 und der Vorderendfläche 23c sowie der Außenumfangsfläche 23d des Spulenendes 23 bei gleichmäßiger Druckkraft. Da sich die vorliegende Ausführungsform hierbei des Verteilungswicklungstyps der Statorspule 22 bedient, wird die Kontaktzone des Spulenendes 23 mit den thermisch leitfähigen Elementen 50 (das heißt eine Wärmeeinleitungszone) groß, sodass der direkte Wärmeübertragungsdurchlass zu dem Gehäuse 30 von dem Spulenende 28 ausreichend sichergestellt werden kann. Entsprechend kann das Spulenende 23 sogar dann ausreichend gekühlt werden, wenn kein Schmieröl zum Kühlen zugeleitet wird.
Bei der vorliegenden Ausführungsform sind das Gehäuse 30 und die metallgefertigte Basis 90 des Weiteren über ein thermisch leitfähiges Element 80 verbunden, das ähnlich zu dem in 1 gezeigten thermisch leitfähigen Element 50 ist. Insbesondere sind ein Zwischenabschnitt, in axialer Richtung, des Gehäusekörpers 31 und ein dem einen Ende zu eigener Abschnitt des thermisch leitfähigen Elementes 80 durch Bolzen befestigt, während der dem anderen Ende zu eigene Abschnitt des thermisch leitfähigen Elementes 80 und die Basis 90 durch Bolzen befestigt sind. Hierbei wird die Menge der Wärme, die zu dem Gehäuse 30 von dem Spulenende 23 übertragen wird, nicht nur an die Atmosphäre von dem Gehäuse 30 her, sondern auch direkt zu der Basis 90 durch das thermisch leitfähige Element 80 abgestrahlt.
Im Folgenden werden Leistungseigenschaften/Effekte der Kühlstruktur des Elektromotors 1 entsprechend der vorbeschriebenen ersten Ausführungsform beschrieben.
Da entsprechend der vorbeschriebenen ersten Ausführungsform die mehreren thermisch leitfähigen Elemente 50, die die laminierten Graphitlagen 52 beinhalten, derart vorgesehen sind, dass sie mit dem Gehäuse 30 und dem Spulenende 23 bezugsrichtig in Kontakt sind (um das Gehäuse 30 und das Spulenende 23 thermisch zu verbinden), kann das Spulenende 23 ausreichend durch die Wärmeabstrahlung von dem Spulenende 23 zu dem Gehäuse 30 über die thermisch leitfähigen Elemente 50 gekühlt werden. Da zudem die Kühlbarkeit des Spulenendes 23 durch die thermisch leitfähigen Elemente 50 zunimmt, kann auf ein Kühlmittel für den Wärmeaustausch, so beispielsweise Schmieröl, gegebenenfalls verzichtet werden. Da zudem der Luftbeutel 60, der die druckbeaufschlagte Luft vorhält, in dem Raumabschnitt 33 zwischen der Innenwand (Gehäuseendelement 32) des Gehäuses 30 und dem Spulenende 23 eingesetzt wird, können die thermisch leitfähigen Elemente 50 in Flächenkontakt mit dem Spulenende 23 bei gleichmäßiger Druckkraft unter Nutzung des Druckes der druckbeaufschlagten Luft unabhängig von der Form des Raumabschnittes 33 gebracht werden. Damit kann die erste Ausführungsform das Spulenende 23 ausreichend kühlen, wodurch auf geeignete Weise die Luftisolierschicht (Raumabschnitt 33) sichergestellt ist, die aus Sicherheitsgründen zwischen dem Spulenende 23 und dem Gehäuse 30 notwendig ist.
Da der Innendruck des Luftbeutels 60 bei etwa 100 bis etwa 700 kPa bei der ersten Ausführungsform gewählt ist, können die thermisch leitfähigen Elemente 50 dazu gebracht werden, eine hervorragende thermische Leitfähigkeit sicher bereitzustellen.
Bei der ersten Ausführungsform sind die mehreren thermisch leitfähigen Elemente 50 vorgesehen, die in Umfangsrichtung innerhalb des Raumabschnittes 33 angeordnet sind, und es umfasst der Luftbeutel 60 den einzelnen Beutelkörper 61, der dafür ausgelegt ist, kollektiv gegen die mehreren thermisch leitfähigen Elemente 50 zu drücken. Daher können die mehreren thermisch leitfähigen Elemente 50 kollektiv von dem Luftbeutel 60 (Beutelkörper 61), der eine vergleichsweise einfache Form aufweist, gedrückt werden.
Bei der ersten Ausführungsform umfasst der Luftbeutel 60 des Weiteren den Einleitungsabschnitt 62, der dafür vorgesehen ist, das Gehäuseendelement 32 zu durchdringen, das den Vorderend(gesamt)abschnitt des Gehäuses 30 bildet, und das Druckanpassungsventil 63, das an der Spitze des Einleitungsabschnittes 62 vorgesehen ist. Da hierdurch der Luftbeutel 60 eingesetzt werden kann, nachdem der Luftbeutel 60 in einem Nichteinsatzzustand angebracht worden ist, kann die Handhabbarkeit beim Zusammenbau verbessert werden, und es kann die Drucksteuerung bzw. Regelung des Luftbeutels 60 erleichtert werden.
Da bei der vorliegenden Ausführungsform die Graphitlage 52 mehrere Male mit den Faltlinien 52a, die parallel zum Wellenzentrum des Rotors 10 sind, gefaltet ist, kann das thermisch leitfähige Element 50 die Wärmeübertragungsmenge mittels eines WärmeÜbertragungsdurchlasses von dem Spulenende 23 zu dem Gehäuse 30 erhöhen.
Bei der ersten Ausführungsform verfügt das thermisch leitfähige Element 50 über den Durchhangteil 50a an der Position zwischen dem Abschnitt, der gegen das Spulenende 23 (Vorderendfläche 23c und Außenumfangsfläche 23d des einen großen Durchmesser aufweisenden Abschnittes 23a) durch den Luftbeutel 60 gedrückt wird, und dem Abschnitt mit Fixierung an dem Gehäuse 30 (Ausnehmungsabschnitt 31a), wobei der Durchhangteil 50a dafür konfiguriert ist, gebogen und nicht an einem Element fixiert zu werden. Da hierdurch der Durchhangteil 50a als Abschnitt dient, der dem Einwirken einer durch die Wärmekontraktion des Gehäuses 30 oder dergleichen verursachten großen Spannung auf das thermisch leitfähige Element 50 entgegenwirken kann, kann eine Beschädigung des thermisch leitfähigen Elementes 50 verhindert werden.
Bei der ersten Ausführungsform verfügt das thermisch leitfähige Element 50 über das Durchgangsloch 54a (55a, 56a) und die mehreren Schlitze 54b (55b, 56b), die dafür ausgelegt sind, sich radial von dem Durchgangsloch 54a (55a, 56a) an dem Abschnitt zu erstrecken, der fest an dem Gehäuse 30 (Ausnehmungsabschnitt 31a) durch die thermisch leitfähigen Bolzen 44 befestigt ist, und es sind die thermisch leitfähigen Bolzen 44 dafür ausgelegt, das Durchgangsloch 54a (55a, 56a) zu durchdringen und den Abschnitt des thermisch leitfähigen Elementes 50, der zwischen oder unter den Schlitzen 54b (55b, 56b) in der Befestigungsrichtung positioniert ist, zu biegen. Da hierdurch die Wärme auf das Gehäuse 30 von dem thermisch leitfähigen Element 50 über die thermisch leitfähigen Bolzen 44 zusätzlich dazu, dass Wärme direkt zu dem Gehäuse 30 von dem thermisch leitfähigen Element 50 übertragen wird, übertragen wird, kann die thermische Leitfähigkeit verbessert werden, wodurch das Spulenende 23 ausreichend gekühlt wird.
Als Nächstes werden einige Abwandlungen der vorbeschriebenen ersten Ausführungsform beschrieben. Während die vorbeschriebene erste Ausführungsform das thermisch leitfähige Element beispielhalber so beschrieben hat, dass es derart ausgestaltet ist, dass die Graphitlage 28 Mal mit den parallelen zweiseitigen Faltlinien gefaltet ist, kann der Faltungsgrad der Graphitlage beliebig passend gewählt werden. Während zudem beispielhalber längsförmige thermisch leitfähige Elemente dargestellt worden sind, können auch trapezförmige thermisch leitfähige Elemente präpariert und radial an dem Spulenende ohne Raum dazwischen verteilt werden. Während die Graphitlage mit einer Dicke von etwa 75 µm bei der ersten Ausführungsform verwendet worden ist, ist eine Graphitlage mit einer beliebigen Dicke anwendbar. In einem Fall, in dem eine dünnere Graphitlage verwendet wird, kann die Haltezeit vergrößert werden, wobei eine konstante Dicke des thermisch leitfähigen Elementes erhalten bleibt, wodurch die thermische Leitfähigkeit des thermisch leitfähigen Elementes zunimmt. Bei einem Verfahren, das die Graphitlage äußerst dünn ausgestaltet, kann ein Monoschichtkristall mit der Dicke eines einzigen Atoms, also Graphen (Graphenlage), als Graphitlage verwendet werden.
Obwohl das thermisch leitfähige Element der ersten Ausführungsform dadurch gebildet wird, dass die einzelne Graphitlage mehrmals gefaltet wird, kann die Bildung auch durch Aufstapeln (pilling up) von mehreren getrennten Graphitlagen in Dickenrichtung des thermisch leitfähigen Elementes vorgenommen werden. Dies bedeutet, dass das thermisch leitfähige Element der vorliegenden Erfindung etwas Beliebiges, das aus einer laminierten Graphitlage besteht, beinhaltet. Hierbei impliziert die Bedeutung von „laminiert“ der „laminierten Graphitlage“ sowohl eine Vorgehensweise, bei der mehrere getrennte Graphitlagen in Dickenrichtung aufeinander gestapelt werden, als auch eine Vorgehensweise, bei der eine einzelne Graphitlage zu mehreren Schichten gefaltet wird.
Obwohl die erste Ausführungsform beispielhalber den Verteilungswicklungstyp als Wicklungstyp der Statorspule beschrieben hat, ist die vorliegende Erfindung auch auf den Konzentrationswicklungstyp des Elektromotors anwendbar. Dies bedeutet, dass die vorliegende Erfindung auf einen beliebigen Typ von Elektromotor anwendbar ist, solange das thermisch leitfähige Element in Flächenkontakt sowohl mit dem Spulenende wie auch dem Gehäuse sein kann.
Während der Elektromotor der ersten Ausführungsform durch eine Kühlung vom Trockentyp unter Verwendung nur des thermisch leitfähigen Elementes gekühlt wird, kann eine Kühlung vom Nasstyp, bei der ein flüssiges Kühlmittel (Wasser oder Öl) im Inneren des Gehäuses des Elektromotors zugeleitet wird und das Kühlen mittels eines Wärmeaustausches mit diesem flüssigen Kühlmittel erfolgt, zusätzlich zur Kühlung vom Trockentyp Verwendung finden. Darüber hinaus ist ein Luftkühlungsmechanismus zum Fördern des Wärmeaustausches mit der Außenluft durch Bereitstellung von Rippen oder dergleichen an dem Gehäuse gegebenenfalls zusätzlich vorgesehen.
Während die erste Ausführungsform ein Beispiel beschrieben hat, bei dem der Beutelkörper des Luftbeutels aus einem faserverstärkten Material besteht, kann die Faser zur Verstärkung auch weggelassen werden, solange eine ausreichende Festigkeit bzw. Stärke gegeben ist. In diesem Fall tritt keine lokale Ungleichmäßigkeit der Spannungsbelastung (Bruchstellen bzw. Rissstellen verursachend) an dem Beutelkörper auf, sodass einem Brechen bzw. Reißen des Beutelkörpers entgegengewirkt werden kann.
Ausführungsform 2
Eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachstehend anhand 9 beschrieben. In 9, in der die zweite Ausführungsform gezeigt ist, sind dieselben Elemente wie bei der ersten Ausführungsform (1 bis 8) mit denselben Bezugszeichen bezeichnet, wobei eine Detailbeschreibung derselben unterbleibt. Bei einem Elektromotor 1' der zweiten Ausführungsform gemäß Darstellung in 9 ist ein Spulenende 123 der Statorspule 22 in einer kurzzylindrischen Form ausgebildet, die in etwa konstante Innen- und Außendurchmesser im Unterschied zu dem Spulenende 23 (Form mit dem einen großen Durchmesser aufweisenden Abschnitt 23a und dem einen kleinen Durchmesser aufweisenden Abschnitt 23b) der ersten Ausführungsform aufweist. Ein auswärtiger Endabschnitt, in radialer Richtung, eines thermisch leitfähigen Elementes 150 ist an dem Ausnehmungsabschnitt 31a des Gehäusekörpers 31 durch den thermisch leitfähigen Bolzen 44 fixiert. Das thermisch leitfähige Element 150 beinhaltet die laminierte Graphitlage auf ähnliche Weise wie bei dem thermisch leitfähigen Element 50 der ersten Ausführungsform.
Ein Luftbeutel 160 ist im Nichteinsatzzustand in einem Raumabschnitt 133 zwischen dem Spulenende 123 und dem Gehäuseendelement 32 angeordnet. Der Luftbeutel 160 umfasst einen Beutelkörper 161, der aus einem ringförmigen einzelnen Beutel gefertigt ist, einen Einleitungsabschnitt 162, der sich nach vorne von dem Beutelkörper 161 aus erstreckt und das Gehäuseendelement 32 durchdringt, und ein Druckanpassungsventil 163, das an dem Einleitungsabschnitt 162 angebracht ist. Der Beutelkörper 161 ist dafür ausgelegt, den Raumabschnitt 133 im Einsatz durch die druckbeaufschlagte Luft, die durch den Einleitungsabschnitt 162 eingeleitet wird, zu füllen. Ein einwärtiger Abschnitt, in radialer Richtung, des thermisch leitfähigen Elementes 150 ist zwischen dem Luftbeutel 160 und dem Spulenende 123 angeordnet. Der thermisch leitfähige Abschnitt 150 wird gegen eine Vorderendfläche 123a des Spulenendes 123 bei Einwirken des Druckes der druckbeaufschlagten Luft in dem Luftbeutel 160 entsprechend dem Einsatz (Aufblasen) des Luftbeutels 160 innerhalb des Raumabschnittes 133 gedrückt.
Ein Paar von vorderen und rückwärtigen Isolierlagen 171, 172, die aus einem plattenförmigen Isolator mit hervorragender thermischer Leitfähigkeit gefertigt sind, ist an einem Abschnitt des thermisch leitfähigen Elementes 150 befindlich, der zwischen dem Luftbeutel 160 und dem Spulenende 123 positioniert ist. Dies bedeutet, dass die vorderseitige Isolierlage 171 an einer Vorderfläche des thermisch leitfähigen Elementes 150 angebracht ist, und die rückseitige Isolierlage 172 an einer Rückfläche des thermisch leitfähigen Elementes 150 angebracht ist. Ein Stützelement 170 mit einem im Wesentlichen U-förmigen Querschnitt ist vor der vorderseitigen Isolierlage 171 angeordnet, um den Beutelkörper 161 des Luftbeutels 160 von hinten her zu bedecken. Dies bedeutet, dass der Luftbeutel 160 mit dem thermisch leitfähigen Element 150 über das Stützelement 170 und die Isolierlage 171 in Kontakt steht und das thermisch leitfähige Element 150 mit der Vorderendfläche 123a des Spulenendes 123 über die Isolierlage 172 in Kontakt steht. Hierbei ist die isolierende Wärmeableitpaste, die die Isolierung und die thermische Leitfähigkeit verträglich bereitstellen kann, auf die Vorderendfläche 123a des Spulenendes 123 aufgebracht, wobei auf eine Darstellung hiervon verzichtet wird.
Das thermisch leitfähige Element 150, das gegen das Spulenende 123 gedrückt und an dem Gehäusekörper 31 auf vorbeschriebene Weise fixiert ist, nimmt eine Übertragung des Großteils der Wärme des Spulenendes 123 zu dem Gehäusekörper 31 (Gehäuse 30) vor. Dies bedeutet, dass das thermisch leitfähige Element 150 das Spulenende 123 und das Gehäuse 30 thermisch verbindet. Das thermisch leitfähige Element 150 verfügt über einen biegenden Durchhangteil 150a ohne Fixierung an einem Element in einer Zwischenposition, in radialer Richtung, hiervon, das heißt ein Abschnitt hiervon, der gegen das Spulenende 123 durch den Luftbeutel 160 gedrückt wird, und ein weiterer Abschnitt hiervon, der an dem Gehäusekörper 31 durch den thermisch leitfähigen Bolzen 44 gedrückt wird. Der Durchhangteil 150a ist vorgesehen, um einer durch die thermische Kontraktion des Gehäuses 30 oder dergleichen verursachten Beschädigung des thermisch leitfähigen Elementes 150 ähnlich wie der Durchhangteil 50a der ersten Ausführungsform entgegenzuwirken.
Ein Paar von vorstehenden Wänden 180, die nach hinten an einwärtigen und auswärtigen Positionen, in radialer Richtung, des Stützelementes 170 vorstehen, ist an dem Gehäuseendelement 32 vorgesehen. Damit ist das Paar von vorstehenden Wänden 180 derart vorgesehen, dass es bezüglich des Stützelementes 170, das den Luftbeutel 160 bedeckt, dazwischen angeordnet ist, wodurch der Luftbeutel 160 an einer spezifischen Stelle, in radialer Richtung, (zwischen dem Paar von vorstehenden Wänden 180) relativ zu dem Gehäuseendelement 32 positioniert ist. Dies bedeutet, dass ein Positionsregulierungsmechanismus zum Regulieren der Position, in radialer Richtung, des Luftbeutels 160 relativ zu dem Gehäuseendelement 32 von dem Stützelement 170 und dem Paar von vorstehenden Wänden 180 gebildet wird. Hierdurch kann das thermisch leitfähige Element 150 auf geeignete Weise gegen das Spulenelement 123 durch den Luftbeutel 160 gedrückt werden, dessen Position an der spezifischen radialen Position relativ zu dem Gehäuseendelement 32 reguliert wird.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die vorbeschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern es können beliebige weitere Abwandlungen und Verbesserungen im Umfang der vorliegenden Erfindung gemäß Definition durch die beigefügten Ansprüche beinhaltet sein.

Claims

Kühlstruktur eines Elektromotors, wobei der Elektromotor umfasst: einen Rotor (10), einen Stator (20), der mit einer gewickelten Statorspule (22) versehen ist, und ein Gehäuse (30), das den Rotor (10) und den Stator (20) aufnimmt, wobei ein Spulenende (23) des Stators (20) von einer Innenwand des Gehäuses (30) beabstandet ist, wobei die Kühlstruktur des Elektromotors umfasst: wenigstens ein thermisch leitfähiges Element (50; 150), das dafür vorgesehen ist, das Gehäuse (30) und das Spulenende (23) thermisch zu verbinden, und wenigstens eine laminierte Graphitlage (52) beinhaltet; und einen Luftbeutel (60; 160), der dafür ausgelegt ist, in einem Raumabschnitt zwischen der Innenwand des Gehäuses (30) und dem Spulenende (23) derart eingesetzt zu werden, dass er wenigstens einen Abschnitt des thermisch leitfähigen Elementes (50; 150) gegen das Spulenende (23) mittels des Druckes von druckbeaufschlagter Luft darin drückt.
Kühlstruktur eines Elektromotors nach Anspruch 1, wobei das thermisch leitfähige Element (50; 150) aus mehreren Bestandteilen zusammengesetzt ist, die in Umfangsrichtung innerhalb des Raumabschnittes angeordnet sind, und/oder der Luftbeutel (60; 160) einen einzigen Beutelkörper (61; 161) umfasst, der dafür ausgelegt ist, kollektiv gegen die mehreren Bestandteile des thermisch leitfähigen Elementes (50; 150) zu drücken.
Kühlstruktur eines Elektromotors nach Ansprüchen 1 oder 2, wobei das Gehäuse (30) umfasst: einen rohrartigen Gehäusekörper (31), der einen Außenumfang des Rotors (10) und des Stators (20) umgibt, und ein Gehäuseendelement (32), das einen Endabschnitt, in axialer Richtung, des Gehäusekörpers (31) schließt, und/oder der Luftbeutel (60; 160) zwischen einem Endabschnitt, in axialer Richtung, des Spulenendes (23) und dem Gehäuseendelement (32) derart vorgesehen ist, dass er das thermisch leitfähige Element (50; 150) in Dickenrichtung des thermisch leitfähigen Elementes (50; 150) gegen den Endabschnitt, in axialer Richtung, des Spulenendes (23) drückt.
Kühlstruktur eines Elektromotors nach einem der vorhergehenden Ansprüche, des Weiteren umfassend einen Positionsregulierungsmechanismus (170, 180), der dafür ausgelegt ist, eine Position, in radialer Richtung, des Luftbeutels (160) relativ zu dem Gehäuseendelement (32) zu regulieren.
Kühlstruktur eines Elektromotors nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Luftbeutel (60; 160) umfasst: einen Beutelkörper (61; 161), der dafür ausgelegt ist, zwischen dem Endabschnitt, in axialer Richtung, des Spulenendes (23; 123) und dem Gehäuseendelement (32) eingesetzt zu werden, und/oder einen Einleitungsabschnitt (62; 162), der dafür vorgesehen ist, das Gehäuseendelement (32) zu durchdringen und die druckbeaufschlagte Luft in den Beutelkörper (61; 161) einzuleiten, und/oder ein Ventil (63; 163), das an dem Einleitungsabschnitt (62; 162) vorgesehen ist.
Kühlstruktur eines Elektromotors nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Fixiervorrichtung (44) vorgesehen ist, um das thermisch leitfähige Element (50; 150) an dem Gehäuse (30) zu fixieren, und das thermisch leitfähige Element (50; 150) einen Durchhangteil (50a, 150a) an einer Position zwischen einem Abschnitt hiervon, der gegen das Spulenende durch den Luftbeutel (60, 160) gedrückt wird, und einem weiteren Abschnitt hiervon, der an dem Gehäuse (30) durch die Fixiervorrichtung (44) fixiert ist, aufweist, wobei der Durchhangteil (50a, 150a) dafür ausgelegt ist, gebogen und nicht an irgendeinem Element fixiert zu werden.
Kühlstruktur eines Elektromotors nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Befestigungselement vorgesehen ist, um das thermisch leitfähige Element (50; 150) an dem Gehäuse (30) fest zu befestigen, wobei das thermisch leitfähige Element (50; 150) wenigstens ein Durchgangsloch (54a, 55a, 56a) und mehrere Schlitze (54b, 55b, 56b) aufweist, die dafür ausgelegt sind, sich radial von dem Durchgangsloch (54a, 55a, 56a) aus an einem Abschnitt hiervon, der an dem Gehäuse (30) durch das Befestigungselement fest befestigt ist, zu erstrecken, und das Befestigungselement dafür ausgelegt ist, das Durchgangsloch (54a, 55a, 56a) zu durchdringen und einen Abschnitt des thermisch leitfähigen Elementes (50; 150), der zwischen oder unter den Schlitzen (54b, 55b, 56b) in einer Befestigungsrichtung positioniert ist, zu biegen.
Elektromotor, umfassend: ein Gehäuse (30), das einen Stator (20) und einen Rotor (10) darin aufnimmt, wenigstens ein thermisch leitfähiges Element (50; 150), das das Gehäuse (30) und ein Spulenende (23) des Stators (20) thermisch verbindet und wenigstens eine laminierte Graphitlage (52) beinhaltet; und einen Luftbeutel (60; 160), der in einem Raumabschnitt zwischen einer Innenwand des Gehäuses (30) und dem Spulenende (23) derart entfaltet wird, dass er wenigstens einen Abschnitt des thermisch leitfähigen Elementes (50; 150) gegen das Spulenende (23) drückt.
Elektromotor nach Anspruch 8, wobei das thermisch leitfähige Element (50; 150) aus mehreren Bestandteilen zusammengesetzt ist, die in Umfangsrichtung innerhalb des Raumabschnittes angeordnet sind, und/oder der Luftbeutel (60; 160) einen einzigen Beutelkörper (61; 161) umfasst, der dafür ausgelegt ist, kollektiv gegen die mehreren Bestandteile des thermisch leitfähigen Elementes (50; 150) zu drücken.
Verfahren zum Kühlen eines Elektromotors, wobei der Elektromotor ein Gehäuse (30) umfasst, das einen Stator (20) und einen Rotor (10) darin aufnimmt, wobei das Verfahren die nachfolgenden Schritte umfasst: thermisches Verbinden des Gehäuses (30) und eines Spulenendes (23) des Stators (20) mittels wenigstens eines thermisch leitfähigen Elementes (50; 150), das wenigstens eine laminierte Graphitlage (52) beinhaltet; und Entfalten eines Luftbeutels (60; 160) in einem Raumabschnitt zwischen einer Innenwand des Gehäuses (30) und dem Spulenende (23) derart, dass er wenigstens einen Abschnitt des thermisch leitfähigen Elementes (50; 150) gegen das Spulenende (23) drückt.