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STAND DER TECHNIK
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1. Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Rotor und einen Elektromotor, der den Rotor umfasst.
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2. Beschreibung des Stands der Technik
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Ein an sich bekannter Rotor eines Elektromotors weist eine Kühlstruktur zum Zuführen eines Kühlfluids in den Rotor auf. Zum Beispiel ist eine an sich bekannte Spindelvorrichtung derart ausgelegt, dass sie einen Rotor durch Zirkulierenlassen eines Kühlfluids durch einen innerhalb der Spindel ausgebildeten Fließpfad von innen kühlt (siehe
JP H01-092048 A und
JP H04-164548 A ).
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Um den gesamten Rotor gleichmäßig zu kühlen, kann es bevorzugt sein, dass ein Fließpfad Zweigpfade aufweist. 3 ist eine Längsschnittansicht, die einen Rotor 100 eines Elektromotors gemäß dem Stand der Technik darstellt. Der Rotor 100 umfasst eine Rotationsachse 104, die um die Rotationsachslinie 102 drehbar ist, und einen Rotorkörper 106 zum Erzeugen einer Antriebsleistung, um die Rotationsachse 104 zu drehen. Ein Fließpfad 110 ist in der Rotationsachse 104 ausgebildet, um es zu ermöglichen, dass ein Kühlfluid dadurch zirkuliert wird. Der Fließpfad 110 weist einen Versorgungspfad 112, der sich parallel zu der Rotationsachslinie 102 erstreckt, Zweigpfade 114, die von dem Versorgungspfad 112 abzweigen, und Rückpfade 116, die sich von den Zweigpfaden 114 erstrecken, auf.
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4A und 4B sind Querschnittsansichten, die jeweils entlang der Linie 4A-4A bzw. 4B-4B von 3 gezeichnet sind. Die Zweigpfade 114 des Fließpfads 110 sind radial von dem Versorgungspfad 112 ausgebildet und um einen Winkel von 90 Grad um die Rotationsachslinie 102 herum voneinander beabstandet. Die Rückpfade 116 erstrecken sich von den jeweiligen Zweigpfaden 114. Gemäß der Ausgestaltung, bei der der Fließpfad 110 in mehrere Zweigpfade, die voneinander um einen Winkel einer bestimmten Größe um die Rotationsachslinie 102 herum beabstandet sind, aufgeteilt ist, kann das Innere der Rotationsachse 104 gleichmäßig gekühlt werden.
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Die vorstehend erwähnte Ausgestaltung kann jedoch zu einem steilen Druckabfall des Kühlfluids führen, da die Querschnittsfläche des Fließpfads 110 an den Abzweigungsstellen des Fließpfads 110, an denen die Zweigpfade 114 vorgesehen sind, stark vergrößert ist. Der steile Druckabfall kann eine Kavitation verursachen. Die Kavitation ist die Bildung von kleinen Blasen in einer Flüssigkeit und sie erzeugt Geräusche und Vibrationen oder verursacht Korrosion von Teilen. Insbesondere in dem Fall, in dem ein Versorgungspfad 112 in mehrere Rückpfade 116 aufgeteilt ist, tritt ein steiler Druckabfall tendenziell auf.
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Daher besteht ein Bedarf nach einem Rotor, der eine hinreichende Kühlwirkung bereitstellen und das Auftreten von Kavitation verhindern kann.
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KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Rotor bereitgestellt, der mit einem Fließpfad ausgebildet ist, durch den ein Kühlfluid zugeführt wird, wobei der Fließpfad mehrere Zweigpfade umfasst, die von dem Fließpfad in dem Rotor abzweigen, und die mehreren Zweigpfade in einer Richtung, die zu einer Rotationsachslinie des Rotors parallel ist, voneinander beabstandet vorgesehen sind.
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Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung erstrecken sich in dem Rotor nach dem ersten Aspekt die mehreren Zweigpfade von Winkelpositionen, die voneinander um die Rotationsachslinie verschieden sind.
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Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Elektromotor bereitgestellt, der den Rotor nach dem ersten oder dem zweiten Aspekt umfasst.
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Diese und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden angesichts der ausführlichen Beschreibung der Ausführungsbeispiele davon, wie in den Zeichnungen dargestellt, offensichtlicher werden.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1A ist eine Längsschnittansicht, die einen Rotor eines Elektromotors gemäß einer Ausführungsform darstellt.
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1B, zeigt den Rotor bei einer Betrachtung aus einem Winkel von 90 Grad in Bezug auf 1A.
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2A eine entlang einer Linie 2A-2A von 1A und 1B gezeichnete Querschnittsansicht.
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2B ist eine entlang einer Linie 2B-2B von 1A und 1B gezeichnete Querschnittsansicht.
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2C ist eine entlang einer Linie 2C-2C von 1A und 1B gezeichnete Querschnittsansicht.
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2D ist eine entlang einer Linie 2D-2D von 1A und 1B gezeichnete Querschnittsansicht.
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2E ist eine entlang einer Linie 2E-2E von 1A und 1B gezeichnete Querschnittsansicht.
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3 ist eine Längsschnittansicht, die einen Elektromotor gemäß dem Stand der Technik darstellt.
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4A ist eine entlang einer Linie 4A-4A von 3 gezeichnete Querschnittsansicht.
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4B ist eine entlang einer Linie 4B-4B von 3 gezeichnete Querschnittsansicht.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben. Bestandteile der Ausführungsbeispiele können hinsichtlich der Größe in Bezug aufeinander für ein besseres Verständnis der vorliegenden Erfindung modifiziert sein. Die gleichen oder entsprechenden Bestandteile sind mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet.
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1A und 1B sind Längsschnittansichten, die einen Rotor 10 eines Elektromotors gemäß einer Ausführungsform darstellen. 1B zeigt den Rotor 10 von 1A bei Betrachtung aus einem Winkel von 90 Grad in Bezug auf 1A um eine Rotationsachslinie O.
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Der Rotor 10 umfasst eine Rotationsachse 12, die um die Rotationsachslinie O drehbar ist, und einen Rotorkörper 14, der an einer Außenumfangsfläche der Rotationsachse 12 angebracht ist. Der Elektromotor umfasst ferner einen nicht dargestellten Stator, der auf einer Außenseite des Rotorkörpers 14 vorgesehen ist. Der Rotorkörper 14 ist ausgelegt, um mit dem Stator derart zusammenzuwirken, dass eine Drehkraft an die Rotationsachse 12 bereitgestellt wird. Verschiedene Arten von Elektromotoren sind in der Technik bekannt, von denen jede Art zum Implementieren der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann. Der Elektromotor kann ein elektrischer Synchronmotor oder ein elektrischer Induktionsmotor sein.
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Der Rotorkörper 14 wird zum Beispiel aus gestapelten elektromagnetischen Stahlplatten ausgebildet. Der Rotorkörper 14 ist ein im Wesentlichen zylindrisches Hohlelement, das mit einer Wellenöffnung ausgebildet ist, die derart dimensioniert ist, dass sie auf die Außenumfangsfläche der Rotationsachse 12 aufgebracht wird. Der Rotorkörper 14 wird an der Außenumfangsfläche der Rotationsachse 12 zum Beispiel mithilfe einer Presspassung angebracht, so dass die Rotationsachse 12 und der Rotorkörper 14 zusammen rotieren können, wenn der Elektromotor in Betrieb ist.
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Die Rotationsachse 12 ist ein im Wesentlichen zylindrisches, aus einem Metall gefertigtes Element. Die Rotationsachse 12 wird durch ein nicht dargestelltes Lager derart getragen, das sie um die Rotationsachslinie O drehbar ist. Ein Fließpfad 30 zum Zuführen eines Kühlfluids, wie z. B. eines Kühlöls, ist im Inneren der Rotationsachse 12 ausgebildet. Das Kühlfluid wird mithilfe einer nicht dargestellten Pumpe oder dergleichen dem Fließpfad 30 zugeführt und über das Innere der Rotationsachse 12 an die Außenseite des Rotors 10 abgeführt. Das aus dem Rotor 10 abgeführte Kühlfluid wird über einen nicht dargestellten Umlaufpfad erneut dem Fließpfad 30 zugeführt. Auf diese Weise wird das Kühlfluid zirkuliert, und daher kann eine stabile Kühlwirkung erzielt werden.
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Der Fließpfad 30 weist einen Versorgungspfad 32, der sich im Wesentlichen in einer Richtung, die zu der Rotationsachslinie O des Rotors 10 (Die Richtung kann nachstehend auch als die „Axialrichtung” bezeichnet werden.) parallel ist, erstreckt, Zweigpfade 36a bis 36d, die von dem Versorgungspfad 32 und radial nach außen abzweigen, und Rückpfade 34a bis 34d, die sich von den Zweigpfaden 36a bis 36d zu einer Basisendseite des Versorgungspfads 32 (stromaufwärts des Flusses des Kühlfluids) in einer Richtung, die im Wesentlichen parallel zu dem Versorgungspfad 32 ist, erstrecken, auf. Der Fließpfad 30 kann zum Beispiel durch Bohren ausgebildet werden.
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Auch unter Bezugnahme auf 2A bis 2E wird die genaue Ausgestaltung des Fließpfads 30 gemäß der vorliegenden Ausführungsform beschrieben. 2A bis 2E sind Querschnittsansichten, die jeweils entlang der Linien 2A-2A, 2B-2B, 2C-2C, 2D-2D bzw. 2E-2E von 1A und 1B gezeichnet sind.
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Der Versorgungspfad 32 erstreckt sich zu einer gegenüber der Basisendseite liegenden Abschlussendseite (stromabwärts des Flusses des Kühlfluids) und steht mit einem ersten Rückpfad 34a über einen ersten Zweigpfad 36a in Kommunikation. Der erste Zweigpfad 36a erstreckt sich in einer Richtung, die zu dem Versorgungspfad 32 senkrecht ist, oder radial nach außen. Der erste Rückpfad 34a erstreckt sich von dem ersten Zweigpfad 36a zu der Basisendseite des Versorgungspfades 32 in einer Richtung, die zu dem Versorgungspfad 32 parallel ist.
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Unter Bezugnahme auf 1A erstreckt sich ein zweiter Zweigpfad 36b von einer Position, die von dem ersten Zweigpfad 36a in Axialrichtung beabstandet ist, radial nach außen. Ein zweiter Rückpfad 34b erstreckt sich von dem zweiten Zweigpfad 36b zu der Basisendseite des Versorgungspfades 32 in einer Richtung, die zu dem Versorgungspfad 32 im Wesentlichen parallel ist. Wie in 2A und 2B dargestellt, sind der erste Zweigpfad 36a und der zweite Zweigpfad 36b an Winkelpositionen vorgesehen, die voneinander um 180 Grad um die Rotationsachslinie O herum beabstandet sind.
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Unter Bezugnahme auf 1B erstreckt sich ein dritter Zweigpfad 36c von einer Position, die von dem ersten Zweigpfad 36a und dem zweiten Zweigpfad 36b in Axialrichtung beabstandet ist, radial nach außen. Ein dritter Rückpfad 34c erstreckt sich von dem dritten Zweigpfad 36c zu der Basisendseite des Versorgungspfades 32 in einer Richtung, die zu dem Versorgungspfad 32 im Wesentlichen parallel ist. Auch unter Bezugnahme auf 2C ist ein dritter Zweigpfad 36c an einer Winkelposition vorgesehen, die von dem ersten Zweigpfad 36a und dem zweiten Zweigpfad 36b um 90 Grad oder –90 Grad um die Rotationsachslinie O herum beabstandet ist.
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Ein vierter Zweigpfad 36d erstreckt sich von einer Position, die von dem ersten Zweigpfad 36a, dem zweiten Zweigpfad 36b und dem dritten Zweigpfad 36c in Axialrichtung beabstandet ist, radial nach außen. Ein vierter Rückpfad 34d erstreckt sich von dem vierten Zweigpfad 36d zu der Basisendseite des Versorgungspfades 32 in einer Richtung, die zu dem Versorgungspfad 32 im Wesentlichen parallel ist. Auch unter Bezugnahme auf 2D sind der dritte Zweigpfad 36c und der vierte Zweigpfad 36d an Winkelpositionen vorgesehen, die voneinander um 180 Grad um die Rotationsachslinie O herum beabstandet sind.
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In dem Rotor 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform fließt das Kühlfluid, das über den Versorgungspfad 32 in die Rotationsachse 12 eingeführt wird, durch die Zweigpfade 36a bis 36d und in die Rückpfade 34a bis 34d von den verschiedenen Winkelpositionen, wodurch verhindert wird, dass Temperatur der Rotationsachse 12 aufgrund der durch den Rotorkörper 14 erzeugten Wärme oder aufgrund von Reibung zwischen der Rotationsachse 12 und dem Lager steigt.
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Außerdem vergrößert sich gemäß der vorliegenden Ausführungsform aufgrund der Zweigpfade 36a bis 36d, die an den verschiedenen Positionen in Axialrichtung vorgesehen sind, die Querschnittsfläche des Fließpfades 30 schrittweise, wodurch ein steiler Druckabfall an einer bestimmten Stelle verhindert wird. Daher kann das Auftreten der Kavitation in dem Fließpfad 30 verhindert werden.
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In der dargestellten Ausführungsform sind die vier Rückpfade 34a bis 34d an Winkelpositionen vorgesehen, die um 90 Grad um die Rotationsachslinie O herum voneinander beabstandet sind. Gemäß einer anderen Ausführungsform können jedoch mehr Rückpfade vorgesehen werden, oder es können zum Beispiel sechs Rückpfade an Winkelpositionen vorgesehen werden, die um 60 Grad voneinander beabstandet sind. Alternativ können weniger Rückpfade vorgesehen werden, oder es können zum Beispiel drei Rückpfade an Winkelpositionen vorgesehen werden, die um 120 Grad voneinander beabstandet sind. Gemäß einer noch anderen Ausführungsform können die Zweigpfade 36a bis 36d in Winkeln in Bezug auf eine Richtung, die zu der Rotationsachslinie O senkrecht ist, vorgesehen werden.
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Der Fließpfad des Kühlfluids zum Kühlen des Rotors 10 kann in dem Rotorkörper 14, anstelle des in der Rotationsachse 12 ausgebildeten Fließpfads 30 oder zusätzlich zu ihm, ausgebildet werden. In diesem Fall kann der alternative oder zusätzliche Fließpfad in dem Rotorkörper 14 durch Perforieren der elektromagnetischen Stahlplatten des Rotorkörpers 14 leicht ausgebildet werden. Aufgrund des Kühlfluids, das über das Innere des Rotorkörpers 14 zugeführt wird, kann Wärme, die durch den Rotorkörper 14 erzeugt wird, direkt abgeführt werden.
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WIRKUNG DER ERFINDUNG
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Gemäß dem Rotor und dem Elektromotor der vorliegenden Erfindung sind die Abzweigungsstellen des Fließpfades des Kühlfluids an Position vorgesehen, die in einer Richtung, die zu der Rotationsachslinie des Rotors parallel ist, beabstandet sind. Diese Ausgestaltung ermöglicht es, dass die Querschnittsfläche des Fließpfads schrittweise vergrößert wird, und sie reduziert einen Druckabfall des Fluids, der von der Aufspaltung des Fließpfads herrührt.
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Obwohl vorstehend verschiedene Ausführungsformen und Abwandlungen der vorliegenden Erfindung beschrieben wurden, ist es für einen Fachmann offensichtlich, dass die vorgesehenen Funktionen und Wirkungen auch mithilfe anderer Ausführungsformen und Abwandlungen umgesetzt werden können. Insbesondere ist es möglich, einen Bestandteil der Ausführungsformen und Abwandlungen auszulassen oder zu ersetzen, oder an sich bekannte Einrichtungen zusätzlich bereitzustellen, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Außerdem ist es für einen Fachmann offensichtlich, dass die vorliegende Erfindung mithilfe einer beliebigen Kombination von Merkmalen der Ausführungsformen, die hier entweder explizite oder implizite offenbart wurden, implementiert werden kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 01-092048 A [0002]
- JP 04-164548 A [0002]
