DE102019001679A1

DE102019001679A1 - Statorgehäuse, Stator und drehende elektrische Maschine

Info

Publication number: DE102019001679A1
Application number: DE102019001679.3A
Authority: DE
Inventors: Yasuo Yamada
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2018-03-29
Filing date: 2019-03-08
Publication date: 2019-10-02
Also published as: CN209982194U; US20190305615A1; JP2019176648A; CN110323858A

Abstract

Es wird ein Statorgehäuse mit ausgezeichneten Wärmeableitungseigenschaften bereitgestellt. Ein Statorgehäuse 22 weist eine im Wesentlichen zylindrische Form auf und umfasst eine Funktion der Kühlung eines Stators einer drehenden elektrischen Maschine, wobei das Statorgehäuse 22 eine Kühlnut 230 umfasst, die entlang einer Umfangsrichtung einer äußeren Umfangsfläche zwischen der Seite des einen Endes und der Seite des anderen Endes in einer Achsrichtung als Strömungsbahn 23 eines Kühlmittels in einer äußeren Umfangsfläche des Statorgehäuses 22 vorgesehen ist. In einem Schnitt des Statorgehäuses 22, der in einer ebenen Fläche geschnitten ist, die eine Achse des Statorgehäuses 22 umfasst, ist eine Oberflächenlänge der Kühlnut 230 pro Schnittflächeneinheit auf der Seite des einen Endes und der Seite des anderen Endes in der Achsrichtung länger als eine Oberflächenlänge der Kühlnut 230 pro Schnittflächeneinheit in der Nähe einer Mitte in der Achsrichtung.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Bereich der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Statorgehäuse, einen Stator und eine drehende elektrische Maschine.
Verwandte Technik
Bei einer drehenden elektrischen Maschine (einem Motor oder dergleichen), die einen Rotor und einen Stator umfasst, umfasst der Stator einen Eisenkern, in den eine Wicklung eingesetzt ist, und ein Statorgehäuse, das in der äußeren Umfangsfläche des Eisenkerns montiert ist. Wenn eine drehende elektrische Maschine angetrieben wird, wird an einem Stator oder dergleichen aufgrund eines Wärmeverlusts wie eines Eisenverlusts Wärme erzeugt. Daher wird ein Aufbau verwendet, bei dem zur Kühlung eines Stators zwischen einem Statorgehäuse und einem auf die Außenseite des Statorgehäuses aufgepassten Gehäuse eine Strömungsbahn vorgesehen ist, durch die ein Kühlmittel strömt (siehe beispielsweise Patentschrift 1).
Patentschrift 1: ungeprüfte japanische Patentanmeldung, Veröffentlichung Nr. 2011-15578
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Bei der vorstehend beschriebenen drehenden elektrischen Maschine ist eine Nut in der äußeren Umfangsfläche des Statorgehäuses ausgebildet. Wenn ein Gehäuse mit einer im Wesentlichen zylindrischen Form auf die Außenseite des Statorgehäuses aufgepasst ist, wird eine Öffnung der in der äußeren Umfangsfläche des Statorgehäuses vorgesehenen Nut durch die innere Umfangsfläche des Gehäuses verschlossen. Dadurch wird zwischen der äußeren Umfangsfläche des Stators (des Statorgehäuses) und der inneren Umfangsfläche des Gehäuses eine Strömungsbahn gebildet, durch die ein Kühlmittel strömen kann. Bei herkömmlichen drehenden elektrischen Maschinen sind jedoch beide Endabschnitte einer Wicklung in einer Achsrichtung nicht nur von einem Eisenkern, sondern auch von einer Strömungsbahn getrennt. Daher besteht bei herkömmlichen drehenden elektrischen Maschinen dahingehend ein Problem, dass an beiden Endabschnitten einer Wicklung erzeugte Wärme schwer abzuleiten ist.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Statorgehäuse, einen Stator und eine drehende elektrische Maschine mit ausgezeichneten Wärmeableitungseigenschaften bereitzustellen.

(1) Die vorliegende Erfindung betrifft ein Statorgehäuse (beispielsweise ein später beschriebenes Statorgehäuse 22) mit einer im Wesentlichen zylindrischen Form, das eine Funktion der Kühlung eines Stators (beispielsweise eines später beschriebenen Stators 20) einer drehenden elektrischen Maschine umfasst, wobei das Statorgehäuse eine Kühlnut (beispielsweise eine später beschriebene Kühlnut 230) umfasst, die entlang einer Umfangsrichtung einer äußeren Umfangsfläche zwischen der Seite des einen Endes und der Seite des anderen Endes in einer Achsrichtung (beispielsweise einer später beschriebenen X-Richtung) als Strömungsbahn (beispielsweise als später beschriebene Strömungsbahn 23) für ein Kühlmittel in der äußeren Umfangsfläche des Statorgehäuses vorgesehen ist, wobei in einem Schnitt des Statorgehäuses, der in einer ebenen Fläche geschnitten ist, die eine Achse (beispielsweise eine später beschriebene Drehachsengerade S) des Statorgehäuses umfasst, eine Oberflächenlänge der Kühlnut pro Schnittflächeneinheit (beispielsweise einer später beschriebenen Schnittflächeneinheit S1) auf der Seite des einen Endes und der Seite des anderen Endes in der Achsrichtung länger als eine Oberflächenlänge der Kühlnut pro Schnittflächeneinheit (beispielsweise einer später beschriebenen Schnittflächeneinheit S2) in der Nähe einer Mitte in der Achsrichtung ist.
(2) Bei dem Statorgehäuse gemäß (1) kann bei der Kühlnut in dem Schnitt des Statorgehäuses eine Nutbreite (beispielsweise eine später beschriebene Nutbreite W) zwischen der Seite des einen Endes und der Seite des anderen Endes in der Achsrichtung einheitlich sein, und ein Nutabstand (beispielsweise ein später beschriebener Nutabstand P1) in Bereichen auf der Seite des einen Endes und der Seite des anderen Endes in der Achsrichtung kann geringer als ein Nutabstand (beispielsweise ein später beschriebener Nutabstand P2) in einem Bereich in der Nähe einer Mitte in der Achsrichtung sein.
(3) Bei dem Statorgehäuse gemäß (1) kann bei der Kühlnut in dem Schnitt des Statorgehäuses ein Nutabstand (beispielsweise ein später beschriebener Nutabstand P1) auf der Seite des einen Endes und der Seite des anderen Endes in der Achsrichtung geringer als ein Nutabstand (beispielsweise ein später beschriebener Nutabstand P2) in einem Bereich in der Nähe einer Mitte in der Achsrichtung sein, und eine Nutbreite (beispielsweise eine später beschriebene Nutbreite W1) in Bereichen auf der Seite des einen Endes und der Seite des anderen Endes in der Achsrichtung kann geringer als eine Nutbreite (beispielsweise eine später beschriebene Nutbreite W2) in einem Bereich in der Nähe einer Mitte in der Achsrichtung sein.
(4) Bei dem Statorgehäuse gemäß (1) kann bei der Kühlnut in dem Schnitt des Statorgehäuses eine Nuttiefe (beispielsweise eine später beschriebene Nuttiefe D1) in Bereichen auf der Seite des einen Endes und der Seite des anderen Endes in der Achsrichtung tiefer als eine Nuttiefe (beispielsweise eine später beschriebene Nuttiefe D2) in einem Bereich in der Nähe einer Mitte in der Achsrichtung sein.
(5) Die vorliegende Erfindung betrifft einen Stator (beispielsweise einen später beschriebenen Stator 20), der das Statorgehäuse nach einem der Punkte (1) bis (4) und einen Eisenkern (beispielsweise einen später beschriebenen Eisenkern 21) mit einer im Wesentlichen zylindrischen Form umfasst, der an einer inneren Umfangsseite des Statorgehäuses vorgesehen ist.
(6) Die vorliegende Erfindung betrifft eine drehende elektrische Maschine (beispielsweise einen später beschriebenen Motor 1), die den Stator gemäß (5) und einen Rotor (beispielsweise einen später beschriebenen Rotor 30) umfasst, der von einer Drehachse (beispielsweise einer später beschriebenen Drehachse 32) gehalten wird und an einer inneren Umfangsseite des Stators vorgesehen ist.

Gemäß der vorliegenden Erfindung können ein Statorgehäuse, ein Stator und eine drehende elektrische Maschine mit ausgezeichneten Wärmeableitungseigenschaften bereitgestellt werden.
Figurenliste

1 ist eine Schnittansicht, die eine Konfiguration eines Motors 1 gemäß einer ersten Ausführungsform zeigt.
2 ist ein Konzeptdiagramm, das eine Form einer Kühlnut 230 zeigt, die in einem Statorgehäuse 22 gemäß der ersten Ausführungsform ausgebildet ist.
3A ist eine Schnittansicht, die einer Schnittflächeneinheit S1 gemäß 2 entspricht.
3B ist eine Schnittansicht, die einer Schnittflächeneinheit S2 gemäß 2 entspricht.
4 ist ein Konzeptdiagramm, das einen Endabschnitt in einer Achsrichtung eines Stators 20 zeigt.
5 ist ein Konzeptdiagramm, das eine Form einer Kühlnut 230 zeigt, die in einem Statorgehäuse 222 gemäß einer zweiten Ausführungsform ausgebildet ist.
6A ist ein Konzeptdiagramm, das eine Form der Kühlnut 230 zeigt, die in einem Statorgehäuse 322 gemäß einer sechsten Ausführungsform ausgebildet ist.
6B ist ein vergrößertes Diagramm, das einem Bereich S3 gemäß 6A entspricht.

GENAUE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Nachstehend werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben. Es wird darauf hingewiesen, dass sämtliche der dem Vorliegenden beiliegenden Diagramme schematische Diagramme sind, und dass die Form, der Maßstab, das vertikale und horizontale Abmessungsverhältnis und dergleichen jedes Elements gegenüber dem tatsächlichen Objekt zum leichteren Verständnis verändert oder übertrieben dargestellt sind. In den Diagrammen wird auf eine Schraffur, die einen Schnitt durch ein Element oder dergleichen anzeigt, gegebenenfalls verzichtet.
In dieser Beschreibung oder dergleichen umfassen Begriffe, die eine Form, geologische Gegebenheiten und Abstufungen dieser benennen, beispielsweise Begriffe wie „rechtwinklig“ oder „Richtung“, zusätzlich zu der strengen Bedeutung der Begriffe einen Bereich einer Abstufung, der als im Wesentlichen rechtwinklig oder dergleichen zu betrachten ist, und einen Bereich, der als im Wesentlichen die Richtung zu betrachten ist. Eine Gerade, die ein Drehzentrum einer später beschriebenen Drehachse 32 ist, wird als „Drehachsengerade S“ bezeichnet, und eine Richtung längs der Drehachsengerade S wird auch als „Achsrichtung“ bezeichnet. Die Drehachsengerade S der Drehachse 32 stimmt mit einer Mittelachse eines (später beschriebenen) Statorgehäuses 22 überein.
Im Zusammenhang mit den Ausführungsformen ist in Diagrammen wie 1 ein Koordinatensystem beschrieben, in dem X und Y rechtwinklig zueinander sind. In diesem Koordinatensystem ist eine Achsrichtung des Motors 1 eine X-Richtung, und eine radiale Richtung ist eine Y-Richtung. Die Achsrichtung und die radiale Richtung des Motors 1 stimmen auch mit Achsrichtungen und radialen Richtungen eines Stators 20, eines Eisenkerns 21 und eines Statorgehäuses 22 überein, die später beschrieben sind.
(Erste Ausführungsform)
Zunächst wird ein Motor 1 (eine drehende elektrische Maschine) beschrieben, die ein Statorgehäuse 22 gemäß einer ersten Ausführungsform umfasst. Eine Grundkonfiguration des Motors 1 gemäß der ersten Ausführungsform stimmt mit denen gemäß der später beschriebenen zweiten und dritten Ausführungsform überein. 1 ist eine Schnittansicht, die eine Konfiguration des Motors 1 gemäß der ersten Ausführungsform zeigt. Es wird darauf hingewiesen, dass die Konfiguration des in 1 gezeigten Motors 1 ein Beispiel ist und der Motor 1 jede beliebige Konfiguration aufweisen kann, solange das Statorgehäuse gemäß der vorliegenden Erfindung für die Konfiguration verwendet werden kann.
Wie in 1 gezeigt, umfasst der Motor 1 ein Gehäuse 10, einen Stator 20, einen Rotor 30, eine Drehachse 32 und ein Lager 13. Das Gehäuse 10 ist ein äußeres Element des Motors 1 und umfasst einen Gehäusekörper 11 und eine Achsenöffnung 12. Der Gehäusekörper 11 ist eine Umhüllung, die den Stator 20 umschließt und hält. Der Gehäusekörper 11 hält den Rotor 30 über das Lager 13. Der Gehäusekörper 11 umfasst eine Zufuhröffnung 14, eine Abgabeöffnung 15 und einen Öffnungsabschnitt 16.
Die Zufuhröffnung 14 ist eine Öffnung zur Zufuhr eines Kühlmittels zu einer (später beschriebenen) Strömungsbahn 23 des Statorgehäuses 22. Eine Öffnung auf der äußeren Seite der Zufuhröffnung 14 ist mit einem (nicht dargestellten) Zufuhrleitungssystem für das Kühlmittel verbunden. Eine Öffnung auf der Innenseite der Zufuhröffnung 14 ist mit einer ringförmigen Nut 240 (siehe 2) verbunden, die in dem Statorgehäuse 22 ausgebildet ist. Die Abgabeöffnung 15 ist eine Öffnung zur Abgabe des durch die Strömungsbahn 23 strömenden Kühlmittels. Die Öffnung auf der äußeren Seite der Abgabeöffnung 15 ist mit einem (nicht dargestellten) Abgabeleitungssystem für das Kühlmittel verbunden. Die Öffnung auf der Innenseite der Abgabeöffnung 15 ist mit der ringförmigen Nut 240 verbunden, die in dem Statorgehäuse 22 ausgebildet ist.
Der Öffnungsabschnitt 16 ist eine Öffnung, durch die eine aus dem Stator 20 gezogene Stromleitung 27 verläuft. Die Achsenöffnung 12 ist eine Öffnung, durch die eine (später beschriebene) Drehachse 32 verläuft. Der Stator 20 ist ein zusammengesetztes Element, das ein drehendes Magnetfeld zum Drehen des Rotors 30 erzeugt. Der Stator 20 ist so beschaffen, dass er insgesamt eine zylindrische Form aufweist, und im Inneren des Gehäuses 10 befestigt. Der Stator 20 umfasst den Eisenkern 21 und das Statorgehäuse 22.
Der Eisenkern 21 ist ein Element, das eine Innenseite aufweist, in die die Wicklung 26 eingesetzt werden kann. Der Eisenkern 21 ist so beschaffen, dass er eine zylindrische Form aufweist, und im Inneren des Stators 20 angeordnet. Der Eisenkern 21 ist auf seiner Innenfläche mit mehreren (nicht dargestellten) Nuten versehen, und die Wicklung 26 ist in diese Nuten eingesetzt. Ein Teil der Wicklung 26 ragt in einer Achsrichtung (X-Richtung) des Eisenkerns 21 aus beiden Endabschnitten des Eisenkerns 21. Der Eisenkern 21 wird beispielsweise durch Aufeinanderschichten von mehreren dünnen Platten wie einer elektrischen Stahlplatte zur Herstellung eines Schichtkörpers, Verbinden des Schichtkörpers und Integrieren des Schichtkörpers durch Verpressen oder dergleichen gefertigt. Der Eisenkern 21 ist zur Aufnahme einer durch ein Drehmoment des Rotors 30 erzeugten Gegenkraft fest mit dem Statorgehäuse 22 verbunden. Obwohl dies in 1 nicht gezeigt ist, wird darauf hingewiesen, dass Formteile 25, die aus einem Harz ausgebildet sind, an beiden Endabschnitten in der Achsrichtung des Eisenkerns 21 vorgesehen sind, in den die Wicklung 26 eingesetzt ist (siehe 4). Die Formteile 25 sind zum Schutz des Eisenkerns 21 und der Wicklung 26 vorgesehen.
Das Statorgehäuse 22 ist ein Element, das den Eisenkern 21 in seinem Inneren hält. Das Statorgehäuse 22 ist in einer im Wesentlichen zylindrischen Form ausgebildet und in einer radialen Richtung (der Y-Richtung) auf der äußeren Seite des Stators 20 angeordnet. Das Statorgehäuse 22 umfasst in der äußeren Umfangsfläche eine Kühlnut 230. Die Kühlnut 230 ist eine Nut, die in der Achsrichtung (der X-Richtung) von der Seite des einen Endes zur Seite des anderen Endes entlang der Umfangsrichtung der äußeren Umfangsfläche des Statorgehäuses 22 ausgebildet ist.
Die Kühlnut 230 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist ein Verlauf einer Spiralnut, die in der äußeren Umfangsfläche des Statorgehäuses 22 ausgebildet ist. Wie in 1 gezeigt, wird die Öffnung der Kühlnut 230, die in der äußeren Umfangsfläche des Statorgehäuses 22 ausgebildet ist, durch die innere Umfangsfläche des Gehäusekörpers 11 verschlossen, wenn der Gehäusekörper 11 auf die Außenseite des Statorgehäuses 22 aufgepasst ist. Dadurch wird eine Strömungsbahn 23 mit einer Spiralform, durch die das Kühlmittel strömen kann, zwischen der äußeren Umfangsfläche des Stators 20 (des Statorgehäuses 22) und der inneren Umfangsfläche des Gehäusekörpers 11 gebildet.
Wie vorstehend beschrieben, wird die Strömungsbahn 23 durch Zusammenpassen des Statorgehäuses 22 und des Gehäusekörpers 11 erzeugt. Daher strömt, wenn das Statorgehäuse 22 allein vorliegt, das Kühlmittel nicht durch die Kühlnut 230. Im Zusammenhang mit der vorliegenden Ausführungsform erfolgt die Beschreibung des Strömens des Kühlmittels durch die Kühlnut 230 unter der Annahme, dass der Gehäusekörper 11 auf die Außenseite des Statorgehäuses 22 aufgepasst ist.
Ein (nicht dargestelltes) Kühlmittel zur Kühlung der von dem Eisenkern 21 übertragenen Wärme strömt durch die Strömungsbahn 23. Das aus der Zufuhröffnung 14 des Gehäusekörpers 11 (des Gehäuses 10) zugeführte Kühlmittel strömt über die äußere Umfangsfläche des Statorgehäuses 22, wobei es spiralförmig längs der Strömungsbahn 23 umläuft. Das Kühlmittel strömt durch die Strömungsbahn 23, wobei es über Kühlnut 230 einen Wärmetausch mit der äußeren Umfangsfläche des Statorgehäuses 22 vollführt, und wird aus der Abgabeöffnung 15 des Gehäusekörpers 11 nach außen abgegeben. Es wird darauf hingewiesen, dass 1 ist ein Diagramm ist, das eine Grundkonfiguration des Motors 1 zeigt, und daher sind die Nutbreite, die Ganghöhe oder dergleichen der Strömungsbahn 23 (der Kühlnut 230) gleichförmig dargestellt.
Wie in 1 gezeigt, ist die elektrisch an die Wicklung 26 angeschlossene Stromleitung 27 aus dem Eisenkern 21 des Stators 20 gezogen. Die Stromleitung 27 ist an eine Stromversorgung angeschlossen, die außerhalb des (nicht dargestellten) Motors 1 installiert ist. Während des Betriebs des Motors 1 wird beispielsweise Drei-Phasen-Wechselstrom an den Eisenkern 21 angelegt, wodurch ein drehendes Magnetfeld zum Drehen des Rotors 30 erzeugt wird. Der Rotor 30 ist ein Element, das durch die magnetische Wechselwirkung zwischen dem Rotor 30 und dem von dem Stator 20 erzeugten drehenden Magnetfeld gedreht wird. Der Rotor 30 ist an der inneren Umfangsseite des Stators 20 vorgesehen.
Die Drehachse 32 ist ein Element, das den Rotor 30 hält. Die Drehachse 32 ist so eingesetzt, dass sie durch eine Achsenmitte des Rotors 30 verläuft, und an dem Rotor 30 befestigt. An der Drehachse 32 sind zwei Lager 13 befestigt. Das Lager 13 ist ein Element, das die Drehachse 32 drehbar hält, und in dem Gehäusekörper 11 vorgesehen. Die Drehachse 32 wird von dem Gehäusekörper 11 und den Lagern 13 um die Drehachsengerade S drehbar gehalten. Die Drehachse 32 verläuft durch die Achsenöffnung 12 und ist beispielsweise mit einem Abtragwerkzeug, einem außerhalb installierten Kraftübertragungsmechanismus, einem Verlangsamungsmechanismus oder dergleichen verbunden (die sämtlich nicht dargestellt sind).
Wenn bei dem in 1 gezeigten Motor 1 Drei-Phasen-Wechselstrom an den Stator 20 (den Eisenkern 21) angelegt wird, wird aufgrund der magnetischen Wechselwirkung zwischen dem Rotor 30 und dem Stator 20, an dem ein drehendes Magnetfeld erzeugt wird, eine Drehkraft an dem Rotor 30 erzeugt, und die Drehkraft wird über die Drehachse 32 nach außen ausgegeben.
Als wird nächstes die Kühlnut 230 beschrieben, die in dem Statorgehäuse 22 gemäß der ersten Ausführungsform ausgebildet ist. 2 ist ein Konzeptdiagramm, das eine Form der Kühlnut 230 zeigt, die in dem Statorgehäuse 22 gemäß der ersten Ausführungsform ausgebildet ist.
Die ringförmigen Nuten 240 sind an beiden Endabschnitten des Statorgehäuses 22 in der Achsrichtung (der X-Richtung) entlang der Umfangsrichtung der äußeren Umfangsfläche ausgebildet. Auf der Seite des einen Endes und der Seite des anderen Endes in der Achsrichtung stehen die ringförmigen Nuten 240 jeweils mit Endabschnitten (einem Einlassabschnitt und einem Abgabeabschnitt für das Kühlmittel) der Kühlnut 230 in Verbindung; und sie stehen ebenso mit der Zufuhröffnung 14 und der Abgabeöffnung 15 für das Kühlmittel in Verbindung (siehe 1). Das Kühlmittel, das aus der ringförmigen Nut 240 auf der Seite des einen Endes in der Achsrichtung (der X-Richtung) in den Einlassabschnitt der Kühlnut 230 eingeleitet wird, strömt in Spiralform entlang der Kühlnut 230 in der äußeren Umfangsfläche des Statorgehäuses 22 und anschließend zur Abgabe nach außen aus dem Abgabeabschnitt der Kühlnut 230 zu der ringförmigen Nut 240 auf der Seite des anderen Endes.
Wie in 2 gezeigt, sind bei der in dem Stator 22 gemäß der ersten Ausführungsform ausgebildeten Kühlnut 230 sämtliche Nutbreiten W zwischen der Seite des einen Endes und der Seite des anderen Endes in der Achsrichtung einheitlich. Bei der in dem Statorgehäuse 22 ausgebildeten Kühlnut 230 ist ein Nutabstand P1 in den Bereichen auf der Seite des einen Endes und der Seite des anderen Endes in der Achsrichtung geringer als ein Nutabstand P2 in einem Bereich in der Nähe der Mitte in der Achsrichtung (P1 < P2). Durch eine derartige Konfiguration können die Wärmeableitungseigenschaften in Bereichen des Statorgehäuses 22 auf der Seite des einen Endes und der Seite des anderen Endes in der Achsrichtung verbessert werden, wie später beschrieben.
Als nächstes wird eine Beziehung zwischen einer Oberflächenlänge und den Wärmeableitungseigenschaften der Kühlnut 230 beschrieben. 3A ist eine Schnittansicht, die einer Schnittflächeneinheit S1 gemäß 2 entspricht. 3B ist eine Schnittansicht, die einer Schnittflächeneinheit S2 gemäß 2 entspricht. 4 ist ein Konzeptdiagramm, das einen Endabschnitt des Stators 20 in der Achsrichtung zeigt. Hier bezeichnet „Schnittflächeneinheit“ Bereiche, bei denen der durch einen Schnitt durch das Statorgehäuse 22 in einer ebenen Fläche, die die Mittelachse (Drehachsengerade S) des Statorgehäuses 22 umfasst, erhaltene Querschnitt auf die gleiche Größe eingestellt ist. Die in 3A gezeigte Schnittflächeneinheit S1 und die in 3B gezeigte Schnittflächeneinheit S2 sind Bereiche, die die gleiche Größe aufweisen.
Es wird darauf hingewiesen, dass in 3A und 3B zum leichten Vergleich die Schnittflächeneinheit auf einen Bereich eingestellt ist, der Raum umfasst, der außerhalb der radialen Richtung (der Y-Richtung) des Statorgehäuses 22 angeordnet ist. Die Position der Schnittflächeneinheit ist nicht darauf beschränkt und kann beispielsweise mit der Außenfläche (einer in 3A durch die Linie L definierten Oberfläche) des Statorgehäuses 22 als Bezug eingestellt sein. Dies bedeutet, dass die Größe und Position der Schnittflächeneinheit beliebig eingestellt sein können, solange das Größenverhältnis der Oberflächenlängen der Kühlnut 230 verglichen werden kann.
Die in der äußeren Umfangsfläche des Statorgehäuses 22 ausgebildete Kühlnut 230 kann mit dem Kühlmittel einen Wärmetausch größeren Maßstabs vollführen, wenn die Oberflächenlänge pro Schnittflächeneinheit länger ist. Die Oberflächenlänge ist eine Länge (eine durch kleine Schrägstriche angezeigte Länge), die durch Summieren der Längen von zwei Seitenflächen und einer Bodenfläche der Kühlnut 230 ermittelt wird. Die durch Integrieren dieser Oberflächenlänge längs der spiralförmigen Kühlnut 230 ermittelte Gesamtfläche ist eine Fläche, die zur Wärmeableitung (zum Wärmetausch) beiträgt. Wenn die Gesamtlänge der Kühlnut 230 übereinstimmt, sind bei der Kühlnut 230 bei einer längeren Oberflächenlänge pro Schnittflächeneinheit die Wärmeableitungseigenschaften ausgezeichneter. Es wird darauf hingewiesen, dass die Oberflächenlänge pro Schnittflächeneinheit durch die Gesamtsumme der Oberflächenlänge der Kühlnut 230 repräsentiert wird, die in den Bereichen enthalten ist.
Wie vorstehend beschrieben, ist bei der in dem Statorgehäuse 22 gemäß der ersten Ausführungsform ausgebildeten Kühlnut 230 der Nutabstand P1 in den Bereichen auf der Seite des einen Endes und der Seite des anderen Endes in der Achsrichtung geringer als der Nutabstand P2 in den Bereichen in der Nähe der Mitte in der Achsrichtung. Dadurch ist in den Bereichen auf der Seite des einen Endes und der Seite des anderen Endes in der Achsrichtung die Oberflächenlänge der Kühlnut 230 pro Schnittflächeneinheit S1 lang, da die Anordnungsdichte der Kühlnut 230 hoch ist, wie in 3A gezeigt. Andererseits ist in den Bereichen in der Nähe der Mitte in der Achsrichtung der Nutabstand P2 breiter (P2 > P1). Dadurch ist in den Bereichen in der Nähe der Mitte in der Achsrichtung die Oberflächenlänge der Kühlnut 230 pro Schnittflächeneinheit S2 relativ geringer als die in den Bereichen auf der Seite des einen Endes und der Seite des anderen Endes in der Achsrichtung, da die Anordnungsdichte der Kühlnut 230 gering ist, wie in 3B gezeigt. Es wird darauf hingewiesen, dass Beispiele der Bereiche auf der Seite des einen Endes und der Seite des anderen Endes der Kühlnut 230 in Bezug auf die Gesamtlänge des Statorgehäuses 22 in der Achsrichtung einen Bereich von 0 bis 30% umfassen, und dass Beispiele des Bereichs in der Nähe der Mitte einen Bereich von 30 bis 70% umfassen.
Während des Betriebs des Motors 1 wird in der in den Eisenkern 21 eingesetzten Wicklung 26 im Inneren des Statorgehäuses 22 Wärme erzeugt. Wie in 4 gezeigt, ist jedoch bei dem Stator 20 der Endabschnitt 26a der Wicklung 26 (dies gilt analog für den Endabschnitt auf der gegenüberliegenden Seite in der X-Richtung) nicht nur von dem Eisenkern 21, sondern auch von der Kühlnut 230 getrennt, die sich in der Achsrichtung des Statorgehäuses 22 am weitesten am Ende befindet, so dass das Problem besteht, dass Wärme schwer abzuleiten ist.
Es wird darauf hingewiesen, dass bei dem Stator 20, wie in 4 gezeigt, aus einem Harz ausgebildete Formteile 25 an den Endabschnitten in der Achsrichtung (der X-Richtung) des Eisenkerns 21 vorgesehen sind. Unter der an dem Endabschnitt 26a der Wicklung 26 erzeugten Wärmemenge ist jedoch die aus den Endflächen der Formteile 25 abgeführte Wärmemenge (die dünnen Pfeile in der Zeichnung) nur gering. Es ist auch verständlich, dass durch die Erzeugung der Kühlnut 230 in einem entfernteren Endabschnitt (auf der Seite des Endabschnitts 26a der Wicklung 26) in der Achsrichtung des Statorgehäuses 22 die Wärmeableitung verbessert wird. Wie in 4 gezeigt, ist jedoch eine Bohrung 24 zum Anbringen des Statorgehäuses 22 an dem Gehäusekörper 11 (siehe 1) in dem Endabschnitt des Statorgehäuses 22 in der Achsrichtung vorgesehen. Daher kann die Kühlnut 230 nicht in einem entfernteren Endabschnitt in der Achsrichtung des Statorgehäuses 22 ausgebildet sein, und es ist schwierig, die Wärmeableitungseigenschaften zu verbessern.
Andererseits ist das Statorgehäuse 22 gemäß der ersten Ausführungsform so konfiguriert, dass die Oberflächenlänge der Kühlnut 230 pro Schnittflächeneinheit S1 auf der Seite des einen Endes und der Seite des anderen Endes in der Achsrichtung länger als die Oberflächenlänge der Kühlnut 230 pro Schnittflächeneinheit S2 in der Nähe der Mitte in der Achsrichtung ist. Dadurch kann unter der in dem Endabschnitt 26a der Wicklung 26 erzeugten Wärmemenge eine größere Wärmemenge (die dicken Pfeile in der Zeichnung) in die auf der Seite des einen Endes und der Seite des anderen Endes in der Achsrichtung vorgesehene Kühlnut 230 abgeleitet werden.
Allgemein ist der Motor 1 insgesamt so gestaltet, dass ein Bereich mit mäßigen Wärmeableitungseigenschaften eine Schutztemperatur oder weniger aufweist. Daher wird, obwohl ein höheres Drehmoment erzielt werden kann, die Leistung (hauptsächlich ein durchgehendes Drehmoment) als Motor niedrig gehalten, da hinsichtlich der Temperatur eine Beschränkung besteht. Das Statorgehäuse 22 gemäß der ersten Ausführungsform weist jedoch an dem Endabschnitt 26a der Wicklung 26 ausgezeichnete Wärmeableitungseigenschaften auf, wie vorstehend beschrieben. Daher kann der Motor 1, der das Statorgehäuse 22 gemäß der ersten Ausführungsform umfasst, so gestaltet werden, dass ein höheres Drehmoment erzielt werden kann.
Es wird darauf hingewiesen, dass das Statorgehäuse 22 gemäß der ersten Ausführungsform in den Bereichen auf der Seite des einen Endes und der Seite des anderen Endes in der Achsrichtung eine hohe Anordnungsdichte der Kühlnut 230 aufweist und dass daher dahingehend Bedenken bestehen, dass der Widerstand der Strömungsbahn (der Bahn des Leitungssystems) in diesem Bereich groß ist. Wenn der Widerstand der Strömungsbahn groß ist, kann die Strömungsmenge des Kühlmittels pro Zeiteinheit nicht erhöht werden, und daher werden die Wärmeableitungseigenschaften beeinträchtigt. Bei dem Statorgehäuse 22 gemäß der ersten Ausführungsform ist jedoch der Widerstand der Strömungsbahn insgesamt nicht groß, da die Anordnungsdichte der Kühlnut 230 in den Bereichen in der Nähe der Mitte in der Achsrichtung gering ist. Bei dem Statorgehäuse 22 werden die Wärmeableitungseigenschaften in den Bereichen in der Nähe der Mitte in der Achsrichtung selbst dann kaum beeinflusst, wenn der Nutabstand P2 breit eingestellt ist, da der Wärmewiderstand unter der Wicklung 26, dem Eisenkern 21 und dem Statorgehäuse 22 naturgemäß gering ist. Dementsprechend das kann Statorgehäuse 22 gemäß der ersten Ausführungsform ohne eine Erhöhung des Widerstands der Strömungsbahn ausgezeichnetere Wärmeableitungseigenschaften aufweisen.
(Zweite Ausführungsform)
5 ist ein Konzeptdiagramm, das eine Form der Kühlnut 230 zeigt, die in dem Statorgehäuse 222 gemäß einer zweiten Ausführungsform ausgebildet ist. Das Statorgehäuse 222 gemäß der zweiten Ausführungsform unterscheidet sich dadurch von dem Statorgehäuse gemäß der ersten Ausführungsform, dass die Nutabstände und die Nutbreiten der Kühlnut 230 anders sind. Die übrigen Konfigurationen stimmen mit denen gemäß der ersten Ausführungsform überein. Daher ist in 5 nur das Statorgehäuse 222 gemäß der zweiten Ausführungsform dargestellt, und auf die Darstellung des gesamten Motors 1 wird verzichtet. In der Beschreibung und den Zeichnungen zu der zweiten Ausführungsform sind Elemente oder dergleichen, die denen gemäß der ersten Ausführungsform entsprechen, durch die gleichen Bezugszeichen wie bei der ersten Ausführungsform oder gegebenenfalls durch Bezugszeichen mit den gleichen Endziffern (den beiden letzten Stellen) bezeichnet, und auf eine redundante Beschreibung wird verzichtet.
Wie in 5 gezeigt, ist bei der in dem Statorgehäuse 222 gemäß der zweiten Ausführungsform ausgebildeten Kühlnut 230 der Nutabstand P1 in den Bereichen auf der Seite des einen Endes und der Seite des anderen Endes in der Achsrichtung geringer als der Nutabstand P2 in den Bereichen in der Nähe der Mitte in der Achsrichtung (P1 < P2). Bei der in dem Statorgehäuse 222 ausgebildeten Kühlnut 230 ist die Nutbreite W1 in den Bereichen auf der Seite des einen Endes und der Seite des anderen Endes in der Achsrichtung geringer als die Nutbreite W2 in den Bereichen in der Nähe der Mitte in der Achsrichtung (W1 < W2). Bei der in dem Statorgehäuse 222 gemäß der zweiten Ausführungsform ausgebildeten Kühlnut 230 beträgt das Verhältnis der Länge der Nutbreite W1 zu der Nutbreite W2 beispielsweise ca. 0,1 bis 0,9, wenn die Nutbreite W2 auf „1“ eingestellt ist.
Bei der in dem Statorgehäuse 222 gemäß der zweiten Ausführungsform ausgebildeten Kühlnut 230 sind der Nutabstand P1 und die Nutbreite W1 in den Bereichen auf der Seite des einen Endes und der Seite des anderen Endes in der Achsrichtung jeweils geringer als der Nutabstand P2 und die Nutbreite W2 in den Bereichen in der Nähe der Mitte in der Achsrichtung. Daher ist die Oberflächenlänge der Kühlnut 230 pro Schnittflächeneinheit (S1) auf der Seite des einen Endes und der Seite des anderen Endes in der Achsrichtung länger als die Oberflächenlänge der Kühlnut 230 pro Schnittflächeneinheit (S2) in der Nähe der Mitte in der Achsrichtung. Dementsprechend können durch das Statorgehäuse 222 gemäß der zweiten Ausführungsform ähnlich wie bei dem Statorgehäuse 22 gemäß der ersten Ausführungsform große Mengen der Wärme unter der an dem Endabschnitt 26a der Wicklung 26 erzeugten Wärme in die Kühlnut 230 abgeleitet werden.
Da die in dem Statorgehäuse 222 gemäß der zweiten Ausführungsform ausgebildete Kühlnut 230 den Nutabstand P1 und die Nutbreite W1 aufweist, die beide in den Bereichen auf der Seite des einen Endes und der Seite des anderen Endes in der Achsrichtung gering sind, kann die Oberflächenlänge der Kühlnut 230 in den Bereichen länger gestaltet werden. Bei der in dem Statorgehäuse 222 gemäß der zweiten Ausführungsform ausgebildeten Kühlnut 230 kann durch Verbreitern des Nutabstands P2 und der Nutbreite W2 in den Bereichen in der Nähe der Mitte in der Achsrichtung eine Erhöhung des Widerstands der Strömungsbahn insgesamt verhindert werden. Es wird darauf hingewiesen, dass die in dem Statorgehäuse 222 gemäß der zweiten Ausführungsform ausgebildete Kühlnut 230 so konfiguriert sein kann, dass sich der Nutabstand P1 und/oder die Nutbreite W1 zu dem Bereich in der Nähe der Mitte in der Achsrichtung allmählich erweitern.
(Dritte Ausführungsform)
6A ist ein Konzeptdiagramm, das eine Form der in dem Statorgehäuse 322 gemäß einer dritten Ausführungsform ausgebildeten Kühlnut 230 zeigt. 6B ist ein vergrößertes Diagramm, das einem Bereich S3 gemäß 6A entspricht. Das Statorgehäuse 322 gemäß der dritten Ausführungsform unterscheidet sich dadurch von dem Statorgehäuse gemäß der ersten Ausführungsform, dass die Nuttiefen der Kühlnut 230 in der Achsrichtung teilweise unterschiedlich sind. Die übrigen Konfigurationen stimmen mit denen gemäß der ersten Ausführungsform überein. Daher ist in 6A nur das Statorgehäuse 322 dargestellt, und auf die Darstellung des gesamten Motors 1 wird verzichtet. In der Beschreibung und den Zeichnungen zu der dritten Ausführungsform sind Elemente oder dergleichen, die denen gemäß der ersten Ausführungsform entsprechen, durch die gleichen Bezugszeichen wie bei der ersten Ausführungsform oder gegebenenfalls durch Bezugszeichen mit den gleichen Endziffern (den beiden letzten Stellen) bezeichnet, und auf eine redundante Beschreibung wird verzichtet.
Wie in 6A gezeigt, sind bei der in dem Statorgehäuse 322 gemäß der dritten Ausführungsform ausgebildeten Kühlnut 230 die Nutabstände P und die Nutbreiten W zwischen der Seite des einen Endes und der Seite des anderen Endes in der Achsrichtung sämtlich einheitlich. Bei der in dem Statorgehäuse 322 ausgebildeten Kühlnut 230 ist, wie in 6B gezeigt, die Nuttiefe D1 in den Bereichen auf der Seite des einen Endes und der Seite des anderen Endes in der Achsrichtung tiefer als die Nuttiefe D2 in den Bereichen in der Nähe der Mitte in der Achsrichtung. Das Verhältnis der Nuttiefe D1 zu der Nuttiefe D2 beträgt beispielsweise ca. 1,1 bis 1,5, wenn die Nuttiefe D2 auf „1“ eingestellt ist. Es wird darauf hingewiesen, dass bei der vorliegenden Ausführungsform, wie in 6A gezeigt, der Bereich in der Nähe der Mitte in der Achsrichtung breiter als bei den anderen Ausführungsformen eingestellt ist.
Bei der in dem Statorgehäuse 322 gemäß der dritten Ausführungsform ausgebildeten Kühlnut 230 ist die Nuttiefe D1 in den Bereichen auf der Seite des einen Endes und der Seite des anderen Endes in der Achsrichtung tiefer als die Nuttiefe D2 in den Bereichen in der Nähe der Mitte in der Achsrichtung. Daher ist die Oberflächenlänge der Kühlnut 230 pro Schnittflächeneinheit (S1) auf der Seite des einen Endes und der Seite des anderen Endes in der Achsrichtung länger als die Oberflächenlänge der Kühlnut 230 pro Schnittflächeneinheit (S2) in der Nähe der Mitte in der Achsrichtung. Dementsprechend können durch das Statorgehäuse 322 gemäß der dritten Ausführungsform ähnlich wie bei dem Statorgehäuse 22 gemäß der ersten Ausführungsform große Mengen der Wärme unter der in dem Endabschnitt 26a der Wicklung 26 erzeugten Wärme in die Kühlnut 230 abgeleitet werden.
Bei der in dem Statorgehäuse 322 gemäß der dritten Ausführungsform ausgebildeten Kühlnut 230 wird die Nuttiefe in den Bereichen auf der Seite des einen Endes und der Seite des anderen Endes in der Achsrichtung tief gestaltet, wodurch die Oberflächenlänge vergrößert wird. Daher können, wie in 6A gezeigt, sämtliche Nutbreiten und Nutabstände einheitlich sein. Die Nutbreite ist nicht darauf beschränkt, und die Nutbreite
in den Bereichen auf der Seite des einen Endes und der Seite des anderen Endes in der Achsrichtung kann geringer sein als die Nutbreite in den Bereichen in der Nähe der Mitte in der Achsrichtung. Wenn in diesem Fall der durch Länge der Strömungsbahn / (Nutbreite * Nuttiefe) bestimmte numerische Wert größer als die durch den Widerstand der Strömungsbahn bestimmte Konstante ist, kann der numerische Wert durch Verändern des Nutabstands in den Bereichen in der Achsrichtung zur Verringerung der Länge der Strömungsbahn verringert werden. Es wird darauf hingewiesen, dass der Nutabstand in den Bereichen auf der Seite des einen Endes und der Seite des anderen Endes in der Achsrichtung geringer als der Nutabstand in den Bereichen in der Nähe der Mitte in der Achsrichtung einzustellen ist, wenn der Nutabstand in den Bereichen in der Achsrichtung verändert wird. Dadurch kann der Widerstand der Strömungsbahn der Kühlnut 230 innerhalb eines geeigneten Bereichs eingestellt werden.
Vorstehend wurden die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen beschränkt und kann auf verschiedene Art und Weise abgeändert oder verändert werden wie bei später beschriebenen Modifikationen, und diese liegen ebenfalls innerhalb des technischen Umfangs der vorliegenden Erfindung. Die im Zusammenhang mit den Ausführungsformen beschriebenen Ergebnisse sind lediglich eine Auflistung der geeignetsten der durch die vorliegende Erfindung erzielten Ergebnisse, und es besteht keine Beschränkung auf die im Zusammenhang mit den Ausführungsformen beschriebenen. Es wird darauf hingewiesen, dass die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen und die später beschriebenen Modifikationen in geeigneter Weise in Kombination verwendet werden können und dass auf eine diesbezügliche genaue Beschreibung verzichtet wird.
(Modifikationen)
Im Zusammenhang mit den Ausführungsformen wurde ein Fall beschrieben, in dem die Kühlnut 230 eine Leitung aus einer Spiralnut ist. Die Kühlnut 230 ist jedoch nicht darauf beschränkt. Die Kühlnut 230 kann mehrere Leitungen aus Spiralnuten oder parallele Nuten umfassen. Im Zusammenhang mit den Ausführungsformen wurde ein Beispiel beschrieben, bei dem die Kühlnut 230 eine konkave Nutform aufweist. Die Kühlnut 230 ist jedoch nicht darauf beschränkt. Die Kühlnut 230 kann eine Nutform aufweisen, die ein rechtwinkliges Dreieck ist, bei dem eine Seite eine geneigte Oberfläche ist, oder sie kann eine Nutform aufweisen, die eine dreieckige Form (eine V-Form) ist, bei der beide Seiten geneigte Oberflächen sind. Die Kühlnut 230 kann eine Nutform aufweisen, die ein Trapez ist, bei dem beide Seiten geneigte Oberflächen mit einer dazwischen angeordneten Bodenseite sind, oder sie kann eine Nutform aufweisen, bei der die Unterseite eine halbkreisförmige Form (eine U-Form) aufweist. Zusätzlich zu Vorstehendem kann die Kühlnut 230 jede beliebige Form aufweisen, solange das Kühlmittel geeignet durch die Kühlnut 230 strömen kann. Im Zusammenhang mit den Ausführungsformen wurde ein Beispiel beschrieben, bei dem der Motor die drehende elektrische Maschine ist, für die das Statorgehäuse und der Stator gemäß der vorliegenden Erfindung angewendet werden können. Die drehende elektrische Maschine ist jedoch nicht darauf beschränkt. Die drehende elektrische Maschine, für die das Statorgehäuse und der Stator gemäß der vorliegenden Erfindung angewendet werden können, kann ein Stromgenerator sein.
Bezugszeichenliste
1: Motor (drehende elektrische Maschine), 11: Gehäusekörper, 20: Stator, 21: Eisenkern, 22, 222, 322: Statorgehäuse, 23: Strömungsbahn, 26: Wicklung, 30: Rotor, 230: Kühlnut, D1, D2: Nuttiefe, P, P1, P2: Nutabstand, S1, S2: Schnittflächeneinheit, W, W1, W2: Nutbreite
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 201115578 [0003]

Claims

Statorgehäuse (22) mit einer im Wesentlichen zylindrischen Form, das eine Funktion der Kühlung eines Stators (20) einer drehenden elektrischen Maschine (1) umfasst, wobei das Statorgehäuse (22) eine Kühlnut (230) umfasst, die in einer Achsrichtung (X) zwischen einer Seite des einen Endes und einer Seite des anderen Endes entlang einer Umfangsrichtung einer äußeren Umfangsfläche als Strömungsbahn (23) für ein Kühlmittel in der äußeren Umfangsfläche des Statorgehäuses (22) vorgesehen ist, wobei in einem Schnitt des Statorgehäuses (22), der in einer ebenen Fläche geschnitten ist, die eine Achse (S) des Statorgehäuses (22) umfasst, eine Oberflächenlänge der Kühlnut (230) pro Schnittflächeneinheit (S1) auf der Seite des einen Endes und der Seite des anderen Endes in der Achsrichtung (X) länger als eine Oberflächenlänge der Kühlnut (230) pro Schnittflächeneinheit (S2) in der Nähe einer Mitte in der Achsrichtung (X) ist.
Statorgehäuse (22) nach Anspruch 1, wobei bei der Kühlnut (230) in dem Schnitt des Statorgehäuses (22) eine Nutbreite (W) zwischen der Seite des einen Endes und der Seite des anderen Endes in der Achsrichtung (X) einheitlich ist und ein Nutabstand (P1) in Bereichen auf der Seite des einen Endes und der Seite des anderen Endes in der Achsrichtung (X) geringer als ein Nutabstand (P2) in einem Bereich in der Nähe einer Mitte in der Achsrichtung (X) ist.
Statorgehäuse (22) nach Anspruch 1, wobei bei der Kühlnut (230) in dem Schnitt des Statorgehäuses (22) ein Nutabstand (P1) auf der Seite des einen Endes und der Seite des anderen Endes in der Achsrichtung (X) geringer als ein Nutabstand (P2) in einem Bereich in der Nähe einer Mitte in der Achsrichtung (X) ist und eine Nutbreite (W1) in den Bereichen auf der Seite des einen Endes und der Seite des anderen Endes in der Achsrichtung (X) geringer als eine Nutbreite (W2) in einem Bereich in der Nähe einer Mitte in der Achsrichtung (X) ist.
Statorgehäuse (22) nach Anspruch 1, wobei bei der Kühlnut (230) in dem Schnitt des Statorgehäuses (22) eine Nuttiefe (D1) in den Bereichen auf der Seite des einen Endes und der Seite des anderen Endes in der Achsrichtung (X) tiefer als eine Nuttiefe (D2) in einem Bereich in der Nähe einer Mitte in der Achsrichtung (X) ist.
Stator (20), der umfasst: das Statorgehäuse (22) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, und einen Eisenkern (21) mit einer im Wesentlichen zylindrischen Form, der an einer inneren Umfangsseite des Statorgehäuses (22) vorgesehen ist.
Drehende elektrische Maschine (1), die umfasst: den Stator (20) nach Anspruch 5 und einen Rotor (30), der von einer Drehachse (32) gehalten wird und an einer inneren Umfangsseite des Stators (20) vorgesehen ist.