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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kühlstruktur zum Kühlen einer rotierenden elektrischen Maschine mit einem Stator, der mehrere geteilte Kerne und ein Befestigungselement umfasst, das an dem Außenumfang der geteilten Kerne angebracht ist, um die mehreren geteilten Kerne zu integrieren.
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Technischer Hintergrund
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Ein elektrischer Motor mit einem Gehäuse zum Aufnehmen eines Rotors und eine Stators darin ist bekannt, wobei ein Kühlmantel, in dem ein Kühlwasser zirkuliert wird, an einem Bereich angeordnet ist, der an der Außenseite der radialen Richtung des Stators in dem Gehäuse positioniert ist (siehe Patentschrift 1). Bei Patentschrift 2 handelt es sich außerdem um ein weiteres Dokument des Stands der Technik, das auf die vorliegende Erfindung bezogen ist.
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Entgegenhaltungen
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Patentliteratur
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- Patentschrift 1: JP 2008-206213A
- Patentschrift 2: JP 06-099745A
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Kurzfassung der Erfindung
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Technisches Problem
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In dem gemäß Patentschrift 1 beschriebenen Elektromotor muss ein Kühlmantel in die Wandfläche des Gehäuses bearbeitet werden. Dementsprechend bringt diese Bearbeitung einen Kosten- und Arbeitsaufwand mit sich, der möglicherweise zu einem Anstieg der Fertigungskosten führen kann.
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Angesichts der vorstehenden Problematik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Kühlstruktur für eine rotierende elektrische Maschine zu schaffen, wobei ein Kühlmantel mit einer demselben zugeführten Kühlflüssigkeit mit einer einfacheren Konfiguration als im Stand der Technik gebildet werden kann.
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Lösung des Problems
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Eine Kühlstruktur für eine rotierende elektrische Maschine der vorliegenden Erfindung umfasst eine rotierende elektrische Maschine, die einen Stator umfasst, wobei der Stator mehrere geteilte Kerne aufweist, die ringartig kombiniert bzw. miteinander verbunden sind, und ein Befestigungselement umfasst, das an dem äußeren Umfang der mehreren geteilten Kerne zum Integrieren der mehreren geteilten Kerne angebracht ist, und ein Gehäuse, in dem die rotierende elektrische Maschine aufgenommen ist, wobei das Befestigungselement einen zylindrischen Bereich und einen Flanschbereich umfasst, der an einem Ende des zylindrischen Bereiches in einer axialen Richtung entlang dem gesamten Umfang angeordnet ist und der sich in einer radialen Richtung von dem zylindrischen Bereich nach außen erstreckt, wobei das Gehäuse einen Aufnahmebereich umfasst, der eine innere Umfangswand aufweist, deren Innendurchmesser größer ist als der Außendurchmesser des zylindrischen Bereichs und kleiner ist als der Außendurchmesser des Flanschbereichs, und in dem der Stator derart aufgenommen ist, dass die innere Umfangswand und die äußere Umfangsoberfläche des zylindrischen Bereichs einander gegenüberliegen, wobei sich eine erste Wandfläche in der radialen Richtung von dem Ende der inneren Umfangswand, wo der Flanschbereich angeordnet ist, nach außen erstreckt, wobei der Flanschbereich an der ersten Wandfläche montiert ist und eine zweite Wandfläche sich in der radialen Richtung von dem Ende der inneren Umfangswand, wo das andere Ende des zylindrischen Bereichs in der axialen Richtung angeordnet ist, nach innen erstreckt, wobei das andere Ende des zylindrischen Bereichs die zweite Wandfläche kontaktiert und ein Kühlmantel durch die innere Umfangswand des Aufnahmebereichs, die äußere Umfangsoberfläche des zylindrischen Bereichs, den Flanschbereich sowie die zweite Wandfläche, zwischen dem Gehäuse und dem Stator, ausgebildet ist, und dem Kühlmantel eine Kühlflüssigkeit zugeführt wird.
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In der Kühlstruktur gemäß der vorliegenden Erfindung ist der Kühlmantel durch die innere Umfangswand des Aufnahmebereichs, die äußere Umfangsoberfläche des zylindrischen Bereichs, den Flanschbereich und die zweite Wandfläche ausgebildet. Daher kann auf einen Arbeitsschritt verzichtet werden, in dem in der äußeren Umfangswand des Gehäuses ein Raum ausgebildet wird. Da die innere Umfangswand des Aufnahmebereichs und der Stator einander nicht berühren, kann außerdem auch auf einen Arbeitsschritt verzichtet werden, in dem die innere Umfangswand mit hoher Genauigkeit bearbeitet werden muss. Wie vorstehend beschrieben, weist die Kühlstruktur der vorliegenden Erfindung eine vereinfachte Konfiguration auf, wodurch der bei der Bearbeitung erforderliche Zeit- und Arbeitsaufwand reduziert werden kann. Dementsprechend ist auch eine Senkung der Fertigungskosten möglich. Da außerdem das Öl in der vorstehend beschriebenen Kühlstruktur in direktem Kontakt mit dem Befestigungselement ist, kann die Wärme des Stators problemlos auf das Öl übertragen werden. Eine Verbesserung der Kühlleistung des Stators ist somit ebenfalls möglich.
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Gemäß einer Ausführungsform der Kühlstruktur der vorliegenden Erfindung handelt es sich bei der Kühlflüssigkeit um ein Öl, und der Kühlmantel kann mit einem Zuführweg zum Zuführen des Öls nach innen zu einem Spulenende des geteilten Kerns des Stators versehen sein. In diesem Fall kann das Öl einem Spulenende des geteilten Kerns zugeführt werden, wodurch eine weitere Verbesserung der Kühlleistung erreicht werden kann.
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Gemäß dieser Ausführungsform kann der Zuführweg durch Ausschneiden eines Teil eines Bereichs des Flanschbereichs ausgebildet werden, wobei der Teil über dem Spulenende positioniert ist, das das Ziel der Ölzuführung darstellt. In diesem Fall kann die Bearbeitung des Zuführwegs erfolgen, bevor die rotierende elektrische Maschine in das Gehäuse montiert wird, wodurch gleichfalls eine Verringerung des Zeit- und Arbeitsaufwands bei der Verarbeitung erreicht werden kann.
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Kurzbeschreibung der Zeichnung
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1 ist eine Ansicht, die eine rotierende elektrische Maschine zeigt, bei der die Kühlstruktur gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung angewendet wird.
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2 ist eine Ansicht, die einen Stator aus Sicht eines Pfeils II in 1 zeigt.
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3 ist eine Ansicht, die den Stator aus Sicht eines Pfeils III in 2 zeigt.
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Beschreibung der Ausführungsformen
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1 zeigt eine rotierende elektrische Maschine, auf die eine Kühlstruktur gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung angewendet wird. Bei der rotierenden elektrischen Maschine 1 handelt es sich um einen Motorgenerator, der als ein elektrischer Motor und ein Generator funktioniert, und an einem Fahrzeug als eine Fahrleistungsquelle montiert ist. Die rotierende elektrische Maschine 1 weist einen Rotor 2 und einen Stator 3 auf. 2 ist eine Ansicht des Stators 3 aus Sicht eines Pfeils II in 1. 3 ist eine Ansicht des Stators 3 aus Sicht eines Pfeils III in 2. Wie in 2 gezeigt ist, weist der Stator 3 mehrere geteilte Kerne 4 und einen durch Schrumpfpassung aufgebrachten Ring 5 auf, der als ein Befestigungselement zum Integrieren dieser geteilten Kerne 4 dient. Die mehreren geteilten Kerne 4 sind ringartig kombiniert bzw. miteinander verbunden, und der durch Schrumpfpassung aufgebrachte Ring 5 ist an dem äußeren Umfang der geteilten Kerne 4 montiert. Der durch Schrumpfpassung aufgebrachte Ring 5 befestigt die mehreren geteilten Kerne 4 von dem äußeren Umfang derart, dass die geteilten Kerne 4 integriert sind. Wie in 3 gezeigt ist, ist die Länge des durch Schrumpfpassung aufgebrachten Rings 5 in einer Richtung einer Achse A derart eingestellt, dass ein Spulenende 4a eine jeden geteilten Kerns 4 von dem durch Schrumpfpassung aufgebrachten Ring vorsteht. Der durch Schrumpfpassung aufgebrachte Ring 5 weist einen zylindrischen Bereich 6 und einen Flanschbereich 7 auf, der sich von dem zylindrischen Bereich 6 in einer radialen Richtung erstreckt. Der Flanschbereich 7 ist an einem Ende des zylindrischen Bereichs 6 in der axialen Richtung Ax entlang dem gesamten Umfang vorgesehen. Wie in dieser Figur zu erkennen ist, ist der Flanschbereich 7 mit einem ausgeschnittenen Bereich 8 versehen, der durch Ausschneiden eines Teils des Flanschbereichs 7 gebildet wird. Ein ausgeschnittener Bereich 9 wird durch Ausschneiden eines Teils aus dem zylindrischen Bereich 6 an dem anderen Ende 6a des zylindrischen Bereichs 6 in der axialen Richtung Ax gebildet. Der ausgeschnittene Bereich 9 ist so angeordnet, dass er mit dem ausgeschnittenen Bereich 8 des Flanschbereichs 7 in der axialen Richtung Ax liegt. Der Rotor 2 ist mit einem hinreichend bekannten Rotor eines an einem Fahrzeug montierten Motorgenerators identisch, so dass von einer ausführlichen Beschreibung desselben abgesehen wird.
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Wie in 1 gezeigt ist, ist die rotierende elektrische Maschine 1 in einem Gehäuse 10 aufgenommen. Das Gehäuse 10 ist mit einem Aufnahmebereich 11 versehen, in dem die rotierende elektrische Maschine 1 aufgenommen ist. Eine innere Umfangswand 11a des Aufnahmebereichs 11 ist derart ausgebildet, dass der Innendurchmesser derselben größer ist als der Außendurchmesser des zylindrischen Bereichs 6 des Stators 3 und kleiner ist als der Außendurchmesser des Flanschbereichs 7. Die innere Umfangswand 11a ist ebenfalls so ausgebildet, dass der Innendurchmesser derselben von der Seite, wo der Flanschbereich 7 angeordnet ist, zu der Seite hin, wo das andere Ende 6a des zylindrischen Bereichs 6 in der axialen Richtung Ax angeordnet ist, d. h. von der linken auf die rechte Seite in 1, allmählich abnimmt. Bei dem Gehäuse 10 handelt es sich im Allgemeinen um ein Gießereierzeugnis oder Druckgusserzeugnis. Wie hinreichend bekannt ist, ist ein Gießereierzeugnis mit einer Formschräge versehen, die den Entformungsvorgang erleichtern soll. Dabei handelt es sich bei der Neigung der inneren Umfangswand 11a um die Formschräge. Das Gehäuse 10 beinhaltet eine erste Wandfläche 12, die sich in der radialen Richtung von dem Ende 11b der inneren Umfangswand 11 nach außen erstreckt, wo der Flanschbereich 7 angeordnet ist, und eine zweite Wandfläche 13, die sich in der radialen Richtung von dem Ende 11c der inneren Umfangswand 11a nach innen erstreckt, wo das andere Ende 6a des zylindrischen Bereichs 6 angeordnet ist. Wie in dieser Figur zu sehen ist, ist die erste Wandfläche 12 an dem Gehäuse 10 derart angeordnet, dass der Flanschbereich 7 des Stators 3 die erste Wandfläche 12 berührt, wenn die rotierende elektrische Maschine 1 in dem Aufnahmebereich 11 aufgenommen ist. Der Flanschbereich 7 ist an der ersten Wandfläche 12 so befestigt, dass er sich nicht drehen kann. Bei dieser Struktur ist der Stator 3 an dem Gehäuse 10 befestigt. Die zweite Wandfläche 13 ist an dem Gehäuse 10 derart angeordnet, dass das andere Ende 6a des zylindrischen Bereichs 6 des Stators 3, der in dem Aufnahmebereich 11 aufgenommen ist, die zweite Wandfläche 13 berührt.
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Die rotierende elektrische Maschine 1 ist in dem Aufnahmebereich 11 koaxial aufgenommen. Dabei wird die rotierende elektrische Maschine 1 derart aufgenommen, dass die ausgeschnittenen Bereiche 8 und 9 an der höchsten Position angeordnet sind. Wenn die rotierende elektrische Maschine 1 wie vorstehend beschrieben aufgenommen ist, wird durch die äußere Umfangsoberfläche 6b des zylindrischen Bereichs 6, die innere Umfangswand 11a des Aufnahmebereichs 11, den Flanschbereich 7 und die zweite Wandfläche 13, zwischen dem Gehäuse 10 und dem Stator 3, ein Kühlmantel 14 gebildet. Das Gehäuse 10 ist mit einem Ölzuführweg 15 zum Zuführen von einem als eine Kühlflüssigkeit dienenden Öl zum Kühlmantel 14 versehen. Auch wenn davon in der Zeichnung nichts zu erkennen ist, ist ein Ölabführweg zum Abführen von Öl aus dem Kühlmantel 14 mit dem Kühlmantel 14 verbunden. Wird das Öl dem Kühlmantel 14 zugeführt, strömt das Öl aus den jeweiligen ausgeschnittenen Bereichen 8 und 9. Das ausströmende Öl wird an das Spulenende 4a eines jeden geteilten Kerns 4 geschleudert, um das Spulenende 4a zu kühlen. Daher entsprechend diese ausgeschnittenen Bereiche 8 und 9 einem Zuführweg gemäß der vorliegenden Erfindung.
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In dem Gehäuse 10 ist ein Kraftübertragungsmechanismus 16 zum Übertragen einer von der rotierenden elektrischen Maschine 1 abgegeben Leistung auf ein Rad vorgesehen. Der Kraftübertragungsmechanismus 16 beinhaltet eine erste rotierende Welle 17, die durch das Gehäuse 10 um die axiale Richtung Ax drehbar gelagert wird, und eine zweite rotierende Hohlwelle 19, die durch die erste rotierende Welle 17 und ein Paar von Lagern 18 um die axiale Richtung Ax drehbar gelagert wird. Der Rotor 2 der rotierenden elektrischen Maschine 1, der in dem Aufnahmebereich 11 aufgenommen ist, ist an der zweiten rotierenden Welle 19 montiert, wodurch er sich einstückig mit der zweiten rotierenden Welle 19 um die axiale Richtung Ax dreht.
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Wie vorstehend beschrieben ist in der Kühlstruktur der Kühlmantel 14 durch die innere Umfangswand 11 des Aufnahmebereichs 11, die zweite Wandfläche 13 und den durch Schrumpfpassung aufgebrachten Ring 5 ausgebildet. Daher kann auf einen Arbeitsschritt verzichtet werden, in dem ein Raum in der äußeren Umfangswand des Gehäuses 10 ausgebildet wird. In dieser Kühlstruktur wird der durch Schrumpfpassung aufgebrachte Ring 5 nicht von der inneren Umfangswand 11a berührt. Somit kann auf einen Arbeitsschritt verzichtet werden, in dem die innere Umfangswand 11a mit hoher Genauigkeit bearbeitet werden muss. Wenn die rotierende elektrische Maschine 1 in dem Gehäuse 10 aufgenommen wird, ohne dass dabei ein Spalt bzw. Zwischenraum entsteht, muss die innere Umfangswand 11a nach dem Gießvorgang mit hoher Genauigkeit bearbeitet werden, wenn die Formschräge von dem Gehäuses 10 entfernt werden soll. In der vorliegenden Erfindung wird die rotierende elektrische Maschine 1 jedoch während des Aufnehmens bzw. Unterbringens im Gehäuse nicht durch das Gehäuse 10 berührt, weshalb es kein Problem darstellt, wenn die Formschräge am Gehäuse 10 belassen wird. Daher kann auf der inneren Umfangsoberfläche 11a eine Gussoberfläche zurückbleiben. Wie vorstehend beschrieben, liegt gemäß der Kühlstruktur der vorliegenden Erfindung eine vereinfachte Struktur vor, und der Bearbeitungsaufwand kann somit reduziert werden, wodurch auch eine Senkung der Fertigungskosten möglich ist. Da die innere Umfangswand 11a und der durch Schrumpfpassung aufgebrachte Ring 5 einander nicht berühren, kann der Stator 3 ohne Weiteres an dem Gehäuse 10 montiert werden. Der Arbeitsaufwand während des Montagevorgangs kann dementsprechend ebenfalls reduziert werden.
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Da das Öl mit dem durch Schrumpfpassung aufgebrachten Ring 5 in der vorstehend beschriebenen Kühlstruktur in direktem Kontakt ist, kann die Wärme von Stator 3 problemlos auf das Öl übertragen werden. Außerdem wird die Wärme des Stators 3 über das Öl in dem Kühlmantel 14 auch auf die äußere Oberfläche des Gehäuses 10 übertragen. Das aus den jeweiligen ausgeschnittenen Bereichen 8 und 9 ausströmende Öl wird auf das Spulenende 4a eines jeden geteilten Kerns 4 geschleudert, um so das Spulenende 4a zu kühlen. Gemäß der vorstehend beschriebenen Kühlstruktur kann somit eine Verbesserung der Kühlleistung des Stators 3 erreicht werden.
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Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebene Ausführungsform beschränkt und kann in verschiedenen Formen modifiziert werden. In der vorstehend beschriebenen Ausführungsform ist z. B. der ausgeschnittene Bereich auf dem zylindrischen Bereich des durch Schrumpfpassung aufgebrachten Rings angeordnet, so dass das Öl dem Spulenende zugeführt werden kann. Der ausgeschnittene Bereich muss jedoch nicht auf dem zylindrischen Bereich vorgesehen sein, sondern es kann auch auf dem höchsten Abschnitt der zweiten Wandfläche ein ausgesparter Bereich vorgesehen sein, der das Öl dem Spulenende zuführen soll.
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Der Innendurchmesser der inneren Umfangswand des Aufnahmebereichs muss nicht allmählich bzw. graduell von einem Ende zu dem anderen Ende in der axialen Richtung verkleinert werden. Die innere Umfangswand kann z. B. in der axialen Richtung auch den gleichen Innendurchmesser aufweisen.
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Die rotierende elektrische Maschine, in der die Kühlstruktur gemäß der vorliegenden Erfindung angewendet wird, ist nicht auf eine solche beschränkt, die in einem Fahrzeug als Fahrleistungsquelle verwendet wird. Die vorliegende Erfindung ist auf verschiedene rotierende elektrische Maschinen anwendbar, von denen jede einen Stator aufweist, der mehrere geteilte Kerne und einen durch Schrumpfpassung aufgebrachten Ring, der die Kerne miteinander integrieren soll, umfasst und in einem Gehäuse aufgenommen ist.
