DE112012003901B4

DE112012003901B4 - Mechanisch und elektrisch integriertes Modul

Info

Publication number: DE112012003901B4
Application number: DE112012003901.7T
Authority: DE
Inventors: Yoshihiro Miyama; Masao Morita
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2011-09-20
Filing date: 2012-08-10
Publication date: 2022-05-05
Anticipated expiration: 2032-08-11
Also published as: US9337706B2; WO2013042486A1; US20140232217A1; CN103814515A; DE112012003901T5; JPWO2013042486A1; CN103814515B; JP5649737B2

Abstract

Mechanisch und elektrisch integriertes Modul, das Folgendes aufweist:
- eine elektrische Rotationsmaschine (1), die Folgendes aufweist:
- ein Gehäuse (2), das Folgendes aufweist:
- einen zylindrischen Umfangs-Wandbereich (5, 9); und
- einen Endrahmen (4) auf der Last-Seite und einen Endrahmen (12) auf der Nicht-Last-Seite, die an zwei axialen Enden des Umfangs-Wandbereichs (5, 9) angeordnet sind;
- einen Stator (31), der Folgendes aufweist:
- einen ringförmigen Statorkern (32); und
- eine Statorspule (35), die auf den Statorkern (32) gewickelt ist,wobei der Stator (3 1) von dem Gehäuse (2) gehalten wird, so dass der Statorkern (32) in dem Umfangs-Wandbereich (5, 9) aufgenommen ist, und zwar in einem intern eingebauten Zustand; und
- einen Rotor (20), der drehbar von dem Endrahmen (4) auf der Last-Seite und dem Endrahmen (12) auf der Nicht-Last-Seite gelagert wird, so dass er auf der inneren Umfangsseite des Stators (31) angeordnet ist, und
- eine Wechselrichtervorrichtung (50), die Gleichstromenergie in Wechselstromenergie umwandelt, wobei die Wechselrichtervorrichtung (50) integral in eine Nicht-Last-Seite der elektrischen Rotationsmaschine (1) eingebunden ist, so dass eine Wechselrichter-Kühleinrichtung (40) dazwischenliegt, wobei das mechanisch und elektrisch integrierte Modul
dadurch gekennzeichnet ist,
dass der Endrahmen (12) auf der Nicht-Last-Seite Folgendes aufweist:
- einen flachen Basisbereich (13);
- einen zylindrischen Lagerbereich (14) auf der Nicht-Last-Seite, der so angeordnet ist, dass er axial von einem Ort in der Nähe des Zentrums einer vorderen Fläche des Basisbereichs (13) vorsteht, die dem Rotor (20) zugewandt ist, und der ein Lager (30) auf der Nicht-Last-Seite aufnimmt und hält, in welches ein Nicht-Last-Seite-Endbereich einer Drehwelle (24) des Rotors (20) eingesetzt ist, und
- einen ringförmigen ersten Flanschbereich (15), der so angeordnet ist, dass er axial von einem äußeren Umfangsrandbereich der vorderen Fläche des Basisbereichs (13) vorsteht, so dass er mit einer Nicht-Last-Seite-Endfläche des Umfangs-Wandbereichs (5, 9) in Kontakt steht,
dass mindestens einer von dem Lagerbereich (14) auf der Nicht-Last-Seite und dem ersten Flanschbereich (15) derart angeordnet ist, dass sich dessen axiale Position mit der Statorspule (35) überlappt, so dass sie sich im Zustand des Nicht-Kontakts mit der Statorspule (35) befindet,
dass die Wechselrichter-Kühleinrichtung (40, 40A) Folgendes aufweist:
- einen Kühlrahmen (42), der an dem Endrahmen (12) auf der Nicht-Last-Seite derart befestigt ist, dass eine Wechselrichter-Befestigungsfläche axial nach außen weist, wobei der Kühlrahmen (42) mit dem Endrahmen (12) auf der Nicht-Last-Seite derart zusammenwirkt, dass sie eine Wechselrichter-Kühlkammer (41) bilden; und
- eine Vielzahl von Strömungskanal-Rippen (43), die radial derart angeordnet sind, dass sie in Umfangsrichtung betrachtet die Wechselrichter-Kühlkammer (41) in radialer Richtung unterteilen, um einen Wechselrichter-Kühlmittelkanal (46) innerhalb der Wechselrichter-Kühlkammer (41) zu bilden,
dass der Endrahmen (12, 12A-12D) auf der Nicht-Last-Seite einen ringförmigen zweiten Flanschbereich (18) aufweist, der derart angeordnet ist, dass er axial von einem äußeren Umfangsrandbereich einer hinteren Fläche des Basisbereichs (13) vorsteht, um eine äußere Umfangswand der Wechselrichter-Kühlkammer (41, 41A) zu bilden,
dass die Vielzahl von Strömungskanal-Rippen (43, 43a) jeweils auf einer Fläche des Kühlrahmens (42) ausgebildet ist, der der hinteren Fläche des Basisbereichs (13) zugewandt ist,
dass mindestens eine Strömungskanal-Rippe (43a) der Vielzahl von Strömungskanal-Rippen derart ausgebildet ist, dass sie eine vorstehende Höhe hat, die niedriger ist als der Abstand zwischen der hinteren Fläche des Basisbereichs (13) und der Fläche des Kühlrahmens (42), der dem Basisbereich (13) zugewandt ist,
dass die übrigen Strömungskanal-Rippen (43) derart ausgebildet sind, dass sie eine vorstehende Höhe haben, die mit der hinteren Fläche des Basisbereichs (13) in Kontakt steht; und
dass eine Verstärkungsrippe (57, 57a) auf der hinteren Fläche des Basisbereichs (13) derart ausgebildet ist, dass sie in Umfangsrichtung so verläuft, dass sie der Strömungskanal-Rippe (43a) zugewandt ist, die die niedrigere vorstehende Höhe aufweist, um einen Spalt zwischen der hinteren Fläche des Basisbereichs (13) und der Strömungskanal-Rippe (43a) zu schließen, die die niedrigere vorstehende Höhe aufweist.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein mechanisch und elektrisch integriertes Modul, bei welchem eine Wechselrichtervorrichtung auf der Nicht-Last-Seite einer elektrischen Rotationsmaschine in axialer Richtung angeordnet ist. Sie betrifft insbesondere eine Endrahmenkonstruktion auf der Nicht-Last-Seite, die eine Drehwelle der elektrischen Rotationsmaschine drehbar stützt.
Stand der Technik
Herkömmliche Motoren mit integriertem Wechselrichter sind derart aufgebaut, dass ein Mehrphasen-Wechselrichtermodul auf der Nicht-Last-Seite eines Motors in axialer Richtung angeordnet ist (siehe z. B. Patentliteratur 1).
Die JP H07- 298 552 A betrifft ein herkömmliches mechanisch und elektrisch integriertes Modul gemäß dem Oberbegriff des unabhängigen Anspruchs 1.
Die JP 2000 - 83 351 A betrifft eine herkömmliche Lichtmaschine für ein Fahrzeug, bei der sowohl der Stator als auch die Steuerungseinrichtung unabhängig von Fluktuationen in der Fließrate der Kühlflüssigkeit gekühlt werden können.
Die WO 2006/ 106 086 A1 betrifft eine herkömmliche elektrische Maschine mit einem Gehäuse zur Flüssigkeitskühlung, das aus zwei Flanschteilen und einem dazwischenliegenden mittleren Gehäuseteil besteht, das wiederum zwei koaxial ineinander angeordnete zylindrische Elemente aufweist, welche zusammengesteckt einen Kühlmantel für den Stator ausbilden.
Die JP 2004 - 39 749 A betrifft ein herkömmliches Multiphasen-Wechselrichtermodul in einer zweistöckigen Struktur aus einem Leistungshalbleiterelement und einer Leiterplatte, wobei eine Seitenwand derart angeordnet ist, dass sie das Leistungshalbleiterelement vollständig umgibt und mit zu einem Metallkörper für ein als Wärmesenke ausgebildetes Kühlelement bereitgestellt wird.
Die US 2003 / 0 173 839 A1 betrifft eine Flüssigkeits-gekühlte rotierende elektrische Maschine mit einem integrierten Wechselrichter, wobei eine Kühleinheit, die sowohl einen Statorkern als auch ein elektrisches Teil kühlt, in einem Raum angeordnet ist, der mittels einer Seitenfläche des Statorkerns und einer äußeren Umfangswand des Spulenendes definiert ist.
Literaturliste
Patentliteratur
Patentliteratur 1: Japanische Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift JP 2004 - 39 749 A
Zusammenfassung der Erfindung
Mit der Erfindung zu lösende Probleme
Bei herkömmlichen Motoren mit integriertem Wechselrichter gilt Folgendes: Da ein Endrahmen, der die Nicht-Last-Seite einer Drehwelle des Motorbereichs lagert, von einer flachen Platte gebildet ist, an welcher ein zylindrischer Lagerbereich derart angeordnet ist, dass er vorsteht, ist die Endrahmensteifigkeit verringert. Folglich ergab sich das Problem, dass Lasten von dem Rotor des Motorbereichs auf den Endrahmen einwirken und dass sich der Endrahmen verzieht, was Fehlausrichtungen der Welle zur Folge hat.
Um das Auftreten einer Fehlausrichtung der Welle zu unterbinden, ist es denkbar, dass die Steifigkeit erhöht werden kann, indem die Dicke des Endrahmens vergrößert wird. Ein Vergrößern der Dicke des Endrahmens bedeutet jedoch eine Vergrößerung der axialen Länge des Motorbereichs. Falls der herkömmliche Motor mit integriertem Wechselrichter innerhalb eines begrenzten Bauraums angebracht ist, wie z. B. in einem elektrischen Automobil, dann gilt Folgendes: Wenn die axiale Länge des Motorbereichs vergrößert wird, dann wird die Kühlkapazität des Wechselrichters proportional verringert, was ein neues Problem zur Folge hat, nämlich, dass der Wechselrichter nicht ausreichend gekühlt werden kann.
Die vorliegende Erfindung ist darauf gerichtet, die obigen Probleme zu lösen. Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein mechanisch und elektrisch integriertes Modul anzugeben, das die Steifigkeit eines Endrahmens auf der Nicht-Last-Seite einer elektrischen Rotationsmaschine vergrößern kann, ohne die Dicke des Endrahmens auf der Nicht-Last-Seite zu vergrößern, um das Auftreten einer Fehlausrichtung der Welle zu unterbinden, indem ein ringförmiger erster Flanschbereich vorgesehen wird, der mit einem Umfangs-Wandbereich eines Gehäuses der elektrischen Rotationsmaschine in Kontakt steht, so dass er vom Endrahmen auf der Nicht-Last-Seite vorsteht, und zwar zusätzlich zu einem Lagerbereich auf der Nicht-Last-Seite, der einen Endbereich auf der Nicht-Last-Seite einer Drehwelle drehbar stützt.
Wege zum Lösen des Problems
Die obige, der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird durch ein mechanisch und elektrisch integriertes Modul gemäß dem Gegenstand des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen 2 bis 9 angegeben.
Wirkungen der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung gilt Folgendes: Da ein zylindrischer Lagerbereich auf der Nicht-Last-Seite derart angeordnet ist, dass er axial von einem Zentrum eines Basisbereichs vorsteht, und da ein ringförmiger Flanschbereich derart angeordnet ist, dass er axial von einem äußeren Umfangsrandbereich der vorderen Fläche des Basisbereichs vorsteht, kann die Rahmensteifigkeit des Endrahmens auf der Nicht-Last-Seite vergrößert werden, ohne die Dicke des Basisbereichs zu vergrößern. Folglich kann das Auftreten einer Fehlausrichtung der Welle unterbunden werden, ohne die axiale Länge des mechanisch und elektrisch integrierten Moduls zu vergrößern.
Figurenliste
In den Zeichnungen zeigen:

1 eine Querschnittsansicht, die ein mechanisch und elektrisch integriertes Modul gemäß einer Ausführungsform 1 hilfreich für das Verständnis der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 eine Querschnittsansicht entlang der Linie II - II in 1, so dass die Ansicht in Richtung der Pfeile erfolgt;
3 eine Querschnittsansicht entlang der Linie III - III in 1, so dass die Ansicht in Richtung der Pfeile erfolgt;
4 eine Querschnittsansicht, die ein mechanisch und elektrisch integriertes Modul gemäß einem nicht beanspruchten Beispiel 2 zeigt;
5 eine Querschnittsansicht, die ein mechanisch und elektrisch integriertes Modul gemäß einem nicht beanspruchten Beispiel 3 zeigt;
6 eine Querschnittsansicht, die ein mechanisch und elektrisch integriertes Modul gemäß der bevorzugten Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung zeigt;
7 eine Querschnittsansicht, die ein mechanisch und elektrisch integriertes Modul gemäß der bevorzugten Ausführungsform 5 der vorliegenden Erfindung zeigt; und
8 eine Querschnittsansicht, die ein mechanisch und elektrisch integriertes Modul gemäß Ausführungsform 6 zeigt.

Beschreibung der Ausführungsformen und Beispiele
Bevorzugte Ausführungsformen sowie nicht beanspruchte Beispiele eines mechanisch und elektrisch integrierten Moduls gemäß der vorliegenden Erfindung werden nun unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert.
Ausführungsform 1 hilfreich zum Verständnis der vorliegenden Erfindung
1 ist eine Querschnittsansicht, die ein mechanisch und elektrisch integriertes Modul gemäß Ausführungsform 1 hilfreich zum Verständnis der vorliegenden Erfindung zeigt, 2 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie II - II in 1, so dass die Ansicht in Richtung der Pfeile erfolgt, und 3 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie III - III in 1, so dass die Ansicht in Richtung der Pfeile erfolgt.
In 1 bis 3 weist ein mechanisch und elektrisch integriertes Modul 100 Folgendes auf: eine Wechselrichtervorrichtung 50, die von einem externen Bereich zugeführte Gleichstromenergie in Wechselstromenergie umwandelt; und einen Motor 1, der als elektrische Rotationsmaschine wirkt, die zum Rotieren angetrieben wird, wenn sie mit Wechselstromenergie versorgt wird, die von der Wechselrichtervorrichtung 50 umgewandelt wird, und der derart aufgebaut ist, dass die Wechselrichtervorrichtung 50 integral in einer Nicht-Last-Seite des Motors 1 aufgenommen ist, so dass eine Wechselrichter-Kühleinrichtung 40 dazwischenliegt.
Der Motor 1 weist Folgendes auf: ein Gehäuse 2; einen Rotor 20, der drehbar innerhalb des Gehäuses 2 angeordnet ist; und einen Stator 31, der an dem Gehäuse 2 angebracht ist, so dass er den Rotor 20 umgibt.
Das Gehäuse 2 weist Folgendes auf: einen zylindrischen Rahmen 3 mit Boden, der von einem scheibenförmigen Bodenbereich 4 und einem zylindrischen Bereich 5 gebildet wird, der derart angeordnet ist, dass er sich axial von einem Umfangsrandbereich des Bodenbereichs 4 erstreckt; ein zylindrisches Bauteil 9, das in den zylindrischen Bereich 5 eingebaut bzw. eingepasst ist, so dass es einen Umfangs-Wandbereich des Gehäuses 2 bildet, und zwar zusammen mit dem zylindrischen Bereich 5; und eine Endplatte 12, die an dem Rahmen 3 befestigt ist, so dass sie eine Öffnung des Rahmens 3 bedeckt.
Hierbei bildet der Bodenbereich 4 einen Endrahmen auf der Last-Seite, und die Endplatte 12 bildet einen Endrahmen auf der Nicht-Last-Seite. Der Rahmen 3, das zylindrische Bauteil 9 und die Endplatte 12 werden beispielsweise mittels Druckgussformung unter Verwendung von Aluminium hergestellt. Das Material ist jedoch nicht auf Aluminium beschränkt, vorausgesetzt, dass es ein gut wärmeleitendes Metall ist. Auch ist das Herstellungsverfahren nicht auf Druckgießen beschränkt.
Eine Wellen-Einführungsöffnung 6 ist im Bodenbereich 4 des Rahmens 3 angeordnet, so dass sie in einer axialen Mittelposition hindurchführt. Ein Lagerbereich 7 auf der Nicht-Last-Seite ist derart ausgebildet, dass er eine Ringform hat, und zwar indem der Öffnungsdurchmesser der Wellen-Einführungsöffnung 6 nahe der Öffnung des Rahmens 3 verbreitert ist.
Außerdem ist eine Vielzahl von Rippen 8 auf der Last-Seite mit vorab festgelegtem Rastermaß in Umfangsrichtung auf einer Fläche des Bodenbereichs 4 nahe der Öffnung des Rahmens 3 angeordnet, so dass sich eine jede davon radial mit einer vorab festgelegten vorstehenden Höhe erstreckt. Eine wendelförmige Nut 10 ist an einer äußeren Umfangsfläche des zylindrischen Bauteils 9 auf wendelförmige Weise von einem ersten axialen Ende in Richtung eines zweiten axialen Endes ausgebildet.
Die Endplatte 12 weist Folgendes auf: einen flachen Basisbereich 13, der einen äußeren Durchmesser hat, welcher gleich demjenigen des zylindrischen Bereichs 5 ist; einen Lagerbereich 14 auf der Nicht-Last-Seite, der derart angeordnet ist, dass er koaxial in zylindrischer Form zentral von einer ersten Fläche des Basisbereichs 13 vorsteht; einen ersten Flanschbereich 15, der derart angeordnet ist, dass er von einem äußeren Umfangsrandbereich der ersten Fläche des Basisbereichs 13 in zylindrischer Form vorsteht; eine Vielzahl von Rippen 17 auf der Nicht-Last-Seite, die jeweils mit vorab festgelegtem Rastermaß in Umfangsrichtung auf der ersten Fläche des Basisbereichs 13 zwischen dem Lagerbereich 14 auf der Nicht-Last-Seite und dem ersten Flanschbereich 15 angeordnet sind, so dass sie radial mit einer vorab festgelegten vorstehenden Höhe verlaufen; einen zweiten Flanschbereich 18, der derart angeordnet ist, dass er von einem äußeren Umfangsrandbereich einer zweiten Fläche des Basisbereichs 13 in zylindrischer Form verläuft; und einen dritten Flanschbereich 19, der derart angeordnet ist, dass er von der zweiten Fläche des Basisbereichs 13 koaxial in zylindrischer Form zentral vorsteht, und der radial außerhalb des Lagerbereichs 14 auf der Nicht-Last-Seite angeordnet ist.
Das zylindrische Bauteil 9 ist zusammen mit dem zylindrischen Bereich 5 eingebaut (eingepasst), so dass es im Inneren eingebaut bzw. eingepasst ist, so dass dessen zweites axiales Ende in Richtung des Bodenbereichs 4 ausgerichtet ist, und die Endplatte 12 ist mit dem Rahmen 3 mittels Schrauben usw. befestigt, so dass sie eine Öffnung des zylindrischen Bereichs 5 bedeckt. Der erste Flanschbereich 15 der Endplatte 12 steht dadurch mit einer Nicht-Last-Seite-Endfläche (Endfläche auf der Nicht-Last-Seite) eines Umfangs-Wandbereichs in Kontakt, der von dem zylindrischen Bereich 5 und dem zylindrischen Bauteil 9 gebildet wird, um einen wendelförmigen Motor-Kühlmittelkanal 11 zu bilden, der von einem Bereich in der Nähe der Öffnung des Rahmens 3 in Richtung des Bodenbereichs 4 verläuft.
Eine Verbindungsnut 16 ist in dem ersten Flanschbereich 15 ausgebildet, so dass sie einem ersten axialen Ende des Motor-Kühlmittelkanals 11 zugewandt ist, um einen Einlassanschluss bzw. eine Einlassöffnung des Motor-Kühlmittelkanals 11 zu bilden, und zwar zusammen mit einer Verbindungsöffnung 45, die unten näher beschrieben wird. Ein (nicht gezeigter) Abflussanschluss ist ebenfalls am zylindrischen Bereich 5 ausgebildet, um eine Verbindung zwischen dem zweiten axialen Ende des Motor-Kühlmittelkanals 11 und einem externen Bereich herzustellen.
Hierbei wird der Motor-Kühlmittelkanal 11 mittels des Kontakts zwischen Komponententeilen abgedichtet, aber es kann auch ein Dichtungsbauteil wie ein O-Ring usw. zwischen den Komponententeilen angeordnet sein. Außerdem bildet der Motor-Kühlmittelkanal 11 einen Kühlmittelkanal der elektrischen Rotationsmaschine.
Der Rotor 20 weist Folgendes auf: einen zylindrischen Rotorkern 21, der dadurch gebildet ist, dass dünne magnetische Flächenkörper wie z. B. elektromagnetische Stahlbleche laminiert sind; zwanzig Permanentmagneten 22, die jeweils in zugehörigen magnetischen Gehäuseöffnungen 23 aufgenommen sind und daran befestigt sind, wobei die Gehäuseöffnungen derart ausgebildet sind, dass sie axial durch den Rotorkern 21 gehen und in Umfangsrichtung mit gleichem Winkel-Rastermaß angeordnet sind; eine Drehwelle 24; und einen Rotorstern 25 und eine Klemmeinrichtung 28, die den Rotorkern 21 an der Drehwelle 24 befestigen.
Die Permanentmagneten 22 sind derart angeordnet, dass deren radial äußere Polaritäten sich in Umfangsrichtung abwechseln, und zwar zwischen nordsuchenden (N) Polen und südsuchenden (S) Polen. Der Rotorstern 25 ist unter Verwendung eines nichtmagnetischen Materials ausgebildet, und er wird durch Folgendes gebildet: einen zylindrischen Bereich 26; und einen ringförmigen Flanschbereich 27, der sich radial nach außen von einem Gesamtumfang bei einem ersten axialen Ende des zylindrischen Bereichs 26 erstreckt. Die Klemmeinrichtung 28 ist unter Verwendung eines nichtmagnetischen Materials ausgebildet, und zwar als ringförmige flache Platte, die über dem zylindrischen Bereich 26 des Rotorsterns 25 eingebaut bzw. eingepasst werden kann.
Der Rotorkern 21 ist an dem Rotorstern in einem befestigten Zustand angebracht, indem er über dem zylindrischen Bereich 26 von der Seite nahe dem zweiten axialen Ende eingepasst ist und indem er auf den Flanschbereich 27 mittels der Klemmeinrichtung 28 gedrückt wird, die über den zylindrischen Bereich 26 von der Seite nahe dem zweiten axialen Ende eingepasst ist.
Dann wird die Drehwelle 24 in eine axiale Mittelposition des Rotorsterns 25, an welcher der Rotorkern 21 angebaut ist, gepresst und daran befestigt, um den Rotor 20 zu montieren. Außerdem sind die äußeren Durchmesser des Flanschbereichs 27 und der Klemmeinrichtung 28 geringer als der äußere Durchmesser des Rotorkerns 21 oder sind gleich groß wie dieser, und sie sind größer als der am weitesten innenliegende Durchmesser der Permanentmagneten 22, die in dem Rotorkern 21 angebracht sind.
Der Rotor 20 ist drehbar innerhalb des Gehäuses 2 angeordnet, so dass ein zweiter axialer Endbereich der Drehwelle 24 in dem Bodenbereich 4 gelagert wird, und zwar mittels eines Lagers 29 auf der Last-Seite, das in dem Lagerbereich 7 der Welle auf der Last-Seite aufgenommen ist, und zwar derart, dass ein erstes axiales Ende der Drehwelle 24 in der Endplatte 12 mittels eines Lagers 30 auf der Nicht-Last-Seite gelagert wird, das in dem Lagerbereich 14 auf der Nicht-Last-Seite aufgenommen ist.
Der Stator 31 weist Folgendes auf: einen Statorkern 32, der Folgendes aufweist: eine ringförmige Kern-Rückseite 33, die dadurch aufgebaut ist, dass dünne magnetische Flächenkörper, wie z. B. elektromagnetische Stahlbleche laminiert sind; und vierundzwanzig Zähne 34, die sich jeweils radial nach innen von einer inneren Umfangsfläche der Kern-Rückseite 33 erstrecken, und die in Umfangsrichtung mit gleichförmigen Winkel-Rastermaß angeordnet sind.
Ferner ist eine Statorspule 35 vorgesehen, die von vierundzwanzig konzentrierten Wicklungsspulen 36 gebildet wird, die durch Wickeln von Leiterdrähten gebildet werden, welche mit einem Isolator beschichtet sind, und zwar in konzentrierten Wicklungen auf den jeweiligen Zähnen 34, so dass sie dazwischenliegende Isolatoren 37 aufweisen, welche unter Verwendung eines isolierenden Materials gebildet werden.
Hierbei werden sechs Phasenspulen jeweils gebildet, indem sechs auf den Umfang bezogen benachbarte konzentrierte Wicklungsspulen 36 parallel verbunden werden, und zwei Dreiphasen-Wechselstrom-Wicklungen werden jeweils gebildet, indem beispielsweise drei Phasenspulen in Sternschaltung verbunden werden.
Der Stator 31 wird an dem Gehäuse 2 auf der äußeren Umfangsseite des Rotorkerns 21 gehalten, so dass er koaxial mit der Drehwelle 24 verläuft, und zwar indem der Statorkern 32 in das zylindrischen Bauteil 9 eingepasst wird. Hierbei erstrecken sich - wie in 3 gezeigt - jede der Rippen 8 und 17 auf der Last-Seite und auf der Nicht-Last-Seite in radialer Richtung, so dass sie zwischen den, auf den Umfang bezogen, aneinander angrenzenden Wicklungsspulen 36 hindurchgehen.
Ein auf diese Weise aufgebauter Motor 1 wirkt als dreiphasiger Motor mit zwanzig Polen, vierundzwanzig Spalten und innenliegendem Rotor.
Die Wechselrichter-Kühleinrichtung 40 weist Folgendes auf: die Endplatte 12; einen Kühlrahmen 42, der in flacher Ringform hergestellt ist und bei welchem eine erste Fläche als Befestigungsfläche für ein Wechselrichtermodul fungiert; und Strömungskanal-Rippen 43, die in drei Schichten in radialer Richtung auf einer zweiten Fläche des Kühlrahmens 42 angeordnet sind, so dass sie sich in Umfangsrichtung mit einer vorab festgelegten vorstehenden Höhe erstrecken.
Der Kühlrahmen 42 ist an der Endplatte 12 mittels Schrauben usw. befestigt, so dass eine äußere Umfangsseite und eine innere Umfangsseite des Kühlrahmens 42 mit dem zweiten Flanschbereich 18 und dem dritten Flanschbereich 19 der Endplatte 12 in Kontakt stehen, für welche oben beschrieben ist, dass sie eine ringförmige Wechselrichter-Kühlkammer 41 bilden. Der zweite Flanschbereich 18 und der dritte Flanschbereich 19 bilden eine äußere Umfangswand bzw. eine innere Umfangswand der Wechselrichter-Kühlkammer 41.
Wie in 2 gezeigt, sind Endbereiche der Strömungskanal-Rippe 43 in einer am weitesten innenliegenden Schicht und der Strömungskanal-Rippe 43 in einer am weitesten außenliegenden Schicht mittels einer Rückkehrrippe 47 verbunden. Folglich stehen die Strömungskanal-Rippen 43 mit einer zweiten Fläche der Endplatte 12 in Kontakt, um einen Wechselrichter-Kühlmittelkanal 46 auszubilden, in welchem Kühlwasser, das als Kühlmittel dient und in die Wechselrichter-Kühlkammer 41 durch die Einlassöffnung 44 eingeströmt ist, ungefähr 360° in Umfangsrichtung in zwei Reihen auf der äußeren Umfangsseite strömt und dann zurückgeführt wird, ungefähr 360° in umgekehrter Richtung in Umfangsrichtung in zwei Reihen auf einer inneren Umfangsseite strömt, und dann durch die Verbindungsöffnung 45 herausgeleitet wird.
Die Verbindungsöffnung 45 hat eine Öffnung zu der Verbindungsnut 16, welche im ersten Flanschbereich 15 der Endplatte 12 ausgebildet ist, und sie verbindet den Motor-Kühlmittelkanal 11 und den Wechselrichter-Kühlmittelkanal 46. Außerdem bilden die Verbindungsöffnung 45 und die Verbindungsnut 16 einen Verbindungskanal, der den Motor-Kühlmittelkanal 11 und den Wechselrichter-Kühlmittelkanal 46 verbindet.
Hierbei wird der Wechselrichter-Kühlmittelkanal 46 mittels des Kontakts zwischen Komponententeilen abgedichtet, aber es kann auch ein Dichtungsbauteil, wie beispielsweise ein O-Ring usw. zwischen den Komponententeilen angeordnet sein. Der Kühlrahmen 42, an welchem die Strömungskanal-Rippen 43 integral angeformt sind, wird beispielsweise mittels Druckgussformung unter Verwendung von Aluminium hergestellt. Das Material ist jedoch nicht auf Aluminium beschränkt und kann auch ein anderes Material sein, vorausgesetzt, dass es ein gut wärmeleitendes Metall ist. Auch ist das Herstellungsverfahren nicht auf Druckgießen beschränkt.
Die Wechselrichtervorrichtung 50 weist Folgendes auf: sechs Wechselrichtermodule 51, die mit gleichförmigem Rastermaß in Umfangsrichtung an der Befestigungsfläche des Wechselrichtermoduls des Kühlrahmens 42 angeordnet sind; ein Antriebsschaltungs-Substrat 52, das den Antrieb des Wechselrichtermoduls 51 steuert; und eine Schutzabdeckung 53, die derart angeordnet ist, dass sie das Wechselrichtermodul 51 und das Antriebsschaltungs-Substrat 52 bedeckt, die an dem Kühlrahmen 42 mit Schrauben usw. befestigt ist, und die das Wechselrichtermodul 51 und das Antriebsschaltungs-Substrat 52 schützt.
Außerdem sind die Wechselrichtermodule 51 beispielsweise Zwei-in-Eins-Wechselrichtermodule, und deren Wechselstrom-Ausgangsanschlüsse sind mit den jeweiligen konzentrierten Wicklungsspulen 36 mittels (nicht gezeigten) Verbindungsleitern verbunden. Halbleiter-Schaltelemente, wie z. B. Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren (MOSFETs), Bipolartransistoren mit isoliertem Gate (IGBTs) usw. können als Schaltelemente auf der Seite des oberen Arms und als Schaltelemente auf der Seite des unteren Arms verwendet werden, die die Zwei-in-Eins-Wechselrichtermodule bilden. Silicium, Siliciumcarbid, Galliumnitrid usw. kann als Halbleitermaterial verwendet werden, das in dem Schaltelement verwendet wird.
Bei einem mechanisch und elektrisch integrierten Modul 100, das derart aufgebaut ist, wird von einer externen elektrischen Energieversorgung zugeführte Gleichstromenergie von der Wechselrichtervorrichtung 50 in Wechselstromenergie umgewandelt und der Statorspule 35 zugeführt. Rotierende magnetische Felder werden dadurch in dem Stator 31 erzeugt. Ein Drehmoment wird durch das Zusammenwirken zwischen diesen rotierenden magnetischen Feldern des Stators 31 und den magnetischen Feldern von den Permanentmagneten 22 erzeugt, was den Rotor 20 zum Rotieren antreibt. Dieses Drehmoment wird über die Drehwelle 24 abgegeben.
Dann wird Kühlwasser durch die Einlassöffnung 44 dem Wechselrichter-Kühlmittelkanal 46 zugeführt und strömt durch den Wechselrichter-Kühlmittelkanal 46. Das Kühlwasser, das durch den Wechselrichter-Kühlmittelkanal 46 geströmt ist, fließt durch die Verbindungsöffnung 45 und die Verbindungsnut 16, fließt in den Motor-Kühlmittelkanal 11 hinein, fließt durch den Motor-Kühlmittelkanal 11 hindurch und wird nach außen in der Nähe des Bodenbereichs 4 des Rahmens 3 herausgeleitet.
Die in den Schaltelementen der Wechselrichtermodule 51 erzeugte Wärme wird auf den Kühlrahmen 42 übertragen und an das Kühlwasser abgestrahlt, das durch den Wechselrichter-Kühlmittelkanal 46 strömt, was einen Temperaturanstieg in den Wechselrichtermodulen 51 unterbindet. In der Statorspule 35 erzeugte Wärme wird auf das zylindrische Bauteil 9 übertragen, und zwar mittels des Statorkerns 32, und sie wird an das Kühlwasser abgestrahlt, das durch den Motor-Kühlmittelkanal 11 strömt, was einen Temperaturanstieg im Stator 31 unterbindet.
Die Wärme im Inneren des Motors 1 wird von den Rippen 8 auf der Last-Seite durch den Bodenbereich 4 des zylindrischen Bereichs 5 übertragen und dann an das Kühlwasser abgestrahlt, das durch den Motor-Kühlmittelkanal 11 strömt. Sie wird auch von den Rippen 17 auf der Nicht-Last-Seite an den Basisbereich 13 übertragen und an das Kühlwasser abgestrahlt, das durch den Wechselrichter-Kühlmittelkanal 46 strömt. Dadurch werden Temperaturanstiege innerhalb des Motors 1 unterbunden.
Bei der Ausführungsform 1 gilt Folgendes: Die Endplatte 12 weist einen ersten Flanschbereich 15 auf, der derart angeordnet ist, dass er in Ringform von einem äußeren Umfangsrandbereich einer ersten Fläche des Basisbereichs 13 vorsteht, und zwar zusätzlich zu dem Lagerbereich 14 auf der Nicht-Last-Seite, der derart angeordnet ist, dass er in zylindrischer Form zentral von der ersten Fläche des Basisbereichs 13 vorsteht.
Daher kann die Steifigkeit der Endplatte 12 verstärkt werden, ohne die Dicke des Basisbereichs 13 zu vergrößern. Folglich ist es weniger wahrscheinlich, dass die Endplatte 12 von der Last des Rotors 20 verformt wird. Dies ermöglicht es, das Auftreten einer Fehlausrichtung der Welle zu unterbinden, das sonst von der Verformung der Endplatte 12 herrührt. Da es nicht notwendig ist, die Dicke des Basisbereichs 13 zu vergrößern, wird die axiale Länge des Motors 1 nicht vergrößert.
Folglich kann sogar dann, wenn das mechanisch und elektrisch integrierte Modul 100 in einem begrenzten Bauraum, wie z. B. in einem elektrischen Automobil angebracht ist, ein ausreichendes Volumen in der Wechselrichter-Kühlkammer 41 gewährleistet werden, was es wiederum ermöglicht, dass die Wechselrichtermodule 51 ausreichend gekühlt werden.
Die Vielzahl von Rippen 17 auf der Nicht-Last-Seite sind jeweils in Umfangsrichtung auf der ersten Fläche des Basisbereichs 13 angeordnet, so dass sie radial mit einer vorab festgelegten vorstehenden Höhe verlaufen. Da die Ausdehnungsrichtung der Rippen 17 auf der Nicht-Last-Seite senkrecht zu der Ausdehnungsrichtung des ringförmigen ersten Flanschbereichs 15 verläuft, wird die Steifigkeit in Richtung einer Verdrehung der Endplatte 12 erhöht. Folglich wird das Auftreten von Verformungen der Endplatte 12 infolge der Last des Rotors 20 weiter unterbunden.
Da die Rippen 17 auf der Nicht-Last-Seite derart angeordnet sind, dass sie radial verlaufen, so dass sie zwischen den konzentrierten Wicklungsspulen 36 hindurchgehen, kann die Länge der radialen Ausdehnung der Rippen 17 auf der Nicht-Last-Seite vergrößert werden, ohne die axiale Länge des Motors 1 zu vergrößern, was es ermöglicht, dass die Steifigkeit der Endplatte 12 weiter vergrößert wird.
Da der zweite Flanschbereich 18 und der dritte Flanschbereich 19 derart angeordnet sind, dass sie in Ringform von der äußeren Umfangsseite und der inneren Umfangsseite der hinteren Fläche des Basisbereichs 13 hervorstehen, kann die Steifigkeit der Endplatte 12 weiter vergrößert werden. Da der zweite Flanschbereich 18 und der dritte Flanschbereich 19 eine äußere Umfangswand und eine innere Umfangswand der Wechselrichter-Kühlkammer 41 bilden, wird das Volumen der Wechselrichter-Kühlkammer 41 nicht verringert.
Dies ermöglicht es, dass die Steifigkeit der Endplatte 12 vergrößert wird, ohne Kühlvermögen in der Wechselrichter-Kühleinrichtung 40 zu verlieren. Da die Endplatte 12 einen Bereich der Wechselrichter-Kühleinrichtung 40 bildet, ist die axiale Länge des mechanisch und elektrisch integrierten Moduls 100 proportional kürzer.
Da ein Nicht-Last-Seite-Endbereich der Drehwelle 24 nicht nach außen von dem Basisbereich 13 der Endplatte 12 vorsteht, und da der ringförmige dritte Flanschbereich 19 auf der hinteren Fläche des Basisbereichs 13 ausgebildet ist, können Kondensatoren, die das beanspruchte Volumen vergrößert haben, und Sensoren, wie z. B. Drehwinkelsensoren in einem Raum auf der inneren Umfangsseite des dritten Flanschbereichs 19 eingebaut werden, was es ermöglicht, dass das mechanisch und elektrisch integrierte Modul 100 größenmäßig verkleinert wird.
Da außerdem Kondensatoren und Sensoren, wie z. B. Drehwinkelsensoren, die in dem Raum an der inneren Umfangsseite des dritter Flanschbereichs 19 angeordnet sind, vom Kühlrahmen 42 getrennt sind, an welchem die Wechselrichtermodule 51 angebracht sind, sind sie weniger anfällig für die in den Wechselrichtermodulen 51 erzeugte Wärme.
Die Strömungskanal-Rippen 43 sind in drei Schichten in der radialen Richtung auf der Fläche des Kühlrahmens 42 angeordnet, die dem Basisbereich 13 zugewandt ist, so dass sie in Umfangsrichtung mit der vorab festgelegten vorstehenden Höhe verlaufen. Sie bilden den Wechselrichter-Kühlmittelkanal 46, in welchem das Kühlwasser, das als Kühlmittel fungiert und durch die Einlassöffnung 44 hineinströmt, mit ungefähr 360° in Umfangsrichtung in zwei Reihen auf der äußeren Umfangsseite der Wechselrichter-Kühlkammer 41 fließt und dann zurückgeführt wird, ungefähr 360° in umgekehrter Richtung in Umfangsrichtung in zwei Reihen auf der inneren Umfangsseite strömt, und dann durch die Verbindungsöffnung 45 herausgeleitet wird.
Folglich steigt die Temperatur des Kühlwassers allmählich von der Einlassöffnung 44 in Richtung der Verbindungsöffnung 45. Da jedoch das Kühlwasser zurückgeführt wird und ungefähr 360° in Umfangsrichtung in umgekehrter Richtung durch den inneren Umfangs-Kühlkanal strömt, nachdem es ungefähr 360° in Umfangsrichtung durch den äußeren Umfangs-Kühlkanal geströmt ist, wird die Temperatur des Kühlwassers in Umfangsrichtung gleichmäßig gemacht.
Folglich werden Unregelmäßigkeiten in der Kühlung der sechs Wechselrichtermodule 51 unterbunden, die an einer Wechselrichter-Befestigungsfläche des Kühlrahmens 42 derart befestigt sind, dass sie in Umfangsrichtung aufgereiht sind.
Da der Motor-Kühlmittelkanal 11 derart ausgebildet ist, dass er sich von der Nicht-Last-Seite zur Last-Seite wendelförmig innerhalb des Umfangs-Wandbereichs erstreckt, kann die in der Statorspule 35 erzeugte Wärme wirkungsvoll abgestrahlt werden, was es ermöglicht, dass ein Temperaturanstieg im Stator 31 unterbunden werden.
Da der Motor-Kühlmittelkanal 11 und der Wechselrichter-Kühlmittelkanal 46 mittels der Verbindungsöffnung 45 und der Verbindungsnut 16 in Verbindung stehen, gibt es nur einen Wasser-Zufuhranschluss und nur einen Abflussanschluss, was die Leitungslegung vereinfacht.
Der Rotorkern 21 ist auf der Drehwelle 24 mittels eines Rotorsterns 25 befestigt. Folglich kann die axiale Länge des Motors 1 verkürzt werden, indem die innere Umfangsseite des Nicht-Last-Seite-Endbereichs des zylindrischen Bereichs 26 von dem Rotorstern 25 ausgespart wird und indem ein vorderes Ende des Nicht-Last-Seite-Lagerbereichs 14 in diesem ausgesparten Bereich aufgenommen wird. Außerdem kann die Wandstärke des Lagerbereichs 14 auf der Nicht-Last-Seite erhöht werden, indem der innere Durchmesser des jeweiligen ausgesparten Bereichs vergrößert wird.
Dadurch wird es ermöglicht, dass die Steifigkeit der Endplatte 12 vergrößert wird. Da eine Vielzahl von Rippen 8 auf der Last-Seite jeweils in Umfangsrichtung auf einer Fläche eines Rahmens 3 in der Nähe einer Öffnung eines Bodenbereichs 4 angeordnet sind, so dass sie sich radial mit einer vorab festgelegten vorstehenden Höhe erstrecken, wird die Steifigkeit des Bodenbereichs 4 vergrößert, so dass das Auftreten einer Fehlausrichtung der Welle unterbunden wird.
Außerdem gilt in der obigen Ausführungsform 1 Folgendes: Flanschbereiche, die die äußere Umfangswand und die innere Umfangswand der Wechselrichter-Kühlkammer 41 bilden, sind an dem Basisbereich 13 der Endplatte 12 ausgebildet. Auch Flanschbereiche, die die äußere Umfangswand und die innere Umfangswand der Wechselrichter-Kühlkammer 41 ausbilden, können jedoch am Kühlrahmen 42 ausgebildet sein.
In der obigen Ausführungsform 1 beträgt die Anzahl der Pole im Motor 1 zwanzig. Die Anzahl der Spalte beträgt vierundzwanzig. Die Anzahl der Pole und die Anzahl der Spalte ist darauf jedoch nicht beschränkt.
In der obigen Ausführungsform 1 beträgt die Anzahl der Wechselrichtermodule 51 sechs. Die Anzahl der Wechselrichtermodule 51 ist darauf jedoch nicht beschränkt.
In der obigen Ausführungsform 1 ist der Aufbau derart gestaltet, dass Kühlwasser der Wechselrichter-Kühleinrichtung 40 zugeführt wird, dann durch den Wechselrichter-Kühlmittelkanal 46 strömt, um die Wechselrichtervorrichtung 50 zu kühlen, und dann durch den Motor-Kühlmittelkanal 11 strömt, um den Motor 1 zu kühlen, bevor es abgeleitet wird.
Der Aufbau kann jedoch auch derart gestaltet sein, dass die Halbleiter, die in der Wechselrichtervorrichtung 50 verwendet werden, beispielsweise hochgradig wärmeresistente Elemente aus Siliciumcarbid sind, und dass das Kühlmittel dem Motor-Kühlmittelkanal 11 zugeführt wird, durch den Motor-Kühlmittelkanal 11 strömt, um den Motor 1 zu kühlen, und dann durch den Wechselrichter-Kühlmittelkanal 46 strömt, um die Wechselrichtervorrichtung 50 zu kühlen, bevor es ausgeleitet wird.
In der obigen Ausführungsform 1 sind die Vielzahl der Rippen 8 und 17 auf der Last-Seite und auf der Nicht-Last-Seite in Umfangsrichtung auf dem Bodenbereich 4 und dem Basisbereich 13 angeordnet. Die Steifigkeit des Bodenbereichs 4 und des Basisbereichs 13 kann jedoch auch vergrößert werden, wenn mindestens eine der Rippen 8 und 17 auf der Last-Seite und auf der Nicht-Last-Seite auf dem Bodenbereich 4 und dem Basisbereich 13 angeordnet sind.
Nicht beanspruchtes Beispiel 2
4 ist eine Querschnittsansicht, die ein mechanisch und elektrisch integriertes Modul gemäß einem nicht beanspruchten Beispiel 2 zeigt.
In 4 ist eine Vielzahl von Rippen 8A auf der Last-Seite jeweils mit vorab festgelegtem Rastermaß in Umfangsrichtung auf der Fläche des Bodenbereichs 4 nahe der Öffnung zwischen dem Lagerbereich 14 auf der Nicht-Last-Seite und der Statorspule 35 derart angeordnet, dass sie radial mit einer vorab festgelegten vorstehenden Höhe verlaufen. Eine Vielzahl von Rippen 17A auf der Nicht-Last-Seite sind jeweils mit vorab festgelegtem Rastermaß in Umfangsrichtung auf der ersten Fläche des Basisbereichs 13 zwischen dem Lagerbereich 14 auf der Nicht-Last-Seite und dem ersten Flanschbereich 35 angeordnet, so dass sie radial mit einer vorab festgelegten vorstehenden Höhe verlaufen.
Ein dritter Flanschbereich 19 ist derart angeordnet, dass er von der zweiten Fläche des Basisbereichs 13 koaxial in zylindrischer Form zentral vorsteht und dass er radial außerhalb des Lagerbereichs 14 auf der Nicht-Last-Seite angeordnet ist. Strömungskanal-Rippen 55a sind in fünf Schichten radial auf der zweiten Fläche des Basisbereichs 13 zwischen dem zweiten Flanschbereich 18 und dem dritten Flanschbereich 19 angeordnet, so dass sie jeweils in Umfangsrichtung mit einer vorab festgelegten vorstehenden Höhe verlaufen.
Darüber hinaus ist der Rest des Aufbaus ähnlich oder identisch wie derjenige gemäß der obigen Ausführungsform 1 gestaltet.
In einem mechanisch und elektrisch integrierten Modul 101 gemäß dem nicht beanspruchten Beispiel 2 ist der Kühlrahmen 42 an einer Endplatte 12A mittels Schrauben usw. befestigt, so dass eine äußere Umfangsseite und eine innere Umfangsseite des Kühlrahmens 42 mit dem dritten Flanschbereich 19 und dem zweiten Flanschbereich 18 der Endplatte 12A in Kontakt stehen, um eine ringförmige Wechselrichter-Kühlkammer 41A auszubilden. Obwohl nicht eigens dargestellt, sind außerdem Endbereiche der Strömungskanal-Rippen 55a, die in fünf Schichten angeordnet sind, radial mittels Rückführungsrippen verbunden.
Folglich stehen die Strömungskanal-Rippen 55a mit einer zweiten Fläche des Kühlrahmens 42 in Kontakt, so dass sie einen Wechselrichter-Kühlmittelkanal 46A ausbilden, in welchem Kühlwasser, das in die Wechselrichter-Kühlkammer 41A durch die Einlassöffnung 44 eingeströmt ist, ungefähr 360° in Vorwärtsrichtung in Umfangsrichtung in zwei Reihen auf einer äußeren Umfangsseite fließt, dann zurückgeführt wird und ungefähr 360° in Rückwärtsrichtung in Umfangsrichtung in zwei Reihen auf einer inneren Umfangsseite fließt, dann nochmals zurückgeführt wird und ungefähr 360° in Vorwärtsrichtung in Umfangsrichtung in zwei Reihen auf einer inneren Umfangsseite fließt, und dann durch die Verbindungsöffnung herausgeleitet wird.
Im Ergebnis wird auch in der Wechselrichter-Kühleinrichtung 40A die Temperatur des Kühlwassers in der Umfangsrichtung gleichmäßig gemacht, so dass Unregelmäßigkeiten in der Kühlung der sechs Wechselrichtermodule 51 unterbunden werden, die an einer Wechselrichter-Befestigungsfläche des Kühlrahmens 42 befestigt sind, so dass sie in Umfangsrichtung aufgereiht sind.
Da der dritte Flanschbereich 19, der die innere Umfangswand der Wechselrichter-Kühlkammer 41A bildet, radial innerhalb des Lagerbereichs 14 auf der Nicht-Last-Seite angeordnet ist, wird die in dem Lager 30 auf der Nicht-Last-Seite erzeugte Wärme an das Kühlwasser abgestrahlt, das durch den Wechselrichter-Kühlmittelkanal 46A, durch den Lagerbereich 14 auf der Nicht-Last-Seite und durch den Basisbereich 13 fließt. Folglich wird das Lager 30 auf der Nicht-Last-Seite wirkungsvoll gekühlt, was es ermöglicht, dass eine Verlängerung der Betriebs-Lebensdauer erreicht wird.
Da die Strömungskanal-Rippen 55a, die den Wechselrichter-Kühlmittelkanal 46A bilden, auf der zweiten Fläche des Basisbereichs 13 ausgebildet sind, kann die Steifigkeit der Endplatte 12A vergrößert werden. Folglich kann die Dicke des Basisbereichs 13 verringert werden, was es ermöglicht, dass die axiale Länge des mechanisch und elektrisch integrierten Moduls 101 verkürzt wird.
Die Rippen 8A auf der Last-Seite und die Rippen 17A auf der Nicht-Last-Seite sind auf der inneren Umfangsseite der Statorspule 35 angeordnet. Da die Rippen 8A auf der Last-Seite und die Rippen 17A auf der Nicht-Last-Seite angeordnet werden können, ohne von der Statorspule 35 beeinflusst zu werden, kann folglich die Anzahl der Rippen 8A auf der Last-Seite und der Rippen 17A auf der Nicht-Last-Seite vergrößert werden, ohne die axiale Länge des Motors 1 zu vergrößern.
Dadurch wird es ermöglicht, dass die Steifigkeit des Bodenbereichs 4 und der Endplatte 12A vergrößert wird. Dieser Aufbau ist insbesondere wirksam, wenn die Rippen 8A auf der Last-Seite und die Rippen 17A auf der Nicht-Last-Seite nicht radial quer über die Statorspule angeordnet werden können, d. h. falls die Statorspule von verteilten Wicklungen usw. gebildet wird, oder falls es eine große Anzahl von Überkreuzungsdrähten in der Statorspule gibt.
Nicht beanspruchtes Beispiel 3
5 ist eine Querschnittsansicht, die ein mechanisch und elektrisch integriertes Modul gemäß einem nicht beanspruchten Beispiel 3 zeigt.
In 5 sind vier Strömungskanal-Rippen 55a und eine Strömungskanal-Rippe 55b in fünf Schichten radial auf der zweiten Fläche des Basisbereichs 13 zwischen dem zweiten Flanschbereich 18 und dem dritten Flanschbereich 19 angeordnet, so dass jede davon in Umfangsrichtung mit einer vorab festgelegten vorstehenden Höhe verläuft. Die Strömungskanal-Rippe 55b ist dicker als die Strömungskanal-Rippen 55a. Verbindungsleiter 56 gehen durch die Strömungskanal-Rippe 55b so hindurch, dass die elektrische Isolierung gewährleistet ist, um Wechselstrom-Ausgangsanschlüsse von Wechselrichtermodulen 51 und konzentrierten Wicklungsspulen 36 zu verbinden.
Darüber hinaus ist der Rest des Aufbaus ähnlich oder identisch wie derjenige bei dem obigen nicht beanspruchten Beispiel 2 gestaltet.
Bei einem mechanisch und elektrisch integrierten Modul 102 gemäß dem nicht beanspruchten Beispiel 3 gilt Folgendes: Da der Kühlrahmen 42 an der dicken Strömungskanal-Rippe 55b mittels Schrauben usw. befestigt werden kann, wird die Befestigung des Kühlrahmens 42 vereinfacht, und die Festigkeit der Wechselrichter-Kühleinrichtung 40A kann vergrößert werden.
Da die Verbindungleiter 56 durch die Strömungskanal-Rippe 55b gehen, um die Wechselstrom-Ausgangsanschlüsse der Wechselrichtermodule 51 und die konzentrierten Wicklungsspulen 36 zu verbinden, wird die Verbindung zwischen den Wechselstrom-Ausgangsanschlüssen der Wechselrichtermodule 51 und den konzentrierten Wicklungsspulen 36 vereinfacht.
Außerdem wird die Wärme, die in den konzentrierten Wicklungsspulen 36 und den Wechselrichtermodulen 51 erzeugt wird, an das Kühlwasser abgestrahlt, das durch den Wechselrichter-Kühlmittelkanal 46A fließt, und zwar mittels der Verbindungsleiter 56. Dadurch werden die konzentrierten Wicklungsspulen 36 und die Wechselrichtermodule 51 wirkungsvoll gekühlt.
Ausführungsform 4
6 ist eine Querschnittsansicht, die ein mechanisch und elektrisch integriertes Modul gemäß Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung zeigt.
In 6 sind eine Strömungskanal-Rippe 43 und zwei Strömungskanal-Rippen 43a in drei Schichten radial auf der zweiten Fläche des Kühlrahmens 42 angeordnet, so dass sie in Umfangsrichtung mit einer vorab festgelegten vorstehenden Höhe verlaufen. Die Strömungskanal-Rippe 43 hat eine vorstehende Höhe, die mit der zweiten Fläche des Basisbereichs 13 in Kontakt steht. Die Strömungskanal-Rippen 43a sind auf zwei radialen Seiten der Strömungskanal-Rippe 43 angeordnet, und deren vorstehenden Höhen sind kürzer als diejenige der Strömungskanal-Rippe 43.
Zwei Verstärkungsrippen 57 sind auf der zweiten Fläche des Basisbereichs 13 ausgebildet, so dass sie in Umfangsrichtung radial verlaufen, so dass sie jeweils den Strömungskanal-Rippen 43a zugewandt sind. Die Verstärkungsrippen 57 haben eine vorstehende Höhe, die mit den zugewandten Strömungskanal-Rippen 43a in Kontakt steht, und deren Dicke ist größer als diejenige der Strömungskanal-Rippen 43a.
Darüber hinaus ist der Rest des Aufbaus ähnlich oder identisch wie derjenige bei der obigen Ausführungsform 1 gestaltet.
In einem mechanisch und elektrisch integrierten Modul 103 gemäß Ausführungsform 4 ist der Kühlrahmen 42 an einer Endplatte 12B mittels Schrauben usw. befestigt, so dass eine äußere Umfangsseite und eine innere Umfangsseite des Kühlrahmens 42 mit dem zweiten Flanschbereich 18 und dem ersten Flanschbereich 19 der Endplatte 12B in Kontakt stehen, um eine ringförmige Wechselrichter-Kühlkammer 41 auszubilden.
Die Strömungskanal-Rippe 43 steht mit der zweiten Fläche des Basisbereichs 13 in Verbindung, und die Strömungskanal-Rippen 43a stehen mit vorstehenden Endflächen der Verstärkungsrippen 57 in Verbindung, um einen Wechselrichter-Kühlmittelkanal 46 innerhalb der Wechselrichter-Kühlkammer 41 zu bilden.
Da die Verstärkungsrippen 57 auf der zweiten Fläche des Basisbereichs 13 ausgebildet sind, um derart in Umfangsrichtung zu verlaufen, dass sie jeweils den Strömungskanal-Rippen 43a zugewandt sind, kann folglich die Steifigkeit der Endplatte 12B erhöht werden, ohne das Volumen der Wechselrichter-Kühlkammer 41 zu verringern.
Ausführungsform 5
7 ist eine Querschnittsansicht, die ein mechanisch und elektrisch integriertes Modul gemäß Ausführungsform 5 der vorliegenden Erfindung zeigt.
In 7 gilt Folgendes: Zwei Verstärkungsrippen 57a sind auf der zweiten Fläche des Basisbereichs 13 ausgebildet, so dass sie in Umfangsrichtung verlaufen, so dass sie jeweils den Strömungskanal-Rippen 43a zugewandt sind. Die Verstärkungsrippen 57a haben eine vorstehende Höhe, die mit den zugewandten Strömungskanal-Rippen 43a in Kontakt steht. Außerdem sind die Verstärkungsrippen 57a derart ausgebildet, dass sie eine zulaufende oder sich verjüngende Form haben, die allmählich schmaler wird, und zwar von ihrer Wurzel hin zu einem vorstehenden Endbereich. Die Dicke dieses vorstehenden Endbereichs ist gleich der Dicke der Strömungskanal-Rippen 43a.
Darüber hinaus ist der Rest des Aufbaus ähnlich oder identisch wie derjenige bei der obigen Ausführungsform 4 gestaltet.
Bei einem mechanisch und elektrisch integrierten Modul 104 gemäß Ausführungsform 5 gilt Folgendes: Da die Verstärkungsrippen 57a auch auf der zweiten Fläche des Basisbereichs 13 ausgebildet sind, so dass sie in Umfangsrichtung so verlaufen, dass sie jeweils den Strömungskanal-Rippen 43a zugewandt sind, kann die Steifigkeit der Endplatte 12C vergrößert werden, ohne das Volumen der Wechselrichter-Kühlkammer 41 zu verringern.
Da die Verstärkungsrippen 57a derart geformt sind, dass sie eine sich verjüngende Form haben, welche allmählich schmaler wird, und zwar von ihrer Wurzel hin zu einem vorstehenden Endbereich, und da die Dicke dieses vorstehenden Endbereichs gleich der Dicke der Strömungskanal-Rippen 43a ist, sind die Strömungskanal-Rippen 43a mit den Verstärkungsrippen 57a auf glatte Weise im Kühlmittelkanal-Querschnitt verbunden, der senkrecht zu der Richtung der Strömung des Kühlwassers ist.
Folglich wird die Erzeugung von Turbulenzen im Kühlwasser an den Verbindungsbereichen zwischen den Strömungskanal-Rippen 43a und den Verstärkungsrippen 57a unterbunden. Dies ermöglicht es, dass Verringerungen der Kühlkapazität unterbunden werden, welche von der Ausbildung der Verstärkungsrippen 57a herrühren könnten. Da die Verstärkungsrippen 57a in einer Form ausgebildet sind, welche in Richtung des Hervorstehens zuläuft, wird die Herstellung der Endplatte 12C mittels Druckgießens vereinfacht.
Ausführungsform 6
8 ist eine Querschnittsansicht, die ein mechanisch und elektrisch integriertes Modul gemäß Ausführungsform 6 zeigt.
In 8 sind Rippen 8B auf der Last-Seite angeordnet, und zwar mit einem vorab festgelegten Rastermaß in Umfangsrichtung auf der Fläche des Bodenbereichs 4 nahe der Öffnung des Rahmens 3, so dass sie radial derart verlaufen, dass sie zwischen den konzentrierten Wicklungsspulen 36 auf einer vorab festgelegten vorstehenden Höhe hindurchgehen.
Außerdem stehen die Rippen 8B auf der Last-Seite mit der inneren Umfangsfläche des zylindrischen Bereichs 5 in Kontakt. Außerdem - obwohl nicht eigens dargestellt - sind Aussparungen ausgebildet, in welche die Rippen 8B auf der Last-Seite eingesetzt werden, und zwar an dem zweitem axialen Ende des zylindrischen Bauteils 9.
Hauptrippen 58A auf der Nicht-Last-Seite, die als innere Umfangsrippen dienen, sind jeweils mit vorab festgelegtem Rastermaß in Umfangsrichtung auf der ersten Fläche des Basisbereichs 13 zwischen dem Lagerbereich 14 auf der Nicht-Last-Seite und der Statorspule 35 angeordnet, so dass sie radial mit einer vorab festgelegten vorstehenden Höhe verlaufen. Die Hauptrippen 58A auf der Nicht-Last-Seite stehen mit der äußeren Umfangsfläche des Lagerbereichs 14 auf der Nicht-Last-Seite in Kontakt.
Zusätzliche Rippen oder Hilfsrippen 58B auf der Nicht-Last-Seite, die als äußere Umfangsrippen dienen, sind jeweils in vorab festgelegtem Rastermaß in Umfangsrichtung auf der ersten Fläche des Basisbereichs 13 zwischen der Statorspule 35 und dem ersten Flanschbereich 15 derart angeordnet, dass sie radial mit einer vorab festgelegten vorstehenden Höhe verlaufen. Die Hilfsrippen 58B auf der Nicht-Last-Seite sind jeweils radial außerhalb der Hilfsrippen 58A auf der Nicht-Last-Seite angeordnet und stehen mit der inneren Umfangsfläche des ersten Flanschbereichs 15 in Kontakt.
Darüber hinaus ist der Rest des Aufbaus ähnlich oder identisch wie derjenige bei der obigen Ausführungsform 1 gestaltet.
In einem mechanisch und elektrisch integrierten Modul 105 gemäß Ausführungsform 6 gilt Folgendes: Da die Rippen 8B auf der Last-Seite, die auf der Fläche des Bodenbereichs 4 nahe der Öffnung ausgebildet sind, mit der inneren Umfangsfläche des zylindrischen Bereichs 5 in Kontakt stehen, kann die Steifigkeit des Bodenbereichs 4 vergrößert werden.
Da die Hauptrippen 58A auf der Nicht-Last-Seite, die auf der Fläche des Basisbereichs 13 nahe dem Rotor 20 ausgebildet sind, mit der äußeren Umfangsfläche des Lagerbereichs 14 auf der Nicht-Last-Seite in Kontakt stehen, kann die Steifigkeit einer Endplatte 12D vergrößert werden. Da außerdem die Hilfsrippen 58B auf der Nicht-Last-Seite mit der inneren Umfangsfläche des ersten Flanschbereichs 15 in Kontakt stehen, kann die Steifigkeit der Endplatte 12D weiter verbessert werden. Folglich kann die Dicke des Basisbereichs 13 verringert werden, was es ermöglicht, dass die axiale Länge des mechanisch und elektrisch integrierten Moduls 105 verkürzt wird.
Da die Wärme, die in einem Lager 30 auf der Nicht-Last-Seite erzeugt wird, auf die Hauptrippen 58A auf der Nicht-Last-Seite übertragen wird, und zwar mittels des Lagerbereichs 14 auf der Nicht-Last-Seite, und da sie von den Hauptrippen 58A auf der Nicht-Last-Seite abgestrahlt wird, so wird das Lager 30 auf der Nicht-Last-Seite wirkungsvoll gekühlt, was eine Verlängerung der Betriebs-Lebensdauer des Lagers 30 auf der Nicht-Last-Seite ermöglicht.
Da die Hauptrippen 58A auf der Nicht-Last-Seite und die Hilfsrippen 58B auf der Nicht-Last-Seite derart angeordnet sind, dass sie verteilt sind, und zwar radial auf die Innenseite und radial auf die Außenseite der Statorspule 35, können Zwischenräume zwischen den konzentrierten Wicklungsspulen 36 auf der Nicht-Last-Seite dazu verwendet werden, kreuzende Drähte und die Verbindungsdraht-Bereiche der Statorspule 35 auf die Nicht-Last-Seite herauszuführen.
Außerdem sind in der obigen Ausführungsform 6 die Rippen 8B auf der Last-Seite auf der Fläche des Bodenbereichs 4 nahe der Öffnung des Rahmens 3 ausgebildet, so dass sie radial verlaufen, um zwischen den konzentrierten Wicklungsspulen 36 hindurchzugehen. Die Rippen auf der Last-Seite können aber auch auf der Fläche des unteren Bereichs in der Nähe der Öffnung separat auf der radial inneren Seite und der radial äußeren Seite der Statorspule auf ähnliche oder identische Weise wie die Rippen auf der Nicht-Last-Seite ausgebildet sein.
In jeder der obigen Ausführungsformen sind Fälle beschrieben, in welchen ein Motor als elektrische Rotationsmaschine verwendet wird. Es kann jedoch auch ein Generator oder ein Wechselstrom-Generator-Motor als elektrische Rotationsmaschine verwendet werden.

Claims

Mechanisch und elektrisch integriertes Modul, das Folgendes aufweist: - eine elektrische Rotationsmaschine (1), die Folgendes aufweist: - ein Gehäuse (2), das Folgendes aufweist: - einen zylindrischen Umfangs-Wandbereich (5, 9); und - einen Endrahmen (4) auf der Last-Seite und einen Endrahmen (12) auf der Nicht-Last-Seite, die an zwei axialen Enden des Umfangs-Wandbereichs (5, 9) angeordnet sind; - einen Stator (31), der Folgendes aufweist: - einen ringförmigen Statorkern (32); und - eine Statorspule (35), die auf den Statorkern (32) gewickelt ist,wobei der Stator (3 1) von dem Gehäuse (2) gehalten wird, so dass der Statorkern (32) in dem Umfangs-Wandbereich (5, 9) aufgenommen ist, und zwar in einem intern eingebauten Zustand; und - einen Rotor (20), der drehbar von dem Endrahmen (4) auf der Last-Seite und dem Endrahmen (12) auf der Nicht-Last-Seite gelagert wird, so dass er auf der inneren Umfangsseite des Stators (31) angeordnet ist, und - eine Wechselrichtervorrichtung (50), die Gleichstromenergie in Wechselstromenergie umwandelt, wobei die Wechselrichtervorrichtung (50) integral in eine Nicht-Last-Seite der elektrischen Rotationsmaschine (1) eingebunden ist, so dass eine Wechselrichter-Kühleinrichtung (40) dazwischenliegt, wobei das mechanisch und elektrisch integrierte Modul dadurch gekennzeichnet ist, dass der Endrahmen (12) auf der Nicht-Last-Seite Folgendes aufweist: - einen flachen Basisbereich (13); - einen zylindrischen Lagerbereich (14) auf der Nicht-Last-Seite, der so angeordnet ist, dass er axial von einem Ort in der Nähe des Zentrums einer vorderen Fläche des Basisbereichs (13) vorsteht, die dem Rotor (20) zugewandt ist, und der ein Lager (30) auf der Nicht-Last-Seite aufnimmt und hält, in welches ein Nicht-Last-Seite-Endbereich einer Drehwelle (24) des Rotors (20) eingesetzt ist, und - einen ringförmigen ersten Flanschbereich (15), der so angeordnet ist, dass er axial von einem äußeren Umfangsrandbereich der vorderen Fläche des Basisbereichs (13) vorsteht, so dass er mit einer Nicht-Last-Seite-Endfläche des Umfangs-Wandbereichs (5, 9) in Kontakt steht, dass mindestens einer von dem Lagerbereich (14) auf der Nicht-Last-Seite und dem ersten Flanschbereich (15) derart angeordnet ist, dass sich dessen axiale Position mit der Statorspule (35) überlappt, so dass sie sich im Zustand des Nicht-Kontakts mit der Statorspule (35) befindet, dass die Wechselrichter-Kühleinrichtung (40, 40A) Folgendes aufweist: - einen Kühlrahmen (42), der an dem Endrahmen (12) auf der Nicht-Last-Seite derart befestigt ist, dass eine Wechselrichter-Befestigungsfläche axial nach außen weist, wobei der Kühlrahmen (42) mit dem Endrahmen (12) auf der Nicht-Last-Seite derart zusammenwirkt, dass sie eine Wechselrichter-Kühlkammer (41) bilden; und - eine Vielzahl von Strömungskanal-Rippen (43), die radial derart angeordnet sind, dass sie in Umfangsrichtung betrachtet die Wechselrichter-Kühlkammer (41) in radialer Richtung unterteilen, um einen Wechselrichter-Kühlmittelkanal (46) innerhalb der Wechselrichter-Kühlkammer (41) zu bilden, dass der Endrahmen (12, 12A-12D) auf der Nicht-Last-Seite einen ringförmigen zweiten Flanschbereich (18) aufweist, der derart angeordnet ist, dass er axial von einem äußeren Umfangsrandbereich einer hinteren Fläche des Basisbereichs (13) vorsteht, um eine äußere Umfangswand der Wechselrichter-Kühlkammer (41, 41A) zu bilden, dass die Vielzahl von Strömungskanal-Rippen (43, 43a) jeweils auf einer Fläche des Kühlrahmens (42) ausgebildet ist, der der hinteren Fläche des Basisbereichs (13) zugewandt ist, dass mindestens eine Strömungskanal-Rippe (43a) der Vielzahl von Strömungskanal-Rippen derart ausgebildet ist, dass sie eine vorstehende Höhe hat, die niedriger ist als der Abstand zwischen der hinteren Fläche des Basisbereichs (13) und der Fläche des Kühlrahmens (42), der dem Basisbereich (13) zugewandt ist, dass die übrigen Strömungskanal-Rippen (43) derart ausgebildet sind, dass sie eine vorstehende Höhe haben, die mit der hinteren Fläche des Basisbereichs (13) in Kontakt steht; und dass eine Verstärkungsrippe (57, 57a) auf der hinteren Fläche des Basisbereichs (13) derart ausgebildet ist, dass sie in Umfangsrichtung so verläuft, dass sie der Strömungskanal-Rippe (43a) zugewandt ist, die die niedrigere vorstehende Höhe aufweist, um einen Spalt zwischen der hinteren Fläche des Basisbereichs (13) und der Strömungskanal-Rippe (43a) zu schließen, die die niedrigere vorstehende Höhe aufweist.
Modul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Endrahmen (12) auf der Nicht-Last-Seite eine oder mehrere Rippen (17, 17A, 58A, 58B) auf der Nicht-Last-Seite aufweist, die in Umfangsrichtung auf der vorderen Fläche des Basisbereichs (13) zwischen dem Lagerbereich (14) auf der Nicht-Last-Seite und dem ersten Flanschbereich (15) angeordnet sind, so dass jede derart angeordnet ist, dass sie radial mit einer vorab festgelegten vorstehenden Höhe verläuft.
Modul nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Rippen (17) auf der Nicht-Last-Seite derart angeordnet sind, dass sich deren axiale Position mit der Statorspule (35) überlappt, so dass sie sich im Zustand des Nicht-Kontakts mit der Statorspule (35) befindet.
Modul nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Statorspule (35) von einer Vielzahl konzentrierter Wicklungen (36) gebildet ist, die auf die jeweiligen Zähne (34) des Statorkerns (32) gewickelt sind; und dass jede der Rippen (17) auf der Nicht-Last-Seite radial verläuft, so dass sie zwischen in Umfangsrichtung aneinander grenzenden konzentrierten Wicklungsspulen (36) hindurchgehen.
Modul nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Rippen auf der Nicht-Last-Seite durch Folgendes gebildet werden: - innere Umfangsrippen (58A), die zwischen dem Lagerbereich (14) auf der Nicht-Last-Seite und der Statorspule (35) angeordnet sind; und - äußere Umfangsrippen (58B), die zwischen der Statorspule (35) und dem ersten Flanschbereich (15) angeordnet sind.
Modul nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Endrahmen (12, 12A-12D) auf der Nicht-Last-Seite einen ringförmigen dritten Flanschbereich (19) aufweist, der derart angeordnet ist, dass er axial von einem inneren Umfangsrandbereich einer hinteren Fläche des Basisbereichs (13) vorsteht, um eine innere Umfangswand der Wechselrichter-Kühlkammer (41, 41A) zu bilden.
Modul nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkungsrippe (57) derart ausgebildet ist, dass sie dicker ist als die Strömungskanal-Rippe (43a), die die niedrigere vorstehende Höhe aufweist und der Verstärkungsrippe (57) zugewandt ist.
Modul nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkungsrippe (57) derart ausgebildet ist, dass sie eine sich verjüngende Form hat, bei welcher deren Dicke in Richtung der Strömungskanal-Rippe (43a) allmählich dünner wird, die die niedrigere vorstehende Höhe aufweist und der Verstärkungsrippe (57a) zugewandt ist, und dass die Dicke ihres vorstehenden Endbereichs gleich der Dicke der Strömungskanal-Rippe (43a) ist, die die niedrigere vorstehende Höhe hat und der Verstärkungsrippe (57a) zugewandt ist.
Modul nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass es ferner Folgendes aufweist: einen Kühlmittelkanal (11) der elektrischen Rotationsmaschine, der in einem inneren Bereich des Umfangs-Wandbereichs (5, 9) ausgebildet ist, wobei ein Verbindungskanal (16) an dem Basisbereich (13) und dem ersten Flanschbereich (15) ausgebildet ist, der eine Verbindung zwischen dem Wechselrichter-Kühlmittelkanal (46) und dem Kühlmittelkanal (11) der elektrischen Rotationsmaschine herstellt.