DE112013006949T5

DE112013006949T5 - Elektrische Rotationsmaschine

Info

Publication number: DE112013006949T5
Application number: DE112013006949.0T
Authority: DE
Inventors: Yoshiaki Kitta; Masaya Inoue
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2013-04-15
Filing date: 2013-04-15
Publication date: 2015-12-31
Also published as: JP5864029B2; WO2014170938A1; CN105122606A; CN105122606B; JPWO2014170938A1; US20150303774A1; US9954419B2

Abstract

Ein Nebel wird erzeugt, indem Kühlöl unter Verwendung eines unteren Endabschnitts einer nichtlastseitigen Endplatte (18) hochbewegt wird. Luft, die diesen Nebel enthält, wird durch ein zentrifugales Gebläse in Umlauf gebracht, welches an einer lastseitigen Endplatte (17) vorgesehen ist, um einen umlaufenden Luftstrom zu bilden, der durch erste Durchgangslöcher (13) in einem Rotorkern (15) durch einen Ventilationsdurchlass auf der Außenseite eines Rotors (2) in entgegengesetzten Richtungen fließt. Bei einem Kühlmechanismus wie oben beschrieben kann ein Nebel, der an wenigstens einem Punkt des Gehäuses erzeugt wird, mit dem umlaufenden Luftstrom zu jedem Punkt in einer gesamten Fläche innerhalb der Maschine zugeführt werden. Somit können sowohl der Rotor (2) als auch ein Stator (3) effizient mit einer geringen Menge an Nebel gekühlt werden.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Rotationsmaschine.
Stand der Technik
Eine elektrische Rotationsmaschine im Stand der Technik weist einen Kühlmechanismus auf, der so ausgestaltet ist, dass Kühlöl in einem Gehäuse aufbewahrt wird, welches einen Rotor und einen Stator der elektrischen Rotationsmaschine aufnimmt, und dass Rippen an einer der Endplatten vorgesehen sind, die an beiden Enden des Rotors vorgesehen sind (PTL 1). Eine Höhe des Kühlöls wird so eingestellt, dass die Rippen in das Kühlöl eingetaucht sind, wenn die Rippen zu einer untersten Endposition zusammen mit der Drehung des Rotors gelangen. Nach dieser Ausgestaltung wird, wenn sich der Rotor dreht, nicht nur Wind erzeugt, sondern das Kühlöl wird auch durch die Rippen hochbewegt. Somit wird der Stator effizient gekühlt.
Zitationsliste
Patentdokumente

PTL 1: japanisches Patent 5023100

Darstellung der Erfindung
Technische Aufgabe
Wenn ein oben beschriebener Kühlmechanismus verwendet wird, wird die Kühlöl-Hochbewegleistung durch die Rippen verbessert, die an der Endplatte des Rotors vorgesehen sind.
Dieser Kühlmechanismus hat jedoch ein Problem, dass ein Verlust im Drehmoment sich erhöht, da die schnell drehenden Rippen das Kühlöl umrühren und da somit die Effizienz der elektrischen Rotationsmaschine gesenkt wird. Ferner wird aufgrund eines Rührwiderstands wiederholt eine Last auf die Rippen ausgeübt, die in einer vorstehenden Form ausgebildet sind, und es ist daher nötig, die Festigkeit der Rippen sicherzustellen. Daher gibt es ein Problem, dass eine Erhöhung des Gewichts der Endplatten die Effizienz der elektrischen Rotationsmaschine verringert und die Herstellkosten erhöht.
Zusätzlich beschreibt PTL 1, dass ein Wind, der in einer Radialrichtung durch die Rippen erzeugt wird, den Stator und die Spule kühlt, wohingegen das Kühlöl, das durch die Rippen hochbewegt wird, in der Richtung eines Radius ausgebreitet wird und es einen Verbindungsabschnitt der Spule und Ähnliches kühlt. Jedoch ist der Kühleffekt durch die Rippen für den Rotor klein, in dem Dauermagnete eingebaut sind.
Die vorliegende Erfindung wurde vorgenommen, um die oben beschriebenen Probleme zu lösen und stellt eine elektrische Rotationsmaschine bereit, die in der Lage ist, effizient sowohl einen Rotor als auch einen Stator zu kühlen, bei einer einfachen Struktur und welche eine Erhöhung in den Herstellkosten und eine Verringerung der Effizienz aufgrund des Rührwiderstands eines Kühlmediums unterdrückt.
Lösung der Aufgabe
Eine elektrische Rotationsmaschine nach der Erfindung weist auf: eine Dreh-Antriebswelle, ein Gehäuse, welches Lager an beiden Enden der Welle abstützt, einen Rotor, der an einer Umfangsoberfläche der Welle vorgesehen ist und der einen Rotorkern hat, der mit mehreren ersten Durchgangslöchern, die in einer Axialrichtung ausgebildet sind, und mit mehreren Dauermagneten versehen ist, die in Aufnahmelöcher eingebaut sind, die in dem Rotorkern ausgebildet sind, einen ringförmigen Stator, der mit einer Spule umwickelt ist und der in das Gehäuse eingepasst ist, während er gegenüber zu einer äußeren Umfangsoberfläche des Rotors mit einer Lücke dazwischen vorgesehen ist, ein Nebelerzeugungsmittel zum Zuführen eines Nebels eines flüssigen Kühlmediums in das Gehäuse und scheibenähnliche Endplatten, die an beiden axialen Enden des Rotorkerns vorgesehen sind. Eine Endplatte ist mit zweiten Durchgangslöchern versehen, welche sich wenigstens teilweise mit den ersten Durchgangslöchern in dem Rotorkern überlappen. Die andere Endplatte ist mit einem zentrifugalen Gebläse versehen, das Schaufeln gegenüber den ersten Durchgangslöchern in dem Rotorkern und mit einem äußeren Durchmesser der Schaufeln hat, welcher kleiner ist als ein äußerer Durchmesser der Endplatte. Das zentrifugale Gebläse zwingt Luft in dem Gehäuse und welches den Nebel des flüssigen Kühlmediums enthält dazu, durch die ersten Durchgangslöcher in dem Rotorkern und durch einen Ventilationsdurchlass auf einer Außenseite des Rotors in entgegengesetzten Richtungen hindurch zu fließen.
Vorteile der Erfindung
Die elektrische Rotationsmaschine nach der Erfindung ist so ausgestaltet, dass Luft, die einen Nebel eines flüssigen Kühlmediums enthält, innerhalb eines Gehäuses durch ein zentrifugales Gebläse in Umlauf gebracht wird, um einen umlaufenden Luftstrom auszubilden, der durch erste Durchgangslöcher in einem Rotorkern und durch einen Ventilationsdurchlass auf der Außenseite eines Rotors in entgegengesetzten Richtungen fließt. Somit können sowohl der Rotor als auch ein Stator effizient unter Verwendung einer einfachen Struktur gekühlt werden. Somit kann eine Erhöhung der Herstellkosten und eine Verringerung in der Effizienz aufgrund eines Rührwiderstands des flüssigen Kühlmediums unterdrückt werden.
Die obigen und anderen Ziele, Eigenschaften, Gesichtspunkte und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung ersichtlich werden, wenn zusammen mit den beiliegenden Zeichnungen betrachtet.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine Ansicht, die einen axialen Querschnitt einer elektrischen Rotationsmaschine nach einer ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt.
2 ist eine Ansicht, die einen radialen Querschnitt einer elektrischen Rotationsmaschine nach der ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt.
3 ist eine Ansicht, die verwendet wird, um einen umlaufenden Luftstrom zu beschreiben, der durch einen Kühlmechanismus der elektrischen Rotationsmaschine nach der ersten Ausführungsform der Erfindung ausgebildet wird.
4 ist eine Ansicht von äußeren Umfangsnuten des Rotors einer elektrischen Rotationsmaschine nach einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.
5A und 5B sind Ansichten einer nichtlastseitigen Endplatte der elektrischen Rotationsmaschine nach der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
6A und 6B sind Ansichten, die eine Modifikation der nichtlastseitigen Endplatte der elektrischen Rotationsmaschine nach der zweiten Ausführungsform der Erfindung zeigen.
7A und 7B sind Ansichten, die eine andere Modifikation der nichtlastseitigen Endplatte der elektrischen Rotationsmaschine nach der zweiten Ausführungsform der Erfindung zeigen.
8A und 8B sind Ansichten, die noch eine andere Modifikation der nichtlastseitigen Endplatte der elektrischen Rotationsmaschine nach der zweiten Ausführungsform der Erfindung zeigen.
9A und 9B sind Ansichten, die noch eine andere Modifikation der nichtlastseitigen Endplatte der elektrischen Rotationsmaschine nach der zweiten Ausführungsform der Erfindung zeigen.
10A und 10B sind Ansichten, die verwendet werden, um eine Beziehung zwischen einer Einpassrichtung des Rotors und des Stators und einem äußeren Durchmesser der nichtlastseitigen Endplatte zu beschreiben.
11A und 11B sind Ansichten, die noch eine andere Modifikation der nichtlastseitigen Endplatte der elektrischen Rotationsmaschine nach der zweiten Ausführungsform der Erfindung zeigen.
12A und 12B sind Ansichten einer lastseitigen Endplatte einer elektrischen Rotationsmaschine nach einer dritten Ausführungsform der Erfindung.
13 ist eine Ansicht, die einen axialen Querschnitt einer elektrischen Rotationsmaschine nach einer vierten Ausführungsform der Erfindung zeigt.
Beschreibung der Ausführungsformen
Erste Ausführungsform
Eine elektrische Rotationsmaschine nach einer ersten Ausführungsform der Erfindung wird unter Bezugnahme auf 1 und 2 beschrieben werden. 1 ist ein axialer Querschnitt der elektrischen Rotationsmaschine nach der ersten Ausführungsform der Erfindung und 2 ist ein radialer Querschnitt. Die gleichen Komponenten werden durch die gleichen Bezugszeichen in allen Zeichnungen bezeichnet werden, auf die im Folgenden Bezug genommen wird. Die elektrische Rotationsmaschine nach der ersten Ausführungsform besteht aus einer Dreh-Antriebswelle 1, einem Rotor 2, der an einer Umfangsoberfläche der Welle 1 vorgesehen ist, einem Stator 3, der gegenüber einer äußeren Umfangsoberfläche des Rotors 2 vorgesehen ist, und einem Gehäuse, welches Lager an beiden Enden der Welle 1 abstützt und welches den Rotor 2 und den Stator 3 aufnimmt.
Unter Bezugnahme auf 1 ist das Gehäuse aus drei Gestellen aufgebaut, welche ein vorderes Gestell 5, ein mittleres Gestell 6 und ein hinteres Gestell 7 sind. Der Stator 3 von einem aufgeteilten Typ ist ringförmig vorgesehen und auf ein zylindrisches Eisengestell 4 eingepasst. Ferner ist das Eisengestell 4 in das mittlere Gestell 6 eingepasst, welches aus Aluminium hergestellt ist. Ein lastseitiges Lager 8 und ein nichtlastseitiges Lager 9, welche Lager der Welle 1 sind, werden jeweils auf dem vorderen Gestell 5 und dem hinteren Gestell 7 abgestützt.
Eine Sammelschiene 10, welche jede der Phasen U, V und W zuführt, und ein Sammelschienenhalter 11, welcher die Sammelschiene 10 hält, sind auf einer Endfläche des Stators 3 auf der Nichtlastseite vorgesehen. Eine Spule (nicht dargestellt) ist um den Stator 3 gewickelt, und der Stator 3 hat Spulen-Endabschnitte 12 an beiden axialen Endabschnitten.
Die beiden Enden der Welle 1 werden auf dem Gehäuse durch das lastseitige Lager 8 und das nichtlastseitige Lager 9 abgestützt und der Rotor 2 ist an der Umfangsoberfläche der Welle 1 befestigt. Der Rotor 2 weist einen Rotorkern 15 auf, der mit mehreren axial durchdringenden ersten Durchgangslöchern 13 und mehreren Dauermagneten 16 versehen ist, die in Magnet-Aufnahmelöcher 14 eingefügt sind, die in dem Rotorkern 15 mit im Wesentlichen gleichmäßigen Abständen in einer Umfangsrichtung ausgebildet sind. Wie in 2 dargestellt sind die ersten Durchgangslöcher 13 an im Wesentlichen regelmäßigen Abständen in der Umfangsrichtung vorgesehen und die Magnet-Aufnahmelöcher 14 sind weiter auf der äußeren Umfangsseite als die ersten Durchgangslöcher 13 vorgesehen.
An beiden axialen Enden des Rotors 2 sind eine lastseitige Endplatte 17 und eine nichtlastseitige Endplatte 18 vorgesehen, welche scheibenförmige Endplatten sind, um die Dauermagneten 16, die in die Magnet-Aufnahmelöcher 14 eingeführt sind, am Herausfallen zu hindern. In der ersten Ausführungsform ist ein äußerer Durchmesser dieser Endplatten 17 und 18 kleiner oder gleich als ein äußerer Durchmesser des Rotorkerns 15. Die nichtlastseitige Endplatte 18 ist mit zweiten Durchgangslöchern 181 versehen, die sich wenigstens teilweise mit den ersten Durchgangslöchern 13 im Rotorkern 15 überlappen. Die Endplatten 17 und 18 sind aus einem Plattenmaterial mit einer hohen thermischen Leitfähigkeit ausgebildet und haben daher eine Funktion, die Dauermagneten 16 zu kühlen, indem sie Wärme von dem Rotor 2 absorbieren.
Der Stator 3 ist über eine Luftlücke 19 entgegengesetzt zu der äußeren Umfangsoberfläche des Rotors 2 vorgesehen, welche ein Leerraum ist, und auf das mittlere Gestell 6 über das Eisengestell 4 eingepasst. Der Stator 3 weist mehrere axial durchdringende äußere Umfangsnuten 20 des Stators auf der Rückoberfläche auf, welche in das Eisengestell 4 eingepasst ist.
Ferner ist innerhalb des Gehäuses ein lastseitiger Raum 21 zwischen der lastseitigen Endplatte 17 und einer Lager-Abstützwand des vorderen Gestells 5 definiert, wohingegen einen nichtlastseitiger Raum 22 zwischen der nichtlastseitigen Endplatte 18 und einer Lager-Abstützwand des hinteren Gestells 7 definiert ist. Diese Räume sind miteinander in Verbindung über die ersten Durchgangslöcher 13 im Rotor 2, die zweiten Durchganglöcher 181 in der nichtlastseitigen Endplatte 18, die Luftlücke 19 und die äußeren Umfangsnuten 20 des Stators.
In der ersten Ausführungsform besteht das Gehäuse aus drei Gestellen, welche das vordere Gestell 5, das mittlere Gestell 6 und das hintere Gestell 7 sind. Es sollte jedoch berücksichtigt werden, dass die Struktur des Gehäuses nicht auf die obige Struktur beschränkt ist. Zum Beispiel kann auch eine Struktur verwendet werden, in welcher das vordere Gestell 5 und das mittlere Gestell 6 in einem Stück ausgebildet sind oder das mittlere Gestell 6 und das hintere Gestell 7 in einem Stück ausgebildet sind. Auch ist in 1 das Eisengestell 4 an dem vorderen Gestell 5 befestigt. Jedoch kann stattdessen das Eisengestell 4 an dem hinteren Gestell 7 befestigt sein.
Ein Kühlmechanismus der elektrischen Rotationsmaschine nach der ersten Ausführungsform wird nun unter Verwendung von 3 beschrieben. Die elektrische Rotationsmaschine der ersten Ausführungsform weist als den Kühlmechanismus ein zentrifugales Gebläse auf der lastseitigen Endplatte 17 auf. Das zentrifugale Gebläse weist einen Scheibenabschnitt 171, der die Endplatte 17 bildet, und Schaufeln 172 auf, die an dem Scheibenabschnitt 171 befestigt sind und den ersten Durchgangslöchern 13 in dem Rotorkern 15 gegenüberliegen. Ein äußerer Durchmesser der Schaufeln 172 ist kleiner gewählt als der äußere Durchmesser der Endplatte 17.
Wie in 3 dargestellt sei R₁ ein Abstand von der Drehachse der Welle zu einem am weitesten entfernten Endabschnitt der Schaufeln 172 (der äußere Durchmesser der Schaufeln 172 wird durch R₁ × 2 bezeichnet), R₂ ein Abstand von der Drehachse zu einem äußeren Umfangsendabschnitt der Durchgangslöcher 13 in dem Rotorkern 15 und R₃ ein Radius der Endplatte 17. Dann kann eine Beziehung zwischen diesen ausgedrückt werden als R₃ > R₁ > R₂. Eine Form und die Anzahl der Schaufeln ist nicht besonders beschränkt und die Schaufeln können von einer beliebigen Form sein, solange ein Luftstrom in einer zentrifugalen Richtung entwickelt wird, d. h. vom inneren Radius zum äußeren Radius zusammen mit einer Drehung des Rotors 2.
Zusätzlich weist die elektrische Rotationsmaschine nach der ersten Ausführungsform als Kühlmechanismus ein Nebelerzeugungsmittel zum Zuführen eines Nebels des Kühlöls, welches ein flüssiges Kühlmedium ist, in das Gehäuse auf. Das Nebelerzeugungsmittel erzeugt Nebel, indem es Kühlöl, welches in dem Gehäuse vorgehalten wird, unter Verwendung eines unteren Endabschnitts der lastseitigen Endplatte 17 und/oder der nichtlastseitigen Endplatte 18 zusammen mit der Drehung des Rotors 2 hochbewegt. In der ersten Ausführungsform ist der untere Endabschnitt der nichtlastseitigen Endplatte 18 das Haupt-Nebelerzeugungsmittel.
Eine Höhe (bezeichnet durch den Großbuchstaben H in 3) einer Flüssigkeitsoberfläche des Kühlöls, welches in dem Gehäuse vorgesehen ist, wird auf eine Position höher als der untere Endabschnitt der nichtlastseitigen Endplatte 18 und niedriger als der unterste Endabschnitt der Schaufeln 172 des zentrifugalen Gebläse eingestellt. Wenn so ausgestaltet dringen die unteren Endabschnitte des Rotorkerns 15 und die nichtlastseitige Endplatte 18 in das Kühlöl ein und erzeugen einen Nebel, indem sie das Kühlöl zusammen mit einer Drehung hochbewegen. Jedoch sind die Schaufeln 172 des zentrifugalen Gebläses nicht in das Kühlöl eingetaucht. Demgemäß wird das Kühlöl nicht durch die Schaufeln 172 umgerührt und das Auftreten eines Verlustes im Drehmoment wird unterdrückt.
Bei der elektrischen Rotationsmaschine mit dem Kühlmechanismus wie oben beschrieben erzeugt der untere Endabschnitt der nichtlastseitigen Endplatte 18 einen Nebel aus dem Kühlöl, indem das Kühlöl hochbewegt wird. Auch wird ein Luftstrom, der vom inneren Radius zum äußeren Radius gerichtet ist, wie es durch die Pfeile in 3 bezeichnet ist, durch das zentrifugale Gebläse erzeugt, welches auf der lastseitigen Endplatte 17 vorgesehen ist. Luft, welche in das zentrifugale Gebläse hineinfließt, wird von dem nichtlastseitigen Raum 22 durch das Hindurchtreten durch die ersten Durchgangslöcher 13 in dem Rotorkern 15 und die zweiten Durchgangslöcher 181 in der nichtlastseitigen Endplatte 18 zugeführt. Luft, welche in den lastseitigen Raum 21 durch das zentrifugale Gebläse ausgegeben wird, kehrt zum nichtlastseitigen Raum 22 zurück, indem es durch die Luftlücke 19 und die äußeren Umfangsnuten 20 des Stators hindurchtritt.
Genauer gesagt zwingt das zentrifugale Gebläse, das an der lastseitigen Endplatte 17 vorgesehen ist, Luft innerhalb des Gehäuses und welches einen Nebel aus Kühlöl enthält dazu, durch die ersten Durchgangslöcher 13 im Rotorkern 15 und durch einen Ventilationsdurchlass auf der Außenseite des Rotors 2 in entgegengesetzten Richtungen zu fließen, um einen umlaufenden Luftstrom einer gemischten Phase aus Gas und Flüssigkeit mit einem Nebel des Kühlöls innerhalb der elektrischen Rotationsmaschine auszubilden. Nach dem oben beschriebenen Kühlmechanismus kann ein Nebel, der an einem beliebigen Punkt innerhalb des Gehäuses erzeugt wird, mit dem umlaufenden Luftstrom zu jedem Punkt in einer gesamten Fläche innerhalb der Maschine zugeführt werden. Somit kann ein Kühlen effizient unter Verwendung einer geringen Menge an Nebel erzielt werden. Zum Beispiel kann der Kühleffekt auf der äußere Umfangsseite der Spulenenden 12 und der hinteren Oberflächenseite 3 des Stators erzielt werden, bei denen der Kühleffekt nicht durch die Technik im Stand der Technik erzielt wird, die oben beschrieben wurde.
Ferner tritt unter Verwendung der nichtlastseitigen Endplatte 18, die kein zentrifugales Gebläse als das Nebelerzeugungsmittel hat, ein frischer Nebel, der gerade erzeugt wurde, durch die ersten Durchgangslöcher 13 in dem Rotorkern 15 mit dem umlaufenden Luftstrom hindurch. Somit kann ein hoher Kühleffekt für den Rotor 2 erzielt werden.
Unter Verwendung eines nichtmagnetischen Materials als Material, welches die lastseitige Endplatte 17 und die nichtlastseitige Endplatte 18 bildet, kann ein Effekt des Abschirmens eines Leckflusses von den Dauermagneten 16 zusätzlich erhalten werden. Um den gleichen Effekt zu erzielen kann ein Element, welches aus einem nichtmagnetischen Material hergestellt ist, zwischen dem Rotorkern 15 und den Endplatte 17 und 18 vorgesehen sein.
Es wird bevorzugt, dass ein Material, welches die Endplatten 17 und 18 bildet, einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten hat, welcher nah an demjenigen eines Materials ist, welches die Welle 1 bildet. In diesem Fall bleiben, selbst wenn sich eine Temperatur des Rotorkerns 15 verändert, die Einpasszustände der Welle 1 und der beiden Endplatten 17 und 18 gleich. Somit kann die Zuverlässigkeit der elektrischen Rotationsmaschine verbessert werden.
Ferner wird bevorzugt, dass ein Material, welches einen Abschnitt bildet, in welchen der Rotor 3 eingepasst ist, einen linearen Ausdehnungskoeffizienten hat, welcher nahe ist an demjenigen eines Materials, welches den Stator 3 bildet. In diesem Fall bleibt ein Einpasszustand der gleiche, selbst wenn die Temperatur hoch ansteigt. Demgemäß treten Unannehmlichkeiten wie zum Beispiel ein Verschieben bei den Einpassabschnitten nicht auf, selbst wenn ein stark schmierendes flüssiges Kühlmedium verwendet wird.
Wie beschrieben wurde können gemäß der ersten Ausführungsform sowohl der Rotor 2 als auch der Stator 3 effizient mit einer Struktur gekühlt werden, die so einfach ist, dass sie einen Nebel erzeugt, indem sie das Kühlöl hochbewegt unter Verwendung des unteren Endabschnitts der nichtlastseitigen Endplatte 18 und dadurch, dass Luft, welche diesen Nebel enthält, durch das zentrifugale Gebläse in Umlauf gebracht wird, welches an einer lastseitigen Endplatte 17 vorgesehen ist. Auch müssen, da die Schaufeln 172 des zentrifugalen Gebläses nicht in das Kühlöl eintauchen, die Schaufeln 172 keine Festigkeit haben, die hoch genug ist, um einem Rührwiderstand zu widerstehen. Somit kann das zentrifugale Gebläse durch eine einfache Struktur realisiert werden, und eine Erhöhung der Herstellkosten kann unterdrückt werden. Ferner kann, da das zentrifugale Gebläse nicht in das Kühlöl eintaucht, eine Verringerung in der Effizienz aufgrund eines Rührwiderstands unterdrückt werden. Somit kann die elektrische Rotationsmaschine kleiner und leichter sein und sie eine höhere Effizienz erzielen.
Zweite Ausführungsform
Eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird verschiedene Modifikationen beschreiben, um den Kühleffekt zu verbessern, der durch den Kühlmechanismus der elektrischen Rotationsmaschine der ersten Ausführungsform oben erzielt wird, unter Verwendung von 4 bis 11. Eine Gesamtausgestaltung der elektrischen Rotationsmaschine der zweiten Ausführungsform ist die gleiche wie die Ausgestaltung in der ersten Ausführungsform und eine Beschreibung wird hierbei ausgelassen (siehe 1).
Als eine Modifikation, um eine Flussrate des umlaufenden Luftstroms zu erhöhen, sind mehrere axial durchdringende äußere Umfangsnuten 23 des Rotors an der äußeren Umfangsoberfläche des Rotors 2 vorgesehen, wie in 4 dargestellt. Wenn so ausgestaltet dient die Luftlücke 19 zwischen dem Rotor 2 und dem Stator 3 und die äußeren Umfangsnuten 23 des Rotors als Ventilationsdurchlass auf der Außenseite des Rotors 2 und eine Flussrate des umlaufenden Luftstroms auf der Außenseite des Rotors 2 wird erhöht. Somit wird der Kühleffekt verbessert.
In der obigen ersten Ausführungsform wird das Kühlöl durch den Endabschnitt der nichtlastseitigen Endplatte 18 hochbewegt. Jedoch hängt, da der Endabschnitt eine glatte Oberfläche ist, eine Menge, die hochbewegt wird, von der Viskosität des Kühlöls ab. Um die Menge an Nebelerzeugung zu erhöhen ist es sinnvoll, die Menge an Kühlöl, die hochbewegt wird, zu erhöhen. Aus diesem Zweck zeigen 5 bis 9 Modifikationen, um die Menge an Nebelerzeugung zu erhöhen, indem die Kühlöl-Hochbewegleistung der nichtlastseitigen Endplatte 18 verbessert wird. 5A, 6A, 7A, 8A und 9A sind Draufsichten, die die nichtlastseitige Endplatte zeigen. 5B, 6B, 7B, 8B und 9B sind partielle Querschnitte, welche die nichtlastseitige Endplatte zeigen. In diesen Zeichnungen sind die zweiten Durchgangslöcher 181 ausgelassen und ein Großbuchstabe H bezeichnet eine Höhe der Öloberfläche des Kühlöls.
In dem Beispiel, dass in 5 gezeigt ist, sind mehrere kreisförmige zylindrische Ausnehmungsabschnitte 182 mit regelmäßigen Abständen in der Umfangsrichtung an der nichtlastseitigen Endplatte 18 in dem Endabschnitt vorgesehen, der in das Kühlöl eintaucht. Die Ausnehmungsabschnitte 182 tauchen in das Kühlöl ein, und das Kühlöl wird in den Ausnehmungsabschnitten 182 zusammen mit der Drehung vorgehalten. Demgemäß wird die Kühlöl-Hochbewegungsleistung der nichtlastseitigen Endplatte 18 verbessert und die Menge an Nebelerzeugung wird erhöht. Der äußere Durchmesser der Schaufeln 172, die auf der nichtlastseitigen Endplatte 17 vorgesehen sind, ist weiter auf der Innenseite als die Ausnehmungsabschnitte 182.
Alternativ können, wie in 6 dargestellt, mehrere Ausnehmungsabschnitte 182a radial von der axialen Drehmitte vorgesehen sein. Wenn so ausgestaltet kann nicht nur eine Funktion als das Nebenerzeugungsmittel verbessert werden, sondern auch die nichtlastseitige Endplatte 18 kann leichter werden. Demgemäß wird die Effizienz der elektrischen Rotationsmaschine verbessert. Ferner hat in dem Beispiel, dass in 7 dargestellt ist, jeder Ausnehmungsabschnitt 182b eine Nut, die mit dem äußeren Umfang der Endplatte 18 in Verbindung steht. Wenn so ausgestaltet kann nicht nur eine Funktion als das Nebelerzeugungsmittel verbessert werden, sondern auch eine Leistung des Ausbreitens des Kühlöls in einer Radialrichtung des Rotors 2 kann verbessert werden. Demgemäß wird der Kühleffekt für die Spulen-Endabschnitte 12 verbessert.
In den Modifikationen, die in 5 bis 7 dargestellt sind, ist der äußere Durchmesser der nichtlastseitigen Endplatte 18 kleiner oder gleich dem äußeren Durchmessers des Rotorkerns 15 wie in der obigen ersten Ausführungsform. Jedoch kann, wie in 8 gezeigt, diese so ausgestaltet sein, dass der äußere Durchmesser der Endplatte 18 größer ist als der äußere Durchmesser des Rotorkerns 15, um zu ermöglichen, dass nur der untere Endabschnitt der Endplatte 18 mit den Ausnehmungsabschnitten 182 in das Kühlöl eintaucht. Wenn so ausgestaltet kann der untere Endabschnitt des Rotorkerns 15 weiter oben gewählt werden als die Höhe der Öloberfläche des Kühlöls. Ferner kann, wie in 9 dargestellt, die nichtlastseitige Endplatte 18 in einer Form ausgestaltet sein, die in der Axialrichtung geneigt ist und die so vorgesehen ist, dass die Spulen-Endabschnitte 12 vermieden werden. Wenn so ausgestaltet kann die Höhe der Öloberfläche weiter im Vergleich zu der Höhe, die in 8 gezeigt ist, abgesenkt werden.
Wie beschrieben worden ist gibt es einen Fall, in dem der äußere Durchmesser der nichtlastseitigen Endplatte 18 kleiner oder gleich dem äußeren Durchmesser des Rotorkerns 15 gewählt ist, und einen Fall, in dem der äußere Durchmesser der nichtlastseitigen Endplatte 18 größer gewählt ist als der äußere Durchmesser des Rotorkerns 15, und jeder Fall hat die folgenden Vorteile. D. h. in dem Fall, in dem der äußere Durchmesser der Endplatte 18 kleiner oder gleich dem äußeren Durchmesser des Rotorkerns ist, wie dies in 10A gezeigt ist, können der Rotor 2 und der Stator 3 sowohl von der Lastseite (durch einen Großbuchstaben L in der Zeichnung bezeichnet) oder der Nichtlastseite (durch einen Großbuchstaben R in der Zeichnung bezeichnet) des Rotors 2 eingepasst werden. Kurz gesagt ist ein Freiheitsgrad bei der Montage hoch.
Jedoch ist in dem Fall, in dem der äußere Durchmesser der Endplatte 18 größer gewählt ist als der äußere Durchmesser des Rotorkerns 15, wie dies in 10B gezeigt ist, das Einpassen von der Nichtlastseite beschränkt. Jedoch wird, da der untere Endabschnitt des Rotorkerns 15 nicht in das Kühlöl eintaucht, ein Verlust im Drehmoment, der durch die Hochbewegungswirkung verursacht wird, stattdessen unterdrückt. Demgemäß kann die Effizienz der elektrischen Rotationsmaschine höher sein und gleichzeitig kann der Kühleffekt verbessert werden.
Es wird bevorzugt, dass in Abhängigkeit von den Spezifikationen der elektrischen Rotationsmaschine bestimmt wird, ob der äußere Durchmesser der Endplatte 18 größer gewählt wird als der äußere Durchmesser des Rotorkerns 15. Zum Beispiel ist, wenn die Spezifikationen eine kurze axiale Abmessung für den Rotorkern 15 spezifizieren, eine Kontaktfläche des Rotorkerns 15 und des Kühlöls und auch ein Verlust im Drehmoment durch die Hochbewegungstätigkeit gering. Demgemäß wird die Einfachheit der Montage priorisiert und der äußere Durchmesser der Endplatte 18 wird kleiner oder gleich dem äußeren Durchmesser des Rotorkerns 15 gewählt. Jedoch wird, wenn die Spezifikationen eine lange axiale Abmessung für den Rotorkern 15 spezifizieren, ein Verlust im Drehmoment durch die Hochbewegungsbetätigung größer. Somit wird der äußere Durchmesser der Endplatte 18 größer gewählt als der äußere Durchmesser des Rotorkerns 15, um den Rotorkern 15 daran zu hindern, dass dieser in das Kühlöl eintaucht.
In dem Fall, in dem der äußere Durchmesser der Endplatte 18 größer gewählt ist als der äußere Durchmesser des Rotorkerns 15, wie dies in 11 gezeigt ist, können die Ausnehmungsabschnitte 182 auch auf der Seite des Rotorkerns 15 vorgesehen sein. Wenn so ausgestaltet kann die Kühlöl-Hochbewegungsleistung weiter verbessert werden. In den oben beschriebenen Beispielen sind mehrere Ausnehmungsabschnitte 182 in der Umfangsrichtung vorgesehen. Jedoch ist zu bemerken, dass es ausreicht, wenigstens einen Ausnehmungsabschnitt 182 bereitzustellen. In einem Fall, in dem ein Ausnehmungsabschnitt 182 vorgesehen ist, kann der Ausnehmungsabschnitt 182 zur gleichen Zeit ausgebildet werden, wenn eine Gleichgewichtsbearbeitung auf den Rotor 2 ausgeübt wird. Demgemäß kann die Effizienz bei der Herstellung verbessert werden.
Nach der zweiten Ausführungsform kann eine Menge an Nebelerzeugung erhöht werden durch die Kühlöl-Hochbewegungsleistung, die verbessert wird, indem die Ausnehmungsabschnitte 182 (182a oder 182b) an dem Endabschnitt der nichtlastseitigen Endplatte 18 vorgesehen werden, die als das Nebenerzeugungsmittel verwendet wird. Diese Ausnehmungsabschnitte 182 haben eine Struktur, die erhalten wird, indem Material von der Endplatte 18 entfernt wird. Somit können die Ausnehmungsabschnitte 182 einfach ausgebildet werden und die Endplatte 18 kann leichter werden. Demgemäß kann zusätzlich zu den Vorteilen, die in der ersten Ausführungsform erzielt wurden, die zweite Ausführungsform ferner einen Vorteil dahingehend erzielen, dass die elektrische Rotationsmaschine eine höhere Effizienz erzielt und der Kühleffekt verbessert wird.
Dritte Ausführungsform
12 zeigt eine lastseitige Endplatte einer elektrischen Rotationsmaschine nach einer dritten Ausführungsform der Erfindung. 12A ist eine Draufsicht und 12B ist ein axialer Querschnitt. In den Zeichnungen bezeichnet ein Großbuchstabe H eine Höhe der Öloberfläche des Kühlöls. Eine Gesamtausgestaltung der elektrischen Rotationsmaschine der dritten Ausführungsform ist die gleiche wie die Konfiguration in der ersten Ausführungsform oben, und die Beschreibung wird hierbei ausgelassen (siehe 1).
Es reicht aus, dass das Nebelerzeugungsmittel eine Funktion hat, um das Kühlöl hoch zu bewegen, das in dem Gehäuse vorgehalten wird, zusammen mit der Drehung des Rotors 2. Somit kann entweder die lastseitige Endplatte 17 oder die nichtlastseitige Endplatte 18 oder auch beide das Nebelerzeugungsmittel sein. Anders gesagt können Ausnehmungsabschnitte, welche die Kühlöl-Hochbewegungsleistung verbessern, an der lastseitigen Endplatte 17 und/oder der nichtlastseitigen Endplatte 18 vorgesehen sein. Im Unterschied zur der ersten und zweiten Ausführungsformen oben, in der die nichtlastseitige Endplatte 18 als das Nebenerzeugungsmittel verwendet wird und die Ausnehmungsabschnitte 182 (182a, 182b) an der nichtlastseitigen Endplatte vorgesehen sind, wird die lastseitige Endplatte 17 mit einem zentrifugalen Gebläse als das Nebelerzeugungsmittel verwendet und ist in der dritten Ausführungsform mit Ausnehmungsabschnitten 173 versehen.
Wie in 12 dargestellt sind die Ausnehmungsabschnitte 173, die an einem Endabschnitt der lastseitigen Endplatte 17 vorgesehen sind, in das Kühlöl eingetaucht, und ein Nebel wird erzeugt, wenn die Ausnehmungsabschnitte 173 das Kühlöl zusammen mit der Drehung vorhalten. Ein äußerer Durchmesser der Scheibenabschnitts 171 der Endplatte 17 ist größer gewählt als der äußere Durchmesser des Rotorkerns 15, um die Schaufeln des zentrifugalen Gebläses 172 und den Rotorkern 15 daran zu hindern, dass sie in das Kühlöl eintauchen.
Es gibt einen Fall, in dem das Nebelerzeugungsmittel an der nichtlastseitigen Endplatte 18 ohne Gebläse befestigt ist, und einen Fall, in dem das Nebelerzeugungsmittel an der lastseitigen Endplatte 17 mit dem Gebläse vorgesehen ist, und jeder Fall hat Vorteile. In dem Fall, in dem das Nebelerzeugungsmittel an der nichtlastseitigen Endplatte vorgesehen ist, tritt der erzeugte Nebels zunächst durch die Durchgangslöcher 13 im Rotorkern 15 hindurch. Somit gibt es einen Vorteil, dass der Kühleffekt für den Rotor 2 und die Dauermagneten 16 verbessert werden kann. Jedoch können in dem Fall, in dem das Nebelerzeugungsmittel an der lastseitigen Endplatte 17 vorgesehen ist, das zentrifugale Gebläse, welches einen umlaufenden Luftstrom erzeugt, und die Ausnehmungsabschnitte des Nebenerzeugungsmittels in eine Einheit gebracht werden. Demgemäß wird die Herstellungseffizienz verbessert. Kurz gesagt können durch das Auswählen von einem beliebigen der obigen Fälle in Abhängigkeit von den Spezifikationen der elektrischen Rotationsmaschine die Kühlleistung, die Kosten und die Produktivität optimiert werden.
Vierte Ausführungsform
13 ist ein axialer Querschnitt einer elektrischen Rotationsmaschine nach einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Abschnitte, welche die gleichen sind wie in 1, werden mit den gleichen Bezugszeichen in 13 bezeichnet werden und deren Beschreibung wird hierbei ausgelassen werden. In der vierten Ausführungsform weist der lastseitige Raum 21 der elektrischen Rotationsmaschine als das Nebelerzeugungsmittel einen Kühlöldurchlass 24 auf, durch den das Kühlöl einzuführen ist, welches eine flüssiges Kühlmedium ist, von der Außenseite zur Innenseite des Gehäuses, und Ausspritzporen 25 mit einem kleinen Durchmesser, die einen Nebel erzeugen, indem sie das Kühlöl, welches unter Druck zugeführt wird, zu dem Kühlöl-Durchlass 24 durch eine Pumpe (nicht in der Zeichnung dargestellt) in das Gehäuse ausspritzen.
In den ersten bis dritten Ausführungsformen wird ein Nebel durch das Hochbewegen des Kühlöls erzeugt. Es ist jedoch zu bemerken, dass es ausreicht, wenn das Nebelerzeugungsmittel einen Nebel des Kühlöls zu einem Teil des Wegs des umlaufenden Luftstroms in dem Gehäuse zuführt. In einem Fall, in dem das Nebelerzeugungsmittel, welches in 13 gezeigt ist, verwendet wird, wird Kühlöl nicht in dem Gehäuse vorgehalten. Somit wird der Bewegungswiderstand durch den Rotor 2 und die Endplatten 17 und 18 ausgeschaltet.
Nach der vierten Ausführungsform wird zusätzlich zu den Vorteilen, die in der obigen ersten bis dritten Ausführungsform erzielt werden, ein Verlust im Drehmoment aufgrund des Rührwiderstands ausgeschaltet, und die elektrische Rotationsmaschine kann daher eine noch höhere Effizienz erzielen. Jedoch ist zu berücksichtigen, dass die jeweiligen Ausführungsformen der Erfindung ohne irgendeine Beschränkung kombiniert werden können und dass die jeweiligen Ausführungsformen verändert und ausgelassen werden können, so wie das innerhalb des Schutzbereichs der Erfindung benötigt wird.
Industrielle Anwendbarkeit
Die Erfindung kann als ein Kühlmechanismus einer elektrischen Rotationsmaschine verwendet werden.

Claims

Elektrische Rotationsmaschine mit: einer Dreh-Antriebswelle, einem Gehäuse, welches Lager an beiden Enden der Welle abstützt, einem Rotor, der an einer Umfangsoberfläche der Welle vorgesehen ist und der einen Rotorkern hat, der mit mehreren ersten Durchgangslöchern, die in einer Axialrichtung hergestellt sind, und mehreren Dauermagneten versehen ist, die in Aufnahmelöcher eingebaut sind, die in dem Rotorkern ausgebildet sind, einem ringförmigen Stator, der mit einer Spule umwickelt ist und der in das Gehäuse eingepasst ist, während er gegenüber einer äußeren Umfangsoberfläche des Rotors mit einer Lücke dazwischen vorgesehen ist, einem Nebelerzeugungsmittel zum Zuführen eines Nebels eines flüssigen Kühlmediums in das Gehäuse und scheibenförmigen Endplatten, die an beiden axialen Enden des Rotorkerns vorgesehen sind, wobei die elektrische Rotationsmaschine dadurch gekennzeichnet, ist dass eine Endplatte mit zweiten Durchgangslöchern versehen ist, die sich wenigstens teilweise mit den ersten Durchgangslöchern im Rotorkern überlappen, die andere Endplatte mit einem zentrifugalen Gebläse versehen ist, welches Schaufeln hat, die den ersten Durchgangslöchern in dem Rotorkern gegenüberliegen, wobei ein äußerer Durchmesser der Schaufeln kleiner ist als ein äußerer Durchmesser der Endplatte und wobei das zentrifugale Gebläse Luft in dem Gehäuse und welches den Nebel des flüssigen Kühlmediums enthält, dazu zwingt, durch die ersten Durchgangslöcher im Rotorkern und durch einen Ventilationsdurchlass auf einer Außenseite des Rotors in entgegengesetzten Richtungen zu fließen.
Elektrische Rotationsmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor mehrere axial durchdringende äußere Umfangsnuten des Rotors in der äußeren Umfangsoberfläche hat und die Lücke und die äußeren Umfangsnuten des Rotors als Ventilationsdurchlass auf der Außenseite des Rotors verwendet werden.
Elektrische Rotationsmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator mehrere axial durchdringende äußere Umfangsnuten des Stators auf einer Rückoberfläche hat, die in das Gehäuse eingepasst ist, und die äußere Umfangsnuten des Stators als der Ventilationsdurchlass auf der Außenseite des Rotors verwendet werden.
Elektrische Rotationsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Material, welches einen Abschnitt des Gehäuses bildet, in welches der Stator eingepasst ist, einen linearen Ausdehnungskoeffizienten hat, der nahe an einem linearen Ausdehnungskoeffizienten eines Materials ist, welches den Stator bildet.
Elektrische Rotationsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Material, welches die Endplatten bildet, einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten hat, welcher nahe an einem thermischen Ausdehnungskoeffizienten eines Materials ist, welches die Welle ausbildet.
Elektrische Rotationsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Material, welches die Endplatten bildet, ein nichtmagnetisches Material ist.
Elektrische Rotationsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Element, das aus einem nichtmagnetischen Material gemacht ist, zwischen dem Rotorkern und den Endplatten vorgesehen ist
Elektrische Rotationsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Nebelerzeugungsmittel einen Nebel erzeugt, indem es das flüssige Kühlmedium, das in dem Gehäuse vorhanden ist, unter Verwendung eines unteren Endabschnitts von einer oder von beiden Endplatten zusammen mit der Drehung des Rotors hochbewegt und eine Höhe einer Flüssigkeitsoberfläche des flüssigen Kühlmediums auf eine Position eingestellt ist, die niedriger ist als ein unterster Endabschnitt der Schaufeln, um die Schaufeln daran zu hindern, dass sie in das flüssige Kühlmedium eintauchen.
Elektrische Rotationsmaschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ausnehmungsabschnitt an einer oder an beiden Endplatten an einem Endabschnitt vorgesehen ist, der in das flüssige Kühlmedium eintaucht.
Elektrische Rotationsmaschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausnehmungsabschnitt eine Nut hat, die mit einem äußeren Umfang der Endplatten in Verbindung steht.
Elektrische Rotationsmaschine nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein äußerer Durchmesser der Endplatten kleiner oder gleich einem äußeren Durchmesser des Rotorkerns ist.
Elektrische Rotationsmaschine nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein äußerer Durchmesser von einer der Endplatten größer ist als ein äußerer Durchmesser des Rotorkerns.
Elektrische Rotationsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Nebelerzeugungsmittel einen Durchlass für ein flüssiges Kühlmedium, durch den das flüssige Kühlmedium von der Außenseite zur Innenseite des Gehäuses eingeführt wird, und eine Ausspritzpore aufweist, die einen Nebel erzeugt, indem sie das flüssige Kühlmedium unter Druck zu dem Durchlass für das flüssige Kühlmedium in das Gehäuse hinein ausspritzt.