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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine rotierende elektrische Maschine, die mit einem inneren Zylinder, der einen Stator aufweist, der an einer inneren Wandfläche davon befestigt ist, und einem äußeren Zylinder versehen ist, der den gesamten Umfang des inneren Zylinders abdeckt und einen Raum, nämlich einen Kühlmittelkanal, in Verbindung mit dem inneren Zylinder ausbildet.
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Hintergrund der Erfindung
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Üblicherweise sind rotierende elektrische Maschinen bekannt, in denen ein Raum zwischen einem inneren Zylinder, der einen Statorkern unterstützt und einem äußeren Zylinder, der ferner den inneren Zylinder umschließt, vorgesehen ist, und bei denen die Kühlung des Statorkerns durchgeführt wird, indem Kühlwasser durch den Raum fließt (siehe zum Beispiel PTL 1).
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In diesem Fall sind beide Endabschnitte des inneren Zylinders und des äußeren Zylinders um den gesamten Umfang mittels O-Ringen abgedichtet, um Luftdichtheit in dem Kühlkanal sicherzustellen (siehe zum Beispiel PTL 1).
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Zitatliste
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Patentliteratur
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- [PTL 1] Japanisches Patent Nr. 5136069
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Zusammenfassung der Erfindung
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Technisches Problem
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Wenn diese O-Ringe jedoch verwendet werden, muss ein Kompressionsspielraum davon ausreichend gesteuert werden, um Luftdichtheit sicherzustellen, daher ist ein hohes Maß an Genauigkeit in der Verarbeitung und dem Zusammenbau des inneren Zylinders und des äußeren Zylinders erforderlich, was zu dem Problem von erhöhten Herstellungskosten führt.
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Ferner werden im Allgemeinen größere Mengen an Material verschwendet, da die Größe der O-Ringe, die durch Gesenkformen hergestellt werden, zunimmt, sodass die O-Ringe wegen der geringen Produktionseffizienz teurer werden und, insbesondere wenn O-Ringe in großen Elektromotoren, wie Elektromotoren, die in Kraftfahrzeugen verwendet werden, angewendet werden, die Kosten davon dramatisch ansteigen.
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Außerdem müssen O-Ring-Einbaunuten in dem inneren Zylinder und dem äußeren Zylinder verarbeitet werden, um die O-Ringe einzubauen und, damit die O-Ringe durch diese Nuten unterstützt werden und um Luftdichtheit aufrechtzuerhalten, muss die Verarbeitung der Nuten hochpräzise sein und die Nuten müssen eine niedrige Oberflächenrauhigkeit aufweisen, was im Allgemeinen maschinelle Verarbeitung erfordert, was ebenfalls zu dem Problem der erhöhten Herstellungskosten führt.
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Zusätzlich, um Nuten in dem inneren Zylinder oder dem äußeren Zylinder zu sichern, muss eine Wanddicke des inneren Zylinders oder des äußeren Zylinders größer werden, was zu den Problemen einer größeren Größe und einem höheren Gewicht führt.
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Die vorliegende Erfindung beabsichtigt solche Probleme zu lösen und eine Aufgabe davon ist, eine rotierende elektrische Maschine, die klein und leicht ist, zu geringen Kosten zu erhalten.
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Lösung des Problems
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Eine rotierende elektrische Maschine gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine rotierende elektrische Maschine, die über einen inneren Zylinder verfügt, einen Rotor, der so vorgesehen ist, dass er innerhalb des inneren Zylinders drehbar ist, einen Stator, der an dem inneren Zylinder befestigt ist und durch einen Spalt von einem äußeren Umfang des Rotors getrennt ist, und einen äußeren Zylinder, der einen gesamten Umfang des inneren Zylinders abdeckt und einen Raum, der als ein Kühlmittelkanal dient, in Verbindung mit dem inneren Zylinder ausbildet, wobei beide Enden des inneren Zylinders und des äußeren Zylinders in einer axialen Richtung durch Zylinderschweißabschnitte, die durch Schweißen gebildet werden, miteinander befestigt sind.
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Vorteilhafte Effekte der Erfindung
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Mit der rotierenden elektrischen Maschine gemäß der vorliegenden Erfindung werden beide Endabschnitte eines inneren Zylinders und eines äußeren Zylinders in einer axialen Richtung durch Zylinderschweißabschnitte, die durch Schweißen gebildet werden, miteinander befestigt, was ermöglicht, eine Reduktion der Größe und des Gewichts zu geringen Kosten zu erreichen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist eine schematische Oberseiten-Querschnittsansicht von der Seite, die einen Elektromotor gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
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2 ist eine schematische Oberseiten-Querschnittsansicht von der Seite, die einen Elektromotor gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
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3 ist eine Pfeilperspektiven-Querschnittsansicht entlang der III-III-Linie, die in 2 gezeigt ist.
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4 ist eine Ansicht eines Rohrs entlang der IV-IV-Linie, die in 3 gezeigt ist.
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5 ist eine schematische Oberseiten-Querschnittsansicht von der Seite, die einen Elektromotor gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
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Beschreibung der Ausführungsformen
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Elektromotoren jeder Ausführungsform der rotierenden elektrischen Maschine gemäß der vorliegenden Erfindung werden nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben werden. In jeder der Zeichnungen werden identische oder entsprechende Elemente und Teile durch identische Bezugszeichen bezeichnet werden.
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Ausführungsform 1
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1 ist eine schematische Oberseiten-Querschnittsansicht eines Elektromotors 1 von der Seite zum Einbau in, zum Beispiel, einem Hybridfahrzeug, einem Elektrofahrzeug oder dergleichen, gemäß einer ersten
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Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Der Elektromotor 1 verfügt über einen inneren Zylinder 2, einen Rotor 3, der so vorgesehen ist, dass er innerhalb des inneren Zylinders 2 drehbar ist, einen zylindrischen Stator 4, der an dem inneren Zylinder 2 befestigt ist und durch einen Spalt von einem äußeren Umfang des Rotors 3 getrennt ist, und einen äußeren Zylinder 8, der den gesamten Umfang des inneren Zylinders 2 abdeckt und einen Raum 15, der als ein Kühlmittelkanal dient, in Verbindung mit dem inneren Zylinder 2 ausbildet.
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Der innere Zylinder 2 und der äußere Zylinder 8 sind jeweils aus Eisen und werden durch Metallblechgesenkformen ausgebildet.
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Der Rotor 3 verfügt über eine Welle 5 die an beiden Enden über Lager (nicht gezeigt) unterstützt wird, sodass sie frei drehbar in Bezug auf den inneren Zylinder 2 ist, einen Rotorkern 16, der an der Welle 5 angebracht und mit einer dünnen Stahlplatte laminiert ist, und Permanentmagnete (nicht gezeigt), die in gleich beabstandeten Intervallen in der Umfangsrichtung in den Rotorkern 16 eingebettet sind. Diese rechteckigen Permanentmagnete stellen magnetische Pole dar.
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Der Stator 4 weist einen zylindrischen Statorkern 6 und Statorspulen 7, die über einen Isolator (nicht gezeigt) um den Statorkern 6 gewickelt sind, auf.
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Der Stator 4 wird durch den eingeschrumpften oder eingepressten inneren Zylinder 2 unterstützt.
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Eine Seite des inneren Zylinders 2 ist um einen gesamten Umfang in einer Radialrichtung in Richtung einer äußeren Seite gebogen. Eine Seite des äußeren Zylinders 8, dessen Wanddicke dünner als die des inneren Zylinders 2 ist, ist auf stufenförmige Weise gebogen.
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Beide Endabschnitte des inneren Zylinders 2 in der axialen Richtung sind jeweils in Kontakt mit beiden Endabschnitten des äußeren Zylinders 8 in der axialen Richtung. Beide Endabschnitte des inneren Zylinders 2 und des äußeren Zylinders 8 in der axialen Richtung sind durch Zylinderschweißabschnitte 9 miteinander befestigt, die durch Laserstanzschweißen gebildet werden, bei dem ein Laser von dem äußeren Zylinder 8 in Richtung des inneren Zylinders 2 gestrahlt wird, sodass die Luftdichtheit des Raums 15 durch die Zylinderschweißabschnitte, die sich um den gesamten Umfang erstrecken, gesichert ist.
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In dem Elektromotor 1 gemäß dieser Ausführungsform fließt ein Strom durch eine Stromversorgungseinheit (nicht gezeigt) zu den Statorspulen 7.
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Somit wird in dem Stator 4 ein rotierendes Magnetfeld erzeugt und, aufgrund dessen, dass sich der Rotor 3 dreht, da er von dem rotierenden Magnetfeld gezogen wird, dreht sich ebenfalls die Welle 5, die integral mit dem Rotor 3 ist, und das Drehmoment davon wird nach außen übertragen.
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Ferner fließt ein Kühlmittel in den Raum 15, der um den gesamten Umfang durch den inneren Zylinder 2 und den äußeren Zylinder 8 ausgebildet wird und, aufgrund des Wärmeaustauschs zwischen dem Kühlmittel und dem Statorkern 6, der aufgrund des rotierenden Magnetfelds Wärme erzeugt hat, wird der Stator 4 gekühlt.
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In dem Elektromotor 1 gemäß dieser Ausführungsform sind beide Endabschnitte des inneren Zylinders 2 und des äußeren Zylinders 8 durch Laserstanzschweißen miteinander befestigt, wodurch die Luftdichtheit des Raums 15 gesichert ist.
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Dementsprechend sind keine zusätzlichen Dichtungselemente wie O-Ringe erforderlich, um die Luftdichtheit von beiden Endabschnitten des inneren Zylinders 2 und des äußeren Zylinders 8 zu sichern.
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Insbesondere wenn O-Ringe, die einen großen Durchmesser haben, unter Verwendung einer Düse hergestellt werden, ist eine Anzahl davon, die durch eine einzige Düse hergestellt wird, begrenzt, was zu erhöhten Herstellungskosten führt, folglich ist der Kostenreduktionseffekt von Dichtungselementen, die nicht erforderlich sind, signifikant.
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Da es ferner nicht notwendig ist, den inneren Zylinder 2 oder den äußeren Zylinder 8 der Nutverarbeitung zu unterziehen, um die O-Ringe zwischen dem inneren Zylinder 2 und dem äußeren Zylinder 8 zu unterstützen, werden ebenso die Verarbeitungskosten reduziert.
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Da Nuten nicht notwendig sind und die Wanddicken des inneren Zylinders 2 und des äußeren Zylinders 8 dünner gemacht werden können, können darüber hinaus der innere Zylinder 2 und der äußere Zylinder 8 mittels Metallblechgesenkformen hergestellt werden, dessen Verarbeitungskosten niedrig sind und was eine hochpräzise Herstellung ermöglicht.
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Da außerdem der innere Zylinder 2 und der äußere Zylinder 8 aus Metallblech hergestellt werden, was eine dünne Wanddicke hat, kann der Elektromotor 1 kleiner und leichter werden und die Effizienz des Wärmeaustauschs zwischen dem Kühlmittel und dem Statorkern 6, der aufgrund des rotierenden Magnetfelds Wärme erzeugt hat, wird verbessert.
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Ferner ist der Stator 4 durch Einschrumpfen oder Einpressen mit dem inneren Zylinder 2 integriert, was den Eisenverlust des Stators 4, verursacht durch die Spannkraft im Zusammenhang mit dem Einschrumpfen oder Einpressen, begrenzt, folglich kann eine Verschlechterung der Leistung des Elektromotors 1 verhindert werden.
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Da außerdem ein Laser von dem äußeren Zylinder 8, der eine dünne Wanddicke hat, in Richtung des inneren Zylinders 2, der eine dicke Wanddicke hat, gestrahlt wird, schmilzt der innere Zylinder 2 auch innerhalb einer kurzen Zeitdauer, sodass die Stanzeigenschaften des Lasers verbessert werden.
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Ausführungsform 2
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2 ist eine schematische Oberseiten-Querschnittsansicht von der Seite, die einen Elektromotor 1 gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. 3 ist eine Pfeilperspektiven-Querschnittsansicht entlang der III-III-Linie, die in 2 gezeigt ist. 4 ist eine Ansicht eines Rohrs 10 entlang der IV-IV-Linie, die in 3 gezeigt ist.
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In dieser Ausführungsform ist ein Rohr 10 an der Oberseite des äußeren Zylinders 8 vorgesehen.
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Eine Einströmöffnung 17 und eine Ausströmöffnung 18 für ein Kühlmittel sind in dem äußeren Zylinder 8 ausgebildet. Das Rohr 10 weist eine Einströmöffnung 11 und eine Ausströmöffnung 12 für das Kühlmittel auf.
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Das Rohr 10 ist mit dem äußeren Zylinder 8 von der Außenseite des äußeren Zylinders 8 in Kontakt, sodass die Einströmöffnungen 17 und 11 und die Ausströmöffnungen 18 und 12 einander überlappen. Ein Rohrschweißabschnitt 13 wird durch Laserstanzschweißen, bei dem ein Laser von dem äußeren Zylinder 8 in Richtung des Rohrs 10 gestrahlt wird, von einer Kante, die sich um den gesamten Umfang des Rohrs 10 erstreckt, ausgebildet, sodass sie die Einströmöffnungen 17 und 11 und die Ausströmöffnungen 18 und 12 von der Innenseite des äußeren Zylinders 8 umschließt. Die Luftdichtheit zwischen dem äußeren Zylinder 8 und dem Rohr 10 ist durch den Rohrschweißabschnitt 13 gesichert, der an der Kante, die sich um den gesamten Umfang des Rohrs 10 erstreckt, ausgebildet wird.
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Es sei darauf hingewiesen, dass das Rohr 10 auch von der Außenseite des äußeren Zylinders 8 angeschweißt werden kann.
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Wenn außerdem die Einströmöffnung und die Ausströmöffnung für das Kühlmittel in dem äußeren Zylinder 8 ausgebildet werden, sodass sie getrennt voneinander sind, wird die Luftdichtheit durch getrenntes Laserstanzschweißen, bei dem ein Laser durch den äußeren Zylinder 8 gestrahlt wird, von einem Rohr, das eine Einströmöffnung aufweist und einem Rohr, das eine Ausströmöffnung aufweist, gesichert.
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Andere Konfigurationen sind dieselben wie die des Elektromotors 1 gemäß der ersten Ausführungsform.
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Im Übrigen sind rotierende elektrische Maschinen bekannt, bei denen ein Loch in einem äußeren Zylinder ausgebildet ist und ein Nippel, durch den ein Kühlmittel läuft, wird in das Loch geschraubt und an dem äußeren Zylinder befestigt (siehe zum Beispiel
japanische Patentanmeldung Nr. 2009-247085 ).
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Im Fall dieser rotierenden elektrischen Maschine muss der äußere Zylinder eine Wanddicke aufweisen, die dick genug ist, damit ein Schraubengewinde geschnitten werden kann, folglich kann der äußere Zylinder nicht durch Metallblechgesenkformen hergestellt werden.
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Zusätzlich muss ein Dichtungselement wie ein O-Ring, ein Flach-Dichtungsring oder dergleichen zwischen dem äußeren Zylinder und dem Nippel eingesetzt werden, was in einem Anstieg der Zahl der Montageschritte und der Zahl der Bauteile resultiert.
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Aber bei dem Elektromotor 1 gemäß dieser Ausführungsform ist das Rohr 10 in Kontakt mit dem äußeren Zylinder 8 und durch Laserstanzschweißen, bei dem ein Laser durch den äußeren Zylinder 8 gestrahlt wird, an dem äußeren Zylinder 8 befestigt, sodass es die Einströmöffnungen 17 und 11 und die Ausströmöffnungen 18 und 12 von der Innenseite des äußeren Zylinders 8 umschließt.
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Dementsprechend ist ein Schraubenabschnitt an dem Rohr 10, um das Rohr 10 in den äußeren Zylinder 8 zu schrauben und an dem äußeren Zylinder 8 zu befestigen, unnötig, und die Kosten des Rohrs 10 selbst werden reduziert.
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Ferner erfordert der äußere Zylinder 8 keinen Raum für ein Schraubenloch, das verwendet wird, um das Rohr 10 daran zu befestigen, das heißt die Wanddicke davon muss nicht dick sein und somit kann der äußere Zylinder 8 durch Gesenkformen von Metallblech, das eine dünne Wanddicke hat, hergestellt werden, was geringe Verarbeitungskosten hat und eine hochpräzise Herstellung erlaubt.
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Zusätzlich kann eine Gewichtsreduzierung erreicht werden, da der äußere Zylinder 8 aus Metallblech, das eine dünne Wanddicke hat, hergestellt wird.
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Außerdem werden Kosten eingespart, da es unnötig ist, ein Dichtungselement zwischen dem Rohr 10 und dem äußeren Zylinder 8 einzusetzen.
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Ferner kann eine übliche Laserschweiß-Ausrüstung verwendet werden um den inneren Zylinder 2 und den äußeren Zylinder 8 sowie das Rohr 10 und den äußeren Zylinder 8 miteinander zu befestigen.
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Ausführungsform 3
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5 ist eine schematische Oberseiten-Querschnittsansicht von der Seite, die einen Elektromotor 1 gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
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In dieser Ausführungsform ist ein dünner Abschnitt 14 an einem Abschnitt der Kante, die sich um den gesamten Umfang des Rohrs 10 erstreckt, ausgebildet. Der dünne Abschnitt 14 entspricht einem Bereich des Rohrschweißabschnitts 13, der an der Kante, die sich um den gesamten Umfang des Rohrs 10 erstreckt, ausgebildet ist, zwischen der Einströmöffnung 11 und der Ausströmöffnung 12 des Rohrs 10.
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Es sei darauf hingewiesen, dass der dünne Abschnitt 14 ebenso an der Kante, die sich um den gesamten Umfang des Rohrs 10 erstreckt, ausgebildet sein kann.
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Andere Konfigurationen sind dieselben wie die des Elektromotors 1 gemäß der zweiten Ausführungsform.
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Mit dem Elektromotor gemäß dieser Ausführungsform ist es möglich, durch den dünnen Abschnitt 14 eine Schweißnaht, die durch das Laserstanzschweißen erzeugt wird, visuell zu beobachten, sodass es möglich ist einen plötzlichen Schweißfehler, wie eine Fehlfunktion der Laserschweißmaschine, visuell zu bestätigen.
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Es sei darauf hingewiesen, dass in jeder der oben beschriebenen Ausführungsformen der innere Zylinder 2 und der äußere Zylinder 8, die aus Eisen sind, durch Metallblechgesenkformen ausgebildet werden, jedoch können der innere Zylinder 2 und der äußere Zylinder 8 ebenso durch zum Beispiel Gießen oder Schmieden ausgebildet werden und können ebenso aus einem anderen Material als Eisen sein, zum Beispiel Aluminium.
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Ferner ist das Laserstanzschweißen ein Beispiel und Lichtbogenschweißen oder Gasschweißen beispielsweise können ebenso verwendet werden.
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Außerdem kann die vorliegende Erfindung auf einen Generator oder einen Motor-Generator als auch einen Elektromotor angewendet werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Elektromotor
- 2
- Innerer Zylinder
- 3
- Rotor
- 4
- Stator
- 5
- Welle
- 6
- Statorkern
- 7
- Statorspule
- 8
- Äußerer Zylinder
- 9
- Zylinderschweißabschnitt
- 10
- Rohr
- 11, 17
- Einströmöffnung
- 12, 18
- Ausströmöffnung
- 13
- Rohrschweißabschnitt
- 14
- Dünner Abschnitt
- 15
- Raum
- 16
- Rotorkern
