DE112020007467T5

DE112020007467T5 - Rotierende elektrische maschine

Info

Publication number: DE112020007467T5
Application number: DE112020007467.6T
Authority: DE
Inventors: Yutaro Kitagawa
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2020-07-31
Filing date: 2020-07-31
Publication date: 2023-05-11
Also published as: JP6880348B1; JPWO2022024365A1; CN116114151A; US20230261550A1; WO2022024365A1

Abstract

Vorgesehen sind: ein Rotor (10) mit einer rotierenden Welle (12) und einem Rotorkern (11); ein Stator (30) mit einem Statorkern (31) und Statorwicklungen (32); Lager (20); ein Gehäuse (40), das an dem Statorkern (31) befestigt ist und mit den Lagern (20) verbunden ist und das den Rotor (10) und den Stator (30) aufnimmt; und eine elektrostatische Abschirmung (51), die mit dem Gehäuse (40) verbunden ist. Die elektrostatische Abschirmung (51) weist eine Vielzahl von Öffnungslöchern (51a) auf, durch die ein Raum, in dem der Stator (30) angeordnet ist, mit einem Raum, in dem der Rotor (10) angeordnet ist, in Verbindung steht.

Description

Gebiet
Die vorliegende Offenbarung betrifft eine rotierende elektrische Maschine, die von einer Leistungsumwandlungsschaltung mit einem Wechselrichter angetrieben wird.
Hintergrund
In einer rotierenden elektrischen Maschine, die von einer Leistungsumwandlungsschaltung mit einem Wechselrichter angetrieben wird, kommt es aufgrund von Schaltvorgängen von Halbleitervorrichtungen, die in dem Wechselrichter enthalten sind, zu einer elektrolytischen Korrosion eines Lagers. Eine solche elektrolytische Korrosion führt zu einem Verschleiß und einer Beschädigung des Lagers, was die Zuverlässigkeit der rotierenden elektrischen Maschine verringert.
Daher wurde die herkömmliche rotierende elektrische Maschine so konfiguriert, dass die elektrolytische Korrosion verringert wird, indem eine Streukapazitätsverteilung im Inneren der rotierenden elektrischen Maschinen unter Verwendung einer elektrostatischen Abschirmung eingestellt wird, um eine in dem Lager erzeugte Wellenspannung zu verringern. In der Patentliteratur 1 ist zum Beispiel eine elektrostatische Abschirmung, bei der es sich um eine nichtmagnetische Substanz und einen Metallleiter handelt, so angeordnet, dass sie eine Öffnung eines Schlitzes eines Stators verschließt, wodurch die Wellenspannung verringert wird.
Liste der zitierten Dokumente
Patentliteratur
Patentliteratur 1: Japanische Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift Nr. 2000-270507
Kurzdarstellung
Technisches Problem
Bei der Patentliteratur 1 besteht jedoch insofern ein Problem, als dass ein Rotor und ein Stator durch die elektrostatische Abschirmung räumlich getrennt sind, sodass ein Teil der in dem Rotor und dem Stator erzeugten Wärme in einem engen Raum verbleibt. Infolgedessen kommt es auf der Rotorseite zum Beispiel zu einer Entmagnetisierung der in den Rotor eingebetteten Permanentmagneten, und die Leistung der rotierenden elektrischen Maschine wird beeinträchtigt. Darüber hinaus wird auf der Statorseite ein Isolierfilm beschädigt, d. h. die Isolierleistung wird durch den Anstieg der Temperatur der Statorwicklungen beeinträchtigt.
Die vorliegende Offenbarung wurde angesichts der obigen Umstände entwickelt, und eine Aufgabe von ihr besteht darin, eine rotierende elektrische Maschine bereitzustellen, die imstande ist, eine Wellenspannung zu verringern und auch eine bessere Kühlleistung sicherzustellen.
Lösung des Problems
Um die oben erwähnten Probleme zu lösen und die Aufgabe zu erfüllen, schafft die vorliegende Offenbarung eine rotierende elektrische Maschine, umfassend: einen Rotor mit einer rotierenden Welle und einem Rotorkern, in den eine Vielzahl von Magneten eingebettet ist und an dem die rotierende Welle befestigt ist; einen Stator mit einem Statorkern, der so angeordnet ist, dass er dem Rotorkern zugewandt ist, und Statorwicklungen, die um den Statorkern gewickelt sind; ein Paar, bestehend aus einem ersten Lager und einem zweiten Lager, zum Stützen der rotierenden Welle; ein Gehäuse, das an dem Statorkern befestigt ist und mit dem ersten Lager und dem zweiten Lager verbunden ist, wobei das Gehäuse den Rotor und den Stator aufnimmt; und eine elektrostatische Abschirmung, die mit dem Gehäuse verbunden ist, wobei die elektrostatische Abschirmung eine Vielzahl von Öffnungslöchern aufweist, durch die ein Raum, in dem der Stator angeordnet ist, mit einem Raum, in dem der Rotor angeordnet ist, in Verbindung steht.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Die rotierende elektrische Maschine der vorliegenden Offenbarung weist die vorteilhafte Wirkung auf, dass sie eine Wellenspannung verringern und eine bessere Kühlleistung sicherstellen kann.
Figurenliste

1 ist eine Querschnittansicht parallel zur Rotationsachse einer rotierenden elektrischen Maschine gemäß einer ersten Ausführungsform.
2 ist eine Querschnittansicht senkrecht zur Rotationsachse der rotierenden elektrischen Maschine gemäß der ersten Ausführungsform.
3 ist ein Diagramm, das eine Konfiguration einer peripheren Schaltung der rotierenden elektrischen Maschine gemäß der ersten Ausführungsform zeigt.
4 ist ein Ersatzschaltbild, das das Prinzip der Erzeugung einer Wellenspannung in der rotierenden elektrischen Maschine gemäß der ersten Ausführungsform zeigt.
5 ist ein Diagramm, das die zeitbezogenen Wellenformen einer Wellenspannung in der rotierenden elektrischen Maschine gemäß der ersten Ausführungsform zeigt.
6 ist ein Diagramm, das eine rotierende elektrische Maschine eines Vergleichsbeispiels zeigt.
7 ist eine vergrößerte Querschnittansicht, die ein Beispiel einer umfangsmäßigen Anordnung einer elektrostatischen Abschirmung in der rotierenden elektrischen Maschine gemäß der ersten Ausführungsform zeigt.
8 ist eine vergrößerte Querschnittansicht, die ein anderes Beispiel einer umfangsmäßigen Anordnung der elektrostatischen Abschirmung in der rotierenden elektrischen Maschine gemäß der ersten Ausführungsform zeigt.
9 ist eine vergrößerte Querschnittansicht, die ein Beispiel einer axialen Anordnung der elektrostatischen Abschirmung in der rotierenden elektrischen Maschine gemäß der ersten Ausführungsform zeigt.
10 ist eine Querschnittansicht parallel zur Rotationsachse einer rotierenden elektrischen Maschine gemäß einer zweiten Ausführungsform.
11 ist eine Querschnittansicht senkrecht zur Rotationsachse der rotierenden elektrischen Maschine gemäß der zweiten Ausführungsform.
12 ist eine Querschnittansicht parallel zur Rotationsachse einer rotierenden elektrischen Maschine gemäß einer dritten Ausführungsform.
13 ist eine Querschnittansicht parallel zur Rotationsachse einer rotierenden elektrischen Maschine gemäß einer vierten Ausführungsform.

Beschreibung von Ausführungsformen
Im Folgenden wird eine rotierende elektrische Maschine gemäß Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen im Einzelnen beschrieben.
Erste Ausführungsform.
Eine Konfiguration eines Motors 100, d. h. einer rotierenden elektrischen Maschine gemäß einer ersten Ausführungsform, wird unter Bezugnahme auf 1 und 2 beschrieben. 1 ist eine Querschnittansicht entlang einer Ebene parallel zur Rotationsachse des Motors 100 gemäß der ersten Ausführungsform. 2 ist eine Querschnittansicht entlang einer Ebene senkrecht zur Rotationsachse des Motors 100 gemäß der ersten Ausführungsform.
In 1 und 2 weist der Motor 100 eine Konfiguration eines so genannten bürstenlosen Motors auf. Der Motor 100 beinhaltet einen Rotor 10, Lager 20, einen Stator 30, ein Gehäuse 40 und eine elektrostatische Abschirmung 51. Die elektrostatische Abschirmung 51 weist eine Vielzahl von Öffnungslöchern 51a auf. Die elektrostatische Abschirmung 51 wird später im Einzelnen beschrieben.
Der Rotor 10 beinhaltet einen Rotorkern 11, eine rotierende Welle 12 und eine Vielzahl von Permanentmagneten 13. Ein Loch zum Einführen der rotierenden Welle 12 ist in der Mitte des Rotorkerns 11 gebildet, während die rotierende Welle 12 koaxial mit dem Loch befestigt ist. Der Rotorkern 11 ist elektrisch mit der rotierenden Welle 12 verbunden. Die rotierende Welle 12 wird an ihrer Lastanschlussseite und ihrer Nichtlastanschlussseite individuell durch ein Paar von Lagern 20 gehalten. Die rotierende Welle 12 ist in Bezug auf die Einhausung 41 drehbar. Das Paar von Lagern 20 entspricht einem ersten Lager und einem zweiten Lager. Jedes Lager 20 beinhaltet einen Innenring 21a, eine Vielzahl von starren Kugeln 21b und einen Außenring 21c. Der Außenring 21c ist an der Einhausung 41 befestigt, und der Innenring 21a ist an der rotierenden Welle 12 befestigt. Die Vielzahl von Permanentmagneten 13 ist in den inneren Teil des Rotorkerns 11 eingebettet. Der Rotorkern 11 wird zum Beispiel erhalten, indem dünne Bleche aus elektromagnetischem Stahl in Richtung der Rotationsachse aufeinandergestapelt werden und diese einem Prozess des einstückigen Ausbildens unterzogen werden.
Der Stator 30 besteht aus einem Statorkern 31 und Statorwicklungen 32. Der Statorkern 31 beinhaltet einen ringförmigen Kernrücken 33, Zähne 34, die sich in radialer Richtung ausgehend vom Innenumfang des Kernrückens 33 erstrecken, und Flansche 35, die in Umfangsrichtung von den distalen Enden der Zähne 34 vorragen. Die hier erwähnte radiale Richtung bezieht sich auf Richtungen, die senkrecht zur rotierenden Welle 12 verlaufen und radial ausgerichtet sind, wobei die rotierende Welle 12 den Ursprung bildet. Die hier erwähnte Umfangsrichtung bezieht sich auf Richtungen an einem Umfang eines konzentrischen Kreises, wobei die rotierende Welle 12 den Ursprung bildet. Der Statorkern 31 wird zum Beispiel erhalten, indem dünne Bleche aus elektromagnetischem Stahl in Richtung der Rotationsachse aufeinandergestapelt werden und diese einem Prozess des einstückigen Ausbildens unterzogen werden. Die Statorwicklungen 32 werden um die Zähne 34 gewickelt und in Schlitze 36 gesteckt. Ein Abschnitt der Statorwicklung 32, der von der äußersten Schicht des Statorkerns 31 vorragt, wird als Spulenendabschnitt bezeichnet. Zu den Verfahren zum Wickeln der Statorwicklungen 32 gehören ein als konzentriertes Wickeln bezeichnetes Wicklungsverfahren, bei dem die Statorwicklungen 32 um ihre jeweiligen Zähne 34 gewickelt werden, und ein als verteiltes Wickeln bezeichnetes Wicklungsverfahren, bei dem die Statorwicklungen 32 um zwei oder mehrere der Zähne 34 gewickelt werden. Bei beiden Wicklungsverfahren können die Wirkungen der später beschriebenen Ausführungsform in gleicher Weise erzielt werden.
Das Gehäuse 40 besteht aus einer Einhausung 41 und Stützen 42a und 42b. Die Stützen 42a und 42b entsprechen einer ersten Stütze und einer zweiten Stütze. Die Einhausung 41 weist eine zylindrische Form auf. Die innere Umfangsfläche der Einhausung 41 und die äußere Umfangsfläche des Kernrückens 33 des Statorkerns 31 sind einstückig aneinander befestigt, sodass die innere und die äußere Umfangsfläche einander gegenüberliegen. Die Einhausung 41 ist mit dem Kernrücken 33 des Statorkerns 31 elektrisch verbunden. Die Stützen 42a und 42b sind mit Bolzen oder dergleichen an beiden Enden der Einhausung 41, d. h. Öffnungen an der Lastanschlussseite bzw. der Nichtlastanschlussseite, befestigt. Die Stützen 42a und 42b sind an den Außenringen 21c der Lager 20 befestigt. Die Einhausung 41 und die Stützen 42a und 42b, die einstückig ausgebildet sind, dienen als Gehäuse 40 des Motors 100, in dem der Rotor 10, die Lager 20 und der Stator 30 untergebracht sind.
Als nächstes wird unter Bezugnahme auf 3 eine Konfiguration einer peripheren Schaltung beschrieben, die den Motor 100 gemäß der ersten Ausführungsform antreibt. 3 ist ein Diagramm, das die Konfiguration der peripheren Schaltung des Motors 100 zeigt. Die periphere Schaltung beinhaltet einen Wechselrichter 80, eine Leistungsversorgung 90 und Verdrahtungsleitungen zu ihrer Verbindung.
Die Leistungsversorgung 90 ist eine Gleichstrom-Leistungsversorgung, die elektrische Leistung zuführt, die zum Antrieb des Motors 100 notwendig ist. Als Gleichstrom-Leistungsversorgung können zum Beispiel eine Lithium-Ionen-Batterie, eine Nickel-Hydrid-Batterie oder ein Bleiakkumulator verwendet werden.
Der Wechselrichter 80 weist eine Konfiguration auf, bei der ein erster Rauschfilter 82, eine erste Leistungsumwandlungsschaltung 83, ein zweiter Rauschfilter 84 und eine zweite Leistungsumwandlungsschaltung 85 in einer Kaskadenanordnung verbunden sind.
Die erste Leistungsumwandlungsschaltung 83 beinhaltet Halbleiterschaltelemente. Für eine Spannung, die von der Leistungsversorgung 90 über den ersten Rauschfilter 82 zugeführt wird, erhöht oder senkt die erste Leistungsumwandlungsschaltung 83 die von der Leistungsversorgung 90 zugeführte Gleichspannung auf eine Gleichspannung mit einem anderen Spannungswert, indem sie das Verhältnis einer EIN-Zeitlänge zur einer AUS-Zeitlänge der Halbleiterschaltelemente einstellt. Die erste Leistungsumwandlungsschaltung 83 arbeitet als so genannte Wandlerschaltung.
Die zweite Leistungsumwandlungsschaltung 85 ist über den zweiten Rauschfilter 84 mit der ersten Leistungsumwandlungsschaltung 83 verbunden. Die zweite Leistungsumwandlungsschaltung 85 beinhaltet Halbleiterschaltelemente. Die zweite Leistungsumwandlungsschaltung 85 empfängt die von der ersten Leistungsumwandlungsschaltung 83 ausgegebene Gleichspannung als ihren Eingang und gibt den zum Antrieb des Motors 100 erforderlichen dreiphasigen elektrischen Wechselstrom aus, indem sie das Verhältnis einer EIN-Zeitlänge zu einer AUS-Zeitlänge der Schaltelemente einstellt. Die zweite Leistungsumwandlungsschaltung 85 arbeitet als so genannte Wechselrichterschaltung.
Als in der ersten Leistungsumwandlungsschaltung 83 und der zweiten Leistungsumwandlungsschaltung 85 enthaltene Schaltelemente können zum Beispiel Bipolartransistoren mit isolierter Gate-Elektrode (IGBTs), Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren (MOSFETs) oder dergleichen verwendet werden.
Der erste Rauschfilter 82 ist zwischen der Leistungsversorgung 90 und der ersten Leistungsumwandlungsschaltung 83 vorgesehen und soll verhindern, dass hochfrequentes Rauschen, das durch den Schaltvorgang der Halbleiterschaltelemente der ersten Leistungsumwandlungsschaltung 83 verursacht wird, auf die Seite der Leistungsversorgung 90 durchdringt. Der zweite Rauschfilter 84 ist zwischen der ersten Leistungsumwandlungsschaltung 83 und der zweiten Leistungsumwandlungsschaltung 85 vorgesehen und soll verhindern, dass hochfrequentes Rauschen, das durch den Schaltvorgang der Halbleiterschaltelemente in der zweiten Leistungsumwandlungsschaltung 85 verursacht wird, zur Seite der Leistungsversorgung 90 durchdringt.
Jeder von dem ersten Rauschfilter 82 und dem zweiten Rauschfilter 84 beinhaltet eine oder mehrere Induktivitäten und einen oder mehrere Kondensatoren. Die Induktivität ist in Reihe mit der positiven Seite der Leistungsversorgung 90 der Gleichstromleitungen geschaltet. Als Induktivität kann zum Beispiel eine Spule verwendet werden, die hergestellt wird, indem ein leitender Draht um einen magnetischen Kern wie z. B. Ferrit gewickelt wird. Die Kondensatoren umfassen einen so genannten X-Kondensator, der parallel zwischen die positive Seite und die negative Seite der Gleichstrom-Leistungsversorgungsleitungen geschaltet ist, und einen so genannten Y-Kondensator, der parallel zwischen die Leistungsversorgungsleitung auf der positiven Seite und eine Masse GND und zwischen die Leistungsversorgungsleitung auf der negativen Seite und die Masse GND geschaltet ist. Die Masse GND des ersten Rauschfilters 82 und des zweiten Rauschfilters 84 bezieht sich auf ein Gehäuse für den Wechselrichter 80.
Der erste Rauschfilter 82, die erste Leistungsumwandlungsschaltung 83, der zweite Rauschfilter 84 und die zweite Leistungsumwandlungsschaltung 85 können auf demselben elektronischen Substrat montiert sein, oder sie können auf ihren jeweiligen unabhängigen elektronischen Substraten montiert sein.
Das Gehäuse des Wechselrichters 80 besteht aus einem elektrisch leitenden Metall und dient auch als elektromagnetische Rauschabschirmung, die das Eindringen von elektromagnetischen Wellen von außen verhindert und die verhindert, dass elektromagnetische Wellen, die von der ersten Leistungsumwandlungsschaltung 83 und der zweiten Leistungsumwandlungsschaltung 85 verursacht werden, nach außen dringen. Das Gehäuse für den Wechselrichter 80 ist zum Beispiel aus einem elektrisch leitenden Metall wie z. B. Aluminium gebildet.
Die negative Seite der Leistungsversorgung 90, das Gehäuse des Wechselrichters 80 und die Einhausung 41 des Motors 100 sind zu ein und demselben Bezugsleiter geerdet.
Obwohl die vorliegende Ausführungsform anhand einer Konfiguration beschrieben wurde, bei der eine Gleichstrom-Leistungsversorgung als Leistungsversorgung 90 verwendet wird, muss die Leistungsversorgung 90 keine Gleichstrom-Leistungsversorgung sein, sondern es kann auch eine Wechselstrom-Leistungsversorgung dafür verwendet werden. In diesem Fall kann die erste Leistungsumwandlungsschaltung 83 durch eine Schaltung ersetzt werden, die eine Wechselspannung als ihren Eingang empfängt und die Wechselspannung in eine Gleichspannung mit einem anderen Spannungswert umwandelt.
Als nächstes wird eine Konfiguration der elektrostatischen Abschirmung 51 unter Bezugnahme auf 1 und 2 beschrieben. Die elektrostatische Abschirmung 51 weist eine zylindrische Form auf, die koaxial mit der rotierenden Welle 12 ist. Das Material der elektrostatischen Abschirmung 51 ist vorzugsweise Metall mit Nichtmagnetismus und einer höheren elektrischen Leitfähigkeit, das zum Beispiel aus einer Aluminiumlegierung, Kupfer oder dergleichen besteht.
Die elektrostatische Abschirmung 51 ist in einem Spalt angeordnet, der zwischen der äußeren Umfangsfläche des Rotorkerns 11 und der inneren Umfangsfläche des Statorkerns 31 gebildet ist. Ein Ende der elektrostatischen Abschirmung 51 ist mit der Stütze 42a auf der Lastanschlussseite elektrisch verbunden, und das andere Ende ist auf ähnliche Weise mit der Stütze 42b auf der Nichtlastanschlussseite elektrisch verbunden. Die elektrostatische Abschirmung 51 kann mit Schrauben oder dergleichen an den Stützen 42a und 42b befestigt sein, oder ansonsten kann sie einstückig mit den Stützen 42a und 42b ausgebildet sein, um einen Schritt der Positionierung der Abschirmung 51 in Bezug auf die Stützen 42a und 42b zu vermeiden. In diesem Fall ist die elektrostatische Abschirmung 51 aus dem gleichen Material wie die Stützen 42a und 42b gebildet. Da die Stützen 42a und 42b mit der Einhausung 41 elektrisch verbunden sind, kann ein Ende der elektrostatischen Abschirmung 51 mit der Einhausung 41 verbunden sein. Solang die elektrostatische Abschirmung 51 in dem Spalt angeordnet ist, der zwischen der äußeren Umfangsfläche des Rotorkerns 11 und der inneren Umfangsfläche des Statorkerns 31 gebildet ist, kann die elektrostatische Abschirmung 51 in Kontakt mit einem Teil des Statorkerns 31 sein oder sich in einem Abstand von dem Statorkern 31 befinden.
Die elektrostatische Abschirmung 51 ist mit einer Vielzahl von Öffnungslöchern 51a versehen, die zwischen der Seite des Rotors 10 und der Seite des Stators 30 durchdringen, wobei es ihre Konfiguration einem Kühlmedium ermöglicht, frei zwischen der Seite des Rotors 10 und der Seite des Stators 30 zu strömen. Anders ausgedrückt bewirken die Öffnungslöcher 51a, dass ein Raum, in dem der Stator 30 angeordnet ist, und ein anderer Raum, in dem der Rotor 10 angeordnet ist, miteinander in Verbindung stehen.
Ein Beispiel einer umfangsmäßigen Anordnung der Öffnungslöcher 51a wird unter Bezugnahme auf 2 und 7 beschrieben. 7 ist eine vergrößerte Querschnittansicht, die ein Beispiel einer umfangsmäßigen Anordnung der elektrostatischen Abschirmung 51 zeigt. Wie in 2 und 7 dargestellt, sind die Öffnungslöcher 51a so angeordnet, dass sie den Zähnen 34 des Statorkerns 31 zugewandt sind. Die Anzahl der Öffnungslöcher 51a kann gleich der Anzahl der Zähne 34 sein. Alternativ dazu können die Öffnungslöcher 51a so angeordnet sein, dass sie bestimmten Zähnen 34 zugewandt sind.
Als nächstes wird der Betrieb des Motors 100 gemäß der ersten Ausführungsform beschrieben. Dazu wird zunächst das Prinzip der Drehung des Rotors 10 des Motors 100 beschrieben.
Die von der Leistungsversorgung 90 zugeführte Gleichspannung wird durch den Wechselrichter 80 in Leistung umgewandelt, auf eine vorbestimmte Spannung erhöht oder gesenkt und von Gleichstrom in dreiphasigen Wechselstrom mit einer bestimmten Frequenz umgewandelt. Der Wechselrichter 80 liefert den dreiphasigen elektrischen Wechselstrom durch dreiphasige Stromleitungen an die Statorwicklungen 32 des Motors 100. Magnetische Flüsse, die von dem durch die Statorwicklungen 32 fließenden dreiphasigen elektrischen Wechselstrom an den einzelnen Zähnen 34 induziert werden, bilden über den Kernrücken 33 einen magnetischen Kreis und erzeugen ein rotierendes Magnetfeld. Wenn der dreiphasige elektrische Wechselstrom durch die Statorwicklungen 32 fließt und dadurch gemäß dem obigen Prinzip ein rotierendes Magnetfeld erzeugt wird, wird durch das rotierende Magnetfeld eine elektromagnetische Kraft induziert, wodurch die in den Rotorkern 11 eingesetzten Permanentmagneten 13 der elektromagnetischen Kraft ausgesetzt werden, sodass der Rotorkern 11 gedreht wird. Die Rotorkern 11 ist drehbar in einem Raum angeordnet, der von den Flanschen 35 umgeben wird, die sich auf der inneren Umfangsseite des Statorkerns 31 befinden, während der Rotorkern 11 und die rotierende Welle 12 aneinander befestigt sind. Daher kann eine Antriebskraft, die durch die Drehung des Rotorkerns 11 bereitgestellt wird, zur Außenseite des Motors 100 abgeleitet werden, indem eine Last mit der rotierenden Welle 12 verbunden wird. Dabei kann ein Getriebe zur Umwandlung des Rotationsverhältnisses zwischen die rotierende Welle 12 und die Last eingefügt werden.
Als nächstes wird das Prinzip der Erzeugung einer Wellenspannung in dem durch den Wechselrichter 80 angetriebenen Motor 100 unter Bezugnahme auf 4 beschrieben. 4 ist ein Ersatzschaltbild, das das Prinzip der Erzeugung der Wellenspannung in dem Motor 100 zeigt. Eine Wellenspannung wird hier definiert als elektrisches Potential der rotierenden Welle 12, gemessen relativ zu einem elektrischen Potential des Gehäuses 40. In 4 repräsentiert ein Punkt G das elektrische Potential des Gehäuses 40, ein Punkt N repräsentiert das elektrische Potential des Neutralpunkts der Statorwicklungen 32, und ein Punkt S repräsentiert das elektrische Potential der rotierenden Welle 12. Eine Differenz des elektrischen Potentials V1 zwischen den Punkten N und G repräsentiert hier eine Neutralpunktspannung des Motors 100, und eine Differenz des elektrischen Potentials V2 zwischen den Punkten S und G repräsentiert eine Wellenspannung des Motors 100. C1 repräsentiert die Streukapazität zwischen den Statorwicklungen 32 und dem Rotor 10, und C2 repräsentiert die Streukapazität zwischen dem Rotor 10 und dem Gehäuse 40.
Um den Motor 100 anzutreiben, führt eine in der zweiten Leistungsumwandlungsschaltung 85 enthaltene Halbleiterschaltelement-Gruppe einen Schaltbetrieb mit einer Trägerfrequenz fc auf der Grundlage einer PWM-Steuerung durch. Bei diesem Betrieb variiert die Größe der Neutralpunktspannung V1 auch zeitlich schrittweise in Zyklen der Trägerfrequenz fc.
Die Variation der Neutralpunktspannung V1, die zwischen dem Gehäuse 40 und den Statorwicklungen 32 erzeugt wird, wird durch die Streukapazität C1 und die Streukapazität C2, die im Motor 100 verteilt sind, geteilt, sodass in der rotierenden Welle 12 eine endliche Differenz des elektrischen Potentials relativ zum Gehäuse 40, d. h. eine Wellenspannung, induziert wird.
Die Impedanz Z der Streukapazität C bei der Frequenz f kann durch die folgende Formel (1) ausgedrückt werden. $Z (C) = 1 / (2 π fC)$
Somit wird die Wellenspannung V2 durch die folgende Formel (2) ausgedrückt. $\begin{matrix} V2 = {Z (C2) / (Z (C1) + Z (C2))} \times V 1 \\ = {C1 / (C1 + C2)} \times V 1 \end{matrix}$
Als nächstes wird die Wirkung der elektrostatischen Abschirmung zwischen den Statorwicklungen 32 und dem Rotor 10 beschrieben. Wenn keine elektrostatische Abschirmung durchgeführt wird, wird die Wellenspannung V2 zwischen dem Innenring 21a und dem Außenring 21c des Lagers 20 angelegt. Wenn die Wellenspannung V2 den Wert der dielektrischen Durchschlagsspannung eines auf die starren Kugeln 21b aufgetragenen Schmieröls übersteigt, fließt ein Einschaltstrom zwischen dem Innenring 21a und dem Außenring 21c, was zu einem Verschleiß und einer Beschädigung des Lagers, der so genannten elektrolytischen Korrosion, führt. Ein solcher Verschleiß und eine solche Beschädigung beeinträchtigen die Zuverlässigkeit des Motors erheblich. Wenn die Schäden durch die elektrolytische Korrosion erheblich sind, muss das Lager ausgetauscht werden. Um die Erzeugung einer solchen Wellenspannung zu verringern, zeigt Formel (2), dass es ausreichend ist, das Kapazitätsverhältnis zwischen C1 und C2 einzustellen, wobei insbesondere dadurch, dass die Größe von C1 im Vergleich zu C2 ausreichend klein gestaltet wird, das Ausmaß der Erzeugung der Wellenspannung V2 verringert werden kann.
Da C1 die Streukapazität zwischen den Statorwicklungen 32 und dem Rotor 10 ist, kann eine elektrostatische Abschirmung zwischen den Statorwicklungen 32 und dem Rotor 10 bereitgestellt werden, um die Größe von C1 zu verringern.
Darüber hinaus wird die Leistungsverschlechterung des Motors 100 aufgrund eines Temperaturanstiegs beschrieben, der durch die Wärmeentwicklung im Inneren des Gehäuses 40 des Motors 100 hervorgerufen wird. Die Erhöhung der Ausgangsleistung des Motors 100 oder die Verringerung der Größe des Gehäuses 40 sind industriell wichtig, gehen jedoch mit einem Temperaturanstieg im Inneren des Gehäuses 40 einher. Infolgedessen steigt die Temperatur der in den Rotorkern 11 eingebetteten Permanentmagneten 13, die magnetische Koerzitivkraft der Permanentmagneten 13 nimmt ab, und die Leistung des Motors 100 wird stark beeinträchtigt. Außerdem werden die Isolierbeschichtungen auf den Statorwicklungen 32 durch den Temperaturanstieg in ihrer Isolierleistung beeinträchtigt. In beiden Fällen führt der Temperaturanstieg zu einer Verschlechterung der Zuverlässigkeit des Motors 100, wodurch die Leistung des Motors 100 erheblich eingeschränkt wird.
Wie oben beschrieben, ist es zur Erzielung eines Motors mit hoher Zuverlässigkeit, höherer Ausgangsleistung und geringerer Größe notwendig, einen Temperaturanstieg im Inneren des Gehäuses zu reduzieren und gleichzeitig das Auftreten von elektrolytischer Korrosion aufgrund der Wellenspannung zu verringern.
Als nächstes wird die Wirkung der elektrostatischen Abschirmung 51 beschrieben. Wie unter Bezugnahme auf 4 und Formel (2) beschrieben, ist die Wellenspannung V2 eine Spannung, die in der rotierenden Welle 12 durch die Teilung der in den Statorwicklungen 32 erzeugten Neutralpunktspannung V1 gemäß der Streukapazitätsverteilung im Inneren des Gehäuses 40 erzeugt wird. Die Wellenspannung V2 kann durch die zwischen den Statorwicklungen 32 und dem Rotor 10 bereitgestellte elektrostatische Abschirmung verringert werden.
Wie oben beschrieben, weist die elektrostatische Abschirmung 51 eine zylindrische Form auf und ist in dem Spalt zwischen dem Rotorkern 11 und dem Statorkern 31 angeordnet, wie dies in 1 dargestellt ist. Die gegenüberliegenden Enden der elektrostatischen Abschirmung 51 sind mit den Stützen 42a bzw. 42b elektrisch verbunden. Die elektrostatische Abschirmung 51 ist ein Leiter, der das gleiche elektrische Potential wie das Gehäuse 40 hat und somit eine Abschirmung gegenüber der kapazitiven Kopplung zwischen den Statorwicklungen 32 und dem Rotor 10, d. h. eine elektrostatische Abschirmung, bewirkt. Dadurch kann die zwischen den Statorwicklungen 32 und dem Rotor 10 erzeugte Streukapazität C1 in Bezug auf die Streukapazität C2 relativ klein gehalten werden, und folglich ist es möglich, die der Spannungsteilung unterliegende Wellenspannung V2 in der rotierenden Welle gemäß Formel (2) zu reduzieren.
5 ist ein Diagramm, das die tatsächlichen Ergebnisse der Messung der zeitbezogenen Wellenformen einer Wellenspannung zur Überprüfung der Abschirmungswirkung der elektrostatischen Abschirmung 51 zeigt. Eine mit dem Bezugszeichen S1 bezeichnete Linie zeigt einen Zustand ohne elektrostatische Abschirmung, und eine mit dem Bezugszeichen S2 bezeichnete Linie zeigt einen Zustand mit vorhandener elektrostatischer Abschirmung 51. In 5 wird das elektrische Potential der rotierenden Welle 12 als Wellenspannung dargestellt, wobei das Gehäuse 40 als elektrisches Referenzpotential verwendet wird. Wie in 5 zu sehen ist, kann die Bereitstellung der elektrostatischen Abschirmung 51 die beobachtete Wellenspannung reduzieren.
Als nächstes wird die Kühlwirkung als Ergebnis der Tatsache, dass die elektrostatische Abschirmung 51 bei der ersten Ausführungsform mit den Öffnungslöchern 51a versehen ist, im Vergleich zu einer Konfiguration eines Vergleichsbeispiels beschrieben. 6 ist ein Diagramm, das einen Motor 200 des Vergleichsbeispiels zeigt. Wie in 6 dargestellt, beinhaltet der Motor 200 des Vergleichsbeispiels: einen Rotor 210 mit einem Rotorkern 211 und einer rotierenden Welle 212; einen Stator 230 mit einem Statorkern 231 und Statorwicklungen 232; und eine elektrostatische Abschirmung 253, die kein Öffnungsloch aufweist. Um die Wellenspannung zu reduzieren, hat die elektrostatische Abschirmung 253 unter Verwendung eines elektrisch leitenden Elements als Trennwand eine elektrostatische Abschirmung zwischen dem Stator 230 und dem Rotor 210 durchgeführt. Bei dieser Konfiguration sind der Stator 230 und der Rotor 210 jedoch räumlich getrennt, sodass die im Stator 230 und im Rotor 210 erzeugte Wärme jeweils in ihrem eigenen Raum verbleibt und der Temperaturgradient durch die Effizienz des Wärmeaustauschs der Leiterwand begrenzt wird. Infolgedessen führt zum Beispiel auf der Seite des Rotors 210 ein Temperaturanstieg zu einer Entmagnetisierung eines in den Rotor 210 eingebetteten Permanentmagneten und zu einer Verschlechterung der Leistung des Motors 200. Auch auf der Seite des Stators 230 führt ein Temperaturanstieg zu einer Beschädigung der Isolierbeschichtungen auf den Statorwicklungen 232, was zur Verschlechterung der Isolierleistung und schließlich zu einer Verschlechterung der Zuverlässigkeit des Motors 200 führt.
Hingegen beinhaltet die elektrostatische Abschirmung 51, die in dem Motor 100 gemäß der ersten Ausführungsform enthalten ist, Öffnungslöcher 51a in einer zylindrischen Wand davon. Die Öffnungslöcher 51a sind zwischen der inneren Umfangsfläche und der äußeren Umfangsfläche der elektrostatischen Abschirmung 51 ausgebildet und ermöglichen es dem Kühlmedium, frei zwischen der Seite des Rotors 10 und der Seite des Stators 30 zu strömen. Dadurch wird zusätzlich zu dem Wärmeaustausch durch die Leiterwand ein Wärmeaustausch durch das Kühlmedium erzielt, wodurch es möglich wird, den Rotor 10 und den Stator 30 effizient zu kühlen. Als Kühlmedium ist in der Konfiguration des Motors 100 eine Luftkühlung mit Luft möglich.
7 ist eine vergrößerte Querschnittansicht, die ein Beispiel einer umfangsmäßigen Anordnung der elektrostatischen Abschirmung 51 in dem Motor 100 zeigt. Wie in 7 dargestellt, sind die Öffnungslöcher 51a so angeordnet, dass sie den Zähnen 34 des Stators 30 in der Umfangsrichtung zugewandt sind, wodurch das Kühlmedium selektiv zu den Zähnen 34 geleitet werden kann. Dies ermöglicht eine direktere Kühlung der Zähne 34 und der Spulenendabschnitte der Statorwicklungen 32.
8 ist eine vergrößerte Querschnittansicht, die ein anderes Beispiel einer umfangsmäßigen Anordnung der elektrostatischen Abschirmung 51 in dem Motor 100 zeigt. Bei einer anderen umfangsmäßigen Anordnung ist, wie in 8 dargestellt, das Öffnungsloch 51a so angeordnet, dass es dem Schlitz 36 des Stators 30 zugewandt ist, wodurch das Kühlmedium selektiv zu dem Schlitz 36 geleitet werden kann. Dies ermöglicht eine direktere Kühlung der Schlitze 36 und der in die Schlitze 36 eingefügten Abschnitte der Statorwicklungen 32.
9 ist eine vergrößerte Querschnittansicht, die ein Beispiel einer axialen Anordnung der elektrostatischen Abschirmung 51 in dem Motor 100 zeigt, und es ist ein Diagramm, das die axiale Positionsbeziehung zwischen den Öffnungslöchern 51a der elektrostatischen Abschirmung 51 und dem Stator 30 zeigt. Die Öffnungslöcher 51a der elektrostatischen Abschirmung 51 sind intermittierend entlang der axialen Richtung vorgesehen. Einige Öffnungslöcher 51a sind so angeordnet, dass sie den Spulenendabschnitten der Statorwicklungen 32 zugewandt sind, wie dies in 9 dargestellt ist, wodurch das Kühlmedium selektiv zu den Spulenendabschnitten geleitet werden kann. Dies ermöglicht eine direktere Kühlung der Spulenendabschnitte.
Bei der Form der oben beschriebenen Öffnungslöcher 51a kann es sich um eine rechteckige Form oder eine elliptische Form handeln. Eine Öffnungsfläche des Öffnungslochs 51a auf der Seite des Rotors 10 kann sich von einer Öffnungsfläche des Öffnungslochs 51a auf der Seite des Stators 30 unterscheiden. D. h. die radiale Querschnittform der Öffnungslöcher 51a muss nicht einheitlich sein. Gleiches gilt auch für ihre umfangsmäßige Querschnittform.
Wie oben beschrieben, weist gemäß der ersten Ausführungsform die elektrostatische Abschirmung 51 Öffnungslöcher 51a auf, wodurch der Motor 100 bereitgestellt werden kann, der imstande ist, den Rotor 10 und den Stator 30 zu kühlen und gleichzeitig die Wellenspannung zu reduzieren.
Zweite Ausführungsform.
Eine Konfiguration eines Motors 300 gemäß einer zweiten Ausführungsform wird unter Bezugnahme auf 10 und 11 beschrieben. 10 ist eine Querschnittansicht entlang einer Ebene parallel zur Rotationsachse des Motors 300 gemäß der zweiten Ausführungsform. 11 ist eine Querschnittansicht entlang einer Ebene senkrecht zur Rotationsachse des Motors 300 gemäß der zweiten Ausführungsform.
Bei der zweiten Ausführungsform isoliert eine elektrostatische Abschirmung 52 nicht einen Raum zwischen dem Statorkern 31 und dem Rotor 10. Die elektrostatische Abschirmung 52 besteht aus einer ersten elektrostatischen Abschirmung 52c und einer zweiten elektrostatischen Abschirmung 52d. Die erste elektrostatische Abschirmung 52c ist angeordnet, um eine äußerste Schicht des Statorkerns 31 und die Stütze 42a miteinander zu verbinden. Die zweite elektrostatische Abschirmung 52d ist angeordnet, um eine äußerste Schicht des Statorkerns 31 und die Stütze 42b miteinander zu verbinden. Die erste elektrostatische Abschirmung 52c und die zweite elektrostatische Abschirmung 52d beinhalten jeweils eine Vielzahl von Öffnungslöchern 52a, durch die die Seite des Rotors 10 mit der Seite des Stators 30 in Verbindung steht. Was die umfangsmäßigen Anordnungspositionen der Öffnungslöcher 52a betrifft, so kann jedes Muster der in 7 und 8 dargestellten Positionen verwendet werden. Was die axialen Anordnungspositionen der Öffnungslöcher 52a betrifft, so können die in 9 dargestellten Positionen verwendet werden. Da die Stützen 42a und 42b elektrisch mit der Einhausung 41 verbunden sind, kann jeweils ein Ende der ersten elektrostatischen Abschirmung 52c und der zweiten elektrostatischen Abschirmung 52d mit der Einhausung 41 verbunden werden.
Bei dieser zweiten Ausführungsform ist die elektrostatische Abschirmung 52 ein Leiter, der das gleiche elektrische Potential wie das Gehäuse 40 aufweist und somit eine Abschirmung gegenüber der kapazitiven Kopplung zwischen den Spulenendabschnitten der Statorwicklungen 32 und dem Rotor 10 bewirkt. Dadurch kann die zwischen den Statorwicklungen 32 und dem Rotor 10 erzeugte Streukapazität C1 in Bezug auf die Streukapazität C2 relativ klein gehalten werden, und folglich ist es möglich, die der Spannungsteilung unterliegende Wellenspannung V2 in der rotierenden Welle gemäß Formel (2) zu reduzieren.
Ferner ist bei der zweiten Ausführungsform der Statorkern 31 nicht von dem Raum auf der Seite des Rotors 10 isoliert, was zu einer in Bezug auf die Kühlung vorteilhaften Konfiguration führt.
Bei Abschnitten der äußersten Schichten des Statorkerns 31, die mit der ersten elektrostatischen Abschirmung 52c und der zweiten elektrostatischen Abschirmung 52d verbunden sind, ist die Isolierbeschichtung auf dem Statorkern 31 teilweise entfernt, damit der Teil des Kerns 31, an dem die Beschichtung entfernt wurde, in elektrischem Kontakt mit der ersten elektrostatischen Abschirmung 52c und der zweiten elektrostatischen Abschirmung 52d stehen kann, sodass eine wirksamere elektrostatische Abschirmungswirkung erzielt werden kann.
Es ist zu beachten, dass die erste elektrostatische Abschirmung 52c und die zweite elektrostatische Abschirmung 52d nicht notwendigerweise an den äußersten Schichten des Statorkerns 31 befestigt sein müssen und mit einem vertieften Abschnitt versehen sein können, dessen Tiefe mit jener der Öffnungslöcher 52a vergleichbar ist und der an den inneren Schichten des Statorkerns 31 befestigt ist. Alternativ dazu kann ein dehnbares Element wie z. B. eine elektrisch leitende Dichtung verwendet werden, um die zweite elektrostatische Abschirmung 52d in Kontakt mit dem Statorkern 31 zu bringen. Eine solche Konfiguration mit dem Element hat den Effekt, dass die durch die Vibration des Motors 300 verursachten Stöße auf die elektrostatische Abschirmung 52 abgefedert werden. Darüber hinaus werden eine Herstellungstoleranz und eine zum Zeitpunkt der Montage verursachte Toleranz absorbiert, und so hat die Konfiguration den Effekt, dass die Einfachheit der Montage des Motors 300 verbessert wird.
Wie oben beschrieben, ist gemäß der zweiten Ausführungsform der Statorkern 31 nicht von dem Raum auf der Seite des Rotors 10 isoliert, was zu einer in Bezug auf die Kühlung vorteilhafteren Konfiguration als die erste Ausführungsform führt.
Dritte Ausführungsform.
Eine Konfiguration eines Motor 400 gemäß einer dritten Ausführungsform wird unter Bezugnahme auf 12 beschrieben. 12 ist eine Querschnittansicht entlang einer Ebene parallel zur Rotationsachse des Motors 400 gemäß der dritten Ausführungsform.
Der Motor 400 beinhaltet ferner zusätzlich zu der Konfiguration des Motors 100 gemäß der ersten Ausführungsform Kühlmediumpfade 71 bis 77, eine Pumpe 61 und einen Wärmetauscher 62.
Es werden Abschnitte beschrieben, die einen Weg betreffen, den das Kühlmedium zum Kühlen des Rotors 10 und des Stators 30 durchläuft, d. h. einen Kühlmediumpfad. Der Rotor 10 weist die Kühlmediumpfade 71, 72, 73 und 74 auf. Der Kühlmediumpfad 71 ist ein Loch, das auf der Nichtlastanschlussseite der rotierenden Welle 12 vorgesehen ist und sich in der axialen Längsrichtung der rotierenden Welle 12 erstreckt, wobei das Loch eine Öffnung als Kühlmediumzufuhrloch auf der Nichtlastanschlussseite bildet. Der Kühlmediumpfad 72 ist ein Loch, das mit dem Kühlmediumpfad 71 kommuniziert und sich radial in der Umfangsrichtung des Rotorkerns 11 erstreckt. Der Kühlmediumpfad 73 ist ein Loch, das mit dem Kühlmediumpfad 72 kommuniziert und sich in der axialen Längsrichtung des Rotorkerns 11 erstreckt. Die Kühlmediumpfade 74 sind Löcher, die mit den Kühlmediumpfaden 73 kommunizieren und sich radial in der Umfangsrichtung des Rotorkerns 11 erstrecken, und sie weisen Öffnungen im äußeren Umfangsabschnitt des Rotorkerns 11 auf. Die Kühlmediumpfade 74 sind an einer Vielzahl von Stellen in axialer Richtung im Rotorkern 11 vorgesehen. Diese Kühlmediumpfade 71, 72, 73 und 74 kommunizieren miteinander und bilden einen Kühlmediumpfad von der Öffnung, die in der Nichtlastanschlussseite der rotierenden Welle 12 vorgesehen ist, zu den Öffnungen in dem äußeren Umfangsabschnitt des Rotorkerns 11.
Das Gehäuse 40 weist die Kühlmediumpfade 75 und 76 auf. Der Kühlmediumpfad 75 ist ein Loch, das in der Einhausung 41 vorgesehen ist, und weist Öffnungen auf, die sich in der Nähe eines Spulenendabschnitts auf der Lastanschlussseite bzw. eines Spulenendabschnitts auf der Nichtlastanschlussseite befinden. Der Kühlmediumpfad 76 ist ein Loch als Kühlmediumabgabeloch, das in der Stütze 42b auf der Nichtlastanschlussseite vorgesehen ist.
Rohre 77a, 77b und 77c als Kühlmediumpfad 77, die Pumpe 61 und der Wärmetauscher 62 sind außerhalb des Motors 400 vorgesehen. Das Rohr 77a kommuniziert mit dem Kühlmediumpfad 76 und ist mit dem Wärmetauscher 62 verbunden. Das Rohr 77b verbindet den Wärmetauscher 62 und die Pumpe 61. Das Rohr 77c ist mit der Pumpe verbunden und kommuniziert mit dem Kühlmediumpfad 71.
Nun wird der Betrieb des Motors 400 gemäß der dritten Ausführungsform beschrieben. Das von der Pumpe 61 angetriebene Kühlmedium strömt durch das Rohr 77c und wird dem Kühlmediumpfad 71 mit dem Kühlmediumzufuhrloch zugeführt. Das Kühlmedium durchströmt die miteinander kommunizierenden Kühlmediumpfade 71, 72, 73 und 74. Das Kühlmedium wird durch die Zentrifugalkraft, die durch die Drehung des Rotors 10 erzeugt wird, auf die elektrostatische Abschirmung 51 gesprüht, und dies zusätzlich zu der Antriebskraft der Pumpe von der im Rotorkern 11 vorgesehenen Öffnung in Richtung des Stators 30. Das Kühlmedium durchströmt die in der elektrostatischen Abschirmung 51 vorgesehenen Öffnungslöcher 51a, wodurch es zu dem Statorkern 31 und den Statorwicklungen 32 gelenkt wird. Das vom Stator 30 herabgetropfte Kühlmedium strömt wieder durch die Öffnungslöcher 51a und wird schließlich durch den Kühlmediumpfad 75 durch einen im Kühlmediumpfad 76 vorgesehenen Kühlmediumauslass zur Außenseite des Gehäuses 40 abgeführt. Das abgeführte Kühlmedium wird durch das Rohr 77a zum Wärmetauscher 62 gesendet. Der Wärmetauscher 62 verringert die Wärme des Kühlmediums, dessen Temperatur im Inneren des Gehäuses 40 angestiegen ist, und führt das abgekühlte Kühlmedium durch das Rohr 77b wieder der Pumpe 61 zu.
Als nächstes werden die Wirkungen des Motors 400 gemäß der dritten Ausführungsform beschrieben. Das Kühlmedium führt während des Vorgangs des Strömens des Kühlmediums durch die in dem Rotor 10 vorgesehenen Kühlmediumpfade 71, 72, 73 und 74 einen Wärmeaustausch mit dem Rotorkern 11 und den Permanentmagneten 13 durch. Auf diese Weise nimmt das Kühlmedium die Wärme von dem Rotorkern 11 und den Permanentmagneten 13 auf, sodass der Temperaturanstieg im Rotorkern 11 und in den Permanentmagneten 13 reduziert werden kann. Insbesondere kann dadurch, dass die elektrostatische Abschirmung 51 die Öffnungslöcher 51a aufweist, das Kühlmedium zur Seite des Stators 30 durchströmen. Folglich tauscht das Kühlmedium Wärme mit den Statorwicklungen 32 aus, und das Kühlmedium nimmt die Wärme von den Statorwicklungen 32 auf, sodass der Temperaturanstieg in den Statorwicklungen 32 reduziert werden kann. Da die von dem Kühlmedium aufgenommene Wärme am Wärmetauscher 62 zur Außenseite des Motors 400 abgeführt wird, kann der Motor 400 der vorliegenden Ausführungsform den Temperaturanstieg im Rotor 10 und im Stator 30 mithilfe des Kühlmediums wirksam reduzieren und gleichzeitig die Wellenspannung verringern. Als Kühlmedium kann zum Beispiel Isolieröl oder Luft verwendet werden.
Bei einer umfangsmäßigen Anordnung der Öffnungslöcher 51a, wenn die Öffnungslöcher 51a so vorgesehen sind, dass sie den Zähnen 34 zugewandt sind, wie dies in 7 dargestellt ist, kann das Kühlmedium selektiv zu den Zähnen 34 geleitet werden. Dies ermöglicht eine direktere Kühlung der Zähne 34 und der Spulenendabschnitte der Statorwicklungen 32.
Bei einer anderen umfangsmäßigen Anordnung der Öffnungslöcher 51a, wenn die Öffnungslöcher 51a so vorgesehen sind, dass sie den Schlitzen 36 zugewandt sind, wie dies in 8 dargestellt ist, kann das Kühlmedium selektiv zu den Schlitzen 36 geleitet werden. Dies ermöglicht eine direktere Kühlung der Schlitze 36 und der in die Schlitze 36 eingefügten Abschnitte der Statorwicklungen 32.
Bei einer axialen Anordnung der Öffnungslöcher 51a, wenn die Öffnungen so angeordnet sind, dass sie den Spulenendabschnitten zugewandt sind, wie dies in 9 dargestellt ist, kann das Kühlmedium ferner selektiv zu den Spulenendabschnitten geleitet werden. Dies ermöglicht eine direktere Kühlung der Spulenendabschnitte.
Wie oben beschrieben, weist der Motor 400 gemäß der dritten Ausführungsform die Kühlmediumpfade 71 bis 77 zum Umwälzen des Kühlmediums in seinem Inneren auf, und die in der elektrostatischen Abschirmung 51 vorgesehenen Öffnungslöcher 51a bilden einen Teil eines Kühlmediumpfades, wodurch es möglich wird, den Motor 400 zu schaffen, der imstande ist, den Rotor 10 und den Stator 30 effizient zu kühlen und gleichzeitig die Wellenspannung zu verringern.
Vierte Ausführungsform.
Eine Konfiguration eines Motors 500 gemäß einer vierten Ausführungsform wird unter Bezugnahme auf 13 beschrieben. 13 ist eine Querschnittansicht entlang einer Ebene parallel zur Rotationsachse des Motors 500 gemäß der vierten Ausführungsform. Der Motor 500 beinhaltet zusätzlich zu der Konfiguration des Motors 300 gemäß der zweiten Ausführungsform ferner die Kühlmediumpfade 71 bis 77, die Pumpe 61 und den Wärmetauscher 62.
Durch diese Konfiguration kann der Statorkern 31 direkt durch das Kühlmedium gekühlt werden. Dadurch kann eine effizientere Kühlleistung erzielt werden. Andererseits werden die Spulenendabschnitte durch die elektrostatische Abschirmung 52 elektrostatisch abgeschirmt, sodass auch die Wellenspannung verringert werden kann.
Wie oben beschrieben, weist der Motor 500 gemäß der vierten Ausführungsform die Kühlmediumpfade 71 bis 77 zum Umwälzen des Kühlmediums in seinem Inneren auf, und die in der elektrostatischen Abschirmung 52 vorgesehenen Öffnungslöcher 52a bilden einen Teil eines Kühlmediumpfades, wodurch es möglich wird, den Motor 500 zu schaffen, der imstande ist, den Rotor 10 und den Stator 30 effizient zu kühlen und gleichzeitig die Wellenspannung zu verringern.
Die im Rahmen der obigen Ausführungsformen beschriebenen Konfigurationen veranschaulichen nur Beispiele für den Inhalt der vorliegenden Offenbarung, wobei jede von ihnen mit anderen öffentlich bekannten Techniken kombiniert werden kann und teilweise weggelassen und/oder modifiziert werden kann, ohne vom Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen.
Bezugszeichenliste

10: Rotor;
11: Rotorkern;
12: rotierende Welle;
13: Permanentmagnet;
20: Lager;
30: Stator;
31: Statorkern;
32: Statorwicklung;
33: Kernrücken;
34: Zähne;
35: Flansch;
36: Schlitz;
40: Gehäuse;
41: Einhausung;
42a, 42b: Stütze;
51, 52: elektrostatische Abschirmung;
51a, 52a: Öffnungsloch;
61: Pumpe;
62: Wärmetauscher;
71 bis 77: Kühlmediumpfad;
80: Wechselrichter;
82: erster Rauschfilter;
83: erste Leistungsumwandlungsschaltung;
84: zweiter Rauschfilter;
85: zweite Leistungsumwandlungsschaltung;
90: Leistungsversorgung;
100, 200, 300, 400, 500: Motor.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2000270507 [0004]

Claims

Rotierende elektrische Maschine, umfassend: einen Rotor mit einer rotierenden Welle und einem Rotorkern, in den eine Vielzahl von Magneten eingebettet ist und an dem die rotierende Welle befestigt ist; einen Stator mit einem Statorkern, der so angeordnet ist, dass er dem Rotorkern zugewandt ist, und Statorwicklungen, die um den Statorkern gewickelt sind; ein Paar, bestehend aus einem ersten Lager und einem zweiten Lager, zum Stützen der rotierenden Welle; ein Gehäuse, das an dem Statorkern befestigt ist und mit dem ersten Lager und dem zweiten Lager verbunden ist, wobei das Gehäuse den Rotor und den Stator aufnimmt; und eine elektrostatische Abschirmung, die mit dem Gehäuse verbunden ist, wobei die elektrostatische Abschirmung eine Vielzahl von Öffnungslöchern aufweist, durch die ein Raum, in dem der Stator angeordnet ist, mit einem Raum, in dem der Rotor angeordnet ist, in Verbindung steht.
Rotierende elektrische Maschine nach Anspruch 1, wobei die Öffnungslöcher so angeordnet sind, dass sie Zähnen des Stators in einer Umfangsrichtung des Rotors zugewandt sind.
Rotierende elektrische Maschine nach Anspruch 1, wobei die Öffnungslöcher so angeordnet sind, dass sie Schlitzen des Stators in einer Umfangsrichtung des Rotors zugewandt sind.
Rotierende elektrische Maschine nach Anspruch 1, wobei die Öffnungslöcher so angeordnet sind, dass sie Spulenendabschnitten der Statorwicklungen des Stators in einer axialen Richtung der rotierenden Welle zugewandt sind.
Rotierende elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die elektrostatische Abschirmung in einem Spalt zwischen dem Stator und dem Rotor angeordnet ist, das Gehäuse Folgendes beinhaltet: eine zylindrische Einhausung, die an dem Statorkern befestigt ist, eine erste Stütze, um ein Ende der Einhausung und das erste Lager zu verbinden, und eine zweite Stütze, um ein anderes Ende der Einhausung und das zweite Lager zu verbinden, und ein Ende der elektrostatischen Abschirmung mit der ersten Stütze verbunden ist und ein gegenüberliegendes Ende der elektrostatischen Abschirmung mit der zweiten Stütze verbunden ist.
Rotierende elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Gehäuse Folgendes beinhaltet: eine zylindrische Einhausung, die an dem Statorkern befestigt ist, eine erste Stütze, um ein Ende der Einhausung und das erste Lager zu verbinden, und eine zweite Stütze, um ein anderes Ende der Einhausung und das zweite Lager zu verbinden, die elektrostatische Abschirmung eine erste elektrostatische Abschirmung und eine zweite elektrostatische Abschirmung beinhaltet, ein Ende der ersten elektrostatischen Abschirmung mit der ersten Stütze verbunden ist und ein gegenüberliegendes Ende der ersten elektrostatischen Abschirmung mit dem Statorkern verbunden ist, und ein Ende der zweiten elektrostatischen Abschirmung mit der zweiten Stütze verbunden ist und ein gegenüberliegendes Ende der zweiten elektrostatischen Abschirmung mit dem Statorkern verbunden ist.
Rotierende elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die rotierende Welle einen ersten Kühlmediumpfad beinhaltet, durch den ein Kühlmedium strömt, und der Rotor einen zweiten Kühlmediumpfad beinhaltet, durch den das Kühlmedium strömt, und das Kühlmedium durch den ersten Kühlmediumpfad, den zweiten Kühlmediumpfad und die Öffnungslöcher zu den Statorwicklungen strömen kann.