JP2002537748A

JP2002537748A - 電動機械

Info

Publication number: JP2002537748A
Application number: JP2000599117A
Authority: JP
Inventors: マックス、バッハマン
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 1999-02-10
Filing date: 2000-02-04
Publication date: 2002-11-05
Also published as: DE50002167D1; DE19905540A1; WO2000048291A3; EP1145409A2; EP1145409B1; WO2000048291A2

Abstract

(57)【要約】本発明は、固定子と、この固定子の半径方向内側に位置し回転可能に支持された回転子とを備え、この回転子が回転子成層鉄心（１８）とこの回転子成層鉄心（１８）に固く結合された回転子軸（４）とを有している電動機械（２）に関する。本発明に基づいて、その回転子は中空に形成され、回転子成層鉄心（１８）と回転子軸（４）との間の範囲に冷却媒体が貫流される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】本発明は、特許請求の範囲請求項１の上位概念部分に記載の電動機械、特に車
両を駆動するための電動機に関する。

【０００２】そのような電動機械は、たいていは、固定子と、この固定子内に設けられた回
転子とで構成された非同期機である。その回転子は、かご形回転子として形成さ
れ、特にダイキャスト金属の形で回転子に成形された導電性アルミニウムを有し
ている。そのアルミニウムは、製造中、回転子積層鋼板に形成されたスロットの
中に鋳込まれ、回転子の両端面においてそれぞれのスロットから突出したアルミ
ニウム棒が、リングの形につなぎ合わされ、これによって、短絡接続されている
（かご形回転子）。非同期電動機は特に多く利用される電動機であり、その発生
熱は、適切な方式で冷却しなければならない。

【０００３】このような電動機械は例えばＥＰ０４８４５４８Ｂ１明細書で知られている。
その電動機械は、回転子軸と回転子成層鉄心とからなる回転子と、その半径方向
外側に位置する固定子とを有している。この電動機械は、車両の冷却回路に接続
されている。

【０００４】そのような電動機械の冷却の際、回転子軸の軸受およびその密封について、特
に問題が生ずる。回転子軸から軸受に伝わる温度は、軸受を損傷させ、従って、
機械を短時間で休止させてしまう。電動機軸における温度が高いために、軸受に
おいてその内輪と外輪との間に、大きな温度差が生ずる。

【０００５】この電動機械は同時に、構造的に制約された狭い空間のために、電動機械内に
おける冷却媒体の搬送が困難である。従って、この特に多く利用される機械にお
いて、発生した温度を機械から排出することは、非常に難しい。

【０００６】本発明の課題は、冷却媒体の搬送が改善され、機械の軸受が損傷から防護され
るような電動機械を提供することにある。

【０００７】この課題は、本発明に基づいて、特許請求の範囲請求項１の特徴部分に記載の
手段によって解決される。本発明の有利な実施態様は、従属請求項に記載されて
いる。

【０００８】電動機械で発生された熱は、機械を冷却するために、冷却媒体に放出されねば
ならない。その有利な冷却媒体は空気であり、その空気自体は、適当な手段によ
って再冷却されるか、あるいは別の空気と交換される。空気は優れた絶縁体であ
る。従って、冷却媒体に関連して生ずる短絡問題から機械の種々の構造部品を保
護するために、電動機械に特別な電気絶縁処置を施す必要がない。機械内におい
て冷却媒体を確実に案内するために、起こり得る流れ妨害を、十分に回避しなけ
ればならない。

【０００９】本発明に基づいて、固定子と、この固定子の半径方向内側に位置し回転可能に
支持された回転子とを備え、この回転子が、回転子成層鉄心と、この回転子成層
鉄心に固く結合された回転子軸とを有している電動機械において、回転子が中空
に形成され、回転子成層鉄心と回転子軸との間の範囲を冷却媒体が貫流される。
そのために、回転子軸は、回転子成層鉄心に直接、固く結合されているか、ある
いは有利な実施態様において、回転子成層鉄心と回転子軸との間に、中空中間軸
が設けられ、この中間軸上に回転子成層鉄心が配置されている。

【００１０】本発明の他の実施態様において、回転子軸は、外周面に多数のウェブを有する
ウェブ軸として形成されている。有利な実施態様において、回転子軸と中間軸な
いし回転子成層鉄心との間に、冷却媒体を搬送するための手段が設けられている
。そのために本発明の実施態様において、回転子軸は、羽根車の羽根の形に形成
されているウェブを有している。

【００１１】本発明の実施態様において、回転子軸はスクリューコンベヤの形に形成されて
いる。本発明の他の実施態様において、回転子軸と中空中間軸ないし回転子成層
鉄心との間に、少なくとも１つの通風装置が設けられている。

【００１２】本発明の他の実施態様において、冷却媒体の搬送体積あるいは搬送圧力を増大
するために、回転子軸はその少なくとも片側軸端に、通風装置を備えている。本
発明の実施態様において、その回転子軸の軸端における通風装置は、羽根車であ
る。

【００１３】本発明の実施態様において、回転子軸は別個の鍛造品あるいは精密鋳造品とし
て作られ、中空中間軸ないし回転子成層鉄心の中に、圧力ばめで圧入されている
。有利な実施態様において、その回転子軸は、熱不良導体で作られ、特に高合金
鋼あるいはチタンで作られている。

【００１４】本発明の有利な実施態様において、回転子軸および中空中間軸ないし回転子成
層鉄心は、熱伝導面積を小さくするために、ほぼ線形状の接触面だけで接合して
いる。その場合、本発明の実施態様において、回転子軸と、中間軸ないし回転子
成層鉄心との間において多量の冷却媒体を通過させられる回転子軸を、十分な強
度で形成するために、回転子軸は、４つのウェブを備えた横断面星形形状に形成
されている。

【００１５】本発明の他の実施態様において、回転子軸と、中間軸ないし回転子成層鉄心と
の間において多量の冷却媒体を通過させられる回転子軸を形成するため、および
、ひずみエネルギを大きく受けられる状態で大きな熱伝達面積を形成するために
、回転子軸は、３つの横断面鎌形ウェブを備えたウェブ軸として形成されている
。

【００１６】本発明の実施態様において、冷却媒体の無旋回案内を支援するための構成要素
が設けられている。本発明の実施態様において、ウェブは、軸方向において中断
して形成され、その全長にわたっては中間軸ないし回転子成層鉄心に接していな
い。

【００１７】本発明の他の実施態様において、熱交換器が電動機械に一体化されている。そ
の熱交換器は、固定子を包囲する冷却管を有し、この冷却管は熱伝達するために
冷却フィンに接続される。その冷却フィンに冷却管が設けられ、この冷却管は固
定子を包囲する冷却管に接続され、本発明の実施態様において、この冷却フィン
における冷却管は、固定子を包囲する冷却管に、角度を成して取り付けられる。
本発明の実施態様において、冷却フィンは、冷却槽の形で電動機械に取り付けら
れている別個の構造部品内に配置されている。

【００１８】本発明の有利な実施態様において、冷却媒体として空気が利用される。

【００１９】以下図に示した実施例を参照して本発明を詳細に説明する。

【００２０】図１には、回転子軸４を備えた電動機械２が示されている。その回転子軸４は
ハウジング１０に第１軸受６および第２軸受８によって回転可能に支持されてい
る。回転子軸４はスプライン１１を有している。電動機械２はこのスプライン１
１を介して、駆動系の他の構成要素（図示せず）に接続される。ハウジング１０
内に固定子成層鉄心１２が配置されている。固定子巻線１４がその固定子成層鉄
心１２を貫通して突出している。固定子成層鉄心１２の半径方向内側に、僅かな
空隙１６を隔てて、回転子成層鉄心１８が位置している。この回転子成層鉄心１
８は特にアルミニウム製の金属棒２０で貫通されている。回転子成層鉄心１８に
ボルト２２によってキャップ２４が取り付けられている。あるいはその代わりに
、金属棒２０をダイキャスト法で回転子成層鉄心１８に設けることもできる。

【００２１】回転子成層鉄心１８は中空丸棒状の中間軸２６上に置かれている。この中間軸
２６の内部に、回転子軸４が相対回転不能に固く配置、例えば圧力ばめで圧入さ
れている。しかし回転子軸４は、回転子成層鉄心１８に直接圧入することもでき
る。回転子軸４は外周面に４つのウェブ２８を有している。これらのウェブ２８
は横断面星形に配置されている（図２参照）。この図示の配置構造において、ウ
ェブ２８は、その全長にわたっては中空中間軸２６の内周面に接しないように、
切欠き２９を有している。

【００２２】中間軸２６ないし回転子成層鉄心１８を通して、ウェブ２８間の中間空間３０
に、第１冷却媒体、特に空気が搬送される。そのために、回転子成層鉄心１８の
軸方向の片側端に、羽根車３２が配置されている。この羽根車３２は冷却媒体に
流れを生じさせる。回転子成層鉄心１８の軸方向の他側端に、環状案内板３４が
設けられている。この環状案内板３４は、冷却媒体を熱交換器３６に向けて無旋
回で案内する。その熱交換器３６は、冷却媒体で洗流される冷却フィン３８を有
している（図３参照）。この実施例において、冷却フィン３８はハウジング部分
４０に一体形成されている。冷却フィン３８は外側がカバー４２で覆われている
。カバー４２はハウジング部分４０にボルト結合されている。

【００２３】ハウジング部分４０に冷却管４４が設けられている。この冷却管４４を通って
第２冷却媒体が流れる。第１冷却媒体の熱は、熱交換器３６において冷却フィン
３８を介して冷却管４４に伝達され、第２冷却媒体によって電動機械２から搬出
される。同時に固定子成層鉄心１２の熱も冷却管１４に伝達され、これによって
、固定子成層鉄心１２の冷却が行われる。

【００２４】図４に示された実施例において、電動機械２は、横断面鎌形の３つのウェブ４
６を備えた回転子軸４を有している。このウェブ４６の横断面鎌形の反った形状
は、ウェブ軸４を回転子成層鉄心１８に圧入する際、受けるべきひずみエネルギ
について大きな仕事容量を与える。その場合、据付けが均一化され、ないしは製
造公差が吸収される。

【００２５】ここで示された実施例において、冷却管４８は断面長方形にされている。ここ
ではころ軸受として形成されている軸受５０は、キャップ５２の後ろにグリース
溜まりを有している。

【００２６】図６においては、中間軸２６の内部に、ウェブは存在しておらず、通風装置５
４が存在している。図示した実施例において、中間軸２６の両側軸端にそれぞれ
通風装置５４が設けられている。通風装置５４の内輪５６はスプライン５８を介
して回転子軸４に結合されている（図７参照）。外輪６０はスプライン６２を介
して中間軸２６に固く結合されている。通風装置５４の羽根６４は、第１冷却媒
体、ここでも特に空気を、中空中間軸２６ないし回転子成層鉄心１８を通して搬
送する。ここでは、中間軸２６と回転子軸４との間で熱伝導する接触面は、非常
に狭くされている。

【００２７】図８に示された実施例は、スクリューコンベヤのように形成されている回転子
軸４を有している。そのウェブはウォーム状にねじられ、従って、ウェブの回転
中に第１冷却媒体を、中空中間軸２６を通して搬送する。ここでも、中間軸２６
と回転子軸４との接触面は、熱伝導が非常に小さくされるように、ウェブに沿っ
てほぼ線状の接触面にされている。同時に、上述したすべての実施例において、
回転子軸４の材料は、低い熱伝導性が得られるように（熱不良導体であるように
）選定されている。その材料として、特に高合金鋼あるいはチタンが適している
。

【００２８】図９から図１２には、それぞれ熱交換器３６の異なった実施例が示されている
。

【００２９】図９において、冷却管４４は、その円周の一部にわたってしかハウジング部分
４０に埋設されないように、配置されている。冷却管４４の残りの円周部分は、
存在する熱を冷却フィン３８に向けて放射する。その冷却フィン３８は、外側か
ら冷却される冷却槽６６内に配置されている。冷却槽６６はハウジング１０に結
合されている。図１１には、図９におけるＸＩ−ＸＩ線に沿った熱交換器３６の
断面図が示されている。冷却管４４は、熱が良好に吸収されるように、冷却フィ
ン３８の近くまで突出している。冷却槽６６はハウジング１０にボルト６８で取
り付けられている。

【００３０】図１０においても、冷却管４４は、その円周の一部にわたってしかハウジング
部分４０に埋設されないように、配置されている。冷却管４４の残りの円周部分
は、存在する熱を、冷却フィン３８に向けて放射する。この冷却フィン３８は冷
却槽６６内に配置されている。冷却槽６６はハウジング１０に結合されている。
冷却管４４に、ここでは破線で示されている冷却管７０が結合されている。この
冷却管７０は冷却フィン３８の範囲内に存在して、この冷却フィン３８を貫通し
、冷却管４４と９０°の角度を成して交差している。冷却管７０は特に冷却フィ
ン３８を蛇行して貫通し、その始端および終端が、冷却管４４に結合されている
。冷却管７０はまた、電動機の外から導入される低温冷却媒体を貫流させること
もできる。

【００３１】図１２には、図１０におけるＸII−ＸII線に沿った熱交換器３６の断面図が示
されている。冷却管４４は、熱が良好に吸収されるように、冷却フィン３８の近
くまで突出している。冷却フィン３８はここでは、冷却槽６６内に配置された別
個の冷却器７２を形成している。冷却フィン３８は冷却管７０で貫通され、その
互いに並んで位置する冷却管７０において、第２冷却媒体が対向流で流される。
冷却槽６６はボルト６８によってハウジング１０に取り付けられている。

【００３２】回転子および固定子はコンパクトに構造でき、従って、機械の高い利用率が得
られる。本発明に基づく機械において、回転子の電力データは影響を受けない。
回転子軸の中央近くにおいて空気を吸引することは、通風の圧力発生にとって有
利である。

【図面の簡単な説明】

【図１】横断面星形のウェブを備えた回転子軸を有する電動機械の縦断面図。

【図２】図１における回転子軸の横断面図。

【図３】図１における熱交換器の横断面図。

【図４】横断面鎌形のウェブを備えた回転子軸を有する電動機械の縦断面図。

【図５】図４における回転子軸の横断面図。

【図６】回転子軸内に通風装置を備えた電動機械の縦断面図。

【図７】図６における回転子軸の横断面図。

【図８】ウォーム状回転子軸を有する電動機械の縦断面図。

【図９】冷却槽付き熱交換器の縦断面図。

【図１０】冷却槽付き熱交換器の縦断面図。

【図１１】図９におけるＸＩ−ＸＩ線に沿った冷却槽の断面図。

【図１２】図１０におけるＸII−ＸII線に沿った冷却槽の断面図。

【符号の説明】

２電動機械４回転子軸６軸受８軸受１０ハウジング１１スプライン１２固定子成層鉄心１４固定子巻線１６空隙１８回転子成層鉄心２０金属棒２２ボルト２４キャップ２６中間軸２８ウェブ２９切欠き３０中間空間３２羽根車３４環状板金３６熱交換器３８冷却フィン４０ハウジング部分４２カバー４４冷却管４６ウェブ４８冷却管５０軸受５２キャップ５４通風装置５６内輪５８スプライン６０外輪６２スプライン６４羽根６６冷却槽６８ボルト７０冷却管７２冷却器

【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書

【提出日】平成１３年２月５日（２００１．２．５）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 5H002 AA10 AB04 AB07 AB08 AC06 AD01 AD03 AD04 5H609 BB02 BB12 BB19 BB23 PP02 PP06 PP07 PP08 PP09 QQ02 QQ10 QQ12 RR02 RR10 RR17 RR30 RR33 RR35 RR37 RR42 RR52 RR63

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】固定子と、この固定子の半径方向内側に位置し回転可能に支持された回転子と
を備え、この回転子が、回転子成層鉄心（１８）と、この回転子成層鉄心（１８）に固
く結合された回転子軸（４）とを有している電動機械（２）において、回転子が中空に形成され、回転子成層鉄心（１８）と回転子軸（４）との間の
範囲を冷却媒体が貫流される、ことを特徴とする電動機械。
【請求項２】回転子成層鉄心（１８）と回転子軸（４）との間に中空中間軸（２６）が設け
られ、この中間軸（２６）上に回転子成層鉄心（１８）が配置されている、こと
を特徴とする請求項１記載の電動機械。
【請求項３】回転子軸（４）が、外周面に多数のウェブ（２８、４６）を有するウェブ軸と
して形成されている、ことを特徴とする請求項１又は２記載の電動機械。
【請求項４】冷却媒体の搬送体積あるいは搬送圧力を増大するために、回転子軸（４）が、
その少なくとも片側軸端に通風装置（３２）を有している、ことを特徴とする請
求項１ないし３のいずれかに記載の電動機械。
【請求項５】回転子軸（４）の軸端における通風装置（３２）が、羽根車として形成されて
いる、ことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の電動機械。
【請求項６】回転子軸（４）と、中間軸（２６）ないし回転子成層鉄心（１８）との間に、
少なくとも１つの冷却媒体搬送用の通風装置（５４）が設けられている、ことを
特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の電動機械。
【請求項７】回転子軸（４）が、羽根車の羽根の形に形成されたウェブ（２８、４６）を有
している、ことを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の電動機械。
【請求項８】回転子軸（４）がスクリューコンベヤの形態に成されている、ことを特徴とす
る請求項１ないし６のいずれかに記載の電動機械。
【請求項９】回転子軸（４）と、中空中間軸（２６）ないし回転子成層鉄心（１８）とが、
熱伝導面積を小さくするために、ほぼ線形状の接触面だけで接合している、こと
を特徴とする請求項１ないし８のいずれかに記載の電動機械。
【請求項１０】回転子軸（４）と中間軸（２６）ないし回転子成層鉄心（１８）との間におい
て多量の冷却媒体を通過させられる回転子軸（４）を、十分な強度で形成するた
めに、回転子軸（４）が、４つのウェブ（２８）を備えた横断面星形形状に形成
されている、ことを特徴とする請求項１ないし９のいずれかに記載の電動機械。
【請求項１１】回転子軸（４）と、中間軸（２６）ないし回転子成層鉄心（１８）との間にお
いて多量の冷却媒体を通過させられる回転子軸（４）を形成するため、および、
ひずみエネルギを大きく受けられる状態で大きな熱伝達面積を形成するために、
回転子軸（４）が、３つの横断面鎌形ウェブ（４６）を備えた形態に成されてい
る、ことを特徴とする請求項１ないし９のいずれかに記載の電動機械。
【請求項１２】ウェブ（２８、４６）が軸方向において中断して形成され、その全長にわたっ
ては中間軸（２６）ないし回転子成層鉄心（１８）に接していない、ことを特徴
とする請求項１ないし１１のいずれかに記載の電動機械。
【請求項１３】回転子軸（４）が、別個の鍛造品あるいは精密鋳造品として作られ、中空中間
軸（２６）ないし回転子成層鉄心（１８）の中に圧力ばめで圧入されている、こ
とを特徴とする請求項１ないし１２のいずれかに記載の電動機械。
【請求項１４】回転子軸（４）が熱不良導体で作られている、ことを特徴とする請求項１ない
し１３のいずれかに記載の電動機械。
【請求項１５】熱不良導体が高合金鋼である、ことを特徴とする請求項１４記載の電動機械。
【請求項１６】熱不良導体がチタンである、ことを特徴とする請求項１４記載の電動機械。
【請求項１７】冷却媒体の無旋回案内を支援するための構成要素（３４）が設けられている、
ことを特徴とする請求項１ないし１６のいずれかに記載の電動機械。
【請求項１８】熱交換器（３６）が電動機械（２）に一体化されている、ことを特徴とする請
求項１ないし１７のいずれかに記載の電動機械。
【請求項１９】熱交換器（３６）が、固定子を包囲する冷却管（４４、４８）を有している、
ことを特徴とする請求項１８記載の電動機械。
【請求項２０】冷却管（４４、４８）が熱伝達するために冷却フィン（３８）に接続されてい
る、ことを特徴とする請求項１９記載の電動機械。
【請求項２１】冷却フィン（３８）が、冷却槽（６６）の形で電動機械（２）に取り付けられ
た別個の構造部品内に配置されている、ことを特徴とする請求項２０記載の電動
機械。
【請求項２２】冷却フィン（３８）に冷却管（７０）が設けられている、ことを特徴とする請
求項２０又は２１記載の電動機械。
【請求項２３】冷却フィン（３８）における冷却管（７０）が、固定子を包囲する冷却管（４
４、４８）に対して角度を成して取り付けられている、ことを特徴とする請求項
２２記載の電動機械。
【請求項２４】冷却媒体が空気である、ことを特徴とする請求項１ないし２３のいずれかに記
載の電動機械。