JP2003274608A - 電気機械装置 - Google Patents
電気機械装置Info
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- JP2003274608A JP2003274608A JP2003073590A JP2003073590A JP2003274608A JP 2003274608 A JP2003274608 A JP 2003274608A JP 2003073590 A JP2003073590 A JP 2003073590A JP 2003073590 A JP2003073590 A JP 2003073590A JP 2003274608 A JP2003274608 A JP 2003274608A
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- Power Engineering (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 パワーエレクトロニクス装置の一体化された
電気機械装置において、パワーエレクトロニクス装置の
機械装置内での配置や冷却動作に関して格段に大きいフ
レキシビリティが得られるように構成する。 【解決手段】 ロータ１２およびステータ１１と電力用
半導体２４，２５が設けられている。ロータ１２および
ステータ１１は機械ケーシング２３内に配置されてお
り、冷却循環系１６Ａ，１６Ｂにより冷却される。電力
用半導体２４，２５は、電気機械装置１０に属するパワ
ーエレクトロニクス装置１８の一部であり機械ケーシン
グ２３内に収容されていて、冷却手段１９〜２１；２６
〜３１；３２，３３により冷却される。そしてこの冷却
手段１９〜２１；２６〜３１；３２，３３はロータ１２
およびステータ１１の冷却循環系１６Ａ，１６Ｂとは独
立して形成されている。
電気機械装置において、パワーエレクトロニクス装置の
機械装置内での配置や冷却動作に関して格段に大きいフ
レキシビリティが得られるように構成する。 【解決手段】 ロータ１２およびステータ１１と電力用
半導体２４，２５が設けられている。ロータ１２および
ステータ１１は機械ケーシング２３内に配置されてお
り、冷却循環系１６Ａ，１６Ｂにより冷却される。電力
用半導体２４，２５は、電気機械装置１０に属するパワ
ーエレクトロニクス装置１８の一部であり機械ケーシン
グ２３内に収容されていて、冷却手段１９〜２１；２６
〜３１；３２，３３により冷却される。そしてこの冷却
手段１９〜２１；２６〜３１；３２，３３はロータ１２
およびステータ１１の冷却循環系１６Ａ，１６Ｂとは独
立して形成されている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ロータおよびステ
ータと電力用半導体を備えた電気機械装置に関する。こ
の場合、前記ロータおよびステータは機械ケーシング内
に配置されており、少なくとも１つの冷却循環系により
冷却され、前記電力用半導体は、電気機械装置に属する
パワーエレクトロニクス装置の一部であり機械ケーシン
グ内に収容されていて、冷却手段により冷却される。
ータと電力用半導体を備えた電気機械装置に関する。こ
の場合、前記ロータおよびステータは機械ケーシング内
に配置されており、少なくとも１つの冷却循環系により
冷却され、前記電力用半導体は、電気機械装置に属する
パワーエレクトロニクス装置の一部であり機械ケーシン
グ内に収容されていて、冷却手段により冷却される。
【０００２】
【従来の技術】周波数整合装置が一体化された発電機の
形態をとるこの種の電気機械装置はたとえば EP-B1-0 7
07 372 から公知である。電気機械装置と共働するパワ
ーエレクトロニクス素子（ダイオード、サイリスタ、Ｉ
ＧＢＴ等）やパワーエレクトロニクス装置（周波数変換
器等）を電気機械装置に一体化して集積することによ
り、機械とパワーエレクトロニクス装置というシステム
全体の複雑さを著しく抑えることができる。集積コンポ
ーネントは電力損失に起因して熱を発生し、さらに機械
自体がかなりの規模で熱を発するので、そのための対策
としてあらゆる稼働状況において熱を確実かつ効率的に
逃がさなければならない。
形態をとるこの種の電気機械装置はたとえば EP-B1-0 7
07 372 から公知である。電気機械装置と共働するパワ
ーエレクトロニクス素子（ダイオード、サイリスタ、Ｉ
ＧＢＴ等）やパワーエレクトロニクス装置（周波数変換
器等）を電気機械装置に一体化して集積することによ
り、機械とパワーエレクトロニクス装置というシステム
全体の複雑さを著しく抑えることができる。集積コンポ
ーネントは電力損失に起因して熱を発生し、さらに機械
自体がかなりの規模で熱を発するので、そのための対策
としてあらゆる稼働状況において熱を確実かつ効率的に
逃がさなければならない。
【０００３】たとえば自動車で使用されるような小型の
電気機械装置であれば、集積エレクトロニクスを冷やす
ために電力用半導体を冷却体の上に配置すれば十分であ
り、この冷却体はステータ支持体の内壁とじかに接触し
ている（DE-A1-199 45 368参照）。
電気機械装置であれば、集積エレクトロニクスを冷やす
ために電力用半導体を冷却体の上に配置すれば十分であ
り、この冷却体はステータ支持体の内壁とじかに接触し
ている（DE-A1-199 45 368参照）。
【０００４】電気機械装置自体が能動的な冷却装置を装
備しているならば、集積パワーエレクトロニクスに機械
冷却の冷却媒体が貫流してそれが冷却されるよう配置す
ることができる。周波数変換器とファン冷却装置を備え
た標準型モータまたは規格モータであれば、変換モジュ
ールをファンカバーに取り付けたりそこに集積させたり
することができる（EP-A1-0 812 052）。もっと大きい
多相発電機であれば集積周波数変換器を、少なくともそ
の一部分が発電機冷却流体循環系の流れの中に配置され
るよう取り付けることができる（EP-B1-0 707 372 を参
照）。
備しているならば、集積パワーエレクトロニクスに機械
冷却の冷却媒体が貫流してそれが冷却されるよう配置す
ることができる。周波数変換器とファン冷却装置を備え
た標準型モータまたは規格モータであれば、変換モジュ
ールをファンカバーに取り付けたりそこに集積させたり
することができる（EP-A1-0 812 052）。もっと大きい
多相発電機であれば集積周波数変換器を、少なくともそ
の一部分が発電機冷却流体循環系の流れの中に配置され
るよう取り付けることができる（EP-B1-0 707 372 を参
照）。
【０００５】集積パワーエレクトロニクス装置に対する
公知の冷却手段の欠点は、冷却すべきコンポーネントの
配置を機械装置の中で自由に選べないこと、機械装置の
冷却循環系に統合して集積する場合にはパワーエレクト
ロニクス装置の冷却が機械装置の冷却に左右されること
になり、そのままでは部分的に異なる要求に適合できな
いことである。したがってこの場合、パワーエレクトロ
ニクス装置の冷却のために機械装置の冷却循環系とは異
なる冷却流体を使用することができない。さらに発生す
るおそれのある問題とは、機械装置始動中にパワーエレ
クトロニクス装置をすでに完全に冷却しなければならな
いのに、（回転数に左右される）冷却によっても回転数
が低いことから機械装置の十分な冷却性能が得られない
ことである。
公知の冷却手段の欠点は、冷却すべきコンポーネントの
配置を機械装置の中で自由に選べないこと、機械装置の
冷却循環系に統合して集積する場合にはパワーエレクト
ロニクス装置の冷却が機械装置の冷却に左右されること
になり、そのままでは部分的に異なる要求に適合できな
いことである。したがってこの場合、パワーエレクトロ
ニクス装置の冷却のために機械装置の冷却循環系とは異
なる冷却流体を使用することができない。さらに発生す
るおそれのある問題とは、機械装置始動中にパワーエレ
クトロニクス装置をすでに完全に冷却しなければならな
いのに、（回転数に左右される）冷却によっても回転数
が低いことから機械装置の十分な冷却性能が得られない
ことである。
【０００６】
【特許文献１】EP-A1-0 812 052
【特許文献２】EP-B1-0 707 372
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】したがって本発明の課
題は、パワーエレクトロニクス装置の一体化された電気
機械装置において公知の解決手段の欠点を回避し、殊に
パワーエレクトロニクス装置の機械装置内での配置や冷
却動作に関して格段に大きいフレキシビリティが得られ
るように構成することにある。
題は、パワーエレクトロニクス装置の一体化された電気
機械装置において公知の解決手段の欠点を回避し、殊に
パワーエレクトロニクス装置の機械装置内での配置や冷
却動作に関して格段に大きいフレキシビリティが得られ
るように構成することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明によればこの課題
は、冷却手段はロータおよびステータの少なくとも１つ
の冷却循環系とは独立して形成されていることにより解
決される。
は、冷却手段はロータおよびステータの少なくとも１つ
の冷却循環系とは独立して形成されていることにより解
決される。
【０００９】
【発明の実施の形態】本発明の核となる技術は、パワー
エレクトロニクス装置もしくはそれに属する電力用半導
体の冷却を機械装置のロータおよびステータの冷却循環
系とは独立して構成することである。この構成によっ
て、機械ケーシング内部における電力用半導体の最適な
設置と機械装置の動作状態に左右されない冷却を簡単に
実現することができる。
エレクトロニクス装置もしくはそれに属する電力用半導
体の冷却を機械装置のロータおよびステータの冷却循環
系とは独立して構成することである。この構成によっ
て、機械ケーシング内部における電力用半導体の最適な
設置と機械装置の動作状態に左右されない冷却を簡単に
実現することができる。
【００１０】パワーエレクトロニクス装置が変換器たと
えば周波数変換器である機械装置にこれを適用すると有
利である。
えば周波数変換器である機械装置にこれを適用すると有
利である。
【００１１】また、電気機械装置が発電機である場合に
格別多くの利点が得られる。
格別多くの利点が得られる。
【００１２】本発明の有利な実施形態によれば電気機械
装置は巻線を有しており、この巻線に電力用半導体が少
なくとも部分的に統合されている。
装置は巻線を有しており、この巻線に電力用半導体が少
なくとも部分的に統合されている。
【００１３】本発明の別の実施形態に従って冷却手段が
少なくとも１つの独立した冷却循環系を有していれば、
機械装置を格別フレキシブルに構成することができる。
少なくとも１つの独立した冷却循環系を有していれば、
機械装置を格別フレキシブルに構成することができる。
【００１４】従属請求項にはその他の実施形態が示され
ている。
ている。
【００１５】次に、図面を参照しながら本発明について
詳しく説明する。
詳しく説明する。
【００１６】
【実施例】図１には、一体化されたパワーエレクトロニ
クス装置と別個の冷却循環系２１とを備えた本発明の第
１の実施例による電気機械装置１０が略示されている。
電気機械装置１０はたとえば発電所で使用されるような
大電力発電機である。電気機械装置１０は外部に対し閉
じられた機械ケーシング２３内に取り付けられている。
この装置は軸２２を中心に回転可能なロータ１２を有し
ており、これは巻線１３を備えたスタータ１１によって
同心に取り囲まれている。ロータ１２のロータ軸上にお
いてロータ１２の両側に通風機１４，１５が配置されて
おり、これらは機械装置動作中、ロータ１２とステータ
１１に発生する熱を逃がすため１つまたは複数の冷却循
環系１６Ａ，１６Ｂ内の冷却流体（空気またはその他の
ガス）を循環させることができる。当然ながらこのよう
な冷却は、通風機１４，１５がロータ１２と結合されて
いることから機械装置の回転数に大きく左右される。
クス装置と別個の冷却循環系２１とを備えた本発明の第
１の実施例による電気機械装置１０が略示されている。
電気機械装置１０はたとえば発電所で使用されるような
大電力発電機である。電気機械装置１０は外部に対し閉
じられた機械ケーシング２３内に取り付けられている。
この装置は軸２２を中心に回転可能なロータ１２を有し
ており、これは巻線１３を備えたスタータ１１によって
同心に取り囲まれている。ロータ１２のロータ軸上にお
いてロータ１２の両側に通風機１４，１５が配置されて
おり、これらは機械装置動作中、ロータ１２とステータ
１１に発生する熱を逃がすため１つまたは複数の冷却循
環系１６Ａ，１６Ｂ内の冷却流体（空気またはその他の
ガス）を循環させることができる。当然ながらこのよう
な冷却は、通風機１４，１５がロータ１２と結合されて
いることから機械装置の回転数に大きく左右される。
【００１７】機械ケーシング２３内部のフリースペース
１７にはパワーエレクトロニクス装置として変換器１８
が配置されており、これには（図１ではダイオードの記
号で表されている）様々な電力用半導体が含まれてい
る。そしてこの変換器１８の冷却は独立した冷却循環系
２１を介して行われ、これは図１では矢印とともに破線
で閉じられた循環系によって表されている。この冷却循
環系２１は様々なかたちで構成することができる。図１
の例ではこれにはモータ駆動型通風機１９と熱交換器
（クーラ）２０が設けられており、この熱交換器におい
て冷却循環系２１から熱が取り出され外へ向かって放出
される。もちろん、変換器１８を単に外気によって冷却
するならば熱交換器２０を省略することができる。冷却
循環系１６Ａ，１６Ｂとは独立した冷却循環系２１を設
けることで、変換器１８の冷却を変換器動作により定め
られた要求に整合させることができるようになる。さら
に変換器１８をその冷却循環系２１とともに、機械の冷
却を考慮することなく最適な状態で機械ケーシング２３
内に配置することができる。
１７にはパワーエレクトロニクス装置として変換器１８
が配置されており、これには（図１ではダイオードの記
号で表されている）様々な電力用半導体が含まれてい
る。そしてこの変換器１８の冷却は独立した冷却循環系
２１を介して行われ、これは図１では矢印とともに破線
で閉じられた循環系によって表されている。この冷却循
環系２１は様々なかたちで構成することができる。図１
の例ではこれにはモータ駆動型通風機１９と熱交換器
（クーラ）２０が設けられており、この熱交換器におい
て冷却循環系２１から熱が取り出され外へ向かって放出
される。もちろん、変換器１８を単に外気によって冷却
するならば熱交換器２０を省略することができる。冷却
循環系１６Ａ，１６Ｂとは独立した冷却循環系２１を設
けることで、変換器１８の冷却を変換器動作により定め
られた要求に整合させることができるようになる。さら
に変換器１８をその冷却循環系２１とともに、機械の冷
却を考慮することなく最適な状態で機械ケーシング２３
内に配置することができる。
【００１８】図２には本発明の別の実施例が描かれてい
る。この場合、個別の電力用半導体２４，２５としてパ
ワーエレクトロニクス装置の一部が電気機械装置１０の
巻線１３に統合されている（このことは図２ではスター
タの巻線とじかに接続されたダイオード記号で表されて
いる）。この事例では、統合されている電力用半導体２
４，２５にやはり固有の冷却循環系３０，３１が対応づ
けられており、これには図１の場合と同様にモータ駆動
型通風機２６，２７と熱交換器（クーラ）２８，２９を
設けることができる。さらにこれらの通風機２６，２７
を図１の通風機の場合と同様に独立した制御装置に接続
することができ、この制御装置はパワーエレクトロニク
ス装置およびそれらの部品に対する冷却プロセスを機械
冷却とは別個に制御する。
る。この場合、個別の電力用半導体２４，２５としてパ
ワーエレクトロニクス装置の一部が電気機械装置１０の
巻線１３に統合されている（このことは図２ではスター
タの巻線とじかに接続されたダイオード記号で表されて
いる）。この事例では、統合されている電力用半導体２
４，２５にやはり固有の冷却循環系３０，３１が対応づ
けられており、これには図１の場合と同様にモータ駆動
型通風機２６，２７と熱交換器（クーラ）２８，２９を
設けることができる。さらにこれらの通風機２６，２７
を図１の通風機の場合と同様に独立した制御装置に接続
することができ、この制御装置はパワーエレクトロニク
ス装置およびそれらの部品に対する冷却プロセスを機械
冷却とは別個に制御する。
【００１９】とはいえさらに考えられるのは、巻線１３
に統合された電力用半導体２４，２５を冷却循環系にじ
かに結合するのではなく、図３に示されているように流
体循環系つまりヒートパイプ３２，３３に結合すること
である。これらのヒートパイプにおいて周知のように熱
がフリースペース１７から運び出されるかまたは別の場
所に配置された冷却循環系に向かって送出される。
に統合された電力用半導体２４，２５を冷却循環系にじ
かに結合するのではなく、図３に示されているように流
体循環系つまりヒートパイプ３２，３３に結合すること
である。これらのヒートパイプにおいて周知のように熱
がフリースペース１７から運び出されるかまたは別の場
所に配置された冷却循環系に向かって送出される。
【００２０】全体として本発明によれば、以下の特性な
らびに利点において傑出した電気機械装置が得られる： −パワーエレクトロニクスコンポーネントが機械の冷却
流体の冷却循環系内にじかに配置されていないことによ
り、機械の冷却とは別個にそれらの部品の要求に合わせ
て冷却を整合させることができる。したがってたとえば
異なる冷却流体の選択が可能である。
らびに利点において傑出した電気機械装置が得られる： −パワーエレクトロニクスコンポーネントが機械の冷却
流体の冷却循環系内にじかに配置されていないことによ
り、機械の冷却とは別個にそれらの部品の要求に合わせ
て冷却を整合させることができる。したがってたとえば
異なる冷却流体の選択が可能である。
【００２１】−コンポーネントの位置が機械もしくは巻
線の冷却媒体の冷却循環系によって決まってしまわな
い。
線の冷却媒体の冷却循環系によって決まってしまわな
い。
【００２２】−回転数が低いことに起因して電気機械装
置がまだ十分には冷却されない間でも、パワーエレクト
ロニクスコンポーネントを機械始動中にすでに冷却する
ことができる。
置がまだ十分には冷却されない間でも、パワーエレクト
ロニクスコンポーネントを機械始動中にすでに冷却する
ことができる。
【図１】一体化されたパワーエレクトロニクス装置と別
個の冷却循環系とを備えた本発明の第１の実施例による
電気機械装置の概略図である。
個の冷却循環系とを備えた本発明の第１の実施例による
電気機械装置の概略図である。
【図２】一体化されたパワーエレクトロニクス装置と別
個の冷却循環系とを備えた図１と同等の電気機械装置を
示す図であり、ここではパワーエレクトロニクス装置の
一部が巻線に統合されている。
個の冷却循環系とを備えた図１と同等の電気機械装置を
示す図であり、ここではパワーエレクトロニクス装置の
一部が巻線に統合されている。
【図３】パワーエレクトロニクス装置が一体化された図
１と同等の電気機械装置を示す図であり、ここではパワ
ーエレクトロニクス装置の一部分が巻線に統合されてお
り、その際にヒートパイプによって熱が逃がされる。
１と同等の電気機械装置を示す図であり、ここではパワ
ーエレクトロニクス装置の一部分が巻線に統合されてお
り、その際にヒートパイプによって熱が逃がされる。
１０ 電気機械装置
１１ ステータ
１２ ロータ
１３ ステータ巻線（巻線頭部）
１４，１５ 通風機
１６Ａ，１６Ｂ 冷却循環系
１７ フリースペース
１８ 変換器
１９ 通風機
２０ 熱交換器
２１ 冷却循環系
２２ 軸
２３ 機械ケーシング
２４，２５ 電力用半導体
２６，２７ 通風機
２８，２９ 熱交換器
３０，３１ 冷却循環系
３２，３３ ヒートパイプまたは流体循環系
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 オリヴァー ドルーベル
スイス国 ヌスバウメン リングシュトラ
ーセ 23ベー
(72)発明者 ラインハルト ヨホ
スイス国 ロームバッハ ロームバッハテ
リ 21
Ｆターム(参考） 5H609 BB03 PP02 PP06 PP09 QQ02
QQ03 QQ10 QQ23 RR26 RR33
RR37 RR46 RR52 RR59
5H611 AA09 BB01 QQ04 TT01
Claims (6)
- 【請求項１】 ロータ（１２）およびステータ（１１）
と電力用半導体（２４，２５）を備えた電気機械装置
（１０）において、 前記ロータ（１２）およびステータ（１１）は機械ケー
シング（２３）内に配置されており、少なくとも１つの
冷却循環系（１６Ａ，１６Ｂ）により冷却され、 前記電力用半導体（２４，２５）は、電気機械装置（１
０）に属するパワーエレクトロニクス装置（１８）の一
部であり機械ケーシング（２３）内に収容されていて、
冷却手段（１９〜２１；２６〜３１；３２，３３）によ
り冷却され、該冷却手段（１９〜２１；２６〜３１；３
２，３３）はロータ（１２）およびステータ（１１）の
前記少なくとも１つの冷却循環系（１６Ａ，１６Ｂ）と
は独立して形成されていることを特徴とする、 電気機械装置。 - 【請求項２】 前記パワーエレクトロニクス装置（１
８）は変換器たとえば周波数変換器である、請求項１記
載の電気機械装置。 - 【請求項３】 発電機として構成されている、請求項１
または２記載の電気機械装置。 - 【請求項４】 巻線（１３）が設けられており、該巻線
（１３）に前記電力用半導体（２４，２５）が少なくと
も部分的に統合されている、請求項１から３のいずれか
１項記載の電気機械装置。 - 【請求項５】 前記冷却手段は冷却循環系またはヒート
パイプ（３２，３３）を有しており、該冷却循環系また
はヒートパイプ（３２，３３）は前記電力用半導体（２
４，２５）の熱を外部へ逃がす、請求項１から４のいず
れか１項記載の電力用半導体装置。 - 【請求項６】 前記冷却手段は少なくとも１つの独立し
た冷却循環系（２１，３０，３１）を有する、請求項１
から５のいずれか１項記載の電気機械装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CH4672002 | 2002-03-18 | ||
| CH20020467/02 | 2002-03-18 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003274608A true JP2003274608A (ja) | 2003-09-26 |
| JP4272906B2 JP4272906B2 (ja) | 2009-06-03 |
Family
ID=27792870
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2003073590A Expired - Fee Related JP4272906B2 (ja) | 2002-03-18 | 2003-03-18 | 電気機械装置 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US7633195B2 (ja) |
| JP (1) | JP4272906B2 (ja) |
| DE (1) | DE10310307A1 (ja) |
Families Citing this family (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2861913B1 (fr) * | 2003-10-31 | 2007-08-17 | Telma | Ralentisseur electromagnetique comportant des elements dissipateurs de chaleur |
| CH697927B1 (de) | 2005-03-31 | 2009-03-31 | Alstom Technology Ltd | Leistungsschaltvorrichtung für Mehrphasen-Wechselstrom-Systeme. |
| DE102006025487A1 (de) * | 2005-06-07 | 2006-12-14 | Alstom Technology Ltd. | Dynamoelektrische Maschine mit einem bürstenlosen Erreger |
| EP1796246B1 (de) * | 2005-12-09 | 2010-03-17 | Ziehl-Abegg AG | Elektrische Maschine und Verfahren zur Kühlung der Elektronik einer elektrischen Maschine |
| DE102007010357A1 (de) * | 2007-03-03 | 2008-09-04 | Jungheinrich Aktiengesellschaft | Antriebseinheit insbesondere für Flurförderzeug |
| EP1973222A1 (en) | 2007-03-20 | 2008-09-24 | ALSTOM Technology Ltd | Electrical machine with a matrix converter |
| FR2928499B1 (fr) * | 2008-03-06 | 2011-12-23 | Converteam Motors Sa | Systeme de ventilation de machine electrique tournante |
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