JP2007517485A - 電気機器 - Google Patents

Abstract

本発明は、電気機器、特に自動車用の三相交流発電機であって、ハウジング（１３）内に保持されたステータ（１６）が設けられており、該ステータ（１６）がハウジング（１３）内に次のように、すなわち該ステータ（１６）の周囲をその軸方向端面（５７）からステータ（１６）の周囲領域へと冷却媒体流が通流可能であるように、保持されており、流路の流過横断面がステータ（１６）とハウジング（１３）とによって画成されている形式のものに関する。このような形式の電気機器において本発明の構成では、流路がステータ側において、ステータ（１６）の外周部に配置されたステータ外歯（６２）によって画成されている。

Description

本発明は、電気機器、特に自動車用の三相交流発電機であって、ハウジング内に保持されたステータが設けられており、該ステータがハウジング内に次のように、すなわち該ステータの周囲をその軸方向端面からステータの周囲領域へと冷却媒体流が通流可能であるように、保持されており、流路の流過横断面がステータとハウジングとによって画成されている形式のものに関する。

ドイツ連邦共和国特許公開第４４２５０００号明細書に基づいて、自動車用の三相交流発電機として構成された電気機器が公知である。この明細書には、ハウジング部分の周囲領域とステータの積層板ユニットとの間に配置された空隙を設けることができる、ということが記載されている。

発明の利点
請求項１の特徴部に記載された本発明による電気機器、すなわち流路がステータ側において、ステータの外周部に配置されたステータ外溝によって画成されていることを特徴とする電気機器には、この構成によってステータの冷却面が著しく増大され、ステータがその外側面において良好に冷却可能である、という利点がある。

本発明の特に有利な別の構成では、ヨークから半径方向外側に向かって軸方向に延びるステータ外歯が設けられており、該ステータ外歯がステータ外溝を周方向において画成している。このように構成されていると、強度を低下させることなく、ヨークから延びる付加的な材料によって表面積を増大させることができ、有利である。そしてこれによって一方ではステータ鉄心における磁束が改善され、かつ他方では対流が改善される。

本発明の別の構成では、ステータがそのステータ外歯を介してハウジング内に保持されており、ハウジングがステータ外歯の軸方向端面に接触していて、ステータ外歯がハウジング開口によってぴったりと収容されている。このように構成されていると、ステータ外歯は少なくとも部分的にハウジング開口においてハウジングに接触しているので、ステータ鉄心からそのステータ外歯を介してハウジングへの熱伝達がさらに改善される。

また、ステータに隣接したハウジング部分、例えば軸受シールドが、歯もしくは溝を付けられた端面を有していて、ハウジング溝とステータ外溝とが互いに向かい合っていると、本発明をさらに改善することができる。すなわちこのように構成されていると、移行領域つまりステータと軸受シールドとの間における境界面における流れ案内が改善される。それというのはこの場合、歯もしくは溝を付けられた端面によって付加的な通路もしくは流れの可能性が得られ、ひいてはこの領域における流れ抵抗がさらに低下するからである。その結果冷却媒体のための容積流をさらに高めることができ、これによりステータの温度を低下させることができる。

ステータとハウジング部分との間における接触面の領域において所望の冷却空気量を得るために、本発明の別の構成では、ハウジング溝がハウジング部分のリング領域内を延びていて、該リング領域において終わっている。付加的に、例えばこのようなハウジング溝の長さに関する構成によって、振動特性に関するリング領域の安定性や、ひいては破損に関する敏感さに影響が及ぼされる。もしリング領域においてハウジング溝が終わっていないと、ハウジング部分の強度は極めて弱くなってしまう。前記構成において、ハウジング溝が傾斜部で終わっていると、ステータ鉄心もしくはステータの巻線ヘッドの外側領域からハウジング部分への移行部における有効流れ横断面を特に大きくすることができ、有利である。そしてこれにより流れをより良好に案内することができ、さらにこの開口における汚染のおそれ、ひいてはこの開口における閉塞のおそれを減じることができる。

本発明のさらに別の構成では、ハウジング溝とハウジング歯とが交互に配置されていて、ハウジング歯の内径がステータ外溝の内径よりも大きい。このように構成されていると、ステータがハウジングに接触している平面において直接、ハウジング歯による流路の遮断が特に小さくなり、有利である。そしてこれによって、この流路における流れ抵抗が減じられ、ひいては冷却媒体の貫流量を公知のように改善することができる。

流れ案内を改善するために本発明の別の有利な構成では、連続したリング領域がその全軸方向長さに関して、少なくとも２０％から約７０％までの値で、ステータにわたって延びている。このように構成されていると、連続したリング領域が所定の長さにわたってステータもしくはステータ外歯を覆う。そしてこれにより、冷却空気はステータ外歯の表面にわたってより長く流れることができ、ひいてはステータもしくはステータコアのための冷却効果が改善される。

さらに、このようにステータを覆うことによってハウジング部分の振動特性が改善される。

本発明のさらに別の有利な構成では、ハウジング歯が周方向において、ステータ外歯よりも広幅である。

また、熱伝達もしくは流れ特性をさらに最適化するために有利な構成では、ステータ外歯が第１の近似値では半径方向長さの４０％〜７０％にわたって、かつ第２の近似値では半径方向長さの５０％〜６４％にわたって、ハウジング歯もしくは軸方向端面によって覆われている。

図面
次に図面を参照しながら本発明による電気機器の実施例を説明する。

図１は、三相交流発電機として構成された電気機器を示す断面図であり、
図２は、ステータコアとハウジングとの間における移行箇所の第１実施例を示す断面図であり、
図２ａは、ステータコアとハウジングとの間における移行箇所の第２実施例を示す断面図であり、
図３は、ステータコアを示す断面図であり、
図４は、ハウジング部分に向かってステータコアを軸方向で見た図であり、
図５は、ハウジング部分の内側を示す斜視図であり、
図６は、ステータコアからハウジング部分への移行部における所定の寸法関係を示す図である。

実施例の記載
図１には、発電機つまり自動車用の三相交流発電機として構成された電気機器１０が示されている。この電気機器１０は２部分から成るハウジング１３を有しており、このハウジング１３は第１の軸受シールド１３.１と第２の軸受シールド１３.２とから成っている。この軸受シールド１３.１及び軸受シールド１３.２はその内部にステータ１６を収容しており、このステータ１６はほぼ円形リング形のステータコア１７を有しており、さらにステータ１６の、半径方向内側に向かって延びていてかつ軸方向に延在している溝内には、ステータ巻線１８が挿入されている。このリング状のステータ１６はその半径方向内側に向かって延びている溝状の表面で、ロータ２０を取り囲んでおり、このロータ２０はクローポールロータ（Klauenpollaeufer）として形成されている。ロータ２０は２つのクローポール体（Klauenpolplatine）２２,２３から成っており、両クローポール体２２,２３の外周部にはそれぞれ、軸方向に延在するクローポールフィンガ２４,２５が配置されている。両クローポール体２２,２３はロータ２０に次のように、すなわちクローポール体２２,２３の軸方向に延在するクローポールフィンガ２４,２５がロータ２０の周囲において互いに交互に位置するように、配置されている。これによって磁気に必要な中間室が、互いに逆に磁化されたクローポールフィンガ２４,２５の間において生ぜしめられ、これらの中間室はクローポール中間室と呼ばれる。ロータ２０は軸２７と、各１つのロータ側に設けられた各１つのころがり軸受２８とを用いて、それぞれの軸受シールド１３.１；軸受シールド１３.２に回転可能に支承されている。

ロータ２０は全体として２つの軸方向の端面を有しており、両端面にはそれぞれファン３０が取り付けられている。このファン３０は主としてプレート形もしくは円板形の区分から成っており、この区分からはファン羽根が公知のように延びている。ファン３０は、軸受シールド１３.１及び軸受シールド１３.２における開口４０を介して電気機器１０の外側と電気機器１０の内室との間における空気交換を可能にするために働く。そのために開口４０はほぼ軸受シールド１３.１及び軸受シールド１３.２の軸方向端部に設けられており、これらの開口４０を通してファン３０を用いて冷却空気が電気機器１０の内室内に吸い込まれる。吸い込まれた冷却空気はファン３０の回転によって半径方向外側に向かって加速され、その結果冷却空気は、冷却空気を透過させる巻線オーバハング４５を通って流れることができる。この効果によって巻線オーバハング４５は冷却される。冷却空気は巻線オーバハング４５を貫いて流れた後もしくは巻線オーバハング４５の周囲を流れた後で、半径方向外側に向かって、図１には示されていない開口を通って流れる。さらに冷却空気は、軸受シールド１３.１とステータコア１７との間における間隙もしくはステータコア１７と軸受シールド１３.２との間における間隙を通って流れる。ステータコア１７と軸受シールド１３.１もしくは軸受シールド１３.２との間における間隙の詳しい構成については、以下において図面を参照しながら詳説する。

図２には、ハウジング１３もしくはハウジング部分１３.１からステータ１６もしくはステータコア１７への移行部が示されている。ハウジング１３もしくはハウジング部分１３.１はリング領域５０を有しており、このリング領域５０はリブ５１を介して軸方向もしくは半径方向において、ハウジング部分のプレート形の区分５２と結合されている。ハウジング部分１３.１は従ってほぼポット形の形態を有している。リブ５１の領域にはハウジング部分１３.１の外周部における該リブ５１の分割によって各２つのリブ５１の間に開口５４が生ぜしめられ、これらの開口５４は、巻線オーバハング４５を通って流れる冷却空気が外方に向かって流れることができるようにするために働く。

リング領域５０は、ステータ１６を収容するために働く。ステータ１６はこの場合ハウジングもしくはハウジング部分１３.１に次のように保持されている。すなわちこの場合ステータ１６はその１つの軸方向端面５７がハウジング部分１３.１もしくはリング領域５０における軸方向の接触面に接触している。互いに隣接している２つのステータ外歯６２の間には、同様に軸方向に各１つのステータ外溝６４が延びている。従ってステータ１６は軸方向端面もしくは外歯６２の個々の軸方向端面５７で、リング領域５０の軸方向端面５８に接触している。

リング領域５０の内径は次のように選択されている。すなわちこの場合、ハウジング部分１３.１内へのステータ１６の取付けもしくは押し嵌め後にハウジング部分１３.１とステータ１６との間の間隙に開口が残され、これらの開口によって、巻線ヘッド４５の領域からステータ１６の外周部への貫流がリング領域５０とステータ１６との間の間隙において可能であるようになっている。この場合ステータ側において流路は、ステータ１６の外周部に配置されたステータ外溝６４によって画成されている。

以上の構成をまとめると、電気機器が、ハウジング１３内に保持されたステータ１６を備えていて、該ステータ１６はハウジング１３内に次のように、すなわちステータ１６の周囲をその軸方向端面５７からステータ１６の周囲領域へと冷却媒体流が流過可能であるように保持されている。流路の流過横断面はこの場合ステータ１６とハウジング１３とによって画成されており、この場合ステータ１６は特別な構成を有しており、すなわち流路はステータ側においてステータ１６の外周部に配置されたステータ外歯６２によって画成されている。

このような構成は、図２ａに示された変化実施例の構成に対しても言える。しかしながら図２ａの構成では図２の構成とは異なり、流れの貫流は困難になっている。それというのは、図示のハウジング部分１３.１のリング領域５０はこの状態を改善するための特別な特徴を有していないからである（図３も参照）。

両方の実施例においてステータ外歯６２はハウジング開口によってぴったりと収容されている。直接的にハウジング部分１３.１とステータ１６との間における間隙において流れの貫流部もしくは流れ開口を改善するため、すなわち拡大するために、ステータ１６に隣接したハウジング部分、図示の実施例ではハウジング部分１３.１が、歯もしくは溝を付けられた端面５８を有しており、この場合ハウジング溝とステータ外溝６４とは軸方向において互いに向かい合っている。

図４には、ハウジング部分１３.１とステータ１６との間における間隙が軸方向で見て示されている。この図４には、ステータ外歯６２とその間に配置されたステータ外溝６４とが明瞭に示されている。ステータ１６の外輪郭に相応して、リング領域５０は、ステータ１６を収容する箇所に歯もしくは溝を付けられている。このことはすなわち、軸方向においてステータ１６に対向して位置している領域、つまり軸方向の端面５８が、ハウジング溝７０及びハウジング歯７１を有している、ということを意味する。従ってハウジング部分１３．１のリング領域５０は、ステータ１６に向けられた側にその内周部にわたって、歯もしくは溝を付けられており、そして外見上この領域において内歯歯車に似ている。図４から明らかに分かるように、ハウジング溝７０とステータ外溝６４とは互いに向かい合っており、表現を変えればハウジング歯７１とステータ外歯６２とは互いに向かい合っている。

図５には、ハウジング部分１３.１の内室が斜視図で示されている。リング領域５０は概略的に示されているが、ステータ１６を収容するために設けられた領域から、開口５４が始まる領域にまで延びている。図５から、ハウジング溝７０とハウジング歯７１とが交互に配置されている様子が明らかである。これらのハウジング溝７０は既に図２に示されている。そして図２にも既に傾斜部７３が示されているが、この傾斜部７３においてハウジング溝７０は終わっている。ハウジング溝７０はハウジング部分１３.１のリング領域５０に延在していて、またこのリング領域５０において終わっている。

図６には、軸方向の端面５８もしくは５７の平面において、互いに向かい合っているハウジング歯７１とステータ外歯６２とが示されている。ステータ外溝６４の内径D_ｉＮが、ステータ外溝６４の溝底の直径として規定されている。ハウジング歯７１の内径D_ｉＺはハウジング歯７１によって描かれる最小直径である。そしてこの場合ハウジング溝７０とハウジング歯７１とは交互に設けられていて、ハウジング歯７１の内径D_ｉＺはステータ外溝６４の内径D_ｉＮよりも大きい。

図６から分かるように、ハウジング歯７１は周方向においてステータ外歯６２よりも広幅である。

さらに、ステータ外歯６２は第１の近似値では半径方向長さの４０％〜７０％にわたってハウジング歯７１もしくは軸方向端面５８によって覆われている。第２の近似値ではオーバラップは５０％〜６４％である。

またリング領域５０について言えば、リング領域５０はその全軸方向長さに関して少なくとも１／３から約１／２までが、ステータコア１７にわたって延びている。

三相交流発電機として構成された電気機器を示す断面図である。 ステータコアとハウジングとの間における移行箇所の第１実施例を示す断面図である。 ステータコアとハウジングとの間における移行箇所の第２実施例を示す断面図である。 ステータコアを示す断面図である。 ハウジング部分に向かってステータコアを軸方向で見た図である。 ハウジング部分の内側を示す斜視図である。 ステータコアからハウジング部分への移行部における所定の寸法関係を示す図である。

Claims (10)

1. 電気機器、特に自動車用の三相交流発電機であって、ハウジング（１３）内に保持されたステータ（１６）が設けられており、該ステータ（１６）がハウジング（１３）内に次のように、すなわち該ステータ（１６）の周囲をその軸方向端面（５７）からステータ（１６）の周囲領域へと冷却媒体流が通流可能であるように、保持されており、流路の流過横断面がステータ（１６）とハウジング（１３）とによって画成されている形式のものにおいて、流路がステータ側において、ステータ（１６）の外周部に配置されたステータ外歯（６２）によって画成されていることを特徴とする電気機器。
2. ヨーク（６０）から外側に向かって延びるステータ外歯（６２）が設けられており、該ステータ外歯（６２）がステータ外溝（６４）を周方向において画成している、請求項１記載の電気機器。
3. ステータ（１６）がそのステータ外歯（６２）を介してハウジング（１３）内に保持されており、ハウジング（１３）がステータ外歯（６２）の軸方向端面（５７）に接触していて、ステータ外歯（６２）がハウジング開口によってぴったりと収容されている、請求項１又は２記載の電気機器。
4. ステータ（１６）に隣接したハウジング部分（１３.１,１３.２）が、歯もしくは溝を付けられた端面（５８）を有していて、ハウジング溝（７０）とステータ外溝（６４）とが互いに向かい合っている、請求項１から３までのいずれか１項記載の電気機器。
5. ハウジング溝（７０）がハウジング部分（１３.１,１３.２）のリング領域（５０）内を延びていて、該リング領域（５０）において終わっている、請求項４記載の電気機器。
6. ハウジング溝（７０）が傾斜部（７３）で終わっている、請求項５記載の電気機器。
7. ハウジング溝（７０）とハウジング歯（７１）とが交互に配置されていて、ハウジング歯（７１）の内径（D_ｉＺ）がステータ外溝（６４）の内径（D_ｉＮ）よりも大きい、請求項４から６までのいずれか１項記載の電気機器。
8. 連続したリング領域（５０）がその全軸方向長さに関して、少なくとも２０％から約７０％までの値で、ステータコア（１７）にわたって延びている、請求項１から７までのいずれか１項記載の電気機器。
9. ハウジング歯（７１）が周方向において、ステータ外歯（６２）よりも広幅である、請求項４から８までのいずれか１項記載の電気機器。
10. ステータ外歯が第１の近似値では半径方向長さの４０％〜７０％にわたって、かつ第２の近似値では半径方向長さの５０％〜６４％にわたって、ハウジング歯もしくは軸方向端面（５８）によって覆われている、請求項４から９までのいずれか１項記載の電気機器。

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