JP2007536887A

JP2007536887A - 水冷式電気機械

Info

Publication number: JP2007536887A
Application number: JP2007512177A
Authority: JP
Inventors: ベール、フベルツス; ツィスラー、ミヒァエル
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2004-05-07
Filing date: 2005-04-29
Publication date: 2007-12-13
Also published as: CN100541979C; DE102004022557B4; US7737585B2; CN1950986A; WO2005112228A1; US20070210655A1; DE102004022557A1

Abstract

電気機械のハウジング（１）を、各ハウジング部分（２、３）が軸受ブラケット（５、４）を有するように２分割構造に形成し、両ハウジング部分（２、３）を、該両ハウジング部分（２、３）が組み合わされた際に両部分間に冷却通路（８）を形成するように構成する。このハウジングは、構造が単純であると同時に組立が容易であり、更に十分な冷却を可能にする。このハウジングは、特に工作機械用の軸方向に短い電動機での使用に適している。

Description

本発明は、積層鋼板から成るステータを有するハウジングと、ロータ軸が軸受ブラケットに設置された軸受で回転可能に支持されたロータと、ハウジング内における冷却通路とを備えた液冷式冷却系を有する電気機械に関する。

電気機械の出力やトルクを増大するために、液冷式又は水冷式の冷却原理が採用されている。液冷式電気機械の場合、種々の液冷式冷却原理が利用されている。液体は、一般に角部に軸方向冷却通路を備えた射出成形品を貫流する。液体流の転向は、別個の軸受ブラケット又は電気機械の外に設けられた補助転向板によって行われる。

軸受ブラケットでの転向は、鋳造孔や切削加工孔で行われ、また一部は、管が鋳造品に埋設される。軸受ブラケットや転向板に対するシールは、構造上主に平形シール手段、例えば平形パッキン又は液体で行われ、そのためシールの形成は極めて困難である。

電気機械を冷却するための他の原理は、ステータの背面に配置したリング状溝或いは蛇行状溝の形をした冷却コイルの採用である。これは、経費のかかる組立を要し、更にステータから冷却コイルへの熱伝達が不十分である。

また、電気機械のハウジングの外周への冷却スリーブの配置も知られている。この冷却スリーブの製造は非常に経費がかかり、しかも電気機械の熱源から冷却スリーブへの熱伝達が非常に不十分である。

従って本発明の課題は、個々の部品が単純に組み立てられ、単純な様式で十分な冷却を行える、液冷式冷却系を備えた電気機械を提供することにある。

また、冷却回路の確実なシールを形成することにある。

この課題は、積層鋼板から成るステータを有するハウジングと、ロータ軸が軸受ブラケットに設置された軸受で回転可能に支持されたロータと、ハウジング内に冷却通路を備えた液冷式冷却系を有する電気機械において、ハウジングを、各ハウジング部分が軸受ブラケットを有するように２分割構造に形成し、両ハウジング部分を、該両ハウジング部分が組み合わされた際に冷却通路を形成するように形成することで解決される。

本発明に基づく両軸受ブラケットの形成に伴い、冷却材流がステータの周りを渦巻き状或いは蛇行状に流れ、その際隣り合う部品に対するシール箇所の数が最少となる。ステータへの比較的良好な熱結合は、電気機械の出力の増大を生じさせる。

本発明でが、ハウジング部品が減少し、転向板や補助的な冷却コイル又は冷却スリーブが不要となる。本発明による電気機械の組立時間は、比較的高価な平形シール手段と、ハウジングの組立と、場合による冷却コイルや冷却スリーブの廃止のために短縮される。

また、軸受ブラケットへの管の鋳込みや、軸受ブラケットへの転向通路の穿孔や鋳造が不要となる。

シール箇所の減少と、それに伴う平形パッキンの半径方向密封用Ｏリングへの転換に伴い、冷却回路内を高圧にでき、これは電気機械の利用性を良好にする。

電気機械の外側輪郭を十字形に形成することで角部が空所となり、この結果フランジの取付けボルトに、電気機械の背面から自由に接近できる。また、丸形や八角形の外側輪郭も可能であり、これらも同様に、フランジの取付けボルトへの自由な接近を可能にする。

以下図示の実施例を参照し、従属請求項に基づく他の利点を詳細に説明する。

図１は、ステータ１１とロータ１２とを備えた電気機械の本発明に基づくハウジング１を縦断面図で示す。互いにはめ込まれた２個の管状ハウジング部分２、３がハウジング１を形成している。各ハウジング部分２、３は各々軸受ブラケット５、４を有し、各軸受ブラケット５、４に軸受９が設置され、例えばカラー１４により位置決めされる。カラー１４は、軸１３の一部であるが、補助部品として軸１３に設けてもよい。軸１３はロータ１２を支える。ハウジング部分２、３と各軸受ブラケット４、５は、好適には一体に形成されている。

はめ込み結合状態で両ハウジング部分２、３間に存在するシール箇所は、Ｏリング６、７で密封される。各管状ハウジング部分２、３は、軸方向にステータ１１を越えて、好適には更に各巻線端１５′を越えて延びる。ステータ１１の組立を容易にすべく、ハウジング部分３の内周面１６を僅かに円錐状に形成する。その際に存在する隙間２０は、ハウジングとステータ１１との間に十分な熱伝導性を得るべく、熱伝導材料で充填される。

図２に示す如く、両ハウジング部分２、３の組立に伴い冷却ジャケットが形成される。両ハウジング部分２、３の外周面ないし内周面のリブ１５が互いにずれて配置され、両ハウジング２、３間の中間空間１６の中に突出することで、両ハウジング部分２、３のはめ込み結合により、軸方向冷却通路８が生ずる。リブ１５の軸方向長が中間空間１６の軸方向長より短いので、はめ込み結合された両ハウジング部分２、３により、冷却通路８の転向部１０が生ずる。従って、リブ１５は中間空間１６の先端迄達していない。

Ｏリング６、７により密封された外側に対し密封すべきシール箇所は２つしか存在しない。冷却ジャケットを一体化したこのハウジング１は、ダイキャスト部品で安価に製造できる。Ｏリング６、７を設けた両シール箇所には機械加工を施すとよい。

冷却通路８は、例えば一方或いは両方のハウジング部分２、３に切削加工で設けてもよい。これにより、渦巻き状に延びる冷却通路も形成できる。

図３は、組立中のハウジング部分２、３の半組立状態を示す。図４の組立完了時、ハウジング部分２、３は相互にはめ込まれ、冷却通路８を形成する。該通路８は、円周方向に見て蛇行状に延び、機能的に冷却ジャケットを構成し、かつ転向部１０を備えている。

冷却液は入口１７を経て流入し、出口１８を経て流出する。入口１７と出口１８は孔であり、例えば冷却通路８の円周方向における蛇行状経過が生ずるよう、冷却通路８に流れ的に接続している。その場合、入口１７と出口１８との間に１個のリブを、該リブが中間空間１６と同じ軸方向長を持ち、この結果壁２１を形成するように構成するとよい。この結果、入口１７と出口１８との間の短絡流を防止できる。

図４は組立済の電気機械を示す。ハウジング１は十字形状を持ち、このため角部が空所となっている。この結果電気機械の背面からフランジの取付けボルト（１９）に自由に接近できる。また、ハウジング１を丸形或いは八角形の外側輪郭にすることもでき、これらの場合も同様に、フランジの取付けボルトへの自由な接近が可能になる。

図５は、冷却コイル２４を備えた本発明に基づくハウジング１の異なる実施例を示す。冷却コイル２４に、接続口２２、２３を経て冷却液が供給される。ここでは、図１の電気機械の全般的説明に加えて、冷却が冷却コイル２４によって行われる。この冷却コイル２４は本発明に基づき、ハウジング部分２、３の軸方向結合によって生ずる。ここでも、はめ込み結合状態においてハウジング部分２、３間に存在するシール箇所は、Ｏリング６、７で密封されている。従って、２つのシール箇所しか存在しない。各管状ハウジング部分２、３は、軸方向にステータ１１を越えて、好適には、更に各巻線端１５′を越えて延びている。ステータ１２の組立を容易にすべく、ハウジング部分３はその内周面１６が僅かに円錐状に形成されている。その際に生ずる隙間２０は、ハウジングとステータ１２との間に十分な熱伝導性を得るよう、熱導体材料で充填される。

かかる構造は、電気機械の軸方向長がステータ１１の直径のほぼｘ倍に相当し、０？ｘ？５である軸方向に短い電気機械に対し特に有利である。これは特に工作機械用の内蔵電動機に適用される。

相互にはめ込むべき両管状ハウジング部分２、３の本発明に基づく構造原理は、電気機械の単純な構造と所定の保護様式を保証すべく、空冷式電気機械にも転用できる。

ハウジングの縦断面図。ハウジングの横断面図。半組立状態の斜視図。完全組立状態の斜視図。異なった実施例のハウジングの縦断面図。

符号の説明

１ハウジング、２、３ハウジング部分、４、５軸受ブラケット、６、７Ｏリング、８冷却通路、９軸受、１１ステータ、１２ロータ、１３ロータ軸、１９取付けボルト

Claims

積層鋼板から成るステータ（１１）を有するハウジング（１）と、ロータ軸（１３）が軸受ブラケット（４、５）に設置された軸受（９）で回転可能に支持されたロータ（１２）と、ハウジング（１）内における冷却通路（８）とを備えた液冷式冷却系を有する電気機械において、
ハウジング（１）を、各ハウジング部分（２、３）が軸受ブラケット（５、４）を有するように２分割構造に形成し、両ハウジング部分（２、３）を、該両ハウジング部分（２、３）が組み合わされた際に冷却通路（８）を形成するように構成したことを特徴とする電気機械。
冷却通路（８）が軸方向に延び、或いは冷却コイル（２４）として形成されたことを特徴とする請求項１記載の電気機械。
ハウジング部分（２、３）がダイキャスト部品から成ることを特徴とする請求項２記載の電気機械。
冷却通路（８）の転向部（１０）が、両ハウジング部分（２、３）のはめ込み結合により冷却通路（８）の先端に形成されたことを特徴とする請求項１から３の１つに記載の電気機械。
両ハウジング部分（２、３）が管状はめ込み結合により冷却通路（８）を形成し、それに応じて、冷却回路の外側に対するシール箇所が２つしか存在しないことを特徴とする請求項１から４の１つに記載の電気機械。
各ハウジング部分（２、３）が、Ｏリング（６、７）を配置するための周溝を備えることを特徴とする請求項５記載の電気機械。
ＡＳ・シールドへのハウジング部分（２、３）のボルト結合（１９）が行われたことを特徴とする請求項１から６の１つに記載の電気機械。