JP2009065827A - ロータ及びステータモータコアを冷却するための装置及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】モータ用の成層コアを提供する。
【解決手段】本成層コア（１０）は、その各々が隣接するラミネーションに対して無間隔配置関係で配置されかつその各々が円盤状構成を有する複数のラミネーション（１２）を含み、複数のラミネーション（１２）は各々、モータの回転軸線に対して半径方向に移動する冷却流体の流れを形成するような寸法及び構成になっている。モータを冷却する方法もまた、提示している。
【選択図】 図１

Description

本明細書に説明する主題は、総括的にはモータに関し、より具体的には、ロータ及びステータコアを冷却するための装置及び方法に関する。

現在、モータを冷却する公知の方法は、スペーサを用いてロータ及び／又はステータコアに通気することを含む。一般的に、コアは、積層体を含むことができ、またスペーサは、各ラミネーション（積層）間に取付けることができる。スペーサは、Ｉ型ビーム、ブロック又はパケットとして構成することができ、その場合に、Ｉ型ビーム及びブロックは、単にラミネーションに間隔を置かせかつ該ラミネーション間に冷却空気が流れるのを可能にするように機能する。スペーサパケットは、それらの間に該スペーサパケットが配置された各ラミネーションのアパーチャと連通した中央ボアを含むことができ、従ってラミネーションを貫通して横方向に冷却空気の流れを形成することができる。

上述した方法の１つの欠点は、各ラミネーションが該ラミネーション間にスペーサを固定することを必要とし、それによって製作コストが大幅に増加することである。従って、今日まで、モータを冷却するための適当な装置又は方法は、得られていない。

本発明の実施形態によると、モータの成層コア用の積層体は、少なくとも１つの内側通気ラミネーションを含み、該少なくとも１つの内側通気ラミネーションは、ほぼ円盤状形状を備え、少なくとも１つの内側ポートを含みかつ連続外周表面を有する。また、少なくとも１つの外側通気ラミネーションも設けられ、該少なくとも１つの外側通気ラミネーションは、ほぼ円盤状形状を備えかつ少なくとも１つの外側ポートを含み、該少なくとも１つの外側ポートによって不連続外周表面を有するように構成される。少なくとも１つの内側通気ラミネーションと少なくとも１つの外側通気ラミネーションとが互いに組立てられた時に、少なくとも１つの内側ポート及び少なくとも１つの外側ポートは各々、連通してほぼ半径方向に延びる半径方向冷却ダクトを形成するような寸法及び構成になっている。

本発明の別の態様では、モータ用の成層コアは、その各々が隣接するラミネーションに対して無間隔配置関係で配置されかつその各々が円盤状構成を有する複数のラミネーションを含み、複数のラミネーションは各々、モータの回転軸線に対して半径方向に移動する冷却流体の流れを形成するような寸法及び構成になっている。

本発明のさらに別の態様では、モータを冷却する方法は、複数の無間隔配置ラミネーションを各々が含むステータ及びロータを設けるステップと、ステータを通してモータの回転軸線に平行な方向に冷却流体を流すステップと、ステータを通してモータの回転軸線に対して半径方向の方向に冷却流体を流すステップと、ロータを通してモータの回転軸線に平行な方向に冷却流体を流すステップと、ロータを通してモータの回転軸線に対してほぼ半径方向である方向に冷却流体を流すステップとを含む。

以下の詳細な説明は、添付図面に関して行う。

本発明の１つの実施形態は、モータを冷却するための装置及び方法に関し、該モータは、積層体を貫通する冷却流体の層流及び乱流の両方を形成するような寸法及び構成になった無間隔配置（間隔を置かないで配置された）ラミネーション（積層）の成層コアを含む。このようにして、ラミネーション間でのスペーサの固定を省略することによって製作コストが大幅に低減される。

次に図１を参照すると、本発明の１つの実施形態による成層コアを、その全体を参照符号１０で示している。この実施形態では、成層コア１０は、複数のロータラミネーション１２、ロータ内側通気ラミネーション１４及びロータ外側通気ラミネーション１６を含む。図示するように、ロータラミネーション１２、内側通気ラミネーション１４及び外側通気ラミネーション１６の各々は、従来技術で行っているようなラミネーション間での冷却流体の流れを形成する何らのスペーサもない状態で互いに隣接して配置される。もちろん、ラミネーションの各々は、互いに接着する及び／又は冷却流体の流れに対して全体的に有孔性でない状態で密閉することができる。従って、本明細書で用いる場合のスペーサ及び無間隔配置関係という用語は、成層コア１０の接着又は密閉状態を意味するものではない。また、ロータラミネーション１２、ロータ内側通気ラミネーション１４及びロータ外側通気ラミネーション１６の各々は、ほぼ円盤状の外側構成を各々備えることができ、従って、その各々は、図２で最もよく分かるように、その外径（ｄ）に対して比較的小さい幅（ｗ）を有することを理解されたい。さらに、ロータラミネーション１２、内側通気ラミネーション１４及び外側通気ラミネーション１６の各々は、強磁性材料を含むことができ、この強磁性材料は、レーザビーム又は高圧水のような様々な切断手段を用いて型抜き加工及び／又は切断加工することができる。

図示するように、各ロータラミネーション１２、ロータ内側通気ラミネーション１４及びロータ外側通気ラミネーション１６は、例えばモータシャフト（図示せず）に取付けるように構成されたキー溝２０を含む中心アパーチャ１８を含むことができる。第１の複数の冷却アパーチャ２２は、冷却目的のために設けられ、アパーチャ１８から円周方向かつ半径方向に間隔を置いて配置される。ファン（図示せず）を使用して、アパーチャ２２を通って回転軸線（ｘ）にほぼ平行な方向に流れる冷却流体の層流を形成することができる。

次にまた図２も参照すると、各ロータラミネーション１２、ロータ内側通気ラミネーション１４及びロータ外側通気ラミネーション１６は、一般的に銅又はアルミニウムのような導体材料（図示せず）を含有する複数のアパーチャ２４を含む。この具体的な図示した実施例に示すように、各配線アパーチャは、モータの様々な電磁特性を達成するような様々な幾何学的形状に構成可能であることがよく知られているタブ２６と三角形状端部部分２８とを含む。

図３に示すように、ロータ内側通気ラミネーション１４は、冷却アパーチャ２２から円周方向かつ半径方向に間隔を置いて配置された内側ポート３０を含む。冷却アパーチャに隣接して配置される場合には、内側ポート３０は各々、冷却アパーチャ２２と連通した開口端部３２を有する。その他の場合には、内側ポート３０は、終端部３４で閉鎖される。ロータ内側通気ラミネーション１４はまた、連続外周部３５を含む。内側ポートはその構成がほぼ矩形として示しているが、ロータ内側通気ラミネーション１４に適当な構造的支持を与えかつ流体流を形成するあらゆる適当な幾何学的形状構成を使用することができることが分かるであろう。少なくとも１つの内側ポート３０を設けることができるが、本発明の実施においてはあらゆる数の内側ポートを使用することができることを理解されたい。

図４は、ロータ外側通気ラミネーション１６を示しており、該ロータ外側通気ラミネーション１６もまた、冷却アパーチャ２２から円周方向かつ半径方向に間隔を置いて配置された外側ポート３６を含む。外側ポート３６はまた、以下でより詳細に示し説明するように、半径方向に内側ポート３０（図３）と重なるような寸法及び構成とすることができる。外側ポート３６は、開口した終端部（符号を付さず）を含み、それによってロータ外側通気ラミネーション１６はまた、不連続外周部３８を含む。内側ポート３０と同様に、外側ポート３６はその構成がほぼ矩形として示しているが、ロータ外側通気ラミネーション１６に適当な構造的支持を与えかつ流体流を形成するあらゆる適当な幾何学的形状構成を使用することができることが分かるであろう。少なくとも１つの外側ポート３６を設けることができるが、本発明の実施においてはあらゆる数の外側ポートを使用することができることを理解されたい。

次に図５を参照すると、成層コア１０の断面を示しており、成層コア１０は、互いに組立てられたロータラミネーション１２、ロータ内側通気ラミネーション１４及びロータ外側通気ラミネーション１６を含む。この図から分かるように、内側ポート３０は、外側ポート３６と連通して、冷却アパーチャ２２（図１）と成層コア１０の外周部との間で延びる半径方向冷却ダクト４０を形成するように構成される。作動中に、また図１も参照すると、空気のような冷却媒体は、矢印４２に沿って軸方向に移動し、半径方向冷却ダクト４０を通って、矢印４４で示す半径方向に流出することができる。このようにして、また冷却流体の層流に加えて、矢印４４の方向における乱流もまた形成される。

本発明の別の態様によると、成層コアを、その全体を参照符号１００で示している。成層コア１００は、複数のステータラミネーション１１２、ステータ内側通気ラミネーション１１４及びステータ外側通気ラミネーション１１６を含む。成層コア１００は、例えばモータ内において成層コア１０と共に使用することができることが分かるであろう。また、例えばモータにおいて、任意選択的に成層コア１０及び１００のいずれを別個に使用することができることも理解されたい。さらに、成層コア１００は、上述の成層コア１０と多くの態様で類似するものとすることができ、従って明確にするために、以下の説明を越えたさらなる詳細については上記を参照することができることを理解されたい。ロータではなくステータの形態であるが、同様の要素の参照符号は、１００が前についていることを除いて上記のものと同様に符号付けする。

ステータラミネーション１１２は、図７に最もよく示しており、配線ポスト１２５間に配置された配線アパーチャ１２４を含む。

次に図８を参照すると、ステータ内側通気ラミネーション１１４は、内側ポート１３０を含み、この内側ポート１３０は、仮想線で表したようにステータラミネーション１１２に組立てられた時に、配線ポスト１２５間で終端する。ステータ内側通気ラミネーション１１４は、連続外周部１３５を有する。

図９に転じると、ステータ外側通気ラミネーション１１６は、外側ポート１３６と不連続外周部１３８とを含む。

図１０は、内側ポート１３０が外側ポート１３６と連通して、配線ポスト１２５と成層コア１００の外周部との間で延びる半径方向冷却ダクトを形成するように構成されることを示している。作動中に、また図６も参照すると、作動中に、また図１も参照すると、空気のような冷却媒体は、矢印１４２に沿って軸方向に移動し、半径方向冷却ダクト１４０を通って、矢印１４４で示す半径方向に流出することができる。このようにして、また冷却流体の層流に加えて、矢印１４４の方向における乱流もまた形成される。

次に図１１を参照すると、本発明の別の態様によるモータを冷却する方法を、その全体を参照符号２００で示している。本方法は、参照符号２０２で示すような、複数の無間隔配置ラミネーションを各々が含むステータ及びロータを設けるステップと、参照符号２０４で示すような、ステータを通してモータの回転軸線に平行な方向に冷却流体を流すステップと、参照符号２０６で示すような、ステータを通してモータの回転軸線に対して半径方向の方向に冷却流体を流すステップと、参照符号２０８で示すような、ロータを通してモータの回転軸線に平行な方向に冷却流体を流すステップと、参照符号２１０で示すような、ロータを通してモータの回転軸線に対してほぼ半径方向である方向に冷却流体を流すステップとを含む。

現在最も実用的かつ好ましい実施形態であると考えられるものに関して本発明を説明してきたが、本発明は、本明細書に開示したそれらの実施形態に限定されるものではないことを理解されたい。むしろ、本発明は、特許請求の範囲の技術思想及び技術的範囲内に含まれる様々な修正及び均等な構成の全てを保護することを意図している。

本発明の１つの実施形態による、積層体を含むロータコアの斜視図。 図１のロータコアのロータラミネーションを示す図。 図１のロータコアの内側通気ラミネーションを示す図。 図１のロータコアの外側通気ラミネーションを示す図。 互いに組立てられたロータラミネーション、内側通気ラミネーション及び外側通気ラミネーションを示す、図１の線５に沿って取った断面図。 本発明の別の態様による、ステータ積層体を含むステータコアの斜視図。 図６のステータコアのステータラミネーションを示す図。 ステータラミネーション（仮想線で示す）に組立てられた、図６のステータコアの内側通気ラミネーションを示す図。 図６のステータコアの外側通気ラミネーションを示す図。 ステータラミネーション、内側通気ラミネーション及び外側通気ラミネーションを示す、図６の線１０に沿って取った断面図。 モータを冷却する方法を示す図。

符号の説明

１０ 成層コア
１２ ロータラミネーション
１４ 内側通気ラミネーション
１６ 外側通気ラミネーション
１８ 中心アパーチャ
２０ キー溝
２２ 冷却アパーチャ
２４ アパーチャ
２６ タブ
２８ 三角形状端部部分
３０ 内側ポート
３２ 開口端部
３４ 終端部
３５ 連続外周部
３６ 外側ポート
３８ 不連続外周部
４０ 半径方向冷却ダクト
１００ 成層コア
１１２ ステータラミネーション
１１４ ステータ内側通気ラミネーション
１１６ ステータ外側通気ラミネーション
１２４ 配線アパーチャ
１２５ 配線ポスト
１３０ 内側ポート
１３５ 連続外周部
１３６ 外側ポート
１３８ 不連続外周部
１４０ 半径方向冷却ダクト

Claims (10)

1. モータの成層コア（１０）用の積層体（１２）であって、
   少なくとも１つの内側ポート（３０）を含みかつ連続外周表面（３５）を有する少なくとも１つの内側通気ラミネーション（１４）と、
   少なくとも１つの外側ポート（３６）を含み、該少なくとも１つの外側ポート（３６）によって不連続外周表面（３８）を有するように構成された少なくとも１つの外側通気ラミネーション（１６）と、を含み、
   前記少なくとも１つの内側通気ラミネーション（１４）と前記少なくとも１つの外側通気ラミネーション（１６）とが互いに組立てられた時に、前記少なくとも１つの内側ポート（３０）及び少なくとも１つの外側ポート（３６）が各々、連通してほぼ半径方向に延びる半径方向冷却ダクト（４０）を形成するような寸法及び構成になっている、
   積層体（１２）。
2. 前記少なくとも１つの内側通気ラミネーション（１４）が、各々互いに隣接して配置された複数の内側通気ラミネーション（１４）を含む、請求項１記載の積層体（１２）。
3. 前記少なくとも１つの外側通気ラミネーション（１６）が、各々互いに隣接して配置された複数の外側通気ラミネーション（１６）を含み、
   前記複数の内側通気ラミネーション（１４）と前記複数の外側通気ラミネーション（１６）とが、それによって前記内側ポート（３０）及び外側ポート（３６）が各々連通するように、互いに取付けられる、
   請求項２記載の積層体（１２）。
4. 前記少なくとも１つの内側ポート（３０）が、前記少なくとも１つの内側通気ラミネーション（１４）の周りで円周方向に間隔を置いて配置された複数の内側ポート（３０）を含み、かつ前記内側ポート（３０）の各々が、半径方向に沿って細長く、
   前記少なくとも１つの外側ポート（３６）が、前記少なくとも１つの外側通気ラミネーション（１６）の周りで円周方向に間隔を置いて配置された複数の外側ポート（３６）を含み、かつ前記外側ポート（３６）の各々が、半径方向に沿って細長い、
   請求項１記載の積層体（１２）。
5. 前記内側通気ラミネーション（１４）と前記外側通気ラミネーション（１６）とが各々、互いに隣接して配置されて軸方向冷却ダクトを形成した少なくとも１つの冷却アパーチャ（２２）を含む、請求項３又は４記載の積層体（１２）。
6. 前記少なくとも１つの冷却アパーチャ（２２）が、複数の円周方向に間隔を置いて配置された冷却アパーチャ（２２）を含み、
   各円周方向に間隔を置いて配置された冷却アパーチャ（２２）が、互いに隣接して配置されて複数の軸方向冷却ダクトを形成する、
   請求項５記載の積層体（１２）。
7. モータ用の成層コア（１０）であって、
   その各々が隣接するラミネーションに対して無間隔配置関係で配置されかつその各々が円盤状構成を有する複数のラミネーション（１２）を含み、
   前記複数のラミネーション（１２）が各々、前記モータの回転軸線に対して半径方向に移動する冷却流体の流れを形成するような寸法及び構成になっている、
   成層コア（１０）。
8. 少なくとも１つの内側ポート（３０）を含みかつ連続外周表面を有する少なくとも１つの内側通気ラミネーション（１４）と、
   少なくとも１つの外側ポート（３６）を含み、該少なくとも１つの外側ポート（３６）によって不連続外周表面を有するように構成された少なくとも１つの外側通気ラミネーション（１６）と、を含み、
   前記少なくとも１つの内側通気ラミネーション（１４）と前記少なくとも１つの外側通気ラミネーション（１６）とが互いに組立てられた時に、前記少なくとも１つの内側ポート（３０）及び少なくとも１つの外側ポート（３６）が各々、連通して半径方向冷却ダクト（４０）を形成するような寸法及び構成になっている、
   請求項７記載の成層コア（１０）。
9. 前記少なくとも１つの内側ポート（３０）が、前記少なくとも１つの内側通気ラミネーション（１４）の周りで円周方向に間隔を置いて配置された複数の内側ポート（３０）を含み、かつ前記内側ポート（３０）の各々が、半径方向に沿って細長く、
   前記少なくとも１つの外側ポート（３６）が、前記少なくとも１つの外側通気ラミネーション（１６）の周りで円周方向に間隔を置いて配置された複数の外側ポートを含み、かつ前記外側ポートの各々が、半径方向に沿って細長い、
   請求項８記載の成層コア（１０）。
10. モータを冷却する方法であって、
    複数の無間隔配置ラミネーションを各々が含むステータ及びロータを設けるステップ（２０２）と、
    前記ステータを通して前記モータの回転軸線に平行な方向に冷却流体を流すステップ（２０４）と、
    前記ステータを通して前記モータの回転軸線に対して半径方向の方向に冷却流体を流すステップ（２０６）と、
    前記ロータを通して前記モータの回転軸線に平行な方向に冷却流体を流すステップ（２０８）と、
    前記ロータを通して前記モータの回転軸線に対してほぼ半径方向である方向に冷却流体を流すステップ（２１０）と、を含む、
    方法。

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