JP2013527740A - 電動機用の冷却装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、ジャケット面／固定子バック３５を有する固定子３０を備える電動機１０を冷却するための装置に関し、ハウジング４０が固定子を取り囲むように配置され、装置は少なくとも１つの冷却チャネル５０を備え、液体冷却媒体が、電動機を冷却するために冷却チャネル内を流れ、ハウジングは、これとジャケット面３５との間に冷却チャネルを形成するために、固定子の熱硬化性樹脂で囲まれたジャケット面３５の主要部分に沿って固定子から隔てられ、固定子の固定子巻線３２は、ジャケット面に沿って延び、ジャケット面から軸線方向に突出し、そしてジャケット面の外側で向きを変えるように配置され、突出する固定子巻線を含む固定子は熱硬化性樹脂（Ｅ）で埋め込まれ、冷却チャネルは、ハウジングと固定子巻線との間にも形成される。本発明は、冷却用の装置を有する電動機、および電動機を備える車両にも関する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、請求項１の前文による電動機用の冷却装置に関する。本発明は電動機にも関する。本発明は自動車両にも関する。

電動機は運転中に熱くなり、熱を緩和するために冷却が必要になる。電動機の冷却は、例えば、空気、水、油などの様々な種類の冷却媒体によって行うことができる。

米国特許第６８００９７１号明細書は、始動電動機の固定子を液体冷却するための装置を開示している。固定子は、固定子を取り囲むハウジングと固定子の固定子バックの合成樹脂被覆ジャケット面との間に形成された冷却チャネルを有し、冷却は、冷却が固定子バックの合成樹脂被覆ジャケット面に向かって直接行われるように、冷却チャネル内を流れるように配置された液体冷却媒体によって行うようになっている。この装置は、固定子バックの各端部に溶接された金属端板を有する。

欧州特許第０４３４８４５号明細書は、固定子を液体冷却するための装置を開示している。固定子の鉄心は、液体がその中を流れるように配置された冷却チャネルが設けられたジャケットに重みがかかる。固定子鉄心の端部に密封リングが配置される。密封機能をもつ接着剤が固定子積層板間に存在する。

いくつかの高性能電動機に伴う問題は、巻線温度が高くなりすぎて電動機の損傷につながる可能性があり、電動機を保護するために電流が低減される必要があり、電動機の性能が低下することである。

さらに、電動機の固定子と冷却部との間に良好な接触をもたらすのは困難であり、その結果、熱伝達が実質的に低下し、それにより、固定子の望ましくない温度上昇のせいで性能が低下することになる。

本発明の目的は、効率的な冷却、電動機のコンパクト設計、および費用効率の高い構造を容易にする電動機用の冷却装置を提供することである。

以下の記述から明らかなこれらおよびその他の目的は、序文として記載されているタイプであるものに加えて、添付の請求項１、９および１０の特徴部分に記載されている特徴を呈する、電動機用の冷却装置、電動機、および自動車両によって達成される。冷却装置の好ましい諸実施形態は、添付の従属請求項２〜８に定義されている。

本発明によれば、上記目的は、熱伝導熱硬化性樹脂（ｈｅａｔ ｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ ｔｈｅｒｍｏｓｅｔ）で囲まれたジャケット面／固定子バックを有する固定子を備える電動機を冷却するための装置で達成され、ハウジングが固定子を取り囲むように配置され、装置は少なくとも１つの冷却チャネルを備え、液体冷却媒体が、電動機を冷却するために冷却チャネル内を流れるためのものであり、ハウジングは、ハウジングと前記ジャケット面との間に前記冷却チャネルを形成するために、固定子の熱硬化性樹脂で囲まれたジャケット面の主要部分に沿って固定子から隔てられて延びるように配置され、固定子の固定子巻線は、前記ジャケット面に沿って延び、前記ジャケット面から軸線方向に突出し、そして前記ジャケット面の外側で向きを変えるように配置され、突出する固定子巻線を含む固定子は前記熱硬化性樹脂で埋め込まれ、前記冷却チャネルは、ハウジングと上記のように突出する固定子巻線との間にも形成される。これにより、冷却媒体は熱硬化性樹脂で囲まれた固定子と直接接触し、液体媒体による冷却は、熱硬化性樹脂に埋め込まれたコイル端部に向かって直接行われ、その結果、熱硬化性樹脂に埋め込まれたコイル端部の効率的な冷却が促進される。このため、巻線からの熱をそらすために、コイル端部を有する巻線から熱硬化性樹脂を通って冷却媒体までの温度転移が必要になり、したがって効率的な冷却が得られる。したがって、直接冷却は、コイルが最も熱くなりかつ周辺領域よりも熱い局所、いわゆるホットスポットが生じるコイル端部に対して行われ、効率的な冷却は、コイルが最も熱くなる所で行われる。これにより、性能を維持して、巻線温度が高くなりすぎて電動機の損傷が起こることが回避されうる。

熱伝導熱硬化性樹脂に対して直接冷却することにより、固定子巻線／コイル端部と液体冷却媒体との間の良好な熱的接触が保証される。さらに、効率的な冷却により、冷却効果を維持して冷却チャネルの径方向延長部を縮小すること、その結果としてハウジングを含む電動機の半径を縮小すること、それによってよりコンパクトな電動機ユニットが得られて車両内に設置する間に利用できるスペースを作り出すことが促進される。ハウジングは熱硬化性樹脂で囲まれた固定子の大部分に沿って隔てられて延びるように配置されるので、電動機は、いわゆるフレームレス電動機、すなわちハウジングなしの電動機として形成されることができ、電動機は冷却チャネルを形成するようにハウジングに連結される。これにより、前記熱硬化性樹脂に埋め込まれた固定子と回転子シャフトに対する固定した界面をもつ回転子とを有する電動機は、供給者によって別個に製造されることができ、ハウジングは車両内に形成されることができ、その結果、電動機の調達コストおよび設置コストが低減され、その結果として車両の全製造のコストが低減される。

装置の一実施形態によれば、前記熱硬化性樹脂は熱伝導エポキシで構成される。液密、熱伝導性、硬化、熱持続性、接着性などの特性をもつエポキシは、この目的で優れた熱硬化性樹脂を構成する。熱伝導エポキシは、良好な熱伝導性を有し、それによって熱を電動機のコイル端部から電動機の固定子を支持するように配置されたハウジングに効率的に輸送する。その場合、ハウジングは、空気、水、油などの適切な冷却媒体、または他の適切な冷却媒体で冷却されるように配置される。さらに、エポキシはまた、巻線内の様々な位置の温度を同一レベルにする。

装置の一実施形態によれば、前記液体冷却媒体は本質的に水で構成される。水を液体冷却媒体として用いると非常に良好な冷却が得られる。

装置の一実施形態によれば、ハウジングは、密封手段を用いて固定子の各端部領域で前記熱硬化性樹脂に密封連結される。これにより液体冷却媒体の漏出が回避される。

装置の一実施形態によれば、前記液体冷却媒体は、前記冷却チャネル内を本質的に軸線方向に流れるように配置される。

一実施形態によれば、装置は、ハウジングと熱硬化性樹脂で囲まれた固定子との間を軸線方向に延びるように配置された支持要素を備え、前記冷却チャネルの軸線方向冷却部を形成する。これにより、ハウジングが曲がるのが回避され、このようにして冷却チャネルのスペースを縮小する。さらに、冷却チャネル部内の冷却媒体を分配することにより冷却媒体の制御が得られる。

装置の一実施形態によれば、前記液体媒体は、前記冷却チャネル内を本質的に円周方向に流れるように配置される。

一実施形態によれば、装置は、ハウジングと熱硬化性樹脂で囲まれた固定子との間を円周方向に延びるように配置された支持要素を備え、円周方向に延びる前記冷却チャネルの冷却チャネル部を形成する。これにより、ハウジングが曲がるのが回避され、このようにして冷却チャネルのスペースが縮小される。さらに、冷却媒体を分配することにより冷却媒体の制御が得られる。

本発明は、下記の詳細な説明を添付図面と共に読んだときによりよく理解され、複数の図面を通じて類似の参照符号は類似の部分を意味する。

自動車両の側面図を概略的に示す図である。 本発明の一実施形態による電動機の軸線方向断面図を概略的に示す図である。 本発明の一実施形態による電動機の軸線方向断面図を概略的に示す図である。 本発明の一実施形態による電動機の径方向断面図を概略的に示す図である。 本発明の一実施形態による電動機の一部の断面側面図を概略的に示す図である。 本発明の一実施形態による電動機の一部の軸線方向分配図を概略的に示す図である。

図１を参照すると、自動車両１の側面図が示されている。車両は、建設車両や軍用車両などの大型車両とすることができる。車両は、装輪車両または装軌車両とすることもできる。車両は、代替的に自動車とすることもできる。車両１は、下記実施形態のいずれかによる電動機冷却用の装置を備える電動機を少なくとも１つ備える。

図２は、電動機１０の軸線方向断面の側面図を概略的に示し、図３ａおよび図３ｂはそれぞれ、本発明の一実施形態による電動機の軸線方向断面図および径方向断面図を概略的に示す。

電動機１０は回転子２０および固定子３０を備え、前記回転子は、駆動シャフト２２に連結されかつ前記駆動シャフト２２を回転させるように配置される。回転子シャフト２２は回転子に対して同軸に延びるように配置され、回転子は回転子シャフト２２を取り囲むように配置される。回転子２０は、一変形形態によれば、積層回転子板２０ａによって積み重ねられる。回転子２０は、回転子２０の周囲に配置された磁石２４を備える。

固定子３０は回転子２０を取り囲むように配置され、回転子シャフト２２、およびしたがって回転子２０は固定子３０に対して同心円状に配置される。回転子２０の外面は、固定子３０の内面に隣接しかつ固定子３０の内面から隔てて配置される。固定子３０は、一変形形態によれば、積層固定子板３０ａによって積層される。固定子３０は、電動機１０を駆動するための電流がそれを通じて伝導されるように配置された１組の導電性線３２ａ／導体３２ａ、好ましくは銅線を含む固定子巻線３２を備える。前記導体１０は異なる厚みにすることができる。前記固定子巻線３２は、巻線が回転子に隣接して相接するように、軸線方向に延びるように配置される。固定子巻線３２は、固定子３０の端部から軸線方向に突出し、端部の外側で向きを変え、そして端部から再導入されるように配置され、固定子巻線３２の前記突出部３２’は、いわゆるコイル端部３２’を形成する。

巻線３２の銅線３２ａは、一変形形態によれは、固定子板３０ａの区画／凹所３４内を軸線方向に延び、固定子３０の端部から導出され、そして固定子板３０ａの別の区画／凹所３４の中に戻るように配置される。前記導電性線／導体３２ａは、区画／凹所の別の充填のための別の形状にすることができる。

固定子３０は、接着液密で熱伝導性かつ熱持続性の熱硬化性プラスチック、すなわち熱硬化性樹脂Ｅ、好ましくはエポキシＥで構成されたものに埋め込まれる。これにより、固定子３０は、外部から前記熱硬化性樹脂Ｅで囲まれる。これにより、ジャケット面３５、すなわち固定子のいわゆる固定子バック３５は前記熱硬化性樹脂Ｅで囲まれて、固定子の熱硬化性樹脂で囲まれたジャケット面３５が形成されるようにする。固定子３０の固定子巻線３２は、本発明によれば、固定子３０の前記ジャケット面３５に沿って延び、前記ジャケット面３５から軸線方向に突出し、そして前記ジャケット面３５の外側で向きを変えるように配置される。固定子巻線３２の各突出部３２’、すなわち各コイル端部３２’を含む固定子３０は、したがって本発明によれば、前記熱硬化性樹脂Ｅで埋め込まれる。

ハウジング４０またはケーシング４０は、電動機１０を取り囲むように電動機１０と連結して配置されていて、電動機の固定子３０を備える。ハウジング４０は、ハウジングと前記ジャケット面３５との間に前記冷却チャネル５０を形成するために、固定子の熱硬化性樹脂で囲まれたジャケット面３５の実質的な部分に沿って固定子のジャケット面から隔てて延びるように配置される。

ハウジングはさらに、前記冷却チャネル５０の追加の部分を形成するために、前記ジャケット面３５の外側を軸線方向に延びるように配置される。したがって、前記冷却チャネル５０は、ハウジング４０と固定子巻線３２の上記のような各突出部３２’との間にも形成される。したがって、冷却チャネル５０は、熱硬化性樹脂に埋め込まれた、固定子巻線の各突出部３２’／コイル端部３２’と連結して延びる部分を有し、液体媒体による冷却は、熱硬化性樹脂に埋め込まれたコイル端部３２’に向かって直接行われ、その結果、熱硬化性樹脂に埋め込まれたコイル端部の効率的な冷却が促進される。

ハウジングは、この実施形態によれば、固定子３０の熱硬化性樹脂で囲まれたジャケット面３５全体に実質的に沿ってジャケット面３５から隔てて延びるように配置されていて、前記冷却チャネル５０を形成する。したがって、ハウジングは、ハウジング４０と熱硬化性樹脂で囲まれた固定子３０との間に冷却チャネル５０が形成されるように配置されて、冷却チャネル５０内を流れる冷却媒体が、固定子３０の熱硬化性樹脂で囲まれたジャケット面３５と直接接触し、すなわち熱硬化性樹脂Ｅと直接接触するようにする。

固定子３０が液密の熱伝導熱硬化性樹脂で囲まれることにより、液体冷却媒体として水が有利に使用され、それによって効率的な冷却を促進することができる。

ハウジング４０は、密封手段６０を用いて固定子３０の各端部領域で前記熱硬化性樹脂に密封連結される。密封手段６０は、一変形形態によればシールで構成され、前記シールは、一変形形態によればＯリングで構成される。密封手段６０は、一変形形態によれば、密封特性をもつ接着性材料で構成される。密封手段６０は、一変形形態によれば、エポキシに埋め込まれた固定子とハウジングとの間の表面が一定の表面細かさおよび／または形状正確さを有することに対応するためのものである取付け手段で構成される。取付け手段は、エポキシの表面に配置された機械加工部を備え、機械加工部にハウジングが配置されるためのものである。これにより、Ｏリングの形をした密封手段は、密封を確実にするために、前記機械加工部と連結して配置され、Ｏリングは、固定子の表面とハウジングの表面との間を締着されかつ密封するように配置される。

熱硬化性樹脂Ｅは固定子３０に当てられ、硬化することができ、熱硬化性樹脂Ｅは、固定子３０の外面が前記熱硬化性樹脂Ｅで囲まれるように、固定子３０に接着する。熱硬化性樹脂Ｅが固化した後、ハウジング４０は、前記冷却チャネル５０が形成されるように当てられる。ハウジング４０が後で付着され、固定子３０の熱硬化性樹脂のジャケット面３５の大部分に沿って離れて取り囲まれた結果として、ハウジング４０は、用途、例えばハウジングの外側の形状に応じて異なって形成されることができる。それにより、モジュール方式も得られ、ハウジングだけが新製品のために変更される多くの用途に同じ電動機が使用されうる。

さらに、いわゆるフレームレス電動機は電動機の製造業者によって製造されうるが、実際のハウジングは、熱硬化性樹脂のジャケット面の実質的な部分に沿って離れて延びるように製造されかつ構成されることができ、それによって車両の製造コストを低減する。

一実施形態によれば、前記液体冷却媒体は、少なくとも１つの入口（図示せず）を通じて前記冷却チャネル内を本質的に軸線方向に流れるように配置される。

図４は、本発明の一実施形態による電動機１０ａの一部の断面側面図を概略的に示す。この実施形態は、径方向支持要素５２ａがハウジングと熱硬化性樹脂で囲まれた固定子３０との間を円周方向に延びるように配置されていて、円周方向に延びる前記冷却チャネルの冷却チャネル部５０ａを形成するという点で、図２、図３ａおよび図３ｂの実施形態による電動機とは異なる。

図５は、本発明の一実施形態による電動機１０ｂの一部の軸線方向分配断面図を概略的に示す。この実施形態は、軸線方向支持要素５２ｂがハウジングと熱硬化性樹脂で囲まれた固定子３０との間を軸線方向に延びるように配置されていて、前記冷却チャネル５０の軸線方向冷却チャネル部５０ｂを形成するという点で、図２、図３ａおよび図３ｂによる電動機とは異なる。これにより、一実施形態によれば、冷却媒体は、軸線方向に延びる冷却チャネル部５０ｂ内を流れ、電動機の一端で方向を変え、別の軸線方向に延びる冷却チャネル部５０ｂに導入され、そして前の冷却チャネル部内の冷却媒体の流れに逆らって流れることができる。

一実施形態によれば、前記液体媒体は、少なくとも１つの入口を通じて前記冷却チャネル内を本質的に円周方向に流れるように配置される。

本発明による冷却チャネル５０は、とりわけ、冷却の必要性、電動機のサイズ、冷却媒体の所望の流速、冷却媒体の温度などに適合する径方向の延長部を有する。冷却チャネルは、チャネル部上に任意の適当な形を含む任意所望の構成を有することができる。

ハウジングに関して、本明細書では電動機を取り囲む要素が対象とされ、ハウジングは任意の適当な材料にすることができ、ハウジングという用語はケーシングおよび被覆を含む。

ハウジング４０は、一変形形態によれば、固定子３０を支持するように配置される。一変形形態によれば、固定子３０は、例えば車両の他のユニットによって支持されるように配置され、その結果としてハウジング４０から隔てられて固定して配置されるが、ハウジング４０に密封連結される。

本発明の好ましい実施形態に関する先の記述は、例示および説明のために提供されている。この記述は、網羅的とする、あるいは本発明を開示されている正確な形に限定するものではない。明らかに、多くの修正形態および変形形態は当業者には明白であろう。実施形態は、本発明の原理および本発明の実際の応用例を最もよく説明するために選択され記述されており、それにより、他の当業者は、本発明を、様々な実施形態のために、かつ予期される特定の用途に適している様々な修正形態で理解することが可能になる。

Claims (10)

1. ジャケット面／固定子バック（３５）を有する固定子（３０）を備える電動機（１０）を冷却するための装置であって、
   ハウジング（４０）が前記固定子（３０）を取り囲むように配置され、
   当該装置が少なくとも１つの冷却チャネル（５０）を備え、
   液体冷却媒体が前記電動機（１０）を冷却するために前記冷却チャネル（５０）内を流れるように構成されており、
   前記ハウジング（４０）が、前記ハウジング（４０）と前記ジャケット面（３５）との間に前記冷却チャネル（５０）を形成するために、前記固定子（３０）における熱硬化性樹脂で囲まれた前記ジャケット面（３５）の主要部分に沿って前記固定子（３０）から隔てられて延びるように配置される、装置において、
   前記固定子の固定子巻線（３２）が、前記ジャケット面（３５）に沿って延び、前記ジャケット面（３５）から軸線方向に突出し、そして前記ジャケット面（３５）の外側で向きを変えるように配置され、
   前記突出する固定子巻線（３２）を含む前記固定子（３０）が前記熱硬化性樹脂（Ｅ）で埋め込まれ、
   前記冷却チャネル（５０）が、前記ハウジング（４０）と前記のように突出する固定子巻線（３２）との間にも形成される
   ことを特徴とする装置。
2. 前記熱硬化性樹脂（Ｅ）がエポキシで構成される、請求項１に記載の装置。
3. 前記液体冷却媒体が水で構成される、請求項１または２に記載の装置。
4. 前記ハウジング（４０）が、密封手段（６０）を用いて前記固定子（３０）の各端部領域で前記熱硬化性樹脂（Ｅ）に密封連結される、請求項１〜３のいずれか一項に記載の装置。
5. 前記液体冷却媒体が、前記冷却チャネル（５０）内を本質的に軸線方向に流れるように配置される、請求項１〜４のいずれか一項に記載の装置。
6. 前記ハウジング（４０）と前記熱硬化性樹脂で囲まれた固定子（３０）との間を軸線方向に延びるように配置された支持要素（５２ｂ）を備え、前記冷却チャネル（５０）の軸線方向冷却チャネル部（５０ｂ）を形成する、請求項５に記載の装置。
7. 前記液体媒体が、前記冷却チャネル（５０）内を本質的に円周方向に流れるように配置される、請求項１〜４のいずれか一項に記載の装置。
8. 前記ハウジング（４０）と前記熱硬化性樹脂で囲まれた固定子（３０）との間を円周方向に延びるように配置された支持要素（５２ａ）を備え、円周方向に延びる前記冷却チャネルの冷却チャネル部（５０ａ）を形成する、請求項７に記載の装置。
9. 請求項１〜８のいずれか一項に記載の冷却装置を備える電動機（１０）。
10. 請求項９に記載の電動機（１０）を少なくとも１つ備える自動車両（１）。

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