JP3479054B2 - 冷却装置を備えた電気機械 - Google Patents

冷却装置を備えた電気機械

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JP3479054B2
JP3479054B2 JP2001164689A JP2001164689A JP3479054B2 JP 3479054 B2 JP3479054 B2 JP 3479054B2 JP 2001164689 A JP2001164689 A JP 2001164689A JP 2001164689 A JP2001164689 A JP 2001164689A JP 3479054 B2 JP3479054 B2 JP 3479054B2
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cooling
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ヴェルケ クヌート
バウマイスター イェンス
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ツェットエフ ザックス アクチエンゲゼルシャフト
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    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/12—Stationary parts of the magnetic circuit
    • H02K1/20—Stationary parts of the magnetic circuit with channels or ducts for flow of cooling medium

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  • Power Engineering (AREA)
  • Motor Or Generator Cooling System (AREA)
  • Iron Core Of Rotating Electric Machines (AREA)
  • Motor Or Generator Frames (AREA)
  • Permanent Magnet Type Synchronous Machine (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、排熱を放出するた
めの冷却装置と、ステータとを有し 、 ステータが 、 冷媒で
充填される軸線方向の冷却管路をステータ内部に配置す
るための第１の穿設部を備えた層状の第１の積層シート
を有するステータシートスタックを有し 、冷却管路が、少
なくとも１つの転向要素によって結合され、転向要素
が 、 ほぼ半径方向に延びる複数個の第１の部分と 、 ほぼ周
方向に延びる１個の第２の部分とを備えている電気機械
に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】電気エネルギーを機械的エネルギーへ変
換するため、或いはその逆の方向に変換するための電気
機械が作動すると、熱の損失が生じる。電気機械が損傷
しないよう保証するためには、この不都合な損失熱を電
気機械から放出せねばならない。このため、通常は、電気
機械に冷却装置が設けられる。この場合、たとえば、流動
する冷媒が損失熱を吸収し、電気機械から熱交換器へ搬
出させる。この種の冷却装置を使用すると、電気機械の
パワーをかなり向上させることができる。
【０００３】自身が排熱を生じさせるような装置に設け
られる電気機械の場合、たとえば自動車工学の分野で内
燃機関と組み合わせて使用する場合、生じる排熱を放出
させるにはかなりのコストが必要である。さらに、現今
の自動車開発においては、燃料節約の観点および排ガス
規制の観点から、限られた構造空間において特に効率的
で、コンパクトな構成の、軽量な電気機械が望まれてい
る。
【０００４】ドイツ連邦共和国特許公開第１９７５７６
０５A１号公報からは、冷却装置を備えたロータ内設型電
気モータが知られている。この電気モータは、ステータ
シートスタック内に鋳込まれて軸線方向に延びている冷
却管路を有している。ステータシートスタックの端面側
に配置されているエンドシールドは破断部を有し、この
破断部から軸線方向の冷却管路がステータシートスタッ
クから突出し、管状の転向要素と互いに結合される。
【０００５】さらに、欧州特許公開第０９２５８３９Ａ
１号公報から知られているロータ内設型電気モータは、
そのケーシングが軸線方向の冷却管路を有しており、こ
れら冷却管路は、ケーシングに取り付け可能な転向要素
とエンドシールドに設けた凹部により互いに流動的に結
合される。
【０００６】上記２つの解決法の欠点は、端面側に設け
られている転向要素により、電気機械の軸線方向の構造
長さが電気部品によって決定されるのではなく、冷却装
置により決定されることである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、冷却
装置を備えた電気機械において、軸線方向の構造長さを
可能な限り短くすることである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するため、ステータシートスタックが 、 少なくとも一端
に 、 第２の穿設部を備えた第２の積層シートを有し 、 転向
要素の第１の部分が第２の穿設部の軸線方向延在部の内
部に配置され 、 第２の部分が第２の穿設部の軸線方向延
在部の内部にして半径方向においてステータシートスタ
ックの内側または外側に配置され 、 第１の積層シートと
第２の積層シートの構成に関し少なくとも２種類の積層
シートが設けられていることを特徴とするものである。
【０００９】本発明の提案による解決法の主要な利点
は、冷却装置の転向要素を本発明にしたがって構成する
ことにより、電気機械が非常にコンパクトに構成され、得
られた軸線方向の構造空間を、他の機能ユニットを配置
するために利用でき、たとえば狭く限られた自動車のエ
ンジンルーム内に他の機能ユニットを配置するために利
用できることである。
【００１０】ロータ外設型電気機械の場合は、転向要素
の第２の部分を、半径方向においてステータシートスタ
ックの内側に配置するのが特に有利である。ロータを外
設する場合に存在する、ステータシートスタックの内部
空間は、特別な処置を取らずに、転向要素を配置するため
に利用できる。
【００１１】他の有利な構成では、転向要素は、隣接する
冷却管路を対状に結合させている。これにより、液圧短
絡が防止される。
【００１２】製造技術的に特に有利な実施形態によれ
ば、管状の転向要素が設けられる。管状の転向要素は、隣
接している冷却管路に簡単に被嵌させることができ、し
かもこれと密封結合させることができる。
【００１３】転向要素の製造に対しては、転向要素を多
分割に構成し、すなわち、少なくとも１つのチャネル部分
と、少なくとも１つの閉鎖部分から構成し、閉鎖部分がチ
ャネル部分を密閉しているのが好ましい。
【００１４】特に簡潔な構成では、閉鎖部分はプラスチ
ックから成り、たとえばプレス嵌めを有し、チャネル部
分に簡単に圧入させることができる。転向要素のチャネ
ル部分が、これと流動結合するようにステータシートス
タック内に延在している冷却管路と一体に形成されてい
れば、特に有利である。これにより冷却装置の部品数を
著しく低減でき、低コストな製造を可能にする。
【００１５】チャネル部分が、これと流動結合するよう
にステータシートスタック内に延在している冷却管路と
ともに鋳造部品または注入部品として構成されているの
が特に有利である。この場合、鋳造材料または射出成形
等の注入材料はステータシートスタックの輪郭に特に密
に接触することができるので、電気機械作動時の、冷却装
置による特に効果的な放熱が生じる。
【００１６】転向要素の、ステータシートスタックに対
し半径方向に配置されている多数のチャネル部分が、保
持セグメントにより互いに結合されているのが有利であ
る。この処置により、冷却装置の機械的安定性を著しく
向上させることができる。
【００１７】さらに、多数の閉鎖部分が、多数のチャネ
ル部分を密閉するカバーの形態で一体に構成されている
のも好ましい。これにより、電気機械の製造に必要な組
み立てステップの数を減少でき、電気機械を短時間で製
造できる。
【００１８】冷却管路用の穴と結合手段用の穴とがステ
ータシートスタックにおいて共通の部分円上に配置され
ているのが有利である。これにより、たとえば個々のシ
ートを押し抜く際に、押し抜きテンプレートおよび押し
抜き工具の数量を少なくさせることができる。
【００１９】本発明の他の有利な構成によれば、流動的
に分離された多数の冷却管路は、ステータシートスタッ
クの、転向要素とは逆の側において、ほぼ周方向に延びる
ようにフランジ部分に形成された転向管路により、対を
成して密封結合されている。このフランジ部分内の転向
管路は、たとえば中実材料からフライス削りにより、或い
はシート部材の深絞りにより特に簡単に製造できる。
【００２０】フランジ部分がステータ担持体として構成
されているのが有利である。これにより、ステータ担持
体としての機能を果たす付加的な部品を設けずに済む。
【発明の実施の形態】
【００２１】次に、添付の図面を用いて本発明の実施形
態を詳細に説明する。図１はロータ外設型電気機械１の
概略図で、本発明を一般的に理解するための図である。
この種の電気機械（たとえば永久磁石で制御される同期
機械として構成されている）は、定置部分２（ステータ
または固定子と呼ばれる）と、回転部分３（ロータまた
は回転子と呼ばれる）を有している。ロータ３は積層状
のシートスタック４を有し、シートスタック４はその内
周面に多数の永久磁石５を有している。ステータ２は他
の積層状のシートスタック６を有し、このシートスタッ
ク６は半径方向において外側に複数の巻回歯７を担持し
ている。これら巻回歯７の間の溝には、少なくとも１つ
の電気巻線がコイル８の形態で配置されている。巻線は
個々の電気ストランドに付設されており、１つの共通の
ストランドに付設されている巻線は互いに結線され、且
つ適当な電気接続部を介して電気機械制御用のパワーエ
レクトロニクス９に接続されている。これら巻線に電流
が流れると、これにより電気機械の磁場が発生し、その結
果駆動運動が発生する。さらに、電気機械は冷却装置１
０を備えている。冷却装置１０は、電気機械の作動時に
発生する損失熱を冷却液に放出し、冷却液は冷媒ポンプ
１１により熱交換器１２へ搬送されて、そこで冷却装置
１０から取り出される。
【００２２】以下では、ステータ２に設けた本発明によ
る冷却装置の構成を詳細に説明する。通常ステータのシ
ートスタック６は、互いに結合された多数の同一の積層
シートからなっているが、本発明はこれとは異なり、ス
テータシートスタック６は同一でない多数の積層シート
から形成されている。図２のａは第１の積層シート１３
を示しており、図２のｂは第２の積層シート１４を示し
ている。これら積層シートは図示していない冷却管路用
の穿設部３８または３９を有しているが、これら穿設部
３８または３９の構成は異なっている。第１の積層シー
ト１３は、部分円Ｄ上において周方向に配分されている
円形の穿設部を有している。第２の積層シート１４は、
半径方向内側へ指向する穿設部３８を有し、これら穿設
部３８は第１の積層シート１３に対し同一の部分円Ｄ上
に配置されており、周方向におけるその配分状態は第１
の積層シート１３の配分状態に対応している。積層シー
ト１３と１４にはさらに結合剤用の穴１５が設けられ、
これらの穴も同様に両積層シートにおいて部分円Ｄ上に
等しく配分されている。結合剤は、多数の積層シート１
３および（または）１４を結合させ、且つステータ担持
体をステータシートスタック６に固定するために用い
る。
【００２３】ステータシートスタック６を形成させるた
め、まず積層シート１３のスタックと積層シート１４の
スタックを、それらの穿設部３８と３９および穴１５が
互いに覆いあうように積層する。次に、両スタックを、
図２のｃに示すように、再度それらの穿設部３８と３９
および穴１５が互いに覆いあうように統合する。その結
果、ステータシートスタック６の端面１６に、軸線方向に
て内側且つ半径方向にて外側に延びる凹部１７が生じ、
その数量は穿設部３８または３９の数量に等しい。端面
１６とは逆の側の端面１９にも別の凹部１７が生じるよ
うに積層シート１３と１４を積層してもよい。凹部１７
に境を接するように、軸線方向に筒状の穴３７が延在し
ている。これらの筒状の穴３７は冷却管路１８を有して
いる。
【００２４】ステータシートスタック６の凹部１７は、
冷却装置１０の転向要素を有している。図３のａは、Ｕ
字状に折り曲げられた管状の転向要素２０の第１実施形
態を図示したものである。この転向要素２０は、２つの
脚部（第１の部分）２１と中央部分（第２の部分）２２
とを有している。転向要素２０はたとえば金属材料また
はプラスチックから成っている。
【００２５】図３のｂは、外設ロータのステータシート
スタック６における転向要素２０の配置態様を図示した
ものである。脚部２１はほぼ半径方向内側へ延びてお
り、中央部分２２はほぼ周方向に延びている。図示した
実施形態では、中央部分２２は半径方向においてステー
タシートスタック６の内側に配置されている。図示した
外設ロータの場合、ステータ内部空間２３が電気機械の
機能要素から自由であるため（図１をも参照）、このよ
うな取り付け位置は特に有利である。さらに、図３のｃ
からわかるように、転向要素２０はステータシートスタ
ック６の軸線方向においてその内側にも形成されてい
る。
【００２６】これに対して、内設ロータの構造原理によ
る図示していない電気機械の場合、脚部２１を半径方向
外側へ向けて配置し、中央部分２２を半径方向において
ステータシートスタック６の外側に位置決めするのが有
利である。
【００２７】さらに図３のｂからわかるように、転向要
素２０により、対を成して隣接しているステータシート
スタック６の冷却管路は、流動的に互いに結合してい
る。この結合は、たとえば蝋付けにより材料一体的に行
うか、或いは、圧入により形状拘束的に行うことができ
る。
【００２８】転向要素の他の有利な実施形態を図４に示
す。この場合転向要素３５は多分割に構成されており、
チャネル部分２４と閉鎖部分２５とを有している。チャ
ネル部分２４は端部側に、ステータシートスタック６の
２つの隣接する冷却管路１８との連通のために（図２の
ｃを参照）２つの穴２６を有している。チャネル部分２
４の上面２７は閉鎖部分２５によって密閉される。チャ
ネル部分２４と閉鎖部分２５はたとえば鋳造法または注
入法にしたがって製造されている。チャネル部分２４は
金属または合金から成っているのが有利である。閉鎖部
分２５は、チャネル部分２４に比べて可撓性のある材料、
たとえば耐熱性のプラスチックからなっているのが有利
であり、たとえばチャネル部分２４に適合した成形によ
り該チャネル部分２４と結合させることができる。
【００２９】図５は他の実施形態で、転向要素の、一体に
構成された部分２８を示すものである。この部分は、１
つのチャネル部分３５と２つの冷却管路１８とを組み合
わせて生じる。この変形実施形態は、鋳造法または注入
法により特に簡単に製造することができる。
【００３０】図４に図示した実施形態の変形実施形態と
して、図６には、複数個のチャネル部分２４を保持セグメ
ント２９により互いに結合させた実施形態が図示されて
いる。同様に、多数の閉鎖部分２５を互いに結合させて
もよい。非常に簡潔な実施形態として図７にカバー３０
を示す。カバー３０は、転向要素側にシール手段（図示
せず）を有していてよく、これにより、覆われたチャネル
部分を密封させることができる。カバー３０は、チャネ
ル部分２４を覆わない個所に穴３１を有し、これにより、
チャネル部分を結合手段を用いてたとえばステータシー
トスタック６に固定することができる。
【００３１】図８は、流動的に分離された冷却管路１８
と３６を、ステータシートスタック６の、転向要素２０と
は逆の側でいかに結合させるかを図示したものである。
このため電気機械はフランジ部分３２を有し、フランジ
部分３２には、実質的にＵ字状に延びている転向管路３
３が形成されている。これらの転向管路３３は、対を成
して隣接している冷却管路１８と３６を結合させてお
り、転向要素との結合部に、電気機械の冷却管路の連続し
た流動結合部が形成されている。フランジ部分３２（冷
却システム１０を密封するための密封手段（図示せず）
を有していてもよい）は、ステータシートスタック６に
固定するための結合手段用の穴３４を有している。
【００３２】フランジ部分３２は、図８に図示したよう
に、たとえば堅牢な材料から成り、たとえば鋳造部品とし
て製造することができる。フランジ部分のこの実施形態
により、フランジ部分を同時にステータ担持体として利
用することができ、たとえば自動車のパワートレインに
設けた他の機能ユニットに対する結合部を形成すること
ができる。或いは、フランジ部分３２を特に軽量にシー
ト部品として構成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】ロータ外設型電気モータの概略図である。
【図２】ａは穿設部を備えた積層シートを示す図、ｂはa
とは異なる穿設部を備えた積層シートを示す図、ｃはこ
れら積層シートから製造されたステータシートスタック
の軸断面図である。
【図３】aは管状の転向要素を示す図、ｂはこの転向要素
を本発明によるステータシートスタックに配置した図、
ｃはbの線Ａ−Aによる断面図である。
【図４】多分割の転向要素を示す図である。
【図５】冷却管路と一体に構成されたチャネル部分を示
す図である。
【図６】保持セグメントにより互いに結合される多数の
チャネル部分を示す図である。
【図７】多数のチャネル部分を同時に閉鎖するカバーを
示す図である。
【図８】転向管路を備えたフランジ要素を示す図であ
る。
【符号の説明】
１ ロータ外設型電気機械 ２ ステータ ３ ロータ ４ ロータシートスタック ５ 電磁石 ６ ステータシートスタック ７ 巻回歯 ８ コイル ９ パワーエレクトロニクス １０ 冷却装置 １１ 冷媒ポンプ １２ 熱交換器 １３ 第１の積層シート １４ 第２の積層シート １５ 結合剤用の穴 １６ 第１のステータ端面 １７ 凹部（穿設部） １８，３６ 冷却管路 １９ 第２のステータ端面 ２０，３５ 転向要素 ２１ 脚部 ２２ 中央部分 ２３ ステータ内部空間 ２４ チャネル部分 ２５ 閉鎖部分 ２６ チャネル部分の穴 ２７ 管路上面 ２８ 転向要素の一体に構成された部分 ２９ 保持セグメント ３０ カバー ３１ カバーの穴 ３２ フランジ部分 ３３ 転向管路 ３４ フランジ部分の穴 ３７ 筒状の穴 ３８ 第２の積層シートの穿設部 ３９ 第１の積層シートの穿設部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 イェンス バウマイスター ドイツ連邦共和国 デー・97422 シュ ヴァインフルト バウナッハヴェーク ８ (56)参考文献 特開 平９−285073（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−327558（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−225060（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−140097（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−46975（ＪＰ，Ａ) 実開 平７−20072（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H02K 1/20 H02K 5/20 H02K 9/19 H02K 21/22

Claims (13)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】排熱を放出するための冷却装置（１０）
    と、ステータ（２）とを有し 、 ステータ（２）が 、 冷媒で
    充填される軸線方向の冷却管路（１８,３６）をステー
    タ（２）内部に配置するための第１の穿設部（３７）を
    備えた層状の第１の積層シート（１３）を有するステー
    タシートスタック（６）を有し 、冷却管路（１８,３６）
    が、少なくとも１つの転向要素（２０,２８,３５）によ
    って結合され、転向要素（２０,２８,３５）が 、 ほぼ半
    径方向に延びる複数個の第１の部分（２１）と 、 ほぼ周
    方向に延びる１個の第２の部分（２２）とを備えている
    電気機械において、ステータシートスタック（６）が 、 少なくとも一端に 、 第
    ２の穿設部（１７）を備えた第２の積層シート（１４）
    を有し 、 転向要素（２０,２８,３５）の第１の部分（２
    １）が第２の穿設部（１７）の軸線方向延在部の内部に
    配置され 、 第２の部分（２２）が第２の穿設部（１７）
    の軸線方向延在部の内部にして半径方向においてステー
    タシートスタック（６）の内側または外側に配置され 、
    第１の積層シート（１３）と第２の積層シート（１４）
    の構成に関し少なくとも２種類の積層シートが設けられ
    ている ことを特徴とする電気機械。
  2. 【請求項２】第２の部分（２２）が、ロータ外設型電気
    機械において、半径方向においてステータシートスタッ
    ク（６）の内側に配置されていることを特徴とする、請
    求項１に記載の電気機械。
  3. 【請求項３】転向要素（２０,２８,３５）が、隣接する
    冷却管路（１８,３６）を対状に結合させていることを
    特徴とする、請求項１または２に記載の電気機械。
  4. 【請求項４】転向要素（２０）が管状であることを特徴
    とする、請求項１から３までのいずれか一つに記載の電
    気機械。
  5. 【請求項５】転向要素（３５）が、少なくとも１つのチ
    ャネル部分（２４）と、少なくとも１つの閉鎖部分（２
    ５）とを有し、閉鎖部分（２５）がチャネル部分（２
    ４）を密閉していることを特徴とする、請求項１から３
    までのいずれか一つに記載の電気機械。
  6. 【請求項６】閉鎖部分（２５）がプラスチックから成っ
    ていることを特徴とする、請求項５に記載の電気機械。
  7. 【請求項７】転向要素（３５）のチャネル部分（２４）
    が、これと流動結合するようにステータシートスタック
    （６）内に延在している冷却管路（１８,３６）と一体
    に形成されていることを特徴とする、請求項５に記載の
    電気機械。
  8. 【請求項８】チャネル部分（２４）が、これと流動結合
    するようにステータシートスタック（６）内に延在して
    いる冷却管路（１８,３６）とともに鋳造部品または注
    入部品として構成されていることを特徴とする、請求項
    ５から７までのいずれか一つに記載の電気機械。
  9. 【請求項９】転向要素（３５）の、ステータシートスタ
    ック（６）に対し半径方向に配置されている多数のチャ
    ネル部分（２４）が、保持セグメント（２９）により互
    いに結合されていることを特徴とする、請求項５から８
    までのいずれか一つに記載の電気機械。
  10. 【請求項１０】多数の閉鎖部分（２５）が、多数のチャ
    ネル部分（２４）を密閉するカバーの形態で一体に構成
    されていることを特徴とする、請求項５から９までのい
    ずれか一つに記載の電気機械。
  11. 【請求項１１】冷却管路（３８,３９）用の穴と結合手
    段（１５）用の穴とがステータシートスタック（６）に
    おいて共通の部分円（Ｄ）上に配置されていることを特
    徴とする、請求項７から１０までのいずれか一つに記載
    の電気機械。
  12. 【請求項１２】流動的に分離された多数の冷却管路（１
    ８,３６）が、ステータシートスタック（６）の、転向要
    素（２０,２８,３５）とは逆の側において、ほぼ周方向
    に延びるようにフランジ部分（３２）に形成された転向
    管路（３３）により、対を成して密封結合されているこ
    とを特徴とする、請求項１から１１までのいずれか一つ
    に記載の電気機械。
  13. 【請求項１３】フランジ部分（３２）がステータ担持体
    として構成されていることを特徴とする、請求項１２に
    記載の電気機械。
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