JP5726742B2 - 一体化した冷却手段を有する駆動モータ - Google Patents

Description

本発明は、特に請求項１の一般的な部分に記載されている自動車のラジエータのファンホイール用の駆動モータに関連する。

そのような駆動モータは、固定子と、固定子に対して回転軸の周りを回転する回転子とを備える。駆動モータは、電気モータとして形成できるが例えば内部で固定子に対して回転子が回転する内燃機関としても形成可能であり、例えば自動車の内燃機関が冷却されるラジエータのファンホイールを駆動するために機能する。

駆動モータの作動中において、構成部品のオーバーヒートを防止するために、駆動モータの個々の部品を冷却する必要がある。直流機として形成された電気駆動モータにおいては、例えばこれは整流子が当てはまり、当該整流子は整流のために回転子に摺動接触しており且つ駆動モータの作動中に回転子の回転運動によって加熱されるブラシを備える。磁界を生じるために電流が流れる巻線、及び駆動モータの電子制御ユニットは、駆動モータの安定した動作を保証するために作動中に同様に冷却されなければならない。

独国特許出願公開第１０３４８２１４号明細書に記載された駆動モータは、巻線を備える固定子が、巻線を冷却するために冷却剤が流れる冷却チューブを有している。巻線を冷却するためのそのような冷却チューブの使用は、巻線が固定子に堅固に装着されている場合のみ可能である。

特にブラシを備える整流子を冷却するために、独国特許出願公開第１０１１９４５０号明細書に記載された整流直流機の形態の駆動モータは、直流機に接続されたファンによって生じ且つ軸方向に直流機を通って誘導される気流を利用している。気流を誘導するために、チャンネルが固定子に設けられており、それは直流機を通るように気流を誘導する。

米国特許第５０９５２３６号明細書に記載された電気モータにおいては、モータを冷却するために巻線を備える回転子に加えてファンホイールが駆動シャフトに設置されている。ファンホイール及び回転子は別々に形成されている。

独国特許出願公開第１０３４８２１４号明細書 独国特許出願公開第１０１１９４５０号明細書 米国特許第５０９５２３６号明細書

本発明の基本的な目的は、必要な部品を最小限にすると共に、単純及び効率的にその部品を冷却する駆動モータを製造することである。

この目的は請求項１の特徴を有する物によって達成される。

駆動モータの少なくとも一つの部品を冷却するための気流を発生する手段は回転子に設けられている。

本発明は、気流を発生する手段を回転子に直接形成し、気流を生じるために駆動モータの作動中に回転子の回転運動を利用する考えから生じており、回転子の回転運動により気流を生じる手段は冷却するために空気を駆動モータ内を通るように移動させることにより、特に冷却される部品に沿った駆動モータを通る気流を生じる。したがって、気流を発生する手段は回転子の一部であり、例えば回転子の部品に一体化されているため、回転子とは別に形成された更なる部品が冷却のために必要とされることはない。

駆動モータが電気直流機を構成する場合、回転子は回転子基部と、回転子基部に配置された少なくとも一つの巻線とを有する。例えば個別の回転子シートから形成された回転子基部から巻線を電気的に絶縁するために、巻線と回転子基部との間に配置されており例えばプラスチック等の電気絶縁素材でできた絶縁ディスクを設置することができる。好適な側面においては、気流発生手段はその後に絶縁ディスク上に配置され、例えば気流を発生するための翼部は絶縁ディスクと一体化されている。翼部は羽根状に形成されており、冷却される部品に沿って駆動モータを通る連続的な気流が得られるように空気を駆動モータに通す役割を果たす。駆動モータの動作中に、回転子の絶縁ディスクにおける翼部によって回転子の回転運動が駆動モータの部品を冷却するための気流を生じるために利用されており、追加の手段、具体的には追加の外部ファンなどが気流を生じるために設置される必要はない。単純及び効果的に、翼部は回転子の回転運動を利用することによって冷却気流を生じることができる。

回転子基部は、回転子基部の軸方向の前端面に配置されており絶縁するように前端面を覆っている１又は２枚の絶縁ディスクを有しても良い。絶縁ディスクは前端面を延長した面と一致して回転子の回転軸に垂直に延びており、回転子基部にしっかりと接続されており、駆動モータの作動中に回転子基部と共に回転する。

別の側面においては、翼部を回転子基部又は回転子の整流子に直接一体化する、例えば回転子基部又は整流子上に翼部を成形することが想定される。

個々の部品を冷却する、例えば回転子上に配置された整流子を冷却するために特に適した駆動モータを通る気流を得るために、回転子基部は気流の通路として機能する開口を有しても良い。開口の形成により、気流は冷却される部品に沿って、例えば整流子に沿って選択的に通ることが可能であり、効率的に気流を生じるための配置及び開口面積に関して開口が翼部に対して調節されるように注意が払われる。

気流を発生する手段は、例えばラジアルファン又は軸流ファンとして形成されており、回転子に直接配置されている。ラジアルファンの場合、例えば適切な翼部によって、空気は半径方向外側に送られ、軸流ファンの場合、空気は軸方向に移動する。

気流は、軸方向、すなわち回転子の回転軸に沿うように少なくとも部分的に向けられており、例えば整流子、電子制御ユニット、又は駆動モータの巻線などの冷却される部品に沿って流れることが有益である。気流を発生する手段は、駆動モータの作動中に継続的な空気の移動並びにそれによる部品の継続的及び有効な冷却をもたらす。

回転軸に沿った軸方向において、駆動モータの固定子は、一方はハウジングカバーによって、他方は電子制御ユニットによって密閉されており、それらは気流のための通路として少なくとも一つの開口をそれぞれ備えている。車両のファンホイールを駆動するために駆動モータが収容部を介してファンホイールに接続されている場合、対応する開口が収容部に設けられており、気流用の通路として機能する。電子制御ユニットの側の開口は、例えば電子制御ユニットの冷却フィンと一体化されていても良い。回転子上の気流発生手段によって駆動されて影響を受ける場合、回転軸を中心とする回転子の回転運動によって気流が生じても良く、当該気流は、例えば整流子、電子制御ユニット及び巻線などの冷却される部品に沿って電子制御ユニットを通って駆動モータ内へと流れ、回転子を通り、ハウジングカバー側において駆動モータから出る。このように、駆動モータを通る連続気流が生じ、それは標的としたように冷却される部品に沿って流れ、結果的に駆動モータの効果的な効果的な空冷をもたらす。

本発明の構想は、図に示されている実施形態を参照しながら以下において詳細に説明される。
ここで、実施形態に記載された発明のうちで特許請求の範囲には記載されていない発明を以下に列記する。
［１］ 特に自動車のラジエータのファンホイール用の駆動モータであって、
固定子と、
固定子に対して回転軸を中心に回転し、固定子と連携して駆動される回転子と、
を有し、
駆動モータ（１）の少なくとも一つの部品（２、３、４０、４４）を冷却するための気流（Ｌ）を発生する手段が回転子（４）に設けられており、
回転子（４）は回転子基部（４２）と、少なくとも一つの巻線（４４）と、回転子基部（４２）から巻線（４４）を絶縁するための少なくとも一つの絶縁ディスク（４３）とを有し、気流（Ｌ）を発生する手段は絶縁ディスク（４３）に設けられていることを特徴とする駆動モータ。
［２］ 少なくとも一つの絶縁ディスク（４３）は、回転子基部（４２）の前端面（４２１、４２２）に配置されており、回転子（４）の回転軸（Ａ）に垂直に延びていることを特徴とする［１］の駆動モータ。
［３］ 回転子基部（４２）の二つの対向する前端面（４２１、４２２）にそれぞれ一つの絶縁ディスク（４３）が配置されていることを特徴とする［１］または［２］の駆動モータ。
［４］ 絶縁ディスク（４３）は気流（Ｌ）を発生するための少なくとも一つの翼部（４３０）を有することを特徴とする［１］から［３］のいずれかの駆動モータ。
［５］ 回転子基部（４２）は、気流（Ｌ）の通路として回転軸（Ａ）に沿って配向された少なくとも一つの開口（４５）を有することを特徴とする［１］から［４］のいずれかの駆動モータ。

ファンホイールを駆動する駆動モータの分解斜視図である。 絶縁ディスクが装着された回転子の第１の斜視図である。 回転子の第２の斜視図である。 絶縁ディスクの個別の斜視図である。 整流子が装着された回転子の回転子基部の個別の斜視図である。 回転子基部の前端面の平面図である。

図１は、電気直流機を構成する駆動モータ１の分解斜視図であり、駆動モータ１は例えば自動車のファン用のファンホイール７を駆動する機能を有する。駆動モータ１は磁石５１を備える固定子５を有しており、固定子５は車両の部品に堅固に装着されており、その内部において回転子４は回転軸Ａを中心に回転可能に配置されている。固定子５は、その一方の側において電子制御ユニット２によって閉じられており、他方の側においてハウジングカバー６によって閉じられており、回転子４の駆動シャフト４１を支持する軸受部２２、６１はそれぞれ電子制御ユニット２及びハウジングカバー６に形成されている。固定子５の中に回転子４を固定するために、保持リング４１０が駆動シャフト４１に取り付けられている。

電子制御ユニット２は、給電線２０に接続されているとともに、電子制御ユニット２の回路装置を冷却するために冷却フィン２１を有しており、給電線２０を介して駆動モータ１に電気が供給される。

回転子４の単独の図が図２及び３に示されている。駆動モータ１は電気直流機を構成しており、その内部において回転子４は回転子基部４２上に配置された導電性の巻線４４を支持している。回転子基部４２は、巻線４４が周囲に巻かれた極４２０を備えており、回転軸Ａを中心とする回転子４の回転運動を生じるために、電流が巻線４４を流れる際に生じる磁界が磁石５１の磁界と相互作用する。駆動シャフト４１と同心に、回転子４は、ブラシホルダ３（図１参照）に設けられたブラシを介して巻線４４に直流電流を供給する整流子４０を有している。駆動モータ１の作動中に、ブラシホルダ３のブラシは整流子４０の外殻面に沿って摺動し、回転子４の回転運動と整流子４０の関連する回転運動とが機械的な整流を起こし、それによって巻線４４に回転軸Ａを中心とする回転子４の回転運動を生じるための電気が供給され、巻線４４によって生じる磁界が固定子５における磁石５１の磁界と相互作用して回転子４を駆動する。

回転子基部４２と巻線４４との間に例えばプラスチックなどの電気絶縁材料で作られた絶縁ディスク４３が設置されており、巻線４４が回転子基部４２から電気的に絶縁されるように絶縁ディスク４３は巻線４４と回転子基部４２の前端面４２１との間に設置されており、それは例えば個々の回転子シートから作られている。別の絶縁ディスク４３が、整流子４１に面している回転子基部４２の反対の前端面４２２に配置されていても良い。

ブラシが整流子４０に摺動接触しており且つ電流がブラシホルダ３上のブラシ、整流子４０及び巻線４４を流れるため、駆動モータ１の部品は駆動モータ１の作動中に加熱される。これは特に電子制御ユニット２、ブラシホルダ３のブラシ、整流子４０、及び回転子４０の巻線４４に当てはまる。

駆動モータ１の部品、特に電子制御ユニット２、ブラシホルダ３のブラシ、整流子４０及び巻線４４を駆動モータ１の作動中に冷却するため、翼部４３０が回転子基部４２の前端面４２１に配置された絶縁ディスク４３上に形成されており、翼部４３０は駆動モータ１の作動中に回転子４の回転軸Ａを中心とする回転運動により気流Ｌを生じ、冷却するために気流Ｌは冷却される部品に沿って駆動モータ１を通って流れる。

絶縁ディスク４３単独の図が図４に示されている。絶縁ディスク４３は極部４３１を有しており、極部４３１は回転子基部４２に配置された絶縁ディスク４３と共に回転子基部４２の極４２０を取り囲んでおり、極４２０を巻線４４から絶縁している。絶縁ディスク４３は中央孔４３３を有しており、絶縁ディスク４３が装着されると回転子４の駆動シャフト４１が中央孔４３３を通って延びている（図２参照）。中央孔４３３の周りには気流Ｌを発生させる６枚の翼部４３０が配置されており、翼部４３０の間に軸方向に関してリング４３４によって規定されている開口４３２が配置されており、翼部４３０によって生じる気流Ｌが開口４３２を通って流れる。

駆動モータ１の作動中に、回転子４は回転子基部４２に堅固に取り付けられた絶縁ディスク４３と共に回転軸Ａを中心とする回転方向Ｄに回転する。回転方向Ｄの回転運動により、絶縁ディスク４３に設置された翼部４３０は移動して気流Ｌを生じ、それによって空気が孔４３３の領域から開口４３２を通って外部へと送られる。したがって、翼部４３０は孔４３３の領域から空気を吸い込み、開口４３２を通って外部へと空気を押し出す。

絶縁ディスク４３は回転子基部４２上に配置されている。回転子基部４２の独立した図が図５及び６に示されており、当該図から、回転子基部４２は中央領域において回転軸Ａに沿った軸方向に向けられた開口４５を有しており、開口４５は絶縁ディスク４３の中央孔４３３の領域に配置されていることが理解される。図６の平面図から理解されるように、開口４５は整流子４０に向かって延びているため、気流Ｌは整流子４０に沿って開口４５を通るように誘導される。

回転子４を通る軸方向に向けられた気流Ｌは駆動モータ１の内部において開口４５を通ることができる。さらに、図１に示されるように、開口２１０は電子制御ユニット２の冷却フィン２１に形成されており、開口６０が固定子５に連結されたハウジングカバー６に形成されている。

駆動モータ１はファンホイール７の収容部７０に設置されており、収容部７０は気流Ｌの通路である開口７０１を有する壁部７００を備えている。

駆動モータ１の作動中に、回転子４は回転運動され、それにより回転子基部４２上の絶縁ディスク４３の翼部４３０は、冷却フィン２１の開口２１０、回転子基部４２の開口４５、ハウジングカバー６の開口６０、及びファンホイール７の収容部７０の壁部７００の開口７０１を駆動モータ１を通る回転軸Ａに沿った軸方向に流れ且つその間に冷却される部品、特に電子制御ユニット２、ブラシホルダ３、整流子４０及び巻線４４を通過する気流Ｌを生じる。開口２１０、４５、６０、７０１の形成により、駆動モータ１の作動中に気流Ｌが冷却される部品の周囲を流れて当該部品を冷却するように、気流Ｌは選択的に方向を決めることができる。

絶縁ディスク４３に配置された翼部４３０により、駆動モータ１の作動中における回転子４の回転運動は駆動モータ１の部品を冷却するために利用できる。別の手段、具体的には外部ファンなどは駆動モータ１を冷却するために必要ではない。翼部４３０によって軸方向に駆動モータ１を通って流れる気流Ｌが目的とされるように生じ、それによって駆動モータ１の部品の効率的な冷却が実現できる。

図に示される実施形態においては、整流子４０から違う方向を向いている回転子基部４２の前端面４２１に絶縁ディスク４３のみが設けられている。しかし、冷却を向上するために、対応するよう成形された絶縁ディスク４３を整流子４０に面する反対の端面４２２に同様に配置することも可能である。

また、例えば図４に示される翼部４３０のような翼部などの気流Ｌを生じる手段を回転子基部４２上に直接成型することも考えられる。

本発明の基本的な発想は、上述した実施形態には限定されず、完全に異なる実施形態に基づいて実現されても良い。例えば、上述した発明は、原則的に内部で回転子が固定子に対して動く駆動モータにおいて使用可能である。特に、本発明は直流機のみではなく、気流発生手段が回転子上に設置されている多数のさまざまな電気駆動モータにおいて使用可能である。例えば内燃機関において、さらに同様の冷却手段を用いることが考えられる。

また、上述した翼部以外の気流発生手段が使用されても良い。

上述した手段によって、駆動モータの部品を冷却するための軸流／ラジアルファンが駆動モータの回転子に一体化されているため、回転子の回転運動が駆動モータの作動中に冷却するために利用される。

１ 駆動モータ
２ 電子制御ユニット
２０ 給電線
２１ 冷却フィン
２１０ 開口
２２ 軸受部
３ ブラシホルダ
４ 回転子
４０ 整流子
４１ 駆動シャフト
４１０ 保持リング
４２ 回転子基部
４２０ 極
４２１、４２２ 端面
４３ 絶縁ディスク
４３０ 翼部
４３１ 極部
４３２ 開口
４３３ 孔
４３４ リング
４４ 巻線
４５ 開口
５ 固定子
５１ 磁石
６ ハウジングカバー
６０ 開口
６１ 軸受部
７ ファンホイール
７０ 収容部
７００ 壁部
７０１ 開口
Ａ 回転軸
Ｄ 回転方向
Ｌ 気流

Claims (4)

1. 特に自動車のラジエータのファンホイール用の駆動モータであって、
   固定子と、
   固定子に対して回転軸を中心に回転し、固定子と連携して駆動される回転子と、
   を有し、
   駆動モータ（１）の少なくとも一つの部品（２、３、４０、４４）を冷却するための気流（Ｌ）を発生する手段が回転子（４）に設けられ、
   前記回転子（４）は回転子基部（４２）、少なくとも１つの巻線（４４）、回転子基部（４２）から巻線（４４）を絶縁するための絶縁ディスク（４３）を有し、
   前記気流（Ｌ）を発生する手段は、前記少なくとも１つの巻線（４４）と前記回転子基部（４２）との間に位置する絶縁ディスク（４３）に設けられ、
   前記回転子基部（４２）は、気流（Ｌ）の通路として回転軸（Ａ）に沿って配向された少なくとも一つの開口（４５）を有し、
   電子制御ユニット（２）が前記固定子（５）に配置されており、
   前記電子制御ユニット（２）は前記回転軸（Ａ）に沿って前記固定子（５）を密閉しており、前記電子制御ユニット（２）は気流（Ｌ）の通路として少なくとも一つの開口（２１０）を有し、該少なくとも一つの開口（２１０）は前記電子制御ユニット（２）に設けられた冷却フィン（２１）に形成されていて、前記気流（Ｌ）を発生する手段によって発生する気流は、前記電子制御ユニット（２）の前記少なくとも一つの開口（２１０）を通って当該駆動モータ内に入り、前記回転子（４）の前記回転子基部（４２）の前記少なくとも一つの開口（４５）を通って流れることを特徴とする駆動モータ。
2. 気流（Ｌ）を発生する手段は、ラジアルファン又は軸流ファンとして形成されていることを特徴とする請求項１に記載の駆動モータ。
3. 駆動モータ（１）は回転軸（Ａ）に沿う一側における固定子（５）の末端にハウジングカバー（６）を有し、ハウジングカバー（６）は気流（Ｌ）の通路として少なくとも一つの開口（６０）を有することを特徴とする請求項１または２に記載の駆動モータ。
4. 駆動モータ（１）はファンホイール（７）の収容部（７０）に配置されており、気流（Ｌ）の通路として収容部（７０）には少なくとも一つの開口（７０１）が形成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の駆動モータ。
   
   

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