JP6641081B2 - 電気モータのための汎用性のある冷却ハウジング - Google Patents

Description

本発明は、電気機械の分野に関するものであり、特に、気体冷却でも液体冷却でも関係なく用いることができる電気モータ用の冷却ハウジングに関するものである。

古典的に、（同じ有効長での）電気モータのパワーの増加は、固定子部分の冷却を気体（特に空気）冷却から液体（特に水）冷却に変更することにつながる。この展開には、特に液体冷却の入口マニホールドおよび出口マニホールドにおける、固定子部分の大幅な変更が必要となる。また、内部液体の漏れと冷却回路の変更を防止して液体の流れ（例えば代わりの向流）の効率を増加させるために、複数の追加のシールが必要である。

よって、今までのところ、固定子部分の完全な再設計が、冷却に使用される流体を変更するのに必要である。

本発明の目的は、気体冷却にも液体冷却にも同じ固定子部分を用いることによって先行技術のこれらの欠点を解消することである。

本発明は、電気装置のためのハウジングであって、中央部分において電気装置の積層磁性スタックと結合させるように構成された内面と、前記中央部分に複数の冷却フィンを備える外面と、を備えるハウジングにおいて、前記複数の冷却フィンが、入口マニホールドの方ではより高いものとより低いものとが交互になっており、出口マニホールドの方ではそれが反対になっており、高い方の冷却フィンの全てが、カバープレートを支持するための同じ高さとなっており、カバープレートが、前記入口マニホールドから液体冷却を受け入れる入口孔と、液体冷却を前記出口マニホールドへ送出する出口孔と、を有し、カバープレートが、より高い冷却フィンとより低い冷却フィンとの間の液体冷却通路を前記入口孔から前記出口孔まで作り出すために、前記より高い冷却フィンに載っている、ハウジングによって、これらの目標を達成する。

このような汎用性のある構造により、モータユニットごとの冷却タイプの決定が、製造プロセスのまさに最後の段階（顧客のシステム組み立て）で行われるはずであり、それ故に、それは、改善されたロジスティックス（logistics）と生産コストとを引き起こす。

好ましくは、前記カバープレートは固定手段によってハウジングに固着されており、前記カバープレートとハウジングとの間には液体冷却を隔離するためにシールが嵌合されており、前記冷却フィンは、前記外面の表面粗さが熱交換に適合するような砂型鋳造によって実現される。有利には、小さい冷却フィンの全てが同じ高さとなっている。

また、本発明は、複数の冷却フィンを有するハウジングと積層磁性スタックとを有する電気装置であって、複数の冷却フィンが、前記ハウジングの外面に沿って中央部分に位置しており、積層磁性スタックが、前記ハウジングの中に配置されると共に前記中央部分において前記ハウジングの内面に結合される、電気装置において、前記複数の冷却フィンが、入口マニホールドの方ではより高いものとより低いものとが交互になっており、出口マニホールドの方ではそれが反対になっており、高い方の冷却フィンの全てが、カバープレートを支持するための同じ高さとなっており、カバープレートが、前記入口マニホールドから液体冷却を受け入れる入口孔と、液体冷却を前記出口マニホールドへ送出する出口孔と、を有し、カバープレートが、より高い冷却フィンとより低い冷却フィンとの間の液体冷却通路を前記入口孔から前記出口孔まで作り出すために、前記より高い冷却フィンに載っている、電気装置に関係する。

本発明は、添付図面に関する図示および非限定的な例を伴う下記の詳細な説明を考慮してより良く理解されるであろう。

図１は、本発明の実施形態に係る液体冷却を可能とする外側ハウジングを有する電気モータを模式的に図示している縦断面図である。 図２は、本発明の別の実施形態に係る気体冷却を可能とする同じ外側ハウジングを有する同じ電気モータを模式的に図示している縦断面図である。

図１は、本発明に係る液体冷却を可能とする外側ハウジングを有するモータ等の電気装置の一実施形態を模式的に図示している縦断面図である。

基本的には、電気モータ１０は回転可能シャフト１２を備え、回転可能シャフト１２の一部は、固定子１６によって囲まれた少なくとも磁性部分を有するロータ１４を形成する。回転可能シャフトは、例えば図示されたような転がり軸受や磁気軸受などの軸受１８Ａ，１８Ｂによって両端で支持されている。固定子は、モータの外側ハウジング２０の中に配置されていると共に積層磁性スタック１６Ａを備えており、積層磁性スタック１６Ａは、巻線１６Ｂによって囲まれていると共に、ロータの外周に沿って配置されてその間に環状の空隙を形成している。特に、積層磁性スタックは、外側ハウジング２０の中央部分に当接しており、また、外側ハウジング２０は、モータの他の構成要素を取り囲むように両側にも延在している。さらに、横断壁２２Ａ，２２Ｂは、回転可能シャフトの両側において外側ハウジングを閉塞していると共に、また、軸受のための内部支持部を形成している。

本発明によれば、外側ハウジング２０が、その中央部分において、電気モータの積層磁性スタック１６Ａと結合するように構成された内面２０Ａを有しており、外側ハウジング２０が、前記中央部分において、一定では無い複数の冷却フィン２４を有する外面２０Ｂを有している。特に、複数の冷却フィンは、交互に高い高さと低い高さとになっており、高い冷却フィンの全ては、同じ高さとなっており、低い冷却フィンの全ては、同じ高さとなっている。カバープレート２６は、ボルトやネジなどの固定手段２８によって外側ハウジング２０に固着されており、カバープレートと外側ハウジングとの間には、液体冷却を隔離するためにシール３０が嵌合されている。

より高い冷却フィンに載せられることによって、カバープレートは、（矢印によって図示されているような）より高い冷却フィンとより低い冷却フィンとの間の冷却通路を、（図示せぬ入口マニホールドからの液体冷却を受け入れる）入口孔２６Ａから（液体冷却を図示せぬ出口マニホールドへ送出する）出口孔２６Ｂまで、カバープレートを完全に突き抜けて、作り出す。このような冷却通路を作り出すために、入口マニホールドの方と出口マニホールドの方とでは、交互のより高い冷却フィンとより低い冷却フィンとが反対となっている。

冷却フィンを有する外側ハウジングは、好ましくは、砂型鋳造によって実現される（内部冷却システムは漏れが無く、表面粗さが熱交換に適合することを意味する）。

電気モータの操作は公知であり、詳細に説明しない。古典的に、作動中、環状の空隙が２つの構成要素の間で維持されて、閉じた磁束経路の部分を形成するように、ロータ１４は、固定子１６の中で回転可能シャフト１２と共に回転している。巻線の励磁電流は、周知の磁気学の原理に従って、磁力を作り出して磁束を発生させ、ロータ１４を固定子１６の方へ引き付け、それによって、ロータが作業トルク出力を生み出すのを促す傾向にある。

冷却は、モータの作動中に行われる。入口マニホールドは、流体冷却流を流体注入パイプ（図示せぬ）から入口孔２６Ａを通して外側ハウジングの中に運ぶ。流体冷却のこの流れは、電気モータを周回して出口マニホールドの出口孔２６Ｂから出ていく。

図２は、気体冷却を可能とする本発明に係る外側ハウジングを有する電気モータの別の実施形態を示している。

電気モータの種々の構成要素は同じであるので、再度説明しない。これらは当然に同じ参照番号を付してある。気体冷却または液体冷却のための外側ハウジング（入口および出口）も同じである。唯一の異なる点は、気体冷却および液体冷却のための特有のマニホールドに関係している。特に、液体冷却システムのカバープレート２６は、気体冷却システムには存在せず、外側ハウジングは、入口マニホールド及び出口マニホールド３２に直接接続されている。図示のとおり、入口マニホールドは気体冷却流をブロワ（例であるが図示しない）から外側ハウジングへ運び、それは、モータを周回して、出口マニホールドから出る。この構造は、液体冷却システムにおいて液体注入パイプとハウジングとの間で実現されたもののような、気体ブロワとモータのハウジングとの間の漏れの無い機械的結合を実現する。

本発明によって、様々なレベルのパワーの電気モータに対して共通の設計が可能である（冷却装置の２つのマニホールドを除いて、外側ハウジングの再設計が不要である）。このような汎用性のある構成によって、冷却媒体（空気または水）を容易に変更することができ、それによってモータの到達可能なパワーを容易に変更することができる。

好適な実施形態が示されて説明されたが、本発明の範囲から逸脱しない限り、いかなる変更や修正も行うことができることを理解されるべきである。特に、本発明が電気モータを通じて説明されているとすると、汎用性のあるハウジングと結合する固定子積層を有するその他の電気装置（ジェネレータ、スタータ、オルタネータなどを含む）が考えられる。

１０ 電気モータ
１２ 回転可能シャフト
１４ ロータ
１６ 固定子
１６Ａ 積層磁性スタック
１６Ｂ 巻線
１８Ａ，１８Ｂ 軸受
２０ 外側ハウジング
２０Ａ 内面
２０Ｂ 外面
２２Ａ，２２Ｂ 横断壁
２４ 冷却フィン
２６ カバープレート
２６Ａ 入口孔
２６Ｂ 出口孔
２８ 固定手段

Claims (9)

1. 回転軸を有する電気装置のためのハウジング（２０）であって、中央部分において前記電気装置の積層磁性スタック（１６Ａ）と結合させるように構成された内面（２０Ａ）と、前記中央部分に複数の冷却フィン（２４）を備える外面（２０Ｂ）と、を備えるハウジングにおいて、前記複数の冷却フィンが、前記回転軸に対して垂直な方向において前記積層磁性スタックの周りに配置されており、かつ、より高いものとより低いものとが交互になっており、高い方の冷却フィンの全てが、カバープレート（２６）を支持するための同じ高さを有しており、前記カバープレートが、入口マニホールドから液体冷却を受け入れる入口孔（２６Ａ）と、液体冷却を出口マニホールドへ送出する出口孔（２６Ｂ）と、を有し、前記カバープレートが、より高い冷却フィンとより低い冷却フィンとの間の液体冷却通路を前記入口孔から前記出口孔まで作り出すために、前記より高い冷却フィンに載っており、前記入口孔及び前記出口孔は、反対側に配置されており、前記液体冷却通路が、前記回転軸の長さに沿って交互になっているより高い冷却フィンとより低い冷却フィンとの間に形成された経路において、最初の前記冷却フィンから最後の前記冷却フィンまで前記液体冷却を通している、ハウジング。
2. 前記カバープレートが、固定手段（２８）によって前記ハウジングに固着されており、前記カバープレートと前記ハウジングとの間には液体冷却を隔離するためにシールが嵌合されている、請求項１に記載のハウジング。
3. 前記冷却フィンが、前記外面の表面粗さが熱交換に適合するような砂型鋳造によって実現される、請求項２に記載のハウジング。
4. 小さい冷却フィンの全てが同じ高さとなっている、請求項２又は３に記載のハウジング。
5. 複数の冷却フィンを有するハウジング（２０）と積層磁性スタック（１６Ａ）とを有する、回転軸を有する電気装置であって、前記複数の冷却フィンが、前記ハウジングの外面（２０Ｂ）に沿って中央部分に位置しており、前記積層磁性スタックが、前記ハウジングの中に配置されると共に前記中央部分において前記ハウジングの内面（２０Ａ）に結合される、電気装置において、前記複数の冷却フィンが、前記回転軸に対して垂直な方向において前記積層磁性スタックの周りに配置されており、かつ、より高いものとより低いものとが交互になっており、高い方の冷却フィンの全てが、カバープレート（２６）を支持するための同じ高さとなっており、前記カバープレートが、入口マニホールドから液体冷却を受け入れる入口孔（２６Ａ）と、液体冷却を出口マニホールドへ送出する出口孔（２６Ｂ）と、を有し、前記カバープレートが、より高い冷却フィンとより低い冷却フィンとの間の液体冷却通路を前記入口孔から前記出口孔まで作り出すために、前記より高い冷却フィンに載っており、前記入口孔及び前記出口孔は、反対側に配置されており、前記液体冷却通路が、前記回転軸の長さに沿って交互になっているより高い冷却フィンとより低い冷却フィンとの間に形成された経路において、最初の前記冷却フィンから最後の前記冷却フィンまで前記液体冷却を通している、電気装置。
6. 前記カバープレートが、固定手段（２８）によって前記ハウジングに固着されており、前記カバープレートと前記ハウジングとの間には液体冷却を隔離するためにシールが嵌合されている、請求項５に記載の電気装置。
7. 前記冷却フィンが、前記外面の表面粗さが熱交換に適合するような砂型鋳造によって実現される、請求項６に記載の電気装置。
8. 小さい冷却フィンの全てが同じ高さとなっている、請求項６又は７に記載の電気装置。
9. モータ、ジェネレータ、スタータ、オルタネータのうちの１つを含む、請求項５に記載の電気装置。

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