JPH05199708A

JPH05199708A - 回転電機

Info

Publication number: JPH05199708A
Application number: JP4144782A
Authority: JP
Inventors: Bernhard Dr Wuest; ヴュストベルンハルドドクター．
Original assignee: JM Voith GmbH
Current assignee: JM Voith GmbH
Priority date: 1991-05-10
Filing date: 1992-05-11
Publication date: 1993-08-06
Also published as: FI922111A; FI922111A0; KR920022619A; CA2068369A1; DE4115273C1; NO921804L; EP0513575A1; NO921804D0

Abstract

(57)【要約】【目的】従来公知の形式による回転電機の欠点を除い
て、その外形寸法を拡大することなく効果的な冷却が達
成されるようにする。【構成】回転電機のアウタステータ６とインナステー
タ７とが、両ステータ６、７のリング状の中空室９、１
０によって囲繞されており、周方向にそれぞれ冷却媒体
を通流させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は回転電機、特に永久磁石
による磁界を有する同期機に関わり、より詳細には、ロ
ータがケーシング内に支承されたロータシャフトを有し
ており、ロータシャフトには相対回動不能に固定され、
ロータの半径方向を半径方向とする円形のディスクが設
けられており；ロータの軸方向の両側に張り出すように
リング状に形成された複数のヨークがディスクの外周に
沿って且つロータシャフトに対して同軸的に設けられて
おり；ロータのヨークがプラスチック材料を介して互い
に結合される交互に配置された永久磁石および軟鉄磁性
体を有しており；ロータの半径方向に沿うヨークの外側
には複数のアウタステータが配置され、これらのアウタ
ステータにおける各磁極片は、それぞれエアギャップを
維持した状態で磁極構造の外周面に向けて配置されてお
り、更に前記半径方向に沿うヨークの内側には複数のイ
ンナステータが配置され、これらのインナステータにお
ける各磁極片がそれぞれエアギャップを維持した状態で
磁極構造の内周面に向けて配置されており；外位ステー
タと内位ステータとがそれぞれロータシャフトに対して
同軸的なリング状の巻線を有しているいる形式のものに
関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の回転電機は既に公知であって、
例えばドイツ連邦共和国特許第３８２６３３９号明細書
に開示されている。

【０００３】この種の回転電機は「横方向流動冷却式機
械」に属する。ロータ（回転子）は概ね中央に位置する
１枚のディスクを有しており、このディスクの近傍に
は、リング状のヨークがロータの軸方向がリング面を含
むように取り付けられている。ヨークはその内方面と外
方面と取り巻くようにリング状を呈する複数のステータ
（固定子）が配置されており、各磁極はそれぞれ半径方
向で見て外側と内側とからエアギャップを介在させた状
態でロータの磁極体に向き合って位置している。この場
合、各ステータはそれぞれロータの回転軸線に対して同
軸的なリング状の巻線を保持している。つまり、この種
の回転電機ではその基本構造を対称的なものにするため
に、リング状を呈する各２つのアウタステータと同様に
リング状を呈する各２つのインアステータとが設けられ
ている。

【０００４】モータにおけるこのような構造の利点は特
に高い出力密度、つまりコンパクトな構造であるにも拘
らず比較的高い出力を集中させることが出来るところに
ある。他方、その問題点はステータ内で生ずる熱を如何
に放出するかにあって、その際に考慮しなければならな
いのは、熱が巻線範囲におけるステータの中心部で生ず
る点である。既に述べたようにこの種の回転電機は比較
的小さな外形寸法によって設計されるので、熱の放出は
極めて大きな温度落差が生じた場合にのみ機械の外表面
を介して行なわれる。そのため巻線と殊にロータの磁極
体構造に属する永久磁石とは必然的に熱的な過負荷を受
けることになる。

【０００５】通常の構成様式による回転電機は主として
空気冷却装置を有している。そのためロータシャフトに
は送風ファンが配置されており、ステータはこのファン
によって機械の縦方向で強制的に冷却媒体を通流せしめ
られる。ところが冒頭に述べた形式による回転電機にお
いてはこのような横方向での送風を行なうことが出来な
い。

【０００６】ヨーロッパ特許出願公告第０２９９９０８
号明細書に開示されている公知の機械においては、閉じ
た循環回路を用いた縦方向および横方向の冷却送風が行
なわれる。軸方向送風機によって媒体を強制稼働させる
循環回路内では、冷却ガスがロータとステータとを通流
し、熱は機械に直接取り付けられた熱交換器を介して外
部に放出される。このような解決手段がとられているこ
とによって、ロータ自体にも冷却媒体を、つまり該公知
例ではガスを通流させることが可能になりはするもの
の、熱交換器がケーシング内に直接収容されることに基
づいて機械の外形寸法をかなり拡張することが余儀なく
され、機械を装着する可能性、殊に自動車に搭載する可
能性が著しく制限されることになる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】そこで本発明の課題
は、冒頭に述べた形式の横方向流動冷却式機械を改良
し、その外形寸法を拡大することなく効果的な冷却が達
成されるようにする点にある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この課題を解決すべく提
案された本発明の構成は、ロータがケーシング内に支承
されたロータシャフトを有しており、ロータシャフトに
は相対回動不能に固定され、ロータの半径方向を半径方
向とする円形のディスクが設けられており；ロータの軸
方向の両側に張り出すようにリング状に形成された複数
のヨークがディスクの外周に沿って且つロータシャフト
に対して同軸的に設けられており；ロータのヨークがプ
ラスチック材料を介して互いに結合される交互に配置さ
れた永久磁石および軟鉄磁性体を有しており；ロータの
半径方向に沿うヨークの外側には複数のアウタステータ
が配置され、これらのアウタステータにおける各磁極片
は、それぞれエアギャップを維持した状態で磁極構造の
外周面に向けて配置されており、更に前記半径方向に沿
うヨークの内側には複数のインナステータが配置され、
これらのインナステータにおける各磁極片がそれぞれエ
アギャップを維持した状態で磁極構造の内周面に向けて
配置されており；外位ステータと内位ステータとがそれ
ぞれロータシャフトに対して同軸的なリング状の巻線を
有し、アウタステータとインナステータとが周方向で案
内される冷却媒体を通流させるために用いるリング状の
中空室によって囲繞されている。

【０００９】

【作用】本発明により提案された横方向流動冷却式の電
気機械においては、複数のステータがこれを冷却するた
め有利には液相の冷却媒体により１つの部位からそれぞ
れ周方向でロータの回転軸線を中心としてリング状に囲
繞されている。このような配置形式が採用されているな
らば、エネルギー損失熱をその発生箇所、つまり巻線の
すぐ近くの範囲で吸収し、これを最短距離で案内して放
出することが出来る。冷却媒体の案内方向が周方向に配
向されている謂わば接線方向での冷却媒体通流を行なわ
せることによって、流動損失を出来るだけ僅かなものに
すること、つまり換言すれば冷却媒体の接触によって加
湿される表面積を必要最小限に抑えることが保証され
る。更にこの配置形式によれば、ステータの形状特性に
対する温度差の不都合な影響も最小限に抑えられ、従っ
てステータとロータとの間で行なわれる熱交換に望まし
くない各種の影響が及ぼされることは能う限り回避され
る。それと同時に、ケーシング内のステータ範囲におけ
る通流がこのように対角的な方式で行なわれるため、ケ
ーシング表面には極く僅かな残留熱が作用するに過ぎな
い。

【００１０】各従属請求項（２〜１０）には本発明の回
転電機における設計上で有利な実施態様が開示されてい
る。これらの実施例は特に複数の中空室を備えたステー
タに対する冷却媒体の分配に関するものであって、それ
ぞれ冷却媒体が通流せしめられる各中空室内にはステー
タ表面を拡張すべくリング状に形成された冷却リブが突
入している。回転電機ケーシングは更に第２のケーシン
グによって囲繞されているので、外気に対する熱放出を
効果的に防止することが出来る。

【００１１】

【実施例】次に本発明の実施例を添付の図面を参照して
説明すると、縦断面で示された横方向流動冷却式回転電
機のケーシング１内にはロータ３がロータシャフト２を
介して回動自在に支承されている。ロータ（３）軸方向
の中央部に位置し、該ロータ３の半径方向を半径方向と
するディスク４はフランジを介してロータシャフト２に
固定されている。ディスク４の半径方向の外側に位置近
傍には、その両サイド側が軸方向に延びるリング状のヨ
ーク５が設けられている。前記半径方向の内側と外側と
にはヨーク５と向き合うように、各々ステータ７、６が
設けられ、各ステータ７、６要素はケーシング１に固定
されている。本発明において特に重要なステータ要素
は、その磁極片がロータヨーク５の外周面に対するエア
ギャップを維持するように配設されたアウタステータ６
と、その磁極片がロータ磁極構造５の内周面に対するエ
アギャップを維持するように配設されたインナステータ
７とである。外位ステータ６とインナステータ７との間
には、それぞれリング状に形成された巻線８が収容され
ている。ロータ３のヨーク５には永久磁石と軟鉄磁性体
とが交互に配置されるが、両者はプラスチック材料を介
して適宜に埋設されている。

【００１２】アウタステータ６とインナステータ７との
巻線８内で生ずる熱を放出するため、アウタステータ６
はその外周面側が中空室９により、またインナステータ
７はその内周面側が中空室１０によりそれぞれ囲繞され
ている。中空室９、１０には冷却媒体が通流せしめら
れ、その際に利用できる冷却面を更に拡張しようとする
場合には、半径方向に延びる冷却リブ１１を付加的に設
けることも可能でる。

【００１３】冷却媒体の供給およびフィードバックはケ
ーシング１に直接的に取り付けられた接続管片１５、２
５を介して行なわれるが、この場合、冷却媒体を供給す
るための接続管片１５がケーシング１の下部範囲に設け
られているのに対し、媒体をフィードバックさせるため
の接続管片２５は、ケーシング１の上部範囲に設けら
れ、供給接続管片１５と対自した位置を占めるように配
置されている。供給およびフィードバック用の各接続管
片１５、２５は、それぞれケーシング１における一方の
端面側からロータ３の軸方向に延びるように配設されて
いる。冷却媒体を供給する接続管片１５からは、前記軸
方向に延びる分配通路１６がケーシング１の他方の端面
に向けて案内されており、またこの分配通路１６は、分
配通路１７、１８と連通し、この通路１７、１８はケー
シング１における一方の端面側範囲と他方の端面側範囲
とに設けられ、それぞれ半径方向でに延びている。更に
半径方向の各分配通路１７、１８からは、供給通路１９
と供給通路２０とがそれぞれ分岐され、各通路１９、２
０はアウタステータ６のリング状中空室９およびインナ
ステータ７の中空室１０にダイレクトに通じている。上
記のように各通路が設蹴られることにっよて、冷却媒体
を互いに異なった中空室９、１０に均等に分配すること
ができる。

【００１４】中空室９、１０内における通流は、各供給
通路１９、２０により周方向でリング状に行なわれる。
他方、リング状の中空室９、１０から冷却媒体をフィー
ドバックさせるためにはフィードバック通路２９、３０
が利用され、この場合、フィードバック通路２９、３０
は同様にそれぞれケーシング１内で供給通路１９、２０
と向き合うように互いに反対側に配置されている。更に
これらのフィードバック通路２９、３０は、軸方向に延
びる捕集通路２６を介してフィードバック接続管片２５
に通じ、半径方向に延びる捕集通路２７、２８内に連通
している。回転電機の内部で冷却媒体を案内するための
本発明による上記のシステムによれば、熱の発生に直接
関与しているステータを強力に冷却すると同時に、熱を
中空室９、１０内部から接線方向に沿って確実に放出す
ることができる。アウタステータ６およびインナステー
タ７とこれらのステータを囲繞するケーシング１との間
には、冷却媒体が回転電機の内部に侵入して殊にロータ
３にまで達することを防止するシール部材３１が設けら
れている。

【００１５】更に添付の図面から明らかなように、ケー
シング１は第２のケーシングとして設けられたアウタケ
ーシング３２によって全面的に包囲されている。この場
合、内部支承式のロータ３とアウタステータ６およびイ
ンナステータ７とを内蔵する第１のケーシング１は、図
示されてない支持構造によりアウタケーシング３２に支
承されている。アウタケーシング３２には複数の通孔部
３３が設けられており、これらの通孔部３３内には、駆
動フランジを有するロータシャフト２と冷却媒体を供給
しフィードバックさせるための各接続管片１５、２５と
が差込まれあた状態で取り付けられている。なおこれら
の穿孔部３３と接続管片１５、２５との間に間隙が生じ
た場合には、これを適宜な充填材料によって塞ぐことが
出来る。回転電機の本体は基部３４を介してアウタケー
シング３２に据え付けられるか、或いはセンタリング面
３５を介してアウタケーシング３２の両端面側が固定さ
れる。

【００１６】

【発明の効果】このように二重殻状構造が用いられてい
ることによって、ケーシング１から外部に放出される騒
音および熱を著しく軽減することが達成される。本発明
における冷却通路の配設形式によれば、熱を単にその発
生箇所としてのステータ部分から効果的に排出するのみ
ならず、各ステータ６，７を介して熱の伝達を受けるケ
ーシング１からも十分に放出することが出来る。つま
り、アウタケーシング６の中空室９とインナケーシング
７の中空室１０とはケーシング１内に設けられているの
で、ケーシング１自体も周方向の冷却媒体流動によって
同時に冷却されるからである。なお回転電機の運転に際
して特に低いケーシング温度が必要とされるような場合
には、アウタケーシング３２の外表面を二重壁構造のも
のとして構成することも可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる横方向流動冷却式回転電機の一
実施例を示す縦断面図である。

【符号の説明】

１ケーシング、２ロータシャフト、３ロータ、４ディスク、５ヨーク、６アウタステータ、７インナステータ、８巻線、９，１０中空室、１１冷却リブ、１５冷却媒体を供給するための接続管片、１６軸方向の分配通路、１７，１８半径方向の分配通路、１９，２０供給通路、２５冷却媒体をフィードバックさせるための接続管
片、２６，２７，２８捕集通路、２９，３０フィードバック通路、３１シール部材、３２アウタケーシング、３３通孔部、３４基部、３５センタリング面。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】回転電機、特に永久磁石による磁界を備
えたモータであって、（ａ）ロータ（３）がケーシング（１）内に支承された
ロータシャフト（２）を有しており、ロータシャフト
（２）に対して相対回動不能に固定されロータ（３）の
半径方向を半径方向とする中央ディスク（４）が設けら
れており；（ｂ）ロータ（３）の軸方向の両サイド側に
リング状に形成された複数のヨーク（５）がディスク
（４）の外周に沿って且つロータシャフト（２）に対し
て同軸的に延在しており；（ｃ）ロータ（３）のヨーク
（５）がプラスチック材料を介して互いに結合され、か
つ交互に配置された永久磁石および軟鉄磁性体を有して
おり；（ｄ）ロータ（３）の半径方向に沿うヨーク
（５）の外側には複数のアウタステータ（６）が配置さ
れ、各アウタステータ（６）の磁極片はそれぞれエアギ
ャップを維持した状態でヨーク（５）の外周面に対向す
るように配置されており、更にロータ（３）の半径方向
に沿うヨーク（５）の内側には複数のインナステータ
（７）が配置され、各インナステータ（７）の磁極片は
それぞれエアギャップを維持した状態でヨーク（５）の
内周面に対向するように配置されており；（ｅ）アウタ
ステータ（６）とインナステータ（７）とはそれぞれロ
ータシャフト（２）に対して同軸状で、かつリング状の
巻線（８）を有している；上記の構成を有する回転電機
において、（ｆ）アウタステータ（６）とインナステータ（７）と
は、リング状の中空室によって囲繞されており、この中
空室に冷却媒体を通流させことを特徴とする回転電機。
【請求項２】冷却媒体のインレット（１５）とアウト
レット（２５）とが対称位置に配されたようにケーシン
グ（１）に装着されていることを特徴とする請求項１記
載の回転電機。
【請求項３】冷却媒体のインレット（１５）とアウト
レット（２５）とがそれぞれロータ（３）の半径方向で
あってケーシング（１）の外部近傍に配置されているこ
とを特徴とする請求項１又は２に記載の回転電機。
【請求項４】アウタステータ（６）とインナステータ
（７）とが並列状に流れる冷却媒体により同時に通流せ
しめられるようにするため、冷却媒体の供給部にはケー
シング（１）の外周側ロータ（３）の軸方向に延びる少
なくとも１本の分配通路（１６）が設けられており、こ
の分配通路（１６）に連通し、前記半径方向内向きに延
びる別の分配通路（１７、１８）が、供給通路（１９、
２０）を介してアウタステータ（６）およびインナステ
ータ（７）における中空室（９、１０）と連通状態にお
かれていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１
項に記載の回転電機。
【請求項５】ケーシング（１）の外周側供給された冷
却媒体をフィードバックさせるため、少なくとも１本の
軸方向に延びる捕集通路（２６）が設けられており、こ
の捕集通路（２６）内と連通するロータ（３）の半径方
向に延びる捕集通路（２７、２８）がアウタステータ
（６）およびインナステータ（７）における中空室
（９、１０）と連通状態におかれていることを特徴とす
る請求項１〜４のいずれか１項に記載の回転電機。
【請求項６】アウタステータ（６）がこれを囲繞する
中空室（９）に臨まされたロータ（３）の半径方向の側
に、またインナステータ（７）がこの半径方向に沿う内
側に隣接する中空室（１０）に臨まされ、半径方向内向
きに、それぞれ冷却媒体によって加湿される冷却リブ
（１１）を有していることを特徴とする請求項１〜５の
いずれか１項に記載の回転電機。
【請求項７】アウタステータ（６）およびインナステ
ータ（７）に設けられる冷却リブ（１１）が、ロータシ
ャフト（２）の軸線に対して同軸的なリング形状を呈す
る部材として構成されていることを特徴とする請求項１
〜６のいずれか１項に記載の回転電機。
【請求項８】冷却媒体のインレット（１５）とアウト
レット（２５）とが、それぞれロータ（３）の軸方向に
向けるケーシング（１）の一方の端面に配置されている
ことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の
回転電機。
【請求項９】ケーシング（１）を囲繞し且つこれを支
承するアウタケーシング（３２）が設けられており、こ
のアウタケーシング（３２）には冷却媒体供給部（１
５）と冷却媒体フィードバック部（２５）とロータシャ
フト（２）とを取り付けるための通孔部（３３）が形成
されていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１
項に記載の回転電機。
【請求項１０】ケーシング（１）を囲繞するアウタケ
ーシング（３２）を介して、即ちケーシング端面センタ
リング部（３５）、またはケーシング基部（３４）を介
して、リアクション・トルクが外部に伝達されるように
構成されていることを特徴とする請求項１〜９のいずれ
か１項に記載の回転電機。