特許 6817275 冷却機能を備える回転子

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6817275

(24)【登録日】2020年12月28日

(45)【発行日】2021年1月20日

(54)【発明の名称】冷却機能を備える回転子

(51)【国際特許分類】

   H02K 9/19 20060101AFI20210107BHJP

   H02K 1/32 20060101ALI20210107BHJP

   H02K 15/02 20060101ALI20210107BHJP

   H02K 15/12 20060101ALI20210107BHJP

【ＦＩ】

   H02K9/19 B

   H02K1/32 Z

   H02K15/02 K

   H02K15/12 A

【請求項の数】16

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2018-221011(P2018-221011)

(22)【出願日】2018年11月27日

(65)【公開番号】特開2019-106875(P2019-106875A)

(43)【公開日】2019年6月27日

【審査請求日】2018年11月29日

(31)【優先権主張番号】10 2017 129 212.8

(32)【優先日】2017年12月8日

(33)【優先権主張国】DE

(73)【特許権者】

【識別番号】510238096

【氏名又は名称】ドクター エンジニール ハー ツェー エフ ポルシェ アクチエンゲゼルシャフト

【氏名又は名称原語表記】Ｄｒ． Ｉｎｇ． ｈ．ｃ． Ｆ． Ｐｏｒｓｃｈｅ Ａｋｔｉｅｎｇｅｓｅｌｌｓｃｈａｆｔ

(74)【代理人】

【識別番号】100098914

【弁理士】

【氏名又は名称】岡島 伸行

(72)【発明者】

【氏名】フィリップ ベレンデス

(72)【発明者】

【氏名】ベルンハルト ヴィーデマン

(72)【発明者】

【氏名】シュテファン エーヒスレン

(72)【発明者】

【氏名】ヤン ダヴィド シュミッツ−ヒェーブシュ

【審査官】 小林 紀和

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２０１２／０８６２２８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特公昭３７−００５３０９（ＪＰ，Ｂ１）

【文献】 特開昭５６−１１０４５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６０−０８７６４３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｋ ９／１９

Ｈ０２Ｋ １／３２

Ｈ０２Ｋ １５／０２

Ｈ０２Ｋ １５／１２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

電動機（１０）のための回転子（２０）であって、シャフト（３０）と、前記シャフト（３０）に接続された回転子積層コア（３４）とを有し、前記回転子（２０）内において、クーラントダクト（４０）は、クーラントが前記クーラントダクト（４０）を通って流れることを可能にするように形成され、前記クーラントダクト（４０）は、少なくとも前記回転子積層コア（３４）内の領域において前記回転子（２０）の軸方向に延びる第１の部分（４１）を有し、および前記回転子積層コア（３４）は、外周面（３８）にスリーブ（５０）を有し、前記スリーブ（５０）はガラス繊維複合材料または炭素繊維複合材料から形成されており、前記回転子積層コア（３４）の前記外周面（３８）でのクーラント（４５）の漏れを回避する、回転子（２０）。

【請求項2】

前記スリーブ（５０）は、前記外周面（３８）において前記回転子（２０）を流体封止する、請求項１に記載の回転子。

【請求項3】

前記スリーブ（５０）と前記回転子積層コア（３４）との間で接着接続がなされている、請求項１または２に記載の回転子。

【請求項4】

クーラント入口（４７）およびクーラント出口（４８）を有し、前記クーラント入口（４７）および前記クーラント出口（４８）は、前記回転子（２０）の同じ軸方向側部（２１）に形成されている、請求項１〜３のいずれか一項に記載の回転子。

【請求項5】

磁石（３６）を有し、ポケット（３５）であって、その中に前記磁石（３６）が配置されている、ポケット（３５）は、前記回転子積層コア（３４）に設けられている、請求項１〜４のいずれか一項に記載の回転子。

【請求項6】

前記クーラントダクト（４０）は、前記シャフト（３０）内の領域において延びる第２の部分（４２）を有する、請求項１〜５のいずれか一項に記載の回転子。

【請求項7】

前記スリーブ（５０）は、電気的に非伝導性である材料から形成されている、請求項１〜６のいずれか一項に記載の回転子。

【請求項8】

前記スリーブ（５０）は、磁気的に非伝導性である材料から形成されている、請求項７に記載の回転子。

【請求項9】

第１のバランスディスク（６１、６２）は、前記回転子積層コア（３４）の第１の軸方向側部（２１）に設けられており、前記クーラントダクト（４０）は、前記第１のバランスディスク（６１、６２）を通って延在する第３の部分（４３；４４）を有する、請求項１〜８のいずれか一項に記載の回転子。

【請求項10】

前記スリーブ（５０）は、少なくとも前記第１のバランスディスク（６１）の領域内まで、好ましくはまた少なくとも前記第２のバランスディスク（６２）の領域内まで軸方向に延在する、請求項９に記載の回転子。

【請求項11】

第２のバランスディスク（６１；６２）は、前記第１の軸方向側部（２１）と反対側の前記回転子積層コア（３４）の第２の軸方向側部（２２）に設けられており、前記クーラントダクト（４０）は、前記第２のバランスディスク（６１、６２）を通って延在する第４の部分（４３；４４）を有する、請求項９または１０に記載の回転子。

【請求項12】

固定子（１２）と、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の回転子（２０）とを有する電動機（１０）。

【請求項13】

請求項１〜１１のいずれか一項に記載の回転子（２０）を製造するための方法であって、ガラス繊維または炭素繊維を有する材料（７２）と樹脂（７８）とが前記回転子積層コア（３４）に被着され、および次いで、前記スリーブ（５０）を製造するために前記樹脂（７８）が硬化されるステップを含む方法。

【請求項14】

前記ガラス繊維または炭素繊維を有する材料（７２）は、最初に被着され、および前記ガラス繊維または炭素繊維を有する材料（７２）は、次いで前記樹脂（７８）が含浸される、請求項１３に記載の方法。

【請求項15】

前記ガラス繊維または炭素繊維を有する材料（７２）は、前記回転子積層コア（３４）上へ巻回または編組される、請求項１４に記載の方法。

【請求項16】

前記ガラス繊維または炭素繊維を有する材料（７２）および前記樹脂（７８）は、予め含浸された材料（７２、７８）として一緒に被着される、請求項１３に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電動機のための冷却機能を備える回転子およびそのような回転子を製造するための方法に関する。

【背景技術】

【0002】

（特許文献１）には、冷却ダクトを備える電動機であって、冷却ダクトは、内部回転子のシャフトから冷却ダクトを介して外方向にエアギャップおよび外部固定子の領域内へ延在し、かつ外部固定子から外部固定子ハウジングの接続部を介して戻るように案内されて冷却回路を形成する、電動機が示されている。

【0003】

（特許文献２）には、冷却ダクトを備える内部回転子モータであって、クーラントは、シャフト端部の回転継手を介して供給および排出される、内部回転子モータが示されている。

【0004】

（特許文献３）には、内部回転子を備える電動機であって、シャフトは、一方の軸方向側部に流体入口および流体出口を有する、電動機が示されている。

【0005】

（特許文献４）には、基体と、積層コアと、積層コアの外側に取り付けられた磁石とを備える内部回転子が示されている。炭素繊維強化プラスチックから形成されたバンドが磁石の周りに取り付けられている。

【0006】

（特許文献５）には、外部固定子および内部回転子を備える電動機であって、スリーブは、離隔のために外部固定子の内側に固定されている、電動機が示されている。

【0007】

（特許文献６）には、外部固定子および内部回転子を備える電動機が示されている。内部回転子は、シャフトおよび積層コアを有し、およびスリーブは、シャフトと積層コアとの間に設けられ、かつシャフトのクーラントダクトを画成している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【特許文献1】米国特許出願公開第２０１３／０３１３９２８Ａ１号明細書

【特許文献2】欧州特許出願公開第０４６１９０５Ａ２号明細書

【特許文献3】独国特許出願公開第１０２０１１０５２０８５Ａ１号明細書

【特許文献4】独国特許第１０２００７００６９８６Ｂ３号明細書

【特許文献5】米国特許出願公開第２００３／０２３０９５０Ａ１号明細書

【特許文献6】欧州特許出願公開第２６５８０９９Ａ１号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

本発明の目的は、新規の回転子およびそのような回転子を製造するための新規の方法を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0010】

この目的は、請求項１および請求項１３の主題によって達成される。

【0011】

電動機のための回転子は、シャフトと、シャフトに接続された回転子積層コアとを有し、前記回転子内において、クーラントダクトは、クーラントがクーラントダクトを通って流れることを可能にするように形成されている。クーラントダクトは、少なくとも回転子積層コア内の領域において延びる第１の部分を有し、および回転子積層コアは、外周面にスリーブを有して、回転子積層コアの外周面でのクーラントの漏れを回避する。

【0012】

スリーブにより、外周面の領域でのクーラントの漏れが低減または防止され得る。回転子積層コアは、基本的にダクトの形成に好適である。しかし、耐性および環境条件に応じて、回転子積層コアにより、回転子積層体間の領域へのクーラントの望ましくない流れがもたらされ得る。スリーブにより、外周面の領域での漏れに対処することができる。

【0013】

好ましい実施形態によれば、回転子は、内部回転子として設計され、および固定子は、外部固定子として設計される。内部回転子の場合、クーラントダクトの構成が単純である。

【0014】

好ましい実施形態によれば、スリーブは、外周面において回転子を流体封止する。封止により、外周面における漏れが特に容易に防止される。

【0015】

好ましい実施形態によれば、スリーブは、ガラス繊維複合材料または炭素繊維複合材料から形成されている。ガラス繊維複合材料は、通常、非電気的であり、かつしたがって磁界が変化する領域によく適している。上記の２つの材料は、良好な機械的特性を有する。

【0016】

好ましい実施形態によれば、スリーブと回転子積層コアとの間で接着接続がなされている。これにより、軸方向における外周面でのクーラントの流れがより良好に防止され、および／または遠心力の作用によってスリーブが所定位置に保持されかつ安定され得る。

【0017】

好ましい実施形態によれば、回転子は、クーラント入口およびクーラント出口を有し、クーラント入口およびクーラント出口は、回転子の同じ軸方向側部に形成されている。同じ軸方向側部への形成により、クーラントの供給および排出が容易になり、他方の軸方向側部が出力のために空けられる。

【0018】

好ましい実施形態によれば、回転子は、磁石を有し、ポケットであって、その中に磁石が配置されている、ポケットは、回転子積層コアに設けられている。そのような構成により、回転子積層コアによって磁石を予め保持することができる。

【0019】

磁束を方向付ける役割を果たす回転子積層コアの凹部が冷却ダクトとして使用され得る。必要に応じて、代替としてまたは追加として、回転子積層コアの別の領域に冷却ダクトが設けられ得る。

【0020】

好ましい実施形態によれば、クーラントダクトは、シャフト内の領域において延びる第２の部分を有する。冷却ダクトのためのシャフトの使用により、回転子積層コアの凹部の数が減少され、より高い安定性が得られる。

【0021】

好ましい実施形態によれば、スリーブは、電気的に非伝導性であり、かつ磁気的に非伝導性である材料から形成されている。これにより、磁束が変化する際の渦電流および渦電流損のリスクが低減される。

【0022】

好ましい実施形態によれば、第１のバランスディスクは、回転子積層コアの第１の軸方向側部に設けられており、クーラントダクトは、第１のバランスディスクを通って延在する第３の部分を有する。クーラントダクトの一部のためのバランスディスクの使用により、積層コア内でのクーラントダクトの単純な幾何形状が実現される。また、追加の構成要素は必要ない。

【0023】

好ましい実施形態によれば、スリーブは、第１のバランスディスクの領域内まで軸方向に延在する。これにより、回転子積層コアとバランスディスクとの間の領域での封止の改良も可能になる。

【0024】

好ましい実施形態によれば、スリーブはまた、第２のバランスディスクの領域内まで軸方向に延在する。これにより、回転子積層コアとバランスディスクとの間の領域での封止の改良が可能になる。

【0025】

好ましい実施形態によれば、第２のバランスディスクは、第１の軸方向側部と反対側の回転子積層コアの第２の軸方向側部に設けられており、クーラントダクトは、第２のバランスディスクを通って延在する第４の部分を有する。

【0026】

電動機は、固定子と、それに対応する回転子とを有する。

【0027】

回転子を製造するための方法は、以下のステップ：
ガラス繊維または炭素繊維を有する材料と樹脂とが回転子積層コアに被着され、および次いで、スリーブを製造するために樹脂が硬化されるステップ
を含む。

【0028】

そのような回転子積層コアへのスリーブの製造により、スリーブと回転子積層コアとの間のより良好な接続がもたらされる。

【0029】

好ましい実施形態によれば、ガラス繊維または炭素繊維を有する材料は、最初に被着され、およびガラス繊維または炭素繊維を有する材料は、次いで樹脂が含浸される。ガラス繊維または炭素繊維を有する材料は、樹脂が塗布される前に良好に加工され得、特に良好に編組または巻回され得る。

【0030】

好ましい実施形態によれば、ガラス繊維または炭素繊維を有する材料は、回転子積層コア上へ巻回または編組される。これにより、安定した構造が得られる。

【0031】

好ましい実施形態によれば、ガラス繊維または炭素繊維を有する材料および樹脂は、予め含浸された材料として一緒に被着される。これにより、単純な製造および機械類の経費の節約が可能になる。

【0032】

ガラス繊維および炭素繊維について述べているが、好ましい実施形態では、任意の所望の繊維を使用することができる。

【0033】

本発明のさらなる詳細および有利な改良形態は、以下に述べて図面に示す例示的な実施形態（これは、本発明を限定するものと理解されるべきではない）およびまた従属請求項から明らかになるであろう。

【図面の簡単な説明】

【0034】

【図1】冷却型回転子を備える電動機の縦断面図を示す。

【図2】図１の電動機の横断面図を示す。

【図3】図１の回転子の概略構成の縦断面図を示す。

【図4】図１の回転子を製造するための方法の概略図を示す。

【図5】図１の回転子を硬化させるためのチャンバを示す。

【図6】図１の回転子の製造中に樹脂を塗布するためのデバイスの概略図を示す。

【発明を実施するための形態】

【0035】

図１に、固定子１２および回転子２０を備える電動機１０を示す。回転子２０は、内部回転子として設計されている。また、固定子１２は、外部固定子として設計されている。しかし、同様に回転子を外部回転子として設計し、かつ固定子を外部固定子として設計することも可能である。回転子２０は、シャフト３０と、シャフト３０に接続された回転子積層コア３４とを有する。回転子２０内において、クーラントダクト４０は、クーラントがクーラントダクト４０を通って流れることを可能にするように形成されている。これにより、回転子２０の冷却が可能になる。これは、特に電気自動車の駆動に使用されるような強力な電動機の場合に有利である。クーラントダクト４０は、クーラント入口４７と、クーラント出口４８と、シャフト３０内の領域においてまたはシャフト３０内において完全に延びる部分４２と、少なくとも回転子積層コア３４内の領域において延びる部分４１とを有する。

【0036】

回転子積層コア３４は、外周面３８にスリーブ５０を有する。スリーブ５０は、電動機１０の磁気的空隙３９内に設けられている。磁気的空隙３９は、固定子１２と回転子２０との間の磁気的に弱い伝導性の領域または磁気的に非伝導性の領域である。

【0037】

第１のバランスディスク６１は、回転子積層コア３４の第１の軸方向側部２１に設けられている。また、第２のバランスディスク６２は、第１の軸方向側部２１と反対側の回転子積層コア３４の第２の軸方向側部２２に設けられている。クーラントダクト４０は、好ましくは、第１のバランスディスク６１を通って延在する第３の部分４３と、第２のバランスディスク６２を通って延在する第４の部分４４とを有する。

【0038】

スリーブ５０は、好ましくは、第１のバランスディスク６１および／または第２のバランスディスク６２の領域内まで軸方向に延在する。これにより、回転子積層コア３４とバランスディスク６１、６２との間の移行領域における封止も可能になる。

【0039】

例示的な実施形態では、固定子１２内に回転子２０を回転可能に取り付けるために、２つの転がり軸受の形態で軸受機構１４が設けられている。

【0040】

スリーブ５０は、好ましくは、外周面３８において回転子２０を流体封止する。クーラントダクト４０は、回転子積層コア３４の内部の部分４１内、例えばボア内において延びる。それにもかかわらず、クーラント４５は、回転子積層コア３４の２つの隣接する積層体間でクーラントダクト４０から漏れる可能性がある。スリーブ５０により、外周面３８でのクーラント４５の漏れが低減または回避され得る。

【0041】

スリーブ５０は、好ましくは、ガラス繊維複合材料、すなわちガラス繊維を有する材料から形成されている。ガラス繊維複合材料は、好ましくは、良好な封止性を実現するためにさらに樹脂を有する。

【0042】

特に好ましくは、スリーブ５０と回転子積層コア３４との間に接着接続が存在する。そのような接着接続は、例えば、ガラス繊維複合材料が樹脂で回転子積層コア３４上に硬化されることによって達成され得る。これにより、回転子積層コア３４とスリーブ５０との間において、化学的な接着を伴う接着接続が得られる。

【0043】

スリーブ５０は、好ましくは、電気的に非伝導性であり、かつ磁気的に非伝導性である材料から形成されている。それにより、スリーブ５０内での渦電流の発生が低減または完全に回避される。

【0044】

図２に、固定子１２および回転子２０を備える電動機１０を横断面で示す。例示的な実施形態では、磁石３６のためのポケット３５が設けられる。また、複数のクーラントダクト４０の部分４１が設けられる。これらの部分４１は、例示的な実施形態では、磁石３６の側方に配置され、かつ回転子積層コア３４を通って延在する。クーラントダクト４０の部分４１は、好ましくは、回転子積層コア３４を通って軸方向に延びるが、例えば湾曲を有するなど、異なって延び得る。

【0045】

図３に、回転子２０の概略構成を縦断面で示す。回転軸線３３の左側のみが示されている。

【0046】

例示的な実施形態では、シャフト３０は、内側の第１のシャフト部品３１と外側の第２のシャフト部品３２との２部品で形成されている。これにより、シャフト３０内のクーラントダクト４０の部分４２の形成が容易になる。

【0047】

クーラント入口４７およびクーラント出口４８への流体連通を可能にするために、シャフト３０には、第１の軸方向側部２１に回転継手４９が設けられている。

【0048】

シャフト３０において、第２の軸方向側部２２で出力が行われ得る。

【0049】

図４に、ガラス繊維を有する材料７２を好ましくは編組形状で回転子２０に被着する編組機７１を示す。樹脂７８を有する槽７４が設けられている。樹脂７８は、２つのローラ７５、７６により、ガラス繊維を有する材料７２に塗布される。これは、ガラス繊維を有する材料７２の含浸と呼ばれる。

【0050】

含浸されたガラス繊維を有する材料７２を分離するために、分離デバイス８１が設けられている。

【0051】

次いで、例えば、ロボット８４によって回転子２０を取り出して、硬化させることができる。

【0052】

図５に、含浸されたガラス繊維を有する材料７２を硬化するためのチャンバ８６を示す。回転子２０がチャンバ８６内に位置決めされ、かつ次いで高温および高圧にさらされる。これにより、樹脂７８が硬化され、したがってスリーブ５０の繊維複合材料が製造される。

【0053】

図６に、樹脂を塗布するためのローラ７５、７６と共に槽７４を通る横断面を示す。回転子２０の回転によって塗布が行われる。

【0054】

回転子を製造することができるいくつかの方法がある。１つの好ましい方法は、以下のステップ：
ガラス繊維を有する材料７２と樹脂７８とが回転子積層コア３４に被着され、および次いで、スリーブを製造するために樹脂７８が硬化されるステップ
を含む。

【0055】

好ましくは、ガラス繊維を有する材料７２は、最初に被着され、およびガラス繊維を有する材料７２は、次いで樹脂７８が含浸される。特に、ガラス繊維を有する材料７２の編組みは、樹脂７８のない状態でより容易に可能である。

【0056】

ガラス繊維を有する材料７２は、好ましくは、回転子積層コア３４上に巻回または編組される。これにより、安定した構造が得られる。

【0057】

ガラス繊維を有する材料７２および樹脂７８は、好ましくは、予め含浸された材料７２、７８として一緒に被着される。そのような予め含浸された材料７２、７８は、プリプレグまたは事前含浸繊維とも称される。

【0058】

上記の方法は、スリーブ５０と回転子積層コアとの間で接着接続をなすことができるという利点を有する。これにより、回転子積層コア３４の外周面３８でのクーラントの流れが低減または好ましくは防止される。

【0059】

当然のことながら、本発明の範囲内で様々な変形形態および修正形態が可能である。

【0060】

回転子冷却に加えて、図１にダクトで示されるように固定子冷却も行われ得る。

【符号の説明】

【0061】

１０ 電動機
１２ 固定子
２０ 回転子
２１ 第１の軸方向側部
２２ 第２の軸方向側部
３０ シャフト
３４ 回転子積層コア
３５ ポケット
３６ 磁石
３８ 外周面
４０ クーラントダクト
４１ 第１の部分
４２ 第２の部分
４３、４４ 第３および第４の部分
４５ クーラント
４７ クーラント入口
４８ クーラント出口
５０ スリーブ
６１、６２ 第１および第２のバランスディスク
７２ ガラス繊維または炭素繊維を有する材料
７８ 樹脂

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】