特許 7268187 電気機械

(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】

(24)【登録日】2023-04-24

(45)【発行日】2023-05-02

(54)【発明の名称】電気機械

(51)【国際特許分類】

   H02K 11/30 20160101AFI20230425BHJP

   H02K 11/20 20160101ALI20230425BHJP

   H02K 7/14 20060101ALI20230425BHJP

【ＦＩ】

H02K11/30

H02K11/20

H02K7/14 B

【請求項の数】 9

(21)【出願番号】P 2021555074

(86)(22)【出願日】2020-03-06

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2022-05-02

(86)【国際出願番号】 EP2020056029

(87)【国際公開番号】W WO2020182662

(87)【国際公開日】2020-09-17

【審査請求日】2021-11-08

(31)【優先権主張番号】A50213/2019

(32)【優先日】2019-03-13

(33)【優先権主張国・地域又は機関】AT

(73)【特許権者】

【識別番号】521412629

【氏名又は名称】メレクス イー・ダブリュ・エス ゲー・エム・ベー・ハー

【氏名又は名称原語表記】ＭＥＬＥＣＳ ＥＷＳ ＧｍｂＨ

【住所又は居所原語表記】ＧＺＯ－Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓｔｒａｓｓｅ １， ７０１１ Ｓｉｅｇｅｎｄｏｒｆ （Ｂｇｌｄ．）， Ａｕｓｔｒｉａ

(74)【代理人】

【識別番号】100114890

【弁理士】

【氏名又は名称】アインゼル・フェリックス＝ラインハルト

(74)【代理人】

【識別番号】100098501

【弁理士】

【氏名又は名称】森田 拓

(74)【代理人】

【識別番号】100116403

【弁理士】

【氏名又は名称】前川 純一

(74)【代理人】

【識別番号】100134315

【弁理士】

【氏名又は名称】永島 秀郎

(74)【代理人】

【識別番号】100162880

【弁理士】

【氏名又は名称】上島 類

(72)【発明者】

【氏名】トーマス ドップラー

(72)【発明者】

【氏名】レオポルト ヘリンガー

(72)【発明者】

【氏名】マーティン ヨハン マイアー

【審査官】稲葉 礼子

(56)【参考文献】

【文献】特表２００２－５３６５８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１４／１９２２８０（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１９－００２４０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－０８３７６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０００－０７３９６２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｋ １１／３０

Ｈ０２Ｋ １１／２０

Ｈ０２Ｋ ７／１４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

開ループまたは閉ループ制御ユニットと流体アクチュエータとを備えた電気機械であって、前記開ループまたは閉ループ制御ユニットが、前記アクチュエータの開ループまたは閉ループ制御用に設けられている電気機械において、
前記開ループまたは閉ループ制御ユニットが、熱伝導性の注型材料（２）によって鋳包まれた支持プレート（３）を有し、前記開ループまたは閉ループ制御ユニットが、前記注型材料（２）の領域において、流体が充填された、前記アクチュエータ（１）のチャンバ（４）に接触しており、
前記アクチュエータ（１）の第２ケーシング（９）に接している前記注型材料（２）が、前記開ループまたは閉ループ制御ユニットの第１ケーシング（８）に注入されている、ことを特徴とする、電気機械。

【請求項2】

前記注型材料（２）が、４８～５３の範囲のショアＡ硬度を有するポリウレタンで構成されている、ことを特徴とする、請求項１記載の電気機械。

【請求項3】

前記注型材料（２）が、４５～５５の範囲のショアＡ硬度を有するシリコーンで実施されている、ことを特徴とする、請求項１記載の電気機械。

【請求項4】

前記支持プレート（３）は、両面実装型である、ことを特徴とする、請求項１から３までのいずれか１項記載の電気機械。

【請求項5】

前記開ループまたは閉ループ制御ユニットは、制御器（５）として構成されており、前記支持プレート（３）に配置されたセンサを有する、ことを特徴とする、請求項１から４までのいずれか１項記載の電気機械。

【請求項6】

前記アクチュエータ（１）は、ハイドロリックアクチュエータとして構成されている、ことを特徴とする、請求項１から５までのいずれか１項記載の電気機械。

【請求項7】

前記アクチュエータ（１）は、圧縮空気式アクチュエータとして構成されている、ことを特徴とする、請求項１から５までのいずれか１項記載の電気機械。

【請求項8】

前記開ループまたは閉ループ制御ユニットは、少なくとも１つの電気コンタクトを介して前記アクチュエータ（１）に接続されている、ことを特徴とする、請求項１から７までのいずれか１項記載の電気機械。

【請求項9】

前記注型材料（２）は、０．９７Ｗ／ｍＫの熱伝導率を有する、ことを特徴とする、請求項１から８までのいずれか１項記載の電気機械。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、アクチュエータの開ループまたは閉ループ制御用に設けられた開ループまたは閉ループ制御ユニットと、流体アクチュエータとを備えた電気機械に関する。

【0002】

特に、車両用電子装置では多くの場合に、限定された組み込みスペースを可能な限りに良好に利用しかつ導線経路を短く維持するために、モータ、変速機、ポンプまたはシャーシコンポーネントなどに、制御電子装置を備えた装置を組み込む必要がある。例えば、トランジスタが取り付けられた支持プレートによって放出される熱は、装置の損傷および寿命の短縮を回避するために、効果的に排出されなければならない。

【0003】

従来技術からは、電気装置用の冷却装置が記載された欧州特許出願公開第２４２９２７３号明細書が公知である。支持プレートには、電子回路が配置されている。ここでは、円筒形の押圧ドームが、損失出力を発生する素子に機械的および熱的に接触している。押圧ドームは、ケーシング内壁部と、損失出力を発生する素子との間に設けられており、冷却体として実施されたケーシングカバーの内側に支持プレートを押し付ける。このケーシングカバーを介して、損失出力を発生する素子からの熱が周囲に排出される。

【0004】

さらに、国際公開第２０１８／１１４３４９号には、電気機械用のケーシングが示されており、このケーシングには、冷却装置が周囲を取り囲むように上に配置された支持プレートが設けられている。

【0005】

これらのアプローチは、その公知の形態において、電気装置および電気機械用に、もしくは電子構成部材の冷却のために、専用の冷却装置が使用されており、これらの冷却装置用に、対応する設置スペースを設けなければならないという欠点を有する。

【0006】

本発明の根底にある課題は、従来技術に対してさらに発展させたコンパクトな電気機械であって、効果的でありながら付加装置なしに冷却される電子コンポーネントを備えた電気機械を提供することである。

【0007】

この課題は、本発明により、冒頭に述べられた形態の電気機械であって、開ループまたは閉ループ制御ユニットが、熱伝導性の注型材料(Vergussmasse)によって鋳包まれた(umgossen)支持プレートを有し、開ループまたは閉ループ制御ユニットが、注型材料の領域において、流体が充填された、アクチュエータのチャンバに接触している電気機械によって解決される。

【0008】

支持プレートが注型材料によって取り囲まれることにより、損失出力を発生する、支持プレートの実装素子から注型材料に直接に熱伝達が行われる。開ループまたは閉ループ制御ユニットは、注型材料の領域において、流体が充填された、アクチュエータのチャンバに接触しているため、注型材料に伝達された熱は流体に放出される。したがって、支持プレートの実装素子、または開ループまたは閉ループ制御ユニットが効果的に冷却される。 例えば、支持プレートに配置される専用の冷却装置を省略することができ、これにより、設置スペースが節約され、構成部材のサイズを小さくすることができる。さらに、注型材料により、支持プレートおよびその実装素子が、周囲の影響から（例えば、侵入する物質から）および負荷から（例えば衝突から）有利に保護される。

【0009】

注型材料が、４８～５３の範囲のショアＡ硬度を有するポリウレタンで構成されていると有利である。

【0010】

この手段により、支持プレートおよびその実装素子は、特に密に注型材料によって取り囲まれ、すなわち、特に効果的に周囲の影響から保護される。さらに、ポリウレタンの使用により、構成部材のサイズが小さくなる。

【0011】

有利な一実施形態が得られるのは、一方の側がプレートによって閉じられている、開ループまたは閉ループ制御ユニットの第１ケーシングに注型材料が注入されている場合であり、プレートは、アクチュエータの第２ケーシングに接している。

【0012】

この手段により、機械がコンパクトに実施される。開ループまたは閉ループ制御ユニットと、アクチュエータとの間のケーブルの敷設を省略することができる。

【0013】

有利な一解決手段が得られるのは、アクチュエータの第２ケーシングに接している注型材料が、開ループまたは閉ループ制御ユニットの第１ケーシングに注入されている場合である。

【0014】

このような手段により、特に効果的な開ループまたは閉ループ制御ユニットの冷却が行われる。というのは、注型材料からの熱は、第２ケーシング、もしくは流体が充填された、アクチュエータのチャンバに直接に放出されるからである。

【0015】

以下では、実施例に基づいて本発明をより詳しく説明する。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】本発明による機械の側面断面図である。

【0017】

図１には、本発明による電気機械の例示的な一実施形態が断面図で示されている。

【0018】

電子制御器５として構成された開ループまたは閉ループ制御ユニットは、支持プレート３を有し、支持プレート３は、ポリウレタン製の熱伝導性注型材料２によって完全に鋳包まれておりかつガラス繊維で強化されたポリアミドによって構成された第１ケーシング８内に配置されている。

【0019】

支持プレート３には、圧力センサとして構成された第１実装素子１１と、第２実装素子１２と、第３実装素子１３と、第４実装素子１４とが設けられており、これらは注型材料２によって覆われている。第１実装素子１１は、支持プレート３の下面１５に、また第２実装素子１２と、第３実装素子１３と、第４実装素子１４とは支持プレート３の上面１６に配置されている。したがって支持プレート３は、両面実装型である。

【0020】

第１ケーシング８および支持プレート３は、円筒形に実施されている。第１ケーシング８は、はめ込み式のプレート１０により、端面が閉じられている。プレート１０は、第１ケーシング８によって締め付けられている。

【0021】

注型材料２は、第１ケーシング８とプレート１０とによって形成されるケーシング内部空間を完全に埋めている。注型材料２のポリウレタンは、４８～５３の範囲のショアＡ硬度、０．９７Ｗ／ｍＫの熱伝導率および約－６０℃のガラス温度を有する。したがって電気機械は、広い温度範囲において使用可能である。

【0022】

ポリウレタンで注型材料２を実施することは、好適な解決手段である。しかしながら本発明によれば、４５～５５の範囲のショアＡ硬度を有するシリコーンで注型材料２を構成することも考えられ、これにより、ポリウレタンでの実施に匹敵する注型材料２の特性が達成される

【0023】

支持プレート３の上面１６の領域では、第１銀製コンタクトピンとして構成された第１コンタクト６が、支持プレート３に接続されており、かつ第１ケーシング８から突き出ている。この第１コンタクト６と、同様に銀製コンタクトピンとして実施されており、上面１６の領域において支持プレート３に接続されておりかつ第１ケーシング８から突き出ている、図１では見えない別のコンタクトとを介して、支持プレート３は、図示されていない電源に接続されている。

【0024】

支持プレート３の下面１５の領域では、第２銀製コンタクトピンとして実施された第２コンタクト７と、別の銀製コンタクトピンとして構成された、図１では見えない別のコンタクトとが支持プレート３に接続されている。

【0025】

第２コンタクト７と、支持プレート３の下面１５の領域に配置された別のコンタクトとを介して、制御器５は、ハイドロリックアクチュエータとして構成された流体アクチュエータ１のモータ１７に接続されている。

【0026】

制御器５は、締め付け接合によってアクチュエータ１に接合されている。しかしながら本発明によれば、制御器５とアクチュエータ１との間のねじ接合を設けることも考えられる。

【0027】

第１コンタクト６、第２コンタクト７および別のコンタクトは、部分的に注型材料２によって覆われている。第２コンタクト７とモータ１７との間には第１導通経路１８が設けられており、支持プレート３の下面１５の領域に設けられている別のコンタクト間には、見えない別の導通経路が設けられている。

【0028】

第１導通経路１８および別の導通経路は、アクチュエータ１内に、アクチュエータ１の円環状部１９に配置されている。制御器５とアクチュエータ１との間の延在するケーブルは、不要である。

【0029】

アクチュエータ１もしくはその円環状部１９は、開ループまたは閉ループ制御ユニットに面一に接合されているかもしくは第１ケーシング８に面一に終端している。

【0030】

モータ１７は、円環状のステータ２０およびロータ２１を備えたブラシレス直流電動モータとして構成されている。ステータ２０は、アクチュエータ１の円環状部１９に設けられている。ステータ２０、もしくは制御器５とのその接続を介して、回転可能であるがスライド不能にアクチュエータ１に軸支されているロータ２１が駆動される。

【0031】

ロータ２１の回転運動は、ピストンロッド２２のスピンドル状の部分に伝達され、これにより、ピストンロッド２２と、これに接続されたピストン２３とが、長手方向軸線２４の方向に並進運動する。

【0032】

ピストンロッド２２およびピストン２３は、円環状部１９によって覆われている、アクチュエータ１のシリンダ２５内に設けられている。ピストンロッド２２は、図示されていない支持部を介してシリンダ２５に軸支されて案内され、これにより、回転運動および並進運動を行うことができる。

【0033】

ピストンロッド２２とシリンダ２５との間には、水分および粒子などがシリンダ２５に侵入することを阻止するために、同様に図示されていない第１シールが設けられている。

【0034】

可動のピストン２３とシリンダ２５によって形成されているチャンバ４には、作動流体が充填されている。したがってシリンダ２５は、この作動流体についての第２ケーシング９として機能する。

【0035】

チャンバ４もしくは第２ケーシング９は、制御器５のプレート１０に直接に接している。開ループまたは閉ループ制御ユニットは、注型材料２の領域においてチャンバ４に接触している。

【0036】

これにより、支持プレート３もしくは第１実装素子１１、第２実装素子１２、第３実装素子１３および／または第４実装素子１４から注型材料２に伝達される熱は、注型材料２からプレート１０を介してチャンバ４に、すなわち作動流体に排出される。

【0037】

本発明によれば、プレート１０を省略することも可能であり、これにより、注型材料２は、チャンバ４に直接に接する。

【0038】

チャンバ４は、第１ハイドロリック管路２６を介して、図示されていない液体容器に接続されており、すなわち、この液体容器を介して作動流体が供給される。

【0039】

チャンバ４は、第２ハイドロリック管路２７を介して、同様に図示されていない自動車のハイドロリックテレスコープ式ショックアブソーバに接続されている。ピストン２３もしくは作動流体の圧力により、テレスコープ式ショックアブソーバの減衰作用が設定される。このために、測定プローブがチャンバ４に突き出ている圧力センサもしくは第１実装素子１１により、チャンバ４における圧力が連続して測定される。

【0040】

第１実装素子１１とシリンダ２５との間には、作動流体による注型材料２の濡れを阻止するために、図示されていない第２シールが設けられている。

【0041】

制御器５により、測定される圧力と、定められた目標圧力との調整が連続して行われる。測定される圧力と目標圧力との間の差分に基づき、モータ１７は、ステータ２０に加わる対応する電圧設定値を介して制御器５によって閉ループ制御され、すなわち、対応するピストン位置および運動を用いて、作動流体における、もしくはテレスコープ式ショックアブソーバにおける目標圧力を達成もしくは維持するために、モータ１７はオンまたはオフされるか、またはロータ２１の回転数が設定される。

【0042】

アクチュエータ１をハイドロリックアクチュエータとして実施することは、有利な解決手段である。しかしながら本発明によれば、例えば圧縮空気式アクチュエータ(Pneumatikaktuator)としてアクチュエータ１を構成して、鉄道車両の台車ブレーキにおける制動シリンダ圧を設定するためにこれを使用することも考えられる。

【0043】

さらに、開ループまたは閉ループ制御ユニットを制御器５として使用するのではなく、開ループ制御ユニットとして、すなわち、センサによって制御対象の量を測定することなく、もしくはこの量を制御変数にフィードバックすることなく使用することが考えられる。例えば、開ループ制御ユニットは、ハイドロリッククランプ装置に使用可能である。

【符号の説明】

【0044】

１ アクチュエータ
２ 注型材料
３ 支持プレート
４ チャンバ
５ 制御器
６ 第１コンタクト
７ 第２コンタクト
８ 第１ケーシング
９ 第２ケーシング
１０ プレート
１１ 第１実装素子
１２ 第２実装素子
１３ 第３実装素子
１４ 第４実装素子
１５ 下面
１６ 上面
１７ モータ
１８ 第１導通経路
１９ 円環状部
２０ ステータ
２１ ロータ
２２ ピストンロッド
２３ ピストン
２４ 長手方向軸線
２５ シリンダ
２６ 第１ハイドロリック管路
２７ 第２ハイドロリック管路

【図1】