▶ マーレ インターナショナル ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツングの特許一覧
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2024-11-19
(54)【発明の名称】巻線界磁式同期機
(51)【国際特許分類】
H02K 9/19 20060101AFI20241112BHJP
H02K 19/12 20060101ALI20241112BHJP
【ＦＩ】
H02K9/19 Z
H02K19/12
【審査請求】未請求
【予備審査請求】有
(21)【出願番号】P 2024525017
(86)(22)【出願日】2022-10-05
(85)【翻訳文提出日】2024-06-24
(86)【国際出願番号】 EP2022077661
(87)【国際公開番号】W WO2023072538
(87)【国際公開日】2023-05-04
(31)【優先権主張番号】102021212204.3
(32)【優先日】2021-10-28
(33)【優先権主張国・地域又は機関】DE
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】506292974
【氏名又は名称】マーレ インターナショナル ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング
【氏名又は名称原語表記】ＭＡＨＬＥ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ ＧｍｂＨ
【住所又は居所原語表記】Ｐｒａｇｓｔｒａｓｓｅ ２６－４６， Ｄ－７０３７６ Ｓｔｕｔｔｇａｒｔ， Ｇｅｒｍａｎｙ
(74)【代理人】
【識別番号】110001427
【氏名又は名称】弁理士法人前田特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】グレル トルステン
(72)【発明者】
【氏名】オスドバ フロリアン
(72)【発明者】
【氏名】トパロフ ペンヨ
(72)【発明者】
【氏名】ズィマーシート フィリップ
【テーマコード（参考）】
5H609
5H619
【Ｆターム（参考）】
5H609BB03
5H609PP11
5H609PP12
5H609QQ05
5H609QQ11
5H609RR39
5H609RR41
5H619AA11
5H619PP13
5H619PP22
(57)【要約】
本発明は、巻線界磁式同期機（１）に関する。－少なくとも１つの軸方向前側軸受シールド（６）を備える固定子ハウジング（５）と、固定子磁界を発生させるための固定子コイル（７）とを有する固定子（２）と、－少なくとも軸受シールド（６）に回転軸（１０）の周りに回転可能に取り付けられた回転子シャフト（９）と、回転子磁界を発生させるための回転子コイル（１１）とを有する回転子（３）と、－回転子コイル（１１）に電気エネルギーを伝達するためのエネルギー伝達器（４）を有するエネルギー伝達システム（４０）とを備え、－軸受シールド（６）は、少なくとも１つの冷却材ダクト（２３）を含み、冷却材入口（２４）と冷却材出口（２５）とを有し、軸受シールド（６）が、冷却材ダクト（２３）を通って誘導される冷却材によって能動的に冷却されるようになっており、－エネルギー伝達器（４）は、熱を伝達するように軸受シールド（６）内又は軸受シールド（６）上に配置された少なくとも１つの固定子に固定された構成要素（３７）を有する。
【選択図】図１
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
巻線界磁式同期機（１）であって、少なくとも１つの軸方向前側軸受シールド（６）を備える固定子ハウジング（５）と、固定子磁界を発生させるための固定子コイル（７）とを有する固定子（２）と、
少なくとも前記軸受シールド（６）に回転軸（１０）の周りに回転可能に取り付けられた回転子シャフト（９）と、回転子磁界を発生させるための回転子コイル（１１）とを有する回転子（３）と、
前記回転子コイル（１１）に電気エネルギーを伝達するためのエネルギー伝達システム（４０）と
を備え、
前記エネルギー伝達システム（４０）が、前記回転子コイル（１１）に電気エネルギーを伝達するためのエネルギー伝達器（４）を有し、
前記軸受シールド（６）が、少なくとも１つの冷却材ダクト（２３）を含み、冷却材入口（２４）と冷却材出口（２５）とを有し、前記軸受シールド（６）が、前記冷却材ダクト（２３）を通って誘導される冷却材によって能動的に冷却されるようになっており、
前記エネルギー伝達器（４）の少なくとも１つの、固定子に固定された構成要素（３７）が、熱を伝達するように、前記軸受シールド（６）内又は前記軸受シールド（６）上に、相対的に回転しないように配置されている
同期機（１）。
【請求項2】
前記エネルギー伝達器（４）が、電気エネルギーの誘導伝達のために設計されており、固定子に固定された一次変圧器コイル（１３）と、回転子に固定された二次変圧器コイル（１４）とを備える回転変圧器（１２）を有することを特徴とする、請求項１に記載の同期機（１）。
【請求項3】
前記エネルギー伝達器（４）が、前記回転軸（１０）と同心に配置された、固定子に固定されたフェライトコア（２１）を有し、前記フェライトコア（２１）内に、前記一次変圧器コイル（１３）が、動かないように配置され、前記二次変圧器コイル（１４）が、回転可能に配置されていることを特徴とする、請求項２に記載の同期機（１）。
【請求項4】
前記フェライトコア（２１）が、熱を伝達するように、前記軸受シールド（６）内又は前記軸受シールド（６）上に、相対的に回転しないように配置されていることを特徴とする、請求項３に記載の同期機（１）。
【請求項5】
前記フェライトコア（２１）が、前記回転軸（１０）と同心に、前記軸受シールド（６）内又は前記軸受シールド（６）上に配置されていることを特徴とする、請求項４に記載の同期機（１）。
【請求項6】
前記冷却材ダクト（２３）が、前記軸受シールド（６）内の前記フェライトコア（２１）の半径方向外側を通っていることを特徴とする、請求項３～５のいずれか一項に記載の同期機（１）。
【請求項7】
前記エネルギー伝達器（４）が、電気エネルギーの接触伝達のために設計されており、摺動装置を有し、前記摺動装置が、熱を伝達するように前記軸受シールド（６）内又は前記軸受シールド（６）上に配置された少なくとも１つの摺動接触子を有し、前記摺動接触子が、特に前記回転軸（１０）に対して半径方向に、前記軸受シールド（６）内又は前記軸受シールド（６）上に配置できることを特徴とする、請求項１に記載の同期機（１）。
【請求項8】
前記軸受シールド（６）が、レセプタクル（３８）を有し、前記レセプタクル（３８）内に、前記エネルギー伝達器（４）の、前記固定子に固定された構成要素（３７）、好ましくは前記フェライトコア（２１）が配置されていることを特徴とする請求項１～７のいずれか一項に記載の同期機（１）。
【請求項9】
前記レセプタクル（３８）が、筐体（３９）を有し、前記筐体（３９）の半径方向内側の輪郭が、前記エネルギー伝達器（４）の、前記固定子に固定された構成要素（３７）、好ましくはフェライトコア（２１）の半径方向外側の輪郭に合わせられることを特徴とする、請求項８に記載の同期機（１）。
【請求項10】
前記冷却材ダクト（２３）が、前記回転軸（１０）と同心に配置された前記軸受シールド（６）の環状領域（２７）を通っていることを特徴とする、請求項１～９のいずれか一項に記載の同期機（１）。
【請求項11】
前記フェライトコア（２１）が、前記環状領域（２７）内に同心に配置されていることを特徴とする、請求項３～６、８、９のいずれか一項に記載及び請求項１０に記載の同期機（１）。
【請求項12】
前記冷却材ダクト（２３）が、周方向（２８）に少なくとも１８０°にわたって延びていることを特徴とする、請求項１～１１のいずれか一項に記載の同期機（１）。
【請求項13】
前記冷却材ダクト（２３）が、前記回転軸（１０）と同心に配置された、前記周方向（２８）に少なくとも９０°にわたって延びている、前記軸受シールド（６）の環状セグメントの形の冷却領域（２９）を通っていることを特徴とする、請求項１～１２のいずれか一項に記載の同期機（１）。
【請求項14】
前記フェライトコア（２１）が、前記冷却領域（２９）内に同心に配置されていることを特徴とする、請求項３～６、８～１２のいずれか一項に記載及び請求項１３に記載の同期機（１）。
【請求項15】
前記冷却材ダクト（２３）が、前記冷却領域（２９）内を蛇行しながら延び、前記冷却領域（２９）の半径方向内側の内側端部（３０）と前記冷却領域（２９）の半径方向外側の外側端部（３１）との間を行き来していることを特徴とする、請求項１３又は１４に記載の同期機（１）。
【請求項16】
前記冷却材ダクト（２３）が、前記冷却領域（２９）に、流れて通ることができる扁平断面（３２）を有し、前記断面（３２）が、前記冷却領域（２９）の半径方向内側の内側端部（３０）から前記冷却領域（２９）の半径方向外側の外側端部（３０）まで延びていることを特徴とする、請求項１３又は１４に記載の同期機（１）。
【請求項17】
前記冷却材ダクト（２３）の前記扁平断面（３２）に、冷却構造（３３）が配置又は形成されていることを特徴とする、請求項１６に記載の同期機（１）。
【請求項18】
前記同期機（１）の、固定子に固定された電力回路（３４）の少なくとも１つの構成要素（３５）が、熱を伝達するように、前記軸受シールド（６）に配置されていることを特徴とする、請求項１～１７のいずれか一項に記載の同期機（１）。
【請求項19】
前記電力回路（３４）の前記少なくとも１つの構成要素（３５）が、熱を伝達するように、前記軸受シールド（６）上の前記冷却領域（２９）に配置されていることを特徴とする、請求項１３～１７のいずれか一項に記載及び請求項１８に記載の同期機（１）。
【請求項20】
前記固定子ハウジング（５）が、前記固定子ハウジング（５）を通る固定子冷却材ダクトを備える固定子冷却機構を有さないことを特徴とする、請求項１～１９のいずれか一項に記載の同期機（１）。
【請求項21】
前記固定子ハウジング（５）が、前記固定子ハウジング（５）を通る固定子冷却材ダクトを備える固定子冷却機構を有し、前記固定子冷却材ダクトが、前記軸受シールド（６）内の前記冷却材ダクト（２３）から流体的に分離されていることを特徴とする、請求項１～１９のいずれか一項に記載の同期機（１）。
【請求項22】
前記同期機（１）が、湿式運転電気機械として設計されており、前記同期機（１）の冷却回路が、前記固定子ハウジング（５）の内部空間を通るように冷却材を誘導し、前記内部空間で、前記回転子（３）が、前記冷却材と接触し、前記冷却回路が、前記軸受シールド（６）の前記冷却材ダクト（２３）と流体的に結合されていることを特徴とする、請求項１～１９のいずれか一項に記載の同期機（１）。
【請求項23】
前記回転子（３）が、前記回転子（３）を通る回転子冷却材ダクトを備える回転子冷却機構を有し、前記回転子冷却材ダクトが、前記軸受シールド（６）内の前記冷却材ダクト（２３）と流体的に結合されていることを特徴とする、請求項１～２２のいずれか一項に記載の同期機（１）。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【0001】
巻線界磁式同期機は、固定子、回転子及びエネルギー伝達システムを備える。固定子は、少なくとも１つの軸方向前側の軸受シールド（Lagerschild）を備える固定子ハウジングと、固定子磁界を発生させるための固定子コイルとを有する。回転子は、少なくとも軸受シールドに回転軸の周りに回転可能に取り付けられた回転子シャフトと、回転子磁界を発生させるためのコイルとを有する。エネルギー伝達システムは、回転子コイルに電気エネルギーを伝達する目的を果たし、それによって外部励磁を行う。誘導によって動作するエネルギー伝達システムの場合には、エネルギー伝達システムは、誘導エネルギー伝達器を備えることができ、誘導エネルギー伝達器は、好ましくは回転変圧器として設計することが可能で、回転変圧器は、固定子に固定された一次変圧器コイルと、回転子に固定された二次変圧器コイルとを有する。
【発明の概要】
【0002】
高性能の同期機は、高い熱ストレスにさらされる。これは特に、磁界の発生と電気エネルギーの伝達に寄与するすべての電気的に作動する構成要素又は構成部品にいえ、したがって、好ましくは、エネルギー伝達器、及び同期機の電力回路にいえる。
【0003】
同期機は、特に１００ｋＷ～２４０ｋＷ、好ましくは１２０ｋＷ～１６０ｋＷ、特に好ましくは約１４０ｋＷの電力を吸収できる自動車用の走行用モータとして設計されることが好ましい。
【0004】
原理的には、同期機を冷却することが考えられる。その場合には、固定子ハウジングに冷却ジャケットを組み込むのが一般的である。冷却ジャケットは、適切な、特に液体の冷却材が流れて通ることができる。さらに、電力回路の特に脆弱な構成要素を、これらの構成要素への熱伝達が少なくなるように、かつ／又はこれらの構成要素からの熱放散が改善されるように、配置することも考えられる。しかしながら、これには通常、構造的に多くの労力、そして比較的大きな構造スペースの必要性が伴う。さらに、比較的長い電線が必要になることもあり、これにより、駆動システムの動作が重くなって、駆動システムの効率に悪影響を与え、電力回路の故障の可能性が高まる。
【0005】
本発明は、上記タイプの同期機の改良された実施形態、又は少なくとも異なる実施形態を明確に示すという問題を扱い、この実施形態は特に、熱放散の改善を特徴とする。さらに、集積度の向上及び／又は電力密度の向上が特に求められる。
【0006】
この問題は、本発明によれば、独立請求項の主題によって解決される。有利な実施形態は、従属請求項の主題である。
【0007】
本発明は、エネルギー伝達器の近傍、特に回転変圧器の近傍に位置する軸受シールドを、能動的に冷却される軸受シールドとして設計し、エネルギー伝達時にエネルギー伝達器に発生する熱を効果的に放散できるようにするという一般的な考えに基づいている。そのために、軸受シールドには、少なくとも１つの冷却材ダクト、冷却材入口及び冷却材出口が備えられ、軸受シールドが、冷却材ダクトを通って誘導される好ましくは液体の冷却材によって能動的に冷却できるようにする。そこで、本発明は、この軸受シールドの近くにエネルギー伝達器を配置し、軸受シールドの冷却がエネルギー伝達器の熱を効果的に放散できるようにするという知識を利用する。ここでは、エネルギー伝達器が、固定子に固定された少なくとも１つの構成要素を有すると、特に有利である。この構成要素は、好ましくは、熱を伝達するように軸受シールド内又は軸受シールド上に配置することができる。
【0008】
軸受シールドの冷却材ダクトは、統合された冷却回路の一部として実現できる。そこでは、冷却材ダクトは、回転子冷却機構又は回転子スプレー冷却機構の一部となること、又は、湿式運転同期機の往き又は戻りに位置することができる。さらに、冷却材ダクトを固定子冷却機構、特に固定子ジャケット冷却機構の一部とすることも考えられる。
【0009】
特に有利なのは、エネルギー伝達器が誘導エネルギー伝達器として設計され、このエネルギー伝達器が回転子コイルへの電気エネルギーの誘導伝達を行うようにする設計である。誘導エネルギー伝達器は、固定子に固定された一次変圧器コイルと、回転子に固定された二次変圧器コイルとを有する回転変圧器を備えるか、そのような回転変圧器として設計されるのが、適切である。ここでは、一次変圧器コイルは、エネルギー伝達器の、固定子に固定された構成要素となる。そして、誘導によって動作するエネルギー伝達システムは、二次変圧器コイルを回転子コイルと電気的に接続する回転子側の又は回転子に固定された整流器を適切に有する。
【0010】
ここで特に効率的なのは、誘導エネルギー伝達器がフェライトコアを備える実施形態である。そのようなフェライトコアは、全体を固定子に固定されたフェライトコアとして設計すること、又は、固定子に固定されたフェライトコア部分と、回転子に固定されたフェライトコア部分とを有することができる。以下では、フェライトコアの話を続けるが、原則として、それぞれの場合において、全体を固定子に固定されたフェライトコア、及び固定子に固定されたフェライトコア部分を意味するものとする。フェライトコアは、回転軸と同心に配置される。このフェライトコア又は磁心内に、一次変圧器コイルは、動かないように配置される。フェライトコア内に、二次変圧器コイルは、回転可能に配置される。このフェライトコアは、回転変圧器をカプセル化し、変圧器コイルの電磁結合を大幅に改善する。さらに、エネルギー伝達時に回転変圧器に発生する熱は、フェライトコアにほぼ直接伝達される。そして、フェライトコアは、熱を伝達するように軸受シールド内又は軸受シールド上に適切に配置することができる。このようにして、熱をフェライトコアから軸受シールドに、軸受シールドから冷却材に効率的に伝達し、放散することができる。これによって、回転変圧器の特に効率的な冷却ができる。有利には、フェライトコアは、回転軸と同心に軸受シールド内又は軸受シールド上に配置することができる。やはり、フェライトコアは、エネルギー伝達器の、固定子に固定された構成要素となる。
【0011】
あるいは、エネルギー伝達器を、接触によって動作するエネルギー伝達器として設計することも考えられる。接触エネルギー伝達器は特に、固定子に固定された少なくとも１つの摺動接触子を有する摺動装置を有することができる。特にブラシとして設計されたそれぞれの摺動接触子は、特に回転軸に対して半径方向に、熱を伝達するように軸受シールド内又は軸受シールド上に配置することができる。回転子側では、接触エネルギー伝達器は、回転子に固定された少なくとも１つのスリップリングを有することができ、それぞれの摺動接触子はそのスリップリングと協働する。それぞれのスリップリングは、例えば、回転子シャフト上に形成することができる。
【0012】
有利な実施形態によれば、軸受シールドがレセプタクル（Aufnahme）を有し、そのレセプタクル内にエネルギー伝達器の、固定子に固定された構成要素が配置されるようにすることができる。これによって、一方では各構成要素の位置決めが簡単になり、他方では熱伝達が改善される。この効果は、オプションとして、レセプタクルが筺体を有し、その半径方向内側の輪郭がエネルギー伝達器の、固定子に固定された構成要素の半径方向外側の輪郭に合わせられるようにすれば、改善することができる。各構成要素は、レセプタクル内では軸方向に、オプションの筐体には半径方向に接することができ、そこでは、熱伝導性材料を介して間接的に接すること、又は直接接することが考えられる。誘導エネルギー伝達器の場合で、固定子に固定された構成要素がフェライトコアである場合には、レセプタクルは、フェライトコアを受け入れるコアレセプタクルとして設計することができる。オプションの筐体は、フェライトコアを半径方向に囲む。そして、フェライトコアは、コアレセプタクル内では軸方向に、筐体には半径方向に、直接又は間接的に接する。
【0013】
エネルギー伝達器の、固定子に固定された構成要素、例えば、フェライトコア又は各摺動接触子を軸受シールドの軸方向外側に配置することによって、熱保護を改善することもできる。このようにして、軸受シールドは特に、軸方向においてフェライトコアとエネルギー伝達器の整流器との間に配置することができる。
【0014】
有利な実施形態では、冷却材ダクトは、回転軸又はフェライトコアと同心に配置された軸受シールドの環状領域を通ることができる。環状領域は、回転軸、フェライトコア又は各摺動接触子を周方向に囲む。このようにして、エネルギー伝達器の、固定子に固定された構成要素から、したがって特にフェライトコア又は各摺動接触子から半径方向に放射される熱は、確実に環状領域に達する。環状領域に冷却材ダクトを配置することによって、熱を効率的に放散することができる。
【0015】
別の実施形態では、冷却材ダクトが、周方向に少なくとも１８０°にわたって、特にフェライトコア又は各摺動接触子に沿って延びる。好ましくは、冷却材ダクトは、周方向に少なくとも２７０°にわたって、特にフェライトコア又は各摺動接触子に沿って延びることができる。これによって、冷却効果が改善される。
【0016】
別の実施形態では、冷却材ダクトは、回転軸と同心、特にフェライトコアと同心に配置された、軸受シールドの環状セグメントの形の冷却領域を通ることができ、この冷却領域は、周方向に少なくとも９０°、好ましくは少なくとも１８０°にわたって、特にフェライトコアに沿って延びる。この措置によっても、エネルギー伝達器の、固定子に固定された構成要素、特にフェライトコアからの熱の放散が改善される。
【0017】
冷却材ダクトは、この冷却領域内を蛇行しながら延び、冷却領域の半径方向内側の内側端部と冷却領域の半径方向外側の外側端部との間を行き来するようにすることができる。これによって、熱伝達に利用できる表面積が大きくなるため、冷却効果が大幅に改善される。
【0018】
あるいは、冷却材ダクトは、冷却領域の半径方向内側の内側端部から冷却領域の半径方向外側の外側端部まで延びる、流れて通ることができる扁平断面を冷却領域に有することができる。この措置によっても、熱伝達に利用できる表面積が大きくなるため、熱放散を改善できる。
【0019】
特に有利なのは、冷却材ダクトの扁平断面に冷却構造が配置又は形成される発展形態である。冷却構造によって、軸受シールドと冷却材との間の熱伝達が大幅に改善され、冷却効率をサポートする。冷却構造は、少なくとも１つの別個の構成部品によって形成することができ、この構成部品は、適切な方法で冷却材ダクトの扁平断面の領域に入れられる。
【0020】
また、冷却構造を軸受シールドに一体的に成形することも考えられる。冷却構造は、リブ、ノブ、フィン、ピン及び／又はそれらに類するものを有することができる。
【0021】
別の有利な実施形態では、同期機の、固定子に固定された電力回路の少なくとも１つの構成要素を、熱を伝達するように軸受シールドに配置することができる。軸受シールドが能動的に冷却されることにより、電力回路のこの構成要素も効率的に冷却される。これによって、同時に、電力回路の各構成要素の、例えばエネルギー伝達器との電気的接続のためのルートが明らかに短縮される。それに応じて、ここで必要とされる電線は比較的短くなり、これによって、故障の発生・可能性、故障させる寄生効果、それらに関連した電力損失、電力インダクタンス、電力容量は相応に減る。好ましくは、電力回路の各構成要素は、軸受シールドの軸方向外側に配置される。この場合には、電力回路の各構成要素のスペース要求に応じて、エネルギー伝達器の、固定子に固定された構成要素、特に固定子に固定されたフェライトコア又はフェライトコア部分は、軸受シールドの軸方向内側に配置することができる。
【0022】
この関連で特に有利なのは、電力回路の少なくとも１つの構成要素が、熱を伝達するように軸受シールド上の上記冷却領域に配置される実施形態である。冷却領域によって、電力回路の各構成要素の取り付けゾーンとして適した扁平の冷却された領域が軸受シールドに設けられる。これによって、特に良好に熱を吸収し、放散することができる。また、熱に特に敏感な及び／又はストレスを受ける個々の構成部品が冷却回路に組み込まれることも考えられる。これは、例えば、凹部又はくぼみによって行うことができ、そこに当該の構成部品が配置される。
【0023】
軸受シールドは、固定子ハウジングに対して別個の構成部品となることができ、この構成部品は、適切な方法で軸受ハウジングに前側で固定される。また、軸受シールドは、固定子ハウジングに、例えば、ハウジング底部の形で、一体的に成形することも考えられ、このハウジング底部は、深鍋状に設計された固定子ハウジングを軸方向前側で制限する。固定子ハウジングは通常、両端側に各１つの軸受シールドを備える。これらの軸受シールドの少なくとも一方は、冷却ダクトを備える。また、両方の軸受シールドにそれぞれ冷却ダクトを備えることも考えられる。
【0024】
別の実施形態では、固定子ハウジングは、固定子ハウジングを通る固定子冷却材ダクトを備える固定子冷却機構を有さないように、設計することができる。この実施形態は、特定の構成では、軸受シールドのみを冷却材で能動的に冷却すれば十分であるという知識を利用している。例えば、電気機械内の／電気機械を通る空気流による追加の受動的冷却が考えられる。この空気流は、冷却された軸受シールドに沿って誘導することができ、これにより、場合によって、軸受シールドによる追加の間接的冷却を達成することができる。
【0025】
それに対して、別の実施形態では、固定子ハウジングに、固定子ハウジングを通る固定子冷却材ダクトを有する固定子冷却機構を備える。ただし、ここに示された同期機では、固定子冷却材ダクトは、軸受シールド内の冷却材ダクトから流体的に分離されている。これによって、一方では異なる冷却回路を使用することができ、かつ／又は、他方では異なる冷却材を使用することができる。このようにして、軸受シールドの冷却は特に、冷却材の温度、冷却材の流速及び冷却材の流量に関して最適化することができる。特に、一方では軸受シールドの冷却材ダクトにおいて、他方では固定子冷却材ダクトにおいて、異なる圧力、冷却材、流速及び冷却材の温度を用いることができる。
【0026】
別の有利な実施形態では、同期機は、湿式運転電気機械として設計することができる。同期機は、固定子ハウジングの内部空間を通るように冷却材を誘導する冷却回路を有し、この内部空間では、回転子及び通常は固定子もが冷却材と接触する。そして、この冷却回路は、軸受シールドの冷却材ダクトと流体的に結合することができる。
【0027】
この箇所では、純粋な回転子冷却機構、純粋な固定子冷却機構、又は組み合わせた回転子・固定子冷却機構が考えられる。回転子を通り（回転子シャフトを介した供給など）、それによって冷却媒体が回転子から固定子に噴射される回転子スプレー冷却、並びに、回転子及び／又は固定子に噴射するノズル／放出口による冷却（場合によって、回転子による追加の噴霧化）が、例示的な実施形態として挙げられる。湿式運転同期機としての実施によって、固定子ジャケット冷却を不要にすることができる。
【0028】
一実施形態では、回転子が、回転子を通る回転子冷却材ダクトを備える回転子冷却機構を、特に回転子スプレー冷却機構として、又は回転子スプレー冷却機構と併せて、有するようにすることができる。この回転子冷却材ダクトは、軸受シールド内の冷却材ダクトと流体的に結合できるのが、適切である。ここで特に適切なのは、軸受シールドの冷却材ダクトが、回転子冷却材ダクトの往き、つまりその上流に配置される実施形態である。例えば、回転子冷却材ダクトは、回転子シャフトを通ることができる。
【0029】
本発明のさらなる重要な特徴及び利点は、従属請求項、図面、及び図面に基づく関連説明から明らかになる。
【0030】
上記の特徴及び以下にさらに説明する特徴は、本発明の範囲を逸脱することなしに、それぞれ示された組み合わせだけでなく、他の組み合わせ又は単独でも使用できることを理解されたい。設備、機器、装置などの上位のユニットの別々に示された上記の構成要素及び以下にさらに挙げる構成要素は、たとえ図面では異なって示されていようとも、そのユニットの別々の構成部品又は構成要素となることも、そのユニットの一体の領域又は部分となることもできる。
【0031】
本発明の好ましい実施例は、図面に示されており、以下でさらに詳細に説明されるが、同じ参照符合は、同じ、類似の、又は機能的に同じ構成要素を指す。
【図面の簡単な説明】
【0032】
【図1】エネルギー伝達システムを備える同期機の軸方向端部領域の部分的に切断された等角図。
【図2】エネルギー伝達システムの簡略化された回路図。
【図3】エネルギー伝達システムのエネルギー伝達器の、固定子に固定された構成要素（例えば、フェライトコア）のない軸受シールドの外側からの等角図。
【図5】エネルギー伝達器の、固定子に固定された構成要素（例えば、フェライトコア）を備える軸受シールドの等角縦断面図。
【図6】内側からの軸受シールドの軸方向図。
【図7】別の実施形態における外側からの軸受シールドの軸方向図。
【図8】さらなる実施形態における外側からの軸受シールドの軸方向図。
【発明を実施するための形態】
【0033】
図１によれば、巻線界磁式同期機１（ここでは部分的にしか図示していない）は、固定子２、回転子３及びエネルギー伝達システム４０を有する。固定子２は、少なくとも１つの軸方向前側軸受シールド６を備える固定子ハウジング５と、固定子磁界を発生させるための固定子コイル７とを有する。軸受シールド６に関しては、図１には、軸受シールド６に配置又は形成される軸受８のみが示されている。回転子３は、少なくとも軸受シールド６に回転軸１０の周りに回転可能に取り付けられた回転子シャフト９を有する。回転子３はさらに、回転子磁界を発生させるための回転子コイル１１を有する。
【0034】
エネルギー伝達システム４０は、外部の適切なエネルギー源から回転子コイル１１に電気エネルギーを伝達する目的を果たす。そのために、エネルギー伝達システム４０は、誘導又は接触によってエネルギー伝達を行うエネルギー伝達器４を備える。図に示された例では、好ましい実施形態を表す誘導エネルギー伝達器４が示されている。
【0035】
【0036】
誘導エネルギー伝達器４は、図２の回路図に示された回転変圧器１２を備える。図１及び図２によれば、回転変圧器１２は、固定子に固定された一次変圧器コイル１３と、回転子に固定された二次変圧器コイル１４とを有する。図２では、矢印１５は回転変圧器１２の動かない一次側を示し、矢印１６は回転変圧器１２の回転する二次側を示している。矢印１７は、同期機１の運転時のエネルギーの流れを示している。
【0037】
さらに、図２の回路図の一次側１５には、インバーター１８及び直流電源が示されている。二次側１６には、整流器２０及び回転子コイル１１が示されている。
【0038】
ここでは、エネルギー伝達器４はさらに、回転軸１０と同心に配置された、固定子に固定されたフェライトコア２１を備える。このフェライトコア２１内に、一次変圧器コイル１３は、動かないように配置される。フェライトコア２１内に、二次変圧器コイル１４は、回転可能に配置される。回転子シャフト９は、フェライトコア２１を通り、図１に示されたディスク２２上に、二次変圧器コイル１４を担持し、二次変圧器コイル１４は、このディスク２２を介して、回転子シャフト９と、相対的に回転しないように接続されている。一次変圧器コイル１３とフェライトコア２１はそれぞれ、エネルギー伝達器４の、固定子に固定された構成要素３７となる。図示しない別の実施形態では、フェライトコア２１は、固定子に固定されたフェライトコア部分と、回転子に固定されたフェライトコア部分とを有する。
【0039】
図３～図７によれば、軸受シールド６は、残りの固定子ハウジング５に対して別個の構成部品として設計することができる。原理的には、軸受シールド６が固定子ハウジング５に一体的に成形される実施形態も考えられる。図３～図７によれば、軸受シールド６は、軸受シールド６の内部に形成される少なくとも１つの冷却材ダクト２３を有する。そこでは、冷却材ダクト２３は、軸受シールド６の材料内に直接形成され、冷却材ダクト２３を流れて通る冷却材が軸受シールド６の材料と直接接触するようにする。冷却材は、好ましくは、誘電性油、又は誘電性油と空気の混合物である。軸受シールド６はさらに、冷却材入口２４と冷却材出口２５とを有する。
【0040】
エネルギー伝達器４の少なくとも１つの、固定子に固定された構成要素３７の冷却を改善するために、各構成要素３７は、熱を伝達するように軸受シールド６内又は軸受シールド６上に配置することができる。そのために、軸受シールド６は、図４及び図５にしたがって、各構成要素３７が入れられるレセプタクル３８を有することができる。レセプタクル３８は、カラーのように周方向２８に回転する筺体３９を有し、この筺体３９は、図１及び図３～図８に双方向矢印で示されており、回転軸１０の周りを回転する。この筺体３９は、レセプタクル３８に入れられた構成要素３７を囲む。具体例では、レセプタクル３８は、コアレセプタクル２６として設計され、このコアレセプタクル２６は、筺体３９と結合して、フェライトコア２１を補完するように、適切に成形される。
【0041】
図４及び図５によれば、フェライトコア２１は、熱を伝達するように、軸受シールド６内又は軸受シールド６上に、相対的に回転しないように配置される。そのために、好ましくは、フェライトコア２１を補完するように成形された筺体３９を備えた前記コアレセプタクル２６が軸受シールド６内に形成され、フェライトコア２１が、相対的に回転しないように、コアレセプタクル２６に入れられるようにする。ここに示された好ましい例では、コアレセプタクル２６とフェライトコア２１は、軸受ハウジング５又は回転子３から離れる方を向く軸受シールド６の軸方向外側に位置する。特に、それによって、軸受シールド６は、軸方向においてフェライトコア２１と整流器２０との間に配置される。
【0042】
フェライトコアと軸受シールドとの間の熱を伝達する結合は、プレストレスによる接合によって直接、及び／又は、サーマルペーストやサーマルパッドなどの熱伝導性材料の使用によって間接的に、実現することができる。
【0043】
図３～図７からわかるように、冷却材ダクト２３は、フェライトコア２１と同心に、したがって回転軸１０と同心に配置された軸受シールド６の環状領域２７に形成される。冷却材ダクト２３は、周方向２８に少なくとも１８０°にわたって、フェライトコア２１に沿って延びる。そこでは、回転軸１０が同期機１の軸方向を定め、軸方向は回転軸１０と平行に延びる。半径方向は、回転軸１０に対して垂直である。
【0044】
ここに示された図３～図８の例では、冷却材ダクト２３は、周方向２８に少なくとも３６０°にわたって延びる。図３～図６には、冷却材ダクト２３が、冷却材入口２４から冷却材出口２５まで、概ね、ほぼ一定で、流れて通ることができる断面を有する第１の実施形態が示されており、断面は、例では丸く、特に円形に設計されている。ここに図示しない実施形態では、冷却材回路２３は、らせん状に構成し、周方向２８に３６０°を超えて延びるようにすることができる。冷却材ダクト２３は、上記の筐体３９内で、周方向２８に少なくとも部分的に延びることができる。
【0045】
図３～図８によれば、フェライトコア２１と同心に周方向２８に少なくとも９０°にわたって延びる環状セグメントの形の冷却領域２９を、軸受シールド６に形成することができる。示された例では、この冷却領域２９は、周方向２８に約１８０°にわたって延びている。
【0046】
図７によれば、第２の実施形態の冷却材ダクト２３は、この冷却領域２９内を蛇行しながら延びることができる。図７によれば、冷却材ダクト２３は、冷却領域２９内で、冷却領域２９の半径方向内側の内側端部３０と冷却領域２９の半径方向外側の外側端部３１との間を行き来する。
【0047】
第３の実施形態では、その代わりに、冷却材ダクト２３は、図８の冷却領域２９に、流れて通ることができる扁平断面３２を有することができる。この扁平断面３２は、冷却領域２９の半径方向内側の内側端部３０から冷却領域２９の半径方向外側の外側端部３１まで延びる。冷却材ダクト２３の流れて通ることができる断面３２は、半径方向に測定した幅が、軸方向に測定した高さより大きく、特に少なくとも５倍の大きさであるため、平たい。
【0048】
これによって、第２の実施形態と第３の実施形態のどちらの場合でも、軸受シールド６に冷却領域２９の大面積の冷却機構が作り出される。図９によれば、オプションとして、軸受シールド６と冷却材との間の熱伝達を改善する冷却構造３３を、冷却材ダクト２３の扁平断面３２、したがって冷却領域２９内に配置するようにすることができる。冷却構造３３は、リブ、ノブ、ピン、それらに類するもの及びそれらの任意の組み合わせで形成することができる。
【0049】
同期機１は、いくつかの構成要素３５を有する電力回路３４を有する。例えば、回転変圧器１２のインバーター１８は、電力回路３４のそのような構成要素３５となる。また、固定子コイル７に電流を供給するため、及び同期機１を制御するために、ここでは図示しないが、電力回路３４のさらなる構成要素を設けることもできる。
【0050】
軸受シールド６上の環状領域２７又は冷却領域２９に、電力回路３４の少なくとも１つの構成要素３５の取り付け領域を作ることができる。軸受シールド６の冷却によって、特に冷却領域２９の集中的な冷却によって、電力回路３４の各構成要素３５の過熱を効率的に防止することができる。特に、この構成要素３５の廃熱も効率的に放散することができる。
【0051】
一方ではフェライトコア２１と軸受シールド６との間、他方では電力回路３４のそれぞれの構成要素３５の間の熱を伝達する結合は、プレストレスによる接合によって、及び／又は、ここでは図示しないが、サーマルペーストやサーマルパッドなどの熱伝導性材料の使用によって、実現することができる。
【0052】
軸受シールド６は、鋳造部品とすることができ、この鋳造部品は、例えば、ロスト鋳造中子（verlorenem Gusskern）を用いて、一体化された冷却材ダクト２３とともに製造することができる。軸受シールド６は、３Ｄプリント部品とすることもできる。また、軸受シールド６をいくつかの部品で構成して、そこに冷却材ダクト２３を形成することも考えられる。
【0053】
ここに示された例では、冷却材入口２４は、半径方向を向いており、軸受シールド６の半径方向外周３６に配置されている。それとは異なり、例では、冷却材出口２５は、軸方向を向いており、軸受シールド６の内側に配置され、組み立てられた状態では、固定子ハウジング５の方、そして図６でのみ観察者の方を向いている。これによって、冷却材ダクト２３は、冷却材出口２５を介して、回転子冷却機構（ここでは図示せず）の冷却材入口（ここでは図示せず）に特に容易に接続することができ、この回転子冷却機構は、例えば、回転子シャフト９を通って誘導される回転子冷却材ダクトを有する。
【0054】
ここに示された例では、フェライトコア２１及び／又は電力回路３４の各構成要素３５は、固定子ハウジング５から離れる方を向く外側に配置されている。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【手続補正書】
【提出日】2024-01-30
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、請求項１のプリアンブルに記載の巻線界磁式同期機に関する。
【背景技術】
【0002】
一般的な同期機は、独国特許出願公開第１０ ２０１４ ２０２ ７１９ Ａ１号により知られている。同様の同期機は、米国特許第４ ７３９ ２０４ Ａ号及び米国特許第３ ７３３ ５０３ Ａ号によっても知られている。その他の従来の同期機は、さらに米国特許第５ ７９８ ５８６ Ａ号、独国特許出願公開第１０ ２０１２ ０２１ ６００ Ａ１号、米国特許出願公開第２００２／０ ０５３ ８４１ Ａ１号及び米国特許第５ ７７０ ９０９ Ａ号により知られている。
【0003】
巻線界磁式同期機は、固定子、回転子及びエネルギー伝達システムを備える。固定子は、少なくとも１つの軸方向前側の軸受シールド（Lagerschild）を備える固定子ハウジングと、固定子磁界を発生させるための固定子コイルとを有する。回転子は、少なくとも軸受シールドに回転軸の周りに回転可能に取り付けられた回転子シャフトと、回転子磁界を発生させるためのコイルとを有する。エネルギー伝達システムは、回転子コイルに電気エネルギーを伝達する目的を果たし、それによって外部励磁を行う。誘導によって動作するエネルギー伝達システムの場合には、エネルギー伝達システムは、誘導エネルギー伝達器を備えることができ、誘導エネルギー伝達器は、好ましくは回転変圧器として設計することが可能で、回転変圧器は、固定子に固定された一次変圧器コイルと、回転子に固定された二次変圧器コイルとを有する。
【発明の概要】
【0004】
高性能の同期機は、高い熱ストレスにさらされる。これは特に、磁界の発生と電気エネルギーの伝達に寄与するすべての電気的に作動する構成要素又は構成部品にいえ、したがって、好ましくは、エネルギー伝達器、及び同期機の電力回路にいえる。
【0005】
同期機は、特に１００ｋＷ～２４０ｋＷ、好ましくは１２０ｋＷ～１６０ｋＷ、特に好ましくは約１４０ｋＷの電力を吸収できる自動車用の走行用モータとして設計されることが好ましい。
【0006】
原理的には、同期機を冷却することが考えられる。その場合には、固定子ハウジングに冷却ジャケットを組み込むのが一般的である。冷却ジャケットは、適切な、特に液体の冷却材が流れて通ることができる。さらに、電力回路の特に脆弱な構成要素を、これらの構成要素への熱伝達が少なくなるように、かつ／又はこれらの構成要素からの熱放散が改善されるように、配置することも考えられる。しかしながら、これには通常、構造的に多くの労力、そして比較的大きな構造スペースの必要性が伴う。さらに、比較的長い電線が必要になることもあり、これにより、駆動システムの動作が重くなって、駆動システムの効率に悪影響を与え、電力回路の故障の可能性が高まる。
【0007】
本発明は、上記タイプの同期機の改良された実施形態、又は少なくとも異なる実施形態を明確に示すという問題を扱い、この実施形態は特に、熱放散の改善を特徴とする。さらに、集積度の向上及び／又は電力密度の向上が特に求められる。
【0008】
この問題は、本発明によれば、独立請求項の主題によって解決される。有利な実施形態は、従属請求項の主題である。
【0009】
本発明は、エネルギー伝達器の近傍、特に回転変圧器の近傍に位置する軸受シールドを、能動的に冷却される軸受シールドとして設計し、エネルギー伝達時にエネルギー伝達器に発生する熱を効果的に放散できるようにするという一般的な考えに基づいている。そのために、軸受シールドには、少なくとも１つの冷却材ダクト、冷却材入口及び冷却材出口が備えられ、軸受シールドが、冷却材ダクトを通って誘導される好ましくは液体の冷却材によって能動的に冷却できるようにする。そこで、本発明は、この軸受シールドの近くにエネルギー伝達器を配置し、軸受シールドの冷却がエネルギー伝達器の熱を効果的に放散できるようにするという知識を利用する。ここでは、エネルギー伝達器が、固定子に固定された少なくとも１つの構成要素を有すると、特に有利である。この構成要素は、好ましくは、熱を伝達するように軸受シールド内又は軸受シールド上に配置することができる。
【0010】
軸受シールドの冷却材ダクトは、統合された冷却回路の一部として実現できる。そこでは、冷却材ダクトは、回転子冷却機構又は回転子スプレー冷却機構の一部となること、又は、湿式運転同期機の往き又は戻りに位置することができる。さらに、冷却材ダクトを固定子冷却機構、特に固定子ジャケット冷却機構の一部とすることも考えられる。
【0011】
本発明によれば、エネルギー伝達器は、誘導エネルギー伝達器として設計され、このエネルギー伝達器が回転子コイルへの電気エネルギーの誘導伝達を行うようにする。そこでは、誘導エネルギー伝達器は、固定子に固定された一次変圧器コイルと、回転子に固定された二次変圧器コイルとを有する回転変圧器を備えるか、そのような回転変圧器として設計される。ここでは、一次変圧器コイルは、エネルギー伝達器の、固定子に固定された構成要素となる。そして、誘導によって動作するエネルギー伝達システムは、二次変圧器コイルを回転子コイルと電気的に接続する回転子側の又は回転子に固定された整流器を適切に有する。
【0012】
本発明によれば、誘導エネルギー伝達器は、フェライトコアを備える。そのようなフェライトコアは、全体を固定子に固定されたフェライトコアとして設計すること、又は、固定子に固定されたフェライトコア部分と、回転子に固定されたフェライトコア部分とを有することができる。以下では、フェライトコアの話を続けるが、原則として、それぞれの場合において、全体を固定子に固定されたフェライトコア、及び固定子に固定されたフェライトコア部分を意味するものとする。フェライトコアは、回転軸と同心に配置される。このフェライトコア又は磁心内に、一次変圧器コイルは、動かないように配置される。フェライトコア内に、二次変圧器コイルは、回転可能に配置される。このフェライトコアは、回転変圧器をカプセル化し、変圧器コイルの電磁結合を大幅に改善する。さらに、エネルギー伝達時に回転変圧器に発生する熱は、フェライトコアにほぼ直接伝達される。本発明によれば、フェライトコアは、熱を伝達するように軸受シールド内又は軸受シールド上に配置される。このようにして、熱をフェライトコアから軸受シールドに、軸受シールドから冷却材に効率的に伝達し、放散することができる。これによって、回転変圧器の特に効率的な冷却ができる。有利には、フェライトコアは、回転軸と同心に軸受シールド内又は軸受シールド上に配置することができる。やはり、フェライトコアは、エネルギー伝達器の、固定子に固定された構成要素となる。
【0013】
本発明によらない実施形態では、エネルギー伝達器を、接触によって動作するエネルギー伝達器として設計することができる。接触エネルギー伝達器は特に、固定子に固定された少なくとも１つの摺動接触子を有する摺動装置を有することができる。特にブラシとして設計されたそれぞれの摺動接触子は、特に回転軸に対して半径方向に、熱を伝達するように軸受シールド内又は軸受シールド上に配置することができる。回転子側では、接触エネルギー伝達器は、回転子に固定された少なくとも１つのスリップリングを有することができ、それぞれの摺動接触子はそのスリップリングと協働する。それぞれのスリップリングは、例えば、回転子シャフト上に形成することができる。
【0014】
本発明によれば、軸受シールドがレセプタクル（Aufnahme）を有し、そのレセプタクル内にエネルギー伝達器の、固定子に固定された構成要素が配置されるようにする。これによって、一方では各構成要素の位置決めが簡単になり、他方では熱伝達が改善される。本発明によれば、この効果は、レセプタクルが筺体を有し、その半径方向内側の輪郭がエネルギー伝達器の、固定子に固定された構成要素の半径方向外側の輪郭に合わせられ、冷却材ダクトが少なくとも部分的にこの筺体を通って周方向に延びることによって、改善することができる。各構成要素は、レセプタクル内では軸方向に、この筐体には半径方向に接することができ、そこでは、熱伝導性材料を介して間接的に接すること、又は直接接することが考えられる。本発明による誘導エネルギー伝達器では、固定子に固定された構成要素はフェライトコアで、レセプタクルは、フェライトコアを受け入れるコアレセプタクルとして設計されるようにする。筐体は、フェライトコアを半径方向に囲む。そして、フェライトコアは、コアレセプタクル内では軸方向に、筐体には半径方向に、直接又は間接的に接する。
【0015】
エネルギー伝達器の、固定子に固定された構成要素、したがって、フェライトコアを軸受シールドの軸方向外側に配置することによって、熱保護を改善することもできる。このようにして、軸受シールドは特に、軸方向においてフェライトコアとエネルギー伝達器の整流器との間に配置することができる。
【0016】
有利な実施形態では、冷却材ダクトは、回転軸又はフェライトコアと同心に配置された軸受シールドの環状領域を通ることができる。環状領域は、回転軸、フェライトコア又は各摺動接触子を周方向に囲む。このようにして、エネルギー伝達器の、固定子に固定された構成要素から、したがって特にフェライトコア又は各摺動接触子から半径方向に放射される熱は、確実に環状領域に達する。環状領域に冷却材ダクトを配置することによって、熱を効率的に放散することができる。
【0017】
別の実施形態では、冷却材ダクトが、周方向に少なくとも１８０°にわたって、特にフェライトコア又は各摺動接触子に沿って延びる。好ましくは、冷却材ダクトは、周方向に少なくとも２７０°にわたって、特にフェライトコア又は各摺動接触子に沿って延びることができる。これによって、冷却効果が改善される。
【0018】
本発明によれば、冷却材ダクトは、回転軸及びフェライトコアと同心に配置された、軸受シールドの環状セグメントの形の冷却領域を通り、この冷却領域は、周方向に少なくとも９０°、好ましくは少なくとも１８０°にわたって、特にフェライトコアに沿って延びる。この措置によっても、エネルギー伝達器の、固定子に固定された構成要素、特にフェライトコアからの熱の放散が改善される。
【0019】
冷却材ダクトは、この冷却領域内を蛇行しながら延び、冷却領域の半径方向内側の内側端部と冷却領域の半径方向外側の外側端部との間を行き来するようにすることができる。これによって、熱伝達に利用できる表面積が大きくなるため、冷却効果が大幅に改善される。
【0020】
あるいは、冷却材ダクトは、冷却領域の半径方向内側の内側端部から冷却領域の半径方向外側の外側端部まで延びる、流れて通ることができる扁平断面を冷却領域に有することができる。この措置によっても、熱伝達に利用できる表面積が大きくなるため、熱放散を改善できる。
【0021】
特に有利なのは、冷却材ダクトの扁平断面に冷却構造が配置又は形成される発展形態である。冷却構造によって、軸受シールドと冷却材との間の熱伝達が大幅に改善され、冷却効率をサポートする。冷却構造は、少なくとも１つの別個の構成部品によって形成することができ、この構成部品は、適切な方法で冷却材ダクトの扁平断面の領域に入れられる。
【0022】
また、冷却構造を軸受シールドに一体的に成形することも考えられる。冷却構造は、リブ、ノブ、フィン、ピン及び／又はそれらに類するものを有することができる。
【0023】
別の有利な実施形態では、同期機の、固定子に固定された電力回路の少なくとも１つの構成要素を、熱を伝達するように軸受シールドに配置することができる。軸受シールドが能動的に冷却されることにより、電力回路のこの構成要素も効率的に冷却される。これによって、同時に、電力回路の各構成要素の、例えばエネルギー伝達器との電気的接続のためのルートが明らかに短縮される。それに応じて、ここで必要とされる電線は比較的短くなり、これによって、故障の発生・可能性、故障させる寄生効果、それらに関連した電力損失、電力インダクタンス、電力容量は相応に減る。好ましくは、電力回路の各構成要素は、軸受シールドの軸方向外側に配置される。この場合には、電力回路の各構成要素のスペース要求に応じて、エネルギー伝達器の、固定子に固定された構成要素、特に固定子に固定されたフェライトコア又はフェライトコア部分は、軸受シールドの軸方向内側に配置することができる。
【0024】
この関連で特に有利なのは、電力回路の少なくとも１つの構成要素が、熱を伝達するように軸受シールド上の上記冷却領域に配置される実施形態である。冷却領域によって、電力回路の各構成要素の取り付けゾーンとして適した扁平の冷却された領域が軸受シールドに設けられる。これによって、特に良好に熱を吸収し、放散することができる。また、熱に特に敏感な及び／又はストレスを受ける個々の構成部品が冷却回路に組み込まれることも考えられる。これは、例えば、凹部又はくぼみによって行うことができ、そこに当該の構成部品が配置される。
【0025】
軸受シールドは、固定子ハウジングに対して別個の構成部品となることができ、この構成部品は、適切な方法で軸受ハウジングに前側で固定される。また、軸受シールドは、固定子ハウジングに、例えば、ハウジング底部の形で、一体的に成形することも考えられ、このハウジング底部は、深鍋状に設計された固定子ハウジングを軸方向前側で制限する。固定子ハウジングは通常、両端側に各１つの軸受シールドを備える。これらの軸受シールドの少なくとも一方は、冷却ダクトを備える。また、両方の軸受シールドにそれぞれ冷却ダクトを備えることも考えられる。
【0026】
別の実施形態では、固定子ハウジングは、固定子ハウジングを通る固定子冷却材ダクトを備える固定子冷却機構を有さないように、設計することができる。この実施形態は、特定の構成では、軸受シールドのみを冷却材で能動的に冷却すれば十分であるという知識を利用している。例えば、電気機械内の／電気機械を通る空気流による追加の受動的冷却が考えられる。この空気流は、冷却された軸受シールドに沿って誘導することができ、これにより、場合によって、軸受シールドによる追加の間接的冷却を達成することができる。
【0027】
それに対して、別の実施形態では、固定子ハウジングに、固定子ハウジングを通る固定子冷却材ダクトを有する固定子冷却機構を備える。ただし、ここに示された同期機では、固定子冷却材ダクトは、軸受シールド内の冷却材ダクトから流体的に分離されている。これによって、一方では異なる冷却回路を使用することができ、かつ／又は、他方では異なる冷却材を使用することができる。このようにして、軸受シールドの冷却は特に、冷却材の温度、冷却材の流速及び冷却材の流量に関して最適化することができる。特に、一方では軸受シールドの冷却材ダクトにおいて、他方では固定子冷却材ダクトにおいて、異なる圧力、冷却材、流速及び冷却材の温度を用いることができる。
【0028】
別の有利な実施形態では、同期機は、湿式運転電気機械として設計することができる。同期機は、固定子ハウジングの内部空間を通るように冷却材を誘導する冷却回路を有し、この内部空間では、回転子及び通常は固定子もが冷却材と接触する。そして、この冷却回路は、軸受シールドの冷却材ダクトと流体的に結合することができる。
【0029】
この箇所では、純粋な回転子冷却機構、純粋な固定子冷却機構、又は組み合わせた回転子・固定子冷却機構が考えられる。回転子を通り（回転子シャフトを介した供給など）、それによって冷却媒体が回転子から固定子に噴射される回転子スプレー冷却、並びに、回転子及び／又は固定子に噴射するノズル／放出口による冷却（場合によって、回転子による追加の噴霧化）が、例示的な実施形態として挙げられる。湿式運転同期機としての実施によって、固定子ジャケット冷却を不要にすることができる。
【0030】
一実施形態では、回転子が、回転子を通る回転子冷却材ダクトを備える回転子冷却機構を、特に回転子スプレー冷却機構として、又は回転子スプレー冷却機構と併せて、有するようにすることができる。この回転子冷却材ダクトは、軸受シールド内の冷却材ダクトと流体的に結合できるのが、適切である。ここで特に適切なのは、軸受シールドの冷却材ダクトが、回転子冷却材ダクトの往き、つまりその上流に配置される実施形態である。例えば、回転子冷却材ダクトは、回転子シャフトを通ることができる。
【0031】
本発明のさらなる重要な特徴及び利点は、従属請求項、図面、及び図面に基づく関連説明から明らかになる。
【0032】
上記の特徴及び以下にさらに説明する特徴は、本発明の範囲を逸脱することなしに、それぞれ示された組み合わせだけでなく、他の組み合わせ又は単独でも使用できることを理解されたい。設備、機器、装置などの上位のユニットの別々に示された上記の構成要素及び以下にさらに挙げる構成要素は、たとえ図面では異なって示されていようとも、そのユニットの別々の構成部品又は構成要素となることも、そのユニットの一体の領域又は部分となることもできる。
【0033】
本発明の好ましい実施例は、図面に示されており、以下でさらに詳細に説明されるが、同じ参照符合は、同じ、類似の、又は機能的に同じ構成要素を指す。
【図面の簡単な説明】
【0034】
【図1】エネルギー伝達システムを備える同期機の軸方向端部領域の部分的に切断された等角図。
【図2】エネルギー伝達システムの簡略化された回路図。
【図3】エネルギー伝達システムのエネルギー伝達器の、固定子に固定された構成要素（例えば、フェライトコア）のない軸受シールドの外側からの等角図。
【図5】エネルギー伝達器の、固定子に固定された構成要素（例えば、フェライトコア）を備える軸受シールドの等角縦断面図。
【図6】内側からの軸受シールドの軸方向図。
【図7】別の実施形態における外側からの軸受シールドの軸方向図。
【図8】さらなる実施形態における外側からの軸受シールドの軸方向図。
【発明を実施するための形態】
【0035】
図１によれば、巻線界磁式同期機１（ここでは部分的にしか図示していない）は、固定子２、回転子３及びエネルギー伝達システム４０を有する。固定子２は、少なくとも１つの軸方向前側軸受シールド６を備える固定子ハウジング５と、固定子磁界を発生させるための固定子コイル７とを有する。軸受シールド６に関しては、図１には、軸受シールド６に配置又は形成される軸受８のみが示されている。回転子３は、少なくとも軸受シールド６に回転軸１０の周りに回転可能に取り付けられた回転子シャフト９を有する。回転子３はさらに、回転子磁界を発生させるための回転子コイル１１を有する。
【0036】
エネルギー伝達システム４０は、外部の適切なエネルギー源から回転子コイル１１に電気エネルギーを伝達する目的を果たす。そのために、エネルギー伝達システム４０は、誘導又は接触によってエネルギー伝達を行うエネルギー伝達器４を備える。図に示された例では、好ましい実施形態を表す誘導エネルギー伝達器４が示されている。
【0037】
【0038】
誘導エネルギー伝達器４は、図２の回路図に示された回転変圧器１２を備える。図１及び図２によれば、回転変圧器１２は、固定子に固定された一次変圧器コイル１３と、回転子に固定された二次変圧器コイル１４とを有する。図２では、矢印１５は回転変圧器１２の動かない一次側を示し、矢印１６は回転変圧器１２の回転する二次側を示している。矢印１７は、同期機１の運転時のエネルギーの流れを示している。
【0039】
さらに、図２の回路図の一次側１５には、インバーター１８及び直流電源が示されている。二次側１６には、整流器２０及び回転子コイル１１が示されている。
【0040】
ここでは、エネルギー伝達器４はさらに、回転軸１０と同心に配置された、固定子に固定されたフェライトコア２１を備える。このフェライトコア２１内に、一次変圧器コイル１３は、動かないように配置される。フェライトコア２１内に、二次変圧器コイル１４は、回転可能に配置される。回転子シャフト９は、フェライトコア２１を通り、図１に示されたディスク２２上に、二次変圧器コイル１４を担持し、二次変圧器コイル１４は、このディスク２２を介して、回転子シャフト９と、相対的に回転しないように接続されている。一次変圧器コイル１３とフェライトコア２１はそれぞれ、エネルギー伝達器４の、固定子に固定された構成要素３７となる。図示しない別の実施形態では、フェライトコア２１は、固定子に固定されたフェライトコア部分と、回転子に固定されたフェライトコア部分とを有する。
【0041】
図３～図７によれば、軸受シールド６は、残りの固定子ハウジング５に対して別個の構成部品として設計することができる。原理的には、軸受シールド６が固定子ハウジング５に一体的に成形される実施形態も考えられる。図３～図７によれば、軸受シールド６は、軸受シールド６の内部に形成される少なくとも１つの冷却材ダクト２３を有する。そこでは、冷却材ダクト２３は、軸受シールド６の材料内に直接形成され、冷却材ダクト２３を流れて通る冷却材が軸受シールド６の材料と直接接触するようにする。冷却材は、好ましくは、誘電性油、又は誘電性油と空気の混合物である。軸受シールド６はさらに、冷却材入口２４と冷却材出口２５とを有する。
【0042】
エネルギー伝達器４の少なくとも１つの、固定子に固定された構成要素３７の冷却を改善するために、各構成要素３７は、熱を伝達するように軸受シールド６内又は軸受シールド６上に配置することができる。そのために、軸受シールド６は、図４及び図５にしたがって、各構成要素３７が入れられるレセプタクル３８を有することができる。レセプタクル３８は、カラーのように周方向２８に回転する筺体３９を有し、この筺体３９は、図１及び図３～図８に双方向矢印で示されており、回転軸１０の周りを回転する。この筺体３９は、レセプタクル３８に入れられた構成要素３７を囲む。具体例では、レセプタクル３８は、コアレセプタクル２６として設計され、このコアレセプタクル２６は、筺体３９と結合して、フェライトコア２１を補完するように、適切に成形される。
【0043】
図４及び図５によれば、フェライトコア２１は、熱を伝達するように、軸受シールド６内又は軸受シールド６上に、相対的に回転しないように配置される。そのために、好ましくは、フェライトコア２１を補完するように成形された筺体３９を備えた前記コアレセプタクル２６が軸受シールド６内に形成され、フェライトコア２１が、相対的に回転しないように、コアレセプタクル２６に入れられるようにする。ここに示された好ましい例では、コアレセプタクル２６とフェライトコア２１は、軸受ハウジング５又は回転子３から離れる方を向く軸受シールド６の軸方向外側に位置する。特に、それによって、軸受シールド６は、軸方向においてフェライトコア２１と整流器２０との間に配置される。
【0044】
フェライトコアと軸受シールドとの間の熱を伝達する結合は、プレストレスによる接合によって直接、及び／又は、サーマルペーストやサーマルパッドなどの熱伝導性材料の使用によって間接的に、実現することができる。
【0045】
図３～図７からわかるように、冷却材ダクト２３は、フェライトコア２１と同心に、したがって回転軸１０と同心に配置された軸受シールド６の環状領域２７に形成される。冷却材ダクト２３は、周方向２８に少なくとも１８０°にわたって、フェライトコア２１に沿って延びる。そこでは、回転軸１０が同期機１の軸方向を定め、軸方向は回転軸１０と平行に延びる。半径方向は、回転軸１０に対して垂直である。
【0046】
ここに示された図３～図８の例では、冷却材ダクト２３は、周方向２８に少なくとも３６０°にわたって延びる。図３～図６には、冷却材ダクト２３が、冷却材入口２４から冷却材出口２５まで、概ね、ほぼ一定で、流れて通ることができる断面を有する第１の実施形態が示されており、断面は、例では丸く、特に円形に設計されている。ここに図示しない実施形態では、冷却材回路２３は、らせん状に構成し、周方向２８に３６０°を超えて延びるようにすることができる。冷却材ダクト２３は、少なくとも部分的に上記の筐体３９内で周方向２８に延びることができる。
【0047】
図３～図８によれば、フェライトコア２１と同心に周方向２８に少なくとも９０°にわたって延びる環状セグメントの形の冷却領域２９を、軸受シールド６に形成することができる。示された例では、この冷却領域２９は、周方向２８に約１８０°にわたって延びている。
【0048】
図７によれば、第２の実施形態の冷却材ダクト２３は、この冷却領域２９内を蛇行しながら延びることができる。図７によれば、冷却材ダクト２３は、冷却領域２９内で、冷却領域２９の半径方向内側の内側端部３０と冷却領域２９の半径方向外側の外側端部３１との間を行き来する。
【0049】
第３の実施形態では、その代わりに、冷却材ダクト２３は、図８の冷却領域２９に、流れて通ることができる扁平断面３２を有することができる。この扁平断面３２は、冷却領域２９の半径方向内側の内側端部３０から冷却領域２９の半径方向外側の外側端部３１まで延びる。冷却材ダクト２３の流れて通ることができる断面３２は、半径方向に測定した幅が、軸方向に測定した高さより大きく、特に少なくとも５倍の大きさであるため、平たい。
【0050】
これによって、第２の実施形態と第３の実施形態のどちらの場合でも、軸受シールド６に冷却領域２９の大面積の冷却機構が作り出される。図９によれば、オプションとして、軸受シールド６と冷却材との間の熱伝達を改善する冷却構造３３を、冷却材ダクト２３の扁平断面３２、したがって冷却領域２９内に配置するようにすることができる。冷却構造３３は、リブ、ノブ、ピン、それらに類するもの及びそれらの任意の組み合わせで形成することができる。
【0051】
同期機１は、いくつかの構成要素３５を有する電力回路３４を有する。例えば、回転変圧器１２のインバーター１８は、電力回路３４のそのような構成要素３５となる。また、固定子コイル７に電流を供給するため、及び同期機１を制御するために、ここでは図示しないが、電力回路３４のさらなる構成要素を設けることもできる。
【0052】
軸受シールド６上の環状領域２７又は冷却領域２９に、電力回路３４の少なくとも１つの構成要素３５の取り付け領域を作ることができる。軸受シールド６の冷却によって、特に冷却領域２９の集中的な冷却によって、電力回路３４の各構成要素３５の過熱を効率的に防止することができる。特に、この構成要素３５の廃熱も効率的に放散することができる。
【0053】
一方ではフェライトコア２１と軸受シールド６との間、他方では電力回路３４のそれぞれの構成要素３５の間の熱を伝達する結合は、プレストレスによる接合によって、及び／又は、ここでは図示しないが、サーマルペーストやサーマルパッドなどの熱伝導性材料の使用によって、実現することができる。
【0054】
軸受シールド６は、鋳造部品とすることができ、この鋳造部品は、例えば、ロスト鋳造中子（verlorenem Gusskern）を用いて、一体化された冷却材ダクト２３とともに製造することができる。軸受シールド６は、３Ｄプリント部品とすることもできる。また、軸受シールド６をいくつかの部品で構成して、そこに冷却材ダクト２３を形成することも考えられる。
【0055】
ここに示された例では、冷却材入口２４は、半径方向を向いており、軸受シールド６の半径方向外周３６に配置されている。それとは異なり、例では、冷却材出口２５は、軸方向を向いており、軸受シールド６の内側に配置され、組み立てられた状態では、固定子ハウジング５の方、そして図６でのみ観察者の方を向いている。これによって、冷却材ダクト２３は、冷却材出口２５を介して、回転子冷却機構（ここでは図示せず）の冷却材入口（ここでは図示せず）に特に容易に接続することができ、この回転子冷却機構は、例えば、回転子シャフト９を通って誘導される回転子冷却材ダクトを有する。
【0056】
ここに示された例では、フェライトコア２１及び／又は電力回路３４の各構成要素３５は、固定子ハウジング５から離れる方を向く外側に配置されている。
【手続補正2】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項1】
巻線界磁式同期機（１）であって、少なくとも１つの軸方向前側軸受シールド（６）を備える固定子ハウジング（５）と、固定子磁界を発生させるための固定子コイル（７）とを有する固定子（２）と、
少なくとも前記軸受シールド（６）に回転軸（１０）の周りに回転可能に取り付けられた回転子シャフト（９）と、回転子磁界を発生させるための回転子コイル（１１）とを有する回転子（３）と、
前記回転子コイル（１１）に電気エネルギーを伝達するためのエネルギー伝達システム（４０）と
を備え、
前記エネルギー伝達システム（４０）が、前記回転子コイル（１１）に電気エネルギーを伝達するためのエネルギー伝達器（４）を有し、
前記エネルギー伝達器（４）の少なくとも１つの、固定子に固定された構成要素（３７）が、熱を伝達するように、前記軸受シールド（６）内又は前記軸受シールド（６）上に、相対的に回転しないように配置され、
前記エネルギー伝達器（４）が、電気エネルギーの誘導伝達のために設計されており、固定子に固定された一次変圧器コイル（１３）と、回転子に固定された二次変圧器コイル（１４）とを備える回転変圧器（１２）を有する
同期機（１）において、
前記軸受シールド（６）が、少なくとも１つの冷却材ダクト（２３）を含み、冷却材入口（２４）と冷却材出口（２５）とを有し、前記軸受シールド（６）が、前記冷却材ダクト（２３）を通って誘導される冷却材によって能動的に冷却されるようになっており、
前記冷却材ダクト（２３）が、前記回転軸（１０）と同心に配置された、周方向（２８）に少なくとも９０°にわたって延びる、前記軸受シールド（６）の環状セグメントの形の冷却領域（２９）を通り、
前記エネルギー伝達器（４）が、前記回転軸（１０）と同心に配置された、固定子に固定されたフェライトコア（２１）を有し、前記フェライトコア（２１）内に、前記一次変圧器コイル（１３）が、動かないように配置され、前記二次変圧器コイル（１４）が、回転可能に配置され、
前記フェライトコア（２１）が、熱を伝達するように、前記軸受シールド（６）内又は前記軸受シールド（６）上に、相対的に回転しないように配置され、
前記冷却材ダクト（２３）が、前記軸受シールド（６）内の前記フェライトコア（２１）の半径方向外側を通り、
前記フェライトコア（２１）が、前記冷却領域（２９）内に同心に配置され、
前記軸受シールド（６）が、レセプタクル（３８）を有し、前記レセプタクル（３８）内に、前記フェライトコア（２１）が配置され、
前記レセプタクル（３８）が、筐体（３９）を有し、前記筐体（３９）の半径方向内側の輪郭が、前記フェライトコア（２１）の半径方向外側の輪郭に合わせられ
前記冷却材ダクト（２３）が、少なくとも部分的に前記筐体（３９）を通って前記周方向（２８）に延びている
ことを特徴とする同期機（１）。
【請求項2】
前記フェライトコア（２１）が、前記回転軸（１０）と同心に、前記軸受シールド（６）内又は前記軸受シールド（６）上に配置されていることを特徴とする、請求項１に記載の同期機（１）。
【請求項3】
前記一次変圧器コイル（１３）が、軸方向及び半径方向に、フェライトコア（２１）内に、動かないように配置され、
前記二次変圧器コイル（１４）が、軸方向及び半径方向に、フェライトコア（２１）内に、回転可能に配置されている
ことを特徴とする、請求項１又は２に記載の同期機（１）。
【請求項4】
前記筐体（３９）が、カラーのように前記フェライトコア（２１）の周りを前記周方向（２８）に回転する
ことを特徴とする、請求項１～３のいずれか一項に記載の同期機（１）。
【請求項5】
前記冷却材ダクト（２３）が、前記回転軸（１０）と同心に配置された前記軸受シールド（６）の環状領域（２７）を通っていることを特徴とする、請求項１～４のいずれか一項に記載の同期機（１）。
【請求項6】
前記フェライトコア（２１）が、前記環状領域（２７）内に同心に配置されていることを特徴とする、請求項５に記載の同期機（１）。
【請求項7】
前記冷却材ダクト（２３）が、前記周方向（２８）に少なくとも１８０°にわたって延びていることを特徴とする、請求項１～６のいずれか一項に記載の同期機（１）。
【請求項8】
前記冷却材ダクト（２３）が、前記冷却領域（２９）内を蛇行しながら延び、前記冷却領域（２９）の半径方向内側の内側端部（３０）と前記冷却領域（２９）の半径方向外側の外側端部（３１）との間を行き来していることを特徴とする、請求項６又は７に記載の同期機（１）。
【請求項9】
前記冷却材ダクト（２３）が、前記冷却領域（２９）に、流れて通ることができる扁平断面（３２）を有し、前記断面（３２）が、前記冷却領域（２９）の半径方向内側の内側端部（３０）から前記冷却領域（２９）の半径方向外側の外側端部（３０）まで延びていることを特徴とする、請求項１～８のいずれか一項に記載の同期機（１）。
【請求項10】
前記冷却材ダクト（２３）の前記扁平断面（３２）に、冷却構造（３３）が配置又は形成されていることを特徴とする、請求項９に記載の同期機（１）。
【請求項11】
前記同期機（１）の、固定子に固定された電力回路（３４）の少なくとも１つの構成要素（３５）が、熱を伝達するように、前記軸受シールド（６）に配置されていることを特徴とする、請求項１～１０のいずれか一項に記載の同期機（１）。
【請求項12】
前記電力回路（３４）の前記少なくとも１つの構成要素（３５）が、熱を伝達するように、前記軸受シールド（６）上の前記冷却領域（２９）に配置されていることを特徴とする、請求項１１に記載の同期機（１）。
【請求項13】
前記固定子ハウジング（５）が、前記固定子ハウジング（５）を通る固定子冷却材ダクトを備える固定子冷却機構を有さないことを特徴とする、請求項１～１２のいずれか一項に記載の同期機（１）。
【請求項14】
前記固定子ハウジング（５）が、前記固定子ハウジング（５）を通る固定子冷却材ダクトを備える固定子冷却機構を有し、前記固定子冷却材ダクトが、前記軸受シールド（６）内の前記冷却材ダクト（２３）から流体的に分離されていることを特徴とする、請求項１～１３のいずれか一項に記載の同期機（１）。
【請求項15】
前記同期機（１）が、湿式運転電気機械として設計されており、前記同期機（１）の冷却回路が、前記固定子ハウジング（５）の内部空間を通るように冷却材を誘導し、前記内部空間で、前記回転子（３）が、前記冷却材と接触し、前記冷却回路が、前記軸受シールド（６）の前記冷却材ダクト（２３）と流体的に結合されていることを特徴とする、請求項１～１２のいずれか一項に記載の同期機（１）。
【請求項16】
前記回転子（３）が、前記回転子（３）を通る回転子冷却材ダクトを備える回転子冷却機構を有し、前記回転子冷却材ダクトが、前記軸受シールド（６）内の前記冷却材ダクト（２３）と流体的に結合されていることを特徴とする、請求項１～１５のいずれか一項に記載の同期機（１）。
【国際調査報告】