(57)【要約】  電機の冷却を改善するために、固定子（４）および回転子を備えた電機において、固定子（４）が固定子（４）の少なくとも一部にわたる冷却ジャケット（１０）を有し、冷却ジャケット（１０）が固定子を包囲する電動機フレーム（３）とそれから少なくとも部分的に隔てられた外被（１）とを有し、電動機フレーム（３）と外被（１）との間の区間に、予め与えられ得るピッチ（１２）を有する中空の螺旋体（２）が配置されていて、この冷却ジャケット（１０）の入口（７）と出口（６）とがほぼ電機の軸方向の一平面上に存在することを提案する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定子（４）および回転子を備えた電機において、固定子（４）が固定子（４）の少なくとも一部にわたる冷却ジャケット（１０）を有し、冷却ジャケット（１０）が固定子を包囲する電動機フレーム（３）とそれから少なくとも部分的に隔てられた外被（１）とを有し、電動機フレーム（３）と外被（１）との間の区間に、予め与え得るピッチ（１２）を有する中空の螺旋体（２）が配置されていて、この冷却ジャケット（１０）の入口（７）および出口（６）がほぼ電機の軸方向の一平面上に存在することを特徴とする電機。
【請求項２】
螺旋体（２）の終端に、冷媒流が螺旋体（２）の巻層間に残された間隙（１３）内にて出口に向かって還流するように、螺旋体（２）内に存在する冷媒流を転向させる案内装置（９）が存在することを特徴とする請求項１記載の電機。
【請求項３】
冷却ジャケット（１０）の螺旋体（２）が非金属材料からなることを特徴とする請求項１乃至２の１つに記載の電機。
【請求項４】
中空の螺旋体（２）の輪郭が、円形、楕円形、三角形または矩形のようなほぼ任意の形に構成されていることを特徴とする請求項１乃至３の１つに記載の電機。
【請求項５】
螺旋体（２）が電動機フレーム（３）および／または外被（１）に接着されていることを特徴とする請求項１乃至４の１つに記載の電機。
【請求項６】
螺旋体（２）が電動機フレーム（３）に溶接されていることを特徴とする請求項１乃至４の１つに記載の電機。
【請求項７】
螺旋体（２）が外被（１）に対して封止可能であることを特徴とする請求項６記載の電機。
【請求項８】
冷却ジャケット（１０）が内側回転子機および外側回転子機において使用可能であることを特徴とする請求項１乃至７の１つに記載の電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固定子および回転子を備えた電機であって、固定子が固定子の軸方向の少なくとも一部にわたる冷却ジャケットを有し、冷却ジャケットが固定子を包囲する電動機フレームとそれから少なくとも部分的に隔てられた外被とを有する電機に関する。
【０００２】
電機の出力増大および能動的温度調節のために、特に冷却ジャケットが使用され、その際に特に液体を通流される冷却ジャケットが使用される。電機のためのこれまで公知の冷却解決策は、冷却ジャケットまたは冷却管における単一の放射方向または軸方向の冷却液貫流に基づいている。その際に冷却液は電機から損失熱を取り去り、それによって電機の高い利用率が実現され、すなわち電機の発生可能な有効出力が相当に高められる。
【０００３】
電動機駆動されるポンプ駆動装置の環境から、電動機の周りを走っている冷却螺旋体のほかに冷却螺旋体間に配置された冷却装置を有する冷却ジャケットが公知である（米国特許第２９１３９８８号明細書および米国特許第３４７８６８９号明細書）。
【０００４】
これから出発して本発明の課題は、冷却ジャケットを用いて従来の電機よりも高められた出力を有する電機を提供することにあり、しかもこの電機の冷却ジャケットの簡単なやり方による実現を可能にし、かつ冷媒入口範囲における大気中湿気の凝縮を回避することにある。
【０００５】
設定された課題は、固定子および回転子を備えた電機において、固定子が固定子の軸方向の少なくとも一部にわたる冷却ジャケットを有し、冷却ジャケットが固定子を包囲する電動機フレームとそれから少なくとも部分的に隔てられた外被とを有し、電動機フレームと外被との間の区間に、予め与えられ得るピッチを有する中空螺旋体が配置されていて、この冷却ジャケットの入口および出口が電機の軸方向のほぼ一平面上に存在することによって解決される。
【０００６】
本発明によれば、電機のできるだけ大きな熱放出面積を冷媒との熱交換に利用するために、この冷却ジャケットにおいて冷媒が逆流案内される。熱交換面積が逆流原理によって最大にされる。それによって電機からより効率的に熱を放出させることができ、したがって電機の利用率を高めることができ、すなわち個別の具体的事例では電機が同じ軸高において短くかつ軽量に構成可能であり、あるいは対比可能な寸法において電機の有効出力を高めることができる。
【０００７】
原理的には、入口における冷媒温度と出口における冷媒温度とは、電機の受容する損失熱に基づいて著しく相違する。場合によっては大気湿気の凝縮が起こり得る特に冷媒入口における冷点形成がこの逆流原理においては回避される。なぜならば、冷媒入口および冷媒出口が互いに非常に近いところにあるからである。入口と出口とがほぼ電機の軸方向の一平面上に存在するので、例えば整備目的のための入口および出口の接近可能性が簡単なやり方で与えられている。
【０００８】
本発明による電機の冷却システムによって電機の軸方向にわたる一様な温度分布が達成され、それにより定常的な熱的動作点の迅速な調整がもたらされる。
【０００９】
本発明による逆流原理は、できるだけ迅速に定常的な熱的動作点に到達させるために、電機の冷却に対して使用可能であるが、暖機に対しても使用可能である。
【００１０】
この逆流原理において、冷媒流が螺旋体の終端でこの螺旋体から、外被と電動機フレームとの残された間隙に流れ込み、それにより電機の放熱が生じさせられることが好ましい。冷媒が中間螺旋として螺旋体によって形成された間隙を通して還流することが好ましい。冷媒流を正しい方向へ導くために、螺旋体の終端に案内装置が存在するとよい。
【００１１】
螺旋体が好ましくは良好な熱伝導性材料、特に、例えば銅またはアルミニウムのような金属材料からなる。
【００１２】
しかし、螺旋体は、例えばプラスチックのような非金属材料からなっていてもよい。
【００１３】
螺旋体の中空輪郭は、円形、楕円形、三角形または多角形のようなほとんど材料に関係なしに任意の形を取り得る。断面輪郭がリブのような表面積を拡大する構造を有するとよい。
【００１４】
螺旋体は電動機フレームおよび／または外被に接着される。これは同時に、予め与えられた通路にて往流および特に復流が生じるように封止をもたらす。
【００１５】
他の実施形態では螺旋体が電動機フレームに溶接されている。
【００１６】
この場合に、中間螺旋を形成するために、螺旋体が特別に外被に対して、接着剤または詰物のような適切な材料によって封止される。
【００１７】
本発明による逆流原理は、内側回転子機および外側回転子機に適用可能である。
【００１８】
本発明ならびに従属請求項による本発明の他の有利な形態を図面に概略的に示されている実施例に基づいて以下に説明する。
【００１９】
図１は固定子を有する冷却ジャケットの原理図を示し、図２ないし図４はコイル装置および造形を示し、図５は切断された外被を有する冷却ジャケットを示し、図６は外被が切断された状態での冷媒の流れを描写し、図７および図８は図６の部分拡大図を示し、図９は外側回転子電動機の場合における冷却ジャケットを示す。
【００２０】
図１は冷却ジャケット１０を示す。冷却ジャケット１０は、外被１および電動機フレーム３を有しかつ区間１１を有する。外被１および電動機フレーム３は予め与えられた区間１１だけ互いに隔てられている。この区間１１には、予め与えられたピッチ１２を有する螺旋体２が配置されている。電動機フレーム３は、原理的に示された巻線１４を有する固定子４を包囲している。冷媒は入口７から入って出口６から出る。それにより損失熱が固定子４と固定子端面に存在する螺旋体頭部から一緒に排出される。
【００２１】
螺旋体頭部は、例えば詰物を介して電動機フレーム３に熱的に結合されているので、螺旋体頭部の効率的な冷却が行なわれる。
【００２２】
図２ないし図４は、螺旋体２の断面図の造形および配置の可能性、すなわち螺旋体２が電動機フレーム３の上にどのように配置できるかという可能性を示す。
【００２３】
図２は螺旋体２の一部の原理的な横断面を示し、個々の螺旋層が電動機フレーム３上に溶接されている。
【００２４】
図３は、他の実施形態にて、同様に電動機フレーム３上に溶接されているかもしくは接着されている半殻要素を示す。
【００２５】
図４は、もともと一方の面側が開いていて冷却ジャケット１０への装着によってはじめて形成される螺旋体２の三角形状の横断面輪郭を示す。
【００２６】
同様に、電動機フレーム３または冷却ジャケット１０への装着によってはじめて閉じられた螺旋体２をなす半殻を有する螺旋体２が考えられ得る。
【００２７】
装着は、上述の如く、接着または溶接によって形成される。
【００２８】
図５は切断した状態の外被１を有する冷却ジャケット１０を示し、螺旋体２から出る冷媒の案内板９による転向が行なわれる。それにより、入口７を介して螺旋体２を通り出口６に至り螺旋体２から流れ出る冷媒が加熱され、螺旋体２からの流出時に案内板９によって、螺旋体２のピッチ１２の間に存在する間隙１３へ転向される。接着または溶接されていない装着面における電動機フレーム３、外被１および螺旋体２の間の封止１５は、この本発明による対向電流原理の冷却作用を高める。
【００２９】
図６は、更に別の表示にて、切断した外被１の状態で冷媒の流れを示す。
【００３０】
図７は螺旋体２からの出口８および転向板９を詳細図で示し、転向板９により冷媒流が簡単なやり方で螺旋体２の間に存在する間隙１３内へ転向させられる。
【００３１】
図８は、螺旋体２への冷媒の入口７および螺旋体２の間に存在する間隙１３からの冷媒の出口６を詳細図で示す。
【００３２】
図９による表示では、空隙に向けられた永久磁石１６を有する回転子１７を備えた外部回転子電動機ついても本発明による原理が示されている。
【００３３】
他の有利な実施形態では、螺旋体２のピッチ１２が固定子４の軸方向の経過にわたって変化する。この場合に螺旋体２の小さい方の層間隔が大きな熱損失発生源の範囲、例えば螺旋体頭部の範囲においてあり得る。
【００３４】
冷媒としては公知のガスおよび液体が適している。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】固定子を有する冷却ジャケットの原理図
【図２】螺旋体の配置および形状の第１の実施形態を示す断面図
【図３】螺旋体の配置および形状の第２の実施形態を示す断面図
【図４】螺旋体の配置および形状の第３の実施形態を示す断面図
【図５】外被を切断した状態で冷却ジャケットを示す図
【図６】外被を切断した状態での冷媒の流れを示す図
【図７】図６の一部分も拡大図
【図８】図６の他の部分の拡大図
【図９】外側回転子電動機の場合における冷却ジャケットを示す図
【符号の説明】
【００３６】
１        外被
２        螺旋体
３        電動機ジャケット
４        固定子
６        出口
７        入口
８        出口
９        案内板
１０        冷媒
１１        区間
１２        ピッチ
１３        間隙
１４        巻線
１５        封止
１６        永久磁石
１７        回転子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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